JP2004070056A

JP2004070056A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004070056A
Application number: JP2002230069A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Ishiguro; 石黒　久
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】ヒータ点灯時の突入電流を小さくして周辺機器へのフリッカー現象を防止するとともに、効率的にヒータへの通電を行うことにより定着温度を常に一定の状態に保ち、信頼性の高い定着を行う。
【解決手段】内部にそれぞれヒータ２２、２４を有する定着ローラ２１と加圧ローラ２３を圧接させた定着ユニット１０を備えた画像形成装置において、定着ユニット１０は、各ローラ２１、２３の表面温度を検知する温度検知手段３５、３６を備え、かつ、一定周期間隔で検知された各ローラ２１、２３の温度と目標温度の差分から該一定周期間隔内にオンする時間を算出してヒータ２２、２４への通電を行い定着温度を目標温度近傍の一定温度に保持するとともに、２本のヒータ２２、２４への通電を一定周期毎に交互に行うヒータ通電制御手段３１を備えた。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＡＸ、プリンタ、複写機などの画像形成装置に関し、特にその定着制御技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置に装備されて用紙上の未定着トナー像を定着させる熱定着装置では、ヒータにより加熱される定着ローラを用いるものが多い。このような熱定着装置の熱源（ヒータ）として多用されているハロゲンランプは消費電力が大きく、点灯時の突入電流が大きいため、電源ラインの電圧降下を引き起こし、この電源ラインに接続されている他の機器、例えば蛍光灯などがちらつくなどの不具合（いわゆるフリッカ現象）を発生させる原因となっていた。
このような現象を解決するために、様々なヒータの点灯制御方法が提唱されてきている。例えば、
１）特開２０００−７５７２６公報に開示された画像形成装置では、定着ヒータ、サブヒータを有する構成で、２本のヒータを同時に通電しないように制御することにより、省エネルギ規格を満足した上で、常に定着装置の温度を最良に保ち消費電力を抑えることができる。
さらに、
２）特開平７−２０６７３号公報に開示された画像形成装置では、第１のヒータと第２のヒータをオンさせる際に所定の時間間隔を設けて順次オンさせることにより、突入電流を抑えるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記１）のように２本のヒータを同時に点灯させない場合、当然のことながら、一方のヒータが点灯中、他方のヒータはオフ状態になるため、定着検知温度を一定に保つことができなくなる場合があり得る。
また、上記２）の技術においては、点灯開始時の突入電流は防止できるが、２本のヒータの点灯開始時間をずらすのみなので、同時にオンしている時間帯があり、この間の消費電力は大きなものとなる。
そこで本発明では、２本構成のヒータの点灯制御において前述のような問題点を解消し、ヒータ点灯時の突入電流を小さくして周辺機器へのフリッカー現象を防止するとともに、効率的にヒータへの通電を行うことにより定着温度を常に一定の状態に保ち、信頼性の高い定着を行うことが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、内部にそれぞれヒータを有する定着ローラと加圧ローラを圧接させた定着ユニットを備えた画像形成装置において、定着ユニットは、各ローラの表面温度を検知する温度検知手段を備え、かつ、一定周期間隔で検知された各ローラの温度と目標温度の差分から該一定周期間隔内にオンする時間を算出してヒータへの通電を行い定着温度を目標温度近傍の一定温度に保持するとともに、２本のヒータへの通電を一定周期毎に交互に行うヒータ通電制御手段を備えた画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、ヒータ通電制御手段は、一定周期毎の交互通電に際し、一方のヒータの検知温度から計算した通電時間が０になった場合には、他方のヒータの通電を行う請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るカラーレーザプリンタの構成図である。このカラーレーザプリンタは、潜像担持体として感光体ベルト１を備え、その周囲には帯電器２、画像形成手段としてレーザー照射を行う書き込みユニット３、４色の現像器４（各４Ｍ、４Ｃ、４Ｙ、４ＢＫ）、感光体クリーニング手段５、除電ランプ６が配置されている。
また感光体ベルト１に形成された画像を中間的に保持するための中間転写ベルト７を持っていて、その周囲には中間転写ベルト７と対向接触する位置に配置され用紙に画像を転写する二次転写ローラ８、中間転写ベルト７をクリーニングするためのクリーニングローラ９が配置されている。また中間転写ベルト７の下流側には用紙にトナー像を定着するための定着ユニット１０を備え、本体底部には用紙を収容するための給紙トレイ１１を備えている。
感光体ベルト１は帯電器２により一様に帯電され、書き込みユニット３からレーザビームを照射して、感光体ベルト１に潜像を書き込み、現像器４を感光体ベルト１に接触させて潜像を顕像化しトナー像を得る。感光体ベルト１上に作られた画像（トナー像）は、中間転写ベルト７上に再び転写される。この後、この感光体ベルト１上にのっている廃トナーは感光体クリーニング手段５によって取り除かれ、除電ランプ６によってＬＥＤ照射を受けて除電され、感光体上での１色の作像プロセスを終了する。
フルカラーモードの場合には感光体ベルト１を４周させて４色の画像を形成し、順次中間転写ベルト７上でタイミングを合わせて像の重ね合わせを行った後、給紙トレイ１１より用紙を給紙し、中間転写ベルト７と二次転写ローラ８の接合部（ニップ部）に搬送し、二次転写ローラ８によりバイアスをかけて用紙に転写を行う。この後トナーが転写された用紙は、定着ユニット１０に搬送されて、定着ユニット１０内の定着ローラと加圧ローラ間の二ップを通過することにより定着され、排紙部に排紙される。
【０００６】
図２は図１に示す定着ユニットの制御系の構成図である。定着ローラ２１は加熱源である定着ヒータ２２を内蔵している。また、加圧ローラ２３は加熱源である加圧ヒータ２４を内蔵している。ヒータ２２、２４の一端はリレー２５を介して交流電源２６の片側に接続され、ヒータ２２、２４他端部と交流電源２６のもう一方の片側との間はトライアック２７、２８が接続されている。このトライアック２７、２８は制御ドライバ２９、３０により駆動され、制御ドライバ２９、３０はその制御手段としてのＣＰＵ（マイコン）３１によりオン／オフ制御される。
また、リレー３２のコイルはスイッチングトランジスタ３３を介してＤＣ２４Ｖの電源とアースとの間に接続され、制御ドライバ３４はＣＰＵ３１により制御されてトランジスタ３３をオン／オフさせることによりリレー３２をオン／オフさせる。従って、リレー３２がオン状態であってトライアック２７、２８がオンした時はじめて交流電源２６からトライアック２７、２８を介してヒータ２２、２４に電力が供給されて、ヒータ２２、２４が点灯し定着ローラ２１、加圧ローラ２３に対して加熱が行われる。
また、定着ローラ２１、加圧ローラ２３それぞれのローラ外周部に温度検出素子であるサーミスタ３５、３６が配置され、定着ローラ２１、加圧ローラ２３の温度を検出する。このサーミスタ３５、３６からの検出信号はＣＰＵ３１に入力される。ＣＰＵ３１は内蔵のＡＤコンバータにより入力されたアナログの温度検出信号をデジタル信号に変換してプログラムによりローラ外周の温度データを得る。
ＣＰＵ３１はサーミスタ３５により検出された定着ローラ２１の温度を基にして制御ドライバ２９を介してトライアック２７を制御して、定着ヒータ２２の点灯／消灯制御を行い、同様にサーミスタ３６により検出された加圧ローラ２３の温度を基にして制御ドライバ３０を介してトライアック２８を制御して、加圧ヒータ２４の点灯／消灯制御を行う。
また、ＣＰＵ３１は本体カバー（ドア）が開けられたか否かを検出するカバーＳＷ３７から検出信号が入力されることで本体カバーが開けられたことを検出した時には、制御ドライバ３４をオフさせてトランジスタ３３をオフさせることによりリレー３２をオフさせる。また、本体カバーが閉じられた時には制御ドライバ３４をオンさせてトランジスタ３３をオンさせることによりリレー３２をオンさせる。従って本体カバーの開いた状態では定着ローラ２１、加圧ローラ２３が点灯することはない。
図３は定着ニップ部に用紙が進入する様子を示す図である。用紙４１が定着ユニット１０の下方から搬送され、定着ローラ２１と加圧ローラ２３のニップ部に進入すると用紙４１上のトナー４２が熱で溶かされて用紙４１に定着される。
【０００７】
図４は図１に示す定着ユニットのヒータ通電制御のフローチャートである。本発明のようにヒータを２本、サーミスタを２個用いる場合には定着側、加圧側で、それぞれの制御目標温度を管理する制御を行う。
常時、一定周期ごとにループを形成し、ヒータをオフする要因がないかを監視している（Ｓ１）。例えば画像形成装置制御部からの指令により前述した「本体カバー開」などのヒータオフ要因があった場合、定着制御部（ＣＰＵ３１）ではリレーをオフ（Ｓ２）、ヒータもオフにし（Ｓ３）、ヒータへの通電を停止する。ヒータオフ要因がない場合には、ＣＰＵ３１でカウントされる周期タイマを例えば１秒に設定しタイマをスタートさせる（Ｓ４）。次に、定着ヒータ２２と加圧ヒータ２４の点灯制御を１秒の周期毎に交互に行うため、交互点灯ｆｌａｇ（フラグ）をみてｆｌａｇ＝０であれば定着側の点灯制御（Ｓ６〜Ｓ１３）、ｆｌａｇ＝１であれば加圧側の点灯制御（Ｓ６′〜Ｓ１３′）を行う。
先に定着側の点灯制御について説明すると、まず点灯制御開始時に次回の制御を加圧側にするため、交互点灯ｆｌａｇを１にセットしておく（Ｓ６）、次にサーミスタから現在温度値を取得する処理（Ｓ７）を行い、取得した現在温度値と制御目標温度の差分からヒータへの通電量（オン時間）を計算する（Ｓ８）。
一般的に通電量の計算方法としては、周知の技術であるＰＩＤ演算方式などの方法が用いられ、比例項、微分項、積分項の３つの項からなる演算式の乗数（ゲイン）を、定着ローラ２１の熱容量、加熱体のＷ数、などの機種固有の条件を考慮した設定値にすることにより、オーバーシュート、制御リップルのない最適な温度制御を行うことができる。
【０００８】
Ｓ９にて通電時間の計算結果よりその時間が０でない場合にはタイマ値を通電時間タイマにセットしタイマをスタートさせる（Ｓ１０）、タイマをスタートさせると同時にヒータ１への出力をオンする（Ｓ１１）。またこれ以降の処理ではスタートさせた通電時間タイマがタイムアップされるまではＳ１２のループにて待ち処理を行い、通電時間がタイムアップしたらヒータへの出力をオフにする（Ｓ１３）。
Ｓ９にて通電時間の計算結果よりその時間が０の場合には、定着ヒータ２２の点灯処理（Ｓ１０〜Ｓ１３）を行わず、Ｓ６′にスキップし、加圧側の点灯制御（Ｓ６′〜Ｓ１３′）を行う。加圧側の点灯制御（Ｓ６′〜Ｓ１３′）の詳細については、フローチャートを見てわかるように前述した定着側の処理（Ｓ６〜Ｓ１３）と同じ内容である。また、Ｓ９、Ｓ９′にて通電時間が両方とも０だった時にはＳ４に進む。
次にＳ４でスタートさせた周期タイマがタイムアップされるまではＳ１４のループにて待ち処理を行う。周期時間がタイムアップしたら１周期分の通電処理ループが終了したことになるため、Ｓ１の処理に戻り再び次の周期での通電処理を行う。
以上のように、基本的には２本のヒータの制御権を交互に移す構成をとりながら、一方のヒータが通電を必要としない場合には他方のヒータに制御権を移すことにより、ヒータ点灯時の突入電流を小さくするとともに、ヒータ通電の時間的ロスをなくし、効率的な通電を行うことができる。
【０００９】
図５は定着ヒータと加圧ヒータの出力波形図である。図５に示す出力波形は、ＣＰＵ３１からの出力信号であり定着ヒータ２２及び加圧ヒータ２４の点灯／消灯を行うものである。図示するように一定周期間隔毎に▲１▼→▲１▼′→▲２▼→▲２▼′→▲３▼→▲３▼′という順序で定着ヒータ２２、加圧ヒータ２４のオンＤｕｔｙ（デューティ）を交互に演算しＴｏｎを決定する。
演算のタイミングと同期して出力をオンにし、Ｔｏｎの時間がタイムアップすると同時に出力をオフにする。その後、次の演算周期が来るまで出力をオフし続ける。このサイクルを繰り返し行うことで現在温度値と制御目標温度との差をなくしている。また、▲４▼のように定着ヒータ２２の演算時間が０になるような場合には▲４▼′加圧ヒータ２４のＴｏｎ時間の演算を行い出力をオンさせる。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、２本のヒータへの通電を一定周期毎に交互に行うことにより、ヒータ通電時における電源ラインへの負荷変動を低減することができる。
請求項２記載の発明によれば、一定周期毎の交互通電において、一方のヒータ検知温度から計算した通電時間が０になった場合には、他方のヒータに通電の制御権を移すため、ヒータ通電の時間的ロスをなくし、効率的な通電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るカラーレーザプリンタの構成図である。
【図２】図１に示す定着ユニットの制御系の構成図である。
【図３】定着ニップ部に用紙が進入する様子を示す図である。
【図４】図１に示す定着ユニットのヒータ通電制御のフローチャートである。
【図５】定着ヒータと加圧ヒータの出力波形図である。
【符号の説明】
２１　定着ローラ、２２　定着ヒータ、２３　加圧ローラ、２４　加圧ヒータ、３１　ＣＰＵ（ヒータ通電制御手段）、３５、３６　サーミスタ（温度検知手段）

Claims

内部にそれぞれヒータを有する定着ローラと加圧ローラを圧接させた定着ユニットを備えた画像形成装置において、定着ユニットは、各ローラの表面温度を検知する温度検知手段を備え、かつ、一定周期間隔で検知された各ローラの温度と目標温度との差分から該一定周期間隔内にオンする時間を算出してヒータへの通電を行い定着温度を目標温度近傍の一定温度に保持するとともに、２本のヒータへの通電を一定周期毎に交互に行うヒータ通電制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
ヒータ通電制御手段は、一定周期毎の交互通電に際し、一方のヒータの検知温度から計算した通電時間が０になった場合には、他方のヒータの通電を行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。