(57)【要約】【課題】  通電時のヒータ温度の変化量から定着装置に投入される投入電力を測定する場合に、ヒータから加圧ローラへ伝達される熱量が安定せず、投入電力を正確に測定することが困難になる。その結果、ヒータに印加する電圧を正しく制御することができない。【解決手段】  ヒータへ投入される電力の所定時間内の変化量と、その所定時間内のヒータ温度の変化量から、投入電力を測定する。この測定結果からヒータに印加する電圧を制御する。【選択図】  図１
2010191204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に形成されたトナー像を加熱ニップ部で加熱する加熱部材と、前記加熱部材に接触して前記加熱ニップ部を形成する加圧部材と、前記加熱部材を加熱するヒータと、を有し、前記ヒータを所定温度へ昇温させる際に前記ヒータへ交番電圧が印加される像加熱装置において、
前記ヒータへ入力する電力を短周期で変化させて、その時の前記ヒータの温度変化量に基づいて、前記交番電圧の周期に対して前記ヒータへ通電される時間の割合の最大値を調整する調整手段を有することを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記調整手段は、前記ヒータの前記温度変化量が大きい場合、前記割合の最大値を小さくすることを特徴とする請求項１の像加熱装置。
【請求項３】
前記電力が変化される周期は０．２５（秒）よりも長く５．００（秒）よりも短いことを特徴とする請求項２の像加熱装置。
【請求項４】
前記電力が短周期で変化される時、前記ヒータへ入力される電力がゼロ（Ｗ）となる期間があることを特徴とする請求項３の像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材上のトナー像を加熱する加熱部材と、加熱部材に接触して加熱ニップ部を形成する加圧部材と、加熱部材を加熱するヒータを有する像加熱装置に関し、特にヒータへの通電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置へ電源を投入してから画像形成可能となるまでの時間を短縮するため、冷えた状態から短時間で定着可能な温度に昇温することができる定着装置が求められている。このための方法の一つとして、昇温させる時にできるだけ多くの電力を定着装置へ投入する方法がある。しかしながら、定着装置を流れる電流が商用電源の定格電流を超えてはならないため、必然的に投入できる電力は制限される。
【０００３】
定着装置を昇温させる際に流れる電流は、定着部材（加熱部材）を加熱するヒータの抵抗値に依存する。一例としてヒータにセラミックヒータを使用すると、その抵抗値は±１０％程度の交差がある。このとき、抵抗値が＋１０％の定着装置に投入される電力は、印加される電圧が同じであると、抵抗が−１０％の定着装置に投入される電力の約２割減になり、抵抗値が＋１０％の定着装置は昇温に時間がかかってしまう。一方、抵抗値が＋１０％の定着装置であっても短時間で昇温できるように、ヒータへ印加する電圧を高めに設定すると、抵抗値が−１０％の定着装置では流れる電流が定格電流を超えてしまう。
【０００４】
また、商用電源の電圧が安定しない状況では、この電圧の変動も定着装置を流れる電流に影響を及ぼす。仮に商用電源の電圧が±１０％変動すると、上述ヒータの抵抗値の±１０％の交差と相俟って、定着装置に投入される電力は最大４割程度減少してしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１では、ヒータに通電し、その際のヒータの温度変化量から投入された電力を推定し、ヒータへ印加する電圧を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１３３６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の定着装置では、ヒータに投入された電力は、一部がヒータの温度上昇に使用され、それ以外は定着部材に接触する加圧ローラに伝わる熱となる。加圧ローラへ伝わる熱量は加圧ローラの温度や硬度の影響によって変化する。よって、特許文献１の方法では、投入された電力を正確に測定することは困難であった。
【０００８】
電力の検知精度が低い場合の問題は、加熱時に投入する電力を小さく設定せざるを得ない点にある。例えば、定着装置で使える電力が１０００Ｗであった場合を考えてみる。このとき、電力の検知誤差が±５％とすると、設計上９５２Ｗ以下になるように制御すれば、誤差で＋５％＝＋４８Ｗずれたとしても、１０００Ｗを超えないことを保証できる。しかし、検知誤差が大きく±２０％ある場合には、８３３Ｗ以下になるように制御して、誤差分＋２０％＝＋１６７Ｗも含めて１０００Ｗ以内に収まるようにしなければならない。
【０００９】
また、定着装置に投入された電力を直接測定する方法や、加圧ローラの温度を測定する方法では、特別に測定器を設ける必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するたに本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、記録材に形成されたトナー像を加熱ニップ部で加熱する加熱部材と、前記加熱部材に接触して前記加熱ニップ部を形成する加圧部材と、前記加熱部材を加熱するヒータと、を有し、前記ヒータを所定温度へ昇温させる際に前記ヒータへ交番電圧が印加される像加熱装置において、前記ヒータへ入力する電力を短周期で変化させて、その時の前記ヒータの温度変化量に基づいて、前記交番電圧の周期に対して前記ヒータへ通電される時間の割合の最大値を調整する調整手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成で、定着装置を一例とする像加熱装置へ投入された電力を高精度で測定することが可能になって、ヒータへ印加する電圧を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の定着装置の断面の概略図。
【図２】熱伝導を模式的に示す図。
【図３】本発明の定着装置を備える画像形成装置の断面概略図
【図４】ヒータの詳細構成を説明するための図。
【図５】制御回路の概要図。
【図６】通電比率を説明するための図。
【図７】電源投入時および休止状態から復帰時の動作の概要を示すフローチャート
【図８】定着動作の概要を示すフローチャート
【図９】電力検知動作の概要を示すフローチャート
【図１０】投入する電力を周期的に変化させた時のヒータの温度変化を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
【００１４】
＜全体構成＞
まず最初に、本発明を適用した実施形態として複写機の例をあげ、簡単に構成を説明する。図３は、乾式電子写真方式を応用した複写機の断面図である。図中の１５から１８は、画像形成カートリッジであり、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応したトナー像を形成する。画像形成カートリッジで形成されたトナー像は、１９から２２に示す一次転写部で順次中間転写体２５へ転写されて、中間転写体２５でフルカラーのトナー像となる。中間転写体としての中間転写ベルト２５の上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト２５の回転により二次転写部２３へ運ばれる。二次転写部２３では、給紙部２４から搬送されてくる記録材としての記録用紙へトナー像を転写し、トナーを転写された記録用紙は像加熱装置としての定着装置１に運ばれトナーは記録用紙上に加熱定着される。以上の工程を経て、記録用紙上に可視化された画像が形成される。
【００１５】
＜定着装置構成＞
本発明において重要な定着装置１についてより詳しく説明する。図１に定着装置１の断面図を示す。定着装置１は、ヒータ加圧部材８、ヒータ支持部材７、ヒータ４、温度検知手段としてのヒータ温度センサ６、加熱部材としての定着フィルム３、加圧部材としての加圧ローラ２、などからなる。ヒータ４は、図４に示すようにセラミック基板９の上に抵抗体１０を印刷形成したものである。抵抗体１０が形成されている面の裏側には、ポリイミド膜５が形成されており、ヒータ４と定着フィルム３の間の摩擦を低減している。ヒータ４の取り付け方向は、抵抗体１０がヒータ支持部材７に面する方向である。ヒータ支持部材７とヒータ加圧部材８はヒータ４を加圧ローラ２に押さえつけるための部材で、図示されていないがヒータ加圧部材８の両端はバネにより支持されており、約３００Ｎの力でヒータ４を加圧ローラ２に向けて加圧している。定着フィルム３は、直径２５ｍｍ、厚さ約３５ｕｍの薄肉金属円筒にシリコーンゴムを約３００ｕｍの厚さで塗布したもので、加圧ローラ２の回転につられて従動回転する。加圧ローラ２は、径２０ｍｍのアルミニウム製中空円筒の周りに約３ｍｍ厚のシリコーンゴムを塗布したものである。この加圧ローラ２にはヒータや温度センサは設けられておらず、定着フィルム３を介してヒータ４からの熱伝導のみによって加熱される。また、加圧ローラ２はモーターＭにより、ギア列Ｙを介して駆動される。本実施例の定着装置には、温度検知手段は、ヒータの温度を測定する温度センサ６のみが設けられている。本実施例の場合温度センサ６はＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタであり、抵抗体１０の長手の中央に設けられている。定着装置１の稼動中は、図１の矢印Ａの方向に加圧ローラ２が回転し、二次転写部２３でトナー像を転写された記録用紙は、図１の左から右に向かって搬送される。記録用紙は、定着フィルム３と加圧ローラ２に挟まれた加熱ニップ部としての定着ニップ部Ｎで、加熱及び加圧され、トナー像が記録用紙上に定着される。なお、定着装置１は図１の状態から反時計回りに約９０度回転した状態で複写機に取り付けられる。
【００１６】
ヒータ４の電気的な仕様について説明する。本実施例の画像形成装置は、１００Ｖ１５Ａの定格で設計されている。モーター類や電装などで４Ａの消費があるため、定着装置１のヒータ４へ流すことのできる電流は１１Ａまでである。ヒータ４は、先に述べたようにセラミック基板９の表面に抵抗体１０が印刷形成されたものである。印刷形成時に抵抗体１０の厚み振れることによって、ヒータ４の抵抗は±１０％の範囲で振れる。本実施例においては、ヒータ４の抵抗を９．１４Ω±１０％と設定している。この設定値は、抵抗上限の１０．０５Ωと定格１００Ｖ（実効値）の組み合わせで９５２Ｗの発熱を確保でき、また抵抗下限の８．２３Ωと電流上限１１Ａの組み合わせでも、９５２Ｗに近い９９５Ｗを確保できる設定値となっている。このように設定した抵抗値では、制御を行わずに１００％通電（実効値で１００Ｖ印加）とすると、例えば定格電圧１００Ｖ（実効値）と抵抗下限の８．２３Ωの組み合わせで１２．２Ａ流れてしまい、定格電流を超えてしまう。そのため、ヒータ４に流れる電流もしくは電力を検知して、定格電流を超えないような制御を行わねばならない。
【００１７】
＜電力制御回路構成＞
次に、定着装置１を制御するための調整手段としての制御回路１２について説明する。制御回路１２は、図３では図示されていないが、図３の複写機背面に設置されている。図５に、制御回路１２のうち定着装置の制御に関する部分を抜き出した概要図を示す。制御回路１２は、制御プログラムが書き込まれているＭＰＵ１３、ヒータ４への電力をｏｎ／ｏｆｆするためのＴＲＩＡＣ１４などからなる。ヒータ温度センサ６は、ＭＰＵ１３に内蔵のＡＤ変換器に接続されていて、ヒータ４の温度変化を抵抗変化として読み取る。詳しくは次節以降で説明するが、ＭＰＵ１３では読み取った温度に応じてヒータ４へ通電する比率を調整し、ヒータ４の温度を制御している。
【００１８】
ヒータ４への通電制御は、制御回路１２がＴＲＩＡＣ１４を商用電源の交流波形（交番電圧）に同期してｏｎ／ｏｆｆすることで行う。図６に示すように、ヒータ４へ投入したい通電比率に応じて、ＴＲＩＡＣ１４をｏｎとするタイミングを変更する。より大きな電力をヒータ４へ投入したい場合は、ＴＲＩＡＣ１４をｏｎとするタイミングを早め、小さな電力を投入したい場合には、ＴＲＩＡＣ１４をｏｎとするタイミングを遅くする。図６には、代表的な通電比率として２５％、５０％、７５％の３通りを図示しているが、本実施例では、０％から１００％まで５％刻み２１段階で通電比率を制御できる。なお、本明細書において、通電比率とは、商用電源の交流波形の電圧変化の周期に対し、ヒータ４に通電される時間の割合である。
【００１９】
ＭＰＵ１３に組み込まれている制御について説明する。図７が、画像形成装置の電源投入直後の動作を、図８が定着動作に関する処理を表す。本発明に関わる画像形成装置では、画像形成装置の電源投入時および休止状態から復帰する場合に、毎回電力検知制御を行う（Ｓ１０）。電力検知動作の詳細に関しては、本発明の最大の特徴であるため、次節＜電力検知動作＞で詳細に説明する。電力検知制御が完了したら、ＭＰＵ１３に内蔵されている主記憶に、電力検知制御の結果である最大通電比率Ｌｍａｘを保存する（Ｓ１１）。この後、画像形成装置は待機状態となり（Ｓ１２）、印刷動作を受け付け可能となる。
【００２０】
＜電力検知動作＞
本発明の特徴である電力検知動作について説明する。電力検知動作の制御の流れを図９に示す。また、電力検知動作中のヒータ４の温度変化と通電制御を図１０に示す。動作概要は、ヒータ４へ５０％の通電比率で０．８秒間〔ｔ０〜ｔ１〕電力を投入（Ｓ４０）した後、ヒータ４への電力０．８秒間〔ｔ１〜ｔ２〕ｏｆｆとする（Ｓ４２）。この動作を３周期的に繰り返し〔ｔ０〜ｔ６〕、この間にヒータ温度センサ６を用いてヒータ４の温度を測定し記録する（Ｓ４１，Ｓ４３）。このように電力のｏｎ／ｏｆｆを行うと、ヒータ４の温度は図１０に示すように上下に振れる。このときの温度変化の振幅Ｔａに相当する量を、Ｓ４１とＳ４３で記録した温度から求める（Ｓ４４）。この温度変化の振幅Ｔａは投入された電力Ｐ０と比例関係にあるため、Ｓ４４で求めたＴａからＰ０を求めることができ（Ｓ４５）、そこから定格を超えない最大通電比率Ｌｍａｘ（％）を求める（Ｓ４６）ことができる。
【００２１】
つまり、本実施例ではｔ０からｔ６の間の４．８秒間（所定時間内）おける投入電力の変化量と、その時のヒータ４の温度の変化量から最大通電比率Ｌｍａｘ（％）を求めている。
【００２２】
図９のＳ４４について詳しく説明する。ヒータ４への電力をｏｎ／ｏｆｆする１周期目の温度振幅をＴａ（１）、２周期目をＴａ（２）、３周期目をＴａ（３）とすると、温度振幅Ｔａは３周期分の平均として、式（１）、式（２）で求めることができる。Ｎは、１周期の間に温度を記録する回数であり、本実施例では２０回としているが、より高い頻度で記録した場合でも、同じようにＴａを求めることができる。
【００２３】
【数１】
2010191204.tif 000003
（１）
【００２４】
【数２】
2010191204.tif 000004
（２）
【００２５】
続いて、Ｓ４５について説明する。Ｓ４０、Ｓ４２では、通電比率５０％と０％の繰り返しでヒータ４へ通電を行っている。このときに、ヒータ４の温度変化量としての温度振幅Ｔａと、投入した電力の振幅Ｐ０は比例関係にあり、式（３）のような関係となる。
【００２６】
【数３】
2010191204.tif 000005
（３）
【００２７】
ξは、ヒータ４の熱容量と、電力をｏｎ／ｏｆｆする周期に依存する定数で、発明者が実験を行った定着装置においては、
【００２８】
【数４】
2010191204.tif 000006
【００２９】
であった。Ｐ０は電力の振幅であって、ここで求まるＰ０は、通電比率２５％に対応した電力である。この通電比率２５％とは、図９の流れ図で示される電力検知動作にて、周期的に変化される投入電力、即ち通電比率、の最大値と最小値の差異の１／２の値である。つまり、図９の（Ｓ４０）で入力される電力の通電比率５０％と、（Ｓ４２）で電力がＯＦＦされるときの通電比率０％の差（５０％−０％）の１／２の値である。また、（Ｓ４０）および（Ｓ４２）に投入される電力を、それぞれ、通電比率６０％、通電比率１０％としても良い。
【００３０】
本実施例のように、周期的に変化される投入電力の最小値がゼロ（Ｗ）として、周期的な変化の中で投入電力をゼロ（Ｗ）とする期間を設けることで、電力検知動作における消費電力を少なくすることができる。
【００３１】
ここで、上述のξを求める実験では、ヒータ４へ投入される電力を電力計で測定しながら、図９に示す方法でヒータ４の温度を測定した。なお、ヒータ４の温度はヒータ温度センサ６で測定した。
【００３２】
最後に、Ｓ４６のＬｍａｘの算出について説明する。＜定着装置構成＞の項で述べたように、ヒータ４が抵抗下限である８．２３Ωの場合でも、電力を９９５Ｗ以下に制御すれば、流れる電流を定格の１１Ａ以下に抑えることができる。Ｓ４５の演算から、通電比率２５％に対応する電力がＰ０であったため、式（４）のようにして最大通電比率Ｌｍａｘを決め、Ｌｍａｘ以下の通電比率を用いるようにすれば、ヒータ４に流れる電流は必ず１１Ａ以下となる。ここで、Ｐ０の検知誤差が５％程度あると見積もって、検知結果の９５％までを使うようにしている。
【００３３】
【数５】
2010191204.tif 000007
（４）
【００３４】
実際の検知例として、ヒータ４の抵抗が下限の８．２３Ωであり、商用電源電圧が１００Ｖであった場合の検知動作と結果を例示する。まず、この組み合わせで通電比率１００％の通電を行うと、１２１５Ｗの発熱となる。Ｓ４０とＳ４２で５０％と０％の通電比率を繰り返した場合、６０８Ｗと０Ｗの発熱の繰り返しとなる。このとき、本実施例の定着装置１においては、ヒータ４の温度振幅は１１．４℃程度となる。温度振幅の測定誤差が±５％程度あるため、実際にＳ４４では、１０．８℃＜Ｔａ＜１２．０℃程度のばらつきをもって検知される。仮に、誤差の最小側Ｔａ＝１０．８℃と検知した場合、Ｓ４５で式（３）から、Ｐ０＝２８８Ｗと求まる。さらに、Ｐ０の結果から、Ｓ４６で式（４）を用いてＬｍａｘ＝９５％×９９５Ｗ／４×２８８Ｗ＝８２％とＬｍａｘを決めることができる。
【００３５】
求められたＬｍａｘについて確認してみる。Ｌｍａｘは、最大通電比率Ｌｍａｘ以下であれば、定格電流を超えないという通電比率である。上述の抵抗８．２３Ω、電源電圧１００Ｖという条件で、通電比率８２％で通電を行った場合の電力を求めてみる。１００％通電で、１２１５Ｗであったので、１２１５Ｗ×８２％＝９９６Ｗの電力となる。このときの電流を求めてみると１１．０Ａとなり、ちょうど定格電流となる。このように、上述の方法で最大通電比率Ｌｍａｘを求めれば、定格電流を超えないように定着装置１の制御を行うことができる。
【００３６】
続いて、Ｓ１２の待機状態について簡単に説明する。待機状態は、利用者がコピー操作などを行った際に、直ちに定着動作へと移れる状態である。本実施例の定着装置１では、省エネを優先し、待機状態においてはヒータ４への通電をｏｆｆ、加圧ローラ２の回転も停止した状態とする。ただし、使い勝手を優先した動作に利用者が設定を変更することもできる。この場合、待機状態においてヒータ４をトナー記録用紙へ定着する時の温度よりも低い９０℃の温度に保温し、加圧ローラ２の回転は停止という動作になる。このようにすることで、より短時間で画像形成を開始することができ、使い勝手を改善することができる。
【００３７】
＜定着動作＞
定着動作について説明する。図８が定着動作の処理の概要である。制御の状態は、利用者がコピーボタンを押すなどの画像形成信号受付によって、定着装置１は待機状態から定着動作へ移行する（Ｓ２０）。待機状態にある定着装置１では、通常は通電を停止しているため、ヒータ４や定着ベルト３が常温に近い温度になっている。記録用紙上のトナーを溶かして、記録用紙に定着されるためには、定着装置を加熱する必要があり、本実施例の定着装置１では、ヒータ４をヒータ目標温度Ｔｔｇｔ＝２２０℃（所定温度）まで加熱すれば（昇温させれば）、トナーを記録用紙に定着させることができる。そのため、定着動作を開始する前に、まずヒータ４の温度をＴｔｇｔまで加熱を行う。このとき、なるべく短時間で加熱を終えるために、式（４）で求めた最大通電比率Ｌｍａｘでヒータ４への通電を行い（Ｓ２１）、また通電と同時に加圧ローラ２の回転も開始する（Ｓ２２）。先に述べたように、最大通電比率Ｌｍａｘは、定格電流を超えないことを保証できる最大の通電比率であるから、可能な限り短時間で加熱すること及び、定格電流を超えないという相反する目的を達することができる。また、加熱の際は、ヒータ４の温度を監視し（Ｓ２３）、ヒータ４の温度ＴｈがＴｔｇｔまで到達したら（Ｓ２４）、実際に記録用紙への定着を行う動作へと移る。
【００３８】
ヒータ４の温度ＴｈがＴｔｇｔまで到達した時点で（Ｓ２４）、画像形成装置は給紙部２４などを駆動して記録用紙を定着装置１まで搬送する動作を始める（Ｓ２５）。定着装置１では、記録用紙上のトナーを定着するために、ヒータ４を目標温度Ｔｔｇｔに保つため動作を行う（Ｓ２６からＳ３０）。定期的に、ヒータ４の温度を測定し（Ｓ２６）、もしヒータ４の温度が目標温度Ｔｔｇｔよりも高ければ（Ｓ２７）、通電比率を５％下げ（Ｓ２８）、逆にヒータ４の温度が低ければ（Ｓ２９）、通電比率を５％上げる（Ｓ３０）という動作を行う。この動作を、定着すべき記録用紙が全て排出されるまで繰り返し（Ｓ３１）、最後の記録用紙が排出された時点でヒータ４への通電をｏｆｆ（Ｓ３２）、また加圧ローラ２の回転も停止し（Ｓ３３）、待機状態へと移行する。以上が本発明を適用した定着装置の動作概要である。
【００３９】
＜電力検知の検知原理＞
この項では、本発明を適用すると、従来技術に比べ精度良く電力を検知できる理由を説明していく。まず、定着装置の熱状態はヒータ４と、熱容量の大きな加圧ローラ２の温度で代表できると考え、系の熱伝導を模式的に図２のように表す。図中の記号はそれぞれ、Ｐ（ｔ）はヒータ４に投入する電力、ＣｈとＣｒはヒータ４と加圧ローラ２の熱容量、Ｔｈ（ｔ）とＴｒ（ｔ）はヒータ４と加圧ローラ２の温度、Ｒはヒータ４と加圧ローラ２の間の熱抵抗である。
【００４０】
特許文献１で提案された従来の方法では、ヒータ４に一定の電力Ｐを通電している時、ヒータ４の温度上昇を測定することで電力検知を行っている。図２のような熱回路を想定すると、電力Ｐは式（５）と書き表される。式（５）の第１項はヒータ４の温度上昇に使われる熱量、第２項は、ヒータ４から加圧ローラ２に流れる熱量をあらわしている。
【００４１】
【数６】
2010191204.tif 000008
（５）
【００４２】
特許文献１に開示される方法は、この式（５）を使って電力Ｐを求めることに相当する。第１項は、ヒータ４の温度の時間微分で、これはヒータ温度センサ６を使って測定する。また、係数のＣｈはヒータ４の熱容量であるが、ヒータ４の比熱と質量に依存し、本実施例で使用するセラミックヒータであれば、ばらつきは非常に小さい。そのため、式（５）の第１項は精度よく求めることができる。一方、第２項は、特許文献１の方法では精度よく求めることができない。第２項には、加圧ローラ２の温度Ｔｒが含まれているが、加圧ローラ２には温度検知手段が設けられていない。測定する代わりに、ヒータ４の初期温度Ｔｈ（０）などから表を使ってＴｒを推定するといった方法を用いて求めている。また、第２項のＲはばらつきの大きい量である。Ｒは、ヒータ４と加圧ローラ２との間の熱抵抗であるが、接触面積が加圧ローラ２のゴム硬度や、加圧力によってばらつくためＲ自体のばらつきは大きい。このように、特許文献１の方法では、ＲとＴｒが大きな誤差要因となっていて、検知できる電力Ｐは概ね±２０％程度の誤差を持っていた。
【００４３】
続いて、本発明の電力検知方法について説明する。本発明では、電力を検知する際にヒータ４への通電を一定ではなく、周期的に変化させることを特徴としている。図２を電気回路と見立てて、Ｐ（ｔ）に十分周波数の高い交流を印加することを考える。電気回路として考えると、ＲとＣｒはＬＰＦ（ｌｏｗ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）を構成しているため、交流成分は加圧ローラ２には流ない。すなわち、誤差の大きなＲやＴｒ等の影響を受けずに測定できるということである。
【００４４】
実際に、Ｐ（ｔ）に周期的な電力を入力した場合に、ヒータ４の温度Ｔｈ（ｔ）がどのように変化するか求めてみる。例として、電力Ｐを正弦波とした場合、すなわちＰ（ｔ）＝Ｐ０（１＋ｓｉｎ（ωｔ））の場合を考えてみる。解くべき方程式は、式（６）と式（７）である。
【００４５】
【数７】
2010191204.tif 000009
【００４６】
すぐに解けて、ヒータ４の温度変化は式（８）で書ける。
【００４７】
【数８】
2010191204.tif 000010
【００４８】
Ｇｈは、Ｔｈ（０）やＴｒ（０）で決まる定数であるが、本発明では重要ではない。また、ｃｏｎｓｔの部分は時刻ｔによらない定数項であり、これも本発明では重要でないため詳細は省略する。式（８）で、ωを十分に高い周波数に選べば、式（９）を式（１１）のように近似できる。
【００４９】
【数９】
2010191204.tif 000011
（１１）
【００５０】
本発明では、投入する電力を周期的に変化させた時の温度変化の振幅Ｔａ（変化量）を測ることを特徴としている。式（１１）から、電力Ｐ０は温度変化の振幅Ｔａに比例し、比例係数はωＣｈである。Ｃｈはヒータ４の熱容量であり、先に述べたようにばらつきの小さな量である。また、ωも入力する電力の周期であるため、誤差はほとんど無いといって差し支えない。従って、振幅Ｔａを精度良く測定できていれば、電力Ｐ０を小さな誤差で求めることができる。
【００５１】
続いて、ヒータ４の温度変化の振幅を精度良く測定する方法について説明する。振幅を測定するための方法として、本実施系においてはＦｏｕｒｉｅｒ変換を応用している。前節でヒータ４の温度推移は式（８）のように求まった。簡単のため、ｅ−ｔ／τの部分を一次近似し、式（８）を式（１２）のように書き直して、１周期分のＦｏｕｒｉｅｒ変換を行う。
【００５２】
【数１０】
2010191204.tif 000012
【００５３】
式（１３）のように、Ｆｏｕｒｉｅｒ変換の結果から振幅Ｔａを求めることができる。さらに、式（１３）のＦｏｕｒｉｅｒを離散化すれば、制御回路１２に実装できる形となる。
【００５４】
【数１１】
2010191204.tif 000013
【００５５】
この結果は、先に制御について説明した式（１）そのものである。上述の式（１１）から、Ｔａ＝Ｐ０ωＣｈであったので、ヒータ４に投入した電力Ｐ０は直ちに求まり、次のように書ける。
【００５６】
【数１２】
2010191204.tif 000014
（１７）
【００５７】
この式（１７）は、制御の説明で出てきた式（３）である。ヒータ４の温度を定期的に測定し、それを離散Ｆｏｕｒｉｅｒ変換することで温度変化の振幅Ｔａを求め、さらに電力Ｐ０を求めることができた。
【００５８】
温度変化の振幅ＴａをＦｏｕｒｉｅｒ変換を用いて求めることの利点について説明する。この方法の最大の利点は、積分演算である点にある。ヒータ４の温度Ｔｈは、ヒータ温度センサ６を用いて測定するが、その際に測定値には偶然誤差が含まれる。一般に、偶然誤差は測定回数を増やすことで低減することができるため、複数回の測定値の和をとる積分演算は、本質的に偶然誤差の影響を受けにくいと言える。
【００５９】
式（６）以降では、入力する電力Ｐ（ｔ）として正弦波を仮定していた。それに対して、＜電力検知動作＞の項で説明した実施例では、正弦波ではなく制御を行いやすいｏｎ−ｏｆｆによる矩形型電力を用いている。どちらの場合でも、周期的な入力電力に対して、温度の振幅を測定する点には変わりなく、正弦波の場合ξ＝ωＣｈとしていたものを、矩形波ではξ＝πωＣｈ／４と定数が変わるだけである。
【００６０】
本発明を適用するに当たって、重要な設計値となる電力をｏｎ／ｏｆｆする周波数ｆ＝ω／２πを決めるための指針を示す。式（１１）でω≫１／τ  であったから、次の式（１８）のようにｆを選べばよい。
【００６１】
【数１３】
2010191204.tif 000015
（１８）
【００６２】
本実施例の定着装置１の場合実験から
【００６３】
【数１４】
2010191204.tif 000016
【００６４】
程度であった。そのため、ｆ＞０．２Ｈｚ程度に選べば、加圧ローラ２の影響を受けにくい状態で電力検知を行うことができる。
【００６５】
また、別の決め方として、式（１１）で、ω≫１／τの場合に
【００６６】
【数１５】
2010191204.tif 000017
【００６７】
となることを利用しても良い。すなわち、ｆとして十分高い周波数を選んでいる場合は
【００６８】
【数１６】
2010191204.tif 000018
【００６９】
であるが、周波数を下げていくと、位相がδ→９０度とずれていく。よって、周波数ｆを変えながら位相差δを測定し、位相差
【００７０】
【数１７】
2010191204.tif 000019
【００７１】
となるようにｆを決めることができる。
【００７２】
上述のようにして、周波数ｆの下限を決めることができる。一方で、周波数ｆの上限は、ヒータ温度センサ６の応答性によって決まる。一般に、ヒータ温度センサ６は高周波の温度変動に対して感度が落ち、４Ｈｚを超えると正確な測定が困難になった。そのため、０．２Ｈｚ＜ｆ＜４Ｈｚが精度よく電力検知を行える範囲となる。ここで、０．２Ｈｚ＜ｆ＜４Ｈｚは、周期に言い換えれば、０．２５（秒）＜ｆ＜５．００（秒）となる。
【００７３】
本実施例では、０．２Ｈｚ＜ｆ＜４Ｈｚの範囲の中から、ｆ＝１／１．６＝０．６２５Ｈｚを選んでいる。これは、図９に示すように、５０％通電０．８秒、０％通電（投入電力ゼロＷ）０．８秒の繰り返しである。この周波数を選んだ理由として、通電時間を０．８秒とすると、商用電源が５０Ｈｚの場合にちょうど４０周期分、６０Ｈｚの場合にはちょうど４８周期分となって、商用電源がどちらの場合であっても制御を行いやすいためである。
【００７４】
以上のように、本発明では、ヒータ４への投入電力を周期的に変化させ、そのときのヒータ４の温度振幅を用いて投入された電力を検知している。このような方法を用いることで、特許文献１の方法では検知誤差の大きな要因となっていた、加圧ローラ２の温度や、ヒータ４と加圧ローラ２の間の熱抵抗ばらつきの影響を受けにくい電力検知を行うことができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  定着装置
２  加圧ローラ
３  定着フィルム
４  ヒータ
５  ポリイミド膜
６  ヒータ温度センサ
７  ヒータ支持体
８  ヒータ加圧部材
９  セラミック基板
１０  抵抗体
１１  ヒータ電極
１２  制御回路
１３  ＭＰＵ
１４  ＴＲＩＡＣ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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