JP2013222097A

JP2013222097A - 画像形成装置

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Publication number: JP2013222097A
Application number: JP2012094055A
Authority: JP
Inventors: Rikuo Kawakami; 陸男川上; Yasuhiro Shimura; 泰洋志村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2013-10-28
Anticipated expiration: 2032-04-17
Also published as: JP5932454B2; US20130272738A1; US9128430B2

Abstract

【課題】ヒータの抵抗温度特性に拘らず、高調波レベルの抑制及び画像品質の向上を図る。
【解決手段】一制御周期中の位相制御波形と波数制御波形の割合が異なる制御テーブルを複数設定し、設定する目標温度に応じて制御テーブルを選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録紙に形成された未定着トナー像を記録紙に加熱定着する定着部を有する画像形成装置に関する。

複写機やレーザビームプリンタ等の画像形成装置に搭載する定着部として、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式の定着部や、セラミックヒータを熱源とするフィルム加熱式の定着部等がある。

定着部にあるヒータは、トライアック等のスイッチング素子を介して商用交流電源に接続されており、この商用交流電源によりヒータに電力が供給される。定着部には定着部の温度を検出する温度検出素子、例えばサーミスタが設けられている。ＣＰＵは、温度検出素子の検出温度が目標温度を維持するようにスイッチング素子をオン／オフ制御する。このような電力制御により定着部の温度が目標温度に維持される。ヒータへのオン／オフ制御は位相制御又は波数制御により行われる。

位相制御は交流波形の１半波内の任意の位相角でスイッチング素子をオンすることでヒータに供給する電力制御する方式である。一方、波数制御は交流波形の半波単位でスイッチング素子をオンすることでヒータに供給する電力を制御する方式である。

位相制御を選択する理由としては、照明機器のちらつき、いわゆるフリッカを抑えるためというのが挙げられる。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配電線のインピーダンスにより商用交流電源に電圧変動が発生し、それにより照明機器がちらつくことである。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、フリッカの発生を抑えることができる。一方、波数制御は商用交流電源の半波単位でオン／オフ制御するため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。

波数制御を選択する理由としては、高調波電流やスイッチングノイズの抑制が挙げられる。ヒータをオン／オフする際に生じる急激な電流変動により、高調波電流やスイッチングノイズが発生する。これらはヒータのオン／オフ制御が必ずゼロクロスポイントで行われる波数制御の方が、交流波形の半波の途中でスイッチングする位相制御よりも発生しにくいからである。この高調波電流やスイッチングノイズは、使用する商用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商用交流電源電圧に応じて電力制御方式を固定しているのが一般的である。例えば１００〜１２０Ｖの商用交流電源電圧の地域向けの装置は、フリッカに有利な位相制御方式を採用し、２２０Ｖ〜２４０Ｖの商用交流電源電圧の地域向けの装置は、高調波電流やスイッチングノイズに有利な波数制御方式を採用するケースが多い。

この他、位相制御と波数制御を組み合わせた方式も提案されている。特許文献１では、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、残りを波数制御している。これにより位相制御だけの場合に対して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に対して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可能としている。

ここで位相制御若しくは、波数制御で電力を供給している正の半波を正の通電サイクル。同じく負の半波を負の通電サイクルとして定義する。また電力を供給していない半波を非通電サイクルとして定義する。またヒータに供給する電力量を一定期間ごとに区切って制御するための一単位期間を一制御周期と定義する。以下の説明では、一例として、４全波（８半波）を一制御周期としてヒータへの電力供給や上限電流値を更新する方法を説明する。

定着部の電力制御を行う際に、シーケンスコントローラは、温度検出素子で検出される温度と、予め設定されている目標温度とを比較して、ヒータに供給する電力比を算出する。そして、その電力比に相当する位相角或は波数を決定し、その位相条件又は波数条件で、ヒータを駆動しているスイッチング素子をオン／オフ制御する。

ここで、一般的な傾向として、一制御周期に含まれる位相制御の回数を増やすことで一制御周期中の発熱の偏りの低減を図れることが知られている。このようにヒータの発熱ムラを抑え記録紙に与える熱量の均一化を図ることにより、印字品質の向上及び定着性の向上を図ることが可能となる。また、上記したように高調波に対しては波数制御が有利であるため、実際の制御としては高調波規格を満足出来る範囲で出来るだけ波数制御の回数を増やした制御パターンを使用することが望ましくなる。

特開２０１１−１８０２７号

ところで、ヒータの中には、温度が変化すると抵抗値が変化するものがある。その変化の度合いを表すのが抵抗温度係数と呼ばれるものであり、温度上昇に比例して抵抗値が上昇するものを正の抵抗温度係数（正の抵抗温度特性）、逆に温度上昇に反比例して抵抗値が減少するものを負の抵抗温度係数（負の抵抗温度特性）という。

ここで、ヒータの抵抗温度係数が及ぼす影響に関して述べる。画像形成装置においては、使用される様々な紙種への対応、また使用される環境の違いへの対応などで様々な印字モードを有している。紙種や使用環境により最適な定着条件が異なるため、各条件で目標温度の変更を行っている。目標温度を変えるということはヒータの発熱温度を変えるということであり、温度が変われば抵抗温度係数の影響によりヒータ抵抗値が変わるためヒータを流れる電流が変動する。上述したように、ヒータ電流と高調波は関係大であり、電流変動は高調波のレベルにも影響を及ぼす。

まず正の抵抗温度特性（ＰＴＣ：ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）のヒータに関して述べる。ヒータ抵抗値は温度上昇に比例して上昇するため、目標温度が高い時を基準とし、高調波規格を満足出来る範囲で、出来るだけ一制御周期中の位相制御の回数を増やした制御パターンの作成を行うと、目標温度を低くした際にヒータ電流が増加する影響で高調波規格を満足出来なくなってしまう。逆に、目標温度が低い時を基準とし位相制御の回数の少ない制御パターンの作成を行うと、目標温度を高くした際に高調波規格は満足するものの、ヒータの発熱ムラが大きい状態であるため、印字画像の画質的には不利となる。

次に負の抵抗温度特性（ＮＴＣ：ＮｅｇａｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）のヒータに関して述べる。ヒータ抵抗値は温度上昇に反比例して減少するため、目標温度が低い時を基準とし、高調波規格を満足出来る範囲で、出来るだけ一制御周期中の位相制御の回数を増やした制御パターンの作成を行うと、目標温度を高くした際にヒータ電流が増加する影響で高調波規格を満足出来なくなってしまう。逆に、目標温度が高い時を基準とし位相制御の回数の少ない制御パターンの作成を行うと、目標温度を低くした際に高調波規格は満足するものの、ヒータの発熱ムラが大きい状態であるため、印字画像の画質的には不利となる。

本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、その目的は、抵抗温度係数の影響による高調波レベルの悪化を抑制しつつ、画像品質を保つことが可能な画像形成装置を提供することである。

上述の課題を解決するための本発明は、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、記録紙に形成された未定着トナー像を記録紙に加熱定着する定着部と、前記定着部を目標温度に維持するように前記ヒータに供給する電力を制御する電力制御部と、を有し、前記電力制御部は、前記ヒータに流れる交流波形の連続する所定数の半波を一制御周期として、前記一制御周期毎に、複数の電力比が設定されている制御テーブルの中から前記定着部の温度に応じた前記電力比で前記ヒータに供給する電力を制御し、前記一制御周期中に前記ヒータに流れる交流波形には位相制御波形と波数制御波形が含まれている画像形成装置において、前記目標温度の設定が複数あり、前記制御テーブルとして、前記一制御周期中の前記位相制御波形と前記波数制御波形の割合が異なる複数の前記制御テーブルが設定されており、前記電力制御部は、設定された前記目標温度に応じて複数の前記制御テーブルの中から一つを選択し、選択された前記制御テーブルの中から前記定着部の温度に応じた前記電力比を選択することを特徴とする。

本発明によれば、抵抗温度係数の影響による高調波レベルの悪化を抑制しつつ、画像品質を保つことが可能な画像形成装置を提供できる。

ＰＴＣヒータを用いる場合の制御テーブルを示した図フィルム式定着装置（定着部）の構成図定着部のヒータ駆動回路の構成図位相制御の説明図波数制御の説明図高調波レベル測定に用いた波形を示した図高調波レベルの測定結果を示した図実施例１における制御のフローチャートＮＴＣヒータを用いる場合の制御テーブルを示した図実施例２における制御のフローチャートプリンタの構成図制御テーブルを説明するための図

（実施例１）
図１１に電子写真方式の画像形成装置の構成を示す。給紙カセット１０１に積載された記録紙はピックアップローラ１０２によって１枚だけ給紙カセット１０１から送出され、給紙ローラ１０３によってレジストローラ１０４に向けて搬送される。さらに記録紙はレジストローラ１０４によって所定のタイミングでトナー像転写部へ搬送される。１０５は、帯電部１０６、現像部１０７、クリーニング部１０８、および電子写真感光体１０９をユニット化したプロセスカートリッジである。感光体１０９に形成されたトナー像は、転写ローラ１１０との間の転写部で記録紙に転写される。なお、１１２は画像情報に応じて発光するレーザダイオード、１１３はレーザ光を走査するポリゴンミラー、１１４は走査されたレーザ光を感光体１０９に導くミラーである。画像形成プロセスは公知なので詳細な説明は割愛する。

トナー像が転写された記録紙は定着部１１５に搬送されると定着処理される。記録紙はさらに中間排紙ローラ１１６、排紙ローラ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。

図２は定着部１１５の概略構成断面図である。定着部１１５はセラミックヒータを加熱源としたフィルム加熱方式の装置である。耐熱樹脂製のヒータホルダ２０１はセラミックヒータを保持すると共に、定着フィルム２０３の回転をガイドする役目を有する。２０２はセラミックヒータであり、ヒータホルダ２０１の下面に長手に沿って形成した溝部に嵌入された、記録紙搬送路を横断する方向を長手とする横長部材である。２０３はエンドレスベルト状の耐熱性フィルム材（以下、定着フィルムと記す）であり、セラミックヒータ２０２を取り付けたヒータホルダ２０１にルーズに外嵌させてある。ステー２０４は図面に対して垂直方向を長手とする金属製の剛性部材であり、ヒータホルダ２０１の内側に配設される。加圧ローラ２０５はセラミックヒータ２０２と定着フィルム２０３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である。加圧ローラ２０５はモータ（不図示）により矢印Ｂ方向に所定の速度で回転駆動される。加圧ローラ２０５の回転により定着フィルム２０３は矢印Ｃ方向へ従動回転する。未定着トナー像を担持する記録紙は、定着ニップ部Ｎで挟持搬送されつつ加熱される。これにより未定着トナー像が記録紙に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通った記録紙は定着フィルム２０３の面から分離されて搬送される。なお、図２における矢印Ａは記録紙の搬送方向を示す。また、定着部１１５はセラミックヒータ２０２の温度を検出するためのサーミスタ２０６を有している。サーミスタ２０６はバネ等でセラミックヒータ２０２に所定の圧で押し当てられており、セラミックヒータ２０２の温度を検出する。さらに、セラミックヒータ２０２への供給電力を制御する電力制御部が故障し、セラミックヒータ２０２が熱暴走に至った場合、過昇温を防止する一手段として、過昇温防止手段２０７がセラミックヒータ２０２上に配されている。過昇温防止手段２０７は、例えば温度ヒューズやサーモスイッチである。電力制御部の故障により、セラミックヒータ２０２が熱暴走に至り過昇温防止手段２０７が所定の温度以上になると、過昇温防止手段２０７がＯＰＥＮになり、セラミックヒータ２０２への通電が断たれる。

図３はヒータ駆動回路及び電力制御回路（電力制御部）を示している。同図中、３０１は画像形成装置が接続される商用の交流電源で、画像形成装置は商用交流電源３０１からの電力をヒータ２０２へ供給することにより、ヒータ２０２を発熱させる。ヒータ２０２への電力供給は、トライアック３０２の通電／遮断により行われる。抵抗３０３、３０４はトライアック３０２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３０５ｂに通電することによりトライアック３０２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ＣＰＵ（電力制御部）３０９からのヒータ駆動信号に従って動作する。商用交流電源３０１からの入力電源電圧は、電圧波形検出手段であるゼロクロス検出回路３１０にも入力される。ゼロクロス検出回路３１０は入力電源電圧のゼロクロスポイントを検出してゼロクロス信号をＣＰＵ３０９に出力する。電流検出トランス３１２は、セラミックヒータ２０２に流れる電流を電圧変換し、電流検出回路３１３に入力する。電流検出回路３１３では、電圧変換されたヒータ電流波形を実効値もしくはその２乗値に変換し、ＨＣＲＲＴ信号としてＣＰＵ３０９にＡ／Ｄ変換して入力する。サ−ミスタ２０６によって検出されるヒータの温度は、抵抗３１１と、サーミスタ２０６との分圧として検出され、ＣＰＵ３０９にＴＨ信号としてＡ／Ｄ変換して入力される。セラミックヒ−タ２０２の温度は、ＣＰＵ３０９において内部の設定温度（目標温度）と比較される。これにより、ＣＰＵ３０９はセラミックヒ−タ２０２に供給するべき電力比を算出し、更に、電力比に対応した位相角（位相制御）及び波数（波数制御）の制御レベルに換算し、制御レベルに対応するＯＮ信号（ヒータ駆動信号）をトランジスタ３０７に出力する。セラミックヒータ２０２に供給する電力比を算出する際に、電流検出回路３１３から報知されるＨＣＲＲＴ信号を基に上限の電力比を算出して、その上限の電力比以下の電力が供給されるように制御する。

次にヒータの電力制御方式である位相制御と波数制御について説明する。図４に位相制御の場合の例を示す。ゼロクロス信号は商用交流電源の正から負、負から正に切り替わるポイントで論理が切り替わり、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をオンすると、図４の斜線で示した部分でヒータに電流が流れ電力が供給される。なお、ヒータをオンした後、次のゼロクロスポイントで、トライアック３０２の特性によりヒータへの通電はオフされるので、再びゼロクロス信号のエッジから時間ｔａ後にヒータ駆動信号をオンすることにより、次の半波でもヒータ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をオンするとヒータへの通電時間が変わるため、ヒータ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のエッジからヒータ駆動信号をオンする時間を変化させることでヒータへの供給電力を制御する。位相制御は図４のように交流電源波形の半波の途中でヒータへの通電をオンするためヒータ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。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要となる。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、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。

図５に波数制御の例を示す。波数制御では商用交流波形の半波単位でオン／オフ制御を行うので、オンする時はゼロクロス信号のエッジとともにヒータ駆動信号をオンする。そして、例えば１２半波を制御の１周期とし、一制御周期の中でオンする半波の数を変えていくことで、ヒータへの供給電力を制御している。図５は１２半波のうち６半波をオンしているため、ヒータへの供給電力は５０％となる。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、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、一制御周期内でオンする半波の位置（制御パターン）を工夫することで、フリッカに対する電流の変動周期の影響をできるだけ少なくなるようにしている。

一方、本例では、波数制御のように商用交流波形の複数半波を一制御周期とし、その中の一部の半波を位相制御、残りの半波を波数制御で行うような制御を行う。すなわち、一制御周期中にヒータに流れる交流波形には位相制御波形と波数制御波形が含まれている。このような制御方式では、特に位相制御が毎半波行われなくなるので、流れる高調波電流を低減させることができる。また、位相制御波形を含んでいるので、一制御周期が短くても供給電力を多段階に制御できる。よって、波数制御のみの場合よりも制御周期を短くできるので電流の変動周期が短くなり、フリッカの低減もしやすくなり、位相制御のみの場合よりも高調波電流を抑えることができる。したがって、本例のＣＰＵ（電力制御部）３０９は、ヒータに流れる交流波形の連続する所定数の半波を一制御周期として、一制御周期毎に、複数の電力比が設定されている制御テーブルの中から定着部の温度に応じた電力比でヒータに供給する電力を制御する。

図１（本例の制御テーブル）と図１２に位相制御と波数制御を組み合わせた方式の、ヒータ電力制御のパターン例を示す。図１２には本例の制御パターンの効果を説明するための比較例であり、４全波（＝８半波）を一制御周期とし、そのうち６半波を波数制御、２半波を位相制御で制御している。図１は本例のヒータ電力制御の制御パターン（制御テーブル）である。図１では４全波（＝８半波）を一制御周期としている。図１ａは制御目標温度が閾値温度よりも低い時に選択する制御テーブル（第一制御テーブル）であり、８半波のうち６半波を波数制御、２半波を位相制御で制御している。図１ｂは制御目標温度が閾値温度より高い時に選択する制御テーブル（第二制御テーブル）であり、８半波のうち４半波を波数制御、４半波を位相制御で制御している。図１のように、本例では、制御テーブルとして、一制御周期中の位相制御波形と波数制御波形の割合が異なる複数の制御テーブルが設定されている。

各制御テーブルでは、電力０％から１００％までの間を１２分割された電力比（オンデューティ、電力ｄｕｔｙ）が設定されており、図１では、各電力比においてヒータに流す交流波形（制御パターン）を示している。図１２の例を用いて説明すると、電力ｄｕｔｙ１／１２（＝８．３％）の場合は１波目と２波目の半波の電力ｄｕｔｙが３３．３％になるように位相制御する。その他の６半波の波数制御部分は全てオフとすることで、一制御周期において約８．３％の電力が供給される。

ここで半波の電力ｄｕｔｙが３３．３％になるように位相制御するには、供給する電力比を対応した位相角に換算しＣＰＵ３０９がトランジスタ３０８にＯＮ信号を送出する。例えば、下記の表１のようなデータ（電力比と位相角の変換表）をＣＰＵ３０９内に有しており、この制御表に基づき制御をおこなう。

また電力ｄｕｔｙ７／１２（＝５８．３％）の場合は、１波目と２波目の半波とも半波全体の電力ｄｕｔｙが３３．３％になるようにオンする。その他の６半波の波数制御部分は、４波目、５波目、７波目、８波目をオンすることで、一制御周期において約５８．３％の電力が供給される。このようにして供給電力１００％となる電力ｄｕｔｙ１２／１２まで、図１２のように制御パターン１３段階を定義する。

ここで図１の制御パターン１３段階のうち、電力ｄｕｔｙ２／１２、５／１２、及び８／１２から１０／１２までに、本例で提案する電流波形、即ち、一制御周期中の位相制御波形と波数制御波形の割合が第一制御テーブルと第二制御テーブルで異なる波形を採用している。

次に図１ｂの高温時の制御パターン（目標温度が高い場合に選択される制御テーブル）を用い、全目標温度領域において同じ制御パターンを使用した際の、高調波への影響を以下に説明する。

図１ｂで示した制御パターンは、位相制御／波数制御を各４半波ずつとした一制御周期で構成されている。上述のように高調波抑制に対しては波数制御に優位性があり、一方発熱ムラ抑制による印字画像の画質向上に対しては位相制御に優位性がある。よって画質向上を図るために高調波規格を満足する範囲で位相制御を行う半波の数が一番多くなるような構成としている。

ここで、抵抗体は一般的に温度特性を持っており、セラミックヒータに形成されている発熱抵抗体においても同じことが言える。この特性は抵抗温度係数と呼ばれ、抵抗体の温度変化に伴う抵抗値の変化量を表している。また、抵抗体の温度上昇に伴い抵抗値も上昇をする特性をもつものを正の抵抗温度係数と呼び、抵抗体の温度上昇に伴い抵抗値は降下する逆の特性をもつものを負の抵抗温度係数と呼ぶ。本実施例１においては正の抵抗温度特性を有するセラミックヒータを採用する場合に適した制御テーブルを提案している。

定着部１１５の電力制御において、紙種や使用環境等の違いに応じて、印字条件の最適化を図るために制御を行う際の目標温度を変更する必要がある。ここで、上記したように正の抵抗温度係数の影響により、制御中のセラミックヒータの抵抗体の抵抗値は目標温度によって異なってくる。従って、目標温度が高い（ヒータ抵抗値が高い）状態を基準として最適化した上記制御パターンを用いた場合、目標温度を低くした際にはヒータ抵抗値が低くなるため、その影響を受けることになる。具体的には、抵抗値が下がるとヒータを流れる電流が増えるため、高調波レベルの悪化を招く事になる。また、逆に目標温度が低い（ヒータ抵抗値が低い）状態を基準とした場合においては、目標温度を高くした際の一制御周期中の位相制御の回数が本来設定可能であるはずの回数よりも少ない状態となっている。よって、発熱ムラが大きい状態となっているため、印字画像の画像品質の低下を招く事になる。

従って、本実施例１においては、図１のように目標温度１５０℃（＝閾値温度）を境に二つの制御パターン（制御テーブル）を設定している。高温側はヒータ抵抗値が高く高調波レベルに対して有利であるため、印字画像の画像品質を向上するために、一制御周期中の位相制御を行う数が出来るだけ多くなる設定としている。一方低温側はヒータ抵抗値が低く高調波レベルに対して不利となるため、高調波規格をオーバーしないように高調波レベルの抑制を目的として、一制御周期中の位相制御を行う回数を高温側よりも減らした設定とする。

ここで、高調波レベルへの影響に関して詳細の説明を行う。図６に一制御周期の中で位相制御を行う回数を４半波とした時の、供給電力が７７．５％、５２．５％、２７．５％の場合の制御パターン及び、一制御周期の中で位相制御を行う回数を２半波とした時の、供給電力が３５．０％の場合の制御パターンを示す。図７は上記条件で測定を行った時の高調波レベルを表したグラフである。ここで、位相制御を行う回数を４半波とした時のグラフを比べると、目標温度を下げることで高調波レベルの悪化が確認出来る。具体的な数値としては、２１５℃から１２５℃に温度を下げることで高調波レベルは９ポイント程度の悪化が見られ、初期抵抗値のバラツキ等を考慮すると１０ポイント以上の悪化をする可能性が考えられる。一方、位相制御を行う回数を２半波とした時のグラフを見てみると、低い目標温度であっても高調波レベルは規格に足して十分にマージンを持っていることが確認出来る。

上記したように電力制御の制御テーブルを２つ持ち、目標温度の所定の値、例えば１５０℃を閾値として制御に使用するテーブルの切り替えを行う。これにより、抵抗温度係数の影響を緩和することが出来、目標温度を高くした際の印字画像の画像品質を確保しつつ、目標温度を低くした際の高調波レベルの悪化を抑制することが可能となる。また、制御テーブルおよび閾値温度の数は上記の限りではなく、上記以上の複数個を有してもよい。

次に、本実施例１における定着器１１５の制御シーケンスについて説明をする。図８は、本実施形１のＣＰＵ３０９による定着器１１５の制御シーケンスを説明するフローチャートである。

Ｓ１６０１で、ＣＰＵ３０９にて、セラミックヒータ２０２への電力供給開始の要求が発生するかを判断し、要求が発生するとＳ１６０２に進む。

Ｓ１６０２では紙種やプリントスピード等の違いに対応するために、各プリントモードに対する最適な目標温度を設定する。

Ｓ１６０３では予め設定された目標温度の閾値１５０℃に対して、Ｓ１６０２で設定された目標温度が高いか／低いかを判断し、低い場合はＳ１６０４に、高い場合はＳ１６０５に進む。

Ｓ１６０４では設定された目標温度が閾値温度よりも低い場合の電力制御に最適化された制御テーブルを選択（第一制御テーブルａを選択）し、実行中の電力制御に対する参照元として設定される。一方、Ｓ１６０５では設定された目標温度が閾値温度よりも高い場合の電力制御に最適化された制御テーブルを選択（第二制御テーブルｂを選択）し、Ｓ１６０４と同様の設定がなされる。

Ｓ１６０６ではＳ１６０４もしくはＳ１６０５で設定された制御テーブルを基に実際の電力制御を行う。

Ｓ１６０７ではプリント動作が終わるまでＳ１６０６での電力制御を繰り返し行い、プリント動作が終了したらＳ１６０８に進み制御終了となる。

このように、本実施例の装置は、ヒータは正の抵抗温度特性を有しており、制御テーブルとして、第一制御テーブルと、位相制御波形の割合が第一制御テーブルよりも多い第二制御テーブルと、が設定されている。そして、電力制御部は、設定された目標温度が閾値温度よりも低い場合は第一制御テーブルを選択し、設定された目標温度が閾値温度よりも高い場合は第二制御テーブルを選択する。

（実施例２）
本実施例２は、実施例１と同様にセラミックヒータ２０２の抵抗温度係数を考慮した電力制御方法を提案するものであり、ヒータの抵抗温度特性以外は実施例１と同様の構成となる。ここで、本実施例２の特徴的な箇所としては、セラミックヒータ２０２の特性として抵抗体の温度上昇に伴い抵抗値が低下をする、負の抵抗温度係数をもったセラミックヒータに関して提案を行っている所である。

定着部１１５の電力制御において、紙種や使用環境等の違いに応じて、印字条件の最適化を図るために制御を行う際の目標温度を変更する必要がある。ここで、上記したように負の抵抗温度係数の影響により、制御中のセラミックヒータ２０２の抵抗体の抵抗値は目標温度によって異なってくる。従って、目標温度が高い（ヒータ抵抗値が低い）状態を基準として最適化した制御パターンを用いた場合、目標温度を低くした際にはヒータ抵抗値が高くなるため、その影響を受けることになる。具体的には、高抵抗値化によりヒータを流れる電流が減るため、高調波レベルは良化するが、一制御周期中の位相制御の回数が本来設定可能であるはずの回数よりも少ない状態となっている。よって、発熱ムラが大きい状態となっているため、印字画像の画像品質の低下を招く事になる。また、逆に目標温度が低い（ヒータ抵抗値が高い）状態を基準とした場合においては、目標温度を高くした際に抵抗値が下がりヒータを流れる電流が増えるため、高調波レベルの悪化を招く事になる。

従って、本実施例２においては、図９のように目標温度１５０℃（＝閾値温度）を境に二つの制御パターン（制御テーブル）を設定している。低温側（目標温度を閾値温度より低くする場合）はヒータ抵抗値が高く高調波レベルに対して有利である。よって、印字画像の画像品質を向上するために、一制御周期中の位相制御を行う数が出来るだけ多くなる設定（図９の制御テーブルｂ（第二制御テーブル）を選択）としている。一方、高温側（目標温度を閾値温度より高く設定する場合）はヒータ抵抗値が低く高調波レベルに対して不利となる。よって、高調波規格をオーバーしないように高調波レベルの抑制を目的として、一制御周期中の位相制御を行う回数を低温側よりも減らした設定（図９の制御テーブルａ（第一制御テーブル）を選択）とする。

ここで、高調波レベルへの影響に関しては、実施例１で説明をしたように目標温度によって高調波レベルに差を生じる。そして負の抵抗温度係数を持ったヒータにおいては、目標温度を高くするほど高調波レベルは悪化することになる。一方、正の抵抗温度係数を持ったヒータと同様に、一制御周期中の位相制御を行う回数減らすことで高調波レベルの改善を図ることが可能となる。

上記したように電力制御（電力制御）の制御テーブルを２つ持ち、目標温度の所定の値、例えば１５０℃を閾値として制御に使用するテーブルの切り替えを行う。これにより、抵抗温度係数の影響を緩和することが出来、目標温度を高くした際の高調波レベルの悪化を抑制しつつ、目標温度を低くした際の印字画像の画像品質を確保することが可能となる。また、制御テーブルおよび温度閾値の数は上記の限りではなく、上記以上の複数個を有してもよい。

次に、本実施例２における定着器１１５の制御シーケンスについて説明をする。図１０は、本発明の本実施形１のＣＰＵ３０９による定着器１１５の制御シーケンスを説明するフローチャートである。

Ｓ１６０９で、ＣＰＵ３０９にて、セラミックヒータ２０２への電力供給開始の要求が発生するかを判断し、要求が発生するとＳ１６１０に進む。

Ｓ１６１０では紙種やプリントスピード等の違いに対応するために、各プリントモードに対する最適な目標温度を設定する。

Ｓ１６１１では予め設定された目標温度の閾値１５０℃に対して、Ｓ１６１０で設定された目標温度が高いか／低いかを判断し、低い場合はＳ１６１２に、高い場合はＳ１６１３に進む。

Ｓ１６１２では設定された目標温度が閾値温度よりも低い場合の電力制御に最適化された制御テーブルを選択（第二制御テーブルｂを選択）し、実行中の電力制御に対する参照元として設定される。一方、Ｓ１６１３では設定された目標温度が閾値温度よりも高い場合の電力制御に最適化された制御テーブルを選択（第一制御テーブルａを選択）し、Ｓ１６１２と同様の設定がなされる。

Ｓ１６１４ではＳ１６１２もしくはＳ１６１３で設定された制御テーブルを基に実際の電力制御を行う。

Ｓ１６１５ではプリント動作が終わるまでＳ１６１４での電力制御を繰り返し行い、プリント動作が終了したらＳ１６１６に進み制御終了となる。

このように、本実施例の装置は、ヒータは負の抵抗温度特性を有しており、制御テーブルとして、第一制御テーブルと、位相制御波形の割合が第一制御テーブルよりも多い第二制御テーブルと、が設定されている。そして、電力制御部は、設定された目標温度が閾値温度よりも低い場合は第二制御テーブルを選択し、設定された目標温度が閾値温度よりも高い場合は第一制御テーブルを選択する。

１１５定着部
２０２セラミックヒータ
２０３定着フィルム
２０５加圧ローラ
２０６サーミスタ
３０１商用交流電源
３０２トライアック
３０９ＣＰＵ
３１０ゼロクロス検出回路

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、記録紙に形成された未定着トナー像を記録紙に加熱定着する定着部と、
前記定着部を目標温度に維持するように前記ヒータに供給する電力を制御する電力制御部と、
を有し、
前記電力制御部は、前記ヒータに流れる交流波形の連続する所定数の半波を一制御周期として、前記一制御周期毎に、複数の電力比が設定されている制御テーブルの中から前記定着部の温度に応じた前記電力比で前記ヒータに供給する電力を制御し、
前記一制御周期中に前記ヒータに流れる交流波形には位相制御波形と波数制御波形が含まれている画像形成装置において、
前記目標温度の設定が複数あり、
前記制御テーブルとして、前記一制御周期中の前記位相制御波形と前記波数制御波形の割合が異なる複数の前記制御テーブルが設定されており、
前記電力制御部は、設定された前記目標温度に応じて複数の前記制御テーブルの中から一つを選択し、選択された前記制御テーブルの中から前記定着部の温度に応じた前記電力比を選択することを特徴とする画像形成装置。
前記ヒータは正の抵抗温度特性を有しており、
前記制御テーブルとして、第一制御テーブルと、前記位相制御波形の割合が前記第一制御テーブルよりも多い第二制御テーブルと、が設定されており、
前記電力制御部は、設定された前記目標温度が閾値温度よりも低い場合は前記第一制御テーブルを選択し、設定された前記目標温度が前記閾値温度よりも高い場合は前記第二制御テーブルを選択することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記ヒータは負の抵抗温度特性を有しており、
前記制御テーブルとして、第一制御テーブルと、前記位相制御波形の割合が前記第一制御テーブルよりも多い第二制御テーブルと、が設定されており、
前記電力制御部は、設定された前記目標温度が閾値温度よりも低い場合は前記第二制御テーブルを選択し、設定された前記目標温度が前記閾値温度よりも高い場合は前記第一制御テーブルを選択することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記ヒータは前記交流波形が流れる発熱抵抗体を有するセラミックヒータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記定着部は、内面に前記ヒータが接触するエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共に記録紙を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。