(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ヒータで加熱される定着ローラでトナー画像の転写された転写紙を加熱して、当該トナー画像を転写紙に定着させる定着部を備えた画像形成装置において、
前記定着ローラを加熱する定着ヒータとして、少なくとも、ＡＣ電源を整流して当該ＡＣ電源の入力周波数よりも高い周波数でスイッチング制御して加熱されるスイッチング制御定着ヒータと、
前記ＡＣ電源を直接オン／オフ制御して加熱されるオン／オフ制御定着ヒータと、
前記スイッチング制御ヒータに対するスイッチング制御と前記オン／オフ制御定着ヒータに対するオン／オフ制御とを組合わせて行う制御手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、待機時においては、前記スイッチング制御定着ヒータのみを動作させて前記定着ローラの温度制御を行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、画像形成時においては、前記オン／オフ制御定着ヒータのみを連続オンさせた状態で前記定着ローラの温度が目標温度以上となると、当該オン／オフ制御定着ヒータをオフにし、前記スイッチング制御定着ヒータのみを動作させて、前記定着ローラの温度制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
定着ヒータで加熱される定着ローラでトナー画像の転写された転写紙を加熱して、当該トナー画像を転写紙に定着させる定着部を備えた画像形成装置において、
前記定着ローラを加熱するための第１定着ヒータおよび第２定着ヒータ；
第1定着ヒータに対して、ＡＣ電源の半周期の単位でＡＣ電源をオン／オフする第１スイッチング手段；
第２定着ヒータに対して、前記ＡＣ電源の周波数より高い周波数で前記ＡＣ電源の整流電流をオン／オフする第２スイッチング手段；および、
画像形成動作要求を待つ待機状態においては、第１スイッチング手段を連続オフにして第２スイッチング手段の前記オン／オフを前記定着ローラの温度を一定にするようにＰＷＭ制御し、画像形成動作要求があってから前記待機状態に戻るまでの期間は、前記定着ローラの温度が目標温度未満のときは第２スイッチング手段を連続オフに維持し第１スイッチング手段を連続オンにするが、目標温度以上のときは第２スイッチング手段に対して前記ＰＷＭ制御を行い第１スイッチング手段は連続オフにする、制御手段；
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】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、画像形成装置に関し、詳細には、トナー画像を転写紙に定着させる定着部の定着ヒータを電源電圧変動や高調波電流の影響を解消して、効率的にかつ精度よく目標温度に制御する画像形成装置に関する。
【従来の技術】
【０００３】
画情報に対応させて記録紙に付着させたトナーを定着部で加熱することにより記録紙に定着させる画像形成装置、例えば、電子写真記録方式のファクシミリ装置、複写装置、コピー装置等においては、画情報に基づいて変調された光により感光体に静電潜像を形成し、静電潜像の形成された感光体にトナーを付着して現像する。この感光体に付着されたトナーを記録紙に転写し、トナーの付着された記録紙を定着ヒータにより加熱される定着ローラに搬送して、定着ローラによりトナーを記録紙に定着させる。そして、定着ローラは、定着ヒータにより加熱されており、この定着ヒータは、一定温度に制御されているとともに、過熱の防止処理が行なわれている。
【０００４】
すなわち、画像形成装置においては、定着ヒータの温度をサーミスタ等により検出し、サーミスタの検出結果に基づいて制御回路により定着ヒータのオン／オフを制御を行なって定着ヒータを一定温度に制御している。また、制御回路の暴走等の異常発生時に備えて、温度ヒューズやサーモスタットによる定着ヒータの過熱保護を行なったり、アナログコンパレータによる定着ヒータの過熱保護を行なっている。
【０００５】
そして、定着ヒータは、一般的に、タングステンのフィラメントをガラス管に不活性ガスとともに封入したハロゲンヒータが用いられており、画像形成装置は、このハロゲンヒータである定着ヒータを、トライアック等の半導体素子でＡＣ電源の通電時間を制御することで温度制御を行っている。
【０００６】
従来のカラー画像形成装置は、一般に、ＡＣ電源のゼロクロスポイントから所定時間経過した後、トライアックをＯＮ（オン）し、その後トライアックの特性から極性が反転すると、ＯＦＦ（オフ）となって、ゼロクロスポイントからオンさせるまでの時間（位相角）を制御することで、温度制御を行う位相制御方式と、ＡＣ電源の半周期をオン／オフの最小単位とし、半周期の途中では定着ヒータのオン／オフを行わないオン／オフ制御方式の２種類の制御方式のいずれかで定着ヒータ、ひいては、定着ローラの温度制御を行っている。
【０００７】
そして、定着ヒータは、低温時には、内部抵抗の低下により電源投入時に大きな突入電流が流れることが知られており、上記位相制御方式では、位相角を徐々に広げていくソフトスタートを行うことができるため、大きな突入電流を防ぐことができ、また、位相角を細かく制御することで、精度の高い温度制御を行うことができる。
【０００８】
ところが、位相制御を行うと、ＡＣ電源の入力電流が正弦波とはならないため、高調波電流を含んだ入力電流波形となってしまうという問題がある。
【０００９】
一方、オン／オフ制御方式は、入力電流が流れる場合には、入力電流波形は正弦波となるため、高調波電流が少ないことが利点として挙げられる。
【００１０】
ところが、オン／オフ制御方式では、オン／オフの最小単位がＡＣ電源の半周期のため、電源電圧が変動するという問題がある。
【００１１】
これらの制御の問題を解決するために、定着ヒータに接続されているＡＣ電源を高周波でＰＷＭ制御することにより入力電流を半周期の中を平均的に流し、入力波形も正弦波に近い波形として、高調波、電圧変動ともに解決できるＰＷＭ制御方式が知られている。
【００１２】
このようなＰＷＭ制御方式を用いた従来技術としては、例えば、記録材上に着色材を定着する定着手段としてヒータを備えた画像形成装置において、前記ヒータとして用いる複数の発熱体と、前記発熱体の温度を検出する検出手段と、前記検出手段の検出出力に応答して、前記発熱体のそれぞれに流れる電流を個別的にＰＷＭ駆動する制御手段とを具備した画像形成装置が提案されている（特開平１１−７３０５７号公報参照）。
【００１３】
すなわち、この画像形成装置は、定着器に複数のヒータを備えさせ、個々のヒータを電流スイッチング素子を用いて高周波でスイッチングし、ヒータに流す電流をＰＷＭ制御して全ヒータの発熱量を制御している。
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、このような従来技術にあっては、個々のヒータを高周波で電流をスイッチング制御しているため、スイッチング素子等での電力のロス分が発生し、電力消費が多いという問題があった。
【００１５】
また、画像形成装置においては、一般に、画像形成時には、転写紙が定着ローラを通過する度に、転写紙が定着ローラの熱を奪うため、定着ヒータが点灯している状態が多く、上記位相制御方式とオン／オフ制御方式のいずれの制御方式であってもほとんどＡＣ電源の入力電流が流れている状態となり、電源電圧変動、高調波電流ともに問題となる場合が少ない。
【００１６】
ところが、待機状態においては、定着温度を目標温度に合わせるために常に制御を行うため、位相制御方式では、高調波電流が問題となり、オン／オフ制御方式では、電源電圧変動が問題となる。
【００１７】
本発明は、電源電圧変動を解消し、効率的にかつ高精度に定着ローラを定着温度に制御する画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１記載の発明の画像形成装置は、定着ヒータで加熱される定着ローラでトナー画像の転写された転写紙を加熱して、当該トナー画像を転写紙に定着させる定着部を備えた画像形成装置において、前記定着ローラを加熱する定着ヒータとして、少なくとも、ＡＣ電源を整流して当該ＡＣ電源の入力周波数よりも高い周波数でスイッチング制御して加熱されるスイッチング制御定着ヒータと、前記ＡＣ電源を直接オン／オフ制御して加熱されるオン／オフ制御定着ヒータと、前記スイッチング制御ヒータに対するスイッチング制御と前記オン／オフ制御定着ヒータに対するオン／オフ制御とを組合わせて行う制御手段と、を備えていることにより、上記目的を達成している。
上記構成によれば、定着部の定着ヒータで加熱される定着ローラでトナー画像の転写された転写紙を加熱して、トナー画像を転写紙に定着させるに際して、定着ローラを加熱する定着ヒータとして、少なくとも、ＡＣ電源を整流して当該ＡＣ電源の入力周波数よりも高い周波数でスイッチング制御して加熱されるスイッチング制御定着ヒータと、ＡＣ電源を直接オン／オフ制御して加熱されるオン／オフ制御定着ヒータと、を設けているので、位相制御方式での高調波電流とオン／オフ制御方式での電源電圧変動を解消することができ、効率的にかつ高精度に定着ローラを定着温度に制御することができる。
【００１９】
この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記画像形成装置は、待機時において、前記スイッチング制御定着ヒータのみを動作させて前記定着ローラの温度制御を行うものであってもよい。
【００２０】
上記構成によれば、待機時において、スイッチング制御定着ヒータのみを動作させて定着ローラの温度制御を行うので、常に温度制御を行うが、大きな発熱容量を必要としない待機時の定着ローラの温度制御を、スイッチング制御定着ヒータで行って、電源電圧変動の影響を防止することができ、高精度に定着ローラを定着温度に制御することができる。
【００２１】
また、例えば、請求項３に記載するように、前記画像形成装置は、画像形成時において、前記オン／オフ制御定着ヒータのみを連続オンさせた状態で前記定着ローラの温度が目標温度以上となると、当該オン／オフ制御定着ヒータをオフにし、前記スイッチング制御定着ヒータのみを動作させて、前記定着ローラの温度制御を行うものであってもよい。
【００２２】
上記構成によれば、画像形成時において、オン／オフ制御定着ヒータのみを連続オンさせた状態で定着ローラの温度が目標温度以上となると、当該オン／オフ制御定着ヒータをオフにし、スイッチング制御定着ヒータのみを動作させて、定着ローラの温度制御を行うので、定着ヒータの点灯状態が継続する状態の多い画像形成時に、発熱効率の高いオン／オフ制御定着ヒータで定着ローラを加熱するが、両面プリントやメモリによる画像回転等を行って定着頻度が低下するときには、定着ローラが転写紙により奪われる熱量が低下するため、この場合に、オン／オフ制御定着ヒータのみで定着ローラの温度が目標温度以上となると、オン／オフ制御定着ヒータをオフにし、スイッチング制御定着ヒータのみを動作させることで、位相制御方式での高調波電流とオン／オフ制御方式での電源電圧変動を解消することができ、精度よくかつ適切に定着ローラを目標温度に制御することができる。
請求項４記載の発明の定着ヒータで加熱される定着ローラでトナー画像の転写された転写紙を加熱して、当該トナー画像を転写紙に定着させる定着部を備えた画像形成装置は、  前記定着ローラ(6)を加熱するための第１定着ヒータ(8)および第２定着ヒータ(9)；
第1定着ヒータ(8)に対して、ＡＣ電源の半周期の単位でＡＣ電源をオン／オフする第１スイッチング手段(PC,TR)；
第２定着ヒータ(9)に対して、前記ＡＣ電源の周波数より高い周波数で前記ＡＣ電源の整流電流をオン／オフする第２スイッチング手段(18,PT)；および、
画像形成動作要求を待つ待機状態においては、第１スイッチング手段(PC,TR)を連続オフにして第２スイッチング手段(18,PT)の前記オン／オフを前記定着ローラの温度を一定にするようにＰＷＭ制御し、画像形成動作要求があってから前記待機状態に戻るまでの期間は、前記定着ローラの温度が目標温度未満のときは第２スイッチング手段(18,PT)を連続オフに維持し第１スイッチング手段(PC,TR)を連続オンにするが、目標温度以上のときは第２スイッチング手段(18,PT)に対して前記ＰＷＭ制御を行い第１スイッチング手段(PC,TR)は連続オフにする、制御手段(2)；
を備えていることを特徴とする。
【００２３】
なお、理解を容易にする為に括弧内には、図面に示し後述する実施態様の対応要素の符号を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。
【００２４】
上記構成によれば、定着ローラの温度低下が少ない（ローラ加熱所要電力が少ない）待機状態においては、第１スイッチング手段を連続オフにして、ＡＣ電源の周波数より高い周波数で第２スイッチング手段をオン／オフするＰＷＭ制御で定着ローラの温度を一定に制御するので、電源電圧の影響を防止することができ、高精度に定着ローラを定着温度に制御することができる。
【００２５】
画像形成時においては、画像形成時において、ＡＣ電源の半周期の単位でＡＣ電源をオン／オフする第１スイッチング手段(PC,TR)のみを連続オンさせた状態で定着ローラの温度が目標温度以上となると、当該第１スイッチング手段(PC,TR)をオフにし、前記ＡＣ電源の周波数より高い周波数で前記ＡＣ電源の整流電流をオン／オフする第２スイッチング手段(18,PT)の該オン／オフのＰＷＭ制御のみで定着ローラの温度制御を行うので、定着ヒータの点灯状態が継続する状態の多い画像形成時に、発熱効率の高い第１スイッチング手段(PC,TR)の連続オンで定着ローラを加熱するが、両面プリントやメモリによる画像回転等を行って定着頻度が低下するときには、定着ローラが転写紙により奪われる熱量が低下するため、この場合に、定着ローラの温度が目標温度以上となると、第１スイッチング手段(PC,TR)を連続オフにし、第２スイッチング手段(18,PT)のＰＷＭ制御により第２定着ヒータ(9)のみを動作させることで、従来の位相制御方式での高調波電流と高周波ＰＷＭ制御での電源電圧変動を解消することができ、精度よくかつ適切に定着ローラを目標温度に制御することができる。
【発明の実施の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００２７】
図１〜図５は、本発明の画像形成装置の一実施の形態を示す図であり、図１は、本発明の画像形成装置の一実施の形態を適用した画像形成装置１の要部ブロック構成図である。
【００２８】
図１において、画像形成装置１は、本体制御部２、２個の定着ヒータ駆動部３、４及び定着部５等を備えている。
【００２９】
定着部５には、定着ローラ６と加圧ローラ７が配設されており、定着ローラ６内には、２個の定着ヒータ８、９が内蔵されている。定着ヒータ（オン／オフ制御定着ヒータ）８及び定着ヒータ（スイッチング制御定着ヒータ）９としては、タングステンのフィラメントをガラス管に不活性ガスとともに封入したハロゲンヒータが用いられている。定着部５には、定着ローラ６の表面に定着ローラ６の表面温度を検出する温度検出用サーミスタ１０が配設されており、温度検出用サーミスタ１０は、検出温度を本体制御部２に出力する。本体制御部２は、温度検出用サーミスタ１０からの検出温度に基づいて、定着ヒータ駆動部３、４を制御して、定着部５の定着ヒータ８、９への通電を制御し、定着ローラ６の温度を制御する。
【００３０】
定着ローラ６と加圧ローラ７は、所定の圧力で圧接されており、回転駆動されることで、トナー画像の形成された記録紙を搬送しつつ加熱加圧して、トナー画像を記録紙に定着させる。
【００３１】
画像形成装置１は、詳細には、図２に示すように、回路構成されており、上記本体制御部２、定着ヒータ駆動部３、４及び温度検出用サーミスタ１０を備えているとともに、ノイズフィルタ（ＮＦ）１１、バリスタ（Ｂ）１２、アレスタ（ＡＲ）１３、ダイオードブリッジ（ＤＢ）１４、ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＤＣ）１５、ゼロクロス検出回路１６、パワーリレー１７、ＰＷＭジェネレータ１８及び複数のダイオード１９〜２１等を備えている。
【００３２】
上記温度検出用サーミスタ１０には、抵抗２２が直列に接続されており、温度検出用サーミスタ１０は、検出した定着ローラ６の表面温度を抵抗２２との間の電圧値として本体制御部２のＡ／Ｄ入力端子に出力する。
【００３３】
上記定着ヒータ駆動部３は、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、コイルＬ１、トライアックＴＲ及びフォトカプラＰＣ等を備えており、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１及びコイルＬ１からなる共振回路に定着ヒータ８が接続されている。定着ヒータ８は、さらに、パワーリレー１７を介して、ノイズフィルタ１１、バリスタ１２及びアレスタ１３の後段のＡＣ電源に接続されている。定着ヒータ駆動部３は、本体制御部２から制御信号Ｓ１がダイオード２１を介してフォトカプラＰＣに入力されると、トライアックＴＲがＯＮ（オン）して、抵抗Ｒ１、コイルＬ１及びコンデンサＣ１の共振回路で定着ヒータ８を発熱させて、定着ローラ６を加熱し、トライアックＴＲが、その特性により電圧の極性が反転すると、ＯＦＦ（オフ）して、定着ヒータ８への通電を停止する。
【００３４】
定着ヒータ駆動部４は、コンデンサＣ２、Ｃ３、Ｃ４、インバータＩＮ、フォトトランジスタＰＴ及び抵抗Ｒ４等を備えており、フォトトランジスタＰＴにＰＷＭジェネレータ１８からＰＷＭ信号がダイオード２０を介して入力される。インバータＩＮに定着ヒータ９が接続されており、定着ヒータ９に並列にコンデンサＣ４が接続されている。定着ヒータ９には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４で整流されたＡＣ電源がパワーリレー１７を介して供給される。
【００３５】
定着ヒータ駆動部４は、ダイオード２０を介してフォトトランジスタＰＴに入力されるＰＷＭ信号に応じてフォトトランジスタＰＴがオン／オフし、フォトトランジスタＰＴのオン／オフに応じて定着ヒータ９に流れる駆動電流をＰＷＭ制御する。
【００３６】
本体制御部２は、定着ローラ６の表面に設けられた温度検出用サーミスタＴＨからの検出温度情報により定着ローラ６の表面温度を監視し、現在の定着ローラ６の表面の温度が予め設定されている目標温度より低い場合には、ＰＷＭジェネレータ１８にＰＷＭ信号のデューティ幅を広げさせ、目標温度より高い場合には、ＰＷＭジェネレータ１８にＰＷＭ信号のデューティ幅を狭めさせて、定着ヒータ９に流れる電流を制御する。ＰＷＭジェネレータ１８から定着ヒータ駆動部４に出力されるＰＷＭ信号のデューティ比が制御されることで、フォトトランジスタＰＴのオン／オフ周期が制御されて、定着ヒータ９に流れる電流が制御され、定着ヒータ９の発熱量が制御されて、定着ローラ６の表面の温度が目標温度に制御される。
【００３７】
上記ゼロクロス検出回路１６は、ＡＣ電源に接続されて、ＡＣ電源のゼロクロスポイントを検出し、定着の温度制御で使用するゼロクロス信号を生成して、本体制御部２の割込み入力ＩＮＴにゼロクロス信号を出力する。
【００３８】
パワーリレー１７は、本体制御部２からダイオード１９を介して入力される制御信号で動作し、画像形成装置１の異常時に、２本の定着ヒータ８、９への電源の供給を遮断する。
【００３９】
本体制御部２は、ゼロクロス検出回路１６からゼロクロス信号が入力されると、ＡＣ電源のゼロクロスポイントから所定時間経過した後、定着ヒータ駆動部３のトライアックＴＲをオンし、その後、トライアックＴＲの特性から極性が反転すると、オフとなって、そのゼロクロスポイントからオンさせるまでの時間（位相角）を制御することで、定着ヒータ９の温度制御を行う位相制御を行う。
【００４０】
また、本体制御部２は、ＡＣ電源の半周期をオン／オフの最小単位として、半周期の途中では、定着ヒータ８のオン／オフを行わないオン／オフ制御を行う。
【００４１】
このように、画像形成装置１は、定着ローラ６に、従来と同様にＡＣ電源が直接オン／オフ制御される定着ヒータ８と、ＡＣ電源を整流してＡＣ電源の入力周波数よりも高い周波数でスイッチングされる定着ヒータ９と、が内蔵されており、これらの定着ヒータ８と定着ヒータ９を組み合わせて制御して、位相制御方式の場合のＡＣ電源の入力電流が正弦波とはならないことによる高調波電流を含んだ入力電流波形となる問題及びオン／オフ制御方式のオン／オフの最小単位がＡＣ電源の半周期であることによる電源電圧が変動するという問題を解決している。
【００４２】
そして、画像形成装置１は、ＡＣ電源がノイズフィルタ１１、バリスタ１２、アレスタ１３等のフィルタや保護部品を介して入力され、画像形成装置１の本体で使用される直流電源が、ダイオードブリッジ１４の後のＤＣ−ＤＣコンバータ１５で出力されて、定着の温度制御を含む本体制御部２や図示しないその他の制御部、センサ、アクチュエータ等に供給される。
【００４３】
次に、本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態の画像形成装置１は、定着ローラ６に、ＡＣ電源が直接オン／オフ制御される定着ヒータ８と、ＡＣ電源を整流してＡＣ電源の入力周波数よりも高い周波数でスイッチングされる定着ヒータ９と、を内蔵し、これらの定着ヒータ８と定着ヒータ９を組み合わせて制御して、位相制御方式の場合のＡＣ電源の入力電流が高調波電流を含んだ入力電流波形となる問題及びオン／オフ制御方式の場合の電源電圧が変動するという問題を解決している。
【００４４】
すなわち、画像形成装置１は、図３に示すように、待機状態において、本体制御部２が、コピーの動作要求があるかどうかチェックし（ステップＳ１０１）、コピー動作の要求がない場合には、目標温度に温度制御を行なう（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）。すなわち、待機状態においては、本体制御部２は、定着ヒータ８をオフした状態とし、定着ヒータ９のみを、定着ヒータ駆動部４によりＰＷＭ制御して、定着ローラ６の表面の温度を目標温度（定着時の温度）に制御する。ここでいう待機状態とは、コピーあるいはプリント動作要求があった場合に、定着部３０の温度（定着ローラ６の温度）が目標温度に達していて、すぐに画像形成動作に移れる状態である。すなわち、転写紙に熱を奪われることはないが、画像形成装置１の設置されている環境において定着部３（定着ローラ６）の温度制御が行われている状態である。
【００４５】
ステップＳ１０１で、コピー動作要求があると、本体制御部２は、現在の定着ローラ６の表面温度が目標温度であるか否かを温度検出用サーミスタ１０からの検出温度情報に基づいて判別し（ステップＳ１０４）、目標温度でないときには、定着ヒータ８をオンさせて（ステップＳ１０５）、再度ステップＳ１０１から同様の処理を行う。
【００４６】
ステップＳ１０４で、現在の定着ローラ６の表面温度が目標温度であると、本体制御部２は、通常のコピー動作を行い（ステップＳ１０６）、現在の定着ローラ６の表面温度が目標温度以上であるかチェックする（ステップＳ１０７）。
【００４７】
ステップＳ１０７で、コピー動作で定着ローラ６の表面温度が下がって、定着ローラ６の現在の表面温度が目標温度よりも低いときには、本体制御部２は、定着ヒータ８をオンして（ステップＳ１０８）、速やかに定着ローラ６の表面温度を目標温度に上昇させ、定着ローラ６の現在の表面温度が目標温度以上かチェックする（ステップＳ１０９）。このとき、本体制御部２は、定着ヒータ８を位相制御もオン／オフ制御も行なわずに連続オンさせる。
【００４８】
ステップＳ１０７で、定着ローラ６の表面温度が目標温度以上であると、本体制御部２は、ステップＳ１０９に移行して、再度、定着ローラ６の表面温度をチェックする（ステップＳ１０９）。
【００４９】
ステップＳ１０９で、定着ローラ６の表面温度が目標温度以上でないときには、本体制御部２は、戻って、上記同様に、定着ヒータ８をオンさせた状態で、定着ローラ６の温度を上昇させる。
【００５０】
ステップＳ１０９で、定着ローラ６の表面温度が目標温度以上になると、本体制御部２は、定着ヒータ８を位相制御やオン／オフ制御するのではなく、定着ヒータ８をオフさせ（ステップＳ１１０）、定着ヒータ９のみをＰＷＭ制御して、定着ローラ６の表面温度を目標温度に制御する（ステップＳ１１１）。
【００５１】
このように、本実施の形態の画像形成装置１は、定着ヒータ８、９の発熱が多く要求されるモードにおいては、定着ヒータ駆動部３で定着ヒータ８を連続点灯させ、要求される定着ヒータ８、９の発熱が少ない場合には、定着ヒータ駆動部４でＰＷＭ制御を行って定着ヒータ９を制御する。
【００５２】
したがって、図４に入力電圧波形と入力電流波形を示すように、正弦波に近いヒータ電流が定着ヒータ８、９に流れ、電源電圧変動や高調波電流による問題を解決することができる。
【００５３】
すなわち、定着ヒータ８、９は、低温時には内部抵抗の低下により電源投入時に大きな突入電流が流れるが、位相制御方式では、位相角を徐々に広げていくソフトスタートを行うことで、大きな突入電流を防ぐことができ、また、位相角を細かく制御することで、精度の高い温度制御を行うことができる。
【００５４】
ところが、上述のように、位相制御を行うと、ＡＣ電源の入力電流が正弦波とはならないため、高調波電流を含んだ入力電流波形となってしまう。
【００５５】
また、オン／オフ制御においては、入力電流が流れる場合には、入力電流波形が正弦波となるため、高調波電流は少ないが、オン／オフの最小単位がＡＣ電源の半周期のために電源電圧の変動が生じる。
【００５６】
そして、定着ヒータに接続されているＡＣ電源を高周波でＰＷＭ制御することで、入力電流が半周期の中を平均的に流れ、入力波形も正弦波に近い波形となり、高調波、電圧変動ともに解消することができるが、高周波でスイッチング素子をオン／オフするために、スイッチング素子等での電力のロス分が発生する。
【００５７】
ところが、本実施の形態の画像形成装置１は、定着ローラ６に、ＡＣ電源を直接オン／オフ制御する定着ヒータ８と、ＡＣ電源を整流してＡＣ電源の入力周波数よりも高い周波数でスイッチングする定着ヒータ９と、を組み込み、これらの定着ヒータ８と定着ヒータ９を組み合わせて制御しているので、電源電圧変動や高調波電流による問題を解決することができる。
【００５８】
さらに、画像形成装置１においては、一般的に画像形成時には転写紙が定着ローラ６を通過する度に転写紙が定着ローラ６の熱を奪っていくため、定着ヒータ８は点灯している状態が多く、ＡＣ電源の入力電流が流れている状態であるため、電源電圧変動、高調波電流ともに問題となる場合が少ないが、待機状態では、定着ヒータのオン時間は短く、オン／オフを繰り返すことになり、従来の位相制御では、高調波電流が、オン／オフ制御では電源電圧変動が問題となる。
【００５９】
ところが、本実施の形態の画像形成装置１は、待機状態においては、定着ヒータ８をオンさせず、定着ヒータ９のみをＰＷＭ制御している。
【００６０】
したがって、従来の定着ヒータ駆動回路に比較して、ＡＣ電源に対する発熱量の効率が低下するが、待機状態に使用する電力は、画像形成時に比べて少なく、高調波電流や電源電圧変動の影響をより一層少なくすることができる。
【００６１】
そして、定着ヒータ９の発熱量を小さくする場合には、ＰＷＭのデューティ幅を狭くするが、その際の入力電流波形は、図４に対して図５に示すような入力電流波形となり、高調波電流や電源電圧変動の影響をより一層解消することができる。
【００６２】
また、一般に、定着ヒータの発熱量は、その画像形成装置において最も定着ヒータに電力が必要なモードを想定して設計され、高速機になるほど定着ヒータに供給できる電力が不足する傾向にあり、最もＣＰＭが高いモードにおいては、定着ヒータはほとんど連続点灯している。
【００６３】
そこで、本実施の形態の画像形成装置１は、少しでも入力電力に対して発熱効率が有利なように、ＡＣ電源を直接オン／オフ制御する定着ヒータ８を点灯させており、発熱効率を向上させて、電力の利用効率を向上させることができる。
【００６４】
但し、両面プリント、メモリによる画像回転、印字機能など画像形成装置１としてのＣＰＭが低下するモードにおいては、単位時間当たりの転写紙に熱を奪われる割合が少なくなる。
【００６５】
そのため、ＣＰＭが低下するモードにおいては、定着ヒータ８を連続オンさせていると、定着温度が目標温度を超える場合が考えられる。
【００６６】
ところが、本実施の形態の画像形成装置１は、ＣＰＭが低下するモードにおいては、定着ヒータ８を連続オンさせていると、定着温度が目標温度を超える場合には、定着ヒータ１をオフにし、待機状態と同様に、定着ヒータ９のみで定着温度制御を行っている。
【００６７】
したがって、定着ローラ６の温度を目標温度に高精度に制御することができる。
【００６８】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【発明の効果】
【００６９】
電源電圧変動を解消することができ、効率的にかつ高精度に定着ローラを定着温度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】  本発明の画像形成装置の一実施の形態を適用した画像形成装置の要部ブロック構成図。
【図２】  図１の画像形成装置の詳細な回路図。
【図３】  図２の画像形成装置による定着ヒータ制御処理を示すフローチャート。
【図４】  図１の画像形成装置による定着ヒータへの入力電圧波形と入力電流波形を示す図。
【図５】  図１の画像形成装置によるＰＷＭデューティを狭くした場合の定着ヒータへの入力電圧波形と入力電流波形を示す図。
【符号の説明】
【００７１】
１画像形成装置
２本体制御部
３、４定着ヒータ駆動部
５定着部
６定着ローラ
７加圧ローラ
８、９定着ヒータ
１０温度検出用サーミスタ
１１ノイズフィルタ
１２バリスタ
１３アレスタ
１４ダイオードブリッジ
１５ＤＣ−ＤＣコンバータ
１６ゼロクロス検出回路
１７パワーリレー
１８ＰＷＭジェネレータ
１９〜２１ダイオード
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４コンデンサ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４抵抗
Ｌ１コイル
ＴＲトライアック
ＰＣフォトカプラ
ＩＮインバータ
ＰＴフォトトランジスタ
【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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