(57)【要約】【課題】  負荷の電力消費量を低下させず、フリッカを低減しながら、電源高調波電流，導電ノイズを改善。【解決手段】  温度に対する抵抗特性が正である負荷に対して交流電源からの電力の供給を制御する装置であって、通電開始時と通電終了時とに、供給電圧波形の半波区間を複数含む点灯制御区間を設け、該点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする、間欠通電を行う。一態様では、負荷は複数であり、各負荷について、供給電圧波形の半波区間を複数含む同一の点灯制御区間を設け、該点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする、間欠通電を行う。該同一の点灯制御区間において、通電区間は各負荷毎に異なり、互いに重ならないように設けた。【選択図】  図４
2008233167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に対する抵抗特性が正である負荷に対して交流電源からの電力の供給を制御する装置であって、
通電開始時と通電終了時とに、供給電圧波形の半波区間を複数含む点灯制御区間を設け、
該点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする、間欠通電を行うことを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
前記負荷は複数であり、各負荷について、供給電圧波形の半波区間を複数含む同一の点灯制御区間を設け、該点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする、間欠通電を行うことを特徴とする、請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記、同一の点灯制御区間において、通電区間は各負荷毎に異なり、互いに重ならないように設けたことを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項４】
温度に対する抵抗特性が正である複数の負荷と、該負荷の温度を検出する複数の温度検出器とを有し、該温度検出器の検出値に基づいて前記複数の負荷に対してそれぞれ交流電源からの電力の供給を制御する装置であって、
通電開始時と通電終了時とに、各負荷について、供給電圧波形の半波区間を複数含むそれぞれの点灯制御区間を設け、該点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする、間欠通電を行うことを特徴とする電力制御装置。
【請求項５】
画像形成装置において、温度に対する抵抗特性が正である負荷に対して交流電源からの電力の供給を制御する装置であって、
通電開始時と通電終了時とに、供給電圧波形の半波区間を複数含む点灯制御区間を設け、該点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする間欠通電を行い、画像形成装置の待機モードとコピーモードでは、該間欠通電のシーケンスを別々に設定したことを特徴とする、画像形成装置の電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度上昇によって抵抗値が上昇する正特性負荷に通電する交流電力を制御する電力制御装置に関し、特に、通電開始時と通電終了時の、負荷に流れる突入電流による一時的な電源電圧の低下（電圧変動）や、位相制御による電力供給のために生じる電流波形の高調波歪み（ハーモニクス）や、導電ノイズ（コンダクションノイズ）を低減する通電制御に関する。本発明は例えば、温度上昇によって抵抗値が上昇する正特性抵抗を示すランプ，ヒータの交流電力制御に用いることができ、また、電子写真方式の複写機，プリンタまたはファクシミリのような画像形成装置等の熱定着装置に装備した定着ヒータ，定着ランプ等の交流電力制御に用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平  ６−２４２６４４号公報
【特許文献２】特許第  ３５９０８９２号
【特許文献３】特開２００４−２６４３９７号公報。
【０００３】
例えば電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着ヒータは、大電力を必要とし、例えばＡＣ６５０ＷとＡＣ５５０Ｗの２本のヒータを定着ローラの内部に入れ、定着ローラの表面に接触して配置された温度センサの出力に応じて、検出温度が目標温度未満であるとＯＮ（通電指示レベル）、目標温度を超えるとＯＦＦ（非通電指示レベル）のヒータ信号を生成して、この信号に基づいて定着ヒータをオン（通電），オフ（非通電）して定着ヒータに対して供給する電力を制御して、定着ローラを所定の温度に保っている。ところで、定着用ハロゲンヒータの抵抗値は、温度に対して正の特性を有しており、ヒータ自身の温度が高いほど、抵抗が大になるので、それまで電流が供給されていなかった場合、ハロゲンヒータの抵抗値は小さくなっていて、この低抵抗状態にあるハロゲンヒータに対して電力が供給されると、図１５上の曲線ｃのように、電力供給開始直後に、突入電流Ｉ１が流れる。
【０００４】
図１５は、従来の連続通電制御を実施した場合の電圧降下の様子と電流波形とを示す説明図である。この突入電流Ｉ１によって生じる電圧降下は、瞬間的に大きく、周囲の機器や照明機器に対しても影響を与えることがある。たとえば、照明機器に供給している電圧が瞬間的に低下して、照明機器の明るさにちらつき（フリッカ）を発生することがある。欧州向け複写機においては、フリッカ試験が義務づけられており、その対策に複写機各機種で色々な対策を行っている。
【０００５】
このフリッカ（電圧変動）を少なくするため、特許文献１に開示されているように、負荷に通電する際の導電位相角を徐々に大きく変えて交流電力を供給する「位相制御」という制御方法が既に知られている。図１６は、従来の位相制御を実施した場合の負荷の、電圧変動の様子と電流波形を示す説明図である。
【０００６】
しかし、従来の「位相制御」を行って上述のハロゲンヒータ等の負荷に対して電力を供給する場合、電圧波形のゼロクロス点以外のところで電力の供給が開始されて、大きな電圧が負荷に印加されるので、電流波形に歪みが生じるとともに、導電ノイズを輻射する場合がある。この電流波形の歪みは、「位相制御」により内部の負荷に電力を供給する機器が接続されている商用電源のコンセント周囲あるいは他の屋内配線に接続されている他の機器に悪影響を与える場合がある。輻射された導電ノイズは、周辺にある電子機器の誤動作等を引き起こすという問題点を発生する場合もあり、現在は、ＥＭＣ規格（ヨーロッパ規格）のＥＮ５５０２２，ＥＮ６１０００といった規格でその限度値が公式に規制されている。
【０００７】
特許文献２は、「位相制御」の代わりに、半波区間単位での通電区間と休止区間とを設け、間欠的に通電することにより、ハロゲンヒータへの大きな突入電流が発生しないようにして、「位相制御」と同様の効果を狙い、フリッカの低減を図るものである。しかも、複数の負荷に対しては、各負荷の起動制御区間が、時間的に互いに重ならないように設けられている。特許文献３は、２個の、管軸方向の抵抗分布が異なるヒータを定着ローラ内に装備して、各ヒータごとに温度センサを備えて、各センサの検出温度に基づいて点灯すべきヒータおよび通電制御の内容を決定する定着温度制御を記載している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、電子写真方式の画像処理装置の熱定着装置に複数のハロゲンヒータを使用するといった理由には、発熱量の増加や発光分布の調整といった意味合いがある。特に顧客の使い勝手の要求から、短時間に機械を稼働可能状態にする必要（ウオームアップ時間の短縮）があり、発熱量はできるだけ大きく、ヒータの点灯休止区間はできるだけ避けたい。また、ほとんどの仕向先国の安全規格等で、最大電力の制限がなされるため、消費電力は増加させずに、効率よくヒータの点灯・発熱量を利用したい（通紙時には用紙が熱を奪うために、ヒータの発熱量が不足しがちになる）。特許文献２では、複数の負荷に対しては、各負荷の起動制御区間が時間的に互いに重ならないように設けるため、休止区間が増大し、ヒータの発熱量が低下するといった問題がある。
【０００９】
本発明は、負荷の電力消費量を低下させず、フリッカを低減しながら、電源高調波電流，導電ノイズも改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）温度に対する抵抗特性が正である負荷に対して交流電源からの電力の供給を制御する装置であって、
通電開始時と通電終了時とに、供給電圧波形の半波区間を複数含む点灯制御区間を設け、
該点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする、間欠通電を行うことを特徴とする電力制御装置。
【００１１】
（２）前記負荷は複数であり、各負荷について、供給電圧波形の半波区間を複数含む同一の点灯制御区間を設け、該点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする、間欠通電を行うことを特徴とする、請求項１に記載の電力制御装置。
【００１２】
（３）前記、同一の点灯制御区間において、通電区間は各負荷毎に異なり、互いに重ならないように設けたことを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
【００１３】
（４）温度に対する抵抗特性が正である複数の負荷と、該負荷の温度を検出する複数の温度検出器とを有し、該温度検出器の検出値に基づいて前記複数の負荷に対してそれぞれ交流電源からの電力の供給を制御する装置であって、
通電開始時と通電終了時とに、各負荷について、供給電圧波形の半波区間を複数含むそれぞれの点灯制御区間を設け、該点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする、間欠通電を行うことを特徴とする電力制御装置。
【００１４】
（５）画像形成装置において、温度に対する抵抗特性が正である負荷に対して交流電源からの電力の供給を制御する装置であって、
通電開始時と通電終了時とに、供給電圧波形の半波区間を複数含む点灯制御区間を設け、該点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする間欠通電を行い、画像形成装置の待機モードとコピーモードでは、該間欠通電のシーケンスを別々に設定したことを特徴とする、画像形成装置の電力制御装置。
【発明の効果】
【００１５】
上記（１）によれば、供給電圧波形の半波区間を複数含む点灯制御区間を設け、点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする間欠制御を行うので、特許文献２よりもさらにフリッカ値を低減しながら、電源高調波電流，導電ノイズを改善することができる。特許文献２では、通電開始時についてのみ通電区間と休止区間を設け、間欠制御を行っているが、本発明では、通電終了時にも通電区間と休止区間を設け、間欠制御を行うので、特許文献２よりもさらにフリッカ値を低減できる。
【００１６】
従来の「位相制御」においても、通電開始時と通電終了時との両方で、「位相制御」が実施されており、通電終了時に「位相制御」を実施した場合、フリッカ値の低減効果の寄与率が１０〜２０％程度得られたといった例もあり、通電終了時にも通電区間と休止区間を設け、間欠制御を行うことは効果がある。
【００１７】
特許文献２は、「たとえば、負荷の温度が所定値以上になるまでを起動制御区間とする」，「上記の間欠制御では、通電開始時の予め定めた数の半波区間を起動制御区間としているが、負荷の温度が所定値以上になるまでを起動制御区間とすることもできる」，「上記の間欠制御は、負荷の温度が所定値以上になったために負荷に対する通電を停止した後に、負荷の温度が所定値より低くなったために負荷に対する通電を再開する復帰動作時における電力制御にも適用できる」としており、この場合にはヒータの発熱量が減少してしまうが、本発明では、起動時の点灯制御区間Ａにおいて間欠制御を行ったあとは、直ちに間欠制御を中止し、連続通電（フル点灯）の温度フィードバック制御（たとえば従来から知られるＰＩＤ制御）に移行し、温度フィードバック制御からの指令がヒータを消灯させる場合の通電終了時の点灯制御区間（Ｂ）において、間欠制御を行った後にヒータを消灯させるので、ヒータの発熱量が減少する悪影響は、特許文献２に比べて非常に少ない。本発明では、負荷が単数の場合でも、上述の作用と効果が得られ、電圧変動が小さくなり、フリッカ値が改善され、また、電流波形に歪みが生じにくくなり、電源高調波電流の発生を押さえることができるとともに、導電ノイズの輻射も押さえることができる。
【００１８】
上記（２）によれば、通電開始時と通電終了時との両方で、複数負荷の各負荷について、供給電圧波形の半波区間を複数含む同一の点灯制御区間を設け、点灯制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする間欠制御を行うので、特許文献２よりもさらにフリッカ値を低減しながら、電源高調波電流，導電ノイズを改善することができる。
【００１９】
特許文献２では、複数のハロゲンヒータ負荷に対して、交流電源から電力を供給する装置で、通電開始時に、各ハロゲンヒータ負荷について、「供給電圧波形の半波区間を複数含む起動制御区間を互いに重ならないように設け、起動制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする間欠制御を行う」、また、「上記の間欠制御は、温度に対する抵抗特性が正である複数の負荷に対して交流電源から電力を供給する場合にも、適用できる。その場合、各負荷について、供給電圧波形の半波区間を複数含む起動制御区間を設けて、起動制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とし、しかも、各負荷の起動制御区間が時間的に互いに重ならないようにする。」（図１７参照）。
【００２０】
一方、本発明では、複数負荷の同一の点灯制御区間において、間欠制御を行う点が、最も異なる（図４参照）。特許文献２記載の起動制御区間を互いに重ならないように設けることは、結果的に点灯休止区間が増大し、負荷の発熱量が減少してしまう。本発明では、同一の点灯制御区間において、複数負荷の通電区間が互いに重ならないように設けたので、負荷の発熱量が減少してしまうことなく、フリッカ値を低減できる。発熱量が減少しないので、定着ローラの温度上昇時間を短縮でき、応答性のよい温度制御ができる。また、機械の立ち上がり時間（ウオームアップ時間）を短縮できる。また、通紙時には用紙が熱を奪うためにヒータの発熱量が不足しがちになり定着ローラ温度が低下する、といった不具合も生じない。
【００２１】
上記（３）によれば、同一の点灯制御区間において、複数負荷の各負荷の通電区間を、各負荷毎に異なり、互いに重ならないように設けたので、負荷の発熱量が増加し、定着ローラの温度上昇時間を短縮でき、応答性のよい温度制御ができる。また、機械の立ち上がり時間（ウオームアップ時間）を短縮できる。消費電力を平均化できるなどの効果も期待できる。
【００２２】
上記（４）によれば、複数の負荷（７）と複数の温度検出器（８）で構成され、それらが別々にフィードバックループを構成し制御される場合においても、複数負荷が両者同時にオンする半波区間がないように制御を設定したので、電圧変動，電源高調波電流，導電ノイズの輻射を改善することができる。
【００２３】
（５）本発明を適用する画像形成装置において、待機モードやコピーモードといったように、複数の動作モードを有する場合、動作モードに対応した、複数の間欠通電シーケンスを用意し、通電制御を変更するようにしたので、各動作モードに対応しながら電圧変動，電源高調波電流，導電ノイズの輻射を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【実施例１】
【００２５】
図１に、本発明の第１実施例の電力制御装置を装備した、電子写真方式の画像形成装置であるディジタル複写機の構成の概要を示す。図１に示すように、ディジタル複写機は、大まかに分けると、スキャナ１と、図示しない画像処理装置と、プリンタ２とから構成されている。スキャナ１は、原稿画像を読み取って原稿画像に対応した電気信号に変換し、画像データとして画像処理装置に送信する。画像処理装置は、送信された画像データに所定の画像処理を施す。画像処理を施された画像データは、プリンタ２内のレーザ書き込み装置により、プリンタ２内の電子写真式の作像装置の中に設けられた感光体に照射されて、原稿画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置により現像されて現像剤像となった後に、記録用紙に転写される。現像剤像を支持した用紙は、作像装置内の用紙搬送方向下流側に配置された定着器３に搬送されて、現像剤像が用紙に定着される。
【００２６】
図２に、定着器３を拡大して示す。定着器３には、上側定着ローラ４および下側定着ローラ５が配置されており、両ローラ４，５は、加圧レバー６により互いに圧接されている。上下の定着ローラ４，５は、図示しない駆動手段により回転可能になっており、用紙を挟持搬送可能になっている。上側定着ローラ４の内部には、負荷である２本の定着ヒータ７−１，７−２が内蔵されている。また、上側定着ローラ４の外周面には、定着サーミスタ８および定着剥離爪９が接触して配置されている。上側定着ローラ４と離間して、２個の温度ヒューズ１０−１，１０−２（断面図のために図では見えない）が配置されている。
【００２７】
図３に、定着器３に給電する電源装置の概要を示す。該電源装置には、定着ヒータ７−１，７−２に給電する給電回路１２および給電を制御する制御装置１３がある。給電回路１２および制御装置１３によって、電力制御装置が構成されている。交流電源接続プラグ１１から、給電回路１２に、商用交流電圧が印加される。給電回路１２には、コンバータ１５，ゼロクロス検出回路１６，スイッチング手段である双方向サイリスタ１７−１，１７−２が内蔵されている。コンバータ１５は、交流を直流に変換する整流平滑回路，直流を複数電圧の交流に変換するインバータおよび交流複数電圧のそれぞれを直流に変換する複数の整流平滑回路でなり、該コンバータ１５が、複写機内の直流負荷に印加される＋２４Ｖおよび＋１２Ｖならびに制御系回路に印加される＋５Ｖを出力する。制御装置１３には、２つの入出力装置１８，１９，ＣＰＵ２０，ＲＯＭ２１，ＲＡＭ２２、および、Ａ／Ｄ変換器２３が内蔵されている。
【００２８】
前述のように、定着ヒータ７−１，７−２は、上側定着ローラ４の内部に配置されており、上下両ローラ４，５に熱を供給する。また、定着サーミスタ８は、定着ローラ４の表面温度を電圧に変換して検出する。定着サーミスタ８の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２３を介して、ＣＰＵ２０に送られ処理される。双方向サイリスタ１７は、ＣＰＵ２０から入出力装置１８を介してヒータ制御信号Ｅ４を受け取り、交流電源から定着ヒータ７−１，７−２への電力の供給と遮断とを行っている。つまり、交流電源から定着ヒータ７−１，７−２への供給電圧Ｅ５を制御している。ゼロクロス検出回路１６は、交流電源により印加される電源電圧Ｅ２のゼロクロス点を検出し、入出力装置１８を介してＣＰＵ２０にゼロクロス信号Ｅ３を送っている。温度ヒューズ１０−１，１０−２は、定着サーミスタ８や双方向サイリスタ１７−１，１７−２が故障して、定着ヒータ７−１，７−２に電力が供給され続けたときに、過熱，発火等を防ぐために、定着ヒータ７−１，７−２に直列に接続されている。
【００２９】
ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２１に記憶されている制御プログラムに基づいてディジタル複写機全体の動作を管理しており、Ｉ／Ｏ１８を介してサイリスタ１７−１，１７−２による給電も制御する。ＲＯＭ２１内には、サイリスタ１７−１，１７−２を制御するための制御プログラムが記憶されており、ＣＰＵ２０は適時ＲＯＭ２１の内容を読み出してサイリスタ１７−１，１７−２の制御を行う。また、ＲＯＭ２１には、サイリスタ１７−１，１７−２の動作を制御するための制御用データも記憶されている。この制御用データも適時読み出されて、サイリスタ１７−１，１７−２の制御に使用される。
【００３０】
図示を省略したが、プラグ１１と給電回路１２との間にはメインスイッチがある。このメインスイッチがオンされると、複写機の制御装置１３に動作電圧が印加されて、制御装置１３により複写機が制御可能となる。ＣＰＵ２０は、複写機を使用可能な状態にするために、機構の駆動手段を作動させて作像部の前処理プロセスを行うとともに、定着ヒータ７−１，７−２に給電して定着ローラ４を所定の温度に加熱する。
【００３１】
図４に、制御装置１３による、サイリスタ１７−１，１７−２の間欠導通制御による定着ヒータ７−１，７−２への通電タイミングを示す。第１実施例では、定着ヒータ７−１，７−２に通電開始する時に、供給電圧波形の半波区間を複数含む点灯制御区間Ａを設け、点灯制御区間Ａのうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする間欠制御を行うものである。図４のタイムチャートは、通電開始時の間欠制御の１形態を示している。
【００３２】
図４には、ヒータ作動信号Ｅ１，電源電圧Ｅ２，ゼロクロス信号Ｅ３，ヒータ制御信号Ｅ４およびヒータへの供給電圧Ｅ５を示している。電源電圧Ｅ２は、プラグ１１に印加されている商用電源の電圧である。
【００３３】
ヒータ作動信号Ｅ１は、ＣＰＵ２０内部で発生される仮想のタイミング信号であり、低レベルＬは定着ヒータに給電要を、高レベルＨは定着ヒータへの給電不要を意味する。ＣＰＵ２０は、Ａ／Ｄコンバータ２３を介してサーミスタ８の温度検出信号（検出温度：定着温度）を読み込み、それを目標値（目標温度）と比較して、検出温度が目標温度未満であると、ＣＰＵ２０のレジスタＲＥ１（内部メモリの一領域）にヒータ通電要を表すデータを書き込み、検出温度が目標温度以上であると該レジスタＲＥ１のデータを通電不要を表すものに書き換える。ヒータ作動信号Ｅ１の低レベルＬは、該レジスタＲＥ１のデータがヒータ通電要を表すデータであることを、ヒータ作動信号Ｅ１の高レベルＨは、該レジスタＲＥ１のデータがヒータ通電不要を表すデータであることを、意味する。
【００３４】
ヒータ作動信号Ｅ１がオン（低レベルＬ）のとき、次のように、定着ヒータ７−１，７−２に電力が供給され、オフ（高レベルＨ）のときは、ヒータへの給電は停止される。ゼロクロス信号Ｅ３は、ゼロクロス検出回路１６の出力信号であり、通常はオフ（Ｌ）で、電源電圧Ｅ２のゼロクロス点でオン（Ｈ）になる。ヒータ制御信号Ｅ４−１（Ｅ４−２）は、双方向サイリスタ１７−１（１７−２）を制御するための信号である。定着ヒータ７−１（７−２）に通電しないときは、ヒータ制御信号Ｅ４−１（Ｅ４−２）はオフ（Ｈ）で、定着ヒータ７−１（７−２）に通電するときは、ゼロクロス信号Ｅ３がオンになったときにヒータ制御信号Ｅ４−１（４−２）がオン（Ｌ）になる。ヒータへの供給電圧Ｅ５−１（Ｅ５−２）は、ヒータ７−１（７−２）に加わる電圧である。ヒータ制御信号Ｅ４−１（Ｅ４−２）がオンのときは、その半波区間全体にわたって、電源電圧Ｅ２と同じ電圧が、定着ヒータ７−１（７−２）に通電され、ヒータ制御信号Ｅ４−１（Ｅ４−２）がオフのときは、その半波区間全体にわたって、定着ヒータ７−１（７−２）への通電を休止する。
【００３５】
ヒータ作動信号Ｅ１がオフ（Ｈ：ヒータ消灯指示）である間は、定着ヒータ７−１（７−２）に対して全く通電しない連続休止区間Ｄとなっている。ヒータ作動信号Ｅ１がオン（Ｌ：ヒータ点灯指示）である区間のうち、オンになった直後すなわち通電開始時の電源電圧Ｅ２の半波区間を複数含む区間を点灯制御区間Ａとし、その後の区間を連続通電区間Ｃとしている。そして、点灯制御区間Ａのうち、所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間（ＯＮ）とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間（ＯＦＦ）とする。通電区間（ＯＮ）では、電源電圧Ｅ２の半波波形が定着ヒータ７−１（７−２）に通電される。連続通電区間Ｃでは、電源電圧Ｅ２がそのまま定着ヒータ７−１（７−２）に通電される。
【００３６】
図４の例では、作動信号Ｅ１がオンになった直後から１２個の半波区間に相当する区間が点灯制御区間Ａとなっている。これに続く１３個目以降の半波区間が連続通電区間Ｃとなっている。
【００３７】
ここで、点灯制御区間Ａにおいて、定着ヒータ７−１では、１、２、７、８個目の半波区間が通電区間（ＯＮ）であって、これら区間の初めにゼロクロス信号Ｅ３がオンになったときに、ヒータ制御信号Ｅ４−１がオンになり、これら各区間の半波区間全体にわたって、電源電圧Ｅ２と同じ電圧がヒータ１７−１に印加される。その結果、連続する通電区間（ＯＮ）である１、２個目と７、８個目の半波区間について、交互に逆極性の電源電圧が印加される。３、４、５、６、９、１０、１１、１２個目の半波区間が休止区間（ＯＦＦ）であって、これら各区間の初めにゼロクロス信号Ｅ３がオンになっても、ヒータ制御信号Ｅ４−１はオフのままであり、これら各区間の半波区間全体にわたって、電源電圧は印加されない。
【００３８】
一方、定着ヒータ７−２では、３、４、９、１０個目の半波区間が通電区間（ＯＮ）であって定着ヒータ７−１と同様に交流電圧が印加され、１、２、５、６、７、８、１１、１２個目の半波区間が休止区間（ＯＦＦ）であって、交流電圧は印加されない。
【００３９】
１２個目より後の連続通電区間Ｃにおいては、全区間の初めにゼロクロス信号Ｅ３がオンになるたびに必ずヒータ制御信号Ｅ４−１（Ｅ４−２）がオンになり、電源電圧Ｅ２がそのまま定着ヒータ７−１（７−２）に印加される。
【００４０】
このような点灯制御区間Ａにおける通電制御は、ＲＯＭ２１に記憶されている点灯制御データテーブルＡの内容に基づいて行われる。図５に、点灯制御データテーブルＡの、点灯制御データを示す。
【００４１】
図５に示すように、点灯制御データテーブルＡには、作動信号Ｅ１がオンになった直後から１２個の半波区間に相当する点灯制御区間Ａについて、各区間ごとに、通電を行うか休止するかを表すデータが記憶されている。波数カウンタ（１〜１２）は作動信号Ｅ１がオンになった直後からの半波区間の個数に対応しており、データの“１”は通電区間（ＯＮ）を、“０”は休止区間（ＯＦＦ）を表している。したがって、ヒータ７−１の波数カウンタ１、２、７、８およびヒータ７−２の３、４、９、１０に対応するデータは“１”で、その他に対応するデータは“０”である。
【００４２】
図６に、定着ヒータ７−１，７−２への通電を開始する時の点灯制御区間Ａでの間欠制御の内容を示す。ＣＰＵ２０は、ヒータ作動信号Ｅ１がオン（Ｌレベル）であるかどうかを調べ（Ｓ１）、オフ（Ｈ）である間は、半波区間の数をカウントするための波数カウンタＦの値を０にリセットする（Ｓ２）。そして、ヒータ制御信号Ｅ４−１，Ｅ４−２をオフ（Ｈ）にし（Ｓ３）、Ｓ１に戻ってＳ１〜Ｓ３の処理を繰り返す。これにより、ヒータ作動信号Ｅ１がオフ（Ｈ）である連続休止区間Ｄにおいては、通電は行われず、カウンタＦの値は０のままである。
【００４３】
ヒータ作動信号Ｅ１がオン（Ｌ）になれば、Ｓ１からＳ４に進んで、ゼロクロス信号Ｅ３がオフ（Ｌ）からオン（Ｈ）に変化する立上りエッジを検出するまで待機する。Ｓ４においてゼロクロス信号Ｅ３の立上りエッジを検出すると、Ｓ５に進み、そのときのカウンタＦに対応する点灯制御データテーブルＡのデータを、定着ヒータ７−１宛てのレジスタＲ１および定着ヒータ７−２宛てのレジスタＲ２に読み込む（Ｓ５）。次に、レジスタＲ１の内容が０であるかどうかを調べ（Ｓ６ａ）、０であれば、Ｓ７ａに進んで、ヒータ制御信号Ｅ４−１をオフ（Ｈ）のままにし、０でなければ、Ｓ８ａに進んで、ヒータ制御信号Ｅ４−１をオン（Ｌ）にする。これにより、点灯制御データテーブルＡのデータが０である半波区間については、ヒータ７−１に通電は行われず、データが１である半波区間については、通電が行われる。全く同様に、ヒータ７−２対応するレジスタＲ２のデータに基づいて、ヒータ７−２宛ての制御信号Ｅ４−２を設定する（Ｓ６ｂ〜Ｓ８ｂ）。
【００４４】
レジスタＲ１，Ｒ２のデータに基づいて各ヒータ７−１，７−２宛ての制御信号Ｅ４−１，Ｅ４−２を設定すると、カウンタＦの値を１加算（インクリメント）し（Ｓ９）、カウンタＦの値が予め定められた値Ｎ（本実施例では１２）より小さいかどうかを調べる（Ｓ１０）。Ｆの値がＮより小さければ、Ｓ４に戻って、上記の処理を繰り返す。Ｆの値がＮ以上になれば、処理を終了する。これにより、点灯制御区間Ａ全体について、点灯制御データテーブルＡのデータが０である半波区間については、通電は行われず、データが１である半波区間については、通電が行われ、図４に示す間欠通電が行われる。
【００４５】
図４の点灯制御区間Ａの例では、定着ヒータ７−１について点灯制御区間の連続する１、２個目と、７、８個目の半波区間において、また、定着ヒータ７−２について点灯制御区間の連続する３、４個目と、９、１０個目の半波区間において交互に逆極性の電圧が加えられており、このため、ちらつき現象が抑えられている。
【００４６】
点灯制御区間Ａが経過すると、連続通電区間Ｃに移行する。この区間では、電源電圧Ｅ２がそのまま定着ヒータ７−１，７−２に印加され、定着ヒータ７−１，７−２はフルパワーの発熱をする。
【００４７】
ＣＰＵ２０が、Ａ／Ｄコンバータ２３を介してサーミスタ８の温度検出信号（検出温度）を読み込み、それが目標値（目標温度）以上に上昇していると、ヒータ通電不要に、レジスタＲＥ１のデータを書き換える。これは、ヒータ作動信号Ｅ１がＨ（ヒータ消灯指示）に切換ることを意味する。この切換りがあると、ＣＰＵ２０は、点灯制御区間Ｂに進む。
【００４８】
図７に、図４に示す点灯制御区間ＢでＣＰＵ２０が参照する点灯制御データテーブルＢのデータを示す。点灯制御区間Ｂにおける通電制御も、点灯制御区間Ａと同様にＲＯＭ２１に記憶されている点灯制御データテーブルＢの内容（図７）に基づいて行われる。
【００４９】
図７の例では、作動信号Ｅ１がオフ（Ｈ）になった直後から、８個の半波区間に相当する点灯制御区間Ｂについて、各区間ごとに、通電を行うか休止するかを表すデータが記憶されている。波数カウンタ（１〜８）は、作動信号Ｅ１がオフ（Ｈ）になった直後からの半波区間の個数に対応しており、データの“１”は通電区間（ＯＮ）を、“０”は休止区間（ＯＦＦ）を表している。したがって、ヒータ７−１の波数カウンタ１、２、５、６およびヒータ７−２の３、４、７、８に対応するデータは“１”で、その他に対応するデータは“０”である。
【００５０】
図８に、点灯制御区間Ｂでの間欠制御の内容を示す。連続通電区間Ｃにおいて、ＣＰＵ２０は、検出温度が目標温度以上になったかをチェックしており（Ｓ２１）、検出温度が目標温度以上になると、すなわちヒータ作動信号Ｅ１がオン（Ｌ）からオフ（Ｈ）に切換ると、ＣＰＵ２０は、Ｓ２２に進んで、ゼロクロス信号Ｅ３がオフ（Ｌレベル）からオン（Ｈレベル）に変化する立上りエッジを検出するまで待機する。Ｓ２２においてゼロクロス信号Ｅ３の立上りエッジを検出すると、Ｓ２３に進み、そのときのカウンタＪに対応する点灯制御データテーブルＢのデータをレジスタＲ３（ヒータ７−１に対応）、Ｒ４（ヒータ７−２対応）に読み込む。次に、レジスタＲ３の内容が０であるかどうかを調べ（Ｓ２４ａ）、０であれば、Ｓ２５ａに進んで、ヒータ制御信号Ｅ４−１をオフ（Ｈレベル）のままにし、０でなければ、Ｓ２６ａに進んで、ヒータ制御信号Ｅ４−１をオン（Ｌレベル）にする。これにより、点灯制御データテーブルＢのデータ（図７）が０である半波区間については、通電は行われず、データが１である半波区間については、通電が行われる。全く同様にヒータ７−２対応するＲ４についても同様な処理（Ｓ２４ｂ〜Ｓ２６ｂ）が行われる。
【００５１】
Ｒ３，Ｒ４についてＳ２５ａ，ｂあるいはＳ２６ａ，ｂの処理が終わると、カウンタＪの値を１加算（インクリメント）し（Ｓ２７）、カウンタＪの値が予め定められた値Ｌ（この例では８）より小さいかどうかを調べる（Ｓ２８）。Ｊの値がＬより小さければ、Ｓ２２に戻って、上記の処理を繰り返す。
【００５２】
Ｊの値がＬ以上になれば、処理を終了する。これにより、点灯制御区間Ｂ全体について、点灯制御データテーブルＢ（図７）のデータが０である半波区間については、通電は行われず、データが１である半波区間については、通電が行われ、図４の点灯制御区間Ｂのような間欠給電が行われる。
【００５３】
定着ヒータ７−１について点灯制御区間の連続する１、２個目と、５、６個目の半波区間において、また、定着ヒータ７−２について点灯制御区間の連続する３、４個目と、７、８個目の半波区間において交互に逆極性の電圧が加えられており、急激に電流を遮断することなく緩やかにヒータを消灯させるため、ちらつき現象の発生を抑えることができ、フリッカ値を改善することができる。
【実施例２】
【００５４】
図９は、本発明の第２実施例の間欠制御による、ヒータ作動信号Ｅ１，電源電圧Ｅ２，ゼロクロス信号Ｅ３，ヒータ制御信号Ｅ４およびヒータへの供給電圧Ｅ５を示す。第２実施例で用いる点灯制御データテーブルＡ，Ｂについては、第１実施例の図５，図７のように詳細を示さないが、第２実施例でも、それらと全く同様にＲＯＭ２１に記憶されて通電制御に使用される。
【００５５】
第２実施例（図９）の場合、ヒータ作動信号Ｅ１がオンになってから、点灯制御区間Ａにおいて、定着ヒータ７−１では１、２、５、６、９、１０個目の半波区間が通電区間（ＯＮ）となって交流電圧が印加され、定着ヒータ７−２では、３、４、７、８、１１、１２個目の半波区間に交流電圧が印加される。次の連続通電区間Ｃを経て、消灯を開始する点灯制御区間Ｂにおいて、定着ヒータ７−１では３、４個目の半波区間のみが通電区間（ＯＮ）となり、定着ヒータ７−２では、５、６個目の半波区間のみが通電区間となっていて、次の連続休止区間Ｄへ移行する。
【００５６】
さてここで、図４，図９から分かるように、点灯制御区間Ａおよび点灯制御区間Ｂにおいて、定着ヒータ７−１と定着ヒータ７−２の通電区間が、同一時刻において重複しないように点灯制御データテーブルＡ，Ｂが作成されることが、さらに望ましく、重要である。重複しないように点灯制御することによって、消費電力をさらに平均化（急激な変動を抑制する）することができる。従って、電圧変動が小さくなり、フリッカ値がさらに改善できる。従来の「位相制御」とは異なり、基本的に正弦波を使用するので、電流波形に歪みが生じにくくなり、電源高調波電流の発生を押さえることができるとともに、導電ノイズの輻射も押さえることができる。
【００５７】
また、上記の間欠制御では、図４，図９の実施例とも、点灯制御区間Ａにおける連続する通電区間の半波区間の数および連続する休止区間の半波区間の数がともに偶数に設定されているが、絶対条件ではなく、奇数とすることもできる。以上から類推されるように、図４，図９の実施例以外にも多数の点灯制御データテーブルパターンが使用でき、そのパターンは使用負荷等の個別の条件によって調整され、対応されるものである。
【００５８】
第２実施例のハードウエアおよびその他の機能は、上述の第１実施例と同様である。
【実施例３】
【００５９】
図１０に、第３実施例が制御対象とする定着器３の構造を示し、図１１に、図１０に示す定着器３に給電する電源装置の概要を示す。この場合、負荷である定着ヒータ７が単数であり、それに伴って温度ヒューズ１０、双方向サイリスタ１７も単数となっている。それらの機能は、図２に示す定着ヒータ７−１，温度ヒューズ１０−１および双方向サイリスタ１７−１と同じである。点灯制御にかかる通電タイミングは、図４または図９の通電タイミングから、ヒータ制御信号Ｅ４−２を削除したものが使用できる。また点灯制御データテーブルＡ，Ｂについても、図５，図７のように詳細を示さないが、全く同様にＲＯＭ２１に記憶されて通電制御に使用される。
【００６０】
第３実施例のその他のハードウエアおよび機能は、第１実施例と同様である。定着ヒータ７が単数の第３実施例の場合も、本発明の点灯制御により、電圧変動が小さくなり、フリッカ値が改善されること、また、電流波形に歪みが生じにくくなり、電源高調波電流の発生を押さえることができるとともに、導電ノイズの輻射も押さえることができる効果はおなじである。
【実施例４】
【００６１】
図１２に、第４実施例が制御対象とする定着器３の構造を示し、図１３に、図１２に示す定着器３に給電する電源装置の概要を示す。図１２に示す定着器３は、図２に示すものと類似しているが、上側定着ローラ４の内部に２本内蔵されている定着ヒータ７−１７−２が、その配光分布（抵抗分布）を異なるように設定されている。なお、複数の定着ヒータの配光分布を異なるように設定する例として、例えば特許文献３がある。本発明の第４実施例でも、特許文献３の実施例と同様に、
定着ヒータ７−１：発熱量が、軸方向で中央部が高く、両端が低くなる抵抗分布
定着ヒータ７−２：発熱量が、軸方向で中央部が低く、両端が高くなる抵抗分布
となっている。各配光分布に対比して、前述の定着サーミスタは、軸方向中央部に１個８−１と、軸方向の端部奥にもう１個８−２、合計２個設置されている。図１２が横断面図であるので、８−２は図１２には現れていない。同様に、温度ヒューズも軸方向中央部に１個１０−１、軸方向の端部奥にもう１個１０−２、合計２個設置されている。
【００６２】
図１３に示す電源装置は、図３に示すものと類似しているが、前述の定着サーミスタ８−１、８−２が２個であって、それらの温度検出信号が、Ａ／Ｄ変換器２３−１、２３−２でデジタルデータ（検出温度データ）に変換されて、ＣＰＵ２０によって読み込まれる。第４実施例のＣＰＵ２０は、定着ヒータ７−１および７−２はそれぞれ、定着サーミスタ８−１および８−２の各検出温度に対応して通電制御する。すなわち、別々に二つのフィードバックループで制御する。これは、図１１の定着温度フィードバック制御を二つ独立に構成した態様である。
【００６３】
図１４に、第４実施例の制御装置１３（図１３）による、サイリスタ１７−１，１７−２の間欠導通制御による定着ヒータ７−１，７−２への通電タイミングを示す。定着ヒータ７−１に対してヒータ作動信号Ｅ１−１と点灯制御区間Ａ１，Ｂ１が、定着ヒータ７−２に対してヒータ作動信号Ｅ１−２と点灯制御区間Ａ２，Ｂ２がそれぞれ独立に設定されている。図１４に示す間欠通電制御の場合には、ヒータ７−１と７−２の各温度フィードバック系のそれぞれの応答により、二つのヒータの点灯，消灯も独立に制御されることになり、図４や図９の通電タイミングのように二つのヒータに共通の点灯制御区間Ａ，点灯制御区間Ｂを設けることは、基本的にできなくなる。そこで、第４実施例では、これを改善するために、定着ヒータ７−１と７−２が同時にオンする最悪条件（Ｅ１−１とＥ１−２のＬへの立下りが半波期間内）を想定し、その場合においても、図５の点灯制御データテーブルＡのように、両者同時にオンする半波区間がないように、第４実施例の点灯制御データテーブルＡ１，Ａ２を設定している。これらＡ１，Ａ２は、図５のテーブルＡのデータを、テーブルＡ１とＡ２に分けたものであり、Ａ１はヒータ７−１用、Ａ２はヒータ７−２用である。同様に、定着ヒータ７−１と７−２が同時にオフする最悪条件（Ｅ１−１とＥ１−２のＨへの立上りが半波期間内）を想定し、その場合においても、図７の点灯制御データテーブルＢのように、両者同時にオンする半波区間がないように、第４実施例の点灯制御データテーブルＢ１，Ｂ２を設定している。これらＢ１，Ｂ２は、図７のテーブルＢのデータを、テーブルＢ１とＢ２に分けたものであり、Ｂ１はヒータ７−１用、Ｂ２はヒータ７−２用である。これにより、電圧変動、電源高調波電流、導電ノイズの輻射を改善する効果が高い。
【００６４】
第４実施例のその他のハードウエアおよび機能は、第１実施例と同様である。
【００６５】
なお、ここでは図示しないが、図１４の下側定着ローラ５にもヒータを配置した装置、あるいは、ローラの替わりに定着ベルトを使用して加熱する定着装置も実用に供されており、それらの場合においても、複数のヒータが定着装置内に配置され、それに対応する複数の温度検出器が配置されて、概略同時に点灯する場合において、本発明を同様に実施して制御動作を行い、同様の効果を得ることができる。
【００６６】
また、本発明を適用する画像形成装置においては、待機モードやコピーモードといったように、複数の動作モードを有することが通常である。図１に示す本発明の実施例の複写機も、待機モードおよびコピーモードを持っている。待機モードは、定着温度（定着ローラの温度）の目標値を下げて定着器３の電力消費を下げて、ユーザのアクセス（操作ボードに対する入力操作，コピー指示等）を待つモードである。コピーモードは、コピー又は印刷指示（スタート指示）に応答して、定着温度の目標値を定着処理に必要な値に上げて、コピー（印刷）中高温度に維持するモードであって、定着器３の電力消費が大きい。これら複数モードを持つ画像形成に本発明を適用する場合は、複数モードのそれぞれに対応した、点灯制御データテーブルＡ，Ｂを用意し、通電制御に使用する。たとえば、図５，図７に示す点灯制御データテーブルＡ，Ｂを「コピーモード」で用い、これらの点灯制御データテーブルＡ，Ｂのデータを、サイリスタ１７（１７−１，１７−２）のオフを継続する交流周期数を２倍に変更した点灯制御データテーブルＡｗ，Ｂｗを「待機モード」で用いる。この場合、定着温度の立上り，立下りの速度が、「待機モード」の場合は「コピーモード」の場合の略１／２となる。
【００６７】
画像形成装置のＥＭＣ規格には、動作モードによってその規制値が個別に制定されている場合がある。例えば、電圧変動，フリッカを制限するＥＮ６１０００−３−３規格では、待機モードとコピーモードで規制値が別々に制定されている。このような場合において、動作モードに対応した、複数の点灯制御データテーブルを用意し、通電制御を変更することにより、規格を満足することができる。
【００６８】
また、本発明は、複写機等の定着ローラ以外にも、温度に対する抵抗特性が正のあらゆる負荷に対して交流電源から電力を供給する場合に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施例の電力制御装置を装備した複写機の機構概要を示す横断面図である。
【図２】図１に示す定着器３の拡大横断面図である。
【図３】図２に示す定着ヒータ７−１，７−２に給電する電源装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す回路各部の電気信号の時系列の変化を示すタイムチャートである。
【図５】図４に示す点灯制御区間Ａで図３に示すＣＰＵ２０が参照する制御用データを示す図表である。
【図６】図３に示すＣＰＵ２０が、図４に示す点灯制御区間Ａで実行する間欠通電制御の概要を示すフローチャートである。
【図７】図４に示す点灯制御区間Ｂで図３に示すＣＰＵ２０が参照する制御用データを示す図表である。
【図８】図３に示すＣＰＵ２０が、図４に示す点灯制御区間Ｂで実行する間欠通電制御の概要を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施例の、電源装置各部の電気信号の時系列の変化を示すタイムチャートである。
【図１０】本発明の第３実施例の電力制御対象である定着器３の横断面図である。
【図１１】図１０に示す定着ヒータ７に給電する電源装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４実施例の電力制御対象である定着器３の横断面図である。
【図１３】図１２に示す定着ヒータ７−１，７−２に給電する電源装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示す回路各部の電気信号の時系列の変化を示すタイムチャートである。
【図１５】従来の定着器電力制御における、ヒータ作動信号ａ，交流電源の電圧降下ｂおよびヒータ電流ｃの、時系列の変化を示すタイムチャートである。
【図１６】従来の位相制御を用いた定着器電力制御における、交流電源の電圧降下ｂおよびヒータ電流ｃの、時系列の変化を示すタイムチャートである。
【図１７】特許文献２に記載の電力制御を一態様で実施した場合の、電力制御回路各部の電気信号の時系列の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１：スキャナ
２：プリンタ
３：定着器
４，５：定着ローラ
６：加圧レバー
７，７−１，７−２：定着ヒータ
８，８−１，８−２：サーミスタ
９：定着剥離爪
１０，１０−１，１０−２：温度ヒューズ
１１：プラグ
１２：給電回路
１３：制御装置
１４：定着ユニット
１５：コンバータ
１６：ゼロクロス検出回路
１７，１７−１，１７−２：双方向サイリスタ
１８，１９：入出力装置
２０：ＣＰＵ
２１：ＲＯＭ
２２：ＲＡＭ
２３：Ａ／Ｄ変換器
【図１】
2008233167.tif 000003
【図２】
2008233167.tif 000004
【図３】
2008233167.tif 000005
【図４】
2008233167.tif 000006
【図５】
2008233167.tif 000007
【図６】
2008233167.tif 000008
【図７】
2008233167.tif 000009
【図８】
2008233167.tif 000010
【図９】
2008233167.tif 000011
【図１０】
2008233167.tif 000012
【図１１】
2008233167.tif 000013
【図１２】
2008233167.tif 000014
【図１３】
2008233167.tif 000015
【図１４】
2008233167.tif 000016
【図１５】
2008233167.tif 000017
【図１６】
2008233167.tif 000018
【図１７】
2008233167.tif 000019