像加熱装置
【課題】ヒータ抵抗値の切り替え方式を用いた像加熱装置において、ヒータの電力制御による雑音端子電圧のノイズレベルの上昇を抑制する。
【解決手段】導電経路Ｈ１と導電経路Ｈ２とを有するヒータ２００と、電源端子ＡＣ１とＡＣ２とを有した商用電源２１１と、電源端子ＡＣ２からヒータ２００へ電力供給する経路に設けられ、ヒータ２００に商用電源２１１からの電力を供給するトライアックＴＲ１とを備え、導電経路Ｈ１の一端は導電経路Ｈ２の一端と接続され、その接続点はリレーＲＬ１をオンすることにより電源端子ＡＣ１と接続され、導電経路Ｈ１の他端はリレーＲＬ２を介して電源端子ＡＣ１、又はトライアックＴＲ１と接続され、導電経路Ｈ２の他端はトライアックＴＲ１と接続され、一端が導電経路Ｈ１と導電経路Ｈ２との接続点に接続され、他端が電源端子ＡＣ２に接続されたキャパシタＸ３を備える。
【解決手段】導電経路Ｈ１と導電経路Ｈ２とを有するヒータ２００と、電源端子ＡＣ１とＡＣ２とを有した商用電源２１１と、電源端子ＡＣ２からヒータ２００へ電力供給する経路に設けられ、ヒータ２００に商用電源２１１からの電力を供給するトライアックＴＲ１とを備え、導電経路Ｈ１の一端は導電経路Ｈ２の一端と接続され、その接続点はリレーＲＬ１をオンすることにより電源端子ＡＣ１と接続され、導電経路Ｈ１の他端はリレーＲＬ２を介して電源端子ＡＣ１、又はトライアックＴＲ１と接続され、導電経路Ｈ２の他端はトライアックＴＲ１と接続され、一端が導電経路Ｈ１と導電経路Ｈ２との接続点に接続され、他端が電源端子ＡＣ２に接続されたキャパシタＸ３を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に用いる像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の加熱定着等のために用いる像加熱装置では、所定の温度に維持された加熱体と、加熱体に圧接する加圧ローラによって形成されたニップ部に、被加熱材である記録材を導入して、挟持搬送しつつ加熱する方式が用いられる。像加熱装置、特にフィルム加熱方式の像加熱装置の加熱体には、セラミックス等でできた基板上に抵抗発熱体を設けたヒータが一般的に用いられる。
【０００３】
像加熱装置において、商用電源電圧が１００Ｖと２００Ｖの地域で、同じ抵抗値のヒータを用いると、ヒータに供給される電力は電圧の二乗に比例するため、商用電源電圧が２００Ｖの場合には、１００Ｖに比べて、ヒータに供給可能な最大電力は４倍になる。ヒータに供給可能な最大電力が大きくなると、位相制御や波数制御などのヒータの電力制御における高調波電流やフリッカ等の発生がひどくなる。また、像加熱装置が熱暴走した場合を考慮すると、より応答性の早い安全回路が必要になる。そのため、商用電源電圧が１００Ｖの地域と２００Ｖ地域では、像加熱装置には異なる抵抗値のヒータを用いる場合が多い。商用電源電圧が１００Ｖの地域と２００Ｖの地域で共用できる像加熱装置を実現する手段としては、リレーなどのスイッチ手段を用いて、ヒータの抵抗値を切り替える方法が提案されている。例えば、特許文献１、特許文献２記載の像加熱装置では、ヒータ長手方向に伸びた第１の導電経路と第２の導電経路を有し、２つの導電経路を直列接続、又は並列接続することにより、ヒータの抵抗値を切り替える方法が提案されている。２つの導電経路の接続を直列と並列に切り替えるために、特許文献１には、メーク接点（常時開路接点）もしくはブレーク接点（常時閉路接点）のリレーと、ＭＢＭ接点（ブレーク・ビフォア・メーク接点）のリレーを用いる方法が記載されている。また、ＭＢＭ接点の代わりに、２つのメーク接点又はメーク接点とブレーク接点のリレーを用いても良い。特許文献２には、２つのＭＢＭ接点のリレーを用いた切り替え方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１９９７０２号公報
【特許文献２】米国特許第５２２９５７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１や特許文献２に記載されたヒータ抵抗値の切り替え方式を用いた像加熱装置では、ヒータの２つの導電経路を直列接続した状態において、ヒータの電力制御（位相制御）に起因した雑音端子電圧のノイズレベルが上昇する課題があった。
【０００６】
本発明はこのような状況のもとでなされたもので、ヒータ抵抗値の切り替え方式を用いた像加熱装置において、ヒータの電力制御による雑音端子電圧のノイズレベルの上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した課題を解決するため、本発明では次のとおりに構成する。
【０００８】
（１）第１の発熱体と第２の発熱体とを有する発熱手段と、第１の電圧、又は前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が商用電源から供給される第１の電源端子及び第２の電源端子と、前記第２の電源端子から前記発熱手段へ電力供給する経路に設けられ、前記発熱手段に前記商用電源からの電力を供給する電力供給手段と、を備え、記録材上に形成されたトナー画像を加熱する像加熱装置であって、前記第１の発熱体の一端は、前記第２の発熱体の一端と接続され、前記第１の発熱体と第２の発熱体との接続点は、第１のスイッチ手段をオンすることにより、前記第１の電源端子と接続され、前記第１の発熱体の他端は、第２のスイッチ手段を介して、前記第１の電源端子又は前記電力供給手段と接続され、前記第２の発熱体の他端は、前記電力供給手段と接続され、一端が前記第１の発熱体と前記第２の発熱体との前記接続点に接続され、他端が前記第２の電源端子に接続されたキャパシタを備えた像加熱装置。
【０００９】
（２）第１の発熱体と第２の発熱体とを有する発熱手段と、第１の電圧、又は前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が商用電源から供給される第１の電源端子及び第２の電源端子と、前記第２の電源端子から前記発熱手段へ電力供給する経路に設けられ、前記発熱手段に前記商用電源からの電力を供給する電力供給手段と、を備え、記録材上に形成されたトナー画像を加熱する像加熱装置であって、前記第１の発熱体の一端は、前記第１の電源端子と接続され、前記第２の発熱体の一端は、前記電力供給手段と接続され、前記第１の発熱体の他端は、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段を介して、前記第２の発熱体の他端、又は前記電力供給手段と接続され、前記第２の発熱体の他端は、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段を介して、前記第１の発熱体の他端、又は第１の電源端子と接続され、一端が前記第２の発熱体の他端に接続され、他端が前記第２の電源端子に接続されたキャパシタを備えた像加熱装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ヒータ抵抗値の切り替え方式を用いた像加熱装置において、ヒータの電力制御による雑音端子電圧のノイズレベルの上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の定着装置の断面図、及びヒータ構成図
【図２】実施例１のヒータ制御回路の回路構成図
【図３】実施例１の電圧検知部の回路構成図
【図４】実施例１の雑音端子電圧測定に使用したヒータ制御回路の回路図
【図５】実施例１のヒータ制御回路の雑音端子電圧の測定波形図
【図６】実施例１のヒータ制御回路の雑音端子電圧の測定波形図
【図７】実施例１のリレー制御シーケンスの説明図
【図８】実施例１のリレー制御シーケンスの手順を示すフローチャート
【図９】実施例２のヒータ構成図、及びヒータ制御回路の回路構成図
【図１０】実施例３の雑音端子電圧測定に使用したヒータ制御回路の回路図
【図１１】実施例３のヒータ制御回路の雑音端子電圧の測定波形図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００１３】
［定着装置の概要について］
図１（ａ）は、本実施例の像加熱装置の一例としての定着装置１００の断面図である。定着装置１００は、筒状のフィルム（エンドレスベルト）１０２と、フィルム１０２の内面に接触するヒータ２００と、フィルム１０２を介してヒータ２００と共に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ（ニップ部形成部材）１０８を有する。加圧ローラ１０８は芯金１０９と弾性層１１０を有し、不図示のモータから動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ１０８が回転することにより、フィルム１０２が従動して回転する。ヒータ２００は保持部材１０１に保持され、保持部材１０１は、フィルム１０２の回転を案内するガイド機能も有している。ステー１０４は、保持部材１０１に不図示のバネの圧力を加えるためのものである。
【００１４】
ヒータ２００（発熱手段）は、セラミック製のヒータ基板１０５と、ヒータ基板１０５上に熱源である抵抗発熱体を用いて形成された導電経路Ｈ１及びＨ２と、導電経路Ｈ１及びＨ２を覆う絶縁性の表面保護層１０７を有する。ヒータ基板１０５の裏面側には、搬送方向に直交する方向の長さが画像形成装置で利用可能な最小サイズの記録材（本実施例では封筒ＤＬ）の通紙領域に、サーミスタ等を用いた温度検知素子１１１が当接している。温度検知素子１１１の検知温度に応じて、商用電源からヒータ２００への電力供給が制御される。未定着トナー画像を担持した記録材Ｐは、記録材搬送方向を上流から下流へ搬送され、定着ニップ部Ｎで挟持搬送されつつ、加熱されてトナー画像が定着処理される。ヒータ基板１０５の裏面側には、ヒータ２００が異常昇温した時に作動してヒータ２００への給電ラインを遮断する、サーモスイッチ等でできた安全素子１１２も当接している。安全素子１１２も、温度検知素子１１１と同様に最小サイズの記録材の通紙領域に当接している。
【００１５】
［ヒータの概要について］
図１（ｂ）は、本実施例のヒータ２００の構成図であり、ヒータ基板１０５上に形成された発熱パターン、導電パターン、電極、及び、図２の制御回路２１０に接続するためのコネクタを示す。ヒータ２００は、抵抗発熱パターンで形成された第１の発熱体である導電経路Ｈ１、及び第２の発熱体である導電経路Ｈ２を有する。ヒータ２００では、電極と導電経路を接続するために抵抗値の低い導電材料で形成された導電パターン２０１を用いてある。ヒータ２００の導電経路Ｈ１は、一端を電極Ｅ１、他端を電極Ｅ２に接続され、電極Ｅ１、Ｅ２を介して制御回路２１０から電力が供給され、導電経路Ｈ２は、一端を電極Ｅ２、他端を電極Ｅ３に接続され、電極Ｅ２、Ｅ３を介して電力が供給される。また、電極Ｅ１はコネクタＣ１と、電極Ｅ２はコネクタＣ２と、電極Ｅ３はコネクタＣ３と、それぞれ接続されている。
【００１６】
［ヒータ制御回路の概要について］
図２は、本実施例のヒータ２００の制御回路２１０の回路構成図である。商用電源２１１からヒータ２００への電力制御は、トライアックＴＲ１（電力供給手段）の通電／遮断により行われる。トライアックＴＲ１は、ヒータ駆動を制御するＣＰＵ２１３からのＳＴＲ１信号に従って動作する。温度検知素子１１１によって検知されたヒータ２００の温度は、不図示のプルアップ抵抗の分圧として検知され、ＣＰＵ２１３にＴＨ信号として入力される。ＣＰＵ２１３は、温度検知素子１１１による検知温度とヒータ２００の設定温度に基づき、例えばＰＩ制御（比率積分制御）によりヒータ２００への供給電力を算出し、位相角（位相制御）、波数（波数制御）の制御レベルに変換し、トライアックＴＲ１の制御を行う。図１（ｂ）のヒータ２００は、コネクタＣ１、Ｃ２、Ｃ３を介して制御回路２１０と接続されている。安全素子１１２も、コネクタＣ５、Ｃ６を介して制御回路２１０と接続され、異常昇温時にはヒータ２００への電力供給を遮断する。
【００１７】
次に、電圧検知部２１２とリレー制御について説明する。図２において、リレーＲＬ１（第１のスイッチ手段）、ＲＬ３（第３のスイッチ手段）は、メーク接点又はブレーク接点のリレー、リレーＲＬ２（第２のスイッチ手段）は、ＭＢＭ接点（ブレーク・ビフォア・メーク接点）のリレーである。また、図２は、電源オフ時における各リレー接点の接続状態（オフ状態）を示しており、リレーＲＬ２においては、コモン接点とＲＬ２−ａ接点が接続されている状態がオフ状態であり、コモン接点とＲＬ２−ｂ接点が接続されている状態がオン状態である。電圧検知部２１２は、商用電源２１１の入力電圧範囲が、例えば１００Ｖ〜１２７Ｖの１００Ｖ系（第２の電圧）か、あるいは２００Ｖ〜２４０Ｖの２００Ｖ系（第１の電圧）かを判別し、電圧検知結果をＣＰＵ２１３にＶＯＬＴ信号として出力する。商用電源２１１の電圧範囲が２００Ｖ系の場合には、ＶＯＬＴ信号はロー（Ｌｏｗ）レベルとなる。電圧検知部２１２が商用電源２１１の電圧が２００Ｖ系であることを検知した場合には、ＣＰＵ２１３は、ＳＲＬ１信号、ＳＲＬ２信号によりリレーＲＬ１、ＲＬ２をオフ状態に保持する。そして、ＣＰＵ２１３がＳＲＬ３信号によりリレーＲＬ３をオン状態にすると、ヒータ２００に商用電源２１１を給電可能な状態となる。リレーＲＬ１，ＲＬ２がオフ状態であるため、導電経路Ｈ１と導電経路Ｈ２が直列接続され、ヒータ２００は抵抗値の高い状態となる。逆に、電圧検知部２１２が商用電源２１１の電圧が１００Ｖ系であることを検知した場合には、ＣＰＵ２１３は、ＳＲＬ１信号、ＳＲＬ２信号によりリレーＲＬ１、ＲＬ２をオン状態にする。そして、ＣＰＵ２１３がＳＲＬ３信号によりリレーＲＬ３をオン状態にすると、ヒータ２００に商用電源２１１を給電可能な状態となる。リレーＲＬ１，ＲＬ２がオン状態であるため、導電経路Ｈ１と導電経路Ｈ２が並列接続され、ヒータ２００は抵抗値の低い状態となる。
【００１８】
［ヒータ制御回路のノイズフィルタ構成について］
次に、ヒータ２００の電力制御（位相制御）により発生するノイズを低減するノイズフィルタ構成について説明する。図２において、Ｙ１、Ｙ２は商用電源２１１の電源端子ＡＣ１、ＡＣ２とグランド間に設けられたキャパシタであり、一般的にＹキャパシタ、もしくはＹコンデンサと呼ばれる。Ｘ１、Ｘ２は商用電源２１１の電源端子ＡＣ１、ＡＣ２間に設けられたキャパシタであり、一般的にＸキャパシタ、もしくはＸコンデンサと呼ばれる。キャパシタＸ１、Ｘ２は、インダクタＬ１と共に、π（パイ）型フィルタを形成する。また、図２のキャパシタＸ３は、トライアックＴＲ１の位相制御に伴い発生する雑音端子電圧のノイズを低減するために設けられている。図２の電源端子ＡＣ２とＡＣ３間にキャパシタＸ３を設けることにより、ヒータ２００において導電経路Ｈ１とＨ２を直列接続した場合に、ヒータ２００の電力制御により生じるノイズが雑音端子電圧のノイズレベルを上昇させることを抑制することができる。
【００１９】
［電圧検知部の概要について］
図３は、商用電源２１１の電圧検知手段である電圧検知部２１２の回路構成図である。電圧検知部２１２は、電源端子ＡＣ１（第１の電源端子）とＡＣ２（第２の電源端子）間に印加された電圧が１００Ｖ系か、２００Ｖ系かを判別するための回路である。図３のツェナーダイオード２３１のツェナー電圧は、商用電源２１１が２００Ｖ系の場合に電流が流れるように選択されている。商用電源２１１が２００Ｖ系の場合、電源端子ＡＣ１とＡＣ２間に印加された電圧はツェナーダイオード２３１のツェナー電圧よりも高くなり、電源端子ＡＣ１とＡＣ２間に電流が流れる。２３２は電流の逆流防止用ダイオード、２３４は電流制限抵抗、２３５はフォトカプラ２３３の保護抵抗である。フォトカプラ２３３の発光ダイオードに電流が流れると、フォトトランジスタ２３５がオンし、抵抗２３６を介して電源Ｖｃｃから電流が流れ、ＦＥＴ２３７のゲート電圧がローレベルとなる。その結果、ＦＥＴ２３７がオフ状態となるため、抵抗２３８を介して電源Ｖｃｃからキャパシタ２４０に充電電流が流れる。２３９は電流逆流防止用ダイオードであり、２４１は放電用抵抗である。電源端子ＡＣ１とＡＣ２間に印加された電圧が、ツェナーダイオード２３１のツェナー電圧よりも高くなる時間の比率が大きくなると、ＦＥＴ２３７がオフ状態である時間の比率も大きくなる。ＦＥＴ２３７のオフ時間の比率が大きくなると、キャパシタ２４０に充電電流が流れる時間が増えるため、キャパシタ２４０の充電電圧値は高くなる。その結果、キャパシタ２４０の電圧がコンパレータ２４２の比較電圧（電圧Ｖｃｃを抵抗２４３と抵抗２４４で分圧した電圧）よりも大きくなると、電源Ｖｃｃから抵抗２４５を介してコンパレータ２４２の出力部に電流が流れ、ＶＯＬＴ信号はローレベルとなる。
【００２０】
［雑音端子電圧の測定方法について］
図４（ａ）は、キャパシタＸ３による雑音端子電圧ノイズの抑制効果を説明するために、雑音端子電圧のシミュレーション測定に使用した制御回路２１０の回路図である。図４（ｂ）は、キャパシタＸ３による効果を比較するために、図４（ａ）からキャパシタＸ３を削除した回路図であり、キャパシタＸ３を削除したため、キャパシタＸ２の容量値は２倍に設定されている。また、図４（ａ）、（ｂ）において、リレーＲＬ１、ＲＬ２は、導電経路Ｈ１、Ｈ２が直列接続されるように設定されている。
【００２１】
図４（ａ）において、擬似電源回路網３０１（以下、「ＬＩＳＮ３０１」という）は、電源ライン上に誘起される雑音電圧を５０Ωの電圧値として測定するための回路網である。雑音端子電圧のノイズレベルは、商用電源側のインピーダンスの影響を大きく受け、例えば商用電源２１１のインピーダンスが大きいほど、ノイズレベルは小さくなる。そのため、雑音端子電圧の測定には、ＥＵＴ（被試験装置）である制御回路２１０から商用電源２１１側を見た場合のインピーダンスを一定に管理する必要がある。図４（ａ）では、ＥＵＴである制御回路２１０から見たインピーダンスを、５０μＨのインダクタ３１３、３２３と５Ωの抵抗３１４、３２４、そして５０Ωの測定器の入力インピーダンスである抵抗３１１、３２１で規定するために、ＬＩＳＮ３０１を設けている。なお、ＬＩＳＮ３０１において、キャパシタ３１２、３１５、３２２，３２５はＤＣ成分をカットするために設けている。そして、電源端子ＡＣ１に誘起される雑音端子電圧の測定は、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加される電圧測定により、電源端子ＡＣ２に誘起される雑音端子電圧の測定は、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加される電圧測定により行った。
【００２２】
また、浮遊容量３０３〜３０５は、制御回路２１０の基板、制御回路２１０の基板とヒータ２００を接続するケーブル、ヒータ２００の基板に分布する容量成分を、集中定数回路として扱うために示した容量成分である。浮遊容量３０３〜３０５は同じ容量のキャパシタを用いて、シミュレーションを行った。浮遊容量３０３〜３０５は、トライアックＴＲ１がスイッチングした際にコモンモードのノイズを発生させる原因となり、特に、浮遊容量３０３及び３０４がノイズの要因となる。また、浮遊容量３０３によるコモンモードノイズは、抵抗の直列接続／並列接続の切り替え機能を持つ定着装置に特有の問題である。トライアックＴＲ１がスイッチングした際には、回路のＬＣ共振によるノーマルモードのノイズと、浮遊容量の充放電によって生じるコモンモードのノイズが発生する。コモンモードのノイズ及びノーマルモードのノイズについては後述する。本実施例では、トライアックＴＲ１をスイッチングした際に、浮遊容量３０３の充放電によって生じるサージノイズを抑制するために、キャパシタＸ３を設けている。キャパシタＸ３の効果は、キャパシタＸ１〜Ｘ３、浮遊容量３０３〜３０５、キャパシタＹ１、Ｙ２のキャパシタンス、インダクタＬ１のインダクタンス、寄生容量、導電経路Ｈ１、Ｈ２の抵抗値、トライアックＴＲ１のスイッチング速度などによって異なる。雑音端子電圧の測定で設定した回路定数は、キャパシタＸ３の効果を説明するための一例である。
【００２３】
［雑音端子電圧の測定結果について］
本実施例の図５、図６は、キャパシタＸ３の効果を説明するために、図４（ａ）、（ｂ）の回路を用いた雑音端子電圧の測定結果を示したものである。図５（ａ１）〜（ａ５）は、図４（ａ）に示す制御回路２１０の端子雑音ノイズの測定結果を示したものであり、図５（ｂ１）〜（ｂ５）は、キャパシタＸ３による効果を比較するために用いた図４（ｂ）の測定結果を示したものである。
【００２４】
図５（ａ１）及び図５（ｂ１）は、商用電源２１１の一周期（２０ｍｓｅｃ）における、ヒータ２００の発熱パターンＨ１及びＨ２に印加される電圧の波形図である。それぞれの波形図は、トライアックＴＲ１によって、デューティ５０％に位相制御された状態の波形を示している。以下では、正の位相制御タイミング（５ｍｓｅｃ時点）に発生するノイズについて説明する。負の位相制御タイミング（１５ｍｓｅｃ時点）に発生するノイズについては、正の位相制御と同様の結果が得られるため、説明を省略する。なお、詳細については後述するが、サージノイズが発生する要因は浮遊容量３０４及び３０３からの充放電される電流であり、正の位相では浮遊容量からの放電によるサージ電圧が生じ、負の位相では浮遊容量への充電によるサージ電圧が生じる。充電と放電では、サージの位相が１８０°反転する。
【００２５】
図５（ａ２）は、図４（ａ）において、トライアックＴＲ１が位相制御されたタイミング（図５（ａ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）の波形を示している。図５（ａ２）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１３Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。なお、図５（ａ２）のピーク電圧１３Ｖのサージノイズ波形を拡大したものが図６（ａ１）である。図５（ａ３）は、図４（ａ）において、トライアックＴＲ１が位相制御されたタイミング（図５（ａ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）の波形を示している。図５（ａ３）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１３Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚのＬＣ共振ノイズが発生していることが分かる。なお、図５（ａ３）のピーク電圧１３Ｖのサージノイズ波形を拡大したものが図６（ａ２）である。図５（ａ２）、（ａ３）より、抵抗３２１に印加されたサージノイズ成分の位相は、抵抗３１１に印加された電圧と位相がほぼ一致しており、電源端子ＡＣ１、ＡＣ２の両方に同位相のノイズが発生しているため、コモンモードのノイズ成分であることが分かる。逆に、約３２ｋＨｚのＬＣ共振ノイズ成分の位相は、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１と抵抗３２１で、ほぼ１８０°逆転しており、ノーマルモードのノイズ成分であることが分かる。
【００２６】
図５（ｂ２）は、図４（ｂ）において、トライアックＴＲ１が位相制御されたタイミング（図５（ｂ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）の波形を示している。図５（ｂ２）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、２０Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。なお、図５（ｂ２）のピーク電圧２０Ｖのサージノイズ波形を拡大したものが図６（ｂ１）である。図５（ｂ３）は、図４（ｂ）において、トライアックＴＲ１が位相制御されたタイミング（図５（ｂ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）の波形を示している。図５（ｂ３）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、２０Ｖの急峻なサージ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。なお、図５（ｂ３）のピーク電圧２０Ｖのサージノイズ波形を拡大したものが図６（ｂ２）である。図５（ａ２）、（ａ３）、（ｂ２）、（ｂ３）より、図４のシミュレーション測定結果を比べて、図４（ｂ）では、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１、３２１に印加された雑音端子電圧の測定で検出されたコモンモードのサージノイズ成分が大きいことが分かる。
【００２７】
図５（ａ４）は、図４（ａ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。雑音端子電圧の測定では１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯域の測定を行う場合が多いため、図５、及び後述する図１１における高速フーリエ変換の図では、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯域の成分について示している。図５（ａ４）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４３．５ｄＢμＶである。図５（ａ５）は、図４（ａ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図５（ａ５）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４３．５ｄＢμＶである。
【００２８】
図５（ｂ４）は、図４（ｂ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図５（ｂ４）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４７．２ｄＢμＶである。図５（ｂ５）は、図４（ｂ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図５（ｂ５）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４７．２ｄＢμＶである。
【００２９】
図４（ａ）と図４（ｂ）の回路を用いた雑音端子電圧の測定結果を比較すると、図４（ａ）では、サージノイズのピーク電圧が１３Ｖに抑制されており、図４（ｂ）のピーク電圧２０Ｖより低くなっていることが分かる。パルス幅の短い急峻なサージノイズには高帯域の周波数成分のノイズが含まれており、サージノイズのピーク電圧が高くなると、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚのノイズ成分も高くなる。図４（ａ）において発生した約３２ｋＨｚのＬＣ共振ノイズは、雑音端子電圧の測定下限周波数（１５０ｋＨｚ）よりも周波数が低いため、雑音端子電圧のノイズ測定への影響は少ない。
【００３０】
以上説明したように、制御回路２１０にキャパシタＸ３を設けることにより、トライアックＴＲ１がオンする際に生じるサージノイズのピーク電圧を抑えることができ、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚのノイズ成分を低減させることができる。
【００３１】
［キャパシタＸ３によるノイズ低減について］
図５で説明したサージノイズが発生するメカニズムと、本実施例の制御回路２１０に用いたキャパシタＸ３のノイズ削減効果について説明する。図６（ａ１）、（ａ２）は、時間幅を短くすることにより、図５（ａ２），（ａ３）に示したピーク電圧１３Ｖを発生させたサージノイズ波形を拡大したものである。図６（ｂ１）、（ｂ２）は、時間幅を短くすることにより、図５（ｂ２），（ｂ３）に示したピーク電圧２０Ｖを発生させたサージノイズ波形を拡大したものである。次に、キャパシタＸ３を備えた図４（ａ）の制御回路２１０が、キャパシタＸ３のない図４（ｂ）と比べ、前述したサージノイズ波形を低減できる理由について説明する。
【００３２】
図６（ａ３）は図４（ａ）における、図６（ｂ３）は図４（ｂ）における、浮遊容量３０４に充電された電圧波形をそれぞれ示す。これらの電圧波形から、トライアックＴＲ１がオンしたタイミング（５ｍｓｅｃ時点）で急激な電圧降下が発生し、浮遊容量３０４に充電された電荷が放電されていることを示している。トライアックＴＲ１がオン状態になると、浮遊容量３０４に充電された電荷はトライアックＴＲ１を介してＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に流れ、正のサージノイズを発生させる。浮遊容量３０４からの放電で生じた正のサージノイズは、キャパシタＸ１を介して電源端子ＡＣ１にも同様の電圧変動を発生させるため、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１にも同様のサージノイズが発生する。
【００３３】
図６（ａ４）は図４（ａ）における、図６（ｂ４）は図４（ｂ）における、浮遊容量３０５の容量成分に充電された電圧波形をそれぞれ示す。トライアックＴＲ１がオン状態になっても、電源端子ＡＣ１の電位は変化しないため、浮遊容量３０５からの放電電流によるサージノイズは発生しない。しかし、浮遊容量３０４、及び後述する浮遊容量３０３からの放電で生じる正のサージノイズによって、キャパシタＸ２を介して、浮遊容量３０５の電圧波形にも同様のサージノイズを発生させている。
【００３４】
図６（ａ５）は図４（ａ）における、図６（ｂ５）は図４（ｂ）における、浮遊容量３０３の容量成分に充電された電圧波形をそれぞれ示す。図６（ｂ５）に示す波形から、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで急激な電圧降下が発生していることが分かり、これは浮遊容量３０３に充電された電荷が放電されていることを示している。トライアックＴＲ１がオン状態になると、浮遊容量３０３に充電された電荷は、導電経路Ｈ２を介してＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に流れ、正のサージノイズを発生させる。すなわち、前述した浮遊容量３０４と同様に、浮遊容量３０３に充電された電荷の放電も、正のサージノイズを発生させる原因となっている。一方、図６（ａ５）に示す電圧波形から、キャパシタＸ３は浮遊容量３０３に対して十分大きな容量成分を有しているため、電源端子ＡＣ２と電源端子ＡＣ３間の電圧を保持するように働くのが分かる。そのため、図６（ａ５）の電圧波形において、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで急激な電圧降下が発生しておらず、これは浮遊容量３０３に充電された電荷が急激に放電されていないことを示している。浮遊容量３０３は長い時定数に基づいて放電され、放電周期は１５０ｋＨｚよりも低い周波数となるため、雑音端子電圧への影響を低減することができる。
【００３５】
ヒータ抵抗の直列／並列接続の切り替えを行わない定着装置では、導電経路Ｈ１及びＨ２の接続点である中点と、制御回路２１０とが接続されていないため、浮遊容量３０３は殆ど無視することができる。ところが、本実施例のように、ヒータ抵抗の直列／並列接続が切り替え可能な定着装置を、リレーＲＬ１をオフ状態にすることによりヒータ抵抗を直列接続して用いた場合には、浮遊容量３０３に起因するサージノイズが雑音端子電圧を上昇させる要因になる。逆に、ヒータ抵抗を並列接続することにより抵抗値が低くなるリレーＲＬ１のオン状態では、浮遊容量３０３と浮遊容量３０５が並列に接続された状態となるため、サージノイズが雑音端子電圧を上昇させる要因とはならない。
【００３６】
［リレーの制御シーケンスについて］
図７を用いて、キャパシタＸ２、Ｘ３への突入電流が、リレーＲＬ３、ＲＬ１の接点にダメージを与えないように、制御回路２１０をヒータ２００に電力供給が可能な状態に立ち上げる方法について説明する。図７（ａ）は、制御回路２１０において、電源オフ時のリレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３の接続状態を示しており、リレーＲＬ１、ＲＬ２はオフ状態であり、ヒータ２００の導電経路Ｈ１、Ｈ２が直列接続された状態となっている。図７（ｂ）は、リレーＲＬ１、ＲＬ２はオン状態であり、ヒータ２００の導電経路Ｈ１、Ｈ２は並列接続された状態となっている。なお、ＣＰＵ２１３がリレーＲＬ１、ＲＬ２をオン状態に変化させる時は、リレーＲＬ３はオフ状態で維持されているため、キャパシタＸ３への突入電流は生じない。図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態でリレーＲＬ３をオンし、ヒータ２００に商用電源２１１から電力を供給可能にした状態を示している。商用電源２１１及びキャパシタＸ１からキャパシタＸ２、Ｘ３への突入電流は、リレーＲＬ３、ＲＬ１の電気接点にダメージを与える要因になるが、この突入電流はインダクタＬ１によって抑制することができる。図７（ｃ）の状態において制御回路２１０の構成では、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、キャパシタＸ３から放電される電流は、導電経路Ｈ２を介してトライアックＴＲ１に流れるため、トライアックに過大な瞬時電流が流れることを防止できる。キャパシタＸ３に充放電される電流によって、トライアックＴＲ１にダメージを与えることを防止するために、制御回路２１０では、商用電源のＡＣ１とリレーＲＬ１が接続されており、商用電源のＡＣ２とトライアックＴＲ１が接続されている。
【００３７】
図８は、本実施例のリレーの制御シーケンスの手順を示すフローチャートである。本手順は、不図示のＲＯＭに格納されたプログラムに基づいてＣＰＵ２１３により実行される。なお、図８のシーケンス手順のスタート時点において、制御回路２１０はスタンバイ状態であり、リレーＲＬ１〜ＲＬ３はオフ状態である。
【００３８】
ＣＰＵ２１３は、電圧検知部２１２の出力であるＶＯＬＴ信号に基づき、商用電源２１１の電源電圧の範囲を判別する（ステップ７０１（以下、Ｓ７０１のように記す））。ＣＰＵ２１３は、電圧検知部２０２のＶＯＬＴ信号がローではない、すなわち電源電圧が１００Ｖ系（例えば１００Ｖ〜１２７Ｖ）であると判断した場合はＳ７０２に進む（Ｓ７０１）。逆に、ＣＰＵ２１３は、電圧検知部２０２のＶＯＬＴ信号がローである、すなわち電源電圧が２００Ｖ系（例えば２００Ｖ〜２４０Ｖ）であると判断した場合はＳ７０３に進む（Ｓ７０１）。Ｓ７０２では、ＣＰＵ２１３は、電源電圧が１００Ｖ系なので、ＳＲＬ１信号、ＳＲＬ２信号により、リレーＲＬ１、ＲＬ２をオン状態にし、Ｓ７０４に進む。Ｓ７０３では、ＣＰＵ２１３は、電源電圧が２００Ｖ系なので、ＳＲＬ１信号、ＳＲＬ２信号により、リレーＲＬ１、ＲＬ２をオフ状態にし、Ｓ７０４に進む。Ｓ７０４では、ＣＰＵ２１３は、プリント制御開始の判断がされるまで、Ｓ７０１〜Ｓ７０３の処理を繰り返す。プリント制御が開始されると、ＣＰＵ２１３は、ＳＲＬ３信号によりリレーＲＬ３をオン状態にし、ヒータ２００に電力供給が可能な状態にする（Ｓ７０５）。Ｓ７０６では、ＣＰＵ２１３は、温度検知素子１１１が出力した、ヒータ２００の検知温度を示すＴＨ信号に基づき、ＰＩ制御を用いてトライアックＴＲ１を制御することにより、ヒータ２００に供給する電力制御（位相制御、又は波数制御）を行う。ＣＰＵ２１３は、プリント終了と判断するまで、Ｓ７０６の処理を繰り返し、プリント終了と判断すると制御を終了する。
【００３９】
本実施例で説明したキャパシタＸ３の効果は、制御回路２１０のノイズフィルタ構成（キャパシタＸ１、Ｘ２、インダクタＬ１、キャパシタＹ１、Ｙ２）に限定されるものではない。例えば、インダクタＬ１を電源端子ＡＣ２とトライアックＴＲ１間に設置してパイ型フィルタを構成した場合でも、前述の高周波のサージノイズはキャパシタＸ２を介してＬＩＳＮ３０１に同様のノイズを発生させるため、ほぼ同様の測定結果となる。
【００４０】
以上説明したように、本実施例によれば、キャパシタＸ３を制御回路２１０に設けることにより、抵抗を切り替え可能な像加熱装置において、ヒータ２００の電力制御による雑音端子電圧のノイズレベルの上昇を抑制することができる。本実施例では、キャパシタＸ３を用いることによって、ノイズを低減させている。商用電源のライン間に用いられるＸキャパシタは、前述したインダクタと比べて小型で安価なことが多い。また、インダクタや、コモンモードチョークコイルと、本提案のキャパシタＸ３を併用しても良い。
【実施例２】
【００４１】
実施例１では、リレーＲＬ１は、メーク接点、又はブレーク接点を有するリレーを用いたのに対して、本実施例では、ＭＢＭ接点を有するリレーを用いている点が実施例１と異なる。また、本実施例においては、実施例１と同様の構成については、説明を省略する。
【００４２】
［ヒータ、ヒータ制御回路の概要］
図９は、本実施例に用いるヒータ８００の構成図（図９（ａ））、及びヒータ８００の制御回路８１０の回路構成図（図９（ｂ））である。図９（ａ）は、ヒータ８００の基板上に形成された発熱パターン、導電パターン、及び電極を示している。ヒータ８００は抵抗発熱パターンで形成された導電経路Ｈ１、Ｈ２を有している。またヒータ８００では、電極と導電経路を接続するために抵抗値の低い導電材料で形成された導電パターン８０１を用いてある。ヒータ８００の第１の導電経路Ｈ１には、電極Ｅ１、Ｅ２を介して電力が供給され、第２の導電経路Ｈ２は、電極Ｅ３、Ｅ４を介して電力が供給される。電極Ｅ１はコネクタＣ１と、電極Ｅ２はコネクタＣ２と、電極Ｅ３はコネクタＣ３と、電極Ｅ４はコネクタＣ４と、それぞれ接続されている。
【００４３】
図９（ｂ）は、本実施例のヒータ８００の制御回路８１０を示している。図９（ｂ）に示すリレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３は、電源オフ状態における接点の接続状態を示している。リレーＲＬ１、ＲＬ２は、ＭＢＭ接点のリレー、リレーＲＬ３は、メーク接点又はブレーク接点のリレーを用いている。図９（ｂ）において、リレーＲＬ１は、コモン接点とＲＬ１−ａ接点が接続されている状態がオフ状態であり、コモン接点とＲＬ１−ｂ接点が接続されている状態がオン状態である。同様に、リレーＲＬ２においては、コモン接点とＲＬ２−ａ接点が接続されている状態がオフ状態であり、コモン接点とＲＬ２−ｂ接点が接続されている状態がオン状態である。電圧検知部２１２が商用電源２１１の電圧範囲が２００Ｖ系であることを検知した場合、ＣＰＵ８１３は、ＳＲＬ１信号（又はＳＲＬ２信号）により、リレーＲＬ１及びＲＬ２をオフ状態にする。リレーＲＬ２は、リレーＲＬ１と連動することを特徴としており、ＣＰＵ８１３のＳＲＬ１信号がローレベルになると、リレーＲＬ１とリレーＲＬ２はオフ状態になる。そして、ＣＰＵ８１３は、ＳＲＬ３信号によりリレーＲＬ３をオン状態にすることにより、ヒータ８００に商用電源２１１を給電可能な状態となる。また、リレーＲＬ１、ＲＬ２はオフ状態であるため、第１の導電経路Ｈ１と、第２の導電経路Ｈ２が直列接続され、ヒータ８００は抵抗値の高い状態になる。逆に、電圧検知部２１２が１００Ｖ系を検知した場合、ＣＰＵ８１３は、ＳＲＬ１信号をハイレベルにして、リレーＲＬ１とリレーＲＬ２をオン状態にする。そして、ＣＰＵ８１３は、ＳＲＬ３信号によりリレーＲＬ３をオン状態にすることにより、ヒータ８００に商用電源２１１を給電可能となる。また、ＲＬ１、ＲＬ２はオン状態であるため、第１の導電経路Ｈ１と第２の導電経路Ｈ２が並列接続されるため、ヒータ８００は抵抗値の低い状態になる。
【００４４】
以上説明したように、本実施例では、リレーＲＬ１にＭＢＭ接点のリレーを使用しているが、電源端子ＡＣ２、ＡＣ３間にキャパシタＸ３を備えることで、ヒータの電力制御のサージノイズによる雑音端子電圧のノイズレベルの上昇を抑制できる。
【実施例３】
【００４５】
本実施例の制御回路８１０は、実施例１の制御回路２１０のノイズフィルタ構成（キャパシタＸ１、Ｘ２、インダクタＬ１、キャパシタＹ１、Ｙ２）にインダクタＬ２を追加した回路構成である点が、実施例１と相違する点である。本実施例においては、実施例１と同様の構成については説明を省略する。
【００４６】
［雑音端子電圧の測定回路について］
図１０は、本実施例の制御回路８１０に設けたキャパシタＸ３が雑音端子電圧ノイズを抑制する効果を説明するため、雑音端子電圧のシミュレーション測定に使用した回路図である。キャパシタＸ３を有する回路図が図１０（ａ）、キャパシタＸ３がない回路図が図１０（ｂ）である。なお、浮遊容量３０３〜３０５は同じキャパシタンスとし、インダクタＬ１及びＬ２の寄生容量３０６及び３０７は、浮遊容量３０３〜３０５の２０倍のキャパシタンスを持つものとする。
【００４７】
［雑音端子電圧の測定結果について］
図１１（ａ１）〜（ａ５）は、図１０（ａ）に示す制御回路８１０の端子雑音ノイズの測定結果を示したものであり、図１１（ｂ１）〜（ｂ５）は、図１０（ｂ）の測定結果を示したものである。
【００４８】
図１１（ａ１）、（ｂ１）は、図１０（ａ）、（ｂ）の回路において、商用電源２１１の一周期（２０ｍｓｅｃ）におけるヒータ８００の発熱パターンＨ１及びＨ２に印加される電圧の波形図である。それぞれの波形図は、トライアックＴＲ１によって、デューティ５０％に位相制御された状態の波形を示している。以下では、正の位相制御タイミング（５ｍｓｅｃ時点）に発生するノイズについて説明する。負の位相制御タイミング（１５ｍｓｅｃ時点）に発生するノイズについては、位相は１８０°逆転するが、正の位相制御と同様の結果が得られるため、説明は省略する。
【００４９】
図１１（ａ２）は、図１０（ａ）において、トライアックＴＲ１が位相制御したタイミング（図１１（ａ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）の波形を示している。図１１（ａ２）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１２．４Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。図１１（ａ３）は、図１０（ａ）において、トライアックＴＲ１が位相制御したタイミング（図１１（ａ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出するノイズ成分）の波形を示している。図１１（ａ３）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１２．４Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚのＬＣ共振ノイズが発生していることが分かる。
【００５０】
図１１（ｂ２）は、図１０（ｂ）において、トライアックＴＲ１が位相制御したタイミング（図１１（ｂ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出するノイズ成分）の波形を示している。図１１（ｂ２）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１８．３Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。図１１（ｂ３）は、図１０（ｂ）において、トライアックＴＲ１が位相制御したタイミング（図１１（ｂ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出するノイズ成分）の波形を示している。図１１（ｂ３）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１８．３Ｖの急峻なサージ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。
【００５１】
図１１（ａ２）、（ａ３）、（ｂ２）、（ｂ３）より、図１０のシミュレーション測定結果を比べて、図１０（ｂ）では、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１、３２１に印加された雑音端子電圧測定で検出されたコモンモードのサージノイズ成分が大きいことが分かる。本実施例の制御回路８１０では、実施例１の制御回路２１０にインダクタＬ２を追加したため、実施例１に比べ、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）のサージノイズ成分は低減しており、更にキャパシタＸ３を用いることで、急峻なノイズ成分を低減できることが分かる。
【００５２】
図１１（ａ４）は、図１０（ａ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図１１（ａ４）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４２．９ｄＢμＶである。図１１（ａ５）は、図１０（ａ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図１１（ａ５）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４２．９ｄＢμＶである。
【００５３】
図１１（ｂ４）は、図１０（ｂ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図１１（ｂ４）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４６．７ｄＢμＶである。図１１（ｂ５）は、図１０（ｂ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図１１（ｂ５）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４６．７ｄＢμＶである。
【００５４】
図１０（ａ）と図１０（ｂ）の回路を用いた雑音端子電圧の測定結果を比較すると、図１０（ａ）のサージノイズのピーク電圧は１２．４Ｖに抑制されており、図１０（ｂ）のサージノイズのピーク電圧１８．３Ｖより低くなっていることが分かる。パルス幅の短い急峻なサージノイズは高帯域の周波数成分のノイズを含んでおり、サージノイズのピーク電圧が高くなると、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚのノイズ成分は高くなる。本実施例の制御回路８１０において、約３２ｋＨｚのＬＣ共振ノイズは雑音端子電圧の測定下限周波数（１５０ｋＨｚ）よりも周波数が低いため、雑音端子電圧のノイズ測定への影響は少ない。
【００５５】
以上説明したように、キャパシタＸ３を設けた回路では、キャパシタＸ３のない回路と比べ、トライアックＴＲ１がオンする際に生じるサージノイズの電圧ピークを抑えることができるため、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚのノイズ成分を低減することができる。
【００５６】
ところで、インダクタＬ１及びＬ２が、寄生容量成分３０６及び３０７のない理想的なコイルであった場合、図１０（ｂ）に示したキャパシタＸ３を用いない構成であっても、図１１で説明したサージノイズは殆ど生じなくなる。しかし、実際のコイルでは、浮遊容量に比べて、大きな寄生容量成分を持っている場合が多い。インダクタＬ１及びＬ２の寄生容量のキャパシタンスが、基板の浮遊容量のキャパシタンスより大きいほど、インダクタＬ１及びＬ２によって、図１１で説明したサージノイズを低減する効果は得られなくなる。２つのインダクタＬ１及びＬ２を用いた制御回路８１０の構成においても、キャパシタＸ３を用いることで、ヒータの電力制御による雑音端子電圧のノイズレベル上昇を抑制することができる。
【００５７】
また、ノイズ低減方法としては、本実施例で説明したインダクタＬ２の他に、コモンモードチョークコイルを設ける方法等がある。しかし、一般的に画像形成装置に用いる像加熱装置には大電流が流れるため、インダクタによる発熱が問題になることが多い。インダクタンス成分が大きく、大電流を流すことができるコイルは、高価で部品サイズが大きくなることが多い。そのため、インダクタを多く用いることは、装置の大型化やコスト増加の要因になる。また、コイルなどのインダクタは、寄生容量成分を持つ場合が多い。本実施例で説明したように、コイルの寄生容量成分のキャパシタンスが、ノイズの要因となる浮遊容量に比べて大きい場合は、図６で説明した高周波のサージノイズを低減する効果は殆ど得られなくなる。
【符号の説明】
【００５８】
ＲＬ１ リレー（第１のスイッチ手段）
ＲＬ２ リレー（第２のスイッチ手段）
ＲＬ３ リレー（第３のスイッチ手段）
２００ ヒータ
Ｈ１ 第１の導電経路
Ｈ２ 第２の導電経路
Ｘ３ キャパシタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に用いる像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の加熱定着等のために用いる像加熱装置では、所定の温度に維持された加熱体と、加熱体に圧接する加圧ローラによって形成されたニップ部に、被加熱材である記録材を導入して、挟持搬送しつつ加熱する方式が用いられる。像加熱装置、特にフィルム加熱方式の像加熱装置の加熱体には、セラミックス等でできた基板上に抵抗発熱体を設けたヒータが一般的に用いられる。
【０００３】
像加熱装置において、商用電源電圧が１００Ｖと２００Ｖの地域で、同じ抵抗値のヒータを用いると、ヒータに供給される電力は電圧の二乗に比例するため、商用電源電圧が２００Ｖの場合には、１００Ｖに比べて、ヒータに供給可能な最大電力は４倍になる。ヒータに供給可能な最大電力が大きくなると、位相制御や波数制御などのヒータの電力制御における高調波電流やフリッカ等の発生がひどくなる。また、像加熱装置が熱暴走した場合を考慮すると、より応答性の早い安全回路が必要になる。そのため、商用電源電圧が１００Ｖの地域と２００Ｖ地域では、像加熱装置には異なる抵抗値のヒータを用いる場合が多い。商用電源電圧が１００Ｖの地域と２００Ｖの地域で共用できる像加熱装置を実現する手段としては、リレーなどのスイッチ手段を用いて、ヒータの抵抗値を切り替える方法が提案されている。例えば、特許文献１、特許文献２記載の像加熱装置では、ヒータ長手方向に伸びた第１の導電経路と第２の導電経路を有し、２つの導電経路を直列接続、又は並列接続することにより、ヒータの抵抗値を切り替える方法が提案されている。２つの導電経路の接続を直列と並列に切り替えるために、特許文献１には、メーク接点（常時開路接点）もしくはブレーク接点（常時閉路接点）のリレーと、ＭＢＭ接点（ブレーク・ビフォア・メーク接点）のリレーを用いる方法が記載されている。また、ＭＢＭ接点の代わりに、２つのメーク接点又はメーク接点とブレーク接点のリレーを用いても良い。特許文献２には、２つのＭＢＭ接点のリレーを用いた切り替え方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１９９７０２号公報
【特許文献２】米国特許第５２２９５７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１や特許文献２に記載されたヒータ抵抗値の切り替え方式を用いた像加熱装置では、ヒータの２つの導電経路を直列接続した状態において、ヒータの電力制御（位相制御）に起因した雑音端子電圧のノイズレベルが上昇する課題があった。
【０００６】
本発明はこのような状況のもとでなされたもので、ヒータ抵抗値の切り替え方式を用いた像加熱装置において、ヒータの電力制御による雑音端子電圧のノイズレベルの上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した課題を解決するため、本発明では次のとおりに構成する。
【０００８】
（１）第１の発熱体と第２の発熱体とを有する発熱手段と、第１の電圧、又は前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が商用電源から供給される第１の電源端子及び第２の電源端子と、前記第２の電源端子から前記発熱手段へ電力供給する経路に設けられ、前記発熱手段に前記商用電源からの電力を供給する電力供給手段と、を備え、記録材上に形成されたトナー画像を加熱する像加熱装置であって、前記第１の発熱体の一端は、前記第２の発熱体の一端と接続され、前記第１の発熱体と第２の発熱体との接続点は、第１のスイッチ手段をオンすることにより、前記第１の電源端子と接続され、前記第１の発熱体の他端は、第２のスイッチ手段を介して、前記第１の電源端子又は前記電力供給手段と接続され、前記第２の発熱体の他端は、前記電力供給手段と接続され、一端が前記第１の発熱体と前記第２の発熱体との前記接続点に接続され、他端が前記第２の電源端子に接続されたキャパシタを備えた像加熱装置。
【０００９】
（２）第１の発熱体と第２の発熱体とを有する発熱手段と、第１の電圧、又は前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が商用電源から供給される第１の電源端子及び第２の電源端子と、前記第２の電源端子から前記発熱手段へ電力供給する経路に設けられ、前記発熱手段に前記商用電源からの電力を供給する電力供給手段と、を備え、記録材上に形成されたトナー画像を加熱する像加熱装置であって、前記第１の発熱体の一端は、前記第１の電源端子と接続され、前記第２の発熱体の一端は、前記電力供給手段と接続され、前記第１の発熱体の他端は、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段を介して、前記第２の発熱体の他端、又は前記電力供給手段と接続され、前記第２の発熱体の他端は、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段を介して、前記第１の発熱体の他端、又は第１の電源端子と接続され、一端が前記第２の発熱体の他端に接続され、他端が前記第２の電源端子に接続されたキャパシタを備えた像加熱装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ヒータ抵抗値の切り替え方式を用いた像加熱装置において、ヒータの電力制御による雑音端子電圧のノイズレベルの上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の定着装置の断面図、及びヒータ構成図
【図２】実施例１のヒータ制御回路の回路構成図
【図３】実施例１の電圧検知部の回路構成図
【図４】実施例１の雑音端子電圧測定に使用したヒータ制御回路の回路図
【図５】実施例１のヒータ制御回路の雑音端子電圧の測定波形図
【図６】実施例１のヒータ制御回路の雑音端子電圧の測定波形図
【図７】実施例１のリレー制御シーケンスの説明図
【図８】実施例１のリレー制御シーケンスの手順を示すフローチャート
【図９】実施例２のヒータ構成図、及びヒータ制御回路の回路構成図
【図１０】実施例３の雑音端子電圧測定に使用したヒータ制御回路の回路図
【図１１】実施例３のヒータ制御回路の雑音端子電圧の測定波形図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００１３】
［定着装置の概要について］
図１（ａ）は、本実施例の像加熱装置の一例としての定着装置１００の断面図である。定着装置１００は、筒状のフィルム（エンドレスベルト）１０２と、フィルム１０２の内面に接触するヒータ２００と、フィルム１０２を介してヒータ２００と共に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ（ニップ部形成部材）１０８を有する。加圧ローラ１０８は芯金１０９と弾性層１１０を有し、不図示のモータから動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ１０８が回転することにより、フィルム１０２が従動して回転する。ヒータ２００は保持部材１０１に保持され、保持部材１０１は、フィルム１０２の回転を案内するガイド機能も有している。ステー１０４は、保持部材１０１に不図示のバネの圧力を加えるためのものである。
【００１４】
ヒータ２００（発熱手段）は、セラミック製のヒータ基板１０５と、ヒータ基板１０５上に熱源である抵抗発熱体を用いて形成された導電経路Ｈ１及びＨ２と、導電経路Ｈ１及びＨ２を覆う絶縁性の表面保護層１０７を有する。ヒータ基板１０５の裏面側には、搬送方向に直交する方向の長さが画像形成装置で利用可能な最小サイズの記録材（本実施例では封筒ＤＬ）の通紙領域に、サーミスタ等を用いた温度検知素子１１１が当接している。温度検知素子１１１の検知温度に応じて、商用電源からヒータ２００への電力供給が制御される。未定着トナー画像を担持した記録材Ｐは、記録材搬送方向を上流から下流へ搬送され、定着ニップ部Ｎで挟持搬送されつつ、加熱されてトナー画像が定着処理される。ヒータ基板１０５の裏面側には、ヒータ２００が異常昇温した時に作動してヒータ２００への給電ラインを遮断する、サーモスイッチ等でできた安全素子１１２も当接している。安全素子１１２も、温度検知素子１１１と同様に最小サイズの記録材の通紙領域に当接している。
【００１５】
［ヒータの概要について］
図１（ｂ）は、本実施例のヒータ２００の構成図であり、ヒータ基板１０５上に形成された発熱パターン、導電パターン、電極、及び、図２の制御回路２１０に接続するためのコネクタを示す。ヒータ２００は、抵抗発熱パターンで形成された第１の発熱体である導電経路Ｈ１、及び第２の発熱体である導電経路Ｈ２を有する。ヒータ２００では、電極と導電経路を接続するために抵抗値の低い導電材料で形成された導電パターン２０１を用いてある。ヒータ２００の導電経路Ｈ１は、一端を電極Ｅ１、他端を電極Ｅ２に接続され、電極Ｅ１、Ｅ２を介して制御回路２１０から電力が供給され、導電経路Ｈ２は、一端を電極Ｅ２、他端を電極Ｅ３に接続され、電極Ｅ２、Ｅ３を介して電力が供給される。また、電極Ｅ１はコネクタＣ１と、電極Ｅ２はコネクタＣ２と、電極Ｅ３はコネクタＣ３と、それぞれ接続されている。
【００１６】
［ヒータ制御回路の概要について］
図２は、本実施例のヒータ２００の制御回路２１０の回路構成図である。商用電源２１１からヒータ２００への電力制御は、トライアックＴＲ１（電力供給手段）の通電／遮断により行われる。トライアックＴＲ１は、ヒータ駆動を制御するＣＰＵ２１３からのＳＴＲ１信号に従って動作する。温度検知素子１１１によって検知されたヒータ２００の温度は、不図示のプルアップ抵抗の分圧として検知され、ＣＰＵ２１３にＴＨ信号として入力される。ＣＰＵ２１３は、温度検知素子１１１による検知温度とヒータ２００の設定温度に基づき、例えばＰＩ制御（比率積分制御）によりヒータ２００への供給電力を算出し、位相角（位相制御）、波数（波数制御）の制御レベルに変換し、トライアックＴＲ１の制御を行う。図１（ｂ）のヒータ２００は、コネクタＣ１、Ｃ２、Ｃ３を介して制御回路２１０と接続されている。安全素子１１２も、コネクタＣ５、Ｃ６を介して制御回路２１０と接続され、異常昇温時にはヒータ２００への電力供給を遮断する。
【００１７】
次に、電圧検知部２１２とリレー制御について説明する。図２において、リレーＲＬ１（第１のスイッチ手段）、ＲＬ３（第３のスイッチ手段）は、メーク接点又はブレーク接点のリレー、リレーＲＬ２（第２のスイッチ手段）は、ＭＢＭ接点（ブレーク・ビフォア・メーク接点）のリレーである。また、図２は、電源オフ時における各リレー接点の接続状態（オフ状態）を示しており、リレーＲＬ２においては、コモン接点とＲＬ２−ａ接点が接続されている状態がオフ状態であり、コモン接点とＲＬ２−ｂ接点が接続されている状態がオン状態である。電圧検知部２１２は、商用電源２１１の入力電圧範囲が、例えば１００Ｖ〜１２７Ｖの１００Ｖ系（第２の電圧）か、あるいは２００Ｖ〜２４０Ｖの２００Ｖ系（第１の電圧）かを判別し、電圧検知結果をＣＰＵ２１３にＶＯＬＴ信号として出力する。商用電源２１１の電圧範囲が２００Ｖ系の場合には、ＶＯＬＴ信号はロー（Ｌｏｗ）レベルとなる。電圧検知部２１２が商用電源２１１の電圧が２００Ｖ系であることを検知した場合には、ＣＰＵ２１３は、ＳＲＬ１信号、ＳＲＬ２信号によりリレーＲＬ１、ＲＬ２をオフ状態に保持する。そして、ＣＰＵ２１３がＳＲＬ３信号によりリレーＲＬ３をオン状態にすると、ヒータ２００に商用電源２１１を給電可能な状態となる。リレーＲＬ１，ＲＬ２がオフ状態であるため、導電経路Ｈ１と導電経路Ｈ２が直列接続され、ヒータ２００は抵抗値の高い状態となる。逆に、電圧検知部２１２が商用電源２１１の電圧が１００Ｖ系であることを検知した場合には、ＣＰＵ２１３は、ＳＲＬ１信号、ＳＲＬ２信号によりリレーＲＬ１、ＲＬ２をオン状態にする。そして、ＣＰＵ２１３がＳＲＬ３信号によりリレーＲＬ３をオン状態にすると、ヒータ２００に商用電源２１１を給電可能な状態となる。リレーＲＬ１，ＲＬ２がオン状態であるため、導電経路Ｈ１と導電経路Ｈ２が並列接続され、ヒータ２００は抵抗値の低い状態となる。
【００１８】
［ヒータ制御回路のノイズフィルタ構成について］
次に、ヒータ２００の電力制御（位相制御）により発生するノイズを低減するノイズフィルタ構成について説明する。図２において、Ｙ１、Ｙ２は商用電源２１１の電源端子ＡＣ１、ＡＣ２とグランド間に設けられたキャパシタであり、一般的にＹキャパシタ、もしくはＹコンデンサと呼ばれる。Ｘ１、Ｘ２は商用電源２１１の電源端子ＡＣ１、ＡＣ２間に設けられたキャパシタであり、一般的にＸキャパシタ、もしくはＸコンデンサと呼ばれる。キャパシタＸ１、Ｘ２は、インダクタＬ１と共に、π（パイ）型フィルタを形成する。また、図２のキャパシタＸ３は、トライアックＴＲ１の位相制御に伴い発生する雑音端子電圧のノイズを低減するために設けられている。図２の電源端子ＡＣ２とＡＣ３間にキャパシタＸ３を設けることにより、ヒータ２００において導電経路Ｈ１とＨ２を直列接続した場合に、ヒータ２００の電力制御により生じるノイズが雑音端子電圧のノイズレベルを上昇させることを抑制することができる。
【００１９】
［電圧検知部の概要について］
図３は、商用電源２１１の電圧検知手段である電圧検知部２１２の回路構成図である。電圧検知部２１２は、電源端子ＡＣ１（第１の電源端子）とＡＣ２（第２の電源端子）間に印加された電圧が１００Ｖ系か、２００Ｖ系かを判別するための回路である。図３のツェナーダイオード２３１のツェナー電圧は、商用電源２１１が２００Ｖ系の場合に電流が流れるように選択されている。商用電源２１１が２００Ｖ系の場合、電源端子ＡＣ１とＡＣ２間に印加された電圧はツェナーダイオード２３１のツェナー電圧よりも高くなり、電源端子ＡＣ１とＡＣ２間に電流が流れる。２３２は電流の逆流防止用ダイオード、２３４は電流制限抵抗、２３５はフォトカプラ２３３の保護抵抗である。フォトカプラ２３３の発光ダイオードに電流が流れると、フォトトランジスタ２３５がオンし、抵抗２３６を介して電源Ｖｃｃから電流が流れ、ＦＥＴ２３７のゲート電圧がローレベルとなる。その結果、ＦＥＴ２３７がオフ状態となるため、抵抗２３８を介して電源Ｖｃｃからキャパシタ２４０に充電電流が流れる。２３９は電流逆流防止用ダイオードであり、２４１は放電用抵抗である。電源端子ＡＣ１とＡＣ２間に印加された電圧が、ツェナーダイオード２３１のツェナー電圧よりも高くなる時間の比率が大きくなると、ＦＥＴ２３７がオフ状態である時間の比率も大きくなる。ＦＥＴ２３７のオフ時間の比率が大きくなると、キャパシタ２４０に充電電流が流れる時間が増えるため、キャパシタ２４０の充電電圧値は高くなる。その結果、キャパシタ２４０の電圧がコンパレータ２４２の比較電圧（電圧Ｖｃｃを抵抗２４３と抵抗２４４で分圧した電圧）よりも大きくなると、電源Ｖｃｃから抵抗２４５を介してコンパレータ２４２の出力部に電流が流れ、ＶＯＬＴ信号はローレベルとなる。
【００２０】
［雑音端子電圧の測定方法について］
図４（ａ）は、キャパシタＸ３による雑音端子電圧ノイズの抑制効果を説明するために、雑音端子電圧のシミュレーション測定に使用した制御回路２１０の回路図である。図４（ｂ）は、キャパシタＸ３による効果を比較するために、図４（ａ）からキャパシタＸ３を削除した回路図であり、キャパシタＸ３を削除したため、キャパシタＸ２の容量値は２倍に設定されている。また、図４（ａ）、（ｂ）において、リレーＲＬ１、ＲＬ２は、導電経路Ｈ１、Ｈ２が直列接続されるように設定されている。
【００２１】
図４（ａ）において、擬似電源回路網３０１（以下、「ＬＩＳＮ３０１」という）は、電源ライン上に誘起される雑音電圧を５０Ωの電圧値として測定するための回路網である。雑音端子電圧のノイズレベルは、商用電源側のインピーダンスの影響を大きく受け、例えば商用電源２１１のインピーダンスが大きいほど、ノイズレベルは小さくなる。そのため、雑音端子電圧の測定には、ＥＵＴ（被試験装置）である制御回路２１０から商用電源２１１側を見た場合のインピーダンスを一定に管理する必要がある。図４（ａ）では、ＥＵＴである制御回路２１０から見たインピーダンスを、５０μＨのインダクタ３１３、３２３と５Ωの抵抗３１４、３２４、そして５０Ωの測定器の入力インピーダンスである抵抗３１１、３２１で規定するために、ＬＩＳＮ３０１を設けている。なお、ＬＩＳＮ３０１において、キャパシタ３１２、３１５、３２２，３２５はＤＣ成分をカットするために設けている。そして、電源端子ＡＣ１に誘起される雑音端子電圧の測定は、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加される電圧測定により、電源端子ＡＣ２に誘起される雑音端子電圧の測定は、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加される電圧測定により行った。
【００２２】
また、浮遊容量３０３〜３０５は、制御回路２１０の基板、制御回路２１０の基板とヒータ２００を接続するケーブル、ヒータ２００の基板に分布する容量成分を、集中定数回路として扱うために示した容量成分である。浮遊容量３０３〜３０５は同じ容量のキャパシタを用いて、シミュレーションを行った。浮遊容量３０３〜３０５は、トライアックＴＲ１がスイッチングした際にコモンモードのノイズを発生させる原因となり、特に、浮遊容量３０３及び３０４がノイズの要因となる。また、浮遊容量３０３によるコモンモードノイズは、抵抗の直列接続／並列接続の切り替え機能を持つ定着装置に特有の問題である。トライアックＴＲ１がスイッチングした際には、回路のＬＣ共振によるノーマルモードのノイズと、浮遊容量の充放電によって生じるコモンモードのノイズが発生する。コモンモードのノイズ及びノーマルモードのノイズについては後述する。本実施例では、トライアックＴＲ１をスイッチングした際に、浮遊容量３０３の充放電によって生じるサージノイズを抑制するために、キャパシタＸ３を設けている。キャパシタＸ３の効果は、キャパシタＸ１〜Ｘ３、浮遊容量３０３〜３０５、キャパシタＹ１、Ｙ２のキャパシタンス、インダクタＬ１のインダクタンス、寄生容量、導電経路Ｈ１、Ｈ２の抵抗値、トライアックＴＲ１のスイッチング速度などによって異なる。雑音端子電圧の測定で設定した回路定数は、キャパシタＸ３の効果を説明するための一例である。
【００２３】
［雑音端子電圧の測定結果について］
本実施例の図５、図６は、キャパシタＸ３の効果を説明するために、図４（ａ）、（ｂ）の回路を用いた雑音端子電圧の測定結果を示したものである。図５（ａ１）〜（ａ５）は、図４（ａ）に示す制御回路２１０の端子雑音ノイズの測定結果を示したものであり、図５（ｂ１）〜（ｂ５）は、キャパシタＸ３による効果を比較するために用いた図４（ｂ）の測定結果を示したものである。
【００２４】
図５（ａ１）及び図５（ｂ１）は、商用電源２１１の一周期（２０ｍｓｅｃ）における、ヒータ２００の発熱パターンＨ１及びＨ２に印加される電圧の波形図である。それぞれの波形図は、トライアックＴＲ１によって、デューティ５０％に位相制御された状態の波形を示している。以下では、正の位相制御タイミング（５ｍｓｅｃ時点）に発生するノイズについて説明する。負の位相制御タイミング（１５ｍｓｅｃ時点）に発生するノイズについては、正の位相制御と同様の結果が得られるため、説明を省略する。なお、詳細については後述するが、サージノイズが発生する要因は浮遊容量３０４及び３０３からの充放電される電流であり、正の位相では浮遊容量からの放電によるサージ電圧が生じ、負の位相では浮遊容量への充電によるサージ電圧が生じる。充電と放電では、サージの位相が１８０°反転する。
【００２５】
図５（ａ２）は、図４（ａ）において、トライアックＴＲ１が位相制御されたタイミング（図５（ａ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）の波形を示している。図５（ａ２）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１３Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。なお、図５（ａ２）のピーク電圧１３Ｖのサージノイズ波形を拡大したものが図６（ａ１）である。図５（ａ３）は、図４（ａ）において、トライアックＴＲ１が位相制御されたタイミング（図５（ａ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）の波形を示している。図５（ａ３）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１３Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚのＬＣ共振ノイズが発生していることが分かる。なお、図５（ａ３）のピーク電圧１３Ｖのサージノイズ波形を拡大したものが図６（ａ２）である。図５（ａ２）、（ａ３）より、抵抗３２１に印加されたサージノイズ成分の位相は、抵抗３１１に印加された電圧と位相がほぼ一致しており、電源端子ＡＣ１、ＡＣ２の両方に同位相のノイズが発生しているため、コモンモードのノイズ成分であることが分かる。逆に、約３２ｋＨｚのＬＣ共振ノイズ成分の位相は、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１と抵抗３２１で、ほぼ１８０°逆転しており、ノーマルモードのノイズ成分であることが分かる。
【００２６】
図５（ｂ２）は、図４（ｂ）において、トライアックＴＲ１が位相制御されたタイミング（図５（ｂ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）の波形を示している。図５（ｂ２）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、２０Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。なお、図５（ｂ２）のピーク電圧２０Ｖのサージノイズ波形を拡大したものが図６（ｂ１）である。図５（ｂ３）は、図４（ｂ）において、トライアックＴＲ１が位相制御されたタイミング（図５（ｂ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）の波形を示している。図５（ｂ３）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、２０Ｖの急峻なサージ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。なお、図５（ｂ３）のピーク電圧２０Ｖのサージノイズ波形を拡大したものが図６（ｂ２）である。図５（ａ２）、（ａ３）、（ｂ２）、（ｂ３）より、図４のシミュレーション測定結果を比べて、図４（ｂ）では、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１、３２１に印加された雑音端子電圧の測定で検出されたコモンモードのサージノイズ成分が大きいことが分かる。
【００２７】
図５（ａ４）は、図４（ａ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。雑音端子電圧の測定では１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯域の測定を行う場合が多いため、図５、及び後述する図１１における高速フーリエ変換の図では、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯域の成分について示している。図５（ａ４）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４３．５ｄＢμＶである。図５（ａ５）は、図４（ａ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図５（ａ５）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４３．５ｄＢμＶである。
【００２８】
図５（ｂ４）は、図４（ｂ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図５（ｂ４）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４７．２ｄＢμＶである。図５（ｂ５）は、図４（ｂ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図５（ｂ５）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４７．２ｄＢμＶである。
【００２９】
図４（ａ）と図４（ｂ）の回路を用いた雑音端子電圧の測定結果を比較すると、図４（ａ）では、サージノイズのピーク電圧が１３Ｖに抑制されており、図４（ｂ）のピーク電圧２０Ｖより低くなっていることが分かる。パルス幅の短い急峻なサージノイズには高帯域の周波数成分のノイズが含まれており、サージノイズのピーク電圧が高くなると、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚのノイズ成分も高くなる。図４（ａ）において発生した約３２ｋＨｚのＬＣ共振ノイズは、雑音端子電圧の測定下限周波数（１５０ｋＨｚ）よりも周波数が低いため、雑音端子電圧のノイズ測定への影響は少ない。
【００３０】
以上説明したように、制御回路２１０にキャパシタＸ３を設けることにより、トライアックＴＲ１がオンする際に生じるサージノイズのピーク電圧を抑えることができ、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚのノイズ成分を低減させることができる。
【００３１】
［キャパシタＸ３によるノイズ低減について］
図５で説明したサージノイズが発生するメカニズムと、本実施例の制御回路２１０に用いたキャパシタＸ３のノイズ削減効果について説明する。図６（ａ１）、（ａ２）は、時間幅を短くすることにより、図５（ａ２），（ａ３）に示したピーク電圧１３Ｖを発生させたサージノイズ波形を拡大したものである。図６（ｂ１）、（ｂ２）は、時間幅を短くすることにより、図５（ｂ２），（ｂ３）に示したピーク電圧２０Ｖを発生させたサージノイズ波形を拡大したものである。次に、キャパシタＸ３を備えた図４（ａ）の制御回路２１０が、キャパシタＸ３のない図４（ｂ）と比べ、前述したサージノイズ波形を低減できる理由について説明する。
【００３２】
図６（ａ３）は図４（ａ）における、図６（ｂ３）は図４（ｂ）における、浮遊容量３０４に充電された電圧波形をそれぞれ示す。これらの電圧波形から、トライアックＴＲ１がオンしたタイミング（５ｍｓｅｃ時点）で急激な電圧降下が発生し、浮遊容量３０４に充電された電荷が放電されていることを示している。トライアックＴＲ１がオン状態になると、浮遊容量３０４に充電された電荷はトライアックＴＲ１を介してＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に流れ、正のサージノイズを発生させる。浮遊容量３０４からの放電で生じた正のサージノイズは、キャパシタＸ１を介して電源端子ＡＣ１にも同様の電圧変動を発生させるため、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１にも同様のサージノイズが発生する。
【００３３】
図６（ａ４）は図４（ａ）における、図６（ｂ４）は図４（ｂ）における、浮遊容量３０５の容量成分に充電された電圧波形をそれぞれ示す。トライアックＴＲ１がオン状態になっても、電源端子ＡＣ１の電位は変化しないため、浮遊容量３０５からの放電電流によるサージノイズは発生しない。しかし、浮遊容量３０４、及び後述する浮遊容量３０３からの放電で生じる正のサージノイズによって、キャパシタＸ２を介して、浮遊容量３０５の電圧波形にも同様のサージノイズを発生させている。
【００３４】
図６（ａ５）は図４（ａ）における、図６（ｂ５）は図４（ｂ）における、浮遊容量３０３の容量成分に充電された電圧波形をそれぞれ示す。図６（ｂ５）に示す波形から、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで急激な電圧降下が発生していることが分かり、これは浮遊容量３０３に充電された電荷が放電されていることを示している。トライアックＴＲ１がオン状態になると、浮遊容量３０３に充電された電荷は、導電経路Ｈ２を介してＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に流れ、正のサージノイズを発生させる。すなわち、前述した浮遊容量３０４と同様に、浮遊容量３０３に充電された電荷の放電も、正のサージノイズを発生させる原因となっている。一方、図６（ａ５）に示す電圧波形から、キャパシタＸ３は浮遊容量３０３に対して十分大きな容量成分を有しているため、電源端子ＡＣ２と電源端子ＡＣ３間の電圧を保持するように働くのが分かる。そのため、図６（ａ５）の電圧波形において、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで急激な電圧降下が発生しておらず、これは浮遊容量３０３に充電された電荷が急激に放電されていないことを示している。浮遊容量３０３は長い時定数に基づいて放電され、放電周期は１５０ｋＨｚよりも低い周波数となるため、雑音端子電圧への影響を低減することができる。
【００３５】
ヒータ抵抗の直列／並列接続の切り替えを行わない定着装置では、導電経路Ｈ１及びＨ２の接続点である中点と、制御回路２１０とが接続されていないため、浮遊容量３０３は殆ど無視することができる。ところが、本実施例のように、ヒータ抵抗の直列／並列接続が切り替え可能な定着装置を、リレーＲＬ１をオフ状態にすることによりヒータ抵抗を直列接続して用いた場合には、浮遊容量３０３に起因するサージノイズが雑音端子電圧を上昇させる要因になる。逆に、ヒータ抵抗を並列接続することにより抵抗値が低くなるリレーＲＬ１のオン状態では、浮遊容量３０３と浮遊容量３０５が並列に接続された状態となるため、サージノイズが雑音端子電圧を上昇させる要因とはならない。
【００３６】
［リレーの制御シーケンスについて］
図７を用いて、キャパシタＸ２、Ｘ３への突入電流が、リレーＲＬ３、ＲＬ１の接点にダメージを与えないように、制御回路２１０をヒータ２００に電力供給が可能な状態に立ち上げる方法について説明する。図７（ａ）は、制御回路２１０において、電源オフ時のリレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３の接続状態を示しており、リレーＲＬ１、ＲＬ２はオフ状態であり、ヒータ２００の導電経路Ｈ１、Ｈ２が直列接続された状態となっている。図７（ｂ）は、リレーＲＬ１、ＲＬ２はオン状態であり、ヒータ２００の導電経路Ｈ１、Ｈ２は並列接続された状態となっている。なお、ＣＰＵ２１３がリレーＲＬ１、ＲＬ２をオン状態に変化させる時は、リレーＲＬ３はオフ状態で維持されているため、キャパシタＸ３への突入電流は生じない。図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態でリレーＲＬ３をオンし、ヒータ２００に商用電源２１１から電力を供給可能にした状態を示している。商用電源２１１及びキャパシタＸ１からキャパシタＸ２、Ｘ３への突入電流は、リレーＲＬ３、ＲＬ１の電気接点にダメージを与える要因になるが、この突入電流はインダクタＬ１によって抑制することができる。図７（ｃ）の状態において制御回路２１０の構成では、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、キャパシタＸ３から放電される電流は、導電経路Ｈ２を介してトライアックＴＲ１に流れるため、トライアックに過大な瞬時電流が流れることを防止できる。キャパシタＸ３に充放電される電流によって、トライアックＴＲ１にダメージを与えることを防止するために、制御回路２１０では、商用電源のＡＣ１とリレーＲＬ１が接続されており、商用電源のＡＣ２とトライアックＴＲ１が接続されている。
【００３７】
図８は、本実施例のリレーの制御シーケンスの手順を示すフローチャートである。本手順は、不図示のＲＯＭに格納されたプログラムに基づいてＣＰＵ２１３により実行される。なお、図８のシーケンス手順のスタート時点において、制御回路２１０はスタンバイ状態であり、リレーＲＬ１〜ＲＬ３はオフ状態である。
【００３８】
ＣＰＵ２１３は、電圧検知部２１２の出力であるＶＯＬＴ信号に基づき、商用電源２１１の電源電圧の範囲を判別する（ステップ７０１（以下、Ｓ７０１のように記す））。ＣＰＵ２１３は、電圧検知部２０２のＶＯＬＴ信号がローではない、すなわち電源電圧が１００Ｖ系（例えば１００Ｖ〜１２７Ｖ）であると判断した場合はＳ７０２に進む（Ｓ７０１）。逆に、ＣＰＵ２１３は、電圧検知部２０２のＶＯＬＴ信号がローである、すなわち電源電圧が２００Ｖ系（例えば２００Ｖ〜２４０Ｖ）であると判断した場合はＳ７０３に進む（Ｓ７０１）。Ｓ７０２では、ＣＰＵ２１３は、電源電圧が１００Ｖ系なので、ＳＲＬ１信号、ＳＲＬ２信号により、リレーＲＬ１、ＲＬ２をオン状態にし、Ｓ７０４に進む。Ｓ７０３では、ＣＰＵ２１３は、電源電圧が２００Ｖ系なので、ＳＲＬ１信号、ＳＲＬ２信号により、リレーＲＬ１、ＲＬ２をオフ状態にし、Ｓ７０４に進む。Ｓ７０４では、ＣＰＵ２１３は、プリント制御開始の判断がされるまで、Ｓ７０１〜Ｓ７０３の処理を繰り返す。プリント制御が開始されると、ＣＰＵ２１３は、ＳＲＬ３信号によりリレーＲＬ３をオン状態にし、ヒータ２００に電力供給が可能な状態にする（Ｓ７０５）。Ｓ７０６では、ＣＰＵ２１３は、温度検知素子１１１が出力した、ヒータ２００の検知温度を示すＴＨ信号に基づき、ＰＩ制御を用いてトライアックＴＲ１を制御することにより、ヒータ２００に供給する電力制御（位相制御、又は波数制御）を行う。ＣＰＵ２１３は、プリント終了と判断するまで、Ｓ７０６の処理を繰り返し、プリント終了と判断すると制御を終了する。
【００３９】
本実施例で説明したキャパシタＸ３の効果は、制御回路２１０のノイズフィルタ構成（キャパシタＸ１、Ｘ２、インダクタＬ１、キャパシタＹ１、Ｙ２）に限定されるものではない。例えば、インダクタＬ１を電源端子ＡＣ２とトライアックＴＲ１間に設置してパイ型フィルタを構成した場合でも、前述の高周波のサージノイズはキャパシタＸ２を介してＬＩＳＮ３０１に同様のノイズを発生させるため、ほぼ同様の測定結果となる。
【００４０】
以上説明したように、本実施例によれば、キャパシタＸ３を制御回路２１０に設けることにより、抵抗を切り替え可能な像加熱装置において、ヒータ２００の電力制御による雑音端子電圧のノイズレベルの上昇を抑制することができる。本実施例では、キャパシタＸ３を用いることによって、ノイズを低減させている。商用電源のライン間に用いられるＸキャパシタは、前述したインダクタと比べて小型で安価なことが多い。また、インダクタや、コモンモードチョークコイルと、本提案のキャパシタＸ３を併用しても良い。
【実施例２】
【００４１】
実施例１では、リレーＲＬ１は、メーク接点、又はブレーク接点を有するリレーを用いたのに対して、本実施例では、ＭＢＭ接点を有するリレーを用いている点が実施例１と異なる。また、本実施例においては、実施例１と同様の構成については、説明を省略する。
【００４２】
［ヒータ、ヒータ制御回路の概要］
図９は、本実施例に用いるヒータ８００の構成図（図９（ａ））、及びヒータ８００の制御回路８１０の回路構成図（図９（ｂ））である。図９（ａ）は、ヒータ８００の基板上に形成された発熱パターン、導電パターン、及び電極を示している。ヒータ８００は抵抗発熱パターンで形成された導電経路Ｈ１、Ｈ２を有している。またヒータ８００では、電極と導電経路を接続するために抵抗値の低い導電材料で形成された導電パターン８０１を用いてある。ヒータ８００の第１の導電経路Ｈ１には、電極Ｅ１、Ｅ２を介して電力が供給され、第２の導電経路Ｈ２は、電極Ｅ３、Ｅ４を介して電力が供給される。電極Ｅ１はコネクタＣ１と、電極Ｅ２はコネクタＣ２と、電極Ｅ３はコネクタＣ３と、電極Ｅ４はコネクタＣ４と、それぞれ接続されている。
【００４３】
図９（ｂ）は、本実施例のヒータ８００の制御回路８１０を示している。図９（ｂ）に示すリレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３は、電源オフ状態における接点の接続状態を示している。リレーＲＬ１、ＲＬ２は、ＭＢＭ接点のリレー、リレーＲＬ３は、メーク接点又はブレーク接点のリレーを用いている。図９（ｂ）において、リレーＲＬ１は、コモン接点とＲＬ１−ａ接点が接続されている状態がオフ状態であり、コモン接点とＲＬ１−ｂ接点が接続されている状態がオン状態である。同様に、リレーＲＬ２においては、コモン接点とＲＬ２−ａ接点が接続されている状態がオフ状態であり、コモン接点とＲＬ２−ｂ接点が接続されている状態がオン状態である。電圧検知部２１２が商用電源２１１の電圧範囲が２００Ｖ系であることを検知した場合、ＣＰＵ８１３は、ＳＲＬ１信号（又はＳＲＬ２信号）により、リレーＲＬ１及びＲＬ２をオフ状態にする。リレーＲＬ２は、リレーＲＬ１と連動することを特徴としており、ＣＰＵ８１３のＳＲＬ１信号がローレベルになると、リレーＲＬ１とリレーＲＬ２はオフ状態になる。そして、ＣＰＵ８１３は、ＳＲＬ３信号によりリレーＲＬ３をオン状態にすることにより、ヒータ８００に商用電源２１１を給電可能な状態となる。また、リレーＲＬ１、ＲＬ２はオフ状態であるため、第１の導電経路Ｈ１と、第２の導電経路Ｈ２が直列接続され、ヒータ８００は抵抗値の高い状態になる。逆に、電圧検知部２１２が１００Ｖ系を検知した場合、ＣＰＵ８１３は、ＳＲＬ１信号をハイレベルにして、リレーＲＬ１とリレーＲＬ２をオン状態にする。そして、ＣＰＵ８１３は、ＳＲＬ３信号によりリレーＲＬ３をオン状態にすることにより、ヒータ８００に商用電源２１１を給電可能となる。また、ＲＬ１、ＲＬ２はオン状態であるため、第１の導電経路Ｈ１と第２の導電経路Ｈ２が並列接続されるため、ヒータ８００は抵抗値の低い状態になる。
【００４４】
以上説明したように、本実施例では、リレーＲＬ１にＭＢＭ接点のリレーを使用しているが、電源端子ＡＣ２、ＡＣ３間にキャパシタＸ３を備えることで、ヒータの電力制御のサージノイズによる雑音端子電圧のノイズレベルの上昇を抑制できる。
【実施例３】
【００４５】
本実施例の制御回路８１０は、実施例１の制御回路２１０のノイズフィルタ構成（キャパシタＸ１、Ｘ２、インダクタＬ１、キャパシタＹ１、Ｙ２）にインダクタＬ２を追加した回路構成である点が、実施例１と相違する点である。本実施例においては、実施例１と同様の構成については説明を省略する。
【００４６】
［雑音端子電圧の測定回路について］
図１０は、本実施例の制御回路８１０に設けたキャパシタＸ３が雑音端子電圧ノイズを抑制する効果を説明するため、雑音端子電圧のシミュレーション測定に使用した回路図である。キャパシタＸ３を有する回路図が図１０（ａ）、キャパシタＸ３がない回路図が図１０（ｂ）である。なお、浮遊容量３０３〜３０５は同じキャパシタンスとし、インダクタＬ１及びＬ２の寄生容量３０６及び３０７は、浮遊容量３０３〜３０５の２０倍のキャパシタンスを持つものとする。
【００４７】
［雑音端子電圧の測定結果について］
図１１（ａ１）〜（ａ５）は、図１０（ａ）に示す制御回路８１０の端子雑音ノイズの測定結果を示したものであり、図１１（ｂ１）〜（ｂ５）は、図１０（ｂ）の測定結果を示したものである。
【００４８】
図１１（ａ１）、（ｂ１）は、図１０（ａ）、（ｂ）の回路において、商用電源２１１の一周期（２０ｍｓｅｃ）におけるヒータ８００の発熱パターンＨ１及びＨ２に印加される電圧の波形図である。それぞれの波形図は、トライアックＴＲ１によって、デューティ５０％に位相制御された状態の波形を示している。以下では、正の位相制御タイミング（５ｍｓｅｃ時点）に発生するノイズについて説明する。負の位相制御タイミング（１５ｍｓｅｃ時点）に発生するノイズについては、位相は１８０°逆転するが、正の位相制御と同様の結果が得られるため、説明は省略する。
【００４９】
図１１（ａ２）は、図１０（ａ）において、トライアックＴＲ１が位相制御したタイミング（図１１（ａ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）の波形を示している。図１１（ａ２）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１２．４Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。図１１（ａ３）は、図１０（ａ）において、トライアックＴＲ１が位相制御したタイミング（図１１（ａ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出するノイズ成分）の波形を示している。図１１（ａ３）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１２．４Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚのＬＣ共振ノイズが発生していることが分かる。
【００５０】
図１１（ｂ２）は、図１０（ｂ）において、トライアックＴＲ１が位相制御したタイミング（図１１（ｂ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出するノイズ成分）の波形を示している。図１１（ｂ２）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１８．３Ｖの急峻なサージノイズ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。図１１（ｂ３）は、図１０（ｂ）において、トライアックＴＲ１が位相制御したタイミング（図１１（ｂ１）の５ｍｓｅｃ時点）で、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出するノイズ成分）の波形を示している。図１１（ｂ３）より、トライアックＴＲ１がオンしたタイミングで、１８．３Ｖの急峻なサージ電圧が発生したのち、約３２ｋＨｚの共振ノイズが発生していることが分かる。
【００５１】
図１１（ａ２）、（ａ３）、（ｂ２）、（ｂ３）より、図１０のシミュレーション測定結果を比べて、図１０（ｂ）では、ＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１、３２１に印加された雑音端子電圧測定で検出されたコモンモードのサージノイズ成分が大きいことが分かる。本実施例の制御回路８１０では、実施例１の制御回路２１０にインダクタＬ２を追加したため、実施例１に比べ、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）のサージノイズ成分は低減しており、更にキャパシタＸ３を用いることで、急峻なノイズ成分を低減できることが分かる。
【００５２】
図１１（ａ４）は、図１０（ａ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図１１（ａ４）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４２．９ｄＢμＶである。図１１（ａ５）は、図１０（ａ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図１１（ａ５）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４２．９ｄＢμＶである。
【００５３】
図１１（ｂ４）は、図１０（ｂ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３１１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図１１（ｂ４）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４６．７ｄＢμＶである。図１１（ｂ５）は、図１０（ｂ）のＬＩＳＮ３０１の抵抗３２１に印加された電圧（雑音端子電圧測定で検出されたノイズ成分）を高速フーリエ変換した結果を示したものである。図１１（ｂ５）より、１５０ｋＨｚ付近の低周波領域のノイズ成分が最も大きく、約４６．７ｄＢμＶである。
【００５４】
図１０（ａ）と図１０（ｂ）の回路を用いた雑音端子電圧の測定結果を比較すると、図１０（ａ）のサージノイズのピーク電圧は１２．４Ｖに抑制されており、図１０（ｂ）のサージノイズのピーク電圧１８．３Ｖより低くなっていることが分かる。パルス幅の短い急峻なサージノイズは高帯域の周波数成分のノイズを含んでおり、サージノイズのピーク電圧が高くなると、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚのノイズ成分は高くなる。本実施例の制御回路８１０において、約３２ｋＨｚのＬＣ共振ノイズは雑音端子電圧の測定下限周波数（１５０ｋＨｚ）よりも周波数が低いため、雑音端子電圧のノイズ測定への影響は少ない。
【００５５】
以上説明したように、キャパシタＸ３を設けた回路では、キャパシタＸ３のない回路と比べ、トライアックＴＲ１がオンする際に生じるサージノイズの電圧ピークを抑えることができるため、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚのノイズ成分を低減することができる。
【００５６】
ところで、インダクタＬ１及びＬ２が、寄生容量成分３０６及び３０７のない理想的なコイルであった場合、図１０（ｂ）に示したキャパシタＸ３を用いない構成であっても、図１１で説明したサージノイズは殆ど生じなくなる。しかし、実際のコイルでは、浮遊容量に比べて、大きな寄生容量成分を持っている場合が多い。インダクタＬ１及びＬ２の寄生容量のキャパシタンスが、基板の浮遊容量のキャパシタンスより大きいほど、インダクタＬ１及びＬ２によって、図１１で説明したサージノイズを低減する効果は得られなくなる。２つのインダクタＬ１及びＬ２を用いた制御回路８１０の構成においても、キャパシタＸ３を用いることで、ヒータの電力制御による雑音端子電圧のノイズレベル上昇を抑制することができる。
【００５７】
また、ノイズ低減方法としては、本実施例で説明したインダクタＬ２の他に、コモンモードチョークコイルを設ける方法等がある。しかし、一般的に画像形成装置に用いる像加熱装置には大電流が流れるため、インダクタによる発熱が問題になることが多い。インダクタンス成分が大きく、大電流を流すことができるコイルは、高価で部品サイズが大きくなることが多い。そのため、インダクタを多く用いることは、装置の大型化やコスト増加の要因になる。また、コイルなどのインダクタは、寄生容量成分を持つ場合が多い。本実施例で説明したように、コイルの寄生容量成分のキャパシタンスが、ノイズの要因となる浮遊容量に比べて大きい場合は、図６で説明した高周波のサージノイズを低減する効果は殆ど得られなくなる。
【符号の説明】
【００５８】
ＲＬ１ リレー（第１のスイッチ手段）
ＲＬ２ リレー（第２のスイッチ手段）
ＲＬ３ リレー（第３のスイッチ手段）
２００ ヒータ
Ｈ１ 第１の導電経路
Ｈ２ 第２の導電経路
Ｘ３ キャパシタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発熱体と第２の発熱体とを有する発熱手段と、第１の電圧、又は前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が商用電源から供給される第１の電源端子及び第２の電源端子と、前記第２の電源端子から前記発熱手段へ電力供給する経路に設けられ、前記発熱手段に前記商用電源からの電力を供給する電力供給手段と、を備え、記録材上に形成されたトナー画像を加熱する像加熱装置であって、
前記第１の発熱体の一端は、前記第２の発熱体の一端と接続され、前記第１の発熱体と第２の発熱体との接続点は、第１のスイッチ手段をオンすることにより、前記第１の電源端子と接続され、
前記第１の発熱体の他端は、第２のスイッチ手段を介して、前記第１の電源端子又は前記電力供給手段と接続され、前記第２の発熱体の他端は、前記電力供給手段と接続され、
一端が前記第１の発熱体と前記第２の発熱体との前記接続点に接続され、他端が前記第２の電源端子に接続されたキャパシタを備えたことを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記商用電源から供給される電圧を検知する電圧検知手段と、前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段の接続状態を制御する制御手段とを更に有し、
前記電圧検知手段が前記商用電源から供給される前記第１の電圧を検知した場合には、前記制御手段は、前記第１のスイッチ手段をオフし、前記第２のスイッチ手段を前記第１の電源端子に接続することにより、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体を直列に接続し、
前記電圧検知手段が前記商用電源から供給される前記第２の電圧を検知した場合には、前記制御手段は、前記第１のスイッチ手段をオンし、前記第２のスイッチ手段を前記電力供給手段に接続することにより、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体を並列に接続することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記第１のスイッチ手段はメーク接点又はブレーク接点を有したリレーであり、前記第２のスイッチ手段はブレーク・ビフォア・メーク接点を有したリレーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
【請求項４】
第１の発熱体と第２の発熱体とを有する発熱手段と、第１の電圧、又は前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が商用電源から供給される第１の電源端子及び第２の電源端子と、前記第２の電源端子から前記発熱手段へ電力供給する経路に設けられ、前記発熱手段に前記商用電源からの電力を供給する電力供給手段と、を備え、記録材上に形成されたトナー画像を加熱する像加熱装置であって、
前記第１の発熱体の一端は、前記第１の電源端子と接続され、前記第２の発熱体の一端は、前記電力供給手段と接続され、
前記第１の発熱体の他端は、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段を介して、前記第２の発熱体の他端、又は前記電力供給手段と接続され、前記第２の発熱体の他端は、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段を介して、前記第１の発熱体の他端、又は第１の電源端子と接続され、
一端が前記第２の発熱体の他端に接続され、他端が前記第２の電源端子に接続されたキャパシタを備えたことを特徴とする像加熱装置。
【請求項５】
前記商用電源から供給される電圧を検知する電圧検知手段と、前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段の接続状態を制御する制御手段とを更に有し、
前記電圧検知手段が前記商用電源から供給される前記第１の電圧を検知した場合には、前記制御手段は、前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段を制御して前記第１の発熱体の他端と前記第２の発熱体の他端を接続することにより、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体を直列に接続し、
前記電圧検知手段が前記商用電源から供給される前記第２の電圧を検知した場合には、前記制御手段は、前記第１のスイッチ手段を制御して前記第２の発熱体の他端を前記第１の電源端子に接続し、前記第２のスイッチ手段を制御して前記第１の発熱体の他端を前記電力供給手段に接続することにより、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体を並列に接続することを特徴とする請求項４に記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段は、ブレーク・ビフォア・メーク接点を有したリレーであることを特徴とする請求項４又は５に記載の像加熱装置。
【請求項７】
前記第１の電源端子から前記発熱手段に電力を供給する経路に設けられ、オフ状態では前記発熱手段への電力供給を遮断する第３のスイッチ手段を更に有し、
前記第１のスイッチ手段、及び前記第２のスイッチ手段による接続は、前記第３のスイッチ手段をオフ状態にして行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項８】
エンドレスベルトと、前記発熱手段である前記エンドレスベルトの内面に接触したヒータと、前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共にニップ部を形成するニップ部形成部材とを有し、
前記ニップ部で、前記トナー画像を担持する前記記録材を挟持搬送しつつ加熱することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項１】
第１の発熱体と第２の発熱体とを有する発熱手段と、第１の電圧、又は前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が商用電源から供給される第１の電源端子及び第２の電源端子と、前記第２の電源端子から前記発熱手段へ電力供給する経路に設けられ、前記発熱手段に前記商用電源からの電力を供給する電力供給手段と、を備え、記録材上に形成されたトナー画像を加熱する像加熱装置であって、
前記第１の発熱体の一端は、前記第２の発熱体の一端と接続され、前記第１の発熱体と第２の発熱体との接続点は、第１のスイッチ手段をオンすることにより、前記第１の電源端子と接続され、
前記第１の発熱体の他端は、第２のスイッチ手段を介して、前記第１の電源端子又は前記電力供給手段と接続され、前記第２の発熱体の他端は、前記電力供給手段と接続され、
一端が前記第１の発熱体と前記第２の発熱体との前記接続点に接続され、他端が前記第２の電源端子に接続されたキャパシタを備えたことを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記商用電源から供給される電圧を検知する電圧検知手段と、前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段の接続状態を制御する制御手段とを更に有し、
前記電圧検知手段が前記商用電源から供給される前記第１の電圧を検知した場合には、前記制御手段は、前記第１のスイッチ手段をオフし、前記第２のスイッチ手段を前記第１の電源端子に接続することにより、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体を直列に接続し、
前記電圧検知手段が前記商用電源から供給される前記第２の電圧を検知した場合には、前記制御手段は、前記第１のスイッチ手段をオンし、前記第２のスイッチ手段を前記電力供給手段に接続することにより、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体を並列に接続することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記第１のスイッチ手段はメーク接点又はブレーク接点を有したリレーであり、前記第２のスイッチ手段はブレーク・ビフォア・メーク接点を有したリレーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
【請求項４】
第１の発熱体と第２の発熱体とを有する発熱手段と、第１の電圧、又は前記第１の電圧よりも低い第２の電圧が商用電源から供給される第１の電源端子及び第２の電源端子と、前記第２の電源端子から前記発熱手段へ電力供給する経路に設けられ、前記発熱手段に前記商用電源からの電力を供給する電力供給手段と、を備え、記録材上に形成されたトナー画像を加熱する像加熱装置であって、
前記第１の発熱体の一端は、前記第１の電源端子と接続され、前記第２の発熱体の一端は、前記電力供給手段と接続され、
前記第１の発熱体の他端は、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段を介して、前記第２の発熱体の他端、又は前記電力供給手段と接続され、前記第２の発熱体の他端は、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段を介して、前記第１の発熱体の他端、又は第１の電源端子と接続され、
一端が前記第２の発熱体の他端に接続され、他端が前記第２の電源端子に接続されたキャパシタを備えたことを特徴とする像加熱装置。
【請求項５】
前記商用電源から供給される電圧を検知する電圧検知手段と、前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段の接続状態を制御する制御手段とを更に有し、
前記電圧検知手段が前記商用電源から供給される前記第１の電圧を検知した場合には、前記制御手段は、前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段を制御して前記第１の発熱体の他端と前記第２の発熱体の他端を接続することにより、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体を直列に接続し、
前記電圧検知手段が前記商用電源から供給される前記第２の電圧を検知した場合には、前記制御手段は、前記第１のスイッチ手段を制御して前記第２の発熱体の他端を前記第１の電源端子に接続し、前記第２のスイッチ手段を制御して前記第１の発熱体の他端を前記電力供給手段に接続することにより、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体を並列に接続することを特徴とする請求項４に記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段は、ブレーク・ビフォア・メーク接点を有したリレーであることを特徴とする請求項４又は５に記載の像加熱装置。
【請求項７】
前記第１の電源端子から前記発熱手段に電力を供給する経路に設けられ、オフ状態では前記発熱手段への電力供給を遮断する第３のスイッチ手段を更に有し、
前記第１のスイッチ手段、及び前記第２のスイッチ手段による接続は、前記第３のスイッチ手段をオフ状態にして行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項８】
エンドレスベルトと、前記発熱手段である前記エンドレスベルトの内面に接触したヒータと、前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共にニップ部を形成するニップ部形成部材とを有し、
前記ニップ部で、前記トナー画像を担持する前記記録材を挟持搬送しつつ加熱することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１３９９９（Ｐ２０１２−１３９９９Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５１１４８（Ｐ２０１０−１５１１４８）
【出願日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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