JP2017049541A - 画像形成装置、温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単純なゼロクロス検知回路を用いて定着時の温度制御を適切に行う画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、ＡＣ電圧の印加により発熱して、画像が形成された記録材に画像を定着させる定着ヒータ６０１と、ＡＣ電圧の定着ヒータ６０１への印加を制御するスイッチ５１０と、ＡＣ電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知部５３０と、ＡＣ電圧の電圧値を検知する電圧検知部５２０と、制御部１１０とを備える。制御部１１０は、検知されるゼロクロス点の時間間隔により、ＡＣ電圧の周波数を検知する。制御部１１０は、検知した周波数及び検知した電圧値に応じた、ゼロクロス検知部５３０により検知されるゼロクロス点とＡＣ電圧の真のゼロクロス点との時間的差異の補正値に基づいて、スイッチ５１０の開閉を制御することで、ヒータ６０１の温度を調整する。【選択図】図３

Description

本発明は、シート等の記録材に画像を形成する、プリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、感光体上にトナー像を形成し、これを記録材に転写することで画像形成を行う。画像形成装置は、記録材に転写されたトナー像を加熱して定着するための定着器を備える。定着器は、トナー像を加熱するために、熱源としてヒータを備える。ヒータは、例えばセラミックヒータやハロゲンヒータである。定着器のヒータは、トライアック等のスイッチング素子を介して接続される交流電源から電力が供給されて発熱する。定着器は、サーミスタ等の温度検知素子を有し、温度検知素子で検知した検知温度に応じてスイッチング素子が制御されて、ヒータの温度が制御される。

定着器のヒータの温度制御は、通常、商用電源の交流電圧に対する位相制御や波数制御により行われる。位相制御の場合、例えば入力される交流電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知回路が用いられる。ゼロクロス点により検知される交流電圧の立ち上がり又は立ち下がり、及び温度検知素子で検知された検知温度に基づいて算出される電力比に応じて、スイッチング素子の導通状態が制御される。

ゼロクロス検知回路は、構成上、検知したゼロクロス点と交流電圧の真のゼロクロス点とに、時間的な誤差が発生する。この差異を補正するために、特許文献１は、商用電源の交流電圧を、ダイオードブリッジを介して絶対値変換するゼロクロス検知回路を用いた加熱装置を備える画像形成装置を開示する。この画像形成装置は、正極性の電圧が所定電圧以下となるタイミングから、負極性の電圧が所定電圧以下となる時間を計測し、計測した時間に応じて、スイッチング素子をオン状態にするタイミングを補正することで、ゼロクロス点の検知誤差を補正する。

特開平８−６４３４号公報

近年、ゼロクロス検知回路は、コストの観点から構成が単純化され、ダイオードブリッジを用いず、ゼロクロス点の検知のみを行う構成とされることが一般的となっている。このような構成のゼロクロス検知回路を備えた画像形成装置は、商用電源の交流電圧をダイオードブリッジにより絶対値変換することができないために、異なる周波数の交流電圧に対するゼロクロス点の時間的な検知誤差の正確な補正ができない。そのために、所定の商用電源の交流電圧及び周波数のゼロクロス点の検知誤差を補正する補正値によりスイッチング素子をオン状態にするタイミングを補正する場合、異なる周波数の商用電源を用いると、適切な補正ができなくなる。ゼロクロス点の検知誤差は、画像を定着するときの適切な温度制御に影響し、画像形成時の予加熱に時間がかかり、ユーザの使い勝手を損ない、形成する画像の画質ムラ等の品質低下の原因となる。

本発明は、上記の問題に鑑み、単純なゼロクロス検知回路を用いて定着時の温度制御を適切に行う画像形成装置を提供することを主たる課題とする。

本発明の画像処理装置は、ＡＣ電圧の印加により発熱して、画像が形成された記録材に前記画像を定着させるヒータと、前記ＡＣ電圧の前記ヒータへの印加を制御するスイッチと、前記ＡＣ電圧の周波数を検知する周波数検知手段と、前記ＡＣ電圧の電圧値を検知する電圧検知手段と、前記ＡＣ電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知手段と、前記周波数検知手段で検知した前記周波数及び前記電圧検知手段で検知した前記電圧値に応じた、前記ゼロクロス検知手段により検知される前記ゼロクロス点と前記ＡＣ電圧の真のゼロクロス点との時間的差異の補正値に基づいて、前記スイッチの開閉を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＡＣ電圧の周波数及び電圧値に応じたゼロクロス点の時間的な差異の補正値に基づいて、スイッチの開閉を制御することで、ヒータの温度を調整するために、画像形成時の適切な温度制御が可能となる。

画像形成装置の全体構成図。 制御部の構成図。 ヒータ給電部の説明図。 ゼロクロス検知部の構成図。 ゼロクロス検知部の動作説明図。 ゼロクロス点の補正制御を表すフローチャート。 周波数検知処理を表すフローチャート。 制御タイミングテーブルの例示図。 電圧検知処理を表すフローチャート。 ゼロクロスタイミング補正処理を表すフローチャート。 補正タイミングテーブルの例示図。 ゼロクロスタイミング補正処理の動作説明図。

以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。

（構成）
図１は、本実施形態の画像形成装置の全体構成図である。画像形成装置１００は、４つの画像形成部１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋを並べたタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。各画像形成部１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋは、中間転写ベルト２３の回転方向Ｒ２に沿って設けられる。

画像形成部１ｙは、感光ドラム３ｙにイエローのトナー像を形成する。画像形成部１ｍは、感光ドラム３ｍにマゼンタのトナー像を形成する。画像形成部１ｃは、感光ドラム３ｃにシアンのトナー像を形成する。画像形成部１ｋは、感光ドラム３ｋにブラックのトナー像を形成する。中間転写ベルト２３は、感光ドラム３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋと一次転写ローラ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとの間に設けられる。各感光ドラム３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋに形成されたトナー像は、一次転写ローラ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにより、中間転写ベルト２３に重畳して転写される。

画像形成部１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋは、それぞれの形成するトナー像の色が異なるのみであり、同一の構成を有している。以下、画像形成部１ｙについて説明し、他の画像形成部１ｍ、１ｃ、１ｋについては、説明を省略する。
画像形成部１ｙは、感光ドラム３ｙを含む交換可能なユニット（プロセスカートリッジ）で構成される。感光ドラム３ｙは、アルミニウム製シリンダであり、外周面に、帯電極性が負極性の感光層を備える。感光ドラム３ｙは、不図示の駆動モータにより所定のプロセススピードで回転駆動され、画像形成部１ｙに内蔵された不図示の帯電ローラにより、感光層が一様な負極性の電位に帯電される。
露光部６は、イエローの分解色画像を展開した画像データで変調したレーザビームにより感光ドラム３ｙの外周面を走査することで、感光ドラム３ｙにイエローの画像の静電潜像を形成する。感光ドラム３ｙに形成された静電潜像は、画像形成部１ｙに内蔵された不図示の現像器によってトナーが付着されて、トナー像として現像される。

一次転写ローラ２ａは、中間転写ベルト２３を押圧して、感光ドラム３ｙと中間転写ベルト２３との間に一次転写部Ｔａを形成する。一次転写ローラ２ａに正極性の直流電圧が印加されることにより、感光ドラム３ａに形成されたイエローの負極性のトナー像が、一次転写部Ｔｙを通過する中間転写ベルト２３上へと一次転写される。同様に一次転写ローラ２ｂは、感光ドラム３ｍから中間転写ベルトにマゼンタのトナー像を一次転写する。一次転写ローラ２ｃは、感光ドラム３ｃから中間転写ベルトにシアンのトナー像を一次転写する。一次転写ローラ２ｄは、感光ドラム３ｋから中間転写ベルトにブラックのトナー像を一次転写する。

中間転写ユニット２０は、支持機構及び回転駆動機構を含み、画像形成装置１００から、回転駆動に係る着脱無しに一体に着脱して交換が可能なユニットである。中間転写ベルト２３は、ベルト部材の一例であり、テンションローラ２７、駆動ローラ２６、二次転写張架ローラ２５、及び一次転写張架ローラ２８、２９に掛け渡して支持される。中間転写ベルト２３は、駆動ローラ２６に駆動されて回転方向Ｒ２に回転する。中間転写ベルト２３は、基材がポリイミド等でほとんど伸び縮みすることない無端状のベルト部材である。

中間転写ベルト２３に転写されたトナー像は、中間転写ベルト２３の回転により、二次転写張架ローラ２５と二次転写ローラ２２との間に形成される二次転写部Ｔ２へ搬送される。二次転写部Ｔ２へは、シート等の記録材Ｐが記録材カセット４から搬送される。記録材Ｐは、二次転写部Ｔ２により、中間転写ベルト２３からトナー像が二次転写される。

記録材Ｐは、分離ローラ８により記録材カセット４から１枚ずつ分離してレジストローラ９に搬送される。レジストローラ９は、記録材Ｐを一時待機させて、中間転写ベルト２３に形成されたトナー像が二次転写部Ｔ２に搬送されるタイミングに合わせて、記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ搬送する。

トナー像が転写された記録材Ｐは、二次転写部Ｔ２から定着器５へ搬送される。定着器５は、記録材Ｐを加熱及び加圧することで、記録材Ｐにトナー像を定着させる。記録材Ｐは、定着器５によりトナー像が定着された後に、排出ローラ１１により上部トレイ７に排出される。

定着器５は、ヒータを備えた定着ローラ５ａ及び加圧ローラ５ｂを備える。定着ローラ５ａに加圧ローラ５ｂが圧接することで、加熱ニップ部が形成される。記録材Ｐ上に転写されたトナー像は、加熱ニップ部で挟持搬送されることで、加熱及び加圧されて、溶融して記録材Ｐに定着する。

図２は、画像形成装置１００の各部の動作を制御して画像形成を行うための制御部の構成図である。制御部１１０は、画像形成装置１００に内蔵される。制御部１１０は、定着器５と、操作部１７２と、ヒータ給電部５００と、画像形成装置１００内のモータ等の負荷及びセンサとが接続される。ヒータ給電部５００は、商用電源に基づいたＡＣ電源５５０からＡＣ電源ホットライン５５１及びＡＣ電源ニュートラルライン５５２を介して電力が供給され、これを定着器５に供給する。

制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１７１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１７４、及びＲＡＭ（Random Access Memory）１７５を備える。ＣＰＵ１７１は、ＲＯＭ１７４からコンピュータプログラムを読み込み、ＲＡＭ１７５を作業領域に用いて実行することで、画像形成装置１００の動作を制御する。ＲＡＭ１７５は、バッテリが接続されており、画像形成装置１００の電源オフ時にも記憶内容が消失しないように構成される。

ＣＰＵ１７１は、操作部１７２が接続される。操作部１７２は、タッチパネル、キーボタン等を備える入出力装置である。ＣＰＵ１７１は、操作部１７２のタッチ操作、キー操作により各種の指示を受け付ける。ユーザは、操作部１７２の操作により、画像形成モードや表示の切り替え、動作モードの設定を行うことができる。

制御部１１０は、この他に、Ｉ／Ｏポート１７３、温度検知部７００、画像形成制御部２００、画像メモリ３００、及び外部Ｉ／Ｆ処理部４００を備える。

Ｉ／Ｏポート１７３は、画像形成装置１００内の各種負荷や各種センサが接続される。また、Ｉ／Ｏポート１７３は、定着器５及びヒータ給電部５００が接続される。Ｉ／Ｏポート１７３は、ＣＰＵ１７１からの画像形成処理のための指示を各負荷に送信する。また、Ｉ／Ｏポート１７３は、各種センサの検知結果をＣＰＵ１７１へ送信する。温度検知部７００は、Ｉ／Ｏポート１７３を介して定着器５内に設けられる温度センサ６０２（図３）による検知結果を取得する。温度検知部７００は、Ｉ／Ｏポート１７３を介してヒータ給電部５００へ制御信号を入力する。

外部Ｉ／Ｆ処理部４００は、コンピュータ等の外部装置との間の通信を制御するインタフェースである。外部Ｉ／Ｆ処理部４００は、外部装置から画像データや処理の指示を取得する。ＣＰＵ１７１は、外部Ｉ／Ｆ処理部４００により取得した画像データの伸張処理等の画像処理を行い、画像メモリ３００に保存する。画像形成制御部２００は、画像メモリ３００から画像データを読み出し、露光部６（図１参照）に、該画像データにより変調されたレーザ光を出射させる。これにより感光ドラム３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋは、画像データに応じた静電潜像が形成される。

図３は、ヒータ給電部５００の説明図である。ヒータ給電部５００には、図２で説明したように、定着器５、制御部１１０、及びＡＣ電源５５０が接続される。定着器５は、定着ヒータ６０１及び温度センサ６０２を備える。温度センサ６０２は、例えばサーミスタであり、定着ヒータ６０１の温度を検知する。定着ヒータ６０１は、ヒータ給電部５００から給電されることで発熱する。温度センサ６０２は、検知した温度を表す温度検知信号６０４を制御部１１０の温度検知部７００に入力する。ヒータ給電部５００は、電圧検知部５２０、ゼロクロス検知部５３０、及びスイッチ５１０を備える。

電圧検知部５２０は、ＡＣ電源５５０のＡＣ電源ホットライン５５１及びＡＣ電源ニュートラルライン５５２が接続される。電圧検知部５２０は、例えば、交流電圧変換用のトランス、ダイオードブリッジ、及び電圧平滑回路を備える。トランスは、ＡＣ電源ホットライン５５１及びＡＣ電源ニュートラルライン５５２が接続される。トランスの出力はダイオードブリッジ及び電圧平滑回路を介して、電圧検知信号５２１として制御部１１０に入力される。

ゼロクロス検知部５３０は、ＡＣ電源５５０のＡＣ電源ホットライン５５１及びＡＣ電源ニュートラルライン５５２が接続される。ゼロクロス検知部５３０は、ＡＣ電圧のゼロクロス点を検知したタイミングを表すゼロクロス検知信号５３１を制御部１１０に送信する。ゼロクロス検知信号５３１は、制御部１１０のＩ／Ｏポート１７３に入力される。

スイッチ５１０は、定着ヒータ６０１への給電制御を行う、トライアック等の半導体スイッチである。スイッチ５１０は、制御部１１０から入力されるＳＷ制御信号５１２により、定着ヒータ６０１への給電制御のための開閉制御が行われる。制御部１１０は、温度センサ６０２からの温度検知信号６０４及びゼロクロス検知部５３０からのゼロクロス検知信号５３１に基づいて、ＳＷ制御信号５１２を生成し、スイッチ５１０の開閉制御を行う。スイッチ５１０の開閉制御により、定着ヒータ６０１の温度が調整される。

図４Ａは、ゼロクロス検知部５３０の構成図である。ゼロクロス検知部５３０は、フォトカプラ５３４を備える。フォトカプラ５３４は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）５３６及びフォトトランジスタ５３７を備える。ＬＥＤ５３６は、アノード端子に、制限抵抗５３２を介してＡＣ電源ホットライン５５１が接続され、カソード端子にＡＣ電源ニュートラルライン５５２が接続される。ＡＣ電源ホットライン５５１とＡＣ電源ニュートラルライン５５２との間には、ＬＥＤ５３６に対して並列に制限抵抗５３３が接続される。フォトトランジスタ５３７は、コレクタ端子からゼロクロス検知信号５３１を出力する。コレクタ端子は、プルアップ抵抗５３５を介して制御電源に接続される。

図４Ｂは、ゼロクロス検知部５３０の動作説明図である。ゼロクロス検知部５３０は、ＡＣ電源５５０により最大値ＶｉｎのＡＣ電圧が印加される。ＡＣ電圧は、ＡＣ電源ホットライン５５１とＡＣ電源ニュートラルライン５５２との間の電圧であり、「Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（ｔ）」（ｔは、２π（１周期）が、ＡＣ電圧の周波数の逆数Ｔである。）で表される。

時刻Ｔ０において、ＡＣ電源ホットライン５５１の電位がＡＣ電源ニュートラルライン５５２の電位よりも高くなる。これにより、ＬＥＤ５３６のアノード端子とカソード端子との間に電圧が印加される。印加される電圧は、入力されるＡＣ電圧を抵抗値Ｒａの制限抵抗５３２と、抵抗値Ｒｂの制限抵抗５３３とで分圧した「Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔ０）×Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）」で表される。

時刻Ｔ１において、ＬＥＤ５３６に印加される電圧がＬＥＤ５３６の順方向電圧Ｖｆを超える。これによりＬＥＤ５３６が点灯する。順方向電圧Ｖｆを超えるときのＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔ１）を「電圧Ｖｔｈ」とする。ＬＥＤ５３６が点灯することで、フォトトランジスタ５３７は、エミッタ−コレクタ間に電流が流れる。これにより、フォトトランジスタ５３７のコレクタ端子及びプルアップ抵抗５３５に電流が流れ、ゼロクロス検知信号５３１がロー（Ｌ）になる。時刻Ｔ１から時刻Ｔｄｅｔ＿１まで、ＬＥＤ５３６のアノード−カソード間の電圧は、ＬＥＤ５３６の順方向電圧Ｖｆで規制される。

時刻Ｔｄｅｔ＿１において、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔｄｅｔ＿１）が再び電圧Ｖｔｈとなると、制限抵抗５３２と制限抵抗５３３とで分圧された電圧が、ＬＥＤ５３６の順方向電圧Ｖｆを下回る。これによりＬＥＤ５３６が消灯する。ＬＥＤ５３６が消灯することで、フォトトランジスタ５３７に電流が流れなくなる。そのためにゼロクロス検知信号５３１は、プルアップ抵抗５３５と同電位のハイ（Ｈ）になる。ゼロクロス検知信号５３１は、状態が遷移することでゼロクロス点が検知されたことを表す。

時刻Ｔｒｅａｌ＿１において、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔｒｅａｌ＿１）の値が、真のゼロクロス点である「０」となる。時刻Ｔｄｅｔ＿１から時刻Ｔｒｅａｌ＿１までの時間ΔＴ＿１は、電圧ＶｔｈとＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（ｔ）との関係で決まる。時間ΔＴ＿１は、「Ｓｉｎ^−１（Ｖｔｈ／Ｖｉｎ）／２πｆ」で表される。電圧Ｖｔｈは、順方向電圧Ｖｆ、制限抵抗５３２の抵抗値Ｒａ、及び制限抵抗５３３の抵抗値Ｒｂにより、「Ｖｆ／Ｒｂ×（Ｒａ＋Ｒｂ）」で表される固定値である。ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（ｔ）の最大値Ｖｉｎと、ＡＣ電圧の周波数ｆとは、国別、地域別に設定され商用電源に応じて決まる値であるため、変動する。最大値Ｖｉｎが大きいほど、或いは周波数ｆが高いほど、時間ΔＴ＿１は小さくなる。

時刻Ｔ２において、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔ２）が再び電圧Ｖｔｈを超えるため、ゼロクロス検知信号５３１がロー（Ｌ）になる。時刻Ｔｄｅｔ＿２において、時刻Ｔｄｅｔ＿１と同様に、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔｄｅｔ＿２）が電圧Ｖｔｈを下回り、ゼロクロス検知信号５３１がハイ（Ｈ）になる。時刻Ｔｒｅａｌ＿２において、時刻Ｔｒｅａｌ＿１と同様に、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（Ｔｒｅａｌ＿２）が「０」となる。時刻Ｔｄｅｔ＿２から時刻Ｔｒｅａｌ＿２までの時間ΔＴ＿２は、電圧Ｖｔｈ、最大値Ｖｉｎ、周波数ｆに変化がないため、時間ΔＴ＿１と同じになる。

ゼロクロス点を検知する時刻Ｔｄｅｔ＿ｎ（ｎ＝１、２…）は、ＡＣ電圧の周波数検知に用いられるとともに、ゼロクロス点の補正を行う際の基準として用いられる。ゼロクロス点を補正するためには、真のゼロクロス点より先に検知するゼロクロス点を基準にすることが望ましい。ゼロクロス検知信号５３１は、ゼロクロス信号が真のゼロクロス信号よりも先に検知されたときと、後に検知されたときとで異なる方向に状態遷移する。そのために、ゼロクロス検知信号５３１が状態遷移するエッジ部分が立ち上がりか、立ち下がりかにより、検知されたゼロクロス点が真のゼロクロス点の先か後かが判別できる。本実施形態の構成において、真のゼロクロス点の手前で検知されたゼロクロス点は、ゼロクロス検知信号５３１の立ち上がりエッジである。そのために時刻Ｔｄｅｔ＿ｎ（ｎ＝１、２…）がゼロクロス点の基準として用いられる。つまり、ＡＣ電圧の極性が変わるときに、極性が変わる前に検知されたゼロクロス点を基準として補正を行う。

（処理）
図５は、このような構成の制御部１１０及びヒータ給電部５００を用いたゼロクロス点の補正制御を表すフローチャートである。ゼロクロス点の補正制御により、制御部１１０は、ゼロクロス検知部５３０で検知したゼロクロス点と真のゼロクロス点との差異を補正して、定着ヒータ６０１の加熱制御を行う。

画像形成装置１００が画像形成処理を開始すると、制御部１１０は、周波数検知処理及び電圧検知処理を行う（Ｓ５０１、Ｓ５０２）。制御部１１０は、周波数検知処理及び電圧検知処理の各々の結果に応じて、ゼロクロスタイミング補正処理を行う（Ｓ５０３）。制御部１１０は、ゼロクロスタイミング補正処理後に、記録材Ｐへの画像形成処理を行う（Ｓ５０４）。

各処理について詳細に説明する。

図６Ａは、Ｓ５０１の周波数検知処理を表すフローチャートである。日本国内では、商用電源の周波数が５０［Ｈｚ］の地域と６０［Ｈｚ］の地域とがある。周波数検知処理では、検知されるゼロクロス点の時間間隔に基づいて、ＡＣ電源５５０から供給されるＡＣ電圧の周波数が、５０[Ｈｚ]と６０[Ｈｚ]とのいずれであるかを検知する。

制御部１１０は、ゼロクロス検知部５３０から取得するゼロクロス検知信号５３１の立ち上がりエッジを検知するまで待機する（Ｓ６０１）。図４Ｂの時刻Ｔｄｅｔ＿１で立ち上がりエッジを検知すると（Ｓ６０１：Y）、制御部１１０は、ゼロクロス点の１周期Ｔｎの計時を開始する（Ｓ６０２）。制御部１１０は、ゼロクロス検知部５３０から取得するゼロクロス検知信号５３１の、次の立ち上がりエッジを検知するまで待機する（Ｓ６０３）。図４Ｂの時刻Ｔｄｅｔ＿２で次の立ち上がりエッジを検知すると（Ｓ６０３：Y）、制御部１１０は、ゼロクロス点の１周期Ｔｎの計時を終了する（Ｓ６０４）。

制御部１１０は、計時したゼロクロス点の１周期Ｔｎの逆数である周波数ｆｎを算出する（Ｓ６０５）。制御部１１０は、算出した周波数ｆｎを所定の値と比較する。本実施形態では、制御部１１０は、周波数ｆｎを５５［Ｈｚ］と比較して、周波数ｆｎが５５［Ｈｚ］以上であるか否かを判断する（Ｓ６０６）。周波数ｆｎが５５［Ｈｚ］以上である場合（Ｓ６０６：Y）、制御部１１０は、ＡＣ電源５５０から印加されるＡＣ電圧の周波数が６０［Ｈｚ］であると判断する（Ｓ６０７）。周波数ｆｎが５５［Ｈｚ］未満である場合（Ｓ６０６：N）、制御部１１０は、ＡＣ電源５５０から印加されるＡＣ電圧の周波数が６０［Ｈｚ］であると判断する（Ｓ６０８）。制御部１１０は、判断結果を、ＡＣ電圧の周波数ｆとしてＲＡＭ１７５に保存する。なお、図６Ａでは、ゼロクロス検知信号５３１の立ち上がりエッジに応じて周波数ｆｎを算出したが、立ち下がりエッジにより周波数ｆｎを算出してもよい。

制御部１１０は、ＡＣ電圧の周波数ｆをＳＷ制御信号５１２によるスイッチ５１０の制御に用いる。制御部１１０は、ＳＷ制御信号５１２の生成に、制御タイミングテーブルを用いる。制御タイミングテーブルは、予めＲＯＭ１７４に保存される。図６Ｂは、制御タイミングテーブルの例示図である。

制御タイミングテーブルは、商用電源（ＡＣ電源５５０）の周波数ｆに応じて、定着ヒータ６０１に印加する電力の電力比を決めるためにスイッチ５１０を閉状態にするタイミングを記憶する。電力比とは、ＡＣ電圧の半周期（以下、「１半波」と呼ぶ。）の間に、定着ヒータ６０１に対してＡＣ電圧を常に印加した場合の電力の積分値を１００［％］としたときの、実際に印加する電力の比率である。定着ヒータ６０１の抵抗値を「Ｒ」とすると、ＡＣ電圧Ｖｉｎ×Ｓｉｎ（ｔ）を常に印加した場合の電力は、「Ｖｉｎ^２×Ｓｉｎ（ｔ）^２／Ｒ」で表される。トライアック等であるスイッチ５１０は、閉状態になって一度電流が流れ始めると、真のゼロクロス点まで電流が流れ続ける。そのために、スイッチ５１０が閉状態になってから、真のゼロクロス点までの電力Ｖｉｎ^２×Ｓｉｎ（ｔ）^２／Ｒの積分値が、電力比となる。

例えば、ＡＣ電圧の周波数が５０［Ｈｚ］で電力比を５０［％］とする場合、最大値Ｖｉｎ及び定着ヒータ６０１の抵抗値Ｒが固定値であるため、制御部１１０は、Ｓｉｎ（ｔ）^２の積分値が５０［％］となるタイミングでスイッチ５１０を閉状態にする。Ｓｉｎ（ｔ）^２は、１／２半波毎の積分値が同等であるため、１半波の半分の積分値とするためには、制御部１１０は、１／２半波のタイミングでスイッチ５１０を閉状態にすればよい。周波数が５０［Ｈｚ］のＡＣ電圧では、１／２半波が５ミリ秒である。図６Ｂの制御タイミングテーブルは、商用電源の周波数が５０［Ｈｚ］と６０［Ｈｚ］のときの、１０［％］刻みの要求電力（電力比）に対するスイッチ５１０の開閉のタイミングを定める。

図７は、Ｓ５０２の電圧検知処理を表すフローチャートである。なお、ＲＯＭ１７４には、電圧検知部５２０から出力される電圧検知信号５２１のアナログ値と実際のＡＣ電圧との関係を表す変換テーブルが保存される。電圧検知部５２０は、上記の通り、トランス、ダイオードブリッジ、及び電圧平滑回路を備えるため、その出力である電圧検知信号５２１は、印加されるＡＣ電圧の実効値に対応したアナログ値となる。そのために、電圧検知信号５２１のアナログ値とＡＣ電圧の実効値との関係を表す変換テーブルを予め用意しておくことで、電圧検知処理を迅速且つ容易に行うことができる。

制御部１１０は、電圧検知部５２０から出力される電圧検知信号５２１のアナログ値を取得する（Ｓ７０１）。制御部１１０は、ＲＯＭ１７４に保存された変換テーブルを参照する（Ｓ７０２）。制御部１１０は、参照の結果、電圧検知信号５２１のアナログ値に相当する実効値を、検知電圧値Ｖに決定する（Ｓ７０３）。制御部１１０は、決定した検知電圧値ＶをＲＡＭ１７５に保存する。

図８Ａは、Ｓ５０３のゼロクロスタイミング補正処理を表すフローチャートである。なおＲＯＭ１７４には、ゼロクロス検知信号によるゼロクロス点（Ｔ＿ｄｅｔ）と真のゼロクロス点（Ｔ＿ｒｅａｌ）との時間的差異の補正値を表す補正タイミングテーブルが保存される。図８Ｂは、補正タイミングテーブルの例示図である。補正タイミングテーブルは、ＡＣ電圧の周波数ｆ及び検知電圧値Ｖと、補正値との関係を表す。

制御部１１０は、周波数検知処理により検知した周波数ｆ及び電圧検知処理により決定した検知電圧値Ｖを、ＲＡＭ１７５から読み出す（Ｓ８０１）。制御部１１０は、補正タイミングテーブルを参照し、読み出した周波数ｆ及び検知電圧値Ｖに対応するゼロクロス点の差異の補正値（ΔＴ＿ｃｏｒｒｅｃｔ）を決定する（Ｓ８０２）。制御部１１０は、補正値を反映したＳＷ制御信号５１２によりスイッチ５１０の開閉制御を行う。

図８Ｃは、検知電圧値Ｖが１００［Ｖ］、商用電源の周波数ｆが５０［Ｈｚ］で、電力比が１００［％］から５０［％］に遷移する場合のゼロクロスタイミング補正処理の動作説明図である。図８Ｃは、ＡＣ電圧及びその駆動電流（斜線部）と、ゼロクロス検知信号５３１と、要求電力比と、ＳＷ制御信号５１２との状態を表す。検知電圧値Ｖが１００［Ｖ］、商用電源の周波数ｆが５０［Ｈｚ］であるので、補正値ΔＴ＿ｃｏｒｒｅｃｔは、図８Ｂの変換テーブルで該当する１４０マイクロ秒となる。

図８Ｃでは、時刻Ｔｄｅｔ＿３からの１半波（時刻Ｔｄｅｔ＿３から１０ミリ秒間）は、要求電力比が１００［％］である。要求電力比の１００［％］を満たすためには、真のゼロクロス点である時刻Ｔｒｅａｌ＿３でＳＷ制御信号５１２をアクティブにすればよい。このため、時刻Ｔｄｅｔ＿３から、補正値ΔＴ＿ｃｏｒｒｅｃｔ（１４０マイクロ秒）後にＳＷ制御信号５１２をハイ（Ｈ）にして、スイッチ５１０を閉状態にする。これにより、斜線部に示すような駆動電流が定着ヒータ６０１に印加される。上記の通り、トライアック等であるスイッチ５１０は、閉状態になって一度電流が流れ始めると、真のゼロクロス点（時刻Ｔｒｅａｌ＿３Ｂ）まで電流が流れ続ける。そのため、ＳＷ制御信号５１２をハイ（Ｈ）にする時間は、駆動電流が流れだすのに十分な時間であればよい。図８Ｃでは、この時間１ミリ秒としている。

時刻Ｔｄｅｔ＿３で検知した周期の次の周期（時刻Ｔｄｅｔ＿３の１０ミリ秒後〜２０ミリ秒後）は、要求電力比が５０［％］である。要求電力比の５０［％］を満たすためには、真のゼロクロス点である時刻Ｔｒｅａｌ＿３Ｂから１／４波長後である５ミリ秒後にＳＷ制御信号５１２をアクティブにすればよい。

この場合、制御部１１０は、ゼロクロ点の基準である時刻Ｔｄｅｔ＿３から、補正値ΔＴ＿ｃｏｒｒｅｃｔ（１４０マイクロ秒）、次の周期までの時間（１０ミリ秒）、及び電力比を５０％にするまでの時間（５ミリ秒）が経過するまで待機する。待機後に制御部１１０は、ＳＷ制御信号５１２をハイ（Ｈ）にして、スイッチ５１０を閉状態にする。これにより、次の真のゼロクロス点（時刻Ｔｒｅａｌ＿４）まで電流が流れ続ける。図８Ｃでは、この時間も、１ミリ秒としている。

このように、画像形成装置１００は、スイッチ５１０を閉状態にするタイミングを、ＡＣ電圧の周波数ｆ、検知電圧値Ｖに応じて設定する。これにより、ゼロクロス検知部５３０のゼロクロス点の検知タイミング（Ｔ＿ｄｅｔ）と、真のゼロクロス点（Ｔ＿ｒｅａｌ）との時間的差異が補正される。そのために、所望の電力比で定着ヒータ６０１の温度制御を行うことができるようになる。定着ヒータ６０１の適切な温度制御により、画像形成時の予加熱時間の適正化や、形成する画像の画質ムラ等の品質低下を防止することができる。

なお、本実施形態では、ＲＯＭ１７４に予め格納された所定の補正タイミングテーブルを用いて補正値を設定する例を説明したが、これに限らない。例えば、計算式「ΔＴ＝Ｓｉｎ^−１（Ｖｔｈ／Ｖｉｎ）／２πｆ」と、電圧ＶｔｈとをＲＯＭ１７４に格納し、実測した周波数ｆと検知電圧値Ｖとに応じて補正値ΔＴ＿ｃｏｒｒｅｃｔを算出してもよい。また、補正タイミングテーブルを、計算式「ΔＴ＝Ｓｉｎ^−１（Ｖｔｈ／Ｖｉｎ）／２πｆ」に準拠した値で生成してもよい。なお、この場合、回路の物性値の影響で、計算式による理想特性と実際の値とがずれることを考慮し、必ずしも計算式に準拠した値を用いなくともよい。

１００…画像形成装置、１１０…制御部、５…定着器、６０１…定着ヒータ、６０２…温度センサ、５００…ヒータ給電部、５１０…スイッチ、５１２…ＳＷ制御信号、５２０…電圧検知部、５２１…電圧検知信号、５３０…ゼロクロス検知部、５３１…ゼロクロス検知信号、５３２，５３３…制限抵抗、５３４…フォトカプラ、５３５…プルアップ抵抗、５５０…ＡＣ電源、５５１…ＡＣ電源ホットライン、５５２…ＡＣ電源ニュートラルライン、７００…温度検知部

Claims (10)

1. ＡＣ電圧の印加により発熱して、画像が形成された記録材に前記画像を定着させるヒータと、
   前記ＡＣ電圧の前記ヒータへの印加を制御するスイッチと、
   前記ＡＣ電圧の周波数を検知する周波数検知手段と、
   前記ＡＣ電圧の電圧値を検知する電圧検知手段と、
   前記ＡＣ電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知手段と、
   前記周波数検知手段で検知した前記周波数及び前記電圧検知手段で検知した前記電圧値に応じた、前記ゼロクロス検知手段により検知される前記ゼロクロス点と前記ＡＣ電圧の真のゼロクロス点との時間的差異の補正値に基づいて、前記スイッチの開閉を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする、
   画像形成装置。
2. 周波数及び電圧値と、前記補正値との関係を表すテーブルを備えており、
   前記制御手段は、前記テーブルを参照し、前記周波数検知手段で検知した前記周波数及び前記電圧検知手段で検知した前記電圧値に応じた前記補正値を決定することを特徴とする、
   請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記周波数検知手段で検知した前記周波数及び前記電圧検知手段で検知した前記電圧値に基づいて、所定の計算式により前記補正値を算出することを特徴とする、
   請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記ゼロクロス検知手段が前記真のゼロクロス点より先に検知するゼロクロス点を基準にして、前記補正値に基づいて、前記ゼロクロス点と前記ＡＣ電圧の真のゼロクロス点との時間的差異を補正することを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれか１項記載の画像形成装置。
5. 前記ゼロクロス検知手段は、ゼロクロス点の検知が前記真のゼロクロス点よりも先のときと、後のときとで異なる方向に状態遷移するゼロクロス検知信号を出力し、
   前記制御手段は、前記ゼロクロス検知信号に基づいて、前記基準となるゼロクロス点を決定することを特徴とする、
   請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記基準となるゼロクロス点から、前記補正値及び前記ヒータに印加する電力に応じた時間が経過した後に、前記スイッチを閉状態にすることを特徴とする、
   請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記周波数検知手段は、前記ゼロクロス検知手段が検知する前記ゼロクロス点の時間間隔に基づいて、前記周波数を検知することを特徴とする、
   請求項１〜６のいずれか１項記載の画像形成装置。
8. 前記周波数検知手段は、前記ゼロクロス点の時間間隔に基づいて算出した周波数を所定の値と比較することで、前記ＡＣ電圧が商用電源の所定の周波数であることを検知することを特徴とする、
   請求項７記載の画像形成装置。
9. 前記周波数検知手段は、前記ゼロクロス点の時間間隔に基づいて算出した周波数を所定の値と比較することで、前記ＡＣ電圧が５０[Ｈｚ]または６０[Ｈｚ]であることを検知することを特徴とする、
   請求項８記載の画像形成装置。
10. ＡＣ電圧の印加により発熱して、画像が形成された記録材に前記画像を定着させるヒータと、
    前記ＡＣ電圧の前記ヒータへの印加を制御するスイッチと、
    前記ＡＣ電圧の電圧値を検知する電圧検知手段と、
    前記ＡＣ電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知手段と、を備える画像形成装置により実行される方法であって、
    前記ゼロクロス検知手段により検知される前記ゼロクロス点の時間間隔により、前記ＡＣ電圧の周波数を検知し、
    検知した前記周波数及び前記電圧検知手段で検知した前記電圧値に応じた、前記ゼロクロス検知手段により検知される前記ゼロクロス点と前記ＡＣ電圧の真のゼロクロス点との時間的差異の補正値に基づいて、前記スイッチの開閉を制御して、前記ヒータの温度を調整することを特徴とする、
    温度制御方法。

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