JP4786417B2 - 定着装置及び画像形成装置、並びに加熱制御方法及び加熱制御装置 - Google Patents

Description

本発明は加熱対象の温度を制御対象とする制御方法及びこの制御方法を用いた装置に関し、特に電子写真装置における定着装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置及びこれら装置を備えている画像形成装置に関する。

従来知られている電子写真装置における定着装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置などを備えている画像形成装置では、ヒータなどの熱源を所望の温度に制御し、画像の定着／乾燥／消去などの画像形成処理を行う。

例えば電子写真方式における定着装置では、電子写真方式によって記録媒体上に形成されたトナー像を、加熱加圧し溶融することで画像を定着させる定着装置を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリ等が知られている。電子写真方式における定着装置で最も一般的な記録媒体上のトナー層を記録媒体へ定着する方法としては、電力を供給してヒータを発熱し、この熱をトナー層に伝熱することで溶融定着を行うというものである。この所謂定着装置では、ヒータに電力を供給しトナー層を溶融する定着部材の温度を狙いの温度に昇温維持した上で、定着部材とそれに対向する回転体の形成するニップ部に記録媒体を通過させ、トナー層の溶融定着を行う。

この定着装置において画像品質を損なうことなく、記録媒体へトナー層を定着するためには、ニップ部でトナー層へ熱量を供給する定着部材の温度を狙いの温度に一定に維持する必要があり、温度が狙いよりも高すぎても低すぎても、オフセット（熱量過多によるトナー層の定着部材側への剥離）や定着不良（熱量不足によるトナー層溶融不足からなる定着強度不足）と呼ばれる画像不良を誘発する恐れがある。さらに近年のカラー化、高画質化に伴い、定着温度によって大きく変動してしまう光沢度のより精密な制御への要求が高まってきている。そのため定着部材の温度を一定に維持することは近年特に重要視されている課題である。

さらに十分に装置が放置冷却された状態からユーザーが電源をオンした後、マシンが使用可能になるまでには定着部材が狙いの温度に早く到達する必要があり、定着装置の使用可能までのウォームアップ時間の短縮はユーザーのお待たせ時間を短縮するために重要な課題となっている。

このお待たせ時間短縮の課題を達成するために定着部材の熱容量を低減することで、定着装置のウォームアップ時間を短縮する定着装置が開発され広く使用されている。その中には熱容量の小さな定着フィルムと対向する回転体にニップを形成するものがある。
また定着部材としてベルトを用い、ベルトを二つ以上の回転体により張架し、そのうち一方は定着ニップを形成する目的で熱伝導性の低い回転体を用い、対向する回転体とニップを形成し、ベルトを張架する他方の回転体に熱源を設けるものが見られる（所謂ベルト定着）。この方式の定着装置では熱源で発生した熱量を、定着ニップ位置までベルトを用いて運搬することによりトナー層に熱量を加え溶融定着を行う。

しかしお待たせ時間短縮の技術進歩の一方で、これらの技術によって定着部材の熱容量が小さくなったことで、ヒータへの供給電力に対する定着部材表面温度の応答性が速く、温度上昇や温度下降における制御上の時定数が小さくなってきている。よって表面温度を一定に維持するためには制御上の誤差を低減することが重要であり、温度制御は更なる高精度化が要求されてきている。

定着装置の加熱制御方法に関して、例えばヒータへのパワー駆動（加熱制御）は、ヒータへの供給電力を制御することで行っている。
ヒータへの供給電力の制御方法としては、定着温度に設けられたサーモパイル、サーミスタ等の温度センサにより温度を検出し、目標温度との差に応じて、検出温度が目標温度よりも低いときはヒータへの通電をオンして、目標温度より高いときにはオフするというスレッシュ制御法がある。しかしスレッシュ制御法による温度制御では、サーミスタの検知遅れや伝熱遅れに代表される制御上のむだ時間により遅れが生じるため、目標温度に対して温度リップルが発生することになり高精度な温度制御が困難である。

このため、温度のフィードバック量に基づいて、制御対象に対してヒータ操作量を演算出力する補償器（操作量演算手段）による制御方法がある。例えば、補償器としてはＰＩ、ＰＩＤ操作量を演算するものであり、このＰＩ制御あるいはＰＩＤ制御ではＰ、ＩあるいはＰ、Ｉ、Ｄ係数のチューニングにより設計を行う。

ＰＩＤ制御では、目標温度と現在温度の偏差に比例した値を出力する比例動作と、前記偏差の積分に比例した値を出力する積分動作と、前記偏差の微分に比例した値を出力する微分動作の和を出力し、目標温度に向かって制御する。
このような手段を用いた場合にもヒータへの電流突入からヒータ発熱までの発熱遅れ、ヒータからの定着部材表層までの伝熱遅れ、温度センサの遅い応答性による検出遅れなど多くのむだ時間が存在するため、時定数の小さな系に対し温度のオーバーシュートやアンダーシュートと呼ばれるハンチングがむだ時間分発生してしまう。さらなる高精度制御を行うには、温度制御をＰＩＤ制御のみで行うには課題が大きく、むだ時間補償を行う必要性が高まってきている。

そこで例えば特許文献１では、現在の検出温度と、直前の制御タイミングで検出された検出温度との差分をその間の制御間隔で除した平均変化率を算出し、その平均変化率を用いて次回の制御タイミングにおける予測温度を算出している。
そして、この予測温度が目標温度を超える場合にヒータに供給する電力（パワー）を調整するためにヒータ電源のオンオフ比率を変えて（デューティを下げて）制御し、そして逆に予測温度が目標温度を下回るときにヒータに供給する電力のオンオフの比率を変えて（デューティを上げて）制御している。
しかし、特許文献１の技術は次回の制御タイミングにおける予測温度が目標温度から大きくずれたときは、ヒータ駆動部から温度センサまでのむだ時間により調整に限界があるので温度リップルを画期的に低減できない。すなわち、これは連続的にむだ時間を考慮して制御していない。

さらに特許文献２では、目標値応答時にはモデルを用いてむだ時間補償を与えることでオーバーシュートやハンチングなどを抑制し、通常制御時にはむだ時間補償を与えないことで外乱によるハンチングを抑制している。
しかし、特許文献２の技術ではモデルを用いたむだ時間補償を与えても、外乱が生じむだ時間が変化する場合やヒータ駆動誤差が大きい場合には、実際の制御対象に対しモデル化誤差が発生することになりかえって制御を悪化させることもありえる。

特開２００４−２３３５４３号公報 特許第３５５５６０９号公報

本発明は以上に鑑み、ＰＷＭ駆動制御方法を用いた加熱制御装置、特に定着装置に関し、ヒータ駆動回路のＰＷＭ駆動周期における電力供給オフ時間の変化を考慮し駆動誤差を低減する方法、電力供給オフ時間のＰＷＭ駆動周期における配分を工夫することで加熱に関わらない長い電力供給オフ時間を一定化する方法、制御駆動回路内での駆動誤差を低減する方法を用い、外乱が生じた場合でも安定した加熱制御が可能な定着装置を提供するものである。

さらに本発明は、制御系内に小さいむだ時間があってもＰＩあるいはＰＩＤ制御だけで狙いの特性にチューニングできる場合にも有効である。つまり上で述べた定着装置の場合、駆動パワー誤差があると温度変動が大きくなるが、この変動をも低減することで安定した加熱制御が可能な定着装置を提供するものである。

またさらに本発明は、供給する電力をスイッチングする交流電源正弦波電圧位相角の大きさで決定する位相制御法では、電流が急峻に立ち上がることによるノイズ（所謂スイッチングノイズ）が発生するという欠点があるが、このスイッチングノイズを抑制する方法を提供するものである。

本発明は、一対の回転体と、交流電源からの電力供給により駆動されて前記回転体の少なくとも一方を加熱する加熱部と、前記回転体の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の出力に基づいて前記回転体の温度を設定温度にするために必要な加熱量を演算出力する演算部と前記演算出力結果に基づいて前記加熱部を駆動するＰＷＭ駆動信号を発生するＰＷＭ駆動回路とを有し、前記ＰＷＭ駆動信号に基づいて前記加熱部による加熱量をＰＷＭ制御する制御部とを備え、前記一対の回転体のニップ部に記録媒体を通過させることにより、前記記録媒体上にトナー画像を定着させる定着装置において、前記ＰＷＭ駆動回路は、前記交流電源からの電力供給をオン状態として前記加熱部を駆動する電力供給オン時間ｂと前記電力供給をオフ状態として該加熱部を駆動しない電力供給オフ時間ａとを合計した一ＰＷＭ駆動周期の中で、前記電力供給オフ時間ａを２分割した電力供給オフ時間ａ_１，ａ_２分の２つの前記電力供給オフ状態の間に前記電力供給オン時間ｂ分の前記電力供給オン状態を配置してなるＰＷＭ駆動周期パターンを含むＰＷＭ駆動信号を出力するものであり、前記ＰＷＭ駆動周期は、前記交流電源波形のゼロクロス周期（交流正弦波の半周期）のｎ倍（ｎは３以上の整数）からなり、前記電力供給オフ時間ａ _１ ，ａ _２ はそれぞれ前記ゼロクロス周期のｎより小なる整数倍からなるものであり、前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の偶数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ ＝ａ _２ とし、前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の奇数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ 及びａ _２ について、ａ _１ ＝ａ _２ ＋（１ゼロクロス周期）又はａ _２ ＝ａ _１ ＋（１ゼロクロス周期）として、前記ＰＷＭ駆動周期パターンは、電力供給オフ時間ａ _１ 、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ _２ の順に配置してなることを特徴とする定着装置である。

また本発明は、前記ＰＷＭ駆動周期は、定着装置の対応可能な交流電源周波数それぞれの周波数の逆数（周期）の公倍数であることを特徴とする定着装置である。

さらに本発明は、前記演算部は、前記加熱量をＰＷＭ駆動周期に占めるＰＷＭパルスの幅の割合として演算出力するものであり、前記ＰＷＭ駆動回路は、前記交流電源波形のゼロクロスタイミングのうち前記ＰＷＭパルスの立ち上がり位置または立ち下がり位置に最も近いゼロクロスタイミングを、前記ＰＷＭ駆動周期パターンにおける加熱部のオンタイミングまたはオフタイミングとすることを特徴とする定着装置である。

またさらに本発明は、前記演算の結果に基づいてモデルを用いたむだ時間補償出力を与えるむだ時間補償手段を備え、前記むだ時間補償出力を前記演算部の入力側に与えて前記ＰＷＭ制御することを特徴とする定着装置である。

また本発明は、像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を、トナーを用いて現像する現像手段と、現像されたトナーを記録媒体に転写させる転写手段と、転写されたトナーを記録媒体に定着させる前記のいずれかの定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置である。

また本発明は、交流電源からの電力供給により駆動されて加熱対象を加熱する加熱部と、前記加熱対象の温度を検出する検出部と、前記検出部の出力に基づいて前記加熱対象の温度を設定温度にするために必要な加熱量を演算出力する演算部と該演算出力結果に基づいて前記加熱部を駆動するＰＷＭ駆動信号を発生するＰＷＭ駆動回路とを有し前記ＰＷＭ駆動信号に基づいて前記加熱部による駆動量をＰＷＭ制御する制御部とを備える加熱装置における加熱制御方法であって、前記ＰＷＭ駆動回路が出力する、前記交流電源からの電力供給をオン状態として前記加熱部を駆動する電力供給オン時間ｂと前記電力供給をオフ状態として該加熱部を駆動しない電力供給オフ時間ａとを合計した一ＰＷＭ駆動周期の中で、前記電力供給オフ時間ａを２分割した電力供給オフ時間ａ_１，ａ_２分の２つの前記電力供給オフ状態の間に前記電力供給オン時間ｂ分の前記電力供給オン状態を配置してなるＰＷＭ駆動周期パターンを含むＰＷＭ駆動信号に基づいて加熱部を駆動させるものであり、前記ＰＷＭ駆動周期は、前記交流電源波形のゼロクロス周期（交流正弦波の半周期）のｎ倍（ｎは３以上の整数）からなり、前記電力供給オフ時間ａ _１ ，ａ _２ はそれぞれ前記ゼロクロス周期のｎより小なる整数倍からなるものであり、前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の偶数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ ＝ａ _２ とし、前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の奇数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ 及びａ _２ について、ａ _１ ＝ａ _２ ＋（１ゼロクロス周期）又はａ _２ ＝ａ _１ と＋（１ゼロクロス周期）として、前記ＰＷＭ駆動周期パターンは、電力供給オフ時間ａ _１ 、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ _２ の順に配置してなることを特徴とする加熱制御方法である。

また本発明は、前記ＰＷＭ駆動周期は、前記加熱装置の対応可能な交流電源周波数それぞれの周波数の逆数（周期）の公倍数であることを特徴とする加熱制御方法である。

さらに本発明は、前記演算部は、前記加熱量をＰＷＭ駆動周期に占めるＰＷＭパルスの幅の割合として演算出力するものであり、前記ＰＷＭ駆動回路は、前記交流電源波形のゼロクロスタイミングのうち前記ＰＷＭパルスの立ち上がり位置または立ち下がり位置に最も近いゼロクロスタイミングを、前記ＰＷＭ駆動周期パターンにおける加熱部のオンタイミングまたはオフタイミングとすることを特徴とする加熱制御方法である。

またさらに本発明は、前記加熱装置は、前記演算の結果に基づいてモデルを用いたむだ時間補償出力を与えるむだ時間補償手段を備え、前記むだ時間補償出力を前記演算部の入力側に与えて前記ＰＷＭ制御することを特徴とする加熱制御方法である。

また本発明は、交流電源からの電力供給により駆動されて加熱対象を加熱する加熱部と、前記加熱対象の温度を検出する検出部と、前記検出部の出力に基づいて前記加熱対象の温度を設定温度にするために必要な加熱量を演算出力する演算部と該演算出力結果に基づいて前記加熱部を駆動するＰＷＭ駆動信号を発生するＰＷＭ駆動回路とを有し、前記ＰＷＭ駆動信号に基づいて前記加熱部による駆動量をＰＷＭ制御する制御部と、前記演算の結果に基づいてモデルを用いたむだ時間補償出力を与えるむだ時間補償手段とを備え、前記むだ時間補償出力を前記演算部の入力側に与えて前記ＰＷＭ制御し前記加熱部の温度制御を行う加熱制御装置において、前記ＰＷＭ駆動回路は、前記交流電源からの電力供給をオン状態として前記加熱部を駆動する電力供給オン時間ｂと前記電力供給をオフ状態として該加熱部を駆動しない電力供給オフ時間ａとを合計した一ＰＷＭ駆動周期の中で、前記電力供給オフ時間ａを２分割した電力供給オフ時間ａ_１，ａ_２分の２つの前記電力供給オフ状態の間に前記電力供給オン時間ｂ分の前記電力供給オン状態を配置してなるＰＷＭ駆動周期パターンを含むＰＷＭ駆動信号を出力するものであり、前記ＰＷＭ駆動周期は、前記交流電源波形のゼロクロス周期（交流正弦波の半周期）のｎ倍（ｎは３以上の整数）からなり、前記電力供給オフ時間ａ _１ ，ａ _２ はそれぞれ前記ゼロクロス周期のｎより小なる整数倍からなるものであり、前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の偶数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ ＝ａ _２ とし、前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の奇数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ 及びａ _２ について、ａ _１ ＝ａ _２ ＋（１ゼロクロス周期）又はａ _２ ＝ａ _１ ＋（１ゼロクロス周期）として、前記ＰＷＭ駆動周期パターンは、電力供給オフ時間ａ _１ 、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ _２ の順に配置してなることを特徴とする加熱制御装置である。

本発明の加熱制御方法によれば、ＰＷＭ制御を行う制御系に通紙状態、設定温度変更、紙種変更等の外乱が発生した場合でも、温度制御装置における電力供給オフ時間のばらつきを抑制し一定化させることで温度リップルを低減することができる。
さらに本発明の定着装置によれば、通紙状態、設定温度変更、紙種変更等の外乱が発生した場合でも電力供給オフ時間を一定化させ、温度リップルを低減することで安定して記録媒体上に画像を定着させることができる。
またさらに本発明の画像形成装置によれば、通紙状態、設定温度変更、紙種変更等の外乱が発生した場合でも定着装置での電力供給オフ時間のばらつきを抑制し安定化させることでハンチングが減少され、様々な使用モードでも安定して記録媒体上に画像が定着可能となり、高品質な出力画像を得ることができる。
そして本発明の加熱制御方法によれば、加熱対象に様々な要因で温度変化が起こった場合でも、加熱制御のばらつきを抑制し安定化させることでハンチングが減少し安定した加熱を行うことができる。
そしてさらに本発明の加熱制御装置によれば、加熱対象に様々な要因で温度変化が起こった場合でも、加熱制御のばらつきを抑制し安定化させることでハンチングが減少し、加熱対象を安定して加熱することができる。

本発明は交流電源からの電力供給により駆動されて加熱対象を加熱する加熱部と、前記加熱対象の温度を検出する検出部と、前記検出部の出力に基づいて前記加熱対象の温度を設定温度にするために必要な加熱量を演算出力する演算部と前記演算出力結果に基づいて前記加熱部を駆動するＰＷＭ駆動信号を発生するＰＷＭ駆動回路とを有し、前記ＰＷＭ駆動信号に基づいて前記加熱部による駆動量をＰＷＭ制御する制御部と前記演算の結果に基づいてモデルを用いたむだ時間補償出力を与えるむだ時間補償手段とを備え、前記むだ時間補償出力を前記演算部の入力側に与えて前記ＰＷＭ制御し前記加熱部の温度制御を行う加熱制御装置において、前記ＰＷＭ駆動回路は、前記交流電源からの電力供給をオン状態として前記加熱部を駆動する電力供給オン時間と前記電力供給をオフ状態として前記加熱部を駆動しない電力供給オフ時間ａとを合計した一ＰＷＭ駆動周期の中で、前記電力供給オフ時間ａを２分割した電力供給オフ時間ａ_１，ａ_２分の２つの前記電力供給オフ状態の間に前記電力供給オン時間分の前記電力供給オン状態を配置してなるＰＷＭ駆動周期パターンを含むＰＷＭ駆動信号を出力することを特徴とする加熱制御装置である。
以下定着装置を例にとり本発明の構成を説明する。

〔第１の実施の形態〕
以下に本発明の定着装置を説明する。
図１は本発明の実施の形態であるローラ定着方式の定着装置の概略図である。
この定着装置は加熱ローラ１１、加圧ローラ１２と、加熱ローラ１１の内部に熱源１３（ハロゲンランプヒータ、ＩＨヒータなど）とを備えてなり、加熱ローラ１１と加圧ローラ１２のニップ部においてトナーで形成された未定着画像が加熱加圧されることで記録媒体に定着する。制御部１４は温度センサ１５（サーモパイル、サーミスタなど）が検出した加熱ローラ１１の温度に基づいて熱源１３をＰＷＭ駆動して加熱対象の回転体である加熱ローラ１１の温度制御を行う。

また図２は電子写真方式における定着装置で一般的に普及しているベルト定着方式の定着装置の概略図であり、本発明はベルト定着方式にも適用可能である。
この定着装置は加熱ローラ１１、加圧ローラ１２、定着ローラ２１及び定着ベルト２２と、加熱ローラ１１の内部に熱源１３（ハロゲンランプヒータ、ＩＨヒータなど）とを備えてなり、定着ベルト２２と加圧ローラ１２のニップ部においてトナーで形成された未定着画像が加熱加圧されることで記録媒体に定着する。制御部１４は温度センサ１５（サーモパイル、サーミスタなど）が検出した定着ベルト２２の温度に基づいて熱源１３をＰＷＭ駆動して加熱対象の回転体である定着ベルト２２の温度制御を行う。

熱源には、ヒータ自身が発熱するタイプのもの以外にも、誘導加熱（所謂ＩＨ）により熱容量の小さな定着部材を直接発熱させるものが、従来のヒータ自身が発熱するタイプのものを用いた熱源に比べて安全性や熱効率に優れることから、電子写真装置における定着装置や家電製品などにも広く普及してきている。また、誘導加熱を用いたタイプのものはヒータを定着部材内部に配置させることも、定着部材外部に配置させることも可能である。

図３は本発明の実施の形態である制御部１４の構成を示すブロック図である。
操作量演算部３０はインターフェイス３１を介して画像形成装置本体と通信を行い、温度センサ１５からの検出信号を受信し、定着部の温度制御を行うために必要な熱量を算出し設定ＰＷＭ値を設定し、前記熱量を熱源１３に発生させるために設定ＰＷＭ値に基づいたＰＷＭパルス信号３２をＰＷＭ駆動回路３３に出力する。ＰＷＭパルス信号３２とは、ＰＷＭ法により行う制御方法において必要な出力の駆動を行うためのパルス信号のことである。

ＰＷＭ駆動回路３３は、ＰＷＭ駆動信号発生回路３４、パワースイッチング回路３５、ゼロクロス検知回路３６、交流電源３７、ＤＣ電源３８からなり、ＰＷＭパルス信号３２を受信しＰＷＭ駆動信号発生回路３４からＰＷＭ駆動信号３９を発信しＰＷＭ駆動信号３９に基づいてパワースイッチング回路３５をオンオフ動作させ熱源１３をＰＷＭ駆動する。

図４は本発明の実施の形態である温度センサ１５の検出温度に基づいてフィードバック制御する制御系のブロック図である。操作量演算部３０に基準温度が入力され、必要な操作量が操作量演算部によって演算され、ＰＷＭ駆動回路３３を駆動させる信号が発信される。その信号を受信したＰＷＭ駆動回路３３は熱源１３をＰＷＭ駆動して発熱させ、定着ローラ１１を加熱する。このとき温度センサ１５が検出した検出温度は操作量演算部４１にフィードバックされて一連の制御を行う。

〔ＰＷＭ法〕
前記ＰＷＭ駆動回路に用いられているＰＷＭ（Ｐｕｌｓ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）法とは、交流電源の正弦波電圧を用いて一制御周期内での出力の幅を変化させて制御することで周期内の平均出力を制御する方法を言う。

図５は従来用いられている駆動制御を行うＰＷＭ駆動制御法の一例である。
図５において横軸は経過時間であり縦軸は各波形の振幅を表す。ここで（ａ）は交流電源３７における交流電源波形５１を表し、交流電源３７からの供給電圧を表している。（ｂ）はＰＷＭパルス信号３２を表し、ＰＷＭパルス信号３２のパルス波形を表している。（ｃ）はＰＷＭ出力波形５２を表し、熱源１３への出力を表している。

ＰＷＭ法では、まず操作量演算部３０で算出された必要熱量を出力するためのＰＷＭパルス幅Ｐｗを持つＰＷＭパルス信号３２が操作量演算部３０からＰＷＭ駆動信号発生回路３４に発信される。次にＰＷＭ駆動信号発生回路３４において、ＰＷＭパルス幅Ｐｗの区間内での最初の交流電源波形のゼロクロスポイントでＰＷＭ駆動信号３４がオフからオンとなり、さらにＰＷＭパルス幅Ｐｗの区間外での最初の交流電源波形５１のゼロクロスポイントでＰＷＭ駆動信号がオンからオフとなることで、ＰＷＭ駆動信号３９が熱源１３に出力されることで熱源１３がＰＷＭ出力波形５２に示されるようにＰＷＭ駆動される。

〔電力供給オン時間／電力供給オフ時間〕
またＰＷＭ制御を用いた場合、ハンチングを引き起こす原因としてはＰＷＭ駆動周期内の電力供給オン時間及び電力供給オフ時間の変動の影響がある。
図６は従来の制御方法でＰＷＭ駆動する場合の連続的なＰＷＭ駆動周期の一例である。

図６（１）は通紙や設定温度変更、紙種変更等の外乱がない定常状態での制御例を表し、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗは１００ｍｓｅｃ、交流電源波形のゼロクロス周期は１０ｍｓｅｃ、出力Ｄｕｔｙ４０％の条件でＰＷＭ駆動させる場合である。出力Ｄｕｔｙ４０％であるので電力供給オフ時間（白抜き範囲）ａ＝６０ｍｓｅｃ、電力供給オン時間（網掛け範囲）ｂ＝４０ｍｓｅｃとし、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗ内で電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａの順で配置され、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗが一定量の熱量を与える仕組みとなっている。図６（１）のような定常状態の場合、前記ＰＷＭ駆動周期Ｔｗが連続して制御するため、規則的に電力供給オン時間ｂと電力供給オフ時間ａが繰り返される。この場合は電力供給オン時間及び電力供給オフ時間が変動しないため、加熱に関わらない電力供給オフ時間は一定であり回転体の温度のハンチングが抑制される。

図６（２）は連続通紙や設定温度変更、紙種変更等の外乱がある非定常状態での制御例を表し、例えば回転する回転体に対して連続通紙した場合には、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗで見ると通紙がなく放熱分の熱量を補う加熱を行う周期Ｔｗと、放熱分に加えさらに記録紙と回転体が接触したことで奪われた熱量分の加熱が必要な周期Ｔｗとが存在し、常に一定の熱量を加熱する定常的な状態とは異なった制御を行う必要がある。

図６（２）ではＰＷＭ駆動周期Ｔｗは１００ｍｓｅｃ、交流電源波形のゼロクロス周期は１０ｍｓｅｃ、連続通紙のような非定常状態を想定した条件でＰＷＭ駆動させる場合である。連続通紙を想定した場合上述の通り加熱部が必要とする熱量が経時で変化するため、出力Ｄｕｔｙ４０％である電力供給オフ時間ａ＝６０ｍｓｅｃ、電力供給オン時間ｂ＝４０ｍｓｅｃの周期と、出力Ｄｕｔｙ２０％である電力供給オフ時間ａ＝８０ｍｓｅｃ、電力供給オン時間ｂ＝２０ｍｓｅｃの周期とを交互に繰り返し平均出力Ｄｕｔｙ３０％として連続通紙のような非定常状態を想定する。各々のＰＷＭ駆動周期Ｔｗ内で電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａの順で配置され、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗが一定量の熱量を与える仕組みとなっている。前記ＰＷＭ駆動周期Ｔｗの後には異なるＰＷＭ駆動周期Ｔｗが制御を行い、不規則に電力供給オン時間ｂと電力供給オフ時間ａが繰り返される。この場合は短い電力供給オフ時間（６０ｍｓｅｃ）と長い電力供給オフ時間（８０ｍｓｅｃ）とが交互に配置された状態となるため、加熱に関わらない長い電力供給オフ時間が存在し回転体の温度にハンチングが発生する

したがって、前記制御方法では定常的な操作時のハンチングは抑制できるものの、外乱に対してハンチングの発生を抑制することはできない。そこで、外乱の影響がある場合でも電力供給オン時間及び電力供給オフ時間が不規則にならずに平均化することで、外乱の影響を受けずにハンチングを抑制する制御方法が必要とされるため、本研究者らは鋭意研究を重ねた結果本発明に至った。

図７は本実施形態のＰＷＭ法の一つ目の実施例である。
本実施例１では、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗでヒータの駆動制御を行う。まず操作量演算部３０で算出された必要な出力がＰＷＭパルス信号３２としてＰＷＭ駆動信号発生回路３４に入力され、入力されたＰＷＭパルス信号３２より算出されたＰＷＭパルス幅ＰｗがＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心値から前後に振り分けられ、電力供給がオフ状態になる電力供給オフ時間ａがａ_１とａ_２に二分割される。ここではＰＷＭ駆動周期Ｔｗがゼロクロス周期のｎ倍（ｎ≧３の整数）であり、電力供給オフ時間ａがゼロクロス周期の偶数倍である場合を考えると二分割されたオフ時間ａ_１及びａ_２はゼロクロス周期のｎより小なる整数倍でありａ_１＝ａ_２とする。このとき、オンオフの切り替えは交流電源波形のゼロクロスのタイミングで行われるためスイッチングノイズの発生を防いでいる。

また、図６（２）に示すように電力供給オフ時間ａは外乱により変化する値であることから予測することは不可能であり、制御する上で隣接するＰＷＭ駆動周期Ｔｗにおけるａが異なるものになる。しかし、本実施例１によると周期Ｔｗの中心値から前後に振り分け、電力供給オフ時間をａ_１とａ_２に二分割したことで平均化されほぼ一定と見做せることになり加熱に関わらない電力供給オフ時間は一定化されハンチングが抑制される。

本実施例１は例えば図８のように示される。
図８（１）では、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗは１００ｍｓｅｃ、交流電源波形のゼロクロス周期は１０ｍｓｅｃ、出力Ｄｕｔｙ４０％の条件でＰＷＭ駆動させる場合であり、外乱が発生していない状況を想定している。二分割された電力供給オフ時間はａ_１＝ａ_２は電力供給オフ時間ａ_１、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ_２の順で配置され繰り返され、電力供給オン時間ｂの間に存在する電力供給オフ時間（ａ_１＋ａ_２）は６０ｍｓｅｃとなり常に一定である。この場合は、外乱の生じない状態では本発明を用いない図６（１）も常に一定となり差はない。

次に図８（２）は、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗは１００ｍｓｅｃ、交流電源波形のゼロクロス周期は１０ｍｓｅｃ、平均力Ｄｕｔｙ３０％の条件でＰＷＭ駆動させる場合である。図６（２）と同様に出力Ｄｕｔｙ４０％である電力供給オフ時間ａ＝６０ｍｓｅｃ、電力供給オン時間ｂ＝４０ｍｓｅｃの周期と、出力Ｄｕｔｙ２０％である電力供給オフ時間ａ＝８０ｍｓｅｃ、電力供給オン時間ｂ＝２０ｍｓｅｃの周期とを交互に繰り返し平均出力Ｄｕｔｙ３０％として連続通紙のような非定常状態を想定する。ここで各々の周期において二分割された電力供給オフ時間ａ_１＝ａ_２が電力供給オフ時間ａ_１、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ_２の順で配置し繰り返される。ここで第１のＰＷＭ駆動周期Ｔｗにおける二分割された電力供給オフ時間ａ_１１＝ａ_１２＝３０ｍｓｅｃ、第２のＰＷＭ駆動周期Ｔｗにおける二分割された電力供給オフ時間ａ_２１＝ａ_２２＝４０ｍｓｅｃとなり、ｎ（ｎは正の整数）番目の電力供給オン時間ｂ_ｎと、ｎ＋１番目の電力供給オン時間ｂ_ｎ＋１との間に存在する電力供給オフ時間（ａ_ｎ、２＋ａ_{ｎ＋１、１}）は７０ｍｓｅｃであることから電力供給オフ時間は常に一定である。電力供給オフ時間ａがゼロクロス周期の偶数倍である場合に図６（２）では電力供給オン時間ｂの間に存在する電力供給オフ時間は６０ｍｓｅｃと８０ｍｓｅｃと一定にならず連続通紙時では変動するが、本実施例１の発明によると連続通紙時でも一定となり回転体の温度のハンチングが抑制される。

〔第２の実施の形態〕
本実施例２では、実施例１のＰＷＭ法の条件を前提としてさらにａ_１とａ_２の和ａがゼロクロス周期の奇数倍である場合を考え、ａ_１及びａ_２について、ａ_１＝ａ_２＋（１ゼロクロス周期）又はａ_２＝ａ_１と＋（１ゼロクロス周期）とし、電力供給オフ時間ａ_１、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ_２の順に配置する。

図９は従来の制御方法でＰＷＭ駆動する場合の連続的なＰＷＭ駆動周期の一例であり、ａがゼロクロス周期の奇数倍である場合を想定している。

図９（１）は通紙や設定温度変更、紙種変更等の外乱がない定常状態での制御例を表し、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗは１００ｍｓｅｃ、交流電源波形のゼロクロス周期は１０ｍｓｅｃ、出力Ｄｕｔｙ３０％の条件でＰＷＭ駆動させる場合である。出力Ｄｕｔｙ３０％であるので電力供給オフ時間（白抜き範囲）ａ＝７０ｍｓｅｃ、電力供給オン時間（網掛け範囲）ｂ＝３０ｍｓｅｃとし、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗ内で電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａの順で配置され、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗが一定量の熱量を与える仕組みとなっている。図９（１）のような定常状態の場合、前記ＰＷＭ駆動周期Ｔｗが連続して制御するため、規則的に電力供給オン時間ｂと電力供給オフ時間ａが繰り返される。この場合は電力供給オン時間及び電力供給オフ時間が変動しないため、加熱に関わらない電力供給オフ時間は一定であり回転体の温度のハンチングが抑制される。

図９（２）は電力供給オフ時間ａがゼロクロス周期の奇数倍であり、さらに連続通紙の非定常状態を想定するため、常に一定の熱量を加熱する定常的な状態とは異なった制御を行う必要がある。

図９（２）ではＰＷＭ駆動周期Ｔｗは１００ｍｓｅｃ、交流電源波形のゼロクロス周期は１０ｍｓｅｃ、連続通紙のような非定常状態を想定した条件でＰＷＭ駆動させる場合である。連続通紙を想定した場合上述の通り加熱部が必要とする熱量が経時で変化するため、出力Ｄｕｔｙ７０％である電力供給オフ時間ａ＝３０ｍｓｅｃ、電力供給オン時間ｂ＝７０ｍｓｅｃの周期と、出力Ｄｕｔｙ１０％である電力供給オフ時間ａ＝９０ｍｓｅｃ、電力供給オン時間ｂ＝１０ｍｓｅｃの周期とを交互に繰り返し平均出力Ｄｕｔｙ４０％として連続通紙のような非定常状態を想定する。各々のＰＷＭ駆動周期Ｔｗ内で電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａの順で配置され、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗが一定量の熱量を与える仕組みとなっている。前記ＰＷＭ駆動周期Ｔｗの後には異なるＰＷＭ駆動周期Ｔｗが制御を行い、不規則に電力供給オン時間ｂと電力供給オフ時間ａが繰り返される。この場合は短い電力オフ時間（３０ｍｓｅｃ）と長い電力オフ時間（９０ｍｓｅｃ）とが交互に配置された状態となるため、加熱に関わらない長い電力供給オフ時間が存在し回転体の温度にハンチングが発生する。

一方、図１０は本発明の実施の形態である実施例２の制御方法を用いてＰＷＭ駆動する場合の連続的なＰＷＭ駆動周期の一例であり、電力供給オフ時間ａがゼロクロス周期の奇数倍である場合を想定している。

図１０（１）では、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗは１００ｍｓｅｃ、交流電源波形のゼロクロス周期は１０ｍｓｅｃ、出力Ｄｕｔｙ３０％の条件でＰＷＭ駆動させる場合であり、外乱が発生していない状況を想定している。ここで出力Ｄｕｔｙがゼロクロス周期の奇数倍（３倍）である３０％であるため電力供給オフ時間ａ_１及びａ_２は、ａ_１＝ａ_２＋１０ｍｓｅｃ＝４０ｍｓｅｃの関係にあり、電力供給オフ時間ａ_１、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ_２、電力供給オフ時間ａ_２、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ_１の順で配置され繰り返され、電力供給オン時間ｂの間に存在する電力供給オフ時間（ａ_１＋ａ_２）は７０ｍｓｅｃとなり常に一定である。この場合は、外乱の生じない状態では本発明を用いない図９（１）も常に一定となり差はない。

次に図１０（２）は、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗは１００ｍｓｅｃ、交流電源波形のゼロクロス周期は１０ｍｓｅｃ、平均力Ｄｕｔｙ４０％の条件でＰＷＭ駆動させる場合である。図９（２）と同様に出力Ｄｕｔｙ７０％である電力供給オフ時間ａ＝３０ｍｓｅｃ、電力供給オン時間ｂ＝７０ｍｓｅｃの周期と、出力Ｄｕｔｙ１０％である電力供給オフ時間ａ＝９０ｍｓｅｃ、電力供給オン時間ｂ＝１０ｍｓｅｃの周期とを交互に繰り返し平均出力Ｄｕｔｙ４０％として連続通紙のような非定常状態を想定する。ここで各々の周期において分割された電力供給オフ時間ａ_１及びａ_２が、電力供給オフ時間ａ_１、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ_２の順で配置し繰り返される。ここで第１のＰＷＭ駆動周期Ｔｗにおける電力供給オフ時間ａ_１１及びａ_１２は電力供給オフ時間ａ_１１＝ａ_１２＋１０ｍｓｅｃ＝２０ｍｓｅｃ、第２のＰＷＭ駆動周期Ｔｗにおける電力供給オフ時間ａ_２１及びａ_２２は電力供給オフ時間ａ_２１＝ａ_２２＋１０ｍｓｅｃ＝５０ｍｓｅｃとなり、ｎ（ｎは正の整数）番目の電力供給オン時間ｂ_ｎと、ｎ＋１番目の電力供給オン時間ｂ_ｎ＋１との間に存在する電力供給オフ時間（ａ_ｎ、２＋ａ_{ｎ＋１、１}）は６０ｍｓｅｃであることから電力供給オフ時間は常に一定である。図８（２）では電力供給オン時間ｂの間に存在する電力供給オフ時間は３０ｍｓｅｃと９０ｍｓｅｃと一定にならず連続通紙時では変動するが、本実施例２の発明によると連続通紙時でも一定となり回転体の温度のハンチングが抑制される。
このように電力供給オフ時間ａがゼロクロス周期の奇数倍である場合でも電力供給オフ時間が一定と見做せることになり加熱に関わらない電力供給オフ時間は一定化され回転体の温度のハンチングが抑制される。

ところで、図１０に示したＰＷＭ駆動を制御する方法では、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗにおける電力供給オン時間ｂ、ｂ１はＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心に配置されず、常にＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心からゼロクロス周期分だけずれた状態となっている。つまり、駆動パワーがＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心から両側に均等に振り分けられず偏った状態となっている。

これを改善するために、例えば図１０（１）を例にとると、図１０（１）の電力供給オフ時間ａ_１、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ_２の配置を変更するとよい。すなわち、第１のＰＷＭ駆動周期Ｔｗについて、電力供給オフ時間ａ_１、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ_２の時間順に配置したものとし、該第１のＰＷＭ駆動周期に隣接する第２のＰＷＭ駆動周期Ｔｗについて、電力供給オフ時間ａ_２、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ_１の時間順に配置するものとし、以降第１のＰＷＭ駆動周期Ｔｗ、第２のＰＷＭ駆動周期Ｔｗ、第１のＰＷＭ駆動周期Ｔｗ、第２のＰＷＭ駆動周期Ｔｗ・・・の配置とする。これにより、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心からのゼロクロス周期のずれが隣接するＰＷＭ駆動周期Ｔｗ同士で相殺することになり、ＰＷＭ駆動信号全体としては駆動パワーがＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心から両側に均等に振り分けられた状態となる。

〔第３の実施の形態〕
本実施例３の定着装置におけるＰＷＭ駆動周期は、定着装置の対応可能な交流電源周波数それぞれの周波数の逆数（周期）の公倍数である。

例えば日本国内では地域において交流電源が５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚであり定着装置の設置場所によっては交流電源周波数が異なることがある。そのために、ＰＷＭ駆動周期Ｔｗを一定にしてＰＷＭ制御するとＴｗの最初と最後にゼロクロスポイントが存在しない場合があり、Ｔｗの最初と最後から電力供給オフ時間ａ_１、ａ_２を交流電源正弦波半周期の整数倍で振り分けた場合、駆動誤差が発生する。

この誤差を低減するために、５０Ｈｚと６０Ｈｚの２種類の周波数に関わらず交流電源周期の正弦波半周期の自然数倍になるようにＰＷＭ駆動周期Ｔｗを選ぶ。すなわちＰＷＭ駆動周期Ｔｗは、下式の関係を満たすように選ぶことで駆動誤差が低減される。
Ｔｗ＝Ｌ＊（１／２ｆ_５０）＝Ｍ＊（１／２ｆ_６０）
ここでＬとＭは自然数、ｆは周波数である。つまりＭ＝（ｆ_６０／ｆ_５０）Ｌとなるので、５０Ｈｚと６０Ｈｚの場合Ｍ＝１．２Ｌとなり、Ｔｗ＝０．０５Ｎの関係を満たせば良い。ここでＮは自然数である。

ただしこの場合、Ｎが奇数の場合はＰＷＭ駆動周期の中心にゼロクロスポイントが存在しないため、ＰＷＭ駆動信号をＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心から振り分ける制御方法を採る場合には正弦波の半周期分が中心から均等に振り分けられない。

そこで本実施例３では、実施例１のＰＷＭ法に加えさらにＰＷＭ駆動周期Ｔｗは、定着装置の対応可能な交流電源周波数である５０Ｈｚ及び６０Ｈｚの周波数の逆数（周期）の公倍数であることとする。すなわちＴｗ（ｓｅｃ）＝０．１０Ｎ（Ｎは自然数）とすることで５０Ｈｚ及び６０Ｈｚの周波数の逆数（周期）の公倍数となり、どちらの環境下でも設定変更を行わずに装置の使用が可能であり、さらにＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心にはゼロクロスポイントが必ず存在する制御方法となっている。
このことで設置環境による周波数の違いから生じる回転体の温度のハンチングが抑制される。

〔第４の実施の形態〕
本実施例４では、実施例１のＰＷＭ法に加えさらに交流電源波形のゼロクロスタイミングのうちＰＷＭパルスの立ち上がり位置または立ち下がり位置に最も近いゼロクロスタイミングを、ＰＷＭ駆動周期パターンにおける加熱部のオンタイミングまたはオフタイミングとする。ＰＷＭ駆動信号３３をＰＷＭパルス信号３２に基づくＰＷＭパルス幅Ｐｗより大きめに設定するだけでなく小さめにも設定することを許容する（切り上げ及び切り下げを許容する）ことで、駆動誤差Ｐ_εは交流正弦波の１／４周期以下とすることができるため駆動誤差Ｐ_εから生じる回転体の温度のハンチングが抑制される。

ここで、本実施の形態に従って連続するＰＷＭ駆動周期パターンすべてにおいて、ＰＷＭ駆動信号３３をＰＷＭパルス信号３２に基づくＰＷＭパルス幅Ｐｗより小さめに設定すると、電力供給オン時間ｂはＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心に配置されず、常にＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心から一定の切り上げまたは切り下げに伴う誤差だけずれた状態となる。つまり、駆動パワーがＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心から両側に均等に振り分けられず偏った状態となっている。

これを改善するために、例えばある制御タイミングのＰＷＭ駆動周期パターンでＰＷＭ駆動信号３３をＰＷＭパルス信号３２に基づくＰＷＭパルス幅Ｐｗより小さめに設定すると、つぎの制御タイミングのＰＷＭ駆動周期パターンではＰＷＭ駆動信号３３をＰＷＭパルス信号３２に基づくＰＷＭパルス幅Ｐｗより大きめに設定するとよい。これにより、切り上げまたは切り下げに伴う誤差が隣接するＰＷＭ駆動周期Ｔｗ同士で相殺することになり、ＰＷＭ駆動信号全体としては駆動パワーがＰＷＭ駆動周期Ｔｗの中心から両側に均等に振り分けられた状態とすることができる。

〔第５の実施の形態〕
ところで実施例１では、図４のように温度センサ１５の検出温度に基づいてフィードバック制御する。この制御系では熱源１３のオンオフ制御（一定基本周期を持つＰＷＭ制御）による時間遅れ（むだ時間）ｄ_１と、熱源１３の駆動部から温度センサ１５検出までの熱伝達時間遅れ（むだ時間）ｄ_２が存在するため、温度リップルが発生する。熱源１３を加熱し、センサ１５の出力が目標より大きくなったときにヒータ加熱を停止しても依然むだ時間分センサ１５の出力は低下しないことからもリップルが起きることが想像できる。
また、むだ時間による位相遅れによる温度リップルを生じないように制御系のゲインを下げると制御誤差が増えるので、例えばＰＩＤ補償器で定常誤差を小さくするようにできるが、応答性が遅くなるという不具合がある。結局、外乱が発生し誤差が発生したとき、それを低減するのに時間がかかる。

また図５のようにＰＷＭ駆動制御法では、理想的にはＰＷＭ駆動周期Ｔｗ内におけるＰＷＭパルス幅Ｐｗ区間内ではオン、それ以外ではオフになるように駆動制御が行われ、ＰＷＭ一周期内での平均出力がＰｗ／ＴｗとなることでＰＷＭパルス信号に応じた出力が得られるが、実際にはスイッチングは交流電源波形５１のゼロクロスのタイミングで行われるため、ＰＷＭパルスのオンオフと完全に一致したタイミングでは駆動制御が行われず、駆動開始遅れの誤差Ｐ_ε１及び駆動停止遅れの誤差Ｐ_ε２が生じるという問題がある。

〔むだ時間〕
むだ時間とは、入力信号が伝わり応答のある系において、様々な要素（むだ時間要素）が入力信号の伝達を阻害することで応答にある時間の遅れが生じるようなときの遅れ時間のことで、ローラ定着方式の定着装置の場合、熱源の駆動部から温度センサ検出までの熱伝達時間遅れがむだ時間として考えられ、またＰＷＭ法で温度制御されている定着装置の場合、前記駆動開始遅れの誤差Ｐ_ε１及び駆動停止遅れの誤差Ｐ_ε２などもむだ時間として考えられ、オーバーシュートやアンダーシュートが生じて回転体の温度のハンチングを引き起こす。

そこで本実施例５では、実施例１の制御系のみを変更し図１１の構成のスミス補償器を用いることでＰＷＭ駆動制御法での誤差Ｐ_εや制御系でのむだ時間ｄを補償可能であり、電力供給オフ時間の変動による影響の補正及びむだ時間による影響の補正をする際のモデル化誤差が低減できる。

図１１（１）及び図１１（２）は本発明の定着装置に適用可能なスミス予測器で、温度センサ１５の検出温度に基づいてフィードバック制御する制御系のブロック図である。
本発明における制御系では、定着部の温度を設定温度にするために必要な熱量の演算結果に基づいて、モデルを用いたむだ時間補償出力を与えるむだ時間補償手段となるスミス予測器を使用する。

図１１（１）及び図１１（２）のスミス予測器で使用するスミス補償法は、制御対象をむだ時間のない制御対象に見立てて制御可能とするもので、制御対象モデルを内部に持ち、制御対象モデルを用いて、むだ時間補償制御を行うものである。このスミス予測器と必要な加熱量を演算出力する演算手段となる操作量演算部を用いることで、この予測モデルからなるフィードバックループにはむだ時間要素がなくなり、むだ時間のない制御対象に対して操作量演算部のパラメータ設計を行うことができる。この結果、むだ時間を前予測した制御対象モデルに対して制御が行われるため、前述のむだ時間による回転体の温度のハンチングを抑制することができる。

このようにむだ時間補償出力を備えることで、規則的に起こる計算可能なむだ時間に関しては予測可能であり、温度リップルを抑制することは可能である。しかし通紙、設定温度変更、紙種変更等でＰＷＭ制御に発生する電力供給オフ時間の変動を抑制する手段は従来知られてなく、逆に前記補償手段を組み込むと増大する可能性もあったため、外乱発生時は補償手段を介さない別制御を行えるように切り替え手段を有することで、回転体の温度のハンチングの悪化を防止することは可能であった。
そこで本実施例５ではさらに実施例１で適用したＰＷＭ駆動制御方法を用いることで外乱発生時の電源供給オフ時間の変動を抑制し外乱発生時の回転体の温度のハンチングを減少させることを可能とし、またさらにむだ時間補償出力を備えることでむだ時間補償を可能とした。

〔第６の実施の形態〕
図１２は本実施形態の画像形成装置の実施例である。
本発明の画像形成装置は、像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を、トナーを用いて現像する現像手段と、現像された画像を記録媒体に転写させる転写手段と、トナーを記録媒体に定着させる定着手段とを備え、前記定着手段には第１の実施の形態〜第５の実施の形態のいずれかに記載の定着装置が用いられている。

以下、各手段について説明する。
［静電潜像形成手段］
静電潜像形成手段は、帯電手段と露光手段を含むものであり、静電潜像の形成は、像担持体表面を一様に帯電した後、露光することにより行うことができる。すなわち、静電潜像手段としては、像担持体表面を一様に帯電させる帯電器と、像担持体表面を露光する露光器とを少なくとも備える。

前記帯電器には、本実施例では接触帯電方式の帯電ローラ９１を用いるが、目的に応じて選択することが可能であり、例えば、非接触帯電方式のものとしてはコロトロン、ストコロトロンなどが挙げられ、接触帯電方式のものとしてはブラシ、フィルム、ゴムブレード等が挙げられる。また、近接方式の非接触帯電器による帯電方法も挙げられる。

前記露光には、本実施例ではロッドレンズアレイ系の露光器９２と光源として発光ダイオードを用いて像担持体９３の表面を露光することにより行うことができる。他にも前記露光器としては複写光学系、レーザー光学系、液晶シャッタ光学系などの各種露光器が挙げられ、露光器の光源としては、半導体レーザー（ＬＤ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）などの光源が使用できる。

［現像手段］
前記現像は、前記静電潜像を、トナーを用いて現像し、可視像を形成することで行われる。現像手段としては、本実施例５ではトナーとキャリアを用いた磁気ブラシ現像法を用いるが、トナーを用いて現像することができれば特に制限はなく、公知のものの中から選択することが可能である。例えば、像担持体に形成された静電潜像を現像する手段には、カスケード現像法、噴霧（パウダークラウド）現像法、ファーブラシ現像法などの現像法がある。

現像器には、本実施例５では乾式現像方式のものを用い、前記トナーを摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器９４と、回転可能なマグネット式の現像ローラ９５とを有してなる。他にも湿式現像方式のものであってもよい。
前記現像器内では、前記トナーと前記キャリアとが混合攪拌され、その際の摩擦により前記トナーが帯電し、回転する現像ローラ９５の表面に穂立ち状態で保持され、磁気ブラシが形成される。前記現像ローラ９５の表面に形成された前記磁気ブラシを構成する前記トナーの一部は、電気的な吸引力によって前記像担持体の表面に移動する。その結果、前記静電潜像が前記トナーにより現像されて像担持体の表面にトナーによる可視像が形成される。
前記トナーは、使用するトナーの帯電特性により、正転現像にも逆転現像にも対応可能である。像担持体の帯電極性と逆極性のトナーを使用した場合には正転現像が使用され、同極性のトナーを用いた場合には反転現像によって、静電潜像が現像される。

［転写手段］
前記転写手段は、前記可視像を像担持体に対して正電位を印加して記録媒体９６に転写する方式で、本実施例４では像担持体と記録媒体９６が接触する接触方式のもののうち、搬送工程も兼ね備えた転写ベルト９７が用いられる。他にも接触方式のもので転写ローラを用いたものや、像担持体と記録媒体９６が非接触である非接触方式のものでもよい。
転写方式としては、像担持体上に形成された可視像を転写ベルトにより、記録媒体側へ剥離帯電させる接触型が好ましく用いられる。転写ベルトに印加される極性は、像担持体の帯電極性、トナーの帯電極性、さらにネガポジ現像が主流であることから、転写手段（転写ベルト９７）には正電荷が印加される。また、転写効率を良くするために像担持体上に形成された可視像に転写前チャージャ９８を用いても良い。

［定着手段］
前記定着は、記録媒体に転写された可視像を第１の実施の形態〜第５の実施の形態のいずれかに記載の定着装置を用いて定着され、各色のトナーに対しこれを積層した状態で一度に同時に定着を行う。他にも、各色のトナーに対し前記記録媒体に転写する毎に行う方式であってもよい。定着の際の加熱加圧手段における加熱は、通常、８０℃乃至２００℃が好ましい。

また、本画像形成装置には前記手段以外にも公知のクリーニング手段９９や除電手段１００、及び図示しない記録媒体搬送手段などを備えてもよい。

以上のように、本発明の定着装置を用いた画像形成装置は、定着装置での電力供給オフ時間の変動によるハンチングが減少され、外乱が発生した場合でも温度制御がほぼ一定となり安定して記録媒体上に画像が定着可能となり、高品質な出力画像を得ることができる。

ローラ定着方式の定着装置の構成の一例を示す概略図である。 ベルト定着方式の定着装置の構成の一例を示す概略図である。 本発明における定着装置の駆動制御に適したＰＷＭ駆動回路の概略図である。 本発明における定着装置をフィードバック制御する制御系のブロック図である。 一般的なＰＷＭ駆動制御法の概念図である。 従来のＰＷＭ駆動制御法の連続制御の概念図である 本発明における定着装置のＰＷＭ駆動制御法の概念図である。 実施例１の定着装置におけるＰＷＭ駆動制御法の連続制御の概念図である。 一般的なＰＷＭ駆動制御法の概念図である。 実施例２の定着装置におけるＰＷＭ駆動制御法の連続制御の概念図である。 実施例５において定着装置を駆動制御する制御系のブロック図である。 本発明における画像形成装置の構成例を示す概略図である。

符号の説明

１１ 加熱ローラ
１２ 加圧ローラ
１３ 熱源
１４ 制御部
１５ 温度センサ
２１ 定着ローラ
２２ 定着ベルト
３０ 操作量演算部
３１ 本体とのインターフェイス
３２ ＰＷＭパルス信号
３３ ＰＷＭ駆動回路
３４ ＰＷＭ駆動信号発生回路
３５ パワースイッチング回路
３６ セロクロス検知回路
３７ 交流電源
３８ ＤＣ電源
３９ ＰＷＭ駆動信号
５１ 交流電源波形
５２ ＰＷＭ出力波形
９１ 帯電ローラ
９２ 露光器
９３ 像担持体
９４ 攪拌器
９５ 現像ローラ
９６ 記録媒体
９７ 転写ベルト
９８ 転写前チャージャ
９９ クリーニング手段
１００ 除電手段
Ｐｗ ＰＷＭパルス幅
Ｐε 誤差
Ｔｗ ＰＷＭ駆動周期
ａ 電力供給オフ時間
ｂ 電力供給オン時間

Claims (10)

1. 一対の回転体と、交流電源からの電力供給により駆動されて前記回転体の少なくとも一方を加熱する加熱部と、前記回転体の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の出力に基づいて前記回転体の温度を設定温度にするために必要な加熱量を演算出力する演算部と該演算出力結果に基づいて前記加熱部を駆動するＰＷＭ駆動信号を発生するＰＷＭ駆動回路とを有し前記ＰＷＭ駆動信号に基づいて前記加熱部による加熱量をＰＷＭ制御する制御部とを備え、前記一対の回転体のニップ部に記録媒体を通過させることにより、該記録媒体上にトナー画像を定着させる定着装置において、
   前記ＰＷＭ駆動回路は、前記交流電源からの電力供給をオン状態として前記加熱部を駆動する電力供給オン時間ｂと前記電力供給をオフ状態として該加熱部を駆動しない電力供給オフ時間ａとを合計した一ＰＷＭ駆動周期の中で、前記電力供給オフ時間ａを２分割した電力供給オフ時間ａ_１，ａ_２分の２つの前記電力供給オフ状態の間に前記電力供給オン時間ｂ分の前記電力供給オン状態を配置してなるＰＷＭ駆動周期パターンを含むＰＷＭ駆動信号を出力するものであり、
   前記ＰＷＭ駆動周期は、前記交流電源波形のゼロクロス周期（交流正弦波の半周期）のｎ倍（ｎは３以上の整数）からなり、
   前記電力供給オフ時間ａ _１ ，ａ _２ はそれぞれ前記ゼロクロス周期のｎより小なる整数倍からなるものであり、
   前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の偶数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ ＝ａ _２ とし、
   前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の奇数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ 及びａ _２ について、ａ _１ ＝ａ _２ ＋（１ゼロクロス周期）又はａ _２ ＝ａ _１ ＋（１ゼロクロス周期）として、
   前記ＰＷＭ駆動周期パターンは、電力供給オフ時間ａ _１ 、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ _２ の順に配置してなることを特徴とする定着装置。
2. 前記ＰＷＭ駆動周期は、当該定着装置の対応可能な交流電源周波数それぞれの周波数の逆数（周期）の公倍数であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記演算部は、前記加熱量をＰＷＭ駆動周期に占めるＰＷＭパルスの幅の割合として演算出力するものであり、
   前記ＰＷＭ駆動回路は、前記交流電源波形のゼロクロスタイミングのうち前記ＰＷＭパルスの立ち上がり位置または立ち下がり位置に最も近いゼロクロスタイミングを、前記ＰＷＭ駆動周期パターンにおける加熱部のオンタイミングまたはオフタイミングとすることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記演算の結果に基づいてモデルを用いたむだ時間補償出力を与えるむだ時間補償手段を備え、前記むだ時間補償出力を前記演算部の入力側に与えて前記ＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を、トナーを用いて現像する現像手段と、現像されたトナーを記録媒体に転写させる転写手段と、転写されたトナーを記録媒体に定着させる請求項１乃至４に記載のいずれかの定着装置が備えられていることを特徴とする画像形成装置。
6. 交流電源からの電力供給により駆動されて加熱対象を加熱する加熱部と、前記加熱対象の温度を検出する検出部と、前記検出部の出力に基づいて前記加熱対象の温度を設定温度にするために必要な加熱量を演算出力する演算部と該演算出力結果に基づいて前記加熱部を駆動するＰＷＭ駆動信号を発生するＰＷＭ駆動回路とを有し前記ＰＷＭ駆動信号に基づいて前記加熱部による駆動量をＰＷＭ制御する制御部とを備える加熱装置における加熱制御方法であって、
   前記ＰＷＭ駆動回路が出力する、前記交流電源からの電力供給をオン状態として前記加熱部を駆動する電力供給オン時間ｂと前記電力供給をオフ状態として該加熱部を駆動しない電力供給オフ時間ａとを合計した一ＰＷＭ駆動周期の中で、前記電力供給オフ時間ａを２分割した電力供給オフ時間ａ_１，ａ_２分の２つの前記電力供給オフ状態の間に前記電力供給オン時間ｂ分の前記電力供給オン状態を配置してなるＰＷＭ駆動周期パターンを含むＰＷＭ駆動信号に基づいて加熱部を駆動させるものであり、
   前記ＰＷＭ駆動周期は、前記交流電源波形のゼロクロス周期（交流正弦波の半周期）のｎ倍（ｎは３以上の整数）からなり、
   前記電力供給オフ時間ａ _１ ，ａ _２ はそれぞれ前記ゼロクロス周期のｎより小なる整数倍からなるものであり、
   前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の偶数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ ＝ａ _２ とし、
   前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の奇数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ 及びａ _２ について、ａ _１ ＝ａ _２ ＋（１ゼロクロス周期）又はａ _２ ＝ａ _１ と＋（１ゼロクロス周期）として、
   前記ＰＷＭ駆動周期パターンは、電力供給オフ時間ａ _１ 、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ _２ の順に配置してなることを特徴とする加熱制御方法。
7. 前記ＰＷＭ駆動周期は、前記加熱装置の対応可能な交流電源周波数それぞれの周波数の逆数（周期）の公倍数であることを特徴とする請求項６に記載の加熱制御方法。
8. 前記演算部は、前記加熱量をＰＷＭ駆動周期に占めるＰＷＭパルスの幅の割合として演算出力するものであり、
   前記ＰＷＭ駆動回路は、前記交流電源波形のゼロクロスタイミングのうち前記ＰＷＭパルスの立ち上がり位置または立ち下がり位置に最も近いゼロクロスタイミングを、前記ＰＷＭ駆動周期パターンにおける加熱部のオンタイミングまたはオフタイミングとすることを特徴とする請求項６に記載の加熱制御方法。
9. 前記加熱装置は、前記演算の結果に基づいてモデルを用いたむだ時間補償出力を与えるむだ時間補償手段を備え、前記むだ時間補償出力を前記演算部の入力側に与えて前記ＰＷＭ制御することを特徴とする請求項６に記載の加熱制御方法。
10. 交流電源からの電力供給により駆動されて加熱対象を加熱する加熱部と、前記加熱対象の温度を検出する検出部と、前記検出部の出力に基づいて前記加熱対象の温度を設定温度にするために必要な加熱量を演算出力する演算部と該演算出力結果に基づいて前記加熱部を駆動するＰＷＭ駆動信号を発生するＰＷＭ駆動回路とを有し、前記ＰＷＭ駆動信号に基づいて前記加熱部による駆動量をＰＷＭ制御する制御部と、前記演算の結果に基づいてモデルを用いたむだ時間補償出力を与えるむだ時間補償手段とを備え、前記むだ時間補償出力を前記演算部の入力側に与えて前記ＰＷＭ制御し前記加熱部の温度制御を行う加熱制御装置において、
    前記ＰＷＭ駆動回路は、前記交流電源からの電力供給をオン状態として前記加熱部を駆動する電力供給オン時間ｂと前記電力供給をオフ状態として該加熱部を駆動しない電力供給オフ時間ａとを合計した一ＰＷＭ駆動周期の中で、前記電力供給オフ時間ａを２分割した電力供給オフ時間ａ_１，ａ_２分の２つの前記電力供給オフ状態の間に前記電力供給オン時間ｂ分の前記電力供給オン状態を配置してなるＰＷＭ駆動周期パターンを含むＰＷＭ駆動信号を出力するものであり、
    前記ＰＷＭ駆動周期は、前記交流電源波形のゼロクロス周期（交流正弦波の半周期）のｎ倍（ｎは３以上の整数）からなり、
    前記電力供給オフ時間ａ _１ ，ａ _２ はそれぞれ前記ゼロクロス周期のｎより小なる整数倍からなるものであり、
    前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の偶数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ ＝ａ _２ とし、
    前記電力供給オフ時間ａが前記ゼロクロス周期の奇数倍である場合、前記電力供給オフ時間ａ _１ 及びａ _２ について、ａ _１ ＝ａ _２ ＋（１ゼロクロス周期）又はａ _２ ＝ａ _１ ＋（１ゼロクロス周期）として、
    前記ＰＷＭ駆動周期パターンは、電力供給オフ時間ａ _１ 、電力供給オン時間ｂ、電力供給オフ時間ａ _２ の順に配置してなることを特徴とする加熱制御装置。

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