(57)【要約】【課題】カレントトランスの誤差の影響を受けずに高精度の電流検出を行えるようにする。【解決手段】画像形成装置の定着装置は、交流電圧によりヒータ２０４を駆動する際、指示された位相角でヒータ２０４の駆動を位相制御する。電流検出回路２１２は、カレントトランス２０９を用いてヒータに流れる電流を検出する。その際、電流を検出する半波の直前の半波の位相角に応じて電流検出回路２１２による検出値を補正する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上に転写されたトナー像を加熱定着する定着装置を有する画像形成装置であって、
前記定着装置内に設けられ、交流電圧により駆動されるヒータと、
指示された位相角で前記ヒータの駆動を位相制御する位相制御手段と、
カレントトランスを用いて前記ヒータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記位相角に応じて前記電流検出手段による検出値を補正する補正手段と
を備えた画像形成装置。
【請求項２】
前記電流検出手段は、
前記ヒータに流れる電流を交流電圧に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段により得られた交流電圧から半波を取り出す半波整流手段と、
前記半波整流手段により取り出された半波を積分する積分手段とを備える請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記積分手段により積分した半波の直前の半波に適用された位相角に応じて、当該積分した半波に基づく検出値を補正する請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記補正手段は、位相角と誤差補正値とを対応付けて保存した誤差補正テーブルを含む請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記交流電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知手段と、
前記ゼロクロス点を基準とした所定のタイミングで前記積分手段の積分出力をリセットするリセット手段と
を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体上に転写されたトナー像を加熱定着する定着装置を有する、複写機、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような画像形成装置において、電源を投入した後に印刷を開始するには定着装置のヒータ（定着ヒータ）の温度を所定値以上に上げなくてはならない。迅速な印刷出力を得るためには定着ヒータの温度を急速に上昇させる必要がある。そのためには、定着ヒータへの供給電流量を多くする必要がある。
【０００３】
しかしながら、「電気安全法」によって、国内でのコンセントは定格電流１５Ａの規制があり、定格電流以下の電流しか流すことができない。
【０００４】
そこで、従来、定格電流以内でより大きな電流を定着ヒータに供給するために、定着ヒータに流れる電流を直接検出する電流検出手段を用いる技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術では、定着ヒータに流れる電流を、カレントトランスを介して電圧に変換し、得られた電圧を積分回路にて積分して電流を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３３８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した電流検出手段としての電流検出回路を用いる画像形成装置においては、次のような課題があった。
【０００７】
すなわち、定着ヒータに流れる電流を、電流検出回路にてカレントトランスを介して電圧に変換して検出する際に、カレントトランスの特性により変換誤差が生じてしまう。この変換誤差が積分回路の積分出力にも影響し、正確な電流値を検出することが出来ない。
【０００８】
本発明はこのような背景においてなされたものであり、定着ヒータの電流を検出する際に、カレントトランスの誤差の影響を受けずに高精度の電流検出を行えるようにし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】
【０００９】
本発明による画像形成装置は、記録媒体上に転写されたトナー像を加熱定着する定着装置を有する画像形成装置であって、前記定着装置内に設けられ、交流電圧により駆動されるヒータと、指示された位相角で前記ヒータの駆動を位相制御する位相制御手段と、カレントトランスを用いて前記ヒータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記位相角に応じて前記電流検出手段による検出値を補正する補正手段とを備えたものである。
【００１０】
カレントトランスを用いた電流検出手段では、ヒータに流れる電流の検出値はヒータを駆動する位相角に応じた誤差を含むので、当該位相角に応じて検出値を補正する。
【００１１】
前記電流検出手段は、例えば、前記ヒータに流れる電流を交流電圧に変換する電圧変換手段と、前記電圧変換手段により得られた交流電圧から半波を取り出す半波整流手段と、前記半波整流手段により取り出された半波を積分する積分手段とにより構成することができる。
【００１２】
この構成において、前記補正手段は、前記積分手段により積分した半波の直前の半波に適用された位相角に応じて、当該積分した半波に基づく検出値を補正する。
【００１３】
前記補正手段は、位相角と誤差補正値とを対応付けて保存した誤差補正テーブルを含んでもよい。このような誤差補正テーブルを参照することにより、任意の位相角に対応する誤差補正値を即座に求めることができる。
【００１４】
上記画像形成装置は、さらに、前記交流電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知手段と、前記ゼロクロス点を基準とした所定のタイミングで前記積分手段の積分出力をリセットするリセット手段とを備えてもよい。このようなリセット手段により、任意の位相角制御を受けた半波全体の積分値を確実に捕捉するとともに、次の半波の積分動作を開始するタイミングを定めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、定着ヒータに流れる電流値を高精度に検出することが可能となる。その結果、定格電流の規制の許容範囲内で最大限の電流を流すことができ、ひいては、定着装置の迅速な立ち上げが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成図である。
【図２】図１内に示した定着器を制御する定着制御部の構成図である。
【図３】図２の定着制御部の各部の波形を表したタイミング図である。
【図４】本発明の実施の形態で用いる誤差補正テーブルの概略の構成を示した模式図である。
【図５】本発明の実施の形態における定着制御部の動作を実現する処理のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態におけるカレントトランスの信号波形の歪みを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置１００の構成図である。
【００１９】
画像形成装置１００は、記録媒体としての記録紙Ｐを収納するデッキ１０１、このデッキ１０１内の記録紙Ｐの有無を検知するデッキ紙有無センサ１０２、デッキ１０１内の記録紙Ｐのサイズを検知する紙サイズ検知センサ１０３を有する。画像形成装置１００はまた、デッキ１０１から記録紙Ｐを繰り出すピックアップローラ１０４と、このピックアップローラ１０４によって繰り出された記録紙Ｐを搬送するデッキ給紙ローラ１０５を有する。このデッキ給紙ローラ１０５に対向して、これと対をなし、記録紙Ｐの重送を防止するためのリードローラ１０６が設けられている。さらに、デッキ給紙ローラ１０５の下流には、後述する両面反転部からの給紙搬送状態を検知する給紙センサ１０７が設けられている。給紙センサ１０７の下流には、さらに下流へと記録紙Ｐを搬送するための給紙搬送ローラ１０８、記録紙Ｐを印刷タイミングと同期して搬送するためのレジストローラ１０９が設けられている。給紙搬送ローラ１０８とレジストローラ１０９との間の搬送路には、レジストローラ１０９への記録紙Ｐの搬送状態を検知するレジ前センサ１１０が設置されている。
【００２０】
レジストローラ１０９の下流には、レーザスキャナ部１１１からのレーザ光に基づいて感光ドラム（像担持体）１上にトナー像を形成するプロセスカートリッジ１１２が設けられている。プロセスカートリッジ１１２内には、感光ドラム１の周囲に、感光ドラム１の表面を一様に帯電する帯電ローラ１１２ａ、レーザ光により形成された静電潜像をトナーで現像する現像器１１２ｂ等が配置されている。
【００２１】
さらに、レジストローラ１０９の下流には、感光ドラム１上に形成されたトナー像を記録紙に転写するためのローラ部材１１３、記録紙上の電荷を除去し感光ドラム１からの分離を促進するための除電針１１４が設置されている。この除電針１１４の下流には搬送ガイド１１５、定着器１１６、定着排紙センサ１１９、および両面フラッパ１２０が設置されている。
【００２２】
定着器１１６は記録紙上に転写されたトナー像を熱定着するための手段である。定着排紙センサ１１９は定着器１１６からの搬送状態を検知するための検知手段である。両面フラッパ１２０は定着器１１６から搬送されてきた記録紙について、排紙部か両面反転部に行き先を切り替えるための手段である。
【００２３】
帯電ローラ１１２ａ、現像器１１２ｂおよびローラ部材１１３には、それぞれ、高電圧電源１２８から所定の時点で所定の高電圧が印加される。
【００２４】
画像形成装置１００の排紙部側の下流には、排紙部の紙搬送状態を検知する排紙センサ１２１、記録紙を排紙する排紙ローラ１２２が設置されている。
【００２５】
画像形成装置１００の両面反転部には、反転ローラ１２３、反転センサ１２４、Ｄカットローラ１２５、両面センサ１２６、および両面搬送ローラ１２７が設置されている。ここで、両面反転部側は、記録紙の両面に印字するために片面印字終了後の記録紙を表裏反転させ、再度画像形成部へと給紙する。反転ローラ１２３は正逆転によって記録紙をスイッチバックさせる。また、反転センサ１２４は、反転ローラ１２３への紙搬送状態を検知する。Ｄカットローラ１２５は、記録紙の横方向位置を合わせるための横方向レジスト部（不図示）からの記録紙を搬送する。両面センサ１２６は両面反転部の記録紙搬送状態を検知し、両面搬送ローラ１２７は両面反転部から給紙部へと記録紙を搬送する。記録紙の搬送機構、感光ドラム１の回転等の駆動源としてモータＭ１が設けられている。また、定着器１１６の駆動源としてモータＭ２が設けられている。
【００２６】
画像形成装置１００の以上の各部は制御部１１８により制御される。
【００２７】
なお、両面印刷は本発明に必須の機能ではなく、上述した両面印刷に関連した要素はなくてもよい。
【００２８】
図２は、定着器１１６を制御する定着制御部の構成図である。定着制御部は図１内に示した制御部１１８により構成される。
【００２９】
定着器１１６は、記録紙上に転写されたトナー像を加熱定着するための定着ヒータとしてのヒータ２０４を内蔵している。ヒータ２０４は、制御部２０６からのヒータＯＮ信号による制御下で、ヒータドライブ回路２０５により制御される。制御部２０６はＣＰＵ等により構成される。制御部２０６とヒータドライブ回路２０５により本発明の「位相制御手段」が構成される。ヒータ２０４への電力は、交流（ＡＣ）電源２０１からスイッチ２０２およびリレー２０３を介して供給される。ヒータ２０４の一端はリレー２０３に接続され、他端は電流検出回路２１２内のカレントトランス２０９の１次巻線を介してヒータドライブ回路２０５に接続される。カレントトランス２０９は、ヒータ２０４に流れる電流を交流電圧に変換する電圧変換手段として機能する。電流検出回路２１２は、カレントトランス２０９の２次巻線に接続された半波整流回路２１０と、この出力を積分する積分回路２１１とを有する。積分回路２１１は、その積分出力を制御部２０６へ出力するとともに、リセット回路（リセット手段）２０８からリセット信号を受ける。
【００３０】
電源スイッチとしてのスイッチ２０２およびリレー２０３の後段において、ＡＣ電圧はゼロクロス検知回路２０７へ入力される。ゼロクロス検知回路２０７はＡＣ電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知手段を構成する。このゼロクロス検知回路２０７から出力されるゼロクロス検知信号は制御部２０６へ入力される。制御部２０６は、ゼロクロス検知回路２０７の出力の他、ヒータの温度を検知する温度センサ等（図示せず）の出力に基づいて、ヒータドライブ回路２０５およびリセット回路２０８を制御する。制御部２０６は、定着器１１６の制御に限らず、画像形成装置の各部の制御を行うことができる。
【００３１】
ＡＣ電源２０１からＡＣ入力がなされた後、スイッチ２０２がＯＮされると、制御部２０６からヒータドライブ回路２０５に出力されるヒータＯＮ信号に応じて、ヒータドライブ回路２０５によりヒータ２０４の制御が行われる。これにより、リレー２０３が繋がりヒータ２０４に電流が流れる。本実施の形態では、ヒータ２０４に流れる電流は電流検出回路２１２により検出される。また、ゼロクロス検知回路２０７がＡＣ入力のゼロクロス点を検出する。制御部２０６は、このゼロクロス信号を基準に、ゼロクロス点からＡＣ入力の各半波におけるヒータＯＮ開始点までの時間を、ＡＣ入力の１周期毎に決定することにより、正負均等パターンの位相制御を行う。
【００３２】
ここで、本実施の形態における電流検出回路２１２の動作を説明する。
【００３３】
まず、カレントトランス２０９は、ヒータ２０４に流れる電流（ヒータ電流）を交流電圧に変換して２次巻線の両端間に出力する。すなわち、カレントトランス２０９はＡＣ電圧を出力する。このＡＣ電圧をＤＣ電圧へ変換する為に半波整流回路２１０を用いた。上記の通り、本実施の形態ではヒータ２０４に適用する位相はＡＣ１周期単位で変更しているので、迅速な制御を実行する為には１周期毎の波形を測定する必要がある。よって、１周期あたりの電流量を検出する為には、積分回路２１１により半波整流出力を積分する。半波整流回路２１０にて取り出したＤＣ電圧を積分回路２１１にて積分した値がヒータ電流の検出値に対応することになる。
【００３４】
また、積分回路２１１の出力は所定のタイミングでリセットする必要がある。そのために、制御部２０６の制御下でリセット回路２０８から積分回路２１１へリセット信号を送り、積分波形をリセットしている。制御部２０６は、ゼロクロス検知回路２０７からの検知出力に基づいて、予め定めたタイミングでリセット信号を出力する。
【００３５】
図３に、図２の定着制御部の各部の波形を表したタイミング図を示す。
【００３６】
ゼロクロス検知回路２０７は、ＡＣ入力電圧がゼロ点を横切るたびに周期的なパルス状のゼロクロス検知信号を出力する。制御部２０６からヒータＯＮ信号が出力された後、ヒータ２０４に位相制御されたＡＣ電流が流れる。すなわち、ヒータ２０４はヒータドライブ回路２０５により１周期毎に異なりうる位相点でＯＮし、ＡＣ入力電圧がゼロクロス点に達するまで電流が流れる。その電流波形は図示のとおりである。カレントトランス２０９の２次巻線の両端には同様の電圧波形が発生する。半波整流回路２１０により、その一方の極性（この例では負）の半波が抽出されて出力される。この半波は積分回路２１１で積分され、積分波形を生じる。この積分波形がピークに達した後に制御部２０６がそのピーク値を読み取った後の所定の時点で、リセット回路２０８から積分リセット信号が出力される。積分回路２１１は、この積分リセット信号に応じて積分出力をリセットする（すなわち初期値に戻す）。このようなリセットタイミングは予めゼロクロス点を基準にして設定しておくことができる。
【００３７】
ところで、本発明者は、位相制御がなされたヒータ電流を、カレントトランス２０９を用いた電流検出回路２１２で検出する際、残留磁気が発生するカレントトランス２０９の特性により出力電圧に変換誤差が生じ、電流検出結果に影響が及ぶことに気づいた。精査の結果、電流値を検出しようとする半波の直前の半波（すなわち前波）の位相角が大きければ大きい程、誤差も大きく生じることが分かった。これは、ヒステリシスの影響で、カレントトランスのコイル内に抜け切れず残ってしまう残留磁気により次の波に影響を及ぼしてしまうためである。図６に追記した様に、カレントトランス２０９の変換前の信号波形（図６（ａ））と変換後の半波整流された信号波形（図６（ｂ））を比較すると丸で示す部分に歪みが生じている（すなわち、変換前の平坦な信号部分が変換後にそのレベルが低下するように歪んでいる）ことが分かる。この歪みに起因して変換誤差が生じる。そこで、本実施形態においては、誤差補正テーブルを使用し変換誤差をキャンセルする様制御する構成をとる。
【００３８】
そこで、予め、前波の位相角に応じてどのような大きさの誤差が生じるかを実験的に求めておき、この誤差に対応付けられた補正値（誤差補正値）を保存した誤差補正テーブル２１４を不揮発性メモリ等の記憶部（図示せず）内に設けておく。電流検出回路２１２による半波毎の電流値の検出時に、検出値（測定値）をその前波の位相角に応じた誤差補正値で補正する。これにより、カレントトランス２０９に起因する誤差をキャンセルし、検出する電流の精度を高めることができる。その結果、定格値を超えない範囲でヒータ２０４に流す電流を最大限にまで流すことが可能となる。その結果、定着器１１６の迅速な立ち上げが可能となる。
【００３９】
図４は、誤差補正テーブル２１４の概略の構成を示した模式図である。この例では、１０％毎に段階的に、前波の位相角に応じた誤差補正値を設定している。例えば、前波の位相角が４０％の場合、検出値に誤差補正値ΔＩ４（Ａ）を適用（加算または減算）する。位相角の各段階の範囲は１０％きざみに限るものではない。また、誤差補正値の単位は必ずしもＡ（アンペア）に限るものではなく、最終的に検出される電流の単位がＡであればよい。
【００４０】
図５に、本実施の形態における定着制御部の動作を実現する処理のフローチャートを示す。この処理は制御部２０６が記憶部に格納された制御プログラムを実行することにより実現される。
【００４１】
定着器１１６の駆動が開始されたら（Ｓ１１，Ｙｅｓ）、ヒータの駆動、本例では位相制御を開始する（Ｓ１２）。ついで、電流検出回路２１２により電流の検出を行う（Ｓ１３）。ついで、この半波に対して前波があるかどうかをチェックする（Ｓ１４）。すなわち、電流を検出した半波の直前に半波が存在したかどうかを確かめる。前波が存在する場合、前波の位相角が大きければ大きい程、ヒステリシスの影響が大きくなる。これにより、前波の位相角が大きい程、変換誤差も大きくなるため、そのための補正値も大きくしなければならない（図４  △Ｉ1＜△Ｉ２＜△Ｉ３・・・＜△Ｉ１０）。ヒータの駆動開始の最初の時点では前波が存在しない。前波が存在しなければ、変換誤差は生じないため誤差補正テーブル２１４は用いる必要はない。よって、そのままステップＳ１７へ移行する。
【００４２】
前波が存在したら、その位相角を確認する（Ｓ１５）。ついで、この確認された位相角に基づいて誤差補正テーブル２１４を参照して、誤差補正を行う（Ｓ１６）。
【００４３】
その後、ヒータの現在の温度と目標温度とに応じてヒータの制御を行う際、検出された電流値（補正後の電流値）を、必要に応じてヒータ制御に反映させる（Ｓ１７）。例えば、急速な昇温を行おうとしたときに、電流値が規格上限値より低ければ規格上限値に近づけるような位相角の設定を行う。
【００４４】
定着器１１６の駆動が終了するまで（Ｓ１８）、ステップＳ１２に戻って上記の処理を繰り返す。駆動が終了したら、位相制御を停止し（Ｓ１９）、最初のステップＳ１１へ戻る。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１…感光ドラム
１００…画像形成装置
１０１…デッキ
１０２…デッキ紙有無センサ
１０３…紙サイズ検知センサ
１０４…ピックアップローラ
１０５…デッキ給紙ローラ
１０６…リードローラ
１０７…給紙センサ
１０８…給紙搬送ローラ
１０９…レジストローラ
１１０…レジ前センサ
１１１…レーザスキャナ部
１１２…プロセスカートリッジ
１１２ａ…帯電ローラ
１１２ｂ…現像器
１１３…ローラ部材
１１４…除電針
１１５…搬送ガイド
１１６…定着器（定着装置）
１１８…制御部
１１９…定着排紙センサ
１２０…両面フラッパ
１２１…排紙センサ
１２２…排紙ローラ
１２３…反転ローラ
１２４…反転センサ
１２５…カットローラ
１２６…両面センサ
１２７…両面搬送ローラ
１２８…高電圧電源
２０１…交流（ＡＣ）電源
２０２…スイッチ
２０３…リレー
２０４…ヒータ（定着ヒータ）
２０５…ヒータドライブ回路
２０７…ゼロクロス検知回路
２０８…リセット回路
２０９…カレントトランス
２１０…半波整流回路
２１１…積分回路
２１２…電流検出回路
２１４…誤差補正テーブル
【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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【図６】
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