JP2004138839A - 像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オンデマンド定着で高速化し、大電力を消費するようになっても、比較的安価な波数制御で、フリッカーを低減する。
【解決手段】ヒータ上に複数の発熱体を設け、リレーにより上記発熱体への給電を切り替えることによりヒータ全体の抵抗値を変え、大きな電力がいるときには抵抗値を下げ、出力を大きくし高速化に対応、小さな電力で良いときには、抵抗値を上げ、Ｏｎ／Ｏｆｆ時の電力差を小さくしてフリッカーを低減する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱性のフィルムを介して記録材に熱エネルギーを付与する方式の加熱装置に関する。
【０００２】
この装置は、電子写真複写機・プリンタ・ファックス等の画像形成装置における画像加熱装置、即ち電子写真・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセス手段により加熱溶融性の樹脂等により成るトナーを用いて記録材（エレクトロファックスシート・静電記録シート・記録材シート・印刷紙など）の面に直接に直接方式もしくは、間接（転写）方式で形成した、目的の画像情報に対応した未定着のトナー画像を該画像を坦持している記録材面に永久固着画像として加熱定着処理する画像形成装置として活用できる。
【０００３】
【従来の技術】
例えば、複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置における加熱定着装置、すなわち、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等の適宜の画像形成プロセスにより加熱定着性の顕画剤（トナー）を用いて記録材（転写材シート・印刷紙・エレクトロファックスシート・静電記録シート等）の表面に間接（転写）方式、又は直接方式で形成された未定着トナー像（目的の画像情報に対応した未定着顕画剤像）を記録材に熱定着させるための加熱装置としては、従来一般に、熱ローラ方式の加熱装置が多用されていた。
【０００４】
この熱ローラ方式の加熱装置は、ハロゲンヒータ等の内蔵熱源により加熱して所定の温度を維持させた加熱ローラ（定着ローラ）と、これに圧接させた弾性を有する加圧ローラとの圧接ニップ部（定着ニップ部）に記録材を導入して狭持搬送させることで定着ローラの熱で記録材表面の未定着トナー像を熱定着させるものである。
【０００５】
最近では、フィルム加熱方式の加熱装置が提案され、実用化されている（例えば、特開昭６３−３１３１８２号公報・特開平１−２６３６７９号公報・特開平２−１５７８７８号公報・特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報・特開平４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等）。
【０００６】
この加熱装置は、支持部材に固定支持させた加熱体に被加熱材としての記録材を、耐熱性・薄肉のフィルム材を介して密着させ、フィルム材を加熱体に摺動移動させて加熱体の熱をフィルム材を介して記録材へ与える方式・構成のものであり、未定着トナー画像を記録材表面に永久固着像として熱定着処理する装置として活用できる。また、例えば、トナー像を担持した記録材を加熱して表面性を改質する装置、仮定着処理する装置、その他、シート状の被加熱処理する装置として広く使用することができる。
【０００７】
このようなフィルム加熱方式の加熱装置は、加熱体として、昇温の速い低熱容量のもの、例えば、絶縁性・良熱伝導性のセラミック基材と、この基材の表面に設けられた通電により発熱する抵抗発熱層を基本構成体とする、いわゆるセラミックヒータを用いることができ、またフィルム材として薄膜で低熱容量のものを用いることができるために短時間に加熱体の温度が上昇し、スタンバイ時に加熱体へ電力供給をする必要がなく、被加熱材としての記録材をすぐに通紙しても記録材が定着ニップ部に到達するまでに加熱体を所定温度まで十分に昇温させることができ、ウエイトタイムの短縮化（クイックスタート性：オンデマンドで作動）や省電力化が可能となるうえ、さらに画像形成装置本体の装置内の昇温を抑えることができる等の利点を有し、効果的なものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
フィルム式加熱定着は熱容量が小さいために、ローラー式で一般的であったオンオフ制御では温度リップルが大きくなる。このため位相制御、あるいは波数制御等により電力を連続ないしは多段階に可変させる手段をもち、目標温度と実温度の偏差に応じて電力を変動させることで温度制御の精度を上げている。
【０００９】
しかしながら以下のような課題がある。
【００１０】
（フリッカー）オンデマンド定着では熱容量が小さいため、こまめに電力を変化させ温度制御の精度を上げているが、このために従来のローラー定着より頻繁に電力が変動する。（例えばローラー定着では熱容量が大きいために５秒に１回程度電力を変化させれば温度を一定値内に保てたのが、オンデマンド定着では１秒間に数回以上電力を変動させなければ温度を一定値に保てない）この消費電力（消費電流）の変動は電源電圧を変化させる。特にラインインピータンスの高い電源（例えば電柱上の変圧トランスから遠いところにあり送電線の抵抗が大きい場合）電源電圧が頻繁にかつ大きく変動する。
【００１１】
このため照明がちらついたり、テレビ画面がちらついたりする。（以下この現象をフリッカーという）フリッカーは位相制御より波数制御の方が大きい。これは位相制御では電流変動周期が１００Ｈｚ以上であり人の目ではちらつきがわからないのにたいし、波数制御は例えば１０半波をグループとして前半の数半波をオンとし後半の数半波をオフにし１０段階に電力を制御した場合、電流変動周期が１０Ｈｚと位相制御より低く、ちらつきが人の目で認識しやすいためである。
【００１２】
装置が高速化していくと必要な電力が大きくなるため、ヒータの抵抗値を下げて最大電力を引き上げる必要があるが、ヒーターの電力が大きくなるとフリッカーは悪化する。これはオンオフをする際の電流変動が大きくなるためである。
【００１３】
また、実際にフリッカーが悪化するのは、装置の消費電力が小さくなったときである。これは装置が冷えている状態から温調するときなどは、大きな電力が必要であるため、略全ての波数がオンされているのに対し、装置全体が暖まり、電力が少量でよくなったときそのオフ時間に対してオンの時間（波数）が少なくなったときに電力の差が大きくなり、フリッカーが特に悪くなる。
【００１４】
一方位相制御は、オンオフするときの電圧が波数制御に比べて大きいため、ノイズの発生が大きく、そのためにフィルターとなる抵抗やコンデンサーを多く入れなければならないため、回路が大きくなり高価にもなるという問題がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するためには、装置が冷えているときから立ち上げるときなどの大きな消費電力が必要なときには、ヒータの抵抗値を下げて消費電力を大きくし、装置が暖まったときなど消費電力が少なくてもいいときには、ヒータの抵抗値を上げることで、ヒータをオンした時とオフしたときの消費電力の差を小さくする。このためにヒータ上に複数の発熱体を設け、少なくとも１つの発熱体には電源との間にリレーを介する。大きな電力が必要なときには上記のリレーをオンし、ヒータの、見かけ上の抵抗値を下げる。一方電力の消費が少ない時には、上記のリレーをオフし、ヒータの見かけ上の抵抗値を上げ、オンしたときの消費電力を下げることで電力の変動を抑えることでフリッカーを低減する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明が適用されたレーザープリンターにおける定着用ヒーターの正面図およびヒーターの温度制御を行う回路の要部を表わした図であり、図２は本発明の像加熱装置を用いたレーザープリンターの要部を表わす図であり、図３はヒーターを含む定着装置の要部を示している。
【００１７】
図１において、１２はヒーターユニット、１３はセラミック基板、１４ａ、１４ｂは抵抗発熱体である。１５ａ、１５ｂ、１５ｃは電極であり、本実施の形態において１５ａと１５ｂ、及び１５ａと１５ｃ間の抵抗値は２０Ωとなっている。破線内はヒーターの裏面を示しており、１６はサーミスターであり、導電パターン１８の上に導電接着剤等で固定され、スルーホールを介して表面の電極１７ａ、１７ｂに通じている。５０は本プリンターのＣＰＵであり、前記電極１７ａ、１７ｂを介してＣＰＵ５０に入力されるサーミスターの抵抗値に応じてトライアック５１の駆動制御を行い、電源３０から発熱体１４ａ、１４ｂに通電する電力の制御を行う。
【００１８】
またトライアック５１と電極１５ｂの間にはリレー５２があり、ＣＰＵ５０の信号により、発熱体１４ｂに供給される電圧をオンオフする。
【００１９】
図２において、１は像担持体であるところの有機感光ドラム、２は帯電部材であるところの帯電ローラー、３はレーザー露光装置、４は現像器、５は転写ローラー、６は本実施形態の定着ユニット、７は加圧ロールである。以上主要ユニットの働きにより、紙カセット１１から給紙ローラー１０により給紙された記録材２０上に周知の電子写真プロセスによる画像形成が行われ出力される。
【００２０】
図３は本実施の形態のフィルム加熱定着器の概略構成断面図である。１２はヒーターユニットである。１２は図１において説明された加熱体としてのヒーターであり、記録材２０の搬送方向に直行する方向を長手とする絶縁性、耐熱性、低熱容量のセラミック基板１３、抵抗発熱体１４ａ、１４ｂ、サーミスター１６等からなる。２１は円筒形状の耐熱フィルムである。前記ヒーター１２はフィルムガイド２３に発熱体１４ａ、１４ｂを露呈させ固定支持されている。
【００２１】
２２は加圧部材としての加圧ロールであり、芯金２２ａとシリコンゴムからなる弾性層２２ｂおよびフッ素樹脂からなる離型層２２ｃで構成される。ヒーターユニット１２は加圧ロール２２に対し、図中不図示の加圧手段により層圧５〜２０ｋｇｆの圧力で加圧されている。さらに加圧ローラ２２は記録材２０の搬送方向に不図示の手段により回転駆動される。これにより、円筒形の定着フィルム２１がヒーター１２の発熱体表面に接触摺動してフィルムガイド２３の周囲を回動する。温度制御されたヒーターユニット１２と加圧ロール２２のニップ部を記録材２０が挾持搬送されることで記録材２０上のトナー像が定着される。
【００２２】
上記の装置において、装置がしばらく使われておらず定着ユニット６が室温程度まで冷えている状態では、リレー５２はオンされている状態にする。つまりヒーターユニット１２上の抵抗発熱体は各２０Ωの１４ａ、１４ｂであり、並列に接続されているため発熱体の電源に対する抵抗値は１０Ωとなる。このため、ヒータユニット１２には、電源電圧が１００Ｖのとき、最大で約１ｋＷまで供給することができ、室温から定着可能温度である２００℃まで約５秒で立ち上げることができる。
【００２３】
本実施例では、波数制御を５０Ｈｚの商用電源においての半波を１波とし、１０波を１ユニットとして制御した。つまり１ｋＷ必要なときには１０波中の１０波、５００Ｗ必要なときには１０波中の５波オンすることにより電力を制御している。またサーミスター１６の信号を元にその出力する波数をＰＩＤ制御している。
【００２４】
本実施例のようなフィルム加熱方式の定着装置においては、加熱処理を続け定着ユニット６が暖まってくると、例えば加圧ローラ２２も暖まり、この加圧ローラからも記録材２０に熱が供給されるため、ヒータユニット１２から供給する熱は少なくてよくなり、制御温度も下げることは良く知られている。こういった状態になると実際に使用する電力は本実施例の装置で約３００〜４００Ｗであり、波数にして１０波中３〜４波になる。こういった状態は、長いオフ時間の間に、時々大電力が入力される状態になり比較的長い周期でのフリッカーが悪化する。
【００２５】
そこで本実施例では、制御波数が４波より少なくなったときリレー５２をオフし、発熱体１４ａのみに電力を供給するようにする。こうすることで発熱体１４ａ、１４ｂ両方に電力供給していた場合には、オン時とオフ時の差が最大で瞬間的に１ｋＷになっていたものが、最大で５００Ｗまで低減できフリッカーが大幅に改善できる。また急激な抵抗変動でＰＩＤ制御の働きが間に合わなくなる恐れがあるのでリレーをオフするときには、予め決めておいた波数に切り替えるという制御、例えばリレーオフの場合は、オフの前の波数が４波ならばオフ後は８波から制御を始めるようにしておく。
【００２６】
本実施例では説明の都合上、発熱体１４ａ、１４ｂの抵抗を其々２０Ωとしたが、装置の特性によりその抵抗値や比率を変えて、装置にあった抵抗値、比率にすることにより、更なる立ち上げ時間の短縮やフリッカーの低減を図ることができる。
【００２７】
（実施の形態２）
本実施例では、上記実施例と略同様の装置を用いているが、本実施例のレーザープリンターにおける定着用ヒーターの正面図およびヒーターの温度制御を行う回路の要部を図４に示す。
【００２８】
図４において５３はリレーであるが、上記実施例のオンオフタイプのリレーと異なり、導電経路を切り替える接点Ａ，Ｂの二つを持つタイプのものである。
ヒータユニット１２上に、スクリーン印刷等で成形されている１４ｃ、１４ｄは抵抗発熱体で、１４ｃは１０Ω、１４ｄは２０Ωである。これによりヒータユニット１２抵抗値はリレー５３内の接点が発熱体１４ｃ側に接続されている時とき（接点Ａに接続されているとき）は、１０Ωとなり、１４ｄ側（接点Ｂ）に接続されているときは２０Ωとなる。
【００２９】
上記の構成で、大きな電力の要る装置の立ち上げ時にはリレー５３内の接点をＡに接続して抵抗が１０Ωの発熱体１４ｃに通電することでヒータユニット１２での発熱量を１００Ｖ入力時に１ｋＷとし、装置が暖まり電力をあまり必要でないときには、リレー５３内の接点をＢに接続して抵抗が２０Ωの発熱体１４ｄに通電することでヒータユニット１２での発熱量を１００Ｖ入力時に５００Ｗとする。これらの制御に加え、上記実施例と同様の波数制御を行う。
【００３０】
これにより上記実施例と同様に最大投入電力を大きく出来るため、消費電力の大きな高速の装置に対応できるうえ、消費電力の下がった状態においてもフリッカーのレベルを改善できるため、比較的安価で回路の小さな波数制御で制御することができる。
【００３１】
このとき、記録材２０の搬送方向に対して、抵抗が低く発熱量の多い発熱体１４ｃを上流側に配置し、発熱量の少ない発熱体１４ｄを下流側に配置する。消費電力が大きいときに使用する発熱体１４ｃを上流側に配置することで記録材２０に対しニップ部Ｎでより早い段階から加熱することができるので、定着性を確保するのにヒータユニット１２からより熱が必要なときほど効率がよい。
【００３２】
また記録材や入力電圧の変化により、必要電力が増加したときには、リレー５３の接点を切り替え、再び電力を上げても良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたようにヒータユニット上に複数の発熱体を設け、それを電力の必要状況に合わせリレー等により、通電する発熱体を切り替えることにより、ヒータユニット上の抵抗値を変化させることで、大きな電力が必要なときには、抵抗値を下げ大電力を投入する一方、少ない電力でよいときには抵抗値を上げることで、オンオフ時の電力差を抑えることで、回路が安価で小型の端数制御を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における加熱体および加熱体の温度制御を行う回路の要部を示す図
【図２】レーザープリンターの要部を示す図
【図３】定着装置の要部を示す図
【図４】実施例２における加熱体および加熱体の温度制御を行う回路の要部を示す図
【符号の説明】
５０　　ＣＰＵ
３０　　電源
１２　　ヒーターユニット
１３　　セラミック基板
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ　　抵抗発熱体
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ　　電極
１６　　サーミスター
５１　　トライアック
５２、５３　　リレー

Claims (5)

1. 複数の抵抗発熱体を有する加熱体と、前記加熱体と片面で接触摺動し他面で被加熱体と接触する耐熱性フィルムと、前記複数の抵抗発熱体に対し電力を供給する電力供給手段と、を有する像加熱装置において、必要電力により通電する前記複数の抵抗体を切り替えることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記加熱体の温度制御を波数制御で行うこと特徴とする前記請求項１の像加熱装置。
3. 前記加熱体の通電切り替えを、波数制御の出力波数に基づいて行うことを特徴とする前記請求項２の像加熱装置。
4. 前記加熱体の通電切り替え時と同時に、波数制御の出力波数を所定の波数に変えることを特徴とする前記請求項２の像加熱装置。
5. 前記加熱体の通電されている際の発熱分布中心が、発熱量が大きいときの方が、小さいときより、非加熱体移動方向上流側に位置することを特徴とする前記請求項１の像加熱装置。

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