JP5655742B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

従来より、プリンタ、複写機などとして電子写真方式の画像形成装置が知られている。この画像形成装置では、用紙にトナー画像を転写し、その後、熱定着等により用紙にトナー画像を定着する、という一連のプロセスを通じて用紙にトナー画像を形成する。そのため、定着処理を行う定着装置は、通電によって発熱する発熱体を加熱手段として備えており、この発熱体としては、例えばハロゲンランプ等が用いられる。

例えば特許文献１には、発熱体への通電時、フリッカー現象と呼ばれる高調波の発生を抑制するために、突入電流抑制抵抗を発熱体と直列に接続した構成の定着装置が開示されている。この構成によれば、突入電流を最適に抑制することができ、フリッカー対策を効果的に達成することができる。

特開２００３−２１７７９４号公報

ところで、近年では、生産性向上の要求から、画像形成装置のプロセス速度が増加しており、用紙の通過に伴い定着装置から奪われる熱量が増加する傾向にある。そこで、定着性能を維持する観点から、定着装置の電力量を増加させるという対応が採られている。しかしながら、このような電力量の増加は、発熱体への通電時における突入電流の増加へと繋がる。そのため、有効なフリッカー対策を行うためには、突入電流抑制抵抗を大型化させたり、その設置個数を増加させたりする必要があるが、一方で、当該抵抗によるエネルギー損失が増加してしまうという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギー損失を抑制しつつ、フリッカー対策を適切に達成することにある。

かかる課題を解決するために、第１の発明は、通電によって発熱する発熱体と、発熱体に直流電力を供給する補助電源と、交流電源からの交流電力を発熱体に送電する第１の電源ラインと、交流電源からの交流電力を補助電源に送電する第２の電源ラインと、発熱体及び補助電源に接続され、補助電源からの直流電力を発熱体に送電する第３の電源ラインと、第１の電源ラインに設けられ、当該第１の電源ラインを接続又は遮断する第１の切換部と、第２の電源ラインに設けられ、当該第２の電源ラインを接続又は遮断する第２の切換部と、第３の電源ラインに設けられ、当該第３の電源ラインを接続又は遮断する第３の切換部と、第１の切換部、第２の切換部及び第３の切換部をそれぞれ制御する定着制御部と、を有する定着装置を提供する。この場合、定着制御部は、発熱体への通電時、第１の切換部及び第２の切換部をそれぞれオフした状態で第３の切換部をオンして補助電源からの直流電力を発熱体に供給するとともに、第３の切換部をオフして補助電源からの直流電力の供給を停止し、その後、第１の切換部をオンして交流電源からの交流電力を発熱体に対して供給することとする。ここで、定着制御部は、フリッカー規格を具備するための発熱体の抵抗値と、第３の切換部をオフしてから第１の切換部をオンするまでの切換時間差の間に低下する発熱体の抵抗値とに基づいて、判定抵抗値を設定する。そして、定着制御部は、判定抵抗値と、発熱体において検出される抵抗値とに基づいて、発熱体への電力供給を補助電源側から交流電源側に切り換える切換タイミングを決定する。

また、第１の発明において、補助電源は、交流電力を直流電力に変換する電力変換手段と、当該変換された直流電力を蓄電又は放電する蓄電手段と、を有することが好ましい。

また、第１の発明において、定着制御部は、定着温度を管理するための参照温度として一定の値を用いて定着温度制御を行うことが好ましい。

また、第２の発明は、用紙に画像を転写する転写部と、画像が転写された用紙に定着処理を施す、第１の発明に記載の定着装置と、を有する画像形成装置を提供する。

本発明によれば、交流電源からの交流電力のみならず、これにかえて、補助電源からの直流電力を発熱体に対して供給することができる。直流電力を発熱体に対して供給することで、発熱体の抵抗が増加することとなるので、突入電流抑制抵抗を用いずとも、発熱体に交流電源からの交流電流を供給する際の突入電流を抑制することができる。これにより、エネルギー損失を抑制しつつ、フリッカー対策を適切に達成することができる。

画像形成装置の全体構成を模式的に示す説明図 第１の実施形態にかかる定着装置の発熱体への給電構成を模式的に示すブロック図 定着装置の起動制御に関する一連の手順を示すフローチャート 定着装置における定着温度制御に関する一連の手順を示すフローチャート 点灯制御の詳細を示すフローチャート 消灯制御の詳細を示すフローチャート 第２の実施形態にかかる定着装置の発熱体への給電構成を模式的に示すブロック図 総抵抗値とフリッカー測定値との関係を示す説明図 発熱体への通電を開始した後又は発熱体への通電を終了した後の発熱体の抵抗値変化量ΔＲの推移を示す説明図 電荷の放出に伴うコンデンサの蓄積エネルギーの状態を示す説明図 第２の実施形態にかかる定着装置の発熱体への給電構成を模式的に示すブロック図 複数の発熱体を備える定着装置の各発熱体への給電構成を模式的に示すブロック図

（第１の実施形態）
図１は、画像形成装置１の全体構成を模式的に示す説明図である。この画像形成装置１は、例えば複写機といった電子写真方式の画像形成装置であり、画像データに基づいて用紙Ｐに画像を形成する。画像形成装置１は、原稿読取装置５と、露光部１０と、感光体ドラム２１と、帯電部２２と、現像部２３と、転写部２４と、定着装置３０と、メイン制御部５０とを主体に構成されている。

原稿読取装置５は、画像形成装置１本体の筐体上部に配置され、画像を読み取る際に原稿を自動的に移動させる自動原稿送り部を備えている。この原稿読取装置５は、原稿に形成された画像を読み取り、所定の画像信号を出力する。出力された画像信号は、Ａ／Ｄ変換が施されることにより画像データとして作成される。原稿読取装置５は、画像データに、シェーディング補正やディザ処理、圧縮等の処理を施し、この処理により得られるデータを最終的な画像データとしてメイン制御部５０に出力する。なお、メイン制御部５０は、原稿読取装置５から画像データを取得するのみならず、画像形成装置１に接続されたパーソナルコンピューターや他の画像形成装置から画像データを受信してもよい。

露光部１０は、画像データをもとにメイン制御部５０から出力される出力情報に対応して、感光体ドラム２１の表面をレーザービームにより走査露光する。この走査露光により、感光体ドラム２１に所定の静電潜像が形成される。

感光体ドラム２１は、帯電部２２によりその表面が一様に帯電させられており、前述の通り、露光部１０によりその表面に潜像が形成される。現像部２３は、トナーで現像することによって感光体ドラム２１上の潜像を顕像化する。これにより、感光体ドラム２１上にトナー画像が形成される。

用紙収納部４０に収納された用紙Ｐは、転写部２４へ給紙される。転写部２４は、感光体ドラム２１の表面上のトナー画像を用紙Ｐへ転写し、その後、分離部２５は、トナー画画像が転写された用紙Ｐを感光体ドラム２１から分離する。一方、クリーニング装置２６は、転写部２４によりトナー画像が用紙Ｐに転写された後の感光体ドラム２１の表面に残留しているトナーを除去する。中間搬送部４１は、分離された用紙Ｐを定着装置３０へ搬送する。

定着装置３０は、用紙Ｐに対する加熱及び加圧によって、トナー画像を用紙Ｐに定着させる。定着装置３０は、例えば定着上ローラと定着下ローラとを主体に構成されており、定着上ローラ及び定着下ローラは、互いに圧接した状態で配置され、定着上ローラ及び定着下ローラとの接触位置に定着ニップ部が形成される。また、例えば定着上ローラの内部には、熱定着を行う加熱手段としての発熱体３１が内蔵されており、発熱体３１からの輻射熱により定着上ローラが加熱される。発熱体３１は、通電によって発熱するものであり、発熱体３１としては、例えばハロゲンランプを用いることができる。なお、本実施形態の特徴の一つは、定着装置３０の発熱体３１に対する給電手法にあり、その詳細については後述する。

排紙部４２は、定着処理が施された用紙Ｐを用紙トレイ４５へ排出する。また、用紙Ｐの両面に画像形成を行う場合、定着装置３０により定着処理が施された用紙Ｐは、搬送経路切換板４３により、その搬送方向が排紙部４２側から下方（反転搬送部４４）側へと切り換えられる。反転搬送部４４は、用紙Ｐをスイッチバックすることにより用紙Ｐの表裏を反転させた上で用紙Ｐを転写部２４へ搬送する。転写部２４は、トナー画像を用紙Ｐの裏面へ転写し、当該用紙Ｐは定着装置３０を経て、排紙部４２から用紙トレイ４５へ排紙される。

図２は、第１の実施形態にかかる定着装置３０の発熱体３１への給電構成を模式的に示すブロック図である。定着装置３０の発熱体３１には、第１の電源ラインＬ１を介して交流電源１００からの交流電力（ＡＣ）が供給されている。ここで、交流電源１００は、オフィス等といった、画像形成装置１の使用環境における商用電源であり、コンセント、差込プラグ及びケーブル（図示せず）を介して第１の電源ラインＬ１と接続されている。なお、この交流電源１００としては、商用電源に限らず、画像形成装置１の各部へと電力供給を担う電源装置（図示せず）であればよい。

第１の電源ラインＬ１には、当該第１の電源ラインＬ１を接続又は遮断する第１の切換部３２が設けられている。第１の切換部３２としては、オン又はオフを切換可能なスイッチやリレーなどを利用することができる。例えば、第１の切換部３２は、オンに対応して第１の電源ラインＬ１を接続し、オフに対応して第１の電源ラインＬ１を遮断する。

また、定着装置３０は、補助電源３３を備えている。この補助電源３３は、第２の電源ラインＬ２を介して交流電源１００からの交流電力が入力されるとともに、発熱体３１と接続された第３の電源ラインＬ３を介して直流電力（ＤＣ）を出力する。具体的には、補助電源３３は、入力された交流電力を直流電力に変換する手段（電力変換手段）と、変換した直流電力を蓄電し及び当該蓄電した直流電力を出力（放電）する手段（蓄電手段）とを備えている。補助電源３３としては、例えば、電力変換手段としての、４つのダイオードを用いたブリッジ回路からなる整流器と、蓄電手段としてのコンデンサとの組み合わせにより構成することができる。すなわち、補助電源３３は、第２の電源ラインＬ２から入力される交流電力を整流器により直流電力に変換し、変換した直流電力をコンデンサに蓄電するとともに当該コンデンサに蓄電した電力を放電する。なお、交流電源１００から第１の電源ラインＬ１を介して供給される電力量と比して、補助電源３３から発熱体３１に供給される電力量の方が小さくなるように、補助電源３３のコンデンサの容量が設定されている。

なお、本実施形態において、第２の電源ラインＬ２の端部は、第１の電源ラインＬ１における第１の切換部３２と交流電源１００との間の任意の点（第１接続点）に接続されている。このため、第２の電源ラインＬ２には、第１の電源ラインＬ１を経由して、交流電源１００からの交流電流が供給される。また、第３の電源ラインＬ３の端部は、第１の電源ラインＬ１における第１の切換部３２と発熱体３１との間の任意の点（第２接続点）に接続されている。このため、第１の電源ラインＬ１の一部は、第３の電源ラインＬ３の一部として共用されている。

第２の電源ラインＬ２には、当該第２の電源ラインＬ２を接続又は遮断する第２の切換部３４が設けられており、また、第３の電源ラインＬ３には、当該第３の電源ラインＬ３を接続又は遮断する第３の切換部３５が設けられている。第２及び第３の切換部３４，３５としては、オン又はオフを切換可能なスイッチやリレーなどを利用することができる。例えば、第２の切換部３４は、オンに対応して第２の電源ラインＬ２を接続し、オフに対応して第２の電源ラインＬ２を遮断し、また、第３の切換部３５は、オンに対応して第３の電源ラインＬ３を接続し、オフに対応して第３の電源ラインＬ３を遮断する。

定着制御部３６は、熱定着に必要な定着温度を制御する定着温度制御を行う。定着制御部３６としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。具体的には、定着制御部３６は、第１から第３の切換部３２，３４，３５のオンオフ状態を制御することにより、発熱体３１への通電を制御し、これにより、定着温度制御を行う。前述の構成に示すように、同一の発熱体３１、すなわち、発熱体３１の通電部（ハロゲンランプであればフィラメント）には、第１の電源ラインＬ１又は第３の電源ラインＬ３から電力の供給が可能となっている。そのため、本実施形態において、定着制御部３６は、第１の電源ラインＬ１を介した交流電源１００からの交流電力又は第３の電源ラインＬ３を介した補助電源３３からの直流電力を発熱体３１（具体的には、その通電部）に対して選択的に供給することができる。

以下、図３から図６を参照して、定着装置３０に関する制御動作について説明する。

図３は、定着装置３０の起動制御に関する一連の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、画像形成装置１の電源オンに対応して、定着制御部３６によって実行される。なお、画像形成装置１の電源オフに伴い、第１から第３の切換部３２，３４，３５はオフに設定されるため、起動制御を実行する前提として、第１の切換部３２から第３の切換部３２，３４，３５はオフとなっている。

まず、ステップ１（Ｓ１）において、定着制御部３６は、第２の切換部３４をオンに設定する。第２の切換部３４のオンにともない、第２の電源ラインＬ２が接続されるため、補助電源３３に交流電源１００からの交流電力が供給され、これにより、補助電源３３のコンデンサへの電荷の蓄積、すなわち、補助電源３３の充電が開始される。

ステップ２（Ｓ２）において、定着制御部３６は、補助電源３３に所定の電力が供給されたか否かを判断する。このステップ２の判断により、補助電源３３に所定量の電力が充電されたか否かが判断される。当該判断は、例えば、第２の切換部３４をオンに設定したタイミングからの経過時間が、所定の基準時間に到達したか否かにより行うことができる。このステップ２において否定判定された場合、すなわち、補助電源３３に所定の電力が供給されていない場合には、再度ステップ２の判断を行う。一方、補助電源３３に所定の電力が供給されると、ステップ２において肯定判定されるため、ステップ３（Ｓ３）に進む。

ステップ３において、定着制御部３６は、第２の切換部３４をオフに設定する。第２の切換部３４のオフにともない、第２の電源ラインＬ２が遮断されるため、補助電源３３への交流電力の供給が遮断される。

図４は、定着装置３０における定着温度制御に関する一連の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、起動制御の終了後、定着制御部３６によって実行される。

まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、定着制御部３６は、発熱体３１に通電を開始しそれを継続する点灯制御の開始を指示する。

ここで、発熱体３１の点灯制御に関して図５を参照して説明する。図５は、点灯制御の詳細を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、前述のステップ１０による点灯制御の開始指示に対応して、定着制御部３６により開始される。

まず、ステップ２０（Ｓ２０）において、定着制御部３６は、充電判定フラグFlagが「１」に設定されているか否か判断する。この充電判定フラグFlagは、放電された補助電源３３に対して充電中か否かを示すフラグである。この充電判定フラグＦlagは、初期的には、充電中ではないことを示す「０」にセットされている。また、この充電判定フラグFlagは、後述するステップ１３（Ｓ１３）の肯定判定に従い、点灯制御の開始指示が再度なされる場合には、「０」にリセットされる。このステップ２０において否定判定された場合、すなわち、充電判定フラグFlagが「０」である場合には、ステップ２１（Ｓ２１）に進む。一方、あるタイミングで充電判定フラグFlagが「０」から「１」に一旦変更されると、それ以降は、当該充電判定フラグFlagが「０」に変更されるまで、ステップ２０の肯定判定に従い、後述するステップ２８（Ｓ２８）に進む。

ステップ２１において、定着制御部３６は、第１の切換部３２をオフに設定する。つぎに、ステップ２２（Ｓ２２）において、定着制御部３６は、第２の切換部３４をオフに設定する。そして、ステップ２３（Ｓ２３）において、定着制御部３６は、第３の切換部３５をオンに設定する。第１及び第２の切換部３２，３４のオフにともない、第１及び第２の電源ラインＬ１，Ｌ２が遮断される。このため、発熱体３１及び補助電源３３に対する交流電源１００からの交流電力の供給は遮断される。一方、第３の切換部３５のオンにともない、第３の電源ラインＬ３が接続される。このため、補助電源３３のコンデンサに蓄積された電荷が、第３の電源ラインＬ３を介して発熱体３１への供給電力として放出される。すなわち、第３の電源ラインＬ３を介した補助電源３３からの直流電力が、発熱体３１に対して供給される。

ステップ２４（Ｓ２４）において、定着制御部３６は、第３の切換部３５がオンに設定されたタイミングからの経過時間が所定時間に到達したか否かを判断する。ステップ２４において肯定判定された場合、すなわち、経過時間が所定時間に到達した場合には、ステップ２５（Ｓ２５）に進む。一方、ステップ２４において否定判定された場合、すなわち、経過時間が所定時間に到達していない場合には、ステップ２４の判断を再度行う。

ステップ２５において、定着制御部３６は、第３の切換部３５をオフに設定する。第３の切換部３５のオフにともない、第３の電源ラインＬ３が遮断されるため、発熱体３１に対する補助電源３３からの直流電力の供給が遮断される。

ステップ２６（Ｓ２６）において、定着制御部３６は、第１の切換部３２をオンに設定する。第１の切換部３２のオンにともない、第１の電源ラインＬ１が接続されるため、第１の電源ラインＬ１を介した交流電源１００からの交流電力が、発熱体３１に対して供給される。

ステップ２７において、定着制御部３６は、補助電源３３の充電プロセスに先立ち、充電判定フラグFlagを「１」にセットする。

ステップ２８（Ｓ２８）において、定着制御部３６は、第２の切換部３４をオンに設定する。第２の切換部３４のオンにともない、第２の電源ラインＬ２が接続されるため、補助電源３３に交流電源１００からの交流電力が供給され、これにより、補助電源３３の充電が開始される。

ステップ２９（Ｓ２９）において、定着制御部３６は、前述のステップ２の処理と同様に、補助電源３３に所定の電力が供給されたか否かを判断する。ステップ２９において否定判定された場合、すなわち、補助電源３３に所定の電力が供給されていない場合には、ステップ２９の判断を再度行う。一方、補助電源３３に所定の電力が供給されると、ステップ２９において肯定判定されるため、ステップ３０（Ｓ３０）に進む。

ステップ３０において、定着制御部３６は、第２の切換部３４をオフに設定する。第２の切換部３４のオフにともない、第２の電源ラインＬ２が遮断されるため、補助電源３３への交流電力の供給が遮断される。

ステップ３１（Ｓ３１）において、定着制御部３６は、補助電源３３が充電した電力が所定の電力範囲内であるか否かを判断する。このステップ３１において肯定判定された場合、すなわち、補助電源３３の電力が所定の電力範囲内である場合、ステップ３１の判断を再度行う。一方、ステップ３１において否定判定された場合、すなわち、補助電源３３の電力が所定の電力範囲内でない場合には、ステップ２８以降の一連のプロセスを実行する。

再び図４を参照するに、ステップ１１（Ｓ１１）において、定着制御部３６は、定着温度が目標温度に到達したか否かを判断する。この目標上限温度は、定着温度を管理するための参照温度として予め設定される一定の値であり、実験やシミュレーションを通じて、定着装置３０に適した値が予め設定されている。このステップ１１において否定判定された場合、すなわち、定着温度が目標温度に到達していない場合には、ステップ１１の判断を再度行う。一方、ステップ１１において肯定判定された場合、すなわち、定着温度が目標温度に到達した場合には、ステップ１２（Ｓ１２）に進む。

ステップ１２において、定着制御部３６は、発熱体３１への通電を終了する消灯制御の開始を指示する。

ここで、発熱体３１の消灯制御に関して図６を参照して説明する。図６は、消灯制御の詳細を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、前述のステップ１２による消灯制御の開始指示に対応して、定着制御部３６により開始される。

ステップ４０（Ｓ４０）において、定着制御部３６は、定着制御部３６は、第１の切換部３２をオフに設定する。第１の切換部３２のオフにともない、第１の電源ラインＬ１が遮断される。このため、発熱体３１に対する交流電源１００からの交流電力の供給が遮断される。

再び図４を参照するに、ステップ１３において、定着制御部３６は、定着温度が目標温度よりも低下したか否かを判断する。このステップ１３において否定判定された場合、すなわち、定着温度が目標温度よりも低下していない場合には、ステップ１３の判断を再度行う。一方、ステップ１３において肯定判定された場合、すなわち、定着温度が目標温度よりも低下した場合には、本ルーチンを抜け、再度、ステップ１０以降の一連のプロセスを実行する。

このように本実施形態において、定着制御部３６は、第１の電源ラインＬ１を介した交流電源１００からの交流電力又は第３の電源ラインＬ３を介した補助電源３３からの直流電力の何れか一方を発熱体３１に対して選択的に供給することができる。

かかる構成によれば、交流電源１００からの交流電力のみならず、これにかえて、補助電源３３からの直流電力を発熱体３１に対して供給することができる。直流電力を発熱体３１に対して供給することで、発熱体３１を直接的に加熱し、これにより、発熱体３１の抵抗を増加させることができる。特に、補助電源３３からの直流電力が供給される発熱体３１の通電部（ハロゲンランプであればフィラメント）は、交流電源１００からの交流電力が供給される発熱体３１の通電部（ハロゲンランプであればフィラメント）と同一であるため、直流電力により、交流電力が供給される発熱体３１を直接的に加熱することができる。このような発熱体３１の抵抗の増加により、突入電流抑制抵抗を用いずとも、発熱体３１に交流電源１００からの交流電流を供給する際の突入電流を抑制することができる。その結果、フリッカー対策を適切になし得ることができる。これにより、エネルギー損失を抑制しつつ、フリッカー対策を適切に達成することができる。

また、本実施形態において、定着制御部３６は、発熱体３１への通電時、補助電源３３からの直流電力を発熱体に対して初期的に供給してから補助電源３３からの直流電力の供給を停止し、その後、交流電源１００からの交流電力を発熱体３１に対して供給している。フリッカー現象は、発熱体３１への通電初期時に顕著となるため、発熱体３１への通電時に、このような順番で電力を供給することにより、フリッカー対策を有効になし得ることができる。

また、補助電源３３は、交流電力を直流電力に変換する電力変換手段と、当該変換された直流電力を蓄電又は放電する蓄電手段とで構成されている。補助電源３３から電力を供給するためには、電気的なエネルギーを貯える必要があるが、前述の通り、補助電源３３が交流電流を出力するのではなく、直流電力を出力する構成としたことで、直流電力を蓄電又は放電する蓄電手段を利用して、電気的なエネルギーを貯えることができる。また、補助電源３３からの直流電流を発熱体３１に供給し続けた場合には、発熱体３１（特にハロゲンランプ）の劣化を招来する虞があるが、補助電源３３からの直流電力から、交流電源１００からの交流電力へと切り換えることができるので、発熱体の劣化を抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、蓄電手段として、コンデンサを使用しているが、直流電力を蓄電又は放電することができるものを広く用いることができる。蓄電手段としては、例えば２次電池を利用することができる。

また、本実施形態において、定着制御部３６は、定着温度を管理するための参照温度として一定の値を用いて定着温度制御を行っている。定着温度制御、すなわち、発熱体３１への通電制御は、定着温度を管理するための参照温度に基づいて行われる。ここで、参照温度を一定値として定着温度制御を行った場合には、オンオフの切換回数が増加する傾向となるため、突入電流抑制抵抗を用いたのみでは、フリッカー対策が不十分となる虞がある。そこで、従来の手法では、参照温度を上限温度と下限温度とで規定される所定の温度範囲とすることで、オンオフの切換回数の増加を抑制し、これにより、フリッカー対策を講じることとしていたが、一方で、定着温度の温度リップルが生じるという問題がある。

この点、本実施形態によれば、補助電源３３によりフリッカー対策を適切に達成することができるので、参照温度として所定の範囲ではなく一定の値を用いることができる。これにより、参照温度に対する定着温度の応答性を高めることができるので、温度リップルも効果的に抑制することができる。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態にかかる定着装置３０の発熱体３１への給電構成を模式的に示すブロック図である。この第２の実施形態にかかる定着装置３０が、第１の実施形態のそれと相違する点は、発熱体３１への通電に伴い補助電源３３から発熱体３１へと電力を供給した後に、発熱体３１に対して供給する電力を補助電源３３側から交流電源１００側へと切り換えるタイミングを所定の条件により決定した点である。なお、第１の実施形態と重複する構成については省略することしし、以下、相違点を中心に説明を行う。

図７に示すように、この定着装置３０は、第１の実施形態に示す構成に加えて、電流を検出する電流センサ３７ａと、電圧を検出する電圧センサ３７ｂとをさらに有している。電流及び電圧を検出する検出部としての電流センサ３７ａ及び電圧センサ３７ｂは、第３の電源ラインＬ３の一部として機能する第１の電源ラインＬ１上における第２接続点と発熱体３１との間にそれぞれ設けられている。

定着制御部３６は、電流センサ３７ａによって検出される電流値及び電圧センサ３７ｂによって検出される電圧値を読み込むことができる。これにより、定着制御部３６は、読み込んだ電流値及び電圧値に基づいて、発熱体３１の抵抗値を演算することができる。そして、定着制御部３６は、演算される発熱体３１の抵抗値が所定の判定抵抗値に到達したことを条件に、発熱体３への電力の供給を補助電源３３から交流電源１００へと切り換える。すなわち、前述の第１の実施形態では、所定時間の経過を条件に（ステップ２４）、発熱体３への電力の供給を補助電源３３から交流電源１００へと切り換えているが（ステップ２５，２６）、本実施形態では、発熱体３１の抵抗値に基づいて、発熱体３への電力の供給を補助電源３３から交流電源１００へと切り換えている。

図８は、総抵抗値とフリッカー測定値との関係を示す説明図である。同図に示すデータは、突入電流抑制抵抗と発熱体抵抗との合計である総抵抗値と、所定の測定器により計測したフリッカー測定値との関係を示すものであり、発熱体を１０００Ｗ程度の条件としている。突入電流抑制抵抗を用いる場合において、突入電流抑制抵抗を序々に増加させていくと、フリッカー測定値は一旦減少し、総抵抗値が２２Ωで極小値を迎え、その後に増加するという傾向を示す。これは、突入電流抑制抵抗により発熱体への電力供給が制限されるため、フィラメントの温度増加、すなわち、抵抗値増加が不十分な状態となっており、その後、発熱体のみに電力を供給することで、大きな突入電流が発生するためである。

したがって、この事象を本実施形態の定着装置３０に適用すると、総抵抗値、すなわち、発熱体３１の抵抗が２２Ω以上であれば、発熱体３１への電力の供給を補助電源３３から交流電源１００へと切り換えたときに突入電流が発生しても、フリッカー規格を満足することができる。そこで、このような観点から、前述した所定の判定抵抗値を、例えば２２Ωと定めることができる。

このように本実施形態において、定着制御部３６は、発熱体３１の抵抗値に基づいて、発熱体３１に対して供給する電力を補助電源３３側から交流電源１００側に切り換える切換タイミングを決定している。より具体的には、定着制御部３６は、発熱体３１の抵抗値が、所定の判定抵抗値に到達したことを条件に、発熱体３１に対して供給する電力を切り換えている。かかる構成によれば、適切なタイミングで電力の供給元を切り換えることができるので、フリッカー対策を有効になし得ることができる。

図９は、発熱体３１への通電を開始した後又は発熱体への通電を終了した後の発熱体３１の抵抗値変化量ΔＲの推移を示す説明図である。同図に示すように、発熱体３１への通電を開始すると、すなわち、発熱体３１への電力供給を開始すると、フィラメントの温度増加に伴い、抵抗値も増加する。一方、発熱体３１への通電を終了すると、すなわち、発熱体への電力供給を遮断すると、フィラメントの温度低下に伴い、抵抗値も低下する。

一方、第１の切換部３２と、第３の切換部３５とが同時にオンとなると、補助電源３３に破損の危険が生じる。ここで、第１及び第３の切換部３２，３５として機械的な接点よりなるリレーを想定した場合、チャタリングを考慮すると、第１及び第３の切換部３２，３５は、完全にオン又はオフするのに５０ｍＳが必要となる。この時間を第１及び第３の切換部３２，３５にそれぞれ割り振ると、第１の切換部３２と第３の切換部３５との間に最大で１００ｍＳの時間が存在することとなる。

図９に示すように、１００ｍＳを経過した後の抵抗値変化量ΔＲは１５Ωである。そのため、定着制御部３６は、発熱体３１の抵抗値が３７Ω以上になったときに第３の切換部３５をオフに設定し、その後、第１の切換部３２をオンに設定することにより、当該第１の切換部３２が完全にオンしたときには、発熱体３１の抵抗値が２２Ωになっていることになる。そこで、このような観点から、前述した所定の判定抵抗値を、例えば３７Ωと定めることができる。

このように本実施形態において、定着制御部３６は、フリッカー規格を具備するための抵抗値（例えば２２Ω）と、第１の切換部３２と第３の切換部３５との切換時間差の間に低下する抵抗値（例えば１５Ω）とに基づいて、判定抵抗値を設定している。かかる構成によれば、適切なタイミングで電力の供給元を切り換えることができるので、フリッカー対策を有効になし得ることができる。

ところで、前述した手法では、発熱体３１の抵抗値に基づいて切換タイミングを決定している。しかしながら、補助電源３３に充電される電力（充電量）に基づいて、切換タイミングを決定してもよい。例えば、発熱体３１へ電力供給を開始した際の補助電源３３の電力をＰ１とする。また、電力供給が開始された発熱体３１の抵抗値が前述の判定抵抗値に到達するまでに必要な電力をＰ２とする。この場合、定着制御部３６は、補助電源３３の充電量が電力Ｐ１から電力Ｐ２を差し引いた電力（Ｐ１−Ｐ２）以下になったことを条件として、電力の切り換えを行うといった如くである。

例えば、補助電源３３の蓄電手段としてコンデンサを利用する場合、図１０に示すように、定着制御部３６は、電荷の放出に伴うコンデンサの蓄積エネルギーの状態を規定する関係式を保持する。この場合、補助電源３３から電力の供給を開始してから、発熱体３１の抵抗値が前述の判定抵抗値に到達するまでに、必要なエネルギーを斜線部の面積とする。そうすると、残余の面積から、所定のエネルギーに相当する補助電源３３の充電量から、発熱体３１の抵抗値が前述の判定抵抗値に到達したタイミングを把握することができる。

このように本実施形態において、定着制御部３６は、補助電源３３の蓄電手段の充電量に基づいて、発熱体３１に対して供給する電力を補助電源３３側から交流電源１００側に切り換える切換タイミングを決定している。これにより、適切なタイミングで電力の供給元を切り換えることができるので、フリッカー対策を有効になし得ることができる。

また、補助電源３３の電力供給を開始してから、発熱体３１の抵抗値が前述の判定抵抗値へと到達するまでの時間を、実験やシミュレーションを通じて予め取得しておくことで、定着制御部３６は、かかる時間を参照時間として保持しておく。そして、定着制御部３６は、補助電源３３の電力供給を開始してからの経過時間が、参照時間に到達すること条件に、切り換え条件を判断してもよい。

もっとも、補助電源３３に使用するコンデンサの種類に応じて、又は補助電源３３としてコンデンサではなく２次電池を使用した場合には、前述の参照時間は異なる。また、冬期の早朝での使用シーンや、夏期の連続稼働中とった使用シーンといったように、環境温度に応じも、前述の参照時間は異なる。そこで、季節や日付といった情報や環境温度に対応する適切な参照温度を、実験やシミュレーションを通じて予め取得しておき、定着制御部３６は、かかる情報を保持しておく。そして、定着制御部３６は、図１１に示すように、定着装置３０の周囲温度を検出する環境温度検出部３８ａ、並びに、日付及び時刻をカウントする時刻カウンタ３８ｂを参照することで、現在の環境に応じた参照時間を用いることが好ましい。

なお、上述した実施形態では、定着装置３０として発熱体３１を単体で備える構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、用紙Ｐの搬送方向と直交する方向において、中央部と、その両側に相当する端部とのそれぞれに発熱体３１とを配置してもよい。この場合、図１２に示すように、発熱体３１毎に、第１の切換部３２、補助電源３３、第２の切換部３４及び第３の切換部３５を設け、これを一つのユニットＵ１，Ｕ２として構成すればよい。この場合、定着制御部３６は、各ユニットＵ１，Ｕ２にそれぞれ設ける必要はなく、各ユニットＵ１，Ｕ２をそれぞれ制御すれば足りる。

以上、本発明の実施形態にかかる画像形成装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。また、前述した画像形成装置に適用可能な定着装置も、本発明の一部をとして機能する。さらに、定着制御部は独立した構成してもよいが、画像形成装置に組み込んで使用する場合には、この機能をメイン制御部が実現する構成であってもよい。

１ 画像形成装置
５ 原稿読取装置
１０ 露光部
２１ 感光体ドラム
２２ 帯電部
２３ 現像部
２４ 転写部
３０ 定着装置
３１ 発熱体
３２ 第１の切換部
３３ 補助電源
３４ 第２の切換部
３５ 第３の切換部
３６ 定着制御部
３７ａ 電流センサ
３７ｂ 電圧センサ
３８ａ 環境温度検出部
３８ｂ 時刻カウンタ
Ｌ１ 第１の電源ライン
Ｌ２ 第２の電源ライン
Ｌ３ 第３の電源ライン

Claims (4)

1. 通電によって発熱する発熱体と、
   前記発熱体に直流電力を供給する補助電源と、
   交流電源からの交流電力を前記発熱体に送電する第１の電源ラインと、
   交流電源からの交流電力を前記補助電源に送電する第２の電源ラインと、
   前記発熱体及び補助電源に接続され、前記補助電源からの直流電力を前記発熱体に送電する第３の電源ラインと、
   前記第１の電源ラインに設けられ、当該第１の電源ラインを接続又は遮断する第１の切換部と、
   前記第２の電源ラインに設けられ、当該第２の電源ラインを接続又は遮断する第２の切換部と、
   前記第３の電源ラインに設けられ、当該第３の電源ラインを接続又は遮断する第３の切換部と、
   前記第１の切換部、前記第２の切換部及び前記第３の切換部をそれぞれ制御する定着制御部と、を有し、
   前記定着制御部は、前記発熱体への通電時、前記第１の切換部及び前記第２の切換部をそれぞれオフした状態で前記第３の切換部をオンして前記補助電源からの直流電力を前記発熱体に供給するとともに、前記第３の切換部をオフして前記補助電源からの直流電力の供給を停止し、その後、前記第１の切換部をオンして前記交流電源からの交流電力を前記発熱体に対して供給しており、
   フリッカー規格を具備するための前記発熱体の抵抗値と、前記第３の切換部をオフしてから前記第１の切換部をオンするまでの切換時間差の間に低下する前記発熱体の抵抗値とに基づいて、判定抵抗値を設定し、
   前記判定抵抗値と、前記発熱体において検出される抵抗値とに基づいて、前記発熱体への電力供給を前記補助電源側から前記交流電源側に切り換える切換タイミングを決定することを特徴とする定着装置。
2. 前記補助電源は、
   交流電力を直流電力に変換する電力変換手段と、
   当該変換された直流電力を蓄電又は放電する蓄電手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載された定着装置。
3. 前記定着制御部は、定着温度を管理するための参照温度として一定の値を用いて定着温度制御を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された定着装置。
4. 用紙に画像を転写する転写部と、
   画像が転写された用紙に定着処理を施す、請求項１から３のいずれかに記載の定着装置と、
   を有する画像形成装置。

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