JP2006145672A

JP2006145672A - 画像形成装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP2006145672A
Application number: JP2004333179A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Takeuchi; 竹内　　昭彦; Yozo Hotta; 陽三堀田; Satoru Koyama; 悟小山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】商用電源の電力供給能力に応じてスタンバイ状態における予備加熱レベルを変更し、電力供給能力が高い場合においては定着手段の予備加熱を減少もしくはオフすることで、画像形成装置の省エネルギー化を図る。
【解決手段】商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着手段を備えた画像形成装置において、スタンバイ状態において該定着手段を予備加熱するための複数の予備加熱レベルを有し、前記商用電源から供給される電力の状態に応じて前記予備加熱レベルを変更する、もしくは予備加熱をオフすることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真プロセス等を利用した画像形成装置およびその制御方法に関する。

レーザビームプリンタ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置には、記録媒体（記録紙やＯＨＰシートなど）に形成されたトナー像を熱溶融させて定着させる定着器が設けられている。この定着器における加熱方式としてはいくつかのタイプがある。とりわけ、磁束により定着ローラに電流を誘導させ、そのジュール熱によって発熱させる電磁誘導加熱方式は、誘導電流の発生を利用することで直接定着ローラを発熱させることができ、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成できる点で有利である（例えば、特許文献１を参照。）。

ところで、例えばＡ４サイズの定型紙を１６枚／分の速度で印字可能とするようなカラー画像形成装置（Ａ４機）においては近年、上記したような電磁誘導加熱方式の熱源に加え、熱容量の小さなベルト状定着部材を用いた定着器を使用することで、クイックスタートが可能な定着器を搭載したカラー画像形成装置が製品化されている。この様なクイックスタートタイプの定着器を用いることにより、待機時の定着温度調節（以下、「温度調節」を「温調」と略記することもある。）が不要で、プリント時にのみ加熱を行ういわゆる「オンデマンド定着」を実現することが可能となっている。

一方、Ａ３サイズの定型紙まで印字可能とするようなカラー画像形成装置（Ａ３機）においては、その印刷スピードに依存するものの、Ａ４機と同様な構造を有するクイックスタートタイプの定着器を用いても、一般にＡ４機よりは定着器に求められる熱容量が大きいため、待機時に完全に定着器への加熱をオフしたのではプリント時において定着器の立ち上がりが給紙や画像形成の終了時間までに間に合わず、「オンデマンド定着」を行うのは困難であった。このため、Ａ３機においては、待機時においても所定の時間間隔で電力を定着器に供給することで予備加熱を行う、いわゆる「スタンバイ温調」がなされている（例えば、特許文献２、３を参照）。

この予備加熱は、従来のハロゲンヒータ等を用いた加熱ローラタイプの定着器（クイックスタートではないタイプ）におけるスタンバイ時の温度調節とは意を異にするものである。すなわち、従来の加熱ローラタイプの定着器においては、定着器の温度立ち上がりに数分間を要するため、一度立ち上げた後は、スタンバイ時においてもプリント時と同程度の温度に加熱ローラの温度を保ち続ける必要が有ったのに対し、クイックスタートタイプの定着器においては、スタンバイ時の予備加熱レベルはプリント時に比較して十分に低いものであり、スタンバイ時の消費エネルギーは遥かに小さく抑えることが出来る。しかし、スタンバイ時に完全に定着器をオフする（即ち、スタンバイ時の消費エネルギーがゼロ）「オンデマンド定着」に比較すると、余分なエネルギー消費となる。以上の内容について、電磁誘導方式の定着器に関し、以下に更に詳しく説明を行う。

図１７は、従来の電磁誘導加熱方式の定着器を用いたカラー画像形成装置（Ａ３機）において、定着器の冷えた状態からプリント可能状態の温度（例えば１８０℃）に達するまでの立ち上がり時間とその時に定着器のヒータに供給した電力（定着電力）との関係を示している。同図において、供給可能な定着電力が約９００Ｗであるとすると、プリント可能状態の温度（プリント温度）に達するまでの立ち上がり時間は３０ｓｅｃ（点Ｗａ）となっている。この時間は一般的に用いられるハロゲンヒータを用いた定着器に比べて極めて短時間である。しかしながら、紙の搬送時間等を考慮すると、プリント開始から一枚目の画像形成済みの紙が排紙部に排出されるまでの時間（ファーストプリントアウトタイム）は３０ｓｅｃよりも遅くなりユーザを待たせてしまう。このため、ファーストプリントアウトタイムを短縮するために、待機時においても所定の時間間隔で電力を定着器に供給することで予備加熱を行う。このスタンバイ温調を実施することにより、プリントジョブを開始してから画像形成可能な所定の定着温度に早く到達させるようにしている。

電磁誘導加熱方式におけるこのようなスタンバイ温調時の消費電力は、ハロゲンヒータを用いた定着方式と比較するとスタンバイ温調時の温度を低く設定することができるため、小さな電力消費に抑えることが可能であるものの、オンデマンド定着方式と比較する場合には余分な電力（スタンバイ温調時の電力）が必要であることには変わりない。

ところで、これら機器の消費する電力の上限の一つの目安としては、商用電源で供給可能な最大電流がある。例えば、電圧１００Ｖの商用電源について、１５Ａの最大供給電流が規定されている場合には、その電力の上限は１５００Ｗ（＝１００Ｖ×１５Ａ）となる。画像形成装置本体においては、装置の最大電流が商用電源の最大電流を超えないように設計するのが通常である。一般に、プリンタがＡ３サイズとなったり、高速化すると、定着以外の本体駆動部分の消費エネルギーが増大し、定着器の使用可能なエネルギーは減少する。一方で定着器自体も大型化して熱容量が増加するため、定着器の立ち上げにはより大きなエネルギーが必要となり、益々高速立ち上げが困難となる。これがカラープリンタにおいて、Ａ４機に比べてＡ３機のオンデマンド化が困難な理由の一つである。

一方、図１７の特性の画像形成装置において、定着器のヒータへの供給電力を約２００Ｗ増加させることが可能であれば、定着器に１１００Ｗ投入することができプリント温度に達するまでの時間は約１５ｓｅｃ（図中の点Ｗｂ）となる。このため、この画像形成装置が目標とするファーストプリントアウトタイムが、仮に２０ｓｅｃ程度であれば、（画像形成装置の構成、紙搬送経路や搬送速度等に依存するものの、）スタンバイ温調が不要なオンデマンド定着を実現することも可能である。
特開平８−２２０９１２号公報特開２００２−０５６９６０号公報特開２００２−２３１４２８号公報

しかしながら最近では、画像形成装置の技術向上に伴い、これまで中速機（中級機）のカテゴリの画像形成装置が小型化、低価格化されながらも高速化され、一昔前の高速機の速度に達してきている。それに伴って、省エネルギー化、ファーストプリントアウトタイム短縮等の付加価値がこれまで以上に市場から求められるようになってきている。

このような背景を考慮すると、高効率な電磁誘導加熱方式の定着器を用いたとしても、従来Ａ４機において実現可能であったオンデマンド定着では市場の要求に応えることが難しくなってきている。

また、Ａ３機において従来行ってきたスタンバイ温調は、上記したように、必要最小限度の電力とはいえ待機時においても定着器に電力を投入していることになるため、このスタンバイ温調が、画像形成装置の待機時における消費電力の軽減が困難である要因の一つでもあった。

かといって、スタンバイ時の省エネルギー化を重視してこのスタンバイ温調制御を実施しないことにすると、プリント開始から画像形成可能な所定の定着温度に達するまでの時間が長くかかるため、結果として、ファーストプリントアウトタイムが遅くなってしまうという問題に直面することになる。つまり、待機時における省エネルギー化とファーストプリントアウトタイムの短縮とはトレードオフの関係にある。

この様に、使用可能な最大電力の制限から、機種によってはオンデマンド化が困難な状況にある。一方で、商用電源としては、日本国内ではＡＣ電源電圧１００Ｖが主流であるものの、米国では１２０Ｖ、欧州では２２０Ｖが定格電圧となっており、特に欧州における電力の上限は２２００Ｗ（＝２２０Ｖ×１０Ａ）となる。しかしながら、従来の装置においては、同一の装置を電源事情の異なる各国で用いた場合、定着装置の消費電力は電源事情によらずほぼ同じ値に設計するのが一般的であり、結果的に使用できる電力の上限は最も低い地域にならうこととなっていた。この様に、従来の装置では、地域によってはより大きな「使用可能な電力」が存在するにも関わらず、様々な広い地域での販売を同時にカバーする必要性から、地域ごとの電力事情に合わせて定着器の能力をフルに発揮させる様な柔軟な対応は困難であった。この結果、省エネルギー化のための１つのチャンスが失われていた。

本発明は、上述の問題点に着目してなされたものであって、商用電源の電力供給能力に応じてスタンバイ状態における予備加熱レベルを変更し、電力供給能力が高い場合においては定着手段の予備加熱を減少もしくはオフすることで、画像形成装置の省エネルギー化を図ることが可能な画像形成装置およびその制御方法を提供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、その第一の発明によれば、
商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着手段を備えた画像形成装置において、スタンバイ状態において該定着手段を予備加熱するための複数の予備加熱レベルを有し、前記商用電源から供給される電力の状態に応じて前記予備加熱レベルを変更する、もしくは予備加熱をオフすることにより、定着手段のスタンバイ状態における省エネルギー化を図るようにしたものである。

本発明によれば、商用電源の電力供給能力に応じてスタンバイ状態における予備加熱レベルを変更し、電力供給能力が高い場合においては定着手段の予備加熱を減少もしくはオフすることで、画像形成装置の省エネルギー化を図ることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下では本発明の一実施形態としてレーザビームプリンタを例にとって説明する。ただし、本発明はレーザビームプリンタに限定されるものではなく、電子写真プロセスを使用した画像形成装置全般に適用することができる。

［第１の実施形態］
＜レーザビームプリンタ１００の概略構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るレーザビームプリンタ１００の概略構成を示す図である。このレーザビームプリンタ１００は、黒（Ｂｋ）画像，イエロー（Ｙ）画像，マゼンタ（Ｍ）画像，シアン（Ｃ）画像の各色ごとに画像形成部を設けているいわゆるタンデムタイプのプリンタである。

それぞれの画像形成部は、感光ドラム１８、感光ドラム１８を一様に帯電する一次帯電器１６、感光ドラム１８上に潜像を形成するスキャナユニット１１、潜像を現像して可視像とする現像器１４、可視像を転写紙に転写する転写器１９、感光ドラム１８の残留トナーを除去するクリーニング装置１５等で構成される。

ここでスキャナユニット１１の構成について説明しておく。図２は、スキャナユニット１１の構成を示す図である。パーソナルコンピュータ等の図示しない外部機器からの画像形成指示があると、レーザビームプリンタ１００内のコントローラ（図示せず）において、画像情報が露光手段であるレーザビームをオン／オフするための画像信号（ＶＤＯ信号）１０１に変換される。この画像信号（ＶＤＯ信号）１０１は、スキャナユニット１１内のレーザユニット１０２に入力される。１０３は、レーザユニット１０２によりオン／オフ変調されたレーザビームである。１０４は、回転多面鏡（ポリゴンミラー）１０５を定常回転させるスキャナモータである。１０６は、ポリゴンミラー１０５によって変更されたレーザビーム１０７を被走査面である感光ドラム１８上に焦点を結ばせる結像レンズである。

この構成により、画像信号１０１により変調されたレーザビーム１０３が感光ドラム１８上を水平走査（主走査方向への走査）し、感光ドラム１８上に潜像が形成される。

１０９はビーム検出口で、スリット状の入射口よりビームを取り入れる。この入射口より入ったレーザビームは、光ファイバ１１０内を通って光電変換素子１１１に導かれる。光電変換素子１１１により電気信号に変換されたレーザビームは、増幅回路（図示しない）により増幅された後、水平同期信号となる。

説明を図１に戻す。カセット２２から給紙される記録媒体としての転写紙は、画像形成部とタイミングをとるために、レジストローラ２１で待機する。

また、レジストローラ２１の近傍には、給紙された転写紙の先端を検知するためのレジセンサ２４が設けてある。画像形成部を制御する画像形成制御部（図示せず）はレジセンサ２４の検出結果により、紙の先端がレジストローラ２１に到達したタイミングを検知し、１色目（図の例ではイエロー色）の像を、像担持体である感光ドラム１８ａ上に形成するとともに、定着器２３のヒータ（図示しない）温度が所定の温度になるよう制御する。

２９は吸着ローラであり、このローラの軸に吸着バイアスを印可し、転写紙を転写ベルト２０上に静電的に吸着させる。

レジストローラ２１で待機した転写紙は、レジセンサ２４の検出結果と像形成プロセスとのタイミングをとって、各色画像形成部を貫通するように配置された転写ベルト２０上を搬送されるとともに、転写器１９ａにより１色目の画像が転写紙上に転写される。

同様に、２色目（図の例ではマゼンタ）の像は、レジセンサ２４の検出結果と、２色目像形成プロセスとのタイミングをとって、転写ベルト２０上を搬送される転写紙上の、１色目の像の上に重畳転写される。以降同様に、３色目（図の例ではシアン）の像，４色目（図の例では黒色）の像が、各像形成プロセスとのタイミングを取って、転写紙上に順次重畳転写される。

そして、トナー画像が転写された転写紙は定着器２３へと搬送され、その転写紙が定着器２３におけるニップ部Ｎ（詳細は後述する）を通過することにより、トナーが加圧、過熱されて転写紙に溶融定着される。定着器２３を通過した転写紙は機外に排紙されフルカラーの画像形成が終了する。

＜定着器２３の構成＞
本実施形態における定着器２３では、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方式よりも高効率な、電磁誘導加熱方式を採用する。ここでは図４〜６を参照して定着器２３の構造例を説明する。図４は定着器２３の要部の横断面構造を示す構成図、図５は定着器２３の要部の正面構造を示す構成図、図６は定着器２３を構成する定着ベルトガイド部材を示す斜視図である。

５０１は電磁誘導発熱層（導電体層、磁性体層、抵抗体層）を有する電磁誘導発熱性の回転体としての円筒状の定着ベルトである。この定着ベルト５０１の具体的な構造例については後述する。

５１６ａは横断面略半円弧状樋型のベルトガイド部材であり、円筒状の定着ベルト５０１はこのベルトガイド部材５１６ａの外側にルーズに外嵌させてある。ベルトガイド部材５１６ａは基本的に、（１）後述する加圧ローラ５３０との圧接により形成される定着ニップ部Ｎへの加圧、（２）磁場発生手段としての励磁コイル５０６および磁性コア５０５の支持、（３）定着ベルト５０１の支持、および、（４）定着ベルト５０１の回転時の搬送安定性の確保、の役目を果たす。これらの役目を果たすため、ベルトガイド部材５１６ａには、高い荷重に耐えられ、絶縁性に優れ耐熱性のよい材質のものを使用することが望ましい。例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＬＣＰ樹脂などを選択するとよい。

ベルトガイド部材５１６ａは、磁場発生手段としての磁性コア（芯材５０５ａ，５０５ｂ，５０５ｃによりＴ字型に構成される）と励磁コイル５０６を内側に保持している。また、ベルトガイド部材５１６ａには、図４および図６に示すように紙面垂直方向長手の良熱伝導部材（例えばアルミニウム材）５４０がニップ部Ｎの加圧ローラ５３０との対向面側で、定着ベルト５０１の内側に配設してある。良熱伝導部材５４０は、長手方向の温度分布を均一にする効果がある。

図５に示されるフランジ部材５２３ａ・５２３ｂは、ベルトガイド部材５１６ａのアセンブリの左右両端部に外嵌し、その左右位置を固定しつつ回転自在に取り付け、定着ベルト５０１の回転時にその定着ベルト５０１の端部を受けて定着ベルト５０１のベルトガイド部材５１６ａ長手方向に沿う寄り移動を規制する役目をする。

５３０は加圧部材としての弾性加圧ローラであり、定着ベルト５０１を挟ませてベルトガイド部材５１６ａの下面と所定の圧接力をもって所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させて相互圧接させてある。ここで、上記磁性コア５０５は、定着ニップ部Ｎに対応位置させて配設してある。加圧ローラ５３０は、芯金５３０ａと、芯金５３０ａ周りに同心一体にローラ状に形成被覆させた、シリコンゴム、フッ素、フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層５３０ｂとで構成されており、芯金５３０ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自在に軸受け保持させて配設してある。加圧用剛性ステー５１０の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材５２９ａ・５２９ｂとの間にそれぞれ加圧バネ５２５ａ・５２５ｂを縮設することで、加圧用剛性ステー５１０に押し下げ力を作用させている。これにより、ベルトガイド部材５１６ａの下面と加圧ローラ５３０の上面とが定着ベルト５０１を挟んで圧接して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

加圧ローラ５３０は、駆動モータＭにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この回転駆動による加圧ローラ５３０と定着ベルト５０１の外面との摩擦力によって定着ベルト５０１に回転力が作用する。これにより、定着ベルト５０１は、その内面が定着ニップ部Ｎにおいてベルトガイド部材５１６ａの下面に密着して摺動しながら、矢示の時計方向に加圧ローラ５３０の回転周速度に略対応した周速度をもってベルトガイド部材５１６ａの外回りを回転する（加圧ローラ駆動方式）。また、図６に示すように、ベルトガイド部材５１６ａの周面に、その長手に沿い所定の間隔を置いて凸リブ部５１６ｅを形成具備させ、ベルトガイド部材５１６ａの周面と定着ベルト５０１の内面との接触摺動抵抗を低減させて定着ベルト５０１の回転負荷を少なくしている。

励磁コイル５０６は、コイル（線輪）を構成させる導線（電線）として一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの（束線）を用い、これを複数回巻いて励磁コイル５０６を形成している。絶縁被覆は定着ベルト５０１の発熱による熱伝導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよい。例えば、アミドイミドやポリイミドなどの被覆を用いるとよい。励磁コイル５０６は外部から圧力を加えて密集度を向上させてもよい。

励磁コイル５０６の形状は、図４に示すように、発熱層の曲面に沿うようにしている。本実施形態では励磁コイル５０６は１１ターンとし、定着ベルト５０１の発熱層と励磁コイル５０６との間の距離は略２ｍｍになるように設定した。

磁性コア５０５ａ・５０５ｂ・５０５ｃ及び励磁コイル５０６と定着ベルト５０１の発熱層の間の距離はできる限り近付けた方が磁束の吸収効率が高い。この距離が５ｍｍを超えるとこの効率が著しく低下するため５ｍｍ以内にするのがよい。また、５ｍｍ以内であれば定着ベルト５０１の発熱層と励磁コイル５０６の距離が一定である必要はない。励磁コイル５０６の励磁コイル保持部材としてのベルトガイド部材５１６ａからの引出線、すなわち５０６ａ・５０６ｂ（図６）については、束線の外側に絶縁被覆を施している。

励磁コイル５０６は、後述する定着制御回路（励磁回路）から供給される交番電流によって交番磁束を発生する。図７は交番磁束の発生の様子を模式的に表した図である。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。磁性コア５０５ａ・５０５ｂ・５０５ｃに導かれた交番磁束Ｃは、磁性コア５０５ａ・５０５ｃと、磁性コア５０５ａ・５０５ｂにより、図４のＳａ，Ｓｂの領域に集中的に分布し、定着ベルト５０１の電磁誘導発熱層１に過電流を発生させる。この過電流は、電磁誘導発熱層１の固有抵抗によって電磁誘導発熱層１にジュール熱（過電流損）を発生させる。ここでの発熱量Ｑは、電磁誘導発熱層１を通る磁束の密度によって決まり、図７の右側のグラフのような分布を示す。図７の右側のグラフは、縦軸が磁性コア５０５ａの中心を０とした角度θで表した定着ベルト５０１における円周方向の位置を示し、横軸が定着ベルト５０１の電磁誘導発熱層１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱域Ｈ（図４のＳａ，Ｓｂの領域に対応する）は、最大発熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得られる量である。

定着ニップ部Ｎの温度は、温度センサ４０５，４０６を含む温調系により励磁コイル５０６に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。図４〜図６に示される温度センサ４０５は例えば、定着ベルト５０１の温度を検知するサーミスタなどで構成され、本実施形態においては温度センサ４０５で測定した定着ベルト５０１の温度情報を基に定着ニップ部Ｎの温度を制御するようにしている。

図８は定着ベルト５０１の層構成を示す図である。定着ベルト５０１は、同図に示すように、定着ベルト５０１は、基層となる電磁誘導発熱性の金属ベルト等で構成された発熱層５０１Ａと、その外面に積層した弾性層５０１Ｂと、その外面に積層した離型層５０１Ｃとの複合構造となっている。発熱層５０１Ａと弾性層５０１Ｂとの間の接着、弾性層５０１Ｂと離型層５０１Ｃとの間の接着のため、各層間にプライマ層を設けてもよい。略円筒形状である定着ベルト５０１において発熱層５０１Ａが内面側であり、離型層５０１Ｃが外面側である。上述したように、発熱層５０１Ａに交番磁束が作用することで発熱層５０１Ａに過電流が発生して発熱層５０１Ａが発熱する。その熱が弾性層５０１Ｂ・離型層５０１Ｃを介して定着ベルト５０１を加熱し、定着ニップ部Ｎに通紙される被加熱材としての被記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。

本実施形態における定着器２３の構造は概ね上記のとおりであるが、その動作の概略は次のとおりである。加圧ローラ５３０が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト５０１がベルトガイド部材５１６ａの外回りを回転し、励磁回路から励磁コイル５０６への給電により上記のように定着ベルト５０１の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態となる。この状態で、図１の転写ベルト２０により搬送された未定着トナー画像ｔが形成された転写紙が定着ニップ部Ｎの定着ベルト５０１と加圧ローラ５３０との間に画像面が上向き、即ち、定着ベルト５０１面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着ベルト５０１の外面に密着して定着ベルト５０１と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎを定着ベルト５０１と一緒に転写紙が挟持搬送されていく過程において、電磁誘導発熱で加熱された定着ベルト５０１により転写紙上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。転写紙は、定着ニップ部Ｎを通過すると、回転中の定着ベルト５０１の外面から分離して排出搬送されていく。

なお、本実施形態ではトナーｔに低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、定着器２３にオフセット防止のためのオイル塗布機構を設けていないが、低軟化物質を含有させていないトナーを使用した場合にはオイル塗布機構を設けてもよい。また、低軟化物質を含有させたトナーを使用した場合にもオイル塗布や冷却分離を行ってもよい。

＜定着制御回路３３０の構成＞
まず、図４の定着器２３の構成図を参照されたい。本実施形態では、同図に示すように、定着ベルト５０１の発熱域Ｓａ（図７の発熱域Ｈに対応する）に対向する位置に温度検知素子としてのサーモスイッチ５０２を非接触で配設している。定着制御回路３３０は、例えば暴走時の励磁コイル５０６への給電を遮断すべく、このサーモスイッチ５０２の動作に応じて励磁コイル５０６への給電を制御する。ここではサーモスイッチ５０２のＯＦＦ動作温度を２２０℃に設定した。また、サーモスイッチ５０２と定着ベルト５０１との間の距離は略２ｍｍとした。これにより、定着ベルト５０１にサーモスイッチ５０２の接触による傷が付くことがなく、耐久による定着画像の劣化を防止することができる。

なお、この温度検知素子としては、サーモスイッチ５０２の代わりに温度ヒューズ等を用いてもよい。

図３は、本実施形態における定着制御回路３３０の構成を示すブロック図である。この定着制御回路３３０は、サーモスイッチ５０２を＋２４ＶＤＣ電源及びリレースイッチ３０３に直列に接続し、サーモスイッチ５０２が切れるとリレースイッチ３０３への給電が遮断されリレースイッチ３０３が動作し、定着制御回路３３０への給電が遮断されることにより励磁コイル５０６への給電を遮断する、という構成をとっている。

図３に示した定着制御回路３３０の構成をその動作と共に詳述すると、整流回路３０４は、交流入力から両波整流を行うブリッジ整流回路と高周波フィルタを行うコンデンサで構成されている。第１および第２のスイッチ素子３０８，３０７はそれぞれ電流のスイッチングを行う。カレントトランス（ＣＴ）３１１は、第１および第２のスイッチ素子３０８，３０７でスイッチングされたスイッチング電流を検出するトランスである。

先述したとおり、定着器２３には、励磁コイル５０６、温度検出サーミスタ４０５（定着ベルト５０１の略中央部に設置され、温度をＴＨａに制御することを目的とする）、同４０６（定着ベルト５０１の略端部に設置され、端部がＴＨｂを超えない様に監視し、必要に応じて定着ベルト５０１への通電を遮断、もしくはプリント間隔を伸ばす等の処置を行う）、過昇温を検出するサーモスイッチ５０２が設けられている。

ゲートトランス３０６，３０５をそれぞれ介して第１および第２のスイッチ素子３０８，３０７を駆動するドライバ回路３１５は、カレントトランス３１１の出力電圧をフィルタリングするフィルタ３２５、発振回路３２８、コンパレータ等の比較器３２７、３２６で示される基準電圧Ｖｓ、クロック生成部３２９で構成される。クロック生成部３２９では、温調制御を行うためのクロックを生成するとともに、定着ベルト５０１と加圧ローラ５３０との相互圧接部の検出温度が規定温度を超過した場合に、画像形成制御回路３１６からの信号により励磁コイル５０６への駆動パルスを停止し、定着器２３への電力供給を停止する制御を行っている。

画像形成制御回路３１６は、定着器２３に設けられているサーミスタ４０５の温度検出値に基づき、目標温度と比較しながら制御量をコントロールする。ドライバ回路３１５は、画像形成制御回路３１６からの制御信号を受けて、ゲートトランス３０５，３０６へのスイッチングクロックを生成し、高周波インバータ装置の制御形態に相応しい制御を行う。

第１および第２のスイッチ素子３０８，３０７としては、パワー用電力スイッチ素子が最適であり、ＦＥＴもしくはＩＧＢＴ（＋逆導通ダイオード）により構成されている。第１および第２のスイッチ素子３０８，３０７は共振電流を制御するため、定常時の損失及びスイッチ損失が小さいもので、なおかつ高耐圧、大電流タイプのものがよい。

電源ライン入力端子３０１から交流入力電源を受け、リレースイッチ３０３を介して整流回路３０４に交流電源が印加されると、この整流回路３０４の両波整流ダイオードにより脈動化直流電圧が生成される。その後、第２のスイッチ素子３０７がスイッチングを行うようにゲートトランス３０５をドライブすることにより、励磁コイル５０６と共振コンデンサ３０９で構成された共振回路に交流パルス電圧が印加される。この結果、第１のスイッチ素子３０８の導通時には励磁コイル５０６に脈動化直流電圧が印加され、励磁コイル５０６のインダクタンスと抵抗により定まる電流が流れ始める。ゲート信号に従って第１のスイッチ素子３０８がターンオフすると、励磁コイル５０６は電流を流し続けようとするため、励磁コイル５０６の両端に共振コンデンサ３０９と励磁コイル５０６により定まる共振回路の尖鋭度Ｑによりフライバック電圧と呼ばれる高電圧が発生する。この電圧は電源電圧を中心に振動し、そのままオフ状態を保っておくと電源電圧に収束する。

フライバック電圧のリンギングが大きく、第１のスイッチ素子３０８のコイル側端子の電圧が負になる期間は逆導通ダイオードがターンオフし、電流が励磁コイル５０６に流入する。この期間中、励磁コイル５０６と第１のスイッチ素子３０８の接点は０Ｖにクランプされることになる。このような期間に第１のスイッチ素子３０８をオンすれば、第１のスイッチ素子３０８は電圧を背負うことなくターンオン可能なことが一般に知られており、ＺＶＳ（ＺｅｒｏＶｏｌｔａｇｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれている。このような駆動方法により第１のスイッチ素子３０８のスイッチングに伴う損失を最小とすることができ、効率の良い、ノイズの少ないスイッチングが可能になる。

励磁コイル５０６への投入電力は、第１のスイッチ素子３０８のオン時間＋オフ時間の合計に対するオン時間のデューテイで決まる。このため、画像形成制御回路３１６からの制御信号３３１により、オフ時間を固定とし、オン時間をサーミスタ４０５の検出温度に応じて可変とする制御を行っている。但し、オン時間を大きくしすぎると、励磁コイル５０６への投入電力が電源３０１からの供給電力を上回ってしまう危険があるため、次に述べる電流検出を行って、ハード的にオン時間の上限値を規制している。

次に、図３のカレントトランス３１１を用いた励磁コイル５０６の電流の検出について説明する。検出波形の一例を図９に示す。カレントトランス３１１は、第１のスイッチ素子３０８のエミッタ（ＦＥＴの場合はドレイン）から整流回路３０４のマイナス端子及び整流回路３０４の後段のフィルタコンデンサ（図示略）へ流れる電流を検出すべく構成されている。１：ｎの巻線を有するカレントトランス３１１の１ターン側にパワー側の電流を流し、ｎターン側に設けた検出抵抗により電圧情報として検出する。スイッチング電流波形は図９のように、スイッチング周波数（２０ｋ〜５００ｋＨｚ）に対応した鋸歯状波を示しており、その電流ピーク値の包絡線は商用周波数（例えば５０Ｈｚ）の正弦波を全波整流した形となっている。カレントトランス３１１で検出した検出電流はフィルタ３２５においてピークホールド整流される。フィルタ３２５でフィルタリングされた電流検出（電圧）値は比較器３２７の―入力端子へ、所定の基準電圧Ｖｓ３２６は比較器３２７の＋入力端子へそれぞれ送信され、比較器３２７により双方の値を比較する。比較器３２７は、電流検出値が基準電圧Ｖｓ３２６よりも大きい場合には、基準電圧Ｖｓ３２６に対応する電流以上に大きなスイッチング（ピーク）電流が流れないように、ローレベルをクロック生成部３２９へ出力する。したがって、クロック生成部３２９からゲートトランス３０５，３０６へ送信されるクロックのオン時間が、パルスバイパルスで制限されスイッチング（ピーク）電流が制限される。

図１０は、図９に示したＡの時間範囲について拡大表示したものである。この例では、第１のスイッチング素子３０８を駆動するパルスのオン時間がｔｏｎａの場合、流れるスイッチング電流の検出電圧のピーク値は、所定電圧Ｖｓに達していない。一方、定着器２３への投入電力が増加した場合等において、オン時間がｔｏｎｂとなった場合、この例では、流れるスイッチング電流の検出電圧のピーク値は、所定電圧Ｖｓに達している。このため、クロック生成部３２９は、比較器３２７からの出力によりオン時間がｔｏｎｂよりも長くならないように制限をかけている。つまり、スイッチング電流のピーク値を所定値に抑えることで、定着器２３に投入される電力の最大電力を制限をするリミッタ動作を行う構成となっている。大電流が流れる場合等、異常電流検出時はこのような保護を行っている。

次に、定着器２３に投入される最大電力（初期電力）の電圧依存性について説明する。電流制御を全く行わない系においては、ＡＣライン電圧に対し出力電力はＡＣライン電圧の２乗で変動していくことになる。これに対し、電流検出によりリミットをかける本構成によれば、出力電力を入力電圧に線形依存するようにすることができる。

このような回路を構成し、実験を行った結果を図１１に示す。図１１の「制御無し領域」は、電流制御を行わない場合の実験結果であり、入力電圧の２乗で電力変化がみられ、電源電圧による電力依存性が大きい。一方、「ピーク一定制御領域」は、レーザビームプリンタ１００に用いられる電圧を含む入力電圧範囲内において、検出したピーク電流が一定になるよう制御した場合の実験結果である。図より、電源電圧による電力変動が少ないことを示している。つまり、検出したピーク電流に基づいて電力制御回路の最大出力値を制御することにより、ＡＣライン電流検出結果により電力制御幅の最大値（最大投入可能電力）を制御し、最大供給可能な電力がＡＣライン電圧の変動の影響を受けにくくなるよう制御している。

電流を検出し電力を制御するということから、定着器２３の励磁コイル５０６に電流を流す時間、即ち第１のスイッチ素子３０８のオンしている時間の最大値はＡＣラインを流れる電流と供給可能な電力により定め、画像形成制御回路３１６からの制御信号３３２はその時間を超えない範囲となっている。また、最小時間についても規定する構成をとってもよい。

＜予備加熱モード＞
プリント時の定着ベルト５０１の温度は、前述の様にサーミスタ４０５によりＴＨａに制御される。本実施例では、ＴＨａは１８０℃程度に設定される。ここで、オンデマンド定着が可能な定着装置においては、プリント命令後、未定着画像が定着器に到達するまでに、定着ベルト５０１を室温からＴＨａまで昇温させることになる。

これに対し、定着温度の立ち上がり速度が十分でなく、オンデマンド定着に至らない定着装置においては、スタンバイ時において（プリント命令後、要旨が給紙されてから定着器に到達する前に定着ベルト５０１の温度がＴＨａとなる様に）定着ベルト５０１があらかじめ所定温度に予熱しておく必要が有る。

具体的には、オンデマンドでない定着装置においては、スタンバイ時において定着ベルト５０１を所定温度ＴＨａ’（一例として１２０℃程度）に温調を行う予備加熱が必要となる。定着ベルト５０１に対するスタンバイ状態での予備加熱は、定着ベルト５０１が停止状態で行うことで十分効果が有るが、熱の均一化や定着ベルト５０１の変形防止の観点から、スタンバイ中の予熱状態において、定着ベルト５０１を所定のタイミングで間欠的に回転させても良い。

いずれにしても、プリント時における、定着ベルト５０１を回転させた状態で行う温度制御に比較して、停止状態で行うスタンバイ時の予備加熱は消費エネルギーは遥かに少なくて済む。

本実施例の様なベルトタイプの定着装置に関する予備加熱については、前記先行技術文献の特許文献１に記載されており、特に定着器の昇温状態に応じて予備加熱の温度を複数レベルに変更可能な技術に関して詳述されている。

従来装置では、このスタンバイ時における温度調節の目標値を、使用する電源電圧の大きさに関わらず所定の値に設定していた。このため、従来装置では、常に定着器の立ち上げに最も不利な電力事情である、ＡＣ１００Ｖ入力時に合わせてＴＨａ’の値を設定していた。

しかしながら、商用電源としてＡＣ１００Ｖ（１５Ａ）系を用いる日本においては、使用可能な総電力が１５００Ｗであるのに対し、１２０Ｖ（１３．２Ａ）（但し、最大電流値としてＵＬ１９５０．１．６項１２Ａ×１．１＝１３．２Ａを使用）系を用いるＵＳＡでは総電力１５８４Ｗであり、更に、２２０Ｖ（１０Ａ）系の欧州では総電力２２００Ｗ程度と大きいため、定着器への投入電力を大きくすることが可能である。具体的には、プリント開始時において、定着器の加熱以外に電力が必要なプリンタ本体の負荷（例えば、モータ類の駆動や、コントローラ類の消費電力等）が消費する総電力は６００Ｗ程度であるから、日本国内においては定着器の温度立ち上げに１５００Ｗ−６００Ｗ＝９００Ｗの電力が投入可能であるのに対し、ＵＳＡでは９８０Ｗの電力が投入可能となり、更に、欧州では最大で１６００Ｗもの大電力が投入可能となる。一方、定着器がプリント開始から用紙が定着器に至るまでの間に定着可能温度となるために必要な立ち上げ時間を１５秒以下とした場合、スタンバイ時において定着器に必要な予熱の温度は、電源投入後の最初のプリント時を想定すると、図１２に示す様に、プリント開始時の投入電力が大きくなる程スタンバイ時の予熱温度は低くて良いことが判る。

本実施例では、この結果に基いて商用電源が１００Ｖ入力時はスタンバイ時の予熱温調温度ＴＨａ’＝１５０℃、に設定し、一方、１２０Ｖ入力時はＴＨａ’＝８０℃、に設定、２２０Ｖ入力時は予備加熱をオフする、という様に、スタンバイ時の温調温度を商用電源の使用可能電力に合わせて変更することを行った。

商用電源（ＡＣコンセント）からの入力電圧を検出するため、本実施例では図３のＡＣ電圧モニター３３３を用い、電圧値をモニターした。そして、この検出結果に応じて、スタンバイ時のサーミスタ４０５による温調の目標値を画像形成制御回路３１６内に複数設定して切り換える、或いは必要に応じてドライバ回路３１５により、負荷（励磁コイル５０６）への電力供給を遮断する（遮断の一つの方法として、ＴＨａ’を室温以下に設定することで、予熱電力をオフすることが出来る）という方法により予備加熱レベルを切り換える様にした。

このとき、同時に定着器への投入電力の上限値を変更する必要が有る。このため、ＡＣ電圧モニター３３３の検出結果に応じてドライバ回路３１５の比較電圧レベルＶｓも同時に変更する様にした。即ち、ＡＣ入力電圧検出値から推定される使用可能な電力がより大きいケースでは、これに見合った値にＶｓを変更することで、ＣＴ３１１で検出されるスィッチング電流のピーク値が大きな値を取れる様になり、この結果前述の図１０におけるｔｏｎｂをより大きな値とすることが出来、最終的には負荷（励磁コイル５０６）に供給する最大電力を、より大きな値で安定供給することが出来る。これにより、予備加熱温度を最適化するとともに、プリント開始時における定着器の立ち上げ時の最大電力を、電源事情に従って最適な値に変更することが可能となる。

本実施例の具体的効果としては、例えば商用電源としてＡＣ１００Ｖ（１５Ａ）系を用いる日本においては、定着スタンバイ時における定着器の予熱のための消費電力が４０Ｗ必要であるのに対し、１２０Ｖ（１３．２Ａ）系のＵＳＡでは、スタンバイ時における定着器の予熱のための消費電力は２０Ｗ程度に減じることが出来た。更に、２２０Ｖ（１０Ａ）系の欧州では投入可能電力がオンデマンドのために必要な１１００Ｗを上回っているため、予熱はゼロとすることが出来た。この様に、本発明を用いることで、電源事情の異なる地域において、その場所に応じてプリンタが最も省エネルギー状態となる様に、スタンバイ時の定着器の予熱に用いる電力を調節（又はオフ）することが可能となった。

なお、先に述べた特許文献３に開示されている様に、定着器自体の昇温状態を検出してスタンバイ状態における予備加熱の温度制御目標値を切り換えることで、一層の省エネルギー化を図ることが可能である。一例として、商用電源がＡＣ１００Ｖ（１５Ａ）系の場合は、プリンタ立ち上げ直後の第１予熱温度を１５０℃、定着器がある程度温まった後の第２予熱温度を１１０℃とし、商用電源がＡＣ１２０Ｖ（１３．２Ａ）系では第１予熱温度を８０℃、第２予熱温度を６０℃とする（ＡＣ２２０Ｖ（１０Ａ）系においてはオンデマンドを達成しているので予備加熱は不要）ことで、良好な結果が得られた。なお、定着器の昇温状態を検出する方法としては、ここでは詳しい説明を省略するが、例えば図１の定着器２３近傍に温度計（不図示）を設けたり、あるいはタイマーを用いてスタンバイやプリントの時間を測定することで推測しても良く、また、予備加熱温調時の制御状況に応じて定着器の昇温状態を判断しても良い（予備加熱温調時の制御状況に応じて定着器の昇温状態を判断する方法に関しては、特許文献３を参照）。

［第２の実施形態］
上述の各実施形態では、電磁誘導加熱方式の定着器２３を使用したが、その他の方式の定着器を使用することも可能である。本実施形態では、セラミック面状発熱ヒータ方式の定着器について説明する。

図１３は、本実施形態におけるセラミック面状発熱ヒータ方式の定着器６００の横断面構造を示す図である。

６１０はステーであり、このステー６１０はセラミックヒータ６４０を露呈させて支持した横断面Ｕ字状の本体部６１１と該本体部６１１を対向する加圧ローラ６２０側へ加圧する加圧部６１３とで構成されている。ここで、セラミック面状発熱ヒータは、発熱体が後述のニップ部と反対側であっても、発熱体がニップ部側であっても構わない。６１４はステー６１０に外嵌させてある横断面円形の耐熱性フィルム（以下、「フィルム」と略称する）である。

加圧ローラ６２０は、セラミックヒータ６４０との間にフィルム６１４を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、且つフィルム６１４を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段として作用する。このフィルム駆動ローラ兼加圧ローラ６２０は芯金６２０ａとシリコンゴム等よりなる弾性体層６２０ｂと最外層の離型層６２０ｃよりなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム６１４を挟ませてセラミックヒータ６４０の表面に圧接させて配設してある。この加圧ローラ６２０はモータＭによる回転駆動により、この加圧ローラ６２０とフィルム６１４の外面との摩擦力で該フィルムに搬送力を付与する。

図１４は、セラミック面状発熱ヒータ６４０の具体的な構造例を示す図である。図１４（ａ）はセラミック面状発熱ヒータ６４０の断面図であり、図１４（ｂ）は発熱体６０１が形成されている面を示している。

セラミック面状発熱ヒータ６４０はＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックス系の絶縁基板６０７と絶縁基板６０７面上にペースト印刷等で形成されている発熱体６０１と、発熱体保護しているガラス等の保護層６０６から構成されている。保護層６０６上には、セラミック面状発熱ヒータ６４０の温度を検出する温度検出素子としてのサーミスタ６０５および過昇温を防止する手段として例えば温度ヒューズ６０２が配置されている。サーミスタ６０５は発熱体６０１に対して絶縁距離を確保できるように絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。もっとも、過昇温を防止する手段としては温度ヒューズの他にサーモスイッチ等を使用してもよい。

発熱体６０１は、電力が供給されると発熱する部分と、その発熱部分に接続した導電部６０３と、コネクタを介して電力が供給される電極部６０４とから構成され、発熱部６０１は通紙可能な最大の記録紙幅ＬＦとほぼ同じ長さとしている。２つの電極６０４のうち１つへは、交流電源のＨＯＴ側端子が温度ヒューズ６０２を介して接続されている。電極部６０４は発熱体６０１を制御するトライアック６３９に接続され、交流電源のＮＥＵＴＲＡＬ端子に接続される。

図１５は、本実施形態における定着制御回路６３０の構成を示す図である。この定着制御回路６３０はセラミック面状発熱ヒータ方式によるものであるが、図３では定着制御回路３３０と置き換えることができるものである。

本実施形態におけるレーザビームプリンタ１００は、商用電源３０１をＡＣフィルタ（図示せず）を介してセラミック面状発熱ヒータ６４０の発熱体６０１へ供給することによりセラミック面状発熱ヒータ６４０の発熱体６０１を発熱させる。この発熱体６０１への電力供給は、トライアック６３９によって通電・遮断が制御される。抵抗６３１，６３２はトライアック６３９のためのバイアス抵抗であり、フォトトライアックカプラ６３３は一次、二次間を隔離するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ６３３の発光ダイオードに通電することにより、トライアック６３９をオンする。抵抗６３４はフォトトライアックの電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ６３５によりオン／オフする。トランジスタ６３５はドライバ回路６５０および抵抗６３６を介して画像形成制御回路３１６から送られるＯＮ信号に従って動作する。ドライバ回路６５０は、電流実効値検出回路６５２、発振回路６５５、コンパレータ等の比較器６５３、６５４で示される基準電圧Ｖｓ、クロック生成部６５１で構成される。

また、ＡＣフィルタ（図示せず）を介して、交流電源は、ゼロクロス検出回路６１８に入力される。ゼロクロス検出回路６１８では、商用電源３０１があるしきい値以下の電圧になっていることをクロック生成部６５１に対してパルス信号により報知する。以下、クロック生成部６５１に送信されるこの信号をＺＥＲＯＸ信号と呼ぶ。クロック生成部６５１はＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを検知する。

サーミスタ６０５によって検出される温度は、抵抗６３７とサーミスタ６０５との分圧として検出され、画像形成制御回路３１６にＴＨ信号としてＡ／Ｄ入力される。セラミック面状発熱ヒータ６４０の温度は、ＴＨ信号として画像形成制御回路３１６において監視され、画像形成制御回路３１６の内部で設定されているセラミック面状発熱ヒータ６４０の設定温度と比較した結果を画像形成制御回路３１６のＤ／Ａポートからのアナログ信号またはＰＷＭによってクロック生成部６５１に送信される。クロック生成部６５１は画像形成制御回路３１６から送られた信号からセラミック面状発熱ヒータ６４０を構成する発熱体６０１に供給するべき電力を算出し、その供給する電力に対応した位相角θ（位相制御）に換算する。ゼロクロス検出回路６１８はＺＥＲＯＸ信号をクロック生成部６５１へ出力し、クロック生成部６５１は同期をとってトランジスタ６３５にＯＮ信号を送信し、所定の位相角θａにてヒータ６４０へ通電する。

図１６は、その通電状態の波形を示している。ＺＥＲＯＸ信号は商用電源周波数（５０Ｈｚ）から決まる周期Ｔ（＝１／５０ｓｅｃ）の繰り返しパルスで、これが画像形成制御回路３１６へ送信されており、パルスの中央部が商用電源の位相０°，１８０°と電圧が０Ｖ（ゼロクロス）となるタイミングを示している。画像形成制御回路３１６は、上記のようにゼロクロスタイミングから所定のタイミングを経てトライアック６３９をオンするＯＮ信号を送信し、商用電源電圧（正弦波）の半波において所定の位相角θａにて発熱体（ヒータ）６０１への通電が開始されるように制御している。トライアック６３９は次のゼロクロスタイミングにてオフとなり、次の半波においてＯＮ信号により同位相角角θａで発熱体６０１への通電が開始され、更に次のゼロクロスタイミングにてオフとなる。発熱体６０１は抵抗体であるため、発熱体６０１の両端に印加される電圧波形は流れる電流波形と等しくなり、図１６に示すように１周期において正負対象の電流波形を示す。ヒータへの電力供給を増加させる場合には、ゼロクロスからＯＮ信号を送信するタイミングを早め、逆に電力供給を低減させる場合には、ゼロクロスからＯＮ信号を送信するタイミングを遅くする。この制御を１周期あるいは必要に応じて複数周期ごとに行うことでセラミック面状発熱ヒータ６４０の温度をコントロールしている。

図１５の６２５は定着器６００のセラミック面状発熱ヒータ６４０へ流れる電流を検出するためのカレントトランスである。カレントトランス６２５で検出した検出電流は、電流実効値を検出するＩＣ等で構成される電流実効値検出回路６５２によって実効値が測定され、検出された電流（電圧）値は比較器６５３の―入力端子へ、所定の基準電圧Ｖｓ６５４は比較器６５３の＋入力端子へそれぞれ送信され、比較器６５３により双方の値を比較する。比較器６５３は、電流検出値が基準電圧Ｖｓ６５４よりも大きい場合には、基準電圧Ｖｓ６５４に対応する電流以上に大きくならないように、ゼロクロスタイミングからＯＮ信号を送信するまでの時間をあらかじめ定めた時間（所定の位相角）以上にするようにクロック生成部６５１へ出力する。以上のように画像形成制御回路３１６は常時電流をモニターし、検出された平均電流より所定の最大実効電流を超えないような位相角を演算により決定し、セラミック面状発熱ヒータ６４０への最大電力の制御を行っている。

万一、画像形成制御回路３１６等の故障により、発熱体６０１が熱暴走に至り温度ヒューズ６０２が所定の温度以上になると、温度ヒューズ６０２がオープンとなる。温度ヒューズ６０２のオープンにより、セラミック面状発熱ヒータ６４０への通電経路が遮断され、発熱体６０１への通電が断たれることにより、故障時の保護がなされている。

以上の様な加熱源を有する画像形成装置においても、商用電源の供給可能な電力に応じて、第１の実施形態で説明したのと全く同様にスタンバイ時における予備加熱のレベルを変更することで、スタンバイ時における消費電力を節減することが可能である。

まず、図１５の商用電源（ＡＣコンセント）からの入力電圧を検出するため、第１実施形態と同様にＡＣ電圧モニター３３３を用い、電圧値をモニターした。

次に、スタンバイ時において、図１５におけるサーミスタ６０５の検出温度ＴＨを、商用電源３０１の供給可能電力に合わせて第１実施形態と同様の方法で温度制御を行った。この場合、定着ベルト５０１に対するスタンバイ状態での予備加熱は、定着ベルト５０１が停止状態で行うことで十分効果が有るが、熱の均一化や定着ベルト５０１の変形防止の観点から、スタンバイ中の予熱状態において、定着ベルト５０１を所定のタイミングで間欠的に回転させても良い。

なお、予備加熱のレベルと合わせて、セラミック面状発熱ヒータ６４０への投入電力を変更する必要がある。具体的には、使用可能な電力の増加時においては、画像形成装置制御回路３１６で、定着器６００への投入電力制限値に相当するセラミック面状発熱ヒータ６４０への通電位相角を電力の増加分に相当する分０°側へ小さくし、定着器２３への投入電力制限値を高くすれば良い（減少時はこの逆となる）。

この様に、本実施形態においても、第１の実施形態で説明したのと全く同様に、電源事情の異なる地域において、その場所に応じてプリンタが最も省エネルギー状態となる様に、スタンバイ時の定着器の予熱に用いる電力を調節（又はオフ）することが可能となった。

［第３の実施形態］
前記第１、第２の実施形態においては、商用電源の電力値を図３又は図１５に示したＡＣ電圧モニター３３３を用いて推定する方法について説明を行ったが、この代りに、商用電源に対応した信号を画像形成装置や定着器から発生させ、これに基いて前述の制御を行っても良い。

更にまた、第１、第２の実施例中では、定着器や定着の駆動回路を商用電源によらず同一の仕様とした場合を説明したが、特別な例として、図３のスィッチ素子３０７、３０８等の能力によっては、例えば欧州の２２０Ｖ系は同一仕様と成らない場合が有る。その様な場合、例えば２２０Ｖ系においては励磁コイル５０６の巻き数を１．５〜２倍程度に増加させてインダクタンスを増やす等の合わせ込みが必要となる。一方で、この様な場合においても、画像形成制御回路３１６等のアルゴリズムは共通とするのが一般的である。そこで、定着器２３（または６００）に、例えばＡＣ１００Ｖ／１２０Ｖ系とＡＣ２２０Ｖ系を識別するマークを付加し、これを画像形成制御回路３１６等で読み込んで、ＡＣ２２０Ｖ系においては定着器の仕様変更も見込んでスタンバイ時の温度制御目標値（オンデマンドの場合はオフのままで良い）や投入電力の制限値を変更する様にすれば良い。この場合は、定着器ユニットは商用電力エリアにより２つの種類に分けて設定されることになる。識別マークとしては、例えば定着器の一部に不図示の凹凸部品等を付けて、プリンタ本体のマイクロスィッチやフォトカップラー等で検出を行う、あるいは、使用する商用電源の情報を記録したＩＣタグメモリー等を定着器に取り付け、本体に設けた受信部で読み取る、等の公知の技術を用いることが出来る。

この様に、識別マークを用いれば、ＡＣ電圧モニター３３３等が不要となり、コストダウンを図ることも出来る。なお、識別マークは、プリンタ本体が自動的に読み取り可能なものである必要は必ずしもなく、例えばユーザやサービスマン等により手動で入力が可能なものであっても良い。

なお、第３の実施形態は、第１、第２の実施形態と組み合わせて実施することも出来る。例えば、日本とＵＳＡは同一の信号を有する定着器、欧州はこれとは異なった信号を有する定着器とし、日本とＵＳＡ間ではＡＣ電圧の値で識別を行い、欧州仕様の定着器では信号による識別を行っても良い。

また、上記第１〜３の実施形態中においては、日本、ＵＳＡ、欧州の電力事情を例に説明を行ったが、これに限定されるものでないのはもちろんであり、また、例えば、日本国内において、１００Ｖ系と並行して２００Ｖ系の電源を使用可能なプリンタを設定し、これに本発明を適用することも可能である。

本発明の実施形態に係るレーザビームプリンタの概略構成図である。実施形態に係るレーザビームプリンタのスキャナユニットの構成を示す図である。実施形態における定着制御回路の構成を示すブロック図である。実施形態における定着器の横断面構造を示す図である。実施形態における定着器の正面構造を示す図である。実施形態における定着器を構成する定着ベルトガイド部材を示す図である。交番磁束の発生の様子を模式的に表した図である。実施形態における定着ベルトの層構成を示す図である。実施形態における定着制御回路におけるスイッチング電流を示す図である。実施形態における定着器に投入される電力の最大電力を制限をするリミッタ動作を説明する図である。実施形態における定着器に投入される最大電力の電圧依存性を説明する図である。実施形態の立ち上げ時における定着器に投入される電力とスタンバイ時における予備加熱の関係を示す図である。第２の実施形態におけるセラミック面状発熱ヒータ方式の定着器の横断面構造を示す図である。第２の実施形態におけるセラミック面状発熱ヒータの構造例を示す図である。第２の実施形態における定着制御回路の構成を示す図である。第２の実施形態における画像形成制御回路による定着器への通電制御を説明する図である。従来の電磁誘導加熱方式の定着器における定着電力とプリント可能温度に達する時間との関係を示す図である。

符号の説明

１１ａ〜１１ｄスキャナユニット
１８ａ〜１８ｄ感光ドラム
２３、６００定着器
１００レーザビームプリンタ
３０１商用電源（電源ライン入力端子）
３１５、６５０ドライバ回路
３１６画像形成制御回路
３３０、６３０定着制御回路
３３３ＡＣ電圧モニター
４０５、４０６、６０５サーミスタ（温度センサ）
５０１定着ベルト
５０５磁性コア
５０６励磁コイル
５１６ａベルトガイド部材
５３０、６２０加圧ローラ
６１４フィルム
６０１発熱体

Claims

商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着手段を備えた画像形成装置において、
スタンバイ状態において該定着手段を予備加熱するための複数の予備加熱レベルを有し、
前記商用電源から供給される電力の状態に応じて前記予備加熱レベルを変更する、もしくは予備加熱をオフすることを特徴とする画像形成装置。
前記予備加熱レベルの変更と合わせて、プリント時における前記定着手段への投入電力の最大値を変更することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
商用電源から供給される電圧を検出する検出手段を更に有し、
該検出手段による検出結果に応じて前記予備加熱レベルを変更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。
前記定着手段に記録された情報に応じて前記予備加熱レベルを変更することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
前記定着手段は、電磁誘導加熱方式の定着器であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
前記定着手段は、セラミック面状発熱ヒータ方式の定着器であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着手段を備えた画像形成装置の制御方法において、
スタンバイ状態において該定着手段を予備加熱するための複数の予備加熱レベルを有し、
前記商用電源から供給される電力の状態に応じて前記予備加熱レベルを変更する、もしくは予備加熱をオフすることを特徴とする画像形成装置の制御方法。