JP2020076886A

JP2020076886A - 画像形成装置

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Publication number: JP2020076886A
Application number: JP2018210677A
Authority: JP
Inventors: 崇夫伊▲崎▼; Takao Izaki; 泰洋志村; Yasuhiro Shimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-05-21
Anticipated expiration: 2038-11-08
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Abstract

【課題】電流検知回路や電圧検知回路を追加することなく、像加熱装置に供給可能な最大電力を演算すること。【解決手段】一次側制御部１１０は、抵抗Ｒ６、コンデンサＣ６による積分回路が検知した電流値、及び抵抗Ｒ３、Ｒ４が検知した電圧値に基づいて算出した定着器２００のヒータＲＨ１に供給可能な電力値の最大デューティを、情報伝達回路１６０を介して二次側制御部２２０に伝達し、二次側制御部２２０は、一次側制御部１１０から取得した最大デューティに応じて、ヒータＲＨ１への電力供給を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチング電源装置及び像加熱装置を備えた画像形成装置に関する。

スイッチング電源装置と像加熱装置を備えた画像形成装置において、商用交流電源から画像形成装置に供給される電流は所定の電流値以下（例えば、１５Ａｒｍｓ以下等）に制限されている。そして、像加熱装置の温度を立ち上げるために、像加熱装置に供給可能な最大電力を演算し、像加熱装置に供給する電力を最大電力以下に制御する方法が用いられている。

特開２００７−１１４４１６号公報特許第３９１９６７０号公報

しかしながら、従来の像加熱装置に供給可能な最大電力を演算する方法では、像加熱装置に供給可能な最大電力を演算するために電流検知回路や電圧検知回路を追加する必要があり、画像形成装置のコストが増加してしまう課題があった。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、電流検知回路や電圧検知回路を追加することなく、像加熱装置に供給可能な最大電力を演算することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明では、以下の構成を備える。

（１）負荷に電力を供給する電源装置を備える画像形成装置であって、記録材に画像形成を行う画像形成部と、交流電源から電力供給され、記録材を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を検知するサーミスタと、を有し、記録材を加熱して、画像を記録材に定着させる像加熱装置と、前記ヒータの温度を制御する第二の制御部と、前記電源装置から前記第二の制御部への情報の伝達を行う伝達手段と、を備え、前記電源装置は、前記交流電源からの交流電圧を整流、平滑して入力電圧を生成する整流平滑手段と、一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、前記入力電圧が印加される前記トランスの前記一次巻線に接続されたスイッチング手段と、前記トランスの前記二次巻線に誘起される出力電圧に応じたフィードバック電圧を出力するフィードバック手段と、前記入力電圧を検知する電圧検知手段と、前記スイッチング手段に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記フィードバック電圧に基づいて、前記スイッチング手段のスイッチングを制御する第一の制御手段と、を有し、前記第一の制御手段は、前記電流検知手段が検知した電流値、及び前記電圧検知手段が検知した電圧値に基づいて算出した前記ヒータに供給可能な電力値の最大デューティを、前記伝達手段を介して前記第二の制御手段に伝達し、前記第二の制御手段は、前記第一の制御手段から取得した前記最大デューティに応じて、前記ヒータへの電力供給を制御することを特徴とする画像形成装置。

（２）負荷に電力を供給する電源装置を備える画像形成装置であって、記録材に画像形成を行う画像形成部と、交流電源から電力供給され、記録材を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を検知するサーミスタと、を有し、記録材を加熱して、画像を記録材に定着させる像加熱装置と、前記ヒータの温度を制御する第二の制御部と、前記電源装置から前記第二の制御部への情報の伝達を行う伝達手段と、を備え、前記電源装置は、前記交流電源からの交流電圧を整流、平滑して入力電圧を生成する整流平滑手段と、一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、前記入力電圧が印加される前記トランスの前記一次巻線に接続されたスイッチング手段と、前記トランスの前記二次巻線に誘起される出力電圧に応じたフィードバック電圧を出力するフィードバック手段と、前記入力電圧を検知する電圧検知手段と、前記フィードバック電圧に基づいて、前記スイッチング手段のスイッチングを制御する第一の制御手段と、を有し、前記第一の制御手段は、前記電圧検知手段が検知した前記入力電圧の電圧情報、及び前記スイッチング手段のスイッチング情報を、前記伝達手段を介して前記第二の制御手段に伝達し、前記第二の制御手段は、前記第一の制御手段から取得した前記電圧情報及び前記スイッチング情報に基づいて前記ヒータに供給可能な電力値の最大デューティを算出し、算出した前記最大デューティに応じて、前記ヒータへの電力供給を制御することを特徴とする画像形成装置。

（３）負荷に電力を供給する電源装置を備える画像形成装置であって、記録材に画像形成を行う画像形成部と、交流電源から電力供給され、記録材を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を検知するサーミスタと、を有し、記録材を加熱して、画像を記録材に定着させる像加熱装置と、前記ヒータの温度を制御する第二の制御部と、前記電源装置から前記第二の制御部への情報の伝達を行う伝達手段と、を備え、前記電源装置は、前記交流電源からの交流電圧を整流、平滑して入力電圧を生成する整流平滑手段と、一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、前記入力電圧が印加される前記トランスの前記一次巻線に接続されたスイッチング手段と、前記トランスの前記二次巻線に誘起される出力電圧に応じたフィードバック電圧を出力するフィードバック手段と、前記補助巻線に誘起した電圧に従い前記入力電圧を検知する電圧検知手段と、前記フィードバック電圧に基づいて、前記スイッチング手段のスイッチングを制御する第一の制御手段と、を有し、前記第一の制御手段は、前記電圧検知手段が検知した前記入力電圧の電圧情報を、前記伝達手段を介して前記第二の制御手段に伝達し、前記第二の制御手段は、前記第一の制御手段から取得した前記電圧情報に基づいて前記ヒータに供給可能な電力値の最大デューティを算出し、算出した前記最大デューティに応じて、前記ヒータへの電力供給を制御することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、電流検知回路や電圧検知回路を追加することなく、像加熱装置に供給可能な最大電力を演算することができる。

実施例１、２、３の画像形成装置の構成を示す概略断面図実施例１のスイッチング電源装置、定着制御回路、及び定着器の回路構成を示す回路図実施例１の定着器への電力供給の制御シーケンスを示すフローチャート実施例２、３のスイッチング電源装置、定着制御回路、及び定着器の回路構成を示す回路図実施例２の定着器への電力供給の制御シーケンスを示すフローチャート実施例３の定着器への電力供給の制御シーケンスを示すフローチャート

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［画像形成装置の構成］
図１は、後述する電源装置を適用可能な、電子写真方式の記録技術を用いた画像形成装置１の構成を示す概略断面図である。画像形成部であるプロセスカートリッジ１５は、帯電ローラ１６、現像ローラ１７、クリーナー１８、及び電子写真感光体である感光ドラム１９を有し、一体的に着脱可能に構成されている。感光ドラム１９は、帯電ローラ１６によって表面を一様に帯電された後、スキャナユニット２１により画像信号に基づいた露光が行われ、感光ドラム１９上に静電潜像が形成される。スキャナユニット２１内のレーザダイオード２２から出射されるレーザ光は、回転する回転多面鏡２３及び反射ミラー２４を経て、感光ドラム１９の表面を走査し、感光ドラム１９の表面上に静電潜像を形成する。感光ドラム１９上の静電潜像は、現像ローラ１７によってトナー像として可視化される。

給紙カセット１１に積載された記録材は、ピックアップローラ１２によって１枚ずつ給紙カセット１１から給紙され、給紙ローラ１３によってレジストレーションローラ１４に搬送される。そして、レジストレーションローラ１４は、予め定められたタイミングで、記録材を転写ローラ２０へと搬送する。感光ドラム１９上のトナー像は、転写ローラ２０によって、記録材に転写される。続いて、トナー像が転写された記録材は、定着器２００に搬送される。像加熱装置である定着器２００では、記録材は加熱処理及び加圧処理が行われ、記録材上の未定着トナー像は記録材に定着される。その後、トナー像が定着された記録材は、中間排出ローラ２６、排出ローラ２７によって画像形成装置１外に排出され、一連のプリント動作が終了する。なお、モータ３０は、定着器２００を含む、画像形成装置１内の各ユニットに駆動力を供給している。

定着器２００では、後述する入力交流電圧が０ボルトとなるゼロクロスタイミングに基づき、双方向サイリスタ（以下、トライアックという）等の半導体スイッチをオン・オフすることにより、交流電源１０から定着器２００に供給される電力が制御される。なお、供給電力の制御は、後述する二次側制御部２２０（図２参照）により行われる。二次側制御部２２０は、不図示のＲＯＭ、ＲＡＭを有している。二次側制御部２２０は、ＲＡＭを作業領域として使用しながら、ＲＯＭに記憶された各種プログラムを実行することにより、定着器の温度が目標温度となるように、電力供給を制御する。また、二次側制御部２２０は、時間の計測手段であるタイマを有している。

電源装置１００は、画像形成装置１が備える電源装置であり、電源ケーブルを介して、外部電源である交流電源１０と接続されている。電源装置１００には、交流電源１０から交流電圧が入力される。電源装置１００は、画像形成装置１における負荷である駆動部としてのモータ３０や、各ユニットに電力を供給する。

［電源装置の構成］
図２は、本実施例のアクティブクランプ方式を用いたスイッチング電源装置である電源装置１００（以下、スイッチング電源装置１００という）、定着器２００、及び画像形成装置１の定着器２００の制御を行う定着制御回路１０２の構成を示す回路図である。図２において、商用交流電源である交流電源１０からの交流電圧は、全波整流手段であるブリッジダイオードＢＤ１で整流された後、平滑手段である平滑用のコンデンサＣ３に蓄積され、入力電圧Ｖｉｎが生成される。なお、平滑用のコンデンサＣ３の電位が低い側をＤＣＬ、電位が高い側をＤＣＨとする。本実施例のスイッチング電源装置１００は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、平滑用のコンデンサＣ３に充電された入力電圧Ｖｉｎから、絶縁型のトランスＴ１を介して、二次側に出力電圧Ｖｏｕｔ（本実施例ではＤＣ２４Ｖとする）を出力する。

スイッチング電源装置１００は、一次側に一次巻線Ｐ１及び補助巻線Ｐ２、二次側に二次巻線Ｓ１を有する絶縁型のトランスＴ１を備えている。トランスＴ１の一次巻線Ｐ１から二次巻線Ｓ１に、後述する電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）１（第一のスイッチング素子）と、ＦＥＴ２（第二のスイッチング素子）のスイッチング動作によってエネルギーを供給する。また、トランスＴ１の補助巻線Ｐ２は、一次巻線Ｐ１に印加された入力電圧Ｖｉｎのフォワード電圧が誘起され、誘起されたフォワード電圧は、ダイオードＤ４及びコンデンサＣ４により整流平滑され、電源電圧Ｖ１として供給される。抵抗Ｒ５は、ＦＥＴ１のドレイン端子−ソース端子間に流れる電流を検知するための電流検知抵抗である。

スイッチング電源装置１００のトランスＴ１の一次側には、トランスＴ１の一次巻線Ｐ１に直列に接続されたＦＥＴ１と、トランスＴ１の一次巻線Ｐ１と並列に接続され、電圧クランプ用のコンデンサＣ２とＦＥＴ２とが直列接続された回路とが設けられている。また、トランスＴ１の一次側には、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２の制御手段として、一次側制御部１１０及びＦＥＴ駆動回路１２０が設けられている。ＦＥＴ１と並列接続された電圧共振用の共振コンデンサ部であるコンデンサＣ１は、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のスイッチオフ時の損失を低減するために設けられている。また、ダイオードＤ１はＦＥＴ１のボディーダイオードであり、ダイオードＤ２はＦＥＴ２のボディーダイオードである。

一方、スイッチング電源装置１００のトランスＴ１の二次側には、トランスＴ１の二次巻線Ｓ１に誘起されるフライバック電圧の整流平滑手段として、ダイオードＤ１１及びコンデンサＣ１１が設けられている。また、トランスＴ１の二次側には、出力電圧Ｖｏｕｔを一次側にフィードバックするフィードバック手段であるフィードバック回路１４０と、一次側制御部１１０のＷＳ端子から出力される信号を二次側制御部２２０に伝える情報伝達回路１６０が設けられている。

（一次側制御部）
一次側制御部１１０のＶＣ端子とＧ端子の間には、後述するＤＣ／ＤＣコンバータ１５０によって生成された電源電圧Ｖ２が供給されている。一次側制御部１１０は、ＦＢ（フィードバック）端子に入力された、フィードバック回路１４０から出力された電圧信号に基づいて、制御信号ＤＳ１（ＦＥＴ１の駆動信号）及び制御信号ＤＳ２（ＦＥＴ２の駆動信号）をＦＥＴ駆動回路１２０に出力する。ＦＥＴ駆動回路１２０は、一次側制御部１１０から出力された制御信号ＤＳ１、ＤＳ２に基づいて、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のオン・オフ制御を行う。

一次側制御部１１０のＶＳ端子には、トランスＴ１の補助巻線Ｐ２に誘起されたフォワード電圧により生成される電源電圧Ｖ１を電圧検知手段である抵抗Ｒ３、Ｒ４で分圧した電圧が入力される。一次側制御部１１０は、ＶＳ端子に入力された電圧に基づいて、平滑用のコンデンサＣ３に充電された入力電圧Ｖｉｎを検知する。本実施例では、ＶＳ端子に入力される電圧に基づいて、交流電源１０から入力される交流電圧を検知しているが、交流電圧を検知する方法は、この方法に限定されるものではない。例えば、平滑用のコンデンサＣ３の電圧Ｖｉｎや、交流電源１０からの電圧が供給されるＬＩＶＥラインとＮＥＵＴＲＡＬラインとの間の入力交流電圧ＡＣｉｎを、抵抗分圧により直接検知する方法により、交流電圧を検知してもよい。

一次側制御部１１０のＩ端子には、電流検知抵抗Ｒ５の両端に生じた電圧を、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ６による積分回路で平均化した電圧が入力される。一次側制御部１１０は、Ｉ端子から入力される電圧に基づいて、ＦＥＴ１のドレイン端子−ソース端子間に流れるドレイン電流の平均値を検知する。一次側制御部１１０は、一次側制御部１１０が一次側で検知した検知情報に基づいてスイッチング電源装置１００の電力値を演算し、演算した電力値に応じたＰＷＭ（パルス幅変調）信号をＷＳ端子に出力し、演算した電力情報を二次側に伝達する。なお、本実施例では、一次側制御部１１０には、発信器などによって生成されたクロック信号で動作する、マイクロコンピュータやＡＳＩＣなどを用いている。

（電源装置の回路動作）
次に、スイッチング電源装置１００の回路動作について説明する。スイッチング電源装置１００では、一次側制御部１１０がＦＥＴ駆動回路１２０を介して、第１スイッチであるＦＥＴ１と第２スイッチであるＦＥＴ２を、デッドタイムを設けて、交互にオン、オフさせる制御を繰り返す。ＦＥＴ１がオン状態の間にトランスＴ１のインダクタンスに流れる電流によって、トランスＴ１からＦＥＴ２又はダイオードＤ２を介して、電圧クランプ用のコンデンサＣ２に充電が行われる。トランスＴ１のインダクタンスによるキックバック電圧は、電圧クランプ用のコンデンサＣ２によって吸収することができるため、ＦＥＴ１のドレイン端子−ソース端子間に印加されるサージ電圧を抑制することができる。そして、電圧クランプ用のコンデンサＣ２の電圧が上昇すると、ダイオードＤ１１が導通状態となり、トランスＴ１の二次巻線Ｓ１を介して、トランスＴ１の二次側に電力が供給される状態になる。電圧クランプ用のコンデンサＣ２とトランスＴ１のインダクタンスとの共振動作によって、コンデンサＣ２からトランスＴ１に電流が流れる状態となる。その後、電圧クランプ用のコンデンサＣ２の電圧が低下すると、ダイオードＤ１１がオフ状態となり、トランスＴ１の二次側に電力が供給されない状態になる。更に、ＦＥＴ２をオン状態で保持することで、電圧クランプ用のコンデンサＣ２からトランスＴ１のインダクタンスに流れる電流が増加する。そして、ＦＥＴ２をオン状態からオフ状態にすることで、トランスＴ１の一次巻線Ｐ１に接続されたコンデンサの容量が、電圧クランプ用のコンデンサＣ２と電圧共振用のコンデンサＣ１の合計容量から、電圧共振用のコンデンサＣ１分だけに減少する。その結果、トランスＴ１のインダクタンスに流れる電流によって、電圧共振用のコンデンサＣ１に充電されていた電荷を平滑用のコンデンサＣ３に回生することができる。回生動作が終了すると、続いてダイオードＤ１が導通した状態となる。ダイオードＤ１が導通した状態で、ＦＥＴ１をオンすることにより、ＦＥＴ１は０ボルトスイッチングを行うことができる。

次に、出力電圧Ｖｏｕｔの制御方法について説明する。スイッチング電源装置１００のトランスＴ１の二次側の出力電圧Ｖｏｕｔの制御は、ＦＥＴ１と、ＦＥＴ２のオン時間の比率により制御される。すなわち、ＦＥＴ２に対する、ＦＥＴ１のオン時間の比率が高くなると、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧が上昇する。ＦＥＴ１と、ＦＥＴ２のオン時間の比率を制御する方法として、本実施例では、一次側制御部１１０は、ＦＥＴ１のオン時間を、フィードバック回路１４０のフィードバック情報であるＦＢ端子に入力される電圧に基づいて可変する。本実施例では、更に、一次側制御部１１０は、入力電圧Ｖｉｎの電圧が大きい場合には、ＦＥＴ１のオン時間を短く制御することで、入力電圧Ｖｉｎによる影響を抑制している。例えば、入力電圧Ｖｉｎが２倍になると、ＦＥＴ１のオン時間が同じでも、２倍の電力がトランスＴ１に供給されてしまうため、一次側制御部１１０はＦＥＴ１のオン時間を補正する制御を行っている。また、一次側制御部１１０は、Ｉ端子から入力される平均電流値Ｉａｖｅが大きい場合には、ＦＥＴ２のオン時間を長くする制御を行っている。これは、ＦＥＴ２のオン時間が短い状態で、平均電流値Ｉａｖｅが大きくなると、ソフトスイッチングが継続できなくなる。そのため、一次側制御部１１０は、平均電流値Ｉａｖｅに応じて、ＦＥＴ２のオン時間を長くする制御を行う。このように一次側制御部１１０は、フィードバック回路１４０のフィードバック情報（ＦＢ端子電圧）と共に、入力電圧Ｖｉｎ及び平均電流値Ｉａｖｅの検知結果に基づいて、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２の制御を行っている。

ＦＥＴ駆動回路１２０は、一次側制御部１１０から出力された制御信号ＤＳ１に基づいてＦＥＴ１のゲート駆動信号ＤＬを、制御信号ＤＳ２に基づいてＦＥＴ２のゲート駆動信号ＤＨを生成する回路である。ＦＥＴ駆動回路１２０のＶＣ端子とＧ端子の間には、電源電圧Ｖ１が供給されている。また、ＦＥＴ２を駆動するため、コンデンサＣ５及びダイオードＤ５で構成されるチャージポンプ回路によって、ＶＨ端子とＧＨ端子の間に電源電圧が供給されている。ＦＥＴ駆動回路１２０は、制御信号ＤＳ１がハイ（Ｈｉｇｈ）レベルになると、ＦＥＴ１のゲート駆動信号ＤＬをハイレベルに設定し、ＦＥＴ１をオン状態にする。同様に、ＦＥＴ駆動回路１２０は、制御信号ＤＳ２がハイレベルになると、ＦＥＴ２のゲート駆動信号ＤＨをハイレベルに設定し、ＦＥＴ２をオン状態にする。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０は、３端子レギュレータ、又は降圧型スイッチング電源であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０のＶＣ端子とＧ端子間に入力された電源電圧Ｖ１から電源電圧Ｖ２を生成し、ＯＵＴ端子に出力する。起動回路１３０は、３端子レギュレータ、又は降圧型スイッチング電源であり、ＶＣ端子とＧ端子間に入力された入力電圧Ｖｉｎから、電源電圧Ｖ１を生成し、ＯＵＴ端子に出力する。起動回路１３０は、補助巻線Ｐ２に誘起された電圧から生成される電源電圧Ｖ１が所定の電圧値以下の場合に動作する回路であり、スイッチング電源装置１００の起動時に電源電圧Ｖ１を供給するために用いる。

（フィードバック回路）
フィードバック回路１４０は、二次側出力電圧Ｖｏｕｔを所定の電圧に制御するため、出力電圧Ｖｏｕｔの情報を一次側に伝達する（フィードバックする）ために用いられる。出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値は、シャントレギュレータＩＣ５のリファレンス端子ＲＥＦに入力される、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧抵抗Ｒ５２、Ｒ５３により分圧した電圧と、基準電圧とに基づいて検知される。そして、二次側出力電圧Ｖｏｕｔの電圧が所定の電圧（ここでは２４Ｖ）より高くなると、シャントレギュレータＩＣ５が導通状態となって、カソード端子Ｋから電流が流れる。すると、プルアップ抵抗Ｒ５１を介してフォトカプラＰＣ５の二次側ダイオードが導通状態となって電流が流れ、フォトカプラＰＣ５の一次側トランジスタがオンする。その結果、コンデンサＣ８から電荷が放電され、一次側制御部１１０のＦＢ端子に入力される電圧（フィードバック電圧）が低下する。一方、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧が２４Ｖより低くなると、シャントレギュレータＩＣ５が非導通状態となって、カソード端子Ｋから電流が流れなくなる。そのため、プルアップ抵抗Ｒ５１を介してフォトカプラＰＣ５の二次側ダイオードに電流が流れなくなり、フォトカプラＰＣ５の一次側トランジスタがオフする。その結果、電源電圧Ｖ２から抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ８に充電電流が流れるため、一次側制御部１１０のＦＢ端子に入力される電圧が上昇する。このように、一次側制御部１１０は、ＦＢ端子に入力される電圧を検知することで、二次側出力電圧Ｖｏｕｔを所定の電圧に制御するフィードバック制御を行っている。

（情報伝達回路）
情報伝達回路１６０は、一次側制御部１１０で演算された一次側の電力情報を、二次側に伝達するための回路である。一次側制御部１１０は、ＷＳ端子から、演算した一次側の電力情報に応じたオン時間が設定されたＰＷＭ（パルス幅変調）信号ＰＳを出力する。抵抗Ｒ６２を介しフォトカプラＰＣ６の一次側ダイオードは、ＰＷＭ信号ＰＳがオン（ハイレベル）の場合には導通状態となり、フォトカプラＰＣ６の二次側のフォトトランジスタもオンし、その結果、ＦＥＴ６はオフ状態となる。一方、ＰＷＭ信号ＰＳがオフ（ローレベル）の場合には、フォトカプラＰＣ６の一次側ダイオードは非導通状態となり、フォトカプラＰＣ６の二次側のフォトトランジスタもオフする。その結果、電源電圧Ｖ２は抵抗Ｒ？６１、Ｒ６３を介し、ＦＥＴ６をオンさせる。抵抗Ｒ６４、Ｒ６５、コンデンサＣ６１は、ＷＳ端子から出力されるＰＷＭ信号ＰＳを電圧変換し、電圧変換された電圧信号であるＤＣ電圧ＰＤは、定着制御回路１０２の二次側制御部２２０に入力される。

（定着制御回路）
次に、定着器２００と定着制御回路１０２について説明する。定着器２００の発熱体ＲＨ１（ヒータともいう）への電力供給は、定着制御回路１０２により制御されている。定着制御回路１０２の抵抗Ｒ９、Ｒ１０は、双方向サイリスタ（以下、トライアックという）Ｑ５を駆動するための抵抗であり、フォトトライアックカプラＳＳＲ１は、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ＳＳＲ１の二次側発光ダイオードを導通状態にすることにより、ＳＳＲ１の一次側フォトトライアックも導通状態となる。これにより、トライアックＱ５も導通状態となる。トライアックＱ５は一旦導通状態となると、交流電源１０から供給される交流電圧が０Ｖになるゼロクロスタイミングで消弧するまで、オン状態（導通状態）を保持する。また、フォトトライアックカプラＳＳＲ１の二次側発光ダイオードは、トランジスタＱ４のオン・オフにより導通状態、非導通状態となる。抵抗Ｒ８はプルアップ抵抗であり、抵抗Ｒ１６、Ｒ１７は、トランジスタＱ４を駆動するための抵抗である。トランジスタＱ４は、二次側制御部２２０から出力されるＤｒｉｖｅ信号に応じて動作し、Ｄｒｉｖｅ信号がハイレベルの場合にはオンし、ローレベルの場合にはオフする。

定着器２００の発熱体ＲＨ１の温度は、サーミスタＴＨ１によって検知される。電源電圧ＶｃをサーミスタＴＨ１及び抵抗Ｒ１１により分圧された電圧が、ＴＨ信号として二次側制御部２２０に入力される。二次側制御部２２０は、入力されたＴＨ信号に基づいて、定着器２００の発熱体ＲＨ１の温度を検知する。二次側制御部２２０は、サーミスタＴＨ１の検知温度と定着器２００の発熱体ＲＨ１の設定温度とに基づいて、例えばＰＩＤ制御により、発熱体ＲＨ１に供給するべき電力Ｄｕｔｙ（制御Ｄｕｔｙともいう）を演算する。更に、二次側制御部２２０は、供給するべき電力Ｄｕｔｙに対応した位相角（位相制御の場合）、又は波数（波数制御の場合）等の制御レベルに換算し、その制御条件に応じて、Ｄｒｉｖｅ信号を出力し、トランジスタＱ４のオン、オフを行う。トランジスタＱ４のオン、オフに応じて、スイッチ部であるトライアックＱ５がオン、オフされる。トライアックＱ５がオンすることにより、交流電源１０と発熱体ＲＨ１が接続状態となって、交流電源１０から発熱体ＲＨ１に電力供給が行われる。一方、トライアックＱ５がオフすることにより、交流電源１０と発熱体ＲＨ１との間は切断状態となり、交流電源１０と発熱体ＲＨ１との接続が遮断される。なお、本実施例では、二次側制御部２２０には、発信器などによって生成されたクロック信号で動作する、マイクロコンピュータやＡＳＩＣなどを用いている。

［二次側制御部による電力制御］
次に、二次側制御部２２０が、情報伝達回路１６０を介して一次側制御部１１０から伝達された一次側で検知した電力情報に基づいて、画像形成装置１全体に供給される電流実効値を所定値以下となるように制御する方法について説明する。まず、一次側制御部１１０が、スイッチング電源装置１００における電力を算出する方法について説明する。一次側制御部１１０は、ＶＳ端子から入力される電圧に基づいて検知した検知情報である入力電圧Ｖｉｎと、Ｉ端子から入力されるＦＥＴ１のドレイン電流の平均電流値Ｉａｖｅとに基づいて、スイッチング電源装置１００での電力を演算する。スイッチング電源装置１００の電力Ｗｄは、次の式（１）により求めることができる。

例えば、一次側制御部１１０が、式（１）で算出したスイッチング電源装置１００の電力情報を二次側制御部２２０に情報伝達回路１６０を介して伝えることで、二次側制御部２２０は、スイッチング電源装置１００の電力情報を把握することができる。これにより、二次側制御部２２０は、スイッチング電源装置１００の電力が大きい場合には、定着器２００に供給可能な電力値を小さくし、スイッチング電源装置１００の電力が小さい場合には、定着器２００に供給可能な電力値を大きくすることができる。その結果、二次側制御部２２０は、画像形成装置１全体に供給される電流実効値を所定値以下になるように制御することができる。

本実施例では、定着器２００への電力供給制御を更に精度よく行うために、一次側制御部１１０からのスイッチング電源装置１００の電力情報に基づいて、画像形成装置１全体に供給される電流実効値を所定値以下にする制御を行う。一次側制御部１１０は、定着器２００への供給可能な電力制限値ＭａｘＤｕｔｙ（最大デューティ）を算出する。ここで、電力制限値ＭａｘＤｕｔｙの算出方法と、電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを二次側制御部２２０に伝達する方法について説明する。

まず、定着器２００へ供給可能な電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを算出する方法について説明する。ここで、定着器２００への供給電力値をＷｔ、画像形成装置１全体に供給される電流の総電流実効値、すなわちスイッチング電源装置１００に供給される電流と、定着器２００へ供給される電流の合成電流の実効値をＩａとする。更に、画像形成装置１全体に供給される電流、電圧波形の力率の下限値をλとすると、総電流実効値Ｉａは、次の式（２）により求めることができる。

総電流実効値Ｉａが所定の上限電流実効値（ここでは、定格電流値の１５Ａとする）になるように、定着器２００への供給電力値Ｗｔの上限電力値Ｗｔｍａｘを、式（２）を変形させた、次の式（３）により算出することができる。

二次側制御部２２０がトライアックＱ５を１００％の通電角（位相制御の場合）で制御した場合、一次側制御部１１０は、発熱体ＲＨ１に供給可能な最大電力値Ｗｔｆｕｌｌは、次のようにして算出することができる。すなわち、一次側制御部１１０で記憶している発熱体ＲＨ１の下限抵抗値をＲｍｉｎとすると、一次側制御部１１０は、次の式（４）により、発熱体ＲＨ１に供給可能な最大電力値Ｗｔｆｕｌｌの推定値を求めることができる。

そして、一次側制御部１１０は、定着器２００への供給可能な電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを、定着電力Ｗｔの上限電力値Ｗｔｍａｘと、最大電力値Ｗｔｆｕｌｌとを用いて、次の式（５）により求めることができる。

このように、一次側制御部１１０は、一次側で検知した複数の検知結果、すなわち入力電圧Ｖｉｎ及び平均電流値Ｉａｖｅから、二次側制御部２２０に伝達する情報を算出する。これにより、一次側制御部１１０は、二次側制御部２２０に伝達する情報を１つ（本実施例では電力制限値ＭａｘＤｕｔｙの情報）に集約することができる。また、本実施例では、一次側制御部１１０が電力制限値ＭａｘＤｕｔｙの算出を行っているため、二次側に伝達する情報を演算する回路を別途設ける必要がなく、二次側制御部２２０に情報を伝達するための情報伝達回路１６０だけを設ければよい。このように、スイッチング電源装置１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御に用いるトランスＴ１の一次側で検知した情報に基づいて、二次側制御部２２０に伝達する情報を算出している。その結果、スイッチング電源装置１００は、二次側制御部２２０に情報を伝達するために、別途、検知回路を設ける必要がないため、回路規模を拡大しなくてもよい。

更に、一次側制御部１１０は、上述した式（１）〜（５）による演算量を低減するため、ＦＥＴ１の平均電流値Ｉａｖｅと、入力電圧Ｖｉｎに基づき、定着器２００への供給可能な電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを取得するための、以下に示す表１を有している。表１は、縦方向は入力電圧Ｖｉｎを示し、横方向は、ＦＥＴ１の平均電流値Ｉａｖｅを示している。また、表１中の数値は、電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを示している。例えば、入力電圧Ｖｉｎが１７０Ｖ（交流電源１０の電圧実効値が１２０Ｖ）、平均電流値Ｉａｖｅが１Ａの場合には、表１により、定着器２００への供給可能な電力制限値ＭａｘＤｕｔｙは、７９％となる。このように、一次側制御部１１０は、表１を参照することにより、上述した式（１）〜（５）の演算結果を簡単に取得することができる。なお、表１に記載のない入力電圧（例えば、Ｖｉｎが１２６Ｖ）やスイッチング電流値（例えば１．２５Ａ）の場合には、線形補間を行うことにより、表１を用いて電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを算出することができる。

次に、一次側制御部１１０から、情報伝達回路１６０を介して、電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを二次側制御部２２０に伝達する方法について説明する。一次側制御部１１０は、ＷＳ端子から、表１を参照して取得した電力制限値ＭａｘＤｕｔｙの値に対応するＤｕｔｙのＰＷＭ信号ＰＳを出力する。ＰＷＭ信号ＰＳがフォトカプラＰＣ６の一次側ダイオードに入力されると、ＰＷＭ信号ＰＳがハイレベルの場合には、一次側ダイオードは導通状態となり、二次側のフォトトランジスタもオンし、その結果、ＦＥＴ６はオフ状態となる。一方、ＰＷＭ信号ＰＳがローレベルの場合には、フォトカプラＰＣ６の一次側ダイオードは非導通状態となり、フォトカプラＰＣ６の二次側のフォトトランジスタもオフし、その結果、ＦＥＴ６はオン状態となる。そして、ＦＥＴ６がオン状態の場合には、電圧信号であるＤＣ電圧ＰＤはローレベルに、ＦＥＴ６がオフ状態の場合には、ＤＣ電圧ＰＤはハイレベルに設定され、二次側制御部２２０に出力される。このように、二次側に伝達されたＰＷＭ信号は、ＦＥＴ６、抵抗Ｒ６４、Ｒ６５、コンデンサＣ６１によって、ＰＷＭ信号ＰＳのＤｕｔｙに比例したＤＣ電圧ＰＤに変換されている。二次側制御部２２０は、ＡＤコンバータを用いて、電圧信号であるＤＣ電圧ＰＤを検知することで、電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを取得することができる。

なお、スイッチング電源装置１００の情報伝達回路１６０は、一つの情報（電力制限値ＭａｘＤｕｔｙ）のみを二次側制御部２２０へ伝達すれば良いため、フォトカプラＰＣ６には応答速度が遅く、安価な部品を用いることができる。

［定着器の電力供給制御］
図３は、一次側制御部１１０からの電力情報に基づく、二次側制御部２２０による定着器２００の電力供給制御の制御シーケンスを示すフローチャートである。図３に示す処理は、定着器２００による記録材への加熱定着処理を行う場合に起動され、一次側制御部１１０と、二次側制御部２２０により実行される。

ステップ（以下、Ｓという）３００では、二次側制御部２２０は、Ｄｒｉｖｅ信号の制御し、発熱体ＲＨ１に交流電源１０から電力供給を開始する。Ｓ３０１では、二次側制御部２２０は、設定された目標温度と、ＴＨ信号として入力されるサーミスタＴＨ１の温度とに基づいて、ＰＩＤ制御を行うときの制御Ｄｕｔｙ（制御デューティ）を算出する。Ｓ３０２では、一次側制御部１１０は、次のようにして、ヒータＲＨ１に供給可能な最大制限値ＭａｘＤｕｔｙを演算する。すなわち、ＶＳ端子に入力される電圧に基づいて検知した、交流電源１０の電圧情報（入力電圧Ｖｉｎの情報）と、ＦＥＴ１のドレイン電流の平均値の検知結果と、一次側制御部１１０に保存された、ヒータＲＨ１の抵抗値情報に基づいて演算される。Ｓ３０３では、一次側制御部１１０は、二次側制御部２２０へ情報伝達回路１６０を介して伝達される電圧信号ＰＤにより、電力制限値ＭａｘＤｕｔｙの情報を送信する。

Ｓ３０４では、二次側制御部２２０は、制御Ｄｕｔｙが電力制限値ＭａｘＤｕｔｙよりも大きいかどうか判断する。二次側制御部２２０は、制御Ｄｕｔｙが電力制限値ＭａｘＤｕｔｙよりも大きいと判断した場合には、処理をＳ３０５に進める。一方、二次側制御部２２０は、制御Ｄｕｔｙが電力制限値ＭａｘＤｕｔｙ以下（最大デューティ以下）であると判断した場合には、処理をＳ３０６に進める。Ｓ３０５では、二次側制御部２２０は、電力制限値ＭａｘＤｕｔｙで、ヒータＲＨ１を制御する。すなわち、二次側制御部２２０は、電力制限値ＭａｘＤｕｔｙで、ヒータＲＨ１に交流電源１０から電力が供給されるように、Ｄｒｉｖｅ信号を制御する。Ｓ３０６では、二次側制御部２２０は、制御Ｄｕｔｙで、ヒータＲＨ１を制御する。すなわち、二次側制御部２２０は、制御Ｄｕｔｙで、ヒータＲＨ１に交流電源１０から電力が供給されるように、Ｄｒｉｖｅ信号を制御する。

Ｓ３０７では、二次側制御部２２０は、定着器２００での記録材の加熱定着のための温度制御が終了したかどうか判断し、温度制御が終了したと判断した場合には処理をＳ３０８に進め、温度制御が終了していないと判断した場合には、処理をＳ３０１に戻す。Ｓ３０８では、二次側制御部２２０は、Ｄｒｉｖｅ信号をローレベルに設定して、発熱体ＲＨ１への電力供給を停止し、処理を終了する。

以上説明したように、本実施例のスイッチング電源装置１００は、次のような特徴を有している。すなわち、一次側制御部１１０は、スイッチング電源装置１００の制御に利用するために、一次側で検知した複数の検知結果（入力ＡＣ電圧の情報と、ＦＥＴ１の電流情報）に基づいて、二次側に伝達する情報（電力制限値ＭａｘＤｕｔｙ）を演算している。そのため、電流検知回路や電圧検知回路を追加する必要がない。また、一次側制御部１１０は、二次側に伝達する情報を１つの情報（電力制限値ＭａｘＤｕｔｙ）に集約させているため、二次側制御部２２０には１つの情報のみを伝達すればよく、速度の遅い情報伝達回路を用いることができる。更に、本実施例では、スイッチング電源装置１００の一次側制御部１１０に、電力演算機能と二次側に情報を伝達する機能を有する制御部（マイコン、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ）を用いているため、電力値の演算や、情報の伝達を行う専用の回路を設ける必要がない。

以上説明したように、本実施例によれば、電流検知回路や電圧検知回路を追加することなく、像加熱装置に供給可能な最大電力を演算することができる。スイッチング電源装置を制御する一次側制御部が、スイッチング電源装置の制御に用いる情報を、像加熱装置を制御する二次側制御部に伝達することにより、電流検知回路や電圧検知回路を追加することなく、像加熱装置に供給可能な最大電力を演算できる。

実施例１では、スイッチング電源装置の一次側制御部から、ヒータの電力を制御する二次側制御部へ、ヒータへ供給する電力の制限値を伝達する実施例について説明した。実施例２では、スイッチング電源装置の一次側制御部から、二次側制御部へ複数の情報を伝達し、二次側制御部がヒータへ供給する電力の制限値を演算する実施例について説明する。

［電源装置の構成］
図４は、本実施例のフライバック方式を用いたスイッチング電源装置である電源装置３００（以下、スイッチング電源装置３００という）、定着器４００、及び画像形成装置１の定着器４００の制御を行う定着制御回路１０２の回路構成を示す回路図である。スイッチング電源装置３００は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、入力電圧Ｖｉｎを平滑用のコンデンサＣ３に充電された入力電圧Ｖｉｎから、トランスＴ１を介して絶縁された二次側に出力電圧Ｖｏｕｔを生成し、出力する。スイッチング電源装置３００のトランスＴ１の一次側には、トランスＴ１の一次巻線Ｐ１に直列に接続されたＦＥＴ１と、トランスＴ１の一次巻線Ｐ１と並列に接続されたスパークキラーＳＫ１と、ＦＥＴ１の制御手段である一次側制御部３１０を有している。スパークキラーＳＫ１は、ＦＥＴ１のオフ時に発生するサージ電圧を吸収するための素子である。スイッチング電源装置３００では、実施例１のスイッチング電源装置１００のＦＥＴ２、及び電圧クランプ用のコンデンサＣ２を用いたアクティブクランプ回路の代わりに、スパークキラーＳＫ１を用いた構成となっている。

一次側制御部３１０は、ＦＢ端子に入力された、フィードバック回路１４０から出力された電圧信号に基づいて、制御信号Ｄ１（ＦＥＴ１の駆動信号）をＦＥＴ駆動回路１２０に出力する。ＦＥＴ駆動回路１２０は、一次側制御部３１０から出力された制御信号Ｄ１に基づいて、ＦＥＴ１のオン・オフ制御を行う。本実施例のスイッチング電源装置３００も、実施例１と同様に、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御によってＦＥＴ１を制御している。なお、本実施例では、一次側制御部３１０は、ＦＥＴ１をオン、オフする周期を固定周期とし、ＦＢ端子に入力される端子電圧に基づいて、ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙを制御している。

また、一次側制御部３１０は、ＶＳ端子で検知した電圧に基づき、交流電源１０の電圧異常の状態を判断している。交流電源１０の電圧が異常に低い場合に、スイッチング電源装置３００のスイッチング動作を継続すると、スイッチング電源装置３００が故障するおそれがある。そのため、ＶＳ端子で検知した情報に基づき、交流電源１０の電圧が異常に低い場合には、ＦＥＴ１のスイッチング動作を停止することで、スイッチング電源装置３００の保護を行っている。

スイッチング電源装置３００には、一次側制御部３１０のＷＳ端子から出力される、ＵＡＲＴ等のシリアル通信信号を二次側制御部２２０に伝える情報伝達回路３６０が設けられている。本実施例の情報伝達回路３６０は、実施例１の図２に示す情報伝達回路１６０から、ＦＥＴ６、抵抗Ｒ６４、Ｒ６５、コンデンサＣ６１により構成された電圧変換回路を削除した回路構成となっている。そして、一次側制御部３１０のＷＳ端子から出力されたシリアル通信信号ＰＳは、電圧信号ＰＴに変換されて、定着制御回路１０２の二次側制御部２２０に出力される。スイッチング電源装置３００では、情報伝達回路３６０は複数の情報を二次側制御部２２０へ伝達する必要があるため、シリアル通信が可能な構成となっている。

図４に示す定着器４００は、発熱体（ヒータ）ＲＨ１の抵抗値情報が格納された記憶部である不揮発性メモリＭＭが搭載されている点が、実施例１の図２に示す定着器２００と異なっている。なお、不揮発性メモリＭＭへの発熱体ＲＨ１の抵抗値情報の書き込みは、工場出荷時に行われる。そのため、定着制御回路１０２の二次側制御部２２０は、不揮発性メモリＭＭより、発熱体ＲＨ１の抵抗値情報を取得することができる。上述した実施例１では、発熱体ＲＨ１に供給可能な最大電力値Ｗｔｆｕｌｌを求める際に、一次側制御部１１０で記憶している発熱体ＲＨ１の抵抗下限値Ｒｍｉｎを用いて、最大電力値Ｗｔｆｕｌｌの推定値を求めていた。本実施例では、定着器４００の製造時に不揮発性メモリＭＭに格納された発熱体ＲＨ１の抵抗値情報を参照することにより、より正確な最大電力値Ｗｔｆｕｌｌを求めることができる。なお、定着器４００に格納された発熱体ＲＨ１の抵抗値情報を参照する方法は、一次側制御部１１０と不揮発性メモリＭＭを通信可能にすることで、実施例１のスイッチング電源装置１００にも適用することができる。

図４に示すスイッチング電源装置３００、定着制御回路１０２、定着器４００では、実施例１の図２に示すスイッチング電源装置１００、定着制御回路１０２、定着器２００と同じ回路構成には同じ符号を用いることとし、ここでの説明は省略する。

［二次側制御部による電力制御］
次に、二次側制御部２２０が、一次側制御部３１０が一次側で検知した情報と、二次側制御部２２０が二次側で取得した情報に基づいて、画像形成装置１全体に供給される電流実効値を所定値以下となるように制御する方法について説明する。まず、スイッチング電源装置３００における電力を算出する方法について説明する。本実施例では、一次側制御部３１０は、ＶＳ端子に入力される電圧に基づいて検知した入力電圧Ｖｉｎと、スイッチング電源装置３００の制御状態に基づいて、スイッチング電源装置３００の電力を算出する。ここで、スイッチング電源装置３００の制御状態とは、本実施例ではＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙを指している。そして、スイッチング電源装置３００の電力Ｗｄ２は、電流不連続モードで動作している場合には、次の式（６）で求めることができる。

なお、式（６）において、ｆは、スイッチング電源装置３００のＦＥＴ１の制御周波数（スイッチング周波数）であり、ＬはトランスＴ１のインダクタンスを示している。

スイッチング電源装置３００のＦＥＴ１のスイッチング周波数である制御周波数ｆは、ＦＥＴ１のオン、オフの周期が固定周期であるため、固定値（固定周波数）であり、ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙは一次側制御部３１０により制御される値である。そのため、ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙを検知する回路を別途、設ける必要がない。また、実施例１の場合には、スイッチング電源装置１００の電力Ｗｄを式（１）により算出する場合に、入力電圧Ｖｉｎと、ＦＥＴ１のドレイン電流の平均電流値Ｉａｖｅを用いていた。一方、実施例２では、スイッチング電源装置１００の電力Ｗｄ２を算出する場合に、平均電流値Ｉａｖｅを用いる必要がないため、電流値を検知するのに必要な回路を設ける必要がない。本実施例のスイッチング電源装置３００は、ＦＥＴ１の制御周波数ｆ及びオン時間と、入力電圧Ｖｉｎがわかれば、スイッチング電源装置３００の電力を算出できる。式（６）では、制御周波数ｆが固定値のため、ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙからＦＥＴ１のオン時間を算出することで、スイッチング電源装置３００の電力を演算している。なお、ＦＥＴ１のオン時間は、ＦＥＴ１のオフ時間と制御周波数ｆから算出できるため、二次側制御部２２０に送信する情報は、ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙの代わりに、ＦＥＴ１のオン時間、ＦＥＴ１のオフ時間のいずれでも良い。

このように、スイッチング電源装置３００の制御状態には、制御周波数ｆ（制御周波数が可変の電源の場合）、ＦＥＴ１のオン時間、ＦＥＴ１のオフ時間、ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙを用いることができる。そこで、本実施例では一次側制御部３１０から入力電圧Ｖｉｎの情報とＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙ情報（デューティ情報）とを二次側制御部２２０に伝達し、式（６）によるスイッチング電源装置３００の電力の算出は、二次側制御部２２０が行っている。なお、二次側制御部２２０の不図示のメモリには、ＦＥＴ１の制御周波数ｆ、及びトランスＴ１のインダクタンスの値Ｌが予め記憶されているものとする。

次に、一次側制御部３１０から、情報伝達回路３６０を介して、入力電圧Ｖｉｎの情報と、ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙの情報を二次側制御部２２０に伝達する方法について説明する。一次側制御部３１０は、ＷＳ端子から、入力電圧Ｖｉｎの情報と、ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙの情報と、に対応するシリアル通信信号ＰＳを出力する。シリアル通信信号ＰＳがフォトカプラＰＣ６の一次側ダイオードに入力されると、信号ＰＳがハイレベルの場合には、一次側ダイオードは導通状態となり、二次側のフォトトランジスタもオンし、その結果、電圧信号であるＤＣ電圧ＰＴは、ローレベルとなる。一方、シリアル通信信号ＰＳがローレベルの場合には、フォトカプラＰＣ６の一次側ダイオードは非導通状態となり、フォトカプラＰＣ６の二次側のフォトトランジスタもオフし、その結果、ＤＣ電圧ＰＴは、ハイレベルとなる。このように、二次側制御部２２０には、シリアル通信信号ＰＳがハイレベルの場合にはローレベルのＤＣ電圧ＰＴが入力され、シリアル通信信号ＰＳがローレベルの場合にはハイレベルのＤＣ電圧ＰＴが入力される。なお、一次側制御部３１０が二次側制御部２２０に入力電圧Ｖｉｎの情報を伝達する際には、入力電圧Ｖｉｎの情報に先立ち、情報送信するためのＩＤ情報を送信する。そして、続けて、入力電圧Ｖｉｎの情報を送信するものとする。

同様に、一次側制御部３１０が二次側制御部２２０にＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙの情報を伝達する際には、ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙの情報に先立ち、情報送信するためのＩＤ情報を送信する。そして、続けて、ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙを送信するものとする。また、信号ＰＳの信号周期は、予め決められているものとする。なお、１つの情報伝達回路を介して、複数の情報を伝達する方法としては、シリアル通信以外にも、例えば周波数重畳などの他の手段を用いてもよい。本実施例では、スイッチング電源装置３００の一次側制御部３１０に、マイクロコンピュータやＡＳＩＣなどを用いているため、複数の情報を伝達するための回路を別途設ける必要がない。そのため、スイッチング電源装置３００の回路規模やコストを低減できる。

次に、二次側制御部２２０が画像形成装置１全体に供給される電流実効値を所定値以下になるように制御する方法について説明する。本実施例では、二次側制御部２２０が不揮発性メモリＭＭから取得した発熱体ＲＨ１の抵抗値情報に基づいて、発熱体ＲＨ１の製造ばらつきの影響を受けずに、最大電力値Ｗｔｆｕｌｌを演算することができる。二次側制御部２２０がトライアックＱ５を１００％の通電角（位相制御の場合）で制御した場合、本実施例での発熱体ＲＨ１に供給可能な最大電力値をＷｔ２ｆｕｌｌ、不揮発性メモリＭＭで記憶している発熱体ＲＨ１の抵抗値をＲｍとする。最大電力値Ｗｔ２ｆｕｌｌは、次の式（７）により算出することができる。

実施例１で説明したように、定着器２００への供給可能な電力制限値ＭａｘＤｕｔｙは、定着電力Ｗｔの上限電力値Ｗｔｍａｘと、最大電力値Ｗｔｆｕｌｌとを用いて、式（５）により求めることができる。そこで、式（５）を用いて、本実施例の定着電力Ｗｔの上限電力値Ｗｔ２ｍａｘを算出することとする。上限電力値Ｗｔ２ｍａｘは、実施例１で説明した式（３）を用いて算出することができる。すなわち、式（３）において、入力電圧Ｖｉｎは、一次側制御部３１０から伝達された入力電圧Ｖｉｎの情報を使用する。また、総電流実効値Ｉａには、定格電流値である１５Ａ（アンペア）を代入する。更に、電圧波形の力率の下限値λは、予め二次側制御部２２０に設定されている値を使用するものとする。そして、電力Ｗｄには、上述した式（６）により算出したスイッチング電源装置３００の電力Ｗｄ２を用いることにより、実施例２の定着電力Ｗｔの上限電力値Ｗｔ２ｍａｘを算出することができる。その結果、式（５）に、式（７）で算出した最大電力値Ｗｔ２ｆｕｌｌと、式（３）により算出した上限電力値Ｗｔ２ｍａｘを代入することにより、本実施例の定着電力Ｗｔの電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを算出することができる。このように、一次側制御部３１０から取得した情報に加え、二次側制御部２２０が二次側で取得した発熱体ＲＨ１の抵抗値情報を用いることで、精度よく、定着器４００への供給可能な電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを演算することができる。

［定着器の電力供給制御］
図５は、一次側制御部３１０からの情報に基づく、二次側制御部２２０による定着器４００の電力供給制御の制御シーケンスを示すフローチャートである。図５に示す処理は、定着器４００による記録材への加熱定着処理を行う場合に起動され、一次側制御部３１０及び、二次側制御部２２０により実行される。

Ｓ３００、Ｓ３０１の処理は、実施例１の図３のＳ３００、Ｓ３０１の処理と同様であり、ここでの説明を省略する。Ｓ７０１では一次側制御部３１０はＶＳ端子に入力される電圧に基づいて検知した交流電源１０の電圧情報（入力電圧Ｖｉｎの情報）と、スイッチング情報（ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙの情報）を、情報伝達回路３６０を介して二次側制御部２２０へ送信する。Ｓ７０２では、二次側制御部２２０は、定着器４００の不揮発メモリＭＭより発熱体ＲＨ１の抵抗値情報を取得する。Ｓ７０３では、二次側制御部２２０は、交流電源１０の電圧情報（入力電圧Ｖｉｎの情報）と、スイッチング情報（ＦＥＴ１のオン時間のＤｕｔｙの情報）と、発熱体ＲＨ１の抵抗値情報に基づいて、電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを演算する。Ｓ３０４〜Ｓ３０８の処理は、実施例１の図３のＳ３０４〜Ｓ３０８の処理と同様であり、ここでの説明を省略する。

以上説明したように、本実施例の画像形成装置１は次のような特徴を有している。すなわち、一次側制御部３１０は、電源電圧Ｖ１を供給する補助巻線Ｐ２の出力電圧を利用して、交流電源１０の電圧情報を検知しており、ヒータの制御を行うために、専用の電圧検知回路を追加する必要がない。また、一次側制御部３１０のＶＳ端子は、交流電源１０の電圧が異常に低下した場合の保護を行うために用いており、ヒータの制御を行うために、一次側制御部３１０に電圧検知用の端子を追加する必要がない。また、一次側制御部３１０がＦＥＴ１の制御を行っているため、ＦＥＴ１のスイッチング情報（周期、オン時間、オフ時間、オンＤｕｔｙなど）を検出するための回路を追加する必要はない。そのため、一次側制御部３１０が、交流電源１０の電圧情報と、ＦＥＴ１のスイッチング情報を、二次側制御部２２０に伝達する。これにより、電流検知回路や、電圧検知回路を追加することなく二次側制御部２２０は、定着器４００への供給可能な電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを演算できる。

実施例２では、交流電源１０の電圧情報と、ＦＥＴ１のスイッチング情報を、二次側制御部２２０に伝達するスイッチング電源装置３００について説明した。実施例３では、同じくスイッチング電源装置３００を用いており、ＦＥＴ１のスイッチング情報の代わりに、スイッチング電源装置３００の定格出力の情報を利用する実施例について説明する。

図６に示す処理は、定着器４００による記録材への加熱定着処理を行う場合に起動され、一次側制御部３１０及び、二次側制御部２２０により実行される。Ｓ３００、Ｓ３０１の処理は、実施例１の図３のＳ３００、Ｓ３０１の処理と同様であり、ここでの説明を省略する。

Ｓ８０１では、一次側制御部３１０はＶＳ端子に入力される電圧に基づいて検知した、交流電源１０の電圧情報を、情報伝達回路３６０を介して、二次側制御部２２０へ送信する。実施例３の情報伝達回路３６０は、一つの情報（入力ＡＣ電圧の情報）のみ二次側制御部２２０へ伝達すれば良いため、フォトカプラＰＣ６には応答速度が遅い安価な部品を用いることができる。例えば、情報伝達回路３６０の代わりに、実施例１の情報伝達回路１６０と同じ情報伝達回路を用いても良い。Ｓ７０２は、図５のＳ７０２と同様の処理のため説明を省略する。

Ｓ８０３では、二次側制御部２２０は、次に示す情報に基づいて、電力制限値ＭａｘＤｕｔｙを演算する。その情報とは、入力ＡＣ電圧の情報（入力電圧Ｖｉｎの情報）と、スイッチング電源装置３００の定格出力情報（画像形成装置１のプリント時に消費する電力情報であり、Ｗｄ２ｍａｘとする）と、発熱体ＲＨ１の抵抗値情報である。なお、スイッチング電源装置３００の定格出力情報Ｗｄ２ｍａｘは、二次側制御部２２０の不図示のメモリに記憶された固定値であり、実施例２の式（６）で演算したスイッチング電源装置３００の電力Ｗｄ２の計算式を以下の式（８）に置き換えることができる。

Ｓ３０４〜Ｓ３０８の処理は、実施例１の図３のＳ３０４〜Ｓ３０８の処理と同様であり、ここでの説明を省略する。

以上説明したように、本実施例の画像形成装置１は次のような特徴を有している。つまり、一次側制御部３１０から二次側制御部２２０へ情報伝達する情報は、スイッチング電源装置３００の制御に利用するために検知した情報であり、ヒータの制御を行うために、別途検知回路などを設ける必要がない。

１１０一次側制御部
１６０情報伝達回路
２００定着器
２２０二次側制御部
Ｃ６コンデンサ
Ｒ３、Ｒ４、Ｒ６抵抗
ＲＨ１ヒータ（発熱体）

Claims

負荷に電力を供給する電源装置を備える画像形成装置であって、
記録材に画像形成を行う画像形成部と、
交流電源から電力供給され、記録材を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を検知するサーミスタと、を有し、記録材を加熱して、画像を記録材に定着させる像加熱装置と、
前記ヒータの温度を制御する第二の制御部と、
前記電源装置から前記第二の制御部への情報の伝達を行う伝達手段と、
を備え、
前記電源装置は、
前記交流電源からの交流電圧を整流、平滑して入力電圧を生成する整流平滑手段と、
一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、
前記入力電圧が印加される前記トランスの前記一次巻線に接続されたスイッチング手段と、
前記トランスの前記二次巻線に誘起される出力電圧に応じたフィードバック電圧を出力するフィードバック手段と、
前記入力電圧を検知する電圧検知手段と、
前記スイッチング手段に流れる電流を検知する電流検知手段と、
前記フィードバック電圧に基づいて、前記スイッチング手段のスイッチングを制御する第一の制御手段と、
を有し、
前記第一の制御手段は、前記電流検知手段が検知した電流値、及び前記電圧検知手段が検知した電圧値に基づいて算出した前記ヒータに供給可能な電力値の最大デューティを、前記伝達手段を介して前記第二の制御手段に伝達し、
前記第二の制御手段は、前記第一の制御手段から取得した前記最大デューティに応じて、前記ヒータへの電力供給を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記スイッチング手段は、前記トランスの前記一次巻線に直列に接続された第一のスイッチング素子と、前記トランスの前記一次巻線に並列に接続された第二のスイッチング素子と、前記第二のスイッチング素子に直列に接続され、前記第二のスイッチング素子とともに前記トランスの前記一次巻線に並列に接続されたコンデンサと、を有し、
前記第一の制御手段は、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子をともにオフさせるデッドタイムを挟んで前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子を交互にオン又はオフさせるスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記電流検知手段は、前記第一のスイッチング素子に流れる電流を検知し、検知した電流の平均電流値を出力することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記第一の制御手段は、前記最大デューティを、前記ヒータへ供給可能な電力値と前記ヒータが消費する最大電力値とに基づいて算出することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
前記第一の制御手段は、前記ヒータへ供給可能な電力値を、前記交流電源から供給可能な最大の電力値と、前記電源装置が消費する電力値とに基づいて算出し、
前記電源装置が消費する電力値を、前記電圧検知手段が検知した前記入力電圧と前記電流検知手段が検知した前記平均電流値とに基づいて算出することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
前記第一の制御手段は、前記ヒータが消費する最大電力値を、前記電圧検知手段が検知した前記入力電圧と前記ヒータの抵抗値とに基づいて算出することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
前記第一の制御手段は、情報を記憶する記憶部を有し、
前記ヒータの抵抗値は、前記記憶部に記憶されていることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
負荷に電力を供給する電源装置を備える画像形成装置であって、
記録材に画像形成を行う画像形成部と、
交流電源から電力供給され、記録材を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を検知するサーミスタと、を有し、記録材を加熱して、画像を記録材に定着させる像加熱装置と、
前記ヒータの温度を制御する第二の制御部と、
前記電源装置から前記第二の制御部への情報の伝達を行う伝達手段と、
を備え、
前記電源装置は、
前記交流電源からの交流電圧を整流、平滑して入力電圧を生成する整流平滑手段と、
一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、
前記入力電圧が印加される前記トランスの前記一次巻線に接続されたスイッチング手段と、
前記トランスの前記二次巻線に誘起される出力電圧に応じたフィードバック電圧を出力するフィードバック手段と、
前記入力電圧を検知する電圧検知手段と、
前記フィードバック電圧に基づいて、前記スイッチング手段のスイッチングを制御する第一の制御手段と、
を有し、
前記第一の制御手段は、前記電圧検知手段が検知した前記入力電圧の電圧情報、及び前記スイッチング手段のスイッチング情報を、前記伝達手段を介して前記第二の制御手段に伝達し、
前記第二の制御手段は、前記第一の制御手段から取得した前記電圧情報及び前記スイッチング情報に基づいて前記ヒータに供給可能な電力値の最大デューティを算出し、算出した前記最大デューティに応じて、前記ヒータへの電力供給を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記スイッチング手段は、前記トランスの前記一次巻線に直列に接続された第一のスイッチング素子と、前記トランスの前記一次巻線に並列に接続され、前記第一のスイッチング素子のオフ時に発生するサージ電圧を吸収するための素子と、を有し、
前記第一の制御手段は、前記第一のスイッチング素子を所定の周波数でオン又はオフさせるスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
前記スイッチング情報は、前記第一のスイッチング素子がオンしている時間のデューティ情報であることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
前記第二の制御部は、前記ヒータに供給可能な電力値の最大デューティを、前記ヒータへ供給可能な電力値と前記ヒータが消費する最大電力値とに基づいて算出することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
前記像加熱装置は、前記ヒータの抵抗値を記憶した記憶部を有し、
前記第二の制御部は、前記ヒータが消費する最大電力値を、前記記憶部から取得した前記ヒータの抵抗値と前記第一の制御部より取得した前記入力電圧とに基づいて算出することを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
前記第二の制御部は、前記ヒータへ供給可能な電力値を、前記交流電源から供給可能な最大電力値と前記電源装置が消費する電力値とに基づいて算出し、
前記電源装置が消費する電力値を、前記第一の制御手段より取得した前記入力電圧と、前記第一のスイッチング素子がオンしている時間のデューティ情報と、前記第一のスイッチング素子がスイッチングされる前記所定の周波数と、に基づいて算出することを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
負荷に電力を供給する電源装置を備える画像形成装置であって、
記録材に画像形成を行う画像形成部と、
交流電源から電力供給され、記録材を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を検知するサーミスタと、を有し、記録材を加熱して、画像を記録材に定着させる像加熱装置と、
前記ヒータの温度を制御する第二の制御部と、
前記電源装置から前記第二の制御部への情報の伝達を行う伝達手段と、
を備え、
前記電源装置は、
前記交流電源からの交流電圧を整流、平滑して入力電圧を生成する整流平滑手段と、
一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、
前記入力電圧が印加される前記トランスの前記一次巻線に接続されたスイッチング手段と、
前記トランスの前記二次巻線に誘起される出力電圧に応じたフィードバック電圧を出力するフィードバック手段と、
前記補助巻線に誘起した電圧に従い前記入力電圧を検知する電圧検知手段と、
前記フィードバック電圧に基づいて、前記スイッチング手段のスイッチングを制御する第一の制御手段と、
を有し、
前記第一の制御手段は、前記電圧検知手段が検知した前記入力電圧の電圧情報を、前記伝達手段を介して前記第二の制御手段に伝達し、
前記第二の制御手段は、前記第一の制御手段から取得した前記電圧情報に基づいて前記ヒータに供給可能な電力値の最大デューティを算出し、算出した前記最大デューティに応じて、前記ヒータへの電力供給を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記スイッチング手段は、前記トランスの前記一次巻線に直列に接続された第一のスイッチング素子と、前記トランスの前記一次巻線に並列に接続され、前記第一のスイッチング素子のオフ時に発生するサージ電圧を吸収するための素子と、を有し、
前記第一の制御手段は、前記第一のスイッチング素子を所定の周波数でオン又はオフさせるスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。
前記第二の制御手段は、前記最大デューティを、前記第一の制御手段から取得した前記電圧情報、前記ヒータの抵抗値、及び前記電源装置の定格出力情報に基づいて算出することを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
前記像加熱装置は、前記ヒータの抵抗値を記憶した記憶部を有し、
前記第二の制御部は、前記ヒータの抵抗値を前記記憶部から取得することを特徴とする請求項１６に記載の画像形成装置。
前記第二の制御部は、前記電源装置の定格出力情報を記憶した記憶部を有し、
前記電源装置の定格出力情報は、前記画像形成装置が記録材に画像形成を行っているときに前記電源装置が消費する電力値であることを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。
前記電圧検知手段は、前記トランスの前記補助巻線に誘起される電圧に基づいて、前記入力電圧を検知することを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記伝達手段は、ダイオードとフォトトランジスタとを有するフォトカプラであり、前記ダイオードは前記第一の制御手段と接続され、前記フォトトランジスタは前記第二の制御手段と接続されていることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記第二の制御部は、前記サーミスタにより検知された前記ヒータの温度と前記ヒータの目標温度とに基づいて前記ヒータへ供給する電力値の制御デューティを算出し、前記制御デューティが前記最大デューティよりも大きい場合には、前記最大デューティに応じて前記ヒータへの電力供給を制御し、前記制御デューティが前記最大デューティ以下の場合には、前記制御デューティに応じて前記ヒータへの電力供給を制御することを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記交流電源から前記ヒータへ電力供給を行う接続状態と、前記交流電源から前記ヒータへの電力供給を遮断する切断状態とを切り替えるスイッチ部を備え、
前記第二の制御部は、前記スイッチ部を接続状態又は切断状態に切り替えることにより、前記ヒータの温度を制御することを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記スイッチ部は、双方向サイリスタであることを特徴とする請求項２２に記載の画像形成装置。