画像形成装置
【課題】記録材の搬送速度を切り替えた場合も、定着ムラの少ない高画質な画像を出力することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】通電されることで発熱する加熱ヒータ２２４を有する定着器１１５と、交流電源からの電力供給を制御する制御部２２０とを備える画像形成装置において、制御部２２０は、交流電源の連続する複数の半波を１制御周期として電力を制御すると共に、記録材上において第１発熱体２０３によって加熱された部分が第２発熱体２０４の加熱領域に到達するタイミングと、第１発熱体２０３への電力供給の制御を開始してから時間差を経て第２発熱体２０４への電力供給の制御を開始するタイミングとが同じにならないようにする。
【解決手段】通電されることで発熱する加熱ヒータ２２４を有する定着器１１５と、交流電源からの電力供給を制御する制御部２２０とを備える画像形成装置において、制御部２２０は、交流電源の連続する複数の半波を１制御周期として電力を制御すると共に、記録材上において第１発熱体２０３によって加熱された部分が第２発熱体２０４の加熱領域に到達するタイミングと、第１発熱体２０３への電力供給の制御を開始してから時間差を経て第２発熱体２０４への電力供給の制御を開始するタイミングとが同じにならないようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー像を記録材上に定着させる定着器を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機やレーザビームプリンタ等の画像形成装置において、セラミックヒータを熱源とするフィルム加熱方式の熱定着器が知られている。このような熱定着器では、記録材の搬送方向に複数の発熱体が配置されており、それぞれの発熱体に対してスイッチング素子を介して交流電源から電力を供給することで、発熱体の温度を所望の加熱温度に制御している。発熱体への電力供給の制御方式としては、位相制御や波数制御が知られているが、特許文献１には、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制御方式が提案されている。このように位相制御と波数制御とを組み合わせる制御方式を、ここでは「ハイブリッド制御」と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２３９４１号公報
【特許文献２】特開平５−３３３７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし上記従来の画像形成装置には次の課題がある。上述の定着器では、記録材が発熱体を通過している時に発熱体のＯＮ／ＯＦＦが行われるために、記録材上には、通電状態にある発熱体を通過する領域と、通電されていない状態の発熱体を通過する領域とが存在することになる。言い換えると、記録材上には、発熱体によって加熱される部分と加熱されない部分が存在することになる。これにより、定着した画像にすじ等の濃淡差が出ることを定着ムラと呼んでいる。一般的に、波数制御やハイブリッド制御の方が、発熱体のＯＮ／ＯＦＦする周期が長いために定着ムラが見えやすい傾向にある。また、制御方式の他に、記録材の搬送速度も、定着ムラの見えやすさに影響する。
【０００５】
さらに、記録材の搬送方向に対して複数の発熱体を有する場合には、複数の発熱体から与えられる総熱量が定着ムラに影響する。例えば二本の発熱体を有する場合は、記録材上に、二本の発熱体の両方に加熱される部分と、いずれの発熱体にも加熱されない部分とが生じると、それが定着ムラとして現れる。この定着ムラは、発熱体間の距離、記録材の搬送速度、及び制御方式の関係によって、ムラの濃淡差、発生周期などが変化する。
【０００６】
これに対して、一本目の発熱体により加熱された部分がもう一度加熱されないように、また、一本目の発熱体で加熱されなかった部分を他の発熱体で加熱して、記録材に与える熱量が均一になるように、最適な発熱体間の距離を決定する方法が提案されている。例えば特許文献２には、複数の発熱体を位相制御するときに、交流電源周波数と記録材の搬送速度から、定着ムラの出にくい最適な発熱体間隔を決定する方法が開示されている。
【０００７】
しかしながら、これまでの画像形成装置では、記録材に対して単一の搬送速度で印字を行う場合は定着ムラを低減できるものの、記録材の種類やサイズ等に応じて搬送速度を複数に切り替えて印字する場合は定着ムラを低減することが困難である。つまり、記録材の搬送速度を切り替えると、複数の発熱体から受ける総熱量が多い部分と少ない部分との差が大きくなり、搬送速度切り替え時に定着ムラが発生する可能性がある。
【０００８】
そこで本発明は、記録材の搬送速度を切り替えた場合も、定着ムラの少ない高画質な画像を出力することができる画像形成装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
記録材上に画像を形成する画像形成部と、商用電源から供給される電力によって発熱する発熱体が複数形成されている加熱ヒータと、前記加熱ヒータを内側に有する加熱回転体と、前記加熱ヒータの反対側から前記加熱回転体を挟むようにして前記加熱回転体に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部において前記加熱回転体の回転方向に搬送される記録材の搬送方向に並ぶ前記複数の発熱体から熱を付与することで、前記ニップ部において記録材上に形成されている画像を記録材上に定着させる定着器と、前記発熱体へ供給する電力を前記発熱体ごとに制御可能な制御部と、を備える画像形成装置において、前記制御部は、前記商用電源の連続する複数の半波を１制御周期として前記発熱体に供給する電力を制御すると共に、記録材上において前記複数の発熱体のうちの第１発熱体によって加熱された部分が前記第１発熱体よりも記録材の搬送方向下流側にある第２発熱体の加熱領域に到達するタイミングと、前記第１発熱体への電力供給の制御を開始してから時間差を設けて前記第２発熱体への電力供給の制御を開始するタイミングとが同じにならないように、記録材の搬送速度に応じて、前記時間差を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、記録材の搬送速度を切り替えた場合も、定着ムラの少ない高画質な画像を出力することができる画像形成装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】本発明における電力供給回路の概略構成図。
【図３】本発明におけるセラミック面発ヒータの概略構成図。
【図４】本発明における定着器の概略構成図。
【図５】本発明におけるゼロクロス検知回路、交流電源波形、及びＺＥＲＯＸ波形。
【図６】本発明における電流波形を示す図。
【図７】本発明におけるハイブリッド制御の制御パターンを示す図。
【図８】本発明における制御パターンと電流波形を示す図。
【図９】本発明において記録材上に与える電力の分布を示す図。
【図１０】本発明における制御フローを示す制御フローチャート図。
【図１１】本発明における電流波形を示す図。
【図１２】本発明におけるハイブリッド制御の制御パターンを示す図。
【図１３】本発明における制御パターンと電流波形を示す図。
【図１４】本発明において記録材上に与える電力の分布を示す図。
【図１５】本発明における制御フローを示す制御フローチャート図。
【図１６】本発明における制御パターンと電流波形を示す図。
【図１７】本発明において記録材上に与える電力の分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[第１実施形態]
（１−１：画像形成装置の概略構成）
図１を参照して、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す。画像形成装置には、その下方に、複数の記録材を積載可能な給送カセット１０１が設けられている。画像形成開始の信号が入力されると、給送カセット１０１に積載された記録材がピックアップローラ１０２によって１枚ずつ給送カセット１０１から送出され、給送ローラ１０３によっ
てレジストローラ１０４に向けて搬送される。さらに記録材はレジストローラ１０４によって所定のタイミングでプロセスカートリッジ１０５（画像形成部）へ搬送される。
【００１３】
プロセスカートリッジ１０５は、帯電ローラ１０６、現像ローラ１０７、クリーニング部材１０８、および電子写真感光体である感光体ドラム１０９が一体的に収容されているものであって、画像形成装置の装置本体に対して着脱可能に構成されている。
【００１４】
記録材上に画像を形成する際は、まず、帯電ローラ１０６によって感光体ドラム１０９の表面が一様に帯電される。その後、像露光手段であるスキャナユニット１１１により、画像信号に基づいた像露光が行なわれる。スキャナユニット１１１内にはレーザ光を射出するレーザダイオード１１２、回転するポリゴンミラー１１３、反射ミラー１１４が設けられている。レーザダイオード１１２から射出されたレーザ光は、ポリゴンミラー１１３、反射ミラー１１４によって主走査方向に、感光体ドラム１０９の回転によって副走査方向に走査される。これにより、感光体ドラム１０９には２次元の潜像が形成される。
【００１５】
感光体ドラム１０９に形成された潜像は、現像ローラ１０７から供給されるトナーによってトナー像として可視化され、トナー像は転写ローラ１１０と感光体ドラム１０９とのニップ部において、レジストローラ１０４から搬送されてきた記録材上に転写される。
【００１６】
トナー像が転写された記録材は定着器１１５に搬送され、定着器１１５において記録材上の未定着トナー像が加熱加圧処理され、記録材上にトナー像が定着する。記録材はさらに中間排出ローラ１１６、排出ローラ１１７によって画像形成装置本体外に排出され、一連のプリント動作を終える。
【００１７】
（１−２：定着器の概略構成）
図４を参照して、定着器１１５の概略構成について説明する。図４は、定着器１１５の概略構成を示すものである。定着器１１５は、可撓性を有する耐熱性の加熱スリーブ４０２（加熱回転体）と、それに圧接する弾性加圧ローラ４０３（加圧部材）を有する加熱フィルム方式の定着器である。加熱スリーブ４０２は、スリーブガイド４０１に外嵌した状態で弾性加圧ローラ４０３に従動回転し、両者によって形成される所定幅の定着ニップ部において、記録材上のトナー像を加熱、加圧することで、トナー像を記録材上に定着することができる。また、スリーブガイド４０１の内側には剛性部材によって形成されているステー４０４が設けられている。
【００１８】
加熱スリーブ４０２の内側には、スリーブガイド４０１の下面側に支持されたセラミック面発ヒータ２２４（加熱ヒータ）が設けられている。セラミック面発ヒータ２２４は板状のヒータであって、その長手方向が加熱スリーブ４０２の回転方向に直交するように設けられている。また、弾性加圧ローラ４０３は、セラミック面発ヒータ２２４の反対側から加熱スリーブ４０２を挟むようにして加熱スリーブ４０２に圧接している。
【００１９】
セラミック面発ヒータ２２４は、ＳｉＣ、ＡＬＮ、Ａｌ２Ｏ３等によって形成されるセラミックス系の絶縁基板３０１と、絶縁基板３０１上に長手方向に沿ってペースト印刷等で複数形成されている発熱体２０３（第１発熱体）、２０４（第２発熱体）を有している。さらに、２本の発熱体は、ガラス材による保護層３０２によって、その表面が保護されている。
【００２０】
また、絶縁基板３０１において、発熱体２０３、２０４が形成されている側とは反対側には、温度検出素子としてのサーミスタ２２２が設けられている。また、図４では不図示であるが、セラミック面発ヒータ２２４には、セラミック面発ヒータ２２４の長手方向端部の温度を検出するサーミスタ２２３や、サーモスイッチ等も設けられている。
【００２１】
発熱体２０３、２０４の抵抗値は、長手方向に沿って抵抗値が均一になるようにしてもよいが、長手方向端部にいくほど発熱比率が低くなるように抵抗値を変えてもよい。例えば、小サイズの記録材を加熱する場合は、発熱体２０３、２０４の長手方向端部が記録材が通過しない非通過領域となるので、長手方向端部は中央部と比較すると温度が上昇し易い。よって、発熱体２０３、２０４の長手方向にわたって加熱温度をほぼ均一にするためにも、長手方向の端部と中央部とで抵抗値に比率を持たせてもよい。このような発熱体を有するヒータを「テーパヒータ」と呼ぶ。
【００２２】
また、加熱スリーブ４０２の摺動性を向上させるために、加熱スリーブ４０２とセラミック面発ヒータ２２４との界面に摺動性のグリスを塗布してもよい。また、セラミック面発ヒータ２２４の発熱体２０３、２０４はニップ側にあっても、ニップと反対側にあってもよい。
【００２３】
ここで説明した加熱フィルム方式の定着器１１５によれば、加熱スリーブ４０２の内側面とセラミック面発ヒータ２２４とが直接接触するので、セラミック面発ヒータ２２４で生じた熱を効率良く定着ニップ部に付与することができる。よって、十分な加熱温度でトナー像を加熱しつつ、定着器１１５の消費電力の低減、立ち上がり時間の短縮化等の効果を得ることができる。
【００２４】
（１−３：電力供給回路の構成）
図２を参照して、定着器１１５の発熱体２０３、２０４に電力を供給するための電力供給回路について説明する。
【００２５】
図２中の２０１は交流電源（商用電源）であり、ＡＣフィルタ２０２を通して、発熱体２０３と発熱体２０４に接続されている。発熱体２０３と発熱体２０４は、交流電源２０１と並列に接続されており、交流電源２０１から供給される電力は、発熱体２０３と発熱体２０４のそれぞれに供給される。
【００２６】
発熱体２０３への電力供給はトライアック２０５で通電、遮断され、発熱体２０４への電力供給はトライアック２０６により通電、遮断される。２０７、２０８はトライアック２０５のためのバイアス抵抗であり、２０９は一次側と二次側の沿面距離を確保するためのフォトトライアックカプラである。フォトトライアックカプラ２０９の発光ダイオードに通電することにより、トライアック２０５がＯＮされる。２１１はフォトトライアックカプラ２０５の電流を制限するための抵抗である。２１２はトランジスタで、フォトトライアックカプラ２０５をＯＮ／ＯＦＦ制御するものである。
【００２７】
トランジスタ２１２は抵抗２１３を介してエンジンコントローラ２２０からのＦＳＲＤ１に従って動作する。ここでエンジンコントローラ２２０は、発熱体２０３、２０４へ供給する電力を発熱体毎に制御可能な制御部に相当する。ＦＳＲＤ１は、トランジスタ２１２をＯＮしてフォトトライアックをＯＮしたいときには「Ｈｉｇｈ」を出力し、トランジスタ２１２をＯＦＦしてフォトトライアックをＯＦＦしたいときには「Ｌｏｗ」を出力する。
【００２８】
２１４、２１５はトライアック２０６のためのバイアス抵抗であり、２１６は一次側と二次側の沿面距離を確保するためのフォトトライアックカプラである。フォトトライアックカプラ２１６の発光ダイオードに通電することにより、トライアック２０６がＯＮされる。２１７はフォトトライアックカプラ２０６の電流を制限するための抵抗である。２１８はトランジスタで、フォトトライアックカプラ２０６をＯＮ／ＯＦＦ制御するものである。トランジスタ２１８は、抵抗２１９を介してエンジンコントローラ２２０からのＦＳ
ＲＤ２に従って動作する。
【００２９】
２２１はＡＣフィルタ２０２を介して交流電源２０１に接続したＺＥＲＯＸ検知回路（ゼロクロス検知回路）である。ＺＥＲＯＸ検知回路２２１は、交流電源電圧が閾値以下の電圧になっていることを、エンジンコントローラ２２０に対してパルス信号（以下「ＺＥＲＯＸ信号」と呼ぶ。）として報知する。エンジンコントローラ２２０はＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを検出し、後述する位相制御や波数制御、ハイブリッド制御と呼ぶ制御によりトライアック２０５、２０６をＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【００３０】
２２２は、セラミック面発ヒータ２２４の温度を検出するためのサーミスタである。サーミスタ２２２は、セラミック面発ヒータ２２４上に発熱体２０３、２０４に対して絶縁距離を確保できるように絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。
【００３１】
また、サーミスタ２２３は、セラミック面発ヒータ２２４の長手方向端部の温度を検出するためのサーミスタである。サーミスタ２２３は、セラミック面発ヒータ２２４上の長手方向端部に発熱体２０３、２０４に対して絶縁距離を確保できるように絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。
【００３２】
サーミスタ２２２、２２３によって検出される温度は、エンジンコントローラ２２０にＡ／Ｄ入力される。セラミック面発ヒータ２２４の温度はエンジンコントローラ２２０で監視されており、エンジンコントローラ２２０内部に設定されている温度と比較されることによって、発熱体２０３、２０４に供給する電力が算出される。そして、供給する電力を、位相角または波数に換算し、その算出した条件により、エンジンコントローラ２２０がトランジスタ２１２にＦＳＲＤ１、トランジスタ２１８にＦＳＲＤ２を送出する。
【００３３】
ＦＳＲＤ１は、フォトトライアックカプラ２０９を発光するためにトランジスタ２１２を駆動する信号であり、ＦＳＲＤ２は、フォトトライアックカプラ２１６を発光するために、トランジスタ２１８を駆動する信号である。以下、それぞれの信号をＦＳＲＤ１、ＦＳＲＤ２と呼ぶ。このＦＳＲＤ１、ＦＳＲＤ２を用いて、発熱体２０３、２０４に供給する電力量の制御を行っている。
【００３４】
２２５は、記録材の搬送を行う搬送系の駆動源、及び感光体ドラム１０９の駆動源として利用されるモータである。エンジンコントローラ２２０は、モータ２２５から発信される速度信号パルス（ＦＧ）を受けてモータ２２５の速度を読み取る。また、ＦＧ信号と基準クロックとの比較を行い、加速信号（ＡＣＣ）と減速信号（ＤＥＣ）をモータ２２５に出力することにより、記録材の搬送速度、プロセス速度の制御を行っている。さらには、記録材の搬送速度を、記録材のサイズ等の条件に合わせて切り替え、モータ回転速度を変更するように命令している。
【００３５】
図３（ａ）、（ｂ）を参照して、セラミック面発ヒータ２２４の発熱体と上述した電力供給回路との接続部分について説明する。なお、図３（ａ）は、セラミック面発ヒータ２２４の概略断面図であり、その構成は上述した通りである。また、図３（ｂ）は、セラミック面発ヒータ２２４の発熱体の形状を示すものである。ここでは２パターンを図示しているが、発熱体は、その長手方方向と記録材の搬送方向とが直交するように、記録材の搬送方向に複数並べて設けられていればよい。
【００３６】
図３（ｂ）に示すセラミック面発ヒータ２２４には、２本の発熱体２０３、２０４と、電極部３０３、３０４、３０５が設けられている。ここで発熱体２０３は、記録材の搬送方向上流側にある発熱体、発熱体２０４は、記録材の搬送方向下流側にある発熱体、といえる。電極部３０３は発熱体２０３への電力供給を行い、電極部３０４は発熱体２０４へ
の電力供給を行っている。電極部３０５は、発熱体２０３、２０４の共通の電極となっている。共通の電極３０５は、交流電源２０１のＨＯＴ側端子に接続され、電極部３０３はトライアック２０５に、電極部３０４はトライアック２０６に接続されている。
【００３７】
（１−４：位相制御と波数制御について）
セラミック面発ヒータ２２４の発熱体２０３、２０４への電力供給は、位相制御と波数制御を組み合わせたハイブリッド制御によって行われている。ここで、位相制御と波数制御について説明する。
【００３８】
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ＯＮすることでヒータに電力を供給する方式である。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、照明機器と同一電源に接続された電気機器の負荷電流変動と配電線のインピーダンスにより交流電源における電圧変動が小さい。そのため、照明機器のちらつきであるフリッカを抑えるには有利な制御方式である。しかし、ヒータをＯＮ／ＯＦＦすると急激な電流変動が生じて高調波電流が発生するため、高調波電流を抑えるには不利となる。
【００３９】
一方、波数制御はヒータのＯＮ／ＯＦＦを交流電源の半波単位で行う電力制御方式である。波数制御では、半波ごとにヒータのＯＮ／ＯＦＦするために高調波電流が発生しにくいので、位相制御に比べて高調波電流を抑えるには有利である。しかし、前述したフリッカに対しては、位相制御よりも電流変動が大きく、フリッカが発生しやすい。
【００４０】
また、位相制御と波数制御を組み合わせたハイブリッド制御によると、位相制御だけの場合と比較すると、高調波電流やスイッチングノイズの発生を抑えることができる。さらに、波数制御だけの場合と比較すると、フリッカを低減することができ、ヒータへの電力制御をより多段階に制御することができる。なお、本実施形態におけるハイブリッド制御の詳細については後述する。
【００４１】
（１−５：ゼロクロス検知回路とＺＥＲＯＸ波形について）
図５（ａ）に、ゼロクロス検知回路２２１（ＺＥＲＯＸ検知回路）の詳細を示す。また、図５（ｂ）に、交流電源波形とＺＥＲＯＸ波形を示す。交流電源２０１からの交流電圧は、図５（ａ）に示すゼロクロス検知回路２２１に入力され、整流器５０１、５０２により半波整流される。本回路においては、Ｎｅｕｔｒａｌ側が整流されている。この半波整流された交流電圧は、抵抗５０５、コンデンサ５０４、電流制限抵抗５０３、５０６を介して、トランジスタ５０７のベースに入力される。Ｎｅｕｔｒａｌ側の電位が、不図示の全波整流するダイオードブリッジや整流器５０１、５０２、トランジスタ５０７により決まる閾値電圧Ｖｚよりも高い場合、つまり、Ｎｅｕｔｒａｌ側の電位がＨｏｔ側の電位よりも高い場合にトランジスタ５０７はＯＮとなる。一方、Ｎｅｕｔｒａｌ側の電位がＨｏｔ側の電位よりも低くなるとトランジスタ５０７はＯＦＦとなる。
【００４２】
フォトカプラ５０９は、一次・二次間の沿面距離を確保するための素子であり、抵抗５０８、５１０は、フォトカプラ５０９に流れる電流を制限するための抵抗である。Ｎｅｕｔｒａｌ側の電位がＨｏｔ側の電位より高くなるとトランジスタ５０７はＯＮするため、フォトカプラ５０９内の発光ダイオード５０９ａは消灯し、フォトトランジスタ５０９ｂはＯＦＦしてフォトカプラ５０９の出力電圧はＨｉｇｈとなる。
【００４３】
一方、Ｎｅｕｔｒａｌ側の電位がＨｏｔ側の電位より低くなるとトランジスタ５０７はＯＦＦするのでフォトカプラ５０９内の発光ダイオード５０９ａが発光し、フォトトランジスタ５０９ｂはＯＮしてフォトカプラ５０９の出力電圧はＬｏｗとなる。つまり、ＺＥＲＯＸ信号は、Ｈｏｔ側電位がＮｅｕｔｒａｌ側電位に対して、閾値電圧Ｖｚ以上／以下
の場合でレベルが切り替わるパルス信号となる。
【００４４】
このフォトカプラ５０９の出力が抵抗５１２を介してゼロクロス（ＺＥＲＯＸ）信号としてエンジンコントローラ２２０に報知される。エンジンコントローラ２２０は、このゼロクロス信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検知し、このエッジをトリガにしてトライアック２０５、２０６をＯＮ／ＯＦＦすることで発熱体２０３、２０４へ電力を供給する。
【００４５】
しかしながら、閾値電圧Ｖｚ≠０（Ｖ）ではないために、ＺＥＲＯＸ信号の立ち上がりエッジは、真のゼロクロスポイントからずれる。同様に立ち下がりエッジもずれる。このＺＥＲＯＸ信号をそのまま位相制御のトリガ信号とすると、ずれた分の時間差が、入力電源の正負の極性による位相のずれとなる。そこで、エンジンコントローラ２２０が、ＺＥＲＯＸ信号の立下がり信号の周期（２Ｔ）を測定し、その半分の時間Ｔを算出する。その後、エンジンコントローラ２２０内において、時間Ｔにおいて擬似的に立上がりエッジを生成する。以下、この立下がりエッジと擬似的な立上がりエッジの組み合わせを制御ＺＥＲＯＸ信号と呼ぶ。エンジンコントローラ２２０は、この制御ＺＥＲＯＸ信号をトリガ信号として制御を行う。
【００４６】
（１−６：ハイブリッド制御について）
図６を参照して、本実施形態におけるハイブリッド制御について説明する。上述したようにハイブリッド制御は、１制御周期において、交流電源の半波単位でＯＮ／ＯＦＦする波数制御と、交流電源を１半波内の任意の位相角でヒータをＯＮすることでヒータに電力を供給する位相制御とを組み合わせた制御である。電圧変動を示すフリッカを抑制することは難しいものの高調波電流の少ない波数制御と、フリッカを抑制しやすいが高調波電流を発生させてしまう位相制御の両方を用いているため、ハイブリッド制御は、フリッカと高調波の影響のバランスをとった制御といえる。例えば、連続する８半波を制御の１周期とし、１制御周期の中でＯＮする半波の数と位相角の状態を変えていくことで、ヒータへの供給電力を制御するといった制御方法が可能である。
【００４７】
図６のＦＳＲＤ１とＦＳＲＤ２の波形は、図２で説明したエンジンコントローラ２２０から出力されるＦＳＲＤ１とＦＳＲＤ２の波形であり、図５で説明した制御ＺＥＲＯＸ回路を基準として出力される波形である。ハイブリッド制御の場合は、位相０または任意の位相でヒータをＯＮするので、ＦＳＲＤ１とＦＳＲＤ２は、図６に示すようにＺＥＲＯＸ信号の所望の位相でパルスが出力される。
【００４８】
ＦＳＲＤ１とＦＳＲＤ２により制御され、各々の発熱体に流れる電流波形は、発熱体２０３の電流波形と発熱体２０４の電流波形に現れる。本実施形態では、発熱体２０３と発熱体２０４の抵抗値を異ならせているために、電流波形の振幅がそれぞれ異なっている。よって、ここで発熱体電流波形として示しているのは、発熱体２０３と発熱体２０４に流れる電流の合成波形である。
【００４９】
（１−７：電力制御の制御パターンについて）
図７を参照して、上述したハイブリッド制御によって発熱体２０３、２０４への供給電力を制御する際の制御パターンについて説明する。図７は、８半波を１制御周期としたハイブリッド制御の制御パターンを、発熱体２０３と発熱体２０４ごとに示すものである。ここで各表の縦軸は、発熱体に供給される電力の０％から１００％までを４０分割して表したものである。また、横軸は、それぞれの発熱体に供給する電力に応じて、１半波内においてＯＮしている期間が占める割合を数字で示したものである。なお、図示する制御パターン表の各セルには１００（％）〜０（％）が２.５％刻みで入る。
【００５０】
どちらの発熱体も１制御周期内で交流電源の正の通電位相と負の通電位相の関係が対称になるようにする。つまり、１制御周期内での電流波形は正側と負側で対称となる。そして上述したヒータ駆動回路により、上流の発熱体２０３と下流の発熱体２０４をそれぞれ独立に図７（ａ）、（ｂ）に示すパターンで制御する。例えば、５０％の電力を発熱体２０３、２０４に供給したい場合、上流の発熱体２０３は（ａ）の５０％を、下流の発熱体２０４も（ｂ）の５０％を選択する。よって、両発熱体を合わせて５０％の電力が発熱体に供給されることになる。この制御パターンはあらかじめ上述した図２に示すエンジンコントローラ２２０で記憶しておき、投入したい電力に応じて選択するとよい。
【００５１】
（１−８：制御パターンの制御開始時間差について）
図８を参照して、本実施形態における制御パターンの制御開始時間差について説明する。図８（ａ）は、図７に示す５０％の電力を投入する時の制御パターンである。発熱体２０３と発熱体２０４の制御を上下に並べ、発熱体２０４の制御は、発熱体２０３の制御パターンから制御開始タイミングをずらし、そのずらし量を場合分けして並べたものを示している。また、そのずらし量は１半波のｎ倍である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）で発熱体を制御する時の電流波形を示している。ここでは、複数の半波から構成される１制御周期の先頭の１半波目を１制御周期の開始時間とする。また、交流電源１半波である交流電源の周期の半分は、交流電源の周波数に依存し、交流電源周波数の逆数で表される。
【００５２】
本実施形態では、定着ムラを低減する方法として、上流の発熱体２０３で温められた記録材のある点が、下流の発熱体２０４によりもう一度温められないように、上流の発熱体２０３と下流の発熱体２０４の制御開始タイミングをずらしている。すなわち、発熱体２０３と発熱体２０４の制御開始時間差を下記の（１）式によって求めている。
【００５３】
【数１】
【００５４】
ここでは、ｖを搬送速度[ｍｍ／ｓｅｃ]とし、発熱体２０３と発熱体２０４のそれぞれ幅方向の中心を基準とする発熱体間の距離をＡ[ｍｍ]とし、交流電源の周波数をｆとする。またｎは整数とし、図８に示すように上述した制御開始時間差が半波の何倍に相当するかを示している。ここで交流電源周波数ｆは変動しないとすると、上流の発熱体２０３と下流の発熱体２０４の制御パターン開始時間差は、（１）式を満たす最適なｎを選べばよいことになる。そうすることで、定着ムラを低減することができる。
【００５５】
同様に、記録材の種類等が変更されて、最適な定着性を得るために搬送速度ｖ[ｍｍ／
ｓｅｃ]を切り替えるときにも、搬送速度ｖに応じた（１）式のｎを求め、制御開始時間
差を変更している。これにより、搬送速度切り替え時も定着ムラを低減可能な制御パターン開始時間差を決定することができる。つまり、記録材上において発熱体２０３に制御開始タイミングで加熱されたある部分が発熱体２０４の加熱領域に到達するタイミングと、発熱体２０４への電力供給を制御し始める制御開始タイミングが同じにならないようにしている。
【００５６】
例として、交流電源周波数が５０Ｈｚ、発熱体間距離Ａを１．５[ｍｍ]とし、搬送速度ｖとして１５０[ｍｍ／ｓｅｃ]と２００[ｍｍ／ｓｅｃ]の２種類の搬送速度を持つ画像形成装置の場合を考える。この場合は、上式に各値を代入することにより、搬送速度を切り替えるときには、ｎは、ｖ＝１５０の時、ｎ≠１であれば良く、ｖ＝２００の時は、ｎ≠０.７５であれば良いことがわかる。このようにｎを設定することで、定着ムラを低減さ
せることができる。上式により、本実施形態では、ｖ＝１５０の時はｎ＝０、ｖ＝２００の時はｎ＝４とした。このｎは、予めエンジンコントローラ２２０に記憶しておけば良い。
【００５７】
式（１）によって決定したｎにより、下流の発熱体２０４は、上流の発熱体２０３の制御開始時間より１／２ｆ×ｎ[ｓｅｃ]だけ待ってから通電を開始する。上流の発熱体２０３の制御を開始してから下流の発熱体２０４の制御を開始するまでの間は、下流の発熱体２０４には通電しなくても良いし、図８の破線に示す次の制御周期にかかる制御パターンから制御を開始しても良い。また、制御開始時間をずらすのではなく、予め１／２ｆ×ｎ[ｓｅｃ]だけ遅らせた関係を持つＦＳＲＤ１とＦＳＲＤ２の制御パターンをエンジンコントローラ２２０に記憶しておき、搬送速度に応じて、この制御パターンを切り替えることも可能である。
【００５８】
図９を参照して、上述のように発熱体２０３、２０４の制御開始時間をずらした場合における定着ムラの低減効果について説明する。図９に示すグラフは、記録材の搬送速度ｖ[ｍｍ／ｓｅｃ]が１５０[ｍｍ／ｓｅｃ]の時の、発熱体２０３、２０４を通じて記録材上に付与される電力を示したものである。
【００５９】
図示するグラフの横軸は記録材の先端から記録材搬送方向の距離である。また、縦軸は、記録材の各位置に発熱体により与えられる総電力を相対値で示している。点線で示しているのは定着ムラに不利な制御開始時間差ｎ＝１の時の電力分布であり、実線で示しているのは定着ムラを低減できる条件である制御開始時間差ｎ＝２の時の電力分布を示している。
【００６０】
グラフからわかるように、ｎ＝１の時は、記録材のエリアごとに付与される電力の大小差が大きく、一方で、ｎ＝２の時は付与される電力の大小差が小さい。このように制御開始のタイミングをずらすことによって記録材に与えられる電力のムラが変化することがわかる。よって、（１）式に基づいて最適な制御開始時間差を決定することで、定着ムラの低減効果を得ることができる。
【００６１】
（１−９：制御フローチャートについて）
図１０を参照して、本実施形態における制御フローチャートについて説明する。エンジンコントローラ２２０がプリント開始指示を受けてから、まずＳ１０１において交流電源のＺＥＲＯＸ信号の立下りエッジを検出する。次にＳ１０２において、この立下りエッジの周期から交流電源周波数をエンジンコントローラ２２０で計算する。またＳ１０３において、図５で説明した制御ＺＥＲＯＸ信号を生成する。
【００６２】
次に、Ｓ１０４において、サーミスタ２２２の温度検知によりセラミック面発ヒータ２２４が異常でなければ、Ｓ１０５において記録材のサイズ等を検知して、Ｓ１０６において搬送速度を記録材のサイズ等の条件から決定する。ここで、予めエンジンコントローラ２２０のメモリに記憶しておいた（１）式のｎの値を搬送速度に応じて呼び出す。プリント開始が可能な状態に立ち上がったら、セラミック面発ヒータ２２４の温調開始時間をｔ＝０として、上流の発熱体２０３への電力供給の制御を開始する。
【００６３】
その後、Ｓ１０８、Ｓ１０９において半波のｎ倍時間経過したら、下流の発熱体２０４への電力供給の制御を開始する。以後、Ｓ１１０において、サーミスタ２２２によってセラミック面発ヒータ２２４の温度を監視しながら、セラミック面発ヒータ２２４が所望の温度になるように温調を続ける。仮にＳ１１１のように、プリント中に記録材のサイズの変更などにより搬送速度に変更が生じたら、搬送速度に応じてもう一度ｎの値を呼び出して制御し直す。
【００６４】
このように本実施形態によれば、記録材の搬送速度が切り替わる時に、制御開始時間の差を（１）式を満たす値に切り替えて発熱体を制御すれば、搬送速度の切り替えに影響なく、定着ムラを低減した画像を出力可能な画像形成装置を提供することが可能になる。
【００６５】
[第２実施形態]
本発明を適用可能な第２実施形態に係る画像形成装置について説明する。なお、ここで説明する画像形成装置の構成、定着器の構成は、上記第１実施形態で説明した画像形成装置の構成と同一であるが、第１実施形態と比較すると、より高調波電流を抑えることに有効な波数制御を用いて発熱体を制御している点が特徴といえる。以下では第１実施形態と同一構成の部材、機器に関しては同じ符号を付してその説明を省略して説明する。
【００６６】
（２−１：電力制御について）
本実施形態では、図１１に示すような波数制御によって、発熱体２０３と発熱体２０４に供給する電力を制御している。波数制御については上述した通りであるが、例えば１２半波を制御の１周期とし、１制御周期の中でＯＮする半波の数と状態を変えていくことで、ヒータへの供給電力を制御することができる。
【００６７】
波数制御の場合は、１半波全てＯＮするか、１半波全くＯＮしないかのどちらかであるので、ＯＮ信号は、図１１に示すようにＺＥＲＯＸ信号の位相０でパルスが出力される。また、発熱体２０３、２０４に流れる電流波形も、図示の通りである。本実施形態では、発熱体２０３、発熱体２０４の抵抗値が異なるために、電流波形の振幅がそれぞれ異なっている。図１１中で発熱体電流波形として示しているのは、発熱体２０３と発熱体２０４に流れる電流の合成波形である。
【００６８】
（２−２：電力制御の制御パターンについて）
図１２を参照して、上述した波数制御によって発熱体２０３、２０４への供給電力を制御する際の制御パターンについて説明する。図１２（ａ）は、１２半波を１制御周期として波数制御によって発熱体２０３への供給電力を制御する際の制御パターンである。ここで縦軸は、発熱体２０３に供給する電力の０％から１００％までを６分割して表したものである。横軸は、発熱体２０３に供給する電力に応じて、１半波の期間においてＯＮ状態が占める割合を数字で示したものである。ここでは波数制御のため、制御パターン表の各セルには１００（％）もしくは０（％）の数値が入っている。また、図１２（ｂ）は発熱体２０４の制御パターンを示すものである。
【００６９】
いずれの発熱体の制御パターンも、正の半波と負の半波の数が同じ数だけＯＮするように上下対称性を満足するように設定する。そして、上述した電力供給回路により、上流の発熱体２０３と下流の発熱体２０４を、それぞれ独立に図１２（ａ）、（ｂ）のパターンで制御する。
【００７０】
例えば、５０％の電力を発熱体に供給したい場合、上流の発熱体２０３は、図１２（ａ）に示す５０％を、下流の発熱体２０４も、図１２（ｂ）に示す５０％を選択する。どちらの発熱体も１２半波のうちの６半波において通電するので５０％を投入していることになり、両発熱体を合わせて５０％の電力が発熱体に供給されることになる。この制御パターンを予めエンジンコントローラ２２０に記憶させ、投入したい電力に応じて選択すればよい。
【００７１】
（２−３：制御パターンの制御開始時間差について）
図１３を参照して、本実施形態における制御パターンの制御開始時間差について説明する。図１３（ａ）は、図１２に示す５０％の電力を供給する時の制御パターンである。発
熱体２０３と発熱体２０４の制御を上下に並べ、発熱体２０４の制御開始タイミングと発熱体２０３の制御開始タイミングをずらし、そのずらし量を場合分けして並べたものを示している。また、そのずらし量は１半波のｎ倍である。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す制御パターンに従って発熱体を制御する時の電流波形を示している。
【００７２】
例えば、第１実施形態と同様に、交流電源周波数が５０Ｈｚ、発熱体間距離Ａを２[ｍ
ｍ]とし、搬送速度ｖを１５０[ｍｍ／ｓｅｃ]と２００[ｍｍ／ｓｅｃ]の二種類の搬送速
度を持つ画像形成装置を考える。この場合、ｖ＝１５０の時、ｎ≠０.６であれば良く、
ｖ＝２００の時は、ｎ≠１であれば良い。
【００７３】
しかし（１）式に従ってｎを決めても、ｎの値によっては、発熱体２０３と発熱体２０４に同時に通電したり、又は同時に通電を止めたりする時には、電圧変動の差が大きくなり、照明機器等のちらつきであるフリッカの悪化に影響することがある。そこで（１）式から求められるｎにおいて、発熱体２０３と発熱体２０４に同時に通電する割合を減らすことが可能なｎを決定することで、定着ムラだけでなく、フリッカの対策も講じることができる。そこで本実施形態では、ｖ＝１５０の時はｎ＝０とするよりも、ｎ＝２とし、また、また、ｖ＝２００の時は、ｎ＝４とするよりも、ｎ＝３とした。この数値であれば、フリッカの低減効果を得ることもできる。
【００７４】
図１４を参照して、本実施形態における定着ムラの低減効果について説明する。図示するグラフは、搬送速度ｖが１５０[ｍｍ／ｓｅｃ]の時の、発熱体を通じて記録材に付与される電力を示したものである。グラフの横軸は記録材の先端から記録材の搬送方向の距離である。また、縦軸は、記録材の各位置に発熱体により与えられる総電力を相対値で示している。点線で示しているのは定着ムラに不利な制御開始時間差ｎ＝１の時の電力分布であり、実線で示しているのは定着ムラの低減できる条件の制御開始時間差ｎ＝３の時の電力分布を示している。
【００７５】
ｎ＝１の時は、記録材のエリアごとに付与される電力の大小差が大きい。一方で、ｎ＝３の時は付与される電力の大小差が小さい。このように、（１）式に基づいて制御開始タイミングをずらすことによって、記録材に与えられる電力のムラを変更することができる。よって、最適な制御開始時間差を決定することで定着ムラの低減効果がある。
【００７６】
（２−４：制御フローチャートについて）
図１５に、上述した（１）式により求めたｎを記憶させたエンジンコントローラ２２０によって、発熱体２０３、２０４の電力制御を行う際の制御フローチャートを示す。
【００７７】
エンジンコントローラ２２０がプリント開始指示を受けてから、まずＳ２０１において交流電源のＺＥＲＯＸ信号の立下りエッジを検出する。次にＳ２０２において、この立下りエッジの周期から交流電源周波数をエンジンコントローラ２２０で計算する。またＳ２０３において、図５で説明した制御ＺＥＲＯＸ信号を生成する。
【００７８】
次に、Ｓ２０４において、サーミスタ２２２の温度検知によりセラミック面発ヒータ２２４が異常でなければ、Ｓ２０５において記録材サイズ等を検知して、Ｓ２０６において搬送速度を決定する。ここで、予めエンジンコントローラ２２０のメモリに記憶しておいた制御パターンを搬送速度ごとに呼び出す。
【００７９】
画像形成装置がプリント可能な状態に立ち上がったら、Ｓ２０７において上流の発熱体２０３と下流の発熱体２０４への電力供給の制御を、選択した制御パターンで同時に開始する。以後、Ｓ２０８、Ｓ２０９においてサーミスタ２２２でセラミック面発ヒータ２２４の温度を監視しながら、セラミック面発ヒータ２２４が所望の温度になるように温調を
続ける。仮にＳ２１０のように、プリント中に記録材のサイズ変更などにより搬送速度に変更が生じたら、搬送速度に応じて再び制御パターン呼び出して制御し直す。
【００８０】
このように本実施形態によれば、波数制御においても、搬送速度を切り替える時に、制御開始時間の差を（１）式を満たす値に切り替えて発熱体を制御すれば、搬送速度の切り替えに影響なく、定着ムラを低減した画像を出力することが可能になる。
【００８１】
[第３実施形態]
本発明を適用可能な第３実施形態に係る画像形成装置について説明する。なお、第１、第２実施形態で説明した画像形成装置の構成と同一構成のものは、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８２】
（３−１：定着器の概略構成）
本実施形態における定着器の概略構成、特に、セラミック面発ヒータ２２４の発熱体の形状について説明する。図３（ｃ）に、本実施形態におけるセラミック面発ヒータ２２４の発熱体の形状を示す。第１、第２実施形態では、記録材の搬送方向に沿って２本の発熱体が設けられているが、本実施形態では、３本の発熱体が設けられている。
【００８３】
ここで記録材の搬送方向に対して一番上流にある発熱体３０６ａと真ん中の発熱体３０７のそれぞれ幅方向中心を基準とした間の距離をＢ[ｍｍ]とし、一番下流にある発熱体３０６ｂと真ん中の発熱体３０７の幅方向の中心を基準とした間の距離をＣ[ｍｍ]とする。なお、発熱体３０６ｂと発熱体３０６ａは共通の電極３０３、３０５を有しているので、同じ制御が行われる。
【００８４】
（３−２：制御パターンの制御開始時間差について）
図１６を参照して、制御パターンと制御開始時間差について説明する。図１６（ａ）は、本実施形態の制御パターンであり、図１６（ｂ）は、そのときの発熱体に流れる電流波形である。
【００８５】
第１実施形態と同様に、上流の発熱体３０６ａと真ん中の発熱体３０７の距離Ｂと搬送速度ｖから、下に示す（２）式の制御開始時間差ｎｂを決定できる。同様に、発熱体３０６ｂと発熱体３０７の距離Ｃと搬送速度ｖから、下に示す（３）式の制御開始時間差ｎｃを決定できる。
【数２】
【数３】
【００８６】
しかしながら、発熱体３０６ｂは、発熱体３０６ａと同じタイミングで駆動するので、発熱体３０６ｂと発熱体３０７間での制御開始時間差ｎｃは、発熱体３０７の制御開始時間と発熱体３０６ａの次の制御周期の先頭Ｔ[ｓｅｃ]との時間差（４）式に必然的に決まる。
【数４】
【００８７】
よって（３）式は、（３）式と（４）式により、
【数５】
と置き換えることができる。
【００８８】
このように、定着ムラを低減する発熱体３０６と発熱体３０７の制御開始時間差は、（２）式と（５）式の両方を満たすｎｂである。本実施形態では、交流電源周波数を５０[
Ｈｚ]、発熱体中心間距離Ｂ、Ｃをそれぞれ１[ｍｍ]、１．５[ｍｍ]、搬送速度をｖ＝１
５０[ｍｍ／ｓｅｃ]とし、１制御周期Ｔを、８半波を１制御周期とする８０[ｍｓｅｃ]とした。このときの（２）式と（５）式からｎｂは、ｎｂ≠1、ｎｂ≠７を両方満たせば良
いので、本実施形態ではｎｂ＝３とした。
【００８９】
図１７を参照して、本実施形態における定着ムラの低減効果を説明する。図１７に示すグラフは、記録材の搬送速度ｖが１５０[ｍｍ／ｓｅｃ]の時の、発熱体を通じて記録材に付与される電力を示したものである。グラフの横軸は、記録材の先端から記録材の搬送方向の距離であり、縦軸は、記録材の各位置に発熱体により与えられる総電力を相対値で示している。
【００９０】
点線で示しているのは定着ムラに不利な制御開始時間差ｎｂ＝１の時の電力分布であり、実線で示しているのは定着ムラの低減できる条件の制御開始時間差ｎｂ＝３の時の電力分布を示している。ｎｂ＝１の時は、記録材のエリアごとに付与される電力の大小差が大きい。一方で、ｎｂ＝３の時は、付与される電力の大小差が小さい。
【００９１】
このように、図３（ｃ）に示す発熱体の形状においても、記録材の搬送速度ごとに制御開始時間を変えることによって、記録材に与える電力を変えることができる。よって最適な制御開始時間差を決定することで、定着ムラの低減効果を得ることができる。また、制御フローチャートは、図１０に示すものと同様であり、その説明は第１実施形態と同様であるため省略する。
【００９２】
以上より、本実施形態によれば、発熱体を分岐するなどして発熱体間隔が複数ある構成においても、搬送速度の切り替えに影響なく、定着ムラを低減した画像を出力することが可能になる。
【符号の説明】
【００９３】
１０５…プロセスカートリッジ １１５…定着器 ２０１…交流電源（商用電源） ２０３…発熱体 ２０４…発熱体 ２２０…エンジンコントローラ ２２４…セラミック面発ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー像を記録材上に定着させる定着器を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機やレーザビームプリンタ等の画像形成装置において、セラミックヒータを熱源とするフィルム加熱方式の熱定着器が知られている。このような熱定着器では、記録材の搬送方向に複数の発熱体が配置されており、それぞれの発熱体に対してスイッチング素子を介して交流電源から電力を供給することで、発熱体の温度を所望の加熱温度に制御している。発熱体への電力供給の制御方式としては、位相制御や波数制御が知られているが、特許文献１には、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制御方式が提案されている。このように位相制御と波数制御とを組み合わせる制御方式を、ここでは「ハイブリッド制御」と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２３９４１号公報
【特許文献２】特開平５−３３３７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし上記従来の画像形成装置には次の課題がある。上述の定着器では、記録材が発熱体を通過している時に発熱体のＯＮ／ＯＦＦが行われるために、記録材上には、通電状態にある発熱体を通過する領域と、通電されていない状態の発熱体を通過する領域とが存在することになる。言い換えると、記録材上には、発熱体によって加熱される部分と加熱されない部分が存在することになる。これにより、定着した画像にすじ等の濃淡差が出ることを定着ムラと呼んでいる。一般的に、波数制御やハイブリッド制御の方が、発熱体のＯＮ／ＯＦＦする周期が長いために定着ムラが見えやすい傾向にある。また、制御方式の他に、記録材の搬送速度も、定着ムラの見えやすさに影響する。
【０００５】
さらに、記録材の搬送方向に対して複数の発熱体を有する場合には、複数の発熱体から与えられる総熱量が定着ムラに影響する。例えば二本の発熱体を有する場合は、記録材上に、二本の発熱体の両方に加熱される部分と、いずれの発熱体にも加熱されない部分とが生じると、それが定着ムラとして現れる。この定着ムラは、発熱体間の距離、記録材の搬送速度、及び制御方式の関係によって、ムラの濃淡差、発生周期などが変化する。
【０００６】
これに対して、一本目の発熱体により加熱された部分がもう一度加熱されないように、また、一本目の発熱体で加熱されなかった部分を他の発熱体で加熱して、記録材に与える熱量が均一になるように、最適な発熱体間の距離を決定する方法が提案されている。例えば特許文献２には、複数の発熱体を位相制御するときに、交流電源周波数と記録材の搬送速度から、定着ムラの出にくい最適な発熱体間隔を決定する方法が開示されている。
【０００７】
しかしながら、これまでの画像形成装置では、記録材に対して単一の搬送速度で印字を行う場合は定着ムラを低減できるものの、記録材の種類やサイズ等に応じて搬送速度を複数に切り替えて印字する場合は定着ムラを低減することが困難である。つまり、記録材の搬送速度を切り替えると、複数の発熱体から受ける総熱量が多い部分と少ない部分との差が大きくなり、搬送速度切り替え時に定着ムラが発生する可能性がある。
【０００８】
そこで本発明は、記録材の搬送速度を切り替えた場合も、定着ムラの少ない高画質な画像を出力することができる画像形成装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
記録材上に画像を形成する画像形成部と、商用電源から供給される電力によって発熱する発熱体が複数形成されている加熱ヒータと、前記加熱ヒータを内側に有する加熱回転体と、前記加熱ヒータの反対側から前記加熱回転体を挟むようにして前記加熱回転体に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部において前記加熱回転体の回転方向に搬送される記録材の搬送方向に並ぶ前記複数の発熱体から熱を付与することで、前記ニップ部において記録材上に形成されている画像を記録材上に定着させる定着器と、前記発熱体へ供給する電力を前記発熱体ごとに制御可能な制御部と、を備える画像形成装置において、前記制御部は、前記商用電源の連続する複数の半波を１制御周期として前記発熱体に供給する電力を制御すると共に、記録材上において前記複数の発熱体のうちの第１発熱体によって加熱された部分が前記第１発熱体よりも記録材の搬送方向下流側にある第２発熱体の加熱領域に到達するタイミングと、前記第１発熱体への電力供給の制御を開始してから時間差を設けて前記第２発熱体への電力供給の制御を開始するタイミングとが同じにならないように、記録材の搬送速度に応じて、前記時間差を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、記録材の搬送速度を切り替えた場合も、定着ムラの少ない高画質な画像を出力することができる画像形成装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】本発明における電力供給回路の概略構成図。
【図３】本発明におけるセラミック面発ヒータの概略構成図。
【図４】本発明における定着器の概略構成図。
【図５】本発明におけるゼロクロス検知回路、交流電源波形、及びＺＥＲＯＸ波形。
【図６】本発明における電流波形を示す図。
【図７】本発明におけるハイブリッド制御の制御パターンを示す図。
【図８】本発明における制御パターンと電流波形を示す図。
【図９】本発明において記録材上に与える電力の分布を示す図。
【図１０】本発明における制御フローを示す制御フローチャート図。
【図１１】本発明における電流波形を示す図。
【図１２】本発明におけるハイブリッド制御の制御パターンを示す図。
【図１３】本発明における制御パターンと電流波形を示す図。
【図１４】本発明において記録材上に与える電力の分布を示す図。
【図１５】本発明における制御フローを示す制御フローチャート図。
【図１６】本発明における制御パターンと電流波形を示す図。
【図１７】本発明において記録材上に与える電力の分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[第１実施形態]
（１−１：画像形成装置の概略構成）
図１を参照して、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す。画像形成装置には、その下方に、複数の記録材を積載可能な給送カセット１０１が設けられている。画像形成開始の信号が入力されると、給送カセット１０１に積載された記録材がピックアップローラ１０２によって１枚ずつ給送カセット１０１から送出され、給送ローラ１０３によっ
てレジストローラ１０４に向けて搬送される。さらに記録材はレジストローラ１０４によって所定のタイミングでプロセスカートリッジ１０５（画像形成部）へ搬送される。
【００１３】
プロセスカートリッジ１０５は、帯電ローラ１０６、現像ローラ１０７、クリーニング部材１０８、および電子写真感光体である感光体ドラム１０９が一体的に収容されているものであって、画像形成装置の装置本体に対して着脱可能に構成されている。
【００１４】
記録材上に画像を形成する際は、まず、帯電ローラ１０６によって感光体ドラム１０９の表面が一様に帯電される。その後、像露光手段であるスキャナユニット１１１により、画像信号に基づいた像露光が行なわれる。スキャナユニット１１１内にはレーザ光を射出するレーザダイオード１１２、回転するポリゴンミラー１１３、反射ミラー１１４が設けられている。レーザダイオード１１２から射出されたレーザ光は、ポリゴンミラー１１３、反射ミラー１１４によって主走査方向に、感光体ドラム１０９の回転によって副走査方向に走査される。これにより、感光体ドラム１０９には２次元の潜像が形成される。
【００１５】
感光体ドラム１０９に形成された潜像は、現像ローラ１０７から供給されるトナーによってトナー像として可視化され、トナー像は転写ローラ１１０と感光体ドラム１０９とのニップ部において、レジストローラ１０４から搬送されてきた記録材上に転写される。
【００１６】
トナー像が転写された記録材は定着器１１５に搬送され、定着器１１５において記録材上の未定着トナー像が加熱加圧処理され、記録材上にトナー像が定着する。記録材はさらに中間排出ローラ１１６、排出ローラ１１７によって画像形成装置本体外に排出され、一連のプリント動作を終える。
【００１７】
（１−２：定着器の概略構成）
図４を参照して、定着器１１５の概略構成について説明する。図４は、定着器１１５の概略構成を示すものである。定着器１１５は、可撓性を有する耐熱性の加熱スリーブ４０２（加熱回転体）と、それに圧接する弾性加圧ローラ４０３（加圧部材）を有する加熱フィルム方式の定着器である。加熱スリーブ４０２は、スリーブガイド４０１に外嵌した状態で弾性加圧ローラ４０３に従動回転し、両者によって形成される所定幅の定着ニップ部において、記録材上のトナー像を加熱、加圧することで、トナー像を記録材上に定着することができる。また、スリーブガイド４０１の内側には剛性部材によって形成されているステー４０４が設けられている。
【００１８】
加熱スリーブ４０２の内側には、スリーブガイド４０１の下面側に支持されたセラミック面発ヒータ２２４（加熱ヒータ）が設けられている。セラミック面発ヒータ２２４は板状のヒータであって、その長手方向が加熱スリーブ４０２の回転方向に直交するように設けられている。また、弾性加圧ローラ４０３は、セラミック面発ヒータ２２４の反対側から加熱スリーブ４０２を挟むようにして加熱スリーブ４０２に圧接している。
【００１９】
セラミック面発ヒータ２２４は、ＳｉＣ、ＡＬＮ、Ａｌ２Ｏ３等によって形成されるセラミックス系の絶縁基板３０１と、絶縁基板３０１上に長手方向に沿ってペースト印刷等で複数形成されている発熱体２０３（第１発熱体）、２０４（第２発熱体）を有している。さらに、２本の発熱体は、ガラス材による保護層３０２によって、その表面が保護されている。
【００２０】
また、絶縁基板３０１において、発熱体２０３、２０４が形成されている側とは反対側には、温度検出素子としてのサーミスタ２２２が設けられている。また、図４では不図示であるが、セラミック面発ヒータ２２４には、セラミック面発ヒータ２２４の長手方向端部の温度を検出するサーミスタ２２３や、サーモスイッチ等も設けられている。
【００２１】
発熱体２０３、２０４の抵抗値は、長手方向に沿って抵抗値が均一になるようにしてもよいが、長手方向端部にいくほど発熱比率が低くなるように抵抗値を変えてもよい。例えば、小サイズの記録材を加熱する場合は、発熱体２０３、２０４の長手方向端部が記録材が通過しない非通過領域となるので、長手方向端部は中央部と比較すると温度が上昇し易い。よって、発熱体２０３、２０４の長手方向にわたって加熱温度をほぼ均一にするためにも、長手方向の端部と中央部とで抵抗値に比率を持たせてもよい。このような発熱体を有するヒータを「テーパヒータ」と呼ぶ。
【００２２】
また、加熱スリーブ４０２の摺動性を向上させるために、加熱スリーブ４０２とセラミック面発ヒータ２２４との界面に摺動性のグリスを塗布してもよい。また、セラミック面発ヒータ２２４の発熱体２０３、２０４はニップ側にあっても、ニップと反対側にあってもよい。
【００２３】
ここで説明した加熱フィルム方式の定着器１１５によれば、加熱スリーブ４０２の内側面とセラミック面発ヒータ２２４とが直接接触するので、セラミック面発ヒータ２２４で生じた熱を効率良く定着ニップ部に付与することができる。よって、十分な加熱温度でトナー像を加熱しつつ、定着器１１５の消費電力の低減、立ち上がり時間の短縮化等の効果を得ることができる。
【００２４】
（１−３：電力供給回路の構成）
図２を参照して、定着器１１５の発熱体２０３、２０４に電力を供給するための電力供給回路について説明する。
【００２５】
図２中の２０１は交流電源（商用電源）であり、ＡＣフィルタ２０２を通して、発熱体２０３と発熱体２０４に接続されている。発熱体２０３と発熱体２０４は、交流電源２０１と並列に接続されており、交流電源２０１から供給される電力は、発熱体２０３と発熱体２０４のそれぞれに供給される。
【００２６】
発熱体２０３への電力供給はトライアック２０５で通電、遮断され、発熱体２０４への電力供給はトライアック２０６により通電、遮断される。２０７、２０８はトライアック２０５のためのバイアス抵抗であり、２０９は一次側と二次側の沿面距離を確保するためのフォトトライアックカプラである。フォトトライアックカプラ２０９の発光ダイオードに通電することにより、トライアック２０５がＯＮされる。２１１はフォトトライアックカプラ２０５の電流を制限するための抵抗である。２１２はトランジスタで、フォトトライアックカプラ２０５をＯＮ／ＯＦＦ制御するものである。
【００２７】
トランジスタ２１２は抵抗２１３を介してエンジンコントローラ２２０からのＦＳＲＤ１に従って動作する。ここでエンジンコントローラ２２０は、発熱体２０３、２０４へ供給する電力を発熱体毎に制御可能な制御部に相当する。ＦＳＲＤ１は、トランジスタ２１２をＯＮしてフォトトライアックをＯＮしたいときには「Ｈｉｇｈ」を出力し、トランジスタ２１２をＯＦＦしてフォトトライアックをＯＦＦしたいときには「Ｌｏｗ」を出力する。
【００２８】
２１４、２１５はトライアック２０６のためのバイアス抵抗であり、２１６は一次側と二次側の沿面距離を確保するためのフォトトライアックカプラである。フォトトライアックカプラ２１６の発光ダイオードに通電することにより、トライアック２０６がＯＮされる。２１７はフォトトライアックカプラ２０６の電流を制限するための抵抗である。２１８はトランジスタで、フォトトライアックカプラ２０６をＯＮ／ＯＦＦ制御するものである。トランジスタ２１８は、抵抗２１９を介してエンジンコントローラ２２０からのＦＳ
ＲＤ２に従って動作する。
【００２９】
２２１はＡＣフィルタ２０２を介して交流電源２０１に接続したＺＥＲＯＸ検知回路（ゼロクロス検知回路）である。ＺＥＲＯＸ検知回路２２１は、交流電源電圧が閾値以下の電圧になっていることを、エンジンコントローラ２２０に対してパルス信号（以下「ＺＥＲＯＸ信号」と呼ぶ。）として報知する。エンジンコントローラ２２０はＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを検出し、後述する位相制御や波数制御、ハイブリッド制御と呼ぶ制御によりトライアック２０５、２０６をＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【００３０】
２２２は、セラミック面発ヒータ２２４の温度を検出するためのサーミスタである。サーミスタ２２２は、セラミック面発ヒータ２２４上に発熱体２０３、２０４に対して絶縁距離を確保できるように絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。
【００３１】
また、サーミスタ２２３は、セラミック面発ヒータ２２４の長手方向端部の温度を検出するためのサーミスタである。サーミスタ２２３は、セラミック面発ヒータ２２４上の長手方向端部に発熱体２０３、２０４に対して絶縁距離を確保できるように絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。
【００３２】
サーミスタ２２２、２２３によって検出される温度は、エンジンコントローラ２２０にＡ／Ｄ入力される。セラミック面発ヒータ２２４の温度はエンジンコントローラ２２０で監視されており、エンジンコントローラ２２０内部に設定されている温度と比較されることによって、発熱体２０３、２０４に供給する電力が算出される。そして、供給する電力を、位相角または波数に換算し、その算出した条件により、エンジンコントローラ２２０がトランジスタ２１２にＦＳＲＤ１、トランジスタ２１８にＦＳＲＤ２を送出する。
【００３３】
ＦＳＲＤ１は、フォトトライアックカプラ２０９を発光するためにトランジスタ２１２を駆動する信号であり、ＦＳＲＤ２は、フォトトライアックカプラ２１６を発光するために、トランジスタ２１８を駆動する信号である。以下、それぞれの信号をＦＳＲＤ１、ＦＳＲＤ２と呼ぶ。このＦＳＲＤ１、ＦＳＲＤ２を用いて、発熱体２０３、２０４に供給する電力量の制御を行っている。
【００３４】
２２５は、記録材の搬送を行う搬送系の駆動源、及び感光体ドラム１０９の駆動源として利用されるモータである。エンジンコントローラ２２０は、モータ２２５から発信される速度信号パルス（ＦＧ）を受けてモータ２２５の速度を読み取る。また、ＦＧ信号と基準クロックとの比較を行い、加速信号（ＡＣＣ）と減速信号（ＤＥＣ）をモータ２２５に出力することにより、記録材の搬送速度、プロセス速度の制御を行っている。さらには、記録材の搬送速度を、記録材のサイズ等の条件に合わせて切り替え、モータ回転速度を変更するように命令している。
【００３５】
図３（ａ）、（ｂ）を参照して、セラミック面発ヒータ２２４の発熱体と上述した電力供給回路との接続部分について説明する。なお、図３（ａ）は、セラミック面発ヒータ２２４の概略断面図であり、その構成は上述した通りである。また、図３（ｂ）は、セラミック面発ヒータ２２４の発熱体の形状を示すものである。ここでは２パターンを図示しているが、発熱体は、その長手方方向と記録材の搬送方向とが直交するように、記録材の搬送方向に複数並べて設けられていればよい。
【００３６】
図３（ｂ）に示すセラミック面発ヒータ２２４には、２本の発熱体２０３、２０４と、電極部３０３、３０４、３０５が設けられている。ここで発熱体２０３は、記録材の搬送方向上流側にある発熱体、発熱体２０４は、記録材の搬送方向下流側にある発熱体、といえる。電極部３０３は発熱体２０３への電力供給を行い、電極部３０４は発熱体２０４へ
の電力供給を行っている。電極部３０５は、発熱体２０３、２０４の共通の電極となっている。共通の電極３０５は、交流電源２０１のＨＯＴ側端子に接続され、電極部３０３はトライアック２０５に、電極部３０４はトライアック２０６に接続されている。
【００３７】
（１−４：位相制御と波数制御について）
セラミック面発ヒータ２２４の発熱体２０３、２０４への電力供給は、位相制御と波数制御を組み合わせたハイブリッド制御によって行われている。ここで、位相制御と波数制御について説明する。
【００３８】
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ＯＮすることでヒータに電力を供給する方式である。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、照明機器と同一電源に接続された電気機器の負荷電流変動と配電線のインピーダンスにより交流電源における電圧変動が小さい。そのため、照明機器のちらつきであるフリッカを抑えるには有利な制御方式である。しかし、ヒータをＯＮ／ＯＦＦすると急激な電流変動が生じて高調波電流が発生するため、高調波電流を抑えるには不利となる。
【００３９】
一方、波数制御はヒータのＯＮ／ＯＦＦを交流電源の半波単位で行う電力制御方式である。波数制御では、半波ごとにヒータのＯＮ／ＯＦＦするために高調波電流が発生しにくいので、位相制御に比べて高調波電流を抑えるには有利である。しかし、前述したフリッカに対しては、位相制御よりも電流変動が大きく、フリッカが発生しやすい。
【００４０】
また、位相制御と波数制御を組み合わせたハイブリッド制御によると、位相制御だけの場合と比較すると、高調波電流やスイッチングノイズの発生を抑えることができる。さらに、波数制御だけの場合と比較すると、フリッカを低減することができ、ヒータへの電力制御をより多段階に制御することができる。なお、本実施形態におけるハイブリッド制御の詳細については後述する。
【００４１】
（１−５：ゼロクロス検知回路とＺＥＲＯＸ波形について）
図５（ａ）に、ゼロクロス検知回路２２１（ＺＥＲＯＸ検知回路）の詳細を示す。また、図５（ｂ）に、交流電源波形とＺＥＲＯＸ波形を示す。交流電源２０１からの交流電圧は、図５（ａ）に示すゼロクロス検知回路２２１に入力され、整流器５０１、５０２により半波整流される。本回路においては、Ｎｅｕｔｒａｌ側が整流されている。この半波整流された交流電圧は、抵抗５０５、コンデンサ５０４、電流制限抵抗５０３、５０６を介して、トランジスタ５０７のベースに入力される。Ｎｅｕｔｒａｌ側の電位が、不図示の全波整流するダイオードブリッジや整流器５０１、５０２、トランジスタ５０７により決まる閾値電圧Ｖｚよりも高い場合、つまり、Ｎｅｕｔｒａｌ側の電位がＨｏｔ側の電位よりも高い場合にトランジスタ５０７はＯＮとなる。一方、Ｎｅｕｔｒａｌ側の電位がＨｏｔ側の電位よりも低くなるとトランジスタ５０７はＯＦＦとなる。
【００４２】
フォトカプラ５０９は、一次・二次間の沿面距離を確保するための素子であり、抵抗５０８、５１０は、フォトカプラ５０９に流れる電流を制限するための抵抗である。Ｎｅｕｔｒａｌ側の電位がＨｏｔ側の電位より高くなるとトランジスタ５０７はＯＮするため、フォトカプラ５０９内の発光ダイオード５０９ａは消灯し、フォトトランジスタ５０９ｂはＯＦＦしてフォトカプラ５０９の出力電圧はＨｉｇｈとなる。
【００４３】
一方、Ｎｅｕｔｒａｌ側の電位がＨｏｔ側の電位より低くなるとトランジスタ５０７はＯＦＦするのでフォトカプラ５０９内の発光ダイオード５０９ａが発光し、フォトトランジスタ５０９ｂはＯＮしてフォトカプラ５０９の出力電圧はＬｏｗとなる。つまり、ＺＥＲＯＸ信号は、Ｈｏｔ側電位がＮｅｕｔｒａｌ側電位に対して、閾値電圧Ｖｚ以上／以下
の場合でレベルが切り替わるパルス信号となる。
【００４４】
このフォトカプラ５０９の出力が抵抗５１２を介してゼロクロス（ＺＥＲＯＸ）信号としてエンジンコントローラ２２０に報知される。エンジンコントローラ２２０は、このゼロクロス信号の立ち上がり及び立ち下がりのエッジを検知し、このエッジをトリガにしてトライアック２０５、２０６をＯＮ／ＯＦＦすることで発熱体２０３、２０４へ電力を供給する。
【００４５】
しかしながら、閾値電圧Ｖｚ≠０（Ｖ）ではないために、ＺＥＲＯＸ信号の立ち上がりエッジは、真のゼロクロスポイントからずれる。同様に立ち下がりエッジもずれる。このＺＥＲＯＸ信号をそのまま位相制御のトリガ信号とすると、ずれた分の時間差が、入力電源の正負の極性による位相のずれとなる。そこで、エンジンコントローラ２２０が、ＺＥＲＯＸ信号の立下がり信号の周期（２Ｔ）を測定し、その半分の時間Ｔを算出する。その後、エンジンコントローラ２２０内において、時間Ｔにおいて擬似的に立上がりエッジを生成する。以下、この立下がりエッジと擬似的な立上がりエッジの組み合わせを制御ＺＥＲＯＸ信号と呼ぶ。エンジンコントローラ２２０は、この制御ＺＥＲＯＸ信号をトリガ信号として制御を行う。
【００４６】
（１−６：ハイブリッド制御について）
図６を参照して、本実施形態におけるハイブリッド制御について説明する。上述したようにハイブリッド制御は、１制御周期において、交流電源の半波単位でＯＮ／ＯＦＦする波数制御と、交流電源を１半波内の任意の位相角でヒータをＯＮすることでヒータに電力を供給する位相制御とを組み合わせた制御である。電圧変動を示すフリッカを抑制することは難しいものの高調波電流の少ない波数制御と、フリッカを抑制しやすいが高調波電流を発生させてしまう位相制御の両方を用いているため、ハイブリッド制御は、フリッカと高調波の影響のバランスをとった制御といえる。例えば、連続する８半波を制御の１周期とし、１制御周期の中でＯＮする半波の数と位相角の状態を変えていくことで、ヒータへの供給電力を制御するといった制御方法が可能である。
【００４７】
図６のＦＳＲＤ１とＦＳＲＤ２の波形は、図２で説明したエンジンコントローラ２２０から出力されるＦＳＲＤ１とＦＳＲＤ２の波形であり、図５で説明した制御ＺＥＲＯＸ回路を基準として出力される波形である。ハイブリッド制御の場合は、位相０または任意の位相でヒータをＯＮするので、ＦＳＲＤ１とＦＳＲＤ２は、図６に示すようにＺＥＲＯＸ信号の所望の位相でパルスが出力される。
【００４８】
ＦＳＲＤ１とＦＳＲＤ２により制御され、各々の発熱体に流れる電流波形は、発熱体２０３の電流波形と発熱体２０４の電流波形に現れる。本実施形態では、発熱体２０３と発熱体２０４の抵抗値を異ならせているために、電流波形の振幅がそれぞれ異なっている。よって、ここで発熱体電流波形として示しているのは、発熱体２０３と発熱体２０４に流れる電流の合成波形である。
【００４９】
（１−７：電力制御の制御パターンについて）
図７を参照して、上述したハイブリッド制御によって発熱体２０３、２０４への供給電力を制御する際の制御パターンについて説明する。図７は、８半波を１制御周期としたハイブリッド制御の制御パターンを、発熱体２０３と発熱体２０４ごとに示すものである。ここで各表の縦軸は、発熱体に供給される電力の０％から１００％までを４０分割して表したものである。また、横軸は、それぞれの発熱体に供給する電力に応じて、１半波内においてＯＮしている期間が占める割合を数字で示したものである。なお、図示する制御パターン表の各セルには１００（％）〜０（％）が２.５％刻みで入る。
【００５０】
どちらの発熱体も１制御周期内で交流電源の正の通電位相と負の通電位相の関係が対称になるようにする。つまり、１制御周期内での電流波形は正側と負側で対称となる。そして上述したヒータ駆動回路により、上流の発熱体２０３と下流の発熱体２０４をそれぞれ独立に図７（ａ）、（ｂ）に示すパターンで制御する。例えば、５０％の電力を発熱体２０３、２０４に供給したい場合、上流の発熱体２０３は（ａ）の５０％を、下流の発熱体２０４も（ｂ）の５０％を選択する。よって、両発熱体を合わせて５０％の電力が発熱体に供給されることになる。この制御パターンはあらかじめ上述した図２に示すエンジンコントローラ２２０で記憶しておき、投入したい電力に応じて選択するとよい。
【００５１】
（１−８：制御パターンの制御開始時間差について）
図８を参照して、本実施形態における制御パターンの制御開始時間差について説明する。図８（ａ）は、図７に示す５０％の電力を投入する時の制御パターンである。発熱体２０３と発熱体２０４の制御を上下に並べ、発熱体２０４の制御は、発熱体２０３の制御パターンから制御開始タイミングをずらし、そのずらし量を場合分けして並べたものを示している。また、そのずらし量は１半波のｎ倍である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）で発熱体を制御する時の電流波形を示している。ここでは、複数の半波から構成される１制御周期の先頭の１半波目を１制御周期の開始時間とする。また、交流電源１半波である交流電源の周期の半分は、交流電源の周波数に依存し、交流電源周波数の逆数で表される。
【００５２】
本実施形態では、定着ムラを低減する方法として、上流の発熱体２０３で温められた記録材のある点が、下流の発熱体２０４によりもう一度温められないように、上流の発熱体２０３と下流の発熱体２０４の制御開始タイミングをずらしている。すなわち、発熱体２０３と発熱体２０４の制御開始時間差を下記の（１）式によって求めている。
【００５３】
【数１】
【００５４】
ここでは、ｖを搬送速度[ｍｍ／ｓｅｃ]とし、発熱体２０３と発熱体２０４のそれぞれ幅方向の中心を基準とする発熱体間の距離をＡ[ｍｍ]とし、交流電源の周波数をｆとする。またｎは整数とし、図８に示すように上述した制御開始時間差が半波の何倍に相当するかを示している。ここで交流電源周波数ｆは変動しないとすると、上流の発熱体２０３と下流の発熱体２０４の制御パターン開始時間差は、（１）式を満たす最適なｎを選べばよいことになる。そうすることで、定着ムラを低減することができる。
【００５５】
同様に、記録材の種類等が変更されて、最適な定着性を得るために搬送速度ｖ[ｍｍ／
ｓｅｃ]を切り替えるときにも、搬送速度ｖに応じた（１）式のｎを求め、制御開始時間
差を変更している。これにより、搬送速度切り替え時も定着ムラを低減可能な制御パターン開始時間差を決定することができる。つまり、記録材上において発熱体２０３に制御開始タイミングで加熱されたある部分が発熱体２０４の加熱領域に到達するタイミングと、発熱体２０４への電力供給を制御し始める制御開始タイミングが同じにならないようにしている。
【００５６】
例として、交流電源周波数が５０Ｈｚ、発熱体間距離Ａを１．５[ｍｍ]とし、搬送速度ｖとして１５０[ｍｍ／ｓｅｃ]と２００[ｍｍ／ｓｅｃ]の２種類の搬送速度を持つ画像形成装置の場合を考える。この場合は、上式に各値を代入することにより、搬送速度を切り替えるときには、ｎは、ｖ＝１５０の時、ｎ≠１であれば良く、ｖ＝２００の時は、ｎ≠０.７５であれば良いことがわかる。このようにｎを設定することで、定着ムラを低減さ
せることができる。上式により、本実施形態では、ｖ＝１５０の時はｎ＝０、ｖ＝２００の時はｎ＝４とした。このｎは、予めエンジンコントローラ２２０に記憶しておけば良い。
【００５７】
式（１）によって決定したｎにより、下流の発熱体２０４は、上流の発熱体２０３の制御開始時間より１／２ｆ×ｎ[ｓｅｃ]だけ待ってから通電を開始する。上流の発熱体２０３の制御を開始してから下流の発熱体２０４の制御を開始するまでの間は、下流の発熱体２０４には通電しなくても良いし、図８の破線に示す次の制御周期にかかる制御パターンから制御を開始しても良い。また、制御開始時間をずらすのではなく、予め１／２ｆ×ｎ[ｓｅｃ]だけ遅らせた関係を持つＦＳＲＤ１とＦＳＲＤ２の制御パターンをエンジンコントローラ２２０に記憶しておき、搬送速度に応じて、この制御パターンを切り替えることも可能である。
【００５８】
図９を参照して、上述のように発熱体２０３、２０４の制御開始時間をずらした場合における定着ムラの低減効果について説明する。図９に示すグラフは、記録材の搬送速度ｖ[ｍｍ／ｓｅｃ]が１５０[ｍｍ／ｓｅｃ]の時の、発熱体２０３、２０４を通じて記録材上に付与される電力を示したものである。
【００５９】
図示するグラフの横軸は記録材の先端から記録材搬送方向の距離である。また、縦軸は、記録材の各位置に発熱体により与えられる総電力を相対値で示している。点線で示しているのは定着ムラに不利な制御開始時間差ｎ＝１の時の電力分布であり、実線で示しているのは定着ムラを低減できる条件である制御開始時間差ｎ＝２の時の電力分布を示している。
【００６０】
グラフからわかるように、ｎ＝１の時は、記録材のエリアごとに付与される電力の大小差が大きく、一方で、ｎ＝２の時は付与される電力の大小差が小さい。このように制御開始のタイミングをずらすことによって記録材に与えられる電力のムラが変化することがわかる。よって、（１）式に基づいて最適な制御開始時間差を決定することで、定着ムラの低減効果を得ることができる。
【００６１】
（１−９：制御フローチャートについて）
図１０を参照して、本実施形態における制御フローチャートについて説明する。エンジンコントローラ２２０がプリント開始指示を受けてから、まずＳ１０１において交流電源のＺＥＲＯＸ信号の立下りエッジを検出する。次にＳ１０２において、この立下りエッジの周期から交流電源周波数をエンジンコントローラ２２０で計算する。またＳ１０３において、図５で説明した制御ＺＥＲＯＸ信号を生成する。
【００６２】
次に、Ｓ１０４において、サーミスタ２２２の温度検知によりセラミック面発ヒータ２２４が異常でなければ、Ｓ１０５において記録材のサイズ等を検知して、Ｓ１０６において搬送速度を記録材のサイズ等の条件から決定する。ここで、予めエンジンコントローラ２２０のメモリに記憶しておいた（１）式のｎの値を搬送速度に応じて呼び出す。プリント開始が可能な状態に立ち上がったら、セラミック面発ヒータ２２４の温調開始時間をｔ＝０として、上流の発熱体２０３への電力供給の制御を開始する。
【００６３】
その後、Ｓ１０８、Ｓ１０９において半波のｎ倍時間経過したら、下流の発熱体２０４への電力供給の制御を開始する。以後、Ｓ１１０において、サーミスタ２２２によってセラミック面発ヒータ２２４の温度を監視しながら、セラミック面発ヒータ２２４が所望の温度になるように温調を続ける。仮にＳ１１１のように、プリント中に記録材のサイズの変更などにより搬送速度に変更が生じたら、搬送速度に応じてもう一度ｎの値を呼び出して制御し直す。
【００６４】
このように本実施形態によれば、記録材の搬送速度が切り替わる時に、制御開始時間の差を（１）式を満たす値に切り替えて発熱体を制御すれば、搬送速度の切り替えに影響なく、定着ムラを低減した画像を出力可能な画像形成装置を提供することが可能になる。
【００６５】
[第２実施形態]
本発明を適用可能な第２実施形態に係る画像形成装置について説明する。なお、ここで説明する画像形成装置の構成、定着器の構成は、上記第１実施形態で説明した画像形成装置の構成と同一であるが、第１実施形態と比較すると、より高調波電流を抑えることに有効な波数制御を用いて発熱体を制御している点が特徴といえる。以下では第１実施形態と同一構成の部材、機器に関しては同じ符号を付してその説明を省略して説明する。
【００６６】
（２−１：電力制御について）
本実施形態では、図１１に示すような波数制御によって、発熱体２０３と発熱体２０４に供給する電力を制御している。波数制御については上述した通りであるが、例えば１２半波を制御の１周期とし、１制御周期の中でＯＮする半波の数と状態を変えていくことで、ヒータへの供給電力を制御することができる。
【００６７】
波数制御の場合は、１半波全てＯＮするか、１半波全くＯＮしないかのどちらかであるので、ＯＮ信号は、図１１に示すようにＺＥＲＯＸ信号の位相０でパルスが出力される。また、発熱体２０３、２０４に流れる電流波形も、図示の通りである。本実施形態では、発熱体２０３、発熱体２０４の抵抗値が異なるために、電流波形の振幅がそれぞれ異なっている。図１１中で発熱体電流波形として示しているのは、発熱体２０３と発熱体２０４に流れる電流の合成波形である。
【００６８】
（２−２：電力制御の制御パターンについて）
図１２を参照して、上述した波数制御によって発熱体２０３、２０４への供給電力を制御する際の制御パターンについて説明する。図１２（ａ）は、１２半波を１制御周期として波数制御によって発熱体２０３への供給電力を制御する際の制御パターンである。ここで縦軸は、発熱体２０３に供給する電力の０％から１００％までを６分割して表したものである。横軸は、発熱体２０３に供給する電力に応じて、１半波の期間においてＯＮ状態が占める割合を数字で示したものである。ここでは波数制御のため、制御パターン表の各セルには１００（％）もしくは０（％）の数値が入っている。また、図１２（ｂ）は発熱体２０４の制御パターンを示すものである。
【００６９】
いずれの発熱体の制御パターンも、正の半波と負の半波の数が同じ数だけＯＮするように上下対称性を満足するように設定する。そして、上述した電力供給回路により、上流の発熱体２０３と下流の発熱体２０４を、それぞれ独立に図１２（ａ）、（ｂ）のパターンで制御する。
【００７０】
例えば、５０％の電力を発熱体に供給したい場合、上流の発熱体２０３は、図１２（ａ）に示す５０％を、下流の発熱体２０４も、図１２（ｂ）に示す５０％を選択する。どちらの発熱体も１２半波のうちの６半波において通電するので５０％を投入していることになり、両発熱体を合わせて５０％の電力が発熱体に供給されることになる。この制御パターンを予めエンジンコントローラ２２０に記憶させ、投入したい電力に応じて選択すればよい。
【００７１】
（２−３：制御パターンの制御開始時間差について）
図１３を参照して、本実施形態における制御パターンの制御開始時間差について説明する。図１３（ａ）は、図１２に示す５０％の電力を供給する時の制御パターンである。発
熱体２０３と発熱体２０４の制御を上下に並べ、発熱体２０４の制御開始タイミングと発熱体２０３の制御開始タイミングをずらし、そのずらし量を場合分けして並べたものを示している。また、そのずらし量は１半波のｎ倍である。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す制御パターンに従って発熱体を制御する時の電流波形を示している。
【００７２】
例えば、第１実施形態と同様に、交流電源周波数が５０Ｈｚ、発熱体間距離Ａを２[ｍ
ｍ]とし、搬送速度ｖを１５０[ｍｍ／ｓｅｃ]と２００[ｍｍ／ｓｅｃ]の二種類の搬送速
度を持つ画像形成装置を考える。この場合、ｖ＝１５０の時、ｎ≠０.６であれば良く、
ｖ＝２００の時は、ｎ≠１であれば良い。
【００７３】
しかし（１）式に従ってｎを決めても、ｎの値によっては、発熱体２０３と発熱体２０４に同時に通電したり、又は同時に通電を止めたりする時には、電圧変動の差が大きくなり、照明機器等のちらつきであるフリッカの悪化に影響することがある。そこで（１）式から求められるｎにおいて、発熱体２０３と発熱体２０４に同時に通電する割合を減らすことが可能なｎを決定することで、定着ムラだけでなく、フリッカの対策も講じることができる。そこで本実施形態では、ｖ＝１５０の時はｎ＝０とするよりも、ｎ＝２とし、また、また、ｖ＝２００の時は、ｎ＝４とするよりも、ｎ＝３とした。この数値であれば、フリッカの低減効果を得ることもできる。
【００７４】
図１４を参照して、本実施形態における定着ムラの低減効果について説明する。図示するグラフは、搬送速度ｖが１５０[ｍｍ／ｓｅｃ]の時の、発熱体を通じて記録材に付与される電力を示したものである。グラフの横軸は記録材の先端から記録材の搬送方向の距離である。また、縦軸は、記録材の各位置に発熱体により与えられる総電力を相対値で示している。点線で示しているのは定着ムラに不利な制御開始時間差ｎ＝１の時の電力分布であり、実線で示しているのは定着ムラの低減できる条件の制御開始時間差ｎ＝３の時の電力分布を示している。
【００７５】
ｎ＝１の時は、記録材のエリアごとに付与される電力の大小差が大きい。一方で、ｎ＝３の時は付与される電力の大小差が小さい。このように、（１）式に基づいて制御開始タイミングをずらすことによって、記録材に与えられる電力のムラを変更することができる。よって、最適な制御開始時間差を決定することで定着ムラの低減効果がある。
【００７６】
（２−４：制御フローチャートについて）
図１５に、上述した（１）式により求めたｎを記憶させたエンジンコントローラ２２０によって、発熱体２０３、２０４の電力制御を行う際の制御フローチャートを示す。
【００７７】
エンジンコントローラ２２０がプリント開始指示を受けてから、まずＳ２０１において交流電源のＺＥＲＯＸ信号の立下りエッジを検出する。次にＳ２０２において、この立下りエッジの周期から交流電源周波数をエンジンコントローラ２２０で計算する。またＳ２０３において、図５で説明した制御ＺＥＲＯＸ信号を生成する。
【００７８】
次に、Ｓ２０４において、サーミスタ２２２の温度検知によりセラミック面発ヒータ２２４が異常でなければ、Ｓ２０５において記録材サイズ等を検知して、Ｓ２０６において搬送速度を決定する。ここで、予めエンジンコントローラ２２０のメモリに記憶しておいた制御パターンを搬送速度ごとに呼び出す。
【００７９】
画像形成装置がプリント可能な状態に立ち上がったら、Ｓ２０７において上流の発熱体２０３と下流の発熱体２０４への電力供給の制御を、選択した制御パターンで同時に開始する。以後、Ｓ２０８、Ｓ２０９においてサーミスタ２２２でセラミック面発ヒータ２２４の温度を監視しながら、セラミック面発ヒータ２２４が所望の温度になるように温調を
続ける。仮にＳ２１０のように、プリント中に記録材のサイズ変更などにより搬送速度に変更が生じたら、搬送速度に応じて再び制御パターン呼び出して制御し直す。
【００８０】
このように本実施形態によれば、波数制御においても、搬送速度を切り替える時に、制御開始時間の差を（１）式を満たす値に切り替えて発熱体を制御すれば、搬送速度の切り替えに影響なく、定着ムラを低減した画像を出力することが可能になる。
【００８１】
[第３実施形態]
本発明を適用可能な第３実施形態に係る画像形成装置について説明する。なお、第１、第２実施形態で説明した画像形成装置の構成と同一構成のものは、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８２】
（３−１：定着器の概略構成）
本実施形態における定着器の概略構成、特に、セラミック面発ヒータ２２４の発熱体の形状について説明する。図３（ｃ）に、本実施形態におけるセラミック面発ヒータ２２４の発熱体の形状を示す。第１、第２実施形態では、記録材の搬送方向に沿って２本の発熱体が設けられているが、本実施形態では、３本の発熱体が設けられている。
【００８３】
ここで記録材の搬送方向に対して一番上流にある発熱体３０６ａと真ん中の発熱体３０７のそれぞれ幅方向中心を基準とした間の距離をＢ[ｍｍ]とし、一番下流にある発熱体３０６ｂと真ん中の発熱体３０７の幅方向の中心を基準とした間の距離をＣ[ｍｍ]とする。なお、発熱体３０６ｂと発熱体３０６ａは共通の電極３０３、３０５を有しているので、同じ制御が行われる。
【００８４】
（３−２：制御パターンの制御開始時間差について）
図１６を参照して、制御パターンと制御開始時間差について説明する。図１６（ａ）は、本実施形態の制御パターンであり、図１６（ｂ）は、そのときの発熱体に流れる電流波形である。
【００８５】
第１実施形態と同様に、上流の発熱体３０６ａと真ん中の発熱体３０７の距離Ｂと搬送速度ｖから、下に示す（２）式の制御開始時間差ｎｂを決定できる。同様に、発熱体３０６ｂと発熱体３０７の距離Ｃと搬送速度ｖから、下に示す（３）式の制御開始時間差ｎｃを決定できる。
【数２】
【数３】
【００８６】
しかしながら、発熱体３０６ｂは、発熱体３０６ａと同じタイミングで駆動するので、発熱体３０６ｂと発熱体３０７間での制御開始時間差ｎｃは、発熱体３０７の制御開始時間と発熱体３０６ａの次の制御周期の先頭Ｔ[ｓｅｃ]との時間差（４）式に必然的に決まる。
【数４】
【００８７】
よって（３）式は、（３）式と（４）式により、
【数５】
と置き換えることができる。
【００８８】
このように、定着ムラを低減する発熱体３０６と発熱体３０７の制御開始時間差は、（２）式と（５）式の両方を満たすｎｂである。本実施形態では、交流電源周波数を５０[
Ｈｚ]、発熱体中心間距離Ｂ、Ｃをそれぞれ１[ｍｍ]、１．５[ｍｍ]、搬送速度をｖ＝１
５０[ｍｍ／ｓｅｃ]とし、１制御周期Ｔを、８半波を１制御周期とする８０[ｍｓｅｃ]とした。このときの（２）式と（５）式からｎｂは、ｎｂ≠1、ｎｂ≠７を両方満たせば良
いので、本実施形態ではｎｂ＝３とした。
【００８９】
図１７を参照して、本実施形態における定着ムラの低減効果を説明する。図１７に示すグラフは、記録材の搬送速度ｖが１５０[ｍｍ／ｓｅｃ]の時の、発熱体を通じて記録材に付与される電力を示したものである。グラフの横軸は、記録材の先端から記録材の搬送方向の距離であり、縦軸は、記録材の各位置に発熱体により与えられる総電力を相対値で示している。
【００９０】
点線で示しているのは定着ムラに不利な制御開始時間差ｎｂ＝１の時の電力分布であり、実線で示しているのは定着ムラの低減できる条件の制御開始時間差ｎｂ＝３の時の電力分布を示している。ｎｂ＝１の時は、記録材のエリアごとに付与される電力の大小差が大きい。一方で、ｎｂ＝３の時は、付与される電力の大小差が小さい。
【００９１】
このように、図３（ｃ）に示す発熱体の形状においても、記録材の搬送速度ごとに制御開始時間を変えることによって、記録材に与える電力を変えることができる。よって最適な制御開始時間差を決定することで、定着ムラの低減効果を得ることができる。また、制御フローチャートは、図１０に示すものと同様であり、その説明は第１実施形態と同様であるため省略する。
【００９２】
以上より、本実施形態によれば、発熱体を分岐するなどして発熱体間隔が複数ある構成においても、搬送速度の切り替えに影響なく、定着ムラを低減した画像を出力することが可能になる。
【符号の説明】
【００９３】
１０５…プロセスカートリッジ １１５…定着器 ２０１…交流電源（商用電源） ２０３…発熱体 ２０４…発熱体 ２２０…エンジンコントローラ ２２４…セラミック面発ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材上に画像を形成する画像形成部と、
商用電源から供給される電力によって発熱する発熱体が複数形成されている加熱ヒータと、前記加熱ヒータを内側に有する加熱回転体と、前記加熱ヒータの反対側から前記加熱回転体を挟むようにして前記加熱回転体に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部において前記加熱回転体の回転方向に搬送される記録材の搬送方向に並ぶ前記複数の発熱体から熱を付与することで、前記ニップ部において記録材上に形成されている画像を記録材上に定着させる定着器と、
前記発熱体へ供給する電力を前記発熱体ごとに制御可能な制御部と、
を備える画像形成装置において、
前記制御部は、
前記商用電源の連続する複数の半波を１制御周期として前記発熱体に供給する電力を制御すると共に、記録材上において前記複数の発熱体のうちの第１発熱体によって加熱された部分が前記第１発熱体よりも記録材の搬送方向下流側にある第２発熱体の加熱領域に到達するタイミングと、前記第１発熱体への電力供給の制御を開始してから時間差を設けて前記第２発熱体への電力供給の制御を開始するタイミングとが同じにならないように、記録材の搬送速度に応じて、前記時間差を変更することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
記録材上に画像を形成する画像形成部と、
商用電源から供給される電力によって発熱する発熱体が複数形成されている加熱ヒータと、前記加熱ヒータを内側に有する加熱回転体と、前記加熱ヒータの反対側から前記加熱回転体を挟むようにして前記加熱回転体に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部において前記加熱回転体の回転方向に搬送される記録材の搬送方向に並ぶ前記複数の発熱体から熱を付与することで、前記ニップ部において記録材上に形成されている画像を記録材上に定着させる定着器と、
前記発熱体へ供給する電力を前記発熱体ごとに制御可能な制御部と、
を備える画像形成装置において、
前記制御部は、
前記商用電源の連続する複数の半波を１制御周期として前記発熱体に供給する電力を制御すると共に、記録材上において前記複数の発熱体のうちの第１発熱体によって加熱された部分が前記第１発熱体よりも記録材の搬送方向下流側にある第２発熱体の加熱領域に到達するタイミングと、前記第１発熱体への電力供給の制御を開始してから時間差を設けて前記第２発熱体への電力供給の制御を開始するタイミングとが同じにならないように、記録材の搬送速度に応じて、前記時間差を変更することを特徴とする画像形成装置。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１２８１７０（Ｐ２０１２−１２８１７０Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９２９９（Ｐ２０１０−２７９２９９）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【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２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]