JP4920985B2

JP4920985B2 - 画像形成装置

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Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。特に、加熱手段としてセラミックヒータ方式を用いた加熱手段への供給電力制御に関するものである。

従来の電子写真プロセスを用いた画像形成装置について説明する。

画像形成装置の熱定着器は、電子写真プロセスなどの画像形成手段により転写紙上に形成された未定着画像（トナー像）を転写紙上に定着させるものである。そしてハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式の熱定着器やセラミックヒータを熱源とするフィルム加熱式の熱定着器が用いられている（例えば、特許文献１乃至特許文献１６参照）。

一般的に、ヒータはトライアック等のスイッチング素子を介して交流電源に接続されており、この交流電源により電力が供給される。ヒータを熱源とする熱定着器（以下、単に定着器とする）には温度検出素子、例えばサーミスタ感温素子が設けられており、この温度検出素子により定着器の温度が検出される。その検出温度情報を基にシーケンスコントローラがスイッチング素子をオン／オフ制御することにより、定着器の熱源であるヒータへの電力供給をオン／オフし、定着器の温度が目標の温度になるように温度制御される。セラミックヒータへのオン／オフ制御は、通常入力商用電源の位相制御または波数制御により行われる。

また、トライアック等のスイッチング素子の故障や電力制御の暴走によりヒータが異常発熱した場合に温度検出素子によりヒータの過昇温を検出して、交流電源からヒータへの電力供給を遮断する。

定着器の温度を温調制御する際に、シーケンスコントローラは、温度検出素子から検出される温度と、予め設定されている目標温度とを比較することによって、ヒータに供給する電力比を算出してそれに相当する位相角または波数を決定する。そして、その位相条件または波数条件でスイッチング素子をオン／オフ制御する。

ヒータに電力供給される交流電源は、例えば８５Ｖ〜１４０Ｖまたは１８７Ｖ〜２６４Ｖと電源電圧範囲は広い。このため、全点灯でヒータに通電された場合、電源電圧範囲が８５Ｖ〜１４０Ｖで約２．７倍、１８７Ｖ〜２６４Ｖで約２倍の電力差が生じることになる。また、シーケンスコントローラが所定の温度になるようにヒータへの通電電流を制御しているため、定着器に厚紙などの紙が通紙されると普通紙の場合と比べて多めの電力、つまり電流が供給される。そして、所定の温度に維持されるように制御するため、紙種によっては必要以上に電力を供給してしまう場合があった。

そこで、ヒータへの通電電流を検知して最大供給可能電流値以下で供給電力を制御する提案がなされている（例えば、特許文献１７乃至特許文献２０参照）。
特開昭６３−３１３１８２号公報特開平２−１５７８７８号公報特開平４−４４０７５号公報特開平４−４４０７６号公報特開平４−４４０７７号公報特開平４−４４０７８号公報特開平４−４４０７９号公報特開平４−４４０８０号公報特開平４−４４０８１号公報特開平４−４４０８２号公報特開平４−４４０８３号公報特開平４−２０４９８０号公報特開平４−２０４９８１号公報特開平４−２０４９８２号公報特開平４−２０４９８３号公報特開平４−２０４９８４号公報特開２００４−２２６５５７号公報特開２００４−２６４７３７号公報特開２００４−３０９５１８号公報特開２００５−２０８２５２号公報

しかしながら、前記従来例では、高出力であるセラミックヒータに電力を供給し温度制御する際に、制御の応答性を速くするため位相制御を行う場合が多い。制御の応答性が速くなると、小さい周期で電流を検出する必要が生じ、制御位相角により電流平均値と実効値の差も大きくなる。供給電力を制御する場合、最大供給可能電流値が実効値で規定されることが多いため、平均値で電流を検知している場合、シーケンスコントローラで実効値に変換する誤差が制御の精度に影響することになる。

また、セラミックヒータが暴走した場合に、温度検出素子で過昇温を検知してヒータへの通電電流を遮断する手段がある。またこれとは別に、ヒータへの電流を検知して通常制御中の電流よりも大きい、つまり、暴走状態であると判断した場合にヒータへの通電電流を遮断する構成をとる場合がある。通常状態と暴走状態の差は、実効電力、つまり、実効電流によって規定される。従って、精度よく検知するためには実効値を検出する必要があり、平均値との差分や商用周波数分の誤差が問題となる。

本発明は、以上の点に着目してなされたもので、ヒータ通電電流を検知して最大供給可能電流値以下で供給電力を制御する画像形成装置を提供することを目的とする。そして、過電流を検知してヒータの暴走を防止することができる画像形成装置を提供することを目的とする。これにより、必要以上の電流を、定着器を構成するヒータに供給しないようにする。

本発明の画像形成装置は、前記課題を解決するため、以下の構成を備える。

（１）記録材に未定着トナー像を形成する画像形成部と、商用電源から供給される電力で発熱するヒータを有し、未定着トナー像を記録材に定着する定着部と、前記ヒータへの電力供給路に流れる電流を検出する電流検出回路であって、前記電力供給路に設けられたカレントトランスによって電圧変換された波形の２乗値を商用周波数周期もしくは半周期毎の積分値である第一の出力として出力する第一の出力部と、前記カレントトランスによって電圧変換された波形の２乗値を商用周波数周期に比較して長い周期で平均化された積分値である第二の出力として出力する第二の出力部と、を有する電流検出回路と、前記第一の出力を用いて前記ヒータに供給可能な上限の電力デューティを算出して、前記上限の電力デューティを超えない範囲内で前記ヒータの温度に応じた電力を前記ヒータに供給するように電力制御すると共に、前記第二の出力が所定の異常電流値以上となった場合に前記ヒータへの電力供給を遮断するように前記電力供給路に設けられた電力遮断手段を制御する制御部と、を有し、前記電流検出回路が前記カレントトランスによって電圧変換された波形の２乗値を前記第一の出力と前記第二の出力に分流するオペアンプを有することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、発熱体に通電される電流を、入力電源電圧及び波形率に対して、精度よく検知し最大供給可能電流値以下で供給電力を制御することができる。また、発熱体に通電される過電流を商用周波数に依存することなく検知して、発熱体の過昇温を防ぐことができる。さらに本発明によれば、検知される電流値は、制御対象の応答が速く、かつ、応答性の速い制御を行う場合でも、精度の高い値を得ることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

以下、図面に基づき説明する。

図１は電子写真プロセスを用いた画像形成装置の概略断面構成図であり、例えばレーザプリンタの場合を示している。

レーザプリンタ等の画像形成装置１０１は、記録紙Ｓを収納するカセット１０２を有する。また、カセット１０２の記録紙Ｓの有無を検知するカセット有無センサ１０３、カセット１０２の記録紙Ｓのサイズを検知するカセットサイズセンサ１０４（複数個のマイクロスイッチで構成される）を有する。さらに、カセット１０２から記録紙Ｓを繰り出す給紙ローラ１０５等が設けられている。そして、給紙ローラ１０５の下流には記録紙Ｓを同期搬送するレジストローラ対１０６が設けられている。また、レジストローラ対１０６の下流にはレーザスキャナ部１０７からのレーザ光に基づいて記録紙Ｓ上にトナー像を形成する画像形成部１０８が設けられている。さらに、画像形成部１０８の下流には記録紙Ｓ上に形成されたトナー像を熱定着する定着器１０９が設けられている。また、定着器１０９の下流には排紙部の搬送状態を検知する排紙センサ１１０、記録紙Ｓを排紙する排紙ローラ１１１、記録の完了した記録紙Ｓを積載する積載トレイ１１２が設けられている。この記録紙Ｓの搬送基準は、記録紙Ｓの画像形成装置１０１の搬送方向に直交する方向の長さ、つまり記録紙Ｓの幅に対して中央になるように設定されている。

また、前記レーザスキャナ１０７は、後述する外部装置１３１から送出される画像信号（画像信号ＶＤＯ）１２８に基づいて変調されたレーザ光を発光するレーザユニット１１３を有する。また、このレーザユニット１１３からのレーザ光を後述する感光ドラム１１７上に走査するためのポリゴンモータ１１４、結像レンズ１１５、折り返しミラー１１６等により構成されている。

そして、前記画像形成部１０８は、公知の電子写真プロセスに必要な、感光ドラム１１７、１次帯電ローラ１１９、現像器１２０、転写帯電ローラ１２１、クリーナ１２２等から構成されている。また、１０９ａは定着フィルム、１０９ｂは加圧ローラである。１０９ｃは定着フィルム１０９ａ内部に設けられたセラミックヒータ、１０９ｄはセラミックヒータ１０９ｃの表面温度を検出するサーミスタである。定着器１０９はこれらにより構成されている。

また、メインモータ１２３は、給紙ローラ１０５には給紙ローラクラッチ１２４を介して、レジストローラ対１０６にはレジストローラクラッチ１２５を介して駆動力を与えている。更に感光ドラム１１７を含む画像形成部１０８の各ユニット、定着器１０９、排紙ローラ１１１にも駆動力を与えている。

そして１２６はエンジンコントローラであり、レーザスキャナ部１０７、画像形成部１０８、定着器１０９による電子写真プロセスの制御、前記画像形成装置１０１内の記録紙Ｓの搬送制御を行っている。

そして、１２７はビデオコントローラであり、パーソナルコンピュータ等の外部装置１３１と汎用インタフェース（セントロニクス、ＲＳ２３２Ｃ等）１３０で接続されている。この汎用インタフェース１３０から送られてくる画像情報をビットデータに展開し、そのビットデータをＶＤＯ信号として、エンジンコントローラ１２６へ送出している。

図２に本発明におけるセラミックヒータ１０９ｃの駆動及び制御に係る詳細回路を示す。１は、本発明の画像形成装置１０１を接続する交流電源である。本発明の画像形成装置１０１は交流電源をＡＣフィルタ２、カレントトランス２５、リレー４１（電力遮断手段に相当）を介してセラミックヒータ２４（図１の１０９ｃ）の発熱体３、発熱体２０へ供給する。これにより、セラミックヒータ２４を構成する発熱体３、発熱体２０を発熱させる。

この発熱体３への電力の供給は、トライアック４の通電、遮断により制御を行う。抵抗５、６はトライアック４のためのバイアス抵抗でフォトトライアックカプラ７は、１次、２次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ７の発光ダイオードに通電することによりトライアック４をオンする。抵抗８はフォトトライアックカプラ７の電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ９によりフォトトライアックカプラ７をオン／オフする。トランジスタ９は抵抗１０を介してエンジンコントローラ１１（図１の１２６）からのＯＮ１信号に従って動作する。

発熱体２０への電力の供給は、トライアック１３の通電、遮断により制御を行う。抵抗１４、１５はトライアック１３のためのバイアス抵抗でフォトトライアックカプラ１６は、１次、２次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ１６の発光ダイオードに通電することによりトライアック１３をオンする。抵抗１７はフォトトライアックカプラ１６の電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ１８によりフォトトライアックカプラ１６をオン／オフする。トランジスタ１８は抵抗１９を介してエンジンコントローラ１１からのＯＮ２信号に従って動作する。

また、ＡＣフィルタ２を介して交流電源１は、ゼロクロス検出回路１２に入力される。ゼロクロス検出回路では、商用電源電圧がある閾値以下の電圧になっていることをエンジンコントローラ１１に対してパルス信号として報知する。以下、エンジンコントローラ１１に送出されるこの信号をＺＥＲＯＸ信号と呼ぶ。エンジンコントローラ１１はＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを検知し、位相制御または波数制御によりトライアック４または１３をＯＮ／ＯＦＦする。

トライアック４及び１３に制御されて発熱体３及び２０に通電されるヒータ電流は、カレントトランス２５によって電圧変換され、電流検出回路２７に入力される。電流検出回路２７では、電圧変換されたヒータ電流波形を実効値もしくはその２乗値に変換し、ＨＣＲＲＴ１信号（第一の出力に相当）、ＨＣＲＲＴ２信号（第二の出力に相当）としてエンジンコントローラ１１にＡ／Ｄ入力される。

また、２１は発熱体３，２０が形成されているセラミックヒータ２４の温度を検知するための温度検出素子、例えば、サーミスタ感温素子である。温度検出素子２１（図１の１０９ｄ）は、セラミックヒータ２４上に発熱体３，２０に対して絶縁距離を確保できるように絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。この温度検出素子２１によって検出される温度は、抵抗２２と、温度検出素子２１との分圧として検出され、エンジンコントローラ１１にＴＨ信号としてＡ／Ｄ入力される。セラミックヒータ２４の温度は、ＴＨ信号としてエンジンコントローラ１１において監視され、エンジンコントローラ１１の内部で設定されているセラミックヒータ２４の設定温度と比較される。これにより、セラミックヒータ２４を構成する発熱体３，２０に供給するべき電力比を算出し、その供給する電力比に対応した位相角（位相制御）または波数（波数制御）に換算する。そして、その制御条件によりエンジンコントローラ１１がトランジスタ９にＯＮ１信号、あるいはトランジスタ１８にＯＮ２信号を送出する。発熱体３，２０に供給する電力比を算出する際に、電流検出回路２７から報知されるＨＣＲＲＴ１信号を基に上限の電力比を算出して、その上限の電力比以下の電力が通電されるように制御する。例えば、位相制御の場合、下記のような表をエンジンコントローラ１１内に有しており、この制御表に基づき制御を行う。

さらに、発熱体３，２０に電力を供給しており、電力制御手段が故障し、発熱体３，２０が熱暴走に至った場合、過昇温を防止する一手段として、過昇温防止手段２３がセラミックヒータ２４上に配されている。過昇温防止手段２３は、例えば温度ヒューズやサーモスイッチである。電力制御手段の故障により、発熱体３，２０が熱暴走に至り過昇温防止手段２３が所定の温度以上になると、過昇温防止手段２３がＯＰＥＮになり、発熱体３および２０への通電が断たれる。

また、エンジンコントーラ１１において、温度制御の設定温度とは別に異常高温検知温度が設定されている。ここで、ＴＨ信号として監視されているセラミックヒータ２４の温度が、その異常高温検知温度以上になった場合は、エンジンコントローラ１１がＲＬＤ信号をＬｏｗレベルとする。そして、トランジスタ４２をオフにし、リレー４１をオフにすることにより、発熱体３および２０への通電を遮断する。通常、温度制御時には常に、エンジンコントローラ１１はＲＬＤ信号をＨｉｇｈレベルとして送出し、トランジスタ４２をオンにし、リレー４１をオンにしている。抵抗４３は電流制限抵抗であり、抵抗４４はトランジスタ４２のベース・エミッタ間のバイアス抵抗である。ダイオード４５はリレー４１のオフ時の逆起電力吸収用素子である。

さらに、電流検出回路２７から報知されるＨＣＲＲＴ２信号により、エンジンコントローラ１１は発熱体３または２０への通電電流を検知する。そして、所定時間予め設定された異常電流値以上になった場合は、ＲＬＤ信号をＬｏｗレベルとし、発熱体３および２０への通電を遮断する。

本実施例におけるセラミックヒータ２４の概略について、図３に示す。図３において、（ａ）はセラミックヒータ２４の概略断面図である。図３（ｂ）は（ａ）の矢印ｂ方向からセラミックヒータ２４の発熱体３２，３３の形成面を見た図である。図３（ｃ）は（ａ）の矢印ｃ方向から見た（ｂ）の面と相対する面を見た図である。

セラミックヒータ２４は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックス系の絶縁基板３１と、絶縁基板３１面上にペースト印刷等で形成されている発熱体３２，３３と、２本の発熱体を保護しているガラス等の保護層３４から構成されている。保護層３４上に、セラミックヒータ２４の温度を検出する温度検出素子２１と過昇温防止手段２３が配設されている。これらは、記録紙Ｓの搬送基準、つまり発熱部３２ａ、３３ａの長さ方向の中心に対して左右対称な位置であり、かつ通紙可能な最小の記録紙幅よりも内側の位置に配設されている。すなわち図３（ｂ）において、温度検出素子２１と過昇温防止手段２３は、小サイズ紙域を示す矢印より内側で、ａ１を中心にそれぞれαの位置に配設される。

発熱体３２は、電力が供給されると発熱する部分３２ａと、コネクタを介して電力が供給される電極部３２ｃ，３２ｄと、電極部３２ｃ，３２ｄと接続される導電部３２ｂとから構成されている。発熱体３３は、電力が供給されると発熱する部分３３ａと、コネクタを介して電力が供給される電極部３２ｃ，３３ｄと、電極部３２ｃ，３３ｄと接続される導電部３３ｂとから構成されている。電極部３２ｃは、発熱体３２と３３の２本の発熱体に接続されており、発熱体３２，３３の共通の電極となっている。また、発熱体３２，３３が印刷されている絶縁基板３１との対向面側に摺動性を向上させるためにガラス層が形成される場合もある。

共通電極３２ｃには、交流電源１のホット（以下、Ｈｏｔとする）側端子から過昇温防止手段２３を介して接続される。電極部３２ｄは発熱体３２を制御するトライアック４に接続され、交流電源１のニュートラル（以下、Ｎｅｕｔｒａｌとする）端子に接続される。電極部３３ｄは発熱体３３を制御するトライアック１３に電気的に接続され、交流電源１のＮｅｕｔｒａｌ端子に接続される。

セラミックヒータ２４は、図４に示したように、フィルムガイド６２によって支持されている。

図４は本実施例における定着器１０９の概略断面図であり、（ａ）はセラミックヒータ２４の発熱体３２，３３形成面がニップ部と反対側に配設された図、（ｂ）は発熱体３２，３３形成面がニップ部側に配設された図である。

６１（図１の１０９ａ）は、円筒状の耐熱材製の定着フィルムであり、セラミックヒータ２４を下面側に支持させたフィルムガイド６２に外嵌させてある。そして、フィルムガイド６２の下面のセラミックヒータ２４と、加圧部材としての弾性加圧ローラ６３（図１の１０９ｂ）とを定着フィルム６１を挟ませて弾性加圧ローラ６３の弾性に抗して所定の加圧力をもって圧接させてある。これにより、加熱部としての所定幅の定着ニップ部を形成させてある。また、過昇温防止手段２３、例えば、サーモスタット（以下、サーモスタット２３とする）がセラミックヒータ２４の絶縁基板３１面上または、保護層３４面上に当接されている。サーモスタット２３はフィルムガイド６２に位置を矯正され、サーモスタット２３の感熱面がセラミックヒータ２４の面上に当接されている。図示はしていないが、温度検出素子２１も同様にセラミックヒータ２４の面上に当接されている。ここで、図４のように、セラミックヒータ２４は、発熱体３２、３３がニップ部と反対側にあっても（図４（ａ））、発熱体がニップ部側にあってもかまわない（図４（ｂ））。また、フィルム６１の摺動性を上げるために、フィルム６１とセラミックヒータ２４との界面に摺動性のグリースを塗布してもかまわない。

図５に本発明における電流検出回路２７のブロック詳細図を示す。図６に電流検出回路２７の各信号の概略動作部分波形を示す。セラミックヒータ２４に電流が通電される（６０１）。カレントトランス２５によって電流波形が２次側に電圧変換される。カレントトランス２５からの出力をダイオード５１，５３によって整流し、負荷抵抗として５２，５４を接続している。ダイオード５３によって半波整流された波形（６０３）を抵抗５５を介して、乗算器５６に入力する。乗算器５６は、２乗した波形（６０４）を出力する。２乗された波形は抵抗５７を介してオペアンプ５９の−端子に入力され、オペアンプ５９の＋端子には抵抗５８を介してコンデンサ８４によるリファレンス電圧（以下、リファレンス電圧８４とする）が入力されている。そして、オペアンプ５９の出力信号は、帰還抵抗６０により反転増幅される。このように、オペアンプ５９は片電源で電源供給されている。

リファレンス電圧８４を基準に反転増幅された波形（６０５）、つまり、オペアンプ５９の出力は、オペアンプ７２とオペアンプ７７に分流され、それぞれの＋端子に入力される。

オペアンプ７２は、リファレンス電圧８４と＋端子に入力された波形との電圧差と、抵抗７１から決定される電流が、コンデンサ７４に流入されるようにトランジスタ７３を制御している。コンデンサ７４は、リファレンス電圧８４と＋端子に入力された波形との電圧差と抵抗７１から決定される電流で充電される。

ダイオード５３による半波整流期間が終わると、コンデンサ７４への充電電流がなくなるため、値がピークホールドされ、ダイオード５１の半波整流期間にトランジスタ７５をオンすることにより、コンデンサ７４の電圧をリセットする（６０６）。トランジスタ７５はエンジンコントローラ１１からＤＩＳ信号（６０７）によりオン／オフされており、これはＺＥＲＯＸ信号（６０２）を基に制御を行っている。ＤＩＳ信号は、ＺＥＲＯＸ信号の立上がりエッジから所定時間Ｔｄｌｙ後にオンし、ＺＥＲＯＸ信号の立下がりエッジで、もしくは直前でオフすることにより、ダイオード５３の半波整流期間のヒータ電流期間に干渉することなく、制御することができる。

つまり、コンデンサ７４のピークホールド電圧は、カレントトランス２５によって電流波形が２次側に電圧変換された波形の２乗値の半周期分の積分値となる。このようにして、コンデンサ７４の電圧がＨＣＲＲＴ１信号として、エンジンコントローラ１１に送出される。

オペアンプ７７は、リファレンス電圧８４と＋端子に入力された波形との電圧差と、抵抗７６から決定される電流が、コンデンサ７９と抵抗８０に流入されるようにトランジスタ７８を制御している。コンデンサ７９には、リファレンス電圧８４と＋端子に入力された波形との電圧差と抵抗７６から決定される電流で、コンデンサ７９と抵抗８０の時定数に基づき充電される。ダイオード５３による半波整流期間が終わると充電電流がなくなるため、コンデンサ７９と抵抗８０の時定数に基づき放電される。また、ダイオード５３による半波整流期間となると充電され、コンデンサ７９の電圧は脈流波形（６０８）となる。そのセンタ値は、カレントトランス２５によって電流波形が２次側に電圧変換された波形の２乗値の積分値を、コンデンサ７９と抵抗８０の時定数時間で平均した値となる。すなわち、２乗値の積分値の平均値、つまり、この時定数期間の「実効値の２乗値」となる。

さらに、抵抗８１とコンデンサ８２により平滑（６０９）され、ＨＣＲＲＴ２信号としてエンジンコントローラ１１に送出される。

なお、カレントトランス２５の基準電位は、リファレンス電圧８４からバッファ８３を介して決定されている。

次に、本発明における定着器１０９の立上げ制御シーケンスの概略を説明するフローチャートを図７に示す。

エンジンコントローラ１１にて、セラミックヒータ２４への電力供給開始の要求が発生すれば（ステップＳ１）、発熱体３及び２０の両方に同一の所定の固定デューティＤ１で通電する（ステップＳ２）。固定デューティＤ１に相当する位相角α１で、ＯＮ１，ＯＮ２信号のオンパルスがＺＥＲＯＸ信号をトリガにして、エンジンコントローラ１１よリ送出される。これにより、ヒータには位相角α１で電流が供給される。

固定デューティＤ１で通電している時に電流検出回路２７から報知されるＨＣＲＲＴ１信号により電流値Ｉ１ｆを検知する（ステップＳ３）。電流値Ｉ１ｆは、図６に示すＨＣＲＲＴ１信号のピークホールド値である。ＺＥＲＯＸ信号をトリガにして、本発明では、ＺＥＲＯＸ信号の立上がりエッジからＤＩＳ信号送出までの間Ｔｄｌｙにこの値を検知する。時間Ｔｄｌｙには、エンジンコントローラ１１がピークホールド値Ｉ１ｆを検知するのに十分な時間が設定されている。

固定デューティＤ１は予め想定されている入力電圧範囲や発熱体抵抗値を考慮して、許容電流を超えない設定とする。つまり、入力電圧が最大値，抵抗値が最小値の場合を想定して固定デューティＤ１を設定する。

エンジンコントローラ１１において、検知された電流値Ｉ１ｆと固定デューティＤ１と予め設定されている通電可能な電流値Ｉ_{ｌｉｍｉｔ}から、通電可能な上限の電力デューティＤ_{ｌｉｍｉｔ}を算出する（ステップＳ４）。

ここで、ＨＣＲＲＴ１信号が報知するＩ１ｆ値は、前記で説明したように、２乗波形の商用周波数半周期分の積分値である。商用周波数を特定の周波数、例えば予め５０Ｈｚと設定しておくと、５０Ｈｚにおける実効値の２乗値となる。ここで、予め設定されている通電可能な電流値Ｉｌｉｍｉｔを、５０Ｈｚにおける実効値の２乗値としておく。また、エンジンコントローラ１１は、ＺＥＲＯＸ信号の立下がりエッジから立下がりエッジまでの時間Ｔ１を検出することにより、商用周波数を検知することができる。よって、時間Ｔ１と電流値Ｉ１ｆから５０Ｈｚ換算の実効値の２乗値Ｉ１とすると、
Ｉ１＝Ｉ１ｆ×（１／Ｔ１）／５０
で算出される。通電可能な電流値Ｉｌｉｍｉｔが５０Ｈｚにおける実効値の２乗値であるため、Ｄｌｉｍｉｔは以下の式によって算出される。

Ｄ_{ｌｉｍｉｔ}＝（Ｉ_{ｌｉｍｉｔ}／Ｉ１）×Ｄ１

電流値Ｉ_{ｌｉｍｉｔ}は、接続される商用電源の定格電流に対して、ヒータ以外の部分に供給される電流を差し引いた、ヒータに供給可能な許容電流値を設定している。

エンジンコントローラ１１に設定されている所定の温度になるように、ＴＨ信号からの情報を基にＰＩ制御により、発熱体３，２０に供給する電力を制御する。目標の所定温度とＴＨ信号からの温度の差分から供給するデューティを決定している。ただし、算出されたデューティが上限デューティＤ_{ｌｉｍｉｔ}を超える場合は、上限値としてＤ_{ｌｉｍｉｔ}の比率の電力を供給する。つまり、上限デューティＤ_{ｌｉｍｉｔ}以下でのデューティでＰＩ温調制御を行う（ステップＳ５）。すなわち、Ｄ_{ｌｉｍｉｔ}に相当する位相角α_{ｌｉｍｉｔ}以上の位相角で位相制御を行うことになる。また、入力電圧の大きさによってＤ_{ｌｉｍｉｔ}（α_{ｌｉｍｉｔ}）が可変となり、入力電圧によらず常にＩ_{ｌｉｍｉｔ}以下の電流で制御が可能となる。

そして、ヒータの温調制御が終了するまで、算出された上限デューティＤ_{ｌｉｍｉｔ}以下で制御を行う（ステップＳ６）。

また、発熱体が１本の場合であっても、同様の制御が可能である。

さらに、エンジンコントローラ１１は電流検出回路２７から報知されるＨＣＲＲＴ２信号を常に監視している。ここで、ＨＣＲＲＴ２信号が報知する電流値Ｉ２（図６（６０９）参照）は、前記で説明したように、電流検出回路２７の時定数期間の「実効値の２乗値」であるため、商用周波数に依存せずに、その値を検知することができる。エンジンコントローラ１１において、予め異常電流値Ｉ_ａｂｎを設定しておき、電流値Ｉ２が所定時間連続して異常電流値Ｉ_ａｂｎ以上となった場合は、ＲＬＤ信号をＬｏｗレベルとし、発熱体３および２０への通電を遮断する。

異常電流値Ｉ_ａｂｎは、実効値の２乗値として設定しておく。

上記のように、本実施例において、定着器１０９の立上げ時に所定の電力比の電力を供給して、供給電力比の上限値を算出し、それ以下の比率で電力制御する。これにより、通紙時の温度制御中に予想以上の厚紙や重送紙が通紙され、ヒータ温度が急減した場合でも、許容電流以上の電流を供給することを防ぐことができる。また、実効値の２乗値を検出し周波数補正することにより、入力電源電圧やヒータ抵抗値のバラつきや波形の波形率に対して、精度よく供給可能な最大限の上限値を設定できるため、各条件において最大限に電力性能をだせることが可能となる。さらに、ＺＥＲＯＸ信号異常やＨＣＣＲＴ１検出異常や駆動回路の暴走などの過大電流が発熱体に通電される状態が発生しても、ＺＥＲＯＸ信号や商用周波数に依存することなく、精度よく電流を検知でき、供給電力を遮断することができる。

本発明の実施例２において、実施例１と重複する点の説明は省略する。また、実施例１と同じ構成のものには同じ符号を付す。

図８に本実施例におけるセラミックヒータ２４の駆動及び制御回路を示す。

実施例１において、電流検出回路２７から報知されるＨＣＲＲＴ２信号は、エンジンコントローラ１１に入力され、所定時間予め設定された異常電流値以上になった場合に、発熱体３および２０への通電を遮断した。

本実施例においては、電流検出回路２７から報知されるＨＣＲＲＴ２信号がコンパレータ２８の−端子に入力される。コンパレータ２８の＋端子には、抵抗２９と抵抗３０の分圧値が入力されている。抵抗２９と抵抗３０で設定される値よりＨＣＣＲＴ２信号が大きければ、コンパレータ２８の出力はＬｏｗとなり、トランジスタ４２のベース電位が下がって、トランジスタ４２はＲＬＤ信号に依存せずオフとなる。つまり、リレー４１がオフする。抵抗２９と抵抗３０で設定される値よりＨＣＣＲＴ２信号が小さければ、コンパレータ２８の出力はＨｉｇｈとなり、トランジスタ４２においてはオープンコレクタとなって、トランジスタ４２はＲＬＤ信号に従い動作する。抵抗２９と抵抗３０で設定される分圧値を異常電流値に相当する値に設定しておくことにより、異常電流が通電された場合に発熱体への電力供給を遮断することができる。ここで設定する値は、実効値の２乗値である。

上記のように、本実施例において、実効値の２乗値を検出し周波数補正することにより、入力電源電圧やヒータ抵抗値のバラつきや波形の波形率に対して、精度よく供給可能な最大限の上限値を設定できる。このため、各条件において最大限に電力性能を引き出すことが可能となる。さらに、制御用の電流検知信号とは別に、時定数の異なる過昇温防止用の電流検知信号を有する構成とすることもできる。これにより、エンジンコントローラ１１やＺＥＲＯＸ信号やＤＩＳ信号に依存することなく、過大電流が発熱体に通電される状態が発生しても、精度よく電流を検知でき、供給電力を遮断することができる。

本発明における画像形成装置の概略断面構成図本発明におけるセラミックヒータの駆動及び制御に係る詳細回路図（ａ）はセラミックヒータの概略断面図、（ｂ）は（ａ）の矢印ｂ方向からセラミックヒータの発熱体の形成面を見た図、（ｃ）は（ａ）の矢印ｃ方向から見た（ｂ）の面と相対する面を見た図本発明における定着器の概略断面図であり、（ａ）はセラミックヒータの発熱体形成面がニップ部と反対側に配設された図、（ｂ）は発熱体形成面がニップ部側に配設された図本発明における電流検出回路のブロック詳細図電流検出回路の各信号の概略動作部分波形図本発明における定着器の立上げ制御シーケンスの概略を説明するフローチャート実施例２におけるセラミックヒータの駆動及び制御に係る詳細回路図

符号の説明

１交流電源
１１，１２６エンジンコントローラ
１２ゼロクロス検出回路
２１，１０９ｄサーミスタ
２４，１０９ｃセラミックヒータ
２５カレントトランス
２７電流検出回路
２８コンパレータ
３１絶縁基板
３２，３３発熱体
４１リレー（電力遮断手段に相当）
６１，１０９ｂ定着フィルム
６３，１０９ｃ加圧ローラ
１０１画像形成装置
１０９定着器
１２６、１１エンジンコントローラ
Ｓ記録紙

Claims

記録材に未定着トナー像を形成する画像形成部と、
商用電源から供給される電力で発熱するヒータを有し、未定着トナー像を記録材に定着する定着部と、
前記ヒータへの電力供給路に流れる電流を検出する電流検出回路であって、前記電力供給路に設けられたカレントトランスによって電圧変換された波形の２乗値を商用周波数周期もしくは半周期毎の積分値である第一の出力として出力する第一の出力部と、前記カレントトランスによって電圧変換された波形の２乗値を商用周波数周期に比較して長い周期で平均化された積分値である第二の出力として出力する第二の出力部と、を有する電流検出回路と、
前記第一の出力を用いて前記ヒータに供給可能な上限の電力デューティを算出して、前記上限の電力デューティを超えない範囲内で前記ヒータの温度に応じた電力を前記ヒータに供給するように電力制御すると共に、前記第二の出力が所定の異常電流値以上となった場合に前記ヒータへの電力供給を遮断するように前記電力供給路に設けられた電力遮断手段を制御する制御部と、
を有し、
前記電流検出回路が前記カレントトランスによって電圧変換された波形の２乗値を前記第一の出力と前記第二の出力に分流するオペアンプを有することを特徴とする画像形成装置。
前記定着部は更に、内面に前記ヒータが接触する筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送しつつ定着するための定着ニップ部を形成する加圧ローラと、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。