JP5479025B2

JP5479025B2 - 像加熱装置及び画像形成装置

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Description

本発明は、セラミック面発ヒータ方式を用いた像加熱装置、及びそれを具備した画像形成装置に関する。

従来の電子写真プロセスを用いた画像形成装置の場合について説明する。

画像形成装置の熱定着装置は、電子写真プロセスなどの画像形成手段により転写紙上に形成された未定着画像（トナ−像）を転写紙上に定着させるものである。そして、ハロゲンヒ−タを熱源とする熱ロ−ラ式の熱定着装置やセラミック面発ヒ−タを熱源とするフィルム加熱式の熱定着装置が、例えば特許文献１及び２に開示されている。

一般的に、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、この交流電源により電力が供給される。ヒータを熱源とする定着装置には温度検出素子、例えばサーミスタ感温素子が設けられており、この温度検出素子により定着装置の温度が検出され、その検出温度情報を基にシーケンスコントローラがスイッチング素子をオン／オフ制御する。このことにより定着装置の熱源であるヒータへの電力供給をオン／オフし、定着器の温度が目標の温度になるように温度制御される。セラミック面発ヒータへのオン／オフ制御は、通常入力商用電源の位相制御または波数制御により行われる。

高出力のセラミック面発ヒータに電力を供給し温度制御する際に、制御の応答性を早くするために位相制御を行う場合が多く、例えば特許文献３〜５で提案されている。

一方、高出力、つまり、抵抗値の低いセラミック面発ヒータを位相制御する場合、電流歪みが大きくなり、高調波電流が多く流れてしまう。また、高調波電流を低減するために、波数制御を行うと、電圧変動やフリッカが発生してしまう。

この対策として、従来から、抵抗値を均等に並列に２本の発熱体に振り分け、１本の発熱体を商用周波数の半波周期でオン／オフ制御し、もう一方の発熱体を半波周期内で位相制御をしている。これにより、高調波電流の低減とフリッカの防止の両立を行うことができる。

特開昭６３−３１３１８２号公報特開平２−１５７８７８号公報特開２００４−２２６５５７号公報特開２００５−２０８２５２号公報特開２００７−２１２５０３号公報

しかし、近年画像形成装置がさらに高速になり、より発熱体の総抵抗値を低くする必要がある。また、種々のサイズや種類のメディアを通紙するため、制御する温度範囲や制御電力範囲が広くなっている。このような場合、２本の発熱体を異なる長さや抵抗値として、通紙方向のセラミック面発ヒータ内の温度分布を制御する必要がある。さらに、制御の正負対称性も維持する必要もある。

本出願に係る発明は、上記課題を解決し、設定されたセラミック面発ヒータ上の温度分布となるよう制御すると共に、高調波電流の低減とフリッカの向上を図ることのできる像加熱装置及びそれを具備した画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するため、以下の構成を備えるものである。

（１）第１発熱体と、第２発熱体と、商用電源から前記第１発熱体への電力供給路に設けられている第１駆動素子と、商用電源から前記第２発熱体への電力供給路に設けられている第２駆動素子と、温度検知素子と、前記温度検知素子の検知温度に応じた制御段階で前記第１駆動素子と前記第２駆動素子を制御する制御部と、を有し、記録材上に形成された画像を加熱する像加熱装置において、前記第１発熱体の抵抗値と前記第２発熱体の抵抗値は異なっており、前記制御段階の更新周期は、商用電源の交流波形の２周期、または２周期の整数倍の周期であり、前記制御部は、１つの前記制御段階で前記第１駆動素子と前記第２駆動素子を制御している期間中、優先して電力供給する発熱体が前記第１発熱体から前記第２発熱体へ切り替わるように、且つ、前記第１発熱体と前記第２発熱体に流れる交流波形が正負の対称性を維持するように、前記第１駆動素子と前記第２駆動素子を制御することを特徴とする像加熱装置。
（２）交流電源から供給される電力で発熱する第１発熱体と、前記第１発熱体とは独立して制御可能であり前記交流電源から供給される電力で発熱する第２発熱体と、温度検知素子と、前記温度検知素子の検知温度に応じた制御段階で前記第１発熱体と前記第２発熱体を制御する制御部と、を有し、記録材上に形成された画像を加熱する像加熱装置において、前記制御段階の更新周期は、前記交流電源の交流波形の２周期、または２周期の整数倍であり、前記制御部は、前記第１発熱体と前記第２発熱体のうちの一方を優先発熱体として、前記優先発熱体への電力供給のみで前記制御段階に対応する電力を満たす場合は、交流の同位相の半波において他方の発熱体へ電力供給せず、前記優先発熱体への電力供給のみでは前記制御段階に対応する電力に満たない場合、他方の発熱体を補助発熱体として、交流の同位相の半波における前記補助発熱体への電力供給で電力の不足分を補い、１更新周期の期間中、前記優先発熱体を前記第１発熱体から前記第２発熱体へ切り替えると共に、前記第１発熱体が前記優先発熱体である時の前記第１発熱体への電力供給の位相角と、前記第２発熱体が前記優先発熱体である時の前記第２発熱体への電力供給の位相角と、を同位相とし、前記第１発熱体が前記補助発熱体である時の前記第１発熱体への電力供給の位相角と、前記第２発熱体が前記補助発熱体である時の前記第２発熱体への電力供給の位相角と、を同位相とすることを特徴とする像加熱装置。
（３）前記（１）又は（２）に記載の像加熱装置を有することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、発熱体の抵抗値で設定されたセラミック面発ヒータ上の温度分布となるように制御し、精度のよい制御を行うとともに、高調波電流の低減とフリッカの向上を図ることができる。

実施例１の画像形成装置の概略構成図実施例１のセラミックヒータの駆動及び制御回路図実施例１のセラミックヒータの概略構成図実施例１の定着装置の概略構成図実施例１の定着装置の制御シーケンスのフローチャート実施例１の発熱体の通電概略波形を示す図実施例１の定着装置の制御を説明する図実施例１の定着装置の制御を説明する他の図実施例２の定着装置の制御を説明する図実施例２の定着装置の制御を説明する他の図実施例３のセラミックヒータの駆動及び制御回路図実施例３の定着装置の制御シーケンスのフローチャート本発明を補足説明する図本発明を補足説明する他の図

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

以下、添付図面に基づき説明する。

図１は電子写真プロセスを用いた画像形成装置の概略構成図であり、例えばレ−ザプリンタの場合を示している。

レーザプリンタ本体１０１（以下、「本体１０１」という）は、記録紙Ｓを収納するカセット１０２を有する。そして、カセットの記録紙Ｓの有無を検知するカセット有無センサ１０３、カセットの記録紙Ｓのサイズを検知するカセットサイズセンサ１０４（復数個のマイクロスイッチで構成される）、カセットから記録紙Ｓを繰り出す給紙ローラ１０５等が設けられている。また、給紙ローラ１０５の下流には記録紙Ｓを同期搬送するレジストローラ対１０６が設けられている。更に、レジストローラ対１０６の下流にはレーザスキャナ部１０７からのレーザ光に基づいて記録紙Ｓ上にトナー像を形成する画像形成部１０８が設けられている。画像形成部１０８の下流には記録紙Ｓ上に形成されたトナー像を熱定着する定着器１０９が設けられている。そして、定着器１０９の下流には排紙部の搬送状態を検知する排紙センサ１１０、記録紙Ｓを排紙する排紙ローラ１１１、記録の完了した記録紙Ｓを積載する積載トレイ１１２が設けられている。この記録紙Ｓの搬送基準は、記録紙Ｓの画像形成装置の搬送方向に直交する方向の長さ、つまり記録紙Ｓの幅に対して中央になるように設定されている。

また、前記レーザスキャナ部１０７は、後述する外部装置１３１から送出される画像信号（画像信号ＶＤＯ）に基づいて変調されたレーザ光を発光するレーザユニット１１３を有する。そして、このレーザユニット１１３からのレーザ光を後述する感光ドラム１１７上に走査するためのポリゴンモータ１１４、結像レンズ１１５、折り返しミラー１１６等も有している。

そして、前記画像形成部１０８は、公知の電子写真プロセスに必要な、感光ドラム１１７、１次帯電ローラ１１９、現像器１２０、転写帯電ローラ１２１、クリーナ１２２等から構成されている。また、定着器１０９は定着フィルム１０９ａ、加圧ローラ１０９ｂ、定着フィルム内部に設けられたセラミック面発ヒータ１０９ｃ、セラミックヒータの表面温度を検出するサーミスタ１０９ｄから構成されている。

メインモータ１２３は、給紙ローラ１０５には給紙ローラクラッチ１２４を介して、レジストローラ対１０６にはレジストローラ１２５を介して駆動力を与えている。更に、感光ドラム１１７を含む画像形成部１０８の各ユニット、定着器１０９、排紙ローラ１１１にも駆動力を与えている。

そして、１２６はエンジンコントローラであり、レーザスキャナ部１０７、画像形成部１０８、定着器１０９による電子写真プロセスの制御、前記本体１０１内の記録紙の搬送制御を行なっている。

１２７はビデオコントローラであり、パーソナルコンピュータ等の外部装置１３１と汎用のインタフェース（セントロニクス、ＲＳ２３２Ｃ等）１３０で接続されている。そして、この汎用インタフェースから送られてくる画像情報をビットデータに展開し、そのビットデータをＶＤＯ信号として、エンジンコントローラ１２６へ送出している。

図２に本発明におけるセラミックヒータの駆動及び制御回路を示す。１は、本画像形成装置を接続する交流電源で、本画像形成装置は交流電力をＡＣフィルタ２，リレー４１を介してセラミックヒータ２４（１０９ｃ）の発熱体３，発熱体２０へ独立して供給することにより発熱体３，発熱体２０を発熱させる。なお、発熱体３と発熱体２０の発熱量は異なるものとする。

この発熱体３への電力の供給は、トライアック４の通電、遮断により制御を行う。抵抗５、６はトライアック４のためのバイアス抵抗でフォトトライアックカプラ７は、一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ７の発光ダイオードに通電することによりトライアック４をオンする。抵抗８はフォトトライアックカプラ７の電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ９によりフォトトライアックカプラ７をオン／オフする。トランジスタ９は抵抗１０を介してエンジンコントローラ１１（１２６）からのＯＮ１信号にしたがって動作する。

発熱体２０への電力の供給は、トライアック１３の通電、遮断により制御を行う。抵抗１４、１５はトライアック１３のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ１６は、一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ１６の発光ダイオードに通電することによりトライアック１３をオンする。抵抗１７はフォトトライアックカプラ１６の電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ１８によりフォトトライアックカプラ１６をオン／オフする。トランジスタ１８は抵抗１９を介してエンジンコントローラ１１からのＯＮ２信号にしたがって動作する。

また、交流電源１はＡＣフィルタ２を介して、ゼロクロス検出回路１２に入力される。ゼロクロス検出回路では、商用電源電圧がある閾値以下の電圧になっていることをエンジンコントローラ１１に対してパルス信号として報知する。以下、エンジンコントローラ１１に送出されるこの信号をＺＥＲＯＸ信号と呼ぶ。エンジンコントローラ１１はＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを検知し、このタイミングで位相制御または波数制御によりトライアック４または１３をオン／オフする。

また、２１は発熱体３，２０が形成されたセラミックヒータ２４の温度を検知するための温度検出素子、例えば、サ−ミスタ感温素子であり、セラミックヒータ上に発熱体に対して絶縁距離を確保できるように絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。この温度検出素子２１（１０９ｄ）によって検出される温度は、抵抗２２と、温度検出素子２１との分圧として検出され、エンジンコントローラ１１にＴＨ信号としてＡ／Ｄ入力される。セラミックヒータ２４の温度は、ＴＨ信号としてエンジンコントローラ１１において監視され、セラミックヒータ２４の設定温度と比較することによって、セラミックヒータ２４を構成する発熱体３，２０に供給するべき電力比を算出する。そして、その制御条件によりエンジンコントローラ１１がトランジスタ９にＯＮ１信号、あるいはトランジスタ１８にＯＮ２信号を送出する。

さらに、発熱体３，２０に電力を供給、制御する手段が故障し、発熱体３，２０が熱暴走に至った場合、過昇温を防止する一手段として、過昇温防止手段２３がセラミックヒータ２４上に配されている。過昇温防止手段２３は、例えば温度ヒューズやサーモスイッチである。電力制御手段の故障により、発熱体３，２０が熱暴走に至り過昇温防止手段２３が所定の温度以上になると、過昇温防止手段２３がＯＰＥＮになり、発熱体３および２０への通電が断たれる。

また、ＴＨ信号として監視されているセラミックヒータ２４の温度については、エンジンコントローラ１１において、温度制御の設定温度とは別に異常高温検知温度が設定されている。そして、ＴＨ信号から検知される温度がその異常高温検知温度以上になった場合は、エンジンコントローラ１１がＲＬＤ信号をＬｏｗレベルとし、トランジスタ４２をオフにし、リレー４１をオフにすることにより、発熱体３および２０への通電を遮断する。通常、温度制御時には常に、エンジンコントローラ１１はＲＬＤ信号をＨｉｇｈレベルとして送出し、トランジスタ４２をオンにし、リレー４１をオンにしている。抵抗４３は電流制限抵抗であり、抵抗４４はベース・エミッタ間のバイアス抵抗である。ダイオード４５はリレー４１のオフ時の逆起電力吸収用素子である。

本実施例におけるセラミックヒータ２４の概略について、図３に示す。図３（ａ）はセラミック面発ヒータの断面図であり、図３（ｂ）は発熱体３２（３），３３（２０）が形成されている面を示しており、図３（ｃ）は図３（ｂ）の示している面と相対する面を示している。

セラミックヒータ２４は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックス系の絶縁基板３１と、絶縁基板３１面上にペースト印刷等で形成されている発熱体３２，３３と、２本の発熱体を保護しているガラス等の保護層３４から構成されている。保護層３４上に、セラミック面発ヒータの温度を検出する温度検出素子２１と過昇温防止手段２３が、記録紙の搬送基準、つまり発熱部３２ａ、３３ａの長さ方向の中心に対し左右対称な位置で、かつ通紙可能な最小の記録紙幅より内側の位置に配設されている。

発熱体３２は、電力が供給されると発熱部分３２ａと、電極部３２ｃ，３２ｄと発熱体を接続する導電部３２ｂと、コネクタを介して電力が供給される電極部３２ｃ，３２ｄから構成されている。発熱体３３は、電力が供給されると発熱部分３３ａと電極部３２ｃ，３３ｄと接続される導電部３３ｂと、コネクタを介して電力が供給される電極部３２ｃ，３３ｄから構成されている。電極部３２ｃは、発熱体３２（３）と３３（２０）の２本の発熱体に接続されており、発熱体３２，３３の共通の電極となっている。また、発熱体３２，３３が印刷されている絶縁基板３１との対向面側に摺動性を向上させるためにガラス層が形成される場合もある。

共通電極３２ｃには、交流電源１のＨＯＴ側端子から過昇温防止手段２３を介して接続される。電極部３２ｄは発熱体３２（３）を制御するトライアック４に接続され、交流電源１のＮｅｕｔｒａｌ端子に接続される。電極部３３ｄは発熱体３３（２０）を制御するトライアック１３に電気的に接続され、交流電源１のＮｅｕｔｒａｌ端子に接続される。セラミックヒータ２４（１０９ｃ）は、図４に示したように、フィルムガイド６２によって支持されている。６１（１０９ａ）は、円筒状の耐熱材製の定着フィルムであり、セラミックヒータ２４を下面側に支持させたフィルムガイド６２に外嵌させてある。そして、フィルムガイド６２の下面のセラミックヒータ２４と、加圧部材の弾性加圧ローラ６３（１０９ｂ）とをフィルム６１を挟ませて弾性加圧ローラ６３の弾性に抗して所定の加圧力で圧接させて、加熱部としての所定幅の定着ニップ部を形成している。

また、過昇温防止手段２３、例えば、サーモスタットがセラミックヒータ２４の絶縁基板３１面上または、保護層３４面上に当接されている。サーモスタット２３はフィルムガイド６２に位置を矯正され、サーモスタット２３の感熱面がセラミックヒータ２４の面上に当接されている。図示はしていないが、温度検出素子２１も同様にセラミックヒータ２４の面上に当接されている。ここで、図４のように、セラミックヒータ２４は、発熱体３２、３３がニップ部と反対側にあっても、発熱体がニップ部側にあってもかまわない。また、フィルム６１の摺動性を上げるために、フィルム６１とセラミックヒータ２４との界面に摺動性のグリースを塗布してもよい。

本実施例における定着器の制御シーケンスの概略のフローチャートを図５に示す。また、発熱体３，２０の通電概略波形を図６に示す。

エンジンコントローラ１１において、セラミックヒータ２４への電力供給の開始要求が発生すれば（Ｓ１）、エンジンコントローラ１１において、レーザプリンタ本体に通紙される紙のサイズや、環境温度等の条件から定着目標温度を決定する。通紙する紙のサイズが小さい場合や薄い場合は、一般的に定着目標温度を低く設定し、紙サイズが大きい場合や厚い場合は、一般的に定着目標温度を高く設定している。

エンジンコントローラ１１は、内部で設定されている所定の温度になるように、ＴＨ信号からの情報を基にＰＩ制御により、発熱体３、２０に供給する電力を制御する。目標の所定温度ＴｔとＴＨ信号からの温度Ｔｎとの差分から、制御する電力の制御段階ＤＮが演算される（Ｓ２）。比例制御に対応する操作量である制御段階をＤＮｐ、時間ｔにおける積分制御に対応する操作量である制御段階をＤＮｉ（ｔ）、温度検出手段から検出される温度をＴｎ、目標温度をＴｔとすると、制御段階ＤＮは、例えば次式によって決定される。

ＤＮ＝ＤＮｐ＋ＤＮｉ（ｔ）＝Ａｐ×（Ｔｔ−Ｔｎ）＋Ａｉ／ｔｉ×Σ_ｔ−ｔｉ ^ｔ（Ｔｔ−Ｔｎ）・・・・式（１）
ただし、Ａｐは比例制御における係数、Ａｉは積分制御における係数、ｔｉは積分周期である。

上記の式（１）により算出された比例制御に対応する制御段階ＤＮｐと積分制御に対応する制御段階ＤＮｉ（ｔ）の和が、ＰＩ制御式に基づく制御段階ＤＮとなる（Ｓ２）。

まず、発熱体３を優先して制御する（Ｓ３）。つまり、所定の制御段階まではＯＮ１信号のみで位相制御しＯＮ２信号をオフとして制御し、所定の制御段階以上はＯＮ１信号をフルＯＮとしＯＮ２信号で位相制御として制御する。
例えば、発熱体３と発熱体２０の抵抗比率が
（発熱体３の抵抗値Ｒ１）：（発熱体２０の抵抗値Ｒ２）＝２：３・・・・式（２）
の場合、下記のような表１をエンジンコントローラ１１内に有しており、この制御表に基づき制御を行う。なお、表１の制御段階の数は４０であるが、他の所定数の制御段階の数であってもよい。

エンジンコントローラ１１は、優先発熱体が発熱体３であるから、発熱体３を制御するＯＮ１信号として位相角αを、補助発熱体２０を制御するＯＮ２信号として位相角βを決定する。エンジンコントローラ１１は、ＺＥＲＯＸ信号をトリガにして、ＯＮ１信号を位相角αで、ＯＮ２信号を位相角βでオンパルスを送出し、セラミック面発ヒータ１０９ｃ（２４）を位相制御により電力を制御して、温度制御を行う（Ｓ４）。入力電源の商用周波数において、正負対称になるように、全波周期では同じ制御を行う。この時の発熱体３，２０への通電概略波形は、図６の（ａ）の区間になる。

次の全波周期では、優先する発熱体を発熱体２０に切替える（Ｓ５）。つまり、所定の制御段階まではＯＮ２信号のみで位相制御しＯＮ１信号をオフとして制御し、所定の制御段階以上はＯＮ２信号をフルＯＮとしＯＮ１信号で位相制御として制御する。エンジンコントローラ１１は、表１に基づき、優先発熱体が発熱体２０であるから、発熱体２０を制御するＯＮ２信号として位相角αを、補助発熱体３を制御するＯＮ１信号として位相角βを決定する。そして、この位相角は発熱体３を優先して制御していたときと同じ制御段階、同じ位相角に設定する。つまり、優先制御する発熱体が切替わるだけである。エンジンコントローラ１１は、ＺＥＲＯＸ信号をトリガにして、ＯＮ１信号を位相角βで、ＯＮ２信号は位相角αでオンパルスを送出し、セラミック面発ヒータ１０９ｃ（２４）を位相制御により電力を制御して、温度制御を行う（Ｓ６）。入力電源の商用周波数において、正負対称になるように、全波周期では同じ制御を行う。この時の発熱体３，２０への通電概略波形は、図６の（ｂ）の区間になる。

そして、ヒータ温調制御終了の要求がくるまで、表１に基づき、温調制御を行う（Ｓ７）。つまり、制御段階ＤＮの更新すなわち切替周期は、入力電源の商用周波数の２倍の全波周期となる。なお、２倍以外の整数倍周期毎に更新してもよい。

図６は、４更新周期の波形を示す。
第１の更新周期：優先発熱体が全点灯（α＝０：ＦＵＬＬ＿ＯＮ）、補助発熱体が位相角β１で点灯。
第２の更新周期：優先発熱体が位相角α１で点灯、補助発熱体がオフ（β＝１８０：ＯＦＦ）。
第３の更新周期：優先発熱体が位相角α２で点灯、補助発熱体がオフ（β＝１８０：ＯＦＦ）。
第４の更新周期：優先発熱体が全点灯（α＝０：ＦＵＬＬ＿ＯＮ）、補助発熱体が位相角β２で点灯。

上記第１及び第４の更新周期では、優先して制御されている発熱体を入力電源の商用周波数の全波周期でオンして発熱させても電力が不足する場合であり、そのため他方の発熱体を入力電源の商用周波数で位相角で電力制御している。

このように、本実施例の表１において、エンジンコントローラの電力の制御段階ＤＮは４０分割で、発熱体３を優先して制御する場合の電力デューティと線形関係になるように設定されている。この関係を図７に示す。更新周期間において、発熱体２０を優先して制御する場合は、発熱体３を優先して制御する時と同じ制御段階、同じ位相角で制御するため、電力デューティと制御段階ＤＮは線形関係にならない。よって、更新周期間の平均電力で考えた場合も、制御段階ＤＮに対して線形関係にならない。

一方、更新周期間で同じ位相角で制御することにより、図８に示すように、発熱体２０に対する発熱体３の発熱比率は、一定の１．５となり、式（２）で決定されている抵抗値比率に等しくなる。

１つの手段として、どちらの発熱体を優先して制御しても制御段階ＤＮと電力デューティが線形関係になるように、制御段階と位相角の関係を優先させる発熱体に応じて設定する場合がある。この関係を図１３に示す。しかしながら、この制御の場合は、図１４に示すように、発熱体２０に対する発熱体３の発熱比率は、制御段階ＤＮにより変化し、式（２）で決定されている抵抗値比率に等しくならない。よって、制御している制御段階ＤＮにより、セラミック面発ヒータの通紙方向の温度分布が異なることになる。定着器に通紙している時の平均の制御段階ＤＮは、定着器の目標温度が同じ温度であっても、入力の電圧条件や、通紙するメディアの厚さやサイズの条件などにより変化し、温度分布も変化するため温度分布を制御するのが困難となる。この制御に対して、本実施例で提案した制御を行うことにより、２本の発熱体比率は、制御段階ＤＮによらず、常に抵抗値で設定した比率となるため、セラミック面発ヒータの通紙方向の温度分布を制御もしくは予想することが容易となる。発熱体を制御する電力は、制御段階ＤＮに対して線形でないものの、ＰＩ制御を行うことにより十分収束する制御となる。

また、どちらか１本の発熱体しか位相制御をしていないため、電流歪みを抑え高調波電流を抑制することができる。さらに、どちらか１本の発熱体をオフかフルオンし、もう１本の発熱体を位相制御しているため、温度リプルの少ない精度のよい温度制御ができるとともに、フリッカの低減を図ることができる。

第１の実施例と重複する点は説明を省略する。

定着器の制御シーケンスの概略は、第１の実施例で同じであり、発熱体３，２０の通電概略波形も図６と同じになる。

下記のような表２をエンジンコントローラ１１内に有しており、この制御表に基づき制御を行う。

上記のように、本実施例の表２において、エンジンコントローラの電力の制御段階ＤＮは４０分割で、発熱体３を優先して制御する場合と発熱体２０を優先して制御する場合との更新周期間の平均の電力デューティと線形関係になるように設定されている。この関係を図９に示す。更新周期間において、発熱体３を優先して制御する場合も発熱体２０を優先して制御する場合も同じ制御段階、同じ位相角で制御するため、どちらの発熱体を優先している場合も単独では、電力デューティと制御段階ＤＮは線形関係にならない。入力電源の商用周波数の１全波周期で交互に優先して制御する発熱体を切替えているため、制御段階ＤＮの更新周期である２全波周期における平均の電力デューティは、制御段階に対して線形関係になる。よって、ＰＩ制御をすることにより、適切な温度制御をすることができる。

また、更新周期間で同じ位相角で制御しているため、図１０に示すように、発熱体２０に対する発熱体３の発熱比率は、一定の１．５となり、式（２）で決定されている抵抗値比率に等しくなる。

つまり、実施例で提案した制御を行うことにより、２本の発熱体比率は、制御段階ＤＮによらず、常に抵抗値で設定した比率となるため、セラミック面発ヒータの通紙方向の温度分布を制御もしくは予想することが容易となる。発熱体を制御する電力は、制御段階の更新周期間において、制御段階ＤＮに対して線形となるため、ＰＩ制御を行うことにより、温度リプルの少ない応答性のよい温度制御を行うことができる。

第１または第２の実施例と重複する点は説明を省略する。

図１１に本発明におけるセラミックヒータの駆動及び制御回路を示す。

ＡＣフィルタ２を介して交流電源１に、カレントトランス２５が接続されている。カレントトランス２５は、発熱体３及び発熱体２０に通電させる合成電流を検出し、２次側で電圧として変化し、電流検出回路２７に入力される。電流検出回路２７で、平均値あるいは実効値、もしくは、それらに相当する値に変換され、ＨＣＲＲＴ１信号としてエンジンコントローラ１１に報知される。

エンジンコントローラ１１においては、電流検出回路２７から検出された電流値と、エンジンコントローラ１１内で設定されている発熱体３及び発熱体２０へ供給可能な最大電流とを比較して、上限制御段階ＤＮｌｉｍｉｔを算出する。

図１２に本発明における定着器の制御シーケンスの概略のフローチャートを示す。

エンジンコントローラ１１において、セラミックヒータ２４への電力供給の開始要求が発生すれば（Ｓ３０１）、エンジンコントローラ１１において、レーザプリンタ本体に通紙される紙のサイズや、環境温度等の条件から定着目標温度を決定する。

エンジンコントローラ１１は、内部で設定されている所定の温度になるように、ＴＨ信号からの情報を基にＰＩ制御により、発熱体３、２０に供給する電力を制御する。目標の所定温度ＴｔとＴＨ信号からの温度Ｔｎとの差分から、制御する電力の制御段階ＤＮが演算される（Ｓ３０２）。

制御段階ＤＮとエンジンコントローラ１１で決定されている上限制御段階ＤＮｌｉｍｉｔと比較し（Ｓ３０３）、制御段階ＤＮが上限制御段階ＤＮｌｉｍｉｔより大きければ、制御段階ＤＮを上限制御段階ＤＮｌｉｍｉｔとする（Ｓ３０４）。すなわち、上限制御段階以下で制御する。

まず、発熱体３（第１の発熱体）を優先して制御する（Ｓ３０５）。エンジンコントローラ１１は、優先発熱体が発熱体３であるから、発熱体３を制御するＯＮ１信号として位相角αを、補助発熱体２０を制御するＯＮ２信号として位相角βを決定する。エンジンコントローラ１１は、ＺＥＲＯＸ信号をトリガにして、ＯＮ１信号を位相角αで、ＯＮ２信号を位相角βでオンパルスを送出し、セラミック面発ヒータ１０９ｃ（２４）を温度制御する（Ｓ３０６）。入力電源の商用周波数において、正負対称になるように、全波周期では同じ制御を行う。この時、電流検出回路２７からＨＣＲＲＴ１信号として報知される発熱体への通電流値と、制御段階ＤＮと、設定されている発熱体へ供給可能な最大電流とから、優先発熱体が発熱体３である場合の上限制御段階ＤＮ１＿ｌｉｍｉｔを算出する（Ｓ３０７）。この上限制御段階ＤＮ１＿ｌｉｍｉｔを、第１の上限制御段階とする。

次の全波周期では、優先する発熱体を発熱体２０（第２の発熱体）に切替える（Ｓ３０８）。エンジンコントローラ１１は、優先発熱体が発熱体２０であるから、発熱体２０を制御するＯＮ２信号として位相角αを、補助発熱体３を制御するＯＮ１信号として位相角βを決定する。エンジンコントローラ１１は、ＺＥＲＯＸ信号をトリガにして、ＯＮ１信を位相角βで、ＯＮ２信号は位相角αでオンパルスを送出し、セラミック面発ヒータ１０９ｃ（２４）を温度制御する（Ｓ３０９）。入力電源の商用周波数において、正負対称になるように、全波周期では同じ制御を行う。この時、電流検出回路２７からＨＣＲＲＴ１信号として報知される発熱体への電流値と、制御段階ＤＮと、設定されている発熱体へ供給可能な最大電流とから、優先発熱体が発熱体２０である場合の上限制御段階ＤＮ２＿ｌｉｍｉｔを算出する（Ｓ３１０）。この上限制御段階ＤＮ２＿ｌｉｍｉｔを、第２の上限制御段階とする。

上限制御段階ＤＮ１＿ｌｉｍｉｔとＤＮ２＿ｌｉｍｉｔを比較し（Ｓ３１１）、小さい制御段階値を上限制御段階ＤＮとする（Ｓ３１２，Ｓ３１３）。

そして、ヒータ温調制御終了の要求がくるまで、温調制御を行う（Ｓ３１４）。つまり、制御段階ＤＮの更新は、入力電源の商用周波数の２全波周期となる。

上記のように、それぞれの発熱体を優先して制御する場合の上限制御段階を算出し、小さい値を上限制御段階として、更新周期間において、どちらの発熱体を優先して制御する場合も同じ上限制御段階で制限をかける。その結果、許容電流以上の電流を加熱手段に供給しないように制御し、かつ、制限がかかっている場合も、２本の発熱体比率は、抵抗値で設定した比率となるため、セラミック面発ヒータの通紙方向の温度分布を制御もしくは予想することが容易となる。

３，２０，３２，３３発熱体
１１，１２６エンジンコントローラ
２１，１０９ｄ温度検出素子
２４，１０９ｃセラミックヒータ
６２，１０９ｂ定着フィルム
６３，１０９ｃ加圧ローラ

Claims

第１発熱体と、
第２発熱体と、
商用電源から前記第１発熱体への電力供給路に設けられている第１駆動素子と、
商用電源から前記第２発熱体への電力供給路に設けられている第２駆動素子と、
温度検知素子と、
前記温度検知素子の検知温度に応じた制御段階で前記第１駆動素子と前記第２駆動素子を制御する制御部と、
を有し、記録材上に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
前記第１発熱体の抵抗値と前記第２発熱体の抵抗値は異なっており、
前記制御段階の更新周期は、商用電源の交流波形の２周期、または２周期の整数倍の周期であり、
前記制御部は、１つの前記制御段階で前記第１駆動素子と前記第２駆動素子を制御している期間中、優先して電力供給する発熱体が前記第１発熱体から前記第２発熱体へ切り替わるように、且つ、前記第１発熱体と前記第２発熱体に流れる交流波形が正負の対称性を維持するように、前記第１駆動素子と前記第２駆動素子を制御することを特徴とする像加熱装置。
前記制御部は、前記制御段階に拘らず、前記第１発熱体の発熱量と前記第２発熱体の発熱量の比が一定になるように前記第１駆動素子と前記第２駆動素子を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。
前記第１発熱体と前記第２発熱体は一つの基板上に設けられており、前記装置は更に、前記基板と接触しつつ移動するベルトと、前記ベルトを介して前記基板と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧ローラと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の像加熱装置。
前記第１発熱体の抵抗値と前記第２発熱体の抵抗値は異なっており、抵抗値の低い発熱体が抵抗値の高い発熱体よりも記録材搬送方向上流側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
交流電源から供給される電力で発熱する第１発熱体と、
前記第１発熱体とは独立して制御可能であり前記交流電源から供給される電力で発熱する第２発熱体と、
温度検知素子と、
前記温度検知素子の検知温度に応じた制御段階で前記第１発熱体と前記第２発熱体を制御する制御部と、
を有し、記録材上に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
前記制御段階の更新周期は、前記交流電源の交流波形の２周期、または２周期の整数倍であり、
前記制御部は、
前記第１発熱体と前記第２発熱体のうちの一方を優先発熱体として、前記優先発熱体への電力供給のみで前記制御段階に対応する電力を満たす場合は、交流の同位相の半波において他方の発熱体へ電力供給せず、
前記優先発熱体への電力供給のみでは前記制御段階に対応する電力に満たない場合、他方の発熱体を補助発熱体として、交流の同位相の半波における前記補助発熱体への電力供給で電力の不足分を補い、
１更新周期の期間中、前記優先発熱体を前記第１発熱体から前記第２発熱体へ切り替えると共に、前記第１発熱体が前記優先発熱体である時の前記第１発熱体への電力供給の位相角と、前記第２発熱体が前記優先発熱体である時の前記第２発熱体への電力供給の位相角と、を同位相とし、前記第１発熱体が前記補助発熱体である時の前記第１発熱体への電力供給の位相角と、前記第２発熱体が前記補助発熱体である時の前記第２発熱体への電力供給の位相角と、を同位相とすることを特徴とする像加熱装置。
前記第１発熱体の抵抗値と前記第２発熱体の抵抗値は異なっていることを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置。
前記第１発熱体を前記優先発熱体とした場合の前記第１発熱体への電力デューティ比、または、前記第２発熱体を前記優先発熱体とした場合の前記第２発熱体への電力デューティ比、または、前記第１発熱体を前記優先発熱体とした場合の前記第１発熱体への電力デューティ比と前記第２発熱体を前記優先発熱体とした場合の前記第２発熱体への電力デューティ比の前記更新周期期間の平均の電力デューティ比、が前記制御段階と線形の関係になっていることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
前記第１発熱体と前記第２発熱体は一つの基板上に設けられており、前記装置は更に、前記基板と接触しつつ移動するベルトと、前記ベルトを介して前記基板と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧ローラと、を有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の像加熱装置。
前記第１発熱体の抵抗値と前記第２発熱体の抵抗値は異なっており、抵抗値の低い発熱体が抵抗値の高い発熱体よりも記録材搬送方向上流側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の像加熱装置。
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の像加熱装置を有することを特徴とする画像形成装置。