JP6064931B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、用紙に形成された画像を熱で定着させ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。

従来より、プリンタ、複写機等として電子写真方式の画像形成装置が知られている。この画像形成装置では、用紙に画像を転写し、その後、用紙に画像を定着するという一連のプロセスを通じて用紙に画像を形成する。画像形成装置は、定着処理を行う定着装置を備えており、この定着装置は、熱定着を行うための定着ヒータを備えている。

定着処理での温度リップルを削減するために、定着ヒータのオン／オフのヒステリシスを少なくして温度リップルを少なくする。従来は、位相制御等よりデューティを調整して定着ヒータの電力制御をすることで温度リップルを削減していた。例えば、特許文献１には、定着ヒータに印加される商用ＡＣ電圧の変動を検知し、位相制御によりデューティを調整することで、定着ヒータに投入する電力を調整する技術が開示されている。合わせて、フリッカ対策で定着ヒータの点灯時の突入電流防止のため位相制御が用いられるが、フリッカ以外に高調波、端子ノイズの各規格に対応する必要もある。

フリッカは、定着ヒータの点灯・消灯の度に生じる急激な電圧変動により、画像形成装置と同じ交流電源に接続されている機器、例えば照明装置がちらつく等の現象をいう。また、温度リップルを小さくするためには、定着ヒータの点灯・消灯の切換頻度が増加することとなるので、このようなフリッカの影響が顕著になる。

画像形成装置の消費電力削減に関して、定着器の電力削減による効果が大きいため、定着器の熱容量を削減することが行われる。しかし、定着器の熱容量を削減すると定着器で温度リップルが大きくなり定着性能に大きな影響を与えてしまう。

定着器の温度リップル低減には電力制御が有効であり、電力制御には位相制御またはＰＷＭ制御によりデューティを調整する制御が用いられる。しかし、雑音端子電圧、高調波歪み規制、フリッカ規制等、各種規格をクリアする必要がある。そこで、これら規格に有効な電力制御の１つとして、交流の半波周期を１単位として、定着ヒータの点灯と消灯が選択される制御であるハーフサイクルデューティ（ＨＣＤ）制御が提案されている。

特開２０００−３４７５３０号公報

ハーフサイクルデューティ制御では、半波周期の整数倍を１制御区間として、定着ヒータを点灯させる区間と定着ヒータを消灯させる区間が設定された制御パターンが使用される。しかし、ハーフサイクルデューティ制御では、フリッカの規格を満たすことができない制御パターンが存在する。

所望の定着温度を得るためには、それに応じた電力を定着ヒータに投入する必要があるため、フリッカの規格を満たす制御パターンのみを使用する場合、投入できる電力が制限されることになる。また、定着ヒータに供給されるＡＣ電圧値が異なれば、同じデューティであっても電力が異なるため、所望の電力は得られない。

更に、同じ仕様の定着ヒータを使用した場合、定着ヒータに供給されるＡＣ電圧値が異なれば、同じデューティであっても電力が異なるため、同じ電力を得るためには、ＡＣ電圧値に応じて仕様の異なる定着ヒータを使用する必要があり、コストの上昇につながっていた。

本発明は、このような課題を解決するためなされたもので、ハーフサイクルデューティ制御においてフリッカ等の規格を満たす制御パターンを使用して、定着ヒータに印加される電圧値によらず、所望の電力を投入可能な定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明は、熱定着を行う定着ヒータと、交流電源から供給される交流の半波周期を１単位とした制御周期で、定着ヒータの点灯と消灯が設定された少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンに従い定着ヒータを所定のデューティで制御する制御部と、定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、投入するデューティを分数で表し、デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで、制御周期の数が分母で表され、定着ヒータを点灯させる回数が分子で表された、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが生成され、制御部は、定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、定着ヒータに投入したい電力となる所望のデューティになるよう所定の規格を満たす少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンを複数組み合わせ、組み合わせた制御パターンに応じて定着ヒータの点灯と消灯を切り換える定着装置である。

請求項２に係る発明は、熱定着を行う定着ヒータと、交流電源から供給される交流の半波周期を１単位とした制御周期で、定着ヒータの点灯と消灯が設定された少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンに従い定着ヒータを所定のデューティで制御する制御部と、定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、投入するデューティを分数で表し、デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで生成された、制御周期の数が分母で表され、定着ヒータを点灯させる回数が分子で表される制御パターンの組み合わせが格納されたテーブルを参照して、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが選択され、制御部は、定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、定着ヒータに投入したい電力となる所望のデューティになるよう所定の規格を満たす少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンを複数組み合わせ、組み合わせた制御パターンに応じて定着ヒータの点灯と消灯を切り換える定着装置である。

請求項３に係る発明は、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせの中で、デューティが小さい順に制御パターンに応じた定着ヒータの点灯と消灯の切り換えを行う請求項１または請求項２に記載の定着装置である。

請求項４に係る発明は、電圧値取得部は、定着ヒータに印加される電圧を検出する電圧検知部を備え、電圧検知部で検知された電圧値に応じて、投入するデューティが変更される請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の定着装置である。

請求項５に係る発明は、電圧値取得部は、定着ヒータに印加される電圧が設定される電圧設定部を備え、電圧設定部で設定された電圧値に応じて、投入するデューティが変更される請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の定着装置である。

請求項６に係る発明は、用紙に画像を転写する画像形成部と、画像形成部により転写された画像を用紙に定着させる定着装置とを備え、定着装置は、熱定着を行う定着ヒータと、交流電源から供給される交流の半波周期を１単位とした制御周期で、定着ヒータの点灯と消灯が設定された少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンに従い定着ヒータを所定のデューティで制御する制御部と、定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、投入するデューティを分数で表し、デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで、制御周期の数が分母で表され、定着ヒータを点灯させる回数が分子で表された、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが生成され、制御部は、定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、前記定着ヒータに投入したい電力となる所望のデューティになるよう所定の規格を満たす少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンを複数組み合わせ、組み合わせた制御パターンに応じて定着ヒータの点灯と消灯を切り換える画像形成装置である。

請求項７に係る発明は、用紙に画像を転写する画像形成部と、画像形成部により転写された画像を用紙に定着させる定着装置とを備え、定着装置は、熱定着を行う定着ヒータと、交流電源から供給される交流の半波周期を１単位とした制御周期で、定着ヒータの点灯と消灯が設定された少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンに従い定着ヒータを所定のデューティで制御する制御部と、定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、投入するデューティを分数で表し、デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで生成された、制御周期の数が分母で表され、定着ヒータを点灯させる回数が分子で表される制御パターンの組み合わせが格納されたテーブルを参照して、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが選択され、制御部は、定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、前記定着ヒータに投入したい電力となる所望のデューティになるよう所定の規格を満たす少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンを複数組み合わせ、組み合わせた制御パターンに応じて定着ヒータの点灯と消灯を切り換える画像形成装置である。

本発明によれば、ハーフサイクルデューティ制御において、定着ヒータに印加される電圧値に応じて、フリッカ等の所定の規格を満たす制御パターンを組み合わせて定着ヒータの点灯と消灯を切り換えることで、投入できる電力の制限を解消することができ、所望の電力を定着ヒータに投入して、必要とされる定着温度を得ることができる。

また、定着ヒータに供給されるＡＣ電圧値が異なっても、所望の電力を得ることができるので、ＡＣ電圧値に応じて仕様の異なる定着ヒータを使用する必要はなく、定着ヒータを共通化してコストを低減させることができる。

本実施の形態の画像形成装置を模式的に示す構成図 定着装置の構成を示すブロック図 制御パターンに応じた電圧波形を示す説明図 制御パターンの一例とデューティの関係を示す説明図 投入したい電力に対応するデューティの値を示す説明図 投入したい電力に対応するデューティの値を示す説明図 投入したい電力に対応するデューティの値を示す説明図 デューティと制御パターンの組み合わせの一例を示す説明図 デューティと制御パターンの組み合わせの一例を示す説明図 デューティと制御パターンの組み合わせの一例を示す説明図 デューティと制御パターンの組み合わせの一例を示す説明図 フリッカの規格を満たす制御パターンの一例を示す説明図 定着ヒータの制御の一例を示すフローチャート

図１は、本実施の形態の画像形成装置を模式的に示す構成図である。この画像形成装置は、例えば複写機といった電子写真方式の画像形成装置であり、複数の感光体を一本の中間転写ベルトに対面させて縦方向に配列することによりフルカラーの画像を形成する、いわゆる、タンデム型カラー画像形成装置である。

画像形成装置は、原稿読取装置ＳＣ、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、定着装置５０、制御部７０を主体に構成され、これらが一つの筐体内に収められている。

原稿読取装置ＳＣは、走査露光装置の光学系により原稿の画像を走査露光し、その反射光をラインイメージセンサにより読み取り、これにより、画像信号を得る。この画像信号は、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、圧縮等の処理が施された後、画像データとして制御部７０に入力される。なお、制御部７０に入力される画像データとしては、原稿読取装置ＳＣで読み取ったものに限らず、例えば、画像形成装置に接続されたパーソナルコンピュータや他の画像形成装置から受信したものや、ＵＳＢメモリといった可搬性の記録媒体に格納されたものであってもよい。

画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、イエロー（Ｙ）の画像を形成する画像形成部１０Ｙ、マゼンダ（Ｍ）の画像を形成する画像形成部１０Ｍ、シアン（Ｃ）の画像を形成する画像形成部１０Ｃ、ブラック（Ｋ）の画像を形成する画像形成部１０Ｋに対応している。

画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙ及びその周辺に配置された帯電部２Ｙ、光書込部３Ｙ、現像装置４Ｙ及びドラムクリーナ５Ｙで構成されている。同様に、画像形成部１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、感光体ドラム１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ及びその周辺に配置された帯電部２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ、光書込部３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ、現像装置４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ及びドラムクリーナ５Ｍ，５Ｃ，５Ｋで構成されている。

感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ、１Ｋは、帯電部２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋによりその表面が一様に帯電させられており、光書込部３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋによる走査露光により、感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ、１Ｋには潜像が形成される。さらに、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ、４Ｋは、トナーで現像することによって感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ、１Ｋ上の潜像を顕像化する。これにより、感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ、１Ｋ上には、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックのいずれかに対応する所定色の画像（トナー画像）が形成される。感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ、１Ｋ上に形成された画像は、１次転写ローラ７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより、ベルト状の中間転写体である中間転写ベルト６上の所定位置へと逐次転写される。

中間転写ベルト６上に転写された各色よりなる画像は、後述する用紙搬送部２０により所定のタイミングで搬送される用紙Ｐに対して、２次転写ローラ９によって転写される。この２次転写ローラ９は、中間転写ベルト６と圧接して配置されることによりニップ（転写ニップ）を形成し、用紙Ｐを搬送しながら当該用紙Ｐに画像を転写する。

用紙搬送部２０は、搬送経路に従って用紙Ｐを搬送する。用紙Ｐは給紙トレイ２１に収容されており、当該給紙トレイ２１に収容された用紙Ｐは、給紙部２２により取り込まれ、搬送経路へと送り出される。搬送経路において、転写ニップ部よりも上流側には、用紙Ｐを搬送する複数の搬送手段が設けられている。個々の搬送手段は、互いに圧接された一対のローラによって構成されており、駆動手段である電動モータを通じて少なくとも一方のローラが回転駆動する。そして、搬送手段は、用紙Ｐを挟持して回転することにより、用紙Ｐを搬送する。なお、搬送手段は、一対のローラで構成する以外にも、ベルト同士の組み合わせや、ベルト及びローラの組み合わせといったように、一対の回転部材からなる構成を広く採用することができる。

定着装置５０は、画像が転写された用紙Ｐに対して、画像を定着させる定着処理を施す装置である。定着装置５０は、互いに圧接して配置されることによりニップ（定着ニップ）を形成する一対の定着部材と、当該定着部材を加熱する加熱手段と備えている。一対の定着部材としては、例えば定着ローラ５１，５２を用いることができる。個々の定着ローラ５１，５２は、回転可能に構成されており、駆動手段である駆動モータ（図示せず）を通じて、少なくとも一方のローラ、例えば定着ローラ５２が回転駆動する。加熱手段としては、定着ヒータ５３を用いることができ、当該定着ヒータ５３は、通電によって点灯するものであり、例えばハロゲンランプを用いることができる。定着装置５０は、用紙Ｐを搬送するとともに、一対の定着ローラ５１，５２による圧力定着、定着ヒータ５３による熱定着を行うことで、画像を用紙Ｐに定着させる。

定着装置５０により定着処理が施された用紙Ｐは、排紙ローラ２８により排出される。また、用紙Ｐの裏面にも画像形成を行う場合、用紙表面に対する画像形成を終えた用紙Ｐは、切換ゲート３０により、下方にある反転ローラ３１へと搬送される。反転ローラ３１は、搬送された用紙Ｐの後端を挟持した後、逆送することによって用紙Ｐを反転させて、再給紙搬送経路に送り出す。この再給紙搬送経路へと送り出された用紙Ｐは、再給紙用の複数の搬送手段によって搬送され、転写位置へと用紙Ｐを回帰させる。

制御部７０は、画像形成装置を統合的に制御する機能を担っており、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御部７０は、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋや定着装置５０などを制御することにより、用紙Ｐに画像を形成する。

図２は、定着装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態との関係において、制御部７０は、定着装置５０を制御する機能も担っている。具体的には、制御部７０は、予め設定された目標定着温度と、検出あるいは設定された電源電圧に基づいて、定着ヒータ５３の点灯及び消灯に関する制御を行う。

交流電源ＡＣは、オフィス等といった画像形成装置１の使用環境に配設されており、定着ヒータ５３は、電力線５６を介して交流電源ＡＣと接続されている。電力線５６には、当該電力線５６を遮断して定着ヒータ５３を消灯させるオフ状態と、電力線５６を接続して定着ヒータ５３を点灯させるオン状態とを切換可能な切換部５４が設けられている。この切換部５４のオン及びオフ状態は、制御部７０により切換制御される。

切換部５４としては、トライアック（双方向サイリスタ）などを用いることができる。ただし、後述するように、ゼロクロスを起点に交流電源ＡＣの半波周期を単位として切換制御を実現し得る限り、切換部５４には、トランジスタ、ＩＧＢＴといったスイッチング素子等を利用することもできる。

制御部７０には、定着ヒータ５３の温度を検出する温度センサ５５から、温度情報を示す検出信号が入力される。また、制御部７０には、交流電源ＡＣの電圧を検出する電圧検知部５７から、電圧情報を示す検出信号が入力される。制御部７０は、温度センサ５５によって検出される定着ヒータ５３の温度と、電圧検知部５７によって検出される交流電源ＡＣの電圧に基づいて、投入したい電力となる所望のデューティとなるように、定着ヒータ５３の点灯及び消灯を判断する。

具体的には、制御部７０は、目標温度から、温度センサ５５によって検出される温度を減算した温度差を演算し、当該温度差に基づいて定着ヒータ５３を点灯するのかそれとも消灯するのかを判断する。また、制御部７０は、電圧検知部５７によって検出される電圧に基づいて、定着ヒータ５３を点灯するのかそれとも消灯するのかを判断する。

制御部７０は、定着ヒータ５３を点灯する場合には、温度センサ５５で検出された目標温度に対する温度差と、電圧検知部５７によって検出される交流電源ＡＣの電圧に基づき、投入したい電力となる所望のデューティとなるように、切換部５４のオンオフ状態を切換制御する。なお、画像形成装置の操作部５８を電圧設定部として、交流電源ＡＣの電圧値を操作部５８等で入力可能とし、入力された電圧値を記憶部７１に格納して、手動入力された電圧値に基づき、投入したい電力となる所望のデューティとなるように、切換部５４のオンオフ状態を切換制御しても良い。

この切換制御は、交流電源ＡＣの半波周期を１単位として行われる。交流電源ＡＣが５０Ｈｚであれば半波周期は１０msecとなり、制御部７０は、１０msec毎にオン信号又はオフ信号を切換部５４に出力する。前述のように切換部５４としてトライアックを用いた場合、交流電源ＡＣのゼロクロスのタイミングにおいて制御部７０からオン信号が入力されていれば、切換部５４はオン状態となり、一方、当該タイミングにおいて制御部７０からオフ信号が入力されていれば、切換部５４はオフ状態となる。

記憶部７１には、定着ヒータ５３の点灯と消灯を制御する制御パターンが格納されており、制御部７０は、制御パターンに従い定着ヒータ５３の点灯と消灯を切り換えるオン信号またはオフ信号を切換部５４に出力し、切換部５４の切換制御を実行する。

交流の半波周期を１単位とした制御周期で、定着ヒータ５３の点灯と消灯が選択される制御であるハーフサイクルデューティ（ＨＣＤ）制御では、切換部５４をオンの状態として定着ヒータ５３を点灯させる区間と、切換部５４をオフの状態として定着ヒータ５３を消灯させる区間が、制御周期毎に設定される。制御パターンは、制御周期の整数倍を１制御区間として、オン信号を出力する区間とオフ信号を出力する区間が制御周期の長さに合わせて設定される。

１制御区間の長さは制御周期の数で表され、１制御区間内で信号が出力される回数、すなわち、定着ヒータ５３を点灯させる回数によってデューティが決められるので、記憶部７１には、デューティに応じた複数の制御パターンが格納される。

以下、制御パターンの詳細について説明する。図３は、制御パターンに応じた電圧波形を示す説明図である。図３において、オン期間は実線で、オフ期間は破線で示す。交流電源ＡＣが５０Ｈｚであれば制御周期ｆは１０msecとなり、６０Ｈｚであれば制御周期は８．３３・・・msecとなる。

図３に示す例では、制御周期数が「３」、定着ヒータ５３の点灯数が「２」である制御パターンを示す。この例では、定着ヒータ５３は、１周期半の中で２／３が点灯し、１／３が消灯する。よって、デューティは２／３＝６６．６６・・・％となる。

図４は、制御パターンの一例とデューティの関係を示す説明図である。ＨＣＤ制御では、フリッカや高調波の規格に従い除外される制御パターンが存在する。図４に示す制御パターンの中で、制御周期数が「２」、定着ヒータ５３の点灯数が「１」である制御パターンはデューティが５０％となるが、この制御パターンは規格を満たさない。

このように、規格を満たす制御パターンで所望のデューティが得られない場合、従来は、規格に対応する制御パターンの中で、投入したい電力となるデューティに近い制御パターンを選択していた。

図５〜図７は、投入したい電力に対応するデューティの値を示す説明図で、図５は、ヒータに印加する電圧毎のデューティの理想的な値を示す。図６は、投入したい電力に対して従来の制御で選択される制御パターンＰ１０と、各制御パターンＰ１０でのデューティＤ１０を、定着ヒータに印加される電圧毎に示す。また、図７は、投入したい電力に対して本実施の形態の制御で選択される制御パターンＰ１と、各制御パターンＰ１でのデューティＤ１を、定着ヒータに印加される電圧毎に示す。

図６に示す制御パターンＰ１０は、規格を満たし、かつ、投入したい電力となる周期数Ｐ１０ａと点灯数１０ｂの組み合わせを分数形式で示す。デューティＤ１０の単位は％である。また、図７に示す制御パターンＰ１は、規格を満たす制御パターンの組み合わせにより投入したい電力となる周期数Ｐ１ａと点灯数Ｐ１ｂの組み合わせを分数形式で示す。デューティＤ１の単位は％である。

図５に示すように、投入したい電力が１００Ｗの場合、定着ヒータの印加電圧が１６０Ｖであれば、理想的なデューティの値は１０．００％である。投入したい電力が１００Ｗでヒータの印加電圧が１６０Ｖの場合、図５に示すように、従来の制御で選択される制御パターンＰ１０では、デューティＤ１０は９．０９％である。

一方、投入したい電力が１００Ｗの場合、定着ヒータの印加電圧が２４０Ｖであれば、理想的なデューティの値は４．４４％である。しかし、投入したい電力が１００Ｗで定着ヒータの印加電圧が２４０Ｖの場合に、従来の制御で選択される制御パターンＰ１０では、デューティは９．０９％であり、理想とする値に対して４％以上の差がある。

このように、従来の制御では、投入したい電力とは大きく異なるデューティを選択しなければいけない場合があり、デューティの精度が印加電圧や投入電力によって大きく異なっていた。

そこで、本実施の形態では、規格に対応する制御パターンを複数組み合わせることで、投入したい電力となるデューティにより近い制御パターンを選択できるようにする。例えば、図４に示す例では、規格に対応する制御パターンの中で、制御周期数が「３」、定着ヒータの点灯数が「１」の制御パターンと、制御周期数が「３」、定着ヒータの点灯数が「２」の制御パターンを組み合わせる。これにより、制御周期数が「３＋３＝６」、定着ヒータの点灯数が「１＋２＝３」となり、デューティが５０％となり、かつ、規格に対応する制御パターンが得られる。

交流電源の電圧の差を考慮すると、投入したい電力が１００Ｗで定着ヒータの印加電圧が１６０Ｖの場合、図７に示すように、本実施の形態の制御で選択される制御パターンＰ１では、デューティＤ１は１０．００％である。また、投入したい電力が１００Ｗで定着ヒータの印加電圧が２４０Ｖの場合、本実施の形態の制御で選択される制御パターンＰ１では、デューティは４．００％である。

このように、本実施の形態の制御では、規格に対応した上で、投入したい電力とほぼ同等となるデューティを選択でき、デューティの精度は、印加電圧や投入電力に関わらずほぼ一定で、理想とする値に対する誤差は０．５％以下である。

以下に、本実施の形態において制御パターンの生成するアルゴリズムについて説明する。図８〜図１１は、デューティと制御パターンの組み合わせの一例を示す説明図で、以下に説明するアルゴリズムで設定されるデューティ毎の制御パターンの組み合わせを示す。

ここで、１制御区間はＡ秒とする。１制御区間は、交流電源ＡＣが５０Ｈｚであれば整数、６０Ｈｚであれば６／５×整数であり、本例では１秒とする。デューティの範囲は１〜９９％で、分解能は１％である。デューティが０％の場合は以下のアルゴリズムを用いず、制御区間内で定着ヒータを全消灯とする。また、デューティが１００％の場合は以下のアルゴリズムを用いず、制御区間内で定着ヒータを全点灯とする。デューティが０％及び１００％の場合も、１制御区間は他と同じＡ秒、本例では１秒である。なお、本実施の形態では、１制御区間を１秒とした場合を説明するが、あくまで一例である。これは、定着器の熱容量や定着ヒータの発熱量等により、定着ニップ部温度を一定に保つ際の適切な周期はさまざまであるためである。

（１）各制御区間内に投入するデューティを分数で表す。
デューティの分数表記は、分母を１００、分子をデューティとすれば良いが、約分が可能であれば既約分数とする。例えば、投入するデューティが１％であれば、１／１００とする。２％は２／１００＝１／５０とし、４％は４／１００＝１／２５とし、５％は５／１００＝１／２０とし、１０％は１０／１００＝１／１０とし、２０％は２０／１００＝１／５とし、２５％は２５／１００＝１／４とし、５０％は５０／１００＝１／２とする。

（２）投入したいデューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表す。
本例では、分母を「１１」以下の奇数の和で項数が最少となるように表す。例えば、分母が「１００」の場合は、１００＝１１×８＋９＋３である。分母が「５０」の場合は、５０＝１１×４＋３＋３である。分母が「２５」の場合は、２５＝１１×２＋３である。分母が「２０」の場合は、２０＝１１＋９である。分母が「１０」の場合は、１０＝７＋３である。分母が「５」の場合は、５＝５である。

ここで、投入したいデューティを表す上述した分数の分母が「４」あるいは「２」の場合、分母を奇数の和で表すことができないので、分母が「４」の場合は「８」、「２」の場合は「６」に置き換えて、上述した（１）と（２）のアルゴリズムを再度行う。例えば、投入するデューティが２５％であれば、２５／１００＝１／４＝２／８とし、５０％であれば５０／１００＝１／２＝３／６とする。分母が「８」の場合は、８＝５＋３である。分母が「６」の場合は、６＝３＋３である。

（３）上述した（２）で求めた奇数を、制御パターンの分母とする。制御パターンの分母は制御周期の数である。
１制御区間に投入するデューティが１％や３％等、デューティを分数表記した場合の分数が「１００」である場合、各制御パターンの分母は、「１１」、「１１」、「１１」、「１１」、「１１」、「１１」、「１１」、「１１」、「９」、「３」である。１制御区間に投入するデューティが２％や６％等、デューティを分数表記した場合の分数が「５０」である場合、各制御パターンの分母は、「１１」、「１１」、「１１」、「１１」、「３」、「３」である。

１制御区間に投入するデューティが４％や８％等、デューティを分数表記した場合の分数が「２５」である場合、各制御パターンの分母は、「１１」、「１１」、「３」である。１制御区間に投入するデューティが５％や１５％等、デューティを分数表記した場合の分数が「２０」である場合、各制御パターンの分母は、「１１」、「９」である。１制御区間に投入するデューティが１０％や３０％等、デューティを分数表記した場合の分数が「１０」である場合、各制御パターンの分母は、「７」、「３」である。１制御区間に投入するデューティが２０％や４０％等、デューティを分数表記した場合の分数が「５」である場合、各制御パターンの分母は、「５」である。

１制御区間に投入するデューティが２５％等、デューティを分数表記した場合の分数が「８」である場合、各制御パターンの分母は、「５」、「３」である。１制御区間に投入するデューティが５０％等、デューティを分数表記した場合の分数が「６」である場合、各制御パターンの分母は、「３」、「３」である。

（４）制御パターンの分子を選択する。制御パターンの分子は、定着ヒータの点灯数である。
図１２は、フリッカの規格を満たす制御パターンの一例を示す説明図である。図１２では、フリッカ評価値であるPST の値が、PST≦0.9である組み合わせは、使用すべきでないものとして除外する。制御パターンの分母が「９」の場合、分子が「５」の組み合わせと「８」の組み合わせは、フリッカの規格を満たさない。また、分母が偶数の場合は、同じ通電パターン繰り返しで通電が一方向に集中してしまうため、使用すべきでないものとして除外する。

まず、フリッカの規格を満たす分母と分子の組み合わせを、図１２を参照して選択する。例えば、分母が「１１」であれば、分子は「０」〜「１１」まで選択可能である。分母が「９」であれば、分子は「１」、「２」、「３」、「４」、「６」、「７」、「９」が選択可能である。分母が「７」であれば、分子は「０」〜「７」まで選択可能である。分母が「５」であれば、分子は「０」〜「５」まで選択可能である。分母が「３」であれば、分子は「０」〜「３」まで選択可能である。分母が「１」であれば、分子は「０」〜「１」まで選択可能である。

次に、分子として選択可能な値の和で、投入したいデューティを表す分数の分子となり、かつ、制御パターン内デューティの最大値が最も小さくなるように、制御パターンの分子を選択する。これは、急激なデューティ増による突入電流を防ぐためである。

例えば、制御区間に投入するデューティが３％なら、制御パターンは、分母が「１１」、「１１」、「１１」、「１１」、「１１」、「１１」、「１１」、「１１」、「９」、「３」である１０個の制御パターンの組み合わせである。

そして、１０個の制御パターンの中で、分母が「１１」である制御パターンの中の３組の分子を「１」とし、他の制御パターンの分子は「０」とする。本例では、分母が「１１」であるパターン１〜パターン３の分子を「１」とし、パターン４〜パターン１０の分子は「０」とする。

以上説明したアルゴリズムで生成される図８〜図１１に示す制御パターンは、何れもフリッカの規格を満たす制御パターンの組み合わせであり、分解能を１％とした１〜９９％の各デューティに対応した制御パターンは、何れもフリッカの規格を満たす。

図２に示す制御部７０は、上述したアルゴリズムを実行して図８〜図１１に示すような制御パターンを生成して、定着ヒータ５３を制御する。また、上述したアルゴリズムを実行して生成された図８〜図１１に示すような制御パターンのテーブルを記憶部７１に格納しておき、制御部７０は、このテーブルを参照して定着ヒータ５３を制御する。

図１３は、定着ヒータの制御の一例を示すフローチャートであり、以下に、各図を参照して、本実施の形態における定着ヒータ５３の温度調整制御について説明する。

図１３のステップＳＡ１で、制御部７０は、温度センサ５５で定着ヒータ５３の温度を検出する。図１３のステップＳＡ２で、制御部７０は、定着ヒータ５３の温度が目標温度より高いか否かを判断する。

制御部７０は、定着ヒータ５３の温度が目標温度より低いと判断すると、図１３のステップＳＡ３で、投入電力を上げる。温度センサ５５で検出された定着ヒータ５３の温度と、目標温度の差に応じて、投入電力Ｗの加減算値α（ｗ）が設定され、定着ヒータ５３の温度が目標温度より低い場合、投入電力ＷがＧ（Ｗ）であると、新たな投入電力ＷをＧ＋α（ｗ）に設定する。なお、投入電力Ｇ（ｗ）及び加減算値α（Ｗ）は、定着ヒータ５３の熱容量や、画像形成装置の動作モード等に応じた所定の値に設定される。例として、Ｇ＝５００Ｗ、α＝１００Ｗとする。

制御部７０は、定着ヒータ５３の温度が目標温度より高いと判断すると、図１３のステップＳＡ４で、投入電力を下げる。定着ヒータ５３の温度が目標温度より高い場合、新たな投入電力ＷをＧ−α（ｗ）に設定する。

図１３のステップＳＡ５で、制御部７０は、交流電源ＡＣで定着ヒータ５３に印加される電圧値を取得する。本例では、交流電源ＡＣで定着ヒータ５３の両端に印加される電圧値を電圧検知部５７で検出する。あるいは、サービスマン等が手動入力で設定した交流電源ＡＣの電圧値を参照する。

図１３のステップＳＡ６で、制御部７０は、上述したステップＳＡ３あるいはステップＳＡ４で取得した投入電力Ｗと、ステップＳＡ５で取得した定着ヒータ５３への印加電圧Ｖから、投入すべきデューティＸ（％）を決定する。

図１３のステップＳＡ７で、制御部７０は、上述したアルゴリズムを実行する、あるいは、上述したアルゴリズムで作成されたテーブルを参照することで、ステップＳＡ６で決定したデューティに対応する制御パターンを、規格に対応する制御パターンの組み合わせで生成する。そして、投入すべきデューティに対応した制御パターンで、所定の制御区間の間、切換部５４のオンオフ状態を切換制御する。

図８〜図１１に示す制御パターンに従い切換部５４のオンオフ状態を切換制御する場合、複数の制御パターンの中でデューティの小さい順に投入する。例えば、投入するデューティが４パーセントの場合、図８に示すように、パターン１の制御パターンは「１／１１」、パターン２の制御パターンは「０／１１」、パターン３の制御パターンは「０／３」である。この場合、パターン２、パターン３、パターン１の順とする。あるいは、パターン３、パターン１、パターン１の順とする。これは、急激なデューティ増による突入電流を防ぐためである。

また、投入したいデューティを表す分数の分母が５０以下の場合、１制御区間内で複数回繰り返して投入する。例えば、投入するデューティが４パーセントの場合、制御区間が１秒であれば、パターン２、パターン３、パターン１の順の組み合わせ、あるいは、パターン３、パターン１、パターン１の順の組み合わせを４回繰り返す。

図１３のステップＳＡ８で、制御部７０は、定着ヒータ５３の温度調整制御を終了する指示があると処理を終了し、温度調整制御を終了する指示がない場合は、ＳＡ１からの処理を続行する。

以上、本発明の実施の形態に係る画像形成装置について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。本実施の形態では、画像形成装置の制御部が定着装置を制御する制御部を兼任するものであるが、定着装置が独自の制御部を備え、当該定着装置の制御部が画像形成装置の制御部とは別個に上記の温度調整制御を行ってもよい。また、定着装置それ自体も本発明の一部として機能する。

５０・・・定着装置、５１・・・定着ローラ、５２・・・定着ローラ、５３・・・定着ヒータ、５４・・・切換部、５５・・・温度センサ、５６・・・電力線、５７・・・電圧検知部、７０・・・制御部、７１・・・記憶部

Claims (7)

1. 熱定着を行う定着ヒータと、
   交流電源から供給される交流の半波周期を１単位とした制御周期で、前記定着ヒータの点灯と消灯が設定された少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンに従い前記定着ヒータを所定のデューティで制御する制御部と、
   前記定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、
   前記定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、
   投入するデューティを分数で表し、
   デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、
   所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで、制御周期の数が分母で表され、前記定着ヒータを点灯させる回数が分子で表された、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが生成され、
   前記制御部は、前記定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、前記定着ヒータに投入したい電力となる所望のデューティになるよう所定の規格を満たす前記制御パターンを複数組み合わせ、組み合わせた前記制御パターンに応じて前記定着ヒータの点灯と消灯を切り換える
   ことを特徴とする定着装置。
2. 熱定着を行う定着ヒータと、
   交流電源から供給される交流の半波周期を１単位とした制御周期で、前記定着ヒータの点灯と消灯が設定された少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンに従い前記定着ヒータを所定のデューティで制御する制御部と、
   前記定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、
   前記定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、
   投入するデューティを分数で表し、
   デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、
   所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで生成された、制御周期の数が分母で表され、前記定着ヒータを点灯させる回数が分子で表される制御パターンの組み合わせが格納されたテーブルを参照して、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが選択され、
   前記制御部は、前記定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、前記定着ヒータに投入したい電力となる所望のデューティになるよう所定の規格を満たす前記制御パターンを複数組み合わせ、組み合わせた前記制御パターンに応じて前記定着ヒータの点灯と消灯を切り換える
   ことを特徴とする定着装置。
3. 投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせの中で、デューティが小さい順に制御パターンに応じた前記定着ヒータの点灯と消灯の切り換えを行う
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
4. 前記電圧値取得部は、前記定着ヒータに印加される電圧を検出する電圧検知部を備え、前記電圧検知部で検知された電圧値に応じて、投入するデューティが変更される
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 前記電圧値取得部は、前記定着ヒータに印加される電圧が設定される電圧設定部を備え、前記電圧設定部で設定された電圧値に応じて、投入するデューティが変更される
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の定着装置。
6. 用紙に画像を転写する画像形成部と、
   前記画像形成部により転写された画像を用紙に定着させる定着装置とを備え、
   前記定着装置は、
   熱定着を行う定着ヒータと、
   交流電源から供給される交流の半波周期を１単位とした制御周期で、前記定着ヒータの点灯と消灯が設定された少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンに従い前記定着ヒータを所定のデューティで制御する制御部と、
   前記定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、
   前記定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、
   投入するデューティを分数で表し、
   デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、
   所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで、制御周期の数が分母で表され、前記定着ヒータを点灯させる回数が分子で表された、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが生成され、
   前記制御部は、前記定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、前記定着ヒータに投入したい電力となる所望のデューティになるよう所定の規格を満たす前記制御パターンを複数組み合わせ、組み合わせた前記制御パターンに応じて前記定着ヒータの点灯と消灯を切り換える
   ことを特徴とする画像形成装置。
7. 用紙に画像を転写する画像形成部と、
   前記画像形成部により転写された画像を用紙に定着させる定着装置とを備え、
   前記定着装置は、
   熱定着を行う定着ヒータと、
   交流電源から供給される交流の半波周期を１単位とした制御周期で、前記定着ヒータの点灯と消灯が設定された少なくとも２以上の半波周期を含む制御パターンに従い前記定着ヒータを所定のデューティで制御する制御部と、
   前記定着ヒータの温度を検出する温度検出部と、
   前記定着ヒータに印加される電圧値を取得する電圧値取得部とを備え、
   投入するデューティを分数で表し、
   デューティを表す分数の分母を所定の奇数の和で項数が最少となるように表し、
   所定の規格を満たす分母と分子の組み合わせの中で、デューティの最大値が最も小さくなるように分子を選択するアルゴリズムで生成された、制御周期の数が分母で表され、前記定着ヒータを点灯させる回数が分子で表される制御パターンの組み合わせが格納されたテーブルを参照して、投入するデューティに対応した制御パターンの組み合わせが選択され、
   前記制御部は、前記定着ヒータの温度と印加される電圧値に応じて、前記定着ヒータに投入したい電力となる所望のデューティになるよう所定の規格を満たす前記制御パターンを複数組み合わせ、組み合わせた前記制御パターンに応じて前記定着ヒータの点灯と消灯を切り換える
   ことを特徴とする画像形成装置。

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