JP6021536B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に関し、特に記録材上に形成された画像を記録材に加熱定着する定着部を有する画像形成装置に関するものである。

商用電源の電圧が１００Ｖ系（例えば、１００Ｖ〜１２７Ｖ）の地域用の画像形成装置を、２００Ｖ系（例えば、２００Ｖ〜２４０Ｖ）の地域で使用する場合、定着部のヒータに供給可能な最大電力は４倍になる。ヒータに供給可能な最大電力が大きくなると、位相制御や波数制御などのヒータの電力制御で生じる高調波電流やフリッカ等が顕著となる。また、装置が正常に動作せずに熱暴走した際に生じる電力が、２００Ｖの地域で使用する場合は１００Ｖの地域で使用する場合に比べて４倍に増加するため、より応答性の早い安全回路が必要になる。そのため、一つの画像形成装置を商用電源電圧が１００Ｖの地域と２００Ｖ地域どちらでも使用できるようにする場合、地域毎に別々の抵抗値のヒータに取り換える場合が多い。

一方、１００Ｖの商用電源電圧が供給されている地域と、２００Ｖの商用電源電圧が供給されている地域で共用できるユニバーサル画像形成装置を実現する手段として、リレーなどスイッチ手段を用いて、ヒータの抵抗値を切り替える方法が提案されている。特許文献１及び特許文献２には、第一及び第二の発熱体を有し、第一及び第二の発熱体を直列に接続する第一の動作状態と並列に接続する第二の動作状態に切り替え可能とすることで商用電源電圧に応じて発熱体の抵抗値を切り替え、商用電源電圧が１００Ｖの地域と２００Ｖの地域どちらでも使用できる装置とすることが提案されている。

特開平０７−１９９７０２号 米国特許第５２２９５７７号

商用電源電圧に応じて第一及び第二の発熱体を直列接続状態と並列接続状態に切り替える方法では、ヒータの発熱領域を変えずに、ヒータの抵抗値を切り替えることができる。換言すると、１００Ｖの地域と２００Ｖの地域どちらで使っても二本の発熱体が発熱する。エンドレスベルトと、エンドレスベルトの内面に接触するヒータと、エンドレスベルトを介してヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有する定着装置では、上述した直並列切り替え方式が特に有効である。なぜなら、１００Ｖの地域と２００Ｖの地域どちらで使っても二本の発熱体が発熱するので、定着ニップ部の記録材搬送方向の温度分布が装置の使用地域に拘らず同じになるからである。このため、トナー画像の定着性が装置を使用する地域に左右されないというメリットがある。

しかしながら、上記の方法では、電源電圧の検知部や、抵抗値切り替えリレーが故障した場合に、ヒータに過大な電力が供給できてしまうケースがある。例えば、画像形成装置が２００Ｖの商用電源に接続されている状態で、ヒータ抵抗値が低くなる並列接続状態になると、正常時に比べて４倍の電力がヒータに供給可能になる。ヒータに供給される電力が大きくなり過ぎるため、サーミスタ、温度ヒューズ、サーモＳＷなどの温度検知素子を用いた安全回路では、ヒータへの供給電力を遮断するための応答速度が十分でなくなる場合がある。そのため、抵抗値を切り替え可能な像加熱装置において、ヒータに大電力が供給されてしまう故障状態を温度を検知する方法以外の方法で検知する必要がある。

本発明の目的は、第一の発熱体と第二の発熱体を直列接続状態と並列接続状態に切り替えられる装置において、装置の様々な故障状態に対応できるようにすることである。

上述の課題を解決するための本発明は、電源から電力供給路を通って供給される電力により発熱する第一の発熱体と第二の発熱体を有し、記録材上に形成された画像を記録材に加熱定着する定着部と、前記第一の発熱体と前記第二の発熱体を直列接続状態と並列接続状態に切り替える接続状態切替部と、を有する画像形成装置において、前記第一の発熱体の両端に掛る電圧と前記第二の発熱体の両端に掛る電圧を検知可能に設けられており、交流波形の正位相及び負位相の電圧を検知する第一回路と、前記並列接続状態における前記第一の発熱体と前記第二の発熱体に向かって分岐した後の前記第二の発熱体側の前記電力供給路に設けられており、交流波形の正位相の電流を検知する、または前記第一の発熱体の両端に掛る電圧と前記第二の発熱体の両端に掛る電圧を検知可能に設けられており、交流波形の正位相の電圧を検知する第二回路と、前記並列接続状態における前記第一の発熱体と前記第二の発熱体に向かって分岐した後の前記第二の発熱体側の前記電力供給路に設けられており、交流波形の負位相の電流を検知する、または前記第一の発熱体の両端に掛る電圧と前記第二の発熱体の両端に掛る電圧を検知可能に設けられており、交流波形の負位相の電圧を検知する第三回路と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、第一の発熱体と第二の発熱体を直列接続状態と並列接続状態に切り替えられる装置において、装置の様々な故障状態に対応できる。

定着部の断面図 定着部を接続した状態の電源回路図 電源電圧検知部２０２、印加電圧検知部４００、及び電流検知部５０２の回路構成図 ヒータ構成、及び直列接続状態と並列接続状態を説明する図 故障状態の説明図 故障状態においてヒータに流れる電流波形と電力の関係、及び電流検知部によって異常検知できるケースと電圧検知部によって異常検知できるケースを説明する図 故障検知シーケンスを含む装置の動作シーケンスを説明するためのフローチャート 画像形成装置の概略図 電源回路２００の状態遷移図 図２の電源回路の変形例を示す図

以下、添付図面に基づき、本発明を実施する為の最良の形態を詳しく説明する。

（実施例１）
図８は電子写真記録技術を用いた画像形成装置（本例ではフルカラープリンタ）の断面図である。記録材Ｐにトナー画像を形成する画像形成部は４つの画像形成ステーション（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ）を有する。各画像形成ステーションは、感光体２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）、帯電部材３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、レーザスキャナ７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）、現像器４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）、転写部材５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）、感光体をクリーニングするクリーナ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）を有する。更に画像形成部は、トナー画像を担持しつつ搬送するベルト７、ベルト７から記録材Ｐへトナー画像を転写する二次転写ローラ８を有する。以上の画像形成部の動作は周知であるので説明は割愛する。画像形成部で未定着トナー画像が転写された記録材Ｐは定着部１００に送られ、トナー画像が記録材Ｐに加熱定着される。

図１は記録材上の画像を記録材に加熱定着する定着部１００の断面図である。定着部１００は、筒状のフィルム（エンドレスベルト）１０２と、フィルム１０２の内面に接触するヒータ３００と、フィルム１０２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（ニップ部形成部材）１０８とを有する。フィルムのベース層の材質は、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。加圧ローラ１０８は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金１０９と、シリコーンゴム等の材質の弾性層１１０を有する。ヒータ３００は耐熱樹脂製の保持部材１０１に保持されている。保持部材１０１はフィルム１０２の回転を案内するガイド機能も有している。加圧ローラ１０８は不図示のモータから動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ１０８が回転することによってフィルム１０２が従動して回転する。

ヒータ３００は、セラミック製のヒータ基板１０５と、ヒータ基板上に発熱抵抗体を用いて形成された第一の発熱体Ｈ１及び第二の発熱体Ｈ２と、発熱体Ｈ１及びＨ２を覆う絶縁性（本実施例ではガラス）の表面保護層１０７を有する。ヒータ基板１０５の裏面側であって、プリンタで設定されている利用可能な最小サイズ紙（本例では封筒ＤＬ：１１０ｍｍ幅）の通紙領域にはサーミスタ等の温度検知素子１１１が当接している。温度検知素子１１１の検知温度に応じて商用交流電源からヒータへ供給する電力が制御される。未定着トナー画像を担持する記録材（用紙）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。ヒータ基板１０５の裏面側には、ヒータが異常昇温した時に作動してヒータへの給電ライン（電力供給路）を遮断するサーモスイッチ等の安全素子１１２も当接している。安全素子１１２も温度検知素子１１１と同様に最小サイズ紙の通紙領域に当接している。１０４は保持部材１０１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。

図２は定着部１００を接続した状態の電源回路２００、ＣＰＵ２０３、ラッチ制御部（第二安全回路）２０４、第一安全回路２０７を示している。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は電源回路２００とヒータ３００を接続するためのコネクタである。２０１は商用の交流電源で、ヒータ３００への電力制御はトライアックＴＲ１（半導体駆動素子）の通電／遮断により行われる。トライアックＴＲ１はＣＰＵ２０３からのヒータ駆動信号ＴＲ１ｏｎに従って動作する。温度検知素子１１１によって検知される温度は、プルアップ抵抗の分圧として検知され、ＣＰＵ２０３にＴＨ信号として入力される。ＣＰＵ２０３の内部処理では、温度検知素子１１１の検知温度とヒータ３００の設定温度に基づき、例えばＰＩ制御により、供給するべき電力を算出し、位相角（位相制御）、波数（波数制御）の制御レベルに換算して、トライアックＴＲ１の制御を行っている。

後述するが、ヒータ３００は第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２を有しており、電源電圧を検知する電圧検知部（電源電圧検知部）２０２の出力に応じて第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２が直列接続状態と並列接続状態に切り替えられる構成となっている。

電源回路２００は、ヒータ３００への電力供給回路とは別に、交流電源２０１からモータやＣＰＵ等に供給する電力を生成するＡＣ／ＤＣコンバータを有している。

次に、電源回路２００のＡＣ／ＤＣコンバータの概略を説明する。本実施例のＡＣ／ＤＣコンバータは、コンバータ２１１と、コンバータ２１２から構成されている。コンバータ２１１は画像形成装置の不図示のモータ等を駆動する電力を供給しており、コンバータ２１２はＣＰＵ２０３、ラッチ制御部２０４、電圧検知部２０２等、制御を司る部分に電力を供給している。

まず、コンバータ２１１の説明を行う。ブリッジダイオードＢＤ１は、交流電源２０１を全波整流及び倍電圧整流するための回路である。ＥＣ１及びＥＣ２は平滑用の電解コンデンサである。コンデンサＥＣ１とＥＣ２の中点にトライアックＴＲ２の一端が接続されており、トライアックＴＲ２の他端は交流電源２０１に接続されている。全波整流状態ではトライアックＴＲ２はオフ状態であり、コンデンサＥＣ１とＥＣ２を直列接続した合成容量に対して、ブリッジダイオードＢＤ１で整流された電圧が印加されている。倍電圧整流状態ではトライアックＴＲ２はオン状態であり、正の位相の半波はコンデンサＥＣ１に充電され、負の位相の半波はコンデンサＥＣ２に充電されそれぞれピークホールドされる。そのため、全波整流状態に比べて実質２倍の電圧がコンバータ２１１に印加される。

次に、コンバータ２１２の説明を行う。コンバータ２１２は、電源電圧の範囲が１００Ｖ系、２００Ｖ系のどちらであってもフルレンジで動作可能なコンバータである。ブリッジダイオードＢＤ２は交流電源２０１を整流するために用いられる。ＥＣ３は平滑用の電解コンデンサである。コンバータ２１２はＣＰＵやセンサなどの負荷の小さい電源に用いられるため、倍電圧整流と全波整流の切り替えを行わない場合にも、比較的簡単にフルレンジで動作可能なコンバータを設計できる。これに対して、上述のコンバータ２１１は、モータなどの負荷の大きい素子を駆動するため、大電力を出力する必要がある。大電力出力可能で、特にＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路を持たないコンバータでは、倍電圧整流と全波整流の切り替えを行わずにフルレンジで動作可能にすることが難しい場合がある。そのため、本実施例のコンバータ２１１では、交流電源２０１の電圧に応じて倍電圧整流と全波整流の切り替えを行っている。具体的には、交流電源２０１の電圧が１００Ｖの場合、倍電圧整流し、交流電源２０１の電圧が２００Ｖの場合、全波整流する。

電源回路２００では、画像形成装置を電源ＯＦＦ状態からスタンバイ状態に移行する際に、Ｓｔａｎｂｙ信号がＨｉｇｈ状態となり、スイッチ２１３、リレーＲＬ４、トライアックＴＲ３に電力が供給されＯＮ状態になる。

スイッチ２１３はゼロクロス検知部２１４及び電源電圧検知部２０２において消費される電力を低減するための高耐圧スイッチである。スイッチ２１３がＯＮ状態になると、電源電圧検知部２０２及び、ゼロクロス検知部２１４が検知可能な状態となる。ゼロクロス検知部２１４は、トライアックＴＲ１を位相制御する際に必要な、交流電源２０１のゼロクロスを検知している。

スタンバイ状態に移行するまで（Ｓｔａｎｂｙ信号がＬｏｗ状態）は、電源電圧検知部２０２における電圧検知を行うことはできないが、リレーＲＬ４及びトライアックＴＲ３への電力供給も遮断されているため、装置を安全な状態で保持することができる。

次に交流電源２０１の電圧を検知する電源電圧検知部２０２と、電源電圧検知部２０２の検知電圧に応じて動作する接続状態切替部（リレーＲＬ１とＲＬ２）について説明を行う。

図２に示すＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３、ＲＬ４はリレーである。図２は、画像形成装置の電源ＯＦＦ状態におけるリレーの接続状態を示している。リレーＲＬ１及びＲＬ２は第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２を直列接続状態と並列接続状態に切り替える接続状態切替部として機能する。なお、ＲＬ１はメーク接点またはブレーク接点を有するものとする。また、ＲＬ２はトランスファ接点を有するものとする。リレーＲＬ３及びＲＬ４は交流電源２０１からヒータ３００への電力供給を遮断する機能を有する（発熱体への電力供給を遮断するスイッチ部）。

電源電圧検知部２０２は交流電源２０１の電圧を検知するための回路である。電源電圧検知部２０２は電圧検知部２２１及び電圧検知部２２２から構成されている。次に、電圧検知部２２１のＶＯＬＴ１信号と電圧検知部２２２のＶＯＬＴ２信号を用いた電圧検知方法について説明する。

電源電圧検知部２０２は、交流電源２０１の交流電圧が正弦波以外の波形である場合にも対応できるようになっている。このため、電源電圧検知部２０２には、波高率（交流波の最大値と実効値の比）が高い交流電圧波形の検知用に電圧検知部２２１を、波高率が低い交流電圧波形の検知用に電圧検知部２２２を設けている。

コンバータ２１１のコンデンサＥＣ１及びＥＣ２に印加される電圧は、ＡＣ電源電圧を整流したピークホールド波形になる。そのため、波高率が高い交流電圧波形の検知用に用いる電圧検知部２２１の出力信号ＶＯＬＴ１に従って、コンデンサＥＣ１及びＥＣ２の全波整流状態と倍電圧整流状態を切り替えている。

抵抗負荷であるヒータ３００に供給される電力は入力電圧の実効値に比例する。そのため、波高率が高い波形（例えば、ピーク電圧が高い三角波等）や波高率が低い波形（例えば、ピーク電圧が低い方形波等）の両方に対応するために、電圧検知部２２１の出力信号ＶＯＬＴ１と電圧検知部２２２の出力信号ＶＯＬＴ２の両方に従って、接続状態切替部（リレーＲＬ１とＲＬ２）を制御している。

図３（ａ）は電源電圧検知部２０２を構成する電圧検知部２２１及び２２２の回路図である。本実施例では、電圧検知部２２１と電圧検知部２２２は、後述する閾電圧値と閾比率のみが異なっている。

ＡＣ６とＡＣ５間に掛る電圧が１００Ｖ系か、２００Ｖ系のどちらなのかを判別するための回路動作を説明する。図２に示すように、ＡＣ５はブリッジダイオードＢＤ２（図２）を介してＡＣ１と接続されている。このため、ＡＣ６の電圧がＡＣ５の電圧よりも大きい場合、ＡＣ５の電圧は、スイッチ２１３がＯＮ状態では、実質ＡＣ２〜ＡＣ１間の電圧を検知する場合と同様の結果を得ることができる。なお、ＢＤ２は電流の逆流防止用ダイオードとしても機能している。ＡＣ６〜ＡＣ５に印加される電圧が閾電圧値以上になると、抵抗３１１と抵抗３１２で分圧された電圧がツェナーダイオード３１３のツェナー電圧より高い値になる。そして、抵抗３１４に電圧が印加されると、トランジスタ３１６がオン状態となり、フォトカプラ３１８の一次側発光ダイオードはショート状態になる。コンデンサ３１５はノイズ対策用である。電源ＶＰＣはコンバータ２１２の不図示のトランス補助巻き線電圧によって供給されるＤＣ電源である。電源ＶＰＣから抵抗３１７を介して、フォトカプラ３１８の一次側発光ダイオードに電流を流しており、トランジスタ３１６がオフ状態では、フォトカプラ３１８の一次側発光ダイオードが発光状態になっている。

ＡＣ６〜ＡＣ５に印加される電圧が高くなると、前述したように、トランジスタ３１６がオン状態になり、フォトカプラ３１８の発光ダイオードは非発光状態となる。フォトカプラ３１８の発光ダイオードが非発光状態になると、２次側のトランジスタがオフ状態になり、抵抗３１９を介してＶｃｃからコンデンサ３２１に充電電流が流れる。３２０は電流の逆流防止用ダイオード、３２２は放電用抵抗である。ＡＣ６〜ＡＣ５に印加される電圧が高くなり、フォトカプラ３１８の一次側発光ダイオードがオフする時間の比率が大きくなると、コンデンサ３２１に充電電流が流れる時間が増えるため、コンデンサ３２１の電圧は高い値となる。コンデンサ３２１の電圧が、抵抗３２５と抵抗３２４で分圧されたコンパレータ３２３の比較電圧よりも大きくなると、コンパレータ３２３の出力部には抵抗３２５を介してＶｃｃから電流が流れ、出力ＶＯＬＴ１（ＶＯＬＴ２）の電圧がＬｏｗ状態となる。すなわち、電源電圧が２００Ｖ系である場合、ＶＯＬＴ１（ＶＯＬＴ２）の電圧はＬｏｗ状態となる。

次に電圧検知部２２１と電圧検知部２２２の比較を行う。前述したように、ＡＣ６〜ＡＣ５に印加される電圧が、抵抗３１１、抵抗３１２、ツェナーダイオード３１３で決まる閾電圧値以上になる時間が長くなると、トランジスタ３１６がＯＮする時間の比率（オンデューティ）が大きくなる。ＡＣ６〜ＡＣ５に印加される電圧が閾電圧値を超える時間の比率が、所定の閾比率以上になると、出力ＶＯＬＴ１（ＶＯＬＴ２）の電圧がＬｏｗ状態になる。電圧検知部２２１は波高率が高い交流電圧波形の検知するために、前述した閾電圧値が高く、閾比率が低く設定されている。電圧検知部２２２は波高率の低い交流電圧波形の検知するために、電圧検知部２２１よりも閾電圧値が低く閾比率が高く設定されている。

次に接続状態切替部（リレーＲＬ１とＲＬ２）の制御方法について説明する。電圧検知部２２１及び電圧検知部２２２の両方が１００Ｖを検知した場合、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２を並列接続状態にする。ＣＰＵ２０３は電源電圧検知部２０２の電圧検知結果（１００Ｖを検知）に従い、ＲＬ１２ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態にし、ＲＬ１及びＲＬ２をＯＮ状態とする（ＲＬ２のＯＮ状態は、図２の上側の接点を共通接点とし右側の接点と接続された状態となる）。更にＣＰＵ２０３はＲＬ３ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態にし、ＲＬ３をＯＮ状態にする。これによりヒータ３００に給電可能な状態となり、この状態では、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２が並列接続されるため、ヒータ３００は抵抗値の低い状態になる。

電圧検知部２２１及び電圧検知部２２２の少なくとも一方が２００Ｖを検知した場合、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２を直列接続状態にする。ＣＰＵ２０３は電圧検知部２０２の電圧検知結果（２００Ｖを検知）に従い、信号ＲＬ１２ｏｎをＬｏｗ状態とし、ＲＬ１及びＲＬ２をＯＦＦ状態（図２の状態）のまま保持する。更にＣＰＵ２０３はＲＬ３ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態にし、ＲＬ３をＯＮ状態にすると、ヒータ３００に給電可能な状態となり、この状態では、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２が直列接続されるため、ヒータ３００は抵抗値の高い状態になる。

次にコンバータ２１１の制御方法について説明する。電圧検知部２２１が１００Ｖを検知した場合、コンバータ２１１を倍電圧整流状態にする。ＣＰＵ２０３は電圧検知部２２１の電圧検知結果（１００Ｖを検知）に従い、ＴＲ２ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態にし、トライアックＴＲ２をＯＮ状態にする。電圧検知部２２１が２００Ｖを検知した場合、コンバータ２１１を全波整流状態にする。ＣＰＵ２０３は電圧検知部２２１の電圧検知結果（２００Ｖを検知）に従い、ＴＲ２ｏｎ信号をＯＦＦ状態にし、トライアックＴＲ２を非導通状態にする。

次に、第一安全回路２０７について説明する。第一安全回路２０７はＣＰＵ２０３とは独立した安全回路（ハード回路）である。第一安全回路２０７の動作は、ＶＯＬＴ１信号とＶＯＬＴ２信号の少なくとも一方がＬｏｗ状態を検出している間（即ち２００Ｖ系の電圧を検出している期間）、リレーＲＬ１をＯＦＦ状態で保持する。例えば、ＣＰＵ２０３から出力される信号ＲＬ１２ｏｎがＨｉｇｈ状態になった場合にも、ＲＬ１をＯＦＦ状態で保持することができる。

電圧検知部２２１及び２２２の少なくとも一方が２００Ｖ状態を検知している期間で、リレーＲＬ１のみをＯＦＦ状態にする理由は、リレーＲＬ１のみをＯＦＦ状態にすれば、リレーＲＬ２の状態に拘らず、ヒータ３００に大電力が供給される状態（図５）を防止できるからである。

例えば、電圧検知部２２１及び電圧検知部２２２の両方が１００Ｖを検知し、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２が並列接続状態となっている状態でプリント処理（定着処理）している際に、商用電源の異常等によって交流電源２０１の電圧が２００Ｖに上昇した場合について説明する。この状態で、リレーＲＬ１のみをＯＦＦ状態にすると、ヒータ３００に電流が流れる経路を全て遮断することができる。一方、リレーＲＬ１、リレーＲＬ２の両方をＯＦＦした場合、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２が直列接続状態となるため、ヒータ３００に電力供給が可能な状態となってしまう。

このように、交流電源２０１が１００Ｖから２００Ｖに上昇するような異常状態では、リレーＲＬ１のみをＯＦＦする方が、装置の安全性をより高めることができるのである。また、プリント処理中に、交流電源２０１が１００Ｖから２００Ｖに上昇した場合、リレーＲＬ１をＯＦＦするとヒータ３００には電力供給できない状態となり、ＴＨ信号に基づきヒータ３００の温度が異常に低下した状態を検出できる。このようにサーミスタ１１１で異常状態を検出し、安全に装置を停止することもできる。

また、第一安全回路２０７は、ＶＯＬＴ１信号がＬｏｗ状態である間、コンバータ２１１を全波整流状態で保持している。例えば、ＣＰＵ２０３から出力される信号ＴＲ２ｏｎ信号がＨｉｇｈ状態になった場合にも、トライアックＴＲ２をＯＦＦ状態のまま保持することができる。

次にラッチ制御部（第二安全回路）２０４について説明する。ラッチ制御部２０４はＣＰＵ２０３とは独立した安全回路（ハード回路）である。サーミスタ検知温度ＴＨが閾温度以上になった場合、後述する電圧検知部４００（印加電圧検知部。第一回路とも称する）のＲＬｏｆｆ信号がＬｏｗ状態になった場合、後述する電流検知部（第二回路とも称する）５０１のＩｒｍｓ２の検知電流が所定の閾値を超えた場合、後述する電流検知部（第三回路とも称する）５０２のＩｒｍｓ３信号がＬｏｗ状態になった場合、いずれか一つの場合に、ＴＲ１ラッチ部、ＲＬ３ラッチ部、ＲＬ４ラッチ部を動作させ、ヒータ３００に供給される電力を遮断する。

ＴＲ１ラッチ部、ＲＬ３ラッチ部、ＲＬ４ラッチ部が動作すると、ＴＲ１ｏｆｆ信号、ＲＬ３ｏｆｆ信号、ＲＬ４ｏｆｆ信号がＨｉｇｈ状態で保持される（ラッチされる）。このラッチ状態では、ＣＰＵ２０３の出力の影響を受けずに、トライアックＴＲ１、リレーＲＬ３、ＲＬ４をＯＦＦ状態で保持することができる。

次に、電流検知部２０５の説明を行う。電流検知部２０５は、カレントトランス２０６を介して一次側に流れる電流を検知している。電流検知部２０５は、図２に示すように、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２が並列接続状態（電源電圧が１００Ｖの時の接続状態）における第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２に向かって分岐した後の電力供給路に設けられている。電流検知部２０５は、交流電流Ｉ２の正位相の半波整流した電流（Ｉ２＋）を検知する電流検知回路（第二回路）５０１と、負位相の半波整流した電流（Ｉ２−）を検知する電流検知回路（第三回路）５０２で構成されている。

まず、電流検知回路（第二回路）５０１の説明を行う。電流検知回路５０１は、商用電源周波数の一周期ごとに電流実効値の二乗値Ｉｒｍｓ１と、Ｉｒｍｓ１の移動平均値Ｉｒｍｓ２を出力している。ＣＰＵ２０３はＩｒｍｓ１により、商用電源周波数の一周期ごとに電流実効値を検知している。電流検知部５０１の一例として、特開２００７−２１２５０３号公報で提案されている回路を用いることができる。一方、移動平均値Ｉｒｍｓ２はラッチ制御部２０４に出力されている。カレントトランス２０６に過電流が流れ、Ｉｒｍｓ２が所定の閾電流値（所定電流）を超えると、ラッチ制御部２０４はＴＲ１、ＲＬ３、ＲＬ４のラッチ部を動作させ、ＴＲ１、ＲＬ３、ＲＬ４をＯＦＦ状態に保持し、定着部１００（正確にはヒータ３００）への給電を遮断する。本実施例の場合、トライアックＴＲ１、リレーＲＬ３、ＲＬ４が発熱体Ｈ１、Ｈ２への電力供給を遮断するスイッチ部の役割を有する。

このように、電流検知回路５０１は、過剰な電流がヒータ３００への電力供給路に流れている状態を検知するために設けられている。このような過剰な電流が流れる場合として、電源電圧検知部２０２や、接続状態切替部であるリレーＲＬ１、ＲＬ２が故障し、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２の接続状態が電源電圧と合っていない場合がある。このことは後で詳述する。

電流検知回路（第三回路）５０２も、過剰な電流がヒータ３００への電力供給路に流れている状態を検知するために設けられている。電流検知回路５０２は負位相の半波（Ｉ２−）を検知しており、カレントトランス２０６に所定の閾電流を超える負位相の電流が流れると、電流検知回路５０２のＩｒｍｓ３信号がＬｏｗ状態となる。Ｉｒｍｓ３がＬｏｗ状態になると、ラッチ制御部２０４はＴＲ１、ＲＬ３、ＲＬ４のラッチ部を動作させ、ＴＲ１、ＲＬ３、ＲＬ４をＯＦＦ状態に保持し、定着部１００（正確にはヒータ３００）への給電を遮断する。

図３（ｃ）は負位相の半波（Ｉ２−）を検知する電流検知回路５０２の回路図である。発熱体Ｈ２に流れる負の半波の電流値が大きくなると、カレントトランス２０６の出力Ｉｉｎの電圧（出力電圧）は基準電圧である出力Ｉｒｅｆに対して低い電圧値となる。この電流検知回路では、差動増幅回路としてオペアンプ５１４を用いており、抵抗５１１／抵抗５１３及び抵抗５１０／５１２の比率で差動増幅回路の増幅率を定めることができる。抵抗５１５はオペアンプ５１４の保護抵抗である。オペアンプ５１４で反転増幅された波形を後段のフィルタ回路によって平滑化している。反転増幅された波形は抵抗５１６を介してコンデンサ５１８に充電される。抵抗５１７は放電抵抗である。コンデンサ５１８の電圧波形は、抵抗５１９及びコンデンサ５２０で平滑化され、オペアンプ５２３に入力される。カレントトランス２０６の出力Ｉｉｎの電圧が出力Ｉｒｅｆに対して小さくなると、コンデンサ５２０にチャージされる電流が大きくなる。コンデンサ５２０の電圧が、抵抗５２１と抵抗５２２の分圧抵抗により決まるオペアンプ５２３の比較電圧よりも大きくなると、オペアンプ５２３の出力はＶｃｃを出力する。抵抗５２６及び抵抗５２７を介してトランジスタ５２９はオン状態となり、Ｖｃｃから抵抗５２８を介して電流が流れ、出力Ｉｒｍｓ３信号はＬｏｗ状態になる。すなわち、発熱体Ｈ２に流れる負の半波の電流値が大きくなると、出力Ｉｒｍｓ３信号はＬｏｗ状態になる。抵抗５２４及びダイオード５２５は、電流検知部５０２にヒステリシス特性を持たせるために用いている。電流検知部５０２は、Ｉｒｍｓ３信号をラッチ制御部２０４に出力する。

次に電圧検知部（印加電圧検知部。第一回路とも称する）４００の説明を行う。電圧検知部４００も電流検知部２０５と同様、装置の故障検知に利用できる。電圧検知部４００は、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２が直列接続状態における、第二の発熱体の両端に掛る電圧を検知するように設けられている。電圧検知部４００は、発熱体Ｈ２に印加される電圧が１００Ｖ系か、２００Ｖ系のどちらかを判別する。そして、２００Ｖ系である場合に、ラッチ制御部２０４に出力するＲＬｏｆｆ信号をＬｏｗ状態とし、ＴＲ１、ＲＬ３、ＲＬ４のラッチ部を動作させ、ＴＲ１、ＲＬ３、ＲＬ４をＯＦＦ状態に保持し、ヒータ３００への電力供給を遮断する。

また、電圧検知部４００は、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２が並列接続状態における、第一の発熱体の両端に掛る電圧と、第二の発熱体の両端に掛る電圧を検知できる。このため、例えば、コネクタＣ３が抜けて第一の発熱体Ｈ１のみに電力が供給される状態においても、発熱体Ｈ１の電圧を検知できる。また、カレントトランス２０６が断線故障する場合を考慮して、ＲＬ２の端子と直結する位置に接点ＡＣ３を有している。例えば、カレントトランス２０６とコネクタＣ３の間に電圧検知部の接点ＡＣ３を有している場合、カレントトランス２０６が断線故障してしまった場合に、電流検知部２０５と電圧検知部４００が同時に動作しなくなってしまう。このような事態を回避するため、ＲＬ２の端子と直結する位置に接点ＡＣ３を設けている。

図３（ｂ）は電圧検知部４００の回路図である。ＡＣ３〜ＡＣ４間の交流電圧は、ダイオードブリッジ４１０により全波整流されている。ＡＣ３〜ＡＣ４に印加される電圧が閾電圧値以上になると、抵抗４１１と抵抗４１２で分圧された電圧がツェナーダイオード４１３のツェナー電圧より高い値になる。そして抵抗４１４に電圧が印加されると、トランジスタ４１５がＯＮ状態となり、抵抗４１６を介して、フォトカプラ４１８の一次側発光ダイオードに電流が流れる。４１７はフォトカプラ４１８の保護抵抗である。フォトカプラ４１８の一次側発光ダイオードに電流が流れると、２次側のトランジスタが動作し、抵抗４１９を介してＶｃｃから電流が流れ、トランジスタ４２０のゲート電圧がＬＯＷ状態となり、ＰＮＰトランジスタである４２０がＯＮする。トランジスタ４２０がＯＮ状態になると、抵抗４２１を介してＶｃｃからコンデンサ４２２に充電電流が流れる。コンデンサ４２２から、放電抵抗４２３を介して電流が放電されている。コンデンサ４２２の電圧が、抵抗４２４と抵抗４２５で分圧されたコンパレータ４２６の比較電圧よりも大きくなると、コンパレータ４２６の出力部には抵抗４２７を介してＶｃｃから電流が流れ、出力ＲＬｏｆｆの電圧がＬｏｗ状態となる。すなわち発熱体Ｈ２の両端に掛る電圧が閾電圧値以上になると、電圧検知部４００の出力ＲＬｏｆｆの電圧がＬｏｗ状態となる。

図４の（ａ）〜（ｃ）はヒータ３００、及び電源電圧に応じた二本の発熱体の接続状態を説明するための概略図である。

図４（ａ）はヒータ基板１０５上に形成された発熱パターン（発熱体）、導電パターン、及び電極を示している。また図２の電源回路２００との接続を説明するため、図２のコネクタとの接続部を示してある。ヒータ３００は抵抗発熱パターンで形成された、発熱体Ｈ１、Ｈ２を有している。３０３は導電パターンである。ヒータ３００の第一の発熱体Ｈ１には、電極Ｅ１（第一の電極）、電極Ｅ２（第二の電極）を介して電力が供給されており、第二の発熱体Ｈ２には、電極Ｅ２、電極Ｅ３（第三の電極）を介して電力が供給されている。電極Ｅ１はコネクタＣ１と、電極Ｅ２はコネクタＣ２と、電極Ｅ３はコネクタＣ３と接続されている。

図４（ｂ）は、電源電圧が２００Ｖの場合の接続状態、すなわち、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２を直列接続する第一の動作状態を説明するための図である。ここでは説明のため、発熱体Ｈ１及び、発熱体Ｈ２の抵抗値をそれぞれ２０Ωとする。第一の動作状態では２０Ωの抵抗が直列接続されているため、ヒータ３００の合成抵抗値は４０Ωとなる。電源電圧は２００Ｖなので、ヒータ３００に供給される電流は５Ａで、電力は１０００Ｗとなる。第一の発熱体に流れる電流Ｉ１及び、第二の発熱体に流れる電流Ｉ２は、それぞれ５Ａである。第一の発熱体に印加される電圧Ｖ１、及び第二の発熱体に印加される電圧Ｖ２は、それぞれ１００Ｖである。

図４（ｃ）は電源電圧が１００Ｖの場合の接続状態、すなわち、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２を並列接続する第二の動作状態を説明するための図である。第二の動作状態では２０Ωの抵抗が並列に接続されているため、ヒータ３００の合成抵抗値は１０Ωとなる。電源電圧は１００Ｖなので、ヒータ３００に供給される電流は１０Ａで、電力は１０００Ｗとなる。第一の発熱体に流れる電流Ｉ１、及び第二の発熱体に流れる電流Ｉ２はそれぞれ５Ａである。第一の発熱体に印加される電圧Ｖ１、及び第二の発熱体に印加される電圧Ｖ２は、それぞれ１００Ｖである。

図４（ｂ）及び図４（ｃ）の状態でヒータに供給される電流、電圧、電力を比較する。図４（ｂ）の状態では、電流Ｉｉｎは５Ａで、ヒータに供給される電力は１０００Ｗになり、図４（ｃ）の状態では、電流Ｉｉｎは１０Ａで、ヒータに供給される電力は１０００Ｗになる。したがって、電流Ｉｉｎを検知する場合、第一の動作状態と第二の動作状態では、電流値Ｉｉｎは異なる値となる。一方、図４（ｂ）の状態では、電流Ｉ２は５Ａで、ヒータに供給される電力は１０００Ｗになり、図４（ｃ）の状態でも、電流Ｉ２は５Ａで、ヒータに供給される電力は１０００Ｗになる。このように、電流Ｉ２を検知した場合、ヒータ３００の動作状態が、第一の動作状態から第二の動作状態に切り替わった場合でも、ヒータ３００に供給される電力に比例する電流値を検知できる。

また発熱体Ｈ２に印加される電圧値Ｖ２は、電流Ｉ２と抵抗値（２０Ω）の積となるため、電流Ｉ２の代わりに、発熱体Ｈ２に印加される電圧Ｖ２を検知しても良い。電圧Ｖ２を検知する場合、図４（ｂ）の状態では発熱体Ｈ２に掛る電圧値が１００Ｖの場合、ヒータに供給される電力は１０００Ｗになり、図４（ｃ）の状態でも発熱体Ｈ２に掛る電圧値が１００Ｖの場合、ヒータに供給される電力は１０００Ｗになる。このように、電圧Ｖ２を検知した場合、ヒータ３００の動作状態が、第一の動作状態から第二の動作状態に切り替わった場合でも、ヒータ３００に供給される電力に比例する電圧値を検知できる。

また、図４（ｂ）、（ｃ）に示した正常状態においては、電流Ｉ１を検知する場合においても、図４（ｂ）の状態では電流値５Ａでヒータに供給される電力は１０００Ｗになり、図４（ｃ）の状態でも電流値５Ａでヒータに供給される電力は１０００Ｗになる。また、電圧Ｖ１を検知する場合においても、図４（ｂ）の状態では発熱体Ｈ１に掛る電圧値が１００Ｖの場合、ヒータに供給される電力は１０００Ｗになり、図４（ｃ）の状態でも発熱体Ｈ１に掛る電圧値が１００Ｖの場合、ヒータに供給される電力は１０００Ｗになる。

このように、第一の動作状態（直列接続状態）であろうが、第二の動作状態（並列接続状態）であろうが、一本の発熱体に流れる電流（Ｉ１またはＩ２）、または一本の発熱体に掛る電圧（Ｖ１またはＶ２）を検知すれば、検知対象の発熱体に供給される電力に比例した電流または電圧を検知できる。したがって、発熱体に供給される電力が異常に大きくなった場合、一本の発熱体に流れる電流、または一本の発熱体に掛る電圧を検知すれば、異常状態を判別できる。

上述したように、電流検知部５０１は、商用電源周波数の一周期ごとに電流実効値の二乗値を出力するＩｒｍｓ１と、Ｉｒｍｓ１の移動平均値Ｉｒｍｓ２を出力している。ＣＰＵ２０３はＩｒｍｓ１により、商用周波数周期ごとに電流実効値を検知している。リレーＲＬ１とＲＬ２の接続状態が電源電圧と合致した状態であっても、ＣＰＵ２０３は、Ｉｒｍｓ１を利用して、ヒータに供給する電力を１０００Ｗ以下に保つように電力制御（トライアックＴＲ１の駆動を制御）している。

ヒータに供給される電力を１０００Ｗ以下にするために、電流リミットを設ける場合について説明する。例えば、電流Ｉ１または電流Ｉ２を検知する場合、ヒータ３００の動作状態によらずに（即ち、直列接続状態あるは並列接続状態どちらであっても）、５Ａに電流リミットを設ければ、ヒータに供給される電力を１０００Ｗ以下に制限することができる。また、電圧Ｖ１または電圧Ｖ２を検知する場合、ヒータ３００の動作状態によらずに（即ち、直列接続状態あるは並列接続状態どちらであっても）、１００Ｖに電圧リミットを設ければ、ヒータに供給される電力を１０００Ｗ以下に制限することができる。

電流検知結果を用いて、ヒータに供給する電力を所定の電力以下に制御する方法の一例として、日本国特許第３９１９６７０号公報で説明されている方法を用いることができる。例えば通常時にはＩ２が５Ａ以下になるようにトライアックＴＲ１を制御する。６Ａを異常電流と設定した場合、通常制御時には電流Ｉ２が５Ａ以下に制御されており、トライアックＴＲ１の故障等による電力制御不能となり、６Ａ以上の異常電流を検出すると、トライアックＴＲ１、リレーＲＬ３、ＲＬ４をＯＦＦさせるように動作させることができる。このように、電流Ｉ１、電流Ｉ２、電圧Ｖ１、電圧Ｖ２を検出する場合、すなわち、本例のように電流検知部２０５や電圧検知部４００の接続位置を工夫すれば、一つの異常電流、あるいは一つの異常電圧を設定するだけで、直列接続状態の場合も並列接続状態の場合も、正常動作時の電力制限（電流制限）を行うことができる。

図５の（ａ）〜（ｃ）は電源電圧検知部２０２や、接続状態切替部であるリレーＲＬ１、ＲＬ２が故障し、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２の接続状態が電源電圧と合っていない場合を示している。

図５（ａ）は交流電源２０１の電圧が２００Ｖであるにも拘らず、ヒータ抵抗値の低い第二の動作状態（即ち並列接続状態）になった場合を説明するための図である。例えば、交流電源が２００Ｖの際に、電源電圧検知部２０２の故障によって、１００Ｖの状態であると誤検知した場合に生じる故障状態である。第二の動作状態ではヒータ３００の合成抵抗値は１０Ωとなる。電源電圧は２００Ｖなので、ヒータ３００に供給される最大電流は２０Ａで、最大電力は４０００Ｗとなる。

図５（ｂ）は電源電圧が２００Ｖで、ＲＬ１がＯＮ状態で、ＲＬ２がＯＦＦ状態になった場合を説明するための図である。例えば、ＲＬ１がショート故障した場合に生じる、故障状態である。この状態では、発熱体Ｈ２のみに電流が流れ（即ち、発熱するのは発熱体Ｈ２のみ）、ヒータ３００の合成抵抗値は２０Ωとなる。電源電圧は２００Ｖなので、ヒータ３００に供給される最大電流は１０Ａで、最大電力は２０００Ｗとなる。

図５（ｃ）は電源電圧が２００Ｖで、ＲＬ１がＯＮ状態で、ＲＬ２がＯＮ状態になり、更にコネクタＣ３が抜けた場合を示している。例えば、図５（ａ）で説明した故障状態から、更にコネクタＣ３が抜けた２重の故障によって生じる故障状態である。この状態では、発熱体Ｈ１のみに電流が流れ（即ち、発熱するのは発熱体Ｈ１のみ）、ヒータ３００の合成抵抗値は２０Ωとなる。電源電圧は２００Ｖなので、ヒータ３００に供給される最大電流は１０Ａで、最大電力は２０００Ｗとなる。

上記の３つの故障状態では、正常時よりもヒータ３００に大電力が供給される可能性がある。これらの故障状態では、ヒータに供給される電力が大きくなり過ぎるため、サーミスタ１１１や、サーモＳＷ１１２などの温度検知素子を用いた安全回路では、ヒータへの供給電力を遮断するための応答速度が十分でなくなる場合がある。電力遮断が遅れると、セラミックヒータを用いた像加熱装置の場合、ヒータが熱的応力を受けて折れてしまうことが考えられる。

そこで、まず、図５（ａ）、図５（ｂ）に示した故障状態における、ヒータに供給される電流、電圧、電力を比較する。電流Ｉｉｎを検知する場合、図５（ａ）のケースでは電流Ｉｉｎの電流値は２０Ａであり、図４で説明した正常時の電流Ｉｉｎの最大値１０Ａ（図４（ｃ）に示す電源電圧が１００Ｖのケース）に比べて２倍の電流値なので故障状態を検知できる。しかしながら、図５（ｂ）のケースでは、電流Ｉｉｎの電流値は１０Ａで、ヒータ３００に供給される電力は２０００Ｗとなる。正常状態である図４（ｃ）の電流Ｉｉｎと同じ電流値になるため、電流Ｉｉｎの電流検知結果のみでは、故障状態を検知することができない場合がある。

電流Ｉ１を検知する場合、図５（ａ）のケースでは電流Ｉ１の電流値は１０Ａであり、図４（ａ）及び（ｂ）で説明した正常時の電流値５Ａの２倍なので故障状態を検知できる。しかしながら、図５（ｂ）のケースでは、電流Ｉ１の電流値は０Ａで、ヒータ３００に供給される電力は２０００Ｗとなる。ヒータ３００に電力が供給されている状態において、電流Ｉ１に電流が流れないため、電流Ｉ１の電流検知結果のみでは、図５（ｂ）故障状態を検知できない場合がある。一方、電流Ｉ２を検知する場合、図５（ａ）のケースも図５（ｂ）のケースも、リレーＲＬ１、リレーＲＬ２の故障状態によらずに、図４で説明した正常時に比べて２倍の電流値１０Ａが検知できる。よって、図５（ａ）、図５（ｂ）の故障状態を検知することができる。

電圧Ｖ２を検知する場合、リレーＲＬ１、リレーＲＬ２の故障状態のよらずに、図４で説明した正常時に比べて２倍の電圧値２００Ｖ（過電圧）が検知できる。よって、図５（ａ）、図５（ｂ）の故障状態を検知することができる。

このように、電極Ｅ２と、電極Ｅ３間の第二の発熱体Ｈ２を流れる電流Ｉ２、若しくは、第二の発熱体Ｈ２に印加される電圧Ｖ２または第一の発熱体Ｈ１に印加される電圧Ｖ１を検知することで、図５（ａ）、図５（ｂ）に示したそれぞれの故障状態を検知することができる。なお、電流検知部２０５や電圧検知部４００の検知対象である発熱体Ｈ２はトランスファ接点を有するリレーＲＬ２を介さずに交流電源２０１と繋がっている側の発熱体である。

以上のように、電流検知部（第二及び第三回路）２０５は、並列接続状態における第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２に向かって分岐した後の電力供給路に設けられている。特に、メーク接点またはブレーク接点を有するリレーＲＬ１と、トランスファ接点を有するリレーＲＬ２、の組み合わせにより、二本の発熱体を直列接続状態と並列接続状態に切り替える構成の場合、電流検知部２０５は、トランスファ接点を有するリレーＲＬ２を介さずに交流電源２０１と繋がっている側の発熱体Ｈ２の電力供給路に設けるのが好ましい。

また、第二の電圧検知部（第一回路）４００は、直列接続状態における第一の発熱体Ｈ１の両端に掛る電圧と第二の発熱体Ｈ２の両端に掛る電圧を検知するように設けられている。特に、メーク接点またはブレーク接点を有するリレーＲＬ１と、トランスファ接点を有するリレーＲＬ２、の組み合わせにより、二本の発熱体を直列接続状態と並列接続状態に切り替える構成の場合、電圧検知部４００は、トランスファ接点を有するリレーＲＬ２を介さずに交流電源２０１と繋がっている側の発熱体Ｈ２の両端に掛る電圧を検知できるように設けるのが好ましい。

次に、図５（ｃ）に示した故障状態について説明する。図５（ｃ）は、図５（ａ）の故障状態から、更にコネクタＣ３が抜けた状態である。この２重の故障状態においても故障状態を検知可能であれば、装置の信頼性をより高めることができる。

図５（ｃ）に示した故障状態における、ヒータに供給される電流、電圧、電力を説明する。電流Ｉ２を検知する場合、図５（ｃ）のケースでは、電流Ｉ２の電流値は０Ａで、ヒータ３００に供給される電力は２０００Ｗとなる。この２重の故障状態においては、電流Ｉ２では故障状態を検知することができない。

これに対し、印加電圧検知部４００は、並列接続状態においては、第一の発熱体Ｈ１と、第二の発熱体Ｈ２の両端にかかる電圧を検知することができる。そのため図５（ｃ）の状態において、電圧Ｖ１を検知することができる。電圧Ｖ１を検知する場合、図４で説明した正常時に比べて２倍の電圧値２００Ｖが検知できる。よって、図５（ｃ）の故障状態を検知することができる。

ところで、電源回路２００では、電流検知部５０１のＩｒｍｓ１信号に基づき、ヒータ３００に供給される電流上限値を設けて制御を行っている（例えば、装置全体の消費電流が電気安全法の上限電流である１５Ａ以下になるように制御を行っている）。電流検知部２０５の出力は安全回路に用いると共に、ヒータ３００の電流制御にも用いている。故障検知手段以外にも用いている電流検知部２０５に加えて、もう一つの故障検知手段を設ける場合、図５で説明したように、電圧検知部４００を用いることで、図５（ｃ）の２重の故障状態を検知できるため、装置の信頼性をより高めることができる。

図６では、トライアックＴＲ１の動作状態と、各故障状態における、ヒータに供給される電力と、電圧検知部（第一回路）４００、電流検知部（第二回路）５０１、及び電流検知部（第三回路）５０２による検知結果について説明する。

図６に示す波形１はトライアックＴＲ１が常にＯＮ状態の電流波形である。図５では波形１の状態について電流値や電力値の説明を行った。この波形１はトライアックＴＲ１がショート故障した場合を想定している。波形の右側には、各故障状態における、ヒータに供給される電力と、電圧検知部４００が検知できる電圧実効値、電流検知部５０１及び５０２が検知できる電流実効値をそれぞれ示してある。○及び×の記載は、それぞれの検知回路が故障状態を検知できるか（○は故障状態を検知できる、×は故障状態を検知できない）を示している。

図６の波形２は、トライアックＴＲ１によって、波形１の電力が約６６％に制御された状態である。ヒータ３００に供給される電力は図５（ａ）の故障状態で２６４０Ｗ、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の状態では１３２０Ｗである。

図６の波形１の故障検知の説明は図５の説明と一致するため、説明を省略する。図６の波形２の故障検知について説明する。電圧検知部４００は、第一の発熱体Ｈ１と第二の発熱体Ｈ２の両端に印加される電圧について、発熱体Ｈ１のみに電圧が印加される場合、発熱体Ｈ２のみに電圧が印加される場合、発熱体Ｈ１とＨ２が並列接続され電圧が印加される場合を、同様に検知することができる。そのため図５（ｂ）、図５（ｃ）の状態（ヒータに供給される電力が１３２０Ｗ）のように、発熱体Ｈ１及びＨ２のうちどちらか一方のみに電圧が印加される場合においても、図５（ａ）の故障状態（ヒータに供給される電力が２６４０Ｗのケース）と同じ、高い電圧値１６２．５Ｖを検知することができる。

図６の波形３は、波形２の状態で、更にトライアックＴＲ１の負の半波がオープン故障した場合を示している。そのため、負の半波には電力供給がされていない状態である。ヒータ３００に供給される電力は図５（ａ）の故障状態では１３２０Ｗ、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の状態では６６０Ｗである。

図６の波形４は、波形２の状態で、更にトライアックＴＲ１の正の半波がオープン故障した場合を示している。そのため、正の半波には電力供給がされていない状態である。ヒータ３００に供給される電力は図５（ａ）の故障状態では１３２０Ｗ、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の状態では６６０Ｗである。

図６で説明した波形３及び波形４の故障検知について説明する。電流検知部５０１が正の半波のみを検知しているため、波形３の状態（ヒータに供給される電力が１３２０Ｗ）においても、波形２（ヒータに供給される電力が２６４０Ｗのケース）と同じ高い電流値８．１Ａを検知することができる。また、電流検知部５０２が負の半波のみを検知しているため、波形４の状態（ヒータに供給される電力が１３２０Ｗ）においても、波形２（ヒータに供給される電力が２６４０Ｗのケース）と同じ高い電流値８．１Ａを検知することができる。このように、正の半波、若しくは、負の半波のみに電力供給されている場合には、電流検知部５０１及び電流検知５０２によって、正の半波電流と、負の半波電流をそれぞれ検知して故障状態を検出する方法が有効である。ここで、電流検知部５０１の代わりに正の半波の電圧を検知する方法と、電流検知５０２の代わりに負の半波の電圧を検知する方法も考えられる（図１０（ａ）〜（ｃ）参照）。図２に示した例の場合、電流検知部２０５は、抵抗発熱体Ｈ１及びＨ２に供給される電流を制御する役割を有しているので、正の半波及び負の半波の電流をそれぞれ検知している。しかしながら、図１０（ａ）〜（ｃ）に示した例でも、種々の故障状態に対応してラッチ制御部（安全回路）２０４を作動させることができる。

すなわち、第一の発熱体の両端に掛る電圧と第二の発熱体の両端に掛る電圧を検知可能に設けられており、交流波形の正位相及び負位相の電圧を検知する第一回路と、「並列接続状態における第一の発熱体と第二の発熱体に向かって分岐した後の第二の発熱体側の電力供給路に設けられており、交流波形の正位相の電流を検知する」、または「第一の発熱体の両端に掛る電圧と第二の発熱体の両端に掛る電圧を検知可能に設けられており、交流波形の正位相の電圧を検知する」第二回路と、「並列接続状態における第一の発熱体と第二の発熱体に向かって分岐した後の第二の発熱体側の電力供給路に設けられており、交流波形の負位相の電流を検知する」、または「第一の発熱体の両端に掛る電圧と第二の発熱体の両端に掛る電圧を検知可能に設けられており、交流波形の負位相の電圧を検知する」第三回路と、を設ければよい。そして、第一乃至第三回路の少なくとも一つの出力が所定値を超えたケースで、安全回路２０４が、第一及び第二の発熱体への電力供給を遮断するようにスイッチ部を駆動する構成とすればよい。

前述したように、図５（ｃ）の状態において、図６で説明した波形３及び波形４を、電流検知部２０５（電流検知部５０１及び電流検知部５０２）によって故障状態を検知することはできない。しかしながら、図５（ｃ）の故障状態で、波形３及び波形４のような、正の半波若しくは負の半波のみの電力が供給される場合、ヒータ３００に供給される電力は６６０Ｗであり、図４で説明した正常時の電力以下になる。そのため、この故障状態はヒータ温度検知（安全素子１１２及び、温度検知素子１１１）による安全回路で保護することができる。また、図６で説明した波形３及び、波形４を、電圧検知部４００で故障検知する場合、１００Ｖ系の電圧範囲（例えば１００Ｖ〜１２７Ｖ）を考慮すると、１００Ｖ系の電圧範囲１２７Ｖ以下の１１４．９Ｖの検知結果を故障と判断することはできない。

図６の波形５は、トライアックＴＲ１によって、波形１の正の半波の電力が約３３％になり、負の半波は常にＯＮ状態の波形である。ヒータ３００に供給される電力は図５（ａ）の故障状態で２６４０Ｗ、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の状態では１３２０Ｗである。

波形５の故障検知について説明する。波形５は正の半波にも通常状態と同じレベルの電力（異常状態を検知できない）が供給されており、負の半波は全ＯＮした状態である。図５（ｃ）の状態において波形５の状態を検知するためには、電圧検知部４００は全波整流した波形を検知することが望ましい。例えば、電圧検知部４００が正の半波のみを検知している場合には、波形５の正の半波電圧は１１４．９Ｖであり、１００Ｖ系の電圧範囲１２７Ｖ以下であるため、故障状態を判断することはできない。このように、波形５を考慮すると、全波整流した電圧を検知することが望ましい。

このように、図６に示した様なヒータ電流波形１〜５、故障状態図５（ａ）〜図５（ｃ）を検知する手段としては、全波整流した電圧を検知する手段と、正の電流（電圧）を検知する手段と、負の電流（電圧）を検知する手段と、を組み合わせて用いる方法が有効である。

図７は、ＣＰＵ２０３による、故障検知シーケンスを含む装置の動作シーケンスを説明するためのフローチャート図である。

Ｓ７００では、電源回路２００がスタンバイ状態になる要求を受けると、制御を開始しＳ７０１に進む。Ｓ７０１では、Ｓｔａｎｂｙ信号をＨｉｇｈ状態とし、トライアックＴＲ３、リレーＲＬ４、スイッチ２１３がＯＮ状態になる。コンバータ２１１が動作し、電圧検知部２０２とゼロクロス検知部２１４が交流電源２０１の電圧及びゼロクロスを検知可能な状態になる。この初期状態ではコンバータ２１１の全波整流状態であり、ヒータ３００は直列接続状態とする。

Ｓ７０２では、電圧検知部２２１の出力であるＶＯＬＴ１信号に基づき、電源電圧の範囲を判断し、電源電圧が２００Ｖ系の場合はＳ７０４に進み、１００Ｖ系の場合はＳ７０３に進む。

Ｓ７０３では、電圧検知部２２２の出力であるＶＯＬＴ２信号に基づき、電源電圧の範囲を判断し、電源電圧が２００Ｖ系の場合はＳ７０５に進み、１００Ｖ系の場合はＳ７０６に進む。

Ｓ７０４では、ＲＬ１２ｏｎ信号をＬｏｗ状態とし、リレーＲＬ１及びＲＬ２をＯＦＦ状態にして、ヒータ３００を直列接続状態にする。ＴＲ２ｏｎ信号をＬｏｗ状態とし、トライアックＴＲ２をＯＦＦ状態にして、コンバータ２１１を全波整流状態にする。

Ｓ７０５では、ＲＬ１２ｏｎ信号をＬｏｗ状態とし、リレーＲＬ１及びＲＬ２をＯＦＦ状態にして、ヒータ３００を直列接続状態にする。ＴＲ２ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態とし、トライアックＴＲ２をＯＮ状態にして、コンバータ２１１を倍電圧整流状態にする。

Ｓ７０６では、ＲＬ１２ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態とし、リレーＲＬ１及びＲＬ２をＯＮ状態にして、ヒータ３００を並列接続状態にする。ＴＲ２ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態とし、トライアックＴＲ２をＯＮ状態にして、コンバータ２１１を倍電圧整流状態にする。

Ｓ７０２〜Ｓ７０６で制御回路２００の状態を確定させる際に、図９に示すように、電源回路２００の状態遷移に制限を設けても良い。図９に示す電源回路２００の状態遷移図を説明する。図９では、電源回路２００の第１状態（Ｓ７０６で説明した、ヒータ３００が並列接続で、コンバータ２１１が倍電圧整流）、第２状態（Ｓ７０５で説明した、ヒータ３００が直列接続で、コンバータ２１１が倍電圧整流）、第３状態（Ｓ７０４で説明した、ヒータ３００が直列接続で、コンバータ２１１が全波整流）の３つの状態間の遷移を示している。電源回路２００の状態はＣＰＵ２０３に記憶されており、図９に示すように、第１状態からは第２状態及び第３状態に電源回路２００を遷移可能であり、第２状態からは第３状態に電源回路２００遷移可能であり、第３状態からは他のどの状態にも遷移できないように制御を行っている。尚、ＣＰＵ２０３に記憶された状態は、Ｓ７００で制御を開始する際にリセットを行っている。

このように状態の遷移に制限を設ける理由は、例えば商用電源が２００Ｖの地域で画像形成装置が利用される場合に、停電や電圧変動によって、商用電源の電圧が一次的に低下し、１００Ｖの状態を検出して、ヒータ３００が直列接続状態から並列接続状態に切り替わり、コンバータ２１１が全波整流状態から倍電圧整流状態に切り替わることを防止するためである。このように、電源回路２００の状態遷移に制限を行うことで、商用電源の電圧が一次的に低下した場合における、装置の安全性を高めることができる。

以上の処理をＳ７０７でプリント制御開始の判断がされるまで繰り返し行い、プリント制御が開始されるとＳ７０８に進む。
Ｓ７０８では、ＲＬ３ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態とし、ＲＬ３をＯＮ状態にする。
Ｓ７０９では、電流検知部５０１の出力Ｉｒｍｓ２に基づく電圧が所定の閾電圧値以上になった場合、すなわち過電流を検知している場合、Ｓ７１２に進む。
Ｓ７１０では、電流検知部５０２が所定電流より高い電流、すなわち過電流を検知している場合、Ｉｒｍｓ３信号はＬｏｗ状態となり、Ｓ７１２に進む。
Ｓ７１１では、電圧検知部４００が所定電圧より高い電圧、すなわち過電圧を検知している場合、ＲＬｏｆｆ信号はＬｏｗ状態となり、Ｓ７１２に進む。
Ｓ７１２では、ラッチ制御部２０４はＴＲ１、ＲＬ３、ＲＬ４のラッチ部を動作させ、ＴＲ１ｏｆｆ信号、ＲＬ３ｏｆｆ信号、ＲＬ４ｏｆｆ信号をＨｉｇｈ状態とし、ＴＲ１、ＲＬ３、ＲＬ４をＯＦＦ状態に保持する（ラッチ状態）。Ｓ７１３では、異常状態を報知して、プリント動作を緊急停止し、Ｓ７１６に進み制御を終了する。
Ｓ７０９〜Ｓ７１１で異常を検知しなかった場合にはＳ７１４に進む。Ｓ７１４では、ＣＰＵ２０３は、温度検知素子１１１が出力するＴＨ信号、電流検知部５０１が出力するＩｒｍｓ１信号、ゼロクロス検知部２１４のＺｅｒｏｘ信号に基づき、ＰＩ制御を用いてトライアックＴＲ１を制御することでヒータ３００に供給する電力制御（位相制御、波数制御、若しくは、位相制御と波数制御を組み合わせた制御）を行っている。Ｓ７１５でプリント終了を判断するまで、Ｓ７０９〜Ｓ７１４の処理を繰り返し、プリント終了するとＳ７１６に進み、制御を終了する。

二本の発熱体を直列接続状態と並列接続状態に切り替える構成の画像形成装置において、電流検知部２０５と電圧検知部４００を設け、その配置位置や整流方法を本例のように工夫すれば装置の故障を検知でき、装置の信頼性を向上させることができる。

Claims (13)

1. 電源から電力供給路を通って供給される電力により発熱する第一の発熱体と第二の発熱体を有し、記録材上に形成された画像を記録材に加熱定着する定着部と、
   前記第一の発熱体と前記第二の発熱体を直列接続状態と並列接続状態に切り替える接続状態切替部と、を有する画像形成装置において、
   前記第一の発熱体の両端に掛る電圧と前記第二の発熱体の両端に掛る電圧を検知可能に設けられており、交流波形の正位相及び負位相の電圧を検知する第一回路と、
   前記並列接続状態における前記第一の発熱体と前記第二の発熱体に向かって分岐した後の前記第二の発熱体側の前記電力供給路に設けられており、交流波形の正位相の電流を検知する、または前記第一の発熱体の両端に掛る電圧と前記第二の発熱体の両端に掛る電圧を検知可能に設けられており、交流波形の正位相の電圧を検知する第二回路と、
   前記並列接続状態における前記第一の発熱体と前記第二の発熱体に向かって分岐した後の前記第二の発熱体側の前記電力供給路に設けられており、交流波形の負位相の電流を検知する、または前記第一の発熱体の両端に掛る電圧と前記第二の発熱体の両端に掛る電圧を検知可能に設けられており、交流波形の負位相の電圧を検知する第三回路と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記装置は更に、前記第一及び第二の発熱体への前記電力供給路に設けられているスイッチ部と、前記第一乃至第三回路からの出力に応じて前記スイッチ部を駆動する安全回路を有し、前記第一乃至第三回路の少なくとも一つの出力が所定値を超えたケースで、前記安全回路は、前記第一及び第二の発熱体への電力供給を遮断するように前記スイッチ部を駆動することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記スイッチ部はリレーであることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記スイッチ部はトライアックであることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
5. 前記接続状態切替部は、メーク接点またはブレーク接点を有するリレーと、トランスファ接点を有するリレーと、を有し、前記第二の発熱体は、前記トランスファ接点を有するリレーを介さずに前記電源と繋がっていることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記第一回路は、交流波形を全波整流した電圧を検知することを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記装置は更に、前記第一及び第二の発熱体の昇温を感知して前記電力供給路を遮断する感熱素子を有することを特徴とする請求項１〜６いずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記装置は更に、前記定着部の温度を検知する温度検知素子と、前記温度検知素子の検知温度に応じて前記第一及び第二の発熱体に供給する電力を制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の画像形成装置。
9. 前記第二回路は電流検知回路であり、前記制御部は更に、前記電流検知回路からの出力に応じて前記第一及び前記第二の発熱体に供給する電力を制限することを特徴とする請求項１〜８いずれか一項に記載の画像形成装置。
10. 前記第一及び前記第二の発熱体に供給する電力を制限するために用いられる前記電流検知回路からの出力は電流実効値の二乗値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。
11. 前記第二回路は電流検知回路であり、前記スイッチ部を駆動するために用いられる前記電流検知回路からの出力は、電流実効値の二乗値の移動平均値であることを特徴とする請求項２〜４いずれか一項に記載の画像形成装置。
12. 前記装置は更に、前記電源の電圧を検知する電源電圧検知部と、前記電源電圧検知部の検知電圧に応じて前記接続状態切替部を制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項１〜１１いずれか一項に記載の画像形成装置。
13. 前記定着部は、エンドレスベルトと、前記第一及び第二の発熱体を有し前記エンドレスベルトの内面に接触するヒータと、前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共に記録材を定着処理するニップ部を形成するニップ部形成部材と、を有することを特徴とすることを特徴とする請求項１〜１２いずれか一項に記載の画像形成装置。

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