(57)【要約】【課題】突入電流を抑止しつつ、昇温時間を短縮することのできる定着装置、画像形成装置、および定着装置の制御方法を提供する。【解決手段】定着装置は、熱源としてのヒーターを含む定着部材と、ヒーターに投入される電力をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により制御する制御手段とを備える。制御手段は、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内でＰＷＭ制御のデューティを変化させる。【選択図】図５
2019113607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源としてのヒーターを含む定着部材と、
前記ヒーターに投入される電力をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内で前記ＰＷＭ制御のデューティを変化させる、定着装置。
【請求項２】
前記ヒーターへの電力の投入開始からの前記入力電流の半周期の順番をｎ波目（ｎは自然数）と表した場合、
前記制御手段は、ｎ波目内での前記デューティの下限値をｎの増加とともに増加させる、請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記入力電流の半周期内で波高率を一定に保ち、
前記波高率は、前記入力電流の定常電流に対する前記ヒーターに流れる実効電流の割合である、請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記入力電流の半周期内における経過時間と前記デューティとの関係を記憶する記憶装置をさらに備え、
前記制御手段は、前記記憶装置に記憶されている前記関係に従って前記デューティを設定する、請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記記憶装置は複数の前記関係を記憶し、
前記定着部材の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記温度検出手段にて検出した温度に基づいて、前記記憶装置が記憶する前記複数の関係の中から一の前記関係を選択する選択手段と、
前記選択手段にて選択した前記関係に基づいて前記デューティを設定する選択制御手段とを含む、請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記記憶装置は複数の前記関係を記憶し、
前記制御手段は、
前記ヒーターに投入される電力が前回停止された時からの経過時間をカウントするカウント手段と、
前記カウント手段にてカウントした経過時間に基づいて、前記記憶装置が記憶する前記複数の関係の中から一の前記関係を選択する選択手段と、
前記選択手段にて選択した前記関係に基づいて前記デューティを設定する選択制御手段とを含む、請求項４に記載の定着装置。
【請求項７】
前記入力電流の値を計測する電流計測手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記電流計測手段にて計測した前記入力電流の値に基づいて前記ＰＷＭ制御のデューティを設定する、請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
電源から出力される交流電流を整流する整流回路と、
リアクトルと、還流素子と、スイッチング素子とを含むチョッパー回路であって、前記スイッチング素子の動作により前記ヒーターに流れる電流を制御可能なチョッパー回路とをさらに備え、
前記制御手段は、前記スイッチング素子の動作を制御する、請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
電源から出力される交流電圧がプラスの値とマイナスの値との間で切り替わるタイミングを検知するゼロクロス回路をさらに備え、
前記制御手段は、前記ゼロクロス回路で検知したタイミングを用いて検知した前記入力電流の半周期に基づいて、前記ＰＷＭ制御のデューティを設定する、請求項１〜８のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１０】
前記ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内での前記デューティの変化は、
前記デューティが極大値に設定される第１の区間と、
前記デューティが前記極大値から徐々に減少される前記第１の区間の直後の第２の区間と、
前記デューティが極小値に設定される前記第２の区間の直後の第３の区間と、
前記デューティが前記極小値から徐々に増加される前記第３の区間の直後の第４の区間と、
前記デューティが極大値に設定される前記第４の区間の直後の第５の区間とに区分される、請求項１〜９のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１１】
トナー像を記録材に形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段にて形成したトナー像を前記記録材に定着する、請求項１〜１０のいずれかに記載の定着装置とを備えた、画像形成装置。
【請求項１２】
熱源としてのヒーターを含む定着部材を備えた定着装置の制御方法であって、
前記ヒーターに投入される電力をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により制御する制御ステップを備え、
前記制御ステップにおいて、前記ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内で前記ＰＷＭ制御のデューティを変化させる、定着装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置、画像形成装置、および定着装置の制御方法に関する。より特定的には、本発明は、熱源としてのヒーターを含む定着部材を備えた定着装置、画像形成装置、および定着装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の画像形成装置には、スキャナー機能、ファクシミリ機能、複写機能、プリンターとしての機能、データ通信機能、およびサーバー機能を備えたＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）、ファクシミリ装置、複写機、プリンターなどがある。
【０００３】
一般的な画像形成装置による画像形成方法は次の通りである。画像形成装置は、帯電装置を用いて感光体を帯電し、露光装置から発生するレーザービームにより感光体上に静電潜像を形成する。画像形成装置は、現像装置を用いて静電潜像を現像してトナー像を形成し、転写ローラーを用いてこのトナー像を用紙へ転写する。画像形成装置は、定着装置によってトナー像を用紙に定着させることにより、用紙に画像を形成する。
【０００４】
定着装置における定着部材（定着ローラーや定着ベルト）を加熱するためのヒーター（特にハロゲンヒーター）は、温度上昇とともにフィラメントの抵抗値が増加する性質を有しており、電力を投入した直後のヒーターの温度が比較的低い状態ではフィラメントの抵抗値は低い。このため、ヒーターに電力を投入した直後には、ヒーターには瞬間的に定格電流の数倍の突入電流が流れ、その後ヒーターに流れる電流はヒーターの温度上昇とともに減少し、定格電流以下に収束する。ヒーターに電力を投入した直後に流れる突入電流は、フリッカー（蛍光灯などで生じる光のちらつき現象）の原因となる。
【０００５】
近年、消費エネルギー削減の観点や画像形成装置の印字開始までの時間を短縮する観点から、定着装置の昇温時間を短縮する必要性が高まっている。定着装置の昇温時間を短縮するため、定着装置の定着部材は低熱容量化されつつある。定着部材の熱容量が低い場合には、定着装置の昇温を短時間で行うことができる一方で、定着部材に十分な熱エネルギーを蓄熱することができず、定着部材を加熱するためのヒーターのオンオフの頻度が増加する。その結果、近年の画像形成装置では、フリッカーが発生する頻度が増加する傾向にある。
【０００６】
突入電流を抑止し得る従来の技術は、たとえば下記特許文献１および２などに開示されている。下記特許文献１には、位相制御によるソフトスタートが提案されている。下記特許文献１には、交流電源から電力が供給されて発熱するヒーターがオンする時に、交流電力をソフトスタート方式で位相制御し、続いて所定のデューティ比で所定時間だけ位相制御を続けた後、所定のデューティ比と同じデューティ比の半波制御に切り替える技術が開示されている。
【０００７】
下記特許文献２には、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によるソフトスタートが提案されている。下記特許文献２には、定着ヒーターの温度を検知する定着ヒーター温度検知手段と、定着ヒーターを駆動するインバータ回路に温度制御信号を入力する定着ヒーター温度制御手段と、入力電源のゼロクロスに同期して温度制御信号のオンデューティを変更するスイッチングデューティ変更手段と、定着ヒーター温度検知手段の検知結果に基づいて温度制御信号の周波数を変更するスイッチング周波数変更手段とを備えた画像形成装置が開示されている。入力ＰＷＭ信号のデューティは入力交流電源のゼロクロスに同期して変更され、入力交流電源の半周期毎に変更される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１９１７１０号公報
【特許文献２】特開２０１１−８１１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１および２では、ヒーターへの電力の供給開始からの経過時間に応じてヒーターへ供給する電力を徐々に増加させる制御であるソフトスタートを行うことで、突入電流が抑止されている。しかし、ソフトスタートを行った場合には、電力の供給開始直後にヒーターに供給される電力が小さいため、定着装置の昇温に時間を要するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、突入電流を抑止しつつ、昇温時間を短縮することのできる定着装置、画像形成装置、および定着装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一の局面に従う定着装置は、熱源としてのヒーターを含む定着部材と、ヒーターに投入される電力をＰＷＭ制御により制御する制御手段とを備え、制御手段は、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内でＰＷＭ制御のデューティを変化させる。
【００１２】
上記定着装置において好ましくは、ヒーターへの電力の投入開始からの入力電流の半周期の順番をｎ波目（ｎは自然数）と表した場合、制御手段は、ｎ波目内でのデューティの下限値をｎの増加とともに増加させる。
【００１３】
上記定着装置において好ましくは、制御手段は、入力電流の半周期内で波高率を一定に保ち、波高率は、入力電流の定常電流に対するヒーターに流れる実効電流の割合である。
【００１４】
上記定着装置において好ましくは、入力電流の半周期内における経過時間とデューティとの関係を記憶する記憶装置をさらに備え、制御手段は、記憶装置に記憶されている関係に従ってデューティを設定する。
【００１５】
上記定着装置において好ましくは、記憶装置は複数の関係を記憶し、定着部材の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、制御手段は、温度検出手段にて検出した温度に基づいて、記憶装置が記憶する複数の関係の中から一の関係を選択する選択手段と、選択手段にて選択した関係に基づいてデューティを設定する選択制御手段とを含む。
【００１６】
上記定着装置において好ましくは、記憶装置は複数の関係を記憶し、制御手段は、ヒーターに投入される電力が前回停止された時からの経過時間をカウントするカウント手段と、カウント手段にてカウントした経過時間に基づいて、記憶装置が記憶する複数の関係の中から一の関係を選択する選択手段と、選択手段にて選択した関係に基づいてデューティを設定する選択制御手段とを含む。
【００１７】
上記定着装置において好ましくは、入力電流の値を計測する電流計測手段をさらに備え、制御手段は、電流計測手段にて計測した入力電流の値に基づいてＰＷＭ制御のデューティを設定する。
【００１８】
上記定着装置において好ましくは、電源から出力される交流電流を整流する整流回路と、リアクトルと、還流素子と、スイッチング素子とを含むチョッパー回路であって、スイッチング素子の動作によりヒーターに流れる電流を制御可能なチョッパー回路とをさらに備え、制御手段は、スイッチング素子の動作を制御する。
【００１９】
上記定着装置において好ましくは、電源から出力される交流電圧がプラスの値とマイナスの値との間で切り替わるタイミングを検知するゼロクロス回路をさらに備え、制御手段は、ゼロクロス回路で検知したタイミングを用いて検知した入力電流の半周期に基づいて、ＰＷＭ制御のデューティを設定する。
【００２０】
上記定着装置において好ましくは、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内でのデューティの変化は、デューティが極大値に設定される第１の区間と、デューティが極大値から徐々に減少される第１の区間の直後の第２の区間と、デューティが極小値に設定される第２の区間の直後の第３の区間と、デューティが極小値から徐々に増加される第３の区間の直後の第４の区間と、デューティが極大値に設定される第４の区間の直後の第５の区間とに区分される。
【００２１】
本発明の他の局面に従う画像形成装置は、トナー像を記録材に形成する画像形成手段と、画像形成手段にて形成したトナー像を記録材に定着する上記定着装置とを備える。
【００２２】
本発明のさらに他の局面に従う定着装置の制御方法は、熱源としてのヒーターを含む定着部材を備えた定着装置の制御方法であって、ヒーターに投入される電力をＰＷＭ制御により制御する制御ステップを備え、制御ステップにおいて、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内でＰＷＭ制御のデューティを変化させる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、突入電流を抑止しつつ、昇温時間を短縮することのできる定着装置、画像形成装置、および定着装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態における画像形成装置１の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における電力制御部５０の構成を示す図である。
【図３】第１の比較例においてヒーターに流れる電流の時間変化を模式的に示す図である。
【図４】第２の比較例においてヒーターに流れる電流の時間変化を模式的に示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態における、１波目内でヒーターに流れる電流の時間変化と、１波目内のデューティの時間変化とを模式的に示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態においてヒーターに流れる電流の時間変化を模式的に示す図である。
【図７】本発明例、第１の比較例、および第２の比較例の各々における半周期の順番ｎの値と、波高率との関係を示す図である。
【図８】本発明例、第１の比較例、および第２の比較例の各々における半周期の順番ｎと、ヒーターＨＴに投入される電力との関係を示す図である。
【図９】本発明例および第２の比較例の各々における、ヒーターＨＴへの電力の供給開始からの経過時間と定着装置４０の温度との関係を示す図である。
【図１０】本発明の一実施の形態の変形例において記憶部３７４が記憶する、入力電流の半周期内における経過時間とデューティとの複数の関係ＲＬ１、ＲＬ２、およびＲＬ３を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の実施の形態では、定着装置が搭載される画像形成装置がＭＦＰである場合について説明する。定着装置が搭載される画像形成装置はＭＦＰの他、ファクシミリ装置、複写機、またはプリンターなどであってもよいし、モノクロ用およびカラー用のいずれであってもよい。
【００２６】
図１は、本発明の一実施の形態における画像形成装置１の構成を模式的に示す断面図である。
【００２７】
図１を参照して、本実施の形態における画像形成装置１は、ＭＦＰであり、コピージョブ、プリントジョブ、スキャンジョブ、ファクスジョブ、およびボックスジョブなどを実行することができる。ボックスジョブとは、画像形成装置１が備えるボックス（フォルダー）に記憶されたデータを用いて実行されるジョブである。画像形成装置１は、用紙搬送部１０と、トナー像形成部２０（画像形成手段の一例）と、定着装置４０と、スキャナー４５と、ＡＤＦ（Ａｕｔｏ  Ｄｏｃｕｍｅｎｔ  Ｆｅｅｄｅｒ）４６と、電力制御部５０とを主に備えている。画像形成装置１は、印刷設定に基づいて画像形成を実行する。印刷設定は、画像形成に関する複数の設定項目に対応する設定値の集まりのことをいう。
【００２８】
用紙搬送部１０は、搬送経路ＴＲ１およびＴＲ２に沿って用紙Ｍ（記録材の一例）を搬送する。用紙搬送部１０は、複数の給紙トレイ１１ａ〜１１ｃと、給紙ローラー１２と、搬送ローラー１３と、レジストローラー１４と、排紙ローラー１５とを含んでいる。複数の給紙トレイ１１ａ〜１１ｃは、画像を形成するための用紙を収容する。給紙トレイは複数であっても単数であってもよい。給紙ローラー１２は、給紙トレイ１１ａ〜１１ｃの各々と搬送経路ＴＲ１との間に設けられている。搬送ローラー１３およびレジストローラー１４は、搬送経路ＴＲ１に沿って設けられている。排紙ローラー１５は、搬送経路ＴＲ１の最も下流の部分に設けられている。
【００２９】
トナー像形成部２０は、いわゆるタンデム方式でＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（ブラック）の４色の画像を合成し、搬送される用紙Ｍにトナー像を形成する。トナー像形成部２０は、スキャナー４５が生成した読取データ、または後述する制御部３７のインターフェース部が外部から取得した印刷データに基づいて、用紙搬送部１０により供給される用紙Ｍに対し画像形成を行う。トナー像形成部２０は、ＹＭＣＫ各色についての画像形成ユニット２１と、中間転写ベルト２２と、ＹＭＣＫ各色についての一次転写ローラー２３と、二次転写ローラー２４とを含んでいる。
【００３０】
ＹＭＣＫ各色の画像形成ユニット２１は、感光体ドラム２５と、帯電装置２６と、露光装置２７と、現像装置２８と、クリーニング装置２９などを含んでいる。感光体ドラム２５は、図１中矢印αで示す方向に回転駆動される。感光体ドラム２５の周囲には、帯電装置２６、現像装置２８、およびクリーニング装置２９が設けられている。露光装置２７は、感光体ドラム２５の右部に設けられている。
【００３１】
中間転写ベルト２２は、ＹＭＣＫ各色の画像形成ユニット２１の左部に設けられている。中間転写ベルト２２は、環状であり、回転ローラー２２ａに架け渡されている。中間転写ベルト２２は、図１中矢印βで示す方向に回転駆動される。ＹＭＣＫ各色についての一次転写ローラー２３の各々は、中間転写ベルト２２を挟んで感光体ドラム２５の各々と対向している。二次転写ローラー２４は、搬送経路ＴＲ１において中間転写ベルト２２と接触している。
【００３２】
定着装置４０は、トナー像が形成された用紙Ｍを定着ニップで把持しながら搬送することにより、用紙Ｍにトナー像を定着する。定着装置４０は、定着ローラー４１（定着部材の一例）と、加圧ローラー４２とを含んでいる。定着ローラー４１と加圧ローラー４２とは互いに圧接されてニップ部（定着ニップ部）を形成している。定着ニップ部に用紙を通すことでトナー像が定着される。定着ローラー４１は、定着ローラー４１の熱源であるヒーターＨＴをその内部に含んでいる。ヒーターＨＴはたとえばハロゲンヒーターよりなっている。
【００３３】
スキャナー４５は、ＡＤＦ４６とトナー像形成部２０との間に配置されている。ＡＤＦ４６によって搬送された原稿の画像を読み取り、読取データを生成する。
【００３４】
ＡＤＦ４６は、スキャナー４５の上部に設けられている。ＡＤＦ４６は、原稿台４６ａ上に載置された原稿を、スキャナー４５の読取位置に自動的に搬送する。
【００３５】
電力制御部５０は、画像形成装置１の各部材に供給する電力を制御する。
【００３６】
画像形成装置１は、感光体ドラム２５を回転させて、感光体ドラム２５の表面を帯電装置によって帯電させる。画像形成装置１は、帯電された感光体ドラム２５の表面に露光装置２７によりレーザー光を照射することで、感光体ドラム２５の表面に静電潜像を形成する。
【００３７】
次に画像形成装置１は、静電潜像が形成された感光体ドラム２５に対して、現像装置２８からトナーを供給して現像を行い、感光体ドラム２５の表面に静電潜像に対応するトナー像を形成する。
【００３８】
次に画像形成装置１は、一次転写ローラー２３を用いて、感光体ドラム２５に形成されたトナー像を、中間転写ベルト２２の表面に順次転写する（一次転写）。フルカラー画像の場合、ＹＭＣＫ各色の画像形成ユニット２１がタイミングを合わせて動作することにより、中間転写ベルト２２の表面には、ＹＭＣＫ各色のトナー像が合成されたトナー像が形成される。画像形成装置１は、クリーニング装置２９によって、中間転写ベルト２２に転写されずに感光体ドラム２５の表面に残ったトナーを除去する。
【００３９】
続いて画像形成装置１は、中間転写ベルト２２を回転させることにより、中間転写ベルト２２の表面に形成されたトナー像を二次転写ローラー２４と対向する位置まで搬送する。
【００４０】
一方、画像形成装置１は、給紙トレイ１１ａ〜１１ｃのうちいずれかに収容された用紙を、給紙ローラー１２により給紙し、搬送ローラー１３により搬送経路ＴＲ１に沿って搬送する。画像形成装置１は、レジストローラー１４により用紙の傾きを補正し、その後所定のタイミングで用紙を中間転写ベルト２２と二次転写ローラー２４との間に導く。そして画像形成装置１は、中間転写ベルト２２の表面に形成されたトナー像を、二次転写ローラー２４により用紙Ｍの表面に転写する。
【００４１】
画像形成装置１は、トナー像が形成された用紙Ｍを定着装置４０に導き、定着装置４０によりトナー像を用紙Ｍの表面に定着する。その後画像形成装置１は、トナー像が定着された用紙Ｍを搬送ローラー１３により下流側へ搬送する。
【００４２】
片面印刷を行う場合、画像形成装置１は、表面にトナー像が定着された用紙Ｍを、排紙ローラー１５により画像形成装置１の外部にそのまま排紙する。両面印刷を行う場合、画像形成装置１は、表面にトナー像を形成した用紙Ｍを反転経路ＴＲ２に導入する。画像形成装置１は、搬送経路ＴＲ１における二次転写ローラー２４よりも下流側に設けられた反転経路ＴＲ２との合流位置から、用紙Ｍを再び搬送経路ＴＲ１に導入する。その後画像形成装置１は、トナー像形成部２０により用紙Ｍの裏面にトナー像を形成し、定着装置４０によりトナー像を用紙Ｍの裏面に定着し、排紙ローラー１５により画像形成装置１の外部に排紙する。
【００４３】
図２は、本発明の一実施の形態における電力制御部５０の構成を示す図である。図２（ａ）は、電力制御部５０の構成を示す回路図である。図２（ｂ）は、制御部３７の構成を示すブロック図である。
【００４４】
図２を参照して、電力制御部５０は、直流電力制御装置５０ａと、交流電力制御装置５０ｂと、制御部３７（制御手段の一例）とを含んでいる。
【００４５】
直流電力制御装置５０ａは、整流入力電流検出回路６０と、ゼロクロス検出回路６２と、コンデンサインプット型の整流回路６５と、スイッチング回路６８と、トランス７０と、ダイオード７２と、平滑コンデンサ７４と、二次側出力回路７６とを含んでいる。
【００４６】
整流回路６５は、交流電源２００（電源の一例）から出力された交流電力を整流して直流電力を負荷７８に出力する。整流回路６５は、４本のダイオードにより構成されたブリッジダイオード６４と、平滑コンデンサ６６とを含んでいる。
【００４７】
交流電源２００から出力された交流電力は、ブリッジダイオード６４により全波整流され、平滑コンデンサ６６により平滑化される。平滑コンデンサ６６には充電電流Ｉｃが流れる。整流回路６５からの出力は、スイッチング回路６８、トランス７０、ダイオード７２、および平滑コンデンサ７４を経由して安定した直流電圧に調整され、二次側出力回路７６を経由して負荷７８に出力される。
【００４８】
整流入力電流検出回路６０は、交流電源２００から出力され整流回路６５に入力する交流電力の電流Ｉｉ１を検出し、電流Ｉｉ１に応じた信号Ｓｉｉ１を制御部３７に出力する。
【００４９】
ゼロクロス検出回路６２は、交流電源２００から出力される交流電圧Ｖｉ１がプラスの値とマイナスの値との間で切り替わるタイミングを検知し、検知結果を示す信号Ｓｚを制御部３７に出力する。
【００５０】
交流電力制御装置５０ｂは、交流電源２００からの交流電力をＰＷＭ制御により振幅変調した電力をヒーターＨＴに出力する。交流電力制御装置５０ｂは、整流回路８１（整流回路の一例）と、フィルター８２と、チョッパー回路８３と、電流計８４（電流計測手段の一例）と、温度計８５（温度検出手段の一例）とを含んでいる。
【００５１】
整流回路８１は交流電源２００に接続されており、交流電源２００から出力される交流電流を整流する。
【００５２】
フィルター８２は、たとえばΠ型フィルターであり、整流回路８１の出力側に縦続接続されている。フィルター８２は、コイルＬ１と、コンデンサＣ１およびＣ２とを含んでいる。コイルＬ１、Ｌ２、ヒーターＨＴ、およびチョッパー回路８３のスイッチング素子８３１は、この順序で直列に接続されている。コンデンサＣ１およびＣ２は、ヒーターＨＴに並列に接続されている。
【００５３】
チョッパー回路８３は、たとえば降圧チョッパー回路であり、フィルター８２の出力側に縦続接続されている。ヒーターＨＴは、チョッパー回路８３の出力端子間に接続されている。チョッパー回路８３は、コイルＬ２（リアクトルの一例）と、還流素子Ｄ１と、スイッチング素子８３１と、駆動回路８３２とを含んでいる。チョッパー回路８３は、スイッチング素子８３１の動作（オンオフ）によりヒーターＨＴに流れる電流を制御可能である。コイルＬ２は、コイルＬ１とヒーターＨＴとの間に直列に接続されている。還流素子Ｄ１は、たとえばダイオードであり、コイルＬ１とコイルＬ２との間においてヒーターＨＴと並列に接続されている。より詳細には、還流素子Ｄ１のカソードは、コイルＬ１とコイルＬ２との間に接続されており、還流素子Ｄ１のアノードは、ヒーターＨＴとスイッチング素子８３１のコレクタとの間に電気的に接続されている。スイッチング素子８３１は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）よりなっている。スイッチング素子８３１のコレクタは、ヒーターＨＴに接続されており、スイッチング素子８３１のエミッタは、整流回路８１の出力側に接続されている。
【００５４】
駆動回路８３２は、スイッチング素子８３１のゲートに接続されている。駆動回路８３２は、制御部３７の制御の下でスイッチング素子８３１を駆動する。
【００５５】
電流計８４は、コイルＬ１とコイルＬ２との間に接続されている。電流計８４は、後述する変形例において、ＰＷＭ制御の入力電流の値を計測し、計測した値を制御部３７に出力する。
【００５６】
温度計８５は、定着ローラー４１の温度を検出し、検出した温度を制御部３７に出力する。
【００５７】
制御部３７は、駆動回路８３２を用いてスイッチング素子８３１の動作を制御することにより、ヒーターＨＴに投入される電力をＰＷＭ制御により制御する。制御部３７は、デューティ制御部３７１（選択制御手段の一例）と、選択部３７２（選択手段の一例）と、カウント部３７３（カウント手段の一例）と、記憶部３７４（記憶装置の一例）とを含んでいる。
【００５８】
デューティ制御部３７１は、ヒーターＨＴのＰＷＭ制御のデューティを設定する。
【００５９】
選択部３７２は、後述する変形例において、記憶部３７４が記憶する入力電流の半周期内における経過時間とデューティとの複数の関係の中から、一の関係を選択する。
【００６０】
カウント部３７３は、後述する変形例において、ヒーターＨＴに投入される電力が前回停止された時からの経過時間をカウントする。
【００６１】
記憶部３７４は、入力電流の半周期内における経過時間とデューティとの関係などの各種情報を記憶する。
【００６２】
制御部３７は、ゼロクロス検出回路６２で検知したタイミングを用いてＰＷＭ制御の入力電流の半周期を検知する。制御部３７は、検知した半周期に基づいてＰＷＭ制御のデューティと、スイッチング素子８３１の駆動周波数とを設定し、それらの設定値を駆動回路８３２に送信する。ＰＷＭ制御のデューティは、記憶部３７４に記憶されているテーブルや、電流計８４で計測したＰＷＭ制御の入力電流の値や、温度計８５で計測した定着ローラー４１の温度などに基づいて設定される。
【００６３】
続いて、本実施の形態におけるヒーターＨＴに投入される電力の制御方法について、比較例と対比しながら説明する。
【００６４】
図３は、第１の比較例においてヒーターに流れる電流の時間変化を模式的に示す図である。なお、図３〜図６において、ヒーターＨＴの定格電力は７２０Ｗ、定格電圧は１００Ｖ、定格電流は７．２Ａであるものとする。以降の説明では、ヒーターＨＴへの電力の投入開始からのＰＷＭ制御の入力電流の半周期の順番をｎ波目（ｎは自然数）と表す。
【００６５】
図３を参照して、第１の比較例は、スイッチング素子８３１を常時オンする条件で（制御部３７による制御を行わずに）ヒーターＨＴへ電力を投入した場合の例である。波形ＬＮ１は、第１の比較例においてヒーターＨＴに流れる電流（周期的に変動する直流電流）を表しており、本実施の形態におけるＰＷＭ制御の入力電流に相当する電流である。波形ＬＮ２は、ヒーターＨＴに流れる電流の定常電流を表している。
【００６６】
第１の比較例では、ヒーターＨＴに電力を投入した直後の１波目で、ヒーターＨＴに３００％という高い波高率の突入電流が流れる。この突入電流は、電力を投入した直後ではヒーターＨＴの温度が比較的低く、ヒーターＨＴのフィラメントの抵抗値が低いことに起因するものである。ヒーターＨＴへの電力の投入開始からの時間が経過するにしたがって、フィラメントの温度が上昇してフィラメントの抵抗値が高くなり、ヒーターＨＴに流れる電流の波高率は１００％に収束する。９波目以降では、ヒーターＨＴには１００％の波高率の定格電流が流れる。
【００６７】
なお、波高率は、ＰＷＭ制御の入力電流の定常電流に対するヒーターＨＴに流れる実効電流の割合を意味している。
【００６８】
図４は、第２の比較例においてヒーターに流れる電流の時間変化を模式的に示す図である。
【００６９】
図４を参照して、第２の比較例は、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内でのデューティを一定値に保ちつつソフトスタートを行う条件（従来のＰＷＭ制御の条件）でヒーターＨＴへ電力を投入した場合の例である。波形ＬＮ３は、第２の比較例においてヒーターＨＴに流れる電流を表している。第２の比較例では、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内でのデューティが一定値に保たれるため、波形ＬＮ３は波形ＬＮ１と同じ正弦波となる。
【００７０】
第２の比較例では、１波目内ではデューティが１０％に設定される。これにより、１波目内の波高率は３０％となり、１波目内でヒーターＨＴに投入される電力は２１６Ｗとなる。１波目以降では、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期に相当する時間が経過する度に、半周期内のデューティは１５％、２０％、２８％・・・と増加される。これにより、半周期内の波高率は３５％、４０％、４７％・・・と増加し、ヒーターＨＴに投入される電力も増加する。１０波目以降では、半周期内のデューティは１００％に設定される。これにより、１０波目以降の波高率は１００％となり、ヒーターＨＴに投入される電力は７２０Ｗとなる。第２の比較例において、突入電流が収束して定常電流となるまでの時間（１波目〜１０波目の間）に、ヒーターＨＴに投入される電力の合計値（ヒーターＨＴの出力電圧）は４１９０Ｗとなる。
【００７１】
図５は、本発明の一実施の形態における、１波目内でヒーターに流れる電流の時間変化と、１波目内のデューティの時間変化とを模式的に示す図である。図５（ａ）は、１波目内でヒーターに流れる電流の時間変化を示す図である。図５（ｂ）は、１波目内における経過時間とデューティとの関係を模式的に示す図である。なお、図５におけるＰＷＭ制御の入力電流の半周期の長さは１０ｍｓである。
【００７２】
図５を参照して、本実施の形態において制御部３７は、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内でのデューティを変化させつつソフトスタートを行う条件でヒーターＨＴへ電力を投入する。制御部３７は、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内での波高率を一定に保ち、ｎ波目内でのデューティの下限値をｎの増加とともに増加させる。
【００７３】
具体的には、制御部３７は、入力電流の半周期内における経過時間とデューティとの関係ＲＬ（図５（ｂ））を記憶部３７４に記憶しておき、この関係に従ってＰＷＭ制御のデューティを設定する。波形ＬＮ４は、本実施の形態においてヒーターＨＴに流れる電流を表している。
【００７４】
本実施の形態では、１波目内ではデューティの下限値が１０％に設定され、１０％〜１００％の範囲でデューティが変化される。１波目内のデューティの変化は次の第１〜第５の区間に区分される。
【００７５】
第１の区間（０〜０．３ｍｓの経過時間の区間）では、デューティが極大値（ここでは１００％）に設定される。この区間では正弦波である入力電流（波形ＬＮ１）の値が低いため、デューティが１００％に設定されてもヒーターＨＴに大きな電流が流れることはない。
【００７６】
第２の区間（０．３ｍｓ〜５ｍｓの経過時間の区間）では、デューティが極大値から徐々に減少される。この区間では入力電流が徐々に増加するため、入力電流の増加とともにデューティが減少される。
【００７７】
第３の区間（５ｍｓの経過時間の区間）では、デューティが極小値に設定される。この区間では入力電流が極大値となるため、デューティを１０％という下限値に設定することでヒーターＨＴに流れる電流が極力抑えられる。
【００７８】
第４の区間（５ｍｓ〜９．７ｍｓの経過時間の区間）では、デューティが極小値から徐々に増加される。この区間では入力電流が徐々に減少するため、入力電流の減少とともにデューティが増加される。
【００７９】
第５の区間（９．７ｍｓ〜１０ｍｓの経過時間の区間）では、デューティが極大値（１波目では１００％）に設定される。この区間では正弦波である入力電流の値が低いため、デューティが１００％に設定されてもヒーターＨＴに大きな電流が流れることはない。
【００８０】
上述の制御の結果、波形ＬＮ４は台形状となり、１波目〜１０波目の波高率は第２の変形例と同じ３０％に保たれる。なお、半周期内での波高率は一定値でなく変動してもよい。
【００８１】
図６は、本発明の一実施の形態においてヒーターに流れる電流の時間変化を模式的に示す図である。
【００８２】
図６を参照して、本実施の形態では、１波目内ではデューティが１０〜１００％に（デューティの下限値が１０％に）設定される。これにより、１波目内の波高率は３０％となり、１波目内でヒーターＨＴに投入される電力は１５２Ｗとなる。１波目以降においても、図５（ｂ）に示す１波目内のＰＷＭ制御と同様の方法でＰＷＭ制御が行われる。また１波目以降では、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期に相当する時間が経過する度に、半周期内のデューティの下限値が１５％、２０％、２８％・・・と増加される（言い換えれば、デューティの下限値はｎの増加とともに増加される）。これにより、半周期内の波高率は３５％、４０％、４７％・・・と増加し、ヒーターＨＴに投入される電力も増加する。１０波目以降では、半周期内のデューティおよび波高率は１００％に設定される。これにより、１０波目以降にヒーターＨＴに投入される電力は７２０Ｗとなる。本実施の形態において、突入電流が収束して定常電流となるまでの時間である１波目〜１０波目の間に、ヒーターＨＴに投入される電力の合計値（ヒーターＨＴの出力電圧）は５３３４Ｗとなり、第２の比較例の場合と比較して２７％増加する。
【００８３】
本実施の形態によれば、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内での波高率を従来のソフトスタートのレベルに抑えつつヒーターＨＴの出力電力を増加させることができる。その結果、突入電流を抑止しつつ、定着装置４０の昇温時間を短縮することができ、画像形成装置の省電力化を図ることができる。本実施の形態によれば、立ち上がりおよび立ち下がりの早い突入電流をヒーターＨＴに流す電流として積極的に利用することで、ヒーターＨＴの出力電圧を増加することができる。以下、本実施の形態の効果について具体的に説明する。
【００８４】
図７は、本発明例、第１の比較例、および第２の比較例の各々における半周期の順番ｎの値と、波高率との関係を示す図である。図８は、本発明例、第１の比較例、および第２の比較例の各々における半周期の順番ｎと、ヒーターＨＴに投入される電力との関係を示す図である。図９は、本発明例および第２の比較例の各々における、ヒーターＨＴへの電力の供給開始からの経過時間と定着装置４０の温度との関係を示す図である。
【００８５】
図７を参照して、本発明例における１波目〜１０波目の各々の半周期内の波高率は、第２の比較例における１波目〜１０波目の各々の半周期内の波高率と同じである。これにより、ＰＷＭ制御の入力電流の半周期内での波高率を従来のソフトスタートのレベルに抑えることができ、突入電流を抑止できることが分かる。
【００８６】
図８を参照して、本実施の形態における１波目〜１０波目の各々においてヒーターＨＴに投入される電力は、第２の比較例における１波目〜１０波目の各々においてヒーターＨＴに投入される電力よりも高い。これにより、ヒーターＨＴの出力電力を増加させることができることがわかる。
【００８７】
図９を参照して、ヒーターＨＴへの電力の供給開始から定着装置４０の温度が目標温度に到達するまでの経過時間は、本発明例の方が第２の比較例よりも時間ΔＴだけ早い。これにより、定着装置４０の昇温時間を短縮できることが分かる。
【００８８】
［その他］
【００８９】
図１０は、本発明の一実施の形態の変形例において記憶部３７４が記憶する、入力電流の半周期内における経過時間とデューティとの複数の関係ＲＬ１、ＲＬ２、およびＲＬ３を模式的に示す図である。なお図１０では、１波目内での関係のみを示しているが、複数の関係ＲＬ１、ＲＬ２、およびＲＬ３の各々は、実際には、突入電流が収束して定常電流となるまでの時間（１波目〜１０波目の間）の入力電流の半周期内における経過時間とデューティとの関係を規定したものである。
【００９０】
図１０を参照して、代替的なデューティの設定方法として、制御部３７は、入力電流の半周期内における経過時間とデューティとの複数の関係ＲＬ１、ＲＬ２、およびＲＬ３を記憶部３７４に記憶していてもよい。
【００９１】
制御部３７は、選択部３７２を用いて、温度計８５にて検出した温度に基づいて記憶部３７４が記憶する複数の関係ＲＬ１、ＲＬ２、およびＲＬ３の中から１つを選択し、デューティ制御部３７１を用いて、選択した関係に基づいてデューティを設定してもよい。
【００９２】
また制御部３７は、選択部３７２を用いて、カウント部３７３にてカウントした時間に基づいて記憶部３７４が記憶する複数の関係ＲＬ１、ＲＬ２、およびＲＬ３の中から１つを選択し、デューティ制御部３７１を用いて、選択した関係に基づいてデューティを設定してもよい。
【００９３】
なお、温度計８５にて検出した温度が低い程、またはカウント部３７３にてカウントした時間が長いほど、突入電流が大きくなるおそれが高いため、デューティが低い値に設定されている関係（関係ＲＬ１、ＲＬ２、およびＲＬ３の中では関係ＲＬ３）が選択されることが好ましい。
【００９４】
他の変形例として、制御部３７は、電流計８４で計測したＰＷＭ制御の入力電流の値に基づいて、ＰＷＭ制御のデューティを設定してもよい。
【００９５】
ヒーターＨＴのＰＷＭ制御を実現するための回路構成は上述以外のものであってもよい。整流回路の構成は任意であり、上述の実施の形態のような全波整流回路である場合の他、半波整流回路などであってもよい。ＰＷＭ制御の入力電流は交流電流であってもよい。
【００９６】
上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９７】
１  画像形成装置
１０  用紙搬送部
１１ａ〜１１ｃ  給紙トレイ
１２  給紙ローラー
１３  搬送ローラー
１４  レジストローラー
１５  排紙ローラー
２０  トナー像形成部（画像形成手段の一例）
２１  画像形成ユニット
２２  中間転写ベルト
２２ａ  回転ローラー
２３  一次転写ローラー
２４  二次転写ローラー
２５  感光体ドラム
２６  帯電装置
２７  露光装置
２８  現像装置
２９  クリーニング装置
３７  制御部（制御手段の一例）
４０  定着装置
４１  定着ローラー（定着部材の一例）
４２  加圧ローラー
４５  スキャナー
４６  ＡＤＦ（Ａｕｔｏ  Ｄｏｃｕｍｅｎｔ  Ｆｅｅｄｅｒ）
４６ａ  原稿台
５０  電力制御部
５０ａ  直流電力制御装置
５０ｂ  交流電力制御装置
６０  整流入力電流検出回路
６２  ゼロクロス検出回路
６４  ブリッジダイオード
６５，８１  整流回路（整流回路の一例）
６６，７４  平滑コンデンサ
６８  スイッチング回路
７０  トランス
７２  ダイオード
７６  二次側出力回路
７８  負荷
８２  フィルター
８３  チョッパー回路
８４  電流計（電流計測手段の一例）
８５  温度計（温度検出手段の一例）
２００  交流電源（電源の一例）
３７１  デューティ制御部（選択制御手段の一例）
３７２  選択部（選択手段の一例）
３７３  カウント部（カウント手段の一例）
３７４  記憶部（記憶装置の一例）
８３１  スイッチング素子
８３２  駆動回路
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
Ｄ１  還流素子
ＨＴ  ヒーター
Ｉｃ  充電電流
Ｉｉ１  電流
Ｌ１，Ｌ２  コイル（リアクトルの一例）
ＬＮ１，ＬＮ２，ＬＮ３，ＬＮ４  ヒーターに流れる電流の波形
Ｍ  用紙（記録材の一例）
ＲＬ，ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３  入力電流の半周期内における経過時間とデューティとの関係
Ｓｉｉ１，Ｓｚ  信号
ＴＲ１  搬送経路
ＴＲ２  反転経路
Ｖｉ１  交流電圧
【図１】
2019113607.tif 000003
【図２】
2019113607.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019113607.tif 000009
【図８】
2019113607.tif 000010
【図９】
2019113607.tif 000011
【図１０】
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