【手続補正書】
【提出日】平成15年10月8日(2003.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】画像形成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】発熱することにより転写材上のトナーを溶融、固着させるヒータを有する定着器を備えた画像形成装置において、
交流電源から上記ヒータへの通電をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング手段と、
温度を検出するためのサーミスタと、
上記サーミスタ出力に基づく検出温度が目標温度になるように位相制御すべく、上記検出温度に基づいて上記スイッチング手段のＯＮタイミングを制御する位相制御手段とを有し、
上記位相制御手段は、各半波サイクルにおいて上記スイッチング手段のＯＮタイミングでの上記交流電源の電圧が、上記検出温度に基づいて得られる上記ヒータに供給すべき電力に対応したＯＮタイミング（以下、「所望のＯＮタイミング」という）における上記交流電源の電圧より小さくなるか否かにかかわらず、上記所望のＯＮタイミングより早いＯＮタイミングの半波サイクルと上記所望のＯＮタイミングより遅いＯＮタイミングの半波サイクルとを組み合わせて上記スイッチング手段をＯＮさせることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】上記位相制御手段は、上記所望のＯＮタイミングより早いＯＮタイミングの半波サイクルと上記所望のＯＮタイミングより遅いＯＮタイミングの半波サイクルとを組み合わせに、上記所望のＯＮタイミングで上記スイッチング手段をＯＮさせる半波サイクルを入れることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相制御を行う電力制御装置を有する複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンタなどの画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機などの画像形成装置の定着器は、一般に、ヒータを備え、画像形成部で紙などの転写材上に転写されたトナーを、ヒータの加熱によって転写材上に融解、固着させるものである。
【０００３】
この定着器は、商用電源（交流電源）からヒータに対する電力の供給を制御することによって、ヒータの温度を所定温度に維持する電力制御装置を備えている。
【０００４】
ところで、この電力制御装置による通電制御方法は、波数制御と位相制御とに大別される。
【０００５】
波数制御は、ＯＮする半波の数により通電制御するものである。常に一半波の全体についてＯＮされる。すなわち、ＯＮは、常にゼロクロス（交流ｉ＝０になった点）で行われる。
【０００６】
一方、位相制御は、一半波のうちのＯＮ領域の面積により通電制御するものである。すなわち、ゼロクロスからある時間経過後にＯＮされる。
【０００７】
ここでは、位相制御により従来の電力制御装置を使用する場合を例に挙げて詳しく述べるものとする。
【０００８】
この定着器に備えられた電力制御装置は、例えば、電源からヒータに供給される電気をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング手段と、このスイッチング手段をＯＮするトリガ手段と、ヒータの制御結果値を検出する制御結果値検出手段と、供給電力のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、ヒータの制御目標値と制御結果値との偏差量に基づいて電源のＯＮデューティを所定時間ごとに決定すると共に該決定に基づいてゼロクロスから所定時間経過後に設定したＯＮタイミングにトリガ手段のＯＮを行う位相制御手段とを有している。
【０００９】
そして、制御結果値検出手段により検出した制御結果値に基づいて、トリガ手段が発するトリガ出力信号のＯＮデューティを適宜に変更することによって電力を制御するいわゆるＰＷＭ制御を行っている。これによって、ヒータに供給する電力の制御を行い、ヒータの温度をトナー定着に好適な目標温度に保持するようにしている。
【００１０】
ゼロクロスを検出して、このゼロクロスからの位相角によって電力を制御するＰＷＭ出力の波形を図６（Ａ）に示している。また、ＰＷＭ出力パターンを図６（Ｂ）に表している。図６（Ｂ）では、半波分１０ｍｓｅｃ（ここでは、５０Ｈｚとする）内に、１回のＯＮ／ＯＦＦを行うようにしている。設定出力０％から１００％まで５％刻みに設け、そのレベルに応じてＯＮデューティを長くすることにより、ヒータに対する電力の供給量を調整するようにしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電力制御装置によると、例えば、熱容量の小さい定着フィルムを備えた定着器については、その温度制御を良好に行うことが困難となる。
【００１２】
定着フィルムを備えた定着器は、耐熱性フィルムをエンドレスに構成した定着フィルムと、定着フィルムの内側に配置したヒータと、定着フィルムの外側に配置した加圧部材とを備えている。
【００１３】
定着フィルムは、ヒータと加圧部材との間で挟持されながら搬送される。そして、定着フィルムと加圧部材との間に形成された定着ニップ部に、転写材を挿通し、ヒータの熱を定着フィルムを介して転写材上のトナーに付与することにより、トナーを溶解し、転写材上に定着させる。
【００１４】
この定着フィルムを備えた定着器は、温度上昇を速やかに行うために、ヒータおよび定
着フィルムの熱容量が小さく設定されている。これは、ヒータの抵抗値が小さいということでもある。
【００１５】
この定着フィルムを備えた定着器に対する電力制御を従来の電力制御装置により行うと、次のような問題がある。
【００１６】
定着器の熱容量が小さいため、比較的短い時間（例えば従来７Ｈｚ程度）で定着器の温度状態をサンプリングし、ＰＷＭフィードバック制御しなければならない。
【００１７】
ところが、ヒータの抵抗値が小さいので、ゼロクロス付近で常にＯＮするような波数制御によると、フリッカノイズが発生するおそれがある。特に、定着器に接続される商用電源のラインインピーダンスが高いような場合、フリッカノイズが発生するおそれが高くなる。
【００１８】
一方、位相制御によると、ゼロクロスからある時間経過後ＯＮされるので、フリッカレベルの改善にはなる。ところが、その反面、半波のうち比較的高電位のところでＯＮされることが多いので、端子ノイズの発生を引き起こすことになる。この端子ノイズの対策手段が必要となるため、部品点数が増加して、全体構成が複雑となるという問題がある。
【００１９】
本発明は、このような従来例の問題点を解消するために創案されたものである。
【００２０】
本発明の目的は、定着フィルムを備えた定着器などのような抵抗値の小さい制御対象へ位相制御により通電制御を行う際、端子ノイズを低減し、端子ノイズ対策手段を不要とすることにより、低コストで、全体構成が簡素化された電力制御装置を有する画像形成装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る第１の発明によれば、上記目的は、発熱することにより転写材上のトナーを溶融、固着させるヒータを有する定着器を備えた画像形成装置において、
交流電源から上記ヒータへの通電をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング手段と、
温度を検出するためのサーミスタと、
上記サーミスタ出力に基づく検出温度が目標温度になるように位相制御すべく、上記検出温度に基づいて上記スイッチング手段のＯＮタイミングを制御する位相制御手段とを有し、
上記位相制御手段は、各半波サイクルにおいて上記スイッチング手段のＯＮタイミングでの上記交流電源の電圧が、上記検出温度に基づいて得られる上記ヒータに供給すべき電力に対応したＯＮタイミング（以下、「所望のＯＮタイミング」という）における上記交流電源の電圧より小さくなるか否かにかかわらず、上記所望のＯＮタイミングより早いＯＮタイミングの半波サイクルと上記所望のＯＮタイミングより遅いＯＮタイミングの半波サイクルとを組み合わせて上記スイッチング手段をＯＮさせることにより達成される。
【００２２】
本出願に係る第２の発明によれば、上記目的は、第１の発明の位相制御手段が、上記所望のＯＮタイミングより早いＯＮタイミングの半波サイクルと上記所望のＯＮタイミングより遅いＯＮタイミングの半波サイクルとを組み合わせに、上記所望のＯＮタイミングで上記スイッチング手段をＯＮさせる半波サイクルを入れることにより達成される。
【００２３】
本出願に係る第１の発明にあっては、位相制御手段が、各半波サイクルにおいて上記スイッチング手段のＯＮタイミングでの上記交流電源の電圧が、上記検出温度に基づいて得られる上記ヒータに供給すべき電力に対応したＯＮタイミングにおける上記交流電源の電圧より小さくなるか否かにかかわらず、上記所望のＯＮタイミングより早いＯＮタイミン
グの半波サイクルと上記所望のＯＮタイミングより遅いＯＮタイミングの半波サイクルとを組み合わせて上記スイッチング手段をＯＮさせる。
【００２４】
本出願に係る第２の発明にあっては、第１の発明の位相制御手段が、上記所望のＯＮタイミングより早いＯＮタイミングの半波サイクルと上記所望のＯＮタイミングより遅いＯＮタイミングの半波サイクルとを組み合わせに、上記所望のＯＮタイミングで上記スイッチング手段をＯＮさせる半波サイクルを入れる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
本発明の電力制御装置の第１の実施形態を図１，図２に基づいて説明する。
【００２７】
図１には、本発明の電力制御装置の第１の実施形態を複写機などの定着器に用いた場合のシステム概略図が示されている。
【００２８】
定着器２として、本実施形態では、定着フィルムを備えたものを例として挙げている。この定着フィルムを備えた定着器は、耐熱性フィルムをエンドレスに構成した定着フィルムと、定着フィルムの内側に配置したヒータと、定着フィルムの外側に配置した加圧部材とを備えている。ここでは定着器２はヒータ（セラミックヒータＲ３）のみを図示するにとどまる。セラミックヒータＲ３を、以後、ヒータＲ３と略称する。
【００２９】
定着フィルムと加圧部材との間に形成された定着ニップ部に、転写材を挿通し、ヒータの熱を定着フィルムを介して転写材上のトナーに付与することにより、トナーを溶解し、転写材上に定着させる。
【００３０】
この定着フィルムを備えた定着器は、温度上昇を速やかに行うために、ヒータＲ３および定着フィルムの熱容量が小さく設定されている。
【００３１】
このような熱容量の小さい定着フィルムを利用した定着器についても、その温度制御を良好に行うことができるようにしたのが、本発明の電力制御装置である。
【００３２】
まず、本発明は、基本的に位相制御なので、常にゼロクロスでＯＮする波数制御と異なり、フリッカノイズを防止できる。
【００３３】
この電力制御装置は、制御対象であるヒータＲ３に商用電源１から供給される電力をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング手段であるトライアックＱ２と、このトライアックＱ２をＯＮするトリガ手段３を構成するトランジスタＱ１およびフォトトライアックＰＣ１と、ヒータＲ３の制御結果値（温度）を検出する制御結果値検出手段であるサーミスタＴＨと、商用電源１からの供給電力のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段を構成しその他商用電源１の電圧を監視するトランスＴ１とダイオードＤ１とホールドコンデンサＣ１と、ヒータＲ３の制御目標値を維持するため位相制御方式により通電制御する位相制御手段であるＣＰＵ４とを備えている。
【００３４】
ここで、ＣＰＵ４の制御内容は次のとおりである。
【００３５】
まず、ヒータＲ３の制御目標値（制御目標温度）と制御結果値（制御結果温度）との偏差量に基づいて商用電源１のＯＮデューティを所定時間ごとに決定する。次いで、このＯＮデューティの決定に基づいてゼロクロスから所定時間経過後のＯＮタイミングにトリガ
手段３（トランジスタＱ１、フォトトランジスタＰＣ１）のＯＮを行う。このトリガ手段３のＯＮは、ＣＰＵ４がＦＳＲＤ信号をトランジスタＱ１に供給することにより行われる。
【００３６】
本発明では、これに次のようなＯＮタイミング制御手段４Ｃによる機能が付加されている。
【００３７】
サーミスタＴＨによるヒータＲ３の温度検出結果と制御目標温度の偏差量による所望のＯＮデューティＡに対して、例えば−ａ１％，−ａ１％，＋ａ１％，＋ａ１％…のような形での＋あるいは−を繰り返し（±０を入れてもよい）、半波ごとに変換を施すようにする。すなわち、半波ごとに順次、例えば（Ａ−ａ１）％，（Ａ−ａ１％），（Ａ＋ａ１）％，（Ａ＋ａ１％）…のＦＳＲＤ信号をＯＮしていき、サンプリング結果が変化するまでこの処理を継続する。
【００３８】
本実施形態では、所望のＯＮデューティＡに対して、−５％，−５％，＋５％，＋５％…の順に半波ごとに変換を施すようにするものとする。
【００３９】
このように、所望のＯＮデューティに対して必ずしも各１半波のＯＮタイミングが一意的に確定することがないように制御される。すなわち、供給電力の半波の低電圧のときにＯＮすることにより、端子ノイズの低減を図っている。
【００４０】
また、商用電源１からヒータＲ３への電力は、ＦＳＲＤ信号がＯＮ（Ｈレベル）のとき供給開始され、一方、ＦＳＲＤ信号がＯＦＦ（Ｌレベル）のとき供給停止される。
【００４１】
ＣＰＵ４のＯＮタイミング制御手段４ＣがＦＳＲＤ信号をＯＮする（Ｈレベル）と、トランジスタＱ１がＯＮされ、このトランジスタＱ１のコレクタ出力によりフォトトランジスタＰＣ１がＯＮされ、さらにトライアックＱ２のゲートがＯＮされて、商用電源１からヒータＲ３への電力供給が開始される。
【００４２】
一方、ＦＳＲＤ信号がＯＦＦである（Ｌレベル）と、トランジスタＱ１、フォトトランジスタＰＣ１、トライアックＱ２のゲートがＯＦＦとなり、商用電源１からヒータＲ３への電力供給が停止される。
【００４３】
上述のように構成された電力制御装置によると、次のように位相タイミングを制御して端子ノイズを低減する。
【００４４】
商用電源１から供給された電力によりヒータＲ３が発熱する。このヒータＲ３の温度が、サーミスタＴＨにより検出され、その検出信号がＡ／Ｄ入力ポート４ＢからＣＰＵ４に入力される。こうして、ＣＰＵ４は、サーミスタＴＨによってヒータＲ３の温度を監視する。そして、ＣＰＵ４は、この検出温度と制御目標温度との偏差量から、ＯＮデューティを決定する。
【００４５】
一方、商用電源１の電圧がトランスＴ１により変圧され、この変圧した電圧によりダイオードＤ１を介してホールドコンデンサＣ１が充電され、このホールドコンデンサＣ１の電圧がＣＰＵ４のＡ／Ｄ入力ポート４Ａに入力される。こうして、ＣＰＵ４は、商用電源１の電圧を監視する。例えば、商用電源１の電圧のゼロクロスを検出する。
【００４６】
ここでは、１半波で１サンプリングするものとする。すなわち、１半波ごとの検出温度により、ＯＮデューティが決定されるものとする。
【００４７】
そして、今、仮にサーミスタＴＨの温度検出結果から、ＯＮデューティを７０％デューティであるとする。このとき、本実施形態では、ＣＰＵ４のＯＮタイミング制御手段４Ｃは、図２に示すように、半波ごとに、７０％デューティに対して、−５％，−５％，＋５％，＋５％…の順に変換を施すものとする。各波において、変換後のタイミングでＦＳＲＤ信号をＯＮしていき、サンプリング結果が変化するまで（本実施形態では１半波でサンプリングされる）、この処理を継続する。
【００４８】
これにより、実質的に７０％デューティの温調が実現される。
【００４９】
（第２の実施形態）
本発明の電力制御装置の第２の実施形態を図１，図３を参照して説明する。
【００５０】
本実施形態では、構成の概略が第１の実施形態と同様なので、第１の実施形態の説明に用いた図１のブロック図を参照する。そして、この図１の構成において、ＯＮタイミングの制御を図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００５１】
サーミスタＴＨによるサンプリング検出された温度と制御目標温度の偏差量より、ＣＰＵ４はＯＮデューティを決定する（これは従来、第１実施形態と同様）。本実施形態の位相タイミング制御手段４Ｃでは、このＯＮデューティが高電位である所定の範囲（例えば３５％以上６５％未満）の外である場合には従来と同様の位相制御を行い、一方、この範囲内にある場合にはＯＮタイミングを変えて位相制御する（Ｓ１参照）。
【００５２】
ＯＮデューティが所定範囲の外にあるときには、サーミスタＴＨによる検出温度に基づいてＣＰＵ４で決定したＯＮデューティがそのままＯＮタイミングとなるものである。ＯＮデューティそのままで、ＦＳＲＤ信号が出力されて位相制御される。
【００５３】
これに対して、所定範囲内のときには、所望のＯＮデューティ（ターゲット）から−ｃ％（例えば−２０％）したものを第１デューティ（第１ターゲット値）とする（Ｓ２）。また、ＯＮデューティ（ターゲット）に＋ｃ％（例えば＋２０％）したものを第２デューティ（第２ターゲット値）とする（Ｓ３）。ＯＮデューティが変化するまで、この第１，第２のデューティを交互に適用する。
【００５４】
（第３の実施形態）
本発明の電力制御装置の第３の実施形態を図１，図４，図５を参照して説明する。
【００５５】
本実施形態では、構成の概略が第１の実施形態と同様なので、第１の実施形態の説明に用いた図１のブロック図を参照する。
【００５６】
本実施形態では、６半波で１周期とし、今、その１周期の何半波目にあるかを表すカウンタ（図示省略）が設けられている。ＯＮデューティごとに、それに対応して、１周期、６半波の出力パターンをテーブル化して持っている。このパターンは、６半波の平均値が所望のＯＮデューティに等しくなるように設定されている。
【００５７】
例えば、図５に示したタイミングチャートの１周期（６半波）において、６半波の平均値が所望のＯＮデューティと同じになるようになっている。
【００５８】
本実施形態のＯＮタイミングの制御を図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００５９】
カウンタにより６半波を１周期としてカウントする（Ｓ１４，Ｓ１１，Ｓ１５）。所望のターゲット値（ＯＮデューティ）に基づいたテーブル参照を行って各波パターンを決定
する（Ｓ１３）。
【００６０】
１周期中、ターゲット値（ＯＮデューティ）が変化したときには、即時にカウンタをクリアし、新たな周期の第１波から開始する（Ｓ１２，Ｓ１５）。これにより、応答性の良好な制御とできる。
【００６１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例が実施可能である。例えば、上述の実施形態では、制御結果に変化があるまで所定の位相制御するようにしたが、これに限らず、所定時間、所定の位相制御するようにしてもよい。
【００６２】
また、制御対象として上述した実施形態では定着フィルムを備えた定着器を挙げたが、これに限らず、フィードバック制御を要する機器一般に適用可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、ヒータ等の制御対象の制御結果値の検出に基づいて位相角を制御する際、位相制御手段が、各半波サイクルにおいてスイッチング手段のＯＮタイミングでの交流電源の電圧が、検出温度に基づいて得られるヒータに供給すべき電力に対応した所望のＯＮタイミングにおける上記交流電源の電圧より小さくなるか否かにかかわらず、上記所望のＯＮタイミングより早いＯＮタイミングの半波サイクルと上記所望のＯＮタイミングより遅いＯＮタイミングの半波サイクルとを組み合わせて上記スイッチング手段をＯＮさせ、実質的に所望のＯＮデューティと等価な電力供給を実現できる。したがって、例えば定着フィルムを備えた定着器のような抵抗値の小さい制御対象への通電制御を行う際、端子ノイズを低減できるので、端子ノイズ対策手段を必要とせず、低コストで、全体構成を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力制御装置の第１の実施形態の回路図である。
【図２】図１の電力制御装置によるＯＮタイミングを説明する電圧波形図である。
【図３】本発明の電力制御装置の第２の実施形態のＯＮタイミング制御を示すフローチャートである。
【図４】本発明の電力制御装置の第３の実施形態のＯＮタイミング制御を示すフローチャートである。
【図５】図４の電力制御装置による電圧波形図である。
【図６】ＯＮデューティを説明する図であり、図６（Ａ）は出力を示す波形図、図６（Ｂ）は設定出力とそれに対応する商用電源の周波数ごとのＯＮデューティを表したテーブルである。
【符号の説明】
１  商用電源（電源）
２  定着器
３  トリガ手段
４  ＣＰＵ（位相制御手段）
４Ｃ  ＯＮタイミング制御手段
Ｒ３  セラミックヒータ（制御対象）
ＴＨ  サーミスタ（制御結果値検出手段）
Ｔ１  トランス（ゼロクロス検出手段）
Ｄ１  ダイオード（ゼロクロス検出手段）
Ｃ１  ホールドコンデンサ（ゼロクロス検出手段）
Ｑ１  トランジスタ（トリガ手段）
ＰＣ１  フォトトライアック（トリガ手段）
Ｑ２    トライアック（スイッチング手段）


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2003209967.tif 000001
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2003209967.tif 000002
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2003209967.tif 000003
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】削除
【補正の内容】