| 【発明の名称】 |
定着制御装置及びこれを備えた画像形成装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小川 和夫
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| 【要約】 |
【課題】短い周期で加熱手段を制御し大電流による発熱のない定着制御装置を提供する。
【解決手段】電源３１のゼロクロス信号：ａをタイマ３４〜３７でカウントし、タイマ３４〜３７の出力によりトライアック２４又は２５を導通させ、定着ヒータ２２又は２３を加熱する。温度制御周期よりも短い平均電流制限周期内でタイマ３４〜３７の出力に基づいて通電制御することにより、ＣＰＵ２８に負担をかけることなく短い周期での通電制御が可能となる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 交流電源から定着加熱手段へ供給する電力を制御して、前記加熱手段の温度と、装置の平均消費電流を制御する定着制御装置において、前記加熱手段の温度を制御する第１の制御周期と、該第１の制御周期よりも短い前記平均消費電流を制御する第２の制御周期とを設け、交流電源のゼロクロス信号でカウントする計時手段を設け、該計時手段の出力に基づいて前記第２の制御周期内で前記加熱手段への通電を制御することを特徴とする定着制御装置。
【請求項２】 定着装置を備える画像形成装置において、交流電源から定着加熱手段へ供給する電力を制御して、前記加熱手段の温度と、装置の平均消費電流を制御する定着制御装置を有し、前記加熱手段の温度を制御する第１の制御周期と、該第１の制御周期よりも短い前記平均消費電流を制御する第２の制御周期とを設け、交流電源のゼロクロス信号でカウントする計時手段を設け、該計時手段の出力に基づいて前記第２の制御周期内で前記加熱手段への通電を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】 前記第１の制御周期は、交流電源周期の２以上の整数倍且つ０．１秒以下、または、０．２秒以上且つ１秒以下であることを特徴とする、請求項１に記載の定着制御装置または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】 ２つのグループに分けられた複数の加熱手段を有し、一方のグループの加熱手段への通電が前記第２の制御周期の周期開始から通電開始され、他方のグループの加熱手段への通電が前記第２の制御周期の周期終了時点で通電終了させることを特徴とする、請求項１に記載の定着制御装置または請求項２に記載の画像形成装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、さらに詳しく言えば定着装置の加熱制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に装着され、転写紙等の記録材上に転写された未定着画像を加熱して記録材上に定着させる熱定着装置は周知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の画像形成装置において、電源から定着装置の加熱手段、例えば定着ヒータへの電力の供給と遮断を制御することにより、加熱手段の温度と、装置の平均消費電流を制御する構成の場合、平均消費電流は制御周期に関わらず同じであるが、制御周期が長くなると大きな電流が連続して流れる時間が長くなり、発熱による温度上昇が大きくなるという問題がある。
【０００４】これに対し、加熱手段を短い周期で制御すると、制御を司るＣＰＵの処理が間に合わなくなるという問題がある。すなわち、制御周期を長くした場合と短くした場合で、それぞれに問題があり、従来は温度上昇とＣＰＵ負荷増大の問題を同時に解決することができなかった。
【０００５】また、電源に与える電圧変動により、その電源ラインに接続されている他の機器、例えば蛍光灯などがちらつく等の不具合（いわゆるフリッカ現象）を発生させるという問題もある。
【０００６】本発明は、従来の画像形成装置における上述の問題を解決し、短い周期で加熱手段を制御し大電流による発熱のない定着制御装置及びこれを備える画像形成装置を提供することを課題とする。また、電源の電圧変動を防ぐことも本発明の課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の課題は、本発明により、交流電源から定着加熱手段へ供給する電力を制御して、前記加熱手段の温度と、装置の平均消費電流を制御する定着制御装置において、前記加熱手段の温度を制御する第１の制御周期と、該第１の制御周期よりも短い前記平均消費電流を制御する第２の制御周期とを設け、交流電源のゼロクロス信号でカウントする計時手段を設け、該計時手段の出力に基づいて前記第２の制御周期内で前記加熱手段への通電を制御することにより解決される。
【０００８】また、前記の課題を解決するため、本発明は、定着装置を備える画像形成装置において、交流電源から定着加熱手段へ供給する電力を制御して、前記加熱手段の温度と、装置の平均消費電流を制御する定着制御装置を有し、前記加熱手段の温度を制御する第１の制御周期と、該第１の制御周期よりも短い前記平均消費電流を制御する第２の制御周期とを設け、交流電源のゼロクロス信号でカウントする計時手段を設け、該計時手段の出力に基づいて前記第２の制御周期内で前記加熱手段への通電を制御することを提案する。
【０００９】また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記第１の制御周期は、交流電源周期の２以上の整数倍且つ０．１秒以下、または、０．２秒以上且つ１秒以下であることを提案する。
【００１０】また、前記の課題を解決するため、本発明は、２つのグループに分けられた複数の加熱手段を有し、一方のグループの加熱手段への通電が前記第２の制御周期の周期開始から通電開始され、他方のグループの加熱手段への通電が前記第２の制御周期の周期終了時点で通電終了させることを提案する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の一例である複写機の概略構成を示す断面図である。この図に示す複写機は、本体１、給紙テーブル２及びＡＤＦ３から構成されている。
【００１２】本体１内の上部位置にスキャナ４が配置され、その下に感光体ドラム５を中心に電子写真プロセスに必要な各種機器が配設されている。図では、感光体ドラム５の周囲に配設された機器のうち、現像ユニット６、転写搬送ユニット７、クリーニングユニット８に符号を付している。転写搬送ユニット７の側方には定着装置１０が配設されている。また、この複写機は、本体内の給紙トレイ９ａに加えて給紙テーブル２内に３段の給紙トレイ９ｂ，９ｃ，９ｄを有しており、計４段の給紙トレイを有している。また、本体１の側面には、手差しトレイ９ｅが設けられている。
【００１３】この複写機の動作について簡単に説明する。図示しない駆動手段により回転駆動される感光体ドラム５は、帯電器によりその表面が一様に帯電される。コンタクトガラス上の原稿画像がスキャナ４により読み取られ、感光体ドラム５上に露光されて静電潜像が形成される。感光体ドラム５上の潜像は現像装置６により可視像化され、トナー像が形成される。
【００１４】一方、４段の給紙トレイ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ及び手差しトレイ９ｅの何れかから用紙が呼び出され、レジストローラ１１へ搬送される。そして、感光体ドラム５上のトナー像の転写タイミングを取られて転写位置へ送出される。
【００１５】転写搬送ユニット７により、転写位置へ送られてきた用紙上に感光体ドラム５上のトナー像が転写され、用紙は感光体ドラム５から分離されて定着装置１０へと送られる。そして、用紙上の未定着トナー像が定着装置１０により定着された後、用紙は排紙トレイ１２へ排出される。トナー像転写後の感光体ドラム５はクリーニング装置８により清掃され、次回の画像形成に備える。
【００１６】定着装置１０は、定着ロ−ラに加圧ローラが（図示しない加圧スプリングにより）所定の圧力で圧接されている。定着装置１０の基本的な構成は従来周知のものと同様であるので、本発明に関わる部分を中心に説明する。
【００１７】図２は、定着装置１０の定着ローラとその内部に配設された定着ヒータ及びその制御部の構成を概念的に示す模式図である。この図に示すように、定着ロ−ラ２１内には加熱手段である定着ヒータとして２本のハロゲンランプ２２，２３が配設されている。本実施形態の画像形成装置は用紙搬送基準が中央基準であり、２本のハロゲンヒータは、小サイズ用紙に対応する内側ヒータ２２と、大サイズ用紙に対応する外側ヒータ２３である。内側ヒータ２２は定着ローラ２１の（軸方向の）中央部の所定範囲のみに発熱領域を有しており、外側ヒータ２３は、定着ローラ２１の両端部の所定範囲に発熱領域を有している。
【００１８】定着ローラ２１には、温度検知手段としてのサーミスタ２９及び３０が付設されている。中央サーミスタ２９は定着ローラ２１の中央部の温度を測定し、外側サーミスタ３０は定着ローラ２１の端部付近の温度を測定する。各サーミスタの出力は定着制御を司るＣＰＵ２８に入力される。なお、ＣＰＵ２８は画像形成装置のＣＰＵとすることもできる。
【００１９】定着ヒータ２２，２３へは、交流電源３１から電力が供給される。その交流電源のゼロクロスのタイミングがゼロクロス検出器３８により検出される。ゼロクロス検出器３８は、交流電源の電圧が０ボルトになったときにゼロクロス信号：ａを発生する。このゼロクロス信号はタイマ３４，３５，３６，３７によりカウントされる。各タイマは、ＣＰＵ２８により初期値が設定される。
【００２０】内側ヒータ２２はトライアック２４を介して交流電源３１に接続され、外側ヒータ２３はトライアック２５を介して交流電源３１に接続されている。各トライアックは各ヒータへの通電のオン／オフを切り替える半導体整流素子である。なお、トライアック以外のスイッチング素子を使用することも可能である。内側ヒータ２２への通電のオン／オフを切り替えるトライアック２４のゲートにはドライバ２６が接続され、外側ヒータ２３への通電のオン／オフを切り替えるトライアック２５のゲートにはドライバ２７が接続されている。
【００２１】そして、前述の４つのタイマのうち、タイマ３４の出力ｂとタイマ３５の出力ｃがＡＮＤゲート３２に入力される。ＡＮＤゲート３２は、タイマ３４，３５の出力の積を取った信号：ｆをドライバ２６へ送る。タイマ３４，３５の出力が共にハイ（Ｈ）レベルとなったときにトライアック２４が導通し、内側ヒータ２２への通電がオンになる。タイマ３４，３５は、内側ヒータ２２への通電を切り替えるための第１内側タイマ及び第２内側タイマである。
【００２２】また、タイマ３６の出力ｄとタイマ３７の出力ｅがＡＮＤゲート３３に入力される。ＡＮＤゲート３３は、タイマ３６，３７の出力の積を取った信号：ｇをドライバ２７へ送る。タイマ３６，３７の出力が共にハイ（Ｈ）レベルとなったときにトライアック２５が導通し、外側ヒータ２３への通電がオンになる。タイマ３６，３７は、外側ヒータ２３への通電を切り替えるための第１外側タイマ及び第２外側タイマである。
【００２３】本実施形態では、ＣＰＵ２８は、動作モードにより決まる（動作モードに応じて予め設定された）平均電流制限値に応じて第１内側タイマ３４と第１外側タイマ３６の初期値を設定する。電源投入直後のウォームアップモードの様に平均電流を１００％にする場合は、制御周期の全周期をＨレベルに設定する。また、コピー時の様に平均電流を７０％にする場合は、制御周期の７０％をＨレベルに、３０％をＬレベルに設定する。また、内側ヒータ２２への通電が制御周期の開始時から始まり、外側ヒータ２３への通電が制御周期の終了時に終了するように、制御スタート後の出力位相の設定は、第１内側タイマ３４がＨレベルに、第１外側タイマ３６がＬレベルとなる設定にする。
【００２４】図３に、交流電源周波数を５０Ｈｚとし、平均電流制限周期：Ｔａを０．１秒、平均電流制限値を内側ヒータ２２及び外側ヒータ２３ともに７０％にした場合の制御を各制御信号のタイミングチャートとして示す。なお、温度制御周期：Ｔｂ＞平均電流制限周期：Ｔａとする。例えばＴｂ＝１秒、Ｔａ＝０．１秒とする。
【００２５】図３に示すように、平均電流制限周期：Ｔａを０．１秒とした場合は、周期Ｔａ内に５０Ｈｚの交流電源は５サイクルとなる。したがって、ゼロクロス信号は周期：ｔで１０回発生する。平均電流制限値が７０％であるから、内側ヒータ２２及び外側ヒータ２３の平均電流制限信号は、それぞれ７ｔの時間だけＨ（ＯＮ）となり、３ｔの時間だけＬ（ＯＦＦ）となる。図３には、内側ヒータ２２の平均電流制限信号のＨ（ＯＮ）に対応する内側ヒータ２２への印加電圧が示されている。なお、外側ヒータ２３への印加電圧は図示を省略している。
【００２６】図２及び図３において、ＣＰＵ２８は中央サーミスタ２９と外側サーミスタ３０で測定した定着ローラ２１の温度により、第２内側タイマ３５と第２外側タイマ３７の初期値を設定する。そして、トライアック２４とトライアック２５へドライバ２６，２７を介して制御信号を送り、内側ヒータ２２及び外側ヒータ２３への通電を制御して、定着ローラ２１の温度が所定の温度になるように制御する。
【００２７】また、ＣＰＵ２８は、測定した定着ローラ２１の温度に基づいて次の制御周期期間のヒータ通電率を決定する。この通電率を平均電流制限値で割った（除した）値が第２内側タイマ３５と第２外側タイマ３７のＨレベル周期として設定される。例えば、通電率が５５％のときに平均電流制限値が７０％であれば、０．５５／０．７≒０．８として、制御周期の８０％をＨレベルに設定し、２０％をＬレベルに設定する。また、例えば、通電率が４０％のときに平均電流制限値が７０％であれば、０．４／０．７≒０．６として、制御周期の６０％をＨレベルに設定し、４０％をＬレベルに設定する。さらに、内側ヒータ２２への通電が制御周期（Ｔａ）の開始時から始まり、外側ヒータ２３への通電を制御周期（Ｔａ）の終了時で終了させるために、制御スタート後の出力位相の設定は、第２内側タイマ３５がＨレベルに、第２外側タイマ３７がＬレベルになるよう設定される。
【００２８】第１内側タイマ３４の出力：ｂ（図１）と第２内側タイマ３５の出力：ｃ（図１）の積を取った信号：ｆ（図１）がＨレベルのときにトライアック２４がＯＮして内側ヒータ２２が通電されて発熱する。同様に、第１外側タイマ３６の出力：ｄ（図１）と第２外側タイマ３７の出力：ｅ（図１）の積を取った信号：ｇ（図１）がＨレベルのときにトライアック２５がＯＮして外側ヒータ２３が通電されて発熱する。
【００２９】このように、温度制御周期：Ｔｂよりも短い平均電流制限周期：Ｔａを設定し、交流電源のゼロクロス信号でカウントするタイマ３４〜３７を設けて定着ヒータ（実施形態では内側ヒータ２２及び外側ヒータ２３）への通電を制御することにより、ＣＰＵへの負担を増大することなく短い周期でのヒータへの電力供給と遮断を制御することができ、短い制御周期で電流を制限して（大電流が連続して流れる時間を短くして）温度上昇が大きくなりすぎることを防止できる。
【００３０】ところで、電源から加熱手段（定着ヒータ）への電力供給と遮断を制御して定着ヒータ（定着ローラ）の温度と装置の平均消費電流を制限する場合、装置の交流電源への低周波の妨害である電圧変動が発生するが、変動の周期が０．１１４秒（周波数８．８Ｈｚ）の時が最も影響が大きくなる。
【００３１】そこで、本実施形態では、温度制御周期を交流電力周期の２以上の整数倍且つ０．１秒以下とする。または、温度制御周期を０．２秒以上且つ１秒以下としてもよい。ここでは、温度制御周期を１秒にして、内側ヒータ２２の通電率を５５％、外側ヒータ２３の通電率を４０％、平均電流制限値が内側ヒータ２２及び外側ヒータ２３共に７０％の場合を、図４に示す。
【００３２】図４において、Ｔｂ＝１秒、Ｔａ＝０．１秒であるから、Ｔｂ＝１０Ｔａとなる。この温度制御周期：Ｔｂ間に、内側ヒータ２２及び外側ヒータ２３の平均電流制限信号は、それぞれ周期Ｔａの中でＯＮ／ＯＦＦ（Ｈ／Ｌ）となり、これが繰り返えされている。このとき、内側ヒータ２２の温度制御信号は、図から判るように、スタートから８Ｔａの時間だけ連続して発生されている。また、外側ヒータ２３の温度制御信号は後半の６Ｔａの時間だけ連続して発生されている。これに伴って、内側ヒータ２２の通電状況と外側ヒータ２３の通電状況が、それぞれ「通電」と「空白」で図示されている。
【００３３】定着装置における消費電流は、内側ヒータ２２と外側ヒータ２３の通電時に流れる電流の和であり、両ヒータの「通電」が重なる部分で消費電流が大きくなっている様子が示されている。この電流（定着装置消費電流）の変化周期は、平均電流制限周期であるＴａと温度制御周期であるＴｂの周期で変化している。また、内側ヒータ２２と外側ヒータ２３は、同時にＯＮ／ＯＦＦをしていないので、大きな電流変化が起きていない。
【００３４】このように、温度制御周期と平均電流制限周期を別に設けることにより、電圧変動の影響を最も受ける周期（０．１１４）を避けることができ、照明器具のちらつき等の不具合を効果的に防止することができる。また、複数ヒータを同時にＯＮ／ＯＦＦしないことで、電流変化を小さく保つことができ、電圧変動をより低減させることができる。
【００３５】以上、本発明を実施形態の複写機を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、複写機以外のプリンタやファクシミリ等の画像形成装置にも本発明を適用することができる。また、画像形成装置の作像部の構成も一例であり、レーザ書き込みによるデジタル方式等でも構わない。
【００３６】さらに、加熱手段としてのヒータはハロゲンランプに限定されるものではない。また、定着ヒータの数も２つに限定されるものではなく、単数又は複数の任意の個数のヒータでもよい。例えば３本以上のヒータを有する場合、３本以上のヒータを２つのグループに分け、それぞれのグループごとにヒータへの通電を制御するように構成することができる。また、用紙搬送基準も中央基準に限らず、用紙搬送基準に応じて定着ヒータの発熱領域の分布も適宜設定することができる。
【００３７】また、温度制御周期及び平均電流制限周期も本発明の範囲内で適宜の値に設定できるものであり、加熱手段への通電率や平均電流制限値なども適宜設定できるものである。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の定着制御装置及びこれを備えた画像形成装置によれば、第１の制御周期（温度制御周期）よりも短い第２の制御周期(平均消費電流制御周期)を設け、交流電源のゼロクロス信号でカウントする計時手段(タイマ)を設けて加熱手段への通電を制御することにより、短い周期での通電制御が可能となり、大電流が連続して流れる時間が長くなることがなく、発熱による温度上昇が大きくなることがない。
【００３９】請求項３の構成により、電圧変動の影響が最も大きくなる周期を避けて通電制御をすることができ、電源電圧の変動による諸々の不具合を防止することができる。
【００４０】請求項４の構成により、複数の加熱手段のＯＮ／ＯＦＦを同時にしないので、電流変化を小さく保つことができ、電源電圧の変動をより低減させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６７４７
【氏名又は名称】株式会社リコー
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| 【出願日】 |
平成１２年３月２２日（２０００．３．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６３１３０
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 武久 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２６５１６３（Ｐ２００１−２６５１６３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月２８日（２００１．９．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−８０７８７（Ｐ２０００−８０７８７） |
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