(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出温度に基づいて供給電力量を求め、求めた供給電力量を供給することにより前記加熱手段の温度を制御する温度制御手段とを備えた定着装置の温度制御方法において、
前記温度制御手段における温度制御周期は第１周期とそれより周期の長い第２周期とから構成されており、前記第２周期内は前記加熱手段への電力供給が許可される第１期間と前記加熱手段への電力供給が許可されない第２期間とを合わせて前記供給電力量になるように前記第１期間と前記第２期間が設定され、前記第１期間内では前記第１周期で前記加熱手段へ電力供給され、かつ、前記第１周期において前記加熱手段へ電力供給される電力供給パターンは、前記加熱手段へ供給される交流波の半サイクルを１単位として、少なくとも１単位の通電と、少なくとも１単位の非通電とからなり、かつ、前記第２周期で前記温度検出手段による温度のサプリング検出が行われそれに基づいて前記供給電力量が決められ、前記第１周期は商用ＡＣ電源の周波数によって決められ、
前記加熱手段に供給する電力Ｐを、目標温度をＴ* 、ゲインをＧ、オフセット電力をＰC として、
Ｐ＝Ｇ・（Ｔ* −ＴC ）＋ＰC       （１）
に従って供給電力量を決定することを特徴とする定着装置の温度制御方法。ここでＴC は検出温度の補正値であり、
ＴC ＝ＴS ＋ｋ・τ・ΔＴS ／Δｔ  （２）
で求められる。ＴS は前記温度検出手段の検出温度、ｋは補正率、τは前記温度検出手段の時定数、Δｔは検出温度ＴS の所定のサンプリング時間、ΔＴS はΔｔ間で生じるＴS の変化量、ΔＴS ／Δｔは前記温度検出手段の検出温度の変化率である。
【請求項２】
前記電力供給パターンは、１単位の通電と３ないし８単位の非通電とからなることを特徴とする請求項１記載の定着装置の温度制御方法。
【請求項３】
前記電力供給パターンは、１単位の通電と４ないし６単位の非通電とからなることを特徴とする請求項１記載の定着装置の温度制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項記載の定着装置の温度制御方法を用いることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項４記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ及びその他の装置に用いられる電子写真方式の画像形成装置に係わり、特に熱を用いた定着装置とその温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、最も一般的な電子写真画像を記録材上へ定着する方法として、電力を供給する事によりヒーターが発熱し、この熱を利用して定着を行う熱定着装置が幅広く用いられる。この熱定着装置においては、ヒーターに電力を供給し所要の温度に達するまで昇温させて定着可能状態を得、前記定着可能状態を保持しつつ定着装置へ記録材を搬送・通過させるという構成が主である。そのために、ヒーターを加熱する場合の制御としてはヒーターへの供給電力を制御することが行われる。ヒーターへの供給電力の制御方法としては、例えば、サーミスタ等の温度検出手段によりヒーターの温度を検出し、あらかじめ設定された設定温度との差に応じて、
１）交流波の半サイクル中の導通角を変化させて給電を制御する位相制御方法、
２）検出温度が所定の目標温度よりも低ければヒーターへの通電をＯＮし、高ければＯＦＦするといういわゆるＯＮ／ＯＦＦ制御方法、
３）ヒーターへの通電を交流のゼロクロスに同期してパルス幅を変化させ、交流出力を制御するパルス幅制御方法、などがある。
【０００３】
これらのうち最も一般的に用いられているＯＮ／ＯＦＦ制御方法の場合、ＯＮしたあとのオーバーシュートとＯＦＦしたあとのアンダーシュートによる温度リップルが発生し、安定して良好な定着状態が得難いという欠点があった。そして、これを低減するために比較的大きな熱容量を有するヒーターを用いると、良好な定着状態が得られる温度にヒーターが昇温するいわゆるウォームアップ時間が長くなってしまう。これを防止するために、画像形成装置の休止時にもヒーターを高温に保つ必要があるなど、省電力化の妨げとなるなどの欠点を有していた。
【０００４】
ウォームアップ時間の短縮は定着装置においては大変に重要である。そして、素早く良好な定着状態を得られるような装置構成にするためには、熱容量の小さいヒーターを有する定着装置や電力量の大きいヒーターを有する定着装置を使用することが必須である。しかし、温度リップルが発生し易くなるなど、ウォームアップ時間の短縮のためには温度リップル低減が問題であった。
【０００５】
更に、ウォームアップ時間の短縮のために小熱容量、大電力量のヒーターを有する定着装置を用いたＯＮ／ＯＦＦ制御やパルス幅制御では上述した以外に次のような欠点があった。すなわち、ヒーターＯＮからＯＦＦになる時、あるいはその逆のＯＦＦからＯＮになる時には、定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一の電源ライン上に接続された他の電気機器、特に照明機器等に電源電圧の変動によるチラツキが生じるというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
温度リップルを小さくし、きめの細かい適切な制御を行うために特公平２−４９０９号には、ある特定のパルスの出力パターンを複数個記憶しておき、検出温度と目標温度の差によってパターンの一つを選択出力することで温度制御する方法が記載されている。ところがパターン選択による出力の場合、これを記憶しておくための大きなメモリが必要になり、アルゴリズムが複雑になる。また、ウォームアップ時間の短縮のために小熱容量、大電力量を用いた定着装置を用いることになると更にきめ細かい制御が必要であり、少ない特定の選択パターンでは対応しきれないという問題があった。更に、本従来例によると１５ｍｓｅｃ毎に温度検出をして出力パターンを選定しなくてはならずＣＰＵの負担が大きくなり、甚だしくは専用のＣＰＵが必要であった。一方では、ＣＰＵの負担を小さくしようとすると検出時間を長くしなければならず、温度リップルが増えるという問題があった。これらの問題に対処するために更に多くの選択パターンが必要になり、従って、大容量のメモリが必要となってしまう。また、温度検出手段においては検出遅れが必ず発生するが、これに対して温度検出サイクルを短くしても効果はなく、温度変動率等から遅れ量を補正するＰＩＤ制御を用いる必要がある。しかし本従来例は、目標温度と検出温度の差でのみ通電パターンを決定することから、ＰＩＤ等の高度な制御と組み合わせることができないという欠点がある。
【０００７】
また、選択した出力パターンによっては、定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一電源ライン上の他の電気機器、特に蛍光灯、白熱灯などの照明機器やディスプレイ等のチラツキが気になるという欠点があった。更に小熱容量、大電力の加熱手段を有する定着装置と組み合わせた場合、チラツキは大きくなる一方であり一層好ましくない。
【０００８】
これに対し、定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一の電源ライン上の他の電気機器のチラツキを防止する対策として、特公昭６３−４８３４９号が挙げられる。本従来例においては、複写機の露光ランプが点灯している時には位相制御手段を作動させている例があるが、位相制御ではノイズが発生するという欠点を有しており好ましくない。
【０００９】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものである。
【００１０】
本発明の第１の目的は、熱容量が比較的小さいか、または電力量が比較的大きな加熱手段を有する定着装置またはこれを備えた画像形成装置において、大容量のメモリを必要としないにもかかわらず、画像形成装置のＣＰＵ（中央制御ユニット）に対しての加熱手段の温度制御の負担が少なく、ＰＩＤ等高度な温度制御手段を用いたきめ細かな温度制御が可能な定着装置の温度制御方法を実現することである。
【００１１】
本発明の第２の目的は、定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一の電源ライン上の他の電気機器、特に照明機器（蛍光灯、白熱灯等）やディスプレイ等に人の目に不快なチラツキを発生させない定着装置の温度制御方法を実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の定着装置の温度制御方法は、記録材を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出温度に基づいて供給電力量を求め、求めた供給電力量を供給することにより前記加熱手段の温度を制御する温度制御手段とを備えた定着装置の温度制御方法において、
前記温度制御手段における温度制御周期は第１周期とそれより周期の長い第２周期とから構成されており、前記第２周期内は前記加熱手段への電力供給が許可される第１期間と前記加熱手段への電力供給が許可されない第２期間とを合わせて前記供給電力量になるように前記第１期間と前記第２期間が設定され、前記第１期間内では前記第１周期で前記加熱手段へ電力供給され、かつ、前記第１周期において前記加熱手段へ電力供給される電力供給パターンは、前記加熱手段へ供給される交流波の半サイクルを１単位として、少なくとも１単位の通電と、少なくとも１単位の非通電とからなり、かつ、前記第２周期で前記温度検出手段による温度のサプリング検出が行われそれに基づいて前記供給電力量が決められ、前記第１周期は商用ＡＣ電源の周波数によって決められ、
前記加熱手段に供給する電力Ｐを、目標温度をＴ* 、ゲインをＧ、オフセット電力をＰC として、
Ｐ＝Ｇ・（Ｔ* −ＴC ）＋ＰC       （１）
に従って供給電力量を決定することを特徴とする方法である。ここでＴC は検出温度の補正値であり、
ＴC ＝ＴS ＋ｋ・τ・ΔＴS ／Δｔ  （２）
で求められる。ＴS は前記温度検出手段の検出温度、ｋは補正率、τは前記温度検出手段の時定数、Δｔは検出温度ＴS の所定のサンプリング時間、ΔＴS はΔｔ間で生じるＴS の変化量、ΔＴS ／Δｔは前記温度検出手段の検出温度の変化率である。
【００１５】
これらの場合、電力供給パターンとしては、１単位の通電と３ないし８単位の非通電とからなることが好ましい。
【００１６】
また、１単位の通電と４ないし６単位の非通電とからなることがより好ましい。
【００１８】
本発明は、このような定着装置の温度制御方法を用いる定着装置、及び、その定着装置を備えた画像形成装置を含むものである。
【００１９】
【作用】
本発明による温度制御方法は、加熱手段に対する供給電力量を決定するための電力量決定周期を設定し、その周期内で適切に加熱手段に電力を供給する方法である。この温度制御方法は、
１）極端には短くない電力量決定周期（第２周期）を設定してＣＰＵの負担を軽減し、
２）電力量決定周期毎に加熱手段への供給電力量を逐次計算することにより所要メモリ量を削減し、
３）電力量決定周期を電力供給可能な期間（第１期間）とそうでない期間（第２期間）とにわけることができ、かつ、電力量決定周期よりも短い周期（第１周期）を電力供給の基本単位とすることにより、きめ細かな温度制御が可能となり、
４）温度検出手段の検出遅れを補償することにより、高精度で安定した温度制御を行うことができるものである。
【００２１】
さらに上記に加えて、
５）第１周期内での電力供給パターンを工夫することにより、本発明の定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一電源ライン上に接続された電気機器の電圧変動を抑制するものである。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の定着装置の温度制御方法を、画像形成装置の一種であるプリンタ装置に適用した一実施例を図面に従って説明する。まず、定着装置およびその制御装置全体の概要について説明する。
【００２４】
図１は本発明の定着装置の構成を示す断面図である。回転可能に支持された加熱ローラー１の内部にハロゲンランプヒーター３が設けられ所定の電力が印加されることによって加熱ローラー１が熱せられる。加熱ローラー１の表面にはサーミスタを内蔵する温度センサ４が押圧されており、温度センサ４の検出温度によりハロゲンランプヒーター３への通電電力が制御される。回転可能に支持された加圧ローラー２は、金属製の軸６の周囲にシリコンゴム等の弾性層が設けられており、図示しない軸両端部に荷重印加されることによって加熱ローラー１に圧接されてニップ部を形成している。このニップ部を未定着トナー像が形成された記録材５が通過することによって定着が行われる。
【００２５】
本発明の定着装置またはこれを備えた画像形成装置に適用することができる記録材としてはシート状のものであれば特に制限はなく、紙、ハガキ、封筒、フィルム、薄板等が好ましく用いられる。
【００２６】
図２は本発明の一実施例の加熱ローラー１の温度変動を示す図である。縦軸に加熱ローラー１の温度Ｔ、横軸に経過時間ｔをとる。加熱ローラー１の経過時間による温度変動をＴs にて示す。まず、プリンタ装置外から送出された画像情報の入力と共に加熱ローラー１に対して加熱を開始する。そして、加熱ローラー１の温度Ｔs が目標温度Ｔ* に到達した直後にハロゲンランプヒーター３への電力を遮断する。しかし、加熱ローラー１の温度はオーバーシュート状態にあり、しばらく温度上昇する。その後、加熱ローラー１の温度Ｔs は、目標温度Ｔ* 近辺まで下がり、所定の温度検出のサンプリング時間ごとに電力が印加され始め、加熱ローラー１の温度を安定化させ、所定の温度範囲内に安定した後、記録材５の通紙を開始する。
【００２７】
図３は加熱ローラー１の温度を制御するための制御装置の構成を示すブロック図である。温度センサ４から出力されたアナログ電圧信号は、アンプ９を経てＡ／Ｄコンバータ１０に入力される。Ａ／Ｄコンバータ１０により２５６レベルのディジタル信号に変換された信号は、Ｉ／Ｏ１１に入力される。そして、所定のサンプリング時間、即ち本発明の第２周期ごとに、温度制御プログラムを実行するＣＰＵ１３に入力される。この第２周期については後ほど詳しく説明する。温度制御プログラムはＲＯＭ１２に内蔵されており必要に応じてＣＰＵ１３に呼び出され実行される。ＣＰＵ１３は、温度制御プログラムを実行することにより検出された温度から以下の数式（１）に従ってハロゲンランプヒーター３に供給する電力量を決定する。そして、後述する方法に従ってハロゲンランプヒーター３に対して間欠的に通電を行う。
【００２８】
ＣＰＵ１３で発生された制御信号はハロゲンランプヒーター３を点滅させるスイッチであるＳＳＲ７へ送られる。ＳＳＲ７へは、ゼロスイッチング回路８からも交流ゼロクロスに同期した信号が送られる。ＳＳＲ７は、ゼロスイッチング回路８からの信号を受けたときにＣＰＵ１３からの制御信号があればオンし、制御信号がなければオフする。このようにして、ＣＰＵ１３からの制御信号により交流波の半サイクルを１単位としてＳＳＲ７はオンオフされ、それに従いヒーター通電がなされる。交流波の半サイクル単位でオンオフするためには、ゼロスイッチング回路８からの信号でＣＰＵ１３に割り込みをかけ、この割り込み信号に基づいてＣＰＵ１３から制御信号を出力するように構成してもよい。
【００２９】
本実施例における温度制御プログラムは、ハロゲンランプヒーター３に供給する電力Ｐを、目標温度をＴ* 、ゲインをＧ、オフセット電力をＰC として、
Ｐ＝Ｇ・（Ｔ* −ＴC ）＋ＰC       （１）
に従って供給電力量を決定している。ここでＴC は検出温度の補正値であり、温度センサ４の検出遅れの式
ＴC ＝ＴS ＋ｋ・τ・ΔＴS ／Δｔ  （２）
で求められたものである。ＴS は温度センサ４の検出温度、ｋは補正率、τは温度センサ４の時定数、Δｔは検出温度ＴS の所定のサンプリング時間、ΔＴS はΔｔ間で生じるＴS の変化量、ΔＴS ／Δｔは温度検出手段の検出温度の変化率である。このように本発明では、第２周期である所定のサンプリング時間毎に温度制御プログラムを実行するため、温度センサ４の時間遅れを予想して、それを補正する温度制御、即ち予測制御という高度な温度制御手法を組み込むことができる。
【００３０】
上式（１）、（２）の計算において、温度センサ４の検出温度ＴS 等は前述したようにＡ／Ｄ変換されたディジタル値であって、ＣＰＵ１３内部では整数演算を行うことにより供給電力Ｐを決めている。
【００３１】
次に、決定された供給電力Ｐに基づいたハロゲンランプヒーター３への電力供給方法について説明する。まず第１の温度制御方法は、加熱手段に対する供給電力量を決定するための電力量決定周期を設定し、その周期内で適切に加熱手段に電力を供給する方法である。そして特にここでは、第１周期、第２周期、第１期間、第２期間等の用語、及びこれらの周期、期間が電力供給にどのように利用されているかについて詳しく説明する。
【００３２】
図４は、本発明の温度制御方法における電力供給方法の一例を示す図である。縦軸はハロゲンランプヒーター３への供給電圧、横軸は時間ｔである。まず第２周期Δｔ2 ごとに、加熱ローラー１に接触する温度センサ４の検出温度ＴS をサンプリングし、それに基づいてＣＰＵ１３が供給電力量（以下、デューティーと呼ぶ）を決定する（なお、決定方法は上述の通りである）。すなわち第２周期Δｔ2 を１つの温度制御単位としてフィードバック制御がなされるわけである。第２周期Δｔ2 は、電力供給が許可される第１期間Δｔ3 と電力供給が許可されない第２期間Δｔ4 に分けられている。第１期間Δｔ3 においては、第２周期Δｔ2 より周期の短い第１周期Δｔ1 （本例では交流波である商用ＡＣ電源の半サイクルの周期）を単位とした通電が行われる。
【００３３】
温度を高精度に制御するためには、第２周期Δｔ2 を３秒程度以下すなわち１／３Ｈｚ程度以上の周波数に設定してフィードバック制御を行い、頻繁にデューティー（供給電力量）を変化させることが望ましい。一方、第２周期Δｔ2 を短くしすぎると、１つの第２周期Δｔ2 のなかに入る交流半波の波数が少なくなってデューティー（供給電力量）のレベルを細分化できなくなるために、０．２秒程度以上すなわち５Ｈｚ以下にすることが望ましい。
【００３４】
また、第１周期Δｔ1 は、第２周期Δｔ2 に比べて短いほど電力供給量のレベルを細分化できる。従って、より高精度な温度制御を行うことができる。通常、第２周期Δｔ2 に対して第１周期Δｔ1 が１／５以下であることが望ましい。さらに、第２周期Δｔ2 に対して第１周期Δｔ1 が１／５０以下であると一層精度の高い温度制御を行うことができる。なお、第１周期Δｔ1 は理論的には極限まで短くすることが可能である。しかしながら、実際の制御回路素子（例えばハロゲンランプヒーター３）の応答速度などのハードウエア条件によっておのずと限界がある。また、第１周期Δｔ1 を短くし過ぎると実際の温度制御の高精度化にはあまり寄与しなくなってくる。通常、有効となる第１周期Δｔ1 の下限値は第２周期Δｔ2 に対して１／５０００程度である。
【００３５】
上述した第１周期Δｔ1 の望ましい範囲のなかでも、第１周期Δｔ1 としては本実施例で用いたように、ハロゲンランプヒーター３に供給される交流波の半サイクルに比例した周期をとることがより望ましい。これは、交流波の半サイクルと同期したゼロクロス信号を比較的容易に得ることができるためである。そして、ハロゲンランプヒーター３に供給する電力量の１単位を形成するための基準信号としてこのゼロクロス信号を用いることにより、制御装置の回路的な負担、及び制御プログラムやＣＰＵの処理に関わる負担を大きく低減することができる。なお、この時の第１周期Δｔ1 の具体的な値は、使用する商用ＡＣ電源の周波数によって異なる。商用ＡＣ電源の周波数が５０Ｈｚの場合は、例えば、１／１００、１／５０、３／１００、１／２５、１／２０、３／５０、７／１００秒（周波数で表すと１００、５０、約３３、２５、２０、約１７、約１４Ｈｚ）などである。
【００３６】
このような通電制御を行うことによって、所定の制御サイクルすなわち第２周期Δｔ2 毎に頻繁に供給電力量を変化させることができ、ＰＩＤ制御等の高度な制御と組み合わせることできめ細かな安定した温度制御を行うことができる。しかも温度検出とデューティーの計算は第２周期Δｔ2 に１回で済みＣＰＵへの負担が少ない。そのため、同時に画像形成装置内の他の部分の制御等を行うことができ、温度制御用に専用のＣＰＵを用意しなくても画像形成装置本体のＣＰＵで兼用できるという利点がある。
【００３７】
そして、本発明者らが上述したような制御方法に基づいて定着装置の温度制御を行ったところ、温度は極めて高精度に安定に保たれることが確認された。
【００３８】
さて一方、本発明の定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一電源ライン上に照明装置が接続されている場合には、照明装置にチラツキが発生することもあることがわかった。そして、このチラツキが従来のＯＮ／ＯＦＦ制御に比べてより不快に感じられる場合があることがわかった。
【００３９】
図５は、上述の電力供給方法における、定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一電源ライン上に接続された蛍光灯の光量変動を示す図である。縦軸は定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一電源ライン上に接続された蛍光灯の光量、横軸は時間ｔである。また、Δｔ1 、Δｔ2 、Δｔ3 、Δｔ4 はそれぞれ図４に示す第１周期、第２周期、第１期間、第２期間に相当する時間である。
【００４０】
図５から明かなように、蛍光灯の光量は定着装置の加熱手段への通電により影響を受けて変動を生じてしまう。この光量変動２０１が人の目にチラツキとして感じられ、不快感を与える場合があるわけである。光量変動２０１には、図５中イに示される、第２周期Δｔ2 毎の変動と、図５中ロに示される、第１周期Δｔ1 毎の変動がある。
【００４１】
本発明では、図４を用いて説明した電力供給方法に加えて、人の目が上述のようにして発生するちらつきに対してどのような感じ方をするかということに着目して、ちらつき感を防止する電力供給方法を実現している。以下その詳細について説明する。
【００４２】
まず、人の目に感じるチラツキ感について光量変動と変動周波数との関係を調べてみると、図６のような特性が有ることがわかった。図６は、定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一電源ライン上に接続された照明機器のチラツキ感の、光量変動周波数と光量変動量の依存性を示す図である。縦軸は光量変動量（％）、横軸は光量変動周波数（Ｈｚ）である。図６中の領域（Ａ）はチラツキ感が全くわからない領域、領域（Ｂ）はチラツキ感がわずかにわかる程度の領域、領域（Ｃ）はチラツキ感はわかるが不快ではない領域である。なお、これら（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）以外の領域はチラツキ感を感じ不快である領域である。実験で使用した電源周波数は６０Ｈｚであったが、５０Ｈｚで調べても同様の結果となった。また、ハロゲンランプヒーター３としては定格電力が３００Ｗから７００Ｗ程度のものを用いた。
【００４３】
さて、図６によれば、上述した第２周期Δｔ2 毎のサイクルの周波数範囲（１／３〜５Ｈｚ程度）においては、チラツキ感が光量変動量に大きく依存していることがわかる。一方この周波数範囲以下（１／３Ｈｚ程度以下）であればチラツキを感じることがあっても、その頻度が低いためそれほど不快とは感じない。従来のＯＮ／ＯＦＦ制御はこの周波数範囲にある。
【００４４】
そこでこの第２周期Δｔ2 毎の照明機器の光量変動量を低減するために、第２周期Δｔ2 毎の通電期間Δｔ3 内の通電を間欠的に行うことを試みた。すなわち、後で図９を用いて詳述するような、第１周期Δｔ1 の通電を少なくとも１単位の通電と少なくとも１単位の非通電とからなる電力供給パターンとした。このような電力供給方法を用い、非通電の単位数すなわち間欠間隔を変化させて、蛍光灯等の照明機器の光量変動量の特性を調べてみた。すると、図７に示されるように、間欠通電の間欠間隔と、第２周期Δｔ2 毎の光量変動量とは相関があることがわかった。図７は間欠間隔に対する第２周期Δｔ2 毎の光量変動量をプロットしたものである。間欠通電しない場合に比べ間欠通電する事により光量変動量が大幅に減少しており、また、間欠間隔が長くなるほど光量変動量が減少している。このことと、不快感が光量変動量の減少により小さくなることとをあわせて考えると、第２周期Δｔ2 毎の光量変動によるチラツキの不快感の除去に間欠通電が著しい効果を有していることがわかる。
【００４５】
図６の人の目の特性をさらに詳細に調べると、上述の第２周期Δｔ2 毎のサイクルの周波数範囲（１／３〜５Ｈｚ程度）では、光量変動量が約２％程度以下であればチラツキが感じられず、光量変動量が約３％以下であればチラツキはわずかに感じられる程度であり、５％以下であればチラツキは感じられるが不快ではないことがわかった。これを図７の間欠間隔と光量変動量の関係と照らし合わせてみると、間欠間隔が１以上が不快とは感じない実用上問題のない領域、３以上がチラツキわずかに感じられる程度の望ましい領域、４以上がチラツキが全く感じられないさらに望ましい領域であることがわかる。
【００４６】
ところが、上述のように第２周期Δｔ2 毎のちらつきをさらに減らしていこうとして間欠通電間隔を広げていくと、今度は逆に間欠通電が原因のちらつき、すなわち第１周期Δｔ1 毎の光量変動によるちらつきが発生する場合がある。以下それが発生しない条件について説明する。まず、間欠通電をしない場合の第１周期Δｔ1 は商用ＡＣ電源の交流周波数（例えば５０Ｈｚ）の倍、例えば１００Ｈｚである。従って、図６のグラフより第１周期Δｔ1 毎の光量変動が存在してもひとの目に感じない周波数領域であることがわかる。ところが、間欠通電を行わないときに１００Ｈｚであった第１周期Δｔ1 のサイクルが、間欠通電を行うことによって、例えば間欠通電間隔が半波１０単位であれば約９Ｈｚになり、すでに人の目に感じられる領域になってしまう。
【００４７】
図８はどこまで通電間隔を広げられるかを示す図であって、図６の一部を詳細に拡大したものに、図７の光量変動量を重ね合わせたものである。なお、図８は商用ＡＣ電源の周波数が５０Ｈｚの場合である。図８からわかるように光量変動周波数が約１１Ｈｚ以上すなわち間欠間隔が８単位以下であればチラツキがわずかに感じられる程度である。また、光量変動周波数が約１４Ｈｚ以上すなわち間欠間隔が６単位以下ではチラツキが感じられない。
【００４８】
このように、交流波の半サイクル１つを１単位とした電力供給をある間隔を以て行うことによりチラツキによる不快感を防止することができる。そして、望ましくは間欠間隔が３単位以上８単位以下でチラツキ感をほとんど感じない温度制御領域となる。更に望ましくは、間欠間隔が４単位以上６単位以下で、チラツキ感のない更に良好な温度制御領域となる。
【００４９】
図９にこのような条件を満たす間欠通電の例を示す。図９中に示された電力供給パターンは、第１周期Δｔ1 が５つの単位で構成され、５単位のうち１単位を通電し、残り４単位を非通電とする例で、これをパターンＡとする。通電単位と次の通電単位との間にある非通電単位の数を間欠間隔とすると、パターンＡの間欠間隔は４である。第１期間Δｔ3 内にては、パターンＡが第１周期Δｔ1 で繰り返されて通電が行われる。パターンＡの繰り返し回数は、デューティーと、商用ＡＣ周波数と、第２周期Δｔ2 と、第１周期のパターンＡの構成から決定される。一方、第２期間Δｔ4 では、電力供給が許可されないが、この期間内では第１周期Δｔ1 が５つの単位で構成され、５単位のうち何れもが非通電である。このパターンをパターンＢとする。第２期間Δｔ4 内ではパターンＢが所定回数繰り返される。このような動作が第２周期Δｔ2 毎に繰り返される。なお、温度センサ４の検出温度のサンプリングおよびそれに基づいたデューティーの計算は第２周期Δｔ2 の最初毎に行われる。
【００５０】
次に、上述のような間欠通電を行うための通電制御方法の具体的手法に付いて実験例を用いて詳細に説明する。
【００５１】
［実験例１］
本実験例に於ける定着装置の構成は、表１に示すとおりである。
【００５２】
【表１】
0003695525.tif 000002
図１０は、本発明の実験例１の電力供給の説明図である。縦軸には電圧、横軸には時間をとる。例えば、デューティー１０％、パターンＡ、第２周期は１秒、商用ＡＣ電源６０Ｈｚの場合について考える。第２周期Δｔ2 ＝１秒は６０×２＝１２０単位で構成され、デューティー１０％であるから第２周期Δｔ2 内で合計１２単位の通電が必要である。第１周期のパターンＡは、５単位中１単位の通電であるからパターンＡを１２回繰り返すこととなり、従って第１期間Δｔ3 は１２×５＝６０単位である。第２期間Δｔ4 は、第２周期Δｔ2 である１２０単位よりΔｔ3 を引いた６０単位であり、パターンＢを１２回繰り返すこととなる。
【００５３】
次に、図１０で示したパターンの出力の場合の制御を行うための制御信号について、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、実験例２の温度制御方法の全体のフローチャートの図である。本実験例では商用ＡＣ電源６０Ｈｚでの使用であり、第２周期Δｔ2 は交流波の半サイクルを１単位として１２０単位からなる。
【００５４】
まずＳＴＥＰ１で、第２周期Δｔ2 全体のカウント値ｎの初期値を設定する。第２周期Δｔ2 の１２０単位の最初の１単位に対して、カウンタのカウント値ｎを１１９にセットする。ＳＴＥＰ２では、１／１２０秒に１回だけの以下の処理を行わせるために、１／１２０秒のタイマーが立ち上がっているか確認する。立ち上がっていればＳＴＥＰ３へ進み、もし立ち上がっていなければ、即ち１／１２０秒経過していなければＳＴＥＰ２を繰り返し、タイマーの立ち上がりを待つ。ＳＴＥＰ３では１秒間１２０回の最初の１回であるかを判断する。ＳＴＥＰ３の判定がＹとなり最初の１回であると、デューティーを決定し通電パターンを割り当てるためのルーチン▲１▼に入る。
【００５５】
図１２（ａ）は、図１１のルーチン▲１▼の説明図である。ＳＴＥＰ▲１▼−１では前述した方法を用い、ＣＰＵに入力された検出温度データに基づいて供給すべき電力量であるデューティーを計算する。実験例１では算出されたデューティーが図９に対応する１０％なので、ＳＴＥＰ▲１▼−２の判定はＹとなる。このようにＳＴＥＰ▲１▼−２ではデューティーが何％になっているかを判断し、各デューティーに応じた通電パターンとなるように分岐する。この時、デューティーが２０％以上の場合は、２０％以上の通電パターンを割り当て、ルーチン▲２▼に入るが、ルーチン▲２▼については後述の実験例４にて説明する。次に、ＳＴＥＰ▲１▼−３では１０％のデューティー、即ち１２個の通電単位の通電すべきタイミングを割り当てる命令をする。換言すれば、第１周期Δｔ1 でのパターンＡを設定する。
【００５６】
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＳＴＥＰ▲１▼−３に記載したｃｏｕｎｔ０からｃｏｕｎｔ４と交流波の半サイクルとの対応を表した図である。縦軸に定着装置のハロゲンランプヒーターへの供給電圧をとり、横軸に時間ｔをとる。第１周期Δｔ1 は５つの単位よりなっているが、第１番目の単位１０１をｃｏｕｎｔ０、第２番目の単位１０２をｃｏｕｎｔ１、第３番目の単位１０３をｃｏｕｎｔ２、第４番目の単位１０４をｃｏｕｎｔ３、第５番目の単位１０５をｃｏｕｎｔ４と割り当てる。そしてｃｏｕｎｔ１からｃｏｕｎｔ４までを０と設定し、ｃｏｕｎｔ０のカウント値には、１２０×デューティー（ｄｕｔｙ）の計算値を設定する。この１２０とは第２周期Δｔ2 ＝１秒中に存在する単位数を示し、ｄｕｔｙは１０％であるので、１２０×ｄｕｔｙ＝１２０×０．１＝１２となる。ここで、ＡＣ電源周波数ｄ（Ｈｚ）と第２周期Δｔ2 の時間とデューティーが変わった場合はｃｏｕｎｔ０には、ｄ×２×Δｔ2 ×ｄｕｔｙの計算値が入る。この時、計算値が整数でなければ小数点以下１位を四捨五入する。また、以上のルーチン▲１▼は１秒に１回実行される。
【００５７】
次に図１１のＳＴＥＰ４からＳＴＥＰ７まででは、現在の１単位について、通電、非通電の判断がなされる。ＳＴＥＰ４−１からＳＴＥＰ４−４とＳＴＥＰ５において、カウンタのカウント値ｎが第１周期Δｔ1 中の５単位のうち何番目かが判別され、これに対応したｃｏｕｎｔ０からｃｏｕｎｔ４のいずれを参照するか決定する。ＳＴＥＰ５では、参照された値が０である時は、ハロゲンランプヒーター３に通電せずＳＴＥＰ８へ進み、０でないことが判別されるとＳＴＥＰ６にてヒーター３に通電する。更にＳＴＥＰ７へ進み、参照されたカウント値を１つ減らす。
【００５８】
ＳＴＥＰ７までの処理を終えると、ＳＴＥＰ８でカウンタのカウント値ｎが０でない、すなわち第２周期の最後の１単位でないことを確認するとＳＴＥＰ９で現在のカウンタのカウント値ｎより１を減らし、ＳＴＥＰ２へ戻る。また、ＳＴＥＰ８においてｎ＝０すなわち第２周期の最後であると判別すると、カウンタをｎ＝１１９へ戻し、ＳＴＥＰ２へ戻る。このような一連の処理を行うと、図１０に示した電力供給のパターンが実現する。
【００５９】
このような処理フローに基づいて通電制御を行うことによって、温度検出とｄｕｔｙの計算は第２周期Δｔ2 （１秒）に１回で済み、しかもその計算量は少なく、その間はプログラム一つで手続き的に電力供給のパターンを決めることができるため大容量のメモリを必要とせず、繰り返しのみの制御で種々のデューティで通紙でき、こまかな温度制御ができると共に、ＣＰＵへの負担が少なくなる。
【００６０】
本実施例のように、ウオームアップ時間を短縮するような小熱容量・大電力の加熱手段を有する定着装置では、ウォームアップ動作終了後のオーバーシュートを経過した後は出力デューティーは極めて小さい。実際には、デューティーとしては１０から２０％程度の値が最も多いため、図１２の▲２▼のルーチンを実行する例はほとんどない。このルーチンを実行する例としては、後述する実験例４のように特に厚い紙、特に厚い封筒等の特殊な記録材を使用する場合である。
【００６１】
上述した実験例１では、間欠間隔の望ましい範囲の一つである間欠間隔が４単位の制御方法を示しており、その時のチラツキ感を観測した。図１３は、実験例１の構成を有する定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一電源ライン上に接続された蛍光灯の光量変動２０２とその通電パターンを説明する図である。図１３（ａ）は、第２周期Δｔ2 での光量変動を示しており、図１３（ｂ）は第１周期Δｔ1 での光量変動を示している。それぞれ縦軸は光量、横軸ｔは時間である。図１３（ａ）において光量は２０２の如く変動し、長周期の変動、即ち、第２周期Δｔ2 での光量変動量の最大値ΔＥ２は１．６％であった。これは、図６の領域（Ａ）に該当する。また、図１３（ｂ）において、短周期の変動、即ち第１周期Δｔ1 での光量変動量の最大ΔＥ１は０．６％であった。この場合の光量変動周波数は２４Ｈｚ（商用ＡＣ電源周波数５０Ｈｚの場合で換算すると２０Ｈｚに相当）と高く、これは図８の領域（Ａ）に該当する。
【００６２】
このように本発明の定着装置の温度制御方法を行うと、同一電源ライン上の蛍光灯のチラツキを生じる事なく、かつ良好な定着状態を得ることができる。また、通電開始の時のハロゲンランプヒーターへの突入電流が減少するため、ハロゲンランプヒーターの耐用時間が長くなるという利点もある。
【００６３】
また、蛍光灯のチラツキが気にならず最適である領域のうち、より大きいデューティが必要な場合には間欠間隔を短くするとよい。これは定着装置の構成としてより大きい電力を必要とする場合である。例えば、通紙速度が表１に示す速度より速い場合、ハロゲンランプヒーター３が表１に示す電力より小さい場合、或いは特に厚い記録材を通紙する場合などである。また逆に、より小さいデューティで良い場合には間欠間隔を長くすることが効果的である。例えば、通紙速度が表１に示す速度より遅い場合、或いはハロゲンランプヒーター３が表１に示す電力より大きい場合等、定着手段の構成として小さい所要電力で十分な場合である。
【００６４】
［実験例２］
次に、第２の実験例を記述する。実験例１で用いた３５０Ｗのハロゲンランプヒーターを大電力量のハロゲンランプヒーターに変更し、低デューティーで実験例１と同様の温度制御を行ったものである。主要部の構成は以下に示す表２の通りである（表１と同一条件のもののうち主要以外のものについては特に再掲はしていない）。
【００６５】
【表２】
ハロゲンランプ定格電力    ５００Ｗ
制御サイクル（第２周期）    １秒
第１周期                    ５単位
第１期間内のパターン        Ａ（１単位通電、４単位非通電、間欠間隔４）
第２期間内のパターン        Ｂ（５単位非通電）
デューティー                ５％
図１４は、本発明の第２の実験例の構成で温度制御を行ったときの定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一電源ライン上に接続された蛍光灯の光量変動２０３とその時の通電パターンを説明する図である。図１４（ａ）は、第２周期Δｔ2 での光量変動を示しており、同図（ｂ）は第１周期Δｔ1 での光量変動を示している。それぞれ縦軸は光量、横軸ｔは時間である。第２周期Δｔ2 での光量変動量の最大ΔＥ１２は２．５％であった。これは、図６の領域（Ｂ）に該当する。また、第１周期Δｔ1 での光量変動量の最大ΔＥ１１は０．６％であった。この場合、光量変動周波数は２４Ｈｚ（商用ＡＣ電源周波数５０Ｈｚの場合で換算すると２０Ｈｚに相当）と高く、図８の領域（Ａ）に該当する。
【００６６】
電力量が大きいハロゲンランプヒーターであってもチラツキ感は図８に示す（Ｂ）領域であった。また、この時ウォームアップに要する時間は実験例１より約２．５秒短縮された。さらに、記録材の通紙中も温度低下は少なく、供給電力は小さいデューティで良い。仮に大電力にしてオーバーシュートが大であったり温度リップルが大きくなってしまっても、ＰＩＤ制御等の高度な制御との組み合わせが可能であるので制御定数を変えるなどの対策により、適切な制御ができるようになる。
【００６７】
［実験例３］
更に、実験例３として、上述した実験例２よりも間欠間隔を長く設定した制御方法を行った。構成は、以下に示す表３に示す通りである。
【００６８】
【表３】
ハロゲンランプ定格電力    ５００Ｗ
制御サイクル（第２周期）    １秒
第１周期                    ６単位
第１期間内のパターン        Ｃ（１単位通電、５単位非通電、間欠間隔５）
第２期間内のパターン        Ｄ（６単位非通電）
デューティー                ５％
図１５は、第３の実験例の構成で温度制御を行ったときの定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一電源ライン上に接続された蛍光灯の光量変動２０４を示す図である。図１５（ａ）は、第２周期Δｔ2 での光量変動と第２周期内での通電パターンを示しており、同図（ｂ）は第１周期Δｔ1 での光量変動と第１周期内での通電パターンを示している。それぞれ縦軸は光量、横軸ｔは時間である。第２周期Δｔ2 での光量変動量の最大ΔＥ２２は２．０％であった。これは図６の領域（Ａ）に該当する。また、第１周期Δｔ1 での光量変動量の最大ΔＥ２１は０．８％であった。この場合は、光量変動周波数は２０Ｈｚ（商用ＡＣ電源周波数５０Ｈｚの場合で換算すると約１７Ｈｚに相当）であり、図８の領域（Ａ）に該当する。このように大電力量のハロゲンランプヒーターで、間欠間隔５単位の制御方法でもチラツキ感はなく良好であった。
【００８１】
なお、チラツキ感を表す照明機器の例として蛍光灯を取り上げたが、もちろんこれに限られるわけでなく、例えば放電灯、白熱灯等の照明機器、あるいはテレビ、プロジェクター等のディスプレイ機器を用いた場合においても同様の効果を有する。
【００８２】
また、本発明の温度制御方法は、上述の実施例で説明したようなハロゲンランプをヒーターとした熱ローラー方式の定着装置に限られるものではない。これ以外にも例えば、ヒーターとしては通電によって加熱する抵抗体、キセノンランプなどが好ましく用いられる。また定着装置としては、ベルト定着装置、非接触加熱方式など様々な方式のものにも適用可能である。
【００８３】
さらに、定着装置を備えることができる画像形成装置として、本実施例のようなプリンタ装置以外にも、例えば複写機、ファクシミリ等にも適用することができる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の定着装置の温度制御方法によれば以下のような効果を有する。
【００８５】
すなわち、請求項１〜５記載の発明によれば、熱容量が比較的小さいか、または電力量が比較的大きな加熱手段を有する定着装置またはこれを備えた画像形成装置において、大容量のメモリを必要としないにもかかわらず、画像形成装置のＣＰＵ（中央制御ユニット）に対しての加熱手段の温度制御の負担が少なく、ＰＩＤ等高度な温度制御手段を用いることができる。これにより、電源電圧変動（リップル）の少ない、きめ細かで、高精度の温度制御が可能である。そして、特定の電力供給パターンで電力供給を行うことにより、定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一の電源ライン上の他の電気機器、特に照明機器（蛍光灯、白熱灯等）やディスプレイ等に人の目に不快に発生するチラツキを抑制することできる。特に、請求項１記載の発明においては一層精度の高い温度制御ができる。また、請求項２〜３記載の発明においては予測制御という高度な温度制御手法を組み込むことができる。また、請求項４記載の発明においてはチラツキの抑制の効果が大きく、さらに、請求項５記載の発明においてはよりいっそうチラツキを抑えることができる。
【００８６】
また、請求項６ないし７記載の発明によれば、優れた温度制御性能を有する定着装置またはこれを備えた画像形成装置を実現することができる。さらに、定着装置のヒーターに対する突入電流を抑制することができるため、より耐久性に優れた定着装置またはこれを備えた画像形成装置を実現することができる。
【００８７】
なお、加熱手段への電力供給周期を規定せずに、特定の間欠電力供給パターンで電力供給を行うことにより、定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一の電源ライン上の他の電気機器、特に照明機器（蛍光灯、白熱灯等）やディスプレイ等に人の目に不快に発生するチラツキを完全に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着装置の一実施例を示す断面図。
【図２】本発明の温度制御方法を適用するヒーターの温度変動の様子を示す図。
【図３】本発明の定着装置の温度制御装置の一実施例を示すブロック図。
【図４】本発明の温度制御方法の第１期間、第２期間、第１周期及び第２周期を説明するための図。
【図５】本発明と同一の電源ラインに接続された電気機器の光量変動を説明するための図。
【図６】チラツキ感に対する光量変動周波数と光量変動量の関係を示す図。
【図７】通電の間欠間隔と光量変動量の関係を示すの図。
【図８】チラツキ感に対する間欠間隔（光量変動周波数）と光量変動量の関係を示す詳細図。
【図９】本発明の温度制御方法の間欠通電による電力供給方法の一例を説明する図。
【図１０】本発明の実験例１の電力供給方法を示す図。
【図１１】本発明の実験例１〜４の温度制御方法のフローチャート。
【図１２】（ａ）は本発明の実験例１〜４の温度制御方法のフローチャート（図１１）の続きのフローチャート、（ｂ）は（ａ）の結果を説明するための図。
【図１３】本発明の実験例１による光量変動の図。このうち（ａ）は第２周期に対応する光量変動を示す図、（ｂ）は第１周期に対応する光量変動を示す図。
【図１４】本発明の実験例２による光量変動の図。このうち（ａ）は第２周期に対応する光量変動を示す図、（ｂ）は第１周期に対応する光量変動を示す図。
【図１５】本発明の実験例３による光量変動の図。このうち（ａ）は第２周期に対応する光量変動を示す図、（ｂ）は第１周期に対応する光量変動を示す図。
【符号の説明】
１    加熱ローラー
２    加圧ローラー
３    ハロゲンランプヒーター
４    温度センサ
５    記録材
６    金属製の軸
７    ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）
８    ゼロスイッチング回路
９    アンプ
１０    Ａ／Ｄ変換器
１１    Ｉ／Ｏ
１２    ＲＯＭ
１３    ＣＰＵ
１０１    ｃｏｕｎｔ０に相当する単位
１０２    ｃｏｕｎｔ１に相当する単位
１０３    ｃｏｕｎｔ２に相当する単位
１０４    ｃｏｕｎｔ３に相当する単位
１０５    ｃｏｕｎｔ４に相当する単位
２０１    光量変動
２０２    本発明の第１の実験例の光量変動
２０３    本発明の第２の実験例の光量変動
２０４    本発明の第３の実験例の光量変動
【図１】
0003695525.tif 000003
【図２】
0003695525.tif 000004
【図３】
0003695525.tif 000005
【図４】
0003695525.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003695525.tif 000009
【図８】
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【図９】
0003695525.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003695525.tif 000015
【図１４】
0003695525.tif 000016
【図１５】
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