JP7180134B2 - 加熱制御装置、画像形成装置、加熱制御方法、並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、加熱制御装置、画像形成装置、加熱制御方法、並びにプログラムに関する。

従来、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、転写紙等の記録材に転写された未定着画像（トナー像）を記録材上に定着させる定着装置として熱定着装置が広く利用されている。定着ユニットで使用するヒータの制御問題として、定着温度の追従性（安定性）とＥＭＣ（欧州連合）が要求している高調波低減とフリッカ（ちらつき現象）の発生低減を両立する技術が知られている。

上記ＥＭＣのフリッカ規制の基準値をクリアし、かつ、定着ユニットの必要とするデューティを波形の変動なく供給する定着ヒータの点灯方法として、「割り振り制御」と呼ばれる技術が知られている。この割り振り制御について複数のヒータのうち、１本のみが、デューティ制御を行い、他のヒータは、オン／オフ制御を行う点灯方法が例えば、特許文献１に記載されている。

しかしながら、上述した従来の技術では、同じ出力の複数のヒータ（熱源）を使用することが前提である。このため、通常、これらの複数のヒータは同一電源元から、電源が供給されるが、ヒータの本数または出力Ｗ数が増えると、電源元を複数持つ場合が生じる。このとき、電源の出力電圧が異なる場合、ヒータの総電力量（出力熱量）とヒータ点灯の線形性を維持できなくなる問題があった。また、電力の制限についても同様のことが発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の電源によって複数の熱源を点灯制御する場合に、熱源の総電力量と点灯の線形性を確保して安定した点灯制御を実現することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、トナー像を記録媒体に定着する定着装置の定着部材を加熱する複数の熱源に電力を供給する複数の供給電源の電圧値を検出する複数の電圧検出部と、複数の熱源を点灯するために、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御により、点灯優先順位を予め設定した複数の前記熱源それぞれのデューティを割り振るデューティ制御を実行する加熱制御部とを有し、加熱制御部は、予め設定された複数の前記熱源の点灯優先順位が高い順に複数の前記熱源のデューティを設定し、前記点灯優先順位を変更する際に、複数の電圧検出部により検出された電圧値と熱源の定格出力値に基づき、複数の前記熱源の総電力量と前記デューティ制御で使用するデューティの関係が線形になるように、全ての前記熱源のデューティを補正し、前記加熱制御部は、複数の前記熱源それぞれのデューティである点灯デューティの合計と、定着装置が設定されている総電力を消費するときのデューティである最大点灯デューティとを比較し、前記点灯デューティの合計が前記最大点灯デューティを上回っている場合に、複数の前記熱源それぞれの前記点灯デューティの割り振りを行うことを特徴とする。

本発明は、複数の電源によって複数の熱源を点灯制御する場合に、熱源の総電力量と点灯の線形性を確保し、安定した点灯制御が実現するという効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 図２は、実施の形態にかかる定着装置の構成例を示す説明図である。 図３は、実施の形態にかかる画像形成装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図４は、実施の形態にかかる画像形成装置の機能構成例を示すブロック図である。 図５は、実施の形態にかかる定着制御部の構成を示すブロック図である。 図６は、実施の形態にかかるデューティの割り当て例の処理の流れを示すフローチャートである。 図７は、実施の形態にかかる割り当て計算例を示すフローチャートである。 図８は、従来におけるヒータ制御例（１）を示すグラフである。 図９は、従来におけるヒータ制御例（２）を示すグラフである。 図１０は、従来におけるヒータ制御例（３）を示すグラフである。 図１１は、従来におけるヒータ制御例（４）を示すグラフである。 図１２は、本発明におけるヒータ制御例を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる加熱制御装置、画像形成装置、加熱制御方法、並びにプログラムの一実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
まず、本実施の形態の加熱制御装置が搭載される画像形成装置例について説明する。図１は、実施の形態にかかる画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図１では、画像形成装置１００としてタンデム型中間転写式の画像形成装置本体について示している。また、画像形成装置１００には給紙テーブルが下部に配置されている。また、画像形成装置１００の内部には複数の画像形成手段１１８Ｙ、１１８Ｍ、１１８Ｃ、１１８Ｋが並設されたタンデム型中間転写式の画像形成部（以下、タンデム型画像形成部と言う）１２０が設けられており、上記の符号に付けた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色をそれぞれ示している。画像形成装置１００には、中央付近に、無端ベルト状の中間転写体（以下、中間転写ベルトと言う）１１０が設けられている。この中間転写ベルト１１０は、複数の支持ローラ１１４、１１５ａ、１１５ｂ、１１６ａ等に掛け回して図中時計回りに回転搬送可能とする。

この図示例では、支持ローラ１１６ａの左に、中間転写ベルト用のクリーニング装置１１７を設けている。クリーニング装置１１７は画像転写後に中間転写ベルト１１０上に残留する残留トナーを除去する。支持ローラ１１４と支持ローラ１１５ａ間に張り渡した中間転写ベルト１１０上には、その搬送方向に沿って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの画像形成手段１１８Ｙ、１１８Ｍ、１１８Ｃ、１１８Ｋ（以下、１１８Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのように記述する）を横に並べて配置してタンデム型画像形成部１２０を構成する。このタンデム型画像形成部１２０の各画像形成手段１１８Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー画像を担持する像担持体としての感光体ドラム１４０Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを有している。なお、以下、添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋについては、支障のない範囲で省略することもある。

そして、このタンデム型画像形成部１２０の上には、図１に示すように２つの露光装置１２１が設けられている。各露光装置１２１はそれぞれ２つの画像形成手段（１１８Ｙと１１８Ｍ、１１８Ｃと１１８Ｋ）に対応しており、例えば２つの光源装置（半導体レーザ、半導体レーザアレイ、あるいはマルチビーム光源等）とカップリング光学系、共通の光偏向器（ポリゴンミラー等）、２系統の走査結像光学系等で構成される光走査方式の露光装置であり、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報に応じて各感光体ドラム１４０Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに露光を行い、静電潜像を形成する。

また、各画像形成手段１１８Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの感光体ドラム１４０Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの周囲には、上記の露光に先立って各感光体ドラムを均一に帯電する帯電装置１１３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、上記の露光装置１２１によって形成された静電潜像を各色のトナーで現像する現像装置１１１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、感光体ドラム１４０上の転写残トナーを除去する感光体用クリーニング装置１１７Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋが設けられている。さらに、各感光体ドラム１４０Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋから中間転写ベルト１１０にトナー画像を転写する一次転写位置には、中間転写ベルト１１０を間に挟んで各感光体ドラム１４０Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに対向するように一次転写手段の構成要素としての一次転写ローラ１６２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋが設けられている。

中間転写ベルト１１０を支持する複数の支持ローラのうち、支持ローラ１１４は中間転写ベルト１１０を回転駆動する駆動ローラであり、図示しない駆動伝達機構（ギヤ、プーリ、ベルト等）を介して駆動用のモータと接続されている。また、ブラック（Ｋ）の単色画像を中間転写ベルト１１０上に形成する場合には、図示しない移動機構により、支持ローラ１１４以外の支持ローラ１１５ａ、１１５ｂを移動させて、イエロー、マゼンタ、シアンの感光体ドラム１４０Ｙ、Ｍ、Ｃを中間転写ベルト１１０から離間させることが可能である。

中間転写ベルト１１０を挟んでタンデム型画像形成部１２０と反対の側には、二次転写装置１２２を備えている。この二次転写装置１２２は、図１では、二次転写対向ローラ１１６ａに二次転写ローラ１１６ｂを押し当てて転写電界を印加することで中間転写ベルト１１０上の画像を転写媒体としてのシート状の転写紙Ｓに転写する。また、二次転写装置１２２の横には、転写紙Ｓ上の転写画像（未定着のトナー像）を熱および圧力の作用によって定着する定着装置１２５を設けている。

定着装置１２５は、無端ベルトである定着ベルト１２６に加圧ローラ１２７を押し当てて構成する。定着ベルト１２６は２つの支持ローラに掛け回されており、少なくとも一方のローラには図示しない加熱手段（ヒータ、ランプ、または電磁誘導式の加熱装置等）が設けられている。定着装置１２５は、後述する加熱制御装置によってヒータ点灯等の制御が行われる。

二次転写装置１２２で画像が転写された転写紙Ｓは、２つのローラ１２３に支持された搬送ベルトにより上記定着装置１２５へと搬送される。もちろん、搬送ベルト１２４の部分は、固定されたガイド部材でもよく、また、搬送ローラや搬送コロ等でもよい。

なお、図示の例では、このような二次転写装置１２２および定着装置１２５の下部に、上述したタンデム型画像形成部１２０と平行に、転写紙Ｓの両面に画像を記録すべく転写紙Ｓを反転して搬送するシート反転装置を備えている。

図２は、実施の形態にかかる定着装置１２５の構成例を示す説明図である。本例における定着装置１２５は、ベルト定着方式であり、定着ベルト１２６、加圧ローラ１２７、定着ローラ１２８、加熱ローラ１２９等を備える。

定着ベルト１２６は、ＰＩ（ポリイミド樹脂）の基材にシリコーンゴムとＰＦＡ（フッ素樹脂（fluorocarbon-polymers））をコーティングした無端状のベルトである。定着ベルト１２６は、定着時におけるトナー付着を抑制するために、表面が離形性に優れた材質が用いられている。加圧ローラ１２７は、金属製の芯金とシリコーンゴムから成り、芯金部分にヒータ１３３を内蔵し、定着ローラ１２８に対向して所定圧で加圧されている。定着ローラ１２８は、金属の芯金とシリコーンゴムから成る。加熱ローラ１２９は、アルミニウム製の中空ローラであり、アルミニウム部分には、ヒートパイプが埋め込まれており、これにより軸方向の温度を一定にすることができる。

加熱ローラ１２９の中空部分には、ハロゲンヒータを用いた第１ヒータ１３０、第２ヒータ１３１、第３ヒータ１３２が内蔵されている。第１ヒータ１３０は、ハロゲンヒータであり、出力１１００Ｗ、定格電圧２００Ｖで、後述する複数の電源ケーブルから電圧が印加される。第２ヒータ１３１は、第１ヒータ１３０と同一仕様のヒータであり、後述する電源ケーブルから電圧が印加される。第３ヒータ１３２は、第２ヒータ１３１と同一仕様のヒータであり、後述する電源ケーブルから電圧が印加される。加熱ローラ１２９の近傍には、例えばサーモパイルを用いた温度検出センサ２４５を配置し、定着ベルト１２６の温度を監視する。なお、これら第１ヒータ１３０～第３ヒータ１３２の点灯制御については後に詳述する。

図３は、実施の形態にかかる画像形成装置１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。画像形成装置１００は、図示するように、メイン制御部２００、画像形成部２１０、定着制御部２２０等を備える。メイン制御部２００は、マイクロコンピュータシステムとなっており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２及びＲＡＭ（Random Access Memory）２０３を有する。定着制御部２２０は、加熱制御部１０、電圧検出部２３０及び温度検出センサ２４５を有する。

メイン制御部２００は、画像形成装置１００の各部を統括的に制御する。定着制御部２２０は、メイン制御部２００から送られる所定の制御信号により、定着装置１２５の第１ヒータ１３０～第３ヒータ１３２の点灯制御等を行う。加熱制御部１０は、ＣＰＵ２２１、ＲＯＭ２２２及びＲＡＭ２２３を有する。電圧検出部２３０は、第１電圧検出部２３１、第２電圧検出部２３２を有し、電源ケーブルからヒータに印加される電圧を検出し、加熱制御部１０にフィードバックする。

図４は、実施の形態にかかる画像形成装置１００の機能構成例を示すブロック図である。図示するように、画像形成装置１００は、加熱制御部１０、電圧検出処理部１１、温度検出処理部１２等の各機能を有する。

電圧検出処理部１１は、第１電圧検出部２３１、第２電圧検出部２３２で検出した各ヒータへ印加される電圧値を取得し、所定の処理を実行する。電圧検出処理部１１は、定着ベルト１２６を加熱する複数の熱源それぞれに電力を供給する複数の供給電源の電圧値を検出する。温度検出処理部１２は、温度検出センサ２４５で検出した定着装置１２５の定着ベルト１２６近傍の温度値を取得し、所定の処理を実行する。

加熱制御部１０は、数の熱源それぞれの最大出力値が一定値となるように、複数の熱源の各点灯デューティを加算した最大点灯デューティを、複複数の熱源それぞれに点灯デューティを割り振り、複数の熱源を、デューティ制御によって点灯させる。また、加熱制御部１０は、複数の熱源の総電力量を、複数の電圧検出部により検出された電圧値と熱源の定格出力値にしたがって、所定のデューティに対して線形に補正する。また、加熱制御部１０は、複数の熱源それぞれの最大出力値が一定値となるように、複数の熱源の各点灯デューティを加算した最大点灯デューティを、複数の熱源それぞれに点灯デューティを割り振り、複数の熱源を、予め設定された複数の熱源の点灯優先順位が高い順にデューティ制御によって点灯させる。また、加熱制御部１０は、複数の熱源の総電力量を、定着装置１２５が稼動している最中に点灯優先順位が変更された場合に、複数の電圧検出部により検出された電圧値と熱源の定格出力値にしたがって、所定のデューティに対して線形に補正する。

なお、上述した画像形成装置１００の機能構成の一部または全部をソフトウェアまたはハードウェアで実現してもよい。

なお、デューティとは、単位時間（制御周期）あたりのヒータへの通電時間の割合を示すものである。

図５は、実施の形態にかかる定着制御部２２０の構成を示すブロック図である。図示するように、定着制御部２２０は、フィードバック部２５５、第１ヒータ制御部２７１、第２ヒータ制御部２７２、第３ヒータ制御部２７３を有する。

フィードバック部２５５は、温度検出センサ２４５によって検出した温度情報に基づき、定着ベルト１２６の定着温度の目標値（Ｔｒｅｆ）と温度検出センサ２４５が検出した定着ベルト１２６の現在の温度（Ｔｃｕｒ）から、差分値（＝Ｔｒｅｆ－Ｔｃｕｒ）を算出する。そして、算出した差分値をメイン制御部２００に送る。第１ヒータ制御部２７１は、ＰＩＤ制御部２８１、オン／オフ制御部２８２を有する。第２ヒータ制御部２７２は、ＰＩＤ制御部２８３、オン／オフ制御部２８４を有する。第３ヒータ制御部２７３は、ＰＩＤ制御部２８５、オン／オフ制御部２８６を有する。第１ヒータ制御部２７１、第２ヒータ制御部２７２、および第３ヒータ制御部２７３は、後述する各ヒータの点灯制御を行う。

なお、ＰＩＤ制御は、Proportional Integral Differential Controllerの略称であり、入力値の制御を、設定値と現在値の差にＰ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）を行い、設定値に向けて制御するものである。

本例では、第１電源ケーブル２９１から出力される電源の定格電流を２０Ａとし、また、第２電源ケーブル２９２から出力される電源の定格電流を２０Ａとする。

第１電源ケーブル２９１は第１ヒータ１３０に接続され、第１電源ケーブル２９１の電圧は第１ヒータ１３０に印加される。第２電源ケーブル２９２は第２ヒータ１３１および第３ヒータ１３２に接続され、第２電源ケーブル２９２の電圧は第２ヒータ１３１および第３ヒータ１３２に印加される。第１電圧検出部２３１は、第１電源ケーブル２９１の電圧を検出する。第２電圧検出部２３２は、第２電源ケーブル２９２の電圧を検出する。第１電圧検出部２３１および第２電圧検出部２３２による電圧検出値は、加熱制御部１０に入力される。加熱制御部１０は、この情報を元に所定の制御を行う。

次に、各ヒータの点灯デューティの割り振り制御を行い、各ヒータの点灯デューティと出力を線形に制御する例について説明する。まず、各ヒータの点灯プライオリティー（点灯優先順位ともいう）と点灯パターンについて説明する。ここで、ヒータＡ、ヒータＢ、ヒータＣを制御上のヒータ名称とし、点灯プライオリティの順序をヒータＡ、ヒータＢ、ヒータＣとする。実際の第１ヒータ１３０、第２ヒータ１３１、第３ヒータ１３２をヒータＡ、ヒータＢ、ヒータＣへの割り当てのパターンをもたせ、下記表１のように設定する。

第１ヒータ１３０～第３ヒータ１３２の各ヒータの点灯デューティの計算は、ＰＩＤ計算で行う。本実施の形態における実際のヒータは３本であるが、１本とみなして計算を行い、０％以上を出力する。１００％以上であっても採用する。算出された値を３倍にする。

次に、デューティの割り当て例について説明する。まず、ハロゲンヒータに電圧を印加し、電力が安定したときの出力Ｗは、下記の関係式となる。
Ｈｗ＝Ｈｔｗ×（Ｖｉｎ／Ｖｔ）＾（１．５４）
Ｈｗ：ヒータ出力電力Ｗ
Ｈｔｗ：ヒータの定格電圧時の出力電力
Ｖｉｎ：印加電圧
Ｖｔ：ヒータの定格電圧
上式より、同じヒータに異なる電圧が印加された場合の出力電圧の比率は、電圧比率の１．５４乗である。

続いて、制御上のヒータＡ、ヒータＢ、ヒータＣに異なる電圧が印加されているとして、計算を行う。本構成では、第２ヒータ１３１と第３ヒータ１３２に同一の電源ケーブルをもちいているため、同じ電圧が印加されるが、計算上は異なる電圧が印加されても対応できるようにしておく。これにより、複数のヒータに電圧を印加するための電源ケーブル（電源）が増えても対応することができる。なお、本例では、電圧の名称として、第１電源ケーブル２９１からの電圧をメイン電源電圧（Ｖｍａｉｎ）とよび、第２電源ケーブル２９２からの電圧をサブ電源電圧（Ｖｓｕｂ）と記述する。また、計算に使用する基準電圧は、第２電源ケーブル２９２からの電圧であるサブ電源電圧を基準とした。ＰＩＤ計算により、３つのヒータ、第１、第２、第３ヒータの出力デューティを得る。基準電圧は、この３本のヒータのいずれかに印加される。

制御上使用するパラメータについては、表２のように定義する。表２におけるＤは、ＰＩＤ計算し、３倍にした値であり、算出デューティと呼ぶことにする。

次に、デューティの割り当て例の処理の流れについて図６に示すフローチャートを参照して説明する。図６では、ヒータＡ→ヒータＢ→ヒータＣの順にデューティを割り振っていく。第２ヒータ１３１（ヒータＣ）及び第３ヒータ１３２（ヒータＡ）にサブ電源電圧が印加されたとき、メイン電源電圧が印加された第１ヒータ１３０（ヒータＢ）においてＤＵＴＹ割振りの係数計算を行う。

加熱制御部１０は、本処理の開始にあたり、算出デューティを取得し、Ｄ＝６３×３＝１８９％とする。加熱制御部１０は、まず、表１の点灯パターン取得を取得する（ステップＳ１０１）。ここでパターン２が選択されたとすると、制御で使用するヒータＡ～Ｃと実在の第１ヒータ１３０～第３ヒータ１３２と、印加電圧は下記のようになる。
ヒータＡ＝第３ヒータ１３２（サブ電源からの電圧印加）
ヒータＢ＝第１ヒータ１３０（メイン電源からの電圧印加）
ヒータＣ＝第２ヒータ１３１（サブ電源からの電圧印加）

続いて、加熱制御部１０は、サブ電源電圧（Ｖｓｕｂ）との出力係数Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃの計算を行う（ステップＳ１０２）。ここで、メイン電源（第１電源ケーブル２９１）の電圧検出結果が２３６Ｖであり、サブ電源（第２電源ケーブル２９２）の電圧検出結果が２００Ｖであったとする。
Ｋａ＝１
Ｋｂ＝（２３６／２００）＾１．５４＝１．２９
Ｋｃ＝１

続いて、加熱制御部１０は、ヒータＡでデューティを満たすことができるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。すなわち、加熱制御部１０は、［Ｄ－１００Ｋａ＞０］であるか否かを判断する。本例では、［Ｄ－１００Ｋａ＞０］→１８９－１００＝８９＞０となり、ヒータＡのみでは、要求された出力を得られないことを意味する。加熱制御部１０は、ステップＳ１０３において、判断Ｙｅｓの場合には処理をステップＳ１０４に進め、判断Ｎｏの場合は処理をステップＳ１０７に進める。

ステップＳ１０７では、加熱制御部１０は、ヒータＡのデューティを計算する。一方、ステップＳ１０４では、加熱制御部１０は、ヒータＡ＋Ｂでデューティを満たすことができるか否かを判断する。すなわち、加熱制御部１０は、［Ｄ－１００Ｋａ－１００Ｋｂ＞０］であるかを判断する。ステップＳ１０４において本例では、［Ｄ－１００Ｋａ－１００Ｋｂ＞０］→１８９－１００－１２９＝－４０となり、ヒータＢにはヒータＡより高い電圧が印加されており、１．２９の補正をかけている。これは、ヒータＡとヒータＢで要求された出力を得ることができることを意味する。加熱制御部１０は、ステップＳ１０４において、判断Ｙｅｓの場合はステップＳ１０５に処理を進め、判断Ｎｏの場合にはステップＳ１０８に処理を進める。

ステップＳ１０８では、加熱制御部１０は、ヒータＢのデューティを計算する。すなわち、ステップＳ１０８では、加熱制御部１０は、［Ｄａ＝１００、Ｄｂ＝（Ｄ－１００Ｋａ）／Ｋｂ、Ｄｃ＝０］を計算する。本例では、［Ｄａ＝１００、Ｄｂ＝（Ｄ－１００Ｋａ）／Ｋｂ、Ｄｃ＝０］は、
Ｄａ＝１００、
Ｄｂ＝（１８９－１００）／１．２９＝６９、そして、
Ｄｃ＝０となる。

加熱制御部１０は、Ｄｂに割り当てるデューティの計算を行っている。ヒータＢは、ヒータＡに対して同じデューティで１．２９倍の出力があるので、ヒータＡが１８９％出力したときの値と合わせるために、加熱制御部１０は、１．２９の補正をかける（割り算をする）。これによって、ヒータデューティと出力を線形の関係になるようにしている。また、この計算によりヒータの点灯パターンが変更されても、算出デューティに対して、同じ出力となる。

一方、ステップＳ１０５では、加熱制御部１０は、（Ｄ－１００Ｋａ－１００Ｋｂ－１００Ｋｃ）は、「０」よりも大きいか否かを判断する。加熱制御部１０は、ステップＳ１０５において、判断Ｙｅｓの場合はステップＳ１０６に処理を進め、判断Ｎｏの場合にはステップＳ１０９に処理を進める。

ステップＳ１０９では、加熱制御部１０は、ヒータＣのデューティを計算する。一方、ステップＳ１０６では、加熱制御部１０は、Ｄａ＝１００、Ｄｂ＝１００、Ｄｃ＝１００として本動作を終了する。

次に、ヒータ出力の制限例について説明する。ヒータの出力最大値が一定の値と成るように、３本に割り振られるデューティの最大値を設定する。３つのデューティ最大値を加算した値を最大点灯デューティと呼ぶ。

上記最大点灯デューティの設定例について説明する。ハロゲンヒータに電圧を印加し、電力が安定したときの出力Ｗは、下記の関係式となる。
Ｈｗ＝Ｈｔｗ×（Ｖｉｎ／Ｖｔ）＾（１．５４）
Ｈｗ：ヒータ出力電力Ｗ
Ｈｔｗ：ヒータの定格電圧時の出力電力
Ｖｉｎ：印加電圧
Ｖｔ：ヒータの定格電圧
上式より、同じヒータに異なる電圧が印加された場合の出力電圧の比率は、電圧比率の１．５４乗である。

続いて、制御上のヒータＡ、ヒータＢ、ヒータＣに異なる電圧が印加されているとして、計算を行う。本構成では、第２ヒータ１３１と第３ヒータ１３２に同一の電源ケーブルを用いているため、第２ヒータ１３１と第３ヒータ１３２に同じ電圧が印加されるが、計算上は異なる電圧が印加されても対応できるようにしておく。これにより、電源ケーブルが増えても対応することができる。

ここで、電圧の名称として、第１電源ケーブル２９１からの電圧をメイン電源電圧とよび、第２電源ケーブル２９２からの電圧をサブ電源電圧という。

制御上使用するパラメータは、表３のように定義する。総電力Ｗａｌｌは、画像形成装置１００として制限される電力とする。ヒータ１本の最大電力Ｗｍａは、電圧検出が真の値より、最大誤差２％分高く読んでいるとみなす。よって、検出電圧の１０２％をヒータに印加している電圧とする。

次に、割り当て計算例について図７に示すフローチャートを参照して説明する。ここで、第１ヒータ１３０、第２ヒータ１３１、第３ヒータ１３２の定格電圧を２０８Ｖとする。また、本例では、電圧検出は、真値に対して最大に高い値を望んでいるとみなす（実電圧は検出電圧の１０２％）。また、ヒータは公差最大品であるとみなす。この条件において、設定されている総電力を画像形成装置で消費するときのデューティが、最大点灯デューティである。また、ヒータＡ（ヒータ識別Ｈａ）→ヒータＢ（ヒータ識別Ｈｂ）→ヒータＣ（ヒータ識別Ｈｃ）の順にデューティを割り振る。総電力は３３００Ｗとする。

図７において、まず、第１電圧検出部２３１および第２電圧検出部２３２により印加電圧を取得する（ステップＳ２０１）。検出されたメイン電圧を２００Ｖ、検出されたサブ電圧を２４０Ｖとする。また、ヒータの定格電圧を２０８Ｖ、電力を１１００Ｗ、電力公差を－５～０％とする。

続いて、点灯パターンを取得する（ステップＳ２０２）。ここで点灯パターンは、パターン１（表１参照）とする。この時点で、ヒータ１本の最大電力を下記のように計算しておく。
Ｗｍａ＝１０６７Ｗ（メイン電源による電圧の印加）
Ｗｍｂ＝１４１４Ｗ（サブ電源による電圧の印加）
Ｗｍｃ＝１４１４Ｗ（サブ電源による電圧の印加）

続いて、［Ｗａｌｌ＞Ｗｍａ］であるか否かを判断する（ステップＳ２０３）。すなわち、ヒータＡで総電力Ｗａｌｌが補えるかを確認する。本例では、３３００－１０６６＞０であり、ヒータＡの出力は制限電力以下である。上記ステップＳ２０３において、判断Ｙｅｓの場合にはステップＳ２０４に進み、判断Ｎｏの場合にはステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８では、ヒータＡでのデューティを計算する。すなわち、Ｄｄａ＝Ｗａｌｌ／Ｗｍａ×１００、Ｄｄｂ＝０、Ｄｄｃ＝０を計算する。一方、ステップＳ２０４では、［Ｗａｌｌ－Ｗｍａ＞Ｗｍｂ］であるか否かを判断する。すなわち、ヒータＡ＋Ｂで総電力Ｗａｌｌが補えるかを確認する。本例では、３３００－１０６７＝２２３３＞１４１４であり、ヒータＡとヒータＢの総合の出力は制限電力以下である。上記ステップＳ２０４において、判断Ｙｅｓの場合にはステップＳ２０５に進み、判断Ｎｏの場合にはステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０９では、ヒータＡ＋Ｂでのデューティを計算する。すなわち、Ｄｄａ＝１００、Ｄｄｂ＝（Ｗａｌｌ－Ｗｍａ）／Ｗｍｂ×１００、Ｄｄｃ＝０を計算する。一方、ステップＳ２０５では、［Ｗａｌｌ－Ｗｍａ－Ｗｍｂ＞Ｗｍｃ］であるか否かを判断する。すなわち、ステップＳ２０５では、ヒータＡ＋Ｂ＋Ｃで総電力Ｗａｌｌが補えるかを確認する。本例では、３３００－１０６７－１４１４＝８１９＜１４１４であり、ヒータＡとヒータＢとヒータＣの総合の出力は制限電力以上である。よって、ヒータＣの出力を制限する必要がある。

上記ステップＳ２０５において、判断Ｙｅｓの場合にはステップＳ２０６に進み、判断Ｎｏの場合にはステップＳ２１０に進む。ステップＳ２０６では、Ｄｄａ＝１００、Ｄｄｂ＝１００、Ｄｄｃ＝１００とする。

ステップＳ２１０において、［Ｄｄａ＝１００、Ｄｄｂ＝１００、Ｄｄｃ＝（Ｗａｌｌ－Ｗｍａ－Ｗｍｂ）／Ｗｍｃ×１００］を計算すると、Ｄｄａ＝１００、Ｄｄｂ＝１００、Ｄｄｃ＝（３３００－１０６７－１４１４）／１４１４×１００＝５７となり、ヒータＣの制限デューティは６８％である。

続いて、［最大点灯デューティ、Ｍａｘ＿デューティ＝Ｄｄａ＋Ｄｄｂ＋Ｄｄｃ］を求める（ステップＳ２０７）。この結果、本例では、Ｍａｘ＿デューティ＝１００＋１００＋５７＝２５７となる。

次に、上述したヒータの点灯制御における制限例について説明する。デューティの割り振りで行われた３本のヒータ（第１ヒータ１３０～第３ヒータ１３２）のデューティの合計と、最大点灯デューティを比較し、３本のヒータの点灯デューティの合計が最大点灯デューティを上回っている場合、最大点灯デューティの割り振りをさらに行い、ヒータの点灯制御を行う。これによって、ヒータの点灯デューティと出力が制限される。

また、定着装置１２５が稼動している最中に点灯優先順位が変更された場合、ヒータのオン／オフのパターン（表１参照）の変更（ローテーション）を行う。デューティの割り振り制御を使用すると、同じ点灯状態が長く続く場合、１００％で点灯しているヒータの温度が上昇してしまうことがありえる。特にヒータへの入力電圧が高い場合に定着装置１２５における温度上昇がしやすい。そこで、予め設定した一定の間隔で、ヒータの点灯パターンをローテーションさせていく。これにより、ヒータの温度上昇を抑えることができる。なお、ヒータの温度が上昇しやすいのは、通紙中、すなわち定着装置１２５が稼働中であるので、転写紙Ｓが定着装置１２５に搬送されている通紙中にヒータのオン／オフのパターン変更を行うようにする。

例えば、ヒータの点灯パターン（表１参照）をローテーションとして下記[１]～[４]について行う。
[１]定着装置１２５が稼働して記録紙Ｓを通紙している一定の周期について点灯パターンを変更する。
[２]３本のヒータ（第１ヒータ１３０、第２ヒータ１３１、第３ヒータ１３２）の総合点灯時間（ヒータが点灯（オン）している時間）が一定閾値を超える場合について点灯パターンを変更する。
[３]印刷枚数が予め設定した閾値を超える場合について点灯パターンを変更する。
[４]新しい印刷を開始する場合について点灯パターンを変更する。

次に、上述したヒータ制御の従来例と本発明とについてさらに説明する。まず、従来における制御について説明する。従来、３本のヒータを割り振り制御で点灯するとする。割り振り制御の中でも、点灯方法は２つある。１つはデューティ受け持ちヒータ指定方法であり、デューティ制御を行うヒータを１つに指定する。３本のヒータをＡ，Ｂ，Ｃとすると、ヒータＣをデューティ制御するヒータに指定する。他方、複数のヒータの点灯優先順位を設定するライオリティ設定方法があり、ヒータＡ→ヒータＢ→ヒータＣの順にデューティを埋めていく方法である。この例を表４に示す。

３本のヒータの電源が同一の場合、デューティに対するヒータが出力する熱量に差は生じても、線形性は維持されていたが、電源系統が複数になり、それぞれの電圧が異なる場合、デューティとヒータ出力熱量の線形性が保たれなくなる。

また、デューティ受け持ち制御の場合、図８、図９に示すようにデューティに対して出力に段差をもつ場合があり、最悪、出力が逆転する場合が生じる。さらには、図１０、図１１に示すように、ヒータのプライオリティ設定の場合、出力が完全に線形ではない場合が生じる。

これに対して、本発明は、上述した従来のヒータ制御の問題を解決するものである。本発明は上述した実施の形態のように、ヒータに印加する電圧を検出し、その電圧による出力差を補正してヒータへ制御を行うことで、出力の線形性を保持することができる（図１２参照）。

このように、上述してきた実施の形態によれば、下記第１から第３に示す不具合が解消される。第１に、電源の出力電圧が異なる場合、ヒータの出力熱量と点灯の線形性を維持することができなくなる。線形性を維持できない場合、デューティとヒータ出力の関係に逆転または、線形性が失われることが生じる。これらが生じると定着ベルト１２６または加熱ローラ１２９の温度の追従性が失われるために、光沢ムラなど印刷画質に悪影響を与えることになる。そこで本実施の形態では、複数の電源に印加されている電圧を検出する複数の電圧検出部を有し、ヒータごとに印加されている電圧分の補正をデューティにかけることによって、出力の線形性を保つことで、上記不具合を解消している。

第２に、画像形成装置１００として、使用する電力を定格内にするために、電圧検出を行う必要があるが、電源が複数化することにより、複数の電圧結果を利用する電力制限が求められる。本実施の形態では、前述したように各ヒータのデューティの合計と最大点灯デューティとを比較して、各ヒータのデューティの合計が最大点灯デューティを上回っている場合に、再度、各ヒータのデューティの割り振りを行っている。このように、各ヒータの点灯時にデューティの制限を設けることによって、電力を定格内にすることができる。

第３に、ヒータの点灯制御を行っている場合、１００％で点灯し続けるヒータが生じる場合がある。入力電圧が高い場合、１００％点灯し続けると、ヒータ自体の温度が上昇してしまい、ヒータ自体の寿命低下につながる可能性があった。そこで本実施の形態では、ヒータが稼働している最中に点灯優先順位（表１参照）を変更することによって、温度上昇を抑えることができる。

ところで、本実施の形態の画像形成装置１００で実行されるプログラムは、ＲＯＭ２２２等に予め組み込まれて提供される。また、上記プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。

さらに、本実施の形態で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施の形態で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

本実施の形態で実行されるプログラムは、上述した各部を含むモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしてはＣＰＵ２２１が上記ＲＯＭ２２２からプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、各部が主記憶装置上に生成されるようになっている。

なお、上述してきた実施の形態は本発明を実現するための一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図しない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。また、これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 加熱制御部
１１ 電圧検出処理部
１２ 温度検出処理部
１００ 画像形成装置
１２５ 定着装置
１２６ 定着ベルト
１３０ 第１ヒータ
１３１ 第２ヒータ
１３２ 第３ヒータ
２００ メイン制御部
２２０ 定着制御部
２３１ 第１電圧検出部
２３２ 第２電圧検出部
２４５ 温度検出センサ
２９１ 第１電源ケーブル
２９２ 第２電源ケーブル

特開２０１６－２８２６２号公報

Claims (8)

1. トナー像を記録媒体に定着する定着装置の定着部材を加熱する複数の熱源に電力を供給する複数の供給電源の電圧値を検出する複数の電圧検出部と、
   複数の前記熱源を点灯するために、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御により、点灯優先順位を予め設定した複数の前記熱源それぞれのデューティを割り振るデューティ制御を実行する加熱制御部とを有し、
   前記加熱制御部は、予め設定された複数の前記熱源の点灯優先順位が高い順に複数の前記熱源のデューティを設定し、前記点灯優先順位を変更する際に、複数の前記電圧検出部により検出された電圧値と前記熱源の定格出力値に基づき、複数の前記熱源の総電力量と前記デューティ制御で使用するデューティの関係が線形になるように、全ての前記熱源のデューティを補正し、
   前記加熱制御部は、複数の前記熱源それぞれのデューティである点灯デューティの合計と、定着装置が設定されている総電力を消費するときのデューティである最大点灯デューティとを比較し、前記点灯デューティの合計が前記最大点灯デューティを上回っている場合に、複数の前記熱源それぞれの前記点灯デューティの割り振りを行うこと
   を特徴とする加熱制御装置。
2. 請求項１に記載の加熱制御装置であって、
   前記加熱制御部は、定着装置が稼働している時間に応じて、前記点灯優先順位を変更すること
   を特徴とする加熱制御装置。
3. 請求項１に記載の加熱制御装置であって、
   前記加熱制御部は、前記熱源の点灯時間に応じて、前記点灯優先順位を変更すること
   を特徴とする加熱制御装置。
4. 請求項１に記載の加熱制御装置であって、
   前記加熱制御部は、定着装置が定着を行う前記記録媒体の枚数に応じて、前記点灯優先順位を変更すること
   を特徴とする加熱制御装置。
5. 請求項１に記載の加熱制御装置であって、
   前記加熱制御部は、定着装置が定着を行う印刷ジョブごとに、前記点灯優先順位を変更すること
   を特徴とする加熱制御装置。
6. 定着部材を用いてトナー像を記録媒体に定着する定着装置と、
   前記定着装置を加熱制御する、請求項１から請求項５のうち、いずれか一項に記載の加熱制御装置と、
   を有する画像形成装置。
7. 定着部材を用いてトナー像を記録媒体に定着する、複数の熱源を有する定着装置の加熱制御方法であって、
   複数の電圧検出部が、前記定着部材を加熱する複数の熱源に電力を供給する複数の供給電源の電圧値を検出する検出ステップと、
   加熱制御部が、複数の前記熱源を、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御により、点灯優先順位を予め設定した複数の前記熱源それぞれのデューティを割り振るデューティ制御によって点灯させるとき、予め設定された複数の前記熱源の点灯優先順位が高い順に複数の前記熱源のデューティを設定し、前記点灯優先順位を変更する際に、複数の前記電圧検出部により検出された電圧値と前記熱源の定格出力値に基づき、複数の前記熱源の総電力量と前記デューティ制御で使用するデューティの関係が線形になるように、全ての前記熱源のデューティを補正するデューティ補正ステップと、
   前記加熱制御部が、複数の前記熱源それぞれのデューティである点灯デューティの合計と、定着装置が設定されている総電力を消費するときのデューティである最大点灯デューティとを比較し、前記点灯デューティの合計が前記最大点灯デューティを上回っている場合に、複数の前記熱源それぞれの前記点灯デューティの割り振りを行う割り振りステップと、
   を含むことを特徴とする加熱制御方法。
8. コンピュータを、
   トナー像を記録媒体に定着する定着装置の定着部材を加熱する複数の熱源に電力を供給する複数の供給電源の電圧値を検出する複数の電圧検出部と、
   複数の前記熱源を点灯するために、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御により、点灯優先順位を予め設定した複数の前記熱源それぞれのデューティを割り振るデューティ制御を実行する加熱制御部として機能させ、
   前記加熱制御部は、予め設定された複数の前記熱源の点灯優先順位が高い順に複数の前記熱源のデューティを設定し、前記点灯優先順位を変更する際に、複数の前記電圧検出部により検出された電圧値と前記熱源の定格出力値に基づき、複数の前記熱源の総電力量と前記デューティ制御で使用するデューティの関係が線形になるように、全ての前記熱源のデューティを補正し、
   前記加熱制御部は、複数の前記熱源それぞれのデューティである点灯デューティの合計と、定着装置が設定されている総電力を消費するときのデューティである最大点灯デューティとを比較し、前記点灯デューティの合計が前記最大点灯デューティを上回っている場合に、複数の前記熱源それぞれの前記点灯デューティの割り振りを行うこと
   を特徴とするプログラム。

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