JP2004146366A - ヒータ制御装置、ヒータ制御方法および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　電源投入後、短時間で所定のヒータ制御を実現できるようにし、電源周波数の正常な検出ができなかった場合でも、不具合なくヒータに通電する交流の位相制御を行えるようにする。
【解決手段】　交流電源部２に入力する交流のゼロクロス信号を検知して、システム制御部４のＣＰＵ４１の割込み信号とする。ＣＰＵ４１は、割込み信号の立ち下りエッジでゼロクロス割込み処理を行い、所定時間内のその割込み回数をカウントして電源周波数を検出する。ＣＰＵ４１は、検出した電源周波数に基いて位相角タイマのタイマ値を設定し、そのタイマ値のタイミングでトリガパルスを発生してトライアック２１を導通させ、定着ヒータ３に通電する交流を位相制御する。その際、電源周波数検出前に仮の電源周波数を決定して上記位相制御を開始し、また、電源周波数を検出できなかった場合には、仮の電源周波数による位相制御を継続する。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、ヒータ制御技術に係り、特に、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ける定着装置に内蔵するヒータへの通電を制御するヒータ制御装置及びヒータ制御方法とそのヒータ制御装置および定着装置を備えた画像形成装置に関する。

　複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置は、感光体とその周囲に設けられる帯電器部、露光部、現像部、転写部等からなる作象部と、その転写部で転写紙に転写されたトナー象を定着するための定着装置とを備えている。そして、その定着装置にはヒータを内蔵した定着ローラが設けられる。また、その定着ローラの温度を一定に保つためにヒータへの通電を制御するヒータ制御装置も設けられる。
特開２０００−３２２１３７号公報

　この種の従来のヒータ制御装置は、例えば特許文献１に開示されるように、商用電源からヒータへの通電をオン・オフするトライアックと、商用電源の交流電圧が０Ｖになる時点でゼロクロス検知回路から出力されるゼロクロス信号を基準にして所定のタイミングでそのトライアックをオンにするトリガ手段とを備えている。トリガ手段は、上記ゼロクロス信号を基準にして所定のタイミング（位相角）でトリガ信号を出力し、そのトリガ信号によってトライアックをオンにする。トライアックは次のゼロクロス時までオン状態を維持する。したがって、トリガ信号の発生タイミングによって交流の半サイクル中の導通角が変化する。それにより、ヒータへ印加する交流電圧の実効値が変化して、ヒータへの供給電力が制御される。

　上述の従来のヒータ制御装置では、トライアック等のスイッチング手段の導通角の位相制御によってヒータへの通電（供給電力）が制御されるため、ゼロクロス信号等の電源の周波数情報が必要である。

　しかし、例えば、日本国内では、商用電源の交流の周波数が５０Ｈｚと６０Ｈｚの地域が混在する。このような場合でも、その周波数に関係なく同一の機器を使用できることが好ましい。そのためには、電源から供給される交流の周波数を自動的に正しく検出し、その交流の周波数に応じて各半周期内でトライアックをオンにするタイミングを決定してトリガ信号を発生し、トライアックを位相制御する必要がある。したがって、ゼロクロス信号の検出が完了するまではヒータの通電制御を開始できない。

　また、電源電圧波形は必ずしもきれいな正弦波とは限らない。すなわち、電源電圧波形は、近傍に位置する工場等で大電力を消費する機器が動作していたり、自家発電設備を使用していたりすると歪んだ波形となる。これによりゼロクロス信号が乱れ、正しい周波数が検出できなくなることがある。そのような場合には、上述のようにヒータの通電制御を行うことができないため、異常状態として検知されてエラー表示がなされ、画像形成装置が動作できない状態となってしまう。

　そこで、上記特許文献１に開示された技術では、トリガ信号発生手段として、ゼロクロス信号と同期させてトリガ信号を発生する第１のトリガ発生手段と、ゼロクロス信号と非同期でトリガ信号を発生する第２のトリガ発生手段とを設けている。そして、ゼロクロス検知手段によって商用電源から供給される交流のゼロクロス信号の検知が可能な場合は、第１のトリガ発生手段を動作させ、不可能な場合は第２のトリガ発生手段を動作させる。これにより、ゼロクロス信号の検知が不可能な場合でも、定着器のヒータ等の制御対象に供給される電力を制御することができ

　しかしながら、このようにすると、２種類のトリガ発生手段が必要になるので装置の製造コストが上昇する。加えて、ゼロクロス検知手段によりゼロクロス信号の検知が可能か否かが判明するまでは、負荷に対する電力制御を開始できない。また、ゼロクロス信号の検知が不可能となった場合には、第２のトリガ発生手段が発生するゼロクロス信号と非同期なトリガ信号によってトライアックの位相制御を実行してヒータ等に供給する電力を制御するため、電源周波数に応じた略的確な制御を行うことができないという問題がある。

　現在、画像形成装置における定着装置のヒータを制御する場合、定着の立ち上り時間の短縮がスペックとして重要視されている。したがって、電源の周波数検出時間といえども無視できない時間であり、周波数検出時間の短縮が求められている。

　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、電源投入後短時間で所定のヒータ制御を実現できるようにすること、さらには正常な周波数検出ができなかった場合でも不具合のないヒータ制御を行えるようにすることを目的とする。また、画像形成装置における定着処理の立ち上り時間を短縮し、且つダウンタイムを削減することも目的とする。

　本発明によれば、複数の異なる周波数のうちいずれの周波数の交流でも動作可能に構成され、ヒータに供給される交流電圧のゼロクロス点を検知し、検知したゼロクロス信号を基準として所定のタイミングで該ヒータへの通電のオン・オフを制御するヒータ制御装置であって、電源投入時には、前記交流の周波数が検出される以前に周波数を仮決定し、該仮決定周波数に基づいて前記ヒータへの通電を制御し、前記交流の周波数が検出された後は、検出された周波数に基づいて前記ヒータへの通電を制御することを特徴とするヒータ制御装置が提供される。

　上述の発明において、前記仮決定周波数は、前記複数の周波数のうち最も高い周波数であることが好ましい。また、前記複数の周波数が５０Ｈｚ及び６０Ｈｚである場合、前記仮決定周波数は６０Ｈｚであることが好ましい。

　また、上述の発明によるヒータ制御装置は、５０Ｈｚと６０Ｈｚのいずれの交流も入力し得る交流電源部からヒータに供給される交流電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知回路と、前記ヒータへの通電をオン・オフするスイッチング回路と、前記ゼロクロス検知回路から出力されるゼロクロス信号を基準として所定のタイミングで前記スイッチング手段のオン・オフを制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記スイッチング回路をオンするタイミングを決める位相角タイマの設定回路と、前記ゼロクロス検知回路による前記交流電圧のゼロクロス点の検知信号から前記電源部に入力する交流の周波数を検出する周波数検出回路とを具備し、電源投入時には、前記仮決定周波数に応じて前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電を制御し、前記周波数検出回路により前記交流の周波数が検出された後は、検出された周波数に応じて前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電を制御することとしてもよい。また、前記制御部は、前記周波数検出回路によって検出された周波数が前記複数の周波数のいずれにも合致しなかった場合には、前記仮決定周波数により前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電の制御を継続することとしてもよい。さらに、前記制御部は、前記周波数検出回路によって検出された周波数が前記複数の周波数のいずれにも合致せず、且つ前記仮決定周波数により前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電の制御を継続したことを示す情報を不揮発性メモリに蓄積することとしてもよい。

　また、本発明によれば上述の発明によるヒータ制御装置と、前記ヒータを内蔵した定着装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置が提供される。

　また、本発明の別の面によれば、複数の異なる周波数のうちいずれの周波数の交流でも動作可能に構成され、ヒータに供給される交流電圧のゼロクロス点を検知し、検知したゼロクロス信号を基準として所定のタイミングで該ヒータへの通電のオン・オフを制御するヒータ制御方法であって、電源投入時に、前記交流の周波数が検出される以前に周波数を0仮決定し、該仮決定周波数に基づいて前記ヒータへの通電を制御し、前記交流の周波数が検出された後に、検出された周波数に基づいて前記ヒータへの通電を制御する各段階を有することを特徴とするヒータ制御方法が提供される。

　上述の発明において、前記仮決定周波数を決定する段階において、前記複数の周波数のうち最も高い周波数を前記仮決定周波数として選択することが好ましい。また、前記複数の周波数は５０Ｈｚ及び６０Ｈｚであり、前記仮決定周波数を決定する段階において、６０Ｈｚを前記仮決定周波数として選択することが好ましい。

　また、電源投入時には、スイッチング回路をオンするタイミングを決める位相角タイマのタイマ値を前記仮決定周波数に基づいて設定して前記ヒータへの通電を制御し、前記交流の周波数が検出された後は、検出された周波数に基づいて前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電を制御することとしてもよい。さらに、検出された周波数が前記複数の周波数のいずれにも合致しなかった場合には、前記仮決定周波数により前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電の制御を継続する段階をさらに有することとしてもよい。また、検出された周波数が前記複数の周波数のいずれにも合致せず、且つ前記仮決定周波数により前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電の制御を継続したことを示す情報を不揮発性メモリに蓄積する段階をさらに有することとしてもよい。

　本発明のヒータ制御装置及びヒータ制御方法によれば、電源周波数が検出される前に仮決定した仮決定周波数に基づいてヒータに通電する交流の位相制御を開始するため、ヒータの立ち上がり時間が短縮され、電源投入後短時間で所定のヒータ制御を実現することができる。また、電源周波数の検出完了後は検出された電源周波数に基いて位相制御を実行するため、ヒータの制御精度がより向上する。さらに、電源周波数の正常な検出ができなかった場合でも仮決定周波数に基づいて位相制御を継続することが可能である。

　したがって、このヒータ制御装置によって定着装置の定着ヒータへの通電を制御するようにした画像形成装置によれば、電源投入後の定着温度の立ち上がりが早くなるので、待ち時間を短縮できる。また、電源周波数の検出ができなかった場合でもエラーになって動作を停止することがなくなるので、画像形成装置のダウンタイムの削減を図ることができる。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。

　図１は、本発明によるヒータ制御装置の一実施形態による電子写真方式の画像形成装置の一部を示すブロック回路図である。

　図１に示すヒータ制御装置は、交流電源部２とシステム制御部４とから構成されている。交流電源部２は、商用電源１から５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流を入力して、定着装置の定着ローラ内に設けられているハロゲンヒータ等のヒータである定着ヒータ３に交流を給電して発熱させる。ヒータ制御装置の給電回路には、過電流防止のためのブレーカ接点２２と、交流のスイッチング手段としてのトライアック２１とが、定着ヒータ３に直列に接続されている。

　交流電源部２はさらに、図示は省略しているが、商用電源１から入力される交流を変圧および整流・平滑して、システム制御部４および画像形成装置の直流負荷に供給する２４Ｖと５Ｖの直流を生成する回路、及び後述するゼロクロス検知回路等を備えている。　　　システム制御部４は、図示しないシステムバスを介して互いに接続されたＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、タイマ４３、ＲＡＭ４４、各種の入出力回路Ｉ／Ｏ４５、不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）４６等からなる。ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２に格納された制御プログラムやパラメータ等を用いて、交流電源部のトライアックをトリガパルスによって位相制御して定着ヒータへの給電を制御する。また、ＣＰＵ４１は、図示していない感光体やその回りの帯電、露光、現像、転写の各部のシーケンス制御、転写紙の搬送制御など、この画像形成装置全体を統括制御する機能を有する。ここでは、定着ヒータ３の制御に係わる制御手段としての機能について説明する。

　図２は交流電源部２に設けられるゼロクロス検知回路の一例を示す。このゼロクロス検知回路は、商用電源１から供給される交流を、ローパスフィルタと電流制限の機能をなす抵抗Ｒ１、Ｒ２とコンデンサ（キャパシタ）Ｃ１からなる回路を経由してダイオードブリッジＢＲ１にて全波整流する。全波整流された脈流の信号は、発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトトランジスタ（ＰＴ）からなるフォトカプラＰＣ１によって絶縁して伝達され、ヒステリシスインバータＩＣ１に入力されることによりゼロクロス信号が生成される。抵抗Ｒ３，Ｒ４は正電圧を印加するためのプルアップ抵抗である。

　ここで、図３に示すように、商用電源１から供給される交流による「ＡＣ入力信号」の波形がノイズやディップのないきれいな波形であれば、それをダイオードブリッジＢＲ１によって全波整流した「整流後の信号」およびそれをヒステリシスインバータＩＣ１によって矩形波に整形した「ゼロクロス信号」の各波形はそれぞれ正確な波形である。

　ゼロクロス検知回路で検出（生成）されたゼロクロス信号は、図１の交流電源部２からシステム制御部４のＣＰＵ４１の割込み端子ＩＲＱに供給される。そして、ゼロクロス信号の立ち下がりエッジで割込みが発生するようにＣＰＵ４１の割込み動作モードを設定する。これにより、ＡＣ入力信号が正あるいは負の電圧からゼロになる直前に割込みが発生する。予め設定した所定時間内のこの割込み（ゼロクロス割込みと称する）回数をカウントすることによって、供給された交流の周波数（電源周波数という）を検出することができる。

　本発明によれば実際の電源周波数を検出する前に、電源周波数を所定の周波数、例えば６０Ｈｚであると仮決定して、トライアック２１の位相制御によるヒータへの通電制御を開始する。すなわち、電源周波数が６０Ｈｚであるものと仮定して、交流電源部２内のトライアック２１を位相制御するための後述する位相角タイマのタイマ値（ゼロクロス時からトライアックの点弧するトリガパルスを発生するまでの時間）を設定して実際の電源周波数を検出する前からトライアック２１の位相制御による定着ヒータへの通電制御を行う。その詳細は後述する。

　一方、例えば上記所定時間を５００ｍｓとして電源周波数の検出を開始した場合、それから５００ｍｓ経過するまでのゼロクロス割込み回数をカウントする。そして、ゼロクロス割込みのカウント数が４５〜５４であれば、電源周波数は５０Ｈｚであると判定される。また、ゼロクロス割込みのカウント数が５５〜６４であれば、電源周波数は６０Ｈｚであると判定される。電源周波数が５０Ｈｚであると判定されたときには、トライアック２１を位相制御するための上記位相角タイマのタイマ値の設定データを５０Ｈｚ用に変更する。 　しかし、ゼロクロス割込みのカウント数が上記範囲以外のカウント数であった場合、すなわち４５未満あるいは６５以上のカウント数の場合には、正しい電源周波数を検出できない。そのような場合には、電源周波数を仮決定した６０Ｈｚのままと仮定してトライアック２１の位相制御を継続し、定着ヒータへの通電制御を続行する。その詳細も後述する。

　ところで、電源周波数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの場合とでは交流の半周期の時間が異なるため、ゼロクロス点から同じ時間が経過した後にトライアックを点弧しても印加される実効電圧は異なることになる。

　例えば図４に示すように、電源周波数が６０Ｈｚでそのゼロクロス信号が発生している場合に、５０Ｈｚ用のトリガパルスでトライアックを位相制御して定着ヒータへの印加電圧（ヒータ印加電圧）を制御すると、トリガパルスがＰ１のようにゼロクロス点から６０Ｈｚの交流の半周期以内のタイマ値Ｔ１で発生していれば、実効電圧Ｖ１を正常に制御できる。しかし、５０Ｈｚのときに実現可能な最小実効電圧となるタイマ値Ｔ２を位相角タイマに設定したとすると、図示のように次のゼロクロス点（６０Ｈｚの交流の半周期）を過ぎたところでトリガパルスＰ２が発生し、大きな実効電圧Ｖ２をヒータに印加してしまうことになる。これでは正常な位相制御ができないこと（異常）になる。

　そこで、実際の電源周波数を検出するまでは電源周波数を６０Ｈｚと仮定して位相角タイマのタイマ値を設定して位相制御を行うことによって、上述したような不具合はなくなる。しかし、実際の電源周波数が５０Ｈｚであった場合に、６０Ｈｚの場合と同じタイミング（タイマ値）でトリガパルスを発生させてトライアックをオンにすると、ヒータに印加する実効電圧は６０Ｈｚの交流の場合より大きくなり、実現できる最小実効電圧も大きくなってしまう。そのため、以下の記載するような点について注意が必要である。

　まず、定着ヒータへの通電初期時の場合について考察する。通電初期時に定着ヒータに給電する交流を位相制御する目的は、定着ヒータに印加する実効電圧を最小実効電圧から徐々に増加させていくソフトスタートによって、定着ヒータへ流入する突入電流を低減してトライアック２１等のスイッチング素子の破損防止を図ることにある。しかし、通電初期時の位相制御を６０Ｈｚの交流に対して最小実効電圧となる位相角を５０Ｈｚの交流にそのまま適用して制御を行うと、初期の最小実効電圧が２０Ｖ程度大きくなる。この場合はソフトスタート時に印加する電圧パターンを工夫することによって突入電流を増大させないことが可能である。したがって、電源周波数を６０Ｈｚと仮決定して定着ヒータ３に給電する交流の位相制御を行っても、突入電流としては吸収できる程度の差ということになる。

　また通常通電の場合には、通常通電時に定着ヒータに給電する交流を位相制御する目的は、定着温度制御の精度向上という意味合いもあるが、現在ではそれ以上に、同一電源に接続された他の負荷へのフリッカノイズの低減という意味合いが強い。フリッカノイズとは大電力を要する定着ヒータ３への通電のオン・オフが商用電源１の電源ラインの電圧変動を引き起こし、電灯のちらつきやＴＶ画面の揺らぎなどを引き起こすことをいう。これを防止するためには、通電初期時のソフトスタートと同様なソフトスタートを行なうことが効果的である。

　しかし、通電初期時の突入電流防止とは異なり、通常通電時は定着温度の制御との兼ね合いから、ソフトスタートのために印加する電圧パターンには通電初期時のような自由度がない。このため、実際の電源周波数に即した印加電圧パターンで制御することが望ましい。本実施形態では、仮決定した電源周波数に基づいて位相角タイマのタイマ値を設定して位相制御を実行しながら、引き続き電源周波数の検出を行う。そして、実際の電源周波数が検出された場合には、その検出された電源周波数に基づいて位相角タイマのタイマ値を設定するように切り替えて、位相制御をする。

　一方、仮決定した電源周波数に基いてそのまま継続して位相制御を実行しても、温度制御にはほとんど特性差が見られず、フリッカノイズが若干悪化する程度の差が見られることがある。フリッカノイズが若干悪化する程度の差は、画像形成装置を停止させるほどの不具合ではない。このことから、本発明によるヒータ制御装置では、正常な電源周波数が検出できなくとも、従来のように電源周波数検知エラーによる画像形成装置の異常停止とはせずに、仮決定した電源周波数（好ましくは６０Ｈｚ）に基づいて殆ど不具合なく位相制御を継続することができる。その結果、画像形成装置のダウンタイムを低減することができる。

　電源周波数検知エラーがあっても仮決定した電源周波数に基づいて位相制御を継続する場合、電源周波数検知エラーが生じたことを情報としてメモリに蓄積しておくことが好ましい。具体的には、電源周波数検知エラーが生じたこと示す情報を、日時情報等と共に図１に示すシステム制御部のＮＶＲＡＭ４６に蓄積する。ＮＶＲＡＭ４６に蓄積された情報は、メンテナンス点検の際に作業者が装置の状態や過去の状態を確認するために用いられる。したがって、電源周波数検知エラーが生じたことを示す情報がＮＶＲＡＭ４６に蓄積されていれば、メンテナンス作業者は、電源周波数検知エラーが生じて仮決定した電源周波数（６０Ｈｚ）に基づいて継続して移行制御が行なわれていたことを知ることができる。

　次に、図１に示したシステム制御部４（主としてＣＰＵ４１）による定着ヒータ制御について、図５乃至図９のフローチャートを用いて詳細に説明する。図５は定着ヒータ制御処理のメインルーチン、図６はゼロクロス割込みの処理、図７はシステムタイマ割込みの処理、図８は図５における周波数判定のサブルーチンの処理、図９は同じく定着ヒータ位相制御のサブルーチンの処理をそれぞれ示すフローチャートである。図５乃至図９において、「ステップ」を「Ｓ」と略記している。

　図１に示す画像形成装置において電源が投入されると、システム制御部４のＣＰＵ４１は図５のメインルーチンの処理を開始する。

　そして、まずステップ１０１でＣＰＵ４１の各種設定（ＣＰＵイニシャライズ）を行う。ステップ１０２でこれからの制御に備えて全負荷をオフし、負荷の誤動作等が起きないように準備をしておく。ステップ１０１のＣＰＵイニシャライズでは、各種タイマの設定システムタイマ（図１におけるタイマ４３）に対するシステムタイマ割込みの許可等も行なわれる。

　続いて、ステップ１０３で電源周波数検出を行うめにゼロクロス割込みを許可する。そして、ステップ１０４で電源周波数検出開始フラグをセットし、ステップ１０５で電源周波数として仮の周波数として６０Ｈｚを設定（メモリに記憶）する。次いで、ステップ１０６で周波数検出タイマとゼロクロス割込み回数のカウンタをそれぞれゼロクリアする。　　　そして、ステップ１０７で周波数検出終了か否かを判断する。周波数検出が終了していなければそのままステップ１１１へ進んで、仮の電源周波数として設定した６０Ｈｚに基づいて定着ヒータ制御（図９によって後述する）を行う。ステップ１０７で周波数検出が終了していると、ステップ１０８に進んで周波数判定の処理を行い（図８によって後述する）。そして、ステップ１０９で電源周波数を正常に検出できたか否かを判断する。

　ステップ１０９において正常に検出できたと判断された場合は、ステップ１１０においてその検出周波数を電源周波数として設定し直する。続いて、ステップ１１１でその検出した電源周波数に基づいて定着ヒータ制御を行う。正常に検出できなかった場合は、ステップ１１１へ進んで仮の電源周波数に基いて引き続き定着ヒータ制御を行う。

　その後、ステップ１１２でヒータオフか否かを判断する。ヒータオフになると処理を終了するが、それまではステップ１０７へ戻って上述の処理を繰り返す。

　一方、図１の交流電源部２からゼロクロス信号がＣＰＵ４１の割込み端子ＩＲＱに入力されており、その立ち下りエッジごとに図６に示すゼロクロス割込みの処理を行う。そして、ステップ２０１で周波数検出開始フラグがセットされているか否かをチェックする。フラグがセットされていなければそのままステップ２０３に進む。しかし、図５のステップ１０４で周波数検出開始フラグをセットしているので、それをリセットするまではフラグはセットされたまま維持されている。したがって、ルーチンはステップ２０２へ進んで、ＲＡＭ４４内に設けたメモリによるゼロクロス割込み回数カウンタをカウントアップ（＋１）する。

　その後、ステップ２０３で定着ヒータ位相制御か否かを判断する。図５のステップ１１１の「定着ヒータ位相制御」に入っていれば、ステップ２０３の判断はＹＥＳとなり、ルーチンはステップ２０４に進む。ステップ２０４では、内部の位相角タイマのタイマ値（ゼロクロス時点からトリガパルスを発生する時点までの時間）を設定する。そして、ステップ２０５にて位相角タイマをクリアして時間計測をスタートさせ、割込み処理を終了する。一方、定着ヒータ位相制御が行なわれていなければ、ステップ２０６で位相角タイマをストップして、割込み処理を終了する。

　また、図１におけるシステム制御部４内の発振回路で発生するシステムクロックが入力するごとに、図７に示すシステムタイマ割込み処理を行う。この割込み処理ではまず、ステップ３０１で周波数検出開始フラグがセットされているか否かをチェックする。フラグがセットされていなければそのまま割込み処理を終了する。しかし、図５のステップ１０４で周波数検出開始フラグをセットしているので、それをリセットするまでは、ステップ３０２へ進んで周波数検出タイマをカウントアップ（＋１）する。そして、ステップ３０３で所定時間（ここでは５００ｍｓとする）経過したか否かを判断する。経過していなければ割込み処理を終了する。一方、経過していればステップ３０４で「周波数検出終了」とし、周波数検出開始フラグをリセットする。

　したがって、周波数検出開始フラグをセットしてから５００ｍｓ経過すると周波数検出終了し、図５のメインルーチンにおけるステップ１０７の判断がＹＥＳとなる。したがって、ルーチンは、ステップ１０８の周波数判定のサブルーチンへ進む。

　周波数判定のサブルーチンでは、図８に示すように、まずステップ４０１でゼロクロス割込み回数カウンタのカウント値を読み込む。その後、読み込んだカウント値に基づいてステップ４０２〜４０６で電源周波数を判定する。

　すなわち、ステップ４０２でカウント値が４５〜５４か否かを判断し、そうであれば５０Ｈｚと判定する。そうでなければ、ステップ４０４でカウント値が５５〜６４か否かを判断し、そうであれば６０Ｈｚと判定する。そうでなければ周波数不明と判定し、これらの判定結果をメモリに記憶する。

　その後、ステップ４０７で再び周波数検出開始フラグをセットする。そして、ステップ４０８で周波数検出タイマをリセットし、ゼロクロス割込み回数カウンタをクリアして、図５のメインルーチンへ戻る。

　そして、前述したように、ステップ１０９で電源周波数の検出結果をチェックする。５０Ｈｚ又は６０Ｈｚと正常に検出されていれば、ステップ１１０でその検出周波数を電源周波数として設定し直す。そして、ステップ１１１の定着ヒータ制御のサブルーチンへ進む。周波数不明であった場合は、正常検出ではないのでそのまま（電源周波数を仮決定した６０Ｈｚに設定したまま）ステップ１１１の定着ヒータ制御のサブルーチンへ進む。

　定着ヒータ位相制御のサブルーチンでは、図９に示すように、まずステップ５０１で位相角タイマをチェックする。次に、ステップ５０２にてゼロクロス割込みの処理で設定されたタイマ値と一致したか否かを判断する。タイマ値と一致するまでは位相角タイマのチェックを繰り返す。タイマ値と一致すると、ルーチンはステップ５０３へ進んでトリガパルスを発生し、図１に示したトライアック２１を点弧して導通させる。トライアック２１は次のゼロクロス割込み時点まで導通状態を維持して、定着ヒータ３に通電する。したがって、図４に斜線を施して示したヒータ印加電圧の実効値が、トライアック２１の導通角（導通状態にある位相角）によって、すなわち位相角タイマのタイマ値によって制御される。

　電源周波数が検出される前、あるいは電源周波数が正常に検出されなかった場合にも、仮に設定した電源周波数６０Ｈｚに基いて位相角タイマのタイマ値を設定してトライアック２１位相制御をするので、定着ヒータ３の通電制御を行うことができる。実際の電源周波数が５０Ｈｚであったとしても、図４に示した異常のように実効電圧を下げようとしたのに逆に上ってしまうようなことはなく、実効電圧が若干大きくなるだけであり、実用上殆ど問題はない。

　また、図８の周波数判定サブルーチンの処理で説明したように、電源周波数の判定を行った後、周波数検出開始フラグを再びセットし、周波数検出タイマをリセットし、ゼロクロス割込み回数カウンタをクリアして、再び周波数検出の処理を開始する。したがって、何らかの原因で電源周波数の検出ができなかった場合でも、常時５００ｍｓごとに電源周波数の検出を行う。もし正常な検出ができた場合、特に電源周波数が５０Ｈｚであった場合には、その周波数に設定し直してその後の定着ヒータ位相制御を行うので、より正確な位相制御を行うことができる。

　上述の実施形態では、電源周波数として５０Ｈｚと６０Ｈｚの２種類の周波数がある場合について説明したが、電源周波数は５０Ｈｚと６０Ｈｚに限ることなく、それ以外の周波数や、３種類以上の周波数がある場合でも、本発明を適用することができる。

　また、上述の実施形態では、電源周波数検出前に設定する仮の周波数は６０Ｈｚであるが、本発明はこれに限るものではなく、入力し得る電源の周波数の種類に応じて最適な周波数を選定することができ、入力し得る電源の周波数の内で一番高い周波数に設定することが好ましい。

　また、上述の実施形態では、本発明を複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置における定着装置の定着ヒータ制御装置に適用した例について説明したが、これに限るものではなく、ソフトスタートや温度制御が必要な各種のヒータの制御装置にも同様に適用することができる。

　図１０は上述の実施形態によるヒータ制御装置が組み込まれた画像形成装置の一例としてプリンタを示す概略構成図である。図１０に示すプリンタ５０は、静電写真方式を用いて記録紙にトナー像を形成する画像形成装置である。

　給紙トレイ５２あるいはマルチトレイ５４から供給された記録紙は、一連の搬送ローラによりトナー像形成部５６に搬送される。トナー像形成部５６では、感光体ドラム５８上に静電潜像が形成される。静電潜像はトナーにより現像されてトナー像とされ、トナー像が記録紙に転写される。

　トナー像が転写された記録紙は、定着ユニット５８に搬送される。定着ユニット５８は、定着ローラ６０と加圧ローラ６２とを有する。定着ローラ６０の内部にはヒータ６４が組み込まれており、定着ローラを所定の温度に加熱する。記録紙が定着ローラ６０と加圧ローラ６２の間を通過する際に、記録紙に転写されたトナー像は、定着ローラ６０により加熱され且つ加圧ローラ６２により加圧されることにより、記録紙上に定着される。トナー像の定着が終了した記録紙は一連のローラにより、プリンタ５０の上側あるいは前面側から排出される。

　以上のような構成のプリンタ５０において、定着ローラ６０に組み込まれたヒータ６４の通電制御に、本発明によるヒータ制御装置が用いられる。ヒータ６４の通電を本発明によるヒータ制御方法により制御する制御部は、プリンタ５０の本体内に設けられたプリント基板よりなる制御基板６６に設けられる。

　プリンタ５０のヒータ６４は、定着ローラを急速に加熱するために比較的大きな電力を必要とする。プリンタ５０への電源投入時等に、短時間にヒータ６４に大電力を投入すると、電源電圧が変動し、プリンタ５０の周囲の電気機器に影響を及ぼすおそれがある。そこで、徐々にヒータへの供給電圧を増大させるために通常ソフトスタート法によりヒータへの通電を制御する。

　ソフトスタートは電源周波数に基づいて行なわれるため、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流で駆動されるプリンタ５０では、通常、電源周波数が検出された後にヒータの通電が行なわれる。したがって、従来は、プリンタ５０の電源スイッチがオンとされた後、電源周波数が検出されるまでは、ヒータ６４への通電は行なわれない。しかし、本発明によるヒータ制御装置を組み込めば、電源が投入されてから電源周波数が検出されるまでの時間も、仮決定した周波数に基づいてヒータ６４の通電を制御することができる。したがって、プリンタ５０の初期立ち上げ時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態による画像形成装置のヒータ制御装置に係わる部分の構成を示すブロック回路図である。 図１における交流電源部に設けられるゼロクロス検知回路の一例を示す回路図である。 交流電源から入力される交流によるＡＣ入力信号とそれを全波整流した整流後の信号およびゼロクロス信号の各波形を示す波形図である。 電源周波数が６０Ｈｚのときに５０Ｈｚ用トリガパルスでトライアックの位相制御を行った場合の問題を説明するための波形図である。 図１のシステム制御部による定着ヒータ制御処理のメインルーチンのフローチャートである。 ゼロクロス割込みの処理のフローチャートである。 システムタイマ割込みの処理のフローチャートである。 図５のメインルーチンにおける周波数判定のサブルーチンの処理を示すフローチャートである。 図５のメインルーチンにおける定着ヒータ位相制御のサブルーチンの処理を示すフローチャートである。 本発明によるヒータ制御装置が組み込まれた画像形成装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

　１：商用電源
　２：交流電源部
　３：定着ヒータ
　４：システム制御部
　２１：トライアック（スイッチング手段）
　２２：ブレーカ接点
　４１：ＣＰＵ
　４２：ＲＯＭ
　４３：タイマ
　４４：ＲＡＭ
　４５：入出力回路（Ｉ／Ｏ）
　４６：ＮＶＲＡＭ
　５０：プリンタ
　５２：給紙トレイ
　５４：マルチトレイ
　５６：トナー像形成部
　５８：定着ユニット
　６０：定着ローラ
　６２：加圧ローラ
　６４：ヒータ
　６６：制御基板
　Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４：抵抗
　Ｃ１：コンデンサ
　ＢＲ１：ダイオードブリッジ
　ＰＣ１：フォトカプラ
　ＩＣ１：ヒステリシスインバータ

Claims (13)

1. 　複数の異なる周波数のうちいずれの周波数の交流でも動作可能に構成され、ヒータに供給される交流電圧のゼロクロス点を検知し、検知したゼロクロス信号を基準として所定のタイミングで該ヒータへの通電のオン・オフを制御するヒータ制御装置であって、
   　電源投入時には、前記交流の周波数が検出される以前に周波数を仮決定し、該仮決定周波数に基づいて前記ヒータへの通電を制御し、前記交流の周波数が検出された後は、検出された周波数に基づいて前記ヒータへの通電を制御することを特徴とするヒータ制御装置。
2. 　請求項１記載のヒータ制御装置であって、
   　前記仮決定周波数は、前記複数の周波数のうち最も高い周波数であることを特徴とするヒータ制御装置。
3. 　請求項１記載のヒータ制御装置であって、
   　前記複数の周波数は５０Ｈｚ及び６０Ｈｚであり、前記仮決定周波数は６０Ｈｚであることを特徴するヒータ制御装置。
4. 　請求項３記載のヒータ制御装置であって、
   　５０Ｈｚと６０Ｈｚのいずれの交流も入力し得る交流電源部からヒータに供給される交流電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知回路と、
   　前記ヒータへの通電をオン・オフするスイッチング回路と、
   　前記ゼロクロス検知回路から出力されるゼロクロス信号を基準として所定のタイミングで前記スイッチング手段のオン・オフを制御する制御部と
   　を有し、
   　前記制御部は、前記スイッチング回路をオンするタイミングを決める位相角タイマの設定回路と、前記ゼロクロス検知回路による前記交流電圧のゼロクロス点の検知信号から前記電源部に入力する交流の周波数を検出する周波数検出回路とを具備し、
   　電源投入時には、前記仮決定周波数に応じて前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電を制御し、
   　前記周波数検出回路により前記交流の周波数が検出された後は、検出された周波数に応じて前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電を制御する
   　ことを特徴とするヒータ制御装置。
5. 　請求項４記載のヒータ制御装置であって、
   　前記制御部は、前記周波数検出回路によって検出された周波数が前記複数の周波数のいずれにも合致しなかった場合には、前記仮決定周波数により前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電の制御を継続することを特徴とするヒータ制御装置。
6. 　請求項５記載のヒータ制御装置であって、
   　前記制御部は、前記周波数検出回路によって検出された周波数が前記複数の周波数のいずれにも合致せず、且つ前記仮決定周波数により前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電の制御を継続したことを示す情報を不揮発性メモリに蓄積することを特徴とするヒータ制御装置。
7. 　請求項１乃至６のいずれか一項に記載のヒータ制御装置と、前記ヒータを内蔵した定着装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
8. 　複数の異なる周波数のうちいずれの周波数の交流でも動作可能に構成され、ヒータに供給される交流電圧のゼロクロス点を検知し、検知したゼロクロス信号を基準として所定のタイミングで該ヒータへの通電のオン・オフを制御するヒータ制御方法であって、
   　電源投入時に、前記交流の周波数が検出される以前に周波数を仮決定し、
   　該仮決定周波数に基づいて前記ヒータへの通電を制御し、
   　前記交流の周波数が検出された後に、検出された周波数に基づいて前記ヒータへの通電を制御する
   　各段階を有することを特徴とするヒータ制御方法。
9. 　　請求項８記載のヒータ制御方法であって、
   　前記仮決定周波数を決定する段階において、前記複数の周波数のうち最も高い周波数を前記仮決定周波数として選択することを特徴とするヒータ制御方法。
10. 　請求項９記載のヒータ制御方法であって、
    　前記複数の周波数は５０Ｈｚ及び６０Ｈｚであり、
    　前記仮決定周波数を決定する段階において、６０Ｈｚを前記仮決定周波数として選択することを特徴とするヒータ制御方法。
11. 　請求項１０記載のヒータ制御方法であって、
    　電源投入時には、スイッチング回路をオンするタイミングを決める位相角タイマのタイマ値を前記仮決定周波数に基づいて設定して前記ヒータへの通電を制御し、
    　前記交流の周波数が検出された後は、検出された周波数に基づいて前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電を制御する
    　ことを特徴とするヒータ制御方法。
12. 　請求項１１記載のヒータ制御方法であって、
    　検出された周波数が前記複数の周波数のいずれにも合致しなかった場合には、前記仮決定周波数により前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電の制御を継続する段階をさらに有することを特徴とするヒータ制御方法。
13. 　請求項１２記載のヒータ制御方法であって、
    　検出された周波数が前記複数の周波数のいずれにも合致せず、且つ前記仮決定周波数により前記位相角タイマのタイマ値を設定して前記ヒータへの通電の制御を継続したことを示す情報を不揮発性メモリに蓄積する段階をさらに有することを特徴とするヒータ制御方法。

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