JP2021044086A - ヒータ制御装置、画像形成装置、ヒータの制御方法およびヒータの制御プログラム - Google Patents

ヒータ制御装置、画像形成装置、ヒータの制御方法およびヒータの制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】ヒータへの電力供給の効率を低下させることなく高調波ノイズを低減する。【解決手段】交流電圧の所定数の周期を含む制御周期内にヒータ52に供給する電力量を制御するヒータ制御装置は、加熱対象物を目標温度にするためにヒータに供給する供給電力量の、制御周期の電力量に対する電力比を決定する比率決定部551と、パターンテーブルにおいて、比率決定部が決定した電力比に対応する時間情報が示す電圧供給時間にしたがって、ヒータに電圧を供給する電圧供給部552と、を有する。パターンテーブル553は、複数の半波期間それぞれのヒータへの電圧供給時間を示す時間情報を電力比毎に記憶し、複数の半波期間の全ての時間情報がヒータに電圧を供給することを示す第1パターンと、複数の半波期間の少なくともいずれかの時間情報がヒータに電圧を供給しないことを示す第2パターンとを含む複数のパターングループを繰り返し含む。【選択図】図2

Description

本発明は、ヒータ制御装置、画像形成装置、ヒータの制御方法およびヒータの制御プログラムに関する。
電子写真方式の画像形成装置は、例えば、感光体上に形成されたトナー像を記録紙に転写した後、定着ヒータの熱により加熱された定着ローラを使用してトナー像を記録紙に定着させる。定着ヒータに用いられるハロゲンランプは、温度が低いときに抵抗が低くなる特性を持ち、通電開始時に突入電流を発生させる。このため、ハロゲンランプと電源を共有する蛍光灯は、突入電流による電源の電圧降下によりちらつきが発生するおそれがある。
定着ヒータのオン時に、定着ヒータに供給する交流電圧の導通角を、半波単位で徐々に大きくする位相制御(ソフトスタート制御)を行うことで、突入電流は抑制されるが、この場合、高調波電流(高調波ノイズ)が発生しやすくなる。また、複数の半波を用いてヒータに交流電圧を供給する位相制御のパターンには、奇数次の高調波ノイズが発生しやすいパターンと、偶数次の高調波ノイズが発生しやすいパターンとがある。そこで、両方のパターンの特徴を組み合わせたパターンを用いてソフトスタート制御を実施することで、高調波が規制値を超えることを抑止する手法が提案されている。
しかしながら、奇数次の高調波ノイズが発生しやすいパターンと偶数次の高調波ノイズが発生しやすいパターンとを組み合わせた場合、ソフトスタート制御に含まれる半波の数が増加し、ソフトスタート制御の期間は長くなる。これにより、ヒータへの電力供給の効率が低下し、定着ローラを所望の温度まで上昇させるための時間が長くなるという問題がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ヒータへの電力供給の効率を低下させることなく高調波ノイズを低減することを目的とする。
上記技術的課題を解決するため、本発明の一形態のヒータ制御装置は、交流電圧の所定数の周期を含む制御周期内の複数の半波期間毎にヒータに供給する電力量を制御するヒータ制御装置であって、前記ヒータにより加熱される加熱対象物の温度に基づいて、前記加熱対象物を目標温度にするために前記ヒータに供給する供給電力量の、前記制御周期に供給可能な電力量に対する比率である電力比を決定する比率決定部と、前記制御周期内の複数の半波期間のそれぞれにおける前記ヒータへの電圧供給時間を示す時間情報が前記電力比毎に記憶されたパターンテーブルと、前記比率決定部が決定した前記電力比に対応して前記パターンテーブルに記憶されている前記時間情報にしたがって、前記ヒータに電圧を供給する電圧供給部と、を有し、前記パターンテーブルは、前記複数の半波期間の全ての前記時間情報が前記ヒータに電圧を供給することを示す所定数の第1パターンと、前記複数の半波期間の少なくともいずれかの前記時間情報が前記ヒータに電圧を供給しないことを示す所定数の第2パターンとを含む複数のパターングループを繰り返し含む。
ヒータへの電力供給の効率を低下させることなく高調波ノイズを低減することができる。
本発明に係るヒータ制御装置を備えた画像形成装置の概略構成を示すブロック図である。 図1の定着装置のうち、定着ローラの加熱を制御する機構部分を示すブロック図である。 図2のヒータに供給する交流電圧の制御周期の例を示す説明図である。 制御周期においてヒータに供給する交流電圧の基準の点灯パターンの例を示す説明図である。 図4の基準の点灯パターンにおいて、点灯デューティ比に対する位相デューティ比の変化の例を示す説明図である。 図2のパターンテーブルに記憶される点灯パターンの例を示す説明図である。 温度センサが検知する定着ローラの表面温度と点灯デューティ比との関係を示す説明図である。 図2のヒータ制御部の動作の例を示すフロー図である。 図2の定着装置のハードウェア構成の例を示すブロック図である。
以下、図面を参照して実施の形態の説明を行う。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
図1は、本発明に係るヒータ制御装置を備えた画像形成装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示す画像形成装置100は、例えば、MFP(Multi-Function Peripheral)、プリンタ、コピー機、またはFAXであるが、これに限られない。
画像形成装置100は、スキャナ部10と、エンジン部20と、転写紙が格納される給紙トレイ30と、定着装置50とを有する。エンジン部20は、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。定着装置50は、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。なお、本発明に係るヒータ制御装置は、ヒータ制御部として定着装置50に備えられる。
スキャナ部10は、原稿をスキャン露光することによって、原稿に含まれる画像や文書を画像信号に変換し、変換した画像信号をエンジン部20に出力する。エンジン部20は、スキャナ部10から出力される画像信号に対して、色変換、階調補正などの画像処理を施す。エンジン部20は、画像処理を施した画像に応じて静電潜像を図示しない像担持体に作像し、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。そして、エンジン部20は、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、トナー像が転写された転写紙を、搬送路40を介して定着装置50に向けて送り出す。
定着装置50は、円筒状の定着ローラ51aによる熱と加圧ローラ51bによる圧力とにより、搬送路40を介してエンジン部20から送り出された転写紙に転写されているトナー像を転写紙に定着させて、図示しない排紙トレイに向けて排紙する。ここで、定着ローラ51aは、加圧ローラ51bと圧接状態で回転することで、転写紙に転写されたトナー像を転写紙に定着させる。定着ローラ51aは、加熱対象物の一例である。
図2は、図1の定着装置50のうち、定着ローラ51aの加熱を制御する機構部分を示すブロック図である。例えば、定着装置50は、定着ローラ51aの内部に配置されるヒータ52と、トライアック53と、温度センサ54と、ヒータ制御部55と、ゼロクロス検知部56とを有する。ヒータ制御部55およびトライアック53は、ヒータ制御装置の一例である。
ヒータ52は、交流電源200から供給される電力に基づいて定着ローラ51aを加熱する。そして、転写紙に転写されたトナー像は、定着ローラ51aの熱により溶けて転写紙の繊維の中に埋め込まれ、定着される。例えば、ヒータ52には、点灯時に発生する放射熱によって加熱されるハロゲンランプ等が用いられる。
交流電源200は、ヒータ52に供給する交流電圧を出力する。本実施形態では、交流電源200は、例えば、商用電源であり、時間とともに正弦波状に変化する交流電圧を負荷であるヒータ52に供給するものとする。
トライアック53は、交流電源200から供給される交流電圧を、ヒータ制御部55から指示されたタイミングで断続(オン/オフ)し、断続した交流電圧をヒータ52に供給する。ヒータ52は、トライアック53がオンしているときに通電状態になり発熱し、トライアック53がオフしているときに非通電状態になり、発熱を停止する。
温度センサ54は、温度検知部の一例であり、定着ローラ51aの表面温度を測定する。温度センサ54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、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。定着ローラ51aの表面温度は、ヒータ52の温度と相関関係がある。このため、例えば、温度センサ54が検知する温度に所定の係数を乗じることで、ヒータ52の温度を求めることができる。なお、温度センサ54は、定着ローラ51aに内蔵されてもよい。
ゼロクロス検知部56は、交流電源200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に横切るタイミングと、マイナス側からプラス側に横切るタイミングとであるゼロクロスタイミングを検知する。そして、ゼロクロス検知部56は、ゼロクロスタイミングを検知した場合、ゼロクロス検知信号をヒータ制御部55に出力する。
ヒータ制御部55は、比率決定部551と電圧供給部552とパターンテーブル553とを有する。比率決定部551および電圧供給部552は、エンジン部20から送り出された転写紙上のトナー像を転写紙に定着させる場合、定着ローラ51aの表面温度を所定の目標温度に設定する制御を行う。比率決定部551および電圧供給部552は、定着装置50に設けられる図示しないCPU(Central Processing Unit)がヒータ制御方法を実現するために実行するヒータ制御プログラムにより実現されてもよく、ハードウェアにより実現されてもよい。
比率決定部551は、温度センサ54が検知した定着ローラ51aの表面温度に基づいて、交流電圧の制御周期毎に、ヒータ52への交流電圧の供給期間(すなわち、ハロゲンランプの点灯期間)を決定する。例えば、交流電圧の制御周期は2周期(2T)である。
以下では、制御周期毎にヒータ52に供給する供給電力量PSと、制御周期に供給可能な最大電力量Pmaxに対する比率PS/Pmaxである電力比を、点灯デューティ比Do(0≦Do≦100%)と称する。例えば、点灯デューティ比Do=50%とは、制御周期の正弦波と0Vとで囲まれる面積のうち、50%の面積に相当する期間に交流電圧(電力)がヒータ52に供給されることを表す。
比率決定部551は、定着ローラ51aの表面温度に基づいて、定着ローラ51aの表面温度を所定の目標温度に設定するためにヒータ52に供給する供給電力量に対応する点灯デューティ比Doを決定する。そして、比率決定部551は、決定した点灯デューティ比Doを電圧供給部552に通知する。なお、比率決定部551は、定着ローラ51aの表面温度と点灯デューティ比Doとの関係を記憶するテーブルを参照することで、定着ローラ51aの表面温度から点灯デューティ比Doを決定してもよい。
定着ローラ51aの表面温度に基づいて決定する点灯デューティ比Doは、例えば、印刷動作の開始から終了までの間にヒータ52を点灯させるために使用される。例えば、定着ローラ51aの表面温度が低いときは、相対的に大きい点灯デューティ比Doが選択されることで、供給電力量が増加され、定着ローラ51aの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、相対的に小さい点灯デューティ比Doが選択されることで、供給電力量は少なくなる。
電圧供給部552は、決定した点灯デューティ比Doに対応するヒータ52の点灯パターンをパターンテーブル553から読み出し、読み出した点灯パターンにしたがってトライアック53をオンまたはオフするタイミング信号をトライアック53に出力する。この際、電圧供給部552は、ゼロクロス検知部56が検知した交流電圧のゼロクロスタイミングを基準にして、トライアック53にタイミング信号を出力する。これにより、ヒータ52には、パターンテーブル553から読み出した点灯パターンに対応する導通角の交流電流が供給される。
パターンテーブル553には、点灯デューティ比Do毎に、制御周期内の4つの半波期間のそれぞれにおけるヒータ52への電圧供給時間を示す時間情報(点灯パターン)が記憶されている。例えば、パターンテーブル553は、定着装置50に設けられるCPUにより読み出し可能なROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等に記憶される。
ROMやRAMは、定着装置50内に設けられてもよく、定着装置50の外部に設けられてもよい。なお、ROMやRAMが定着装置50内に設けられる場合、ROMやRAMには、CPUが実行するヒータ制御プログラムが格納されてもよい。パターンテーブル553の例は、図4に示す。
図3は、図2のヒータ52に供給する交流電圧の制御周期の例を示す説明図である。図2で説明したように、ヒータ制御部55は、交流電源200から供給される交流電圧の2周期(4半波)を制御周期として、ヒータ52(ハロゲンランプ)に所定の導通角の交流電圧を供給する制御を実施する。
図3では、交流電源200がヒータ52に供給する電圧値eを、波高値e0を有する周期Tの正弦波で表わす。以下では、制御周期(2T)において、時間順に連続した交流電圧の4つの半波期間を、半波期間a、b、c、dと称する。すなわち、時刻をtとするとき、半波期間aは、0≦t<T/2の時間範囲を表し、半波期間bは、T/2≦t<Tの時間範囲を表す。半波期間cは、T≦t<3T/2の時間範囲を表し、半波期間dは、3T/2≦t<2Tの時間範囲を表す。交流電源200として50Hzの商用電源を用いる場合には、制御周期(2T)は、40msecとなる。
例えば、図2に示した比率決定部551および電圧供給部552による制御により、半波期間aにおいて、時刻t=2T/5〜T/2までの期間T/10に、網掛けの領域Rで示す電力がヒータ52に供給されるとする。この場合、半波期間aである期間T/2のうちの20%の期間T/10、交流電流がヒータ52に供給される。半波期間a、b、c、dにおいて、期間T/2に対して交流電圧がヒータ52に供給される期間の比率(時間比)を位相デューティ比Dp(0≦Dp≦100%)と称する。位相デューティ比Dpは、ヒータ52に供給する交流電圧の供給時間を示す導通角に対応する。このため、ヒータ52に供給する交流電圧の供給タイミングは、時刻ではなく、交流電圧の位相角で指定してもよい。
位相デューティ比Dpは、半波期間a、b、c、d毎に設定され、図2のパターンテーブル553に時間情報として設定される。以下では、半波期間aに設定される位相デューティ比Dpを位相デューティ比Dpaと称し、半波期間bに設定される位相デューティ比Dpを位相デューティ比Dpbと称する。半波期間cに設定される位相デューティ比Dpを位相デューティ比Dpcと称し、半波期間dに設定される位相デューティ比Dpを位相デューティ比Dpdと称する。
図3に示す交流電圧をヒータ52に供給する場合、パターンテーブル553の所定の点灯デューティ比Doの領域には、位相デューティ比Dpa=20%、Dpb=0%、Dpc=0%、Dpd=0%が記憶されている。なお、制御周期は、交流電圧の2周期(2T)に限らず、3周期以上でもよく、1周期でもよい。
図4は、制御周期においてヒータ52に供給する交流電圧の基準の点灯パターンの例を示す説明図である。各点灯パターンPT1、PT2、PT3、PT4の交流電圧の波形において、網掛けで示す領域は、図3と同様に、電力がヒータ52に供給される期間を示す。すなわち、網掛けで示す領域に対応するタイミングで、図2の電圧供給部552からトライアックにタイミング信号が出力される。
なお、図2に示したパターンテーブル553には、図4に示す基準の点灯パターンではなく、点灯デューティ比Do毎に、複数の基準の点灯パターンのいずれかから抽出した点灯パターンが格納される。パターンテーブル553に設定される点灯パターンは、図6で説明する。なお、図4は、4つの基準の点灯パターンを示すが、基準の点灯パターンの数は、2以上であればよく、また、基準の点灯パターンは、図4に示す点灯パターンに限定されない。
点灯パターンPT1では、各半波期間a、b、c、dにおいて、点灯デューティ比Doの増加に伴って、位相デューティ比Dpa、Dpb、Dpc、Dpdが均等に増加する。なお、ヒータ52に供給する電力量を調整するために、各点灯デューティ比Doにおいて、位相デューティ比Dpa、Dpb、Dpc、Dpdは、全て同じ値に設定されなくてもよい。
点灯パターンPT2では、まず、半波期間a、cの位相デューティ比Dpa、Dpcを点灯デューティ比Doの増加に伴って順次増加する。そして、位相デューティ比Dpa、Dpcが100%になったら、位相デューティ比Dpa、Dpcを100%に維持した状態で、半波期間b、dの位相デューティ比Dpb、Dpdを点灯デューティ比Doの増加に伴って順次増加する。なお、ヒータ52に供給する電力量を調整するために、各点灯デューティ比Doにおいて、位相デューティ比Dpa、Dpcは、全て同じ値に設定されなくてもよく、位相デューティ比Dpb、Dpdは、全て同じ値に設定されなくてもよい。
点灯パターンPT3では、まず、半波期間a、bの位相デューティ比Dpa、Dpbが、点灯デューティ比Doの増加に伴って順次増加する。そして、位相デューティ比Dpa、Dpbが100%になった後、位相デューティ比Dpa、Dpbを100%に維持した状態で、半波期間c、dの位相デューティ比Dpc、Dpdが、点灯デューティ比Doの増加に伴って順次増加する。なお、ヒータ52に供給する電力量を調整するために、各点灯デューティ比Doにおいて、位相デューティ比Dpa、Dpbは、全て同じ値に設定されなくてもよく、位相デューティ比Dpc、Dpdは、全て同じ値に設定されなくてもよい。
点灯パターンPT4では、まず、半波期間aの位相デューティ比Dpaが、点灯デューティ比Doの増加に伴って順次増加する。そして、位相デューティ比Dpaが100%になった後、位相デューティ比Dpaを100%に維持した状態で、半波期間bの位相デューティ比Dpbが、点灯デューティ比Doの増加に伴って順次増加する。
次に、位相デューティ比Dpbが100%になった後、位相デューティ比Dpa、Dpbを100%に維持した状態で、半波期間cの位相デューティ比Dpcが、点灯デューティ比Doの増加に伴って順次増加する。さらに、位相デューティ比Dpcが100%になった後、位相デューティ比Dpa、Dpb、Dpcを100%に維持した状態で、半波期間dの位相デューティ比Dpdが、点灯デューティ比Doの増加に伴って順次増加する。
一般に、負荷に供給される時間当たりの電力量が大きいほど、突入電流が増加するため、交流電源200から電力を受けて点灯する蛍光灯のちらつき(フリッカ)が発生しやすくなる。また、負荷に供給される交流電圧が時間軸方向で分散され、かつ、電圧の供給時間が短く鋭いほど奇数次の高調波ノイズが発生しやすくなる。さらに、負荷に供給される交流電圧が正極側または負極側に偏るほど、偶数次の高調波ノイズが発生しやすくなり、負荷に供給される交流電圧の時間軸方向の分布が偏るほど、偶数次の高調波ノイズが発生しやすくなる。
以上より、点灯パターンPT1〜PT4について突入電流、偶数次の高調波ノイズおよび奇数次の高調波ノイズをまとめると次のようになる。
点灯パターンPT1での突入電流は、他の点灯パターンPT2〜PT4に比べて少ない。点灯パターンPT1での奇数次の高調波ノイズは、他の点灯パターンPT2〜PT4に比べて発生しやすく、奇数次の高調波電流の規制値を満足しないおそれがある。点灯パターンPT1での偶数次の高調波ノイズは、他の点灯パターンPT2〜PT4に比べて発生しにくい。
点灯パターンPT2での突入電流は、点灯パターンPT1に比べて多く、点灯パターンPT3と同程度であり、点灯パターンPT4に比べて少ない。点灯パターンPT2での奇数次の高調波ノイズは、他の点灯パターンPT1、PT3、PT4に比べて発生しにくい。点灯パターンPT2での偶数次の高調波ノイズは、他の点灯パターンPT1、PT3、PT4に比べて発生しやすい。
点灯パターンPT2は、2つの半波単位で電力を均一化しており、ちらつき(フリッカの規制値)を抑えつつ、奇数次の高調波ノイズを抑制できる。但し、上側(正極側)の半波の供給電力と下側(負極側)半波の供給電力との対称性が悪いため、偶数次の高調波ノイズは悪くなる傾向がある。特に、ヒータ52の容量が大きく、ヒータ52への供給電流が多い場合、偶数次の高調波電流の規制値を満足しないおそれがある。
点灯パターンPT3での突入電流は、点灯パターンPT1に比べて多く、点灯パターンPT2と同程度であり、点灯パターンPT4に比べて少ない。点灯パターンPT3での奇数次の高調波ノイズは、点灯パターンPT2に比べて発生しやすく、点灯パターンPT4と同程度であり、点灯パターンPT1に比べて発生しにくい。点灯パターンPT3での偶数次の高調波ノイズは、点灯パターンPT1に比べて発生しやすく、点灯パターンPT4と同程度であり、点灯パターンPT2に比べて発生しにくい。
点灯パターンPT3は、ちらつき(フリッカ規制値)は若干悪化するものの、ちらつきフリッカの規制値と高調波電流の規制値とを両立させやすい。但し、点灯パターンPT3は、点灯デューティ比Doが小さい場合、偶数次の高調波ノイズが悪化しやすくなる。特に、ヒータ52の容量が大きく、ヒータ52への供給電流が多い場合、偶数次の高調波電流の規制値を満足しないおそれがある。
点灯パターンPT4での突入電流は、他の点灯パターンPT1〜PT3に比べて多い。点灯パターンPT4での奇数次の高調波ノイズは、点灯パターンPT2に比べて発生しやすく、点灯パターンPT3と同程度であり、点灯パターンPT1に比べて発生しにくい。点灯パターンPT4での偶数次の高調波ノイズは、点灯パターンPT1に比べて発生しやすく、点灯パターンPT3と同程度であり、点灯パターンPT2に比べて発生しにくい。
以上より、突入電流は、点灯パターンPT4が最も多く、点灯パターンPT2、PT3が同程度であり、点灯パターンPT1が最も少ない。また、点灯パターンPT1では、奇数次の高調波ノイズが発生しやすく、偶数次の高調波ノイズが発生しにくいと言える。点灯パターンPT2では、奇数次の高調波ノイズが発生しにくく、偶数次の高調波ノイズが発生しやすいと言える。点灯パターンPT3、PT4では、奇数次と偶数次の高調波ノイズの発生が同程度であるが、点灯デューティ比Doが低い場合(概ね50%以下)、偶数次の高調波ノイズが発生しやすくなる。
図5は、図4の基準の点灯パターンPT1〜PT4において、点灯デューティ比Doに対する位相デューティ比Dpの変化の例を示す説明図である。
図4で説明したように、点灯パターンPT1では、点灯デューティ比Doの増加に伴い、位相デューティ比Dpa、Dpb、Dpc、Dpdが均等に増加する。点灯パターンPT2では、点灯デューティ比Doの増加に伴い、位相デューティ比Dpa、Dpcが100%まで増加した後、位相デューティ比Dpb、Dpdが増加する。
点灯パターンPT3では、点灯デューティ比Doの増加に伴い、位相デューティ比Dpa、Dpbが100%まで増加した後、位相デューティ比Dpc、Dpdが増加する。点灯パターンPT4では、点灯デューティ比Doの増加に伴い、位相デューティ比Dpa、Dpb、Dpc、Dpdが順次100%まで増加する。
なお、点灯パターンPT1、PT2、PT3、PT4は、画像形成装置100または定着装置50の開発時において、突入電流および高調波ノイズの測定結果、シミュレーション結果、または測定結果とシミュレーション結果の両方に基づいて作成される。点灯パターンPT1、PT2、PT3、PT4は、図2に示したパターンテーブル553に格納されるものではない。
図6は、図2のパターンテーブル553に記憶される点灯パターンPTaの例を示す説明図である。この例では、パターンテーブル553に記憶される点灯パターンPTaは、図4および図5に示した点灯パターンPT1、PT2を組み合わせることで作成される。なお、図6では、点灯デューティ比Doの1%毎に、位相デューティ比Dpa、Dpb、Dpc、Dpdが設定されるが、点灯デューティ比Doの刻みは、1%以外でもよい。
パターンテーブル553を作成する場合、例えば、連続する3つの点灯デューティ比Do(例えば、34、35、36)において、点灯パターンPT2から位相デューティ比Dpa〜Dpdが選択される。また、連続する3つの点灯デューティ比Doの次の点灯デューティ比Do(例えば、37)において、点灯パターンPT1から位相デューティ比Dpa〜Dpdが選択される。そして、4つの連続する点灯デューティ比Doの位相デューティ比Dpa〜Dpdを繰り返し選択することによりパターンテーブル553に記憶させる点灯パターンPTaが作成される。
点灯パターンPTaに使用する点灯パターンPT1では、各点灯デューティ比Doにおいて、位相デューティ比Dpa、Dpb、Dpc、Dpdの全てがヒータ52に電圧を供給する所定比率に設定される。点灯パターンPT1において、点灯パターンPTaに使用する各点灯デューティ比Doの位相デューティ比Dpa〜Dpdは、全ての位相デューティ比Dpa〜Dpdがヒータ52に電圧を供給することを示す第1パターンの一例である。
一方、点灯パターンPTaに使用する点灯パターンPT2では、点灯デューティ比Doが所定値(例えば、図5では58%)を超えるまで、位相デューティ比Dpb、Dpdがヒータ52に電圧を供給しない0%に設定される。また、位相デューティ比Dpa、Dpcがヒータ52に電圧を供給する所定値に設定される。点灯パターンPT2において、点灯パターンPTaに使用する各点灯デューティ比Doの位相デューティ比Dpa〜Dpdは、位相デューティ比Dpa〜Dpdの少なくともいずれかがヒータ52に電圧を供給しないことを示す第2パターンの一例である。
選択した4つの点灯デューティ比Doの位相デューティ比Dpa〜Dpdによる4つのパターンは、パターングループの一例である。パターンテーブル553は、複数のパターングループを繰り返し記憶することで作成される。
なお、図5に示したように、点灯デューティ比Doが58%までは位相デューティ比Dpb、Dpdが0%に設定され、点灯デューティ比Doが58%を超えると、全ての位相デューティ比Dpa〜Dpdが所定の値に設定される。
したがって、点灯デューティ比Doが58%より大きい場合、点灯パターンPT1、PT2を組み合わせることによる奇数次および偶数次の高調波ノイズの低減効果が下がる。しかしながら、点灯デューティ比Doが大きい領域では、高調波ノイズが元々少ないため、高調波電流の規制値は満たされる。換言すれば、高調波電流の規制値を満たしにくい点灯デューティ比Doが小さい領域において、点灯パターンPT1、PT2を組み合わせることで、奇数次および偶数次の高調波ノイズの低減効果を発揮することができる。
なお、図6では、点灯パターンPT1と点灯パターンPT2とから、位相デューティ比Dpa〜Dpdを1:3の割合で選択した複数のパターングループによりパターンテーブル553が作成される。しかし、各パターングループに含まれる点灯パターンPT1と点灯パターンPT2との割合は、1:3に限定されず、1:nまたはn:1(nは2以上の整数)でもよく、2:5や3:7のような比に設定されてもよい。
また、各パターングループに含まれる点灯パターンPT1と点灯パターンPT2との割合は、点灯デューティ比Doが大きいか小さいかにより変化させてもよい。例えば、点灯デューティ比Doが所定値を超える場合、点灯パターンPT1のみ、または点灯パターンPT2のみから位相デューティ比Dpa〜Dpdを選択して、パターンテーブル553を作成してもよい。換言すれば、点灯デューティ比Doが所定値以下のときのみ、点灯パターンPT1と点灯パターンPT2とを織り交ぜてパターンテーブル553を作成してもよい。
なお、図5に示した点灯パターンPT1〜PT4と、パターンテーブル553に記憶される点灯パターンPTaとは、例えば、画像形成装置100または定着装置50の開発時に作成される。例えば、点灯パターンPT1〜PT4、PTaは、奇数次の高調波ノイズおよび偶数次の高調波ノイズの測定結果、シミュレーション結果、または測定結果とシミュレーション結果の両方に基づいて作成される。換言すれば、点灯パターンPTaにおいて、点灯パターンPT1、PT2から取り込むパターンの比率等は、奇数次と偶数次の高調波電流の規制値を満足するように決められる。
図4で説明したように、点灯パターンPT1では、奇数次の高調波ノイズが比較的発生しやすく、偶数次の高調波ノイズが比較的発生しにくい。点灯パターンPT2は、奇数次の高調波ノイズが比較的発生しにくく、偶数次の高調波ノイズが比較的発生しやすい。このため、点灯デューティ比Doが低い領域では、点灯パターンPT1のみが選択され続けた場合、奇数次の高調波電流の規制値を満たさないおそれがあり、点灯パターンPT2のみが選択され続けた場合、偶数次の高調波電流の規制値を満たさないおそれがある。
点灯パターンPTaは、相反する高調波ノイズ特性を有する点灯パターンPT1、PT2のそれぞれから、連続する所定数の点灯デューティ比Doに対応する位相デューティ比Dpa〜Dpdを取り出してパターングループとして並べることで形成される。これにより、点灯デューティ比Doの変化に応じて、点灯パターンPT1の位相デューティ比Dpと点灯パターンPT2の位相デューティ比Dpとが選択され、選択された位相デューティ比Dpに対応する時間だけヒータ52に交流電圧が供給される。
したがって、点灯パターンPTaでは、点灯パターンPT1、PT2の一方のみが選択され続けることを抑止することができ、偶数次と奇数次の高調波ノイズを平滑化することができる。この結果、偶数次と奇数次の高調波電流の規制値を満足させることができる。
なお、点灯パターンPT2の代わりに、点灯パターンPT1と同様の高調波ノイズ特性を有する点灯パターンPT3または点灯パターンPT4が使用されてもよい。すなわち、点灯パターンPT1、PT3を組合せ、あるいは点灯パターンPT1、PT4を組み合わせて点灯パターンPTaが作成されてもよい。点灯パターンPT3、PT4は、点灯パターンPT2と同様に、偶数次の高調波ノイズが比較的発生しやすく、奇数次の高調波ノイズが比較的発生しにくい。このため、点灯パターンPT1に点灯パターンPT3またはPT4を組み合わせることでも、偶数次の高調波ノイズと奇数次の高調波ノイズとをバランスよく低減することができ、偶数次の高調波と奇数次の高調波との両方の規制値を満足することが可能になる。
なお、点灯パターンPTaにおいて、点灯デューティ比Do=33%の位相デューティ比Dpの和(=132)は、点灯デューティ比Do=34%の位相デューティ比Dpの和(=89)よりも大きい。これは、ヒータ52の温度(抵抗値)が高いほど、突入電流が減少し、温度上昇に必要な電圧を増加させる必要があるためである。
例えば、全ての半波期間a〜dでヒータ52(ハロゲンランプ)に交流電圧が供給される場合、制御周期内でヒータ52の温度が下がりにくく、ヒータ52の抵抗が相対的に高い状態に維持される。これに対して、半波期間a、bのみでヒータ52に交流電圧が供給される場合、半波期間c、dでヒータ52の温度が下がり、ヒータ52の抵抗値は低くなる。
したがって、位相デューティ比Dpの和の大小関係が逆転している場合にも、点灯デューティ比Do=33%でヒータ52に供給される電流量は、点灯デューティ比Do=34%でヒータ52に供給される電流量よりも小さくなる。また、点灯デューティ比Do=32%、33%、34%でヒータ52に供給される電流量は、順次大きくなる。すなわち、位相デューティ比Dpの変化傾向が異なるパターンを互いに隣接させて点灯デューティ比Doの順に並べる場合にも、点灯デューティ比Doの増加に応じてヒータ52に供給する電流量を順次増加することができる。
他の点灯デューティ比Doにおいても、点灯デューティ比Doが大きくなるにしたがってヒータ52に供給される電流(電力)が順次大きくなるように、位相デューティ比Dpの和が設定される。換言すれば、点灯パターンPTaにおいて、位相デューティ比Dpの変化傾向が異なるパターンが点灯デューティ比Doの順に並べられる場合にも、点灯デューティ比Doの増加に応じて増加する電流をヒータ52に供給することができる。これにより、ヒータ52が発生する熱量を、点灯デューティ比Doが大きくなるにしたがって増加させることできる。
この結果、最小限の制御周期で迅速に定着ローラ51aの表面温度を所望の温度に設定することができる。すなわち、温度センサ54から取得した温度に基づいて、定着ローラ51aの表面温度を所望の温度に設定するために、ヒータ52に電力を供給する電力応答性を従来に比べて向上することができる。
図7は、温度センサ54が検知する定着ローラ51aの表面温度と点灯デューティ比Doとの関係を示す説明図である。
図2に示した比率決定部551は、温度センサ54が検知した温度が目標温度より低い場合、点灯デューティ比Doを大きくし、温度センサ54が検知した温度が目標温度より高い場合、点灯デューティ比Doを小さくする。これにより、定着ローラ51aの表面温度は、目標温度を中心にして目標温度の高い側と低い側への変動を繰り返す。定着ローラ51aの表面温度の変動により、点灯デューティ比Doも常に変動するため、図6に示したパターンテーブル553において、同じ値の点灯デューティ比Doに対応する位相デューティ比Dpが選択され続けることはない。
したがって、パターンテーブル553において、点灯パターンPT1、PT2のそれぞれに対応する位相デューティ比Dpの両方を選択することができ、偶数次の高調波ノイズと奇数次の高調波ノイズとをバランスよく低減することができる。これにより、偶数次の高調波と奇数次の高調波との両方の規制値を満足することが可能になる。
なお、点灯パターンPTaに含まれる点灯パターンPT1と点灯パターンPT2との割合は、点灯デューティ比Doの変化幅に対応して設定されることが好ましい。
図8は、図2のヒータ制御部55の動作の例を示すフロー図である。図8に示す動作は、例えば、定着装置50に設けられるCPUが、比率決定部551および電圧供給部552を実現するためのヒータ制御プログラムを実行することで実施される。すなわち、図8は、ヒータの制御方法およびヒータの制御プログラムの例を示している。図8に示すフローは、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定着動作を実施するために、定着ローラ51aを加熱する場合に開始される。
まず、CPUは、ステップS10において、温度センサ54から定着ローラ51aの表面温度を取得する。次に、CPUは、ステップS12において、温度センサ54から取得した温度に基づいて、点灯デューティ比Doを決定する。
次に、CPUは、ステップS14において、決定した点灯デューティ比Doに対応する位相デューティ比Dpa〜Dpdをパターンテーブル553から取得する。次に、CPUは、ステップS16において、パターンテーブル553から取得した位相デューティ比Dpa〜Dpdに対応するタイミング信号をトライアック53に出力する。これにより、温度センサ54が検知した温度を目標温度に近づけるための交流電圧がヒータ52に供給される。
次に、CPUは、ステップS18において、定着動作が完了した否かを判定し、定着動作が完了していない場合、処理をステップS10に戻し、定着動作が完了した場合、図8に示す処理を終了する。
図9は、図2の定着装置50のハードウェア構成の例を示すブロック図である。定着装置50は、CPU501、RAM502、ROM503、補助記憶装置504および入出力インタフェース部505を有し、これらがバス506で相互に接続されることで、コンピュータとして動作する。
CPU501は、RAM502、ROM503または補助記憶装置504に格納されたヒータの制御プログラムを実行することで、例えば、定着装置50の動作を制御するとともに、図8に示した動作を実現する。
例えば、RAM502は、CPU501のワークエリアとして用いられる。ROM503は、各種プログラムや各種プログラムで使用するパラメータ等を記憶するとともに、図6に示したパターンテーブル553を記憶する。
補助記憶装置504は、SSD(Solid State Drive)、HDD(Hard Disk Drive)などの記憶装置であり、たとえば、定着装置50の動作を制御するOS(Operating System)等の制御プログラムや、定着装置50の動作に必要な各種のデータ、ファイル等を格納する。なお、図6に示したパターンテーブル553は、補助記憶装置504に記憶されてもよい。入出力インタフェース部505は、画像形成装置100の他の機能部と通信するための通信インタフェース等を含む。
以上、この実施形態では、パターンテーブル553は、連続する所定数の点灯デューティ比Doに対応して、偶数次の高調波ノイズが比較的発生しやすい所定数のパターンと奇数次の高調波ノイズが比較的発生しやすい所定数のパターンとを含む。電圧供給部552は、ヒータ52の温度に依存して変化する点灯デューティ比Doに対応する位相デューティ比Dpa〜Dpdをパターンテーブル553から読み出し、読み出した位相デューティ比Dpa〜Dpdにしたがってヒータ52に交流電圧を供給する。これにより、ヒータ52に交流電圧を供給する場合に、例えば、偶数次の高調波ノイズが比較的発生しやすいパターンのみが選択され続けることを抑止することができる。この結果、偶数次と奇数次の高調波ノイズを平滑化することができ、偶数次と奇数次の高調波電流の規制値を満足させることができる。
パターンテーブル553において点灯デューティ比Do毎に設定する位相デューティ比Dpa〜Dpdの和は、ヒータ52の抵抗値の温度依存性を考慮して設定される。これにより、位相デューティ比Dpの変化傾向が異なるパターンを互いに隣接させて点灯デューティ比Doの順に並べる場合にも、点灯デューティ比Doの増加に応じてヒータ52に供給する電流量を順次増加することができる。
パターンテーブル553において、ヒータ52の温度に対応付けられる点灯デューティ比Do毎に位相デューティ比Dpa〜Dpdを設定することで、温度センサ54が検知した温度に応じて、ヒータ52に供給する電力量を調整することができる。例えば、定着ローラ51aの表面温度が低い場合、相対的に大きい点灯デューティ比Doに対応する位相デューティ比Dpa〜Dpdを選択することで、ヒータ52の温度上昇率を高めることができる。
この結果、最小限の制御周期で迅速に定着ローラ51aの表面温度を所望の温度に設定することができる。すなわち、温度センサ54から取得した温度に基づいて、定着ローラ51aの表面温度を所望の温度に設定するために、ヒータ52に電力を供給する電力応答性を従来に比べて向上することができる。
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
10 スキャナ部
20 エンジン部
30 給紙トレイ
40 搬送路
50 定着装置
51a 定着ローラ
51b 加圧ローラ
52 ヒータ
53 トライアック
54 温度センサ
55 ヒータ制御部
56 ゼロクロス検知部
100 画像形成装置
200 交流電源
501 CPU
502 RAM
503 ROM
504 補助記憶装置
505 入出力インタフェース部
506 バス
551 比率決定部
552 電圧供給部
553 パターンテーブル
a、b、c、d 半波期間
Do 点灯デューティ比
Dpa、Dpb、Dpc、Dpd 位相デューティ比
PT1、PT2、PT3、PT4、PTa 点灯パターン
特開平11−27932号公報

Claims (6)

  1. 交流電圧の所定数の周期を含む制御周期内の複数の半波期間毎にヒータに供給する電力量を制御するヒータ制御装置であって、
    前記ヒータにより加熱される加熱対象物の温度に基づいて、前記加熱対象物を目標温度にするために前記ヒータに供給する供給電力量の、前記制御周期に供給可能な電力量に対する比率である電力比を決定する比率決定部と、
    前記制御周期内の複数の半波期間のそれぞれにおける前記ヒータへの電圧供給時間を示す時間情報が前記電力比毎に記憶されたパターンテーブルと、
    前記比率決定部が決定した前記電力比に対応して前記パターンテーブルに記憶されている前記時間情報にしたがって、前記ヒータに電圧を供給する電圧供給部と、を有し、
    前記パターンテーブルは、前記複数の半波期間の全ての前記時間情報が前記ヒータに電圧を供給することを示す所定数の第1パターンと、前記複数の半波期間の少なくともいずれかの前記時間情報が前記ヒータに電圧を供給しないことを示す所定数の第2パターンとを含む複数のパターングループを繰り返し含む、ヒータ制御装置。
  2. 前記複数のパターングループの各々において、前記第1パターンと前記第2パターンの比は、1:nまたはn:1(nは、2以上の整数)である、請求項1に記載のヒータ制御装置。
  3. 前記パターンテーブルに記憶される前記時間情報は、前記半波期間に対する前記ヒータへの電圧供給時間の比率である時間比を示し、
    前記パターンテーブルにおいて、前記第1パターンにおける前記制御周期内の前記複数の半波期間の前記時間比の和は、該第1パターンに対して前記電力比が1つ大きい前記第2パターンにおける前記制御周期内の前記複数の半波期間の前記時間比の和より大きく、
    前記ヒータに供給される電力は、前記電力比が大きくなるにしたがい大きくなる、請求項1または請求項2に記載のヒータ制御装置。
  4. 定着ローラと、前記定着ローラを加熱するヒータと、前記定着ローラの温度を検知する温度検知部と、交流電圧の所定数の周期を含む制御周期内の複数の半波期間毎に前記ヒータに供給する電力量を制御するヒータ制御装置と、を有する画像形成装置であって、
    前記ヒータ制御装置は、
    前記温度検知部が検知した温度に基づいて、前記定着ローラを目標温度にするために前記ヒータに供給する供給電力量の、前記制御周期に供給可能な電力量に対する比率である電力比を決定する比率決定部と、
    前記制御周期内の複数の半波期間のそれぞれにおける前記ヒータへの電圧供給時間を示す時間情報が前記電力比毎に記憶されたパターンテーブルと、
    前記比率決定部が決定した前記電力比に対応して前記パターンテーブルに記憶されている前記時間情報にしたがって、前記ヒータに電圧を供給する電圧供給部と、を有し、
    前記パターンテーブルは、前記複数の半波期間の全ての前記時間情報が前記ヒータに電圧を供給することを示す所定数の第1パターンと、前記複数の半波期間の少なくともいずれかの前記時間情報が前記ヒータに電圧を供給しないことを示す所定数の第2パターンとを含む複数のパターングループを繰り返し含む、画像形成装置。
  5. 交流電圧の所定数の周期を含む制御周期内の複数の半波期間毎にヒータに供給する電力量を制御するヒータ制御方法であって、
    前記ヒータにより加熱される加熱対象物の温度に基づいて、前記加熱対象物を目標温度にするために前記ヒータに供給する供給電力量の、前記制御周期に供給可能な電力量に対する比率である電力比を決定し、
    前記制御周期内の複数の半波期間のそれぞれにおける前記ヒータへの電圧供給時間を示す時間情報が前記電力比毎に記憶されたパターンテーブルにおいて、決定した前記電力比に対応する前記時間情報にしたがって、前記ヒータに電圧を供給し、
    前記パターンテーブルは、前記複数の半波期間の全ての前記時間情報が前記ヒータに電圧を供給することを示す所定数の第1パターンと、前記複数の半波期間の少なくともいずれかの前記時間情報が前記ヒータに電圧を供給しないことを示す所定数の第2パターンとを含む複数のパターングループを繰り返し含む、ヒータ制御方法。
  6. 交流電圧の所定数の周期を含む制御周期内の複数の半波期間毎にヒータに供給する電力量を制御するヒータ制御プログラムであって、
    コンピュータに
    前記ヒータにより加熱される加熱対象物の温度に基づいて、前記加熱対象物を目標温度にするために前記ヒータに供給する供給電力量の、前記制御周期に供給可能な電力量に対する比率である電力比を決定させ、
    前記制御周期内の複数の半波期間のそれぞれにおける前記ヒータへの電圧供給時間を示す時間情報が前記電力比毎に記憶されたパターンテーブルにおいて、決定した前記電力比に対応する前記時間情報にしたがって、前記ヒータに電圧を供給させ、
    前記パターンテーブルは、前記複数の半波期間の全ての前記時間情報が前記ヒータに電圧を供給することを示す所定数の第1パターンと、前記複数の半波期間の少なくともいずれかの前記時間情報が前記ヒータに電圧を供給しないことを示す所定数の第2パターンとを含む複数のパターングループを繰り返し含む、ヒータ制御プログラム。
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