(57)【要約】【課題】１つの整流素子のみの安価な回路構成で複数のヒーターへの電力供給状態を切り替える場合に、印刷処理の生産性を低下させない画像形成装置およびヒーターの切替方法を提供することである。【解決手段】画像形成装置は、複数のヒーターと、交流電力を整流して直流電力を出力する整流回路と、ＰＷＭ制御によりヒーターに供給する電力を制御する制御部と、中央ヒーター５２に電力を供給するか、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５に電力を供給するかを切替えるトライアック５６とを備える。制御部は、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５に電力を供給している第１状態から中央ヒーター５２に電力を供給する第２状態に切替える場合、第２状態に切替える時間を、ＰＷＭ制御による複数のヒーターへの電力供給を停止してから所定期間内に行われるように制御する。【選択図】図４
2020190622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置であって、
シートに画像を定着させるための複数のヒーターと、
交流電源からの交流電力を整流して、前記複数のヒーターに直流電力を出力する整流回路と、
前記整流回路から出力する前記直流電力をＰＷＭ制御により、前記複数のヒーターに供給する電力を制御する制御部と、
前記複数のヒーターのうち第１ヒーターに電力を供給するか、前記第１ヒーターおよび第２ヒーターに電力を供給するかを整流素子により切替える切替部とを備え、
前記制御部は、
前記切替部で、前記第１ヒーターおよび前記第２ヒーターに電力を供給している第１状態から前記第１ヒーターに電力を供給する第２状態に切替える場合、前記第２状態に切替える時間を、ＰＷＭ制御による前記複数のヒーターへの電力供給を停止してから所定期間内に行われるように前記切替部を制御する、画像形成装置。
【請求項２】
前記所定期間は、前記複数のヒーターへの突入電流が発生する時間よりも短い時間である、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記複数のヒーターのうち少なくとも１つのヒーターの温度を検知するヒーター温度検知部をさらに備え、
前記制御部は、
前記ヒーター温度検知部の検知結果に基づいて前記所定期間を定める、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記ヒーター温度検知部は、赤外線量に基づいて前記複数のヒーターのうち少なくとも１つのヒーターの温度を検知する、請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記画像形成装置の周囲の温度を検知する周囲温度検知部をさらに備え、
前記制御部は、
前記周囲温度検知部の検知結果に基づいて前記所定期間を定める、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第２状態に切替える時間は、前記第２状態へと切り替えるために前記整流素子をオンすることに必要な時間とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記整流素子はトライアックである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記整流素子はサイリスタである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記制御部は、マイクロコンピュータで構成される、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記切替部が前記所定期間内に前記第２状態に切替えることができない場合、ＰＷＭ制御のデューティ比を段階的に高くする制御を行う、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記制御部は、
前記画像形成装置で実行するジョブ内容に基づいて前記所定期間を定める、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記ジョブ内容は、前記第１状態から前記第２状態へ切り替える前で実行されるジョブの種類および実行頻度である、請求項１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記複数のヒーターは、シートに画像を定着させる定着部に設けられ、
前記第１ヒーターは、前記定着部の中央部分を加熱し、前記第２ヒーターは、前記定着部の端部を加熱する、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
シートに画像を定着させるための複数のヒーターと、交流電源からの交流電力を整流して、前記複数のヒーターに直流電力を出力する整流回路と、前記整流回路から出力する前記直流電力をＰＷＭ制御により、前記複数のヒーターに供給する電力を制御する制御部と、前記複数のヒーターのうち第１ヒーターおよび第２ヒーターに電力を供給する第１状態か、前記第１ヒーターに電力を供給する第２状態かを整流素子により切替える切替部とを備える画像形成装置でのヒーターの切替方法であって、
ＰＷＭ制御による前記複数のヒーターへの電力供給を停止するステップと、
電力供給を停止してから所定期間内に、前記第２状態に前記整流素子を切替えるステップとを含む、ヒーターの切替方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、シートに画像を定着させるための複数のヒーターを備える画像形成装置、およびヒーターの切替方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、転写されたトナー像を紙（シート）に定着するために加熱ローラーで紙を加熱している。しかし、画像形成装置で処理される紙のサイズには様々なサイズがあり、サイズの大きい紙を定着する場合、加熱ローラー全体を加熱する必要があるが、サイズの小さい紙を定着する場合、加熱ローラーの中央を加熱すれば十分である。
【０００３】
そこで、特許文献１では、加熱ローラーに中央ヒーターと端部ヒーターとを設け、紙のサイズに応じて２つのヒーターを切替える画像形成装置を開示している。特許文献１に記載の画像形成装置では、加熱ローラーに設けたヒーターに商用電源の交流電力を供給し、当該交流電力を制御することでヒーターの温度調整を行う交流位相制御方式を採用している。そのため、特許文献１の回路構成には、加熱ローラーに設けた２つのヒーターを切り替えるスイッチとして２つのトライアックが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２３２２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
画像形成装置では、交流位相制御方式でヒーターの温度調整を行う以外に、交流電力を直流電力に変換しスイッチング素子でＰＷＭ制御することでヒーターの温度調整を行うＰＷＭ制御方式が知られている。ＰＷＭ制御方式を採用した画像形成装置では、交流位相制御方式を採用した場合に比べて、力率が改善し、電力制御を精度よく行えるとともに騒音の発生を抑えることができる。
【０００６】
しかし、ＰＷＭ制御方式を採用し、加熱ローラーに設けた２つのヒーターを切り替えるスイッチを１つのトライアック（整流素子）のみで行う画像形成装置の場合、片方のヒーターのみを切り替えたいときでもトライアックの性質上、一度すべてのヒーターに流れる電力供給を一時的に停止する必要がある。
【０００７】
このとき、電力供給を停止する必要のなかったヒーターを停止してしまうことにより、当該ヒーターの温度が下がり低抵抗となるため、突入電流が発生しやすい状態となる。したがって、電力供給を再開するとき、突入電流の発生を防止するため電力供給量を段階的に高くする処理が必要であり、その結果、画像形成装置の印刷処理の生産性が低下するという課題があった。
【０００８】
本開示は係る実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、１つの整流素子のみの安価な回路構成で複数のヒーターへの電力供給状態を切り替える場合に、印刷処理の生産性を低下させない画像形成装置およびヒーターの切替方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示のある局面に従う画像形成装置は、シートに画像を定着させるための複数のヒーターと、交流電源からの交流電力を整流して、複数のヒーターに直流電力を出力する整流回路と、整流回路から出力する直流電力をＰＷＭ制御により、複数のヒーターに供給する電力を制御する制御部と、複数のヒーターのうち第１ヒーターに電力を供給するか、第１ヒーターおよび第２ヒーターに電力を供給するかを整流素子により切替える切替部とを備え、制御部は、切替部で、第１ヒーターおよび第２ヒーターに電力を供給している第１状態から第１ヒーターに電力を供給する第２状態に切替える場合、ＰＷＭ制御による複数のヒーターへの電力供給を停止してから所定期間内に、第２状態に切替えるように切替部を制御する。
【００１０】
本開示のある局面に従う方法は、シートに画像を定着させるための複数のヒーターと、交流電源からの交流電力を整流して、複数のヒーターに直流電力を出力する整流回路と、整流回路から出力する直流電力をＰＷＭ制御により、複数のヒーターに供給する電力を制御する制御部と、複数のヒーターのうち第１ヒーターに電力を供給する第１状態か、第１ヒーターおよび第２ヒーターに電力を供給する第２状態かを整流素子により切替える切替部とを備える画像形成装置でのヒーターの切替方法であって、ＰＷＭ制御による複数のヒーターへの電力供給を停止するステップと、電力供給を停止してから所定期間内に、第２状態に整流素子を切替えるステップとを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の画像形成装置およびヒーターの切替方法では、ＰＷＭ制御による複数のヒーターへの電力供給を停止してから所定期間内に、第２状態に切替えることで、印刷処理の生産性を下げることなく、１つの整流素子のみの安価な回路構成で複数のヒーターへの電力供給状態を切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】画像形成装置１の全体構成を示す図である。
【図２】画像形成装置１の回路構成を示す図である。
【図３】ヒーターのオフ時間と素子破損限界時間Ｔ２との関係を示す図である。
【図４】デューティ比を一度に高くする制御を行う場合の各ヒーターへ供給する電力制御のタイミング図である。
【図５】デューティ比を段階的に高くする制御を行う場合の各ヒーターへ供給する電力制御のタイミング図である。
【図６】第１状態から第２状態への切替制御手順を示すフローチャートである。
【図７】素子破損限界時間Ｔ２を定めるための一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本開示に係る技術思想の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
［実施の形態１］
＜画像形成装置の全体構成＞
図１は、画像形成装置１の全体構成を示す図である。図１において、画像形成装置１は、例えば、複写機、プリンタまたはファクシミリ、もしくは、これらの機能を備えた複合機であって、画像をシートである印刷媒体Ｍ（例えば用紙、フィルム、シールなど）に印刷する。
【００１４】
画像形成装置１は、大略的に、給紙部２と、レジストローラー対３と、画像形成部４と、定着部５と、操作／入力部６と、制御部７と、電源部８と、周囲温度検知部９とを備える。以下、画像形成装置１の印刷動作時の各構成の動作について説明する。
【００１５】
給紙部２には、未使用の印刷媒体Ｍが積載される。給紙部２は、印刷媒体Ｍを一枚ずつ、図１中に破線で示す搬送経路ＦＰに送り出す。レジストローラー対３は、搬送経路ＦＰ上であって、給紙部２の下流側に設けられる。レジストローラー対３は、給紙部２から送り出された印刷媒体Ｍを一旦停止させた後、所定のタイミングで二次転写領域に送り出す。
【００１６】
画像形成部４は、例えば、周知の電子写真方式およびタンデム方式により、トナー画像を中間転写ベルト上に生成する。かかるトナー画像は、中間転写ベルトにより担持され、二次転写領域に向けて搬送される。
【００１７】
二次転写領域には、レジストローラー対３から印刷媒体Ｍが送り込まれ、また、画像形成部４からトナー画像が搬送されてくる。二次転写領域において、トナー画像は中間転写ベルトから印刷媒体Ｍに転写される。
【００１８】
定着部５において、加熱ローラー５１および加圧ローラー５３は当接してニップを形成する。また、加熱ローラー５１は、筒状の芯金内に複数のヒーターを内蔵する。各ヒーターは、例えばハロゲンヒーターであって、電源部８から供給される電流により点灯する。
【００１９】
加圧ローラー５３は、制御部７の制御下で回転する。加熱ローラー５１は加圧ローラー５３の回転に従動して回転する。印刷媒体Ｍがニップに送り込まれると、印刷媒体Ｍは、加熱ローラー５１と加圧ローラー５３とにより加圧され、また、加熱ローラー５１により加熱される。その結果、印刷媒体Ｍにトナーが定着する。その後、印刷媒体Ｍは排紙トレイに向けて送り出される。
【００２０】
定着部５はさらに、例えばサーミスタであるヒーター温度検知部５４を含む。ヒーター温度検知部５４は、ヒーターの温度を検知し、検知結果を制御部７に出力する。ヒーター温度検知部５４は、後述する中央ヒーター５２または端部ヒーター５５のうちのいずれかの温度のみを検知してもよいし、もしくは、両ヒーターの温度を検知してもよい。
【００２１】
操作／入力部６は、テンキーやタッチパネル等を含んでいる。ユーザーは、操作／入力部６を操作して、各種情報を入力する。
【００２２】
制御部７において、ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムを、ＲＡＭを作業領域として使いながら実行する。制御部７は、様々な制御を行うが、本実施の形態で重要であるのは、ヒーターの通電制御である。具体的には、制御部７は、ヒーター温度検知部５４の検出結果が目標温度となるように、後述のスイッチング素子８３１のデューティ比をＰＷＭ制御する。本実施の形態において、制御部７はマイクロコンピュータで構成される。
＜回路構成＞
図２は、画像形成装置１の回路構成を示す図である。図２では、主に電源部８および定着部５の回路構成を図示している。電源部８は、整流回路８１と、ノイズフィルタ８２と、チョッパ回路８３とを含む。整流回路８１は、商用電源に接続され、交流電力を直流電力へ変換する。
【００２３】
定着部５は、加熱ローラー５１の中に中央ヒーター５２と端部ヒーター５５とを備える。図２において、図での表現上、中央ヒーター５２と端部ヒーター５５を分離している。すなわち、本実施の形態では、両ヒーターが備えられている加熱ローラーは、同一の加熱ローラー５１である。しかし、端部ヒーター５５は、中央ヒーター５２とは分離して、加圧ローラー５３に備えられてもよい。
【００２４】
ノイズフィルタ８２は、例えばπ型フィルタであって、整流回路８１の出力側に縦続接続される。具体的には、ノイズフィルタ８２は、コイルＬ１と、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とを含んでいる。コイルＬ１は中央ヒーター５２および端部ヒーター５５と直列に、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とは中央ヒーター５２および端部ヒーター５５と並列に接続される。
【００２５】
チョッパ回路８３は、例えば降圧チョッパ回路であって、ノイズフィルタ８２の出力側に縦続接続される。この場合、チョッパ回路８３は、コイル（リアクトル）Ｌ２と、還流素子Ｄ１と、スイッチング素子８３１と、駆動回路８３２とを含んでいる。
【００２６】
コイルＬ２は、コイルＬ１と中央ヒーター５２および端部ヒーター５５との間に直列に接続される。
【００２７】
還流素子Ｄ１は、例えばダイオードであって、コイルＬ２よりもノイズフィルタ８２側に、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５と並列に接続される。より具体的には、還流素子Ｄ１のカソードがコイルＬ１およびコイルＬ２の間に、そのアノードが中央ヒーター５２および端部ヒーター５５とスイッチング素子８３１のコレクタとの間に電気的に接続されるよう、還流素子Ｄ１は配置される。
【００２８】
また、スイッチング素子８３１は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、還流素子Ｄ１よりもノイズフィルタ８２側に、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５と直列接続される。
【００２９】
より具体的には、スイッチング素子８３１のコレクタが中央ヒーター５２と端部ヒーター５５に、そのエミッタが整流回路８１の出力側に電気的に接続されるよう、スイッチング素子８３１は配置される。駆動回路８３２は、スイッチング素子８３１のゲートに接続されて、制御部７の制御下でスイッチング素子８３１のデューティ比および駆動周波数を設定する。以上のようなチョッパ回路８３の出力端子間に中央ヒーター５２と端部ヒーター５５とが接続される。
【００３０】
トライアック５６は、端部ヒーター５５への電力供給状態を切り替えるためのスイッチとして機能する整流素子である。トライアック５６は、ゲートに電流を印加することでオン状態となる。具体的に、トライアック５６は、例えばフォトトライアックカプラであり、制御部７からの信号でオン状態とオフ状態との切り替えを行う。
【００３１】
ただし、オン状態にするために、必要なゲート電流であるゲートトリガ電流がそれぞれのトライアックに定められている。また、オン状態からオフ状態に切り替える場合、トライアック５６に流れる電流を保持電流以下としなければならない。
【００３２】
なお、上記で述べたトライアックの特徴と同様の特徴を有するサイリスタをスイッチとして利用してもよい。また、リレー・ＦＥＴ等の部品を使用しても本回路を構成することは可能であるが、リレーは開閉回数が多くなり接点の寿命が短く、開閉時の突入電流が大きい事で回路信頼性に不利である。また、ＦＥＴは高価である点で不利である。
【００３３】
整流回路８１は、商用電源から供給される交流電力を全波整流して直流電力を生成する。ノイズフィルタ８２は、整流回路８１の出力電流からノイズを除去する。ここで、ノイズフィルタ８２のコンデンサＣ１，Ｃ２は、スイッチング素子８３１を流れるパルス状電流の高周波成分が商用電源側に漏れることを防止している。
【００３４】
中央ヒーター５２および端部ヒーター５５に電力供給する際、制御部７は制御信号を駆動回路８３２に入力する。当該制御信号により、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５を少なくともオンさせる時間区間（つまり、デューティ比）が発生する。駆動回路８３２は、当該制御信号が示すデューティ比でスイッチング素子８３１をオン／オフさせるための駆動信号を生成し、スイッチング素子８３１のゲートに供給する。
【００３５】
スイッチング素子８３１は、商用電源の周波数よりもはるかに高い周波数（例えば、２０ｋＨｚ）でスローアップされる。スイッチング素子８３１をオン状態にすると、コイルＬ２、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５に、整流回路８１で生成された直流電力がスイッチング素子８３１を介して流れる。この間、リアクタンス素子であるコイルＬ２は、自身を流れる電力の一部を磁気エネルギーとして蓄える。
【００３６】
一方、スイッチング素子８３１をオフ状態にすると、スイッチング素子８３１がオン状態の間にコイルＬ２に蓄えられた磁気エネルギーが残留電力として放出されて中央ヒーター５２および端部ヒーター５５に供給される。この電流は、回生ダイオードとしての還流素子Ｄ１を介してコイルＬ２に戻る。
【００３７】
以上のような電源部８の動作により、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５への入力電流の波形は、正弦波に近くなる。これにより、電源部８の力率が向上すると共に、入力電流から高調波電流が低減される。
【００３８】
当該回路構成では、シートのサイズに応じて端部ヒーター５５への電力供給のオン状態とオフ状態とを切り替えている。例えば、サイズの大きいシート（Ａ３用紙など）を定着させる場合、端部ヒーター５５の温度を上昇させる必要があり、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５の両ヒーターへ電力供給される。この両ヒーターへ電力供給される状態を、第１状態とする。
【００３９】
第１状態から、サイズの小さいシート（Ａ４用紙を縦方向など）を定着する場合、過昇温を防止するため、端部ヒーター５５への電力供給を停止した状態へと移行する必要がある。この端部ヒーター５５への電力供給がされずに、中央ヒーター５２にのみ電力が供給されている状態を、第２状態とする。第２状態へ移行するためには、トライアック５６をオン状態からオフ状態に切り替える必要がある。
【００４０】
しかし、トライアックの性質上、オフ状態へと切り替えるためには、トライアック５６に流れる電流を一定の保持電流（本実施の形態においては、電流０アンペアとする。）以下にする必要がある。本実施の形態の画像形成装置１は、コンデンサＣ２を備えているため（図２参照）、単純にオフしようとしても、コンデンサＣ２から電荷が放出され、保持電流以下にならず、端部ヒーター５５への電力供給が停止にならない場合がある。そのため、制御部７は、トライアック５６をオフ状態に切り替えるため、スイッチング素子８３１のデューティ比を０％に制御する。これにより、整流回路８１で生成された直流電力はスイッチング素子８３１を介して流れなくなる。
【００４１】
スイッチング素子８３１のデューティ比を０％に制御した後においても、リアクタンス素子であるコイルＬ２に蓄えられた残留電力は、トライアック５６へ流れ続ける。残留電力が、時間の経過とともに減少し、トライアック５６へ流れる電流が保持電流以下となると、トライアック５６をオフ状態に切り替えられる。
【００４２】
ここで、電力供給の停止をする必要のない中央ヒーター５２への電力供給も停止することとなる。中央ヒーター５２への電力供給が停止することにより、中央ヒーター５２の温度が下がり、温度低下に伴って抵抗値も下がる。抵抗値が下がった状態で、スイッチング素子のデューティ比を０％から一度に高くすると、突入電流が発生し、スイッチング素子８３１を破損する虞がある。これを防止するため、スイッチング素子８３１のデューティ比を段階的に高くする方法が考えられるが、中央ヒーター５２の温度が上がるまで待つ時間が生じるため、画像形成装置１の生産性が低下する。
＜スイッチング素子が破損するまでの時間＞
ヒーターへ電力供給を始める際、スイッチング素子８３１の破損防止のため、一般的に、スイッチング素子８３１のデューティ比を段階的に高くするスローアップ制御を行う。しかし、スローアップ制御でヒーターへ電力供給を始めると、当該ヒーターの温度を所定温度まで上昇させるまでの時間がかかり画像形成装置１の生産性が低下する虞があった。
【００４３】
そこで、本実施の形態では、ヒーターのオフ時間と、突入電流の発生との関係に着目して、スローアップ制御を行わずにヒーターへ電力供給を始める制御を採用している。
【００４４】
すなわち、電力供給が停止された中央ヒーター５２は、電力供給が停止される前に保持していた温度をしばらく保つ。電力供給の停止に伴い、中央ヒーター５２の周囲の空気等が中央ヒーター５２の熱を奪い始める。これにより、中央ヒーター５２の温度は時間の経過とともに低下する。時間の経過とともに中央ヒーター５２の温度が低下し、突入電流が発生する抵抗値となった時、はじめてスイッチング素子８３１のデューティ比を段階的に高くする必要が生じる。言い換えれば、十分な抵抗値を維持している状態の中央ヒーター５２に対しては、デューティ比を段階的に高くする必要はなく、一度に多くの電流を供給してもスイッチング素子８３１は破損しない。
【００４５】
したがって、中央ヒーター５２が一定の抵抗値を維持している間ならば、スイッチング素子８３１のデューティ比を段階的に高くする必要はない。制御部７はスイッチング素子８３１のデューティ比を０％から一度に高くして、不要な待ち時間を省略でき、画像形成装置１の生産性が低下することなく第１状態から第２状態へと切り替えられる。本開示において、ヒーターの抵抗値と温度、およびヒーターのオフ時間に着目して、電力供給を開始時にスイッチング素子８３１のデューティ比を段階的に高くする必要があるか否か判断する。
【００４６】
図３は、ヒーターのオフ時間と素子破損限界時間Ｔ２との関係の一例を示す図である。素子破損限界時間Ｔ２とは、中央ヒーター５２への電力供給を停止した後、突入電流が発生してスイッチング素子８３１が破損する温度にまで下がる時間である。
【００４７】
図３を参照して、横軸はヒーターのオフ時間を示し、縦軸はヒーターへ供給される突入電流量を示す。突入電流量とは、一定の電力を供給し始めたときに生じる意図しない余剰な電力供給である。図３における時間Ｔ０は、中央ヒーター５２の電力の供給を停止した時間を示す。
【００４８】
時間Ｔ０から、時間が経過するにつれて突入電流量が高くなることが図３から把握できる。時間Ｔ０においては、中央ヒーター５２は電力供給が停止される前の温度を保っているが、電力供給が停止されることによって、熱を維持するためのエネルギー源がなくなり、周囲の空気等に温度を奪われる。中央ヒーター５２の温度が低下するとともに、中央ヒーター５２の抵抗値も下がる。すなわち、時間の経過とともに中央ヒーター５２の抵抗値は下がっていき、それに伴って突入電流量が高くなる。
【００４９】
図３を参照して、素子の破損限界を示す素子破損限界電流を超える突入電流が発生した場合、スイッチング素子８３１は、破損する。破損する温度に至る時間が、素子破損限界時間Ｔ２である。
【００５０】
第１状態から第２状態へ移行させるため端部ヒーター５５への電力供給を停止する場合、トライアック５６の性質のために中央ヒーター５２までもが電力供給を停止ししなければならず、突入電流が発生する状態へ移行する可能性が生じる。しかしながら、素子破損限界時間Ｔ２までならば、スイッチング素子８３１が破損することはないため、制御部７はスイッチング素子８３１のデューティ比を０％から一度に高くすることができる。
＜トライアックの切替時間＞
素子破損限界時間Ｔ２までに、スイッチング素子８３１のデューティ比を０％から一度に高くすれば、画像形成装置１の生産性を低下させることなく、第１状態から第２状態へ移行できる。しかし、スイッチング素子８３１のデューティ比を高くするためには、トライアック５６へ流れる電流が保持電流以下となる必要がある。仮にトライアック５６へ流れる電流が保持電流以下でないにもかかわらず、スイッチング素子８３１のデューティ比を高くした場合、トライアック５６をオフ状態へ切替えることができず、第１状態のままとなる。
【００５１】
図２において示した通り、当該回路構成においては、リアクタンス素子であるコイルＬ２は、自身を流れる電力の一部を磁気エネルギーとして蓄える。すなわち、制御部７が第１状態から第２状態へ切替える命令を受け付け、トライアック５６をオフ状態にするために、スイッチング素子８３１のデューティ比を０％に制御した時点（図３において時間Ｔ０）を過ぎても、一定期間、リアクタンス素子であるコイルＬ２に蓄えられていたエネルギーが電力として、トライアック５６に供給され続ける。
【００５２】
したがって、当該コイルＬ２に蓄えられていた残留電力が十分に減少して、トライアック５６の保持電力以下となった時以降でなければ、トライアック５６はオフ状態に切り替えられない。この残留電力が減少してトライアック５６の保持電力以下となる時間を、トライアック切替時間Ｔ１とする。
【００５３】
トライアック切替時間Ｔ１に到達するまでは、トライアック５６をオフ状態に切り替えることができない。すなわち、トライアック切替時間Ｔ１に至ったため、スイッチング素子８３１を一度に高くしたとしても、既に素子破損限界時間Ｔ２が過ぎているならば、突入電流が発生して、スイッチング素子８３１は破損することとなる。したがって、本開示では、トライアック切替時間Ｔ１と素子破損限界時間Ｔ２の関係性から、スイッチング素子８３１のデューティ比を段階的に高くするか、または一度に高くするかを判断する。
【００５４】
トライアック切替時間Ｔ１は、コイルＬ２が蓄えた残留電力に依存し、素子破損限界時間Ｔ２は、スイッチング素子８３１のデューティ比を０％へと制御した時点での、中央ヒーター５２の温度もしくは、周囲の空気の温度などに依存する。そのため、画像形成装置１の周囲環境やジョブなどの条件によって、トライアック切替時間Ｔ１が素子破損限界時間Ｔ２よりも早い場合があり、制御部７は、スイッチング素子８３１のデューティ比を０％から一度に高くすることが可能である。一方で、トライアック切替時間Ｔ１が素子破損限界時間Ｔ２よりも遅い場合もあり、図３で示す突入電流量が素子の破損限界を超えているため、制御部７は、スイッチング素子８３１のデューティ比を段階的に高くする制御をしなければならない。以下、この両ケースについてそれぞれのケースを示す図を用いて詳細に説明する。
＜Ｔ１がＴ２よりも早い場合＞
図４は、デューティ比を一度に高くする制御を行う場合の各ヒーターへ供給する電力制御のタイミング図である。図４においては、トライアック切替時間Ｔ１は、素子破損限界時間Ｔ２よりも早い場合を想定している。
【００５５】
上から、端部ヒーター５５へ供給される電力の時間変化、中央ヒーター５２へ供給される電力の時間変化、スイッチング素子８３１におけるＰＷＭ制御のディーティ比の時間変化、トライアック５６のスイッチ状態の時間変化を同一の時系列で示している。
【００５６】
期間Ａにおいて、画像形成装置１は、Ａ３などのサイズの大きいシートの定着処理をしている。したがって、サイズの大きいシート全体に熱を加えて定着させる必要があるため、端部ヒーター５５と中央ヒーター５２との両ヒーターに、デューティ比６０％の電力が供給されている。当該電力供給状態は、第１状態である。
【００５７】
第１状態から、Ａ４などのサイズの小さいシートに定着する場合、過昇温を防止するため、端部ヒーター５５への電力供給を停止して第２状態へ移行させる必要がある。トライアック５６をオフ状態へと切り替えるためには、トライアック５６へ流れる電流を保持電流以下にする必要がある。制御部７は、スイッチング素子８３１のデューティ比を０％へと低下させる（時間Ｔ０）。期間Ｂにおいてのトライアック５６のオフとは、制御部７がオフへ切替える制御信号をトライアック５６に送ったことを意味し、トライアック５６自体はオフ状態に切り替えることができていない。
【００５８】
なぜならば、コイルＬ２が蓄えていた残留電力が期間Ｂの間、トライアック５６に流れるのでトライアック５６をオフ状態に切り替えられないためである。残留電力が減少して、期間Ｂが終了した時、トライアック５６自体がオフ状態に切り替わる。すなわち、トライアック切替時間Ｔ１に至る。
【００５９】
図４において、トライアック切替時間Ｔ１に至った時、素子破損限界時間Ｔ２には至っていない。すなわち、図３においてのスイッチング素子８３１のデューティ比を一度に高くする制御をしても、突入電流量が素子の破損限界を超えない範囲で発生する状態である。よって、制御部７は、トライアック切替時間Ｔ１に至るとともに、スイッチング素子８３１のデューティ比を一度に６０％へと制御する。
【００６０】
これにより、電力供給状態が第１状態から第２状態へと切り替わる。スイッチング素子８３１のデューティ比を段階的に高くすることがないため、アイドルタイムが小さくなり、生産性を低下させることがない。
＜Ｔ１がＴ２よりも遅い場合＞
図５は、デューティ比を段階的に高くする制御を行う場合の各ヒーターへ供給する電力制御のタイミング図である。図５においては、トライアック切替時間Ｔ１は、素子破損限界時間Ｔ２よりも遅い場合を想定している。図５においても、図４と同様の各ヒーターの電力等の時間変化を同一の時系列で示している。
【００６１】
期間Ａでは、サイズの大きいシートの定着処理をするため、電力供給状態は第１状態である。第１状態からサイズの小さいシートの定着をする場合、第２状態へ移行させる必要がある。制御部７は、トライアック５６へ流れる電流を保持電流以下にするため、スイッチング素子８３１のデューティ比を０％へと低下させる（時間Ｔ０）。制御部７は、時間Ｔ０でトライアック５６をオフに制御するため、図４において期間Ｂにおいてトライアック５６がオフである表示されている。しかし、前述したようにトライアック５６をオフに制御しても、トライアック切替時間Ｔ１までトライアック５６をオフ状態にすることはできない。
【００６２】
つまり、期間Ｂには、コイルＬ２が蓄えていた残留電力が存在し、トライアック５６に流れ続けており、残留電力が減少して、期間Ｂが終了した時、トライアック５６はオフ状態に切り替わる。
【００６３】
しかし、図５において、トライアック切替時間Ｔ１に至る前に、素子破損限界時間Ｔ２を経過している。すなわち、図３においてのスイッチング素子８３１のデューティ比を一度に高くする制御をした場合、突入電流量が素子の破損限界を超えて発生する。つまり、スイッチング素子８３１が破損する。よって、制御部７は、トライアック切替時間Ｔ１に至るとともに、スイッチング素子８３１のデューティ比を段階的に高くするように制御する。
【００６４】
これにより、電力供給状態は第１状態から第２状態へと切り替わる。スイッチング素子８３１を段階的に高くしたため、突入電流が発生することはないが、デューティ比が６０％に至る時間は時間Ｔ３である。図４と比較したときに、期間Ｂに加えて期間Ｃのアイドルタイムが発生し、画像形成装置１の生産性が低下する。
＜第１状態から第２状態への切替制御手順＞
以下、フローチャートを用いて第１状態から第２状態への切替制御手順について説明する。図６は、第１状態から第２状態への切替制御手順を示すフローチャートである。印刷処理開始後、制御部７は、Ａ３用紙等のシートの印刷処理が受け付けたか否かを判断する（ステップＳ１）。すなわち、制御部７は、端部ヒーター５５への電力供給が必要か否かを判断する。
【００６５】
Ａ３用紙等のシートの印刷処理を受け付けていない場合（ステップＳ１においてＮＯ）、中央ヒーター５２へのみ電力供給し、印刷処理をする（ステップ１１）。すなわち、Ａ４等のサイズの小さいシートの印刷を受け付けたため、過昇温を防ぐ目的で、中央ヒーター５２のみへ電力を供給し、定着処理をする。電力供給状態は、第２状態である。
【００６６】
Ａ３用紙等のシートの印刷処理を受け付けている場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、制御部７は、トライアック５６をオン状態に切り替える（ステップＳ２）。制御部７は、端部ヒーター５５と中央ヒーター５２へ電力供給をし、印刷処理をする（ステップＳ３）。すなわち、サイズの大きいシートを印刷するため、電力供給状態を第１状態にして定着処理をする。
【００６７】
制御部７は、Ａ４用紙等のシートの印刷処理が受け付けられたか否かを判断する（ステップＳ４）。すなわち、端部ヒーター５５への電力供給が不要か否かを判断する。Ａ４用紙等のシートの印刷処理が受け付けられていない場合（ステップＳ４においてＮＯ）、制御部７は、処理をステップＳ３に戻す。
【００６８】
Ａ４用紙等のシートの印刷処理が受け付けられた場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、制御部７は、スイッチング素子８３１のディーティ比を０％へ低下させる（ステップＳ５）。制御部７は、トライアック切替時間Ｔ１が素子破損限界時間Ｔ２よりも早いか否か判断する（ステップＳ６）。
【００６９】
トライアック切替時間Ｔ１が素子破損限界時間Ｔ２よりも早い場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）、制御部７はトライアック切替時間Ｔ１経過時に、トライアック５６をオフ状態に切り替える（ステップＳ７）。制御部７は、スイッチング素子８３１のデューティ比を０％から６０％へ一度に高くする（ステップＳ８）。第２状態へと切り替わりデューティ比が６０％に到達した後、制御部７は、中央ヒーター５２へのみ電力供給して印刷処理をする（ステップＳ１１）。
【００７０】
トライアック切替時間Ｔ１が素子破損限界時間Ｔ２よりも遅い場合（ステップＳ６においてＮＯ）、制御部７はトライアック切替時間Ｔ１経過時に、トライアック５６をオフ状態に切り替える（ステップＳ９）。制御部７は、スイッチング素子８３１のデューティ比を０％から６０％へ段階的に高くする（ステップＳ１０）。
【００７１】
第２状態へと切り替わりデューティ比が６０％に到達した後、制御部７は、中央ヒーター５２へのみ電力供給して印刷処理をする（ステップＳ１１）。
【００７２】
このように、トライアック切替時間Ｔ１と素子破損限界時間Ｔ２との関係で、デューティ比を一度に高くするか、段階的に高くするかを決定する。いずれにせよ、突入電流の発生を防止することができ、スイッチング素子８３１が破損することはない。
＜素子破損限界時間Ｔ２の定め方＞
図３から図６で示すように、素子破損限界時間Ｔ２は、本開示において重要な役割を有する。素子破損限界時間Ｔ２とトライアック切替時間Ｔ１との関係によって、制御部７がスイッチング素子８３１のデューティ比を一度に高くできるか、または段階的に高くしなければならないかが定まるからである。
【００７３】
ここでは、素子破損限界時間Ｔ２の定め方について言及する。図３で示した通り、素子破損限界時間Ｔ２は、中央ヒーター５２の抵抗値によって定まる。中央ヒーター５２の抵抗値は、中央ヒーター５２の温度によって定まる。したがって、素子破損限界時間Ｔ２は、中央ヒーター５２の温度に影響される。
【００７４】
図１で示すヒーター温度検知部５４にて、中央ヒーター５２の温度を検知することができる。ヒーター温度検知部５４は、赤外線量に基づいて中央ヒーター５２の温度を検知してもよい。
【００７５】
中央ヒーター５２は温度が高ければ高いほど、高い抵抗値を持ち、低ければ低いほど低い抵抗値を持つ。したがって、制御部７がスイッチング素子８３１のデューティ比を０％へ低下させた時（図３から図５において時間Ｔ０）、中央ヒーター５２の温度が高ければ高いほど、素子破損限界時間Ｔ２に至る時間は遅くなる。
【００７６】
一方、トナー使用量および処理枚数が少ないため、通常印刷処理よりも低いデューティ比で中央ヒーター５２へ電力が供給されることが想定される。時間Ｔ０において、既に中央ヒーター５２の温度が低ければ、素子破損限界時間Ｔ２に至るまでの時間は早くなる。
【００７７】
また、中央ヒーター５２の周囲の空気の温度が低い（例えば、０℃未満）場合、中央ヒーター５２の温度が下がる速度は速くなる。一方、中央ヒーター５２の周囲の空気の温度が高い（例えば、３５℃以上）場合、中央ヒーター５２の温度が下がる速度は遅くなる。
【００７８】
このように、画像形成装置１の周囲の温度についても、素子破損限界時間Ｔ２に至るまでの時間が影響する。画像形成装置１の周囲の温度は、周囲温度検知部９によって検知する。したがって、中央ヒーター５２の温度および画像形成装置１の周囲の温度から、素子破損限界時間Ｔ２を定めることができる。以下、フローチャートを用いて、素子破損限界時間Ｔ２の定め方を説明する。図７は、素子破損限界時間Ｔ２を定めるための一例を示すフローチャートである。
【００７９】
素子破損限界時間Ｔ２を定める処理開始後、制御部７は、中央ヒーター５２の温度が所定温度以上か否かを判断する（ステップＳ１２）。所定温度とは、トナーを定着させるための中央ヒーター５２の温度のうち、比較的少ないトナー量を定着するために必要な一定の温度である。実験などで定めてもよい。すなわち、中央ヒーター５２の温度が所定温度未満である場合、所定温度以上であった場合よりも、素子破損限界時間Ｔ２に早く至る。
【００８０】
中央ヒーター５２の温度が所定温度未満の場合（ステップＳ１２でＮＯ）、制御部７は、素子破損限界時間Ｔ２を５０ｍｓであると定める（ステップＳ１３）。中央ヒーター５２の温度が所定温度以上の場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、制御部７は画像形成装置１の周囲の温度が基準温度以上か否か判断する（ステップＳ１４）。基準温度とは、中央ヒーター５２の温度の下がる速度を定めるための温度であり、実験などによって定められてもよい。また、複数の基準温度を設けてもよい。
【００８１】
画像形成装置１の周囲の温度が基準温度未満である場合（ステップＳ１４でＮＯ）、制御部７は、素子破損限界時間Ｔ２を１００ｍｓであると定める（ステップＳ１５）。画像形成装置１の周囲の温度が基準温度以上である場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、制御部７は、素子破損限界時間Ｔ２を３００ｍｓであると定める（ステップＳ１６）。
【００８２】
当該フローチャートにおけるステップＳ１３、ステップＳ１５、およびステップＳ１６で設定される時間は、一例に過ぎず実験データをもとに定めてもよい。
【００８３】
さらに、所定期間を定める方法として、第１状態から第２状態へ切替える前に実行されていたジョブの内容に基づいて定めてもよい。たとえば、Ａ３用紙等のシートを印刷するために両ヒーターへ電力供給がされているが、定着するトナー量が極端に少ない場合、通常の定着処理よりも低いヒーターの温度で定着することができる。反対に、多量のトナーをＡ３用紙等のシートに定着させなければならない場合であって、Ａ３用紙等のシートの部数も多い場合、ヒーターが必要とする温度は高くなる。
【００８４】
このように、第１状態から第２状態へ切替える前に実行されていたジョブの内容を考慮して、制御部７は、素子破損限界時間Ｔ２を定めてもよい。
＜小括＞
以上のように、本実施の形態に係る画像形成装置１は、シートに画像を定着させるための複数のヒーターと、交流電源からの交流電力を整流して、複数のヒーターに直流電力を出力する整流回路８１と、整流回路８１から出力する直流電力をＰＷＭ制御により、複数のヒーターに供給する電力を制御する制御部７と、複数のヒーターのうち中央ヒーター５２に電力を供給するか、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５に電力を供給するかを切替えるトライアック５６とを備える。
【００８５】
制御部７は、トライアック５６で、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５に電力を供給している第１状態から中央ヒーター５２に電力を供給する第２状態に切替える場合、第２状態に切替える時間を、ＰＷＭ制御による複数のヒーターへの電力供給を停止してから所定期間内に行われるようにトライアック５６を制御する。
【００８６】
これによれば、本実施の形態に係る画像形成装置１は、１つの整流素子のみの安価な回路構成で複数のヒーターへの電力供給状態を切り替える場合に、印刷処理の生産性を下げることのなくヒーターの切り替えをすることができる。
【００８７】
また、所定期間は、中央ヒーター５２および端部ヒーター５５への突入電流が発生する時間よりも短い時間であってもよい。これによれば、突入電流が発生する時間に至る前に、切り替えをできる。
【００８８】
さらに、中央ヒーター５２または端部ヒーター５５の温度を検知するヒーター温度検知部５４をさらに備え、制御部７は、ヒーター温度検知部５４の検知結果に基づいて所定期間を定めてもよい。これによれば、これによれば、所定期間を中央ヒーター５２または端部ヒーター５５の温度に基づいて定めることができる。
【００８９】
また、ヒーター温度検知部５４は、赤外線量に基づいて中央ヒーター５２または端部ヒーター５５の温度を検知してもよい。これによれば、赤外線量に基づいて中央ヒーター５２または端部ヒーター５５を検知できる。
【００９０】
さらに、画像形成装置１の周囲の温度を検知する周囲温度検知部９をさらに備え、制御部７は、周囲温度検知部９の検知結果に基づいて所定期間を定めてもよい。これによれば、所定期間を画像形成装置１の周囲の温度に基づいて定めることができる。
【００９１】
また、第２状態に切替える時間は、第２状態へと切り替えるためにトライアック５６をオンすることに必要な時間としてもよい。これによれば、トライアック５６をオンすることに必要な時間に第２状態へ切替えることで、最適なタイミングで切り替えることができる。
【００９２】
さらに、トライアック５６は、サイリスタまたはその他の同様の性質を持つ整流素子でもよい。これによれば、トライアック以外でも、整流素子をスイッチとして利用できる。
【００９３】
また、制御部７は、マイクロコンピュータで構成されてもよい。さらに、制御部７は、トライアック５６が所定期間内に第２状態に切替えることができない場合、ＰＷＭ制御のデューティ比を段階的に高くする制御を行ってもよい。これによれば、素子が破損する突入電流が発生する状況であっても、段階的に高く制御することで、破損することを防止できる。
【００９４】
また、制御部７は、画像形成装置１で実行するジョブ内容に基づいて所定期間を定めてもよく、ジョブ内容は、第１状態から第２状態へ切り替える前で実行されるジョブの種類および実行頻度であってもよい。これによれば、切り替える前のジョブ内容に基づいて所定期間を定めることができる。
【００９５】
さらに、複数のヒーターは、シートに画像を定着させる定着部５に設けられ、中央ヒーター５２は、定着部５の中央部分を加熱し、端部ヒーター５５は、定着部５の端部を加熱する。これによれば、定着部５内で領域を分割し、当該領域ごとに温度を調節することができる。
【００９６】
また、本実施の形態に係るヒーターの切替方法は、シートに画像を定着させるための複数のヒーターと、交流電源からの交流電力を整流して、複数のヒーターに直流電力を出力する整流回路８１と、整流回路８１から出力する直流電力をＰＷＭ制御により、複数のヒーターに供給する電力を制御する制御部７と、複数のヒーターのうち中央ヒーター５２に電力および端部ヒーター５５を供給する第１状態か、中央ヒーター５２に電力を供給する第２状態かを切替えるトライアック５６とを備える画像形成装置でのヒーターの切替方法である。当該ヒーターの切替方法は、ＰＷＭ制御による複数のヒーターへの電力供給を停止するステップと、電力供給を停止してから所定期間内に、第２状態に切替えるステップとを含む。
【００９７】
これによれば、本実施の形態に係るヒーターの切替方法では、第１状態から第２状態に切替える場合、電力供給を停止してから所定期間内にトライアック５６を制御して切替をするため、安価な回路構成でヒーター切替時に印刷処理の生産性を下げることのなくヒーターを切り替えることができる。
【００９８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９９】
１  画像形成装置、２  給紙部、３  レジストローラー対、４  画像形成部、５  定着部、６  操作／入力部、７  制御部、８  電源部、９  周囲温度検知部、５１  加熱ローラー、５２  中央ヒーター、５３  加圧ローラー、５４  ヒーター温度検知部、５５  端部ヒーター、５６  トライアック、８１  整流回路、８２  ノイズフィルタ、８３１  スイッチング素子、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、Ｄ１  還流素子、Ｌ１，Ｌ２  コイル、Ｍ  印刷媒体、Ｔ１  トライアック切替時間、Ｔ２  素子破損限界時間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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