(57)【要約】【課題】商用電源の入力電圧波形に応じた発熱体への電力投入を可能にする技術を提供する。【解決手段】記録材に画像を形成する画像形成手段と、通電により発熱する発熱体を有し、該発熱体の熱により、画像が形成された記録材に対して加熱処理を施す加熱手段と、交流電源の電圧波形における所定の位相角で発熱体を点弧する駆動手段と、所定の電力実効値により発熱体を通電するために駆動手段が発熱体を点弧すべきタイミングを定めた点弧タイミングテーブルであって、交流電源の複数の電圧波形にそれぞれ対応した複数の前記点弧タイミングテーブルから選択した前記点弧タイミングテーブルに基づいて、駆動手段が発熱体を点弧するタイミングを制御する制御手段と、を備える。【選択図】図１０
2015094819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に画像を形成する画像形成手段と、
通電により発熱する発熱体を有し、該発熱体の熱により、画像が形成された記録材に対して加熱処理を施す加熱手段と、
交流電源の電圧波形における所定の位相角で前記発熱体を点弧する駆動手段と、
所定の電力実効値により前記発熱体を通電するために前記駆動手段が前記発熱体を点弧すべきタイミングを定めた点弧タイミングテーブルであって、交流電源の複数の電圧波形にそれぞれ対応した複数の前記点弧タイミングテーブルから選択した前記点弧タイミングテーブルに基づいて、前記駆動手段が前記発熱体を点弧するタイミングを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記発熱体に流れる電流値を検知する電流検知手段と、
前記電流検知手段が検知した電流値に基づいて交流電源の電圧波形を検知する波形検知手段と、
を備え、
前記制御手段は、複数の前記点弧タイミングテーブルの中から、前記波形検知手段が検知した電圧波形に対応した前記点弧タイミングテーブルを選択することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記波形検知手段が検知した電圧波形と、前記制御手段が選択している前記点弧タイミングテーブルに対応する電圧波形との同否を判断する判断手段を備え、
前記判断手段が電圧波形が同じでないと判断した場合、前記制御手段は、前記発熱体の制御に用いる前記点弧タイミングテーブルを、前記波形検知手段が検知した電圧波形に対応する前記点弧タイミングテーブルに変更することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記判断手段は、前記画像形成手段が画像形成プロセスを実行する前に、電圧波形の同否を判断することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記判断手段は、前記画像形成手段の画像形成プロセスの途中で、電圧波形の同否を判断し、
前記判断手段が電圧波形が同じでないと判断した場合、前記画像形成手段は、画像形成プロセスを中断し、前記制御手段は、前記発熱体の制御に用いる前記点弧タイミングテーブルを、前記波形検知手段が検知した電圧波形に対応する前記点弧タイミングテーブルに変更することを特徴とする請求項３または４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
記録材に画像を形成する画像形成手段と、
通電により発熱する発熱体を有し、該発熱体の熱により、画像が形成された記録材に対して加熱処理を施す加熱手段と、
交流電源の電圧波形における所定の位相角で前記発熱体を点弧する駆動手段と、
前記発熱体に流れる電流値を検知する電流検知手段と、
前記電流検知手段が検知した電流値に基づいて交流電源の電圧波形を検知する波形検知手段と、
所定の電力実効値により前記発熱体を通電するために前記駆動手段が前記発熱体を点弧すべきタイミングを定めた点弧タイミングテーブルを作成するテーブル作成手段であって、前記電流検知手段が検知した電流値と、前記波形検知手段が検知した電圧波形と、に基づいて前記波形検知手段が検知した電圧波形に対応した前記点弧タイミングテーブルを作成するテーブル作成手段と、
前記テーブル作成手段が作成した前記点弧タイミングテーブルに基づいて、前記駆動手段が前記発熱体を点弧するタイミングを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記波形検知手段が検知した電圧波形と、前記制御手段が選択している前記点弧タイミングテーブルに対応する電圧波形との同否を判断する判断手段を備え、
前記判断手段が電圧波形が同じでないと判断した場合、
前記テーブル作成手段は、前記点弧タイミングテーブルを新たに作成し、
前記制御手段は、前記テーブル作成手段が新たに作成した前記点弧タイミングテーブルに基づいて、前記駆動手段が前記発熱体を点弧するタイミングを制御することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記判断手段は、前記画像形成手段が画像形成プロセスを実行する前に、電圧波形の同否を判断することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記判断手段は、前記画像形成手段の画像形成プロセスの途中で、電圧波形の同否を判断し、
前記判断手段が電圧波形が同じでないと判断した場合、
前記画像形成手段が画像形成プロセスを中断して、前記テーブル作成手段が前記点弧タイミングテーブルを新たに作成し、
前記画像形成手段が画像形成プロセスを再開した後は、前記制御手段は、前記テーブル作成手段が新たに作成した前記点弧タイミングテーブルに基づいて、前記駆動手段が前記発熱体を点弧するタイミングを制御することを特徴とする請求項７または８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記電流検出手段は、
前記発熱体に流れる電流により発生する二次電流を全波整流又は半波整流する回路を有し、
前記二次電流の瞬時値を前記発熱体の電流値として出力することを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記電流検出手段は、
前記発熱体に流れる電流により発生する二次電流を半波整流する半波整流回路と、
前記半波整流回路で半波整流された電圧の２乗値を求める２乗回路と、
を有し、
前記２乗値を前記発熱体の電流値として出力することを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記発熱体の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段が検出した温度と目標温度との差に応じて、選択した前記点弧タイミングテーブルにおける点弧タイミングを決定することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置の定着装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを用いたレーザプリンタ等の画像形成装置は、電子写真プロセスにより転写紙（記録材）上に形成した未定着画像（未定着トナー像）を転写紙に対して定着させる等の加熱処理を行う定着部（加熱手段）を備える。定着部としては、例えば、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式の熱定着器や、セラミック面発ヒータを熱源とするフィルム加熱式の熱定着器などが知られている。これら熱定着器のヒータ（発熱体）は、一般的に、トライアック等のスイッチング素子を介して接続された商用交流電源から電力が供給される（特許文献１）。また、これらヒータを熱源とする熱定着器には、例えば、サーミスタ感温素子などの温度検出素子が設けられており、検出された温度情報を基にスイッチング素子をオン／オフ制御して、熱定着器の温度が目標温度になるように制御される。また、セラミック面発ヒータのオン／オフ制御は、通常、位相制御又は波数制御により行われる。位相制御又は波数制御は、ゼロクロス信号をもとに行われる。ゼロクロス信号とは、電源電圧の入力波形が正から負または負から正に切り換わるポイントを含み、電源電圧の大きさがある値以下になったことを報知する信号である。一般に、ゼロクロス信号はパルス信号であり、ゼロクロス信号がオンからオフに変化する立ち上がりのエッジでトリガをかけて、ヒータの制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１５１７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、位相制御は、電源電圧の入力波形が正弦波波形であることを前提に作成した投入電力％−点弧タイミングテーブルに基づいて行っている。しかしながら、入力波形が正弦波とは異なる波形の場合、位相制御における投入電力％−点弧タイミングの関係が正弦波の場合と異なることにより、ヒータに供給される電力が予定する電力よりも多すぎたり少なすぎたりしてしまうことがある。この供給電力の変動は、温度リップルによる画像不良、余分な電力消費、定着器の温度が高くなることによる付属部品の耐久性悪化といった問題の原因となりうる。
【０００５】
本発明の目的は、商用電源の入力電圧波形に応じた発熱体への電力投入を可能にする技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に画像を形成する画像形成手段と、
通電により発熱する発熱体を有し、該発熱体の熱により、画像が形成された記録材に対して加熱処理を施す加熱手段と、
交流電源の電圧波形における所定の位相角で前記発熱体を点弧する駆動手段と、
所定の電力実効値により前記発熱体を通電するために前記駆動手段が前記発熱体を点弧すべきタイミングを定めた点弧タイミングテーブルであって、交流電源の複数の電圧波形にそれぞれ対応した複数の前記点弧タイミングテーブルから選択した前記点弧タイミングテーブルに基づいて、前記駆動手段が前記発熱体を点弧するタイミングを制御する制御手
段と、
を備えることを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に画像を形成する画像形成手段と、
通電により発熱する発熱体を有し、該発熱体の熱により、画像が形成された記録材に対して加熱処理を施す加熱手段と、
交流電源の電圧波形における所定の位相角で前記発熱体を点弧する駆動手段と、
前記発熱体に流れる電流値を検知する電流検知手段と、
前記電流検知手段が検知した電流値に基づいて交流電源の電圧波形を検知する波形検知手段と、
所定の電力実効値により前記発熱体を通電するために前記駆動手段が前記発熱体を点弧すべきタイミングを定めた点弧タイミングテーブルを作成するテーブル作成手段であって、前記電流検知手段が検知した電流値と、前記波形検知手段が検知した電圧波形と、に基づいて前記波形検知手段が検知した電圧波形に対応した前記点弧タイミングテーブルを作成するテーブル作成手段と、
前記テーブル作成手段が作成した前記点弧タイミングテーブルに基づいて、前記駆動手段が前記発熱体を点弧するタイミングを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、商用電源の入力電圧波形に応じた発熱体への電力投入が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例における画像形成装置の概略断面図
【図２】本発明の実施例における定着器（加熱装置）の構成を説明する図
【図３】実施例１に適用されるヒータ駆動回路を説明する図
【図４】実施例１に適用される電流検出回路を説明する図
【図５】実施例１に適用される電流検出波形を説明する図
【図６】実施例１の投入電力決定シーケンスのフローチャート
【図７】商用電源波形と投入電力％−点弧タイミングテーブルの例を示す図
【図８】商用電源波形と投入電力％−点弧タイミングテーブルの例を示す図
【図９】商用電源波形と投入電力％−点弧タイミングテーブルの例を示す図
【図１０】実施例１の点弧タイミングテーブル算出のフローチャート
【図１１】実施例１の点弧タイミングテーブル変更要否判断のフローチャート
【図１２】実施例２に適用される回路構成を説明するブロック図
【図１３】実施例２に適用される回路構成の動作を説明する波形図
【図１４】実施例２の点弧タイミングテーブル算出フローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１０】
（実施例１）
［画像形成装置構成］
図１を参照して、本発明の実施例に係る画像形成装置の全体構成について説明する。図１は、本実施例に係る画像形成装置の一例である電子写真プロセスを用いたタンデム方式のフルカラーレーザービームプリンタ（以下、画像形成装置）の全体構成を示す概略断面
図である。ここで、画像形成装置（電子写真画像形成装置）とは、電子写真画像形成プロセスを用いて現像剤（トナー）により記録材（記録媒体）に画像を形成するものである。本実施例では、感光体ドラムを複数備えたフルカラーレーザービームプリンタを取り上げたが、本発明はこれに限らず、感光体ドラムを一つ備えたモノクロの複写機、プリンタ、ファクシミリ等にも適用することができる。また、記録材とは、画像を形成される物であって、例えば、記録用紙、ＯＨＰシート、プラスチックシート、布など等の記録メディアである。
【００１１】
タンデム方式のカラー画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ねあわせることでフルカラー画像を出力できるように構成されている。そして各色の画像形成のために、レーザスキャナ１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋとカートリッジ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋが備えられている。各カートリッジ１２Ｙ〜１２Ｋは、それぞれ、感光体１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ、感光体クリーナ１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ、帯電ローラ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ及び現像ローラ１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋを有した現像器からなる。更に各色の感光体１３Ｙ〜１３Ｋには中間転写ベルト１９が接して設けられ、この中間転写ベルト１９を挟み、対向するように一次転写ローラ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋが設置されている。
【００１２】
給紙部にて記録材としての用紙２１を格納するカセット２２には、カセット内の用紙２１の有無を検出する用紙有無センサ２４が設けられている。さらに搬送路には給紙ローラ２５、分離ローラ２６ａ、２６ｂ、レジローラ２７が設けられ、レジローラ２７の用紙搬送方向下流側近傍にレジセンサ２８が設けられている。さらに搬送経路下流側には、中間転写ベルト１９と接するように二次転写ローラ２９、そして二次転写ローラ２９の下流に定着器３０が配設されている。
【００１３】
また、３１はレーザプリンタの制御部であるコントローラであり、ＲＯＭ３２ａ、ＲＡＭ３２ｂ、タイマ３２ｃ等を具備したＣＰＵ（中央演算処理装置）３２、及び各種入出力制御回路（不図示）等で構成されている。
【００１４】
［電子写真プロセス］
次に電子写真プロセス（画像形成プロセス）について簡単に説明する。カートリッジ１２Ｙ〜１２Ｋ内の暗所にて、図中矢印の方向に回転する感光体１３Ｙ〜１３Ｋ表面に帯電ローラ１５Ｙ〜１５Ｋにより均一に帯電させる。次にレーザスキャナ１１Ｙ〜１１Ｋにより画像データに応じて変調したレーザ光を感光体１３Ｙ〜１３Ｋ表面に照射することで、レーザ光が照射された部分の帯電電荷が除去される。これにより、感光体１３Ｙ〜１３Ｋ表面に静電潜像が形成される。現像器ではブレード（不図示）の作用により一定量のトナー層が保持された現像ローラ１６Ｙ〜１６Ｋから現像バイアスによりトナーを感光ドラム上の上記静電潜像に付着させる。これにより、各色のトナー画像が像担持体としての感光体１３Ｙ〜１３Ｋ表面に形成される。
【００１５】
感光体１３Ｙ〜１３Ｋ表面上に形成されたトナー画像は、感光体１３Ｙ〜１３Ｋと中間転写ベルト１９とのニップ部において一次転写バイアスにより中間転写ベルト１９に引きつけられる。さらに、ＣＰＵ３２がベルト搬送速度に応じたタイミングにより各カートリッジ１２Ｙ〜１２Ｋにおける画像形成タイミングを制御し、それぞれのトナー像を中間転写ベルト１９上に順次転移させる。これにより、最終的に中間転写ベルト上にはフルカラー画像が形成される。
【００１６】
一方、カセット２２内の用紙２１は、給紙ローラ２５により搬送され、分離ローラ２６ａ、２６ｂにより、用紙２１が一枚だけレジローラ２７を通過して、二次転写ローラ２９
へ搬送される。レジローラの下流にある二次転写ローラ２９と中間転写ベルト１９とのニップ部において中間転写ベルト１９上のトナー像は用紙２１に転写される。トナー画像が転写された用紙２１は、最後にトナー画像が定着手段（加熱手段）としての定着器３０により加熱定着処理され、画像形成装置外に排出される。以上の構成において、トナー画像の用紙２１への転写までの工程に係わる構成が本発明における画像形成手段を構成する。
【００１７】
［定着器］
図２（ａ）〜図２（ｃ）を参照して、本発明の実施例における定着器３０の構成を説明する。
【００１８】
図２（ａ）は、定着器３０の模式的断面図である。本実施例では、定着器３０として、エンドレスフィルム（円筒状フィルム）を用いた、加圧ローラ駆動タイプのフィルム加熱方式の加熱装置を採用した場合について説明する。
【００１９】
定着器３０は、概略、定着ヒータ１００、ヒータホルダ１０１、薄耐熱フィルム（定着フィルム）１０２、加圧ローラ１０３、温度保護素子１０４等からなる。加熱手段（発熱体）としての定着ヒータ１００は、半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダ１０１により固定保持されている。円筒状の薄耐熱フィルム（定着フィルム）１０２は、定着ヒータ１００を取付けたヒータホルダ１０１にルーズに外嵌されている。加圧ローラ１０３は、定着フィルム１０２を挟んで定着ヒータ１００と相互圧接して定着ニップ部Ｎを形成する回転自在な加圧体である。温度保護素子１０４は、定着ヒータ１００の面上に感熱面が当接されるように配設されている。
【００２０】
加圧ローラ１０３は、駆動手段により矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。該加圧ローラ１０３の外面と定着フィルム１０２との定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により、加圧ローラ１０３の回転力が円筒状の定着フィルム１０２に作用して、定着フィルム１０２が従動回転状態になる。定着フィルム１０２は、その内面が定着ヒータ１００の下向き面に密着して摺動しながらヒータホルダ１０１の外回りを矢印の時計方向に回転動作を行う。
【００２１】
定着ヒータ１００に通電され、電力が供給されることにより、該定着ヒータ１００が昇温して所定の温度に立ち上がり温調される。その温調状態において、定着ニップ部Ｎに未定着トナー像Ｔを担持した用紙２１が搬送され、定着ニップ部Ｎにおいて用紙２１のトナー像担持面側が定着フィルム１０２の外面に密着して定着フィルム１０２と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ヒータ１００の熱が定着フィルム１０２を介して用紙２１に付与され、用紙２１上の未定着トナー像Ｔが加熱及び加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した用紙２１は、定着フィルム１０２から曲率分離される。
【００２２】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の定着ヒータ１００を拡大して示す模式的断面図である。定着ヒータ１００は、裏面加熱型のセラミックヒータである。このセラミックヒータは、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス系の絶縁基板１１０と、絶縁基板１１０上にペースト印刷等で形成される発熱体１１１、１１２と、これら発熱体を保護するガラス等の保護層１１３と、から構成されている。なお、絶縁基板１１０の発熱体１１１、１１２が印刷された面とは反対側の面に、定着フィルム１０２との摺動性を向上させるためのガラス層が形成される場合もある。
【００２３】
図２（ｃ）は、定着ヒータ１００の模式的平面図である。発熱体１１１は、発熱部１１１ａと、電極１１１ｃ、１１１ｄと、発熱部と電極部を接続する導電部１１１ｂと、を有し、電極１１１ｃ、１１１ｄを介して電力が供給されることで、発熱部１１１ａが発熱す
る。同様に、発熱体１１２は、発熱部１１２ａと、電極１１２ｃ、１１２ｄと、発熱部と電極部を接続する導電部１１２ｂと、を有し、電極１１２ｃ、１１２ｄを介して電力が供給されることで、発熱部１１２ａが発熱する。また、電力供給は、給電用コネクタ１１４、１１５を介して行われる。
【００２４】
図２（ｃ）に示される線Ｂは記録紙の中央搬送基準線であり、領域Ｌ１は通紙可能な最大サイズ紙の通紙幅領域、領域Ｌ２は通紙可能な最小サイズ紙の通紙幅領域である。発熱体１１１は、メインヒータとして主に記録紙の中央部を温めるのに用いられ、発熱体１１２は、サブヒータとして主に記録紙の端部を温めるのに用いられる。
【００２５】
図３を参照して、本実施例のヒータ駆動回路を説明する。図３は、本発明の実施例におけるヒータ駆動回路を説明する図である。
【００２６】
５０は、本画像形成装置を接続する商用交流電源で、ＡＣフィルタ５１を介して、本画像形成装置に入力される商用電源により発熱体１１１、１１２へ電力が供給され、各発熱体が発熱する。また、ＣＰＵ３２は、ヒータ駆動を制御するための各入出力ポートを備える。発熱体１１１は、位相制御回路６０にて所定の電力量が供給され、発熱体１１２は、位相制御回路７０にて所定の電力量が供給される。発熱体の裏面に配置された温度検出素子５４は、一方をグランド、もう一方を抵抗５５に接続されており、さらに抵抗５６を介してＣＰＵ３２のアナログ入力ポートＡＮ０に接続されている。温度検出素子５４は、高温になると抵抗値が低下する特性を持っており、固定抵抗５５との分圧電圧を予め設定された温度テーブルに変換することにより、発熱体の温度がＣＰＵ３２に検出される。これら温度検出素子５４、ＣＰＵ３２等の発熱体の温度検出に関わる構成が本発明における温度検出手段を構成する。
【００２７】
一方、ＡＣフィルタ５１を介して交流電源５０は、ゼロクロス（ＺＥＲＯＸ）生成回路５２に入力される。ゼロクロス生成回路５２は、商用電源電圧が０Ｖ近辺のある閾値電圧以下の電圧になっている時にＨｉｇｈレベルの信号を出力し、それ以外の場合にＬｏｗレベルの信号を出力する構成となっている。そして、ＣＰＵ３２には、抵抗５３を介して商用交流電源の周期とほぼ等しい周期のパルス信号がＰＡ１に入力される。ＣＰＵ３２は、ゼロクロス信号のＨｉｇｈ→Ｌｏｗに変化するエッジを検出し、位相制御やスイッチング制御のタイミング制御に利用する。
【００２８】
ＣＰＵ３２は、検出した温度に基づき位相制御回路６０、７０を駆動する点弧タイミングを決定し、各ポートＰＡ３、ＰＡ４より駆動信号を出力する。まず、位相制御回路６０、７０を説明する。所定の点弧タイミングで出力ポートＰＡ３、ＰＡ４がＨｉｇｈレベルとなることでベース抵抗５７、５８を介したトランジスタ６５、７５がオンする。トランジスタ６５、７５がオンすることでフォトトライアックカプラ６２、７２がオンすることとなる。なお、フォトトライアックカプラ６２、７２は、一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスであり、抵抗６６、７６はフォトトライアックカプラ６２、７２内の発光ダイオードに流れる電流を制限するための抵抗である。
【００２９】
抵抗６３、６４、７３、７４は、トライアック６１、７１のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ６２、７２がオンすることによりトライアック６１、７１が通電する。トライアック６１、７１は、ＡＣ通電中にＯＮトリガがかかるとＡＣの通電がなくなるまで通電状態にラッチされる素子であり、発熱体１１１、１１２にはそれぞれオンタイミングに応じた電力が投入されることとなる。以上の構成において、発熱体１１１、１１２の点弧に関わる構成が本発明における駆動手段を構成する。本実施例においては、所定の電力実効値によって発熱体１１１、１１２を通電するために上記駆動手段が発熱体を点弧すべきタイミングを定めた点弧タイミングテーブルに基づいて、制御手段としてのＣ
ＰＵ３２が、点弧タイミングを制御する。詳細は後述する。
【００３０】
またＡＣフィルタ５１を介して入力される交流電源５０からの電流は、カレントトランス８０を介して、電流検知手段としての電流検知回路８１に入力される。この電流検知回路８１では、入力された電流を電圧変換する。電圧変換された電流検知信号は、ＣＰＵ３２に抵抗８２を介してＰＡ２に入力され、Ａ／Ｄ変換され、デジタル値で管理される。
【００３１】
図４は、実施例１における電流検知回路８１の詳細図である。電流検知回路８１は、カレントトランス８０を介して入力された電流を、ダイオード８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄにて、全波整流を行う。続いて、抵抗８３にて電流−電圧変換を行い、出力する。整流の方法については、この限りではない。実施例１における電流検知回路８１では、電流瞬時値を出力するものとする。なお、本実施例では、検出対象の電流により発生する二次電流を全波整流する場合について説明するが、該二次電流を半波整流して、検出対象の瞬時値をファームウエアにてＡ／Ｄサンプリングする構成でもよい。
【００３２】
［投入電力％−点弧タイミングテーブルの算出］
図５を参照して、商用電源が入力された際に投入電力％−点弧タイミングテーブルを算出する方法について説明する。図５には、入力電源電圧２００、カレントトランス後の全波整流波形２０１、ゼロクロス信号２０２、ＡＤサンプリング波形２０３がそれぞれ横軸を時間として表記されている。商用電源５０から電源電圧２００が入力されると、カレントトランス８０を経て、電流検知回路８１にて全波整流波形２０１が生成されＣＰＵ３２に入力される。また、ゼロクロス生成回路５２にてゼロクロス信号２０２が生成され、ＣＰＵ３２に入力される。
【００３３】
ＣＰＵ３２に搭載されたファームウエアは、波形検知手段として、ゼロクロス信号２０２を起点として、複数点、各位相角にて全波整流波形２０１をＡＤサンプリングする。次に、テーブル作成手段として、各位相角で点弧した場合のそれぞれの電力実効値と、半波１００％通電時の電力実効値に対する各位相角で点弧した場合のそれぞれの電力実効値の割合と、を算出し、投入電力％−点弧タイミングテーブルを作成する。そして、作成した投入電力％−点弧タイミングテーブルを、記憶手段としてのＲＯＭ３２ａに格納する。上記のような電流検出構成をとることで、簡単な電気回路構成で、投入電力％−点弧タイミングテーブルを算出することが可能になる。
【００３４】
図６には、位相制御するヒータの点弧タイミングを決定するプロセスを説明する為のフローチャートを表している。図６を説明すると、ファームウエアはサーミスタの温度をモニタし（Ｓ１０１）、目標温度との差から投入電力を決定する（Ｓ１０２）。なお、投入電力の決定プロセスとして、現在の温度差のみから投入電力を決定するのではなく、過去の履歴を加味したＰＩＤ制御を用いることで制御の安定性を図る方法が一般的である。投入電力はメイン・サブの通電比率に応じて、メインヒータの投入電力とサブヒータの投入電力がそれぞれ決定されるものである。
【００３５】
続いて、ファームウエアが投入電力を決定すると、まず、サブヒータの点弧タイミングＡが算出される（Ｓ１０３）。次に、メインヒータの点弧タイミングＢが算出される（Ｓ１０４）。ＣＰＵ３２内のＲＡＭ３２ｂには、電流検知回路を用いて作成された投入電力％−点弧タイミングテーブルが格納されており、ファームウエアはそのテーブルを用いて点弧タイミングを算出する。
【００３６】
図７〜図９は、投入電力％−点弧タイミングテーブル（点弧タイミングテーブル）の例を示す図であり、図７は商用電源からの電源電圧が正弦波の場合、図８は矩形波の場合、図９はのこぎり波の場合をそれぞれ示している。図７〜図９の各図において、左側のグラ
フが、商用電源の電圧波形と点弧タイミング係数との関係を示し、右側のグラフが、ＡＣ波形の半波の全範囲で通電（１００％通電）したときの電力を１００％とする投入電力％と点弧タイミング係数との関係を示している。図７〜図９の各投入電力％−点弧タイミングテーブルにおける点弧タイミング係数の０は、ＡＣ波形の位相が０°のときであり、１は、１８０°のときである。なお、図７〜図９はあくまで一例であり、ここに示す内容に限定されるものではない。
【００３７】
発熱体を点弧するタイミングを、ゼロクロス信号の変化を検知してから所定時間遅らせたタイミングとすることにより、発熱体への投入電力量を所望の投入電力％に制御することができる。点弧タイミングを遅らせる時間は、ゼロクロス信号により検出されるＡＣ半周期［ｍｓ］に、図７〜図９の右側グラフにおける所望の投入電力％に対応した点弧タイミング係数をかけ合わせることで算出することができる。例えば、５０Ｈｚの入力電圧においてサブヒータに６０％の電力を投入する為の点弧タイミングＡは、ゼロクロス信号の変化から４．５ｍｓ（＝２０ｍｓ／２×０．４５０）後と算出される。したがって、ファームウエアが、ゼロクロス信号のＨｉｇｈ→Ｌｏｗに変化した時間から４．５ｍｓ後に出力ポートにＨｉｇｈレベルを出力することで、サブヒータに６０％の電力が供給されることになる。メインヒータの点弧タイミングＢについても同様に算出される。
【００３８】
図１０は、商用電源が入力された際に実行する投入電力％−点弧タイミングテーブルを算出するプロセスを説明する為のフローチャートである。図１０に示すフローは、図６に示すフローとは非同期に実行される。本実施例では、画像形成装置の電源がＯＮされた直後にＣＰＵ（ファームウエア）が本フローを実行するように構成している。なお、ＯＮ直後でなくてもプリント開始前の別のタイミングに実行するようにしてもよく、実行するタイミングは特に限定されるものではない。
【００３９】
本シーケンスがスタートすると、ＣＰＵ３２に搭載されたファームウエアは、電流検出回路によって出力される電流瞬時値をＡＤサンプリングする際のデータ取得周期設定を行なう（Ｓ１１１）。そして、ゼロクロス信号の立下りエッジの検出を行い（Ｓ１１２）、立下りエッジを検出すると、半波制御用のカウンタＴとデータ取得回数カウンタｎの初期値設定を行ない（Ｓ１１３）、メインヒータ又はサブヒータをＯＮする（Ｓ１１４）。
【００４０】
電源ＯＮ時におけるデータ取得周期は、精度良く検出する為に、細かいデータ取得周期にするのがよい。本実施例では、データ取得周期を０．２５ｍｓに設定し（Ｓ１１１）、本シーケンスを実施する。ファームウエアは、データ取得周期Δｔ経過する毎に（Ｓ１１５）、電流検出回路によって出力される電流瞬時値Ｉをサンプリングし、各データ取得回数の電流瞬時値ＩｎをＩｎ＝Ｉとして取得する（Ｓ１１６）。次に、データ取得回数カウンタｎをインクリメントし（Ｓ１１７）、次のゼロクロス信号のエッジを検出するまで、データの取得を行なう（Ｓ１１８）。
【００４１】
カウンタＴの値からＡＣ入力電源の周波数を算出し（Ｓ１１９）、Ｓ１１６における電流瞬時値のデータ取得結果から各点弧タイミングにおける実効値電流を算出する（Ｓ１２０）。Ｓ１２０での各点弧角における実効値電流から点弧タイミング係数が０の時の実効値電流に対する各点弧タイミングにおける実効値電流の割合を計算し、各点弧タイミングにおける実効値電流の割合を線形補完する。次に、算出した実効値電流から投入電力％−点弧タイミングテーブルを算出し（Ｓ１２１）、投入電力％−点弧タイミングテーブルをＲＡＭ３２ｂに格納する（Ｓ１２２）。以後のヒータ（発熱体）通電時には、ＲＡＭ３２ｂに格納された投入電力％−点弧タイミングテーブルを用いで発熱体への電力供給を行なう。
【００４２】
しかしながら、商用電源の供給の不安定な新興国等においては、商用電源波形が外部の
負荷の状況によって変動することが予想される。商用電源波形が変動すると、投入電力％−点弧タイミングテーブルに対する偏差によって、所望の電力を供給することができなくなり、温度リップルによる画像不良、定着器の温度が高くなることによる付属部品の耐久性悪化、余分な電力消費などが懸念される。この問題に対しては、前回の投入電力％−点弧タイミングテーブル算出シーケンス実施時の商用電源波形に対する商用電源波形の変動の有無を確認し、投入電力％−点弧タイミングテーブルの変更が必要かどうか判断し、必要であれば変更するようにすればよい。すなわち、電源ＯＮ時等の所定のタイミングにおいて商用電源の電圧波形の検知を行い、検知した電圧波形と、選択中の投入電力％−点弧タイミングテーブルに対応する電圧波形との同否を、判断手段としてのＣＰＵ３２が判断する。そして、両者が同じでないと判断した場合には、点弧タイミングの制御に用いる投入電力％−点弧タイミングテーブルを変更する制御を行う。
【００４３】
図１１を参照して、投入電力％−点弧タイミングテーブルの変更の要否を判断するシーケンスについて説明する。本実施例では、本シーケンスを、プリント時（プリント開始直前）などに、現行の投入電力％−点弧タイミングテーブルで、温調を行なうか否かを判断するために実施する。
【００４４】
本シーケンスをスタートすると、ＣＰＵ３２に搭載されたファームウエアは、電流検出回路によって出力される電流瞬時値をＡＤサンプリングする際のデータ取得周期設定を行なう（Ｓ１３１）。そして、ゼロクロス信号の立下りエッジの検出を行い（Ｓ１３２）、立下りエッジを検出すると、半波制御用のカウンタＴとデータ取得回数カウンタｎの初期値設定を行ない（Ｓ１３３）、メインヒータ又はサブヒータをＯＮする（Ｓ１３４）。
【００４５】
電源波形の変動の有無が確認できればよいので、本シーケンスにおけるデータ取得周期は、１半波に数回電流値を検出する程度の周期でよい。本実施例では、データ取得周期を５ｍｓに設定し、本シーケンスを実施する。ファームウエアは、データ取得周期Δｔ経過したときに（Ｓ１３５）、電流検出回路によって出力される電流瞬時値Ｉをサンプリングし、Ｉｎ＝Ｉを取得する（Ｓ１３６）。次に、取得したＩｎと、前回の投入電力％−点弧タイミングテーブル算出シーケンス実施時の電流検出サンプリング値Ｉｎｒｅｆと、を比較する（Ｓ１３７）。
【００４６】
Ｉｎ＝Ｉｎｒｅｆ（±５％以内ならば“＝”と判断する。）でなかった場合、投入電力％−点弧タイミングテーブルの変更が必要と判断され、投入電力％−点弧タイミングテーブル算出シーケンスが実施される。投入電力％−点弧タイミングテーブル算出シーケンスは、図１０に示したシーケンスと同様なので、説明は省略する。
【００４７】
Ｉｎ＝Ｉｎｒｅｆ（±５％以内ならば“＝”と判断する。）であった場合、データ取得回数カウンタｎをインクリメントし（Ｓ１３８）、次のゼロクロス信号のエッジを検出するまで、データの取得、ＩｎとＩｎｒｅｆの比較を行う（Ｓ１３９）。半波分のデータを取得し、全てのデータにおいて、前回の投入電力％−点弧タイミングテーブルを取得した時の実施時の電流検出サンプリング値Ｉｎｒｅｆと同じであったとき、投入電力％−点弧タイミングテーブル変更不要と判断される。
【００４８】
本シーケンスは、画像形成プロセスの途中等においても実施してよい。その場合、本シーケンスを実施して投入電力％−点弧タイミングテーブルの変更が要と判断されたら、画像形成プロセスを中断し、投入電力％−点弧タイミングテーブル算出シーケンスを実施する。そして、新たに算出した投入電力％−点弧タイミングテーブルに変更、あるいは既に作成済みのテーブルの中から対応するテーブルを選択して、画像形成プロセスを再開する。なお、本シーケンスの実施タイミングは、ここで説明したタイミングにのみ限定されるものではない。
【００４９】
以上説明したように、本実施例では、電源ＯＮ時等に、投入電力％−点弧タイミングテーブルを取得し、プリント前等に、投入電力％−点弧タイミングテーブルの変更の要否を判断し、要と判断された場合、投入電力％−点弧タイミングテーブルを変更する。テーブルの変更は、既に作成済みのテーブルの中に対応するテーブルがある場合には当該テーブルを選択し、ない場合には新たに算出する。このようにして取得した投入電力％−点弧タイミングテーブルを用いて、ヒータ（発熱体）への電力供給を行なう。これにより、電源波形の変動にも対応しつつ、正弦波とは異なる商用電源が投入された際にも所望の電力がヒータに投入されるようにヒータに供給する電力を制御することができる。したがって、温度リップルによる画像不良、定着器の温度が高くなることによる付属部品の耐久性悪化、余分な電力消費などのない電力制御が実現可能になる。
【００５０】
（実施例２）
図１２〜図１４を参照して、本発明の実施例２に係る画像形成装置について説明する。なお、本実施例において上記実施例１と共通する構成については、同じ符号を付して説明を省略する。ここで特に説明しない事項については、上記実施例１と同様である。
【００５１】
上記実施例１では、検出対象の電流により発生する二次電流を全波整流し、検出対象の瞬時値をファームウエアにてＡ／Ｄサンプリングする例について説明した。実施例１のような電流検出手段の場合、Ａ／Ｄサンプリング、電力実効値算出などファームウエアの負荷が重くなってしまうことが懸念される。本発明の実施例２に係る画像形成装置では、上記懸念を鑑みて、電気回路にて、電流実効値の２乗値を算出することで、ファームウエアの負荷を軽減する構成としたことを特徴とする。
【００５２】
図１２は、本実施例における電流検出回路の構成を示す図である。図１３は、本実施例に適用される回路構成の動作を説明する波形図である。本実施例における電流検出回路は、発熱体に流れる電流により発生する二次電流を半波整流する半波整流回路部と、半波整流回路部で半波整流された電圧の２乗値を求める２乗回路部と、を有している。
【００５３】
図１３の２２１では、発熱体１１１、１１２に電流が流されると、カレントトランス８０によって、その電流波形が二次側で電圧変換される。このカレントトランス８０の電圧出力をダイオード２０１、２０３によって整流し、負荷抵抗として抵抗２０２、２０４を接続している。２２３は、このダイオード２０３によって半波整流された波形を示す。この電圧波形は、抵抗２０５を介して乗算器２０６に入力される。この乗算器２０６は、２２４で示すように、２乗した電圧波形を出力する。この２乗された波形は、抵抗２０７を介してオペアンプ２０９の−端子に入力される。このオペアンプ２０９の＋端子には、２０８を介してリファレンス電圧２１７が入力されており、帰還抵抗２１０により反転増幅される。尚、このオペアンプ２０９は片電源から電源が供給されているものとする。
【００５４】
２２５は、リファレンス電圧２１７を基準に反転増幅された波形を示す。このオペアンプ２０４の出力は、オペアンプ２１２の＋端子に入力される。オペアンプ２１２では、リファレンス電圧２１７と、その＋端子に入力された波形の電圧差と、抵抗２１１で決定される電流がコンデンサ２１４に流入されるようにトランジスタ２１３を制御している。こうしてコンデンサ２１４は、リファレンス電圧２１７と、その＋端子に入力された波形の電圧差と抵抗２１１で決定される電流で充電される。
【００５５】
ダイオード２０３による半波整流区間が終わると、コンデンサ２１４への充電電流がなくなるため、その電圧値がピークホールドされる。そして２２６に示すように、ダイオード２０１の半波整流期間にＤＩＳ信号によりトランジスタ２１５をオンする。これにより、コンデンサ２１４の充電電圧が放電される。２２７で示すように、トランジスタ２１５
は、ＣＰＵ３２からのＤＩＳ信号によりオン／オフされており、２２２で示すゼロクロス信号を基に、トランジスタ２１５のオン／オフ制御を行っている。このＤＩＳ信号は、ゼロクロス信号の立上がりエッジから所定時間Ｔｄｌｙ後にオンし、ゼロクロス信号の立下がりエッジと同じタイミング、もしくは直前でオフする。これにより、ダイオード２０３の半波整流期間であるヒータの通電期間を干渉することなく制御できる。
【００５６】
つまり、コンデンサ２１４のピークホールド電圧Ｖ１ｆは、カレントトランス８０によって電流波形が二次側に電圧変換された波形の２乗値の半周期分の積分値となる。こうしてコンデンサ２１４にピークホールドされた電圧値が、ＨＣＲＲＴ信号として電流検出回路からＣＰＵ３２に送出される。なお、カレントトランス８０の基準電位は、リファレンス電圧２１７からバッファ２１６を介して決定されている。
【００５７】
図１４には、実施例２における商用電源が入力された際に投入電力％−点弧タイミングテーブルを算出するプロセスを説明する為のフローチャートであり、図６で説明したフローとは、非同期に動作するものである。まず、ファームウエアが電源をＯＮされたことを検知したあとに、本フローは動作を開始する。本実施例には、電源ＯＮ時に本フローが実施する場合を記載している。しかし、本フローは、これに限られるものではなく、プリント開始前のような別のタイミングにおいても適用されるものである。
【００５８】
ファームウエアは、まず、ＡＣ入力電源電圧の周波数ｆを算出し（Ｓ２３１）、ＡＣ入力電源の１半波における実効値電流のデータ取得ポイント数を設定し（Ｓ２３２）、データ取得ポイント係数を算出する（Ｓ２３３）。本実施例では、ＡＣ電源入力周波数ｆ＝５０Ｈｚ、データ取得ポイント数Ｎ＝１０とし、ｐ＝１／（Ｎ＊ｆ）＝２ｍｓとなる。したがって、ゼロクロス信号の立下りタイミングから２ｍｓ、４ｍｓ、６ｍｓ、８ｍｓ、１０ｍｓ、１２ｍｓ、１４ｍｓ、１６ｍｓ、１８ｍｓ、２０ｍｓでヒータをＯＮした場合の計１０ポイントの実効値電流を測定するものとする。
【００５９】
ファームウエアは、まず、半波制御用のカウンタＴとデータ取得回数カウンタｎの初期値設定を行う（Ｓ２３４）。そして、ゼロクロスの立下りエッジを検出し（Ｓ２３５）、Ｔ＝ｎ＊Ｐとなったタイミング（Ｓ２３６）にてメインヒータ又はサブヒータをＯＮする（Ｓ２３７）。次に、ゼロクロスの立ち上がりエッジを検出したタイミング（Ｓ２３８）で電流検出回路の出力ＨＣＲＲＴ信号２２６のＡ／Ｄ値をＩｎ＝Ｉとして取得する（Ｓ２３９）。ゼロクロスの立ち上がりのタイミングでは、ＨＣＲＲＴ信号２２６は、ピークホールドされており、ゼロクロスの立下りから立ち上がりまでの実効値電流が電圧として出力される。次にデータ取得回数カウンタをインクリメントし（Ｓ２４１）、各位相にてヒータを点弧した場合の実効値電流が取得される。そして、Ｎ＝ｎになったところで、投入電力％−点弧タイミングテーブルを算出し（Ｓ２４２）、投入電力％−点弧タイミングテーブルをＲＡＭ３２ｂに格納する（Ｓ２４３）。以後のヒータ通電時には、ＲＡＭ３２ｂに格納された投入電力％−点弧タイミングテーブルを用いでヒータへの電力供給を行なう。
【００６０】
以上説明したように、本実施例２の構成によれば、電気回路にて、電流実効値の２乗値を算出することで、投入電力％−点弧タイミングテーブルをファームウエアに負荷をかけることなく算出することができる。これにより、より簡単なファームウエア構成で、電源波形の変動にも対応しつつ、正弦波とは異なる商用電源が投入された際にも所望の電力がヒータに投入されるようにヒータに供給する電力を制御することができる。したがって、温度リップルによる画像不良、定着器の温度が高くなることによる付属部品の耐久性悪化、余分な電力消費などのない電力制御が実現可能になる。
【００６１】
上記各実施例では、本発明を記録材に画像を加熱定着させる加熱定着装置に適用した例
を示したが、本発明の適用範囲はこれに限られない。例えば、加熱によって記録材の表面につやを出す等の記録材表面を改質するための像加熱装置、仮定着させるための像加熱装置、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置など、被加熱材に加熱処理を施すための装置に広く適用できる。
【符号の説明】
【００６２】
３０…定着装置、３２…ＣＰＵ、６０、７０…トライアック駆動回路、８１…電流検知回路、１１１、１１２…ヒータ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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