JP2018189718A - 定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒーターの出力熱量の大容量化を図りつつ、より確実にフリッカーを抑制可能とする定着装置を提供すること。【解決手段】定着部材を加熱するハロゲンヒーター及びカーボンヒーターと、交流電源から前記ハロゲンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第１の切替部と、前記交流電源から前記カーボンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第２の切替部と、前記交流電源の電圧波形の半波を単位時間とする所定の周期内で、前記カーボンヒーター及び前記ハロゲンヒーターそれぞれが第１及び第２のＤｕｔｙ比で点灯状態となるように、前記第１及び第２の切替部のオン／オフを各別に切り替える制御部と、を備え、前記制御部は、前記カーボンヒーターを消灯状態から点灯状態に切り替える際には、前記単位時間の切り替えタイミングよりも位相を早めるように前記第２の切替部のオン／オフの切り替えを実行する。【選択図】図８

Description

本開示は、定着装置、及び画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機、ファクシミリ等において使用される電子写真方式の画像形成装置が知られている。

この種の画像形成装置においては、感光体ドラム上に形成されたトナー像を用紙に転写し、その後、定着部材（例えば、用紙を挟持する定着ニップ）を用いて当該用紙にトナー像を定着する、という一連のプロセスを通じて用紙に画像を形成している。

画像形成装置は、上記の定着処理を行う定着装置を備え、かかる定着装置には、定着部材の温度を制御するヒーター（例えば、ハロゲンヒーター）が配設されている。かかる定着装置のヒーターには、省エネルギー化、温度リップルの低減、高調波歪みの抑制、交流電源側へのフリッカー抑制等の要請がある。

かかる定着装置のヒーターは、上記の各種要請に鑑みて、一般に、位相制御やＰＷＭ制御等のデューティー可変制御による電力制御が行われている。特に、フリッカー規制値をクリアする有効な電力制御方法の一つとして、交流電源の半波周期を１単位としたオン／オフパターンによりヒーターの点灯制御を行う技術が知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開２０１５−１９７６７１号公報 特開２００９−２３７０７０号公報

ところで、近年、印刷速度の向上や厚紙対応のため、定着装置のヒーターの出力熱量の大容量化が求められている。しかしながら、一般に定着装置に用いられるハロゲンヒーターの出力熱量を大容量化した場合、通電開始時に大きな突入電流が発生し、フリッカー規制値を超えてしまうおそれがある（尚、以下では、かかる状態を「フリッカー」と称する）。

この点、特許文献１においては、複数のハロゲンヒーターを用いると共に、互いの点灯状態を考慮しながら、当該複数のハロゲンヒーターそれぞれの点灯パターンを決定するため、効果的に、ヒーター全体の出力熱量を大容量化しつつ、フリッカーを抑制することができる。

しかしながら、特許文献１に係る従来技術においては、更に出力熱量を大容量化する際には、ハロゲンヒーターの使用本数を増加する必要があり、その結果、点灯パターンが複雑化し、実質的にフリッカー規制値のクリアが困難な状況が発生するという課題がある。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ヒーターの出力熱量の大容量化を図りつつ、より確実にフリッカーを抑制可能とする定着装置、及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
加熱した定着部材を用いて、転写したトナー像を用紙に定着させる定着装置であって、
前記定着部材を加熱するハロゲンヒーター及びカーボンヒーターと、
交流電源から前記ハロゲンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第１の切替部と、
前記交流電源から前記カーボンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第２の切替部と、
前記交流電源の電圧波形の半波を単位時間とする所定の周期内で、前記カーボンヒーター及び前記ハロゲンヒーターそれぞれが第１及び第２のＤｕｔｙ比で点灯状態となるように、前記第１及び第２の切替部のオン／オフを各別に切り替える制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記カーボンヒーターを消灯状態から点灯状態に切り替える際には、前記単位時間の切り替えタイミングよりも位相を早めるように前記第２の切替部のオン／オフの切り替えを実行する、定着装置である。

又、他の局面では、
前記定着装置を備える画像形成装置である。

本開示に係る定着装置によれば、ヒーターの出力熱量の大容量化を図りつつ、より確実にフリッカーを抑制することができる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図 第１の実施形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図 第１の実施形態に係る定着装置の構成の一例を示す図 カーボンヒーターの立ち上がり特性とハロゲンヒーターの立ち上がり特性を示す図 点灯パターンテーブルの一例を示す図 点灯パターンＡに基づいてハロゲンヒーターを制御した場合の、ハロゲンヒーターに通流する電流波形の一例を示す図 第１の実施形態に係る定着装置の動作の一例を示すフローチャート 第１の実施形態に係る定着装置における、点灯制御の際の電流の挙動を示す図 早期点灯を行っていない定着装置における、点灯制御の際の電流の挙動を示す図 第２の実施形態に係る定着装置の動作の一例を示すフローチャート 第２の実施形態に係る制御部が位相シフト量を決定する際のテーブルデータの一例を示す図 第３の実施形態に係る定着装置の動作の一例を示すフローチャート 第３の実施形態に係る定着装置における、点灯制御の際の電流の挙動を示す図 第３の実施形態の変形例に係る定着装置の構成の一例を示す図 第３の実施形態の変形例に係る定着装置の点灯制御の一例を示す図

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
［画像形成装置の構成例］
まず、本実施形態に係る画像形成装置１について説明する。尚、本実施形態に係る画像形成装置１は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等に適用される。

図１、図２は、本実施形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図である。

図１に示す画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に一次転写し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、用紙Ｓに二次転写することにより、トナー像を形成する。

又、画像形成装置１には、ＹＭＣＫの４色に対応する感光体ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。

画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０及び制御装置１００等を備える。

制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３等を備える。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０３に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。

制御装置１００は、通信部７１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピューター）との間で各種データの送受信を行う。制御装置１００は、例えば、外部の装置から送信された画像データを受信し、この画像データ（入力画像データ）に基づいて用紙Ｓにトナー像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１及び原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備えて構成される。

自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることができる。

原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１及び操作部２２として機能する。表示部２１は、制御装置１００から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御装置１００に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定又はユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、中間転写ユニット４２等を備える。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有する。図示及び説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、又はＫを添えて示す。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４、及びドラムクリーニング装置４１５等を備える。

感光体ドラム４１３は、導電性円筒体（例えば、アルミ素管）の周面に、アンダーコート層（ＵＣＬ：Under Coat Layer）、電荷発生層（ＣＧＬ：Charge Generation Layer）、電荷輸送層（ＣＴＬ：Charge Transport Layer）を順次積層した負帯電型の有機感光体（ＯＰＣ：Organic Photo-conductor）である。電荷発生層は、電荷発生材料（例えば、フタロシアニン顔料）を樹脂バインダー（例えば、ポリカーボネイト）に分散させた有機半導体からなり、露光装置４１１による露光により一対の正電荷と負電荷を発生する。電荷輸送層は、正孔輸送性材料（例えば、電子供与性含窒素化合物）を樹脂バインダー（例えば、ポリカーボネイト樹脂）に分散させたものからなり、電荷発生層で発生した正電荷を電荷輸送層の表面まで輸送する。

制御装置１００は、感光体ドラム４１３を回転させる駆動モーター（図示せず）に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム４１３を一定の周速度で回転させる。

帯電装置４１４は、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。感光体ドラム４１３の電荷発生層で正電荷が発生し、電荷輸送層の表面まで輸送されることにより、感光体ドラム４１３の表面電荷（負電荷）が中和される。感光体ドラム４１３の表面には、周囲との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。

現像装置４１２は、例えば二成分現像方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分のトナーを付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。

ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に摺接されるドラムクリーニングブレード等を有し、一次転写後に感光体ドラム４１３の表面に残存する転写残トナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、像担持体としての中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４、及びベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は、無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも１つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２よりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ｌ方向に一定速度で走行する。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光体ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光体ドラム４１３に圧接されることにより、感光体ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側（一次転写ローラー４２２と当接する側）にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、二次転写ローラー４２４に二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの裏面側（二次転写ローラー４２４と当接する側）にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

ベルトクリーニング部４２６は、中間転写ベルト４２１の表面に摺接するベルトクリーニングブレード等を有し、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。なお、二次転写ローラー４２４に代えて、二次転写ローラーを含む複数の支持ローラーに、二次転写ベルトがループ状に張架された構成（いわゆるベルト式の二次転写ユニット）を採用してもよい。

定着部６０は、用紙Ｓの定着面（トナー像が形成されている面）側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、用紙Ｓの裏面（定着面の反対の面）側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ、及び加熱源６０Ｃ等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙Ｓを狭持して搬送する定着ニップ（以下、「定着部材」とも称する）が形成される。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着部材で加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。

尚、定着装置６０の定着部材は、用紙Ｓにトナー像を精密に定着させるべく、高精度に温度調整される（詳細は後述する）。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２及び搬送経路部５３等を備える。給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類ごとに収容される。搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａ等の複数の搬送ローラー対を有する。

給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部５３により画像形成部４０に搬送される。このとき、レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部により、給紙された用紙Ｓの傾きが補正されるとともに搬送タイミングが調整される。そして、画像形成部４０において、中間転写ベルト４２１のトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、定着部６０において定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

［定着装置の構成例］
図３は、定着装置６０の構成の一例を示す図である。尚、図３中では、定着部材については、図示を省略している。

定着装置６０は、ハロゲンヒーター６２、カーボンヒーター６３、第１の切替部６４、第２の切替部６５、第１の温度センサー６６、第２の温度センサー６７及び制御部６１を備えている。

定着装置６０は、上記したように、加熱した定着部材を用いて、トナー像を用紙Ｓに定着させる。ハロゲンヒーター６２とカーボンヒーター６３は、当該定着部材を加熱するための加熱源６０Ｃである。そして、定着装置６０には、ハロゲンヒーター６２とカーボンヒーター６３を通電加熱するための交流電源Ａが接続されている。

交流電源Ａは、例えば、商用交流電源（周波数５０Ｈｚ、電圧１００Ｖ）であり、ハロゲンヒーター６２とカーボンヒーター６３に対して所定の交流電力を供給する。ハロゲンヒーター６２とカーボンヒーター６３とは、交流電源Ａの出力側において、並列に接続されている。

ハロゲンヒーター６２は、交流電源Ａから供給される電力により発熱し、定着部材を加熱する。ハロゲンヒーター６２は、制御部６１に第１の切替部６４がオン／オフ制御されることによって、点灯状態と消灯状態とが切り替えられる。

尚、ハロゲンヒーター６２としては、例えば、発光フィラメントを有する公知のハロゲンランプを用いることができる。

カーボンヒーター６３は、交流電源Ａから供給される電力により発熱し、定着部材を加熱する。カーボンヒーター６３は、制御部６１に第２の切替部６５がオン／オフ制御されることによって、点灯状態と消灯状態とが切り替えられる。

尚、カーボンヒーター６３としては、例えば、密閉された封体内にカーボン材よりなる発熱体を配した公知のカーボンヒーターを用いることができる。

第１の切替部６４は、交流電源Ａとハロゲンヒーター６２との間に介在するように設けられ、交流電源Ａとハロゲンヒーター６２とを接続するオン状態と、交流電源Ａとハロゲンヒーター６２との接続を解除するオフ状態とを切り替え可能に構成されている。

第２の切替部６５は、交流電源Ａとカーボンヒーター６３との間に介在するように設けられ、交流電源Ａとカーボンヒーター６３とを接続するオン状態と、交流電源Ａとカーボンヒーター６３との接続を解除するオフ状態とを切り替え可能に構成されている。

尚、第１の切替部６４及び第２の切替部６５は、例えば、トライアックやＩＧＢＴ等のスイッチング素子により構成されている。

第１の温度センサー６６は、ハロゲンヒーター６２の温度を測定し、測定により得られた温度情報を制御部６１に出力する。

第２の温度センサー６７は、カーボンヒーター６３の温度を測定し、測定により得られた温度情報を制御部６１に出力する。

尚、第１の温度センサー６６及び第２の温度センサー６７は、例えば、サーミスタ等により構成される。

制御部６１は、交流電源Ａの電圧波形の半波を単位時間とする所定の周期内で、カーボンヒーター６３及びハロゲンヒーター６２それぞれが第１及び第２のＤｕｔｙ比で点灯状態となるように、第１及び第２の切替部６４、６２のオン／オフを各別に切り替える。

制御部６１は、例えば、第１及び第２の温度センサー６６、６７の測定温度に基づいて、ハロゲンヒーター６２及びカーボンヒーター６３それぞれのＤｕｔｙ比を規定する点灯パターンを決定して、当該点灯パターンにて、ハロゲンヒーター６２及びカーボンヒーター６３を点灯制御する（詳細は後述）。

制御部６１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含んで構成されるマイコンであり、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって上記制御を実現する。但し、制御部６１の機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。

尚、制御部６１は、画像形成装置１の本体を統括制御する制御装置１００とデータ通信して、各動作を実行する。

本実施形態に係る定着装置６０は、上記のように、定着部材を温度制御するために、ハロゲンヒーター６２とカーボンヒーター６３の二種類の加熱源を用いる。換言すると、定着装置６０は、応答速度が良好なハロゲンヒーター６２と共に、緩やかな立ち上がり特性を有し熱容量の大容量化が可能なカーボンヒーター６３を搭載する。

図４は、カーボンヒーター６３の立ち上がり特性とハロゲンヒーター６２の立ち上がり特性を示す図である。

図４中のＬ１は、カーボンヒーター６３の立ち上がり特性を示し、Ｌ２は、ハロゲンヒーター６２の立ち上がり特性を示す。図４中の横軸は時間軸［ｓ］、縦軸はそれぞれのヒーターに通流する電流の大きさ［％］（目標値を１００％とした場合の電流の大きさ）を示す。

ハロゲンヒーター６２は、抵抗値が小さく、応答速度が良好な反面、それが故に、第１の切替部６４がオフ状態からオン状態に切り替えられたとき、当該ハロゲンヒーター６２には、図４のＬ２のように、立ち上がりが急峻な突入電流が通流する。そして、かかる突入電流が、フリッカーを生じさせる要因となる。

一方、カーボンヒーター６３は、ハロゲンヒーター６２に比して、高抵抗であるため、第２の切替部６５がオフ状態からオン状態に切り替えられたとき、図４のＬ１のように、立ち上がり特性が緩やかである。そのため、カーボンヒーター６３は、フリッカーを発生させることなく、熱出力の大容量化が可能である。

本実施形態に係る定着装置６０においては、かかる観点から、カーボンヒーター６３の方がハロゲンヒーター６２よりも単位時間あたりの出力熱量が大きなものが搭載されている。

但し、ハロゲンヒーター６２やカーボンヒーター６３の出力熱量は任意であり、ハロゲンヒーター６２の方がカーボンヒーター６３よりも単位時間あたりの出力熱量が大きいものを用いてもよい。又、ハロゲンヒーター６２やカーボンヒーター６３の使用本数は、それぞれ、一本に限らず、複数本であってもよい。

［点灯パターンの構成例］
次に、ハロゲンヒーター６２及びカーボンヒーター６３を点灯制御するための点灯パターンについて説明する。点灯パターンは、例えば、ＲＯＭ等にテーブルデータとして記憶され、制御部６１がハロゲンヒーター６２及びカーボンヒーター６３を点灯制御する際に参照される。

図５は、点灯パターンテーブルの一例を示す図である。

図５では、交流電源Ａの電圧波形の半波を一個の矩形で示している。図５中では、点灯時間を斜線の矩形で表し、消灯時間を白抜きの矩形で表している。図５の点灯パターンＡ〜Ｃには、交流電源Ａの１５半波を１基本周期として、当該１基本周期の中での点灯時間と消灯時間が半波単位で設定されている。

点灯パターンＡ〜Ｃは、それぞれ、１基本周期の中での点灯時間の割合が異なっており、当該点灯パターンＡ〜Ｃによってヒーターを点灯制御する際のＤｕｔｙ比が制御される。図５においては、点灯パターンＡのＤｕｔｙ比は８０％であり、点灯パターンＢのＤｕｔｙ比は５３％、点灯パターンＣのＤｕｔｙ比は２７％である。

制御部６１は、例えば、目標温度と測定温度の差に応じて当該点灯パターンテーブルから、所望のＤｕｔｙ比の点灯パターンを選択して、ハロゲンヒーター６２及びカーボンヒーター６３を温度制御する。

図６は、点灯パターンＡに基づいてハロゲンヒーター６２を制御した場合の、ハロゲンヒーター６２に通流する電流波形の一例を示す図である。

図６の電流波形は、実線がハロゲンヒーター６２に電流が通流している状態であり、破線がハロゲンヒーター６２に電流が通流していない状態である。点灯パターンＡにおいては、１番目、８番目及び１５番目の電流波形が消灯時間に相当し、それ以外の電流波形が点灯時間に相当する。

尚、以下では、カーボンヒーター６３を点灯制御するための点灯パターンとハロゲンヒーター６２を点灯制御するための点灯パターンは、同一であるものとして説明するが、異なるものが用いられてもよい。

又、図５中には、点灯パターンの一例として、３つの点灯パターンＡ〜Ｃのみを示すが、当該点灯パターンは、種々に変形可能である。例えば、複数のヒーターを点灯制御する際に、オン／オフタイミングが重ならないように、同一のＤｕｔｙ比に異なる点灯パターンを複数設けてもよい。又、例えば、複数の点灯パターンの基本周期は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

［定着装置の動作フロー］
以下、図７、図８、図９を参照して、本実施形態に係る定着装置６０の動作について説明する。

図７は、定着装置６０の動作の一例を示すフローチャートである。

図７に示すフローチャートは、例えば、制御部６１がコンピュータプログラムに従って実行する処理である。尚、当該フローは、例えば、操作表示部７０等において画像形成処理の指示が受け付けられたときに実行される。

ステップＳ１において、制御部６１は、ハロゲンヒーター６２及びカーボンヒーター６３の温度制御、並びに定着部材の動作を含む定着処理を開始する。尚、定着装置６０の定着部材の動作は、公知の制御と同様であるから、ここでの説明は省略する。

ステップＳ２において、制御部６１は、ハロゲンヒーター６２の測定温度を第１の温度センサー６６から取得すると共に、カーボンヒーター６３の測定温度を第２の温度センサー６７から取得する。

ステップＳ３において、制御部６１は、取得したハロゲンヒーター６２の測定温度と予め設定されたハロゲンヒーター６２の目標温度との差分に基づいて、ハロゲンヒーター６２を点灯させる際の目標Ｄｕｔｙ比を算出する。同様に、制御部６１は、取得したカーボンヒーター６３の測定温度と予め設定されたカーボンヒーター６３の目標温度との差分に基づいて、カーボンヒーター６３を点灯させる際の目標Ｄｕｔｙ比を算出する。

ステップＳ４において、制御部６１は、算出したハロゲンヒーター６２の目標Ｄｕｔｙ比に基づいて、点灯パターンテーブルから、ハロゲンヒーター６２を点灯制御するための最適な点灯パターンを決定する。同様に、制御部６１は、算出したカーボンヒーター６３の目標Ｄｕｔｙ比に基づいて、点灯パターンテーブルから、カーボンヒーター６３を点灯制御するための最適な点灯パターンを決定する。

ステップＳ５において、制御部６１は、ハロゲンヒーター６２について決定した点灯パターンに従って、第１の切替部６４のオン／オフを切り替え制御し、カーボンヒーター６３について決定した点灯パターンに従って、第２の切替部６５のオン／オフを切り替え制御する。尚、制御部６１は、例えば、交流電源Ａの電圧波形のゼロクロス点を検出して、当該ゼロクロス点を切り替えタイミングの基準として、第１の切替部６４及び第２の切替部６５のオン／オフを切り替え制御する。

ステップＳ６において、制御部６１は、定着処理を終了するか否かを判定し、定着処理を終了する場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。定着処理を終了しない場合（ステップＳ６：ＮＯ）、ステップＳ２に戻って、ハロゲンヒーター６２とカーボンヒーター６３の点灯制御を継続して実行する。

以上のような処理によって、本実施形態に係る定着装置６０は、定着部材の温度制御を行い、用紙Ｓにトナー像を定着させる。

但し、本実施形態に係る定着装置６０は、ハロゲンヒーター６２とカーボンヒーター６３を点灯制御する際（ステップＳ５）、単位時間の切り替えタイミングよりも位相を早めるように、カーボンヒーター６３を点灯させる制御を行っている（以下、「早期点灯」とも称する）。これによって、ハロゲンヒーター６２の点灯開始タイミング及び点灯終了タイミングに対して、カーボンヒーター６３の点灯開始タイミングを時間的に前後にずらし、フリッカーを抑制する。

ここで、図８、図９を参照して、ステップＳ５の点灯制御の詳細について説明する。

図８は、本実施形態に係る定着装置６０における、点灯制御の際の電流の挙動を示す図である。

図８Ａは、本実施形態に係る定着装置６０における、ハロゲンヒーター６２の点灯状態及びカーボンヒーター６３の点灯状態の一例を示す。図８Ａ中の斜線の領域が、ヒーターが点灯している状態を示す。

図８Ｂは、図８Ａの点灯制御の際における、ハロゲンヒーター６２に通流する電流の推移、カーボンヒーター６３に通流する電流の推移、及び、交流電源Ａから供給される供給電流（ハロゲンヒーター６２に通流する電流とカーボンヒーター６３に通流する電流の合計に相当）の推移を示す図である。尚、図８Ｂ中では、電流を絶対値により表示している。

図８Ａ、図８Ｂ中の横軸の各区画は、交流電源Ａの電圧波形の半波分の時間に相当し、即ち点灯パターンの単位時間に相当する。図８Ａ、図８Ｂにおいては、ハロゲンヒーター６２は、図５の点灯パターンＣに従って点灯制御されており、カーボンヒーター６３は、図５の点灯パターンＢに従って点灯制御された状態を示す。

図８Ａ、図８Ｂにおいては、カーボンヒーター６３の点灯開始タイミングは、点灯パターンの単位時間の開始タイミングよりも位相が早められている。そのため、２番目の単位時間から３番目の単位時間に移行する際には、ハロゲンヒーター６２の点灯開始タイミングとカーボンヒーター６３の点灯開始タイミングとが重なっているが、交流電源Ａの供給電流の時間的変化は、比較的緩やかなものとなっている。又、逆に、６番目の単位時間から７番目の単位時間に移行する際には、ハロゲンヒーター６２の点灯終了タイミングとカーボンヒーター６３の点灯開始タイミングの一部が重なることによって、交流電源Ａの供給電流の時間的変化は、比較的緩やかなものとなっている。

図９は、比較例として、早期点灯を行っていない定着装置における、点灯制御の際の電流の挙動を示す図である。尚、比較例においては、両方のヒーターにハロゲンヒーターを用いている。

比較例において、２つのハロゲンヒーターは、図８Ａ、図８Ｂと同様の点灯パターンにより点灯制御されている。

図９Ｂの電流波形は、図８Ｂの電流波形と比較して、２番目の単位時間から３番目の単位時間に移行する際には、２つのハロゲンヒーターの点灯開始タイミングが重なって、交流電源Ａの供給電流の時間的変化は、急峻なものとなっている。又、６番目の単位時間から７番目の単位時間に移行する際には、ハロゲンヒーターの点灯終了タイミングによって、交流電源Ａの供給電流の時間的変化は、急峻なものとなっている。

以上のように、本実施形態に係る定着装置６０は、カーボンヒーター６３の緩やかな立ち上がり特性を利用して、カーボンヒーター６３を点灯する際には位相を早めて、ハロゲンヒーター６２の点灯開始タイミング及び点灯終了タイミングと位相をずらすように点灯制御を行う。これによって、フリッカーを抑制することが可能となる。

又、本実施形態に係る定着装置６０によれば、カーボンヒーター６３の緩やかな立ち上がり特性を利用して、フリッカーを発生させることなくカーボンヒーター６３の熱出力を大容量化することが可能である。これによって、ヒーターの本数の増加することなく、ヒーター全体の出力熱量を増大させることも可能である。

（第２の実施形態）
次に、図１０、図１１を参照して、第２の実施形態に係る定着装置６０について説明する。

本実施形態に係る定着装置６０は、カーボンヒーター６３に印加する電圧又は当該カーボンヒーター６３に供給する電力に応じて、カーボンヒーター６３の点灯開始タイミングの位相シフト量を決定する点で、第１の実施形態と相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する（以下、他の実施形態についても同様）。

第１の実施形態に係る定着装置６０においては、カーボンヒーター６３の点灯開始タイミングを、Ｄｕｔｙ比を規定する単位時間の開始タイミングよりも早くするため、当該早期点灯に起因して、カーボンヒーター６３が過剰に熱出力するおそれがある。かかる観点から、本実施形態に係る定着装置６０は、早期点灯の点灯開始タイミング（位相のシフト量）を、カーボンヒーター６３に対して印加する印加電圧又はカーボンヒーター６３に対して供給する供給電力を基準として設定する。

図１０は、本実施形態に係る定着装置６０の動作の一例を示すフローチャートである。図１０は、第１の実施形態の図７に対応しており、ステップＳ４の後にステップＳ４ａの処理が追加されている点でのみ、図７と相違する。

ステップＳ４ａにおいて、制御部６１は、カーボンヒーター６３を早期点灯する際の位相シフト量を決定する。

具体的には、制御部６１は、ステップＳ４で決定したカーボンヒーター６３を点灯制御する際のＤｕｔｙ比［％］、及びカーボンヒーター６３の定格電力［Ｗ］に基づいて、カーボンヒーター６３を早期点灯する際の位相シフト量を決定する。そして、ステップＳ５において、制御部６１は、当該位相シフト量となるように、カーボンヒーター６３を点灯制御する。

図１１は、制御部６１が位相シフト量を決定する際のテーブルデータの一例を示す図である。図１１のテーブルデータには、カーボンヒーター６３を動作させる際のＤｕｔｙ比［％］、カーボンヒーター６３の定格電力［Ｗ］、及び位相シフト量［ｒａｄ／半波π］（半波を１とした場合の比率で表す）が関連付けて設定されている。

図１１のテーブルデータには、カーボンヒーター６３に対して供給する供給電力が大きいほど、早期点灯の点灯開始タイミングが早く（位相のシフト量が小さく）なるように設定されている。

以上のように制御することによって、カーボンヒーター６３の早期点灯に起因して、当該カーボンヒーター６３が過剰に熱出力する事態を抑制し、より高精度な温度制御が可能となる。

尚、上記実施形態では、制御部６１は、カーボンヒーター６３に供給する供給電力に応じて位相シフト量を決定する態様としたが、これに代えて、又はこれと共に、カーボンヒーター６３に印加する印加電圧に応じて、位相シフト量を決定する態様としてもよい。

（第３の実施形態）
次に、図１２、図１３を参照して、第３の実施形態に係る定着装置６０について説明する。

本実施形態に係る定着装置６０は、カーボンヒーター６３を点灯制御する点灯パターンの中で、早期点灯を実施する区間と実施しない区間を決定する点で、第１の実施形態と相違する。

図１２は、本実施形態に係る定着装置６０の動作の一例を示すフローチャートである。図１２は、第１の実施形態の図７に対応しており、ステップＳ４の後にステップＳ４ｂの処理が追加されている点でのみ、図７と相違する。

ステップＳ４ｂにおいて、制御部６１は、カーボンヒーター６３を消灯状態から点灯状態に切り替える各タイミングについて、別個に、早期点灯を実行するか否かを決定する。この際、制御部６１は、例えば、ハロゲンヒーター６２の点灯パターンとカーボンヒーター６３の点灯パターンとを参照して、交流電源Ａが供給する電流又は電力の合計の変動量が大きくなると推定される単位時間にのみ、カーボンヒーター６３の早期点灯を実施すると決定する。

図１３は、本実施形態に係る定着装置６０における、点灯制御の際の電流の挙動を示す図である。図１３Ａ、図１３Ｂは、第１の実施形態の図８Ａ、図８Ｂに対応しており、１１番目、及び１５番目の単位時間においては、カーボンヒーター６３が早期点灯されていない点で、図８Ａ、図８Ｂと相違する。

具体的には、ハロゲンヒーター６２の点灯パターンとカーボンヒーター６３の点灯パターンとを参照すると、２番目の単位時間から３番目の単位時間に移行する際、及び６番目の単位時間から７番目の単位時間に移行する際には、交流電源Ａの供給電流の時間的変化は急峻なものとなると推測できる。一方で、１０番目の単位時間から１１番目の単位時間に移行する際、及び１４番目の単位時間から１５番目の単位時間に移行する際には、交流電源Ａの供給電流の変動は大きくないと推測できる。

従って、制御部６１は、ステップＳ４ｂにおいて、３番目の単位時間、及び７番目の単位時間で、カーボンヒーター６３を点灯する際にのみ、早期点灯を実行すると決定する。そして、ステップＳ５において、制御部６１は、当該決定した単位時間（３番目及び７番目の単位時間）においてのみ、カーボンヒーター６３の早期点灯を実行する。

以上のように制御することによって、カーボンヒーター６３の早期点灯に起因して、当該カーボンヒーター６３が過剰に熱出力する事態を抑制し、より高精度な温度制御が可能となる。

（第３の実施形態の変形例）
第３の実施形態に係る点灯制御は、カーボンヒーター６３を複数本搭載する場合に特に有用である。以下、図１４、図１５を参照して、第３の実施形態の変形例について説明する。

図１４は、変形例に係る定着装置６０の構成の一例を示す図である。

図１４の定着装置６０は、図３の定着装置６０と同様の構成を有し、第１のハロゲンヒーター６２、第２のハロゲンヒーター６２ａ、第１のカーボンヒーター６３、及び第２のカーボンヒーター６３ａを備えると共に、当該第１のハロゲンヒーター６２、第２のハロゲンヒーター６２ａ、第１のカーボンヒーター６３、及び第２のカーボンヒーター６３ａを独立して制御するために、第１乃至第４の切替部６４、６４ａ、６５、６５ａ、第１乃至第４の温度センサー６６、６６ａ、６７、６７ａ、及び制御部６１を備えている。

図１５は、変形例に係る定着装置６０の点灯制御の一例を示す図である。

図１５Ａは、早期点灯を適用する前の交流電源Ａの供給電流の挙動を示す。図１５Ｂは、早期点灯を適用した場合の交流電源Ａの供給電流の挙動を示す。

この際、制御部６１は、上記したステップＳ４ｂにおいて、第１及び第２のハロゲンヒーター６２、６２ａ並びに第１及び第２のカーボンヒーター６３、６３ａのすべての電流を合計（交流電源Ａの供給電流の合計）したときの推移を予測して、第１及び第２のカーボンヒーター６３、６３ａの点灯開始タイミングを早める単位時間を決定する。

図１５Ａと図１５Ｂを比較すると分かるように、第１及び第２のカーボンヒーター６３、６３ａの点灯開始タイミングをそれぞれ独立して制御することによって、カーボンヒーター６３が一本のみの場合に比較して、交流電源Ａの供給電流の変動がより平滑化することができる。

以上、本実施形態に係る定着装置６０によれば、フリッカーを発生させることなく、ヒーター全体の出力熱量を増大させることが可能となる。又、本実施形態に係る定着装置６０によれば、早期点灯に起因してカーボンヒーター６３が過剰に熱出力する事態も抑制することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

上記実施形態では、定着装置６０の構成の一例を種々に示した。但し、各実施形態で示した態様を種々に組み合わせたものを用いてもよいのは勿論である。

又、上記実施形態では、定着装置６０の動作の一例として、ハロゲンヒーター６２及びカーボンヒーター６３の温度検出、ハロゲンヒーター６２及びカーボンヒーター６３の点灯制御等が一連のフローの中で実行されるものとして示したが、これらの処理の一部又は全部が並列で実行されるものとしてもよいのは勿論である。

又、上記実施形態では、定着装置６０の構成の一例として、制御部６１が一のコンピュータによって実現されるものとして記載したが、複数のコンピュータによって実現されてもよいのは勿論である。又、当該コンピュータに読み出されるプログラムやデータも、複数のコンピュータに分散して格納されてもよい。他方、制御部６１と画像形成装置１本体の制御装置１００とが一体的に構成されてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本開示に係る定着装置によれば、ヒーターの出力熱量の大容量化を図りつつ、より確実にフリッカーを抑制することができる。

１ 画像形成装置
６０ 定着装置
６１ 制御部
６２、６２ａ ハロゲンヒーター
６３、６３ａ カーボンヒーター
６４ 第１の切替部
６５ 第２の切替部
６４ａ 第３の切替部
６５ａ 第４の切替部
６６ 第１の温度センサー
６７ 第２の温度センサー
６６ａ 第３の温度センサー
６７ａ 第４の温度センサー
Ａ 交流電源

Claims (7)

1. 加熱した定着部材を用いて、転写したトナー像を用紙に定着させる定着装置であって、
   前記定着部材を加熱するハロゲンヒーター及びカーボンヒーターと、
   交流電源から前記ハロゲンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第１の切替部と、
   前記交流電源から前記カーボンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第２の切替部と、
   前記交流電源の電圧波形の半波を単位時間とする所定の周期内で、前記カーボンヒーター及び前記ハロゲンヒーターそれぞれが第１及び第２のＤｕｔｙ比で点灯状態となるように、前記第１及び第２の切替部のオン／オフを各別に切り替える制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記カーボンヒーターを消灯状態から点灯状態に切り替える際には、前記単位時間の切り替えタイミングよりも位相を早めるように前記第２の切替部のオン／オフの切り替えを実行する、定着装置。
2. 前記制御部は、前記交流電源から前記カーボンヒーターに対して電力供給する際の供給電力に基づいて、前記単位時間の切り替えタイミングよりも位相を早める位相シフト量を決定する、
   請求項１に記載の定着装置。
3. 前記制御部は、前記交流電源から前記カーボンヒーターに対して電力供給する際の印加電圧に基づいて、前記単位時間の切り替えタイミングよりも位相を早める位相シフト量を決定する、
   請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記制御部は、前記カーボンヒーターを消灯状態から点灯状態に切り替える各タイミングについて、前記単位時間の切り替えタイミングよりも位相を早めるか否かを決定する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記制御部は、前記カーボンヒーターを消灯状態から点灯状態に切り替える各タイミングについて、前記交流電源が電力供給する電流又は電力の合計の変動量を推定し、
   当該推定結果に基づいて、前記単位時間の切り替えタイミングよりも位相を早めるか否かを決定する、
   請求項４に記載の定着装置。
6. 前記カーボンヒーターの単位時間あたりの出力熱量は、前記ハロゲンヒーターの単位時間あたりの出力熱量より大きい、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。

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