JP2010066376A - 定着制御装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数本のヒータのソフトスタート・ソフトストップ期間が重ならないようにして高調波電流の発生を防ぐ。
【解決手段】定着ヒータ制御における前周期のＤＵＴＹが高い場合、ヒータのフィラメント温度はそれほど低くならないため、ソフトスタートに必要な期間（時間）は短くて済む。そこで、例えば前周期のＤＵＴＹが９０％の場合は、ソフトスタート期間を１０ｍｓｅｃ以下に短縮でき、複数ヒータ（ヒータ_1、ヒータ_2）のソフトスタート期間ソフトストップ期間が重ならないようにすることができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、記録材表面のトナー像を加熱溶融して定着させる定着装置ならびにその制御装置及び画像形成装置に関するものである。

特開平１０−１８６９４０号公報 特開平６−２３６１２８号公報 特開平９−３１１５８４号公報 特開昭５９ー１１１６６９号公報

従来、プリンタ，複写機，ファクシミリ等の画像形成装置においては、用紙等の記録材に形成されたトナー像を加熱溶融することにより、画像を記録材上に定着させる定着装置を用いることが知られている。一般的に、トナー像として形成された電子写真画像を記録材に定着する定着装置は、定着熱源であるヒータに電力を供給して定着ローラや定着ベルト等の定着部材を発熱させ、この熱でトナー像を加熱溶融して記録材に定着する処理を行う。

このような定着装置は、トナー像を記録材に定着している間の定着温度を一定にするために、前記ヒータに電力を供給して所定の温度（目標制御温度）に昇温させて定着可能状態とし、この所定定着温度を維持しつつ定着装置へ記録材を通過させるという構成になっている。

ここで、ヒータのパワー駆動（加熱制御）はヒータへの供給電力を制御することにより行うものとしている。
ヒータへの供給電力の制御方法としては、定着装置に設けられたサーミスタ等の温度センサにより温度を検出し、目標制御温度との差に応じて、単位時間（以下制御周期）あたりのヒータへの通電時間（以下ＤＵＴＹ）を変化させる方法が一般的である。

ＤＵＴＹの演算方法としては、ＰＩＤ制御などのフィードバック制御が用いられることが多い。
ここでＰＩＤ制御について説明する。

ＰＩＤ制御は、Ｐ：Ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ（比例）、Ｉ：Ｉｎｔｅｇｒａｌ（積分）、Ｄ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（微分）の３つの組み合わせで制御するものであり、目標値と現在値の偏差に応じ、複数のパラメータを最適化することにより制御を行うものである。

定着温度制御に適用する場合、具体的には、次式により制御周期ごとにＤＵＴＹを計算することになる。

ただし、
Ｋｐ：比例ゲイン
ＴＩ：積分時間
ＴＤ：微分時間
ｅ１（ｔ）：目標制御温度と定着部材の温度の誤差（＝ｒ（ｔ）−ｙ（ｔ））
ｒ（ｔ）：目標制御温度
ｙ（ｔ）：定着部材の温度
Ｔ：制御周期
である。

ＰＩＤコントローラを用いて温度情報を基にＤＵＴＹを演算し、制御することにより、図１０に示すように、定着温度を目標温度付近で安定化することが可能となる。
図１１には制御周期が２０００ｍｓ、ＰＩＤコントローラにより演算されたＤＵＴＹが３０％であった場合の通電の制御の様子の具体例を示す。図１１に示すように商用電源のゼロクロス点で通電を開始し、制御周期２００ｍｓの３０％、すなわち６０ｍｓ経過後に通電を終了する。このようにゼロクロス点での通電のオン、オフを切替えて通電時間をコントロールする方法をオン・オフ方式と呼ぶ。

ハロゲンヒータを用いた場合、オン・オフ方式ではヒータ点灯開始時に流れる突入電流が大きいため、ヒータに商用電源を接続して用いる場合、商用電源ラインの電圧変動を起こし、フリッカ現象という同じ電源ラインに接続されている他の機器に悪影響を及ぼす現象を発生させていた。

この現象を回避するために、図１２に示すように通電開始時に、位相角を変化させる位相制御を行い徐々にヒータへの通電時間を大きくする方式が広く用いられている。このような制御方式はソフトスタート方式と呼ばれる。また場合によっては図１３に示すように消灯時にも、同様の理由により徐々に通電時間を減らしていくソフトストップ方式を併用することも多い。

図１４には制御周期が２００ｍｓ、ＤＵＴＹが３０％の場合のソフトスタート・ソフトストップ方式による通電制御の様子を示す。
以上のようなソフトスタート・ソフトストップ方式を用いると、急激な電圧変動を減少させることができるため、前述のフリッカ現象を回避することができる。その一方、位相制御を行うことにより高調波電流を発生させてしまうため、フリッカ、高調波電流の双方のバランスを取りソフトスタート・ソフトストップ方式を行う必要がある。

さて、近年の定着装置では通紙される様々な紙幅に対応するために複数本のヒータを有していることが多い。
このような構成の場合、上記で述べたソフトスタート・ソフトストップ方式を、複数のヒータへそれぞれ適用することになる。

図１５にはソフトスタート・ソフトストップ方式により２本のヒータを点灯させる場合の制御の様子を示す。
図１５に示すように、複数本のヒータで点灯を行う場合、互いのヒータのソフトスタート・ソフトストップ期間が重なった場合、高調波電流の発生がさらに大きくなるという問題がある。

このため、図１６に示すように一方のヒータに対する他方のヒータの点灯開始タイミングをずらし、双方のヒータのソフトスタート・ソフトストップ区間が重ならないようにし点灯を行う方法などが用いられている。

このような複数のヒータの点灯タイミングをずらすことは、電圧変動、高調波電流の発生を抑える上で有効であるため、広く用いられている。
例えば特許文献１には、複数のヒータのうちの基準となるヒータの通電制御の開始から、他方のヒータの通電制御の開始までの時間を遅らせる遅延手段と、温度検知手段の出力に基づいて、前記遅延手段が遅らせる時間を変更する変更手段とを備えることを特徴とするヒータ制御装置が記載されている。

特許文献２には、記録媒体上にトナー等の顕画材により画像を形成し、熱定着することによって画像形成物を出力する画像形成装置において、熱定着手段が複数のヒータを有するものであり、装置の動作状態に応じて該複数のヒータを選択的に駆動し、熱定着手段が複数のヒータを同時に使用する場合には各ヒータの駆動開始タイミングをずらすヒータ制御手段を有することを特徴とする画像形成装置が記載されている。

特許文献３には、複数個の加熱手段の各々を点灯させる際には点灯させるべき加熱手段点灯用のタイマがタイムアップしたことを判断して加熱手段を点灯させることにより、複数個の加熱手段を同時にオフからオンにならないように制御すると共に、複数個の加熱手段の各々を消灯させる際には消灯させるべき加熱手段消灯用のタイマがタイムアップしたことを判断して加熱手段を消灯させることにより、複数個の加熱手段を同時にオンからオフにならないように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする定着装置が記載されている。

特許文献４には、ヒータを２組以上備える定着器の温度を検出し、２組以上のヒータを共に通電するときに、１つのヒータを通電してから、検出温度に対応する所定の時間遅らせてもう１つのヒータを通電する定着ヒータの通電制御方法が記載されている。

しかしながらＤＵＴＹ演算にＰＩＤコントローラなどを用いた場合、前述のように、定着部材の温度によりＤＵＴＹがリアルタイムで変化していくため、各ヒータの通電開始タイミングを単純にシフトさせるだけでは、ＤＵＴＹの値によっては双方のソフトスタート・ストップ区間が重なってしまうことがあるという問題があった。

本発明は、従来の定着制御における上述の問題を解決し、複数本のヒータのソフトスタート・ソフトストップ期間が重ならないようにして高調波電流の発生を防ぐことのできる定着制御装置、定着装置及び画像形成装置を提供することを課題とする。

前記の課題は、本発明により、定着部材と加圧部材とを圧接させ、未定着トナー像を担持した記録材を前記両部材間に通紙して未定着トナー像の定着を行なう定着装置の制御装置において、前記定着部材又は前記定着部材と前記加圧部材を加熱する熱源として複数本のヒータを有し、各ヒータは制御周期あたりの通電時間であるＤＵＴＹを制御することにより供給電力を制御され、かつ、各ヒータの点灯を開始するタイミングを各ヒータの前記ＤＵＴＹにより決定するよう設けられるとともに、各ヒータは通電開始時と通電終了時にそれぞれソフトスタート及びソフトストップ可能に設けられ、各ヒータのソフトスタート期間とソフトストップ期間とが重ならないように各ヒータのソフトスタート期間の長さを短縮又は無くすように制御することにより解決される。

また、前記ソフトスタート期間の長さを短縮する場合、そのヒータの１つ前の制御周期におけるＤＵＴＹ値に基づいてソフトスタート期間の長さを決定すると好ましい。
また、前記ソフトスタート期間の長さを短縮する場合、そのヒータが前回消灯してから経過した時間に基づいてソフトスタート期間の長さを決定すると好ましい。

また、前記ソフトスタート期間の長さを短縮する場合、そのヒータにより加熱される部材の温度に基づいてソフトスタート期間の長さを決定すると好ましい。
また、前記の課題は、本発明により、定着部材と加圧部材とを圧接させ、未定着トナー像を担持した記録材を前記両部材間に通紙して未定着トナー像の定着を行なう定着装置の制御装置において、前記定着部材又は前記定着部材と前記加圧部材を加熱する熱源として複数本のヒータを有し、各ヒータは制御周期あたりの通電時間であるＤＵＴＹを制御することにより供給電力を制御され、かつ、各ヒータの点灯を開始するタイミングを各ヒータの前記ＤＵＴＹにより決定するよう設けられるとともに、各ヒータは通電開始時と通電終了時にそれぞれソフトスタート及びソフトストップ可能に設けられ、各ヒータのソフトスタート期間とソフトストップ期間とが重ならないように各ヒータのソフトストップ期間の長さを短縮又は無くすように制御することにより解決される。

また、１本のヒータのソフトストップ期間に他のヒータのソフトスタート期間が重なった場合に、前記１本のヒータのソフトストップ期間を短縮又は無くすと好ましい。
また、前記の課題は、本発明により、定着部材と加圧部材とを圧接させ、未定着トナー像を担持した記録材を前記両部材間に通紙して未定着トナー像の定着を行なう定着装置の制御装置において、前記定着部材又は前記定着部材と前記加圧部材を加熱する熱源として複数本のヒータを有し、各ヒータは制御周期あたりの通電時間であるＤＵＴＹを制御することにより供給電力を制御され、かつ、各ヒータの点灯を開始するタイミングを各ヒータの前記ＤＵＴＹにより決定するよう設けられるとともに、各ヒータは通電開始時と通電終了時にそれぞれソフトスタート及びソフトストップ可能に設けられ、商用電源以外に前記各ヒータに電力を供給可能な第二の電力供給手段を備え、該第二の電力供給手段から前記各ヒータに電力を供給することにより、各ヒータのソフトスタート期間とソフトストップ期間とが重ならないように各ヒータのソフトスタート期間の長さを短縮又は無くすように制御することにより解決される。

また、前記第二の電力供給手段は、商用電源からの電力供給を受けて充電される補助電源であると好ましい。
また、前記補助電源からの電力供給は、前記ヒータがＯＮした当初の所定時間とすると好ましい。

また、前記第二の電力供給手段は、商用電源からの電力を直流に変換して供給する直流電源であると好ましい。
また、前記複数本のヒータが前記定着部材に内蔵され、それぞれ通紙する記録材のサイズに応じた発熱領域を有すると好ましい。

また、前記の課題は、本発明により、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の定着制御装置を備える定着装置により解決される。
また、前記の課題は、本発明により、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の定着制御装置または請求項１２に記載の定着装置を備える画像形成装置により解決される。

本発明の定着制御装置によれば、各ヒータのソフトスタート期間とソフトストップ期間とが重ならないように各ヒータのソフトスタート期間の長さを短縮又は無くすように制御するので、商用電源ラインの電圧変動と位相制御に伴う高調波電流の発生とを防止することができる。また、より広いＤＵＴＹの領域でソフトスタートとソフトストップが重ならないようにでき、高調波規格に対するマージンを広げることができる。

請求項２の構成により、ヒータの１つ前の制御周期におけるＤＵＴＹ値に基づいてソフトスタート期間の長さを決定するので、定着ヒータのフィラメント温度に則したソフトスタート期間の長さを決定することができ、容易な制御で確実な効果を得ることができる。

請求項３の構成により、ヒータが前回消灯してから経過した時間に基づいてソフトスタート期間の長さを決定するので、フィラメント温度の二次的検知手段としてより適した方法で制御を行なうことができる。

請求項４の構成により、ヒータにより加熱される部材の温度に基づいてソフトスタート期間の長さを決定するので、簡単な装置構成での定着制御が可能となる。
請求項５の構成により、各ヒータのソフトスタート期間とソフトストップ期間とが重ならないように各ヒータのソフトストップ期間の長さを短縮又は無くすように制御するので、ソフトスタートの期間を変更することなく、商用電源ラインの電圧変動と位相制御に伴う高調波電流の発生とを防止することができる。

請求項６の構成により、１本のヒータのソフトストップ期間に他のヒータのソフトスタート期間が重なった場合に、そのヒータのソフトストップ期間を短縮又は無くすことにより、定着装置トータルでの急激な電圧変動を抑制することができ、商用電源ラインの電圧変動と位相制御に伴う高調波電流の発生とを防止することができる。

請求項７の構成により、第二の電力供給手段から各ヒータに電力を供給することにより、各ヒータのソフトスタート期間とソフトストップ期間とが重ならないように各ヒータのソフトスタート期間の長さを短縮又は無くすように制御するので、商用電源ラインの電圧変動と位相制御に伴う高調波電流の発生とを防止することができる。また、より広いＤＵＴＹの領域でソフトスタートとソフトストップが重ならないようにでき、高調波規格に対するマージンを広げることができる。

請求項８の構成により、補助電源を用いることで比較的容易な手段によりソフトスタート期間を短縮することができる。
請求項９の構成により、補助電源からの電力供給をヒータがＯＮした当初の所定時間とするので、補助電源にかかるコストを抑制しつつ効率的にソフトスタート期間を短縮することができる。

請求項１０の構成により、比較的容易な手段によりソフトスタート期間を短縮することができる。
請求項１１の構成により、通紙領域に対応して発熱領域が設定された複数本のヒータを効率良く制御して商用電源ラインの電圧変動と位相制御に伴う高調波電流の発生とを防止することができる。

請求項１２の定着装置及び請求項１３の画像形成装置によれば、定着ヒータ点灯時の突入電流によるフリッカ現象を発生させること無く、定着動作及び画像形成動作を実行可能な装置を提供することができる。また、定着ヒータの位相制御に伴う高調波電流の発生も抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は本発明の最良の形態であって、特許請求の範囲を限定するものではない。
図１は、本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一例であるフルカラー複合機の概略を示す断面構成図である。この図に示す画像形成装置１００は、装置本体１２０の上方に画像読取装置１１０を備えて、複写装置として構成されたものであるが、複写機能の他にもプリンタ及びファクシミリの機能を有するフルカラー複合機である。装置本体１２０の右側面には、両面ユニット１３０が取り付けられている。

装置本体１２０の内部には、４個のプロセスカートリッジ１２（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）、無端状の中間転写ベルト１１、二次転写ローラ２１、プロセスカートリッジにトナーを供給する各色のトナーボトル２９などが配設されている。プロセスカートリッジ１２は、ドラム状の像担持体１０の周囲にクリーニング手段，帯電手段，現像手段などを配設している。

中間転写ベルト１１は、各像担持体である感光体１０の上方に位置し、中間転写ベルト１１の下側の走行辺が各感光体１０の周面に当接している。中間転写ベルト１１は、各感光体１０の表面にそれぞれ形成された互いに異なる色のトナー像が重ねて転写される転写材の一例を構成するものである。本例では、複数のローラに掛け回して図中反時計回りに走行駆動される。

各感光体１０上にトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルト１１に転写する作像ユニットの構成は、用いるトナーの色が異なるだけで、実質的に全て同一である。感光体１０は図１における時計方向に回転駆動され、このとき帯電電圧を印加された帯電手段によって感光体１０が所定の極性に帯電される。

四連タンデムに並べられたプロセスカートリッジ１２（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）の下には、光書き込み装置１３が配置され、この光書き込み装置１３から出射する光変調されたレーザビームが帯電後の感光体１０に照射され、これによって感光体１０に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像手段によって各色のトナー像として可視像化される。

中間転写ベルト１１を挟んで感光体１０と対向するように一次転写ローラ２５が設けられ、この一次転写ローラ２５に転写電圧が印加されることにより、感光体１０上のトナー像が、回転する中間転写ベルト１１上に一次転写される。

また、光書き込み装置１３の下方には給紙装置１４が配置される。給紙装置１４は、転写紙等の記録材を収納する給紙カセット１５を、本例では２段備えている。各給紙カセット１５内の用紙は、給紙コロ１７によって一枚ずつ繰り出され、用紙搬送路１６を通って給紙される。

用紙搬送路１６は、画像形成装置本体内の右側に下方から上方に向けて形成され、装置本体１２０の上面に画像読取装置１１０との間に形成された胴内排紙部１８へと通ずるように設けている。用紙搬送経路には、レジストローラ１９、二次転写装置２１、定着装置２２、一対の排紙ローラよりなる排紙装置２３などを順に設けている。レジストローラ１９の上流には、両面ユニット１３０から再給紙し、または両面ユニット１３０を横切って手差し給紙部３６から手差し給紙する用紙を用紙搬送路１６に合流する給紙路を設けている。また、定着装置２２の下流には、両面ユニット１３０への再給紙搬送路２４を分岐して設けている。

そして、コピーを取るときは、画像読取装置１１０で原稿画像を読み取って露光装置１３で書き込みを行い、各作像装置１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ，１２Ｋのそれぞれの像担持体上に各色トナー像を形成し、そのトナー像を一次転写装置２５で順次転写して中間転写ベルト１１上にカラー画像を形成する。

一方、給紙コロ１７の1つを選択的に回転して対応する給紙カセット１５から用紙を繰り出して用紙搬送路１６に入れ、または手差し給紙装置３６から手差し用紙を給紙路に入れる。そして、用紙搬送路１６を通して搬送し、レジストローラ１９でタイミングを取って二次転写位置へと送り込み、上述したごとく中間転写ベルト１１上に形成したカラー画像を二次転写装置２１で用紙に転写する。画像転写後の用紙は、定着装置２２で画像定着後、排紙装置２３で排出して胴内排紙部１８上にスタックする。

用紙裏面にも画像を形成するときには、再給紙搬送路２４に入れて両面ユニット１３０で反転してから再給紙路を通して再給紙し、別途中間転写ベルト１１上に形成したカラー画像を用紙に二次転写した後、再び定着装置２２で定着して排紙装置２３で胴内排紙部１８に排出する。

図２は、定着装置２２の構成を模式的に示す断面図である。
この図に示すように、定着装置２２は、ローラ形状の定着部材である定着ローラ２７と、ローラ状の加圧部材である加圧ローラ２８とを備えており、これらのローラ２７，２８のうちの一方のローラの回転軸は固定され、他方のローラの回転軸は移動自在として他方のローラが一方のローラに対して接離可能に支持され、かつ他方のローラが一方のローラに向けて図示しないばねで付勢されて、定着ローラ２７と加圧ローラ２８との間で定着ニップが形成される。

図３に詳しく示すように、定着ローラ２７内には、定着ローラ中央部を加熱するヒータ_1、及び定着ローラ端部を加熱するヒータ_2からなる定着ヒータ３０が内蔵されている。
また、温度検知手段として、定着ローラ２７の軸方向中央部の温度を検知する中央温度検知手段２９、及び定着ローラ２７の軸方向端部の温度を検知する端部温度検知手段３２を近接して備え、定着ローラ２７の中央部と端部の温度をそれぞれ測定する。

次に定着ヒータ３０の制御方法について説明する。
まず、ヒータ_1の制御方法であるが、あらかじめ指定された目標制御温度と、中央温度検知手段２９により検知された定着ローラ中央部の温度との間の温度偏差の情報を基にＰＩＤコントローラ４１が演算を行う。この演算結果は、単位時間（制御周期）あたりにヒータ_1が通電する割合（DUTY_1）となっており、計算されたDUTY_1を基に、ＰＷＭ駆動回路４２を通じて、ヒータ_1を点灯する。本例では、ヒータ_1の両端に、ある時間あたりの定格交流電圧を印加する割合を制御することになる。

ここで、ＰＩＤ演算式によるDUTY_1を計算する手順の詳細を述べる。DUTY_1の演算には、ＰＩＤ基本式である次式（２）をディジタル型に変換した式（３）を用いる。

ただし、
Ｋp：比例ゲイン
ＴI：積分時間
ＴD：微分時間
ｅ1(ｔ):目標制御温度と定着ローラ２７の中央部の温度の誤差（＝ｒ1(ｔ)-ｙ1(ｔ)）
ｒ1(ｔ):目標制御温度
ｙ1(ｔ):定着ローラ２７の中央部の温度
Ｔ：制御周期
である。なおＫｐ，ＴI，ＴDはあらかじめそれぞれ適切な値に決定しておく。
式（３）を用いて制御周期ごとにDUTY_1を計算し、ヒータ_1への通電時間を決定する。

例えば制御周期が２００ｍｓｅｃ、上式により演算されたDUTY_1が３０％であった場合の通電の様子は図１１のようになる。
以上のように、ＰＩＤコントローラ４１により演算されたDUTY_1を基に通電を行うわけだが、通電開始時と通電終了時に発生する電圧変動を軽減するために、図１４のように通電時間を徐々に増やすソフトスタート及び通電時間を徐々に減らすソフトストップを適用する。

同様にヒータ_2は、あらかじめ指定された目標制御温度と端部温度検知手段３２により検知された定着ローラ端部の温度との間の温度偏差の情報を基にＰＩＤコントローラ４４がDUTY_2を次式により計算する。

ただし、
ｅ2(ｔ):目標制御温度と定着ローラ２７の端部の温度の誤差（＝ｒ2(ｔ)-ｙ2(ｔ)）
ｒ2(ｔ):目標制御温度
ｙ2(ｔ):定着ローラ２７の端部の温度

そしてＰＷＭ駆動回路４３を通して、ヒータ_2を点灯する。また同様にソフトスタート・ソフトストップ期間を設け徐々に点灯時間を変化させる。
以降は便宜的に点灯時の様子を図４のように表す。

前述したように各ヒータのソフトスタート期間、ソフトストップ期間が重なると高調波電流が大きくなる。
そこで、ヒータ_1に対してヒータ_2の点灯開始タイミングをずらすことを考える。各ヒータのソフトスタート・ソフトストップ期間が重ならないためには図５に示すように３通りのパターンが考えられる。

パターンＡは直列型であり、一方のヒータがソフトストップを終え、消灯した後に他方のヒータの点灯を開始するパターンである。このパターンは互いが同時に点灯することがないため、フリッカ、高調波電流に最も有利な点灯パターンである。

パターンＢは挿入型であり、一方のヒータのソフトスタート期間とソフトストップ期間の間に、他方のヒータの点灯を入れ込むパターンである。このパターンは一方のヒータに対して他方のヒータの点灯率が相対的に小さい時に適用可能である。

パターンＣは相互型であり、一方のヒータのソフトスタート期間が終了した後に他方のヒータの点灯をソフトスタートを開始し、一方のヒータのソフトストップが終了した後に、他方のヒータのソフトスタートを開始するパターンである。

以上の３パターンのいずれかのパターンで点灯を行うためには、各ヒータのＤＵＴＹ（DUTY_1及びDUTY_2）が以下の条件を満たす必要がある。
［パターンＡ］
ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋DUTY_1＋DUTY_2＜Ｔ・・・（６）
［パターンＢ］
DUTY_1＞ｔ３＋ｔ４＋DUTY_2 ・・・（７）
ｔ１＋ｔ２＋DUTY_1＜Ｔ・・・（８）
［パターンＣ］
（９）かつ（１０）かつ（１１）
ｔ１＋ｔ２＋ｔ４＋DUTY_1＜Ｔ・・・（９）
DUTY_1＞ｔ３・・・（１０）
DUTY_2＞ｔ２・・・（１１）

本実施形態では例えば、ｔ１〜ｔ４、Ｔを次の表１のように設定した場合、上式（各パターン）をグラフに表すと図６のようになる。

図６はＰＩＤコントローラによりDUTY_1及びDUTY_2が得られた場合、各ヒータのソフトスタート、ソフトストップが重ならないようにするために、Ａ〜Ｃのどのパターンが適用可能かを示している。

例えば、DUTY_1が２０％，DUTY_2が３０％であった場合には、パターンＡで点灯することが可能であり、DUTY_1が３０％，DUTY_2が８０％であった場合には、パターンＢで点灯することが可能であり、DUTY_1が６０％，DUTY_2が６０％であった場合には、パターンＣで点灯することが可能である。このように各ヒータのソフトスタート・ソフトストップ区間を重ならないようにすることができる。

一般的には、制御周期が２００ｍｓｅｃ以上、各々のヒータ定格が１２００Ｗ以下である場合には、各ヒータのＤＵＴＹが８０％以下の領域ではＡ〜Ｃのいずれかのパターンに当てはめることが可能となる。

以上のように、ＰＩＤコントローラにより演算された各ヒータのＤＵＴＹの値を基に、各ヒータの点灯のずらし方をパターンＡ〜パターンＣの中から選択して適用することにより、各ヒータのソフトスタート・ソフトストップ区間を重ならないようにすることができ、結果として高調波電流を抑制することが可能となる。

ただしこの方法を用いた場合、図７にあるように例えばDUTY_1が９０％，DUTY_2が９０％であった場合（図中に黒丸印で示す）のように、Ａ〜Ｃに当てはめることの出来ない領域が存在してしまう。

このようなパターンに当てはまらない領域の場合、何らかの方法でパターンＡ〜Ｃの領域への変換を行い、ソフトスタート・ソフトストップが重ならないようにするのであるが、可能であればそのような領域であってもＰＩＤコントローラが算出したままのＤＵＴＹを使用したい。

そこで本発明では、このような場合において上記Ａ〜Ｃのパターンに当てはまらない領域でも各ヒータのソフトスタート期間とソフトストップ期間とが重ならないようにするものである。具体的な方策について以下に説明する。なお以下に述べる実施例のうち、実施例１〜３はソフトスタート期間を制御するものである。実施例４はソフトストップ期間を制御するものである。実施例５〜７は、第二の電力供給手段を用いるものである。

［実施例１］
実施例１は、一つ前の周期のＤＵＴＹを用いることを特徴とするものである。
そもそもソフトスタートが抑制することを目的としている急激な電圧変動は、ヒータのフィラメント温度が低い場合に抵抗が低下することによって大きく発生するのだが、そのフィラメント温度を直接測定する手段は通常使用されるハロゲンヒータには存在しない。そこでその代替手段として前周期のＤＵＴＹを用いる。

前周期のＤＵＴＹとその周期で必要となるソフトスタート期間の関係は図８のグラフに示すようになっており、前周期のＤＵＴＹが高い場合、フィラメント温度はそれほど低くならないため、ソフトスタート期間を短くできることが分かる。本発明ではその二次的な特性を利用してソフトスタート期間を短縮することにより、Ａ〜Ｃのパターンに当てはめることの出来ない（例えば上記したDUTY_1が９０％，DUTY_2が９０％のような）場合には、その前周期のＤＵＴＹを参照し、同程度の高いＤＵＴＹ値であればそれぞれのソフトスタート期間を短縮し、結果としてソフトスタート期間ソフトストップ期間が重ならないようにすることを可能とした。

例えば図８において、前周期のＤＵＴＹが９０％の場合にはソフトスタート期間は１０ｍｓｅｃ以下に短縮可能であり、前周期のＤＵＴＹが９５％程度以上であればソフトスタート期間を無くしても（ソフトスタートを行なわなくとも）差し支えないと言える。また、前周期のＤＵＴＹが８０％〜９０％では、ソフトスタート期間は３０〜１０ｍｓｅｃ弱まで短縮可能なことが分かる。このようにソフトスタート期間を短縮または無くすことで、複数ヒータ（ヒータ_1、ヒータ_2）のソフトスタート期間ソフトストップ期間が重ならないようにすることが可能となった。

［実施例２］
実施例２は、ヒータのフィラメント温度を検知する二次的検知手段として、前周期のＤＵＴＹではなく前回消灯してからの経過時間を用いるものである。

目的は実施例１と同様であり、定着ヒータ３０が消灯してからの経過時間が所定の時間よりも短い場合は、フィラメント温度はそれほど低くならないため、ソフトスタート期間を短くすることができる。その二次的な特性を利用して、上記Ａ〜Ｃのパターンに当てはめることの出来ない場合には、定着ヒータ３０が消灯してからの経過時間を参照し、所定の時間よりも短い場合であればヒータ_1、ヒータ_2のソフトスタート期間を短縮又は無くし、結果としてソフトスタート期間ソフトストップ期間が重ならないようにすることを可能とした。

消灯時間（前回消灯してからの経過時間）を用いた方が、よりフィラメント温度の二次的検知手段として適しているが、反面、消灯時間を常に把握することは前周期のＤＵＴＹを把握するよりも装置の演算処理装置にかかる負荷が大きくなる場合があるため、どちらを選択するかはその点を考慮して判断する必要がある（装置構成に応じて適した方法を採用すればよい）。

［実施例３］
実施例３は、ヒータのフィラメント温度を検知する二次的検知手段として、その周期の定着部材温度を用いるものである。

目的は実施例１と同様であり、定着部材すなわち本実施形態では定着ローラ２７の温度が所定の温度よりも高い場合は、定着ヒータのフィラメント温度はそれほど低くないため、ソフトスタート期間を短くすることができる。その二次的な特性を利用して、上記Ａ〜Ｃのパターンに当てはめることの出来ない場合には、定着ローラ２７の温度を参照（中央温度検知手段２９、端部温度検知手段３２）し、所定の温度よりも高い場合であればヒータ_1、ヒータ_2のソフトスタート期間を短縮又は無くし、結果としてソフトスタート期間ソフトストップ期間が重ならないようにすることを可能とした。

この方法は、上記実施例１，２の方法に比べ比較的容易に行なえるという特徴を持つが、フィラメントと温度検知手段の間にある定着部材の熱応答速度の影響を受けるため、二次的検知手段としては誤差を持ちやすい。

［実施例４］
実施例４は、上記のヒータ点灯パターンＡ〜Ｃに当てはまらない場合にソフトストップ期間を短縮するものである。

ソフトスタートは「ヒータに供給を開始した電力の変動」＋「フィラメント抵抗が変動するための電力変動」の２種類の電力変動が急激にならない為の制御であるのに対し、ソフトストップは「ヒータに供給していた電力が無くなる変動」のみの影響のみである。このためソフトストップは必ずしもそのヒータが行う必要は無く、定着装置トータルとして急激な電圧変動でなければよいため、他の同程度の電力を消費するヒータがソフトスタートを行っていれば概ねその代わりとなるため、ソフトスタート・ソフトストップ制御が重なった場合にはソフトストップは実行しない。これによって上記のパターンＡ〜Ｃに当てはまらない領域でもヒータ_1、ヒータ_2のソフトスタートとソフトストップが重ならないように制御することが可能となった。

次に、ヒータ_1、ヒータ_2のソフトスタート期間ソフトストップ期間が重ならないようにする方策として、商用電源以外の電源供給手段を用いる方法について説明する。
ここで言う第二の電源供給手段を用いることの目的は、ソフトスタート制御が必要となるようなヒータの電気抵抗が急激に変化する状態において、その急激な電気抵抗変化の影響が直接商用電源に作用することを防止するために用いられることにある。

よって商用電源に対し一次的に接続されておらず、上記したような目的に使用できるようなものであれば、商用電源から電力を供給されそれを蓄積したような補助電源装置であっても構わない。この第二の電源供給手段を使用することにより、定着ヒータにおけるソフトスタート制御を短縮または無くすことが可能となり、結果として図６のＡ〜Ｃの領域を広げることができる。以下、具体的な実施例について説明する。なお、以下の実施例５〜７を実施する画像形成装置、定着装置、及びＰＩＤコントローラによる定着ヒータのＤＵＴＹ制御は上記各実施例の場合と同様であるので、重複する説明は省略する。

［実施例５］
図９は、実施例５の電源部の構成を示す回路図である。この図において、商用電源２００からはスイッチング素子であるリレー２０６、整流器２１１及び降圧回路２０７を介して定着ヒータＨＴ１に直流電力を供給して発熱させる。一方、補助電源２２０の蓄電素子２０２は、商用電源２００からの電力供給を受けて充電され、前記の降圧回路２０７を介して定着ヒータＨＴ１に直流電力を供給して発熱させる。

補助電源２２０には、充放電を制御するための充放電制御部２０３が設けられている。蓄電素子２０２としては、電気二重層キャパシタ、コンデンサあるいは一次電池などが用いられる。充放電制御部２０３は商用電源２００からの電力供給を受けて蓄電素子２０２を充電させる充電器（充放電制御部２０３に含む）を備え、スイッチング素子、例えばリレー２０４を介して降圧回路２０７への放電を制御している。

このように補助電源２２０は蓄電素子を介して商用電源と接続されることにより、ヒータの急激な抵抗変動による電流の変化がおきてもその影響を直接商用電源に与えないため、フリッカーに有利であり、結果としてソフトスタート期間を圧縮することに寄与できる。

［実施例６］
実施例６は、第二の電源供給手段の使用時期をヒータがＯＮした当初とすることを規定したものである。補助電源２２０の蓄電量は蓄電素子２０２によって決定され、その蓄電容量が十分に大きければ常に補助電源を使用することが出来る。しかし現実には蓄電素子は容量が大きくなればサイズも大きくなり、また高価な部品となるため出来るだけ小さな物とすることが求められる。このように補助電源を使用する場面を制限しなくてはいけない場合、補助電源の使用はヒータの抵抗変化が最も大きいヒータＯＮの当初とすることがもっとも効率がよい。

なお、実施例５，６を実施する構成として図９を例示した。図９では定着装置１２２は、ヒータＨＴ１を内蔵する定着ローラ（加熱ローラ）３０１と、ヒータＨＴ２を内蔵する加圧ローラ３０２とが圧接された構成となっており、また、ヒータＨＴ１とヒータＨＴ２は通紙領域全体を発熱領域とする構成となっているが、この定着装置１２２に代えて図３の定着装置２２を用いることも可能である。

［実施例７］
実施例７は、補助電源ではなく、直流電源によるヒータ点灯を行なうものである。すなわち、図示はしないが、商用電源を直流に変換し、該直流電源により各ヒータ（例えば、定着ローラに内蔵したヒータ_1とヒータ_2あるいは定着ローラと加圧ローラとにそれぞれ内蔵したＨＴ１とＨＴ２）を点灯させる。直流電源によるヒータ点灯はヒータの抵抗変化の影響を受けにくいため、交流による点灯方法よりもソフトスタート期間を圧縮することができる。これにより、商用電源ラインの電圧変動を防止し、フリッカ現象の発生を防ぐことが可能となる。

ところで、上記の各実施例において、ヒータへの通電時間（ＤＵＴＹ）の演算にＰＩＤコントローラを用いる例を示したが、Ｉ−ＰＤコントローラ、ＰＩ−Ｄコントローラといった、温度安定化を目的とした類似のコントローラを用いても、もちろん差し支えない。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、定着装置の構成やＤＵＴＹ演算に用いるコントローラ等は一例であり、適宜なものを採用可能である。定着部材としては図示例の定着ローラに限らず、無端ベルトを採用することもできる。また、複数ヒータの発熱領域の設定や、温度検知手段の配置場所なども適宜に設定可能である。ソフトスタートあるいはソフトストップにおける制御周期やＤＵＴＹも一例であり、適宜に設定可能である。

また、画像形成装置の各部の構成も任意であり、タンデム式における各色作像ユニットの配置順などは任意である。また、タンデム式に限らず、一つの感光体の周囲に複数の現像装置を配置したものや、リボルバ型現像装置を用いる構成も可能である。また、３色のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーによる多色機、あるいはモノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としては複合機に限らず、複写機やファクシミリ、あるいはプリンタなどであっても良い。

本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一例であるフルカラー複合機の概略を示す断面構成図である。 定着装置の構成を模式的に示す断面図である。 定着ヒータを制御する態様を示す模式図である。 ２本のヒータの点灯時の様子を便宜的に示す模式図である。 ２本のヒータのソフトスタート・ソフトストップ期間が重ならない３通りのパターンを示す模式図である。 図５の３通りのパターンをグラフで示したものである。 図５の３通りのパターンに当てはまらない領域について説明する図である。 前周期のＤＵＴＹとその周期で必要となるソフトスタート期間の関係を示すグラフである。 第二の電源供給手段を用いる実施例を示す電源部の構成を示す回路図である。 定着温度を目標温度付近で安定化させる制御について説明する図である。 ゼロクロス点での通電オン・オフ方式を示す模式図である。 ソフトスタート方式の定着制御を示す模式図である。 ソフトストップ方式による定着制御を示す模式図である。 ソフトスタート・ソフトストップ方式による通電制御の一例を示す模式図である。 ソフトスタート・ソフトストップ方式により２本のヒータを点灯させる場合の制御の様子を示す模式図である。 一方のヒータに対する他方のヒータの点灯開始タイミングをずらした定着制御を示す模式図である。

符号の説明

２２，１２２ 定着装置
２７，３０１ 定着ローラ（定着部材）
２８，３０２ 加圧ローラ（加圧部材）
２９ 中央温度検知手段
３０ 定着ヒータ
３２ 端部温度検知手段
４１ ＰＩＤコントローラ
４２ ＰＷＭ駆動回路
１００ 画像形成装置
２００ 商用電源
２０２ 蓄電素子
２２０ 補助電源
ＨＴ１，ＨＴ２ 定着ヒータ

Claims (13)

1. 定着部材と加圧部材とを圧接させ、未定着トナー像を担持した記録材を前記両部材間に通紙して未定着トナー像の定着を行なう定着装置の制御装置において、
   前記定着部材又は前記定着部材と前記加圧部材を加熱する熱源として複数本のヒータを有し、各ヒータは制御周期あたりの通電時間であるＤＵＴＹを制御することにより供給電力を制御され、かつ、各ヒータの点灯を開始するタイミングを各ヒータの前記ＤＵＴＹにより決定するよう設けられるとともに、
   各ヒータは通電開始時と通電終了時にそれぞれソフトスタート及びソフトストップ可能に設けられ、
   各ヒータのソフトスタート期間とソフトストップ期間とが重ならないように各ヒータのソフトスタート期間の長さを短縮又は無くすように制御することを特徴とする定着制御装置。
2. 前記ソフトスタート期間の長さを短縮する場合、そのヒータの１つ前の制御周期におけるＤＵＴＹ値に基づいてソフトスタート期間の長さを決定することを特徴とする、請求項１に記載の定着制御装置。
3. 前記ソフトスタート期間の長さを短縮する場合、そのヒータが前回消灯してから経過した時間に基づいてソフトスタート期間の長さを決定することを特徴とする、請求項１に記載の定着制御装置。
4. 前記ソフトスタート期間の長さを短縮する場合、そのヒータにより加熱される部材の温度に基づいてソフトスタート期間の長さを決定することを特徴とする、請求項１に記載の定着制御装置。
5. 定着部材と加圧部材とを圧接させ、未定着トナー像を担持した記録材を前記両部材間に通紙して未定着トナー像の定着を行なう定着装置の制御装置において、
   前記定着部材又は前記定着部材と前記加圧部材を加熱する熱源として複数本のヒータを有し、各ヒータは制御周期あたりの通電時間であるＤＵＴＹを制御することにより供給電力を制御され、かつ、各ヒータの点灯を開始するタイミングを各ヒータの前記ＤＵＴＹにより決定するよう設けられるとともに、
   各ヒータは通電開始時と通電終了時にそれぞれソフトスタート及びソフトストップ可能に設けられ、
   各ヒータのソフトスタート期間とソフトストップ期間とが重ならないように各ヒータのソフトストップ期間の長さを短縮又は無くすように制御することを特徴とする定着制御装置。
6. １本のヒータのソフトストップ期間に他のヒータのソフトスタート期間が重なった場合に、前記１本のヒータのソフトストップ期間を短縮又は無くすことを特徴とする、請求項５に記載の定着制御装置。
7. 定着部材と加圧部材とを圧接させ、未定着トナー像を担持した記録材を前記両部材間に通紙して未定着トナー像の定着を行なう定着装置の制御装置において、
   前記定着部材又は前記定着部材と前記加圧部材を加熱する熱源として複数本のヒータを有し、各ヒータは制御周期あたりの通電時間であるＤＵＴＹを制御することにより供給電力を制御され、かつ、各ヒータの点灯を開始するタイミングを各ヒータの前記ＤＵＴＹにより決定するよう設けられるとともに、
   各ヒータは通電開始時と通電終了時にそれぞれソフトスタート及びソフトストップ可能に設けられ、
   商用電源以外に前記各ヒータに電力を供給可能な第二の電力供給手段を備え、該第二の電力供給手段から前記各ヒータに電力を供給することにより、各ヒータのソフトスタート期間とソフトストップ期間とが重ならないように各ヒータのソフトスタート期間の長さを短縮又は無くすように制御することを特徴とする定着制御装置。
8. 前記第二の電力供給手段は、商用電源からの電力供給を受けて充電される補助電源であることを特徴とする、請求項７に記載の定着制御装置。
9. 前記補助電源からの電力供給は、前記ヒータがＯＮした当初の所定時間とすることを特徴とする、請求項８に記載の定着制御装置。
10. 前記第二の電力供給手段は、商用電源からの電力を直流に変換して供給する直流電源であることを特徴とする、請求項７に記載の定着制御装置。
11. 前記複数本のヒータが前記定着部材に内蔵され、それぞれ通紙する記録材のサイズに応じた発熱領域を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の定着制御装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の定着制御装置を備えることを特徴とする定着装置。
13. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の定着制御装置または請求項１２に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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