(57)【要約】【課題】電源投入時における突入電流を抑制することができるようにする。【解決手段】温度に対する抵抗特性が正である定着ヒータ２３の温度を検出するサーミスタ２４と、外気温を検出する機内温度検出回路２７と、定着ヒータ２３に流れる電流を検出する電流検出回路２６と、サーミスタ２４により検出される定着ヒータ温度、機内温度検出回路２７により検出される外気温度、及び電流検出回路２６により検出される定着ヒータ電流のうちの少なくとも１つの検出値に基づき、定着ヒータ２３への印加電圧を決めるＣＰＵ１９と、ＣＰＵ１９からの指示に基づき定着ヒータ２３への電力供給を制御するトライアック１４とを備え、トライアック１４はＣＰＵ１９で決められた印加電圧に基づいて電源投入時における突入電流を抑制する。【選択図】図３
2010217764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に対する抵抗特性が正である定着ヒータの温度を検出する温度検出手段と、
装置の使用環境を把握する外気温を検出する外気温検出手段と、
前記定着ヒータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記温度検出手段により検出される定着ヒータ温度、前記外気温検出手段により検出される外気温度、及び前記電流検出手段により検出される定着ヒータ電流のうちの少なくとも１つの検出値に基づき、前記定着ヒータへの印加電圧を決める演算手段と、
前記演算手段の演算結果に基づき、前記定着ヒータへの電力供給を制御する定着ヒータ制御手段と、
を備え、
前記定着ヒータ制御手段は、前記演算手段によって決定された印加電圧に基づき、前記定着ヒータに印加する電圧の位相を制御し、電源投入時における突入電流を抑制することを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力制御装置であって、
前記定着ヒータ制御手段は、前記外気温度検出手段により検出される外気温度と前記定着ヒータ温度により、前記定着ヒータに電力を供給する際に定着ヒータを制御する領域を３つの領域に分け、位相制御を行うこと特徴とする電力制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の電力制御装置であって、
前記外気温度検出手段により検出される外気温度と前記温度検出手段によって検出される定着ヒータ温度との差異が所定温度範囲内である領域が前記３つの制御領域における第１の領域であり、この第１の領域では、前記演算手段は、外気温度と定着ヒータの抵抗の温度特性に基づき、位相制御のスタートの位相角を演算することを特徴とする電力制御装置。
【請求項４】
請求項２記載の電力制御装置であって、
前記外気温度検出手段により検出される外気温度と前記温度検出手段によって検出される定着ヒータ温度との差異が所定温度範囲外であり、かつ前記定着ヒータ温度が所定の温度以下である領域が前記３つの制御領域における第２の領域であり、この第２の領域では、前記演算手段は、定着ヒータ温度とヒータ抵抗の温度特性に基づき、位相制御のスタートの位相角を演算することを特徴とする電力制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電力制御装置と、
前記電力制御装置によって制御される定着装置と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度に対する抵抗特性が正である定着ヒータを内蔵した定着器を用いてトナー像を用紙上に加熱定着する定着装置を備えた電子写真方式のプリンタ、複写機、ファクシミリ、及びデジタル複合機等の画像形成装置に好適な電力制御装置、及びこの電源制御装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方式の画像形成装置に備えられる定着装置への電力を制御する電力制御装置として、例えば、特許文献１（特開２００４−１９８９１４号公報）に記載された発明が知られている。この特許文献１記載の発明は、定着ヒータ起動時の突入電流の発生を抑制して目標温度へ立ち上げる際に、個々の装置に関連する条件（ヒータ特性や電源、設置環境など）の変動に対応して立ち上げ動作を最適化することを目的とした発明であり、画像形成過程に用いる定着手段を加熱するヒータと、定着手段の温度検出手段と、定着手段を目標温度に加熱するために温度検出手段の検出値に応じて前記ヒータを点灯する交流電源のＯＮ時間を制御するヒータ制御手段を有する画像形成装置であって、前記ヒータ制御手段は、交流電源のゼロクロス信号幅を検出する手段を有し、ヒータ点灯前後に検出したゼロクロス信号幅の差分を求め、求めた差分に応じてヒータ点灯開始時に設定されたソフトスタート条件を変更可能とする手段を備えたことを特徴としている。
【０００３】
すなわち、特許文献１記載の発明では、ゼロクロス信号幅で商用電源の電圧変動が検出できるので、ヒータ点灯前後のゼロクロス信号幅の差分によりヒータ立ち上げ時の位相制御の動作パラメータ（位相制御の回数、点灯位相値）を変更するようにし、パラメータ変更は、差分の大きさに対応させ、大きければ位相制御の回数は増やし、位相タイマ値は点灯時間を減らす方向に補正する。ゼロクロス信号が発生するたびにＣＰＵ割り込みをかけ、動作パラメータの設定変更を行うことにより、経時的な変動に追従して位相制御動作の最適化を図っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の発明では、ゼロクロス信号幅でのみ、位相制御の動作パラメータを変更し、位相制御を実施しているが、電源投入時の定着ヒータの温度や特性が把握できていないので、初回の位相制御のパラメータを最適にすることは困難である。そのため、例えば、電源投入時において、初回の位相制御の位相角を所定のデューティでのみでスタートすることになり、定着ヒータの状態により、突入電流が抑制できない、あるいは、ウォームアップ時間が最適化されず長くなるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、電源投入時における突入電流を抑制することができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、第１の手段は、温度に対する抵抗特性が正である定着ヒータの温度を検出する温度検出手段と、装置の使用環境を把握する外気温を検出する外気温検出手段と、前記定着ヒータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記温度検出手段により検出される定着ヒータ温度、前記外気温検出手段により検出される外気温度、及び前記電流検出手段により検出される定着ヒータ電流のうちの少なくとも１つの検出値に基づき、前記定着ヒータへの印加電圧を決める演算手段と、前記演算手段の演算結果に基づき、前記定着ヒータへの電力供給を制御する定着ヒータ制御手段と、を備え、前記定着ヒータ制御手段は、前記演算手段によって決定された印加電圧に基づき、前記定着ヒータに印加する電圧の位相を制御し、電源投入時における突入電流を抑制する電力制御装置を特徴とする。
【０００７】
第２の手段は、第１の手段において、前記定着ヒータ制御手段は、前記外気温度検出手段により検出される外気温度と前記定着ヒータ温度により、前記定着ヒータに電力を供給する際に定着ヒータを制御する領域を３つの領域に分け、位相制御を行うこと特徴とする。
【０００８】
第３の手段は、第２の手段において、前記外気温度検出手段により検出される外気温度と前記温度検出手段によって検出される定着ヒータ温度との差異が所定温度範囲内である領域が前記３つの制御領域における第１の領域であり、この第１の領域では、前記演算手段は、外気温度と定着ヒータの抵抗の温度特性に基づき、位相制御のスタートの位相角を演算することを特徴とする。
【０００９】
第４の手段は、第２の手段において、前記外気温度検出手段により検出される外気温度と前記温度検出手段によって検出される定着ヒータ温度との差異が所定温度範囲外であり、かつ前記定着ヒータ温度が所定の温度以下である領域が前記３つの制御領域における第２の領域であり、この第２の領域では、前記演算手段は、定着ヒータ温度とヒータ抵抗の温度特性に基づき、位相制御のスタートの位相角を演算することを特徴とする。
【００１０】
第５の手段は、第１ないし第４のいずれかの手段に係る電力制御装置、及びこの電力制御装置によって制御される定着装置を備えた画像形成装置を特徴とする。
【００１１】
なお、後述の実施形態では、定着ヒータは符号２３に、温度検出手段はサーミスタ２４に、外気温度検出手段は機内温度検出回路２７に、電流検出手段は定着ヒータ電流検出回路２６に、演算手段はＣＰＵ１９に、定着ヒータ制御手段はトライアック１４に、電力制御装置は電源装置１０、制御装置１５、及び制御対象である定着装置２２に、画像形成装置は複写機１００に、それぞれ対応する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、検出された定着ヒータ温度、外気温度、及び定着ヒータ電流のうちの少なくとも１つの検出値に基づき、定着ヒータへの印加電圧を決める演算手段と、定着ヒータへの電力供給を制御する定着ヒータ制御手段と、を備え、前記定着ヒータ制御手段は、前記演算手段の演算結果に基づき、前記定着ヒータに印加する電圧の位相を制御することにより、電源投入時における突入電流を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置としての複写機全体の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態の複写機における画像形成部の構成の概略を示す図である。
【図３】本実施形態の複写機の電力制御装置の概略を示すブロック図である。
【図４】定着装置の概略構成を示す図である。
【図５】本実施形態における動作パラメータの設定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、定着ヒータ温度のみではなく、外気温度検出手段により検出される外気温度を監視し、定着ヒータに電力を供給する際に定着ヒータを制御する領域を３つの領域に分けて位相制御を実施し、この位相制御により電源投入時における突入電流を抑制するようにしたものである。また、本発明では、位相制御の領域を３つに分けて制御することにより、各々の制御領域において初回の位相制御の位相角を外気温度、定着ヒータ温度、定着ヒータの抵抗特性より演算し、これにより初回の位相制御の位相角を最適化した。さらに、本発明では、演算により算出したスタートの位相角で電力を供給し、前記電流検出手段により検出される定着ヒータ電流に基づいて、定着ヒータの電流値が所定の電流値以下になるよう段階的に位相角を可変させる位相制御を実施できるようにした。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る画像形成装置としての複写機全体の構成を概略的に示す図である。図１に示す複写機１００は、商用電源を用いる一般的なタイプの装置である。同図において、複写機１００は、画像形成部１１０、画像読取部及び操作部１２０、給紙部１３０、排紙スタック部１４０から基本的に構成されている。画像読取部及び操作部１２０において、操作部にはオペレータ（ユーザ）がダイアログ方式で設定条件やスタートの入力操作を行うためのキー、表示器等を備える。読取部には、コンタクトガラスあるいは自動原稿送り装置（ＡＤＦ)に載置された原稿を電子化データとして読み取るためのスキャナ装置を備える。
【００１７】
画像形成部１１０は、読取部からの読取データに基づいて電子写真プロセスにより画像を形成する作像要素を備える。画像形成部１１０については、後述の図２を参照してさらに説明する。給紙部１３０は、給紙トレイ、及び給紙トレイに載積された用紙を画像形成部１００に搬送する搬送機構を備える。排紙スタック部１４０は、画像形成部１００から排出されてくる画像形成済みの用紙を受け、取り出されるまでスタックする。
【００１８】
図２は、本実施形態の複写機における画像形成部１１０の構成の概略を示す図である。画像形成は電子写真プロセスにより行われ、図２に示すように、帯電ローラ１１２により帯電されたＯＰＣ（感光体）１１１がＬＤ（レーザ ダイオード）書き込みにより露光され、生成されるＯＰＣ１１１上の潜像は現像ユニット１１５で現像される。現像後に形成したトナー像を給紙コロ１１７から用紙搬送路を経て送られてくる用紙に転写ローラ１１８により転写し、転写された用紙上のトナー像は、最終段で定着装置１１９により熱定着される。
【００１９】
なお、トナーカートリッジ構成を採用する場合には、感光体１１１、帯電ローラ１１２、現像ユニット（トナーボトル１１３、トナー攪拌用アジテータ等よりなる）の各要素によりカートリッジを構成する。トナーカートリッジには、感光体１１１に対面する帯電ローラ１１２以外に、トナーを攪拌するためのアジテータ、ブレードが内蔵されており、これによりトナーが摩擦帯電される。トナーカートリッジ下部には、内部のトナーの有無を検出するためのトナー検出手段（センサ）１１４が配置されており、これにより、トナーがある場合“Ｈ”、無い場合“Ｌ”を出力する。レジストセンサ１６はレジストローラ（図示せず）の手前にあり、画像先端と転写紙先端との同期をとって駆動する際の転写紙の先端検知、用紙状態検出を行う。
【００２０】
図３は、本実施形態の複写機の電力制御装置の概略を示すブロック図である。同図に示すように、電力制御装置は電源装置１０、制御装置１５、及び制御対象である定着装置２２を含む。なお、定着装置は図１における符号１１９に対応する。
【００２１】
電源装置１０は、商用電源１１からの入力されるＡＣ入力電圧が印加される。また、電源装置１０には、コンバータ１２、ゼロクロス検出回路１３、スイッチング手段であるトライアック１４が内蔵されている。コンバータ１２は、交流を直流に変換する整流平滑回路、直流を複数電圧の交流に変換するインバータ及び交流複数電圧のそれぞれを直流に変換する複数の整流平滑回路から構成され、コンバータ１２が複写機１００内の直流負荷に印加される＋２４Ｖ、制御系回路に印加される＋５Ｖ及び＋３．３Ｖを出力する。制御装置１５には、２つの入出力装置１６，１７、ＲＡＭ１８、ＣＰＵ１９、ＲＯＭ２０及びＡ／Ｄ変換器２１が内蔵されている。
【００２２】
定着装置２２には、前記トライアックでスイッチング制御され、電圧が印加される定着ヒータ２３、定着ヒータ２３の温度を検出する定着サーミスタ２４、及び温度ヒューズ２５を備えている。温度ヒューズ２５は、定着サーミスタ２４やトライアック１４が故障して、定着ヒータ２３に電力が供給され続けたときに、過熱、発火などを防ぐために、定着ヒータ２３に直列に接続されている。
【００２３】
定着サーミスタ２４は、定着ヒータ２３の温度を電圧に変換して検出する。定着サーミスタ２４の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２１を介して、ＣＰＵ１９に送られて処理される。
【００２４】
トライアック１４は、ＣＰＵ１９から入出力装置１６を介してヒータ制御信号を受け取り、商用電源１１から定着ヒータ２３への供給電圧を制御している。ゼロクロス検出回路１３は、商用電源１１より印加される電源電圧のゼロクロス点を検知し、入出力装置１６を介してＣＰＵ１９にゼロクロス信号を送っている。
【００２５】
ＣＰＵ１９は、ＲＯＭ２０に記憶されている制御プログラムに基づいて画像形成装置全体の動作を管理しており、入出力装置１６を介して、トライアック１４による定着ヒータ２３への給電を制御する。ＲＯＭ２０内には、トライアック１４を制御するための制御プログラムが記憶されており、ＣＰＵ１９は、適宜にＲＯＭ２０の内容を読み出してトライアック１４の制御を実施する。ＲＡＭ１８はＣＰＵ１９がＲＯＭ２０に記憶されている制御プログラムを実行する際のワークエリア及びデータバッファとして機能する。
【００２６】
以上のような構成において、定着ヒータ２３の電力制御方法について説明する。電源投入時の定着ヒータ２３へ電圧を印加する位相制御では、ＲＯＭ２０に定着ヒータ抵抗の温度特性のデータを記憶させておく。情報はテーブル値でも可能である。制御装置１５内に機内温度検出回路２７を設けており、定着サーミスタ２４で得た定着ヒータ温度と機内温度検出回路２７で得た外気温度から表１に示す条件に振り分け、ＲＯＭ２０に記憶させておいた定着ヒータ抵抗の温度特性から定着ヒータ２３へ印加する電圧のデューティを演算し、位相制御のスタートの位相角を決定し、定着ヒータ２３へ電力を供給する。これにより、起動時の突入電流を抑制する制御が可能となる。
【表１】
2010217764.tif 000003
【００２７】
その後、定着ヒータ２３に流れる電流値を検出する定着ヒータ電流検出回路２６より得た電流値を基に、段階的に位相角を変更していき、最終的には全位相角での電力を印加する制御を実施して、位相制御の処理を行うようにする。これにより、定着ヒータ２３への電力供給において突入電流を抑制しながら、ウォーミングアップ時間を最適化することが可能となる電力制御方法を提供することができる。
【００２８】
なお、表１では、制御領域を定着サーミスタ２４によってサンプリングされた定着ヒータ温度をＴｈ、機内温度検出回路２７によってサンプリングされた外気温をＴｇとして、両者の差Ｔｈ−Ｔｇと、定着サーミスタ２４によってサンプリングされた温度をＴｈとの関係によりＡ，Ｂ，Ｃの３つの領域に分けている。実施形態では、
領域Ａ：Ｔｈ−Ｔｇが予め設定した温度αの絶対値より小さく、Ｔｈが８０℃未満
領域Ｂ：Ｔｈ−Ｔｇが予め設定した温度α以上で、Ｔｈが８０℃未満
領域Ｃ：Ｔｈ−Ｔｇが予め設定した温度α以上で、Ｔｈが８０℃以上
として設定する。ただし、温度αは、通常５℃から１０℃、多くとも２０℃に設定される。
【００２９】
なお、定着サーミスタ２４で得た定着ヒータ温度Ｔｈが所定の温度以上であった場合には、位相制御を実施せずに全位相角での電力を印加する制御を実施して、位相制御の処理を行うようにする。本実施例では、定着ヒータ温度が８０℃以上であった場合に実施する。
【００３０】
また、領域Ａは定着ヒータ温度が８０℃未満、定着ヒータ温度と外気温との差が例えば１０℃未満である領域であり、一般には、電源ＯＮ直後の状態である。領域Ｂは温度差が１０℃以上であるが、定着ヒータ温度が８０℃未満なので、電源ＯＮ後、装置が立ち上がっている過程の初期の状態である。領域Ｃは、立ち上がりからある程度時間が経過し、定着ヒータ温度が８０℃以上になった状態である。
【００３１】
位相制御においては、特許文献１に記載されているように、ゼロクロス信号幅で商用電源の電圧変動が検出できるので、ヒータ点灯前後のゼロクロス信号幅の差分によりヒータ立ち上げ時の位相制御の動作パラメータ（位相制御の回数、点灯位相値）を変更する。パラメータ変更は、差分の大きさに対応させ、大きければ位相制御の回数は増やし、位相タイマ値は点灯時間を減らす方向に補正する。ゼロクロス信号が発生するたびにＣＰＵ割り込みをかけ、動作パラメータの設定変更を行うことにより、経時的な変動に追従して位相制御動作の最適化を図る。
【００３２】
しかしながら、ゼロクロス信号幅でのみ、位相制御の動作パラメータを変更し、位相制御の制御を実施する特許文献１に示す方式では、電源投入時の定着ヒータの温度や特性を把握できていないので、初回の位相制御のパラメータを最適にすることは困難である。
【００３３】
図４は定着装置の概略構成を示す図である。同図において、定着装置は定着ローラ２８と加圧ローラ３０を備え、定着ヒータ２３は定着ローラ２８の内部に配置され、定着ローラ２８の外周部には定着サーミスタ２４が接触し、定着ローラ２８の表面温度を計測している。トナーが乗った用紙は、定着ローラ２８と加圧ローラ３０との間にニップを通る間に、トナーが溶融して用紙の繊維内に入り込み定着される。用紙はガイド板２９によって定着ローラ２８表面から剥離され、下流側にガイドされて搬送される。
【００３４】
このように定着装置では、定着サーミスタ２４は、定着ローラ２８の表面温度を電圧に変換して検出しているため定着サーミスタ２４で得た定着ヒータ温度のみでは、正確な温度が検出できない。そこで、本実施形態では、定着サーミスタ２４で得た定着ヒータ温度と機内温度検出回路２７で得た外気温度から制御領域を３つの領域に分け、定着ヒータ２３への電力供給を制御することによって起動時の突入電流を抑制する位相制御動作、及び電力印加中の経時的な変動にも対応して最適な位相制御動作を行う。なお、制御を容易にするために、段階的に位相角を変更せずに定着ヒータ２３の電流値が所定の電流以下になるまで、スタートの位相角を保持したまま位相制御を実施しても良い。
【００３５】
図５は本実施形態における動作パラメータの設定処理の処理手順を示すフローチャートである。  
同図において、電源が投入されるとＣＰＵ１９の処理が始まる。条件として、定着ヒータ抵抗の温度特性をＲＯＭ２０に記憶させておく（ステップＳ１０１）。ＣＰＵ１９の初期化処理が終了したら、定着サーミスタ２４で得られる定着ヒータ温度と機内温度検出回路２７で得られる外気温のデータを取得する（ステップＳ１０２）。得られた各々の温度データとＲＯＭ２０に記憶されている定着ヒータ抵抗の温度特性に基づき、位相制御の制御領域を決定し（ステップＳ１０３）、位相制御のスタート位相角を演算する。演算で得られたスタート位相角で定着ヒータ２３へ電力の印加を実施する。定着ヒータ２３へ電力を印加したときの電流値を定着ヒータ電流検出回路２６で検出し、電流値が所定の値以上であれば、その得られた電流値とヒータ抵抗の温度特性により次回の電力印加の位相角を演算する。演算後に決定した位相角で再度電力を印加する制御を繰り返す。これにより、ヒータ点灯時の電流値によって、段階的に位相角を変更させながら電力を印加する制御を実施する。
【００３６】
また、電流値が所定の値以下であれば、定着ヒータ２４を全点灯させる制御に切替えて、電力を印加する。その後、定着サーミスタ２４で得られる定着ヒータ温度が目標温度に到達したら処理を終了する。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、定着ヒータ温度のみではなく、外気温度も監視し、定着ヒータに電力を供給する際に定着ヒータを制御する領域を３つの領域に分けて位相制御を実施することにより電源投入時における突入電流を抑制することが可能となる。
【００３８】
また、位相制御の領域を３つに分けて制御するので、各々の制御領域において初回の位相制御の位相角を外気温度、定着ヒータ温度、定着ヒータの抵抗特性より演算し、これにより初回の位相制御の位相角を最適化し、また演算により算出したスタートの位相角で電力を供給し、前記電流検出手段により検出される定着ヒータ電流に基づいて、定着ヒータの電流値が所定の電流値以下になるよう段階的に位相角を変更する位相制御を実施することができる。
【００３９】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の技術思想に含まれる技術的事項の全てが対象となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、定着ヒータを内蔵した定着器を用いてトナー像を用紙上に加熱低定着する定着装置への電力を制御する電力制御装置に適用されるが、これに限らず、温度に対する抵抗特性が正であるヒータを使用して加熱する装置の電力制御にも利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  電源装置
１４  トライアック
１５  制御装置
１９  ＣＰＵ
２２，１１９  定着装置
２３  定着ヒータ
２４  サーミスタ
２６  定着ヒータ電流検出回路
２７  機内温度検出回路
１００  複写機
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４２】
【特許文献１】特開２００４−１９８９１４号公報
【図１】
2010217764.tif 000004
【図２】
2010217764.tif 000005
【図３】
2010217764.tif 000006
【図４】
2010217764.tif 000007
【図５】
2010217764.tif 000008