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JP2015068899A - Fixing unit, and image forming apparatus - Google Patents

Fixing unit, and image forming apparatus Download PDF

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JP2015068899A
JP2015068899A JP2013201271A JP2013201271A JP2015068899A JP 2015068899 A JP2015068899 A JP 2015068899A JP 2013201271 A JP2013201271 A JP 2013201271A JP 2013201271 A JP2013201271 A JP 2013201271A JP 2015068899 A JP2015068899 A JP 2015068899A
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JP
Japan
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temperature
heater
power
fixing
phase angle
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JP2013201271A
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Japanese (ja)
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茂夫 青柳
Shigeo Aoyanagi
茂夫 青柳
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fixing unit that controls a current so that no unnecessary heavy current flows in a fixing heater.SOLUTION: A fixing unit includes: a fixing heater 305 heated by power supplied from an AC power source 406, for heating a sheet with a toner image transcripted thereon; a temperature detection element 405 for detecting a temperature of the fixing heater 305; and a control circuit 404 for controlling a power-feeding time to the fixing heater 305 per given power-feeding time on the basis of the temperature detected by the temperature detection element 405 and a target temperature of the fixing heater 305. The control circuit 404 gradually increases a power-feeding time after starting feeding of an AC current to the fixing heater 305 by the given power-feeding time, and determines an upper limit of a power-feeding time for the fixing heater 305 thereafter, on the basis of the power-feeding time when a temperature detected by the temperature detection element 405 reaches the target temperature.

Description

本発明は、コピー機、複合機等の画像形成装置に用いられ、用紙にトナー像を定着させる定着器に関する。   The present invention relates to a fixing device that is used in an image forming apparatus such as a copying machine or a multifunction peripheral and fixes a toner image onto a sheet.

画像形成装置は、用紙上に画像を形成するために、感光体に形成された潜像を現像する現像器、現像された感光体上の像(トナー像)を用紙に転写する転写部、用紙にトナー像を定着させる定着器等を備える。定着器による定着方式には、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ方式と、セラミック面発熱ヒータを熱源とするフィルム加熱式とがある。いずれの方式でも、ハロゲンヒータやセラミック面発熱ヒータ等の定着ヒータが、双方向サイリスタ等のスイッチング素子により交流電圧が印加され、交流電流が通電することで発熱する。   An image forming apparatus includes: a developing unit that develops a latent image formed on a photoconductor to form an image on paper; a transfer unit that transfers an image (toner image) on the developed photoconductor to paper; And a fixing device for fixing the toner image. As a fixing method using a fixing device, there are a heat roller method using a halogen heater as a heat source and a film heating method using a ceramic surface heating heater as a heat source. In any system, a fixing heater such as a halogen heater or a ceramic surface heating heater generates heat when an AC voltage is applied by a switching element such as a bidirectional thyristor and an AC current is applied.

定着器は、定着ヒータ或いはその他の温度制御の対象となる部位の温度を検知するために、サーミスタ等の温度検知素子を備える。定着器は、温度検知素子の検知結果に応じて、定着ヒータへの交流電流の通電量を調整することで温度制御を行う。定着ヒータへの交流電流の通電量は、交流半波の中で通電開始のタイミングを変更する位相制御や、交流半波毎に電流をオン・オフする波数制御等により調整される。   The fixing device includes a temperature detection element such as a thermistor in order to detect the temperature of a fixing heater or other temperature control target. The fixing device performs temperature control by adjusting the amount of alternating current applied to the fixing heater according to the detection result of the temperature detection element. The energization amount of the alternating current to the fixing heater is adjusted by phase control for changing the energization start timing in the AC half wave, wave number control for turning on / off the current for each AC half wave, or the like.

定着ヒータに必要な出力(発熱量)は、主に、用紙に転写されたトナー像の定着性に応じて決められる。定着ヒータの出力は、印加される交流電圧と定着ヒータの電気抵抗の抵抗値とをパラメータとして決まる。定着器を使用する地域によって交流電圧は決まっているために、定着ヒータの抵抗値により、定着ヒータの出力を調整することになる。   The output (heat generation amount) required for the fixing heater is mainly determined according to the fixing property of the toner image transferred to the paper. The output of the fixing heater is determined by using the applied AC voltage and the resistance value of the electric resistance of the fixing heater as parameters. Since the AC voltage is determined by the area where the fixing device is used, the output of the fixing heater is adjusted by the resistance value of the fixing heater.

定着ヒータの出力の決定に際して、交流電圧や定着ヒータの電気抵抗のバラツキを考慮する必要がある。例えば、交流電圧が低下し、定着ヒータの電気抵抗が大きくなった場合でも必要最低限の出力が確保できるように、定着ヒータの抵抗値が決められる。交流電圧や定着ヒータの電気抵抗のバラツキが大きい場合であってもトナー像を定着するのに十分な熱を得ることができるように、定着ヒータの出力が決められる。   In determining the output of the fixing heater, it is necessary to consider variations in the AC voltage and the electric resistance of the fixing heater. For example, the resistance value of the fixing heater is determined so that the necessary minimum output can be secured even when the AC voltage decreases and the electric resistance of the fixing heater increases. The output of the fixing heater is determined so that sufficient heat can be obtained to fix the toner image even when the AC voltage and the electric resistance of the fixing heater vary greatly.

しかし、交流電圧が増加し、定着ヒータの電気抵抗が小さくなった場合、定着ヒータに流れる電流が増大して出力が大きくなってしまう。定着ヒータに大電流が流れると、大電流による破壊防止のための構成、例えばヒューズに大きな定格のものを選択しなければならず、定着器の大型化やコストアップにつながる。また、交流電源の配電系統に対しても、電圧変動や保護系の不要動作等の影響を及ぼすことがあるため、不要な大電流を抑制する必要がある。   However, when the AC voltage increases and the electrical resistance of the fixing heater decreases, the current flowing through the fixing heater increases and the output increases. When a large current flows through the fixing heater, a structure for preventing destruction due to the large current, for example, a fuse having a large rating must be selected, leading to an increase in the size and cost of the fixing device. In addition, it is necessary to suppress an unnecessary large current because it may affect the distribution system of the AC power supply, such as voltage fluctuation and unnecessary operation of the protection system.

一方で、画像形成装置の動作開始までにかかる時間のボトルネックのうちの1つに定着器の温度上昇が挙げられる。画像形成装置が迅速に起動するためには、定着ヒータの出力を上げる、すなわち、電流を多く流す必要がある。従って、画像形成装置の動作開始時には、そのときの交流電圧や抵抗値等の定着ヒータの出力を決めるパラメータの状況に応じて、正常範囲で定着器に電流をできるだけ多く流すことが求められる。   On the other hand, an increase in the temperature of the fixing device can be cited as one of the bottlenecks of the time taken to start the operation of the image forming apparatus. In order for the image forming apparatus to start up quickly, it is necessary to increase the output of the fixing heater, that is, to flow a large amount of current. Therefore, at the start of the operation of the image forming apparatus, it is required to flow as much current as possible to the fixing device in the normal range in accordance with the status of the parameters that determine the output of the fixing heater such as the alternating voltage and resistance value at that time.

特許文献1には、定着ヒータに流れる電流を検知する回路を設けて電流を制御する画像形成装置が開示される。また、特許文献2には、交流電源の電圧を検知する回路を設けて定着ヒータに流れる電流を制御しつつ、画像形成装置の動作開始までの時間をできるだけ短縮する画像形成装置が開示される。   Patent Document 1 discloses an image forming apparatus that controls a current by providing a circuit that detects a current flowing through a fixing heater. Further, Patent Document 2 discloses an image forming apparatus in which a circuit for detecting the voltage of an AC power supply is provided to control the current flowing in the fixing heater and the time until the operation of the image forming apparatus is started as short as possible.

特開2006−113117号公報JP 2006-113117 A 特開2007−240719号公報JP 2007-240719 A

特許文献1、2の画像形成装置は、いずれも、定着ヒータに流れる電流や電圧を検知するための構成を有しているために、定着器自体のコストを抑制しにくい傾向にある。   Since each of the image forming apparatuses disclosed in Patent Documents 1 and 2 has a configuration for detecting a current and a voltage flowing through the fixing heater, it tends to be difficult to suppress the cost of the fixing device itself.

本発明は、上記の問題を解決するために、電流検知回路等を設けることなく、定着ヒータに不要な大電流が流れないように電流を制御する定着器を提供することを主たる課題とする。   In order to solve the above problems, it is a main object of the present invention to provide a fixing device that controls current so that an unnecessary large current does not flow through a fixing heater without providing a current detection circuit or the like.

上記課題を解決する本発明の定着器は、交流電源からの電力が供給されて発熱し、トナー像が転写された用紙を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段により検知された温度と前記ヒータの目標温度とに基づいて、前記ヒータへの所定期間当たりの通電時間を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、所定の通電時間で前記ヒータへの交流電流の通電を開始してから前記通電時間を徐々に増加させ、前記温度検知手段で検知された温度が前記目標温度になったときの通電時間に基づいて、以降の前記ヒータへの通電時間の上限を決定することを特徴とする。   The fixing device of the present invention that solves the above-described problems is a heater that heats paper that is supplied with electric power from an AC power source and that has a toner image transferred thereon, temperature detection means that detects the temperature of the heater, and Control means for controlling the energization time per predetermined period to the heater based on the temperature detected by the temperature detection means and the target temperature of the heater, and the control means has a predetermined energization time. The energization time is gradually increased after energization of the alternating current to the heater is started, and the subsequent heaters are based on the energization time when the temperature detected by the temperature detection means reaches the target temperature. The upper limit of the energization time is determined.

本発明によれば、特別な検知回路を設けることなく、ヒータへの通電時間の上限値を決定し、ヒータへ大電流が流れないように電流を制御することができる。   According to the present invention, it is possible to determine the upper limit value of the energization time to the heater without providing a special detection circuit, and to control the current so that a large current does not flow to the heater.

画像形成装置の内部構成図。1 is an internal configuration diagram of an image forming apparatus. 定着器の構成図。The block diagram of a fixing device. 通電回路の回路構成図。The circuit block diagram of an electricity supply circuit. (a)〜(d)は、通電回路の各部の波形の例示図。(A)-(d) is an illustration figure of the waveform of each part of an electricity supply circuit. 供給電力と位相角との関係を表す図。The figure showing the relationship between supplied electric power and a phase angle. 制御回路の回路構成図。The circuit block diagram of a control circuit. 温度制御処理を表すフローチャート。The flowchart showing a temperature control process. (a)〜(g)は、電源電圧及び定着ヒータの抵抗のバラツキによる電力、電流、位相角等のバラツキを表す図。(A)-(g) is a figure showing dispersion | variation in electric power, an electric current, a phase angle, etc. by the dispersion | variation in the resistance of a power supply voltage and a fixing heater. 下限位相角を決める処理のフローチャート。The flowchart of the process which determines a minimum phase angle. 温度制御処理を表すフローチャート。The flowchart showing a temperature control process. 下限位相角を決める処理のフローチャート。The flowchart of the process which determines a minimum phase angle. 電力と温度との関係を表す図。The figure showing the relationship between electric power and temperature. 位相角αに対する複数の電力の関係を表す図。The figure showing the relationship of several electric power with respect to phase angle (alpha). 最大電力に対する下限位相角を表す図。The figure showing the minimum phase angle to the maximum electric power. 下限位相角を決める処理のフローチャート。The flowchart of the process which determines a minimum phase angle.

以下、図面を参照しつつ実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

<画像形成装置>
図1は、電子写真方式の画像形成装置の内部構成図である。画像形成装置は、用紙Sに画像を形成するために、潜像形成・現像・転写・定着の各行程を行う。画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色を重ね合わせたカラー画像を形成する。
<Image forming apparatus>
FIG. 1 is an internal configuration diagram of an electrophotographic image forming apparatus. In order to form an image on the paper S, the image forming apparatus performs each process of latent image formation, development, transfer, and fixing. The image forming apparatus forms a color image in which four colors of yellow, magenta, cyan, and black are superimposed.

潜像形成行程では、まず、感光体ドラム11a〜11dの表面が帯電器12a〜12dにより一様に帯電される。表面が帯電された感光体ドラム11a〜11dは、半導体レーザ13a〜13dによりレーザ光が照射される。感光体ドラム11a〜11dには、レーザ光が照射された部分の電荷が消失することで潜像が形成される。   In the latent image forming process, first, the surfaces of the photosensitive drums 11a to 11d are uniformly charged by the chargers 12a to 12d. The photosensitive drums 11a to 11d whose surfaces are charged are irradiated with laser light from the semiconductor lasers 13a to 13d. A latent image is formed on the photosensitive drums 11a to 11d by the disappearance of the charge in the portion irradiated with the laser beam.

現像行程では、感光体ドラム11a〜11dに形成された潜像に対して、現像器14a〜14dからトナー等の現像剤が付着される。現像剤の付着により潜像が現像されて、感光体ドラム11a〜11dにトナー像が形成される。   In the development process, a developer such as toner is attached to the latent images formed on the photosensitive drums 11a to 11d from the developing units 14a to 14d. The latent image is developed by the adhesion of the developer, and toner images are formed on the photosensitive drums 11a to 11d.

転写行程では、感光体ドラム11a〜11dに形成されたトナー像が、転写部35a〜35dによって、順次、中間転写ベルト30上に各トナー像が重なるように転写される。各トナー像が重なって転写されることで、中間転写ベルト30には、カラーのトナー像が形成される。中間転写ベルト30に転写されたトナー像は、二次転写部34、36において、用紙Sに一度に転写される。用紙Sは、中間転写ベルト30に転写されたトナー像が二次転写部34、36まで搬送されるタイミングに合わせて、用紙カセット21から用紙搬送路24を二次転写部34、36に搬送される。   In the transfer process, the toner images formed on the photosensitive drums 11a to 11d are sequentially transferred onto the intermediate transfer belt 30 by the transfer units 35a to 35d so that the toner images overlap each other. By transferring the toner images in a superimposed manner, a color toner image is formed on the intermediate transfer belt 30. The toner image transferred to the intermediate transfer belt 30 is transferred to the paper S at a time in the secondary transfer portions 34 and 36. The sheet S is conveyed from the sheet cassette 21 to the secondary transfer units 34 and 36 through the sheet conveyance path 24 in accordance with the timing at which the toner image transferred to the intermediate transfer belt 30 is conveyed to the secondary transfer units 34 and 36. The

定着行程では、トナー像が転写された用紙Sが、定着器40に搬送される。定着器40は、用紙Sを加熱及び加圧することで、用紙Sにトナー像を定着させる。これにより用紙Sへの画像形成が終了する。定着行程が終了した用紙Sは、排紙部29に排紙される。   In the fixing process, the sheet S on which the toner image is transferred is conveyed to the fixing device 40. The fixing device 40 heats and pressurizes the paper S to fix the toner image on the paper S. Thereby, the image formation on the paper S is completed. The paper S for which the fixing process has been completed is discharged to the paper discharge unit 29.

<定着器>
図2は、定着器40の構成図である。定着器40は、定着フィルム301、加圧部材302、定着ヒータ305、下側ローラ307、及び温度検知素子405を備える。定着器40は、定着行程時に、用紙Sを定着フィルム301と下側ローラ307との間に挟む。定着フィルム301が矢印B方向に回転し、下側ローラ307が矢印C方向に回転することで、用紙Sは、定着器40内を矢印A方向に搬送される。定着フィルム301と下側ローラの接触部分はニップ部と呼ばれる。
<Fixing device>
FIG. 2 is a configuration diagram of the fixing device 40. The fixing device 40 includes a fixing film 301, a pressure member 302, a fixing heater 305, a lower roller 307, and a temperature detection element 405. The fixing device 40 sandwiches the paper S between the fixing film 301 and the lower roller 307 during the fixing process. As the fixing film 301 rotates in the direction of arrow B and the lower roller 307 rotates in the direction of arrow C, the sheet S is conveyed through the fixing device 40 in the direction of arrow A. A contact portion between the fixing film 301 and the lower roller is called a nip portion.

定着ヒータ305は、通電することで発熱して、ニップ部の用紙Sを加熱する。定着ヒータ305は、定着フィルム301が用紙Sにトナー像を定着するために必要な温度以上になるように発熱する。定着フィルム301の温度は、温度検知素子405に検知される。検知結果は、後述する制御回路に送信され、制御回路による定着ヒータ305の温度制御に用いられる。   The fixing heater 305 generates heat when energized and heats the sheet S in the nip portion. The fixing heater 305 generates heat so that the fixing film 301 reaches a temperature higher than that necessary for fixing the toner image on the paper S. The temperature of the fixing film 301 is detected by the temperature detection element 405. The detection result is transmitted to a control circuit which will be described later, and is used for temperature control of the fixing heater 305 by the control circuit.

加圧部材302は、ニップ部において、定着ヒータ305及び定着フィルム301を下側ローラ307方向に加圧する。用紙Sが定着フィルム301と下側ローラ307とに挟まれて搬送されるために、加圧部材302は用紙Sに圧力を加えることになる。定着器40は、定着ヒータ305による加熱及び加圧部材302による加圧により、トナー像を用紙Sに定着させる。   The pressure member 302 presses the fixing heater 305 and the fixing film 301 in the direction of the lower roller 307 at the nip portion. Since the sheet S is conveyed while being sandwiched between the fixing film 301 and the lower roller 307, the pressure member 302 applies pressure to the sheet S. The fixing device 40 fixes the toner image on the paper S by heating by the fixing heater 305 and pressing by the pressure member 302.

<通電回路>
図3は、定着ヒータ305を通電させる通電回路の回路構成図である。通電回路は、定着ヒータ305に電流を供給する。通電回路は、ゼロクロス検知回路401、双方向サイリスタ402、ゲート403、及び制御回路404を備えており、交流電源406、定着ヒータ305、及び温度検知素子405に接続される。交流電源406は、画像形成装置内の他の構成部品に対しても電力を供給する。通電回路は、例えば定着器40に内蔵される。
<Energization circuit>
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an energization circuit that energizes the fixing heater 305. The energization circuit supplies a current to the fixing heater 305. The energization circuit includes a zero cross detection circuit 401, a bidirectional thyristor 402, a gate 403, and a control circuit 404, and is connected to an AC power supply 406, a fixing heater 305, and a temperature detection element 405. The AC power source 406 supplies power to other components in the image forming apparatus. The energization circuit is built in the fixing device 40, for example.

ゼロクロス検知回路401は、交流電源406から出力される交流の電源電圧の極性が変化するタイミング(ゼロクロス)を検知して、検知パルス信号(ゼロクロス信号)を出力する。ゼロクロス信号は、制御回路404に入力される。制御回路404は、ゼロクロス信号及び温度検知素子405の検知結果に応じて、双方向サイリスタ402のゲート403を制御する制御信号を出力する。双方向サイリスタ402は、ゲート403に入力される制御信号に応じて、ノードT1、T2間の通電制御を行う。定着ヒータ305は、ノードT1、T2間が導通して交流電流が通電することで発熱する。双方向サイリスタ402は、ノードT1、T2間を導通状態にした後、ノードT1、T2間の電圧の極性(交流電源406から出力される電源電圧の極性)が変化するまで導通状態を継続する。   The zero cross detection circuit 401 detects a timing (zero cross) at which the polarity of the AC power supply voltage output from the AC power supply 406 changes, and outputs a detection pulse signal (zero cross signal). The zero cross signal is input to the control circuit 404. The control circuit 404 outputs a control signal for controlling the gate 403 of the bidirectional thyristor 402 according to the zero cross signal and the detection result of the temperature detection element 405. The bidirectional thyristor 402 performs energization control between the nodes T <b> 1 and T <b> 2 according to a control signal input to the gate 403. The fixing heater 305 generates heat when the nodes T1 and T2 are electrically connected and an alternating current is applied. The bidirectional thyristor 402 continues to be conductive until the polarity of the voltage between the nodes T1 and T2 (the polarity of the power supply voltage output from the AC power supply 406) changes after the nodes T1 and T2 are made conductive.

図4は、通電回路の各部の電圧、信号、電流の波形の例示図である。図4(a)は、交流電源406から出力される交流電圧である電源電圧の波形を表す。図4(b)は、ゼロクロス信号を表す。図4(c)は、制御信号を表す。図4(d)は、定着ヒータ305に流れる電流を表す。   FIG. 4 is an exemplary diagram of waveforms of voltages, signals, and currents of the respective parts of the energization circuit. FIG. 4A shows a waveform of a power supply voltage that is an AC voltage output from the AC power supply 406. FIG. 4B shows a zero cross signal. FIG. 4C shows the control signal. FIG. 4D shows the current flowing through the fixing heater 305.

交流の電源電圧の極性が変化するタイミング(180°、360°、540°、720°:図4(a))で、ゼロクロス検知回路401は、パルス信号であるゼロクロス信号を出力する(図4(b))。ゼロクロス信号及び温度検知素子405の検知結果に応じて、制御回路404は、制御信号を出力する(図4(c))。ゼロクロス信号の入力から制御信号の出力までの時間は、後述する位相角αで表される。制御信号に応じて、双方向サイリスタ402は、ノードT1、T2間を導通状態にする。ノードT1、T2間の導通により、交流電源406から定着ヒータ305に交流電流が通電する(図4(d))。双方向サイリスタ402は、ノードT1、T2間の極性(交流電源406から出力される電源電圧の極性)が逆転するとノードT1、T2間を非導通状態にする。そのために、極性が変化するタイミング(180°、360°、540°)の後、次の制御信号の入力まで、定着ヒータ305に流れる電流がゼロになる。制御回路404が位相角αを温度検知素子405の検知結果に応じて変化させることで、定着ヒータ305に電流が流れる時間(電流量)が変化する。そのために、交流電圧の交流半波で定着ヒータ305に供給される電力量が変化して、通電により発熱する定着ヒータ305の温度を制御することができる。   At the timing when the polarity of the AC power supply voltage changes (180 °, 360 °, 540 °, 720 °: FIG. 4A), the zero-cross detection circuit 401 outputs a zero-cross signal that is a pulse signal (FIG. 4 ( b)). In response to the zero-cross signal and the detection result of the temperature detection element 405, the control circuit 404 outputs a control signal (FIG. 4C). The time from the input of the zero cross signal to the output of the control signal is represented by a phase angle α described later. In response to the control signal, the bidirectional thyristor 402 conducts between the nodes T1 and T2. Due to the conduction between the nodes T1 and T2, an AC current is supplied from the AC power source 406 to the fixing heater 305 (FIG. 4D). The bidirectional thyristor 402 makes the node T1 and T2 non-conductive when the polarity between the nodes T1 and T2 (the polarity of the power supply voltage output from the AC power supply 406) is reversed. Therefore, the current flowing through the fixing heater 305 becomes zero until the next control signal is input after the timing when the polarity changes (180 °, 360 °, 540 °). The control circuit 404 changes the phase angle α according to the detection result of the temperature detection element 405, whereby the time (current amount) during which the current flows through the fixing heater 305 changes. Therefore, the amount of electric power supplied to the fixing heater 305 is changed by the AC half wave of the AC voltage, and the temperature of the fixing heater 305 that generates heat by energization can be controlled.

本実施形態では、通電制御方式として、交流電源406から供給される交流電圧の交流半波(1/2周期)内で交流電流の通電開始のタイミングを調整する位相制御方式を用いる。交流半波毎に通電開始のタイミングを変更することは可能であるが、電源が交流機器につながっているため、多くの場合、通電電流制御は交流電圧の2交流半波(1周期)毎に行われる。   In the present embodiment, as the energization control method, a phase control method is used that adjusts the timing of the start of energization of AC current within the AC half wave (1/2 cycle) of the AC voltage supplied from the AC power supply 406. Although it is possible to change the timing of starting energization for each AC half-wave, since the power source is connected to the AC device, in many cases, the energizing current control is performed every two AC half-waves (one cycle) of the AC voltage. Done.

図5は、所定期間当たりの定着ヒータ305に供給される電力Pと位相角αとの関係を表す図である。電力Pは、定着ヒータ305に流れる電流と電圧とにより表される。図5では、交流電圧の半周期間(所定期間)フルに通電した場合の電力を基準にして、ゼロクロス信号から位相角α分の時間が経過して通電開始したときの電力比率を表す。定着ヒータ305に供給される電力は、位相角αが「0°」のときは100[%]であり、位相角αの増加に従って徐々に減少し、位相角αが「180°」のときにゼロになる。このように、通電時間により定着ヒータ305に供給される電力Pが決まる。電源電圧は周期波なので、位相角αにより電力Pとの関係を表しているが、実際に電流制御を行うときには時間に変換する必要がある。例えば、東日本地域は電源周波数が50Hzであるため、360°=20[ms]となる。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the electric power P supplied to the fixing heater 305 per predetermined period and the phase angle α. The electric power P is represented by the current and voltage flowing through the fixing heater 305. FIG. 5 represents the power ratio when the energization is started after the time of the phase angle α has elapsed from the zero cross signal, based on the power when the energization is fully energized for a half cycle (predetermined period) of the AC voltage. The power supplied to the fixing heater 305 is 100% when the phase angle α is “0 °”, gradually decreases as the phase angle α increases, and when the phase angle α is “180 °”. It becomes zero. As described above, the power P supplied to the fixing heater 305 is determined by the energization time. Since the power supply voltage is a periodic wave, the relationship with the power P is represented by the phase angle α. However, when current control is actually performed, it is necessary to convert it into time. For example, since the power supply frequency is 50 Hz in the East Japan region, 360 ° = 20 [ms].

定着ヒータ305は、定着フィルム301の表面等の温度を一定に保つ。温度検知素子405は、定着フィルム301の温度を検知する。制御回路404は、温度検知素子405が検知した温度が所定の温度よりも高ければ、位相角αを大きくすることで通電時間を短くして電力を減少させ、定着フィルム301の温度を降下させる。制御回路404は、温度検知素子405が検知した温度が所定の温度よりも低ければ、位相角αを小さくすることで通電時間を長くして電力を増大し、定着フィルム301の温度を上昇させる。所定の温度は、用紙Sにトナー像を定着するために必要な温度である。   The fixing heater 305 keeps the temperature of the surface of the fixing film 301 constant. The temperature detection element 405 detects the temperature of the fixing film 301. If the temperature detected by the temperature detection element 405 is higher than a predetermined temperature, the control circuit 404 increases the phase angle α to shorten the energization time and reduce the power, thereby lowering the temperature of the fixing film 301. If the temperature detected by the temperature detecting element 405 is lower than the predetermined temperature, the control circuit 404 increases the power by increasing the energization time by decreasing the phase angle α, and increases the temperature of the fixing film 301. The predetermined temperature is a temperature necessary for fixing the toner image on the paper S.

温度検知素子405は、例えばサーミスタを用いて実現される。サーミスタは、被測定物の温度が高くなると抵抗値が低くなり、温度が低くなると抵抗値が高くなる特性を有している。図3では、温度検知素子405がサーミスタと固定抵抗とが直列接続されて構成される。サーミスタの抵抗値が温度に依存するために、温度検知素子405から出力されるサーミスタと固定抵抗とで直流電圧Vccを分圧した電圧値により、定着ヒータ305の温度を検知することができる。   The temperature detection element 405 is realized using, for example, a thermistor. The thermistor has a characteristic that the resistance value decreases as the temperature of the object to be measured increases, and the resistance value increases as the temperature decreases. In FIG. 3, the temperature detection element 405 is configured by connecting a thermistor and a fixed resistor in series. Since the resistance value of the thermistor depends on the temperature, the temperature of the fixing heater 305 can be detected from the voltage value obtained by dividing the DC voltage Vcc by the thermistor and the fixed resistor output from the temperature detection element 405.

<温度制御>
図6は、制御回路404の回路構成図である。制御回路404は、電圧/温度変換回路4041、温度/電力比率算出回路4042、電力比率/位相角算出回路4043、位相角/時間算出回路4044、及び制御信号出力回路4045を備える。図7は、このような制御回路404による定着ヒータ305の温度を一定に保つための温度制御処理を表すフローチャートである。
<Temperature control>
FIG. 6 is a circuit configuration diagram of the control circuit 404. The control circuit 404 includes a voltage / temperature conversion circuit 4041, a temperature / power ratio calculation circuit 4042, a power ratio / phase angle calculation circuit 4043, a phase angle / time calculation circuit 4044, and a control signal output circuit 4045. FIG. 7 is a flowchart showing a temperature control process for keeping the temperature of the fixing heater 305 constant by the control circuit 404 as described above.

制御回路404は、温度検知素子405から出力される電圧値を、電圧/温度変換回路4041により温度に変換する(S101)。電圧/温度変換回路4041は、温度検知素子405から出力される電圧値と温度との関係を表すテーブルを有しており、このテーブルを参照することで電圧値を温度に変換する。   The control circuit 404 converts the voltage value output from the temperature detection element 405 into a temperature by the voltage / temperature conversion circuit 4041 (S101). The voltage / temperature conversion circuit 4041 has a table representing the relationship between the voltage value output from the temperature detection element 405 and the temperature, and converts the voltage value into temperature by referring to this table.

温度/電力比率算出回路4042は、電圧/温度変換回路4041で変換した温度と定着ヒータ305の目標温度とに応じて、定着ヒータ305に供給するべき電力を決定する(S102)。温度/電力比率算出回路4042は、例えば所定の式により温度から電力を算出する。電力比率/位相角算出回路4043は、温度/電力比率算出回路4042で算出された電力に応じた位相角αを算出する(S103)。電力比率/位相角算出回路4043は、例えば図5の関係に応じて電力から位相角αを算出する。位相角/時間算出回路4044は、温度/電力比率算出回路4042で算出された位相角αに応じて、ゼロクロス信号からの時間を算出する(S104)。位相角/時間算出回路4044は、例えば電源周波数が50Hzであれば360°=20[ms]として、位相角αから時間を算出する。なお、定着ヒータ305に関する温度の情報から直接位相角αや時間を決定するテーブルを用いてもよい。   The temperature / power ratio calculation circuit 4042 determines the power to be supplied to the fixing heater 305 according to the temperature converted by the voltage / temperature conversion circuit 4041 and the target temperature of the fixing heater 305 (S102). The temperature / power ratio calculation circuit 4042 calculates the power from the temperature using, for example, a predetermined formula. The power ratio / phase angle calculation circuit 4043 calculates the phase angle α corresponding to the power calculated by the temperature / power ratio calculation circuit 4042 (S103). The power ratio / phase angle calculation circuit 4043 calculates the phase angle α from the power according to the relationship of FIG. The phase angle / time calculation circuit 4044 calculates the time from the zero cross signal according to the phase angle α calculated by the temperature / power ratio calculation circuit 4042 (S104). For example, if the power supply frequency is 50 Hz, the phase angle / time calculation circuit 4044 calculates time from the phase angle α as 360 ° = 20 [ms]. A table that directly determines the phase angle α and time from the temperature information about the fixing heater 305 may be used.

制御信号出力回路4045は、ゼロクロス検知回路401からゼロクロス信号が入力されてから、位相角/時間算出回路4044で算出された時間後に、制御信号を出力する(S105)。制御信号により、双方向サイリスタ402が定着ヒータ305に交流電流を通電して、定着ヒータ305を加熱する。S101〜S106の処理を繰り返すことで、定着ヒータ305の温度を保つことができる。   The control signal output circuit 4045 outputs a control signal after the time calculated by the phase angle / time calculation circuit 4044 after the zero cross signal is input from the zero cross detection circuit 401 (S105). In response to the control signal, the bidirectional thyristor 402 applies an alternating current to the fixing heater 305 to heat the fixing heater 305. By repeating the processes of S101 to S106, the temperature of the fixing heater 305 can be maintained.

<定着ヒータへの供給電力> <Power supplied to the fixing heater>

定着ヒータ305に供給される電力は、画像形成装置が最も厳しい環境に置かれた場合でもトナー像を用紙に定着することができるような温度に定着フィルム301が加熱されるように決められる。本実施形態では、そのために必要な最小電力を700[W]とする。電力は、印加される電圧の2乗に比例し、抵抗値に反比例する。そのために、印加される電圧や抵抗のバラツキが、電力のバラツキになる。図8は、電源電圧が100±10[V]、定着ヒータ305の抵抗値の精度が10±1[Ω]のときの、電力、電流、位相角等のバラツキを表す図である。   The power supplied to the fixing heater 305 is determined so that the fixing film 301 is heated to a temperature at which the toner image can be fixed on the paper even when the image forming apparatus is placed in the most severe environment. In the present embodiment, the minimum power required for this is 700 [W]. The power is proportional to the square of the applied voltage and inversely proportional to the resistance value. For this reason, variations in applied voltage and resistance become variations in power. FIG. 8 is a diagram illustrating variations in power, current, phase angle, and the like when the power supply voltage is 100 ± 10 [V] and the accuracy of the resistance value of the fixing heater 305 is 10 ± 1 [Ω].

図8(a)は、位相角αが「0°」の場合の電力(最大電力)を表す。図8(b)は、位相角αが「0°」の場合の電流(最大電流)を表す。最も発熱しにくい条件である電源電圧が90[V]、定着ヒータ305の抵抗値が11.0[Ω]のとき、電力が736[W]であり、必要な電力を満たしている。最も発熱しやすい条件である電源電圧が110[V]、定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]のとき、電力が1344[W]であり、必要な最小電力の2倍である。電流で比較すると、最小電流が8.2[A]であるのに対して、最大電流が12.2[A]になり、最大電流時に4.0[A]多く定着ヒータ305に流れることになる。   FIG. 8A shows power (maximum power) when the phase angle α is “0 °”. FIG. 8B shows the current (maximum current) when the phase angle α is “0 °”. When the power supply voltage, which is the most difficult condition to generate heat, is 90 [V] and the resistance value of the fixing heater 305 is 11.0 [Ω], the power is 736 [W], which satisfies the necessary power. When the power supply voltage is 110 [V] and the resistance value of the fixing heater 305 is 9.0 [Ω], which is the most heat-generating condition, the power is 1344 [W], which is twice the required minimum power. Compared with current, the minimum current is 8.2 [A], whereas the maximum current is 12.2 [A], and the maximum current flows to the fixing heater 305 by 4.0 [A]. Become.

図8(c)は、電力を700[W]で一定にするときに定着ヒータ305に流れる電流を表す。電源電圧が110[V]、定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]で、110/9.0=12.2[A]ではなく、8.8[A]であるのは、双方向サイリスタ402によって電圧を等価的に80[V]まで低下させる必要があることを示している。他の条件でも双方向サイリスタ402が電圧を低下させる。   FIG. 8C shows the current flowing through the fixing heater 305 when the power is kept constant at 700 [W]. The power supply voltage is 110 [V], the resistance value of the fixing heater 305 is 9.0 [Ω], and 110 / 9.0 = 12.2 [A], not 8.8 [A]. It shows that the voltage needs to be reduced to 80 [V] equivalently by the directional thyristor 402. The bidirectional thyristor 402 reduces the voltage even under other conditions.

必要な電力が700[W]であるので、電源電圧が90[V]、定着ヒータ305の抵抗値が11.0[Ω]では、図8(a)、図8(b)によると、36[W]、0.2[A]の余分がある。電源電圧が110[V]、定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]では、644[W]、3.4[A]の余分がある。図8(d)は、図8(b)と図8(c)との電流の差(電流の余分)を表す。図8(e)は、図8(c)の電流の比率、図8(f)は、700[W]に対する電力の比率を表す。   Since the required power is 700 [W], when the power supply voltage is 90 [V] and the resistance value of the fixing heater 305 is 11.0 [Ω], according to FIGS. There are extra [W] and 0.2 [A]. When the power supply voltage is 110 [V] and the resistance value of the fixing heater 305 is 9.0 [Ω], there is an excess of 644 [W] and 3.4 [A]. FIG. 8D shows a current difference (excess current) between FIG. 8B and FIG. 8C. FIG. 8E shows the current ratio of FIG. 8C, and FIG. 8F shows the power ratio with respect to 700 [W].

この余分を含めて定着器40を構成すると、回路の大型化、耐温度性の向上、ヒューズ等の保護部品の大型化等により、コストの増加につながる。また、電流が多く流れることで、交流電源406に接続される他の電気機器に影響を及ぼす可能性がある。しかし、画像形成装置の起動時間のボトルネックの一つである定着器40の温度上昇を迅速に行うには、定着ヒータ305に多く電流を流して発熱量を多くしなければならないという相反する要求がある。そのために従来は、電流を、コストが増加しない範囲で最大に設定したり、電源に影響を与えない範囲で最大になるように設定している。   If the fixing device 40 is configured including this excess, the cost increases due to the increase in circuit size, the improvement in temperature resistance, the increase in the size of protective parts such as fuses, and the like. In addition, when a large amount of current flows, there is a possibility of affecting other electrical devices connected to the AC power source 406. However, in order to quickly increase the temperature of the fixing device 40, which is one of the bottlenecks in the start-up time of the image forming apparatus, there is a conflicting requirement that a large amount of current must be passed through the fixing heater 305 to increase the amount of heat generation. There is. Therefore, conventionally, the current is set to the maximum within a range where the cost does not increase, or set to the maximum within a range not affecting the power source.

このような電力及び電流を抑えるためには、交流電源406の電圧や電流をモニタする装置を設けてきた。しかし、このような装置の追加はコストの増加につながるため、特別な装置を設けなくとも電力・電流の抑制できる手段が望まれている。   In order to suppress such power and current, a device for monitoring the voltage and current of the AC power source 406 has been provided. However, since the addition of such a device leads to an increase in cost, a means capable of suppressing power and current without providing a special device is desired.

制御回路404は、電源電圧の変動、定着ヒータ305の抵抗の変動、及び定着ヒータ305の発熱要因の変動等による定着フィルム301の温度変動を、位相角αの増減により制御する。つまり、制御回路404は、通電時間を調整することで定着フィルム301の温度を調整する、   The control circuit 404 controls temperature fluctuations of the fixing film 301 due to fluctuations in the power supply voltage, fluctuations in the resistance of the fixing heater 305, fluctuations in heat generation factors of the fixing heater 305, and the like by increasing or decreasing the phase angle α. That is, the control circuit 404 adjusts the temperature of the fixing film 301 by adjusting the energization time.

図8(g)は、電力を700[W]で一定にするための位相角αを表す。電源電圧が100[V」、定着ヒータ305の抵抗値が10.0[Ω]の場合、電流が8.4[A](図8(c)参照)になるように位相角αを「71°」に保つ。電源電圧が100[V]から110[V]に増加すると、定着ヒータ305に流れる電流が1.1倍の9.3[A]に増加し、電力(発熱量)が1.2倍の840[W]に増加する。その結果、定着フィルム301の温度が上昇する。定着フィルム301の温度を検知する温度検知素子405が定着フィルム301がトナー像の定着に必要な温度よりも高くなったことを検知すると、制御回路404は、位相角αを大きくすることで電流を減少させて定着フィルム301の温度を下げる。制御回路404は、最終的に、位相角αを「71°」から「83°」に変更することで、電力を700[W]に一定にして定着フィルム301の温度をトナー像の定着に必要な温度にする。   FIG. 8G shows the phase angle α for making the power constant at 700 [W]. When the power supply voltage is 100 [V] and the resistance value of the fixing heater 305 is 10.0 [Ω], the phase angle α is set to “71” so that the current becomes 8.4 [A] (see FIG. 8C). Keep “°”. When the power supply voltage is increased from 100 [V] to 110 [V], the current flowing through the fixing heater 305 is increased by 1.1 times to 9.3 [A], and the power (heat generation amount) is 1.2 times 840. Increase to [W]. As a result, the temperature of the fixing film 301 increases. When the temperature detection element 405 that detects the temperature of the fixing film 301 detects that the temperature of the fixing film 301 is higher than the temperature necessary for fixing the toner image, the control circuit 404 increases the phase angle α to increase the current. The temperature of the fixing film 301 is decreased by decreasing the temperature. The control circuit 404 finally changes the phase angle α from “71 °” to “83 °” so that the power is kept constant at 700 [W] and the temperature of the fixing film 301 is necessary for fixing the toner image. Use a suitable temperature.

電源電圧が100[V」、定着ヒータ305の抵抗値が10.0[Ω]の状態から、抵抗値が発熱等により11.0[Ω]に上昇した場合、定着ヒータ305に流れる電流は1/1.1倍の7.6[A]に減少し、電力(発熱量)も636[W]に減少する。その結果、定着フィルム301の温度が下降する。温度検知素子405がトナー像の定着に必要な温度よりも定着フィルム301の温度が低くなったことを検知すると、制御回路404は、位相角αを小さくすることで電流を増加させて定着ヒータ305の温度を上げる。制御回路404は、最終的に、位相角αを「71°」から「63°」に変更することで、電力を700[W]に一定にして定着フィルム301の温度をトナー像の定着に必要な温度にする。   When the power supply voltage is 100 [V] and the resistance value of the fixing heater 305 is 10.0 [Ω] from the state where the resistance value is increased to 11.0 [Ω] due to heat generation or the like, the current flowing through the fixing heater 305 is 1 /1.1 times to 7.6 [A], and the power (heat generation amount) also decreases to 636 [W]. As a result, the temperature of the fixing film 301 decreases. When the temperature detection element 405 detects that the temperature of the fixing film 301 is lower than the temperature necessary for fixing the toner image, the control circuit 404 increases the current by reducing the phase angle α to increase the fixing heater 305. Increase the temperature. The control circuit 404 finally changes the phase angle α from “71 °” to “63 °” so that the power is kept constant at 700 [W] and the temperature of the fixing film 301 is necessary for fixing the toner image. Use a suitable temperature.

電源電圧が変化した場合及び抵抗値が変化した場合の二つの例で、温度制御について説明した。制御回路404は、これ以外の温度が変化する要因を含めて、定着フィルム301の温度を一定にするために、所望の電力からの変化分に応じて、フィードバック制御により位相角αを調整する。つまり、位相角αは所望の値からの変動の指標を与える。位相角αは、定着フィルム301の温度を制御する制御入力であり、その値を把握することは容易である。   The temperature control has been described in two examples when the power supply voltage changes and when the resistance value changes. The control circuit 404 adjusts the phase angle α by feedback control in accordance with the amount of change from the desired power in order to keep the temperature of the fixing film 301 constant, including factors that cause other temperature changes. That is, the phase angle α gives an index of variation from a desired value. The phase angle α is a control input for controlling the temperature of the fixing film 301, and it is easy to grasp its value.

以上のような理由により、位相角αに着目すると、定着ヒータ305に印加される電圧や電流をモニタする特別な装置を付加することなく、定着ヒータ305に流れる電流や電力の指標を得ることが可能になる。   For the above reasons, focusing on the phase angle α, it is possible to obtain an index of the current and power flowing through the fixing heater 305 without adding a special device for monitoring the voltage and current applied to the fixing heater 305. It becomes possible.

[第1実施形態]
図9は、以上のような画像形成装置により位相角αの下限を決める処理のフローチャートである。位相角αは、定着ヒータ305に供給される電力Pを決めるパラメータであり、図5に示す通り、位相角αが小さいほど電力が大きくなる。そのために、位相角の下限(以下、「下限位相角αL」という)を決めることで、電力Pの上限(以下、「上限電力」という)が決まる。
[First Embodiment]
FIG. 9 is a flowchart of processing for determining the lower limit of the phase angle α by the image forming apparatus as described above. The phase angle α is a parameter that determines the power P supplied to the fixing heater 305. As shown in FIG. 5, the power increases as the phase angle α decreases. Therefore, by determining the lower limit of the phase angle (hereinafter referred to as “lower limit phase angle αL”), the upper limit of power P (hereinafter referred to as “upper limit power”) is determined.

制御回路404は、まず、位相角α0により通電させることで定着ヒータ305の温度制御を行う(S201)。定着ヒータ305に流れる電流は、上述の通り、電源電圧や定着ヒータ305の抵抗値の変化に応じて変動する。位相角α0は、最も電流が流れる条件である電源電圧が110[V]、定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]で電力700[W]を達成するための「88°」(図8(g)参照)に設定される。位相角α0をこのように設定することで、定着ヒータ305に所定値以上の大電流が流れることを回避する。制御回路404は、位相角α0による電力以下の電力を定着ヒータ305に供給されるようにして温度制御を行う。位相角α0以上の位相角であれば、想定される範囲内で電源電圧や定着ヒータ305の抵抗値が変動しても、確実に電流を抑制することができる。電源電圧が110[V]及び定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]等の条件が変動しなければ、定着フィルム301の温度は所定時間経過後にトナー像の定着に必要な温度に到達する。   First, the control circuit 404 controls the temperature of the fixing heater 305 by energizing with the phase angle α0 (S201). As described above, the current flowing through the fixing heater 305 varies in accordance with changes in the power supply voltage and the resistance value of the fixing heater 305. The phase angle α0 is “88 °” for achieving a power of 700 [W] when the power supply voltage is 110 [V], the resistance value of the fixing heater 305 is 9.0 [Ω], which is the most current flowing condition (FIG. 8 (g)). By setting the phase angle α 0 in this way, it is possible to avoid a large current exceeding a predetermined value from flowing through the fixing heater 305. The control circuit 404 performs temperature control so that power equal to or less than the power by the phase angle α 0 is supplied to the fixing heater 305. If the phase angle is greater than or equal to the phase angle α0, the current can be reliably suppressed even if the power supply voltage or the resistance value of the fixing heater 305 fluctuates within an assumed range. If conditions such as the power supply voltage is 110 [V] and the resistance value of the fixing heater 305 is 9.0 [Ω], the temperature of the fixing film 301 reaches the temperature necessary for fixing the toner image after a predetermined time has elapsed. To do.

しかし、条件が変動して、例えば電源電圧が90[V]、定着ヒータ305の抵抗値が11.0[Ω]となると、電力が(95.1%−52.1%=)43%(図8(f)参照)不足するために、定着フィルム301がトナー像の定着に必要な温度に到達しない。同様に、電源電圧が100[V]、定着ヒータ305の抵抗値が10.0[Ω]となると、電力が(70.0%−52.1%=)17.9%(図8(f)参照)不足するために、定着フィルム301がトナー像の定着に必要な温度に到達しない。制御回路404は、定着ヒータ305を通電させて所定の時間経過した後に温度がトナー像の定着に必要な温度に到達していない場合には(S202:N)、位相角α0を減少して位相角αiに更新する(S203)。位相角αが減少することで、供給する電力の上限値が増大する。位相角α0は、例えばΔα減少される(αi=α0−Δα)。   However, when the conditions change, for example, when the power supply voltage is 90 [V] and the resistance value of the fixing heater 305 is 11.0 [Ω], the power is (95.1% −52.1% =) 43% ( The fixing film 301 does not reach the temperature necessary for fixing the toner image due to the shortage. Similarly, when the power supply voltage is 100 [V] and the resistance value of the fixing heater 305 is 10.0 [Ω], the power is (70.0% −52.1% =) 17.9% (FIG. 8 (f ) Reference) Due to the shortage, the fixing film 301 does not reach the temperature necessary for fixing the toner image. If the temperature does not reach the temperature required for fixing the toner image after a predetermined time has elapsed after the energization of the fixing heater 305 (S202: N), the control circuit 404 decreases the phase angle α0 to reduce the phase. The angle αi is updated (S203). As the phase angle α decreases, the upper limit value of the supplied power increases. The phase angle α0 is reduced by, for example, Δα (αi = α0−Δα).

制御回路404は、更新した位相角αiにより定着ヒータ305の温度制御を行う(S204)。制御回路404は、S202〜S204の処理を繰り返し行う。繰り返すことで、位相角αiは、段階的にΔαずつ減少される。制御回路404は、S202〜S204の処理を繰り返すことで、定着ヒータ305をトナー像の定着に必要な温度にするための位相角αiの下限を決める。定着ヒータ305がトナー像の定着に必要な温度に到達すると(S202:Y)、制御回路404は、このときの位相角αiを下限位相角αLに決定する。制御回路404は、以降の定着ヒータ305の温度制御を下限位相角αLにより行う(S205)。   The control circuit 404 controls the temperature of the fixing heater 305 based on the updated phase angle αi (S204). The control circuit 404 repeatedly performs the processes of S202 to S204. By repeating, the phase angle αi is decreased step by step by Δα. The control circuit 404 determines the lower limit of the phase angle αi for setting the fixing heater 305 to a temperature necessary for fixing the toner image by repeating the processes of S202 to S204. When the fixing heater 305 reaches the temperature necessary for fixing the toner image (S202: Y), the control circuit 404 determines the phase angle αi at this time as the lower limit phase angle αL. The control circuit 404 performs subsequent temperature control of the fixing heater 305 based on the lower limit phase angle αL (S205).

このようにして決定した下限位相角αLは、そのときの電源電圧、定着ヒータ305の抵抗値により定着フィルム301をトナー像の定着に必要な温度にするために必要な最小の電力を与える。これ以降の定着フィルム301の温度制御において、位相角が下限位相角αLを下回ることがないように制御される。図10は、このような温度制御処理を表すフローチャートである。図7に表す温度制御処理とは、S301及びS302の処理が、S104及びS105の処理の間で行われる点で異なり、他の処理は同じである。   The lower limit phase angle αL determined in this way gives the minimum power necessary to bring the fixing film 301 to a temperature necessary for fixing the toner image, based on the power supply voltage at that time and the resistance value of the fixing heater 305. In the subsequent temperature control of the fixing film 301, the phase angle is controlled so as not to fall below the lower limit phase angle αL. FIG. 10 is a flowchart showing such a temperature control process. The temperature control process shown in FIG. 7 is different in that the processes in S301 and S302 are performed between the processes in S104 and S105, and the other processes are the same.

制御回路404は、電力に応じて位相角αを算出した後に(S104)、この算出した位相角αが下限位相角αLより小さいか否かを判断する(S301)。小さい場合(S301:Y)、制御回路404は、S104で算出した位相角αを下限位相角αLに変更し(S302)、下限位相角αLを時間に変換する(S105)。位相角αが下限位相角αL以上の場合(S301:N)、制御回路404は、位相角αを時間に変換する(S105)。   After calculating the phase angle α according to the power (S104), the control circuit 404 determines whether or not the calculated phase angle α is smaller than the lower limit phase angle αL (S301). If small (S301: Y), the control circuit 404 changes the phase angle α calculated in S104 to the lower limit phase angle αL (S302), and converts the lower limit phase angle αL to time (S105). When the phase angle α is equal to or larger than the lower limit phase angle αL (S301: N), the control circuit 404 converts the phase angle α into time (S105).

定着フィルム301の温度を目標温度まで上昇させるには時間がかかるため、この時間短縮が望まれている。この時間を短縮するためには、定着器40の熱容量の低減や定着ヒータ305の出力向上が有効である。上記のような下限位相角αLは、目標の温度に達するために必要な最小電力を提供するために、目標に達するまでの時間をこれ以上短縮することができない。   Since it takes time to raise the temperature of the fixing film 301 to the target temperature, this time reduction is desired. In order to shorten this time, it is effective to reduce the heat capacity of the fixing device 40 and improve the output of the fixing heater 305. Since the lower limit phase angle αL as described above provides the minimum power required to reach the target temperature, the time to reach the target cannot be further shortened.

位相角αの下限を決めた後に急激な電源電圧や環境の変動が生じた場合には、決定した下限位相角αLではその変動に対応できなくなってしまう。そのために下限位相角αLに余裕を持たせて(下限位相角αLをさらに所定の量だけ小さくして)もよい。つまり、上限電力に余裕を持たせるために、図9の処理で上限とされた電力に所定量を加算した値を新たな上限電力とする。図11は、そのような下限位相角αLを決める処理のフローチャートである。図9の処理とは、S205の処理がS401の処理に置き換わった点で異なり、他の処理は同じである。   If a sudden power supply voltage or environmental change occurs after determining the lower limit of the phase angle α, the determined lower limit phase angle αL cannot cope with the change. For this purpose, the lower limit phase angle αL may have a margin (the lower limit phase angle αL may be further reduced by a predetermined amount). That is, in order to provide a margin for the upper limit power, a value obtained by adding a predetermined amount to the power set as the upper limit in the processing of FIG. 9 is set as a new upper limit power. FIG. 11 is a flowchart of processing for determining such a lower limit phase angle αL. 9 is different from the process in S205 in that the process in S205 is replaced with the process in S401, and the other processes are the same.

制御回路404は、定着ヒータ305がトナー像の定着に必要な温度に到達したときの位相角αiに余裕を持たせることで、電力に余裕を持たせる。即ち、通電時間の上限値が余裕分(余裕時間)だけ長くなる。そのために制御回路404は、定着ヒータ305の温度が所定の温度に到達したときの位相角αLを、下限位相角(αL−δα)に変更して、これ以降の温度制御を行う(S401)。温度制御では、図10のS301、S302の処理のように、電力に応じて算出した位相角αが下限位相角(αL−δα)より小さければ、位相角αを下限位相角(αL−δα)に変更する。なお、制御回路404は、位相角からδαを一律に減じる他に、電力が一定になるように下限位相角を変更してもよい。   The control circuit 404 gives a margin to the electric power by giving a margin to the phase angle αi when the fixing heater 305 reaches a temperature necessary for fixing the toner image. That is, the upper limit value of the energization time is increased by a margin (margin time). Therefore, the control circuit 404 changes the phase angle αL when the temperature of the fixing heater 305 reaches a predetermined temperature to the lower limit phase angle (αL−δα), and performs subsequent temperature control (S401). In the temperature control, if the phase angle α calculated according to the power is smaller than the lower limit phase angle (αL−δα) as in the processing of S301 and S302 in FIG. 10, the phase angle α is set to the lower limit phase angle (αL−δα). Change to Note that the control circuit 404 may change the lower limit phase angle so that the power becomes constant, in addition to uniformly reducing δα from the phase angle.

下限位相角(上限電力)を決める処理は、定着ヒータ305の温度制御に大きく影響するパラメータが変更されるタイミングで行うと効果的である。このタイミングは、例えば、画像形成装置に電源が投入されて最初に画像形成処理を行う前、通電回路に電源が投入されて定着ヒータ305の温度制御を開始する前、画像形成装置の設置直後等である。   It is effective to determine the lower limit phase angle (upper limit power) at a timing when a parameter that greatly affects the temperature control of the fixing heater 305 is changed. This timing may be, for example, before the image forming apparatus is first turned on to perform image forming processing, before the energization circuit is turned on to start temperature control of the fixing heater 305, immediately after the image forming apparatus is installed, etc. It is.

[第2実施形態]
定着ヒータ305に流れる電流は、上述の通り、電源電圧や定着ヒータ305の抵抗値の変化に応じて変動する。第2実施形態では、最も電流が流れる条件である電源電圧が110[V]、定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]であっても定着ヒータ305に大電流が流れず、定着フィルム301の温度が過度に上がらない程度の一定の位相角α0で通電を行う。通電開始から所定時間経過後の定着フィルム301の温度T0を測定する。
[Second Embodiment]
As described above, the current flowing through the fixing heater 305 varies in accordance with changes in the power supply voltage and the resistance value of the fixing heater 305. In the second embodiment, a large current does not flow through the fixing heater 305 even when the power supply voltage, which is the most current flowing condition, is 110 [V], and the resistance value of the fixing heater 305 is 9.0 [Ω]. Energization is performed at a constant phase angle α0 such that the temperature of 301 does not rise excessively. The temperature T0 of the fixing film 301 after a predetermined time has elapsed from the start of energization is measured.

図12は、定着器40に供給する電力と定着フィルム301の温度との関係を表す図である。定着器40に供給した電力Pに対して、定着フィルム301の温度は指数関数的に右上がりに変化する。このような関係により、測定した定着フィルム301の温度T0を定着器40に供給した電力Pに換算することができる。   FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the power supplied to the fixing device 40 and the temperature of the fixing film 301. With respect to the electric power P supplied to the fixing device 40, the temperature of the fixing film 301 changes exponentially to the right. With such a relationship, the measured temperature T 0 of the fixing film 301 can be converted into the electric power P supplied to the fixing device 40.

位相角αと電力Pとは図5の関係にある。図5では、位相角αに対する理想的な電力Pを表している。電源電圧や定着ヒータ305の抵抗値が変化して交流電源からの供給電力が変化すると、位相角αと電力Pとの関係は異なる曲線になる。図13は、交流電源からの供給電力の変動(電力変動)に対する位相角αと電力Pとの関係を表す。制御回路404は、交流電源からの供給電力の変動が異なる複数の状況における複数の位相角αと電力Pとの特性を示すデータを制御回路内のメモリに記憶しておき、位相角α0と電力P0とに一致する、もしくは最も近い位相角αと電力Pとの特性データを選択する。それがその時点における画像形成装置の位相角αと電力Pとの特性となる。   The phase angle α and the power P are in the relationship shown in FIG. FIG. 5 represents an ideal power P with respect to the phase angle α. When the power supply voltage or the resistance value of the fixing heater 305 changes to change the power supplied from the AC power supply, the relationship between the phase angle α and the power P becomes a different curve. FIG. 13 shows the relationship between the phase angle α and the power P with respect to the fluctuation (power fluctuation) of the power supplied from the AC power supply. The control circuit 404 stores data indicating characteristics of a plurality of phase angles α and power P in a plurality of situations in which fluctuations in power supplied from the AC power supply are different in a memory in the control circuit, and the phase angle α0 and power Characteristic data of the phase angle α and the power P that coincide with or closest to P0 is selected. That is the characteristic of the phase angle α and power P of the image forming apparatus at that time.

例えば位相角α0=110°として電力P0=350[W]が得られる場合、図13によると、矢印で示された曲線が選択される。ここでは位相角αと電力Pとの特性データを複数記憶しておき、その中から一つを選択したが、位相角αと電力Pとの関係は一意に定まるため、そこから位相角αと電力Pとの関係を求めてもよい。   For example, when the power P0 = 350 [W] is obtained with the phase angle α0 = 110 °, the curve indicated by the arrow is selected according to FIG. Here, a plurality of characteristic data of the phase angle α and the power P are stored and one of them is selected, but since the relationship between the phase angle α and the power P is uniquely determined, the phase angle α and A relationship with the power P may be obtained.

なお、定着ヒータ305に供給される電力Pが理想的な電力Pnomiのk(>0)倍であれば、位相角αと電力Pとは、以下の式を満たす関係となる。
P={(kPnomi)・(π−α+(sin2α)/2)}/π
If the electric power P supplied to the fixing heater 305 is k (> 0) times the ideal electric power Pnomi, the phase angle α and the electric power P satisfy the following expression.
P = {(kPnomi) · (π−α + (sin2α) / 2)} / π

「k」は、理想的な電力Pnomiに対する電力Pの増減の比率を表す。位相角αを「α0」、電力Pを「P0」とすると、「k」は、以下の式で表すことができる。
k=P0π/{Pnomi・(π−α0+(sin2α)/2)}
“K” represents the ratio of increase / decrease in the power P to the ideal power Pnomi. If the phase angle α is “α0” and the power P is “P0”, “k” can be expressed by the following equation.
k = P0π / {Pnomi · (π−α0 + (sin2α) / 2)}

以上のように、位相角αと定着器40に供給される電力Pとの特性が表される。第2実施形態では、画像形成装置の状態に応じて定着器40に供給される電力Pを制限する。定着フィルム301を定常状態にするまでの温度制御は、画像形成装置の他の構成要素よりも時間を要する。この時間を短縮するためには、定着器40の熱容量の低減や定着ヒータ305の出力向上が有効である。本実施形態では、定着ヒータ305の出力向上を図る。このような観点から、最大電力Pmaxに対する下限位相角αLを定める。   As described above, the characteristics of the phase angle α and the power P supplied to the fixing device 40 are expressed. In the second embodiment, the power P supplied to the fixing device 40 is limited according to the state of the image forming apparatus. The temperature control until the fixing film 301 is brought into a steady state requires more time than other components of the image forming apparatus. In order to shorten this time, it is effective to reduce the heat capacity of the fixing device 40 and improve the output of the fixing heater 305. In this embodiment, the output of the fixing heater 305 is improved. From such a viewpoint, the lower limit phase angle αL with respect to the maximum power Pmax is determined.

図14は、最大電力Pmaxに対する下限位相角αLを表す図である。定着ヒータ305の温度制御の際には、下限位相角αL〜位相角180°の範囲で制御を行う。これにより、電力Pを最大電力Pmax以下で制限することができる。図14の例では,最大電力Pmaxが900[W]であり、これに対する下限位相角αLが「68°」である。   FIG. 14 is a diagram illustrating the lower limit phase angle αL with respect to the maximum power Pmax. When the temperature of the fixing heater 305 is controlled, the control is performed in the range of the lower limit phase angle αL to the phase angle 180 °. Thereby, the electric power P can be limited below the maximum electric power Pmax. In the example of FIG. 14, the maximum power Pmax is 900 [W], and the lower limit phase angle αL for this is “68 °”.

図15は、このような下限位相角αLを決める処理を表すフローチャートである。   FIG. 15 is a flowchart showing the process for determining the lower limit phase angle αL.

制御回路404は、位相角α0で定着ヒータ305を通電して(S501)、所定の時間待機する(S502)。所定時間経過後、制御回路404は、温度検知素子405の検知結果から定着ヒータ305の温度T0を検知する(S503)。   The control circuit 404 energizes the fixing heater 305 at the phase angle α0 (S501) and waits for a predetermined time (S502). After a predetermined time has elapsed, the control circuit 404 detects the temperature T0 of the fixing heater 305 from the detection result of the temperature detection element 405 (S503).

制御回路404は、図12に示す関係に応じて、検知した温度T0を電力P0に変換する(S504)。制御回路404は、位相角α0と電力P0とに最も近い位相角−電力特性を、例えば図15により選択する(S505)。制御回路404は、選択した位相角−電力特性に応じて、最大電力Pmaxに対応する下限位相角αLを算出する。以降の温度制御では、位相角を「αL〜180°」の範囲で行うことになる。   The control circuit 404 converts the detected temperature T0 into electric power P0 according to the relationship shown in FIG. 12 (S504). The control circuit 404 selects the phase angle-power characteristic closest to the phase angle α0 and the power P0, for example, using FIG. 15 (S505). The control circuit 404 calculates a lower limit phase angle αL corresponding to the maximum power Pmax according to the selected phase angle-power characteristic. In the subsequent temperature control, the phase angle is performed in the range of “αL to 180 °”.

このようにして決定した下限位相角αL(上限電力)は、その時点における電源電圧、定着ヒータ305の抵抗値、その他定着フィルム301を所定の温度にするための最小電力を与える。以降の温度制御は、この最小電力を上限電力として、下限位相角αLを用いて行う。第1実施形態と同様に、定着フィルム301の温度制御時に、位相角下限αLを下回った位相角αは、位相角下限αLに修正される(図10のS301、S302)。   The lower limit phase angle αL (upper limit power) determined in this manner gives the power supply voltage at that time, the resistance value of the fixing heater 305, and other minimum power for setting the fixing film 301 to a predetermined temperature. Subsequent temperature control is performed using the minimum power as the upper limit power and the lower limit phase angle αL. Similar to the first embodiment, during the temperature control of the fixing film 301, the phase angle α below the phase angle lower limit αL is corrected to the phase angle lower limit αL (S301 and S302 in FIG. 10).

第1実施形態同様に、下限位相角(上限電力)を決める処理は、定着ヒータ305の温度制御に大きく影響するパラメータが変更されるタイミングで行うと効果的である。   As in the first embodiment, the process of determining the lower limit phase angle (upper limit power) is effective when performed at a timing at which a parameter that greatly affects the temperature control of the fixing heater 305 is changed.

40…定着器、301…定着フィルム、302…加圧部材、305…定着ヒータ、307…下側ローラ、405…温度検知素子、402…双方向サイリスタ、403…ゲート、406…交流電源、S…用紙   DESCRIPTION OF SYMBOLS 40 ... Fixing device, 301 ... Fixing film, 302 ... Pressure member, 305 ... Fixing heater, 307 ... Lower roller, 405 ... Temperature detection element, 402 ... Bidirectional thyristor, 403 ... Gate, 406 ... AC power supply, S ... Paper

Claims (9)

交流電源からの電力が供給されて発熱し、トナー像が転写された用紙を加熱するヒータと、
前記ヒータの温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段により検知された温度と前記ヒータの目標温度とに基づいて、前記ヒータへの所定期間当たりの通電時間を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、所定の通電時間で前記ヒータへの交流電流の通電を開始してから前記通電時間を徐々に増加させ、前記温度検知手段で検知された温度が前記目標温度になったときの通電時間に基づいて、以降の前記ヒータへの通電時間の上限を決定することを特徴とする定着器。
A heater that heats the paper on which the toner image is transferred by supplying power from an AC power source;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the heater;
Control means for controlling the energization time per predetermined period to the heater based on the temperature detected by the temperature detection means and the target temperature of the heater;
The control means gradually increases the energization time after starting energization of the alternating current to the heater in a predetermined energization time, and the temperature detected by the temperature detection means becomes the target temperature. A fixing device, wherein an upper limit of energization time to the heater is determined based on energization time.
前記制御手段は、前記所定の通電時間で前記ヒータへの通電を開始してから所定時間経過後の前記温度検知手段で検知される温度が前記目標温度に達していない場合、前記通電時間を増加することを特徴とする請求項1記載の定着器。   The control means increases the energization time when the temperature detected by the temperature detection means after the elapse of a predetermined time after starting energization of the heater in the predetermined energization time does not reach the target temperature. The fixing device according to claim 1, wherein: 前記制御手段は、前記温度検知手段で検知される温度が前記目標温度に達するまで、前記所定時間ごとに前記通電時間を増加することを特徴とする請求項2記載の定着器。   The fixing device according to claim 2, wherein the control unit increases the energization time every predetermined time until the temperature detected by the temperature detection unit reaches the target temperature. 前記制御手段は、前記交流電源の交流半波の期間における通電時間を制御することを特徴とする、
請求項1〜3の何れか1項に記載の定着器。
The control means controls the energization time in the AC half-wave period of the AC power supply,
The fixing device according to claim 1.
前記制御手段は、前記交流電源の極性が変化するタイミングから前記交流電流の通電開始までの時間を調整することで、前記通電時間を制御することを特徴とする、
請求項1〜4の何れか1項に記載の定着器。
The control means controls the energization time by adjusting the time from the timing when the polarity of the AC power supply changes to the start of energization of the AC current.
The fixing device according to claim 1.
前記制御手段は、前記温度検知手段で検知された温度が前記目標温度になったときの通電時間を前記上限として決定することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の定着器。   The fixing unit according to claim 1, wherein the control unit determines, as the upper limit, an energization time when the temperature detected by the temperature detection unit reaches the target temperature. vessel. 前記制御手段は、前記温度検知手段で検知された温度が前記目標温度になったときの通電時間に所定の余裕時間を加算した通電時間を前記上限として決定することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の定着器。   The said control means determines the energization time which added predetermined margin time to the energization time when the temperature detected by the said temperature detection means becomes the said target temperature as said upper limit. The fixing device according to any one of 5. 交流電源からの電力が供給されて発熱し、トナー像が転写された用紙を加熱するヒータと、
前記ヒータの温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段により検知された温度と前記ヒータの目標温度とに基づいて、前記ヒータへの所定期間当たりの通電時間を制御する制御手段と、
前記交流電源の電力変動が異なる状況に対応して、前記ヒータへの通電時間と前記ヒータへの供給電力との特性を示す特性データを複数記憶する記憶手段と、
を有し、
前記制御手段は、所定の通電時間で前記ヒータへの交流電流の通電を開始してから所定時間経過した後に前記温度検知手段で検知された温度と、前記記憶手段に記憶された特性データとにより選択される特性データに基づいて、以降の前記ヒータへの通電時間の上限を決定することを特徴とする定着器。
A heater that heats the paper on which the toner image is transferred by supplying power from an AC power source;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the heater;
Control means for controlling the energization time per predetermined period to the heater based on the temperature detected by the temperature detection means and the target temperature of the heater;
Corresponding to the situation where power fluctuations of the AC power supply are different, storage means for storing a plurality of characteristic data indicating characteristics of energization time to the heater and power supplied to the heater;
Have
The control means is based on the temperature detected by the temperature detection means after a predetermined time has elapsed since the start of energization of the alternating current to the heater in a predetermined energization time and the characteristic data stored in the storage means. A fixing device, wherein an upper limit of energization time to the heater is determined based on selected characteristic data.
請求項1〜8のいずれか1項に記載した定着器を備える画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the fixing device according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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