(57)【要約】【目的】電力の波数制御でヒータの点灯パターンを１サイクルの途中で切り替える際に、正半波と負半波の対称性を保ちつつ、温度が素早く切り替わるようにする。【構成】商用交流電源からの電力を波数制御によって供給される発熱体の熱と、加圧部材による圧力によって、シート上の画像の熱定着を行う画像形成装置において、  前記発熱体に供給している電力の波数制御の点灯パターンを、前記点灯パターンの１サイクルの途中で切り替える場合に、切り替え後の点灯パターンによって正半波と負半波の対称性が保たれるように切り替え後の点灯パターンを補正する補正手段、  を有することを特徴とする画像形成装置である。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源からの電力を波数制御によって供給される発熱体の熱と、加圧部材による圧力によって、シート上の画像の熱定着を行う画像形成装置において、
前記発熱体に供給している電力の波数制御の点灯パターンを、前記点灯パターンの１サイクルの途中で切り替える場合に、切り替え後の点灯パターンによって正半波と負半波の対称性が保たれるように切り替え後の点灯パターンを補正する補正手段、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
切り替え前の点灯パターンの正半波と負半波の対称性を判定する判定手段を有し、
前記補正手段は、前記判定手段による判定の結果、対称性が保たれていない場合に、正半波のオン回数と負半波のオン回数の差に従って、切り替え後の点灯パターンを補正する  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】
前記補正手段は、
前記発熱体に供給する電力を上げる場合は、切り替え後の点灯パターンのうち、オフの半波をオンに変更し、
前記発熱体に供給する電力を下げる場合は、切り替え後の点灯パターンのうち、オンの半波をオフに変更する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記判定手段は、切り替え前の点灯パターンに従って前記発熱体に電力を供給しているときに、点灯した正半波の第１のオン回数と、点灯した負半波の第２のオン回数をカウントするカウント手段を有し、
点灯パターンが切り替わる際に、前記カウント手段でカウントした前記第１のオン回数と前記第２のオン回数の差が０で無い場合に、正半波と負半波の対称性が保たれていないと判定する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
商用交流電源からの電力を波数制御によって供給される発熱体の熱と、加圧部材による圧力によって、シート上の画像の熱定着を行う画像形成装置の発熱体の制御方法であって、
前記発熱体に供給している電力の波数制御の点灯パターンを、前記点灯パターンの１サイクルの途中で切り替える場合に、切り替え後の点灯パターンによって正半波と負半波の対称性が保たれるように切り替え後の点灯パターンを補正する補正工程、
を有することを特徴とする画像形成装置の発熱体の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートに形成した画像を熱定着する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に複写機やレーザビームプリンタ等の画像形成装置において、シート上に形成されたトナー像を加熱して定着させる定着方法として、熱ローラ式の熱定着方法やフィルム加熱式の熱定着方法が用いられている。フィルム加熱式の熱定着部は、セラミックヒータを熱源としており、ヒータは、双方向サイリスタ（以降、トライアックという）等のスイッチング素子を介して交流電源に接続され、交流電源によりヒータの電力が供給される。熱定着部には温度検出素子、例えばサーミスタ感温素子が設けられており、温度検出素子によりヒータの温度が検出され、検出された温度情報に基づいて、ＣＰＵがスイッチング素子をオン／オフ制御する。これにより、ヒータへの電力供給をオン／オフし、熱定着に適した目標温度になるように制御される。
【０００３】
ヒータのオン／オフ制御は、位相制御または波数制御により行われる。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することで、ヒータに供給する電力を高速に制御する方式である。一方、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。
【０００４】
波数制御は半波単位での電力制御の為、位相制御に比べ、高速な電力制御はできないが、回路が簡易で、比較的安価に構成できるという利点がある。またヒータ制御は高調波抑制を目的とするイミュニティ規格ＩＥＣ６１０００−３−２の６．１項  “非対称制御の禁止”という要請から、商用交流電源の連続する所定数の半波を１サイクルの点灯パターンとし、正半波、負半波が対称となるように設定する必要がある。その為、電力供給量を切り替える場合は、１サイクル単位での切り替えとなる。
【０００５】
近年、画像形成装置のプリント速度は高速化してきており、それにヒータ制御を対応させるため、波数制御を行う場合に、１サイクルの途中で点灯パターンを切り替える技術が提案されている。特許文献１に記載されている技術では、１サイクルの途中で点灯パターンを切り替える場合に、補正パターンを挿入することで、点灯した正半波と負半波の対称性を保つようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１６７５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来技術では、点灯した正半波と負半波の対称性を保つことは出来るが、５０％の電力供給量に相当する補正パターンが入ってしまう。そのため、温度を素早く上げたり下げたりすることが出来ないという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術に存在する課題に鑑みてなされたものであり、ヒータの点灯パターンを切り替える際に、正負の対称性を保ちつつ、温度が素早く切り替るようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、商用交流電源からの電力を波数制御によって供給される発熱体の熱と、加圧部材による圧力によって、シート上の画像の熱定着を行う画像形成装置において、
前記発熱体に供給している電力の波数制御の点灯パターンを、前記点灯パターンの１サイクルの途中で切り替える場合に、切り替え後の点灯パターンによって正半波と負半波の対称性が保たれるように切り替え後の点灯パターンを補正する補正手段、を有することを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ヒータの点灯パターンを切り替える際に、正負の対称性を保ちしつつ、温度が素早く切り替わるようにすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の画像形成装置の概略断面図である。
【図２】本実施形態の制御部のブロック図である。
【図３】本実施形態の点灯パターンの切り替え方と温度変化を説明する図である。
【図４】本実施形態の点灯パターンの切り替え方の詳細を説明する図である。
【図５】本実施形態の制御部のフローチャートである。
【図６】本実施形態の制御部の点灯パターン補正処理を示すフローチャートである。
【図７】従来技術の点灯パターンの切り替え方と温度変化を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。図１は、本発明の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Ａは、画像形成装置本体１００と、画像形成装置本体１００の上部に設けられた画像読取装置１１０とを備えている。画像形成装置本体１００には、図１の下側（シート搬送方向上流）から上側（シート搬送方向下流）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。
【００１３】
シート給送部１０では、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。
【００１４】
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、回転を停止しているレジストローラ対１５のニップに先端が倣うことでシートＰの斜行が矯正される。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。
【００１５】
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および分離パッド１８によってシートを１枚に分離して機内に引き込む。そして、供給ローラ対１９によって給送ローラ対１４に搬送され、レジストローラ対１５でシートＰの斜行が矯正される。
【００１６】
斜行が矯正されたシートＰは、所定のタイミングで回転するレジストローラ対１５によって画像形成部２０に搬送される。画像形成部２０では、感光ドラム２１がその表面を帯電ローラ２２によって均一に帯電されている。レーザユニット２３から画像情報に対応したレーザ光が照射される。感光ドラム２１のレーザ光が照射された部分は、帯電ローラ２２によって帯電されていた電荷が除去され、画像情報に対応した静電潜像が形成される。ここで形成された静電潜像は、現像ローラ２４によって現像剤が付着されることで、現像剤像として可視化される。
【００１７】
この現像剤像は、感光ドラム２１の回転によって転写ニップ部Ｎ１に搬送される。このタイミングに合わせてレジストローラ対１５からシートＰが転写ニップ部Ｎ１に搬送される。搬送されたシートＰは、転写ニップ部Ｎ１において感光ドラム２１と接触する転写ローラ２５に挟持搬送されながら、転写ローラ２５によって感光ドラム２１に形成された現像剤像が転写される。なお、レーザユニット２３から照射されるレーザ光は、後述する画像読取装置２００によって読み取られた原稿Ｇの画像データや、外部から送信された画像データに基づいて制御される。
【００１８】
次に、現像剤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では、内部に配置されたハロゲンランプ等の熱源により所定の定着温度に加熱されたアルミローラ等で構成される定着ローラ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とによって定着ニップ部Ｎ２が形成されている。現像剤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とで挟持搬送され加熱加圧されることで、現像剤像がシートＰ上に定着される。
【００１９】
定着センサＳ３は、シートＰの先端が定着ニップ部Ｎ２を抜けたことを検知する。
なお、定着部３０は、定着ローラ３１で加熱する加熱ローラ方式の替わりに、セラミックヒータ等の熱源を端部レスフィルムを介して加圧ローラ３２が加圧することで定着ニップ部Ｎ２を形成し、ニップ部Ｎ２にてシートＰを挟持搬送しながら加熱加圧するオンデマンド定着方式を用いても良い。
【００２０】
次に、現像剤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。シートＰの両面に画像を形成する場合は、１面目に画像形成されたシートＰの先端が定着センサＳ３を抜けたあと、シートＰの後端が排出ローラ対４１を抜ける前に排出ローラ対４１を一旦停止させ、さらに排出ローラ対４１を逆回転させることで、シートＰを反転させてシート再給送部５０へ搬送する。
【００２１】
シート再給送部５０へ搬送されたシートＰは、再給送ローラ対５１、５２によって破線で示す再給送パスＰＳ２を搬送され、再給送ローラ対５３によってレジストローラ対１５に搬送される。そして、レジストローラ対１５によって斜行が矯正された後、転写ニップ部Ｎ１に搬送されることで、シートＰの２面目に現像剤像が形成される。その後は、１面目に画像形成したときと同様に定着ニップ部Ｎ２を搬送されることで現像剤像がシートＰに定着され、両面に画像が形成されたシートＰは排出ローラ対４１によって排出トレイ４２へ排出される。
【００２２】
シート給送部１０、および、シート再給送部５０は、画像形成装置本体１００のドアで開閉できるようになっており、画像形成装置１００の内部でシート詰まり（ジャム）が発生した際は、ユーザによるドア開閉によって、詰まったシートを取り除くことが出来る。
図２は画像形成装置Ａの定着部３０のヒータを制御する制御部のブロック図である。
画像形成装置全体を制御するＣＰＵ２０９は、ＲＯＭ２０８、ＲＡＭ２１３を内蔵している。
【００２３】
ＲＯＭ６０２は、画像形成を行うための各種プログラムやデータが書き込まれた読み取り専用の記憶素子である。ＲＡＭ２１３は、書き込み、消去が可能な記憶素子であって、ＲＯＭ２０８から読み出したプログラムが保持され、シート処理の過程で発生する処理データや演算結果が随時書き込み、消去される。
【００２４】
ＡＣ電源２０１がメイン電源部２０２に入力され、低圧電源回路２０４によって制御基板２０７内のＣＰＵ２０９及びＲＯＭ２０８を起動させるためのＶＣＣ電圧が生成される。その後、ＣＰＵ２０９からリレー駆動信号が出力されリレー回路２０３が動作する。リレー回路２０３が駆動することで、ゼロクロス回路２０５にＡＣ電源２０１が供給され、ゼロクロス回路２０５からゼロクロス信号がＣＰＵ２０９に出力される。そのゼロクロス信号をＣＰＵ２０９が受け取ったタイミングを起点にＣＰＵ２０９は定着部３０内にあるヒータ２１２に電力を供給するためトライアック２０６を駆動させるトライアックＯＮ信号を出力する。ヒータ２１２は電力を供給されることにより発熱し、ＣＰＵ２０９はその温度をサーミスタ２１１によって検出する。
【００２５】
ＣＰＵ２０９はサーミスタ２１１から検出された温度に従って、ＲＯＭ２０８に格納された点灯パターンテーブルの中からヒータ２１２の点灯パターンをＲＡＭ２１３に展開し、ヒータを制御する。
【００２６】
ヒータ２１２の点灯パターンを切り替える時、点灯パターンの１サイクル単位で切り替える場合は、切り替え前の点灯パターンが終了後、次の点灯パターンに切り替える。点灯パターンの１サイクルの途中で切り替える場合、本発明では、対称性を保つために必要な波数の追加または削除を次の点灯パターンに対して行う。
図３は本実施形態の点灯パターンの切り替え方と温度変化を説明する図である。図７は従来技術の点灯パターンの切り替え方と温度変化を説明する図である。図３、図７共に、切り替え前点灯パターンの５半波目にてヒータに設定された上限温度を超えている。このとき温度を下げるため、点灯パターンを電力供給量（通電率）が低いものに切り替える必要がある。
【００２７】
従来技術では、図７に示すように、切替前点灯パターンに対して、対称性が損なわれている半波を補正パターンとして追加することで、対称性を保ってから、切替後点灯パターンに切り替えている。この時の補正パターンは、通電率が５０％相当になってしまうため、温度はすぐに下がらず、切替後点灯パターンに切り替わってから下がり始める。温度を上げたい場合も、同様に、通電率５０％相当の補正パターンが入るので、温度はすぐに上がらない。
【００２８】
本発明では、図３に示すように、切替後点灯パターンを直接補正する。図３の例では、負半波が２つ不足し、対称性を損なっているので、温度を下げる場合は、切替後点灯パターンの中で、正半波の２つをオンからオフに変更する。これによって、対称性が保たれるとともに、温度の低下を素早く行うことができる。
図４は、通電率６０％の点灯パターンを例に、温度を上昇させる時の、点灯パターンの補正方法を詳しく説明する図である。
図４（ａ）は、補正前の切替後点灯パターン（６０％）を示している。
【００２９】
点灯パターンを切り替える場合に、図４（ａ）のパターンに対して補正を加えるわけだが、サーミスタ２１１の温度が予め設定した下限温度を下回った場合は、温度を上昇させるため、正半波が１つ不足している場合は、図４（ｂ）に示すように３半波目をオンに変更する。正半波が２つ不足している場合は、図４（ｃ）に示すように更に７半波目もオンに変更する。
【００３０】
同様に、負半波が１つ不足している場合は、図４（ｄ）に示すように４半波目をオンに変更し、負半波が２つ不足している場合は、図４（ｅ）に示すように更に８半波目もオンに変更する。
次に、本実施の形態のヒータの制御方法について、ＣＰＵ２０９の動作を示す図５および図６のフローチャートに従って説明する。
【００３１】
画像形成を開始したら、ＣＰＵ２０９は定着ヒータの制御を開始し、図５のＳ１０１でヒータを画像定着に必要な目標温度まで加熱する。目標温度に到達したら、Ｓ１０２でＣＰＵ２０９は目標温度を維持するためのヒータの点灯パターンを設定する。次に点灯パターンの１サイクルの途中で点灯パターンを切り替える場合の対称性を判定するため、正半波のオンの回数Ａと負半波のオンの回数Ｂの初期値を０に設定する。Ｓ１０４に進み、Ｓ１０２で設定した点灯パターンに従ってヒータに電力を供給する。
【００３２】
Ｓ１０５では、パターン切り替え前の対称性を判定するため、正半波のオン回数と負半波のオン回数をカウントする。Ｓ１０６で現在の温度が目標温度を維持しているか（上限温度と下限温度の間にあるか）どうかを確認するため、サーミスタ２１１の温度を取得する。現在の温度が上限温度を超えていない場合は（Ｓ１０７でＮｏ）、Ｓ１０８で下限温度を下回っているかどうかを確認し、下回っていない場合は（Ｓ１０８でＮｏ）、Ｓ１０９で現在の点灯パターンが１サイクル終わったかどうかを確認する。１サイクル終わっていない場合は、Ｓ１０４からＳ１０９を繰り返し、１サイクル終わって、ヒータ制御が終わっていない場合は（Ｓ１１０でＮｏ）、Ｓ１０２に戻り、現在温度と目標温度の関係から次の点灯パターンを決定する。
【００３３】
Ｓ１０７に戻り、現在温度が上限温度を超えている場合はＳ１１１に進み、温度を下げるために、現在より通電率の低い点灯パターンを選択する。
【００３４】
またＳ１０８で、現在温度が下限温度を下回っている場合は、Ｓ１１２に進み、温度を上げるために、現在より通電率の高い点灯パターンを選択する。
【００３５】
そしてＳ１１３で、切り替え時点の正半波、負半波の対称性を確認するため、Ｓ１１３でカウント値Ａ、Ｂの差Ｎを計算する。Ｓ１１４でＮ＝０の場合は、対称性が保たれた状態で点灯パターンを切り替えることになるので、Ｓ１０３に戻り、選択した点灯パターンに切り替えてヒータ制御を続ける。
【００３６】
Ｓ１１４でＮ＝０でない場合は、正半波、負半波の対称性が保たれていない状態で点灯パターンを切り替えることになるので、Ｓ１１５に進み、切り替えの前後で対称性が保たれるように、選択した点灯パターンの補正処理を行ってから、Ｓ１０３に戻りヒータ制御を続ける。
図６は、ＣＰＵ２０９の点灯パターン補正処理を示すフローチャートである。
Ｓ２０１でＣＰＵ２０９は、図５のＳ１１１で通電率の低い点灯パターンを選択したかどうかを確認する。通電率の低い点灯パターンを選択した場合は、温度を下げたい場合なので、切り替え後の点灯パターンの中でオンになっている半波をオフに変更するため、まずＳ２０２でＮ＞０か、つまり正半波が多い状態かどうかを確認する。正半波が多い場合は、Ｓ２０３で正半波をＮ個オフに変更する。Ｓ２０２でＮ＜０、つまり負半波が多い状態である場合は、Ｓ２０４で負半波をＮ個オフに変更する。
【００３７】
図５のＳ１１２で通電率の高い点灯パターンを選択していた場合は、Ｓ２０５に進む。この場合は、温度を上げたい場合なので、切り替え後の点灯パターンの中でオフになっている半波をオンに変更する。Ｓ２０５でＮ＞０、つまり正半波が多い状態である場合は、Ｓ２０６で負半波Ｎ個をオンに変更する。Ｓ２０５でＮ＜０、つまり負半波が多い状態である場合は、Ｓ２０７で正半波Ｎ個をオンに変更する。
【００３８】
以上、本発明によれば、ヒータの点灯パターンを切り替える際に、切り替え後の点灯パターンを直接補正することで正負の対称性が保たれるようにする。これによって、通電率５０％相当の補正パターンを経由しないので温度が素早く切り替わるようにすることが可能になる。
【符号の説明】
【００３９】
２０１  ＡＣ電源、２０２  メイン電源部、２０３  リレー駆動回路、
２０４  低圧電源回路、２０５  ゼロクロス回路、
２０６  発熱体制御用トライアック、２０８  ＲＯＭ、２０９  ＣＰＵ、
２１３  ＲＡＭ、３０  定着部、２１１  サーミスタ、２１２  ヒータ
【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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【図７】
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