JP5370930B2 - ヒータ装置、画像形成装置、ヒータ制御方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、例えばハロゲンヒータのようなＡＣ電源により点灯されるヒータに関し、より詳しくは、ヒータの電源ラインの電圧変動により生じるフリッカを低減する制御手段を有するヒータ装置、該ヒータを有する画像形成装置、ヒータ制御方法及び前記制御を実行するためのプログラムに関する。

従来からＡＣ電源からの給電のＯＮ／ＯＦＦにより点灯が制御されるハロゲンヒータのようなヒータでは、電源ラインの電圧変動によりヒータ出力にフリッカ（ちらつき或いは揺らぎ）が生じる。
低温状態でより大きくなる突入電流により起きることが知られているこのフリッカは、例えば、トナー画像を用紙に加熱定着させる際の定着用のヒータとして用いるＭＦＰ（複合機）、コピー機、プリンタ等の画像形成装置においては、定着温度へ影響を及ぼすほか、電源を共通にする照明ランプ等のデバイスに悪影響を及ぼす場合がある。

ヒータで生じるフリッカの評価は、一定期間における機器（ヒータ）へ繋がる電源ラインへの電圧変動量がＥＮ（欧州）規格で定められた方法で計測され、定量的な値として求められる。この方法では、電源電圧の基準値を機器へ供給する、一定時間間隔での平均電源電圧値とし、この基準値に対する電圧変動量が評価の対象となる。
画像形成装置では、動作モードによって定着用のヒータの消費電流値が違うために、動作モードを変更すると上記基準電圧値も変わってくる。従って、消費電流の大きい動作時には、電源電圧のドロップ量が大きく、平均電源電圧値は低くなり、消費電流の小さい動作時には、電源電圧のドロップ量は小さく、平均電源電圧値は大きくなる傾向がある。
画像形成装置では、定着用のヒータで生じるフリッカの値が規定値以下になるように、主に定着ヒータの点灯制御を中心に装置の電源システムに対して様々な対策を講じることで、フリッカ基準電圧値に対して電圧変動を小さく抑えるようにしている。

しかしながら、従来行っている点灯制御による取組みでは、画像形成装置の動作モードによって変化するフリッカ基準電圧値への対処をしていないために、フリッカの発生が十分に低減できなかった。これは、点灯制御における場合、フリッカ基準電圧値は、フリッカ値を計測する期間について一定時間単位で算出されるので、この基準電圧値を確認しながらフリッカ値を抑えるような制御を行うことが困難なためで、この制御を行わずに、例えば実機評価で得た１つのフリッカ基準電圧値を固定の目標値として電圧変動を抑えるといった方法によると、動作モードの変更に適応し切れずにフリッカが発生する問題が起きてしまう。
本発明の目的は、ＡＣ電源からの給電のＯＮ／ＯＦＦにより点灯が制御されるヒータにおいて、ヒータの電源ラインの電圧変動により生じるフリッカを低減するための上記従来技術よりも有効にフリッカを低減することにある。

本発明は、ＡＣ電源、前記ＡＣ電源からの給電によって点灯されるヒータ及び前記ヒータへの給電を制御する点灯制御手段を有するヒータ装置であって、前記ヒータへの入力電圧を検知する電圧検知手段と、前記電圧検知手段の検知電圧をもとに前記ヒータの点灯時に無負荷時の電源電圧からの降下分に当たる電圧ドロップ量を所定期間計測する電圧ドロップ計測手段と、前記電圧ドロップ計測手段によって得られる計測値の平均値に基づいてフリッカ評価用基準電圧を生成する基準電圧生成手段を備え、前記点灯制御手段は、前記基準電圧生成手段により生成されたフリッカ評価用基準電圧を目標値として前記ヒータへの給電を制御することを特徴とする。
本発明は、ＡＣ電源、前記ＡＣ電源からの給電によって点灯されるヒータ及び前記ヒータへの給電を制御する点灯制御手段を有するヒータ装置におけるヒータ制御方法であって、前記ヒータへの入力電圧を検知する電圧検知工程と、前記電圧検知工程で検知した検知電圧をもとに前記ヒータの点灯時に無負荷時の電源電圧からの降下分に当たる電圧ドロップ量を所定期間計測する電圧ドロップ計測工程と、前記電圧ドロップ計測工程で得られる計測値の平均値に基づいてフリッカ評価用基準電圧を生成する基準電圧生成工程と、前記基準電圧生成工程で生成されたフリッカ評価用基準電圧を目標値として前記ヒータへの給電を制御する工程とを有することを特徴とする。

本発明によると、ＡＣ電源からの給電のＯＮ／ＯＦＦにより点灯が制御されるヒータにおいて、従来技術よりも有効にフリッカを低減できる。

本発明のヒータ装置を搭載する画像形成装置の１例を示す概略図である。 本発明のヒータ装置の実施形態に係るハードウェア構成を示すブロック図である。 図２のヒータ装置に係る制御システムのソフトウェア構成を示すブロック図である。 図３の制御システムにおけるメモリ機能内のソフトウェア構成を示すブロック図である。 図３の制御システムが実行するソフトスタート制御のフローを示す図である。 点灯Ｄｕｔｙ６０％時のハロゲンヒータへの電源ラインの入力電流波形（Ａ）と入力電圧波形（Ｂ）を説明する図である。 図６（Ｂ）に示した電圧波形の１制御周期分の波形と、電圧波形をもとに生成する平均基準電圧（フリッカ評価用基準電圧）Ｖｒｅｆを説明する図である。 定着ヒータ電力（Ｗ数）と電圧ドロップ量（Ｖ）の量的関係の１例を示す表である。 電圧ドロップ量（Ｖ）の計測に適用される点灯係数の点灯Ｄｕｔｙとの対応関係を示す表である。 電圧ドロップ量（Ｖ）の計測に適用される温度係数の雰囲気温度との対応関係を示す表である。 補正が施され、半波ごとに計測された電圧ドロップ量（Ｖ）を制御周期分示す表である。 ソフトスタート期間の制御目標電圧により表される特性カーブを示す線図である。 ソフトスタート回数ごとに算出される電圧ドロップと該設定値の算出に用いる係数と関係付けて示す表である。

本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
以下には、画像形成装置に用いられる、トナー画像を用紙に加熱定着させる定着用のヒータ装置（以下「定着ヒータ」という）を実施形態とする例を示す。
そこで、先ず、実施形態として示す画像形成装置の概略を説明する。

「画像形成装置」
図１は、本発明のヒータ装置を定着ヒータとして搭載する画像形成装置の１例を示す概略図である。同図を参照して画像形成装置２００の概略を以下に説明する。なお、後記で詳述する定着ヒータに係る構成を除く画像形成装置２００の構成要素は、既存の要素を用いて構成することにより実施することができる。
画像形成装置２００は、原稿を読み取る読み取りユニット１２０、画像を形成する画像形成部１３０、自動原稿搬送装置（以下、「ＡＤＦ」という）１５０、ＡＤＦ１５０から送り出される原稿を積載する原稿排紙トレイ１６３、給紙カセット１３５〜１３８を備える給紙部１４０、記録用紙（記録部材）９を積載する排紙部（排紙トレイ）１３３を有する。

ＡＤＦ１５０の原稿台１６６上に原稿Ｄをセットして図示しない操作パネルでプリントキーを押下する操作が行われると、これに応じて、最上位の原稿Ｄがピックアップローラ１６８の回転により矢印Ｂ１方向へ送り出され、原稿搬送ベルト１６５の回転により、読み取りユニット１２０に固定されたコンタクトガラス１６４上へ給送され、そこで停止する。コンタクトガラス１６４上に載置された原稿Ｄの画像は、読み取りユニット１２０によって読み取られる。
読み取りユニット１２０は、コンタクトガラス１６４上の原稿Ｄを照明する露光ランプ１３１、原稿画像を結像する光学系１６０等を有し、光学系１６０は、第１ミラー１７１、原稿画像を結像させるレンズ１７２、ＣＣＤ１６１等を有している。

露光ランプ１３１と第１ミラー１７１は図示しない第１キャリッジ上に固定され、第２ミラー１７３及び第３ミラー１７４は、図示しない第２キャリッジ上に固定されている。第１キャリッジが副走査方向に移動して原稿Ｄを走査する際は、原稿面からＣＣＤ１６１までの光路長が変わらないように、第１キャリッジと第２キャリッジが２対１の相対速度で機械的に走査される。
画像読み取り終了後、原稿Ｄは、原稿搬送ベルト１６５の回転により矢印Ｂ２方向へ搬送して原稿排紙トレイ１６３上へ排出される。このように、原稿Ｄは、１枚ずつコンタクトガラス１６４上へ給送して原稿画像が読み取りユニット１２０によって読み取られる。

ＣＣＤ１６１は、光学系１６０によってＣＣＤ受光面に結像する原稿Ｄの画像を光電変換し、アナログ画像信号を出力する。
読み取りユニット１２０の図示しない画像処理部は、ＣＣＤ１６１が出力するアナログ画像信号をもとにデジタル画像データを生成する。この画像処理は、アナログ画像信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタルの画像データに変換し、さらにシェーディング補正、ＭＴＦ補正、ガンマ補正等を画像データに施す。これらの処理が施された画像データは、一旦図示しないＨＤＤ（Hard Disk Drive）等に記憶される。

画像形成部１３０は、像担持体である感光体１４４を装備している。感光体１４４は、図１において時計方向に回転駆動し、帯電装置１４７によって表面を所定の電位に帯電させる。また、書き込みユニット１４９は、読み取りユニット１２０によって読み取った画像情報に応じて光変調したレーザ光Ｌを出射し、それを図示しない高速回転するポリゴンミラーにより偏光する。偏光されたレーザ光Ｌは図示しない結像レンズを通過し、ミラー１４３により折り返して感光体１４４に照射される。
レーザ光Ｌは、副走査（回転）される帯電させた感光体１４４の表面をライン単位で周期的に主走査露光し、これによって感光体１４４の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置１４２を通るときトナーを吸着することで現像され、現像されたトナー画像は、対向する転写装置１４５によって感光体１４４と転写装置１４５の間に給送された記録用紙９に転写される。トナー画像を転写した後の感光体１４４表面は、クリーニング装置１４８によって清掃する。

画像形成部１３０の下部に配置した複数の給紙カセット１３５〜１３８には、記録用紙９を収容しており、いずれかの給紙カセット１３５〜１３８から記録用紙９を図中に示す矢印Ｂ３方向へ送り出し、その記録用紙９の表面に、上述のように感光体１４４の表面に形成したトナー画像を転写する。
トナー画像が転写された記録用紙９は、次にトナー画像を用紙へ定着するために、図中矢印Ｂ４で示すように定着ユニット１１０に通される。このとき、定着ユニット１１０では、定着ヒータとしてのハロゲンヒータ（後記、図２、参照）によって温められる定着ローラ１１０ｒが記録用紙９に圧接し、熱と圧力の作用によって記録用紙９の表面に転写されたトナー像の定着を行う。
定着ユニット１１０を通った記録用紙９は、排出ローラ対１３４によって搬送され、図中矢印Ｂ５で示すように排紙トレイ１３３へ排出、積載される。

なお、図１は単色の例えばモノクロ印刷する画像形成装置２００を示すが、カラーの画像形成装置２００に対しても本実施形態の定着ユニット１１０と同様の定着手段が適用できる。カラー印刷の場合、例えば４色（シアン，マゼンタ，イエロー，ブラック）のトナー画像を重ねてカラー画像を形成する。このため、４色のトナー画像を感光体からいったん中間転写体（ベルトやドラム）に順次重ねて転写した後，中間転写体上の４色トナー画像をまとめて記録用紙に転写する。定着温度等の仕様は異なるが、転写された未定着画像の記録用紙への定着はモノクロ印刷の場合と同様である。
また、図示した画像形成装置２００は、画像形成装置の１態様として複写機を例にしたが、本発明のヒータ装置を定着ヒータとして搭載するプリンタ、ファクシミリ或いはプリンタ、ファクシミリ、スキャナ等の機能を複合させたＭＦＰ（Multifunction Peripheral）等の画像形成装置においても同様に実施することができる。

「定着ヒータで発生するフリッカの抑制」
図１に例示したような画像形成装置の定着ユニット１１０で用いる定着ヒータの点灯用の電源には、普通ＡＣ電源が用いられる。ＡＣ電源からの給電のＯＮ／ＯＦＦにより点灯が制御される定着ヒータとしてのハロゲンヒータにおいて、ヒータの電源ラインの電圧変動により生じるフリッカを点灯制御により低減するため、従来では、例えば実機評価で得た１つのフリッカ基準電圧値を固定の目標値として、この目標値から許容される所定電圧ドロップ量の範囲に電圧変動を抑える方法によっていた（上記［発明が解決しようとする課題］、参照）。従って、機器の動作モードの変更で定着ヒータの電力が変わり、入力電源ラインに生じる平均電圧が変化すると、この変化に適応し切れずにフリッカが発生する問題が生じてしまう。

そこで、実施形態では、入力電源ラインに生じる平均電圧の変化に対応してフリッカ基準電圧（フリッカ評価用基準電圧：Ｖｒｅｆ）を変更し、フリッカ評価用基準電圧を目標値として、ソフトスタートにより電力を制御する方法によって、この目標値から許容される所定電圧ドロップの範囲に電圧変動に抑えることで、従来の固定目標値による制御方法で抑え切れなかったフリッカの発生を抑制可能とする。
上記の制御方法を実施するために、基本的には次の（１）〜（４）の過程を必要とする。
（１）定着ヒータへの入力電圧を検知する過程
（２）上記（１）で検知された入力電圧をもとに、定着ヒータの点灯時に無負荷時の電源電圧からの降下分に当たる電圧ドロップ量ΔＶを所定期間計測する過程
（３）上記（２）で得られる電圧ドロップ量の計測値ΔＶの平均値ΔＶｒｅｆに基づいてフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを生成する過程
（４）上記（３）で生成されたフリッカ評価用基準電圧を目標値としてソフトスタートにより点灯電力を制御する過程

また、上記（１）〜（４）の過程を実行するタイミングは、基本的には、電源ラインの入力電圧が変化する時点で実行することが望ましく、実際には画像形成装置が機器の動作モードを変更するときに実行するとよい。
ただ、上記（１）〜（４）の過程を経て、電源ラインの電圧が安定するまでに数分程度の時間を要するような機器条件であれば、ユーザーが処理を要求して行う操作時に行わずに、電源ＯＮ時における初期化に合わせるか、或いは省電力モードの動作を行う機器においては省電力モードからの復帰時等のタイミングで実行してもよい。
また、上記のいずれかのタイミングで実行する場合にも、電源ラインの入力電圧を検知する手段（後記、図２の電圧検知回路５５、参照）を有しているので、定着ヒータの点灯中に実際にこの電圧を検知し、検知結果にフリッカ評価用基準電圧の再設定が必要な変化が認められる場合だけ、上記（１）〜（４）の過程を行わせるようにすることができる。

「定着ヒータの制御回路」
図２は、定着ヒータとその制御回路に係るハードウェア構成を示すブロック図である。
同図に示すように、画像形成装置（図１、参照）の定着ユニット１１０は、定着ヒータとしてハロゲンヒータ１１１を有する。
ハロゲンヒータ１１１へ電力を供給する電源は、ＡＣ電源７０で商用電源を用いることができる。ＡＣ電源７０からの電源は、フィルタ５１を介して定着ユニット１１０と制御基板１０に供給する。
定着ユニット１１０のハロゲンヒータ１１１への電源ラインには、電磁リレー５３とトライアック１１５を設ける。
トライアック１１５は、ＡＣ電源７０から供給される電源を制御基板１０の後述するＣＰＵ１１からの制御信号によってＯＮ／ＯＦＦし、ハロゲンヒータ１１１を点灯する電力を制御する。なお、電磁リレー５３は、画像形成装置の筐体に設けたドアの開閉に応動するスイッチ６５によってハロゲンヒータ１１１への電源ラインを断続する、即ち、ドアを開くとハロゲンヒータ１１１への電源供給を切断する動作を行う。

ハロゲンヒータ１１１への電源ラインにハロゲンヒータ１１１への入力電圧を検知するための電圧検知回路５５を設ける。電圧検知回路５５は、後で詳述する制御動作に必要になるフリッカ評価用基準電圧を求めるための電圧として、少なくとも入力ＡＣ電圧波形のピーク値、ゼロクロスを検知し、得られる検知信号もしくは検知データを制御基板１０の後述するＣＰＵ１１に入力する。
また、リレー及びトライアックは、定着温度を保つためにもＯＮ／ＯＦＦ制御される。トナー画像を形成した記録用紙は、ハロゲンヒータ１１１によって温められる定着ローラ１１０ｒ（図１、参照）を介して加熱されるので、定着ローラの温度をサーミスタ１１３やサーモパイル等の温度検知素子を用いて温度を検知し、この定着温度の検知信号をＣＰＵ１１に入力する。

ＡＣ電源７０からの電源のもう一方は、主に制御基板１０等の制御系統のＤＣ電源として用いるために、整流器５９及びＤＤＣ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）５７に供給される。なお、整流器５９への電源ラインには、電源スイッチ６０を設けている。
ＤＤＣ５７のＶｃｃ端子からの出力は、制御基板１０のＣＰＵ１１に入力する。
ＣＰＵ１１は、この画像形成装置の各部の制御を行うコントローラとして機能する。制御基板１０には、図示しないが、ＣＰＵ１１がコントローラとして機能するために必要なプログラムやデータ等を記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）、処理を実行する際にワークエリア等として用いるＲＡＭ（Random Access Memory）などを実装している。
ＣＰＵ１１は、ＲＡＭをワークメモリとして用いることにより、ＲＯＭ等に格納されたソフトウェア（プログラム）を動作させ、これらの要素で構成するコンピュータをコントローラとして機能させる。このコンピュータは、本実施形態では、フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆの生成に係る処理及びＶｒｅｆを目標値とする点灯制御を実行するためのプログラムを動作させることにより、これらの処理・制御手段として機能する。

「定着ヒータのソフトスタート制御システム」
〈ソフトウェア構成〉
図３は、この実施形態における定着ヒータの制御システムのソフトウェア構成を示すブロック図である。
ＣＰＵ１１は、フリッカの発生を抑制するための制御方法を実施するための基本的な過程として示した上記（２）〜（４）の過程を実行するためのソフトウェアを用意し、そのソフトウェアを動作させて所期の定着ヒータの点灯制御を実行する。
即ち、この定着ヒータの点灯制御システムは、図３に示すように、フリッカ評価用基準電圧生成部１３と、ソフトスタート制御部１５と、メモリ機能１７の各要素をＣＰＵ１１の制御下においてこの制御システムを構成する。
フリッカ評価用基準電圧生成部１３は、ヒータ点灯時における所定時間計測された、電源ラインに発生する入力電圧からの電圧ドロップ分の計測値をもとにフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを生成する過程を実行する。ソフトスタート制御部１５は、生成されたフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを目標値としてソフトスタートにより点灯を制御する過程を実行する。また、メモリ機能１７は、前記フリッカ評価用基準電圧生成部１３でＶｒｅｆの生成に用い、又前記ソフトスタート制御部１５でソフトスタート制御に用いる各種のデータを保存、管理する。

図４は、図３の定着ヒータの点灯制御システムにおけるメモリ機能１７内のソフトウェア構成を示すブロック図である。
同図に示すように、メモリ機能１７は、フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆ１８としてＶｒｅｆの生成用のデータ（例えば、後述する図９の点灯係数、図１０の温度係数など）や生成されたＶｒｅｆ、及びソフトスタート１９としてソフトスタート制御の設定に必要なデータ（例えば、後述する図１３のソフトスタート制御の設定用データなど）等の保存、管理機能を持つ。

〈ソフトスタート制御のフロー〉
図３の制御システムが実行するソフトスタート制御のフローの概略を図５のフロー図を参照して説明する。
図５の制御フローによると、まず、ＣＰＵ１１は、ハロゲンヒータ１１１の点灯時に電源ラインに発生する入力電圧として現時点で検知した電圧をもとに無負荷時の電源電圧からの降下分に当たる電圧ドロップ量ΔＶを所定期間計測し、得られる計測値の平均値に基づいてフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆをフリッカ評価用基準電圧生成部１３によって生成する（ステップＳ１０１）。なお、Ｖｒｅｆを生成するフリッカ評価用基準電圧生成部１３の処理は、下記「フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆ生成例」において、具体例に基づいて詳細に説明する。
次に、ステップＳ１０１で生成されたフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆをメモリ機能１７によって保存、管理する（ステップＳ１０２）。

次に、ステップＳ１０２で保存、管理されたフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを目標値とするソフトスタート制御に必要な設定、即ちＶｒｅｆと現時点の機器の動作モードにおけるハロゲンヒータ１１１の電力量とに適応するソフトスタート特性に基づいて定まる値で電圧を徐々に目標値であるＶｒｅｆに低下させる点灯制御を行うための設定を行い（ステップＳ１０３）、この設定に従いソフトスタート制御を実行する（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１０３及びＳ１０４の設定処理及び制御動作は、ソフトスタート制御部１５が行う。また、フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを目標値とするソフトスタート制御を行うソフトスタート制御部１５の設定処理及び制御動作は、下記「ソフトスタート制御例」において、具体例に基づいて詳細に説明する。
ソフトスタート制御部１５によるソフトスタート制御を実行し、この制御フローを終了する。

「フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆ生成例」
ソフトスタート制御システム（図４）のフリッカ評価用基準電圧生成部１３が生成するフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆの生成過程について、具体例を挙げて詳細に説明する。
以下には、電力値８００Ｗのハロゲンヒータ１本が制御周期１００ｍｓ、６０％デューティー（以下「Ｄｕｔｙ」と記す）の設定で点灯する場合を例に挙げる。
図６は、ハロゲンヒータへの電源ラインの入力電流波形（Ａ）と入力電圧波形（Ｂ）を説明する図である。
ハロゲンヒータの点灯電力の制御に関しては、サイクル制御、位相制御、ＯＮ／ＯＦＦ制御といった複数の制御方法が知られている。以下に示す実施例では、ＡＣ電源の１０半波を制御周期とし、半波毎にＯＮ／ＯＦＦするヒータ制御を例にしている。制御周期に対する点灯割合を変えることで、供給電力量を可変している。

この実施例における６０％の点灯Ｄｕｔｙにおいては、図６（Ａ）に示す入力電流の波形図中に矢印とともに記した“定着ヒータ制御周期”内に含まれる１０回の半波のうち、６回をヒータＯＮ：点灯（実線の半波形）し、４回をＯＦＦ：無点灯（破線の半波形）としている。
ヒータＯＮ時には、ハロゲンヒータには突入電流が流れ、その電流によって、供給電源ラインに電圧ドロップが発生する。図６（Ｂ）に示す入力電圧の波形図中に電圧ドロップ量ΔＶと記されているように、波高値に高低があることを示している。電圧波形（Ｂ）において波高値の高い部分は、電流波形（Ａ）においてヒータＯＦＦとなった部分に当たり、ここでは電圧ドロップが生じないが、他方波高値の高い部分は、電流波形（Ａ）においてヒータＯＮとなった部分に当たり、ここでは電圧ドロップが生じる。なお、電圧波形（Ｂ）において波高値の高い部分は、無負荷時の電源電圧である。

この電圧ドロップ量ΔＶは、ハロゲンヒータの電力値（Ｗ数）や点灯Ｄｕｔｙによって違ってくる。ヒータ電力値（Ｗ数）と電圧ドロップ量ΔＶとの間の関係は、ハロゲンヒータの電力値（Ｗ数）が大きくなるほど、電源ラインを流れる電流値が大きくなり、そのために配線インピーダンスにかかる電圧降下分が増えてしまうことが原因である。
よって、ヒータ電力値（Ｗ数）が大きくなるにつれて電圧ドロップ量ΔＶも大きくなる。
図８は、定着ヒータ電力（Ｗ数）と電圧ドロップ量（Ｖ）の上記の関係を量的に示す表である。

また、点灯Ｄｕｔｙが変わると、ハロゲンヒータのＯＮ／ＯＦＦの間隔が変わってくるためにＯＦＦ期間の長さによってハロゲンヒータが冷め、低インピーダンスとなるために、突入電流が大きくなることから、点灯Ｄｕｔｙが小さくなるほど電圧ドロップ量ΔＶが大きくなる傾向にある。この傾向は、図９に示す表の数値に現れている。
図９は、点灯Ｄｕｔｙ（％）と点灯係数の関係を量的に示す表である。点灯係数は、点灯Ｄｕｔｙ１００％で計測した電圧ドロップ量ΔＶを点灯Ｄｕｔｙ（％）によって補正をするための係数である。従って、図９の表では、点灯Ｄｕｔｙ１００％のときに点灯係数を１．００とし、点灯Ｄｕｔｙが小さくなるほど点灯係数を大きくしている。

また、ハロゲンヒータは、数十ｍｓの点灯ＯＦＦ期間でも冷えて、インピーダンスが小さくなるという特徴を持つことから、画像形成装置を設置する場所の雰囲気温度による影響は無視できない。つまり、雰囲気温度によって受ける点灯オフ期間の冷え方が違って、雰囲気温度が低くなるほどハロゲンヒータがより冷え、突入電流が大きくなってくるために電圧ドロップ量ΔＶが大きくなる傾向が生じる。この傾向は、図１０に示す表の数値に現れている。
図１０は、ハロゲンヒータにおける雰囲気温度Ｔ（℃）と温度係数の関係を量的に示す表である。温度係数は、常温（０℃＜Ｔ＜３０℃）で計測した電圧ドロップ量ΔＶを常温以外の雰囲気温度によって補正をするための係数である。従って、図１０の表では、常温のときに温度係数を１．００とし、常温以下（Ｔ≦０℃）のときは１．１、常温以上（Ｔ≧３０℃）のときは０．９と温度係数を定めている。なお、図１０の表中のデータは、あるハロゲンヒータの例を示したもので、ハロゲンヒータのガラス管に注入されるガスや構成部品等により変わってくるので、使用するハロゲンヒータの特性値に合わせる必要がある。

〈電圧ドロップ量の算出〉
フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを生成するための処理過程の初期のステップでは、上記図６（Ｂ）に示した電圧波形に生じる電圧ドロップ量ΔＶをヒータの制御周期（同図の例では１０半波分が単位周期）ごとに計測する。
図７は、図６（Ｂ）に示した電圧波形の１制御周期分の波形と、電圧波形をもとに生成する平均基準電圧（フリッカ評価用基準電圧）Ｖｒｅｆを説明する図である。図７の電圧波形において、波高値の高い部分は、点灯ＯＦＦで無負荷である時の電圧、つまり電源電圧を示し、波高値の低い部分は、点灯ＯＮで負荷がかかったときの電圧を示す。なお、電圧ドロップ量ΔＶは、電圧波形のピーク値の差分によって表し、この差分を制御周期単位で計測することになるので、この量の計測に用いるのは、制御周期を表す信号（ゼロクロス信号）と、半波ごとの電圧波形のピーク値を表す信号であるから、電圧検知回路５５は、これらの信号を検知信号として出力すればよい。

制御周期単位で行う電圧ドロップ量ΔＶの計測は、次の方法で処理を行う。
この例では、電力値８００Ｗのハロゲンヒータであり、ヒータ点灯時に電圧検知回路５５によって検知される電源ラインの入力電圧から、半波ごとに電圧のドロップを求める。なお、このときの点灯制御条件は１００％Ｄｕｔｙである。
この条件でヒータ点灯を行ったときに生じた電圧ドロップ量ΔＶが、“３．１Ｖ”であったとする（図８、参照）。
この後、実際の使用条件は６０％Ｄｕｔｙであるから、先に１００％Ｄｕｔｙで求めた電圧ドロップ量ΔＶに点灯係数を“１．２０”とした補正をかける（図９、参照）。さらに、得られる電圧ドロップ量ΔＶに温度補正をかける（図１０、参照）。ここでは、常温での使用であるから、補正温度係数は“１．０”であり、無補正となる。

従って、１半波期間における電圧ドロップ量ΔＶは、下記式（１）に基づいて算出され、ΔＶを“３．７２Ｖ”として得ることができる。
検知される電圧ドロップ量ΔＶ×点灯係数×温度係数＝３．１Ｖ×１．２×１．０
＝３．７２Ｖ・・・式（１）
本例では、６０％Ｄｕｔｙの点灯であり、各半波の点灯が図６（Ａ）の電流波形に示すように制御されるので、１制御周期内の１０の半波期間における電圧ドロップ量ΔＶは、それぞれ図１１に示す量となる。なお、半波期間の４箇所では点灯されないので、電圧ドロップは０である。
次に、この制御周期における平均電圧ドロップ量ΔＶｒｅｆを求める。
制御周期１００ｍｓ（１０半波）における平均電圧ドロップ量ΔＶｒｅｆは、６０％Ｄｕｔｙの点灯であるから、６／１０回に対して、“３．７２Ｖ”の電圧ドロップが発生するという計算になるので、下記式（２）により、この制御周期における平均電圧ドロップ量ΔＶｒｅｆを求める。
３．７２Ｖ×６回÷１０回＝２．２３２Ｖ・・・式（２）
この制御周期における平均電圧ドロップ量ΔＶｒｅｆは、図１１の表中に“計”の量とし、又図７中に矢印とともに記されている。

また、フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆは、１分間に電源ラインからハロゲンヒータヘ入力される電圧の平均電圧値としている。よって、上述した制御周期ごとに行う平均電圧ドロップ量ΔＶｒｅｆの計測を１分間継続して、その平均値を求め、無負荷時、即ち点灯ＯＦＦ時に電源ラインに生じる電圧（電源電圧）から平均電圧ドロップ量ΔＶｒｅｆの１分問の平均値を差し引くことにより、目的とするフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを求めることができる。
この例では、平均電圧ドロップ量ΔＶｒｅｆを制御周期１００ｍｓごとに式（２）に従い計測しているので、この計測により得た最新の６００回分の値を平均値化した値が、１分間の電圧ドロップ量であり、この平均値を算出し、算出した１分間の平均電圧ドロップ量をもとに下記式（３）により、フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを求める。
フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆ＝無負荷時電源電圧値−１分間の平均電圧ドロップ量・・・式（３）
このフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆは、図６（Ｂ）の電圧波形中に矢印とともに記されている。

「ソフトスタート制御例」
図３の制御システムのソフトスタート制御部１５がフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆに基づいてソフトスタートで点灯制御を行う過程について、具体例を挙げて詳細に説明する。
本例は、ＡＣ電源の電源電圧を１００Ｖ・５０Ｈｚとし、生成されたフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆ＝９８Ｖ、ソフトスタート期間を３００ｍｓとする。また電源電圧よりフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを目標値としてソフトスタート制御を行う際の動作は、１０ｍｓを１回の制御動作単位として電圧を徐々に目標値であるＶｒｅｆに低下させる点灯制御を行うための設定を行う。
図１２は、本例の仕様に従う動作特性の１例を示す線図であり、動作特性を示すカーブは、ソフトスタート期間の制御目標電圧を表す。

上記の動作特性で制御を行うために１０ｍｓを１回の制御動作単位とする各ソフトスタート回数における電圧ドロップ分を設定する。具体的には、下記式（４）により電圧ドロップ量を設定値として求める。
ソフトスタートの電圧ドロップ設定（Ｖ）＝（電源電圧−フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆ）×ソフトスタート回数に対する係数・・・式（４）
上記式（４）中の“電源電圧−フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆ”は、電圧ドロップΔＶ（２Ｖ）である。

また、“ソフトスタート回数に対する係数”については、フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆからの電圧変動を抑えるために、ソフトスタートにおける電圧ドロップΔＶ（２Ｖ）を短期間でフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆに合わせる必要があるため、図１２に示すように、無負荷時の電源ラインの電圧（電源電圧）をソフトスタート期間の１／３期間までにフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆまで低下させる。
つまり、ソフトスタート期間３００ｍｓの１／３期間は、１０の半波期間よりなる点灯制御周期１００ｍｓに当たり、この制御期問の各半波に対し、図１２の動作特性カーブに従う設定で点灯制御を行うことにより、意図する動作を行わせることができる。このソフトスタートの点灯制御は、制御期間の各半波に対しトライアックによる位相制御を適用することによって実施できる。

図１３は、このようなソフトスタート制御を行うための設定値の１例を示す表である。同図の表には、１０回のソフトスタート回数の各回の設定値としての電圧ドロップと電圧ドロップの算出に用いる係数（式（４）参照）とが関係付けて示されている。
ソフトスタート制御が再起動されたときには、新たにフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆが生成される。このとき、フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆが変更されても、図１３の表に示されたソフトスタート回数に対する係数は固定でよく、変更されるフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆに対応して設定されるソフトスタートの電圧ドロップが上記式（４）により改めて算出され、設定値に用いられる。
図１３の例ではソフトスタート１回目に対するこの係数は、０．４であるため、ソフトスタートの電圧ドロップ設定（Ｖ）は、上記式（４）に従い
（１００−９８）×０．４＝０．８
と算出され、ソフトスタート１回目では電源電圧１００Ｖから０．８Ｖドロップさせる。
同様に、ソフトスタート同数が増えるにつれてソフトスタートの電圧ドロップも増え、ソフトスタート１０回目にて電圧ドロップ２Ｖとなり、フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆ＝９８Ｖと同じになる。１１回目以降は、最後の３０回目までフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを維持する設定とする。

ところで、上記の実施例では、ソフトスタートの電圧ドロップ設定（Ｖ）におけるソフトスタート回数に対する係数は固定のため、ソフトスタートの特性カーブ（傾き）は変わらない。しかし、例えば、上述の処理過程に従い生成されたフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆが同じ値であっても、ハロゲンヒータの電力量（Ｗ数）が違う場合には、それぞれの電力量に適合するソフトスタートの特性カーブを用いることが望ましい。
そこで、フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆとハロゲンヒータの電力量（Ｗ数）に適応する特性を得ることを可能とするため、ソフトスタート回数に対する係数として特性カーブを異ならせる複数種類のソフトスタートを用意し、Ｖｒｅｆとハロゲンヒータの電力量に応じてソフトスタートを変更する。なお、ソフトスタートの電圧ドロップ設定の計算方法は上述の方法と同様に行うことができる。

上記実施形態に示したソフトスタート制御を行うことにより、ハロゲンヒータの点灯時に電源ラインに発生する入力電圧として現時点で計測した電圧をもとに、フリッカ基準電圧に相当する、フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを生成し、ソフトスタートの目標値をフリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆに合わせて変更することで、フリッカ基準電圧からの電圧変動分を抑え、フリッカを有効に低減できる。
また、従来技術におけるソフトスタートの設定は、実機評価を繰り返して最適な設定値を見つけ出す作業が発生したが、本実施形態では、フリッカ評価用基準電圧Ｖｒｅｆを常に基準とし自動でソフトスタートの目標値を決定するため、評価時間を大幅に低減することができる。

１１・・ＣＰＵ、１３・・フリッカ評価用基準電圧生成部、１５・・ソフトスタート制御部、１７・・メモリ機能、５５・・電圧検知回路、７０・・ＡＣ電源、１１０・・定着ユニット、１１１・・ハロゲンヒータ、１１３・・サーミスタ、１１５・・トライアック、２００・・画像形成装置。

Claims (9)

1. ＡＣ電源、前記ＡＣ電源からの給電によって点灯されるヒータ及び前記ヒータへの給電を制御する点灯制御手段を有するヒータ装置であって、
   前記ヒータへの入力電圧を検知する電圧検知手段と、
   前記電圧検知手段の検知電圧をもとに前記ヒータの点灯時に無負荷時の電源電圧からの降下分に当たる電圧ドロップ量を所定期間計測する電圧ドロップ計測手段と、
   前記電圧ドロップ計測手段によって得られる計測値の平均値に基づいてフリッカ評価用基準電圧を生成する基準電圧生成手段を備え、
   前記点灯制御手段は、前記基準電圧生成手段により生成されたフリッカ評価用基準電圧を目標値として前記ヒータへの給電を制御する
   ことを特徴とするヒータ装置。
2. 請求項１に記載されたヒータ装置において、
   前記点灯制御手段が、電源供給をＯＮ／ＯＦＦすることにより駆動電力を制御する手段であり、
   前記基準電圧生成手段は、前記点灯制御手段による給電のＯＮ／ＯＦＦデューティーに応じて電圧ドロップ量の計測値を補正することを特徴とするヒータ装置。
3. 請求項１又は２に記載されたヒータ装置において、
   前記基準電圧生成手段は、雰囲気温度に応じて電圧ドロップ量の計測値を補正することを特徴とするヒータ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載されたヒータ装置において、
   前記点灯制御手段は、ソフトスタートによる制御を行うことを特徴とするヒータ装置。
5. 請求項４に記載されたヒータ装置において、
   前記駆動電力の制御に用いるソフトスタートの特性カーブとしてヒータの電力量の違いにそれぞれ適応する特性カーブを用意し、
   前記点灯制御手段は、用意されたソフトスタートの特性カーブの中からフリッカ評価用基準電圧及びヒータの電力量に適応する特性カーブを選択し前記ソフトスタートに用いることを特徴とするヒータ装置。
6. コンピュータを請求項１乃至５のいずれかに記載されたヒータ装置が有する前記電圧ドロップ計測手段、前記基準電圧生成手段、前記点灯制御手段の各手段として機能させるためのプログラム。
7. 請求項６に記載されたプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
8. 記録用紙上に記録材によって画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段によって画像が形成された記録用紙を請求項１乃至５のいずれかに記載されたヒータ装置によって加熱し、定着する定着手段と
   を有することを特徴とする画像形成装置。
9. ＡＣ電源、前記ＡＣ電源からの給電によって点灯されるヒータ及び前記ヒータへの給電を制御する点灯制御手段を有するヒータ装置におけるヒータ制御方法であって、
   前記ヒータへの入力電圧を検知する電圧検知工程と、
   前記電圧検知工程で検知した検知電圧をもとに前記ヒータの点灯時に無負荷時の電源電圧からの降下分に当たる電圧ドロップ量を所定期間計測する電圧ドロップ計測工程と、
   前記電圧ドロップ計測工程で得られる計測値の平均値に基づいてフリッカ評価用基準電圧を生成する基準電圧生成工程と、
   前記基準電圧生成工程で生成されたフリッカ評価用基準電圧を目標値として前記ヒータへの給電を制御する工程と
   を有することを特徴とするヒータ制御方法。

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