JP6188415B2

JP6188415B2 - 像加熱装置

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Inventors: 雅俊伊藤
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Description

本発明は、電子写真記録技術を用いた画像形成装置に搭載する定着装置として用いれば好適な像加熱装置に関するものである。

電子写真記録技術を用いた画像形成装置の定着装置には、一般的にヒータが搭載されている。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、この交流電源から電力が供給されて発熱する。

ヒータ（発熱体）を制御する時、高調波電流やフリッカを抑えなければならない。特許文献１及び特許文献２には、複数のヒータを有する定着器において、高調波電流及びフリッカを抑制する方法が開示されている。具体的には、独立駆動可能な二本のヒータ夫々に、交流の半周期（半サイクル）全てにおいて電流が流れる又は流れない第１の半周期と、交流の半周期の一部で電流が流れる第２の半周期と、が混在する波形を流す。更に、二本のヒータに流れる交流の同位相の半周期で、第１の半周期と第２の半周期が重なるように、一方のヒータに流れる交流と他方のヒータに流れる交流を制御するものである。この制御は、二本のヒータに流れる合成電流が正弦波に近くなるので力率も向上するというメリットがある。

ところで、複数のヒータを設けた定着装置の中には、特許文献３のように、記録材のサイズに合わせてヒータ間の電力供給比率を変更し、発熱分布を変更できるようにしたものもある。

特開２００５−１９５６４０号公報特開２０１１−９５３１４号公報特許第４２０８７７２号公報

ところで、特許文献３に記載されているような、記録材のサイズに合わせてヒータ間の電力供給比率を変更する装置で、特許文献１や２に記載されている制御方法を採用すると以下のような課題があることが判明した。すなわち、小サイズの記録材を定着処理する際には、記録材が通過しない領域の発熱量を抑えるために一方のヒータに供給する電力を下げる必要がある。しかしながら、交流波形の特定の半周期に電力が集中し、フリッカが悪化してしまうことが判明した。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、力率の向上を優先させたいケースやフリッカ抑制を優先させたいケースに対応できる像加熱装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための本発明は、第１発熱体と、前記第１の発熱体とは独立して駆動される第２発熱体と、温度検出素子と、交流の連続する複数の半周期を制御周期として、前記制御周期毎に、前記第１発熱体と前記第２発熱体に供給する電力を、前記温度検出素子の検出温度に応じて制御する電力制御部と、を有し、前記電力制御部によって制御されることによって前記第１発熱体と前記第２発熱体に流れる交流に、交流の半周期全てにおいて電流が流れる又は流れない第１の半周期と、交流の半周期の一部で電流が流れる第２の半周期と、が混在する像加熱装置において、前記電力制御部は、前記第１発熱体に流れる交流と前記第２発熱体に流れる交流の中の同位相の半周期で前記第１の半周期と前記第２の半周期が重なる第１制御パターンと、前記同位相の半周期で、前記第１の半周期のうち半周期全てにおいて電流が流れる半周期と半周期全てにおいて電流が流れない半周期同士が重なり且つ前記第２の半周期同士が重なる第２制御パターンと、を選択でき、前記第１発熱体へ供給する電力のデューティ比と前記第２発熱体へ供給する電力のデューティ比の比（Ｘ：Ｙ）を変更可能であり、前記温度検出素子の検出温度に応じて前記制御周期毎に設定する電力のデューティ比をＰ（％）、ＸとＹのうち大きいほうの値をＺ、前記第１発熱体へ供給する電力のデューティ比をＰｘ（％）＝（Ｘ／Ｚ）×Ｐ（％）、前記第２発熱体へ供給する電力のデューティ比をＰｙ（％）＝（Ｙ／Ｚ）×Ｐ（％）とすると、前記デューティ比Ｐｘと前記デューティ比Ｐｙが、共に閾値より大きい場合、又は、共に前記閾値より小さい場合、前記電力制御部は、前記第１制御パターンで前記第１発熱体と前記第２発熱体に供給する電力を制御し、前記デューティ比Ｐｘと前記デューティ比Ｐｙのうち、一方が前記閾値より大きく、他方が前記閾値より小さい場合、前記電力制御部は、前記第２制御パターンで前記第１発熱体と前記第２発熱体に供給する電力を制御し、且つ前記電力制御部は、前記第１制御パターンで前記第１発熱体と前記第２発熱体に流れる交流波形の合成波形と、前記第２制御パターンで前記第１発熱体と前記第２発熱体に流れる交流波形の合成波形が、いずれも、前記制御周期の期間内において、全ての正極性の波形と同一の負極性の波形があり、全ての負極性の波形と同一の正極性の波形がある、正負の対称性が確保された波形となるように電力を制御することを特徴とする。

本発明によれば、力率の向上を優先させたいケースやフリッカ抑制を優先させたいケースに対応できる像加熱装置を提供できる。

画像形成装置の断面図。定着器の構成図電力供給回路及び電力制御回路を示した図。実施例１の制御パターン図比較例の制御パターン図点灯比率とフリッカ評価値の関係を表すグラフ実施例１の電力制御シーケンスを示したフローチャート第１発熱体及び第２発熱体の制御テーブルを示した図実施例２の電力制御回路図電流検出回路図電流検出波形図実施例２を説明するフローチャート電流検出時に使用する波形図実施例２の電力制御シーケンスを示したフローチャート

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、像加熱装置としての定着装置を搭載するタンデム型のカラー画像形成装置の構成図である。画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合せることでフルカラー画像を出力できるように構成されている。装置には４つの画像形成ユニット（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）が備えられている。各画像形成ユニットは、感光体ドラム（１３Ｙ〜１３Ｋ）、帯電ローラ（１５Ｙ〜１５Ｋ）、レーザスキャナ（１１Ｙ〜１１Ｋ）、現像ローラ（１６Ｙ〜１６Ｋ）、一次転写ローラ（１８Ｙ〜１８Ｋ）、クリーナ（１４Ｙ〜１４Ｋ）を有する。更に各色の感光体ドラムと一次転写ローラの間には中間転写ベルト１９が設置されている。２９は中間転写ベルト１９に重畳されたフルカラートナー画像を記録材に転写するための二次転写ローラである。カセット２２に収容されている用紙（記録材）は、給紙ローラ２５及び分離ローラ２６ａ、２６ｂによって給紙され、二次転写ローラ２９によって中間転写ベルト１９からトナー画像の転写を受ける。その後、定着装置３０で定着処理され、装置外へ排出される。これらの画像形成プロセスは周知なので詳細な説明は割愛する。

３１は画像形成装置のコントローラ（電力制御部も含まれる）であり、ＲＯＭ３２ａ、ＲＡＭ３２ｂ、タイマ３２ｃ等を具備したＣＰＵ（中央演算処理装置）３２、及び各種入出力制御回路（不図示）等で構成されている。

図２（ａ）は、定着器（像加熱装置）３０の断面図である。この定着器３０はエンドレスベルトをバックアップローラで駆動するタイプの装置である。エンドレスベルト１０２の内面にはヒータ１００が接触している。１０１は、ヒータ１００を保持するヒータホルダである。１０３は、エンドレスベルト１０２を介してヒータ１００と共に定着ニップ部Ｎを形成するバックアップローラである。１０４は、ヒータ１００の異常昇温により作動するサーモスイッチ（保護素子）である。

バックアップローラ１０３は、不図示のモータにより図中矢印で示す方向に駆動される。バックアップローラ１０３が回転するとエンドレスベルト１０２が従動回転する。未定着トナー像Ｔを担持した用紙２１は定着ニップ部Ｎにおいて挟持搬送され、エンドレスベルト１０２を介したヒータ１００の熱により定着処理される。

図２（ｂ）はヒータ１００の拡大断面図である。ヒータ１００は、ＳｉＣ，ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス系の基板１１０と、セラミック基板上に形成された第１発熱体１１１及び第２発熱体１１２を有する。２本の発熱体はガラス製の保護層１１３で保護されている。

図２（ｃ）はヒータ１００の平面図である。第１発熱体１１１は、発熱部１１１ａと、電極１１１ｃ・１１１ｄと、発熱部と電極部を接続する導電部１１１ｂを有している。電極１１１ｃ及び１１１ｄを介して電力が供給されることで発熱部１１１ａが発熱する。

同様に、第２発熱体１１２は、発熱部１１２ａと、電極１１２ｃ・１１２ｄと、発熱部と電極部及び発熱部同士を接続する導電部１１２ｂを有している。電極１１２ｃと１１２ｄを介して電力が供給されることで発熱部１１２ａが発熱する。また、電力供給は給電用コネクタ１１４，１１５を介して行われる。第１発熱体と第２発熱体はセラミック基板１１０上に設けられており、セラミック基板はエンドレスベルトの内面に接触している。第１発熱体と第２発熱体は独立して駆動できる構成である。

図２（ｃ）に示される線Ｂは用紙２１の搬送基準線である。用紙の幅方向中央が線Ｂと一致するように用紙は搬送される。領域Ｌ１は画像形成装置に設定されている所定の最大サイズ紙の搬送領域、領域Ｌ２は画像形成装置に設定されている所定の最小サイズ紙の搬送領域である。第１発熱体１１１は主に用紙２１の幅方向中央部を加熱するために用いられ、第２発熱体１１２は主に用紙２１の端部を加熱するために用いられる。即ち、第１発熱体と第２発熱体は発熱分布が異なっている。エンドレスベルトは第１発熱体と第２発熱体によって加熱されることになる。以下、第１発熱体１１１をメイン発熱体、第２発熱体１１２をサブ発熱体とも称する。

図３は電力供給回路及び電力制御回路を示した図である。５０は、商用電源（交流電源）であり、画像形成装置はインレット５１を介して商用電源５０から電力の供給を受ける。電力供給回路は、商用電源５０と直接接続された一次側と、電源装置５３内にある不図示のトランスを介して商用電源５０と非接触に接続された二次側で構成されている。発熱体１１１、１１２は、ＡＣフィルタ５２を介して商用電源５０から電力を供給される。５３は電源装置（電源部）であり、二次側の負荷に所定の電圧（電圧２４Ｖ及び電圧３．３Ｖ）を出力している。このように、電力供給回路の一次側には、発熱体１１１、１１２や電源装置５３が設けられている。また、電力供給回路の二次側には、感光体ドラム１３Ｙ〜１３Ｋや中間転写ベルト１９等を駆動するモータや、ＣＰＵ３２等が設けられている。

ＣＰＵ３２はヒータ駆動制御等を実行する。ＣＰＵ３２は、各入出力ポートとＲＯＭ３２ａ及びＲＡＭ３２ｂなどから構成される。６０及び７０は位相制御回路（ヒータ駆動回路）である。６０は第１発熱体１１１を駆動する第１ヒータ駆動回路であり、ＣＰＵ３２からの信号に応じて制御される。７０は第２発熱体１１２を駆動する第２ヒータ駆動回路であり、ＣＰＵ３２からの信号に応じて制御される。

ヒータ１００は温度検出素子（サーミスタ）５４によって温度モニタされている。温度検出素子５４は画像形成装置で使用可能な最小サイズの用紙が通過する領域のヒータの温度を検出するための素子である。温度検出素子５４は、端子の一方をグランド、もう一方の端子を抵抗５５に接続されている。更に、抵抗５６を介してＣＰＵ３２のアナログ入力ポートＡＮ０に接続されている。温度検出素子５４は高温になると抵抗値が低下する特性を持っている。ＣＰＵ３２には温度テーブル（不図示）が格納されており、ＣＰＵ３２は、温度検出素子の抵抗と固定抵抗５５との分圧電圧に基づきヒータ１００の温度を検出する。

商用電源５０の電力は、ＡＣフィルタ５２を介してＺＥＲＯＸ生成回路５７に入力される。ＺＥＲＯＸ生成回路５７は、商用電源電圧が、電圧０Ｖ近辺に設定された閾値電圧以下の電圧である時にＨｉｇｈレベルの信号を出力し、それ以外の場合にＬｏｗレベルの信号を出力する。そして、ＣＰＵ３２のポートＰＡ１には、抵抗５８を介して商用電源電圧の周期とほぼ等しい周期のパルス信号が入力される。ＣＰＵ３２は、ＺＥＲＯＸ信号のＨｉｇｈ→Ｌｏｗに変化するエッジを検出し、このエッジを位相制御回路６０及び７０を駆動する際の基準タイミングとして利用する。

ＣＰＵ３２は温度検出素子５４による検出温度及び用紙サイズ（用紙幅）に基づき第１発熱体へ供給する電力のデューティ比Ｐｘと第２発熱体へ供給する電力のデューティ比Ｐｙを決定する。そして、各発熱体に供給する電力が各デューティ比Ｐｘ及びＰｙとなるように、位相制御回路６０、７０を駆動するタイミングを決定し、ポートＰＡ２、ＰＡ３から駆動信号Ｄｒｉｖｅ１及びＤｒｉｖｅ２を出力する。

次に、位相制御回路６０を説明する。位相制御回路７０は位相制御回路６０と同じ構成なので回路７０の詳細な説明は割愛する。ＣＰＵ３２により決定されたタイミングで出力ポートＰＡ２（ＰＡ３）がＨｉｇｈレベルとなると、ベース抵抗６７（７７）を介したトランジスタ６５（７５）がオンする。トランジスタ６５（７５）がオンするとフォトトライアックカプラ６２（７２）がオンする。なお、フォトトライアックカプラ６２（７２）は、一次と二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。抵抗６６（７６）はフォトトライアックカプラ６２（７２）内の発光ダイオードに流れる電流を制限するための抵抗である。

抵抗６３（７３）、６４（７４）はトライアック６１（７１）のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ６２（７２）がオンすることによりトライアック６１（７１）がオンする。トライアック６１（７１）は、一旦オンすると、交流電圧が次のゼロクロスポイントになるまでオン状態を保持する素子である。したがって、メイン発熱体１１１（サブ発熱体１１２）には、オンタイミングに応じた電力が投入される。

ＣＰＵ３２は、第１発熱体１１１へ供給する電力のデューティ比と第２発熱体１１２へ供給する電力のデューティ比の比（Ｘ：Ｙ）を変更可能である。本例では、用紙２１の幅に応じて、メイン発熱体１１１に供給する電力のデューティ比とサブ発熱体１１２へ供給する電力のデューティ比の比（Ｘ：Ｙ）を設定する。例えば、図２（ｃ）に示す幅Ｌ２の用紙２１にプリントする場合、メイン発熱体１１１のみに電力供給する。このケースのメイン発熱体１１１へ供給する電力のデューティ比とサブ発熱体１１２へ供給する電力のデューティ比の比（Ｘ：Ｙ）は、Ｘ：Ｙ＝１００：０である。また、幅Ｌ１の用紙２１にプリントする場合、Ｘ：Ｙ＝１００：１００である。幅Ｌ１と幅Ｌ２の中間の幅の用紙２１にプリントする場合、用紙幅に応じて最適な比でメイン発熱体とサブ発熱体を駆動する。このように用紙幅に応じて比（Ｘ：Ｙ）を設定することで、トナー画像の良好な定着性を確保しつつ、非通紙部の温度上昇を抑制する。

本実施例における定型サイズ毎の比（Ｘ：Ｙ）は表１の通りである。表中の「横」は用紙の長辺が定着ニップ部と平行となる用紙の向きで用紙を搬送するケース（ＬＯＮＧＥＤＧＥＦＥＥＤ）を示している。「縦」は用紙の短辺が定着ニップ部と平行となる用紙の向きで用紙を搬送するケース（ＳＨＯＲＴＥＤＧＥＦＥＥＤ）を示している。

紙サイズに応じて、さらに細かく比（Ｘ：Ｙ）を設定しても良いし、非定型サイズではユーザーから指定される紙幅の値もしくは図示しない紙幅検出手段で測定した紙幅の値に応じて、比（Ｘ：Ｙ）を設定しても良い。または、ヒータ１００の長手方向端部（最小サイズ紙の非通紙部）の温度を検出する第２の温度検出素子を設け、第２の温度検出素子の検出温度に応じて比（Ｘ：Ｙ）を設定してもよい。

ＣＰＵ３２は、まず、温度検出素子５４の検出温度に応じたデューティ比Ｐ（％）（＝ＤｕｔｙＣｙｃｌｅ）を算出する。そして、デューティ比Ｐ（％）と紙サイズに応じた比（Ｘ：Ｙ）が決まると、ＣＰＵ３２は第１発熱体に供給する電力のデューティ比Ｐｘ（％）及び第２発熱体に供給する電力のデューティ比Ｐｙ（％）を算出する。デューティ比ＰｘはＰｘ（％）＝（Ｘ／Ｚ）×Ｐであり、デューティ比ＰｙはＰｙ（％）＝（Ｙ／Ｚ）×Ｐである。但し、ＺはＸとＹのうち大きいほうの値である。

図４（ａ）は、比（Ｘ：Ｙ）が１００：１００、デューティ比Ｐが７５％の時の一制御周期におけるメイン発熱体とサブ発熱体に流れる電流波形、及び電流の合成波形を示している。

図４（ａ）に示すように、ＣＰＵ３２（電力制御部）は、交流の連続する複数の半周期を制御周期として、制御周期毎に、第１発熱体と第２発熱体に供給する電力を、温度検出素子の検出温度に応じて制御する。本例では、８半周期（＝４周期）を制御周期としている。なお、半周期をＮ＝１とするとＮ＝８が制御周期となる。また、制御周期には、交流の半周期全てにおいて電流が流れる又は流れない半周期（第１の半周期と称する）と、交流の半周期の一部で電流が流れる半周期（第２の半周期と称する）、が混在している。即ち、電力制御部によって制御されることによって第１発熱体と第２発熱体に流れる交流に、交流の半周期全てにおいて電流が流れる又は流れない第１の半周期と、交流の半周期の一部で電流が流れる第２の半周期と、が混在している。

更に、図４（ａ）のケース、即ち、比（Ｘ：Ｙ）が１００：１００、デューティ比Ｐが７５％のケースについて説明する。このケースでは、電力制御部は、第１発熱体に流れる交流と第２発熱体に流れる交流の中の同位相の半周期で第１の半周期と第２の半周期が重なるように、第１発熱体と第２発熱体に供給する電力を制御する。このような波形を第１制御パターンと称する。第１発熱体に流れる交流と第２発熱体に流れる交流の中の同位相の半周期で第１の半周期と第２の半周期が重なるようにすると、合計電流の波形が正弦波に近くなるので、力率が向上し、また高調波を抑制できる。力率が向上すると装置としての最大消費電流を下げることができる。

電力のデューティ比Ｐ（％）は、温度検出素子５４によって検出された温度と予め設定された目標温度に応じてＰＩＤ制御等によってＣＰＵ３２が算出するものである。このデューティ比Ｐ（％）は、温度検出素子の検出温度に応じて制御周期毎に設定される。

デューティ比Ｐが７５％、比（Ｘ：Ｙ）が１００：１００の場合、Ｚ＝１００であるので、メイン発熱体１１１には、デューティ比Ｐｘ＝１００／１００＊７５＝７５％の電力が供給される。また、サブ発熱体１１２には、デューティ比Ｐｙ＝１００／１００＊７５＝７５％の電力が供給される。波形４０１は、メイン発熱体１１１に流れる電流、波形４０２は、サブ発熱体１１２に流れる電流、波形４０３は、メイン発熱体１１１とサブ発熱体１１２に流れる電流の合成波を表している。

図４（ｂ）は、比（Ｘ：Ｙ）が１００：８０、デューティ比Ｐが７５％の時の一制御周期におけるメイン発熱体とサブ発熱体に流れる電流波形、及び電流の合成波形を示している。この場合、メイン発熱体１１１には、デューティ比Ｐｘ＝１００／１００＊７５＝７５％の電力が、サブ発熱体１１２には、デューティ比Ｐｙ＝８０／１００＊７５＝６０％の電力が供給される。このケースも、電力制御部は、第１発熱体に流れる交流と第２発熱体に流れる交流の中の同位相の半周期で第１の半周期と第２の半周期が重なるように、第１発熱体と第２発熱体に供給する電力を制御する。即ち、第１制御パターンで制御する。

図４（ｃ）は、比（Ｘ：Ｙ）が１００：４０、デューティ比Ｐが７５％の時の一制御周期におけるメイン発熱体とサブ発熱体に流れる電流波形、電流の合成波形、及び各半周期における合成電流の大きさを示している。この場合、メイン発熱体１１１には、デューティ比Ｐｘ＝１００／１００＊７５＝７５％の電力が、サブ発熱体１１２には、Ｐｙ＝４０／１００＊７５＝３０％の電力が投入される。図４（ｃ）に示す波形は、図４（ａ）及び（ｂ）に示した波形と異なる点がある。即ち、比（Ｘ：Ｙ）が１００：４０、デューティ比Ｐが７５％のケースでは、電力制御部は、同位相の半周期で、第１の半周期同士が重なり且つ第２の半周期同士が重なるように、第１発熱体と第２発熱体に供給する電力を制御する。このような波形を第２制御パターンと称する。図４（ｃ）のケースで第１制御パターンではなく第２制御パターンを選択する理由を以下に説明する。

図５は、図４（ｃ）と同様、比（Ｘ：Ｙ）が１００：４０、デューティ比Ｐが７５％の時の一制御周期におけるメイン発熱体とサブ発熱体に流れる電流波形、電流の合成波形、及び各半周期における合成電流の大きさを示している。但し、制御パターンが、同位相の半周期で第１の半周期と第２の半周期が重なるように、第１発熱体と第２発熱体に供給する電力を制御する第１制御パターンである。比（Ｘ：Ｙ）が１００：４０、デューティ比Ｐが７５％のケースで第１制御パターンを採用すると電流の合成波形は５０３のような波形となる。この場合、Ｎ＝１、４、５、８の半周期で電流が集中し、その他の半周期における電流値との差が大きくなっている。合成電流がこのような波形の場合、フリッカが悪化してしまう。

図６は、デューティ比Ｐ（％）を７５％に固定し、且つ比（Ｘ：Ｙ）のＸ項を１００に固定した状態で、比のＹ項を変化させ、第１制御パターンを用いてメインとサブ発熱体へ電力供給した時のフリッカ評価値Ｐｓｔを表すグラフである。横軸がＹの値である。Ｙ＝６６．６付近を境にして、Ｙ＞６６．６の範囲ではフリッカ値が抑制され、Ｙ＜６６．６の範囲ではフリッカ値が悪くなっている。Ｙ＝６６．６のケースでは、デューティ比Ｐｘ＝１００／１００＊７５≒７５％の電力がメイン発熱体へ供給され、デューティ比Ｐｙ＝６６．６／１００＊７５≒５０％の電力がサブ発熱体へ供給される。以下、フリッカ値が図６に示すような結果になる理由を説明する。

デューティ比ＰｘやＰｙが５０％より低くなると、制御周期内で、電流が全く流れない第１の半周期が設定される。また、第１の制御パターンの場合、この電流が全く流れない第１の半周期と同位相の（他方の発熱体に流れる交流の）半周期は、半周期の一部で電流が流れる第２の半周期になる。この電流が全く流れない第１の半周期と半周期の一部で電流が流れる第２の半周期の合成波の電流値は、図５に示すように小さくなる。図５中、合成波の電流値が小さな期間を「ｓｍａｌｌ」で示す。

一方、デューティ比ＰｘやＰｙが５０％より大きくなると、制御周期内で、半周期全てで電流が流れる第１の半周期が設定される。一方、第１の制御パターンの場合、この半周期全てで電流が流れる第１の半周期と同位相の半周期は、半周期の一部で電流が流れる第２の半周期になる。この半周期全てで電流が流れる第１の半周期と半周期の一部で電流が流れる第２の半周期の合成波の電流値は、図５に示すように大きくなる。図５中、合成波の電流値が大きな期間を「ｌａｒｇｅ」で示す。

このように、ＰｘとＰｙの一方が、５０％より小さく、他方が５０％より大きくなると、図５に示すように合成波の一部の半周期に電流が集中（「ｌａｒｇｅ」で示した半周期）し、他の半周期では電流が非常に小さく（「ｓｍａｌｌ」で示した半周期）なる。このような、合成波の電流値が「ｌａｒｇｅ」である半周期と「ｓｍａｌｌ」である半周期が混在する波形は、フリッカ発生の原因となってしまうのである。

これに対して、図４（ｃ）に示した波形（第２制御パターン）を採用すると、Ｐｘ＝７５％のケース、即ちＰｘ＝５１％以上のケースであり、且つＰｙ＝３０％のケース、即ちＰｙ＝５０％より小さくなるケースであるにも拘らず、フリッカは抑えられる。その理由は、図４（ｃ）の電流の合成波形４３３を参照すれば判るように、第２制御パターンを採用すれば、Ｎ＝１〜８までの各半周期において、電流値が集中する半周期が少なくなり、略均等にできるからである。図４（ｃ）の例では全ての半周期で合成波の電流値は「ｍｉｄｄｌｅ」、即ち、図５で示した「ｌａｒｇｅ」ほど大きくなく、「ｓｍａｌｌ」ほど小さくない大きさである。

ただし、第２制御パターンを採用すると、力率や高調波が悪化する。よって、第２制御パターンは、ＰｘとＰｙの一方が、５０％より小さく、且つ他方が５０％より大きくなるケースにのみ採用すればよい。なお、第２制御パターンを採用するほうが好ましいケースでは、力率が悪くなっても投入する電力が低く、装置としての最大消費電流も低いため問題ない。

図７は、Ｚ＝１００とした場合の電力制御シーケンスのフローチャートである。まず、ＣＰＵ３２は初期設定を行ない（Ｓ１０１）、制御目標温度と温度検出素子５４によって検出された温度に応じてデューティ比Ｐ（％）を算出する（Ｓ１０２）。続いてＣＰＵ３２は、設定された紙サイズから比（Ｘ：Ｙ）を決定する（Ｓ１０３）。次にデューティ比Ｐと比（Ｘ：Ｙ）に応じてメイン発熱体１１１に供給する電力のデューティ比Ｐｘ（％）とサブ発熱体１１２に供給する電力のデューティ比Ｐｙ（％）を算出する（Ｓ１０４）。次に、Ｓ１０５でＰｘ≧５１％且つＰｙ≦５０％のケース、又はＰｙ≧５１％且つＰｘ≦５０％のケースであるか否かを判断し、ＮＯの場合、図８に示す第１制御パターンを選択する（Ｓ１０６）。

続いて、ＣＰＵ３２は、ＺＥＲＯＸ信号を検出し（Ｓ１０８）、ＺＥＲＯＸ信号の立ち上がり又は、立下りエッジを検出したタイミングを基準にした電力供給を開始する（Ｓ１０９）。Ｓ１０９では、メイン発熱体１１１へデューティ比Ｐｘ（％）で、サブ発熱体１１２へデューティ比Ｐｙ（％）で、第１制御パターンを用いて電力供給を開始する。Ｎ＝８に達したか否か、即ち一制御周期が終わったか否かをＳ１１０で判断し、終わってなければ、ＣＰＵ３２はＮをインクリメントし（Ｓ１１１）、Ｎ＝８となった時点で次の電力供給サイクル（次の制御周期）に移行する（Ｓ１１２→Ｓ１０１）。Ｓ１１２で電力供給が必要なくなった段階で、電力制御シーケンスは終了となる。

一方、Ｓ１０５でＹＥＳの場合、図８に示す第２制御パターンを選択する（Ｓ１０７）。Ｓ１０８を経て、Ｓ１０９では、メイン発熱体１１１へデューティ比Ｐｘ（％）で、サブ発熱体１１２へデューティ比Ｐｙ（％）で、第２制御パターンを用いて電力供給を開始する。以降の制御は第１制御パターン選択時と同じなので説明は割愛する。

図８は、第１制御パターン及び第２制御パターンを格納した制御テーブルの一例を示している。第１制御パターン及び第２制御パターン共に、第一発熱体用のテーブルと第二発熱体用のテーブルを有する。

上述のように、ＣＰＵ（電力制御部）は、算出したＰｘ及びＰｙに応じて、第１制御パターン又は第２制御パターンを選択する。図８のＭ１Ｐ〜Ｍ４Ｎ及びＳ１Ｐ〜Ｓ４Ｎは交流の半周期を示している。また、各半周期の数値は、半周期の期間における電力のデューティ比を示している。図８に示した制御テーブルには、０％から１００％まで１０％刻みで１１レベルのデューティ比が設定されている。しかしながら、図４を用いて説明したケースのように、５％刻み（０％、５％、１０％、１５％、・・・７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、１００％）で２１レベルのデューティ比を設定してもよい。更に細かく、より多くのレベルを設定してもよい。

上述の説明から理解できるように、第１制御パターンが選択されるケースは、ＰｘとＰｙが共に５１％以上のケース、又はＰｘとＰｙが共に５０％以下のケースである。図８に示した第１制御パターンにおいて、Ｐｘの５１％以上のレベル（但し１００％を除く）とＰｙの５１％以上のレベル（但し１００％を除く）を比較すると、同位相の半周期で第１の半周期と第２の半周期が重なっていることが理解できよう。また、Ｐｘの５０％以下のレベル（但し０％を除く）とＰｙの５０％以下のレベル（但し０％を除く）を比較すると、同位相の半周期で上述した第１の半周期と第２の半周期が重なっていることが理解できよう。

一方、第２制御パターンが選択されるケースは、Ｐｘが５１％以上且つＰｙが５０％以下のケース、又はＰｘが５０％以下且つＰｙが５１％以上のケースである。図８に示した第２制御パターンにおいて、Ｐｘの５１％以上のレベル（但し１００％を除く）とＰｙの５０％以下のレベル（但し０％を除く）を比較してみる。すると、同位相の半周期で第１の半周期同士が重なっており、且つ他の同位相の半周期で上述した第２の半周期同士が重なっていることが理解できよう。また、Ｐｘの５０％以下のレベル（但し０％を除く）とＰｙの５１％以上のレベル（但し１００％を除く）を比較してみる。すると、同位相の半周期で第１の半周期同士が重なっており、且つ他の同位相の半周期で第２の半周期同士が重なっていることが理解できよう。

以上のように、本例では、第１制御パターンと第２制御パターンとを選択できる構成になっている。このため、力率の向上を優先させたいケースやフリッカ抑制を優先させたいケースに対応できる像加熱装置を提供できる。

また、電力制御部は、ＰｘとＰｙが、共に閾値より大きい場合、又は、共に閾値より小さい場合、第１発熱体に流れる交流と第２発熱体に流れる交流の中の同位相の半周期で第１の半周期と第２の半周期が重なるように電力を制御する。更に、ＰｘとＰｙのうち、一方が閾値より大きく、他方が閾値より小さい場合、同位相の半周期で、第１の半周期同士が重なり且つ第２の半周期同士が重なるように電力を制御する。このような制御を行うことによって、比（Ｘ：Ｙ）の変更が必要な装置であっても、力率の向上及びフリッカ抑制を両立することができる。

（実施例２）
実施例１では、メイン発熱体１１１へ供給する電力のデューティ比Ｐｘ（％）とサブ発熱体１１２へ供給する電力のデューティ比Ｐｙ（％）の組み合わせが特定の条件を満たした時に第２制御パターンを選択した。

実施例２では、メイン発熱体とサブ発熱体に実際に供給される各半周期単位の電力を算出し、更に制御周期内の電力変動を算出することによって制御パターン変更の要否を判断する。

図９を用いて本実施例の電力制御回路を説明する。発熱体１１１及び発熱体１１２へ流れる電流は、カレントトランス８０を介して、ヒータ電流検出回路８１に入力される。このヒータ電流検出回路８１は、入力された電流を電圧変換する。電圧変換された電流検出信号は、ＣＰＵ３２のポートＰＡ４に抵抗８２を介して入力され、Ａ／Ｄ変換され、デジタル値で管理される。

図１０は、ヒータ電流検出回路８１の構成を説明するブロック図、図１１は、この電流検出回路８１の動作を説明するための波形図である。

図１１の１００１は発熱体１１１及び発熱体１１２に流れる電流Ｉ１を示し、この電流Ｉ１は、カレントトランス８０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８０の電圧出力をダイオード２０１及び２０３によって整流する。２０２及び２０５は負荷抵抗である。図１１の１００３は、このダイオード２０３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２０５を介して乗算器２０６に入力される。この乗算器２０６は、図１１の１００４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２０７を介してオペアンプ２０９の−端子に入力される。オペアンプ２０９の＋端子には、抵抗２０８を介してリファレンス電圧２１７が入力されており、帰還抵抗２１０により反転増幅される。尚、このオペアンプ２０９は片電源から電圧が供給されている。

図１１の１００５は、リファレンス電圧２１７を基準に反転増幅された波形を示す。このオペアンプ２０９の出力は、オペアンプ２１２の＋端子に入力される。オペアンプ２１２では、リファレンス電圧２１７と、その＋端子に入力された波形の電圧差と、抵抗２１１で決定される電流がコンデンサ２１４に流入されるように、トランジスタ２１３を制御している。こうしてコンデンサ２１４は、リファレンス電圧２１７と、その＋端子に入力された波形の電圧差と抵抗２１１で決定される電流で充電される。

ダイオード２０３による半波整流区間が終わると、コンデンサ２１４への充電電流がなくなるため、図１１の１００６に示すように、その電圧値がピークホールドされる。そして図１１の１００７に示すように、ダイオード２０１の半波整流期間にＤＩＳ信号によりトランジスタ２１５をオンする。これにより、コンデンサ２１４の充電電圧が放電される。トランジスタ２１５は、ＣＰＵ３２からのＤＩＳ信号によりオン／オフされており、１００２で示すＺＥＲＯＸ信号を基に、トランジスタ２１５のオン／オフ制御を行っている。このＤＩＳ信号は、ＺＥＲＯＸ信号１００２の立上がりエッジから所定時間Ｔｄｌｙ後にオンし、ＺＥＲＯＸ信号１００２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２０１の半波整流期間であるヒータ１００の通電期間と干渉することなく制御できる。

つまり、コンデンサ２１４のピークホールド電圧Ｖ１ｆは、カレントトランス８０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２１４にピークホールドされた電圧値が、電流検出回路８１からＨＣＲＲＴ１信号１００６としてＣＰＵ３２に送出される。ＣＰＵ３２は、ポートＰＡ４に入力されたＨＣＲＲＴ１信号１００６を、ＺＥＲＯＸ信号１００２の立ち上がりエッジから所定のＴｄｌｙ後までＡ／Ｄ変換を行なう。Ａ／Ｄ変換されたヒータ電流は、商用電源電圧一全波（一周期）分のヒータ電流となる。ＣＰＵ３２は、商用電源電圧４全波（４周期）分のヒータ電流を平均し、予め用意された係数を掛ける事で、発熱体１１１及び１１２で消費する電力を算出する。但し、電流検出の方法はこの限りではない。

次に本実施例における電流検出による電力測定シーケンスについて説明する。本シーケンスでは、プリンタ電源ＯＮ時等のイニシャルシーケンス等の中で実施する。また、メイン発熱体１１１とサブ発熱体１１２にそれぞれデューティ比１００％で電力供給した際の電力を算出する事を目的としたシーケンスである。

図１２は、電力測定シーケンスのフローチャートである。図１２を説明すると、まず、４全波（交流の４周期）の期間における電流測定をおこなう。そのため、交流の奇数周期では、メイン発熱体をデューティ比１００％、サブ発熱体をデューティ比０％、偶数周期では、メイン発熱体をデューティ比０％、サブ発熱体をデューティ比１００％、で駆動開始する（Ｓ１１０１）。図１３に電流値を測定する時の各発熱体に流す電流波形を示す。ＣＰＵ３２は、Ｓ１１０２にて初期設定を行ない、ＺＥＲＯＸ信号１００２の立ち上がりエッジを検出する（Ｓ１１０３）毎にｋをインクリメントする（１１０４）。電流検出回路８１の出力を所定のタイミングにてＡ／Ｄサンプリング＆電流値換算を行ないＩｋ＝Ｉとし（Ｓ１１０５）、ｋ＝４となった時点（Ｓ１１０６）で電力投入を終了する（Ｓ１１０７）。続いてＣＰＵ３２は、奇数周期における電流値Ｉ１とＩ３を平均し、メイン発熱体１１１に流れる電流Ｉｍを算出し、偶数周期における電流値Ｉ２とＩ４を平均し、サブ発熱体１１２に流れる電流Ｉｓを算出する（Ｓ１１０８）。最後に、ＣＰＵ３２は、予め用意されたメイン発熱体１１１の抵抗値Ｒｍと、Ｓ１１０８にて算出したメイン発熱体１１１の電流値Ｉｍと、からメイン発熱体１１１にデューティ比１００％で電力供給する時の電力Ｐｍを算出する。同様に、サブ発熱体１１２の抵抗値Ｒｓと、サブ発熱体１１２の電流値Ｉｓと、からサブ発熱体にデューティ比１００％で電力供給する時の電力Ｐｓを算出し、本シーケンスは終了となる。本実施例では、ヒータ電流を測定する事で各発熱体をデューティ比１００％で駆動した時の電力を算出しているが、他の方法で各発熱体をデューティ比１００％で駆動した時の電力を算出してもよい。

上述したように、実施例２では、メイン発熱体とサブ発熱体に実際に供給される各半周期単位の電力を算出し、更に制御周期内の電力変動を算出することによって制御パターン変更の要否を判断する。

図１４は、本実施例の電力制御シーケンスのフローチャートである。Ｓ２０１〜Ｓ２０４までは実施例１のＳ１０２〜Ｓ１０４と同じなので説明は省略する。Ｓ２０５において、まず、デューティ比Ｐｘ（％）及びＰｙ（％）に応じた第１制御パターン、即ち、第１発熱体に流れる交流と第２発熱体に流れる交流の中の同位相の半周期で第１の半周期と第２の半周期が重なる波形を選択する。次に、ＣＰＵ３２は、電力測定シーケンスにおいて算出した電力に基づきメイン発熱体１１１のデューティ比Ｐｘの１％当たりの電力Ｐｍｄ（Ｗ）、サブ発熱体１１２のデューティ比Ｐｙの１％当たりの電力Ｐｓｄ（Ｗ）を算出する（Ｓ２０６）。続いてＣＰＵ３２は、Ｓ２０５で選択した制御パターンと１％当たりの電力Ｐｍｄ（Ｗ）及びＰｓｄ（Ｗ）に基づき、各半周期の電力（Ｗ）を算出し（Ｓ２０７）、隣り合う半周期間の電力変動量の平均値ΔＰを算出する（Ｓ２０８）。

次に、ＣＰＵ３２は、電力変動量の平均値ΔＰと、予め用意されているフリッカが悪化する電力変動量ΔＰｔｇｔとを比較し、制御パターン変更の要否をＳ２０９にて判断する。即ち、隣り合う半周期間の電力変動が大きい場合、フリッカが発生する可能性が大きいので、デューティ比Ｐｘ及びＰｙが同じ第２制御パターンに変更する。Ｓ２１１〜Ｓ２１５は実施例１のＳ１０８〜Ｓ１１２と同じなので説明は省略する。

以上のように、本例でも、第１制御パターンと第２制御パターンとを選択できる構成である。このため、力率の向上を優先させたいケースやフリッカ抑制を優先させたいケースに対応できる像加熱装置を提供できる。

また、本例では、制御パターン変更の要否を、ヒータに実際に流れる電流を検出し、この検出電流値に基づき算出した隣り合う半周期間の電力変動量、を基準に判断している。即ち、半周期毎の第１発熱体の電力（Ｗ）と第２発熱体の電力（Ｗ）の合計の制御周期における変動量に応じて第１制御パターン又は第２制御パターンを選択する。このため、実施例１よりも制御パターンの選択精度が向上する。

３０定着装置
３２ＣＰＵ
６０、７０ヒータ駆動回路
１１１メイン発熱体
１１２サブ発熱体

Claims

第１発熱体と、
前記第１の発熱体とは独立して駆動される第２発熱体と、
温度検出素子と、
交流の連続する複数の半周期を制御周期として、前記制御周期毎に、前記第１発熱体と前記第２発熱体に供給する電力を、前記温度検出素子の検出温度に応じて制御する電力制御部と、
を有し、
前記電力制御部によって制御されることによって前記第１発熱体と前記第２発熱体に流れる交流に、交流の半周期全てにおいて電流が流れる又は流れない第１の半周期と、交流の半周期の一部で電流が流れる第２の半周期と、が混在する像加熱装置において、
前記電力制御部は、
前記第１発熱体に流れる交流と前記第２発熱体に流れる交流の中の同位相の半周期で前記第１の半周期と前記第２の半周期が重なる第１制御パターンと、
前記同位相の半周期で、前記第１の半周期のうち半周期全てにおいて電流が流れる半周期と半周期全てにおいて電流が流れない半周期同士が重なり且つ前記第２の半周期同士が重なる第２制御パターンと、を選択でき、
前記第１発熱体へ供給する電力のデューティ比と前記第２発熱体へ供給する電力のデューティ比の比（Ｘ：Ｙ）を変更可能であり、
前記温度検出素子の検出温度に応じて前記制御周期毎に設定する電力のデューティ比をＰ（％）、ＸとＹのうち大きいほうの値をＺ、前記第１発熱体へ供給する電力のデューティ比をＰｘ（％）＝（Ｘ／Ｚ）×Ｐ（％）、前記第２発熱体へ供給する電力のデューティ比をＰｙ（％）＝（Ｙ／Ｚ）×Ｐ（％）とすると、
前記デューティ比Ｐｘと前記デューティ比Ｐｙが、共に閾値より大きい場合、又は、共に前記閾値より小さい場合、
前記電力制御部は、前記第１制御パターンで前記第１発熱体と前記第２発熱体に供給する電力を制御し、
前記デューティ比Ｐｘと前記デューティ比Ｐｙのうち、一方が前記閾値より大きく、他方が前記閾値より小さい場合、
前記電力制御部は、前記第２制御パターンで前記第１発熱体と前記第２発熱体に供給する電力を制御し、且つ
前記電力制御部は、前記第１制御パターンで前記第１発熱体と前記第２発熱体に流れる交流波形の合成波形と、前記第２制御パターンで前記第１発熱体と前記第２発熱体に流れる交流波形の合成波形が、いずれも、前記制御周期の期間内において、全ての正極性の波形と同一の負極性の波形があり、全ての負極性の波形と同一の正極性の波形がある、正負の対称性が確保された波形となるように電力を制御することを特徴とする像加熱装置。
前記第１発熱体へ供給する電力のデューティ比と前記第２発熱体へ供給する電力のデューティ比の比（Ｘ：Ｙ）を変更可能であり、
前記電力制御部は、半周期毎の前記第１発熱体の電力（Ｗ）と前記第２発熱体の電力（Ｗ）の合計の前記制御周期における変動量に応じて前記第１制御パターン又は前記第２制御パターンを選択することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
前記第１発熱体と前記第２発熱体は発熱分布が異なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
前記電力制御部は記録材のサイズに応じて前記比（Ｘ：Ｙ）を設定することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の像加熱装置。
前記装置は更に、前記第１発熱体と前記第２発熱体によって加熱されるエンドレスベルトを有することを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の像加熱装置。
前記第１発熱体と前記第２発熱体はセラミック基板上に設けられており、前記セラミック基板は前記エンドレスベルトの内面に接触していることを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置。