(57)【要約】【課題】  商用電源の電圧を検出し、検出した商用電源の電圧に基づいてＰＩＤ制御における制御係数を切り換えることにより、スムーズにウォームアップ終了温度まで定着温度を立ち上げることが可能な定着装置を備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】  この回路ブロックは、定着ヒータ１５に対する電源の供給を制御する部分であり、電源ＯＮ時に通電するようになっており、定着ヒータ１５が異常となったときにＯＦＦされるように制御される定着ヒータリレー制御部１１と、ＡＣ電圧のゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号は、ヒータのＯＮ／ＯＦＦ時のタイミングの基準として用いるゼロクロス検出部１２と、ヒータ制御信号によりトライアックを用いて定着ヒータに対する通電を制御している定着ヒータ制御部１３と、商用電圧をトランスにより制御基板側で検出できるようにＡＣ電圧からＤＣ電圧へ変換しているＡＣ電圧検出部１４と、制御基板８を介して各部へＤＣ電圧を供給しているＤＣ電源部１８と、を備えて構成される。【選択図】  図２
2006195294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を記録紙に転写して可視像を形成し、該可視像を定着ヒータにより記録紙に定着させる画像形成装置において、
前記定着ヒータの定着温度を一定温度に制御する温度制御手段と、前記定着ヒータに供給する商用電源の電圧を検出する電圧検出手段と、前記定着ヒータにより加熱された定着部の温度を検出する温度検出手段と、を備え、
前記温度制御手段は、前記温度検出手段により検出した温度結果に基づいて、単位時間当たりの前記定着ヒータへの通電時間と無通電時間の比率を決定する手段としてＰＩＤ制御を使用する場合、前記電圧検出手段により前記商用電源の電圧を検出し、該検出電圧の結果に基づいて前記ＰＩＤ制御の制御係数を切り換えるように制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御係数を変更するタイミングは、電源投入時のウォームアップ時であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御係数を変更するタイミングは、低電力モード又は省エネルギーモードから復帰のウォームアップ時であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御係数を変更するタイミングは、待機温度から画像形成可能温度へ移行する時のウォームアップ時であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
トナー像を記録紙に転写して可視像を形成し、該可視像を定着ヒータにより記録紙に定着させる画像定着方法において、
前記定着ヒータの定着温度を一定温度に制御する温度制御ステップと、前記定着ヒータに供給する商用電源の電圧を検出する電圧検出ステップと、前記定着ヒータにより加熱された定着部の温度を検出する温度検出ステップと、を備え、
前記温度制御ステップにおいては、前記温度検出ステップにより検出した温度結果に基づいて、単位時間当たりの前記定着ヒータへの通電時間と無通電時間の比率を決定する手段としてＰＩＤ制御を使用する場合、
前記電圧検出ステップにより前記商用電源の電圧を検出し、該検出電圧の結果に基づいて前記ＰＩＤ制御の制御係数を切り換えるようにしたことを特徴とする画像定着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置及び画像定着方法に関し、さらに詳しくは、トナー像を記録紙に転写して定着する定着ヒータの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から画像形成装置に使用される定着ヒータへの給電に際しては、定着部の温度をサーミスタ等により監視し、単位時間当たりの通電時間と無通電時間のデューティーを制御することにより温度制御を行っている。その温度制御の方法としては、目標温度と過去の温度履歴により、ＰＩＤ（Proportional Integration and Differential）制御にて単位時間当たりの通電時間と無通電時間のデューティーを決定する方法が用いられる。しかし、この制御方法では、抵抗値の異なる定着ヒータや電源電圧が各ユーザ先において異なる条件であっても同一条件で温度制御を行っていたため、商用電源のＡＣ入力電圧が定格以上であった場合、本来ならばウォームアップ終了時間が短いはずが、定格入力電圧時よりも時間的に長く掛かってしまうといった問題がある。
従来技術として特許文献１には、入力される外部電源からの電力をオン／オフ制御してヒータ用電源として定着用ヒータに供給するヒータ用電源供給手段と、入力電圧検出手段が検出する外部電源の入力電圧が所定の上限電圧値以下か否かを検出する入力電圧監視手段と、その入力電圧監視手段が、前記外部電源の入力電圧が所定の上限電圧値以上であると検出した場合は、前記ヒータ用電源供給手段からの前記定着用ヒータへの電力供給を停止すると共に前記プロッタの動作を禁止する異常電圧対応手段とを備えた画像記録装置について開示されている。
また特許文献２には、ゼロクロス信号のパルス幅ｔｗを検知して、パルス幅の中央部（ｔｗ／２）となる時間を算出し、ゼロクロス信号がオフからオンとなる立ち上がりエッジの時間から（パルス幅／２）の時間を遅延させた時間のタイミングで、トリガをかけて位相をα、βとずらして位相制御を行う画像形成装置について開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２９３４８公報
【特許文献２】特開平１０−１８６９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に開示されている従来技術は、外部電源の入力電圧が所定の上限電圧値以上であると検出した場合は、ヒータ用電源供給手段からの定着用ヒータへの電力供給を停止するため、入力電圧変動の許容範囲が狭いといった問題がある。
また特許文献２に開示されている従来技術は、ゼロクロスポイントを正確にする発明であり、電圧変動に対するゼロクロスポイントのずれは少なくなるが、電圧変動による定着温度制御については言及していない。
本発明は、かかる課題に鑑み、商用電源の電圧を検出し、検出した商用電源の電圧に基づいてＰＩＤ制御における制御係数を切り換えることにより、スムーズにウォームアップ終了温度まで定着温度を立ち上げることが可能な定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、トナー像を記録紙に転写して可視像を形成し、該可視像を定着ヒータにより記録紙に定着させる画像形成装置において、前記定着ヒータの定着温度を一定温度に制御する温度制御手段と、前記定着ヒータに供給する商用電源の電圧を検出する電圧検出手段と、前記定着ヒータにより加熱された定着部の温度を検出する温度検出手段と、を備え、前記温度制御手段は、前記温度検出手段により検出した温度結果に基づいて、単位時間当たりの前記定着ヒータへの通電時間と無通電時間の比率を決定する手段としてＰＩＤ制御を使用する場合、前記電圧検出手段により前記商用電源の電圧を検出し、該検出電圧の結果に基づいて前記ＰＩＤ制御の制御係数を切り換えるように制御することを特徴とする。
定着部に定着ヒータを使用した場合、定着部の温度制御はサーミスタ等により定着部の温度を検知してフィードバックループにより制御している。また、温度検出手段により検出した温度結果に基づいて、単位時間当たりの定着ヒータへの通電時間と無通電時間の比率を決定する手段としてＰＩＤ制御を使用している場合、その制御係数によって定着ヒータへの通電時間と無通電時間の比率を変化させることができる。本発明では、この制御係数を商用電源の電圧に基づいてＰＩＤ制御の制御係数を切り換えるものである。
請求項２は、前記制御係数を変更するタイミングは、電源投入時のウォームアップ時であることを特徴とする。
電源を投入したときは、一般に定着温度は低くなっている。そのため、電源投入時は所定の定着温度になるまで定着ヒータをＯＮするウォームアップが行われる。このウォームアップは比較的時間が長いため、この時間を利用して制御係数を変更するものである。
【０００５】
請求項３は、前記制御係数を変更するタイミングは、低電力モード又は省エネルギーモードから復帰のウォームアップ時であることを特徴とする。
通常モードにおいて画像形成動作が所定の時間行われない場合、低電力モード又は省エネルギーモードに移行する。このときは定着ヒータはＯＦＦされる。そして画像形成動作を開始するコマンド（例えば、原稿挿入等）が発行されると、低電力モード又は省エネルギーモードから通常モードに復帰するために、定着ヒータがＯＮしてウォームアップが行われる。このウォームアップは比較的時間が長いため、この時間を利用して制御係数を変更するものである。
請求項４は、前記制御係数を変更するタイミングは、待機温度から画像形成可能温度へ移行する時のウォームアップ時であることを特徴とする。
低電力モード又は省エネルギーモードでない場合、通常モードの場合でも省エネルギーとするために、所定の時間画像形成動作が発生しないと定着器の温度を低くする待機温度モードがある。本発明はこの待機温度モードから画像形成動作が発生して画像形成可能温度へ移行する時のウォームアップ時に制御係数を変更するものである。
請求項５は、トナー像を記録紙に転写して可視像を形成し、該可視像を定着ヒータにより記録紙に定着させる画像定着方法において、前記定着ヒータの定着温度を一定温度に制御する温度制御ステップと、前記定着ヒータに供給する商用電源の電圧を検出する電圧検出ステップと、前記定着ヒータにより加熱された定着部の温度を検出する温度検出ステップと、を備え、前記温度制御ステップにおいては、前記温度検出ステップにより検出した温度結果に基づいて、単位時間当たりの前記定着ヒータへの通電時間と無通電時間の比率を決定する手段としてＰＩＤ制御を使用する場合、前記電圧検出ステップにより前記商用電源の電圧を検出し、該検出電圧の結果に基づいて前記ＰＩＤ制御の制御係数を切り換えるようにしたことを特徴とする。
本発明は請求項１と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１、５の発明によれば、制御係数によって定着ヒータへの通電時間と無通電時間の比率を変化させることができるＰＩＤ制御において、この制御係数を商用電源の電圧に基づいて切り換えるので、商用電源の電圧が変動してもスムーズに定着温度を制御することができる。
また請求項２では、電源投入時のウォームアップ時に制御係数を変更するので、電源投入から通常モードに移行するまでに制御係数の変更が完了して、即座に電圧変動に対して定着温度制御を対応することができる。
また請求項３では、低電力モード又は省エネルギーモードから復帰のウォームアップ時に制御係数を変更するので、低電力モード又は省エネルギーモードから復帰してから通常モードに移行するまでに制御係数の変更が完了して、即座に電圧変動に対して定着温度制御を対応することができる。
また請求項４では、待機温度から画像形成可能温度へ移行する時に制御係数を変更するので、待機温度から画像形成可能温度へ移行するまでに制御係数の変更が完了して、即座に電圧変動に対して定着温度制御を対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態に係るプリンタ装置の一例を示すブロック構成図である。このプリンタ装置１００は、各色感光体ドラム、トナー供給部を備え、感光体ドラム上の画像を記録紙上に転写する作像部１と、転写紙に転写された画像を定着させる定着部２と、レーザーダイオードにより感光体ドラムにレーザーを照射し感光体ドラム上にトナーを付着させる部分とトナーを付着させない部分を制御して感光体ドラム上に画像を作像する光書込部３と、ユーザ又は作業者が、プリンタの状態を設定する為の部分である操作部４と、プリンタ装置１００を制御する為のプログラム及び固定パラメータが記憶保持されているＲＯＭ５と、カラープリンタの初設定を記憶保持され、バッテリーでバックアップされているＲＡＭ６と、ＬＡＮ等でホストと接続されており、外部とのＩ／Ｆを制御している部分で外部からの印字データ等の入出力データを制御している通信Ｉ／Ｆ７と、プリンタ装置を制御する部分でありＣＰＵも含まれバス９を介して各部を制御しているコントローラ８と、を備えて構成される。尚、このプリンタ装置１００の画像形成動作は公知のプリンタ装置と同様であるので説明を省略する。
図２は本発明の定着部２の定着ヒータを制御する回路ブロック図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。この回路ブロックは、定着ヒータ１５に対する電源の供給を制御する部分であり、電源ＯＮ時に通電するようになっており、定着ヒータ１５が異常となったときにＯＦＦされるように制御される定着ヒータリレー制御部１１と、ＡＣ電圧のゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号は、ヒータのＯＮ／ＯＦＦ時のタイミングの基準として用いるゼロクロス検出部１２と、ヒータ制御信号によりトライアックを用いて定着ヒータに対する通電を制御している定着ヒータ制御部１３と、商用電圧をトランスにより制御基板側で検出できるようにＡＣ電圧からＤＣ電圧へ変換しているＡＣ電圧検出部１４と、制御基板８を介して各部へＤＣ電圧を供給しているＤＣ電源部１８と、を備えて構成される。
【０００８】
次に図２を参照して定着部２の制御動作について説明する。電源が投入されると、商用電源１７からＤＣ電源部１８に商用電源１７が供給され、ＡＣ電圧を所定のＤＣ電圧に変換して各部に供給する。それにより制御基板（コントローラ）８が起動して、ＡＣ電圧検出部１４によりＡＣ電圧がＤＣ電圧のレベルに変換されてＡＣ電圧検出電圧１４ａとして入力される。コントローラ８はそのレベルを検出してレベルに応じた制御係数を選択して定着ヒータ１５のデューティーを決定してＰＩＤ制御する（詳細は後述する）。またコントローラ８はリレー制御信号１１ｂを出力して、定着ヒータリレー制御部１１内のリレー１１ａをＯＮとする。それにより、商用電源１７がリレー１１ａの接点を介して定着ヒータ１５に供給される。定着ヒータ１５の他端は定着ヒータ制御部１３に接続されているので、コントローラ８がゼロクロス検出部１２により検出されたゼロクロス検出信号１２ａに基づいて、定着ヒータ制御信号１３ａを出力して定着ヒータ制御部１３を制御して定着ヒータ１５をＯＮ／ＯＦＦする。
定着部２に定着ヒータ１５を使用した場合、定着部２の温度制御はサーミスタ等により定着部２の温度を検知してフィードバックループにより制御している。また、サーミスタ等により検出した温度結果に基づいて、単位時間当たりの定着ヒータ１５への通電時間と無通電時間の比率を決定する手段としてＰＩＤ制御を使用している場合、その制御係数によって定着ヒータ１５への通電時間と無通電時間の比率を変化させることができる。本発明では、この制御係数を商用電源１７の電圧に基づいてＰＩＤ制御の制御係数を切り換えるものである。
【０００９】
ここでＰＩＤ制御について説明する。定着ヒータ１５の温度リップルを抑えるためと定着ヒータの温度オーバーシュートをなくすためにＰＩＤ制御を用いている。ＰＩＤ制御により、定着ヒータ１５への単位時間当たりの通電時間のデューティーを制御している。ＰＩＤ制御によるデューティー算出式は、式（１）を用いる。設定されるデューティー：ＭＶｎは、
ＭＶｎ＝ＭＶ（ｎ−１）＋ΔＭＶ…式（１）
として設定される。
但し、
ＭＶｎ：今回のデューティー
ＭＶ（ｎ−１）：前回のデューティー
ΔＭＶ：温度履歴によりＰＩＤ演算式による算出値。式（２）に一例を示す。
ΔＭＶ＝ＫＰ＊（Ｂｕｆｆ１−Ｂｕｆｆ０）＋ＫＤＭ＊（２＊Ｂｕｆｆ１−Ｂｕｆｆ０−Ｂｕｆｆ２）／ＫＤＤ＋ＫＩＭ＊（Ｔａｒｇｅｔ−Ｂｕｆｆ０）／ＫＩＤ…式（２）
ＫＰ：ＰＩＤ演算の比例定数
ＫＩＭ：ＰＩＤ演算の積分定数の分子
ＫＩＤ：ＰＩＤ演算の積分定数の分母
ＫＤＭ：ＰＩＤ演算の微分定数の分子
ＫＤＤ：ＰＩＤ演算の微分定数の分母
Ｂｕｆｆ０：今回の定着ヒータ温度
Ｂｕｆｆ１：前回の定着ヒータ温度
Ｂｕｆｆ２：前前回の定着ヒータ温度
Ｔａｒｇｅｔ：目標定着温度
ＫＰ、ＫＩＭ、ＫＩＤ、ＫＤＭ、ＫＤＤ（以下、ＰＩＤ係数）については、ＡＣ電圧の検出値により、入力下限電圧から定格電圧まで使用する電源ＯＮからウォームアップ終了温度、省エネ又は低電力モードからウォームアップ終了温度、待機時からプリント可能温度まで定着ヒータを温度上昇させる時のそれぞれをＰＩＤ係数として保持している。また、同様に定格電圧から入力上限電圧まで使用する電源ＯＮからウォームアップ終了温度、省エネ又は低電力モードからウォームアップ終了温度、待機時からプリント可能温度まで定着ヒータを温度上昇させる時のそれぞれをＰＩＤ係数として保持している。
【００１０】
図３は本発明のＰＩＤ制御における制御係数の切り換え方法を説明するフローチャートである。定着ヒータへの通電開始命令が発行されると（Ｓ１）、ＡＣ電圧検出電圧１４ａを検知してＡＣ電圧の検出を行う（Ｓ２）。その結果、ＡＣ電圧が定格電圧以下か否かの判断を行い（Ｓ３）、定格電圧以下であれば（Ｓ３でＹＥＳのルート）、更に装置の電源がＯＮされているか否かを判断し（Ｓ４）、電源がＯＮであれば（Ｓ４でＹＥＳのルート）、電源ＯＮで且つＡＣ電圧が定格電圧以下の制御係数を選択する（Ｓ５）。またステップＳ４で電源がＯＦＦであれば（Ｓ４でＮＯのルート）、低電力または省エネモードであるか否かを判断し（Ｓ６）、低電力または省エネモードであれば（Ｓ６でＹＥＳのルート）、低電力または省エネモードで且つＡＣ電圧が定格電圧以下の制御係数を選択する（Ｓ７）。またステップＳ６で低電力または省エネモードでなければ（Ｓ６でＮＯのルート）、待機モードで且つＡＣ電圧が定格電圧以下の制御係数を選択する（Ｓ８）。
一方、ステップＳ３で定格電圧以上であれば（Ｓ３でＮＯのルート）、更に装置の電源がＯＮされているか否かを判断し（Ｓ９）、電源がＯＮであれば（Ｓ９でＹＥＳのルート）、電源ＯＮで且つＡＣ電圧が定格電圧以上の制御係数を選択する（Ｓ１０）。またステップＳ９で電源がＯＦＦであれば（Ｓ９でＮＯのルート）、低電力または省エネモードであるか否かを判断し（Ｓ１１）、低電力または省エネモードであれば（Ｓ１１でＹＥＳのルート）、低電力または省エネモードで且つＡＣ電圧が定格電圧以上の制御係数を選択する（Ｓ１２）。またステップＳ１１で低電力または省エネモードでなければ（Ｓ１１でＮＯのルート）、待機モードで且つＡＣ電圧が定格電圧以上の制御係数を選択する（Ｓ１３）。
【００１１】
このように装置の状態がどのような状態であるか判断を行うことにより、制御係数を適切な値に切り換えることができる。尚、制御係数を切り換えるタイミングとして、電源を投入したときは、一般に定着温度は低くなっている。そのため、電源投入時は所定の定着温度になるまで定着ヒータをＯＮするウォームアップが行われる。このウォームアップは比較的時間が長いため、この時間を利用して制御係数を切り換える。また、通常モードにおいて画像形成動作が所定の時間行われない場合、低電力モード又は省エネルギーモードに移行する。このときは定着ヒータはＯＦＦされる。そして画像形成動作を開始するコマンド（例えば、原稿挿入等）が発行されると、低電力モード又は省エネルギーモードから通常モードに復帰するために、定着ヒータがＯＮしてウォームアップが行われる。このウォームアップは比較的時間が長いため、この時間を利用して制御係数を切り換える。また、低電力モード又は省エネルギーモードでない場合、通常モードの場合でも省エネルギーとするために、所定の時間画像形成動作が発生しないと定着器の温度を低くする待機温度モードがある。本発明はこの待機温度モードから画像形成動作が発生して画像形成可能温度へ移行する時のウォームアップ時に制御係数を切り換える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るプリンタ装置の一例を示すブロック構成図。
【図２】本発明の定着部２の定着ヒータを制御する回路ブロック図。
【図３】本発明のＰＩＤ制御における制御係数の切り換え方法を説明するフローチャート。
【符号の説明】
【００１３】
８  制御基板、１１  定着ヒータリレー制御部、１２  ゼロクロス検出部、１３  定着ヒータ制御部、１４  ＡＣ電圧検出部、１５  定着ヒータ、１８  ＤＣ電源部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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