JP6693256B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、その定着部の温度制御に関する。

レーザープリンター、ファクシミリ、コピー機等、電子写真方式の画像形成装置は定着部を備えている。定着部は、加熱と加圧とでトナーをシートに溶着させることにより、トナー像をシートに定着させる。定着部は、シートに接触して熱を伝える部材と、この伝熱部材を加熱する部材とを含む。伝熱部材としては主に、ローラー、ベルト等の回転体が利用され、加熱部材としては主にハロゲンヒーターが利用される。

ハロゲンヒーターに対する制御としては、たとえば特許文献１に開示されたものが知られている。この制御は昇温制御と温調制御とに大別される。「昇温制御」とは、ウォームアップ時またはリカバリー時においてヒーターに伝熱部材を連続的に昇温させる制御をいう。ハロゲンヒーターに対する昇温制御は、そのヒーターへの印加電圧を連続させてそのヒーターを連続点灯させる。これにより伝熱部材へ供給される熱量が最大値に維持されるので、伝熱部材の温度が目標値まで速やかに上昇する。「温調制御」とは、印刷時または待機時において伝熱部材の温度が目標値に維持されるようにヒーターの発熱量を調節する制御をいう。ハロゲンヒーターに対する温調制御は、そのヒーターへの印加電圧を一定周波数のパルス列に変換することによりそのヒーターを高周波数で点滅させると共に、パルス幅変調（ＰＷＭ）によりパルス電圧のデューティ比を微細に変化させる。これにより、ヒーターから伝熱部材へ供給される熱量が高精度に調節されるので、伝熱部材の温度が目標値付近に維持される。昇温制御と温調制御との切り換えにより、１本のハロゲンヒーターで伝熱部材の昇温と保温との両方が実現する。

近年の画像形成装置における、高速化、高機能化、信頼性の向上、および省電力の進展に伴い、定着部には、シートに与える熱量の範囲を更に拡大し、かつ伝熱部材の温度を更に高精度に制御することが求められている。この要求に応える工夫の１つとしては、ハロゲンヒーターの複数化が挙げられる。
たとえば特許文献２には、この複数化による突入電流の抑制が開示されている。ハロゲンヒーターの定格電力が高いほど昇温は速い。しかし、定格電力の上昇は、ヒーターの通電開始時に生じる突入電流を増大させる。過大な突入電流には、外部の電源電圧を一時的に急落させる危険性がある。特許文献２に開示された画像形成装置は、抵抗値の異なる２本のヒーターを定着部に実装し、通電開始時にはそのうちの１本にのみ、電流を流す。これにより突入電流が抑えられる。その後、加熱ローラーの温度が所定値まで上昇した時点で両方のヒーターに並列に電流を流し、昇温を加速させる。

特許文献３には、異なるヒーターで定着ベルトの横方向における中央部と端部とを別々に加熱する技術が開示されている。ベルトの加熱範囲はシートのサイズに応じて最適化される。これによりヒーターの消費電力が削減される。
特許文献４に開示された画像形成装置は、定格電力の異なる２本のハロゲンヒーターを定着部に実装し、シートの搬送速度に応じてヒーター間での点灯時間の比率を変えることにより、シートに対する加熱量を最適化する。ハロゲンヒーターの複数化により加熱量の範囲が拡大し、かつ加熱量が精細に設定されるので、加熱効率が向上する。

特開２００９−０６９３７１号公報 特開平５−３２４１０１号公報 特開２０１４−１７８３７０号公報 特開２０１２−１８１３４８号公報 特開２００２−０６３９８１号公報

ウォームアップ時間およびリカバリー時間の短縮には、ハロゲンヒーターの定格電力を高く設定して伝熱部材の昇温を高速化することが好ましい。一方、待機期間における消費電力の削減にはヒーターの発熱量を更に微細に変化させることが望ましい。これらを１本のヒーターで実現するには、温調制御におけるヒーターの発熱量の下限、すなわちパルス電圧のデューティ比の下限を更に低くしなければならない。しかし、デューティ比のこの低下に伴う発熱量の低下はヒーターの管壁温度を、ハロゲンサイクルが持続可能な温度の下限、約２５０℃（以下、単に「管壁温度の下限」と呼ぶ。）以上に維持することを妨げるので、ヒーターの更なる長寿命化が困難である。

待機期間において、ハロゲンヒーターの管壁温度を下限以上に維持したまま、そのヒーターが伝熱部材に与える熱量を低下させる工夫としては、たとえば特許文献１に開示された制御が知られている。この制御は、待機期間中、管壁温度を下限以上に維持することが可能なデューティ比でハロゲンヒーターを点滅させる期間と、そのヒーターへの通電を停止して連続的に消灯させる期間とを交互に設定する。点滅期間では管壁温度が下限以上に維持されるので、ハロゲンサイクルが持続する。一方、点滅期間の間に消灯期間が挟まれているので、両期間の時間長の比だけ伝熱部材への熱量が抑えられる。

しかし、この制御では、点滅期間と消灯期間とが交互に到来することにより、ヒーターの電流量が周期的に増減する。この増減は、商用電源等、外部の電源系統にノイズとして伝わり、その電源系統に接続された照明の含む蛍光灯にフリッカを生じさせる危険性がある。さらに、消灯の度に伝熱部材の温度が大きく降下するので温度リップルが増大し、温調制御の高精度化、およびそれによる消費電力の更なる削減が困難である。

本発明の目的は上記の課題を解決することであり、特に、ハロゲンヒーターにハロゲンサイクルを維持させたまま、外部の電源系統に過大なノイズを与えることなく、伝熱部材に与える熱量を更に少ない値に安定化させることのできる画像形成装置を提供することにある。

本発明の１つの観点における画像形成装置は、シートにトナー像を形成する作像部と、そのシートにそのトナー像を熱定着させる定着部とを備える。定着部は、シートに接触して熱を伝える伝熱部材と、その伝熱部材を加熱する第１ハロゲンヒーターと、第１ハロゲンヒーターよりも定格電力が低く、伝熱部材を加熱する第２ハロゲンヒーターと、伝熱部材の実温度を監視し、その実温度と目標温度との間の差に応じて、第１ハロゲンヒーターと第２ハロゲンヒーターとの一方または両方をパルス電圧の印加対象として選択し、その差の経時変化に合わせてパルス電圧のデューティ比を経時的に変更するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御部と、ＰＷＭ制御部が選択したパルス電圧の印加対象にパルス電圧を、ＰＷＭ制御部が変更したデューティ比で印加するスイッチング変換部とを有する。ＰＷＭ制御部は、第１ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、第１ハロゲンヒーターの発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の下限を、変更後のデューティ比が下回るか否かを確認し、変更後のデューティ比が下限を下回れば、パルス電圧の印加対象を第１ハロゲンヒーターから第２ハロゲンヒーターへ切り換える。さらに、ＰＷＭ制御部は、第１ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、スイッチング変換部が電流不連続モードで動作可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の第１上限を、変更後のデューティ比が超えるか否かを確認し、変更後のデューティ比が第１上限を超えれば、第２ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象に追加する。

ＰＷＭ制御部は、変更後のデューティ比が下限を下回るか否かの確認を、作像部と定着部との待機期間中に行ってもよい。ＰＷＭ制御部は、変更後のデューティ比が第１上限を超えるか否かの確認を、作像部と定着部とのウォームアップ期間、リカバリー期間、またはプリント期間の少なくともいずれかの期間中に行ってもよい。

本発明の別の１つの観点における画像形成装置は、シートにトナー像を形成する作像部と、そのシートにそのトナー像を熱定着させる定着部とを備える。定着部は、シートに接触して熱を伝える伝熱部材と、その伝熱部材を加熱する第１ハロゲンヒーターと、第１ハロゲンヒーターよりも定格電力が低く、伝熱部材を加熱する第２ハロゲンヒーターと、伝熱部材の実温度を監視し、その実温度と目標温度との間の差に応じて、第１ハロゲンヒーターと第２ハロゲンヒーターとの一方または両方をパルス電圧の印加対象として選択し、その差の経時変化に合わせてパルス電圧のデューティ比を経時的に変更するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御部と、ＰＷＭ制御部が選択したパルス電圧の印加対象にパルス電圧を、ＰＷＭ制御部が変更したデューティ比で印加するスイッチング変換部とを有する。ＰＷＭ制御部は、第１ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、第１ハロゲンヒーターの発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の下限を、変更後のデューティ比が下回るか否かを確認し、変更後のデューティ比が下限を下回れば、パルス電圧の印加対象を第１ハロゲンヒーターから第２ハロゲンヒーターへ切り換える。このＰＷＭ制御部は、第２ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、スイッチング変換部が電流不連続モードで動作可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の第２上限を、変更後のデューティ比が超えるか否かを確認し、変更後のデューティ比が第２上限を超えれば、パルス電圧の印加対象を第２ハロゲンヒーターから第１ハロゲンヒーターへ切り換える。ＰＷＭ制御部は、変更後のデューティ比が第２上限を超えるか否かの確認を、作像部と定着部とのウォームアップ期間、リカバリー期間、またはプリント期間の少なくともいずれかの期間中に行ってもよい。

スイッチング変換部は、ＰＷＭ制御部が変更したデューティ比でパルス信号を生成する駆動回路と、そのパルス信号に応じてオンオフするスイッチング素子を含み、ＰＷＭ制御部が変更したデューティ比でパルス電圧を出力する降圧チョッパと、その降圧チョッパからのパルス電圧の出力先を、ＰＷＭ制御部が選択したパルス電圧の印加対象へ切り換えるスイッチ部とを有してもよい。ＰＷＭ制御部は、降圧チョッパのスイッチング素子をオフさせている間に、スイッチ部に降圧チョッパからのパルス電圧の出力先を切り換えさせてもよい。スイッチ部は、ＰＷＭ制御部からの信号に応じて降圧チョッパと第１ハロゲンヒーターとの間の接点を開閉し、かつ降圧チョッパと第２ハロゲンヒーターとの間の接点を開閉する電磁リレーを含んでもよい。

本発明による画像形成装置ではＰＷＭ制御部が、第１ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、第１ハロゲンヒーターの発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の下限を、変更後のデューティ比が下回るか否かを確認し、変更後のデューティ比が下回れば、パルス電圧の印加対象を第１ハロゲンヒーターから第２ハロゲンヒーターへ切り換える。こうして、この画像形成装置は、ハロゲンヒーターにハロゲンサイクルを維持させたまま、外部の電源系統に過大なノイズを与えることなく、伝熱部材に与える熱量を更に少ない値に安定化させることができる。

（ａ）は、本発明の実施形態による画像形成装置の外観を示す斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の示す直線ｂ−ｂに沿った画像形成装置の模式的な断面図である。 （ａ）は、図１の（ｂ）が示す定着部の含むローラー対とそれらの駆動機構との模式的な斜視図である。（ｂ）は、（ａ）が示す直線ｂ−ｂに沿ったローラー対の断面図である。 （ａ）は、図２が示すハロゲンヒーターの側面図である。（ｂ）は、（ａ）が示すガラス管の内部空間においてハロゲンガス分子とタングステン原子との間に生じるハロゲンサイクルを表すそのガラス管の模式的断面図である。（ｃ）は、そのガラス管の内壁温度とハロゲンヒーターの寿命との間の関係を示すグラフである。 図１の示す画像形成装置の電子制御系統の構成を示すブロック図である。 図４の示すスイッチング変換部の回路図である。 図５の示すスイッチング変換部の各部分における電流／電圧の波形を示すグラフである。（ａ）は整流部の入力電圧ＶＩの波形を示し、（ｂ）は整流部の出力電圧ＶＲの波形を示し、（ｃ）は、スイッチング素子のゲートに対してＩＧＢＴ駆動回路が印加するパルス信号ＶＰの波形を示す。（ｄ）は、降圧チョッパがハロゲンヒーターの少なくとも一方に接続されている場合における回生ダイオードの両端間電圧ＶＤの波形を示し、（ｅ）は、同じ場合における降圧チョッパの出力電流ＩＯの波形を示す。（ｆ）は、スイッチング素子がオンする前後での、パルス信号ＶＰ、エミッタ電流ＩＥ、およびコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥの波形を示すグラフである。 （ａ）は、図２の示すハロゲンヒーターの使用可能な出力電力範囲を示すグラフである。（ｂ）は、図５の示すスイッチング変換部によるハロゲンヒーターに対する制御パターンを示す表である。 （ａ）は、図１の示す画像形成装置の起動時刻ｔ０以降における、図２の示す加熱ローラーの温度の経時変化を示すグラフである。（ｂ）は、その加熱ローラーの初期温度Ｔ０と、その温度に応じて図５の示すＰＷＭ制御部が選択する制御パターンとの間の対応表である。 図１の（ｂ）が示す定着部による、図２の示す加熱ローラーの温度制御のフローチャートである。 図９が示すステップＳ１０３による温調制御のうち、待機モードにおける制御のフローチャートである。 図２の示すハロゲンヒーターに対するＰＷＭ制御のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［画像形成装置の外観］
図１の（ａ）は、本発明の実施形態による画像形成装置１００の外観を示す斜視図である。この画像形成装置１００は電子写真方式のカラープリンター、すなわちカラーレーザープリンターである。プリンター１００の筐体の上面には排紙トレイ４１が設けられ、その奥に開いた排紙口４２から排紙されたシートを収容する。排紙トレイ４１の前方には操作パネル５１が取り付けられている。操作パネル５１には、各種の機械的な押しボタンに加え、タッチパネル内蔵のディスプレイが配置されている。ディスプレイは、操作画面、各種情報の入力画面等のグラフィックスユーザーインターフェース（ＧＵＩ）画面を表示する。タッチパネルは、アイコン、仮想ボタン、メニュー、ツールバー等、ＧＵＩ画面の含むガジェットを通してユーザーの入力操作を受け付ける。プリンター１００の底部には給紙カセット１１が引き出し可能に取り付けられ、その中にシートの束が収容される。「シート」とは、紙製もしくは樹脂製の薄膜状もしくは薄板状の材料、物品、または印刷物をいう。給紙カセット１１に収容可能なシートの種類すなわち紙種は、普通紙、上質紙、カラー用紙、または塗工紙であり、サイズは、Ａ３、Ａ４、Ａ５、またはＢ４である。さらに、シートの姿勢は縦置きと横置きとのいずれにも設定可能である。

［画像形成装置の内部構造］
図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の示す直線ｂ−ｂに沿ったプリンター１００の模式的な断面図である。この図が示すようにプリンター１００は、給送部１０、作像部２０、定着部３０、および排紙部４０を含む。
給送部１０は、給紙ローラー１２を利用して、給紙カセット１１からシートＳＨ１を１枚ずつ作像部２０へ給送する。

作像部２０はタンデム型であり、給送部１０から送られたシートＳＨ２にカラーまたはモノクロのトナー像を形成する。具体的には、４つの感光体（ＰＣ）ユニット２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋのそれぞれがまず感光体（ＰＣ）ドラム２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋの表面を帯電させ、その帯電部分に露光部２２からの光を当てる。これらの光は、画像データの示すイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の階調値分布に従って変調されているので、ＰＣドラム２１Ｙ、…の各表面には各色の静電潜像が形成される。ＰＣユニット２０Ｙ、…は次に静電潜像を、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナーで現像する。その後、４色のトナー像は１次転写ローラー２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＫとＰＣドラム２１Ｙ、…との間の電界により、ＰＣドラム２１Ｙ、…の表面から順番に中間転写ベルト２４の表面上の同じ位置へ転写される。こうしてその位置に１つのカラートナー像が構成される。このカラートナー像はその後、中間転写ベルト２４の駆動プーリー２４Ｒと２次転写ローラー２５との間のニップを通過する際、両者２４Ｒ、２５の間の電界により、同じニップへ同時に通紙されたシートＳＨ２の表面へ転写される。このシートＳＨ２は２次転写ローラー２５から剥がされた後、定着部３０へ送り出される。

定着部３０は、作像部２０から送り出されたシートＳＨ３の上にトナー像を熱定着させる。具体的には、加熱ローラー３１と加圧ローラー３２との間のニップへそのシートＳＨ３が通紙されるとき、加熱ローラー３１はそのシートＳＨ３の表面へ内蔵のヒーターの熱を加え、加圧ローラー３２はそのシートＳＨ３の加熱部分に対して圧力を加えて加熱ローラー３１へ押し付ける。加熱ローラー３１からの熱と加圧ローラー３２からの圧力とにより、トナーがそのシートＳＨ３の表面上に溶着する。その後、加熱ローラー３１と加圧ローラー３２とはこのシートＳＨ３を定着部３０から送出する。

排紙部４０は、定着部３０から送出されたシートＳＨ３を排紙トレイ４１へ搬送する。具体的には、そのシートＳＨ３の先端が定着部３０から排紙ローラー４３の間のニップまで到達したとき、この先端を排紙ローラー４３が排紙口４２へ引き込む。これにより、そのシートＳＨ３は先端から順に排紙口４２を通過し、排紙トレイ４１に積載される。
［定着部の構造］
図２の（ａ）は、定着部３０の含むローラー対３１、３２とそれらの駆動機構との模式的な斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）が示す直線ｂ−ｂに沿ったローラー対３１、３２の断面図である。これらの図が示すように定着部３０は、加熱ローラー３１、加圧ローラー３２、２本のハロゲンヒーター３３１、３３２、温度センサー３５、モーター３６、およびトルク伝達機構３７を含む。

加熱ローラー３１と加圧ローラー３２とは回転軸が互いに平行に配置され、外周面が互いに接触している。この接触部すなわちニップに、作像部２０から送り出されたシートＳＨ２が挟み込まれる。
加熱ローラー３１は、芯金３１１、弾性体層３１２、および離型層３１３を含む。芯金３１１はたとえば直径数十ｍｍの円筒部材であり、主に、アルミ、鉄等の金属から成る。弾性体層３１２は、芯金３１１の外側を覆う、主にシリコーンゴム等、高弾性の耐熱性樹脂から成る層であり、その厚さはたとえば１ｍｍ未満である。離型層３１３は、弾性体層３１２の外側を覆うフッ素樹脂等の薄膜であり、加熱ローラー３１の外周面を形成している。離型層３１３は、加熱ローラー３１による加熱で溶融したトナーがシートＳＨ２の表面から加熱ローラー３１の外周面へ転移する現象（オフセット現象）を防止する。

加圧ローラー３２は、芯金３２１、弾性体層３２２、および離型層３２３を含む。芯金３２１はたとえば直径数十ｍｍの円筒部材であり、主に、アルミ、鉄等の金属から成る。弾性体層３２２は、芯金３２１の外側を覆う主にシリコーンゴム等、高弾性の耐熱性樹脂から成る層である。この層の厚さはたとえば数ｍｍであり、加熱ローラー３１の弾性体層３１２の厚さよりも大きい。離型層３２３は、弾性体層３２２の外側を覆うフッ素樹脂等の薄膜であり、加圧ローラー３２の外周面を形成している。加圧ローラー３２は、図２には示されていないバネまたは電磁石等の付勢部材から加熱ローラー３１に向かう力を受けている。これにより加圧ローラー３２はニップに位置する部分が加熱ローラー３１へ押し付けられるので、図２の（ｂ）が示すとおり、その部分が窪むように変形する。加圧ローラー３２のこの圧力と変形とにより、ニップに挟まれたシートＳＨ２の部分には十分な熱量が加熱ローラー３１から伝わるので、その部分に付着したトナーが、むらを残すことなくシートＳＨ２の表面に定着する。

２本のハロゲンヒーター３３１、３３２は加熱ローラー３１の芯金３１１の内部空間に設置されている。各ヒーター３３１、３３２は細い棒状のハロゲンランプであり、芯金３１１の内部空間を長手方向に伸び、発光に伴う熱放射で芯金３１１の全体を内側から加熱する。この熱が加熱ローラー３１の弾性体層３１２と離型層３１３とを通してその外周面に伝わるので、その温度がたとえば摂氏百数十度〜数百度の範囲に維持される。この高温により、シートＳＨ２の表面に付着したトナーが溶融する。

温度センサー３５は、サーモパイルを利用した非接触型温度センサーである。サーモパイルは、測定対象の表面から放射される熱を黒色の受光面で吸収し、その吸収に伴う受光面の温度上昇を多数の熱電対の直列接続で検出する。温度センサー３５は所定の距離を隔てて加熱ローラー３１の外周面に対向し、その面からの熱放射に伴うサーモパイルの出力から加熱ローラー３１の表面温度（以下、「加熱ローラー３１の温度」と略す。）を計測する。計測値はハロゲンヒーター３３１、３３２の発熱量の制御に利用される。

モーター３６はたとえば直流ブラシレス（ＢＬＤＣ）モーターであり、そのシャフトがトルク伝達機構３７の一端に接続されている。この伝達機構３７の他端は加熱ローラー３１の芯金３１１の一端に接続されている。伝達機構３７はたとえば複数のギアを含む。ギアはモーター３６のシャフトの回転数に対して加熱ローラー３１の回転数を所定の割合に維持する。モーター３６は伝達機構３７を通してトルクを加熱ローラー３１へ伝え、それを駆動ローラーとして回転させる。さらに、この回転に伴いニップに生じる摩擦力が、加圧ローラー３２を従動ローラーとして回転させる。

［ハロゲンヒーター］
−構造−
図３の（ａ）は、第１ハロゲンヒーター３３１の側面図である。この図が示す構造は、第２ハロゲンヒーター３３２についても同様である。この図が示すように、第１ハロゲンヒーター３３１は、ガラス管３３Ａ、フィラメント３３Ｂ、封入ガス３３Ｃ、封止部３３Ｄ、および口金３３Ｅを含む。ガラス管３３Ａはたとえば石英ガラス製の細長い円管であり、ヒーター３３１の放射する高熱に伴う摂氏数百度の高温に耐えうる。フィラメント３３Ｂはたとえばコイル状のタングステン線であり、ガラス管３３Ａの内部空間を長手方向に伸びている。封入ガス３３Ｃは不活性ガスと微量のハロゲンガスとの混合ガスである。たとえば不活性ガスは、窒素、アルゴン、またはクリプトンであり、ハロゲンガスは、ヨウ素、臭素、塩素、またはそれらの化合物である。ハロゲンガスは、フィラメント３３Ｂから蒸発により気化したタングステン原子と循環型連鎖反応（ハロゲンサイクル）を繰り返すことにより、それらのタングステン原子をフィラメント３３Ｂへ戻す。ハロゲンサイクルの存在がハロゲンランプのフィラメントを白熱電球のものよりも長寿命化する。封止部３３Ｄは、ガラス管３３Ａの長手方向の各端部であり、気密に封じられている。封止部３３Ｄにはモリブデン箔３３Ｆが埋め込まれ、その一端がガラス管３３Ａの内部空間に露出してフィラメント３３Ｂに接続されている。モリブデン箔３３Ｆの他端は封止部３３Ｄの中で口金３３Ｅと導通している。口金３３Ｅはたとえばセラミックまたは耐熱性の高い金属で形成され、ガラス管３３Ａの両端を固定すると共に、モリブデン箔３３Ｆを通してフィラメント３３Ｂを外部電源に導通させる。

−ハロゲンサイクル−
図３の（ｂ）は、ガラス管３３Ａの内部空間においてハロゲンガス分子とタングステン原子との間に生じるハロゲンサイクルを表すガラス管３３Ａの模式的断面図である。この図が示すように、ヒーター３３１の通電中、摂氏数千度のフィラメント３３Ｂと、外気で摂氏数百度に冷却されるガラス管３３Ａとの間に挟まれていることにより、ガラス管３３Ａの内部空間はフィラメント３３Ｂ近傍の高温域ＨＴＲとガラス管３３Ａの内壁近傍の低温域ＬＴＲとに分けられる。高温域ＨＴＲでは、ハロゲン分子Ｘに加え、フィラメント３３Ｂから気化したタングステン原子Ｗが飛び交っている。タングステン原子Ｗは、拡散により高温域ＨＴＲから低温域ＬＴＲまで移動すると周囲のガスに冷却されて２個のハロゲン分子Ｘと結合し、タングステンハライド分子ＷＸ₂を形成する。タングステンハライドは揮発性であるので、ガラス管３３Ａの内壁が十分に高温であれば、タングステンハライド分子ＷＸ₂はその内壁に付着することなく低温域ＬＴＲを浮遊し続ける。タングステンハライド分子ＷＸ₂は封入ガス３３Ｃの対流に伴い、低温域ＬＴＲから高温域ＨＴＲへ移動すると周囲のガスまたはフィラメント３３Ｂから加熱されてタングステン原子Ｗとハロゲン分子Ｘとに解離する。解離後のタングステン原子Ｗはフィラメント３３Ｂに沈着する。

このように、ハロゲンサイクルは、フィラメント３３Ｂから気化したタングステン原子を再びフィラメント３３Ｂへ戻すように作用する。この作用により、フィラメント３３Ｂは、タングステンの蒸発にかかわらず細くなりにくいので、断線に対する耐性が高い。ハロゲンサイクルはまた、気化したタングステン原子がガラス管３３Ａの内壁へ付着することを防ぐように作用する。この作用により、付着したタングステン原子の固化に伴ってガラス管３３Ａの内壁が黒く変色する現象（黒化）が起こりにくいので、ガラス管３３Ａの透過率が長期間高く維持される。したがって、ハロゲンサイクルによるこれらの作用の持続時間が長いほど、ハロゲンヒーター３３の寿命は長い。

図３の（ｃ）は、ガラス管３３Ａの内壁温度とハロゲンヒーター３３１の寿命との間の関係を示すグラフである。このグラフの縦軸はヒーター３３１の寿命の最長値に対する相対値を表す。このグラフが示すとおり、ガラス管３３Ａの内壁温度が約２５０℃未満にしか保たれていないと、ヒーター３３１の寿命が著しく短縮する。これは、ガラス管３３Ａの内壁温度がタングステンハライド分子の気化には低すぎるのでタングステンハライド分子による内壁の黒化が進み、ハロゲンサイクルが持続不能に陥ることに起因する。したがって、ヒーター３３１の長寿命化には、ガラス管３３Ａの内壁温度を約２５０℃以上に維持し、ハロゲンサイクルを持続させることが重要である。

［画像形成装置の電子制御系統］
図４は、プリンター１００の電子制御系統の構成を示すブロック図である。この制御系統ではプリンター１００の各要素１０、２０、３０、４０に加え、操作部５０と主制御部６０とがバス９０を通して互いに通信可能に接続されている。
−駆動部−
プリンター１００の各要素１０、…、４０は駆動部１０Ｄ、２０Ｄ、３０Ｄ、４０Ｄを含む。図４は示していないが各駆動部１０Ｄ、…は、搬送ローラー１２、２１、２４Ｒ、２５、３１、３２、４３、ＰＣドラム２１Ｙ、…等の可動部材に対する、アクチュエーター、制御回路、および駆動回路の組み合わせを含む。アクチュエーターはたとえばＢＬＤＣモーターである。制御回路は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ／ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはプログラム可能な集積回路（ＦＰＧＡ）等の電子回路であり、アクチュエーターからフィードバックされる実際の制御量、たとえばモーターであれば回転速度に基づいてそのアクチュエーターに対する印加電圧の目標値を駆動回路に指示する。駆動回路はスイッチングコンバーターであり、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のパワートランジスタをスイッチング素子として利用して、アクチュエーターに対して電圧を印加する。これらの制御回路と駆動回路とによるフィードバック制御を利用して、各駆動部１０Ｄ、…はアクチュエーターの制御量を、主制御部６０から指示された目標値に制御する。

−操作部−
操作部５０は、プリンター１００に実装されたユーザーと外部の電子機器とに対するインタフェースの全体であり、ユーザーの操作または外部の電子機器との通信を通してジョブ処理の要求と印刷対象の画像データとを受け付け、それらを主制御部６０へ伝える。図４が示すように操作部５０は操作パネル５１と外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）５２とを含む。操作パネル５１は、図１の（ａ）が示すように、押しボタン、タッチパネル、およびディスプレイを含む。このディスプレイに操作パネル５１はＧＵＩ画面を表示する。操作パネル５１はまた、押しボタンの中からユーザーが押下したものを識別し、またはタッチパネルの中からユーザーが触れた位置を検出し、その識別または検出に関する情報を操作情報として主制御部６０へ伝える。特に印刷ジョブの入力画面がディスプレイに表示されている場合、操作パネル５１は、印刷対象のシートのサイズ、紙種、姿勢（縦置きと横置きとの別)、部数、画質等、印刷に関する条件をユーザーから受け付けて、これらの条件を示す項目を操作情報に組み込む。外部Ｉ／Ｆ５２はＵＳＢポートまたはメモリカードスロットを含み、それらを通してＵＳＢメモリーまたはハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の外付けの記憶装置から直に印刷対象の画像データを取り込む。外部Ｉ／Ｆ５２は更に、外部のネットワークＮＴＷに有線または無線で接続された通信ポートを含み、そのネットワークＮＴＷを通して他の電子機器から印刷対象の画像データを受信する。

−主制御部−
主制御部６０は、プリンター１００の内部に設置された１枚の印刷回路基板に実装された集積回路である。図４が示すように、主制御部６０は、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、およびＲＯＭ６３を含む。ＣＰＵ６１はＭＰＵで構成され、各種ファームウェアを実行する。ＲＡＭ６２は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の揮発性半導体メモリー装置であり、ＣＰＵ６１がファームウェアを実行する際の作業領域をＣＰＵ６１に提供すると共に、操作部５０が受け付けた印刷対象の画像データを保存する。ＲＯＭ６３は書き込み不可の不揮発性記憶装置と書き換え可能な不揮発性記憶装置との組み合わせで構成されている。前者はファームウェアを格納し、後者は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＳＳＤ等の半導体メモリー装置、またはＨＤＤを含み、ＣＰＵ６１に環境変数等の保存領域を提供する。

主制御部６０は、ＣＰＵ６１が実行する各種ファームウェアに従い、他の要素１０、２０、…に対する制御主体としての多様な機能を実現する。たとえば、主制御部６０は操作部５０にＧＵＩ画面を表示させてユーザーの入力操作を受け付けさせる。また、操作部５０からの操作情報に応じて主制御部６０はプリンター１００の動作モードを決定する。
プリンター１００の動作モードにはたとえば、「稼働」、「待機（低電力）」、「スリープ」が含まれる。「稼働モード」は、プリンター１００が印刷ジョブを処理する動作モードをいう。たとえば、給送部１０は操作情報の示す枚数のシートを連続して給送し、作像部２０はトナー像の形成とシートへの転写とを繰り返し、定着部３０はシートへの加熱と加圧とを継続する。「待機モード」は、プリンター１００がジョブを実行可能な状態で待機する動作モードをいう。具体的には、給送部１０と作像部２０とは停止し、定着部３０は加熱ローラー３１をハロゲンヒーター３３１、３３２で予熱して適正な温度に保つ。「スリープモード」とは、プリンター１００が電力消費を必要最小限に抑える動作モードをいう。たとえば、給送部１０と作像部２０とに加えて定着部３０も停止し、特にハロゲンヒーター３３１、３３２への電源供給が遮断される。

主制御部６０は、プリンター１００に生じた様々なイベント、たとえばジョブ処理の完了、停止ボタンまたは電源ボタン等の押下、タッチパネルによるジェスチャーの検出、ネットワークからのジョブ処理要求または停止命令の受信に応じてプリンター１００の動作モードを切り換える。主制御部６０は更に、この切り換えに必要な情報をプリンター１００の各要素１０、…へ提供する。たとえば稼働モードを指示する場合、主制御部６０は、給送部１０には、給送対象のシートの紙種と枚数、各搬送ローラー１２、…の回転のタイミング、シートの搬送速度を指定し、作像部２０には画像データと作像のタイミングとを提供し、定着部３０には加熱ローラー３１の目標温度またはハロゲンヒーター３３１、３３２の発熱量を指定する。

−定着部−
定着部３０の制御系統は、主制御部６０とは別の印刷回路基板に実装された、ＭＰＵ／ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の集積回路である。この制御系統は駆動部３０Ｄに加え、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御部３０Ｃとスイッチング変換部３０Ｓとを含む。
ＰＷＭ制御部３０Ｃは、ＭＰＵ／ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の電子回路であり、加熱ローラー３１の実温度を監視し、その実温度と目標温度との間の差に応じて、第１ハロゲンヒーター３３１と第２ハロゲンヒーター３３２との一方または両方を、一定周波数（たとえば２０ｋＨｚ。以下、「ＰＷＭ周波数」という。）のパルス電圧の印加対象として選択する。ＰＷＭ制御部３０Ｃは更に、加熱ローラー３１の実温度と目標温度との間の差の経時変化に合わせてパルス電圧のデューティ比を経時的に変更する。具体的には、ＰＷＭ制御部３０Ｃは、温度センサー３５からフィードバックされる加熱ローラー３１の温度の計測値とその温度の目標値との間の差を求め、その差が狭まるようにパルス電圧のデューティ比を変更し、変更後のデューティ比をスイッチング変換部３０Ｓへ通知する。

スイッチング変換部３０Ｓは、商用交流電源等、外部電源から交流電力を受け、それを直流電力に変換してハロゲンヒーター３３１、３３２に供給する。スイッチング変換部３０Ｓは特に、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のパワートランジスタをスイッチング素子として利用してＰＷＭ周波数のパルス電圧を、ＰＷＭ制御部３０Ｃが選択した印加対象へ出力する。スイッチング変換部３０Ｓは更に、ＰＷＭによりパルス電圧のデューティ比を、ＰＷＭ制御部３０Ｃが変更した値に調節する。

［スイッチング変換部］
−回路構成−
図５は、スイッチング変換部３０Ｓの回路図である。この図が示すように、スイッチング変換部３０Ｓは、整流部３８１、ノイズフィルター３８２、降圧チョッパ３８３、ＩＧＢＴ駆動回路３８４、およびスイッチ部３８５を含む。

整流部３８１はたとえば全波整流回路であり、外部電源ＯＰＳから印加される交流電圧ＶＩのうち、レベルが負の部分の極性を反転させることにより、その交流電圧ＶＩを直流電圧ＶＲに変換する。
ノイズフィルター３８２はたとえばπ型の３端子ＬＣフィルターであり、リアクトルＬ１と２個のコンデンサーＣ１、Ｃ２とを含む。リアクトルＬ１の一端は整流部３８１の第１出力端子１Ａの一方に接続されている。各コンデンサーＣ１、Ｃ２はリアクトルＬ１の異なる端と整流部３８１の出力端子の他方との間に接続されている。ノイズフィルター３８２はローパスフィルターであり、主に降圧チョッパ３８３の発する高周波ノイズが外部電源ＯＰＳへ向かって伝搬するのを防ぐ。

降圧チョッパ３８３は、スイッチング素子を繰り返しオンオフさせることにより、入力の直流電圧を、それよりも低い直流電圧に変換するスイッチングコンバーターであり、リアクトルＬ２、回生ダイオードＤ１、およびスイッチング素子ＳＷを含む。リアクトルＬ２の一端はノイズフィルター３８２のリアクトルＬ１を通して整流部３８１の第１出力端子１Ａに接続され、他端は各ハロゲンヒーター３３１、３３２の一端に接続されている。リアクトルＬ１のその一端にはまた、回生ダイオードＤ１のカソードが接続されている。回生ダイオードＤ１のアノードと整流部３８１の第２出力端子１Ｂとの間にはスイッチング素子ＳＷが接続されている。スイッチング素子ＳＷはたとえばＩＧＢＴであり、コレクタが回生ダイオードＤ１のアノードに接続され、エミッタが整流部３８１の第２出力端子１Ｂに接続されている。スイッチング素子ＳＷは、そのゲートに対してＩＧＢＴ駆動回路３８４が印加するパルス信号ＶＰのレベルに応じてオンオフする。すなわち、エミッタ−コレクタ間を導通させ、または遮断する。

ＩＧＢＴ駆動回路３８４は、デューティ比を示す通知信号ＮＴＦをＰＷＭ制御部３０Ｃから受信し、そのデューティ比でＰＷＭ周波数（たとえば２０ｋＨｚ）のパルス信号ＶＰを降圧チョッパ３８３のスイッチング素子ＳＷのゲートに対して印加する。これに応じてスイッチング素子ＳＷが、パルス信号ＶＰのデューティ比と同じデューティ比でオンオフする。

スイッチ部３８５は、たとえば４対の２連スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含む電磁リレーである。いずれのスイッチＳ１、…もＰＷＭ制御部３０Ｃからの開閉信号ＳＳＷに応じてオンオフする。第１スイッチＳ１は、降圧チョッパ３８３のリアクトルＬ２の出力端子と第１ハロゲンヒーター３３１の一端との間、および回生ダイオードＤ１のアノードと第１ハロゲンヒーター３３１の他端との間を同時に開閉する。第２スイッチＳ１は、降圧チョッパ３８３のリアクトルＬ２の出力端子と第２ハロゲンヒーター３３２の一端との間、および回生ダイオードＤ１のアノードと第２ハロゲンヒーター３３２の他端との間を同時に開閉する。これら２対の２連スイッチＳ１、Ｓ２によりスイッチ部３８５は降圧チョッパ３８３による直流電圧ＶＯの出力先を、ＰＷＭ制御部３０Ｃが選択した印加対象へ切り換える。第３スイッチＳ３は整流部３８１の出力端子１Ａ、１Ｂと第１ハロゲンヒーター３３１の両端との間を同時に開閉し、第４スイッチＳ４は整流部３８１の出力端子１Ａ、１Ｂと第２ハロゲンヒーター３３２の両端との間を同時に開閉する。第３スイッチＳ３をオンさせる場合、スイッチ部３８５は第１スイッチＳ１をオフさせ、第４スイッチＳ４をオンさせる場合、第２スイッチＳ２をオフさせる。これにより、第３スイッチＳ３と第４スイッチＳ４とは整流部３８１とハロゲンヒーター３３１、３３２との間に、降圧チョッパ３８３を迂回する導通経路を形成する。この経路を通して整流部３８１の出力電圧ＶＲが直にハロゲンヒーター３３１、３３２に対して印加される。

−電流／電圧の波形−
図６は、スイッチング変換部３０Ｓの各部分における電流／電圧の波形を示すグラフである。（ａ）は整流部３８１の入力電圧ＶＩの波形を示し、（ｂ）は整流部３８１の出力電圧ＶＲの波形を示し、（ｃ）は、スイッチング素子ＳＷのゲートに対してＩＧＢＴ駆動回路３８４が印加するパルス信号ＶＰの波形を示す。（ｄ）は、降圧チョッパ３８３がハロゲンヒーター３３１、３３２の少なくとも一方に接続されている場合における回生ダイオードＤ１の両端間電圧ＶＤの波形を示し、（ｅ）は、同じ場合における降圧チョッパ３８３の出力電流ＩＯの波形を示す。いずれのグラフも横軸は時間を表す。

図６の（ａ）、（ｂ）が示すように、整流部３８１の出力電圧ＶＲの波形は、入力電圧ＶＩの波形のうち負の部分を上下反転させた形状に等しい。図６の（ｃ）が示すように、パルス信号ＶＰは矩形状の２値信号であり、ハイレベルＨＬがスイッチング素子ＳＷのオン期間を表し、ローレベルＬＬがオフ期間を表す。図６の（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）が示すように、パルス信号ＶＰがハイレベルＨＬであるときは、回生ダイオードＤ１の両端間電圧ＶＤは実質的に整流部３８１の出力電圧ＶＲと等しく、降圧チョッパ３８３の出力電流ＩＯが増大する。一方、パルス信号ＶＰがローレベルＬＬであるときは、回生ダイオードＤ１の両端間電圧ＶＤは実質的に“０”と等しく、降圧チョッパ３８３の出力電流ＩＯが実質的に途絶える。これらは次の理由に因る。

スイッチング素子ＳＷのオン期間では、回生ダイオードＤ１のアノードが整流部３８１の第２出力端子１Ｂに導通する。一方、カソードが整流部３８１の第１出力端子１Ａに接続されているので、回生ダイオードＤ１は逆バイアスによりオフする。こうして、回生ダイオードＤ１の両端間電圧ＶＤが整流部３８１の出力端子１Ａ、１Ｂ間の電圧ＶＲと実質的に一致する。したがって、降圧チョッパ３８３のリアクトルＬ２とハロゲンヒーター３３１、３３２との直列接続に流れる電流ＩＯが増大し、外部電源ＯＰＳからの電力が、リアクトルＬ２には磁気エネルギーとして蓄積され、ハロゲンヒーター３３１、３３２からは放射熱として放出される。

スイッチング素子ＳＷのオフ期間では、回生ダイオードＤ１のアノードが整流部３８１の第２出力端子１Ｂから電気的に分離される。一方、降圧チョッパ３８３のリアクトルＬ２では、オン期間中に蓄積された磁気エネルギーにより起電力が生じ、出力電流ＩＯが維持される。この出力電流ＩＯが回生ダイオードＤ１のアノードに流れ込むので回生ダイオードＤ１がオンする。その結果、回生ダイオードＤ１の両端間電圧ＶＤが実質的に“０”まで降下する。

さらに、オフ期間中にリアクトルＬ２が磁気エネルギーを使い果たし、出力電流ＩＯが途絶えるように、リアクトルＬ２のインダクタンスとスイッチング素子ＳＷのオンオフの周期、すなわちＰＷＭ周波数の逆数（ＰＷＭ周期）が設計されている。このように、スイッチング素子ＳＷがオフするごとに出力電流ＩＯが途絶える降圧チョッパ３８３の動作モードを「電流不連続モード」という。こうして、スイッチング素子ＳＷのオフ期間では、出力電流ＩＯが途絶える。したがって、ハロゲンヒーター３３１、３３２からの熱放射が止まる。

スイッチング素子ＳＷのオン期間中、降圧チョッパ３８３のリアクトルＬ２では磁気エネルギーの蓄積に伴い磁束が増える。このときの増加分Δφｏｎは、整流部３８１からの入力電圧ＶＲとハロゲンヒーター３３１、３３２への出力電圧ＶＯとのオン期間中の変化を無視すれば、それらの間の差ＶＲ−ＶＯにスイッチング素子ＳＷのオン時間Ｔｏｎを乗じた値で近似される：Δφｏｎ≒（ＶＲ−ＶＯ）Ｔｏｎ。一方、スイッチング素子ＳＷのオフ期間では、降圧チョッパ３８３のリアクトルＬ２から磁気エネルギーが放出されるので磁束が減る。このときの減少分Δφｏｆｆは、出力電圧ＶＯのオフ期間中の変化を無視すれば、その出力電圧ＶＯにスイッチング素子ＳＷのオフ時間Ｔｏｆｆを乗じた値に等しい：Δφｏｆｆ≒ＶＯ×Ｔｏｆｆ。降圧チョッパ３８３の動作が安定していれば、磁束の増加分Δφｏｎと減少分Δφｏｆｆとは等しいはずである。その等式Δφｏｎ＝Δφｏｆｆ、すなわち（ＶＲ−ＶＯ）／ＶＯ＝Ｔｏｆｆ／Ｔｏｎから、入力電圧ＶＲに対する出力電圧ＶＯの比がスイッチング素子ＳＷのオンオフのデューティ比ＤＴ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）により次式で表される：ＶＯ／ＶＲ＝ＤＴ。特にデューティ比ＤＴは“１”よりも小さいので、出力電圧ＶＯは入力電圧ＶＲよりも低い：ＶＯ＜ＶＲ。

−電流不連続モードの利点−
降圧チョッパ３８３は、上記のとおり、電流不連続モードで動作するように設計されている。これにより、スイッチング素子ＳＷのオン期間では出力電流ＩＯが維持されるのでハロゲンヒーター３３１、３３２から熱が放射され、オフ期間では出力電流ＩＯが途絶えるのでハロゲンヒーター３３１、３３２からの熱放射が止まる。オフ期間に対するオン期間の時間長の割合、すなわちスイッチング素子ＳＷのオンオフのデューティ比が高いほどハロゲンヒーター３３１、３３２の発熱量は多い。したがって、そのデューティ比が調節されることにより、ハロゲンヒーター３３１、３３２の発熱量が制御される。

リアクトルＬ２のインダクタンスとＰＷＭ周波数とによっては、図６の（ｅ）が破線で示すように、スイッチング素子ＳＷのオフ期間中、出力電流ＩＯを持続させる動作も可能である。降圧チョッパ３８３のこの動作モードを「電流連続モード」という。電流連続モードにおいてもスイッチング素子ＳＷのオフ期間中では出力電流ＩＯが減衰するので、スイッチング素子ＳＷのオンオフのデューティ比の調節によりハロゲンヒーター３３１、３３２の発熱量が調節可能ではある。

しかし、電流不連続モードでは電流連続モードとは異なり、オフ期間中に出力電流ＩＯが途絶えるので、スイッチング素子ＳＷのオンに伴うスイッチングノイズが実質上存在しない。これにより、スイッチングノイズが大幅に低減するので、電流不連続モードは電流連続モードよりも有利である。
「スイッチングノイズ」とは主に、スイッチング素子ＳＷのオンオフに伴うサージ電流／電圧をいう。スイッチングノイズは十分に小さければノイズフィルター３８２で除去される。しかし、スイッチングノイズがノイズフィルター３８２で除去しきれないほど過大であり、外部電源ＯＰＳまで伝搬した場合、その電源ＯＰＳを通して外部機器に誤動作を起こさせかねない。過大なスイッチングノイズはまた、スイッチング変換部３０Ｓと外部電源ＯＰＳとの接続部を通して、搬送部１０、作像部２０等、プリンター１００の他の要素の電源系統にまで侵入しうる。この場合、侵入先の動作が不安定化し、搬送不良、画質劣化等の不具合が生じる危険性もある。

図６の（ｆ）は、スイッチング素子ＳＷがオンする前後での、パルス信号ＶＰ、エミッタ電流ＩＥ、およびコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥの波形を示すグラフである。電流不連続モードでは、パルス信号ＶＰが立ち上がる前にすでに出力電流ＩＯが途絶えている。したがって、パルス信号ＶＰが立ち上がった時点ではスイッチング素子ＳＷのコレクタに流れ込む電流が存在しないので、エミッタ電流ＩＥが流れ出さない。コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥが実質的に“０”へ降下した後にようやくエミッタ電流ＩＥは流れ始める。すなわち、図６の（ｆ）が実線で示すように、エミッタ電流ＩＥが流れる期間は、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥが“０”よりも大きい期間と重複しない。これに対し、電流連続モードではスイッチング素子ＳＷのオフ期間中、出力電流ＩＯがある程度の量を維持している。したがって、パルス信号ＶＰの立ち上がりに応じてスイッチング素子ＳＷのコレクタに出力電流ＩＯの一部が流れ込むので、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥが実質的に“０”まで降下しないうちにエミッタ電流ＩＥが急速に増大する。すなわち、図６の（ｆ）が破線で示すように、エミッタ電流ＩＥが流れる期間は、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥが“０”よりも大きい期間と重複する。この重複期間ＳＷＬではエミッタ電流ＩＥとコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥとの積が“０”ではないので、スイッチング素子ＳＷに電力損失が生じている。この損失の一部がスイッチングノイズとして散逸する。このように、電流不連続モードではエミッタ電流ＩＥとコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥとの間に波形の重複がないので、スイッチング素子ＳＷのオンに伴うスイッチングノイズが実質上存在しない。

［ハロゲンヒーターに対する制御パターン］
上記のとおり、スイッチング素子ＳＷのオンオフのデューティ比が調節されることにより、ハロゲンヒーター３３１、３３２の発熱量が制御される。したがって、スイッチング素子ＳＷのオンオフのデューティ比が設定可能な範囲により、ハロゲンヒーター３３１、３３２の発熱量の使用可能な範囲が決まる。

図７の（ａ）は、第１ハロゲンヒーター３３１と第２ハロゲンヒーター３３２とのそれぞれの使用可能な出力電力範囲を示すグラフである。各ヒーター３３１、３３２の出力電力は連続点灯時にはそのヒーターの定格電力に等しい。連続点灯は理論上、スイッチング素子ＳＷのオンオフのデューティ比が１００％である場合（すなわち「全点灯」）に相当するので、ヒーターの定格電力はその出力電力の最大値を表す。図７の（ａ）において、第１ハロゲンヒーター３３１の出力電力の最大値が１０００Ｗであり、第２ハロゲンヒーター３３２の最大値が５００Ｗであるのは、各ヒーター３３１、３３２の定格電力が１０００Ｗ、５００Ｗであることによる。

スイッチング変換部３０ＳがＰＷＭ制御により各ヒーター３３１、３３２を点滅させる場合、図７の（ａ）が示すように、スイッチング素子ＳＷのオンオフのデューティ比に対して設定可能な範囲の上限は１００％よりも低く、下限は０％よりも高い。
デューティ比の上限は、降圧チョッパ３８３が電流不連続モードで動作可能であるという条件で決まり、特に降圧チョッパ３８３のリアクトルＬ２のインダクタンスとＰＷＭ周期とに大きく影響される。図７の（ａ）の示すデューティ比の上限７０％は、リアクトルＬ２のインダクタンス２０μＨとＰＷＭ周波数２０ｋＨｚとから算定された許容上限の一例であり、特に制御の簡単化を目的として両ヒーター３３１、３３２に対して共通化されている。

デューティ比の下限は、ハロゲンヒーター３３１、３３２の発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるか否か、すなわち、ヒーターからの熱がその管壁温度を下限２５０℃以上に維持可能であるか否かで決まる。図７の（ａ）の示すデューティ比の下限３０％は許容下限の一例であり、特に制御の簡単化を目的として両ヒーター３３１、３３２に対して共通化されている。

図７の（ｂ）は、スイッチング変換部３０Ｓによるハロゲンヒーター３３１、３３２に対する制御パターンＴＹ１、ＴＹ２、…、ＴＹ６を示す表である。制御パターンＴＹ１、…は、各ハロゲンヒーター３３１、３３２の状態が、全点灯、ＰＷＭ制御による点滅、消灯のいずれに維持されるべきかを規定し、具体的には、スイッチ部３８５の含む４対の２連スイッチＳ１、…のオンオフの組み合わせで表現される。各制御パターンＴＹ１、…における出力電力の範囲は図７の（ａ）に示されている。

第１制御パターンＴＹ１では、スイッチ部３８５が第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２とをオフさせ、第３スイッチＳ３と第４スイッチＳ４とをオンさせる。これにより、整流部３８１の出力電圧ＶＲが降圧チョッパ３８３を迂回して直に両方のハロゲンヒーター３３１、３３２に対して印加されるので、いずれのハロゲンヒーター３３１、３３２も全点灯する。この場合の出力電力１５００Ｗは両ヒーター３３１、３３２の定格電力の和１０００Ｗ＋５００Ｗ＝１５００Ｗに等しい。

第２制御パターンＴＹ２では、スイッチ部３８５が第１スイッチＳ１と第４スイッチＳ４とをオフさせ、第２スイッチＳ２と第３スイッチＳ３とをオンさせる。これにより、第１ハロゲンヒーター３３１は全点灯する一方、第２ハロゲンヒーター３３２は、降圧チョッパ３８３からのＰＷＭ制御に従った断続的な出力により点滅する。この場合の出力電力の範囲１１５０Ｗ〜１３５０Ｗは、第１ハロゲンヒーター３３１の定格電力１０００Ｗだけ第２ハロゲンヒーター３３２の出力電力の範囲１５０Ｗ〜３５０Ｗよりも高い。

第３制御パターンＴＹ３では、スイッチ部３８５が第１スイッチＳ１と第４スイッチＳ４とをオンさせ、第２スイッチＳ２と第３スイッチＳ３とをオフさせる。これにより、第１ハロゲンヒーター３３１は降圧チョッパ３８３からのＰＷＭ制御に従った断続的な出力により点滅する一方、第２ハロゲンヒーター３３２は全点灯する。この場合の出力電力の範囲８００Ｗ〜１２００Ｗは、第２ハロゲンヒーター３３２の定格電力５００Ｗだけ第１ハロゲンヒーター３３１の出力電力の範囲３００Ｗ〜７００Ｗよりも高い。

第４制御パターンＴＹ４では、スイッチ部３８５が第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２とをオンさせ、第３スイッチＳ３と第４スイッチＳ４とをオフさせる。これにより、両方のハロゲンヒーター３３１、３３２が、降圧チョッパ３８３からのＰＷＭ制御に従った断続的な出力により点滅する。この場合の出力電力の範囲４５０Ｗ〜１０５０Ｗは、両ヒーター３３１、３３２の出力電力間での下限の和３００Ｗ＋１５０Ｗから上限の和７００Ｗ＋３５０Ｗまでの範囲に等しい。

第５制御パターンＴＹ５では、スイッチ部３８５が第１スイッチＳ１をオンさせ、残りのスイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４をオフさせる。これにより、第１ハロゲンヒーター３３１は降圧チョッパ３８３からのＰＷＭ制御に従った断続的な出力により点滅する一方、第２ハロゲンヒーター３３２は消灯する。この場合の出力電力の範囲３００Ｗ〜７００Ｗは第１ハロゲンヒーター３３１の出力電力の範囲に等しい。

第６制御パターンＴＹ６では、スイッチ部３８５が第２スイッチＳ２をオンさせ、残りのスイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４をオフさせる。これにより、第１ハロゲンヒーター３３１は消灯する一方、第２ハロゲンヒーター３３２は降圧チョッパ３８３からのＰＷＭ制御に従った断続的な出力により点滅する。この場合の出力電力の範囲１５０Ｗ〜３５０Ｗは第２ハロゲンヒーター３３１の出力電力の範囲に等しい。

プリンター１００のウォームアップ期間では昇温制御が行われるので、ハロゲンヒーター３３１、３３２に要求される発熱量は、少なくとも昇温制御の初期では最大である。プリント期間と待機期間とでは温調制御が行われる。この制御では加熱ローラー３１から逃げる熱量が補われさえすればよいので、ハロゲンヒーター３３１、３３２に要求される発熱量は昇温制御よりも小さい。ただし、定着処理時に加熱ローラー３１からシートＳＨ２に奪われる熱量が補われる必要上、プリント期間は待機期間よりも、ハロゲンヒーター３３１、３３２に要求される発熱量は大きい。したがって、ＰＷＭ制御部３０Ｃは、たとえば図７の（ａ）が示すように、出力電力の範囲が（一部でも）１０００Ｗ以上に属する制御パターンＴＹ１、ＴＹ２、ＴＹ３、ＴＹ４の中からプリンター１００のウォームアップ期間に利用するパターンを選択し、出力電力の範囲が５００Ｗ以上１０００Ｗ未満に属する制御パターンＴＹ３、ＴＹ４、ＴＹ５の中からプリンター１００のプリント期間に利用するパターンを選択し、出力電力の範囲が５００Ｗ未満に属する制御パターンＴＹ４、ＴＹ５、ＴＹ６の中からプリンター１００の待機期間に利用するパターンを選択する。

［加熱ローラーの温度制御］
図８の（ａ）は、プリンター１００の起動時刻ｔ０以降における加熱ローラー３１の温度の経時変化を示すグラフである。プリンター１００の起動に応じて定着部３０は加熱ローラー３１の温度制御を開始する。具体的には、プリンター１００のウォームアップ期間ＷＵＰにおいてＰＷＭ制御部３０Ｃが昇温制御を行う。ＰＷＭ制御部３０Ｃはまず加熱ローラー３１の目標温度をプリント時の値Ｔｔｇ、たとえば１８０℃に設定する。ＰＷＭ制御部３０Ｃは次に、この目標温度Ｔｔｇと温度センサー３５の出力が起動時刻ｔ０で示す加熱ローラー３１の初期温度Ｔ０との間の差から、ハロゲンヒーター３３１、３３２に対する制御パターンを選択する。

図８の（ｂ）は、加熱ローラー３１の初期温度Ｔ０と、その温度に応じてＰＷＭ制御部３０Ｃが選択する制御パターンとの間の対応表である。たとえば初期温度Ｔ０が３０℃未満である場合、目標温度Ｔｔｇとの差がたとえば１５０度以上と大きく開いているので、出力電力が最大である第１制御パターンＴＹ１が選択される。初期温度Ｔ０を始め、加熱ローラー３１の実際の温度が目標温度Ｔｔｇに近いほど、出力電力をより低く設定可能な制御パターンをＰＷＭ制御部３０Ｃは選択する。図８の（ｂ）が示す例では、初期温度Ｔ０が３０℃〜１００℃である場合、目標温度Ｔｔｇとの差が８０度〜１５０度に狭まるので、出力電力が次に大きい第２制御パターンＴＹ２が選択され、初期温度Ｔ０が１００℃〜１５０℃である場合、目標温度Ｔｔｇとの差が３０度〜８０度に更に狭まるので第３制御パターンＴＹ３が選択され、初期温度が１５０℃〜１８０℃＝Ｔｔｇである場合、目標温度Ｔｔｇとの差が０〜３０度まで縮むので第４制御パターンＴＹ４が選択される。このような制御パターンの選択により、加熱ローラー３１の実際の温度が目標温度Ｔｔｇに近いほど昇温速度が低く抑えられるので、加熱ローラー３１の実際の温度が目標温度Ｔｔｇに到達した後も上昇し続けてその目標温度Ｔｔｇを大幅に上回る現象、すなわちオーバーシュートが防止される。こうして、ウォームアップ期間ＷＵＰが十分に短縮される。

図８の（ａ）が示す例では、ウォームアップ期間ＷＵＰの終了時刻ｔ１から直ちに、プリンター１００がプリントを開始する。プリント期間ＰＲＴでは、加熱ローラー３１と加圧ローラー３２との間のニップにシートＳＨ２が通紙される度に加熱ローラー３１からシートＳＨ２に多量の熱が奪われるので、加熱ローラー３１の温度が大きく変動する。この変動、すなわち温度リップルＲＰＬの過大化を防ぐには、加熱ローラー３１の失った熱量が速やかに補われることが必要である。この熱量の補填が十分に可能であるように、ＰＷＭ制御部３０Ｃは、第３制御パターンＴＹ３、第４制御パターンＴＹ４、第５制御パターンＴＹ５のうちの１つを選択する。

ジョブ処理の終了時刻ｔ２ではプリンター１００が稼働モードから待機モードへ移行するので、これに応じてＰＷＭ制御部３０Ｃが目標温度を、プリント期間ＰＲＴでの値Ｔｔｇよりも低い値Ｔｗｔ（たとえば１５０℃）に変更する。この変更により待機期間ＷＴＴの開始直後では加熱ローラー３１の実際の温度と目標温度Ｔｗｔとの間の差が比較的大きく開くので、ＰＷＭ制御部３０Ｃはまず第５制御パターンＴＹ５を選択する。すなわち、第１ハロゲンヒーター３３１のみがＰＷＭ制御により点滅し、第２ハロゲンヒーター３３２は消灯する。第１ハロゲンヒーター３３１に対するＰＷＭ制御は第２ハロゲンヒーター３３２に対するものよりも設定可能な熱量が大きいので、加熱ローラー３１の降温速度を過大にすることなく適正なレベルに抑えることが容易である。

加熱ローラー３１の温度と目標温度Ｔｗｔとの間の差が狭まるにつれて、加熱ローラー３１の温度変動を抑えるのに必要な熱量は減少するのでデューティ比は低下し、やがて許容下限３０％を下回る。デューティ比が許容下限３０％未満である状態が所定時間、たとえば１０秒間維持される場合、ＰＷＭ制御部３０Ｃは、図７の（ａ）が矢印ＴＲ１で示すように、第５制御パターンＴＹ５を第６制御パターンＴＹ６に切り換える。すなわち、第１ハロゲンヒーター３３１は消灯し、第２ハロゲンヒーター３３２のみがＰＷＭ制御により点滅する。第２ハロゲンヒーター３３２に対するＰＷＭ制御は第１ハロゲンヒーター３３１に対するものよりも設定可能な熱量が小さいので、加熱ローラー３１の温度に過大なリップルを与えることなくその温度を目標値Ｔｗｔに高精度に安定化させる。さらに、制御パターンの切り換えによりデューティ比が下限３０％以上に保たれるので、第１ハロゲンヒーター３３１に、その管壁温度が下限を下回っている状態で点灯し続ける状態を回避させ、その長寿命を維持させることができる。

待機期間ＷＴＴにおいて、たとえば外気の入れ換えによりプリンター１００の環境温度が大きく変動したことにより、加熱ローラー３１の温度と目標温度Ｔｗｔとの間の差が大きく開く場合がある。この場合、加熱ローラー３１に与えられるべき熱量が増大するのでデューティ比が上昇し、その上限７０％を超える可能性がある。デューティ比が上限７０％を超えた状態が所定時間、たとえば１０秒間維持される場合、ＰＷＭ制御部３０Ｃは、図７の（ａ）が矢印ＴＲ２で示すように、第６制御パターンＴＹ６を第５制御パターンＴＹ５に切り換える。すなわち、第１ハロゲンヒーター３３１のみがＰＷＭ制御により点滅し、第２ハロゲンヒーター３３２は消灯する。これにより、加熱ローラー３１へ供給可能な熱量が増大するので、加熱ローラー３１の温度を目標温度Ｔｗｔまで速やかに戻すことが容易である。さらに、制御パターンの切り換えによりデューティ比が上限７０％以下に保たれるので、降圧チョッパ３８３に電流不連続モードを維持させて、そのスイッチングノイズに起因する悪影響が外部電源ＯＰＳまたはプリンター１００の他の要素に及ぶことを防ぐことができる。

新たなジョブ処理の要求をプリンター１００が受けた時刻ｔ３ではプリンター１００が待機モードから稼働モードへ移行する。これに応じてＰＷＭ制御部３０Ｃは加熱ローラー３１の目標温度を、待機期間ＷＴＴでの値Ｔｗｔからプリント時の値Ｔｔｇに変更する。この変更によりリカバリー期間ＲＣＶの開始時刻ｔ３直後では加熱ローラー３１の実際の温度と目標温度Ｔｔｇとの間の差が比較的大きく開くのでデューティ比が上昇する。デューティ比が上限７０％を超えた後、たとえば１０秒間が経過すれば、ＰＷＭ制御部３０Ｃは第６制御パターンＴＹ６を第５制御パターンＴＹ５へ切り換える。切り換えた時点でもなお、加熱ローラー３１の実際の温度と目標温度Ｔｔｇとの間の差が十分に大きければ、デューティ比は上昇を続ける。デューティ比が再び上限７０％に到達し、更にそれを超えた場合、その状態がたとえば１０秒間持続すれば、ＰＷＭ制御部３０Ｃは、図７の（ａ）が矢印ＴＲ３で示すように、第５制御パターンＴＹ５を第４制御パターンＴＹ４へ切り換える。すなわち、第１ハロゲンヒーター３３１に加えて第２ハロゲンヒーター３３２もＰＷＭ制御により点滅する。このように、設定可能な熱量が順次増大するので、加熱ローラー３１の昇温速度を過大にすることなく適正なレベルに抑えて、オーバーシュートを防ぐことが容易である。さらに、制御パターンの切り換えによりデューティ比が上限７０％以下に保たれるので、降圧チョッパ３８３に電流不連続モードを維持させて、そのスイッチングノイズに起因する悪影響が外部電源ＯＰＳまたはプリンター１００の他の要素に及ぶことを防ぐことができる。

−温度制御のフローチャート−
図９は、定着部３０による加熱ローラー３１の温度制御のフローチャートである。この制御は、定着部３０が主制御部６０から稼働モードへの移行指示を受けたときに開始される。
ステップＳ１０１では、プリンター１００が稼働モードへの移行に伴い、ウォームアップまたはリカバリーを行う。この期間ＷＵＰ、ＲＣＶにおいてＰＷＭ制御部３０Ｃは昇温制御を行う。具体的には、ＰＷＭ制御部３０Ｃはまず、加熱ローラー３１の目標温度をプリント時の値Ｔｔｇに設定し、目標温度Ｔｔｇと温度センサー３５の出力が示す加熱ローラー３１の初期温度Ｔ０との間の差からハロゲンヒーター３３１、３３２に対する制御パターンを選択する。ＰＷＭ制御部３０Ｃは次に、選択した制御パターンに従ってパルス電圧の印加対象を選択する。すなわち、スイッチ部３８５の含む４対の２連スイッチＳ１、…のオンオフの組み合わせを選択する。この組み合わせをＰＷＭ制御部３０Ｃはスイッチ部３８５に開閉信号ＳＳＷで指示する。第１制御パターンＴＹ１を選択した場合、ＰＷＭ制御部３０Ｃはスイッチ部３８５に第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２とをオフさせ、第３スイッチＳ３と第４スイッチＳ４とをオンさせるので、いずれのハロゲンヒーター３３１、３３２も全点灯する。第１制御パターンＴＹ１以外を選択した場合、ＰＷＭ制御部３０Ｃは続いて、温度センサー３５の出力が示す加熱ローラー３１の温度と目標温度Ｔｔｇとの間の差に基づいてパルス電圧のデューティ比を算定し、その算定値を通知信号ＮＴＦでスイッチング変換部３０Ｓに指示する。これ以降、ＰＷＭ制御部３０Ｃは温度センサー３５を通して加熱ローラー３１の温度と目標温度Ｔｔｇとの間の差を監視し、その差に応じてデューティ比を更新し、更新後のデューティ比を通知信号ＮＴＦでスイッチング変換部３０Ｓに指示する。その後、処理はステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、加熱ローラー３１の温度が目標温度Ｔｔｇに到達したか否かをＰＷＭ制御部３０Ｃが確認する。到達していれば処理はステップＳ１０３へ進み、到達していなければ処理はステップＳ１０１を繰り返す。
ステップＳ１０３では、加熱ローラー３１の温度が目標温度Ｔｔｇに到達しているのでＰＷＭ制御部３０Ｃは昇温制御を温調制御に変更する。この際、ＰＷＭ制御部３０Ｃはプリンター１００の動作モードを確認し、その動作モードに応じて加熱ローラー３１の目標温度とハロゲンヒーター３３１、３３２に対する制御パターンとを選択する。たとえば、稼働モードではプリントが開始されるので、加熱ローラー３１と加圧ローラー３２との間のニップにシートＳＨ２が通紙される度に加熱ローラー３１からシートＳＨ２に多量の熱が奪われる。したがって、その奪われた熱量を加熱ローラー３１に補填することが可能な程度に発熱量の多い制御パターン、たとえば、第３制御パターンＴＹ３、第４制御パターンＴＹ４、または第５制御パターンＴＹ５が選択される。一方、待機モードでは加熱ローラー３１から熱が逃げにくいので、補填すべき熱量が比較的少ない。したがって、発熱量が比較的少ない制御パターン、たとえば第５制御パターンＴＹ５または第６制御パターンＴＹ６が選択される。温調制御では昇温制御と同様に、ＰＷＭ制御部３０Ｃは温度センサー３５を通して加熱ローラー３１の温度と目標温度Ｔｔｇとの間の差を監視し、その差に応じてデューティ比を更新し、更新後のデューティ比を通知信号ＮＴＦでスイッチング変換部３０Ｓに指示する。その後、処理はステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、スリープモードへの移行、プリンター１００の電源オフ等、定着部３０の停止を主制御部６０から指示されたか否かをＰＷＭ制御部３０Ｃが確認する。指示されていれば処理はステップＳ１０５へ進み、いなければ処理はステップＳ１０３を繰り返す。
ステップＳ１０５では、定着部３０の停止を主制御部６０から指示されているので、ＰＷＭ制御部３０Ｃはスイッチ部３８５にすべてのスイッチＳ１、…、Ｓ４をオフさせてハロゲンヒーター３３１、３３２を消灯させる。その後、処理は終了する。

−待機モードにおける温調制御のフローチャート−
図１０は、図９が示すステップＳ１０３による温調制御のうち、待機モードにおける制御のフローチャートである。
ステップＳ２０１では、プリンター１００が待機モードであるか否かをＰＷＭ制御部３０Ｃが確認する。待機モードであれば処理はステップＳ２０２へ進み、他のモードであれば処理は図９の示すメインルーチンへ戻る。

ステップＳ２０２では、プリンター１００が待機モードであるので、ＰＷＭ制御部３０Ｃはまず第５制御パターンＴＹ５で温調制御を行う。すなわち、第１ハロゲンヒーター３３１のみをＰＷＭ制御により点滅させ、第２ハロゲンヒーター３３２は消灯させる。その後、処理はステップＳ２０３へ進む。
ステップＳ２０３では、変更後のデューティ比が許容下限３０％を下回ったか否かをＰＷＭ制御部３０Ｃが確認する。下回っていれば処理はステップＳ２０４へ進み、以上であれば処理はステップＳ２０１を繰り返す。

ステップＳ２０４では、変更後のデューティ比が許容下限３０％を下回っているので、その状態の持続時間が閾値１０秒以上に達したか否かをＰＷＭ制御部３０Ｃは確認する。閾値以上に達していれば処理はステップＳ２０５へ進み、未満であれば処理はステップＳ２０１を繰り返す。
ステップＳ２０５では、変更後のデューティ比が許容下限３０％を下回った状態の持続時間が閾値以上に達しているので、プリンター１００が待機モードであるか否かをＰＷＭ制御部３０Ｃは確認する。待機モードであれば処理はステップＳ２０６へ進み、他のモードであれば処理は図９の示すメインルーチンへ戻る。

ステップＳ２０６では、プリンター１００が待機モードであるので温調制御が継続される。しかし、第５制御パターンＴＹ５ではデューティ比が許容下限を下回るので、ＰＷＭ制御部３０Ｃは第５制御パターンＴＹ５を、より発熱量の少ない第６制御パターンＴＹ６に切り換える。すなわち、第１ハロゲンヒーター３３１に代えて第２ハロゲンヒーター３３２のみをＰＷＭ制御により点滅させ、第１ハロゲンヒーター３３１は消灯させる。その後、処理はステップＳ２０７へ進む。

ステップＳ２０７では、変更後のデューティ比が許容上限７０％を超えたか否かをＰＷＭ制御部３０Ｃが確認する。超えていれば処理はステップＳ２０８へ進み、以下であれば処理はステップＳ２０５を繰り返す。
ステップＳ２０８では、変更後のデューティ比が許容上限７０％を超えているので、その状態の持続時間が閾値１０秒以上に達したか否かをＰＷＭ制御部３０Ｃは確認する。閾値以上に達していれば処理はステップＳ２０１を繰り返し、未満であれば処理はステップＳ２０５を繰り返す。

ステップＳ２０８に続くステップＳ２０１では、変更後のデューティ比が許容上限７０％を超えた状態の持続時間が閾値以上に達しているので、プリンター１００が待機モードであるか否かをＰＷＭ制御部３０Ｃは確認する。待機モードであれば処理はステップＳ２０２へ進み、他のモードであれば処理は図９の示すメインルーチンへ戻る。
ステップＳ２０８に続くステップＳ２０２では、プリンター１００が待機モードであるので温調制御が継続される。しかし、第６制御パターンＴＹ６ではデューティ比が許容上限を超えるので、ＰＷＭ制御部３０Ｃは第６制御パターンＴＹ６を、より発熱量の多い第５制御パターンＴＹ５に切り換える。すなわち、第２ハロゲンヒーター３３２に代えて第１ハロゲンヒーター３３１のみをＰＷＭ制御により点滅させ、第２ハロゲンヒーター３３２は消灯させる。その後、処理はステップＳ２０３へ進む。

−ＰＷＭ制御のフローチャート−
図１１は、各ハロゲンヒーター３３１、３３２に対するＰＷＭ制御のフローチャートである。この制御は、ＰＷＭ制御部３０Ｃが第１制御パターンＴＹ１以外の制御パターンを選択した場合に開始され、他の制御パターンに切り換えられるまで繰り返される。
ステップＳ３０１では、温度センサー３５が内蔵のサーモパイルの出力から加熱ローラー３１の温度を計測し、その計測値をＰＷＭ制御部３０Ｃにフィードバックする。その後、処理はステップＳ３０２へ進む。

ステップＳ３０２では、ＰＷＭ制御部３０Ｃは、温度センサー３５からフィードバックされる加熱ローラー３１の温度の計測値を目標温度と比較し、両温度間の差に基づいてパルス電圧のデューティ比を算定する。その後、処理はステップＳ３０３へ進む。
ステップＳ３０３では、ステップＳ３０２での算定値をＰＷＭ制御部３０Ｃは通知信号ＮＴＦでスイッチング変換部３０ＳのＩＧＢＴ駆動回路３８４へ通知する。この通知信号ＮＴＦに応じてＩＧＢＴ駆動回路３８４は、その通知信号ＮＴＦからデューティ比を解読し、その比でパルス信号ＶＰをスイッチング素子ＳＷのゲートに対して印加する。その後、処理は図９の示すメインルーチンへ戻る。

［実施形態の利点］
本発明の実施形態によるプリンター１００では、上記のとおり、定着部３０が定格電力の異なる２本のハロゲンヒーター３３１、３３２を用いて加熱ローラー３１の温度を制御する。特に、待機モードにおける温調制御では、ＰＷＭ制御部３０Ｃはまず第５制御パターンＴＹ５を選択し、定格電力の高い第１ハロゲンヒーター３３１のみをＰＷＭ制御により点滅させ、定格電力の低い第２ハロゲンヒーター３３２は消灯させる。このとき、パルス電圧のデューティ比の許容下限３０％は、第１ハロゲンヒーター３３１の発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすように実験またはシミュレーションで決定され、ＰＷＭ制御部３０Ｃの内蔵するメモリ素子に保存されている。加熱ローラー３１の温度と目標温度Ｔｗｔとの間の差が縮まるにつれて、ＰＷＭ制御部３０Ｃが算出するデューティ比は低下する。デューティ比が許容下限３０％を下回った場合、ＰＷＭ制御部３０Ｃはパルス電圧の印加対象を第１ハロゲンヒーター３３１から第２ハロゲンヒーター３３２へ切り換える。第２ハロゲンヒーター３３２は第１ハロゲンヒーター３３１よりも定格電力が低いので、必要な発熱量が共通であっても、それに対応するパルス電圧のデューティ比が高い。したがって、デューティ比を許容下限以上に維持したまま、ＰＷＭ制御を連続させることができる。こうして、プリンター１００は、ハロゲンヒーター３３１、３３２にハロゲンサイクルを維持させたまま、外部の電源系統に過大なノイズを与えることなくＰＷＭ制御を連続させて、加熱ローラー３１に与える熱量を更に少ない値に安定化させることができる。

待機モードにおける温調制御中、加熱ローラー３１の温度と目標温度Ｔｗｔとの間の差が大きく開き、パルス電圧のデューティ比が許容上限７０％を超えた場合、ＰＷＭ制御部３０Ｃはパルス電圧の印加対象を第２ハロゲンヒーター３３２から第１ハロゲンヒーター３３１へ切り換える。第１ハロゲンヒーター３３１は第２ハロゲンヒーター３３２よりも定格電力が高いので、同じ発熱量に対応するパルス電圧のデューティ比が低い。したがって、デューティ比を許容上限以下に維持したままＰＷＭ制御を連続させて、加熱ローラー３１の温度を目標温度Ｔｗｔまで速やかに戻すことが容易である。特に、降圧チョッパ３８３が電流不連続モードを維持するので、そのスイッチングノイズに起因する悪影響が外部電源ＯＰＳまたはプリンター１００の他の要素には及ばない。

［変形例］
（A）上記の実施形態による画像形成装置１００はカラーレーザープリンターである。本発明の実施形態による画像形成装置はその他に、モノクロレーザープリンター、ファクシミリ、コピー機、複合機（ＭＦＰ）等、シート上のトナー像を熱定着させるもののいずれであってもよい。

（B）図５の示すスイッチング変換部３０Ｓは降圧チョッパ３８３を含む。スイッチング変換部３０Ｓはその他に、昇圧チョッパ、昇降圧チョッパ等、非絶縁型の他のスイッチングコンバーターを含んでもよい。また、図５の示すスイッチング素子ＳＷはＩＧＢＴであるが、代わりにＦＥＴ等、他方式のパワートランジスターが利用されてもよい。
（C）図７の（ａ）では、デューティ比の許容上限と許容下限とがいずれも、２本のハロゲンヒーター３３１、３３２の間で共通である。これは、スイッチ部３８５の構造の単純化等、温度制御の簡単化を目的とする設定に過ぎない。実際には、ハロゲンヒーターの発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件、すなわち、ヒーターからの熱がその管壁温度を下限２５０℃以上に維持可能であるという条件を満たすデューティ比は、ガラス管の熱容量等、ハロゲンヒーターの熱的特性に応じて異なる。同様に、降圧チョッパ３８３が電流不連続モードで動作可能であるという条件を満たすデューティ比は、抵抗等、ハロゲンヒーターの電気的特性に応じて異なる。したがって、たとえば、異なるハロゲンヒーターに対するＰＷＭ制御が異なる降圧チョッパで実行されることにより、デューティ比の許容上限または許容下限がハロゲンヒーターごとに異なる値であってもよい。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置における定着部の温度制御に関する。本発明によるＰＷＭ制御部は上記のとおり、２本のハロゲンヒーターのうち定格電力の高い方について、その発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の下限を、変更したデューティ比が下回る場合、パルス電圧の印加対象を定格電力の低いハロゲンヒーターへ切り換える。このように、本発明は明らかに産業上利用可能である。

１００ プリンター
１０ 給送部
２０ 作像部
３０ 定着部
４０ 排紙部
３１ 加熱ローラー
３２ 加圧ローラー
３３１ 第１ハロゲンヒーター
３３２ 第２ハロゲンヒーター
３５ 温度センサー
３０Ｓ スイッチング変換部
３８１ 整流部
３８２ ノイズフィルター
３８３ 降圧チョッパ
ＳＷ スイッチング素子
３８４ ＩＧＢＴ駆動回路
ＶＰ パルス信号
３８５ スイッチ部
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ ２連スイッチ
３０Ｃ ＰＷＭ制御部
ＳＳＷ 開閉信号
ＮＴＦ 通知信号

Claims (7)

1. シートにトナー像を形成する作像部と、
   前記シートに前記トナー像を熱定着させる定着部と、
   を備えた画像形成装置であって、
   前記定着部は、
   前記シートに接触して熱を伝える伝熱部材と、
   前記伝熱部材を加熱する第１ハロゲンヒーターと、
   前記第１ハロゲンヒーターよりも定格電力が低く、前記伝熱部材を加熱する第２ハロゲンヒーターと、
   前記伝熱部材の実温度を監視し、当該実温度と目標温度との間の差に応じて、前記第１ハロゲンヒーターと前記第２ハロゲンヒーターとの一方または両方をパルス電圧の印加対象として選択し、当該差の経時変化に合わせてパルス電圧のデューティ比を経時的に変更するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御部と、
   前記ＰＷＭ制御部が選択したパルス電圧の印加対象にパルス電圧を、前記ＰＷＭ制御部が変更したデューティ比で印加するスイッチング変換部と、
   を有し、
   前記ＰＷＭ制御部は、前記第１ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、
   前記第１ハロゲンヒーターの発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の下限を、変更後のデューティ比が下回るか否かを確認し、
   変更後のデューティ比が前記下限を下回れば、パルス電圧の印加対象を前記第１ハロゲンヒーターから前記第２ハロゲンヒーターへ切り換え、
   さらに、前記ＰＷＭ制御部は、前記第１ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、
   前記スイッチング変換部が電流不連続モードで動作可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の第１上限を、変更後のデューティ比が超えるか否かを確認し、
   変更後のデューティ比が前記第１上限を超えれば、前記第２ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象に追加する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ＰＷＭ制御部は、変更後のデューティ比が前記第１上限を超えるか否かの確認を、前記作像部と前記定着部とのウォームアップ期間、リカバリー期間、またはプリント期間の少なくともいずれかの期間中に行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. シートにトナー像を形成する作像部と、
   前記シートに前記トナー像を熱定着させる定着部と、
   を備えた画像形成装置であって、
   前記定着部は、
   前記シートに接触して熱を伝える伝熱部材と、
   前記伝熱部材を加熱する第１ハロゲンヒーターと、
   前記第１ハロゲンヒーターよりも定格電力が低く、前記伝熱部材を加熱する第２ハロゲンヒーターと、
   前記伝熱部材の実温度を監視し、当該実温度と目標温度との間の差に応じて、前記第１ハロゲンヒーターと前記第２ハロゲンヒーターとの一方または両方をパルス電圧の印加対象として選択し、当該差の経時変化に合わせてパルス電圧のデューティ比を経時的に変更するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御部と、
   前記ＰＷＭ制御部が選択したパルス電圧の印加対象にパルス電圧を、前記ＰＷＭ制御部が変更したデューティ比で印加するスイッチング変換部と、
   を有し、
   前記ＰＷＭ制御部は、前記第１ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、
   前記第１ハロゲンヒーターの発熱量がハロゲンサイクルを維持可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の下限を、変更後のデューティ比が下回るか否かを確認し、
   変更後のデューティ比が前記下限を下回れば、パルス電圧の印加対象を前記第１ハロゲンヒーターから前記第２ハロゲンヒーターへ切り換え、
   さらに、前記ＰＷＭ制御部は、前記第２ハロゲンヒーターをパルス電圧の印加対象として選択している場合において、
   前記スイッチング変換部が電流不連続モードで動作可能であるという条件を満たすパルス電圧のデューティ比の第２上限を、変更後のデューティ比が超えるか否かを確認し、
   変更後のデューティ比が前記第２上限を超えれば、パルス電圧の印加対象を前記第２ハロゲンヒーターから前記第１ハロゲンヒーターへ切り換える
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 前記ＰＷＭ制御部は、変更後のデューティ比が前記第２上限を超えるか否かの確認を、前記作像部と前記定着部とのウォームアップ期間、リカバリー期間、またはプリント期間の少なくともいずれかの期間中に行うことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記ＰＷＭ制御部は、変更後のデューティ比が前記下限を下回るか否かの確認を、前記作像部と前記定着部との待機期間中に行うことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記スイッチング変換部は、
   前記ＰＷＭ制御部が変更したデューティ比でパルス信号を生成する駆動回路と、
   前記パルス信号に応じてオンオフするスイッチング素子を含み、前記ＰＷＭ制御部が変更したデューティ比でパルス電圧を出力する降圧チョッパと、
   前記降圧チョッパからのパルス電圧の出力先を、前記ＰＷＭ制御部が選択したパルス電圧の印加対象へ切り換えるスイッチ部と、
   を有し、
   前記ＰＷＭ制御部は、前記降圧チョッパのスイッチング素子をオフさせている間に、前記スイッチ部に前記降圧チョッパからのパルス電圧の出力先を切り換えさせる
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記スイッチ部は、
   前記ＰＷＭ制御部からの信号に応じて前記降圧チョッパと前記第１ハロゲンヒーターとの間の接点を開閉し、かつ前記降圧チョッパと前記第２ハロゲンヒーターとの間の接点を開閉する電磁リレー
   を含む請求項６に記載の画像形成装置。

Images