JP3826094B2 - 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、位相制御を行う電力制御装置を有する複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンタなどの画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機などの画像形成装置の定着器は、一般に、ヒータを備え、画像形成部で紙などの転写材上に転写されたトナーを、ヒータの加熱によって転写材上に融解、固着させるものである。
【0003】
この定着器は、商用電源(交流電源)からヒータに対する電力の供給を制御することによって、ヒータの温度を所定温度に維持する電力制御装置を備えている。
【0004】
ところで、この電力制御装置による通電制御方法は、波数制御と位相制御とに大別される。
【0005】
波数制御は、ONする半波の数により通電制御するものである。常に一半波の全体についてONされる。すなわち、ONは、常にゼロクロス(交流i=0になった点)で行われる。
【0006】
一方、位相制御は、一半波のうちのON領域の面積により通電制御するものである。すなわち、ゼロクロスからある時間経過後にONされる。
【0007】
ここでは、位相制御により従来の電力制御装置を使用する場合を例に挙げて詳しく述べるものとする。
【0008】
この定着器に備えられた電力制御装置は、例えば、電源からヒータに供給される電気をON/OFFするスイッチング手段と、このスイッチング手段をONするトリガ手段と、ヒータの制御結果値を検出する制御結果値検出手段と、供給電力のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、ヒータの制御目標値と制御結果値との偏差量に基づいて電源のONデューティを所定時間ごとに決定すると共に該決定に基づいてゼロクロスから所定時間経過後に設定したONタイミングにトリガ手段のONを行う位相制御手段とを有している。
【0009】
そして、制御結果値検出手段により検出した制御結果値に基づいて、トリガ手段が発するトリガ出力信号のONデューティを適宜に変更することによって電力を制御するいわゆるPWM制御を行っている。これによって、ヒータに供給する電力の制御を行い、ヒータの温度をトナー定着に好適な目標温度に保持するようにしている。
【0010】
ゼロクロスを検出して、このゼロクロスからの位相角によって電力を制御するPWM出力の波形を図5(A)に示している。また、PWM出力パターンを図5(B)に表している。図5(B)では、半波分10msec(ここでは、50Hzとする)内に、1回のON/OFFを行うようにしている。設定出力0%から100%まで5%刻みに設け、そのレベルに応じてONデューティを長くすることにより、ヒータに対する電力の供給量を調整するようにしている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電力制御装置によると、例えば、熱容量の小さい定着フィルムを備えた定着器については、その温度制御を良好に行うことが困難となる。
【0012】
定着フィルムを備えた定着器は、耐熱性フィルムをエンドレスに構成した定着フィルムと、定着フィルムの内側に配置したヒータと、定着フィルムの外側に配置した加圧部材とを備えている。
【0013】
定着フィルムは、ヒータと加圧部材との間で挟持されながら搬送される。そして、定着フィルムと加圧部材との間に形成された定着ニップ部に、転写材を挿通し、ヒータの熱を定着フィルムを介して転写材上のトナーに付与することにより、トナーを溶解し、転写材上に定着させる。
【0014】
この定着フィルムを備えた定着器は、温度上昇を速やかに行うために、ヒータおよび定
着フィルムの熱容量が小さく設定されている。これは、ヒータの抵抗値が小さいということでもある。
【0015】
この定着フィルムを備えた定着器に対する電力制御を従来の電力制御装置により行うと、次のような問題がある。
【0016】
定着器の熱容量が小さいため、比較的短い時間(例えば従来7Hz程度)で定着器の温度状態をサンプリングし、PWMフィードバック制御しなければならない。
【0017】
ところが、ヒータの抵抗値が小さいので、ゼロクロス付近で常にONするような波数制御によると、フリッカノイズが発生するおそれがある。特に、定着器に接続される商用電源のラインインピーダンスが高いような場合、フリッカノイズが発生するおそれが高くなる。
【0018】
一方、位相制御によると、ゼロクロスからある時間経過後ONされるので、フリッカレベルの改善にはなる。ところが、その反面、端子ノイズの発生を引き起こすことがあり、この端子ノイズの対策手段が必要となるため、部品点数が増加して、全体構成が複雑となるという問題がある。
【0019】
本発明は、このような従来例の問題点を解消するために創案されたものである。
【0020】
本発明の目的は、定着フィルムを備えた定着器などのような抵抗値の小さい制御対象へ位相制御により通電制御を行う際、端子ノイズを低減し、端子ノイズ対策手段を不要とすることにより、低コストで、全体構成が簡素化された電力制御装置を有する画像形成装置を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る第1の発明によれば、上記目的は、発熱することにより転写材上のトナーを溶融、固着させるヒータを有する定着器を備えた画像形成装置において、
交流電源から上記ヒータへの通電をON/OFFするスイッチング手段と、
温度を検出するためのサーミスタと、
上記サーミスタ出力に基づく検出温度が目標温度になるように位相制御すべく、上記検出温度に基づいて上記スイッチング手段のONタイミングを制御する位相制御手段とを有し、
上記位相制御手段は、各半波サイクルにおいて上記スイッチング手段のONタイミングが、上記検出温度に基づいて得られる上記ヒータに供給すべき電力に対応したONタイミング(以下、「所望のONタイミング」という)よりも、前記交流電圧のピークタイミングに近づくことになるか否かにかかわらず、上記ヒータへの半波サイクルごとの供給電力を上記上記ヒータに供給すべき電力よりも5%以上大きくしたり小さくしたりするべく、上記所望のONタイミングより早いONタイミングの半波サイクルと上記所望のONタイミングより遅いONタイミングの半波サイクルとを組み合わせて上記スイッチング手段をONさせることにより達成される。
【0022】
本出願に係る第2の発明によれば、上記目的は、第1の発明の位相制御手段が、上記所望のONタイミングより早いONタイミングの半波サイクルと上記所望のONタイミングより遅いONタイミングの半波サイクルとを組み合わせに、上記所望のONタイミングで上記スイッチング手段をONさせる半波サイクルを入れることにより達成される。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【0026】
(第1の実施形態)
本発明の電力制御装置の第1の実施形態を図1,図2に基づいて説明する。
【0027】
図1には、本発明の電力制御装置の第1の実施形態を複写機などの定着器に用いた場合のシステム概略図が示されている。
【0028】
定着器2として、本実施形態では、定着フィルムを備えたものを例として挙げている。この定着フィルムを備えた定着器は、耐熱性フィルムをエンドレスに構成した定着フィルムと、定着フィルムの内側に配置したヒータと、定着フィルムの外側に配置した加圧部材とを備えている。ここでは定着器2はヒータ(セラミックヒータR3)のみを図示するにとどまる。セラミックヒータR3を、以後、ヒータR3と略称する。
【0029】
定着フィルムと加圧部材との間に形成された定着ニップ部に、転写材を挿通し、ヒータの熱を定着フィルムを介して転写材上のトナーに付与することにより、トナーを溶解し、転写材上に定着させる。
【0030】
この定着フィルムを備えた定着器は、温度上昇を速やかに行うために、ヒータR3および定着フィルムの熱容量が小さく設定されている。
【0031】
このような熱容量の小さい定着フィルムを利用した定着器についても、その温度制御を良好に行うことができるようにしたのが、本発明の電力制御装置である。
【0032】
まず、本発明は、基本的に位相制御なので、常にゼロクロスでONする波数制御と異なり、フリッカノイズを防止できる。
【0033】
この電力制御装置は、制御対象であるヒータR3に商用電源1から供給される電力をON/OFFするスイッチング手段であるトライアックQ2と、このトライアックQ2をONするトリガ手段3を構成するトランジスタQ1およびフォトトライアックPC1と、ヒータR3の制御結果値(温度)を検出する制御結果値検出手段であるサーミスタTHと、商用電源1からの供給電力のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段を構成しその他商用電源1の電圧を監視するトランスT1とダイオードD1とホールドコンデンサC1と、ヒータR3の制御目標値を維持するため位相制御方式により通電制御する位相制御手段であるCPU4とを備えている。
【0034】
ここで、CPU4の制御内容は次のとおりである。
【0035】
まず、ヒータR3の制御目標値(制御目標温度)と制御結果値(制御結果温度)との偏差量に基づいて商用電源1のONデューティを所定時間ごとに決定する。次いで、このONデューティの決定に基づいてゼロクロスから所定時間経過後のONタイミングにトリガ
手段3(トランジスタQ1、フォトトランジスタPC1)のONを行う。このトリガ手段3のONは、CPU4がFSRD信号をトランジスタQ1に供給することにより行われる。
【0036】
本発明では、これに次のようなONタイミング制御手段4Cによる機能が付加されている。
【0037】
サーミスタTHによるヒータR3の温度検出結果と制御目標温度の偏差量による所望のONデューティAに対して、例えば−a1%,−a1%,+a1%,+a1%…のような形での+あるいは−を繰り返し(±0を入れてもよい)、半波ごとに変換を施すようにする。すなわち、半波ごとに順次、例えば(A−a1)%,(A−a1%),(A+a1)%,(A+a1%)…のFSRD信号をONしていき、サンプリング結果が変化するまでこの処理を継続する。
【0038】
本実施形態では、所望のONデューティAに対して、−5%,−5%,+5%,+5%…の順に半波ごとに変換を施すようにするものとする。
【0039】
このように、所望のONデューティに対して必ずしも各1半波のONタイミングが一意的に確定することがないように制御される。
【0040】
また、商用電源1からヒータR3への電力は、FSRD信号がON(Hレベル)のとき供給開始され、一方、FSRD信号がOFF(Lレベル)のとき供給停止される。
【0041】
CPU4のONタイミング制御手段4CがFSRD信号をONする(Hレベル)と、トランジスタQ1がONされ、このトランジスタQ1のコレクタ出力によりフォトトランジスタPC1がONされ、さらにトライアックQ2のゲートがONされて、商用電源1からヒータR3への電力供給が開始される。
【0042】
一方、FSRD信号がOFFである(Lレベル)と、トランジスタQ1、フォトトランジスタPC1、トライアックQ2のゲートがOFFとなり、商用電源1からヒータR3への電力供給が停止される。
【0043】
上述のように構成された電力制御装置によると、次のように位相タイミングを制御して端子ノイズを低減する。
【0044】
商用電源1から供給された電力によりヒータR3が発熱する。このヒータR3の温度が、サーミスタTHにより検出され、その検出信号がA/D入力ポート4BからCPU4に入力される。こうして、CPU4は、サーミスタTHによってヒータR3の温度を監視する。そして、CPU4は、この検出温度と制御目標温度との偏差量から、ONデューティを決定する。
【0045】
一方、商用電源1の電圧がトランスT1により変圧され、この変圧した電圧によりダイオードD1を介してホールドコンデンサC1が充電され、このホールドコンデンサC1の電圧がCPU4のA/D入力ポート4Aに入力される。こうして、CPU4は、商用電源1の電圧を監視する。例えば、商用電源1の電圧のゼロクロスを検出する。
【0046】
ここでは、1半波で1サンプリングするものとする。すなわち、1半波ごとの検出温度により、ONデューティが決定されるものとする。
【0047】
そして、今、仮にサーミスタTHの温度検出結果から、ONデューティを70%デューティであるとする。このとき、本実施形態では、CPU4のONタイミング制御手段4Cは、図2に示すように、半波ごとに、70%デューティに対して、−5%,−5%,+5%,+5%…の順に変換を施すものとする。各波において、変換後のタイミングでFSRD信号をONしていき、サンプリング結果が変化するまで(本実施形態では1半波でサンプリングされる)、この処理を継続する。
【0048】
これにより、実質的に70%デューティの温調が実現される。
【0054】
(第2の実施形態)
本発明の電力制御装置の第2の実施形態を図1,図3,図4を参照して説明する。
【0055】
本実施形態では、構成の概略が第1の実施形態と同様なので、第1の実施形態の説明に用いた図1のブロック図を参照する。
【0056】
本実施形態では、6半波で1周期とし、今、その1周期の何半波目にあるかを表すカウンタ(図示省略)が設けられている。ONデューティごとに、それに対応して、1周期、6半波の出力パターンをテーブル化して持っている。このパターンは、6半波の平均値が所望のONデューティに等しくなるように設定されている。
【0057】
例えば、図4に示したタイミングチャートの1周期(6半波)において、6半波の平均値が所望のONデューティと同じになるようになっている。
【0058】
本実施形態のONタイミングの制御を図3のフローチャートに基づいて説明する。
【0059】
カウンタにより6半波を1周期としてカウントする(S14,S11,S15)。所望のターゲット値(ONデューティ)に基づいたテーブル参照を行って各波パターンを決定
する(S13)。
【0060】
1周期中、ターゲット値(ONデューティ)が変化したときには、即時にカウンタをクリアし、新たな周期の第1波から開始する(S12,S15)。これにより、応答性の良好な制御とできる。
【0061】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例が実施可能である。例えば、上述の実施形態では、制御結果に変化があるまで所定の位相制御するようにしたが、これに限らず、所定時間、所定の位相制御するようにしてもよい。
【0062】
また、制御対象として上述した実施形態では定着フィルムを備えた定着器を挙げたが、これに限らず、フィードバック制御を要する機器一般に適用可能である。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、ヒータ等の制御対象の制御結果値の検出に基づいて位相角を制御する際、位相制御手段が、各半波サイクルにおいて上記スイッチング手段のONタイミングが、上記検出温度に基づいて得られる上記ヒータに供給すべき電力に対応したONタイミング(以下、「所望のONタイミング」という)よりも、前記交流電圧のピークタイミングに近づくことになるか否かにかかわらず、上記ヒータへの半波サイクルごとの供給電力を上記上記ヒータに供給すべき電力よりも5%以上大きくしたり小さくしたりするべく、上記所望のONタイミングより早いONタイミングの半波サイクルと上記所望のONタイミングより遅いONタイミングの半波サイクルとを組み合わせて上記スイッチング手段をONさせ、実質的に所望のONデューティと等価な電力供給を実現できる。したがって、例えば定着フィルムを備えた定着器のような抵抗値の小さい制御対象への通電制御を行う際、端子ノイズを低減できるので、端子ノイズ対策手段を必要とせず、低コストで、全体構成を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の電力制御装置の第1の実施形態の回路図である。
【図2】 図1の電力制御装置によるONタイミングを説明する電圧波形図である。
【図3】 本発明の電力制御装置の第2の実施形態のONタイミング制御を示すフローチャートである。
【図4】 図3の電力制御装置による電圧波形図である。
【図5】 ONデューティを説明する図であり、図5(A)は出力を示す波形図、図5(B)は設定出力とそれに対応する商用電源の周波数ごとのONデューティを表したテーブルである。
【符号の説明】
1 商用電源(電源)
2 定着器
3 トリガ手段
4 CPU(位相制御手段)
4C ONタイミング制御手段
R3 セラミックヒータ(制御対象)
TH サーミスタ(制御結果値検出手段)
T1 トランス(ゼロクロス検出手段)
D1 ダイオード(ゼロクロス検出手段)
C1 ホールドコンデンサ(ゼロクロス検出手段)
Q1 トランジスタ(トリガ手段)
PC1 フォトトライアック(トリガ手段)
Q2 トライアック(スイッチング手段)
Claims (2)
- 発熱することにより転写材上のトナーを溶融、固着させるヒータを有する定着器を備えた画像形成装置において、
交流電源から上記ヒータへの通電をON/OFFするスイッチング手段と、
温度を検出するためのサーミスタと、
上記サーミスタ出力に基づく検出温度が目標温度になるように位相制御すべく、上記検出温度に基づいて上記スイッチング手段のONタイミングを制御する位相制御手段とを有し、
上記位相制御手段は、各半波サイクルにおいて上記スイッチング手段のONタイミングが、上記検出温度に基づいて得られる上記ヒータに供給すべき電力に対応したONタイミング(以下、「所望のONタイミング」という)よりも、前記交流電圧のピークタイミングに近づくことになるか否かにかかわらず、上記ヒータへの半波サイクルごとの供給電力を上記上記ヒータに供給すべき電力よりも5%以上大きくしたり小さくしたりするべく、上記所望のONタイミングより早いONタイミングの半波サイクルと上記所望のONタイミングより遅いONタイミングの半波サイクルとを組み合わせて上記スイッチング手段をONさせることを特徴とする画像形成装置。 - 上記位相制御手段は、上記所望のONタイミングより早いONタイミングの半波サイクルと上記所望のONタイミングより遅いONタイミングの半波サイクルとを組み合わせに、上記所望のONタイミングで上記スイッチング手段をONさせる半波サイクルを入れることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
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