(57)【要約】【課題】高調波電流歪を効果的に抑制することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、現像剤像が形成されたシートを加熱して前記シートに前記現像剤像を定着させる定着手段と、前記定着手段を交流電源に対して位相制御により制御すると共に、高調波電流歪の状態に応じて、位相制御を波数制御に切り替えて制御する制御手段と、を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤像が形成されたシートを加熱して前記シートに前記現像剤像を定着させる定着手段と、
前記定着手段を交流電源に対して位相制御により制御すると共に、高調波電流歪の状態に応じて、前記位相制御を波数制御に切り替えて制御する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段が行う前記位相制御の期間に基づいて高調波電流歪の状態を判定する判定手段を更に有し、
前記制御手段は、前記判定手段による判定の結果、前記高調波電流歪の状態が目標値を超えていると判定される場合に、前記位相制御を前記波数制御に切り替え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】
前記判定手段は、前記制御手段が行う前記位相制御の期間が長いほど前記高調波電流歪が増大していると判定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記位相制御を前記波数制御に切り替えた後、前記波数制御の期間が所定時間以上になると前記位相制御に戻すことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御手段が行う前記位相制御の期間の電力デューティに基づいて前記高調波電流歪の状態を判定する判定手段を更に有し、
前記制御手段は、前記判定手段による判定の結果、前記高調波電流歪の状態が目標値を超えていると判定される場合に、前記位相制御を前記波数制御に切り替え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６】
前記判定手段は、電力デューティに応じた評価値の累積値が所定値を超えた場合に前記高調波電流歪の状態が目標値を超えていると判定することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記位相制御を前記波数制御に切り替えた後、前記波数制御の期間が所定時間以上になると前記位相制御に戻すことを特徴とする請求項５又は６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記判定手段は、電力デューティに応じた評価値の所定期間の累積値が所定値を超えた場合に前記高調波電流歪が目標値を超えていると判定することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記位相制御を前記波数制御に切り替えた後、前記評価値の前記所定期間の累積値が第２の所定値以下になると前記位相制御に戻すことを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記評価値は、電力デューティに応じた立ち上げ電流比率或いは、立ち上げ電流値であることを特徴とする請求項６、８及び９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
現像剤像が形成されたシートを定着部により加熱して前記シートに前記現像剤像を定着させる画像形成装置における前記定着部の制御方法であって、
前記定着部を交流電源に対して位相制御により制御すると共に、高調波電流歪の状態に応じて、位相制御を波数制御に切り替えて制御する
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ装置、ファクシミリ装置、複合機などの画像形成装置に関し、特に、シートに画像を定着させる定着部の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置は、記録紙やＯＨＰシート等のシート（記録媒体）に、未定着トナー像を形成し、その後、シートにトナー像を定着させて定着画像とする。シートにトナー像を定着させる定着部としては、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式のものや、セラミックヒータを熱源とするフィルム定着式のものが用いられている。熱容量の極めて小さなフィルムを内部から加熱するフィルム定着方式の定着部は、エネルギー効率が高く、昇温速度が大きい。そのため、印刷時のみ加熱すればよく、電源オンから印刷可能状態になるまでの時間が短く、待機時の消費電力も小さいという利点を有する。
【０００３】
一般に、定着部のヒータはトライアック等のスイッチング素子を介して交流電源に接続されており、この交流電源により電力が供給される。定着部には温度検出素子、例えばサーミスタが設けられる。制御部は、温度検出素子が検出する温度に基づきスイッチング素子をオン・オフ制御することにより、ヒータへの電力供給をオン・オフし、これにより、定着部の温度が目標温度となる様に制御する。セラミックヒータのオン・オフ制御は、位相制御、波数制御又は位相制御と波数制御の組み合わせにより行われる。位相制御は、交流電源の１半波内の任意の位相角でヒータをオンにする電力制御方式である。波数制御は、ヒータのオン・オフを交流電源の半波単位で行う電力制御方式である。位相制御と波数制御を組み合わせた制御は、複数半波を１制御周期とし一部の半波を波数制御、他の半波を位相制御する電力制御方式である。
【０００４】
位相制御を選択するのは、いわゆるフリッカや定着部の温度リップルを抑えるためである。フリッカとは、装置の負荷電流変動と、装置に接続されている交流電源の内部インピーダンスや屋内配電網によるインピーダンスの影響で、交流電源の電圧の急激な変動が発生し、同じ交流電源に接続されている照明機器がちらつく等の現象をさす。位相制御は交流電源の１半波の任意の位相角でヒータをオンにするため、制御周期が小さく、フリッカの発生を抑えることができる。また、制御周期が小さいため、定着部の温度制御の応答性が速く、定着部の温度リップルを小さくできるという長所がある。一方、位相制御は交流電源の１半波内の任意の位相角で通電させるため、急激な電流変動を生じさせる。急激な電流変動を有する電流波形は、交流電源の基本周波数（例えば５０Ｈｚや６０Ｈｚ）の逓倍周波数成分を多く含んだ電流波形、いわゆる高調波電流歪を多く含む電流波形となる。そのため、この高調波電流歪による電子機器間の誤動作の発生または交流電源電圧波形の歪発生等を引き起こすことがある。
【０００５】
波数制御を選択する理由としては、高調波電流歪の抑制が挙げられる。波数制御はヒータのオン・オフ制御を電源電圧の０Ｖ近傍（ゼロクロスポイント）で行うため急激な電流変動が少なく、交流電源の半波の途中でヒータをオンにする位相制御よりも高調波電流歪が発生しにくい。しかし、高調波電流歪の抑制に効果があるものの、半波ごとの負荷電流変動が大きいため、交流電源の電圧変動が大きくなり、フリッカが発生しやすい。
【０００６】
位相制御と波数制御を組み合わせた制御を選択する理由としては、位相制御のみと比較して高調波電流歪の抑制に有利であり、且つ、波数制御のみと比較してフリッカ抑制に有利であることがあげられる。高調波電流歪は、使用する交流電源の電圧が高い方が、より大きく発生する傾向がある。したがって、例えば、画像形成装置が使用される地域の交流電源電圧に応じて、ヒータの制御方式をどちらか一方に固定することが行われている。例えば１００〜１２７Ｖの交流電源電圧の地域向けにはフリッカに有利な位相制御方式を、２２０Ｖ〜２４０Ｖの交流電源電圧の地域向けには高調波電流歪に有利な波数制御方式を使用している。しかし、近年の画像形成装置の高速化による定着部のヒータ電力増大に伴い、位相制御のみでは高調波電流歪規制を満足できない場合があり、波数制御のみではフリッカ規制を満足できない場合がある。その場合、位相制御と波数制御を組み合わせた制御は、高調波電流歪規制とフリッカ規制の両方を満足する制御として有効である。
【０００７】
特許文献１に記載されている様な、印刷中の温度リップルをさらに抑制するために印刷動作中は位相制御を行い、印刷動作を行っていない間は波数制御を行うことで、定着装置の温度リップルと高調波電流歪の抑制を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−８８４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の構成では、印刷動作時間が長いと、位相制御を続けるため、高調波電流歪が増大する可能性がある。
【００１０】
本発明は、高調波電流歪を効果的に抑制することができる画像形成装置及び制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によると、画像形成装置は、現像剤像が形成されたシートを加熱して前記シートに前記現像剤像を定着させる定着手段と、前記定着手段を交流電源に対して位相制御により制御すると共に、高調波電流歪の状態に応じて位相制御を波数制御に切り替えて制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、高調波電流歪を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態による画像形成装置の構成図。
【図２】一実施形態による定着部の制御構成を示す図。
【図３】立ち上げ電流比率の説明図。
【図４】電力デューティと立ち上げ電流比率の関係を示す図。
【図５】一実施形態による定着部の温度制御のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。
【００１５】
図１は、本実施形態による画像形成装置の構成を示す概略断面図である。画像形成装置は、画像形成装置の本体１００と、本体１００の上部に設けられた画像読取装置２００と、を備えている。本体１００には、図１の下側から上側に向かって順に、シート給送部１０、画像形成部２０、定着部３０、シート排出部４０が設けられている。また、画像形成部２０、定着部３０の右側には、シート再給送部５０が設けられている。
【００１６】
シート給送部１０は、給送カセット１１や手差しトレイ１６に積載されたシートＰを画像形成部２０へ給送する。シート検知センサＳ１は、給送カセット１１にシートＰが収納されているかどうかを検知するセンサである。給送カセット１１に収納されたシートＰは、ピックアップローラ１２が回転することによって分離ローラ対１３へ給送される。シートＰが重送している場合は、正転ローラと反転ローラとからなる分離ローラ対１３によってシートＰは１枚に分離され、実線で示す給送パスＰＳ１に搬送される。給送パスＰＳ１に搬送されたシートＰはさらに給送ローラ対１４によって搬送され、レジストローラ対１５によってシートＰの斜行が矯正される。
【００１７】
レジ前センサＳ２は、シートＰの先端がレジストローラ対１５のニップに到達するタイミングを検知する。手差しトレイ１６からシートＰを給送する場合は、供給ローラ１７及び分離パッド１８によってシートＰを１枚に分離して機内に引き込む。そして、シートＰは、供給ローラ対１９によって給送ローラ対１４に向けて搬送され、レジストローラ対１５で斜行が矯正される。斜行が矯正されたシートＰは、レジストローラ対１５によって所定のタイミングで画像形成部２０に搬送される。
【００１８】
画像形成部２０の感光ドラム２１は、帯電ローラ２２によってその表面が均一な電位に帯電される。レーザユニット２３は、画像情報に対応したレーザ光を感光ドラム２１に照射する。なお、画像情報は、画像読取装置２００が読み取った情報や、ネットワークや通信回線を介して画像形成装置に入力された情報である。レーザ光の照射により、感光ドラム２１のレーザ光が照射された部分の電荷が除去され、これにより、感光ドラム２１には画像情報に対応した静電潜像が形成される。現像ローラ２４は、静電潜像にトナー（現像剤）を付着させトナー像（現像剤像）として可視化する。転写ローラ２５は、転写バイアスを出力し、ニップ部Ｎ１において、感光ドラム２１の現像剤像をシートＰに転写する。これにより、シートＰには未定着のトナー像が形成される。
【００１９】
トナー像が形成されたシートＰは、定着部３０へと搬送される。定着部３０は、定着ローラ３１と、定着ローラ３１に接触して所定の圧力で定着ローラ３１を加圧する加圧ローラ３２とを含み、定着ローラ３１と加圧ローラ３２で定着ニップ部Ｎ２を形成している。なお、定着ローラ３１は、内部に配置されたハロゲンランプ等の熱源により加熱されるアルミローラ等で構成される。トナー像が形成されたシートＰは、定着ニップ部Ｎ２に送り込まれて、定着ローラ３１と加圧ローラ３２とで挟持搬送される過程で加熱加圧され、これにより、トナー像がシートＰに定着される。
【００２０】
定着センサＳ３は、シートＰの先端や後端が定着ニップ部Ｎ２を抜けたことを検知する。なお、定着部３０としては、定着ローラ３１で加熱する加熱ローラ方式に代えて、オンデマンド定着方式を用いることができる。オンデマンド定着方式では、セラミックヒータ等の熱源を、加圧ローラ３２が端部レスフィルムを介して加圧することで定着ニップ部Ｎ２を形成する。シートＰの片面のみに画像を形成する場合、トナー像が定着されたシートＰは、シート排出部４０へと搬送され、排出ローラ対４１によって排出トレイ４２へ排出される。一方、シートＰの両面に画像を形成する場合、シートＰは、排出ローラ対４１の逆回転により両面用搬送路ＰＳ２に送り出され、他方の面に対する画像形成が行われ、その後、排出トレイ４２へ排出される。
【００２１】
図２は、定着部３０と、定着部３０への電力供給の制御構成を示している。定着部３０は、発熱体１１８及び発熱体１１９と、発熱体の温度（定着温度）を検出するサーミスタ１２０と、を備えている。メイン電源部１１２は、交流（ＡＣ）電源１１１から入力される交流電圧を、トライアック（ＴＲＩＡＣ）１１６、１１７を介して発熱体１１８、１１９に印加する。より詳しくは、ＴＲＩＡＣ１１６、１１７は切替部として機能し、オン状態であると、交流電圧を発熱体１１８、１１９に印加させ、オフ状態であると、交流電圧の発熱体１１８、１１９への印加を停止させる。整流回路１２４及びＤＣ−ＤＣ変換器（ＤＤＣ）１２４は、ＡＣ電源１１１が出力する交流電圧から、制御基板１１３のＣＰＵ１２１を動作させるための所定の直流電圧を生成し、ＣＰＵ１２１に供給する。サーミスタ１２０は、定着部３０の温度を検出し、検出した温度をＣＰＵ１２１に通知する。ＣＰＵ１２１は、通知される温度に基づきＴＲＩＡＣ１１６、１１７をオン・オフ制御し、これにより、発熱体１１８、１１９の発熱を制御することで、定着部３０の温度が目標温度となる様に制御する。ＣＰＵ１２１は、定着部３０の温度制御として、位相制御と波数制御を選択的に使用する。位相制御において、ＣＰＵ１２１は、ＡＣ電源１１１からの交流電圧の半周期を最小制御単位とし、半周期内の任意のタイミングでＴＲＩＡＣ１１６、１１７をオフ状態からオン状態に駆動する。また、波数制御において、ＣＰＵ１２１は、ＡＣ電源１１１からの交流電圧の半周期の整数倍の期間を最小制御単位とし、交流電圧のゼロクロス点にてＴＲＩＡＣ１１６、１１７の状態を変化させる。ゼロクロス検知回路１１５は、ＡＣ電源１１１からの交流電圧が０となるタイミングをＣＰＵ１２１に通知する。このタイミングは、ＣＰＵ１２１がＴＲＩＡＣ１１６、１１７をオン・オフするタイミングの判定に使用される。なお、制御基板１１３には、ＣＰＵ１２１が実行する制御プログラムや、ＣＰＵ１２１が制御で使用するデータを格納するメモリ１２２が設けられる。
【００２２】
本実施形態において、ＣＰＵ１２１は、位相制御と波数制御の切り替えを"立ち上げ電流比率"の過去所定期間における累積値により行う。まず、"立ち上げ電流比率"について図３を用いて説明する。図３の実線は、位相制御においてＴＲＩＡＣ１１６、１１７をオフ状態からオン状態としたときの電流波形を示している。ＴＲＩＡＣ１１６、１１７をオフ状態からオン状態としたときの電流の変動量を、本実施形態では、図３に示す様に"立ち上げ電流値"と呼ぶものとする。本実施形態において、"立ち上げ電流比率"とは、"立ち上げ電流値"の最大値に対する"立ち上げ電流値"の比率である。言い換えると、ＴＲＩＡＣ１１６、１１７をオフ状態からオン状態としたときの電流の最大変動量に対する電流の変動量の比率である。図３では、交流電流が最大となるタイミングで通電させているため、立ち上げ電流比率は"１"である。本実施形態では、図４に示す、電力デューティと立ち上げ電流比率との関係を、あらかじめ、メモリ１２２に格納しておく。なお、電力デューティとは、半波分の電力に対する発熱体１１８、１１９に供給した電力の割合である。例えば、図３に示す様に、交流電流が最大となるタイミングで通電させると、半波分の電力の５０％が発熱体１１８、１１９に供給されるため、図４に示す様に、電力デューティが５０％のときの立ち上げ電流比率は"１"になる。
【００２３】
出願人による実験により、高調波歪みは、立ち上げ電流比率の累積値と相関があることが分かった。したがって、本実施形態では、過去所定期間における立ち上げ電流比率の累積値の上限値を予め実験的に求めておく。例えば、立ち上げ電流比率が最大となる電力デューティ５０％による位相制御を第１時間だけ行い、その後、立ち上げ電流比率が最小となる電力デューティ１００％による位相制御を第２時間だけ行うことを繰り返す。そして、第１時間と第２時間をそれぞれ変化させながら高調波歪みを測定することで、高調波歪みの目標値（規制値）を満足する第１時間及び第２時間の組み合わせを求める。例えば、求めた組み合わせの中で第１時間と第２時間の和ができるだけ大きくなる組み合わせを選択し、この選択した組み合わせの和を過去所定期間とすることができる。また、選択した組み合わせにおける立ち上げ電流比率の累積値を上限値とすることができる。例えば、交流電源が５０Ｈｚで、選択した組み合わせにおける第１時間及び第２時間がそれぞれ５００ｍｓであると、過去所定期間は１秒となる。また、第１時間は、５０個の半波の時間に相当するため、累積値の上限値は５０となる。本実施形態において、この累積値の上限値は、位相制御から波数制御に切り替える第１閾値となる。一方、本実施形態では、波数制御から位相制御に切り替えることができるかを判定するための第２閾値を第１閾値より小さい値、例えば、４０に設定する。以下では、この第２閾値を下限値と呼ぶものとする。
【００２４】
図５は、本実施形態による定着部３０の温度制御のフローチャートである。Ｓ１０で、ＣＰＵ１２１は、波数制御を開始し、Ｓ１１で、温度制御を継続するかを判定する。温度制御を継続しない場合（Ｓ１１でＮｏ）、ＣＰＵ１２１は、処理を終了する。一方、温度制御を継続する場合（Ｓ１１でＹｅｓ）、ＣＰＵ１２１は、定着部３０の検出温度と目標温度との差が閾値以上であるかを判定する。検出温度と目標温度との差が閾値以上（Ｓ１２でＹｅｓ）であると、ＣＰＵ１２１は、Ｓ１３で位相制御を開始する。また、検出温度と目標温度との差が閾値未満であると（Ｓ１２でＮｏ）、ＣＰＵ１２１は、Ｓ１８で、定着部３０をシートが通過中であるかを判定する。定着部３０をシートが通過中ではないと（Ｓ１８でＮｏ）、ＣＰＵ１２１は、Ｓ１０から処理を繰り返す。つまり、ＣＰＵ１２１は、波数制御を継続させる。一方、定着部３０をシートが通過中であると（Ｓ１８でＹｅｓ）、ＣＰＵ１２１は、Ｓ１３で位相制御を開始する。
【００２５】
Ｓ１３で位相制御を開始すると、ＣＰＵ１２１は、過去所定期間における立ち上げ電流比率の累積値を計算することで、高調波歪みの状態を判定する。例えば、上述した様に、過去所定期間が１秒であると、ＣＰＵ１２１は、現在から過去１秒間の間における立ち上げ電流比率の累積値を計算する。そして、ＣＰＵ１２１は、Ｓ１４で、累積値が予め求めた上限値以下であるか否かを判定する。ＣＰＵ１２１は、判定の結果、累積値が上限値以下であると（Ｓ１４でＹｅｓ）、Ｓ１９で、定着部３０をシートが通過中であるか否かを判定する。つまり、シートに対するトナー像の定着処理を行っているか否かを判定する。定着部３０をシートが通過中であると（Ｓ１９でＹｅｓ）、ＣＰＵ１２１は、Ｓ１４から処理を繰り返す。一方、定着部３０をシートが通過中ではないと（Ｓ１９でＮｏ）、ＣＰＵ１２１は、Ｓ１５で、温度制御を継続するか否かを判定する。また、ＣＰＵ１２１は、Ｓ１４で、累積値が上限値を超えていると（Ｓ１４でＮｏ）、Ｓ１５で、温度制御を継続するかを判定する。ＣＰＵ１２１は、温度制御を継続しない場合（Ｓ１５でＮｏ）、処理を終了する。一方、温度制御を継続する場合（Ｓ１５でＹｅｓ）、ＣＰＵ１２１は、Ｓ１６で、波数制御を開始する。
【００２６】
なお、温度制御を継続する必要がある場合において、累積値が所定値である上限値を超えると波数制御に切り替えるのは、高調波歪みを目標値以内に抑えるためである。一方、累積値が上限値以下であっても定着部３０をシートが通過中ではないと波数制御に切り替えるのは、位相制御を行わなくとも定着部３０の温度リップルが低く、波数制御で十分であるためである。波数制御を開始すると、ＣＰＵ１２１は、Ｓ１７で、累積値が予め求めた下限値以下であるか否かを判定する。Ｓ１７で、波数制御に切り替えているため、過去所定期間における立ち上げ電流比率の累積値は減少する。ＣＰＵ１２１は、この減少する累積値が下限値より大きいと（Ｓ１７でＮｏ）、Ｓ１６から処理を繰り返す。一方、累積値が所定値以下、つまり、下限値以下になると（Ｓ１７でＹｅｓ）、Ｓ１１から処理を繰り返す。したがって、その後、定着部３０がシートの定着処理を開始、或いは、定着部３０の検出温度と目標温度との差が閾値以上になると位相制御に切り替えられることとなる。
【００２７】
以上、本実施形態では、高調波歪みの状態を判定し、高調波歪みの状態が目標値以内に抑えられている間、位相制御で定着部の温度を制御し、高調波歪みが目標値以上になった場合は波数制御に切り替えて定着部の温度を制御する。この構成により位相制御が続いた場合の高調波歪みを効果的に抑えることができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、立ち上げ電流比率を高調波歪みの状態を判定する評価値としている。しかしながら、立ち上げ電流比率ではなく、立ち上げ電流値、言い換えると、ＴＲＩＡＣ１１６、１１７をオフ状態からオン状態にしたときの電流の変動量を評価値とすることもできる。さらに、過去所定期間との条件を用いず、位相制御を開始する度に立ち上げ電流比率や立ち上げ電流値の累積値の計算を開始し、上限値を超えると波数制御に切り替える構成とすることもできる。この場合、波数制御に切り替えた後、所定時間が経過するまでは、位相制御に戻すことを禁止する構成とすることができる。なお、この所定時間は、あらかじめ実験的に求めてメモリ１２２に格納しておく。
【００２９】
さらには、立ち上げ電流比率や立ち上げ電流値を高調波歪みの状態を判定する評価値とせず、高調波歪みを目標値以内に抑えながら位相制御を連続して行うことができる時間の上限値を予め実験的に決定し、位相制御の時間がこの上限値を超えた場合に位相制御から波数制御に切り替える構成とすることもできる。この場合、波数制御に切替後、波数制御の期間が所定時間以上になると位相制御に戻す構成とすることができる。なお、位相制御に戻すまでの所定時間については、あらかじめ実験的に求めてメモリ１２２に格納しておく。
【００３０】
［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００３１】
２０：画像形成部、３０：定着部、１２０：サーミスタ、１１６、１１７：トライアック、１２１：ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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