JP3919670B2

JP3919670B2 - Image forming apparatus

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Publication number: JP3919670B2
Application number: JP2003012586A
Authority: JP
Inventors: 孝夫河津; 敦弥高橋; 正貴望月
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: JP2004226557A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子写真プロセスを用いた画像形成装置が知られており、この画像形成装置においては、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（トナー像）が、熱定着装置により転写紙上に定着されるようになっている。熱定着装置としては、例えば、特許文献１ないし１６に記載された、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式の熱定着装置や、セラミック面発ヒータを熱源とするフィルム加熱式の熱定着装置が知られている。
【０００３】
一般的に、このようなヒータへは、トライアック等のスイッチング素子を介して、交流電源から電力が供給されるようになっている。
【０００４】
ハロゲンヒータを熱源とする定着装置においては、定着装置の温度が、サーミスタ感温素子のような温度検出素子により検出され、検出された温度に基づいて、シーケンスコントローラによりスイッチング素子がオン／オフ制御され、すなわちハロゲンヒータへの電力供給がオン／オフ制御され、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。
【０００５】
他方、セラミック面発ヒータを熱源とする定着装置においては、シーケンスコントローラにより、温度検出素子により検出された温度と、予め設定されている目標温度との温度差に基づき算出されたセラミック面発ヒータに供給する電力比に相当する位相角または波数が決定され、決定された位相または波数で、スイッチング素子がオン／オフ制御され、定着装置の温度が温度制御される。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６３−３１３１８２号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平２−１５７８７８号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平４−４４０７５号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開平４−４４０７６号公報
【００１０】
【特許文献５】
特開平４−４４０７７号公報
【００１１】
【特許文献６】
特開平４−４４０７８号公報
【００１２】
【特許文献７】
特開平４−４４０７９号公報
【００１３】
【特許文献８】
特開平４−４４０８０号公報
【００１４】
【特許文献９】
特開平４−４４０８１号公報
【００１５】
【特許文献１０】
特開平４−４４０８２号公報
【００１６】
【特許文献１１】
特開平４−４４０８３号公報
【００１７】
【特許文献１２】
特開平４−２０４９８０号公報
【００１８】
【特許文献１３】
特開平４−２０４９８１号公報
【００１９】
【特許文献１４】
特開平４−２０４９８２号公報
【００２０】
【特許文献１５】
特開平４−２０４９８３号公報
【００２１】
【特許文献１６】
特開平４−２０４９８４号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セラミック面発ヒータに電力供給するための交流電源は、電源電圧範囲が例えば８５Ｖ〜１４０Ｖまたは１８７Ｖ〜２６４Ｖと広いため、全点灯で通電されたセラミック面発ヒータに供給される電力は、８５Ｖ〜１４０Ｖの電源電圧範囲の最低電圧での電力に対する最高電圧での電力が約２．７倍、１８７Ｖ〜２６４Ｖの電源電圧範囲の最低電圧での電力に対する最高電圧での電力が約２倍となる。
【００２３】
また、シーケンスコントローラが所定の温度になるようにセラミック面発ヒータへの通電電流を制御しているため、定着器に通紙される紙の紙厚が厚くなるほど、供給される電力、つまり電流が大きくなるから、紙種によっては、必要以上の電力がセラミック面発ヒータに供給されていた。
【００２４】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決し、定着器のセラミック面発ヒータへの最大供給可能電流値以下でこのセラミック面発ヒータへの供給電力を制御することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の画像形成装置は、加熱手段と、前記加熱手段に電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給される交流電源電圧の電力デューティを制御する電力制御手段と、前記加熱手段に供給される電流を検出する電流検出手段と、所定の電力デューティの前記交流電源電圧が前記加熱手段に供給されるときに、前記電流検出手段によって検出された電流値に基づいて、前記加熱手段に供給可能な上限電力デューティを算出する算出手段を備え、前記電源制御手段は、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給される前記交流電源電圧を、前記算出手段によって算出された前記上限デューティ以下で制御することを特徴とする。また、第２の発明の画像形成装置は、第１の発明において、前記加熱手段の温度を検出する温度検出手段を更に備え、前記電力制御手段が、前記温度検出手段によって検出される前記温度と所定の目標温度に基づいて前記加熱手段に供給される前記交流電源電圧の位相を制御することを特徴とする。また、第３の発明の画像形成装置は、第１の発明において、前記電力制御手段が、前記算出手段によって算出された前記上限電力デューティ以下の範囲を所定の分割数で分割し、前記所定の分割数の電力ディーティで前記交流電源電圧を前記加熱手段に供給することを特徴とする。また、第４の発明の画像形成装置は、第１の発明において、前記加熱手段が、絶縁基板と、当該絶縁基板の片面又は両面上に形成した１つ以上の発熱体を備えることを特徴とする。さらに、第５の発明の画像形成装置は、第１の発明において、前記加熱手段と摺動するフィルムと、該フィルムを介して前記加熱手段とニップ部を形成するように圧接された回転自在な加圧体とを有し、未定着画像を担持した記録媒体を前記ニップ部を通過せしめながら、前記発熱体の加熱により、前記記録媒体に定着処理を施す定着装置を更に備えることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態を示す。これは、定着器の熱源としてのセラミック面発ヒータの温度を制御する温度制御回路の例であり、この温度制御回路を含むレーザビームプリンタの構造を図２に示す。
【００２７】
図２を説明する。レーザビームプリンタ本体１０１は、記録紙Ｓを収納するカセット１０２を有し、カセット１０２の記録紙Ｓの有無を検出するカセット有無センサ１０３、カセット１０２の記録紙Ｓのサイズを検出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１０２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。
【００２８】
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。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。
【００２９】
定着器１０９の下流には、排紙部の搬送状態を検出する排紙センサ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。
【００３０】
レーザスキャナ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出射するレーザユニット１１３、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等により構成されている。
【００３１】
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。定着器１０９は定着フィルム１０９ａ、弾性加圧ローラ１０９ｂ、定着フィルム内部に設けたセラミック面発ヒータ１０９ｃ、セラミック面発ヒータ１０９ｃ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。
【００３２】
メインモータ１２３は、給紙ローラ１０５に対しては給紙ローラクラッチ１２４を介して、レジストローラ対１０６に対してはレジストローラ１２５を介して駆動力を与えており、さらに感光ドラム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。
【００３３】
エンジンコントローラ１２６は、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、レーザビームプリンタ本体１０１内の記録紙の搬送制御を行なっている。
【００３４】
ビデオコントローラ１２７は、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で接続されており、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。
【００３５】
次に、図１の温度制御回路を説明する。図１において、１０９ｃ、１０９ｄ、１２６は図２と同一部分を示す。１は本レーザビームプリンタの交流電源である。交流電源１は、ＡＣフィルタ２を介して、セラミック面発ヒータ１０９ｃを構成するの発熱体３及び発熱体２０に接続してある。発熱体３への電力供給は、トライアック４の通電、遮断により行われる。発熱体２０への電力の供給は、トライアック１３の通電、遮断により行われる。
【００３６】
５、６はトライアック４のためのバイアス抵抗であり、７は一次、二次間の沿面距離を確保するためのフォトトライアックカプラである。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がオンされる。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る。９はトランジスタで、フォトトライアックカプラ７をオン／オフ制御するものである。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１２６からのＯＮ１信号に従って動作する。
【００３７】
１４、１５はトライアック１３のためのバイアス抵抗である。１６は一次、二次間の沿面距離を確保するためのフォトトライアックカプラである。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。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る。１８はトランジスタで、フォトトライアックカプラ１６をオン／オフ制御するものである。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１２６からのＯＮ２信号に従って動作する。
【００３８】
１２はＡＣフィルタ２を介して交流電源１に接続したゼロクロス検出回路である。ゼロクロス検出回路１２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１２６に対してパルス信号（以下「ＺＥＲＯＸ信号」という。）として報知する。エンジンコントローラ１２６はＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを検出し、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／オフ制御する。
【００３９】
トライアック４及び１３により制御されて発熱体３及び２０に通電されるヒータ電流は、カレントトランス２５によって電圧に変換され、ブリューダ抵抗２６を介して電流検出回路２７に入力される。電流検出回路２７では、電圧変換されたヒータ電流波形を平均値または実効値に変換し、ＨＣＲＲＴ信号としてエンジンコントローラ１２６にＡ／Ｄ入力される。
【００４０】
１０９ｄは発熱体３、２０が形成されているセラミック面発ヒータ１０９ｃの温度を検出するためのサーミスタであり、セラミック面発ヒータ１０９ｃ上に発熱体３、２０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。サーミスタ１０９ｄによって検出される温度は、抵抗２２とサーミスタ１０９ｄとの分圧として検出され、エンジンコントローラ１２６にＴＨ信号としてＡ／Ｄ入力される。セラミック面発ヒータ１０９ｃの温度は、ＴＨ信号としてエンジンコントローラ１２６において監視され、エンジンコントローラ１２６の内部で設定されているセラミック面発ヒータ１０９ｃの設定温度と比較することによって、セラミック面発ヒータ１０９ｃを構成する発熱体３、２０に供給するべき電力比を算出し、その供給する電力比を、位相角（位相制御）または波数（波数制御）に換算し、その制御条件によりエンジンコントローラ１２６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。発熱体３、２０に供給する電力比を算出する際に、電流検出回路から報知されるＨＣＲＲＴ信号を基に上限の電力比を算出して、その上限の電力比以下の電力が通電されるように制御する。例えば、位相制御の場合、下記のような制御表をエンジンコントローラ１２６内に有しており、この制御表に基づき制御を行う。
【００４１】
【表１】

【００４２】
さらに、発熱体３、２０に電力を供給しており、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に過昇温を防止するためのサーモスタット２３がセラミック面発ヒータ１０９ｃ上に配されている。電力供給制御手段の故障により、発熱体３、２０が熱暴走に至りサーモスタット２３が所定の温度以上になると、サーモスタット２３がオープンになり、発熱体３および２０への通電が遮断される。
【００４３】
図３は図１のセラミック面発ヒータ１０９ｃの構造を示す。図３（ａ）はセラミック面発ヒータ１０９ｃの横断面を示し、図３（ｂ）は発熱体パターンを示し、図３（ｃ）はニップ側面を示す。図３において、３、２０、２３は図１と同一部分を示す。
【００４４】
セラミック面発ヒータ１０９ｃ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３、２０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１０９ｃの温度を検出するサーミスタ１０９ｄとサーモスタット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て左右対称な位置であり、かつ通紙可能な最小の記録紙幅よりも内側の位置に配設されている。
【００４５】
発熱体３は、電力が供給されると発熱する部分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とから構成されている。発熱体２０は、電力が供給されると発熱する部分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３と２０の２本の発熱体に接続されており、発熱体３、２０の共通の電極となっている。なお、発熱体３、２０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。
【００４６】
共通電極３２ｃには、交流電源１のＨＯＴ側端子がサーモスタット２３を介して接続されている。電極部３２ｄは発熱体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２０（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。
【００４７】
セラミック面発ヒータ１０９ｃは、図４に示すように、フィルムガイド６２によって支持されている。１０９ａは円筒状の耐熱材製の定着フィルムであり、セラミック面発ヒータ１０９ｃ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。フィルムガイド６２の下面のセラミック面発ヒータ１０９ｃと、加圧部材としての弾性加圧ローラ１０９ｂとを、定着フィルム１０９ａを挟ませて弾性加圧ローラ１０９ｂの弾性に抗して所定の加圧力をもって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させてある。サーモスタット２３がセラミック面発ヒータ１０９ｃの絶縁基板３１面上または保護層３４面上に当接させてある。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面発ヒータ１０９ｃの面上に当接されている。図示はしていないが、サーミスタ１０９ｄも同様にセラミック面発ヒータ１０９ｃの面上に当接させてある。セラミック面発ヒータ１０９ｃは、図４に示すように、発熱体３、２０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。定着フィルム１０９ａの摺動性を上げるために、定着フィルム１０９ａとセラミック面発ヒータ１０９ｃとの界面に摺動性のグリースを塗布してもかまわない。
【００４８】
図５は定着器１０９の制御シーケンスの一例を示すフローチャートである。図６及び７はヒータ電流とＯＮ１、ＯＮ２信号の概略動作波形を示す波形図であり、図６は電圧範囲内において、入力電圧が小さい場合の動作波形を示し、図７は大きい場合の動作波形を示すが、以下、動作波形については、図６の動作波形のみを参照することにする。
【００４９】
エンジンコントローラ１２６にて、セラミック面発ヒータ１０９ｃへの電力供給開始の要求が発生すると（Ｓ５０１）、発熱体３及び２０の両方に同一の所定の固定デューティＤ１で通電する（Ｓ５０２）。固定デューティＤ１に相当する位相角α１で、ＯＮ１信号、ＯＮ２信号のオンパルスが、ＺＥＲＯＸ信号をトリガにして、エンジンコントローラ１２６から送出される（図６（ｂ），（ｃ）参照）。セラミック面発ヒータ１０９ｃには、位相角α１で電流が供給される（図６（ａ）参照）。
【００５０】
固定デューティＤ１で通電している時に電流検出回路２７から報知されるＨＣＲＲＴ信号により電流値Ｉ１を検出する（Ｓ５０３）。固定デューティＤ１は、予め想定されている入力電圧範囲や発熱体抵抗値を考慮して、許容電流を超えない設定とする。つまり、入力電圧が最大値、抵抗値が最小値の場合を想定して固定デューティＤ１を設定する。
【００５１】
エンジンコントローラ１２６において、検出された電流値Ｉ１と固定デューティＤ１と予め設定されている通電可能な電流値Ｉlimitから、通電可能な上限の電力デューティＤlimitを算出する（Ｓ５０４）。電流検出回路２７がエンジンコントローラ１２６に報知する電流値が実効値の場合、Ｄlimitは以下の式によって算出される。
Ｄlimit＝（Ｉlimit／Ｉ１）^２×Ｄ１
電流値Ｉlimitとしては、接続される商用電源の定格電流に対して、セラミック面発ヒータ１０９ｃ以外の部分に供給される電流を差し引いたセラミック面発ヒータ１０９ｃに供給可能な許容電流値を設定している。
【００５２】
エンジンコントローラ１２６に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。目標の所定温度とＴＨ信号からの温度との差分から、供給するデューティを決定している。ただし、算出されたデューティが上限デューティＤlimitを超える場合は、上限値としてＤlimitの比率の電力を供給する。つまり、上限デューティＤlimit以下でのデューティでＰＩ温調制御を行う（Ｓ５０５）。このときのＯＮ１、ＯＮ２信号波形を図６（ｄ）に、ヒータ電流波形を図６（ｅ）に示す。Ｄlimitに相当する位相角αlimit以上の位相角で位相制御を行うことになる。また、入力電圧の大きさによってＤlimit（αlimit）が可変となり、入力電圧によらず常にＩlimit以下の電流で制御が可能となる。
【００５３】
そして、ヒータ温調制御終了の要求がくるまで、算出された上限デューティＤlimit以下で制御を行う（Ｓ５０６）。
【００５４】
上述したように、本実施の形態において、定着器１０９の立上げ時に所定の電力比の電力を供給して、供給電力比の上限値を算出し、それ以下の比率で電力制御することにより、通紙時の温度制御中に予想以上の厚紙や重送紙が通紙され、セラミック面発ヒータ１０９ｃの温度が急減した場合でも、許容電流以上の電流を供給することを防ぐことができる。
【００５５】
また、入力電源電圧やヒータ抵抗値のバラつきに対して、供給可能な最大限の上限値を設定できるため、各条件において最大限に電力性能をだせることが可能となる。
【００５６】
なお、発熱体が１本の場合であっても、同様の制御が可能である。
＜第２の実施の形態＞
図８は本実施の形態における定着器の制御シーケンスの概略を示すフローチャートである。ただし、図８において、Ｓ５０１ないしＳ５０４は図５と同一ステップを示す。図９及び１０はヒータ電流とＯＮ１、ＯＮ２信号の概略動作波形を示し、図９は電圧範囲内において、入力電圧が小さい場合の動作波形を示し、図１０は大きい場合の動作波形を示すが、以下、動作波形については、図９の動作波形のみを参照することにする。
【００５７】
エンジンコントローラ１２６にて、セラミック面発ヒータ１０９ｃへの電力供給開始の要求が発生すれば（Ｓ５０１）、発熱体３及び２０の両方に同一の所定の固定デューティＤ１で通電する（Ｓ５０２）。固定デューティＤ１に相当する位相角α１で、ＯＮ１、ＯＮ２信号のオンパルスがＺＥＲＯＸ信号をトリガにして、エンジンコントローラ１２６よリ送出される（図８（ｂ），（ｃ）参照）。ヒータには、位相角α１で電流が供給される（図８（ａ）参照）。固定デューティＤ１で通電している時に電流検出回路２７から報知されるＨＣＲＲＴ信号により電流値Ｉ１を検出する（Ｓ５０３）。固定デューティＤ１は予め想定されている入力電圧範囲や発熱体抵抗値を考慮して、許容電流を超えない設定とする。つまり、入力電圧が最大値、抵抗値が最小値の場合を想定して固定デューティＤ１を設定する。エンジンコントローラ１２６において、検出された電流値Ｉ１と固定デューティＤ１と予め設定されている通電可能な電流値Ｉlimitから、通電可能な上限の電力デューティＤlimitを算出する（Ｓ５０４）。電流検出回路２７がエンジンコントローラ１２６に報知する電流値が実効値の場合、Ｄlimitは次の式によって算出される。
Ｄlimit＝（Ｉlimit／Ｉ１）^２×Ｄ１
電流値Ｉlimitとして、接続される商用電源の定格電流に対して、ヒータ以外の部分に供給される電流を差し引いたヒータに供給可能な許容電流値を設定している。
【００５８】
Ｄlimitが算出されると、定常の定着器温調制御を開始する（Ｓ８１０）。例えば発熱体に通電する電力を位相制御する場合、電力デューティＤ（％）と位相角α（°）の次の関係式に従って制御する。
【００５９】
【数１】

【００６０】
エンジンコントローラ１２６は、予め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（Ｓ８１１）。電力供給するデューティＤ′は、目標の所定温度とＴＨ信号からの温度の差分から決定される。例えば、次式によって決定される。

【００６１】
式（２）によって、決定されるデューティＤ′は、温度差の条件により、０〜１００％の範囲を４０分割（２．５％刻み）して得られる値のいずれかの値となる。算出されたデューティＤ′と前記算出されたＤlimitとから、式（３）により、供給する投入デューティＤが算出される（Ｓ８１２）。
Ｄ＝Ｄ′×Ｄlimit／１００ …（３）
算出されたデューティＤから、式（１）より、トライアック４または１３をオンする位相角αを算出し、位相制御を行う（Ｓ８１３）。つまり、上限デューティＤlimit以下でのデューティでＰＩ温調制御を行い、常に４０分割の制御が可能となる。このときのＯＮ１、ＯＮ２信号波形を図９（ｄ）に示し、ヒータ電流波形を図９（ｅ）に示す。Ｄlimitに相当する位相角αlimit以上の位相角で位相制御を行うことになる。
【００６２】
また、入力電圧の大きさによってＤlimit（αlimit）が可変となり、入力電圧によらず常にＩlimit以下の電流で制御が可能となる。位相制御をする際の電力デューティの分割数は、常に所定の４０分割となるため、入力電圧が小さいときは１分割の位相角が相対的に大きくなり、入力電圧が大きいときは１分割の位相角が相対的に小さくなる。
【００６３】
Ｉlimitに対してあるデューティで制限をかける場合は、（発熱体の抵抗値）×Ｉlimit^２の電力を所定の分割数で分割した電力デューティで制御を行うことになる。したがって、電源電圧によらず、１分割に相当する電力がほぼ同等となる制御が可能となる。
【００６４】
そして、ヒータ温調制御終了の要求がくるまで、上述の導出に基づき上限デューティＤlimit以下で制御を行う（Ｓ８１４）。
【００６５】
上記のように、本実施の形態において、定着器の立上げ時に所定の電力比の電力を供給して、供給電力比の上限値を算出し、それ以下の比率で、かつ、上限値によらず同じ分割数で電力制御することにより、通紙時の温度制御中に予想以上の厚紙や重送紙が通紙され、ヒータ温度が急減した場合でも、許容電流以上の電流を供給することを防ぐことができる。
【００６６】
また、入力電源電圧やヒータ抵抗値のバラつきに対して、供給可能な最大限の上限値を設定できるとともに、電源電圧が大きい場合でも電力比率の電力単位が（許容電力／分割数）以下に制限できるため、各条件において温度リプルが最適化され、最大限に電力性能をだせることが可能となる。
【００６７】
なお、発熱体が１つの場合であっても同様の制御が可能である。
【００６８】
以下に本発明の実施態様の例を列挙する。
【００６９】
〔実施態様１〕加熱手段と、該加熱手段に電力を供給する電力供給手段とを有する電子写真方式の画像形成装置において、
前記電力供給手段を、交流電源電圧の半波または全波を全点灯した場合の電力に対する割合である電力比で制御し、所定期間の間、予め定めた第１の電力比で前記加熱手段に電力を供給する第１電力制御手段と、
該第１電力制御手段により前記加熱手段に供給されている電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段により検出された電流値と、前記電力制御手段により前記加熱手段に供給可能な最大供給可能電流値との差に基づき、前記加熱手段に供給する最大供給可能電力比を算出する算出手段と、
前記電力供給手段により前記加熱手段に供給される電力を、前記算出手段により算出された最大供給可能電力比以下で制御する第２電力制御手段と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００７０】
〔実施態様２〕実施態様１において、
前記第２電力制御手段により電力制御されている前記加熱手段の温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段により検出された温度と、予め定めた目標温度とを比較し、前記加熱手段に供給する第２の電力比を算出し、得られた第２の電力比に相当する位相角を決定する決定手段と、
該決定手段により決定された位相角に基づき、前記加熱手段に供給される電力を位相制御する位相制御手段と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００７１】
〔実施態様３〕実施態様１又は２において、前記第２電力制御手段は、前記算出手段により算出された前記最大供給可能電力比を１００％の電力比とし、前記最大供給可能電力比以下を所定の分割数の電力比で、前記加熱手段へ供給する電力を制御することを特徴とする画像形成装置。
【００７２】
〔実施態様４〕実施態様１ないし３のいずれかにおいて、前記加熱手段は、絶縁基板と、該絶縁基板の片面もしくは両面上に形成した１つ以上の発熱体とを有することを特徴とする画像形成装置。
【００７３】
〔実施態様５〕実施態様１ないし３のいずれかにおいて、実施態様４に記載の加熱手段と摺動するフィルムと、該フィルムを介して前記加熱手段とニップ部を形成するように圧接された回転自在な加圧体とを有し、未定着画像を担持した記録媒体を前記ニップ部を通過せしめながら、前記発熱体の加熱により、前記記録媒体に定着処理を施す定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上記のように構成したので、入力電源電圧や加熱手段の抵抗値のバラつきに対して、供給可能な最大限の上限値を設定でき、各条件において最大限の電力を加熱手段に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】レーザビームプリンタの構造を示す断面図である。
【図３】図１のセラミック面発ヒータ１０９ｃの構造を示す図である。
【図４】定着器１０９の構造を示す断面図である。
【図５】定着器１０９の制御シーケンスの一例を示すフローチャートである。
【図６】入力電圧が小さい場合におけるヒータ電流とＯＮ１、ＯＮ２信号の概略動作波形を示す波形図である。
【図７】入力電圧が大きい場合におけるヒータ電流とＯＮ１、ＯＮ２信号の概略動作波形を示す波形図である。
【図８】第２の実施の形態における定着器１０９の制御シーケンスの一例を示すフローチャートである。
【図９】入力電圧が小さい場合におけるヒータ電流とＯＮ１、ＯＮ２信号の概略動作波形を示す図である。
【図１０】入力電圧が大きい場合におけるヒータ電流とＯＮ１、ＯＮ２信号の概略動作波形を示す図である。
【符号の説明】
３，２０発熱体
１２ゼロクロス検出回路
２３サーモスタット
２７電流検出回路
１０１レーザビームプリンタ本体
１０９定着器
１０９ａ定着フィルム
１０９ｂ弾性加圧ローラ
１０９ｃセラミック面発ヒータ
１０９ｄサーミスタ
１２６エンジンコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an image forming apparatus using an electrophotographic process is known. In this image forming apparatus, an unfixed image (toner image) formed on transfer paper by an image forming means such as an electrophotographic process is heated. The image is fixed on the transfer paper by a fixing device. As the heat fixing device, for example, a heat roller type heat fixing device using a halogen heater as a heat source and a film heating type heat fixing device using a ceramic surface heater as a heat source described in Patent Documents 1 to 16 are known. It has been.
[0003]
In general, such a heater is supplied with electric power from an AC power supply via a switching element such as a triac.
[0004]
In a fixing device using a halogen heater as a heat source, the temperature of the fixing device is detected by a temperature detection element such as a thermistor temperature sensing element, and the switching element is controlled on / off by a sequence controller based on the detected temperature. That is, the power supply to the halogen heater is turned on / off, and the temperature is controlled so that the temperature of the fixing device becomes the target temperature.
[0005]
On the other hand, in a fixing device using a ceramic surface heater as a heat source, a ceramic surface heater calculated based on a temperature difference between a temperature detected by a temperature detecting element and a preset target temperature by a sequence controller. The phase angle or wave number corresponding to the power ratio to be supplied is determined, the switching element is turned on / off at the determined phase or wave number, and the temperature of the fixing device is temperature controlled.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-63-313182
[0007]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-157878
[0008]
[Patent Document 3]
JP-A-4-44075
[0009]
[Patent Document 4]
JP-A-4-44076
[0010]
[Patent Document 5]
JP-A-4-44077
[0011]
[Patent Document 6]
JP-A-4-44078
[0012]
[Patent Document 7]
JP-A-4-44079
[0013]
[Patent Document 8]
JP-A-4-44080
[0014]
[Patent Document 9]
JP-A-4-44081
[0015]
[Patent Document 10]
JP-A-4-44082
[0016]
[Patent Document 11]
JP-A-4-44083
[0017]
[Patent Document 12]
JP-A-4-204980
[0018]
[Patent Document 13]
JP-A-4-204981
[0019]
[Patent Document 14]
JP-A-4-204982
[0020]
[Patent Document 15]
JP-A-4-204983
[0021]
[Patent Document 16]
JP-A-4-204984
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the AC power supply for supplying power to the ceramic surface heater has a wide power supply voltage range of, for example, 85V to 140V or 187V to 264V, the power supplied to the ceramic surface heater that is energized with full lighting is 85V. The power at the highest voltage is about 2.7 times the power at the lowest voltage in the power supply voltage range of ~ 140V, and the power at the highest voltage is about twice the power at the lowest voltage in the power supply voltage range of 187V to 264V. .
[0023]
In addition, since the current supplied to the ceramic surface heater is controlled so that the sequence controller reaches a predetermined temperature, the power supplied, that is, the current is increased as the paper thickness of the paper passed through the fixing device increases. Since it becomes large, more electric power than necessary was supplied to the ceramic surface heater depending on the paper type.
[0024]
Therefore, the present invention solves the above-described problems, and can control the power supplied to the ceramic surface heater at a value that is less than or equal to the maximum supplyable current value to the ceramic surface heater of the fixing device. The purpose is to provide.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
An image forming apparatus according to a first aspect of the invention includes a heating unit, a power supply unit that supplies power to the heating unit, and a power control that controls a power duty of an AC power supply voltage supplied from the power supply unit to the heating unit. Means, a current detection means for detecting a current supplied to the heating means, and a current value detected by the current detection means when the AC power supply voltage having a predetermined power duty is supplied to the heating means. And calculating means for calculating an upper limit power duty that can be supplied to the heating means, wherein the power supply control means calculates the AC power supply voltage supplied from the power supply means to the heating means by the calculating means. Control is performed below the upper limit duty. The image forming apparatus according to a second aspect of the present invention is the image forming apparatus according to the first aspect, further comprising a temperature detection unit that detects a temperature of the heating unit, wherein the power control unit detects the temperature detected by the temperature detection unit. The phase of the AC power supply voltage supplied to the heating means is controlled based on a predetermined target temperature. In the image forming apparatus according to a third aspect, in the first aspect, the power control unit divides a range equal to or less than the upper limit power duty calculated by the calculation unit by a predetermined number of divisions. The AC power supply voltage is supplied to the heating means with a power duty of the number of divisions. An image forming apparatus according to a fourth invention is characterized in that, in the first invention, the heating means comprises an insulating substrate and one or more heating elements formed on one or both surfaces of the insulating substrate. To do. Furthermore, an image forming apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the image forming apparatus according to the first aspect, wherein the film slides with the heating means, and is rotatable and press-contacted so as to form a nip portion with the heating means via the film. A fixing device for fixing the recording medium by heating the heating element while allowing the recording medium carrying an unfixed image to pass through the nip portion. .
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. This is an example of a temperature control circuit for controlling the temperature of a ceramic surface heater as a heat source of the fixing device, and a structure of a laser beam printer including this temperature control circuit is shown in FIG.
[0027]
FIG. 2 will be described. The laser beam printer main body 101 has a cassette 102 for storing the recording paper S, a cassette presence sensor 103 for detecting the presence of the recording paper S in the cassette 102, and a cassette size sensor 104 for detecting the size of the recording paper S in the cassette 102. A paper feed roller 105 that feeds the recording paper S from the cassette 102 is provided (consisting of a number of micro switches).
[0028]
A registration roller pair 106 that synchronously conveys the recording paper S is provided downstream of the paper supply roller 105. An image forming unit 108 that forms a toner image on the recording paper S based on the laser beam from the laser scanner unit 107 is provided downstream of the registration roller pair 106. A fixing device 109 for thermally fixing the toner image formed on the recording paper S is provided downstream of the image forming unit 108.
[0029]
Downstream of the fixing device 109, a paper discharge sensor 110 that detects the conveyance state of the paper discharge unit, a paper discharge roller 111 that discharges the recording paper S, and a stacking tray 112 on which the recording paper S that has been recorded are stacked are provided. ing. The conveyance reference of the recording paper S is set so as to be centered with respect to the length of the recording paper S in the direction orthogonal to the conveyance direction of the image forming apparatus, that is, the width of the recording paper S.
[0030]
The laser scanner 107 emits a laser beam modulated based on an image signal (image signal VDO) sent from an external device 131 (to be described later), and a photosensitive drum 117 (to be described later) from the laser unit 113. A polygon motor 114 for scanning upward, an imaging lens 115, a folding mirror 116, and the like are included.
[0031]
The image forming unit 108 includes a photosensitive drum 117, a primary charging roller 119, a developing device 120, a transfer charging roller 121, a cleaner 122, and the like necessary for a known electrophotographic process. The fixing device 109 includes a fixing film 109a, an elastic pressure roller 109b, a ceramic surface heater 109c provided inside the fixing film, and a thermistor 109d that detects the surface temperature of the ceramic surface heater 109c.
[0032]
The main motor 123 applies driving force to the paper feed roller 105 via the paper feed roller clutch 124, and to the registration roller pair 106 via the registration roller 125, and further includes an image including the photosensitive drum 117. A driving force is also applied to each unit of the forming unit 108, the fixing device 109, and the paper discharge roller 111.
[0033]
The engine controller 126 controls the electrophotographic process by the laser scanner unit 107, the image forming unit 108, and the fixing device 109, and controls the conveyance of the recording paper in the laser beam printer main body 101.
[0034]
The video controller 127 is connected to an external device 131 such as a personal computer via a general-purpose interface (Centronics, RS232C, etc.) 130. The video controller 127 expands image information sent from the general-purpose interface into bit data, and converts the bit data into the bit data. It is sent to the engine controller 126 as a VDO signal.
[0035]
Next, the temperature control circuit of FIG. 1 will be described. In FIG. 1,

reference numerals

109c, 109d, and 126 denote the same parts as in FIG. Reference numeral 1 denotes an AC power source of the laser beam printer. The AC power source 1 is connected to the heating element 3 and the heating element 20 constituting the ceramic surface heater 109c via the AC filter 2. Power supply to the heating element 3 is performed by energization and interruption of the triac 4. Supply of electric power to the heating element 20 is performed by energization and interruption of the triac 13.
[0036]
Reference numerals 5 and 6 are bias resistors for the triac 4, and 7 is a phototriac coupler for securing a creepage distance between the primary and secondary. When the light emitting diode of the phototriac coupler 7 is energized, the triac 4 is turned on. Reference numeral 8 denotes a resistor for limiting the current of the phototriac coupler 7. Reference numeral 9 denotes a transistor which controls on / off of the phototriac coupler 7. The transistor 9 operates according to the ON1 signal from the engine controller 126 via the resistor 10.
[0037]

Reference numerals

14 and 15 are bias resistors for the triac 13. Reference numeral 16 denotes a phototriac coupler for securing a creepage distance between the primary and secondary. When the light emitting diode of the phototriac coupler 16 is energized, the triac 13 is turned on. Reference numeral 17 denotes a resistor for limiting the current of the phototriac coupler 16. Reference numeral 18 denotes a transistor which controls on / off of the phototriac coupler 16. The transistor 18 operates according to the ON2 signal from the engine controller 126 via the resistor 19.
[0038]
Reference numeral 12 denotes a zero cross detection circuit connected to the AC power source 1 through the AC filter 2. The zero-cross detection circuit 12 notifies the engine controller 126 as a pulse signal (hereinafter referred to as “ZEROX signal”) that the commercial power supply voltage is a voltage equal to or lower than a certain threshold value. The engine controller 126 detects the edge of the pulse of the ZEROX signal, and turns on / off the triac 4 or 13 by phase control or wave number control.
[0039]
The heater current controlled by the triacs 4 and 13 and supplied to the

heating elements

3 and 20 is converted into a voltage by the current transformer 25 and input to the current detection circuit 27 through the bleeder resistor 26. The current detection circuit 27 converts the voltage-converted heater current waveform into an average value or an effective value, and A / D-inputs it to the engine controller 126 as an HCRRT signal.
[0040]
Reference numeral 109d denotes a thermistor for detecting the temperature of the ceramic surface heater 109c on which the

heating elements

3 and 20 are formed, so that an insulation distance can be secured on the ceramic surface heater 109c with respect to the

heating elements

3 and 20. It arrange | positions through the insulator which has a withstand voltage. The temperature detected by the thermistor 109d is detected as a partial pressure of the resistor 22 and the thermistor 109d, and A / D is input to the engine controller 126 as a TH signal. The temperature of the ceramic surface heater 109c is monitored by the engine controller 126 as a TH signal and is compared with the set temperature of the ceramic surface heater 109c set in the engine controller 126, thereby configuring the ceramic surface heater 109c. The power ratio to be supplied to the

heating elements

3 and 20 is calculated, the supplied power ratio is converted into a phase angle (phase control) or a wave number (wave number control), and the engine controller 126 is connected to the transistor 9 according to the control conditions. An ON1 signal or an ON2 signal is sent to the transistor 18. When calculating the power ratio supplied to the

heating elements

3 and 20, the upper limit power ratio is calculated based on the HCRRT signal notified from the current detection circuit so that power equal to or lower than the upper limit power ratio is energized. To control. For example, in the case of phase control, the following control table is provided in the engine controller 126, and control is performed based on this control table.
[0041]
[Table 1]

[0042]
Furthermore, when the heating means 3 and 20 are supplied with electric power, the control means fails, and the

heating elements

3 and 20 reach thermal runaway, a thermostat 23 for preventing overheating is provided as a ceramic surface heater. 109c. When the

heating elements

3 and 20 reach a thermal runaway due to a failure of the power supply control means and the thermostat 23 reaches a predetermined temperature or more, the thermostat 23 is opened and the energization of the

heating elements

3 and 20 is interrupted.
[0043]
FIG. 3 shows the structure of the ceramic surface heater 109c of FIG. 3A shows a cross section of the ceramic surface heater 109c, FIG. 3B shows a heating element pattern, and FIG. 3C shows a nip side surface. 3,

reference numerals

3, 20 and 23 denote the same parts as in FIG.
[0044]
Ceramic surface heater 109c is made of SiC, AlN, Al₂O₃And the like, a

heating element

3, 20 formed by paste printing or the like on the surface of the insulating substrate 31, and a protective layer 34 such as glass protecting the two heating elements. ing. On the protective layer 34, the thermistor 109d for detecting the temperature of the ceramic surface heater 109c and the thermostat 23 are symmetrical with respect to the conveyance reference of the recording paper, that is, the center in the length direction of the

heat generating portions

32a and 33a. In addition, it is disposed at a position inside the minimum recording paper width through which paper can be passed.
[0045]
The heating element 3 includes a part 32a that generates heat when power is supplied, a conductive part 32b that connects the

electrode parts

32c and 32d to the heating element, and

electrode parts

32c and 32d that are supplied with power via a connector. Has been. The heating element 20 includes a portion 33a that generates heat when power is supplied, a conductive portion 33b that is connected to the

electrode portions

32c and 33d, and

electrode portions

32c and 33d that are supplied with power through a connector. The electrode portion 32 c is connected to the two

heating elements

3 and 20 and serves as a common electrode for the

heating elements

3 and 20. In some cases, a glass layer is formed on the surface facing the insulating substrate 31 on which the

heating elements

3 and 20 are printed in order to improve the slidability.
[0046]
A HOT side terminal of the AC power source 1 is connected to the common electrode 32 c via the thermostat 23. The electrode portion 32 d is connected to the triac 4 that controls the heating element 3, and is connected to the Neutral terminal of the AC power supply 1. The electrode portion 33d is electrically connected to the triac 13 that controls the heating element 20 (20), and is connected to the Neutral terminal of the AC power source 1.
[0047]
The ceramic surface heater 109c is supported by a film guide 62 as shown in FIG. Reference numeral 109a denotes a fixing film made of a cylindrical heat-resistant material, and is externally fitted to a film guide 62 that supports a ceramic surface heater 109c on the lower surface side. A ceramic surface heater 109c on the lower surface of the film guide 62 and an elastic pressure roller 109b as a pressure member are pressed against each other with a predetermined pressure against the elasticity of the elastic pressure roller 109b with the fixing film 109a interposed therebetween. Thus, a fixing nip portion having a predetermined width as a heating portion is formed. The thermostat 23 is brought into contact with the surface of the insulating substrate 31 or the surface of the protective layer 34 of the ceramic surface heater 109c. The thermostat 23 is corrected in position by the film guide 62, and the thermosensitive surface of the thermostat 23 is in contact with the surface of the ceramic surface heater 109c. Although not shown, the thermistor 109d is also in contact with the surface of the ceramic surface heater 109c. As shown in FIG. 4, the ceramic surface heater 109c may have the

heating elements

3 and 20 on the side opposite to the nip part or the heating element on the nip part side. In order to improve the slidability of the fixing film 109a, slidable grease may be applied to the interface between the fixing film 109a and the ceramic surface heater 109c.
[0048]
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a control sequence of the fixing device 109. 6 and 7 are waveform diagrams showing schematic operation waveforms of the heater current and the ON1 and ON2 signals. FIG. 6 shows an operation waveform when the input voltage is small within the voltage range, and FIG. 7 shows an operation waveform when it is large. Hereinafter, only the operation waveform of FIG. 6 will be referred to for the operation waveform.
[0049]
When the engine controller 126 makes a request to start power supply to the ceramic surface heater 109c (S501), both the

heating elements

3 and 20 are energized at the same predetermined fixed duty D1 (S502). On-pulses of the ON1 signal and ON2 signal are sent from the engine controller 126 with the phase angle α1 corresponding to the fixed duty D1 as a trigger (see FIGS. 6B and 6C). A current is supplied to the ceramic surface heater 109c at a phase angle α1 (see FIG. 6A).
[0050]
The current value I1 is detected by the HCRRT signal notified from the current detection circuit 27 when energized with the fixed duty D1 (S503). The fixed duty D1 is set so as not to exceed the allowable current in consideration of a presumed input voltage range and a heating element resistance value. That is, the fixed duty D1 is set assuming that the input voltage is the maximum value and the resistance value is the minimum value.
[0051]
In the engine controller 126, an upper limit power duty Dlimit that can be energized is calculated from the detected current value I1, the fixed duty D1, and a preset energizable current value Ilimit (S504). When the current value notified to the engine controller 126 by the current detection circuit 27 is an effective value, Dlimit is calculated by the following equation.
Dlimit = (Ilimit / I1)²× D1
As the current value Ilimit, an allowable current value that can be supplied to the ceramic surface heater 109c is set by subtracting the current supplied to a portion other than the ceramic surface heater 109c from the rated current of the connected commercial power supply. Yes.
[0052]
The electric power supplied to the

heating elements

3 and 20 is controlled by PI control based on information from the TH signal so that the predetermined temperature set in the engine controller 126 is reached. The duty to be supplied is determined from the difference between the target predetermined temperature and the temperature from the TH signal. However, when the calculated duty exceeds the upper limit duty Dlimit, power having a ratio of Dlimit is supplied as the upper limit value. That is, the PI temperature control is performed with a duty equal to or less than the upper limit duty Dlimit (S505). The ON1 and ON2 signal waveforms at this time are shown in FIG. 6D, and the heater current waveform is shown in FIG. The phase control is performed at a phase angle equal to or larger than the phase angle αlimit corresponding to Dlimit. Further, Dlimit (αlimit) is variable depending on the magnitude of the input voltage, and control is always possible with a current equal to or less than Ilimit regardless of the input voltage.
[0053]
Then, control is performed with the calculated upper limit duty Dlimit or less until a request to end the heater temperature control is received (S506).
[0054]
As described above, in the present exemplary embodiment, when the fixing device 109 is started up, power of a predetermined power ratio is supplied, an upper limit value of the supplied power ratio is calculated, and power control is performed at a ratio less than that, Even when thicker paper or multi-feed paper than expected is fed during temperature control at the time of paper feeding, and the temperature of the ceramic surface heater 109c is suddenly reduced, it is possible to prevent the current exceeding the allowable current from being supplied.
[0055]
In addition, since the maximum supplyable upper limit value can be set for variations in the input power supply voltage and the heater resistance value, it is possible to maximize the power performance under each condition.
[0056]
The same control is possible even when there is only one heating element.
<Second Embodiment>
FIG. 8 is a flowchart showing an outline of a control sequence of the fixing device in the present embodiment. However, in FIG. 8, S501 to S504 indicate the same steps as in FIG. 9 and 10 show schematic operation waveforms of the heater current and the ON1 and ON2 signals. FIG. 9 shows an operation waveform when the input voltage is small within the voltage range. FIG. 10 shows an operation waveform when the input voltage is large. Hereinafter, only the operation waveform of FIG. 9 will be referred to for the operation waveform.
[0057]
If the engine controller 126 makes a request to start power supply to the ceramic surface heater 109c (S501), both the

heating elements

3 and 20 are energized with the same predetermined fixed duty D1 (S502). At the phase angle α1 corresponding to the fixed duty D1, the ON pulse of the ON1 and ON2 signals is sent out by the engine controller 126 using the ZEROX signal as a trigger (see FIGS. 8B and 8C). A current is supplied to the heater at a phase angle α1 (see FIG. 8A). The current value I1 is detected by the HCRRT signal notified from the current detection circuit 27 when energized with the fixed duty D1 (S503). The fixed duty D1 is set so as not to exceed the allowable current in consideration of a presumed input voltage range and a heating element resistance value. That is, the fixed duty D1 is set assuming that the input voltage is the maximum value and the resistance value is the minimum value. In the engine controller 126, an upper limit power duty Dlimit that can be energized is calculated from the detected current value I1, the fixed duty D1, and a preset energizable current value Ilimit (S504). When the current value notified to the engine controller 126 by the current detection circuit 27 is an effective value, Dlimit is calculated by the following equation.
Dlimit = (Ilimit / I1)²× D1
As the current value Ilimit, an allowable current value that can be supplied to the heater is set by subtracting the current supplied to a portion other than the heater from the rated current of the connected commercial power supply.
[0058]
When Dlimit is calculated, steady-state fixing device temperature control is started (S810). For example, when phase control is performed on the power supplied to the heating element, the control is performed according to the following relational expression of the power duty D (%) and the phase angle α (°).
[0059]
[Expression 1]

[0060]
The engine controller 126 controls the power supplied to the

heating elements

3 and 20 by PI control based on information from the TH signal so that the predetermined temperature is set in advance (S811). The duty D ′ for supplying power is determined from the difference between the target predetermined temperature and the temperature from the TH signal. For example, it is determined by the following equation.

[0061]
The duty D ′ determined by the equation (2) is any one of values obtained by dividing the range of 0 to 100% into 40 (in increments of 2.5%) depending on the temperature difference condition. From the calculated duty D ′ and the calculated Dlimit, the input duty D to be supplied is calculated by the equation (3) (S812).
D = D ′ × Dlimit / 100 (3)
From the calculated duty D, the phase angle α for turning on the triac 4 or 13 is calculated from the equation (1), and phase control is performed (S813). In other words, PI temperature control is performed with a duty equal to or lower than the upper limit duty Dlimit, and control in 40 divisions is always possible. The ON1 and ON2 signal waveforms at this time are shown in FIG. 9 (d), and the heater current waveform is shown in FIG. 9 (e). The phase control is performed at a phase angle equal to or larger than the phase angle αlimit corresponding to Dlimit.
[0062]
Further, Dlimit (αlimit) is variable depending on the magnitude of the input voltage, and control is always possible with a current equal to or less than Ilimit regardless of the input voltage. The number of divisions of the power duty when performing phase control is always the predetermined 40 divisions. Therefore, when the input voltage is small, the phase angle of one division becomes relatively large, and when the input voltage is large, the phase of one division is obtained. The corner becomes relatively small.
[0063]
To limit Ilimit with a certain duty, (resistance value of heating element) x Ilimit²The control is performed with a power duty obtained by dividing the power by a predetermined number of divisions. Therefore, it is possible to perform control such that the power corresponding to one division is substantially equal regardless of the power supply voltage.
[0064]
Then, control is performed with the upper limit duty Dlimit or less based on the above derivation until a request to end the heater temperature control is received (S814).
[0065]
As described above, in the present embodiment, when the fixing device is started up, power of a predetermined power ratio is supplied to calculate the upper limit value of the supplied power ratio, and the ratio is less than that and depends on the upper limit value. By controlling the power with the same number of divisions, it is possible to supply more current than the allowable current even when the temperature of the paper is controlled, even if thicker paper or multi-feed than expected is passed and the heater temperature decreases rapidly. Can be prevented.
[0066]
In addition, the maximum supplyable upper limit value can be set for variations in input power supply voltage and heater resistance value, and even when the power supply voltage is large, the power unit of the power ratio is limited to (allowable power / number of divisions) or less. Therefore, the temperature ripple is optimized under each condition, and the power performance can be maximized.
[0067]
The same control is possible even when there is one heating element.
[0068]
Examples of embodiments of the present invention are listed below.
[0069]
[Embodiment 1] In an electrophotographic image forming apparatus including a heating unit and a power supply unit that supplies power to the heating unit.
The power supply means is controlled at a power ratio that is a ratio to the power when the half wave or full wave of the AC power supply voltage is fully lit, and is supplied to the heating means at a predetermined first power ratio for a predetermined period. First power control means for supplying power;
Current detection means for detecting current supplied to the heating means by the first power control means;
Calculation for calculating the maximum suppliable power ratio supplied to the heating means based on the difference between the current value detected by the current detecting means and the maximum suppliable current value that can be supplied to the heating means by the power control means. Means,
Second power control means for controlling the power supplied to the heating means by the power supply means at a maximum supplyable power ratio calculated by the calculation means;
An image forming apparatus comprising:
[0070]
[Embodiment 2] In Embodiment 1,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the heating means that is power controlled by the second power control means;
The temperature detected by the temperature detecting means is compared with a predetermined target temperature, a second power ratio supplied to the heating means is calculated, and a phase angle corresponding to the obtained second power ratio is calculated. A decision means to decide;
Phase control means for phase-controlling the power supplied to the heating means based on the phase angle determined by the determining means;
An image forming apparatus comprising:
[0071]
[Embodiment 3] In Embodiment 1 or 2, the second power control means sets the maximum supplyable power ratio calculated by the calculation means to a power ratio of 100%, and sets the predetermined maximum supplyable power ratio or less. An image forming apparatus, wherein power supplied to the heating means is controlled by a power ratio of the number of divisions.
[0072]
[Embodiment 4] In any one of Embodiments 1 to 3, the heating means includes an insulating substrate and one or more heating elements formed on one or both surfaces of the insulating substrate. Forming equipment.
[0073]
[Embodiment 5] In any one of Embodiments 1 to 3, a film sliding with the heating means according to Embodiment 4, and a rotation press-contacted so as to form a nip portion with the heating means via the film And a fixing device for fixing the recording medium by heating the heating element while allowing the recording medium carrying an unfixed image to pass through the nip portion. An image forming apparatus.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since it is configured as described above, the maximum upper limit value that can be supplied can be set for variations in the input power supply voltage and the resistance value of the heating means. Maximum power can be supplied to the heating means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure of a laser beam printer.
3 is a view showing a structure of a ceramic surface heater 109c of FIG.
4 is a cross-sectional view showing a structure of a fixing device 109. FIG.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a control sequence of the fixing device 109;
FIG. 6 is a waveform diagram showing schematic operation waveforms of a heater current and ON1, ON2 signals when the input voltage is small.
FIG. 7 is a waveform diagram showing a schematic operation waveform of a heater current and ON1, ON2 signals when the input voltage is large.
FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a control sequence of the fixing device 109 according to the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing schematic operation waveforms of heater current and ON1, ON2 signals when the input voltage is small.
FIG. 10 is a diagram showing schematic operation waveforms of heater current and ON1, ON2 signals when the input voltage is large.
[Explanation of symbols]
3,20 heating element
12 Zero cross detection circuit
23 Thermostat
27 Current detection circuit
101 Laser beam printer body
109 Fixing device
109a Fixing film
109b Elastic pressure roller
109c Ceramic surface heater
109d thermistor
126 Engine controller

Claims

Heating means;
Power supply means for supplying power to the heating means;
Power control means for controlling the power duty of the AC power supply voltage supplied from the power supply means to the heating means;
Current detection means for detecting current supplied to the heating means;
Calculating means for calculating an upper limit power duty that can be supplied to the heating means based on a current value detected by the current detecting means when the AC power supply voltage having a predetermined power duty is supplied to the heating means; Prepared,
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the power supply control unit controls the AC power supply voltage supplied from the power supply unit to the heating unit to be equal to or less than the upper limit power duty calculated by the calculation unit.

A temperature detecting means for detecting the temperature of the heating means;
The power control means controls the phase of the AC power supply voltage supplied to the heating means based on the temperature detected by the temperature detection means and a predetermined target temperature. Image forming apparatus.

The power control unit divides a range equal to or less than the upper limit power duty calculated by the calculation unit by a predetermined number of divisions, and supplies the AC power supply voltage to the heating unit with the power duty of the predetermined number of divisions. The image forming apparatus according to claim 1.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein the heating unit includes an insulating substrate and one or more heating elements formed on one or both surfaces of the insulating substrate.

A recording medium carrying an unfixed image, comprising: a film that slides with the heating means; and a rotatable pressure member that is pressed to form a nip portion with the heating means via the film. The image forming apparatus according to claim 1, further comprising a fixing device that performs a fixing process on the recording medium by heating the heating element while passing through the nip portion.