画像形成装置
【課題】位相制御と波数制御を組み合わせた制御を用いた定着装置において、定着温度制御上の電力切換えタイミングと電力値の更新タイミングとの時間差を小さくする制御技術を提供することを目的とする。
【解決手段】交流電源の４全波を制御周期として位相制御と波数制御を組み合わせた第一の制御パターンと、１全波を制御周期とした位相制御のみの第二の制御パターンを備え、供給電力の切換え時において、切換えタイミングと第一の制御パターンあるいは第二の制御パターン電力値が更新されるタイミングとの時間差が少なくなるように、第一の制御パターンと第二の制御パターンとを組合せて制御する定着装置２３、及び該定着装置を備えた画像形成装置。
【解決手段】交流電源の４全波を制御周期として位相制御と波数制御を組み合わせた第一の制御パターンと、１全波を制御周期とした位相制御のみの第二の制御パターンを備え、供給電力の切換え時において、切換えタイミングと第一の制御パターンあるいは第二の制御パターン電力値が更新されるタイミングとの時間差が少なくなるように、第一の制御パターンと第二の制御パターンとを組合せて制御する定着装置２３、及び該定着装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセス等を利用した画像形成装置および、そのトナー像を記録紙上に定着させる定着装置のヒータ電力制御方法および、前記ヒータ電力制御方法を用いた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、電子写真、静電記録、磁気記録等の作像プロセスを用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置において、記録材またはＯＨＰシートなどの記録媒体上の未定着トナー像を永久像とするため、熱で溶融して定着させる加熱定着装置が設けられている。
【０００３】
上記画像形成装置では、定着加熱装置として、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式の熱定着装置や、セラミックヒータを熱源とするフィルム定着式の熱定着装置が用いられている（特許文献１〜４参照）。
【０００４】
その他にＩＨ定着方式、フラッシュ加熱方式、オーブン加熱方式等の多種の方式、構成のものが知られており実用化されている。
【０００５】
中でも熱容量の極めて小さなフィルムを内部から加熱する前記フィルム定着方式の加熱定着装置は、エネルギー効率が高く、昇温速度が大きい。そのため、プリント時のみ加熱すればよく、電源オンから印字可能状態になるまでの時間が短く、プリント待機時の消費電力も大幅に小さいという利点を有する。
【０００６】
一般に、ヒータはトライアック等のスイッチング素子を介して交流電源に接続されており、この交流電源により電力が供給される。定着加熱装置には温度検出素子、例えばサーミスタ感温素子が設けられている。前記温度検出素子により定着加熱装置の温度が検出され、その検出温度情報をもとに、エンジンコントローラがスイッチング素子をオン／オフ制御することにより、ヒータへの電力供給をオン／オフし、定着装置の温度が目標の一定温度に制御される。
【０００７】
セラミックヒータへのオン／オフ制御は商用電源の位相制御（特許文献５、特許文献６参照）又は波数制御（特許文献７参照）又は位相制御と波数制御を組み合わせた方式（特許文献８参照）により行われる。
【０００８】
前記ヒータはトライアック等のスイッチング制御素子を介して交流電源に接続されており、この交流電源により電力が供給される加熱定着装置には温度検出素子例えば、サーミスタ感温素子が設けられている。前記温度検出素子により定着器の温度が検出され、その検出温度情報をもとに、装置のエンジンコトンローラがスイッチング素子をオン／オフ制御することにより、ヒータへの電力供給をオン／オフし、加熱定着装置の温度が目標の温度に調整制御される。
【０００９】
位相制御は、交流電源を１半波内の任意の位相角でヒータをオンすることでヒータに電力を供給する方式である。図１３（ａ）に位相制御のテーブル例を示す。波数制御は、ヒータのオン／オフを交流電源の半波単位で行う電力制御方式である。位相制御と波数制御を組み合わせた制御は、複数半波を一制御周期とするうちの一部の半波を位相制御し、残りを波数制御する電力制御方式である。
【００１０】
位相制御を選択する理由としては、照明機器のちらつき、いわゆるフリッカや定着加熱装置の温度リップルの抑制が挙げられる。フリッカとは、装置の負荷電流変動と、接続されているＡＣ商用電源の内部インピーダンスや屋内配電網のインピーダンスの影響で、ＡＣ商用電源の交流電源電圧の急激な変動を引き起こし、同じＡＣ商用電源に接続される照明機器がちらつく等の不具合現象をさす。
【００１１】
位相制御は半波ごとに電流が流れるため、電流の変化量および変化周期が小さく、フリッカの発生を抑えることができる。また、半波ごとに電力を制御できるため、定着加熱装置の温度調整制御の応答性が速く、定着加熱装置の温度リップルを小さくできるメリットがある。その一方で、交流電源を１半波内の任意の位相角でヒータをオンするため、ヒータをオンする際に生じる急激な電流変動により高調波電流歪やスイッチングノイズが発生するデメリットがある。
【００１２】
波数制御を選択する理由としては、高調波電流歪やスイッチングノイズの抑制が挙げられる。ヒータのオン／オフ制御を必ずゼロクロスポイントで行う波数制御は、交流電源の半波の途中でスイッチングする位相制御よりも発生しにくいからである。その一方で、位相制御と比較してより装置の負荷電流変動が大きく、交流電源の電圧変動が大きいため、フリッカが発生しやすいデメリットがある。
【００１３】
位相制御と波数制御を組み合わせた制御を選択する理由としては、位相制御のみと比較して高調波電流歪やスイッチングノイズの抑制に有利であり、かつ、波数制御のみと比較してフリッカ抑制に有利であることがあげられる。高調波電流歪やスイッチングノイズは、使用するＡＣ交流電源の電圧が高い方が、より大きく発生する傾向がある。したがって、画像形成装置が使用される地域のＡＣ商用電源電圧に応じた制御方式を採用する必要がある。例えば、１００〜１２０ＶのＡＣ商用電源電圧の地域向けにはフリッカに有利な位相制御方式が、２２０Ｖ〜２４０ＶのＡＣ商用電源電圧の地域向けには高調波電流歪やスイッチングノイズに有利な波数制御方式がヒータの制御に採用されている。しかし、近年の画像形成装置の高速化による定着加熱装置のヒータ電力増大に伴い、定着性能を満足した上で、位相制御のみでは高調波電流歪規制を満足することが困難であり、かつ、波数制御のみではフリッカ規制を満足できない場合が生じていた。その場合、位相制御と波数制御を組み合わせた制御は、高調波電流歪規制とフリッカ規制の両方を満足する方式として有効であった。
【００１４】
図１３（ｂ）に位相制御と波数制御を組み合わせたヒータ電力制御のテーブル例をテーブル２として示す。ヒータへの供給電力比は、隣り合うテーブル１と同じ電力となるように記載してある。
【００１５】
図１３（ｂ）の一例では、８半波（４全波）を一制御周期とし、そのうち６半波を波数制御、２半波を位相制御で制御する。テーブル２において、ヒータ供給電力比ｄｕｔｙ４／１２（＝３３．３％）の場合を説明する。１波目と２波目の半波の電力ｄｕｔｙが３３．３％になるように制御部がトランジスタにＴｃのタイミングでトランジスタにＯＮ信号を送信し位相制御を行う。そして、残り６半波のうち２半波を波数制御でオンし、その他４半波は全てオフとすることで、一制御周期において約３３．３％の電力が供給される。
【００１６】
このようにヒータ供給電力の０％から１００％までの間を１２分割したヒータ制御テーブルの１３段階をあらかじめ定めておき、制御部は前記ヒータ電力制御テーブルを元にヒータ通電制御を行うことができる。波数制御に比べて位相制御を含むためフリッカが抑制され、且つ、位相制御に比べて波数制御を含むため高調波電流歪が抑制される特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献４】特開平４−４４０７６号公報
【特許文献５】特開平０９−１０１７１８号公報
【特許文献６】特開平０９−１０６２１５号公報
【特許文献７】特開２０００−２６８９３９号公報
【特許文献８】特開２００３−１２３９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
例えば近年の画像形成装置においては、フルカラー画像の形成がなされ、かつ、プリント速度の高速化、高画質化が重要になっている。さらには、省エネルギー化や、プリント開始してから１枚目の転写紙が出力される時間、すなわちファーストプリントアウトタイムの短縮等の付加価値がこれまで以上に市場から求められている。
【００１９】
このような背景の中、プリントスピードの高速化やファーストプリントアウトタイム短縮化に伴い、従来のセラミックヒータを用いたフィルム定着式の定着装置も、そのヒータに要求される電力は増加する傾向にある。ヒータ電力が増加するということは、言い換えるとヒータの抵抗値が減少するということを意味する。ヒータの抵抗値減少は、ヒータ電力供給時における交流電源の電流増加を意味し、この電流増加は、更なる高調波歪とフリッカを生じさせる。
【００２０】
また、さらなる高画質化を達成するために、定着加熱装置の温度リップルや温度ムラの低減も求められている。例えば、プリント速度の高速化に伴って、定着装置から転写紙に奪われる単位時間の熱量が増加することで、定着加熱装置の温度ムラが発生し、特に高い光沢を要求される画像の光沢ムラが顕著に現れやすくなる。これは、転写紙が定着器のニップ部へ搬送されると、定着器のフィルム（あるいはローラ）の熱は紙に奪われるため、フィルム１回転後のフィルム表面温度は特に低下する。このためこの温度低下部で定着された転写紙上の画像は、定着温度が不十分なため、画像の光沢ムラとして現れる。
【００２１】
この定着装置の温度ムラに伴う画像の光沢ムラを低減するための対策として、紙が定着器のニップに到達する前に、あらかじめ紙に奪われる熱量に相当する電力を通常の画像形成時のターゲット電力へ重畳して印加する補正電力重畳制御を実施している。
【００２２】
また、その他の対策として定着装置を構成するローラ等を蓄熱しやすい構成へ変更する方法もある。しかし、プリント開始から画像形成可能な所定の定着温度に達するまでの時間が長くかかるため、結果として、ファーストプリントアウトタイムが遅くなってしまうという問題がある。つまり、温度ムラの改善と、ファーストプリントアウトタイムの短縮がトレードオフの関係になっているため、両者のバランスを取った上で、定着装置を設計する必要がある。
【００２３】
一方で、高調波電流歪に関しては更なる効率的なエネルギー利用のために規制が強化され、交流電源の基本波周波数の整数倍高調波電流歪のみならず、非整数倍高調波電流歪（次数間高調波）の抑制が求められている。このため、特に高速のフルカラーの画像形成装置においては、前述のようにヒータ抵抗値の減少により従来の位相制御のみのヒータ制御では高調波電流歪規格を満足させることが困難である。
【００２４】
また、高調波電流歪規格を満たすため、高調波電流歪抑制に最も有利な波数制御のみのヒータ制御を用いた場合、ヒータのオン／オフを交流電源の半波単位で電力制御を行う際に温度リップルを生じると共に、フリッカの規制を満足することが困難となる。
【００２５】
このため、特に高速のフルカラーの画像形成装置では、前述の位相制御と波数制御を組み合わせた制御を用いて、高調波電流歪規制とフリッカ規制の両方を満足させている。
【００２６】
しかし、この位相制御と波数制御を組み合わせた制御の場合、定着ヒータへの投入電力の更新タイミングは、上述のように一制御周期ごとになる。このため、前述の補正電力の重畳する電力切換え制御を所定のタイミングで実施しようとした場合、最大で一制御周期分のタイムラグが発生するというデメリットがある。
【００２７】
図１４はこのタイムラグを模式的に表した説明図である。
【００２８】
図では、通常の画像形成時のターゲット電力Ｗ１よりも高い電力Ｗ２へ、Ｔ１のタイミングで電力増加させ、その１００ｍｓｅｃ後のＴ２のタイミングで、元の電力Ｗ１へ戻す電力制御例を示している。
【００２９】
ここで、例えば、商用ＡＣ電源の周波数が５０Ｈｚの場合、１全波は２０ｍｓｅｃであるから、位相制御と波数制御を組み合わせた制御の一制御周期（４全波）では、８０ｍｓｅｃとなる。
【００３０】
Ｗ２へ変更するタイミングＴ１とＴ１の直前に更新された一制御周期分の電力パターンの終わりのタイミングＴ０の整合はとれていない。そのため、図のように一制御周期分の電力パターン投入中に、タイミングＴ１で電力を切換えようとしても、つぎの電力更新タイミングＴ１１での切換えとなってしまう。このため、所定のタイミングＴ１よりもｔ１１遅れたタイミングＴ１１でヒータへの投入電力が切り換わる。
【００３１】
一方、タイミングＴ２でＷ２からＷ１の電力へ戻す制御をする場合においても、図のように一制御周期分の電力パターン投入中に、タイミングＴ２で電力を切換えようとしても、つぎの電力更新タイミングＴ２２での切換えとなってしまう。このため、所定のタイミングＴ２よりもｔ２２遅れたタイミングＴ２２でヒータへの投入電力が切り換わる。この結果、Ｗ２への電力増加した期間は、制御上の１００ｍｓｅｃに対して実際は８０ｍｓｅｃと短くなってしまう。
【００３２】
以上のように、実際に電力が切り換わるまでの間が最大約一制御周期分８０ｍｓｅｃ遅延すると共に、電力の増加期間も短くなることから、定着装置の温度が不足する。その結果、所定の温度よりも低温で定着された画像は、光沢ムラが発生することがあった。
【００３３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、位相制御と波数制御を合わせた制御を用い、制御上の電力切換えタイミングと実際の電力切換えタイミングとの時間差を減らして温度ムラを抑制した定着加熱装置の制御技術を提供することを目的とする。また、その定着装置を備えることで、光沢ムラを軽減するとともに、フリッカと電源高調波歪の両方の規制を満足した画像形成装置の制御技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は、上述の目的を達成するため、以下の構成を備えるものである。
【００３５】
電子写真プロセスを用いて転写紙上にトナー像を形成する画像形成手段と、
加熱手段の熱により前記トナー像を加熱するとともに前記転写紙を加圧する定着装置と、
前記加熱手段に交流電源からの電力を供給あるいは遮断するスイッチ手段と、
前記交流電源のゼロクロスを検知するゼロクロス検出手段と、
前記ゼロクロスに基づいて前記スイッチ手段を前記交流電源の１半波のうち所定の位相角で通電制御する位相制御と、前記ゼロクロスに基づいて前記スイッチ手段を前記交流電源の１半波ごとに全通電あるいは非通電制御する波数制御を行い、
かつ、前記交流電源の連続する複数Ｎの半波を一制御周期として、そのうちの一部の半波に前記位相制御を行い、残りの半波に前記波数制御を行う供給電力に応じて設けられた第一の投入電力パターンを有し、前記加熱手段への供給電力を所定のタイミングで変更する制御手段とを有する画像形成装置において、
前記制御手段は、前記Ｎよりも少ない連続するＭ数の半波を一制御周期とした第二の投入電力パターンとを更に有し、
供給電力を変更する前記所定のタイミングと、前記第一の投入電力パターンあるいは前記第二の投入電力パターンの電力が変更されるタイミングとの時間差が少なくなるように、前記第一の投入電力パターンと前記第二の投入電力パターンとを組み合わせた組合せパターンを選択することを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、位相制御と波数制御を組み合わせた制御を用いた定着装置において、定着温度制御上の電力切換えタイミングと実際の電力切換えタイミングとの時間差を極力減らすことで温度ムラを抑制した定着加熱装置を提供できる。また、その定着装置を備えることで、光沢ムラを軽減するとともに、フリッカと電源高調波歪の両方の規制を満足した画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例に関わる画像形成装置の略図
【図２】本発明の実施例に関わるスキャナユニットの説明図
【図３】本発明の実施例に関わる定着装置の略図
【図４】本発明の実施例に関わるセラミックヒータの略図
【図５】本発明の実施例に関わる定着駆動回路を示す説明図
【図６】本発明の実施例に関わる位相制御を示す説明図
【図７】本発明の実施例に関わる波数制御を示す説明図
【図８】本発明の実施例に関わる位相制御と波数制御とを組み合わせた制御を示す説明図
【図９】本発明第一の実施例に関わる定着制御のタイミングチャート
【図１０】本発明第一の実施例に関わる定着制御のフローチャート
【図１１】本発明第二の実施例に関わる定着制御のタイミングチャート
【図１２】本発明第三の実施例に関わる定着制御のタイミングチャート
【図１３】本発明の実施例に関わる制御テーブルの説明図
【図１４】従来の定着制御のタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００３９】
なお、以下では本発明の一実施形態として、カラーレーザビームプリンタを例にとって説明する。ただし、本発明はカラーレーザビームプリンタに限定されるものではなく、電子写真プロセスを使用した画像形成装置全般に適用することができる。
【００４０】
また、従来の技術例で説明した部品と同じ部品は、説明を省略あるいは簡略化する。
【実施例１】
【００４１】
はじめに、本発明が対象とする画像形成装置の一例である、タンデムタイプのカラーレーザビームプリンタ２００の構成について説明する。
【００４２】
図１は、タンデムタイプのカラーレーザビームプリンタ２００の概略構成を示す図である。
【００４３】
このカラーレーザビームプリンタ２００は、黒（Ｂｋ），イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）の各色ごとに画像形成部を設けているいわゆるタンデムタイプのプリンタである。それぞれの画像形成部には、感光ドラム１８、感光ドラム１８を一様に帯電する一次帯電器１６、感光ドラム１８上にレーザビーム１３を照射し潜像を形成するスキャナユニット１１、潜像を現像して可視像とする現像器１４（現像ローラ１７）が備えられる。さらに、可視像を中間転写ベルト５０に転写する一次転写ローラ１９、転写可視像を中間転写ベルト５０から転写紙に転写する二次転写ローラ４２、感光体の残留トナーを除去するクリーニング装置１５等も備えられている。なお、図１では、各色用の画像形成部を構成する同機能の構成要素を区別するため、上記符号の添字としてそれぞれａ，ｂ，ｃ，ｄを付けている。
【００４４】
ここでスキャナユニット１１の詳細な構成について説明する。図２は、スキャナユニット１１の構成を示す図である。
【００４５】
パーソナルコンピュータ等の外部機器からの画像形成指示があると、カラーレーザビームプリンタ２００内の制御回路において、画像情報が露光手段であるレーザビームをオン／オフするための画像信号（ＶＤＯ信号）１０１に変換される。この画像信号（ＶＤＯ信号）１０１は、スキャナユニット１１内のレーザユニット１０２に入力される。１０３は、レーザユニット１０２によりオン／オフ変調されたレーザビームである。１０４は、回転多面鏡（ポリゴンミラー）１０５を定常回転させるスキャナモータである。１０６は、ポリゴンミラー１０５によって変更されたレーザビーム１０７を被走査面である感光ドラム１８上に焦点を結ばせる結像レンズである。
【００４６】
この構成により、画像信号１０１により変調されたレーザビーム１０７が感光ドラム１０８上を水平走査（主走査方向への走査）し、感光ドラム１０８上に潜像が形成される。
【００４７】
１０９はビーム検出口で、スリット状の入射口よりビームを取り入れる。この入射口より入ったレーザビームは、光ファイバ１１０内を通って光電変換素子１１１に導かれる。光電変換素子１１１により電気信号に変換されたレーザビームは、増幅回路（図示しない）により増幅された後、水平同期信号となる。
【００４８】
説明を図１に戻す。カセット２２から給紙される記録媒体としての転写紙は、画像形成部とタイミングをとるために、レジストローラ２１で待機する。レジストローラ２１の近傍には、給紙された転写紙の先端を検知するためのレジセンサ２４が設けてある。画像形成部を制御する画像形成装置制御手段（不図示：以下、「制御手段」と称す）はレジセンサ２４の検出結果により、紙の先端がレジストローラ２１に到達したタイミングを検知する。そして、１色目（図の例ではイエロー色）の像を、像担持体である感光ドラム１８ａ上に形成するとともに、定着器２３のヒータ（加熱ヒータ）の温度が所定の温度になるよう制御する。
【００４９】
５０は各色画像形成部を貫通するように配置された中間転写ベルト５０である。中間転写ベルト５０は感光ドラム１８の回転と共に回転駆動されており、一次転写ローラ１９に一次転写バイアスとして高圧電圧が印加されると、中間転写ベルト５０の基準位置をもとに、形成された１色目のトナー画像が順次中間転写ベルト５０上に転写される。
【００５０】
同様に、２色目（図の例ではマゼンタ）の像は、１色目の画像先端と２色目の像形成プロセスとのタイミングをとって、中間転写ベルト５０上に形成された１色目の像の上に重畳転写される。以降同様に、３色目（図の例ではシアン）の像，４色目（図の例では黒色）の像が、各像形成プロセスとのタイミングを取って、中間転写ベルト５０上に順次重畳転写される。
【００５１】
４２は中間転写ベルト５０上に形成されたトナー像を転写紙に二次転写するための二次転写ローラであり、像形成時には中間転写ベルト５０と離間した位置に退避している。
【００５２】
転写材である転写紙は、カセット２２から給紙され、画像形成部とタイミングをとるために、レジストローラ２１で待機する。また、レジストローラ２１の近傍には、給紙された転写紙の先端を検知するためのレジセンサ２４が設けられている。制御回路はレジセンサ２４の検出した紙の先端位置と紙搬送方向（副走査方向）の像形成の先端位置とのタイミングをとって、レジストローラ２１で待機した転写紙を再搬送させる。この時、二次転写ローラ４２は中間転写ベルト５０に当接し、二次転写ローラ４２に二次転写バイアスとして高圧電圧が印加されると、中間転写ベルト５０上の４色のトナー像が転写紙上に一括転写される。
【００５３】
４色のトナー像を転写された転写紙は、ヒータを内蔵した定着器２３のニップ部を通過することにより、トナーが加圧、加熱されて転写紙に溶融定着される。転写紙の定着器２３前後の搬送状況は、定着前センサ３７および、定着排紙センサ３８によって監視され、定着器２３を通過した転写紙は機外に排紙されフルカラーの画像形成が終了する。
【００５４】
次に定着器２３として、ヒータにセラミックを用いたセラミックヒータを熱源とするフィルム定着装置について説明する。図３はヒータをセラミックヒータ６４０として適用した定着装置を示す概略構成図である。
【００５５】
６１０はステーであり、このステー６１０はセラミックヒータ６４０を露呈させて支持した横断面Ｕ字状の本体部６１１と該本体部を対向する加圧ローラ６２０側へ加圧する加圧部６１３とで構成されている。ここで、セラミックヒータは、発熱体が後述のニップ部と反対側であっても、ニップ部側であっても構わない。６１４はステー６１０に外嵌させてある横断面円形の耐熱性フィルム（以下、「フイルム」と略称する）である。
【００５６】
上記加圧ローラ６２０は、セラミックヒータ６４０との間にフィルム６１４を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、且つフィルム６１４を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段として作用する。このフィルム駆動ローラ兼加圧ローラ６２０は芯金６２０ａとシリコンゴム等よりなる弾性体層６２０ｂと最外層の離形層６２０ｃよりなる。そして、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム６１４を挟んでセラミックヒータ６４０の表面に圧接させて配設してある。この加圧ローラ６２０はモータＭによる回転駆動により、この加圧ローラ６２０とフィルム６１４の外面との摩擦力で該フィルムに搬送力を付与する。
【００５７】
次に、セラミックヒータと温度検出素子６０５と過昇温防止手段６０２の位置関係の概略について図４に示す。図４（ａ）はセラミックヒータの断面図であり、図４（ｂ）は発熱体６０１が形成されている面を示している。
【００５８】
セラミックヒータはＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス系の絶縁基板６０７と絶縁基板面上にペースト印刷等で形成されている発熱体６０１（通電発熱抵抗層）と、発熱体を保護しているガラス等の保護層６０６から構成されている。保護層上には、セラミックヒータの温度を検出するサーミスタ等の温度検出素子６０５および過昇温を防止する手段としての過昇温防止手段６０２が配置されている。過昇温防止手段６０２は、例えば温度ヒューズやサーモスイッチである。
【００５９】
発熱体６０１は、電力が供給されると発熱する部分と、該発熱部分に接続した導電部６０３と、コネクタを介して電力が供給される電極６０４とから構成され、発熱体６０１は通紙可能な最大の記録紙幅ＬＦとほぼ同じ長さである。２つの電極６０４のうち１つへは、交流電源のＨＯＴ側端子が過昇温防止手段６０２を介して接続されている。電極部は発熱体を制御するトライアックに接続され、交流電源のＮＥＵＴＲＡＬ端子に接続される。
【００６０】
図５に、本発明におけるセラミックヒータの駆動および制御回路を示す。６２１は本画像形成装置を接続する交流電源で、本画像形成装置は商用電源をＡＣフィルタ（図示せず）を介してセラミックヒータ６４０の発熱体６０１へ供給することによりセラミックヒータの発熱体６０１を発熱させる。
【００６１】
この発熱体６０１への電力供給は、トライアック６３９によって通電・遮断が制御される。抵抗６３１，６３２はトライアック６３９のためのバイアス抵抗であり、フォトトライアックカプラ６３３は一次、二次間を隔離するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ６３３の発光ダイオードに通電することにより、トライアック６３９をオンする。抵抗６３４はフォトトライアックの電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ６３５によりオン／オフする。トランジスタ６３５は抵抗６３６を介してエンジン制御回路３１６からのＯＮ信号にしたがって動作する。
【００６２】
また、交流電源は、ＡＣフィルタを介してゼロクロス検出回路６１８に入力される。ゼロクロス検出回路６１８では、商用ＡＣ電源があるしきい値以下の電圧になっていることをエンジン制御回路３１６に対してパルス信号として報知する。以下エンジン制御回路３１６に送信されるこの信号を「ゼロクロス信号」と呼ぶ。エンジン制御回路３１６はゼロクロス信号のパルスのエッジを検知し、トライアック６３９をオン／オフするためのタイミング信号として用いる。
【００６３】
また、６０５は発熱体６０１が形成されているセラミックヒータ温度を検知する温度検出素子、例えば、サーミスタ感温素子であり、セラミックヒータ６４０上に発熱体６０１に対して絶縁距離を確保するため絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。この温度検出素子６０５によって検出される温度は、抵抗６３７と温度検出素子６０５との分圧として検出され、エンジン制御回路３１６にＴＨ信号として制御回路内のＣＰＵのＡ／Ｄポートへ入力される。セラミックヒータ６４０の温度は、ＴＨ信号としてエンジン制御回路３１６において監視され、エンジン制御回路３１６は所定のセラミックヒータの設定温度と比較することによって、セラミックヒータを構成する発熱体６０１に供給するべき電力を算出する。後述の位相制御によりヒータの電力制御を行う場合には、その供給する電力に対応して、ゼロクロス信号のエッジからヒータオン信号を送信すべき時間に換算する。すなわち、交流電圧の位相角のうちヒータをオンすべき位相角を決定する。この設定時間に基いて、エンジン制御回路３１６はゼロクロス信号と同期をとって、トランジスタ６３５にヒータ駆動信号を送信し、所定のタイミングでヒータ６４０へ通電する。以上のように温度検出素子６０５よる温度情報をもとに、エンジン制御回路３１６はヒータ６４０への電力供給をオン／オフし、加熱定着装置の温度が目標の温度（設定温度範囲内）になるよう制御される。
【００６４】
万一、エンジン制御回路３１６等の故障により、発熱体が熱暴走に至り過昇温防止手段６０２が所定の温度以上になると、過昇温防止手段６０２がオープンとなる。過昇温防止手段６０２のオープンにより、セラミックヒータ６４０への通電経路が遮断され、発熱体６０１への通電が断たれ故障時の保護がなされている。
【００６５】
６２５は定着器２３のセラミックヒータ６４０へ流れる電流検出するための、カレントトランスを用いた電流検出手段である。セラミックヒータ６４０へ流れる電流は、カレントトランス６２５により電圧変換される。整流回路６２６にて正の電圧に整流された後、平均電流演算回路６２７にてセラミックヒータ６４０へ流れる電流の平均値に対応したアナログ信号としてエンジン制御回路３１６内にあるＣＰＵ（図示しない）のＡ／Ｄポートに送信される。制御回路３１６は常時電流をモニタし、検出された平均電流より所定の最大実効電流を超えないような位相角を演算により決定し、セラミックヒータ６４０への最大電力の制御を行っている。
【００６６】
次に、定着装置のヒータへ供給される電力の制御方法について説明する。
【００６７】
図６に位相制御によるヒータ電力制御の例を示す。ゼロクロス信号（１０−ｂ）は交流電源電圧波形（１０−ａ）の正から負、負から正に切り替わるポイントで論理が切り替わる。ゼロクロス信号は、商用電源周波数（５０Ｈｚ）の周期Ｔ（＝１／５０ｓｅｃ）で、繰り返しパルスをエンジン制御回路３１６へ送信しており、パルスのエッジが商用電源の電圧波形が位相角０°，１８０°で０Ｖ（ゼロクロス）となるタイミングを示している。エンジン制御回路３１６が、その立ち上がりおよび立ち下がりエッジからＴａ時間後にヒータ駆動信号（１０−ｃ）をオンすると、トライアック６３９がオンしてヒータ電流（１０−ｄ）の斜線で示した部分でヒータ６４０が通電し電力が供給される。なお、ヒータをオンした後、次のゼロクロスポイントでトライアック６３９がオフすることでヒータへの通電はオフされるため、再びゼロクロス信号のエッジから時間Ｔａ後にヒータ駆動信号をオンすることにより、次の半波でもヒータに同じ電力が供給される。
【００６８】
また時間Ｔａと異なる時間Ｔｂ後にヒータ駆動信号をオンするとヒータへの通電時間が変わるため、ヒータへの供給電力を変化させることができる。このように、半波ごとにゼロクロス信号のエッジからヒータ駆動信号をオンする時間を変化させることでヒータへの供給電力を制御することができる。ヒータへの電力供給を増加させる場合には、ゼロクロス信号のエッジからヒータ駆動信号を送信するタイミングを早め、逆に電力供給を低減させる場合には、ゼロクロス信号のエッジからヒータ駆動信信号を送信するタイミングを遅くする。この制御を１周期あるいは必要に応じて複数周期ごとに行うことでセラミックヒータ６４０の温度をコントロールしている。
【００６９】
位相制御は図６のように交流電源波形の半波の途中でヒータへの通電をオンするためヒータに流れる電流が急激に立ち上がり、高調波電流が流れる。ヒータ６４０に流れる電流波形は、図の例では１周期において正負対称の電流波形を示す。このヒータ電流の高調波電流成分は、一般に電流の立ち上がり量が大きいほど多くなるので、位相角９０°、すなわち供給電力５０％の時に最大になる高調波電流の次数が多い。また、この電流の立ち上がりエッジが毎半波ごとに発生するため多くの高調波電流が流れ、高調波規制への対応が必須となる。そのためフィルタ等の回路部品が必要になる場合が多い。一方、１半波より小さい電流が毎半波ごとに流れるため、電流の変化量は小さく、さらに変化周期も早いためフリッカへの影響は小さいというメリットもある。
【００７０】
図７に波数制御によるヒータ電力制御テーブルのパターン例を示す。波数制御では交流電源の半波単位でオン／オフ制御（全通電／非通電制御）を行うので、オンする時はゼロクロス信号のエッジとともにヒータ駆動信号をオンする。そして例えば８半波を制御の１周期とし、一制御周期の中でオンする半波の数を変えていくことで、ヒータへの供給電力を制御している。図７は８半波のうち４半波をオンしているため、ヒータへの供給電力は５０％となる。このようにヒータ供給電力の０％から１００％までの間を１２分割したヒータ制御パターンをあらかじめ定めておき、制御回路３１６は前記ヒータ制御パターンを元にヒータ電力制御を行うことができる。なおここではオンする場合は連続する２半波をオンすることとする。波数制御ではヒータのオン／オフが常にゼロクロスで行われるため位相制御のような電流の急激な立ち上がりエッジがなく高調波電流は非常に少ない。一方、電流は半波単位で流れるため、電流の変化量は大きく、変化周期も長いためフリッカへの影響が大きい。そこで、一制御周期内でオンする半波の位置（制御パターン）を工夫することで電流の変動周期のフリッカへの影響をできるだけ少なくなるようにしている。
【００７１】
図８に位相制御と波数制御を組み合わせたヒータ電力制御のパターン例を示す。図１２の一例では、８半波（複数Ｎ、Ｎは偶数）を一制御周期とし、そのうち一部の６半波を波数制御、２半波を位相制御で制御し、ヒータ供給電力比ｄｕｔｙ４／１２（＝３３．３％）の場合を示す。１波目と２波目の半波の電力ｄｕｔｙが３３．３％になるように制御回路３１６がトランジスタ６３５にＴｃのタイミングでトランジスタ６３５にＯＮ信号を送信し位相制御を行い、残り６半波のうち２半波を波数制御でオンし、その他４半波は全てオフとする。その結果、一制御周期において約３３．３％の電力が供給される。このようにヒータ供給電力の０％から１００％までの間を１２分割したヒータ制御テーブルを図１３のようにあらかじめ定めておき、エンジン制御回路３１６は前記ヒータ電力制御パターンを元にヒータ通電制御を行うことができる。波数制御に比べて位相制御を含むためフリッカが抑制され、且つ、位相制御に比べて波数制御を含むため高調波電流歪が抑制される特徴がある。
【００７２】
上記位相制御と波数制御を組み合わせたヒータ電力制御を用いて、定着温度制御上の電力切換えタイミングと実際の電力切換えタイミングとの時間差を極力減らす実施例について図９，１０を用いて説明する。
【００７３】
図９は第一の実施例のタイミングチャート、図１０は第一の実施例のフローチャートである。
【００７４】
本実施例では、エンジン制御回路３１６内の記録部には２種類（テーブル１：位相制御、テーブル２：位相制御と波数制御を組み合わせた制御）のヒータ電力制御テーブルを記録してあり、エンジン制御回路３１６がそれぞれのヒータ電力制御テーブルを切り替える。テーブル１は第二の投入電力パターンを示し、テーブル２は第一の投入電力パターンを示すものとする。テーブル１は、一般に電源高調波歪には不利であるもののフリッカに対しては有利な位相制御パターンである。エンジン制御回路３１６はヒータへの供給設定電力を、商用ＡＣ電源周期の１周期（１全波）ごとに、ヒータへ通電開始する位相角を調整することで電力制御する。テーブル２は、電源高調波歪抑制とフリッカ抑制の両方に対して効果がある位相制御と波数制御を組み合わせたヒータ電力制御パターンである。４全波を一制御周期する位相制御と波数制御を組み合わせたパターンとし、温度検出素子６０５によるヒータ６４０の温度により、定着加熱装置の温度制御がなされ、エンジン制御部は１周期（４全波）毎に最適なヒータ電力制御パターンをテーブル２から選択する。
【００７５】
制御回路はゼロクロス信号の繰返し周期より、商用ＡＣ電源の周期ＴＡをあらかじめ算出しておく（Ｓ７００）。例えば、商用ＡＣ電源の周波数が５０Ｈｚの場合には、その１周期ＴＡは２０ｍｓｅｃとなる。またこの時の、テーブル１の一制御周期（２半波、Ｍ数）は２０ｍｓｅｃ、テーブル２の一制御周期（４全波）は８０ｍｓｅｃと求められる（Ｓ７０１）。
【００７６】
カラーレーザビームプリンタ２００が画像形成を実行するため、エンジン制御回路３１６は定着加熱装置の温度の立ち上げ、前回転を行うヒータ電力制御パターンをテーブル２から選択する（Ｓ７０２）。
【００７７】
画像形成動作が開始され、中間転写ベルト５０上の４色のトナー像を二次転写により写し取った転写紙が搬送され、その転写紙の先端が上流側の定着前センサまで到達すると、センサからの信号によりエンジン制御回路は紙先端位置を検出する（Ｓ７０３）。また、その定着前センサ（搬送センサ）の先端搬送位置の検出タイミングにより、転写紙が定着ニップ部Ｎに到達する時間Ｔ２を算出する（Ｓ７０４）。
【００７８】
紙の定着ニップ部Ｎに到達するタイミングＴ２から所定時間前（ここでは１００ｍｓｅｃ）のタイミングＴ１を算出し（Ｓ７０５）、Ｔ１とＴ２のタイミング間で、制御回路は、定着電力を通常の画像形成時（定着時）に必要な電力Ｗ１より高い電力Ｗ２を設定する。なお、ここでは説明の都合上、ヒータへの供給電力を設定値Ｗ１からＷ２へ直接変更する例を説明するものの、実際には電力そのものではなく、電力増加に相当するようにセラミックヒータの設定温度値を上げる方が現実的である。設定温度値を上げる場合も、結果としてヒータへの供給電力を上げることができる。
【００７９】
この電力Ｗ２を設定する理由は、さらなる高画質化を達成するために、定着加熱装置の温度ムラを低減させるためである。例えば、プリント速度高速化に伴って、定着装置から転写紙に奪われる単位時間の熱量が増加することで、定着加熱装置の温度ムラが発生し、特に高い光沢を要求される画像への光沢ムラが顕著に現れやすくなってきている。これは、転写紙が定着器のニップ部へ搬送されると、定着器のフィルム（あるいはローラ）の熱が紙に奪われるため、フィルム１回転後のフィルム表面温度は特に低下する。このためこの温度低下部で定着された転写紙上の画像は、定着温度が不十分なため、画像の光沢ムラとして現れる。この定着装置の温度ムラに伴う画像の光沢ムラを低減するための対策として、紙が定着器のニップに到達する前に、あらかじめ紙に奪われる熱量を想定した電力を通常の画像形成時のターゲット電力へ重畳して電力を印加する補正電力重畳制御を実施している。
【００８０】
エンジン制御回路３１６は、電力をＷ２へ増加させるタイミングＴ１を算出すると共に、タイミングＴ１の直前に更新される一制御周期分の電力パターンの終わりのタイミングＴ０を定着電力の更新周期から予測する（Ｓ７０６）。
【００８１】
本実施形態では、この電力増加タイミングＴ１とその直前の一制御周期分の電力パターンの終わりのタイミングＴ０との差に応じて、電力切換え時のテーブル１とテーブル２を組み合わせて使用することを説明する。
【００８２】
図９に示した電力パターンのうち、正方形で示されているのは位相制御（テーブル１）の一制御周期であり、長方形で示されているのは、位相制御と波数制御を組み合わせた制御（テーブル２）の一制御周期である。つまり、これらは前記図１３に示した制御テーブルを模式的に表したものである。また、それぞれの正方形と長方形の中に示されたＷ１，Ｗ２の記号は、供給電力を示しており、同一記号は同じ投入電力であることを示している。つまり、正方形内のＷ１と長方形内のＷ１が同一であれば、テーブルはそれぞれテーブル１とテーブル２とで異なるものの、供給電力（ヒータへの供給電力比）は同じであることを示している。
【００８３】
エンジン制御回路３１６は、Ｔ１−Ｔ０を演算し、その結果と商用ＡＣ電源の周期ＴＡとの関係に応じて、次のようにそれぞれ図９に示す電力パターンを選択する（Ｓ７０７）。
０≦Ｔ１−Ｔ０＜０．５×ＴＡ ：電力パターン１１
０．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜１．５×ＴＡ ：電力パターン１２
１．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜２．５×ＴＡ ：電力パターン１３
２．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜３．５×ＴＡ ：電力パターン１４
３．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜４．０×ＴＡ ：電力パターン１５
例えば、演算の結果、電力パターン１２が選択された場合、切換えタイミングＴ１の直前に更新されるテーブル２の一制御周期分の電力パターンの終わりのタイミングはＴ０２であり、その制御周期（８０ｍｓｅｃ）の終了後に電力テーブルを２から１へ切換える。電力テーブル１でＷ１の電力設定として、１周期分（１全波）の位相制御を行うことで、タイミングＴ１でＷ２の電力へ切換える際のズレｔ１１’を最小限（２０ｍｓｅｃ以内）にすることができる。このとき実際に電力がＷ２へ切り換わるタイミングは、ｔ１１’を加味したＴ１１’のタイミングとなる。
【００８４】
電力Ｗ２へ設定する期間は、この例では１００ｍｓｅｃであるから、テーブル１の一制御周期（２０ｍｓｅｃ）とテーブル２の一制御周期（８０ｍｓｅｃ）を組み合わせることで制御する。テーブル２のみでＷ２の電力設定制御をしようとすると、その一制御周期は８０ｍｓｅｃのため、この整数倍の８０ｍｓｅｃ，１６０ｍｓｅｃ，２４０ｍｓｅｃ等でしか設定することができない。テーブル１を組み合わせることで、電力設定期間が必ずしもテーブル２の制御周期の整数倍でなくても制御が可能となる。すなわち、Ｔ１１’のタイミングでテーブル２でＷ２の電力を設定した後に、テーブルを２から１へ切換えて、テーブル１でＷ２の電力に設定する。ここでの、電力Ｗ２の設定の際は、２つのテーブルを使用する順番を逆にして、テーブル１を先に使用した後、テーブル２に切換えても構わない。また、Ｗ２の電力設定期間が、例えば１２０ｍｓｅｃ必要な場合には、さらに１周期分の位相制御を追加で行うことで実現可能である。
【００８５】
一方、タイミングＴ２でＷ２からＷ１の電力へ戻す制御をする場合においては、ｔ１１’のズレがほぼそのままｔ２２’のズレとして残っているため、Ｔ２よりもｔ２２’遅れたタイミングＴ２２’でヒータへの投入電力が切り換わる。このように、従来よりも電力切換えタイミングのズレを補正することができ、必要な電力を必要なタイミングで定着器へ供給することができる。
【００８６】
なお、本実施形態で追加したテーブル１による位相制御の使用継続時間はここでは約１００ｍｓｅｃ程度と短時間であり、高調波歪の規格で認められている測定器のフィルタ時定数に比較して十分小さい。そのため、本実施形態のような制御を実施しても、高調波歪の測定結果を著しく悪化させることはないため問題にはならない。また、フリッカについても、フリッカに有利な位相制御を電力切換え時に追加する制御であるため、問題ない。
【００８７】
なお、転写紙が定着加熱装置へ達する前に、ヒータへの電力を所定時間の間増加させる電力制御の例を説明しが、このような電力制御に限るものではなく、画像形成シーケンスの中で所定のタイミングで電力を増加または減少させる制御を行う場合にも有効である。また、所定時間電力を増加させるのではなく、定着加熱装置の温度調節制御を行うためのターゲット温度の値を増加させる場合においても有効であることは言うまでもない。
【００８８】
また、ここではエンジン制御回路３１６の記録部に保存してあるヒータ電力制御テーブルが２種類の場合について本実施例を説明しているものの、これも一例にすぎず、３種類以上の複数テーブルを記録部に保存してあれば応用が可能である。例えば、商用ＡＣ電源電圧が高い電圧（例えば２２０Ｖ〜２４０Ｖ）の場合、フリッカ規格に対して比較的マージンがある場合多いため、入力電圧に応じて最適な、位相制御と波数制御を組み合わせた制御テーブルを設けておいてもよい。また位相制御においては、テーブルではなく、ヒータへの供給電力とヒータへの通電を行う商用ＡＣ電源の位相角との関係式により、ヒータへの通電タイミングを算出しても良い。
【００８９】
更に、エンジン制御回路３１６が紙有りの検知結果から算出する定着ニップ部Ｎまでの到達時間Ｔ２は、定着前センサと定着ニップ部までの搬送距離を搬送スピードで除算し、制御部のチャタ取りを含めた定着前センサの出力遅延時間を減算して求めることができる。事前に画像形成装置で設定可能ないくつかの搬送スピードに対応した到達時間を制御部の記録部に予め記録しておいても良い。また、転写紙搬送路上のレジセンサ２４、定着前センサ３７、定着排紙センサ３８等を用いて、画像形成装置の環境変化等による微小な速度変動も含めた速度を計算あるいは補間計算をするのも良い。
【００９０】
以上これらの補足説明は、後述の第二および第三の実施例においても同様に言えることである。
【００９１】
以上のように、本発明によれば、ヒータへの電力供給制御として、位相制御と波数制御を組み合わせた制御を用いた定着装置において、定着温度制御上の電力切換えタイミングと実際の電力切換えタイミングとの時間差を極力減らすことができる。また、電力の切換え期間が必ずしもその制御周期の整数倍でなくても制御が可能となる。このため、これまでよりも最適なタイミングで定着電力切換え制御を行うことができ、温度ムラを抑制した定着加熱装置を提供することができる。また、その定着装置を備えることで、光沢ムラを軽減するとともに、フリッカと電源高調波歪の両方の規制を満足した画像形成装置を提供することができる。
【実施例２】
【００９２】
本実施形態における定着電力切換え制御では、電力増加期間にテーブル１のみを使用することを特徴としている。図１１は第二の実施例のタイミングチャートである。
【００９３】
ここでは図１１を参照して第２の実施例の定着電力切換え制御を説明する。第１の実施例で説明した部品と同じ部品は、説明を省略あるいは簡略化すると共に、第１の実施例で説明に使用した同一符号を使用して現している。
【００９４】
実施例１と同様に、エンジン制御回路３１６は、Ｔ１−Ｔ０を演算し、その結果に応じて、次のようにそれぞれ図１１に示す電力パターンを選択する。
０≦Ｔ１−Ｔ０＜０．５×ＴＡ ：電力パターン２１
０．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜１．５×ＴＡ ：電力パターン２２
１．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜２．５×ＴＡ ：電力パターン２３
２．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜３．５×ＴＡ ：電力パターン２４
３．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜４．０×ＴＡ ：電力パターン２５
例えば、演算の結果電力パターン２２が選択された場合、切換えタイミングＴ１の直前に更新されるテーブル２の一制御周期分の電力パターンの終わりのタイミングはＴ０２であり、その制御周期（８０ｍｓｅｃ）の終了後に、電力テーブルを２から１へ切換える。電力テーブル１でＷ１の電力設定として、１周期分（１全波）の位相制御を行うことで、タイミングＴ１でＷ２の電力へ切換える際のズレｔ１１’を最小限（２０ｍｓｅｃ以内）にすることができる。このとき実際に電力がＷ２へ切り換わるタイミングは、ｔ１１’を加味したＴ１１’のタイミングとなる。
【００９５】
電力Ｗ２へ設定する期間は、この例では１００ｍｓｅｃであるから、テーブル１の５制御周期（１００ｍｓｅｃ）のみで制御する。テーブル１の一制御周期は２０ｍｓｅｃのため、この整数倍の２０ｍｓｅｃ，４０ｍｓｅｃ，６０ｍｓｅｃ等であれば、設定することができる。テーブル１を用いることで、電力設定期間が必ずしもテーブル２の制御周期の整数倍でなくても制御が可能となる。また、Ｗ２の電力設定期間が、例えば１２０ｍｓｅｃ必要な場合には、さらに１周期分の位相制御を追加で行うことで実現可能である。
一方、タイミングＴ２でＷ２からＷ１の電力へ戻す制御をする場合においては、ｔ１１’のズレがほぼそのままｔ２２’のズレとして残っているため、Ｔ２よりもｔ２２’遅れたタイミングＴ２２’でヒータへの投入電力が切り換わる。このように、従来よりも電力切換えタイミングのズレを補正することができ、必要な電力を必要なタイミングで定着器へ供給することができる。
【００９６】
なお、本実施形態で追加したテーブル１による位相制御の使用継続時間は、電力パターン２５の場合であっても、約２００ｍｓｅｃ程度と短時間であり、高調波歪の規格で認められている測定器のフィルタ時定数に比較して十分小さい。そのため、本実施形態のような制御を実施しても、高調波歪の測定結果については問題にはならない。また、フリッカについても、フリッカに有利な位相制御を電力切換え時に追加する制御であるため問題ない。
【００９７】
以上のような制御とすることで、第１の実施例と同様に、これまでよりも最適なタイミングで定着電力切換え制御を行うことができ、温度ムラを抑制した定着加熱装置を提供することができる。また、その定着装置を備えることで、画像品質の低下を軽減するとともに、フリッカと電源高調波歪の両方の規制を満足した画像形成装置を提供することができる。
【実施例３】
【００９８】
本実施形態における定着電力切換え制御では、電力切換え時のテーブル１とテーブル２を組み合わせて使用するタイミングが異なることを特徴としている。図１２は第三の実施例のタイミングチャートである。
【００９９】
ここでは図１２を参照して第３の実施例の定着電力切換え制御を説明する。第１の実施例で説明した部品と同じ部品は、説明を省略あるいは簡略化すると共に、第１の実施例で説明に使用した同一符号を使用して現している。
【０１００】
エンジン制御回路３１６は、電力をＷ２へ増加させるタイミングＴ１を算出すると共に、タイミングＴ１の直前に更新される２制御周期分前の電力パターンの終わりのタイミングＴ０’を定着電力の更新周期から予測する。
【０１０１】
本実施形態では、この電力増加タイミングＴ１とその２制御周期分前の電力パターンの終わりのタイミングＴ０’の差に応じて、電力切換え時のテーブル１とテーブル２を組み合わせて使用することを説明する。
制御回路３１６は、Ｔ１−Ｔ０を演算し、その結果に応じて、次のようにそれぞれ図４に示す電力パターンを選択する。
４．０≦Ｔ１−Ｔ０＜４．５×ＴＡ ：電力パターン３１
４．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜５．５×ＴＡ ：電力パターン３２
５．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜６．５×ＴＡ ：電力パターン３３
６．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜７．５×ＴＡ ：電力パターン３４
７．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜８．０×ＴＡ ：電力パターン３５
例えば、演算結果、電力パターン３２が選択された場合、切換えタイミングＴ１の２制御周期分前に更新されるテーブル２の一制御周期の終わりのタイミングはＴ０２’であるから、その制御周期（８０ｍｓｅｃ）の終了後に、電力テーブルを２から１へ切換える。電力テーブル１でＷ１の電力設定として、１周期分（１全波）の位相制御を行うことで、タイミングＴ１でＷ２の電力へ切換える際のズレｔ１１’を最小限（２０ｍｓｅｃ以内）に吸収する。その後、再度テーブルを２に戻して、テーブル２でＷ１の電力設定として、１周期分（４全波）の位相制御と波数制御の組合せた制御を行う。このとき実際に電力がＷ２へ切り換わるタイミングは、ｔ１１’を加味したＴ１１’のタイミングとなる。
【０１０２】
以下、第２の実施例と同様に、電力Ｗ２へ設定する期間は、この例では１００ｍｓｅｃであるから、テーブル１の５制御周期（１００ｍｓｅｃ）のみで制御する。実施例２において、万一高調波歪の規格に対するマージンが少なくなる場合には、本実施例が有効となる可能性がある。
【０１０３】
以上のような制御とすることで、第一の実施例と同様に、これまでよりも最適なタイミングで定着電力切換え制御を行うことができ、温度ムラを抑制した定着加熱装置を提供することができる。また、その定着装置を備えることで、画像品質の低下を軽減するとともに、フリッカと電源高調波歪の両方の規制を満足した画像形成装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１３ レーザ光
１８ 感光ドラム
１１ スキャナユニット（画像形成手段に対応）
１４ 現像器
１９ 一次転写ローラ
２２ 給紙カセット
２３ 定着器ユニット（定着装置に対応）
２４ レジセンサ
３７ 定着前センサ
３８ 定着排紙センサ
４２ 二次転写ローラ
５０ 中間転写ベルト
１０２ レーザユニット
３１６ エンジン制御回路（制御手段に対応）
６０１ 発熱体
６０２ 温度ヒューズ
６０５ サーミスタ
６１０ ステー
６１４ 耐熱性フィルム
６１８ ゼロクロス検出回路（ゼロクロス検出手段に対応）
６２０ 加圧ローラ
６２５ カレントトランス
６３９ トライアック（スイッチ手段に対応）
６４０ セラミックヒータ（加熱手段に対応）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセス等を利用した画像形成装置および、そのトナー像を記録紙上に定着させる定着装置のヒータ電力制御方法および、前記ヒータ電力制御方法を用いた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、電子写真、静電記録、磁気記録等の作像プロセスを用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置において、記録材またはＯＨＰシートなどの記録媒体上の未定着トナー像を永久像とするため、熱で溶融して定着させる加熱定着装置が設けられている。
【０００３】
上記画像形成装置では、定着加熱装置として、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式の熱定着装置や、セラミックヒータを熱源とするフィルム定着式の熱定着装置が用いられている（特許文献１〜４参照）。
【０００４】
その他にＩＨ定着方式、フラッシュ加熱方式、オーブン加熱方式等の多種の方式、構成のものが知られており実用化されている。
【０００５】
中でも熱容量の極めて小さなフィルムを内部から加熱する前記フィルム定着方式の加熱定着装置は、エネルギー効率が高く、昇温速度が大きい。そのため、プリント時のみ加熱すればよく、電源オンから印字可能状態になるまでの時間が短く、プリント待機時の消費電力も大幅に小さいという利点を有する。
【０００６】
一般に、ヒータはトライアック等のスイッチング素子を介して交流電源に接続されており、この交流電源により電力が供給される。定着加熱装置には温度検出素子、例えばサーミスタ感温素子が設けられている。前記温度検出素子により定着加熱装置の温度が検出され、その検出温度情報をもとに、エンジンコントローラがスイッチング素子をオン／オフ制御することにより、ヒータへの電力供給をオン／オフし、定着装置の温度が目標の一定温度に制御される。
【０００７】
セラミックヒータへのオン／オフ制御は商用電源の位相制御（特許文献５、特許文献６参照）又は波数制御（特許文献７参照）又は位相制御と波数制御を組み合わせた方式（特許文献８参照）により行われる。
【０００８】
前記ヒータはトライアック等のスイッチング制御素子を介して交流電源に接続されており、この交流電源により電力が供給される加熱定着装置には温度検出素子例えば、サーミスタ感温素子が設けられている。前記温度検出素子により定着器の温度が検出され、その検出温度情報をもとに、装置のエンジンコトンローラがスイッチング素子をオン／オフ制御することにより、ヒータへの電力供給をオン／オフし、加熱定着装置の温度が目標の温度に調整制御される。
【０００９】
位相制御は、交流電源を１半波内の任意の位相角でヒータをオンすることでヒータに電力を供給する方式である。図１３（ａ）に位相制御のテーブル例を示す。波数制御は、ヒータのオン／オフを交流電源の半波単位で行う電力制御方式である。位相制御と波数制御を組み合わせた制御は、複数半波を一制御周期とするうちの一部の半波を位相制御し、残りを波数制御する電力制御方式である。
【００１０】
位相制御を選択する理由としては、照明機器のちらつき、いわゆるフリッカや定着加熱装置の温度リップルの抑制が挙げられる。フリッカとは、装置の負荷電流変動と、接続されているＡＣ商用電源の内部インピーダンスや屋内配電網のインピーダンスの影響で、ＡＣ商用電源の交流電源電圧の急激な変動を引き起こし、同じＡＣ商用電源に接続される照明機器がちらつく等の不具合現象をさす。
【００１１】
位相制御は半波ごとに電流が流れるため、電流の変化量および変化周期が小さく、フリッカの発生を抑えることができる。また、半波ごとに電力を制御できるため、定着加熱装置の温度調整制御の応答性が速く、定着加熱装置の温度リップルを小さくできるメリットがある。その一方で、交流電源を１半波内の任意の位相角でヒータをオンするため、ヒータをオンする際に生じる急激な電流変動により高調波電流歪やスイッチングノイズが発生するデメリットがある。
【００１２】
波数制御を選択する理由としては、高調波電流歪やスイッチングノイズの抑制が挙げられる。ヒータのオン／オフ制御を必ずゼロクロスポイントで行う波数制御は、交流電源の半波の途中でスイッチングする位相制御よりも発生しにくいからである。その一方で、位相制御と比較してより装置の負荷電流変動が大きく、交流電源の電圧変動が大きいため、フリッカが発生しやすいデメリットがある。
【００１３】
位相制御と波数制御を組み合わせた制御を選択する理由としては、位相制御のみと比較して高調波電流歪やスイッチングノイズの抑制に有利であり、かつ、波数制御のみと比較してフリッカ抑制に有利であることがあげられる。高調波電流歪やスイッチングノイズは、使用するＡＣ交流電源の電圧が高い方が、より大きく発生する傾向がある。したがって、画像形成装置が使用される地域のＡＣ商用電源電圧に応じた制御方式を採用する必要がある。例えば、１００〜１２０ＶのＡＣ商用電源電圧の地域向けにはフリッカに有利な位相制御方式が、２２０Ｖ〜２４０ＶのＡＣ商用電源電圧の地域向けには高調波電流歪やスイッチングノイズに有利な波数制御方式がヒータの制御に採用されている。しかし、近年の画像形成装置の高速化による定着加熱装置のヒータ電力増大に伴い、定着性能を満足した上で、位相制御のみでは高調波電流歪規制を満足することが困難であり、かつ、波数制御のみではフリッカ規制を満足できない場合が生じていた。その場合、位相制御と波数制御を組み合わせた制御は、高調波電流歪規制とフリッカ規制の両方を満足する方式として有効であった。
【００１４】
図１３（ｂ）に位相制御と波数制御を組み合わせたヒータ電力制御のテーブル例をテーブル２として示す。ヒータへの供給電力比は、隣り合うテーブル１と同じ電力となるように記載してある。
【００１５】
図１３（ｂ）の一例では、８半波（４全波）を一制御周期とし、そのうち６半波を波数制御、２半波を位相制御で制御する。テーブル２において、ヒータ供給電力比ｄｕｔｙ４／１２（＝３３．３％）の場合を説明する。１波目と２波目の半波の電力ｄｕｔｙが３３．３％になるように制御部がトランジスタにＴｃのタイミングでトランジスタにＯＮ信号を送信し位相制御を行う。そして、残り６半波のうち２半波を波数制御でオンし、その他４半波は全てオフとすることで、一制御周期において約３３．３％の電力が供給される。
【００１６】
このようにヒータ供給電力の０％から１００％までの間を１２分割したヒータ制御テーブルの１３段階をあらかじめ定めておき、制御部は前記ヒータ電力制御テーブルを元にヒータ通電制御を行うことができる。波数制御に比べて位相制御を含むためフリッカが抑制され、且つ、位相制御に比べて波数制御を含むため高調波電流歪が抑制される特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献４】特開平４−４４０７６号公報
【特許文献５】特開平０９−１０１７１８号公報
【特許文献６】特開平０９−１０６２１５号公報
【特許文献７】特開２０００−２６８９３９号公報
【特許文献８】特開２００３−１２３９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
例えば近年の画像形成装置においては、フルカラー画像の形成がなされ、かつ、プリント速度の高速化、高画質化が重要になっている。さらには、省エネルギー化や、プリント開始してから１枚目の転写紙が出力される時間、すなわちファーストプリントアウトタイムの短縮等の付加価値がこれまで以上に市場から求められている。
【００１９】
このような背景の中、プリントスピードの高速化やファーストプリントアウトタイム短縮化に伴い、従来のセラミックヒータを用いたフィルム定着式の定着装置も、そのヒータに要求される電力は増加する傾向にある。ヒータ電力が増加するということは、言い換えるとヒータの抵抗値が減少するということを意味する。ヒータの抵抗値減少は、ヒータ電力供給時における交流電源の電流増加を意味し、この電流増加は、更なる高調波歪とフリッカを生じさせる。
【００２０】
また、さらなる高画質化を達成するために、定着加熱装置の温度リップルや温度ムラの低減も求められている。例えば、プリント速度の高速化に伴って、定着装置から転写紙に奪われる単位時間の熱量が増加することで、定着加熱装置の温度ムラが発生し、特に高い光沢を要求される画像の光沢ムラが顕著に現れやすくなる。これは、転写紙が定着器のニップ部へ搬送されると、定着器のフィルム（あるいはローラ）の熱は紙に奪われるため、フィルム１回転後のフィルム表面温度は特に低下する。このためこの温度低下部で定着された転写紙上の画像は、定着温度が不十分なため、画像の光沢ムラとして現れる。
【００２１】
この定着装置の温度ムラに伴う画像の光沢ムラを低減するための対策として、紙が定着器のニップに到達する前に、あらかじめ紙に奪われる熱量に相当する電力を通常の画像形成時のターゲット電力へ重畳して印加する補正電力重畳制御を実施している。
【００２２】
また、その他の対策として定着装置を構成するローラ等を蓄熱しやすい構成へ変更する方法もある。しかし、プリント開始から画像形成可能な所定の定着温度に達するまでの時間が長くかかるため、結果として、ファーストプリントアウトタイムが遅くなってしまうという問題がある。つまり、温度ムラの改善と、ファーストプリントアウトタイムの短縮がトレードオフの関係になっているため、両者のバランスを取った上で、定着装置を設計する必要がある。
【００２３】
一方で、高調波電流歪に関しては更なる効率的なエネルギー利用のために規制が強化され、交流電源の基本波周波数の整数倍高調波電流歪のみならず、非整数倍高調波電流歪（次数間高調波）の抑制が求められている。このため、特に高速のフルカラーの画像形成装置においては、前述のようにヒータ抵抗値の減少により従来の位相制御のみのヒータ制御では高調波電流歪規格を満足させることが困難である。
【００２４】
また、高調波電流歪規格を満たすため、高調波電流歪抑制に最も有利な波数制御のみのヒータ制御を用いた場合、ヒータのオン／オフを交流電源の半波単位で電力制御を行う際に温度リップルを生じると共に、フリッカの規制を満足することが困難となる。
【００２５】
このため、特に高速のフルカラーの画像形成装置では、前述の位相制御と波数制御を組み合わせた制御を用いて、高調波電流歪規制とフリッカ規制の両方を満足させている。
【００２６】
しかし、この位相制御と波数制御を組み合わせた制御の場合、定着ヒータへの投入電力の更新タイミングは、上述のように一制御周期ごとになる。このため、前述の補正電力の重畳する電力切換え制御を所定のタイミングで実施しようとした場合、最大で一制御周期分のタイムラグが発生するというデメリットがある。
【００２７】
図１４はこのタイムラグを模式的に表した説明図である。
【００２８】
図では、通常の画像形成時のターゲット電力Ｗ１よりも高い電力Ｗ２へ、Ｔ１のタイミングで電力増加させ、その１００ｍｓｅｃ後のＴ２のタイミングで、元の電力Ｗ１へ戻す電力制御例を示している。
【００２９】
ここで、例えば、商用ＡＣ電源の周波数が５０Ｈｚの場合、１全波は２０ｍｓｅｃであるから、位相制御と波数制御を組み合わせた制御の一制御周期（４全波）では、８０ｍｓｅｃとなる。
【００３０】
Ｗ２へ変更するタイミングＴ１とＴ１の直前に更新された一制御周期分の電力パターンの終わりのタイミングＴ０の整合はとれていない。そのため、図のように一制御周期分の電力パターン投入中に、タイミングＴ１で電力を切換えようとしても、つぎの電力更新タイミングＴ１１での切換えとなってしまう。このため、所定のタイミングＴ１よりもｔ１１遅れたタイミングＴ１１でヒータへの投入電力が切り換わる。
【００３１】
一方、タイミングＴ２でＷ２からＷ１の電力へ戻す制御をする場合においても、図のように一制御周期分の電力パターン投入中に、タイミングＴ２で電力を切換えようとしても、つぎの電力更新タイミングＴ２２での切換えとなってしまう。このため、所定のタイミングＴ２よりもｔ２２遅れたタイミングＴ２２でヒータへの投入電力が切り換わる。この結果、Ｗ２への電力増加した期間は、制御上の１００ｍｓｅｃに対して実際は８０ｍｓｅｃと短くなってしまう。
【００３２】
以上のように、実際に電力が切り換わるまでの間が最大約一制御周期分８０ｍｓｅｃ遅延すると共に、電力の増加期間も短くなることから、定着装置の温度が不足する。その結果、所定の温度よりも低温で定着された画像は、光沢ムラが発生することがあった。
【００３３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、位相制御と波数制御を合わせた制御を用い、制御上の電力切換えタイミングと実際の電力切換えタイミングとの時間差を減らして温度ムラを抑制した定着加熱装置の制御技術を提供することを目的とする。また、その定着装置を備えることで、光沢ムラを軽減するとともに、フリッカと電源高調波歪の両方の規制を満足した画像形成装置の制御技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は、上述の目的を達成するため、以下の構成を備えるものである。
【００３５】
電子写真プロセスを用いて転写紙上にトナー像を形成する画像形成手段と、
加熱手段の熱により前記トナー像を加熱するとともに前記転写紙を加圧する定着装置と、
前記加熱手段に交流電源からの電力を供給あるいは遮断するスイッチ手段と、
前記交流電源のゼロクロスを検知するゼロクロス検出手段と、
前記ゼロクロスに基づいて前記スイッチ手段を前記交流電源の１半波のうち所定の位相角で通電制御する位相制御と、前記ゼロクロスに基づいて前記スイッチ手段を前記交流電源の１半波ごとに全通電あるいは非通電制御する波数制御を行い、
かつ、前記交流電源の連続する複数Ｎの半波を一制御周期として、そのうちの一部の半波に前記位相制御を行い、残りの半波に前記波数制御を行う供給電力に応じて設けられた第一の投入電力パターンを有し、前記加熱手段への供給電力を所定のタイミングで変更する制御手段とを有する画像形成装置において、
前記制御手段は、前記Ｎよりも少ない連続するＭ数の半波を一制御周期とした第二の投入電力パターンとを更に有し、
供給電力を変更する前記所定のタイミングと、前記第一の投入電力パターンあるいは前記第二の投入電力パターンの電力が変更されるタイミングとの時間差が少なくなるように、前記第一の投入電力パターンと前記第二の投入電力パターンとを組み合わせた組合せパターンを選択することを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、位相制御と波数制御を組み合わせた制御を用いた定着装置において、定着温度制御上の電力切換えタイミングと実際の電力切換えタイミングとの時間差を極力減らすことで温度ムラを抑制した定着加熱装置を提供できる。また、その定着装置を備えることで、光沢ムラを軽減するとともに、フリッカと電源高調波歪の両方の規制を満足した画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例に関わる画像形成装置の略図
【図２】本発明の実施例に関わるスキャナユニットの説明図
【図３】本発明の実施例に関わる定着装置の略図
【図４】本発明の実施例に関わるセラミックヒータの略図
【図５】本発明の実施例に関わる定着駆動回路を示す説明図
【図６】本発明の実施例に関わる位相制御を示す説明図
【図７】本発明の実施例に関わる波数制御を示す説明図
【図８】本発明の実施例に関わる位相制御と波数制御とを組み合わせた制御を示す説明図
【図９】本発明第一の実施例に関わる定着制御のタイミングチャート
【図１０】本発明第一の実施例に関わる定着制御のフローチャート
【図１１】本発明第二の実施例に関わる定着制御のタイミングチャート
【図１２】本発明第三の実施例に関わる定着制御のタイミングチャート
【図１３】本発明の実施例に関わる制御テーブルの説明図
【図１４】従来の定着制御のタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００３９】
なお、以下では本発明の一実施形態として、カラーレーザビームプリンタを例にとって説明する。ただし、本発明はカラーレーザビームプリンタに限定されるものではなく、電子写真プロセスを使用した画像形成装置全般に適用することができる。
【００４０】
また、従来の技術例で説明した部品と同じ部品は、説明を省略あるいは簡略化する。
【実施例１】
【００４１】
はじめに、本発明が対象とする画像形成装置の一例である、タンデムタイプのカラーレーザビームプリンタ２００の構成について説明する。
【００４２】
図１は、タンデムタイプのカラーレーザビームプリンタ２００の概略構成を示す図である。
【００４３】
このカラーレーザビームプリンタ２００は、黒（Ｂｋ），イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）の各色ごとに画像形成部を設けているいわゆるタンデムタイプのプリンタである。それぞれの画像形成部には、感光ドラム１８、感光ドラム１８を一様に帯電する一次帯電器１６、感光ドラム１８上にレーザビーム１３を照射し潜像を形成するスキャナユニット１１、潜像を現像して可視像とする現像器１４（現像ローラ１７）が備えられる。さらに、可視像を中間転写ベルト５０に転写する一次転写ローラ１９、転写可視像を中間転写ベルト５０から転写紙に転写する二次転写ローラ４２、感光体の残留トナーを除去するクリーニング装置１５等も備えられている。なお、図１では、各色用の画像形成部を構成する同機能の構成要素を区別するため、上記符号の添字としてそれぞれａ，ｂ，ｃ，ｄを付けている。
【００４４】
ここでスキャナユニット１１の詳細な構成について説明する。図２は、スキャナユニット１１の構成を示す図である。
【００４５】
パーソナルコンピュータ等の外部機器からの画像形成指示があると、カラーレーザビームプリンタ２００内の制御回路において、画像情報が露光手段であるレーザビームをオン／オフするための画像信号（ＶＤＯ信号）１０１に変換される。この画像信号（ＶＤＯ信号）１０１は、スキャナユニット１１内のレーザユニット１０２に入力される。１０３は、レーザユニット１０２によりオン／オフ変調されたレーザビームである。１０４は、回転多面鏡（ポリゴンミラー）１０５を定常回転させるスキャナモータである。１０６は、ポリゴンミラー１０５によって変更されたレーザビーム１０７を被走査面である感光ドラム１８上に焦点を結ばせる結像レンズである。
【００４６】
この構成により、画像信号１０１により変調されたレーザビーム１０７が感光ドラム１０８上を水平走査（主走査方向への走査）し、感光ドラム１０８上に潜像が形成される。
【００４７】
１０９はビーム検出口で、スリット状の入射口よりビームを取り入れる。この入射口より入ったレーザビームは、光ファイバ１１０内を通って光電変換素子１１１に導かれる。光電変換素子１１１により電気信号に変換されたレーザビームは、増幅回路（図示しない）により増幅された後、水平同期信号となる。
【００４８】
説明を図１に戻す。カセット２２から給紙される記録媒体としての転写紙は、画像形成部とタイミングをとるために、レジストローラ２１で待機する。レジストローラ２１の近傍には、給紙された転写紙の先端を検知するためのレジセンサ２４が設けてある。画像形成部を制御する画像形成装置制御手段（不図示：以下、「制御手段」と称す）はレジセンサ２４の検出結果により、紙の先端がレジストローラ２１に到達したタイミングを検知する。そして、１色目（図の例ではイエロー色）の像を、像担持体である感光ドラム１８ａ上に形成するとともに、定着器２３のヒータ（加熱ヒータ）の温度が所定の温度になるよう制御する。
【００４９】
５０は各色画像形成部を貫通するように配置された中間転写ベルト５０である。中間転写ベルト５０は感光ドラム１８の回転と共に回転駆動されており、一次転写ローラ１９に一次転写バイアスとして高圧電圧が印加されると、中間転写ベルト５０の基準位置をもとに、形成された１色目のトナー画像が順次中間転写ベルト５０上に転写される。
【００５０】
同様に、２色目（図の例ではマゼンタ）の像は、１色目の画像先端と２色目の像形成プロセスとのタイミングをとって、中間転写ベルト５０上に形成された１色目の像の上に重畳転写される。以降同様に、３色目（図の例ではシアン）の像，４色目（図の例では黒色）の像が、各像形成プロセスとのタイミングを取って、中間転写ベルト５０上に順次重畳転写される。
【００５１】
４２は中間転写ベルト５０上に形成されたトナー像を転写紙に二次転写するための二次転写ローラであり、像形成時には中間転写ベルト５０と離間した位置に退避している。
【００５２】
転写材である転写紙は、カセット２２から給紙され、画像形成部とタイミングをとるために、レジストローラ２１で待機する。また、レジストローラ２１の近傍には、給紙された転写紙の先端を検知するためのレジセンサ２４が設けられている。制御回路はレジセンサ２４の検出した紙の先端位置と紙搬送方向（副走査方向）の像形成の先端位置とのタイミングをとって、レジストローラ２１で待機した転写紙を再搬送させる。この時、二次転写ローラ４２は中間転写ベルト５０に当接し、二次転写ローラ４２に二次転写バイアスとして高圧電圧が印加されると、中間転写ベルト５０上の４色のトナー像が転写紙上に一括転写される。
【００５３】
４色のトナー像を転写された転写紙は、ヒータを内蔵した定着器２３のニップ部を通過することにより、トナーが加圧、加熱されて転写紙に溶融定着される。転写紙の定着器２３前後の搬送状況は、定着前センサ３７および、定着排紙センサ３８によって監視され、定着器２３を通過した転写紙は機外に排紙されフルカラーの画像形成が終了する。
【００５４】
次に定着器２３として、ヒータにセラミックを用いたセラミックヒータを熱源とするフィルム定着装置について説明する。図３はヒータをセラミックヒータ６４０として適用した定着装置を示す概略構成図である。
【００５５】
６１０はステーであり、このステー６１０はセラミックヒータ６４０を露呈させて支持した横断面Ｕ字状の本体部６１１と該本体部を対向する加圧ローラ６２０側へ加圧する加圧部６１３とで構成されている。ここで、セラミックヒータは、発熱体が後述のニップ部と反対側であっても、ニップ部側であっても構わない。６１４はステー６１０に外嵌させてある横断面円形の耐熱性フィルム（以下、「フイルム」と略称する）である。
【００５６】
上記加圧ローラ６２０は、セラミックヒータ６４０との間にフィルム６１４を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、且つフィルム６１４を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段として作用する。このフィルム駆動ローラ兼加圧ローラ６２０は芯金６２０ａとシリコンゴム等よりなる弾性体層６２０ｂと最外層の離形層６２０ｃよりなる。そして、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム６１４を挟んでセラミックヒータ６４０の表面に圧接させて配設してある。この加圧ローラ６２０はモータＭによる回転駆動により、この加圧ローラ６２０とフィルム６１４の外面との摩擦力で該フィルムに搬送力を付与する。
【００５７】
次に、セラミックヒータと温度検出素子６０５と過昇温防止手段６０２の位置関係の概略について図４に示す。図４（ａ）はセラミックヒータの断面図であり、図４（ｂ）は発熱体６０１が形成されている面を示している。
【００５８】
セラミックヒータはＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス系の絶縁基板６０７と絶縁基板面上にペースト印刷等で形成されている発熱体６０１（通電発熱抵抗層）と、発熱体を保護しているガラス等の保護層６０６から構成されている。保護層上には、セラミックヒータの温度を検出するサーミスタ等の温度検出素子６０５および過昇温を防止する手段としての過昇温防止手段６０２が配置されている。過昇温防止手段６０２は、例えば温度ヒューズやサーモスイッチである。
【００５９】
発熱体６０１は、電力が供給されると発熱する部分と、該発熱部分に接続した導電部６０３と、コネクタを介して電力が供給される電極６０４とから構成され、発熱体６０１は通紙可能な最大の記録紙幅ＬＦとほぼ同じ長さである。２つの電極６０４のうち１つへは、交流電源のＨＯＴ側端子が過昇温防止手段６０２を介して接続されている。電極部は発熱体を制御するトライアックに接続され、交流電源のＮＥＵＴＲＡＬ端子に接続される。
【００６０】
図５に、本発明におけるセラミックヒータの駆動および制御回路を示す。６２１は本画像形成装置を接続する交流電源で、本画像形成装置は商用電源をＡＣフィルタ（図示せず）を介してセラミックヒータ６４０の発熱体６０１へ供給することによりセラミックヒータの発熱体６０１を発熱させる。
【００６１】
この発熱体６０１への電力供給は、トライアック６３９によって通電・遮断が制御される。抵抗６３１，６３２はトライアック６３９のためのバイアス抵抗であり、フォトトライアックカプラ６３３は一次、二次間を隔離するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ６３３の発光ダイオードに通電することにより、トライアック６３９をオンする。抵抗６３４はフォトトライアックの電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ６３５によりオン／オフする。トランジスタ６３５は抵抗６３６を介してエンジン制御回路３１６からのＯＮ信号にしたがって動作する。
【００６２】
また、交流電源は、ＡＣフィルタを介してゼロクロス検出回路６１８に入力される。ゼロクロス検出回路６１８では、商用ＡＣ電源があるしきい値以下の電圧になっていることをエンジン制御回路３１６に対してパルス信号として報知する。以下エンジン制御回路３１６に送信されるこの信号を「ゼロクロス信号」と呼ぶ。エンジン制御回路３１６はゼロクロス信号のパルスのエッジを検知し、トライアック６３９をオン／オフするためのタイミング信号として用いる。
【００６３】
また、６０５は発熱体６０１が形成されているセラミックヒータ温度を検知する温度検出素子、例えば、サーミスタ感温素子であり、セラミックヒータ６４０上に発熱体６０１に対して絶縁距離を確保するため絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。この温度検出素子６０５によって検出される温度は、抵抗６３７と温度検出素子６０５との分圧として検出され、エンジン制御回路３１６にＴＨ信号として制御回路内のＣＰＵのＡ／Ｄポートへ入力される。セラミックヒータ６４０の温度は、ＴＨ信号としてエンジン制御回路３１６において監視され、エンジン制御回路３１６は所定のセラミックヒータの設定温度と比較することによって、セラミックヒータを構成する発熱体６０１に供給するべき電力を算出する。後述の位相制御によりヒータの電力制御を行う場合には、その供給する電力に対応して、ゼロクロス信号のエッジからヒータオン信号を送信すべき時間に換算する。すなわち、交流電圧の位相角のうちヒータをオンすべき位相角を決定する。この設定時間に基いて、エンジン制御回路３１６はゼロクロス信号と同期をとって、トランジスタ６３５にヒータ駆動信号を送信し、所定のタイミングでヒータ６４０へ通電する。以上のように温度検出素子６０５よる温度情報をもとに、エンジン制御回路３１６はヒータ６４０への電力供給をオン／オフし、加熱定着装置の温度が目標の温度（設定温度範囲内）になるよう制御される。
【００６４】
万一、エンジン制御回路３１６等の故障により、発熱体が熱暴走に至り過昇温防止手段６０２が所定の温度以上になると、過昇温防止手段６０２がオープンとなる。過昇温防止手段６０２のオープンにより、セラミックヒータ６４０への通電経路が遮断され、発熱体６０１への通電が断たれ故障時の保護がなされている。
【００６５】
６２５は定着器２３のセラミックヒータ６４０へ流れる電流検出するための、カレントトランスを用いた電流検出手段である。セラミックヒータ６４０へ流れる電流は、カレントトランス６２５により電圧変換される。整流回路６２６にて正の電圧に整流された後、平均電流演算回路６２７にてセラミックヒータ６４０へ流れる電流の平均値に対応したアナログ信号としてエンジン制御回路３１６内にあるＣＰＵ（図示しない）のＡ／Ｄポートに送信される。制御回路３１６は常時電流をモニタし、検出された平均電流より所定の最大実効電流を超えないような位相角を演算により決定し、セラミックヒータ６４０への最大電力の制御を行っている。
【００６６】
次に、定着装置のヒータへ供給される電力の制御方法について説明する。
【００６７】
図６に位相制御によるヒータ電力制御の例を示す。ゼロクロス信号（１０−ｂ）は交流電源電圧波形（１０−ａ）の正から負、負から正に切り替わるポイントで論理が切り替わる。ゼロクロス信号は、商用電源周波数（５０Ｈｚ）の周期Ｔ（＝１／５０ｓｅｃ）で、繰り返しパルスをエンジン制御回路３１６へ送信しており、パルスのエッジが商用電源の電圧波形が位相角０°，１８０°で０Ｖ（ゼロクロス）となるタイミングを示している。エンジン制御回路３１６が、その立ち上がりおよび立ち下がりエッジからＴａ時間後にヒータ駆動信号（１０−ｃ）をオンすると、トライアック６３９がオンしてヒータ電流（１０−ｄ）の斜線で示した部分でヒータ６４０が通電し電力が供給される。なお、ヒータをオンした後、次のゼロクロスポイントでトライアック６３９がオフすることでヒータへの通電はオフされるため、再びゼロクロス信号のエッジから時間Ｔａ後にヒータ駆動信号をオンすることにより、次の半波でもヒータに同じ電力が供給される。
【００６８】
また時間Ｔａと異なる時間Ｔｂ後にヒータ駆動信号をオンするとヒータへの通電時間が変わるため、ヒータへの供給電力を変化させることができる。このように、半波ごとにゼロクロス信号のエッジからヒータ駆動信号をオンする時間を変化させることでヒータへの供給電力を制御することができる。ヒータへの電力供給を増加させる場合には、ゼロクロス信号のエッジからヒータ駆動信号を送信するタイミングを早め、逆に電力供給を低減させる場合には、ゼロクロス信号のエッジからヒータ駆動信信号を送信するタイミングを遅くする。この制御を１周期あるいは必要に応じて複数周期ごとに行うことでセラミックヒータ６４０の温度をコントロールしている。
【００６９】
位相制御は図６のように交流電源波形の半波の途中でヒータへの通電をオンするためヒータに流れる電流が急激に立ち上がり、高調波電流が流れる。ヒータ６４０に流れる電流波形は、図の例では１周期において正負対称の電流波形を示す。このヒータ電流の高調波電流成分は、一般に電流の立ち上がり量が大きいほど多くなるので、位相角９０°、すなわち供給電力５０％の時に最大になる高調波電流の次数が多い。また、この電流の立ち上がりエッジが毎半波ごとに発生するため多くの高調波電流が流れ、高調波規制への対応が必須となる。そのためフィルタ等の回路部品が必要になる場合が多い。一方、１半波より小さい電流が毎半波ごとに流れるため、電流の変化量は小さく、さらに変化周期も早いためフリッカへの影響は小さいというメリットもある。
【００７０】
図７に波数制御によるヒータ電力制御テーブルのパターン例を示す。波数制御では交流電源の半波単位でオン／オフ制御（全通電／非通電制御）を行うので、オンする時はゼロクロス信号のエッジとともにヒータ駆動信号をオンする。そして例えば８半波を制御の１周期とし、一制御周期の中でオンする半波の数を変えていくことで、ヒータへの供給電力を制御している。図７は８半波のうち４半波をオンしているため、ヒータへの供給電力は５０％となる。このようにヒータ供給電力の０％から１００％までの間を１２分割したヒータ制御パターンをあらかじめ定めておき、制御回路３１６は前記ヒータ制御パターンを元にヒータ電力制御を行うことができる。なおここではオンする場合は連続する２半波をオンすることとする。波数制御ではヒータのオン／オフが常にゼロクロスで行われるため位相制御のような電流の急激な立ち上がりエッジがなく高調波電流は非常に少ない。一方、電流は半波単位で流れるため、電流の変化量は大きく、変化周期も長いためフリッカへの影響が大きい。そこで、一制御周期内でオンする半波の位置（制御パターン）を工夫することで電流の変動周期のフリッカへの影響をできるだけ少なくなるようにしている。
【００７１】
図８に位相制御と波数制御を組み合わせたヒータ電力制御のパターン例を示す。図１２の一例では、８半波（複数Ｎ、Ｎは偶数）を一制御周期とし、そのうち一部の６半波を波数制御、２半波を位相制御で制御し、ヒータ供給電力比ｄｕｔｙ４／１２（＝３３．３％）の場合を示す。１波目と２波目の半波の電力ｄｕｔｙが３３．３％になるように制御回路３１６がトランジスタ６３５にＴｃのタイミングでトランジスタ６３５にＯＮ信号を送信し位相制御を行い、残り６半波のうち２半波を波数制御でオンし、その他４半波は全てオフとする。その結果、一制御周期において約３３．３％の電力が供給される。このようにヒータ供給電力の０％から１００％までの間を１２分割したヒータ制御テーブルを図１３のようにあらかじめ定めておき、エンジン制御回路３１６は前記ヒータ電力制御パターンを元にヒータ通電制御を行うことができる。波数制御に比べて位相制御を含むためフリッカが抑制され、且つ、位相制御に比べて波数制御を含むため高調波電流歪が抑制される特徴がある。
【００７２】
上記位相制御と波数制御を組み合わせたヒータ電力制御を用いて、定着温度制御上の電力切換えタイミングと実際の電力切換えタイミングとの時間差を極力減らす実施例について図９，１０を用いて説明する。
【００７３】
図９は第一の実施例のタイミングチャート、図１０は第一の実施例のフローチャートである。
【００７４】
本実施例では、エンジン制御回路３１６内の記録部には２種類（テーブル１：位相制御、テーブル２：位相制御と波数制御を組み合わせた制御）のヒータ電力制御テーブルを記録してあり、エンジン制御回路３１６がそれぞれのヒータ電力制御テーブルを切り替える。テーブル１は第二の投入電力パターンを示し、テーブル２は第一の投入電力パターンを示すものとする。テーブル１は、一般に電源高調波歪には不利であるもののフリッカに対しては有利な位相制御パターンである。エンジン制御回路３１６はヒータへの供給設定電力を、商用ＡＣ電源周期の１周期（１全波）ごとに、ヒータへ通電開始する位相角を調整することで電力制御する。テーブル２は、電源高調波歪抑制とフリッカ抑制の両方に対して効果がある位相制御と波数制御を組み合わせたヒータ電力制御パターンである。４全波を一制御周期する位相制御と波数制御を組み合わせたパターンとし、温度検出素子６０５によるヒータ６４０の温度により、定着加熱装置の温度制御がなされ、エンジン制御部は１周期（４全波）毎に最適なヒータ電力制御パターンをテーブル２から選択する。
【００７５】
制御回路はゼロクロス信号の繰返し周期より、商用ＡＣ電源の周期ＴＡをあらかじめ算出しておく（Ｓ７００）。例えば、商用ＡＣ電源の周波数が５０Ｈｚの場合には、その１周期ＴＡは２０ｍｓｅｃとなる。またこの時の、テーブル１の一制御周期（２半波、Ｍ数）は２０ｍｓｅｃ、テーブル２の一制御周期（４全波）は８０ｍｓｅｃと求められる（Ｓ７０１）。
【００７６】
カラーレーザビームプリンタ２００が画像形成を実行するため、エンジン制御回路３１６は定着加熱装置の温度の立ち上げ、前回転を行うヒータ電力制御パターンをテーブル２から選択する（Ｓ７０２）。
【００７７】
画像形成動作が開始され、中間転写ベルト５０上の４色のトナー像を二次転写により写し取った転写紙が搬送され、その転写紙の先端が上流側の定着前センサまで到達すると、センサからの信号によりエンジン制御回路は紙先端位置を検出する（Ｓ７０３）。また、その定着前センサ（搬送センサ）の先端搬送位置の検出タイミングにより、転写紙が定着ニップ部Ｎに到達する時間Ｔ２を算出する（Ｓ７０４）。
【００７８】
紙の定着ニップ部Ｎに到達するタイミングＴ２から所定時間前（ここでは１００ｍｓｅｃ）のタイミングＴ１を算出し（Ｓ７０５）、Ｔ１とＴ２のタイミング間で、制御回路は、定着電力を通常の画像形成時（定着時）に必要な電力Ｗ１より高い電力Ｗ２を設定する。なお、ここでは説明の都合上、ヒータへの供給電力を設定値Ｗ１からＷ２へ直接変更する例を説明するものの、実際には電力そのものではなく、電力増加に相当するようにセラミックヒータの設定温度値を上げる方が現実的である。設定温度値を上げる場合も、結果としてヒータへの供給電力を上げることができる。
【００７９】
この電力Ｗ２を設定する理由は、さらなる高画質化を達成するために、定着加熱装置の温度ムラを低減させるためである。例えば、プリント速度高速化に伴って、定着装置から転写紙に奪われる単位時間の熱量が増加することで、定着加熱装置の温度ムラが発生し、特に高い光沢を要求される画像への光沢ムラが顕著に現れやすくなってきている。これは、転写紙が定着器のニップ部へ搬送されると、定着器のフィルム（あるいはローラ）の熱が紙に奪われるため、フィルム１回転後のフィルム表面温度は特に低下する。このためこの温度低下部で定着された転写紙上の画像は、定着温度が不十分なため、画像の光沢ムラとして現れる。この定着装置の温度ムラに伴う画像の光沢ムラを低減するための対策として、紙が定着器のニップに到達する前に、あらかじめ紙に奪われる熱量を想定した電力を通常の画像形成時のターゲット電力へ重畳して電力を印加する補正電力重畳制御を実施している。
【００８０】
エンジン制御回路３１６は、電力をＷ２へ増加させるタイミングＴ１を算出すると共に、タイミングＴ１の直前に更新される一制御周期分の電力パターンの終わりのタイミングＴ０を定着電力の更新周期から予測する（Ｓ７０６）。
【００８１】
本実施形態では、この電力増加タイミングＴ１とその直前の一制御周期分の電力パターンの終わりのタイミングＴ０との差に応じて、電力切換え時のテーブル１とテーブル２を組み合わせて使用することを説明する。
【００８２】
図９に示した電力パターンのうち、正方形で示されているのは位相制御（テーブル１）の一制御周期であり、長方形で示されているのは、位相制御と波数制御を組み合わせた制御（テーブル２）の一制御周期である。つまり、これらは前記図１３に示した制御テーブルを模式的に表したものである。また、それぞれの正方形と長方形の中に示されたＷ１，Ｗ２の記号は、供給電力を示しており、同一記号は同じ投入電力であることを示している。つまり、正方形内のＷ１と長方形内のＷ１が同一であれば、テーブルはそれぞれテーブル１とテーブル２とで異なるものの、供給電力（ヒータへの供給電力比）は同じであることを示している。
【００８３】
エンジン制御回路３１６は、Ｔ１−Ｔ０を演算し、その結果と商用ＡＣ電源の周期ＴＡとの関係に応じて、次のようにそれぞれ図９に示す電力パターンを選択する（Ｓ７０７）。
０≦Ｔ１−Ｔ０＜０．５×ＴＡ ：電力パターン１１
０．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜１．５×ＴＡ ：電力パターン１２
１．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜２．５×ＴＡ ：電力パターン１３
２．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜３．５×ＴＡ ：電力パターン１４
３．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜４．０×ＴＡ ：電力パターン１５
例えば、演算の結果、電力パターン１２が選択された場合、切換えタイミングＴ１の直前に更新されるテーブル２の一制御周期分の電力パターンの終わりのタイミングはＴ０２であり、その制御周期（８０ｍｓｅｃ）の終了後に電力テーブルを２から１へ切換える。電力テーブル１でＷ１の電力設定として、１周期分（１全波）の位相制御を行うことで、タイミングＴ１でＷ２の電力へ切換える際のズレｔ１１’を最小限（２０ｍｓｅｃ以内）にすることができる。このとき実際に電力がＷ２へ切り換わるタイミングは、ｔ１１’を加味したＴ１１’のタイミングとなる。
【００８４】
電力Ｗ２へ設定する期間は、この例では１００ｍｓｅｃであるから、テーブル１の一制御周期（２０ｍｓｅｃ）とテーブル２の一制御周期（８０ｍｓｅｃ）を組み合わせることで制御する。テーブル２のみでＷ２の電力設定制御をしようとすると、その一制御周期は８０ｍｓｅｃのため、この整数倍の８０ｍｓｅｃ，１６０ｍｓｅｃ，２４０ｍｓｅｃ等でしか設定することができない。テーブル１を組み合わせることで、電力設定期間が必ずしもテーブル２の制御周期の整数倍でなくても制御が可能となる。すなわち、Ｔ１１’のタイミングでテーブル２でＷ２の電力を設定した後に、テーブルを２から１へ切換えて、テーブル１でＷ２の電力に設定する。ここでの、電力Ｗ２の設定の際は、２つのテーブルを使用する順番を逆にして、テーブル１を先に使用した後、テーブル２に切換えても構わない。また、Ｗ２の電力設定期間が、例えば１２０ｍｓｅｃ必要な場合には、さらに１周期分の位相制御を追加で行うことで実現可能である。
【００８５】
一方、タイミングＴ２でＷ２からＷ１の電力へ戻す制御をする場合においては、ｔ１１’のズレがほぼそのままｔ２２’のズレとして残っているため、Ｔ２よりもｔ２２’遅れたタイミングＴ２２’でヒータへの投入電力が切り換わる。このように、従来よりも電力切換えタイミングのズレを補正することができ、必要な電力を必要なタイミングで定着器へ供給することができる。
【００８６】
なお、本実施形態で追加したテーブル１による位相制御の使用継続時間はここでは約１００ｍｓｅｃ程度と短時間であり、高調波歪の規格で認められている測定器のフィルタ時定数に比較して十分小さい。そのため、本実施形態のような制御を実施しても、高調波歪の測定結果を著しく悪化させることはないため問題にはならない。また、フリッカについても、フリッカに有利な位相制御を電力切換え時に追加する制御であるため、問題ない。
【００８７】
なお、転写紙が定着加熱装置へ達する前に、ヒータへの電力を所定時間の間増加させる電力制御の例を説明しが、このような電力制御に限るものではなく、画像形成シーケンスの中で所定のタイミングで電力を増加または減少させる制御を行う場合にも有効である。また、所定時間電力を増加させるのではなく、定着加熱装置の温度調節制御を行うためのターゲット温度の値を増加させる場合においても有効であることは言うまでもない。
【００８８】
また、ここではエンジン制御回路３１６の記録部に保存してあるヒータ電力制御テーブルが２種類の場合について本実施例を説明しているものの、これも一例にすぎず、３種類以上の複数テーブルを記録部に保存してあれば応用が可能である。例えば、商用ＡＣ電源電圧が高い電圧（例えば２２０Ｖ〜２４０Ｖ）の場合、フリッカ規格に対して比較的マージンがある場合多いため、入力電圧に応じて最適な、位相制御と波数制御を組み合わせた制御テーブルを設けておいてもよい。また位相制御においては、テーブルではなく、ヒータへの供給電力とヒータへの通電を行う商用ＡＣ電源の位相角との関係式により、ヒータへの通電タイミングを算出しても良い。
【００８９】
更に、エンジン制御回路３１６が紙有りの検知結果から算出する定着ニップ部Ｎまでの到達時間Ｔ２は、定着前センサと定着ニップ部までの搬送距離を搬送スピードで除算し、制御部のチャタ取りを含めた定着前センサの出力遅延時間を減算して求めることができる。事前に画像形成装置で設定可能ないくつかの搬送スピードに対応した到達時間を制御部の記録部に予め記録しておいても良い。また、転写紙搬送路上のレジセンサ２４、定着前センサ３７、定着排紙センサ３８等を用いて、画像形成装置の環境変化等による微小な速度変動も含めた速度を計算あるいは補間計算をするのも良い。
【００９０】
以上これらの補足説明は、後述の第二および第三の実施例においても同様に言えることである。
【００９１】
以上のように、本発明によれば、ヒータへの電力供給制御として、位相制御と波数制御を組み合わせた制御を用いた定着装置において、定着温度制御上の電力切換えタイミングと実際の電力切換えタイミングとの時間差を極力減らすことができる。また、電力の切換え期間が必ずしもその制御周期の整数倍でなくても制御が可能となる。このため、これまでよりも最適なタイミングで定着電力切換え制御を行うことができ、温度ムラを抑制した定着加熱装置を提供することができる。また、その定着装置を備えることで、光沢ムラを軽減するとともに、フリッカと電源高調波歪の両方の規制を満足した画像形成装置を提供することができる。
【実施例２】
【００９２】
本実施形態における定着電力切換え制御では、電力増加期間にテーブル１のみを使用することを特徴としている。図１１は第二の実施例のタイミングチャートである。
【００９３】
ここでは図１１を参照して第２の実施例の定着電力切換え制御を説明する。第１の実施例で説明した部品と同じ部品は、説明を省略あるいは簡略化すると共に、第１の実施例で説明に使用した同一符号を使用して現している。
【００９４】
実施例１と同様に、エンジン制御回路３１６は、Ｔ１−Ｔ０を演算し、その結果に応じて、次のようにそれぞれ図１１に示す電力パターンを選択する。
０≦Ｔ１−Ｔ０＜０．５×ＴＡ ：電力パターン２１
０．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜１．５×ＴＡ ：電力パターン２２
１．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜２．５×ＴＡ ：電力パターン２３
２．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜３．５×ＴＡ ：電力パターン２４
３．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜４．０×ＴＡ ：電力パターン２５
例えば、演算の結果電力パターン２２が選択された場合、切換えタイミングＴ１の直前に更新されるテーブル２の一制御周期分の電力パターンの終わりのタイミングはＴ０２であり、その制御周期（８０ｍｓｅｃ）の終了後に、電力テーブルを２から１へ切換える。電力テーブル１でＷ１の電力設定として、１周期分（１全波）の位相制御を行うことで、タイミングＴ１でＷ２の電力へ切換える際のズレｔ１１’を最小限（２０ｍｓｅｃ以内）にすることができる。このとき実際に電力がＷ２へ切り換わるタイミングは、ｔ１１’を加味したＴ１１’のタイミングとなる。
【００９５】
電力Ｗ２へ設定する期間は、この例では１００ｍｓｅｃであるから、テーブル１の５制御周期（１００ｍｓｅｃ）のみで制御する。テーブル１の一制御周期は２０ｍｓｅｃのため、この整数倍の２０ｍｓｅｃ，４０ｍｓｅｃ，６０ｍｓｅｃ等であれば、設定することができる。テーブル１を用いることで、電力設定期間が必ずしもテーブル２の制御周期の整数倍でなくても制御が可能となる。また、Ｗ２の電力設定期間が、例えば１２０ｍｓｅｃ必要な場合には、さらに１周期分の位相制御を追加で行うことで実現可能である。
一方、タイミングＴ２でＷ２からＷ１の電力へ戻す制御をする場合においては、ｔ１１’のズレがほぼそのままｔ２２’のズレとして残っているため、Ｔ２よりもｔ２２’遅れたタイミングＴ２２’でヒータへの投入電力が切り換わる。このように、従来よりも電力切換えタイミングのズレを補正することができ、必要な電力を必要なタイミングで定着器へ供給することができる。
【００９６】
なお、本実施形態で追加したテーブル１による位相制御の使用継続時間は、電力パターン２５の場合であっても、約２００ｍｓｅｃ程度と短時間であり、高調波歪の規格で認められている測定器のフィルタ時定数に比較して十分小さい。そのため、本実施形態のような制御を実施しても、高調波歪の測定結果については問題にはならない。また、フリッカについても、フリッカに有利な位相制御を電力切換え時に追加する制御であるため問題ない。
【００９７】
以上のような制御とすることで、第１の実施例と同様に、これまでよりも最適なタイミングで定着電力切換え制御を行うことができ、温度ムラを抑制した定着加熱装置を提供することができる。また、その定着装置を備えることで、画像品質の低下を軽減するとともに、フリッカと電源高調波歪の両方の規制を満足した画像形成装置を提供することができる。
【実施例３】
【００９８】
本実施形態における定着電力切換え制御では、電力切換え時のテーブル１とテーブル２を組み合わせて使用するタイミングが異なることを特徴としている。図１２は第三の実施例のタイミングチャートである。
【００９９】
ここでは図１２を参照して第３の実施例の定着電力切換え制御を説明する。第１の実施例で説明した部品と同じ部品は、説明を省略あるいは簡略化すると共に、第１の実施例で説明に使用した同一符号を使用して現している。
【０１００】
エンジン制御回路３１６は、電力をＷ２へ増加させるタイミングＴ１を算出すると共に、タイミングＴ１の直前に更新される２制御周期分前の電力パターンの終わりのタイミングＴ０’を定着電力の更新周期から予測する。
【０１０１】
本実施形態では、この電力増加タイミングＴ１とその２制御周期分前の電力パターンの終わりのタイミングＴ０’の差に応じて、電力切換え時のテーブル１とテーブル２を組み合わせて使用することを説明する。
制御回路３１６は、Ｔ１−Ｔ０を演算し、その結果に応じて、次のようにそれぞれ図４に示す電力パターンを選択する。
４．０≦Ｔ１−Ｔ０＜４．５×ＴＡ ：電力パターン３１
４．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜５．５×ＴＡ ：電力パターン３２
５．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜６．５×ＴＡ ：電力パターン３３
６．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜７．５×ＴＡ ：電力パターン３４
７．５×ＴＡ≦Ｔ１−Ｔ０＜８．０×ＴＡ ：電力パターン３５
例えば、演算結果、電力パターン３２が選択された場合、切換えタイミングＴ１の２制御周期分前に更新されるテーブル２の一制御周期の終わりのタイミングはＴ０２’であるから、その制御周期（８０ｍｓｅｃ）の終了後に、電力テーブルを２から１へ切換える。電力テーブル１でＷ１の電力設定として、１周期分（１全波）の位相制御を行うことで、タイミングＴ１でＷ２の電力へ切換える際のズレｔ１１’を最小限（２０ｍｓｅｃ以内）に吸収する。その後、再度テーブルを２に戻して、テーブル２でＷ１の電力設定として、１周期分（４全波）の位相制御と波数制御の組合せた制御を行う。このとき実際に電力がＷ２へ切り換わるタイミングは、ｔ１１’を加味したＴ１１’のタイミングとなる。
【０１０２】
以下、第２の実施例と同様に、電力Ｗ２へ設定する期間は、この例では１００ｍｓｅｃであるから、テーブル１の５制御周期（１００ｍｓｅｃ）のみで制御する。実施例２において、万一高調波歪の規格に対するマージンが少なくなる場合には、本実施例が有効となる可能性がある。
【０１０３】
以上のような制御とすることで、第一の実施例と同様に、これまでよりも最適なタイミングで定着電力切換え制御を行うことができ、温度ムラを抑制した定着加熱装置を提供することができる。また、その定着装置を備えることで、画像品質の低下を軽減するとともに、フリッカと電源高調波歪の両方の規制を満足した画像形成装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１３ レーザ光
１８ 感光ドラム
１１ スキャナユニット（画像形成手段に対応）
１４ 現像器
１９ 一次転写ローラ
２２ 給紙カセット
２３ 定着器ユニット（定着装置に対応）
２４ レジセンサ
３７ 定着前センサ
３８ 定着排紙センサ
４２ 二次転写ローラ
５０ 中間転写ベルト
１０２ レーザユニット
３１６ エンジン制御回路（制御手段に対応）
６０１ 発熱体
６０２ 温度ヒューズ
６０５ サーミスタ
６１０ ステー
６１４ 耐熱性フィルム
６１８ ゼロクロス検出回路（ゼロクロス検出手段に対応）
６２０ 加圧ローラ
６２５ カレントトランス
６３９ トライアック（スイッチ手段に対応）
６４０ セラミックヒータ（加熱手段に対応）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真プロセスを用いて転写紙上にトナー像を形成する画像形成手段と、
加熱手段の熱により前記トナー像を加熱するとともに前記転写紙を加圧する定着装置と、
前記加熱手段に交流電源からの電力を供給あるいは遮断するスイッチ手段と、
前記交流電源のゼロクロスを検知するゼロクロス検出手段と、
前記ゼロクロスに基づいて前記スイッチ手段を前記交流電源の１半波のうち所定の位相角で通電制御する位相制御と、前記ゼロクロスに基づいて前記スイッチ手段を前記交流電源の１半波ごとに全通電あるいは非通電制御する波数制御を行い、
かつ、前記交流電源の連続する複数Ｎの半波を一制御周期として、そのうちの一部の半波に前記位相制御を行い、残りの半波に前記波数制御を行う供給電力に応じて設けられた第一の投入電力パターンを有し、前記加熱手段への供給電力を所定のタイミングで変更する制御手段とを有する画像形成装置において、
前記制御手段は、前記Ｎよりも少ない連続するＭ数の半波を一制御周期とした第二の投入電力パターンとを更に有し、
供給電力を変更する前記所定のタイミングと、前記第一の投入電力パターンあるいは前記第二の投入電力パターンの電力が変更されるタイミングとの時間差が少なくなるように、前記第一の投入電力パターンと前記第二の投入電力パターンとを組み合わせた組合せパターンを選択することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第二の投入電力パターンとは、その全ての半波において位相制御あるいは波数制御を行う投入電力パターンであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第二の投入電力パターンとは、そのうちの一部の半波に位相制御を行い、残りの半波に波数制御を行う投入電力パターンであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記定着装置よりも転写紙の搬送方向の上流側に配置されて該転写紙の先端搬送位置を検知する搬送センサとを更に有し、
前記制御手段は、前記搬送センサの検出結果から前記所定のタイミングを算出するとともに、
転写紙の先端が前記定着装置へ到達する前に、前記所定のタイミングから所定時間、前記定着装置への供給電力を転写紙の定着時よりも増加させることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記所定時間の間は前記第二の投入電力パターンのみを使用して電力制御することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記加熱手段の温度を検出するために設けられた温度検出手段の検出結果をもとに前記加熱手段の温度を設定温度範囲内に制御するとともに、前記設定温度を変更することにより前記加熱手段への供給電力を変更することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記ＮおよびＭは正の偶数であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記加熱手段は、通電により発熱する通電発熱抵抗層を有する加熱ヒータであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項１】
電子写真プロセスを用いて転写紙上にトナー像を形成する画像形成手段と、
加熱手段の熱により前記トナー像を加熱するとともに前記転写紙を加圧する定着装置と、
前記加熱手段に交流電源からの電力を供給あるいは遮断するスイッチ手段と、
前記交流電源のゼロクロスを検知するゼロクロス検出手段と、
前記ゼロクロスに基づいて前記スイッチ手段を前記交流電源の１半波のうち所定の位相角で通電制御する位相制御と、前記ゼロクロスに基づいて前記スイッチ手段を前記交流電源の１半波ごとに全通電あるいは非通電制御する波数制御を行い、
かつ、前記交流電源の連続する複数Ｎの半波を一制御周期として、そのうちの一部の半波に前記位相制御を行い、残りの半波に前記波数制御を行う供給電力に応じて設けられた第一の投入電力パターンを有し、前記加熱手段への供給電力を所定のタイミングで変更する制御手段とを有する画像形成装置において、
前記制御手段は、前記Ｎよりも少ない連続するＭ数の半波を一制御周期とした第二の投入電力パターンとを更に有し、
供給電力を変更する前記所定のタイミングと、前記第一の投入電力パターンあるいは前記第二の投入電力パターンの電力が変更されるタイミングとの時間差が少なくなるように、前記第一の投入電力パターンと前記第二の投入電力パターンとを組み合わせた組合せパターンを選択することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第二の投入電力パターンとは、その全ての半波において位相制御あるいは波数制御を行う投入電力パターンであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第二の投入電力パターンとは、そのうちの一部の半波に位相制御を行い、残りの半波に波数制御を行う投入電力パターンであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記定着装置よりも転写紙の搬送方向の上流側に配置されて該転写紙の先端搬送位置を検知する搬送センサとを更に有し、
前記制御手段は、前記搬送センサの検出結果から前記所定のタイミングを算出するとともに、
転写紙の先端が前記定着装置へ到達する前に、前記所定のタイミングから所定時間、前記定着装置への供給電力を転写紙の定着時よりも増加させることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記所定時間の間は前記第二の投入電力パターンのみを使用して電力制御することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記加熱手段の温度を検出するために設けられた温度検出手段の検出結果をもとに前記加熱手段の温度を設定温度範囲内に制御するとともに、前記設定温度を変更することにより前記加熱手段への供給電力を変更することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記ＮおよびＭは正の偶数であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記加熱手段は、通電により発熱する通電発熱抵抗層を有する加熱ヒータであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２８６６４９（Ｐ２０１０−２８６６４９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４０２４６（Ｐ２００９−１４０２４６）
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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