(57)【要約】【課題】定着ヒータに不要な大電流が流れないように電流を制御する定着器を提供する。【解決手段】交流電源４０６からの電力が供給されて発熱し、トナー像が転写された用紙を加熱する定着ヒータ３０５と、定着ヒータ３０５の温度を検知する温度検知素子４０５と、温度検知素子４０５により検知された温度と定着ヒータ３０５の目標温度とに基づいて、定着ヒータ３０５への所定期間当たりの通電時間を制御する制御回路４０４と、を有する。制御回路４０４は、所定の通電時間で定着ヒータ３０５への交流電流の通電を開始してから通電時間を徐々に増加させ、温度検知素子４０５で検知された温度が目標温度になったときの通電時間に基づいて、以降の定着ヒータ３０５への通電時間の上限を決定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの電力が供給されて発熱し、トナー像が転写された用紙を加熱するヒータと、
前記ヒータの温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段により検知された温度と前記ヒータの目標温度とに基づいて、前記ヒータへの所定期間当たりの通電時間を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、所定の通電時間で前記ヒータへの交流電流の通電を開始してから前記通電時間を徐々に増加させ、前記温度検知手段で検知された温度が前記目標温度になったときの通電時間に基づいて、以降の前記ヒータへの通電時間の上限を決定することを特徴とする定着器。
【請求項２】
前記制御手段は、前記所定の通電時間で前記ヒータへの通電を開始してから所定時間経過後の前記温度検知手段で検知される温度が前記目標温度に達していない場合、前記通電時間を増加することを特徴とする請求項１記載の定着器。
【請求項３】
前記制御手段は、前記温度検知手段で検知される温度が前記目標温度に達するまで、前記所定時間ごとに前記通電時間を増加することを特徴とする請求項２記載の定着器。
【請求項４】
前記制御手段は、前記交流電源の交流半波の期間における通電時間を制御することを特徴とする、
請求項１〜３の何れか１項に記載の定着器。
【請求項５】
前記制御手段は、前記交流電源の極性が変化するタイミングから前記交流電流の通電開始までの時間を調整することで、前記通電時間を制御することを特徴とする、
請求項１〜４の何れか１項に記載の定着器。
【請求項６】
前記制御手段は、前記温度検知手段で検知された温度が前記目標温度になったときの通電時間を前記上限として決定することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の定着器。
【請求項７】
前記制御手段は、前記温度検知手段で検知された温度が前記目標温度になったときの通電時間に所定の余裕時間を加算した通電時間を前記上限として決定することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の定着器。
【請求項８】
交流電源からの電力が供給されて発熱し、トナー像が転写された用紙を加熱するヒータと、
前記ヒータの温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段により検知された温度と前記ヒータの目標温度とに基づいて、前記ヒータへの所定期間当たりの通電時間を制御する制御手段と、
前記交流電源の電力変動が異なる状況に対応して、前記ヒータへの通電時間と前記ヒータへの供給電力との特性を示す特性データを複数記憶する記憶手段と、
を有し、
前記制御手段は、所定の通電時間で前記ヒータへの交流電流の通電を開始してから所定時間経過した後に前記温度検知手段で検知された温度と、前記記憶手段に記憶された特性データとにより選択される特性データに基づいて、以降の前記ヒータへの通電時間の上限を決定することを特徴とする定着器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載した定着器を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コピー機、複合機等の画像形成装置に用いられ、用紙にトナー像を定着させる定着器に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置は、用紙上に画像を形成するために、感光体に形成された潜像を現像する現像器、現像された感光体上の像（トナー像）を用紙に転写する転写部、用紙にトナー像を定着させる定着器等を備える。定着器による定着方式には、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ方式と、セラミック面発熱ヒータを熱源とするフィルム加熱式とがある。いずれの方式でも、ハロゲンヒータやセラミック面発熱ヒータ等の定着ヒータが、双方向サイリスタ等のスイッチング素子により交流電圧が印加され、交流電流が通電することで発熱する。
【０００３】
定着器は、定着ヒータ或いはその他の温度制御の対象となる部位の温度を検知するために、サーミスタ等の温度検知素子を備える。定着器は、温度検知素子の検知結果に応じて、定着ヒータへの交流電流の通電量を調整することで温度制御を行う。定着ヒータへの交流電流の通電量は、交流半波の中で通電開始のタイミングを変更する位相制御や、交流半波毎に電流をオン・オフする波数制御等により調整される。
【０００４】
定着ヒータに必要な出力（発熱量）は、主に、用紙に転写されたトナー像の定着性に応じて決められる。定着ヒータの出力は、印加される交流電圧と定着ヒータの電気抵抗の抵抗値とをパラメータとして決まる。定着器を使用する地域によって交流電圧は決まっているために、定着ヒータの抵抗値により、定着ヒータの出力を調整することになる。
【０００５】
定着ヒータの出力の決定に際して、交流電圧や定着ヒータの電気抵抗のバラツキを考慮する必要がある。例えば、交流電圧が低下し、定着ヒータの電気抵抗が大きくなった場合でも必要最低限の出力が確保できるように、定着ヒータの抵抗値が決められる。交流電圧や定着ヒータの電気抵抗のバラツキが大きい場合であってもトナー像を定着するのに十分な熱を得ることができるように、定着ヒータの出力が決められる。
【０００６】
しかし、交流電圧が増加し、定着ヒータの電気抵抗が小さくなった場合、定着ヒータに流れる電流が増大して出力が大きくなってしまう。定着ヒータに大電流が流れると、大電流による破壊防止のための構成、例えばヒューズに大きな定格のものを選択しなければならず、定着器の大型化やコストアップにつながる。また、交流電源の配電系統に対しても、電圧変動や保護系の不要動作等の影響を及ぼすことがあるため、不要な大電流を抑制する必要がある。
【０００７】
一方で、画像形成装置の動作開始までにかかる時間のボトルネックのうちの１つに定着器の温度上昇が挙げられる。画像形成装置が迅速に起動するためには、定着ヒータの出力を上げる、すなわち、電流を多く流す必要がある。従って、画像形成装置の動作開始時には、そのときの交流電圧や抵抗値等の定着ヒータの出力を決めるパラメータの状況に応じて、正常範囲で定着器に電流をできるだけ多く流すことが求められる。
【０００８】
特許文献１には、定着ヒータに流れる電流を検知する回路を設けて電流を制御する画像形成装置が開示される。また、特許文献２には、交流電源の電圧を検知する回路を設けて定着ヒータに流れる電流を制御しつつ、画像形成装置の動作開始までの時間をできるだけ短縮する画像形成装置が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１１３１１７号公報
【特許文献２】特開２００７−２４０７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１、２の画像形成装置は、いずれも、定着ヒータに流れる電流や電圧を検知するための構成を有しているために、定着器自体のコストを抑制しにくい傾向にある。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するために、電流検知回路等を設けることなく、定着ヒータに不要な大電流が流れないように電流を制御する定着器を提供することを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の定着器は、交流電源からの電力が供給されて発熱し、トナー像が転写された用紙を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段により検知された温度と前記ヒータの目標温度とに基づいて、前記ヒータへの所定期間当たりの通電時間を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、所定の通電時間で前記ヒータへの交流電流の通電を開始してから前記通電時間を徐々に増加させ、前記温度検知手段で検知された温度が前記目標温度になったときの通電時間に基づいて、以降の前記ヒータへの通電時間の上限を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、特別な検知回路を設けることなく、ヒータへの通電時間の上限値を決定し、ヒータへ大電流が流れないように電流を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】画像形成装置の内部構成図。
【図２】定着器の構成図。
【図３】通電回路の回路構成図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、通電回路の各部の波形の例示図。
【図５】供給電力と位相角との関係を表す図。
【図６】制御回路の回路構成図。
【図７】温度制御処理を表すフローチャート。
【図８】（ａ）〜（ｇ）は、電源電圧及び定着ヒータの抵抗のバラツキによる電力、電流、位相角等のバラツキを表す図。
【図９】下限位相角を決める処理のフローチャート。
【図１０】温度制御処理を表すフローチャート。
【図１１】下限位相角を決める処理のフローチャート。
【図１２】電力と温度との関係を表す図。
【図１３】位相角αに対する複数の電力の関係を表す図。
【図１４】最大電力に対する下限位相角を表す図。
【図１５】下限位相角を決める処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
＜画像形成装置＞
図１は、電子写真方式の画像形成装置の内部構成図である。画像形成装置は、用紙Ｓに画像を形成するために、潜像形成・現像・転写・定着の各行程を行う。画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色を重ね合わせたカラー画像を形成する。
【００１７】
潜像形成行程では、まず、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄの表面が帯電器１２ａ〜１２ｄにより一様に帯電される。表面が帯電された感光体ドラム１１ａ〜１１ｄは、半導体レーザ１３ａ〜１３ｄによりレーザ光が照射される。感光体ドラム１１ａ〜１１ｄには、レーザ光が照射された部分の電荷が消失することで潜像が形成される。
【００１８】
現像行程では、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄに形成された潜像に対して、現像器１４ａ〜１４ｄからトナー等の現像剤が付着される。現像剤の付着により潜像が現像されて、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄにトナー像が形成される。
【００１９】
転写行程では、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄに形成されたトナー像が、転写部３５ａ〜３５ｄによって、順次、中間転写ベルト３０上に各トナー像が重なるように転写される。各トナー像が重なって転写されることで、中間転写ベルト３０には、カラーのトナー像が形成される。中間転写ベルト３０に転写されたトナー像は、二次転写部３４、３６において、用紙Ｓに一度に転写される。用紙Ｓは、中間転写ベルト３０に転写されたトナー像が二次転写部３４、３６まで搬送されるタイミングに合わせて、用紙カセット２１から用紙搬送路２４を二次転写部３４、３６に搬送される。
【００２０】
定着行程では、トナー像が転写された用紙Ｓが、定着器４０に搬送される。定着器４０は、用紙Ｓを加熱及び加圧することで、用紙Ｓにトナー像を定着させる。これにより用紙Ｓへの画像形成が終了する。定着行程が終了した用紙Ｓは、排紙部２９に排紙される。
【００２１】
＜定着器＞
図２は、定着器４０の構成図である。定着器４０は、定着フィルム３０１、加圧部材３０２、定着ヒータ３０５、下側ローラ３０７、及び温度検知素子４０５を備える。定着器４０は、定着行程時に、用紙Ｓを定着フィルム３０１と下側ローラ３０７との間に挟む。定着フィルム３０１が矢印Ｂ方向に回転し、下側ローラ３０７が矢印Ｃ方向に回転することで、用紙Ｓは、定着器４０内を矢印Ａ方向に搬送される。定着フィルム３０１と下側ローラの接触部分はニップ部と呼ばれる。
【００２２】
定着ヒータ３０５は、通電することで発熱して、ニップ部の用紙Ｓを加熱する。定着ヒータ３０５は、定着フィルム３０１が用紙Ｓにトナー像を定着するために必要な温度以上になるように発熱する。定着フィルム３０１の温度は、温度検知素子４０５に検知される。検知結果は、後述する制御回路に送信され、制御回路による定着ヒータ３０５の温度制御に用いられる。
【００２３】
加圧部材３０２は、ニップ部において、定着ヒータ３０５及び定着フィルム３０１を下側ローラ３０７方向に加圧する。用紙Ｓが定着フィルム３０１と下側ローラ３０７とに挟まれて搬送されるために、加圧部材３０２は用紙Ｓに圧力を加えることになる。定着器４０は、定着ヒータ３０５による加熱及び加圧部材３０２による加圧により、トナー像を用紙Ｓに定着させる。
【００２４】
＜通電回路＞
図３は、定着ヒータ３０５を通電させる通電回路の回路構成図である。通電回路は、定着ヒータ３０５に電流を供給する。通電回路は、ゼロクロス検知回路４０１、双方向サイリスタ４０２、ゲート４０３、及び制御回路４０４を備えており、交流電源４０６、定着ヒータ３０５、及び温度検知素子４０５に接続される。交流電源４０６は、画像形成装置内の他の構成部品に対しても電力を供給する。通電回路は、例えば定着器４０に内蔵される。
【００２５】
ゼロクロス検知回路４０１は、交流電源４０６から出力される交流の電源電圧の極性が変化するタイミング（ゼロクロス）を検知して、検知パルス信号（ゼロクロス信号）を出力する。ゼロクロス信号は、制御回路４０４に入力される。制御回路４０４は、ゼロクロス信号及び温度検知素子４０５の検知結果に応じて、双方向サイリスタ４０２のゲート４０３を制御する制御信号を出力する。双方向サイリスタ４０２は、ゲート４０３に入力される制御信号に応じて、ノードＴ１、Ｔ２間の通電制御を行う。定着ヒータ３０５は、ノードＴ１、Ｔ２間が導通して交流電流が通電することで発熱する。双方向サイリスタ４０２は、ノードＴ１、Ｔ２間を導通状態にした後、ノードＴ１、Ｔ２間の電圧の極性（交流電源４０６から出力される電源電圧の極性）が変化するまで導通状態を継続する。
【００２６】
図４は、通電回路の各部の電圧、信号、電流の波形の例示図である。図４（ａ）は、交流電源４０６から出力される交流電圧である電源電圧の波形を表す。図４（ｂ）は、ゼロクロス信号を表す。図４（ｃ）は、制御信号を表す。図４（ｄ）は、定着ヒータ３０５に流れる電流を表す。
【００２７】
交流の電源電圧の極性が変化するタイミング（１８０°、３６０°、５４０°、７２０°：図４（ａ））で、ゼロクロス検知回路４０１は、パルス信号であるゼロクロス信号を出力する（図４（ｂ））。ゼロクロス信号及び温度検知素子４０５の検知結果に応じて、制御回路４０４は、制御信号を出力する（図４（ｃ））。ゼロクロス信号の入力から制御信号の出力までの時間は、後述する位相角αで表される。制御信号に応じて、双方向サイリスタ４０２は、ノードＴ１、Ｔ２間を導通状態にする。ノードＴ１、Ｔ２間の導通により、交流電源４０６から定着ヒータ３０５に交流電流が通電する（図４（ｄ））。双方向サイリスタ４０２は、ノードＴ１、Ｔ２間の極性（交流電源４０６から出力される電源電圧の極性）が逆転するとノードＴ１、Ｔ２間を非導通状態にする。そのために、極性が変化するタイミング（１８０°、３６０°、５４０°）の後、次の制御信号の入力まで、定着ヒータ３０５に流れる電流がゼロになる。制御回路４０４が位相角αを温度検知素子４０５の検知結果に応じて変化させることで、定着ヒータ３０５に電流が流れる時間（電流量）が変化する。そのために、交流電圧の交流半波で定着ヒータ３０５に供給される電力量が変化して、通電により発熱する定着ヒータ３０５の温度を制御することができる。
【００２８】
本実施形態では、通電制御方式として、交流電源４０６から供給される交流電圧の交流半波（１／２周期）内で交流電流の通電開始のタイミングを調整する位相制御方式を用いる。交流半波毎に通電開始のタイミングを変更することは可能であるが、電源が交流機器につながっているため、多くの場合、通電電流制御は交流電圧の２交流半波（１周期）毎に行われる。
【００２９】
図５は、所定期間当たりの定着ヒータ３０５に供給される電力Ｐと位相角αとの関係を表す図である。電力Ｐは、定着ヒータ３０５に流れる電流と電圧とにより表される。図５では、交流電圧の半周期間（所定期間）フルに通電した場合の電力を基準にして、ゼロクロス信号から位相角α分の時間が経過して通電開始したときの電力比率を表す。定着ヒータ３０５に供給される電力は、位相角αが「０°」のときは１００［％］であり、位相角αの増加に従って徐々に減少し、位相角αが「１８０°」のときにゼロになる。このように、通電時間により定着ヒータ３０５に供給される電力Ｐが決まる。電源電圧は周期波なので、位相角αにより電力Ｐとの関係を表しているが、実際に電流制御を行うときには時間に変換する必要がある。例えば、東日本地域は電源周波数が５０Ｈｚであるため、３６０°＝２０［ｍｓ］となる。
【００３０】
定着ヒータ３０５は、定着フィルム３０１の表面等の温度を一定に保つ。温度検知素子４０５は、定着フィルム３０１の温度を検知する。制御回路４０４は、温度検知素子４０５が検知した温度が所定の温度よりも高ければ、位相角αを大きくすることで通電時間を短くして電力を減少させ、定着フィルム３０１の温度を降下させる。制御回路４０４は、温度検知素子４０５が検知した温度が所定の温度よりも低ければ、位相角αを小さくすることで通電時間を長くして電力を増大し、定着フィルム３０１の温度を上昇させる。所定の温度は、用紙Ｓにトナー像を定着するために必要な温度である。
【００３１】
温度検知素子４０５は、例えばサーミスタを用いて実現される。サーミスタは、被測定物の温度が高くなると抵抗値が低くなり、温度が低くなると抵抗値が高くなる特性を有している。図３では、温度検知素子４０５がサーミスタと固定抵抗とが直列接続されて構成される。サーミスタの抵抗値が温度に依存するために、温度検知素子４０５から出力されるサーミスタと固定抵抗とで直流電圧Ｖｃｃを分圧した電圧値により、定着ヒータ３０５の温度を検知することができる。
【００３２】
＜温度制御＞
図６は、制御回路４０４の回路構成図である。制御回路４０４は、電圧／温度変換回路４０４１、温度／電力比率算出回路４０４２、電力比率／位相角算出回路４０４３、位相角／時間算出回路４０４４、及び制御信号出力回路４０４５を備える。図７は、このような制御回路４０４による定着ヒータ３０５の温度を一定に保つための温度制御処理を表すフローチャートである。
【００３３】
制御回路４０４は、温度検知素子４０５から出力される電圧値を、電圧／温度変換回路４０４１により温度に変換する（Ｓ１０１）。電圧／温度変換回路４０４１は、温度検知素子４０５から出力される電圧値と温度との関係を表すテーブルを有しており、このテーブルを参照することで電圧値を温度に変換する。
【００３４】
温度／電力比率算出回路４０４２は、電圧／温度変換回路４０４１で変換した温度と定着ヒータ３０５の目標温度とに応じて、定着ヒータ３０５に供給するべき電力を決定する（Ｓ１０２）。温度／電力比率算出回路４０４２は、例えば所定の式により温度から電力を算出する。電力比率／位相角算出回路４０４３は、温度／電力比率算出回路４０４２で算出された電力に応じた位相角αを算出する（Ｓ１０３）。電力比率／位相角算出回路４０４３は、例えば図５の関係に応じて電力から位相角αを算出する。位相角／時間算出回路４０４４は、温度／電力比率算出回路４０４２で算出された位相角αに応じて、ゼロクロス信号からの時間を算出する（Ｓ１０４）。位相角／時間算出回路４０４４は、例えば電源周波数が５０Ｈｚであれば３６０°＝２０［ｍｓ］として、位相角αから時間を算出する。なお、定着ヒータ３０５に関する温度の情報から直接位相角αや時間を決定するテーブルを用いてもよい。
【００３５】
制御信号出力回路４０４５は、ゼロクロス検知回路４０１からゼロクロス信号が入力されてから、位相角／時間算出回路４０４４で算出された時間後に、制御信号を出力する（Ｓ１０５）。制御信号により、双方向サイリスタ４０２が定着ヒータ３０５に交流電流を通電して、定着ヒータ３０５を加熱する。Ｓ１０１〜Ｓ１０６の処理を繰り返すことで、定着ヒータ３０５の温度を保つことができる。
【００３６】
＜定着ヒータへの供給電力＞
【００３７】
定着ヒータ３０５に供給される電力は、画像形成装置が最も厳しい環境に置かれた場合でもトナー像を用紙に定着することができるような温度に定着フィルム３０１が加熱されるように決められる。本実施形態では、そのために必要な最小電力を７００［Ｗ］とする。電力は、印加される電圧の２乗に比例し、抵抗値に反比例する。そのために、印加される電圧や抵抗のバラツキが、電力のバラツキになる。図８は、電源電圧が１００±１０［Ｖ］、定着ヒータ３０５の抵抗値の精度が１０±１［Ω］のときの、電力、電流、位相角等のバラツキを表す図である。
【００３８】
図８（ａ）は、位相角αが「０°」の場合の電力（最大電力）を表す。図８（ｂ）は、位相角αが「０°」の場合の電流（最大電流）を表す。最も発熱しにくい条件である電源電圧が９０［Ｖ］、定着ヒータ３０５の抵抗値が１１．０［Ω］のとき、電力が７３６［Ｗ］であり、必要な電力を満たしている。最も発熱しやすい条件である電源電圧が１１０［Ｖ］、定着ヒータ３０５の抵抗値が９．０［Ω］のとき、電力が１３４４［Ｗ］であり、必要な最小電力の２倍である。電流で比較すると、最小電流が８．２［Ａ］であるのに対して、最大電流が１２．２［Ａ］になり、最大電流時に４．０［Ａ］多く定着ヒータ３０５に流れることになる。
【００３９】
図８（ｃ）は、電力を７００［Ｗ］で一定にするときに定着ヒータ３０５に流れる電流を表す。電源電圧が１１０［Ｖ］、定着ヒータ３０５の抵抗値が９．０［Ω］で、１１０／９．０＝１２．２［Ａ］ではなく、８．８［Ａ］であるのは、双方向サイリスタ４０２によって電圧を等価的に８０［Ｖ］まで低下させる必要があることを示している。他の条件でも双方向サイリスタ４０２が電圧を低下させる。
【００４０】
必要な電力が７００［Ｗ］であるので、電源電圧が９０［Ｖ］、定着ヒータ３０５の抵抗値が１１．０［Ω］では、図８（ａ）、図８（ｂ）によると、３６［Ｗ］、０．２［Ａ］の余分がある。電源電圧が１１０［Ｖ］、定着ヒータ３０５の抵抗値が９．０［Ω］では、６４４［Ｗ］、３．４［Ａ］の余分がある。図８（ｄ）は、図８（ｂ）と図８（ｃ）との電流の差（電流の余分）を表す。図８（ｅ）は、図８（ｃ）の電流の比率、図８（ｆ）は、７００［Ｗ］に対する電力の比率を表す。
【００４１】
この余分を含めて定着器４０を構成すると、回路の大型化、耐温度性の向上、ヒューズ等の保護部品の大型化等により、コストの増加につながる。また、電流が多く流れることで、交流電源４０６に接続される他の電気機器に影響を及ぼす可能性がある。しかし、画像形成装置の起動時間のボトルネックの一つである定着器４０の温度上昇を迅速に行うには、定着ヒータ３０５に多く電流を流して発熱量を多くしなければならないという相反する要求がある。そのために従来は、電流を、コストが増加しない範囲で最大に設定したり、電源に影響を与えない範囲で最大になるように設定している。
【００４２】
このような電力及び電流を抑えるためには、交流電源４０６の電圧や電流をモニタする装置を設けてきた。しかし、このような装置の追加はコストの増加につながるため、特別な装置を設けなくとも電力・電流の抑制できる手段が望まれている。
【００４３】
制御回路４０４は、電源電圧の変動、定着ヒータ３０５の抵抗の変動、及び定着ヒータ３０５の発熱要因の変動等による定着フィルム３０１の温度変動を、位相角αの増減により制御する。つまり、制御回路４０４は、通電時間を調整することで定着フィルム３０１の温度を調整する、
【００４４】
図８（ｇ）は、電力を７００［Ｗ］で一定にするための位相角αを表す。電源電圧が１００［Ｖ」、定着ヒータ３０５の抵抗値が１０．０［Ω］の場合、電流が８．４［Ａ］（図８（ｃ）参照）になるように位相角αを「７１°」に保つ。電源電圧が１００［Ｖ］から１１０［Ｖ］に増加すると、定着ヒータ３０５に流れる電流が１．１倍の９．３［Ａ］に増加し、電力（発熱量）が１．２倍の８４０［Ｗ］に増加する。その結果、定着フィルム３０１の温度が上昇する。定着フィルム３０１の温度を検知する温度検知素子４０５が定着フィルム３０１がトナー像の定着に必要な温度よりも高くなったことを検知すると、制御回路４０４は、位相角αを大きくすることで電流を減少させて定着フィルム３０１の温度を下げる。制御回路４０４は、最終的に、位相角αを「７１°」から「８３°」に変更することで、電力を７００［Ｗ］に一定にして定着フィルム３０１の温度をトナー像の定着に必要な温度にする。
【００４５】
電源電圧が１００［Ｖ」、定着ヒータ３０５の抵抗値が１０．０［Ω］の状態から、抵抗値が発熱等により１１．０［Ω］に上昇した場合、定着ヒータ３０５に流れる電流は１／１．１倍の７．６［Ａ］に減少し、電力（発熱量）も６３６［Ｗ］に減少する。その結果、定着フィルム３０１の温度が下降する。温度検知素子４０５がトナー像の定着に必要な温度よりも定着フィルム３０１の温度が低くなったことを検知すると、制御回路４０４は、位相角αを小さくすることで電流を増加させて定着ヒータ３０５の温度を上げる。制御回路４０４は、最終的に、位相角αを「７１°」から「６３°」に変更することで、電力を７００［Ｗ］に一定にして定着フィルム３０１の温度をトナー像の定着に必要な温度にする。
【００４６】
電源電圧が変化した場合及び抵抗値が変化した場合の二つの例で、温度制御について説明した。制御回路４０４は、これ以外の温度が変化する要因を含めて、定着フィルム３０１の温度を一定にするために、所望の電力からの変化分に応じて、フィードバック制御により位相角αを調整する。つまり、位相角αは所望の値からの変動の指標を与える。位相角αは、定着フィルム３０１の温度を制御する制御入力であり、その値を把握することは容易である。
【００４７】
以上のような理由により、位相角αに着目すると、定着ヒータ３０５に印加される電圧や電流をモニタする特別な装置を付加することなく、定着ヒータ３０５に流れる電流や電力の指標を得ることが可能になる。
【００４８】
［第１実施形態］
図９は、以上のような画像形成装置により位相角αの下限を決める処理のフローチャートである。位相角αは、定着ヒータ３０５に供給される電力Ｐを決めるパラメータであり、図５に示す通り、位相角αが小さいほど電力が大きくなる。そのために、位相角の下限（以下、「下限位相角αL」という）を決めることで、電力Ｐの上限（以下、「上限電力」という）が決まる。
【００４９】
制御回路４０４は、まず、位相角α0により通電させることで定着ヒータ３０５の温度制御を行う（Ｓ２０１）。定着ヒータ３０５に流れる電流は、上述の通り、電源電圧や定着ヒータ３０５の抵抗値の変化に応じて変動する。位相角α0は、最も電流が流れる条件である電源電圧が１１０［Ｖ］、定着ヒータ３０５の抵抗値が９．０［Ω］で電力７００［Ｗ］を達成するための「８８°」（図８（ｇ）参照）に設定される。位相角α0をこのように設定することで、定着ヒータ３０５に所定値以上の大電流が流れることを回避する。制御回路４０４は、位相角α0による電力以下の電力を定着ヒータ３０５に供給されるようにして温度制御を行う。位相角α0以上の位相角であれば、想定される範囲内で電源電圧や定着ヒータ３０５の抵抗値が変動しても、確実に電流を抑制することができる。電源電圧が１１０［Ｖ］及び定着ヒータ３０５の抵抗値が９．０［Ω］等の条件が変動しなければ、定着フィルム３０１の温度は所定時間経過後にトナー像の定着に必要な温度に到達する。
【００５０】
しかし、条件が変動して、例えば電源電圧が９０［Ｖ］、定着ヒータ３０５の抵抗値が１１．０［Ω］となると、電力が（９５．１％−５２．１％＝）４３％（図８（ｆ）参照）不足するために、定着フィルム３０１がトナー像の定着に必要な温度に到達しない。同様に、電源電圧が１００［Ｖ］、定着ヒータ３０５の抵抗値が１０．０［Ω］となると、電力が（７０．０％−５２．１％＝）１７．９％（図８（ｆ）参照）不足するために、定着フィルム３０１がトナー像の定着に必要な温度に到達しない。制御回路４０４は、定着ヒータ３０５を通電させて所定の時間経過した後に温度がトナー像の定着に必要な温度に到達していない場合には（Ｓ２０２：N）、位相角α0を減少して位相角αiに更新する（Ｓ２０３）。位相角αが減少することで、供給する電力の上限値が増大する。位相角α0は、例えばΔα減少される（αi＝α0−Δα）。
【００５１】
制御回路４０４は、更新した位相角αiにより定着ヒータ３０５の温度制御を行う（Ｓ２０４）。制御回路４０４は、Ｓ２０２〜Ｓ２０４の処理を繰り返し行う。繰り返すことで、位相角αiは、段階的にΔαずつ減少される。制御回路４０４は、Ｓ２０２〜Ｓ２０４の処理を繰り返すことで、定着ヒータ３０５をトナー像の定着に必要な温度にするための位相角αiの下限を決める。定着ヒータ３０５がトナー像の定着に必要な温度に到達すると（Ｓ２０２：Y）、制御回路４０４は、このときの位相角αiを下限位相角αLに決定する。制御回路４０４は、以降の定着ヒータ３０５の温度制御を下限位相角αLにより行う（Ｓ２０５）。
【００５２】
このようにして決定した下限位相角αLは、そのときの電源電圧、定着ヒータ３０５の抵抗値により定着フィルム３０１をトナー像の定着に必要な温度にするために必要な最小の電力を与える。これ以降の定着フィルム３０１の温度制御において、位相角が下限位相角αLを下回ることがないように制御される。図１０は、このような温度制御処理を表すフローチャートである。図７に表す温度制御処理とは、Ｓ３０１及びＳ３０２の処理が、Ｓ１０４及びＳ１０５の処理の間で行われる点で異なり、他の処理は同じである。
【００５３】
制御回路４０４は、電力に応じて位相角αを算出した後に（Ｓ１０４）、この算出した位相角αが下限位相角αLより小さいか否かを判断する（Ｓ３０１）。小さい場合（Ｓ３０１：Y）、制御回路４０４は、Ｓ１０４で算出した位相角αを下限位相角αLに変更し（Ｓ３０２）、下限位相角αLを時間に変換する（Ｓ１０５）。位相角αが下限位相角αL以上の場合（Ｓ３０１：N）、制御回路４０４は、位相角αを時間に変換する（Ｓ１０５）。
【００５４】
定着フィルム３０１の温度を目標温度まで上昇させるには時間がかかるため、この時間短縮が望まれている。この時間を短縮するためには、定着器４０の熱容量の低減や定着ヒータ３０５の出力向上が有効である。上記のような下限位相角αLは、目標の温度に達するために必要な最小電力を提供するために、目標に達するまでの時間をこれ以上短縮することができない。
【００５５】
位相角αの下限を決めた後に急激な電源電圧や環境の変動が生じた場合には、決定した下限位相角αLではその変動に対応できなくなってしまう。そのために下限位相角αLに余裕を持たせて（下限位相角αLをさらに所定の量だけ小さくして）もよい。つまり、上限電力に余裕を持たせるために、図９の処理で上限とされた電力に所定量を加算した値を新たな上限電力とする。図１１は、そのような下限位相角αLを決める処理のフローチャートである。図９の処理とは、Ｓ２０５の処理がＳ４０１の処理に置き換わった点で異なり、他の処理は同じである。
【００５６】
制御回路４０４は、定着ヒータ３０５がトナー像の定着に必要な温度に到達したときの位相角αiに余裕を持たせることで、電力に余裕を持たせる。即ち、通電時間の上限値が余裕分（余裕時間）だけ長くなる。そのために制御回路４０４は、定着ヒータ３０５の温度が所定の温度に到達したときの位相角αLを、下限位相角（αL−δα）に変更して、これ以降の温度制御を行う（Ｓ４０１）。温度制御では、図１０のＳ３０１、Ｓ３０２の処理のように、電力に応じて算出した位相角αが下限位相角（αL−δα）より小さければ、位相角αを下限位相角（αL−δα）に変更する。なお、制御回路４０４は、位相角からδαを一律に減じる他に、電力が一定になるように下限位相角を変更してもよい。
【００５７】
下限位相角（上限電力）を決める処理は、定着ヒータ３０５の温度制御に大きく影響するパラメータが変更されるタイミングで行うと効果的である。このタイミングは、例えば、画像形成装置に電源が投入されて最初に画像形成処理を行う前、通電回路に電源が投入されて定着ヒータ３０５の温度制御を開始する前、画像形成装置の設置直後等である。
【００５８】
［第２実施形態］
定着ヒータ３０５に流れる電流は、上述の通り、電源電圧や定着ヒータ３０５の抵抗値の変化に応じて変動する。第２実施形態では、最も電流が流れる条件である電源電圧が１１０［Ｖ］、定着ヒータ３０５の抵抗値が９．０［Ω］であっても定着ヒータ３０５に大電流が流れず、定着フィルム３０１の温度が過度に上がらない程度の一定の位相角α0で通電を行う。通電開始から所定時間経過後の定着フィルム３０１の温度Ｔ0を測定する。
【００５９】
図１２は、定着器４０に供給する電力と定着フィルム３０１の温度との関係を表す図である。定着器４０に供給した電力Ｐに対して、定着フィルム３０１の温度は指数関数的に右上がりに変化する。このような関係により、測定した定着フィルム３０１の温度Ｔ0を定着器４０に供給した電力Ｐに換算することができる。
【００６０】
位相角αと電力Ｐとは図５の関係にある。図５では、位相角αに対する理想的な電力Ｐを表している。電源電圧や定着ヒータ３０５の抵抗値が変化して交流電源からの供給電力が変化すると、位相角αと電力Ｐとの関係は異なる曲線になる。図１３は、交流電源からの供給電力の変動（電力変動）に対する位相角αと電力Ｐとの関係を表す。制御回路４０４は、交流電源からの供給電力の変動が異なる複数の状況における複数の位相角αと電力Ｐとの特性を示すデータを制御回路内のメモリに記憶しておき、位相角α0と電力Ｐ0とに一致する、もしくは最も近い位相角αと電力Ｐとの特性データを選択する。それがその時点における画像形成装置の位相角αと電力Ｐとの特性となる。
【００６１】
例えば位相角α0＝１１０°として電力Ｐ0＝３５０［Ｗ］が得られる場合、図１３によると、矢印で示された曲線が選択される。ここでは位相角αと電力Ｐとの特性データを複数記憶しておき、その中から一つを選択したが、位相角αと電力Ｐとの関係は一意に定まるため、そこから位相角αと電力Ｐとの関係を求めてもよい。
【００６２】
なお、定着ヒータ３０５に供給される電力Ｐが理想的な電力Ｐnomiのｋ（＞０）倍であれば、位相角αと電力Ｐとは、以下の式を満たす関係となる。
Ｐ＝｛（ｋＰnomi）・（π−α＋（ｓｉｎ２α）／２）｝／π
【００６３】
「ｋ」は、理想的な電力Ｐnomiに対する電力Ｐの増減の比率を表す。位相角αを「α0」、電力Ｐを「Ｐ0」とすると、「ｋ」は、以下の式で表すことができる。
ｋ＝Ｐ0π／｛Ｐnomi・（π−α0＋（ｓｉｎ２α）／２）｝
【００６４】
以上のように、位相角αと定着器４０に供給される電力Ｐとの特性が表される。第２実施形態では、画像形成装置の状態に応じて定着器４０に供給される電力Ｐを制限する。定着フィルム３０１を定常状態にするまでの温度制御は、画像形成装置の他の構成要素よりも時間を要する。この時間を短縮するためには、定着器４０の熱容量の低減や定着ヒータ３０５の出力向上が有効である。本実施形態では、定着ヒータ３０５の出力向上を図る。このような観点から、最大電力Ｐmaxに対する下限位相角αLを定める。
【００６５】
図１４は、最大電力Ｐmaxに対する下限位相角αLを表す図である。定着ヒータ３０５の温度制御の際には、下限位相角αL〜位相角１８０°の範囲で制御を行う。これにより、電力Ｐを最大電力Ｐmax以下で制限することができる。図１４の例では,最大電力Ｐmaxが９００［Ｗ］であり、これに対する下限位相角αLが「６８°」である。
【００６６】
図１５は、このような下限位相角αLを決める処理を表すフローチャートである。
【００６７】
制御回路４０４は、位相角α0で定着ヒータ３０５を通電して（Ｓ５０１）、所定の時間待機する（Ｓ５０２）。所定時間経過後、制御回路４０４は、温度検知素子４０５の検知結果から定着ヒータ３０５の温度Ｔ0を検知する（Ｓ５０３）。
【００６８】
制御回路４０４は、図１２に示す関係に応じて、検知した温度Ｔ0を電力Ｐ0に変換する（Ｓ５０４）。制御回路４０４は、位相角α0と電力Ｐ0とに最も近い位相角−電力特性を、例えば図１５により選択する（Ｓ５０５）。制御回路４０４は、選択した位相角−電力特性に応じて、最大電力Ｐmaxに対応する下限位相角αLを算出する。以降の温度制御では、位相角を「αL〜１８０°」の範囲で行うことになる。
【００６９】
このようにして決定した下限位相角αL（上限電力）は、その時点における電源電圧、定着ヒータ３０５の抵抗値、その他定着フィルム３０１を所定の温度にするための最小電力を与える。以降の温度制御は、この最小電力を上限電力として、下限位相角αLを用いて行う。第１実施形態と同様に、定着フィルム３０１の温度制御時に、位相角下限αLを下回った位相角αは、位相角下限αＬに修正される（図１０のＳ３０１、Ｓ３０２）。
【００７０】
第１実施形態同様に、下限位相角（上限電力）を決める処理は、定着ヒータ３０５の温度制御に大きく影響するパラメータが変更されるタイミングで行うと効果的である。
【符号の説明】
【００７１】
４０…定着器、３０１…定着フィルム、３０２…加圧部材、３０５…定着ヒータ、３０７…下側ローラ、４０５…温度検知素子、４０２…双方向サイリスタ、４０３…ゲート、４０６…交流電源、Ｓ…用紙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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