JP2023160288A

JP2023160288A - 画像形成装置

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Publication number: JP2023160288A
Application number: JP2022070535A
Authority: JP
Inventors: 悠二藤原; Yuji Fujiwara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2022-04-22
Filing date: 2022-04-22
Publication date: 2023-11-02
Also published as: US20230341797A1; EP4266129A1

Abstract

【課題】高調波、フリッカ、温度リップルを抑制することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】制御部によって制御される、第１発熱グループと第２発熱グループに流れる電流の波形パターンは、一制御周期の期間における少なくとも一つの同じ位相で互いに異なる波形パターンであり、一制御周期の期間において、第１発熱グループの位相制御の期間と第２発熱グループの位相制御の期間が重なる割合が５０％以下である。【選択図】図６

Description

本発明は電子写真方式を利用したプリンタ、複写機等の画像形成装置に関する。

画像形成装置に搭載されている定着部に商用交流電源から流れる電流から発生する高調波の低減やフリッカの軽減の両立を行うために、発熱体に流れる電流の波形パターンを制御することが行われている。特許文献１では、商用周波数１半波の整数倍の制御周期のうちの少なくとも１半波分に位相制御を採用するとともに、残りの各半波について全通電または非通電とする波数制御を採用する制御が提案されている。

特開２００３－１２３９４１号公報

特許文献１の画像形成装置は、定着部に発熱体が一つしかない画像形成装置における高調波対策を示したものである。

本発明は、各々が異なるスイッチ素子で駆動される少なくとも二つの発熱体又は少なくとも三つの発熱体を有する定着部で且つ各発熱体の合成抵抗が異なる場合の高調波対策、フリッカ対策、温度リップル対策として有効な波形パターンを提供するものである。

上述の課題を解決するための本発明は、記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、記録材に形成されたトナー画像を記録材に加熱定着する定着部であって、交流電源から供給される電力により発熱する少なくとも三つの発熱グループを有するヒータ、を有する定着部と、前記交流電源から前記少なくとも三つの発熱グループ夫々への電力供給路に夫々設けられている少なくとも三つのスイッチ素子と、前記少なくとも三つのスイッチ素子を制御することにより前記少なくとも三つの発熱グループに供給する電力を夫々制御する制御部であって、前記交流電源の交流の連続する複数周期を一制御周期として、前記一制御周期毎に電力を制御する制御部と、を有し、前記定着部の長手方向における前記ヒータの発熱分布を切り替えられる画像形成装置において、前記少なくとも三つの発熱グループの夫々の合成抵抗のうち、前記少なくとも三つのスイッチ素子の内の第１スイッチ素子が繋がっている第１発熱グループの合成抵抗が最も小さく、前記少なくとも三つのスイッチ素子の内の第２スイッチ素子が繋がっている第２発熱グループの合成抵抗が二番目に小さくなっており、前記制御部によって制御される、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンは、前記一制御周期の期間における少なくとも一つの同じ位相で互いに異なる波形パターンであり、前記一制御周期の期間において、前記第１発熱グループの位相制御の期間と前記第２発熱グループの位相制御の期間が重なる割合が５０％以下であることを特徴とする。

また、本発明は、記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、記録材に形成されたトナー画像を記録材に加熱定着する定着部であって、交流電源から供給される電力により発熱する少なくとも二つの発熱グループを有するヒータ、を有する定着部と、前記交流電源から前記少なくとも二つの発熱グループ夫々への電力供給路に夫々設けられている少なくとも二つのスイッチ素子と、前記少なくとも二つのスイッチ素子を制御することにより前記少なくとも二つの発熱グループに供給する電力を夫々制御する制御部であって、前記交流電源の交流の連続する複数周期を一制御周期として、前記一制御周期毎に電力を制御する制御部と、を有し、前記定着部の長手方向における前記ヒータの発熱分布を切り替えられる画像形成装置において、前記少なくとも二つの発熱グループの夫々の合成抵抗のうち、前記少なくとも二つのスイッチ素子の内の第１スイッチ素子が繋がっている第１発熱グループの合成抵抗が最も小さく、前記少なくとも三つのスイッチ素子の内の第２スイッチ素子が繋がっている第２発熱グループの合成抵抗が二番目に小さくなっており、前記制御部によって制御される、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンは、前記一制御周期の期間における少なくとも一つの同じ位相で互いに異なる波形パターンであり、前記一制御周期の期間において、前記第１発熱グループの位相制御の期間と前記第２発熱グループの位相制御の期間が重なる割合が５０％以下であり、前記第１発熱グループ、前記第２発熱グループ共に、前記一制御周期の期間に占める位相制御の期間の割合が５０％より高く、且つ少なくとも交流の一周期の期間が波数制御のパターンであることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、電流の高調波、フリッカ、温度リップルを抑制することができる。

画像形成装置の概略図定着部の断面図ヒータの構成図ヒータの制御回路図波形パターンの説明図波形パターンの説明図実施例１における波形パターンの全体図ヒータの制御回路の変形例実施例２における波形パターンの全体図

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は、電子写真記録技術を用いた、本発明の実施例に係る画像形成装置１００の模式的断面図である。本発明が適用可能な画像形成装置としては、電子写真方式や静電記録方式を利用した複写機、プリンタなどが挙げられ、ここでは電子写真方式を利用して記録材としての記録紙Ｐ上に画像を形成するレーザプリンタに適用した場合について説明する。

画像形成装置１００は、ビデオコントローラ１２０と制御部１１３を備える。ビデオコントローラ１２０は、記録材に形成される画像の情報を取得する取得部として、パーソナルコンピュータ等の外部装置から送信される画像情報及びプリント指示を受信して処理するものである。制御部１１３は、ビデオコントローラ１２０と接続されており、ビデオコントローラ１２０からの指示に応じて画像形成装置１００を構成する各部を制御するものである。ビデオコントローラ１２０が外部装置からプリント指示を受けると、以下の動作で画像形成が実行される。

画像形成装置１００がプリント信号を受信すると、その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１６によって所定の極性に帯電された感光ドラム１９表面を走査する。これにより感光ドラム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ローラ１７からトナーが供給されることで、感光ドラム１９上の静電潜像は、トナー画像として現像される。一方、給紙カセット１１に積載された記録材（記録紙）Ｐはピックアップローラ１２によって一枚ずつ給紙され、搬送ローラ対１３によってレジストローラ対１４に向けて搬送される。更に、記録材Ｐは、感光ドラム１９上のトナー画像が感光ドラム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、レジストローラ対１４から転写位置へ搬送される。記録材Ｐが転写位置を通過する過程で感光ドラム１９上のトナー画像は記録材Ｐに転写される。その後、記録材Ｐは定着部２００で加熱され、トナー画像が記録材Ｐに加熱定着される。定着済みのトナー画像を担持する記録材Ｐは、搬送ローラ対２６、２７によって画像形成装置１００上部のトレイに排出される。ドラムクリーナ１８は、感光ドラム１９に残存するトナーを清掃する。記録材Ｐのサイズに応じて幅調整可能な一対の記録材規制板を有する給紙トレイ２８（手差しトレイ）は、定型サイズ以外のサイズの記録材Ｐにも対応するために設けられている。ピックアップローラ２９は、給紙トレイ２８から記録材Ｐを給紙する。画像形成装置１００は、定着部２００等を駆動するモータ３０を有する。

商用の交流電源４０１に接続された電力制御部としての制御回路４００は、定着部２００へ電力供給を行う。上述した、感光ドラム１９、帯電ローラ１６、スキャナユニット２１、現像ローラ１７、転写ローラ２０が、記録材Ｐに未定着画像を形成する画像形成部を構成している。また、本実施例では、感光ドラム１９、帯電ローラ１６、現像ローラ１７を含む現像ユニット、ドラムクリーナ１８を含むクリーニングユニットが、プロセスカートリッジ１５として画像形成装置１００の装置本体に対して着脱可能に構成されている。また、定着部２００も画像形成装置１００から着脱可能に構成されている。

図２は、本実施例の定着部２００の断面図である。定着部２００は、筒状の定着フィルム（以下、フィルム）２０２と、フィルム２０２の内部空間に配置されているヒータ３００と、フィルム２０２を介してヒータ３００と共に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ２０８と、金属ステー２０４と、を有する。

フィルム２０２は、エンドレスベルトやエンドレスフィルムとも称される筒状に形成された耐熱フィルムであり、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。また、フィルム２０２の表面には耐熱ゴム等の弾性層を設けてもよい。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。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。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。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。未定着トナー画像を担持する記録紙Ｐは、定着ニップ部Ｎで挟持搬送されつつ加熱されて定着処理される。

ヒータ３００は、後述するセラミック製の基板３０５上に設けられた発熱体（発熱抵抗体）３０２ａ、３０２ｂによって加熱される。ヒータ３００には、保護素子２１２（図４）が当接している。保護素子２１２は、サーモスイッチや温度ヒューズ等がその一例であり、ヒータ３００の異常発熱の際に作動してヒータ３００に供給する電力を遮断する。また、ヒータ３００のフィルム２０２との摺動面側にはサーミスタＴ１（Ｔ１－１～Ｔ１－４、Ｔ１－７、図３（Ｂ）参照）が設置されている。

図３を用いて、本実施例に係るヒータ３００の構成を説明する。図３（Ａ）はヒータ３００の断面図、図３（Ｂ）はヒータ３００の各層の平面図である。図３（Ｂ）には、本実施例の画像形成装置１００における記録材Ｐの搬送基準位置Ｘ０を示してある。本実施例における搬送基準は中央基準となっており、記録材Ｐはその搬送方向に直交する方向における中心線が搬送基準位置Ｘ０を沿うように搬送される。また、図３（Ａ）は、搬送基準位置Ｘ０におけるヒータ３００の断面図となっている。

図３（Ａ）に示すように、ヒータ３００は、基板３０５上に導電体３０１と導電体３０３を有する。導電体３０１は、記録材Ｐの搬送方向の上流側に配置された導電体３０１ａと、下流側に配置された導電体３０１ｂに分離されている。さらに、ヒータ３００は、導電体３０１と導電体３０３を介して供給される電力により発熱する発熱体３０２が、基板上において導電体３０１と導電体３０３の間に設けられている。この発熱体３０２は、記録材Ｐの搬送方向の上流側に配置された発熱体３０２ａと、下流側に配置された発熱体３０２ｂに分離されている。また、給電用に電極Ｅ３が設けられている。さらに、裏面層２には、絶縁性の表面保護層（保護ガラス）３０８が、電極Ｅ３以外を覆っている。ヒータ３００（基板３０５）は、その長手方向が記録材Ｐの搬送方向と直交するように配置される。

図３（Ｂ）に示すように、ヒータ３００裏面層１には、導電体３０１と導電体３０３と発熱体３０２、電極Ｅ３の組からなる発熱ブロックが、ヒータ３００の長手方向に７つ設けられている（ＨＢ１～ＨＢ７）。この７つの発熱ブロックＨＢ１～ＨＢ７との対応関係を表すため、各発熱ブロックを構成する部材には、例えば、発熱体３０２ａ－１～３０２ａ－７のように、各符号の末尾に対応する発熱ブロックの番号を付している。発熱体３０２ｂ、導電体３０１ａ、３０１ｂ、導電体３０３、電極Ｅ３も同様である。

ヒータ３００の裏面層２の表面保護層３０８は、電極Ｅ３－１～Ｅ３－７、Ｅ４、Ｅ５を露出させるように形成されており、ヒータ３００の裏面側から、図示しない電気接点が接続可能な構成となっている。そして、各発熱ブロックに対してそれぞれ独立に給電可能になり、独立に給電制御を行うことができる。このように７つの発熱ブロックに分けることで、ＡＲＥＡ１～ＡＲＥＡ４のように、４つの通紙領域を形成することができる。本実施例ではＡＲＥＡ１をＡ５紙用、ＡＲＥＡ２をＢ５紙用、ＡＲＥＡ３をＡ４紙用、ＡＲＥＡ４をＬｅｔｔｅｒ紙用と分類した。７つの発熱ブロックを独立に制御できるので、記録紙Ｐのサイズに合わせて、給電する発熱ブロックを選択する。但し、本実施例では図４に示す回路図のように、７つの発熱ブロックを５つのトライアック（スイッチ素子）で駆動している。なお、発熱領域の数や、発熱ブロックの数は、本実施例の数に限定されるものではない。また、各発熱ブロック内の発熱体３０２ａ－１～３０２ａ－７、３０２ｂ－１～３０２ｂ－７は、本実施例に記載するような連続的なパターンに限定されるものではなく、間隙部を設けた短冊状のパターンでも良い。

ヒータ３００の摺動面層１（基板３０５において発熱体が設けられた面とは反対側の面上）には、ヒータ３００の発熱ブロック毎の温度を検知するための温度検知素子としてサーミスタＴ１－１～Ｔ１－４、Ｔ１－７が設置されている。サーミスタＴ１－１～Ｔ１－４、Ｔ１－７は、主に各発熱ブロックの温調制御に使われるため、各発熱ブロックに配置される。図４で後述するように、発熱体３０２―３と発熱体３０２―５は電気的に接続されているため、発熱ブロックＨＢ５に対応する位置に温度検知素子は設けていない。同様に、発熱体３０２―２と発熱体３０２―６は電気的に接続されているため、発熱ブロックＨＢ６に対応する位置に温度検知素子は設けていない。サーミスタＴ１－１～Ｔ１－４、Ｔ１－７の一端は、サーミスタの抵抗値検出用の導電体ＥＴ１－１～ＥＴ１－４、ＥＴ１－７にそれぞれ接続されると共に、他端は導電体ＥＧ９に共通接続される。

ヒータ３００の摺動面層２には、摺動性のあるガラスのコーティングによる表面保護層３０９を有する。表面保護層３０９は、摺動面層１の各導電体に電気接点を設けるため、ヒータ３００の両端部を除いて設けられている。

図４は、実施例１におけるヒータ３００の制御回路４００を示す回路図である。画像形成装置１００には商用の交流電源４０１が接続されている。電源電圧Ｖｃｃ１、Ｖｃｃ２は、交流電源４０１に接続された図示しないＡＣ／ＤＣコンバータによって生成されたＤＣ電源である。交流電源４０１は、リレー４３０、４４０とトライアック４４１～４４４、４４７を介してヒータ３００に接続される。リレー４３０、４４０はＣＰＵ４２０からの制御信号ＲＬＯＮによってオン／オフし、各信号はゲート抵抗４３４及び４３６を介してトランジスタ４３３及び４３５に接続されている。トライアック４４１～４４４、４４７は、ＣＰＵ４２０からの制御信号ＦＵＳＥＲ１～ＦＵＳＥＲ４、ＦＵＳＥＲ７によってオン／オフされる。トライアック４４１～４４４、４４７の駆動回路は省略して図示している。複数の半導体素子としてのトライアック４４１～４４４、４４７を選択的に制御することで、複数の発熱体の通電を選択的に制御することができ、長手方向に分割された複数の加熱領域を個々に選択的に発熱させることができる。

サーミスタの温度検知回路を説明する。導電体ＥＧ９は、グランド電位に接続される。そして、図３で説明した全てのサーミスタＴ１－１～Ｔ１－４、Ｔ１－７、は、Ｖｃｃ１にプルアップされた抵抗４５１～４５４、４５７とそれぞれ分圧される。分圧された電圧は、温度信号であるＴｈ１－１～Ｔｈ１－４、Ｔｈ１－７信号として、ＣＰＵ４２０で検出され、予めＣＰＵ４２０の内部メモリ内に設定された情報によって電圧から温度に換算することで、温度検出している。

ＣＰＵ４２０は、設定温度（目標温度）と、サーミスタＴ１－１～Ｔ１－４、Ｔ１－７の検知温度に基づき、例えばＰＩ制御により、供給するべき電力を算出する。ＦＵＳＥＲ１～４、７信号のオンのタイミングは、ゼロクロス検知部４２１で生成された交流電源４０１のゼロ電位に同期したタイミング信号ＺＥＲＯＸに基づいてＣＰＵ４２０によって生成される。発熱体３０２―３と発熱体３０２－５は電気的に接続されているため、ＦＵＳＥＲ３信号で発熱体３０２－３と発熱体３０２－５へ供給する電力を制御できる。同様に、発熱体３０２―２と発熱体３０２―６は電気的に接続されているため、ＦＵＳＥＲ２信号で発熱体３０２－２と発熱体３０２－６へ供給する電力を制御できる。なお、ＣＰＵ４２０が算出する電力は、表１に示すようデューティ比に換算され、デューティ比に対応する位相角（＝ＦＵＳＥＲ１～４、７信号）でトライアック４４１～４４４、４４７は制御される。ＣＰＵ４２０内には、表１に示すようなテーブルが設定されており、交流の半周期の途中から電流が供給される位相制御を行う場合、このテーブルに基づきＦＵＳＥＲ１～４、７信号を出力する。交流の半周期全てで電流が供給される又は流れない波数制御を行う場合は、全波通電（デューティ比１００％）もしくは電流遮断（デューティ比０％）の２値で制御を行う。

図５、図６（ａ）、図６（ｂ）は、ＣＰＵ４２０がトライアック４４１～４４４、４４７へ制御信号ＦＵＳＥＲ１～ＦＵＳＥＲ４、ＦＵＳＥＲ７を供給した時の、ヒータ３００に流れる波形パターンを示している。ＣＰＵ４２０は、ヒータ３００に供給する電力を商用の交流波形の４周期（４全波）毎に更新する。この交流波形の４周期（４全波）を制御の更新周期（制御周期）とする。

図５を参照すれば理解できるように、トライアック４４４（第１スイッチ素子）を制御信号ＦＵＳＥＲ４に基づいて駆動することにより発熱体３０２―４に流れる電流の波形パターンは、第１周期及び第３周期において位相制御のパターンとなっている。一方、第２周期及び第４周期において波数制御のパターン（図５ではＯＦＦになっている）となっている。また、トライアック４４３（第２スイッチ素子）を制御信号ＦＵＳＥＲ３に基づいて駆動することにより発熱体３０２―３及び３０２－５に流れる電流の波形パターンは、第１周期及び第３周期において波数制御のパターン（図５ではＯＦＦになっている）となっている。一方、第２周期及び第４周期において位相制御のパターンとなっている。

ここで、トライアック４４１が接続されている発熱体３０２－１を発熱グループＧ４４１、トライアック４４２が接続されている発熱体３０２－２及び３０２－６を発熱グループＧ４４２とする。また、トライアック４４３（第２スイッチ素子）が接続されている発熱体３０２－３及び３０２－５を発熱グループＧ４４３（第２発熱グループ）とする。また、トライアック４４４（第１スイッチ素子）が接続されている発熱体３０２－４を発熱グループＧ４４４（第１発熱グループ）とする。また、トライアック４４７が接続されている発熱体３０２－４を発熱グループＧ４４７とする。発熱グループＧ４４１～Ｇ４４４、Ｇ４４７の合成抵抗を比較すると、発熱グループＧ４４４が一番小さく、発熱グループＧ４４３が二番目に小さい。合成抵抗が小さな発熱グループに流れる電流が大きい場合、高調波、フリッカ、温度リップルが悪化する。

そこで、本実施例では図５に示すように、５つの発熱グループＧ４４１～Ｇ４４４、Ｇ４４７のうち、合成抵抗が最も小さな発熱グループＧ４４４と二番目に小さな発熱グループＧ４４３に流れる波形パターンの関係に工夫が施してある。具体的には、一制御周期の期間における少なくとも一つの位相（タイミング）で発熱グループＧ４４４に流れる電流波形と発熱グループＧ４４３に流れる電流波形が互いに異なるパターンとなるように波形パターンを設定している（ルール１）。なお、残りの発熱グループＧ４４１、Ｇ４４２、Ｇ４４７は、発熱グループＧ４４４、Ｇ４４３と比較して合成抵抗が大きいので、高調波、フリッカ、温度リップルに対する影響度が低い。また、５つの発熱グループＧ４４１～Ｇ４４４、Ｇ４４７で使用する波形パターンを二種類にして簡素化している。このため、５つの発熱グループＧ４４１～Ｇ４４４、Ｇ４４７を、合成抵抗の合計値の差が最も小さくなるように二つの大グループに分けている。本実施例では、発熱グループＧ４４４を、これが属する第１大グループに分類し、発熱グループＧ４４１～Ｇ４４３及びＧ４４７を発熱グループＧ４４３が属する第２大グループに分類している。よって、本実施例では発熱グループＧ４４１、Ｇ４４２、Ｇ４４７の波形パターンは発熱グループＧ４４３の波形パターンと常に同一（位相も同じ）である。なお、合成抵抗が最も小さな発熱グループＧ４４４と二番目に小さな発熱グループＧ４４３を互いに異なる大グループに分類すればよく、その他の発熱グループＧ４４１、Ｇ４４２、Ｇ４４７の夫々は二つの大グループのどちらに属していても構わない。例えば、発熱グループＧ４４１、Ｇ４４７が発熱グループＧ４４４と同じ第１大グループに属し、発熱グループＧ４４２が発熱グループＧ４４３と同じ第２大グループに属するように分類してもよい。

また、図５に示すように、一制御周期の期間において、発熱グループＧ４４４の位相制御の期間と発熱グループＧ４４３の位相制御の期間が重なる（同じタイミングになる）割合は５０％以下（図５では０％）となっている（ルール２）。位相制御の波形が同位相（同じタイミング）で重なると、高調波、フリッカ、温度リップルが悪化するためである。

図６（ａ）、図６（ｂ）は発熱グループＧ４４４とＧ４４３の波形パターンを示している。その他の発熱グループＧ４４１、Ｇ４４２、Ｇ４４７の波形パターンは発熱グループＧ４４３の波形パターンと同じであり省略している。図６（ａ）において、発熱グループＧ４４４に流れる波形パターンは、第１、第２及び第３周期において位相制御のパターンとなっており、第４周期において波数制御（ＯＦＦ）のパターンとなっている。一方、発熱グループＧ４４３に流れる波形パターンは、第２、第３及び第４周期において位相制御のパターンとなっており、第１周期において波数制御（ＯＦＦ）のパターンとなっている。また、図５と同様に図６（ａ）においてもルール１及びルール２が適用されていることが分かる。図６（ａ）は、ルール２において、位相制御の期間が重なる割合が５０％である。一方、図６（ａ）において、各々の波形パターンは、一制御周期のうち５０％よりも高い割合で位相制御のパターンとなっている。具体的には、発熱グループＧ４４４に流れる波形パターン、発熱グループＧ４４３に流れる波形パターン、いずれも、一制御周期中の位相制御の期間の割合は３／４である。また、少なくとも交流の一周期の期間は波数制御となっている。このように、本例の波形パターンは、位相制御の期間の割合が５０％より高く、少なくとも交流の一周期の期間が波数制御のパターンとなっている（ルール３）。このように、一制御周期の期間に占める位相制御の割合を増やすことにより温度リップルを抑制できるとともに、波数制御を少なくとも交流の一周期の期間設けることにより高調波を更に抑制することができる。

図６（ｂ）において、発熱グループＧ４４４に流れる波形パターンは、第０．５、第１．５、第２、第２．５、第３、第４周期において位相制御のパターンであり、第１及び第３．５周期において波数制御（ＯＦＦ）のパターンである。一方、発熱グループＧ４４３に流れる波形パターンは第０．５、第１．０、第１，５、第２．０、第３、第３．５において位相制御のパターンであり、第２．５及び第４周期において波数制御（ＯＦＦ）のパターンである。図６（ａ）と同様に図６（ｂ）においてもルール１、ルール２、及びルール３が適用されていることが分かる。一方、図６（ｂ）では、波数制御の期間は交流の半周期の期間より長い期間連続しないように、分散されている（ルール４）。具体的には、発熱グループＧ４４４に流れる波形パターンは、波数制御の期間が第１周期と第３．５周期に分散している。発熱グループＧ４４３に流れる波形パターンは、波数制御の期間が第２．５周期と第４周期に分散している。このルール４により、フリッカを更に抑制することができる。

５つの発熱グループＧ４４１～Ｇ４４４、Ｇ４４７に流れる電流の波形パターンは、少なくとも上述したルール１及び２を満たすパターンとなっている。ルール１～４を纏めると以下のようになる。
・ルール１：合成抵抗が最も小さな発熱グループ（第１発熱グループ）と二番目に小さな発熱グループ（第２発熱グループ）に流れる電流の波形パターンは、一制御周期の期間における少なくとも一つの同じ位相で互いに異なる波形パターンである（ルール１）。
・ルール２：一制御周期の期間において、第１発熱グループの位相制御の期間と第２発熱グループの位相制御の期間が重なる割合は５０％以下である（ルール２）。
・ルール３：第１発熱グループ、第２発熱グループ共に、一制御周期の期間に占める位相制御の期間の割合が５０％より高く、且つ少なくとも交流の一周期の期間が波数制御のパターンである（ルール３）。
・ルール４：第１発熱グループ、第２発熱グループ共に、一制御周期の期間において、波数制御の期間は交流の半周期の期間より長い期間連続しないように分散されている（ルール４）。

図７は各投入電力の割合（投入電力レベル）における発熱グループＧ４４４、Ｇ４４３に流れる波形パターンを示している。発熱グループＧ４４４、Ｇ４４３以外の発熱グループＧ４４１、Ｇ４４２、Ｇ４４７に流れる波形パターンはどちらのパターンを選択してもよいので省略している。

投入電力が０％～７５％である場合、図６（ｂ）で説明した波形パターンを用いて、電力に合わせて各位相制御の位相角を調整する。投入電力が７５％～１００％である場合、波数制御の電力を１００％（ＯＮ）投入し、位相制御の波形パターンは同様に電力に合わせて調整する。図７の例は、投入電力が０％～７５％である場合、投入電力が７５％～１００％である場合、いずれの場合もルール１～４をすべて満たす波形となっている。しかしながら、本例のように、少なくとも三つのスイッチ素子で駆動される少なくとも三つの発熱グループを有するヒータを用いる場合、少なくともルール１及び２を満たしていればよい。ルール１～３を満たす波形パターンであればより好ましく、ルール１～４全てを満たす波形パターンが最も好ましい。

一方、図８に示す変形例のように、ヒータ３００が二つの発熱グループＧ４４２、Ｇ４４４しか有さない場合（発熱グループＧ４４４の合成抵抗＜発熱グループＧ４４２の合成抵抗）を説明する。この場合、少なくともルール１～３を満たす波形パターンが好ましく、ルール１～４全てを満たす波形パターンが最も好ましい。

このように投入電力がＰＩＤ制御により変化した時、ルール１～４が成り立つように波形パターンを選択することで、高調波、フリッカ、温度リップルを各々改善することができる。

（実施例２）
図９は、図４に示したヒータ３００の制御回路４００を用いた場合の各投入電力の割合における実施例２の波形パターンを示している。

図９で示している波形パターンは、投入電力の割合の一部に、実施例１で示したルール１～４を適用していない割合がある点が異なる。

投入電力０～２５％は制御周期全ての期間において位相制御を選択している。この波形パターンは高調波ノイズを発生させるデメリットがある反面、温度リップル及びフリッカに対して有利である。商用の交流電源の電圧が高い時は発熱体に投入される電力が大きくなるため、温度制御時に所定の電力を供給するための投入電力の割合が小さくなる。また、交流の一周期の電力も大きくなるため、温度リップルが発生しやすくなる。よって、投入電力が低い割合０～２５％の波形パターンとして、位相制御を選択することにより、温度リップルを抑制することができる。

投入電力２５～５０％の場合は、実施例１で示したルール１～ルール４全てを適用した波形パターンを選択している。

投入電力５０％～１００％の場合は、実施例１で示したルール１～ルール４の内、ルール１、２を適用した波形パターンとなっている。温度リップルに対して不利な反面、高調波やフリッカに対して有利な波形となっている。ヒータ３００は目標温度を維持するように温度制御されているため、発熱体に電力を供給すると、ヒータ３００は次第に熱飽和状態になり、供給される電力は一定電力以下に落ち着く。投入電力５０％～１００％のように投入電力の割合が大きなレベルは、ヒータ３００が熱飽和に至る前のウォームアップ期間で主に使用されるため、フリッカに対して有利な波形パターンを選択している。

このように、投入電力の割合がＰＩＤ制御により変化した時に、高調波の抑制、フリッカの抑制、温度リップルの抑制のいずれを重要視するかを選択し、ルール１～４を選択的に適用してもよい。

最後に、本願で開示した代表的な構成をまとめると以下の通りである。なお下記の構成例に含まれる要素に符号が付されている場合があるが、これは上述した実施例で説明した要素との対応関係を示すものである。ただしこの対応関係はあくまでも参考のための例示であって、下記する各要素を上述した実施例の各要素の構成に限定するものではない。

＜＜構成例Ａ１＞＞
記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、
記録材に形成されたトナー画像を記録材に加熱定着する定着部であって、交流電源から供給される電力により発熱する少なくとも三つの発熱グループを有するヒータ、を有する定着部と、
前記交流電源から前記少なくとも三つの発熱グループ夫々への電力供給路に夫々設けられている少なくとも三つのスイッチ素子と、
前記少なくとも三つのスイッチ素子を制御することにより前記少なくとも三つの発熱グループに供給する電力を夫々制御する制御部であって、前記交流電源の交流の連続する複数周期を一制御周期として、前記一制御周期毎に電力を制御する制御部と、
を有し、前記定着部の長手方向における前記ヒータの発熱分布を切り替えられる画像形成装置において、
前記少なくとも三つの発熱グループの夫々の合成抵抗のうち、前記少なくとも三つのスイッチ素子の内の第１スイッチ素子が繋がっている第１発熱グループの合成抵抗が最も小さく、前記少なくとも三つのスイッチ素子の内の第２スイッチ素子が繋がっている第２発熱グループの合成抵抗が二番目に小さくなっており、
前記制御部によって制御される、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンは、
前記一制御周期の期間における少なくとも一つの同じ位相で互いに異なる波形パターンであり、
前記一制御周期の期間において、前記第１発熱グループの位相制御の期間と前記第２発熱グループの位相制御の期間が重なる割合が５０％以下であることを特徴とする画像形成装置。

＜＜構成例Ａ２＞＞
前記制御部によって制御される波形パターンは、更に、前記第１発熱グループ、前記第２発熱グループ共に、前記一制御周期の期間に占める位相制御の期間の割合が５０％より高く、且つ少なくとも交流の一周期の期間が波数制御のパターンであることを特徴とする構成例Ａ１に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ａ３＞＞
前記制御部によって制御される波形パターンは、更に、前記第１発熱グループ、前記第２発熱グループ共に、前記一制御周期の期間において、波数制御の期間は交流の半周期の期間より長い期間連続しないように分散されていることを特徴とする構成例Ａ２に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ａ４＞＞
前記少なくとも三つの発熱グループのうち、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループ以外の発熱グループに流れる電流の波形パターンは、前記第１発熱グループに流れる電流の波形パターンと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンのいずれかと同一であることを特徴とする構成例Ａ１乃至Ａ３いずれか一項に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ａ５＞＞
前記第１発熱グループが属する第１大グループと前記第２発熱グループが属する第２大グループの合成抵抗の差が最も小さくなるように、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループ以外の発熱グループが前記第１大グループ又は前記第２大グループに分類されていることを特徴とする構成例Ａ４に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ａ６＞＞
前記制御部によって制御される、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンは、投入電力レベルが所定以下のレベルで設定されていることを特徴とする構成例Ａ１乃至Ａ３いずれか一項に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ａ７＞＞
前記ヒータは、前記少なくとも三つの発熱グループが設けられた基板を有することを特徴とする請求項構成例Ａ１乃至Ａ３いずれか一項に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ａ８＞＞
前記少なくとも三つの発熱グループは前記長手方向に並んでいることを特徴とする構成例７に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ａ９＞＞
前記三つの発熱グループの夫々は、前記長手方向に沿って配置されている二本の導電体と、前記二本の導電体の間に繋がれている発熱体と、を有することを特徴とする構成例Ａ８に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ａ１０＞＞
前記定着部は、筒状のフィルムと、前記フィルムの外周面に接触するローラと、を有し、前記ヒータは前記フィルムの内部空間に配置されており、前記ヒータと前記ローラで前記フィルムを挟み込み、前記フィルムと前記ローラの間に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成していることを特徴とする構成例９に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ｂ１＞＞
記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、
記録材に形成されたトナー画像を記録材に加熱定着する定着部であって、交流電源から供給される電力により発熱する少なくとも二つの発熱グループを有するヒータ、を有する定着部と、
前記交流電源から前記少なくとも二つの発熱グループ夫々への電力供給路に夫々設けられている少なくとも二つのスイッチ素子と、
前記少なくとも二つのスイッチ素子を制御することにより前記少なくとも二つの発熱グループに供給する電力を夫々制御する制御部であって、前記交流電源の交流の連続する複数周期を一制御周期として、前記一制御周期毎に電力を制御する制御部と、
を有し、前記定着部の長手方向における前記ヒータの発熱分布を切り替えられる画像形成装置において、
前記少なくとも二つの発熱グループの夫々の合成抵抗のうち、前記少なくとも二つのスイッチ素子の内の第１スイッチ素子が繋がっている第１発熱グループの合成抵抗が最も小さく、前記少なくとも三つのスイッチ素子の内の第２スイッチ素子が繋がっている第２発熱グループの合成抵抗が二番目に小さくなっており、
前記制御部によって制御される、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンは、
前記一制御周期の期間における少なくとも一つの同じ位相で互いに異なる波形パターンであり、
前記一制御周期の期間において、前記第１発熱グループの位相制御の期間と前記第２発熱グループの位相制御の期間が重なる割合が５０％以下であり、
前記第１発熱グループ、前記第２発熱グループ共に、前記一制御周期の期間に占める位相制御の期間の割合が５０％より高く、且つ少なくとも交流の一周期の期間が波数制御のパターンであることを特徴とする画像形成装置。

＜＜構成例Ｂ２＞＞
前記制御部によって制御される波形パターンは、更に、前記第１発熱グループ、前記第２発熱グループ共に、前記一制御周期の期間において、波数制御の期間は交流の半周期の期間より長い期間連続しないように分散されていることを特徴とする構成例Ｂ１に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ｂ３＞＞
前記ヒータは、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループ以外の発熱グループを有し、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループ以外の発熱グループに流れる電流の波形パターンは、前記第１発熱グループに流れる電流の波形パターンと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンのいずれかと同一であることを特徴とする構成例Ｂ１又はＢ２に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ｂ４＞＞
前記制御部によって制御される、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンは、投入電力レベルが所定以下のレベルで設定されていることを特徴とする構成例Ｂ１又はＢ２に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ｂ５＞＞
前記ヒータは、前記少なくとも二つの発熱グループが設けられた基板を有することを特徴とする構成例Ｂ１又はＢ２に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ｂ６＞＞
前記少なくとも二つの発熱グループは前記長手方向に並んでいることを特徴とする構成例Ｂ５に記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ｂ７＞＞
前記二つの発熱グループの夫々は、前記長手方向に沿って配置されている二本の導電体と、前記二本の導電体の間に繋がれている発熱体と、を有することを特徴とする構成例Ｂ６記載の画像形成装置。

＜＜構成例Ｂ８＞＞
前記定着部は、筒状のフィルムと、前記フィルムの外周面に接触するローラと、を有し、前記ヒータは前記フィルムの内部空間に配置されており、前記ヒータと前記ローラで前記フィルムを挟み込み、前記フィルムと前記ローラの間に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成していることを特徴とする構成例Ｂ７に記載の画像形成装置。

１００画像形成装置
３０２発熱体
４２０ＣＰＵ
４４１～４４４、４４７トライアック

Claims

記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、
記録材に形成されたトナー画像を記録材に加熱定着する定着部であって、交流電源から供給される電力により発熱する少なくとも三つの発熱グループを有するヒータ、を有する定着部と、
前記交流電源から前記少なくとも三つの発熱グループ夫々への電力供給路に夫々設けられている少なくとも三つのスイッチ素子と、
前記少なくとも三つのスイッチ素子を制御することにより前記少なくとも三つの発熱グループに供給する電力を夫々制御する制御部であって、前記交流電源の交流の連続する複数周期を一制御周期として、前記一制御周期毎に電力を制御する制御部と、
を有し、前記定着部の長手方向における前記ヒータの発熱分布を切り替えられる画像形成装置において、
前記少なくとも三つの発熱グループの夫々の合成抵抗のうち、前記少なくとも三つのスイッチ素子の内の第１スイッチ素子が繋がっている第１発熱グループの合成抵抗が最も小さく、前記少なくとも三つのスイッチ素子の内の第２スイッチ素子が繋がっている第２発熱グループの合成抵抗が二番目に小さくなっており、
前記制御部によって制御される、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンは、
前記一制御周期の期間における少なくとも一つの同じ位相で互いに異なる波形パターンであり、
前記一制御周期の期間において、前記第１発熱グループの位相制御の期間と前記第２発熱グループの位相制御の期間が重なる割合が５０％以下であることを特徴とする画像形成装置。
前記制御部によって制御される波形パターンは、更に、前記第１発熱グループ、前記第２発熱グループ、共に、前記一制御周期の期間に占める位相制御の期間の割合が５０％より高く、且つ少なくとも交流の一周期の期間が波数制御のパターン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。
前記制御部によって制御される波形パターンは、更に、前記第１発熱グループ、前記第２発熱グループ、共に、前記一制御周期の期間において、波数制御の期間は交流の半周期の期間より長い期間連続しないように分散されていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記少なくとも三つの発熱グループのうち、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループ、以外の発熱グループに流れる電流の波形パターンは、前記第１発熱グループに流れる電流の波形パターンと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンのいずれかと同一であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の画像形成装置。
前記第１発熱グループが属する第１大グループと前記第２発熱グループが属する第２大グループの合成抵抗の差が最も小さくなるように、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループ、以外の発熱グループが前記第１大グループ又は前記第２大グループに分類されていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
前記制御部によって制御される、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンは、投入電力レベルが所定以下のレベルで設定されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の画像形成装置。
前記ヒータは、前記少なくとも三つの発熱グループが設けられた基板を有することを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の画像形成装置。
前記少なくとも三つの発熱グループは前記長手方向に並んでいることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
前記三つの発熱グループの夫々は、前記長手方向に沿って配置されている二本の導電体と、前記二本の導電体の間に繋がれている発熱体と、を有することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
前記定着部は、筒状のフィルムと、前記フィルムの外周面に接触するローラと、を有し、前記ヒータは前記フィルムの内部空間に配置されており、前記ヒータと前記ローラで前記フィルムを挟み込み、前記フィルムと前記ローラの間に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成していることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、
記録材に形成されたトナー画像を記録材に加熱定着する定着部であって、交流電源から供給される電力により発熱する少なくとも二つの発熱グループを有するヒータ、を有する定着部と、
前記交流電源から前記少なくとも二つの発熱グループ夫々への電力供給路に夫々設けられている少なくとも二つのスイッチ素子と、
前記少なくとも二つのスイッチ素子を制御することにより前記少なくとも二つの発熱グループに供給する電力を夫々制御する制御部であって、前記交流電源の交流の連続する複数周期を一制御周期として、前記一制御周期毎に電力を制御する制御部と、
を有し、前記定着部の長手方向における前記ヒータの発熱分布を切り替えられる画像形成装置において、
前記少なくとも二つの発熱グループの夫々の合成抵抗のうち、前記少なくとも二つのスイッチ素子の内の第１スイッチ素子が繋がっている第１発熱グループの合成抵抗が最も小さく、前記少なくとも三つのスイッチ素子の内の第２スイッチ素子が繋がっている第２発熱グループの合成抵抗が二番目に小さくなっており、
前記制御部によって制御される、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンは、
前記一制御周期の期間における少なくとも一つの同じ位相で互いに異なる波形パターンであり、
前記一制御周期の期間において、前記第１発熱グループの位相制御の期間と前記第２発熱グループの位相制御の期間が重なる割合が５０％以下であり、
前記第１発熱グループ、前記第２発熱グループ、共に、前記一制御周期の期間に占める位相制御の期間の割合が５０％より高く、且つ少なくとも交流の一周期の期間が波数制御のパターンであることを特徴とする画像形成装置。
前記制御部によって制御される波形パターンは、更に、前記第１発熱グループ、前記第２発熱グループ、共に、前記一制御周期の期間において、波数制御の期間は交流の半周期の期間より長い期間連続しないように分散されていることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
前記ヒータは、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループ、以外の発熱グループを有し、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループ、以外の発熱グループに流れる電流の波形パターンは、前記第１発熱グループに流れる電流の波形パターンと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンのいずれかと同一であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の画像形成装置。
前記制御部によって制御される、前記第１発熱グループと前記第２発熱グループに流れる電流の波形パターンは、投入電力レベルが所定以下のレベルで設定されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の画像形成装置。
前記ヒータは、前記少なくとも二つの発熱グループが設けられた基板を有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の画像形成装置。
前記少なくとも二つの発熱グループは前記長手方向に並んでいることを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
前記二つの発熱グループの夫々は、前記長手方向に沿って配置されている二本の導電体と、前記二本の導電体の間に繋がれている発熱体と、を有することを特徴とする請求項１６に記載の画像形成装置。
前記定着部は、筒状のフィルムと、前記フィルムの外周面に接触するローラと、を有し、前記ヒータは前記フィルムの内部空間に配置されており、前記ヒータと前記ローラで前記フィルムを挟み込み、前記フィルムと前記ローラの間に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成していることを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。