JP6632265B2 - Image forming apparatus, temperature control method - Google Patents
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Description
本発明は、シート等の記録材に画像を形成する、プリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus, such as a printer, a copying machine, and a multifunction peripheral, that forms an image on a recording material such as a sheet.
電子写真方式の画像形成装置は、感光体上にトナー像を形成し、これを記録材に転写することで画像形成を行う。画像形成装置は、記録材に転写されたトナー像を加熱して定着するための定着器を備える。定着器は、トナー像を加熱するために、熱源としてヒータを備える。ヒータは、例えばセラミックヒータやハロゲンヒータである。定着器のヒータは、トライアック等のスイッチング素子を介して接続される交流電源から電力が供給されて発熱する。定着器は、サーミスタ等の温度検知素子を有し、温度検知素子で検知した検知温度に応じてスイッチング素子が制御されて、ヒータの温度が制御される。 An electrophotographic image forming apparatus forms an image by forming a toner image on a photoreceptor and transferring the toner image to a recording material. The image forming apparatus includes a fixing device for heating and fixing the toner image transferred to the recording material. The fixing device includes a heater as a heat source for heating the toner image. The heater is, for example, a ceramic heater or a halogen heater. The heater of the fixing device generates heat by being supplied with power from an AC power supply connected via a switching element such as a triac. The fixing device has a temperature detecting element such as a thermistor, and the switching element is controlled in accordance with the detected temperature detected by the temperature detecting element to control the temperature of the heater.
定着器のヒータの温度制御は、通常、商用電源の交流電圧に対する位相制御や波数制御により行われる。位相制御の場合、例えば入力される交流電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知回路が用いられる。ゼロクロス点により検知される交流電圧の立ち上がり又は立ち下がり、及び温度検知素子で検知された検知温度に基づいて算出される電力比に応じて、スイッチング素子の導通状態が制御される。 Normally, the temperature control of the heater of the fixing device is performed by phase control or wave number control with respect to an AC voltage of a commercial power supply. In the case of phase control, for example, a zero-cross detection circuit that detects a zero-cross point of an input AC voltage is used. The conduction state of the switching element is controlled according to the rise or fall of the AC voltage detected at the zero-cross point and the power ratio calculated based on the detected temperature detected by the temperature detection element.
ゼロクロス検知回路は、構成上、検知したゼロクロス点と交流電圧の真のゼロクロス点とに、時間的な誤差が発生する。この差異を補正するために、特許文献１は、商用電源の交流電圧を、ダイオードブリッジを介して絶対値変換するゼロクロス検知回路を用いた加熱装置を備える画像形成装置を開示する。この画像形成装置は、正極性の電圧が所定電圧以下となるタイミングから、負極性の電圧が所定電圧以下となる時間を計測し、計測した時間に応じて、スイッチング素子をオン状態にするタイミングを補正することで、ゼロクロス点の検知誤差を補正する。 Due to the configuration of the zero cross detection circuit, a time error occurs between the detected zero cross point and the true zero cross point of the AC voltage. In order to correct this difference, Patent Document 1 discloses an image forming apparatus including a heating device using a zero-cross detection circuit that converts an AC voltage of a commercial power supply into an absolute value through a diode bridge. The image forming apparatus measures the time when the voltage of the negative polarity becomes equal to or less than the predetermined voltage from the timing when the voltage of the positive polarity becomes equal to or less than the predetermined voltage. The correction corrects the detection error of the zero-cross point.
近年、ゼロクロス検知回路は、コストの観点から構成が単純化され、ダイオードブリッジを用いず、ゼロクロス点の検知のみを行う構成とされることが一般的となっている。このような構成のゼロクロス検知回路を備えた画像形成装置は、商用電源の交流電圧をダイオードブリッジにより絶対値変換することができないために、異なる周波数の交流電圧に対するゼロクロス点の時間的な検知誤差の正確な補正ができない。そのために、所定の商用電源の交流電圧及び周波数のゼロクロス点の検知誤差を補正する補正値によりスイッチング素子をオン状態にするタイミングを補正する場合、異なる周波数の商用電源を用いると、適切な補正ができなくなる。ゼロクロス点の検知誤差は、画像を定着するときの適切な温度制御に影響し、画像形成時の予加熱に時間がかかり、ユーザの使い勝手を損ない、形成する画像の画質ムラ等の品質低下の原因となる。 In recent years, the configuration of the zero-crossing detection circuit has been simplified from the viewpoint of cost, and it has become common practice to adopt a configuration in which only a zero-crossing point is detected without using a diode bridge. An image forming apparatus including a zero-cross detection circuit having such a configuration cannot convert the AC voltage of a commercial power supply into an absolute value using a diode bridge. Correct correction is not possible. Therefore, when correcting the timing of turning on the switching element with the correction value for correcting the detection error of the zero-cross point of the AC voltage and the frequency of the predetermined commercial power supply, if a commercial power supply of a different frequency is used, appropriate correction is performed. become unable. The detection error of the zero-cross point affects appropriate temperature control when fixing an image, takes time to preheat at the time of image formation, impairs user's convenience, and causes quality deterioration such as image quality unevenness of a formed image. Becomes
本発明は、上記の問題に鑑み、単純なゼロクロス検知回路を用いて定着時の温度制御を適切に行う画像形成装置を提供することを主たる課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has as its main object to provide an image forming apparatus that appropriately performs temperature control during fixing using a simple zero-cross detection circuit.
本発明の画像処理装置は、ＡＣ電圧の印加により発熱して、画像が形成された記録材に前記画像を定着させるヒータと、前記ＡＣ電圧の前記ヒータへの印加を制御するスイッチであって、オンになることにより前記ヒータへ電流を流すと、前記ＡＣ電圧がゼロになるまで電流を流し続けるスイッチと、前記ＡＣ電圧の周波数を検知する周波数検知手段と、前記ＡＣ電圧の電圧値を検知する電圧検知手段と、前記電圧検知手段により検知される整流されていない電圧値とゼロとは異なる閾値とを比較することにより、前記ＡＣ電圧の一方の極性のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知手段と、前記周波数検知手段で検知した前記周波数及び前記ゼロクロス検知手段により検知される前記ゼロクロス点と前記ＡＣ電圧の値がゼロとなる真のゼロクロス点との時間的差異の補正値に基づいて、第１の半波における前記スイッチをオンするタイミングを制御し、前記第１の半波の次の第２の半波における前記スイッチのオンのタイミングを決める基準を前記第１の半波の終了時点にする制御手段と、を備えることを特徴とする。 The image processing apparatus of the present invention is a heater that generates heat by application of an AC voltage to fix the image on a recording material on which an image is formed, and a switch that controls application of the AC voltage to the heater , When a current is supplied to the heater when the heater is turned on, a switch that continuously supplies the current until the AC voltage becomes zero, a frequency detection unit that detects the frequency of the AC voltage, and a voltage value of the AC voltage are detected. A voltage detection unit, and a zero-cross detection unit that detects a zero-cross point of one polarity of the AC voltage by comparing a non-rectified voltage value detected by the voltage detection unit with a threshold value different from zero; True zero at which the frequency detected by the frequency detecting means and the zero-cross point detected by the zero-cross detecting means and the value of the AC voltage become zero. Based on the correction value of the time differences between the loss point, to control the timing of turning on the switch in the first half-wave, the first half-wave of the second next ON of the switch in a half-wave And control means for setting a reference for determining a timing to an end point of the first half-wave .
本発明によれば、ＡＣ電圧の周波数及び電圧値に応じたゼロクロス点の時間的な差異の補正値に基づいて、スイッチの開閉を制御することで、ヒータの温度を調整するために、画像形成時の適切な温度制御が可能となる。 According to the present invention, the temperature of the heater is adjusted by controlling the opening and closing of the switch based on the correction value of the temporal difference of the zero cross point according to the frequency and the voltage value of the AC voltage. Appropriate temperature control at the time becomes possible.
以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
（構成）
図１は、本実施形態の画像形成装置の全体構成図である。画像形成装置１００は、４つの画像形成部１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋを並べたタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。各画像形成部１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋは、中間転写ベルト２３の回転方向Ｒ２に沿って設けられる。
(Constitution)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of the image forming apparatus of the present embodiment. The
画像形成部１ｙは、感光ドラム３ｙにイエローのトナー像を形成する。画像形成部１ｍは、感光ドラム３ｍにマゼンタのトナー像を形成する。画像形成部１ｃは、感光ドラム３ｃにシアンのトナー像を形成する。画像形成部１ｋは、感光ドラム３ｋにブラックのトナー像を形成する。中間転写ベルト２３は、感光ドラム３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋと一次転写ローラ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとの間に設けられる。各感光ドラム３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋに形成されたトナー像は、一次転写ローラ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにより、中間転写ベルト２３に重畳して転写される。
The image forming unit 1y forms a yellow toner image on the
画像形成部１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋは、それぞれの形成するトナー像の色が異なるのみであり、同一の構成を有している。以下、画像形成部１ｙについて説明し、他の画像形成部１ｍ、１ｃ、１ｋについては、説明を省略する。
画像形成部１ｙは、感光ドラム３ｙを含む交換可能なユニット（プロセスカートリッジ）で構成される。感光ドラム３ｙは、アルミニウム製シリンダであり、外周面に、帯電極性が負極性の感光層を備える。感光ドラム３ｙは、不図示の駆動モータにより所定のプロセススピードで回転駆動され、画像形成部１ｙに内蔵された不図示の帯電ローラにより、感光層が一様な負極性の電位に帯電される。
露光部６は、イエローの分解色画像を展開した画像データで変調したレーザビームにより感光ドラム３ｙの外周面を走査することで、感光ドラム３ｙにイエローの画像の静電潜像を形成する。感光ドラム３ｙに形成された静電潜像は、画像形成部１ｙに内蔵された不図示の現像器によってトナーが付着されて、トナー像として現像される。
The
The image forming unit 1y is configured by a replaceable unit (process cartridge) including the
The
一次転写ローラ２ａは、中間転写ベルト２３を押圧して、感光ドラム３ｙと中間転写ベルト２３との間に一次転写部Ｔａを形成する。一次転写ローラ２ａに正極性の直流電圧が印加されることにより、感光ドラム３ａに形成されたイエローの負極性のトナー像が、一次転写部Ｔｙを通過する中間転写ベルト２３上へと一次転写される。同様に一次転写ローラ２ｂは、感光ドラム３ｍから中間転写ベルトにマゼンタのトナー像を一次転写する。一次転写ローラ２ｃは、感光ドラム３ｃから中間転写ベルトにシアンのトナー像を一次転写する。一次転写ローラ２ｄは、感光ドラム３ｋから中間転写ベルトにブラックのトナー像を一次転写する。
The
中間転写ユニット２０は、支持機構及び回転駆動機構を含み、画像形成装置１００から、回転駆動に係る着脱無しに一体に着脱して交換が可能なユニットである。中間転写ベルト２３は、ベルト部材の一例であり、テンションローラ２７、駆動ローラ２６、二次転写張架ローラ２５、及び一次転写張架ローラ２８、２９に掛け渡して支持される。中間転写ベルト２３は、駆動ローラ２６に駆動されて回転方向Ｒ２に回転する。中間転写ベルト２３は、基材がポリイミド等でほとんど伸び縮みすることない無端状のベルト部材である。
The
中間転写ベルト２３に転写されたトナー像は、中間転写ベルト２３の回転により、二次転写張架ローラ２５と二次転写ローラ２２との間に形成される二次転写部Ｔ２へ搬送される。二次転写部Ｔ２へは、シート等の記録材Ｐが記録材カセット４から搬送される。記録材Ｐは、二次転写部Ｔ２により、中間転写ベルト２３からトナー像が二次転写される。
The toner image transferred to the
記録材Ｐは、分離ローラ８により記録材カセット４から１枚ずつ分離してレジストローラ９に搬送される。レジストローラ９は、記録材Ｐを一時待機させて、中間転写ベルト２３に形成されたトナー像が二次転写部Ｔ２に搬送されるタイミングに合わせて、記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ搬送する。
The recording material P is separated one by one from the
トナー像が転写された記録材Ｐは、二次転写部Ｔ２から定着器５へ搬送される。定着器５は、記録材Ｐを加熱及び加圧することで、記録材Ｐにトナー像を定着させる。記録材Ｐは、定着器５によりトナー像が定着された後に、排出ローラ１１により上部トレイ７に排出される。
The recording material P to which the toner image has been transferred is transported from the secondary transfer portion T2 to the
定着器５は、ヒータを備えた定着ローラ５ａ及び加圧ローラ５ｂを備える。定着ローラ５ａに加圧ローラ５ｂが圧接することで、加熱ニップ部が形成される。記録材Ｐ上に転写されたトナー像は、加熱ニップ部で挟持搬送されることで、加熱及び加圧されて、溶融して記録材Ｐに定着する。
The fixing
図２は、画像形成装置１００の各部の動作を制御して画像形成を行うための制御部の構成図である。制御部１１０は、画像形成装置１００に内蔵される。制御部１１０は、定着器５と、操作部１７２と、ヒータ給電部５００と、画像形成装置１００内のモータ等の負荷及びセンサとが接続される。ヒータ給電部５００は、商用電源に基づいたＡＣ電源５５０からＡＣ電源ホットライン５５１及びＡＣ電源ニュートラルライン５５２を介して電力が供給され、これを定着器５に供給する。
FIG. 2 is a configuration diagram of a control unit for controlling the operation of each unit of the
制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１７１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１７４、及びＲＡＭ（Random Access Memory）１７５を備える。ＣＰＵ１７１は、ＲＯＭ１７４からコンピュータプログラムを読み込み、ＲＡＭ１７５を作業領域に用いて実行することで、画像形成装置１００の動作を制御する。ＲＡＭ１７５は、バッテリが接続されており、画像形成装置１００の電源オフ時にも記憶内容が消失しないように構成される。
The
ＣＰＵ１７１は、操作部１７２が接続される。操作部１７２は、タッチパネル、キーボタン等を備える入出力装置である。ＣＰＵ１７１は、操作部１７２のタッチ操作、キー操作により各種の指示を受け付ける。ユーザは、操作部１７２の操作により、画像形成モードや表示の切り替え、動作モードの設定を行うことができる。
The
制御部１１０は、この他に、Ｉ／Ｏポート１７３、温度検知部７００、画像形成制御部２００、画像メモリ３００、及び外部Ｉ／Ｆ処理部４００を備える。
The
Ｉ／Ｏポート１７３は、画像形成装置１００内の各種負荷や各種センサが接続される。また、Ｉ／Ｏポート１７３は、定着器５及びヒータ給電部５００が接続される。Ｉ／Ｏポート１７３は、ＣＰＵ１７１からの画像形成処理のための指示を各負荷に送信する。また、Ｉ／Ｏポート１７３は、各種センサの検知結果をＣＰＵ１７１へ送信する。温度検知部７００は、Ｉ／Ｏポート１７３を介して定着器５内に設けられる温度センサ６０２（図３）による検知結果を取得する。温度検知部７００は、Ｉ／Ｏポート１７３を介してヒータ給電部５００へ制御信号を入力する。
Various loads and various sensors in the
外部Ｉ／Ｆ処理部４００は、コンピュータ等の外部装置との間の通信を制御するインタフェースである。外部Ｉ／Ｆ処理部４００は、外部装置から画像データや処理の指示を取得する。ＣＰＵ１７１は、外部Ｉ／Ｆ処理部４００により取得した画像データの伸張処理等の画像処理を行い、画像メモリ３００に保存する。画像形成制御部２００は、画像メモリ３００から画像データを読み出し、露光部６（図１参照）に、該画像データにより変調されたレーザ光を出射させる。これにより感光ドラム３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋは、画像データに応じた静電潜像が形成される。
The external I /
図３は、ヒータ給電部５００の説明図である。ヒータ給電部５００には、図２で説明したように、定着器５、制御部１１０、及びＡＣ電源５５０が接続される。定着器５は、定着ヒータ６０１及び温度センサ６０２を備える。温度センサ６０２は、例えばサーミスタであり、定着ヒータ６０１の温度を検知する。定着ヒータ６０１は、ヒータ給電部５００から給電されることで発熱する。温度センサ６０２は、検知した温度を表す温度検知信号６０４を制御部１１０の温度検知部７００に入力する。ヒータ給電部５００は、電圧検知部５２０、ゼロクロス検知部５３０、及びスイッチ５１０を備える。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the heater
電圧検知部５２０は、ＡＣ電源５５０のＡＣ電源ホットライン５５１及びＡＣ電源ニュートラルライン５５２が接続される。電圧検知部５２０は、例えば、交流電圧変換用のトランス、ダイオードブリッジ、及び電圧平滑回路を備える。トランスは、ＡＣ電源ホットライン５５１及びＡＣ電源ニュートラルライン５５２が接続される。トランスの出力はダイオードブリッジ及び電圧平滑回路を介して、電圧検知信号５２１として制御部１１０に入力される。
The
ゼロクロス検知部５３０は、ＡＣ電源５５０のＡＣ電源ホットライン５５１及びＡＣ電源ニュートラルライン５５２が接続される。ゼロクロス検知部５３０は、ＡＣ電圧のゼロクロス点を検知したタイミングを表すゼロクロス検知信号５３１を制御部１１０に送信する。ゼロクロス検知信号５３１は、制御部１１０のＩ／Ｏポート１７３に入力される。
The zero-
スイッチ５１０は、定着ヒータ６０１への給電制御を行う、トライアック等の半導体スイッチである。スイッチ５１０は、制御部１１０から入力されるＳＷ制御信号５１２により、定着ヒータ６０１への給電制御のための開閉制御が行われる。制御部１１０は、温度センサ６０２からの温度検知信号６０４及びゼロクロス検知部５３０からのゼロクロス検知信号５３１に基づいて、ＳＷ制御信号５１２を生成し、スイッチ５１０の開閉制御を行う。スイッチ５１０の開閉制御により、定着ヒータ６０１の温度が調整される。
The
図４Ａは、ゼロクロス検知部５３０の構成図である。ゼロクロス検知部５３０は、フォトカプラ５３４を備える。フォトカプラ５３４は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）５３６及びフォトトランジスタ５３７を備える。ＬＥＤ５３６は、アノード端子に、制限抵抗５３２を介してＡＣ電源ホットライン５５１が接続され、カソード端子にＡＣ電源ニュートラルライン５５２が接続される。ＡＣ電源ホットライン５５１とＡＣ電源ニュートラルライン５５２との間には、ＬＥＤ５３６に対して並列に制限抵抗５３３が接続される。フォトトランジスタ５３７は、コレクタ端子からゼロクロス検知信号５３１を出力する。コレクタ端子は、プルアップ抵抗５３５を介して制御電源に接続される。
FIG. 4A is a configuration diagram of the zero-
図４Ｂは、ゼロクロス検知部５３０の動作説明図である。ゼロクロス検知部５３０は、ＡＣ電源５５０により最大値ＶｉｎのＡＣ電圧が印加される。ＡＣ電圧は、ＡＣ電源ホットライン５５１とＡＣ電源ニュートラルライン５５２との間の電圧であり、「Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（ｔ）」（ｔは、２π（１周期）が、ＡＣ電圧の周波数の逆数Ｔである。）で表される。
FIG. 4B is an explanatory diagram of the operation of the zero-
時刻Ｔ０において、ＡＣ電源ホットライン５５１の電位がＡＣ電源ニュートラルライン５５２の電位よりも高くなる。これにより、ＬＥＤ５３６のアノード端子とカソード端子との間に電圧が印加される。印加される電圧は、入力されるＡＣ電圧を抵抗値Ｒａの制限抵抗５３２と、抵抗値Ｒｂの制限抵抗５３３とで分圧した「Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔ０）×Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）」で表される。
At time T0, the potential of the AC power supply
時刻Ｔ１において、ＬＥＤ５３６に印加される電圧がＬＥＤ５３６の順方向電圧Ｖｆを超える。これによりＬＥＤ５３６が点灯する。順方向電圧Ｖｆを超えるときのＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔ１）を「電圧Ｖｔｈ」とする。ＬＥＤ５３６が点灯することで、フォトトランジスタ５３７は、エミッタ−コレクタ間に電流が流れる。これにより、フォトトランジスタ５３７のコレクタ端子及びプルアップ抵抗５３５に電流が流れ、ゼロクロス検知信号５３１がロー（Ｌ）になる。時刻Ｔ１から時刻Ｔｄｅｔ＿１まで、ＬＥＤ５３６のアノード−カソード間の電圧は、ＬＥＤ５３６の順方向電圧Ｖｆで規制される。
At time T1, the voltage applied to the
時刻Ｔｄｅｔ＿１において、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔｄｅｔ＿１）が再び電圧Ｖｔｈとなると、制限抵抗５３２と制限抵抗５３３とで分圧された電圧が、ＬＥＤ５３６の順方向電圧Ｖｆを下回る。これによりＬＥＤ５３６が消灯する。ＬＥＤ５３６が消灯することで、フォトトランジスタ５３７に電流が流れなくなる。そのためにゼロクロス検知信号５３１は、プルアップ抵抗５３５と同電位のハイ（Ｈ）になる。ゼロクロス検知信号５３１は、状態が遷移することでゼロクロス点が検知されたことを表す。
At time Tdet_1, when the AC voltage Vin × Sin (Tdet_1) becomes the voltage Vth again, the voltage divided by the limiting
時刻Ｔｒｅａｌ＿１において、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔｒｅａｌ＿１）の値が、真のゼロクロス点である「０」となる。時刻Ｔｄｅｔ＿１から時刻Ｔｒｅａｌ＿１までの時間ΔＴ＿１は、電圧ＶｔｈとＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（ｔ）との関係で決まる。時間ΔＴ＿１は、「Ｓｉｎ−１（Ｖｔｈ／Ｖｉｎ）／２πｆ」で表される。電圧Ｖｔｈは、順方向電圧Ｖｆ、制限抵抗５３２の抵抗値Ｒａ、及び制限抵抗５３３の抵抗値Ｒｂにより、「Ｖｆ／Ｒｂ×（Ｒａ＋Ｒｂ）」で表される固定値である。ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（ｔ）の最大値Ｖｉｎと、ＡＣ電圧の周波数ｆとは、国別、地域別に設定され商用電源に応じて決まる値であるため、変動する。最大値Ｖｉｎが大きいほど、或いは周波数ｆが高いほど、時間ΔＴ＿１は小さくなる。
At the time Real_1, the value of the AC voltage Vin × Sin (Treal_1) becomes “0” which is a true zero cross point. Time ΔT_1 from time Tdet_1 to time Real_1 is determined by the relationship between voltage Vth and AC voltage Vin × Sin (t). The time ΔT_1 is represented by “Sin −1 (Vth / Vin) / 2πf”. The voltage Vth is a fixed value represented by “Vf / Rb × (Ra + Rb)” by the forward voltage Vf, the resistance value Ra of the limiting
時刻Ｔ２において、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔ２）が再び電圧Ｖｔｈを超えるため、ゼロクロス検知信号５３１がロー（Ｌ）になる。時刻Ｔｄｅｔ＿２において、時刻Ｔｄｅｔ＿１と同様に、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔｄｅｔ＿２）が電圧Ｖｔｈを下回り、ゼロクロス検知信号５３１がハイ（Ｈ）になる。時刻Ｔｒｅａｌ＿２において、時刻Ｔｒｅａｌ＿１と同様に、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔｒｅａｌ＿２）が「０」となる。時刻Ｔｄｅｔ＿２から時刻Ｔｒｅａｌ＿２までの時間ΔＴ＿２は、電圧Ｖｔｈ、最大値Ｖｉｎ、周波数ｆに変化がないため、時間ΔＴ＿１と同じになる。
At time T2, the AC voltage Vin × Sin (T2) exceeds the voltage Vth again, so that the zero-
ゼロクロス点を検知する時刻Ｔｄｅｔ＿ｎ（ｎ＝１、２…）は、ＡＣ電圧の周波数検知に用いられるとともに、ゼロクロス点の補正を行う際の基準として用いられる。ゼロクロス点を補正するためには、真のゼロクロス点より先に検知するゼロクロス点を基準にすることが望ましい。ゼロクロス検知信号５３１は、ゼロクロス信号が真のゼロクロス信号よりも先に検知されたときと、後に検知されたときとで異なる方向に状態遷移する。そのために、ゼロクロス検知信号５３１が状態遷移するエッジ部分が立ち上がりか、立ち下がりかにより、検知されたゼロクロス点が真のゼロクロス点の先か後かが判別できる。本実施形態の構成において、真のゼロクロス点の手前で検知されたゼロクロス点は、ゼロクロス検知信号５３１の立ち上がりエッジである。そのために時刻Ｔｄｅｔ＿ｎ（ｎ＝１、２…）がゼロクロス点の基準として用いられる。つまり、ＡＣ電圧の極性が変わるときに、極性が変わる前に検知されたゼロクロス点を基準として補正を行う。
The time Tdet_n (n = 1, 2,...) At which the zero-cross point is detected is used for detecting the frequency of the AC voltage and is also used as a reference when correcting the zero-cross point. In order to correct the zero cross point, it is desirable to use the zero cross point detected before the true zero cross point as a reference. The state of the zero-
（処理）
図５は、このような構成の制御部１１０及びヒータ給電部５００を用いたゼロクロス点の補正制御を表すフローチャートである。ゼロクロス点の補正制御により、制御部１１０は、ゼロクロス検知部５３０で検知したゼロクロス点と真のゼロクロス点との差異を補正して、定着ヒータ６０１の加熱制御を行う。
(processing)
FIG. 5 is a flowchart showing a zero-cross point correction control using the
画像形成装置１００が画像形成処理を開始すると、制御部１１０は、周波数検知処理及び電圧検知処理を行う（Ｓ５０１、Ｓ５０２）。制御部１１０は、周波数検知処理及び電圧検知処理の各々の結果に応じて、ゼロクロスタイミング補正処理を行う（Ｓ５０３）。制御部１１０は、ゼロクロスタイミング補正処理後に、記録材Ｐへの画像形成処理を行う（Ｓ５０４）。
When the
各処理について詳細に説明する。 Each process will be described in detail.
図６Ａは、Ｓ５０１の周波数検知処理を表すフローチャートである。日本国内では、商用電源の周波数が５０［Ｈｚ］の地域と６０［Ｈｚ］の地域とがある。周波数検知処理では、検知されるゼロクロス点の時間間隔に基づいて、ＡＣ電源５５０から供給されるＡＣ電圧の周波数が、５０[Ｈｚ]と６０[Ｈｚ]とのいずれであるかを検知する。
FIG. 6A is a flowchart illustrating the frequency detection process in S501. In Japan, there are an area where the frequency of the commercial power supply is 50 [Hz] and an area where the frequency of the commercial power is 60 [Hz]. In the frequency detection process, it is detected whether the frequency of the AC voltage supplied from the
制御部１１０は、ゼロクロス検知部５３０から取得するゼロクロス検知信号５３１の立ち上がりエッジを検知するまで待機する（Ｓ６０１）。図４Ｂの時刻Ｔｄｅｔ＿１で立ち上がりエッジを検知すると（Ｓ６０１：Y）、制御部１１０は、ゼロクロス点の１周期Ｔｎの計時を開始する（Ｓ６０２）。制御部１１０は、ゼロクロス検知部５３０から取得するゼロクロス検知信号５３１の、次の立ち上がりエッジを検知するまで待機する（Ｓ６０３）。図４Ｂの時刻Ｔｄｅｔ＿２で次の立ち上がりエッジを検知すると（Ｓ６０３：Y）、制御部１１０は、ゼロクロス点の１周期Ｔｎの計時を終了する（Ｓ６０４）。
The
制御部１１０は、計時したゼロクロス点の１周期Ｔｎの逆数である周波数ｆｎを算出する（Ｓ６０５）。制御部１１０は、算出した周波数ｆｎを所定の値と比較する。本実施形態では、制御部１１０は、周波数ｆｎを５５［Ｈｚ］と比較して、周波数ｆｎが５５［Ｈｚ］以上であるか否かを判断する（Ｓ６０６）。周波数ｆｎが５５［Ｈｚ］以上である場合（Ｓ６０６：Y）、制御部１１０は、ＡＣ電源５５０から印加されるＡＣ電圧の周波数が６０［Ｈｚ］であると判断する（Ｓ６０７）。周波数ｆｎが５５［Ｈｚ］未満である場合（Ｓ６０６：N）、制御部１１０は、ＡＣ電源５５０から印加されるＡＣ電圧の周波数が５０［Ｈｚ］であると判断する（Ｓ６０８）。制御部１１０は、判断結果を、ＡＣ電圧の周波数ｆとしてＲＡＭ１７５に保存する。なお、図６Ａでは、ゼロクロス検知信号５３１の立ち上がりエッジに応じて周波数ｆｎを算出したが、立ち下がりエッジにより周波数ｆｎを算出してもよい。
The
制御部１１０は、ＡＣ電圧の周波数ｆをＳＷ制御信号５１２によるスイッチ５１０の制御に用いる。制御部１１０は、ＳＷ制御信号５１２の生成に、制御タイミングテーブルを用いる。制御タイミングテーブルは、予めＲＯＭ１７４に保存される。図６Ｂは、制御タイミングテーブルの例示図である。
The
制御タイミングテーブルは、商用電源（ＡＣ電源５５０）の周波数ｆに応じて、定着ヒータ６０１に印加する電力の電力比を決めるためにスイッチ５１０を閉状態にするタイミングを記憶する。電力比とは、ＡＣ電圧の半周期（以下、「１半波」と呼ぶ。）の間に、定着ヒータ６０１に対してＡＣ電圧を常に印加した場合の電力の積分値を１００［％］としたときの、実際に印加する電力の比率である。定着ヒータ６０１の抵抗値を「Ｒ」とすると、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（ｔ）を常に印加した場合の電力は、「Ｖｉｎ２×Ｓｉｎ（ｔ）２／Ｒ」で表される。トライアック等であるスイッチ５１０は、閉状態になって一度電流が流れ始めると、真のゼロクロス点まで電流が流れ続ける。そのために、スイッチ５１０が閉状態になってから、真のゼロクロス点までの電力Ｖｉｎ２×Ｓｉｎ（ｔ）２／Ｒの積分値が、電力比となる。
The control timing table stores the timing at which the
例えば、ＡＣ電圧の周波数が５０［Ｈｚ］で電力比を５０［％］とする場合、最大値Ｖｉｎ及び定着ヒータ６０１の抵抗値Ｒが固定値であるため、制御部１１０は、Ｓｉｎ（ｔ）２の積分値が５０［％］となるタイミングでスイッチ５１０を閉状態にする。Ｓｉｎ（ｔ）２は、１／２半波毎の積分値が同等であるため、１半波の半分の積分値とするためには、制御部１１０は、１／２半波のタイミングでスイッチ５１０を閉状態にすればよい。周波数が５０［Ｈｚ］のＡＣ電圧では、１／２半波が５ミリ秒である。図６Ｂの制御タイミングテーブルは、商用電源の周波数が５０［Ｈｚ］と６０［Ｈｚ］のときの、１０［％］刻みの要求電力（電力比）に対するスイッチ５１０の開閉のタイミングを定める。
For example, when the frequency of the AC voltage is 50 [Hz] and the power ratio is 50 [%], since the maximum value Vin and the resistance value R of the fixing
図７は、Ｓ５０２の電圧検知処理を表すフローチャートである。なお、ＲＯＭ１７４には、電圧検知部５２０から出力される電圧検知信号５２１のアナログ値と実際のＡＣ電圧との関係を表す変換テーブルが保存される。電圧検知部５２０は、上記の通り、トランス、ダイオードブリッジ、及び電圧平滑回路を備えるため、その出力である電圧検知信号５２１は、印加されるＡＣ電圧の実効値に対応したアナログ値となる。そのために、電圧検知信号５２１のアナログ値とＡＣ電圧の実効値との関係を表す変換テーブルを予め用意しておくことで、電圧検知処理を迅速且つ容易に行うことができる。
FIG. 7 is a flowchart illustrating the voltage detection process in S502. Note that the
制御部１１０は、電圧検知部５２０から出力される電圧検知信号５２１のアナログ値を取得する（Ｓ７０１）。制御部１１０は、ＲＯＭ１７４に保存された変換テーブルを参照する（Ｓ７０２）。制御部１１０は、参照の結果、電圧検知信号５２１のアナログ値に相当する実効値を、検知電圧値Ｖに決定する（Ｓ７０３）。制御部１１０は、決定した検知電圧値ＶをＲＡＭ１７５に保存する。
The
図８Ａは、Ｓ５０３のゼロクロスタイミング補正処理を表すフローチャートである。なおＲＯＭ１７４には、ゼロクロス検知信号によるゼロクロス点（Ｔ＿ｄｅｔ）と真のゼロクロス点（Ｔ＿ｒｅａｌ）との時間的差異の補正値を表す補正タイミングテーブルが保存される。図８Ｂは、補正タイミングテーブルの例示図である。補正タイミングテーブルは、ＡＣ電圧の周波数ｆ及び検知電圧値Ｖと、補正値との関係を表す。
FIG. 8A is a flowchart illustrating the zero-cross timing correction processing in S503. The
制御部１１０は、周波数検知処理により検知した周波数ｆ及び電圧検知処理により決定した検知電圧値Ｖを、ＲＡＭ１７５から読み出す（Ｓ８０１）。制御部１１０は、補正タイミングテーブルを参照し、読み出した周波数ｆ及び検知電圧値Ｖに対応するゼロクロス点の差異の補正値（ΔＴ＿ｃｏｒｒｅｃｔ）を決定する（Ｓ８０２）。制御部１１０は、補正値を反映したＳＷ制御信号５１２によりスイッチ５１０の開閉制御を行う。
The
図８Ｃは、検知電圧値Ｖが１００［Ｖ］、商用電源の周波数ｆが５０［Ｈｚ］で、電力比が１００［％］から５０［％］に遷移する場合のゼロクロスタイミング補正処理の動作説明図である。図８Ｃは、ＡＣ電圧及びその駆動電流（斜線部）と、ゼロクロス検知信号５３１と、要求電力比と、ＳＷ制御信号５１２との状態を表す。検知電圧値Ｖが１００［Ｖ］、商用電源の周波数ｆが５０［Ｈｚ］であるので、補正値ΔＴ＿ｃｏｒｒｅｃｔは、図８Ｂの変換テーブルで該当する１４０マイクロ秒となる。
FIG. 8C illustrates the operation of the zero-cross timing correction processing when the detected voltage value V is 100 [V], the frequency f of the commercial power supply is 50 [Hz], and the power ratio changes from 100 [%] to 50 [%]. FIG. FIG. 8C shows the states of the AC voltage and its driving current (shaded area), the zero-
図８Ｃでは、時刻Ｔｄｅｔ＿３からの１半波（時刻Ｔｄｅｔ＿３から１０ミリ秒間）は、要求電力比が１００［％］である。要求電力比の１００［％］を満たすためには、真のゼロクロス点である時刻Ｔｒｅａｌ＿３でＳＷ制御信号５１２をアクティブにすればよい。このため、時刻Ｔｄｅｔ＿３から、補正値ΔＴ＿ｃｏｒｒｅｃｔ（１４０マイクロ秒）後にＳＷ制御信号５１２をハイ（Ｈ）にして、スイッチ５１０を閉状態にする。これにより、斜線部に示すような駆動電流が定着ヒータ６０１に印加される。上記の通り、トライアック等であるスイッチ５１０は、閉状態になって一度電流が流れ始めると、真のゼロクロス点（時刻Ｔｒｅａｌ＿３Ｂ）まで電流が流れ続ける。そのため、ＳＷ制御信号５１２をハイ（Ｈ）にする時間は、駆動電流が流れだすのに十分な時間であればよい。図８Ｃでは、この時間１ミリ秒としている。
In FIG. 8C, the required power ratio is 100 [%] for one half-wave from time Tdet_3 (for 10 milliseconds from time Tdet_3). In order to satisfy the required power ratio of 100 [%], the
時刻Ｔｄｅｔ＿３で検知した周期の次の周期（時刻Ｔｄｅｔ＿３の１０ミリ秒後〜２０ミリ秒後）は、要求電力比が５０［％］である。要求電力比の５０［％］を満たすためには、真のゼロクロス点である時刻Ｔｒｅａｌ＿３Ｂから１／４波長後である５ミリ秒後にＳＷ制御信号５１２をアクティブにすればよい。
In the cycle next to the cycle detected at time Tdet_3 (10 ms to 20 ms after time Tdet_3), the required power ratio is 50 [%]. In order to satisfy the required power ratio of 50 [%], the
この場合、制御部１１０は、ゼロクロ点の基準である時刻Ｔｄｅｔ＿３から、補正値ΔＴ＿ｃｏｒｒｅｃｔ（１４０マイクロ秒）、次の周期までの時間（１０ミリ秒）、及び電力比を５０％にするまでの時間（５ミリ秒）が経過するまで待機する。待機後に制御部１１０は、ＳＷ制御信号５１２をハイ（Ｈ）にして、スイッチ５１０を閉状態にする。これにより、次の真のゼロクロス点（時刻Ｔｒｅａｌ＿４）まで電流が流れ続ける。図８Ｃでは、この時間も、１ミリ秒としている。
In this case, the
このように、画像形成装置１００は、スイッチ５１０を閉状態にするタイミングを、ＡＣ電圧の周波数ｆ、検知電圧値Ｖに応じて設定する。これにより、ゼロクロス検知部５３０のゼロクロス点の検知タイミング（Ｔ＿ｄｅｔ）と、真のゼロクロス点（Ｔ＿ｒｅａｌ）との時間的差異が補正される。そのために、所望の電力比で定着ヒータ６０１の温度制御を行うことができるようになる。定着ヒータ６０１の適切な温度制御により、画像形成時の予加熱時間の適正化や、形成する画像の画質ムラ等の品質低下を防止することができる。
As described above, the
なお、本実施形態では、ＲＯＭ１７４に予め格納された所定の補正タイミングテーブルを用いて補正値を設定する例を説明したが、これに限らない。例えば、計算式「ΔＴ＝Ｓｉｎ−１（Ｖｔｈ／Ｖｉｎ）／２πｆ」と、電圧ＶｔｈとをＲＯＭ１７４に格納し、実測した周波数ｆと検知電圧値Ｖとに応じて補正値ΔＴ＿ｃｏｒｒｅｃｔを算出してもよい。また、補正タイミングテーブルを、計算式「ΔＴ＝Ｓｉｎ−１（Ｖｔｈ／Ｖｉｎ）／２πｆ」に準拠した値で生成してもよい。なお、この場合、回路の物性値の影響で、計算式による理想特性と実際の値とがずれることを考慮し、必ずしも計算式に準拠した値を用いなくともよい。
In the present embodiment, an example has been described in which the correction value is set using a predetermined correction timing table stored in the
１００…画像形成装置、１１０…制御部、５…定着器、６０１…定着ヒータ、６０２…温度センサ、５００…ヒータ給電部、５１０…スイッチ、５１２…ＳＷ制御信号、５２０…電圧検知部、５２１…電圧検知信号、５３０…ゼロクロス検知部、５３１…ゼロクロス検知信号、５３２，５３３…制限抵抗、５３４…フォトカプラ、５３５…プルアップ抵抗、５５０…ＡＣ電源、５５１…ＡＣ電源ホットライン、５５２…ＡＣ電源ニュートラルライン、７００…温度検知部 100 image forming apparatus, 110 control unit, 5 fixing unit, 601 fixing heater, 602 temperature sensor, 500 heater power supply unit, 510 switch, 512 SW control signal, 520 voltage detection unit, 521 Voltage detection signal, 530: Zero cross detection section, 531, Zero cross detection signal, 532, 533: Limiting resistance, 534: Photocoupler, 535: Pull-up resistance, 550: AC power supply, 551: AC power supply hot line, 552: AC power supply Neutral line, 700… Temperature detector
Claims (10)
前記ＡＣ電圧の前記ヒータへの印加を制御するスイッチであって、オンになることにより前記ヒータへ電流を流すと、前記ＡＣ電圧がゼロになるまで電流を流し続けるスイッチと、
前記ＡＣ電圧の周波数を検知する周波数検知手段と、
前記ＡＣ電圧の電圧値を検知する電圧検知手段と、
前記電圧検知手段により検知される整流されていない電圧値とゼロとは異なる閾値とを比較することにより、前記ＡＣ電圧の一方の極性のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知手段と、
前記周波数検知手段で検知した前記周波数及び前記ゼロクロス検知手段により検知される前記ゼロクロス点と前記ＡＣ電圧の値がゼロとなる真のゼロクロス点との時間的差異の補正値に基づいて、第１の半波における前記スイッチをオンするタイミングを制御し、前記第１の半波の次の第２の半波における前記スイッチのオンのタイミングを決める基準を前記第１の半波の終了時点にする制御手段と、を備えることを特徴とする、
画像形成装置。 A heater that generates heat by applying an AC voltage and fixes the image on a recording material on which the image is formed;
A switch for controlling the application of the AC voltage to the heater, wherein when a current flows to the heater by being turned on, a switch that continues to flow the current until the AC voltage becomes zero ;
Frequency detection means for detecting the frequency of the AC voltage,
Voltage detection means for detecting a voltage value of the AC voltage;
A zero-crossing detecting unit that detects a zero-crossing point of one polarity of the AC voltage by comparing a non-rectified voltage value detected by the voltage detecting unit with a threshold different from zero;
A first value based on the frequency detected by the frequency detecting means and a correction value of a temporal difference between the zero crossing point detected by the zero crossing detecting means and a true zero crossing point at which the value of the AC voltage becomes zero is obtained . and controlling the timing of turning on the switch in the half-wave, control of a reference for determining the timing of on of the switch in the next second half-wave of the first half wave to the end of the first half-wave Means,
Image forming device.
前記制御手段は、前記テーブルを参照し、前記周波数検知手段で検知した前記周波数及び前記電圧検知手段で検知した前記電圧値に応じた前記補正値を決定することを特徴とする、
請求項１記載の画像形成装置。 It has a table representing the relationship between the frequency and voltage value, the correction value,
The control unit refers to the table, and determines the correction value according to the frequency detected by the frequency detection unit and the voltage value detected by the voltage detection unit,
The image forming apparatus according to claim 1.
請求項１記載の画像形成装置。 The control unit calculates the correction value based on the frequency detected by the frequency detection unit and the voltage value detected by the voltage detection unit,
The image forming apparatus according to claim 1.
請求項１〜３のいずれか１項記載の画像形成装置。 The control means corrects a time difference between the zero-cross point and the true zero-cross point based on the correction value based on a zero-cross point detected by the zero-cross detection means before the true zero-cross point. Characterized in that
The image forming apparatus according to claim 1.
前記制御手段は、前記ゼロクロス検知信号に基づいて、前記基準となるゼロクロス点を決定することを特徴とする、
請求項４記載の画像形成装置。 The zero-crossing detection means outputs a zero-crossing detection signal that makes a state transition in a different direction between when the detection of the zero-crossing point is earlier than the true zero-crossing point and later.
The control means determines the reference zero-cross point based on the zero-cross detection signal,
The image forming apparatus according to claim 4.
請求項１〜６のいずれか１項記載の画像形成装置。 The frequency detection means, based on a time interval of the zero cross point detected by the zero cross detection means, characterized by detecting the frequency,
The image forming apparatus according to claim 1.
請求項７記載の画像形成装置。 The frequency detecting means detects that the AC voltage is a predetermined frequency of a commercial power supply by comparing a frequency calculated based on a time interval of the zero cross point with a predetermined value.
The image forming apparatus according to claim 7.
請求項８記載の画像形成装置。 The frequency detecting means detects that the AC voltage is 50 [Hz] or 60 [Hz] by comparing a frequency calculated based on a time interval of the zero cross point with a predetermined value. And
An image forming apparatus according to claim 8.
前記ＡＣ電圧の前記ヒータへの印加を制御するスイッチであって、オンになることにより前記ヒータへ電流を流すと、前記ＡＣ電圧がゼロになるまで電流を流し続けるスイッチと、
前記ＡＣ電圧の電圧値を検知する電圧検知手段と、
前記電圧検知手段により検知される整流されていない電圧値とゼロとは異なる閾値とを比較することにより、前記ＡＣ電圧の一方の極性のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知手段と、を備える画像形成装置により実行される方法であって、
前記ゼロクロス検知手段により検知される前記ゼロクロス点の時間間隔により、前記ＡＣ電圧の周波数を検知し、
検知した前記周波数及び前記ゼロクロス検知手段により検知される前記ゼロクロス点と前記ＡＣ電圧の電圧値がゼロとなる真のゼロクロス点との時間的差異の補正値に基づいて、第１の半波における前記スイッチをオンするタイミングを制御し、前記第１の半波の次の第２の半波における前記スイッチのオンのタイミングを決める基準を前記第１の半波の終了時点にすることを特徴とする、
温度制御方法。 A heater that generates heat by applying an AC voltage and fixes the image on a recording material on which the image is formed;
A switch for controlling the application of the AC voltage to the heater, wherein when a current flows to the heater by being turned on, a switch that continues to flow the current until the AC voltage becomes zero ;
Voltage detection means for detecting a voltage value of the AC voltage;
A zero-crossing detecting means for detecting a zero-crossing point of one polarity of the AC voltage by comparing a non-rectified voltage value detected by the voltage detecting means with a threshold different from zero. The method performed by
By the time interval of the zero cross point detected by the zero cross detection means, to detect the frequency of the AC voltage,
Voltage value of the zero cross point and the AC voltage detected by the sensed said frequency and said zero-cross detection means based on the correction value of the temporal difference between the true zero crossing point to be zero, the in the first half-wave The timing at which the switch is turned on is controlled, and the reference for determining the timing at which the switch is turned on in the second half-wave following the first half-wave is the end point of the first half-wave. ,
Temperature control method.
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