JP5847108B2 - 定着装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー像を用紙に定着させる定着装置およびそれを備えた画像形成装置に関する。

プリンターなどの画像形成装置に装着される定着装置は、加熱ローラーおよび加圧ローラーを含む。加熱ローラーは、ヒーターによって加熱され、加圧ローラーは、加熱ローラーに圧接する。そして、加熱ローラーおよび加圧ローラーによって定着ニップが形成される。たとえば、加熱ローラーを加熱するヒーターはハロゲンヒーターであり、交流電源に接続され、交流電圧の供給を受けて発熱する。

ハロゲンヒーターで加熱ローラーを加熱する定着装置には、ヒーターへの通電をオンオフするスイッチング素子としてトライアックを使用し、ヒーターへの通電のオンオフを交流電圧のゼロクロス点に同期させるものがある（たとえば、特許文献１参照）。

この定着装置は、交流電圧のゼロクロス点を検出してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出回路を備える。たとえば、ゼロクロス信号は、図１０に示すように、ゼロクロス点の手前でＬレベルとなり、ゼロクロス点を通過するとＨレベルに戻る。

このゼロクロス信号は、ヒーター制御部が受ける。そして、ヒーター制御部は、ゼロクロス信号に基づき、ヒーターへの通電のオンオフを制御するためのヒーター制御信号を出力する。たとえば、ヒーター制御部は、ヒーターへの通電を指示するとき、ゼロクロス信号がＬレベルになったことを受けてヒーター制御信号をＨレベルにする。

ヒーターと交流電源との間には、ヒーターへの通電をオンオフするトライアックが接続される。そして、トライアックは、ヒーター制御信号がＨレベルになって以降の最初のゼロクロス点を通過するとオンする。これにより、交流電圧のゼロクロス点付近でヒーターへの通電をオンさせることができる。

特開平１１−９５６１１号公報

加熱ローラーの温度が上昇しすぎるのを避けるため、単位時間に対するヒーターへの通電時間の比（デューティ比）を変化させて、ヒーターの出力を調整する場合がある。この場合、加熱ローラーの温度に基づき目標デューティ比が定められる。そして、ヒーター制御部は、単位時間に対するヒーターへの通電時間の比が目標デューティ比となるように、交流電圧のゼロクロス点の検出回数に基づき、ヒーター制御信号のレベルを切り替える。たとえば、ヒーター制御部は、交流電圧の１周期分だけ連続してヒーターへの通電をオンしてからオフするのであれば、ゼロクロス信号の立ち下がりエッジでヒーター制御信号をＨレベルとし、その後、２回目の立ち下がりエッジでヒーター制御信号をＬレベルに戻す。なお、図１０では、ヒーターに実際に供給される交流電圧を実線で示す。

この構成では、電源事情によって交流電圧の周波数が変動したとしても、その交流電圧のゼロクロス点を検出するので、単位時間に対するヒーターへの通電時間の比が目標デューティ比となるようにヒーター制御信号のレベルを切り替えることができる。

しかし、交流電圧のゼロクロス点を検出する構成では、ゼロクロス検出回路を設置する分、回路構成が複雑になり、コストアップに繋がる。仮に、ゼロクロス検出回路を省略すると、交流電圧のゼロクロス点をヒーター制御部に認識させることができない。したがって、目標デューティ比でヒーターへの通電を行ってヒーターの出力を調整するのが困難になる。

なお、交流電圧のゼロクロス点を検出しない構成では、図１１に示すように、定着温度（加熱ローラーの温度）が予め定められた下限値を下回っていれば、定着温度が予め定められた上限値に達するまでヒーターへの通電をオンし続け、定着温度が上限値に達すれば、定着温度が再び下限値を下回るまでヒーターへの通電をオフし続ける、という制御が行われる。しかし、この構成では、ヒーターへの通電がオンされてから次にヒーターへの通電がオンされるまでの時間（通電停止時間）が長くなるので、通電停止期間中にヒーターが冷めてヒーターの抵抗値が低下する。このため、ヒーターへの通電をオンしたときに突入電流が流れてフリッカが発生することがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、交流電圧のゼロクロス点を検出するためのゼロクロス検出回路を別途設けることなく、単位時間に対するヒーターへの通電時間の比を目標デューティ比に近似させることが可能な定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の定着装置は、交流電源から交流電圧が供給されて発熱するヒーターを含み、ヒーターの熱によってトナー像が転写された用紙を加熱し、トナー像を用紙に定着させる定着部と、定着部の温度を検知するための温度センサーと、定着部の温度が予め定められた制御温度に保持されるようにヒーターへの通電および通電停止を指示するためのヒーター制御信号を生成し、ヒーターへの通電を指示するときにはヒーター制御信号のレベルを第１レベルとする一方、ヒーターへの通電停止を指示するときにはヒーター制御信号のレベルを第１レベルとは異なる第２レベルとするヒーター制御部と、交流電源とヒーターとの間に接続され、ヒーター制御信号が第１レベルに変化して以降の最初のゼロクロス点近傍でヒーターへの通電をオンし、ヒーター制御信号が第２レベルに変化して以降の最初のゼロクロス点近傍でヒーターへの通電をオフするスイッチ部と、を備えている。そして、ヒーター制御部は、ヒーターに入力され得る交流電圧の最大周期の１／２よりも長く、かつ、ヒーターに入力され得る交流電圧の最小周期よりも短い時間を１ステップとするとともに、１ステップに相当する時間に２以上の整数を乗じた時間を１ブロックとし、１ブロック内においてヒーター制御信号を第１レベルにする時間を１ステップ単位で設定する。

なお、ヒーターに入力され得る交流電圧の周波数は、電源事情により変動することがあるので、５０Ｈｚ／６０Ｈｚとは限らない。このため、ヒーターに入力され得る交流電圧の最大周期および最小周期は、交流電圧の周波数が変動することを考慮して求められる。

このように構成すると、ヒーター制御信号を１ステップ分だけ第１レベル（ヒーターへの通電を指示するレベル）にする場合、ヒーター制御信号が第１レベルとなる時間は、ヒーターに入力される交流電圧の周期が最大になっても、交流電圧の０．５周期分（１半波長分）よりも長くなり、ヒーターに入力される交流電圧の周期が最小になっても、交流電圧の１周期分（２半波長分）よりも短くなる。すなわち、ヒーター制御信号が１ステップ分だけ第１レベルになる場合には、必ず、交流電圧の０．５周期分（１半波長分）、ヒーターへの通電がオンされる。そして、交流電圧の１．５周期分（３半波長分）以上、ヒーターへの通電がオンされることはない。

これにより、１ブロック内においてヒーター制御信号を第１レベルにする時間を１ステップ単位で設定することにより、交流電圧のゼロクロス点を検出するためのゼロクロス検出回路を別途設けることなく、単位時間に対するヒーターへの通電時間の比を目標デューティ比に近似させることができる。

本発明によれば、交流電圧のゼロクロス点を検出するためのゼロクロス検出回路を別途設けることなく、単位時間に対するヒーターへの通電時間の比を目標デューティ比に近似させることができる。

本発明の一実施形態による画像形成装置の全体構成図 図１に示した画像形成装置のハードウェア構成を説明するための図 図１に示した画像形成装置のヒーター制御回路の回路構成を説明するための図 図１に示した画像形成装置においてヒーター制御信号が第１レベル（第２レベル）になるタイミングを説明するための図 図１に示した画像形成装置においてヒーターに対する交流電圧の供給タイミングを説明するための図 図１に示した画像形成装置においてヒーター制御信号が第１レベル（第２レベル）になるタイミングを説明するための図 図１に示した画像形成装置においてヒーターに対する交流電圧の供給タイミングを説明するための図 図１に示した画像形成装置においてヒーターに対する交流電圧の供給タイミングを説明するための図 図１に示した画像形成装置においてヒーター制御信号を第１レベル（第２レベル）にする時間を設定するときの流れを説明するためのフローチャート 従来のヒーター制御方法を説明するための図 従来のヒーター制御方法を説明するための図

本発明の一実施形態による画像形成装置について、レーザープリンターを例にとって説明する。
（画像形成装置の全体構成）

まず、本実施形態の画像形成装置１００の全体構成について説明する。図１に示すように、画像形成装置１００は、操作パネル１０１、給紙部１０２、用紙搬送部１０３、画像形成部１０４および定着部１０５を備える。

操作パネル１０１は、液晶表示部１１を有する。この液晶表示部１１は、画像形成装置１００の状態を示すメッセージなどを表示する。また、操作パネル１０１には、各種設定を受け付けるための設定キー１２も設けられている。

給紙部１０２は、用紙Ｐを収容するカセット２１を有し、そのカセット２１内の用紙Ｐを用紙搬送路３０に供給する。この給紙部１０２には、カセット２１内の用紙Ｐを１枚ずつ引き出すためのピックアップローラー２２や、用紙Ｐの重送を抑制しつつ用紙Ｐを用紙搬送路３０に供給するための給紙ローラー対２３が設けられている。

用紙搬送部１０３は、用紙Ｐを用紙搬送路３０に沿って搬送し、画像形成部１０４および定着部１０５を経由して排出トレイ３１に導く。この用紙搬送部１０３は、用紙搬送路３０に回転可能に設置された搬送ローラー対３２を複数含む。複数の搬送ローラー対３２のうちの画像形成部１０４の用紙搬送方向における上流側の位置（画像形成部１０４に至る直前の位置）に設置された搬送ローラー対３２はレジストローラー対３３であり、用紙Ｐを画像形成部１０４の直前で待機させ、タイミングを合わせて画像形成部１０４に送り出す。

画像形成部１０４は、印刷すべき画像の画像データに基づきトナー像を形成し、そのトナー像を用紙Ｐに転写する。この画像形成部１０４は、感光体ドラム４１、帯電装置４２、露光装置４３、現像装置４４、転写ローラー４５およびクリーニング装置４６を含む。

画像形成時には、感光体ドラム４１が回転駆動し、その感光体ドラム４１の表面を帯電装置４２が所定電位に帯電させる。また、露光装置４３は、露光用の光を発光する発光素子（図示せず）を有しており、その発光素子を画像データに基づき点消灯させつつ、感光体ドラム４１の表面を走査露光する。これにより、感光体ドラム４１の表面に静電潜像を形成する。現像装置４４は、感光体ドラム４１の表面に形成された静電潜像にトナーを供給して現像する。

転写ローラー４５は、感光体ドラム４１の表面に圧接する。その状態で、レジストローラー対３３がタイミングを計り、転写ローラー４５と感光体ドラム４１との間に用紙Ｐを進入させる。このとき、転写ローラー４５には転写用電圧が印加される。これによって、感光体ドラム４１の表面のトナー像が用紙Ｐに転写される。クリーニング装置４６は、用紙Ｐへのトナー像の転写が終わると、感光体ドラム４１の表面に残留するトナーなどを除去する。

定着部１０５は、用紙Ｐに転写されたトナー像を加熱および加圧して定着させる。この定着部１０５は、加熱ローラー５１、加圧ローラー５２、ヒーター５３および温度センサー５４を含む。加熱ローラー５１は、ヒーター５３を内蔵し、ヒーター５３によって加熱される。加圧ローラー５２は、加熱ローラー５１に圧接する。そして、トナー像が転写された用紙Ｐは、加熱ローラー５１と加圧ローラー５２との間に形成される定着ニップを通過することで、加熱および加圧される。これにより、用紙Ｐにトナー像が定着され、印刷が完了する。その後、印刷済みの用紙Ｐは、排出トレイ３１に排出される。

ヒーター５３は、ハロゲンヒーターであり、交流電源２００（図３参照）から交流電圧が供給されて発熱する。このヒーター５３への通電のオンオフは、後述する主制御部１１０（図２参照）によって切り替えられる。温度センサー５４は、サーミスターであり、加熱ローラー５１の表面温度（以下、定着部１０５の温度と称する場合がある）を検知する。温度センサー５４の出力は、後述する主制御部１１０が受ける。そして、主制御部１１０は、温度センサー５４の出力に基づき定着部１０５の温度を検知する。

（画像形成装置のハードウェア構成）
次に、画像形成装置１００のハードウェア構成について説明する。図２に示すように、画像形成装置１００は、主制御部１１０を備える。

主制御部１１０は、ＣＰＵ１１１、画像処理部１１２および記憶部１１３を含む。画像処理部１１２は、画像データに対して各種画像処理（たとえば、拡大／縮小、濃度変換およびデータ形式変換など）を施す。記憶部１１３は、ＲＯＭやＲＡＭなどからなり、プログラムおよびデータがＲＯＭに記憶され、それらプログラムおよびデータがＲＡＭに展開される。

また、主制御部１１０は、操作パネル１０１、給紙部１０２、用紙搬送部１０３および画像形成部１０４および定着部１０５と接続される。そして、主制御部１１０は、記憶部１１３に記憶されたプログラムおよびデータに基づき、画像形成装置１００の各部の制御を行う。

また、定着部１０５のヒーター５３は、ヒーター５３への通電のオンオフを制御するためのヒーター制御回路５０と接続される。そして、主制御部１１０は、ヒーター制御回路５０にヒーター制御信号ＨＳを与え、ヒーター５３への通電のオンオフを制御する。すなわち、主制御部１１０は、本発明の「ヒーター制御部」に相当する。なお、本発明の定着装置は符号５００で示すブロックであり、定着部１０５、主制御部１１０およびヒーター制御回路５０によって定着装置５００が構成される。

また、主制御部１１０は、電源部１２０と接続される。そして、主制御部１１０は、電源部１２０に指示し、画像形成装置１００の各部への電力供給を制御する。電源部１２０は、図３に示すように、交流電源２００と接続される。交流電源２００から供給される交流電圧は、フィルター１２１によってノイズ除去される。その後、交流電圧は、整流ダイオードブリッジ１２２および平滑コンデンサー１２３によって直流電圧に整流され、ＤＣ／ＤＣコンバーター１２４に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバーター１２４は、供給された直流電圧を所望の電圧に変換する。

（ヒーター制御回路の回路構成）
次に、ヒーター制御回路５０の回路構成について説明する。なお、図３には、一例として、２本のヒーター５３が交流電源２００に接続された場合の回路構成を示している。

ヒーター５３の一端は、交流電源２００と接続され、ヒーター５３の他端は、トライアックＴＲを介して交流電源２００と接続される。そして、トライアックＴＲがオンオフすることで、ヒーター５３への通電がオンオフされる。すなわち、トライアックＴＲは、本発明の「スイッチ部」に相当する。

ヒーター５３の他端と交流電源２００との間には、スナバ回路（抵抗Ｒ１とコンデンサーＣとの直列回路）がトライアックＴＲと並列に接続されている。

また、ヒーター５３の他端と交流電源２００との間には、トライアックＴＲと並列に、かつ、抵抗Ｒ２およびＲ３と直列に、フォトトライアックカプラＰＣのフォトトライアックＰ１が接続されている。そして、このフォトトライアックＰ１がオンすると、トライアックＴＲのゲートに電流が流れ込んでトライアックＴＲがオンするようになっている。フォトトライアックカプラＰＣの発光ダイオードＰ２は、そのアノードが抵抗Ｒ４に接続され、カソードがトランジスタＴに接続される。トランジスタＴのベースは主制御部１１０に接続される。

主制御部１１０は、ヒーター５３への通電および通電停止を指示するためのヒーター制御信号ＨＳを生成する。たとえば、主制御部１１０は、ヒーター５３への通電を指示するときにはヒーター制御信号ＨＳのレベルをＨレベル（第１レベル）とし、ヒーター５３への通電停止を指示するときにはヒーター制御信号ＨＳのレベルをＬレベル（第２レベル）とする。そして、トライアックＴＲは、ヒーター制御信号ＨＳのレベルに応じてオンオフする。すなわち、トライアックＴＲは、ヒーター制御信号ＨＳのレベルに応じてヒーター５３への通電をオンオフさせる。

具体的には、主制御部１１０がヒーター制御信号ＨＳをＨレベルに変化させると、トランジスタＴがオンし、発光ダイオードＰ２が点灯する。ここで、フォトトライアックＰ１は、ゼロクロス型である。このため、フォトトライアックＰ１は、発光ダイオードＰ２が点灯して以降の最初のゼロクロス点近傍でオンする（ゼロクロス点を通過するとオンする）。フォトトライアックＰ１がオンすると、トライアックＴＲがオンする。これにより、ヒーター５３への通電がオンする。すなわち、トライアックＴＲは、ヒーター制御信号ＨＳがＨレベルに変化して以降の最初のゼロクロス点近傍で、ヒーター５３への通電をオンさせる。

一方で、主制御部１１０がヒーター制御信号ＨＳをＬレベルに変化させると、トランジスタＴがオフし、発光ダイオードＰ２が消灯する。そして、フォトトライアックＰ１は、発光ダイオードＰ２が消灯して以降の最初のゼロクロス点近傍でオフする（ゼロクロス点を通過する直前でオフする）。フォトトライアックＰ１がオフすると、トライアックＴＲがオフする。これにより、ヒーター５３への通電がオフする。すなわち、トライアックＴＲは、ヒーター制御信号ＨＳがＬレベルに変化して以降の最初のゼロクロス点近傍で、ヒーター５３への通電をオフさせる。

（定着温度制御）
主制御部１１０は、温度センサー５４の出力に基づき定着部１０５の温度を検知し、定着部１０５の温度が予め定められた制御温度範囲内の温度に保持されるように定着温度制御を行う。

主制御部１１０は、定着温度制御を行うとき、定着部１０５の温度に基づき、予め定められた時間（後述する１ブロックに相当する時間）に対するヒーター５３への通電時間の比（以下、目標デューティ比と称する）を設定する。たとえば、主制御部１１０は、定着部１０５の温度が制御温度範囲の下限値に対して低いほど、目標デューティ比を高く設定する。また、主制御部１１０は、定着部１０５の温度が制御温度範囲に入ると、定着部１０５の温度が制御温度範囲の下限値を下回っている場合よりも、目標デューティ比を数段階から数十段階低く設定する。また、主制御部１１０は、定着部１０５の温度が制御温度範囲の上限値を超えると、目標デューティ比を最も低く設定する。主制御部１１０は、目標デューティ比を設定すると、目標デューティ比でヒーター５３への通電が行われるように、ヒーター制御信号ＨＳのレベルの切替を行う。

具体的には、主制御部１１０は、画像形成装置１００（ヒーター５３）に入力され得る交流電圧の最大周期の１／２よりも長く、かつ、画像形成装置１００（ヒーター５３）に入力され得る交流電圧の最小周期よりも短い時間を１ステップとするとともに、１ステップに相当する時間に２以上の整数を乗じた時間を１ブロックとする。そして、主制御部１１０は、１ブロックを１周期とし、１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳをＨレベル（ヒーター５３への通電を指示する場合のレベル）にする時間を１ステップ単位で設定する。言い換えると、主制御部１１０は、１ブロックを１周期とし、１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳをＬレベル（ヒーター５３への通電停止を指示する場合のレベル）にする時間を１ステップ単位で設定する。

ここで、交流電源２００の周波数は５０Ｈｚ／６０Ｈｚである。しかし、電源事情によっては周波数が変動する。このため、たとえば、画像形成装置１００に入力され得る交流電圧の周波数が４７Ｈｚ〜６４Ｈｚの範囲で変動するものとして、１ステップに相当する時間を求める。したがって、１ステップの時間を求める際には、１／４７（秒）を最大周期とし、１／６４（秒）を最小周期とする。このため、１ステップの時間は、１０．６ｍｓ（最大周期の１／２）よりも長く、１５．６ｍｓ（最小周期）よりも短い時間となる。

一例として、１ステップの時間を１３ｍｓとし、目標デューティ比を５％刻みで設定するとする。この場合、図４に示すように、１ブロックの周期は２６０ｍｓ（＝２０×１３ｍｓ）となる。すなわち、１ブロックが２０ステップとなる。なお、図４において、ハッチングが施されたマス目は、ヒーター制御信号ＨＳをＨレベルにするステップ（時間）である。

たとえば、主制御部１１０が定着部１０５の温度に基づき目標デューティ比を２５％に設定したとする。この場合、主制御部１１０は、１ステップ目から５ステップ目までのヒーター制御信号ＨＳのレベルをＨレベルとし、６ステップ目から２０ステップ目までのヒーター制御信号ＨＳのレベルをＬレベルとする。

このようにヒーター制御信号ＨＳのレベルの切替を行うと、交流電圧の周波数が変動したとしても、図５に示すように、１ブロック内におけるヒーター５３への実際の通電時間の比を目標デューティ比に近似させることができる。なお、図５では、ヒーター５３に実際に供給される交流電圧を実線で示す。また、図５（ａ）は、交流電圧の周波数が４７Ｈｚに変動した場合を示し、図５（ｂ）は、交流電圧の周波数が６４Ｈｚに変動した場合を示す。以下、図５を参照し、目標デューティ比が２５％である場合について説明する。

図５（ａ）に示すように、交流電圧の周波数が４７Ｈｚに変動した場合には、１ブロック（２６０ｍｓ）のうち、交流電圧の３．５周期分（７半波長分）、ヒーター５３への通電がオンされる。また、図５（ｂ）に示すように、交流電圧の周波数が６４Ｈｚに変動した場合には、１ブロック（２６０ｍｓ）のうち、交流電圧の４．５周期分（９半波長分）、ヒーター５３への通電がオンされる。すなわち、交流電圧の周波数が４７Ｈｚに変動した場合および交流電圧の周波数が６４Ｈｚに変動した場合のいずれであっても、１ブロック内におけるヒーター５３への実際の通電時間の比が目標デューティ比（２５％）に近似する。

ところで、ヒーター５３への通電をオンしてから次にヒーター５３への通電をオンするまでの時間（通電停止時間）が長ければ、通電停止期間中にヒーター５３が冷めることでヒーター５３の抵抗値が低くなる。このため、ヒーター５３への通電をオンしたときに突入電流が流れてフリッカが発生することがある。

このため、主制御部１１０は、図６に示すように、１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳが連続してＬレベルになる時間が最も短くなるように、１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳをＨレベルにする時間を１ステップ単位で分散させる。

たとえば、主制御部１１０が定着部１０５の温度に基づき目標デューティ比を２５％に設定したとする。この場合、主制御部１１０は、１ステップ目、５ステップ目、９ステップ目、１３ステップ目および１７ステップ目のヒーター制御信号ＨＳのレベルをＨレベルとする。すなわち、主制御部１１０は、２ステップ目から４ステップ目、６ステップ目から８ステップ目、１０ステップ目から１２ステップ目、１４ステップ目から１６ステップ目および１８ステップ目から２０ステップ目のヒーター制御信号ＨＳのレベルをＬレベルにする。これにより、ヒーター制御信号ＨＳのレベルが連続してＬレベルになる時間が最も短くなる（３９ｍｓとなる）。

このように１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳをＨレベルにする時間を１ステップ単位で分散させた場合であっても、図７に示すように、１ブロック内におけるヒーター５３への実際の通電時間の比を目標デューティ比に近似させることができる。なお、図７では、ヒーター５３に実際に供給される交流電圧を実線で示す。また、図７（ａ）は、交流電圧の周波数が４７Ｈｚに変動した場合を示し、図７（ｂ）は、交流電圧の周波数が６４Ｈｚに変動した場合を示す。以下、図７を参照し、目標デューティ比が２５％である場合について説明する。

図７（ａ）に示すように、交流電圧の周波数が４７Ｈｚに変動した場合には、１ブロック（２６０ｍｓ）のうち、交流電圧の３．５周期分（７半波長分）、ヒーター５３への通電がオンされる。また、図７（ｂ）に示すように、交流電圧の周波数が６４Ｈｚに変動した場合には、１ブロック（２６０ｍｓ）のうち、交流電圧の４．５周期分（９半波長分）、ヒーター５３への通電がオンされる。すなわち、交流電圧の周波数が４７Ｈｚに変動した場合および交流電圧の周波数が６４Ｈｚに変動した場合のいずれであっても、１ブロック内におけるヒーター５３への実際の通電時間の比が目標デューティ比（２５％）に近似する。

また、別の例として、図８を参照し、目標デューティ比が７５％である場合について説明する。なお、図８では、ヒーター５３に実際に供給される交流電圧を実線で示す。また、図８（ａ）は、交流電圧の周波数が４７Ｈｚに変動した場合を示し、図８（ｂ）は、交流電圧の周波数が６４Ｈｚに変動した場合を示す。

図８（ａ）に示すように、交流電圧の周波数が４７Ｈｚに変動した場合には、１ブロック（２６０ｍｓ）のうち、交流電圧の約８周期分（約１６半波長分）、ヒーター５３への通電がオンされる。また、図８（ｂ）に示すように、交流電圧の周波数が６４Ｈｚに変動した場合には、１ブロック（２６０ｍｓ）のうち、交流電圧の約１２．５周期分（約２５半波長分）、ヒーター５３への通電がオンされる。すなわち、交流電圧の周波数が４７Ｈｚに変動した場合および交流電圧の周波数が６４Ｈｚに変動した場合のいずれであっても、１ブロック内におけるヒーター５３への実際の通電時間の比が目標デューティ比（７５％）に近似する。

以下に、図９を参照して、１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳをＨレベルにする時間を１ステップ単位で設定するときの流れについて説明する。なお、図９のフローチャートのスタートは、装置起動時（定着温度制御を開始するとき）、定着部１０５の温度が制御温度範囲に入ったとき、定着部１０５の温度が制御温度範囲の下限値よりも下回ったとき、定着部１０５の温度が制御温度範囲の上限値を超えたとき、などである。

ステップＳ１において、主制御部１１０は、定着部１０５の温度に基づき、目標デューティ比を設定する。ステップＳ２において、主制御部１１０は、目標デューティ比に基づき、ヒーター制御信号ＨＳをＨレベルにするステップ（時間）を設定する。ステップＳ３において、主制御部１１０は、ヒーター制御信号ＨＳのレベルをステップ単位で切り替える。

本実施形態の定着装置５００（画像形成装置１００）は、交流電源２００から交流電圧が供給されて発熱するヒーター５３を含み、ヒーター５３の熱によってトナー像が転写された用紙Ｐを加熱し、トナー像を用紙Ｐに定着させる定着部１０５と、定着部１０５の温度を検知するための温度センサー５４と、定着部１０５の温度が予め定められた制御温度に保持されるようにヒーター５３への通電および通電停止を指示するためのヒーター制御信号ＨＳを生成し、ヒーター５３への通電を指示するときにはヒーター制御信号ＨＳのレベルをＨレベル（第１レベル）とする一方、ヒーター５３への通電停止を指示するときにはヒーター制御信号ＨＳのレベルをＬレベル（第２レベル）とする主制御部１１０（ヒーター制御部）と、交流電源２００とヒーター５３との間に接続され、ヒーター制御信号ＨＳがＨレベルに変化して以降の最初のゼロクロス点近傍でヒーター５３への通電をオンし、ヒーター制御信号ＨＳがＬレベルに変化して以降の最初のゼロクロス点近傍でヒーター５３への通電をオフするトライアックＴＲ（スイッチ部）と、を備えている。そして、主制御部１１０は、ヒーター５３に入力され得る交流電圧の最大周期の１／２よりも長く、かつ、ヒーター５３に入力され得る交流電圧の最小周期よりも短い時間を１ステップとするとともに、１ステップに相当する時間に２以上の整数を乗じた時間を１ブロックとし、１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳをＨレベルにする時間を１ステップ単位で設定する。

なお、ヒーター５３に入力され得る交流電圧の周波数は、電源事情により変動することがあるので、５０Ｈｚ／６０Ｈｚとは限らない。このため、ヒーター５３に入力され得る交流電圧の最大周期および最小周期は、交流電圧の周波数が変動することを考慮して求められる。

このように構成すると、ヒーター制御信号ＨＳを１ステップ分だけＨレベル（ヒーターへ５３の通電を指示するレベル）にする場合、ヒーター制御信号ＨＳがＨレベルとなる時間は、ヒーター５３に入力される交流電圧の周期が最大になっても、交流電圧の０．５周期分（１半波長分）よりも長くなり、ヒーター５３に入力される交流電圧の周期が最小になっても、交流電圧の１周期分（２半波長分）よりも短くなる。すなわち、ヒーター制御信号ＨＳが１ステップ分だけＨレベルになる場合には、必ず、交流電圧の０．５周期分（１半波長分）、ヒーター５３への通電がオンされる。そして、交流電圧の１．５周期分（３半波長分）以上、ヒーター５３への通電がオンされることはない。

これにより、１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳをＨレベルにする時間を１ステップ単位で設定することにより、交流電圧のゼロクロス点を検出するためのゼロクロス検出回路を別途設けることなく、単位時間に対するヒーター５３への通電時間の比を目標デューティ比に近似させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、主制御部１１０は、１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳをＨレベルにする時間を１ステップ単位で分散させる。具体的には、主制御部１１０は、１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳが連続してＬレベルになる時間が最も短くなるように、１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳをＨレベルにする時間を１ステップ単位で分散させる。これにより、１ブロック内においてヒーター制御信号ＨＳが連続してＬレベルになる時間が短くなる。すなわち、ヒーター５３への通電がオンされてから次にヒーター５３への通電がオンされるまでの時間（通電停止時間）が短くなる。このように通電停止時間が短くなれば、通電停止期間中にヒーター５３が冷め難くなるので、ヒーター５３の抵抗値の低下が抑制される。これにより、ヒーター５３への通電をオンしたときに大きな電流が流れてフリッカが発生する、という不都合が生じるのを抑制することができる。

今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

５３ ヒーター
５４ 温度センサー
１０５ 定着部
１００ 画像形成装置
５００ 定着装置
１１０ 主制御部（ヒーター制御部）
２００ 交流電源
ＨＳ ヒーター制御信号
ＴＲ トライアック（スイッチ部）

Claims (5)

1. 交流電源から交流電圧が供給されて発熱するヒーターを含み、前記ヒーターの熱によってトナー像が転写された用紙を加熱し、トナー像を用紙に定着させる定着部と、
   前記定着部の温度を検知するための温度センサーと、
   前記定着部の温度が予め定められた制御温度に保持されるように前記ヒーターへの通電および通電停止を指示するためのヒーター制御信号を生成し、前記ヒーターへの通電を指示するときには前記ヒーター制御信号のレベルを第１レベルとする一方、前記ヒーターへの通電停止を指示するときには前記ヒーター制御信号のレベルを前記第１レベルとは異なる第２レベルとするヒーター制御部と、
   前記交流電源と前記ヒーターとの間に接続され、前記ヒーター制御信号が前記第１レベルに変化して以降の最初のゼロクロス点近傍で前記ヒーターへの通電をオンし、前記ヒーター制御信号が前記第２レベルに変化して以降の最初のゼロクロス点近傍で前記ヒーターへの通電をオフするスイッチ部と、を備え、
   前記ヒーター制御部は、前記ヒーターに入力され得る前記交流電圧の最大周期の１／２よりも長く、かつ、前記ヒーターに入力され得る前記交流電圧の最小周期よりも短い時間を１ステップとするとともに、前記１ステップに相当する時間に２以上の整数を乗じた時間を１ブロックとし、前記１ブロック内において前記ヒーター制御信号を前記第１レベルにする時間を前記１ステップ単位で設定することを特徴とする定着装置。
2. 前記ヒーター制御部は、前記１ブロック内において前記ヒーター制御信号を前記第１レベルにする時間を前記１ステップ単位で分散させることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記ヒーター制御部は、前記１ブロック内において前記ヒーター制御信号が連続して前記第２レベルになる時間が最も短くなるように、前記１ブロック内において前記ヒーター制御信号を前記第１レベルにする時間を前記１ステップ単位で分散させることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記ヒーター制御部は、前記１ブロックに相当する時間に対する前記ヒーターへの通電時間の比であるデューティ比を前記定着部の温度に基づき設定し、前記デューティ比に近似するように、前記１ブロック内において前記ヒーター制御信号を前記第１レベルにする時間を前記１ステップ単位で設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

Images