JP6486117B2 - 像加熱装置及び像加熱装置に用いるヒータ - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の電子写真記録方式の画像形成装置に搭載する定着器、或いは記録材上の定着済みトナー画像を再度加熱することによりトナー画像の光沢度を向上させる光沢付与装置、等の像加熱装置に関する。また、この像加熱装置に用いられるヒータに関する。

像加熱装置として、エンドレスベルト（エンドレスフィルムとも言う）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ニップ部を形成するローラと、を有する装置がある。この像加熱装置を搭載する画像形成装置で小サイズ紙を連続プリントすると、ニップ部長手方向において紙が通過しない領域の温度が徐々に上昇するという現象（非通紙部昇温）が発生する。非通紙部の温度が高くなり過ぎると、装置内の各パーツへダメージを与えたり、非通紙部昇温が生じている状態で大サイズ紙にプリントすると、小サイズ紙の非通紙部に相当する領域でトナーがエンドレスベルトに高温オフセットすることもある。

この非通紙部昇温を抑制する手法の一つとして、ヒータ基板上の発熱体を正の抵抗温度特性を有する材質で形成する。そして、発熱体に対してヒータの短手方向（記録紙の搬送方向）に電流が流れるように（以後、搬送方向給電と称する）、二本の導電体を基板の短手方向の両端に配置することが考えられている（特許文献１）。非通紙部が昇温すると非通紙部の発熱体の抵抗値が昇温し、非通紙部の発熱体に流れる電流が抑制されることにより非通紙部の発熱を抑制するという発想である。正の抵抗温度特性は、温度が上がると抵抗値が上がる特性であり、以後ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）と称する。

特開２０１１−１５１００３号公報

しかしながら、このようなヒータでも、非通紙部に位置する発熱体にも電流が流れる。また、電力供給時に発生する高調波を抑えることも望まれる。

本発明は、非通紙部の昇温及び高調波を抑えられるヒータ及び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、エンドレスベルトと、基板と、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられている第１導電体と、前記基板に前記第１導電体とは前記基板の短手方向で異なる位置で前記長手方向に沿って設けられている第２導電体と、前記第１導電体と前記第２導電体の間に設けられており前記第１導電体と前記第２導電体を介して供給される電力により発熱する発熱体と、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、を有し、前記エンドレスベルトを介した前記ヒータの熱で記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、前記ヒータは、前記第１導電体と前記第２導電体と前記発熱体の組からなる独立制御可能な発熱ブロックを前記長手方向において複数有し、各々の前記発熱ブロックは、前記基板の短手方向において二つの発熱体を有し、一つの発熱ブロック中の前記二つの発熱体も独立制御可能となっており、各々の前記発熱ブロックの前記第１導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられており、各々の前記発熱ブロックの前記第２導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられた二つの前記第１導電体の間に設けられており、前記基板の短手方向において、各々の前記発熱ブロックの前記二つの発熱体の一方は、前記第２導電体と一方の前記第１導電体の間、他方は前記第２導電体と他方の前記第１導電体の間に設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、基板と、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられている第１導電体と、前記基板に前記第１導電体とは前記基板の短手方向で異なる位置で前記長手方向に沿って設けられている第２導電体と、前記第１導電体と前記第２導電体の間に設けられており前記第１導電体と前記第２導電体を介して供給される電力により発熱する発熱体と、を有する像加熱装置に用いられるヒータにおいて、前記第１導電体と前記第２導電体と前記発熱体の組からなる独立制御可能な発熱ブロックを前記長手方向において複数有し、各々の前記発熱ブロックは、前記基板の短手方向において二つの発熱体を有し、一つの発熱ブロック中の前記二つの発熱体も独立制御可能となっており、各々の前記発熱ブロックの前記第１導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられており、各々の前記発熱ブロックの前記第２導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられた二つの前記第１導電体の間に設けられており、前記基板の短手方向において、各々の前記発熱ブロックの前記二つの発熱体の一方は、前記第２導電体と一方の前記第１導電体の間、他方は前記第２導電体と他方の前記第１導電体の間に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ヒータの大型化を抑えつつ、非通紙部の昇温及び高調波を抑えられるヒータ及び像加熱装置を提供できる。

画像形成装置の断面図。 像加熱装置の断面図。 実施例１のヒータ構成図。 実施例１のヒータ制御回路図。 実施例１のヒータ制御テーブルを示した図。 実施例２のヒータ構成図。 実施例２のヒータ制御回路図。 実施例２のヒータ制御テーブルを示した図。 ヒータ制御テーブルの変形例。 ヒータ制御テーブルの変形例。

（実施例１）
図１は電子写真記録技術を用いたレーザプリンタ（画像形成装置）１００の断面図である。プリント信号が発生すると、画像情報に応じて変調されたレーザ光をスキャナユニット２１が出射し、帯電ローラ１６によって所定の極性に帯電された感光体１９を走査する。これにより感光体１９には静電潜像が形成される。この静電潜像に対して現像器１７からトナーが供給され、感光体１９上に画像情報に応じたトナー画像が形成される。一方、給紙カセット１１に積載された記録材（記録紙）Ｐはピックアップローラ１２によって一枚ずつ給紙され、ローラ１３によってレジストローラ１４に向けて搬送される。さらに記録材Ｐは、感光体１９上のトナー画像が感光体１９と転写ローラ２０で形成される転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ１４から転写位置へ搬送される。記録材Ｐが転写位置を通過する過程で感光体１９上のトナー画像は記録材Ｐに転写される。その後、記録材Ｐは像加熱装置としての定着装置２００で加熱されてトナー画像が記録材Ｐに加熱定着される。定着済みのトナー画像を担持する記録材Ｐは、ローラ２６、２７によってレーザプリンタ１００上部のトレイに排出される。なお、１８は感光体１９を清掃するクリーナ、２８は記録材Ｐのサイズに応じて幅調整可能な一対の記録材規制板を有する給紙トレイ（手差しトレイ）である。給紙トレイ２８は定型サイズ以外のサイズの記録材Ｐにも対応するために設けられている。２９は給紙トレイ２８から記録材Ｐを給紙するピックアップローラ、３０は定着装置２００等を駆動するモータである。商用の交流電源４０１に接続された、制御回路４００から、定着装置２００へ電力供給している。上述した、感光体１９、帯電ローラ１６、スキャナユニット２１、現像器１７、転写ローラ２０が、記録材Ｐに未定着画像を形成する画像形成部を構成している。

本実施例のレーザプリンタ１００は複数の記録材サイズに対応している。給紙カセット１１には、Ｌｅｔｔｅｒ紙（約２１６ｍｍ×２７９ｍｍ）、Ｌｅｇａｌ紙（約２１６ｍｍ×３５６ｍｍ）、Ａ４紙（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）、Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ紙（約１８４ｍｍ×２６７ｍｍ）をセットできる。更に、ＪＩＳ Ｂ５紙（１８２ｍｍ×２５７ｍｍ）、Ａ５紙（１４８ｍｍ×２１０ｍｍ）をセットできる。

また、給紙トレイ２８から、ＤＬ封筒（１１０ｍｍ×２２０ｍｍ）、ＣＯＭ１０封筒（約１０５ｍｍ×２４１ｍｍ）を含む、不定型紙を給紙し、プリントできる。本例のプリンタは、基本的に紙を縦送りする（長辺が搬送方向と平行になるように搬送する）レーザプリンタである。そして、装置が対応している定型の記録材の幅（カタログ上の記録材の幅）のうち最も大きな（幅が大きな）幅を有する記録材は、Ｌｅｔｔｅｒ紙及びＬｅｇａｌ紙であり、これらの幅は約２１６ｍｍである。装置が対応する最大サイズよりも小さな紙幅の記録材Ｐを、本実施例では小サイズ紙と定義する。

図２は定着装置２００の断面図である。定着装置２００は、筒状のフィルム（エンドレスベルト）２０２と、フィルム２０２の内面に接触するヒータ２１００と、フィルム２０２を介してヒータ２１００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）２０８と、を有する。フィルム２０２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。また、フィルム２０２の表層には耐熱ゴム等の弾性層を設けても良い。加圧ローラ２０８は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金２０９と、シリコーンゴム等の材質の弾性層２１０を有する。ヒータ２１００は耐熱樹脂製の保持部材２１１２に保持されている。保持部材２１１２はフィルム２０２の回転を案内するガイド機能も有している。加圧ローラ２０８はモータ３０から動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ２０８が回転することによって、フィルム２０２が従動して回転する。未定着トナー画像を担持する記録材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３はヒータ２１００の構成図である。ヒータ２１００は、図３（Ａ）に示すように、セラミック製の基板３０５上に発熱体を有する。基板３０５の裏面側であって、レーザプリンタ１００の通紙領域には、温度検知素子としてのサーミスタＴＨ１が当接している。基板３０５の裏面側には、ヒータ２１００の異常発熱により作動してヒータ２１００に供給する電力を遮断するサーモスイッチや温度ヒューズ等の安全素子２１２も当接している。番号２０４は保持部材２１１２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。ヒータ３００への電力制御は、通紙部の中央付近（搬送基準位置Ｘ付近）に設けられたサーミスタＴＨ１の出力に基づいて行われている。本例のプリンタは、記録材の幅方向中央を基準位置Ｘに合わせて搬送する構成である。

ヒータ２１００は、長手方向の発熱分布を４段階に切替え可能な構成となっており、かつ、上流側の発熱体７０２ａと、下流側の発熱体７０２ｂを独立制御可能な構成となっている。

図３（Ａ）はヒータの断面図である。図３（Ｂ）は、ヒータの各層の平面図である。ヒータ２１００は、セラミック製の基板３０５と、エンドレスベルト２０２と接触する面である摺動面層１、後述する発熱体や導電体が設けられた裏面層１、裏面層１を覆う裏面層２を有する。摺動面層１はガラスやポリイミドのコーティングによる表面保護層３０８を有する。裏面層２は絶縁性（本例ではガラス）の表面保護層１４０７を有する。

基板３０５上に設けられた裏面層１は、ヒータの長手方向に沿って設けられている第１導電体７０１（７０１ａ、７０１ｂ）を有する。また、第１導電体とはヒータの短手方向で異なる位置でヒータの長手方向に沿って設けられている第２導電体７０３（７０３−１〜７０３−７）を有する。第１導電体７０１は、記録材Ｐの搬送方向の上流側に配置された導電体７０１ａと、下流側に配置された導電体７０１ｂに分離されている。

更に、裏面層１は、第１導電体７０１と第２導電体７０３の間に設けられており、第１導電体７０１と第２導電体７０３を介して供給する電力により発熱する発熱体７０２を有する。発熱体７０２は、記録材Ｐの搬送方向の上流側に配置された発熱体７０２ａ（７０２ａ−１〜７０２ａ−７）と、下流側に配置された発熱体７０２ｂ（７０２ｂ−１〜７０２ｂ−７）に分離されている。また、発熱体は正の抵抗温度特性を有する。正の抵抗温度特性を有するので、記録材の幅方向の端部が一つの発熱ブロック（後述する）の途中を通過しても非通紙部の昇温を抑えられる。

裏面層１には、第１導電体７０１ａと第２導電体７０３（７０３−１〜７０３−７）と発熱体７０２ａ（７０２ａ−１〜７０２ａ−７）の組からなる発熱ブロックがヒータの長手方向で複数設けられている。この発熱ブロックの列を第１の発熱ブロック列Ｌ１とする。また、第１導電体７０１ｂと第２導電体７０３（７０３−１〜７０３−７）と発熱体７０２ｂ（７０２ｂ−１〜７０２ｂ−７）の組からなる発熱ブロックがヒータの長手方向で複数設けられている。この発熱ブロックの列を第２の発熱ブロック列Ｌ２とする。本例のヒータは、第１の発熱ブロック列Ｌ１及び第２の発熱ブロック列Ｌ２共に７つの発熱ブロック（ＢＬ１〜ＢＬ７）を有する。

ヒータの長手方向の端部には、電極Ｅ８ａ−１、Ｅ８ａ−２、電極Ｅ８ｂ−１、Ｅ８ｂ−２が設けられている。電極Ｅ８ａ−１及びＥ８ａ−２は、第１導電体７０１ａを介して、第１の発熱ブロック列Ｌ１の発熱体７０２ａ−１〜７０２ａ−７に電力給電するための電極である。同様に電極Ｅ８ｂ−１及びＥ８ｂ−２は、第１導電体７０１ｂを介して、第２の発熱ブロック列Ｌ２の発熱体７０２ｂ−１〜７０２ｂ−７に電力給電するための電極である。Ｅ１〜Ｅ７は、第１の発熱ブロック列Ｌ１と第２の発熱ブロック列Ｌ２に共通の電極である。図３（Ｂ）に示すように、電極Ｅ１〜Ｅ７は、ヒータ長手方向において、発熱体が設けられた領域内に設けられている。

表面保護層１４０７は、電極Ｅ１〜Ｅ７、Ｅ８ａ−１、Ｅ８ａ−２、Ｅ８ｂ−１及びＥ８ｂ−２の箇所を除いて形成されている。よって、ヒータの裏面側から、各電極に電力供給用の電気接点を接続可能な構成となっている。

図３（Ｃ）に示すように、保持部材２１１２には、サーミスタ（温度検知素子）ＴＨ１、サーモスイッチや温度ヒューズ等の安全素子２１２、電極Ｅ１〜Ｅ７、Ｅ８ａ−１、Ｅ８ａ−２、Ｅ８ｂ−１、Ｅ８ｂ−２のために穴が設けられている。ＨＴＨ１、Ｈ２１２、ＨＥ１〜ＨＥ７、ＨＥ８ａ−１、ＨＥ８ａ−２、ＨＥ８ｂ−１、ＨＥ８ｂ−２が穴である。ステー２０４と保持部材２１１２の間には、温度検知素子ＴＨ１、安全素子２１２、各電極に接触する電気接点が設けられている。Ｃ１〜Ｃ７、Ｃ８ａ−１、Ｃ８ａ−２、Ｃ８ｂ−１、Ｃ８ｂ−２が電気接点である。なお、図３（Ｃ）において、電気接点に繋がっている破線、及び安全素子２１２に繋がっている破線は、いずれも給電用ケーブル（ＡＣライン）を示している。また、温度検知素子ＴＨ１に繋がっている破線は信号線（ＤＣライン）を示している。電極Ｅ１〜Ｅ７が、ヒータ長手方向において、発熱体が設けられた領域内に設けられているので、電極の数が多くても装置の大型化を抑えられる。

図４はヒータ２１００の制御回路１５００である。この制御回路は、３つのリレー８５１〜８５３を用いてヒータの長手方向の発熱分布を切り替え可能であると共に、２つのトライアック８１６ａと８１６ｂを独立に駆動することで高調波電流やフリッカを低減できる。以下、制御回路１５００の動作を説明する。

４０１は商用交流電源である。ゼロクロス検知部４３０は交流電源４０１のゼロクロスを検知する回路であり、ＣＰＵ４２０にＺＥＲＯＸ信号を出力している。ＺＥＲＯＸ信号はヒータの制御に用いられる。リレー４４０は、故障などによりヒータが過昇温した場合、サーミスタＴＨ１からの出力により作動する（ヒータへの電力供給を遮断する）電力遮断手段として用いている。

ＲＬＯＮ４４０信号がＨｉｇｈ状態になると、トランジスタ４４３がＯＮ状態になり、電源Ｖｃｃ２からリレー４４０の２次側コイルに通電され、ＲＬＯＮ４４０の１次側接点はＯＮ状態になる。ＲＬＯＮ４４０信号がＬｏｗ状態になると、トランジスタ４４３がＯＦＦ状態になり、電源Ｖｃｃ２からリレー４４０の２次側コイルに流れる電流は遮断され、ＲＬＯＮ４４０の１次側接点はＯＦＦ状態になる。なお、抵抗４４４は電流制限抵抗である。

次にリレー４４０を用いた、安全回路の動作について説明する。サーミスタＴＨ１による検知温度（ＴＨ１信号）が所定値を超えた場合、比較部４４１はラッチ部４４２を動作させ、ラッチ部４４２はＲＬＯＦＦ信号をＬｏｗ状態でラッチする。ＲＬＯＦＦ信号がＬｏｗ状態になると、ＣＰＵ４２０がＲＬＯＮ４４０信号をＨｉｇｈ状態にしても、トランジスタ４４３がＯＦＦ状態で保たれるため、リレー４４０はＯＦＦ状態（安全な状態）に保たれる。また、リレー４４０の２次側コイルへの電力供給は安全素子２１２を介して給電されている。これにより、故障などによりヒータが過昇温した場合、安全素子２１２が作動し、リレー４４０の２次側コイルへの電力供給を遮断することで、リレー４４０の１次側接点はＯＦＦ状態になる。

サーミスタＴＨ１による検知温度が所定値を超えていない場合、ラッチ部４４２のＲＬＯＦＦ信号はオープン状態となる。このため、ＣＰＵ４２０がＲＬＯＮ４４０信号をＨｉｇｈ状態にすると、リレー４４０をＯＮ状態にすることができ、ヒータ３００に電力供給可能な状態となる。

次に、トライアック８１６ａの駆動回路の動作について説明する。トライアック８１６ａは、第１の発熱ブロック列Ｌ１への電力供給路に設けてある。抵抗８１３ａ、８１７ａはトライアック８１６ａのためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ８１５ａ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。そして、フォトトライアックカプラ８１５ａの発光ダイオードに通電することによりトライアック８１６ａをオンさせる。抵抗８１８ａは、電源Ｖｃｃからフォトトライアックカプラ８１５ａ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り、トランジスタ８１９ａによりフォトトライアックカプラ８１５ａをオン／オフする。トランジスタ８１９ａは、ＣＰＵ４２０から電流制限抵抗８１２ａを介して送られてくるＦＵＳＥＲ−ａ信号に従って動作する。

トライアック８１６ｂの駆動回路の動作はトライアック８１６ａの駆動回路と同じなので説明を割愛する。なお、トライアック８１６ｂは、第２の発熱ブロック列Ｌ２への電力供給路に設けてある。

次に、ヒータ長手方向における発熱分布の切換えに関して説明する。本例では、リレー８５１〜８５３を制御し、複数の発熱ブロックの中から電力供給する発熱ブロックを選択する。即ち、全ての発熱ブロックに電力供給する状態と、一部の発熱ブロックのみに電力供給する状態と、を形成可能となっている。

リレー８５１〜８５３はＣＰＵ４２０からのＲＬＯＮ８５１〜８５３信号に従って動作する。ＲＬＯＮ８５１〜８５３信号がＨｉｇｈ状態になると、トランジスタ８６１〜８６３がＯＮ状態になり、電源Ｖｃｃ２からリレー８５１〜８５３の２次側コイルに通電され、リレー８５１〜８５３の１次側接点はＯＮ状態になる。ＲＬＯＮ８５１〜８５３信号がＬｏｗ状態になると、トランジスタ８６１〜８６３がＯＦＦ状態になり、電源Ｖｃｃ２からリレー８５１〜８５３の２次側コイルに流れる電流は遮断され、リレー８５１〜８５３の１次側接点はＯＦＦ状態になる。なお、抵抗８７１〜８７３は電流制限抵抗である。

次にリレー８５１〜８５３の状態と、ヒータの長手方向の発熱分布の関係について説明する。リレー８５１〜８５３が全てＯＦＦ状態では、発熱ブロックＢＬ４に電力が供給できる。そして、図３（Ｂ）に示す１１５ｍｍ幅が発熱し、ＤＬ封筒及びＣＯＭ１０封筒用の発熱分布になる。リレー８５１がＯＮ状態、リレー８５２及び８５３がＯＦＦ状態では、発熱ブロックＢＬ３〜ＢＬ５に電力が供給できる。そして、図３（Ｂ）に示す１５７ｍｍ幅が発熱し、Ａ５紙用の発熱分布になる。リレー８５１及び８５２がＯＮ状態、リレー８５３がＯＦＦ状態では、発熱ブロックＢＬ２〜ＢＬ６に電力が供給できる。そして、図３（Ｂ）に示す１９０ｍｍ幅が発熱し、Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ紙及びＢ５紙用の発熱分布になる。リレー８５１〜リレー８５３が全てＯＮ状態では、発熱ブロックＢＬ１〜ＢＬ７に電力が供給できる。そして、図３（Ｂ）に示す２２０ｍｍ幅が発熱し、Ｌｅｔｔｅｒ紙、Ｌｅｇａｌ紙、Ａ４紙用の発熱分布になる。このように、本実施例の制御回路１５００は、ＣＰＵ４２０に入力する記録材の幅情報（又は画像形成範囲の幅情報）に応じて３つのリレー８５１〜８５３を制御することで、４段階の発熱分布（発熱幅）を選択できる。このように、記録材のサイズに合わせて発熱させるブロックを選択するので、ヒータの記録材が通過しない領域の発熱を抑えることができる。また、本例の各発熱体は正の抵抗温度特性を有する。このため、記録材の幅方向端部が、隣り合う発熱ブロック間の分割位置ではなく、一つの発熱ブロックの領域内を通過しても、記録材の端部からはみ出た発熱ブロックの部分の発熱を抑えることもできる。なお、発熱体は必ずしも正の抵抗温度特性を有する必要はなく、抵抗温度特性はゼロ以上であればよい。

上述したように、トライアック８１６ａは、第１の発熱ブロック列Ｌ１への電力供給路に設けてある。従って、トライアック８１６ａをＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、第１の発熱ブロック列中の、選択された発熱幅に対応する発熱体ブロックへの電力供給を制御できる。同様に、トライアック８１６ｂをＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、第２の発熱ブロック列Ｌ２中の、選択された発熱幅に対応する発熱体ブロックへの電力供給を制御できる。

次にヒータの温度制御方法について説明する。サ−ミスタＴＨ１によって検知される温度は、ＴＨ１信号としてＣＰＵ４２０に入力している。ＣＰＵ（制御部）４２０は、サーミスタＴＨ１の検知温度とヒータの制御目標温度に基づき、例えばＰＩ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）により、供給する電力（制御レベル）を算出する。更にＣＰＵは、ヒータに流れる電流が算出した制御レベルに対応する位相角や波数となるようにＦＵＳＥＲ−ａ信号及びＦＵＳＥＲ−ｂ信号を送信することで、トライアック８１６ａ及び８１６ｂを制御する。

図５（Ａ）は、トライアック８１６ａを用いて第１発熱ブロック列Ｌ１の発熱体に流す電流波形（テーブルＡ）と、トライアック８１６ｂを用いて第２発熱ブロック列Ｌ２の発熱体に流す電流波形（テーブルＢ）を示している。テーブルＡの１番目の半波とテーブルＢの１番目の半波は同位相の半波を示している。その他の番号の半波も同様である。これらのテーブル（デューティ比−波形の関係）はＣＰＵ４２０に設定されている。ＣＰＵ４２０は検知温度ＴＨ１が制御目標温度となるようにトライアック８１６ａ及び８１６ｂを駆動する。また、ＣＰＵ４２０は、交流波形の４半波（２サイクル）を一制御周期（制御の更新周期）とし、一制御周期毎に検知温度ＴＨ１に応じたデューティ比を設定する。図５（Ａ）に示すように、二つのテーブルはいずれも、一制御周期中に位相制御波形（半波の途中からＯＮする波形）と波数制御波形（半波全てＯＮする波形）が混在する波形となっている。このように、一制御周期中に位相制御波形と波数制御波形が混在する波形とすることで、高調波とフリッカを抑えている。なお、同一の位相の制御周期では、ＦＵＳＥＲ−ａ信号とＦＵＳＥＲ−ｂ信号は同じデューティ比の信号となる。例えば検知温度に応じて算出した制御レベル（デューティ比）が５０％である場合、第１発熱ブロック列Ｌ１の発熱体にはテーブルＡの５０％の波形が、第２発熱ブロック列Ｌ２の発熱体にはテーブルＢの５０％の波形が流れる。

以上のように、各発熱ブロックＢＬ１〜ＢＬ７は、ヒータ（基板）の短手方向において複数の発熱体（本例では２つ）を有し、一つの発熱ブロック中の複数の発熱体も独立制御可能になっている。

次に、第１発熱ブロック列Ｌ１と第２発熱ブロック列Ｌ２を独立制御する効果について説明する。説明を簡素化するため、第１の発熱ブロック列Ｌ１の発熱体７０２ａ−１〜７０２ａ−７の合成抵抗値を２０Ω、第２の発熱ブロック列Ｌ２の発熱体７０２ｂ−１〜７０２ｂ−７の合成抵抗値を２０Ω、ヒータ全体の総抵抗値を１０Ωとする。また、交流電源４０１の電圧実効値を１００Ｖｒｍｓとして説明を行う。

まずは、デューティ比２５％の場合を例に説明する。トライアック８１６ａ用のテーブルＡでは、最初の２半波を９０°の位相角で制御して５０％の電力を供給し、後半の２半波をＯＦＦする。したがって、第１の発熱ブロック列Ｌ１中の、リレーにより選択された発熱ブロック中の発熱体には平均で２５％の電力が供給される。同様に、トライアック８１６ｂ用のテーブルＢでは、最初の２半波をＯＦＦし、後半の２半波を９０°の位相角で制御して５０％の電力を供給する。したがって、第２の発熱ブロック列Ｌ２中の、リレーにより選択された発熱ブロック中の発熱体には、平均で２５％の電力が供給される。よって、ヒータ２１００全体としても２５％の電力が供給される状態となる。図５（Ａ）を参照すれば理解できるように、テーブルＡとテーブルＢは、同位相の半波で第１の発熱ブロック列Ｌ１と第２の発熱ブロック列Ｌ２に位相制御波形の電流が流れるのを抑えるように設定されている。即ち制御部４２０は、一つの発熱ブロック中の複数の発熱体に対して、同じタイミングで位相制御波形の電流が流れないように制御する。図５（Ａ）に示すテーブルＢの波形はテーブルＡの波形に対して１サイクル位相をずらした波形にすることで、二つのテーブルにおいて、位相制御波形が重ならないようになっている。各テーブルの関係をこのように設定することで、同位相の半波で第１の発熱ブロック列Ｌ１と第２の発熱ブロック列Ｌ２に位相制御波形の電流が流れるのを抑えている。

前述したように、一制御周期中に位相制御波形と波数制御波形が混在する波形とすることで、高調波とフリッカを抑えることはできる。本例では更に、同位相の半波で第１の発熱ブロック列Ｌ１と第２の発熱ブロック列Ｌ２に同時に位相制御波形の電流が流れないようにすることで、高調波をより抑えることができる。高調波が悪化するのは、大きな振幅の位相制御波形が流れるケースだからである。なお、波数制御波形と位相制御波形が重なる場合は、位相制御波形同士が重なる場合よりも高調波は悪化しない。また、波数制御波形は、それ自体、高調波が悪化しない波形なので、波数制御波形が重なる場合も高調波は悪化しない。

前述したように第１及び第２の発熱ブロック列Ｌ１、Ｌ２の発熱体の合成抵抗値はそれぞれ２０Ω、交流電源４０１の電圧実効値は１００Ｖｒｍｓである。従って、各発熱体に流れる電流は、電流実効値５Ａｒｍｓの正弦波を制御した波形となり、各発熱体に流れる位相制御波形も電流実効値５Ａｒｍｓの正弦波を位相制御した波形となる。また、前述したように、同位相の半波で第１の発熱ブロック列Ｌ１と第２の発熱ブロック列Ｌ２に位相制御波形の電流が流れないようになっている。従って、第１の発熱ブロック列Ｌ１に流れる電流と第２の発熱ブロック列Ｌ２に流れる電流の合成波形のうち、位相制御波形のみの半波は電流実効値５Ａｒｍｓの正弦波を位相制御した波形となる（図５（Ｃ）参照）。

これに対して、第１の発熱ブロック列Ｌ１と第２発熱ブロック列Ｌ２を独立制御できないヒータの場合も、各発熱体に流れる位相制御波形は電流実効値５Ａｒｍｓの正弦波を位相制御した波形である点は、本実施例と同じである。しかしながら、同位相の半波で第１の発熱ブロック列Ｌ１と第２の発熱ブロック列Ｌ２に位相制御波形の電流が流れる。このため、第１の発熱ブロック列Ｌ１に流れる電流と第２の発熱ブロック列Ｌ２に流れる電流の合成波形のうち、位相制御波形のみの半波は電流実効値１０Ａｒｍｓの正弦波を位相制御した波形となってしまい、高調波抑制効果が低減してしまう（図５（Ｂ）参照）。

このように、第１の発熱ブロック列Ｌ１と第２の発熱ブロック列Ｌ２を独立制御すれば、電流ピーク値や電流変動値を抑えることができるので、高調波やフリッカを抑えることができる。

その他のデューティ比の場合にも、第１の発熱ブロック列Ｌ１と、第２の発熱ブロック列Ｌ２を独立制御することで、電流ピーク値や電流変動値を低減できる。例えばデューティ比７５％の場合、９０°の位相角でトライアック８１６ａや８１６ｂを制御した際に生じる電流変動値を低減できる。このように、高調波電流やフリッカを低減できる。

また、高調波電流やフリッカを低減できると、ヒータの総抵抗値を低く設定しても、高調波電流やフリッカの規格を満足することができる。ヒータの総抵抗値が低くなると、交流電源４０１からヒータに供給可能な最大電力を大きくできる。

このように、本実施例のヒータは、第１導電体と第２導電体と発熱体の組からなる独立制御可能な発熱ブロックを長手方向において複数有する。また、各々の発熱ブロックは、基板の短手方向において複数の発熱体を有し、一つの発熱ブロック中の複数の発熱体も独立制御可能となっている。これにより、ヒータの長手方向の発熱分布を複数段階に制御できるだけでなく、高調波電流やフリッカを低減することができる。また、ヒータの非通紙部の昇温を抑える効果と共に、像加熱装置の立ち上げ時間（定着可能な温度まで昇温するのに掛る時間）も短縮できる。

（実施例２）
図６はヒータ２４００の構成図である。実施例１と同様の構成については同一の記号を用いて説明を省略する。

ヒータ２４００も、長手方向の発熱分布を４段階に切替え可能である点は実施例１と同様である。実施例１と異なるのは、第１及び第２の発熱ブロック列を夫々ヒータ長手方向で二つのグループに分割し、合計４つのグループへの電力供給が独立に制御可能となっている点である。なお、ヒータの断面及びヒータを保持する保持部材の形状は実施例１と同じなので、図示を省略する。

第１の発熱ブロック列Ｌ１は、左側のグループ１（７０２ａ−１〜７０２ａ−３、７０２ａ−４−１）と、右側のグループ２（７０２ａ−５〜７０２ａ−７、７０２ａ−４−２）から構成されている。同様に、第２の発熱ブロック列Ｌ２は、左側のグループ３（７０２ｂ−１〜７０２ｂ−３、７０２ｂ−４−１）と、右側のグループ４（７０２ｂ−５〜７０２ｂ−７、７０２ｂ−４−２）から構成されている。従って、発熱ブロックＢＬ４が、ＢＬ４−１とＢＬ４−２に二分割され、ヒータ長手方向において発熱ブロックの数は８つになる。

電極Ｅ８ａ−１は、導電体７０１ａ−１を介して、グループ１に電力供給するための電極である。電極Ｅ８ａ−２は、導電体７０１ａ−２を介して、グループ２に電力供給するための電極である。電極Ｅ８ｂ−１は、導電体７０１ｂ−１を介してグループ３に電力供給するための電極である。電極Ｅ８ｂ−２は、導電体７０１ｂ−２を介して、グループ４に電力供給するための電極である。

図７はヒータ２４００の制御回路である。本例では、４つのトライアック８１６ａ１、８１６ａ２、８１６ｂ１、８１６ｂ２を用いて電力制御を行い、高調波電流やフリッカを低減する。リレー８５１〜８５３を用いた発熱ブロックの選択方法は実施例１と同じであるので、説明を省略する。また、トライアック８１６ａ１、８１６ａ２、８１６ｂ１、８１６ｂ２の回路動作も実施例１で説明したトライアック８１６ａや８１６ｂと同じため説明を省略する。図７では、各トライアックの駆動回路を省略して示してある。

トライアック８１６ａ１は、グループ１中の発熱ブロックに供給する電力を制御するための素子である。同様に、トライアック８１６ａ２は、グループ２中の発熱ブロックに供給する電力を制御する素子である。トライアック８１６ｂ１は、グループ３中の発熱ブロックに供給する電力を制御する素子である。トライアック８１６ｂ２は、グループ４中の発熱ブロックに供給する電力を制御する素子である。各トライアックには、ＣＰＵ４２０から駆動信号（ＦＵＳＥＲ−ａ１、ＦＵＳＥＲ−ａ２、ＦＵＳＥＲ−ｂ１、ＦＵＳＥＲ−ｂ２）が送信される。

図８は４つのグループ夫々に流す電流波形（テーブル）を示している。テーブルＡ１は、トライアック８１６ａ１を用いて第１発熱ブロック列Ｌ１の中のグループ１の発熱体に流す電流波形である。テーブルＡ２は、トライアック８１６ａ２を用いて第１発熱ブロック列Ｌ１の中のグループ２の発熱体に流す電流波形である。テーブルＢ１は、トライアック８１６ｂ１を用いて第２発熱ブロック列Ｌ２の中のグループ３の発熱体に流す電流波形である。テーブルＢ２は、トライアック８１６ｂ２を用いて第２発熱ブロック列Ｌ２の中のグループ４の発熱体に流す電流波形である。４つのテーブルいずれも、一制御周期は８半波（４サイクル）である。また、４つのテーブルはいずれも、一制御周期中に位相制御波形と波数制御波形が混在する波形となっている。更に、４つテーブルは、同位相の半波で４つグループに同時に位相制御波形の電流が流れるのを抑えるように設定されている。図８に示す４つのテーブルは、位相を１サイクルずつずらした波形になっている。各テーブルの波形をこのように設定することで、同位相の半波で４つのグループに同時に位相制御波形の電流が流れるのを抑えている。実施例１同様、同一の位相の制御周期では、ＦＵＳＥＲ−ａ１信号、ＦＵＳＥＲ−ａ２信号、ＦＵＳＥＲ−ｂ１信号、及びＦＵＳＥＲ−ｂ２信号は全て同じデューティ比の信号となる。

次に、４つのグループを独立制御する効果について説明する。説明を簡素化するため、交流電源４０１の電圧実効値を１００Ｖｒｍｓとし、各グループの合成抵抗値を夫々４０Ωとし、ヒータの総抵抗値を１０Ωとする。

まずは、デューティ比１２．５％の場合を例に説明する。トライアック８１６ａ１用のテーブルＡ１では、１番目と２番目の半波を９０°の位相角で制御して５０％の電力を供給し、３番目〜８番目の半波をＯＦＦしているため、グループ１には平均で１２．５％の電力が供給される。トライアック８１６ａ２用のテーブルＡ２では、３番目と４番目の半波を９０°の位相角で制御して５０％の電力を供給し、その他の半波をＯＦＦしているため、グループ２には平均で１２．５％の電力が供給される。よって、第１の発熱ブロック列Ｌ１の発熱体７０２ａには、平均で１２．５％の電力が供給される。

同様に、トライアック８１６ｂ１用のテーブルＢ１では、５番目と６番目の半波を９０°の位相角で制御して５０％の電力を供給し、その他の半波をＯＦＦしているため、グループ３には平均で１２．５％の電力が供給される。トライアック８１６ｂ２用のテーブルＢ２では、７番目と８番目の半波を９０°の位相角で制御して５０％の電力を供給し、その他の半波をＯＦＦしているため、グループ４には平均で１２．５％の電力が供給される。よって、第２の発熱ブロック列Ｌ２の発熱体７０２ｂには、平均で１２．５％の電力が供給される。

グループ１〜４夫々の合成抵抗値は４０Ωなので、各グループの発熱体に流れる電流は、夫々、電流実効値２．５Ａｒｍｓの正弦波を位相制御した波形となり、各発熱体に流れる位相制御波形も電流実効値２．５Ａｒｍｓの正弦波を位相制御した波形となる。また、前述したように、同位相の半波で４つのグループに位相制御波形の電流が流れないようになっている。従って、ヒータ全体に流れる電流の合成波形のうち、位相制御波形のみの半波は電流実効値２．５Ａｒｍｓの正弦波を位相制御した波形となる。その他のデューティ比の場合にも、４つのグループを独立制御することで、電流ピーク値や電流変動値を低減できる。よって、実施例１よりも更に高調波電流やフリッカを低減できる。

図８に示した波形では、グループ１の次に（１サイクル後に）、グループ１と同じ第１の発熱ブロック列Ｌ１に含まれているグループ２に電流が流れる。また、グループ３の次に（１サイクル後に）グループ３と同じ第２の発熱ブロック列Ｌ２に含まれているグループ４に電流が流れる。これにより、ヒータの長手方向における温度ムラも低減している。

しかしながら、図９に示すように、４つのテーブルの関係を、グループ１→グループ４→グループ３→グループ２のような順番で電流が流れる関係にしてもよい。

また、図１０に示すように、半波単位でグループが切換る制御を行っても良い。図１０のように短い時間でグループを切換えると、ヒータ長手方向及び短手方向の温度ムラをより低減することができる。

なお、発熱ブロック列の数やグループの数は、本実施例より多くても構わない。

Ｌ１ 第１の発熱ブロック列
Ｌ２ 第２の発熱ブロック列

Claims (8)

1. エンドレスベルトと、
   基板と、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられている第１導電体と、前記基板に前記第１導電体とは前記基板の短手方向で異なる位置で前記長手方向に沿って設けられている第２導電体と、前記第１導電体と前記第２導電体の間に設けられており前記第１導電体と前記第２導電体を介して供給される電力により発熱する発熱体と、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、
   を有し、前記エンドレスベルトを介した前記ヒータの熱で記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
   前記ヒータは、前記第１導電体と前記第２導電体と前記発熱体の組からなる独立制御可能な発熱ブロックを前記長手方向において複数有し、各々の前記発熱ブロックは、前記基板の短手方向において二つの発熱体を有し、一つの発熱ブロック中の前記二つの発熱体も独立制御可能となっており、
   各々の前記発熱ブロックの前記第１導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられており、
   各々の前記発熱ブロックの前記第２導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられた二つの前記第１導電体の間に設けられており、
   前記基板の短手方向において、各々の前記発熱ブロックの前記二つの発熱体の一方は、前記第２導電体と一方の前記第１導電体の間、他方は前記第２導電体と他方の前記第１導電体の間に設けられていることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記装置は更に、前記ヒータを制御する制御部を有し、前記制御部は、一つの発熱ブロック中の前記二つの発熱体に対して、位相制御波形と波数制御波形が混在する波形の電流が流れるように制御することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 前記制御部は、一つの発熱ブロック中の前記二つの発熱体に対して、同じタイミングで位相制御波形の電流が流れないように制御することを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
4. 各々の前記発熱ブロックに対応する電極のうち少なくとも一つが前記長手方向において前記発熱体が設けられた領域内に設けられてい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。
5. 前記発熱体は正の抵抗温度特性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。
6. 基板と、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられている第１導電体と、前記基板に前記第１導電体とは前記基板の短手方向で異なる位置で前記長手方向に沿って設けられている第２導電体と、前記第１導電体と前記第２導電体の間に設けられており前記第１導電体と前記第２導電体を介して供給される電力により発熱する発熱体と、を有する像加熱装置に用いられるヒータにおいて、
   前記第１導電体と前記第２導電体と前記発熱体の組からなる独立制御可能な発熱ブロックを前記長手方向において複数有し、各々の前記発熱ブロックは、前記基板の短手方向において二つの発熱体を有し、一つの発熱ブロック中の前記二つの発熱体も独立制御可能となっており、
   各々の前記発熱ブロックの前記第１導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられており、
   各々の前記発熱ブロックの前記第２導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられた二つの前記第１導電体の間に設けられており、
   前記基板の短手方向において、各々の前記発熱ブロックの前記二つの発熱体の一方は、前記第２導電体と一方の前記第１導電体の間、他方は前記第２導電体と他方の前記第１導電体の間に設けられていることを特徴とするヒータ。
7. 各々の前記発熱ブロックに対応する電極のうち少なくとも一つが前記長手方向において前記発熱体が設けられた領域内に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のヒータ。
8. 前記発熱体は正の抵抗温度特性を有することを特徴とする請求項６又は７に記載のヒータ。

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