JP7322592B2 - 画像形成装置、および温度制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、画像形成装置、および温度制御方法に関する。

画像形成装置は、トナー像をシートに定着させるための定着装置を有している。当該定着装置は、シート種類に応じて定着させる温度（定着温度）を変更する必要があった。そのため、従来、ユーザーが薄紙、普通紙、厚紙等のシート種類の違いを判別し、操作パネルで当該シート種類の情報を設定していた。

また、特許文献１では、メディアセンサを用いてシート種類の情報を取得することで、ユーザーがシート種類の情報を設定することを不要とし、メディアセンサが取得したシート種類の情報に応じた定着温度に制御する技術を開示している。

特開２０１９－１２１７４号公報

しかし、特許文献１の技術では、定着部の温度をハロゲンヒーターのＯＮ／ＯＦＦで制御しているため、細かい温度変化を制御することができなかった。例えば、普通紙Ａ、普通紙Ｂ、普通紙Ｃと坪量が異なる３種類のシートがある場合に、それぞれのシート種類に応じて適切な定着温度を設定することができるが、特許文献１の定着装置では、細かい温度変化を制御することができない。そのため、定着部の温度を普通紙Ａ、普通紙Ｂ、普通紙Ｃの各々の定着温度へとハロゲンヒーターのＯＮ／ＯＦＦで制御しても、特許文献１の定着装置では、３種類のシートの定着部の温度がほぼ同じ温度となる。つまり、メディアセンサを用いてシートの坪量までは分かっても、特許文献１の定着装置では、定着部の温度をそれに応じた定着温度を制御することができず、定着処理がなされたシート上の画質が不十分であった。

本開示は係る実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、定着部の温度をメディアセンサを用いて取得したシート種類の情報に応じて設定される定着温度へと制御することができる画像形成装置、および温度制御方法を提供する。

本開示のある局面に従う画像形成装置は、シートの種類を検知するためのメディアセンサと、シートに画像を定着させる定着部と、シートの種類ごとに定着温度を記憶する記憶部とを備える。画像形成装置は、定着部の温度をメディアセンサで検知したシートの種類に対応する定着温度へと制御するため定着部に供給する電力をＰＷＭ制御で制御する制御部とを備える。

本開示のある局面に従う温度制御方法は、シートの種類を検知するためのメディアセンサと、シートに画像を定着させる定着部と、シートの種類ごとに定着温度を記憶する記憶部とを備える画像形成装置で用いられる。温度制御方法は、メディアセンサでシートを検知するステップと、定着部の温度を検知したシートの種類に対応する定着温度へと制御するため、定着部に供給する電力をＰＷＭ制御で制御するステップとを含む。

本開示は係る画像形成装置、および温度制御方法では、定着部に供給する電力をＰＷＭ制御で制御するので、定着部の温度をメディアセンサを用いて取得したシート種類の情報に応じて設定される定着温度へと、精度よく制御することができ、定着処理がなされたシート上の画質を向上させることができる。

画像形成装置の全体構成を示す図である。 画像形成装置の回路構成を示す図である。 低いデューティ比でＰＷＭ制御をしたときの供給電力を示す図である。 高いデューティ比でＰＷＭ制御をしたときの供給電力を示す図である。 坪量およびシート種類に基づいて定められた定着温度を示すテーブルである。 受信側超音波センサにおける電磁波ノイズの影響を説明するための図である。 超音波センサとスイッチング素子との動作関係を示す模式的なタイミング図である。 各ヒーターへの電力供給制御の方法を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本開示に係る技術思想の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
［実施の形態１］
＜画像形成装置の全体構成＞
図１は、画像形成装置１の全体構成を示す図である。図１において、画像形成装置１は、例えば、複写機、プリンタまたはファクシミリ、もしくは、これらの機能を備えた複合機であって、画像をシートである印刷媒体Ｍ（例えば用紙、フィルム、シールなど）に印刷する。

画像形成装置１は、大略的に、給紙部２と、超音波センサ２０と、レジストローラー対３と、画像形成部４と、定着部５と、操作／入力部６と、制御部７と、電源部８と、記憶部１０とを備える。以下、画像形成装置１の印刷動作時の各構成の動作について説明する。

給紙部２には、未使用の印刷媒体Ｍが積載される。給紙部２は、印刷媒体Ｍを一枚ずつ、図１中に破線で示す搬送経路ＦＰに送り出す。給紙部２は、印刷媒体Ｍを排出したとき、印刷媒体Ｍを排出したことを意味する信号Ｅを、制御部７へ送信する。制御部７は、信号Ｅを受信したことに基づき、タイマのカウントを開始する。

印刷媒体Ｍが超音波センサ２０に到達するまでの時間を、時間Ｔとする。制御部７は、当該タイマの時刻が時間Ｔになった時、印刷媒体Ｍが超音波センサ２０に到達すると判断する。

レジストローラー対３は、搬送経路ＦＰ上であって、給紙部２の下流側に設けられる。レジストローラー対３は、給紙部２から送り出された印刷媒体Ｍを一旦停止させた後、所定のタイミングで二次転写領域に送り出す。

搬送経路ＦＰ上には、レジストローラー対３が停止させる印刷媒体Ｍのシート種類、坪量および厚みを検知するための超音波センサ２０が設けられている。なお、本実施の形態においては、超音波センサを用いて印刷媒体Ｍのシート種類等を検知するが、圧電センサ、静電容量センサ等を用いて印刷媒体Ｍのシート種類等を検知してもよい。もちろん、画像形成装置１では、これらのセンサを組み合わせて使用してもよい。

超音波センサ２０は、発信側超音波センサ２１と受信側超音波センサ２２とで構成される。発信側超音波センサ２１は、受信側超音波センサ２２に対し、超音波を発信する。受信側超音波センサ２２は、発信側超音波センサ２１より発信された超音波を受信する。本実施の形態における発信側超音波センサ２１が発信する超音波の周波数は、３００ｋＨｚである。なお、その他の波長域である超音波の送受信をする超音波センサ２０を使用してもよい。

発信側超音波センサ２１と受信側超音波センサ２２とは、真正面に対向する。発信側超音波センサ２１が発信する超音波は、搬送経路ＦＰと交差して、受信側超音波センサ２２に到達する。超音波が交差する搬送経路ＦＰ上に印刷媒体Ｍがある場合、発信された超音波は、印刷媒体Ｍに衝突する。印刷媒体Ｍは繊維の集合体で形成された多孔性物質であるため、衝突した超音波の一部は、印刷媒体Ｍ内の空気中を通り、受信側超音波センサ２２へと到達する。

すなわち、発信された超音波は印刷媒体Ｍにおいて、反射・吸収・拡散する。印刷媒体Ｍの表面を反射した超音波は反射波となり、印刷媒体Ｍの内部を吸収・拡散されることない。反射・吸収・拡散されることにより減衰した上で受信側超音波センサ２２へ到達した超音波は、透過波となる。

印刷媒体Ｍが発信された超音波をどの程度、吸収・拡散するかは、印刷媒体Ｍ内部の繊維の密度、繊維の太さまたは印刷媒体Ｍの厚み等によって定まる。超音波センサ２０は、受信側超音波センサ２２が受信した透過波の減衰量を制御部７に出力する。制御部７は、入力された受信側超音波センサ２２が受信する透過波の減衰量および発信側超音波センサ２１の超音波を発信する入射角に基づいて、印刷媒体Ｍ内部の繊維の密度、繊維の太さまたは印刷媒体Ｍの厚みを検知する。制御部７は、検知した印刷媒体Ｍの繊維の密度に基づいて、シートの単位面積あたりの重量である坪量を導き出す。制御部７は、検知した印刷媒体Ｍ内部の繊維の密度、繊維の太さまたは印刷媒体Ｍの厚みに基づいて、シート種類を導き出す。

坪量およびシート種類が検知された印刷媒体Ｍは、レジストローラー対３によって、二次転写領域へと送り出される。印刷媒体Ｍは、画像形成部４から搬送されて、トナー画像が転写される。画像形成部４は、たとえば、周知の電子写真方式およびタンデム方式により、トナー画像を中間転写ベルト上に生成する。かかるトナー画像は、中間転写ベルトにより担持され、二次転写領域に向けて搬送される。

印刷媒体Ｍは、トナー画像が転写された後、定着部５へと搬送される。定着部５において、加熱ローラー５１および加圧ローラー５３は、当接してニップを形成する。加熱ローラー５１は、筒状の芯金内に複数のヒーターを内蔵する。

各ヒーターは、ハロゲンヒーターであって、電源部８から供給される電流により点灯する。また、定着部５は電磁誘導コイル（図示せず）を備え、当該電磁誘導コイルが引き起こす電磁誘導により、加熱ローラー５１内部に設けられた抵抗に電流が流れることで、加熱ローラー５１を加熱してもよい。

加圧ローラー５３は、制御部７の制御下で回転する。加熱ローラー５１は加圧ローラー５３の回転に従動して回転する。印刷媒体Ｍがニップに送り込まれると、印刷媒体Ｍは、加熱ローラー５１と加圧ローラー５３とにより加圧され、また、加熱ローラー５１により加熱される。その結果、印刷媒体Ｍに転写されたトナーは定着する。印刷媒体Ｍは排紙トレイに向けて送り出される。

定着部５は、ヒーター温度検知部５４を含む。ヒーター温度検知部５４は、たとえばサーミスタである。ヒーター温度検知部５４は、加熱ローラー５１内の各ヒーターの温度を検知し、検知結果を制御部７に出力する。各ヒーターの温度とは、すなわち定着部の温度を意味する。

操作／入力部６は、テンキー、タッチパネルまたは物理的なボタン等を含む。操作／入力部６は、ユーザーが入力した各種情報を受け付ける。

制御部７は、画像形成装置１全体を総括的に制御する。制御部７が有するＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムを、ＲＡＭを作業領域として使用しながら、実行する。本実施の形態では、特に、各ヒーターへの電力供給制御をする。具体的には、制御部７は、超音波センサ２０が検知した結果に基づいて、加熱ローラー５１内の各ヒーターの温度が所定の定着温度となるように、電源部８を制御する。

電源部８は、主に商用電源から供給される電力を整流、および制御して各ヒーターを含む画像形成装置１へと電力を供給する。記憶部１０は、坪量およびシート種類に基づいて定められた定着温度を示すテーブルを記憶する。制御部７は、当該テーブルと超音波センサ２０が検知する減衰量とに基づき、電源部８を制御して、各ヒーターの温度が坪量およびシート種類に基づく定着温度となるように制御する。以下、制御部７と電源部８と各ヒーターとの構成について説明する。
＜回路構成＞
図２は、画像形成装置１の回路構成を示す図である。図２では、主に電源部８および定着部５の回路構成を示している。電源部８は、整流回路８１と、ノイズフィルタ８２と、チョッパ回路８３とを含む。整流回路８１は、商用電源に接続され、交流電力を直流電力へ変換する。

定着部５は、加熱ローラー５１の内部に、中央ヒーター５２と端部ヒーター５５とを備える。図２では、中央ヒーター５２と端部ヒーター５５と（以下、単に各ヒーターとする。）が、図面で表現する上での便宜上、分離して図示されているが、実際的には各ヒーターは、同一の加熱ローラー５１内に備えられる。本実施の形態において、端部ヒーター５５は、図２で表されるように、加熱ローラー５１の中央部分に対応する箇所には抵抗を持たず、加熱ローラー５１の端部のみを加熱する。しかし、端部ヒーター５５は、中央部分にも抵抗を備えるロングヒーターとしてもよい。すなわち、ロングヒーターは、加熱ローラー５１の中央部においては、中央ヒーター５２と重なって加熱する部分を持ち、中央ヒーター５２よりも幅広く加熱ローラー５１を加熱する。このとき、中央ヒーター５２は、ロングヒーターに対してショートヒーターと呼ぶ。

ノイズフィルタ８２は、例えばπ型フィルタであって、整流回路８１の出力側に縦続接続される。具体的には、ノイズフィルタ８２は、コイルＬ１と、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とを含んでいる。コイルＬ１は、各ヒーターに対して直列に接続される。コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とは、各ヒーターに対して並列に接続される。

チョッパ回路８３は、例えば降圧チョッパ回路であって、ノイズフィルタ８２の出力側に縦続接続される。この場合、チョッパ回路８３は、コイル（リアクトル）Ｌ２と、還流素子Ｄ１と、スイッチング素子８３１と、駆動回路８３２とを含んでいる。コイルＬ２は、各ヒーターと、コイルＬ１との間に直列に接続される。

還流素子Ｄ１は、例えばダイオードであって、各ヒーターに対して並列に接続され、コイルＬ２よりもノイズフィルタ８２側に配置される。より具体的には、還流素子Ｄ１のカソードがコイルＬ１およびコイルＬ２の間に、アノードが各ヒーターとスイッチング素子８３１のコレクタとの間に電気的に接続されるよう、還流素子Ｄ１は配置される。

また、スイッチング素子８３１は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳ－ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、還流素子Ｄ１よりもノイズフィルタ８２側に、各ヒーターに対して直列に接続される。

より具体的には、スイッチング素子８３１のコレクタが各ヒーターに、エミッタが整流回路８１の出力側に電気的に接続されるよう、スイッチング素子８３１は配置される。駆動回路８３２は、スイッチング素子８３１のゲートに接続されて、制御部７の制御下でスイッチング素子８３１のデューティ比および駆動周波数を設定する。チョッパ回路８３の出力端子間に各ヒーターが接続される。

トライアック５６は、端部ヒーター５５への電力供給状態を切り替えるためのスイッチとして機能する整流素子である。トライアック５６は、ゲートに電流を印加することでオン状態となる。具体的に、トライアック５６は、例えばフォトトライアックカプラであり、制御部７からの信号でオン状態とオフ状態との切り替えを行う。なお、トライアックと同様の特徴を有するサイリスタをスイッチとして利用してもよい。

整流回路８１は、商用電源から供給される交流電力を全波整流して直流電力を生成する。ノイズフィルタ８２は、整流回路８１の出力電流からノイズを除去する。ここで、ノイズフィルタ８２のコンデンサＣ１，Ｃ２は、スイッチング素子８３１を流れるパルス状電流の高周波成分が商用電源側に漏れることを防止している。

各ヒーターに電力供給する際、制御部７は制御信号を駆動回路８３２に入力する。当該制御信号により、各ヒーターを少なくともオンさせる時間区間（つまり、デューティ比）が発生する。駆動回路８３２は、当該制御信号が示すデューティ比でスイッチング素子８３１をオン、またはオフさせるための駆動信号を生成し、スイッチング素子８３１のゲートに供給する。

スイッチング素子８３１は、商用電源の周波数よりもはるかに高い周波数（たとえば、３００ｋＨｚ）で駆動される。本実施の形態で、スイッチング素子８３１は、３００ｋＨｚの周波数から少なくとも所定の範囲内で駆動される。スイッチング素子８３１がオン状態にすると、コイルＬ２、各ヒーターに、整流回路８１で生成された直流電力がスイッチング素子８３１を介して流れる。この間、リアクタンス素子であるコイルＬ２は、自身を流れる電力の一部を磁気エネルギーとして蓄える。

一方、スイッチング素子８３１をオフ状態にすると、スイッチング素子８３１がオン状態の間にコイルＬ２に蓄えられた磁気エネルギーが電力として放出されて各ヒーターに供給される。この電流は、回生ダイオードとしての還流素子Ｄ１を介してコイルＬ２に戻る。

以上のような電源部８の動作により、各ヒーターへの入力電流の波形は、正弦波に近くなる。これにより、電源部８の力率が向上すると共に、入力電流から高調波電流が低減される。

当該回路構成では、印刷媒体Ｍのサイズに応じて端部ヒーター５５への電力供給のオン状態とオフ状態とを切り替えている。例えば、サイズの小さい印刷媒体Ｍ（Ａ４用紙を縦方向など）を定着する場合、過昇温を防止するため、端部ヒーター５５への電力供給がされないまま定着がされる。一方、サイズの大きい印刷媒体Ｍ（Ａ３用紙など）を定着させる場合、端部ヒーター５５の温度を上昇させる必要があり、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５の両ヒーターへ電力供給される状態で定着がされる。端部ヒーター５５への電力供給がオン状態かオフ状態であるかは、トライアック５６によって切り替えられる。
＜定着部の温調制御について＞
本実施の形態において、制御部７は、定着部５で定着処理がされる前に、超音波センサ２０により、印刷媒体Ｍの坪量およびシート種類を検知することができる。これにより、制御部７は、記憶部１０に記憶されたテーブルから、坪量およびシート種類に基づく定着温度を取得することができる。

しかし、坪量およびシート種類に基づいた定着温度を取得できたとしても、電源部８が中央ヒーター５２および端部ヒーター５５へ供給する電力量を細かく調整できなければ、加熱ローラー５１の温度は、当該定着温度とすることはできない。したがって、本実施の形態における画像形成装置１は、スイッチング素子８３１でＰＷＭ制御をすることにより、各ヒーターへ供給する電力量をより細かく制御する。

制御部７は、スイッチング素子８３１のデューティ比を調整することにより、ヒーターへの電力供給量を制御する。スイッチング素子８３１は、高速でオン状態とオフ状態を切り替える。スイッチング素子８３１がオン状態の間、電源部８は各ヒーターに電力を供給する。スイッチング素子８３１がオフ状態の間、電源部８は各ヒーターに電力を供給しない。

制御部７は、スイッチング素子８３１が周期的にオン状態とオフ状態とを高速で切り替える中で、１周期（１つのオン状態と隣接する１つのオフ状態とを合計した期間）内でのオン状態の期間の割合であるデューティ比を制御する。デューティ比が高ければヒーターへ供給される電力量は高くなり、デューティ比が低ければヒーターへ供給される電力量は低くなる。すなわち、制御部７は、デューティ比の高さを制御することで、各ヒーターの温度を制御する。

図３は、低いデューティ比でＰＷＭ制御をしたときの供給電力を示す図である。図３において下段に示す矩形波は、スイッチング素子８３１がオン状態とオフ状態との間を周期的に切り替えていることを示している。上段に示す山なりの曲線は、各ヒーターへ供給される電力量、すなわち供給電力を示す。

実線ｏｎＥは、スイッチング素子８３１がオン状態の間に、各ヒーターへ供給される電力量を示す。オン状態の間、各ヒーターへ供給される電力量は上昇する。これに対して、破線ｏｆｆＥは、スイッチング素子８３１がオフ状態の間に、各ヒーターへ供給される電力量を示す。オフ状態の間に、各ヒーターへ供給される電力は、残留電力により徐々に下降する。

曲線ＩＥは、各ヒーターへの入力電力量を示す。入力電力量とは、各ヒーターへ供給される電力の最大値に基づいた電力値である。これに対して、曲線ＲＥは、各ヒーターの実効電力量を示している。実効電力量とは、各ヒーターへ供給される電力量の実効値として定められる電力量である。すなわち、スイッチング素子８３１は、オン状態とオフ状態を高速で繰り返しているため、曲線ＩＥで示す入力電力は実効電力とはならず、曲線ＲＥで示す電力が、ヒーターへ供給される電力の実効値となる。

図４は、高いデューティ比でＰＷＭ制御をしたときの供給電力を示す図である。図４では、高いデューティ比でＰＷＭ制御をしているため、スイッチング素子がオン状態である期間は、図３のオン状態である期間に比べて長い。これに伴い、実線ｏｎＥで示す各ヒーターへ供給される時間が長くなり、曲線ＩＥで示す入力電力量および曲線ＲＥで示す実効電力量も高くなる。

ようするに、図３と図４とが示したとおり、制御部７は、スイッチング素子８３１のデューティ比を細かく制御することできるため、各ヒーターへ供給する実効電力量を細かく制御することができる。

これに対して、ＰＷＭ制御を用いずに各ヒーターへの供給電力をＯＮ／ＯＦＦ制御のみで制御した場合は、制御部７は、各ヒーターへ供給する実効電力量を細かく制御することができない。すなわち、ＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＮとは、デューティ比が１００％の状態であり、ＯＮ／ＯＦＦ制御のＯＦＦとはデューティ比が０％の状態であるため、制御部７は、スイッチング素子８３１のデューティ比をＯＮとＯＦＦとの中間の割合にすることができないためである。

ＰＷＭ制御を用いることで、制御部７は、各ヒーターの温度を±５℃単位で制御することが可能となる。また、制御部７は、高周波センサが検知したシートの種類に基づいて、ＰＷＭ制御のＯＮ時間の幅を定めてもよい。
＜坪量およびシート種類に基づいて定められた定着温度について＞
図５は、坪量およびシート種類に基づいて定められた定着温度を示すテーブルである。図５で示すテーブルを用いて、制御部７は、超音波センサ２０により検知した坪量およびシート種類に応じた定着温度となるように各ヒーターの温度を制御する。定着温度とは、一般的に、印刷媒体Ｍに最も安定してトナーを定着することができる温度である。

記憶部１０は、印刷媒体Ｍの坪量およびシート種類に応じた定着温度自体を記憶しているが、定着温度自体を記憶せずに、定着温度へと制御するための各ヒーターの加熱時間、デューティ比などの値を記憶してもよい。つまり、記憶部１０が、印刷媒体Ｍの坪量およびシート種類に応じた定着温度へと制御するための情報を記憶していれば、制御部７は定着部５の温度を定着温度にすることが可能である。

制御部７は、超音波センサ２０を用いて、導いた印刷媒体Ｍの坪量およびシート種類に応じた定着温度を、当該テーブルより読み出す。

たとえば、制御部７は、超音波センサ２０により、印刷媒体Ｍのシートの種類が「普通紙」であり、坪量が７０ｇ／ｍ２であると検知する。制御部７は、図５で示すテーブルを参照して、当該印刷媒体Ｍに応じた定着部５の定着温度が１４５℃であることを読み出す。制御部７は、電源部８のスイッチング素子８３１のデューティ比を制御することにより、各ヒーターの温度が１４５℃となるように制御する。

同様の手順で、印刷媒体Ｍのシート種類が「再生紙」であり、坪量が７０ｇ／ｍ２であると検知した場合には、制御部７は各ヒーターの温度が１５０℃となるように制御する。

図５で示すテーブルに記載されているとおり、定着温度は、坪量およびシート種類に応じて±５℃単位で細かく変化する。したがって、制御部７はＰＷＭ制御による電力制御をせずに、ＯＮ／ＯＦＦ制御で定着部５に供給する電力を制御することとした場合、図５で示すテーブルに記載されている定着温度へと制御できない場合がある。つまり、ＯＮ／ＯＦＦ制御で定着部５に供給する電力を制御する場合、紙種に対して適切な温度制御ができず、トナーが定着できなかったり、逆に用紙から蒸発する水分が過剰となり紙皴となったりするが、本発明によればそれを抑制することができる。
＜受信側超音波センサにおける電磁波ノイズの影響＞
図６は、受信側超音波センサ２２における電磁波ノイズの影響を説明するための図である。スイッチング素子８３１は、駆動する際、３００ｋＨｚでスイッチのＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、電流を急激に変化させている。当該電流に急激な変化は、高周波の電磁波ノイズとなり、スイッチング素子８３１から放出されている。

当該電磁波ノイズが受信側超音波センサ２２まで到達した場合、受信側超音波センサ２２が備える超音波振動子は、当該電磁波ノイズにより誤動作を引き起こす。超音波振動子は、圧電セラミックなどの受信した３００ｋＨｚの超音波を受信信号に変換する超音波トランスデューサーである。そのため、３００ｋＨｚの超音波を変換した受信信号は、周波数の近い３００ｋＨｚの電磁波ノイズの影響を受けやすい。受信側超音波センサ２２は、超音波振動子の誤作動により、受信信号を誤検知するため正しい結果を取得できず問題である。

図６では、オシロスコープで検知した受信側超音波センサ２２の受信信号Ｊの波形と、スイッチング素子８３１のＰＷＭ信号Ｓの波形とを示している。縦軸は電圧値であり、横軸は時間軸である。

受信側超音波センサ２２は、期間Ａ～期間Ｅで示す全期間において、発信側超音波センサ２１が発信する超音波を受信する。受信側超音波センサ２２の超音波振動子は、受信した超音波を受信信号Ｊに変換する。期間Ａ、期間Ｃおよび期間Ｅにおいて、超音波振動子は、スイッチング素子８３１からの電磁波ノイズの影響を受けずに、発信側超音波センサ２１が発信した超音波を受信信号Ｊに変換している。したがって、図６に示すように、期間Ａ、期間Ｃおよび期間Ｅにおける受信信号Ｊは、安定した一定の波形としてオシロスコープに検知されている。

一方、スイッチング素子８３１は、期間Ａ、期間Ｃおよび期間Ｅにおいて、駆動しておらず、電磁波ノイズを放出していないが、各ヒーターを加熱するため期間Ｂおよび期間Ｄにおいて、駆動するため電磁波ノイズを放出している。図６では、期間Ｂおよび期間Ｄにおいてオシロスコープに検知された当該ＰＷＭ信号Ｓの波形を示している。

スイッチング素子８３１は、駆動する際、高速でスイッチのＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、電磁波ノイズを放出しており、当該電磁波ノイズが受信側超音波センサ２２に影響を与えている。図６で示す期間Ｂおよび期間Ｄにおける受信信号Ｊの波形は、スイッチング素子８３１からの電磁波ノイズの影響を受けて乱れている。

このように、受信側超音波センサ２２が電磁波ノイズの影響を受けているタイミングで、発信側超音波センサ２１と受信側超音波センサ２２との間に印刷媒体Ｍが到達した場合、受信側超音波センサ２２は、印刷媒体Ｍを透過した透過波を適切に受信信号に変換できないという問題が生じる。以下で、当該問題を回避する手法について説明する。
＜誤検知の回避手法＞
図７を用いて受信側超音波センサで発生する電磁波ノイズによる誤検知の回避手法を概念的に説明する。図７は、超音波センサ２０とスイッチング素子８３１との動作関係を示す模式的なタイミング図である。上から、各ヒーターの温度の時間変化、スイッチング素子８３１のデューティ比の時間変化、受信側超音波センサ２２が受信する超音波の強度の時間変化、発信側超音波センサ２２が発信する超音波の波形の時間変化を同一の時系列で示している。図７では、上述で示したそれぞれの時間変化を模式的に表しているにすぎず、実際の波形とは異なる。また、デューティ比、時間間隔等は一例にすぎない。

まず、図７における時間ａより前に、給紙部２は、印刷媒体Ｍを排出し、排出に伴い制御部７に対して信号Ｅを送信する。当該信号Ｅを受信した制御部７は、信号Ｅを受信したときから、当該印刷媒体Ｍがいつ超音波センサ２０に到達するかを事前に判断することができる。図７では、時間ｆにおいて、印刷媒体Ｍが超音波センサ２０に到達する。

以下、時系列にしたがって説明する。時間ａにおいて発信側超音波センサ２１は、超音波の発信を開始する。時間ａ以降、発信側超音波センサ２１は、超音波の発信を継続する。図７では便宜上、発信側超音波センサ２１が発信する超音波を模式的な凹凸で表現しているが、実際の超音波は３００ｋＨｚで発信される。時間ａで超音波が発信されるとともに、受信側超音波センサ２２は当該超音波を受信し、受信した超音波の強度を検知する。

時間ｂにおいて、スイッチング素子８３１は、各ヒーターを加熱するため、デューティ比６０％で駆動を開始する。各ヒーターの温度は、時間ｂにおいて上昇し始め、時間ｃにおいて一定の温度に保たれる。

時間ｂにおいて、スイッチング素子８３１は駆動するとともに、電磁波ノイズを放出し、受信側超音波センサ２２が電磁波ノイズの影響を受けている。しかし、時間ｂにおいては、超音波センサ２０で印刷媒体Ｍを検知していないので、スイッチング素子８３１の電磁波ノイズの影響を考慮する必要はない。

制御部７は、印刷媒体Ｍが超音波センサ２０に到達する時間ｆの所定期間前の時間ｄにおいて、スイッチング素子８３１のデューティ比を７０％に高める制御をする。当該制御は、後述するスイッチング素子８３１をＯＦＦ状態にすることに備える制御である。これにより、各ヒーターの温度は、時間ｄから上昇を開始する。

制御部７は、印刷媒体Ｍが超音波センサ２０に到達する時間ｆの所定期間前の時間ｅにおいて、スイッチング素子８３１をＯＦＦ状態にする。時間ｆにおいて、印刷媒体Ｍが超音波センサ２０に到達するため、スイッチング素子８３１の電磁波ノイズの影響により、超音波センサ２０で印刷媒体Ｍの種類を誤検知する可能性がある。そこで、制御部７は、印刷媒体Ｍが超音波センサ２０に近づいた時間ｅのタイミングで、超音波センサ２０の誤検知を回避すべくスイッチング素子８３１をＯＦＦ状態にする。

したがって、制御部７は、信号Ｅに基づいて算出した時間ｆより所定期間（時間ｅから時間ｆの期間）早く、スイッチング素子８３１をＯＦＦ状態にする。これにより、受信側超音波センサ２２は電磁波ノイズの影響を受けない。スイッチング素子８３１をＯＦＦ状態になったことにより、各ヒーターへの電力供給は止まり、各ヒーターの温度は、時間ｅから低下し始める。

時間ｆにおいて、給紙部２から排紙された印刷媒体Ｍが超音波センサ２０に到達する。到達を契機として、受信側超音波センサ２２が受信する超音波の強度は、受信側超音波センサ２２を遮る面積により、段階的に低下する。発信された超音波が受信側超音波センサ２２に到達するまでの経路上を、印刷媒体Ｍが妨げるように送出されてくるため、発信された超音波は、印刷媒体Ｍにおいて反射・吸収・拡散される。これにより、受信側超音波センサ２２に到達する透過波は、段階的に弱まっていく。

時間ｇにおいて、印刷媒体Ｍは、受信側超音波センサ２２と発信側超音波センサ２１との間に到達する。受信側超音波センサ２２に到達する透過波は、一定の強度に定まる。受信側超音波センサ２２は、当該強度を制御部７に送信し、制御部７は、印刷媒体Ｍの坪量およびシート種類を記憶部１０に記憶されたテーブルから読み出す。

時間ｈにおいて、受信側超音波センサ２２が受信した透過波の強度と、スイッチング素子８３１を記憶部１０が記憶する温度プロファイルとに基づき、制御部７はデューティ比を制御する。ここでは、制御部７は、９０％のデューティ比でスイッチング素子８３１を駆動させる。これにより、低下していた各ヒーターの温度を、所定の温度まで上昇させる。

また、時間ｈにおいて、印刷媒体Ｍはレジストローラー対３によって画像形成部４へと送出される。これにより、受信側超音波センサ２２の受信する超音波の強度は、再度高くなる。

時間ｉにおいて、ヒーター温度検知部５４が各ヒーターの温度が所定の温度にまで上昇したことを制御部７に送信し、制御部７は、デューティ比を６０％に戻す。これにより、各ヒーターの温度は、一定の温度を保つ。

このように、本実施の形態の画像形成装置１では、印刷媒体Ｍが受信側超音波センサ２２と発信側超音波センサ２１との間に到達する時間ｆから時間ｈまでの期間、制御部７は、スイッチング素子８３１をＯＦＦ状態にすることにより、超音波センサ２０での印刷媒体Ｍの坪量およびシート種類の誤検知を防ぐ。

時間ｆではなく時間ｅからスイッチング素子８３１をＯＦＦ状態としている理由は、電磁波ノイズを放出させないように、制御部７が余裕を持たせてスイッチング素子８３１をＯＦＦ状態にしているにすぎない。

その他の回避手法として、スイッチング素子８３１の周波数と、超音波センサ２０の周波数を、一致しないものとすることが考えられる。たとえば、スイッチング素子８３１の周波数が３００ｋＨｚから所定の範囲で異なる場合、受信側超音波センサ２２の超音波振動子は、スイッチング素子８３１からの電磁波ノイズの影響を受けない。

また、スイッチング素子８３１が放出する電磁波ノイズが届かない距離に、受信側超音波センサ２２を設置してもよい。これにより、受信側超音波センサ２２の超音波振動子は、スイッチング素子８３１からの電磁波ノイズの影響を受けない。

さらに、印刷媒体Ｍが受信側超音波センサ２２と発信側超音波センサ２１との間に到達する時間ｆから時間ｈまでの期間であっても、スイッチング素子８３１を用いずに、制御部７がＯＮ／ＯＦＦ制御で定着部５に電力を供給してもよい。これにより、スイッチング素子８３１は電磁波ノイズを放出せず、受信側超音波センサ２２の超音波振動子は、電磁波ノイズの影響を受けない。
＜各ヒーターへの電力供給制御の方法＞
図８は、各ヒーターへの電力供給制御の方法を示す図である。本実施の形態の画像形成装置１は、図２で示すように中央ヒーター５２と端部ヒーター５５とを備える。もちろん、中央ヒーター５２はショートヒーターであってもよく、端部ヒーター５５は、ロングヒーターであってもよい。

本実施の形態の画像形成装置１では、制御部７は、スイッチング素子８３１のデューティ比を制御することで各ヒーターに電力を供給すると説明をしてきたが、常に各ヒーターの両方に電力を供給する必要はなく、いずれか一方または両方としてもよい。

図８の（１）で示すように、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５またはショートヒーターおよびロングヒーターの両方に電力を供給してもよい。

図８の（３）で示すように、中央ヒーター５２またはショートヒーターのみに電力を供給してもよい。

制御部７は、図８の（１）の状態と図８の（３）の状態とを、トライアック５６を用いて切り替える。

なお、トライアック５６を用いず、他のスイッチを用いて、図８の（２）で示すように、端部ヒーター５５またはロングヒーターのみに電力を供給してもよい。
＜小括＞
以上のように、本実施の形態に係る画像形成装置１は、シートの種類を検知するためのメディアセンサと、シートに画像を定着させる定着部５と、シートの種類ごとに定着温度を記憶する記憶部１０とを備える。本実施の形態に係る画像形成装置１は、定着部５の温度をメディアセンサで検知したシートの種類に対応する定着温度へと制御するため、定着部５に供給する電力をＰＷＭ制御で制御する制御部７を備える。これによれば、定着部５に供給する電力をＰＷＭ制御で制御するので、定着部５の温度を、メディアセンサを用いて取得したシート種類の情報に応じて設定される定着温度へと、精度よく制御することができ、定着処理がなされたシート上の画質を向上させることができる。

また、定着部５は、抵抗発熱により熱を生成するヒーターを有する。これによれば、ハロゲンヒーター等の抵抗発熱により熱を生成するヒーターを用いて、シートを加熱することができる。

さらに、定着部５は、誘導発熱により熱を生成するヒーターを有する。これによれば、ＩＨヒーター等の誘導発熱により熱を生成するヒーターを用いて、シートを加熱することができる。

また、ＰＷＭ制御は、高周波チョッピング制御で行う。これによれば、ＩＧＢＴ等を用いて、ＰＷＭ制御をすることができる。

さらに、メディアセンサは、高周波センサである。これによれば、メディアセンサとして、静電容量センサ等を用いてもよい。

また、高周波センサは、超音波センサである。これによれば、メディアセンサは、超音波センサ２０を用いてもよい。

さらに、高周波センサで使用する波長域が、ＰＷＭ制御により生じるノイズの波長域と重なり合わない波長域としてもよい。これによれば、超音波センサ２０が電磁波ノイズの影響を受けることを防ぐことができる。

また、高周波センサが、ＰＷＭ制御を行うスイッチング素子から所定距離以上離れた位置にあってもよい。これによれば、超音波センサ２０が電磁波ノイズの影響を受けることを防ぐことができる。

さらに、制御部７は、高周波センサがシートの種類を検知する場合、ＰＷＭ制御による電力制御を停止してもよい。これによれば、超音波センサ２０で電磁波ノイズが発生することを防ぐことができる。

また、制御部７は、ＰＷＭ制御による電力制御を停止した場合、ＯＮ／ＯＦＦ制御で定着部５に供給する電力を制御してもよい。これによれば、超音波センサ２０で電磁波ノイズが発生することを防ぐことができ、かつ、各ヒーターへ電力を供給できる。

さらに、定着部５の温度を測定し、温度プロファイルを記録する温度センサをさらに備え、制御部７は、高周波センサがシートの種類を検知した後、温度センサで記録した温度プロファイルに基づいて、定着部５に供給する電力を制御してもよい。これによれば、温度プロファイルに基づいて効率的に低下した各ヒーターの温度を上昇させることができる。

また、制御部７は、ＰＷＭ制御による電力制御を停止する前の所定期間に定着部５を加熱するように定着部５に供給する電力を制御してもよい。これによれば、各ヒーターの温度を事前に上昇させることで、電力制御を停止した後の低下の度合いを軽減させることができる。

さらに、定着部５は、複数のヒーターを含み制御部７は、所定期間に定着部５を加熱する場合に、複数のヒーターの何れか１つに電力を供給してもよい。これによれば、各ヒーターのうちのいずれかまたは両方に対して選択的に電力を供給する。

また、制御部７は、高周波センサが検知したシートの種類に基づいて、ＰＷＭ制御のＯＮ時間を制御してもよい。これによれば、検知したシートの種類に基づいて各ヒーターの温度を制御することができる。

さらに、ＰＷＭ制御により生じるノイズの波長域は、３００ｋＨｚから所定範囲以内であってもよい。また、高周波センサで使用する波長域は、３００ｋＨｚから所定範囲以内であってもよい。これによれば、３００ｋＨｚから所定範囲以内の高周波センサまたはスイッチング素子８３１を用いることができる。なお、高周波センサで使用する波長域、およびＰＷＭ制御により生じるノイズの波長域の３００ｋＨｚはこれに限定されない。つまり、ノイズの波長領域によって、高周波センサの検知結果が変化してしまうことが問題であり、この数値に限定はされない。一般的に言われている１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚなどであってもよい。

また、本実施の形態に係る温度制御方法は、シートの種類を検知するための超音波センサ２０と、シートに画像を定着させる定着部５と、シートの種類ごとに定着温度を記憶する記憶部１０とを備える画像形成装置で用いられる。温度制御方法は、超音波センサ２０でシートを検知するステップと、定着部５の温度を検知したシートの種類に対応する定着温度へと制御するため、定着部５に供給する電力をＰＷＭ制御で制御するステップとを含む。これによれば、定着部５に供給する電力をＰＷＭ制御で制御するので、定着部５の温度をメディアセンサを用いて取得したシート種類の情報に応じて設定される定着温度へと制御することができ、定着処理がなされたシート上の画質を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 画像形成装置、２ 給紙部、３ レジストローラー対、４ 画像形成部、５ 定着部、６ 操作／入力部、７ 制御部、８ 電源部、１０ 記憶部、２０ 超音波センサ、２１ 発信側超音波センサ、２２ 受信側超音波センサ、５１ 加熱ローラー、５２ 中央ヒーター、５３ 加圧ローラー、５４ ヒーター温度検知部、５５ 端部ヒーター、５６ トライアック、８１ 整流回路、８２ ノイズフィルタ、８３ チョッパ回路、８３１ スイッチング素子、８３２ 駆動回路、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１ 還流素子、Ｌ１，Ｌ２ コイル、Ｍ 印刷媒体。

Claims (15)

1. 画像形成装置であって、
   シートの種類を検知するための高周波センサと、
   シートに画像を定着させる定着部と、
   シートの種類ごとに定着温度を記憶する記憶部と、
   前記定着部の温度を前記高周波センサで検知したシートの種類に対応する前記定着温度へと制御するため、前記定着部に供給する電力をＰＷＭ制御で制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記高周波センサがシートの種類を検知する間、前記ＰＷＭ制御による電力制御を停止する、画像形成装置。
2. 前記定着部は、抵抗発熱により熱を生成するヒーターを有する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記定着部は、誘導発熱により熱を生成するヒーターを有する、請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記ＰＷＭ制御は、高周波チョッピング制御で行う、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記高周波センサは、超音波センサである、請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記高周波センサで使用する波長域が、前記ＰＷＭ制御により生じるノイズの波長域と重なり合わない波長域とする、請求項１または請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記高周波センサが、前記ＰＷＭ制御を行うスイッチング素子から所定距離以上離れた位置にある、請求項１または請求項５に記載の画像形成装置。
8. 前記制御部は、前記ＰＷＭ制御による電力制御を停止した場合、ＯＮ／ＯＦＦ制御で前記定着部に供給する電力を制御する、請求項１に記載の画像形成装置。
9. 前記定着部の温度を測定し、温度プロファイルを記録する温度センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記高周波センサがシートの種類を検知した後、前記温度センサで記録した前記温度プロファイルに基づいて、前記定着部に供給する電力を制御する、請求項１または請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記制御部は、前記ＰＷＭ制御による電力制御を停止する前の所定期間に前記定着部を加熱するように前記定着部に供給する電力を制御する、請求項１、請求項８、請求項９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記定着部は、複数のヒーターを含み、
    前記制御部は、前記所定期間に前記定着部を加熱する場合に、前記複数のヒーターの何れか１つに電力を供給する、請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記制御部は、前記高周波センサが検知したシートの種類に基づいて、前記ＰＷＭ制御のＯ
    Ｎ時間を制御する、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
13. 前記ＰＷＭ制御により生じるノイズの波長域は、３００ｋＨｚから所定範囲以内である請求項１、請求項７から請求項１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
14. 前記高周波センサで使用する波長域は、３００ｋＨｚから所定範囲以内である請求項１、請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
15. シートの種類を検知するための高周波センサと、シートに画像を定着させる定着部と、シートの種類ごとに定着温度を記憶する記憶部とを備える画像形成装置であって、
    前記高周波センサでシートを検知するステップと、
    前記定着部の温度を、検知したシートの種類に対応する前記定着温度へと制御するため、前記定着部に供給する電力をＰＷＭ制御で制御するステップと、
    前記高周波センサがシートの種類を検知する間、前記ＰＷＭ制御による電力制御を停止するステップとを含む、温度制御方法。

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