JP5471618B2 - ヒータ制御装置、画像形成装置、ヒータ制御方法およびプログラム - Google Patents

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

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Description

本発明は、ヒータの点灯を制御するヒータ制御装置、画像形成装置、ヒータ制御方法およびプログラムに関する。
電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着ヒータには、ハロゲンヒータなどの大きな突入電流を発生するヒータが使用される。また、画像形成装置の消費電力に対して定着電力の占める割合が大きいため、定着ヒータ制御でのフリッカ低減対応が必要とされている。
フリッカ評価は、IEC61000−4−15の標準規格によって定められた仕様のフリッカメータによって行われる。フリッカ値は、1分間の画像形成装置への供給電圧の平均電圧値を基準電圧値とし、その基準電圧値に対する実際のヒータ制御によって発生する電圧ドロップ量や電圧波形の周波数成分に基づき、人の視感覚を通じて人に不快感を与える程度を数値化した値である。フリッカ値は、基準電圧値と、装置の消費電力による電圧ドロップ後の電圧値との差が小さいほど、人に不快感を与える程度が低い(フリッカレベルが良い)。
フリッカを低減するために、10半波単位の点灯パターンでヒータの点灯を制御する半波制御、および、半波長の一部のみヒータをオンし徐々にオン時間を長くする位相制御などの制御方式が知られている。例えば、特許文献1では、メインヒータおよびサブヒータの2半波単位の点灯デューティが50%よりも大きいときは、それぞれのヒータの当該2半波のうち1半波を全点灯とし、かつ、それぞれのヒータの全点灯の半波を同時期に重ねないようにヒータを制御する技術が提案されている。
しかしながら、特許文献1のように複数のヒータを制御する方法では、例えば複数のヒータの電力差が大きい場合やヒータ電力値が大きい場合に、電圧ドロップ量が大きくなることがあり、このため基準電圧値との電圧差が大きくなり、フリッカ値が悪くなるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のヒータを用いる場合であっても、フリッカレベルを改善することができるヒータ制御装置、画像形成装置、ヒータ制御方法およびプログラムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、予め定められた制御周期を単位とする複数の点灯パターンに基づいて複数のヒータの点灯を制御するヒータ制御装置であって、前記ヒータ制御装置に供給される電力の平均を表す基準値を算出する基準値算出部と、複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、複数の前記ヒータを前記点灯パターンで点灯する場合に供給される電力を表す出力値を算出する出力値算出部と、複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、前記基準値と前記出力値との差分を算出する差分算出部と、複数の前記点灯パターンのうち、前記差分が小さい前記点灯パターンを選択する選択部と、選択された前記点灯パターンで複数の前記ヒータの点灯を制御する点灯制御部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明は、予め定められた制御周期を単位とする複数の点灯パターンに基づいて複数のヒータの点灯を制御するヒータ制御装置であって、前記ヒータ制御装置に供給される電力の平均を表す基準値を算出する基準値算出部と、複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、複数の前記ヒータを前記点灯パターンで点灯する場合に供給される電力を表す出力値を算出する出力値算出部と、複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、前記基準値と前記出力値との差分を算出する差分算出部と、複数の前記点灯パターンのうち、前記差分が小さい前記点灯パターンを選択する選択部と、選択された前記点灯パターンで複数の前記ヒータの点灯を制御する点灯制御部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明は、予め定められた制御周期を単位とする複数の点灯パターンに基づいて複数のヒータの点灯を制御するヒータ制御装置で実行されるヒータ制御方法であって、前記ヒータ制御装置に供給される電力の平均を表す基準値を算出する基準値算出ステップと、複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、複数の前記ヒータを前記点灯パターンで点灯する場合に供給される電力を表す出力値を算出する出力値算出ステップと、複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、前記基準値と前記出力値との差分を算出する差分算出ステップと、複数の前記点灯パターンのうち、前記差分が小さい前記点灯パターンを選択する選択ステップと、選択された前記点灯パターンで複数の前記ヒータの点灯を制御する点灯制御ステップと、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、予め定められた制御周期を単位とする複数の点灯パターンに基づいて複数のヒータの点灯を制御するヒータ制御装置を、前記ヒータ制御装置に供給される電力の平均を表す基準値を算出する基準値算出部と、複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、複数の前記ヒータを前記点灯パターンで点灯する場合に供給される電力を表す出力値を算出する出力値算出部と、複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、前記基準値と前記出力値との差分を算出する差分算出部と、複数の前記点灯パターンのうち、前記差分が小さい前記点灯パターンを選択する選択部と、選択された前記点灯パターンで複数の前記ヒータの点灯を制御する点灯制御部と、として機能させるためのプログラムである。
本発明によれば、複数のヒータを用いる場合であっても、フリッカレベルを改善することができるという効果を奏する。
図1は、電圧ドロップの原因について説明するための図である。 図2は、第1の実施の形態にかかる画像形成装置の全体構成を示すブロック図である。 図3は、第1の実施の形態の制御部の機能の一例を示す機能ブロック図である。 図4は、画像形成装置によるヒータ制御処理の一例を示すフローチャートである。 図5は、ヒータの点灯パターンAの一例を説明する図である。 図6は、ヒータの点灯パターンBの一例を説明する図である。 図7は、第2の実施の形態の制御部の機能の一例を示す機能ブロック図である。 図8は、変換テーブルの一例を示す図である。 図9は、点灯係数テーブルの一例を示す図である。 図10は、温度係数テーブルの一例を示す図である。 図11は、第2の実施の形態の基準値算出部による基準値算出処理の一例を示すフローチャートである。 図12は、点灯デューティが60%のときのヒータの電流波形と、電圧波形とを表す図である。 図13は、図12の1制御周期内の波形の詳細を示す図である。 図14は、図13の制御周期での平均電圧ドロップ量の算出例を説明する図である。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるヒータ制御装置、画像形成装置、ヒータ制御方法およびプログラムの一実施の形態を詳細に説明する。本発明の画像形成装置は、複写機、プリンタ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、および、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能のうち少なくとも2つの機能を有する複合機等の画像形成装置であればいずれにも適用することができる。
(第1の実施の形態)
2本ヒータの点灯制御方式として、点灯デューティが高いヒータを半波制御とし、他方のヒータを、半波制御と位相制御とを組み合わせた半波位相制御とする制御方式が存在する。この方式は、突入電流の抑制には効果があるが、上述のように2本のヒータの電力差が大きい場合やヒータ電力値が大きい場合に、電圧ドロップ量が大きくなることがあった。このため、基準電圧値との電圧差が大きくなり、フリッカ値が悪くなる傾向があった。
ここで、電圧ドロップの原因について図1を用いて説明する。画像形成装置などの機器に接続される電源ラインにはインピーダンスが存在している。このため、消費電流値が大きいと配線部での電圧降下量が大きくなり、電源電圧の電圧ドロップが発生する。これにより、部屋の蛍光灯等に対してちらつき感を発生させ、人の目に対して不快感を与えることになる。そのため、フリッカ規制として機器の動作による電圧変動量を抑制する取決めが存在する。
画像形成装置では、定着ヒータ電力の占める割合が大きい。また、定着ヒータとして現在、主流で使用されているハロゲンヒータは、突入電流が大きく、画像形成装置への電源供給ラインの電圧ドロップを発生しやすい。このため、従来は、主に定着ヒータの点灯制御などの装置に供給する電力の制御を改善することにより、フリッカ評価に用いる基準電圧値に対する電圧変動を小さく抑える工夫が行われている。
この基準電圧値は、機器の動作モードによって変動する場合がある。動作モードには、例えばウォームアップ、省エネからの復帰、稼動、待機、および省エネモードなどが含まれる。しかし、従来は、このような基準電圧値の変動に応じて機器のヒータ制御を切り替える技術は存在しなかった。基準電圧値は、フリッカ値を計測する期間に一定時間単位で求められる値のため、機器が基準電圧値を確認しながらフリッカ値を抑えるような電力制御を行うことが困難となるためである。
そこで、本実施の形態の画像形成装置は、装置の動作に応じた基準電圧値に対して電圧変動を抑えるために、フリッカ評価用の基準電圧値に相当する基準値を算出し、算出した基準値との差分が小さくなるようなヒータ制御方式を採用する。なお、ヒータの電力値と電圧ドロップ量に比例特性の関係があることから、本実施の形態では電圧の変わりに電力を用いて基準値および差分等を算出する。これにより、ヒータの電力値から電圧ドロップ量を換算する処理が不要となる。
具体的には、第1の実施の形態の画像形成装置は、フリッカ値を計測する期間として標準規格で定められた一定期間(1分間)ごとに、装置に供給される平均電力を表す基準値(基準電力値)を算出する。また、複数のヒータを制御するための複数の点灯パターンそれぞれに対して、ヒータの制御周期ごとに、基準電力値と各ヒータ制御で出力される電力を表す出力値(出力電力値)との半波ごとの差分の合計値(差分合計電力量)を算出する。そして、差分合計電力量が小さい点灯パターンによるヒータ制御方式を採用する。
以下では、点灯パターンとして、2本の定着ヒータのうち、一方を半波制御とし、他方を半波位相制御とするパターンを用いた例を説明する。なお、点灯パターンはこれに限られるものではなく、複数のヒータを制御するための相互に異なる複数の点灯パターンであればあらゆるパターンを適用できる。すなわち、本実施の形態の手法は、複数のヒータを複数の制御方式により制御可能であり、かつ、各制御方式での出力電力値が算出できれば、あらゆる制御方式を適用できる。
図2は、画像形成装置10の全体構成を示すブロック図である。画像形成装置10は、画像形成装置10に設けられた定着ユニット等のヒータを制御するヒータ制御装置を含んでいる。具体的には、画像形成装置10は、メイン電源100と、制御基板110とを主に備えている。画像形成装置10は、さらに、定着ユニット120と、電源SW141と、ドアSW142と、トライアック(TRI)143Aと、TRI143Bとを備えている。
定着ユニット120は、ハロゲンヒータ121Aおよびハロゲンヒータ121Bの2つのハロゲンヒータを有している。定着ユニット120は、さらにハロゲンヒータ121Aおよびハロゲンヒータ121Bそれぞれの近傍に配置されたサーミスタ122Aおよびサーミスタ122Bを有している。
制御基板110は、画像形成装置10全体を制御する。制御基板110は、不図示のCPU、RAM、ROM、NVRAM、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、および、入出力インターフェイス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。
制御基板110は、メイン電源100と、定着ユニット120の間に設けられた2つのTRI143A、143Bや電磁リレー106のオン/オフを制御することにより、定着ユニット120のハロゲンヒータ121A、121Bの温度制御やオン/オフの制御を行う。なお、ハロゲンヒータ121A、121Bにかえて、セラミックヒータなど他のヒータを用いてもよい。
ハロゲンヒータ121Aの近傍に配置されたサーミスタ122Aは、ハロゲンヒータ121Aの表面温度を検知する。同様に、ハロゲンヒータ121Bの近傍に配置されたサーミスタ122Bは、ハロゲンヒータ121Bの表面温度を検知する。制御基板110は、サーミスタ122Aが検知した表面温度をA/D変換して、ハロゲンヒータ121Aの表面温度を検知する。同様に、サーミスタ122Bが検知した表面温度をA/D変換して、ハロゲンヒータ121Bの表面温度を検知する。制御基板110は、ハロゲンヒータ121Aの表面温度およびハロゲンヒータ121Bの表面温度が安定するように、TRI143A、TRI143Bおよび電磁リレー106のオン/オフを制御する。
画像形成装置10の電源SW141がオンになると、AC電源101から供給された電流はフィルタ102でノイズ除去された後、整流ダイオード103及び平滑コンデンサ104で平滑化され、DDC(Digital Down Conveter)105に供給される。DDC105は、スイッチング方式のDC−DCコンバータであり、定電圧Vccを制御基板110に、24Vを電磁リレー106に供給する。
電磁リレー106は、画像形成装置10のドアSW142がオンになるとスイッチ107をオンにすると共に、制御基板110を介して、定着ユニット120をオフにすることができる。すなわち、定着ユニット120の安全装置となる。
ゼロクロス検知回路108は、AC電源101のゼロクロス点を検出する。制御基板110は、このゼロクロス点に応じてTRI143A、143Bをオン/オフする。スイッチ107がオンの場合、ゼロクロス検知回路108に供給される交流電流は、半波長ごとに電圧がゼロ近くになる。このため、ゼロクロス検知回路108のトランジスタがオン電圧を保持できなくなる。ゼロクロス検知回路108は、このトランジスタの状態を検知してゼロクロス信号を制御基板110に出力する。なお、位相制御では、ゼロクロス信号の検知タイミングに応じて位相制御のタイミングを制御する。
制御基板110は、記憶部111と、制御部112とを有している。制御部112は、各ハロゲンヒータ121A、121Bの点灯を制御する。
具体的には、制御部112は、まず、サーミスタ122Aにより検出されたハロゲンヒータ121Aの表面温度と目標温度から、ハロゲンヒータ121Aの点灯デューティを決定する。同様に、制御部112は、サーミスタ122Bにより検出されたハロゲンヒータ121Bの表面温度と目標温度から、ハロゲンヒータ121Bの点灯デューティを決定する。そして、制御部112は、決定した点灯デューティに応じて定められた点灯パターンにしたがい、交流電圧の半波長を1単位として、各ハロゲンヒータ121A、121Bの点灯を制御する。制御部112の機能は、例えば上述のCPUで実行されるソフトウェアにより実現できる。制御部112の機能の詳細については後述する。
記憶部111は、ハロゲンヒータ121A、121Bの点灯制御に必要な各種情報を記憶する。例えば、記憶部111は、制御周期単位の点灯パターンを記憶する。また、記憶部111は、制御部112で算出された電圧値(後述)を記憶する。
制御周期とは、制御基板110が制御するAC電源101の電圧周期の整数倍の周期であり、予め定められた長さの周期である。本実施の形態では、制御周期を10半波長とする。これに対応し、記憶部111は、10半波長を単位とする点灯パターンを記憶している。また、本実施の形態では、記憶部111が、点灯デューティごとに、ハロゲンヒータ121Aおよび121Bそれぞれの制御方式が異なる複数の点灯パターンを記憶する。以下では、点灯デューティごとに2つの点灯パターンが記憶される例を説明する。点灯デューティごとに3つ以上の点灯パターンを記憶するように構成してもよい。なお、制御周期は10半波長に限られるものではなく、例えば10半波長の整数倍の周期としてもよい。
図3は、第1の実施の形態の制御部112の機能の一例を示す機能ブロック図である。図3に示すように、制御部112は、主な機能構成として、基準値算出部151と、出力値算出部152と、差分算出部153と、選択部154と、点灯制御部155と、を備えている。
基準値算出部151は、一定期間に画像形成装置に供給される電力の平均を表す基準電力値を算出する。本実施の形態では、IEC61000−4−15によって定められているフリッカ値の測定期間である1分間を一定期間とする。一定期間はこれに限られず、フリッカ値の測定方式に応じて適切な値を設定すればよい。算出された基準電力値は、例えば記憶部111に記憶される。
出力値算出部152は、複数の点灯パターンごとに、ハロゲンヒータ121A、121Bを各点灯パターンで点灯する場合に制御周期ごとに供給される電力を表す出力電力値を算出する。算出された出力電力値は、例えば記憶部111に記憶される。
差分算出部153は、基準値算出部151により算出される基準電力値と、出力値算出部152により算出される出力電力値との差分を、2つの点灯パターンそれぞれに対して算出する。
選択部154は、差分算出部153により算出された差分が小さい点灯パターンを選択する。例えば、選択部154は、2つの点灯パターンのうち、差分が小さい点灯パターンを選択する。点灯パターンが3つ以上存在する場合は、選択部154は、差分が最小である点灯パターンを選択する。
点灯制御部155は、選択された点灯パターンにしたがい、ハロゲンヒータ121A、121Bの点灯を制御する。点灯制御部155は、2種類の定着制御方式である半波制御および半波位相制御をそれぞれ実行する半波制御部161および半波位相制御部162を備えている。本実施の形態では、ハロゲンヒータ121A、121Bのうち、一方を半波制御とし、他方を半波位相制御とする2つの点灯パターンが、予め記憶部111に記憶される。点灯制御部155は、2つの点灯パターンのうち、選択された点灯パターンでハロゲンヒータ121A、121Bの点灯を制御する。
次に、このように構成された第1の実施の形態にかかる画像形成装置10によるヒータ制御処理について図4を用いて説明する。図4は、画像形成装置10によるヒータ制御処理の一例を示すフローチャートである。なお、図4は、各制御周期で、各ヒータに対して検出された表面温度に応じて点灯デューティが決定された後、決定された点灯デューティに応じて定められた2つの点灯パターン(以下、パターンAおよびパターンBとする)のうちいずれかを選択して各ヒータの点灯を制御する処理を表す。
ここで、パターンAは、ヒータ1を半波制御とし、ヒータ2を半波位相制御とするパターンである。パターンBは、ヒータ1を半波位相制御とし、ヒータ2を半波制御とするパターンである。ここでヒータ1およびヒータ2は、例えばハロゲンヒータ121Aおよび121Bをそれぞれ表す。
まず、出力値算出部152は、各点灯パターンでの出力電力値を、交流電源の半波単位(50Hzならば10ms単位)で、1制御周期分算出する(ステップS301)。次に、差分算出部153は、基準値算出部151により算出された基準電力値を入力する(ステップS302)。
なお、基準値算出部151は、任意のタイミングで1分間に画像形成装置に供給される電力の平均を表す基準電力値を算出する。例えば、基準値算出部151は、制御周期ごとに、最新の1分間の供給電力の平均を表す基準電力値を算出する。また、差分算出部153は、このようにして算出された基準電力値を記憶部111から入力する。
次に、差分算出部153は、各点灯パターンについて、入力した基準電力値と、ステップS301で算出した出力電力値との差分を算出する(ステップS303)。具体的には、差分算出部153は、各点灯パターンの半波ごとに、基準電力値と出力電力値との差分を絶対値で算出する。そして、差分算出部153は、半波ごとに算出した差分を1制御周期で合計した値を、制御周期ごとの差分として算出する。なお、以下ではパターンAおよびパターンBに対して算出した差分を、それぞれ差Aおよび差Bとする。
次に、選択部154が、点灯パターンごとに算出した差分を比較し、差分が小さい点灯パターンを選択する。すなわち、選択部154は、差Aが差Bより小さいか否かを判断する(ステップS304)。差Aが差Bより小さい場合(ステップS304:Yes)、選択部154は、パターンAを選択する。そして、点灯制御部155は、選択されたパターンAによりヒータ1およびヒータ2(ハロゲンヒータ121Aおよび121B)を点灯制御する(ステップS305)。
差Aが差Bより小さくない場合(ステップS304:No)、選択部154は、さらに、差Aが差Bより大きいか否かを判断する(ステップS306)。差Aが差Bより大きい場合(ステップS306:Yes)、選択部154は、パターンBを選択する。そして、点灯制御部155は、選択されたパターンBによりヒータ1およびヒータ2(ハロゲンヒータ121Aおよび121B)を点灯制御する(ステップS307)。
差Aが差Bより大きくない場合(ステップS306:No)、すなわち、差Aと差Bとが一致する場合は、選択部154は、他の条件にしたがって点灯パターンを決定する。例えば、選択部154は、2つのヒータのうち、点灯率(点灯デューティ)の低いヒータが半波制御となる点灯パターンを選択する。選択部154が、消費電力の小さいヒータが半波制御となる点灯パターンを選択するように構成してもよい。また、選択部154が、直前の制御周期で選択された点灯パターンを選択するように構成してもよい。点灯制御部155は、選択されたパターンによりヒータ1およびヒータ2(ハロゲンヒータ121Aおよび121B)を点灯制御する(ステップS308)。
次に、ヒータ制御処理の具体例について図5および図6を用いて説明する。図5および図6は、それぞれパターンAおよびパターンBの一例を説明する図である。以下では、ヒータ1およびヒータ2の消費電力がそれぞれ700Wおよび500Wであり、それぞれ点灯率80%および40%での点灯が指示された場合を例に説明する。
図5に示すように、パターンAでは、ヒータ1を半波制御、ヒータ2を半波位相制御とする。パターンAでは、ヒータ1は、10半波で1制御周期となる半波制御固有の半波パターンの80%の半波パターン401を点灯する。出力値算出部152は、ヒータ1の点灯時の出力電力値402を半波単位で算出する。
パターンAでは、ヒータ2は、まずヒータ1が消灯している2半波に対応する半波403で全点灯する。この例ではヒータ2は40%の点灯率であるため、残り20%分を点灯する必要がある。そこで、全点灯している2半波以外の8半波部分で20%分を等分割し、位相デューティ404により点灯する。位相デューティとは、位相制御により半波長の一部のみオンとするためのデューティを表す。出力値算出部152は、ヒータ2の点灯時の出力電力値405を半波単位で算出する。
出力値算出部152は、ヒータ1およびヒータ2の半波単位での出力電力値を合計した出力電力値406を算出する。そして、差分算出部153が、入力された基準電力値と、出力電力値406との差の絶対値である差分407を、半波単位で算出する。ここでは、基準電力値として760Wが入力されたものとしている。差分算出部153は、算出した差分の1制御周期、すなわち10半波での合計である差分合計電力量408を算出する。
パターンBについても、ヒータ1およびヒータ2をそれぞれ半波位相制御および半波制御として、パターンAと同様の方法で差分合計電力量408を算出する(図6参照)。
選択部154は、パターンAの差分合計電力量と、パターンBの差分合計電力量とを比較し、値が小さいパターンを選択する。この例では、パターンAおよびパターンBの差分合計電力量がそれぞれ1040(W)および720(W)であるため、選択部154は、パターンBを選択する。
パターンAおよびパターンBで示したように、本実施の形態では、2つのヒータにそれぞれ半波制御および半波位相制御を割り当てる場合に、半波位相制御するヒータに対して(1)半波制御するヒータが消灯している半波に対応する半波を全点灯し、(2)残りのデューティ分を等分割して位相デューティにより残りの半波を点灯する。これにより、フリッカの原因となる電圧波形のドロップを2段階とすることができる。ドロップが2段階になるとは、2つのヒータの半波単位の出力電力値の合計(合計出力電力値)が2つの値をとることを意味する。例えば、図5のパターンAでは、合計出力電力値が500Wおよび825Wの2値となっている。同様に、図6のパターンBでは、合計出力電力値が700Wおよび850Wの2値となっている。
また、ちらつきを感じさせる8.8Hz(約10Hz)の周波数に近い10半波長(50Hzでは100ms)周期の半波サイクル単位で点灯パターンを制御するため、この周波数帯域を含まない、またはこの周波数帯域が極めて少ないヒータ点灯制御が可能となる。さらに、本実施の形態では、上述のように1の点灯デューティに対して定められた2つのパターンのうち、基準電力値に対する差分が小さいパターンを選択する。これにより、基準電力値に対して電力差を小さくすることができ、フリッカの値をさらに小さくすることが可能となる。
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、ヒータの電力値と電圧ドロップ量に比例特性の関係があることから、電圧の変わりに電力を用いて基準値および差分等を算出した。第2の実施の形態では、電圧を用いて基準値等を算出する例を説明する。具体的には、第2の実施の形態では、ヒータ電力から電圧ドロップ量を換算し、電圧ドロップ量から、一定期間に装置に供給される平均電圧を基準電圧値として算出する。そして、基準電圧値とヒータ制御時の電圧ドロップした供給電圧値(出力電圧値)との電圧差を小さくする制御を行うことでフリッカを低減する。電圧を用いる場合、温湿度、点灯間隔、およびヒータ色温度特性等のヒータの点灯制御条件に応じて電圧ドロップ量を補正することができる。これにより、より精度の高い電圧ドロップ量の見積もりが可能となる。
第2の実施の形態にかかる画像形成装置は、制御部の機能が第1の実施の形態と異なる。その他の構成は、第1の実施の形態の画像形成装置10の全体構成を示す図1と同様であるため説明を省略する。図7は、第2の実施の形態の制御部212の機能の一例を示す機能ブロック図である。図7に示すように、制御部212は、主な機能構成として、基準値算出部251と、出力値算出部252と、差分算出部253と、選択部254と、点灯制御部155と、換算部256と、を備えている。
第2の実施の形態では、換算部256が追加され、基準値算出部251、出力値算出部252、差分算出部253、および選択部254の機能が変更されている。点灯制御部155の機能は第1の実施の形態と同様であるため、同一の符号を付し説明を省略する。
換算部256は、各ヒータ(ハロゲンヒータ121A、121B)の消費電力を電圧ドロップ量に換算する。例えば、換算部256は、消費電力と電圧ドロップ量とを対応付けた変換テーブルを参照することにより、ヒータの消費電力を電圧ドロップ量に換算する。変換テーブルは、例えば記憶部111に記憶する。図8は、変換テーブルの一例を示す図である。図8に示すように、変換テーブルは、ヒータの消費電力(定着ヒータ電力)と、電圧ドロップ量とを対応付けて記憶している。
基準値算出部251は、一定期間(例えば1分間)に画像形成装置に供給される電圧の平均を表す基準電圧値を算出する。基準値算出部251は、まず換算部256により換算された電圧ドロップ量を、点灯デューティおよび画像形成装置の設置環境の温度(環境度)に応じて補正する。そして、基準値算出部251は、補正した電圧ドロップ量から、一定期間の電圧ドロップ量の平均値を算出する。そして、無負荷時の電源電圧(例えば100V)から、算出した平均値を減算することにより、基準電圧値を算出する。算出された基準電圧値は、例えば記憶部111に記憶される。なお、変換テーブルを点灯デューティごとに記憶することにより、点灯係数を用いずに点灯デューティに応じた電圧ドロップ量を求めるように構成してもよい。
基準値算出部251は、例えば点灯デューティと電圧ドロップ量を補正するための係数(点灯係数)とを対応づけた点灯係数テーブルを参照することにより、点灯デューティに応じた点灯係数を取得し、取得した点灯係数で電圧ドロップ量を補正する。また、基準値算出部251は、例えば環境温度と電圧ドロップ量を補正するための係数(温度係数)とを対応づけた温度係数テーブルを参照することにより、環境温度に応じた温度係数を取得し、取得した温度係数で電圧ドロップ量を補正する。図9および図10は、それぞれ点灯係数テーブルおよび温度係数テーブルの一例を示す図である。
なお、第1の実施の形態で基準電力値を算出する場合にも、環境温度に応じた補正を行うように構成してもよい。例えば、基準値算出部151が、制御周期ごとに供給される電力を温度係数で補正し、補正した電力の一定期間での平均値を基準電力値として算出してもよい。
出力値算出部252は、複数の点灯パターンごとに、ハロゲンヒータ121A、121Bを各点灯パターンで点灯する場合の、制御周期ごとの電圧ドロップ後の電圧を表す出力電圧値を算出する。算出された出力電圧値は、例えば記憶部111に記憶される。出力値算出部252は、まず換算部256により換算された電圧ドロップ量を、点灯デューティおよび環境温度)に応じて補正する。そして、無負荷時の電源電圧から、補正した電圧ドロップ量を減算することにより、出力電圧値を算出する。算出された出力電圧値は、例えば記憶部111に記憶される。
差分算出部253は、基準値算出部251により算出される基準電圧値と、出力値算出部252により算出される出力電圧値との差分を、2つの点灯パターンそれぞれに対して算出する。
選択部254は、差分算出部253により算出された差分が小さい点灯パターンを選択する。例えば、選択部254は、2つの点灯パターンのうち、差分が小さい点灯パターンを選択する。点灯パターンが3つ以上存在する場合は、選択部254は、差分が最小である点灯パターンを選択する。
このように構成された第2の実施の形態にかかる画像形成装置によるヒータ制御処理は、電力値(出力電力値、基準電力値など)の代わりに、電圧値(出力電圧値、基準電圧値など)を用いる点が異なるのみで、第1の実施の形態のヒータ制御処理を表す図4と同様であるため、説明を省略する。
次に、基準値算出部251による基準値算出処理の詳細について図11を用いて説明する。図11は、第2の実施の形態の基準値算出部251による基準値算出処理の一例を示すフローチャートである。
まず、換算部256が、制御周期ごとに設定される各ヒータの点灯デューティに対して、各ヒータの消費電力に対応する電圧ドロップ量を図8のような変換テーブルから取得する(ステップS1101)。次に、基準値算出部251は、温度係数および点灯係数を用いて、取得した電圧ドロップ量を補正する(ステップS1102)。基準値算出部251は、図9に示すような点灯係数テーブルを参照し、指定された点灯デューティに対応する点灯係数を取得する。また、基準値算出部251は、図10に示すような温度係数テーブルを参照し、環境温度に対応する温度係数を取得する。なお、環境温度は、図示しない温度センサ等により検出する。
ステップS1101およびステップS1102により、半波単位の電圧ドロップ量が算出される。次に、基準値算出部251は、このようにして算出された半波単位の電圧ドロップ量と、点灯デューティとから、1制御周期での電圧ドロップ量の平均値(平均電圧ドロップ量)を算出する(ステップS1103)。平均電圧ドロップ量の算出方法の詳細は後述する。基準値算出部251は、算出した平均電圧ドロップ量を記憶部111に保存する(ステップS1104)。
なお、基準値算出部251は、少なくとも最新の1分間分の各制御周期で算出した平均電圧ドロップ量を記憶部111に保存する。これにより、各制御周期で算出した平均電圧ドロップ量の1分間の平均値をさらに算出可能となる。1分間の平均値は、動作モードごとに算出してもよいし、動作モードの切替に関わらず算出してもよい。前者の場合は、例えば動作モードが切り替えられた場合に保存されている平均電圧ドロップ量を削除し、切替後の動作モードに対して算出された平均電圧ドロップ量を新たに蓄積していく。
算出した平均電圧ドロップ量を記憶する代わりに、電圧ドロップ後の電圧の平均値(平均電圧)を記憶し、基準電圧値の算出に用いるように構成してもよい。また、平均電圧ドロップ量の代わりに、制御周期ごとの点灯デューティを履歴として保存し、保存した点灯デューティから平均電圧ドロップ量および平均電圧ドロップ量の1分間の平均値を算出するように構成してもよい。
次に、基準値算出部251は、最新の1分間分の平均電圧ドロップ量が記憶部111に保存されているか否かを判断する(ステップS1105)。保存されている場合(ステップS1105:Yes)、基準値算出部251は、最新の1分間分の平均電圧ドロップ量の平均値を算出する(ステップS1106)。制御周期が100msの場合は、平均電圧ドロップ量は1分間で600個存在するため、基準値算出部251は、最新の平均電圧ドロップ量の総和を600で割ることにより、平均電圧ドロップ量の1分間の平均値を算出する。
電源投入時や省エネ復帰時などでは、最新の1分間分の平均電圧ドロップ量が求められていない場合がある。このような場合は、ステップS1106で最新の1分間分の平均電圧ドロップ量が記憶部111に保存されていないと判断される(ステップS1106:No)。この場合、基準値算出部251は、記憶部111のテーブル等を参照することにより、平均電圧ドロップ量の1分間の平均値に相当する値を取得する(ステップS1107)。
このテーブルには、例えば動作モードごとに予め定められた電圧ドロップ量を記憶する。この場合、基準値算出部251は、現在の動作モードに対応する電圧ドロップ量を当該テーブルから読み出し、平均電圧ドロップ量の1分間の平均値として利用する。
なお、動作モードごとに電圧ドロップ量を記憶するのは以下の理由による。フリッカ評価では、機器へ供給する一定時間間隔での電源の平均電圧値を基準値として用いている。このため、機器が複数の動作モードで動作する場合、動作モードによる消費電流値の違いにより、基準電圧値の値も変動する。すなわち、消費電流の大きい動作モードでは電源電圧のドロップ量が大きく、平均電圧の基準電圧値は低くなり、消費電流値の小さい動作モードでは、電源電圧のドロップ量は小さく、基準値は大きくなる傾向がある。そこで、動作モードに応じて適切な基準値を算出するために、動作モードごとに電圧ドロップ量を記憶する。
なお、動作モードごとに電圧ドロップ量を記憶する代わりに、動作モードごとに平均電圧値を記憶してもよい。この場合は、無負荷時の電源電圧と当該平均電圧値から、電圧ドロップ量を算出することができる。
次に、基準値算出部251は、環境温度に応じた温度係数により、テーブルから取得した平均値に相当する値を補正する(ステップS1108)。環境温度に応じた温度係数は、温度係数テーブルから取得できる。このような処理により、電圧ドロップ量の精度を向上することができる。
基準値算出部251は、ステップS1106で算出した平均電圧ドロップ量の平均値、または、ステップS1108で補正した平均値(に相当する値)から基準電圧値を算出する(ステップS1109)。具体的には、基準値算出部251は、無負荷時の電源電圧から平均値を減算することにより、基準電圧値を算出する。
次に、基準電圧値算出処理の具体例について図12〜図14を用いて説明する。以下では、ヒータの1本(800W)が、制御周期100msおよび60%デューティ設定で点灯する時の基準電圧値を求める例について説明する。また、ヒータの電力制御に関しては、サイクル制御、位相制御、オン/オフ制御といった複数の制御方法が知られている。以下では、10半波を制御周期とした半波ごとにオン/オフするヒータ制御(半波制御)を例にしている。半波制御では、ヒータの制御周期に対する点灯割合を変えることで、供給電力量を可変している。今回の例でいうと、60%の点灯デューティでは、10回の半波期間のうち6回の半波期間でヒータを点灯する。
図12は、点灯デューティが60%のときのヒータの電流波形(上部のグラフ)と、電圧波形(下部のグラフ)とを表している。図12に示すように、点灯によってヒータに流れる電流値によって、供給電源ラインに電圧ドロップが発生する。この電圧ドロップ量(ΔV)は、ヒータの電力値や点灯デューティによって相違する。ヒータの電力値に関しては、ヒータの電力値が大きくなるほど、電源ラインを流れる電流値が大きくなり、そのために配線インピーダンスにかかる電圧降下分が増えることが原因である。上述の図8は、定着ヒータ電力が大きいほど電圧ドロップ量が大きくなることを示している。
また、点灯デューティに関しては、点灯デューティに応じてヒータのオン/オフ間隔が変わること、および、オフ期間にヒータが冷めて低インピーダンスとなることにより突入電流が大きくなることが原因である。すなわち、点灯デューティが低くなるほどオフ期間が長くなり、電圧ドロップ量が大きくなる傾向にある。上述の図9は、点灯デューティが低いほど点灯係数が大きくなり、結果として電圧ドロップ量が大きくなることを示している。
また、ヒータは、数10msのオフ期間でも冷却され、インピーダンスが小さくなる特徴を有している。このため、動作モードによっては、環境温度がオフ期間の冷え方に影響し、電圧ドロップ量が変わる場合がある。そこで上述のように、基準値算出部251は、環境温度に応じた温度係数により電圧ドロップ量を補正する。上述の図10は、環境温度が低いほど温度係数が大きくなり、結果として電圧ドロップ量が大きくなることを示している。
図8〜図10中の値は、あるヒータの一例を示している。この値は、ヒータのガラス管に注入されるガスや構成部品等により変わるため、使用するヒータの特性に応じて変更する必要がある。800Wのヒータを点灯するときには、図8から、電圧ドロップ量が「3.1V」であることがわかる(図11のステップS1101)。図9から、このヒータを60%の点灯デューティで使用した場合は、点灯係数は「1.2」となる。また、図10から、常温での使用時には、温度係数は「1.0」となる。したがって、この場合の1半波期間での電圧ドロップ量は、以下の(1)式により3.72(V)となる(ステップS1102)。
3.1(V)×1.2×1.0=3.72(V) ・・(1)
次に、基準値算出部251は、1制御周期100ms(10半波)での平均電圧ドロップ量(ΔVref)を算出する(ステップS1103)。この例では、60%の点灯デューティであるため、10回のうち6回の半波に対して3.72(V)の電圧ドロップが発生する。したがって、以下の(2)式より、1制御周期での平均電圧ドロップ量を求めることができる。
3.72(V)×6(回)÷10(回)=2.232(V) ・・(2)
図13は、図12の1制御周期内の波形1201の詳細を示す図である。また、図14は、この制御周期での平均電圧ドロップ量の算出例を説明する図である。図13では、点灯デューティが60%のときに、10半波のうち、1,3,4,6,8,9番目の半波でヒータをオンする例が示されている。この場合、各半波での電圧ドロップ量は、図14に示す値となる。したがって、10半波での電圧ドロップ量の平均(平均電圧ドロップ量)は図14に示すように2.232となる。
フリッカ評価での基準電圧値は、1分間での供給平均電圧値とされている。このため、本実施の形態で推定する基準電圧値も同じ1分間での平均電圧値から算出する。制御周期を100msとする場合は、(2)式で求められる1制御周期当りの平均電圧ドロップ量に対して最新の600回分の値の平均値(ΔV)を求め、この1分間の平均電圧ドロップ量の平均値を使って以下の(3)式から基準電圧値Vrefが求められる。
ref=無負荷時電圧値−ΔV ・・(3)
図13では、ΔVが、1制御周期(10半波)での平均電圧ドロップ量(ΔVref)である2.232と一致した場合の基準電圧値Vrefの算出例を示している。すなわち、この場合は、基準電圧値Vrefは、無負荷時電圧値(=100(V))−ΔV(=ΔVref=2.232)=97.768となる。
このように、本実施の形態では、最新の1分間に求められた電圧ドロップ量から基準電圧値を算出する。また、基準電圧値は、ヒータの点灯デューティが更新される制御周期ごと、またはその整数倍の周期で更新する。これにより、電圧ドロップ量を精度良く見積もることが可能となり、その結果、基準電圧値の精度を向上することが可能となる。
電源投入時や省エネ復帰時のように動作開始直後では、最新の1分間のデータが存在しないため、基準電圧値を求めることができない。そこで、このような期間では、予め記憶部111等に格納した動作モードごとの電圧ドロップ量を参照することで、基準電圧値を算出する。このように事前に記憶された電圧ドロップ量をそのまま用いてもよいが、環境温度に応じた温度係数で補正することで、精度をさらに向上することが可能である。
複数のヒータを用いる場合は、各ヒータの消費電力と点灯デューティとからヒータごとの電圧ドロップ量を求め、電圧ドロップ量の総和を無負荷時電圧値から減算することで、基準電圧値を求めることができる。
また位相制御でヒータを点灯する場合は、半波単位の平均電圧ドロップ量をテーブルから取得または算出することで、半波制御と同様の手法で基準電圧値を求めることが可能である。
また、これまでの実施の形態では、装置全体の電圧変動に対する定着ヒータ電力の影響が支配的であったために、ヒータ制御のみを考慮して基準値を算出していた。動作モードによっては、入力電圧の電圧ドロップ量に対して、モータ、クラッチ、ソレノイド、および制御基板110のDC負荷の影響が無視できない場合がある。このような場合は、これらの負荷等による電圧ドロップ分を加味して基準電圧値を求めることで、精度をより向上させることができる。
第1および第2の実施の形態では、最新の一定期間の電源電圧の電圧変動を履歴情報として記憶し、履歴情報から電源電圧の電圧変動量の平均を求め、装置内で基準電圧値を得ることができる。ヒータの点灯デューティに応じて電圧変動量を見積もるため、動作モードの切替時のように定着制御デューティが変化するような場合も、その変化に応じた基準電圧値を高精度に算出することができる。また、制御周期ごとに基準電圧値を更新することができるため、設置環境や動作モードの変化に応じて基準電圧値を高精度に算出できる。
なお、第1および第2の本実施の形態のヒータ制御装置および画像形成装置で実行されるプログラムは、ROM等に予め組み込まれて提供される。
第1および第2の実施の形態のヒータ制御装置および画像形成装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供するように構成してもよい。
さらに、第1および第2の実施の形態のヒータ制御装置および画像形成装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、第1および第2の実施の形態のヒータ制御装置および画像形成装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
第1および第2の実施の形態のヒータ制御装置および画像形成装置で実行されるプログラムは、上述した各部(基準値算出部、出力値算出部、差分算出部、選択部、点灯制御部)を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはCPU(プロセッサ)が上記ROMからプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、上記各部が主記憶装置上に生成されるようになっている。
10 画像形成装置
100 メイン電源
101 AC電源
102 フィルタ
103 整流ダイオード
104 平滑コンデンサ
106 電磁リレー
107 スイッチ
108 ゼロクロス検知回路
110 制御基板
111 記憶部
112、212 制御部
120 定着ユニット
121A、121B ハロゲンヒータ
122A、122B サーミスタ
141 電源SW
142 ドアSW
143A、143B TRI
151、251 基準値算出部
152、252 出力値算出部
153、253 差分算出部
154、254 選択部
155 点灯制御部
161 半波制御部
162 半波位相制御部
256 換算部
特開2008−191333号公報

Claims (12)

  1. 予め定められた制御周期を単位とする複数の点灯パターンに基づいて複数のヒータの点灯を制御するヒータ制御装置であって、
    前記ヒータ制御装置に供給される電力の平均を表す基準値を算出する基準値算出部と、
    複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、複数の前記ヒータを前記点灯パターンで点灯する場合に供給される電力を表す出力値を算出する出力値算出部と、
    複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、前記基準値と前記出力値との差分を算出する差分算出部と、
    複数の前記点灯パターンのうち、前記差分が小さい前記点灯パターンを選択する選択部と、
    選択された前記点灯パターンで複数の前記ヒータの点灯を制御する点灯制御部と、
    を備えることを特徴とするヒータ制御装置。
  2. 複数の前記点灯パターンは、前記ヒータに供給される交流電圧の半波長を前記制御周期内に複数含むパターンであり、
    前記出力値算出部は、複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、複数の前記ヒータを前記点灯パターンで点灯する場合に前記制御周期ごと、および、前記制御周期に含まれる半波長ごとに前記出力値を算出し、
    前記差分算出部は、複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、前記半波長ごとの前記基準値と前記出力値との差分の前記制御周期内での合計を算出すること、
    を特徴とする請求項1に記載のヒータ制御装置。
  3. 複数の前記点灯パターンは、複数の前記ヒータのうち一部の前記ヒータに対して、前記ヒータに供給される交流電圧の半波長に全点灯または全消灯が割り当てられる半波制御を行い、他の前記ヒータに対して、前記半波長に全点灯または一部点灯が割り当てられる半波位相制御を行うパターンであること、
    を特徴とする請求項1に記載のヒータ制御装置。
  4. 前記基準値算出部は、一定期間に前記ヒータ制御装置に供給される電力の平均を表す前記基準値を算出し、
    前記出力値算出部は、複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、複数の前記ヒータを前記点灯パターンで点灯する場合に前記制御周期ごとに供給される電力を表す前記出力値を算出すること、
    を特徴とする請求項1に記載のヒータ制御装置。
  5. 前記基準値算出部は、前記制御周期ごとに、最新の一定期間に前記ヒータ制御装置に供給される電力の平均を表す前記基準値を算出すること、
    を特徴とする請求項4に記載のヒータ制御装置。
  6. 前記基準値算出部は、一定期間に前記ヒータ制御装置に供給される電力を画像形成装置周辺の温度である環境温度に応じて補正し、補正した電力の平均を表す基準値を算出すること、
    を特徴とする請求項4に記載のヒータ制御装置。
  7. 前記選択部は、前記差分が最小である前記点灯パターンが複数存在する場合、複数の前記ヒータのうち点灯率が小さい前記ヒータに対して、前記ヒータに供給される交流電圧の半波長に全点灯または全消灯が割り当てられる半波制御を行う前記点灯パターンを選択すること、
    を特徴とする請求項1に記載のヒータ制御装置。
  8. 前記選択部は、前記差分が最小である前記点灯パターンが複数存在する場合、複数の前記ヒータのうち消費電力が小さい前記ヒータに対して、前記ヒータに供給される交流電圧の半波長に全点灯または全消灯が割り当てられる半波制御を行う前記点灯パターンを選択すること、
    を特徴とする請求項1に記載のヒータ制御装置。
  9. 前記選択部は、前記差分が最小である前記点灯パターンが複数存在する場合、直前の前記制御周期で選択した前記点灯パターンを選択すること、
    を特徴とする請求項1に記載のヒータ制御装置。
  10. 予め定められた制御周期を単位とする複数の点灯パターンに基づいて複数のヒータの点灯を制御するヒータ制御装置であって、
    前記ヒータ制御装置に供給される電力の平均を表す基準値を算出する基準値算出部と、
    複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、複数の前記ヒータを前記点灯パターンで点灯する場合に供給される電力を表す出力値を算出する出力値算出部と、
    複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、前記基準値と前記出力値との差分を算出する差分算出部と、
    複数の前記点灯パターンのうち、前記差分が小さい前記点灯パターンを選択する選択部と、
    選択された前記点灯パターンで複数の前記ヒータの点灯を制御する点灯制御部と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
  11. 予め定められた制御周期を単位とする複数の点灯パターンに基づいて複数のヒータの点灯を制御するヒータ制御装置で実行されるヒータ制御方法であって、
    前記ヒータ制御装置に供給される電力の平均を表す基準値を算出する基準値算出ステップと、
    複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、複数の前記ヒータを前記点灯パターンで点灯する場合に供給される電力を表す出力値を算出する出力値算出ステップと、
    複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、前記基準値と前記出力値との差分を算出する差分算出ステップと、
    複数の前記点灯パターンのうち、前記差分が小さい前記点灯パターンを選択する選択ステップと、
    選択された前記点灯パターンで複数の前記ヒータの点灯を制御する点灯制御ステップと、
    を含むことを特徴とするヒータ制御方法。
  12. 予め定められた制御周期を単位とする複数の点灯パターンに基づいて複数のヒータの点灯を制御するヒータ制御装置を、
    前記ヒータ制御装置に供給される電力の平均を表す基準値を算出する基準値算出部と、
    複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、複数の前記ヒータを前記点灯パターンで点灯する場合に供給される電力を表す出力値を算出する出力値算出部と、
    複数の前記点灯パターンそれぞれに対して、前記基準値と前記出力値との差分を算出する差分算出部と、
    複数の前記点灯パターンのうち、前記差分が小さい前記点灯パターンを選択する選択部と、
    選択された前記点灯パターンで複数の前記ヒータの点灯を制御する点灯制御部と、
    として機能させるためのプログラム。
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