(57)【要約】【課題】簡易な構成により、フリッカ規格及び高調波電流規格の両方の規格を満足する電力制御を実現することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】温度情報に基づいて商用交流電源から定着部の発熱体への電力供給を制御する制御部は、出力インピーダンス算出部が算出した商用交流電源の出力インピーダンスが所定の値より小さい場合、温度情報に基づいて決定される発熱体に供給すべき電力量を供給可能、かつ、高調波電流の値が所定の値よりも小さい値に抑制された電力供給が可能な第１の波形パターンの電流が発熱体に流れるように電力供給を制御し、出力インピーダンスが所定の値以上の場合、温度情報に基づいて決定される発熱体に供給すべき電力量を供給可能、かつ、フリッカＰｓｔの値が所定の値よりも小さい値に抑制された電力供給が可能な第２の波形パターンの電流が発熱体に流れるように、電力供給を制御する。【選択図】図７
2015219366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に未定着トナー像を形成する画像形成部と、
商用交流電源から供給される電力により発熱する発熱体を有し、前記画像形成部によって形成された未定着トナー像を加熱して記録材に定着させる定着部と、
前記発熱体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、商用交流電源から前記発熱体への電力供給を制御する制御部と、
を備えた画像形成装置において、
商用交流電源の出力インピーダンスを算出する出力インピーダンス算出部を備え、
前記制御部は、
前記出力インピーダンス算出部が算出した前記出力インピーダンスが所定の値より小さい場合、前記温度情報に基づいて決定される前記発熱体に供給すべき電力量を供給可能、かつ、高調波電流の値が所定の値よりも小さい値に抑制された電力供給が可能な第１の波形パターンの電流が前記発熱体に流れるように、前記電力供給を制御し、
前記出力インピーダンス算出部が算出した前記出力インピーダンスが所定の値以上の場合、前記温度情報に基づいて決定される前記発熱体に供給すべき電力量を供給可能、かつ、フリッカＰｓｔの値が所定の値よりも小さい値に抑制された電力供給が可能な第２の波形パターンの電流が前記発熱体に流れるように、前記電力供給を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記出力インピーダンス算出部は、
電源回路において駆動系に電力供給するための駆動用電源部に設けられた一次平滑コンデンサに蓄電された電圧値を検出する電圧検出部を備え、
前記発熱体が通電されていないときに前記電圧検出部が検出した電圧値と、
前記発熱体が通電されているときに前記電圧検出部が検出した電圧値と、
前記発熱体の抵抗値と、
に基づいて、前記出力インピーダンスを算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記出力インピーダンスは、次式
【数１０】
2015219366.tif 000012
ただし、
Ｒｏｕｔ：前記出力インピーダンス［Ω］
Ｖｃｏｆｆ：前記発熱体へ通電していないときに前記電圧検出部が検出した電圧値［Ｖ］
Ｖｃｏｎ：前記発熱体へ通電しているときに前記電圧検出部が検出した電圧値［Ｖ］
Ｒｈｅａｔｅｒ：前記発熱体の抵抗値［Ω］
で表されることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記出力インピーダンス算出部は、
電源回路において駆動系に電力供給するための駆動用電源部に設けられた一次平滑コンデンサに蓄電された電圧値を検出する電圧検出部と、
前記発熱体に流れる電流の実効値を検出する電流検出部と、
を備え、
前記発熱体が通電されていないときに前記電圧検出部が検出した電圧値と、
前記発熱体が通電されているときに前記電圧検出部が検出した電圧値と、
前記電流検出部が検出した電流値と、
に基づいて、前記出力インピーダンスを算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記出力インピーダンスは、次式
【数１１】
2015219366.tif 000013
ただし、
Ｒｏｕｔ：前記出力インピーダンス［Ω］
Ｖｃｏｆｆ：前記発熱体へ通電していないときに前記電圧検出部が検出した電圧値［Ｖ］
Ｖｃｏｎ：前記発熱体へ通電しているときに前記電圧検出部が検出した電圧値［Ｖ］
Ｉｈｅａｔｅｒ：前記電流検出部が検出した電流値［Ａ］
で表されることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記発熱体に供給する電力量の大きさに応じて定められる複数の前記第１の波形パターンを含む第１の通電テーブルと、前記発熱体に供給する電力量の大きさに応じて定められる複数の前記第２の波形パターンを含む第２の通電テーブルと、を記憶している記憶部を備え、
前記制御部は、前記温度情報に基づいて前記第１の通電テーブル及び前記第２の通電テーブルの中から選択した波形パターンの電流が前記発熱体に流れるように、前記電力供給を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記第１の波形パターンは、ＩＥＣに定められた高調波電流の規格値を満たす電力供給が可能な波形パターンであり、
前記第２の波形パターンは、ＩＥＣに定められたフリッカＰｓｔの規格値を満たす電力供給が可能な波形パターンであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記出力インピーダンスにおける前記所定の値は、前記制御部が、前記第１の波形パターン及び前記第２の波形パターンのいずれを選択して電力供給した場合でも、ＩＥＣに定められた高調波電流の規格値を満たし、かつ、ＩＥＣに定められたフリッカＰｓｔの規格値を満たす電力供給が可能な値であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記第１及び第２の波形パターンは、波数制御の波形パターン及び位相制御の波形パターンの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記第１の波形パターンは、波数制御と位相制御とを組み合わせた制御パターンであって、一制御周期において位相制御で通電する割合よりも波数制御で通電する割合が相対的に多いパターンであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記第２の波形パターンは、波数制御と位相制御とを組み合わせた制御パターンであって、一制御周期において波数制御で通電する割合よりも位相制御で通電する割合が相対的
に多いパターンであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、記録紙上に形成されたトナー像を加熱定着する定着装置として、セラミックヒータを熱源とするフィルム加熱方式が広く用いられている。ヒータは、トライアック等のスイッチング素子やリレー等のメカニカルスイッチ素子を介して交流電源に接続されている。ヒータへの電力供給は、通常、ヒータ近傍に配備された温度検出素子の検出温度を維持するようにスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御することで行なわれる。ＯＮ／ＯＦＦ制御は、予め決められた電流波形パターンに則って行われる。この波形パターンは、交流電源の半波内で通電する割合を制御する位相制御や、交流電源の連続する所定数の半波を一制御周期としその一制御周期内で通電する半波の数を制御する波数制御、若しくは、これらを組み合わせた制御のいずれかにより決定される。これらの制御方法は、フリッカや高調波電流を考慮して決定される。
【０００３】
ここで、フリッカとは、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交流電源の出力インピーダンスにより交流電源の電圧が変動し、照明機器がちらつくことである。フリッカのレベルとしては、統計的に求められた指数であるＰｓｔ（Ｐｅｒｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ  ｓｈｏｒｔ  ｔｅｒｍ：短期間フリッカ値）がよく用いられる。ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）ではこのＰｓｔの規格値が設定されている（ＩＥＣ６１０００−３−３）。Ｐｓｔは、変動電圧が大きいほど大きくなる（悪化する）。また、周波数に応じて重みづけがされており、人間知覚感度が最大となる１０Ｈｚ近辺の電圧変動が発生する場合に特にＰｓｔが大きくなる。一方、高調波電流は、交流電源を基本波として２次から４０次までの高調波電流に対してそれぞれ規格値が設定されている（ＩＥＣ６１０００−３−２）。高調波電流は交流電源からの電流波形が正弦波から歪むほど発生する。
【０００４】
従って、毎波通電する位相制御は、１０Ｈｚのような低周波の電圧変動がほとんど発生しないためフリッカに有利だが、正弦波からの歪みが大きいため高調波電流に不利である。一方、一制御周期で電流波形パターンが繰り返される波数制御は、低周波の電圧変動が発生しやすいためフリッカに不利だが、半波内の途中から通電することがないため高調波電流に有利である。このようにフリッカと高調波電流は一般的に電流波形パターンに対してトレードオフの関係であるが、電流波形パターンの設定では、上述したフリッカ及び高調波電流の規格を両立することが求められる。近年、画像形成装置の高速化、大電力化が進み、ヒータの抵抗値はさらに下がっているため、両規格を満足する電流波形パターンの設定が難しくなっている。
【０００５】
これに対応するために、ヒータを複数に分割して並列に接続し各々にスイッチング素子を構成することで、フリッカ及び高調波電流の規格を満足する方法が提案されている。即ち、同じタイミングで複数のヒータに通電を開始しないように位相制御を行うことで高調波の電流値を下げたり、一制御周期内で複数のヒータトータルで電圧変動が小さくなるように波数制御を行うことでフリッカを抑制したりする方法である。しかしこの方法では、回路規模が増大し、大きなコストアップとなる。また、モータ等の駆動部や制御部の電源を生成するＡＣ／ＤＣ電源回路部に対してアクティブフィルタや高調波コイルを構成して、交流電源からの電流波形を正弦波に近づけることで高調波電流を低減する方法も多く用いられる。しかし、アクティブフィルタの回路は複雑で部品点数が多く、また、高調波コ
イルは大きく重たいため、上記構成はいずれも大きなコストアップにつながる。
【０００６】
また、画像形成装置の動作条件に応じて電流波形パターンを変える制御も複数提案されている。例えば、ＡＣ／ＤＣ電源がユニバーサル電源である画像形成装置において、交流電源の電圧に応じて１００Ｖ圏／２００Ｖ圏を判別し、その結果に基づいて位相制御若しくは波数制御を選択する制御が提案されている。即ち、１００Ｖ圏は２００Ｖ圏に比べて負荷電流が大きく交流電源の電圧変動が大きいためフリッカに有利な位相制御を、２００Ｖ圏は１００Ｖ圏に比べて交流電源の電圧が高いため高調波電流に有利な波数制御を選択する。また、プロセススピードや温調温度等のプリント条件に応じて位相制御、波数制御を切り替える制御も提案されている。また、特許文献１には、照度センサで周囲の照度を検出し、その結果に基づいて位相制御、波数制御を切り替える制御が提案されている。照度センサで周囲のちらつきを検知し、ちらつきが大きい場合は位相制御、小さい場合は波数制御としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−４００７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、交流電源の出力インピーダンスとフリッカＰｓｔ及び高調波電流との間には相関関係が存在する。一般的に、交流電源の出力インピーダンスとは、電柱上変圧器の出力インピーダンスと、電柱上変圧器から分電盤を介してコンセントに至るまでの引き込み線及びコンセントから画像形成装置のインレット部までの電源ケーブルのラインインピーダンスである。交流電源の出力インピーダンスは、電柱上変圧器の出力インピーダンスや、引き込み線や電源ケーブルの導電体の材料、太さ、長さ、配線方法等で異なる。
【０００９】
出力インピーダンスとフリッカＰｓｔ及び高調波電流との関係図を図５に示す。横軸が交流電源の周波数＝５０Ｈｚにおける出力インピーダンスＺｏｕｔの絶対値｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜、縦軸がフリッカＰｓｔ及び高調波電流である。グラフは実線がフリッカＰｓｔ、破線が高調波電流である。図５より、交流電源の出力インピーダンスが大きい程フリッカレベルが大きくなることがわかる。これは、出力インピーダンスによる電圧変動が大きくなるためである。また、交流電源の出力インピーダンスが小さい程高調波電流が大きいこともわかる。これは、出力インピーダンスが小さい程、交流電源から画像形成装置に流れる高調波電流が大きくなるからである。
【００１０】
ＩＥＣの規格においては、フリッカＰｓｔは出力インピーダンス＝０．４＋ｊ０．２５Ωで、高調波電流は出力インピーダンス≒０（出力インピーダンスの十分小さな交流電源を用い追加のインピーダンスを挿入しない）で測定することが定められている。これは即ち図５の５０１、５０２のように、フリッカＰｓｔ、高調波電流共に、非常に不利な条件で測定することになる。言い換えると、０〜０．４＋ｊ０．２５Ωの広範囲な出力インピーダンスを持つ交流電源に対して、フリッカＰｓｔ及び高調波電流の規格を満足する必要がある、ということが言えるのである。
【００１１】
これに対し、特許文献１の方法では、ちらつきの検知によって制御切替を判断することで、ある程度の出力インピーダンスに応じた制御の実現が可能であるが、照度センサを追加する必要があり、大幅なコストアップと、配置体積の増加が発生してしまう。
【００１２】
本発明の目的は、簡易な構成により、フリッカ規格及び高調波電流規格の両方の規格を満足する電力制御を実現することができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に未定着トナー像を形成する画像形成部と、
商用交流電源から供給される電力により発熱する発熱体を有し、前記画像形成部によって形成された未定着トナー像を加熱して記録材に定着させる定着部と、
前記発熱体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された温度情報に基づいて、商用交流電源から前記発熱体への電力供給を制御する制御部と、
を備えた画像形成装置において、
商用交流電源の出力インピーダンスを算出する出力インピーダンス算出部を備え、
前記制御部は、
前記出力インピーダンス算出部が算出した前記出力インピーダンスが所定の値より小さい場合、前記温度情報に基づいて決定される前記発熱体に供給すべき電力量を供給可能、かつ、高調波電流の値が所定の値よりも小さい値に抑制された電力供給が可能な第１の波形パターンの電流が前記発熱体に流れるように、前記電力供給を制御し、
前記出力インピーダンス算出部が算出した前記出力インピーダンスが所定の値以上の場合、前記温度情報に基づいて決定される前記発熱体に供給すべき電力量を供給可能、かつ、フリッカＰｓｔの値が所定の値よりも小さい値に抑制された電力供給が可能な第２の波形パターンの電流が前記発熱体に流れるように、前記電力供給を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡易な構成により、フリッカ規格及び高調波電流規格の両方の規格を満足する電力制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る画像形成装置の概略断面図
【図２】本発明の実施例における定着装置（定着部）の構成を説明する図
【図３】実施例１に係る画像形成装置の電子回路の一部を示す図
【図４】ヒータへ供給する電力の制御方法について説明する図
【図５】出力インピーダンスとフリッカＰｓｔ及び高調波電流との関係を示す図
【図６】出力インピーダンスとフリッカＰｓｔ及び高調波電流との関係を示す図
【図７】実施例１における通電テーブルを選択するフローについて説明する図
【図８】各電力ＬＥＶＥＬにおける波形パターンを図示した通電テーブルを示す図
【図９】実施例２に係る画像形成装置の電子回路の一部を示す図
【図１０】実施例２における通電テーブルを選択するフローについて説明する図
【図１１】Ｖｃ検出部の回路動作波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例に係る画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。本実施例に係る画像形成装置１００は、電子写真方式により記録紙（記録材）Ｐ上にカラー画像を形成可能なフルカラーレーザプリンタである。すなわち、感光体１２１、１２２、
１２３、１２４上にイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の単色トナー像をそれぞれ形成し、これらを中間転写体１２５上で重ね合わせることで、中間転写体１２５上に多色トナー像を形成する。給紙部１１１から給紙ローラ１１２により給紙され搬送路Ｈに沿って搬送された記録紙Ｐは、中間転写体１２５に形成された多色トナー像と転写ローラ１１３に挟み込まれて加圧される。これにより、転写ローラ１１３は転写バイアス発生装置１１４により正バイアスが印加されているため、負に帯電された多色トナー像が記録紙Ｐに転写される。その後、記録紙Ｐは、定着装置（定着部）１３０にて記録紙Ｐ上の多色トナー像が加熱定着されて、最後に排出トレイ１１５に排出される。上記構成において、記録紙Ｐに定着される前の未定着トナー像の形成にかかわる構成が本発明における画像形成部に対応する。
【００１８】
図２は、本発明の実施例における定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。定着装置１３０は、概略、ヒータ２０４、サーミスタ２０７、ステー２０３、定着フィルム２０１、加圧ローラ２０８等から構成される。ヒータ２０４は、セラミックを基材とするヒータであり、その近傍に温度検出素子（温度検出部）としてサーミスタ２０７が配備されている。ステー２０３は、ヒータ２０４を固定支持するための耐熱性断熱性材質の部材である。定着フィルム２０１は、円筒状の耐熱性フィルム材であり、ヒータ２０４及びステー２０３を覆っている。加圧ローラ２０８は、芯金若しくは金属パイプ２０９の外周にシリコーンゴム等の耐熱性弾性層２１０をローラ状に設けた構成となっている。
【００１９】
ヒータ２０４上には、発熱体パターン２０５が形成されており、ガラス等の電気絶縁層２０６によって被覆されている。加圧ローラ２０８とヒータ２０４は、定着フィルム２０１を挟んで互いに圧接されている。加圧ローラ２０８は、定着駆動モータ（非図示）により矢印Ｂの方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２０８の回転駆動による定着フィルム２０１の外面との摩擦力で定着フィルム２０１に直接的に回転力が作用し、定着フィルム２０１が絶縁層２０６に圧接摺動しつつ矢印Ｃの方向に回転駆動される。このとき、ステー２０３は、定着フィルム内面ガイド部材としても機能して定着フィルム２０１の回転を容易にする役割もしている。加圧ローラ２０８の回転による定着フィルム２０１の回転が定常化しヒータ２０４の温度が所定に立ち上がった状態において、多色トナー像が転写された記録紙Ｐが矢印Ａ方向に搬送される。搬送された記録紙Ｐは、定着フィルム２０１と共に加圧ローラ２０８に加圧されることにより、ヒータ２０４の熱が定着フィルム２０１を介して記録紙Ｐに付与され、未定着画像が加熱定着される。
【００２０】
図３は、実施例１に係る画像形成装置１００を駆動、制御するための電子回路の一部を示す回路図（電源回路）である。交流電源（商用交流電源）３００は、電柱上の変圧器の出力側開放電圧３０１と、出力インピーダンス３０２からなる。出力インピーダンス３０２は、誘導成分３０２ａと抵抗成分３０２ｂを主に有する。交流電源３００から供給された交流電流は、フィルタ部３０３を通過した後、ヒータ部、駆動用電源部、制御用電源部の三つに分かれる。
【００２１】
ヒータ部は、リレー３０４、トライアック３０５を介してヒータ２０４が交流電源３００と接続される。リレー３０４は、制御部３１２によってトランジスタ３０６が駆動され、リレー３０４のコイル部に２４Ｖ電源から電流が供給されることで動作する。トライアック３０５は、まず、制御部３１２によってトランジスタ３１０が駆動され、フォトトライアック３０７のダイオード部に３．３Ｖ電源から電流が供給される。これにより、フォトトライアック３０７のサイリスタ部が導通し、トライアック３０５のゲートに電流が流れて動作する。ヒータ２０４の裏面にサーミスタ２０７が所定の圧で押し当てられており、３．３Ｖ電源をプルアップ抵抗３１１とで分圧した値が制御部３１２に入力され、温度が検出される。制御部３１２は、サーミスタ２０７が検出する温度情報を基にトライアック３０５をＯＮ／ＯＦＦすることで、ヒータ２０４への供給電力を制御する。
【００２２】
駆動用電源部は、交流電源３００から供給された交流電流が、整流ダイオード３１４によって整流され、一次平滑コンデンサ３１５で平滑される。平滑された電流は、駆動用ＡＣ／ＤＣコンバータ３１６によって直流２４Ｖが生成される。ＡＣ／ＤＣコンバータ３１６は、トランス３１７、ＦＥＴ３１８、ＦＥＴ制御部３１９、整流ダイオード３２０、転流ダイオード３２１、チョークコイル３２２、平滑コンデンサ３２３等で構成される。生成された直流２４Ｖは、モータやソレノイド、ファン（非図示）といった駆動系負荷３２４に使われる。一方、制御用電源部は、交流電源３００から供給された交流電流が、整流ダイオード３２５によって整流され、一次平滑コンデンサ３２６で平滑される。平滑された電流は、制御用ＡＣ／ＤＣコンバータ３２７によって直流３．３Ｖが生成される。生成された直流３．３Ｖは、制御部３１２、Ｖｃ検出部３４１等に使われる。
【００２３】
図４は、ヒータ２０４へ供給する電力の制御方法について説明する模式図である。位相制御は、図４の４０１のように、交流電源３００の一半波ごとに所定の位相角でトライアック３０５をＯＮすることでヒータ２０４への供給電力を制御する。図４の波形パターンにおいて、ハッチがかけられている部分は電力を投入していることを、ハッチがかけられていない部分は電力を投入していないことを示している。交流電源３００の一つの半波を図４の４０２のように複数（ここでは３２個）に分解したときのそれぞれの位相角に対応するＯＮタイミングは、テーブルとして制御部３１２が有するメモリ（記憶部）３１３に用意される。３２個の位相角は、電力に対して比例の関係になるように設定される。波数制御は、図４の４１１のように一半波を最小単位として一制御周期内（ここでは８半波）で通電する半波の数でヒータ２０４への供給電力を制御する。通電する半波のパターンは、テーブルとしてメモリ３１３に用意される。電力の分解能を大きくして電力変動の少ないなめらかな制御をするためには、位相制御が適している。位相制御は、一半波の分解数を増やすことで電力の分解能を上げることができるため、一制御周期を変えずに電力分解能を大きくすることができる。一方、波数制御の場合、電力の分解能を上げるためには、図４の４１２のように一制御周期の半波の数を増やす必要がある（ここでは３２半波）。即ち一制御周期が長くなり、制御の応答速度が低下するという短所がある。
【００２４】
ここで、図６を参照して、フリッカ及び高調波電流規格について述べる。図６は、波形パターンごとの出力インピーダンスとフリッカＰｓｔ及び高調波電流との関係を示す図である。前述した通り、フリッカと高調波電流は、出力インピーダンス３０２に対して互いにトレードオフの関係を持つ。図６の６０１は、ヒータ２０４への供給電流として波形パターンＲｅｆを使った場合のフリッカ及び高調波電流と出力インピーダンスＺｏｕｔ３０２との関係を示したグラフである。横軸が交流電源３００の周波数５０Ｈｚにおける出力インピーダンスの絶対値｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜、縦軸がフリッカＰｓｔ及び高調波電流である。グラフ中、実線がフリッカＰｓｔ、破線が高調波電流を示し、Ｌｉｍｉｔは、フリッカＰｓｔ及び高調波電流それぞれのＩＥＣに定められた規格値を示す。図６の６０１によると、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜が０付近で高調波電流が、｜０．４＋ｊ０．２５｜Ω付近でフリッカＰｓｔが規格値を超えていることがわかる（図６−６０３、６０２）。即ち、ヒータ２０４への供給電流として波形パターンＲｅｆを使った場合、規格を満足することができないことになる。
【００２５】
フリッカと高調波は互いにトレードオフの関係を持つことは既に述べた。そこで、波形パターンＲｅｆに対して、フリッカ若しくは高調波電流のいずれかを特に低減したパターンを、波形パターンＡ（第１の波形パターン）及び波形パターンＢ（第２の波形パターン）の二通り考える。当然、これらのパターンは、一制御周期における電力の合計値が波形パターンＲｅｆと同等とする。すなわち、各波形パターンは、サーミスタ２０７が検出する温度情報に基づいて決定されるヒータ２０４に供給すべき電力量が互いに同じで、波形形状が互いに異なっている。まず、フリッカに対して若干不利だが高調波電流に有利な波
形パターンＡを使った場合のフリッカ及び高調波電流と｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜との関係を示したグラフを図６の６０４に示す。フリッカＰｓｔは悪化するが、高調波電流は｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜＝０のときでも規格値未満に抑制されている（図６−６０６）ことが分かる。次に、高調波電流に対して若干不利だがフリッカに有利な波形パターンＢを使った場合のフリッカ及び高調波電流と｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜との関係を示したグラフを図６の６０７に示す。高調波電流は悪化するが、フリッカＰｓｔは｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜＝｜０．４＋ｊ０．２５｜Ωのときでも規格値未満に抑制されている（図６−６０８）ことが分かる。
【００２６】
以上より、０＜｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜＜｜Ｚｕ｜（図６−６１０）の範囲では、波形パターンＡのみ規格をクリアできる。また、｜Ｚｕ｜＜｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜＜｜Ｚｏ｜（図６−６１１）の範囲では波形パターンＡ、Ｂいずれもクリアできる。そして、｜Ｚｏ｜＜｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜＜｜０．４＋ｊ０．２５｜Ωの範囲では波形パターンＢのみ規格をクリアできる。本実施例では、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜の値に応じて、波形パターンを変える制御を行う。即ち、｜Ｚｕ｜＜｜Ｚｔｈ｜＜｜Ｚｏ｜を満たす｜Ｚｔｈ｜を閾値として、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜＜｜Ｚｔｈ｜のときは波形パターンＡを使い、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜＞｜Ｚｔｈ｜のときは波形パターンＢを使う。これにより、出力インピーダンス３０２が０〜０．４＋ｊ０．２５Ωの範囲において、フリッカ及び高調波電流の規格を満足することができる。
【００２７】
｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜（＝Ｒｏｕｔ）を算出する方法について説明する。ここで、本回路構成において、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜の算出にかかわる回路構成が本発明における出力インピーダンス算出部を対応する。また、一次平滑コンデンサ３１５に蓄電された電圧値の検出にかかわる回路構成が、本発明における電圧検出部に対応する。ヒータ２０４に通電していないときに駆動用電源部の一次平滑コンデンサ３１５に蓄電されている電圧をＶｃｏｆｆ、ヒータ２０４にフル通電しているときに一次平滑コンデンサ３１５に蓄電されている電圧をＶｃｏｎとする。｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜は、電圧Ｖｃｏｆｆと、電圧Ｖｃｏｎと、ヒータ２０４の抵抗値Ｒｈｅａｔｅｒと、を用いて表せる。ここで、ヒータ２０４にフル通電するとは、トライアック３０５を常に位相角０°でＯＮすることである。また、Ｒｈｅａｔｅｒは、設計値固定とする。
【００２８】
トライアック３０５がＯＦＦの時は、ヒータ２０４に電流が流れないため、交流電源３００から供給される電流は、駆動用電源部及び制御用電源部に流れる電流の合計値Ｉｐｗｒのみである。従って、トライアック３０５がＯＦＦの時に一次平滑コンデンサ３１５に蓄電される電圧Ｖｃｏｆｆは数式〔数１〕となる。ここでＶｉｎは、画像形成装置１００が無負荷の時における交流電源３００の電圧である。
【数１】
2015219366.tif 000003
【００２９】
一方、トライアック３０５がＯＮの時に交流電源３００から供給される電流は、Ｉｐｗｒにヒータ２０４へ流れる電流Ｉｈｅａｔｅｒを加えた値である。従って、トライアック３０５がＯＮの時に一次平滑コンデンサ３１５に蓄電される電圧Ｖｃｏｎは、数式〔数２〕となる。
【数２】
2015219366.tif 000004
【００３０】
数式〔数１〕、〔数２〕より、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜は数式〔数３〕のように表せる。
【数３】
2015219366.tif 000005
【００３１】
図１１は、Ｖｃ検出部の回路動作波形を示す図である。図３のＶｃ検出部３４１、及び、図１１を参照して、駆動用電源部の一次平滑コンデンサ３１５に蓄電されている電圧Ｖｃ（ヒータ２０４に通電していないときはＶｃｏｆｆ、ヒータ２０４にフル通電しているときはＶｃｏｎ）を求める方法について説明する。
【００３２】
駆動用電源部の一次平滑コンデンサ３１５に蓄電されている電圧Ｖｃは、抵抗３２８と抵抗３２９で分圧してコンパレータ３３１の正極に入力される。コンパレータ３３１の負極には、最大電圧Ｖｔｒｉｔ、最小電圧Ｖｔｒｉｂである三角波発生部３３０が入力される。Ｖｃと三角波、及び、Ｖｔｒｉｔ、最小電圧Ｖｔｒｉｂの関係を図１１の１１０１に示す。駆動用電源部のトランス３１７の一次側には補助巻き線が巻かれており、コンパレータ３３１の出力端子は、この補助巻き線により発生する電圧に対して抵抗３３２でプルアップされている。そのため、コンパレータ３３１の出力端子には、Ｖｃに応じたＤｕｔｙを持つＰＷＭ波形Ｖｐｗｍが出力される。Ｖｐｗｍの波形を図１１の１１０２に示す。三角波がＶｃ以下の時にＶｐｗｍはＨｉになり、Ｖｃ以上の時にＶｐｗｍはＬｏになる。ＶｐｗｍのＤｕｔｙ［％］は数式〔数４〕で表される。
【数４】
2015219366.tif 000006
【００３３】
このＰＷＭ信号は、フォトカプラ３３３を介して二次側へ伝えられる。二次側へ伝えられたＰＷＭ信号は、抵抗３３４、抵抗３３５、ツェナーダイオード３３６、ＰＮＰトランジスタ３３７、ＮＰＮトランジスタ３３８、抵抗３３９、コンデンサ３４０によりフィルタリングされる。これにより、ＰＷＭのＤｕｔｙに比例したアナログ電圧値Ｖｏｕｔが生成される。Ｖｏｕｔの波形を図１１の１１０３に示す。ＶｏｕｔはＤｕｔｙを使って数式〔数５〕のように表される。
【数５】
2015219366.tif 000007
【００３４】
数式〔数４〕、〔数５〕より、Ｖｏｕｔは数式〔数６〕のようにＶｃの関数で表せる。
【数６】
2015219366.tif 000008
【００３５】
数式〔数６〕のＶｔｒｉｔ、Ｖｔｒｉｂは、Ｖｃの検出範囲を考慮して、Ｖｏｕｔのダイナミックレンジをできるだけ大きく確保できるよう決定する。本実施例では、Ｖｃの検出範囲を以下のように設定する。
【００３６】
まず、出力インピーダンス３０２＝０Ω時における交流電源３００の電圧範囲を、定格電圧１００Ｖ〜１２７Ｖの−１５％〜＋１０％、即ち、８５Ｖ〜１４０Ｖとする。出力インピーダンス３０２の範囲は、０〜フリッカ測定時に指定されている出力インピーダンス＝｜０．４＋ｊ０．２５（５０Ｈｚ）｜Ω＝０．４７Ω（５０Ｈｚ）の２倍、即ち、０〜
１Ωとする。また、ヒータ２０４の抵抗値Ｒｈｅａｔｅｒ＝１０Ωとする。このとき、出力インピーダンス３０２＝１Ωにおいてヒータ２０４にフル通電すると、交流電源３００の電圧は８５Ｖから７７Ｖまで低下する。従って、交流電源３００の電圧範囲を、７７Ｖ〜１４０Ｖと設定することにする。
【００３７】
交流電源を整流平滑した電圧であるＶｃは、交流電源３００に√２を乗じた値とほぼ一致するため、交流電源３００の電圧範囲が７７Ｖ〜１４０ＶのときのＶｃの電圧範囲は１０８Ｖ〜１９８Ｖとなる。従って、Ｖｔｒｉｔ＝１９８Ｖ、Ｖｔｒｉｂ＝１０８Ｖとする。即ち、数式〔数６〕は、数式〔数７〕のようになる。
【数７】
2015219366.tif 000009
【００３８】
Ｖｃ＝ＶｃｏｆｆのときのＶｏｕｔをＶｏｕｔｏｆｆ、Ｖｃ＝ＶｃｏｎのときのＶｏｕｔをＶｏｕｔｏｎとすると、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜は数式〔数３〕、〔数７〕より、数式〔数８〕のように表せる。
【数８】
2015219366.tif 000010
【００３９】
ここで、Ｒｈｅａｔｅｒのばらつきによる｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜のばらつきについて説明する。数式〔数８〕より、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜はＲｈｅａｔｅｒに比例している。ヒータ２０４はセラミック基板に発熱体をペーストしたものであり、その抵抗値Ｒｈｅａｔｅｒの製造上のばらつきは避けられない。Ｒｈｅａｔｅｒのばらつきは、一般的に±５％程度生じる。Ｒｈｅａｔｅｒのばらつきを考慮して、｜Ｚｔｈ｜を設定する必要があることに注意する必要がある。例えば、Ｒｈｅａｔｅｒが上限値のとき、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜は実際より小さく計算される。その誤差が｜Ｚｏ｜―｜Ｚｔｈ｜を超えると、フリッカが規格値を超える可能性がある（実際の｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜が｜Ｚｏ｜を超えているにもかかわらず、計算上の｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜が｜Ｚｔｈ｜以下のため、波形パターンＡが使われる）。逆に、Ｒｈｅａｔｅｒが下限値のとき、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜は実際より大きく計算される。その誤差が｜Ｚｔｈ｜―｜Ｚｕ｜を超えると、高調波電流が規格値を超える可能性がある（実際の｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜が｜Ｚｕ｜に満たないにもかかわらず、計算上の｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜が｜Ｚｔｈ｜以上のため、波形パターンＢが使われる）。
【００４０】
以上より、Ｒｈｅａｔｅｒのばらつきを±β［％］とすると、（｜Ｚｏ｜―｜Ｚｔｈ｜）／｜Ｚｔｈ｜＞β／１００、（｜Ｚｔｈ｜―｜Ｚｕ｜）／｜Ｚｔｈ｜＞β／１００となるように｜Ｚｔｈ｜を決める必要がある。
【００４１】
図７は、実施例１における通電テーブルを選択するフローについて説明する図である。まず、画像形成装置１００の電源をＯＮする、若しくは、画像形成装置１００がＳｌｅｅｐ状態から復帰すると、初期動作が開始される。しばらく後に、ヒータ２０４にフル通電するタイミングが発生し、それが５００ｍｓｅｃ継続すると（Ｓ７０１）、制御部３１２はＶｏｕｔｏｎを取得する（Ｓ７０２）。ヒータ２０４への通電が終了するタイミングが発生し、それが５００ｍｓｅｃ継続すると（Ｓ７０３）、制御部３１２はＶｏｕｔｏｆｆを取得する（Ｓ７０４）。ここで、ヒータ２０４にフル通電すること、及び、ヒータ２０４への通電を終了することは初期動作の一環であり、新たに追加するシーケンスではない。しかし、ヒータ２０４にフル通電する時間が５００ｍｓｅｃ継続しない場合は、専用に
シーケンスを追加しても良い。なお、フル通電としたのはＶｏｕｔｏｎの検出精度を高めるためであり、場合によってはフル通電でなくても良い。また、５００ｍｓｅｃは、交流電源３００の電圧が出力インピーダンス３０２によって変動したときにＶｃが安定するまでの時間を十分上回る時間である。
【００４２】
続いて、取得したＶｏｕｔｏｎとＶｏｕｔｏｆｆ、及び、ヒータ２０４の抵抗値Ｒｈｅａｔｅｒから数式〔数８〕を使って｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜を算出し（Ｓ７０５）、これを｜Ｚｔｈ｜と比較する（Ｓ７０６）。｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜が｜Ｚｔｈ｜未満ならば通電テーブルＡを選択し（Ｓ７０７）、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜が｜Ｚｔｈ｜以上ならば通電テーブルＢを選択する（Ｓ７０８）。そして、選択したテーブルの中から、温度情報に基づいてヒータ２０４に供給すべき電力量（電力ＬＥＶＥＬ）を供給可能な波形パターンを選択し、選択した波形パターンによりヒータ２０４への電力供給を行う。
【００４３】
図８は、各電力ＬＥＶＥＬにおける波形パターンの例を図示した通電テーブルを示す図である。ここで、通電テーブルＲｅｆは、複数の波形パターンＲｅｆからなるテーブルである。また、通電テーブルＡは、高調波に有利な波数制御寄りの複数の波形パターンＡからなるテーブルである。すなわち、複数の波形パターンＡには、波数制御と位相制御とを組み合わせた制御パターン（ハイブリッド制御）において、一制御周期において位相制御で通電する割合よりも波数制御で通電する割合が相対的に多いパターンが多く含まれている。一方、通電テーブルＢは、フリッカに有利な位相制御寄りの複数の波形パターンＢからなるテーブルである。すなわち、複数の波形パターンＢには、ハイブリッド制御において、一制御周期において波数制御で通電する割合よりも位相制御で通電する割合が相対的に多いパターンが多く含まれている。図８の波形パターンにおいて、ハッチがかけられている部分は電力を投入していることを、ハッチがかけられていない部分は電力を投入していないことを示している。それぞれ、電力の分解能は１５であり、電力の小さいほうからＬＥＶＥＬ０、１、…１４とする。なお、通電テーブルＡ、Ｂ共に、一制御周期内の各半波の位相角を多少変動させている。例えば、ＬＥＶＥＬ７は５０％の電力を供給するＬＥＶＥＬであるため、通電テーブルＢの場合、各半波の通電率は５０％（位相角は９０°）のはずである。しかし実際は、５５％と４５％を４半波ずつ使用している。これは、発生する高調波電流が所定の次数に偏らないようにするためである。なお、図８に示す波形パターンは、あくまで一例であり、これに限定されるものではない。
【００４４】
以上より、本実施例に係る画像形成装置は、交流電源３００の出力インピーダンス３０２が所定未満の場合には、高調波に有利な波形パターンＡを、所定の値以上の場合には、フリッカに有利な波形パターンＢを選択し、ヒータ２０４へ電力供給する。本実施例のように交流電源３００の出力インピーダンス３０２の値に応じてヒータ２０４に通電する電流の波形パターンを変えることで、コストアップ及びスペース拡大を最小限に抑えて、フリッカや高調波電流の規格を満足する構成を実現できる。
【００４５】
（実施例２）
図９、図１０を参照して、本発明の実施例２に係る画像形成装置について説明する。ただし、本実施例において実施例１と重複する箇所については、説明を省略する。図９は、実施例２に係る画像形成装置１００を駆動、制御するための電子回路の一部を示す回路図（電源回路）である。実施例１との違いは、ヒータ２０４に流れる電流がカレントトランス９０１を介している点である。カレントトランス９０１を介した電流は、抵抗９０２により電流電圧変換されて制御部３１２に伝えられる。電流検知は半波のみ行うため、ダイオード９０３が接続されている。ここで、本電源回路において、ヒータ２０４に流れる電流実効値の検出にかかわる回路構成が、本発明における電流検出部に対応する。
【００４６】
ヒータ２０４に流れる電流Ｉｈｅａｔｅｒを検出できると、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜
は数式〔数３〕、〔数７〕より、数式〔数９〕のようにも表せる。
【数９】
2015219366.tif 000011
【００４７】
実施例１では、Ｒｈｅａｔｅｒを固定値としたためＲｈｅａｔｅｒのばらつき分、｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜のばらつきを見込む必要があった。一方、実施例２ではＩｈｅａｔｅｒを直接検出しているため、Ｒｈｅａｔｅｒのばらつきを考慮する必要が無くなり、より精度の高い｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜を算出することができる。
【００４８】
図１０は、実施例２における通電テーブルを選択するフローについて説明する図である。ここでは、実施例１と異なる箇所についてのみ説明する。制御部３１２がＶｏｕｔｏｎを取得すると同時に、ヒータ２０４に流れる電流Ｉｈｅａｔｅｒを取得する（Ｓ１００１）。そして、取得したＶｏｕｔｏｎとＶｏｕｔｏｆｆ、及び、Ｉｈｅａｔｅｒから｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜を算出する（Ｓ１００２）。算出した｜Ｚｏｕｔ（５０Ｈｚ）｜に応じて、通電テーブルＡ若しくは通電テーブルＢを選択する。
【００４９】
以上より、本実施例のようにヒータ２０４への電流値を検出することで、精度よく交流電源３００の出力インピーダンス３０２を算出することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００…画像形成装置、１３０…定着装置、２０４…ヒータ、３００…交流電源、３０２…出力インピーダンス、３０５…トライアック、３１５…一次平滑コンデンサ、３４１…Ｖｃ検出部、９０１…カレントトランス
【図１】
2015219366.tif 000014
【図２】
2015219366.tif 000015
【図３】
2015219366.tif 000016
【図４】
2015219366.tif 000017
【図５】
2015219366.tif 000018
【図６】
2015219366.tif 000019
【図７】
2015219366.tif 000020
【図８】
2015219366.tif 000021
【図９】
2015219366.tif 000022
【図１０】
2015219366.tif 000023
【図１１】
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