JP2012123244A

JP2012123244A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2012123244A
Application number: JP2010274587A
Authority: JP
Inventors: Daizo Fukuzawa; 大三福沢; Munehito Kurata; 宗人倉田; Yoshiaki Sato; 慶明佐藤; Kuniaki Kasuga; 邦章春日; Tomonori Sato; 智則佐藤; Masato Yoshioka; 真人吉岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-06-28
Also published as: US8725020B2; US20120148281A1

Abstract

【課題】電力補正タイミングと給電比率の更新タイミングにずれが生じた場合でも画像品質の低下を防止すること。
【解決手段】レジストセンサ４７が記録材Ｐを検知した時刻から、交流電力の電力補正開始予定時刻Ｔｓを算出し、更に算出された電力補正開始予定時刻に最も近い波数制御の電力更新時刻を算出した上で電力補正開始時刻Ｔｔとし、電力補正開始予定時刻Ｔｓと電力補正開始時刻Ｔｔの差に基づき、交流電力の加算量Ｅｔを算出し、電力補正開始時刻Ｅｔの直前の電力Ｅｐに加算量Ｅｓを加えた電力に基づく波形パターンの波数制御で、電力補正開始時刻Ｅｔから所定時間、交流電力の電力補正を行うことを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図８

Description

本発明は、記録材の加熱装置を有する画像形成装置に関する。

画像形成装置における記録材の加熱装置としては、熱ローラ方式・フィルム加熱方式等、種々の方式のものが知られている。これらの加熱装置は何れも加熱体を有し、装置温度が所定の温度（所定の像定着温度等）に維持されるように加熱体への給電が制御されて温度管理される。従来の加熱装置のうちでも、フィルム加熱方式の加熱装置は効果的で実用性に富む（例えば、特許文献１参照）。

フィルム加熱方式の加熱装置は昇温の速い低熱容量の加熱体や薄膜のフィルムを用いることができるため、省電力化やウェイトタイムの短縮化（クイックスタート）が可能となる。また近年、加熱フィルムに弾性層を設けることで、記録材の凹凸によるトナーの溶融ムラを低減する構成の加熱装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。フィルム加熱方式の加熱装置の温度制御は、加熱体上に設けたサーミスタの出力をＡ／Ｄ変換してＣＰＵに取り込み、この検知温度と目標温度との比較結果から、予め定められた制御テーブルに基づいてＰＩＤ制御により加熱体への給電を制御するものが多い。なお、ＰＩＤ制御とは、比例制御（以下、「Ｐ制御」と称する）、積分制御（以下、「Ｉ制御」と称する）及び微分制御（以下、「Ｄ制御」と称する）を制御対象からの出力値に応じて組み合わせることにより、制御値を定めていく制御である。また、加熱体への給電制御はＡＣ電圧をゲート制御式半導体スイッチ（以下、トライアックという）によりオン／オフすることで行われるが、この給電制御方式には波数制御または位相制御が用いられている。

ここで波数制御とは、入力するＡＣ電圧の数波を所定周期として、その所定周期内で１半波毎にオン／オフする制御であり、所定周期内のオン／オフのデューティー比で給電比率を制御する方式である。一方、位相制御はＡＣ入力電圧の１波内の位相角を制御する方式である。波数制御は、高調波電流は小さいがフリッカノイズが大きいという特徴があり、位相制御は、フリッカノイズは小さいが高調波電流が大きいという特徴がある。特に、近年２００Ｖ系の商用電源を用いる場合においては高調波電流低減のため位相制御ではなく、波数制御を採用することが多い。このため例えばＡＣ入力電圧に応じて２００Ｖと１００Ｖとで波数制御と位相制御を切り替える構成の装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、位相制御と波数制御を組み合わせ、波数制御の少なくとも１半波に位相制御を用い、位相制御のみの場合より高調波電流を低減し、波数制御のみの場合より給電比率の更新周期を短くしてより細かい制御を行う提案もされている（例えば、特許文献４参照）。

ところで、上記のフィルム加熱方式の加熱装置、特に加熱フィルムに弾性層を設けた構成の装置においては記録材の加熱ニップ部への突入に応じて、記録材の加熱状態が不安定になる場合がある。これは温度の安定状態において記録材が突入すると、記録材が加熱ニップ部に突入した直後に熱が急激に奪われ、加熱フィルム温度が急激に低下し、その後温度が上昇した際にオーバーシュートが発生することで、加熱ニップ部に大きな温度変動が生じるためである。この現象を避けるため、記録材の突入による温度変動が生じる前に加熱体に供給する電力を補正する方法が開示されている（例えば、特許文献５参照）。

特開平４−４４０７５号公報特開平１１−１５３０３号公報特開平１０−３３３４９０号公報特開２００３−１２３９４１号公報特開２００４−０７８１８１号公報

ところで、記録材の加熱ニップ部への突入にともなって加熱フィルムの温度が急激に低下すると、加熱フィルムが一回転した後にこの部分が再び記録材と接する際には温度が低いままとなる。すなわち記録材上の加熱フィルムの２周目に相当する部分で加熱フィルムの温度が低くなり、画像の光沢が下がる現象が起こる。一方、記録材の突入によって加熱フィルムの温度が大きく低下するのは、記録材の突入によって熱状態が急に変化した突入直後の一瞬のみであり、ＰＩＤ制御によってすぐに熱状態はある程度安定し温度低下は解消される。従って、記録材上において加熱フィルムの２周目に相当する部分でも画像の光沢が低くなるのは、２周目の先端に該当する部分のみである。しかし、この加熱フィルムの２周目の先端の部分と１周目の後端の部分では画像の光沢が大きく異なるため、この境界で光沢差がはっきりした段差として現れる場合がある。これは特に光沢紙を通紙した際に顕著な現象である。この光沢の段差を低減するためには、１周目と２周目のつなぎ目で光沢が同じになるように、上記の電力補正をより細かく制御しなくてはならない。すなわち１周目の先端で熱が奪われても、２周目の先端と１周目の後端が同じ温度になるように２周目の先端の部分の加熱フィルムの温度低下を補完しなくてはならない。

電力補正により温度低下を補完するメカニズムは以下のようになる。まず、記録材の突入によって加熱フィルム表面の温度が低下する。もし電力補正を行わないと、この部分の温度が低いままになり、加熱フィルムの一回転後に光沢の段差が発生することは上記した通りである。これに対し記録材の突入に先んじて所定電力を強制投入する電力補正を行うと、一旦加熱フィルム表面は温度低下しても、一回転する間に強制投入された電力、すなわち熱エネルギーが加熱フィルム表面に伝わる。そして、温度低下した分を相殺して、加熱フィルムの記録材突入部に相当する加熱フィルムの２周目の先端が記録材に再び接する際には所定の温度に復帰する。このメカニズムから明らかなように、電力補正によって生じた熱が加熱フィルムの内面を温める部分は、記録材の突入によって温度低下した部分とほぼ一致しなければならない。このような場合、単に温度制御を安定化させる場合よりも厳密な精度が要求される。特に光沢紙のような記録材は、温度に対する光沢度の感度が非常に高く、ほんの僅かの温度差が光沢差すなわち光沢の段差として現れるため、表面温度を制御すべき幅は非常に狭くなる。

１周目の後端と２周目の先端を同じ温度にするためには、２周目の先端の低下温度を正確に補う電力補正を行う必要があるが、これは電力の大きさだけでなく電力補正を行うタイミングに対しても高い精度が要求される。何故なら段差はデルタ関数的に生じるものであるため、これが解消するように温度低下を補完するには、段差が生じるタイミングに対してデルタ関数的に正確なタイミングで電力が補完されなければならないからである。電力補正タイミングが適正な補正タイミングから僅かでもずれると、電力不足で温度低下を十分に補完できないか、もしくは電力投入過多になりホットオフセット等を生じさせてしまう。すなわち、電力補正を開始するタイミングが僅かでもずれると、電力補正の効果が薄れてしまう。しかし、波数制御を採用した装置においては、記録材の突入に対応して電力補正を行うべきタイミングで補正ができず、記録材突入による温度変動を十分に低減できないという課題が生じる。これは、波数制御の給電比率の更新周期は数半波単位であるために更新頻度が少なく、その結果更新タイミングが電力補正タイミングと合致するケースがほとんどないことに起因する。

図１５に波数制御及び位相制御の給電比率の更新周期及び更新タイミングと、記録材突入及び電力補正のタイミングをタイミングチャートにて示す。この例では波数制御の給電比率の更新周期は２０半波とする。Ａは波数制御の給電比率の更新タイミングである。Ｂは位相制御の給電比率の更新タイミングである。電力補正はＣのタイミングにおいて実行され、記録材はＤにおいて加熱ニップ部に突入する。図１５の例では記録材の加熱ニップ部突入の１５０ｍｓｅｃ前に電力補正を開始し、記録材の加熱ニップ部突入後５０ｍｓｅｃのタイミングで電力補正を終了する。波数制御では給電比率の更新周期が長いため適正な補正タイミングから実際に補正が行われるタイミングのずれが大きくなる。図１５の例では２０半波単位で給電比率を制御しているため、電力補正開始の命令が出てから実際に補正が実行されるまでは最大で２００ｍｓｅｃ（５０Ｈｚの場合）のずれ（遅れ）が生じる。この場合、電力補正期間は記録材の突入前で１５０ｍｓｅｃ、突入後５０ｍｓｅｃ、合わせて２００ｍｓｅｃであるため、最大にずれた場合は電力補正終了タイミングで電力補正が開始されてしまうことになる。すなわち、実際には電力補正開始と同時に電力補正終了の命令が出てしまうため、電力補正は行われないことになる。

上記の例は補正開始の命令が出てから給電比率を変更するため、タイミングのずれは補正の実行が必ず遅れる方向である。これに対し、電力補正の開始タイミングはあらかじめわかっているため、ずれることを前提に電力補正開始のタイミングに前後した最も近いタイミングで給電比率の更新タイミングが訪れた際に補正を行えば、最大のずれ量は若干少なくはできる。しかしその場合でもずれ量は適正な電力補正タイミングに対して最大±１００ｍｓｅｃもある。このようにタイミングがずれた場合に加熱フィルム表面の温度の状態を図１６に示す。図１６のグラフは横軸が時間（ｍｓｅｃ）、縦軸が加熱フィルムの表面温度（℃）を示している。図１６（ａ）は適正なタイミングで電力補正が行われた場合、図１６（ｂ）は適正なタイミングよりも前に電力補正開始がずれた場合、図１６（ｃ）は適正なタイミングよりも後に電力補正開始がずれた場合を示している。記録材の加熱ニップ部への突入で加熱フィルムの温度は低下するが、図１６（ａ）では記録材の加熱ニップ部への突入の前と後とで加熱フィルムの表面温度の差がΔ２ｄｅｇ程度に収まっている。これに対して、図１６（ｂ）では加熱ニップ部の突入前に表面温度が大きく上昇するため加熱ニップ部への突入の前と後とで加熱フィルムの表面温度の差がΔ８ｄｅｇになっている。また図１６（ｃ）では記録材の加熱ニップ部への突入により表面温度が大きく低下するためやはり表面温度の差がΔ８ｄｅｇ程度になる。

図１６（ｂ）で明らかなようにタイミングがずれた状態で電力補正が行われた場合、適正タイミングより前に補正を行うと加熱ニップ部の温度が上昇しすぎて加熱過多になる。この状態でトナー像を担持した記録材が突入すると、トナーが溶融過多になりホットオフセットが生じる。また、適正なタイミングよりも早く高い電力が供給されるために、記録材突入までの間の加熱フィルムの温度が高くなりすぎ、フィルム１周目の後端に該当する部分で記録材の光沢がより高くなる。従って１周目後端と２周目先端の段差がより強調されるように横帯状の光沢ムラが生じる。一方、図１６（ｃ）に示したように適正タイミングよりも後に補正が行われると、記録材突入による熱量の減少を補えなくなり、大きく温度が低下する。この場合は加熱フィルム２周目に該当する部分の光沢が低くなりすぎ、１周目後端と２周目先端の段差がはっきりした光沢ムラとなる。この課題に対処するため給電比率の更新周期を短くすることが考えられるが、その場合更新周期内の波数が少なくなるため給電比率を細かく設定できなくなり、温度制御に支障をきたす。

ところで、位相制御の場合でもタイミングのずれ自体は生じる。その値は最大で１全波＝２０ｍｓｅｃ（５０Ｈｚの場合）であるが、この程度のずれであっても影響が皆無であるとはいえない。しかし本出願人が検討した結果、この程度のずれ量であれば光沢ムラはなんとか許容範囲内に収まることがわかっている。逆にいえば位相制御を用いなければタイミングのずれを許容できるレベルにすることはできない。しかし位相制御には高調波電流の課題があるため、必ずしも採用できない場合があることは上記した通りである。特に、２００Ｖ圏であるヨーロッパは高調波電流の規制が厳しく、位相制御ではなく波数制御を用いる必要がある。

また、上記特許文献４に示した波数制御において、給電比率の更新周期内の少なくとも１半波に位相制御を用いる制御では、給電比率の更新周期を短くできるためこの課題に対して若干の改善効果はある。しかし、給電比率の更新周期を短くしようとして更新周期内の波数が少なくなると相対的に位相制御を行う波数の数が増すため高調波電流が増大し、またこれを防ごうとすると給電比率も細かく設定できなくなる。また上記したように全てに位相制御を用いれば許容できるレベルになるため、改善には限界がある。また、コスト及び装置サイズの点においても、位相制御よりも波数制御で制御する方がより好ましいといえる。

本発明はこのような状況でなされたもので、電力補正タイミングと給電比率の更新タイミングにずれが生じた場合でも画像品質の低下を防止することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため以下の構成を有する。

（１）交流電源から供給される電力によって発熱するヒータを有し、記録材に形成された未定着トナー像を圧接部において記録材に加熱定着する定着手段と、前記定着手段の温度を検知する温度検知手段と、前記記録材の到達を検知する記録材検知手段と、前記温度検知手段の検知温度に応じて前記交流電源から前記ヒータへ供給する電力を制御し、交流電源の波形における連続する所定数の半波を１制御周期として、前記１制御周期ごとに前記検知温度に応じた電力に更新する制御手段、とを有し、前記制御手段が前記記録材の前記圧接部への突入に伴う温度低下を補う電力補正を行う画像形成装置において、前記制御手段は、前記記録材検知手段が前記記録材を検知した時刻から、前記電力補正の電力補正開始予定時刻を算出し、該電力補正開始予定時刻と前記１制御周期に基づく更新時刻に基づき電力補正開始時刻を算出し、前記電力補正開始予定時刻と前記電力補正開始時刻の差と前記記録材の種類に基づき、前記電力の加算量を算出し、前記電力補正開始時刻の直前の電力に前記加算量を加えた電力に基づく波形パターンで、前記電力補正開始時刻から所定期間、前記電力補正を行うことを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、電力補正タイミングと給電比率の更新タイミングにずれが生じた場合でも画像品質の低下を防止することができる。

実施例１、２のカラー画像形成装置の概略構成図、及びメディアセンサの構成概略図実施例１、２の加熱装置の断面図及びヒータ、メインサーミスタ、サブサーミスタの位置関係を示す斜視図実施例１、２のセラミックヒータの構成図及び加熱装置の制御ブロック図実施例１の波数制御の波形パターンを示す図実施例１の電力補正制御を示すフローチャート実施例１のずれ量に対する補正時給電比率の加算量を示す表、及び給電比率ごとの波形パターンの一例を示す表実施例２の波数制御による給電波形パターンの一例を示す図実施例２の電力補正制御を示すフローチャート実施例２のずれ量に対する補正時給電比率の加算量を示す表実施例２の電力補正期間中の波数制御の波形パターンを示す図実施例２の波数制御による給電波形パターンの一例を示す図実施例２における電力補正制御を示すフローチャート実施例２のずれ量に対する補正時給電比率の加算量を示す表実施例２の電力補正期間中の波数制御の波形パターンを示す図従来例の波数制御及び位相制御の給電比率の更新周期と、記録材突入と電力補正のタイミングを示すタイミングチャート従来例の加熱フィルム表面の温度変化を示すグラフ

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施例を詳しく説明する。ただし、この実施例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り、この発明の範囲を以下の実施例に限定する趣旨のものではない。

［画像形成装置の構成］
図１（ａ）は、実施例１に係るカラー画像形成装置を示す概略構成図である。本実施例の画像形成装置は電子写真方式のタンデム型のフルカラープリンタである。この画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙ、マゼンタ色の画像形成部１Ｍ、シアン色の画像形成部１Ｃ、ブラック色の画像形成部１Ｂｋの４つの画像形成部を備えており、これらは一定の間隔をおいて一列に配置されている。各画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋには、それぞれ感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設置されている。なおａ，ｂ，ｃ，ｄは、画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋにそれぞれ属することを意味し、以下において省略する場合がある。各感光ドラム２の周囲には、帯電ローラ３、現像装置４、転写ローラ５、ドラムクリーニング装置６がそれぞれ設置されている。また、帯電ローラ３と現像装置４間の上方には露光装置７がそれぞれ設置されている。各現像装置４には、それぞれイエロートナー，マゼンタトナー，シアントナー，ブラックトナーが収納されている。画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋの各感光ドラム２の各１次転写部Ｎに、転写媒体としての無端ベルト状の中間転写ベルト４０が当接している。中間転写ベルト４０は、駆動ローラ４１、支持ローラ４２、２次転写対向ローラ４３間に張架されており、駆動ローラ４１の駆動によって矢印方向（時計方向）に回転される。１次転写用の各転写ローラ５は、各１次転写部Ｎにて中間転写ベルト４０を介して各感光ドラム２に当接している。

２次転写対向ローラ４３は、中間転写ベルト４０を介して２次転写ローラ４４と当接して、２次転写部Ｍを形成している。２次転写ローラ４４は、中間転写ベルト４０に接離自在に設置されている。中間転写ベルト４０の外側の駆動ローラ４１近傍には、中間転写ベルト４０の表面に残った転写残トナーを除去して回収するベルトクリーニング装置４５が設置されている。また、２次転写部Ｍの記録材Ｐの搬送方向下流側には加熱装置１２が設置されている。更に、この画像形成装置内には環境センサ５０とメディアセンサ５１が設置されている。

画像形成動作開始信号（プリント開始信号）が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋの各感光ドラム２は、それぞれ帯電ローラ３によって、一様に負極性に帯電される。そして、露光装置７は、入力されるカラー色分解された画像信号をレーザ出力部（不図示）にて光信号にそれぞれ変換し、変換された光信号であるレーザ光を帯電された各感光ドラム２上にそれぞれ走査露光して静電潜像を形成する。そして、まず静電潜像が形成された感光ドラム２ａ上に、感光ドラム２ａの帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａにより、イエローのトナーを感光体表面の帯電電位に応じて静電吸着させることで、静電潜像を顕像化しトナー像とする。このイエローのトナー像は、１次転写部Ｎにて１次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された転写ローラ５ａにより、回転している中間転写ベルト４０上に１次転写される。イエローのトナー像が転写された中間転写ベルト４０は、画像形成部１Ｍ側に回転される。そして、画像形成部１Ｍにおいても、同様に感光ドラム２ｂに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト４０上のイエローのトナー像上に重ね合わせて、１次転写部Ｎにて転写される。同様に中間転写ベルト４０上に重畳転写されたイエロー，マゼンタのトナー像上に、画像形成部１Ｃ，１Ｂｋの感光ドラムで形成されたシアン、ブラックのトナー像を各１次転写部Ｎにて順次重ね合わせ、フルカラーのトナー像を中間転写ベルト４０上に形成する。

一方、記録材Ｐは不図示の給紙機構によって給紙・搬送された後、レジストセンサ４７によって先端位置が検知（記録材検知）されると搬送が停止され、レジストローラ４６にて保持されながら待機している。そして、中間転写ベルト４０上のフルカラーのトナー像先端が２次転写部Ｍに移動されるタイミングに合わせて、レジストローラ４６により記録材（転写材）Ｐは２次転写部Ｍに搬送される。次に、この記録材Ｐに、２次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された２次転写ローラ４４によりフルカラーのトナー像が一括して２次転写される。フルカラーのトナー像が形成された記録材Ｐは加熱装置１２に搬送されて、加熱フィルム２０と加圧体である加圧ローラ２２間の加熱ニップ部でフルカラーのトナー像を加熱、加圧して記録材Ｐ表面に溶融定着した後に外部に排出され、画像形成装置の出力画像となる。そして、一連の画像形成動作を終了する。

尚、画像形成装置内には温度、湿度を検知する環境センサ５０が設置され、帯電、現像、１次転写、２次転写のバイアスや定着条件は検知された温度、湿度により変更可能である。また、検知された温度、湿度は記録材Ｐ上のトナー像濃度の調整や、適切な転写、定着条件の達成のために用いられる。更に、画像形成装置内に設置されたメディアセンサ５１により記録材Ｐの判別を行うことによって、転写バイアスや定着条件は記録材Ｐに応じて変更される。また、上記した１次転写時において、感光ドラム２上に残留している１次転写残トナーはドラムクリーニング装置６によって除去されて回収される。また、２次転写後に中間転写ベルト４０上に残った２次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置４５によって除去され回収される。

［メディアセンサの構成］
図１（ａ）に示すように本実施例の画像形成装置内にはメディアセンサ５１が配置されている。メディアセンサ５１の構成概略図を図１（ｂ）に示す。メディアセンサ５１は、光源としてＬＥＤ３３、読取部品としてＣＭＯＳセンサ３４、結像レンズとしてレンズ３５、３６を有している。ＬＥＤ３３を光源とする光は、レンズ３５を介し、記録材搬送ガイド３１もしくは記録材搬送ガイド３１上の記録材Ｐ表面に照射される。この反射光は、レンズ３６を介し集光されてＣＭＯＳセンサ３４に結像される。これによって、記録材搬送ガイド３１もしくは記録材Ｐの表面映像を読み取ることで紙繊維の表面状態を読み込み、そのアナログ出力をＡ／Ｄ変換しディジタルデータとする。ディジタルデータのゲイン演算及びフィルタ演算は、制御プロセッサ（図不示）によってプログラマブルに処理される。そして、映像比較演算をおこない、この映像比較演算結果に基づき紙種を判定する。

なお、本実施例ではペーパーモードによって装置の動作速度を異ならせている。例えば、坪量６０〜７０ｇ／ｍ^２と７１〜９０ｇ／ｍ^２の記録材Ｐは、それぞれ薄紙モードと通常モードとして通常の速度で定着温度を異ならせて動作させる。一方、坪量９１〜１２８ｇ／ｍ^２の記録材Ｐは厚紙モード１として通常の１／２の速度で装置を動作させ、坪量１２９〜２２０ｇ／ｍ^２の記録材Ｐは厚紙モード２として通常の１／３の速度で動作させる。このように坪量の大きい厚紙ほど動作速度を遅くすることで、より定着性を良好にすることができるが、装置によっては坪量によらず同一の動作速度を用いることもできる。

［加熱装置の概要］
（１）加熱装置の構成
図２（ａ）は本実施例における加熱装置１２の構成を示す断面図である。加熱装置１２は、フィルム加熱方式で、フィルムをフィルムガイドにルーズに嵌合させ、加圧用回転体を駆動することにより、フィルムを加圧用回転体に対し従動回転させる加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）の加熱装置である。加熱フィルム２０は、フィルムに弾性層を設けた円筒状（エンドレスベルト状）の部材である。ヒータホルダ１７は、ヒータ１６を保持し、加熱フィルム２０にルーズに外嵌させ、加熱フィルム２０をガイドする役割を果たす。ヒータ１６は加熱体（熱源）であり、ヒータホルダ１７の下面に該ホルダの長手方向に沿って配設されている。加圧ローラ２２は、芯金にシリコーンゴム層を形成し、その上にＰＦＡ樹脂チューブを被覆したものであり、芯金の両端部を装置フレーム２４の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設されている。加圧ローラ２２の上側には、ヒータ１６、ヒータホルダ１７、加熱フィルム２０等から成る加熱フィルムユニットが、ヒータ１６側を下向きにして加圧ローラ２２と並行に配置されている。そして、ヒータホルダ１７の両端部は、不図示の加圧機構により加圧ローラ２２の軸線方向に附勢される。これにより、ヒータ１６の下向き面が加熱フィルム２０を介して加圧ローラ２２の弾性層に所定の押圧力をもって圧接され、加熱定着に必要な所定幅の加熱ニップ部Ｈが形成される。加圧機構は圧解除機構を有し、ジャム処理時等に記録材Ｐの除去が容易となるように加圧を解除する構成となっている。

温度検出手段であるメインサーミスタ１８は、ヒータ１６に非接触に配置され、本実施例ではヒータホルダ１７の上方において加熱フィルム２０の内面に弾性的に接触させ、加熱フィルム２０の内面の温度を温度検知する。メインサーミスタ１８は、ヒータホルダ１７に固定支持されたアーム２５の先端に取り付けられ、アーム２５が弾性揺動することで加熱フィルム２０の内面の動きが不安定になっても、加熱フィルム２０の内面に常に接するように保持される。もう一つの温度検出手段であるサブサーミスタ１９は、メインサーミスタ１８よりもヒータ１６に近い場所に配置され、本実施例ではヒータ１６の裏面に接触させ、ヒータ１６裏面の温度を温度検知する。メインサーミスタ１８及びサブサーミスタ１９は、それぞれＡ／Ｄコンバータ６４、６５を介して制御回路部（ＣＰＵ）２１（以下、ＣＰＵ２１という）に接続されている。ＣＰＵ２１は、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の検知温度出力を基に、ヒータ１６の温度調整の制御内容を決定し、電力供給部としてのヒータ駆動回路部２８を介してヒータ１６への給電を制御する。すなわち、ＣＰＵ２１は電力制御部として機能する。なお、本実施例では、メインサーミスタ１８は加熱フィルム２０の内面温度を検知しているが、サブサーミスタ１９と同様にヒータ１６の裏面に配置し、ヒータ１６の温度をダイレクトに検知させることもできる。

入り口ガイド２３は、二次転写ニップを抜けた記録材Ｐが、加熱フィルム２０と加圧ローラ２２との圧接部である加熱ニップ部Ｈに正確に導入されるよう、記録材を導く役割を果たす。排紙ローラ２６は、加熱ニップ部Ｈを通過した記録材Ｐを画像形成装置外に排出する。

（２）加圧ローラ
加圧ローラ２２は、駆動手段（不図示）により、図２（ａ）の矢印方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２２の回転駆動による該ローラの外面と加熱フィルム２０との加熱ニップ部Ｈにおける圧接摩擦力により、円筒状の加熱フィルム２０に回転力が作用する。そして、加熱フィルム２０は、その内面側がヒータ１６の下向き面に密着して摺動しながら、ヒータホルダ１７の外回りを図２（ａ）の矢印方向に従動回転する。加圧ローラ２２が回転駆動されると、それに伴って円筒状の加熱フィルム２０が従動回転状態となり、またヒータ１６が給電され、昇温されて所定の温度に立ち上げる温度調整が行われる。この状態で、加熱フィルム２０と加圧ローラ２２との間の加熱ニップ部Ｈに、未定着トナー像を担持した記録材Ｐが入り口ガイド２３に沿って導入される。そして、記録材Ｐのトナー像担持面側が、加熱フィルム２０の外面に密着して加熱ニップ部Ｈを挟持搬送される。挟持搬送過程において、ヒータ１６の熱が加熱フィルム２０を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔが加熱・加圧されて、記録材Ｐ上に溶融定着される。そして、加熱ニップ部Ｈを通過した記録材Ｐは、加熱フィルム２０から曲率分離され、排紙ローラ２６により排出される。

（３）加熱フィルム
加熱フィルム２０は、フィルムに弾性層を設けた円筒状（エンドレスベルト状）の部材である。本実施例においては、室温状態からの立ち上げの際に、ヒータ１６に約１０００Ｗの電力を供給して、加熱フィルム２０が１９０℃に２０秒以内に立ち上がるように設計されている。

（４）サーミスタ
図２（ｂ）は、本実施例の加熱装置におけるヒータ１６、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の位置関係を示す斜視図である。メインサーミスタ１８は、加熱フィルム２０の長手方向中央付近に、サブサーミスタ１９はヒータ１６の端部付近に配設され、それぞれ加熱フィルム２０の内面、ヒータ１６の裏面に接触するよう配置されている。メインサーミスタ１８は、加熱ニップ部Ｈの温度により近い温度である加熱フィルム２０の温度を検出する手段として用いる。従って、通常動作時では、メインサーミスタ１８の検知温度が目標温度になるよう、温度調整制御が行われる。なお、前述したようにメインサーミスタ１８はヒータ１６の裏面に配置してもよく、その場合には、ヒータ裏面の温度を目標温度として温度調整制御が行われることになる。サブサーミスタ１９は、加熱体であるヒータ１６の温度を検出し、ヒータの温度が所定温度以上にならないように監視する役割を果たしている。また、サブサーミスタ１９により、立ち上げ時のヒータ１６の温度のオーバーシュートや、ヒータ１６の端部の昇温が監視される。そして、例えば端部の昇温によりヒータ１６の端部の温度が所定の温度を超えた場合には、それ以上端部が昇温しないように、スループット（単位時間当たりの画像形成枚数）を落とす等の制御が行われる。

（５）ヒータ
ヒータ１６は、抵抗発熱体の上に耐圧ガラスコートを施したセラミックヒータである。図３（ａ）は、そのようなセラミックヒータの一例の構造（表面、裏面、横断面）を示した図である。図３（ａ）において、ヒータ１６は、通紙方向と直交する方向を長手とする基板ａの表面側に、抵抗発熱体層ｂを有する。更に、ヒータ１６は、抵抗発熱体層ｂに対する給電パターンとして、第１と第２の電極部ｃ、ｄ及び延長電路部ｅを有する。また、ヒータ１６は、保護と絶縁性のために、抵抗発熱体層ｂと延長電路部ｅの上に形成されたガラスコートｇや、基板ａの裏面側に設けられたサブサーミスタ１９等を備えている。

ヒータ１６は、表面側を下向きに露呈させてヒータホルダ１７に固定支持されている。ヒータ１６の電極部ｃ、ｄ側には、給電用コネクタ３０が装着され、ヒータ駆動回路部２８から給電用コネクタ３０を介して電極部ｃ、ｄに給電されると、抵抗発熱体層ｂが発熱してヒータ１６が迅速に昇温される。ヒータ駆動回路部２８はＣＰＵ２１により制御される。通常使用時には、加圧ローラ２２の回転が開始されると、加熱フィルム２０が従動回転し、ヒータ１６の温度の上昇とともに、加熱フィルム２０の内面温度も上昇していく。ヒータ１６への給電は、ＰＩＤ制御によりコントロールされ、加熱フィルム２０の内面温度、すなわち、メインサーミスタ１８による検知温度が１９０℃になるように、ＣＰＵ２１により、ヒータ１６への供給電力が制御される。

図３（ｂ）は定着装置のＣＰＵ２１とヒータ駆動回路部２８を含む制御ブロック図である。ヒータ１６の給電用電極部ｃ、ｄは給電コネクタ（不図示）を介してこのヒータ駆動回路部２８に接続されている。ヒータ駆動回路部２８は、交流電源６０、トライアック６１、ゼロクロス検知回路６２を有する。トライアック６１はＣＰＵ２１により制御される。トライアック６１はヒータ１６の発熱抵抗体層ｂに対する給電、遮断を行う。ＣＰＵ２１は、内部に不図示のＲＯＭ、ＲＡＭや時間測定等に使用するタイマーを有する。ＲＯＭには、画像形成装置の画像形成動作を制御するプログラムや各種データが格納されており、ＲＡＭは、画像形成装置の画像形成動作を制御するのに必要なデータの演算や一時的な記憶等に使用される。

交流電源６０はゼロクロス検知回路６２を介してＣＰＵ２１にゼロクロス信号を送出する。ＣＰＵ２１はこのゼロクロス信号に基づいてトライアック６１を制御する。このようにしてヒータ駆動回路部２８からヒータ１６の発熱抵抗体層ｂに給電されることで、ヒータ１６の全体が急速昇温する。加熱フィルム２０の温度を検知するメインサーミスタ１８とヒータ１６の温度を検知するサブサーミスタ１９の出力はそれぞれＡ／Ｄコンバータ６４，６５を介してＣＰＵ２１に取り込まれる。ＣＰＵ２１は、メインサーミスタ１８からの加熱フィルム２０の温度情報をもとに、トライアック６１によりヒータ１６に給電する供給電力をＰＩＤ制御して加熱フィルム２０の温度が所定の目標温度に維持されるように制御する。

［ヒータへの供給電力の制御方法］
供給電力の制御方法としては、本実施例では波数制御を用いる。本実施例の波数制御は、所定数の半波、例えば２０半波を１単位として給電比率の更新を行う。すなわち給電比率は０半波（０％給電）から２０半波（１００％給電）まで５％刻みで制御し、給電比率の更新周期はＡＣ電源が５０Ｈｚの場合は２００ｍｓｅｃである。給電比率の更新はこの給電比率の更新周期（１制御周期）ごとに行われる。従って装置の動作中、給電比率の更新タイミングは、一定した周期で継続して訪れることになる。また、本実施例では実際に給電する際、各給電比率ごとにあらかじめ設定されたＡＣ電圧の波形パターンを用い、ＰＩＤ制御によって設定される給電比率ごとに各パターンの波形で給電する。図４に本実施例の波数制御の波形パターンを示す。表中半波ごとに図中「ＯＮ」は一半波の全てがオン、１００％給電、「ＯＦＦ」は一半波の全てがオフ、非給電の波形を表している。図４の波形パターンは装置内の記憶部（不図示）に記憶されているものとする。なお、以降の波形パターンについても同様とする。

また、本実施例では記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入２００ｍｓｅｃ前にＰＩＤ制御を停止し、そこから記録材Ｐの突入の０ｍｓｅｃ経過後まで所定電力を供給する電力補正を行う。ＰＩＤ制御を停止して電力を供給する所定時間及び電力は、加熱フィルム２０による記録材Ｐの加熱時に加熱フィルム１周目後端と２周目先端の間に生じる加熱ムラ（光沢の段差）が最小になるように設定されている。実際の動作においては、電力補正開始前の通常の温度制御時にＰＩＤ制御によって選択されていた給電比率に対して、補正分を加算して供給電力を制御する。例えば、ＰＩＤ制御で２０％の給電比率が選択されている状態で電力補正を＋１０％加算した場合は、２０％＋１０％＝３０％の給電比率になる。この方法では、装置の暖まり具合等によってＰＩＤ制御時に選択されている給電比率が異なっているため、補正時の給電比率も装置の状態で異なる。しかし、その時点までの蓄熱等によって装置の保有する熱量は異なるため、装置の状態を反映できるこのような制御は加熱ムラの解消の点でより有用であるといえる。ただし、補正時の供給電力それ自体の値（例えば１００Ｗ等と表記）を固定値としてテーブルとして装置内の記憶部に記憶しておいてもよい。

なお、通紙開始時の記録材Ｐの突入前に電力補正を開始するのは、実際に補正電力を供給してからヒータ１６の温度が上昇するまでの時間を考慮しているためである。すなわち急峻な電力の供給の変化に対して十分にヒータ温度は追従しないため、実際の電力供給が温度に反映されるまでは若干のタイムラグが生じる。また、ヒータ１６と加熱フィルム内面の間には当然接触熱抵抗が存在するため熱が即座に伝わるわけではない。従って、加熱フィルム２０の記録材先端に該当する部分に適正に熱を供給しようとすれば、記録材Ｐの先端が加熱ニップ部Ｈに突入してからでは遅い。よって、その分のタイムラグを見込んでシーケンスにおける電力の補正を開始するタイミングは決められており、本実施例では記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入の２００ｍｓｅｃ前としている。

ところで、このタイミングは本実施例では記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入タイミングに対してわずかではあるが、マージンを持った設定になっている。すなわち、理想的にはヒータ１６の発熱が加熱フィルム内面の温度に反映されるタイミングが、記録材Ｐの突入タイミングに合致することが望ましいが、若干それよりも早いタイミングで電力補正は開始されている。これは熱伝達のばらつきを考慮した場合、記録材突入タイミングに電力補正を合わせることは難しいため、電力補正が遅れて温度低下するよりも、若干早めに電力補正を開始してやや温度が高くなるように調整することを選択したことによる。なお、このマージンを少しでも多くするほど、よりホットオフセットのリスクが高くなる。

また、本実施例ではヒータ１６に供給する電力を補正する際に、記録材Ｐの坪量（ｇ／ｍ^２）による熱容量の違いを考慮している。すなわち、記録材Ｐの坪量に応じて補正に用いる電力を変えており、実験により得られたペーパーモードによって場合分けした必要電力値のテーブルに従ってヒータ１６に供給する電力を補正する。これにはユーザーがプリントモードを指定することによって、ＣＰＵ２１は不図示のホストコンピュータよりプリントモード情報をプリント信号とともに受信し、通紙時の供給電力を決定する。または、ユーザーの指定によらず、メディアセンサ５１で判定した結果を用いることもできる。

上記構成において、電力補正開始予定のタイミングと給電比率の更新タイミングが一致していれば、理想的なタイミングで動作することができる。その結果、記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入による加熱フィルム２０の温度低下を低減し、記録材上の画像における加熱フィルム２０の１周目と２周目に該当する位置で生じる光沢段差を目立たなくすることができる。しかし、実際の電力補正開始のタイミングは、給電比率の更新タイミングに一致するとは限らない。その場合、電力補正タイミングがずれることにより、ホットオフセット等が生じ、かえって画像品質を低下させることは上記した通りである。そこで本実施例では、設定されている理想的な電力補正開始予定タイミングと、給電比率の更新タイミングによって実際に電力補正が実行されるタイミングとのずれ量を検出し、これにより電力補正時の供給電力を異ならせる。

理想的な電力補正開始予定タイミングは、上記したように記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入タイミングから決定される（本実施例では突入の２００ｍｓｅｃ前）。その動作原理から明らかなように、電力補正は加熱ニップ部Ｈへの記録材Ｐの突入前に実行しなくてはならない。従って、記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入時刻を予測する必要がある。記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入タイミングは本実施例ではレジストローラ４６による記録材Ｐの搬送開始タイミングを基準に予測している。すなわち記録材Ｐは、レジストローラ４６によって搬送が開始された時には、その先端がレジストセンサ４７の位置にあるため、ここから記録材Ｐが一定速度で搬送され、加熱ニップ部Ｈに突入するまでの所要時間は容易に予測可能である。従って、電力補正のタイミングは、実際のシーケンス上では記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入タイミングから逆算したレジストローラ４６による記録材Ｐの搬送開始を基準にして設定されている。なお、ここでは予測という表現を用いているが、実際にはこの所要時間は装置内の搬送距離と搬送速度によってあらかじめ決まった固定値である。一方、給電比率の更新タイミングは、ＣＰＵ２１によって行われるＰＩＤ制御によってあらかじめ決定されている。

従って、レジストローラ４６により記録材Ｐを搬送開始した時に、どのタイミングで記録材Ｐが加熱ニップ部Ｈに突入するか、理想的な電力補正開始予定のタイミングは何時か、その時に給電比率の更新タイミングまで何ｍｓｅｃのタイムラグがあるかは算出できる。このようにレジストローラ４６による記録材Ｐの搬送開始タイミングを基準にした理想的な電力補正タイミングと、給電比率の更新タイミングによって決まる実際の電力補正タイミングとのずれ量を予測することで、実際の電力補正が行われた際の動作も予測できる。従って、タイミングがずれて電力補正が行われた場合に発生するリスクを軽減することが可能となる。

例えば実際の電力補正開始タイミングが設定値よりも前にずれる場合には、電力補正の加算電力が小さくなるように修正を加える。これにより、記録材Ｐの突入タイミングよりも早く加熱フィルム２０の温度が上昇することによるホットオフセットを防止することができる。また、電力補正開始タイミングが設定値よりも後にずれる場合には、電力補正の加算電力を多くするように修正する。これにより、記録材突入に電力補正が間に合わず、一気に加熱フィルム２０の温度が低下してしまう状態を回避し、結果として温度低下を軽減することができる。この場合、画像上の加熱フィルム２０の１周目と２周目に該当する位置での光沢段差は出てしまうが、画像全体では、温度降下自体の軽減により加熱フィルム２０の２周目の領域における光沢の低下を緩和する効果が得られる。

［電力制御のシーケンス］
図５に本実施例における、一枚の記録材をプリントした場合の電力制御方法についてのフローチャートを示す。本実施例では交流電力を出力する交流電源６０の周波数が５０Ｈｚの場合について説明する。図５において、画像形成装置は、電源オン後にプリント信号を受信可能な状態に立ち上がる。画像形成装置が不図示のホストコンピュータからプリントコマンド（プリント信号）を受信すると（ステップ（以下、Ｓとする）１）、ＣＰＵ２１はプリント信号からペーパーモードを読み取る（Ｓ２）。その後、ＣＰＵ２１はヒータ駆動回路部２８を駆動して加熱フィルム２０を所定温度にすべく、ヒータ１６の立ち上げ温度制御を開始する（Ｓ３）。ＣＰＵ２１は、ヒータ１６への給電比率を定期的に更新することにより、ヒータ１６の温度制御を行うため、給電比率の更新周期を検知できるようにタイマー設定を行う。一方、ＣＰＵ２１は、記録材Ｐをレジストローラ４６の位置に先端を保持し、搬送開始タイミングを計って待機させる。そして、ＣＰＵ２１は、記録材Ｐの搬送を開始すると（Ｓ４）、その時点で自動的に決まる記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入タイミングから電力補正開始予定時刻Ｔｓを決定する（Ｓ５）。

本実施例では、ＣＰＵ２１は、記録材Ｐの突入の２００ｍｓｅｃ前に電力補正が開始されるように電力補正開始予定時刻Ｔｓを決定する。ＣＰＵ２１は電力補正開始予定時刻Ｔｓと上記タイマー設定により得られる給電比率の更新タイミングを照合する。そして、電力補正開始予定時刻Ｔｓに最も近い給電比率の更新タイミング（電力更新時刻）を実際の電力補正開始時刻Ｔｔとして修正し、ずれ量Ｔｓ−Ｔｔを算出する（Ｓ６）。なお、ずれ量Ｔｓ−Ｔｔは、電力補正開始時刻Ｔｔが電力補正開始予定時刻Ｔｓよりも前になる場合は正の値となり、電力補正開始時刻Ｔｔが電力補正開始予定時刻Ｔｓよりも遅れる場合は負の値となる。次に、ＣＰＵ２１は図６（ａ）に示すテーブルにより、ずれ量Ｔｓ−Ｔｔに応じて補正時の給電比率の加算量Ｅｔ（％）を決定する（Ｓ７）。ここで図６（ａ）のテーブルでは、ペーパーモードごとに異なる補正時給電比率の加算量Ｅｔ（％）を採用している。また図６（ａ）は、電力補正開始直前にＰＩＤ制御によって選択されていた給電比率Ｅｐ（％）に対して加算量としての給電比率Ｅｔ（％）を記載している。従って、この時点で決まるのは電力補正時の加算量であって、実際の給電比率は電力補正開始直前に決定される。なお、図６（ａ）のテーブルは、装置内の記憶部（不図示）に記憶されているものとする。なお、以降のテーブルについても同様とする。ＣＰＵ２１は、加熱フィルム２０が所定温度付近になると、立ち上げ温度制御を終了し（Ｓ８）、プリント温度である１９０℃を目標温度に設定してＰＩＤ制御により温度制御する（Ｓ９）。

ＣＰＵ２１はタイマーにより電力補正開始時刻Ｔｔに到達したと判断する（Ｓ１０、Ｙｅｓ）とＰＩＤ制御を停止する。そして、補正時供給電力として直前のＰＩＤ制御で用いられていた給電比率Ｅｐ（％）に所定の給電比率Ｅｔ（％）を加算して電力補正を実行する（Ｓ１１）。この際の波数制御の波形パターンは、上記図４の波形パターンにより決定される。そして、ＣＰＵ２１は電力補正開始時刻Ｔｔから２００ｍｓｅｃ間（所定期間）、Ｅｐ＋Ｅｔ（％）によって電力を供給しつづける（Ｓ１２、Ｎｏ）。その後、ＣＰＵ２１はタイマーにより電力補正開始時刻から２００ｍｓｅｃ経過したと判断すると（Ｓ１２、Ｙｅｓ）、プリント温度である１９０℃を目標温度に設定してＰＩＤ制御で温度制御する（Ｓ１３）。ＣＰＵ２１は、以上のシーケンスをプリント終了まで続け（Ｓ１４）、プリントが終了した時点で、温度制御が終了する。なお、連続プリントの場合でも前述した制御手順を適用することができる。

なお、本実施例ではレジストローラ４６を基点としているが、これとは別に加熱装置１２の上流側に搬送状態を検知するセンサを設けて、この検知結果を基点としてもよい。ところで、上記の例ではペーパーモードとして坪量のみを設定しているが、記録材Ｐの表面状態等による差をペーパーモードに含めてもよい。記録材表面の平滑性が十分でないラフ紙と呼ばれる記録材や、表面性がきわめて平滑な光沢紙、ＯＨＴなどのフィルム系の記録材では加熱装置１２から記録材Ｐへの伝熱性や熱容量が一般的なプリント用紙とは異なることから、電力補正に用いる電力は異なる。従って、これらの記録材の種類に応じて電力補正値を異ならせればより最適な制御ができる。

［ハイブリッド制御］
なお、電力供給に際して給電比率制御には波数制御を用いていたが、波数制御と位相制御を組み合わせた制御を用いることもできる。この制御は、波数制御のように所定周期内に必ず１半波に対して１００％給電もしくは非給電（０％給電）を行う波形を有するとともに、同じ周期内に１半波に対して位相角を制御して位相制御を行う波形を含ませて所定周期での給電比率を制御するものである。ここでは、この制御を「ハイブリッド制御」と定義する。すなわちハイブリッド制御は、基本的には１半波以上の数半波を１単位とした波数制御であるが、その内の数半波に対して位相制御を行う。

ハイブリッド制御では制御周期内に位相制御を行う波形を含むため、ここで細かい給電比率の設定ができ、波数制御だけで給電比率を制御する場合よりも制御周期を短くできる。一方、ＡＣ電圧の一部の波にのみ位相制御を行うため、位相制御だけで給電比率を制御する場合よりも高調波電流の増加を極力抑える設定にすることができる。

本実施例では給電比率の制御周期は８半波とした場合を説明する。ここで、交流電源が５０Ｈｚの場合には制御周期（更新周期）は８０ｍｓｅｃとなる。８半波単位で通常の波数制御を行った場合は、給電比率は１２．５％刻みでしか制御できないため、ヒータ１６に供給される電力の変動幅が大きくなる。その結果ヒータ１６の温度リップルも大きくなるため、顕画像を加熱処理した際には、加熱ムラが画像上の光沢ムラとなって現れやすくなる。これに対して、本実施例に用いるハイブリッド制御では８半波中に位相制御を行う半波を数波含むことで、８半波単位でも細かい給電比率を設定できる。また２０半波単位の波数制御のみで行う場合よりも、通常動作時の給電比率の更新周期が短くできるため、よりムラのない安定した制御にすることができるとともに、フリッカノイズも減らすことができる。

ハイブリッド制御では１単位あたりの波数をより少なくすることができるが、あまり少なくすると全体における位相制御の比率が高くなるため高調波電流が増大する。この点で、８半波を給電比率の更新周期とすることは、バランスのとれた設定となる。勿論、装置構成によってこれは異なるものであり、この設定に限定するものではない。なお、実施例の給電方法としては、波数制御の場合と同様に各給電比率ごとにあらかじめＡＣ電圧の波形パターンを設定しておき、ＰＩＤ制御によって設定される給電比率ごとに各パターンに従った波形で給電する。

図６（ｂ）に給電比率ごとの波形パターンの一例を示す。図６（ｂ）の波形パターンは給電比率を５％刻みとして０％から１００％まで計２１パターンの波形を設定した場合を示している。ここでは説明を容易にするため５％刻みの給電比率を例に記載しているが、給電比率をより細かくすることができ、例えば１％刻みに設定することもできる。ハイブリッド制御では位相制御を行う半波を含むため、給電比率の設定をいくら細かくしても、波数の制御単位を増す必要はない。従ってハイブリッド制御を用いた場合、給電比率をより細かく制御できるため、電力補正時の供給電力も、よりきめ細かく制御できる。２０半波の波数制御では５％単位でしか電力を設定できず、ずれ量Ｔｓ−Ｔｔに対する電力修正は５％単位でしか行えない。しかし、ハイブリッド制御では１％単位でも電力を修正できるため、図６（ａ）の制御テーブルをより細かいものとすることもできる。

ところで、上記した実施例では、電力補正期間は記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入の２００ｍｓｅｃ前から突入後０ｍｓｅｃの２００ｍｓｅｃ間であった。しかし、ハイブリッド制御で８半波単位で給電比率を制御する場合、更新周期が８０ｍｓｅｃであるため、２００ｍｓｅｃで時間を区切ることは出来ない。従って、電力補正期間を給電比率の更新周期に合わせ、例えば記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入の１６０ｍｓｅｃ前から突入後０ｍｓｅｃの１６０ｍｓｅｃ間等とすることが制御上は好ましい。

なお、本実施例の電力補正タイミングに関しては、この数値に限定するものではない。本実施例では記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入前で電力補正を開始し、突入と同時に終了しているが、例えば、記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入を挟んでその前後に亘って電力補正を行ってもよい。突入による一時的な電力不足を補う観点からこれは当然である。また、電力補正を記録材Ｐの突入前に終了することもできる。これは電力補正期間は、ヒータ１６への電力の供給からヒータ１６の温度上昇までにタイムラグが生じることを前提に設定していることからも明らかである。

以上、説明したように、記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入タイミングの前後一定時間、ＰＩＤ制御を中止し、ヒータ１６に供給される電力を所定の値に補正して供給する。これとともに、記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入タイミングから決まる電力補正のタイミングと、給電比率の更新タイミングから決まる実際に電力補正が実行されるタイミングとのずれ量を照合し、このずれ量に応じて電力補正時の供給電力を修正する。これにより、電力補正のタイミングがずれることによって生じるホットオフセット等を抑止することができ、波数制御もしくはハイブリッド制御によって高調波電流を抑えた構成を用いることができる。

実施例１によれば、電力補正タイミングと給電比率の更新タイミングにずれが生じた場合でも画像品質の低下を防止することができる。

本実施例では電力補正の際、設定された電力補正開始予定タイミングと、実際に電力補正が実行されるタイミングとのずれ量に応じて供給電力を異ならせるとともに、この際の波数制御の波形パターンに通常の温度制御に用いるものと異なる波形パターンを用いる。通常の温度制御時の波形パターンは図４のように１更新周期中にオン、オフを適度に散らしたものを用いている。このようにオン、オフが散らされていると、給電比率の更新周期内で平均して給電が行われ、通常の温度制御時には制御の安定化の上で有効である。ただしこのように波形パターンが更新周期内で平均化していると、電力補正時に実行タイミングがずれた場合には、本来補正をすべきでない領域にも、ずれた分だけ電力補正を行ってしまい、ホットオフセット等を引き起こすことは上記した通りである。

ところで波数制御においては、更新周期内の給電比率で供給電力を換算してはいるが、実際に電力が供給されているのは、半波単位で給電している時である。従って、更新周期内で給電を行う箇所を偏らせることで、実質的に電力が供給されるタイミングをコントロールすることが可能である。この一例として、給電比率５０％の時の波形パターンの一例を図７（ａ）、図７（ｂ）に示す。図７（ａ）は２０半波内で平均してオン、オフを散らした場合、図７（ｂ）は２０半波内で後半に集中して給電を偏らせた場合である。図７（ａ）の場合は２０半波内で平均して給電されるのに対して、図７（ｂ）の例では前半は給電されず、後半のみ給電される。どちらも２０半波中５０％の給電比率であるが、実際の給電状態として異なることは明らかである。給電状態として、図７（ａ）の例は２０半波中まんべんなく５０％の給電を続けている状態に近いのに対して、図７（ｂ）の例は後半１０波のみで１００％出力する。すなわち、図７（ａ）の例よりも１００ｍｓｅｃ遅いタイミングで実質的な給電が開始されることになる。このように波形パターンによって、ある程度給電タイミングを異ならせることができる。本実施例ではこれを利用し、電力補正タイミングがずれた場合、そのずれ量に応じて供給電力を修正するとともに、そのずれ量に合わせた波形パターンを用いる。このように波形パターンをずれ量に応じて選択することで、波数制御の更新周期内で過度に給電をしたくないタイミングでは実質的に給電比率を落とし、給電を行いたいタイミングに集中的に電力供給を配分することができる。

［電力制御のシーケンス］
本実施例の電力制御方法を図８のフローチャートに基づいて説明する。図８は、本実施例における、１枚の記録材をプリントした場合の電力補正制御手順を示すフローチャートである。図８のフローチャートのＳ１０１〜Ｓ１０６は、実施例１の図５のフローチャートのＳ１〜Ｓ６と同一であるため説明を省略し、Ｓ１０７以降を以下に説明する。

プリンタ内のＣＰＵ２１は、図９に示すテーブルに従ってずれ量Ｔｓ−Ｔｔに応じて補正時給電比率の加算量Ｅｔ（％）を決定する（Ｓ１０７）。図９も実施例１と同様に、電力補正開始直前にＰＩＤ制御によって選択されていた給電比率Ｅｐ（％）に対して加算する給電比率Ｅｔ（％）を記載している。ＣＰＵ２１は、加熱フィルム２０が所定温度付近になり、立ち上げ温度制御が終了すると（Ｓ１０８）、プリント温度である１９０℃を目標温度に設定してＰＩＤ制御により目標温度に温度制御する（Ｓ１０９）。ＣＰＵ２１はタイマーにより電力補正開始時刻Ｔｔに到達したと判断すると（Ｓ１１０）、ＰＩＤ制御を停止し、直前のＰＩＤ制御の給電比率Ｅｐ（％）に上記Ｅｔ（％）を加算したＥｐ＋Ｅｔ（％）（図中、トータル給電比率）を算出する。そして、その結果とずれ量Ｔｓ−Ｔｔに基づき図１０の波形パターンを決定する（Ｓ１１１）。なお、図１０の波形パターンは波数制御の波形パターンであるが、実施例１で述べたハイブリッド制御の波形パターンであってもよい。

そして、ＣＰＵ２１はＳ１１１で決まった波形パターンによって電力補正開始時刻Ｔｔから２００ｍｓｅｃ間、所定の給電比率Ｅｐ＋Ｅｔ（％）で所定電力を供給するよう電力補正を実行する。（Ｓ１１２）。その後、ＣＰＵ２１はタイマーにより電力補正開始時刻Ｔｔから２００ｍｓｅｃ経過したか否かを判断し（Ｓ１１３）、経過した場合にはプリント温度である１９０℃を目標温度に設定してＰＩＤ制御で温度制御する（Ｓ１１４）。以上の動作をプリント終了まで続け（Ｓ１１５）、プリントが終了した時点で、温度制御が終了する。なお、連続プリントの場合でも前述した制御手順を適用することができる。また、図９の制御テーブルの値が実施例１の図６（ａ）の制御テーブルの値と異なるのは以下の理由による。図６（ａ）の制御テーブルで加算される給電比率は、電力補正時に更新周期内で平均して給電がなされることを前提として設定されたものである。しかし本実施例のように波形パターンを異なるものにした場合、実質的な給電タイミングが変化する分、これに合わせて一更新周期内の給電比率も変える必要がある。これを上記した給電比率５０％の例を基に説明する。図７（ａ）のように２０半波内で平均して給電されているものを、そのまま図７（ｂ）の波形パターンに置き換えた場合、後半の１０半波が１００％の給電比率になるため、この箇所は明らかに電力供給過多になる。また前半１０波がすべて給電比率０％になるのも好ましくはない。従って、給電タイミングを後半１０波に偏らせるにしても、例えば図７（ｃ）に示すようにバランスをとった波形パターンとすべきである。このように波形パターンが異ならせて給電タイミングを調整した場合、必ずしも一更新周期内において給電比率が同じになるわけではない。例えば図７（ｃ）では４０％の給電比率となっている。

ところで、実施例１に基づく上記の例では電力補正期間を記録材Ｐの加熱ニップ部Ｈへの突入前２００ｍｓｅｃから記録材Ｐの突入の０ｍｓｅｃ経過後までの２００ｍｓｅｃ間としている。これは、電力補正期間として最良値を選択しているからである。これに対し本実施例では、電力補正のタイミングと、実際に電力補正が実行されるタイミングがずれる場合に、電力補正期間を電力の一更新周期分増すとともに、その間の波形パターンを異ならせて、実質的な給電タイミングを更に合わせ込むことも可能である。具体的に図１１を用いて説明する。なお、図１１では、理解が容易なように図７（ｂ）のように極端に給電波形を偏らせた例を用いている。図１１の（Ｘ）は本来の電力補正タイミングに対して、実際の電力補正タイミングが１００ｍｓｅｃ前にずれた場合を示している。この際に、実質的な給電タイミングを本来の電力補正タイミングに近づけるため、電力補正時に後半１００ｍｓｅｃに偏らせて給電させる波形パターンを用いる方法については上記した通りである。しかし、この場合には電力補正期間が１００ｍｓｅｃ前にずれているため、本来の電力補正期間に対しては前半の１００ｍｓｅｃ分しか電力補正が行われない。従って後半１００ｍｓｅｃで電力補正が行われない分、光沢差の解消の面では不十分とならざるをえない。そこで、このように電力補正タイミングがずれた場合に、電力補正期間を電力の一更新周期分延長し、かつ、その間の波形パターンを適宜選択することにより、本来の電力補正期間中に所望の電力を供給する。これにより、光沢差の解消に対しても効果を奏することとなる。

図１１の（Ｙ）は本来の２００ｍｓｅｃの電力補正期間に対して、電力補正期間が１００ｍｓｅｃ前にずれた時に、更にもう一更新周期分すなわち２００ｍｓｅｃ間電力補正期間を後半側に延長したものを示している。すなわち、電力補正期間は２００ｍｓｅｃ＋２００ｍｓｅｃで計４００ｍｓｅｃとなり、給電比率の更新周期としては二周期分となっている。またこの場合には電力更新周期二周期分の電力補正期間に対して、最初の一周期は後半に給電波形を偏らせるとともに、次の一周期は前半に給電波形を偏らせる。これにより、本来の電力補正期間に近いタイミングで実質的な電力供給を行うことができる。本実施例ではもとの電力補正期間が給電比率の更新周期の一周期分と一致しているため、上記のように電力補正期間を延長した場合に更新周期の二周期分で二倍となるが、あくまでもとの電力補正期間に対して更新周期の一周期分を加算することが基本である。例えば元の電力補正期間が更新周期の三周期分あれば、延長した場合の電力補正期間は更新周期の四周期分となる。

ところで、このような構成をとる場合には、実際の電力補正開始が本来の電力補正開始予定タイミングよりあまり遅れてしまっては意味がない。従って、電力補正タイミングがずれる場合には、基本的には電力補正開始予定時刻に対して、それよりも前で最も近い給電比率の更新タイミングを実際の電力補正開始時刻として設定する。すなわち実際の電力補正開始タイミングが本来の電力補正開始予定タイミングよりも前のタイミングとなるように設定する。ただし、電力補正開始予定時刻に対して実際の電力補正開始の遅れが少ない場合には、タイミングのずれの影響は少ない。従って、このような場合は、電力補正開始時刻をそのままのタイミングで電力補正を行い、電力補正期間を増す必要もない。また同様の理由で、電力補正開始時刻を再設定した結果、電力補正タイミングのずれが小さくなった場合も、電力補正期間を増す必要はない。

［電力制御の他のシーケンス］
上記構成を適用した場合について、図１２の電力制御方法のフローチャートを用いて、以下に一枚の記録材をプリントした場合の実際の補正動作について説明する。本実施例では交流電源６０の周波数が５０Ｈｚの場合について説明する。図１２のＳ２０１〜Ｓ２０５は、実施例１の図５のＳ１〜Ｓ５と同一であるため説明を省略し、Ｓ２０６以降を以下に説明する。

ＣＰＵ２１は、電力補正開始予定時刻Ｔｓと上記タイマー設定により得られる給電比率の更新タイミングを照合し、電力補正開始予定時刻Ｔｓに対して最も近い給電比率の更新タイミングＴｋを検出する（Ｓ２０６）。ここで、−３０ｍｓｅｃ≦（Ｔｓ−Ｔｋ）の場合は、ＣＰＵ２１はそのままＴｔ＝Ｔｋとして電力補正開始時刻Ｔｔを設定する（Ｓ２０６）。ここで電力補正開始時刻Ｔｔは、−３０ｍｓｅｃ≦（Ｔｓ−Ｔｋ）＜０ｍｓｅｃの時には本来の電力補正開始予定時刻Ｔｓよりも後に、０ｍｓｅｃ≦（Ｔｓ−Ｔｋ）の場合には、本来の電力補正開始予定時刻Ｔｓよりも前のタイミングになる。一方、−１００ｍｓｅｃ≦（Ｔｓ−Ｔｋ）＜−３０ｍｓｅｃの場合は、ＣＰＵ２１はＴｔ＝Ｔｋ−２００ｍｓｅｃとしてＴｔを修正する（Ｓ２０６）。これにより、電力補正開始時刻Ｔｔは本来の電力補正開始予定時刻Ｔｓよりも前のタイミングとなる。そして、ＣＰＵ２１は実際の電力補正開始時刻Ｔｔに対して、そのずれ量Ｔｓ−Ｔｔを算出する（Ｓ２０７）。なお、Ｔｓ−Ｔｔは上記のＴｋからの演算により−３０ｍｓｅｃより小さい値にはならない。ＣＰＵ２１は、このずれ量Ｔｓ−Ｔｔに応じて、図１３に示すテーブルに従ってペーパーモードに対応した補正時給電比率の加算量Ｅｔ（％）を決定する（Ｓ２０８）。

この際、電力補正期間も同時に決定される。ずれ量Ｔｓ−Ｔｔが３０ｍｓｅｃ未満では電力補正期間が２００ｍｓｅｃ（図１３で補正期間延長無）となり、３０ｍｓｅｃ以上では更に給電比率の一更新周期分の時間を延長した電力補正期間（図１３で補正期間延長有）となる。本実施例では、これは４００ｍｓｅｃであり給電比率の更新周期の二周期分に相当する。このように電力補正期間が延長された場合においては、ＣＰＵ２１は給電比率を一周期目と二周期目で異なせる場合もある。これは、本来の電力補正期間に給電波形を偏らせて電力を供給するためである。本来の電力補正期間に給電を集中させるためには、一周期目の後半と二周期目の前半に給電波形を偏らせることになるが、この時、一周期目、二周期目それぞれで、本来の電力補正期間を含んでいる長さは異なる。本来の電力補正期間に該当する長さが一周期目と二周期目で異なる場合、当然、本来の電力補正期間を多く含む周期で給電比率が高くなる。従って一周期目と二周期目において、給電比率を異ならせる必要がある。これを考慮した上で、本実施例の図１３のテーブルにおいて、一周期目と二周期目を合算した電力補正期間の給電比率が記載されている。実際の一周期目と二周期目それぞれの給電比率は、後述する図１４による波形パターンの選択時に決定される。ＣＰＵ２１は、加熱フィルム２０が所定温度付近になり、立ち上げ温度制御が終了すると（Ｓ２０９）、プリント温度である１９０℃を目標温度に設定してＰＩＤ制御により目標温度に温度制御する（Ｓ２１０）。ＣＰＵ２１はタイマーにより電力補正開始時刻Ｔｔに到達したと判断すると（Ｓ２１１、Ｙ）、ＰＩＤ制御を停止し直前のＰＩＤ制御の給電比率Ｅｐ（％）に上記Ｅｔ（％）を加算したＥｐ＋Ｅｔ（％）を算出する。そして、その結果とずれ量Ｔｓ−Ｔｔにより図１４の波形パターンを決定する（Ｓ２１２）。なお、図１４の波形パターンは波数制御の波形パターンであるが、実施例１で述べたハイブリッド制御の波形パターンであってもよい。

図１４の波形パターンは、補正期間中トータルの給電比率Ｅｐ＋Ｅｔに対して、一周期目、二周期目の波形パターンがそれぞれ決められている。すなわちここで、一周期目と二周期目への給電比率の割り振りが決められることになる。そして、ＣＰＵ２１は、Ｓ２１２で決まった波形パターンによって、所定の給電比率Ｅｐ＋Ｅｔ（％）で電力補正を実行し、Ｓ２０８で決定された電力補正期間、タイマーでカウントしながらこれを継続する（Ｓ２１３、Ｓ２１４）。なお、図１４において給電比率が比較的高いもの、または低いものは、ＡＣ波形のオンまたはオフが連続する領域が多く、ここではヒータ温度が安定しなくなる可能性がある。しかし、これはデータ上テーブルを設定しているものに過ぎず、実際に電力補正時に選択される給電比率はこのような極端な比率ではない。従って、実際には電力補正時に温度が不安定となることはない。その後、ＣＰＵ２１は電力補正期間が終了すると、プリント温度である１９０℃を目標温度に設定してＰＩＤ制御で温度制御する（Ｓ２１４、Ｓ２１５）。以上の動作をプリント終了まで続け（Ｓ２１６）、プリントが終了した時点で、温度制御が終了する。なお、連続プリントの場合でも前述した制御手順を適用することができる。

以上のように、本実施例では電力補正のタイミングと実際に電力補正が実行されるタイミングとのずれ量Ｔｓ−Ｔｔに応じて、電力補正時の供給電力を修正するとともに波数制御の給電波形パターンを適宜選択する。また、ずれ量Ｔｓ−Ｔｔに応じて電力補正期間を延長する。これにより、電力補正のタイミングがずれた場合でも実質的な給電タイミングを本来の電力補正期間に近づけることができる。そして実施例１と比べ、電力補正のタイミングがずれることによって生じるホットオフセット等を抑止する効果を更に高めるとともに、画像上、加熱フィルム一周目と二周目間の光沢差をより低減することができる。

実施例２によれば、電力補正タイミングと給電比率の更新タイミングにずれが生じた場合でも画像品質の低下を防止することができる。

１２加熱装置
１６ヒータ
２１ＣＰＵ
４７レジストセンサ
Ｐ記録材

Claims

交流電源から供給される電力によって発熱するヒータを有し、記録材に形成された未定着トナー像を圧接部において記録材に加熱定着する定着手段と、前記定着手段の温度を検知する温度検知手段と、前記記録材の到達を検知する記録材検知手段と、
前記温度検知手段の検知温度に応じて前記交流電源から前記ヒータへ供給する電力を制御し、交流電源の波形における連続する所定数の半波を１制御周期として、前記１制御周期ごとに前記検知温度に応じた電力に更新する制御手段、とを有し、前記制御手段が前記記録材の前記圧接部への突入に伴う温度低下を補う電力補正を行う画像形成装置において、
前記制御手段は、
前記記録材検知手段が前記記録材を検知した時刻から、前記電力補正の電力補正開始予定時刻を算出し、該電力補正開始予定時刻と前記１制御周期に基づく更新時刻に基づき電力補正開始時刻を算出し、
前記電力補正開始予定時刻と前記電力補正開始時刻の差と前記記録材の種類に基づき、前記電力の加算量を算出し、
前記電力補正開始時刻の直前の電力に前記加算量を加えた電力に基づく波形パターンで、前記電力補正開始時刻から所定時間、前記電力補正を行うことを特徴とする画像形成装置。
前記制御手段は、前記波形パターンを、前記電力補正開始時刻の直前の電力に前記加算量を加えた電力と、前記電力補正開始予定時刻と前記電力補正開始時刻の差に基づいて決定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記電力補正開始予定時刻と前記電力補正開始時刻の差と前記記録材の種類に基づき前記所定時間を決定することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
前記波形パターンは、
一半波の全てをオンする半波と、一半波の全てをオフする半波よりなる波形パターンであるか、または、一半波の全てをオンする半波と、一半波の全てをオフする半波と、一半波の一部をオンする半波からなる波形パターンであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の画像形成装置。
前記記録材の種類は、該記録材の坪量または表面状態に基づく種類であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の画像形成装置。