JP6230287B2

JP6230287B2 - 画像形成装置及び画像形成装置に装着可能な定着ユニット

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Publication number: JP6230287B2
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Inventors: 圭介中野
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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、及び画像形成装置に装着可能な定着ユニットに関する。

同一モデルの画像形成装置を、商用電源電圧が１００Ｖ系（例えば、１００Ｖ〜１２７Ｖ）の地域と２００Ｖ系（例えば、２２０Ｖ〜２４０Ｖ）の地域で使えるように設計することがある。電子写真記録技術を用いた画像形成装置の場合、記録材に形成された未定着トナー画像を記録材に加熱定着する定着ユニットを搭載しているが、電源電圧の異なる地域で使えるようにするには定着ユニットのヒータの抵抗値を電源電圧に合わせる必要がある。ヒータの抵抗値を電源電圧に応じた抵抗値にしないとヒータの発熱量が使用地域で異なってしまうからである。

ヒータの抵抗値を電源電圧に合わせる方法の一つとして、１００Ｖ地域向けの装置と２００Ｖ地域向けの装置で、抵抗値が異なるヒータを搭載する方法がある（特許文献１）。例えば、１００Ｖ地域向けの装置には抵抗値１０Ωのヒータを搭載し、２００Ｖ地域向けの装置には抵抗値４０Ωのヒータを搭載するという方法である。この方法は２種類のヒータを用意しなければならないものの、比較的低コストで１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置を製造できるというメリットがある。

特開平９−０２２２２４号

ところで、近年の画像形成装置は高速化が進んでおり、これに対応するためヒータに流れる電流を検知する電流検知機能を搭載する装置もある。ヒータに流れる電流を検知してヒータに過剰な電力が供給されないように監視する等の用途に用いる。

前述した１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置では、ヒータに流れる電流値の範囲が異なる。例えば、１００Ｖ用の抵抗値１０Ωのヒータを搭載する装置を１００Ｖの電源電圧に繋いで使用すると、消費電力は最大１０００Ｗで、ヒータに流れる電流値は０〜１０Ａの範囲となる。また、２００Ｖ用の抵抗値４０Ωのヒータを搭載する装置を２００Ｖの電源電圧に繋いで使用すると、消費電力は最大１０００Ｗで、ヒータに流れる電流値は０〜５Ａの範囲となる。

このように、１００Ｖ用の装置におけるヒータ電流値の範囲と２００Ｖ用の装置におけるヒータ電流値の範囲は異なる。電流検知機能を搭載する画像形成装置において、ヒータ電流値の範囲が異なると電流検知の分解能が異なってしまい、１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置で電流検知精度が異なってしまう。

そこで、１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置で電流検知の分解能差を抑えるための素子（例えば抵抗素子）を、２００Ｖ用の装置本体には設けず１００Ｖ用の装置本体にだけ取り付けることが考えられる。

しかしながら、１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置を製造するために、定着ユニットを１００Ｖ用と２００Ｖ用の２種類用意しなければならないだけでなく、装置本体も１００Ｖ用と２００Ｖ用の２種類用意しなければならない。このため、製造過程におけるユニット管理が煩雑になり、製造コストがアップしてしまうという課題がある。

そこで本発明は、１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置で電流検知精度の差が小さく製造コストも抑えられる画像形成装置、及び画像形成装置に装着可能な定着ユニット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、１００Ｖ系の商用電源に対応したヒータを有する第１定着ユニットと２００Ｖ系の商用電源に対応したヒータを有する第２定着ユニットを交換可能に装着できる装置本体と、前記装置本体に設けられており、前記装置本体に装着された前記第１定着ユニット又は前記第２定着ユニットのヒータに流れる電流を検知する電流検知回路と、を有し、前記装置本体に装着された前記第１定着ユニット又は前記第２定着ユニットのヒータの熱により記録材に形成された未定着画像を記録材に定着する画像形成装置において、前記第１定着ユニットと前記第２定着ユニットの少なくとも一方には前記電流検知回路の一部が設けられており、前記装置本体には、前記電流検知回路の一部と前記装置本体に設けた前記電流検知回路を接続するためのコネクタが設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、商用電源から供給される電力で発熱するヒータを有し、前記ヒータの熱により記録材に形成された未定着画像を記録材に定着する定着ユニットと、前記ヒータに流れる電流を検知する電流検知回路と、前記電流検知回路を収容すると共に、前記定着ユニットを装着可能な装置本体と、を有し、前記定着ユニットの前記ヒータは１００Ｖ系の商用電源と２００Ｖ系の商用電源のいずれか一方に対応しており、前記装置本体に、前記定着ユニットの代わりに、他方の商用電源に対応するヒータを有する他の定着ユニットを装着できる画像形成装置において、前記電流検知回路の一部が前記定着ユニットに設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、商用電源から供給される電力で発熱するヒータを有し、前記ヒータの熱により記録材に形成された未定着画像を記録材に定着する定着ユニットであって、前記ヒータに流れる電流を検知する電流検知回路を有すると共に１００系の商用電源に対応するヒータを有する定着ユニット又はこの定着ユニットの代わりに２００Ｖ系の商用電源に対応するヒータを有する定着ユニットを装着可能な画像形成装置、に装着可能な定着ユニットにおいて、前記電流検知回路の一部を有することを特徴とする。

本発明によれば、１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置で電流検知精度の差が小さく製造コストも抑えられる画像形成装置、及び画像形成装置に装着可能な定着ユニットを提供できる。

定着ユニットの断面図実施例１のヒータ制御回路図ヒータに流れる電流とデューティ比等の関係図ヒータに流れる電流の実効値Ｉ１とＣＰＵに出力される電流実効値の二乗値Ｉｒｍｓ１の関係を示した図実施例１の変形例１を示す図実施例１の変形例２を示す図実施例２のヒータ制御回路図ヒータに流れる電流とデューティ比等の関係図ヒータに流れる電流の実効値Ｉ２とＣＰＵに出力される移動平均電流Ｉａｖｅの関係を示した図画像形成装置の断面図

（実施例１）
図１０は電子写真記録技術を用いたフルカラーの画像形成装置１０の断面図である。記録材Ｐに未定着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）、感光体を帯電する帯電部材３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、帯電された感光体に画像情報に応じた静電潜像を形成するレーザスキャナ７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）を有する。更に、静電潜像をトナーで現像する現像器４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）、感光体から中間転写ベルト９にトナー画像を転写する転写部材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。画像形成部は、４つの画像形成ステーション以外に、中間転写ベルト９、ベルト９から記録材Ｐへトナー画像を転写する二次転写部材８を有する。以上の画像形成部の動作は周知なので詳細な説明は割愛する。画像形成部で未定着トナー画像が転写された記録材Ｐは定着ユニット１００に送られ定着処理され、その後、装置外へ排出される。定着ユニット１００は、装置本体１０に設けられた装着部１０００に着脱可能となっている。

図１は、商用電源から供給される電力で発熱するヒータ３００を有し、ヒータ３００の熱により記録材Ｐに形成された未定着トナー画像（未定着画像）Ｔ１を記録材Ｐに定着する定着ユニット１００の断面図である。

定着ユニット１００は、筒状のフィルム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。ローラ１０８は、鉄やアルミニウム等の材質で形成された軸部１０９と、シリコーンゴム等の材質で形成された弾性層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。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。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１０５に形成された発熱体Ｈ１と、発熱体Ｈ１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、画像形成装置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３００へ供給される電力を制御する。未定着トナー画像Ｔ１を担持する記録材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。図１に示すＴ２は定着後のトナー画像である。ヒータ基板１０５の裏面側には、ヒータ３００が異常昇温した時に作動してヒータ３００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は定着ユニット１００及びヒータ制御回路２００を示している。ヒータ制御回路２００は装置本体１０内に設けられている。また、装置本体１０に対して１００Ｖ系の商用電源に対応したヒータを有する定着ユニット（第１定着ユニット）１００Ａと、２００Ｖ系の商用電源に対応したヒータを有する定着ユニット（第２定着ユニット）１００Ｂを交換可能に装着できる。装置本体１０の構成は、１００Ｖ系の地域用と２００Ｖ系の地域用とに拘らず、同一の構成である。

Ｃ１（Ｃ１ａ＋Ｃ１ｂ）、Ｃ２（Ｃ２ａ＋Ｃ２ｂ）、Ｃ３（Ｃ３ａ＋Ｃ３ｂ）、Ｃ４（Ｃ４ａ＋Ｃ４ｂ）は制御回路２００とヒータ３００を接続する（ヒータへの電力供給路を形成する）ためのコネクタである。Ｃ７（Ｃ７ａ＋Ｃ７ｂ）、Ｃ８（Ｃ８ａ＋Ｃ８ｂ）は、制御回路２００と温度検知素子１１１を接続するコネクタである。２０１は商用交流電源である。ＲＬ１、ＲＬ２はリレーであり、ヒータ３００への通電／遮断を切り換えている。図２は、画像形成装置の電源ＯＦＦ状態におけるリレーの状態（遮断状態）を示してある。ヒータ３００への電力制御は、リレーＲＬ１、ＲＬ２を通電状態とし、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１１４の分圧として検知され、ＣＰＵ２０３にＴＨ信号として入力される。ＣＰＵ２０３は、温度検知素子１１１の検知温度とヒータ３００の設定温度（制御目標温度）に基づき、例えばＰＩ制御を用いて供給すべき電力を算出する。そして、算出した電力に応じた位相角のヒータ駆動信号ＴＲ１ｏｎをトライアックＴＲ１に送信しトライアックＴＲ１の制御を行っている。このような制御により、定着処理中、ヒータ３００が設定温度に維持される。温度検知素子１１１によって検知される温度が所定の上限温度を超えた場合には異常昇温と判断してリレーＲＬ１、ＲＬ２を遮断状態とする。

次に、電流検知回路２０４の説明を行う。本例の電流検知回路２０４はヒータ３００に過剰な電力が供給されないように監視するために設けられており、装置本体に収容されている。

電流検知回路２０４は、図２に示すように、ヒータ３００への電力供給路に設けられている。電流検知回路２０４は一次側（ヒータへの電力供給路）に流れる電流を、カレントトランス２０６を介して二次側に伝え、抵抗２０７によってＩ−Ｖ変換（電流−電圧変換）して電流検知部２０５に入力している。電流検知部２０５は内部に乗算器を有し、商用交流波形の一周期毎に電流実効値の二乗値である信号Ｉｒｍｓ１をＣＰＵ２０３へ出力している。電流検知部２０５は、例えばＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）チップである。ＣＰＵ２０３は、信号Ｉｒｍｓ１により、商用交流波形の一周期毎に電流実効値を検知している。電流検知回路２０４の一例として、日本国特許第４９２０９８５号公報で提案されている構成を用いることができる。電流実効値の二乗値を出力することで、ヒータ３００に供給する電力の計算が容易になるという利点がある。

ＣＰＵ２０３は、信号Ｉｒｍｓ１を利用して、ヒータ３００に供給する電力を例えば１０００Ｗ以下に制限する。供給電力が１０００Ｗを超えたことを検知する為には、抵抗値１０Ωのヒータを搭載する第１定着ユニットを接続した１００Ｖ用の装置の場合、ヒータへの電力供給路を流れる電流が１０Ａを超えたことを検知すればよい。即ち、第１定着ユニットを接続した１００Ｖ用の画像形成装置の場合、電流の上限Ｉｌｉｍｉｔを１０Ａに設定すれば良い。また、抵抗値４０Ωのヒータを搭載する第２定着ユニットを接続した２００Ｖ用の装置の場合、ヒータへの電力供給路を流れる電流が５Ａを超えたことを検知すればよい。即ち、第２定着ユニットを接続した２００Ｖ用の画像形成装置の場合、電流の上限Ｉｌｉｍｉｔを５Ａに設定すれば良い。

本例では、ヒータに供給する電力を、電流検知結果を用いて所定の電力以下に制限するために以下の方法を採用している。

まず、ヒータ３００に所定の固定デューティ比Ｄ１で電力供給する。固定デューティ比Ｄ１に相当する位相角α１のＴＲ１ｏｎ信号がＣＰＵ２０３からトライアックＴＲ１へ送られ、トライアックＴＲ１は位相角α１でＯＮする。したがってヒータ３００には位相角α１でＯＮされた電流が流れる（図３参照）。そして、固定デューティ比Ｄ１で電力供給している時に電流検知部２０５から出力される信号Ｉｒｍｓ１により電流実効値Ｉ１が検知される。ＣＰＵ２０３において、検知した電流実効値Ｉ１と、固定デューティ比Ｄ１と、予め設定されている電流リミットＩｌｉｍｉｔから、ヒータに供給可能な上限の電力デューティ比Ｄｌｉｍｉｔを以下の式によって算出する。
Ｄｌｉｍｉｔ＝（Ｉｌｉｍｉｔ／Ｉ１）^２×Ｄ１・・・式（１）
図３は、商用交流電源２０１の電圧波形、上限の電力デューティ比Ｄｌｉｍｉｔ、ヒータへ実際に供給する電力のデューティ比Ｄ、ヒータ３００に流れる電流波形、電流実効値の二乗値Ｉｒｍｓ１の関係を示した図である。時間ｔ１までの期間において、固定デューティ比Ｄ１でヒータ３００に電力を供給し、上限の電力デューティ比Ｄｌｉｍｉｔを算出する。時間ｔ１からヒータ３００を設定温度に保つ制御を開始する。この制御は、上述したように、温度検知素子１１１の検知温度と設定温度（制御目標温度）を比較して算出したデューティ比Ｄで電力を供給する制御である。時間ｔ２〜ｔ３の期間は、温度検知素子１１１の検知温度と設定温度（制御目標温度）を比較して算出したデューティ比Ｄが、上限の電力デューティ比Ｄｌｉｍｉｔ以上であるケースを示している。例えば、ヒータが設定温度を維持するために必要な電力が１１００Ｗであるケースである。このケースでは、実際に供給する電力のデューティ比Ｄは、上限の電力デューティ比Ｄｌｉｍｉｔに制限される。このような制御により、供給電力が１０００Ｗを超えないようになっている。時間ｔ３において、温度検知素子１１１の検知温度と設定温度を比較して算出したデューティ比Ｄが、上限の電力デューティ比Ｄｌｉｍｉｔよりも低くなると、算出したデューティ比Ｄで電力供給する。図２から理解されるように、電流実効値の二乗値Ｉｒｍｓ１は、デューティ比Ｄと同じ挙動となる。

図４（ａ）は、カレントトランス２０６の一次側に流れる電流実効値Ｉ１とＣＰＵ２０３に出力される電流実効値の二乗値Ｉｒｍｓ１の関係を示した図である。図４（ａ）に示すとおり、Ｉ１が大きい領域ではＩｒｍｓ１の分解能が高くなる一方で、Ｉ１が小さい領域ではＩｒｍｓの分解能が低くなり、電流実効値の検知精度が影響を受ける。上述したように、１００Ｖ用の装置におけるヒータ電流値の範囲（０〜１０Ａ）と２００Ｖ用の装置におけるヒータ電流値の範囲（０〜５Ａ）は異なる。したがって、２００Ｖ用の装置は１００Ｖ用の装置に比べ電流検知の分解能が低くなってしまう。

上述した抵抗２０７はＩ−Ｖ変換を行う抵抗（抵抗素子）であり、電流実効値Ｉ１の大きさが同一であれば、抵抗２０７の値が小さい程、電流実効値Ｉ１に対して電流実効値の二乗値Ｉｒｍｓ１は小さくなる。即ち、２００Ｖ用の装置では、抵抗２０７の抵抗値を大きくして電流実効値Ｉ１に対して電流実効値の二乗値Ｉｒｍｓ１を大きくすることが望ましい。また、１００Ｖ用の装置は、抵抗２０７を小さくして電流実効値Ｉ１に対して電流実効値の二乗値Ｉｒｍｓ１が大きくなり過ぎないようにして、電流実効値の二乗値Ｉｒｍｓ１をＣＰＵ２０３の許容入力電圧範囲内に収めるのが望ましい。

このように、１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置で電流検知性能を同等にするためには、Ｉ−Ｖ変換を行う抵抗の抵抗値を変える必要がある。しかしながら、１００Ｖ用の装置本体と２００Ｖ用の装置本体で、値の異なる抵抗２０７を取り付ける構成にすると、１００Ｖ用の装置本体と２００Ｖ用の装置本体を同一構成にすることができない。したがって、定着ユニットを１００Ｖ用と２００Ｖ用として二種類用意する必要があるだけでなく、装置本体も１００Ｖ用と２００Ｖ用として二種類用意する必要が生じる。このため、製造過程におけるユニット管理が煩雑になってしまう。

そこで本実施例では、電流検知回路の一部（図２に示すＬ）を定着ユニットに設けている。図２におけるＣ５ａ、Ｃ６ａは、Ｉ−Ｖ変換を行う抵抗２０７及び抵抗２０８の複数の抵抗素子を、定着ユニット１００を介して並列接続するか否かを切り換える為のコネクタである。即ち、コネクタＣ５ａ及びＣ６ａは、定着ユニットに設けられた電流検知回路の一部（図２に示すＬ）を、装置本体に設けられた電流検知回路と接続するためのコネクタである。コネクタＣ５ａ及びＣ６ａは装置本体に設けられている。定着ユニットにはコネクタＣ５ａ及びＣ６ａと繋ぐコネクタＣ５ｂ及びＣ６ｂが設けられている。１００Ｖ用の第１定着ユニット１００Ａには電流検知回路の一部Ｌが設けられている。１００Ｖ用の定着ユニットのコネクタＣ５ｂ及びＣ６ｂを装置本体のコネクタＣ５ａ及びＣ６ａに接続すると、抵抗２０８を経由する回路が形成され、抵抗２０７と抵抗２０８が並列接続されて合成抵抗値が小さくなる。一方で、２００Ｖ用の第２定着ユニット１００Ｂには電流検知回路の一部Ｌが設けられていない。もしくは、抵抗２０７に対して充分大きな値の抵抗素子を抵抗２０７と並列接続する形で第２定着ユニットに設けることで、抵抗２０８の影響を抑制し、抵抗２０７のみでＩ−Ｖ変換するのと同等の構成としてもよい。抵抗２０７と抵抗２０８の値を商用電源電圧に合わせて選定することで、Ｉ−Ｖ変換のゲインを電源電圧毎に変更し、電源電圧に適したＩｒｍｓ１を生成することが可能となる。上述のように、本例の場合、２００Ｖ用の第２定着ユニット１００Ｂには必ずしも電流検知回路の一部Ｌを設ける必要がない。この場合、装置本体のコネクタＣ５ａ及びＣ６ａに接続する定着ユニット側のコネクタＣ５ｂ及びＣ６ｂも第１定着ユニットだけに設け、第２定着ユニットに設ける必要はない。このように、電流検知回路の一部は、第１定着ユニットと第２定着ユニットの少なくとも一方に設ければよい。このように、本例の画像形成装置は、装着する定着ユニットに応じて電流検知回路の構成が変化する。

図４（ｂ）は電源電圧に応じてＩ−Ｖ変換用の抵抗を調整した場合の電流実効値Ｉ１と電流実効値の二乗値Ｉｒｍｓ１の関係を示した図である。図４（ｂ）では、図４（ａ）に示した特性を示す抵抗２０７の抵抗値を大きくして、２００Ｖ用の装置における電流検知の分解能を向上させている。但し、抵抗２０７の抵抗値を大きくすると、１００Ｖ用の装置ではＩ１に対するＩｒｍｓ１の値が大きくなり過ぎ、ＣＰＵ２０３の許容入力電圧範囲を超えてしまう。そこで、１００Ｖ用の定着ユニットには、Ｉ−Ｖ変換する抵抗の合成抵抗を下げるため、抵抗２０７と抵抗２０８を並列接続するための回路の一部Ｌが設けてある。これにより、２００Ｖ用の装置における電流検知の分解能を向上させつつ、１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置で電流検知の分解能を同等（Δ３＝Δ４）にすることができる。

本実施例では、１００Ｖ用と２００Ｖ用として２種類用意しなければならないのは定着ユニットだけであり、装置本体１０は１００Ｖ用も２００Ｖ用も同一構成にできる。これにより、製造過程におけるユニット管理を簡素化でき、製造コストを抑えることができる。また、１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置で電流検知精度の差が小さく製造コストも抑えられる画像形成装置、及び画像形成装置に装着可能な定着ユニットを提供できる。このような工夫を行う場合、電流検知回路の一部が第１定着ユニットと第２定着ユニットの少なくとも一方に設けられることになる。また、定着ユニットに設けられている電流検知回路の一部を、装置本体に設けた電流検知回路と接続するためのコネクタを装置本体に設けることになる。

次に、実施例１の変形例１を図５に示す。図２に示した例では、抵抗２０８を装置本体１０内に設けていたが、図５に示す例では、抵抗２０８を定着ユニットに設けている点が異なる。

図６は実施例１の変形例２を示す図である。この例では、１００Ｖ用の装置も、２００Ｖ用の装置もＩ−Ｖ変換する抵抗は一つだけである。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値の関係はＲ１＜Ｒ２となっている。

図５や図６に示した構成でも、２００Ｖ用の装置における電流検知の分解能を向上させつつ、１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置で電流検知の分解能を同等にすることができる。また、装置本体は１００Ｖ用も２００Ｖ用も同一構成にできる。これにより、製造過程におけるユニット管理を簡素化でき、製造コストを抑えることができる。

（実施例２）
図７は実施例２のヒータ制御回路５００を示している。実施例１と同一の構成には同一符号を付し、説明は省略する。

本実施例では、実施例１で示したカレントトランス２０６の代わりに、ヒータへの電力供給路に電流検知抵抗Ｒ３（Ｒ４）を設けている。電流検知抵抗Ｒ３（Ｒ４）は定着ユニット内に設けられている。即ち、実施例１同様、電流検知回路の一部が定着ユニットに設けられている。

ＣＰＵ２０３は、電流検知抵抗Ｒ３（Ｒ４）に発生するピーク電圧値と電圧発生頻度に基づいて電力制限を行う。ピーク電圧値からヒータ３００に流れる１波あたりの電流値を算出し、電圧発生頻度から平均電流値を求める。１００Ｖ用の第１定着ユニット１００Ａ内の電流検知抵抗Ｒ３に対して、２００Ｖ用の第２定着ユニット１００Ｂ内の電流検知抵抗Ｒ４を約２倍の値にする。これにより、２００Ｖ用の装置における電流検知の分解能を向上させつつ、１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置で電流検知の分解能を同等にすることができる。また、商用電源電圧に応じた電力制限を行うことが可能となる。

本例の電流検知回路２１４は、電流検知抵抗Ｒ３（Ｒ４）の他に、整流ダイオード２１１、コンデンサ２１２、電流検知部２１５を有する。電流検知抵抗Ｒ３（Ｒ４）は、図７に示すように、ヒータ３００への電力供給路に設けられている。ヒータ３００に電流が流れると、電流検知抵抗Ｒ３（Ｒ４）によってＩ−Ｖ変換され、Ｉ−Ｖ変換された電圧を整流ダイオード２１１及びコンデンサ２１２によってピークホールドする。電流検知部２１５は、内部に増幅器と変換器を有し、商用交流波形の一周期毎に電流ピーク値Ｉｐｅａｋを出力する。ＣＰＵ２０３はピーク値Ｉｐｅａｋにより、商用交流波形の一周期毎にヒータ３００に流れる電流Ｉ２のピーク値を検知している。また、ピーク値Ｉｐｅａｋが観測された回数を検知して、電流ピーク値と頻度から、例えば８全波（交流波形の８周期）期間の移動平均電流Ｉａｖｅを算出する。ヒータ３００に供給される電力を所望の電力以下にする為には、移動平均電流Ｉａｖｅが、ヒータ３００の抵抗値に合わせた電流リミットＩｌｉｍｉｔ以下になるように電力制御を行えば良い。

図８は、商用交流電源２０１の電圧波形、ヒータに実際に供給される電力のデューティ比Ｄ、ヒータ３００に流れる電流波形、コンデンサ２１２の両端電圧、電流リミットＩｌｉｍｉｔ、移動平均電流Ｉａｖｅの関係を示した図である。本実施例では、８全波を一つの単位として波数制御を行っており、制御更新タイミングも８全波毎となる。移動平均電流Ｉａｖｅは、コンデンサ２１２の両端電圧及び頻度に応じて変化し、８全波期間の移動平均電流値である。商用交流電源２０１の電圧が低い場合、ヒータ３００に流れる電流も低い為、コンデンサ２１２の両端電圧が低くなり、Ｉａｖｅの値も小さくなる。また、Ｉｐｅａｋが観測される頻度が少ない場合も、Ｉａｖｅの値は小さくなる。

時間ｔ４において、移動平均電流Ｉａｖｅが電流リミットＩｌｉｍｉｔを超えたことを検知し、次の制御更新タイミングｔ５において、デューティ比Ｄを下げる。デューティ比Ｄを下げることでヒータ３００に供給する電力を所望の電力以下にすることが可能となる。

図９（ａ）は、ヒータ３００に流れる電流値Ｉ２とＣＰＵ２０３に出力される移動平均電流Ｉａｖｅの関係を示した図である。図９（ａ）に示すとおり、電流範囲の広い１００Ｖ用の装置に合わせた電流検知抵抗を２００Ｖ用の装置にも使用すると、Ｉａｖｅの分解能Δ５が低くなる。一方で、図９（ｂ）に示すように、２００Ｖ用の装置に合わせた電流検知抵抗を用いれば、２００Ｖ用の装置に対してより精度の高い電流検知が可能となる。

本実施例では、定着ユニット１００内の電流検知抵抗を電源電圧に合わせて変更することで、高精度な電流検知を実現でき、より安定した電力制御が可能となる。また、１００Ｖ用と２００Ｖ用として用意しなければならないのは定着ユニットだけであり、装置本体１０は１００Ｖ用も２００Ｖ用も同一構成にできる。これにより、製造過程におけるユニット管理を簡素化でき、製造コストを抑えることができる。本実施例では、電流リミットＩｌｉｍｉｔを設定してデューティ比Ｄを変更しているが、定着ユニット１００への供給電力の目標値を設け、目標値とＩａｖｅに応じてデューティ比Ｄを制御しても良い。

実施例２の構成でも、２００Ｖ用の装置における電流検知の分解能を向上させつつ、１００Ｖ用の装置と２００Ｖ用の装置で電流検知の分解能を同等にすることができる。また、装置本体は１００Ｖ用も２００Ｖ用も同一構成にできる。これにより、製造過程におけるユニット管理を簡素化でき、製造コストを抑えることができる。

１０装置本体
１００定着ユニット
２０３ＣＰＵ
２０４、２１４電流検知回路
２０５、２１５電流検知部
２０６カレントトランス
３００ヒータ

Claims

１００Ｖ系の商用電源に対応したヒータを有する第１定着ユニットと２００Ｖ系の商用電源に対応したヒータを有する第２定着ユニットを交換可能に装着できる装置本体と、
前記装置本体に設けられており、前記装置本体に装着された前記第１定着ユニット又は前記第２定着ユニットのヒータに流れる電流を検知する電流検知回路と、
を有し、前記装置本体に装着された前記第１定着ユニット又は前記第２定着ユニットのヒータの熱により記録材に形成された未定着画像を記録材に定着する画像形成装置において、
前記第１定着ユニットと前記第２定着ユニットの少なくとも一方には前記電流検知回路の一部が設けられており、前記装置本体には、前記電流検知回路の一部と前記装置本体に設けた前記電流検知回路を接続するためのコネクタが設けられていることを特徴とする画像形成装置。
前記電流検知回路は、カレントトランスを介して前記ヒータに流れる電流を検知することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記電流検知回路は前記カレントトランスを介した電流を電圧に変換する抵抗を有し、前記第１定着ユニットを前記装置本体の前記コネクタに接続した場合、前記抵抗を経由する回路が形成されることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記電流検知回路は前記カレントトランスを介した電流を電圧に変換する複数の抵抗を有し、前記第１定着ユニットを前記装置本体の前記コネクタに接続した場合、前記複数の抵抗が並列接続される回路が形成されることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記電流検知回路は、前記定着ユニット内の前記ヒータへの電力供給路に設けた電流検知抵抗を介して前記ヒータに流れる電流を検知することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記電流検知回路は、前記電流検知抵抗によって電流−電圧変換された電圧をピークホールドする整流ダイオードとコンデンサと、を有することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
前記定着ユニットは、前記ヒータによって加熱される筒状のフィルム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。
前記ヒータは前記フィルムの内面に接触することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
商用電源から供給される電力で発熱するヒータを有し、前記ヒータの熱により記録材に形成された未定着画像を記録材に定着する定着ユニットと、
前記ヒータに流れる電流を検知する電流検知回路と、
前記電流検知回路を収容すると共に、前記定着ユニットを装着可能な装置本体と、
を有し、
前記定着ユニットの前記ヒータは１００Ｖ系の商用電源と２００Ｖ系の商用電源のいずれか一方に対応しており、
前記装置本体に、前記定着ユニットの代わりに、他方の商用電源に対応するヒータを有する他の定着ユニットを装着できる画像形成装置において、
前記電流検知回路の一部が前記定着ユニットに設けられていることを特徴とする画像形成装置。
前記電流検知回路は、カレントトランスを介して前記ヒータに流れる電流を検知することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
前記電流検知回路は前記カレントトランスを介した電流を電圧に変換する抵抗を有し、前記定着ユニットを前記装置本体に接続した場合、前記抵抗を経由する回路が形成されることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
前記電流検知回路は前記カレントトランスを介した電流を電圧に変換する複数の抵抗を有し、前記定着ユニットを前記装置本体に接続した場合、前記複数の抵抗が並列接続される回路が形成されることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
前記電流検知回路は、前記定着ユニット内の前記ヒータへの電力供給路に設けた電流検知抵抗を介して前記ヒータに流れる電流を検知することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
前記電流検知回路は、前記電流検知抵抗によって電流−電圧変換された電圧をピークホールドする整流ダイオードとコンデンサと、を有することを特徴とする請求項１３に記載の画像形成装置。
前記定着ユニットは、前記ヒータによって加熱される筒状のフィルムを有することを特徴とする請求項９〜１４いずれか一項に記載の画像形成装置。
前記ヒータは前記フィルムの内面に接触することを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
商用電源から供給される電力で発熱するヒータを有し、前記ヒータの熱により記録材に形成された未定着画像を記録材に定着する定着ユニットであって、前記ヒータに流れる電流を検知する電流検知回路を有すると共に１００系の商用電源に対応するヒータを有する定着ユニット又はこの定着ユニットの代わりに２００Ｖ系の商用電源に対応するヒータを有する定着ユニットを装着可能な画像形成装置、に装着可能な定着ユニットにおいて、
前記電流検知回路の一部を有することを特徴とする定着ユニット。
前記定着ユニットに設けられた前記電流検知回路の一部は、抵抗素子を有することを特徴とする請求項１７に記載の定着ユニット。
前記定着ユニットは、前記ヒータによって加熱される筒状のフィルムを有することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の定着ユニット。
前記ヒータは前記フィルムの内面に接触することを特徴とする請求項１９に記載の定着ユニット。