JP4386262B2

JP4386262B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4386262B2
Application number: JP2004028529A
Authority: JP
Inventors: 悟小山; 英俊花本; 竹内　　昭彦
Original assignee: Canon Inc
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Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
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Description

本発明は、電子写真プロセス等を利用した画像形成装置に関する。

レーザビームプリンタ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置には、記録媒体（記録紙やＯＨＰシートなど）に形成されたトナー像を熱溶融させて定着させる定着器が設けられている。この定着器における加熱方式としてはいくつかのタイプがある。とりわけ、磁束により定着ローラに電流を誘導させ、そのジュール熱によって発熱させる電磁誘導加熱方式は、誘導電流の発生を利用することで直接定着ローラを発熱させることができ、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成できる点で有利である（例えば、特許文献１を参照。）。

ところで、例えばＡ４サイズの定型紙を１６枚／分の速度で印字可能とするようなカラー画像形成装置（Ａ４機）においては近年、上記したような電磁誘導加熱方式の熱容量の小さな定着器を使用することで、待機時の定着温度調節（以下、「温度調節」を「温調」と略記することもある。）が不要で、プリント時にのみ過熱を行ういわゆる「オンデマンド定着」を実現することが可能となっている。

一方、Ａ３サイズの定型紙まで印字可能とするようなカラー画像形成装置（Ａ３機）においては、その印刷スピードに依存するものの、一般にＡ４機よりは定着器に求められる熱容量が大きいため、待機時においても所定の時間間隔で電力を定着器に供給することで予熱を行ういわゆる「スタンバイ温調」がなされている（例えば、特許文献２を参照）。スタンバイ温調を行う理由は次のとおりである。

図２７は、従来の電磁誘導加熱方式の定着器を用いたカラー画像形成装置（Ａ３機）において、定着器の冷えた状態からプリント可能状態の温度（例えば１８０℃）に達するまでの立ち上がり時間とその時に定着器のヒータに供給した電力（定着電力）との関係を示している。同図において、供給可能な定着電力が約９００Ｗであるとすると、プリント可能状態の温度（プリント温度）に達するまでの立ち上がり時間は３０ｓｅｃ（点Ｗａ）となっている。この時間は一般的に用いられるハロゲンヒータを用いた定着器に比べて極めて短時間である。しかしながら、紙の搬送時間等を考慮すると、プリント開始から一枚目の画像形成済みの紙が排紙部に排出されるまでの時間（ファーストプリントアウトタイム）は３０ｓｅｃよりも遅くなりユーザを待たせてしまう。このため、ファーストプリントアウトタイムを短縮するために、（ハロゲンヒータ方式の定着器を用いた画像形成装置で一般的に行われているように、）待機時においても所定の時間間隔で電力を定着器に供給することで予熱を行う。このスタンバイ温調を実施することにより、プリントジョブを開始してから画像形成可能な所定の定着温度に早く到達させるようにしている。

電磁誘導加熱方式におけるこのようなスタンバイ温調時の消費電力は、ハロゲンヒータを用いた定着方式と比較するとスタンバイ温調時の温度を低く設定することができるため、小さな電力消費に抑えることが可能であるものの、オンデマンド定着方式と比較する場合には余分な電力（スタンバイ温調時の電力）が必要であることには変わりない。

ところで、この画像形成装置において、定着器のヒータへの供給電力を約２００Ｗ増加させることが可能であれば、定着器に１１００Ｗ投入することができプリント温度に達するまでの時間は約１５ｓｅｃ（図中の点Ｗｂ）となる。このため、この画像形成装置が目標とするファーストプリントアウトタイムが、仮に２０ｓｅｃ程度であれば、（画像形成装置の構成、紙搬送経路や搬送速度等に依存するものの、）スタンバイ温調が不要なオンデマンド定着を実現することも可能である。

しかしながら最近では、画像形成装置の技術向上に伴い、これまで中速機（中級機）のカテゴリの画像形成装置が小型化、低価格化されながらも高速化され、一昔前の高速機の速度に達してきている。それに伴って、省エネルギー化、ファーストプリントアウトタイム短縮等の付加価値がこれまで以上に市場から求められるようになってきている。

このような背景を考慮すると、高効率な電磁誘導加熱方式の定着器を用いたとしても、従来Ａ４機において実現可能であったオンデマンド定着では市場の要求に応えることが難しくなってきている。

また、Ａ３機において従来行ってきたスタンバイ温調は、上記したように、必要最小限度の電力とはいえ待機時においても定着器に電力を投入していることになるため、このスタンバイ温調が、画像形成装置の待機時における消費電力の軽減が困難である要因の一つでもあった。

かといって、スタンバイ時の省エネルギー化を重視してこのスタンバイ温調制御を実施しないことにすると、プリント開始から画像形成可能な所定の定着温度に達するまでの時間が長くかかるため、結果として、ファーストプリントアウトタイムが遅くなってしまうという問題に直面することになる。つまり、待機時における省エネルギー化とファーストプリントアウトタイムの短縮とはトレードオフの関係にある。

したがって、待機時における省エネルギー化とファーストプリントアウトタイムの短縮の両者のバランスを取った上で、市場に受け入れられるレベルの、温度の立ち上がりの早いオンデマンド定着システムを開発する必要がある。

一方、モノクロ高速印刷機やカラー印刷高画質機等の大型でかつ高付加価値の画像形成装置、いわゆる高速機（高級機）は、省エネルギー化の工夫はなされているものの、高機能化やオプション装置の充実等の更なる付加価値が求められおり、消費電力は増加していく方向にある。これら機器の消費する電力の上限の一つの目安としては、商用電源で供給可能な最大電流がある。例えば、電圧１００Ｖの商用電源について、１５Ａの最大供給電流が規定されている場合には、その電力の上限は１５００Ｗ（＝１００Ｖ×１５Ａ）となる。画像形成装置本体においては、装置の最大電流が商用電源の最大電流を超えないように設計するのが通常である。

また、この高速機クラスの定着器では、高速連続定着に耐え得るよう一般に熱容量の大きな定着器が用いられることが多い。このような定着器のデメリットは、定着器が冷えた状態からスタンバイ状態の温度に達するまでの時間（ウォームアップ時間）に長時間（数分）を要する点であり、このウォームアップ時間の短縮が改善課題の一つであった。

これに対し、単純に大電力を投入して定着器のウォームアップ時間を短縮しようとすると、商用電源の最大電力が装置として使用可能な電力の上限が制約となるため、定着システム自体の改善を行わない限り、さらにウォームアップ時間を短縮することは困難であった。

このような問題を解決する一つの手段として、例えば実公平７−４１０２３号公報（特許文献３）では、定着器への電力を有効活用するために、定着器に主ヒータと副ヒータを備えた画像形成装置に蓄電部を設け、蓄電部は直流電源あるいは直流モータ制御部に選択的に接続することを提案している。すなわち、蓄電部から直流モータに電力が供給されている間は、直流モータに供給されるはずの電力を副ヒータに供給できるため定着器の温度を従来よりも上げることができ、この間は高速で複写できるようになっている。

また、特開２００２−１７４９８８号公報（特許文献４）では、画像形成装置に蓄電装置を設け、定着器の立上げ時に商用電源からの電力と蓄電装置からの電力を併用することにより、省エネルギーとプリント開始時間の短縮を図る方法が提案されている。

実開昭５１−１０９７３９号公報特開２００２−０５６９６０号公報実公平７−４１０２３号公報特開２００２−１７４９８８号公報

このように、従来から、蓄電装置を用いた画像形成装置が知られているが、その蓄電装置に関連し、更なる有効活用が望まれていた。

上記した課題は、本発明の画像形成装置によって解決される。本発明の一側面は例えば、商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着手段を備えた画像形成装置に係り、前記発熱体以外の負荷に電力を供給可能な蓄電手段と、前記定着手段の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出結果に応じて、商用電源から前記定着手段への供給電力を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、電源投入時または省エネルギーモードからの復帰時に前記温度検出手段による温度検出を実行し、検出した前記定着手段の温度が所定温度未満である場合は、前記蓄電手段からの電力を前記駆動負荷に供給することで、商用電源から前記定着手段への供給電力を増加させ、前記蓄電手段からの電力が前記駆動負荷に供給されている間、前記温度検出手段による温度検出を繰り返すことで前記定着手段の温度を監視し、前記定着手段の温度が前記所定温度以上となった場合は、前記蓄電手段から前記駆動負荷への電力供給を遮断することで、商用電源から前記定着手段への供給電力を減少させることを特徴とする。
本発明の別の側面によれば、商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着手段を備えた画像形成装置であって、前記発熱体以外の負荷に電力を供給可能な蓄電手段と、前記定着手段の温度を検出する温度検出手段と、前記蓄電手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、前記温度検出手段による検出結果および前記蓄電量検出手段による検出結果に応じて、商用電源から前記定着手段への供給電力を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、電源投入時または省エネルギーモードからの復帰時に前記温度検出手段による温度検出及び前記蓄電量検出手段による蓄電量検出を実行し、検出した前記定着器の温度が所定温度未満であり、かつ、検出した前記蓄電手段の蓄電量が所定量以上ある場合は、前記蓄電手段からの電力を前記駆動負荷に供給することで、商用電源から前記定着手段への供給電力を増加させ、前記蓄電手段からの電力を前記駆動負荷に供給している間、前記蓄電量検出手段による蓄電量検出及び前記温度検出手段による温度検出を繰り返すことで前記蓄電手段の蓄電量及び前記定着手段の温度を監視し、前記蓄電手段の蓄電量が前記所定量未満となり、または、前記定着器の温度が前記所定温度以上となった場合は、前記蓄電手段から前記駆動負荷への電力供給を遮断することで、商用電源から前記定着手段への供給電力を減少させることを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明の別の側面は例えば、商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着器を有する画像形成装置に係り、商用電源の交流電圧を所定の直流電圧に降圧して出力する電源回路と、充放電可能な蓄電器と、前記蓄電器からの出力電圧を所定の昇圧レベルに昇圧して出力する定電圧制御回路と、商用電源及び前記蓄電器から前記発熱体以外の負荷への電力供給を制御する制御回路と、商用電源からの電力を前記制御回路による制御状態に応じた制限レベルに制限して、前記定着器に供給する定着制御回路と、前記定着器の温度を検出する温度検出素子と、電源投入時又は省エネルギーモードからの復帰時に前記温度検出素子により検出された前記定着器の温度が所定温度未満である場合、前記制御回路により前記蓄電器からの電力を前記定電圧制御回路を介して前記負荷に供給させ、これに応じて前記定着制御回路に前記制限レベルを上昇させる第１の調整回路と、前記蓄電器からの電力が前記定電圧制御回路を介して前記駆動負荷に供給されている間、前記温度検出素子により検出される前記定着器の温度を監視し、前記定着器の温度が前記所定温度以上となった場合、前記制御回路により商用電源からの電力を前記電源回路を介して前記負荷に供給させ、これに応じて前記定着制御回路に前記制限レベルを降下させる第２の調整回路とを有することを特徴とする。
本発明の更に別の側面は、商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着手段を有する画像形成装置に係り、充放電可能な蓄電手段と、前記定着手段の温度の値を検出する温度検出手段と、前記定着手段以外の負荷を作動させるための電力供給を前記蓄電手段に行わせている場合には、前記定着手段以外の負荷を作動させるための電力供給を前記蓄電手段に行わせず前記商用電源に行わせている場合と比べ、前記商用電源から前記定着手段への電力供給を増加させるよう制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記温度検出手段による検出結果の値が所定値以上のときには、前記定着手段以外の負荷を作動させるための電力供給を前記蓄電手段に行わせず前記商用電源に行わせる一方、前記温度検出手段による検出結果の値が前記所定値未満のときには、前記定着手段以外の負荷を作動させるための電力供給を前記蓄電手段に行わせることを特徴とする。

本発明によれば、商用電源の上限電流（電力）をより有効活用して、これまで以上に温度の立ち上がりの早いオンデマンド定着を実現可能な画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下では本発明の一実施形態としてレーザビームプリンタを例にとって説明する。ただし、本発明はレーザビームプリンタに限定されるものではなく、電子写真プロセスを使用した画像形成装置全般に適用することができる。

■ 第１の実施形態 ■

＜レーザビームプリンタ１００の概略構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るレーザビームプリンタ１００の概略構成を示す図である。このレーザビームプリンタ１００は、黒画像（Ｂｋ），イエロー画像（Ｙ），マゼンタ画像（Ｍ），シアン（Ｃ）画像の各色ごとに画像形成部を設けているいわゆるタンデムタイプのプリンタである。

それぞれの画像形成部は、感光体ドラム１８、感光ドラムを一様に帯電する一次帯電器１６、感光体ドラム上に潜像を形成するスキャナユニット１１、潜像を現像して可視像とする現像器１４、可視像を転写紙に転写する転写器１９、感光体の残留トナーを除去するクリーニング装置１５等で構成される。

ここでスキャナユニット１１の構成について説明しておく。図２は、スキャナユニット１１の構成を示す図である。パーソナルコンピュータ等の図示しない外部機器からの画像形成指示があると、レーザビームプリンタ１００内のコントローラ（図示せず）において、画像情報が露光手段であるレーザビームをオン／オフするための画像信号（ＶＤＯ信号）１０１に変換される。この画像信号（ＶＤＯ信号）１０１は、スキャナユニット１１内のレーザユニット１０２に入力される。１０３は、レーザユニット１０２によりオン／オフ変調されたレーザビームである。１０４は、回転多面鏡（ポリゴンミラー）１０５を定常回転させるスキャナモータである。１０６は、ポリゴンミラーによって変更されたレーザビーム１０７を被走査面である感光ドラム１８上に焦点を結ばせる結像レンズである。

この構成により、画像信号１０１により変調されたレーザビーム１３が感光ドラム１８上を水平走査（主走査方向への走査）し、感光ドラム１８上に潜像が形成される。

１０９はビーム検出口で、スリット状の入射口よりビームを取り入れる。この入射口より入ったレーザビームは、光ファイバ１１０内を通って光電変換素子１１１に導かれる。光電変換素子１１１により電気信号に変換されたレーザビームは、増幅回路（図示しない）により増幅された後、水平同期信号となる。

説明を図１に戻す。カセット２２から給紙される記録媒体としての転写紙は、画像形成部とタイミングをとるために、レジストローラ２１で待機する。

また、レジストローラ２１の近傍には、給紙された転写紙の先端を検知するためのレジセンサ２４が設けてある。画像形成部を制御する画像形成制御部（図示せず）はレジセンサ２４の検出結果により、紙の先端がレジストローラ２１に到達したタイミングを検知し、１色目（図の例ではイエロー色）の像を、像担持体である感光ドラム１８ａ上に形成するとともに、定着器２３のヒータ（図示しない）温度が所定の温度になるよう制御する。

２９は吸着ローラであり、このローラの軸に吸着バイアスを印可し、転写紙を搬送ベルト２０上に静電的に吸着させる。

レジストローラ２１で待機した転写紙は、レジセンサ２４の検出結果と像形成プロセスとのタイミングをとって、各色画像形成部を貫通するように配置された転写ベルト２０上を搬送されるとともに、転写器１９ａにより１色目の画像が転写紙上に転写される。

同様に、２色目（図の例ではマゼンタ）の像は、レジセンサ２４の検出結果と、２色目像形成プロセスとのタイミングをとって、転写ベルト２０上を搬送される転写紙上の、１色目の像の上に重畳転写される。以降同様に、３色目（図の例ではシアン）の像，４色目（図の例では黒色）の像が、各像形成プロセスとのタイミングを取って、転写紙上に順次重畳転写される。

そして、トナー画像が転写された転写紙は定着器２３へと搬送され、その転写紙が定着器２３におけるニップ部Ｎ（詳細は後述する）を通過することにより、トナーが加圧、過熱されて転写紙に溶融定着される。定着器２３を通過した転写紙は機外に排紙されフルカラーの画像形成が終了する。

＜定着器２３の構成＞
本実施形態における定着器２３では、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方式よりも高効率な、電磁誘導加熱方式を採用する。ここでは図４〜６を参照して定着器２３の構造例を説明する。図４は定着器２３の要部の横断面構造を示す構成図、図５は定着器２３の要部の正面構造を示す構成図、図６は定着器２３を構成する定着ベルトガイド部材を示す斜視図である。

５０１は電磁誘導発熱層（導電体層、磁性体層、抵抗体層）を有する電磁誘導発熱性の回転体としての円筒状の定着ベルトである。この定着ベルト５０１の具体的な構造例については後述する。

５１６ａは横断面略半円弧状樋型のベルトガイド部材であり、円筒状の定着ベルト５０１はこのベルトガイド部材５１６ａの外側にルーズに外嵌させてある。ベルトガイド部材５１６ａは基本的に、（１）後述する加圧ローラ５３０との圧接により形成される定着ニップ部Ｎへの加圧、（２）磁場発生手段としての励磁コイル５０６および磁性コア５０５の支持、（３）定着ベルト５０１の支持、および、（４）定着ベルト５０１の回転時の搬送安定性の確保、の役目を果たす。これらの役目を果たすため、ベルトガイド部材５１６ａには、高い荷重に耐えられ、絶縁性に優れ耐熱性のよい材質のものを使用することが望ましい。例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＬＣＰ樹脂などを選択するとよい。

ベルトガイド部材５１６ａは、磁場発生手段としての磁性コア（芯材５０５ａ，５０５ｂ，５０５ｃによりＴ字型に構成される）と励磁コイル５０６を内側に保持している。また、ベルトガイド部材５１６ａには、図４および６に示すように紙面垂直方向長手の良熱伝導部材（例えばアルミニウム材）５４０がニップ部Ｎの加圧ローラ５３０との対向面側で、定着ベルト５０１の内側に配設してある。良熱伝導部材５４０は、長手方向の温度分布を均一にする効果がある。

図５に示されるフランジ部材５２３ａ・５２３ｂは、ベルトガイド部材５１６ａのアセンブリの左右両端部に外嵌し、その左右位置を固定しつつ回転自在に取り付け、定着ベルト５０１の回転時にその定着ベルト５０１の端部を受けて定着ベルト５０１のベルトガイド部材長手方向に沿う寄り移動を規制する役目をする。

５３０は加圧部材としての弾性加圧ローラであり、定着ベルト５０１を挟ませてベルトガイド部材５１６ａの下面と所定の圧接力をもって所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させて相互圧接させてある。ここで、上記磁性コア５０５は、定着ニップ部Ｎに対応位置させて配設してある。加圧ローラ５３０は、芯金５３０ａと、芯金５３０ａ周りに同心一体にローラ状に形成被覆させた、シリコンゴム、フッ素、フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層５３０ｂとで構成されており、芯金５３０ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自在に軸受け保持させて配設してある。加圧用剛性ステー５１０の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材５２９ａ・５２９ｂとの間にそれぞれ加圧バネ５２５ａ・５２５ｂを縮設することで、加圧用剛性ステー５１０に押し下げ力を作用させている。これにより、ベルトガイド部材５１６ａの下面と加圧ローラ５３０の上面とが定着ベルト５０１を挟んで圧接して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

加圧ローラ５３０は、駆動モータＭにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この回転駆動による加圧ローラ５３０と定着ベルト５０１の外面との摩擦力によって定着ベルト５０１に回転力が作用する。これにより、定着ベルト５０１は、その内面が定着ニップ部Ｎにおいてベルトガイド部材５１６ａの下面に密着して摺動しながら、矢示の時計方向に加圧ローラ５３０の回転周速度に略対応した周速度をもってベルトガイド部材５１６ａの外回りを回転する（加圧ローラ駆動方式）。また、図６に示すように、ベルトガイド部材５１６ａの周面に、その長手に沿い所定の間隔を置いて凸リブ部５１６ｅを形成具備させ、ベルトガイド部材５１６ａの周面と定着ベルト５０１の内面との接触摺動抵抗を低減させて定着ベルト５０１の回転負荷を少なくしている。

励磁コイル５０６は、コイル（線輪）を構成させる導線（電線）として一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの（束線）を用い、これを複数回巻いて励磁コイルを形成している。絶縁被覆は定着ベルト５０１の発熱による熱伝導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよい。例えば、アミドイミドやポリイミドなどの被覆を用いるとよい。励磁コイル５０６は外部から圧力を加えて密集度を向上させてもよい。

励磁コイル５０６の形状は、図４に示すように、発熱層の曲面に沿うようにしている。本実施形態では定着ベルト５０１の発熱層と励磁コイル５０６との間の距離は略２ｍｍになるように設定した。

磁性コア５０５ａ・５０５ｂ・５０５ｃ及び励磁コイル５０６と定着ベルト５０１の発熱層の間の距離はできる限り近付けた方が磁束の吸収効率が高い。この距離が５ｍｍを超えるとこの効率が著しく低下するため５ｍｍ以内にするのがよい。また、５ｍｍ以内であれば定着ベルト５０１の発熱層と励磁コイル５０６の距離が一定である必要はない。励磁コイル５０６の励磁コイル保持部材としてのベルトガイド部材５１６ａからの引出線、すなわち５０６ａ・５０６ｂ（図６）については、束線の外側に絶縁被覆を施している。

励磁コイル５０６は、後述する定着制御回路（励磁回路）から供給される交番電流によって交番磁束を発生する。図７は交番磁束の発生の様子を模式的に表した図である。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。磁性コア５０５ａ・５０５ｂ・５０５ｃに導かれた交番磁束Ｃは、磁性コア５０５ａ・５０５ｃと、磁性コア５０５ａ・５０５ｂにより、図４のＳａ，Ｓｂの領域に集中的に分布し、定着ベルト５０１の電磁誘導発熱層１に過電流を発生させる。この過電流は、電磁誘導発熱層１の固有抵抗によって電磁誘導発熱層１にジュール熱（過電流損）を発生させる。ここでの発熱量Ｑは、電磁誘導発熱層１を通る磁束の密度によって決まり、図７の右側のグラフのような分布を示す。図７の右側のグラフは、縦軸が磁性コア５０５ａの中心を０とした角度θで表した定着ベルト５０１における円周方向の位置を示し、横軸が定着ベルト５０１の電磁誘導発熱層１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱域Ｈ（図４のＳａ，Ｓｂの領域に対応する）は、最大発熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得られる量である。

定着ニップ部Ｎの温度は、温度センサ４０５，４０６を含む温調系により励磁コイル５０６に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。図４〜６に示される温度センサ４０５は例えば、定着ベルト５０１の温度を検知するサーミスタなどで構成され、本実施形態においては温度センサ４０５で測定した定着ベルト５０１の温度情報を基に定着ニップ部Ｎの温度を制御するようにしている。

図８は定着ベルト５０１の層構成を示す図である。定着ベルト５０１は、同図に示すように、定着ベルト５０１は、基層となる電磁誘導発熱性の金属ベルト等で構成された発熱層５０１Ａと、その外面に積層した弾性層５０１Ｂと、その外面に積層した離型層５０１Ｃとの複合構造となっている。発熱層５０１Ａと弾性層５０１Ｂとの間の接着、弾性層５０１Ｂと離型層５０１Ｃとの間の接着のため、各層間にプライマ層を設けてもよい。略円筒形状である定着ベルト５０１において発熱層５０１Ａが内面側であり、離型層５０１Ｃが外面側である。上述したように、発熱層５０１Ａに交番磁束が作用することで発熱層５０１Ａに過電流が発生して発熱層５０１Ａが発熱する。その熱が弾性層５０１Ｂ・離型層５０１Ｃを介して定着ベルト５０１を加熱し、定着ニップ部Ｎに通紙される被加熱材としての被記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。

本実施形態における定着器２３の構造は概ね上記のとおりであるが、その動作の概略は次のとおりである。加圧ローラ５３０が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト５０１がベルトガイド部材５１６ａの外回りを回転し、励磁回路から励磁コイル５０６への給電により上記のように定着ベルト５０１の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態となる。この状態で、図１の転写ベルト２０により搬送された未定着トナー画像ｔが形成された転写紙が定着ニップ部Ｎの定着ベルト５０１と加圧ローラ５３０との間に画像面が上向き、即ち、定着ベルト面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着ベルト５０１の外面に密着して定着ベルト５０１と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎを定着ベルト５０１と一緒に転写紙が挟持搬送されていく過程において、電磁誘導発熱で加熱された定着ベルト５０１により転写紙上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。転写紙は、定着ニップ部Ｎを通過すると、回転中の定着ベルト５０１の外面から分離して排出搬送されていく。

なお、本実施形態ではトナーｔに低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、定着器２３にオフセット防止のためのオイル塗布機構を設けていないが、低軟化物質を含有させていないトナーを使用した場合にはオイル塗布機構を設けてもよい。また、低軟化物質を含有させたトナーを使用した場合にもオイル塗布や冷却分離を行ってもよい。

＜給電制御系の構成＞
図３は、本実施形態におけるレーザビームプリンタ１００の給電制御系の構成を示す図である。商用電源３０１からの交流電圧は、定着器２３に交番電流を供給する励磁回路（誘導加熱制御部）として機能する定着制御回路３３０と、スイッチング電源回路４７０とに供給されるような構成となっている。スイッチング電源回路４７０は、商用電源の交流電圧を画像形成部等で使用する２４Ｖ等の直流電圧に降圧して供給している。電源回路４７０からの出力電圧Ｖｅは画像形成を制御する画像形成制御回路３１６を動作させるための電圧、出力電圧Ｖａは負荷４６０に電圧を供給している。ここで負荷４６０とは、発熱体としての励磁コイル５０６以外の画像形成部における負荷のことであり、例えば４つの感光体ドラム１８ａ〜１８ｄをそれぞれ個別に駆動する４つのＤＣブラシレスモータ（図示せず）、搬送ベルト２０を駆動する１つのＤＣブラシレスモータ（図示せず）を含む。これらの計５個のＤＣブラシレスモータは、感光体ドラム１８と当接したベルト２０の表面が擦れないように、画像形成制御回路３１６により同時に回転駆動／停止の制御がなされる。また、これらのモータが駆動力を供給する感光体ドラム１８ａ〜１８ｄ等は、レーザビームプリンタ１００の使用し始めと耐久後でそのトルクが変動することが分かっているため、ＤＣブラシレスモータのトルクや供給する電力も耐久後のトルクアップを見越して設計する必要がある。

４５６は充電回路であり、スイッチング電源回路４７０から供給された電圧Ｖａを受け、画像形成制御回路３１６からの充電指令により、所定電圧Ｖｂ（ここではＶｂ≒Ｖａ）を、例えば複数個の電気二重層コンデンサ素子で構成される蓄電器４５５に供給し、蓄電器４５５を所定電圧Ｖｃ（≒Ｖｂ）に充電するものである。電気二重層コンデンサは、その容量が数Ｆ以上と大きく、二次電池と比べて充電効率が良く、長寿命であるため近年多くの分野において注目されている素子である。

蓄電器４５５の充電電圧Ｖｃは、蓄電器電圧検出回路４５７によって検出され、その検出結果は、例えばアナログ信号として画像形成制御回路３１６内にあるＣＰＵ（図示しない）のＡ／Ｄポートに送信される。画像形成制御回路３１６は、この蓄電器電圧検出回路４５７の検出結果に応じて充電回路４５６への充電要否の判断を行う。

定電圧制御回路４５８は例えばスイッチング方式の昇圧コンバータであり、蓄電器４５５の充電電圧Ｖｃを負荷４６０の駆動に必要な電圧Ｖｄ（Ｖｄ≒Ｖａ−Ｖｆ，ただし、Ｖｄ＞Ｖｃ，Ｖｆ＝ダイオード４５３の順方向電圧：約０．６Ｖ）に昇圧制御し、スイッチ４６３を介して負荷４６０に電圧Ｖｄを供給し、モータの駆動等に用いられる。スイッチ４６３は、商用電源３０１または蓄電器４５５のいずれかを負荷４６０への電力供給源として選択する選択手段として機能する。すなわち、スイッチ４６３をオフにすれば、商用電源３０１が負荷４６０への電力供給源となり、逆にスイッチ４６３をオンにすれば、蓄電器４５５が負荷４６０への電力供給源となる。スイッチ４６３にはオンオフ耐久性の理由から、ＦＥＴ等の半導体スイッチを使用するのが好ましいものの、オンオフ回数などの寿命が問題なければリレー等のメカニカルスイッチを用いても構わない。また、ダイオード４５３は蓄電器４５５から定電圧制御回路４５８を介して電圧Ｖｄを供給している際に、スイッチング電源回路４７０からの出力Ｖａが負荷４６０へ供給されないようにするものである。

＜定着制御回路３３０の構成＞
まず、図４の定着器２３の構成図を参照されたい。本実施形態では、同図に示すように、定着ベルト５０１の発熱域Ｓａ（図７の発熱域Ｈに対応する）に対向する位置に温度検知素子としてのサーモスイッチ５０２を非接触で配設している。定着制御回路３３０は、例えば暴走時の励磁コイル５０６への給電を遮断すべく、このサーモスイッチ５０２の動作に応じて励磁コイル５０６への給電を制御する。ここではサーモスイッチ５０２のＯＦＦ動作温度を２２０℃に設定した。また、サーモスイッチ５０２と定着ベルト５０１との間の距離は略２ｍｍとした。これにより、定着ベルト５０１にサーモスイッチ５０２の接触による傷が付くことがなく、耐久による定着画像の劣化を防止することができる。

なお、この温度検知素子としては、サーモスイッチ５０２の代わりに温度ヒューズ等を用いてもよい。

図９は、本実施形態における定着制御回路３３０の構成を示すブロック図である。この定着制御回路３３０は、サーモスイッチ５０２を＋２４ＶＤＣ電源及びリレースイッチ３０３に直列に接続し、サーモスイッチ５０２が切れるとリレースイッチ３０３への給電が遮断されリレースイッチ３０３が動作し、定着制御回路３３０への給電が遮断されることにより励磁コイル５０６への給電を遮断する、という構成をとっている。

図９に示した定着制御回路３３０の構成をその動作と共に詳述すると、整流回路３０４は、交流入力から両波整流を行うブリッジ整流回路と高周波フィルタを行うコンデンサで構成されている。第１および第２のスイッチ素子３０８，３０７はそれぞれ電流のスイッチングを行う。カレントトランス（ＣＴ）３１１は、第１および第２のスイッチ素子３０８、３０７でスイッチングされたスイッチング電流を検出するトランスである。

先述したとおり、定着器２３には、励磁コイル５０６、温度検出サーミスタ４０５，４０６、過昇温を検出するサーモスイッチ５０２が設けられている。

ゲートトランス３０６，３０５をそれぞれ介して第１および第２のスイッチ素子３０８，３０７を駆動するドライバ回路３１５は、カレントトランス３１１の出力電圧をフィルタリングするフィルタ３２５、発振回路３２８、コンパレータ等の比較器３２７、３２６で示される基準電圧Ｖｓ、クロック生成部３２９で構成される。クロック生成部３２９では、温調制御を行うためのクロックを生成すると共に、定着ベルト５０１と加圧ローラ５３０との相互圧接部の検出温度が規定温度を超過した場合に、画像形成制御部３１６からの信号により励磁コイル５０６への駆動パルスを停止し、定着器２３への電力供給を停止する制御を行っている。

画像形成制御回路３１６は、定着器２３に設けられているサーミスタ４０６の温度検出値に基づき、目標温度と比較しながら制御量をコントロールする。ドライバ回路３１５は、画像形成制御回路３１６からの制御信号を受けて、ゲートトランス３０５，３０６へのスイッチングクロックを生成し、高周波インバータ装置の制御形態に相応しい制御を行う。

第１および第２のスイッチ素子３０８，３０７としては、パワー用電力スイッチ素子が最適であり、ＦＥＴもしくはＩＧＢＴ（＋逆導通ダイオード）により構成されている。第１および第２のスイッチ素子３０８，３０７は共振電流を制御するため、定常時の損失及びスイッチ損失が小さいもので、なおかつ高耐圧、大電流タイプのものがよい。

電源ライン入力端子３０１から交流入力電源を受け、リレー３０３を介して整流回路３０４に交流電源が印加されると、この整流回路３０４の両波整流ダイオードにより脈動化直流電圧が生成される。その後、第２のスイッチ素子３０７がスイッチングを行うようにゲート制御トランス３０５をドライブすることにより、励磁コイル５０６と共振コンデンサ３０９で構成された共振回路に交流パルス電圧が印加される。この結果、第１のスイッチ素子３０８の導通時には励磁コイル５０６に脈動化直流電圧が印加され、励磁コイル５０６のインダクタンスと抵抗により定まる電流が流れ始める。ゲート信号に従って第１のスイッチ素子３０８がターンオフすると、励磁コイル５０６は電流を流し続けようとするため、励磁コイル５０６の両端に共振コンデンサ３０９と励磁コイル５０６により定まる共振回路の尖鋭度Ｑによりフライバック電圧と呼ばれる高電圧が発生する。この電圧は電源電圧を中心に振動し、そのままオフ状態を保っておくと電源電圧に収束する。

フライバック電圧のリンギングが大きく、第１のスイッチ素子３０８のコイル側端子の電圧が負になる期間は逆導通ダイオードがターンオフし、電流が励磁コイル５０６に流入する。この期間中、励磁コイル５０６と第１のスイッチ素子３０８の接点は０Ｖにクランプされることになる。このような期間に第１のスイッチ素子３０８をオンすれば、第１のスイッチ素子３０８は電圧を背負うことなくターンオン可能なことが一般に知られており、ＺＶＳ（Zero Voltage Switching）と呼ばれている。このような駆動方法により第１のスイッチ素子３０８のスイッチングに伴う損失を最小とすることができ、効率の良い、ノイズの少ないスイッチングが可能になる。

次に、図９のカレントトランス３１１を用いた励磁コイル５０６の電流の検出について説明する。検出波形の一例を図１０に示す。カレントトランス３１１は、第１のスイッチ素子３０８のエミッタ（ＦＥＴの場合はドレイン）から整流回路３０４のマイナス端子及び整流回路３０４の後段のフィルタコンデンサ（図示略）へ流れる電流を検出すべく構成されている。１：ｎの巻線を有するカレントトランス３１１の１ターン側にパワー側の電流を流し、ｎターン側に設けた検出抵抗により電圧情報として検出する。スイッチング電流波形は図１０のように、スイッチング周波数（２０ｋ〜５００ｋＨｚ）に対応した鋸歯状波を示しており、その電流ピーク値の包絡線は商用周波数（例えば５０Ｈｚ）の正弦波を全波整流した形となっている。カレントトランス３１１で検出した検出電流はフィルタ３２５においてピークホールド整流される。フィルタ３２５でフィルタリングされた電流検出（電圧）値は比較器３２７の―入力端子へ、所定の基準電圧Ｖｓ３２６は比較器３２７の＋入力端子へそれぞれ送信され、比較器３２７により双方の値を比較する。比較器３２７は、電流検出値が基準電圧Ｖｓ３２６よりも大きい場合には、基準電圧Ｖｓ３２６に対応する電流以上に大きなスイッチング（ピーク）電流が流れないように、ローレベルをクロック生成部３２９へ出力する。したがって、クロック生成部３２９からゲートトランス３０５，３０６へ送信されるクロックのオン時間が、パルスバイパルスで制限されスイッチング（ピーク）電流が制限される。

図１１は、図１０に示したＡの時間範囲について拡大表示したものである。この例では、第１のスイッチング素子３０８を駆動するパルスのオン時間がｔonaの場合、流れるスイッチング電流の検出電圧のピーク値は、所定電圧Ｖｓに達していない。一方、定着器２３への投入電力が増加した場合等において、オン時間がｔonbとなった場合、この例では、流れるスイッチング電流の検出電圧のピーク値は、所定電圧Ｖｓに達している。このため、クロック生成部３２９は、比較器３２７からの出力によりオン時間がｔonbよりも長くならないように制限をかけている。つまり、スイッチング電流のピーク値を所定値に抑えることで、定着器２３に投入される電力の最大電力を制限をするリミッタ動作を行う構成となっている。大電流が流れる場合等、異常電流検出時はこのような保護を行っている。

次に、定着器２３に投入される最大電力（初期電力）の電圧依存性について説明する。電流制御を全く行わない系においては、ＡＣライン電圧に対し出力電力はＡＣライン電圧の２乗で変動していくことになる。これに対し、電流検出によりリミットをかける本構成によれば、出力電力を入力電圧に線形依存するようにすることができる。

このような回路を構成し、実験を行った結果を図１２に示す。図１２の「制御無し領域」は、電流制御を行わない場合の実験結果であり、入力電圧の２乗で電力変化がみられ、電源電圧による電力依存性が大きい。一方、「ピーク一定制御領域」は、レーザビームプリンタ１００に用いられる電圧を含む入力電圧範囲内において、検出したピーク電流が一定になるよう制御した場合の実験結果である。図より、電源電圧による電力変動が少ないことを示している。つまり、検出したピーク電流に基づいて電力制御回路の最大出力値を制御することにより、ＡＣライン電流検出結果により電力制御幅の最大値（最大投入可能電力）を制御し、最大供給可能な電力がＡＣライン電圧に依存し難くなるよう制御している。

電流を検出し電力を制御するということから、定着器２３の励磁コイル５０６に電流を流す時間、即ち第１のスイッチ素子３０８のオンしている時間の最大値はＡＣラインを流れる電流と供給可能な電力により定め、画像形成制御回路３１６からの制御信号はその時間を超えない範囲となっている。また、最小時間についても規定する構成をとってもよい。

＜電力制御動作＞
以下では本実施形態における電力制御について説明する。

画像形成装置は一般に大電力を消費する。その電力消費の多くは、定着器によるものである。そこで、動作モードとして、プリント要求の待機状態が一定時間以上続いた場合に、定着器への供給電力を落として待機するいわゆる省エネルギーモードあるいはスリープモードに移行する、という電力制御が行われるのが一般的である。本実施形態におけるレーザビームプリンタ１００も、動作モードとしてこの省エネルギーモードを有している。省エネルギーモードでは当然、定着器の温度は下がる。そうすると、電源スイッチ投入時だけでなく、省エネルギーモードから復帰する時（通常モードに移行する時）にも、定着器が冷えていると考えられる。定着器が冷えた状態からスタンバイ状態の温度に達するまでの時間（ウォームアップ時間）を短縮することが課題となっていることは先述したとおりであるが、この課題は以下に説明する本実施形態の電力制御によって解決される。

画像形成制御回路３１６は、まず、省エネルギーモード時あるいは蓄電器４５５からの電力供給が不要な時は、スイッチ４６３をオフにするとともに、充電回路４５６を動作させて蓄電器４５５を充電しておく。

一方、電源投入時または省エネルギーモードからの復帰時あるいはプリント要求を受けた時、画像形成動作開始時等の定着器２３を使用する際には、画像形成制御回路３１６は、スイッチ４６３をオンにして、蓄電器４５５からの電力により負荷４６０を駆動する。したがって、蓄電器４５５からの電力供給により負荷４６０で消費する電力分が、商用電源から消費されなくなるため、商用電源の最大電流から規定される最大電力に対して余力ができることになる。

例えば、定着器２３の温度立上げ時において、定着制御回路３３０の一次側（ＡＣ側）で１１Ａの電流が流れており、スイッチング電源回路４７０の一次側（ＡＣ側）で３Ａの電流が流れているとする。定着制御回路３３０での入力電圧に依存する電力等のバラツキを約１Ａ見込むと、その合計電力は、（定着制御回路３３０とスイッチング電源回路４７０の力率cosθが共に１であると仮定すると、）１５Ａ（＝１１Ａ＋３Ａ＋１Ａ）となり、商用電源の最大電流１５Ａ以内、つまり許容電力１５００Ｗ（＝１００Ｖ×１５Ａ）内に収まる。

このような条件の下、蓄電器４５５から負荷４６０への電力供給により、スイッチング電源回路４７０の一次側（ＡＣ側）での電流値が２Ａ軽減したとすると、蓄電器４５５からの電力により負荷４６０を駆動している間、この２Ａ分の電力（２００Ｗ＝１００Ｖ×２Ａ）が商用電源から消費されなくなるため、商用電源の最大供給電流に対して余力ができることになる。このため、画像形成制御回路３１６は、定着制御回路３３０のドライバ３１５内の基準電圧Ｖｓ３２６をこの２Ａに相当する分上昇させ、定着器２３への投入電力制限値を高くする。したがって、定着制御回路３３０の一次側（ＡＣ側）で１３Ａ、スイッチング電源回路４７０の一次側（ＡＣ側）で１Ａ、バラツキは変わらず約１Ａであり、その合計電流は同様に１５Ａ（＝１３Ａ＋１Ａ＋１Ａ）で、商用電源の最大許容電力内に収まる。なお、当然のことながら、実際の設計時には設計バラツキを考慮して、商用電源の最大供給可能な電流を超えないようにしておく必要がある。

このように、蓄電器４５５から負荷４６０への給電状態、すなわち、選択手段としてのスイッチ４６３の状態、に応じて基準電圧Ｖｓ３２６を調整することにより、定着器２３への投入電力制限レベルを調整することができる。

また、上記のように蓄電器４５５を用いることにより、定着器２３の温度立ち上げ時において約２００Ｗ（＝１００Ｖ×２Ａ）の電力を定着器２３へ供給することが可能な場合には、オンデマンド定着を実現できる可能性が出てくる。すなわち、図２７において、上記同様に蓄電器４５５の利用により２００Ｗの電力を定着器２３へさらに供給することで、図中のプリント温度までに達する時間が３０ｓｅｃ（点Ｗａ）が１５ｓｅｃ（点Ｗｂ）となり、定着器２３の温度立ち上げ時間を短縮することが可能となる。

本実施形態における電力制御動作は概ね上記のとおりであるが、以下では、さらに蓄電器４５５の充電状態および／または定着器２３の温度を加味した電力制御について説明する。

図２３は、画像形成制御回路３１６による、蓄電器４５５の充電状態および／または定着器２３の温度を加味した電力制御の動作を示すフローチャートである。本処理は、電源投入時または省エネルギーモードから復帰した時に開始する。

まずステップＳ４０１で、画像形成制御回路３１６は、定着器２３に設けられているサーミスタ４０６の温度検出値を入力し（図９を参照）、その温度検出値が定着可能な下限の温度Ｔ_L以上である否かを判断する。定着器２３の温度が既に定着可能な下限の温度Ｔ_L以上ある場合にはそもそも蓄電器４５５から電力を供給して定着器２３の急速立ち上げを行う必要はないので、ステップＳ４０７に進み、スイッチ４６３のオフ状態を維持することで商用電源３０１から通常の電力Ｗ_Lを定着器２３に供給する。続くステップＳ４０８はスイッチ４６３をオフすることで蓄電器４５５を負荷４６０から切断する処理であるが、この場合には元々スイッチ４６３はオフ状態に維持されているので、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップＳ４０１で、サーミスタ４０６の温度検出値（すなわち定着器２３の温度）がＴ_L未満の場合には、ステップＳ４０２に進み、蓄電器電圧検出回路４５７によって検出される蓄電器４５５の充電電圧Ｖｃが、定電圧制御回路４５８が負荷４６０の駆動に必要な電圧Ｖｄにまで昇圧可能な下限の電圧Ｖ_L以上であるか否かを判断する。ここで、蓄電器４５５の充電電圧ＶｃがＶ_Lに満たない場合は、充電が不十分であるとみなして、上記ステップＳ４０１で定着器２３の温度が既に定着可能な下限の温度Ｔ_L以上ある場合と同様にステップＳ４０７に進む。この充電が不十分なままスイッチ４６３のオンして蓄電器４５５からの電力を供給しても、定着器２３の急速立ち上げに寄与しないばかりか、かえってその立ち上げに支障をきたすおそれもあるからである。

ステップＳ４０２において、充電電圧ＶｃがＶ_L以上ある場合には、ステップＳ４０３に進み、蓄電器４０４を負荷４６０に接続すべく、スイッチ４６３をオンする。したがって、負荷４６０は蓄電器４５５からの電力によって駆動することになる。これにより、商用電源の最大電流から規定される最大電力に対して余力ができ、その余力を定着器２３に回すことが可能になることを先述したとおりである。

そこで本実施形態では、ステップＳ４０４において、定着器２３への供給電力を、上記商用電源の最大電力に対する余力の電力Ｗ_Fだけ増加させる。具体的には、例えば、定着制御回路３３０のドライバ３１５内の基準電圧Ｖｓ３２６（図９を参照）を、電力Ｗ_Fに相当する分上昇させ、定着器２３への投入電力制限値を高くすることで実現できる。これにより、定着器２３に供給される電力は、商用電源３０１からの通常の電力Ｗ_L＋Ｗ_Fとなる。なお、このとき定着器２３に供給される電力（Ｗ_L＋Ｗ_F）は、商用電源３０１の電圧範囲内での最低電圧（例えば、電圧範囲を１００〜１２７Ｖとすると、その下限電圧である１００Ｖ）に合わせて設定するのが望ましい。

上記のステップＳ４０３，Ｓ４０４によって蓄電器４５５からの電力が負荷４６０に供給されている間は、ステップＳ４０５およびＳ４０６でそれぞれ、蓄電器電圧検出回路４５７によって検出される蓄電器４５５の充電電圧Ｖｃが、定電圧制御回路４５８が負荷４６０の駆動に必要な電圧Ｖｄにまで昇圧可能な下限の電圧Ｖ_L以上に維持されているかどうか、および、サーミスタ４０６の温度検出値が、定着器２３が定着可能な下限の温度Ｔ_L以上になったかどうか、を監視している。

ここで、蓄電器４５５の充電電圧ＶｃがＶ_Lを下回ったとき（ステップＳ４０５→ＮＯ）、または、サーミスタ４０６の温度検出値（すなわち、定着器２３の温度）がＴ_L以上になったとき（ステップＳ４０６→ＹＥＳ）は、ステップＳ４０７に進み、定着器２３への供給電力を、通常電力Ｗ_Lに戻す。具体的には、例えば、定着制御回路３３０のドライバ３１５内の基準電圧Ｖｓ３２６（図９を参照）を、ステップＳ４０４で増加した電力Ｗ_Fに相当する分降下させ、定着器２３への投入電力制限値を低くすることで実現できる。

そして、ステップＳ４０８で、スイッチ４６３をオフすることで蓄電器４５５を負荷４６０から切断し、本処理を終了する。

以上説明した蓄電器４５５の充電状態および／または定着器２３の温度を加味した電力制御の効果を説明する。図２６は、本実施形態と、蓄電器を使用しない従来例のそれぞれについて、定着器への電力供給量の時間推移を示している。同図中、（Ｂ）の実線ａは、本実施形態における定着器２３への電力供給量を示しており、（Ｃ）の破線ｂは、蓄電器を使用しない従来例における定着器への電力供給量を示している。また、（Ａ）の実線ｃ、ｄはそれぞれ、定着器への電力供給に伴う、本実施形態の定着器の温度の時間遷移、従来の定着器の温度の時間遷移を示している。

同図に示すように、定着器が定着可能な下限の温度Ｔ_Lよりも低い温度から立ち上げる場合、従来の画像形成装置では、定着器に商用電源の通常電力W_Lだけを供給し、その定着器の温度がＴ_Lに達するまでに時間ｔ₂を要していたところ、本実施形態のレーザビームプリンタ１００においては、定着器２３への電力供給量をW_Fだけ増加させているので、その定着器の温度がＴ_Lに達するまでの時間は、ｔ₂より短いｔ₁で済む。

なお、上述の充電状態および／または定着器の温度を加味した電力制御では、ステップＳ４０６のように、蓄電器４５５を負荷４６０から切断する条件を、定着器２３の温度が定着可能な下限の温度を下回ったこと、としたが、定着器２３への供給電力、上昇温度および降下温度と時間の関係が予め分かっている場合には、ステップＳ４０６のような条件の代わりに、経過時間あるいは総供給電力量で設定することも可能である。

以上のように、レーザビームプリンタ１００内に蓄電器４５５を設け、定着起動時に蓄電器４５５から、定着器２３以外のモータ等の負荷４６０に電力を供給することで、蓄電器４５５からの電力供給が行われている間、余剰電力に相当する分、定着器２３への電力制限値を増加させることが可能となり、その余剰電力を定着器２３の立上げ電力として有効活用することで、定着器２３の立上げ時間を短縮することができる。また、定着器２３内には、主ヒータ、副ヒータといった複数の熱源を必要としないため定着器の構成を簡素化することができるとともに、画像形成装置の構成や印字速度等の性能によってはオンデマンド定着の実現が可能となる。

以上、本発明の第１の実施形態を説明した。以下では、別の実施形態をいくつか説明する。それぞれ、画像形成装置の概略構成をはじめ各部の構成および動作も上述した第１の実施形態と概ね同様であるが、給電制御系の構成に特徴的な違いを呈するものである。そこで以下の実施形態では、第１の実施形態で用いた図面を援用すると共に、新たに用いる図面については、第１の実施形態と共通する構成には同一の参照番号を付してそれらの説明は省略し、他の実施形態と相違する構成または動作について説明することにする。

■ 第２の実施形態 ■
図１３は、第２の実施形態におけるレーザビームプリンタ１００の給電制御系の構成を示す図である。第１の実施形態（図３）との違いは、スイッチング電源回路４７０の入力側（一次側）に電流検出回路４７１を設けている点である。この電流検出回路４７１で検出される電流は、商用電源３０１から負荷４６０に供給される電力に対応する物理量である。

電流検出回路４７１は、スイッチング電源回路４７０へ流れる入力電流の実効値あるいは平均値を検出し、その検出値を例えばアナログ信号として画像形成制御回路３１６内にあるＣＰＵ（図示せず）のＡ／Ｄポートに送信する。

画像形成制御回路３１６は、電流検出回路４７１の電流検出結果に応じて、定着制御回路３３０の基準電圧Ｖｓ３２６（図９）を変更し、電力制限値を所定の値に変更する。

たとえば、第１の実施形態では、負荷４６０のバラツキや経年変化等を考慮し、負荷４６０が消費する最大の消費電力を考慮して電力制限値の変更度合いを決めておく必要がある。しかしながら、通常この想定し得る最大消費電力となることは稀で、画像形成動作時においては、想定した最大消費電力よりも十分低い消費電力となっている。この最大消費電力と実際の消費電力に差がある場合には、その差の電力が余剰電力と考えられる。したがって、スイッチ４６３が閉じていて蓄電器４５５から負荷４６０へ電力が供給されている時、電流検出回路４７１で検出した電流検出結果より、想定した最大消費電力と負荷４６０で消費している実際の電力の差を算出し、その余力電力分を定着制御回路３３０の電力制限値をさらに大きな値として設定することが可能となる。また、電流検出回路４７１の検出信号はアナログ信号のため、そのアナログ値に応じた、電力制限値をデータテーブルとしてあらかじめ用意しておけば、画像形成制御回路３１６はそのテーブルを参照することで、定着への電力制限値を選択することが可能となる。

以上のことから、負荷４６０で消費している電力が少ない時（モータトルクが小さい時に）、負荷４６０での消費電力が小さいほど定着器２３へ電力を供給することが可能となるため、定着器２３の起動時（電力投入時）においてさらに最適な電力供給が可能となる。

図１４は、本実施形態における変形例として、スイッチング電源回路４７０の入力側（一次側）に、電流検出回路４７１を設ける代わりに、商用電源３０１の電圧を検出する電圧検出回路４８２を設けた例を示している。この電圧検出回路４８２で検出される電圧は、商用電源３０１から負荷４６０に供給される電力に対応する物理量である。

電圧検出回路４８２は、商用電源３０１の電圧の実効値あるいは平均値を検出し、その検出値を例えばアナログ信号として画像形成制御回路３１６内にあるＣＰＵ（図示せず）のＡ／Ｄポートに送信する。画像形成制御回路３１６は電圧検出回路４８２の電圧検出結果に応じて、定着制御回路３３０の基準電圧Ｖｓ３２６（図９）を変更し、電力制限値を所定の値に変更する。

このレーザビームプリンタ１００が使用される国の規格によるものの、商用電源３０１の限界電力は一般に電流値で規定されているため、仮に１５Ａまで供給可能な商用電源があるとすると、その商用電源電圧値が大きくなればなるほど大きな電力が供給可能となる。さらに、スイッチング電源の入力側（一次側）に流れる電流は、二次側で消費する電力が一定であるとすると、入力電圧が低いほど大きくなるため、定着器側へ供給できる電流（電力）が減少してしまう。

したがって、第１の実施形態のように入力電圧を検出する手段を持たない構成においては、定着器２３での電力制限値を決定する上でのパラメータとして考えられる（１）入力電圧範囲における商用電源の最大供給可能電流（電力）、および、（２）入力電圧変化に対するスイッチング電源での電流変化、を加味し、入力電圧範囲内において、商用電源から供給可能な最大電流値を超えないように、定着制御回路３３０での電力制限値を設定しておく必要がある。つまり、入力電圧によっては商用電源の最大供給可能電流（電力）に対して十分余力のある制御となっている。

図１４のように、電圧検出回路４８２を設け、入力電圧（商用電源電圧）を検知するような構成とすれば、検出した入力電圧のアナログ値と上記（１），（２）のパラメータにそれぞれ対応した、最適な定着電力制限値をデータテーブルをあらかじめ設けておくことができる。したがって、電圧検出回路４８２で検出した入力電圧（商用電源電圧）の検出結果を基に、テーブルを参照することで、入力電圧の変動に左右されずに、定着器２３の起動時（電力投入時）においてさらに最適な電力供給が可能となる。

以下、この図１４に示した構成をベースにした電力制御の一例を説明する。

図２４は、本実施形態における画像形成制御回路３１６による電力制御動作を示すフローチャートである。本処理は、電源投入時または省エネルギーモードからの復帰時に開始する。

まずステップＳ７０１で、画像形成制御回路３１６は、定着器２３に設けられているサーミスタ４０６の温度検出値を入力し（図９を参照）、その温度検出値が定着可能な下限の温度Ｔ_L以上である否かを判断する。定着器２３の温度が既に定着可能な下限の温度Ｔ_L以上ある場合にはそもそも蓄電器４５５から電力を供給して定着器２３の急速立ち上げを行う必要はないので、ステップＳ７０８に進み、スイッチ４６３のオフ状態を維持することで商用電源３０１から通常の電力Ｗ_Lを定着器２３に供給する。続くステップＳ７０９はスイッチ４６３をオフすることで蓄電器４５５を負荷４６０から切断する処理であるが、この場合には元々スイッチ４６３はオフ状態に維持されているので、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップＳ７０１で、サーミスタ４０６の温度検出値（すなわち、定着器２３の温度）がＴ_L未満の場合には、ステップＳ７０２に進み、蓄電器電圧検出回路４５７によって検出される蓄電器４５５の充電電圧Ｖｃが、定電圧制御回路４５８が負荷４６０の駆動に必要な電圧Ｖｄにまで昇圧可能な下限の電圧Ｖ_L以上であるか否かを判断する。ここで、蓄電器４５５の充電電圧ＶｃがＶ_Lに満たない場合は、充電が不十分であるとみなして、上記ステップＳ７０１で定着器２３の温度が既に定着可能な下限の温度Ｔ_L以上ある場合と同様にステップＳ７０８に進む。

ステップＳ７０２において、充電電圧ＶｃがＶ_L以上ある場合には、ステップＳ７０３に進み、蓄電器４０４を負荷４６０に接続すべく、スイッチ４６３をオンする。したがって、負荷４６０は蓄電器４５５からの電力によって駆動することになる。

次に、ステップＳ７０４において、画像形成制御回路３１６は電圧検出回路４８２により検出される商用電源電圧を入力する。画像形成制御回路３１６は、商用電源３０１の電圧と定着器２３へ供給する電力増加分との対応関係を記述したテーブルを、例えば画像形成制御回路３１６内の図示しないメモリ内にあらかじめ記憶しておく。例えばそのテーブルには、所定の電圧範囲内（例えば、１００〜１２７Ｖ）のＶ₁〜Ｖ_nに対応した、定着器２３に供給する電力増加分Ｗ₁〜Ｗ_nが記述されている。ステップＳ７０５では、このテーブルを参照して、定着器２３に供給する電力を、ステップＳ７０４で検出された商用電源電圧Ｖ_x（Ｖ_x＝Ｖ₁, Ｖ₂, Ｖ₃ … Ｖ_n）に対応する電力W_x（W_x＝W₁, W₂, W₃ … W_n）だけ増加させる。具体的には、例えば、定着制御回路３３０のドライバ３１５内の基準電圧Ｖｓ３２６（図９を参照）を、電力Ｗ_ｘに相当する分上昇させ、定着器２３への投入電力制限値を高くすることで実現できる。

上記のステップＳ７０３〜Ｓ７０５によって蓄電器４５５からの電力が負荷４６０に供給されている間は、ステップＳ７０６およびＳ７０７でそれぞれ、蓄電器電圧検出回路４５７によって検出される蓄電器４５５の充電電圧Ｖｃが、定電圧制御回路４５８が負荷４６０の駆動に必要な電圧Ｖｄにまで昇圧可能な下限の電圧Ｖ_L以上に維持されているかどうか、および、サーミスタ４０６の温度検出値が、定着器２３が定着可能な下限の温度Ｔ_L以上になったかどうか、を監視している。

ここで、蓄電器４５５の充電電圧ＶｃがＶ_Lを下回ったとき（ステップＳ７０６→ＮＯ）、または、サーミスタ４０６の温度検出値（すなわち、定着器２３の温度）がＴ_L以上になったとき（ステップＳ７０７→ＹＥＳ）は、ステップＳ７０８に進み、定着器２３への供給電力を、通常電力に戻す。具体的には、例えば、定着制御回路３３０のドライバ３１５内の基準電圧Ｖｓ３２６（図９を参照）を、ステップＳ７０５で増加した電力Ｗ_ｘに相当する分降下させ、定着器２３への投入電力制限値を低くすることで実現できる。

そして、ステップＳ７０９で、スイッチ４６３をオフすることで蓄電器４５５を負荷４６０から切断し、本処理を終了する。

図１５は、本実施形態における別の変形例として、スイッチング電源回路４７０の入力側（一次側）に、電流検出回路４７１を設ける代わりに、商用電源３０１から負荷４６０に供給される電力を検出する電力検出回路４８３を設けた例を示している。

電力検出回路４８３は、スイッチング電源回路４７０の入力側（一次側）で電力の実効値あるいは平均値を検出し、その検出値を例えばアナログ信号として画像形成制御回路３１６内にあるＣＰＵ（図示せず）のＡ／Ｄポートに送信する。画像形成制御回路３１６は、蓄電器４５５からの電力供給時において、電力検出回路４８３の電力検出結果に応じて、定着制御回路３３０の基準電圧Ｖｓ３２６（図９）を変更し、電力制限値を所定の値に変更する。

なお、電力検出回路４８３を設ける代わりに、前述の電流検出回路４７１と電圧検出回路４８３の双方を設け、それぞれ検出した電流値と電圧値とから画像形成制御回路内３１６において演算により電力を求めてもよい。

スイッチング電源回路４７０の入力側電力に応じた電力制限値をデータテーブルとしてあらかじめ用意しておけば、画像形成制御回路３１６は電力検出回路４８３で検出した電力値を基に、その電力値に対応するテーブル上の制限値を参照することで、定着への電力制限値を選択することが可能となる。

■ 第３の実施形態 ■
図１６は、第３の実施形態におけるレーザビームプリンタ１００の給電制御系の構成を示す図である。第２の実施形態における第３の変形例（図１５）との違いは、電力検出回路４８４を、スイッチング電源回路４７０の入力側（一次側）ではなく、定着制御回路３３０の入力側に設けた点である。この電力検出回路４８４で検出される電力は、商用電源３０１から定着器２３に供給される電力である。

電力検出回路４８４は、定着制御回路３３０の入力側（一次側）電力の実効値あるいは平均値を検出し、その検出値を例えばアナログ信号として画像形成制御回路３１６内にあるＣＰＵ（図示せず）のＡ／Ｄポートに送信する。画像形成制御回路３１６は、蓄電器４５５からの電力供給時において、電力検出回路４８４の電力検出結果に応じて、定着制御回路３３０の基準電圧Ｖｓ３２６（図９）を変更し、電力制限値を所定の値に変更する。

なお、電力検出回路４８４を設ける代わりに、図１４に示した電圧検出回路４８２を設けてこれにより電圧値を検出し、この電圧値と、カレントトランス３１１により検出されるスイッチング電流値とから、画像形成制御回路内３１６において演算により電力を求めてもよい。

また、定着制御回路３３０の入力側電力に応じた電力制限値をデータテーブルとしてあらかじめ用意しておけば、画像形成制御回路３１６は電力検出回路４８４で検出した電力値を基に、その電力値に対応するテーブル上の制限値を参照することで、定着への電力制限値を選択することが可能となる。

■ 第４の実施形態 ■
図１７は、第４の実施形態におけるレーザビームプリンタ１００の給電制御系の構成を示す図である。第２の実施形態（図１３）との違いは、電流検出回路４８５を、スイッチング電源回路４７０の入力側（一次側）への分岐点の前段に設け、商用電源３０１の電流を検出するようにした点である。この電流検出回路４８５で検出される電流は、商用電源３０１の電力に対応する物理量である。

電流検出回路４８５は、商用電源３０１に流れる入力電流の実効値あるいは平均値を検出し、その検出値を例えばアナログ信号として画像家製制御回路３１６内にあるＣＰＵ（図示せず）のＡ／Ｄポートに送信する。画像形成制御回路３１６は、電流検出回路４８５の電流検出結果に応じて、定着制御回路３３０の基準電圧Ｖｓ３２６（図９）を変更し、電力制限値を所定の値に変更する。

このレーザビームプリンタ１００が使用される国の規格によるものの、商用電源３０１の限界電力は一般に電流値で規定されているため、仮に１５Ａまで供給可能な商用電源があるとすると、その商用電源電圧値が大きくなればなるほど大きな電力が供給可能となる。つまり、本実施形態のように商用電源３０１に流れる電流を電流検出回路４８５により検出することで、より最適な定着電力制御が可能になる。

画像形成制御回路３１６は、電流検出回路４８５により検出した電流値をリアルタイムでモニタしながら、検出電流の最大電流値が商用電源３０１で供給可能な電流１５Ａ以内に収まるようにリアルタイムで定着電力制限値をコントロールする。すなわち、定着立上げ時においては、スイッチ４６３をオンし蓄電器４５５から負荷４６０へ電力供給すると共に、最大電流値が１５Ａを超えないような所定の電力制限値を設定する。電流検出回路４８５により検出した最大電流値と商用電源３０１から供給可能な電流（電力）の上限値１５Ａとの差に相当する電力分定着電力制限値を上昇させる。したがって、最適な定着電力制御が可能となっている。

図２５は、本実施形態における画像形成制御回路３１６による電力制御動作を示すフローチャートである。本処理は、電源投入時または省エネルギーモードからの復帰時に開始する。

まずステップＳ９０１で、画像形成制御回路３１６は、定着器２３に設けられているサーミスタ４０６の温度検出値を入力し（図９を参照）、その温度検出値が定着可能な下限の温度Ｔ_L以上である否かを判断する。定着器２３の温度が既に定着可能な下限の温度Ｔ_L以上ある場合にはそもそも蓄電器４５５から電力を供給して定着器２３の急速立ち上げを行う必要はないので、ステップＳ９０８に進み、スイッチ４６３のオフ状態を維持することで商用電源３０１から通常の電力Ｗ_Lを定着器２３に供給する。続くステップＳ９０９はスイッチ４６３をオフすることで蓄電器４５５を負荷４６０から切断する処理であるが、この場合には元々スイッチ４６３はオフ状態に維持されているので、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップＳ９０１で、サーミスタ４０６の温度検出値（定着器２３の温度）がＴ_L未満の場合には、ステップＳ９０２に進み、蓄電器電圧検出回路４５７によって検出される蓄電器４５５の充電電圧Ｖｃが、定電圧制御回路４５８が負荷４６０の駆動に必要な電圧Ｖｄにまで昇圧可能な下限の電圧Ｖ_L以上であるか否かを判断する。ここで、蓄電器４５５の充電電圧ＶｃがＶ_Lに満たない場合は、充電が不十分であるとみなして、上記ステップＳ９０１で定着器２３の温度が既に定着可能な下限の温度Ｔ_L以上ある場合と同様にステップＳ９０８に進む。

ステップＳ９０２において、充電電圧ＶｃがＶ_L以上ある場合には、ステップＳ９０３に進み、蓄電器４０４を負荷４６０に接続すべく、スイッチ４６３をオンする。したがって、負荷４６０は蓄電器４５５からの電力によって駆動することになる。

次に、ステップＳ９０４で、画像形成制御回路３１６は電流検出回路４８５により検出される商用電源３０１からの電流Ｉ_pを入力し、この電流Ｉ_pが商用電源３０１の上限電流値Ｉ_max（例えば１５Ａ）未満となっているかを監視する。電流Ｉ_pがＩ_maxを下回っていることが確認されると、ステップＳ９０５に進み、定着器２３への供給電力を、δ_Wだけ増加させる。具体的には、例えば、定着制御回路３３０のドライバ３１５内の基準電圧Ｖｓ３２６（図９を参照）を、電力δ_Wに相当する分上昇させ、定着器２３への投入電力制限値を高くすることで実現できる。これにより、定着器２３に供給される電力は、商用電源３０１からの通常の電力Ｗ_L＋δ_Wとなる。その後、ステップＳ９０７に進み、サーミスタ４０６の温度検出値が、定着器２３が定着可能な下限の温度Ｔ_L以上になったかどうか、をチェックする。ここで、サーミスタ４０６の温度検出値がＴ_L未満であるとき（ステップＳ９０７→ＮＯ）は、ステップＳ９０４に戻って処理を繰り返す。

上記のステップＳ９０４→Ｓ９０５→Ｓ９０７の処理ループをｘ回繰り返すと、定着器２３への供給電力は商用電源３０１からの通常の電力Ｗ_Lよりもｘ・δ_w増加することになる。この処理ループをｘ回繰り返すことによって、ステップＳ９０４において、Ｉ_p＜Ｉ_maxの条件を満たさなくなった場合には、ステップＳ９０６に進み、定着器２３への供給電力をＷ_L＋ｘ・δ_Wに維持して、ステップＳ９０７に進む。

ステップＳ９０７で、サーミスタ４０６の温度検出値がＴ_L以上になったとき（ステップＳ９０７→ＹＥＳ）は、ステップＳ９０８に進み、定着器２３への供給電力を、通常電力Ｗ_Lに戻す。具体的には、例えば、定着制御回路３３０のドライバ３１５内の基準電圧Ｖｓ３２６（図９を参照）を、ステップＳ９０５〜Ｓ９０７のループをｘ回繰り返したことによる電力増加分ｘ・δ_Wに相当する分降下させ、定着器２３への投入電力制限値を低くすることで実現できる。

そして、ステップＳ９０９で、スイッチ４６３をオフすることで蓄電器４５５を負荷４６０から切断し、本処理を終了する。

以上のような電力制御によれば、商用電源３０１の電流Ｉ_pを検出し、その検出結果に応じて定着器２３への供給電力が制御される。これにより、蓄電器４５５から負荷４６０へ供給される電力に依存することなく商用電源を効率よく利用できるため、より速く定着器２３を定着可能な状態に立ち上げることができる。

上記の電力制御の例では、蓄電器４５５の電圧を検出するステップは示さなかったが、所定のタイミングで蓄電器４５５の電圧を検出するようにすれば、蓄電器４５５の容量が減少し出力が急激に低下したときや、蓄電器４５５に障害が発生した場合に、Ｉ_pがＩ_maxを超えることがないように容易に制御できるようになるので、より好ましい。

図１８は、本実施形態における変形例として、スイッチング電源回路４７０の入力側（一次側）への分岐点の前段に、電流検出回路４８５の代わりに、電力検出回路４８６を設け、商用電源３０１の電力を検出するようにした例を示している。

電力検出回路４８６は、定着制御回路３３０の入力側（一次側）電力の実効値あるいは平均値を検出し、その検出値を例えばアナログ信号として画像形成制御回路３１６内にあるＣＰＵ（図示せず）のＡ／Ｄポートに送信する。画像形成制御回路３１６は、電力検出回路４８６の電力検出結果に応じて、定着制御回路３３０の基準電圧Ｖｓ３２６（図９）を変更し、電力制限値を所定の値に変更する。

なお、電力検出回路４８６を設ける代わりに、前述の電流検出回路４８５と電圧検出回路４８２の双方を設け、それぞれ検出した電流値と電圧値から画像形成制御回路内３１６において演算により電力を求めてもよい。

また、定着制御回路３３０の入力側電力に応じた電力制限値をデータテーブルとしてあらかじめ用意しておけば、画像形成制御回路３１６は電力検出回路４８６で検出した電力値を基に、その電力値に対応するテーブル上の制限値を参照することで、定着への電力制限値を選択することが可能となる。

■ 第５の実施形態 ■
上述の各実施形態では、電磁誘導加熱方式の定着器２３を使用したが、その他の方式の定着器を使用することも可能である。本実施形態では、セラミック面状発熱ヒータ方式の定着器について説明する。

図１９は、本実施形態におけるセラミック面状発熱ヒータ方式の定着器６００の横断面構造を示す図である。

６１０はステーであり、このステー６１０はセラミックヒータ６４０を露呈させて支持した横断面Ｕ字状の本体部６１１と該本体部を対向する加圧ローラ６２０側へ加圧する加圧部６１３とで構成されている。ここで、セラミック面状発熱ヒータは、発熱体が後述のニップ部と反対側であっても、発熱体がニップ部側であっても構わない。６１４はステー６１０に外嵌させてある横断面円形の耐熱性フィルム（以下、「フィルム」と略称する）である。

加圧ローラ６２０は、セラミックヒータ６４０との間にフィルム６１４を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、且つフィルム６１４を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段として作用する。このフィルム駆動ローラ兼加圧ローラ６２０は芯金６２０ａとシリコンゴム等よりなる弾性体層６２０ｂと最外層の離形層６２０ｃよりなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム６１４を挟ませてセラミックヒータ６４０の表面に圧接させて配設してある。この加圧ローラ６２０はモータＭによる回転駆動により、この加圧ローラ６２０とフィルム６１４の外面との摩擦力で該フィルムに搬送力を付与する。

図２０は、セラミック面状発熱ヒータ６４０の具体的な構造例を示す図である。図２０（ａ）はセラミック面状発熱ヒータ６４０の断面図であり、図２０（ｂ）は発熱体６０１が形成されている面を示している。

セラミック面状発熱ヒータはＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス系の絶縁基板６０７と絶縁基板面上にペースト印刷等で形成されている発熱体６０１と、発熱体保護しているガラス等の保護層６０６から構成されている。保護層上には、セラミック面状発熱ヒータの温度を検出する温度検出素子としてのサーミスタ６０５および過昇温を防止する手段として例えば温度ヒューズ６０２が配置されている。サーミスタ６０５は発熱体６０１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。もっとも、過昇温を防止する手段としては温度ヒューズの他にサーモスイッチ等を使用してもよい。

発熱体６０１は、電力が供給されると発熱する部分と、その発熱部分に接続した導電部６０３と、コネクタを介して電力が供給される電極部６０４とから構成され、発熱部６０１は通紙可能な最大の記録紙幅ＬFとほぼ同じ長さとしている。２つの電極６０４のうち１つへは、交流電源のＨＯＴ側端子が温度ヒューズ６０２を介して接続されている。電極部は発熱体を制御するトライアック６３９に接続され、交流電源のＮＥＵＴＲＡＬ端子に接続される。

図２１は、本実施形態における定着制御回路６３０の構成を示す図である。この定着制御回路６３０はセラミック面状発熱ヒータ方式によるものであるが、図３では定着制御回路３３０と置き換えることができるものである。

本実施形態におけるレーザビームプリンタ１００は、商用電源３０１をＡＣフィルタ（図示せず）を介してセラミック面状発熱ヒータ６４０の発熱体６０１へ供給することによりセラミック面状発熱ヒータの発熱体６０１を発熱させる。この発熱体６０１への電力供給は、トライアック６３９によって通電・遮断が制御される。抵抗６３１，６３２はトライアック６３９のためのバイアス抵抗であり、フォトトライアックカプラ６３３は一次、二次間を隔離するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ６３３の発光ダイオードに通電することにより、トライアック６３９をオンする。抵抗６３４はフォトトライアックの電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ６３５によりオン／オフする。トランジスタ６３５はドライバ回路６５０および抵抗６３６を介して画像形成制御回路３１６から送られるＯＮ信号に従って動作する。ドライバ回路６５０は、電流実効値検出回路６５２、発振回路６５５、コンパレータ等の比較器６５３、６５４で示される基準電圧Ｖｓ、クロック生成部６５１で構成される。

また、ＡＣフィルタ（図示せず）を介して、交流電源は、ゼロクロス検出回路６１８に入力される。ゼロクロス検出回路６１８では、商用電源３０１があるしきい値以下の電圧になっていることをクロック生成部６５１に対してパルス信号により報知する。以下、クロック生成部６５１に送信されるこの信号をＺＥＲＯＸ信号と呼ぶ。クロック生成部６５１はＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを検知する。

サーミスタ６０５によって検出される温度は、抵抗６３７とサーミスタ６０５との分圧として検出され、画像形成制御回路３１６にＴＨ信号としてＡ／Ｄ入力される。セラミック面状発熱ヒータ６４０の温度は、ＴＨ信号として画像形成制御回路３１６において監視され、画像形成制御回路３１６の内部で設定されているセラミック面状発熱ヒータの設定温度と比較した結果を画像形成制御回路３１６のＤ／Ａポートからのアナログ信号またはＰＷＭによってクロック生成部６５１に送信される。クロック生成部６５１はエンジン制御回路３１６から送られた信号からセラミック面状発熱ヒータを構成する発熱体６０１に供給するべき電力を算出し、その供給する電力に対応した位相角θ（位相制御）に換算する。ゼロクロス検出回路６１８はＺＥＲＯＸ信号をクロック生成部６５１へ出力し、クロック生成部６５１は同期をとってトランジスタ６３５にＯＮ信号を送信し、所定の位相角θａにてヒータ６４０へ通電する。

図２２は、その通電状態の波形を示している。ＺＥＲＯＸ信号は商用電源周波数（５０Ｈｚ）から決まる周期Ｔ（＝１／５０ｓｅｃ）の繰り返しパルスで、これが画像形成制御回路３１６へ送信されており、パルスの中央部が商用電源の位相０°，１８０°と電圧が０Ｖ（ゼロクロス）となるタイミングを示している。画像形成制御回路３１６は、上記のようにゼロクロスタイミングから所定のタイミングを経てトライアック６３９をオンするＯＮ信号を送信し、商用電源電圧（正弦波）の半波において所定の位相角θａにて発熱体（ヒータ）６０１への通電が開始されるように制御している。トライアック６３９は次のゼロクロスタイミングにてオフとなり、次の半波においてＯＮ信号により同位相角角θａで発熱体６０１への通電が開始され、さらに次のゼロクロスタイミングにてオフとなる。発熱体６０１は抵抗体であるため、発熱体の両端に印加される電圧波形は流れる電流波形と等しくなり、図２２に示すように１周期において正負対象の電流波形を示す。ヒータへの電力供給を増加させる場合には、ゼロクロスからＯＮ信号を送信するタイミングを早め、逆に電力供給を低減させる場合には、ゼロクロスからＯＮ信号を送信するタイミングを遅くする。この制御を１周期あるいは必要に応じて複数周期ごとに行うことでセラミック面状発熱ヒータ６４０の温度をコントロールしている。

図２１の６２５は定着器６００のセラミック面状発熱ヒータ６４０へ流れる電流を検出するためのカレントトランスである。カレントトランス６２５で検出した検出電流は、電流実効値を検出するＩＣ等で構成される電流実効値検出回路６５２によって実効値が測定され、検出された電流（電圧）値は比較器６５３の―入力端子へ、所定の基準電圧Ｖｓ６５４は比較器６５３の＋入力端子へそれぞれ送信され、比較器６５３により双方の値を比較する。比較器６５３は、電流検出値が基準電圧Ｖｓ６５４よりも大きい場合には、基準電圧Ｖｓ６５４に対応する電流以上に大きくならないように、ゼロクロスタイミングからＯＮ信号を送信するまでの時間を予め定めた時間（所定の位相角）以上にするようにクロック生成部６５１へ出力する。以上のように画像形成制御回路３１６は常時電流をモニタし、検出された平均電流より所定の最大実効電流を超えないような位相角を演算により決定し、セラミック面状発熱ヒータ６４０への最大電力の制御を行っている。

万一、画像形成制御回路３１６等の故障により、発熱体が熱暴走に至り温度ヒューズ６０２が所定の温度以上になると、温度ヒューズ６０２がオープンとなる。温度ヒューズ６０２のオープンにより、セラミック面状発熱ヒータ６４０への通電経路が遮断され、発熱体６０１への通電が断たれることにより、故障時の保護がなされている。

以上のような構成において、本実施形態では次のように電力制御を行う。

画像形成制御回路３１６は、レーザビームプリンタ１００の待機時あるいは蓄電器４５５からの電力供給が不要な時は、スイッチ４６３をオフにするとともに、充電回路４５６を動作させ蓄電器４５５を充電しておく。

画像形成動作開始時等の定着器２３の使用時においては、画像形成制御回路３１６はスイッチ４６３をオンにして、蓄電器４５５からの電力により負荷４６０を駆動する。したがって、蓄電器４５５からの電力供給により負荷４６０で消費する電力分が、商用電源から消費されなくなるため、商用電源の最大電流から規定される最大電力に対して余力ができることになる。

たとえば、定着器２３の温度立上げ時において、定着制御回路６３０の一次側（ＡＣ側）で１１Ａの電流が流れており、スイッチング電源回路４７０の一次側（ＡＣ側）で３Ａの電流が流れているとする。定着制御回路６３０での入力電圧に依存する電力等のバラツキを約１Ａ見込むと、その合計電力は、（定着制御回路６３０とスイッチング電源回路４７０の力率cosθが共に１であると仮定すると、）１５Ａ（＝１１Ａ＋３Ａ＋１Ａ）となり商用電源の最大電流１５Ａ以内、つまり許容電力１５００Ｗ（＝１００Ｖ×１５Ａ）内に収まる。

このような条件の下、蓄電器４５５から負荷４６０への電力供給により、スイッチング電源回路４７０の一次側（ＡＣ側）での電流値が２Ａ軽減したとすると、蓄電器４５５からの電力により負荷４６０を駆動している間、この２Ａ分の電力（２００Ｗ＝１００Ｖ×２Ａ）が商用電源から消費されなくなるため、商用電源の最大供給電流に対して余力ができることになる。このため、画像形成装置制御回路３１６は、定着器６００への投入電力制限値に相当するセラミック面状発熱ヒータ６４０への通電位相角をこの２Ａに相当する分０°側へ小さくし、定着器２３への投入電力制限値を高くする。したがって、定着制御回路６３０の一次側（ＡＣ側）で１３Ａ、スイッチング電源回路４７０の一次側（ＡＣ側）で１Ａ、バラツキは変わらず約１Ａとすると、その合計電流は同様に１５Ａ（＝１３Ａ＋１Ａ＋１Ａ）で商用電源の最大許容電力内に収まる。なお、当然のことながら、実際の設計時には設計バラツキを考慮して、商用電源の最大供給可能な電流を超えないようにしておく必要がある。

以上のように、レーザビームプリンタ１００内に蓄電器を設け、定着器６００の起動時に蓄電器４５５から定着器６００以外のモータ等の負荷４６０に電力を供給することで、蓄電器４５５からの電力供給が行われている間、余剰電力に相当する分、定着器６００への電力制限値を増加させることが可能となり、その余剰電力を定着器６００の立上げ電力として有効活用することで、定着器の立上げ時間を短縮することができる。

また、定着器６００内には主ヒータ、副ヒータといった複数の熱源を必要としないため定着器の構成を簡素化することができるとともに、画像形成装置の構成や印字速度等の性能によってはオンデマンド定着の実現が可能となる。

さらに、本実施形態のようなセラミック面状発熱ヒータ方式の定着器を用いた構成においても、電磁誘導加熱方式の定着器の場合と同様、第２〜４の実施形態で説明したように、スイッチング電源の一次側や、定着制御回路、商用電源部に電流／電圧／電力検出回路を設け、それらの検出結果のうちの少なくとも一つと、蓄電器からの電力供給状態に応じて、定着電力の制限値を変更することで商用電源からの電力を有効に活用できることは言うまでもない。

■ 第６の実施形態 ■
上述の第１〜第５の実施形態では、商用電源３０１または蓄電器４５５のいずれかを負荷４６０への電力供給源として選択する選択手段として、スイッチ４６３が使用されていた。しかし、本発明は、負荷への電力供給源として商用電源および蓄電器を併用する態様を除外するものではない。

たとえば、図２８に示すように、スイッチング電源回路４７０にはＶaa、Ｖabを含む２以上の出力系統が設けられており、Ｖaaには負荷４６０ａが接続され、負荷４６０ｂにはＶabおよび蓄電器４５５が定電圧制御回路４５８を介して接続されている。このような構成とした場合には、定着器を除く負荷全体からみると、負荷への電力供給源として商用電源および蓄電器が併用されることになる。

あるいは、変形例として、スイッチ４６３を選択しない構成も考えられる。たとえば、図２９に示すように、スイッチ４６３の代わりにダイオード４８０を設ける。この場合、定電圧制御回路４５８によって負荷４６０の動作に必要な電圧に制御した電圧Ｖdを、スイッチング電源回路４７０の出力電圧Ｖaよりも高くすることによって、蓄電器４５５からの電力を優先的に負荷４６０に供給することができる。なお、スイッチング電源回路４７０の出力側のダイオード４５３は、蓄電器４５５から定電圧制御回路４５８を介して電圧Ｖcを負荷４６０に供給している際に、Ｖc＞Vaの条件によって定電圧制御回路４５８からスイッチング電源回路４７０へ電流が逆流するのを防止する役割を果たす。また、定電圧制御回路４５８の出力側のダイオード４８０は蓄電器４５５から定電圧制御回路４５８を介して供給している電圧Ｖcが降下した際あるいは制御異常時に、スイッチング電源回路４７０から定電圧制御回路４５８に電流が逆流するのを防ぐ役割を果たす。ただし、ダイオード４８０と同等のダイオードが定電圧制御回路４５８に含まれている場合には、このダイオード４８０は不要である。

この構成において、蓄電器４５５の充電電圧Ｖcが、定電圧制御回路４５８が所望電圧Ｖdに昇圧することができない電圧にまで低下した場合には、負荷４６０への電力供給源が商用電源３０１に切り替わる。この切り替わりのタイミングにおいて、商用電源３０１からの電力と蓄電器４５５からの電力が併用されることになる。

また、定電圧制御回路４５８から出力可能な電流値が所定の値で制限される電流リミット回路が設けられている場合には、負荷変動により電流リミット値以上の電流を負荷側が消費しようとすると電流リミット回路が動作し、定電圧制御回路４５８からの出力電圧はやや低下する。この場合において、定電圧制御回路４５８の出力の電圧低下がスイッチング電源回路４７０の出力電圧とバランスした時に、商用電源３０１からの電力と蓄電器４５５からの電力が併用されることになる。

なお、上述した各実施形態では、蓄電器の一例として複数個の電気二重層コンデンサを用いた例を示した。使用条件の限定やシーケンス等を考慮すれば、これに代えて、大容量で複数個のアルミ電解コンデンサ等のその他コンデンサや、ニッケル水素電池やリチウム電池，プロトンポリマー電池等の二次電池を（必要に応じて複数個）蓄電手段として使用できることは言うまでもない。ただし、プロトンポリマー電池を除く二次電池は、一般に充放電回数が５００〜１０００回と短いので、二次電池の寿命が装置寿命に満たない場合には脱着可能な交換部品として使用することが好ましいであろう。

また一般に、電気二重層コンデンサ等のコンデンサはエネルギー密度が小さく、大電流の充放電が可能である。一方で二次電池は、コンデンサよりもエネルギー密度が大きく、大電流の充放電に不向きである。したがって、双方の特徴を活かすべく、コンデンサと二次電池とを組み合わせた構成としてもよい。すなわち、瞬時的に大電流が流れその後低電流が継続するような負荷の場合には、大電流はコンデンサで低電流は二次電池からエネルギーをまかなうことが可能となる。

また、上述した各実施形態では、定着制御回路の電力制限手段として、定着制御回路に流れる電流を基に制限値を決定する例を説明してきた。しかしながら、定着制御回路へ入力される電圧や電力を制限値として定めても同様の効果が得られることは言うまでもない。

さらに、上述した各実施形態では、画像形成装置の一例としてタンデムタイプのカラー画像形成装置を説明し、定着装置としては、電磁誘導過熱方式の定着装置またはセラミック面状発熱ヒータを用いた定着装置の例を説明した。しかしながら、画像形成装置としてはこの装置に限定するものではなく、他の構成のカラー画像形成装置や、モノクロ画像形成装置等他の構成の画像形成装置としてもよい。また、定着装置としても上述の実施形態で説明した定着装置に限定するものではなく、他の方式の定着装置でも同様の効果が得られることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係るレーザビームプリンタの概略構成図である。実施形態に係るレーザビームプリンタのスキャナユニットの構成を示す図である。第１の実施形態におけるレーザビームプリンタの給電制御系の構成を示す図である。実施形態における定着器の横断面構造を示す図である。実施形態における定着器の正面構造を示す図である。実施形態における定着器を構成する定着ベルトガイド部材を示す図である。交番磁束の発生の様子を模式的に表した図である。実施形態における定着ベルトの層構成を示す図である。実施形態における定着制御回路の構成を示すブロック図である。実施形態における定着制御回路におけるスイッチング電流を示す図である。実施形態における定着器に投入される電力の最大電力を制限をするリミッタ動作を説明する図である。実施形態における定着器に投入される最大電力の電圧依存性を説明する図である。第２の実施形態におけるレーザビームプリンタの給電制御系の構成を示す図である。第２の実施形態の変形例におけるレーザビームプリンタの給電制御系の構成を示す図である。第２の実施形態の別の変形例におけるレーザビームプリンタの給電制御系の構成を示す図である。第３の実施形態におけるレーザビームプリンタの給電制御系の構成を示す図である。第４の実施形態におけるレーザビームプリンタの給電制御系の構成を示す図である。第４の実施形態の変形例におけるレーザビームプリンタの給電制御系の構成を示す図である。第５の実施形態におけるセラミック面状発熱ヒータ方式の定着器の横断面構造を示す図である。第５の実施形態におけるセラミック面状発熱ヒータの構造例を示す図である。第５の実施形態における定着制御回路の構成を示す図である。第５の実施形態における画像形成制御回路による定着器への通電制御を説明する図である。第１の実施形態における蓄電器の充電状態および／または定着器の温度を加味した電力制御動作を示すフローチャートである。第２の実施形態における蓄電器の充電状態および／または定着器の温度を加味した電力制御動作を示すフローチャートである。第４の実施形態における蓄電器の充電状態および／または定着器の温度を加味した電力制御動作を示すフローチャートである。本発明による電力制御動作の効果を説明する図である。従来の電磁誘導加熱方式の定着器における定着電力とプリント可能温度に達する時間との関係を示す図である。第６の実施形態におけるレーザビームプリンタの給電制御系の構成を示す図である。第６の実施形態の変形例におけるレーザビームプリンタの給電制御系の構成を示す図である。

Claims

商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着手段を備えた画像形成装置であって、
前記発熱体以外の負荷に電力を供給可能な蓄電手段と、
前記定着手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段による検出結果に応じて、商用電源から前記定着手段への供給電力を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
電源投入時または省エネルギーモードからの復帰時に前記温度検出手段による温度検出を実行し、検出した前記定着手段の温度が所定温度未満である場合は、前記蓄電手段からの電力を前記駆動負荷に供給することで、商用電源から前記定着手段への供給電力を増加させ、
前記蓄電手段からの電力が前記駆動負荷に供給されている間、前記温度検出手段による温度検出を繰り返すことで前記定着手段の温度を監視し、前記定着手段の温度が前記所定温度以上となった場合は、前記蓄電手段から前記駆動負荷への電力供給を遮断することで、商用電源から前記定着手段への供給電力を減少させる
ことを特徴とする画像形成装置。
商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着手段を備えた画像形成装置であって、
前記発熱体以外の負荷に電力を供給可能な蓄電手段と、
前記定着手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記蓄電手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、
前記温度検出手段による検出結果および前記蓄電量検出手段による検出結果に応じて、商用電源から前記定着手段への供給電力を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
電源投入時または省エネルギーモードからの復帰時に前記温度検出手段による温度検出及び前記蓄電量検出手段による蓄電量検出を実行し、検出した前記定着器の温度が所定温度未満であり、かつ、検出した前記蓄電手段の蓄電量が所定量以上ある場合は、前記蓄電手段からの電力を前記駆動負荷に供給することで、商用電源から前記定着手段への供給電力を増加させ、
前記蓄電手段からの電力を前記駆動負荷に供給している間、前記蓄電量検出手段による蓄電量検出及び前記温度検出手段による温度検出を繰り返すことで前記蓄電手段の蓄電量及び前記定着手段の温度を監視し、前記蓄電手段の蓄電量が前記所定量未満となり、または、前記定着器の温度が前記所定温度以上となった場合は、前記蓄電手段から前記駆動負荷への電力供給を遮断することで、商用電源から前記定着手段への供給電力を減少させる
ことを特徴とする画像形成装置。
商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着器を有する画像形成装置であって、
商用電源の交流電圧を所定の直流電圧に降圧して出力する電源回路と、
充放電可能な蓄電器と、
前記蓄電器からの出力電圧を所定の昇圧レベルに昇圧して出力する定電圧制御回路と、
商用電源及び前記蓄電器から前記発熱体以外の負荷への電力供給を制御する制御回路と、
商用電源からの電力を前記制御回路による制御状態に応じた制限レベルに制限して、前記定着器に供給する定着制御回路と、
前記定着器の温度を検出する温度検出素子と、
電源投入時又は省エネルギーモードからの復帰時に前記温度検出素子により検出された前記定着器の温度が所定温度未満である場合、前記制御回路により前記蓄電器からの電力を前記定電圧制御回路を介して前記負荷に供給させ、これに応じて前記定着制御回路に前記制限レベルを上昇させる第１の調整回路と、
前記蓄電器からの電力が前記定電圧制御回路を介して前記駆動負荷に供給されている間、前記温度検出素子により検出される前記定着器の温度を監視し、前記定着器の温度が前記所定温度以上となった場合、前記制御回路により商用電源からの電力を前記電源回路を介して前記負荷に供給させ、これに応じて前記定着制御回路に前記制限レベルを降下させる第２の調整回路と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
商用電源から供給される電力を利用して発熱する発熱体を内包し、トナー画像が形成された転写材にその発熱体の熱を加えることで前記トナー画像を前記転写材に定着させる定着手段を有する画像形成装置であって、
充放電可能な蓄電手段と、
前記定着手段の温度の値を検出する温度検出手段と、
前記定着手段以外の負荷を作動させるための電力供給を前記蓄電手段に行わせている場合には、前記定着手段以外の負荷を作動させるための電力供給を前記蓄電手段に行わせず前記商用電源に行わせている場合と比べ、前記商用電源から前記定着手段への電力供給を増加させるよう制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記温度検出手段による検出結果の値が所定値以上のときには、前記定着手段以外の負荷を作動させるための電力供給を前記蓄電手段に行わせず前記商用電源に行わせる一方、前記温度検出手段による検出結果の値が前記所定値未満のときには、前記定着手段以外の負荷を作動させるための電力供給を前記蓄電手段に行わせる
ことを特徴とする画像形成装置。
前記発熱体は一の発熱体からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。