JP2016092887A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還流素子でのリカバリノイズおよびスイッチング素子の温度上昇を抑制可能とすること。【解決手段】画像形成装置１は、ヒータ５２と、ヒータ５２の温度を検出する第一温度検出部５４と、を含む定着部５と、リアクトルＬ２、還流素子Ｄ１およびスイッチング素子８３１を含むチョッパ回路８３であって、スイッチング素子８３１によって所定のデューティ比で入力直流電流をスイッチングして、ヒータ５２に供給するチョッパ回路８３と、第一温度検出部５４の検出結果に基づき、デューティ比を制御すると共に、画像形成装置１の動作モードに基づきスイッチング素子８３１によるスイッチング周波数を制御する制御部７と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、定着部に内蔵されるヒータの通電をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により制御する画像形成装置に関する。

従来、この種の画像形成装置として、下記の特許文献１等に記載のものがある。この画像形成装置において、整流回路は、商用電源からの交流電流を直流電流に変換する。インバータ回路は、制御部からの制御信号で指定されるデューティ比でスイッチング素子をスイッチング（つまり、オンオフ）することで、整流回路で生成された直流電流から交流電流を生成してヒータに供給する。このようにして、ヒータへの通電が制御される。

特開２００９−６９３７１号公報

ところで、ヒータのＰＷＭ制御には、スイッチング素子、還流素子（ダイオード）およびリアクトルを含む周知のチョッパ回路を応用することも可能である。このチョッパ回路は、高いデューティ比でスイッチング素子を駆動する際（例えば、印刷時等）、電流連続モードで動作する。電流連続モードの下では、還流素子にてリカバリノイズが発生したり、スイッチング素子がスイッチングロスに起因して温度上昇したりするという問題点があった。

それゆえに、本発明の目的は、還流素子でのリカバリノイズおよびスイッチング素子の温度上昇を抑制可能な、チョッパ回路を備えた画像形成装置を提供することである。

本発明の第一局面は、画像形成装置であって、ヒータと、前記ヒータの温度を検出する第一温度検出部と、を含む定着部と、リアクトル、還流素子およびスイッチング素子を含むチョッパ回路であって、前記スイッチング素子によって所定のデューティ比で入力直流電流をスイッチングして、前記ヒータに供給するチョッパ回路と、前記第一温度検出部の検出結果に基づき、前記デューティ比を制御すると共に、前記画像形成装置の動作モードに基づき前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御する制御部と、を備える。

本発明の第二局面は、画像形成装置であって、ヒータと、前記ヒータの温度を検出する第一温度検出部と、を含む定着部と、リアクトル、還流素子およびスイッチング素子を含むチョッパ回路であって、前記スイッチング素子によって所定のデューティ比で入力直流電流をスイッチングして、前記ヒータに供給するチョッパ回路と、前記第一温度検出部の検出結果に基づき、前記デューティ比を制御する制御部と、を備える。前記制御部はさらに、前記デューティ比が所定の第一基準値より大きい場合には、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を、前記ヒータに流れる電流が電流不連続モードとなる第二周波数に設定し、前記デューティ比が前記第一基準値よりも小さい場合には、前記スイッチング周波数を可聴域よりも高い第一周波数に設定する。

本発明の第三局面は、画像形成装置であって、ヒータと、前記ヒータの温度を検出する第一温度検出部と、を含む定着部と、リアクトル、還流素子およびスイッチング素子を含むチョッパ回路であって、前記スイッチング素子によって所定のデューティ比で入力直流電流をスイッチングして、前記ヒータに供給するチョッパ回路と、前記ヒータに流れる電流値を検出する電流検出部と、前記第一温度検出部の検出結果に基づき、前記デューティ比を制御すると共に、前記電流検出部による検出結果に基づき前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御する制御部と、を備える。

上記各局面によれば、還流素子でのリカバリノイズおよびスイッチング素子の温度上昇を抑制可能な、チョッパ回路を備えた画像形成装置を提供することができる。

画像形成装置の全体構成を示す図である。 画像形成装置における要部を示す図である。 スイッチング素子がオン期間中にヒータに流れる電流を上段に示し、オフ期間中の電流を下段に示す図である。 ヒータに流れる電流波形の一例を示す図である。 スイッチング周波数が可聴域外と高くかつデューティ比が大きい場合にヒータに流れる電流の波形を上段に示し、スイッチング周波数が可聴域内と低くかつデューティ比が大きい場合にヒータに流れる電流の波形を下段に示す。 スイッチング周波数が可聴域外と高くかつデューティ比が小さい場合にヒータに流れる電流の波形を示す図。 第一実施形態に係る通電制御のタイミングチャートである。 第一実施形態に係る通電制御における制御部の処理を示すフロー図である。 第二実施形態に係る通電制御のタイミングチャートである。 第二実施形態に係る通電制御における制御部の処理を示すフロー図である。 第三実施形態に係る通電制御のタイミングチャートである。 第三実施形態に係る通電制御における制御部の処理を示すフロー図である。 第四実施形態に係る通電制御にてヒータに供給されるパルス状電流の波形を示す図である。 第四実施形態に係る通電制御における制御部の処理を示すフロー図である。

《第一欄：画像形成装置の全体構成・印刷動作》
図１，図２において、画像形成装置１は、例えば、複写機、プリンタまたはファクシミリ、もしくは、これらの機能を備えた複合機であって、画像をシート状の印刷媒体Ｍ（例えば用紙）に印刷する。そのために、画像形成装置１は、大略的に、給紙部２と、レジストローラ対３と、画像形成部４と、定着部５と、操作／入力部６と、制御部７と、電源部８と、電流検出部９１と、電圧検出部９２と、第二温度検出部９３と、を備える。以下、画像形成装置１の印刷動作時の各構成の動作について説明する。なお、電流検出部９１は第三実施形態では使用され、電圧検出部９２および第二温度検出部９３は第二実施形態の第一変形例および第二変形例で使用される。

給紙部２には、未使用の印刷媒体Ｍが積載される。給紙部２は、印刷媒体Ｍを一枚ずつ、図１中に破線で示す搬送経路ＦＰに送り出す。レジストローラ対３は、搬送経路ＦＰ上であって、給紙部２の下流側に設けられる。レジストローラ対３は、給紙部２から送り出された印刷媒体Ｍを一旦停止させた後、所定のタイミングで二次転写領域に送り出す。

画像形成部４は、例えば、周知の電子写真方式およびタンデム方式により、トナー画像を中間転写ベルト上に生成する。かかるトナー画像は、中間転写ベルトにより担持され、二次転写領域に向けて搬送される。

二次転写領域には、レジストローラ対３から印刷媒体Ｍが送り込まれ、また、画像形成部４からトナー画像が搬送されてくる。二次転写領域において、トナー画像は中間転写ベルトから印刷媒体Ｍに転写される。

定着部５において、加熱ローラ５１および加圧ローラ５３は当接してニップを形成する。また、加熱ローラ５１は、筒状の芯金内にヒータ５２を内蔵する。ヒータ５２は、例えばハロゲンヒータであって、電源部８から供給される電流により点灯する。加圧ローラ５３は、制御部７の制御下で回転する。加熱ローラ５１は加圧ローラ５３の回転に従動して回転する。印刷媒体Ｍがニップに送り込まれると、印刷媒体Ｍは、両ローラ５１，５３により加圧され、また、加熱ローラ５１により加熱される。その結果、印刷媒体Ｍにトナーが定着する。その後、印刷媒体Ｍは排紙トレイに向けて送り出される。なお、電流検出部９１は、定期的に、ヒータ５２に流れる電流値（つまり負荷電流値）を検出して、検出結果を制御部７に出力する。

定着部５はさらに、例えばサーミスタである第一温度検出部５４を含む。第一温度検出部５４は、ヒータ５２の温度を検出し、検出結果を制御部７に出力する。

操作／入力部６は、テンキーやタッチパネル等を含んでいる。ユーザは、操作／入力部６を操作して、各種情報を入力する。

制御部７において、ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムを、ＲＡＭを作業領域として使いながら実行する。制御部７は、様々な制御を行うが、本実施形態で重要であるのは、ヒータ５２の通電制御である。具体的には、制御部７は、第一温度検出部５４の検出結果が目標温度となるように、後述のスイッチング素子８３１のデューティ比をＰＷＭ制御する。デューティ比は、周知のＰＩＤ制御やＰＩ制御により定められる。制御部７はさらに、画像形成装置１の動作モード（第一実施形態を参照）、スイッチング素子８３１のデューティ比（第二実施形態を参照）、または、ヒータ５２に流れる電流値（第三実施形態および第四実施形態を参照）に基づき、スイッチング素子８３１のスイッチング周波数（換言すると、スイッチング周期）を制御する。

《第二欄：電源部の構成》
電源部８は、図２に示すように、整流回路８１と、ノイズフィルタ８２と、チョッパ回路８３と、を含む。
整流回路８１は、商用電源に接続される。
ノイズフィルタ８２は、例えばπ型フィルタであって、整流回路８１の出力側に縦続接続される。具体的には、ノイズフィルタ８２は、コイルＬ１と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、を含んでいる。コイルＬ１はヒータ５２と直列に、コンデンサＣ１，Ｃ２は同ヒータ５２と並列に接続される。

チョッパ回路８３は、例えば降圧チョッパ回路であって、フィルタ８２の出力側に縦続接続される。この場合、チョッパ回路８３は、コイル（リアクトル）Ｌ２と、還流素子Ｄ１と、スイッチング素子８３１と、駆動回路８３２と、を含んでいる。

コイルＬ２は、コイルＬ１とヒータ５２との間に直列に接続される。
還流素子Ｄ１は、例えばダイオードであって、コイルＬ２よりもフィルタ８２側にヒータ５２と並列に接続される。より具体的には、還流素子Ｄ１のカソードがＬ１およびＬ２の間に、そのアノードがヒータ５２とスイッチング素子８３１のコレクタとの間に電気的に接続されるよう、還流素子Ｄ１は配置される。

また、スイッチング素子８３１は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、還流素子Ｄ１よりもフィルタ８２側にヒータ５２と直列接続される。より具体的には、スイッチング素子８３１のコレクタがヒータ５２に、そのエミッタが整流回路８１の出力側に電気的に接続されるよう、スイッチング素子８３１は配置される。駆動回路８３２は、スイッチング素子８３１のゲートに接続されて、制御部７の制御下でスイッチング素子８３１のデューティ比および駆動周波数を設定する。以上のようなチョッパ回路８３の出力端子間にヒータ５２が接続される。

《第三欄：一般的なヒータへの通電制御》
本欄では、図１〜図６を用いて、一般的なヒータ５２への通電制御を説明する。
まず、整流回路８１は、商用電源から供給される交流電流を全波整流して直流電流を生成する。フィルタ８２は、整流回路８１の出力電流からノイズを除去する。ここで、フィルタ８２のコンデンサＣ１，Ｃ２は、スイッチング素子８３１を流れるパルス状電流の高周波成分が商用電源側に漏れることを防止している。

ヒータ５２に電力供給する際、制御部７からヒータ５２をオンさせる時間区間（つまり、デューティ比）を少なくとも示す制御信号が駆動回路８３２に入力される。駆動回路８３２は、入力制御信号が示すデューティ比でスイッチング素子８３１をオン／オフさせるための駆動信号を生成し、スイッチング素子８３１のゲートに供給する。ここで、スイッチング素子８３１は、商用電源の周波数よりもはるかに高い周波数（例えば、２０ｋＨｚ）で駆動される。

スイッチング素子８３１がオンすると、図３上段の矢印Ａで示すように、コイルＬ２およびヒータ５２に、整流回路８１で生成された直流電流がスイッチング素子８３１を介して流れる。この間、コイルＬ２は、自身を流れる直流電流の一部を磁気エネルギーとして蓄える。

一方、スイッチング素子８３１がオフすると、図３下段の矢印Ｂで示すように、スイッチング素子８３１がオンの間にコイルＬ２に蓄えられた磁気エネルギーが電流として放出されてヒータ５２に流れ始める。この電流は、回生ダイオードとしての還流素子Ｄ１を介してコイルＬ２に戻る。

以上のような電源部８の動作により、ヒータ５２への入力電流の波形は、図４に示されるように正弦波に近くなる。これにより、電源部８の力率が向上すると共に、入力電流から高調波電流が低減される。

また、ＰＷＭ制御によるデューティ比の増減により、ヒータ５２への入力電流が制御されるため、ヒータ５２の消費電力を精度良く制御することができる。それゆえ、定着部５での温度リップルも抑制でき、その結果、カラー印刷時の発色を安定させることができる。

ところで、コイルＬ２およびヒータ５２には、図５上段に示すように、整流回路８１からの入力電流（実線で示す）と、スイッチング素子８３１のオフ時に還流素子Ｄ１を介した還流電流（点線で示す）とを時間軸上で合成した電流が流れる。ここで、図５上段には、デューティ比が約７０％の場合にヒータ５２に流れる電流の波形ＷＦ１が示される。また、スイッチング周波数が高い場合（つまり、短いスイッチング周期Ｃの場合）、ヒータ５２を流れる電流は電流連続モードとなる。ここで、電流連続モードとは、ヒータ５２等に流れる電流が実質的にゼロにならないモードを意味する。電流連続モードの場合、電流波形ＷＦ１に示すように、ある周期の電流が０アンペアに落ちる前に次周期の電流が整流回路８１から供給される。換言すると、還流電流がヒータ５２に流れた状態でスイッチング素子８３１がオンに切り替えられる。従って、図５上段の円内に示すように、周期の切り替わり時に電流値はゼロにならず、還流素子Ｄ１にはリカバリ電流が流れ、リカバリノイズが増大する傾向にある。また、還流素子Ｄ１に電流が流れている状態でスイッチング素子８３１をターンオンすると、スイッチングロスが生じて、スイッチング素子８３１の温度が上昇してしまう。

しかし、図５下段の電流波形ＷＦ２に示すように、デューティ比を約７０％に維持した状態でスイッチング周波数を低くすると（つまり、長いスイッチング周期Ｄにすると）、スイッチング素子８３１をオフした後に電流が低下するまでに十分な時間が確保される。その結果、図５下段の円内に示すように、周期の切り替わり時に電流値がゼロにすることができる。換言すると、コイルＬ２に流れる電流が電流不連続モードになる。これによって、還流素子Ｄ１に流れるリカバリ電流（換言すると、リカバリノイズ）を抑制することができる。ただし、スイッチング周波数が１０ｋＨｚ以下の可聴域に入ってしまうと、コイルＬ２が振動し、その結果、画像形成装置１から騒音が発生するという別の問題が生じる。

また、画像形成装置１は、通常、待機時間等には省電力モードで動作する。省電力モードの間、ＰＷＭ制御における目標温度は、印刷動作時（つまり、印刷ジョブ実行中）と比べて低く設定される。それゆえ、一般的には、省電力モード下のＰＷＭ制御では、図６の電流波形ＷＦ３に示すように、周期Ｃは維持されるがデューティ比は、例えば約３０％のように相対的に小さく設定される。この場合、ヒータ５２を流れる電流は電流不連続モードとなり、電流値がゼロとなる期間がある。なお、図６の例では、スイッチング素子８３１のターンオンのタイミングで、還流電流（点線で示す）がゼロになっている。

《第四欄：本実施形態に係るヒータへの通電制御の背景》
ヒータ５２への給電量が大きい場合（つまり、ヒータ５２に供給される電流のデューティ比が大きい場合）、画像形成装置１は、印刷動作中であるため、通紙や駆動等に起因して元々相対的に大きな騒音を発する。それゆえ、仮にコイルＬ２の振動に起因する騒音が印刷動作中に生じても、この騒音は目立ちにくい。それに対し、ヒータ５２への給電量が小さい場合（つまり、ヒータ５２に供給される電流のデューティ比が小さい場合）、画像形成装置１は待機状態にあるため、騒音は相対的に小さい。それゆえ、待機状態にコイルＬ２からの騒音が出てしまうと、目立ってしまう。以上のような背景を考慮し、本実施形態では、スイッチング素子８３１のスイッチング周波数を制御する。以下、第一実施形態に係るヒータ５２への通電制御を、図１〜図６に加え、図７および図８を参照して詳説する。

《第五欄：第一実施形態に係るヒータへの通電制御》
以下の説明では、特に図７を参照する。動作モードが画像形成装置１の主電源を投入からウォーミングアップ開始迄の初期状態である間、通常、ヒータ５２の点灯制御は行われない。初期状態の間、制御部７は、第一制御信号を駆動回路８３２に出力する。第一制御信号では、デューティ比が０％で、スイッチング周波数が可聴域外の約２０ｋＨｚと指定される。但し、デューティ比が０％であるため、スイッチング周波数の影響は表れない。

動作モードが初期状態の次のウォーミングアップ動作の間では、図８の処理とは無関係にヒータ５２はフル点灯される。ウォーミングアップの間、制御部７は、第二制御信号を駆動回路８３２に出力する。第二制御信号では、デューティ比が１００％で、スイッチング周波数が可聴域外の約２０ｋＨｚと指定される。但し、デューティ比が１００％であるため、スイッチング周波数の影響は表れない。

動作モードは、ウォーミングアップ終了後、第一動作モードの一例である省電力モード（待機等）に遷移する。省電力モードの間、制御部７は、第三制御信号を駆動回路８３２に出力する。第三制御信号では、デューティ比が、例えば３０％近辺というように、相対的に小さな値になるように指定される。また、スイッチング周波数は、例えば約２０ｋＨｚと可聴域外の第一周波数に設定される。駆動回路８３２は、第三制御信号で指定された通りにスイッチング素子８３１を駆動する。この場合、ヒータ５２への供給電力は小さいため、スイッチング周波数が約２０ｋＨｚと高くとも、ヒータ５２への供給電流は、図６に示すように電流不連続モードを確保できる。よって、還流素子Ｄ１のリカバリノイズおよびスイッチング素子８３１の温度上昇という問題を解消することができる。さらには、コイルＬ２からの騒音発生を抑制することもできる。

省電力モード中に、例えば画像形成装置１に接続されたＰＣ等から制御部７に印刷ジョブが届くと、画像形成装置１の動作モードは、第二モードの一例である印刷動作に遷移し、制御部７は、第一欄で説明したような印刷動作を制御する。印刷動作の間、画像形成装置１においては、通紙やモータ駆動が実施されるため、省電力モードと比べて消費電力が大きくなる。また、制御部７は、第四制御信号を駆動回路８３２に出力する。第四制御信号では、デューティ比が、７０％近辺と相対的に大きな値に指定される。また、スイッチング周波数は、例えば約１０ｋＨｚというように、可聴域内の第二周波数であって、第一周波数よりも低い第二周波数に設定される。駆動回路８３２は、第四制御信号で指定された通りにスイッチング素子８３１を駆動する。低スイッチング周波数にすることで、ヒータ５２に流れる電流が図５上段のような電流連続モードとなることを避けて、図５下段のような電流不連続モードとすることができる。これによって、還流素子Ｄ１のリカバリノイズ等の問題を解消することができる。また、この場合にはコイルＬ２からの騒音発生を許容することになるが、画像形成装置１からは元々、通紙や駆動等に起因して相対的な大きな騒音が発生する。この騒音は、コイルＬ２からの騒音をかき消すので、コイルＬ２からの騒音発生を許容しても問題にならない。

次に、特に図８を参照する。ここで、図８は、前述の通り、第一実施形態に係る通電制御におけるスイッチング周波数の設定動作を示す。制御部７は、印刷動作中（つまり第二動作モード中）か否かを判断し（Ｓ０１）、Ｙｅｓであれば、スイッチング周波数を可聴域内（例えば約１０ｋＨｚ）の第二周波数と決定し（Ｓ０２）、Ｎｏであれば、第一動作モード中とみなして、スイッチング周波数を可聴域外（例えば約２０ｋＨｚ）の第一周波数と決定する（Ｓ０３）。

なお、制御部７は、画像形成装置１の主電源が投入された後、図８の処理の間も、前述の通り、ＰＷＭ制御により、第一温度検出部５４の検出結果が目標温度となるようにデューティ比を決定する。

デューティ比およびスイッチング周波数を決定すると、制御部７は、各種制御信号を生成して駆動回路８３２に出力する。駆動回路８３２は、入力制御信号が示すデューティ比でスイッチング素子８３１をオン／オフさせると共に同制御信号が示すスイッチング周波数にスイッチング素子８３１を駆動させる駆動信号を生成し、スイッチング素子８３１のゲートに供給する。

《第六欄：第一実施形態に係るヒータへの通電制御の効果》
本実施形態によれば、第一温度検出部５４の検出結果に基づくＰＷＭ制御中において、制御部７は、印刷動作時には、スイッチング周波数を可聴域内の低い周波数に設定する。その結果、ヒータ５２に流れる電流を電流不連続モードとすることができる（図５下段を参照）。これによって、還流素子Ｄ１のリカバリノイズおよび／またはスイッチング素子８３１の温度上昇を抑制することが可能となる。また、印刷動作中は元々画像形成装置１から相対的に大きな騒音が生じるため、画像形成装置１の周辺にいる者がコイルＬ２からの騒音を耳障りに感じることを抑制することができる。

《第七欄：第二実施形態に係るヒータへの通電制御》
本欄では、図１〜図６に加え、図９および図１０を参照する。
まず、図９を特に参照する。図９において、ウォーミングアップ動作中にはヒータ５２をフル点灯すべく、制御部７は、前述同様の第二制御信号を駆動回路８３２に出力する。

動作モードがウォーミングアップ以外の場合において、制御部７は、ＰＩＤ制御等で決定したデューティ比が予め定められた所定の第一基準値（例えば６０％）未満の場合には、スイッチング周波数を、例えば約２０ｋＨｚと可聴域外の第一周波数に設定するために、第五制御信号を駆動回路８３２に出力する。ここで、第一基準値は、還流素子Ｄ１およびスイッチング素子８３１の仕様・特性等に応じて適宜定められる値である。なお、第五制御信号もまた、他の制御信号と同様、決定したデューティ比の情報を含む。これによって、ヒータ５２には、例えば６０％未満のデューティ比で周波数が約２０ｋＨｚのパルス状電流が供給される。

それに対し、決定したデューティ比が第一基準値以上の場合には、スイッチング周波数を、例えば約１０ｋＨｚと可聴域内の第二周波数に設定するために、第六制御信号を駆動回路８３２に出力する。なお、第六制御信号もまた、他の制御信号と同様、決定したデューティ比の情報を含む。これによって、ヒータ５２には、例えば６０％超のデューティ比で周波数が約１０ｋＨｚのパルス状電流が供給される。

次に、特に図１０を参照する。図１０は、ＰＩＤ制御等によりデューティ比が決定される毎に制御部７が行うスイッチング周波数の設定処理を示す。図１０において、制御部７は、現在の動作モードがウォーミングアップか否かを判断する（Ｓ１１）。Ｙｅｓと判断すると、制御部７は、スイッチング周波数を第一周波数（例えば約２０ｋＨｚ）と決定する（Ｓ１２）。

それに対し、Ｓ１１でＮｏと判断すると、制御部７は、ＰＩＤ制御等で決定したデューティ比が上記第一基準値未満か否かを判断する（Ｓ１３）。Ｙｅｓの場合、制御部７は、スイッチング周波数を第一周波数（例えば約２０ｋＨｚ）と決定する（Ｓ１４）。それに対し、Ｎｏの場合には、制御部７は、スイッチング周波数を第二周波数（例えば約１０ｋＨｚ）と決定する（Ｓ１５）。以上の処理により、スイッチング周波数を決定した後、制御部７は、前述の制御信号を生成し出力する。

《第八欄：第二実施形態に係るヒータへの通電制御の効果》
本実施形態の通電制御は、第一実施形態のそれと比較して複雑になる。しかし、印刷動作において常時、スイッチング周波数が可聴域の第二周波数に設定される訳では無く、デューティ比が小さい場合には可聴域外の第一周波数に設定される。これによって、印刷動作時においても、リカバリノイズおよびスイッチングロスを避けつつ、騒音レベルを第一実施形態と比較して低減することが可能となる。

《第九欄：第一変形例》
ところで、電源部８への入力電圧レベルが変動すると、ＰＩＤ制御等によれば、電流連続モード（または電流不連続モード）から電流不連続モード（または電流連続モード）へと遷移するデューティ比（以下、遷移デューティ比という）が変動する。具体的には、入力電圧レベルが大きくなると、遷移デューティ比は小さくなる。上記に鑑み、画像形成装置１が、図２に示すように、電源部８への入力電圧レベルを検出可能な電圧検出部９２を備えている場合、例えば交流１００Ｖ定格に対し、実際の入力電圧レベルが１０８Ｖであることが電圧検出部により検出された場合には、制御部７は、Ｓ１３で使用される第一基準値を例えば６０％から５８％に変更するようにしても良い。

《第十欄：第二変形例》
なお、画像形成装置１は、第一実施形態および第二実施形態の双方を実行可能に構成されていても構わない。ただし、この場合、設定部の一例としての操作／入力部６をユーザが操作して、動作モードに基づきスイッチング周波数を制御するか、ＰＩＤ制御等で決定したデューティ比に基づきスイッチング周波数を制御するかを示す情報を制御部７に設定する。制御部７は、設定情報に基づき、第一実施形態を実行するか、第二実施形態を実行するかを判断する。

《第十一欄：第三実施形態に係るヒータへの通電制御》
本欄では、図１〜図６に加え、図１１および図１２を参照する。
まず、図１１を特に参照する。図１１において、ウォーミングアップ動作中にはヒータ５２をフル点灯すべく、制御部７は、電流検出部９１の検出結果に関わらず、前述同様の第二制御信号を駆動回路８３２に出力して、デューティ比１００％の電流をヒータ５２に供給する。

ウォーミングアップ以外の動作モードにおいて、制御部７は、電流検出部９１の検出結果から、ヒータ５２に供給されているパルス状電流について、予め定められた時間区間（例えば一周期）における実効値または平均値を演算結果として求める。

制御部７は、演算結果が所定の第三基準値（例えば６Ａ）未満の場合には、リカバリノイズ等が発生している可能性が小さいとみなす。ここで、第三基準値は、還流素子Ｄ１およびスイッチング素子８３１の仕様・特性により適宜定められる値である。この場合、制御部７は、スイッチング周波数を、例えば約２０ｋＨｚと可聴域外の第一周波数に設定すべく、前述の第五制御信号を駆動回路８３２に出力する。

それに対し、演算結果が第三基準値（例えば６Ａ）以上の場合には、リカバリノイズ等が発生する可能性が大きいとみなす。この場合、制御部７は、スイッチング周波数を、例えば約１０ｋＨｚと可聴域内の第二周波数に設定すべく、前述の第六制御信号を駆動回路８３２に出力する。

次に、特に図１２を参照する。図１２は、ＰＩＤ制御等によりデューティ比が決定される毎に制御部７が行うスイッチング周波数の設定処理を示す。図１２において、制御部７は、現在の動作モードがウォーミングアップか否かを判断する（Ｓ２１）。Ｙｅｓと判断すると、制御部７は、スイッチング周波数を第一周波数と決定する（Ｓ２２）。

それに対し、Ｓ２１でＮｏと判断すると、制御部７は、電流検出部９１の検出結果に基づき上記平均値等を演算し、演算結果が上記第三基準値未満か否かを判断する（Ｓ２３）。Ｙｅｓの場合、制御部７は、スイッチング周波数を第一周波数と決定し（Ｓ２４）、Ｎｏの場合、スイッチング周波数を第二周波数と決定する（Ｓ２５）。

《第十二欄：第三実施形態に係るヒータへの通電制御の効果》
本実施形態の通電制御によれば、印刷動作時においても、リカバリノイズ等の発生を避けつつ、騒音レベルを第一実施形態と比較して低減することが可能となる。

《第十三欄：第三変形例》
なお、画像形成装置１が、図２に示すように、電源部８への入力電圧レベルを検出可能な電圧検出部９２を備えている場合、例えば交流１００Ｖ定格に対し、実際の入力電圧レベルが１０８Ｖであることが電圧検出部により検出された場合には、制御部７は、Ｓ２３，Ｓ２４で使用される第三基準値を例えば６Ａから６．５Ａに自動的に変更するようにしても良い。

《第十四欄：第四実施形態に係るヒータへの通電制御》
本欄では、図１〜図６に加え、図１３および図１４を参照する。
図１３上段には、電源部８からヒータ５２に供給されるパルス状電流の波形ＷＦ４の第一例が示される。第一例のパルス状電流は、低電力モード等で電源部８から出力され、その周波数は第一周波数（つまり、２０ｋＨｚであって、周期は５０μｓｅｃ（矢印Ｅを参照））であって、そのデューティ比は３０％近辺と相対的に小さく設定される。かかるパルス状電流は電流不連続モードであり、パルス状電流には、リカバリノイズも発生せず、０Ａとなる時間区間（矢印Ｆを参照）が概ね６μｓｅｃ程度確保される。

また、図１３下段左側には、印刷動作時等に電源部８から出力される、パルス状電流の波形ＷＦ５の第二例が示される。かかるパルス状電流においては、ＰＩＤ制御等によりデューティ比が７０％近辺に設定される。それゆえ、周波数が第一周波数（つまり、２０ｋＨｚ）に設定されると、パルス状電流は、電流連続モードになってしまう。換言すると、パルス状電流には、リカバリノイズが発生し、０Ａとなる時間区間がほぼ無いに等しい。

そこで、印刷動作時等に電源部８から出力されるパルス状電流に関しては、図１３下段左側に示すように、０Ａとなる時間区間が例えば３μｓｅｃ未満の場合には、図１３下段右側に示すように、パルス状電流が電流不連続モードとなるように、その周波数が第二周波数（つまり、約１０ｋＨｚであって、周期は１２５μｓｅｃ（矢印Ｇを参照））に設定される（波形ＷＦ６を参照）。これにより、０Ａとなる時間区間を３μｓｅｃ〜７μｓｅｃ程度に長くして（矢印Ｈを参照）、パルス状電流にリカバリノイズが発生しないようにしている。

次に、図１４を特に参照する。図１４において、ウォーミングアップ動作中（Ｓ３１）、制御部７は、ヒータ５２をフル点灯させるべく、前述の第二制御信号を駆動回路８３２に出力する（Ｓ３２）。第二制御信号では、デューティ比が１００％で、スイッチング周波数が約２０ｋＨｚと指定される。

ウォーミングアップ直後、スイッチング周波数は約２０ｋＨｚに設定されている。ウォーミングアップ以外の動作モードにおいて、制御部７は、電流検出部９１の検出結果を定期的に取得し、例えば一周期分程度の検出結果を蓄積する（Ｓ３３）。そして、制御部７は、蓄積された検出結果を参照して、ヒータ５２に流れる電流に、予め定められた第四基準値を超える０Ａの時間区間が存在するか否かを判断する（Ｓ３４）。ここで、第四基準値は、還流素子Ｄ１およびスイッチング素子８３１の仕様・特性に基づき適宜定められる。本実施形態では例示的に、７μｓｅｃ超の、０Ａとなる時間区間があるか否かが判断される。Ｓ３４でＹｅｓと判断すると、制御部７は、スイッチング周波数を現在の値から予め定められた第三周波数（例えば１ｋＨｚ）だけ上げる（Ｓ３５）。

それに対し、Ｓ３４でＮｏと判断すると、制御部７は、第四基準値に含まれる０Ａの時間区間が存在するか否かを判断する（Ｓ３６）。本実施形態では例示的に、Ｓ３６において、３μｓｅｃ以上７μｓｅｃ未満の０Ａとなる時間区間があるか否かが判断される。Ｙｅｓと判断すると、制御部７は、スイッチング周波数を維持する（Ｓ３７）。それに対し、Ｓ３６でＮｏと判断すると、制御部７は、スイッチング周波数を現在の値から予め定められた第四周波数（例えば、１ｋＨｚ）だけ下げる（Ｓ３８）。

上記Ｓ３５，Ｓ３７，Ｓ３８のいずれかが終了すると、処理は、Ｓ３３に戻る。以上のＳ３３〜Ｓ３８の処理は主電源がオフにされるまで継続される。

《第十五欄：第四実施形態に係るヒータへの通電制御の効果》
本実施形態の通電制御によれば、ウォーミングアップ動作時以外において、リカバリノイズ等の発生を避けつつ、騒音レベルを低減することが可能となる。

《第十六欄：付記１》
なお、第三実施形態において、電源部８等の回路部品の容量または追従性を鑑みると、制御部７が図１４の処理で設定可能なスイッチング周波数の上限値は例えば２２ｋＨｚ程度に、その下限値は６ｋＨｚ程度に設定されることが望ましい。

《第十七欄：付記２》
また、第二実施形態において、スイッチング周波数の設定は、ＰＩＤ制御等で決定したデューティ比に基づいていた。それゆえ、設定されたスイッチング周波数により、スイッチング素子８３１の温度上昇が実際に抑制されたかどうかは、制御部７には認識できない。そこで、図２に示すように、画像形成装置１に、例えばサーミスタからなる第二温度検出部９３を実装する。第二温度検出部９３は、スイッチング素子８３１の温度を検出し、検出結果を制御部７に出力する。

制御部７は、図１０のＳ１４またはＳ１５の後に、第二温度検出部９３の検出結果を受け取り、受け取った検出結果が所定の第二基準値を超えていれば、スイッチングロス等が発生しているとみなす。ここで、第二基準値は、還流素子Ｄ１およびスイッチング素子８３１の仕様・特性により適宜定められる値である。この場合、制御部７は、スイッチング素子８３１のスイッチング周波数をさらに下げて、電流不連続モードのパルス状電流が供給されるようにする。

なお、本欄で説明した処理は、第一実施形態または第二実施形態に追加されても構わない。

《第十八欄：付記３》
なお、第一実施形態では、所謂静音化を考慮して、画像形成装置１が印刷動作中にはスイッチング周波数が１０ｋＨｚに設定されていた（図８のＳ０１，Ｓ０２を参照）。しかし、これに限らず、設定部の一例としての操作／入力部６をユーザが操作することにより、スイッチング周波数の切り替え制御自体をオフするように設定した場合には、印刷動作中であっても、制御部７は、スイッチング周波数を２０ｋＨｚに設定しても構わない。

また、操作／入力部６に限らず、画像形成装置１に備わるハードウェアスイッチであって、設定部の他の例であるハードウェアスイッチの切り替えに応じて、スイッチング周波数の切り替え自体をオン／オフしても構わない。

なお、本欄で説明した処理は、第二実施形態または第三実施形態で行われても構わない。

本発明に係る画像形成装置は、還流素子でのリカバリノイズおよびスイッチング素子の温度上昇を抑制可能であり、複写機、ファクシミリまたは印刷機、もしくはこれらの機能を備えた複合機に好適である。

１ 画像形成装置
５ 定着部
５２ ヒータ
５４ 第一温度検出部
６ 操作／入力部（設定部）
７ 制御部
８ 電源部
８３ チョッパ回路
Ｌ２ コイル（リアクトル）
Ｄ１ 還流素子
８３１ スイッチング素子
９１ 電流検出部
９２ 電圧検出部
９３ 第二温度検出部

Claims (14)

1. 画像形成装置であって、
   ヒータと、前記ヒータの温度を検出する第一温度検出部と、を含む定着部と、
   リアクトル、還流素子およびスイッチング素子を含むチョッパ回路であって、前記スイッチング素子によって所定のデューティ比で入力直流電流をスイッチングして、前記ヒータに供給するチョッパ回路と、
   前記第一温度検出部の検出結果に基づき、前記デューティ比を制御すると共に、前記画像形成装置の動作モードに基づき前記スイッチング素子によるスイッチング周波数を制御する制御部と、を備える、画像形成装置。
2. 前記画像形成装置の動作モードは、前記ヒータにおける消費電力が相対的に小さくなる第一動作モードと、前記消費電力が相対的に大きくなる第二動作モードと、を含み、
   前記制御部は、前記画像形成装置の動作モードが第一動作モードと判断すると、前記スイッチング周波数を第一周波数に設定し、前記画像形成装置の動作モードが第二動作モードと判断すると、前記スイッチング周波数を、前記第一周波数よりも低い第二周波数に設定する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第一周波数は可聴域外の周波数であり、前記第二周波数は、前記ヒータに流れる電流が電流不連続モードとなる周波数である、請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記第一動作モードは前記画像形成装置が待機状態であるモードを含み、前記第二動作モードは前記画像形成装置が印刷動作中であるモードを含む、請求項２または３に記載の画像形成装置。
5. 前記チョッパ回路は降圧チョッパ回路である、請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. ヒータと、前記ヒータの温度を検出する第一温度検出部と、を含む定着部と、
   リアクトル、還流素子およびスイッチング素子を含むチョッパ回路であって、前記スイッチング素子によって所定のデューティ比で入力直流電流をスイッチングして、前記ヒータに供給するチョッパ回路と、
   前記第一温度検出部の検出結果に基づき、前記デューティ比を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部はさらに、
   前記デューティ比が所定の第一基準値より大きい場合には、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を、前記ヒータに流れる電流が電流不連続モードとなる第二周波数に設定し、
   前記デューティ比が前記第一基準値よりも小さい場合には、前記スイッチング周波数を可聴域よりも高い第一周波数に設定する、画像形成装置。
7. 前記画像形成装置への入力電圧レベルを検出する電圧検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記電圧検出部の検出結果に基づき、前記第一基準値を変更する、請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記制御部はさらに、前記第一温度検出部の検出結果に基づき、前記デューティ比を制御すると共に、前記画像形成装置の動作モードに基づき前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御し、
   前記画像形成装置は、前記スイッチング周波数の制御を、前記画像形成装置の動作モードに基づいて実行するか、前記デューティ比に基づいて実行するかを示す情報を少なくとも設定可能な設定部をさらに備える、請求項６または７に記載の画像形成装置。
9. ヒータと、前記ヒータの温度を検出する第一温度検出部と、を含む定着部と、
   リアクトル、還流素子およびスイッチング素子を含むチョッパ回路であって、前記スイッチング素子によって所定のデューティ比で入力直流電流をスイッチングして、前記ヒータに供給するチョッパ回路と、
   前記ヒータに流れる電流値を検出する電流検出部と、
   前記第一温度検出部の検出結果に基づき、前記デューティ比を制御すると共に、前記電流検出部による検出結果に基づき前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御する制御部と、を備える、画像形成装置。
10. 前記制御部は、
    前記電流検出部の検出結果に基づき、前記ヒータに流れる電流の平均値または実効値を求め、
    求めた平均値または実効値が所定の第三基準値より大きい場合には、前記スイッチング周波数を、前記ヒータに流れる電流が電流不連続モードとなる第二周波数に設定し、
    求めた平均値または実効値が前記第三基準値より小さい場合には、前記スイッチング周波数を可聴域よりも高い第一周波数に設定する、請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記制御部は、
    前記電流検出部の検出結果に基づき、前記ヒータに流れる電流においてゼロアンペアが続く時間を求め、
    求めた時間が所定の第四基準値より大きい場合には、前記リアクトルに流れる電流の周波数が可聴域よりも高くなるように、前記スイッチング周波数を第三周波数だけ高く設定し、
    求めた時間が前記第四基準値よりも小さい場合には、前記ヒータに流れる電流が電流不連続モードとなるように、前記スイッチング周波数を第四周波数だけ低く設定する、請求項９に記載の画像形成装置。
12. 前記スイッチング素子の温度を検出する第二温度検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記デューティ比に基づき前記スイッチング周波数を第一周波数または第二周波数に設定した後、前記第二温度検出部の検出結果が所定の第二基準値よりも大きい場合には、前記スイッチング周波数をさらに低くする、請求項１〜１１のいずれかに記載の画像形成装置。
13. 前記画像形成装置は、前記スイッチング周波数を制御しないことを示す情報を設定可能な設定部をさらに備え、
    前記制御部は、前記設定部に情報が設定されている場合には、前記スイッチング周波数の制御を実行しない、請求項１〜１２のいずれかに記載の画像形成装置。
14. 前記画像形成装置は、デューティ比が１００％の直流電流を前記ヒータに供給する動作モードを含んでいる、請求項１〜１３のいずれかに記載の画像形成装置。

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