(57)【要約】【課題】定着装置又はこれを備えた画像形成装置において、電力供給のデューティが５０％を超える場合でも適切に加熱手段に電力を供給し、きめ細かな温度制御が可能な定着装置の温度制御方法を実現する。【解決手段】定着装置の温度制御方法において、供給電力量がデューティ５０％を超えるとき、所定周期内を、加熱手段へ間欠的に電力が供給される第１期間と加熱手段へ連続して電力が供給される第３期間とを合わせて供給電力量になるように第１期間と第３期間が設定され、第１期間内は、１単位の通電と１単位の非通電とからなる電力供給パターンにより加熱手段へ電力が供給され、その後の第３期間内は、加熱手段へ連続して電力が供給される。【選択図】図５
2007212893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出温度に基づいて供給電力量を求め、求めた供給電力量を供給することにより前記加熱手段の温度を制御する温度制御手段と、
を備えた定着装置の温度制御方法において、
所定周期で前記温度検出手段による温度のサプリング検出が行われ、この検出結果に基づいて前記供給電力量が決定され、
前記決定された供給電力量がデューティ５０％以下のとき、
前記所定周期内を、前記加熱手段へ間欠的に電力が供給される第１期間と前記加熱手段への電力供給が許可されない第２期間とを合わせて前記供給電力量になるように前記第１期間と前記第２期間が設定され、前記第１期間内は、１単位の通電と１単位の非通電とからなる電力供給パターンにより前記加熱手段へ電力が供給され、その後の前記第２期間内は、前記加熱手段へ電力が供給されず、
前記決定された供給電力量がデューティ５０％を超えるとき、
前記所定周期内を、前記加熱手段へ間欠的に電力が供給される第１期間と前記加熱手段へ連続して電力が供給される第３期間とを合わせて前記供給電力量になるように前記第１期間と第３期間が設定され、前記第１期間内は、１単位の通電と１単位の非通電とからなる電力供給パターンにより前記加熱手段へ電力が供給され、その後の前記第３期間内は、前記加熱手段へ連続して電力が供給される、
ことを特徴とする定着装置の温度制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置の温度制御方法を用いることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項２記載の定着装置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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、その他の装置に用いられる電子写真方式の画像形成装置に係り、特に熱を用いた定着装置とその温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真画像を記録材上へ定着する方法として、電力を供給することによりヒータを発熱させ、この熱を利用して定着を行う熱定着装置が幅広く用いられている。この熱定着装置においては、ヒータに電力を供給し所要の温度に達するまで昇温させて定着可能状態を得て、この定着可能状態を保持しつつ定着装置へ記録材を搬送、通過させる。そのために、ヒータを加熱する場合の制御としては、例えば、サーミスタ等の温度検出手段によりヒータの温度を検出し、予め設定された設定温度との差に応じて、
１）交流波の半サイクル中の導通角を変化させて給電を制御する位相制御方法、
２）検出温度が所定の目標温度よりも低ければヒータへの通電をＯＮし、高ければＯＦＦするといういわゆるＯＮ／ＯＦＦ制御方法、
３）ヒータへの通電を交流のゼロクロスに同期してパルス幅を変化させ、交流出力を制御するパルス幅制御方法、などがある。
【０００３】
これらのうち、ＯＮ／ＯＦＦ制御方法の場合、ＯＮした後のオーバーシュートとＯＦＦした後のアンダーシュートによる温度リップルが発生し、安定して良好な定着状態を得難い。これを低減するために比較的大きな熱容量を有するヒータを用いると、良好な定着状態が得られる温度にヒータが昇温するいわゆるウォームアップ時間が長くなる。ウォームアップ時間を短縮し、素早く良好な定着状態を得られるような装置構成にするためには、熱容量の小さいヒータを有する定着装置や電力量の大きいヒータを有する定着装置を使用することが必須である。しかし、温度リップルが発生し易くなるなど、ウォームアップ時間の短縮のためには温度リップル低減が問題であった。
【０００４】
さらに、ウォームアップ時間の短縮のために小熱容量、大電力量のヒータを有する定着装置を用いたＯＮ／ＯＦＦ制御やパルス幅制御では、上述した以外に次のような欠点があった。すなわち、ヒータＯＮからＯＦＦになるとき、あるいはその逆のＯＦＦからＯＮになるときには、定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一の電源ライン上に接続された他の電気機器、特に証明機器等に電源電圧の変動によるチラツキ（フリッカ）が生じるというものである。
【０００５】
これに対し、特許文献１には、図７に示すとおり、ヒータへの電力供給が許可される第１期間Δｔ3とヒータへの電力供給が許可されない第２期間Δｔ4とによって電力が供給され、第１期間は少なくとも１単位の通電と少なくとも１単位の非通電とからなる電力供給パターンにより電力が供給されることによって、ヒータの温度を制御する定着装置の温度制御方法が開示されている。この温度制御方法によると、小熱容量または大電力量の加熱手段を有する定着装置またはこれを備えた画像形成装置において、電源電圧変動（リップル）の少ない、きめ細かで、高精度の温度制御を可能にするとともに、同一の電源ライン上の他の電気機器、特に照明機器（蛍光灯、白熱灯等）やディスプレイ等に人の目に不快に発生するチラツキを抑制することが可能となる。
【特許文献１】特許第３６９５５２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された温度制御方法は、所定の周期で温度のサンプリング検出が行われ、それに基づいて供給電力量が決められ、決められた供給電力量に基づいて決定される通電時間の割合（以下、「デューティ」という）に基づいて、第１期間及び第２期間の時間配分及び第１期間の電力供給パターンが設定される。
【０００７】
ところで、特許文献１には、デューティが２０％程度以下の場合の時間配分及び電力供給パターンについて開示されているものの、デューティが高い場合の時間配分及び電力供給パターンについては特段開示されていない。
【０００８】
この点について検討するに、特許文献１記載の発明において通電時間が最大となるのは、電力が供給されない第２期間が存在しないで、かつ、第１期間の電力供給パターンが１単位の通電と１単位の非通電とからなる場合、すなわち、デューティ５０％の場合である。したがって、特許文献１記載の発明は、デューティが５０％を超える場合について、どのような温度制御をすればよいか明らかでない。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑み、熱容量が比較的小さいか、又は電力量が比較的大きな加熱手段（ヒータ）を有する定着装置又はこれを備えた画像形成装置において、電力供給のデューティが５０％を超える場合でも適切に加熱手段に電力を供給し、きめ細かな温度制御が可能な定着装置の温度制御方法を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の定着装置の温度制御方法は、記録材を加熱する加熱手段と、加熱手段の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の検出温度に基づいて供給電力量を求め、求めた供給電力量を供給することにより加熱手段の温度を制御する温度制御手段と、を備えた定着装置の温度制御方法において、所定周期で前記温度検出手段による温度のサプリング検出が行われ、この検出結果に基づいて供給電力量が決定され、決定された供給電力量がデューティ５０％以下のとき、所定周期内を、加熱手段へ間欠的に電力が供給される第１期間と加熱手段への電力供給が許可されない第２期間とを合わせて供給電力量になるように第１期間と第２期間が設定され、第１期間内は、１単位の通電と１単位の非通電とからなる電力供給パターンにより加熱手段へ電力が供給され、その後の第２期間内は、加熱手段へ電力が供給されず、決定された供給電力量がデューティ５０％を超えるとき、所定周期内を、加熱手段へ間欠的に電力が供給される第１期間と加熱手段へ連続して電力が供給される第３期間とを合わせて供給電力量になるように第１期間と第３期間が設定され、第１期間内は、１単位の通電と１単位の非通電とからなる電力供給パターンにより加熱手段へ電力が供給され、その後の第３期間内は、加熱手段へ連続して電力が供給される、ことを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、熱容量が比較的小さいか、又は電力量が比較的大きな加熱手段（ヒータ）を有する定着装置又はこれを備えた画像形成装置において、デューティが５０％を超える場合でも適切に加熱手段に電力を供給し、きめ細かな温度制御が可能な定着装置の温度制御方法を提供できる。これにより、画像形成装置のＣＰＵ（中央制御ユニット）に対しての加熱手段の温度制御の負担が少なく、ＰＩＤ等高度な温度制御手段を用いることができ、電源電圧変動（リップル）の少ない、きめ細かで、高精度の温度制御が可能である。そして、間欠的な電力供給パターンで電力供給を行うことにより、定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一の電源ライン上の他の電気機器、特に照明機器（蛍光灯、白熱灯等）やディスプレイ等に人の目に不快に発生するチラツキを抑制することできる。
【００１２】
また、本発明は、このような定着装置の温度制御方法を用いる定着装置、及び、その定着装置を備えた画像形成装置を含むものである。かかる発明によれば、優れた温度制御性能を有する定着装置またはこれを備えた画像形成装置を実現することができる。さらに、定着装置の加熱手段（ヒータ）に対する突入電流を抑制することができるため、より耐久性に優れた定着装置またはこれを備えた画像形成装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の定着装置の温度制御方法を、画像形成装置の一種であるプリンタ装置に適用した一実施例を図面に従って説明する。まず、定着装置およびその制御装置全体の概要について説明する。
【００１４】
図１は本実施形態に係る定着装置の構成を示す断面図である。回転可能に支持された加熱ローラ１の内部にハロゲンランプヒータ３が設けられ所定の電力が印加されることによって加熱ローラ１が熱せられる。加熱ローラ１の表面にはサーミスタを内蔵する温度センサ４が押圧されており、温度センサ４の検出温度によりハロゲンランプヒータ３への通電電力が制御される。回転可能に支持された加圧ローラ２は、金属製の軸６の周囲にシリコンゴム等の弾性層が設けられており、図示しない軸両端部に荷重印加されることによって加熱ローラ１に圧接されてニップ部を形成している。このニップ部を未定着トナー像が形成された記録材５が通過することによって定着が行われる。
【００１５】
本発明の定着装置またはこれを備えた画像形成装置に適用することができる記録材としてはシート状のものであれば特に制限はなく、紙、ハガキ、封筒、フィルム、薄板等が好ましく用いられる。
【００１６】
図２は本実施形態に係る加熱ローラ１の温度変動を示す図である。縦軸に加熱ローラ１の温度Ｔ、横軸に経過時間ｔをとる。加熱ローラ１の経過時間による温度変動をＴSにて示す。まず、プリンタ装置外から送出された画像情報の入力と共に加熱ローラ１に対して加熱を開始する。そして、加熱ローラ１の温度ＴSが目標温度Ｔ*に到達した直後にハロゲンランプヒータ３への電力を遮断する。しかし、加熱ローラ１の温度はオーバーシュート状態にあり、しばらく温度上昇する。その後、加熱ローラ１の温度ＴSは、目標温度Ｔ*近辺まで下がり、所定の温度検出のサンプリング時間ごとに電力が印加され始め、加熱ローラ１の温度を安定化させ、所定の温度範囲内に安定した後、記録材５の通紙を開始する。
【００１７】
図３は加熱ローラ１の温度を制御するための制御装置の構成を示すブロック図である。温度センサ４から出力されたアナログ電圧信号は、アンプ９を経てＡ／Ｄコンバータ１０に入力される。Ａ／Ｄコンバータ１０により２５６レベルのディジタル信号に変換された信号は、Ｉ／Ｏ１１に入力される。そして、所定のサンプリング時間、即ち本発明の第２周期ごとに、温度制御プログラムを実行するＣＰＵ１３に入力される。この第２周期については後述する。温度制御プログラムはＲＯＭ１２に内蔵されており必要に応じてＣＰＵ１３に呼び出され実行される。ＣＰＵ１３は、温度制御プログラムを実行することにより検出された温度から以下の数式（１）に従ってハロゲンランプヒータ３に供給する電力量を決定する。そして、後述する方法に従ってハロゲンランプヒータ３に対して間欠的に通電を行う。
【００１８】
ＣＰＵ１３で発生された制御信号はハロゲンランプヒータ３を点滅させるスイッチであるＳＳＲ（ソリッドステートリレー）７へ送られる。ＳＳＲ７へは、ゼロスイッチング回路８からも交流ゼロクロスに同期した信号が送られる。ＳＳＲ７は、ゼロスイッチング回路８からの信号を受けたときにＣＰＵ１３からの制御信号があればオンし、制御信号がなければオフする。このようにして、ＣＰＵ１３からの制御信号により交流波の半サイクルを１単位としてＳＳＲ７はオンオフされ、それに従いヒータ通電がなされる。交流波の半サイクル単位でオンオフするためには、ゼロスイッチング回路８からの信号でＣＰＵ１３に割り込みをかけ、この割り込み信号に基づいてＣＰＵ１３から制御信号を出力するように構成してもよい。
【００１９】
本実施例における温度制御プログラムは、ハロゲンランプヒータ３に供給する電力Ｐを、目標温度をＴ*、ゲインをＧ、オフセット電力をＰCとして、
Ｐ＝Ｇ・（Ｔ*−ＴC）＋ＰC  （１）
に従って供給電力量を決定している。ここでＴCは検出温度の補正値であり、温度センサ４の検出遅れの式ＴC＝ＴS＋ｋ・τ・ΔＴS／Δｔ  （２）
で求められたものである。ＴSは温度センサ４の検出温度、ｋは補正率、τは温度センサ４の時定数、Δｔは検出温度ＴSの所定のサンプリング時間、ΔＴSはΔｔ間で生じるＴSの変化量、ΔＴS／Δｔは温度検出手段の検出温度の変化率である。このように本発明では、第２周期である所定のサンプリング時間毎に温度制御プログラムを実行するため、温度センサ４の時間遅れを予想して、それを補正する温度制御、即ち予測制御という高度な温度制御手法を組み込むことができる。
【００２０】
上式（１）、（２）の計算において、温度センサ４の検出温度ＴS等は前述したようにＡ／Ｄ変換されたディジタル値であって、ＣＰＵ１３内部では整数演算を行うことにより供給電力Ｐを決めている。
【００２１】
次に、決定された供給電力Ｐに基づいたハロゲンランプヒータ３への電力供給方法について説明する。
【００２２】
図４〜６は、本実施形態に係る温度制御方法における電力供給方法の一例を示す図である。縦軸はハロゲンランプヒータ３への電力供給のオンオフ、横軸は時間ｔである。まず第２周期Δｔ2ごとに、加熱ローラ１に接触する温度センサ４の検出温度ＴSをサンプリングし、それに基づいてＣＰＵ１３が供給電力量を上述のとおり決定し、この供給電力量に基づいて第２周期Δｔ2における通電時間の割合（デューティ）を決定する。すなわち、第２周期Δｔ2を１つの温度制御単位としてフィードバック制御がなされる。そして、デューティに応じて、以下のようにハロゲンランプヒータ３への電力供給を制御する。
【００２３】
図４は、デューティが５０％以下のときの電力供給方法の一例を示す図である。デューティが５０％以下のとき、第２周期Δｔ2は、ハロゲンランプヒータ３へ間欠的に電力が供給される第１期間Δｔ3と、電力供給が許可されない第２期間Δｔ4とに分けられる。第１期間Δｔ3においては、第２周期Δｔ2より周期の短い第１周期Δｔ1を単位として間欠的な通電が行われる。本実施形態においては、第１周期Δｔ1において、１単位の通電と１単位の非通電とからなる電力供給パターンが形成される。第１期間Δｔ3と第２期間Δｔ4の時間配分は、デューティに応じて決定され、それぞれ（３）、（４）式により算出される。
第１期間：Δｔ3＝２・Ｐｄ・Δｔ2  （３）
第２期間：Δｔ4＝（１−２・Ｐｄ）・Δｔ2  （４）
なお、Ｐｄはデューティである。
【００２４】
図５は、デューティが５０％を超えるときの電力供給方法の一例を示す図である。デューティが５０％を超えるとき、第２周期Δｔ2は、ハロゲンランプヒータ３へ間欠的に電力が供給される第１期間Δｔ3と、連続的に電力が供給される第３期間Δｔ5とに分けられる。第１期間Δｔ3においては、デューティが５０％以下のときと同様に、第２周期Δｔ2より周期の短い第１周期Δｔ1を単位として間欠的な通電が行われる。第１周期Δｔ1においては、１単位の通電と１単位の非通電とからなる電力供給パターンが形成される。第１期間Δｔ3と第３期間Δｔ5の時間配分は、デューティに応じて決定され、それぞれ（５）、（６）式により算出される。
第１期間：Δｔ3＝２・（１−Ｐｄ）・Δｔ2  （５）
第３期間：Δｔ5＝（２・Ｐｄ−１）・Δｔ2  （６）
図６は、デューティが５０％を超えるときの電力供給方法の別の実施例を示す図である。図６に示すように、第２周期Δｔ2が、ハロゲンランプヒータ３へ間欠的に電力が供給される第１Ａ期間Δｔ3Aと、連続的に電力が供給される第３期間Δｔ5と、間欠的に電力が供給される第１Ｂ期間Δｔ3Bとに分けられる。つまり、第１期間を２つに分けて、第３期間を挟みこむ形で電力を供給する第１期間をどのようにして２つに分けるかは任意に設定可能であるが、等分することが望ましい。この場合、第１Ａ期間Δｔ3Aと第３期間Δｔ5と第１Ｂ期間Δｔ3Bの時間配分は、それぞれ（７）、（８）、（９）式により算出される。
第１期間Ａ：Δｔ3A＝（１−Ｐｄ）Δｔ2  （７）
第３期間  ：Δｔ5＝（２・Ｐｄ−１）Δｔ2  （８）
第１期間Ｂ：Δｔ3B＝（１−Ｐｄ）Δｔ2  （９）
なお、第１周期Δｔ1は、第２周期Δｔ2に比べて短いほど電力供給量のレベルを細分化できるが、通常、ハロゲンランプヒータ３に供給される交流波の１サイクルに比例した周期を取ることが望ましい。これは、交流波の１サイクルと同期したゼロクロス信号を比較的容易に得ることができるためである。
【００２５】
また、温度を高精度に制御するためには、第２周期Δｔ2を３秒程度以下すなわち１／３Ｈｚ程度以上の周波数に設定してフィードバック制御を行い、頻繁にデューティ（供給電力量）を変化させることが望ましい。一方、第２周期Δｔ2を短くしすぎると、１つの第２周期Δｔ2のなかに入る交流半波の波数が少なくなってデューティのレベルを細分化できなくなるために、０．２秒程度以上すなわち５Ｈｚ以下にすることが望ましい。
【００２６】
以上のような通電制御を行うことによって、デューティが５０％を超える場合でも適切にハロゲンランプヒータ３に電力を供給し、きめ細かな温度制御が可能な定着装置の温度制御を行うことができる。また、所定の制御サイクルすなわち第２周期Δｔ2毎に頻繁に供給電力量を変化させることができ、ＰＩＤ制御等の高度な制御と組み合わせることできめ細かな安定した温度制御を行うことができる。さらに、温度検出とデューティの計算は第２周期Δｔ2に１回で済みＣＰＵへの負担が少ない。そのため、同時に画像形成装置内の他の部分の制御等を行うことができ、温度制御用に専用のＣＰＵを用意しなくても画像形成装置本体のＣＰＵで兼用できるという利点がある。
【００２７】
また、特定の間欠電力供給パターンで加熱手段への電力供給を行うことにより、定着装置またはこれを備えた画像形成装置と同一の電源ライン上の他の電気機器、特に照明機器（蛍光灯、白熱灯等）やディスプレイ等に人の目に不快に発生するチラツキを抑制することができる。
【００２８】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、他の様々な形で実施することができる。このため、上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。
【００２９】
例えば、本発明の温度制御方法は、上述の実施形態で説明したようなハロゲンランプをヒータとした熱ローラ方式の定着装置に限られるものではない。これ以外にも例えば、ヒータとしては通電によって加熱する抵抗体、キセノンランプなどが好ましく用いられる。また定着装置としては、ベルト定着装置、非接触加熱方式など様々な方式のものにも適用可能である。
【００３０】
さらに、定着装置を備えることができる画像形成装置として、本実施形態のようなプリンタ装置以外にも、例えば複写機、ファクシミリ等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態に係る定着装置の構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る加熱ローラ１の温度変動を示す図である。
【図３】加熱ローラ１の温度を制御するための制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】デューティが５０％以下のときの電力供給方法の一例を示す図である。
【図５】デューティが５０％を超えるときの電力供給方法の一例を示す図である。
【図６】デューティが５０％を超えるときの電力供給方法の別の実施例を示す図である。
【図７】本発明の従来例である。
【符号の説明】
【００３２】
１  加熱ローラ、２  加圧ローラ、３  ハロゲンランプヒータ、４  温度センサ、５  記録材、６  金属製の軸、７  ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）、８  ゼロスイッチング回路、９  アンプ、１０  Ａ／Ｄ変換器、１１  Ｉ／Ｏ、１２  ＲＯＭ、１３  ＣＰＵ
【図１】
2007212893.tif 000003
【図２】
2007212893.tif 000004
【図３】
2007212893.tif 000005
【図４】
2007212893.tif 000006
【図５】
2007212893.tif 000007
【図６】
2007212893.tif 000008
【図７】
2007212893.tif 000009