(57)【要約】【課題】定着装置が原因のフリッカの発生を抑制すると共に、ＰＷＭ制御時のスイッチングノイズを低減することで交流電源供給端の端子雑音電圧を抑制する。【解決手段】一対の定着ローラの一方（加熱ローラ）を加熱する加熱装置を備え、当該一対の定着ローラで表面に画像が形成された記録媒体を圧接することにより前記画像を記録媒体に定着させる定着装置であって、前記加熱装置は、前記加熱ローラ内に配置され、複数の負荷系統に分割されたヒータと、外部入力される交流電源電力を直流に変換する整流回路と、該整流回路の出力側に接続され、各負荷系統のヒータ間の接続状態を切り替えるためのスイッチ回路と、前記整流回路の負荷電流平均値がランプ状に増加するように前記スイッチ回路をＰＷＭ制御する制御部とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の定着ローラの一方（加熱ローラ）を加熱する加熱装置を備え、当該一対の定着ローラで表面に画像が形成された記録媒体を圧接することにより前記画像を記録媒体に定着させる定着装置であって、
前記加熱装置は、
前記加熱ローラ内に配置され、複数の負荷系統に分割されたヒータと、
外部入力される交流電源電力を直流に変換する整流回路と、
該整流回路の出力側に接続され、各負荷系統のヒータ間の接続状態を切り替えるためのスイッチ回路と、
前記整流回路の負荷電流平均値がランプ状に増加するように前記スイッチ回路をＰＷＭ制御する制御部と、
を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記整流回路の出力側に直列接続されたインダクタと、並列接続されたコンデンサとからなるフィルタ回路を備えることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の定着装置を備え、該定着装置によって記録媒体上に形成されたトナー像を定着させることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、電子写真式プリンタや複写機等の画像形成装置に内蔵されている定着器が原因で発生するフリッカを抑制するために、定着器に設けられた熱定着用ヒータに交流電源電力を整流して得られる直流を印加してＰＷＭ制御すると共に、定着器の温度制御システムとして、標準LMS（最小平均二乗）アルゴリズムに類似し、利得スケジューリングと最大デューティサイクル制限を備えた適応型制御システムを用いる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１１１６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１の技術では、フリッカの抑制は図れるものの、ＰＷＭ制御時のスイッチングノイズが大きいため、交流電源供給端の端子雑音電圧を低減するためのフィルタが必要となる。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、フリッカの発生を抑制すると共に、ＰＷＭ制御時のスイッチングノイズを低減することで交流電源供給端の端子雑音電圧を抑制することが可能な定着装置及び該定着装置を備え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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、定着装置に係る第１の解決手段として、一対の定着ローラの一方（加熱ローラ）を加熱する加熱装置を備え、当該一対の定着ローラで表面に画像が形成された記録媒体を圧接することにより前記画像を記録媒体に定着させる定着装置であって、前記加熱装置は、前記加熱ローラ内に配置され、複数の負荷系統に分割されたヒータと、外部入力される交流電源電力を直流に変換する整流回路と、該整流回路の出力側に接続され、各負荷系統のヒータ間の接続状態を切り替えるためのスイッチ回路と、前記整流回路の負荷電流平均値がランプ状に増加するように前記スイッチ回路をＰＷＭ制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、定着装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記整流回路の出力側に直列接続されたインダクタと、並列接続されたコンデンサとからなるフィルタ回路を備えることを特徴とする。
【０００７】
一方、本発明では、画像形成装置に係る第１の解決手段として、上記第１または第２の解決手段を有する定着装置を備え、該定着装置によって記録媒体上に形成されたトナー像を定着させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、負荷電流平均値がランプ状に増加するようにＰＷＭ制御を行うことにより、ＰＷＭ制御時における負荷電流の変動を抑制してフリッカの発生を抑制することができると共に、スイッチ回路の開閉電流を小さくすることができるため、スイッチングノイズを低減でき、その結果、交流電源供給端の端子雑音電圧を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態について説明する。なお、以下では、本発明に係る画像形成装置としてプリンタを例示して説明する。図１は本実施形態におけるプリンタＰの斜視図であり、図２はプリンタＰの内部構成概略図である。図１に示すように、プリンタＰは、装置本体１に順次連結可能な給紙ユニット１００を複数備えている。本実施形態におけるプリンタＰは、３つの給紙ユニット１００が積み重なって装着され、その上に装置本体１が載置される構成となっている。なお、給紙ユニット１００は、オプションユニットとして所望の個数に増設可能な構成となっている。
【００１０】
装置本体１は、図２に示すように、画像を形成する画像形成部２と、記録媒体としての用紙を収容する給紙カセット３と、画像形成部２にて形成された画像を用紙に転写する二次転写部４と、転写された画像を用紙上に定着させる定着装置５と、定着が完了し排出された用紙を受ける排紙トレイ６と、給紙カセット３から排紙トレイ６まで用紙を搬送する搬送路７とを有する。さらに、装置本体１には、手前側に開閉自在な手差しトレイ８が設けられており、手差しトレイ８に載置された用紙が搬送路７に合流可能な構成となっている。
【００１１】
画像形成部２は、中間転写体２０と、中間転写体２０をクリーニングするクリーニング部２１と、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の各色にそれぞれ対応した画像形成ユニットＦ（ＦＹ、ＦＭ、ＦＣ、ＦＢ）とを有する。中間転写体２０は、駆動ローラ２２及びテンションローラ２３に張架されて、図２において時計回りに回走する構成となっている。クリーニング部２１は、クリーニングローラやクリーニングブレード等を備え中間転写体２０に残留したトナー等を除去する構成となっている。
【００１２】
画像形成ユニットＦは、感光体ドラム１０と、帯電器１１と、露光装置１２と、現像装置１３と、一次転写ローラ１４とを有し、さらに不図示のクリーニング装置及び除電装置等とを有する。感光体ドラム１０は、円柱に形状設定され、その周面に静電潜像及び当該静電潜像に基づくトナー像が形成されるものである。帯電器１１は、感光体ドラム１０に対して対向配置され、感光体ドラム１０の周面を帯電状態とするものである。露光装置１２は、印刷形式の画像データに基づいて射出されるレーザ光を帯電状態の感光体ドラム１０の周面において走査するものである。現像装置１３は、感光体ドラム１０の周面に対してトナーを供給することによって感光体ドラム１０の周面上に静電潜像に基づく画像（トナー像）を現像するものである。一次転写ローラ１４は、中間転写体２０を挟んで感光体ドラム１０と対向配置され、感光体ドラム１０に現像された画像を中間転写体２０に一次転写するものである。
【００１３】
給紙カセット３は、装置本体１に対して引き出し自在であり、用紙を収容するものである。二次転写部４は、中間転写体２０上に形成された画像を用紙に二次転写するものであって、中間転写体２０を駆動させる駆動ローラ２２と、中間転写体２０を挟んで該駆動ローラ２２と対向配置される二次転写ローラ４１とを備える。定着装置５は、一対の定着ローラの一方（加熱ローラ５１）を誘導加熱する加熱装置を備え、これら一対の定着ローラで用紙を圧接することにより、用紙上に二次転写された画像を用紙に定着させるものである。なお、この定着装置５の詳細な構成については後述する。搬送路７は、給紙カセット３から用紙を搬出するピックアップローラ７１、用紙を搬送する給紙ローラ７２、排紙トレイ６に用紙を排紙する排紙ローラ７３等を備える。
【００１４】
給紙ユニット１００は、上記のように構成される装置本体１に対して取り外し可能に連結されるオプションユニットである。このような給紙ユニット１００は、連結機構１１０により、装置本体１あるいは他の給紙ユニット１００である連結対象と連結可能な構成となっている。給紙ユニット１００は、平面視で略長方形状を有する箱体であり、用紙を収容する給紙カセット１０３と、給紙カセット１０３と装置本体１の搬送路７との間を繋ぐユニット搬送路１０７とを備える。なお、不図示であるが給紙ユニット１００の底面は、底板で閉塞されておらず、その底面は開口されている。
【００１５】
給紙カセット１０３は、用紙を収容すると共に、給紙ユニット１００に対して手前側において、カセット挿入口１０２を介して引き出し自在、且つ、取り外し自在な構成となっている。ユニット搬送路１０７は、給紙カセット１０３から用紙を搬出するピックアップローラ１７１、用紙を搬送する給紙ローラ１７２等を備える。
【００１６】
続いて、図３を参照して本実施形態における定着装置５の詳細な構成について説明する。
図３（ａ）は、定着装置５の全体構成を示す概要図、また図３（ｂ）は当該定着装置５における加熱装置の機能構成を示すブロック図である。図３に示すように、定着装置５は、金属ローラである加熱ローラ５１と加圧ローラ５２、また加熱ローラ５１を発熱させる加熱装置５３から構成されている。なお、加熱ローラ５１内には、後述する加熱装置５３の一構成要素である第１ヒータＨ１及び第２ヒータＨ２が配置されている。
【００１７】
加熱ローラ５１と加圧ローラ５２とは、平行かつ互いの周面が接触するように対向配置されており、表面に画像が形成された用紙を圧接する一対の定着ローラである。このような定着装置５は、図２に示すようにプリンタＰに組み込まれ、これら一対の定着ローラで用紙を圧接することにより、用紙上に二次転写された画像を用紙に定着させるものである。
【００１８】
加熱装置５３は、加熱ローラ５１内に配置され、２つの負荷系統に分割された第１ヒータＨ１及び第２ヒータＨ２と、外部入力される交流電源電力を直流に変換する整流回路Ｄと、該整流回路Ｄの出力側に直列接続されたインダクタＬと並列接続されたコンデンサＣとからなるフィルタ回路Ｆと、整流回路Ｄの出力側であってフィルタ回路Ｆの後段に接続され、各負荷系統のヒータ間の接続状態を切り替えるためのスイッチ回路（第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３）と、加熱ローラ５１の温度を制御する温度制御部ＴＣとから構成されている。
【００１９】
より詳細には、インダクタＬの一端は整流回路Ｄの正極側出力端子と接続され、他端はコンデンサＣの一端、第１スイッチＳ１の一端及び第２ヒータＨ２の一端と接続されている。コンデンサＣの一端はインダクタＬの他端、第１スイッチＳ１の一端及び第２ヒータＨ２の一端と接続され、他端は整流回路Ｄの負極側出力端子、第１ヒータＨ１の一端及び第３スイッチＳ３の一端と接続されている。
【００２０】
第１スイッチＳ１は、温度制御部ＴＣから供給される第１ＰＷＭ信号に応じて２端子間の開閉状態が切り替わるスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＦＥＴ）であり、一端はインダクタＬの他端、コンデンサＣの一端及び第２ヒータＨ２の一端と接続され、他端は第１ヒータＨ１の他端及び第２スイッチＳ２の一端と接続されている。
【００２１】
第２スイッチＳ２は、温度制御部ＴＣから供給される第２ＰＷＭ信号に応じて２端子間の開閉状態が切り替わるスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＦＥＴ）であり、一端は第１スイッチＳ１の他端及び第１ヒータＨ１の他端と接続され、他端は第２ヒータＨ２の他端及び第３スイッチＳ３の他端と接続されている。
【００２２】
第３スイッチＳ３は、温度制御部ＴＣから供給される第３ＰＷＭ信号に応じて２端子間の開閉状態が切り替わるスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＦＥＴ）であり、一端は整流回路Ｄの負極側出力端子、コンデンサＣの他端及び第１ヒータＨ１の一端と接続され、他端は第２スイッチＳ２の他端及び第２ヒータＨ２の他端と接続されている。
【００２３】
第１ヒータＨ１は、整流回路Ｄから直流電力の供給を受けて発熱する１００Ｗ、１００Ωの発熱素子であり、一端は整流回路Ｄの負極側出力端子、コンデンサＣの他端及び第３スイッチＳ３の一端と接続され、他端は第１スイッチＳ１の他端及び第２スイッチＳ２の一端と接続されている。第２ヒータＨ２は、整流回路Ｄから直流電力の供給を受けて発熱する２００Ｗ、５０Ωの発熱素子であり、一端はインダクタＬの他端、コンデンサＣの一端及び第１スイッチＳ１の一端と接続され、他端は第２スイッチＳ２の他端及び第３スイッチＳ３の他端と接続されている。
【００２４】
このように、本実施形態では、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３の開閉状態によって、第１ヒータＨ１と第２ヒータＨ２との間の接続状態を切り替えることが可能な構成となっている。図４は、整流回路Ｄから出力される直流電圧を１００Ｖと仮定した場合における、各スイッチＳ１〜Ｓ３の開閉状態と、負荷抵抗値、負荷電流（整流回路Ｄの出力電流）、負荷消費電力との関係を示したものである。
【００２５】
この図４に示すように、各スイッチＳ１〜Ｓ３の全てがオフ（開状態）の場合、負荷抵抗値は∞（オープン状態）、負荷電流は０Ａ、負荷消費電力は０Ｗとなる。また、第２スイッチＳ２のみがオン（閉状態）の場合、第１ヒータＨ１と第２ヒータＨ２が直列接続されるため、負荷抵抗値は１５０Ω、負荷電流は０．６６Ａ、負荷消費電力は６６Ｗとなる。また、第１スイッチＳ１のみがオンの場合、第１ヒータＨ１のみに直流電力が供給されるため、負荷抵抗値は１００Ω、負荷電流は１Ａ、負荷消費電力は１００Ｗとなる。
【００２６】
また、第３スイッチＳ３のみがオンの場合、第２ヒータＨ２のみに直流電力が供給されるため、負荷抵抗値は５０Ω、負荷電流は２Ａ、負荷消費電力は２００Ｗとなる。さらに、第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３がオンの場合、第１ヒータＨ１と第２ヒータＨ２が並列接続されるため、負荷抵抗値は３３．３Ω、負荷電流は３Ａ、負荷消費電力は３００Ｗとなる。
【００２７】
温度制御部ＴＣは、加熱ローラ５１の温度を検出するために設置されたサーミスタ（図示省略）の出力信号を基に、加熱ローラ５１の温度が予め設定されている目標温度に一致するようにフィードバック制御する機能を有している。具体的には、この温度制御部ＴＣは、サーミスタによる検出温度と目標温度との偏差量がゼロとなるようにＰＩＤ演算によって操作量を算出し、当該算出した操作量に応じたＰＷＭ信号（第１ＰＷＭ信号、第２ＰＷＭ信号、第３ＰＷＭ信号）を生成して、各スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３に供給することにより、第１ヒータＨ１及び第２ヒータＨ２に供給される直流電力をＰＷＭ制御する。さらに、温度制御部ＴＣは、本実施形態における特徴的な動作として、整流回路Ｄの負荷電流平均値がランプ状に増加するように各スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３をＰＷＭ制御する。
【００２８】
以下、上記のように構成された定着装置５、特に加熱装置５３の動作について、図５を参照して詳細に説明する。なお、プリンタＰの全体動作については従来と同様であるため説明を省略する。
【００２９】
図５は、各スイッチＳ１〜Ｓ３の開閉状態と、負荷電流、負荷電流平均値との時間的な対応関係を示すタイミングチャートである。この図５に示すように、加熱ローラ５１の温度制御開始前の期間（図中の全オフ期間）において、温度制御部ＴＣは、各スイッチＳ１〜Ｓ３の全てをオフ状態に維持する。このような全オフ期間では、当然ながら負荷電流は流れず、負荷電流平均値もゼロとなる。
【００３０】
一方、温度制御装置ＴＣは、上位制御装置（図示省略）から加熱ローラ５１の温度制御開始の命令を受けると、図中のＳ２開閉期間に移行し、第２スイッチＳ２のみをＰＷＭ制御する。具体的には、温度制御装置ＴＣは、Ｓ２開閉期間の開始以降、第２ＰＷＭ信号のデューティ比を徐々に小さくしていき、負荷電流（この時の絶対値は０．６６Ａ）が流れる間隔を小さくしていくことで、負荷電流平均値がゼロからランプ状に増加するようにＰＷＭ制御を行う。
【００３１】
Ｓ２開閉期間が終了すると、温度制御装置ＴＣは、Ｓ１開閉期間に移行して第１スイッチＳ１のみをＰＷＭ制御する。具体的には、温度制御装置ＴＣは、Ｓ１開閉期間の開始以降、第１ＰＷＭ信号のデューティ比を徐々に小さくしていき、負荷電流（この時の絶対値は１Ａ）が流れる間隔を小さくしていくことで、負荷電流平均値がＳ２開閉期間終了時の値からランプ状に増加するようにＰＷＭ制御を行う。
【００３２】
Ｓ１開閉期間が終了すると、温度制御装置ＴＣは、Ｓ３開閉期間に移行して第３スイッチＳ３のみをＰＷＭ制御する。具体的には、温度制御装置ＴＣは、Ｓ３開閉期間の開始以降、第３ＰＷＭ信号のデューティ比を徐々に小さくしていき、負荷電流（この時の絶対値は２Ａ）が流れる間隔を小さくしていくことで、負荷電流平均値がＳ１開閉期間終了時の値からランプ状に増加するようにＰＷＭ制御を行う。
【００３３】
Ｓ３開閉期間が終了すると、温度制御装置ＴＣは、Ｓ１開閉期間／Ｓ３オン期間に移行し、第３スイッチＳ３をオン状態に維持すると共に第１スイッチＳ１のみをＰＷＭ制御する。具体的には、Ｓ１開閉期間／Ｓ３オン期間の開始以降、第１ＰＷＭ信号のデューティ比を徐々に小さくしていき、負荷電流（この時の絶対値は３Ａ）が流れる間隔を小さくしていくことで、負荷電流平均値がＳ３開閉期間終了時の値からランプ状に増加するようにＰＷＭ制御を行う。
【００３４】
そして、Ｓ１開閉期間／Ｓ３オン期間が終了すると、温度制御装置ＴＣは、Ｓ１オン期間／Ｓ３オン期間に移行し、第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３の両方をオン状態に維持することにより、並列接続状態の第１ヒータＨ１及び第２ヒータＨ２に一定（３Ａ）の負荷電流（負荷電流平均値）を供給する。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、負荷電流平均値がランプ状に増加するようにＰＷＭ制御を行うことにより、ＰＷＭ制御時における負荷電流の変動を抑制してフリッカの発生を抑制することができると共に、各スイッチＳ１〜Ｓ３の開閉電流を小さくすることができるため、スイッチングノイズを低減でき、その結果、交流電源供給端の端子雑音電圧を抑制することが可能となる。
【００３６】
また、フィルタ回路Ｆを構成するインダクタＬとコンデンサＣの定数を適正に設定することにより、負荷電流をより緩やかに変化させることが可能となる。さらに、交流電源電力を直流に変換して使用しているため、高い周波数のＰＷＭ制御を行うことができるだけでなく、インダクタＬやコンデンサＣも小さい定数の部品を使用することができ、低コスト化を実現できる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、複数の負荷系統に分割されたヒータとして、１００Ｗ／１００Ωの第１ヒータＨ１と、２００Ｗ／５０Ωの第２ヒータＨ２との２つが加熱ローラ５１内に配置された構成を例示して説明したが、負荷の大きさやヒータの数はこれに限定されず、任意に変更可能である。
【００３８】
（２）上記実施形態では、Ｓ３開閉期間の終了後、Ｓ１開閉期間／Ｓ３オン期間に移行し、第３スイッチＳ３をオン状態に維持すると共に第１スイッチＳ１のみをＰＷＭ制御したが、第１スイッチＳ１をオン状態に維持すると共に第３スイッチＳ３のみをＰＷＭ制御するようにしても良い。
【００３９】
（３）上記実施形態では、画像形成装置としてプリンタＰを例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、複写機（コピー機）や、複合機（プリンタやコピー機、ＦＡＸ機等の複数機器の機能を備えるもの）等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るプリンタ（画像形成装置）Ｐの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るプリンタＰの内部構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る定着装置５の構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る定着装置５における各スイッチＳ１〜Ｓ３の開閉状態と、負荷抵抗値、負荷電流（整流回路Ｄの出力電流）、負荷消費電力との関係を示した説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る定着装置５（加熱装置５３）の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
Ｐ…プリンタ（画像形成装置）、５…定着装置、５１…加熱ローラ、５２…加圧ローラ、５３…加熱装置、Ｈ１…第１ヒータ、Ｈ２…第２ヒータ、Ｄ…整流回路と、Ｌ…インダクタ、Ｃ…コンデンサ、Ｆ…フィルタ回路、Ｓ１…第１スイッチ、Ｓ２…第２スイッチ、Ｓ３…第３スイッチ、ＴＣ…温度制御部
【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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