JP4195770B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体に形成した画像をヒータを内蔵した加熱手段により定着する定着装置を備え、および/または感光体に加熱装置を備え像流れ現象の防止を行うタイプの画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、加熱手段にハロゲンランプヒータを内蔵し、交流の半サイクルを単位として加熱電力を通電制御する方法が特開平9−80961号公報に提案されている。そして、この技術は前記加熱手段に全波交流を通電するとハロゲンランプヒータに流れる電流により周囲に生じる電圧降下によってフリッカが生じることを防止するために、ハロゲンランプヒータのオフからオンに切り替わる場合に、交流不連続パターンを用いて、前記ハロゲンランプヒータを交流電源の電圧がゼロクロスするタイミングで点灯制御して前記ハロゲンランプヒータへの突入電流を押さえるとともに、前記交流の不連続パターンによりフリッカが生じるフリッカ周波数を、人間が感じやすい8.8Hzとなる前記交流の不連続パターンを避けた組み合わせを用いるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術には、交流1サイクルのうち半サイクルのみの通電(1/2のデューテイ)をする場合、また、交流3サイクルのうちの5個の半サイクルのみの通電(5/6のデューテイ)をする場合等のように、所定のon・offパターンを繰り返すものであり、後者の(5/6のデューテイ)の場合は、全波通電に近くフリッカ値が大きくなり、前者の(1/2のデューテイ)の場合は、フリッカ値は小さくなるがヒータオフからヒータが完全にオンするまでの時間がかかるという問題がある。
【0004】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、フリッカを抑制しつつヒータオフからヒータが完全にオンするまでの時間を短縮した定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加熱手段に内蔵されるとともに、画像形成装置の駆動制御に用いられる交流電源の振幅周期の半サイクルを単位として前記交流電源の電圧が前記振幅周期によりゼロクロスするタイミングで点灯制御して前記加熱手段の加熱制御を行うヒータと、
ヒータ消灯からヒータ連続点灯に至る過程でオンオフデューテイ比のヒータオン比率が経時的に増加させ、一方ヒータ連続点灯からヒータ消灯に至る過程で前記ヒータオン比率が経時的に減少させる可変比率発生部と、前記ヒータオン比率が経時的に増加若しくは減少させる期間を設定する不連続期間決定部とを具え、前記不連続期間決定部に、予め決定された不連続期間とそれに対応するヒータオンオフ比率との組み合わせを多数、テーブルとして用意し、該テーブルに基づいて、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まる前記ヒータオン比率の所定パターンを、1回毎に変える単調可変型と、前記所定パターンを複数回繰り返した後に前記ヒータオン比率を変えた次のパターンに変更する段階的可変型とを組み合わせて、前記ヒータへの電力供給を制御する事を特徴とする。
【0006】
また、前記ヒータは記録媒体に形成した画像を定着する定着装置に設けることが望ましい。
【0007】
また、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まる前記ヒータオン比率の所定パターンを1回毎、もしくは前記所定パターンを複数回繰り返した後に次のパターンに変更して、ヒータ消灯からヒータ連続点灯に至る過程で前記ヒータオン比率が経時的に増加するように制御するように構成することも本発明の有効な手段である。
【0008】
かかる技術手段によると、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まるヒータオン比率の所定パターンを1回毎に変化させる、たとえば、ヒータオン比率を(1:4→1:3→1:2→1:1)とヒータオン比率を1回毎に増加するように徐々に変化させることができる。
【0009】
また、前記ヒータオン比率を(1:4→1:3→1:2→1:1)と、ヒータオン比率を複数回(たとえば、1:3を3回行った後に次のヒータオン比率で行う)毎に経時的に増加させて段階的に変化させることができる。
【0010】
本発明は、交流電源の振幅周期の半サイクルを単位として、前記ヒータへの電力供給が連続オフから連続オンへ移行する場合は、ヒータオン比率が経時的に増加するように、すなわち、ヒータオン比率を1回毎に増すように徐々に変化させたり、段階的に変化させたりして制御するので、ヒータ点灯による電源供給側への電圧変動を緩和するとともに、フリッカを抑制しつつヒータがオフから完全にオンするまでの時間が短縮される。
【0011】
また、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まる前記ヒータオン比率の所定パターンを、1回毎に変える単調可変型と、前記所定パターンを複数回繰り返した後に前記ヒータオン比率を変えた次のパターンに変更する段階的可変型とを組み合わせて、前記ヒータへの電力供給がオフからオンへ移行するように制御する事も本発明の有効な手段である。
【0012】
かかる技術手段によると、ヒータオフ状態から完全なオン状態に立ち上がる際には所定パターンを複数回繰り返して立ち上がり、また完全なオン状態近傍においては、所定パターンを複数回繰り返すことにより、フリッカを低減することができる。
【0013】
また、前記ヒータへの電力供給が連続オンから連続オフへ移行する間に、前記ヒータオン比率が経時的に減少するように制御することも本発明の有効な手段である。
そして、その際には、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まるヒータオン比率の所定パターンを1回毎、もしくは前記所定パターンを複数回繰り返した後にヒータオン比率を変えた次のパターンに変更して、ヒータ連続点灯からヒータ消灯に至る過程でヒータオン比率が経時的に減少するように制御構成することが望ましい。
【0014】
かかる技術手段によると、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まるヒータオン比率の所定パターンを1回毎に変化させる、たとえば、ヒータオン比率を(1:1→1:2→1:3→1:4)と、ヒータオン比率を1回毎に減少させて徐々に経時的に現像を低下させることができる。
また、前記ヒータオン比率を(1:1→1:2→1:3→1:4)と、ヒータオン比率を複数回(たとえば、1:3を3回行った後に次ぎのヒータオン比率で行う)毎に経時的に減少させて段階的に温度を低下させることができる。
【0015】
よって、完全なヒータオン状態から完全なオフ状態に立ち下がる際には所定パターンを経時的に徐々にまたは、段階的に減少させることにより、他の電圧被供給側への極端な電圧変動を防止することができる。
【0016】
また、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まる前記ヒータオン比率の所定パターンを1回毎に変える単調可変型と、前記所定パターンを複数回繰り返した後に前記ヒータオン比率を変えた次のパターンに変更する段階的可変型とを組み合わせて、前記ヒータへの電力供給が連続オンから連続オフへ移行するように制御するように構成することも本発明の有効な手段である。
【0017】
かかる技術手段によると、完全なヒータオン状態から完全なオフ状態に立ち下がる際には所定パターンを複数回繰り返し、またオフ状態近傍においては、所定パターンを複数回繰り返すことにより、他の電圧被供給側への極端な電圧変動を防止することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【0019】
図1は、本発明に用いられる定着装置を制御する概略ブロック構成図、図2は、定着装置を制御する要部ブロック構成図、図3は、ヒータへの電力供給方法を説明する説明図、図4は、半波波数制御によりヒータへ通電する方法を説明する説明図である。
【0020】
図1において、内部に両端子形のハロゲンランプヒータ3が配置された加熱ローラ26は、記録媒体への加熱部分が熱伝導体で円筒状に形成され、その一端側には絶縁体の合成樹脂で形成された回転軸部28、及び他端側には歯部27aと回転軸部27bを有するギア部27が配設され、前記回転軸部28及び27bは図示しない枠体の軸受けによって回転自在に保持されている。
【0021】
前記回転軸部28及び27bからは接点軸29及び30が突設され、接点軸29はリード線31を介してトライアック24に、また、接点軸30は電源に接続されている。図示を省略したが、これらのリード線のそれぞれの回転軸側は固定接点が設けられ、該固定接点が回転可能な接点軸29、30と接触するように構成されている。
【0022】
後述する半波波数制御パルス発生回路12、温度制御部13、インターフェイス回路及びCPU(中央演算装置)等を備えた電気制御回路20は、前記したヒータ制御手段24、ROM22、入出力手段21、温度センサ25、前記加熱ローラ26の歯部27aと噛合して前記加熱ローラ26を回転駆動する加熱ローラ駆動手段23と接続している。
【0023】
ヒータ制御手段24、温度制御部13、及び半波波数制御パルス発生回路12は、図2に示すように構成される。
ヒータ制御手段24は、電源プラグ1、ヒューズ2及びハロゲンランプヒータ3及びトライアック4、5との直列回路に、ハロゲンランプヒータ3及びトライアック4に並列にゼロクロス検出回路6が接続されて構成される。
【0024】
そして、電源プラグ1により交流電源が印加されている状態で、フォトトライアック5に外部から光信号が入来するとトライアック4が導通し、ハロゲンランプヒータ3が点灯し、交流電源の振幅波形が正から負に切り替わる際の、ゼロクロス時点に同期して外部に光信号を送出するように構成されている。
【0025】
また、温度センサ25からの検知温度に基づいて温度制御部13は、定着装置の設定温度上限値TUと、設定温度下限値TLとが設定され、前記上限値TU及び下限値TL内に加熱ローラ26の温度を制御している。そして、ヒータ制御手段24、温度センサ25、温度制御部13は温度制御手段を構成している。
【0026】
温度制御部13は、図3に示すように、半波波数制御パルス発生回路12にヒータオン信号(a)を、すなわち、負から正への立ち上がり信号を送出するとともに、温度センサ25からの検知温度に基づいて、設定温度上限値TU>検知温度Tとなったときに負となる前記ヒータオン信号(a)を送出する。
【0027】
このヒータオン信号(a)は、そのままヒータ制御信号として用いられるものではなく、(b)に示すように半波波数制御パルス発生回路12において、前記ヒータオン信号の立ち上がり時点から連続点灯に入る前にオンオフ信号により断続点灯を行う連続点灯前断続点灯制御(A段階)と、前記ヒータオン信号の立ち下がり時点から連続消灯に入る前にオンオフ信号により連続消灯前断続点灯制御(B段階)とを行うために、不連続期間決定部7に伝えられる。
【0028】
この不連続期間決定部7は、前記ヒータオン信号(a)に同期して制御出力部9に信号を送出して制御出力部9を駆動して光出力をフォトトライアック5に送出してトライアック4をオンしてハロゲンランプヒータ3を点灯する。
【0029】
一方、ゼロクロス検出回路6は、図4に示すように、交流電源の振幅周期の半サイクル毎に点滅する光出力を半波波数制御パルス発生回路12のクロック発生部11に送出して、このクロック発生部11により形成される交流電源の振幅周期の半サイクル毎のクロック信号を波数制御パルス発生部10に送出する。
【0030】
一方、前記不連続期間決定部7は、予め決定された不連続期間とそれに対応するヒータオンオフ比率との組み合わせが多数、テーブルとして用意されている。よって、所定の不連続期間、所定のパルス出力を繰り返すように前記不連続期間決定部7から可変比率発生部8に指令すると、可変比率発生部8によって、その不連続期間に対応する所定のパルス出力を出力するために波数制御パルス発生部10に信号を出力する。
【0031】
この出力を受けて波数制御パルス発生部10は交流電源の振幅周期の半サイクル毎の光出力をフォトトライアック5に送出するように制御出力部9を制御し、ハロゲンランプヒータ3を点滅する。
【0032】
所定のパルス出力を繰り返した後は、次のヒータオンオフ比率へ切替えられ、パルス出力を所定の回数繰り返す。よって、所定の不連続期間、所定のパルス出力を繰り返すと可変比率発生部8により次のヒータオンオフ比率へ切替えられ、パルス出力を所定の回数繰り返す。
【0033】
波数制御パルス発生部10と制御出力部9は、不連続期間決定部7と可変比率発生部8からの信号により最終的にフォトトライアック5を制御する事でヒータがオフからオンへ移行する時とオンからオフへ移行する時、ゼロクロスを制御の起点にした半波波数制御となる。
【0034】
ヒータ制御手段24、温度制御部13、及び半波波数制御パルス発生回路12は、上述のように構成されているので、ゼロクロス検出回路6は電源電圧を光に変換しクロック発生部11に伝え、半波波数制御パルス発生回路12はゼロクロス信号に同期して動作する。
温度制御部13からの検知温度に基づくヒータオン信号は不連続期間決定部7に伝えられ半波波数制御が開始される。
【0035】
あらかじめ設定されたヒータオンオフ比率から始まり、所定のパルス出力を繰り返すと可変比率発生部8により次のヒータオンオフ比率へ切替えられ、パルス出力を所定の回数繰り返す。
波数制御パルス発生部10と制御出力部9は、不連続期間決定部7と可変比率発生部8からの信号により最終的にフォトトライアック5を制御する事でヒータがオフからオンへ移行する時とオンからオフへ移行する時、ゼロクロスを制御の起点にした半波波数制御となる。
【0036】
図3(a)は、温度制御部13からのヒータオン信号であり、この信号をもとに図3(b)のA部及びB部の半波波数制御パルスが追加される。
図4には、交流電源の振幅周期の半サイクル毎にヒータの電流が通過する様子が示されている。
R1の期間では、半波波数制御がオンオフ比1:2で3回、1:1で3回オン比率を増し、R2の期間では全波オンになり、R3の期間更にオンオフ比1:1で2回、1:2で2回、1:3で1回オン比率を減らしながら終結する様子を示す。
破線で示すところはヒータに電力供給されず間引かれた部分である。
【0037】
次に、本実施の形態にかかる定着装置のランプヒータの動作を説明する。
定着装置の温度センサ25が設定温度下限値TL以下の検知温度Tを検出した際には、図3(b)に示すように、TL≧Tでありヒータが連続的にオンであるために、定着装置の温度は画像形成装置の周囲温度と定着装置のヒータオン以前の温度等との関係から決まる適宜温度から上昇する。
【0038】
そして、検知温度が前記下限値TLよりも高く前記上限値TUよりも低い適正範囲内では、TL<T<TUであり、半波波数制御パルス発生回路12により、図3(b)に示す前記ヒータオン信号の立ち下がり時点から連続消灯に入る前にオンオフ信号により連続消灯前断続点灯制御(B段階)のごとく、半波波数制御が開始され、その後に連続消灯に入る。そのために、上昇勾配は、半波波数制御のために緩くなり、前記上限値TUを超えてから立ち下がる。
【0039】
また、定着装置の温度センサ25が設定温度上限値TU以上の検知温度Tを検出した際には、TU≦Tでありヒータが連続的にオフであるために、定着装置の温度は画像形成装置の周囲温度と定着装置のヒータオフ以前の温度等との関係から決まる適宜温度から降下する。
【0040】
そして、検知温度が前記下限値TLよりも高く前記上限値TUよりも低い適正範囲内では、TL<T<TUであり、半波波数制御パルス発生回路12により、図3(b)に示す前記ヒータオフ信号の立ち上がり時点から連続点灯に入る前にオンオフ信号により連続点灯前断続点灯制御(A段階)のごとく、半波波数制御が開始される。そのために、立ち下がった勾配は、半波波数制御のために緩くなり、よって、設定温度下限値TLを越えたあたりで連続点灯に入り、立ち上がり勾配となる。
【0041】
前記ランプヒータ3への電力供給がオフからオンへ移行する前記A段階においては、ヒータオン比率が経時的に増加するように制御される。すなわち、図4のR1期間に示すように半サイクル点灯し1サイクル消灯する周期を3回行い、その後に半サイクル点灯し、半サイクル消灯する周期を3回行い、全波(連続)点灯(R2期間)を行うように制御される。
【0042】
このように、交流電源の振幅周期の半サイクルを単位として、前記ランプヒータへの電力供給がオフからオンへ移行する場合は、ヒータオン比率が経時的に増加するように制御するので、ヒータ点灯による電源供給側への電圧変動を緩和するとともに、結果的にはヒータがオフから完全にオンするまでの時間が短縮される。
【0043】
また、前記ランプヒータ3への電力供給がオンからオフへ移行する前記B段階においては、ヒータオフ比率が時間的に増加するように制御される。すなわち、図4のR3期間に示すように半サイクル消灯し半サイクル点灯する周期を2回行い、その後に1サイクル消灯し、半サイクル点灯する周期を2回行い、その後に1.5サイクル消灯して半サイクル点灯する周期を1回行うように制御される。
【0044】
よって、交流電源の振幅周期の半サイクルを単位として、前記ランプヒータへの電力供給がオンからオフへ移行する場合は、時間的にヒータオフ比率が増加するように制御するので、ヒータオン状態から完全なオフ状態に立ち下がる際にはオフ比率パターンを増加するように制御することにより、他の電力被供給側への極端な電圧変動を防止することができるとともに、フリッカ値を下げることができる。
【0045】
本実施の形態は、上述の態様で説明しているが、A段階において、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まるヒータオン比率の所定パターンを1回毎に変化させる、たとえば、ヒータオン比率を(1:4→1:3→1:2→1:1)とヒータオン比率を1回毎に増すように徐々に変化させることができる。
また、前記ヒータオン比率を(1:4→1:3→1:2→1:1)と、ヒータオン比率を複数回(たとえば、1:3を3回行った後に次ぎのヒータオン比率で行う)毎に増加させて段階的に変化させることができる。
【0046】
また、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まるヒータオン比率の所定パターンを1回毎にヒータオン比率を変える単調可変型と、前記所定パターンを複数回繰り返した後にヒータオン比率を変えた次のパターンに変更する段階的可変型とを組み合わせて、前記ランプヒータへの電力供給がオフからオンへ移行するように制御する事も可能である。
そして、その際には、ヒータオフ状態から完全なオン状態に立ち上がる際にはまず、所定パターンを複数回繰り返して立ち上がり、また完全なオン状態近傍においては、所定パターンを複数回繰り返すことにより、フリッカを低減することができる。
【0047】
また、前記ランプヒータへの電力供給がオンからオフへ移行する場合は、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まるヒータオン比率の所定パターンを1回毎、もしくは前記所定パターンを複数回繰り返した後にヒータオン比率を変えた次のパターンに変更して、ヒータ全波点灯からヒータ完全消灯に至る過程でヒータオン比率が経時的に減少するように制御することができる。すなわち、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まるヒータオン比率の所定パターンを1回毎に変化させる、たとえば、ヒータオン比率を(1:1→1:2→1:3→1:4)と、ヒータオン比率を1回毎に減少させて徐々に低下させることができる。
また、前記ヒータオン比率を(1:1→1:2→1:3→1:4)と、(たとえば、1:3を3回行った後に次のヒータオン比率で行う)毎に経時的に減少させて段階的に低下させることができる。
【0048】
また、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まるヒータオン比率の所定パターンを1回毎にヒータオン比率を変える単調可変型と、前記所定パターンを複数回繰り返した後にヒータオン比率を変えた次のパターンに変更する段階的可変型とを組み合わせて、前記ランプヒータへの電力供給が完全オンから完全オフへ移行するように制御することも可能である。
この際には、ヒータオン状態から完全なオフ状態に立ち下がる際には所定パターンを複数回繰り返し、また完全オフ状態近傍においては、所定パターンを複数回繰り返すことにより、他の電圧被供給側への極端な電圧変動を防止することができる。
【0049】
よって、ヒータオン状態から完全なオフ状態に立ち下がる際には所定パターンを時間的に徐々にまたは、段階的に減少させることにより、他の電圧被供給側への極端な電圧変動を防止することができるとともにフリッカ値を減少することができる。
【0050】
尚、本実施の形態においては、図1で説明したハードウェアで交流電源から半波波数制御パターンを得ているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜水晶発振器と分周器を用い前記半波波数制御パターンを発生させることも可能である。
また、以上詳述した示威しの形態においては、ハロゲンランプヒータを用いた定着装置を例に説明したが、ヒータそのものが中空管(ダイレクトヒートタイプ)で構成された定着用ヒータローラや感光体ドラムの加熱にも適用ができることは勿論のことである。
【0051】
【実施例】
図3(b)に示すA段階及びB段階を一定のオンオフデューテイ比を用いた比較例を[表1]に、A段階にオン比率が増加する場合を、B段階にオフ比率が増加する場合のデューテイ比を用いた実施例1を[表2]及び[表3]に、実施例2を[表4]に示す。
【0052】
【表1】
【0053】
【表2】
【0054】
【表3】
【0055】
【表4】
【0056】
比較例の[表1]と比べて、[表2]及び[表3]に示すように、ヒータがオフからオンに移行する前記A段階において、デューテイ比を可変させることによって、立ち上がり時間であるA期間が短縮される。
特に、☆印したフリッカ値(Pst)が等しい比較例[表1]と実施例[表2]とを比べると、A段階において[表1]の場合は、550msであるのに対して実施例の[表2]の場合は、150msで完全点灯に移行でき、A期間が短縮される。
また、[表4]に示すように、オンからオフに移行するB段階の有無によってフリッカ値が変動し、B段階におけるオフデューテイの増加によりフリッカ値が0.03〜0.04程度改善される。
【0057】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明は、ノイズ及びフリッカの影響が減少し、少ない時間でヒータの点灯制御が行える等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に用いられる定着装置を制御する概略ブロック構成図である。
【図2】 定着装置を制御する要部ブロック構成図である。
【図3】 ヒータへの電力供給方法を説明する説明図である。
【図4】 半波波数制御によりヒータへ通電する方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
3 ハロゲンランプヒータ(ヒータ)
6 ゼロクロス検出回路
12 半波波数制御パルス発生回路
Claims (2)
- 加熱手段に内蔵されるとともに、画像形成装置の駆動制御に用いられる交流電源の振幅周期の半サイクルを単位として前記交流電源の電圧が前記振幅周期によりゼロクロスするタイミングで点灯制御して前記加熱手段の加熱制御を行うヒータと、
ヒータ消灯からヒータ連続点灯に至る過程でオンオフデューテイ比のヒータオン比率が経時的に増加させ、一方ヒータ連続点灯からヒータ消灯に至る過程で前記ヒータオン比率が経時的に減少させる可変比率発生部と、前記ヒータオン比率が経時的に増加若しくは減少させる期間を設定する不連続期間決定部とを具え、前記不連続期間決定部に、予め決定された不連続期間とそれに対応するヒータオンオフ比率との組み合わせを多数、テーブルとして用意し、該テーブルに基づいて、前記半サイクル単位の1回点灯に対する消灯回数との比で決まる前記ヒータオン比率の所定パターンを、1回毎に変える単調可変型と、前記所定パターンを複数回繰り返した後に前記ヒータオン比率を変えた次のパターンに変更する段階的可変型とを組み合わせて、前記ヒータへの電力供給を制御する事を特徴とする画像形成装置。 - 前記ヒータは記録媒体に形成した画像を定着する定着装置に設けることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
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JP2001343858A (ja) | 2001-12-14 |
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