定影控制装置以及图像形成装置的制作方法

本发明涉及以规定占空比对输入电流进行开关来供给至内置于定影装置的加热器的定影控制装置以及图像形成装置。

背景技术：

以往，作为这种图像形成装置，有下述的专利文献1等所记载的装置。在该图像形成装置中，整流电路将来自商用电源的交流电流转换为直流电流。逆变器电路以由来自控制单元的控制信号所指定的占空比对开关元件进行开关(换句话说，接通断开)，从而从在整流电路生成的直流电流生成交流电流并供给至加热器。像这样，向加热器的通电被控制。

专利文献1：日本特开2009-69371号公报

另外，在加热器的通电控制也能够应用包括开关元件、回流元件(二极管)以及电抗器的公知的斩波电路。该斩波电路在以较高的占空比驱动开关元件时(例如，打印时等)，以电流连续模式进行动作。在电流连续模式下，通过回流元件恢复电流增加且端子噪声电平变大，或者开关元件因开关损失而温度上升。因此，在以往的通电控制中，较难向加热器供给大功率，其结果是，存在对定影装置的温度控制的范围产生制约这个问题点。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种能够避免电流连续模式的产生，并且能够在较宽的温度范围内进行定影装置的温度控制的定影控制装置以及图像形成装置。

本发明的一方面是定影控制装置，具备：定影单元，其内置有加热器；斩波单元，其包括电抗器、回流元件以及开关元件；以及控制单元，其以比商用电源的一周期长的执行周期进行第一通电控制，在上述执行周期中，在第一时间区间将表示规定的占空比的控制信号输出至上述开关元件，但在与上述第一时间区间不同的第二时间区间将表示100％的占空比的控制信号输出至上述开关元件，上述开关元件基于上述控制单元的控制信号，在上述第一时间区间以与比上述商用电源的半周期短的周期相当的频率对输入电流进行开关来供给至上述加热器，但在上述第二时间区间，不对上述输入电流进行开关而供给至上述加热器，上述规定的占空比具有向上述加热器的供给电流不为电流连续模式的数值范围内的值。

本发明的其它方面是具备上述定影控制装置的图像形成装置。

根据上述各方面，在第一通电控制中，开关元件基于向加热器的供给电流不为电流连续模式的数值范围内的占空比或100％的占空比来进行开关。由此，通过第一通电控制，能够防止电流连续模式的产生。并且，向加热器的供给电流不为电流连续模式的占空比是相对低的值，但在执行周期中，通过组合所涉及的低占空比和100％的占空比下的开关，来实现较高的占空比。由此，能够在从相对低的温度到高的温度的较宽的温度范围中进行定影装置的温度控制。

附图说明

图1是表示图像形成装置的整体构成的图。

图2是表示定影控制装置的构成的图。

图3是示意性地例示定影控制装置的主要部分的时间波形的图。

图4是在上层例示图2的开关元件接通期间中的加热器电流、在下层例示断开期间中的加热器电流的图。

图5是例示向图2的加热器的输入电流的时间波形的图。

图6是在上层例示低占空比的情况下的加热器电流、在下层例示高占空比的情况下的加热器电流的图。

图7是示意性地例示第一通电控制中的定影控制装置的主要部分的时间波形的图。

图8是示意性地表示第一通电控制以及第二通电控制的切换时的定影控制装置的主要部分的时间波形的图。

图9是表示图2的控制单元的切换控制的第一例的顺序的流程图。

图10是表示图2的控制单元的切换控制的第二例(第一变形例)的顺序的流程图。

图11是表示图2的控制单元的切换控制的第三例(第二变形例)的顺序的流程图。

附图标记说明：1…图像形成装置；5…定影单元；6…控制单元；7…电源单元；8…定影控制装置；52…加热器；54…第一温度检测单元；81…整流电路；82…噪声滤波器；82…滤波器；83…斩波电路；84…电流检测单元；85…电压检测单元；86…第二温度检测单元；D…回流元件；L2…线圈(电抗器)；831…开关元件；832…驱动电路。

具体实施方式

《第一栏：图像形成装置的整体构成及打印动作》

在图1、图2中，图像形成装置1例如是复印机、打印机或传真机，或者具备这些功能的复合机，在片状的打印介质M(例如用纸)上打印图像。因此，图像形成装置1大致具备供纸部2、对位辊对3、图像形成单元4、定影单元5、控制单元6以及电源单元7。此处，至少定影单元5、控制单元6以及电源单元7构成定影控制装置8。以下，对图像形成装置1的打印动作时的各构成的动作进行说明。

在供纸部2积载未使用的打印介质M。供纸部2将打印介质M逐张沿图1中虚线所示的输送路径FP送出。对位辊对3被设置在输送路径FP上且供纸部2的下游侧。对位辊对3在使从供纸部2送出的打印介质M暂时停止后，在规定的定时向二次转印区域送出。

图像形成单元4例如通过公知的电子照相方式以及串联方式在中间转印带上生成调色剂图像。所涉及的调色剂图像由中间转印带担载，朝向二次转印区域输送。

在二次转印区域，从对位辊对3送入打印介质M，另外，从图像形成单元4输送来调色剂图像。在二次转印区域中，调色剂图像被从中间转印带转印至打印介质M。

在定影单元5中，加热辊51以及加压辊53抵接来形成辊隙。另外，加热辊51在筒状的芯轴内内置加热器52。加热器52例如是卤素加热器，通过从电源单元7供给的电流而点亮。加压辊53在控制单元6的控制下旋转。加热辊51从动于加压辊53的旋转而旋转。若打印介质M被送入辊隙，则打印介质M被两辊51、53加压，另外，被加热辊51加热。其结果是，在打印介质M上调色剂定影。之后，打印介质M被朝向排纸托盘送出。

定影单元5例如还包括作为热敏电阻的第一温度检测单元54。第一温度检测单元54检测加热辊51的温度(即，定影温度)，并将检测结果输出至控制单元6。

在控制单元6中，CPU将RAM用作工作区域，并且执行储存在ROM中的程序。控制单元6进行各种控制，但在本实施方式中重要的是加热器52的通电控制。具体而言，控制单元6以第一温度检测单元54的检测结果成为目标温度的方式，通过PWM(Pulse Width Modulaton：脉冲宽度调制)控制、PFM(Pulse Frequency Modulation：脉冲频率调制)控制来设定后述的开关元件831的占空比。占空比通过公知的PID控制、PI控制等来决定。在本实施方式中，加热器52的通电控制准备有第一通电控制和第二通电控制，控制单元6还基于规定的条件来适当地切换第一通电控制以及第二通电控制。

如图2所示，电源单元7至少包括整流电路81、噪声滤波器82以及斩波电路83。包括电流检测单元84、电压检测单元85以及第二温度检测单元86。

整流电路81与商用电源连接。商用电源频率例如在日本为50Hz或60Hz。

噪声滤波器82例如是π型滤波器，并与整流电路81的输出侧级联连接。具体而言，噪声滤波器82包括线圈L1和电容器C1、C2。线圈L1与加热器52串联连接，电容器C1、C2与该加热器52并联连接。

斩波电路83例如是降压斩波电路，与滤波器82的输出侧级联连接。在该情况下，斩波电路83包括线圈(电抗器)L2、回流元件D、开关元件831以及驱动电路832。

线圈L2串联连接在线圈L1与加热器52之间。

回流元件D例如是二极管，在比线圈L2靠滤波器82侧与加热器52并联连接。更具体而言，以回流元件D的阴极电连接于L1以及L2之间、其阳极电连接于加热器52与开关元件831的集电极之间的方式配置回流元件D。

另外，开关元件831例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、MOS-FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:金属-氧化物半导体场效应晶体管)，在比回流元件D靠滤波器82侧与加热器52串联连接。更具体而言，以开关元件831的集电极电连接于加热器52、其发射极电连接于整流电路81的输出侧的方式配置开关元件831。驱动电路832与开关元件831的栅极连接，并在控制单元6的控制下设定开关元件831的占空比以及驱动频率。加热器52被连接在以上那样的斩波电路83的输出端子间。

电流检测单元84对在电抗器L2中流动的电流(以下，称为电抗器电流)进行检测，并定期地(具体而言，按每一比后述的第一时间区间D1短得多的时间)将表示该电流值的信号发送至控制单元6。

电压检测单元85对出现于整流电路81的输出端子间的电压(以下，称为端子间电压)进行检测，并定期地(具体而言，按每一比第一时间区间D1短得多的时间)将表示该电压值的信号发送至控制单元6。

第二温度检测单元86对开关元件831的温度(以下，称为元件温度)进行检测，并定期地(具体而言，按每一比第一时间区间D1短得多的时间)将表示检测出的温度的信号发送至控制单元6。

《第三栏：第二通电控制(一般的向加热器的通电控制))

在本栏中，使用图1～图6，对一般的向加热器52的通电控制进行说明。

首先，通过商用电源对整流电路81供给交流电流(参照从图3上面起第二层)。此外，在图3最上层示出商用电源电压。整流电路81对输入电流进行全波整流来生成直流电流。滤波器82从整流电路81的输出电流中除去噪声，并防止在开关元件831中流动的脉冲状电流的高频成分向商用电源侧泄漏。

从控制单元6向驱动电路832输入至少表示使加热器52通电的时间区间(换句话说，脉冲周期和占空比)的控制信号(参照从图3上面起第三层)。驱动电路832基于输入控制信号来生成用于使开关元件831接通/断开的驱动信号(参照图3最下层)，并供给至开关元件831的栅极。此处，开关元件831的开关频率以比商用电源的频率高得多且超过可听域上限的频率(约超20kHz)被驱动。

若开关元件831接通，则如图4上层的箭头A所示那样，在整流电路81中生成的直流电流经由开关元件831在线圈L2以及加热器52中流动。在该期间，线圈L2将在自身中流动的直流电流的一部分作为磁能来蓄积。

另一方面，若开关元件831断开，则如图4下层的箭头B所示那样，在开关元件831接通期间蓄积于线圈L2的磁能作为电流被放出并开始在加热器52中流动。该电流经由作为再生二极管的回流元件D返回到线圈L2。

通过以上那样的电源单元7的动作，向加热器52的输入电流的波形如图5所示那样接近正弦波。由此，电源单元7的功率因数提高，并且从输入电流减少高次谐波电流。

另外，通过占空比的增减来控制向加热器52的输入电流，所以能够精度良好地控制加热器52的消耗功率。因此，也能够抑制定影单元5中的温度波动，其结果是，能够使彩色打印时的显色稳定。

另外，如图6上层所示，在线圈L2以及加热器52中流动在时间轴上将来自整流电路81的输入电流(用实线表示)和开关元件831断开时经由回流元件D的回流电流(用点划线表示)合成后的电流。如图6上层的电流波形WF2所示，在低占空比的情况下(即，脉冲宽度相对于规定脉冲周期的比较低的情况下)，在将开关元件831断开后直至电流降低为止确保充分的时间。在本实施方式中，低占空比例示性地在商用电源频率为50/60Hz的情况下，为80％以下。该情况下，如图6上层的圆内所示，在脉冲周期的切换时能够使电流值为零。换言之，在线圈L2中流动的电流为电流不连续模式。因此，能够抑制在回流元件D中流动的恢复电流(换言之，恢复噪声)。在本实施方式中，将以低占空比的控制信号驱动开关元件831来进行加热器52的通电控制的情况称为第二通电控制。

此外，在第二通电控制中，开关元件831基于控制信号周期性地反复接通/断开，但若这样的开关频率进入约20kHz以下的可听域，则线圈L2振动，其结果是产生从图像形成装置1产生噪声这样的其它问题。因此，优选开关频率超过可听域的上限值。

《第四栏：技术课题的详细》

在图6下层，示出在第二通电控制中，在占空比(即，脉冲宽度相对于上述规定脉冲周期的比)较高的情况下在加热器52中流动的电流的波形WF1。在本实施方式中，高占空比例示性地在商用电源频率为50/60Hz的情况下，超过80％且小于100％。此外，以下，将成为占空比的高低的边界值的80％称为规定的占空比。在高占空比的情况下，在加热器52中流动的电流为电流连续模式。此处，电流连续模式意味着在加热器52等中流动的电流实际上不为零的模式。在电流连续模式的情况下，如电流波形WF1所示，在某个脉冲周期的电流落到0安培之前，从整流电路81供给下一个脉冲周期的电流。换言之，在回流电流在加热器52中流动的状态下开关元件831被切换为接通。因此，如图6下层的圆内所示，在周期的切换时，电流值不为零，在回流元件D中流动恢复电流，存在恢复噪声增大的趋势。另外，若在回流元件D中流动有电流的状态下使开关元件831接通，则产生开关损失，开关元件831的温度上升。如以上那样，若以高占空比驱动开关元件831(即，若向加热器52供给大功率)，则产生几个课题。因此，仅在第二通电控制下，导致能够设定的定影温度的范围的狭小化。考虑以上那样的背景，在本实施方式中，除了第二通电控制之外，还能够执行开关元件831的第一通电控制，适当地切换两通电控制。

《第五栏：第一通电控制的概略》

接下来，主要参照图7，对第一通电控制进行详说。以下，对向加热器52供给额定功率的90％的大功率的情况进行说明。此时，若进行第二通电控制，则开关元件831被以高占空比(80～99％)驱动，其结果是在加热器52中流动电流连续模式的电流。

如上述那样，在第二通电控制中变成电流连续模式的情况下，控制单元6周期性地进行第一通电控制。第一通电控制的执行周期T1是商用电源周期的二倍的倍数，是商用电源周期的二倍以上。而且，在各执行周期T1中，在时间轴上，第一时间区间D1和第二时间区间D2至少各出现一次。时间区间D1、D2分别为与商用电源一周期量相当的时间。此处，图7例示执行周期T1为商用电源周期的二倍(即，下限值)的情况。此外，执行周期T1的上限值是作为加热器52的被加热体的加热辊51的热时间常数的二倍。此处，热时间常数是在从某温度变化为其它温度时，到指示其50％的温度为止的时间。

控制单元6在第一时间区间D1，生成具有成为电流不连续模式的低占空比(即，80％的占空比)的控制信号并输出。其结果是在加热器52中流动的电流具有与其额定功率的80％相当的电流值。与此相对，在第二时间区间D2，生成具有100％的占空比的控制信号并输出。其结果是在加热器52中流动的电流为正弦波状，具有与其额定功率的100％相当的电流值。此外，开关元件831不对输入电流进行开/关，所以在加热器52中流动的电流原理上不为电流连续模式。

在执行周期T1中，若取占空比的时间平均则为90％。即，在该执行周期T1中，在加热器52中流动的电流具有与其额定功率的90％相当的电流值。像这样，根据第一通电控制，能够向加热器52供给大功率，所以能够避免在加热器52中流动的电流变为电流连续模式，并且能够提高定影温度。

《第六栏：第一通电控制以及第二通电控制的切换》

在本实施方式中，控制单元6适当地切换第一通电控制以及第二通电控制。更详细而言，在预先决定的变量超过在加热器52中流动的电流为电流连续模式的基准值的情况下，执行第一通电控制，在不是那样的情况下，执行第二通电控制。为了定影温度的控制，图8例示从对加热器52供给额定功率的90％的功率的第一时间段Z1向供给其70％的功率的第二时间段Z2迁移的样子。

如在第四栏所说明那样，若为了供给额定功率的90％的功率，而开关元件831以高占空比进行开关，则产生各种问题，所以在第一时间段Z1中，控制单元6进行第一通电控制。更具体而言，在第一通电控制中，控制单元6在第一时间区间D1将表示80％的占空比的控制信号输出至开关元件831，在第二时间区间D2将表示100％的占空比的控制信号输出至开关元件831。

与此相对，如果将额定功率的70％的功率供给至加热器52，则不会产生本件视为问题的电流连续模式，所以控制单元6在第二时间段Z2进行第二通电控制。此时，控制单元6在全部时间段将表示70％的占空比的控制信号输出至开关元件831。

为了实现以上那样的切换控制，控制单元6根据预先决定的变量是否超过规定的基准值来判断向加热器52的供给电流是否为电流连续模式。如果超过，则控制单元6进行第一通电控制，如果未超过，则进行第二通电控制。

以下，首先，主要参照图9，对切换控制的第一例进行说明。

控制单元6在打印动作启动后至打印动作结束为止的期间获取定影温度(图9；S01)，判断定影温度是否小于目标温度(S02)。如果为否，则再次进行S01。与此相对，如果为是，则控制单元6如上述那样为了使定影温度成为目标温度，通过PID控制等来决定PWM等占空比，并将表示决定出的占空比的控制信号输出至驱动电路832，由此，开关元件831以决定出的占空比进行开关(S03)。其结果是向加热器52供给以决定出的占空比进行开关后的电流。

另外，电流检测单元84定期地将电抗器电流值发送至控制单元6。控制单元6在S03后，获取作为上述变量的一个例子的电抗器电流值(S04)，并判断获取到的电抗器电流值是否是0安培以下(S05)。如果为是，则加热器电流不是电流连续模式，所以控制单元6返回到S01。在该情况下，控制单元6在S03中结果进行第二通电控制(S08)。

与此相对，如果在S05中为否，则视为加热器电流为电流连续模式(S06)，控制单元6进行第一通电控制(S07)，之后，返回到S01。

在第一通电控制中，参照预先保持在内部的表格T1。表格T1按照每一在S03中所设定的占空比且超过规定的占空比的占空比，至少记述单位执行周期T1所包含的时间区间D1、D2的总数、各自数量、时间区间D1下的占空比。此外，由于时间区间D2下的占空比是100％，所以关于此，无需在表格T1中特别记述。

表1

控制单元6在S06中，首先获取与S03中所设定的占空比对应的时间区间D1、D2的总数、时间区间D1的数量、时间区间D1下的占空比、时间区间D2的数量的组合。接下来，控制单元6在时间区间D1将表示对应的占空比的控制信号输出至驱动电路832，在时间区间D2将表示100％的占空比的控制信号输出至驱动电路832。

更具体而言，如果在S03中的设定占空比为81％，则获取时间区间D1、D2的总数为“2”、时间区间D1的数量为“1”、时间区间D1下的占空比为“62％”、时间区间D2的数量为“1”。控制单元6从电压检测单元85定期地获取端子间电压，找出0伏特的端子间电压。从最初的0伏特检测到第二次为止的期间被判断为时间区间D1，在该时间区间D1的期间，将占空比为62％的控制信号输出至驱动电路831。另外，从第二次的0伏特检测到第四次为止的期间被判断为时间区间D2，在该时间区间D2的期间，将占空比为100％的控制信号输出至驱动电路831。由此，第一通电控制的单位执行周期T1量的处理结束。

《第七栏：本定影控制装置的作用及效果》

如以上，根据本定影控制装置8，在通过S03中的设定占空比而加热器电流为电流连续模式的情况下，执行S07的第一通电控制。在第一通电控制中，开关元件831以加热器电流不为电流连续模式的规定的占空比或100％的占空比进行开关。由此，通过第一通电控制，能够抑制电流连续模式的产生。并且，加热器电流不为电流连续模式的占空比为相对低的值，但在第一通电控制的执行周期T1中，通过组合所涉及的低占空比和100％的占空比下的开关，来实现较高的占空比。由此，能够在从相对低的温度到高的温度的较宽的温度范围中进行定影单元5的温度控制。

另外，在第一通电控制中，以与S03中的设定占空比不同的占空比进行开关，所以定影温度容易背离目标温度。因此，在本定影控制装置8中，不仅执行第一通电控制，也执行第二通电控制。而且，在基于电抗器电流(变量的一个例子)而判断为未产生电流连续模式的情况下，执行第二通电控制，由此，定影温度良好地追随于目标温度。

《第八栏：第一变形例》

在上述实施方式中，加热器电流是否产生电流连续模式是基于电抗器电流来判断出的。然而，如果规定定影控制装置8的规格，则能够预先通过实验等导出在哪个占空比的情况下加热器电流不产生电流连续模式。因此，在第一变形例中，控制单元6预先存储加热器电流产生电流连续模式的占空比的基准值(即，规定的占空比)，并且如图10所示那样，获取规定的占空比(S11)，判断在S03中的设定占空比(变量的一个例子)是否是该基准值以下(S12)，在否的情况下，视为产生电流连续模式，进行第一通电控制(S06、S07)。在S12中判断为是的情况下，控制单元6进行第二通电控制(S08)。

另外，加热器52的额定电压基于图像形成装置1的销售地的商用电源电压(即，各国的商用电源电压)来规定。例如如果是日本用则额定电压是100伏特，如果是北美用则额定电压是120伏特。关于额定功率，不管是日本还是北美都相同。在像这样额定电压近似的情况下，第二通电控制的内容无需按照每个国进行变更。然而，在商用电源电压比日本等小的国家中，为了获得与日本等相同的向加热器52的供给功率，第二通电控制中的占空比需要比日本等高。因此，在第一变形例中，优选存储在控制单元6中的数值范围根据商用电源电压而适宜地设定为适当的值。

《第九栏：第二变形例》

在上述实施方式中，加热器电流是否产生电流连续模式是基于电抗器电流来判断出的。然而，如前述，若产生电流连续模式，则元件温度上升。如果规定定影控制装置8的规格，则能够预先通过实验等导出哪种元件的情况下加热器电流产生电流连续模式。因此，在第二变形例中，可以：控制单元6预先存储加热器电流成为电流连续模式的元件温度的基准值，并且如图11所示那样，在S03中设定占空比后，控制单元6从第二温度检测单元86获取元件温度作为变量的其它例子(S21)，判断获取到的元件温度是否是基准值以下(S22)，在否的情况下执行S06、S07，在是的情况下执行S08。

《第十栏：附记》

在上述实施方式等的说明中，对在打印动作时进行第二通电控制进行了说明。然而，并不局限于此，也可以在图像形成装置1的预热时进行第二通电控制。

本发明所涉及的定影控制装置以及图像形成装置适合复印机、打印机、传真机以及具备这些功能的复合机。