JP2004144999A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧変動を増大させることなく、ウォームアップ時間の短縮化やトナーの定着性の向上を図ることができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】ヒータ温度制御ブロック１６の出力信号がハイレベルになると、スイッチ素子５がオンされインダクタ４にエネルギーが充電される。ヒータ温度制御ブロック１６の出力信号がローレベルになると、スイッチ素子５がオフされインダクタ４への充電は停止する。インダクタ４およびスイッチ素子５の接続点は電圧が上昇し、整流ダイオード７が導通する。平滑コンデンサ８の直流電圧の値は、負荷インピーダンスが一定の場合、スイッチ素子５が固定周波数方式で駆動されている時のデューティ比を変化させることにより可変することができる。また、スイッチ素子５が周波数変調方式で駆動されている時のオンまたはオフの周期を変化させることにより可変することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒータを内蔵したローラを用いて転写紙にトナーを固着させる熱定着装置を搭載した、例えば、ファクシミリ装置、電子複写装置、プリンタ装置などの画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子複写装置、プリンタ装置、ファクシミリ装置などの画像形成装置において、転写紙にトナーを固着させる方式の１つにヒータを内蔵したローラを用いた熱ローラ方式がある。
この熱ローラ方式で使用されるヒータは、トライアックなどのスイッチ素子を介して交流電源に接続され、ヒータが内蔵されているローラには、温度を検出するためのサーミスタなどの温度検出素子が接続されている。
通常、画像形成装置のエンジン制御回路から出力される駆動信号によりスイッチ素子が駆動されるとヒータへの電力供給が開始され、ローラが所定の温度に達するとヒータへの電力供給が停止し、転写紙への画像形成が可能な状態になる。
そして、このヒータにより加熱されたローラで転写紙にトナーが固着されると、紙種、画像形成速度など画像形成の条件に応じてローラの温度が低下する。ローラの温度は、温度検出素子で常時検出されているため、所定の温度より低下すると、再度、エンジン制御回路によりスイッチ素子を駆動してヒータに電力供給が開始される。なお、スイッチ素子は、全波のオン／オフ制御、または、位相制御を用いて駆動させるようになっている。
【０００３】
このような、ローラを加熱するためのヒータの制御方法について、下記の特許文献をはじめ種々開示されている。
【特許文献１】
特開２０００−３１５５６７公報
【特許文献２】
特開平１０−２８２８２１号公報
【特許文献３】
特開２００１−２２２２０公報
【特許文献４】
特開平１１−１６７３２９号公報
【特許文献５】
特開２００２−５１４６７公報
【０００４】
特許文献１には、加熱部への電力供給を主電源と補助電源で切り分け、待機状態時に加熱部への電力供給をせずに補助電源のコンデンサを充電させ、待機状態からの復帰時に充電されたコンデンサからも並行して加熱部への電力供給を行うことにより省電力効果を向上させることができる技術が開示されている。
特許文献２には、装置のスタンバイ状態時に補助電源部の二次電池を充電し、ウォームアップ時に充電された二次電池からも並行して定着部への電力供給を行うことによりウォームアップ時間の短縮化を図ることができる技術が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、複数のヒータへの電力供給タイミング（通電時間）を周期ごとに制御することにより電圧変動妨害を軽減させることができる技術が開示されている。
特許文献４には、交流電圧の電力波形のピーク近傍において、ヒータなどの負荷を駆動させないような制御を行うことにより高周波ノイズやフリッカノイズを防止することができる技術が開示されている。
特許文献５には、電圧をパルス変調してヒータ負荷に電力供給を行うことより電圧変動を抑制することができる技術が開示されている。
【０００６】
一般に、画像形成装置では、ヒータおよびその他の負荷装置において電力が消費されている。ヒータでの消費電力を除く負荷電力は、画像形成装置がフルシステムの状態、かつ、フル稼働状態において最大となる。このため、画像形成装置がフルシステムの状態でない場合、または、その時点のシステムの稼働が低い場合における負荷電力は、フルシステム・フル稼働の状態における負荷電力よりも小さくなる。
ところで、画像形成装置は、ウォームアップ時間の短縮や連続プリント時の定着性向上のためにヒータ電力が大きい方が好ましい場合がある。
例えば、画像形成装置がフルシステムの状態でない場合、電力はフルシステム・フル稼働の状態のよりも小さくなるので、フルシステム・フル稼働の状態での最大電力との差の電力をヒータ電力に供給すればウォームアップ時間の短縮や連続プリント時の定着性向上を図ることができるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スイッチ素子を全波のオン／オフ制御によって駆動させるような画像形成装置では、ヒータへの供給電力を可変できないためにウォームアップ時間の短縮や連続プリント時の定着性向上を改善させることが大変困難であった。
スイッチ素子を位相制御によって駆動させるような画像形成装置では、電力の制御が可能であるためウォームアップ時間の短縮や連続プリント時の定着性の向上を図ることができるが、常時、位相制御する必要が生じてしまうため、高調波電流や電源電圧変動が増大してしまうおそれがあった。
【０００８】
また、電源投入時に定着ユニットが冷えている場合は、装置立上り時間を最短時間で行う目的で、ヒータに占める消費電力の割合を最大値限に割り当て、ヒータ電圧最大値として制御を行っていた。この場合、電源投入時における突入電流値が大きくなるため、使用回路部品の突入電流値に併せ部品定格も大きな仕様値の部品が必要となり、コストアップや寿命減少の影響を与えるおそれがあった。さらに、突入電流が増大することにより他の電子機器や設備に対しても影響を与えるおそれがあった。
ヒータの温度検出素子を使用した温度制御周期は、定着ローラの温度変化が遅いため通常数百ｍｓから数秒にかけて行われ、目標温度に対する温度制御値が大きい場合には追従性が劣るおそれがあった。
【０００９】
さらに、ヒータは低温時に抵抗値が小さくなる傾向にあるため、電源投入時など定着ユニットが冷えた状態にある場合には、突入電流値が増大してしまうおそれがあった。
転写紙の紙種により紙厚および熱伝導特性が異なるため、転写用紙が厚紙などの場合には、紙へ定着ローラの熱が奪われ易くなり定着ローラ温度が下がってしまうおそれがあった。
画像形成装置の周囲温湿度により、例えばトナーの自体の温度が下がり、通常のヒータ制御によるトナーの定着性が劣化するおそれがあった。特に、紙の湿度が高い状態では、常温時より定着制御温度の落込みが大きくなるおそれがあった。
ヒータのオン状態からオフ状態へ移行する際には、急激な電圧変動を生じるため、機器の電圧変動や高調波電流を発生してしまい、他の電子機器へＥＭＩ（電磁妨害）の影響を与えてしまうおそれがあった。
【００１０】
そこで、本発明は、直流電圧をヒータへ供給し、画像形成装置のシステムに応じてヒータに印加する直流電圧を可変することで電力可変を実現し、高調波電流や電源電圧変動を増大させることなく、ウォームアップ時間の短縮化およびトナーの定着性の向上を図ることができる画像形成装置を提供することを第１の目的とする。
本発明は、ヒータの突入電流を防止するためにヒータ電圧を徐々に増加させていくヒータ電圧制御を行うことにより、突入電流値を抑制し、使用回路部品に対しての信頼性を向上させ、そして、装置寿命の延長、部品のコストダウンを図ることができる画像形成装置を提供することを第２の目的とする。
【００１１】
本発明は、ＥＭＣ（電磁適合性）的に影響が出ない程度に温度制御周期内において、設定電圧値を一定電圧幅で段階的に増加させていくヒータ出力制御を行うことで、ヒータの立上り時間の短縮を図ることができる画像形成装置を提供することを第３の目的とする。
本発明は、待機状態においてのヒータ電圧制御は電源投入時と異なり、電圧のステップ幅を大きくし、かつステップ数を減らした電圧制御を行うことで定着温度を早く目標温度まで上昇させることができる画像形成装置を提供することを第４の目的とする。
【００１２】
本発明は、紙種に応じてヒータ制御温度の設定電圧を高く設定し、定着ローラの制御温度の落込み等による画像の定着性の劣化を抑えることができる画像形成装置を提供することを第５の目的とする。
本発明は、画像形成装置の周囲温湿度による影響においても良好な定着画像を得ることができる画像形成装置を提供することを第６の目的とする。
本発明は、ヒータのオフ動作に対し、ヒータ電圧を徐々に下げていくヒータ電圧制御を行うことによりヒータの急激な電圧変動を防止することができる画像形成装置を提供することを第７の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、ヒータを内蔵したローラを用いて転写紙にトナーを固着させる熱定着装置を搭載した画像形成装置において、当該画像形成装置に接続されている機能を検出する接続検出手段と、前記接続検出手段の検出結果に基づいて、当該画像形成装置の消費可能な最大電力を算出する最大消費電力算出手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された前記ローラの温度と、前記最大消費電力算出手段により算出された前記最大消費電力とに基づいて、前記ヒータの駆動電圧を制御する駆動電圧制御手段と、を備えることにより前記第１の目的を達成する。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記最大消費電力算出手段は、前記接続検出手段の検出結果に基づいて、前記ヒータの駆動電圧の最大値を算出し、前記駆動電圧制御手段は、前記ヒータの駆動電圧を前記ヒータの駆動電圧の最大値の範囲内において変化させることにより前記第１の目的を達成する。
【００１４】
請求項３記載の発明では、請求項１、または、請求項２記載の発明において、前記駆動電圧制御手段は、当該画像形成装置の起動時に、前記ヒータの駆動電圧を段階的に上昇させることにより前記第２の目的を達成する。
請求項４記載の発明では、請求項１、請求項２、または、請求項３記載の発明において、前記駆動電圧制御手段は、前記ヒータの駆動電圧の制御周期である温度制御周期より短い周期で前記ヒータの駆動電圧を段階的に上昇させることにより前記第３の目的を達成する。
【００１５】
請求項５記載の発明では、請求項１、請求項２、請求項３、または、請求項４記載の発明において、前記駆動電圧制御手段は、前記ヒータの駆動電圧および駆動期間を変化させて前記ヒータの駆動電圧を段階的に上昇させることにより前記第４の目的を達成する。
請求項６記載の発明では、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または、請求項５記載の発明において、前記転写紙の種類指定を受け付ける受付手段を備え、前記駆動電圧制御手段は、前記受付手段により受け付けられた転写紙の種類に基づいて前記ヒータの駆動電圧を制御することにより前記第５の目的を達成する。
【００１６】
請求項７記載の発明では、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、または、請求項６記載の発明において、当該画像形成装置内の温度および湿度を検出する温湿度検出手段を備え、前記駆動電圧制御手段は、前記温湿度検出手段の検出結果に基づいて前記ヒータの駆動電圧を制御することにより前記第６の目的を達成する。
請求項８記載の発明では、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、または、請求項７記載の発明において、前記駆動電圧制御手段は、前記ヒータのオフ時に前記ヒータの駆動電圧を段階的に減少させることにより前記第７の目的を達成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像形成装置における好適な実施の形態について、図１から図１１を参照して詳細に説明する。
（第１の実施例）
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置におけるヒータ駆動装置の概略構成を示した図である（第１の実施例）。このヒータ駆動装置は、画像形成装置のシステム構成に応じてヒータへ供給する直流最大電圧を決定し、その直流最大電圧の範囲内で制御電圧を可変してヒータ電力をコントロールする機能を備えている。
図１に示すようにヒータ駆動装置は、外部の交流電源１から電力が要求されるようになっている。交流電源１はノイズフィルタ２に接続され、さらにノイズフィルタ２はダイオードブリッジ３に接続されている。
ダイオードブリッジ３にはインダクタ４、スイッチ素子５、駆動回路６、整流ダイオード７、平滑コンデンサ８、出力電圧検出回路９、第２のスイッチ素子１０から構成されている昇圧チョッパ回路１１が接続されている。
【００１８】
スイッチ素子５には専用の駆動回路６が設けられており、この駆動回路６は、エンジン制御回路１５のヒータ温度制御ブロック１６からの出力信号で動作するようになっている。また、出力電圧検出回路９の出力信号はエンジン制御回路１５のヒータ温度制御ブロック１６に入力されている。
そして、昇圧チョッパ回路１１の出力直流電圧は、ヒータ１２と温度ヒューズ１３に直列に接続され、また、ヒータ１２の外周には図示していないローラが接続されている。このローラの近傍に温度検出回路１４が配置され、ローラ温度が検出されるようになっている。
温度検出回路１４の出力信号は、エンジン制御回路１５に接続されている。このエンジン制御回路１５には、ヒータ温度制御ブロック１６、接続検知ブロック１７および制御電圧演算ブロック２２が備えられ、接続検知ブロック１７は増設給紙ユニット１８、両面ユニット１９および排紙ソーターユニット２０と接続されている。
【００１９】
次に、このように構成された画像形成装置におけるヒータ駆動装置の動作について説明する。
まず、交流電源１から供給された電圧はノイズフィルタ２に印加される。このノイズフィルタ２は、主に昇圧チョッパ回路１１で発生する高周波ノイズを減衰させ、交流電源１への流出を防ぐ働きをすると同時に、交流電源１から昇圧チョッパ回路１１へ流入する高周波ノイズを減衰させる働きをする。
次に、ヒータ温度制御ブロック１６からの出力信号に基づいて第２のスイッチ素子１０をオンさせると、交流電圧がダイオードブリッジ３で全波整流され、インダクタ４に印加される。なお、第２のスイッチ素子１０には、トライアック、サイリスタなどの素子が用いられる。
【００２０】
また、インダクタ４は、エンジン制御回路１５のヒータ温度制御ブロック１６の出力信号、駆動回路６により駆動されるスイッチ素子５、および整流ダイオード７に接続され、さらに、整流ダイオード７の整流出力は、平滑コンデンサ８に充電されるようになっている。
なお、エンジン制御回路１５は、画像形成装置本体および周辺機のシステムをマイクロコンピューターなどを用いて制御する働きをする。
駆動回路６により駆動されるスイッチ素子５は、トランジスタ、ＦＥＴ（電解効果トランジスタ）、ＧＴＩＢ（ゲート絶縁型バイポーラトランジスタ）などが用いられ、２０ｋＨｚ以上の高周波で駆動させることが可能である。
【００２１】
エンジン制御回路１５におけるヒータ温度制御ブロック１６の出力信号がハイレベルになると、駆動回路６を駆動してスイッチ素子５がオンされ、インダクタ４にエネルギーが充電される。この時、整流ダイオード７、および平滑コンデンサ８には電流は供給されない。
一方、エンジン制御回路１５におけるヒータ温度制御ブロック１６の出力信号がローレベルになると、スイッチ素子５がオフされ、インダクタ４への充電は停止する。すると、インダクタ４およびスイッチ素子５の接続点は、インダクタ４の自己インダクタンスにより電圧が上昇する。この電圧が整流ダイオード７の順電圧に平滑コンデンサ８の電圧を加えた値以上になると、整流ダイオード７が導通することにより電流が流れ、平滑コンデンサ８に充電電流が供給されて平滑されるようになる。
【００２２】
平滑コンデンサ８の直流電圧の値は、負荷インピーダンスが一定の場合、スイッチ素子５が固定周波数方式で駆動されている時のデューティ比を変化させることにより可変することができる。また、平滑コンデンサ８の直流電圧の値は、スイッチ素子５が周波数変調方式で駆動されている時のオンまたはオフの周期を変化させることにより可変することができる。
ここでは、固定周波数方式において、オンデューティと出力電圧とが比例関係にあることを利用している。また、周波数変調方式において、オフ周期一定の場合、オン周期と出力電圧とが比例関係にあることを利用し、オン周期一定の場合、オフ周期と出力電圧とが反比例関係にあることを利用している。
【００２３】
昇圧チョッパ回路１１の直流電圧は、制御電圧演算ブロック２２で演算された値になるように制御される。この昇圧チョッパ回路１１の直流電圧はヒータ１２および温度ヒューズ１３に印加され、そして、ヒータ１２は、ローラを加熱するようになっている。このローラの温度は、温度検出回路１４によって検出され、その検出信号はエンジン制御回路１５の中のヒータ温度制御ブロック１６に入力される。
なお、ヒータ駆動装置に設けられている温度ヒューズ１３は、ローラの設定温度よりも高い温度で動作させる装置を保護するためのものである。この保護回路は、不具合が発生した時などの異常時において装置内が高温状態になった場合、温度ヒューズ１３を切断することによりヒータ１２への電力供給を遮断させ、加熱動作を強制的に停止させるようにする。
【００２４】
次に、制御電圧演算ブロック２２における制御最大電圧と制御設定電圧との演算方法について説明する。
制御最大電圧は、エンジン制御回路１５の機能の中の接続検知ブロック１７の信号で決定される。この接続検知ブロック１７は、増設給紙ユニット１８、両面ユニット１９、排紙ソーターユニット２０などのオプション設備機能を検知する回路である。接続検知ブロック１７で画像形成装置のシステム構成が検知されると、検知されたシステム構成でのヒータ電力の最大使用電力を認識することが可能となる。
【００２５】
例えば、画像形成装置のフルシステムでの最大電力をＷｓ１、ヒータ電力をＷｈ１、ヒータ１２以外の負荷電力をＷｏ１とすると、Ｗｓ１＝Ｗｈ１＋Ｗｏ１となる。ヒータ１２の電力Ｗｈ１が設定されると、ヒータ１２の抵抗値をＺとした場合、制御電圧の最大値Ｖｈ１は、Ｖｈ１＝Ｗｈ１／Ｚで決定することができる。
また、画像形成装置の１つのオプション（例えば、排紙ソーターなど）が未接続の場合のヒータ以外の負荷電力をＷｏ２とすると、電力値は、Ｗｏ１＞Ｗｏ２のような関係になる。
オプションが未接続の場合においても画像形成装置全体の電力はＷｓ１まで使用することが可能であるため、このシステムでのヒータ１２の電力をＷｈ２とすると、Ｗｈ２＝Ｗｈ１＋Ｗｏ１−Ｗｏ２となる。
ここでは、ヒータ１２の電力Ｗｈ２はフルシステム稼働時のヒータ１２の電力Ｗｈ１よりもＷｏ１−Ｗｏ２の容量だけ大きいため、ヒータ１２の制御電圧の最大値をＶｈ２とすると、Ｖｈ２＝Ｗｈ２／Ｚとなり、Ｖｈ２＞Ｖｈ１とすることができヒータ１２の電力を大きくすることが可能となる。
【００２６】
次に、制御設定電圧の具体的な演算方法の一例を示す。
制御設定電圧は、ヒータ１２の附設されたローラ温度の温度検出回路１４で検出された値と目標温度に基づいて、以下の数式１を用いて決定することができる。
【数式１】

なお、ａ／ｂ／ｃの係数は、使用環境温度、ヒータ容量および電源回路の応答時間等で決定される値である。
また、制御設定電圧は任意の期間において設定することができ、例えば上記数式１を用いて決定された場合、ウォームアップ時においてローラ温度のオーバーシュートがほとんど現れないような制御、また、ローラ温度の変化が大きい画像形成時においても温度リップルを抑制するような制御を行うことが可能となる。
【００２７】
図２は、画像形成装置のフルシステム稼働時、および、排紙ソーターユニット未接続時の各動作モードにおけるヒータ１２へ印加する制御電圧、制御最大電圧、およびローラ温度の関係を示した図である。
また、図３は、従来のトライアックを用いてのオン／オフ制御の各動作モードにおけるトライアックのオン／オフとローラ温度の関係を示した図である。
これらの図２および図３を比較すると、ヒータ１２へ直流電圧を印加してその電圧を可変することで、ウォームアップ時にはローラ温度のオーバーシュートが抑制され、画像形成時も温度リップルが減少することがわかる。
【００２８】
このようにヒータ１２の制御最大電圧を変化させることができることにより、システム構成が軽い場合においてヒータ１２の電力を大きくすることができ、ウォームアップ時間の短縮化を実現することが可能になる。
また、連続した画像形成でローラ温度が低下した場合においても、設定温度までの復帰時間の短縮化を実現することが可能になる。
さらに、省エネルギーを目的としてローラ温度を設定温度よりも下げた低電力モード、あるいは、ヒータ１２に電力供給を停止するオフモード機能を備えた画像形成装置においても、低電力モードやオフモードから画像形成可能モードまでのリカバリー時間の短縮化を実現することが可能になる。
【００２９】
本実施の形態によれば、画像形成装置のシステムがフルシステム稼働状態でない場合において、フルシステム稼働時との電力差をヒータ１２の電力とすることが可能であるが、この差分の電力を全てヒータ１２に供給するのではなく、ヒータ１２以外の負荷へ供給するようにすることもできる。この場合、単位時間当たりの画像形成速度を大きくすることが可能になる。
また、ヒータ１２以外の負荷電力の下限値は、オプション未接続時のシステム構成の電力であるため、このオプション未接続時の電力をＷｏ３とすると、ヒータ電力Ｗｈ３はＷｈ３＝Ｗｈ１＋Ｗｏ１−Ｗｏ３となり、ヒータ１２の制御電圧の最大値をＶｈ３、ヒータ１２の抵抗をＺとするとＶｈ３＝Ｗｈ３／Ｚで決定することができる。従って、ヒータ１２への印加制御電圧最大値の範囲はＶｈ１〜Ｖｈ３となる。
【００３０】
（第２の実施例）
図４は、本実施の形態に係る画像形成装置におけるヒータ駆動装置の概略構成を示した図である（第２の実施例）。このヒータ駆動装置は画像形成装置のシステム構成およびシステムの稼働に応じてヒータ１２へ供給する直流最大電圧を決定し、その直流最大電圧の範囲内で制御電圧を可変してヒータ電力をコントロールする機能を備えている。
なお、図１と同様の機能を果たすものについては同符号を用い、詳細な説明は省略する。
図４に示すように、第２の実施例におけるヒータ駆動装置には、エンジン制御回路１５のヒータ温度制御部ブロック１６に操作部２１が接続されている。
【００３１】
次に、第２の実施例に示すヒータ駆動装置の制御動作について説明する。
まず、エンジン制御回路１５のヒータ温度制御ブロック１６に操作部２１の信号が入力される。画像形成装置が電子複写装置の場合には、操作部２１から入力されるオペレータの入力情報に基づいて動作するため、この操作部２１の信号により各ジョブの動作モードを検出することができる。画像形成装置では、フルシステム稼働時に最大電力を消費するようになっているが、動作モードによっては稼働しないユニットが存在する場合がある。このような場合、稼働しないユニットの消費電力をヒータ電力に上乗せすることにより、ヒータ１２に供給する制御最大電圧を大きくすることができる。
【００３２】
図４に示すように、第２の実施例の画像形成装置において画像を形成する時には、はじめにシステム構成を検知し、検知されたシステムの稼働状態に応じてヒータ電力の最大使用電力を認識させることができる。つまり、システムを検知するだけではなく稼働状態も検知することにより、さらにヒータ１２へ印加する制御電圧を大きくすることができ、多くの電力を供給することができる。
なお、第１の実施例および第２の実施例では、ヒータ１２へ供給する電源に昇圧チョッパ回路１１を使用しているが、降圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路、および絶縁型のコンバータを用いるようにしてもよい。
【００３３】
ところで、ヒータ１２の抵抗値は、装置起動時や省電力状態の低温時と温度制御時の高温時とでは異なる特性を備えている。具体的には、ヒータ１２の低温時には抵抗値は小さく、一方、ヒータ１２の高温時には抵抗値は大きくなる傾向にある。そのため、ヒータ１２への電源投入時に発生するの突入電流の値は、ヒータ１２の低温時の方がより大きくなる傾向にある。
そこで、急激な電圧変動による突入電流を防止するために、ヒータの温度抵抗特性が安定する領域の期間、ヒータ電圧の制御において、ヒータ電圧を段階的に上げていく制御を行うようにする。
【００３４】
図５は、従来の制御方法における電力突入時のヒータ電圧値とヒータ電流値を示した図である。
図６は、本実施例における制御方法を用いた場合の電力突入時のヒータ電圧値とヒータ電流値を示した図である。
図５および図６から、本実施例における制御方法を用いた場合には、ヒータ電圧値をステップ的に上げていくことにより、突入電流値を抑えられていることがわかる。
なお、ここでは、ランプの温度−抵抗値特性に基づいて電源投入時の各設定電圧までのステップ数（電圧幅）およびステップ制御時間を設定している。通常のヒータでは、約数１００ｍ程度の期間において制御を行うようにしている。
【００３５】
また、図７に示すように、温度制御周期より短い制御周期によりヒータ設定電圧値を可変させ、ＥＭＣ（電磁適合性）的に影響が出ない程度に温度制御周期内において、設定電圧値を一定電圧幅で段階的に目標電圧に向けて電圧値を増加させるようにヒータ出力制御を行うことにより、ヒータの立上り時間の短縮化を実現することが可能となる。
前述したように、画像形成装置が待機状態になると電源投入時の低温時に比べヒータ抵抗値が大きく安定するために、突入電流値は抑えられる傾向にある。
従って、画像形成装置の待機状態のヒータ電圧制御において、電圧制御周期による電圧増減幅を電源投入時（待機状態以前）より大きくさせてステップ数を減少させるような電圧制御を行うことにより、定着温度を早く目標温度まで上昇させることができる。
【００３６】
一般に画像形成装置では、給紙段別に紙種を変えて使用する場合が多い。
図８は、このような複数の紙種を扱う場合における画像形成装置の定着ローラの温度設定処理の手順について示したフローチャートである。
まず、各給紙段の紙種情報を入力部より入力（ステップ１１）することにより、これらの情報が制御部に保存される。
次に、コピーモードが入力部より入力されると、制御部に保存されている給紙段の紙種情報に基づいて定着ヒータ補正値を設定する。（ステップ１２）。
そして、設定された定着ヒータ補正値を所定の定着ヒータ制御温度に加算した値に定着ヒータ制御温度を変更する（ステップ１３）。
定着ヒータ制御温度の変更の後、画像形成処理を実行し（ステップ１４）、処理を終了する。
定着ヒータ制御温度は、コピーモードが入力されるまで、予め設定されている初期値に設定されている。そして、コピーモードが入力された後に、例えば、厚紙が選択された場合には、ヒータ温度を高く設定し、画像形成時に転写紙に奪われる定着ローラの熱を抑え、定着ローラの制御温度の落込みなどによる画像の定着性の劣化を抑えることができる。
【００３７】
（第３の実施例）
図９は、本実施の形態に係る画像形成装置におけるヒータ駆動装置の概略構成を示した図である（第３の実施例）。
第３の実施例に示す画像形成装置は、画像形成装置の内部に設置された温湿度センサ２３により、画像形成装置の周囲温湿度をモニタする機能を備えている。
ここで温湿度センサ２３の設置場所は装置周囲環境に近い、機械内部の発熱物の影響の少ない場所とする。温湿度センサ２３の信号を制御部により読み取り、装置の外部環境を認識することができる。
また、給紙段における温湿度状態は、除湿ヒータの設置されていない給紙段においては、装置周囲環境の影響を受けやすいためほぼ同じ条件と認識してよい。
【００３８】
画像形成装置の使用環境は１日においても絶えず変化するため、温湿度センサのデータの読取をある程度の一定時間間隔で行い、急な使用環境の変改にも対応させるようにしている。
温湿度センサ２３の信号を制御部で読み取ることで、その環境温度によりヒータの制御温度を変化させることができる。例えば、低温、低湿時には、トナー自体の温度が下がり、通常のヒータ制御温度ではトナーの定着性が劣化し、また、高温、高湿時には紙の湿度が上がることで常温時と比べ、定着制御温度の落込みが増大するため、温湿度センサ２３の読取時に応じてヒータ制御温度を補正し設定変更する。
【００３９】
図１０は、温湿度センサ２３の検出結果に基づいて画像形成装置の定着ローラの温度設定を行う手順について示したフローチャートである。
まず、温湿度センサ２３において画像形成装置内部の温度および湿度を検出する（ステップ２１）。
次に、温湿度センサ２３の検出結果が低温かつ低湿度であるか否かを判断する（ステップ２２）。
そして、温湿度センサ２３の検出結果が低温かつ低湿度である場合（ステップ２２；Ｙ）、定着ヒータ温度補正値を＋５℃に設定する（ステップ２４）。
【００４０】
一方、温湿度センサ２３の検出結果が低温かつ低湿度でない場合（ステップ２２；Ｎ）、引き続き、温湿度センサ２３の検出結果が高温かつ高湿度であるか否かを判断する（ステップ２３）。
そして、温湿度センサ２３の検出結果が高温かつ高湿度である場合（ステップ２３；Ｙ）、定着ヒータ温度補正値を＋５℃に設定する（ステップ２５）。
一方、温湿度センサ２３の検出結果が高温かつ高湿度でない場合（ステップ２３；Ｎ）、定着ヒータ温度補正値の設定をしない。
次に、設定された定着ヒータ補正値を所定の定着ヒータ制御温度に加算した値に定着ヒータ制御温度を変更する（ステップ２６）。
定着ヒータ制御温度の変更の後、画像形成処理を実行し（ステップ２７）、処理を終了する。
【００４１】
上述したように、ヒータのオン状態からヒータのオフ動作は急激な電圧変動を生じ、機器の電圧変動や高調波電流を発生し、他の電子機器へのＥＭＩの影響（電磁妨害）を与えてしまうおそれがあった。
そこで、本実施の形態に係る画像形成装置におけるヒータ駆動装置では、ヒータのオフ動作に対し、ヒータの急激な電圧変動を防止するために、図１１に示すように、ヒータ電圧を徐々に下げていくような制御を行うことにより、高調波電流の抑制、電源電圧変動の減少が可能となり、画像形成装置の信頼性を向上させることができる。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、温度検出手段により検出されたローラの温度と、最大消費電力算出手段により算出された最大消費電力とに基づいて、ヒータの駆動電圧を制御することにより、ウォームアップ時の時間短縮が可能で、連続した画像形成でローラ温度が低下した場合の設定温度までの復帰時間短縮になり、低電力モード・オフモードを設けている画像形成装置の場合のリカバリー時間の短縮が可能になる。
請求項２記載の発明によれば、駆動電圧制御手段は、ヒータの駆動電圧をヒータの駆動電圧の最大値の範囲内において変化させることにより、ウォームアップ時のローラ温度のオーバーシュートが抑制でき、かつ、ローラ温度の変化が大きい画像形成時も温度リップルを減少させることができる。
【００４３】
請求項３記載の発明によれば、当該画像形成装置の起動時において、ヒータの駆動電圧を段階的に上昇させることにより、突入電流値を抑え使用回路部品に対しての仕様マージンを上げ、寿命の延長または部品のコストダウンを図ることができる。
請求項４記載の発明によれば、温度制御周期より短い周期でヒータの駆動電圧を段階的に上昇させることにより、定着ヒータの立上り時間の短縮を図ることができる。
【００４４】
請求項５記載の発明によれば、ヒータの駆動電圧および駆動期間を変化させてヒータの駆動電圧を段階的に上昇させることにより、定着温度を早く目標温度まで上昇させることができる。
請求項６記載の発明によれば、転写紙の種類に基づいてヒータの駆動電圧を制御することにより、定着ローラの制御温度の落込み等による画像の定着性の劣化を抑えることができる。
【００４５】
請求項７記載の発明によれば、温湿度検出手段の検出結果に基づいてヒータの駆動電圧を制御することにより、使用環境に応じた最適な定着ヒータ制御温度を設定変更することができ、常に良好な定着性を得ることができる。
請求項８記載の発明によれば、ヒータのオフ時にヒータの駆動電圧を段階的に減少させることにより、高調波や電源電圧変動を抑制することができ、画像形成装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る画像形成装置におけるヒータ駆動装置の概略構成を示した図である（第１の実施例）。
【図２】画像形成装置のフルシステム稼働時、および、排紙ソーターユニット未接続時の各動作モードにおけるヒータへ印加する制御電圧、制御最大電圧、およびローラ温度の関係を示した図である。
【図３】従来のトライアックを用いてのオン／オフ制御の各動作モードにおけるトライアックのオン／オフとローラ温度の関係を示した図である。
【図４】本実施の形態に係る画像形成装置におけるヒータ駆動装置の概略構成を示した図である（第２の実施例）。
【図５】従来の制御方法における電力突入時のヒータ電圧値とヒータ電流値を示した図である。
【図６】本実施例における制御方法を用いた場合の電力突入時のヒータ電圧値とヒータ電流値を示した図である。
【図７】電圧制御周期および電圧制限ステップ幅を説明するための図である。
【図８】複数の紙種を扱う場合における画像形成装置の定着ローラの温度設定処理の手順について示したフローチャートである。
【図９】本実施の形態に係る画像形成装置におけるヒータ駆動装置の概略構成を示した図である（第３の実施例）。
【図１０】温湿度センサの検出結果に基づいて画像形成装置の定着ローラの温度設定を行う手順について示したフローチャートである。
【図１１】ヒータのオフ動作時におけるヒータ電圧値を示した図である。
【符号の説明】
１　交流電源
２　ノイズフィルタ
３　ダイオードブリッジ
４　インダクタ
５　スイッチ素子
６　駆動回路
７　整流ダイオード
８　平滑コンデンサ
９　出力電圧検出回路
１０　第２のスイッチ素子
１１　昇圧チョッパ回路
１２　ヒータ
１３　温度ヒューズ
１４　温度検出回路
１５　エンジン制御回路
１６　ヒータ温度制御ブロック
１７　接続検知ブロック
１８　増設給紙ユニット
１９　両面ユニット
２０　排紙ソーターユニット
２１　操作部
２２　制御電圧演算ブロック
２３　温湿度センサ

Claims (8)

1. ヒータを内蔵したローラを用いて転写紙にトナーを固着させる熱定着装置を搭載した画像形成装置において、
   当該画像形成装置に接続されている機能を検出する接続検出手段と、
   前記接続検出手段の検出結果に基づいて、当該画像形成装置の消費可能な最大電力を算出する最大消費電力算出手段と、
   前記ローラの温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された前記ローラの温度と、前記最大消費電力算出手段により算出された前記最大消費電力とに基づいて、前記ヒータの駆動電圧を制御する駆動電圧制御手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記最大消費電力算出手段は、前記接続検出手段の検出結果に基づいて、前記ヒータの駆動電圧の最大値を算出し、
   前記駆動電圧制御手段は、前記ヒータの駆動電圧を前記ヒータの駆動電圧の最大値の範囲内において変化させることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記駆動電圧制御手段は、当該画像形成装置の起動時に、前記ヒータの駆動電圧を段階的に上昇させることを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記駆動電圧制御手段は、前記ヒータの駆動電圧の制御周期である温度制御周期より短い周期で前記ヒータの駆動電圧を段階的に上昇させることを特徴とする請求項１、請求項２、または、請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記駆動電圧制御手段は、前記ヒータの駆動電圧および駆動期間を変化させて前記ヒータの駆動電圧を段階的に上昇させることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、または、請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記転写紙の種類指定を受け付ける受付手段を備え、
   前記駆動電圧制御手段は、前記受付手段により受け付けられた転写紙の種類に基づいて前記ヒータの駆動電圧を制御することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または、請求項５記載の画像形成装置。
7. 当該画像形成装置内の温度および湿度を検出する温湿度検出手段を備え、
   前記駆動電圧制御手段は、前記温湿度検出手段の検出結果に基づいて前記ヒータの駆動電圧を制御することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、または、請求項６記載の画像形成装置。
8. 前記駆動電圧制御手段は、前記ヒータのオフ時に前記ヒータの駆動電圧を段階的に減少させることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、または、請求項７記載の画像形成装置。

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