(57)【要約】 【課題】複数の定着ヒーターを複数のグループに分け、グループ毎に異なる位相制御の導通角を設定することで、フリッカーの低減と高調波電流の低減を両立させること。【解決手段】制御手段は、ゼロクロスタイミング検出手段の検出したゼロクロスタイミングに同期して位相制御をするとともに、第１のヒータ群への給電開始から所定時間経過する間は第１の位相角にて位相制御を実行し、第２のヒータ群への給電開始から所定時間経過する間は第１の位相角とは異なる第２の位相角にて位相制御を実行すること。【選択図】図８ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録紙にトナー像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段により記録紙に形成されたトナー像をその間で定着する第１の回転体及び第２の回転体と、
前記第１の回転体を加熱する第１のヒータ群と、
前記第２の回転体を加熱する第２のヒータ群と、
前記第１の回転体の温度を検出する第１の温度センサと、
前記第２の回転体の温度を検出する第２の温度センサと、
商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出手段と、
前記第１の温度センサの出力に基づき前記第１のヒータ群へ給電を行うとき前記検出手段の出力に応じて前記第１のヒータ群への給電開始タイミングを制御するとともに、前記第２の温度センサの出力に基づき前記第２のヒータ群へ給電を行うとき前記検出手段の出力に応じて前記第２のヒータ群への給電開始タイミングを制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記ゼロクロスタイミング検出手段の検出したゼロクロスタイミングに同期して位相制御をするとともに、前記第１のヒータ群への給電開始から所定時間経過する間は第１の位相角にて位相制御を実行し、前記第２のヒータ群への給電開始から所定時間経過する間は前記第１の位相角とは異なる第２の位相角にて位相制御を実行することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
第１のヒーター群への給電開始から位相制御を持続する第一の位相制御持続時間と、第２のヒーター群への給電開始から位相制御を持続する第２の位相制御持続時間とは異なる持続時間と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】
記録紙にトナー像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段により記録紙に形成されたトナー像を定着する、複数の回転体を備えた熱定着装置と、
前記複数の回転体それぞれの温度を検知する複数の温度検知手段と、
前記複数の回転体を加熱する複数のヒーターと、
商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出手段と、
前記温度検知手段の出力に応じて、それぞれ対応する回転体の温度を所定範囲内に保つよう、それぞれ対応する回転体を加熱するヒーターへの給電を制御するとともに、各ヒーターへの給電開始時に前記ゼロクロスタイミング検出手段が検出したゼロクロスタイミング信号に同期して位相制御する制御手段とを備え、
前記複数のヒーターは、一つが複数のヒーターからなるヒーター群を複数備え、各ヒーター群ごとに異なる位相角で位相制御を実行することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
各ヒーター群への給電開始から位相制御を持続する位相制御持続時間は、ヒーター群ごとに異なる時間を設定することが可能であることを特徴とする請求項３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、電子写真複写機や電子写真プリンタ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置において、感光ドラム（回転感光体）上に形成された静電潜像は、現像装置により現像剤（以下トナー）を付着させることで可視像（以下トナー像）となる。そして、このトナー像を転写装置により記録用紙に転写し、記録用紙に転写されたトナー像を定着装置により記録用紙に定着させることで定着画像を形成している。
【０００３】
この定着装置の定着方式は、ヒーターを熱源として加熱される定着ローラからの熱エネルギにより記録用紙上のトナーを溶かし、定着ローラの圧力で記録用紙の繊維の中に融け込ませる熱定着が一般的である。
【０００４】
熱定着器の熱源には商用交流電源から電源を供給されるハロゲンヒーターなどが用いられ、ＳＳＲ（ソリッド・ステート・リレー）やフォトトライアックとトライアックで構成された絶縁型スイッチ回路等が用いてヒーターへの電力供給を制御している。また熱定着器内の定着ローラの近傍に配置された温度検知素子の検知する温度に応じて、定着ローラを所定の温度範囲になるよう、前記スイッチ回路によりヒーターへの給電を制御している。
【０００５】
ハロゲンヒーターは通電していない状態では、その抵抗値は極めて小さく、通電されヒーターが発熱すると抵抗値は高くなる特性がある。よってヒーターへの通電開始直後には大きな突入電流が流れるため、電源電圧変動を起こし、いわゆるフリッカー現象を発生させてしまう。
【０００６】
これを回避するため、商用交流電源の位相に合わせてヒーターへの導通角を制限する、いわゆる位相制御を用い、ヒーターへの通電開始から所定時間の間は導通角を制限する方法を用いることが一般的である（特許文献１参照）。
【０００７】
図２は一般的な熱定着器２６の概略構成を示す図である。加熱ローラ３１の内部にはヒーター３３が配設されており、加熱ローラ３１を内部より加熱する。加熱ローラ３１の表面温度を検知する温度検知素子３５は、加熱ローラ３１に対向する位置に配置されている。温度検知素子３５からの出力信号に基づいて、加熱ローラ３１の表面温度が定着温度、又は、非定着時の待機温度（スタンバイ温度）に維持されるようにヒーターへの通電が制御される。
【０００８】
加圧ローラ３２の内部にも同様にヒーター３４が配設されており、加圧ローラー３２を内部より加熱する。加圧ローラ３２にも同様に表面温度を検知する温度検知素子３６が加圧ローラ３２に対向する位置に配置されており、温度検知素子３６の出力信号に基づいて加圧ローラ３２の表面温度が定着温度、または非定着時の待機温度（スタンバイ温度）に維持されるようヒーターへの通電が制御される。
【０００９】
図３は上記熱定着装置において熱源として用いられる定着ヒーター３３、３４の通電制御を行う従来の画像形成装置の要部回路の構成を示すブロック図である。
【００１０】
図３において、１１１，１１２は商用交流電源１００に接続された入力端子であり、交流電源が入力される。入力端子１１１，１１２間には定着ヒーター３３とスイッチ素子１３３からなる直列回路、ヒーター３４とスイッチ素子１３４からなる直列回路が並列に接続されており、商用交流電源から電力が供給されている。
【００１１】
この定着ヒータ３３、３４は、図示しない定着ローラの軸方向に延在するように内蔵されており、抵抗値が正の温度係数を有する数百Ｗ〜１ＫＷ程度のハロゲンランプ等が一般に用いられている。また、スイッチ素子１３３、１３４にはＳＳＲ（ソリッド・ステート・リレー）やフォトトライアックとトライアックで構成された絶縁型スイッチ回路等が用いられる。
【００１２】
１０１は上記した直列回路の両端に接続されたゼロクロス検知回路であり、この直列回路に入力端子１１１，１１２から供給される商用交流電源のゼロクロスを検出している。３５、３６はそれぞれ定着ローラ３１、加圧ローラ３２表面の極く近傍に配置された温度検出素子であり、インピーダンスが既知の温度係数を有するサーミスタ等が用いられる。これにより常に定着ローラの表面温度を検出し、温度検出信号をＡＤ変換器１０２を介して温調回路１０３へ出力することができる。
【００１３】
温調回路１０３は、温度検出信号に基づいてスイッチ素子１３３、１３４をスイッチング制御してヒーター３３、３４のオン／オフタイミングを制御し、これにより、定着ローラ３１、加圧ローラ３２表面の温度を所定温度範囲内に保つように温度制御するため、ヒータオン／オフ信号を駆動パルス生成回路２３３、２３４に出力する。すなわち、定着ローラの表面温度が上昇し制御範囲の上限値になるとオフ信号を出力し、オフした後に定着ローラの表面温度が低下し温度制御範囲の下限値になるとオン信号を出力する。
【００１４】
駆動パルス生成回路２３３，２３４は、このヒータオン／オフ信号とゼロクロス検知回路１０１からの出力を入力とし、それぞれの値に基づき定着ローラの表面温度がある温度内に制御されるようにスイッチ素子１３３，１３４をスイッチング制御するための駆動パルスを出力する。
【００１５】
次に図３の回路の動作を説明する。図４は、位相制御をしない場合のヒーター３３、３４に流れる電流とそれぞれのヒーターへの駆動パルスを示している。図４ａにおいてｔ１のタイミングでヒーター３３への給電が開始され、続いてｔ２のタイミングでヒーター３４への給電が開始される。前述のようにハロゲンヒーターは抵抗値が正の温度係数を有するため、給電開始直後（略ｔ１からｔ４の期間）は大電流が流れ、フリッカー現象を発生する（図４ｂはｔ１及びｔ２の近傍を拡大した図である）。
【００１６】
図５はこれを低減させるため、位相制御を用いた場合の動作波形を示している。図５ａにおいて、ヒーター３３、３４への給電開始のｔ１、ｔ２の時点からそれぞれｔ３、ｔ４の時点までヒーターへの給電導通角を制限する位相制御を用いている（図５ｂはｔ１及びｔ２の近傍を拡大した図である）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００４−３２８８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、フリッカーを低減するために位相制御を用いると高調波電流が増大してしまうため、フリッカーの低減と高調波電流の低減を両立させるよう、ヒーターへの導通角および位相制御の持続時間を最適化する必要がある。
【００１９】
また近年プリント速度の高速化のため器に必要とされるヒーターの電力は増加し、ている。さらに、対応する印刷媒体の多様化に伴い、多数のヒーターを用いて複雑な熱量の制御が必要とされている。
【００２０】
このため、前述のフリッカーと高調波電流の低減を両立させるのが困難になってきている。殊に、複数のヒーターがほぼ同時に通電開始する場合、同時期に位相制御がかかり瞬間的な高調波電流のピークが重なることが多くなる。
【００２１】
これを回避するためには複数のヒーターが同時に通電開始しないように通電開始タイミングに制限を設けるなどの方法も用いられるが、必要なタイミングで通電開始できないことになり、定着ローラの温度リップルを低下させる要因になってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の画像形成装置は、
記録紙にトナー像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段により記録紙に形成されたトナー像をその間で定着する第１の回転体及び第２の回転体と、
前記第１の回転体を加熱する第１のヒータ群と、
前記第２の回転体を加熱する第２のヒータ群と、
前記第１の回転体の温度を検出する第１の温度センサと、
前記第２の回転体の温度を検出する第２の温度センサと、
商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出手段と、
前記第１の温度センサの出力に基づき前記第１のヒータ群へ給電を行うとき前記検出手段の出力に応じて前記第１のヒータ群への給電開始タイミングを制御するとともに、前記第２の温度センサの出力に基づき前記第２のヒータ群へ給電を行うとき前記検出手段の出力に応じて前記第２のヒータ群への給電開始タイミングを制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記ゼロクロスタイミング検出手段の検出したゼロクロスタイミングに同期して位相制御をするとともに、前記第１のヒータ群への給電開始から所定時間経過する間は第１の位相角にて位相制御を実行し、前記第２のヒータ群への給電開始から所定時間経過する間は前記第１の位相角とは異なる第２の位相角にて位相制御を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複数の定着ヒーターを複数のグループに分け、グループ毎に異なる位相制御の導通角を設定することで、フリッカーの低減と高調波電流の低減を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】画像形成装置の概略断面図
【図２】従来の定着器の概略構成図
【図３】従来の定着ヒーター駆動回路構成図
【図４ａ】位相制御を用いない従来のヒーター駆動波形
【図４ｂ】位相制御を用いない従来のヒーター駆動波形
【図５ａ】位相制御を用いた従来のヒーター駆動波形
【図５ｂ】位相制御を用いた従来のヒーター駆動波形
【図６】一つのローラに複数のヒーターを配設した定着器の概略構成図
【図７】ヒーター駆動回路構成図
【図８ａ】導通角をずらしたヒーター駆動波形
【図８ｂ】導通角をずらしたヒーター駆動波形
【図９ａ】導通角をずらさないヒーター駆動波形
【図９ｂ】導通角をずらさないヒーター駆動波形
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［実施例１］
図１は画像形成装置（プリンタ１）を示す概略断面図である。図１において、１はプリンタ本体、２ａ〜２ｄは４色の感光ドラム、３ａ〜３ｄは帯電器、４ａ〜４ｄは感光ドラムクリーナ、５ａ〜５ｄはレーザー走査ユニットである。また、６ａ〜６ｄは一次転写ブレード、７ａ〜７ｄは現像ユニット、８は中間転写ベルト、１０、１１、２１は中間転写ベルト８を支持しているローラ、１２は中間転写ベルトクリーナである。
【００２６】
給紙カセット１７は記録材Ｓを収納している。ピックアップローラ１８、及び１９は給紙カセット１７に収容された記録材Ｓを給紙するためのローラである。縦パスローラ２０は記録材Ｓを搬送するローラである。また、手差しトレイ１３は紙などの記録材Ｓを積載する。ピックアップローラ１４、及び１５は、手差しトレイ１３に積載された記録材Ｓを給紙するためのローラである。レジストレーションローラ１６は記録材Ｓの送り出しタイミングを調整するためのローラである。
【００２７】
プリンタ１は、その他に、二次転写ユニット２２、定着ユニット２６、排紙ローラ２４、及び、排紙トレイ２５を備える。
【００２８】
プリンタ１においては、感光ドラム２ａ〜２ｄ上に、レーザー走査ユニット５ａ〜５ｄにより静電潜像が形成され、この静電潜像が現像器７ａ〜７ｄにより現像される。これによって、感光ドラム２ａ〜２ｄの各々に色成分毎のトナー画像が形成される。そして、感光ドラム２ａ〜２ｄ上に現像された各色のトナー画像は、中間転写ベルト８に重ねて転写されることによって、フルカラーのトナー画像が形成される。
【００２９】
このとき、記録材Ｓは給紙カセット１７もしくは手差しトレイ１３から給紙され、レジストレーションローラ１６でレジタイミングが調整され、二次転写ユニット２２へ搬送される。なお、給紙カセット１７から給紙するためのピックアップローラ１８、及び１９、縦パスローラ２０、レジストレーションローラ１６、手差しトレイ１３から給紙するためのピックアップローラ１４、及び１５などの用紙搬送部は、ステッピングモーターにより駆動される。
【００３０】
中間転写ベルト８上のトナー画像と記録材Ｓとが二次転写ユニット２２を通過することによって、中間転写ベルト８上のトナー画像が記録材Ｓに転写される。トナー画像が転写された記録材Ｓは、定着ユニット２６へと搬送される。定着ユニット２６はトナー画像Ｔが担持された記録材Ｓを搬送すると共に、この記録材Ｓに熱と圧力を与え、トナー画像を記録材Ｓに定着する。そして、トナー画像が定着された記録材Ｓがプリンタ１から排出される。
【００３１】
図２は定着ユニット２６の概略構成図である。加熱ローラ３１はアルミニウム、鉄等のパイプ材にシリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱弾性体の層を形成し表面にＰＦＡ、ＰＴＦＥといった離型層を被覆したローラである。
【００３２】
定着ユニット２６は、加熱ローラ３１を押圧するように、加圧ローラ３２を備える。加圧ローラ３２も加熱ローラ３１と同様に芯金の上にシリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱弾性体の層を形成したローラである。加圧ローラ（押圧部材）３２が加熱ローラ（定着部材）３１を押圧することによってニップ部が形成される。このニップ部に記録材Ｓが通紙されることによって、記録材Ｓ上のトナー画像Ｔは加熱および加圧されて記録材Ｓに定着される。
【００３３】
図６は一つのローラに複数のヒーターを配設した熱定着器２６の概略構成を示す図である。
【００３４】
加熱ローラ３１の内部には長手方向の配熱の異なる二つのヒーター３３ａ、３３ｂが配設されており、加熱ローラ３１を内部より加熱する。加熱ローラ３１の表面温度を検知する温度検知素子３５は、加熱ローラ３１に対向する位置に配置されている。温度検知素子３５からの出力信号に基づいて、加熱ローラ３１の表面温度が定着温度、又は、非定着時の待機温度（スタンバイ温度）に維持されるようにヒーターへの通電が制御される。
【００３５】
加圧ローラ３２の内部にも同様に長手方向の配熱の異なる二つのヒーター３４ａ、３４ｂが配設されており、加圧ローラー３２を内部より加熱する。加圧ローラ３２にも同様に表面温度を検知する温度検知素子３６が加圧ローラ３２に対向する位置に配置されており、温度検知素子３６の出力信号に基づいて加圧ローラ３２の表面温度が定着温度、または非定着時の待機温度（スタンバイ温度）に維持されるようヒーターへの通電が制御される。
【００３６】
図７は上記熱定着装置において熱源として用いられる４本の定着ヒーターの通電制御を行う従来の画像形成装置の要部回路の構成を示すブロック図である。
【００３７】
図７において、１１１，１１２は商用交流電源１００に接続された入力端子であり、交流電源が入力される。入力端子１１１，１１２間には定着ヒーター３３ａとスイッチ素子１３３ａからなる直列回路、定着ヒーター３３ｂとスイッチ素子１３３ｂからなる直列回路、定着ヒーター３４ａとスイッチ素子１３４ａからなる直列回路、定着ヒーター３４ｂとスイッチ素子１３４ｂからなる直列回路が並列に接続されており、商用交流電源から電力が供給されている。
【００３８】
この定着ヒーター３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂは、図示しない定着ローラの軸方向に延在するように内蔵されており、抵抗値が正の温度係数を有する数百Ｗ〜１ＫＷ程度のハロゲンランプ等が一般に用いられている。また、スイッチ素子１３３ａ、１３３ｂ、１３４ａ、１３４ｂにはＳＳＲ（ソリッド・ステート・リレー）やフォトトライアックとトライアックで構成された絶縁型スイッチ回路等が用いられる。
【００３９】
１０１は上記した直列回路の両端に接続されたゼロクロス検知回路であり、この直列回路に入力端子１１１，１１２から供給される商用交流電源のゼロクロスを検出している。３５、３６はそれぞれ定着ローラ３１、加圧ローラ３２表面の極く近傍に配置された温度検出素子であり、インピーダンスが既知の温度係数を有するサーミスタ等が用いられる。これにより常に定着ローラの表面温度を検出し、温度検出信号をＡＤ変換器１０２を介して温調回路１０３へ出力することができる。
【００４０】
温調回路１０３は、温度検出信号に基づいてスイッチ素子１３３ａ、１３３ｂ、１３４ａ、１３４ｂをスイッチング制御してヒーター３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂのオン／オフタイミングを制御し、これにより、定着ローラ３１、加圧ローラ３２表面の温度を所定温度範囲内に保つように温度制御するため、ヒータオン／オフ信号を駆動パルス生成回路２３３、ａ２３３ｂ、２３４a、２３４ｂに出力する。すなわち、定着ローラの表面温度が上昇し制御範囲の上限値になるとオフ信号を出力し、オフした後に定着ローラの表面温度が低下し温度制御範囲の下限値になるとオン信号を出力する。
【００４１】
駆動パルス生成回路２３３ａ、２３３ｂ、２３４a、２３４ｂは、このヒータオン／オフ信号とゼロクロス検知回路１０１からの出力を入力とし、それぞれの値に基づき定着ローラの表面温度がある温度内に制御されるようにスイッチ素子１３３ａ、１３３ｂ、１３４ａ、１３４ｂをスイッチング制御するための駆動パルスを出力する。
【００４２】
次に図７の回路の動作を説明する。図８はヒーター３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂに流れる電流と、それぞれのヒーターへの駆動パルスを示している。また、ヒーター３３ａ、３４ａに流れる電流の和、ヒーター３３ｂ、３４ｂに流れる電流の和、及びヒーター３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ全てに流れる電流の和を示している。
【００４３】
図８ａにおいてｔ１のタイミングでヒーター３３ａへの給電が開始され、続いてｔ２のタイミングでヒーター３４ｂへ、ｔ３のタイミングでヒーター３３ｂへ、ｔ４のタイミングでヒーター３４ａへの給電が開始される。前述のようにハロゲンヒーターは抵抗値が正の温度係数を有するため、給電開始直後（略ｔ１からｔ４の期間）は大電流が流れ、フリッカー現象を発生するため、それぞれのヒーターは通電開始から所定の時間だけ、導通角を制限する位相制御を用いて通電している。
【００４４】
図８ｂは位相制御期間を拡大した様子を示している。なお、この位相制御期間において、駆動パルス生成回路２３３ａ、２３４aは同一の導通角で駆動パルスを発生し、駆動パルス生成回路２３３ｂ、２３４ｂは駆動パルス生成回路２３３ａ、２３４aとは異なる導通角で駆動パルスを発生する。
【００４５】
このためヒーター３３ａと３４ａ、ヒーター３３ｂと３４ｂへの電流波形はそれぞれそのピークが重なるが、これら４本のヒーターへの電流波形ではピークがずれるようになっている。
【００４６】
参考に、これら４本のヒーターへの導通角を全て同一にした場合の各部波形を図９に示す。図９ｂと本発明の実施例での電流波形図８ｂとを比較してわかるように、４本のヒーターの電流波形ピークが低減しているのがわかる。
【００４７】
このようにして多数のヒーターを用いた定着装置においても、フリッカーを抑制しつつ高調波電流を低減することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
３３  ヒーター、２６  定着器、４１  ケース、４３  赤外線吸収フィルタ、
４４  サーミスタ、４５  サーミスタ、５７  ＣＰＵ、５８  ＲＯＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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