JP5004334B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録材に画像を形成する画像形成装置に関するものである。

一般的な電子写真プロセスを用いた画像形成装置（レーザプリンタ）について説明する。

このような画像形成装置の熱定着器は、電子写真プロセス等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。この熱定着器には、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面発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（特許文献１，２）。

この熱定着器のヒータは一般的に、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、この交流電源から電力が供給されている。またヒータを熱源とする熱定着器には温度検出素子、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検出された温度情報を基にスイッチング素子をオン／オフ制御して、熱定着器の温度が目標の温度になるように制御される。またセラミック面発ヒータのオン／オフ制御は通常、入力商用電源の位相制御又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は、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している。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平０２−１５７８７８号公報 特開２００４−２２６５５７号公報

熱定着器の温調制御する際に、シーケンスコントローラは、温度検出素子で検出される温度と、予め設定されている目標温度とを比較して、上述したヒータに供給する電力比を算出する。そして、その電力比に相当する位相角或は波数を決定し、その位相条件又は波数条件で、ヒータを駆動しているスイッチング素子をオン／オフ制御する。

ここで商用電源から画像形成装置に供給される電流は、例えばULや電安法などにより、上限の電流値が定められている。ヒータに電力を供給する交流電源は、例えば８５Ｖ〜１４０Ｖ或は１８７Ｖ〜２６４Ｖというように電圧範囲が広い。またヒータの抵抗値も製造上のバラツキを持つ。例えばヒータの抵抗値精度が±１０％の場合、全点灯でヒータに通電される電流は８５Ｖ〜１４０Ｖで約２．１倍、１８７Ｖ〜２６４Ｖで約１．７倍の電流差を生じる。また商用電源から画像形成装置に供給される電流は、ヒータとヒータを除く回路に供給される電流の合成電流となる。ヒータに流れる電流が一定の場合でも、上述した合成電流の力率やヒータを除く回路が消費する電力によって、商用電源から画像形成装置に供給される電流値は変化する。前述した様に、商用電源から画像形成装置に供給される電流値が変化する、いずれの場合にも、商用電源から画像形成装置に供給される電流が、所定の上限の電流を超えない様に、ヒータに供給する電力比の上限を設定すると、
つまり、必要以上にヒータに供給可能な電力を低下させてしまう場合があった。

そこで特許文献３で提案されているように、ヒータへの通電電流を検知して最大供給可能な電流値以下になるようにヒータへの供給電力を制御することが考えられる。ここで一般的に、高出力であるセラミック面発ヒータに電力を供給して温度制御する際に、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。

このように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なる。ヒータへの供給電力を制御する場合、最大供給可能な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、特許文献３で提案されているように、ヒータへ供給する電流の上限を予め定められた固定値にすると、前述した様に、商用電源から画像形成装置に供給される電流値が変動する、いずれの場合にも、商用電源から画像形成装置に供給される電流が、所定の上限の電流を超えない様に、ヒータへ供給する電流の上限値を設定する必要がある。つまり、必要以上にヒータに供給可能な電力を低下させてしまう場合があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決することにある。

本発明の特徴は、画像形成装置への入力電流と共にヒータの消費電流を検出し、ヒータに供給する電力比の上限値を算出することによって、商用電源の電圧変動、及び低圧電源の負荷変動に対応しつつ、ヒータへ供給する電力を上限値を超えない範囲で制御する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係る画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、
記録材に画像を形成する画像形成装置において、
商用電源から供給される電力により発熱するヒータを有し、記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、
前記ヒータ以外の負荷を駆動する低圧電源と、
商用電源から前記ヒータと前記低圧電源に分岐する前の前記装置への入力電流を検出し、検出した電流に対応する電流実効値または電流実効値の二乗値を出力する第１電流検出手段と、
商用電源から前記ヒータと前記低圧電源に分岐した後の前記ヒータに流れる電流を検出し、検出した電流に対応する電流実効値または電流実効値の二乗値を出力する第２電流検出手段と、
商用電源から前記ヒータへ供給する電力を制御する電力制御手段と、
を有し、
前記電力制御手段は、
前記第１電流検出手段の電流実効値の二乗値I２fを、前記第２電流検出手段の電流実効値の二乗値I１fの一次方程式に近似した下記式１を用いることで前記一次方程式の切片βを算出し、
I２f＝I１f＋β（式１）
更に、前記装置に通電可能な電流の上限値として予め設定されている上限値Iｌｉｍｉｔ２から前記切片βを減じた値を前記ヒータに通電可能な電流の上限値Iｌｉｍｉｔ１として下記式２に基づき算出し、
Iｌｉｍｉｔ１＝Iｌｉｍｉｔ２−β（式２）
更に、前記上限値Iｌｉｍｉｔ１、前記第２電流検出手段の電流実効値の二乗値I１f、前記第１及び第２電流検出手段によって電流を検出する時に前記ヒータに供給した電力比Ｄ、から下記式３に基づき前記ヒータに供給する電力比の上限値Ｄｌｉｍｉｔを算出し、
Ｄｌｉｍｉｔ＝（Iｌｉｍｉｔ１／I１f）×Ｄ（式３）
前記電力比の上限値Ｄｌｉｍｉｔ以下の範囲内で前記ヒータに供給する電力を制御することを特徴とする。

本発明によれば、画像形成装置への入力電流と共にヒータの消費電流を検出し、ヒータに供給する電力比の上限値を算出することによって、商用電源の電圧変動、及び低圧電源の負荷変動に対応しつつ、ヒータへ供給する電力を上限値を超えない範囲で制御することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態に係る電子写真プロセスを用いた画像形成装置（レーザプリンタ）の概略構成図である。

レーザプリンタ本体１０１（以下、本体１０１）は、記録シートＳを収納するカセット１０２が装着可能で、このカセット１０２から供給される記録シートＳに画像を形成する。１０３は、カセット１０２の記録シートＳの有無を検知するカセット有無センサである。１０４は、カセット１０２に収容されている記録シートＳのサイズを検知するカセットサイズセンサで、ここでは例えば複数のマイクロスイッチで構成されている。１０５は、カセット１０２から記録シートＳをピックアップして搬送する給紙ローラである。この給紙ローラ１０５の下流には記録シート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、このレジストローラ対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シート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。更に、この画像形成部１０８の下流には、記録シート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。そして、この定着器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、記録シートＳを排紙する排紙ローラ対１１１、画像が形成されて定着された記録シートＳを積載して収容する積載トレイ１１２が設けられている。尚、ここでこの記録シートＳの搬送基準は、記録シートＳの搬送方向に直交する方向の長さ、つまり記録シートＳの幅に対して、略中央になるように設定されている。

またレーザスキャナ部１０７は、外部装置１３１から送出される画像信号（画像信号ＶＤＯ）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を有している。このレーザユニット１１３からのレーザ光は、ポリゴンモータ１１４により回転駆動されるポリゴンミラーにより反射され、結像レンズ１１５、折り返しミラー１１６等により反射されて感光ドラム１１７上を走査する。

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、一次帯電ローラ１１９、現像器１２０、転写帯電ローラ１２１、クリーナ１２２等を有している。また定着器１０９は、定着フィルム１０９ａ、加圧ローラ１０９ｂ、定着フィルム１０９ａ内部に設けられたセラミックヒータ１０９ｃ、セラミックヒータ１０９ｃの表面温度を検出するサーミスタ１０９ｄを有している。

また、メインモータ１２３は、給紙ローラ１０５に対して給紙ローラクラッチ１２４を介して回転力を与えている。またレジストローラ対１０６には、レジストローラクラッチ１２５を介して回転力を与えている。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、排紙ローラ対１１１にも駆動力を与えている。

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、及び本体１０１での記録シートＳの搬送制御等を行なっている。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と汎用のインタフェース（セントロニクス、ＲＳ２３２Ｃ等）１３０で接続されている。ビデオコントローラ１２７は、この汎用インタフェース１３０を介して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は、本発明の実施の形態において、セラミックヒータ１０９ｃへの通電駆動を制御するヒータ制御回路（電力供給制御回路）の構成を示すブロック図である。

２０１は、この画像形成装置が接続される交流電源を示している。この画像形成装置は、交流電源２０１をＡＣフィルタ２０２，カレントトランス２２５，リレー２４１を介してセラミックヒータ１０９ｃの発熱体２０３，発熱体２２０へ供給している。これによりセラミックヒータ１０９ｃを構成する発熱体２０３、発熱体２２０を発熱させる。この発熱体２０３への電力の供給は、トライアック２０４の通電、遮断により制御される。抵抗２０５，２０６は、このトライアック２０４のバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ２０７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。このフォトトライアックカプラ２０７の発光ダイオードに通電することにより、トライアック２０４がオンされる。抵抗２０８は、フォトトライアックカプラ２０７に流れる電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ２０９によりフォトトライアックカプラ２０７への通電がオン／オフされる。このトランジスタ２０９は、抵抗２１０を介してエンジンコントローラ１２６から供給される信号（ON1）に従って動作する。

また発熱体２２０への電力の供給は、トライアック２１３の通電、遮断により制御される。抵抗２１４，２１５は、トライアック２１３のバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ２１６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。このフォトトライアックカプラ２１６の発光ダイオードに通電することにより、トライアック２１３をオンすることができる。抵抗２１７は、フォトトライアックカプラ２１６に流れる電流を制限するための抵抗である。トランジスタ２１８は、抵抗２１９を介してエンジンコントローラ１２６から供給される信号（ON2）に従って、このフォトトライアックカプラ２１６による通電をオン／オフしている。

また、交流電源２０１は、ＡＣフィルタ２０２を介してゼロクロス検出回路２１２に入力される。このゼロクロス検出回路２１２は、商用電源電圧が、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１２６に対してパルス信号で報知する。以下、このエンジンコントローラ１２６に送出される信号をZEROX信号と呼ぶ。エンジンコントローラ１２６は、このZEROX信号のパルスのエッジを検知し、位相制御又は波数制御によりトライアック２０４或は２１３のオン／オフを制御している。

これらトライアック２０４及び２１３に制御されて発熱体２０３及び２２０に通電されるヒータ電流は、カレントトランス２２５によって電圧変換され、電流検出回路２２７に入力される。この電流検出回路２７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信号としてエンジンコントローラ１２６に入力される。こうして入力されたHCRRT1信号は、エンジンコントローラ１２６でＡ／Ｄ変換され、デジタル値で管理される。

またＡＣフィルタ２０２を介して入力される交流電源２０１からの電流は、カレントトランス２２６によって電圧変換され、電流検出回路２２８に入力される。この電流検出回路２２８では、電圧変換されたヒータ電流波形を、実行値もしくはその２乗値に変換し、HCRRT2信号としてエンジンコントローラ１２６に入力する。こうして入力されたHCRRT2信号は、エンジンコントローラ１２６でＡ／Ｄ変換され、デジタル値で管理される。

サーミスタ１０９ｄは、発熱体２０３，２２０が形成されているセラミックヒータ１０９ｃの温度を検知するための、例えば、サ−ミスタ感温素子である。このサーミスタ１０９ｄは、セラミックヒータ１０９ｃ上に発熱体２０３，２２０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。このサーミスタ１０９ｄによって検出される温度は、抵抗２２２と、サーミスタ１０９ｄとの分圧として検出され、エンジンコントローラ１２６にTH信号として入力される。こうして入力されたTH信号は、エンジンコントローラ１２６でＡ／Ｄ変換され、デジタル値で管理される。

このセラミックヒータ１０９ｃの温度は、TH信号としてエンジンコントローラ１２６で監視されている。そしてエンジンコントローラ１２６で設定されているセラミックヒータ１０９ｃの設定温度と比較することによって、セラミックヒータ１０９ｃを構成する発熱体２０３，２２０に供給するべき電力比を算出する。そして、その供給する電力比に対応した位相角（位相制御）又は波数（波数制御）に換算し、その制御条件によりエンジンコントローラ１２６がトランジスタ２０９にON1信号、或はトランジスタ２１８にON2信号を送出する。こうしてセラミックヒータ１０９ｃの温度が制御される。ここで発熱体２０３，２２０に供給する電力比を算出する際に、電流検出回路２２７と電流検出回路２２８から報知されるHCRRT1信号、HCRRT2信号を基に上限の電力比を正確に算出して、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、下記のような制御テーブルがエンジンコントローラ１２６に設けられており、この制御テーブルに基づいて制御する。

更に、発熱体２０３，２２０に電力を供給して制御する回路など故障して発熱体２０３，２２０が熱暴走に至った場合、その過昇温を防止する一手段として、過昇温防止部２２３がセラミックヒータ１０９ｃに配されている。この過昇温防止部２２３は、例えば温度ヒューズやサーモスイッチである。発熱体２０３，２２０が熱暴走になって過昇温防止部２２３が所定の温度以上になると、この過昇温防止部２２３が開放状態となって発熱体２０３及び２２０への通電が遮断される。

またTH信号として監視されているセラミックヒータ１０９ｃの温度制御のために、エンジンコントローラ１２６で温度制御の設定温度とは別に異常高温を検知するための異常温度値が設定されている。これによりTH信号が示す温度情報が、その異常温度値以上になった場合は、エンジンコントローラ１２６はRLD信号をロウレベルにする。これによりトランジスタ２４２がオフ状態になってリレー２４１を開放する。こうして発熱体２０３及び２２０への通電が遮断される。通常、温度制御時には、エンジンコントローラ１２６はRLD信号を常にハイレベルで出力してトランジスタ２４２をオンにし、リレー２４１をオン（導通状態）にしている。抵抗２４３は電流制限抵抗であり、抵抗２４４は、トランジスタ２４２のベース・エミッタ間のバイアス抵抗である。ダイオード２４５はリレー２４１のオフ時の逆起電力吸収用素子である。

図３（Ａ）（Ｂ）は、本実施の形態に係るセラミックヒータ１０９ｃの概略を説明する図である。図３（Ａ）は、セラミック面発ヒータの断面図、図３（Ｂ）の３０１は、発熱体２０３，２２０が形成されている面を示しており、図３（Ｂ）の３０２は、３０１が示す面と相対する面を示している（図３（Ａ）参照）。

このセラミック面発ヒータ１０９ｃは、SiC，AlN，Al2O3等のセラミックス系の絶縁基板３３１と、この絶縁基板３３１面上にペースト印刷等で形成されている発熱体２０３，２２０と、２本の発熱体を保護しているガラス等の保護層３３４から構成されている。この保護層３３４上に、セラミック面発ヒータ１０９ｃの温度を検出するサーミスタ１０９ｄと過昇温防止部２２３が配置されている。これらは記録シートの搬送基準、つまり発熱部２０３ａ，２２０ａの長さ方向の中心に対して左右対称な位置で、かつ通紙可能な最小の記録シート幅よりも内側の位置に配設されている。

発熱体２０３は、電力が供給されると発熱する部分２０３ａと、コネクタを介して電力が供給される電極部２０３ｃ，２０３ｄと、これら電極部２０３ｃ，２０３ｄと発熱体２０３とを接続する導電部２０３ｂとを有している。また発熱体２２０は、電力が供給されると発熱する部分２２０ａと、コネクタを介して電力が供給される電極部２０３ｃ，２２０ｄと、電極部２０３ｃ，２２０ｄと接続される導電部２２０ｂとを有している。電極部２０３ｃは、２本の発熱体２０３と２２０に共通に接続されており、発熱体２０３，２２０の共通電極となっている。また発熱体２０３，２２０が印刷されている絶縁基板３３１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。

この共通電極２０３ｃは、交流電源２０１のHOT側端子から過昇温防止部２２３を介して接続される。電極部２０３ｄは、発熱体２０３を制御するトライアック２０４に接続され、交流電源２０１のNeutral端子に接続される。電極部２２０ｄは、発熱体２２０を制御するトライアック２１３と電気的に接続され、交流電源２０１のNeutral端子に接続される。セラミックヒータ１０９ｃは、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、フィルムガイド６２によって支持されている。

図４（Ａ）（Ｂ）は、本実施の形態に係る熱定着器１０９の概略構成を示す図で、図４（Ａ）は、絶縁基板３３１に対して、発熱体２０３，２２０がニップ部と反対側にある場合を示し、図４（Ｂ）は、絶縁基板３３１に対して、発熱体２０３，２２０がニップ部側に位置している場合を示している。

定着フィルム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１０９ｃ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、このフィルムガイド６２の下面のセラミックヒータ１０９ｃと、加圧部材としての弾性加圧ローラ１０９ｂとを、定着フィルム１０９ａを挟ませて弾性加圧ローラ１０９ｂの弾性に抗して所定の加圧力をもって圧接させている。こうして加熱部としての所定幅の定着ニップ部を形成している。また過昇温防止部２２３、例えば、サーモスタットがセラミックヒータ１０９ｃの絶縁基板３３１面上、或は保護層３３４面上に当接されている。この過昇温防止部２２３は、フィルムガイド６２に位置を矯正され、過昇温防止部２２３の感熱面がセラミックヒータ１０９ｃの面上に当接されている。図示はしていないが、サーミスタ１０９ｄも同様に、このセラミックヒータ１０９ｃの面上に当接されている。ここで、図４（Ａ）のように、セラミックヒータ１０９ｃは発熱体２０３，２２０がニップ部と反対側にあっても良く、或は図４（Ｂ）のように、発熱体２０３，２２０がニップ部側にあってもかまわない。また、定着フィルム１０９ａの摺動性を上げるために、定着フィルム１０９ａとセラミックヒータ１０９ｃ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は、本実施の形態に係る電流検出回路２２７の構成を説明するブロック図、図７は、この電流検出回路２２７の動作を説明するための波形図である。

図７の６０１では、発熱体２０３に電流Ｉ1が流されると、カレントトランス２２５によって、その電流波形が二次側で電圧変換される。このカレントトランス２２５の電圧出力をダイオード５１ａ，５３ａによって整流し、負荷抵抗として抵抗５２ａ，５４ａを接続している。６０３は、このダイオード５３ａによって半波整流された波形を示す。この電圧波形は、抵抗５５ａを介して乗算器５６ａに入力される。この乗算器５６ａは、６０４で示すように、２乗した電圧波形を出力する。この２乗された波形は、抵抗５７ａを介してオペアンプ５９ａの−端子に入力される。このオペアンプ５９ａの＋端子には、抵抗５８ａを介してリファレンス電圧８４ａが入力されており、帰還抵抗６０ａにより反転増幅される。尚、このオペアンプ５９ａは片電源から電源が供給されているものとする。

６０５は、リファレンス電圧８４ａを基準に反転増幅された波形を示す。このオペアンプ５９ａの出力は、オペアンプ７２ａの＋端子に入力される。オペアンプ７２ａでは、リファレンス電圧８４ａと、その＋端子に入力された波形の電圧差と、抵抗７１ａで決定される電流がコンデンサ７４ａに流入されるようにトランジスタ７３ａを制御している。こうしてコンデンサ７４ａは、リファレンス電圧８４ａと、その＋端子に入力された波形の電圧差と抵抗７１ａで決定される電流で充電される。

ダイオード５３ａによる半波整流区間が終わると、コンデンサ７４ａへの充電電流がなくなるため、その電圧値がピークホールドされる。そして６０６に示すように、ダイオード５１ａの半波整流期間にDIS信号によりトランジスタ７５ａをオンする。これにより、コンデンサ７４ａの充電電圧が放電される。６０７で示すように、トランジスタ７５ａは、エンジンコントローラ１２６からのDIS信号によりオン／オフされており、６０２で示すZEROX信号を基に、トランジスタ７５ａのオン／オフ制御を行っている。この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と同じタイミング、もしくは直前でオフする。これにより、ダイオード５３ａの半波整流期間であるヒータの通電期間を干渉することなく制御できる。

つまり、コンデンサ７４ａのピークホールド電圧Ｖ1fは、カレントトランス２２５によって電流波形が二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。こうしてコンデンサ７４ａにピークホールドされた電圧値が、電流検出回路２２７からHCRRT1信号としてエンジンコントローラ１２６に送出される。

図６は、本実施の形態に係る電流検出回路２２８の構成を説明するブロック図、図８は、この電流検出回路２２８の動作を説明するための波形図である。

７０１は、ＡＣフィルタ２０２を介して供給される電源電流Ｉ2を示し、この電流Ｉ2はカレントトランス２２６によって二次側で電圧変換される。この電源電流Ｉ2は、ヒータ１０９ｃ（発熱体２０３，２２０）に流す電流Ｉ1（６０１）と、低圧電源（LVPS）電流Ｉ3との合計である。

このカレントトランス２２６からの電圧出力をダイオード５１ｂ，５３ｂによって整流し、負荷抵抗として５２ｂ，５４ｂを接続している。７０３は、ダイオード５３ｂで半波整流された電圧波形を示し、この波形は抵抗５５ｂを介して乗算器５６ｂに入力される。７０４は、この乗算器５６ｂにより２乗された波形を示す。この２乗された電圧波形は、抵抗５７ｂを介してオペアンプ５９ｂの−端子に入力されている。一方、このオペアンプ５９ｂの＋端子には、抵抗５８ｂを介してリファレンス電圧８４ｂが入力されており、帰還抵抗６０ｂにより反転増幅される。尚、このオペアンプ５９ｂは、片電源で電源供給されている。こうしてリファレンス電圧８４ｂを基準に反転増幅された波形、つまり、オペアンプ５９ｂの出力は、オペアンプ７２ｂの＋端子に入力される。

オペアンプ７２ｂは、リファレンス電圧８４ｂと、その＋端子に入力された波形の電圧差と抵抗７１ｂに決定される電流がコンデンサ７４ｂに流入されるようにトランジスタ７３ｂを制御している。これによりコンデンサ７４ｂは、リファレンス電圧８４ｂと＋端子に入力された波形の電圧差と抵抗７１ｂで決定される電流で充電される。ダイオード５３ｂによる半波整流区間が終わると、コンデンサ７４ｂへの充電電流がなくなるため、その電圧値がピークホールドされる。ここでダイオード５１ｂの半波整流期間にトランジスタ７５ｂをオンすることにより、コンデンサ７４ｂにチャージされた電圧を放電する。このトランジスタ７５ｂは、７０７で示す、エンジンコントローラ１２６からのDIS信号によりオン／オフされており、７０２で示す、ZEROX信号を基にトランジスタ７５ｂを制御している。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、もしくは直前でオフすることにより、ダイオード５３ｂ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７４ｂのピークホールド電圧Ｖ2fは、カレントトランス２２６によって電流波形が二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。７０６では、コンデンサ７４ｂの電圧が、７０６で示すHCRRT2信号として、電流検出回路２２８からエンジンコントローラ１２６に送出される。

次に、本実施の形態における定着器１０９の制御シーケンスについて説明する。

図９は、本実施の形態１に係る画像形成装置のエンジンコントローラ１２６による制御処理を説明するフローチャートである。

まずステップＳ１で、エンジンコントローラ１２６にて、セラミックヒータ１０９ｃへの電力供給開始の要求が発生するかを判断し、要求が発生するとステップＳ２に進み、発熱体２０３及び２２０の両方に同一の所定の固定デューティＤで通電する。ここでは固定デューティＤに相当する位相角α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１２６よリ送出される。これにより発熱体２０３及び２２０には、位相角αで電流が供給される。

次にステップＳ３に進み、低圧電源（LVPS）に流れる電流が画像形成中の最大値となるように、低圧電源の負荷（モータ等）を駆動させる。
画像の形成を開始する前に、ジャムや故障検知のため低圧電源の負荷を駆動させる場合は、そのシーケンスを利用してもよい。

次にステップＳ４に進み、固定デューティＤで通電し、低圧電源の負荷を駆動させている状態で、電流検出回路２２７から送られてくるHCRRT1信号により電圧Ｖ1f（電流値Ｉ1fに相当）を取得する。これは前述したようにコンデンサ７４ａでピークホールドされた電圧値Ｖ1fに該当している。即ち、図７に示すHCRRT1信号のピークホールド値である。この実施の形態では、ZEROX信号をトリガにして、ZEROX信号の立上がりエッジからDIS信号を送出するまでの間、Ｔdlyの期間内にこの値を取得する。この期間Ｔdlyは、エンジンコントローラ１２６がピークホールド値Ｖ1fを検知するのに十分な時間に設定されている。また固定デューティＤは、予め想定されている入力電圧範囲やヒータの抵抗値等を考慮して、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、低圧電源（LVPS）電流が最大値の場合を想定して固定デューティＤを設定する。尚、図９及び図１０のフローチャートの説明では、電流値を検出し、その電流値に基づいて上限電流値及び上限デューティを求めるように説明しているが、前述したように、実際はピークホールドされた電圧値を検出している。そして、この電圧値に対応する電流値を求めて計算を実行している。

次にステップＳ５に進み、固定デューティＤで通電し、低圧電源の負荷を駆動させている状態で、HCRRT2信号により電圧値Ｖ2fの値（電流値Ｉ2fに相当）を取得する。この電圧値Ｖ2fは、商用電源２０１の電流をＡＣフィルタ２０２を介した電圧値であり、この電圧値Ｖ2f（電流値Ｉ2f）を所定の値以内に抑える必要がある。

次にステップＳ６に進み、エンジンコントローラ１２６において、その取得した電圧値Ｖ1fと電圧値Ｖ2f（電流値Ｉ1fとＩ2f）とを基に、ヒータ１０９ｃ（発熱体２０３，２２０）に通電可能な電流の上限電流値Ｉlimit1を算出する。ここで、HCRRT1信号が示す電圧値Ｖ1fと、HCRRT2信号が示す電圧値Ｖ2f値は、上述したように、２乗波形の商用周波数の半周期分の積分値である。ここで、電流値Ｉ3fをヒータ１０９ｃを除いた全回路（LVPS）に流れる電流の２乗波形の商用周波数の半周期分の積分値とすると、
Ｉ2f＝∫（Ｉ1＋Ｉ3）²・dt
＝∫Ｉ1（Ｉ1＋2×Ｉ3）・dt＋Ｉ3f
ここで、Ｉ1≫２×Ｉ3が成り立つ時、
Ｉ2f≒Ｉ1f＋Ｉ3f
となる。こうして固定デューティＤで通電し、低圧電源の負荷を駆動させている状態で、HCRRT1信号より取得した電圧値Ｖ1f（電流値Ｉ1f）と、HCRRT2信号により取得した電圧値Ｖ2f（電流値Ｉ2f）により、電流値Ｉ3fを求めることができる。このＩ3fの値を切片βと置すると、電流値Ｉ2fは、電流値Ｉ1fの一次式で近似することができる。即ち、
Ｉ2f≒Ｉ1f＋β
と表すことができる。

ここで、HCRRT2信号が報知するＩ2f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、Ｉ2f値は５０Ｈzにおける電流値となる。

エンジンコントローラ１２６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間隔Ｔ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、電流値Ｉ1fの５０Ｈz換算値をＩ150とすると、ZEROX周期Ｔより、
Ｉ150＝Ｉ1f×（１／Ｔ）／５０
また、電流値Ｉ2fの５０Ｈz換算値をＩ250とすると、ZEROX周期Ｔより、
Ｉ250＝Ｉ2f×（１／Ｔ）／５０
で表すことができる。

こうして固定デューティＤで通電し、低圧電源の負荷を駆動させている状態で、HCRRT1信号より取得した電圧値Ｖ1f（電流値Ｉ1f）とHCRRT2信号により取得した電圧値Ｖ2f（電流値Ｉ2f）とZEROX周期Ｔより算出した、５０Ｈz換算の電流値Ｉ150と、Ｉ250とを用いて、下式り切片βを算出することができる。

β≒Ｉ250−Ｉ150
ここで、予め設定されている通電可能な電流値Ｉlimit2を、５０Ｈzにおける電流制限値としておく。エンジンコントローラ１２６で、Ｉlimit2から、上記の式より求めた切片βを減算することによって、ヒータ１０９ｃ（発熱体２０３，２２０）に通電可能な電流の上限電流値Ｉlimit1を算出することができる。ここで、Ｉlimit1は、５０Ｈzにおける電流制限値とする。

Ｉlimit1≒Ｉlimit2−β
但し、算出したＩlimit1の電流値を、ヒータ１０９ｃ（発熱体２０３，２２０）に供給すると、ヒータに供給できる定格電力を超えてしまう場合は、ヒータに通電可能な上限電流値Ｉlimit1を、ヒータに通電可能な許容電流値以下に設定する。

次にステップＳ７に進み、エンジンコントローラ１２６において、取得した電圧値Ｖ1f（電流値Ｉ1f）から算出した、５０Ｈz換算の電流値Ｉ150と、固定デューティＤと、ステップＳ４で求めた上限電流値Ｉlimit1から、通電可能な上限の電力デューティＤlimitを算出する。

ここで通電可能な電流値Ｉlimit1が５０Ｈzにおける電流制限値であるため、上限のデューティＤlimitは、以下の式で求められる。

Ｄlimit＝（Ｉlimit1／Ｉ150）×Ｄ
このＤlimitを上限デューティとし、ステップＳ８に進みヒータ温調制御を開始する。

ここで、エンジンコントローラ１２６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、例えばPI制御により発熱体２０３，２２０に供給する電力を制御する。目標の温度情報とTH信号からの温度情報の差分から供給する電力デューティを決定している。但し、算出された電力デューティが上限デューティＤlimitを超える場合は、その上限値としてＤlimitの比率の電力を供給する。つまりステップＳ８では、上限デューティＤlimit以下でのデューティでヒータ温調制御を行う。この上限デューティＤlimitに相当する位相角αlimit以下の位相角で位相制御を行うことになる。

そしてステップＳ９で、ヒータ温調制御終了の要求がくるまで、算出された上限デューティＤlimit以下で制御を行う。

上述の説明では。ヒータ１０９ｃを構成する発熱体２０３，２２０が２つの場合で説明したが本発明はこれに限定されるものでなく、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。

以上説明したように本実施の形態１によれば、定着器１０９の立上げ時に所定の電力比で電力を供給し、低圧電源（LVPS）に流れる電流がプリントシーケンス中の最大値となるように、低圧電源の負荷（モータ等）を駆動させた状態において、電流検出回路２２７と電流検出回路２２８から報知されるHCRRT1信号とHCRRT2信号とを基に上限の電力比を算出する。そして、その上限の電力比以下の電力が通電されるように制御できる。
これにより、上述した近似式の近似条件“Ｉ1≫２×Ｉ3”を満たす場合、商用電源に供給される電流が所定の上限電流を超えない範囲で、負荷に供給される電力を制御することができる。

また、実効値の２乗値を検出して周波数を補正し、ヒータ１０９ｃ（発熱体２０３，２２０）に通電可能な電流の上限電流値を、近似式を用いて算出することによって、商用電源の電圧や力率、ヒータ抵抗値のバラつき、波形の波形率に対して、供給できる上限電流値を精度良く設定できる。このため、各条件において最大限に電力性能を発揮できるようになる。

［実施の形態２］
図１０は、本発明の本実施の形態２に係るエンジンコントローラ１２６による定着器１０９の制御シーケンスを説明するフローチャートである。尚、この実施の形態２に係る装置構成は前述の実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。

図１０においてステップＳ１１〜Ｓ１５の処理は、前述した図９のステップＳ１〜Ｓ５の処理と同じであるため、その説明を省略する。ステップＳ１６では、エンジンコントローラ１２６において、取得した電圧値Ｖ1f（電流値Ｉ1f）と電圧値Ｖ2f（電流値Ｉ2f）とを基に、ヒータ１０９ｃに通電可能な電流の上限電流値Ｉlimit１を算出する。ここでは、固定デューティＤ_1で通電しているときに、HCRRT1信号より検知した電流値Ｉ1f_1と（50Hz換算の電流値をＩ150_1とする）、HCRRT2信号より検知した電流値Ｉ2f_1と（50Hz換算の電流値をＩ250_1とする）、ZEROX周期Ｔ_1により切片βを求める。

β≒Ｉ250_1−Ｉ150_1
商用電源２０１からの入力電流である電流値Ｉ2fの上限値Ｉlimit2から切片βを減算して、エンジンコントローラ１２６により上限電流値Ｉlimit1を算出する。ここで、Ｉlimit1及びＩlimit2は50Hzにおける電流制限値とする。

Ｉlimit1≒Ｉlimit2−β
但し、算出したＩlimit1の電流値を、ヒータ１０９ｃ（発熱体２０３，２２０）に供給すると、ヒータに供給できる定格電力を超えてしまう場合は、ヒータに通電可能な上限電流値Ｉlimit1を、ヒータに通電可能な許容電流値以下に設定する。

次にステップＳ１７に進み、エンジンコントローラ１２６において、検知された電流値Ｉ1f_1と固定デューティＤ_1と、ステップＳ１６で求めた上限電流値Ｉlimit1と、ZEROX周期Ｔ_1から、通電可能な上限電力デューティＤlimit_1を算出する。

Ｄlimit_1＝（Ｉlimit1／Ｉ150_1）×Ｄ_1
この計算によって求めた電力デューティＤlimit_1を上限デューティとし、ステップＳ１８に進みヒータ温調制御を開始する。ここで、エンジンコントローラ１２６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、例えばPI制御により発熱体２０３，２２０に供給する電力を制御する。目標の温度情報とTH信号からの温度情報の差分から供給する電力デューティD_2を決定している。但し、算出された電力デューティが上限デューティＤlimit_1を超える場合は、その上限値としてＤlimit_1の比率の電力を供給する。この時D_2の値はＤlimit_1と一致する。つまりステップＳ８では、上限デューティＤlimit_1以下でのデューティでヒータ温調制御を行う。この上限デューティＤlimit_1に相当する位相角αlimit_1以下の位相角で位相制御を行うことになる。

ステップＳ１９ではヒータ温調制御が開始し、Ｄ_2の比率で電力が供給された後に、HCRRT1信号により電圧値Ｖ1f_2（電流値Ｉ1f_2）とZEROX周期Ｔ_2を検知し、電流値Ｉ1f_2の50Hz換算値Ｉ150_2を算出する。

Ｉ150_2＝Ｉ1f_2×（1/T_2）／５０
そしてステップＳ２０で、HCRRT2信号により電圧値Ｖ2f_2（電流値Ｉ2f_2）とZEROX周期Ｔ_2を検知し、電流値Ｉ2f_2の50Hz換算値Ｉ250_2を算出する。

Ｉ250_2＝Ｉ2f_2×（1/T_2）／５０
そしてステップＳ２１ではステップＳ２０で取得したＩ250_2が、予め設定されている商用電源２０１から通電可能な電流値Ｉlimit2と比較を行う。Ｉlimit2は５０Ｈzにおける電流制限値とする。

Ｉlimit2＞Ｉ250_2の条件を満たす場合はステップS２３に
Ｉlimit2≦Ｉ250_2の条件を満たす場合はステップS２２に分岐する。

ステップ２２では、デューティＤ_2で通電した状態で電流値Ｉ250_2が予め設定されている上限電流値Ｉlimit2以上の場合であり、HCRRT1信号より取得した電圧値Ｖ1f_2（電流値Ｉ1f_2）とHCRRT2信号により取得した電圧値Ｖ2f_2（電流値Ｉ2f_2）とZEROX周期Ｔ_2から算出した、５０Ｈz換算の電流値Ｉ150_2と、Ｉ250_2を用いて、電流上限値Ｉlimit1の算出し、ヒータ１０９ｃに通電可能な電流の上限電流値Ｉlimit1の値を更新する。

β≒Ｉ250_2−Ｉ150_2
Ｉlimit1≒Ｉlimit2−β
但し、算出したＩlimit1の電流値を、ヒータ１０９ｃ（発熱体２０３，２２０）に供給すると、ヒータに供給できる定格電力を超えてしまう場合は、ヒータに通電可能な上限電流値Ｉlimit1を、ヒータに通電可能な許容電流値以下に設定する。ここで求めたＩlimit1の値を新たな上限電流値とし、次のステップS２３に移動する。

そしてステップＳ２３で、エンジンコントローラ１２６において、電流値Ｉ150_2と電力デューティＤ_2と、上限電流値Ｉlimit1とから、通電可能な上限電力デューティＤlimit_2を算出する。

Ｄlimit_2＝（Ｉlimit1／Ｉ150_2）×Ｄ_2
以上の処理を、ステップＳ２４で、ヒータ１０９ｃの温調制御が終了するまで、商用電源の周期ごとに繰り返し行い、エンジンコントローラ１２６において、発熱体２０３，２２０に供給する電力デューティを算出する。

つまり、Ｄlimit_n以下の電力デューティＤ_n+1でヒータを温調制御する際に（Ｓ１８）、HCRRT1信号により電圧値Ｖ1f_n+1（電流値Ｉ1f_n+1）を取得し（Ｓ１９）、HCRRT2信号で電圧値Ｖ2f_n+1（電流値Ｉ2f_n+1）取得し（S20）、ZEROX周期Ｔ_n+1よりＩ150_n+1及びＩ250_n+1を算出する（Ｓ１９，Ｓ２０）。

デューティＤ_n+1で通電した状態でＩ250_n+1が予め設定されている上限値のＩlimit2を超えた場合（Ｓ２１）、近似式を用いて上限電流値Ｉlimit1を算出し（Ｓ２２）、新たな上限電流値に設定する。Ｉ150_nと電力デューティＤ_nと、上限電流値Ｉlimit1から、上限電力デューティDlimit_n+1を算出する（Ｓ２３）。

このように本実施の形態２によれば、上記近似式を用いてヒータに通電可能な上限電力デューティＩlimit1を設定する。
その設定後に商用周波数周期ごとに値が更新されるHCRRT2信号より取得した電流値Ｉ2fが予め設定されている商用電源２０１から通電可能な上限値を超えた場合に、近似式を用いて上限デューティＩlimit1を算出し、上限の電力比を更新する。
電力デューティの上限値は、HCRRT2信号より取得した電流値Ｉ1f、Ｉlimit1値と、デューティＤと、ZEROX周期Ｔを用いて繰り返し算出し、商用周波数周期ごとに更新する。
こうすることにより、上述した近似式の近似条件“Ｉ1≫２×Ｉ3”を満たさない場合でも、商用電源の電圧や力率、ヒータ抵抗値のバラつき、波形の波形率に対して、精度よく供給可能な上限値を設定できる。またプリント動作中の商用電源２０１の電圧や周波数が変動した場合でも、許容電流以上の電流が供給されるのを防ぐことができる。
こうして各条件において最大限に電力性能を出させることが可能となる。

本実施の形態に係る電子写真プロセスを用いた画像形成装置（レーザプリンタ）の概略構成図である。 本発明の実施の形態において、セラミックヒータへの通電駆動を制御するヒータ制御回路の構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係るセラミックヒータの概略を説明する図である。 本実施の形態に係る熱定着器の概略構成を示す図である。 本実施の形態に係る電流検出回路２２７の構成を説明するブロック図である。 本実施の形態に係る電流検出回路２２８の構成を説明するブロック図である。 本実施の形態に係る電流検出回路２２７の動作を説明するための波形図である。 本実施の形態に係る電流検出回路２２８の動作を説明するための波形図である。 本実施の形態１に係る画像形成装置のエンジンコントローラによる制御処理を説明するフローチャートである。 本実施の形態２に係る画像形成装置のエンジンコントローラによる制御処理を説明するフローチャートである。

Claims (2)

1. 記録材に画像を形成する画像形成装置において、
   商用電源から供給される電力により発熱するヒータを有し、記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、
   前記ヒータ以外の負荷を駆動する低圧電源と、
   商用電源から前記ヒータと前記低圧電源に分岐する前の前記装置への入力電流を検出し、検出した電流に対応する電流実効値または電流実効値の二乗値を出力する第１電流検出手段と、
   商用電源から前記ヒータと前記低圧電源に分岐した後の前記ヒータに流れる電流を検出し、検出した電流に対応する電流実効値または電流実効値の二乗値を出力する第２電流検出手段と、
   商用電源から前記ヒータへ供給する電力を制御する電力制御手段と、
   を有し、
   前記電力制御手段は、
   前記第１電流検出手段の電流実効値の二乗値I２fを、前記第２電流検出手段の電流実効値の二乗値I１fの一次方程式に近似した下記式１を用いることで前記一次方程式の切片βを算出し、
   I２f＝I１f＋β（式１）
   更に、前記装置に通電可能な電流の上限値として予め設定されている上限値Iｌｉｍｉｔ２から前記切片βを減じた値を前記ヒータに通電可能な電流の上限値Iｌｉｍｉｔ１として下記式２に基づき算出し、
   Iｌｉｍｉｔ１＝Iｌｉｍｉｔ２−β（式２）
   更に、前記上限値Iｌｉｍｉｔ１、前記第２電流検出手段の電流実効値の二乗値I１f、前記第１及び第２電流検出手段によって電流を検出する時に前記ヒータに供給した電力比Ｄ、から下記式３に基づき前記ヒータに供給する電力比の上限値Ｄｌｉｍｉｔを算出し、
   Ｄｌｉｍｉｔ＝（Iｌｉｍｉｔ１／I１f）×Ｄ（式３）
   前記電力比の上限値Ｄｌｉｍｉｔ以下の範囲内で前記ヒータに供給する電力を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記定着部は、前記ヒータが内面に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画像が形成された記録材を定着処理する定着ニップ部を形成する加圧部材と、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。

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