CN1249535C

CN1249535C - 加热装置和图象形成装置

Info

Publication number: CN1249535C
Application number: CN02151846.7A
Authority: CN
Inventors: 大弓正志
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2022-10-15
Also published as: US20030075539A1; US20050145619A1; JP3902935B2; US7026586B2; JP2003123959A; CN1434355A; US6878908B2; EP1302818B1; EP1302818A1

Abstract

在包括加热体、配置在加热体附近的激磁线圈、把用高频调制输入的交流电功率的高频电功率施加在上述激磁线圈上的电源部并利用已施加在上述高频电功率的上述激磁线圈的上述激磁线圈上使上述加热体感应加热的加热装置中，上述加热体具有使其固有振荡频率与上述交流电功率的频率的整数倍不一致的构成。

Description

加热装置和图象形成装置

技术领域

本发明涉及利用感应加热作为发热源的加热装置和利用该加热装置使得加热熔融体显影剂等作为显影材料形成在记录纸上的显影剂图象加热定着在该记录纸上的图象形成装置。

背景技术

电子照相装置等的图象形成装置包括利用显影剂(碳粉)在记录纸上形成碳粉图影的成象装置(未示出)，通过纸传送装置把已形成该显影剂图象的记录纸沿图中箭头方向运送到图10所示的定影器801中，使显影图象811加热定着在记录纸810上。

在定影器801上，在与加热滚筒803对置压接的加热滚筒802中配置卤素加热器804作为加热源，加压滚筒803和加热滚筒802被图中未示出的驱动源向箭头方向转动。另外，为了使加热滚表面调整到规定的温度，而随着温度传感器805检测的温度通常采用控制卤素加热器804接通·截止的温度调整方法。

图11是概略表示卤素加热器804的接通·截止控制电路图，802是加热滚筒，804是卤素加热器，905是作为温度传感器即热敏电阻，901是程序控制器，902是SSR(固态集电器)，903是交流电源，904是比较器，906是基准电阻。热敏电阻805的温度越高，其电阻值变得越小。因此被与基准电阻分压的热敏电阻/GND(接地)间的电压(热敏电阻检测电压)随温度的升高而变小。通过设定在温控目标温度上的基准电压Vr与热敏电阻检测电压的的比较，热敏电阻检测电压比基准电压大的时间接通信号从比较器904供给SSR902。

因此，SSR902在比较器904的接通信号即已输入的控制信号为高电平时变为接通，低电平时变为截止。接通状态的SSR902使根据被交流电源903施加的交流电压的交流电流入卤素加热器804，借此使加热滚筒802的温度上升。滚筒表面温度达到温度调控目标温度后，热敏电阻检测电压，比基准电压小时，比较器904的输出使SSR902接通，通过这样的接通·截止控制，可以使加热滚筒表面温度能保持在温控目标温度上。

另外，也可以在程序控制器上具有A/D(模拟·数字)变换器，将热敏电阻检测电压数字化后利用软件进行与基准值的比较，进行接通·截止控制。

另外，作为加热滚筒802的装置也有人建议，利用感应加热方式的加热装置，即使配置在加热滚筒802附近的激磁线圈(未示出)流过高频电流，使产生的高频磁场作用在加热滚筒表层上，借此使加热滚筒的表面的导电层产生涡流，利用该涡流引起的焦尔热加热该滚筒802。

在用该感应加热方式的加热装置中，可以加热加热滚筒本身，因为还能可变控制用于加热的电功率，所以可非常迅速地加热到温控温度。

在通过过去的卤素加热器截止·接通控制加热滚筒温度的方式中，能投入用于加热加热滚筒的电功率的是卤素加热器，该电功率为使装置的最大电功率能容纳在既定值内而设定。因此，加热滚筒比可加热温度低得足够多，即使电源投入后温度立即上升(WarmUp)时，因为可投入的电功率也只能够卤素加热器的消耗的电功率使用，所以对卤素加热器中，存在一到加热到能定着的温度的时间需要很长这样的问题。

另外，在能可变控制用于加热投入电功率的感应加热方式中，从商用电源输入的电功率以规定的高频通过开关施加在激磁线圈上，利用该高频电功率感应的电流就流入加热滚筒自身中。

在图12中示出了该感应加热方式的示意图，施加的激磁线圈上的高频电流IP变成与高频开关频率对应的电流，在激磁线圈中流过的平均电流Iav基本上随着商用电源的变化，在激磁线圈中流过与商用电源频率两倍的频率相对的电流。在此，商用电源频率fp在图中是用商用电源周期的倒数表示的值，因此在加热滚筒与激磁线圈间作用有与商用电源频率fp的2倍的频率对应的力。在此，商用电源频率fp一般为50Hz或60Hz，所以其两倍频率是100Hz或120Hz。该力的作用使能相对固定在加热装置上的激磁线圈自由转动地安装在加热装置上的加热滚筒吸引·排斥。特别是当作用力的频率(或其整数倍)与加热滚筒的固有频率fn一致时，加热滚筒本身就会共振起来，因此作为装置存在发生非常大的振动和噪音的问题。

发明内容

本发明的目的是防止因输入的交流电源的电源频率产生的力而引起加热体振动，从而防止振动和噪音。

为了达到上述目的，本发明提供一种加热装置，包括：线圈；加热体，用于利用所述线圈的磁通产生热，加热记录材料上的图像；电压源部分，用于对商用电压源提供的交流电功率进行“开”和“关”调制成20kHz～100kHz的高频电功率，并将该高频电功率施加给所述线圈；其中，所述加热体被构造成其固有振荡频率不等于所述交流电功率频率的整数倍。

附图说明

图1是表示加热滚筒的构造图。

图2是表示图象形成装置的概要的图。

图3是感应加热源的方框图。

图4是表示图象形成装置的图象处理部的流程的方框图。

图5是本发明的磁回路的说明图。

图6是本发明的加热定着装置的构成图。

图7是本发明的加热定着控制部的说明图。

图8是本发明的脉冲发生部的定时图。

图9是表示两重构的加热滚筒的构造的图。

图10是现有技术的加热定着装置的构成图。

图11是现有技术的加热定着装置的电路方框图。

图12是表示商用电源电压，线圈电流和施在滚筒上的力的概念图。

图13是控制系统的方框图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施方式。

(实施例1)

图2是概略表示适用把本发明的加热装置作为热源的加热定着装置的彩色图象形成装置的图，201是图象扫描部，是通过读取原稿适行数字信号处理的部分。而200是打印部，是把通过图象扫描器201读取的原稿图象和与通过未图示的计算机等外部装置传送的图象数据对应的图象用全色打印输出在记录纸上的部分。

在图象扫描部201中，202是原稿压板，使原稿台玻璃板203上的原稿压在该原稿台玻璃板上。原稿台玻璃板203上的原稿204被卤素灯205的光照射。将来自原稿的反射光引导到平面镜206、207上，通过透镜208成象在行传感器(以称CCD)210～1～210～3上。在透镜208上设置远红外截止滤波器231。

CCD210～1～210～3分解采自原稿的信息，然后读取全色信息红(R)、绿(G)、青(B)成分，传送给信号处理部209。另外，卤灯205、平面镜206通过以速度V，平面镜207以速度1/2V分别在与CCD传感器210～1～210～3的电扫描方向(以下称主扫描方向)、垂直方向(以下称副扫描方向)上通过机械作用进行全面扫描原稿。

211是标准白色板，由CCD传感器210～1～210～3读取产生数据的补正数据，该标准白色板211相对从可见光到红外光显示出几乎均匀的反射特性，在可视上具有白色。用该标准白色板211，对CCD传感器210～1～210～3的可视传感器的输出数据进行补正(遮蔽)。另外230是光传感器，与平面板229一起生成图象前端信号VTOP。

已变成电信号的图象信号经图象处理部209进行按图4所示那样的流程进行如下处理。来自CCD传感器210～1～210～3的信号在A/D和S/11部410中变换为数字数据的、浓谈补正部411和输入遮蔽部412补正图象数据。在改变倍数动作时，通过变倍处理部413进行变倍。

接着通过LOG变换部414将RGB的数据变换成品红(M)、青绿色(C)、黄色(Y)的数据后输入给进行图象数据的压缩、存储、扩展部415。已存储的图象数据与后述的打印的各色同步地被读出，通过遮蔽·UCR部146遮蔽处理后，通过γ校正部417和边缘加强部418生成M、C、Y黑(K)的输出图象数据，输送给打印部200。在此就图象扫描部201中的一次原稿扫描，将M、C、Y、K中的一个成分输送给打印部200，通过共计四次原稿扫描完成一次打印输出。

接着说明打印部200。通过扫描器201和未示出的计算机等外部装置发送的图象信号发送给图象写入定时控制电路101。图象写入定时控制电路101响应品红(M)、青绿色(C)、黄色(Y)、黑(K)的图象信号，调制驱动半导体激光器102。激光被通过封闭折线电动机106转动的多边形平面镜103反射，通过f-θ透镜104进行fθ校正，被折回平面镜216反射后在感光鼓105扫描。

因为感光鼓105预先通过一次带电器242进行充同样的电荷，所以通过激光在感光鼓105上形成静电潜象，另外，在感光体105的周围设置品红(M)219、青绿(C)220、黄(Y)221、黑(K)222的显影器，在感光鼓105转动期间四个显影器交替与感光鼓接触，被对应形成在感光鼓105上形成的M、C、Y、K的显影剂显影。

另外，被记录纸部224、225供纸运送的记录纸按照与感光鼓侧的图象形成同步的定时通过连接在未示出的吸着高压发生部上的吸着充电板245被静电吸着在已进行充电的转印鼓108上。

于是在转印位置246上，通过连接在未示出的转印高压发生部上的转印是带电板240，为了边推到感光鼓105侧边转印显影剂而通过充电进行转印图象。在使该图象形成转印的动作重复4次的过程中，从转印鼓108分离的记录纸通过作为定着装置的定着器226将显影剂加热定着在记录纸上，变成打印输出。在此，清洁器241将没有转印上的残留显影剂和虽然形成在感光鼓105上但没有进行转印的各种控制用的特定补料的显影剂从该感光鼓上清除掉。

图7是概要表示本发明的加热装置的图。701是加热滚筒，702是激磁线圈，706是热敏电阻，707是A/D变换器，708是CPU，710是向激磁线圈702供给高频电功率的感应加热源，713是定着器，715是基准电阻，716是脉冲生成部，721是交流电源。

CPU708和A/D变换器707，脉冲生成部716与总线相连，响应存储在连接在该总线上的未示出的ROM中的程序进行顺序控制。激磁线圈702是通过施加高频电流使高频电磁场产生的感应加热线圈，通过与如图6所示那样配置的断面形状工字型的铁芯(以下称工铁心)703磁耦合构成使产生的高频磁场与加热滚701耦合的磁路。

图6是从横向看适用本实施例的加热装置713的加热定着装置的图。作为加热体的加热滚筒701是例如铁制的中空的管状滚筒，为了能被未示出的驱动装置可转动地驱动而被可转动地安装在定着器架上，并且在滚筒内壁上为了变更固有振动频率fn，而配置作为加强构件的肋部101a～101d。在图示的例中，肋构件101a～101d在内部上安装四个，该肋构件101a～101d由对磁路不产生影响的非磁性构件构成。

由支持部件704将由激磁线圈702和工字形铁芯703构成的磁回路支持并配置在加热滚筒内部。由激磁线圈702产生的磁场有效地作用在加热滚筒的表面上，在此支持部件704是由耐热树脂等的非磁铁材料形成，通过两端部固定在加热装置的架上。

激磁线圈702和工字形铁芯703朝加热滚筒701的纵向延伸，以包围工字形铁芯703的方式配置线圈702。在此，在图6中在表示激磁线圈702的卷线的O中，附带“·”的卷线及附加“X”的卷线分别流过同向的电流。工字形铁芯703由具有高导磁率的铁淦氧构成。502是加压滚筒，对加热滚筒701加压。使装载有显影剂图象811的记录纸810通过未示出的驱动源向箭头方向转动的加压滚筒502与加热滚筒701之间，借此将显影剂象加热定着在该记录纸上。

图1(a)中示出了在内壁上配设有肋构件101a～101d的加热滚筒701的剖面图，肋构件101a～101d如图1(b)所示，为沿滚筒纵向延伸的形状，通过这些肋构件101a～101d可使取决于加热滚筒701的弹性的固有振动频率fn变化。通过适宜设定这些肋构件101a～101d的宽度和个数，也可以设定加热滚筒701的固有振动频率fn。

在设定加热滚筒的固有振动频率时，可以与输入的交流电功率的电源频率的整数倍不一致，更优选的是与其偶数倍不一致，特别是，因为对作用在加热滚筒上的力影响大的频率是电源频率的两倍频率，所以最好不使该固有频率与电源频率的两倍频率一致。

另外，作为测定加热滚的固有振动频率的方法，将例如加速度检测器安装在加热滚筒上后，通过敲该滚筒使其振动，通过测定这时的振动频率就可以容易得到加热滚筒的固有振动频率。

下面说明其动作，在图7中，从交流电源721向感应加热电源供给交流电功率。从对装置顺序控制的CPU708通过脉冲生成部716向感应加热源710发送接通信号和PWM信号时，就在与激磁线圈702相连的感应加热源710的输出端上产生响应PWM信号的高频交流电功率。

图3中示出感应加热源710的详细的方框图。301～304是两极管，305是噪声滤波器，306是噪声滤波器用电容器，307是电功率开关用MOS-FET，308是两极管，309是电容器，311是与门，721是输给感应加热源的交流电源(商用电源)，702是供给来自感应加热电源710的输入的激磁线圈，716是为了控制感应加热电源710而连接的脉冲生成部。

被交流电源721施加的交流电流变为经301～304的二极管整流后的脉动电流，经构成噪声滤波器的线圈305，电容器306而变成整流后的波形。在此，在构成噪声滤波器的线圈305，电容器306上，对MOS-FET 307的开关频率保证充分的衰减量，而对交流电源721的电源频率fp以无衰减的通过方式变成定数。

规定的脉冲宽度的PWM信号和接通信号从脉冲生成部716发送给感应加热源710。接通信号为高电平时，PWM信号通过AND门311施加在MOS-FET307的控制极·源极之间，MOS-FET307在PWM信号的高电平区间变成导通状态，整流后输入电流变成漏极电流，在激线圈702通电。

当在PWM信号的低电平区间MOS-FET 307变成截止状态时，因激磁线圈702贮存在FET307导通时流过的电流而产生反起电功率。反起电功率使与激磁线圈702并连的共振用电容器309充电，该流入的线圈的线圈存储电流使共振用电容器309两端电压上升，在激磁线圈702的存储能量变没时刻产生最大交流电压。

另外，从激磁线圈702流出的电流与电压上升成反比地衰减，在某点通过了线圈电流不流动的瞬间后，本次相反地存储在共振用电容器309中的电荷向激磁线圈702作为电流流出。

于是在存储在共振用电容器309中的电荷返回到激磁线圈702的同时，共振用电容器309的电压开始下降，当MOS-FET307的漏极电压比源极电压还低时，续流二极管308导通流过电流，然后再使MOS-FET307导通，因电流流入激磁线圈，而在激磁线圈702中连续流过响应PWM信号的频率的交流电流。

由于从这样产生的感应加热源710的规定频率的交流电压施加在激磁线圈702上，而激磁线圈702产生交流磁场51。如图5所示那样。这时施加在激磁线圈702上的交流电功率以频率越小电功率越大的方式投入到激磁线圈702中，通常从200W到数KW左右。

由交流电功率产生的交流磁场51使对置的加热滚筒701的表面上产生涡流电流52。因该涡流52流过加滚筒表面，而在加热滚筒表面产生取决于加热滚筒701的固有电阻分量的焦尔热。加热滚筒表面便可以自己发热，这时因为磁场集中在具有高导磁率的工字形铁芯703中，所以在加热滚筒701与工字形铁芯703相对的部分便产生由很多涡流电流引起的热。于是投入在激磁线圈702中的电功率越大，产生的交流磁场和焦尔热也就越大。

配置在加热滚筒表面上的热敏电阻706随着这样得到的加热滚筒的表面发热，温度越高，其电阻值越小。这时，在图7中，热敏电阻706几乎配置在加热滚筒701的纵向的中央附近，由与基准电阻分压后的热敏电/地间的电压(热敏电阻检测电压)随温度越高而变小。该热敏电阻检测电压由A/D变换器707数字化后输入给CPU708。在CPU708中通过软件与温度基准值进行比较，向脉生成部716输出确定供给感应加热电源的PWM信号的接通/截止脉冲宽度。

脉冲生成部716通过来自CPU708的设定值与规定的设定值进行比较，响应适当的设定值计数CLK信号，产生具有接通宽度截止宽度的PWM信号。在图13中示出了脉冲生成部716的详细方框图。101、106、114是D锁存器，103、108是下降计数器，104、109、112、113是AND门，105、110是OR门，111是SR锁存器。

下面根据在图8中所示的PWM生成定时图，说明脉冲生成部的动作。在此CS1～3是寄存器选择信号，WR是写信号，CS1～3数据，WR、CLK是包含在图7的CPU708～脉冲生成部716之间的脉冲信号。101-Q是DS锁存器101的Q输出、102-Q是D锁存器102的Q输出，103-CNT是计数器103的计数值，103-RC是计数器103的脉冲移位输出，111-Q是DSR闩锁的Q输出，108-CNT是计数器108的计数值，108-RC是计数器108的脉冲移位输出，114-Q是D锁存器104的Q输出，115-Q是AND门115的输出，112-Q是AND门112的输出。

CLK是数MHz的信号，输入给各锁存器和计数器作为基准信号，根据该信号的计数可输出20KHz～100KHz范围的PWM脉冲。选择信号CS1选择为高电平后，在写信号WR上升沿时，这时输出给数据总线的数据＝N闩锁在D锁存器101中，作为是指驱动电源接通含意的寄存器CS3选择高电平，通过写信号WR的上升沿将数据＝1闩锁在D锁存器中，同时将数据＝截在计数器103中。

因为连接在SR锁存器111的Q输出上的计数器103的撤销禁止门的禁止信号EN是高电平，所以计数器103随着CLK进行计数动作，在计数值＝0时刻输入为脉冲移位信号RC＝高电平。由于该输出SR锁存器111被复位，在状态变成Q＝低电平Q*＝高电平的同时向一个计数器108进行数据值＝M的加载。在此因为D锁存器106的动作与110相同，所以省略说明。

加载计算＝M，被撤销禁止门的禁止信号的计数器108随着CLK进行计数运作，变成在计数值＝0的时刻输出为脉冲移位信号RC＝高电平。通过该输出使SR锁存器111置位，在状态变化成Q＝高电平，Q^*＝电平的同时，进行向一个计数器108的计数＝N的加载。通过这样的重复，导通宽＝N计数值，截止宽＝M计数值的PWM脉冲作为SR锁存器111的输出生成。

将该PWM信号和接通信号传送给加热电源，在该感应加热电源710的输出端子上通过换成相应于PWM信号的频率生成20KHz～100KHz左右的交流电功率。通过这样的动作，可以使加热滚筒表面的温度保存在规定的温度。这时设定加热滚筒701的固有振动频率fn使其为与商用电源频率fp(和其数倍)不一致的固有振动，就可以防止由加热滚筒70的共振引起的大振动和噪音的发生。

(实施例2)

为了使加热滚筒701的固有振动频率fn偏离商用电源频率fp的整数倍，而通过改变加热滚筒701的厚度来改变加热滚筒本身的弹性，可以使加热滚筒701的固有振动频率fn变化。在用铁制的滚筒作为感应加热方式的加热滚筒的场合，其厚度03mm～1.0mm左右是适合的。如果在该范围内，可按原样保持作为装置的定着性能，变更加热滚筒701的厚度也可以使加热滚筒701的固有振动频率fn偏移商用电源频率fp的数倍。

(实施例3)

为了使加热滚筒701的固有振动频率和偏离商用电源频率fp的整数倍，而可以通过变更加热滚筒701的材料来变更加热滚筒本身的弹性，可以使加热滚筒701的固有振动频率fn变化。例如即使在用铁材作为加热滚筒701的芯金属用的场合，制作随着含有的碳以外的铬、钼、铌、钒、钨等的添材料的配比不同而抗拉强度，扬氏模量等机械特性不同的钢管，通过适当选择这些钢管的种类，可以根据其机械特性，使加热滚筒701的固有振动频率fn偏离商量电源频率fp的数倍。

(实施例4)

为了使加热滚筒701的固有振动频率fn偏离商用电源频率fp的数倍，而可以用由多个材料构件构成加热滚筒701，变更加热滚本身的弹性，可以使加热滚701的固有振动频率fn变化。例如在为了提高加热滚筒的整个表面的分离性而使用的表面上附加树脂涂层，通过使当选择该材料的厚度，可以使加热滚筒701的固有振动频率fn变化。作为涂层材料最好是PTFE和PFA等，其厚度最好是10～50μm。

或者也可用多种金属材料构成加热滚的芯金属部分来变更加热滚筒本身的弹性，可使加热滚筒的固有振动频率fn变化。如图9所示，在构成磁回路的内面上为铁材料，外面上为铝材料，把烧结嵌合两者一体化的滚筒作为加热滚筒720，可以制成具有与铁完全不同的固有振动频率fn的加热滚筒702。

Claims

1、一种加热装置，包括：

线圈；

加热体，用于利用所述线圈的磁通产生热，加热记录材料上的图像；

电压源部分，用于对商用电压源提供的交流电功率进行“开”和“关”调制成20kHz～100kHz的高频电功率，并将该高频电功率施加给所述线圈；其中，所述加热体被构造成其固有振荡频率不等于所述交流电功率频率的整数倍。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述加热体具有表面树脂材料涂层。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述电压源部分时整流所述交流电功率后的脉动电流进行“开”和“关”调制，提供高频电功率，所述加热体被构造成其固有振荡频率不等于所述交流电功率频率的2倍。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述商用电压源频率是50Hz或60Hz。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征是还包括：铁芯，相对于所述加热体设置，并磁连接所述线圈产生的磁通，其中所述铁芯，有效地将磁通集中作用于所述加热体。