(57)【要約】【課題】画像形成装置の定着加熱装置のヒータへの電力供給制御において、フリッカと高調波電流歪の抑制が可能であり、さらに画像の光沢ムラを低減可能な定着加熱装置のヒータ電力制御を提供する。【解決手段】記録媒体１０１の搬送位置を検知する定着前センサ１１６と、定着加熱装置１０９への通電量を制御する制御部１１３と、定着加熱装置１０９へのヒータ電力制御テーブルを複数記憶する記憶部を備え、制御部１１３は定着前センサ１１６の検知結果に基づき、記録媒体１０１が定着加熱装置１０９を通紙している間の通電制御テーブルと通紙していない間の通電制御テーブルを切り替える制御を行う。【選択図】図１
2012088443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体にトナー像を形成する画像形成手段と、前記トナー像を加熱して前記記録媒体に定着させる定着加熱手段と、前記記録媒体を前記定着加熱手段に搬送する搬送手段と、
前記記録媒体の搬送位置を検知する搬送検出手段と、前記定着加熱手段に交流電源からの電力供給を行う電子スイッチ手段と、前記交流電源のゼロクロスを検知するゼロクロス検知手段と、前記定着加熱手段への電力供給のための複数のヒータ電力制御テーブルを記憶する記憶手段と、
前記ゼロクロス検知手段の検知結果と、前記記憶手段に記憶されたいずれかのヒータ電力制御テーブルを用いて、前記定着加熱手段への供給電力を制御する制御手段とを備えた画像形成装置であって、
前記制御手段は、前記搬送検出手段の検知結果に基づき、前記記録媒体が定着加熱手段を通紙しているか否かを判断し、該判断の結果に基づいて前記ヒータ電力制御テーブルを切り替える制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
画像情報に基づき記録媒体にトナー像を形成する画像形成手段と、前記トナー像を加熱して前記記録媒体に定着させる定着加熱手段と、前記記録媒体を前記定着加熱手段に搬送する搬送手段と、
前記記録媒体の搬送位置を検知する搬送検出手段と、前記定着加熱手段に交流電源からの電力供給を行う電子スイッチ手段と、前記交流電源のゼロクロスを検知するゼロクロス検知手段と、前記定着加熱手段への電力供給のための複数のヒータ電力制御テーブルを記憶する記憶手段と、
前記ゼロクロス検知手段の検知結果と、前記記憶手段に記憶されたいずれかのヒータ電力制御テーブルを用いて、前記定着加熱手段への供給電力を制御する制御手段とを備えた画像形成装置であって、
前記制御手段は、前記画像情報に基づき前記記録媒体の非印字領域と印字領域を判断し、かつ前記搬送検出手段の検知結果に基づき前記記録媒体が前記定着加熱手段を通紙しているか否かを判断し、
前記記録媒体の印字領域が前記定着加熱手段を通紙している間に用いる前記ヒータ電力制御テーブルを、前記記録媒体が定着加熱手段を通紙していない間、または前記記録媒体の非印字領域が定着加熱手段を通過している間は他の前記ヒータ電力制御テーブルに切り替える制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記ヒータ電力制御テーブルは、位相制御のみを用いたヒータ電力制御テーブル、波数制御のみを用いたヒータ電力制御テーブル、または位相制御と波数制御の両方を用いたヒータ電力制御テーブルのいずれかであって、前記記憶手段には少なくとも２種類以上の前記ヒータ電力制御テーブルが記憶されていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記記録媒体が前記定着加熱手段を通紙していない間は、波数制御のみを用いたヒータ電力制御テーブルにより前記定着加熱手段への供給電力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記記録媒体が前記定着加熱手段を通紙している間は、位相制御のみを用いたヒータ電力制御テーブルにより前記定着加熱手段への供給電力を制御することを特徴とする請求項１または２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、複写機、プリンタ装置、ファクシミリ装置、これら複数の機能を備えた複合機などの画像形成装置に関し、特に定着加熱装置のヒータ電力制御方法及び、このヒータ電力制御方法を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置において、記録紙あるいはＯＨＰシートなどの記録媒体に、未定着トナー像を定着画像とするために、熱により溶融して定着させる定着加熱装置が設けられている。この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。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上記フィルム定着方式の定着加熱装置は、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小さいという利点を有する。
【０００３】
一般に、定着加熱装置の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、例えばサーミスタが設けられている。この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、定着加熱装置の温度が目標温度に制御される。セラミックヒータのオン／オフ制御は交流電源の位相制御（特許文献１〜３参照）又は波数制御（特許文献４参照）又は位相制御と波数制御を組み合わせた方式（特許文献５参照）により行われる。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電力制御方式である。波数制御は、複数半波を１制御周期とし、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１制御周期とし一部の半波を波数制御、他の半波を位相制御する電力制御方式である。
【０００４】
位相制御を選択するのは、いわゆるフリッカや定着加熱装置の温度リップルを抑えるためである。フリッカとは、装置の負荷電流変動と、装置に接続されている交流電源の内部インピーダンスや屋内配電網によるインピーダンスの影響で、上記交流電源の電圧の急激な変動が発生し、同じ交流電源に接続されている照明機器がちらつく等の現象をさす。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という長所がある。一方、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ため、急激な電流変動を生じる。急激な電流変動を有する電流波形は、交流電源の基本周波数（例えば５０Ｈｚや６０Ｈｚ）の逓倍周波数成分を多く含んだ電流波形、いわゆる高調波電流歪を多く含む電流波形となる。そのため、この高調波電流歪による電子機器間の誤動作の発生または交流電源電圧波形の歪発生等を引き起こすことがあった。
【０００５】
波数制御を選択する理由としては、高調波電流歪の抑制が挙げられる。波数制御はヒータのオン／オフ制御を必ず電源電圧が０Ｖ近傍（ゼロクロスポイント）で行うため急激な電流変動が少なく、交流電源の半波の途中でヒータをオンする位相制御よりも高調波電流歪が発生しにくい。しかし、高調波電流歪の抑制に効果があるものの、半波ごとの負荷電流変動が大きいため、交流電源の電圧変動が大きくなり、フリッカが発生しやすいという課題があった。
【０００６】
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の抑制に有利であり、且つ、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。高調波電流歪は、使用する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交流電源電圧に応じて、ヒータの制御方式をどちらか一方に固定している。例えば１００〜１２７Ｖの交流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を、２２０Ｖ〜２４０Ｖの交流電源電圧の地域向けには高調波電流歪に有利な波数制御方式を使用している。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、位相制御のみでは高調波電流歪規制を満足できなく、且つ、波数制御のみではフリッカ規制を満足できない場合があった。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制御として有効であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−１１７２７３号公報
【特許文献２】特開平０９−１０１７１８号公報
【特許文献３】特開平０９−１０６２１５号公報
【特許文献４】特開２０００−２６８９３９号公報
【特許文献５】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】
【０００８】
近年の画像形成装置では、フルカラー画像の形成がなされ、且つ、プリント速度の高速化、高画質化、ファーストプリントアウトタイム（プリント待機状態から１枚の記録媒体が排出されるまでの時間（以下、ＦＰＯＴという））短縮が重要である。そのため、画像形成装置における定着加熱装置内のヒータ電力は増大する傾向にある。ヒータ電力増大傾向は、ヒータの抵抗値が減少傾向であることを意味する。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大を意味し、更なる高調波電流歪とフリッカを生じさせる。
【０００９】
また、定着加熱装置の温度リップルの低減が求められている。記録媒体が定着加熱装置を通過する間、定着加熱装置は記録媒体の定着性を満足しうる目標温度に制御される。従来は画像に影響を生じることが無かった定着加熱装置の目標温度に対する温度リップルの周期が、プリント速度高速化に伴い画像に光沢ムラの周期として現れやすくなる。この温度リップルによる光沢ムラを防止するため、定着加熱装置の熱容量を増大させる方法があるが、定着加熱装置の熱応答性が遅くなり装置のＦＰＯＴを増大させてしまう。そのため、プリント速度の高速化とＦＰＯＴ短縮を両立するための定着加熱装置の熱容量の増大を行うことができず、低熱容量の熱応答の速い定着加熱装置を使用せざるを得ない場合があった。
【００１０】
上記のように、温度リップルに有利な方式である位相制御は、ヒータ抵抗値減少により高調波電流歪が増大してしまう。特に、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。そのため、プリント速度の速い高速機においては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できないのが現状である。高調波電流歪規格を満足するために、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定着加熱装置に温度リップルが生じてしまう。その他に位相制御と波数制御を組み合わせたヒータ制御を用いる方式があるが、この方式も１制御周期中に必ず波数制御を用いるため、波数制御のみのヒータ制御と同様の温度リップルが生じ画像に光沢ムラを生じさせていた。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、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において、フリッカと高調波電流歪の両方の抑制が可能であり、温度リップルを低減可能な定着加熱装置のヒータ電力制御を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
【００１３】
（１）記録媒体にトナー像を形成する画像形成手段と、前記トナー像を加熱して前記記録媒体に定着させる定着加熱手段と、前記記録媒体を前記定着加熱手段に搬送する搬送手段と、前記記録媒体の搬送位置を検知する搬送検出手段と、前記定着加熱手段に交流電源からの電力供給を行う電子スイッチ手段と、前記交流電源のゼロクロスを検知するゼロクロス検知手段と、前記定着加熱手段への電力供給のための複数のヒータ電力制御テーブルを記憶する記憶手段と、前記ゼロクロス検知手段の検知結果と、前記記憶手段に記憶されたいずれかのヒータ電力制御テーブルを用いて、前記定着加熱手段への供給電力を制御する制御手段とを備えた画像形成装置であって、前記制御手段は、前記搬送検出手段の検知結果に基づき、前記記録媒体が定着加熱手段を通紙しているか否かを判断し、該判断の結果に基づいて前記ヒータ電力制御テーブルを切り替える制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【００１４】
（２）画像情報に基づき記録媒体にトナー像を形成する画像形成手段と、前記トナー像を加熱して前記記録媒体に定着させる定着加熱手段と、前記記録媒体を前記定着加熱手段に搬送する搬送手段と、前記記録媒体の搬送位置を検知する搬送検出手段と、前記定着加熱手段に交流電源からの電力供給を行う電子スイッチ手段と、前記交流電源のゼロクロスを検知するゼロクロス検知手段と、前記定着加熱手段への電力供給のための複数のヒータ電力制御テーブルを記憶する記憶手段と、前記ゼロクロス検知手段の検知結果と、前記記憶手段に記憶されたいずれかのヒータ電力制御テーブルを用いて、前記定着加熱手段への供給電力を制御する制御手段とを備えた画像形成装置であって、前記制御手段は、前記画像情報に基づき前記記録媒体の非印字領域と印字領域を判断し、かつ前記搬送検出手段の検知結果に基づき前記記録媒体が前記定着加熱手段を通紙しているか否かを判断し、前記記録媒体の印字領域が前記定着加熱手段を通紙している間に用いる前記ヒータ電力制御テーブルを、前記記録媒体が定着加熱手段を通紙していない間、または前記記録媒体の非印字領域が定着加熱手段を通過している間は他の前記ヒータ電力制御テーブルに切り替える制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、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において、フリッカと高調波電流歪の両方の抑制が可能であり、温度リップルを低減可能な定着加熱装置のヒータ電力制御を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１の画像形成装置と定着加熱装置の構成図
【図２】実施例１の定着加熱装置の駆動回路を示す図
【図３】実施例１の位相制御、波数制御、位相制御と波数制御を組み合わせた制御を説明するための図
【図４】実施例１のヒータ電力制御テーブルの切り替えフローを示す図
【図５】実施例１のヒータ電力制御テーブルの切り替えのタイミングチャートを示す図
【図６】実施例２のヒータ電力制御テーブルの切り替えフローを示す図
【図７】実施例２のヒータ電力制御テーブルの切り替えのタイミングチャートを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下で説明する実施例では、図１（ａ）に示すセラミックヒータ（以下、ヒータという）を用いた定着加熱装置（オンデマンド定着装置）を有する画像形成装置の場合を例に説明する。但し、本発明は定着加熱装置を使用した装置全般に適用できるものであり、特に画像形成装置に限定されるものではない。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施例によって限定されない。
【実施例１】
【００１８】
本実施例では、ヒータを熱源とするフィルム定着式の定着加熱装置を有する画像形成装置において、光沢ムラを低減可能なヒータ電力制御を説明する。
【００１９】
［画像形成装置の構成］
図１（ａ）は、本実施例に係る画像形成装置の構成図である。画像形成装置１００は記録媒体１０１を給送ローラ１０２で給送して、中間転写体１０３に向けて搬送する。感光ドラム１０４は、図示しない駆動モータの動力によって所定の速度で反時計回り方向に回転駆動され、その回転過程で一次帯電器１０５によって一様に帯電処理される。画像情報に対応して変調されたレーザ光がレーザビームスキャナ１０６から出力され、感光ドラム１０４上を選択的に走査露光して静電潜像を形成する。現像器１０７は、静電潜像に現像剤である粉体トナーを付着させてトナー像として可視像化する。感光ドラム１０４上に形成されたトナー像は、感光ドラム１０４と接触して回転する中間転写体１０３上に一次転写される。その後、中間転写体１０３の回転と同期をとった適切なタイミングで搬送された記録媒体１０１が、転写バイアスを印加された転写ローラ１０８で中間転写体１０３に圧接されて、トナー像が記録媒体１０１上に二次転写される。
【００２０】
感光ドラム１０４、一次帯電器１０５、レーザビームスキャナ１０６、現像器１０７はブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの４色分がそれぞれ配置されており、４色分のトナー像が記録媒体１０１上に二次転写される。定着加熱装置１０９は、ヒータ１１０を内蔵した定着ローラ１１１と、定着ローラ１１１に圧接するための加圧ローラ１１２を備えており、記録媒体１０１を加熱及び加圧することによりトナー像が定着されて機外へ排出される。制御部１１３は、記録媒体１０１の搬送路上の、搬送検出素子である搬送センサ１１４、レジストセンサ１１５、定着前センサ１１６、定着排紙センサ１２０によって、記録媒体１０１の搬送位置を管理する。加えて、制御部１１３は、定着加熱装置１０９の温度制御プログラムおよび温度制御テーブルを記憶する記憶部を有する。交流電源１１７に接続された電源装置１１８は、定着加熱装置１０９への電力供給回路および交流から直流への整流回路を有し、前述のプロセスで消費される電力は、電源装置１１８から画像形成装置１００の各部へ供給される。
【００２１】
図１（ｂ）は定着加熱装置１０９の概略構成断面図である。ヒータホルダ２００はヒータを固定するとともにフィルム内面をガイドする耐熱性、断熱性の剛体部材であり、記録媒体１０１の搬送路を横断する方向（図面に垂直方向）を長手とする横長部材である。ヒータ１１０は、ヒータホルダ２００の下面に長手に沿って形成された溝部に嵌入され、耐熱性接着剤で固定支持された転写材搬送路を横断する方向を長手とする横長部材である。円筒状の耐熱性フィルム材（以下、定着フィルム２０１と記す）は、ヒータ１１０を取り付けたヒータホルダ２００にルーズに外嵌されている。ステー２０２は図の垂直方向を長手とする剛性部材であり、ヒータホルダ２００の内側に配設される。加圧ローラ１１２はヒータ１１０と定着フィルム２０１を挟んで圧接するように配置される。矢印Ｎで示した範囲がその圧接により形成される定着ニップ部Ｎである。加圧ローラ１１２は定着モータ（不図示）により矢印Ｂ方向に所定の周速度で回転駆動される。定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ１１２と定着フィルム２０１外周との摩擦力により加圧ローラ１１２の回転力が定着フィルム２０１に直接的に作用し、定着フィルム２０１がヒータ１１０の下面に圧接摺動しつつ矢印Ｃ方向に回転駆動される。ヒータホルダ２００は、定着フィルム２０１の内面ガイド部材として機能しており定着フィルム２０１の回転を容易にする。さらに、定着フィルム２０１の内面とヒータ１１０の下面との摺動抵抗を低減するために、両者の間に耐熱性グリス等の潤滑剤を少量介在させても良い。
【００２２】
まず、加圧ローラ１１２の回転による定着フィルム２０１の従動回転が定常化し、ヒータ１１０の温度が未定着画像を定着画像とするための目標温度に立ち上がった状態になる。次に、定着フィルム２０１と加圧ローラ１１２による定着ニップ部Ｎに定着すべき記録媒体１０１が導入されて挟持搬送されることにより、ヒータ１１０の熱が定着フィルム２０１を介して記録媒体１０１上の未定着画像に付与される。その結果、記録媒体１０１上の未定着画像が記録媒体１０１面に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通った記録媒体１０１は定着フィルム２０１の面から分離されて搬送される。なお、図１（ｂ）における矢印Ａは記録媒体１０１の搬送方向を示す。また、定着加熱装置１０９はヒータ１１０の温度を検出するための素子であるサーミスタ２０３を有している。サーミスタ２０３は不図示のバネ等でヒータ１１０に常時感温可能な所定圧で押し当てられており、ヒータ１１０の温度を検出する。
【００２３】
［ヒータの駆動回路］
本実施例に係る定着加熱装置のヒータ１１０の駆動回路を図２に示す。商用の交流電源１１７は定着加熱装置１０９に接続され、制御部１１３は交流電源１１７からの入力電圧をヒータ１１０へ供給することにより、ヒータ１１０を発熱させる。ヒータ１１０への電力供給は、電子スイッチであるトライアック３０１の通電／遮断により行われる。抵抗３０２、３０３はトライアック３０１のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ３０５は一次・二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。そして、フォトトライアックカプラ３０５の発光ダイオード３０４に通電することによりトライアック３０１をオンさせる。抵抗３０６は、フォトトライアックカプラ３０５の電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ３０７をオン／オフすることによりフォトトライアックカプラ３０５をオン／オフする。トランジスタ３０７は、抵抗３０８を介して制御部１１３からのヒータ駆動信号に従って動作する。
【００２４】
交流電源１１７からの入力電源電圧は、ゼロクロス検知回路３０９にも入力される。交流電源１１７からの交流電圧は、整流器３１０、３１１により半波整流される。この半波整流された交流電圧は、抵抗３１２、３１３、コンデンサ３１４、抵抗３１５を介して、トランジスタ３１６のベースに入力される。これにより、ニュートラル側の電位がホット側の電位よりも高い場合にトランジスタ３１６はオンとなり、ニュートラル側の電位がホット側の電位よりも低くなるとトランジスタ３１６はオフとなる。フォトカプラ３１７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３１８、３１９はフォトカプラ３１７に流れる電流を制限するための抵抗である。ニュートラル側の電位がホット側の電位より高くなるとトランジスタ３１６はオンするため、フォトカプラ３１７の発光ダイオード３２０は消灯し、フォトトランジスタ３２１はオフしてフォトカプラ３１７の出力電圧はハイとなる。一方、ニュートラル側の電位がホット側の電位より低くなるとトランジスタ３１６はオフするのでフォトカプラ３１７の発光ダイオード３２０が発光し、フォトトランジスタ３２１はオンしてフォトカプラ３１７の出力電圧はローとなる。フォトカプラ３１７の出力が抵抗３２２を介してゼロクロス信号として制御部１１３に報知される。
【００２５】
このゼロクロス信号は、その信号周期が交流電源の周波数と等しいパルス信号であり、交流電源の電位極性に応じて信号レベルが変化する。制御部１１３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、任意のタイミングでトライアック３０１をオン／オフすることでヒータ１１０への電力供給を制御する。サーミスタ２０３によって検出される温度は、抵抗３２３とサーミスタ２０３との分圧として検出され、制御部１１３にＴＨ信号としてＡ／Ｄポートに入力される。以上の構成において、定着加熱装置１０９の温度制御は次のようになされる。即ち、制御部１１３はＴＨ信号をモニターし、未定着画像を定着画像とするための目標温度に達するとヒータ駆動信号を使ってヒータ１１０ヘの通電を停止する。また、制御部１１３はＴＨ信号が目標温度を下回ると、ヒータ１１０に通電することによって定着加熱装置の温度を一定に保つ。
【００２６】
［電力制御方法］
次にヒータ１１０の電力通電時の電力制御方法である位相制御、波数制御、位相制御と波数制御を組み合わせた制御についてそれぞれ説明する。図３（ａ）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４ｂは交流電源電圧波形４ａ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。そして、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４ｃをオンすると、ヒータ印加電圧４ｄの斜線で示した部分でヒータ１１０が通電し電力が供給される。尚、ヒータ１１０をオンした後、次のゼロクロスポイントでヒータ１１０への通電はオフされるため、再びゼロクロス信号４ｂのエッジから時間Ｔａ後にヒータ駆動信号４ｃをオンすることで、次の半波でもヒータ１１０に同じ電力が供給される。また時間Ｔａと異なる時間Ｔｂ後にヒータ駆動信号４ｃをオンするとヒータ１１０への通電時間が変わるため、ヒータ１１０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４ｂのエッジからヒータ駆動信号４ｃをオンする時間を変化させることでヒータ１１０への供給電力を制御することができる。位相制御は図３（ａ）のように交流電源電圧波形４ａの半波の途中でヒータ１１０への通電をオンするためヒータ１１０に流れる電流が急激に立ち上がり、高調波電流が流れる。この高調波電流は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。例えば、ヒータ抵抗値１００Ω、交流電源１１７の２３０Ｖ／５０Ｈｚの条件における総高調波電流歪値を考える。位相角３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°それぞれにおいて固定位相角で位相制御した場合の２次から４０次までの総高調波電流歪値は、６０°および１２０°の位相角の場合は９０°の位相角の場合に比べておよそ８５％の総高調波電流歪値となる。そして、３０°および１５０°の位相角の場合は９０°の位相角の場合に比べておよそ４５％の総高調波電流歪値となる。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、各半波毎の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。
【００２７】
図３（ｂ）に波数制御によるヒータ電力制御の例を示す。波数制御では交流電源電圧波形５ａの半波単位でオン／オフ制御を行うので、オンする時はゼロクロス信号５ｂのエッジとともにヒータ駆動信号５ｃをオンする。そして例えば８半波を１周期とし、１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１１０へのヒータ印加電圧５ｄを制御している。図３（ｂ）は８半波のうち４半波をオンしているため、ヒータ１１０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分割した通電制御パターンをあらかじめ定めておき、制御部１１３は上記通電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１１０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、位相制御に比べて、半波毎の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、１制御周期内でオンする半波の位置（通電制御パターン）を工夫することで電流の変動周期を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。
【００２８】
図３（ｃ）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例を示す。図３（ｃ）は、８半波を１制御周期とし、そのうち２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％になるように制御部１１３がトランジスタ３０７にゼロクロス信号６ｂのエッジからヒータ駆動信号６ｃの時間Ｔｃ後にトランジスタ３０７にオン信号を送信し交流電源電圧波形６ａの位相制御を行う。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、１制御周期において約３３．３％のヒータ印加電圧６ｄ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分割した通電制御パターンをあらかじめ定めておき、制御部１１３は上記通電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。
【００２９】
［ヒータ制御シーケンス］
上記ヒータ制御を用いて、画像に光沢ムラを生じさせず、且つ、高調波電流歪およびフリッカの低減が可能なヒータ制御シーケンスについて説明する。その説明のため、図４のフローチャート、図５（ａ）の定着前センサ１１６の検知結果８ａ、使用されるヒータ電力制御テーブルの状態８ｂ、ヒータ印加電圧８ｃのタイミングチャートを用いる。また、図５（ｂ）の定着前センサ１１６の検知結果９ａ、使用されるヒータ電力制御テーブルの状態９ｂのタイミングチャートも用いる。本実施例では、制御部１１３内の不図示の記録部には３種類のヒータ電力制御テーブルを記録してあり、制御部１１３がそれぞれのヒータ電力制御テーブルを切り替える。この３種類のテーブルは、位相制御のテーブル１、波数制御のテーブル２、位相制御と波数制御を組み合わせた制御のテーブル３である。
【００３０】
図４にプリントジョブが実行された時のヒータ電力制御テーブルの切り替えフローを示す。制御部１１３は定着加熱装置の立ち上げ、前回転を行う通電制御パターンをテーブル３から選択する（Ｓ７００）。テーブル３は、温度リップルは不利なものの高調波電流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通電制御パターンのテーブルである。８半波を１制御周期する位相制御と波数制御を組み合わせた通電制御パターンとし、サーミスタ２０３により検出した温度により、定着加熱装置１０９の温度制御がなされ、制御部１１３は１周期毎に最適な通電制御パターンをテーブル３から選択する。次に、制御部１１３は次回通電制御パターン中に１枚目の記録媒体１０１が定着ニップ部Ｎにあるか否かを判断する（Ｓ７０１）。制御部１１３は、ないと判断した場合には通電制御パターンをテーブル３から選択し続ける（Ｓ７００）。制御部１１３は、次回通電制御パターン中に１枚目の記録媒体１０１が定着ニップ部Ｎにあると判断した場合には、次回通電制御パターン中に記録紙が定着ニップ部Ｎにあるか否かを判断する（Ｓ７０２）。
【００３１】
制御部１１３は次回通電制御パターン中に記録紙が定着ニップ部Ｎにあると判断した場合には、通電制御パターンをテーブル１から選択する（Ｓ７０３）。ここで、制御部１１３は交流電源の周波数と定着前センサ１１６から定着ニップ部Ｎまでの時間Ｔｄから次回通電制御パターン中に記録媒体１０１が定着ニップ部Ｎにあるか否か判断可能である。テーブル１は定着加熱装置１０９の高調波電流歪に不利なものの温度リップルが最も低減可能な制御である位相制御のテーブルである。テーブル１の選択は記録媒体１０１が定着ニップ部Ｎを通過する間維持される（Ｓ７０２、Ｓ７０３）。次回通電制御パターン中に記録媒体１０１が定着ニップ部Ｎに無いと判断し（Ｓ７０２）、且つ現在定着ニップ部Ｎにある記録媒体１０１が最終記録媒体１０１でないと判断した場合（Ｓ７０５）は次の制御を行う。すなわち、記録媒体１０１の間が定着ニップ部Ｎを通過する間において、制御部１１３は次回通電制御パターンをテーブル２から選択する（Ｓ７０４）。ここで、テーブル２はフリッカ抑制や温度リップルに不利なものの高調波電流歪抑制に最も有利な制御である波数制御である。テーブル２による通電制御パターンは次の記録媒体１０１が定着ニップ部Ｎに到着する間維持される（Ｓ７０４、７０５、７０２）。現在定着ニップ部Ｎにある記録媒体１０１が最終記録媒体１０１と判断した場合（Ｓ７０５）、制御部１１３は次回通電制御パターンをテーブル３から選択する（Ｓ７０６）。
【００３２】
図５（ａ）にヒータ電力制御テーブルをテーブル３からテーブル１に切り替える際のヒータ印加電圧の変化を示す。定着ニップ部Ｎに記録媒体１０１が入るタイミング前のテーブル３の最終１制御周期を起点にテーブル１に切り替わっている様子がわかる。図５（ｂ）は、記録媒体３枚を装置に通紙した際におけるヒータ電力制御テーブル切り替えの概略を示す。記録媒体１０１が定着前センサを通過してＴｄ時間後にヒータ電力制御テーブルが変更されている。そして、記録媒体１０１が定着ニップ部Ｎを通過する時はテーブル１を、記録媒体１０１の間が定着ニップ部Ｎを通過する時はテーブル２を、その他はテーブル３を選択している様子がわかる。
【００３３】
このように、装置の高速化に伴い熱応答性の高い定着加熱装置の温度リップル低減が求められた場合、定着ニップ部Ｎに記録媒体１０１が通過している間に定着温度リップルやフリッカ抑制に有利な位相制御を用いる。そして、記録媒体１０１の間が定着ニップ部Ｎを通過している間に高調波電流歪に対して有利な波数制御を用いる。更に、その他の定着ニップ部Ｎに記録媒体１０１が通過していない間に位相制御と波数制御を組み合わせた制御を用いることで、定着加熱装置１０９の温度リップル低減、高調波電流歪抑制、フリッカ低減の３つを満足できる定着加熱装置を提供できる。
【００３４】
ここで記録部に保存してあるヒータ電力制御テーブルは３種類の場合について本実施例を説明したが、一例にすぎず、２種類以上の複数テーブルを記録部に保存してあれば良い。例えば、交流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。その場合、テーブル３の位相制御と波数制御を組み合わせた制御を用いず、テーブル１及びテーブル２の２つテーブルのみを使用しても良い。更に例えば、交流電源電圧が低い電圧（例えば１００Ｖ〜１２７Ｖ）の場合、高調波電流歪規格に対して比較的マージンがある場合多い。その場合、テーブル２の波数制御を用いず、テーブル１及びテーブル３の２つテーブルのみを使用しても良い。
【００３５】
なお、記録媒体１０１の定着前センサ１１６による紙有り検知結果から定着ニップ部Ｎまでの上記到達時間Ｔｄは次のように求められる。すなわち、定着前センサ１１６と定着ニップ部Ｎまでの搬送距離を記録媒体１０１の搬送スピードで除算を行い、制御部のチャタリング除去を含めた定着前センサ１１６の出力遅延時間を減算することで求めることができる。事前に装置で可能ないくつかの搬送スピードに対応した到達時間Ｔｄを制御部の記録部に予め記録しておくのも良い。また、記録媒体搬送路上の搬送センサ１１４、レジストセンサ１１５、定着前センサ１１６、定着排紙センサ１２０によって、装置の立ち上りの安定性の変化や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。制御部１１３はゼロクロス検知回路３０９によるゼロクロス信号により交流電源１１７の周波数を知ることができ、制御部１１３は、上記到達時間Ｔｄと上記周波数から次回通電制御パターン中に記録媒体１０１が定着ニップ部Ｎに有るか否か予測できる。また、通電制御パターンの切換タイミングは必ずしも定着ニップ部Ｎに記録媒体１０１の間が通過している間でなくとも良く、記録媒体の非印字領域間が通過している間でも良い。交流電源１１７のゼロクロス信号の検知バラツキ（一般的に±０．５ｍｓ以下）や定着ニップ部Ｎの長さバラツキや定着前センサ１１６から定着ニップ部Ｎまでの搬送距離バラツキ（数ｍｍ）を考慮すると制御誤差は計±１〜２半波である。したがって、本制御で十分に所望の通電制御パターンの切換タイミングを満足できる。
【００３６】
本実施例の画像形成装置によれば、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において、フリッカと高調波電流歪の両方の抑制が可能であり、温度リップルを低減可能な定着加熱装置のヒータ電力制御を提供することができる。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例２においては、画像形成装置の構成、ヒータの構成、位相制御、波数制御、位相制御と波数を組み合わせた制御などについては、実施例１と同様のため説明を省略する。装置スピードが上がるにつれて、交流電源の１波（例えば５０Ｈｚの場合２０ｍｓｅｃ）における記録媒体の移動距離は数ｍｍとなる。例えば実施例１においては、パターン３に１周期８半波の制御を用いた場合、通電制御パターン更新時にテーブルを切り替えると、最大８半波先行するテーブル切り替えが発生し、大幅な切り替えタイミングのズレが生じる。通電制御パターンは、８半波のみならず、１２半波または１６半波で制御することもあり、この切り替えタイミングのズレは最適な定着温度の制御に対して無視できない場合があった。例えば、記録媒体１０１の間におけるパターン２の時間が短くなりすぎてしまい、パターン１で発生した高調波電流歪の抑制が十分になされない場合があった。また、定着ニップ部Ｎに記録媒体１０１が到達した時におけるヒータ１１０の温度は急激に変動する。特に装置のプリントスピードが上がるにつれて、温度低下は大きくなる傾向にある。そこで、定着ニップ部Ｎに記録媒体１０１が到着するタイミングを正確にすることで適切な電力制御を行うことができる。例えば、定着ニップ部Ｎに記録媒体１０１が到達するより正確なタイミングでヒータ温度低下に備えたヒータ電力制御を行うことができる。
【００３８】
［ヒータ制御シーケンス］
ここでは、実施例１に加えてヒータ電力制御テーブルの切換タイミングの精度を向上させたヒータ制御シーケンスについて、図６のフローチャート、図７の定着前センサ１１６とヒータ電力制御テーブルとのタイミングチャートを用いて説明する。本実施例では、制御部１１３内の記録部には３種類（テーブル１：位相制御、テーブル２：波数制御、テーブル３：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が記録され、制御部１１３がそれぞれのヒータ電力制御テーブルを切り替える。
【００３９】
制御部１１３は定着加熱装置１０９の立ち上げ、前回転を行う通電制御パターンをテーブル３から選択する（Ｓ１０００）。テーブル３は、温度リップルは不利なものの高調波電流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通電制御パターンを有する。そして、８半波を１制御周期とする位相制御と波数制御からなる通電制御パターンとし、サーミスタ２０３によるヒータ１１０の温度により、定着加熱装置１０９の温度制御がなされ、制御部１１３は１周期毎に最適な通電制御パターンをテーブル３から選択する。ここで、定着前センサ１１６により紙有りと検知すると（Ｓ１００１）、制御部１１３は記録媒体１０１が定着ニップ部Ｎに到達するまでの波数ｎを計算する（Ｓ１００２）。上記波数ｎは、定着前センサ１１６から定着ニップ部Ｎまでの時間Ｔｄを交流電源の周波数で除算することで求めることができる。また、この時制御部１１３は波数カウント値をゼロとする（Ｓ１００２）。ここで波数カウント値は一波毎に監視を行い、一波毎にカウント値が１プラスされる（Ｓ１００３）。波数カウント値が波数ｎと等しくなると（Ｓ１００４）、ヒータ電力制御テーブルをテーブル１に切り替えると同時に通電制御パターンを更新する（Ｓ１００５〜Ｓ１００７）。テーブル１は定着加熱装置１０９の高調波電流歪に不利なものの温度リップルが最も低減可能な制御である位相制御のテーブルである。テーブル１の選択は記録媒体１０１が定着ニップ部Ｎを通過する間維持され、波数カウント値はゼロに維持される（Ｓ１００５、Ｓ１００９）。ここで、定着前センサ１１６により紙無し、と検知すると（Ｓ１００９）、記録媒体が定着ニップ部Ｎに到達するまでの波数ｎをカウントする（Ｓ１０１０）。波数カウント値が波数ｎと等しくなると、ヒータ電力制御テーブルをテーブル２に切り替えると同時に通電制御パターンを更新する（Ｓ１０１１〜Ｓ１０１５）。ここで、テーブル２はフリッカ抑制や温度リップルに不利なものの高調波電流歪抑制に最も有利な制御である波数制御のテーブルである。テーブル２による通電制御パターンは次の記録媒体１０１が定着ニップ部Ｎに到着する間維持される（Ｓ１０１３、Ｓ１０１７）。最終記録媒体と判断した場合（Ｓ１０１２）、制御部１１３は次回通電制御パターンをテーブル３から選択する（Ｓ１０１８）。
【００４０】
図７にヒータ電力制御テーブルをテーブル２からテーブル１に切り替える際のヒータ印加電圧の変化を示す。ここでは、定着前センサ１１６が記録媒体有りと判断して１６波目に、定着ニップ部Ｎに記録媒体が到達する場合についての例を示している。定着ニップ部Ｎに記録媒体が入るタイミング、即ち波数カウント値が１６の時にヒータ電力制御テーブルをテーブル２からテーブル１に切り替ええている様子がわかる。このように、実施例１の効果に加えて、記録媒体が定着ニップ部Ｎに到達するタイミングをより精度良く実現することができる。
【００４１】
ここで記録部に保存してあるヒータ電力制御テーブルは実施例１と同様に３種類の場合について本実施例を説明したが、一例にすぎず、２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、交流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。その場合、テーブル３の位相制御と波数制御を組み合わせた制御を用いず、テーブル１及びテーブル２の２つのみを使用しても良い。更に例えば、交流電源電圧が低い電圧（例えば１００Ｖ〜１２７Ｖ）の場合、高調波電流歪規格に対して比較的マージンがある場合多い。その場合、テーブル２の波数制御を用いず、テーブル１及びテーブル３の２つのみを使用しても良い。
【００４２】
本実施例の画像形成装置によれば、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において、フリッカと高調波電流歪の両方の抑制が可能であり、温度リップルを低減可能な定着加熱装置のヒータ電力制御を提供することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１００  画像形成装置
１０９  定着加熱装置
１１０  ヒータ
１１３  制御部
１１６  定着前センサ
【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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