(57)【要約】【課題】レジスタ規模を従来に比べ縮小しつつ、効率良く高調波電流やフリッカ対策を実現する。【解決手段】ＡＣ電源２０９から電源供給が行われ、画像が形成された記録媒体に対して加熱するメインヒータ２０２及びサブヒータ２０３と、前記メインヒータ２０２及びサブヒータ２０３の加熱制御を行うＣＰＵ２０６とを有する定着装置において、ＣＰＵ２０６は前記ＡＣ電源２０９の半波毎に実施するオン幅制御のパラメータを１以上保持する外部メモリ２０７を備え、前記パラメータは当該パラメータによって算出されるヒータのオン状態の幅ｙが、当該幅を制御するオン幅制御回数ｘの２次関数で表されるように２次の係数を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から電源供給が行われ、画像が形成された記録媒体に対して加熱するヒータと、
前記ヒータの加熱制御を行うヒータ加熱制御手段と、
を有する定着装置において、
前記ヒータ加熱制御手段は前記交流電源の半波毎に実施するオン幅制御のパラメータを１以上保持する記憶手段を備え、
前記パラメータは当該パラメータによって算出されるヒータのオン状態の幅ｙが、当該幅を制御するオン幅制御回数ｘの２次関数で表されるように２次の係数を含むことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、
前記パラメータは更に１次の係数及び定数項の１つを含むことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の定着装置において、
前記オン幅制御回数ｘは範囲を指定するパラメータを含むことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項３記載の定着装置において、
前記オン幅制御回数ｘが上限値に達するまで現時点における前記オン状態の幅ｙを保持することを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の定着装置を備えた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、記録媒体に転写された画像を定着する定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリあるいはこれらの少なくとも２つの機能を備えたデジタル複合機等の画像形成装置においては、像担持体に形成された潜像をトナーのような現像剤によって顕像化し、転写紙のような記録紙に転写し、定着装置によって記録紙上の像を定着する電子写真プロセス方式が採用されている。定着装置としては、加熱手段を内部に備えた定着ローラとこの定着ローラに圧接する加圧ローラ間にトナー像を担持した記録紙を通して像を定着させる熱ローラ定着方式が広く採用されている。
【０００３】
熱ローラ定着方式においては、加熱手段であるヒータを点灯する際に、消灯状態からすぐにフル点灯するのではなく、フリッカの発生や高調波電流の発生を抑えるために、交流電源からヒータに供給する電力をトライアック等により位相制御することが行われている。このような位相制御については、例えば特許文献１に記載されている。この特許文献１では、位相制御回路が電源の頻繁なオンオフに対しても、トライアックのゲート駆動回路に不要パルスを発生することがないようにして、安定に動作させることが記載されている。また、特許文献２は、定着ローラを誘導加熱により加熱するもので、電源出力をオンオフして間欠動作時に発生するフリッカ（電圧変動）を抑えるために、スイッチング素子のオン幅を制御することが記載されている。
【特許文献１】特許第３３９６１２２号公報
【特許文献２】特開２００５−１７６４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記位相制御であるが、レジスタにオン幅をステップ毎に記憶していき、制御手段では、このオン幅を順に読み出し、それに基づきヒータ点灯を行っていた。そのため、ステップ毎のレジスタが必要であり、レジスタ規模が膨大なものとなっていた。そこで、レジスタにパラメータを保持し、ヒータのオン幅制御を初期値から最終値までリニアに変化させる制御手段を設けて制御する方式がある。しかし、フリッカや高調波電流の発生を更に抑制するには、ＡＣ位相制御の立ち上がりは徐々にゆっくりとし、中盤以降は、点灯率をより高く制御するのが効果的であり、前記リニアに変化させるよりも初期値から最終値までの変化を２次曲線とするのがより適した制御である。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、レジスタ規模は現状と変わらない状況で、更に効率良く高調波電流対策及びフリッカ対策を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、第１の手段は、交流電源から電源供給が行われ、画像が形成された記録媒体に対して加熱するヒータと、前記ヒータの加熱制御を行うヒータ加熱制御手段とを有する定着装置において、前記ヒータ加熱制御手段は前記交流電源の半波毎に実施するオン幅制御のパラメータを１以上保持する記憶手段を備え、前記パラメータは当該パラメータによって算出されるヒータのオン状態の幅ｙが、当該幅を制御するオン幅制御回数ｘの２次関数で表されるように２次の係数を含むことを特徴とする。
【０００７】
第２の手段は、第１の手段において、前記パラメータは更に１次の係数及び定数項の１つを含むことを特徴とする。
【０００８】
第３の手段は、第１又は第２の手段において、前記オン幅制御回数ｘは範囲を指定するパラメータを含むことを特徴とする。
【０００９】
第４の手段は、第３の手段において、前記オン幅制御回数ｘが上限値に達するまで現時点におけるオン状態の幅ｙを保持することを特徴とする。
【００１０】
第５の手段は、第１ないし第４のいずれかの手段に係る定着装置を画像形成装置が備えていることを特徴とする。
【００１１】
後述の実施形態において、ヒータはメインヒータ２０２とサブヒータ２０３に、交流電源はＡＣ電源２０９に、ヒータ加熱制御手段はＣＰＵ２０６に、定着装置は参照番号１０５に、記憶手段は外部メモリ２０７にそれぞれ対応する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、オン幅制御に必要なパラメータを２次関数としたので、２次関数のパラメータのみをレジスタに格納すればよいことからレジスタ規模を従来に比べ縮小することができる。また、その縮小した規模で、２次曲線に沿った特性で制御するので、効率良く高調波電流対策及びフリッカ対策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、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。この画像形成装置は、原稿画像を光学的に読み取るスキャナ１０１と、このスキャナ１０１の下部に位置する本体１０２とから構成されている。本体１０２内には、スキャナ１０１にて読み取った画像に基づいて感光体などの像担持体に潜像を形成し、形成された潜像をトナー画像に現像し、記録媒体に転写するエンジン１０３と、シート状の記録媒体としての転写紙を収容する給紙トレイ１０４と、記録紙上に転写されたトナー画像を加熱と加圧により記録紙上に定着させる定着装置１０５とが設けられている。定着装置１０５は、加熱手段を内部に備えた定着ローラ２０１とこの定着ローラ２０１に圧接する加圧ローラ２１１とから構成されている
図２は定着ローラ２０１の構成及び加熱手段であるヒータの加熱制御を行うヒータ制御回路を示す図である。円筒状の定着ローラ２０１にはメインヒータ２０２とサブヒータ２０３が内蔵され、各ヒータはドライバ２０４、２０５及び交流電源のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路２０８を介してＡＣ電源２０９に接続されている。各ドライバ２０４、２０５はＣＰＵ２０６によりオン／オフ制御されていて、ドライバ２０４、２０５がオン状態のとき、ヒータ２０２、２０３がＡＣ電源２０９に接続されて発熱する。ＣＰＵ２０６はヒータのオン／オフ制御を行うもので、レジスタを備えた不揮発メモリなどで構成された外部メモリ２０７が接続されている。
【００１５】
図３は図１の外部メモリ２０７のレジスタに格納される２次関数を説明するための図で、（ａ）は２次関数の式、（ｂ）は各項のパラメータ、（ｃ）はその曲線図である。
【００１６】
メインヒータ２０２とサブヒータ２０３の点灯は、図３（ａ）に示すオン幅制御回数ｘをパラメータとする２次関数の式、すなわち、
ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃ
の式に基づいて制御される。ここで、ｙはヒータのオン状態の幅（以下オン幅と称する）、ａは２次係数、ｂは１次係数、ｃは定数項である。そしてこれらのパラメータの一例が図３（ｂ）に示されている。
【００１７】
したがって、ＣＰＵ２０６による制御においては、まず、外部メモリ２０７のレジスタに、図３（ｂ）に示す２次関数の２次係数ａ、１次係数ｂ、定数項ｃ、オン幅制御回数ｘの各パラメータを格納する。これらのパラメータは、ヒータがオフ状態からオン状態もしくはオン状態からオフ状態に移行する際に、ＡＣ電源２０９の半波毎に実施するオン幅制御のパラメータである。半波毎の検知には、図２に示すゼロクロス検知回路２０８を用いる。オン幅制御回数ｘは、半波毎のオン幅制御の回数を示し、２次関数の解であるオン幅ｙは、そのときのオン幅制御のオンする時間である。
【００１８】
次に図４を用いて、ヒータ制御回路の動作を説明する。図４はオン幅制御にてヒータがオフ状態からオン状態へ移行するときのヒータ点灯状態を示している。図４において、塗りつぶし部分がヒータオンしているときのＡＣ波形である。ちなみに、オフ状態からオン状態への移行時のオン幅制御のことをソフトスタート、オン状態からオフ状態への移行時のオン幅制御のことをソフトストップと称する。
【００１９】
ＣＰＵ２０６は、外部メモリ２０７に格納された各パラメータにより、オン幅を半波毎に算出し、メインヒータ２０２とサブヒータ２０３の点灯を制御する。
【００２０】
ヒータ制御回路の制御を制御例として更に詳細に説明する。
【００２１】
＜制御例１＞
２次係数ａ、１次係数ｂ、定数項ｃ、オン幅制御回数ｘのパラメータを備えたオン幅制御では、消灯からフル点灯に移行するときに、ソフトスタートを実施する。２次関数に所定のパラメータを入れ、１半波毎にオン幅ｙを算出し、半波毎にオン幅を決定する。そのオン幅に従い、点灯させる。
【００２２】
このように、オン幅制御に必要なパラメータを２次関数とすることにより、２次関数のパラメータのみを外部メモリ２０７のレジスタに格納すればよく、レジスタ規模を従来に比べ縮小することができる。また、オン幅制御の算出式を２次関数とすることで、線形的に変化したオン幅のオン幅制御に比べ、印幅制御開始の回数はオン幅の変化量が少なく、突入を抑える効果があり、更に、オン幅制御後半では変化量が大きく、よりフル点灯に近づけることもできる。オン幅制御は元々高調波電流やフリッカを抑制するための手段であるが、より効果的オン幅制御を実現することが可能である。
【００２３】
その際、オン幅制御からフル点灯に移行するタイミングをオン幅制御回数ｘの値にて決定することができる。この場合は、オン幅制御回数ｘに上限値を設け、オン幅制御回数ｘがその上限値に達するか、もしくは超えると、ヒータの点灯はフル点灯へと移行するようにすればよい。これにより、高調波電流やフリッカの発生に対して、より効果的なタイミングでフル点灯に移行することが可能となり、従来技術と比較してレジスタ規模を縮小できる。
【００２４】
また、２次関数に１次関数を加算すれば、よりオン幅制御の変化量を広げることができ、２次関数の係数と１次関数の係数をパラメータに入れてオン幅を算出するように制御すれば、高調波電流やフリッカの発生に対して効果的なオン幅制御を小規模のレジスタにて実現できる。なお、この小規模のレジスタで実現できるオン幅制御は、従来技術と類似の定着制御である。
【００２５】
更に、２次関数に定数項を加算することにより、オン幅の初期値を任意の値とすることが可能となり、ゼロクロス検出精度が低い定着装置のオン幅制御においても制御可能となり、高調波電流やフリッカの発生に対して効果的なオン幅制御を小規模のレジスタにて実現できる。更にまた、２次関数に１次式、定数項の両者を加えることにより、自由度のより高いオン幅制御が可能となる。
【００２６】
オン幅制御からフル点灯に移行するタイミングは、オン幅ｙの値にて決定するようにしてもよい。この場合は、オン幅ｙに上限値を設け、オン幅ｙがその上限値に達する、もしくは超えたとき、ヒータの点灯をフル点灯へと移行させる。オン幅に範囲を指定することにより、高調波やフリッカに対し、半波制御での効果が最大となるオン幅を指定することが可能となり、従来技術と比較してより高調波電流やフリッカの発生に対し、効果的な定着制御を実現できる。
【００２７】
オン幅制御からフル点灯に移行するタイミングは、また、オン幅制御回数ｘ、オン幅ｙの両方の値にて決定するようにしてもよい。すなわち、オン幅制御回数ｘ、オン幅ｙの両方に上限値を設け、オン幅ｙの値が上限値に達しており、オン幅制御回数ｘの値が上限値に達していない場合、オン幅制御回数ｘに達するまで現状のオン幅ｙの値（上限値）にてオン幅制御を実施し、オン幅制御回数ｘに達してからフル点灯に移行させる。これにより、オン幅の上限値に達したとき、仮にオン幅制御回数が上限値に達していなかった場合、オン幅制御回数の値が上限値に達する（もしくは超える）まで、オン幅の上限値を維持してオン幅制御を実施する。これにより、より高調波電流、フリッカ発生の対策となる定着制御を実現できる。
【００２８】
なお、フル点灯への移行は、オン幅制御回数ｘ、オン幅ｙの両方に上限値を設けた場合、オン幅ｙの値が上限値に達しているが、オン幅制御回数ｘの値が上限値に達していない場合でも、オン幅ｙを優先し、オン幅制御回数ｘに達する前にフル点灯に移行させるようにしてもよい。これにより、オン幅の上限値に達したとき、仮にオン幅制御回数が上限値に達していなくとも、速やかにフル点灯に移行し、高調波電流やフリッカの発生を低減する定着制御を実現できる。
【００２９】
＜制御例２＞
前記２次関数の制御により、オン幅を算出してオン幅制御を実施する定着制御において、オン幅制御回数ｘの最終値とオン幅ｙの最終値のパラメータを指定し、任意のオン幅ｙからオン幅制御を始め、２次係数ａ、１次係数ｂ、定数項ｃの値を算出し、オン幅制御回数ｘ、１回毎にオン幅ｙを決定し、オン幅制御を実施する。指定したオン幅制御回数ｘの最終値であり、またオン幅ｙの最終値に達すると、フル点灯の定着制御に移行する。
【００３０】
このように、オン幅制御が２次曲線を描き変化する算出式において、オン幅の最終値とオン幅制御回数のみを指定し、２次関数の係数に関しては算出し、その後、オン幅制御回数を徐々に増加してオン幅を算出していく制御を行うので、高調波電流やフリッカの発生を抑制し、レジスタ規模を縮小して実現できる。
【００３１】
この場合、オン幅ｙについては初期値と最終値のパラメータを指定したら、次に２次係数ａ、１次係数ｂ、定数項ｃの値を算出し、オン幅制御回数ｘ、１回毎にオン幅ｙを決定し、オン幅制御を実施する。そして、指定したオン幅ｙの初期値から始まり、オン幅制御回数ｘの最終値でありまたオン幅ｙの最終値に達すると、フル点灯の定着制御に移行するようにしてもよい。これにより、オン幅制御が２次曲線を描き変化する算出式において、オン幅の初期値と最終値、オン幅制御回数のみを指定し、２次関数の係数に関しては算出し、その後にオン幅制御回数を徐々に増加してオン幅を算出していく制御が行え、高調波電流やフリッカの発生を抑制し、ゼロクロス検出精度が低い定着装置のオン幅制御においても従来技術と比較してレジスタ規模を縮小して実現できる。
【００３２】
前記制御例１及び２においてフル点灯から消灯に移行するときは、いずれも、オン幅制御を実施しない定着制御と、オン幅制御を実施する定着制御がある。オン幅制御を実施する場合、パラメータがソフトスタートにて共通であれば、ソフトスタート時の最終オン幅からスタートし、ソフトスタートの最初のオン幅まで実施し、消灯となる。別のパラメータがある場合はそのパラメータに従う。
【００３３】
図４に示すヒータ制御回路の動作では、半波の前半にてヒータ点灯タイミングとなる制御を行っており、これにより、ソフトスタートからフル点灯への移行が潤滑に行えるが、半波の後半、もしくは任意の場所でヒータ点灯タイミングとする制御も可能である。
【００３４】
図５はフル点灯からソフトストップへ移行するときのヒータ点灯状態を説明するための図である。この制御においては、図４の半波の前半にヒータ点灯タイミングとなる制御を行い、ソフトストップのときにも同じ前半となる制御を行っている。図５に示すように、ソフトストップの最初の半波において、ソフトストップであるにも拘わらず、オン幅分、フル点灯が連続しているのと同じ状態となり、フル点灯期間が最大で半波分延長される。ソフトストップのときに半波の後半にてヒータ点灯タイミングとなる制御を行うと、フル点灯とオン幅制御間に必ずヒータが消灯している位相期間があり、滑らかなソフトスタート、ソフトストップとなる。
【００３５】
このように、半波期間の後半に所定のヒータオン期間を実施することによって、フル点灯からソフトストップへの移行が潤滑な制御であり、効率良く高調波電流やフリッカ発生を抑制し、レジスタ規模を縮小することができる。また、所定のヒータオン期間を任意の期間に行うことによって、ゼロクロスのタイミングからオンタイミングまでのカウントを実施する必要がなく、制御が容易で且つ効率良く高調波電流やフリッカ発生を抑制し、レジスタ規模を縮小できる。更にまた、ソフトスタート期間は半波期間の前半に、ソフトストップ期間は半波期間の後半に、所定のヒータオン期間を実施することによって、ソフトスタート及びソフトストップにおいて、フル点灯との移行が潤滑な制御を行うことができる。
【００３６】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義された技術思想を具現するための技術的事項全てを含むことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１の定着ローラの構成及びヒータの加熱制御を行うヒータ制御回路を示す図である。
【図３】図１の外部メモリのレジスタに格納される２次関数を説明するための図である。
【図４】オン幅制御にてヒータがオフ状態からオン状態へ移行するときのヒータ点灯状態を説明するための図である。
【図５】フル点灯からソフトストップへ移行するときのヒータ点灯状態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０１  スキャナ
１０３  エンジン
１０５  定着装置
２０１  定着ローラ
２０２  メインヒータ
２０３  サブヒータ
２０４、２０５  ドライバ
２０６  ＣＰＵ
２０７  外部メモリ
２０８  ゼロクロス検出回路
２０９  ＡＣ電源
２１１  加圧ローラ
【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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