加熱装置および画像形成装置
【課題】ヒータの加熱制御において、高調波電流の抑制効果を向上させつつ、加熱温度制御の所定の精度を維持できる技術を提供すること。
【解決手段】加熱装置は、交流電源から加熱体への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率で加熱体に交流電源を通電する通電切替部と、温度検出部による検出温度が目標範囲内に収まるように、通電切替部の通電比率（ＤＵＴＹ比）を制御する通電制御部とを備える。通電制御部は、通電切替部の所定制御期間（１．５秒）毎において、第１期間の間、通電比率をほぼ１００％に固定するオンロック通電制御（ＯＮロック）と、第２期間の間、通電比率をほぼ０％に固定するオフロック通電制御（ＯＦＦロック）とを少なくとも一対で実行する。
【解決手段】加熱装置は、交流電源から加熱体への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率で加熱体に交流電源を通電する通電切替部と、温度検出部による検出温度が目標範囲内に収まるように、通電切替部の通電比率（ＤＵＴＹ比）を制御する通電制御部とを備える。通電制御部は、通電切替部の所定制御期間（１．５秒）毎において、第１期間の間、通電比率をほぼ１００％に固定するオンロック通電制御（ＯＮロック）と、第２期間の間、通電比率をほぼ０％に固定するオフロック通電制御（ＯＦＦロック）とを少なくとも一対で実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱装置および当該加熱装置を備えた画像形成装置に関し、詳しくは加熱装置の通電に係る高周波の発生を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電源から加熱装置の加熱体（ヒータ）への通電のオン、オフを切り替えることによって所定の通電比率でヒータを加熱する加熱装置が知られている。そのような加熱装置の通電に係る高周波の発生を抑制する技術として、例えば、特許文献１には、通電ヒータ温度が下限値以下であれば１００％通電し、上限値を超えると通電をオフし、上限値と下限値との間であれば、正弦波交流のゼロクロスに同期して正弦波交流を周期的にオン、オフする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２９７４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術文献では、正弦波交流のオン、オフ時に発生する高周波を低減できる。しかしながら、昨今、ヒータの高調波電流の規格値が厳しくなり、ヒータの加熱制御において、さらなる高調波電流を抑制させる技術が所望されていた。そのため、例えば、ヒータの通電制御中に、高調波電流の発生がほぼゼロに等しい通電比率１００％あるいは通電比率０％の期間を強制的に挿入して、高調波電流をより抑制する方法が考えられる。しかしながら、その場合、高調波電流の抑制と、加熱装置の加熱温度制御の精度との兼ね合いが重要となる。そのため、高調波電流の抑制効果を向上させつつ、加熱温度制御の精度を維持する技術が所望されていた。
【０００５】
本発明は、ヒータの加熱制御において、高調波電流の抑制効果を向上させつつ、加熱温度制御の所定の精度を維持できる技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書によって開示される加熱装置は、加熱体と、交流電源から前記加熱体への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率で前記加熱体に前記交流電源を通電する通電切替部と、前記加熱体による加熱温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部による検出温度が目標範囲内に収まるように、前記通電切替部の通電比率を制御する通電制御部と、を備え、前記通電制御部は、前記通電切替部の所定制御期間毎において、第１期間の間、前記通電比率をほぼ１００％に固定するオンロック通電制御と、第２期間の間、前記通電比率をほぼ０％に固定するオフロック通電制御とを少なくとも一対で実行する。
【０００７】
上記加熱装置において、前記所定制御期間は、前記加熱体の熱時定数以下とされるようにしてもよい。
また、上記加熱装置において、前記通電制御部は、前記オンロック通電制御と前記オフロック通電制御とを継続して実行するようにしてもよい。
【０００８】
また、上記加熱装置において、前記通電制御部は、前記加熱温度が目標温度範囲内に到達した以後は、ほぼ一定の通電比率である定常通電比率となるように前記通電切替部を制御し、前記第１期間および前記第２期間は、前記定常通電比率に基づいて設定されるようにしてもよい。
その際、前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が前記定常通電比率と等しくなるように、設定されるようにしてもよい。あるいは、前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が、一次遅れを加味した定常通電比率と等しくなるように、設定されるようにしてもよい。
【０００９】
被記録媒体上にトナー画像を形成する画像形成部と、前記被記録媒体上に形成されたトナー画像を、該被記録媒体上に定着させる定着部としての、上記加熱装置とを備えた画像形成装置であってもよい。
【００１０】
また、本明細書によって開示される画像形成装置は、画像を被記録媒体に形成する画像形成部と、加熱体を含み、前記被記録媒体が通過する際に、前記画像を前記被記録媒体に定着させる定着部と、交流電源から前記加熱体への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率で前記加熱体に前記交流電源を通電する通電切替部と、前記加熱体による加熱温度を検出する温度検出部と、前記加熱信号の前記通電比率を変更して、前記温度検出部による検出温度が目標範囲内に収まるように前記通電切替部を制御する通電制御部と、を備え、前記通電制御部は、前記通電切替部の所定制御期間中において、前記通電比率をほぼ１００％に第１期間、固定するオンロック通電制御と、前記通電比率をほぼ０％に第２期間、固定するオフロック通電制御とを少なくとも一対で実行する。
【００１１】
上記画像形成装置において、前記所定制御期間は、前記加熱体の熱時定数以下とされるようにしてもよい。
また、上記画像形成装置において、前記所定制御期間は、前記被記録媒体が前記定着部を通過する通過時間とされるようにしてもよい。
また、上記画像形成装置において、前記通電制御部は、前記オンロック通電制御と前記オフロック通電制御とを継続して実行するようにしてもよい。
【００１２】
また、前記通電制御部は、前記加熱温度が所定温度に到達した以後は、ほぼ一定の通電比率である定常通電比率となるように前記通電切替部を制御し、前記第１期間および前記第２期間は、前記定常通電比率に基づいて設定されるようにしてもよい。
その際、前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が前記定常通電比率と等しくなるように、設定されるようにしてもよい。あるいは、前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が、一次遅れを加味した定常通電比率と等しくなるように、設定されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の加熱装置によれば、通電制御部は、通電切替部の所定制御期間毎において、通電比率をほぼ１００％に固定するオンロック通電制御と、通電比率をほぼ０％に固定するオフロック通電制御とを少なくとも一対で実行する。このように、オンロック通電制御とオフロック通電制御とを各所定制御期間において少なくとも一対で実行することによって、各通電制御による加熱制御への影響を相殺し、加熱温度を目標温度範囲内に制御することができる。そのため、加熱体の加熱制御の精度を維持しつつ、加熱制御に係る高調波電流の抑制効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す側断面図
【図２】一実施形態の加熱装置の概略的な構成を示すブロック図
【図３】加熱装置の通電切替回路の概略的な構成を示すブロック図
【図４】波数デューティ比と通電波形との関係を示すグラフ
【図５】各ＤＵＴＹ比パターンと加熱温度との関係を示すタイムチャート
【図６】ＤＵＴＹ比に対するヒータ出力の一次遅れを説明するグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施形態＞
次に本発明に係る一実施形態について図１から図６を参照して説明する。
【００１６】
１．レーザプリンタの構成
図１は、一実施形態のモノクロレーザプリンタ１（「画像形成装置」の一例）の縦断面を概略的に表した図である。なお、画像形成装置はモノクロレーザプリンタに限られず、例えば、カラーレーザプリンタ、カラーＬＥＤプリンタ、複合機等であってもよい。
【００１７】
モノクロレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）１では、本体ケーシング２内の下部に配置されたトレイ３またはトレイ４から供給される用紙５（被記録媒体の一例）に対し、画像形成部６にてトナー像を形成した後、定着器７にてそのトナー像を加熱して定着処理を行い、最後にその用紙５を本体ケーシング２内の上部に位置する排紙トレイ８に排紙する。
【００１８】
画像形成部６は、スキャナ部１０、現像カートリッジ１３、感光ドラム１７、帯電器１８、転写ローラ１９等を含み、トナー画像を用紙５に形成する。
【００１９】
スキャナ部１０は、本体ケーシング２内の上部に配置されており、レーザ発光部（図示せず）、ポリゴンミラー１１、複数の反射鏡１２及び複数のレンズ（図示せず）等を含む。スキャナ部１０は、レーザ発光部から発射されたレーザ光を、ポリゴンミラー１１、反射鏡１２、レンズを介して一点鎖線で示すように感光ドラム１７の表面上に高速走査にて照射させる。
【００２０】
現像カートリッジ１３は、本体ケーシング２に対して着脱可能に装着されており、その内部には、トナーが収容されている。また、現像カートリッジ１３のトナー供給口には、現像ローラ１４、供給ローラ１５が互いに対向した状態で設けられ、さらに現像ローラ１４は感光ドラム１７に対向した状態で配置されている。現像カートリッジ１３内のトナーは、供給ローラ１５の回転により現像ローラ１４に供給され、現像ローラ１４に担持される。
【００２１】
感光ドラム１７の上方には、帯電器１８が間隔を隔てて配置されている。また、感光ドラム１７の下方には、転写ローラ１９が感光ドラム１７に対向して配置されている。
【００２２】
感光ドラム１７は回転されつつ、その表面が帯電器１８によって一様に、例えば、正極性に帯電される。次いで、スキャナ部１０からのレーザ光により感光ドラム１７上に静電潜像が形成され、その後、感光ドラム１７が現像ローラ１４と接触して回転するときに、現像ローラ１４上に担持されているトナーが感光ドラム１７の表面上の静電潜像に供給されて担持されることによってトナー像が形成される。その後、トナー像は、用紙５が感光ドラム１７と転写ローラ１９との間を通る間に、転写ローラ１９に印加される転写バイアスによって、用紙５に転写される。
【００２３】
定着器（加熱部、加熱装置の一例）７は、画像形成部６に対して用紙搬送方向の下流側に配置され、定着ローラ（加熱体の一例）２２、定着ローラ２２を押圧する加圧ローラ２３、および定着ローラ２２を加熱するハロゲンヒータ（加熱体の一例）３３等を含む。ハロゲンヒータ３３は定着ローラ２２の内部に設けられるとともに、回路基板２５に接続され、回路基板２５からの信号によって通電制御される。ここでは、定着ローラ２２およびハロゲンヒータ３３によって加熱体が構成される。定着ローラ２２と加圧ローラ２３とが対向する位置において用紙５がニップされ、ニップ位置（定着位置）Ｎにおいてトナー像が用紙５に熱定着される。
【００２４】
なお、定着器７の構成は、これに限られない。例えば、定着ローラ２２に代えて定着フィルムが用いられる、いわゆるフィルム定着方式の定着器であってよい。その場合、例えば、定着フィルムおよびハロゲンランプによって加熱体が構成される。
【００２５】
また、定着ローラ２２の近傍には定着ローラ２２（加熱体）の温度を検出する温度センサ（温度検出部の一例）２４が設けられ、温度センサ２４は、ほぼ、定着ローラ２２の表面温度を検出する。すなわち、本実施形態において、温度センサ２４の検出温度Ｔｋは、定着ローラ２２の表面温度に相当する。
【００２６】
２．加熱装置の電気的構成
次に、図２から図４を参照して、プリンタ１に設けられた加熱装置３０を説明する。図２は加熱装置３０の概略的な構成を示すブロック図である。図３は、加熱装置３０の通電切替回路５０の概略的な構成を示すブロック図である。図４は、波数デューティ比と通電波形との関係を示すグラフである。
【００２７】
加熱装置３０は、低圧電源回路（ＡＣ−ＤＣコンバータ）３１、ハロゲンヒータ３３、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）３４、ゼロクロス検出回路４０、および通電切替回路５０等を含む。ハロゲンヒータ３３を除き、各回路は、ここでは、回路基板２５上に設けられる。なお、低圧電源回路３１は、加熱装置３０に含まれなくてもよい。
【００２８】
低圧電源回路３１は、例えば、１００Ｖの交流電圧を２４Ｖおよび３．３Ｖの直流電圧に変換し、直流電圧を各部に供給する。ハロゲンヒータ３３は、交流電源ＡＣの通電に応じて発熱する。
【００２９】
ゼロクロス検出回路４０は、正弦波交流電源（以下、単に交流電源という）ＡＣのゼロクロスタイミングに同期したゼロクロス信号Ｓｚｃを生成する。ＡＳＩＣ３４は、ゼロクロス信号Ｓｚｃに同期して通電切替回路５０の通電を制御する。
【００３０】
通電切替回路（通電切替部の一例）５０は、交流電源ＡＣからハロゲンヒータ３３への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率でハロゲンヒータ３３に交流電源ＡＣを通電する。通電切替回路５０は、詳しくは、図３に示されるように、例えば、トライアック５１およびトライアックゲート駆動回路５２等を含む。トライアックゲート駆動回路５２は、ＡＳＩＣ３４からゲート制御信号Ｓｇｃを受け取り、ゲート制御信号Ｓｇｃに応じて、トライアック５１をオン、オフすることによって、交流電源ＡＣからハロゲンヒータ３３への通電のオン、オフを切り替える。
【００３１】
ＡＳＩＣ（通電制御部の一例）３４は、インターフェイス回路３５、タイマ３６、メモリ３７等を含み、通電切替回路５０を制御して定着器７の通電制御を行う。また、ＡＳＩＣ３４は、画像形成部６に接続され、画像形成に係る制御も行う。インターフェイス回路３５は、ＡＳＩＣ外部との種々のデータのやり取りを仲介する。タイマ３６は、定着器７の通電制御の際に、各種通電時間の計測等に利用される。メモリ３７は、ＲＯＭおよびＲＡＭを含む。なお、通電制御部の構成はＡＳＩＣ３４にかぎられず、例えば、ＣＰＵあるいは個別の回路構成によって構成されてもよい。
【００３２】
ＡＳＩＣ３４は、温度センサ２４による検出温度（加熱温度）Ｔｋが目標範囲内に収まるように、通電切替回路５０の波数デューティ比を制御する。その際、ＡＳＩＣ３４は、基本的に、通電切替回路５０の所定制御期間毎において、第１期間の間、波数デューティ比をほぼ１００％に固定するオンロック通電制御（以下、単に「ＯＮロック」と記す）と、第２期間の間、波数デューティ比をほぼ０％に固定するオフロック通電制御（以下、単に「ＯＦＦロック」と記す）とを少なくとも一対で実行する。
【００３３】
ここで、波数デューティ比（以下、単に「ＤＵＴＹ比」と記す）は交流電源ＡＣを波数制御する場合のデューティ比であり、単位時間に対する交流電源ＡＣからハロゲンヒータ３３への通電時間の比率である通電比率の一例である。図４に示すように、ＤＵＴＹ比「０％」では交流電源ＡＣは遮断されたＯＦＦ状態にあり、一方、ＤＵＴＹ比「１００％」では交流電源ＡＣはそのまま通電されるＯＮ状態にある。また、ＤＵＴＹ比「６６％」では、例えば、ほぼ、交流電源ＡＣの各１．５周期のうちの半周期がＯＦＦされる。「ＯＮロック」および「ＯＦＦロック」においては、トライアック５１はオン、オフされないため、高調波電流がほとんど発生しない。そのため、「ＯＮロック」あるいは「ＯＦＦロック」を定着器７の通電制御期間内に適時挿入することによって、定着器７の通電制御に伴う高調波電流の発生量を低減することができる。
【００３４】
なお、ここで「ほぼ１００％のＤＵＴＹ比」には、ＤＵＴＹ比９９％あるいは９８％等も含まれ、ＤＵＴＹ比１００％に限られない。また、「ほぼ０％のＤＵＴＹ比」には、ＤＵＴＹ比１％あるいは２％等も含まれ、ＤＵＴＹ比０％に限られない。
【００３５】
３．加熱装置（定着器）の通電制御
次に、図５および図６を参照して、ＡＳＩＣ３４による、通電切替回路５０を介したハロゲンヒータ３３の通電制御を説明する。図５は各種通電制御（ＤＵＴＹ比パターン）と加熱温度Ｔｋとの関係を示すタイムチャートである。図６は、ヒータ出力指令値であるＤＵＴＹ比に対するハロゲンヒータ３３の出力（ハロゲンエネルギー）の一次遅れを説明するグラフである。例えば、ＤＵＴＹ比６６％に対してハロゲンエネルギーは、ヒータ出力６６％に向かって一次遅れで上昇する。
【００３６】
以下、ＡＳＩＣ３４によるＤＵＴＹ比制御の３種類のパターン（１〜３）を説明する。各ＤＵＴＹ比パターン（１〜３）において、ＡＳＩＣ３４は、上記したように、基本的に、通電切替回路５０の所定制御期間毎において、「ＯＮロック」期間（第１期間に相当）、ＤＵＴＹ比をほぼ１００％に固定する「ＯＮロック」と、「ＯＦＦロック」期間（第２期間に相当）、ＤＵＴＹ比をほぼ０％に固定する「ＯＦＦロック」とを少なくとも一対で実行する。
【００３７】
ここで、所定制御期間は、図５に示されるように１．５秒とされ、用紙５が定着器７、詳しくは、ニップ部Ｎを通過する通過時間（以下、「通紙期間」という）に相当する。なお、ここで、通紙期間には、用紙５が連続して定着される際の用紙間に対応する時間（紙間時間）も含むものとする。また、図６に示されるように、本実施形態における加熱体（定着ローラ２２およびハロゲンヒータ３３）の熱時定数τは約２秒であり、所定制御期間は熱時定数τ以下とされる。所定制御期間を熱時定数以下とすることの理由は以下による、すなわち、「ＯＮロック」および「ＯＦＦロック」の一対のロック期間のうち、先行するロック期間の温度制御に対する影響を他方のロック期間によって打ち消すことが望まれる。そのため、先行するロック期間の影響が、一次遅れによって残っている期間内、すなわち、熱時定数τの範囲内に他方のロック期間を設けることが好ましい。熱時定数τは、周知のように加熱体の熱容量と熱抵抗とを掛けたものであり、加熱体の温度変化に関する事前の実験等によって決定される。
【００３８】
なお、所定制御期間は、熱時定数τ以下であることが好ましく、通紙期間とすることに限られない。さらには、所定制御期間は、熱時定数τ以下とされなくてもよい。
【００３９】
また、各ＤＵＴＹ比パターン（１〜３）において、ＡＳＩＣ３４は、加熱温度Ｔｋが所定温度に到達した以後は、ほぼ一定の通電比率である定常通電比率となるように通電切替回路５０を制御し、「ＯＮロック」期間および「ＯＦＦロック」期間は、「定常ＤＵＴＹ比」（定常通電比率に相当）に基づいて設定される。本実施形態では、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率が「定常ＤＵＴＹ比」と等しくなるように、設定される。
【００４０】
３−１．パターン１
パターン１では、「定常ＤＵＴＹ比」は、６６％とされる。「ＯＮロック」期間は０．２３秒、「ＯＦＦロック」期間は０．１２秒とされる。すなわち、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間は、０．３５秒（３５０ミリ秒）であり、合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率（０．２３／０．３５）は約０．６６となって、「定常ＤＵＴＹ比」に等しい。なお、通紙期間（１．５秒）に対する合計期間（０．３５秒）の比率は、定着器の高調波対策と、定着器の温度制御への影響とのバランスを加味して、適宜、設定される。
【００４１】
そして、パターン１では、１．５秒の各通紙期間において、期間の最初に「ＯＮロック」期間が設けられ、期間のほぼ中間に「ＯＦＦロック」期間が設けられる。なお、パターン１における加熱温度Ｔｋの変化例は、図５において実線で示される。
【００４２】
３−２．パターン２
パターン２では、「定常ＤＵＴＹ比」は、７２％とされる。それに伴って「ＯＮロック」期間は０．２５秒、「ＯＦＦロック」期間は０．１秒とされる。すなわち、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間は、パターン１と同様に、０．３５秒（３５０ミリ秒）であり、合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率（０．２５／０．３５）は約０．７２となって、「定常ＤＵＴＹ比」に等しい。
【００４３】
そして、パターン２では、１．５秒の各通紙期間において、期間の最初から、例えば、０．１秒後に「ＯＦＦロック」期間が設けられ、期間のほぼ中間に「ＯＮロック」期間が設けられる。すなわち、パターン２では、各通紙期間において、「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とがパターン１とは逆の順序で実行される。なお、パターン２における加熱温度Ｔｋの変化例は、図５において破線で示される。
【００４４】
３−３．パターン３
パターン３では、パターン１と同様に、「定常ＤＵＴＹ比」は、６６％とされ、「ＯＮロック」期間は０．２３秒、「ＯＦＦロック」期間は０．１２秒とされる。パターン１とは、各通紙期間において、「ＯＮロック」期間および「ＯＦＦロック」期間の挿入方法が異なる。すなわち、パターン３では、１．５秒の各通紙期間において、期間の最初に「ＯＮロック」期間が０．１３秒設けられ、「ＯＮロック」期間に継続して「ＯＦＦロック」期間が設けられる。そして、期間のほぼ中間に「ＯＮロック」期間が０．１秒設けられる。
【００４５】
このように、パターン３では、各通紙期間において、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間が継続して設けられる。「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とが継続して実行されることによって、「ＯＮロック」による加熱温度Ｔｋの上昇を、継続する「ＯＦＦロック」によって好適に抑制できる。なお、「ＯＦＦロック」に継続して「ＯＮロック」が実行されるようにしてもよい。
【００４６】
また、各通紙期間において、「ＯＮロック」期間が２回に分割して設けられる。すなわち、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間とが一対で設けられるとともに、さらに「ＯＮロック」期間が一回、設けられる。このように、「ＯＮロック」が通紙期間において２分割して実行される場合、通紙期間における合計の「ＯＮロック」期間の比率が「定常ＤＵＴＹ比」と等しくなるように、「ＯＮロック」が分割して実行されればよい。なお、パターン３における加熱温度Ｔｋの変化例に関しては、図５において、パターン１と相違する部分が点線で示される。
【００４７】
発明者らは、図５に示されるように、各ＤＵＴＹ比パターン（１〜３）において、高調波の発生を規定範囲内に抑制しつつ、加熱温度Ｔｋを、目標下限値から目標上限値までの所望の目標温度範囲内に制御できることを実験により確認した。すなわち、発明者らは、各通紙期間において、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率が「定常ＤＵＴＹ比」と等しくなるように、設定され、「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とを少なくとも一対で実行されれば、「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とが通紙期間に挿入されるパターンにかかわらず、加熱温度Ｔｋを所望の目標温度範囲内に制御できることを確認した。
【００４８】
なお、ＤＵＴＹ比パターンは上記パターン（１〜３）に限られず、（１）所定制御期間毎において、「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とが少なくとも一対で実行され、（２）「ＯＮロック」期間および「ＯＦＦロック」期間は、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率が「定常ＤＵＴＹ比」と等しくなるように、設定される、という条件のもとに、その他、様々なパターンが可能である。さらに、条件（２）は割愛されてもよい。
【００４９】
４．実施形態の効果
ＡＳＩＣ３４は、通紙期間（所定制御期間）毎において、「ＯＮロック」と、「ＯＦＦロック」とを少なくとも一対で実行する。このように、「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とを各通紙期間において実行することによって、各「ロック」制御による加熱制御への影響を相殺し、加熱温度Ｔｋを目標温度範囲内に制御することができる。そのため、加熱体の加熱制御の精度を維持しつつ、加熱制御に係る高調波電流の抑制効果を向上させることができる。
【００５０】
また、各通紙期間において、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率が、定常ＤＵＴＹ比と等しくなるように、設定される。このように、「ＯＮロック」期間の比率が設定されることによって、各通紙期間における、平均ＤＵＴＹ比が定常ＤＵＴＹ比と等しくなる。すなわち、各通紙期間において、高調波電流の抑制のために「ＯＮロック」および「ＯＦＦロック」を実行した場合であっても、各通紙期間の平均ＤＵＴＹ比が定常ＤＵＴＹ比と等しくなることによって、「ＯＮロック」および「ＯＦＦロック」の挿入による加熱制御への影響を抑制して、加熱温度Ｔｋを目標温度範囲内に好適に制御することができる。
【００５１】
また、「ＯＮロック」および「ＯＦＦロック」が実行される各所定制御期間は、加熱体の熱時定数τ以下であって、通紙期間とされる。このように、所定制御期間を各用紙５が定着される通紙期間とすることによって、各用紙５に対してほぼ同様な温度条件のもとにトナー像を定着させることができる。
【００５２】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５３】
（１）上記実施形態において「ＯＮロック」期間（第１期間）および「ＯＦＦロック」期間（第２期間）は、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間に対する「ＯＮロック」の比率が、一次遅れを加味した定常ＤＵＴＹ比（定常通電比率）と等しくなるように、設定されるようにしてもよい。
すなわち、通常、熱等価回路による方程式から、制御入力（指令値：ＤＵＴＹ比）と一次遅れを加味した出力（加熱体の温度）との関係は、下式で表わされる。
Ｏｕｔｐｕｔ＝ａ＊Ｏｕｔｐｕｔｏｌｄ ＋（１−ａ）＊Ｉｎｐｕｔ
ここで
ａ＝ｅｘｐ（−ｄｔ／τ）であり、また、
ｄｔ：タイムステップ（サンプリング周期）
τ：加熱体の熱時定数（熱容量×熱抵抗）
Ｉｎｐｕｔ：制御入力（指令値：ＤＵＴＹ比）
Ｏｕｔｐｕｔ：一次遅れを加味した出力（加熱体の温度）
Ｏｕｔｐｕｔｏｌｄ：１タイムステップ（ｄｔ）前のＯｕｔｐｕｔ値
実際には一次遅れが存在し、図６に示されるように、指令値であるＤＵＴＹ比の影響（出力ハロゲンエネルキー）は遅れて現れるため、その遅れを考慮したＤＵＴＹ比の値を用いた方が、より実態に即していると言える。例えば、図６に示すように、図６の時刻３秒に指令ＤＵＴＹ比が５０％から６６％に切替った場合において、例えば、図６の時刻６秒の段階においてロック比率を計算し指令する場合、指令ＤＵＴＹ比を６６％ではなく、指令ＤＵＴＹ比を６３％とした方が、より適切となる。
【００５４】
（２）上記実施形態においては、定着器７の通電制御の際に、通電比率を波数デューティ比とし、交流電源ＡＣを波数制御する例を示したがこれに限られない。本発明は、定着器７の通電制御の際に、通電比率を位相デューティ比とし、交流電源ＡＣを位相制御する場合にも適応できる。
【００５５】
（３）上記実施形態においては、加熱装置３０をプリンタ１の定着器７に適用する例を示したがこれに限られず、本発明に係る加熱装置は、加熱制御の精度を維持しつつ、加熱制御に係る高調波電流の抑制効果の向上が所望される任意の装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１…モノクロレーザプリンタ、５…用紙、６…画像形成部、７…定着器、２２…定着ローラ、２４…温度センサ、３３…ハロゲンヒータ、３４…ＡＳＩＣ、５０…通電切替回路、５１…トライアック
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱装置および当該加熱装置を備えた画像形成装置に関し、詳しくは加熱装置の通電に係る高周波の発生を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電源から加熱装置の加熱体（ヒータ）への通電のオン、オフを切り替えることによって所定の通電比率でヒータを加熱する加熱装置が知られている。そのような加熱装置の通電に係る高周波の発生を抑制する技術として、例えば、特許文献１には、通電ヒータ温度が下限値以下であれば１００％通電し、上限値を超えると通電をオフし、上限値と下限値との間であれば、正弦波交流のゼロクロスに同期して正弦波交流を周期的にオン、オフする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２９７４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術文献では、正弦波交流のオン、オフ時に発生する高周波を低減できる。しかしながら、昨今、ヒータの高調波電流の規格値が厳しくなり、ヒータの加熱制御において、さらなる高調波電流を抑制させる技術が所望されていた。そのため、例えば、ヒータの通電制御中に、高調波電流の発生がほぼゼロに等しい通電比率１００％あるいは通電比率０％の期間を強制的に挿入して、高調波電流をより抑制する方法が考えられる。しかしながら、その場合、高調波電流の抑制と、加熱装置の加熱温度制御の精度との兼ね合いが重要となる。そのため、高調波電流の抑制効果を向上させつつ、加熱温度制御の精度を維持する技術が所望されていた。
【０００５】
本発明は、ヒータの加熱制御において、高調波電流の抑制効果を向上させつつ、加熱温度制御の所定の精度を維持できる技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書によって開示される加熱装置は、加熱体と、交流電源から前記加熱体への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率で前記加熱体に前記交流電源を通電する通電切替部と、前記加熱体による加熱温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部による検出温度が目標範囲内に収まるように、前記通電切替部の通電比率を制御する通電制御部と、を備え、前記通電制御部は、前記通電切替部の所定制御期間毎において、第１期間の間、前記通電比率をほぼ１００％に固定するオンロック通電制御と、第２期間の間、前記通電比率をほぼ０％に固定するオフロック通電制御とを少なくとも一対で実行する。
【０００７】
上記加熱装置において、前記所定制御期間は、前記加熱体の熱時定数以下とされるようにしてもよい。
また、上記加熱装置において、前記通電制御部は、前記オンロック通電制御と前記オフロック通電制御とを継続して実行するようにしてもよい。
【０００８】
また、上記加熱装置において、前記通電制御部は、前記加熱温度が目標温度範囲内に到達した以後は、ほぼ一定の通電比率である定常通電比率となるように前記通電切替部を制御し、前記第１期間および前記第２期間は、前記定常通電比率に基づいて設定されるようにしてもよい。
その際、前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が前記定常通電比率と等しくなるように、設定されるようにしてもよい。あるいは、前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が、一次遅れを加味した定常通電比率と等しくなるように、設定されるようにしてもよい。
【０００９】
被記録媒体上にトナー画像を形成する画像形成部と、前記被記録媒体上に形成されたトナー画像を、該被記録媒体上に定着させる定着部としての、上記加熱装置とを備えた画像形成装置であってもよい。
【００１０】
また、本明細書によって開示される画像形成装置は、画像を被記録媒体に形成する画像形成部と、加熱体を含み、前記被記録媒体が通過する際に、前記画像を前記被記録媒体に定着させる定着部と、交流電源から前記加熱体への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率で前記加熱体に前記交流電源を通電する通電切替部と、前記加熱体による加熱温度を検出する温度検出部と、前記加熱信号の前記通電比率を変更して、前記温度検出部による検出温度が目標範囲内に収まるように前記通電切替部を制御する通電制御部と、を備え、前記通電制御部は、前記通電切替部の所定制御期間中において、前記通電比率をほぼ１００％に第１期間、固定するオンロック通電制御と、前記通電比率をほぼ０％に第２期間、固定するオフロック通電制御とを少なくとも一対で実行する。
【００１１】
上記画像形成装置において、前記所定制御期間は、前記加熱体の熱時定数以下とされるようにしてもよい。
また、上記画像形成装置において、前記所定制御期間は、前記被記録媒体が前記定着部を通過する通過時間とされるようにしてもよい。
また、上記画像形成装置において、前記通電制御部は、前記オンロック通電制御と前記オフロック通電制御とを継続して実行するようにしてもよい。
【００１２】
また、前記通電制御部は、前記加熱温度が所定温度に到達した以後は、ほぼ一定の通電比率である定常通電比率となるように前記通電切替部を制御し、前記第１期間および前記第２期間は、前記定常通電比率に基づいて設定されるようにしてもよい。
その際、前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が前記定常通電比率と等しくなるように、設定されるようにしてもよい。あるいは、前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が、一次遅れを加味した定常通電比率と等しくなるように、設定されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の加熱装置によれば、通電制御部は、通電切替部の所定制御期間毎において、通電比率をほぼ１００％に固定するオンロック通電制御と、通電比率をほぼ０％に固定するオフロック通電制御とを少なくとも一対で実行する。このように、オンロック通電制御とオフロック通電制御とを各所定制御期間において少なくとも一対で実行することによって、各通電制御による加熱制御への影響を相殺し、加熱温度を目標温度範囲内に制御することができる。そのため、加熱体の加熱制御の精度を維持しつつ、加熱制御に係る高調波電流の抑制効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す側断面図
【図２】一実施形態の加熱装置の概略的な構成を示すブロック図
【図３】加熱装置の通電切替回路の概略的な構成を示すブロック図
【図４】波数デューティ比と通電波形との関係を示すグラフ
【図５】各ＤＵＴＹ比パターンと加熱温度との関係を示すタイムチャート
【図６】ＤＵＴＹ比に対するヒータ出力の一次遅れを説明するグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施形態＞
次に本発明に係る一実施形態について図１から図６を参照して説明する。
【００１６】
１．レーザプリンタの構成
図１は、一実施形態のモノクロレーザプリンタ１（「画像形成装置」の一例）の縦断面を概略的に表した図である。なお、画像形成装置はモノクロレーザプリンタに限られず、例えば、カラーレーザプリンタ、カラーＬＥＤプリンタ、複合機等であってもよい。
【００１７】
モノクロレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）１では、本体ケーシング２内の下部に配置されたトレイ３またはトレイ４から供給される用紙５（被記録媒体の一例）に対し、画像形成部６にてトナー像を形成した後、定着器７にてそのトナー像を加熱して定着処理を行い、最後にその用紙５を本体ケーシング２内の上部に位置する排紙トレイ８に排紙する。
【００１８】
画像形成部６は、スキャナ部１０、現像カートリッジ１３、感光ドラム１７、帯電器１８、転写ローラ１９等を含み、トナー画像を用紙５に形成する。
【００１９】
スキャナ部１０は、本体ケーシング２内の上部に配置されており、レーザ発光部（図示せず）、ポリゴンミラー１１、複数の反射鏡１２及び複数のレンズ（図示せず）等を含む。スキャナ部１０は、レーザ発光部から発射されたレーザ光を、ポリゴンミラー１１、反射鏡１２、レンズを介して一点鎖線で示すように感光ドラム１７の表面上に高速走査にて照射させる。
【００２０】
現像カートリッジ１３は、本体ケーシング２に対して着脱可能に装着されており、その内部には、トナーが収容されている。また、現像カートリッジ１３のトナー供給口には、現像ローラ１４、供給ローラ１５が互いに対向した状態で設けられ、さらに現像ローラ１４は感光ドラム１７に対向した状態で配置されている。現像カートリッジ１３内のトナーは、供給ローラ１５の回転により現像ローラ１４に供給され、現像ローラ１４に担持される。
【００２１】
感光ドラム１７の上方には、帯電器１８が間隔を隔てて配置されている。また、感光ドラム１７の下方には、転写ローラ１９が感光ドラム１７に対向して配置されている。
【００２２】
感光ドラム１７は回転されつつ、その表面が帯電器１８によって一様に、例えば、正極性に帯電される。次いで、スキャナ部１０からのレーザ光により感光ドラム１７上に静電潜像が形成され、その後、感光ドラム１７が現像ローラ１４と接触して回転するときに、現像ローラ１４上に担持されているトナーが感光ドラム１７の表面上の静電潜像に供給されて担持されることによってトナー像が形成される。その後、トナー像は、用紙５が感光ドラム１７と転写ローラ１９との間を通る間に、転写ローラ１９に印加される転写バイアスによって、用紙５に転写される。
【００２３】
定着器（加熱部、加熱装置の一例）７は、画像形成部６に対して用紙搬送方向の下流側に配置され、定着ローラ（加熱体の一例）２２、定着ローラ２２を押圧する加圧ローラ２３、および定着ローラ２２を加熱するハロゲンヒータ（加熱体の一例）３３等を含む。ハロゲンヒータ３３は定着ローラ２２の内部に設けられるとともに、回路基板２５に接続され、回路基板２５からの信号によって通電制御される。ここでは、定着ローラ２２およびハロゲンヒータ３３によって加熱体が構成される。定着ローラ２２と加圧ローラ２３とが対向する位置において用紙５がニップされ、ニップ位置（定着位置）Ｎにおいてトナー像が用紙５に熱定着される。
【００２４】
なお、定着器７の構成は、これに限られない。例えば、定着ローラ２２に代えて定着フィルムが用いられる、いわゆるフィルム定着方式の定着器であってよい。その場合、例えば、定着フィルムおよびハロゲンランプによって加熱体が構成される。
【００２５】
また、定着ローラ２２の近傍には定着ローラ２２（加熱体）の温度を検出する温度センサ（温度検出部の一例）２４が設けられ、温度センサ２４は、ほぼ、定着ローラ２２の表面温度を検出する。すなわち、本実施形態において、温度センサ２４の検出温度Ｔｋは、定着ローラ２２の表面温度に相当する。
【００２６】
２．加熱装置の電気的構成
次に、図２から図４を参照して、プリンタ１に設けられた加熱装置３０を説明する。図２は加熱装置３０の概略的な構成を示すブロック図である。図３は、加熱装置３０の通電切替回路５０の概略的な構成を示すブロック図である。図４は、波数デューティ比と通電波形との関係を示すグラフである。
【００２７】
加熱装置３０は、低圧電源回路（ＡＣ−ＤＣコンバータ）３１、ハロゲンヒータ３３、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）３４、ゼロクロス検出回路４０、および通電切替回路５０等を含む。ハロゲンヒータ３３を除き、各回路は、ここでは、回路基板２５上に設けられる。なお、低圧電源回路３１は、加熱装置３０に含まれなくてもよい。
【００２８】
低圧電源回路３１は、例えば、１００Ｖの交流電圧を２４Ｖおよび３．３Ｖの直流電圧に変換し、直流電圧を各部に供給する。ハロゲンヒータ３３は、交流電源ＡＣの通電に応じて発熱する。
【００２９】
ゼロクロス検出回路４０は、正弦波交流電源（以下、単に交流電源という）ＡＣのゼロクロスタイミングに同期したゼロクロス信号Ｓｚｃを生成する。ＡＳＩＣ３４は、ゼロクロス信号Ｓｚｃに同期して通電切替回路５０の通電を制御する。
【００３０】
通電切替回路（通電切替部の一例）５０は、交流電源ＡＣからハロゲンヒータ３３への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率でハロゲンヒータ３３に交流電源ＡＣを通電する。通電切替回路５０は、詳しくは、図３に示されるように、例えば、トライアック５１およびトライアックゲート駆動回路５２等を含む。トライアックゲート駆動回路５２は、ＡＳＩＣ３４からゲート制御信号Ｓｇｃを受け取り、ゲート制御信号Ｓｇｃに応じて、トライアック５１をオン、オフすることによって、交流電源ＡＣからハロゲンヒータ３３への通電のオン、オフを切り替える。
【００３１】
ＡＳＩＣ（通電制御部の一例）３４は、インターフェイス回路３５、タイマ３６、メモリ３７等を含み、通電切替回路５０を制御して定着器７の通電制御を行う。また、ＡＳＩＣ３４は、画像形成部６に接続され、画像形成に係る制御も行う。インターフェイス回路３５は、ＡＳＩＣ外部との種々のデータのやり取りを仲介する。タイマ３６は、定着器７の通電制御の際に、各種通電時間の計測等に利用される。メモリ３７は、ＲＯＭおよびＲＡＭを含む。なお、通電制御部の構成はＡＳＩＣ３４にかぎられず、例えば、ＣＰＵあるいは個別の回路構成によって構成されてもよい。
【００３２】
ＡＳＩＣ３４は、温度センサ２４による検出温度（加熱温度）Ｔｋが目標範囲内に収まるように、通電切替回路５０の波数デューティ比を制御する。その際、ＡＳＩＣ３４は、基本的に、通電切替回路５０の所定制御期間毎において、第１期間の間、波数デューティ比をほぼ１００％に固定するオンロック通電制御（以下、単に「ＯＮロック」と記す）と、第２期間の間、波数デューティ比をほぼ０％に固定するオフロック通電制御（以下、単に「ＯＦＦロック」と記す）とを少なくとも一対で実行する。
【００３３】
ここで、波数デューティ比（以下、単に「ＤＵＴＹ比」と記す）は交流電源ＡＣを波数制御する場合のデューティ比であり、単位時間に対する交流電源ＡＣからハロゲンヒータ３３への通電時間の比率である通電比率の一例である。図４に示すように、ＤＵＴＹ比「０％」では交流電源ＡＣは遮断されたＯＦＦ状態にあり、一方、ＤＵＴＹ比「１００％」では交流電源ＡＣはそのまま通電されるＯＮ状態にある。また、ＤＵＴＹ比「６６％」では、例えば、ほぼ、交流電源ＡＣの各１．５周期のうちの半周期がＯＦＦされる。「ＯＮロック」および「ＯＦＦロック」においては、トライアック５１はオン、オフされないため、高調波電流がほとんど発生しない。そのため、「ＯＮロック」あるいは「ＯＦＦロック」を定着器７の通電制御期間内に適時挿入することによって、定着器７の通電制御に伴う高調波電流の発生量を低減することができる。
【００３４】
なお、ここで「ほぼ１００％のＤＵＴＹ比」には、ＤＵＴＹ比９９％あるいは９８％等も含まれ、ＤＵＴＹ比１００％に限られない。また、「ほぼ０％のＤＵＴＹ比」には、ＤＵＴＹ比１％あるいは２％等も含まれ、ＤＵＴＹ比０％に限られない。
【００３５】
３．加熱装置（定着器）の通電制御
次に、図５および図６を参照して、ＡＳＩＣ３４による、通電切替回路５０を介したハロゲンヒータ３３の通電制御を説明する。図５は各種通電制御（ＤＵＴＹ比パターン）と加熱温度Ｔｋとの関係を示すタイムチャートである。図６は、ヒータ出力指令値であるＤＵＴＹ比に対するハロゲンヒータ３３の出力（ハロゲンエネルギー）の一次遅れを説明するグラフである。例えば、ＤＵＴＹ比６６％に対してハロゲンエネルギーは、ヒータ出力６６％に向かって一次遅れで上昇する。
【００３６】
以下、ＡＳＩＣ３４によるＤＵＴＹ比制御の３種類のパターン（１〜３）を説明する。各ＤＵＴＹ比パターン（１〜３）において、ＡＳＩＣ３４は、上記したように、基本的に、通電切替回路５０の所定制御期間毎において、「ＯＮロック」期間（第１期間に相当）、ＤＵＴＹ比をほぼ１００％に固定する「ＯＮロック」と、「ＯＦＦロック」期間（第２期間に相当）、ＤＵＴＹ比をほぼ０％に固定する「ＯＦＦロック」とを少なくとも一対で実行する。
【００３７】
ここで、所定制御期間は、図５に示されるように１．５秒とされ、用紙５が定着器７、詳しくは、ニップ部Ｎを通過する通過時間（以下、「通紙期間」という）に相当する。なお、ここで、通紙期間には、用紙５が連続して定着される際の用紙間に対応する時間（紙間時間）も含むものとする。また、図６に示されるように、本実施形態における加熱体（定着ローラ２２およびハロゲンヒータ３３）の熱時定数τは約２秒であり、所定制御期間は熱時定数τ以下とされる。所定制御期間を熱時定数以下とすることの理由は以下による、すなわち、「ＯＮロック」および「ＯＦＦロック」の一対のロック期間のうち、先行するロック期間の温度制御に対する影響を他方のロック期間によって打ち消すことが望まれる。そのため、先行するロック期間の影響が、一次遅れによって残っている期間内、すなわち、熱時定数τの範囲内に他方のロック期間を設けることが好ましい。熱時定数τは、周知のように加熱体の熱容量と熱抵抗とを掛けたものであり、加熱体の温度変化に関する事前の実験等によって決定される。
【００３８】
なお、所定制御期間は、熱時定数τ以下であることが好ましく、通紙期間とすることに限られない。さらには、所定制御期間は、熱時定数τ以下とされなくてもよい。
【００３９】
また、各ＤＵＴＹ比パターン（１〜３）において、ＡＳＩＣ３４は、加熱温度Ｔｋが所定温度に到達した以後は、ほぼ一定の通電比率である定常通電比率となるように通電切替回路５０を制御し、「ＯＮロック」期間および「ＯＦＦロック」期間は、「定常ＤＵＴＹ比」（定常通電比率に相当）に基づいて設定される。本実施形態では、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率が「定常ＤＵＴＹ比」と等しくなるように、設定される。
【００４０】
３−１．パターン１
パターン１では、「定常ＤＵＴＹ比」は、６６％とされる。「ＯＮロック」期間は０．２３秒、「ＯＦＦロック」期間は０．１２秒とされる。すなわち、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間は、０．３５秒（３５０ミリ秒）であり、合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率（０．２３／０．３５）は約０．６６となって、「定常ＤＵＴＹ比」に等しい。なお、通紙期間（１．５秒）に対する合計期間（０．３５秒）の比率は、定着器の高調波対策と、定着器の温度制御への影響とのバランスを加味して、適宜、設定される。
【００４１】
そして、パターン１では、１．５秒の各通紙期間において、期間の最初に「ＯＮロック」期間が設けられ、期間のほぼ中間に「ＯＦＦロック」期間が設けられる。なお、パターン１における加熱温度Ｔｋの変化例は、図５において実線で示される。
【００４２】
３−２．パターン２
パターン２では、「定常ＤＵＴＹ比」は、７２％とされる。それに伴って「ＯＮロック」期間は０．２５秒、「ＯＦＦロック」期間は０．１秒とされる。すなわち、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間は、パターン１と同様に、０．３５秒（３５０ミリ秒）であり、合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率（０．２５／０．３５）は約０．７２となって、「定常ＤＵＴＹ比」に等しい。
【００４３】
そして、パターン２では、１．５秒の各通紙期間において、期間の最初から、例えば、０．１秒後に「ＯＦＦロック」期間が設けられ、期間のほぼ中間に「ＯＮロック」期間が設けられる。すなわち、パターン２では、各通紙期間において、「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とがパターン１とは逆の順序で実行される。なお、パターン２における加熱温度Ｔｋの変化例は、図５において破線で示される。
【００４４】
３−３．パターン３
パターン３では、パターン１と同様に、「定常ＤＵＴＹ比」は、６６％とされ、「ＯＮロック」期間は０．２３秒、「ＯＦＦロック」期間は０．１２秒とされる。パターン１とは、各通紙期間において、「ＯＮロック」期間および「ＯＦＦロック」期間の挿入方法が異なる。すなわち、パターン３では、１．５秒の各通紙期間において、期間の最初に「ＯＮロック」期間が０．１３秒設けられ、「ＯＮロック」期間に継続して「ＯＦＦロック」期間が設けられる。そして、期間のほぼ中間に「ＯＮロック」期間が０．１秒設けられる。
【００４５】
このように、パターン３では、各通紙期間において、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間が継続して設けられる。「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とが継続して実行されることによって、「ＯＮロック」による加熱温度Ｔｋの上昇を、継続する「ＯＦＦロック」によって好適に抑制できる。なお、「ＯＦＦロック」に継続して「ＯＮロック」が実行されるようにしてもよい。
【００４６】
また、各通紙期間において、「ＯＮロック」期間が２回に分割して設けられる。すなわち、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間とが一対で設けられるとともに、さらに「ＯＮロック」期間が一回、設けられる。このように、「ＯＮロック」が通紙期間において２分割して実行される場合、通紙期間における合計の「ＯＮロック」期間の比率が「定常ＤＵＴＹ比」と等しくなるように、「ＯＮロック」が分割して実行されればよい。なお、パターン３における加熱温度Ｔｋの変化例に関しては、図５において、パターン１と相違する部分が点線で示される。
【００４７】
発明者らは、図５に示されるように、各ＤＵＴＹ比パターン（１〜３）において、高調波の発生を規定範囲内に抑制しつつ、加熱温度Ｔｋを、目標下限値から目標上限値までの所望の目標温度範囲内に制御できることを実験により確認した。すなわち、発明者らは、各通紙期間において、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率が「定常ＤＵＴＹ比」と等しくなるように、設定され、「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とを少なくとも一対で実行されれば、「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とが通紙期間に挿入されるパターンにかかわらず、加熱温度Ｔｋを所望の目標温度範囲内に制御できることを確認した。
【００４８】
なお、ＤＵＴＹ比パターンは上記パターン（１〜３）に限られず、（１）所定制御期間毎において、「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とが少なくとも一対で実行され、（２）「ＯＮロック」期間および「ＯＦＦロック」期間は、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率が「定常ＤＵＴＹ比」と等しくなるように、設定される、という条件のもとに、その他、様々なパターンが可能である。さらに、条件（２）は割愛されてもよい。
【００４９】
４．実施形態の効果
ＡＳＩＣ３４は、通紙期間（所定制御期間）毎において、「ＯＮロック」と、「ＯＦＦロック」とを少なくとも一対で実行する。このように、「ＯＮロック」と「ＯＦＦロック」とを各通紙期間において実行することによって、各「ロック」制御による加熱制御への影響を相殺し、加熱温度Ｔｋを目標温度範囲内に制御することができる。そのため、加熱体の加熱制御の精度を維持しつつ、加熱制御に係る高調波電流の抑制効果を向上させることができる。
【００５０】
また、各通紙期間において、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間に対する「ＯＮロック」期間の比率が、定常ＤＵＴＹ比と等しくなるように、設定される。このように、「ＯＮロック」期間の比率が設定されることによって、各通紙期間における、平均ＤＵＴＹ比が定常ＤＵＴＹ比と等しくなる。すなわち、各通紙期間において、高調波電流の抑制のために「ＯＮロック」および「ＯＦＦロック」を実行した場合であっても、各通紙期間の平均ＤＵＴＹ比が定常ＤＵＴＹ比と等しくなることによって、「ＯＮロック」および「ＯＦＦロック」の挿入による加熱制御への影響を抑制して、加熱温度Ｔｋを目標温度範囲内に好適に制御することができる。
【００５１】
また、「ＯＮロック」および「ＯＦＦロック」が実行される各所定制御期間は、加熱体の熱時定数τ以下であって、通紙期間とされる。このように、所定制御期間を各用紙５が定着される通紙期間とすることによって、各用紙５に対してほぼ同様な温度条件のもとにトナー像を定着させることができる。
【００５２】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５３】
（１）上記実施形態において「ＯＮロック」期間（第１期間）および「ＯＦＦロック」期間（第２期間）は、「ＯＮロック」期間と「ＯＦＦロック」期間との合計期間に対する「ＯＮロック」の比率が、一次遅れを加味した定常ＤＵＴＹ比（定常通電比率）と等しくなるように、設定されるようにしてもよい。
すなわち、通常、熱等価回路による方程式から、制御入力（指令値：ＤＵＴＹ比）と一次遅れを加味した出力（加熱体の温度）との関係は、下式で表わされる。
Ｏｕｔｐｕｔ＝ａ＊Ｏｕｔｐｕｔｏｌｄ ＋（１−ａ）＊Ｉｎｐｕｔ
ここで
ａ＝ｅｘｐ（−ｄｔ／τ）であり、また、
ｄｔ：タイムステップ（サンプリング周期）
τ：加熱体の熱時定数（熱容量×熱抵抗）
Ｉｎｐｕｔ：制御入力（指令値：ＤＵＴＹ比）
Ｏｕｔｐｕｔ：一次遅れを加味した出力（加熱体の温度）
Ｏｕｔｐｕｔｏｌｄ：１タイムステップ（ｄｔ）前のＯｕｔｐｕｔ値
実際には一次遅れが存在し、図６に示されるように、指令値であるＤＵＴＹ比の影響（出力ハロゲンエネルキー）は遅れて現れるため、その遅れを考慮したＤＵＴＹ比の値を用いた方が、より実態に即していると言える。例えば、図６に示すように、図６の時刻３秒に指令ＤＵＴＹ比が５０％から６６％に切替った場合において、例えば、図６の時刻６秒の段階においてロック比率を計算し指令する場合、指令ＤＵＴＹ比を６６％ではなく、指令ＤＵＴＹ比を６３％とした方が、より適切となる。
【００５４】
（２）上記実施形態においては、定着器７の通電制御の際に、通電比率を波数デューティ比とし、交流電源ＡＣを波数制御する例を示したがこれに限られない。本発明は、定着器７の通電制御の際に、通電比率を位相デューティ比とし、交流電源ＡＣを位相制御する場合にも適応できる。
【００５５】
（３）上記実施形態においては、加熱装置３０をプリンタ１の定着器７に適用する例を示したがこれに限られず、本発明に係る加熱装置は、加熱制御の精度を維持しつつ、加熱制御に係る高調波電流の抑制効果の向上が所望される任意の装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１…モノクロレーザプリンタ、５…用紙、６…画像形成部、７…定着器、２２…定着ローラ、２４…温度センサ、３３…ハロゲンヒータ、３４…ＡＳＩＣ、５０…通電切替回路、５１…トライアック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱体と、
交流電源から前記加熱体への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率で前記加熱体に前記交流電源を通電する通電切替部と、
前記加熱体による加熱温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による検出温度が目標範囲内に収まるように、前記通電切替部の通電比率を制御する通電制御部と、を備え、
前記通電制御部は、前記通電切替部の所定制御期間毎において、第１期間の間、前記通電比率をほぼ１００％に固定するオンロック通電制御と、第２期間の間、前記通電比率をほぼ０％に固定するオフロック通電制御とを少なくとも一対で実行する、加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱装置において、
前記所定制御期間は、前記加熱体の熱時定数以下とされる、加熱装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の加熱装置において、
前記通電制御部は、前記オンロック通電制御と前記オフロック通電制御とを継続して実行する、加熱装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の加熱装置において、
前記通電制御部は、前記加熱温度が目標温度範囲内に到達した以後は、ほぼ一定の通電比率である定常通電比率となるように前記通電切替部を制御し、
前記第１期間および前記第２期間は、前記定常通電比率に基づいて設定される、加熱装置。
【請求項５】
請求項４に記載の加熱装置において、
前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が前記定常通電比率と等しくなるように、設定される、加熱装置。
【請求項６】
請求項４に記載の加熱装置において、
前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が、一次遅れを加味した定常通電比率と等しくなるように、設定される、加熱装置。
【請求項７】
被記録媒体上にトナー画像を形成する画像形成部と、
前記被記録媒体上に形成されたトナー画像を、該被記録媒体上に定着させる定着部としての、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の加熱装置と、
を備えた画像形成装置。
【請求項８】
画像を被記録媒体に形成する画像形成部と、
加熱体を含み、前記被記録媒体が通過する際に、前記画像を前記被記録媒体に定着させる定着部と、
交流電源から前記加熱体への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率で前記加熱体に前記交流電源を通電する通電切替部と、
前記加熱体による加熱温度を検出する温度検出部と、
前記加熱信号の前記通電比率を変更して、前記温度検出部による検出温度が目標範囲内に収まるように前記通電切替部を制御する通電制御部と、を備え、
前記通電制御部は、前記通電切替部の所定制御期間中において、前記通電比率をほぼ１００％に第１期間、固定するオンロック通電制御と、前記通電比率をほぼ０％に第２期間、固定するオフロック通電制御とを少なくとも一対で実行する、画像形成装置。
【請求項９】
請求項８に記載の画像形成装置において、
前記所定制御期間は、前記加熱体の熱時定数以下とされる、画像形成装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の画像形成装置において、
前記所定制御期間は、前記被記録媒体が前記定着部を通過する通過時間とされる、画像形成装置。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の画像形成装置において、
前記通電制御部は、前記オンロック通電制御と前記オフロック通電制御とを継続して実行する、画像形成装置。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の画像形成装置において、
前記通電制御部は、前記加熱温度が所定温度に到達した以後は、ほぼ一定の通電比率である定常通電比率となるように前記通電切替部を制御し、
前記第１期間および前記第２期間は、前記定常通電比率に基づいて設定される、画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の画像形成装置において、
前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が前記定常通電比率と等しくなるように、設定される、画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の画像形成装置において、
前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が、一次遅れを加味した定常通電比率と等しくなるように、設定される、画像形成装置。
【請求項１】
加熱体と、
交流電源から前記加熱体への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率で前記加熱体に前記交流電源を通電する通電切替部と、
前記加熱体による加熱温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による検出温度が目標範囲内に収まるように、前記通電切替部の通電比率を制御する通電制御部と、を備え、
前記通電制御部は、前記通電切替部の所定制御期間毎において、第１期間の間、前記通電比率をほぼ１００％に固定するオンロック通電制御と、第２期間の間、前記通電比率をほぼ０％に固定するオフロック通電制御とを少なくとも一対で実行する、加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱装置において、
前記所定制御期間は、前記加熱体の熱時定数以下とされる、加熱装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の加熱装置において、
前記通電制御部は、前記オンロック通電制御と前記オフロック通電制御とを継続して実行する、加熱装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の加熱装置において、
前記通電制御部は、前記加熱温度が目標温度範囲内に到達した以後は、ほぼ一定の通電比率である定常通電比率となるように前記通電切替部を制御し、
前記第１期間および前記第２期間は、前記定常通電比率に基づいて設定される、加熱装置。
【請求項５】
請求項４に記載の加熱装置において、
前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が前記定常通電比率と等しくなるように、設定される、加熱装置。
【請求項６】
請求項４に記載の加熱装置において、
前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が、一次遅れを加味した定常通電比率と等しくなるように、設定される、加熱装置。
【請求項７】
被記録媒体上にトナー画像を形成する画像形成部と、
前記被記録媒体上に形成されたトナー画像を、該被記録媒体上に定着させる定着部としての、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の加熱装置と、
を備えた画像形成装置。
【請求項８】
画像を被記録媒体に形成する画像形成部と、
加熱体を含み、前記被記録媒体が通過する際に、前記画像を前記被記録媒体に定着させる定着部と、
交流電源から前記加熱体への通電のオン、オフを切り替えることによって、所定の通電比率で前記加熱体に前記交流電源を通電する通電切替部と、
前記加熱体による加熱温度を検出する温度検出部と、
前記加熱信号の前記通電比率を変更して、前記温度検出部による検出温度が目標範囲内に収まるように前記通電切替部を制御する通電制御部と、を備え、
前記通電制御部は、前記通電切替部の所定制御期間中において、前記通電比率をほぼ１００％に第１期間、固定するオンロック通電制御と、前記通電比率をほぼ０％に第２期間、固定するオフロック通電制御とを少なくとも一対で実行する、画像形成装置。
【請求項９】
請求項８に記載の画像形成装置において、
前記所定制御期間は、前記加熱体の熱時定数以下とされる、画像形成装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の画像形成装置において、
前記所定制御期間は、前記被記録媒体が前記定着部を通過する通過時間とされる、画像形成装置。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の画像形成装置において、
前記通電制御部は、前記オンロック通電制御と前記オフロック通電制御とを継続して実行する、画像形成装置。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の画像形成装置において、
前記通電制御部は、前記加熱温度が所定温度に到達した以後は、ほぼ一定の通電比率である定常通電比率となるように前記通電切替部を制御し、
前記第１期間および前記第２期間は、前記定常通電比率に基づいて設定される、画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の画像形成装置において、
前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が前記定常通電比率と等しくなるように、設定される、画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の画像形成装置において、
前記第１期間および前記第２期間は、前記第１期間と前記第２期間との合計期間に対する前記第１期間の比率が、一次遅れを加味した定常通電比率と等しくなるように、設定される、画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４２７７９（Ｐ２０１２−２４２７７９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１５７６５（Ｐ２０１１−１１５７６５）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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