JP2020154040A - ヒータ制御装置、画像形成装置、及びヒータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】４半波１周期の定着ヒータ制御において、フリッカ、高調波電流規制を共に満たす定着ヒータ制御を実現する。【解決手段】ヒータ制御装置６０は、温度センサ５５の検知結果に基づいて、ヒータ５２により定着ローラ５１ａの表面温度を目標温度まで加熱するために必要な電圧パターンを推定する必要電圧推定部６２と、推定された電圧パターンをヒータ５２に供給する加熱制御部６３と、を備える。電圧パターンは、点灯デューティ比が同一の場合に定着ローラ５１ａへの供給電圧が等しく、かつ、波形が異なる、第１の電圧パターンＥ１と第２の電圧パターンＥ２とを含み、必要電圧推定部６２は、高調波電流規制に有利な第１の電圧パターンＥ１を複数回連続で選択する毎に、フリッカに有利な第２の電圧パターンＥ２を選択する。【選択図】図４

Description

本発明は、ヒータ制御装置、画像形成装置、及びヒータ制御方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置の定着ヒータ点灯制御において、目標温度に対する温度制御の応答性を良くするために、交流電源の４半波を１周期とする複数の点灯パターンを用いて定着ヒータを制御する技術がある。

特許文献１には、フリッカ、高調波電流規制を共に満たす定着ヒータ制御をする目的で、事前に行った実験結果に基き、各点灯Duty毎にフリッカに有利な点灯パターン、高調波に有利な点灯パターンのどちらを選択するか決めて定着ヒータを制御する構成が開示されている。

今までの４半波１周期の定着ヒータ制御では、１周期中のヒータ点灯Duty毎にフリッカに有利な点灯パターン、高調波電流規制に有利な点灯パターンを用意しておき、事前に行った実験結果に基き、各点灯Duty毎にフリッカに有利な点灯パターン、高調波電流規制に有利な点灯パターンのどちらを選択するか決めてヒータを制御するが、ヒータ点灯Dutyの遷移によっては、フリッカに有利な点灯パターン、または、高調波電流規制に有利な点灯パターンのみ選択される場合があるため、フリッカ、高調波電流規制を満たせない場合があるという問題があった。

本発明は、４半波１周期の定着ヒータ制御において、フリッカ、高調波電流規制を共に満たす定着ヒータ制御を実現することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の一観点に係るヒータ制御装置は、交流電源を供給することによって定着ローラを加熱する加熱部と、前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知部と、前記交流電源の半周期を１半波領域としたときに、前記交流電源の連続する４半波領域を１周期とする複数の電圧パターンを記憶する記憶部と、前記温度検知部の検知結果に基づいて、前記定着ローラの表面温度を目標温度まで加熱するために必要な電圧パターンを前記記憶部の複数の電圧パターンの中から推定する必要電圧推定部と、前記必要電圧推定部が推定した電圧パターンを前記加熱部に供給することによって、前記定着ローラの表面温度を制御する加熱制御部と、を備え、前記電圧パターンは、点灯デューティ比が同一の場合に前記定着ローラへの供給電圧が等しく、かつ、波形が異なる、第１の電圧パターンと第２の電圧パターンとを含み、前記第１の電圧パターンは高調波電流規制に有利な波形であり、前記第２の電圧パターンはフリッカに有利な波形であり、前記必要電圧推定部は、前記第１の電圧パターンを複数回連続で選択する毎に、前記第２の電圧パターンを選択する。

４半波１周期の定着ヒータ制御において、フリッカ、高調波電流規制を共に満たす定着ヒータ制御を実現することができる。

実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示すブロック図 画像形成装置が備えるヒータ制御装置の要部構成を示すブロック図 第１の電圧パターン、第２の電圧パターンの一例を模式的に示す図 電圧パターンの切り替え処理の第一の例のフローチャート 電圧パターンの切り替え処理の第二の例のフローチャート

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、実施形態に係るヒータ制御装置６０を備える画像形成装置１００の概略構成を示すブロック図である。画像形成装置１００は、図１に示すように、画像を読み取るスキャナ部１０と、スキャナ部１０で読み取った画像に対して所定の画像処理を施し、処理を施した後の画像に応じたトナー像を転写紙に転写するエンジン部２０と、転写紙を格納するための給紙トレイ３０と、エンジン部２０で転写紙に転写されたトナー像を定着させるための定着装置５０とから構成されている。なお、本実施形態に係るヒータ制御装置６０は、定着装置５０に備えられる。

スキャナ部１０では、原稿をスキャン露光することによって、原稿に係る文書情報を画像信号に変換し、当該画像信号をエンジン部２０に出力する。

スキャナ部１０から画像信号が出力されると、エンジン部２０では、スキャナ部１０から出力された画像信号に対して、色変換、階調補正などの画像処理を施す。そして、エンジン部２０では、画像処理を施した画像に応じて静電潜像を像担持体に作像し、作像した静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する。エンジン部２０は、さらに、形成したトナー像を給紙トレイ３０から搬送路４０を介して搬送された転写紙に転写して、当該転写紙を、搬送路４０を介して定着装置５０に向けて送り出す。

トナー像が転写された転写紙がエンジン部２０から搬送路４０を介して定着装置５０に送り出されると、定着装置５０では、円筒状の定着ローラ５１ａによる熱と加圧ローラ５１ｂによる圧力により、転写紙に転写されているトナー像を定着させて、排紙トレイに向けて排紙する。

図２は、画像形成装置１００が備えるヒータ制御装置６０の要部構成を示すブロック図である。ヒータ制御装置６０は、図２に示すように、定着装置５０に備えられて、定着ローラ５１ａと、ヒータ５２（加熱部）と、交流電源５３と、トライアック５４と、温度センサ５５（温度検知部）と、制御部５６と、ゼロクロス検知部５７と、電圧検知部５８とを有する。

定着ローラ５１ａは、図１に示す加圧ローラ５１ｂと圧接しながら回転して、転写紙に転写されているトナー像を定着させる。

ヒータ５２は、定着ローラ５１ａに内蔵されて、転写紙に転写されているトナー像を熱で溶かし、転写紙の繊維の中に埋め込み定着させる。なお、ヒータ５２には、例えば、ハロゲンランプを点灯した際に発生する放射熱によって加熱を行うハロゲンヒータが用いられる。

交流電源５３は、ヒータ５２に対して交流電圧を供給する。本実施形態では、時間とともに正弦波状に変化する交流電圧を供給するものとする（図３参照）。

トライアック５４は、スイッチング手段であり、交流電源５３から供給される交流電圧を、制御部５６から指示されたタイミングでスイッチング（オン／オフ）する。そして、トライアック５４は、スイッチングされた交流電圧をヒータ５２に供給する。なお、トライアック５４がオン時には、ヒータ５２が通電して発熱する。そして、トライアック５４がオフ時には、ヒータ５２が非通電となる。

温度センサ５５は、定着ローラ５１ａの表面温度を測定する。温度センサ５５は、例えば、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタを内蔵しており、当該サーミスタの抵抗値に基づいて定着ローラ５１ａの表面温度を測定する。温度センサ５５は、定着ローラ５１ａに内蔵してもよいし、また、温度センサ５５を定着ローラ５１ａの表面に対向する位置に設置して、定着ローラ５１ａの表面温度を非接触で計測してもよい。

ゼロクロス検知部５７は、交流電源５３から供給される交流電圧が０ボルトをプラス側からマイナス側、またはマイナス側からプラス側に横切るタイミング（以下、ゼロクロスのタイミングと呼ぶ）を検知する。そして、ゼロクロス検知部５７は、ゼロクロスのタイミングを検知した場合に、制御部５６に対して、ゼロクロス検知信号を出力する。

電圧検知部５８は、交流電源５３から供給される交流電圧の電圧値ｅを検知する。そして、電圧検知部５８は制御部５６に対して、検知した電圧値ｅを出力する。

制御部５６は、温度センサ５５が測定した定着ローラ５１ａの表面温度と、ゼロクロス検知部５７が検知した交流電圧のゼロクロスのタイミングと、電圧検知部５８が検知した交流電圧の電圧値ｅとに基づいて、交流電圧をスイッチングするタイミングを決定する。そして、制御部５６は、決定したタイミングに基づいてトライアック５４を動作させる。

制御部５６は、図２に不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、入出力インタフェースとがバスを介して接続されたコンピュータとして実装される。ＣＰＵは、ＲＯＭが記憶しているプログラムを読み出して実行する。読み出されたプログラムは、実行可能な形式でＣＰＵ上に展開されて、必要電圧推定部６２と加熱制御部６３とを構成する。ＲＯＭは、記憶手段の一例であり、前記したプログラムと、ヒータ５２が備えるハロゲンランプに供給する電圧パターンを登録した供給電圧テーブル６４等を記憶する。

供給電圧テーブル６４（記憶部）は、交流電源５３がヒータ制御装置６０に供給する交流電圧の２周期分、すなわち４半波を１周期として、ヒータ５２が備えるハロゲンランプに供給する電圧パターンを記憶する。供給電圧テーブル６４は、例えば２種類の異なるテーブル（第１系統の電圧パターンＥ１、第２の電圧パターンＥ２）を記憶する（図３参照）（記憶ステップ）。

また、供給電圧テーブル６４は、定着ローラ５１ａの表面温度と、供給する交流電圧の点灯デューティ比Ｄｏとの関係を記憶する。この表面温度と点灯デューティ比Ｄｏとの関係は、ヒータ５２に供給する電圧パターンの初期値を決定するために用いる。例えば、定着ローラ５１ａの表面温度が低いときは、点灯デューティ比Ｄｏを大きく設定して多くの電力を供給し、表面温度を短時間で上昇させる。また、印刷動作を繰り返し行って定着ローラ５１ａの表面温度が高くなっているときは、点灯デューティ比Ｄｏを小さく設定して供給する電力を少なくする。

必要電圧推定部６２は、温度センサ５５の検知結果（温度検知ステップ）に基づいて、定着ローラ５１ａの表面を目標温度まで加熱するために供給する交流電圧を推定する。そして、必要電圧推定部６２は、推定した交流電圧に近似する交流電圧パターンを、供給電圧テーブル６４の中から選択して読み出す。より詳しくは、必要電圧推定部６２が推定した点灯デューティ比Ｄｏに対応する交流電圧パターンを、供給電圧テーブル６４の中から選択して読み出す（推定ステップ）。必要電圧推定部６２は、供給する交流電圧パターンを選択する際に、例えばヒータ５２の消費電力を参照してもよい。すなわち、消費電力の大きいヒータ５２を使用する際には、高調波電流に対して有利な電圧パターンを選択するのが望ましい。

加熱制御部６３は、必要電圧推定部６２が推定結果に基づいて供給電圧テーブル６４から読み出した電圧パターンに対応する交流電圧をヒータ５２に供給することによって、定着ローラ５１ａの表面温度を制御する（加熱制御ステップ）。

図３を参照して、定着ローラ５１ａの温度制御を行うために本実施形態で用いられる２種類の供給電圧パターン系列について説明する。図３は、本実施形態で用いられる第１の電圧パターンＥ１、第２の電圧パターンＥ２の一例を模式的に示す図である。

交流電源５３が供給する電圧値ｅは、波高値ｅ０を有する周期Ｔの正弦波で記述されるものとする。そして、時間経過順に連続した交流電圧の４半波を構成する４つの半波領域を、図３に示すように、時間経過順に第１半波領域ａ、第２半波領域ｂ、第３半波領域ｃ、第４半波領域ｄとする。すなわち、時刻をｔとしたとき、第１半波領域ａは０≦ｔ＜Ｔ／２の時間範囲を表す。同様に、第２半波領域ｂはＴ／２≦ｔ＜Ｔの時間範囲を表し、第３半波領域ｃはＴ≦ｔ＜３Ｔ／２の時間範囲を表し、第４半波領域ｄは３Ｔ／２≦ｔ＜２Ｔの時間範囲を表す。

本実施形態のヒータ制御装置６０は、図３に示す４半波、すなわち２Ｔを制御周期として、ヒータ５２が備えるハロゲンランプに供給する交流電圧を制御する。例えば、交流電源５３として５０Ｈｚの１００Ｖ商用交流電源を用いる場合には、制御周期は２Ｔ＝４０ｍｓｅｃとなる。

図３に示すように、第１の電圧パターンＥ１と、第２の電圧パターンＥ２とは、それぞれ複数の点灯デューティ比に応じた複数の波形パターンを有する系統として構成され、これらの情報が供給電圧テーブル６４に記憶されている。

第１の電圧パターンＥ１は、点灯デューティ比が０〜５０％の場合には、４半波中の前半２半波、すなわち第１半波領域ａ及び第２半波領域ｂにおいて、供給する電圧を０〜１００％の範囲の位相制御で制御する。

また、第１の電圧パターンＥ１は、点灯デューティ比が５１〜１００％の場合には、第１半波領域ａ及び第２半波領域ｂの全域に亘って電圧を供給するとともに、４半波中の後半２半波、すなわち第３半波領域ｃ及び第４半波領域ｄにおいて、供給する電圧を０〜１００％の範囲の位相制御で制御する。例えば、点灯デューティ比が６０％の場合、第１半波領域ａ１００％ＯＮ、第２半波領域ｂは１００％ＯＮ、第３半波領域ｃは２０％ＯＮ、第４半波領域ｄは２０％ＯＮとなる。

第２の電圧パターンＥ２は、点灯デューティ比が０〜５０％の場合には、第１半波領域ａ〜第４半波領域ｄの全てにおいて、供給する電圧を０〜５０の範囲の位相制御で制御する。点灯デューティ比Ｄｏが５１〜１００％の場合には、第１電圧パターンＥ１と同様に、第１半波領域ａ及び第２半波領域ｂの全域に亘って電圧を供給するとともに、４半波中の後半２半波、すなわち第３半波領域ｃ及び第４半波領域ｄにおいて、供給する電圧を０〜１００％の範囲の位相制御で制御する。

第１の電圧パターンＥ１と第２の電圧パターンＥ２は、点灯デューティ比が同一の場合には、定着ヒータ供給電力が等しくなるように各パターンが形成されている。

第１の電圧パターンＥ１は、図３に示すように、正弦波の４半波中で位相制御（例えばヒータ５２をＸ％だけ点灯させる制御）を行う回数が少ない。すなわち位相制御を実施する半波領域の割合が小さいため、高調波電流規制に対して有利な点灯パターンとなっている。

一方、第２の電圧パターンＥ２は、半波間で全点灯（１００％ＯＮ）と全消灯の割合が小さく、ヒータ５２を点灯していない期間が短いため、フリッカに対して有利な点灯パターンとなっている。

必要電圧推定部６２は、ヒータ５２の温度に基づいて点灯デューティ比を推定し、図３に示す対応関係に基づき、この推定した点灯デューティ比に対応する電圧パターンを選択する（推定ステップ）。なお、図３に示すように同一のデューティ比にはヒータ５２への供給電圧量が同一の第１、第２の電圧パターンＥ１、Ｅ２があるが、最終的なパターンの選択は所定の規則に基づき行う。この選択規則の一例を図４、図５に示す。

図４は、第１の電圧パターンＥ１と第２の電圧パターンＥ２の切り替え処理の第一の例のフローチャートである。図４のフローチャートの処理は必要電圧推定部６２により実施される。

定着ヒータ点灯制御が開始されると、まずパラメータｎが０にセットされ(ステップＳ０１)、定着ヒータ点灯要求があるまで待機する（ステップＳ０２のＮｏ）。

定着ヒータ点灯要求があると（ステップＳ０２のＹｅｓ）、パラメータｎが所定値Ｎ以下か否かが判定される（ステップＳ０３）。パラメータｎがＮ以下の場合（ステップＳ０３のＹｅｓ）には、第１の電圧パターンＥ１を用いてのヒータ制御がまだ連続Ｎ回に達していないので、第１の電圧パターンＥ１を用いてヒータ５２に電圧供給が行われ（ステップＳ０４）、パラメータｎが１増加され（ステップＳ０５）、ステップＳ０２に戻る。

一方、パラメータｎがＮより大きい場合（ステップＳ０３のＮｏ）には、第１の電圧パターンＥ１を用いてのヒータ制御が連続Ｎ回に達したので、第２の電圧パターンＥ２を用いてヒータ５２に電圧供給が行われ（ステップＳ０６）、パラメータｎが０にリセットされ（ステップＳ０７）、ステップＳ０２に戻る。

このように、図４のフローチャートでは、第１の電圧パターンＥ１で連続Ｎ回定着ヒータ制御を行う度に、第２の電圧パターンＥ２で１回だけ定着ヒータ制御を実施する。これにより、点灯デューティ比がどのように遷移しても、高調波電流規制に有利な第１の電圧パターンＥ１と、フリッカに有利な第２の電圧パターンＥ２とを組み合わせて利用でき、フリッカ、高調波電流規制を共に満たすことができる。

図５は、第１の電圧パターンＥ１と第２の電圧パターンＥ２の切り替え処理の第二の例のフローチャートである。図５のフローチャートの処理も必要電圧推定部６２により実施される。

定着ヒータ点灯制御が開始されると、まず２つのパラメータｎ、ｍが０にセットされ(ステップＳ１１)、定着ヒータ点灯要求があるまで待機する（ステップＳ１２のＮｏ）。

定着ヒータ点灯要求があると（ステップＳ１２のＹｅｓ）、パラメータｎが所定値Ｎ以下か否かが判定される（ステップＳ１３）。パラメータｎがＮ以下の場合（ステップＳ１３のＹｅｓ）には、第１の電圧パターンＥ１を用いてのヒータ制御がまだ連続Ｎ回に達していないので、第１の電圧パターンＥ１を用いてヒータ５２に電圧供給が行われ（ステップＳ１４）、パラメータｎが１増加され（ステップＳ１５）、ステップＳ１２に戻る。

一方、パラメータｎがＮより大きい場合（ステップＳ１３のＮｏ）には、第１の電圧パターンＥ１を用いてのヒータ制御が連続Ｎ回に達したので、第２の電圧パターンＥ２を用いてヒータ５２に電圧供給が行われ（ステップＳ１６）、パラメータｍが１増加される（ステップＳ１７）。

次に、パラメータｍが所定値Ｍ以下か否かが判定される（ステップＳ１８）。パラメータｍがＭ以下の場合（ステップＳ１８のＹｅｓ）には、第２の電圧パターンＥ２を用いてのヒータ制御がまだ連続Ｍ回に達していないので、そのままステップＳ１２に戻る。一方、パラメータｍがＭより大きい場合（ステップＳ１８のＮｏ）には、第２の電圧パターンＥ２を用いてのヒータ制御が連続Ｍ回に達したので、２つのパラメータｎ、ｍが両方共０にリセットされ（ステップＳ１９）、ステップＳ１２に戻る。

このように、図５のフローチャートでは、第１の電圧パターンＥ１で連続Ｎ回定着ヒータ制御を行う度に、第２の電圧パターンＥ２で連続Ｍ回定着ヒータ制御を実施する。これにより、点灯デューティ比がどのように遷移しても、高調波電流規制に有利な第１の電圧パターンＥ１と、フリッカに有利な第２の電圧パターンＥ２とを組み合わせて利用でき、フリッカ、高調波電流規制を共に満たすことができる。

このように、本実施形態によれば、点灯デューティ比の遷移によらず、フリッカに有利な点灯パターン、または、高調波電流規制に有利な点灯パターンどちらか一方の点灯パターンのみで定着ヒータ制御を行うことがないので、４半波１周期の定着ヒータ制御において、フリッカ、高調波電流規制を共に満たす定着ヒータ制御を実現することができる。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

上記実施形態では、制御部５６の必要電圧推定部６２が、高調波電流規制に有利な第１の電圧パターンと、フリッカに有利な第２の電圧パターンの２つの点灯パターンを有する構成を例示したが、電圧パターンは２系統より多くの系統を備えてもよい。この場合、必要電圧推定部６２は、各系統の電圧パターンを連続複数回選択する毎に、別系統の電圧パターンを選択して、ヒータ５２に電力供給を行う。

５１ａ 定着ローラ
５２ ヒータ（加熱部）
５３ 交流電源
５５ 温度センサ（温度検知部）
６０ ヒータ制御装置
６２ 必要電圧推定部
６３ 加熱制御部
６４ 供給電圧テーブル（記憶部）
１００ 画像形成装置
Ｅ１ 第１の電圧パターン
Ｅ２ 第２の電圧パターン

特開２０１８−０８７９２２号公報

Claims (7)

1. 交流電源を供給することによって定着ローラを加熱する加熱部と、
   前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知部と、
   前記交流電源の半周期を１半波領域としたときに、前記交流電源の連続する４半波領域を１周期とする複数の電圧パターンを記憶する記憶部と、
   前記温度検知部の検知結果に基づいて、前記定着ローラの表面温度を目標温度まで加熱するために必要な電圧パターンを前記記憶部の複数の電圧パターンの中から推定する必要電圧推定部と、
   前記必要電圧推定部が推定した電圧パターンを前記加熱部に供給することによって、前記定着ローラの表面温度を制御する加熱制御部と、
   を備え、
   前記電圧パターンは、点灯デューティ比が同一の場合に前記定着ローラへの供給電圧が等しく、かつ、波形が異なる、第１の電圧パターンと第２の電圧パターンとを含み、前記第１の電圧パターンは高調波電流規制に有利な波形であり、前記第２の電圧パターンはフリッカに有利な波形であり、
   前記必要電圧推定部は、前記第１の電圧パターンを複数回連続で選択する毎に、前記第２の電圧パターンを選択する、
   ヒータ制御装置。
2. 前記第１の電圧パターンと前記第２の電圧パターンとは、交流電源４半波中の電力供給に使用する半波が異なる電圧パターンとなる、
   請求項１に記載のヒータ制御装置。
3. 前記第１の電圧パターンは、４半波中の第１半波と第２半波のみを位相制御に使用した電圧パターン系統であり、
   前記第２の電圧パターンは、４半波中の全半波を位相制御に使用した電圧パターン系統である、
   請求項１または２に記載のヒータ制御装置。
4. 前記必要電圧推定部は、
   前記第１の電圧パターンを連続Ｎ回選択する毎に、前記第２の電圧パターンを連続Ｍ回選択して、前記加熱部に電力供給を行う、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒータ制御装置。
5. 前記電圧パターンは、２系統より多くの系統を備えて、
   前記必要電圧推定部は、各系統の電圧パターンを連続複数回選択する毎に、別系統の電圧パターンを選択して、前記加熱部に電力供給を行う、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒータ制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒータ制御装置を備える、画像形成装置。
7. 交流電源の半周期を１半波領域としたときに、前記交流電源の連続する４半波領域を１周期とする複数の電圧パターンであって、点灯デューティ比が同一の場合に定着ローラへの供給電圧が等しく、かつ、波形が異なる、高調波電流規制に有利な第１の電圧パターンと、フリッカに有利な第２の電圧パターンとを含む、複数の電圧パターンを記憶部に記憶する記憶ステップと、
   前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知ステップと、
   前記温度検知ステップの検知結果に基づいて、前記定着ローラの表面温度を目標温度まで加熱するために必要な電圧パターンを前記記憶部の複数の電圧パターンの中から推定する推定ステップと、
   推定ステップにて推定された電圧パターンを、前記定着ローラを加熱する加熱部に供給することによって、前記定着ローラの表面温度を制御する加熱制御ステップと、
   を含み、
   前記推定ステップでは、前記第１の電圧パターンを複数回連続で選択する毎に、前記第２の電圧パターンを選択する、
   ヒータ制御方法。

Images