JP2013003314A

JP2013003314A - 定着装置および画像形成装置

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Publication number: JP2013003314A
Application number: JP2011133538A
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Inventors: Hironori Asano; 裕基淺野
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Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2013-01-07
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Abstract

【課題】プレヒート中にメインヒータに連続して通電できない定着装置においても、立ち上げ時間の増加を緩和しつつ電流値を推定する。
【解決手段】プレヒート段階では、サブヒータ３０２ｂだけに通電することで、定着フィルムの潤滑用グリスを適度な温度に維持する。電流検出部４０６は、サブヒータ３０２ｂに通電された電流を検出する。サブヒータ３０２ｂの電流値とメインヒータ３０２ａの電流値には一定の関係があるため、エンジンコントローラ４１２は、一方から他方を推定できる。エンジンコントローラ４１２は、メインヒータ３０２ａとサブヒータ３０２ｂとの双方に通電される電流値を推定し、この推定値から通電位相角を求める。立ち上げ段階では、この通電位相角にしたがって通電制御が行われる。
【選択図】図４

Description

本発明は、加熱式の定着装置を備える画像形成装置に関する。

現在、画像形成装置に用いられる定着装置として、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ方式やセラミックヒータを熱源とするフィルム加熱方式が広く用いられている。このような定着装置では、異常過熱時における加圧ローラの周囲に配置された部品へのダメージを小さく抑える保護機構が必要となる。

とりわけ、加圧ローラの回転が停止するとヒータで発熱した熱が加圧ローラの一部にしか逃げなくなり、部品の異常加熱が生じやすい。そこで、特許文献１では、加圧ローラの停止が検知されたときは、メインヒータとサブヒータのうちメインヒータへの通電を遮断する発明が記載されている。

一方で、特許文献２では、立ち上げ前に所定位相角分の電流を投入したときに流れる電流値を検知し、検知した電流値を基に投入可能な電流値を算出する回路構成が記載されている。これにより、ヒータの抵抗値と商用交流電源の電圧がばらついても、その状態に応じてヒータに投入可能な電流値を算出でき、１５Ａの電流規格に対して限界近くまで定着装置を使用できる。

特開２００８−２７５９００号公報特開２００５−３２１５７３号公報

一般に、定着装置の加熱過程は、立ち上げ前段階、プレヒート段階、立ち上げ段階およびＰＩ制御段階を有する。立ち上げ前段階は、ヒータに通電する前の段階である。プレヒート段階は、ヒータを本格的に立ち上げる前に、ヒータを一定温度に加熱する段階である。定着フィルムの内面とヒータとの摺動面には潤滑用グリスが塗布されている。このグリスを馴染ませるためには定着フィルムを回転させる前にヒータを約８０℃までプレヒートさせる。立ち上げ段階は、ヒータの温度を目標温度まで立ち上げる段階である。ＰＩ制御段階は、ヒータの温度を目標温度に維持する段階である。

ここで、プレヒート段階でサブヒータのみに通電する特許文献１の構成に特許文献２の構成を組み合わせることを考えてみる。この組み合わせでは、プレヒート中にはサブヒータにのみ通電するため、電流検知を行ってもメインヒータの抵抗値のばらつきがわからない。これでは、メインヒータへの投入可能電流を算出することができない。プレヒート段階が終わった後にメインヒータの電流検知を実行すると、それだけ立ち上げ時間が長くなってしまう。

そこで、本発明は、プレヒート中にメインヒータに連続して通電できない定着装置においても、立ち上げ時間の増加を緩和しつつその電流値を推定することを提案する。

本発明は、
複数の発熱手段と、
前記複数の発熱手段のうちの一部の発熱手段に通電するかまたは前記複数の発熱手段のうちの一部の発熱手段と残りの発熱手段とを交互に通電する第１制御段階と、前記複数の発熱手段のすべてに継続的に通電する第２制御段階とにしたがって前記複数の発熱手段に通電する通電手段と、
前記第１制御段階において前記発熱手段に通電された電流を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した電流値から、前記複数の発熱手段のすべてに通電されるときの電流値を推定する推定手段と、
前記複数の発熱手段に通電される電流の電流値と前記電流に対応した通電位相角との関係に前記推定手段が推定した電流値を適用して通電位相角を決定する決定手段と
を備え、前記第２制御段階において、前記通電手段は、前記決定手段が決定した通電位相角で前記複数の発熱手段のすべてに通電することを特徴とする定着装置を提供する。

本発明によれば、複数の発熱手段のうちの一部の発熱手段に通電するかまたは複数の発熱手段のうちの一部の発熱手段と残りの発熱手段とを交互に通電する制御段階において、発熱手段に通電された電流が測定される。ここで、一部の発熱手段に通電された電流の値と、複数の発熱手段のすべてに通電されるときの電流値との間には一定の関係が成立する。そこで、この関係から前記複数の発熱手段のすべてに通電されるときの電流値が推定される。電流値と通電位相角との間にも一定の関係が存在するため、この関係と推定された電流値から通電位相角を決定できる。このように、第１制御段階以降において残りの発熱手段の電流を測定する期間を省略できるため、立ち上げ時間の増加を緩和しつつ電流値を推定することができる。

実施例１、２における画像形成装置の構成例を示す図実施例１、２における定着装置の構成例を示す図実施例１におけるセラミックヒータの発熱分布とサーミスタ位置を説明する図実施例１、２におけるセラミックヒータ基板上に発熱体を形成する様子を示す図実施例１、２におけるヒータの電力制御に関わる回路図実施例１、２における位相制御を説明する図実施例１における駆動モータの回転／停止を検知し、メインヒータ駆動信号を強制ＯＦＦする回路図実施例１、２における立ち上げ時のサーミスタ昇温の様子を示す図実施例１における立ち上げ時の定着電流を算出する制御フローを説明する図実施例１における立ち上げ時のヒータ駆動信号及びヒータに流れる電流波形を示す図実施例２におけるセラミックヒータの発熱分布とサーミスタ位置を説明する図実施例２における駆動モータの回転／停止を検知し、ゼロクロス分周信号により所定のヒータ駆動信号を強制ＯＦＦする回路図実施例２における立ち上げ時の定着電流を算出する制御フローを説明する図実施例２における立ち上げ時のヒータ駆動信号及びヒータに流れる電流波形を示す図

［実施例１］
（１）画像形成装置
図１に、本発明の実施例である画像形成装置の概略構成を示す。画像形成装置１００は、電子写真方式を用いて、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせることで多色の画像を形成する装置である。画像形成装置１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）に対応した４つのステーションを備えているが、各ステーションの構成は共通している。そのため、１つのステーションについて説明する。

オールインワンカートリッジ１０１は、像担持体としての感光体１２２、帯電器としての帯電スリーブ１２３、現像器としての現像スリーブ１２６などを一体化して構成されている。帯電スリーブ１２３は感光体１２２の表面を一様に帯電させる。スキャナ部１２４は画像情報に対応した露光光を感光体１２２に照射し、感光体１２２上に静電潜像を形成する。現像スリーブ１２６はトナー容器１２５からのトナーを使って静電潜像を形成し、感光体１２２上にトナー像を形成する。トナー像は、中間転写体１２７に一次転写される。それぞれ異なる色のトナー像が順番に一次転写されることで、多色のトナー像が形成される。

給紙部１２１は給紙ローラ１１２により記録紙１１１を搬送路１１８に給紙する。搬送ローラ１１３、１１４、１１５は記録紙１１１を狭持しながら搬送路１１８に沿って記録紙１１１を搬送する。転写ローラ１２８は、中間転写体１２７とともに記録紙１１１を挟み込むことで、中間転写体１２７状の多色トナー像を記録紙１１１に二次転写する。転写ローラ１２８は、トナー像を記録紙に転写する転写装置として機能する。その後、記録紙１１１はさらに搬送路１１８に沿って搬送され、定着装置１３０に到着する。定着装置１３０は、記録紙１１１上の多色トナー像を加熱および加圧して定着させる。記録紙１１１は最後に排出トレイ１３１に排出される。クリーナ１２９は、中間転写体１２７上に残ったトナーをクリーナ容器１３２へ回収する。

（２）定着装置
ここでは説明の便宜上、定着装置１３０がフィルム加熱方式を採用しているものとする。図２に定着装置１３０の概略構成を示す。ヒータ２０５はセラミックを基材とした加熱装置である。ステー２０４はヒータ２０５を固定支持するための耐熱性および断熱性材質の支持部材である。定着フィルム２０１は、円筒状の耐熱性フィルム材であり、ヒータ２０５およびステー２０４を覆っている。定着フィルム２０１は、単層フィルムや、ポリイミドおよびポリテトラフルオロエチレンコーティング、ステンレスおよびゴムコーティング等の複合フィルムなどが使われる。

加圧ローラ２０２は、芯金もしくは金属パイプ２０３の外周にシリコーンゴム等の耐熱性弾性層２０８をローラ状に設けた弾性ローラである。この加圧ローラ２０２とヒータ２０５とを定着フィルム２０１を挟んで圧接させる。図２においてＮで示した範囲が圧接により形成される定着ニップ部である。加圧ローラ２０２は駆動モータ（非図示）により矢印Ｂの方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２０２の回転駆動による、定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ２０２と定着フィルム２０１の外面との摩擦力で定着フィルム２０１に直接的に回転力が作用し定着フィルム２０１がヒータ２０５に圧接摺動しつつ矢印Ｃの方向に回転駆動される。つまり、加圧ローラ２０２に従動して定着フィルム２０１が回転する。このとき、ステー２０４は、定着フィルム２０１の内面ガイド部材としても機能して定着フィルム２０１の回転を容易にする役割も果たしている。

スリーブサーミスタ２０６は定着フィルム２０１内面に弾性的に接触しており、定着フィルム２０１の内面の温度を検出する温度センサである。ヒータ裏サーミスタ２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃはヒータ２０５の裏面に所定の圧で押し当てられており、ヒータ２０５の裏面の温度を検出する温度センサである。本実施例におけるサーミスタは、以上のとおり計４つである。

図３が示すように、ヒータ裏サーミスタ２０７ａ、２０７ｂは、ヒータ２０５の発熱体両端部に配置されている。ヒータ裏サーミスタ２０７ｃは発熱体中央部に配置されている。また、スリーブサーミスタ２０６は発熱体の中央付近に配置されている。

加圧ローラ２０２の回転による定着フィルム２０１の回転が定常化し、ヒータ２０５の温度が所定温度に立ち上がった状態において、ヒータ２０５と定着フィルム２０１と加圧ローラ２０２により形成されたニップ部Ｎに、多色トナー像が転写された記録紙１１１が矢印Ａ方向に搬送される。記録紙１１１は、定着フィルム２０１と共にニップ部Ｎに加圧される。定着フィルム２１の内側に設けられたヒータ２０５の熱が定着フィルム２０１を介して記録紙１１１に付与され、記録紙１１１の未定着画像が加熱定着される。

（３）セラミックヒータ
図３にヒータ２０５の構成とヒータ２０５の発熱分布を示す。ヒータ２０５の基板材料としては熱伝導率の高い窒化アルミ（ＡｌＮ）や酸化アルミ（Ａｌ_２Ｏ_３）が用いられている。ヒータ２０５は、記録紙１１１の搬送方向に対して直交する方向に延在している。つまり、ヒータ２０５の長手方向は記録紙１１１の搬送方向に対して直交している。

ヒータ２０５の表面には、複数の発熱手段であるメインヒータ３０２ａおよびサブヒータ３０２ｂとして機能する発熱体パターンが互いに平行に配列されている。メインヒータ３０２ａ、サブヒータ３０２ｂは電気絶縁層としてのガラス膜（非図示）によって被覆されている。また、ヒータ２０５の長手両端部には、メインヒータ３０２ａ、サブヒータ３０２ｂへ電圧を印加するために、電極３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃが形成されている。

メインヒータ３０２ａとサブヒータ３０２ｂは、それぞれ長手方向に均一な幅で形成されているため、図３が示すように、両者の抵抗値は異なるものの発熱分布は同じ傾向を示す。また、メインヒータ３０２ａとサブヒータ３０２ｂとは、長手方向の長さが等しくなるよう形成されている。一方、ヒータ裏サーミスタ２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃは、ヒータ２０５の裏面における図３が示す位置に配置されている。

ここで、ヒータ２０５の発熱体パターンの作成方法について、以下に説明する。まず、所定の金属合金（例：Ａｇ、Ｐｄ等の合金）とガラスをそれぞれ粉末にしたものを混ぜ合わせてペースト状にし、これをスクリーン印刷する。スクリーン印刷は、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、ヒータ基板１３０５上に所望の発熱体パターンをかたどったメタルマスク１３０２を設置する。図４（Ａ）が示す位置Ｆにペースト剤１３０３をたらし、スキジ工具１３０１を使ってペースト剤１３０３を矢印Ｄに向かって延ばす。これにより、ヒータ基板１３０５の全体にペースト剤１３０３を均一に塗布することができる。この方法では、図４（Ｂ）が示すように、矢印Ｄ方向における厚みのばらつきは多少あるものの、矢印Ｄ方向と直交する方向における厚みはほとんどばらつかないことが知られている。さらにヒータ２０５は、たとえば、矢印Ｄの方向に３８０ｍｍ、矢印Ｄの方向と直交する方向に８ｍｍと非常に細長い形状をしている。そのため、メインヒータ３０２ａとサブヒータ３０２ｂの厚みはほぼ同等であるといってよい。

次に、ペースト剤１３０３を塗布したヒータ２０５を数回焼成することで、塗布したペースト剤１３０３をヒータ基板１３０５に焼き付ける。最後に、図４（Ａ）が示す４本の点線に沿ってヒータを割ることで、定着装置１３０に使用するヒータ２０５が完成する。図４（Ａ）は、一例として、ヒータ基板１３０５一枚あたりヒータ２０５が五本得られる場合を示している。ヒータ２０５の幅を狭くできれば、同一サイズのヒータ基板１３０５一枚当たりに得られるヒータ２０５の取り数が増えることになる。

（４）電力制御
図５にヒータ２０５への電力供給制御回路を示す。以下に詳細を説明する。商用交流電源４０１から供給された電力は、ヒータ２０５へ供給されるラインと、ＡＣＤＣコンバータ４０２を介してエンジンコントローラ４１２を含む各負荷４０３へ供給されるラインとへ分岐される。

ヒータ２０５へ供給されるラインは、カレントトランス４０５、リレー４０７ａ、リレー４０７ｂ、サーモスイッチ４１１、メイントライアック４０９ａ、サブトライアック４０９ｂを介してメインヒータ３０２ａ及びサブヒータ３０２ｂへ接続される。

リレー４０７ａは、リレー駆動部４０８ａを介してエンジンコントローラ４１２によりオン／オフを制御される。リレー４０７ｂは、リレー駆動部４０８ｂを介してエンジンコントローラ４１２によりオン／オフを制御される。リレー４０７ａとリレー４０７ｂは、ヒータ２０５に対して片相に一つずつ設置されている。そのため、リレー４０７ａとリレー４０７ｂが両方遮断されたときに、ヒータ２０５は商用交流電源４０１から物理的に切り離される。サーモスイッチ４１１は、ヒータ２０５に接してまたは隣接して配置されており、ヒータ２０５の温度が異常に高くなったときに電力を遮断する保護素子である。サーモスイッチ４１１は温度ヒューズであってもよい。

メイントライアック４０９ａ、サブトライアック４０９ｂは、それぞれメインヒータ３０２ａ、サブヒータ３０２ｂへの通電のＯＮ／ＯＦＦ制御に使用されるスイッチング素子である。エンジンコントローラ４１２は、スリーブサーミスタ２０６、及び、ヒータ裏サーミスタ２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃを用いて温度を検出する。エンジンコントローラ４１２は、各サーミスタにより検出した温度の平均値を求めてもよい。エンジンコントローラ４１２は、この温度に応じ、メイントライアック駆動部４１０ａ、サブトライアック駆動部４１０ｂを通じてメイントライアック４０９ａ、サブトライアック４０９ｂへの通電を制御する。このトライアックのＯＮ／ＯＦＦ制御には、図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）に示す位相制御を採用する。

位相制御は、図６（Ａ）が示すように商用交流電源４０１の１半波を複数に分解して、所定の位相角（以後、通電位相角と呼ぶ）でメイントライアック４０９ａ、サブトライアック４０９ｂをＯＮすることでヒータ２０５への通電電力を制御する方法である。商用交流電源４０１の位相との同期は、ゼロクロス検出部４０４により検出されるゼロクロスのエッジを用いて行われる。

ヒータ２０５へ投入される電力（電流値の二乗に比例）と通電位相角は図６（Ｂ）のような関係になっている。通電位相角が０°に近いほど投入される電力が大きくなる。一方、通電位相角が１８０°に近いほど電力が小さくなる。特に、通電位相角が０°のときに最大電力をヒータ２０５へ供給することになり、通電位相角が１８０°のときにヒータ２０５への電力供給はゼロになる。また、ヒータ２０５の抵抗値（メインヒータ３０２ａ、サブヒータ３０２ｂの抵抗値）と商用交流電源４０１の電圧値によって図６（Ｂ）が示す関係は変わる。ヒータ２０５の抵抗値が大きいかまたは商用交流電源４０１の電圧が小さいほど、ヒータ２０５に投入される電力は小さくなる。逆に、ヒータ２０５の抵抗値が小さいか、または、商用交流電源４０１の電圧が大きいほど、ヒータ２０５に投入される電力は大きくなる。

制御中の通電パターンの一例を図６（Ｃ）に示す。ハッチがかけられている部分は電力を投入していることを示し、ハッチがかけられていない部分は電力を投入していないことを示している。

（５）定着電流検知回路
ヒータ２０５に通電される電流は、カレントトランス４０５によって電圧変換され、電流検出部４０６で実効値に変換され、エンジンコントローラ４１２のＡ／Ｄポートへ入力される。このように電流検出部４０６は、第１制御段階において発熱手段に通電された電流を測定する測定手段として機能する。エンジンコントローラ４１２は、入力された信号を基に商用交流電源４０１の定格電流１５Ａを超えないようにヒータ２０５への通電制御を行う。エンジンコントローラ４１２は、複数の期間において電流検出部４０６により検出した電流値の平均値を求め、それを制御に使用してもよい。

ここで、電流検出部４０６で出力される電流値は、商用交流電源４０１の周波数の半周期分を積分した積分値であるため周波数に依存した値となる。従って、周波数の検知も同時に必要である。エンジンコントローラ４１２は、ゼロクロス検出部４０４によって検知されるゼロクロス信号のパルスの立ち下がりのインターバル時間から周波数を算出している。ちなみにこの電流検出の構成は、ヒータ２０５に異常な電流が流れたときにリレー４０７ａ、４０７ｂを遮断する保護回路としても使用可能である。

（６）駆動モータ回転／停止検知回路
駆動モータの回転／停止を検知して、メイントライアック４０９ａを強制的にＯＦＦする回路構成について、図７（Ａ）および図７（Ｂ）を用いて説明する。なお、説明に必要なメイントライアック４０９ａ、サブトライアック４０９ｂの動作も併せて説明する。図７（Ａ）がメイントライアック駆動部４１０ａを、図７（Ｂ）がサブトライアック駆動部４１０ｂを表している。

まず、メインヒータ３０２ａへ電力が供給されるときの回路動作について図７（Ａ）を使って説明する。エンジンコントローラ４１２からメインヒータ駆動信号（Ｈｉレベル）が出力されると、トランジスタ６０４ａがＯＮしてフォトトライアックカプラ６０２ａのダイオードに電流が流れ、対向するトライアックがＯＮする。すると、メイントライアック４０９ａのゲートに電流が流れ込み（またはゲートから電流が流れ出し）、メイントライアック４０９ａがＯＮし、導電ライン６２０ａを介してメインヒータ３０２ａに電力が供給される。なお、抵抗６０５ａ、６０６ａはトランジスタ６０４ａのベース電流を制限する制限抵抗である。抵抗６２１ａはエンジンコントローラ４１２から出力されるメインヒータ駆動信号の電流を制限する制限抵抗である。抵抗６０３ａはフォトトライアックカプラ６０２ａのダイオード電流を制限する制限抵抗である。抵抗６０１ａはフォトトライアックカプラ６０２ａのトライアック電流及びメイントライアック４０９ａのゲート電流を制限する制限抵抗である。

なお、サブヒータ３０２ｂへ電力が供給されるときの回路動作は、図７（Ｂ）を使ってここまでと同様に説明できるため省略する。つまり、参照符号のサフィックスａをサフィックスｂに置換して上記の説明を読みかえることで、図７（Ｂ）に示した回路の動作の説明となる。

ＤＣブラシレスモータである駆動モータ（非図示）が停止しているときは、メイントライアック４０９ａを強制的に駆動できないようにする。図７（Ａ）が示すように、駆動モータが停止しているときはメインヒータ駆動信号からワイヤードＯＲで電流を引くように回路を構成している。

駆動モータが回転するとＦＧ信号にパルスが発生する。このパルスに合わせてＦＥＴ６１５がＯＮ／ＯＦＦする。ここで、駆動モータが回転していないときのＦＧ信号の論理は、Ｈｉの場合とＬｏの場合と両方ありうるため、それぞれの動作を以下に説明する。

＜駆動モータが回転していないときのＦＧ信号の論理がＨｉの場合＞
ＦＧ信号がＨｉからＬｏに変化すると、ＦＥＴ６１５がＯＦＦされる。すると抵抗６１３の電位が上がり、コンデンサ６１２に充電された電荷がダイオード６１１を介してＶｃｃへ放電される。その間、コンデンサ６０８に充電された電圧は変わらず、ＦＥＴ６０７はＯＮしたままである。即ち、メインヒータ駆動信号が強制的にＬｏ（メインヒータ３０２ａが強制的にＯＦＦ）である状態が継続する。

＜駆動モータが回転していないときのＦＧ信号の論理がＬｏの場合＞
ＦＧ信号がＬｏからＨｉに変化すると、ＦＥＴ６１５がＯＮされる。すると抵抗６１３の電位が下がり、２つのルートからコンデンサ６１２に電荷が充電される。１つ目のルートでは、Ｖｃｃからの電荷が抵抗６０９とダイオード６１０を介してコンデンサ６１２に充電される。２つ目のルートでは、コンデンサ６０８の電荷がダイオード６１０を介してコンデンサ６１２に充電される。コンデンサ６０８の電荷が抜けると、ＦＥＴ６０７がＯＦＦする。これにより、メインヒータ３０２ａはメインヒータ駆動信号により駆動される。

ＦＧ信号がＨｉのまま固定され続けると、やがてコンデンサ６１２への充電が止まり、Ｖｃｃから抵抗６０９を介して流れていた電流はコンデンサ６０８に流れ込み、コンデンサ６０８が充電され始める。コンデンサ６０８の充電電圧がＦＥＴ６０７のゲートＯＮ電圧を超えるとＦＥＴ６０７が再びＯＮし、メインヒータ駆動信号は強制的にＬｏ（メインヒータ３０２ａは強制的にＯＦＦ）となる。

以上の説明より、図７（Ａ）に示した回路は、駆動モータが回転してＦＧ信号がパルスを出力し続けなければ、メインヒータ３０２ａは強制的にＯＦＦされるよう構成されている。

（７）立ち上げ時電流制御
図８（Ａ）、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）が示すように、ヒータ２０５の温度制御段階には４つの段階が存在する。１つ目は、ヒータ２０５に通電を行わない立ち上げ前段階である。２つ目は、複数の発熱手段のうちの一部の発熱手段であるサブヒータ３０２ｂにだけ通電するプレヒート段階（第１制御段階）である。プレヒート段階では、加圧ローラ２０２および定着フィルム２０１が停止している。３つ目は、複数の発熱手段であるサブヒータ３０２ｂおよびメインヒータ３０２ａのすべてに継続的に通電して、目標温度まで立ち上げる立ち上げ段階（第２制御段階）である。立ち上げ段階では、加圧ローラ２０２および定着フィルム２０１が回転する。４つ目は、ヒータ２０５の温度を目標温度に維持するＰＩ制御段階である。

図８（Ａ）は電流検出部４０６を備えない制御ユニットによる制御段階を示している。図８（Ｂ）は電流検出部４０６を備えた制御ユニットによる制御段階を示している。図８（Ａ）と図８（Ｂ）を比較すると、電流検出部４０６を備えることで、ＰＩ制御段階に到達する時間をΔτだけ短縮できることが分かる。図８（Ｃ）は電流検出部４０６を備えているものの、プレヒート段階で電流検知できない制御ユニットによる制御段階を示している。上述したように、プレヒート段階でメインヒータ３０２ａに通電しない場合、メインヒータ３０２ａに流れる電流を検知できない。そこで、プレヒート段階が終了した時点でメインヒータ３０２ａに流れる電流を検知する電流検知段階が必要となる。図８（Ｂ）と図８（Ｃ）を比較すると、図８（Ｃ）では電流検知段階が追加されているため、立ち上げ時間が長くなる。よって、プレヒート段階でメインヒータ３０２ａに流れる電流を検知できない回路構成では、立ち上げ時間の短縮化が要求される。

ここでは、「立ち上げ前段階（スタンバイ段階）」からＰＩ制御段階に至る制御の流れを図９のフローチャートで説明する。このフローチャートはエンジンコントローラ４１２が実行する。

Ｓ９０１で、エンジンコントローラ４１２は、定着装置１３０の加熱要求をプリンタコントローラなどから受信したかどうかを判定する。加熱要求を受信すると、Ｓ９０２に進む。

Ｓ９０２で、エンジンコントローラ４１２は、プレヒート段階へ移行する。つまり、エンジンコントローラ４１２は、サブヒータ３０２ｂへ通電位相角０°（電力最大）で電流の供給を開始する。

Ｓ９０３で、エンジンコントローラ４１２は電流検出部４０６を使用して、サブヒータ３０２ｂに流れる電流値Ｉ_{ｓｆｕｌｌ}を検知する。さらに、エンジンコントローラ４１２は、メインヒータ３０２ａとサブヒータ３０２ｂの両方へ通電位相角０°で通電した場合の電流値Ｉ_{ｔｆｕｌｌ}を電流値Ｉ_{ｓｆｕｌｌ}から推定する。つまり、エンジンコントローラ４１２は電流検出部４０６が測定した電流値から、メインヒータ３０２ａとサブヒータ３０２ｂのすべてに通電されるときの電流値を推定する推定手段として機能する。なお、Ｉ_{ｔｆｕｌｌ}の算出式の一例を以下に示す。
Ｉ_{ｔｆｕｌｌ}＝（１＋α）・Ｉ_{ｓｆｕｌｌ}
ここで、α＝Ｒ_ｓ／Ｒ_ｍである。Ｒ_ｍは、メインヒータ３０２ａの抵抗値である。Ｒ_ｓはサブヒータ３０２ｂの抵抗値である。このように、エンジンコントローラ４１２は、サブヒータ３０２ｂの抵抗値Ｒ_ｓと、メインヒータ３０２ａの抵抗値Ｒ_ｍとの比を、測定した電流値Ｉ_{ｓｆｕｌｌ}に乗算することで、Ｉ_{ｔｆｕｌｌ}を算出する。

この式を算出する上で、（３）セラミックヒータのセクションで説明したように、メインヒータの抵抗値Ｒｍとサブヒータの抵抗値Ｒｓ自体は多少ばらつくが、両者の抵抗値比αはほとんど一定である、という物理的関係を利用している。

Ｓ９０４で、エンジンコントローラ４１２はＩ_{ｔｆｕｌｌ}より、立ち上げ時に１５Ａ規制を満足した上での最適な投入電流値Ｉｗｕに対応した通電位相角θｗｕを決定する。この決定には、図６（Ｂ）に示した通電位相角と通電電力（検知電流）の関係が利用される。この関係は予め数式化して実装されてもよいし、テーブルにより実装されてもよい。いずれにしてもエンジンコントローラ４１２はＩ_{ｔｆｕｌｌ}から通電位相角θｗｕを算出する。このように、エンジンコントローラ４１２は、メインヒータ３０２ａとサブヒータ３０２ｂに通電される電流の電流値と電流に対応した通電位相角θｗｕとの関係に、推定した電流値Ｉ_{ｔｆｕｌｌ}を適用して通電位相角θｗｕを決定する決定手段として機能する。エンジンコントローラ４１２は、立ち上げ段階において、通電位相角θｗｕでメインヒータ３０２ａとサブヒータ３０２ｂに通電する。

図１０は、Ｓ９０２〜Ｓ９０４のシーケンス時に実際にエンジンコントローラ４１２が出すトライアック駆動信号とメインヒータ３０２ａ、サブヒータ３０２ｂに通電される電流波形を示す。図１０から、プレヒート段階ではサブヒータ３０２ｂにだけ通電されること、および、立ち上げ段階では、通電位相角θｗｕでサブヒータ３０２ｂに通電が実行されることがわかる。

Ｓ９０５で、エンジンコントローラ４１２は、ヒータ裏サーミスタ２０７ｃの温度がプレヒート目標温度（例：８０℃）を超えたかどうかを判定する。ヒータ裏サーミスタ２０７ｃの温度がプレヒート目標温度に到達すると、Ｓ９０６に進む。

Ｓ９０６で、エンジンコントローラ４１２は、温度制御段階を「プレヒート段階」から「立ち上げ段階」へ移行させる。

Ｓ９０７で、エンジンコントローラ４１２は、駆動モータを起動するとともに、メインヒータ３０２ａおよびサブヒータ３０２ｂに通電位相角θｗｕ（電流値はＩｗｕ）で電力の投入を開始する。

Ｓ９０８で、エンジンコントローラ４１２は、ヒータ裏サーミスタ２０７ｃの温度が立ち上げ目標温度（例：２４０℃）を超えたかどうかを判定する。ヒータ裏サーミスタ２０７ｃの温度が立ち上げ目標温度に到達すると、Ｓ９０９に進む。

Ｓ９０９で、エンジンコントローラ４１２は、温度制御段階を「立ち上げ段階」から「ＰＩ制御段階」へ移行させ、記録紙１１１の搬送を開始する。

このように本実施例によれば、複数のヒータのうち通電電流を測定できないヒータについて、他のヒータの通電電流の測定値から推定することで、通電電流を測定できないヒータに通電可能な電流値を決定することができる。たとえば、駆動モータが停止しているプレヒート段階においては、定着装置を保護するためにサブヒータ３０２ｂにだけ通電し、メインヒータ３０２ａに通電しないことがある。このような定着装置では、プレヒート段階においてサブヒータ３０２ｂの通電電流を測定し、その測定値からメインヒータ３０２ａの通電可能電流を推定する。よって、プレヒート段階の後でメインヒータ３０２ａの通電電流を測定する段階が不要になり、立ち上げ時間を短縮できる利点がある。

とりわけ、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を用いて説明したような製造過程で製造されたメインヒータ３０２ａとサブヒータ３０２ｂであれば、図３が示すように発熱分布が類似しており、両者の抵抗値比から精度よくメインヒータ３０２ａの通電電流を推定できる。

［実施例２］
実施例２の基本構成は実施例１と共通しているため、共通していない部分のみ説明する。ちなみに、セクション（１）、（２）、（４）および（５）は共通しているため、（３）、（６）および（７）についてここでは説明する。とりわけ、実施例２では、プレヒート段階において、ヒータ２０５を構成する複数の発熱手段のうちの一部の発熱手段であるサブヒータと残りの発熱手段であるメインヒータとが交互に通電される。

（３’）セラミックヒータ
図１１にヒータ２０５の構成及びヒータ２０５の発熱分布を示す。メインヒータ１２０２ａ、サブヒータ１２０２ｂは、上述したメインヒータ３０２ａ、サブヒータ３０２ｂと同様の構成であるが、図１１が示すように発熱分布が異なっている。メインヒータ１２０２ａでは発熱体の中央部で発熱量が大きいが、サブヒータ１２０２ｂでは発熱体の端部で発熱量が大きい。ただし、メインヒータ１２０２ａおよびサブヒータ１２０２ｂのトータルの発熱分布は、メインヒータ３０２ａおよびサブヒータ３０２ｂのトータルの発熱分布とほぼ同じである。

フィルム加熱方式は、紙幅の狭い記録紙１１１が通紙されるとヒータ２０５の長手方向における端部が中央部に比べて高温になり、記録紙１１１の搬送速度の低下を招きやすい。そこで、ヒータ裏サーミスタ２０７ａ、２０７ｂの双方または一方が所定以上の温度を検出すると、エンジンコントローラ４１２は、サブヒータ１２０２ｂへの通電をメインヒータ１２０２ａに対して弱める。これにより、ヒータ２０５の端部の過昇温を抑制でき、記録紙１１１の搬送速度をできるだけ低下させずに搬送し続けることができる。

（６’）駆動モータ回転／停止検知回路
駆動モータの回転／停止を検知して、メイントライアック４０９ａまたはサブトライアック４０９ｂのいずれか一方を強制的にＯＦＦする回路構成について、図１２を用いて説明する。図１２（Ａ）がメイントライアック駆動部４１０ａを、図１２（Ｂ）がサブトライアック駆動部４１０ｂを表している。なお、説明に必要なメイントライアック４０９ａ、サブトライアック４０９ｂの動作は、実施例１と同様のため省略し、駆動モータ回転検知回路及びゼロクロス分周信号検知回路について説明する。

まず、ゼロクロス分周信号検知回路について説明する。ゼロクロス検出部４０４は、商用交流電源４０１の電圧のゼロクロスに同期したパルス信号であるゼロクロス信号を出力する。分周回路９０７はゼロクロス信号を分周し（この信号を分周信号と呼ぶ）、ＦＥＴ９０５ａ及びＦＥＴ９０５ｂのゲートに入力する。この分周信号に同期して、ＦＥＴ９０５ａ及びＦＥＴ９０５ｂがＯＮ／ＯＦＦする。図１２（Ａ）のメイントライアック駆動部４１０ａは、ＦＥＴ９０５ａの後段にさらにトランジスタ９０６を設けることで、図１２（Ｂ）が示すサブトライアック駆動部４１０ｂと論理を反転させている。

次に、駆動モータ回転検知回路について説明する。駆動モータが回転しＦＧ信号にパルスが発生すると、パルスに合わせてＦＥＴ９１５がＯＮ／ＯＦＦする。ここで、駆動モータが回転していないときのＦＧ信号の論理は、Ｈｉの場合とＬｏの場合と両方ありうるため、それぞれの動作を以下に説明する。

＜駆動モータが回転していないときのＦＧ信号の論理がＬｏの場合＞
ＦＧ信号がＬｏからＨｉに変化すると、まずＦＥＴ９１５がＯＮする。すると抵抗９１３の電位が下がり、コンデンサ９１２に充電された電荷が、ダイオード９１１、抵抗９１３、ＦＥＴ９１５を介してＧＮＤへ放電される。その間、コンデンサ９０８には電荷が充電されていない状態が継続され、ＦＥＴ９１６ａ、９１６ｂはＯＦＦしたままである。

＜駆動モータが回転していないときのＦＧ信号の論理がＨｉの場合＞
ＦＧ信号がＨｉからＬｏに変化すると、ＦＥＴ９１５がＯＦＦする。すると抵抗９１３の電位が上がり、Ｖｃｃから抵抗９１４と抵抗９１３を介してコンデンサ９１２に電荷が充電されると共に、さらにダイオード９１０を介してコンデンサ９０８に電荷が充電される。コンデンサ９０８に電荷が充電されると、ＦＥＴ９１６ａ、９１６ｂがＯＮする。

ＦＧ信号がＬｏのまま固定され続けると、やがてコンデンサ９１２への充電が止まり、同時にコンデンサ９０８への充電も止まり、コンデンサ９０８に充電された電荷は抵抗９０９を介して放電され始める。コンデンサ９０８の放電電圧がＦＥＴ９１６ａ、９１６ｂのゲートＯＦＦ電圧を下回るとＦＥＴ９１６ａ、９１６ｂが再びＯＦＦする。抵抗９０２ａ、９０３ａはトランジスタ９０１ａのベース電流を制限する制限抵抗である。抵抗９０２ｂ、９０３ｂはトランジスタ９０１ｂのベース電流を制限する制限抵抗である。

以上の説明より、図１２が示す回路は、駆動モータが回転してＦＧ信号がパルスを出力し続ければ、ＦＥＴ９１６ａがＯＮされて、トランジスタ９０１ａは強制的にＯＦＦされるあるいは、ＦＥＴ９１６ｂはＯＮされて、トランジスタ９０１ｂは強制的にＯＦＦされる。駆動モータが停止してＦＧ信号がパルスを出力し続けなければ、ＦＥＴ９１６ａはＯＦＦされて、トランジスタ９０１ａはトランジスタ９０６のＯＮ／ＯＦＦ状態に依存することになる。あるいは、ＦＥＴ９１６ｂはＯＦＦされて、トランジスタ９０１ｂはＦＥＴ９０５のＯＮ／ＯＦＦ状態に依存することになる。このように、駆動モータ停止時には、分周信号に応じてメインヒータ１２０２ａおよびサブヒータ１２０２ｂのいずれか一方が強制的にＯＦＦされる。

（７’）立ち上げ時電流制御
立ち上げ前段階からＰＩ制御段階までの制御の流れを図１３のフローチャートで説明する。当該フローチャートはエンジンコントローラ４１２が実行する。

Ｓ１３０１で、エンジンコントローラ４１２は、加熱要求を受信したかどうかを判定する。加熱要求を受信すると、Ｓ１３０２に進む。Ｓ１３０２で、エンジンコントローラ４１２は、温度制御段階を「立ち上げ前段階」から「プレヒート段階」へ移行させる。エンジンコントローラ４１２は、メインヒータ１２０２ａおよびサブヒータ１２０２ｂのいずれか一方へ通電位相角０°（電力最大）で通電する。このときの通電は、「（６’）駆動モータ回転／停止検知回路」のセクションで説明した分周信号に同期して、メインヒータ１２０２ａとサブヒータ１２０２ｂとが交互に通電される。

Ｓ１３０３で、エンジンコントローラ４１２は電流検出部４０６を用いて電流値Ｉ_{ｍｆｕｌｌ}及びＩ_{ｓｆｕｌｌ}を検知し、電流値Ｉ_{ｍｆｕｌｌ}及びＩ_{ｓｆｕｌｌ}から電流値Ｉ_{ｔｆｕｌｌ}を推定する。つまり、エンジンコントローラ４１２は電流検出部４０６が測定した電流値から、メインヒータ１２０２ａとサブヒータ１２０２ｂのすべてに通電されるときの電流値を推定する推定手段として機能する。なお、電流値Ｉ_{ｔｆｕｌｌ}は、メインヒータ１２０２ａとサブヒータ１２０２ｂの両方へ通電位相角０°で通電した場合のトータルでの電流値である。Ｉ_{ｔｆｕｌｌ}の算出式の一例を以下に示す。
Ｉ_{ｔｆｕｌｌ}＝Ｉ_{ｍｆｕｌｌ}＋Ｉ_{ｓｆｕｌｌ}
このように、エンジンコントローラ４１２は、サブヒータ１２０２ｂに通電した電流の電流値と、メインヒータ１２０２ａに通電した電流の電流値とを加算することで、メインヒータ１２０２ａとサブヒータ１２０２ｂのすべてに通電されるときの電流値Ｉ_{ｔｆｕｌｌ}を算出する。

Ｓ１３０４で、エンジンコントローラ４１２は、通電位相角と検知電流の関係を利用して、Ｉ_{ｔｆｕｌｌ}から通電位相角θｗｕを算出する。Ｓ１３０２〜Ｓ１３０４のシーケンス時に実際にエンジンコントローラ４１２が出すトライアック駆動信号とメインヒータ１２０２ａ、サブヒータ１２０２ｂに通電される電流波形を図１４に示す。図１４が示すようにプレヒート段階では、メインヒータ１２０２ａとサブヒータ１２０２ｂとに交互に通電される。つまり、メインヒータ１２０２ａおよびサブヒータ１２０２ｂが同時に通電されることはない。その後、立ち上げ段階では、双方に通電がなされる。立ち上げ段階でメインヒータ１２０２ａおよびサブヒータ１２０２ｂに通電される電流はＩｗｕであり、通電位相角はθｗｕである。

Ｓ１３０５ないしＳ１３０９は、上述したＳ９０５ないしＳ９０９と同じであるため、説明を省略する。

このように、駆動モータの停止時に二つの発熱体群を交互に通電する構成において、プレヒートシーケンスを行っているときに電流検知を行い、全ての発熱体に通電可能な電流値を推定することで、画像形成動作の立ち上げ時間を短縮することができる。また、ヒータの温度が長手方向に均一になり、全てのグリスが満遍なく溶解できる。

Claims

複数の発熱手段と、
前記複数の発熱手段のうちの一部の発熱手段に通電するかまたは前記複数の発熱手段のうちの一部の発熱手段と残りの発熱手段とを交互に通電する第１制御段階と、前記複数の発熱手段のすべてに継続的に通電する第２制御段階とにしたがって前記複数の発熱手段に通電する通電手段と、
前記第１制御段階において前記発熱手段に通電された電流を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した電流値から、前記複数の発熱手段のすべてに通電されるときの電流値を推定する推定手段と、
前記複数の発熱手段に通電される電流の電流値と前記電流に対応した通電位相角との関係に前記推定手段が推定した電流値を適用して通電位相角を決定する決定手段と
を備え、前記第２制御段階において、前記通電手段は、前記決定手段が決定した通電位相角で前記複数の発熱手段のすべてに通電することを特徴とする定着装置。
前記通電手段は、前記第１制御段階において、前記複数の発熱手段のうち一部の発熱手段にのみ通電し、前記複数の発熱手段のうち残りの発熱手段には通電せず、
前記測定手段は、前記一部の発熱手段に通電した電流を測定し、
前記推定手段は、前記一部の発熱手段の抵抗値と、前記残りの発熱手段の抵抗値との比を、前記測定手段が測定した電流値に乗算することで、前記複数の発熱手段のすべてに通電されるときの電流値を算出することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記通電手段は、前記第１制御段階において、前記複数の発熱手段のうち一部の発熱手段と、前記複数の発熱手段のうち残りの発熱手段とを交互に通電し、
前記測定手段は、前記一部の発熱手段に通電した電流と、前記残りの発熱手段に通電した電流をそれぞれ測定し、
前記推定手段は、前記一部の発熱手段に通電した電流の電流値と、前記残りの発熱手段に通電した電流の電流値とを加算することで、前記複数の発熱手段のすべてに通電されるときの電流値を算出することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記定着装置は、
加圧ローラと、
前記加圧ローラに従動して回転し、その内側に前記複数の発熱手段を備えた定着フィルムと
を備え、
前記第１制御段階では、前記加圧ローラおよび前記定着フィルムが停止しており、
前記第２制御段階では、前記加圧ローラおよび前記定着フィルムが回転することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の定着装置。
前記複数の発熱手段は、
各々長手方向に対して幅が均一に配列されており、かつ、互いの長さが等しい発熱体であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の定着装置。
トナー像を記録紙に転写する転写装置と、
前記記録紙に前記トナー像を定着させる、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の定着装置と
を備えることを特徴とする画像形成装置。