JP4368227B2 - 電力制御装置、画像形成装置及び電力制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、温度に対する抵抗特性が正であるヒータ等の負荷に対する電力供給を制御する電力制御装置、電力制御プログラム及びこの電力制御装置を適用した記録媒体（以下、用紙と言う。）に画像形成を行う画像形成装置に関する。

従来より、電子写真方式の画像形成装置には、用紙の表面に形成された現像剤像（トナー像）を堅牢に定着させる定着装置が備えられている。

一般的に定着装置は、加熱ローラ、定着ローラ、ヒータ及び温度検出部等から構成される。加熱ローラ及び定着ローラは、形成した定着部（ニップ部）を通過する用紙の表面に形成された現像剤像を加熱、加圧して溶融、固着させる。ヒータは、加熱ローラを加熱する。温度検出部は、温度検出手段（サーミスタ）等から構成され、定着部付近の加熱ローラの周面温度等を検出する。

現像剤像を安定して用紙の表面に定着させるには、定着部の温度を最適温度に維持する必要がある。そのため、温度検出部により検出された結果に基づいて画像形成装置の動作を制御するＣＰＵがヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。

定着装置の熱源となるヒータは、一般的に熱応答性のすぐれたハロゲンヒータ等が使用される。ハロゲンヒータは、温度が上昇するに従って抵抗値が大きくなる正の抵抗特性を有している。したがって、温度が低い状態のハロゲンヒータに商用電源（交流電源）から電力を供給すると、抵抗値が低いためにヒータに通常流れる電流値の１０倍にも達する突入電流が流れる可能性があり、商用電源の電圧降下による周辺機器に与える影響も無視できなくなっていた。

また、欧州ＣＥマークには、電源電圧変動に関して「１相あたりの入力電流が１６Ａ以下の機器の電圧変動とフリッカの限度値」を定めた国際規格があり、突入電流に伴って商用電源の電圧が変動して照明等がちらつかないよう規制されている。

そこで、従来の画像形成装置には、ヒータに流れる突入電流を抑制する構成を備えた種々の提案がなされている。代表的なものとして、位相制御を用いたソフトスタート（ソフトスタートオン）制御を行う構成のものがある（例えば、特許文献１参照。）。

具体的には、図１０に示すようにヒータの電力供給の開始時に、商用電源の電圧波形の位相角が指定位相角に到達した時に電力供給を開始し、商用電源の電圧のゼロクロスタイミングで電力供給を停止する。上記処理を複数回繰り返す際に上記指定位相角を指定通電時間経過毎に徐々に減少させてヒータの電力の供給時間を増加させていく。これにより、最終的に供給時間が交流電源の半周期の全時間となり、ヒータは常時ＯＮ状態となる。また、指定位相角を商用電源の電圧波形の１周期毎に減少させていく構成等もある。
特開２００２−２６８４４７公報

しかしながら、上述の特許文献１の構成では、ヒータの温度に対する抵抗特性を考慮したソフトスタート制御を行っていないので、ヒータに流れる突入電流を十分に抑制できない場合がある。これは、ヒータの温度がある程度上昇する前に電力の供給時間が増加し、抵抗値が低い状態のヒータに大きな電力が供給されてしまう可能性があるからである。

そこで、ソフトスタート制御の経過時間に対するヒータへの電力の供給時間の増加率を小さく（緩やかに）することで、突入電流の発生を抑制することも考えられるが、ソフトスタート制御の制御時間が長くなってしまうので、ヒータの温度を上昇させるのに時間がかかってしまう。そのため、加熱ローラを設定温度に上昇させるのに時間がかかってしまう。

また、指定通電時間経過毎に供給時間を増加させていく構成では、指定通電時間中は指定位相角が固定されている。そのため、指定通電時間経過後の供給時間が増加（変化）した際にヒータに流れる電流が瞬間的に増加する。これにより、ヒータの温度が低い状態では電流の瞬間的な増加に伴って大きな突入電流が発生し、商用電源の電圧変動によってフリッカ値の増加も十分に防止されない。

この発明の目的は、負荷の温度に対する抵抗特性を考慮して電力の供給時間の増加率を変更することで、適切な制御時間内で負荷に流れる突入電流を十分に抑制し、商用電源の電圧変動を抑えてフリッカ値の増加を防止することができる電力制御装置、電力制御プログラム及びこの電力制御装置を備えた電子写真装置を提供することにある。

この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。

（１）温度に対する抵抗特性が正である負荷に電力を供給する商用電源を備え、該負荷が加熱する被加熱体の温度が設定温度より低下した時、所定時間内で該商用電源の電圧波形の半周期を最長の時間とする供給時間にわたって前記負荷に電力を供給し、該供給時間を徐々に増加させて最終的に前記半周期の全時間として前記負荷に電力を供給するソフトスタート制御を行う制御手段を備えた電力制御装置において、
前記所定時間を構成する複数の小区間毎に、１つ前の区間において前記負荷に電力を供給した前記供給時間に対する前記供給時間の増加率を増加させることを特徴とする。

この構成においては、負荷が加熱する被加熱体の温度が設定温度より低下した際、負荷に電力を供給する供給時間が、商用電源の電圧波形の半周期の時間が最長の時間となるように所定時間内で徐々に増加していくソフトスタート制御が行われる。また、所定時間が複数の小区間に区切られ、ソフトスタート制御開始時の最初の小区間から制御終了時の最後の小区間に遷移するにつれて供給時間の増加率が増加していく。つまり、最初の小区間ほど供給時間の増加率が低い。

したがって、最初の小区間ほど供給時間の増加率が低く、供給時間が増加せずに短い供給時間が維持される。これにより、ソフトスタート制御開始当初の温度が低い状態、つまり抵抗値が低い状態の負荷には小さな電力しか供給されない。その後、供給時間の増加率が最初の小区間に比べて高い小区間において、温度がある程度上昇した状態、つまり抵抗値が高くなった状態の負荷に大きな電力が供給される。

（２）前記ソフトスタート制御開始時の前記供給時間は、前記半周期の時間の５０％以下であることを特徴とする。

この構成においては、ソフトスタート制御開始時の最初の小区間における供給時間の初期値が、半周期の時間の５０％以下であるので、温度の低い状態、つまり抵抗値の低い状態の負荷にいきなり大きな電力が供給されない。

（３）前記制御手段は、前記所定時間全体において前記供給時間を単調増加させることを特徴とする。

この構成においては、ソフトスタート制御の所定時間全体として供給時間が単調増加し且つ複数の小区間において増加率が増加していく、例えば単一の指数関数に基づいて供給時間が設定される。

（４）前記複数の小区間のうちソフトスタート制御開始時の最初の小区間中、前記供給時間は前記半周期の時間の５０％以下の固定値であることを特徴とする。

この構成においては、ソフトスタート制御開始時の最初の小区間は、供給時間が半周期の５０％以下の固定値（増加率＝０％）が用いられ、その後の小区間では増加率が増加して供給時間が徐々に増加していく。したがって、温度の低い状態、つまり抵抗値が低い状態にある負荷に流れる電流の変動及び電流値が小さい。

（５）前記ソフトスタート制御開始からの経過時間毎の前記供給時間の値を予め記憶した記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段から読み出した前記供給時間の値を用いて前記ソフトスタート制御を行うことを特徴とする。

この構成においては、予め記憶された供給時間の値を用いてソフトスタート制御が行われるので、供給時間を求める処理を行う必要がない。

（６）前記制御手段は、前記被加熱体が設定温度以上になった時に前記負荷に前記半周期の全時間にわたって電力供給している状態から、徐々に前記供給時間を減少させて最終的に電力供給を停止するソフトストップ制御を含み、前記記憶手段から読み出した前記供給時間の値を用いてソフトストップ制御を行うことを特徴とする。

この構成においては、ソフトスタート制御が終了し、負荷に半周期の全時間にわたって電力を供給している状態からソフトスタート制御用に記憶されている供給時間の値を用いてソフトストップ制御が行われて電力の供給が停止される。また、所定時間が複数の小区間に区切られ、ソフトストップ制御開始時の最初の小区間から制御終了時の最後の小区間に遷移するにしたがって、供給時間の減少率が低下していく。したがって、ソフトストップ制御用の新たな供給時間の値を記憶手段に記憶する必要がなく、また供給時間を求める処理を新たに設ける必要がない。

しかも、供給時間が長く且つ減少率が高い最初の小区間において、温度の高い状態、つまり抵抗値の高い状態の負荷に高い電力が供給される。また、最初の小区間よりも供給時間が長く且つ減少率の低い最後の小区間において、温度が低下した状態、つまり抵抗値の低い状態の負荷に小さな電力が供給される。

（７）温度に対する抵抗特性が正である加熱手段を有する定着装置を用いて記録媒体に転写した現像剤像を溶融、固着させて画像形成を行う画像形成装置において、
（１）〜（６）に記載された電力制御装置を備え、前記交流電源から加熱手段に電力を供給することを特徴とする。

この構成においては、画像形成装置に備えられた（１）〜（６）の何れかに記載された電力制御装置によって定着装置に備えられる加熱手段の電力供給が制御される。

温度に対する抵抗特性が正である負荷が加熱する被加熱体の温度が設定温度より低下したか否かを判別する第１のステップと、前記被加熱体の温度が設定温度より低下した時、所定時間内において前記負荷に電力を供給する時間であって、商用電源の電圧波形の半周期を最長の時間とする供給時間を最終的に前記半周期の全時間にまで徐々に増加させる第２のステップと、を含む電力制御プログラムにおいて、
前記第２のステップは、前記所定時間における複数の小区間毎に、１つ前の区間において前記負荷に電力を供給した前記供給時間に対する前記供給時間の増加率を増加させるステップであることを特徴とする。

この構成においては、第１ステップにて負荷が加熱する被加熱体の温度が設定温度より低下したと判断した時に、所定の時間にわたって第２のステップにてソフトスタート制御が開始されて負荷に電力を供給する時間が徐々に増加される。また、第２のステップにおいて、所定時間を区切った複数の小区間毎に供給時間の増加率が増加する。

したがって、負荷の温度が低い状態となるソフトスタート制御開始時の最初の小区間の供給時間の初期値を小さくした場合、最初の小区間ほど供給時間の増加率が低いので、温度が低い状態、つまり抵抗値が低い状態の負荷には小さな電力しか供給されない。その後、供給時間の増加率が最初の小区間に比べて高い小区間において、温度がある程度上昇した状態、つまり抵抗値が高くなった状態の負荷に大きな電力が供給される。

この発明によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）ソフトスタート制御開始時の最初の小区間から制御終了時の最後の小区間に遷移するにつれて供給時間の増加率を増加させることによって、最初の小区間ほど供給時間の増加率が低く、供給時間が増加せずに短い供給時間を維持することができる。これにより、抵抗値が低い状態の負荷には小さな電力しか供給しないので、負荷に流れる電流を小さくでき、突入電流の発生を適切に抑制することができる。その後、抵抗値が高くなった状態の負荷に大きな電力が供給されるが、高い抵抗値によって負荷に流れる電流は小さいので突入電流の発生を適切に抑制できる。これにより、商用電源の電圧が不安定になってフリッカ値が増加するのを防止できる。

（２）ソフトスタート制御開始時の最初の小区間における供給時間の初期値を半周期の時間の５０％以下にすることによって、抵抗値が低い状態の負荷にいきなり大きな電力が供給されることを防止できるので、負荷における突入電流の発生をより適切に抑制できる。これにより、商用電源の電圧が不安定になってフリッカ値が増加するのをより適切に防止できる。

（３）ソフトスタート制御の所定時間全体として供給時間を単調増加させることによって、例えば単一の指数関数を用いるだけで供給時間の増加及び供給時間の増加率の増加を制御することができる。したがって、供給時間を記憶する記憶手段を設ける必要がなく、また単純な処理でソフトスタート制御を行うことができる。

（４）ソフトスタート制御開始時の最初の小区間にわたって供給時間を半周期の５０％以下の固定値とすることによって、抵抗値が低い状態にある負荷に流れる電流の変動及び電流値を小さくでき、最初の小区間において突入電流が発生するのを防止することができる。これにより、商用電源の電圧が不安定になってフリッカ値が増加するのをより適切に防止できる。

（５）予め記憶された供給時間の値を用いてソフトスタート制御を行うことによって、供給時間を求める処理を行う必要がなくなり、ソフトスタート制御の構成を単純にできる。また、制御手段の動作速度に応じた精度で供給時間を制御することができるので、制御手段において高精度でソフトスタート制御を行うことができる。

（６）ソフトスタート制御用に記憶されている供給時間の値を用いてソフトストップ制御を行うことによって、ソフトストップ制御用の新たな供給時間の値を記憶手段に記憶する必要がなく、記憶手段の記憶容量の増加を抑制できる。また、制御手段によって供給時間を求める処理を行う必要がなくなり、ソフトスタート制御の構成を単純にできる。

しかも、最初の小区間よりも供給時間が短く且つ減少率の低い最後の小区間において、抵抗値の低い状態の負荷に小さな電力しか供給しないので、突入電流の発生を適切に抑制することができる。これにより、商用電源の電圧が不安定になってフリッカ値が増加するのを適切に防止できる。

（７）画像形成装置に（１）〜（６）の何れかに記載された電力制御装置を適用し、定着装置に備えられる加熱手段の電力供給を制御することによって、加熱手段の突入電力が発生することを適切に抑制できる。これにより、商用電源の電圧が不安定になってフリッカ値が増加するのを適切に防止できる。

以下に、この発明の最良の実施形態に係る画像形成装置を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、この発明の実施形態に係る画像形成装置であるディジタル複写機の構成を示す説明図である。ディジタル複写機（以下、複写機と言う。）１は、画像読取部１０、図示しない画像処理部及び画像形成部２０等から構成され、読み取った画像情報又は接続されたネットワーク等から受信した画像情報に基づいて用紙に画像を形成する。

画像読取部１０は、原稿の画像情報を読み取って電気信号に変換等した後に画像処理部に送信する。画像処理部は、受信した原稿の画像情報に所定の画像処理を施す。画像形成部２０は、レーザスキャニングユニット（以下、ＬＳＵと言う。）２１、感光体ドラム２２、現像ユニット２３及び定着装置２４等から構成され、画像処理部において画像処理が施された原稿の画像情報に基づいて用紙に画像を形成する。ＬＳＵ２１は、予め帯電された感光体ドラム２２の周面に、原稿の画像情報に基づいてレーザビーム等の光ビームを走査させて静電潜像を形成する。

感光体ドラム２２は、回転自在に支持されている。現像ユニット２３は、感光体ドラム２２の周面に現像剤を供給し、静電潜像をトナー像に顕像化（現像）する。定着装置２４は、加熱ローラ（本発明の被加熱体に相当する。）２５、定着ローラ２６等から構成され、用紙に転写されたトナー像を溶融・固着させる。加熱ローラ２５及び加圧ローラ２６は、回転自在に支持され、加熱ローラ２５と加圧ローラ２６との定着部（ニップ部）２８に用紙を通過させる。また、加熱ローラ２５は、中空円筒の内部にヒータ２７（例えば、ハロゲンヒータ。）が備えられ、用紙が定着部２８を通過する際に用紙を熱定着させる。この発明の加熱手段（負荷）に相当するヒータ２７は、温度に対する抵抗特性が正であり、加熱ローラ２５の周面を内部から加熱する。

複写機１は、図示しないコピー開始ボタンがユーザにより押下されてコピー開始の要求を受け付ける、又は、ネットワーク等を介してＰＣ（パーソナルコンピュータ）等から送信されたプリント要求信号を受信すると画像形成動作を開始する。コピー開始の要求を受け付けた際は、原稿読取部１０において原稿の画像情報を読み取り、画像処理部において所定の画像処理が施された画像情報に基づいて感光体ドラム２２の周面に静電潜像を形成する。その後、静電潜像を顕像化したトナー像を用紙に転写する。次に、用紙を定着部２８に通過させて用紙上のトナーを溶融・固着させて堅牢に用紙に定着させて、排紙トレイ３０に排出することで画像形成動作が終了する。

また、上記のコピー開始要求等を受け付けた際、複写機１は、画像形成を開始するためにヒータ２７に電力の供給を開始して加熱ローラ２５の周面温度が設定温度になるように加熱する。画像形成動作中は、後述するＣＰＵが上記加熱ローラ２５の周面温度の加熱動作を制御する。

図２は、この発明の実施形態に係るディジタル複写機の概略の構成を示すブロック図である。複写機１は、電力供給ユニット５０及び制御部６０を備えている。電力供給ユニット５０は、ゼロクロス信号検出回路５１及びトライアック５２等から構成され、接続された商用電源７０からヒータ２７へ電力を供給する。ゼロクロス信号検出回路５１は、商用電源７０の電圧波形のゼロクロス信号を検出し、制御部６０を構成する入出力装置（Ｉ／Ｏ）６４を介してＣＰＵ６３に送信する。

トライアック５２は、制御部６０を構成する入出力装置（Ｉ／Ｏ）６５を介して、ＣＰＵ６３からのトリガ信号を受信してヒータ２７への電力供給を開始する。また、トライアック５２は、電力供給中に商用電源７０の電圧波形のゼロクロスタイミング（電圧値が０）時に極性に依らずヒータ２７への電力供給を遮断する。

制御部６０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）６１、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６３、入出力装置６４，６５、Ａ／Ｄ変換器６６及びメモリ６７等から構成され、複写機１の動作全体を制御している。ＲＡＭ６１はデータを一次的に記憶しておく作業領域として用いる。ＲＯＭ６２は、ヒータ２７の電力供給制御用等の所定のプログラムが格納されている。この発明の制御手段に相当するＣＰＵ６３は、所定のプログラムに基づいて複写機１全体の動作を制御する。

Ａ／Ｄ変換器６６は、コンパレータ６７を介して定着装置２４に備えられるサーミスタ２９から送信される加熱ローラ２５の周面の温度情報であるアナログ信号を受信する。その後、ディジタル信号に変換してＣＰＵ６３に送信する。この発明の記憶手段であるメモリ６７は、不揮発性であって後述するソフトスタート制御用の指定カウント値（供給時間）を記憶している。

定着装置２４は、サーミスタ２９を備えている。サーミスタ２９は、加熱ローラ２５の回転方向における定着部２８の下流側に配置され、加熱ローラ２５の周面の温度を検出してＣＰＵ６３に送信する。

なお、電力供給ユニット５０及び制御部６０が本発明の電力制御装置に相当する。

図３は、この発明の実施形態に係るヒータへの電力供給制御の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ６３は、ヒータ２７に電力供給を開始する際に所定時間にわたってソフトスタート制御を行う。ソフトスタート制御は、商用電源７０の電圧波形の半周期の時間を最長とする供給時間にわたってヒータ２７に電力を供給する（ヒータ２７をＯＮする。）。この時、図４に示すように供給時間を徐々に増加させて最終的に半周期の時間にわたってヒータ２７に常時電力を供給する、つまりヒータ２７を常時ＯＮ状態にする。

なお、メモリ６７に商用電源の電圧波形の半周期（１０ｍｓ）毎の指定カウント値をアドレス０〜２９９まで３００個保存し、アドレスｉ（ｉ＝０…２９９）に保存された指定カウント値をＴ（ｉ）と表現する。また、欧州の５０Ｈｚの商用電源７０である周期２０ｍｓの半周期にあたる１０ｍｓ単位で制御を行う。

まず、コピー開始要求等を受け付けた際、サーミスタ２７によって検出された加熱ローラ２５の周面温度と設定温度との比較を行う（Ｓ１）。Ｓ１において加熱ローラ２５の周面温度が設定温度よりも低いと判断した場合は、メモリ６７のｉの値が０以下となっているか否かの判断（Ｓ２）、つまりソフトスタート制御を開始するか否かを判断する。メモリ６７に記憶された指定カウント値を読み出すためのアドレスｉが０以下である状態は、複写機１の起動時又はヒータ２７がＯＦＦ状態であり、ソフトスタート制御可能な状態を示す。

したがって、Ｓ２においてｉの値が０よりも大きいと判断した場合は、ヒータ２７が常時ＯＮ状態であると判断し、Ｓ１の処理に戻る。Ｓ２においてｉの値が０以下と判断した場合は、ｉの値に初期値０をセットし（Ｓ３）、ゼロクロス信号を受信したと判断するまでＳ４の処理を繰り返す。Ｓ４においてゼロクロス信号を受信したと判断した場合は、メモリ６７のアドレスｉに格納されている指定カウント値を読み出し、タイマを起動してカウントを開始する（Ｓ５）。さらにＳ５においてヒータ２７をＯＦＦする処理を行う、本実施形態では商用電源７０の電圧波形のゼロクスタイミングをトリガにしてトライアック５２がＯＮからＯＦＦすることでヒータ２７をＯＦＦする。

その後、カウント値が指定カウント値にまでカウントアップしたか否かを判断し（Ｓ６）、カウント値が指定カウント値にカウントアップするまでＳ６の処理を繰り返す。また、Ｓ６においてカウント値が指定カウント値にカウントアップしたと判断した場合は、トライアック５２をＯＮする（Ｓ７）ことでヒータ２７をＯＮし、ｉの値を１増加する（Ｓ８）。

次に、ｉの値が指定カウント値が格納されている最後のアドレス値（２９９）を超えたか否か、つまり、ソフトスタート制御が終了したか否かを判断する（Ｓ９）。Ｓ９においてｉの値が最後のアドレス値を超えていないと判断した場合は、Ｓ４の処理に戻る。また、Ｓ９においてｉの値が最後のアドレス値を越えたと判断した場合は、ヒータ２７を常時ＯＮする処理、例えばゼロクロス信号受信時に毎回トライアック５２をＯＮする制御を開始し（Ｓ１０）、Ｓ１に戻る。

上記の処理により、図５に示すように、所定時間が３秒間においてヒータ２７への電力の供給時間が増加していく。ソフトスタート制御は、所定時間を前半区間（２秒）と後半区間（１秒）との小区間に区切っている。ソフトスタート制御開始の前半区間は、図６に示すように商用電源７０の電圧波形の半周期毎のヒータ２７への電力の供給時間を２ミリ秒（指定カウント値を８ミリ秒）に固定する。後半区間は、供給時間の増加率を８ミリ秒／秒（指定カウント値の減少率８ミリ秒／秒）として制御を行う。所定時間の３秒が経過してソフトスタート制御が終了するとヒータ２７に商用電源２７の電圧波形の半周期の時間（１０ｍｓ）にわたって電力供給され、ヒータ２７が常時ＯＮ状態になる。

ここで、図５に示すように前半区間と後半区間で供給時間の増加率を変更しているのは、ヒータ２７に突入電流が発生するのを抑制するためである。つまり、ヒータ２７は、温度が低いほど抵抗値が低くなり、温度が高いほど抵抗値が高くなる。そのため、温度の低い状態のヒータ２７ほど電流が流れやすく、突入電流が発生し易いからである。

したがって、上記例の構成により、ヒータ２７の温度が低い時はヒータ２７の温度がある程度上昇するまで小さな電力しか供給しないので、突入電流の発生を適切に抑制することができる。これにより、商用電源７０の電圧変動を適切に抑制することができる。また、ヒータ２７の温度がある程度上昇した後半区間では、前半区間に比べて供給時間の増加率が大きいが、ヒータ２７の抵抗値が前半区間でのヒータ２７の抵抗値に比べて大きい。そのため、高い抵抗値によってヒータ２７に流れる電流は小さいので突入電流の発生を適切に抑制できる。したがって、フリッカ値の増加を適切に抑制することができる。

さらに、予めメモリ６７に指定カウンタ（供給時間）を記憶しておくことによって、供給時間を求める処理を行う必要がなくなり、ソフトスタート制御の構成を単純にできる。しかも、ＣＰＵ６３を駆動するクロックスピードに応じた精度で供給時間を制御することができるので、ＣＰＵ６３において高精度でソフトスタート制御を行うことができる。

なお、全てのヒータ２７に対して同じソフトスタート制御をする必要はない。例えば、常温における抵抗値がある程度大きいヒータ２７であれば、前半区間の供給時間を２．５ミリ秒，３ミリ秒…と大きくすることも可能であり、効率の良いヒータ２７であれば前半区間の供給時間を上記例の２ミリ秒よりも短くすることも可能である。後半区間の供給時間の増加率についても同様である。

一方、Ｓ１において加熱ローラ２５の周面温度が設定温度以上と判断した場合は、ｉの値が０よりも大きいか否か、つまりソフトストップ制御を開始するか否かを判断する（Ｓ１１）。アドレスｉが０よりも大きい状態は、ソフトスタート制御が終了してヒータ２７が常時ＯＮ状態を示す。Ｓ１１においてｉの値が０以下であると判断した場合、つまりヒータ２７がＯＦＦ状態であると判断した場合はＳ１の処理に戻る。

ここで、徐々にヒータ２７への電力の供給時間を短くしていくソフトストップ制御を行うのは、ヒータ２７を常時ＯＮ状態からＯＦＦする際、いきなり電力供給を停止すると商用電源７０の電圧に変動が生じてフリッカ値が増加するのを防止するためである。特に、常時ＯＮした状態での定常電流が大きく、熱の応答性が良いヒータ２７では、瞬間的な電圧変動が大きくなるからである。

Ｓ１１においてｉの値が０よりも大きいと判断した場合は、指定カウント値が格納されている最後のアドレス値（２９９）をｉの値としてセットする（Ｓ１２）。次に、ゼロクロス信号を受信したと判断するまでＳ１３の処理を繰り返す。Ｓ１３においてゼロクロス信号を受信したと判断した場合は、メモリ６７のアドレスｉに格納されている指定カウント値を読み出し、タイマを起動してカウントを開始する（Ｓ１４）。さらに、Ｓ１３においてヒータ２７をＯＦＦにする処理を行う、本実施形態では商用電源７０の電圧波形のゼロクロスタイミングをトリガにしてトライアック５２がＯＮからＯＦＦになることでヒータ２７をＯＦＦする。

その後、カウント値が指定カウント値にまでカウントアップしたか否かを判断し（Ｓ１５）、カウント値が指定カウント値にカウントアップするまでＳ１５の処理を繰り返す。また、Ｓ１５においてカウント値が指定カウント値にカウントアップしたと判断した場合は、トライアック５２をＯＮする（Ｓ１６）ことでヒータ２７をＯＮし、ｉの値を１減らす（Ｓ１７）。

次に、ｉの値が初期値（０）よりも小さいか否か、つまり、ソフトストップ制御が終了したか否かを判断する（Ｓ１８）。Ｓ１８においてｉの値が初期値よりも大きいと判断した場合は、Ｓ１３の処理に戻る。また、Ｓ１８においてｉの値が初期値よりも小さいと判断した場合は、ヒータ２７をＯＦＦ（Ｓ１９）してＳ１の処理に戻る。

ここで、ソフトストップ制御においてもソフトスタート制御用の指定カウント値を用いているのは、ソフトストップ制御用の新たな指定カウント値をメモリ６７に記憶する必要がなく、メモリ６７の記憶容量の増加を抑制できるからである。また、ＣＰＵ６３によって供給時間を求める処理を行う必要がなくなり、ソフトストップ制御の構成を単純にできるからである。

また、ソフトスタート制御用の指定カウンタ値を用いることで、図５に示す逆の形状である図７に示すように、供給時間（指定カウント値）の減少率を前半区間及び後半区間の小区間毎に減少させていくことができる。したがって、前半区間よりも供給時間が短く且つ減少率の低い後半小区間では、抵抗値の低い状態のヒータ２７に小さな電力しか供給しないので、突入電流の発生を適切に抑制することができる。これにより、商用電源の電圧が不安定になってフリッカ値が増加するのをより適切に防止できる。

しかも、上述のように後半区間において供給時間を固定し、ソフトストップ制御の前半区間のヒータ２７温度を後半区間において略一定に保つ、もしくは緩やかに降下する程度の供給時間をすることによって、定着部２８の温度リップル周期を長くすることが可能である。これにより、時間あたりのヒータ２７の電力供給回数は少なくなり、フリッカ値についても良好な結果を得ることができる。

なお、常時ＯＮ状態である時のヒータ２７は、加熱ローラ２５の設定温度よりも非常に高い温度となる。これは、加熱ローラ２５の周面温度を設定温度にまで素早く上昇させるためである。したがって、ヒータ２７は、ソフトスタート制御終了後から加熱ローラ２５の周面温度が設定温度以上に上昇するまで非常に高い温度で保持される。

ここで、ソフトスタート制御を複写機１の起動時だけでなくヒータ２７に電力供給を開始する毎に行っているのは、起動時以外にも同様の効果があるからである。つまり、加熱ローラ２５は、用紙に対する定着を適切に行うため熱が逃げ難い構成になっている。そのため、加熱ローラ２５の周面温度が設定温度以下になった時のヒータ２７は、複写機１の起動時の温度までは低下しないが、それに近い温度にまで低下しているからである。

また、所定時間が非常に短いソフトスタート制御中に加熱ローラ２５の周面温度が設定温度に上昇することはない。

なお、この発明の実施形態ではソフトスタート制御開始時の供給時間を２ミリ秒としているが、特にこれに限定されるものではない。制御の精度上の問題等があるが、電力供給開始直後の突入電流を極力抑えるため、できるだけ短い供給時間で制御を開始する方が望ましい。ここで、供給時間の最大は、商用電源７０の電圧波形の半周期の１／２以下とする。これは、ソフトスタート制御開始時に大きな突入電流がヒータ２７に流れるのを防止するためである。

また、この発明の実施形態では、図４に示すような前半区間の供給時間が固定値でソフトスタート制御を行っているが、特にこれに限定されるものではない。小区間毎に供給時間の増加率が増加する制御であって、ヒータ２７の抵抗特性に合わせて設定すればよい。例えば、図８に示すように前半区間（２秒間）の供給時間の増加率が０．７５ミリ秒／秒とし、後半区間（１秒間）の供給時間の増加率が８ミリ秒／秒としてソフトスタート制御を行っても上述と同様の効果を得ることができる。

さらに、図９に示すように前半区間及び後半区間の所定時間全体で単調増加するソフトスタート制御を行っても上述と同様の効果を得ることができる。つまり、所定時間全体で単調増加させるには単一の関数を用いて制御を行う。図９は、供給時間をｙ（ｍｓ）とし、ソフトスタート制御開始からの経過時間をＸ（ｍｓ）とするｙ＝０．１ｘ^4.1＋１に基づいている。これにより、前半区間（２秒間）の増加率よりも後半区間（１秒間）の増加率を増加させつつ、指定カウント値（供給時間）をメモリ６７に記憶せずにＣＰＵ６３において単純な処理のみで供給時間を求めることができる。なお、上述した関数の係数はヒータ２７の温度に対する抵抗特性に従って決定する。

本発明の実施形態では、複写機１を用いているが特にこれに限定されるものではなく、温度に対する抵抗特性が正である負荷の電力供給の制御を行う電力供給制御装置及びこの電力供給制御装置を備えた装置であれ上述と同様の効果を得ることができる。

この発明の実施形態に係る画像形成装置であるディジタル複写機の構成を示す説明図である。 この発明の実施形態に係るディジタル複写機の概略の構成を示すブロック図である。 この発明の実施形態に係るソフトスタート制御を説明するための説明図である。 この発明の実施形態に係るソフトスタート制御開始からの経過時間に対するソフトスタート制御用のヒータへの電力の供給時間を示す図である。 この発明の実施形態に係るソフトスタート制御中の商用電源の電圧波形に対するヒータへの電力供給を示す図である。 この発明の実施形態に係るヒータへの電力供給制御の手順を示すフローチャートである。 この発明の実施形態に係るソフトストップ制御開始からの経過時間に対するソフトスタート制御用のヒータへの電力の供給時間を示す図である。 この発明の実施形態に係るソフトスタート制御開始からの経過時間に対するソフトスタート制御用のヒータへの電力の供給時間を示す図である。 この発明の実施形態に係るソフトスタート制御開始からの経過時間に対するソフトスタート制御用のヒータへの電力の供給時間を示す図である。 従来のソフトスタート制御中の定着ヒータ入力電流波形例を示す図である。

符号の説明

１−複写機
２３ー定着装置
２５−加熱ローラ
２７−ヒータ
５０−電力供給ユニット
５２−トライアック
６０−制御部
６３−ＣＰＵ
７０−商用電源

Claims (8)

1. 温度に対する抵抗特性が正である負荷に電力を供給する商用電源を備え、該負荷が加熱する被加熱体の温度が設定温度より低下した時、所定時間内で該商用電源の電圧波形の半周期を最長の時間とする供給時間にわたって前記負荷に電力を供給し、該供給時間を徐々に増加させて最終的に前記半周期の全時間として前記負荷に電力を供給するソフトスタート制御を行う制御手段を備えた電力制御装置において、
   前記所定時間を構成する複数の小区間毎に、１つ前の区間において前記負荷に電力を供給した前記供給時間に対する前記供給時間の増加率を増加させることを特徴とする電力制御装置。
2. 前記ソフトスタート制御開始時の前記供給時間は、前記半周期の時間の５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記制御手段は、前記所定時間全体において前記供給時間を単調増加させることを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
4. 前記複数の小区間のうちソフトスタート制御開始時の最初の小区間中、前記供給時間は前記半周期の時間の５０％以下の固定値であることを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
5. 前記ソフトスタート制御開始からの経過時間毎の前記供給時間の値を予め記憶した記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記記憶手段から読み出した前記供給時間の値を用いて前記ソフトスタート制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
6. 前記制御手段は、前記被加熱体が設定温度以上になった時に前記負荷に前記半周期の全時間にわたって電力供給している状態から、徐々に前記供給時間を減少させて最終的に電力供給を停止するソフトストップ制御を含み、前記記憶手段から読み出した前記供給時間の値を用いてソフトストップ制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の電力制御装置。
7. 温度に対する抵抗特性が正である加熱手段を有する定着装置を用いて記録媒体に転写した現像剤像を溶融、固着させて画像形成を行う画像形成装置において、
   請求項１〜６に記載された電力制御装置を備え、前記交流電源から加熱手段に電力を供給することを特徴とする画像形成装置。
8. 温度に対する抵抗特性が正である負荷が加熱する被加熱体の温度が設定温度より低下したか否かを判別する第１のステップと、前記被加熱体の温度が設定温度より低下した時、所定時間内において前記負荷に電力を供給する時間であって、商用電源の電圧波形の半周期を最長の時間とする供給時間を最終的に前記半周期の全時間にまで徐々に増加させる第２のステップと、を含む電力制御プログラムにおいて、
   前記第２のステップは、前記所定時間における複数の小区間毎に、１つ前の区間において前記負荷に電力を供給した前記供給時間に対する前記供給時間の増加率を増加させるステップであることを特徴とする電力制御プログラム。

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