JP2015187708A - 画像形成装置及びこの装置に搭載される安全回路 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発熱体を有する定着部を備えた画像形成装置の信頼性を高めることができる技術を提供する。
【解決手段】本発明の画像形成装置は、第１の発熱体と第２の発熱体を有するヒータを有し記録材に形成されたトナー像を記録材に定着する定着部と、第１の発熱体への電力供給路に設けられた第１の駆動素子と、第２の発熱体への電力供給路に設けられた第２の駆動素子と、第１の駆動素子と第２の駆動素子を夫々制御する制御部と、第１の発熱体に流れる電流を検出するための第１の検出部と、第２の発熱体に流れる電流を検出するための第２の検出部と、第１の検出部の第１の出力と第２の検出部の第２の出力が入力される安全回路を有し、安全回路は、第１の出力に応じた値と第２の出力に応じた値の差分が所定の閾値を超えた場合、第１の発熱体と第２の発熱体の少なくとも一方への電力供給を遮断するための遮断信号を出力するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真プリンタ等の画像形成装置及びこの装置に搭載される安全回路に関する。

電子写真記録技術を用いた複写機やプリンタ等の画像形成装置は、記録材上に形成された未定着トナー像を加熱して記録材上に定着させる定着部として定着装置が搭載されている。定着装置の構成としては、基板上に発熱体（発熱抵抗体）が形成された発熱部材（セラミックヒータ）を備え、商用電源から供給される電力によって発熱体を発熱させることで加熱を行うものが知られている。画像形成装置は、故障などにより、発熱部材が熱暴走状態になった場合に、発熱部材に供給される過電流を検出し、発熱部材に供給する電力を遮断するための安全回路を搭載している（特許文献１）。

特開２００７−２１２５０３号公報

発熱体を複数有する定着装置において、故障などにより、複数の発熱体のうちの一部のみに電力供給される熱暴走状態になると、発熱体の熱によって発熱部材（基板）に発生する応力が通常の動作時よりも大きくなる場合がある。発熱部材に発生する応力が大きくなると、サーモＳＷなどの安全素子で過昇温状態を検出する前に、発熱部材が破断してしまうことも考えられる。そのため、応答性の早い温度検出素子を用いたり、発熱部材に発生する応力を低減するため、基板材料に熱伝導の高いものを用いる等の対策が必要であった。

本発明の目的は、複数の発熱体を有する定着部を備えた画像形成装置の信頼性を高めることができる技術を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に形成されたトナー像を記録材に定着する定着部であって、基板と前記基板に設けられた第１の発熱体と第２の発熱体とを有し前記トナー像を加熱するヒータを有する定着部と、
前記第１の発熱体への電力供給路に設けられた第１の駆動素子と、
前記第２の発熱体への電力供給路に設けられた第２の駆動素子と、
前記第１の駆動素子と前記第２の駆動素子を夫々制御する制御部と、
前記第１の発熱体に流れる電流を検出するための第１の検出部と、
前記第２の発熱体に流れる電流を検出するための第２の検出部と、
前記第１の検出部の第１の出力と前記第２の検出部の第２の出力が入力される安全回路であって、前記第１の出力に応じた値と前記第２の出力に応じた値の差分が所定の閾値を超えた場合、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の少なくとも一方への電力供給を遮断するための遮断信号を出力する安全回路と、
を備えることを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の安全回路は、
記録材に形成されたトナー像を記録材に加熱定着するための第１の発熱体及び第２の発
熱体を有する画像形成装置に搭載される安全回路であって、
前記第１の発熱体に流れる電流を検出するための第１の検出部の第１の出力が入力する第１の入力部と、
前記第２の発熱体に流れる電流を検出するための第２の検出部の第２の出力が入力する第２の入力部と、
前記第１の出力に応じた値と前記第２の出力に応じた値の差分が所定の閾値を超えた場合、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の少なくとも一方への電力供給を遮断するための遮断信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に形成されたトナー像を記録材に定着する定着部であって、基板と前記基板に設けられた第１の発熱体と第２の発熱体とを有し前記トナー像を加熱するヒータを有する定着部と、
前記第１の発熱体への電力供給路に設けられた第１の駆動素子と、
前記第２の発熱体への電力供給路に設けられた第２の駆動素子と、
前記第１の駆動素子と前記第２の駆動素子を夫々制御する制御部と、
前記第１の発熱体に流れる電流を検出するための第１の検出部と、
前記第２の発熱体に流れる電流を検出するための第２の検出部と、
前記第１の検出部の第１の出力と前記第２の検出部の第２の出力が入力される安全回路であって、前記第２の出力に応じた値を前記第１の出力に応じた値で除した値が所定の閾値を超えた場合、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の少なくとも一方への電力供給を遮断するための遮断信号を出力する安全回路と、
を備えることを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の安全回路は、
記録材に形成されたトナー像を記録材に加熱定着するための第１の発熱体及び第２の発熱体を有する画像形成装置に搭載される安全回路であって、
前記第１の発熱体に流れる電流を検出するための第１の検出部の第１の出力が入力する第１の入力部と、
前記第２の発熱体に流れる電流を検出するための第２の検出部の第２の出力が入力する第２の入力部と、
前記第２の出力に応じた値を前記第１の出力に応じた値で除した値が所定の閾値を超えた場合、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の少なくとも一方への電力供給を遮断するための遮断信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の発熱体を有する定着部を備えた画像形成装置の信頼性を高めることができる。

本発明の実施例に係る画像形成装置及び定着装置の概略構成断面図 実施例１のヒータ、ヒータの制御部、及び安全回路の構成図 実施例１の安全回路の動作説明図 実施例１のヒータの温度分布及び応力分布図 実施例１の制御のフローチャート 実施例２のヒータ、ヒータの制御部、及び安全回路の構成図 実施例２のヒータの温度分布及び応力分布図 実施例３のヒータ、ヒータの制御部、及び安全回路の構成図 実施例１の安全回路の変形例 実施例４の安全回路の構成図 実施例４の安全回路の内部処理を説明するための波形図 実施例５のヒータ、ヒータの制御部、及び安全回路の構成図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態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る。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１〜図５を参照して、本発明の実施例１に係る画像形成装置について説明する。

［画像形成装置］
図１（Ａ）は、本実施例に係る画像形成装置１００の概略構成を示す模式的断面図である。ここでは、画像形成装置の一例として、電子写真記録技術を用いたレーザビームプリンタを例にして説明する。プリント信号が発生すると、画像情報に応じて変調されたレーザ光をスキャナユニット２１が出射し、帯電ローラによって所定の極性に帯電された感光体１９を走査する。これにより感光体１９には静電潜像が形成される。この静電潜像に対して現像器からトナーが供給され、感光体１９上に画像情報に応じたトナー画像が形成される。一方、給紙カセット１１に積載された用紙（記録材）Ｐはピックアップローラ１２によって一枚ずつ給紙され、レジストローラ１４に搬送される。さらに用紙Ｐは、感光体１９上のトナー画像が感光体１９と転写ローラ２０で形成される転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ１４から転写位置へ搬送される。用紙Ｐが転写位置を通過する過程で感光体１９上のトナー画像は用紙Ｐに転写される。その後、用紙Ｐは定着装置（定着部）２００で加圧・加熱されて未定着トナー像が用紙Ｐに定着される。定着済みのトナー像を担持する用紙Ｐは、ローラ２７によって画像形成装置１００上部のトレイに排出される。なお、３０は定着装置２００等を駆動するモータである。上述した、感光体１９、帯電ローラ、現像器を一体的に備えたプロセスカートリッジ１５と、スキャナユニット２１と、転写ローラ２０が、用紙Ｐに未定着画像を形成する画像形成部を構成している。

［定着装置］
図１（Ｂ）は、定着装置（像加熱装置）２００の概略構成を示す模式的断面図である。定着装置２００は、筒状（無端状）のフィルム２０２と、フィルム２０２の内面に接触するヒータ（発熱部材）３００と、フィルム２０２を介してヒータ３００に圧接されて定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ（ニップ部形成部材）２０８と、を有する。フィルム２０２のベース層の材質は、ポリイミド等の耐熱樹脂、またはステンレス等の金属である。加圧ローラ２０８は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金２０９と、シリコーンゴム等の材質の弾性層２１０を有する。芯金２０９は、同一部材で一体形成された回転軸２０９ａが不図示のギヤと嵌合しており、モータ３０の駆動力がギヤを介して回転軸２０９ａに伝達されることで加圧ローラ２０８が回転する。ヒータ３００は、耐熱樹脂製の保持部材２０１に保持されている。保持部材２０１は、フィルム２０２の回転を案内するガイド機能も有している。加圧ローラ２０８は、モータ３０から動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ２０８が回転することによって、フィルム２０２が従動して回転する（一対の回転体）。

ヒータ３００は、セラミック製の基板３０５上に発熱体（発熱抵抗体）３０１、３０２を形成した平板状の部材（セラミックヒータ）である。第１の発熱体３０１と第２の発熱体３０２は、それぞれ基板３０５の長手方向に沿って延びる縦長形状に形成され、基板３
０５の短手方向（長手方向に直交する方向）に互いに異なる位置に設けられている。より具体的には、基板３０５の短手方向における中央部よりも一端側と他端側の２箇所である。ヒータ３００は、さらに、発熱体３０１、３０２を覆う絶縁性（本実施例ではガラス）の表面保護層３０７を有する。基板３０５の裏面側であって、画像形成装置１００の通紙領域には温度検出素子（温度検知部）として、サーミスタＴＨ１が当接している。未定着トナー画像を担持する用紙Ｐは、定着ニップ部Ｎで挟持搬送されつつ加圧・加熱されて定着処理される。基板３０５の裏面側には、ヒータ３００が異常昇温した時に作動して発熱領域への給電ラインを遮断するサーモスイッチや温度ヒューズ等の安全素子２１２も当接している。２０４は、保持部材２０１に不図示のバネの圧力を加えるための金属製のステーである。

図２（Ａ）は、ヒータ３００の概略構成を示す模式的平面図である。ヒータ３００の発熱体３０１は、電極Ｅ１と電極Ｅ３を介して電力供給され、発熱体３０２は、電極Ｅ２と電極Ｅ３を介して電力供給される。３１０は、電極と発熱体を接続する導電体である。電極Ｅ１〜Ｅ３は、制御部４００とそれぞれ接続されている。本実施例では、後述する制御部４００の故障等によって、発熱体３０１のみに電力供給される場合、若しくは、発熱体３０２のみに電力供給される場合に、安全回路５００が作動することで、定着装置２００の安全性を高める構成になっている。なお、図２（Ａ）に示すreferenceは、記録材の搬
送基準位置を示している。本例の画像形成装置は、記録材の幅方向の中央を搬送基準に合わせて記録材を搬送する中央基準である。

図２（Ｂ）は、実施例１のヒータ制御部４００の回路図を示す。４０１は、画像形成装置１００に接続される商用の交流電源である。ヒータ３００の電力制御は、電力制御部としての制御部４００のトライアック４１６、４２６の通電／遮断により行われる。トライアック（第１の駆動素子）４１６を通電状態にすると、発熱体３０１に電流Ｉ１が流れる。同様に、トライアック（第２の駆動素子）４２６を通電状態にすると、発熱体３０２に電流Ｉ２が流れる。すなわち、発熱体３０１、３０２への電力供給は、電力供給路に設けられたトライアック４１６、トライアック４２６によって、それぞれ独立して制御される。

ゼロクロス検出部４３０は、交流電源４０１のゼロクロスを検出する回路であり、ＣＰＵ４２０にＺＥＲＯＸ信号を出力している。ＺＥＲＯＸ信号は、ヒータ制御に用いており、ゼロクロス回路の一例として、特開２０１１−１８０２７に記載されている回路を使用できる。

リレー４４０は、制御部４００の故障などによりヒータ３００が熱暴走状態となった場合に、ヒータ３００への電力供給を遮断する手段（電力遮断部）として用いる。例えば、サーミスタＴＨ１が所定の閾値以上の温度を検出した場合、または本実施例の安全回路５００が異常状態を検出した場合、リレー４４０を遮断状態として、ヒータ３００への電力供給を遮断する。また、リレー４４０の代わりに、トライアック４１６及び、トライアック４２６を、ヒータ３００への電力供給を遮断する手段として用いても良い。

トライアック４１６の動作について説明する。抵抗４１３、４１７は、トライアック４１６のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ４１５は、画像形成装置１００の回路構成における一次・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４１５の発光ダイオードに通電することによりトライアック４１６をオンさせる。抵抗４１８は、フォトトライアックカプラ４１５の発光ダイオードの電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ４１９によりフォトトライアックカプラ４１５をオン／オフする。トランジスタ４１９は、ＣＰＵ４２０からのＦＵＳＥＲ１信号に従って動作する。トライアック４１６が通電状態になると、発熱体３０１に電力が供給
される。

トライアック４２６の回路動作はトライアック４１６と同じため説明を省略する。すなわち、抵抗４２３、４２７、４２８は抵抗４１３、４１７、４１８と、フォトトライアックカプラ４２５はフォトトライアックカプラ４１５と、トランジスタ４２９はトランジスタ４１９と、それぞれ同様の構成である。トライアック４２６は、ＣＰＵ４２０からのＦＵＳＥＲ２信号に従って動作し、トライアック４２６が通電状態になると、発熱体３０２に電力が供給される。

サ−ミスタＴＨ１によって検出される温度は、不図示の抵抗との分圧がＴＨ１信号としてＣＰＵ４２０で検出されている。ＣＰＵ４２０が、第１の駆動素子４１６と第２の駆動素子４２６を夫々制御する制御部に相当する。ＣＰＵ４２０の内部処理では、サーミスタＴＨ１の検出温度とヒータ３００の設定温度に基づき、例えばＰＩ制御により、供給するべき電力を算出する。更に供給する電力に対応した位相角（位相制御）、波数（波数制御）の制御レベルに換算し、その制御条件によりトライアック４１６、４２６を制御している。

保護部４７０は、サ−ミスタＴＨ１によって検出される温度が、設定された上限温度ＴＨｍａｘ超えた場合に、後述するラッチ部４６０を動作させ、ヒータ３００への通電を遮断状態で保持している。

図２（Ｃ）は、実施例１のヒータ３００の安全回路（半導体集積回路）５００を示す。図３には、安全回路５００の内部処理を説明するための波形図を示す。図３の波形６００に示す、交流電源４０１（周波数５０Ｈｚの正弦波）から発熱体３０１に供給される電力は、トライアック４１６によって制御されている。波形６０１には、トライアック４１６によって制御された、発熱体３０１の電流波形を示す（波形６０１では５０％の電力に位相制御された場合の例を示している）。

カレントトランス（第１の検出部）４４１の出力ＶＩ１（波形６０３）は、基準電圧Ｖｒｅｆを基準に、発熱体３０１に流れる電流Ｉ１に比例する電圧（第１の出力）ＶＩ１（波形６０３）を出力している。４４２は、カレントトランス４４１のダンピング抵抗であり、基準電圧Ｖｒｅｆは、シャントレギュレータ等を用いた基準電圧源４５０によって出力された一定の基準電圧である。

Ｚｅｒｏｘ信号（波形６０２）は、Ｚｅｒｏｘ回路４３０の出力であり、ここでは、交流電源４０１の電圧波形（波形６００）のゼロクロスに同期した５０Ｈｚの信号を出力している。

乗算部５１１は、カレントトランス４４１の出力ＶＩ１と、基準電圧Ｖｒｅｆとの差分信号をＡ／Ｄコンバータでサンプリングし、２乗値ＶＩ１＾２を（波形６０４）を算出している。積分計算部５１２では、波形６０５に示すように、乗算部５１１の出力ＶＩ１＾２をゼロクロス信号の半周期Ｔごとに積分し、積分結果をゼロクロス信号の半周期Ｔで割った値∫ＶＩ１＾２／Ｔを算出している。

平均値計算部５１３は、積分計算部５１２の出力∫ＶＩ１＾２／Ｔを所定期間の平均値（ここでは１秒間の平均値）の算出を行う。所定期間は第１及び第２の発熱体に流れる交流波形の半周期よりも長い期間である。交流電源４０１の周波数が５０Ｈｚなので、１００半波分の平均値Ｉａｖ１を算出する。Ｉａｖ１の出力値は、１秒ごとに平均値を算出する方法、または、１秒間の移動平均値をゼロクロス信号の半周期Ｔごとに算出する方法のどちらでも良い。本実施例の平均値計算部５１３は、１秒間の移動平均値をゼロクロス信
号の半周期Ｔごとに算出する方法を用いる。

カレントトランス（第２の検出部）４４３の出力（第２の出力）ＶＩ２に対する安全回路５００における演算方法は、出力ＶＩ１と同じため、説明を省略する。４４４は、カレントトランス４４３のダンピング抵抗であり、また、乗算部５２１は乗算部５１１と、積分計算部５２２は積分計算部５１２と、平均値計算部５２３は、平均値計算部５１３と、それぞれ同様の構成であり、説明を省略する。加算部５３１は、積分計算部５１２の出力∫ＶＩ１＾２／Ｔと、積分計算部５２２の出力∫ＶＩ２＾２／Ｔの加算値を演算し、Ｉｒｍｓ信号としてＣＰＵ４２０に出力している。

Ｉｒｍｓ信号は、発熱体３０１、３０２に流れる、ゼロクロス信号の半周期Ｔ分の電流実効値の二乗値の合計値であり、ＣＰＵ４２０によるヒータ３００の電力制御に用いる。Ｉｒｍｓ信号は、例えば、ヒータ３００の電流実効値を所定の電流値以下に制御するために用いる。ヒータ３００に供給可能な最大のデューティ比（ＭａｘＤｕｔｙ）は、次のように算出する。すなわち、ＭａｘＤｕｔｙの算出は、ヒータ３００に電力供給している、現在の投入Ｄｕｔｙ比（ここでは、波形６０１に示した５０％のＤｕｔｙ比）とＩｒｍｓ信号による電流検知結果に基づいて行う。例えば、投入Ｄｕｔｙ比５０％で電流実効値１０Ａを検知した場合、電流実効値１２Ａ以下に制御するために求められるＭａｘＤｕｔｙは、５０％×（１２Ａ＾２÷１０Ａ＾２）＝７２％となる。ＭａｘＤｕｔｙの詳細な算出方法は、特許文献１に記載の方法を用いることができる。

加算部５３２は、平均値計算部５１３の出力Ｉａｖ１（第１の電流値。第１の出力に応じた値。）と、平均値計算部５２３の出力Ｉａｖ２（第２の電流値。第２の出力に応じた値。）の加算値Ｉａｖを出力する。過電流検出部５３４は、Ｉａｖが所定の閾値（第２の閾値）ＩＭＡＸを超えたかを判断し、Ｉｍａｘを超えたことを判断（Ｉａｖ＞Ｉｍａｘ）すると、ＲＬＯＦＦ３信号をＨｉｇｈ状態とする。これにより、リレー４４０が遮断状態とされ、ヒータ３００への通電が遮断される。

偏り検出部５３６は、Ｉａｖ１に比べてＩａｖ２が所定の閾値（第１の閾値）ＩＰｍａｘ１より大きくなった場合（Ｉａｖ２−Ｉａｖ１＞ＩＰｍａｘ１）、ＲＬＯＦＦ１信号をＨｉｇｈ状態とし、リレー４４０を遮断状態とし、ヒータ３００への通電を遮断する。偏り検出部５３７は、Ｉａｖ２に比べてＩａｖ１が所定の閾値（第１の閾値）ＩＰｍａｘ２より大きくなった場合、（Ｉａｖ１−Ｉａｖ２＞ＩＰｍａｘ２）ＲＬＯＦＦ２信号をＨｉｇｈ状態とし、リレー４４０を遮断状態をとし、ヒータ３００への通電を遮断する。

このように、偏り検出部５３６は、所定の関係（本実施例では、Ｉａｖ２−Ｉａｖ１＞ＩＰｍａｘ１若しくは、Ｉａｖ１−Ｉａｖ２＞ＩＰｍａｘ２）を検出した場合、発熱体３０１、発熱体３０２に供給される電力の偏りが異常に大きい状態を検出する。
この電力の偏りが異常に大きい状態では、図４の説明で後述するように、ヒータ３００の基板３０５に局所的に所定の値（例えば基板３０５に破断を生じ得る大きさの応力）を超える応力が発生し得る状態になる。そのため、偏り検出部５３６は、基板３０５の破断を防止するために、後述するラッチ部４６０を動作させ、ヒータ３００への通電を遮断状態で保持している。

また、偏り検出部５３６は、所定の関係（本実施例では、Ｉａｖ２−Ｉａｖ１＞ＩＰｍａｘ１若しくは、Ｉａｖ１−Ｉａｖ２＞ＩＰｍａｘ２）を検出した場合、後述するラッチ部４６０を動作させる代わりに、次のような方法を用いてよい。すなわち、ヒータ３００への通電を間欠状態に制限（間欠的に遮断状態と）し、ヒータ３００への電力供給を低い電力に制限することで、基板３０５の応力を緩和する方法である。

また、偏り検出部５３６は、所定の関係（本実施例では、Ｉａｖ２−Ｉａｖ１＞ＩＰｍａｘ１若しくは、Ｉａｖ１−Ｉａｖ２＞ＩＰｍａｘ２）を検出した場合、保護部４７０に設定された上限温度を低い温度に切り替えるようにしてもよい。こうすることで、ヒータ３００の昇温を低い温度で停止できるようにし、基板３０５に掛る応力を緩和することができる。

同様に、偏り検出部５３６は、所定の関係（本実施例では、Ｉａｖ２−Ｉａｖ１＞ＩＰｍａｘ１若しくは、Ｉａｖ１−Ｉａｖ２＞ＩＰｍａｘ２）を検出した場合に、発熱体３０１、発熱体３０２のどちらか一方のみ通電を遮断、若しくは、電力制限を行っても良い。例えば、発熱体３０１に比べて、発熱体３０２に供給される電力が大きい偏り状態（偏り発熱状態）（Ｉａｖ２−Ｉａｖ１＞ＩＰｍａｘ１）では、トライアック４２６を用いて発熱体３０２への電を遮断、若しくは、電力制限を行う。また、発熱体３０２に比べて、発熱体３０１に供給される電力が大きい偏り状態（Ｉａｖ１−Ｉａｖ２＞ＩＰｍａｘ２）では、トライアック４１６を用いて発熱体３０１への通電を遮断、若しくは、電力制限を行う方法が考えられる。

５４０は、３入力のＯＲゲート回路であり、ＲＬＯＦＦ１信号、ＲＬＯＦＦ２信号、ＲＬＯＦＦ３信号の何れか一つがＨｉｇｈ状態になると、ＲＬＯＦＦ信号をＨｉｇｈ状態にする。ＲＬＯＦＦ信号が第１の発熱体と第２の発熱体の少なくとも一方への電力供給を遮断するための遮断信号に相当する。４６０は、リレー４４０のラッチ部であり、ＲＬＯＦＦ信号が一旦Ｈｉｇｈ状態になると、電源がＯＦＦ状態になるまで、リレー４４０を遮断状態のまま保持する。

図４（Ａ）は、ヒータ３００の短手方向（長手方向に直交する方向）の温度分布を、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の温度分布におけるヒータ３００の短手方向の応力分布を示している。図４の説明では、制御部４００の故障などによって、ヒータ３００が熱暴走した場合を想定している。図４では、発熱体３０１と３０２に通電した場合、発熱体３０１のみに通電した場合、発熱体３０２のみに通電した場合について、ヒータ３００が熱暴走した後、所定時間後の温度分布及び、応力分布を示している。尚、図４で説明するシミュレーションは、本発明の効果を説明するための一例であり、本発明を適用可能な範囲を限定するものではない。

図４（Ａ）に示すように、発熱体３０１と３０２の両方に通電した場合にヒータの温度は最も高くなる。しかしながらヒータ３００の短手方向に対称な温度分布であり、温度勾配も少ない。発熱体３０１のみに通電した場合や、発熱体３０２のみに通電した場合は、３０１と３０２の両方に通電した場合の半分の電力しか供給されていない。しかしながら、図４（Ａ）に示すように、短手方向に非対称な温度分布であり、温度勾配が大きくなる。そのため、図４（Ｂ）に示すように、発熱体３０１のみに通電した場合や、発熱体３０２のみに通電した場合には、基板３０５の短手方向の端部に大きな応力が印加されてしまうことがわかる。基板３０５の端部にこのような応力が印加されると、安全素子２１２等が動作する前に、基板３０５が破断してしまう場合がある。発熱体３０１のみに通電した場合や、発熱体３０２のみに通電した場合の定着装置２００の保護には、本実施例の安全回路５００を用いて、ヒータ３００の電流の偏り状態を検出し、ヒータ３００に供給する電力を遮断する方法が有効である。

ヒータ３００では、発熱体３０１のみに通電した場合や、発熱体３０２のみに通電した場合のように、発熱体３０１と発熱体３０２に供給される電力に所定量以上の偏りが生じた場合に、ヒータ３００の短手方向においてアンバランスな温度分布が生じる。この温度分布においては、ヒータ３００（基板３０５）に局所的に所定値を超える応力が発生し得る状態になる。この状態をヒータ３００（基板３０５）の偏り発熱状態と定義する。

図５は、制御部４００のＣＰＵ４２０及び安全回路５００による、定着装置２００の制御シーケンスを説明するフローチャートである。

Ｓ７０１でヒータ３００の温調制御の開始要求が発生すると、ＣＰＵ４２０は、Ｓ７０２でリレー４４０をＯＮ状態（通電状態）にする。そして、ＣＰＵ４２０は、Ｓ７０３で、ＴＨ１信号に基づくヒータ３００の検出温度と、所定の目標温度に基づきＰＩ制御を行い、ヒータ３００に供給する電力のＤｕｔｙ比（第１のデューティ比）を算出する。

Ｓ７０４では、ＣＰＵ４２０は、電力Ｄｕｔｙ（第１のデューティ比）と、ＭａｘＤｕｔｙ（ＭａｘＤｕｔｙの初期値は１００％とする）に基づき、実際にヒータ３００へ投入するＤｕｔｙ比（第２のデューティ比）を算出し、トライアック４１６、４２６を動作させる。第１のデューティ比がＭａｘＤｕｔｙ以下の場合は、ＰＩ制御で算出した電力Ｄｕｔｙをヒータ３００への投入Ｄｕｔｙ（第２のデューティ比）とする。第１のデューティ比がＭａｘＤｕｔｙよりも高い場合は、ＭａｘＤｕｔｙをヒータ３００への投入Ｄｕｔｙ（第２のデューティ比）とする。

Ｓ７０５では、ＣＰＵ４２０は、ヒータ３００に投入した投入Ｄｕｔｙと、Ｉｒｍｓ信号に基づくヒータ３００に流れる電流値から、ヒータ３００に供給可能なＭａｘＤｕｔｙを算出し、ＭａｘＤｕｔｙ値を更新する。

Ｓ７０６では、安全回路５００の過電流検出部５３４は、Ｉａｖが所定の閾値Ｉｍａｘを超えたかを判断する。ＩａｖがＩｍａｘを超えたことが判断（Ｉａｖ＞Ｉｍａｘ）されると、Ｓ７１０に進み、ＲＬＯＦＦ３信号をＨｉｇｈ状態とし、ラッチ部４６０を動作させ、リレー４４０を遮断状態で保持、定着装置２０への電力供給を遮断する。

Ｓ７０７では、安全回路５００の偏り検出部５３６は、平均値計算部５１３の出力Ｉａｖ１に比べて、平均値計算部５２３の出力Ｉａｖ２が、所定の閾値ＩＰｍａｘ１より大きくなったか否かを判断する。Ｉａｖ２からＩａｖ１を減じた値がＩＰｍａｘ１より大きい場合（Ｉａｖ２−Ｉａｖ１＞ＩＰｍａｘ１）、Ｓ７１０に進み、ＲＬＯＦＦ１信号をＨｉｇｈ状態とし、ラッチ部４６０を動作させ、リレー４４０を遮断状態で保持する。

Ｓ７０８では、安全回路５００の偏り検出部５３７は、平均値計算部５２３の出力Ｉａｖ２に比べて、平均値計算部５１３の出力Ｉａｖ１が、所定の閾値ＩＰｍａｘ２より大きくなったか否かを判断する。Ｉａｖ１からＩａｖ２を減じた値がＩＰｍａｘ２より大きい場合、（Ｉａｖ１−Ｉａｖ２＞ＩＰｍａｘ２）Ｓ７１０に進み、ＲＬＯＦＦ２信号をＨｉｇｈ状態とし、ラッチ部４６０を動作させ、リレー４４０を遮断状態で保持する。

Ｓ７０９では、サ−ミスタＴＨ１によって検出される温度が、上限温度ＴＨｍａｘ超えた場合に、保護部４７０はラッチ部４６０を動作させ、リレー４４０を遮断状態で保持する。

以上の処理を繰り返し行い、Ｓ７１１で温調制御終了を検出すると、Ｓ７１２で定着装置２００の制御シーケンスを終了する。

以上説明したように、偏り検出部５３６、５３７は、発熱体３０１、３０２にそれぞれ流れる電流値の間に、ヒータ３００（基板３０５）に局所的に所定値を超える応力が発生する偏り状態が生じることを示す上記関係が成り立つか否かを検出する。上記関係における所定の閾値ＩＰｍａｘ１、ＩＰｍａｘ２は、上記偏り状態が生じるか否かの観点からヒータ３００の製品仕様に応じて適宜設定される。また、ヒータ３００に破断を生じ得る応
力の大きさも製品仕様に応じて異なることは言うまでもない。なお、本実施例のヒータ３００のような同形の発熱体３０１、３０２を備えた構成においては、１つの関係式のみで偏り検出することも考えられる。しかしながら、個体差によって各発熱体における抵抗値や発熱分布が異なる場合があり、許容できる電流偏りが異なる場合が考えられるため、本実施例のように、各発熱体毎に個別に関係式と閾値を設定・検出するのが好ましい。

したがって、本実施例１の安全回路５００を用いることで、ヒータ３００に供給される電力は低いものの、発熱体３０１、３０２に供給される電力の偏りが大きい場合を故障状態として検出することができる。これにより、ヒータ３００を有する定着装置２００及び画像形成装置１００の信頼性を高めることができる。

（実施例２）
図６及び図７を参照して本発明の実施例２に係る画像形成装置について説明する。本実施例は、定着装置２００に搭載するヒータの構成が実施例１と異なっている。実施例１と同様の構成については説明を省略する。

図６（Ａ）は、本実施例のヒータ８００の概略構成を示す模式的平面図である。ヒータ８００は、ヒータ８００の長手方向に発熱分布の異なる複数の発熱体を有するヒータである。特許第４２０８７７２号公報に記載されているように、定着装置２００を用いて、小サイズ紙を熱定着する際に生じる、非通紙部昇温を抑制するのに有効なヒータである。すなわち、本発明の実施例に係る画像形成装置１００は、複数の用紙サイズに対応しており、給紙カセット１１にセットされた、Ｌｅｔｔｅｒ紙（約２１６ｍｍ×２７９ｍｍ）、Ａ５紙（１４８ｍｍ×２１０ｍｍ）を含む、複数サイズの用紙をプリントできる。基本的に紙を縦送りする（長辺が搬送方向と平行になるように搬送する）プリンタであり、画像形成装置１００が対応している定型の記録材サイズ（カタログ上の対応用紙サイズ）のうち最も大きな（幅が大きな）サイズはＬｅｔｔｅｒ紙である。このように、装置が対応する最大サイズよりも小さな紙幅の用紙（例えばＡ５紙）を、本実施例では小サイズ紙と定義する。

発熱体８０１は、基板８０５の短手方向における中央部よりも一端側において長手方向に沿って延びるように形成され（第１の発熱部）、発熱体８０３は、中央部よりも他端側において長手方向に沿って延びるように形成されている（第２の発熱部）。発熱体８０１と発熱体８０３は、第１の発熱体として、電気的に並列接続されており、電極Ｅ１と電極Ｅ３を介して電力供給されている。発熱体８０２は、第２の発熱体として、発熱体８０１、８０３の間を長手方向に沿って延びるように形成され、電極Ｅ２と電極Ｅ３を介して電力供給されている。電極Ｅ１〜Ｅ３は、制御部８１０とそれぞれ接続されている。
即ち、記録材の搬送方向に関して、第１の発熱体８０１（８０３）は、第２の発熱体８０２よりも上流側と下流側に少なくとも一つずつ設けられている。記録材の搬送方向に対して直交する方向に関して、第１の発熱体８０１（８０３）は、記録材の搬送基準を含む第１のエリア（ＡＲＥＡ１）の発熱量が第１のエリアよりも搬送基準から離れた第２のエリア（ＡＲＥＡ２）の発熱量よりも大きな合成発熱分布を有している。また、第１のエリアにおいて、第２の発熱体８０２の発熱量は第１の発熱体８０１（８０３）の合成発熱量（発熱体８０１の発熱量と発熱体８０３の発熱量の和）よりも小さくなっている。

図６（Ｂ）は、実施例２のヒータ制御部８１０を示す。ヒータ８００の電力制御は、制御部８１０のトライアック４１６、４２６の通電／遮断により行われる。トライアック４１６を通電状態にすると、発熱体８０１と発熱体８０３の合成電流として電流Ｉ１が流れる。同様に、トライアック４２６を通電状態にすると、発熱体８０２に電流Ｉ２が流れる。

本実施例では、制御部８１０の故障等によって、ヒータ８００の発熱体８０２のみに電力供給される場合に、安全回路８５０を用いることで、定着装置２００の安全性を高めることができる。

図７（Ａ）は、搬送基準（reference）におけるヒータ８００の短手方向の温度分布を
、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の温度分布におけるヒータ８００の短手方向の応力分布示している。図７では、装置の故障などによって、ヒータ８００が熱暴走した場合を想定しており、発熱体８０１、８０３に通電した場合、発熱体８０２のみに通電した場合について、ヒータ８００が熱暴走した後、所定時間後の温度分布及び、応力分布を示している。尚、図７で説明するシミュレーションは、本発明の効果を説明するための一例であり、本発明を適用可能な範囲を限定するものではない。

図７（Ａ）では、発熱体８０１、８０３に通電した場合は、ヒータ８００の短手方向に対称な温度分布であり、温度勾配も少ない。発熱体８０２のみに通電した場合は、図７（Ａ）に示すように、温度勾配が大きくなる。そのため、図７（Ｂ）に示すように、発熱体８０２のみに通電した場合には、ヒータ８００（基板８０５）の短手方向の両端部及び、中央部に大きな応力が印加されてしまうことがわかる。基板８０５の両端部及び、中央部にこのような応力が印加されると、安全素子２１２等が動作する前に、ヒータ８００が破断してしまう場合がある。発熱体８０２のみに通電した場合の定着装置２００の保護には、本実施例の安全回路８５０を用いて、ヒータ８００の電流の偏り状態を検出し、ヒータ８００に供給する電力を遮断する方法が有効である。

ところで、ヒータ８００の、発熱体８０１と発熱体８０３のヒータ長手方向の発熱分布は、ヒータ８００の長手方向の中央部の発熱量が、長手方向の端部の発熱量に比べて大きくなる。そのため、小サイズ紙の熱定着処理を行う際に、発熱体８０１と発熱体８０３の発熱量を、発熱体８０２の発熱量に対して、大きくなるように、トライアック４１６及び、トライアック４２６を用いて制御を行う。そのため、本実施例の安全回路８５０では、平均値計算部５２３の出力Ｉａｖ２に比べて、平均値計算部５１３の出力Ｉａｖ１が大きくなった場合には安全回路８５０を動作させないようにしてある。即ち、安全回路８５０は、第２の出力に応じた値Ｉａｖ２から第１の出力に応じた値Ｉａｖ１を引いた値が閾値ＩＰｍａｘ１を超えた場合、遮断信号ＲＬＯＦＦを出力する。しかしながら、第１の出力に応じた値Ｉａｖ１が第２の出力に応じた値Ｉａｖ２より大きい場合は、遮断信号を出力しない。

安全回路８５０は、平均値計算部５１３の出力Ｉａｖ１に比べて、平均値計算部５２３の出力Ｉａｖ２が大きくなった場合、（Ｉａｖ２−Ｉａｖ１＞ＩＰｍａｘ１）ＲＬＯＦＦ１信号をＨｉｇｈ状態とする。これにより、ラッチ部４６０を動作させ、リレー４４０を遮断状態で保持する。８５１は２入力のＯＲゲート回路であり、ＲＬＯＦＦ１信号、ＲＬＯＦＦ３信号の何れか一つがＨｉｇｈ状態になると、ＲＬＯＦＦ信号をＨｉｇｈ状態にする。

（実施例３）
図８を参照して本発明の実施例３に係る画像形成装置について説明する。本実施例は、定着装置２００に搭載するヒータの構成が実施例１、２と異なっている。実施例１、２と同様の構成については説明を省略する。

図８（Ａ）のヒータ９００は、ヒータ長手方向に３つの発熱体９０１、９０２、９０３に分割されている。ヒータ９００は、小サイズ紙を熱定着する際に、発熱ブロック９０２のみに通電することで、非通紙部昇温を抑制するのに有効なヒータである。発熱体９０１は、基板９０５の長手方向の一端側に形成され（第１の発熱部）、発熱体９０３は、長手
方向の他端側に形成され（第２の発熱部）されている。即ち、第１の発熱体９０２は、記録材の搬送基準を含む第１のエリア（ＡＲＥＡ１）のみに設けられており、第２の発熱体９０１及び９０３は、第１のエリアよりも搬送基準から離れた第２のエリア（ＡＲＥＡ２）のみに設けられている。発熱体９０１と発熱体９０３は、第１の発熱体として、電気的に並列接続されており、電極Ｅ２、電極Ｅ３、電極Ｅ４を介して電力供給されている。発熱体９０２は、第２の発熱体として、発熱体９０１と発熱体９０３との間を長手方向に沿って延びるように形成されており、電極Ｅ１と電極Ｅ３を介して電力供給されている。電極Ｅ１〜Ｅ４は、制御部９１０とそれぞれ接続されている。

図８（Ｂ）は、実施例３のヒータ制御部９１０を示す。ヒータ９００の電力制御は、トライアック４１６及び、トライアック４２６の通電／遮断により行われる。トライアック４１６を通電状態にすると、発熱体９０２に電流Ｉ１が流れる。同様に、トライアック４２６を通電状態にすると、発熱体９０１と発熱体９０３の合成電流として電流Ｉ２が流れる。本実施例では、制御部９１０の故障等によって、ヒータ９００の発熱体９０１、９０３のみに電力供給される場合に、安全回路９５０を用いることで、定着装置２００の安全性を高める方法について説明を行う。

安全回路９５０の偏り検出部９５１は、平均値計算部５１３の出力Ｉａｖ１に比べて、平均値計算部５２３の出力Ｉａｖ２が、所定の閾比率ＩＰｍａｘ１以上に大きくなった場合（Ｉａｖ２÷Ｉａｖ１＞ＩＰｍａｘ１）ＲＬＯＦＦ１信号をＨｉｇｈ状態とする。すなわち、安全回路９５０は、Ｉａｖ２をＩａｖ１で除した値が所定の値ＩＰｍａｘ１より大きい関係が成り立つことを偏り検出部９５１が検知すると、ラッチ部４６０を動作させ、リレー４４０を遮断状態で保持する。即ち、安全回路９５０は、第２の出力に応じた値Ｉａｖ２を第１の出力に応じた値Ｉａｖ１で除した値が所定の閾値ＩＰｍａｘ１を超えた場合、第１の発熱体と第２の発熱体の少なくとも一方への電力供給を遮断するための遮断信号ＲＬＯＦＦを出力する。

ヒータ９００では、発熱体９０１及び発熱体９０３のみに通電した場合のように、発熱体９０１及び発熱体９０３に供給される電力が大きくなる方向に偏りが生じた場合に、ヒータ９００の長手方向の温度分布が生じる。この温度分布においては、安全素子２１２による検知温度が低い状態であっても、ヒータ９００（基板９０５）に局所的に所定値を超える応力が発生し得る状態になる。この状態をヒータ９００（基板９０５）の偏り発熱状態と定義する。

ヒータ９００では安全素子２１２は、基板９０５の発熱体９０２が設けられた面とは反対側の面における発熱体９０２の裏側に当接されているため、発熱体９０１、９０３のみに通電された場合、安全素子２１２が動作しない場合がある。そのため、発熱体９０１、９０３のみに通電された場合には、ヒータ９００に供給される電力が少ない場合でも、安全素子２１２が動作しない場合がある。よって、本実施例では、発熱体９０１、９０３のみに通電された場合には、ヒータ９００に供給される電力が少ない場合でも、安全回路９５０が動作するように構成している。そして、Ｉａｖ２がＩａｖ１に比べて所定の閾比率以上に大きくなった場合、偏り発熱状態を検出することを本実施例における安全回路９５０の特徴としている。

（実施例１の変形例１）
図９（Ａ）に示した安全回路５５０は、実施例１の安全回路５００の変形例である。安全回路５００と共通する構成については説明を省略する。なお、本変形例と同様の構成を実施例２、３の各安全回路に適用してもよい。

安全回路５５０では、ヒータ３００の発熱体３０１に流れる電流Ｉ１と、発熱体３０２
に流れる電流Ｉ２にそれぞれ所定の閾値Ｉｍａｘ１と、Ｉｍａｘ２を設けている。過電流検出部５５１は、平均値計算部５１３の出力Ｉａｖ１が、所定の閾値Ｉｍａｘ１を超えた場合（Ｉａｖ１＞Ｉｍａｘ１）にＲＬＯＦＦ３信号をＨｉｇｈ状態とする。また、平均値計算部５２３の出力Ｉａｖ２が所定の閾値Ｉｍａｘ２を超えた場合（Ｉａｖ２＞Ｉｍａｘ２）に、ＲＬＯＦＦ４信号をＨｉｇｈ状態とし、リレー４４０を遮断状態とする。５５３は４入力のＯＲゲート回路であり、ＲＬＯＦＦ１信号、ＲＬＯＦＦ２信号、ＲＬＯＦＦ３信号、ＲＬＯＦＦ４信号の何れか一つがＨｉｇｈ状態になると、ＲＬＯＦＦ信号をＨｉｇｈ状態にする。

Ｉｒｍｓ１信号は発熱体３０１に流れる電流のゼロクロス信号の半周期Ｔ分の電流実効値の二乗値であり、Ｉｒｍｓ２信号は発熱体３０２に流れる電流のゼロクロス信号の半周期Ｔ分の電流実効値の二乗値であり、ＣＰＵ４２０との通信に用いる。
発熱体３０１と発熱体３０２の抵抗値が異なる場合など、電流Ｉ１と、電流Ｉ２にそれぞれ異なる最大電流値を設定する場合には、安全回路５５０を用いると良い。

（実施例１の変形例２）
図９（Ｂ）に示した安全回路５６０は、実施例１の安全回路５００の変形例である。安全回路５００と共通する構成については説明を省略する。なお、本変形例と同様の構成を実施例２、３の各安全回路に適用してもよい。

安全回路５６０では、ヒータ３００の発熱体３０１に流れる電流Ｉ１に相当するＶＩ１と、発熱体３０２に流れる電流Ｉ２に相当するＶＩ２を加算部５６１で加算した後に、実効値の二乗値を演算する処理を行っている。安全回路５００では二つの入力に対して実効値の二乗値を演算する必要があったが、安全回路５６０では、一つの入力に対して実効値の二乗値を演算すればよいため、比較的に演算処理速度の遅いＩＣ等を用いることができる。また、特許文献１に記載されているような、アナログ電気回路を用いた実効値の演算を行う場合に、必要な回路の規模を抑制することができる。

また乗算部５１１及び積分計算部５１２の処理の前に加算部５６１を設けることで、発熱体３０１に流れる電流Ｉ１と、発熱体３０２に流れる電流Ｉ２の合成電流の実効電流値を制御する必要がある場合に有効である。

平均値計算部５６２は、カレントトランス４４１の出力ＶＩ１と、基準電圧Ｖｒｅｆとの差分信号をＡ／Ｄコンバータでサンプリングし、差分値の絶対値を所定期間の平均値としてＶＩａｖ１（第１の電圧値）を算出している。平均値計算部５６３は、カレントトランス４４３の出力ＶＩ２と、基準電圧Ｖｒｅｆとの差分信号をＡ／Ｄコンバータでサンプリングし、差分値の絶対値を所定期間の平均値としてＶＩａｖ２を算出している（第２の電圧値）。

実施例１の安全回路５００では、偏り発熱状態の検出に、電流Ｉ１及び、電流Ｉ２の実効値（実効値の二乗平均値）を用いているが、安全回路５６０では、電流Ｉ１及び、電流Ｉ２の平均値を用いている。このように、偏り発熱状態の検出には、電流Ｉ１及び、電流Ｉ２の実効値以外の物理量を用いることもできる。例えば、電流Ｉ１及び、電流Ｉ２のピーク値、準尖頭値などを用いることができる。

偏り検出部５６４は、ＶＩａｖ１に比べてＶＩａｖ２が所定の閾値ＩＰｍａｘ１より大きくなった場合、（ＶＩａｖ２−ＶＩａｖ１＞ＩＰｍａｘ１）ＲＬＯＦＦ１信号をＨｉｇｈ状態とし、ラッチ部４６０を動作させ、リレー４４０を遮断状態で保持する。偏り検出部５６５は、ＶＩａｖ２に比べてＶＩａｖ１が所定の閾値ＩＰｍａｘ２以上大きくなった場合、（ＶＩａｖ１−ＶＩａｖ２＞ＩＰｍａｘ２）ＲＬＯＦＦ２信号をＨｉｇｈ状態とし
、ラッチ部４６０を動作させ、リレー４４０を遮断状態で保持する。

（実施例４）
図１０及び図１１を参照して本実施例の安全回路について説明する。本実施例は安全回路の構成が実施例１と異なっている。実施例１と同様の構成については説明を省略する。

図１０は本実施例の安全回路を示す。第１の積分計算部５７１、５７２は、実施例１で説明した積分計算部５１２、５２２と等価な動作を行う。すなわち、第１の積分計算部５７１では、乗算部５１１の出力ＶＩ１＾２をゼロクロス信号の半周期Ｔｚごとに積分し、積分結果をゼロクロス信号の半周期Ｔｚで割った値（∫ＶＩ１＾２）／Ｔｚを算出している。また、第２の積分計算部５８１では、乗算部５１１の出力ＶＩ１＾２を、ゼロクロス信号の半周期Ｔｚに依存しない設定時間Ｔ１ごとに積分し、積分結果を設定時間Ｔ１で割った値（∫ＶＩ１＾２）／Ｔ１を算出している。

移動平均値計算部５１３は、第２の積分計算部５８１の出力Ｉａｖ1＝（∫ＶＩ１＾２
）／Ｔ１の所定回数の移動平均値（例えば３２回分の移動平均値）の算出を行う。例えば設定時間Ｔ１を３２ｍｓｅｃとすれば、３２ｍｓｅｃ×３２＝１０２４ｍｓｅｃとなり、約１秒間の移動平均値を算出する設定となる。

第１の積分計算部５７２は第１の積分計算部５７１と同じ構成、第２の積分計算部５８３は第２の積分計算部５８２と同じ構成、移動平均値計算部５８４は移動平均値計算部５８２と同じ構成なので説明を省略する。

ＣＰＵ通信部５３３には、第１の積分計算部５７１の出力（∫ＶＩ１＾２）／Ｔｚと第１の積分計算部５７２の出力（∫ＶＩ２＾２）／Ｔｚ、及び移動平均演算部５８２の出力Ｉａｖ1と移動平均演算部５８４の出力Ｉａｖ２が入力される。そして、ＣＰＵ通信部５
３３は、上記データを順次、通信データＩｒｍｓ信号としてＣＰＵ４２０（図２参照）に出力している。

図１１に本実施例の安全回路の内部処理を説明するための波形図を示す。図１１に示すように、本実施例におけるＩａｖ１（第１の電流値）とＩａｖ２（第２の電流値）は、ＺＥＲＯＸ信号に依存せずに動作する第２の積分計算部５８１、５８３、及び移動平均値計算部５８２、５８４から生成されている。すなわち、Ｉａｖ１（第１の電流値）とＩａｖ２（第２の電流値）は、ＺＥＲＯＸ信号に依存しない所定時間における電流実効値の二乗値の移動平均値である。本実施例の回路構成によれば、例えばゼロクロス検知部４３０（図２参照）が故障し、ＺＥＲＯＸ信号が周波数変動を起こした場合やＺＥＲＯＸ信号にノイズが重畳した場合でも、安全回路の信頼性が向上する。

図１１（Ａ）はＺＥＲＯＸ信号が周波数変動を起こした場合の図である。図１１（Ａ）において、ゼロクロス信号の半周期Ｔｚ毎の電流実効値データ（∫ＶＩ１＾２）／ＴｚであるＸｎは、ＺＥＲＯＸ信号の異常時においても正しく演算される。しかしながら、連続する３２個のＸｎの時間Ｔ_３２と、時間Ｔ１とは差異がある。そのため、Ｘｎを３２個積み上げた値を時間Ｔ１で割った値は、Ｘｎを３２個積み上げた値を時間Ｔ_３２で割った値（真の電流実効値）に対して若干異なってしまう。一方、周期（時間）Ｔ１の電流実効値Ｙ１＝（∫ＶＩ１＾２）／Ｔ１は、ＺＥＲＯＸ信号に異常が生じても正確な実効値演算ができる。よって、安全回路の信頼性が向上する。

同様に、図１１（Ｂ）はＺＥＲＯＸ信号にノイズが重畳した場合の図である。図１１（Ｂ）において、ゼロクロス信号の半周期Ｔｚ毎の電流実効値データ（∫ＶＩ１＾２）／ＴｚであるＸｎは、ＺＥＲＯＸ信号にノイズが重畳した場合においても正しく演算される。
しかしながら、図１１（Ａ）の場合と同様の理由で、Ｘｎを３２個積み上げた値を時間Ｔ１で割った値は、Ｘｎを３２個積み上げた値を時間Ｔ_３２で割った値（真の電流実効値）に対して若干異なってしまう。一方、周期（時間）Ｔ１の電流実効値Ｙ１＝（∫ＶＩ１＾２）／Ｔ１は、ＺＥＲＯＸ信号にノイズ重畳しても正確な実効値演算ができる。よって、安全回路の信頼性が向上する。

（実施例５）
図１２を参照して本実施例の安全回路について説明する。本実施例は安全回路の構成が実施例１と異なっている。実施例１と同様の構成については説明を省略する。

本実施例の安全回路は、偏り発熱状態が発生してから基板３０５の破断までの時間が短い場合は閾値を引き下げ、基板破断までの時間が長い場合は閾値を引き上げる構成になっている。

基板３０５が破断するまでの時間が短い場合とは、加圧ローラ２０８の回転が停止している場合、定着ニップ部Ｎが形成されていない場合、等である。このような場合にヒータ３００への電力供給が制御不能になると、ヒータ３００から発生する熱が他の部材に伝導する経路が少なくなってヒータ３００の温度上昇が速くなる。したがって、基板が破断するまでの時間が短くなる。偏り発熱状態発生から基板３０５の破断までの時間が短いその他の場合として、画像形成装置がプリント動作を停止した後に長時間経過し、ヒータ３００の温度が常温まで下がった場合も挙げられる。ヒータが冷めた状態でヒータ３００への電力供給が制御不能になり偏り発熱状態が生じると、基板３０５における温度差が顕著となり、基板の一部に応力が集中してしまう。そこで本例では、このような基板３０５が割れ易い状況である場合、閾値ＩＰｍａｘ１と閾値ＩＰｍａｘ２を極力小さい値に設定する。

一方、画像形成装置がプリント動作を行っている際には、発熱体３０１と発熱体３０２それぞれに供給する電流波形のパターンが異なるため、少なからず移動平均値計算部５１３の出力Ｉａｖ１と、移動平均値計算部５２３の出力Ｉａｖ２に差分が生じている。よって、プリント動作中に生じる小さな差分が要因で安全回路８５０が誤動作しないようにする必要がある。そこで、プリント動作中は、閾値ＩＰｍａｘ１と閾値ＩＰｍａｘ２を、基板３０５が割れ易い状況で設定する値よりも大きくする。

図１２（Ａ）は、ヒータ３００の概略構成を示す模式的平面図であり、実施例１と同様のため説明を省略する。図１２（Ｂ）は、実施例５のヒータ制御部８６０の回路図である。以下、実施例１と異なる点を説明する。本例のヒータ制御部８６０は、加圧ローラ２０８を駆動するモータ（定着モータ）の停止を検知するモータ停止検知部５９１と、定着ニップ部Ｎが離間しているか否かを検知するニップ離間検知部５９２と、ヒータが冷めた状態か否かを検知するコールド検知部５９３を有する。そして、これらの検知部の出力を３入力のＯＲゲート回路５９０に入力し、その結果をＴＨ＿ＳＥＬ信号として安全回路８５０に入力している。

図１２（Ｃ）は、安全回路８５０の内部構成を示している。ＴＨ＿ＳＥＬ信号がセレクタ５４１、５４２の選択信号として機能し、ＴＨ＿ＳＥＬ信号論理に従って、ＩＰｍａｘ１としてＩＰｍａｘ１＿ＬまたはＩＰｍａｘ１＿Ｈを選択し、ＩＰｍａｘ２としてＩＰｍａｘ２＿ＬまたはＩＰｍａｘ２＿Ｈを選択する構成になっている。

例えば画像形成装置がプリント動作を行っている際には、モータ３０が回転しているため、モータ停止検知部５９１はＬｏｗを出力する。同じく、プリント動作中には、加圧ローラ２０８とフィルム２０２が当接して定着ニップ部Ｎが形成されているため、ニップ離
間検知部５９２はＬｏｗを出力する。また、ヒータは、定着動作を行うのに十分な温度を保つように制御されているため、コールド検知部５９３はＬｏｗを出力する。ＯＲゲート回路５９０は、これらの信号のＯＲ論理であるＬｏｗ信号をＴＨ＿ＳＥＬ信号として安全回路８５０に入力する。このＴＨ＿ＳＥＬ信号のＬｏｗ論理に従って、セレクタ５４１、５４２はＩＰｍａｘ１としてＩＰｍａｘ１＿Ｈを選択し、ＩＰｍａｘ２としてＩＰｍａｘ２＿Ｈを選択する。ここで、ＩＰｍａｘ１＿ＨとＩＰｍａｘ２＿ＨはＩＰｍａｘ１＿ＬやＩＰｍａｘ２＿Ｌ（実施例１の閾値に相当する値）よりも大きい値が設定されている。

画像形成装置がプリント動作を停止している際には、モータ３０が停止しており、モータ停止検知部５９１はＨｉｇｈを出力する。同じく、プリント停止中には、加圧ローラ２０８とフィルム２０２が離間して定着ニップ部Ｎが形成されていないため、ニップ離間検知部５９２はＨｉｇｈを出力する。ＯＲゲート回路５９０は、これらの信号のＯＲ論理であるＨｉｇｈ信号をＴＨ＿ＳＥＬ信号として安全回路８５０に入力する。このＴＨ＿ＳＥＬ信号のＨｉｇｈ論理に従って、セレクタ５４１、５４２はＩＰｍａｘ１としてＩＰｍａｘ１＿Ｌを選択し、ＩＰｍａｘ２としてＩＰｍａｘ２＿Ｌを選択する。

上記の構成により、画像形成装置の動作状況に応じた適切な偏り発熱状態検出を行うことが可能となる。

なお、図６（Ａ）に示したヒータ８００に、図１２（Ｂ）に示したヒータ制御回路及び図１２（ｃ）に示した安全回路（但し、偏り検出部５３７は不要）を用いてもよい。実施例２で説明したように、ヒータ８００を用いる場合、ヒータ全体の発熱分布を用紙Ｐのサイズに合わせて変更することがある。そのため、小サイズ紙に合わせて発熱体８０１〜８０３を発熱させる際に発生しうる出力Ｉａｖ２と出力Ｉａｖ１の差分の時に、安全回路８５０が動作しないようにする必要がある。よって、ヒータ８００を用いる場合、ＩＰｍａｘ１の値を、小サイズ紙の定着処理を行う際に発生しうる出力Ｉａｖ２と出力Ｉａｖ１の差分では動作しない値に設定する。画像形成装置がプリント動作を停止している時に設定するＩＰｍａｘ１の値は、小サイズ紙の定着処理時に設定する値よりも小さくする。

１００…画像形成装置、２００…定着装置（定着部）、３００…ヒータ（発熱部材）、３０１…第１の発熱体、３０２…第２の発熱体、３０５…基板、４１６、４２６…トライアック（電力制御部）、４４０…リレー（電力制御部）、５３６、５３７…偏り検出部

Claims (42)

1. 記録材に形成されたトナー像を記録材に定着する定着部であって、基板と前記基板に設けられた第１の発熱体と第２の発熱体とを有し前記トナー像を加熱するヒータを有する定着部と、
   前記第１の発熱体への電力供給路に設けられた第１の駆動素子と、
   前記第２の発熱体への電力供給路に設けられた第２の駆動素子と、
   前記第１の駆動素子と前記第２の駆動素子を夫々制御する制御部と、
   前記第１の発熱体に流れる電流を検出するための第１の検出部と、
   前記第２の発熱体に流れる電流を検出するための第２の検出部と、
   前記第１の検出部の第１の出力と前記第２の検出部の第２の出力が入力される安全回路であって、前記第１の出力に応じた値と前記第２の出力に応じた値の差分が所定の閾値を超えた場合、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の少なくとも一方への電力供給を遮断するための遮断信号を出力する安全回路と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１の出力に応じた値は、前記第１及び第２の発熱体に流れる交流波形の半周期よりも長い所定期間の前記第１の出力の２乗値の平均値であり、前記第２の出力に応じた値は、前記所定期間の前記第２の出力の２乗値の平均値であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第１の出力の２乗値の平均値と前記第２の出力の２乗値の平均値は、移動平均値であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記移動平均値は、前記交流波形のゼロクロス信号に依存せずに動作する積分計算部からの出力を平均した値であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記定着部は、記録材を搬送するための回転体を有し、前記閾値は、前記回転体の回転状態に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記回転体が停止している時の前記閾値は、回転している時の前記閾値よりも低いことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記定着部は、トナー像を記録材に加熱定着するための定着ニップ部を形成するため一対の回転体を有し、前記閾値は、前記定着ニップ部に掛かる圧力に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
8. 前記定着ニップ部に掛かる圧力が解除されている時の前記閾値は、圧力が掛っている時の前記閾値よりも低いことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記閾値は、前記ヒータの温度に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
10. 前記ヒータの温度が常温付近である時の前記閾値は、定着処理時の温度である時の前記閾値よりも低いことを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
11. 前記定着部は、トナー像を記録材に加熱定着するための定着ニップ部を形成するため一対の回転体を有し、
    前記回転体が停止している場合、前記定着ニップ部に掛かる圧力が解除されている場合、前記ヒータの温度が常温付近である場合、の少なくとも一つの場合である時、前記閾値
    は低い値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
12. 前記安全回路は、前記第１の出力に応じた値と前記第２の出力に応じた値の和が所定の第２の閾値を超えた場合も前記遮断信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
13. 前記装置は更に、前記ヒータに供給する電力を遮断するためのリレーを有し、前記遮断信号が出力されると前記リレーがＯＦＦされることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
14. 記録材の搬送方向に関して、前記第１の発熱体は、前記第２の発熱体よりも上流側と下流側に少なくとも一つずつ設けられており、
    前記搬送方向に対して直交する方向に関して、前記第１の発熱体は、記録材の搬送基準を含む第１のエリアの発熱量が前記第１のエリアよりも前記搬送基準から離れた第２のエリアの発熱量よりも大きな合成発熱分布を有しており、
    前記第１のエリアにおいて、前記第２の発熱体の発熱量は、前記第１の発熱体の合成発熱量よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
15. 前記安全回路は、前記第２の出力に応じた値から前記第１の出力に応じた値を引いた値が前記閾値を超えた場合、前記遮断信号を出力し、
    前記第１の出力に応じた値が前記第２の出力に応じた値より大きい場合は、前記遮断信号を出力しないことを特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。
16. 前記定着部は、内面が前記ヒータに接触しつつ回転する筒状のフィルムを有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
17. 記録材に形成されたトナー像を記録材に加熱定着するための第１の発熱体及び第２の発熱体を有する画像形成装置に搭載される安全回路であって、
    前記第１の発熱体に流れる電流を検出するための第１の検出部の第１の出力が入力する第１の入力部と、
    前記第２の発熱体に流れる電流を検出するための第２の検出部の第２の出力が入力する第２の入力部と、
    前記第１の出力に応じた値と前記第２の出力に応じた値の差分が所定の閾値を超えた場合、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の少なくとも一方への電力供給を遮断するための遮断信号を出力する出力部と、
    を備えることを特徴とする安全回路。
18. 前記第１の出力に応じた値は、前記第１及び第２の発熱体に流れる交流波形の半周期よりも長い所定期間の前記第１の出力の２乗値の平均値であり、前記第２の出力に応じた値は、前記所定期間の前記第２の出力の２乗値の平均値であることを特徴とする請求項１７に記載の安全回路。
19. 前記第１の出力の２乗値の平均値と前記第２の出力の２乗値の平均値は、移動平均値であることを特徴とする請求項１８に記載の安全回路。
20. 前記移動平均値は、前記交流波形のゼロクロス信号に依存せずに動作する積分計算部からの出力を平均した値であることを特徴とする請求項１９に記載の安全回路。
21. 前記定着部は、記録材を搬送するための回転体を有し、前記閾値は、前記回転体の回転状態に応じて設定されることを特徴とする請求項１７に記載の安全回路。
22. 前記回転体が停止している時の前記閾値は、回転している時の前記閾値よりも低いことを特徴とする請求項２１に記載の安全回路。
23. 前記定着部は、トナー像を記録材に加熱定着するための定着ニップ部を形成するため一対の回転体を有し、前記閾値は、前記定着ニップ部に掛かる圧力に応じて設定されることを特徴とする請求項１７に記載の安全回路。
24. 前記定着ニップ部に掛かる圧力が解除されている時の前記閾値は、圧力が掛っている時の前記閾値よりも低いことを特徴とする請求項２３に記載の安全回路。
25. 前記閾値は、前記ヒータの温度に応じて設定されることを特徴とする請求項１７に記載の安全回路。
26. 前記ヒータの温度が常温付近である時の前記閾値は、定着処理時の温度である時の前記閾値よりも低いことを特徴とする請求項２５に記載の安全回路。
27. 前記定着部は、トナー像を記録材に加熱定着するための定着ニップ部を形成するため一対の回転体を有し、
    前記回転体が停止している場合、前記定着ニップ部に掛かる圧力が解除されている場合、前記ヒータの温度が常温付近である場合、の少なくとも一つの場合である時、前記閾値は低い値に設定されることを特徴とする請求項１７に記載の安全回路。
28. 前記安全回路は、前記第１の出力に応じた値と前記第２の出力に応じた値の和が所定の第２の閾値を超えた場合も前記遮断信号を出力することを特徴とする請求項１７に記載の安全回路。
29. 前記安全回路は、前記第２の出力に応じた値から前記第１の出力に応じた値を引いた値が前記閾値を超えた場合、前記遮断信号を出力し、
    前記第１の出力に応じた値が前記第２の出力に応じた値より大きい場合は、前記遮断信号を出力しないことを特徴とする請求項１７に記載の安全回路。
30. 前記安全回路は、半導体集積回路であることを特徴とする請求項１７に記載の安全回路。
31. 記録材に形成されたトナー像を記録材に定着する定着部であって、基板と前記基板に設けられた第１の発熱体と第２の発熱体とを有し前記トナー像を加熱するヒータを有する定着部と、
    前記第１の発熱体への電力供給路に設けられた第１の駆動素子と、
    前記第２の発熱体への電力供給路に設けられた第２の駆動素子と、
    前記第１の駆動素子と前記第２の駆動素子を夫々制御する制御部と、
    前記第１の発熱体に流れる電流を検出するための第１の検出部と、
    前記第２の発熱体に流れる電流を検出するための第２の検出部と、
    前記第１の検出部の第１の出力と前記第２の検出部の第２の出力が入力される安全回路であって、前記第２の出力に応じた値を前記第１の出力に応じた値で除した値が所定の閾値を超えた場合、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の少なくとも一方への電力供給を遮断するための遮断信号を出力する安全回路と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
32. 前記第１の出力に応じた値は、前記第１及び第２の発熱体に流れる交流波形の半周期よ
    りも長い所定期間の前記第１の出力の２乗値の平均値であり、前記第２の出力に応じた値は、前記所定期間の前記第２の出力の２乗値の平均値であることを特徴とする請求項３１に記載の画像形成装置。
33. 前記第１の出力の２乗値の平均値と前記第２の出力の２乗値の平均値は、移動平均値であることを特徴とする請求項３２に記載の画像形成装置。
34. 前記安全回路は、前記第１の出力に応じた値と前記第２の出力に応じた値の和が所定の第２の閾値を超えた場合も前記遮断信号を出力することを特徴とする請求項３１に記載の画像形成装置。
35. 前記装置は更に、前記ヒータに供給する電力を遮断するためのリレーを有し、前記遮断信号が出力されると前記リレーがＯＦＦされることを特徴とする請求項３１に記載の画像形成装置。
36. 前記第１の発熱体は、記録材の搬送基準を含む第１のエリアのみに設けられており、前記第２の発熱体は、前記第１のエリアよりも前記搬送基準から離れた第２のエリアのみに設けられていることを特徴とする請求項３１に記載の画像形成装置。
37. 前記定着部は、内面が前記ヒータに接触しつつ回転する筒状のフィルムを有することを特徴とする請求項３１に記載の画像形成装置。
38. 記録材に形成されたトナー像を記録材に加熱定着するための第１の発熱体及び第２の発熱体を有する画像形成装置に搭載される安全回路であって、
    前記第１の発熱体に流れる電流を検出するための第１の検出部の第１の出力が入力する第１の入力部と、
    前記第２の発熱体に流れる電流を検出するための第２の検出部の第２の出力が入力する第２の入力部と、
    前記第２の出力に応じた値を前記第１の出力に応じた値で除した値が所定の閾値を超えた場合、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体の少なくとも一方への電力供給を遮断するための遮断信号を出力する出力部と、
    を備えることを特徴とする安全回路。
39. 前記第１の出力に応じた値は、前記第１及び第２の発熱体に流れる交流波形の半周期よりも長い所定期間の前記第１の出力の２乗値の平均値であり、前記第２の出力に応じた値は、前記所定期間の前記第２の出力の２乗値の平均値であることを特徴とする請求項３８に記載の安全回路。
40. 前記第１の出力の２乗値の平均値と前記第２の出力の２乗値の平均値は、移動平均値であることを特徴とする請求項３９に記載の安全回路。
41. 前記安全回路は、前記第１の出力に応じた値と前記第２の出力に応じた値の和が所定の第２の閾値を超えた場合も前記遮断信号を出力することを特徴とする請求項３８に記載の安全回路。
42. 前記安全回路は、半導体集積回路であることを特徴とする請求項３８に記載の安全回路。

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