JP5353335B2

JP5353335B2 - 定着装置と画像形成装置とプログラム

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Publication number: JP5353335B2
Application number: JP2009062665A
Authority: JP
Inventors: 憲和岡田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-03-16
Also published as: JP2010217375A

Description

この発明は、トナー像を記録紙に定着する定着装置とその定着装置を備えたファクシミリ装置，プリンタ，複写機，複合機を含む画像形成装置とプログラムに関する。

画像形成装置は、印刷用紙上のトナーを定着させるために印刷用紙に加熱するための定着装置を備えており、その定着装置の加熱用のヒータ（例えば、抵抗ヒータ，ハロゲンヒータ）をいきなりフル点灯すると、ヒータに大きな突入電流が流れて電源コード端で電圧変動が発生し、その電圧変動が原因で、画像形成装置を設置した室内の照明にちらつき（これを「フリッカ」と呼ぶ）を発生させ、室内の作業者に不快感を与える場合があった。
そのため、例えば、欧州では、画像形成装置における電圧変動を一定以下に抑えるように規制を設けている。
そこで、上記のようなフリッカの原因となる電圧変動を回避するため、定着装置のヒータをいきなりフル点灯するのではなく、位相制御によってヒータへ少しずつ給電して点灯する制御方法（このような制御方法を「ソフトスタート」と呼んでいる）を適用した画像形成装置が提供されている。

しかし、上述のようなソフトスタートは、位相制御によって電源電流に高調波成分を発生させてしまうので、その高調波成分を含んだ電流が原因で電力会社の電力用コンデンサを過熱させたり、ブレーカを誤動作させてしまう恐れがあった。
そのため、日本や欧州では、画像形成装置を含む装置における高調波成分を含んだ電流をある一定値以下に抑えるようにも規制されている。
一方では、近年の画像形成装置の動作の高速化、また立上げ時間の短縮要求により、定着装置のヒータの電力量はますます大電力化する必要があり、ヒータが大電力化した場合、電圧変動が大きくなって照明のちらつきが悪化する。

そこで、ヒータを大電力化する場合、フリッカの症状を抑えるために位相制御の時間を長くすると共に、その位相制御の時間を長くすることによる高調波の悪化を抑えるためにソフトスタートのパラメータを最適化する制御方法が取られていたが、ヒータの大電力化とヒータの本数の増加傾向が続き、上記のような位相制御のパラメータを調整するという対策方法では、上記規制のクリアがますます困難になっているという問題があった。
従来、突入電流を抑えて電圧変動とフリッカを抑制する目的で、定着装置のヒータへの給電開始（給電オン）時にキャパシタからの給電によってヒータを加熱した後に、引き続きＡＣ電源からの給電でヒータを加熱するようにした定着装置（例えば、特許文献１参照）があった。

しかしながら、上述した従来の技術では、ヒータへの給電オン時にキャパシタから給電してヒータを温めることによりＡＣ電源からヒータへの突入電流を抑えるようにしたものであり、ヒータへの給電オフ時の急激な電圧変動を抑えることができないという問題があった。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ヒータへの給電のオフ時の急激な電圧変動を抑えられるようにすることを目的とする。

この発明は上記の目的を達成するため、記録紙に転写されたトナー像をヒータによる加熱によって記録紙上に定着させる定着装置において、上記ヒータに電力を供給する電源及び蓄電装置を有し、上記電源の電圧が絶対値で既定値以下の電圧になるゼロクロスを検出する検出手段を有し、上記電源から上記ヒータへの給電をオンからオフにするとき、上記検出手段が検出したゼロクロスのタイミングで上記電源からの電力を上記蓄電装置への充電に切り換え、その後のゼロクロスのタイミングでその充電電流を段階的に減らしながら常時通電しつつ所定期間の充電を行わせる手段を設けた定着装置を提供する。
また、上記電源から上記ヒータへの給電をオンにするとき、上記電源からの電力を上記蓄電装置に充電電流を徐々に増やしながら所定期間充電した後に、上記電源からの電力を上記ヒータへの給電に切り替える手段を設けるとよい。
さらに、上記電源から上記ヒータへの給電をオンからオフにするとき、上記ヒータへの給電を所定の位相角まで位相制御して停止させた後に上記所定期間の充電を行わせる手段を設けるとよい。

また、上記電源から上記ヒータへの給電をオンにするとき、上記電源からの電力を上記ヒータへの給電に切り替える際、所定の位相角から位相制御で給電を開始させる手段を設けるとよい。
さらに、上記位相角を９０°未満にするとよい。
また、上記ヒータへの給電をオンにするとき、上記蓄電装置の充電量を検知し、上記蓄電装置の充電量が所定電力以下のときには上記蓄電装置に所定期間の充電を行った後に上記ヒータへ放電させ、所定期間以上の放電を行わせた後に上記電源から上記ヒータへ給電させる手段を設けるとよい。
さらに、上記電源から上記蓄電装置へ充電する所定期間を変更する手段を設けるとよい。
また、上述のような定着装置を備えた画像形成装置と、コンピュータに、ヒータに電力を供給する電源からの給電をオンからオフにするとき、上記電源の電圧が絶対値で既定値以下の電圧になるゼロクロスのタイミングで上記電源からの電力を上記ヒータへ給電する蓄電装置への充電に切り換え、その後のゼロクロスのタイミングでその充電電流を段階的に減らしながら常時通電しつつ所定期間の充電を行わせる手順を実行させるためのプログラムも提供する。

この発明による定着装置と画像形成装置は、ヒータへの給電のオフ時の急激な電圧変動を抑えることができる。
また、この発明によるプログラムは、コンピュータに、ヒータへの給電のオフ時の急激な電圧変動を抑えることができるようにするための機能を実現させることができる。

図２に示す画像形成装置の実施例１の定着装置の内部構成と定着装置への給電制御に係る各部との構成を示すブロック図である。この発明の実施例１〜５に共通する画像形成装置の機能構成を示すブロック図である。図１に示す定着ヒータをオンするときの制御処理を示すフローチャート図である。図１に示す定着ヒータのオン時の各部の出力波形を示す図である。図４のヒータトリガ信号をオフからオンに切り換えるときとその前後のタイミングにおける各波形部分を拡大して示す図である。

図１に示す定着ヒータをオフするときの制御処理を示すフローチャート図である。図１に示す定着ヒータのオフ時の各部の出力波形を示す図である。図７のヒータトリガ信号をオンからオフに切り換えるときとその前後のタイミングにおける各波形部分を拡大して示す図である。図２に示す画像形成装置の実施例２の定着装置の内部構成と定着装置への給電制御に係る各部との構成を示すブロック図である。図２に示す画像形成装置の実施例３の定着装置の内部構成と定着装置への給電制御に係る各部との構成を示すブロック図である。

図２に示す画像形成装置の実施例３における定着ヒータをオンするときの制御処理を示すフローチャート図である。蓄電装置の充電制御時の各部の出力波形を示す図である。図１２の蓄電装置の充電開始前後のタイミングにおける各波形部分を拡大して示す図である。図２に示す画像形成装置の実施例４における定着ヒータをオンするときの制御処理を示すフローチャート図である。

充電後にヒータを位相制御する時の各部の出力波形を示す図である。図２に示す画像形成装置の実施例４における定着ヒータをオフするときの制御処理を示すフローチャート図である。ヒータを位相制御してオフに切り換える時の各部の出力波形を示す図である。図２に示す画像形成装置の実施例５における蓄電装置への充放電制御処理を示すフローチャート図である。図２に示す画像形成装置の実施例５における蓄電装置への他の充放電制御処理例を示すフローチャート図である。

以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図２は、この発明の実施例１〜５に共通する画像形成装置の機能構成を示すブロック図である。
なお、この図では、後述する電源，蓄電装置を含む各機能の図示を省略している。
この画像形成装置１は、例えば、ファクシミリ機能，スキャナ機能，コピー機能，プリント機能を備えた複合機であり、像担持体である感光体２と、その感光体２上を画像信号に応じて光学的に走査する光走査装置３と、帯電チャージャ４，現像装置５，転写チャージャ６，クリーニング装置７を含む作像プロセス（画像形成プロセス）と転写プロセスを行うプロセスユニットを備えている。

さらに、用紙を供給する上給紙カセット８ａと下給紙カセット８ｂと、現像装置５で現像されて用紙上に転写されたトナー画像を熱定着する定着装置１０と、定着装置１０で定着処理されて排紙路Ｐを介して排紙される用紙を受ける上排紙トレイ９ａと下排紙トレイ９ｂとオプションとして備えられた大量給紙装置１１とを備えている。
そして、上給紙カセット８ａ，下給紙カセット８ｂ，および大量給紙装置１１には、それぞれ用紙を順次送出するための上給紙コロ１２，下給紙コロ１３，および大量給紙コロ１４を設け、またプロセスユニット内の感光体２の手前には、用紙と感光体２上のトナー画像との用紙送り方向の位置合わせ（縦レジスト調整）を行うためのレジストローラ対１５を設けている。

この画像形成装置１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータの制御部２０の制御によって画像の読み取り、画像の印刷、定着装置の制御を含む各種の制御処理を実行する。上記ＲＯＭには、プログラムが格納されており、上記ＣＰＵが上記ＲＡＭを作業領域として上記プログラムの各手順を実行することにより、この画像形成装置１の各種の機能を実現する。
この制御部２０の制御により、パーソナルコンピュータを含むホストコンピュータから送られてくる文字コード等のデータを、図示を省略した内部のコントローラによってページ単位の画像データ（画像情報）に変換して、１ライン毎に画像信号としてエンジンドライバ内の制御部２０へ出力することにより、用紙上に画像を印刷するものである。

つまり、プロセスユニット内の感光体２を図示を省略したメインモータによって所定の方向に回転させ、まず帯電チャージャ４からの放電によってその表面を一様に帯電した後、光走査装置３によって書き込み用の画像信号に応じて変調したレーザ光を照射して、書き込み画像に応じた静電潜像（静電画像）を形成し、現像装置５によってその静電潜像にトナーを付着してトナー画像を形成させる作像処理を行う。

一方、選択された用紙に対応する上給紙カセット８ａ，下給紙カセット８ｂ，および大量給紙装置１１の給紙コロ１２〜１４のうちのいずれかを駆動して用紙を給送し、この用紙の先端をレジストセンサ１６で検知すると、この検知結果に基づいて用紙の先端をレジストローラ対１５に押し当てて用紙のスキューを矯正し、駆動している給紙コロ１２，１３又は１４を一時停止して用紙を待機させる。
そして、所定のタイミングで再度一時停止している給紙コロ１２，１３，又は１４を駆動すると共にレジストローラ対１５を駆動して、用紙をプロセスユニットの転写部に送り込み、この用紙を転写位置で感光体２に接触させてトナー画像に重ね合わせ、所定のタイミングで転写チャージャ６に所定の電圧を印加してトナーを用紙側に引き付け、感光体２上のトナー画像を用紙上に転写する。
搬送路センサ１７は、用紙をプロセスユニットの転写部に送り込む搬送路で用紙の有無を検知するセンサである。

感光体２から分離した用紙は、プロセスユニットから定着装置１０に送り込まれ、その定着装置１０が用紙およびトナー画像を加熱しながら加圧してトナー画像を用紙上に溶融定着する処理を施し、この定着処理した用紙は排紙路Ｐを介して上排紙トレイ９ａ又は下排紙トレイ９ｂに排紙される。
また、転写工程を終了した感光体２は、クリーニング装置７によって残留トナーが除去され、図示を省略した除電ランプの照射によって残留電荷が消去されて次の作像プロセスに備える。

〔実施例１〕
図１は、図２に示す画像形成装置の実施例１の定着装置の内部構成と定着装置への給電制御に係る各部との構成を示すブロック図である。
この定着装置１０は、電源２１から電力を供給されており、その電源２１は、例えば、商用電源である家庭用の１００Ｖ／５０Ｈｚ，１００Ｖ／６０Ｈｚや業務用の２００Ｖ／５０Ｈｚ，２００Ｖ／６０Ｈｚの交流電源である。
また、例えば、北米地域の１２０Ｖ／６０Ｈｚ、あるいは２０８Ｖ／６０Ｈｚ、２４０Ｖ／６０Ｈｚの交流電源も利用できる。
リレースイッチ（ＳＷ）２２は、後段の定着ヒータ４０に対する過昇温度保護素子としての目的と、蓄電装置２４，ゼロクロス検出回路３４，後段の定着ヒータ４０に対して電気系統を完全に遮断して省エネルギー効果を向上させるために挿入している。

図１には、リレーＳＷ２２の後段に、メイントライアック３１，フォトトライアック３２，トランジスタ３３，ゼロクロス検出回路３４を含む定着ヒータ制御回路３０と蓄電装置２４とを並列に接続した構成例を示しているが、必ずしもこの構成でなくても良い。
例えば、蓄電装置２４の給電遮断専用のリレーＳＷを上記リレーＳＷ２２とは別途設けても良いし、リレーＳＷ２２を介さずに直接電源２１と蓄電装置２４を接続した構成にしてもよい。
制御部２０は、上述したように、ＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲＡＭからなるマイクロコンピュータであり、ユーザによって画像形成装置１の図示を省略した主電源が投入されると立ち上がり、定着装置１０の給電制御について、リレートリガ信号のオン・オフによってリレーＳＷ２２のオン・オフの切り換えを制御する。また、充電開始信号と充電量指示信号と放電開始信号と放電量指示信号によって蓄電装置２４の充放電を制御する。さらに、ゼロクロス検出信号に基づいて定着ヒータ制御回路３０の定着ヒータ４０への給電の開始と停止を制御する。

制御部２０は、定着系の各部に異常情報が残っていないことを確認後、リレーＳＷ２２へのリレートリガ信号をオンにし、リレーＳＷ２２は、トランジスタ２３を介して入力されるリレートリガ信号がオンになるとスイッチを閉結し、電源２１の電力を定着装置１０及び蓄電装置２４へ給電する。また、制御部２０は、過昇温度を検知した時や省エネルギーモード移行時などにリレーＳＷ２２へのリレートリガ信号をオフにし、リレーＳＷ２２は、トランジスタ２３を介して入力されるリレートリガ信号がオフになるとスイッチを開放し、定着装置１０及び蓄電装置２４への給電を停止する。

蓄電装置２４は、図示を省略しているが、内部に充電制御部，蓄電部，放電制御部が内蔵されている。その充電制御部には力率を改善する力率改善回路を含んでいても良い。
制御部２０は、蓄電装置２４の充電を開始するとき充電開始信号をオンにし、蓄電装置２４は、制御部２０からの充電開始信号がオンになった場合はリレーＳＷ２２を介して給電される電源２１からの電力を蓄電部に充電する。また、制御部２０は、蓄電装置２４の放電を開始するとき放電開始信号をオンにし、蓄電装置２４は、制御部２０からの放電開始信号がオンになった場合は蓄電部に充電された電力を定着ヒータ４０へ放電する。そして、制御部２０は、蓄電装置２４への充電量を指示する充電量指示信号と放電量を指示する放電量指示信号を、別途、ＲＳ２３２Ｃを含む各種の通信方法、あるいは、アナログ値で直接に出力する。
上述の説明では、蓄電装置２４の内部に充電部を内蔵した場合を示したが、充電部は内蔵タイプではなく、蓄電装置２４の外部に設けたものにしても良い。
すなわち、画像形成装置１のＤＣ電源の出力から蓄電装置の充電部に電力を充電する構成にしてもよい。

定着ヒータ４０は、記録紙に転写されたトナー像を定着させるために加熱するヒータであり、この定着ヒータ４０の内部には、定着ヒータ制御回路３０のメイントライアック３１経由の電力で発熱するヒータ４１と、蓄電装置２４からの供給電力で発熱するヒータ４２とが極近傍に設置されている。ヒータ４１，４２は、例えば、ハロゲンヒータ，抵抗ヒータを含むヒータであり、ハロゲンヒータの場合、２００Ｗから１０００Ｗの比較的大容量のタイプのヒータである。

定着ヒータ制御回路３０は、ヒータ４１への給電を司るメイントライアック３１と、メイントライアック３１の給電の開始と停止のトリガ素子として機能するフォトトライアック３２と、リレーＳＷ２２を介して給電される電源２１の電力の交流入力を全波整流もしくは半波整流し、電源電圧の絶対値がゼロクロスポイントを含む所定の閾値電圧以下になったことを検知すると、制御部２０にゼロクロス検出信号を送出するゼロクロス検出回路３４を有する。
通常、定着ヒータ４０の位相制御を行うとき、制御部２０はこのゼロクロス検出信号に基づいてヒータトリガ信号をオン又はオフにする。
フォトトライアック３２は、トランジスタ３３を介して入力されるヒータトリガ信号がオンになるとオンに切り換わり、メイントライアック３１のゲート端子に規定以上の電圧が印加されたとき、メイントライアック３１がオンして、電源２１の電力が定着ヒータ制御回路３０を介して定着ヒータ４０に供給される。
一方、トランジスタ３３を介して入力されるヒータトリガ信号がオフになるとフォトトライアック３２はオフに切り換わり、メイントライアック３１のゲート端子が規定電圧以下になったとき、定着ヒータ４０への電力供給が遮断される。

この特性により、メイントライアック３１がオフにされるタイミングは、電源２１の電圧の絶対値のゼロクロスポイント前後となる。フォトトライアック３２にはゼロクロスでオンするタイプと、ゼロクロス以外でもオンするタイプの２種類があるが、どちらのタイプのフォトトライアックを使用しても支障はない。
また、制御部２０は、定着ヒータ４０によって温められる温度を検出し（その検出部の図示は省略する）、その検出温度が所定温度範囲になるように、ヒータトリガ信号の送出を制御する。

次に、定着ヒータのオン時の動作を説明する。
図３は、定着ヒータをオンするときの制御処理を示すフローチャート図である。
図４は、定着ヒータのオン時の各部の出力波形を示す図である。
図５は、図４のヒータトリガ信号をオフからオンに切り換えるときとその前後のタイミングにおける各波形部分を拡大して示す図である。
定着ヒータ４０の制御には、主に２つの制御方法があり、どちらの制御方法でもよい。
１つ目の制御方法は、温度検知による単純なオン・オフ制御であり、規定温度に達するまで定着ヒータ４０をオンし続け、規定温度を越えたら定着ヒータ４０をオフする制御である。

もう１つの制御方法は、一定の制御周期を有して、その制御周期内で一定割合で定着ヒータ４０をオンする制御である。
例えば、制御周期は１秒として、１秒のうち０．５秒だけ定着ヒータ４０を点灯させるなどの制御を行う。１秒のうち０．５秒を点灯させる場合の定着ヒータ４０を点灯させる時間割合ＯＮ＿Ｄｕｔｙは５０％となる。
上記時間割合ＯＮ＿Ｄｕｔｙは、制御時の検知温度と予め記憶している規定温度との差分によって決める方法や、ＰＩあるいはＰＩＤによる演算で決める方法がある。

図３に示すように、制御部２０は、ステップ（図中「Ｓ」で示す）１で、定着ヒータがオフの状態から定着ヒータをオンすべきタイミングに達したと検知すると、いきなりヒータトリガ信号をオンにしないで、まず蓄電装置への放電開始信号をオンにし、放電量指示信号によって放電量を指示し、蓄電装置から定着ヒータへの放電を開始させる。
ステップ２で、放電開始から所定期間経過したか否かを判断し、所定期間経過したら、ステップ３で電源からの供給電力の電圧値のゼロクロス検出信号の割り込みが有ったか否かを判断し、ゼロクロス検出信号の割り込みが有ったと判断したら、ステップ４で蓄電装置の放電開始信号をオフにして蓄電装置の放電を停止させ、ステップ５で、ヒータトリガ信号をオンにし、この処理を終了する。

図４に示すように、制御部２０は、Ｔのタイミングで蓄電装置２４への放電開始信号をオンにし、図４の（ｄ）に示すように、放電量指示信号（この場合は、アナログ値で示している）を、所定期間１００ｍｓだけ出力し、蓄電装置２４からの放電を所定期間１００ｍｓ行う（なお、所定期間１００ｍｓ以上行うようにしてもよい）。
上記所定期間は、メイントライアック３１で発熱するヒータ４１が温まり、大きな突入電流が流れない時間を予め測定して設定しておく。
具体的には、電源２１の周波数を５０Ｈｚとすると、その周波数の１サイクルは２０ｍｓなので、電源２１の周波数のサイクルを５回繰り返すまで放電を継続し、５回経過した後の、図４の（ｂ），図５の（ｂ）に示すゼロクロス検出信号の立ち上がり（図中１００ｍｓのポイント）を検出すると、蓄電装置２４の放電を停止させると同時に、図４の（ａ），図５の（ａ）に示すように、ヒータトリガ信号をオンにする。

ヒータトリガ信号がオンになると、トランジスタ３３がオンになり、フォトトライアック３２が導通する。フォトトライアック３２が導通すると、メイントライアック３１のゲート端子にリレーＳＷ２２を介して電源２１からの電力の電圧が印加されるようになる。そして、メイントライアック３１のゲート端子の電圧が規定電圧以上になるとメイントライアック３１がオンして、図４の（ｅ），図５の（ｅ）に示すように、定着ヒータ４０のヒータ４１にヒータ通電電流値Ａが流れて（図中の波形部分を黒く塗り潰して示す）、ヒータ４１が発熱する。

このようにして、電源２１から直接給電される電力による定着ヒータ４０の加熱前に、蓄電装置２４による放電によって事前にヒータ４２による加熱によって定着ヒータ４０をある程度温めておくので、その後、メイントライアック３１からの給電で発熱するヒータ４１をオンにしても、電源２１からヒータ４１に流れる突入電流を抑えることができる。
よって、定着ヒータ４０のオン時の毎回の突入電流を抑えることができ、急激な電圧変動の抑制にもつながる。
また、上述の説明では、所定期間放電を行った後、ゼロクロス検出信号の立ち上がりのときに放電を停止する場合を示したが、所定期間放電を行った後、ゼロクロス検出信号の立ち上がりでメイントライアック３１をオンさせた後も蓄電装置２４の放電を継続するようにすれば、定着ヒータ４０の昇温を早くすることができ、定着に必要な温度への到達時間を短縮することができる。

次に、定着ヒータのオフ時の動作を説明する。
図６は、定着ヒータをオフするときの制御処理を示すフローチャート図である。
図７は、定着ヒータのオフ時の各部の出力波形を示す図である。
図８は、図７のヒータトリガ信号をオンからオフに切り換えるときとその前後のタイミングにおける各波形部分を拡大して示す図である。
この定着ヒータ４０をオフするときの制御処理では、定着ヒータ４０へ給電する電力は６００Ｗ／１００Ｖを使用している。
また、説明の簡易化のため、定着ヒータ制御方法は、単純なオン・オフ制御方法を用いた場合で説明する。

図６に示すように、制御部２０は、定着ヒータ４０の現在温度を一定間隔で検出し、ヒータ４１をオフする温度に達したと判断したとき、ステップ（図中「Ｓ」で示す）１１で、ヒータトリガ信号をオフにする。
ステップ１２で、ゼロクロス検出信号の割り込みがあったか否かを判断し、ゼロクロス検出信号の割り込みが有ったと判断したら、ステップ１３で、蓄電装置に充電を行わせる。ステップ１４で蓄電装置への充電量指示信号が所定値以下か否かを判断し、所定値以下でなければ、ステップ１３へ戻り、所定値以下と判断するまで充電処理を継続する。このようにして、蓄電装置に所定期間充電を行わせる。
そして、ステップ１４で蓄電装置への充電量指示信号が所定値以下と判断したら、蓄電装置への充電を終了させて、この処理を終了する。

制御部２０は、定着ヒータ４０の現在温度を一定間隔で検出し、ヒータ４１をオフする温度に達したと判断したとき、図７の（ａ），図８の（ａ）に示すＴ１のタイミングでヒータトリガ信号をオフにする。
すると、ヒータ４１へのヒータ通電電流値Ａは、図７の（ｅ），図８の（ｅ）に示すように、トライアックの特性によりメイントライアック３１のゲート端子の電圧が規定電圧以下になるゼロクロス付近で遮断される。
そして、制御部２０は、ゼロクロス検出信号を監視しており（ゼロクロス検出信号は、電源電圧が絶対値で、規定値以下の電圧値になると、ゼロクロス検出回路３４から送出される。）、図中に破線で示すゼロクロス信号が立ち上がったタイミング（図中Ｔ２の前の破線で示すタイミング）を検出すると、図７の（ｄ），図８の（ｄ）に示すように、充電量指示信号（ここではアナログ値で示している）によって充電量を指示する。その後、図中に破線で示すゼロクロス点を通り越して、ゼロクロス信号が立ち下がったタイミングＴ２を検出すると、蓄電装置２４への充電開始信号（図７には図示省略）をオンにする。そして、制御部は、オン開始時からゼロクロス検出信号が立ち上がったタイミングを検出する毎に、充電量指示信号の表す充電量を段階的に徐々に少なくしていく。

こうして、蓄電装置２４は、充電開始信号に基づいて蓄電部への充電を開始し、充電量指示信号に基づいて充電量を時間の経過と共に段階的に徐々に少なくしていく。
まず、充電開始時の最初の充電量は大きく、その量を段階的に徐々に小さくして、電源周波数が半サイクルを１０回繰り返すと電流が０になるように指示する。
すなわち、図７の（ｆ）に示すように、電源周波数の半サイクル分の最初の充電電流は、ヒータ通電電流と同等の大きさの６Ａであり、ゼロクロス検出信号が立ち上がるたびに、６Ａ、５．４Ａ、４．８Ａと０．６Ａずつ小さくする。
そして、充電量指示値が所定値以下、ここでは０．５Ａ以下の電流指示値に到達した時点、図中Ｔ３の前の破線で示すタイミング時に充電量指示信号を０Ａに指示し、ゼロクロス信号が立ち上がったタイミングＴ３を検出すると、充電開始信号をオフにする。
ここでは１０サイクルの充電で電流が０になるように制御したが、この回数は急激な電流の変化を抑制可能な回数を予め設定しておくとよい。
また、最初の充電指示量は、ヒータ通電電流と同等にするとよい。さらに、ヒータ通電電流よりも若干低い値にしても良い。

なお、上述の説明では、ゼロクロスを通り越して、ゼロクロス検出信号が変化した時点を検出し、その時点で充電を開始するようにしたが、ゼロクロス点を通り越す前にゼロクロス信号の立ち上がり時に充電を開始するようにしても支障はない。
しかし、ゼロクロス点を通り越してから充電を開始する方が、わずかな差だが細切れな高周波成分は発生しないので、ヒータ充電電流による高調波の発生要因をより抑えることができる。
また、上述の説明では、ゼロクロス点を通り越す前に、ゼロクロス検出信号が変化した時点を検出し、その時点で充電指示信号の値を変更するようにしたが、ゼロクロス点を通り越してゼロクロス信号の立ち下がり時に変更するようにしても支障はない。
しかし、ゼロクロス点を通り越してから変更を行うと、充電開始信号がオフになる直前のゼロクロス点からゼロクロス信号の立ち下がりまでの間に、微弱だが電流が流れてしまい高調波電流の発生要因となる。このため、ゼロクロス点を通り越す前に変更する方が、わずかな差だがヒータ充電電流による高調波の発生要因をより抑えることができる。
以上のような処理で、定着ヒータ４０のオフ時における画像形成装置１の通電電流の変化がなだらかになる。
よって、急激な電圧変動を抑えられ、フリッカ抑制につながる。

また、従来は急激な電流の変化を抑制するために、定着ヒータのオフ時にソフトストップさせるというヒータの位相制御を行う場合もあったが、この場合は電源の周波数を小刻みにオン・オフするため、電源の周波数よりも高次の周波数成分を生み出してしまい、電源高調波が悪化する要因となってしまう。
しかし、この実施例の制御では、位相制御は行わないため、電源高調波が悪化することなく、急激な電圧変動の抑制が可能である。
また、毎回の定着ヒータ４０のオフ時に蓄電装置２４へ充電が行えるため、定着ヒータ４０のオン時の放電用の電力を、定着ヒータ４０のオフ時に蓄えておくことができる。
また、蓄電装置２４への充電を、画像形成装置の非画像形成時や省エネルギーモード時のみならず、画像形成動作時でも行える。

〔実施例２〕
図９は、図２に示す画像形成装置の実施例２の定着装置の内部構成と定着装置への給電制御に係る各部との構成を示すブロック図であり、図１と共通する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施例２の定着装置１０′は、定着ヒータ４０′のヒータ４３をメイントライアック３１から供給する電力と、蓄電装置２４が放電する電力によって発熱させることと、その定着ヒータ４０′と定着ヒータ制御回路３０との間に、ダイオードブリッジ５０が挿入されていることが、実施例１の定着装置１０と異なっている。
この実施例２における制御部２０の給電制御は、実施例１の場合と同様なので、その説明を省略する。

このように、定着装置１０′内にダイオードブリッジ５０を挿入することにより、定着ヒータ４０′のヒータ４３に印加される電圧はメイントライアック３１からも、蓄電装置２４からも直流（ＤＣ）電圧になるので、定着ヒータ４０′内のヒータ本数が１本で済み、実施例１の定着装置１０よりも製造コストを低減することができる。
また、ヒータ数が１本少なくなるので、ヒータを挿入するローラ径などを小さくでき、定着装置の小型化も容易になる。
さらに、メイントライアック３１が駆動するヒータ４３に、蓄電装置２４へも電力を供給して直接温めることができるので、ヒータ４３のオン時に蓄電装置２４は直接、メイントライアック３１が駆動するヒータ４３に放電することにより、実施例１の定着装置１０よりもヒータを短時間で温めることができるという効果が得られる。

〔実施例３〕
実施例１，２に示した構成では、制御部２０の制御により、蓄電装置２４からヒータ（実施例１の場合はヒータ４２、実施例２の場合はヒータ４３）に対して放電を行い、ヒータをある程度温めてからヒータトリガ信号をオンにしてヒータ（実施例１の場合はヒータ４１、実施例２の場合は同じヒータ４３）にメイントライアック３１から給電していた。
これにより、定着ヒータ４０，４０′への突入電流を抑制し、フリッカの改善を図ることができる。
実施例３では、ヒータトリガ信号をオンにした時の急激な電流の変化を抑制し、フリッカの改善を図る別の実施例を説明する。
図１０は、図２に示す画像形成装置の実施例３の定着装置の内部構成と定着装置への給電制御に係る各部との構成を示すブロック図であり、図１，図９と共通する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施例３の定着装置１０′は、蓄電装置２４の放電先をヒータにせず、新たな放電先として負荷部２５を設けていることが、実施例２の場合と異なる。

次に、定着ヒータのオン時の動作を説明する。
図１１は、実施例３における定着ヒータをオンするときの制御処理を示すフローチャート図である。
制御部２０は、ステップ（図中「Ｓ」で示す）２１で、電源からの供給電力の電圧値のゼロクロス検出信号の割り込みが有ったか否かを判断し、ゼロクロス検出信号の割り込みが有ったと判断したら、ステップ２２で、蓄電装置への充電開始信号をオンにし、充電量指示信号によって充電量を指示し、蓄電装置への充電を開始させる。
ステップ２３で、充電開始から所定期間経過したか否かを判断し、所定期間経過したら、ステップ２４で電源からの供給電力の電圧値のゼロクロス検出信号の割り込みが有ったか否かを判断し、ゼロクロス検出信号の割り込みが有ったと判断したら、ステップ２５で蓄電装置の充電開始信号をオフにして蓄電装置の充電を停止させ、ステップ２６で、ヒータトリガ信号をオンにし、この処理を終了する。

次に、蓄電装置の充電制御の動作を説明する。
図１２は、蓄電装置の充電制御時の各部の出力波形を示す図である。
図１３は、図１２の蓄電装置の充電開始前後のタイミングにおける各波形部分を拡大して示す図である。
制御部２０は、定着ヒータ４０′のヒータ４３をオンにすべきタイミングに達したことを検知時、いきなりヒータトリガ信号をオンにするのではなく、まずゼロクロス検出信号が送出されるのを待ち、図１２中に矢示のゼロクロス点を通り越した立下り時のゼロクロス検出信号を受信したタイミングで、蓄電装置２４への充電開始信号をオンにし、図１２の（ｄ），図１３の（ｄ）に示すように、充電量指示信号（ここではアナログ値で示している）によって充電量を指示する。この充電量指示信号は、オン開始時からゼロクロス検出信号の入力毎に段階的に充電量を徐々に多くしている。
ゼロクロス検出信号の検知を起点に充電を開始する理由は、ゼロクロス点付近で充電電流を流し始めなければ、位相制御時と同様に高調波の原因となってしまうためである。

例えば、ゼロクロス検出信号を用いずにいきなり充電を開始した電源電圧の位相角のポイントが、９０°の場合、高次の高調波成分を発生させてしまう。
ただし、充電電流が充分に小さい場合、特に７５Ｗ以下（１００Ｖの場合、０．７５Ａ以下の充電電流）の場合は、電流が充分に小さいので、ゼロクロス点を起点に充電を始めなくても、電源高調波への影響は軽微であるので、ゼロクロス検出信号にこだわる必要はない場合がある。
蓄電装置２４への充電は、最初は小さな充電量から始め、最終的にヒータ４３へのヒータ通電電流値Ａと同等になるまで増やしていく。

図１２の（ｆ）に示すように、例えば、最初は０．６Ａから始め、次は１．２Ａ、その次は１．８Ａの電流を流すというように、０．６Ａずつ増やしていく。
このように、蓄電装置２４への充電電流を少しずつ増やすことにより、ヒータ４３へのヒータ通電電流値Ａの変化がなだらかになり、急激な電圧変動を抑制することができる。
そして、制御部２０は、所定期間の充電電流を流した後、再びゼロクロス検出信号を待って、そのゼロクロス検出信号の立ち上がり時（図１２中のＴ４）に充電を停止させる。
そして、そのゼロクロス検出信号の立ち下り時（図１２中のＴ５）にヒータトリガ信号をオンにし、メイントライアック３１をオンにして、ヒータ４３に電源２１の電力の供給を開始する。

上述の制御処理は、少しずつ充電電流を増やし、最後にヒータの通電電流につなげているので、電流の変化がなだらかになり、その結果、急激な電圧変動の抑制につながり、フリッカの抑制を図ることができる。
次に、蓄電装置２４に充電した電力は、ヒータ４３以外の２次側負荷である負荷部２５に使用する。
負荷部２５は、例えば、スキャナ，オプション機器，大容量給紙ユニット，後処理周辺機が一例として挙げられる。
また、ヒータトリガ信号をオンした後に、上述したような負荷部２５を駆動するための電力を蓄電装置２４から供給する構成にしても良い。
なお、ヒータ４３のオフ時の処理は、図６で示した処理と同じなので、その説明を省略する。

〔実施例４〕
上述の説明では、ヒータをオンする時、あるいはヒータをオフする時において、蓄電装置２４への充電電流は最大６Ａ流す場合を説明したが、その６Ａとは、商用電源の電圧が１００Ｖの場合は６００Ｗの電力に換算できる。
したがって、上述の実施例の場合、６００Ｗの電力を処理できる充電部を蓄電装置の中に内蔵、あるいは、６００Ｗの電力を処理できる蓄電装置外のＤＣ電源が必要となる。
しかし、６００Ｗの電力を処理できる充電部を設けたり、一般的には大電力なＰＳＵであるＤＣ電源が必要になるのでは、コスト高の一因になる。
そこで、実施例４では、蓄電装置の充電部、あるいは外部のＤＣ電源のコスト高の要因を抑える場合の例について説明する。

図１４は、実施例４における定着ヒータをオンするときの制御処理を示すフローチャート図である。
制御部２０は、ステップ（図中「Ｓ」で示す）３１で、電源からの供給電力の電圧値のゼロクロス検出信号の割り込みが有ったか否かを判断し、ゼロクロス検出信号の割り込みが有ったと判断したら、ステップ３２で、蓄電装置への充電開始信号をオンにし、充電量指示信号によって充電量を指示し、蓄電装置への充電を開始させる。
ステップ３３で、充電開始から所定期間経過したか否かを判断し、所定期間経過したら、ステップ３４で電源からの供給電力の電圧値のゼロクロス検出信号の割り込みが有ったか否かを判断し、ゼロクロス検出信号の割り込みが有ったと判断したら、ステップ３５で蓄電装置の充電開始信号をオフにして蓄電装置の充電を停止させ、ステップ３６で、ヒータトリガ信号の位相制御を開始し、この処理を終了する。
すなわち、充電停止後にヒータの位相制御を行う。

図１５は、充電後にヒータを位相制御する時の各部の出力波形を示す図である。
この制御では、制御部２０は、蓄電装置２４への充電量指示信号を６段階変えた後、図１５に示すタイミングＴ６からヒータ（４１又は４３）の位相制御を行う。
ヒータの位相制御は高調波電流の原因となるが、図１５に示すタイミングＴ６の０°〜１８０°の位相角の９０°を越えたところで位相制御のオン・オフを行うようにすれば、９０°未満で行ったときよりも、電源高調波への影響は軽微であることが実験によりわかっている。
そこで、ヒータの点灯の位相角を９０°越えてオンして良いところ（図１５に示すタイミングＴ６）まで、蓄電装置２４の充電電流を流す制御を行う。
このように制御することにより、充電電流は最大３．６Ａ流れて、商用電源の電圧が１００Ｖの場合３６０Ｗの電力に換算でき、蓄電装置２４の蓄電部の電力容量は３６０Ｗで済み、６００Ｗの場合と比べて、コストダウンが可能となるメリットがある。

次に、ヒータをオフする時の制御について説明する。
図１６は、実施例４における定着ヒータをオフするときの制御処理を示すフローチャート図である。
制御部２０は、ステップ（図中「Ｓ」で示す）４１で、ヒータトリガ信号の位相制御処理中、ステップ４２で位相制御期間が終了したか否かを判断し、終了しなければステップ４１のヒータトリガ信号の位相制御処理を継続し、終了したら、ステップ４３で、電源からの供給電力の電圧値のゼロクロス検出信号の割り込みが有ったか否かを判断し、ゼロクロス検出信号の割り込みが有ったと判断したら、ステップ４４で、蓄電装置への充電開始信号をオンにし、充電量指示信号によって充電量を指示し、蓄電装置への充電を開始させ、ステップ４５で、充電量指示信号が所定値以下になったか否かを判断し、ならなければステップ４４の充電を継続し、なったら、充電処理を停止して、この処理を終了する。

図１７はヒータを位相制御してオフに切り換える時の各部の出力波形を示す図である。
この制御では、制御部２０は、ヒータ（４１又は４３）のオフのタイミングを検知時、位相制御で徐々にヒータの点灯間隔を短くしていき、図中のゼロクロス検出信号のゼロクロス点Ｔ７でヒータをオフにし、そのゼロクロス検出信号の立ち上がりポイントＴ８から蓄電装置２４への充電を開始させ、図１７の（ｄ）に示すように、ゼロクロス検出信号の立ち上がりポイント（図中Ｔ７の前に破線で示すタイミング）から充電量の指示を開始し、その充電量をゼロクロス検出信号の立ち上がりポイントを検出する度に段階的に少なく指示していく。
したがって、図１７の（ｆ）に示すように、例えば、最初は３．６Ａから始め、次は３．０Ａ、その次は２．４Ａの充電電流を流すというように、０．６Ａずつ減らしていく。
このようにして、蓄電装置２４の充電電流は最大３．６Ａに済むので、第１〜第３の実施例の場合と比較し、蓄電装置２４の蓄電部の電力容量は３６０Ｗで済み、コストダウンが可能となるメリットがある。

〔実施例５〕
次に、蓄電装置２４の充電量に応じて、ヒータをオンする時に蓄電装置２４へ充電するか、あるいは負荷へ放電するかを選択する制御を行う実施例について説明する。
この実施例５の場合、上述した構成例において、蓄電装置２４の放電先はヒータとしたことと、そのヒータにより、メイントライアック系のヒータを温めることと、蓄電装置２４から制御部２０に対して現在の充電量をフィードバックする充電量通知信号を出力する信号線を有することが上述の実施例とは異なる。
図１８は、実施例５における蓄電装置への充放電制御処理を示すフローチャート図である。

制御部２０は、ヒータがオンのとき、ステップ５１で、蓄電装置からの充電量通知信号に基づいて、蓄電装置は所定の充電量（第一の充電量）を有するか否かを判断し、なければ、ステップ５８で蓄電装置に充電し、ステップ５２へ進む。
このように、蓄電装置２４が、仮に所定以上の電力を有していない場合、例えば、土日の休み明けや長期休暇明けなどに画像形成装置１の主電源を投入した場合、蓄電装置２４の充電量が空っぽに近い場合がある。その場合は、蓄電装置２４に対して、所定の充電処理を行わせることができる。

ステップ５１で蓄電装置は所定の充電量を有すると判断したら、ステップ５２で、蓄電装置から放電を開始し、ステップ５３で、所定期間経過したか否かを判断し、経過したら、ステップ５４で、電源からの供給電力の電圧値のゼロクロス検出信号の割り込みが有ったか否かを判断し、有ったら、ステップ５５で、蓄電装置からの充電量通知信号に基づいて、蓄電装置は所定の充電量（第二の充電量）以下か否かを判断し、所定の充電量以下なら、ステップ５６で、蓄電装置の放電を停止し、ステップ５７でヒータトリガ信号の制御を開始し、この処理を終了する。
なお、充電時間は電源周波数で言えば、５サイクル（＝１００ｍｓ…１００Ｖ／５０Ｈｚの場合）くらいで充分である。

次に、所定期間の放電を行った後、ヒータトリガ信号をオンするとともに、所定の充電量以下になるまで放電を継続する制御処理、すなわち、ヒータトリガ信号のオンと、放電を同時に行うようにしてもよい。
図１９は、実施例５における蓄電装置への他の充放電制御処理例を示すフローチャート図である。
制御部２０は、ヒータがオンのとき、ステップ６１で、蓄電装置からの充電量通知信号に基づいて、蓄電装置は所定の充電量（第一の充電量）を有するか否かを判断し、なければ、ステップ６８で蓄電装置に充電し、ステップ６２へ進む。
このように、蓄電装置２４が、仮に所定以上の電力を有していない場合、例えば、土日の休み明けや長期休暇明けなどに画像形成装置１の主電源を投入した場合、蓄電装置２４の充電量が空っぽに近い場合がある。その場合は、蓄電装置２４に対して、所定の充電処理を行わせることかできる。

ステップ６１で蓄電装置は所定の充電量を有すると判断したら、ステップ６２で、蓄電装置から放電を開始し、ステップ６３で、所定期間経過したか否かを判断し、経過したら、ステップ６４で、電源からの供給電力の電圧値のゼロクロス検出信号の割り込みが有ったか否かを判断し、有ったら、ステップ６５で、蓄電装置からの充電量通知信号に基づいて、蓄電装置は所定の充電量（第二の充電量）以下か否かを判断する。
ステップ６５の判断で、所定の充電量以下なら、ステップ６６で、蓄電装置の放電を停止し、ステップ６７でヒータトリガ信号の制御を開始し、この処理を終了する。
一方、ステップ６５の判断で、蓄電装置が所定の充電量以下でなければ、ステップ６９で、ヒータトリガ信号の制御を開始し、ステップ７０で、蓄電装置からの充電量通知信号に基づいて、蓄電装置は所定の充電量以下か否かを判断し、所定の充電量以下なら、ステップ７１で、蓄電装置の放電を停止し、この処理を終了する。

なお、所定以上かの判断の境目となる第一の充電量は、ヒータオン時に放電させる放電電力量を充分確保できる量に設定する。
また、所定以下となる第二の充電量は、これを設けた理由は、ヒータオフ時は一定の充電をするが、大抵の場合、ヒータオフ時の充電と、ヒータオン時の放電を比較すると、ヒータオフ時の充電電力量はマージンを見ているためである。
すなわち、ヒータオフ時は充電、ヒータオン時は放電を繰り返して、かつヒータオフ時の充電電力量が若干大きい場合、段々と蓄電装置内の充電電力量が増えていく。
よって、このままでは蓄電装置内の充電電力が過充電となる恐れがあるので、第二の充電量は、ヒータオフ時の充電量を加算すると、過充電となる手前の量に設定する。
また、過充電となりそうな場合は、ヒータオン時の放電期間を長くして、蓄電装置の電力量を一定以下に抑えるようにする。
このようにして、蓄電装置の充電量が足りない時は放電ではなくまず充電処理をし、電力を充分有している状態から放電するので、ヒータオン毎に確実に、急激な電流の変化の抑制を図ることができる。

上述したように、この実施例の画像形成装置によれば、電源立ち上げ時や前ドアを開→閉に切り替えた場合だけでなく、コピー動作時や待機時における電圧変動とフリッカを抑制することができる。
また、従来は蓄電装置への充電は、待機やオフ／スリープモード時など、画像形成装置の非形成時に行う方式が主流であったが、この実施例の画像形成装置を用いれば、コピー動作時にも蓄電装置への充電が可能となる効果がある。

この発明による画像形成装置と定着装置とプログラムは、ファクシミリ装置，プリンタ，複写機，複合機を含む画像処理装置において適用することができる。

１：画像形成装置２：感光体３：光走査装置４：帯電チャージャ５：現像装置６：転写チャージャ７：クリーニング装置８ａ：上給紙カセット８ｂ：下給紙カセット９ａ：上排紙トレイ９ｂ：下排紙トレイ１０，１０′：定着装置１１：大量給紙装置１２〜１４：給紙コロ１５：レジストローラ対１６：レジストセンサ１７：搬送路センサ２０：制御部２１：電源２２：リレーＳＷ２３，３３：トランジスタ２４：蓄電装置２５：負荷部３０：定着ヒータ制御回路３１：メイントライアック３２：フォトトライアック３４：ゼロクロス検出回路４０，４０′：定着ヒータ４１〜４３：ヒータ５０：ダイオードブリッジＰ：排紙路

特開２００４−２４０３８６号公報

Claims

記録紙に転写されたトナー像をヒータによる加熱によって記録紙上に定着させる定着装置において、
前記ヒータに電力を供給する電源及び蓄電装置を有し、
前記電源の電圧が絶対値で既定値以下の電圧になるゼロクロスを検出する検出手段を有し、
前記電源から前記ヒータへの給電をオンからオフにするとき、前記検出手段が検出したゼロクロスのタイミングで前記電源からの電力を前記蓄電装置への充電に切り換え、その後のゼロクロスのタイミングでその充電電流を段階的に減らしながら常時通電しつつ所定期間の充電を行わせる手段を設けたことを特徴とする定着装置。
前記電源から前記ヒータへの給電をオンにするとき、前記電源からの電力を前記蓄電装置に充電電流を徐々に増やしながら所定期間充電した後に、前記電源からの電力を前記ヒータへの給電に切り替える手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記電源から前記ヒータへの給電をオンからオフにするとき、前記ヒータへの給電を所定の位相角まで位相制御して停止させた後に前記所定期間の充電を行わせる手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記電源から前記ヒータへの給電をオンにするとき、前記電源からの電力を前記ヒータへの給電に切り替える際、所定の位相角から位相制御で給電を開始させる手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の定着装置。
前記位相角は９０°未満であることを特徴とする請求項３又は４記載の定着装置。
前記ヒータへの給電をオンにするとき、前記蓄電装置の充電量を検知し、前記蓄電装置の充電量が所定電力以下のときには前記蓄電装置に所定期間の充電を行った後に前記ヒータへ放電させ、所定期間以上の放電を行わせた後に前記電源から前記ヒータへ給電させる手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の定着装置。
前記電源から前記蓄電装置へ充電する所定期間を変更する手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の定着装置。
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
コンピュータに、ヒータに電力を供給する電源からの給電をオンからオフにするとき、前記電源の電圧が絶対値で既定値以下の電圧になるゼロクロスのタイミングで前記電源からの電力を前記ヒータへ給電する蓄電装置への充電に切り換え、その後のゼロクロスのタイミングでその充電電流を段階的に減らしながら常時通電しつつ所定期間の充電を行わせる手順を実行させるためのプログラム。