JP2004038072A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハロゲンヒータランプの通電開始時に発生する突入電流を抑制しながら、大きな熱容量を備える簡素な構造の画像形成装置を提供する。
【解決手段】それぞれ定格電力の異なる第１、第２のハロゲンヒータランプ２，３を並列接続し、第２のハロゲンヒータランプ３にバイメタルスイッチ４を直列接続して、加熱ローラ１に内蔵する。第１、第２のハロゲンヒータランプ２，３の定格電力はともにフリッカ発生対策を要しない定格電力であり、且つ第１のハロゲンヒータランプ２の定格電力は、第２のハロゲンヒータランプ３の定格電力よりも大きく設定する。加熱ローラ１の加熱開始時は、第１のハロゲンヒータランプ２のみを点灯して加熱ローラ１を加熱する。加熱ローラ１が徐々に加熱され、所定の温度に達するとバイメタルスイッチ４がＯＮ状態となり、第２のハロゲンヒータランプ３も点灯して、加熱ローラ１を加熱する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハロゲンヒータランプを加熱源として内蔵する加熱ローラを備えた画像形成装置、特に、定格電力が大きく、点灯時のフリッカ発生対策を必要とするハロゲンヒータランプを用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電子写真方式による画像形成装置は、次の工程を経て記録体である印刷用紙の表面に画像を形成する。まず、感光ドラムの表面に静電気を帯電させた後、感光ドラム表面にレーザ光等を照射して、静電気を部分的に放電し、文字や画像の形になるようにパターン化する。次に、感光ドラムに帯電した静電気と同じ極性を持つ静電気を帯電させたトナーを感光ドラム表面に吸着させる。これにより、感光ドラム表面には、所望の文字や画像のパターンをなすトナーの集合体が形成される。そして、このトナーの集合体を印刷用紙の表面に転写し、転写面を加熱ローラで、その反対面を加圧ローラで挟み込んで、加熱定着させる。
【０００３】
このような画像形成装置の加熱ローラは、内部に加熱源であるヒータを内蔵しており、このヒータを加熱することで定着に必要な温度域を維持しており、このヒータとして、大きな熱容量を短時間で得られるハロゲンヒータランプが用いられることがある。このハロゲンヒータランプは、通常、家庭用の商用電源を用いて点灯している。
【０００４】
しかし、大きな熱容量を要するハロゲンヒータランプは、その定格電力も大きく、一般に数百Ｗ〜１ｋＷ程度の定格電力を要する。また、ハロゲンヒータランプは、低温時に抵抗値が低く、高温になるにつれて抵抗値が増加する特性を有する。このため、ハロゲンヒータランプを点灯する際に、ハロゲンヒータランプの抵抗値が小さいことにより大きな電流（突入電流）が流れ、急激な電流変化を生じる。このため、外部電源ラインにインピーダンスを有する場合はそのインピーダンスと急激な電流変化とにより電源変動が発生し、この電源変動により同じ電源を共有している外部照明機器等にフリッカが生じるという問題があった。このため、所定の定格電力量を超えるハロゲンヒータランプについては、フリッカの発生を抑制する規定が設けられており、約６３０Ｗがその閾値にあたる。
【０００５】
ところが、時間当たりの印刷枚数、すなわち印刷処理速度を向上したり、印刷用紙の面積を大きくするためには、６３０Ｗ以上の定格電力を備えるハロゲンヒータランプが必要となることがある。
【０００６】
このため、従来の定格電力が大きい画像形成装置は、ハロゲンヒータランプへの供給電流の位相制御や半波制御をおこなうことで電流の実効値を抑制して、フリッカの発生を抑制している。
【０００７】
位相制御は、図４（ａ）に示すように、入力交流電流の半周期毎に利用部分（時間幅ｗ１〜ｗ５）を増加させていき、所定時間後に完全な波形にする方式である。また、半波制御は、図４（ｂ）に示すように、入力交流電流の一方の極性時のみを利用し、所定時間後に完全な波形に切り換える方式である。
【０００８】
また、前述のようなフリッカ対策の技術が、▲１▼特開平１０−３３３７５５号公報および▲２▼特開２０００−１９４２３７号公報に開示されている。
【０００９】
▲１▼の技術は、第１のトライアックとリアクトルとの直列回路に第２のトライアックを並列接続し、この並列回路をヒータに直列に接続したものであり、ヒータをソフトスタートする期間のみ、第１のトライアックとリアクトルとの直列回路を用いて位相制御を行い、ソフトスタート期間後は第２のトライアックをＯＮ状態にし、第１のトライアックをＯＦＦ状態にして完全な波形でハロゲンヒータランプに電流を供給するものである。このような構成により、低温時のハロゲンヒータランプの抵抗値が小さいときには位相制御が行われてヒータの突入電流が制御され、或程度暖められてハロゲンヒータランプの抵抗値が高くなった後に、完全な波形の電流が供給されることで、フリッカの発生を抑制しながら、ハロゲンヒータランプを安定して点灯させる。
【００１０】
▲２▼の技術は、二つのヒータとこれら二つのヒータを単独で点灯させる並列スイッチ手段と、二つのヒータを直列接続して点灯させる直列スイッチ手段とを備え、交流電源供給開始時には、二つのヒータを直列接続した状態で点灯させ、一定時間経過後に、二つのヒータを並列接続した状態に切り換えて点灯させるものである。このような構成とすることで、通電開始時は二つのヒータが直列接続されており、回路の抵抗値を高くして突入電流のピーク値が低減される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像形成装置におけるハロゲンヒータランプへの入力電流制御においては、ハロゲンヒータランプへの入力回路に、トライアックやサイリスタ等を用いた入力電流制御回路を用いなければならない。しかし、ハロゲンヒータランプは、加熱開始時に大電流が流れるため、これらの素子もこれに耐えうる仕様でなければならず、高価な素子を用いなければならなくなり、製品コストが増加する。また、入力電流制御回路分のスペースが画像形成装置内に必要となり、その分、装置本体が大きくなってしまう。
【００１２】
▲１▼の技術についても、トライアックによる位相制御を行っているため、従来例と同様の課題が残る。
また、▲２▼の技術は、ヒータとともにヒータ数よりも多いスイッチ素子が必要となるため、製品コストが高くなるとともに、スイッチ素子が多い分装置が大きくなってしまう。
【００１３】
なお、特開平９−２１２０３５号公報に、サーミスタを用いたヒータ温度制御を行う画像形成装置（加熱定着装置）が開示されているが、ヒータへの点灯開始時のフリッカ対策については、一切開示されていない。
【００１４】
この発明の目的は、加熱ローラ内のハロゲンヒータランプの点灯開始時に発生する突入電流を抑制しながら、大きな熱容量が得られる簡素な構造の画像形成装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明に示す画像形成装置は、記録体表面に形成されたトナー像を加熱定着させる、加熱源を内蔵する加熱ローラにおいて、加熱源を、並列接続された第１、第２のハロゲンヒータランプと、該第２のハロゲンヒータランプに直列接続されたバイメタルスイッチから構成する。また、これら第１、第２のハロゲンヒータランプを、フリッカー発生対策を要しない定格電力のもので構成する。
【００１６】
この構成では、ハロゲンヒータランプの通電開始時は第１のハロゲンヒータランプのみが点灯することで加熱ローラが加熱され、所定温度まで到達するとバイメタルスイッチがＯＮ状態となり、第２のハロゲンヒータランプも点灯して、加熱ローラが加熱される。これら、第１、第２のハロゲンヒータランプはそれぞれ単独ではフリッカ発生対策を要しない定格電力のものであるため、点灯開始時の電流変動によるフリッカの発生が低減され、且つバイメタルスイッチがＯＮ状態になって以降は、二つのハロゲンヒータランプの合計の発熱量で加熱ローラが加熱され、大きな熱容量を得られる。
【００１７】
また、この発明に示す画像形成装置は、第１のハロゲンヒータランプを、その定格電力が前記第２のハロゲンヒータランプの定格電力よりも大きいもので構成する。
【００１８】
この構成では、前述のように点灯開始時の電流変動によるフリッカが低減されるとともに、第１のハロゲンヒータランプの熱容量をできる限り大きくし、第１のハロゲンヒータランプから先に点灯することで、高速印刷の必要がない等の印刷仕様によって、第２のハロゲンヒータランプの使用頻度が低減される。また、先に熱容量の大きい第１のハロゲンヒータランプで加熱しておくことで、加熱ローラとともに第２のハロゲンヒータランプも加熱されるため、第２のハロゲンヒータランプの点灯開始時の電流変動が低減される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る画像形成装置について、図を参照して説明する。
図１は本発明に係る画像形成装置の構成の主要部を示した図である。
図２は加熱ローラの点灯機構の概要を示したブロック図である。
【００２０】
画像形成装置は、トナー４０による画像パターンを記録体である印刷用紙１００に転写する転写部と、転写されたトナー４０を定着させる定着部とからなる。転写部は、静電気による画像パターンが形成される感光ドラム３０と、この感光ドラム３０の表面に静電気を帯電させる帯電ローラ３１と、感光ドラム３０の表面の前記画像パターンにトナー４０を付着させる現像シリンジ３２と、この現像シリンジ３２にトナー４０を供給するカートリッジ３３と、感光ドラム３０とともに印刷用紙１００を挟み込み、印刷用紙１００の表面１０１にトナー４０を転写するための転写ローラ３４と、転写後に感光ドラム３０の表面に残ったトナー４０を除去するクリーニング部３５からなる。定着部は、加熱源である第１、第２のハロゲンヒータランプ２，３を内蔵し、印刷用紙１００の未定着トナー４０が付着した面１０１に接するように配置された加熱ローラ１と、印刷用紙１００を挟んで加熱ローラ１に対向する位置に配置された加圧ローラ２０とからなる。この加熱ローラ１と加圧ローラ２０とで印刷用紙１００を加熱、加圧することで、印刷用紙１００の表面１０１に付着していたトナー４０が定着する。
【００２１】
加熱ローラ１は、熱伝導率の高い金属または合金などからなる円柱形状の胴体１１とその表面に形成されたフッ素樹脂からなる被覆層１２とで形成されている。加圧ローラ２０も同様に、胴体２１と被覆層２２とからなる。加圧ローラ２０の胴体２１の材質については特に限定されるものはなく、一般に金属等が用いられており、被覆層２２の材質は軟質ゴムやスポンジゴム等の弾性体を用いられている。
【００２２】
加熱ローラ１の内部には、直管状のハロゲンヒータランプ２，３が、それぞれの中心軸と加熱ローラ１の中心軸とが平行となるように配設されている。さらに、第１、第２のハロゲンヒータランプ２，３は、それぞれのハロゲンヒータランプから、加熱ローラ１と加圧ローラ２０とが印刷用紙１００を加熱してトナーを定着させる点（以下、「加熱定着点」という。）までの距離が一致するように配設されている。これにより、第１、第２のハロゲンヒータランプ２，３のそれぞれから加熱定着点への熱伝導性を均一にすることができ、熱設計が容易となる。
【００２３】
また、加熱ローラ１内部の第１、第２のハロゲンヒータランプ２，３の近傍に、所定の温度以上になるとＯＮ状態になるバイメタルスイッチ４が設置されている。このバイメタルスイッチ４と第２のハロゲンヒータランプ３とが直列接続され、この直列接続回路に第１のハロゲンヒータランプが並列接続されている。
【００２４】
次に、加熱ローラ１の加熱制御（ハロゲンヒータランプの点灯制御）について説明する。
【００２５】
図２に示すように、加熱ローラ１は、前述の第２のハロゲンヒータランプ３とバイメタルスイッチ４との直列接続回路と、この直列接続回路と第１のハロゲンヒータランプ１とからなる並列接続回路が内蔵されている。
【００２６】
この加熱ローラ１の一方の端子にサージ吸収回路６が接続されており、他方の端子に加熱ローラ４の高温側の温度を調整する温度調整回路５が接続されている。さらに、これらの回路に商用電源である交流電源９が接続されており、この交流電源９にゼロクロス検出回路７が並列接続されている。また、温度調整回路５と交流電源９との間に、トライアック８が挿入されており、トライアック８のゲート端子がゼロクロス検出回路７の出力端子に接続されている。
【００２７】
温度調整回路５は、所定の温度以上になると接点が切り離される（ＯＦＦ状態になる）バイメタルスイッチや温度ヒューズで構成されており、加熱ローラ１の温度が予め設定した温度よりも高くなる場合にスイッチがＯＦＦ状態になる。これにより、加熱ローラ１に内蔵された第１、第２のハロゲンヒータランプ２，３への電流の供給が停止し、加熱ローラ１の温度が低下する。このような加熱ローラ１の高温閾値を検出するバイメタルスイッチまたは温度ヒューズは、加熱ローラ１の近傍に配置しても、加熱ローラ１に内蔵してもよい。
【００２８】
サージ吸収回路６は、コイルと、このコイルの一方の端子とアースとの間に直列接続された抵抗器およびコンデンサからなる直列回路とにより構成されており、コイルのインダクタンス値、抵抗器の抵抗値、およびコンデンサのキャパシタンス値を所定の値に設定することで、ハロゲンヒータランプ点灯時に発生する点灯雑音や高調波が除去される。
【００２９】
ゼロクロス検出回路７は、オペレータからのＨｅａｔＯＮ信号が入力されると、交流電源９のゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号をトライアック８に出力する。トライアック８はゼロクロス信号を受信することでＯＮ状態となり、回路全体に電力が供給される。これにより、ハロゲンヒータランプに、位相が０°から始まる電流を供給することができる。
【００３０】
このように加熱ローラ１のハロゲンヒータランプに電流が流れ始める際には、加熱ローラ１は低温であるので、バイメタルスイッチ４はＯＦＦ状態となっている。このため、電流は第１のハロゲンヒータランプ２のみに流れ、第１のハロゲンヒータランプのみが点灯する。
【００３１】
ここで、第１のハロゲンヒータランプ２は、その定格電力がフリッカ発生防止対策を要する定格電力よりも低いものを使用する。具体的には、ハロゲンヒータランプの場合、定格電力が６３０Ｗ以上の場合にフリッカ発生防止対策が必要となるので、定格電力が５００Ｗ程度のハロゲンヒータランプを第１のハロゲンヒータランプ２として用いる。このような仕様にすることで、図３の実線に示すように、突入電流の閾値を超すことなく、第１のハロゲンヒータランプ２に電流を供給し、点灯を開始することができる。
【００３２】
そして、第１のハロゲンヒータランプ２が点灯を続けることで、加熱ローラ１が加熱され続け、所定の温度（例えば、１００℃程度）に達するとバイメタルスイッチ４がＯＮ状態になり、第２のハロゲンヒータランプ３に電流が供給される。第２のハロゲンヒータランプ３は、第１のハロゲンヒータランプ２よりも定格電力が小さいものを使用する。すなわち、第２のハロゲンヒータランプ３は、第１のハロゲンヒータランプ２のみで印刷することができない場合に使用するハロゲンヒータランプとしておく。ここで、印刷速度を高速にするために、６３０Ｗ以上の大きな定格電力が必要な場合には、第２のハロゲンヒータランプの定格電力は、必要な定格電力から第１のハロゲンヒータランプの定格電力を差し引いた定格電力であればよい。例えば、必要な定格電力が８５０Ｗであり、第１のハロゲンヒータランプの定格電力が５００Ｗであった場合に、第２のハロゲンヒータランプの定格電力は３５０Ｗに設定すればよい。
【００３３】
このような第２のハロゲンヒータランプ３においても、点灯開始時には突入電流（電流変動）が発生するが、定格電力が少ないことと、第１のハロゲンヒータランプ２により予め暖められていることから、発生する突入電流の値は小さくなり、図３の実線に示すように、第１のハロゲンヒータランプの電流値と合わせても閾値を超えることはない。
【００３４】
以上のような構成とすることで、全体の定格電力がフリッカ発生防止を要する定格電力よりも大きいものでありながら、位相制御等を行うことなく内蔵されたハロゲンヒータランプを点灯して、所定の温度に加熱される、簡素な構造の加熱ローラを構成することができる。これにより、面積の大きい記録体であっても高速で印刷することができる、フリッカ発生防止対策を必要としない簡素な構造の画像形成装置を構成することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、第２のハロゲンヒータランプを利用する場合を示したが、印刷仕様により、第１のハロゲンヒータランプのみで印刷が可能な場合は、第２のハロゲンヒータランプを利用せずに印刷をおこなってもよい。このように、印刷仕様に応じて加熱ローラ全体の定格電力を切り換えることができるので、不要な電力を消費することのない省電力化された画像形成装置を構成することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、第１のハロゲンヒータランプの定格電力を５００Ｗとしたが、フリッカ発生防止を要する定格電力よりも低い定格電力であればよく、第１、第２のハロゲンヒータランプの定格電力が略同じであってもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、バイメタルスイッチの作動温度を１００℃程度としたが、印刷仕様に応じて適当な温度に設定すればよい。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、加熱ローラの加熱源を、並列に接続された第１、第２のハロゲンヒータランプと、該第２のハロゲンヒータランプに直列接続されたバイメタルスイッチから構成し、これら第１、第２のハロゲンヒータランプを、フリッカー発生対策を要しない定格電力のもので構成することにより、加熱ローラ全体で、フリッカ発生防止を要する定格電力であっても、加熱開始時には第１のハロゲンヒータランプのみを点灯させて加熱し、所定温度に達した時点でバイメタルスイッチがＯＮ状態となり第２のハロゲンヒータランプも点灯させて加熱することで、突入電流を抑制しながら、印刷面積が大きくても印刷速度が高速であっても印刷することが可能な画像形成装置を簡素な構造で構成することができる。
【００３９】
また、この発明によれば、第１のハロゲンヒータランプの定格電力を第２のハロゲンヒータランプの定格電力よりも大きくして構成することで、前述のように加熱開始時の電流変動によるフリッカが低減されるとともに、先に熱容量の大きい第１のハロゲンヒータランプを点灯することで、第２のハロゲンヒータランプも加熱され、第２のハロゲンヒータランプの点灯開始時の電流変動を低減することができる。また、第１のハロゲンヒータランプの熱容量をできる限り大きくすることで、第２のハロゲンヒータランプの使用頻度を低減することができ、省電力化された画像形成装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の構成の主要部を示した図
【図２】加熱ローラの加熱機構の概要を示したブロック図
【図３】本発明に係る点灯方式を用いた場合の電流波形図
【図４】従来の位相制御、および半波制御を行った場合の電流波形図
【符号の説明】
１−加熱ローラ
２−第１のハロゲンヒータランプ
３−第２のハロゲンヒータランプ
４−バイメタルスイッチ
５−温度調整回路
６−サージ吸収回路
７−ゼロクロス検出回路
８−トライアック
９−商用交流電源
１１−加熱ローラ１の胴体
１２−加熱ローラ１の被覆層
２０−加圧ローラ
２１−加圧ローラ２０の胴体
２２−加圧ローラ２０の被覆層
３０−感光ドラム
３１−帯電ローラ
３２−現像シリンジ
３３−カートリッジ
３４−転写ローラ
３５−クリーニング部
４０−トナー
１００−記録体
１０１−記録体１００の転写面

Claims (4)

1. 記録体表面に帯電像として転写されたトナー像を、加熱源を内蔵する加熱ローラで加熱定着させることで、前記記録体表面に画像を形成する電子写真法用の画像形成装置において、
   前記加熱源は、並列接続された第１、第２のハロゲンヒータランプと、該第２のハロゲンヒータランプに直列接続されたバイメタルスイッチからなり、
   前記第１、第２のハロゲンヒータランプは、その定格電力がフリッカー発生対策を要しない定格電力であり、且つ
   前記第１のハロゲンヒータランプは、その定格電力が前記第２のハロゲンヒータランプの定格電力よりも大きい画像形成装置。
2. 記録体表面に形成されたトナー像を加熱源を内蔵する加熱ローラで加熱定着させることにより前記記録体表面に画像を形成する画像形成装置において、
   前記加熱源は、並列接続された第１、第２のハロゲンヒータランプと、該第２のハロゲンヒータランプに直列接続されたバイメタルスイッチからなる画像形成装置。
3. 前記第１、第２のハロゲンヒータランプは、その定格電力がフリッカー発生対策を要しない大きさである請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記第１のハロゲンヒータランプは、その定格電力が前記第２のハロゲンヒータランプの定格電力よりも大きい請求項２または請求項３に記載の画像形成装置。

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