JP2011112911A - 加熱定着装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１制御サイクル中に環境変動が発生した場合でも、商用電源の定格電流を超えずにヒータへの通電制御を波数制御により行う加熱定着装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】発熱体と、発熱体に電力を供給する商用電源と、商用電源の周波数を検知するゼロクロス検出部と、発熱体の温度を検知するサーミスタと、発熱体に供給される商用電源の電流値を半波毎に検出できる電流検出部と、サーミスタの検知温度に応じて発熱体への電力供給を制御するコントローラを備えた加熱定着装置において、コントローラは、商用電源の半波単位で発熱体への通電及び通電の停止を行う波数制御を行い、電流検出部により検知された電流値の所定時間の移動平均値が所定値を超えたとき、発熱体への通電を停止させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる加熱定着装置、及びその制御方法に関する。

従来、画像形成装置に用いられる加熱定着装置には、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ方式やセラミックヒータを熱源とするフィルム加熱方式が広く用いられている。

一般的に、ヒータはトライアック等のスイッチング素子やリレー等のメカニカルスイッチ素子を介して商用電源に接続されており、このスイッチング素子をオン／オフ制御することにより、ヒータへの電力供給が行われる。このオン／オフ制御は、通常、ヒータ近傍に配備された温度検出素子の検知温度値を基に行われる。特に、セラミックヒータへのオン／オフ制御は、位相制御方式もしくは波数制御方式により行われる。

近年の画像形成装置の高速化に伴い、最大消費電力は上昇傾向にある。商用電源の定格電流の仕様を満たしつつ、画像形成装置が要求する電力仕様を満足させるための対策として、例えば、電源にＰＦＣ回路を入れて電力の力率を上げる、電源の変換効率を上げる等の手法が知られている。また、特許文献１、特許文献２では、画像形成装置への投入電流値を検知する電流検知手段を設け、商用電源の定格電流の限界まで電力を使用できるよう、検知した電流値に基づいて画像形成装置を制御する手法が提示されている。

また、最大消費電力の上昇に伴い、加熱定着装置の異常過熱からの保護動作の迅速性も求められている。画像形成装置には、加熱定着装置の発熱部付近が異常過熱状態である場合に、前記スイッチング素子やメカニカルスイッチ素子によりヒータへの通電を遮断する保護手段が１つもしくは複数設けられている。実際に過熱トラブルが発生してから、これらの保護手段が働くまでの時間が長いほど、周辺温度の過昇温により加熱定着装置内部の部品がダメージを受けるため、この時間は極力短くすべきである。特許文献３では、ヒータへの投入電流値を検知する電流検知手段を設け、検知値が所定値以上の場合はヒータへの通電を遮断することで、異常過熱から加熱定着装置を保護する手法が提示されている。前記の電流検知手段は、商用電源波形の片極のみ検知できるものであるため、この検知方法は位相制御の場合に有効な手段である。

ところで、近年、欧州を中心に、高調波ノイズへの規制が厳しくなっている。この対策として、例えば、ヒータへの通電制御方式を波数制御とすることにより、位相制御に比べて高調波ノイズレベルを格段に抑えられることが知られている。そのため、ヒータへの通電制御方式が波数制御の場合でも、前述したような電流検知手段を使用した電流制御が行われている。この電流制御方法は、制御サイクルの最初の１半波を必ずオンしてその１半波の電流値を検知し、これに１制御サイクルで通電する波数の数を乗じ、１制御サイクルの波数で除して算出された平均電流値に基づいて制御を行うものである。

特公平３−７３８７０号公報 特開平１０−２７４９０１号公報 特開２００７−２１２５０３号公報

図９は、位相制御と波数制御について説明した図である。図９（ａ）は、商用電源の１半波を３２に分解して、１制御サイクルの中で、通電のオン／オフ制御を行うことでヒータへの投入電力を制御する位相制御を示したものである。図９の波形パターンにおいて、ハッチング部分は通電により電力投入されていることを、ハッチングされていない部分は電力が投入されていないことを示している。一方、図９（ｂ）は波数制御を示す図であり、波数制御では、商用電源の１半波を最小単位として通電のオン／オフ制御が行われ、１制御サイクルは複数の半波（例えば、８や３２）から構成されている。

ところが、商用電源の１半波を複数に分解し、所定の位相で通電電力を制御する位相制御（図９（ａ））に比べて、半波を最小単位として通電電力を制御する波数制御（図９（ｂ））は、１制御サイクルの時間が大幅に長くなってしまう。そのため、前述した電流制御方法を行った場合には、１制御サイクル内での環境変動、例えば、商用電源の電圧変動、昇温によるヒータ抵抗値変動等により、電流値の検出精度が悪くなったり、検出タイミングが遅れたりすることが考えられる。その結果、商用電源の定格電流を超えた電流が投入されたり、加熱定着装置の異常過熱保護動作が遅れたりする虞がある。

本発明は前述した状況を鑑みてなされたものであり、１制御サイクル中に環境変動が発生した場合でも、商用電源の定格電流を超えずにヒータへの通電制御を波数制御により行う加熱定着装置、及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の加熱定着装置は、下記（１）〜（４）の構成を特徴とする。

（１）電力が供給されると発熱する発熱体と、前記発熱体に電力を供給する商用電源と、前記商用電源の周波数を検知する電源周波数検知手段と、前記発熱体の温度を検知する温度検知手段と、前記発熱体に供給される商用電源の電流値を半波毎に検出できる電流検出手段と、前記温度検知手段の検知温度に応じて前記発熱体への電力供給を制御する通電制御手段と、を備えた画像形成装置の加熱定着装置において、前記通電制御手段は、前記商用電源の半波単位で前記発熱体への通電及び通電の停止を行う波数制御を行い、前記電流検出手段により検知された電流値の所定時間の移動平均値が第１の所定値を超えたとき、前記発熱体への次の１全波の通電を停止する加熱定着装置。

（２）電力が供給されると発熱する発熱体と、前記発熱体に電力を供給する商用電源と、前記商用電源の周波数を検知する電源周波数検知手段と、前記発熱体の温度を検知する温度検知手段と、前記発熱体に供給される商用電源の電流値を半波毎に検出できる電流検出手段と、前記温度検知手段の検知温度に応じて前記発熱体への電力供給を制御する通電制御手段と、を備えた画像形成装置の加熱定着装置において、前記通電制御手段は、前記商用電源の半波単位で前記発熱体への通電及び通電の停止を行う波数制御を行い、前記電流検出手段により検知された電流値の所定時間の移動平均値が第２の所定値を超えたとき、前記発熱体への通電を停止する加熱定着装置。

（３）発熱体に電力を供給する商用電源の周波数を検知する電源周波数検知ステップと、前記発熱体の温度を検知する温度検知ステップと、前記発熱体に供給される商用電源の電流値を半波毎に検出できる電流検出ステップと、前記温度検知ステップの検知温度に応じて前記発熱体への電力供給を制御する通電制御ステップと、を含んだ画像形成装置における加熱定着装置の制御方法であって、前記通電制御ステップは、前記商用電源の半波単位で前記発熱体への通電及び通電の停止を行う波数制御を行い、前記電流検出ステップにより検知された電流値の所定時間の移動平均値が第２の所定値を超えたとき、前記発熱体への通電を停止する加熱定着装置の制御方法。

（４）発熱体に電力を供給する商用電源の周波数を検知する電源周波数検知ステップと、前記発熱体の温度を検知する温度検知ステップと、前記発熱体に供給される商用電源の電流値を半波毎に検出できる電流検出ステップと、前記温度検知ステップの検知温度に応じて前記発熱体への電力供給を制御する通電制御ステップと、を含んだ画像形成装置における加熱定着装置の制御方法であって、前記通電制御ステップは、前記商用電源の半波単位で前記発熱体への通電及び通電の停止を行う波数制御を行い、前記電流検出ステップにより検知された電流値の所定時間の移動平均値が第２の所定値を超えたとき、前記発熱体への通電を停止する加熱定着装置の制御方法。

本発明によれば、１制御サイクル中に環境変動が発生した場合でも、商用電源の定格電流を超えずにヒータへの通電制御を波数制御により行う加熱定着装置、及びその制御方法を提供することができる。

実施例１及び２の画像形成装置の概略構成図 実施例１及び２の加熱定着装置の概略構成図 実施例１及び２のヒータの通電制御に関わる回路図 実施例１及び２における波数制御の波数パターンテーブル 実施例１のヒータへの通電制御フローチャート 実施例１のヒータへの電流値の移動平均による通電制御フローチャート 実施例１の電流値の移動平均を使った通電制御の概念図 実施例２のヒータへの電流値の移動平均による通電制御フローチャート 位相制御と波数制御についての説明図

以下、本発明を実施するための形態を実施例により詳しく説明する。

本発明の第１の実施形態について説明する。

（１）画像形成装置
図１に、本発明の実施例である画像形成装置の概略構成図を示す。

本実施例のカラー画像形成装置は、電子写真方式を用いて、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー像を重ね合わせることでフルカラー画像を形成する装置である。

画像形成装置１００は、給紙部１２１ａ，１２１ｂ、感光体１２２、帯電スリーブ１２３、トナー容器１２５、現像スリーブ１２６、中間転写体１２７、転写ローラ１２８、加熱定着装置１３０から構成される。なお、前記感光体１２２、帯電スリーブ１２３、トナー容器１２５、現像スリーブ１２６は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの色毎にひとつの容器にまとめられ、オールインワンカートリッジ１０１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各色）となっている。

各色のオールインワンカートリッジ１０１において、帯電スリーブ１２３により帯電された感光体１２２上に、画像処理部（非図示）が変換した露光時間に基づいてスキャナ部１２４から露光光線を照射し、感光体１２２上に静電潜像を形成する。この静電潜像を、トナー容器１２５からのトナーを使って、現像スリーブ１２６にて感光体１２２上に単色トナー像を形成し、これを中間転写体１２７に４色重ね合わせることで多色トナー像を形成する。この中間転写体１２７に形成された多色トナー像を転写ローラ１２８とで挟み込み、加圧することで、記録紙１１１へ多色トナー像が転写される。最後に、記録紙１１１上の多色トナー像は加熱定着装置１３０にて定着され、記録紙１１１は排出トレイ（非図示）に排出される。中間転写体１２７上に残ったトナーはクリーナ１２９にてクリーニングされる。

（２）加熱定着装置
本実施例の加熱定着装置１３０はフィルム加熱方式を利用した装置であり、図２にその概略構成図を示す。

ヒータ２０５はセラミックを基材とする発熱体である。ステー２０４はヒータ２０５を固定支持するためのものであり、耐熱性、断熱性材質でできている。定着フィルム２０１は、円筒状の耐熱性フィルム材であり、ヒータ２０５、ステー２０４を覆っている。定着フィルム２０１は、単層フィルムや、ＰＩ（ポリイミド）にＰＦＡコーティング、ＳＵＳにゴムコーティング等の複合フィルムなどが使われる。

加圧ローラ２０２は、芯金もしくは金属パイプ２０３の外周にシリコーンゴム等の耐熱性弾性層２０８をローラ状に設けた弾性ローラである。この加圧ローラ２０２とヒータ２０５とにより、定着フィルム２０１は挟まれ圧接される。図２において、Ｎで示した範囲が圧接により形成される定着ニップ部である。加圧ローラ２０２は定着駆動モータ（非図示）により矢印Ｂの方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２０２の回転駆動により、定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ２０２と定着フィルム２０１の外面との摩擦力で定着フィルム２０１に直接的に回転力が作用し、定着フィルム２０１はヒータ２０５に圧接摺動されつつ、矢印Ｃの方向に回転駆動される。このとき、ステー２０４は、定着フィルム内面ガイド部材としても機能し、定着フィルム２０１の回転を円滑にする役割もしている。

２０６は定着フィルム２０１内面に弾性的に接触させて、定着フィルム２０１の内面の温度検知を行うサーミスタ（以下、「スリーブサーミスタ」と記す）である。２０７はヒータ２０５の裏面に所定の圧で押し当てられて、ヒータ裏面の温度検知を行うサーミスタ（以下、「ヒータ裏サーミスタ」と記す）である。スリーブサーミスタ２０６、及び、ヒータ裏サーミスタ２０７で検知された検知温度は、コントローラ４０５（図３）にＡ／Ｄ変換されて入力される。

加圧ローラ２０２の回転による定着フィルム２０１の回転が安定し、ヒータ２０５の温度が所定温度になった状態において、定着フィルム２０１と加圧ローラ２０２との間のニップ部Ｎに、記録紙２０９が矢印Ａ方向に導入される。導入された記録紙２０９は定着フィルム２０１とニップ部Ｎで加圧、搬送されることにより、ヒータ２０５の熱が定着フィルム２０１を介して記録紙２０９に加えられ、記録紙２０９上の未定着画像が加熱定着される。

（３）通電制御
図３は、ヒータ２０５への通電制御に関わる回路であり、以下に詳細を説明する。

商用電源４０１から供給された電力は、ＡＣフィルタ４０２を介して、コントローラ４０５や各負荷４１７へ電力供給するラインとヒータ２０５へ電力供給するラインとに分かれる。

まず、コントローラ４０５や各負荷４１７へ電力供給するラインは、整流ダイオード４０３ａ、及び平滑コンデンサ４０３ｂにより整流平滑される。その後、ＡＣ−ＤＣコンバータＡ４１６によりＤＣ（直流）２４Ｖに、ＡＣ−ＤＣコンバータＢ４０４によりＤＣ（直流）３．３Ｖに、それぞれ変換される。そして、ＤＣ２４Ｖはモータ等の各負荷４１７に、ＤＣ３．３Ｖはコントローラ４０５に供給される。

一方、ヒータ２０５へ電力供給するラインは、カレントトランス４０８、リレー４１１、トライアック４１２、サーモスイッチ４０９を介して、ヒータ２０５へ接続されている。抵抗４１３、４１４はトライアック４１２のためのバイアス抵抗である。

ＡＣフィルタ４０２を通過した電流は、ゼロクロス検出部４０６へ入力される。ゼロクロス検出部４０６は、商用電源４０１のオン／オフ切換時に交流電圧が０Ｖ地点を通過したこと（ゼロクロス）を通知するためのもので、商用電源４０１の電圧がある閾値以下になると、コントローラ４０５に対してパルス信号により報知する。

（３−ａ）電力制御
ヒータ２０５への電力制御は、スリーブサーミスタ２０６、及び、ヒータ裏サーミスタ２０７で検知された温度を基に、コントローラ４０５により行われる。コントローラ４０５は、ヒータ２０５へ投入すべき電力、すなわち、１制御サイクル３２半波のうち通電により電力投入する半波の波数（以下、「波数レベル」と記す）を決定する。図４は、１制御サイクル３２半波のうち、通電による電力投入を行う半波の数（０個〜３２個）により３３通りの波数パターン（波数レベル０〜波数レベル３２）を示したものである。図４において、ハッチングされた半波が電力投入される部分を示している。図４に示す３３通りの電力投入の波数パターンは、コントローラ４０５がヒータ２０５の通電制御時に使用するため、コントローラ４０５のメモリ（非図示）に記憶されている。

波数レベルが決定されると、波数レベルに対応した図４の波数パターンに基づいて、コントローラ４０５は半波単位でヒータ２０５への通電制御を行う。すなわち、コントローラ４０５は、ゼロクロス検出部４０６からのゼロクロス検出信号パルスを検知することで、半波毎の通電制御のタイミングを検出する。そして、各半波の電力投入の要否を示す波数パターンに基づいてトライアック４１２をオン／オフすることにより、コントローラ４０５はヒータ２０５への通電制御を行う。

（３−ｂ）電流制限制御
ヒータ２０５に通電される電流は、カレントトランス４０８によって電圧変換され、電流検出部４０７で実効値に変換され、Ａ／Ｄ変換された後、コントローラ４０５に入力される。コントローラ４０５は、電流検出部４０７より入力された電流値を基に、商用電源の定格電流を超えないように、ヒータ２０５への通電制御を行う。ただし、本実施例の電流検出部４０７において、電流実効値は商用電源波形の１半波＋数ミリ秒程度遅れて出力される。また、電流検出部４０７は、商用電源波形の片極のみ検出可能である。さらに、電流検出部４０７から出力される電流値は、２乗波形の商用電源周波数半周期分の積分値であるため、電源周波数に依存した値となる。従って、電源周波数検知が必要となり、本実施例では、ゼロクロス検出部４０６から報知されたゼロクロス検出信号パルスの立ち上がりと立ち下がりの時間から電源周波数を算出している。

次に、本実施例におけるヒータへの通電制御フローについて、図５を用いて説明する。

まず、コントローラ４０５は、ヒータ２０５への電力制御開始の要求を検知すると（Ｓ６０１）、固定の波数レベル（Ｌ１）で１制御サイクル分、ヒータ２０５への通電を行う（Ｓ６０２）。本実施例では、コントローラ４０５は、固定の波数レベル（Ｌ１）として、最大投入電力の半分の電力である波数レベル１６を選択する。

次に、コントローラ４０５は電流検出部４０７にて検出された電流値、及びゼロクロス検出部４０６のゼロクロス検出信号パルスから算出された商用電源４０１の周波数（Ｔ１）より、１制御サイクルで通電された実効電流値（Ｉ１）を算出する。そして、周波数（Ｔ１）と実効電流値（Ｉ１）の関係から、通電可能な電流の上限値（Ｉｌｉｍｉｔ）に対応した上限の波数レベル（Ｌｍａｘ）を算出する（Ｓ６０３）。ここでＩｌｉｍｉｔは、商用電源の定格電流値からヒータ２０５以外の部分（例：各負荷４１７、コントローラ４０５等）に供給される電流値を差し引いた、ヒータ２０５に供給可能な電流の上限値である。

続いて、コントローラ４０５は、スリーブサーミスタ２０６、及び、ヒータ裏サーミスタ２０７で検出された温度を基に、１制御サイクル３２半波のうち通電によりヒータ２０５へ電力投入する半波の波数（Ｌｔｈ）を算出する。そして、波数（Ｌｔｈ）と上限の波数（Ｌｍａｘ）との大小比較を行う（Ｓ６０４）。Ｌｍａｘの値の方が大きければ、コントローラ４０５は、ヒータへ投入する波数レベル（Ｌ２）は波数（Ｌｔｈ）とし、図４に示す電力投入の波数パターンのうち、波数（Ｌｔｈ）に対応した波数パターンを選択し、ヒータ２０５への通電制御を行う（Ｓ６０６）。ただし、Ｌｔｈの値がＬｍａｘを超える場合は、コントローラ４０５はヒータへ投入する波数レベル（Ｌ２）をＬｍａｘとし、図４の電力投入の波数パターンのうち、波数（Ｌｍａｘ）に対応した波数パターンを選択しヒータ２０５への通電制御を行う（Ｓ６０５）。

次に、コントローラ４０５はヒータ制御終了要求の有無を判定し（Ｓ６０７）、ヒータ制御終了要求があれば、ヒータの通電制御を終了させる。ヒータ制御終了要求がなければ、コントローラ４０５は、電源電圧の変動やヒータ２０５の抵抗値の変化を考慮して、Ｌｍａｘの値の更新等を行い（Ｓ６０８）、ヒータ制御終了要求があるまで、上記のヒータ２０５の通電制御を行う。

（３−ｃ）移動平均電流制限制御
過電流保護のための電流ブレーカには様々な仕様のものがあり、その動作速度も多種多様である。一方、商用電源の定格電流の適用時間に関しては、現在、明確な規定がない。例えば、サージ電流は１ミリ秒以下の範囲で定格電流をオーバーし、波数制御においては、１波単位でみると、電源電圧と負荷インピーダンスから決定される電流がそのまま流れて定格電流をオーバーすることがある。しかしながら、一般的には屋内の電流ブレーカが１秒以内で動作することはなく、この程度の短い時間ならば、定格電流をオーバーしても電流ブレーカが動作することはない。

従って、製品開発における定格電流の適用時間に関しては、様々な種類のブレーカを考慮した上で、ブレーカが動作するまでの十分なマージンを持った時間に設定すべきである。

次に、図６のヒータ２０５への電流値の移動平均による通電制御フローについて説明する。本実施例では、通電電流値の移動平均値を算出する所定時間として、定格電流の適用時間を２０半波分（５０Ｈｚ時で２００ミリ秒）とする。また、２つの制御サイクルにまたがる場合にも適用できるように、電流値の移動平均を商用電源１周期（２半波）毎に演算するものとする。

まず、コントローラ４０５は、ヒータ２０５への電力制御開始の要求を検知すると（Ｓ８０１）、変数ｎ、Ｉ１〜Ｉ３２、Ｉｐに初期値を設定する（Ｓ８０２）。ここで、Ｉ１は１制御サイクルの始めの１半波における電流値、Ｉ２は２半波目の電流値、・・・Ｉ３２は３２半波目の電流値を記憶させておく変数を指している。Ｉｐは最新の１半波の電流値を記憶させておく変数として使用する。ｎは、図６のフローチャート制御のために使用する変数である。以降の説明では、ｎが１の場合から始める。

次に、コントローラ４０５は１制御サイクル最初の半波の電流値を検知し、変数Ｉ１にその電流値を書き込む（Ｓ８０３）。最初の半波がオン（電力が投入されている状態）ならば、コントローラ４０５は最新の１半波の電流値を保存する変数Ｉｐに前記電流値を書き込む（Ｓ８０４，Ｓ８０５）。２半波目の電流値は１半波目と対の負極であるため、前述したように、電流値を検出することができない。しかし、ヒータ２０５へ電力投入する波数パターンは、図４に示すように選択された波数レベル毎に決まっているので、２半波目に通電が行われるか否かはコントローラ４０５が認識している。従って、２半波目がオンの場合は、最新の１半波の電流値を保存している変数Ｉｐ内の電流値を変数Ｉ２に書き込み、２半波目がオフの場合には、変数Ｉ２には０を書き込む（Ｓ８０６）。

続いて、コントローラ４０５は、２０半波分の移動平均値Ｉｓｕｍ／２０（Ｉｓｕｍは２０半波の電流値の積算値）を計算する（Ｓ８０７）。この計算は２つの制御サイクルにまたがる場合にも適用され、例えば、ｎが１の場合には、Ｉ１５〜Ｉ３２、Ｉ１〜Ｉ３の計２０波分の電流値の和がＩｓｕｍとなる。移動平均値Ｉｓｕｍ／２０を計算したら、コントローラ４０５は、ｎの値が１６かどうか判定し（Ｓ８０８）、１６でない場合には、ｎは１加算される（Ｓ８１０）。次に、移動平均値Ｉｓｕｍ／２０がＩｓｕｍｌｉｍｉｔ／２０（第１の所定値）を超えたかどうか判定し（Ｓ８１２）、超えていた場合には、コントローラ４０５はトライアック４１２をオフすることにより、次の連続する２つの半波の通電を停止する（Ｓ８１３）。ここで、Ｉｓｕｍｌｉｍｉｔ／２０とは、２０半波の全ての電流値が定格電流値と同一であった場合の移動平均値を示す。そして、コントローラ４０５は、更新されたｎの値が２〜１６の場合について、上述したＳ８０３〜Ｓ８０７の処理を行う。

ｎの値が１６の場合には、１制御サイクル分の処理が終了したので、コントローラ４０５は、ｎの値を１に再設定し（Ｓ８０９）、ヒータ制御終了要求の有無について判定する（Ｓ８１１）。ヒータ制御終了要求がなければ、移動平均値Ｉｓｕｍ／２０がＩｓｕｍｌｉｍｉｔ／２０を超えているかどうか判定し（Ｓ８１２）、超えていた場合には、トライアック４１２をオフすることにより次の連続する２つの半波の通電を停止する（Ｓ８１３）。そして、コントローラ４０５は、更新されたｎの値が１〜１６の場合について、上述したＳ８０３〜Ｓ８０７の処理を行う。

ヒータ制御終了要求があった場合には、コントローラ４０５は、ヒータへの通電制御を終了する。

以上説明したヒータ２０５への通電制御の概念図を図７に示す。図７において、横軸はヒータの通電制御を開始してから半波の数（時間）を、縦軸は検知した２０半波の電流値の積算値を示す。また、縦軸に点線で描かれたＩｓｕｍｌｉｍｉｔは、検知した２０半波の電流値が全て定格電流値であった場合の積算値を示す。ヒータの通電制御開始から半波毎に電流値を検知し、２０半波の電流値の積算値をプロットしたものが図中の折れ線グラフである。電圧変動が発生し、ヒータに過電流が流れたことにより、２０半波の電流値の積算値がＩｓｕｍｌｉｍｉｔを超えると、コントローラ４０５は、次の１全波の通電を停止することにより、２０半波の電流積算値がＩｓｕｍｌｉｍｉｔ以下になるように制御する。

以上説明したように、本実施例の加熱定着装置においては、ヒータへ通電される電流値をモニタして、その移動平均値を商用電源１周期毎に算出する。算出した移動平均値が所定値を超えたときは、次の連続する２つの半波（１全波）の通電を遮断することで、１制御サイクル内での環境変動が発生した場合でも、定格電流値を超えずに、且つ、電力低下も最小限に抑えて制御することが可能となる。

本発明の第２の実施形態について説明する。

実施例１は、ヒータへ通電される電流の移動平均値を商用電源１周期毎に演算し、その移動平均値が所定値を超えたときは、続く１周期の通電を遮断するもので、過電流に対する保護を目的とするものであった。実施例２では、加熱定着装置の異常加熱に対する保護を目的とする実施形態について説明する。本実施例の画像形成装置、加熱定着装置の基本構成は実施例１と同じであり、加熱定着装置における電力制御、電量制限制御の方法も同じであるため説明を省略し、第１の実施形態とは異なる移動平均値による電流制限制御について、以下に説明する。

画像形成装置の処理が高速になるにつれて、加熱定着装置の異常過熱に対する保護の迅速性が求められる。そこで、実施形態１で説明した定格電流内でヒータ２０５へ通電する制御を過熱保護の制御にも流用し、電流値の移動平均を商用電源１周期（２半波）毎に演算する。一方で、過熱保護すべきでないタイミングで保護動作が働いてしまう誤検知を回避する必要があり、この点を考慮して、移動平均値の演算対象時間は２０半波分（５０Ｈｚ時で２００ミリ秒）とする。

本実施例における、ヒータ２０５への電流値の移動平均による通電制御フローについて、図８を用いて説明する。また、２つの制御サイクルにまたがる場合にも適用できるように、電流値の移動平均を商用電源１周期毎に演算するものとする。

まず、コントローラ４０５は、ヒータ２０５への電力制御開始の要求を検知すると（Ｓ９０１）、変数ｎ、Ｉ１〜Ｉ３２、Ｉｐに初期値を設定する（Ｓ９０２）。ここで、Ｉ１は１制御サイクルの始めの１半波における電流値、Ｉ２は２半波目の電流値、・・・Ｉ３２は３２半波目の電流値を記憶させておく変数を指している。Ｉｐは最新の１半波の電流値を記憶させておく変数として使用する。ｎは、図８のフローチャート制御のために使用する変数である。以降の説明では、ｎが１の場合から始める。

次に、コントローラ４０５は１制御サイクル最初の半波の電流値を検知し、変数Ｉ１にその電流値を記憶する（Ｓ９０３）。最初の半波がオン（電力が投入されている状態）ならば、コントローラ４０５は最新の１半波の電流値を保存する変数Ｉｐに前記電流値を書き込む（Ｓ９０４，Ｓ９０５）。２半波目の電流値は１半波目と対の負極であるため、前述したように、電流値を検出することができない。しかし、ヒータ２０５へ電力投入する波数パターンは、図４に示すように選択された波数レベル毎に決まっているので、２半波目に通電が行われるか否かはコントローラ４０５が認識している。従って、２半波目がオンの場合は、最新の１半波の電流値を保存している変数Ｉｐ内の電流値を変数Ｉ２に書き込み、２半波目がオフの場合には、変数Ｉ２には０を書き込む（Ｓ９０６）。

続いて、コントローラ４０５は、２０半波分の移動平均値Ｉｓｕｍ／２０（Ｉｓｕｍは２０半波の電流値の積算値）を計算する（Ｓ９０７）。この計算は２つの制御サイクルにまたがる場合にも適用され、例えば、ｎが１の場合には、Ｉ１５〜Ｉ３２、Ｉ１〜Ｉ３の計２０波分の電流値の和がＩｓｕｍとなる。移動平均値Ｉｓｕｍ／２０を計算したら、コントローラ４０５は、ｎの値が１６かどうか判定し（Ｓ９０８）、１６でない場合には、ｎは１加算される（Ｓ９１０）。次に、移動平均値Ｉｓｕｍ／２０がＩｓｕｍｏｖｅｒ／２０（第２の所定値）を超えたかどうか判定し（Ｓ９１２）、超えていた場合には、コントローラ４０５はリレー４１１をオフすることにより、ヒータ２０５への通電を遮断する（Ｓ９１３）。ここで、Ｉｓｕｍｏｖｅｒ／２０は、画像形成装置１００がその動作保証電圧の範囲内の動作保証環境下で使用し得る最大電流値Ｉｍａｘに所定値Ｉｇを加えた値である。この所定値Ｉｇは、電流検出部４０７やカレントトランス４０８、その他の電子部品の部品公差や検知精度を考慮して決定される値である。そして、更新されたｎの値が２〜１６の場合について、コントローラ４０５は上述したＳ９０３〜Ｓ９０７の処理を行う。

ｎの値が１６の場合には、１制御サイクル分の処理が終了したので、コントローラ４０５は、ｎの値を１に再設定し（Ｓ９０９）、ヒータ制御終了要求の有無について判定する（Ｓ９１１）。ヒータ制御終了要求がなければ、移動平均値Ｉｓｕｍ／２０がＩｓｕｍｏｖｅｒ／２０を超えているかどうか判定し（Ｓ９１２）、超えていた場合には、コントローラ４０５はリレー４１１をオフすることにより、ヒータ２０５への通電を遮断する（Ｓ９１３）。そして、更新されたｎの値が１〜１６の場合について、コントローラ４０５は上述したＳ９０３〜Ｓ９０７の処理を行う。

ヒータ制御終了要求があった場合には、コントローラ４０５は、ヒータへの通電制御を終了する。

以上説明したように、本実施例の加熱定着装置においては、ヒータ２０５へ通電される電流値をモニタして移動平均値を商用電源１周期毎に算出する。その移動平均値が所定値を超えたときは、リレー４１１をオフして、以降のヒータへの通電を遮断することで、１制御サイクル内での環境変動が発生した場合でも、過熱トラブルの発生を最小限に抑えることができる。

１３０ 加熱定着装置
２０５ セラミックヒータ
２０６ スリーブサーミスタ
２０７ ヒータ裏サーミスタ
４０５ コントローラ
４０６ ゼロクロス検出部
４０７ 電流検出部

Claims (8)

1. 電力が供給されると発熱する発熱体と、
   前記発熱体に電力を供給する商用電源と、
   前記商用電源の周波数を検知する電源周波数検知手段と、
   前記発熱体の温度を検知する温度検知手段と、
   前記発熱体に供給される商用電源の電流値を半波毎に検出できる電流検出手段と、
   前記温度検知手段の検知温度に応じて前記発熱体への電力供給を制御する通電制御手段と、
   を備えた画像形成装置の加熱定着装置において、
   前記通電制御手段は、前記商用電源の半波単位で前記発熱体への通電及び通電の停止を行う波数制御を行い、前記電流検出手段により検知された電流値の所定時間の移動平均値が第１の所定値を超えたとき、前記発熱体への次の１全波の通電を停止することを特徴とする加熱定着装置。
2. 電力が供給されると発熱する発熱体と、
   前記発熱体に電力を供給する商用電源と、
   前記商用電源の周波数を検知する電源周波数検知手段と、
   前記発熱体の温度を検知する温度検知手段と、
   前記発熱体に供給される商用電源の電流値を半波毎に検出できる電流検出手段と、
   前記温度検知手段の検知温度に応じて前記発熱体への電力供給を制御する通電制御手段と、
   を備えた画像形成装置の加熱定着装置において、
   前記通電制御手段は、前記商用電源の半波単位で前記発熱体への通電及び通電の停止を行う波数制御を行い、前記電流検出手段により検知された電流値の所定時間の移動平均値が第２の所定値を超えたとき、前記発熱体への通電を停止することを特徴とする加熱定着装置。
3. 前記第１の所定値は、前記商用電源の定格電流値であることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
4. 前記第２の所定値は、前記商用電源の電圧が前記画像形成装置の動作保証電圧の範囲内であるときの、前記加熱定着装置に通電可能な最大電流値であることを特徴とする請求項２に記載の加熱定着装置。
5. 発熱体に電力を供給する商用電源の周波数を検知する電源周波数検知ステップと、
   前記発熱体の温度を検知する温度検知ステップと、
   前記発熱体に供給される商用電源の電流値を半波毎に検出できる電流検出ステップと、
   前記温度検知ステップの検知温度に応じて前記発熱体への電力供給を制御する通電制御ステップと、
   を含んだ画像形成装置における加熱定着装置の制御方法であって、
   前記通電制御ステップは、前記商用電源の半波単位で前記発熱体への通電及び通電の停止を行う波数制御を行い、前記電流検出ステップにより検知された電流値の所定時間の移動平均値が第１の所定値を超えたとき、前記発熱体への次の１全波の通電を停止することを特徴とする加熱定着装置の制御方法。
6. 発熱体に電力を供給する商用電源の周波数を検知する電源周波数検知ステップと、
   前記発熱体の温度を検知する温度検知ステップと、
   前記発熱体に供給される商用電源の電流値を半波毎に検出できる電流検出ステップと、
   前記温度検知ステップの検知温度に応じて前記発熱体への電力供給を制御する通電制御ステップと、
   を含んだ画像形成装置における加熱定着装置の制御方法であって、
   前記通電制御ステップは、前記商用電源の半波単位で前記発熱体への通電及び通電の停止を行う波数制御を行い、前記電流検出ステップにより検知された電流値の所定時間の移動平均値が第２の所定値を超えたとき、前記発熱体への通電を停止することを特徴とする加熱定着装置の制御方法。
7. 前記第１の所定値は、商用電源の定格電流値であることを特徴とする請求項５に記載の加熱定着装置の制御方法。
8. 前記第２の所定値は、前記商用電源の電圧が前記画像形成装置の動作保証電圧の範囲内であるときの、前記加熱定着装置に通電可能な最大電流値であることを特徴とする請求項６に記載の加熱定着装置の制御方法。

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