JP2014153520A - 画像形成装置及び画像形成装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ヒーターの点灯時における通電状態を適切に制御することで、フリッカや高調波歪といった種々の問題の発生を抑制することができる画像形成装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】定着ヒーター５３と、交流電源１００と定着ヒーター５３とを接続する電力線Ｌと、これを遮断するオフ状態と接続するオン状態とを切換可能なスイッチ５５と、交流電源のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部７１と、交流電源１００の交流出力に応じた状態信号を出力する電源状態検出部７２，７３と、制御部７０と、を有する。そして、制御部７０は、定着ヒーター５３の点灯を行う場合、交流電源１００のゼロクロスを条件にスイッチ５５をオン状態に設定するとともに状態信号が予め設定した状態値を超えた場合に切換部をオフ状態に設定して次のゼロクロスに到達するまでオフ状態を保持する点灯制御を、交流出力の半周期毎に行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置及びその制御方法に関する。

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、熱定着といった処理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、画像形成装置が備える定着装置には、定着処理を行うため加熱手段である定着ヒーターが備えられており、定着ヒーターとしては、例えばハロゲンランプが用いられている。

冬期夜間といったように低温環境に画像形成装置が放置された場合、定着ヒーターも低温となっており、この場合、ヒーター抵抗も小さい状態となっている。このような状態で定着ヒーターの点灯を行うと、突入電流が増大する傾向となり、この突入電流の増大はさらなるフリッカを生じさせる。ここで、フリッカは、定着ヒーターの点灯・消灯の度に生じる急激な電圧変動により、画像形成装置と同じ交流電源に接続されている機器、例えば照明装置がちらつく等の現象をいう。

例えば特許文献１には、位相制御と、波数制御とを組み合わせた制御方式を、定着ヒーターに投入する電力の制御に用いた画像形成装置が開示されている。ここで、位相制御は、フリッカに有利な制御方式であり、一方、端数制御は、高調波歪に有利な制御方式である。この画像形成装置は、商用電源から画像形成装置に流れる電流に基づいて、制御方式を切り換えることとしている。

なお、例えば特許文献２には、電源ケーブルの不適切な接続を検出する画像形成装置が開示されている。画像形成装置のＣＰＵは、画像形成装置の動作開始のタイミングで定着装置への電力供給を開始する。このとき、その他の負荷２０５に接続された電圧センサーにより電圧値を検知する。そして、この電圧値が閾値より小さいときは、ＣＰＵは、電源ケーブルが同一の商用電源に接続されていると判断する。

また、例えば特許文献３には、定着装置を備えた画像形成装置が開示されている。定着装置には、画像形成装置に入力する電流を検出する電流検出手段を介して電流が供給されており、この画像形成装置は、スイッチ素子の導通比率を制御し、画像形成装置の入力電流が所定値以下となるように、定着ヒーターに通電する電流を制御している。

特開２０１１−２５３０７１号公報 特開２０１０−２０４１４３号公報 特開平１０−２７４９０１号公報

しかしながら、従来の手法によれば、フリッカ、高調波歪といった種々の問題に十分に対応しきれていなかった。

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、定着ヒーターの点灯時における通電状態を適切に制御することで、フリッカや高調波歪といった種々の問題の発生を抑制することである。

かかる課題を解決するために、第１の発明は、通電によって点灯して熱定着を行う定着ヒーターと、交流電源と定着ヒーターとを接続する電力線と、電力線を遮断するオフ状態と、当該電力線を接続するオン状態とを切換可能な切換部と、電力線に設けられ、交流電源のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部と、電力線に設けられており、交流電源の交流出力に応じた状態信号を出力する電源状態検出部と、電源状態検出部からの状態信号及びゼロクロス検出部の検出結果に基づいて、切換部を制御する制御部と、を有し、制御部は、定着ヒーターの点灯を行う場合、交流電源のゼロクロスを条件に切換部をオン状態に設定するとともに状態信号が予め設定した状態値を超えた場合に切換部をオフ状態に設定して次のゼロクロスに到達するまで当該オフ状態を保持する点灯制御を、交流出力の半周期毎に行うことを特徴とする画像形成装置を提供する。

ここで、第１の発明において、電源状態検出部は、交流電源から電力線に供給される電流に応じた電流信号を出力する電流センサーを含み、制御部は、点灯制御において、電流信号が予め設定した電流閾値を超えた場合に、切換部をオフ状態に設定することが好ましい。あるいは、第１の発明において、電源状態検出部は、電力線を介して交流電源から印加される電圧に応じた電圧信号を出力する電圧センサーを含み、制御部は、点灯制御において、電圧信号と、予め設定した電圧基準値との差が所定の判定閾値を超えた場合に、切換部をオフ状態に設定することが好ましい。

また、第１の発明において、定着ヒーターは、複数の定着ヒーター要素を並列接続して構成されており、切換部は、定着ヒーター要素のそれぞれに個別的に設けられていてもよい。この場合、制御部は、切換部をオフ状態に設定する場合には、複数の定着ヒーター要素に対応する切換部の全てをオフ状態に設定することが好ましい。

また、第１の発明において、電源状態検出部は、電力線を介して交流電源から印加される電圧に応じた電圧信号を出力する電圧センサーを含み、制御部は、定着ヒーターの消灯を行う場合、交流電源のゼロクロスを条件に切換部をオフ状態に設定するとともに電圧信号と電圧参照値との差が所定の判定閾値を下回った場合に切換部をオン状態に設定して次のゼロクロスに到達するまで当該オン状態を保持する消灯制御を、交流電圧の半周期毎に行うことが好ましい。

また、第１の発明において、電圧参照値は、定着ヒーターの消灯を行う直前に測定した電圧信号の推移により特定されることが好ましい。この場合、制御部は、交流電圧の半周期毎に、電圧参照値を漸次減少させることが好ましい。

また、第１の発明において、定着ヒーターは、複数の定着ヒーター要素を並列接続して構成されており、切換部は、定着ヒーター要素のそれぞれに個別的に設けられていてもよい。この場合、制御部は、切換部をオン状態に設定する場合には、複数の定着ヒーター要素に対応する切換部の全てをオン状態に設定することが好ましい。

また、第２の発明は、通電によって点灯して熱定着を行う定着ヒーターと、交流電源と定着ヒーターとを接続する電力線と、電力線を遮断するオフ状態と、当該電力線を接続するオン状態とを切換可能な切換部と、を有する画像形成装置の制御方法において、定着ヒーターの点灯を行う場合に、交流電源のゼロクロスを検出するステップと、交流電源のゼロクロスを条件に切換部をオン状態に設定するステップと、交流電源の交流出力に応じた状態信号が予め設定した状態値を超えた場合に切換部をオフ状態に設定するステップと、次のゼロクロスに到達するまで当該オフ状態を保持するステップと、を交流出力の半周期毎に実行する画像形成装置の制御方法を提供する。

ここで、第２の発明において、画像形成装置は、電力線を介して交流電源から印加される電圧に応じた電圧信号を出力する電圧検出センサーをさらに有し、定着ヒーターの消灯を行う場合に、交流電源のゼロクロスを条件に切換部をオフ状態に設定するステップと、電圧信号と電圧参照値との差が所定の判定閾値を下回ったことを判定した場合に切換部をオン状態に設定するステップと、次のゼロクロスに到達するまで当該オン状態を保持するステップと、を交流電圧の半周期毎に実行することが好ましい。

本発明によれば、構成によれば、交流出力に応じた状態信号をモニタリングしながら切換部のオン状態とオフ状態とを切り換えているので、ヒーター抵抗に応じた通電状態を形成することができる。このように、定着ヒーターの点灯時における通電状態を適切に制御することで、フリッカや高調波歪といった種々の問題の発生を有効に抑制することができる。

画像形成装置の全体構成を模式的に示す説明図 定着ヒーターの制御構成を示すブロック図 定着ヒーターの点灯時の制御手順を示すフローチャート ゼロクロス以降の電流の推移を示す説明図 スローアップ期間の電流推移を示す説明図 ゼロクロス以降の電圧の推移を示す説明図 定着ヒーターの消灯時の制御手順を示すフローチャート ゼロクロス以降の電圧の推移を示す説明図 スローダウン期間の電流推移を示す説明図 本実施形態に係る制御手法と対比される制御手法を概念的に示す説明図 本実施形態に係る制御手法と対比される制御手法を概念的に示す説明図 本実施形態に係る制御手法と対比される制御手法を概念的に示す説明図

図１は、本実施形態にかかる画像形成装置を模式的に示す構成図である。この画像形成装置は、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、複数の感光体を一本の中間転写ベルトに対面させて縦方向に配列することによりフルカラーの画像を形成する、いわゆる、タンデム型カラー画像形成装置である。

画像形成装置は、原稿読取装置ＳＣ、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、定着装置５０、制御部７０を主体に構成され、これらが一つの筐体内に収められている。

原稿読取装置ＳＣは、走査露光装置の光学系により原稿の画像を走査露光し、その反射光をラインイメージセンサーにより読み取り、これにより、画像信号を得る。この画像信号は、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、圧縮等の処理が施された後、画像データとして制御部７０に入力される。なお、制御部７０に入力される画像データとしては、原稿読取装置ＳＣで読み取ったものに限らず、例えば、画像形成装置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受信したものや、ＵＳＢメモリといった可搬性の記録媒体に格納されたものであってもよい。

画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、イエロー（Ｙ）の画像を形成する画像形成部１０Ｙ、マゼンダ（Ｍ）の画像を形成する画像形成部１０Ｍ、シアン（Ｃ）の画像を形成する画像形成部１０Ｃ、ブラック（Ｋ）の画像を形成する画像形成部１０Ｋに対応している。

画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙ及びその周辺に配置された帯電部２Ｙ、光書込部３Ｙ、現像装置４Ｙ及びドラムクリーナー５Ｙで構成されている。同様に、画像形成部１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、感光体ドラム１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ及びその周辺に配置された帯電部２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ、光書込部３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ、現像装置４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ及びドラムクリーナー５Ｍ，５Ｃ，５Ｋで構成されている。

感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ、１Ｋは、帯電部２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋによりその表面が一様に帯電させられており、光書込部３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋによる走査露光により、感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ、１Ｋには潜像が形成される。さらに、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ、４Ｋは、トナーで現像することによって感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ、１Ｋ上の潜像を顕像化する。これにより、感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ、１Ｋ上には、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックのいずれかに対応する所定色の画像（トナー画像）が形成される。感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ、１Ｋ上に形成された画像は、１次転写ローラー７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより、ベルト状の中間転写体である中間転写ベルト６上の所定位置へと逐次転写される。

中間転写ベルト６上に転写された各色よりなる画像は、後述する用紙搬送部２０により所定のタイミングで搬送される用紙Ｐに対して、２次転写ローラー９によって転写される。この２次転写ローラー９は、ローラー状の回転部材であり、中間転写ベルト６と圧接して配置されることによりニップ（転写ニップ）を構成し、用紙Ｐを搬送しながら当該用紙Ｐに画像を転写する。

用紙搬送部２０は、搬送経路に従って用紙Ｐを搬送する。用紙Ｐは給紙トレイ２１に収容されており、当該給紙トレイ２１に収容された用紙Ｐは、給紙部２２により取り込まれ、搬送経路へと送り出される。搬送経路において、転写ニップ部よりも上流側には、用紙Ｐを搬送する複数の搬送手段が設けられている。個々の搬送手段は、互いに圧接された一対のローラーによって構成されており、駆動手段である電動モーターを通じて少なくとも一方のローラーが回転駆動する。そして、搬送手段は、用紙Ｐを挟持して回転することにより、用紙Ｐを搬送する。なお、搬送手段は、一対のローラーで構成する以外にも、ベルト同士の組み合わせや、ベルト及びローラーの組み合わせといったように、一対の回転部材からなる構成を広く採用することができる。

定着装置５０は、転写ニップから搬送される用紙Ｐに、画像を定着させる定着処理を施す装置である。定着装置５０は、互いに圧接して配置されることによりニップ（定着ニップ）を構成する一対の定着部材、例えば定着ローラー５１，５２と、当該定着ローラー５１を加熱する定着ヒーター５３とで構成されている。個々の定着ローラー５１，５２は、回転可能に構成されており、駆動手段である駆動モーターを通じて、少なくとも一方のローラー（例えば定着ローラー５２）が回転駆動する。また、定着ヒーター５３は、通電によって点灯するものであり、例えばハロゲンランプを用いることができる。定着装置５０は、用紙Ｐを搬送するとともに、一対の定着ローラー５１，５２による圧力定着、定着ヒーター５３による熱定着を行うことで、画像を用紙Ｐに定着させる。

定着装置５０により定着処理が施された用紙Ｐは、排紙ローラー２８により、筐体の外部側面に取り付けられた排紙トレイ２９に排出される。また、用紙Ｐの裏面にも画像形成を行う場合、用紙表面に対する画像形成を終えた用紙Ｐは、切換ゲート３０により、下方にある反転ローラー３１へと搬送される。反転ローラー３１は、搬送された用紙Ｐの後端を挟持した後、逆送することによって用紙Ｐを反転させて、再給紙搬送経路に送り出す。この再給紙搬送経路へと送り出された用紙Ｐは、再給紙用の複数の搬送手段によって搬送され、転写位置へと用紙Ｐを回帰させる。

制御部７０は、画像形成装置を統合的に制御する機能を担っており、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。制御部７０は、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋや定着装置５０などを制御することにより、用紙Ｐに画像を形成する。

本実施形態との関係において、制御部７０は、定着処理に必要な定着温度を維持するために、定着ヒーター５３の点灯及び消灯に関する制御を行う。ここで、図２は、定着ヒーター５３の制御構成を示すブロック図である。交流電源１００は、オフィス等といった画像形成装置１の使用環境に配設されており、定着ヒーター５３は、電力線Ｌを介して交流電源１００と接続されている。制御部７０は、図示しない温度センサーによって検出される定着温度が第１の基準温度を下回った場合には、点灯開始を判断し、定着ヒーター５３の点灯を行う。また、制御部７０は、温度センサーによって検出される定着温度が第２の基準温度を上回った場合には、点灯終了を判断し、定着ヒーター５３の消灯を行う。なお、第１の基準温度は、第２の基準温度と同一の値に設定してもよいし、第２の基準温度よりも低い値に設定してもよい。

制御部７０は、定着ヒーター５３の点灯を行う場合、及び、定着ヒーター５３の消灯を行う場合のそれぞれにおいて、電力線Ｌに設けられたスイッチ５５を制御する。スイッチ５５は、電力線Ｌを遮断するオフ状態と、当該電力線Ｌを接続するオン状態とを切り換える切換部である。

具体的には、制御部７０は、定着ヒーター５３の点灯を行う場合、交流電源１００のゼロクロスを条件にスイッチ５５をオン状態に設定するとともに、後述する電流信号が予め設定された電流閾値を超える場合にスイッチ５５をオフ状態に設定して次のゼロクロスに到達するまで当該オフ状態を保持する（点灯制御）。制御部７０は、係る点灯制御を交流電流の半周期毎に行い、これにより、定着ヒーター５３への通電量を漸次増加させる期間（スローアップ期間）を経て、定常的なオン状態へと移行する。

一方、制御部７０は、ヒーターの消灯を行う場合、交流電源１００のゼロクロスを条件にスイッチ５５をオフ状態に設定するとともに、後述する電圧信号と電圧参照値との差が所定の判定閾値を下回った場合にスイッチ５５をオン状態に設定して次のゼロクロスに到達するまで当該オン状態を保持する（消灯制御）。制御部７０は、かかる消灯制御を交流電圧の半周期毎に行い、これにより、定着ヒーター５３への通電量を漸次減少させる期間（スローダウン期間）を経て、定常的なオフ状態へと移行する。

制御部７０には、係る制御を行うために、各種の信号が入力されている。ゼロクロス検出部７１は、交流電源１００と並列となるように電力線Ｌに設けられており、交流電源１００のゼロクロス、すなわち、交流電源１００の電圧位相又は電流位相が零度となるタイミングを検出する。電圧センサー７２は、電圧信号、すなわち、電力線Ｌを介して交流電源から印加される電圧に応じた状態信号を出力する。電流センサー７３は、電流信号、すなわち、交流電源１００から電力線Ｌに供給される電流に応じた状態信号を出力する。なお、電圧センサー７２又は電流センサー７３は、電力線Ｌに設けられて、交流電源１００の交流出力に応じた状態信号を出力する電源状態検出部として機能する。

以下、本実施形態に係る定着ヒーター５３の点灯時の制御及び消灯時の制御をそれぞれ説明する。

まず、図３を参照し、定着ヒーター５３の点灯時の制御手順を説明する。図３のフローチャートに示す処理は、定着ヒーター５３の点灯開始判断をトリガーとして、制御部７０により実行される。なお、点灯開始の判断がなされる前提として、スイッチ５５はオフ状態に設定されている。

まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、制御部７０は、交流電源１００のゼロクロスを検出したか否かを判断する。具体的には、制御部７０は、ゼロクロス検出部７１の検出信号を読み込み、当該ゼロクロス検出部７１により交流電源１００の電流位相が零度となるタイミングが検出されたか否かを判断する。このステップ１０において肯定判定された場合、すなわち、交流電源１００のゼロクロスを検出した場合には、ステップ１１（Ｓ１１）に進む。一方、ステップ１０において否定判定された場合、すなわち、交流電源１００のゼロクロスを検出していない場合には、ステップ１０の処理を再度行う。

ステップ１１において、制御部７０は、スイッチ５５をオン状態に設定する。これにより、交流電源１００と定着ヒーター５３とを接続する電力線Ｌが接続されるため、交流電源１００から定着ヒーター５３へと交流電流が供給され、定着ヒーター５３が通電されることとなる。

ステップ１２（Ｓ１２）において、制御部７０は、電流センサー７３からの電流信号を読み込む。

ステップ１３（Ｓ１３）において、制御部７０は、電流信号、すなわち、当該電流信号に相当する電流値が、電流閾値Ｃｔｈｎ，Ｃｔｈｐに到達したか否かを判断する。電流閾値Ｃｔｈｎ，Ｃｔｈｐを用いた判断を行う意義については、図４を参照して後述する。このステップ１３において肯定判定された場合、すなわち、電流信号が電流閾値Ｃｔｈｎ，Ｃｔｈｐに到達した場合には、ステップ１４（Ｓ１４）に進む。一方、ステップ１３において否定判定された場合、すなわち、電流信号が電流閾値Ｃｔｈｎ，Ｃｔｈｐに到達していない場合には、ステップ１５（Ｓ１５）に進む。

図４は、ゼロクロス以降の電流の推移を示す説明図である。同図において、「Ｐ０」はゼロクロスを示し、Ｃｓｔは、定着ヒーター５３が正常な温度状態において観測される電流の推移を示す説明図である。例えば、冬期夜間といったように低温環境に画像形成装置が放置されたシーンでは、定着ヒーター５３自体も冷えた状態となっているので、ヒーター抵抗も小さい状態となっている。このような環境では、大きな電流が流れ易い状況にあるので、定着ヒーター５３の点灯開始に伴い定着ヒーター５３に通電を行うと、大きな突入電流が発生することとなり、フリッカの増加の要因となる。一方、通電時間が累積したり、周囲温度が暖かくなったりすると、定着ヒーター５３自体も暖まった状態となるので、そのヒーター抵抗も大きい状態となる。このようなシーンでは、定着ヒーター５３に通電を開始しても、抵抗の増大に伴い過度に大きな電流が流れるといったことがないので、正常な温度状態における電流推移Ｃｓｔを示すこととなる。

そこで、電流信号をモニタリングし、突入電流に至るような電流推移を判定するための値として、電流閾値Ｃｔｈｎ，Ｃｔｈｐが用意されている。当該電流閾値Ｃｔｈｎ，Ｃｔｈｐは、交流電源１００の種類、定着ヒーター５３の消費電力といった要因を考慮して、実験やシミュレーションを通じて最適値が予め設定されている。ここで、一方の電流閾値Ｃｔｈｎは、交流電流の半周期のうち負側を推移する電流と比較するための閾値である。この電流閾値Ｃｔｈｎは、電流信号に相当する電流値が電流閾値Ｃｔｈｎ以下となった場合に、当該電流信号が電流閾値Ｃｔｈｎに到達したと判断することができる。これに対して、他方の電流閾値Ｃｔｈｐは、交流電流の半周期のうち正側を推移する電流と比較するための閾値である。この電流閾値Ｃｔｈｐは、電流信号に相当する電流値が電流閾値Ｃｔｈｎ以上となった場合に、当該電流信号が電流閾値Ｃｔｈｎに到達したと判断することができる。

ステップ１４において、制御部７０は、スイッチ５５をオフ状態に設定する。これにより、交流電源１００と定着ヒーター５３とを接続する電力線Ｌが遮断されるため、図５に示すように、ゼロクロスから交流電流の半周期に至る前に、定着ヒーター５３への通電が遮断されることとなる。なお、スイッチ５５のオフ状態は、ステップ１４に続くステップ１０において肯定判定されるまで、すなわち、次のゼロクロスに到達するまで保持される。

ステップ１５において、制御部７０は、次のゼロクロス、すなわち、直近に現れたゼロクロスに続いて現れるゼロクロスを検出したか否かを判断する。このステップ１５において否定判定された場合、すなわち、次のゼロクロスを検出していない場合には、ステップ１２の処理に戻る。これにより、電流信号が電流閾値Ｃｔｈｎ，Ｃｔｈｐに到達するか、又は次のゼロクロスを検出するまで、電流信号の読み込みが周期的に実行されることとなる。一方、ステップ１５において肯定判定された場合、すなわち、次のゼロクロスを検出した場合には、前述した一連の処理を終了する。本処理の終了以降は、点灯終了判断がなされるまで、スイッチ５５のオン状態が継続されることになる。

このように、上述した点灯制御を交流電流の半周期毎に行うことにより、図５に示すように、半周期に占めるオン状態の期間（オン期間）を徐々に拡大させるスローアップ期間Ｔ１が設定され、その後に、オン状態が定常的に継続する期間（定常オン期間Ｔ２）へと移行することとなる。

なお、上述した実施形態では、電流信号をベースにスイッチ５５の制御を行っているが、電圧信号をベースにスイッチ５５の制御を行ってもよい。この場合、制御部７０は、前述のステップ１２の処理において、電圧信号を読み込む。また、制御部７０は、ステップ１３の処理において、電圧信号、すなわち、当該電圧信号に相当する電圧値と予め設定した電圧基準値Ｖｓｔとの差が所定の判定閾値Ｖｔｈを超えるか否かを判断する。

図６は、ゼロクロス以降の電圧の推移を示す説明図である。Ｖｓｔは、電圧基準値、すなわち、定着ヒーター５３が正常な温度状態において観測される電圧の推移を示している。前述の電流閾値Ｃｔｈｎ，Ｃｔｈｐと同様、電圧信号をモニタリングし、突入電流へと至る電圧推移を判定するための値として、電圧基準値Ｖｓｔ及び判定閾値Ｖｔｈが用意されている。電圧基準値Ｖｓｔ及び判定閾値Ｖｔｈは、交流電源１００の種類、定着ヒーター５３の消費電力といった要因を考慮して、実験やシミュレーションを通じて最適値が予め設定されている。

次に、図７を参照し、定着ヒーター５３の消灯時の制御手順を説明する。図７のフローチャートに示す処理は、定着ヒーター５３の点灯終了判断をトリガーとして、制御部７０により実行される。なお、点灯終了の判断がなされる前提として、スイッチ５５はオン状態に設定されている。

まず、ステップ２０（Ｓ２０）において、制御部７０は、電圧センサー７２からの電圧信号を読み込んで、半周期分の電圧推移を特定すると、これを電圧軌跡として記憶する。この電圧軌跡は、後述するように、電圧信号と比較対象となる電圧参照値に相当する。例えば、制御部７０は、後述するステップ２１において交流電源１００のゼロクロスが検出される直前の半周期分の電圧推移を特定する。

ステップ２１（Ｓ２１）において、制御部７０は、交流電源１００のゼロクロスを検出したか否かを判断する。具体的には、制御部７０は、ゼロクロス検出部７１の検出信号を読み込み、当該ゼロクロス検出部７１により交流電源１００の電圧位相が零度となるタイミングが検出されたか否かを判断する。このステップ２１において肯定判定された場合、すなわち、交流電源１００のゼロクロスを検出した場合には、ステップ２２（Ｓ２２）に進む。一方、ステップ２１において否定判定された場合、すなわち、交流電源１００のゼロクロスを検出していない場合には、ステップ２１の処理を再度行う。

ステップ２２において、制御部７０は、スイッチ５５をオフ状態に設定する。これにより、交流電源１００と定着ヒーター５３とを接続する電力線Ｌが遮断されるため、定着ヒーター５３への通電が遮断されることとなる。

ステップ２３（Ｓ２３）において、制御部７０は、電圧センサー７２からの電圧信号を読み込む。

ステップ２４（Ｓ２４）において、制御部７０は、図８に示すように、電圧信号、すなわち、当該電圧信号に相当する電圧値とステップ２０において記憶した電圧軌跡Ｖｓｔとの差が所定の判定閾値Ｖｔｈを下回ったか否かを判断する。定着ヒーター５３の消灯時は、その点灯時のような突入電流を生じることは無いが、突然の消灯は消灯前後でヒーター電流の変化が大きいことから、フリッカの増加につながる。よって、定着ヒーター５３の点灯時と同様に、徐々にオフ状態へと移行する制御を行う必要がある。すなわち、急激な消灯を避けるため、ステップ２４にて、電圧信号が電圧軌跡Ｖｓｔから大きく乖離することを条件に、定着ヒーター５３の再点灯を行うタイミングを判断している。

なお、電圧信号と電圧軌跡Ｖｓｔとの電圧比較は、同一の位相角において行う。また、ステップ２０において記憶した半周期分の電圧軌跡Ｖｓｔが負側の値を示している場合、正側に推移する電圧信号と当該電圧軌跡Ｖｓｔと比較する場合には、これを反転させて利用することが好ましい。これとは逆に、ステップ２０において記憶した半周期分の電圧軌跡Ｖｓｔが正側の値を示している場合、負側に推移する電圧信号と当該電圧軌跡Ｖｓｔとを比較する場合には、これを反転させて利用することが好ましい。もっとも、ステップ２０において、１周期分の電圧軌跡を記憶して、電圧信号の状態に応じて、正側の電圧軌跡Ｖｓｔと、負側の電圧軌跡Ｖｓｔとを使い分けるものであってもよい。

このステップ２４において肯定判定された場合、すなわち、電圧信号と電流軌跡Ｖｓｔとの差が判定閾値Ｖｔｈを下回った場合、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、電圧信号と電流軌跡Ｖｓｔとの差が判定閾値Ｖｔｈを下回っていない場合には、ステップ２７（Ｓ２７）に進む。

ステップ２５（Ｓ２５）において、制御部７０は、スイッチ５５をオン状態に設定する。これにより、交流電源１００と定着ヒーター５３とを接続する電力線Ｌが接続されるため、図９に示すように、定着ヒーター５３が再度通電されることとなる。なお、スイッチ５５のオン状態は、ステップ２６（Ｓ２６）に続くステップ２１において肯定判定されるまで、すなわち、次のゼロクロスに到達するまで保持される。

ステップ２６において、制御部７０は、電圧軌跡Ｖｔｒを、その振幅が現在値よりも所定量だけ減少するように補正する。そして、補正した電圧軌跡Ｖｔｒにて、現在の電圧軌跡Ｖｔｒを更新する。スイッチ５５をオフ状態に設定すると、それ以降は、電圧センサー７２に現れる電圧信号の振幅は小さくなる傾向となる。そのため、電圧軌跡Ｖｔｒもそれに即して補正しなければ、半周期内に占めるオン状態の割合が減少せず、定常的なオフ状態へと移行できない虞があるからである。

ステップ２７において、制御部７０は、次のゼロクロスを検出したか否かを判断する。このステップ２７において否定判定された場合、すなわち、次のゼロクロスを検出していない場合には、ステップ２３の処理に戻る。これにより、電圧信号と電圧軌跡Ｖｔｒとの差が判定閾値Ｖｔｈを下回るか、又は次のゼロクロスを検出するまで、電流信号の読み込みが周期的に実行されることとなる。一方、ステップ２７において肯定判定された場合、すなわち、次のゼロクロスを検出した場合には、前述した一連の処理を終了する。本処理の終了以降は、点灯開始判断がなされるまで、スイッチ５５のオフ状態が継続されることになる。

このように、上述した消灯制御を交流電流の半周期毎に行うことにより、図９に示すように、半周期に占めるオフ状態の期間（オフ期間）を徐々に拡大させるスローダウン期間Ｔ３が設定され、その後に、オフ状態が定常的に継続する期間（定常オフ期間Ｔ４）へと移行することとなる。

以下、本実施形態に係る制御手法に作用・効果を説明する。ここで、図１０及び図１１は、本実施形態に係る制御手法と対比される制御手法を概念的に示す説明図である。

まず、図１０に示すように、例えば定着ヒーターの点灯する場合、スローアップ期間ＴＡの後、定着ヒーターへの通電を定常的に行う定常オン期間Ｔ２へと移行する。ここで、スローアップ期間ＴＡでは、交流電流の半周期毎に、当該半周期に占める通電期間（図中ハッチング領域）の幅が徐々に拡大するように制御している。かかる手法によれば、定着ヒーターの点灯時、定着ヒーターへの通電量が次第に増加することとなるので、突入電流を抑制することができ、フリッカ対策として有効である。スローアップ期間ＴＡは、最もヒーター抵抗が小さい状態を想定してその最適値が固定的に設定されることとなる。ただし、かかる手法によれば、オンオフ状態の切り換わりが半周期の途中に現れるため、高調波歪の発生が懸念されることとなる。

一方、図１１に示すように、一定周期（１Ｓ）のなかにオン期間とオフ期間とを設定し、各周期毎に、そのオン期間の幅を変更する手法が考えられる。かかる手法によれば、定着ヒーターの点灯・消灯の周期が短くなるので、温度リップル、すなわち、定着ローラーの回転方向に生じる温度ムラを抑制し、均一な定着温度の形成に寄与する。しかしながら、かかる手法によれば、オフ状態とオン状態との移行タイミングにおいてフリッカが発生し、フリッカ対策に欠けるという問題がある。

そこで、図１０、図１１に示す手法をそれぞれ組み合わせた手法（図１２参照）が考えられる。具体的には、一定周期（１Ｓ）のなかにオン期間とオフ期間とを設定し、各周期毎に、そのオン期間の幅を変更する。また、これとともに、オン期間の開始時にスローアップ期間（斜線領域）を設けると共に、オン期間の終了時にスローダウン期間（斜線領域）を設けるものである。

しかしながら、スローアップ期間及びスローダウン期間を固定的な一定の期間として設定した場合、この期間が必ずしも適切でない場合がある。すなわち、定着ヒーターが十分に暖まっているような状況では、スローアップ期間及びスローダウン期間が不必要に長すぎることとなってしまう。これらの期間では、スローアップ期間及びスローダウン期間の導入により、フリッカ対策を講じることはできるものの、その長すぎる期間にわたって高調波歪の発生を招くこととなる。また、図１２（ｂ）に示すように、仮にオフ期間をゼロにした場合であっても、スローアップ期間及びスローダウン期間では、定着ヒーターの出力を制限しているので、目標温度に到達するまでの時間が長期に及んだり、長期化を抑制するためにヒーター電力を増加させることでコストアップに繋がったりする虞がる。

この点、本実施形態に係る画像形成装置において、制御部７０は、定着ヒーター５３の点灯を行う場合、交流電源１００のゼロクロスを条件にスイッチ５５をオン状態に設定するとともに、電流信号が予め設定した状態値を超えることを判定した場合にスイッチ５５をオフ状態に設定して次のゼロクロスに到達するまでオフ状態を保持する点灯制御を、交流電流の半周期毎に行っている。

かかる構成によれば、電流信号をモニタリングしながらスイッチ５５のオン状態とオフ状態とを切り換えているので、ヒーター抵抗に応じた通電状態を形成することができる。そのため、フリッカ対策をし得る範囲、すなわち、突入電流を抑制することができる範囲で、半周期に占めるオン期間を最適に設定することができる。これにより、スローアップ期間Ｔ１の長さも最適化することができる。例えば、定着ヒーター５３が十分に暖まっているようなシーンでは、半周期におけるオン期間をなるべく長く確保することできるので、定量的にオン期間を増加していく手法と比較して、スローアップ期間Ｔ１の短縮を図ることができる。また、スローアップ期間Ｔ１の短縮により、高調波歪の影響を最小限に抑制することができる。さらに、定着ヒーター５３の出力が制限される期間を短くすることができるので、定着ヒーター５３の能力を有効に活用することができる。このように、定着ヒーター５３の点灯時における通電状態を適切に制御することで、フリッカや高調波歪といった種々の問題の発生を有効に抑制することができる。

また、上述したように、制御部７０は、電圧信号をベースに上記の判断を行っても構わない。これにより、同様の作用・効果を得ることができる。

また、本実施形態において、制御部７０は、定着ヒーター５３の消灯を行う場合、交流電源１００のゼロクロスを条件にスイッチ５５をオフ状態に設定するとともに電圧信号と予め設定した電圧基準値Ｖｔｒとの差が所定の判定閾値Ｖｔｈを下回ったことを判定した場合にスイッチ５５をオン状態に設定して次のゼロクロスに到達するまでオン状態を保持する消灯制御を、交流電圧の半周期毎に行っている。

かかる構成によれば、電圧信号をモニタリングしながらスイッチ５５のオン状態とオフ状態とを切り換えているので、ヒーター抵抗に応じた通電状態を形成することができる。そのため、フリッカ対策をし得る範囲、すなわち、ヒーター電流の大きな変化を抑制することができる範囲で、半周期に占めるオフ期間を最適化することができる。これにより、スローダウン期間Ｔ３の長さも最適化することができる。すなわち、半周期におけるオフ期間をなるべく長く確保することできるので、定量的にオフ期間を増加していく手法と比較して、スローダウン期間Ｔ３の短縮を図ることができる。また、スローダウン期間Ｔ３の短縮により、高調波歪の影響を最小限に抑制することができる。さらに、定着ヒーター５３の出力が制限される期間を短くすることができるので、定着ヒーター５３の能力を有効に活用することができる。

また、本実施形態において、電圧軌跡Ｖｔｒは、定着ヒーター５３の消灯を行う直前に測定した電圧信号の推移により特定されている。

かかる構成によれば、消灯に至る直前のヒーター抵抗を推定することができるので、ゼロクロス検出以降のオン状態への切り換えたタイミングを適切に設定することができる。スローダウン期間Ｔ３の長さも最適化することができる。

また、制御部７０は、交流電圧の半周期毎に、電圧軌跡Ｖｔｒを漸次減少させることとしている。

かかる構成によれば、半周期内に占めるオン期間が漸次減少する傾向になるので、定常的なオフ状態へと次第に移行することができる。

なお、上述した実施形態では、定着ヒーター５３は、単一のヒーター要素で構成されているが、複数のヒーター要素によって構成されていてもよい。例えば、複数のヒーター要素は、一対の定着ローラーにそれぞれ設けられたり、あるいは、単一の定着ローラーに対して複数個設けられたりする。

このような場合、スイッチ５５は、ヒーター要素のそれぞれに個別的に設けられることとなる。この場合、制御部７０は、定着ヒーター５３を点灯するシーンで、スイッチ５５をオフ状態に設定する場合には、複数のヒーター要素に対応するスイッチ５５の全てをオフ状態に設定する。一方、制御部７０は、定着ヒーター５３を消灯するシーンで、スイッチ５５をオン状態に設定する場合には、複数のヒーター要素に対応するスイッチ５５の全てをオン状態に設定することとなる。

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、定着ヒーターの点灯や消灯に関する画像形成装置の制御方法、若しくは、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。

ＳＣ 原稿読取装置
１０Ｙ〜１０Ｋ 画像形成部
２０ 用紙搬送部
２１ 給紙トレイ
２２ 給紙部
２３ ループローラー
２４ レジストローラー
３５ ループセンサ
３６ 環境センサー
５０ 定着装置
５１ 定着ローラー
５２ 定着ローラー
５３ 定着ヒーター
５５ スイッチ
７０ 制御部
７１ ゼロクロス検出部
７２ 電圧センサー
７３ 電流センサー
１００ 交流電源

Claims (10)

1. 通電によって点灯して熱定着を行う定着ヒーターと、
   交流電源と前記定着ヒーターとを接続する電力線と、
   前記電力線を遮断するオフ状態と、当該電力線を接続するオン状態とを切換可能な切換部と、
   前記電力線に設けられ、前記交流電源のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部と、
   前記電力線に設けられており、前記交流電源の交流出力に応じた状態信号を出力する電源状態検出部と、
   前記電源状態検出部からの状態信号及び前記ゼロクロス検出部の検出結果に基づいて、前記切換部を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記定着ヒーターの点灯を行う場合、前記交流電源のゼロクロスを条件に前記切換部をオン状態に設定するとともに前記状態信号が予め設定した状態値を超えた場合に前記切換部をオフ状態に設定して次のゼロクロスに到達するまで当該オフ状態を保持する点灯制御を、交流出力の半周期毎に行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記電源状態検出部は、前記交流電源から前記電力線に供給される電流に応じた電流信号を出力する電流センサーを含み、
   前記制御部は、前記点灯制御において、前記電流信号が予め設定した電流閾値を超えた場合に、前記切換部をオフ状態に設定することを特徴とする請求項１に記載された画像形成装置。
3. 前記電源状態検出部は、前記電力線を介して前記交流電源から印加される電圧に応じた電圧信号を出力する電圧センサーを含み、
   前記制御部は、前記点灯制御において、前記電圧信号と、予め設定した電圧基準値との差が所定の判定閾値を超えた場合に、前記切換部をオフ状態に設定することを特徴とする請求項１に記載された画像形成装置。
4. 前記定着ヒーターは、複数の定着ヒーター要素を並列接続して構成されており、
   前記切換部は、前記定着ヒーター要素のそれぞれに個別的に設けられており、
   前記制御部は、前記切換部をオフ状態に設定する場合には、前記複数の定着ヒーター要素に対応する切換部の全てをオフ状態に設定する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画像形成装置。
5. 前記電源状態検出部は、前記電力線を介して前記交流電源から印加される電圧に応じた電圧信号を出力する電圧センサーを含み、
   前記制御部は、前記定着ヒーターの消灯を行う場合、前記交流電源のゼロクロスを条件に前記切換部をオフ状態に設定するとともに前記電圧信号と電圧参照値との差が所定の判定閾値を下回った場合に前記切換部をオン状態に設定して次のゼロクロスに到達するまで当該オン状態を保持する消灯制御を、交流電圧の半周期毎に行うことを特徴とする請求項１に記載された画像形成装置。
6. 前記電圧参照値は、前記定着ヒーターの消灯を行う直前に測定した電圧信号の推移により特定されることを特徴とする請求項５に記載された画像形成装置。
7. 前記制御部は、交流電圧の半周期毎に、前記電圧参照値を漸次減少させることを特徴とする請求項６に記載された画像形成装置。
8. 前記定着ヒーターは、複数の定着ヒーター要素を並列接続して構成されており、
   前記切換部は、前記定着ヒーター要素のそれぞれに個別的に設けられており、
   前記制御部は、前記切換部をオン状態に設定する場合には、前記複数の定着ヒーター要素に対応する切換部の全てをオン状態に設定することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載された画像形成装置。
9. 通電によって点灯して熱定着を行う定着ヒーターと、
   交流電源と前記定着ヒーターとを接続する電力線と、
   前記電力線を遮断するオフ状態と、当該電力線を接続するオン状態とを切換可能な切換部と、を有する画像形成装置の制御方法において、
   前記定着ヒーターの点灯を行う場合に、
   前記交流電源のゼロクロスを検出するステップと、
   前記交流電源のゼロクロスを条件に前記切換部をオン状態に設定するステップと、
   前記交流電源の交流出力に応じた状態信号が予め設定した状態値を超えた場合に前記切換部をオフ状態に設定するステップと、
   次のゼロクロスに到達するまで当該オフ状態を保持するステップと、を交流出力の半周期毎に実行することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
10. 前記画像形成装置は、前記電力線を介して前記交流電源から印加される電圧に応じた電圧信号を出力する電圧検出センサーをさらに有し、
    前記定着ヒーターの消灯を行う場合に、
    前記交流電源のゼロクロスを条件に前記切換部をオフ状態に設定するステップと、
    前記電圧信号と電圧参照値との差が所定の判定閾値を下回ったことを判定した場合に前記切換部をオン状態に設定するステップと、
    次のゼロクロスに到達するまで当該オン状態を保持するステップと、を交流電圧の半周期毎に実行することを特徴とする請求項９に記載された画像形成装置の制御方法。

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