JP4973695B2 - ヒータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒータを制御するヒータ制御装置に関し、特に画像形成装置に搭載された定着ヒータの制御装置に関する。

従来より、画像形成装置に搭載されている定着ヒータは、トナー画像をシートに良好に定着させるために、その温度が適温範囲に維持されている。具体的には、ヒータへの電流供給を制御することにより温度が適温範囲に維持されている。

ヒータが交流電源によって作動する場合、ヒータへの電流供給はゼロクロス信号に基づいて制御されている。ゼロクロス信号は、図１６に示すように、交流電源電圧のゼロクロス点を検出して生成される信号であって、交流電源電圧が略ゼロのときにＬＯＷまたはＨＩＧＨのいずれか一方の値になる矩形波信号である。図には、交流電源電圧が略ゼロのときにＬＯＷになるゼロクロス信号が示されている。このようなゼロクロス信号に基づいてヒータを制御する画像形成装置が、例えば特許文献１に記載されている。

また、ゼロクロス信号を利用したヒータへの電流供給の制御として、スルーアップ制御とスルーダウン制御とがある。これらの制御は、ヒータに対する過大な突入電流の発生を抑制することを目的とした制御である。

スルーアップ制御は、ヒータに印加する交流電源電圧の導通角を漸増する制御である。例えば、スルーアップ制御は、図１６に示すように、ゼロクロス信号の立ち下がりのタイミングから待機時間Ｔｔｕ経過するまでの間、ヒータへの電流供給を一時的に待機する（ヒータをＯＦＦする）制御であって、この待機時間Ｔｔｕが、１回待機する毎に漸減される制御である。

一方、スルーダウン制御は、負荷に印加する交流電源電圧の導通角を漸減する制御である、例えば、ゼロクロス信号の立ち下がりのタイミングから待機時間Ｔｔｄ経過するまでの間、ヒータへの電流供給を一時的に待機する制御であって、この待機時間Ｔｔｄが、図１６に示すように、１回待機する毎に漸増される制御である。

スルーアップ制御により、交流電源電圧が高いときにヒータへの電流供給が待機され、過大な突入電流の発生が抑制される。また、ヒータは、通電時間が漸増され、その温度が上昇する。

一方、スルーダウン制御により、交流電源電圧が高いときにヒータへの電流供給が待機され、過大な突入電流の発生が抑制される。また、ヒータは、通電時間が漸減され、その温度が低下する。

このスルーアップ制御とスルーダウン制御とにより、ヒータは、過大な突入電流の発生が抑制されつつ、その温度を適温範囲に維持されている。

特開２００５−２３４０９３号公報

しがしながら、上述したスルーアップ制御やスルーダウン制御は、当然ながら、ゼロクロス信号が正常であること、すなわち交流電源の電圧波形が正常であることが必要である。

例えば、ヒータに電力を供給する交流電源を含む電源系統が、その配線状態が良好でなく、そのためにインピーダンスが高い場合、図１７に示すように、短時間にヒータが繰り返しオンオフされるような、例えばスルーアップ制御を実行すると、ヒータへの入力電流が激しく変動し、それに加えて高いインピーダンスが原因になって、ヒータへの電流供給開始タイミングに、電圧降下が起こることがある。例えば、ヒータへの電流供給開始タイミングに、交流電圧が略ゼロまで降下することがある（スパイクが発生することがある。）。

このように交流電源電圧に異常が生じると、当然ながら異常なゼロクロス信号が生成される。例えば、図１７に示すように、本来ＨＩＧＨであるときにＬＯＷになる異常なゼロクロス信号が生成される。

異常なゼロクロス信号が生成されると、ゼロクロス信号に基づいて実行されるスルーアップ制御やスルーダウン制御が正常に実行されなくなり、ヒータの温度を適温範囲内に維持することが困難になる。その結果、良好な画像が形成できなくなる可能性がある。また、過大な突入電流の発生を抑制するためにスルーアップ制御やスルーダウン制御が実行されているにもかかわらず、その制御が正常でないために過大な突入電流が発生し、その結果、同一交流電源から電流の供給を受けている他の負荷に悪影響を与える可能性がある。例えば、蛍光灯の場合、ちらつきが発生する可能性がある。

そこで、本発明は、交流電源によって作動するヒータを搭載した画像形成装置において、その交流電源を含む電源系統の状態に関わらず、例えば電源系統の悪い配線状態によってインピーダンスが高くても、正常にスルーアップ制御またはスルーダウン制御を実行でき、その結果として、過大な突入電流の発生を抑制し、同一交流電源から電流の供給を受けている他の電気機器に悪影響を与えることを抑制することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本発明は、ヒータに印加する交流電源電圧の導通角を漸増するスルーアップ制御と該導通角を漸減するスルーダウン制御とを実行するヒータ制御装置において、
交流電源電圧が略ゼロのときに第１信号値になり、それ以外は第２信号値となるゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成手段と、
前記ゼロクロス信号生成手段が生成したゼロクロス信号の第１信号値と第２信号値との間のエッジを検出し、第１信号値の平均の継続時間と第２信号値の平均の継続時間とを計測する計測手段と、
前記第１信号値の平均の継続時間と第２信号値の平均の継続時間との和と同一の時間を繰り返しカウントし、カウント完了毎にトリガタイミングを生成するタイマ手段と、
前記タイマ手段のトリガタイミングに基づいて、スルーアップ制御またはスルーダウン制御を実行するヒータ制御手段とを有し、
前記計測手段は、前記ヒータ制御手段がヒータへの通電を実行していないときに予めゼロクロス信号のエッジを検出することを特徴とする。

本発明によれば、ヒータへの電流供給の制御としてのスルーアップ制御やスルーダウン制御は、ゼロクロス信号ではなく、計測手段が計測したゼロクロス信号の第１信号値の継続時間と第２信号値の継続時間とに基づいて実行される。したがって、交流電源を含む電源系統がスルーアップ制御やスルーダウン制御のように短時間にヒータが繰り返しオンオフされると交流電源電圧が異常になるような高いインピーダンスであって、それによりゼロクロス信号が異常になっても、スルーアップ制御やスルーダウン制御が正常に実行される。その結果、過大な突入電流の発生は抑制され、同一交流電源から電流の供給を受けている他の電気機器に悪影響を与えることが抑制される。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の制御系の概略図である。 待機時間のテーブルを示す図である。 本発明に係る２種類のゼロクロス信号を示す図である。 ゼロクロス信号の周期や交流周波数の算出手順のフローチャートを示す図である。 ゼロクロス信号、２つのトリガ信号、待機信号、およびヒータランプのＯＮ−ＯＦＦのタイミングチャートを示す図である。 スルーアップ制御またはスルーダウン制御の手順のフローチャートを示す図である。 ワンショットタイマのカウント時間を決定する手順のフローチャートを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る、ゼロクロス信号、ＰＷＭ信号、トリガ信号、およびヒータランプのＯＮ−ＯＦＦのタイミングチャートを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る、スルーアップ制御またはスルーダウン制御の手順のフローチャートを示す図である。 ＰＷＭ信号のｄｕｔｙ比を決定する手順のフローチャートを示す図である。 本発明の第１の実施形態の改良形態に係る、ゼロクロス信号、２つのトリガ信号、待機信号、およびヒータのＯＮ−ＯＦＦのタイミングチャートを示す図である。 本発明の第２の実施形態の改良形態に係る、ゼロクロス信号、ＰＷＭ信号、トリガ信号、およびヒータランプのＯＮ−ＯＦＦのタイミングチャートを示す図である。 本発明の第１の実施形態の改良形態に係る、スルーアップ制御またはスルーダウン制御の手順のフローチャートの一部を示す図である。 本発明の第２の実施形態の改良形態に係る、スルーアップ制御またはスルーダウン制御の手順のフローチャートの一部を示す図である。 ゼロクロス信号と、ゼロクロス信号に基づくスルーアップ制御とスルーダウン制御とを説明するための図である。 異常な交流電圧と、それに基づいて生成された異常なゼロクロス信号を示す図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置を、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の構成を概略的に示した図である。

符号１０に示される画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、およびブラック（Ｋ）のトナーを用いてシートＳに画像を形成する装置である。なお、符号にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのアルファベットが含まれている構成要素は、そのアルファベットに対応する色用の構成要素である。

画像形成装置１０は、円筒形状の感光体１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋと、感光体の表面（像担持面）を一様に帯電する帯電装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋと、帯電された像担持面上に潜像を形成する露光装置１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋと、像担持面上の潜像をトナーによって現像する現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ，１８Ｋとを有する。

また、画像形成装置１０は、感光体１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋそれぞれの像担持面上のトナー画像が重ねて転写される中間転写ベルト２０と、中間転写ベルト２０の表面（像担持面）上に重ねて転写された４色のトナー画像（カラー画像）をシートＳに転写する２次転写ローラ２２と、ヒータランプ２４を備えてシートＳ上に転写されたカラー画像を該シートＳに熱定着させる定着装置２６とを有する。

さらに、画像形成装置１０は、トナー画像を中間転写ベルト２０に転写した後に像担持面に残るトナーを掻き取って感光体１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋをクリーニングするクリーニング装置２８Ｙ、２８Ｍ、２８Ｃ、２８Ｋと、カラー画像をシートＳに転写した後に像担持面に残るトナーを掻き取って中間転写ベルト２０をクリーニングするクリーニング装置３０とを有する。

この画像形成装置１０では、画像は以下のようにシートＳに形成される。

まず、クリーニング装置２８Ｙ、２８Ｍ、２８Ｃ、２８Ｋによってクリーニングされた感光体１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋの像担持面が、帯電装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋによって一様に帯電される。次に、帯電された像担持面上に、露光装置１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋによって潜像が形成される。続いて、像担持面上に形成された潜像が、現像装置１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋによって現像される（トナー画像が形成される。）。

感光体１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋそれぞれの像担持面上のトナー画像が、中間転写ベルト２０に順番に静電的に転写されて該中間転写ベルト２０の像担持面上に重ねられる（カラー画像が形成される。）。

中間転写ベルト２０の像担持面上のカラー画像は、二次転写ローラ２２と中間転写ベルト２０との間の領域に移動され、その領域に搬送されてきたシートＳに静電的に転写される。

シートＳ上のカラー画像は、定着装置２６によって該シートＳに定着される。

次に、本発明に係る定着装置２６のヒータランプ２４の制御について説明する。

まず、ヒータランプ２４の制御に関わる複数の構成要素について説明する。図２は、ヒータランプ２４の制御に関わる画像形成装置１０の制御系を概略的に示している。

画像形成装置１０の制御系は、画像形成を実行するプリンタ部５０と、ユーザのタッチパネル操作を検出するパネル操作部７０と、交流電源ＰＳからの電流を画像形成装置１０内の負荷に供給する電源部８０と、これらを管理するシステムコントローラ部９０と、ヒータランプ２４の温度を検出する温度センサ９２とを含んでいる。

プリンタ部５０は、本発明に係る構成要素として、ＣＰＵ５２、記憶部５４、ゼロクロス信号エッジ間測定部５６、交流周波数算出部５８、ゼロクロス信号周期タイマ部６０、ヒータランプ制御部６２、およびＩ／Ｏ６４とを有する。

ＣＰＵ５２は、記憶部５４に記憶されているプログラムやデータと、プリンタ部５０の他の構成要素からの信号とに基づいて、演算、制御信号出力などの種々の処理を実行するように構成されており、特に本実施形態においては、ワンショットタイマとして機能するように構成されている。

ＣＰＵ５２は、ワンショットタイマとして機能する場合、開始タイミング（後述するゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガタイミング）とカウント時間（後述する記憶部５４に記憶されている待機時間データ）とを取得し、該開始タイミングからカウントを開始して該カウント時間経過すると、そのタイミングにトリガタイミングを生成する（トリガ信号を出力する）ように構成されている。

記憶部５４には、ＣＰＵ５２に種々の処理を実行させるプログラムやデータが記憶されており、特に本実施形態においては、図３に示すような、詳細は後述する待機時間データを保持している。

ゼロクロス信号エッジ間測定部５６は、図４（Ａ）に示すように、後述する電源部８０のゼロクロス信号生成部８２が生成したゼロクロス信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとを検出し、立ち下がりエッジから立ち上がりエッジまでのＬＯＷの間隔（ＬＯＷの継続時間）Ｌと、立ち上がりエッジから立ち下がりエッジまでＨＩＧＨの間隔Ｈ（ＨＩＧＨの継続時間）とを測定（計測）するように構成されている。

交流周波数算出部５８は、ゼロクロス信号エッジ間測定部５６が測定したＬＯＷ間隔ＬとＨＩＧＨ間隔Ｈとに基づいて、交流電源ＰＳの交流周波数を算出するように構成されている。交流電源ＰＳの交流周波数は、ＬＯＷ間隔ＬとＨＩＧＨ間隔Ｈとの和（ゼロクロス信号の周期）の２倍である。

ゼロクロス信号周期タイマ部６０は、インターバルタイマであって、ゼロクロス信号エッジ間測定部５６が測定したゼロクロス信号のＬＯＷ間隔ＬとＨＩＧＨ間隔Ｈとの和（ゼロクロス信号の周期）をカウント時間として繰り返しカウントし、カウント完了毎にトリガタイミングを生成する（トリガ信号を出力する）ように構成されている。

ヒータランプ制御部６２は、ヒータランプ２４を制御するものであって、具体的には、Ｉ／Ｏ６４を介して電源部８０のヒータランプ電流供給部８４に待機信号を出力し、該待機信号の出力中は該ヒータランプ電流供給部８４にヒータランプ２４への電流供給を待機させるものである。ヒータランプ制御部６２は、詳細は後述するが、ワンショットタイマとして機能するＣＰＵ５２のトリガ信号とゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号とに基づいて、待機信号を出力したり、その出力を待機したりするように構成されている。

Ｉ／Ｏ６４は、他の構成要素と信号をやり取りするためのものである。

電源部８０は、ゼロクロス信号生成部８２と、ヒータランプ電流供給部８４とを有する。

ゼロクロス信号生成部８２は、ＨＩＧＨとＬＯＷの２値の矩形波のゼロクロス信号を生成するものであって、具体的には、交流電源ＰＳの電圧波形のゼロクロス点を検出し、図４（Ａ）に示すように、交流電源ＰＳの電圧が略ゼロのときにＬＯＷとなるゼロクロス信号を生成するように構成されている。

なお、本発明は、交流電源電圧が略ゼロになるときにＬＯＷになるゼロクロス信号に限定しているわけではなく、図４（Ｂ）に示すように、交流電源電圧が略ゼロになるときにＨＩＧＨとなるゼロクロス信号であってもよい。

ヒータランプ電流供給部８４は、スイッチとして機能し、ヒータランプ制御部６２からの待機信号に基づいて、交流電源ＰＳからヒータランプ２４に電流を供給したり、その供給を待機するように構成されている。

温度センサ９２は、ヒータランプ２４の温度を検出するセンサであって、検出温度に対応する信号をプリンタ部５０に出力するように構成されている。

ここからは、本発明に係るヒータランプ２４の制御の内容について説明する。

本発明において、ヒータランプ２４は、温度センサ９２の検出結果に基づいて、その温度が適温範囲に維持されている。適温範囲は、中間転写ベルト２０の像旦持面上からシートＳ上に転写されたトナー画像を該シートＳに良好に安定して熱定着することができる範囲である。

具体的には、ヒータランプ２４の温度が適温範囲より低くなると、ヒータランプ２４の温度を上げるスルーアップ制御が実行される。一方、適温範囲より高くなると、ヒータランプ２４の温度を下げるスルーダウン制御が実行される。

このスルーアップ制御とスルーダウン制御について説明する。

まず、本発明に係るスルーアップ制御やスルーダウン制御に必要な、ゼロクロス信号の立ち下がりエッジから立ち上がりエッジまでのＬＯＷ間隔Ｌ、立ち上がりエッジから立ち下がりエッジまでのＨＩＧＨ間隔Ｈ、ゼロクロス信号の周期、および交流電源ＰＳの交流周波数の算出の流れについて、図４と図５を参照しながら説明する。図５は、これらの算出の流れを示すフローチャートである。

まず、図５に示すように、ステップＳ１００において、温度センサ９２からの信号に基づいて、ＣＰＵ５２により、ヒータランプ２４の温度が適温範囲内か否かが判定される。ヒータランプ２４の温度が適温範囲内である場合、次のステップＳ１１０に進む。

なお、このステップＳ１００は、別の観点からみれば、スルーアップ制御またはスルーダウン制御を実行していないことを確認するステップである。

ステップＳ１１０において、ＣＰＵ５２からの制御信号に基づき、ゼロクロス信号エッジ間測定部５６は、ゼロクロス信号生成部８２が生成したゼロクロス信号の立ち下がりエッジから立ち上がりエッジまでのＬＯＷ間隔Ｌｎの測定を開始する。複数のＬＯＷ間隔Ｌ_ｎを測定する。

ステップＳ１２０において、ＣＰＵ５２からの制御信号に基づき、ゼロクロス信号エッジ間測定部５６は、ゼロクロス信号生成部８２が生成したゼロクロス信号の立ち下がりエッジから立ち上がりエッジまでのＨＩＧＨ間隔Ｈの測定を開始する。複数のＨＩＧＨ間隔Ｈ_ｎを測定する。

ステップＳ１３０において、ＣＰＵ５２により、ステップＳ１１０やステップＳ１２０で開始された測定の回数が所定の回数か否か、すなわち測定したＬＯＷ間隔Ｌの数やＨＩＧＨ間隔Ｈの数が所定数か否かが判定される。測定回数が所定の回数である場合、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０において、ＣＰＵ５２からの制御信号に基づき、ゼロクロス信号エッジ間測定部５６は、ステップＳ１１０やステップＳ１２０で開始した測定を終了する。

ステップＳ１５０において、ＣＰＵ５２により、測定した複数のＬＯＷ間隔Ｌｎの平均値ＡＶＥ_Ｌが算出される。

ステップＳ１６０において、ＣＰＵ５２により、測定した複数のＨＩＧＨ間隔Ｈｎの平均値ＡＶＥ_Ｈが算出される。

ステップＳ１７０において、ＣＰＵ５２により、ステップＳ１５０で算出されたＬＯＷ間隔Ｌの平均値ＡＶＥ_Ｌと、ステップＳ１６０で算出されたＨＩＧＨ間隔Ｈの平均値ＡＶＥ_Ｈとを足し算して、ゼロクロス信号の平均周期ＡＶＥ_Ｌ＋Ｈが算出される。

ステップＳ１８０において、交流周波数算出部５８は、１をステップＳ１７０で算出したゼロクロス信号の平均周期ＡＶＥ_Ｌ＋Ｈの２倍で割り算して、交流電源ＰＳの交流周波数を算出する。

ステップＳ１９０において、ＣＰＵ５２により、ステップＳ１１０やステップＳ１２０で開始された測定の回数がゼロにリセットされる。そして、リターンに進み、スタートに戻る。

これによれば、ゼロクロス信号の平均ＬＯＷ間隔ＡＶＥ_Ｌ、平均ＨＩＧＨ間隔ＡＶＥ_Ｈ、平均周期ＡＶＥ_Ｌ＋Ｈ、交流電源ＰＳの交流周波数は定期的に更新される。

続いて、ヒータランプ２４に対するスルーアップ制御とスルーダウン制御について図６を参照しながら説明する。図６は、ゼロクロス信号と、ゼロクロス信号周期タイマ部６０が出力するトリガ信号と、ワンショットタイマとして機能するＣＰＵ５２が出力するトリガ信号と、ヒータランプ制御部６２が出力する待機信号と、ヒータランプ２４のＯＮ−ＯＦＦとのタイミングチャートを示している。また、図６（Ａ）はスルーアップ制御を示し、図６（Ｂ）はスルーダウン制御を示している。

図６（Ａ），６（Ｂ）に示すように、ゼロクロス信号周期タイマ部６０は、図６のステップＳ１６０で算出されたゼロクロス信号の平均周期ＡＶＥ_Ｌ＋Ｈ経過毎にトリガ信号を出力する。そのトリガ信号の出力は、ＣＰＵ５２がスルーアップ制御やスルーダウン制御の実行を決定した直後のゼロクロス信号の立ち下がりタイミングから開始される。

ＣＰＵ５２は、図６（Ａ），６（Ｂ）に示すように、スルーアップ制御やスルーダウン制御の開始を決定すると、ゼロクロス信号周期タイマ部６０の始動と同時にワンショットタイマとして機能し始める。

また、ワンショットタイマとして機能するＣＰＵ５２は、ゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号をスタート基準としてカウントし始める。カウントする時間は、記憶部５４にデータとして記憶されている、図３にテーブル形式で示されている待機時間である。待機時間は、図３に示すように、スルーアップ制御用とスルーダウン制御用とがあって、それぞれに５０Ｈｚ用と６０Ｈｚ用とがある。図５のステップＳ１８０で交流周波数算出部５８が算出した周波数が約５０Ｈｚのときは５０Ｈｚ用の待機時間が使用され、算出する周波数が約６０Ｈｚのときは６０Ｈｚ用の待機時間が使用される。

図６（Ａ），６（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ５２は、スルーアップ制御またはスルーダウン制御が開始されると、ゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号が発生する毎に、そのトリガ信号をスタート基準として、記憶部５４に記憶されている待機時間のカウントを開始する。スタートして待機時間後に（カウント完了後に）、ＣＰＵ５２は、トリガ信号を出力する。そのカウント時間（待機時間）は、順次変わっていく。

例えば、図６（Ａ）に示すように、スルーアップ制御が開始されると、ＣＰＵ５２は、スルーアップ制御開始タイミングに発生したゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号をスタート基準として、図３のテーブルに示す待機時間Ｔｔｕ（１）（５０Ｈｚの場合９．８０ｍｓ、６０Ｈｚの場合、８．１７ｍｓ）経過後に、トリガ信号を出力する。次のゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号が発生すると、その待機時間Ｔｔｕ（２）経過後に、次のトリガ信号を出力する。そして、最後は、スルーアップ制御が開始されて４０回目のゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号が発生すると、その待機時間Ｔｔｕ（４０）後に、トリガ信号を出力する。

一方、例えば、図６（Ｂ）に示すように、スルーダウン制御が開始されると、ＣＰＵ５２は、スルーダウン制御開始タイミングに発生したゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号をスタート基準として、図３のテーブルに示す待機時間Ｔｔｄ（１）（５０Ｈｚの場合４．２０ｍｓ、６０Ｈｚの場合、４．１７ｍｓ）経過後に、トリガ信号を出力する。次のゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号が発生すると、その待機時間Ｔｔｄ（２）経過後に、次のトリガ信号を出力する。そして、最後は、スルーダウン制御が開始されて４０回目のゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号が発生すると、その待機時間Ｔｔｄ（４０）経過後に、トリガ信号を出力する。

ヒータランプ制御部６２は、図６（Ａ），６（Ｂ）に示すように、ゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号と、ワンショットタイマとして機能するＣＰＵ５２のトリガ信号とに基づいて、待機信号を出力する。

具体的には、ヒータランプ制御部６２は、ＣＰＵ５２のトリガ信号が発生すると待機信号の出力を停止してそのまま出力停止状態を維持し、ゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号が発生すると待機信号を出力してそのまま出力状態を維持する。

ヒータランプ２４は、ヒータランプ制御部６２が待機信号を出力している間は、電源部８０のヒータランプ電流供給部８４によって電流供給が停止され（ＯＦＦにされ）、待機信号を出力していない間は電流供給される（ＯＮにされる。）。

したがって、ヒータランプ２４は、ヒータランプ制御部６２が２つのトリガ信号に基づいて待機信号を出力することにより、図６（Ａ），６（Ｂ）に示すように、スルーアップ制御ではＯＮ時間が漸増し、スルーダウン制御ではＯＮ時間が漸減する。

次に、スルーアップ制御およびスルーダウン制御の流れを、図７，８に示すフローチャートを参照しながら説明する。

図７に示すように、ステップＳ３００において、温度センサ９２からの信号に基づいて、ＣＰＵ５２は、ヒータランプ２４の温度が適温範囲外か否かを判定する。すなわちスルーアップ制御やスルーダウン制御の実行が必要であるか否かを判定する。ヒータランプ２４の温度が適温範囲外である場合、ステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３１０において、ＣＰＵ５２は、図５に示すステップＳ１８０で算出した交流周波数を取得する。

ステップＳ３２０において、ＣＰＵ５２は、変数ｎを１とする。

ステップＳ３３０において、ワンショットタイマのカウント時間Ｔｏｓ（１）を決定する制御が実行される。

この制御の詳細な流れを、図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。

図８に示すように、ステップＳ３３０−１において、ＣＰＵ５２は、現在の制御がスルーアップ制御であるか否か、すなわちスルーアップ制御中かまたはスルーダウン制御中であるか否かを判定する。例えば、温度センサ９２の検出温度が適温範囲より低い場合はスルーアップ制御と判定し、一方高い場合はスルーダウン制御と判定する。スルーアップ制御中である場合はステップＳ３３０−２に進む。そうでない場合はステップＳ３３０−４に進む。

ステップＳ３３０−２において、ＣＰＵ５２は、ステップＳ３１０で取得した交流周波数に対応するスルーアップ制御用待機時間Ｔｔｕ（ｎ）（データ）を記憶部５４から取得する（図３参照。）。例えば、変数ｎが１の場合、待機時間Ｔｔｕ（１）を取得する。

ステップＳ３３０−３において、ＣＰＵ５２は、ステップＳ３３０−２で取得した待機時間Ｔｔｕ（ｎ）をワンショットタイマのカウント時間Ｔｏｓ（ｎ）とする。そして、ステップＳ３４０に進む。

一方、ステップＳ３３０−１でスルーアップ制御中でないと判定された場合、ステップＳ３３０−４において、ＣＰＵ５２は、ステップＳ３１０で取得した交流周波数に対応するスルーダウン制御用待機時間Ｔｔｄ（ｎ）（データ）を記憶部５４から取得する（図３参照。）。例えば、変数ｎが１の場合、待機時間Ｔｔｄ（１）を取得する。

続くステップＳ３３０−５において、ＣＰＵ５２は、ステップＳ３３０−４で取得した待機時間Ｔｔｄ（ｎ）をワンショットタイマのカウント時間Ｔｏｓ（ｎ）とする。そして、ステップＳ３４０に進む。

図７に戻り、ステップＳ３４０において、ゼロクロス信号周期タイマ部６０は、図５に示すステップＳ１７０で算出されたゼロクロス信号の平均周期ＡＶＥ_Ｌ＋Ｈを取得する。

ステップＳ３５０において、図６に示すように、ＣＰＵ５２からの制御信号に基づき、ゼロクロス信号周期タイマ部６０は、ゼロクロス信号の立ち下がりエッジの発生タイミングに始動し、ステップＳ３４０で取得したゼロクロス信号の平均周期ＡＶＥ_Ｌ＋Ｈ間隔でトリガ信号を出力し始める。それと同時に、ＣＰＵ５２がカウント時間Ｔｏｓ（１）をカウントするワンショットタイマとして機能し始める。

ステップＳ３６０は待機ステップであって、ワンショットタイマのカウントが完了する、すなわちＣＰＵ５２のトリガ信号が発生すると、待機が完了して次のステップに進む。

ステップＳ３７０において、ヒータランプ制御部６２は、ＣＰＵ５２（ワンショットタイマ）のトリガ信号に基づいて待機信号の出力を停止する。すなわち、ヒータランプ２４に電流が供給される。

ステップＳ３８０は待機ステップであって、ゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号が発生すると、待機が完了して次のステップに進む。

ステップＳ３９０において、ＣＰＵ５２により、変数ｎが所定値（本実施形態では４０（図３参照。））であるか否かが判定される。所定値の場合は、スルーアップ制御またはスルーダウン制御が完了したとして、ステップＳ４００に進む。そうでない場合は、スルーアップ制御またはスルーダウン制御を継続するとして、ステップＳ４１０に進む。

ステップＳ４００において、スルーアップ制御またはスルーダウン制御が完了したので、ＣＰＵ５２は、ゼロクロス信号周期タイマ部６０を停止させる。それにより、ゼロクロス信号の平均周期ＡＶＥ_Ｌ＋Ｈ間隔のトリガ信号の出力が停止する。そして、リターンに進み、スタートに戻る。

一方、ステップＳ４１０において、ヒータランプ制御部６２は、ゼロクロス信号周期タイマ部６０のトリガ信号に基づいて待機信号を出力する。すなわち、ヒータランプ２４に対して電流供給が停止される。

ステップＳ４２０において、ＣＰＵ５２は、変数ｎをインクリメントする。

ステップＳ４３０において、ステップＳ３３０と同様に、ワンショットタイマのカウント時間Ｔｏｓ（ｎ）を決定する制御が実行される。

ステップＳ４４０において、ＣＰＵ５２が、ステップＳ４３０で決定されたカウント時間Ｔｏｓ（ｎ）をカウントするワンショットタイマとして機能し始める。そして、ステップＳ３６０に戻る。

本実施形態によれば、ヒータランプ２４への電流供給の制御としてのスルーアップ制御やスルーダウン制御は、ゼロクロス信号でなく、ゼロクロス信号の周期と同一時間を繰り返しカウントするタイマ（ゼロクロス信号周期タイマ部６０）に基づいて実行される。したがって、交流電源ＰＳを含む電源系統がスルーアップ制御やスルーダウン制御のように短時間にヒータランプ２４が繰り返しオンオフされると交流電源電圧が異常になるような高いインピーダンスであって、それによりゼロクロス信号が異常になっても、スルーアップ制御やスルーダウン制御が正常に実行される。その結果、過大な突入電流の発生は抑制され、同一交流電源から電流の供給を受けている他の電気機器に悪影響を与えることが抑制される。

（第２の実施形態）
本実施形態は、スルーアップ制御やスルーダウン制御の内容が、上述の第１の実施形態と異なる。

具体的には、図２に示すゼロクロス信号周期タイマ部が存在せず、ＣＰＵがスルーアップ制御やスルーダウン制御時にワンショットタイマとして機能しない。そして、ヒータランプ制御部が、待機信号としてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を出力する。また、プリンタ部が、ＰＷＭ信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのいずれか１つを検出し、検出する毎にトリガタイミングを生成する（トリガ信号を出力する）ＰＷＭ信号エッジ検出部を有する。それ以外の構成は第１の実施形態と同じである。

図９は、本実施形態に係る、ゼロクロス信号と、ヒータランプ制御部が出力する待機信号（ＰＷＭ信号）と、ＰＷＭ信号エッジ部のトリガ信号と、ヒータランプのＯＮ−ＯＦＦとのタイミングチャートを示している。また、図９（Ａ）はスルーアップ制御を示し、図９（Ｂ）はスルーダウン制御を示している。

ヒータランプ制御部は、図９（Ａ），９（Ｂ）に示すように、ゼロクロス信号の平均周期ＡＶＥ_Ｌ＋Ｈ経過毎に１パルスが発生し、そのパルス幅（ｄｕｔｙ比）が変化するＰＷＭ信号を出力するように構成されている。また、ヒータランプ制御部は、ＰＷＭ信号のｄｕｔｙ比を、後述するＰＷＭ信号エッジ検出部のトリガ信号が発生する毎に、スルーアップ制御では漸減し、スルーダウン制御では漸増するように構成されている。スルーアップ制御用のｄｕｔｙ比Ｄｔｕ（ｎ）やスルーダウン制御用のＤｕｔｙ比Ｄｔｄ（ｎ）は、第１の実施形態の待機時間データのようにデータとして記憶部に記憶されていてもよいし、ＰＷＭ信号エッジ検出部のトリガ信号の発生回数ｎの関数であってもよい。

ＰＷＭ信号エッジ検出部は、図９（Ａ），９（Ｂ）に示すように、ヒータランプ制御部が出力したＰＷＭ信号の立ち上がりエッジ（パルス発生タイミング）を検出し、その検出タイミングにトリガ信号を出力するように構成されている。

したがって、ヒータランプ制御部は、ＰＷＭ信号エッジ検出部を介して、出力したＰＷＭ信号をフィードバックし、そのフィードバック信号に基づいてＰＷＭ信号のｄｕｔｙ比を変更していることになる。

次に、ＰＷＭ信号によるスルーアップ制御およびスルーダウン制御の流れを、図１０，１１に示すフローチャートを参照しながら説明する。

図１０に示すように、ステップＳ５００において、温度センサからの信号に基づいて、ＣＰＵは、ヒータランプの温度が適温範囲外か否かを判定する。すなわちスルーアップ制御やスルーダウン制御の実行が必要であるか否かを判定する。ヒータランプの温度が適温範囲外である場合、ステップＳ５１０に進む。

ステップＳ５１０において、ＣＰＵは、変数ｎを１とする。

ステップＳ５２０において、ＰＷＭ信号のｄｕｔｙ比Ｄ（ｎ）を決定する制御を実行する。

この制御の詳細な流れを、図１１に示すフローチャートを参照しながら説明する。

図１１に示すように、ステップＳ５２０−１において、ＣＰＵは、現在の制御がスルーアップ制御であるか否か、すなわちスルーアップ制御中かまたはスルーダウン制御中であるか否かを判定する。スルーアップ制御中である場合はステップＳ５２０−２に進む。そうでない場合ステップＳ５２０−４に進む。

ステップＳ５２０−２において、ヒータランプ制御部は、スルーアップ制御用ｄｕｔｙ比Ｄｔｕ（ｎ）を取得する。

ステップＳ５２０−３において、ヒータランプ制御部は、ステップＳ５２０−２で取得したｄｕｔｙ比Ｄｔｕ（ｎ）をＰＷＭ信号のｄｕｔｙ比Ｄ（ｎ）とする。そして、ステップＳ５３０に進む。

一方、ステップ５２０−１でスルーアップ制御中でないと判定された場合、ステップＳ５２０−４において、ヒータランプ制御部は、スルーダウン制御用ｄｕｔｙ比Ｄｔｄ（ｎ）を取得する。

ステップＳ５２０−５において、ヒータランプ制御部は、ステップＳ５２０−４で取得したｄｕｔｙ比Ｄｔｄ（ｎ）をＰＷＭ信号のｄｕｔｙ比Ｄ（ｎ）とする。そして、ステップＳ５３０に進む。

図１０に戻り、ステップ５３０において、ヒータランプ制御部は、図５に示すステップＳ１７０で算出されたゼロクロス信号の平均周期ＡＶＥ_Ｌ＋Ｈを取得する。

ステップＳ５４０において、図９に示すように、ＣＰＵからの制御信号に基づき、ヒータランプ制御部は、ゼロクロス信号の立ち下がりエッジの発生タイミングに、ＰＷＭ信号を出力し始める。

ステップＳ５５０は待機ステップであって、ＰＷＭ信号エッジ検出部のトリガ信号が発生すると、待機が完了して次のステップに進む。

ステップＳ５６０において、ＣＰＵは、変数ｎをインクリメントする。

ステップＳ５７０において、ステップＳ５２０と同様に、ＰＷＭ信号のｄｕｔｙ比Ｄ（ｎ）を決定する制御を実行する。

ステップＳ５８０において、ＣＰＵにより、変数ｎが所定値であるか否かが判定される。所定値の場合は、スルーアップ制御またはスルーダウン制御が完了したとして、ステップＳ５９０に進む。そうでない場合は、スルーアップ制御またはスルーダウン制御を継続するとして、ステップＳ５５０に戻る。

ステップＳ５９０において、ＣＰＵからの制御信号に基づき、ヒータランプ制御部は、ＰＷＭ信号の出力を停止する。そして、リターンに進み、スタートに戻る。

本実施形態によれば、ヒータランプへの電流供給の制御としてのスルーアップ制御やスルーダウン制御は、ゼロクロス信号ではなく、ゼロクロス信号の周期と同一時間の経過毎に１パルスが発生し、そのパルス幅が変更されるＰＷＭ信号に基づいて実行される。したがって、交流電源を含む電源系統がスルーアップ制御やスルーダウン制御のように短時間にヒータランプが繰り返しオンオフされると交流電源電圧が異常になるような高いインピーダンスであって、それによりゼロクロス信号が異常になっても、スルーアップ制御やスルーダウン制御が正常に実行される。その結果、過大な突入電流の発生は抑制され、同一交流電源から電流の供給を受けている他の電気機器に悪影響を与えることが抑制される。

以上、２つの実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。

例えば、上述の２つの実施形態は、図６や図９に示すように、スルーアップ制御やスルーダウン制御は、ゼロクロス信号の立ち下がりタイミングに開始されている。すなわち、正確に交流電源電圧がゼロのときに開始されているわけではない。

その対処として、図１２や図１３に示すように、ゼロクロス信号の立ち下がりタイミングから平均のＬＯＷ間隔ＡＶＥ_Ｌの半分の時間の経過タイミングに、スルーアップ制御やスルーダウン制御を開始するようにしてもよい。この平均のＬＯＷ間隔ＡＶＥ_Ｌの半分の時間は、図５のステップＳ１５０で算出したＬＯＷ間隔の平均値ＡＶＥ_Ｌを２で割れば算出することができる。

この場合、第１の実施形態においては、図７に示すスルーアップ制御やスルーダウン制御のステップＳ３５０が、図１４に示すステップＳ３５０−１〜Ｓ３５０−３と置き換わる。置き換わるステップＳ３５０−１〜Ｓ３５０−３について説明する。

図１４に示すように、ステップＳ３５０−１において、ＣＰＵは、図５のステップＳ１５０で算出した平均ＬＯＷ間隔ＡＶＥ_Ｌを取得する。

次に、ステップＳ３５０−２において、ＣＰＵは、ステップＳ３５０−１で取得した平均ＬＯＷ間隔ＡＶＥ_Ｌを２で割り算して、その半値を算出する。

続くステップＳ３５０−３において、ＣＰＵは、図１２に示すように、ゼロクロス信号周期タイマ部を、ゼロクロス信号の立ち下がりエッジの発生タイミングからステップＳ３５０−２で算出した半値時間経過後のタイミングに始動させる。それと同時に、ＣＰＵが、ワンショットタイマとして機能し始める。

一方、第２の実施形態においては、図１０に示すステップＳ５４０が、図１５に示すステップＳ５４０−１〜Ｓ５４０−３と置き換わる。置き換わるステップＳ５４０−１〜Ｓ５４３０−３について説明する。

図１５に示すように、ステップＳ５４０−１において、ＣＰＵは、図５のステップＳ１５０で算出した平均ＬＯＷ間隔ＡＶＥ_Ｌを取得する。

次に、ステップＳ５４０−２において、ＣＰＵは、ステップＳ５４０−１で取得した平均ＬＯＷ間隔ＡＶＥ_Ｌを２で割り算して、その半値を算出する。

続くステップＳ５４０−３において、ＣＰＵは、図１３に示すように、ヒータランプ制御部に、ゼロクロス信号の立ち下がりエッジの発生タイミングからステップＳ５４０−３で算出した半値時間経過後のタイミングからＰＷＭ信号を出力させる。

これによれば、ゼロの交流電源電圧を基準として、スルーアップ制御やスルーダウン制御が実行されるので、上述の実施形態に比べて、より過大な突入電流の発生を抑制でき、それにより、同一交流電源から電流の供給を受けている他の電気機器に悪影響を与えることがより抑制される。

また、上述の２つの実施形態の場合、図５に示すように、ゼロクロス信号のＬＯＷ間隔やＨＩＧＨ間隔は、ヒータランプの温度が適温範囲内にあるとき、すなわちスルーアップ制御やスルーダウン制御が実行されていないときに測定されている。これは、確実に、正常なゼロクロス信号のＬＯＷ間隔やＨＩＧＨ間隔を測定するためである。言い換えると、スルーアップ制御やスルーダウン制御の最中に、ゼロクロス信号のＬＯＷ間隔やＨＩＧＨ間隔を測定すると、仮に交流電源を含む電源系統のインピーダンスが高い場合、異常なゼロクロス信号のＬＯＷ間隔やＨＩＧＨ間隔を測定する可能性があるからである。

したがって、交流電源を含む電源系統のインピーダンスが正常であるなどの理由から、スルーアップ制御中やスルーダウン制御中であっても正常なゼロクロス信号が生成されていることが保証されているのであれば、ＬＯＷ間隔やＨＩＧＨ間隔の測定はいつでもよい。この場合、ゼロクロス信号の異常を検出する手段を設け、該手段が異常を検出していないときに、ゼロクロス信号のＬＯＷ間隔やＨＩＧＨ間隔を測定するのが好ましい。

最後に、上述の２つの実施形態のゼロクロス信号は、交流電源電圧が略ゼロになるときにＬＯＷとなる信号であるが、これに限定するわけではない。略ゼロになるときにＨＩＧＨになるゼロクロス信号であってもよい。すなわち、本発明に係るゼロクロス信号は交流電源電圧が略ゼロになるときに第１信号値になり、それ以外は第２信号値となる信号であって、本発明は、その第１信号値の発生タイミングを基準として、第１の実施形態ではゼロクロス信号周期タイマ部とワンショットタイマ（ＣＰＵ）が、第２の実施形態ではヒータランプ制御部が、始動したり、信号を出力するものである。

本発明によれば、交流電源によって作動するヒータに対する過大な突入電流の発生を抑制でき、それにより、同一交流電源から電流の供給を受けている他の電気機器に悪影響を与えることが抑制できるヒータ制御装置が提供される。したがって、交流電源電圧によって作動されるヒータを制御する制御装置を使用する分野において好適に利用できる可能性がある。

１０ 画像形成装置
２４ ヒータ（ヒータランプ）
６２ ヒータ制御手段（ヒータランプ制御部）
８２ ゼロクロス信号生成手段（ゼロクロス信号生成部）

Claims (6)

1. ヒータに印加する交流電源電圧の導通角を漸増するスルーアップ制御と該導通角を漸減するスルーダウン制御とを実行するヒータ制御装置において、
   交流電源電圧が略ゼロのときに第１信号値になり、それ以外は第２信号値となるゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成手段と、
   前記ゼロクロス信号生成手段が生成したゼロクロス信号の第１信号値と第２信号値との間のエッジを検出し、第１信号値の平均の継続時間と第２信号値の平均の継続時間とを計測する計測手段と、
   前記第１信号値の平均の継続時間と第２信号値の平均の継続時間との和と同一の時間を繰り返しカウントし、カウント完了毎にトリガタイミングを生成するタイマ手段と、
   前記タイマ手段のトリガタイミングに基づいて、スルーアップ制御またはスルーダウン制御を実行するヒータ制御手段とを有し、
   前記計測手段は、前記ヒータ制御手段がヒータへの通電を実行していないときに予めゼロクロス信号のエッジを検出することを特徴とするヒータ制御装置。
2. 請求項１に記載のヒータ制御装置において、
   前記タイマ手段は、ゼロクロス信号の第１信号値が発生するタイミングから、カウントを開始することを特徴とするヒータ制御装置。
3. 請求項１に記載のヒータ制御装置において、
   前記タイマ手段は、ゼロクロス信号の第１信号値が発生するタイミングから第１信号値継続時間の半分の時間が経過したタイミングから、カウントを開始することを特徴とするヒータ制御装置。
4. ヒータに印加する交流電源電圧の導通角を漸増するスルーアップ制御と該導通角を漸減するスルーダウン制御とを実行するヒータ制御装置において、
   交流電源電圧が略ゼロのときに第１信号値になり、それ以外は第２信号値となるゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成手段と、
   前記ゼロクロス信号生成手段が生成したゼロクロス信号の第１信号値と第２信号値との間のエッジを検出し、第１信号値の平均の継続時間と第２信号値の平均の継続時間とを計測する計測手段と、
   前記第１信号値の平均の継続時間と第２信号値の平均の継続時間との和と同一の時間が経過する毎に１パルスが発生するＰＷＭ信号を生成し、
   生成したＰＷＭ信号を前記ヒータに出力するとともにフィードバックし、且つ、
   フィードバック信号のパルスの一方のエッジを検出してＰＷＭ信号のｄｕｔｙ比を漸増するまたは漸減することにより、スルーアップ制御またはスルーダウン制御を実行するヒータ制御手段とを有し、
   前記計測手段は、前記ヒータ制御手段がヒータへの通電を実行していないときに予めゼロクロス信号のエッジを検出することを特徴とするヒータ制御装置。
5. 請求項４に記載のヒータ制御装置において、
   前記ヒータ制御手段は、ゼロクロス信号の第１信号値が発生するタイミングから、前記ＰＷＭ信号を生成し始めることを特徴とするヒータ制御装置。
6. 請求項４に記載のヒータ制御装置において、
   前記ヒータ制御手段は、ゼロクロス信号の第１信号値が発生するタイミングから第１信号値継続時間の半分の時間が経過したタイミングから、前記ＰＷＭ信号を生成し始めることを特徴とするヒータ制御装置。

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