(57)【要約】【課題】待機時、白黒印字、カラー印字のいずれの動作モードにおいても定着器を最適な状態で制御すること。【解決手段】定着ヒータをメインヒータ２とサブヒータ３に分割し、メインヒータ２は加熱ローラに、サブヒータ３は加熱ローラと加圧ローラのいずれかに配置して交流電源１に接続する。サブスイッチ素子５をオンにすると、メインヒータ２とサブヒータ３が直列に接続され、メインスイッチ素子４をオンにすると、サブスイッチ素子５がオンの状態でもメインヒータ２のみにヒータ電流が流れる。制御アルゴリズムによりサブスイッチ素子５とメインスイッチ素子４の最適なオンオフデューティを設定する。【選択図】　　図１
2004045687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のヒータと第２のヒータに分割して定着器に配置した定着ヒータと、前記第１のヒータを前記第２のヒータを介して直列に交流電源に接続する第１のスイッチ素子と、前記第２のヒータを短絡し、前記第１のヒータを直接交流電源に接続する第２のスイッチ素子と、前記定着器の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量を変化させるために、前記第１のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第１のデューティ）と、前記第２のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第２のデューティ）を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１のデューティを増加させて所定値で固定し、前記第１のデューティを固定した段階で第２のデューティを増加させて、前記定着器に供給する電力量を制御することを特徴とする、画像形成装置。
【請求項２】
第１のヒータ、および前記第１のヒータと同じ定格電力、または第１のヒータよりも大きい定格電力の第２のヒータに分割して定着器に配置した定着ヒータと、前記第１のヒータを交流電源に接続する第１のスイッチ素子と、前記第２のヒータを交流電源に接続する第２のスイッチ素子と、前記定着器の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量を変化させるために、前記第１のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第１のデューティ）と、前記第２のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第２のデューティ）を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１のデューティを増加させて所定値で固定し、前記第１のデューティを固定した段階で第２のデューティを増加させて、前記定着器に供給する電力量を制御することを特徴とする、画像形成装置。
【請求項３】
前記第１のヒータと第２のヒータを、定着器の加熱ローラまたは加圧ローラのいずれかに配置したことを特徴とする、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】
カラー画像形成動作をする際に必要な電力量に対して、前記第１のスイッチ素子をオンしたときの電力量が小さく、定着器を所定温度で待機させる際に必要な電力量に対して、前記第１のスイッチ素子をオンしたときの電力量が大きくなるように前記第１のヒータと第２のヒータの抵抗値を設定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
カラー画像形成動作をする際に必要な電力量に対して、前記第１のスイッチ素子をオンしたときの電力量が大きく、白黒画像形成動作をする際に必要な電力量に対して、前記第１のスイッチ素子をオンしたときの電力量が小さくなるように前記第１のヒータと第２のヒータの抵抗値を設定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御手段は、次の制御アルゴリズムで定着ヒータを制御することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
Ａ）前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量Ｗａを求める段階
Ｂ）前記供給電力量Ｗａと、前記第１のスイッチ素子をオンした際の定着ヒータ電力値Ｗｂとの比より、前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を算出する段階
Ｃ）前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）が所定値（ｄｕｔｙＡ）以下であれば、前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）で前記第１のスイッチ素子を駆動する段階
Ｄ）前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）が所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）を超えていれば、前記所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）で前記第１のスイッチ素子を駆動する段階
Ｅ）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）を次式で算出する段階
（Ｗａ―ＷｂＸｄｕｔｙＡ）／（Ｗｃ−ＷｂＸｄｕｔｙＡ）
ただし、Ｗａ：定着器に供給する電力量
Ｗｂ：第１のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒータ電力値
Ｗｃ：第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒータ電力値
ｄｕｔｙＡ：所定値のデューティ（０＜ｄｕｔｙＡ≦１）
Ｆ）前記算出した第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）で前記第２のスイッチ素子を駆動する段階
【請求項７】
前記制御手段は、次の制御アルゴリズムで定着ヒータを制御することを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
Ｘ）定着器を所定温度で待機させる場合には、前記Ａ）〜Ｆ）の手順を実行
Ｙ）定着器でカラー画像形成動作させる場合、または白黒画像形成動作させる場合には、前記Ａ）の手順を実施後にＥ）、Ｆ）の手順を実行
【請求項８】
前記制御手段は、次の制御アルゴリズムで定着ヒータを制御することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
Ａ‘）前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量Ｗａを求める段階
Ｂ‘）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）を次式で算出する段階
（Ｗａ―ＷｂＸｄｕｔｙＡ）／（Ｗｃ−ＷｂＸｄｕｔｙＡ）
ただし、Ｗａ：定着器に供給する電力量
Ｗｂ：第１のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒータ電力値
Ｗｃ：第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒ　　　　　　　　　ータ電力値
ｄｕｔｙＡ：所定値のデューティ（０＜ｄｕｔｙＡ≦１）
Ｃ‘）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）が０（％）以上であれば、算出した第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）で第１のヒータを駆動し、前記第１のスイッチ素子を前記所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）で駆動する段階
Ｄ‘）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）が０（％）未満であれば、前記供給電力量Ｗａと、前記第１のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒータ電力値Ｗｂとの比から前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を算出する段階
Ｅ‘）前記算出した第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）で前記第１のスイッチ素子を駆動する段階
【請求項９】
前記制御手段は、次の制御アルゴリズムで定着ヒータを制御することを特徴とする、請求項８に記載の画像形成装置。
Ｚ）定着器を所定温度で待機させる場合、および場合定着器でカラー画像形成動作させる場合には、前記Ａ‘）〜Ｅ’）の手順を実行
Ｗ）定着器で白黒画像形成動作させる場合には、前記Ａ‘）の手順を実施後にＤ’）、Ｅ‘）の手順を実行
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、待機時、白黒印字制御時、カラー印字制御時のいずれの動作モードにおいても、定着器を最適な状態で制御できる構成とした画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタや複写機などの電子写真方式による画像形成装置においては、トナー像を転写紙などに熱定着させるために定着器が設けられている。この定着器は加熱ローラを有しており、加熱ローラの熱源としてハロゲンランプなどの定着ヒータが用いられている。
【０００３】
前記定着ヒータは、電源周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用の交流電源に直列に接続され、スイッチ素子によりオンオフ制御される。このように、定着ヒータをオンオフ制御することにより、定着ヒータの温度が設定温度を維持するようにしている。
【０００４】
定着ヒータは温度が上昇すると抵抗値が増加し、温度が下降すると抵抗値が減少する特性を有している。このため、ハロゲンランプをスイッチ素子によりオンオフ制御すると、スイッチ素子をオンした際に突入電流が流れる。
【０００５】
ところで、定着ヒータの消費電力は、一般に画像形成装置全体の約８０％程度に達し、定格電流が大きく大電力が消費されている。このため、定着ヒータの温度が低い状態でスイッチ素子をオンしたときには、回路に定格電流を超える２〜１０倍の大きな電流が流れ、この電流と電源インピーダンスによる電圧降下△Ｖが発生する。
【０００６】
電圧降下△Ｖの単位時間当たりの変化率（△Ｖ／ｄｔ）の大きさにより、フリッカが生じて商用電源を共用している照明器具のチラツキなどの問題が発生する。フリッカに関しては、国際電気委員会ＩＥＣ５５５−３のフリッカ規格、欧州フリッカ規格（ＥＮ６１０００−３−３）が規定されている。
【０００７】
これらの規格では、Ｐｓｔ（印字動作中に電圧降下の変化率△Ｖ／ｄｔの積分値を１０分間計測）が規定されている。また、Ｐｌｔ（待機中にＰｓｔを１０分間　　１２回、すなわち２時間計測し、１２個のＰｓｔ値の３乗平均を求める）が規定されている。
【０００８】
このように、画像形成装置においては、定着ヒータのオンオフ制御に伴うフリッカに対して厳しい規制がなされている。これらの規制に対しては、種々の対応策が講じられている。
【０００９】
図９は、定着ヒータのオンオフ制御を行う従来の基本的な構成を示す回路図である（従来例１）。図９において、５１は商用の交流電源（ＡＣ）、５２は交流電源５１に直列に接続された定着ヒータ、５４は、定着ヒータ５２をオンオフ制御するスイッチ素子である。スイッチ素子５４としては、一般に制御効率が良好なトライアックが使用されている。
【００１０】
図１８は、図９の制御回路による制御例を示す特性図であり、時間ｔに対するスイッチ素子５４のオンオフ状態を示している。図１８（ａ）は、待機制御状態を示している。待機時には定着ヒータ５２の温度の上下動が大きく、長時間スイッチ素子５４をオフの状態にしておくと、定着ヒータ５２の温度が低下して、定着ヒータ５２に通電したときに大電流が流れフリッカが発生する。
【００１１】
このため、前記のようにＰｌｔの規制値を満たさなくなる場合があるので、一定時間毎に定着ヒータをオンにして、温度低下、すなわち抵抗値の減少を防止している。この例では、前記Ｐｌｔを、Ｐｌｔ＜０．６５となるように、スイッチ素子５４のオンオフ周期を選定している。
【００１２】
図１８（ｂ）は、白黒印字制御状態の特性を示している。この例では、前記Ｐｓｔを、Ｐｓｔ＜１．０となるようにスイッチ素子５４のオンオフ周期を選定している。また、図１８（ｃ）のカラー印字制御状態においても、同様にＰｓｔ＜１．０となるようにスイッチ素子５４のオンオフ周期を選定している。
【００１３】
図１０は、定着ヒータと抵抗とを併用する例の回路図である（従来例２）。図１０においては、定着ヒータ５２と直列に抵抗５３を接続する。また、スイッチ素子５４と並列にスイッチ素子５５を接続する。
【００１４】
図１０の例では、電源投入時などの突入電流の制限が必要な際には、スイッチ素子５４をオフ、スイッチ素子５５をオンにして、定着ヒータ５２と直列に抵抗５３を接続する。このようにして、回路の抵抗値を増大させて突入電流を抑制する。また、定常状態では、スイッチ素子５４をオン、スイッチ素子５５をオフにして、定着ヒータ５２のみを交流電源５１に接続するものである。
【００１５】
図１１は、定着ヒータと抵抗とを併用する他の例を示す回路図である（従来例３）。図１１においては、定着ヒータ５２と直列に第１の抵抗５３を接続し、第１の抵抗５３と並列に第２の抵抗５６を接続する。また、各抵抗５３，５６と直列にスイッチ素子５５、５７を接続する。
【００１６】
図１１の例では、画像形成装置の立ち上げ時のように定着ヒータ５２の温度が低下している場合には、一方の抵抗、例えば第１の抵抗５３を定着ヒータ５２と直列に接続する（段階ａ）。この場合には、スイッチ素子５４、５７をオフ、スイッチ素子５５をオンにして、突入電流を抑制する。
【００１７】
定着ヒータ５２が所定温度に昇温すると、スイッチ素子５７をオンにして、定着ヒータ５２と直列に抵抗５３、５６の並列回路を接続する（段階ｂ）。この場合には、回路全体の抵抗値は、定着ヒータ５２に第１の抵抗５３のみを接続した前記（段階ａ）よりも減少し、回路電流は増大する。
【００１８】
更に、時間が経過して定着ヒータ５２の温度が上昇すると、次に、スイッチ素子５５、５７をオフにして抵抗５３，５６を回路から切り離す。また、スイッチ素子５４をオンにして定着ヒータ５２にのみ通電して定着装置を定格電流で動作させる（段階ｃ）。このように、図１１の例では回路全体の抵抗値を三段階に切り替えている。
【００１９】
図１２は、定着ヒータと抵抗とを併用する他の例を示す回路図である（従来例４）。図１２においては、図１０の回路に、抵抗５８、スイッチ素子５９を付加するものである。第２の抵抗５８は、第１の抵抗５３と直列に接続される構成とされている。
【００２０】
図１２の例では、画像形成装置の立上げ時には、スイッチ素子５４、５５をオフ、スイッチ素子５９をオンにする（段階ａ）。したがって、定着ヒータ５２には、第１の抵抗５３と第２の抵抗５８が直列に接続されて突入電流を抑制する。
【００２１】
次に、スイッチ素子５４、スイッチ素子５９をオフ、スイッチ素子５５をオンにして（段階ｂ）、定着ヒータ５２に抵抗５３を直列に接続して回路電流を抑制する。定着ヒータ５２が所定温度に昇温すると、スイッチ素子５５、５９をオフ、スイッチ素子５４をオンにして（段階ｃ）、定着ヒータ５２のみに通電する。図１２の例でも、図１１と同様に回路抵抗の大きさを三段階に切り替えている。
【００２２】
図１３は、定着ヒータをメインヒータとサブヒータに分割して制御する例を示す回路図である（従来例５）。図１３の例では、メインヒータ６２とサブヒータ６３とを直並列接続するように、スイッチ素子６６、６７、６８を配置している。図１３の例では、メインヒータ６２の抵抗値をＲｍ、サブヒータ６３の抵抗値をＲｓとすると、Ｒｍ＜Ｒｓに選定している。
【００２３】
画像形成装置の立上げ時（待機時）とカラー印字を行う際には、スイッチ素子６６、スイッチ素子６８をオフ、スイッチ素子６７をオンにして、メインヒータ６２とサブヒータ６３を直列に接続し回路の抵抗値を増大させ、突入電流を抑制する。
【００２４】
白黒印字を行う際には、スイッチ素子６８をオフ、スイッチ素子６６、スイッチ素子６７をオンにして、メインヒータ６２とサブヒータ６３とを並列に接続する。また、スイッチ素子６６、スイッチ素子６７をオフ、スイッチ素子６８をオンにして、メインヒータ６２にのみ通電することもできる。更に、スイッチ素子６７をオフ、スイッチ素子６６、６８をオンとしてサブヒータ６３にのみ通電することもできる。
【００２５】
図１４〜図１６は、前記図９〜図１３の各回路における電流変化の状態を示す特性図である。図１４は、図９の回路図に対応するものである。図１４の例では、画像形成装置の立ち上げ時には突入電流Ｉｘ１が流れる。時間経過と共に加熱ローラの温度が上昇すると、電流が減少して定格電流Ｉａが流れる。
【００２６】
図１５は、図１０、図１３の回路図に対応するものである。図１５の例では、抵抗値が大きい初期の段階では電流が制限されて突入電流Ｉｙ１が流れる。抵抗値を小さい値に切り替えると突入電流Ｉｘ２が流れ、時間経過と共に加熱ローラの温度が上昇すると抵抗値が増大する。このため、電流が減少して定格電流Ｉａが流れる。このように、図１５の例では、抵抗値の切り替えにより２段階で突入電流を抑制している。
【００２７】
図１６は、図１１、図１２の回路図に対応するものである。図１６において、抵抗値が最大値の場合には突入電流Ｉｚが流れる。抵抗値を切り替えて中間の大きさにすると、Ｉｚよりも大きな突入電流Ｉｙ２が流れる。更に、抵抗値を切り替えて抵抗値を最小にすると、突入電流Ｉｘ３が流れ、時間経過と共に次第に定格電流Ｉａに収斂する。図１６の例では、抵抗値の切り替えにより３段階で突入電流を抑制している。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
前記図９に示す回路図を用いた従来例１の方式では、近年の印刷速度の高速化に伴う待機時間（ウオームアップ時間）の短縮、それに伴う定着ヒータ電力の大容量化に対応できないという問題があった。
【００２９】
すなわち、定着ヒータの電力値が大きくなるので、突入電流が大きくなる。このことは、図１８（ａ）においてスイッチ素子のオンオフ周期を短縮しても突入電流の流れる回数が増加するので、結果として前記規格のＰｌｔに対して余裕がなくなるという問題があることを示している。
【００３０】
また、４サイクルカラーレーザープリンタを用いてカラー印字を行う場合には、図１８（ｃ）に示したスイッチ素子のオンオフ周期Ｔｘが４倍に大きくなる。これは、４色作像のために時間を要し、その間記録紙などの転写材を供給して定着制御することは出来ないためである。
【００３１】
すなわち、定着ヒータに通電するスイッチ素子の駆動デューティ（Ｔｙ／Ｔｘ）の値が小さくなる。したがって、定着ヒータに転写材が供給されない非通紙期間が増加するので、スイッチ素子をオフにする時間も増加する。このようにして、冷却時間が通電時間に対して長くなるので定着ヒータの抵抗値が低下する。このため、スイッチ素子をオンしたときに突入電流が抑制されず、フリッカ発生を防止できない、という問題があった。
【００３２】
図１０〜図１２のように、定着ヒータに外部抵抗を接続して突入電流を制限する方式においては、外部抵抗による電力消費が大きく電力効率が悪くなるという問題があった。すなわち、交流電源から供給される電力は、本来の画像形成装置の動作のために消費されるのではなく、立ち上げ時に他の用途のために消費されることになるためである。
【００３３】
また、外部抵抗は、セメント抵抗などの熱容量の大きな抵抗が用いられているので、放熱に時間がかかる上に、周囲温度が上昇するという問題がある。更に、定着ヒータに対しても外部抵抗の余熱の影響がある場合には、定着ヒータの温度制御が正確に行えなくなるという問題があった。
【００３４】
図１３のように、メインヒータとサブヒータとを直並列に接続を切り替える方式では、直並列切り替え用スイッチ素子の動作タイミングを正確に制御しないと、スイッチ素子がすべて導通状態となってしまい電源ラインを短絡する恐れがある。このため、短絡保護用の抵抗を接続するなどの対応が必要となり、回路構成が複雑になる、という問題があった。
【００３５】
また、図１３の方式を用いた場合にも、前記４サイクルカラーレーザープリンタを用いたカラー印字制御を行う際の特殊性に対応できないという問題があった。すなわち、定着ヒータに対する通電時間に対して、冷却時間の方が長くなるため抵抗値が減少して突入電流の抑制ができないという問題があった。
【００３６】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、定着器の待機制御状態、白黒印字制御状態、カラー印字制御状態のいずれの動作モードにおいても、定着器を最適な状態で制御できる構成とした画像形成装置を提供することである。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、第１のヒータと第２のヒータに分割して定着器に配置した定着ヒータと、前記第１のヒータを前記第２のヒータを介して直列に交流電源に接続する第１のスイッチ素子と、前記第２のヒータを短絡し、前記第１のヒータを直接交流電源に接続する第２のスイッチ素子と、前記定着器の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量を変化させるために、前記第１のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第１のデューティ）と、前記第２のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第２のデューティ）を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第１のデューティを増加させて所定値で固定し、前記第１のデューティを固定した段階で第２のデューティを増加させて、前記定着器に供給する電力量を制御する構成としたことを特徴とする。
【００３８】
また、本発明は、第１のヒータ、および前記第１のヒータと同じ定格電力、または第１のヒータよりも大きい定格電力の第２のヒータに分割して定着器に配置した定着ヒータと、前記第１のヒータを交流電源に接続する第１のスイッチ素子と、前記第２のヒータを交流電源に接続する第２のスイッチ素子と、前記定着器の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量を変化させるために、前記第１のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第１のデューティ）と、前記第２のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第２のデューティ）を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第１のデューティを増加させて所定値で固定し、前記第１のデューティを固定した段階で第２のデューティを増加させて、前記定着器に供給する電力量を制御することを特徴とする。
【００３９】
また、本発明は、前記第１のヒータと第２のヒータを、定着器の加熱ローラまたは加圧ローラのいずれかに配置したことを特徴とする。
【００４０】
また、本発明は、カラー画像形成動作をする際に必要な電力量に対して、前記第１のスイッチ素子をオンしたときの電力量が小さく、定着器を所定温度で待機させる際に必要な電力量に対して、前記第１のスイッチ素子をオンしたときの電力量が大きくなるように前記第１のヒータと第２のヒータの抵抗値を設定することを特徴とする。
【００４１】
また、本発明は、カラー画像形成動作をする際に必要な電力量に対して、前記第１のスイッチ素子をオンしたときの電力量が大きく、白黒画像形成動作をする際に必要な電力量に対して、前記第１のスイッチ素子をオンしたときの電力量が小さくなるように前記第１のヒータと第２のヒータの抵抗値を設定することを特徴とする。
【００４２】
また、本発明は、前記制御手段は、次の制御アルゴリズムで定着ヒータを制御することを特徴とする。
Ａ）前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量Ｗａを求める段階
Ｂ）前記供給電力量Ｗａと、前記第１のスイッチ素子をオンした際の定着ヒータ電力値Ｗｂとの比より、前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を算出する段階
Ｃ）前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）が所定値（ｄｕｔｙＡ）以下であれば、前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）で前記第１のスイッチ素子を駆動する段階
Ｄ）前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）が所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）を超えていれば、前記所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）で前記第１のスイッチ素子を駆動する段階
Ｅ）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）を次式で算出する段階
（Ｗａ―ＷｂＸｄｕｔｙＡ）／（Ｗｃ−ＷｂＸｄｕｔｙＡ）
ただし、Ｗａ：定着器に供給する電力量
Ｗｂ：第１のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒータ電力値
Ｗｃ：第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒータ電力値
ｄｕｔｙＡ：所定値のデューティ（０＜ｄｕｔｙＡ≦１）
Ｆ）前記算出した第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）で前記第２のスイッチ素子を駆動する段階
【００４３】
また、本発明は、前記制御手段は、次の制御アルゴリズムで定着ヒータを制御することを特徴とする。
Ｘ）定着器を所定温度で待機させる場合には、前記Ａ）〜Ｆ）の手順を実行
Ｙ）定着器でカラー画像形成動作させる場合、または白黒画像形成動作させる場合には、前記Ａ）の手順を実施後にＥ）、Ｆ）の手順を実行
【００４４】
また、本発明は、前記制御手段は、次の制御アルゴリズムで定着ヒータを制御することを特徴とする。
Ａ‘）前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量Ｗａを求める段階
Ｂ‘）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）を次式で算出する段階
（Ｗａ―ＷｂＸｄｕｔｙＡ）／（Ｗｃ−ＷｂＸｄｕｔｙＡ）
ただし、Ｗａ：定着器に供給する電力量
Ｗｂ：第１のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒータ電力値
Ｗｃ：第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒ　　　　　　　　　ータ電力値
ｄｕｔｙＡ：所定値のデューティ（０＜ｄｕｔｙＡ≦１）
Ｃ‘）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）が０（％）以上であれば、算出した第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）で第１のヒータを駆動し、前記第１のスイッチ素子を前記所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）で駆動する段階
Ｄ‘）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）が０（％）未満であれば、前記供給電力量Ｗａと、前記第１のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒータ電力値Ｗｂとの比から前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を算出する段階
Ｅ‘）前記算出した第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）で前記第１のスイッチ素子を駆動する段階
【００４５】
また、本発明は、前記制御手段は、次の制御アルゴリズムで定着ヒータを制御することを特徴とする。
Ｚ）定着器を所定温度で待機させる場合、および場合定着器でカラー画像形成動作させる場合には、前記Ａ‘）〜Ｅ’）の手順を実行
Ｗ）定着器で白黒画像形成動作させる場合には、前記Ａ‘）の手順を実施後にＤ’）、Ｅ‘）の手順を実行
【００４６】
本発明の画像形成装置は、第１のヒータと第２のヒータに分割して定着器に配置した定着ヒータと、前記第１のヒータを前記第２のヒータを介して直列に交流電源に接続する第１のスイッチ素子と、前記第２のヒータを短絡し、前記第１のヒータを直接交流電源に接続する第２のスイッチ素子と、前記定着器の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量を変化させるために、前記第１のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第１のデューティ）と、前記第２のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第２のデューティ）を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第１のデューティを増加させて所定値で固定し、前記第１のデューティを固定した段階で第２のデューティを増加させて、前記定着器に供給する電力量を制御する構成としている。このため、定着ヒータへの供給電力量を制御して、定着器を最適な状態で制御することができる。また、第１のヒータを駆動制御する際に、予備加熱効果により抵抗値が増加しているので、突入電流を抑制し、フリッカの発生を防止することができる。
【００４７】
また、本発明は、定着ヒータを第１のヒータ、および前記第１のヒータと同じ定格電力、または第１のヒータよりも大きい定格電力の第２のヒータに分割して定着器に配置した形態とした場合においても、第１のヒータと第２のヒータをそれぞれ個別に制御する、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とを設け、それぞれのスイッチ素子に対する通電時間の割合を制御している。このため、前記のように定着ヒータを配置した場合においても、突入電流を第１のヒータ、第２のヒータで分散制限してフリッカを防止すると共に、定着ヒータへの供給電力量を制御して、定着器を最適な状態で制御することができる。
【００４８】
また、本発明は、定着ヒータに対する供給電力量を考慮して、第１のヒータと第２のヒータを定着器の加熱ローラまたは加圧ローラのいずれかに配置している。このため、定着器設計の自由度を高めることができる。
【００４９】
また、本発明は、定着器の動作モードが待機制御状態、白黒印字制御状態、カラー印字制御状態のそれぞれの場合に必要な電力量を考慮して第１のヒータと第２のヒータの抵抗値を設定している。このため、いずれの動作モードにおいても、突入電流を制限してフリッカを防止すると共に、定着ヒータを合理的に駆動して無駄な電力消費を避けることができる。また、４サイクルカラーレーザープリンタを使用した場合でも定着ヒータの温度低下、すなわち、抵抗値の減少を小さくして、突入電流を抑制し、フリッカの発生を防止することができる。
【００５０】
また、本発明は、定着器に温度検出手段を設け、温度検出手段の検出結果に従って、制御手段が第１のヒータの駆動制御と第２のヒータの駆動制御を振り分ける制御アルゴリズムに基づいて、定着器に必要な電力量を求めている。この制御アルゴリズムは、定着器の動作モードに応じて種々の態様が適用可能であり、定着器の合理的な制御を行うことができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明を説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置に適用される定着ヒータを制御する回路の概略構成を示す回路図である。図１において、１は商用の交流電源、２は定着ヒータのメインヒータ（第１のヒータ）、３は定着ヒータのサブヒータ（第２のヒータ）である。また、３はサブスイッチ素子（第１のスイッチ素子）、４はメインスイッチ素子（第２のスイッチ素子）である。
【００５２】
図１に示されているように、本発明においても、前記した従来例５と同様に定着ヒータをメインヒータ２とサブヒータ３に分割しているが、回路構成、および詳細を後述するようにその通電制御のアルゴリズムが相違している。図１の構成では、メインスイッチ素子４をオフ、サブスイッチ素子５をオンとしてメインヒータ２とサブヒータ３とを直列に接続する。
【００５３】
また、サブスイッチ素子５をオン、メインスイッチ素子４をオンでメインヒータ２にのみ通電する。このように、メインスイッチ素子４，サブスイッチ素子５の動作によりメインヒータ２を単独で、またはメインヒータ２とサブヒータ３とを直列に接続して通電しているが、サブヒータ３のみには通電しない構成としている。なお、メインヒータ２の抵抗値をＲｍ、サブヒータ３の抵抗値をＲｓとしたときに、基本的にはＲｍ＜Ｒｓとなるように抵抗値を選定している。
【００５４】
図２は、定着ヒータをメインヒータ２（第２のヒータ）とサブヒータ３（第１のヒータ）とに分割し、それぞれメインスイッチ素子４（第２のスイッチ素子），サブスイッチ素子５（第１のスイッチ素子）を介して交流電源１に接続する例を示す回路図である。メインスイッチ素子４，サブスイッチ素子５を共にオンとした場合には、メインヒータ２とサブヒータ３は、交流電源１に並列に接続される。
【００５５】
図２の例では、メインヒータ２の抵抗値をＲｍ、サブヒータ３の抵抗値をＲｓとすると、Ｒｍ≦Ｒｓに選定している。すなわち、メインヒータ２の定格電力を、サブヒータ３の定格電力と等しいかまたは大きくしている。
【００５６】
本発明においては、図１、図２の例について共通に、サブヒータ３に通電するスイッチ素子を第１のスイッチ素子とし、メインヒータ２のみを交流電源に接続するスイッチ素子を第２のスイッチ素子と表示する。したがって、図２の例ではサブスイッチ素子５（第１のスイッチ素子）は、サブヒータ３（第１のヒータ）を交流電源１に接続する。また、メインスイッチ素子４（第２のスイッチ素子）は、メインヒータ３（第２のヒータ）を交流電源１に接続することになる。
【００５７】
図５は、図１の回路の動作特性を従来例と対比した説明図である。図５において、縦方向の（Ｘ）欄には従来技術を、（Ｙ）欄には本発明に係る実施例１を、（Ｚ）欄には本発明に係る実施例２を記載している。
【００５８】
図５の横方向の（ａ）欄には、メイン電力、すなわち、図１のメインスイッチ素子４をオンしたときの定着ヒータ電力値（Ｗ）を記載している。また、（ｂ）欄にはサブ電力、すなわち、図１のサブスイッチ素子５をオンしたときの定着ヒータ電力値（Ｗ）を記載している。
【００５９】
（ｃ）欄には、定着器の動作モードを記載している。この動作モードは、前記従来技術（Ｘ）、実施例１（Ｙ）、実施例２（Ｚ）のそれぞれについて、待機制御状態、カラー印字制御状態、白黒印字制御状態の特性を規定するものである。
【００６０】
ここで、動作モードの待機制御状態では、印字を行わずに定着器の温度制御を行う状態であり、例えば３秒周期で制御する。カラー印字制御状態では、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の４色を順次作像して、印字定着する状態であり、例えば６秒周期で制御する。また、白黒印字制御状態では、Ｋ（ブラック）の１色を作像して印字定着する状態であり、例えば、３秒周期で制御する。
【００６１】
（ｄ）欄には、メインデューティ（第１のデューティ）（％）を記載している。メインデューティ（％）は、メインスイッチ素子４をオン、サブスイッチ素子５をオンとして、メインヒータ２にのみ通電する時間の割合を示している。
【００６２】
（ｅ）欄には、サブデューティ（第２のデューティ）（％）を記載している。サブデューティ（％）は、サブスイッチ素子５をオン、メインスイッチ素子４をオフにして、メインヒータ２とサブヒータ３とを直列に接続したときに通電する時間の割合を示している。
【００６３】
（ｆ）欄には、ヒータ電力量（Ｗｈ）、すなわち定着器に供給する電力量（Ｗｈ）を記載している。ヒータ電力量（Ｗｈ）は、メイン電力またはサブ電力のヒータ電力と、メインデューティまたはサブデューティのヒータ駆動デューティの積で表されるものであり、定着器の必要電力量を示している。
【００６４】
図５の従来技術（Ｘ）における、動作モード（ｃ）が待機時（Ｓａ）、カラー印字制御時（Ｔａ）、白黒印字制御時（Ｕａ）のそれぞれに対応する特性を図１７に示している。図１７の特性は、図９の回路図に対応させている。
【００６５】
なお、図５に示されている従来技術の特性は、本発明の実施例と対比するために作成されたものである。実際にこのような特性が、従来技術として公報などに記載されているということではない。
【００６６】
従来技術（Ｘ）において、メインヒータ６２の電力値（メイン電力）は１０００（Ｗ）である。
【００６７】
動作モードの待機時（Ｓａ）において、スイッチ素子５４のみをオンにしてメインヒータ５２にのみ通電するメインデューティは１０（％）である。
【００６８】
このときのヒータ電力量（Ｗｈ）は、メイン電力が１０００（Ｗ）、メインデューティが１０（％）であるので、１０００Ｘ０．１＝１００（Ｗｈ）となる。
【００６９】
図１７において、「メイン」は、メインヒータに通電するスイッチ素子（図９のスイッチ素子５４）の駆動信号の波形を示している。スイッチ素子として使用されるトライアックは、基本的には０クロス制御されている。
【００７０】
△Ｖは交流電源に所定抵抗が接続されたものとしたときの電圧降下である。すなわち、△Ｖ＝（定着ヒータの電流値Ｘ所定抵抗値）、で示される。待機時（Ｓａ）には、メインヒータ５２のみが接続されて抵抗値が低いので、定着ヒータの電流値が大きくなり、△Ｖの波高値も大きくなっている。
【００７１】
カラー印字制御時（Ｔａ）には、図５を参照して、メインデューティは３０（％）である。この際のヒータ電力量（Ｗｈ）は、１０００Ｘ０．３＝３００（Ｗｈ）となる。
【００７２】
図１７の（Ｔａ）欄には、カラー印字制御時のスイッチ素子５４の駆動信号波形（メイン）と、△Ｖが示されている。この場合にも、回路にはメインヒータ５２のみが接続されて抵抗値が低いので、定着ヒータの電流値が大きくなり、△Ｖの波高値も大きくなっている。
【００７３】
図５を参照して、動作モードが白黒印字制御時（Ｕａ）には、メインデューティは８０（％）である。この際のヒータ電力量（Ｗｈ）は、１０００Ｘ０．８＝８００（Ｗｈ）となる。
【００７４】
なお、図１７の白黒印字制御時（Ｕａ）の波形は、カラー印字制御時（Ｔａ）と比較して、メインデューティが３０（％）から８０（％）に変わって通電時間が長くなったことに対応し、前記メイン、△Ｖ共に波高値が同じでパルス幅が増大している。
【００７５】
図５（Ｙ）の本発明にかかる実施例１に対応する特性は、図７に示されている。図５（Ｙ）と図７を参照して、実施例１について説明する。この例でも、従来例と対比するためにメイン電力は１０００（Ｗ）としている。なお、以下の制御は、図示を省略している制御手段により行われる。この制御手段は、例えばＣＰＵなどを用いることができる。
【００７６】
サブ電力は２００（Ｗ）とする。この際の動作モードは待機時（Ｓｂ）では、メインデューティを０（％）、サブデューティを５０（％）とする。ヒータ電力量（Ｗｈ）は、サブデューティのみが実行されているので、２００Ｘ０．５＝１００（Ｗｈ）となる。
【００７７】
図７の待機時（Ｓｂ）の波形は、メインスイッチ素子４（図１）の駆動信号は０、サブｂスイッチ素子５の駆動信号は５０（％）デューティ（トライアックは、基本的には０クロス駆動とする）である。また、交流電源１にメインヒータ２とサブヒータ３の直列回路が接続されて抵抗値が増大し、電流が少なくなるので、図１７に示した従来例よりも△Ｖの波高値は小さくなる。
【００７８】
次に、図５（Ｙ）の動作モードがカラー印字制御時（Ｔｂ）においては、メインデューティは１２．５（％）、サブデューティは８７．５（％）とする。この際のヒータ電力量（Ｗｈ）は、次のようになる。
【００７９】
ヒータ電力量＝（１０００Ｘ０．１２５）＋（２００Ｘ０．８７５）＝３００（Ｗｈ　　　　　　　　　　　　）
【００８０】
図７において、カラー印字制御時（Ｔｂ）の特性について、メインスイッチ素子４の　駆動信号は、１２．５（％）のデューティ、すなわち、（１／８）周期で通電制御され　る。また、サブスイッチ素子５の駆動信号は、連続通電の波形となる。
【００８１】
したがって、図１の回路図において、サブスイッチ素子５は連続通電となるが、メイ　ンスイッチ素子４は１２．５（％）のデューティでオンオフ制御されている。このため　、メインスイッチ素子４がオンのときには、サブヒータ３は短絡されてメインヒータ２　にのみヒータ電流が流れることになる。
【００８２】
すなわち、サブヒータ３は連続通電（１００％デューティ）で駆動されるが、メイン　スイッチ素子３がオンとなる１２．５（％）のデューティでは、サブヒータ３にはヒー　タ電流は流れない。したがって、実質的なサブデューティは８７．５（％）となる。
【００８３】
図７（Ｔｂ）の特性図において、時刻ｔａではサブスイッチ素子５に通電してメイン　ヒータ２とサブヒータ３とを直列に接続してヒータ電流を流し予備加熱する。このよう　に、予備加熱でメインヒータ２の抵抗値を上昇させてから、メインヒータ２のみの通電　に移行させる。
【００８４】
時刻ｔｂでメインスイッチ素子４に通電し、時刻ｔｃでメインスイッチ素子４をオフ　にすると、時刻ｔｂから時刻ｔｃまでの時間は、メインヒータ２にのみ通電され、この　ときの△Ｖの波高値Ｖａは、メインヒータ２に流れるヒータ電流に基づいて形成される　。
【００８５】
時刻ｔｃから時刻ｔｄまでの時間は、メインヒータ２とサブヒータ３とが直列に接続　された状態でヒータ電流が流れ、この際のヒータ電流に基づいて△Ｖの波高値Ｖｂが形　成される。
【００８６】
図５（Ｙ）の動作モードが白黒印字制御時（Ｕｂ）においては、メインデューティを７５（％）、サブデューティを２５（％）としている。この際の、ヒータ電力量（Ｗｈ）は、次のようにして求められる。
【００８７】
ヒータ電力量＝（１０００Ｘ０．７５）＋（２００Ｘ０．２５）＝８００（Ｗｈ）
【００８８】
図７（Ｕｂ）に示されているように、白黒印字制御時においては、メインスイッチ素子４は、７５（％）のデューティで通電制御される。また、サブスイッチ素子５は、連続通電されている。したがって、カラー印字制御時（Ｔｂ）と同様に、メインスイッチ素子４をオンにしたときにはサブヒータ３が短絡されて、ヒータ電流はメインヒータ２のみに流れる。
【００８９】
また、図７（Ｕｂ）の場合にも、立ち上げ当初はメインヒータ２とサブヒータ３とを直列接続してヒータ電流を流し、予備加熱によりメインヒータ２の温度を上昇させてから、メインヒータのみの通電制御を行っている。
【００９０】
実施例１においては、サブ電力はメイン電力の（１／５）に設定している。また、メインヒータ２の抵抗値Ｒｍとサブヒータ３の抵抗値Ｒｓとの関係を、Ｒｍ＜Ｒｓに選定している。このため、サブスイッチ素子５をオンにしたときの発熱は、サブヒータ３よりもメインヒータ２の方が大きくなる。
【００９１】
また、カラー印字制御時のヒータ電力量は３００（Ｗｈ）であり、サブ電力２００（Ｗ）よりも大きい値であるが両者を接近させた値としている。前記図７の（Ｔｂ）の特性に示されているように、サブ電力にメイン電力を加算して、換言すればサブ電力の不足分をメイン電力で補って定着器を制御している。
【００９２】
このように、実施例１においては、カラー印字制御時には、メインヒータ２の通電を連続させてメインヒータ２の温度低下を防止している。このため、従来の構成よりもフリッカ防止を有効に行うことができる。
【００９３】
図６は、ヒータ電力量、すなわち定着ヒータへの供給電力量と、デューティとの関係を示す特性図である。図６において、第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）で定着ヒータに電力を供給する。前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）が所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）、例えば１００（％）を超えれば、前記所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）で第１のスイッチ素子を駆動する。ただし、（０＜ｄｕｔｙＡ≦１）とする。
【００９４】
また、合わせて第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）で第２のスイッチ素子を駆動する。図６の例では、第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を１００（％）まで増加させて、その後１００（％）で固定して定着ヒータに電力を供給している。
【００９５】
また、第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を１００（％）で固定した段階で、第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）を増加させて定着ヒータに電力を供給している。このように、第２のデューティでメインヒータを駆動制御する際に、事前に第１のデューティによる予備加熱効果により抵抗値が増加しているので、突入電流を抑制し、フリッカの発生を防止することができる。
【００９６】
なお、上記説明では、第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）が１００（％）の時点で固定しているが、所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）は、前記のような条件、すなわち、０＜ｄｕｔｙＡ≦１、の範囲内で任意の値に設定できる。
【００９７】
図６では、例えば第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）が８０（％）で固定した例についても示している。第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を８０（％）で固定した段階で、第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）を増加させて定着ヒータに電力を供給している。
【００９８】
次に、図５（Ｚ）欄に記載された本発明に係る実施例２について説明する。この例では、メイン電力は１０００（Ｗ）、サブ電力は５００（Ｗ）に設定している。動作モードの待機時（Ｓｃ）の特性は、メインデューティは０（％）、サブデューティは２０（％）としている。また、ヒータ電力量は、５００Ｘ０．２＝１００（Ｗｈ）としている。
【００９９】
また、動作モードがカラー印字制御時（Ｔｃ）の特性は、メインデューティは０（％）、サブデューティは６０（％）、ヒータ電力量は、５００Ｘ０．６＝３００（Ｗｈ）としている。
【０１００】
この例では、ヒータ電力量は３００（Ｗｈ）であり、サブ電力の５００Ｗと接近した値としている。このことは、図７（Ｔｃ）に示されているようにメインヒータとサブヒータとを直列に接続したときの通電時間の割合が大きく、すなわち、メインヒータへの通電時間の割合が大きいので、抵抗値の減少が少なくなる。したがって、突入電流を効果的に抑制することができる。
【０１０１】
更に、動作モードが白黒印字制御時（Ｕｃ）の特性は、メインデューティは６０（％）、サブデューティは４０（％）、ヒータ電力量は、（１０００Ｘ０．６）＋（５００Ｘ０．４）＝８００（Ｗｈ）としている。
【０１０２】
図８は、実施例２の特性図である。図７の実施例１の特性と比較して、待機時（Ｓｃ）の特性では、△Ｖの波高値が大きくなっている。これは、メインヒータ２の抵抗値Ｒｍを固定したとすると、サブヒータＲｓの抵抗値との関係を、実施例１では、前記のようにＲｍ＜Ｒｓに選定しているが、実施例２では、Ｒｍ＝Ｒｓに選定している。
【０１０３】
このため、回路抵抗Ｒ＝Ｒｍ＋Ｒｓの値が実施例２の方が実施例１よりも小さくなり、ヒータ電流が大きくなる。したがって、交流電源の電圧降下△Ｖが大きくなる。
【０１０４】
カラー印字制御時（Ｔｃ）の特性では、実施例２ではメインデューティは０（％）、サブデューティは６０（％）であるから、サブデューティにのみ対応した△Ｖが示されている。この場合にも、回路抵抗Ｒ＝Ｒｍ＋Ｒｓの値が実施例２の方が実施例１よりも小さくなり、ヒータ電流が大きくなる。したがって、サブデューティで制御したときの交流電源の電圧降下△Ｖの波高値が実施例１よりも大きくなる。
【０１０５】
白黒印字制御時（Ｕｃ）の特性には、メインデューティ４０（％）、サブデューティ６０（％）で制御したときの交流電源の電圧降下△Ｖが示されている。この例でも、サブデューティで制御したときの△Ｖの波高値は実施例１よりも大きくなっている。
【０１０６】
実施例２は、サブ電力は５００（Ｗ）であり、メイン電力の（１／２）に設定している。この例ではカラー印字制御時のヒータ平均電力は３００（Ｗ）で、サブ電力５００（Ｗ）よりも小さい値であるが、前記のように両者は接近した値としている。
【０１０７】
また、前記のように、メインヒータの抵抗値Ｒｍと、サブヒータの抵抗値Ｒｓの関係を、Ｒｍ＝Ｒｓ、に選定している。このため、サブスイッチ素子５をオンにして、メインヒータ２とサブヒータ３とを直列に接続したときの、メインヒータ２とサブヒータ３の発熱量はほぼ等しくなる。なお、図６で説明した定着ヒータへの供給電力量と、デューティとの関係は、実施例２にも適用されることは当然である。
【０１０８】
実施例１においては、カラー画像形成動作をする際に必要な電力量（３００Ｗｈ）に対して、第１のスイッチ素子をオンしたときのサブ電力量は２００（Ｗｈ）となるので、３００Ｗｈよりも小さくなる。また、定着器を所定温度で待機させる際に必要な電力量１００（Ｗｈ）に対して、前記第１のスイッチ素子をオンしたときのサブ電力量は２００（Ｗｈ）となるので、電力量が大きくなる。このような特性が得られるようにメインヒータ（第１のヒータ）とサブヒータ（第２のヒータ）の抵抗値を設定する。
【０１０９】
実施例２においては、カラー画像形成動作をする際に必要な電力量３００（Ｗｈ）に対して、第１のスイッチ素子をオンしたときのサブ電力量は５００（Ｗｈ）となるので、電力量が大きくなる。また、白黒画像形成動作をする際に必要な電力量８００（Ｗｈ）に対して、第１のスイッチ素子をオンしたときのサブ電力量は５００（Ｗｈ）となるので、電力量が小さくなる。このような特性が得られるように前記第１のヒータと第２のヒータの抵抗値を設定する。
【０１１０】
本発明においては、実施例１、実施例２のように、第１のヒータと第２のヒータの抵抗値を適宜に設定することにより、定着器への供給電力に対して、第１のスイッチ素子をオンしたときのサブ電力量が大きい場合でも、また小さい場合でも突入電流を抑制することができる。
【０１１１】
特性図の記載は省略するが、本発明においては、実施例３として、次のような設定とすることができる。すなわち、カラー印字制御時のヒータ平均電力＝サブ電力に、例えば両者共に３００Ｗに設定する。
【０１１２】
この場合には、メイン電力を１０００（Ｗ）で共通の値とすると、サブ電力≒（１／３）メイン電力、となる。実施例３では、サブ電力が３００（Ｗ）であり、実施例１における２００（Ｗ）と実施例２における５００（Ｗ）の間の数値に設定される。
【０１１３】
したがって、実施例３のカラー印字制御時の定着ヒータ制御は、実施例１の状態と実施例２の状態を行き来する状態となる。すなわち、ハロゲンランプで構成されるメインヒータ２が間欠点灯あるいは全消灯となる。また、サブヒータ３が全点灯あるいは間欠点灯となる。
【０１１４】
このような状態は、定着器から奪い去られる熱量により変動する。また、実施例３では、前記ＲｍとＲｓとの関係を、Ｒｍ＜Ｒｓに選定している。このため、サブスイッチ素子５をオンにしたときの発熱は、サブヒータ３の方がメインヒータ２よりも大きくなる。
【０１１５】
上記各実施例において、メイン電力を１０００（Ｗ）としたときに、サブ電力は、２００（Ｗ）、３００（Ｗ）、５００（Ｗ）として、メイン電力とサブ電力の比（電力値比）を変えている。
【０１１６】
このように電力値比をどのように変えた場合でも、本発明によればメインデューティ、サブデューティを動作モードに対応させて適宜変更することにより、突入電流を抑制してフリッカを防止することができる。
【０１１７】
本発明においては、図１に示したようにサブスイッチ素子をオン、メインスイッチ素子をオフにして、メインヒータとサブヒータとを直列接続して通電することを基本的な構成としている。そして、ヒータ電力が不足している場合には、メインスイッチ素子をオンにしてメインヒータのみの通電を併用する。
【０１１８】
この場合に、メインヒータはすでに予備加熱により温度上昇しており、抵抗値が増大している。このため、メインヒータのみの通電を行ってもヒータ電流は定格電流に接近した値となっており、突入電流は制限されてフリッカは発生しない。
【０１１９】
なお、本発明は図２のようにメインヒータ２とサブヒータ３をスイッチ素子４，５により交流電源１に単独で、または並列に接続した場合にも適用できる。この場合には、図５の説明図において、（ａ）欄のメイン電力は、スイッチ素子４（第２のスイッチ素子）をオンしたときのメインヒータ２（第２のヒータ）の電力値となる。
【０１２０】
また、（ｂ）欄のサブ電力は、スイッチ素子４（第２のスイッチ素子）とスイッチ素子５（第１のスイッチ素子）をオンしたときのメインヒータ２とサブヒータ３を並列接続した状態の電力値となる。（ｄ）欄のメインデューティは、スイッチ素子４に対する通電の割合を、また、（ｅ）欄のサブデューティは、スイッチ素子５に対する通電の割合を示している。
【０１２１】
図２の回路構成とした場合にも、図６で示した定着器への供給電力量と、デューティとの関係の特性図が適用される。すなわち、第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）まで増加させて、その後このデューティで固定して定着ヒータに電力を供給する。また、第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を固定した段階で、第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）を増加させて定着ヒータに電力を供給する。
【０１２２】
本発明においては、前記のように定着ヒータをメインヒータとサブヒータに分割している。次に、分割された定着ヒータの配置例について説明する。
【０１２３】
図３は、定着ヒータの配置例を示す説明図である。図３において、６は定着器の加熱ローラ、７は加圧ローラ、８は記録紙などの転写材である。この例では、メインヒータ２とサブヒータ３を共に加熱ローラ６に配置する。９は温度検出器で、加熱ローラ６の近傍に配置され、定着器の温度を検出する温度検出手段として機能する。
【０１２４】
図４は、定着ヒータの他の配置例を示す説明図である。図４において、メインヒータ２は加熱ローラ６に、サブヒータ３は加圧ローラ７に分離して配置する。温度検出器９は、加熱ローラ６の近傍に配置する。
【０１２５】
メインヒータ２、およびサブヒータ３の電力値は、それぞれのヒータの抵抗値により規定される。本発明においては、前記のように、メインヒータの電力値（メイン電力）と、メインヒータおよびサブヒータを交流電源に接続したときの電力値（サブ電力）との比（電力値比）がどのような値であっても、突入電流を制限してフリッカの発生を防止するように、メインデューティとサブデューティの制御を行っている。
【０１２６】
このため、前記電力値比の設定、すなわち、各ヒータの抵抗値設定の自由度が確保できる。したがって、各ヒータを定着器の加熱ローラと加圧ローラのいずれのローラに配置しても、メインヒータ単独で、またはメインヒータとサブヒータを共に交流電源に接続したときのそれぞれの発熱量を考慮して温度制御を行うことにより、定着に必要な熱量が得られる。
【０１２７】
このように、メインヒータとサブヒータの各ヒータを定着器のどのローラに配置するかの自由度が得られ、本発明によれば定着器設計の自由度が高くなるという利点がある。
【０１２８】
次に、本発明による定着ヒータの温度制御のアルゴリズムについて説明する。通常、定着器においては、定着ヒータの近傍に温度検出器を設置し、制御手段に検出温度のデータを与え、定着ヒータの駆動デューティを決定している。
【０１２９】
本発明においては、制御手段は温度検出器のデータから定着器に必要な供給電力量を求める。そして、得られた供給電力量から、メインヒータとサブヒータに関する駆動制御の振り分けのアルゴリズムを以下のように実行する。
【０１３０】
（手順例１）
Ａ）前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量Ｗａを求める段階
Ｂ）前記供給電力量Ｗａと、前記第１のスイッチ素子をオンした際の定着ヒータ電力値Ｗｂとの比より、前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を算出する段階
Ｃ）前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）が所定値（ｄｕｔｙＡ）以下であれば、前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）で前記第１のスイッチ素子を駆動する段階
Ｄ）前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）が所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）を超えていれば、前記所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）で前記第１のスイッチ素子を駆動する段階
Ｅ）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）を次式で算出する段階
（Ｗａ―ＷｂＸｄｕｔｙＡ）／（Ｗｃ−ＷｂＸｄｕｔｙＡ）
ただし、Ｗａ：定着器に供給する電力量
Ｗｂ：第１のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒータ電力値
Ｗｃ：第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒー　　　　　　　　　タ電力値
ｄｕｔｙＡ：所定値のデューティ（０＜ｄｕｔｙＡ≦１）
Ｆ）前記算出した第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）で前記第２のスイッチ素子を駆動する段階
【０１３１】
前記図４に示した本発明に係る実施例１に手順例１を当て嵌めると、待機時（Ｓｂ）では、
Ａ）供給電力量は１００（Ｗｈ）
Ｂ）サブデューティ＝１００／２００＝５０（％）
Ｃ）５０（％）デューティでメインヒータとサブヒータの直列回路を駆動
となる。Ｄ）以下の処理は行わない。
【０１３２】
実施例１のカラー印字制御時（Ｔｂ）では、手順１は、
Ａ）供給電力量は３００（Ｗｈ）
Ｂ）サブデューティ＝３００／２００＝１５０（％）
Ｄ）メインヒータとサブヒータの直列回路を所定値のデューティ、この例では１００（％）デューティで連続的に駆動
Ｅ）メインデューティ＝（３００−２００）／（１０００−２００）＝１２．５（％）
Ｆ）メインヒータを１２．５（％）のデューティで駆動
となる。次に、手順例２について説明する。
【０１３３】
（手順例２）
Ａ‘）前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量Ｗａを求める段階
Ｂ‘）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）を次式で算出する段階
（Ｗａ―ＷｂＸｄｕｔｙＡ）／（Ｗｃ−ＷｂＸｄｕｔｙＡ）
ただし、Ｗａ：定着器に供給する電力量
Ｗｂ：第１のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒータ電力値
Ｗｃ：第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒ　　　　　　　　　ータ電力値
ｄｕｔｙＡ：所定値のデューティ（０＜ｄｕｔｙＡ≦１）
Ｃ‘）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）が０（％）以上であれば、算出した第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）で第１のヒータを駆動し、前記第１のスイッチ素子を前記所定値のデューティ（ｄｕｔｙＡ）で駆動する段階
Ｄ‘）前記第２のデューティ（ｄｕｔｙ２）が０（％）未満であれば、前記供給電力量Ｗａと、前記第１のスイッチ素子をオンしたときの定着ヒータ電力値Ｗｂとの比から前記第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）を算出する段階
Ｅ‘）前記算出した第１のデューティ（ｄｕｔｙ１）で前記第１のスイッチ素子を駆動する段階
【０１３４】
このように、手順例２のアルゴリズムは、手順例１のアルゴリズムとは逆の手順となっている。
【０１３５】
手順例２を実施例１の白黒印字制御時（Ｕｂ）の特性に当て嵌めると、
Ａ‘）供給電力量は８００（Ｗ）
Ｂ‘）メインデューティ＝（８００−２００）／（１０００−２００）＝７５（％）
Ｃ‘）メインヒータを７５（％）で駆動し、メインヒータとサブヒータの直列回路を所定値のデューティ、この例では１００（％）デューティで連続通電して駆動
となる。
【０１３６】
このように、メインヒータ、およびメインヒータとサブヒータの両者の制御を行う際に、動作モードが待機時、カラー印字制御時、白黒印字制御時で制御アルゴリズムを変更しても良い。
【０１３７】
実施例１においては、カラー印字制御時と白黒印字制御時にサブスイッチ素子は連続通電（サブデューティは１００％）としている。このような場合には、手順例１を変更して手順例３の設定とすることもできる。
【０１３８】
（手順例３）
Ｘ）定着器を所定温度で待機させる場合には、前記Ａ）〜Ｆ）の手順を実行
Ｙ）定着器でカラー画像形成動作させる場合、または白黒画像形成動作させる場合には、前記Ａ）の手順を実施後にＥ）、Ｆ）の手順を実行
【０１３９】
また、実施例２の場合には、手順例４のアルゴリズム制御とすることができる。
【０１４０】
Ｚ）定着器を所定温度で待機させる場合、および定着器でカラー画像形成動作させる場合には、前記Ａ‘）〜Ｅ’）の手順を実行
Ｗ）定着器で白黒画像形成動作させる場合には、前記Ａ‘）の手順を実施後にＤ’）、Ｅ‘）の手順を実行
【０１４１】
このように、本発明においては、定着ヒータに温度検出器を設け、メインヒータの駆動制御と、メインヒータとサブヒータを交流電源に接続したときの駆動制御を振り分ける制御アルゴリズムに基づいて定着器に必要な電力量を求めている。この制御アルゴリズムは、定着器の動作モードに応じて種々の態様が適用可能であり、定着器の合理的な制御を行うことができる。
【０１４２】
なお、メインデューティとサブデューティとを併用する場合には、常にサブデューティを先行させてメインヒータの温度を上昇させて抵抗値の回復を図り、突入電流を制限する。
【０１４３】
本発明においては、図３、図４で説明した２ローラの定着器のみならず、３ローラの定着器にも適用できる。また、ベルト定着器にも適用できる。
【０１４４】
本発明は、図１に示したように、定着ヒータをメインヒータ（第１のヒータ）とサブヒータ（第２のヒータ）に分割して定着器のいずれかのローラに配置する。前記第２のヒータは、サブスイッチ素子（第１のスイッチ素子）により交流電源に接続され、また、第１のヒータはメインスイッチ素子（第２のスイッチ素子）により交流電源に接続される構成としている。
【０１４５】
そして、前記第１のスイッチ素子に対する通電時間の割合であるサブデューティ（第１のデューティ）と、第２のスイッチ素子に対する通電時間の割合であるメインデューティ（第２のデューティ）とを定着器の動作モードに応じて変更している。
【０１４６】
このため、第１のヒータの電力値と、第１のヒータと第２のヒータを交流電源に接続したときの電力値に基づいて、定着器のヒータ電力量を所定値に設定することにより、いずれの動作モードにおいても突入電流を制限してフリッカを防止すると共に、定着器を動作モードに応じて最適な状態で制御することができる。
【０１４７】
以上、本発明の画像形成装置を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【０１４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置は、第１のヒータと第２のヒータに分割して定着器に配置した定着ヒータと、前記第１のヒータを前記第２のヒータを介して直列に交流電源に接続する第１のスイッチ素子と、前記第２のヒータを短絡し、前記第１のヒータを直接交流電源に接続する第２のスイッチ素子と、前記定着器の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果に従い、前記定着器に供給する電力量を変化させるために、前記第１のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第１のデューティ）と、前記第２のスイッチ素子に対する通電時間の割合（第２のデューティ）を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第１のデューティを増加させて所定値で固定し、前記第１のデューティを固定した段階で第２のデューティを増加させて、前記定着器に供給する電力量を制御する構成としている。このため、定着ヒータへの供給電力量を制御して、定着器を最適な状態で制御することができる。また、第１のヒータを駆動制御する際に、予備加熱効果により抵抗値が増加しているので、突入電流を抑制し、フリッカの発生を防止することができる。
【０１４９】
また、本発明は、定着ヒータを第１のヒータ、および前記第１のヒータと同じ定格電力、または第１のヒータよりも大きい定格電力の第２のヒータに分割して定着器に配置した形態とした場合においても、第１のヒータと第２のヒータをそれぞれ個別に制御する、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とを設け、それぞれのスイッチ素子に対する通電時間の割合を制御している。このため、前記のように定着ヒータを配置した場合においても、突入電流を第１のヒータ、第２のヒータで分散制限してフリッカを防止すると共に、定着ヒータへの供給電力量を制御して、定着器を最適な状態で制御することができる。
【０１５０】
また、本発明は、定着ヒータに対する供給電力量を考慮して、第１のヒータと第２のヒータを定着器の加熱ローラまたは加圧ローラのいずれかに配置している。このため、定着器設計の自由度を高めることができる。
【０１５１】
また、本発明は、定着器の動作モードが待機制御状態、白黒印字制御状態、カラー印字制御状態のそれぞれの場合に必要な電力量を考慮して第１のヒータと第２のヒータの抵抗値を設定している。このため、いずれの動作モードにおいても、突入電流を制限してフリッカを防止すると共に、定着ヒータを合理的に駆動して無駄な電力消費を避けることができる。また、４サイクルカラーレザープリンタを使用した場合でも定着ヒータの温度低下、すなわち、抵抗値の減少を小さくして、突入電流を抑制し、フリッカの発生を防止することができる。
【０１５２】
また、本発明は、定着器に温度検出手段を設け、温度検出手段の検出結果に従って、制御手段が第１のヒータの駆動制御と第２のヒータの駆動制御を振り分ける制御アルゴリズムに基づいて、定着器に必要な電力量を求めている。この制御アルゴリズムは、定着器の動作モードに応じて種々の態様が適用可能であり、定着器の合理的な制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に基づく画像形成装置の一例を示す回路図である。
【図２】本発明の他の実施形態に基づく画像形成装置の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の画像形成装置に用いる定着器の構成を示した説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態に基づく画像形成装置に用いる定着器の構成を示す説明図である。
【図５】図１の回路の動作を従来例と対比した説明図である。
【図６】図５の供給電力量とデューティとの関係を示す特性図である。
【図７】実施例１の特性図である。
【図８】実施例２の特性図である。
【図９】従来例の回路図である。
【図１０】従来例の回路図である。
【図１１】従来例の回路図である。
【図１２】従来例の回路図である。
【図１３】従来例の回路図である。
【図１４】定着電流の特性図である。
【図１５】定着電流の特性図である。
【図１６】定着電流の特性図である。
【図１７】従来例の特性図である。
【図１８】図９の制御回路による制御例を示す特性図であ
【符号の説明】
１…交流電源
２…メインヒータ
３…サブヒータ
４…メインスイッチ素子（第２のスイッチ素子）
５…サブスイッチ素子（第１のスイッチ素子）
６…加熱ローラ
７…加圧ローラ
８…転写材
９…温度検出器
５１…交流電源
５２…定着ヒータ
５３…抵抗
５４…スイッチ素子
５５…スイッチ素子
５６…抵抗
５７…スイッチ素子
５８…抵抗
５９…スイッチ素子
６１…交流電源
６６…スイッチ素子
６７…スイッチ素子
６８…スイッチ素子
Ｓａ…従来技術の待機時特性
Ｔａ…従来技術のカラー印字制御時特性
Ｕａ…従来技術の白黒印字制御時特性
Ｓｂ…実施例１の待機時特性
Ｔｂ…実施例１のカラー印字制御時特性
Ｕｂ…実施例１の白黒印字制御時特性
Ｓｃ…実施例２の待機時特性
Ｔｃ…実施例２のカラー印字制御時特性
Ｕｃ…実施例２の白黒印字制御時特性
メイン…メインスイッチ素子の駆動信号
サブ…サブスイッチ素子の駆動信号
△Ｖ…交流電源の電圧降下
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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