JP2005032558A - 加熱装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】補助的な発熱部材に供給する電力について電流、電圧を適度に設定した状態での大電力を可能としつつも、発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにする。
【解決手段】商用ＡＣ電源からの電力供給により発熱して定着ローラ２０１を加熱するヒータＨＴ１と、定着ローラ２０１の温度を検出する温度センサＴＨ２１と、商用ＡＣ電源Ｐから充電するキャパシタＣＰ１と、このキャパシタＣＰ１の充電電圧を検出する両端電圧検出回路と、キャパシタＣＰ１からの電力供給により発熱して定着ローラ２０１を加熱する２つのヒータＨＴ２，ＨＴ３と、を備えている。制御部ＣＴＬ１は、両端電圧検出回路の検出電圧と温度センサＴＨ２１の検出温度に基づいてヒータＨＴ１〜ＨＴ３への電力供給を制御する。
【選択図】 図３
【解決手段】商用ＡＣ電源からの電力供給により発熱して定着ローラ２０１を加熱するヒータＨＴ１と、定着ローラ２０１の温度を検出する温度センサＴＨ２１と、商用ＡＣ電源Ｐから充電するキャパシタＣＰ１と、このキャパシタＣＰ１の充電電圧を検出する両端電圧検出回路と、キャパシタＣＰ１からの電力供給により発熱して定着ローラ２０１を加熱する２つのヒータＨＴ２，ＨＴ３と、を備えている。制御部ＣＴＬ１は、両端電圧検出回路の検出電圧と温度センサＴＨ２１の検出温度に基づいてヒータＨＴ１〜ＨＴ３への電力供給を制御する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加熱装置、この加熱装置を用いた定着装置、及び、この定着装置を用いた電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１，２には、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置の発熱部材（定着ヒータ）について、商用電源からの電力供給に加えて、大容量キャパシタを使用した充電可能な補助電源を用いることによって、急速な立ち上がりを可能にすることで省電力効果を高めようとした技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１５５６７公報
【特許文献２】
特開２００２−１８４５５４公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、定着ローラ、定着ベルトなどの定着部材に加圧ローラ、加圧ベルト、加圧パッドなどの加圧部材を圧接し、転写紙などのシートが定着部材と加圧部材との間を通過するときに、シート上のトナーを加熱及び加圧によりシートに定着させる加熱定着装置が用いられている。
【０００５】
このような加熱定着装置で最も一般的なタイプは、定着ローラが内面から輻射ヒータで加熱されることで熱及び圧力による画像の定着を行い、この定着ローラが画像の形成されたシートの搬送ローラをも兼ねる方式のものである。
【０００６】
このような加熱定着装置では、定着ローラの熱容量が大きく、ウォームアップ時間が長いという不具合がある。そのため、待機時には定着ローラの予熱により定着ローラの表面温度を定着に必要な温度近辺に維持しておく必要があり、未使用時には定着ローラの予熱により多くの電力を浪費してしまうことになる。
【０００７】
しかしながら、例えばウォームアップ時間が５秒〜１０秒程度以下であれば、定着ローラの予熱をなしとするか、極めて低温に定着ローラを予熱するようにすることで、ユーザはほとんど不便を感じることなく画像形成装置を使用することができる。
【０００８】
また、定着部材の低熱容量化も試みられ、肉厚０．５ｍｍ以下などの定着ローラの使用により、立ち上がり時間の短縮が可能となっている。
【０００９】
更なる立ち上がり時間の短縮には、定着部材を加熱するヒータへより多くの電力を投入できればよいが、一般的な商用電源は１００Ｖ、１５Ａであり、この範囲で商用電源から画像形成装置のヒータ、紙搬送系、画像形成部、制御部へ電力を供給する必要がある。これ以上の電力は大型の画像形成装置では使用されているが、この大型の画像形成装置は商用電源から大きな電力を得るための電源工事が必要になり、あるいは、使用個所が限定される不具合がある。
【００１０】
そこで、電気二重層キャパシタ等の大容量キャパシタを使用した充電可能な補助電源を用いて、商用電源の限界にとらわれずに急速な立ち上がりを狙った様々な定着装置が提案されている。前述の特許文献１，２に開示の技術は、定着ヒータについて、商用電源からの電力供給に加えて、大容量キャパシタを使用して充電可能な補助電源を用いることによって、急速な立ち上がりを可能にすることで、省電力効果を高めることを目的としたものである。
【００１１】
ここで、立ちあがり時間をより短縮したい場合は、補助電源の電力を大きくすれば良いが、一般的に発熱部材に流すことができる電流値には限界があり、また、大容量キャパシタ等で補助電源を構成する場合、高い電圧値を出力しようとすればするほど、高価な電気２重層コンデンサが多数必要となってしまうという不具合がある。
【００１２】
そこで、補助電源から電力が供給されることにより発熱する補助的な発熱部材を複数用意し、補助電源の充電電圧と加熱部材の表面上の温度により補助電源から補助的な発熱部材への電力供給を制御する制御手段も用意して、複数の補助的な発熱部材を補助電源に対して並列に接続するようにすれば、電流、電圧を適度に設定した状態での大電力の出力が達成可能となる。
【００１３】
しかしながら、このような補助電源及び複数の補助的な発熱部材を備えた構成の加熱装置において、複数の補助的な発熱部材に同時に電源供給を行うと、画像形成装置内に突入電流による大電流が流れることになり、電磁誘導によって周辺回路にノイズが発生し、メイン制御回路のリセットＩＣの誤動作などの不具合が発生する懸念がある。
【００１４】
本発明の目的は、主たる発熱部材の他に補助的な発熱部材も複数個用いて同時に加熱部材を加熱して加熱部材の急速な温度上昇を図る場合に、補助的な発熱部材に供給する電力について電流、電圧を適度に設定した状態での大電力を可能とすることである。
【００１５】
また、本発明の別の目的は、この場合に、発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、商用電源からの電力供給により発熱して所定の部材を加熱する第１の発熱部材と、前記所定の部材の温度を検出する温度センサと、前記商用電源から充電する充電器と、この充電器の充電電圧を検出する電圧センサと、前記充電器からの電力供給により発熱して前記所定の部材を加熱する複数の第２の発熱部材と、前記充電電圧と前記温度検出に基づいて前記第１及び第２の発熱部材への前記電力供給を制御する制御手段と、を備えている加熱装置である。
【００１７】
したがって、主たる第１の発熱部材の他に補助的な第２の発熱部材も複数個用いて同時に加熱部材を加熱して加熱部材の急速な温度上昇を図ることができ、充電器の充電電圧と加熱部材の温度検出に基づいて複数の第２の発熱部材に電力供給を行うことで、高コストの充電器を用いることなく、電流、電圧を適度に設定した状態での第２の発熱部材への大電力の供給を可能とすることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加熱装置において、前記複数の第２の発熱部材に同時に前記電力供給を行うときは、前記複数の第２の発熱部材間で前記電力供給の開始のタイミングを一定時間ずらすタイミング制御手段をさらに備えている。
【００１９】
したがって、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の加熱装置において、前記タイミング制御手段は、ディレイ回路により前記タイミングを一定時間ずらす動作を行う。
【００２１】
したがって、ディレイ回路により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の加熱装置において、前記ディレイ回路は、ＣＲ積分回路により前記タイミングを一定時間ずらす動作を行う。
【００２３】
したがって、ＣＲ積分回路を用いたディレイ回路により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の加熱装置において、前記タイミング制御手段は、前記各第２の発熱部材への前記電力供給のＯＮ、ＯＦＦを行う複数のスイッチング素子と、前記各スイッチング素子の前記ＯＮ、ＯＦＦを制御してタイミングを一定時間ずらす処理を実行するスイッチング制御手段と、を備えている。
【００２５】
したがって、ソフトウェアなどによるスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ制御により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの一に記載の加熱装置を備え、トナー画像が形成された媒体に加圧及び前記加熱装置の発熱による加熱を行って前記トナー画像の前記媒体上への定着を行なう、定着装置である。
【００２７】
したがって、定着装置について請求項１〜５のいずれかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、電子写真方式で媒体上にトナー画像を形成するプリンタエンジンと、前記トナー画像の前記媒体上への定着を行なう請求項５に記載の定着装置と、を備えている画像形成装置である。
【００２９】
したがって、画像形成装置について請求項１〜５のいずれかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について説明する。
【００３１】
図１は、本実施の形態のデジタル複写機の縦断面図である。このデジタル複写機は、本発明の画像形成装置を実施するもので、いわゆる複合機である。すなわち、このデジタル複写機は、複写機能と、これ以外の機能、例えば、プリンタ機能、ファクシミリ機能とを備えていて、図示しない操作部のアプリケーション切り替えキーの操作により、複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を順次に切り替えて選択することが可能である。これにより、複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリントモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。
【００３２】
次に、このデジタル複写機の概略構成及び複写モードの際の動作について説明する。図１において、自動原稿送り装置（以下ＡＤＦという）１０１において、原稿台１０２に画像面を上にして置かれた原稿は、図示しない操作部上のスタートキーが押下されると、給送ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラスからなる原稿台１０５上の所定の位置に給送される。ＡＤＦ１０１は、一枚の原稿の給送完了毎に原稿枚数をカウントアップするカウント機能を有する。コンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。
【００３３】
原稿セット検知器１０９で原稿台１０２上に次の原稿が存在することが検知された場合には、同様に原稿台１０２上の一番下の原稿が給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。このコンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。ここに、給送ローラ３、給送ベルト４及び排送ローラ７は搬送モータによって駆動される。
【００３４】
第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１及び第３給紙装置１１２は、それぞれ選択されたときに、その積載された転写紙を給紙し、この転写紙は縦搬送ユニット１１６によって感光体１１７に当接する位置まで搬送される。感光体１１７は、例えば感光体ドラムが用いられていて、図示しないメインモータにより回転駆動される。
【００３５】
画像読取装置１０６で原稿から読み取られた画像データは、図示しない画像処理装置で所定の画像処理が施された後、書き込みユニット１１８によって光情報に変換され、感光体ドラム１１７には図示しない帯電器により一様に帯電された後に書き込みユニット１１８からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体ドラム１１７上の静電潜像は、現像装置１１９により現像されてトナー像となる。書き込みユニット１１８、感光体ドラム１１７、現像装置１１９や、その他の図示しない感光体ドラム１１７回りの周知の装置などにより、プリンタエンジンを構成している。
【００３６】
搬送ベルト１２０は、用紙搬送の手段及び転写の手段を兼ねていて電源から転写バイアスが印加され、縦搬送ユニット１１６からの転写紙を感光体ドラム１１７と等速で搬送しながら感光体ドラム１１７上のトナー像を転写紙に転写する。この転写紙は、定着装置１２１によりトナー像が定着され、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。感光体ドラム１１７は、トナー像転写後に図示しないクリーニング装置により残存トナーのクリーニングがなされる。
【００３７】
以上の動作は、通常のモードで用紙の片面に画像を複写するときの動作であるが、両面モードで転写紙の両面に画像を複写する場合には、各給紙トレイ１１３〜１１５のいずれかより給紙されて表面に上述のように画像が形成された転写紙は、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３側ではなく、両面入紙搬送路１２４側に切り替えられ、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転され、両面搬送ユニット１２６へ搬送される。
【００３８】
この両面搬送ユニット１２６へ搬送された転写紙は、両面搬送ユニット１２６により縦搬送ユニット１１６へ搬送され、縦搬送ユニット１１６により感光体ドラム１１７に当接する位置まで搬送され、感光体ドラム１１７上に上述と同様に形成されたトナー像が裏面に転写されて、定着装置１２１でトナー像が定着されることにより両面コピーとなる。この両面コピーは排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。
【００３９】
また、転写紙を反転して排出する場合には、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転された転写紙は、両面搬送ユニット１２６に搬送されずに反転排紙搬送路１２７を経て排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。
【００４０】
プリントモードでは、前述の画像処理装置からの画像データの代りに、外部からの画像データが書き込みユニット１１８に入力されて、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。
【００４１】
さらに、ファクシミリモードでは、画像読取装置１０６からの画像データが図示しないファクシミリ送受信部により相手に送信され、相手からの画像データがファクシミリ送受信部で受信されて前述の画像処理装置からの画像データの代りに書き込みユニット１１８に入力されることにより、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。
【００４２】
次に、定着装置１２１の構成について図２を参照して説明する。図２に示すように、定着装置１２１は、加熱部材である定着ローラ２０１に、シリコンゴム等の弾性部材からなる加圧ローラ２０２が、図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられている。定着部材と加圧部材は、一般的にローラ状である場合が多いが、例えば、いずれか一方又は両方を無端ベルト状に構成するようにしてもよい。
【００４３】
この定着装置１２１には、ヒータＨＴ１〜ＨＴ３が任意の位置に設けられる。例えば、このヒータＨＴ１〜ＨＴ３は定着ローラ２０１の内部に配置されて、定着ローラ１を内側から加熱する。
【００４４】
定着ローラ２０１及び加圧ローラ２０２は、図示しない駆動機構により回転駆動される。温度センサＴＨ２１は、定着ローラ２０１の表面に当接され、定着ローラ２０１の表面温度（定着温度）を検出する。トナー２０６を担持した転写紙等の媒体であるシート２０７は、定着ローラ２０１と加圧ローラ２０２とのニップ部を通過する際に、定着ローラ２０１と加圧ローラ２０２による加熱及び加圧でトナー２０６が定着される。
【００４５】
次に、本実施の形態のデジタル複写機の回路構成について説明する。図３に示すように、商用ＡＣ電源Ｐの電力は、主電源スイッチＭＳＷ１を介して、画像形成装置のＤＣ電源を生成する電力供給部ＰＳＵ２、充電器であるキャパシタＣＰ１を充電するための電力供給部ＰＳＵ１及びＡＣヒータ駆動回路ＡＣＤ１に入力される。これらのＡＣ電源としての入力電流を検出する入力電流検出回路Ｉｓｎｓは、入力電流値を、マイコンを備えて各部を集中的に制御する制御部ＣＴＬ１に入力する。
【００４６】
定着ローラ２０１の第１の発熱部材となるヒータＨＴ１には、ＡＣヒータ駆動回路ＡＣＤ１がＡＣ電源をＯＮ／ＯＦＦ制御して電力供給を行う。第２の発熱部材となるヒータＨＴ２，ＨＴ３は、キャパシタ充放電回路ＣＰＤ１を介してキャパシタＣＰ１と接続されている。
【００４７】
キャパシタＣＰ１は大容量のキャパシタであり、前述のように電力供給部ＰＳＵ１により充電される。電力供給部ＰＳＵ１には主電源スイッチＭＳＷ１を介してＡＣ電源が入力され、制御部ＣＴＬ１からの信号Ｓ１により電力供給部ＰＳＵ１からキャパシタＣＰ１への出力がＯＮ／ＯＦＦされる。更に電力供給部ＰＳＵ１によってキャパシタＣＰ１に充電された電力は、キャパシタ充放電回路ＣＰＤ１によりヒータＨＴ２，ＨＴ３に供給される。
【００４８】
主電源スイッチＭＳＷ１を介したＡＣ電源Ｐは、前述のようにデジタル複写機のＤＣ電源を生成する電力供給部ＰＳＵ２へも入力され、電力供給部ＰＳＵ２はデジタル複写機の内部で主に制御系で使用される電源Ｖｃｃと、主に駆動系、中高圧電源に使用される電源Ｖａａを生成する。
【００４９】
インターロックスイッチＩＳＷ１は、図示しないデジタル複写機のカバー類と連動してＯＮ／ＯＦＦするスイッチであり、デジタル複写機のカバー類が開けられることにより触れることができる駆動部材、中高圧電源印加部材を有する場合には、カバー閉時に該駆動部材の動作を停止、あるいは該中高圧電源印加部材への電圧印加を停止するよう電源を遮断する。電源Ｖａａの一部は、インターロックスイッチＩＳＷを介してキャパシタ充放電回路ＣＰＤ１に入力される。
【００５０】
定着ローラ２０１の表面温度を検出するための前述の温度センサＴＨ２１はサーミスタであり、このサーミスタの抵抗値が温度により変化することにより制御部ＣＴＬ１は定着ローラ２０１の表面温度を検出する。
【００５１】
次に、図３に図示した各回路ブロックについて詳細に説明する。
【００５２】
まず、ＡＣヒータ駆動回路ＡＣＤ１について、図４の回路図を用いて説明する。図４に示すように、商用ＡＣ電源Ｐは、フィルタＦＩＬ２１、及び安全保護用定着リレーＲＬ２１を介してヒータＨＴ１に接続されている。一方、ヒータＨＴ２は、ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路３０１に接続されている。
【００５３】
ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路３０１は、ＡＣ電源をＯＮ／ＯＦＦするためのトライアックＴＲ２１と、トライアックＴＲ２１のゲートをＯＮするためと２次側である制御部ＣＴＬ１からの信号を絶縁するために必要であるフォトカプラＰＣ２１と、フォトカプラＰＣ２１の発光側ＬＥＤを駆動するためのトランジスタＴＲ２１とで構成される。コンデンサＣ２１と抵抗Ｒ２１はノイズ吸収用スナバ回路、インダクタＬ２１はノイズ吸収用、抵抗Ｒ２２は続流防止抵抗、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４はフォトカプラＰＣ２１の電流制限抵抗である。
【００５４】
ヒータＨＴ３は、安全保護用の定着リレーＲＬ２１とトライアックＴＲ２１のゲートの両方がＯＮされた状態で電力が供給されて点灯する。制御部ＣＴＬ１は、安全保護用の定着リレーＲＬ２１の制御信号Ｓ９をＯＮした状態で、トライアックＴＲ２１の制御信号Ｓ８をＯＮ／ＯＦＦして、ヒータＨＴ１の点灯／消灯を制御する。
【００５５】
次に、キャパシタ充放電回路ＣＰＤ１の構成について、図５の回路図を用いて説明する。キャパシタ充放電回路ＣＰＤ１の構成において、キャパシタＣＰ１の両端は充放電用のスイッチＣＰＳＷ１１，ＣＰＳＷ１２，ＣＰＳＷ１３、安全保護用の定着リレーＲＬ１１，ＲＬ１２、電圧センサとなるキャパシタの両端電圧検出回路ＣＰＶ１１等で構成される。符号Ｄ１１は、定着リレーＲＬ１１の逆起防止用のダイオードである。
【００５６】
キャパシタＣＰ１の両端は、充放電用のスイッチＣＰＳＷ１１，ＣＰＳＷ１２、ＣＰＳＷ１３と安全保護用のリレーＲＬ１１，ＲＬ１２を介して接続され、スイッチＣＰＳＷ１１，ＣＰＳＷ１２と安全保護用の定着リレーＲＬ１１，ＲＬ１２の両方がＯＮされた状態でヒータＨＴ１，ＨＴ２に電力が供給され、キャパシタＣＰ１の両端電圧検出回路ＣＰＶ１１によりキャパシタＣＰ１の電圧を検出し、制御部ＣＴＬ１により，この電圧信号Ｓ５を監視する。
【００５７】
リレーＲＬ１１，ＲＬ１２は、制御部ＣＴＬ１が制御する定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４によりＯＮ／ＯＦＦされる。同様に、スイッチＣＰＳＷ１１，ＣＰＳＷ１２は、制御部ＣＴＬ１が制御するキャパシタ充放電信号Ｓ３によりＯＮ／ＯＦＦされる。
【００５８】
キャパシタＣＰ１の充放電を制御する制御部ＣＴＬ１の回路構成について、図６の回路図を参照して説明する。マイクロコンピュータのＣＰＵ１１は、画像形成装置の制御に必要なデータを格納するためのメモリＭ１１と接続され、キャパシタＣＰ１の両端電圧を検出するアナログ信号Ｓ５、定着ローラの表面温度を検出するためのＴＨ１１とＲ２１の抵抗値によって分圧されたアナログ信号Ｓ６、画像形成装置の入力電流を検出するためのアナログ信号Ｓ７が入力される。更にＣＰＵ１１のＩ／Ｏポートよりキャパシタ電力供給部ＰＳＵ１の出力ＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ１、キャパシタ充放電信号Ｓ３、定着リレーＲＬ１１、ＲＬ１２のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４を出力する。
【００５９】
次に、本実施の形態のデジタル複写機で実行される特徴的な動作について説明する。
【００６０】
まず、図７のタイミングチャートを用いて各ヒータＨＴ１〜ＨＴ３の点灯タイミングを説明する。
【００６１】
図７に示すように、まず、期間ｔ１は（図７（ａ））、定着ローラ２０１表面の温度を所定の温度に立ち上げる期間である。通常、ＡＣ電源から発熱部材であるヒータＨＴ１に通電し、定着ローラ２０１を加熱する。この期間ｔ１では、ヒータＨＴ１は（図７（ｃ））、フルデューティで点灯しているが、デジタル複写機はコピー動作を行っていないので、入力電流Ｉは（図７（ｂ））、最大入力電流Ｉｍａｘ以下となっている。
【００６２】
この状態で定着ローラ２０１の近傍に設けられた温度センサＴＨ１により表面温度を検出し、表面温度がコピー動作可能な温度である目標温度Ｔｔになると、ヒータＨＴ１への通電を停止する。そして、コピー待機状態（期間ｔ２）となる。
【００６３】
ここで、期間ｔ１の時間を短縮するために、ＡＣ電源による加熱とともに、予めキャパシタＣＰ１に充電されている電力をヒータＨＴ１とは別に設けられたヒータＨＴ２，ＨＴ３に供給することにより（図７（ｄ）（ｅ））、定着ローラ２０１の表面温度を上昇させる。なお、キャパシタＣＰ１に充分な充電がされていないときは、ヒータＨＴ２，ＨＴ３への放電は行わず、ヒータＨＴ１のみでの加熱を行う。
【００６４】
期間ｔ２において、定着ローラ２０１の表面温度は目標温度に達していても、定着装置１２１の周辺が十分に暖まっていない状態でコピーを開始すると、コピー開始直後は期間ｔ３のようにヒータＨＴ１が点灯している状態でも定着ローラ２０１の表面温度が低下する場合がある。実際には表面温度が目標温度以下になってもコピー動作可能であるが、表面温度がＴｍｉｎ以下になる場合には定着性が確保できなくなるので、コピー動作を停止させなければならない。
【００６５】
コピー動作中は、ＤＣ電源側の負荷電流の増加に伴い、電力供給部ＰＳＵ２の入力電流が増加し、装置全体の入力電流も増加し、装置として定められている最大入力電流Ｉｍａｘに達する可能性があり、装置仕様上、この最大電流値Ｉｍａｘを超えることはできない。よって、この状態においてヒータＨＴ３の点灯率を更に上げることはできないので、期間ｔ４のように表面温度がＴｍｉｎ以下にならないように予めキャパシタＣＰ１に充電されている電力をヒータＨＴ１とは別に設けられたヒータＨＴ２又はＨＴ３に放電供給することにより、定着ローラ２０１の表面温度を上昇させる。
【００６６】
キャパシタＣＰ１の電力をヒータＨＴ２又はＨＴ３に放電供給することにより、期間ｔ５のように定着ローラ２０１の表面温度が目標温度Ｔｔに達した場合には、キャパシタＣＰ１からの放電を停止する。キャパシタＣＰ１からの放電供給が停止した場合でも、ヒータＨＴ１のみで期間ｔ６のように定着ローラ２０１の表面温度を目標温度Ｔｔに維持できる場合には、ヒータＨＴ１をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより温度制御を行う。
【００６７】
上記の期間ｔ１において、予めキャパシタＣＰ１に充電されている電力を定着ヒータＨＴ２，ＨＴ３に放電供給を行うが、ヒータＨＴ２，ＨＴ３に同時に電力供給を行うと、充放電回路ＣＰＤ１と定着ローラ２０１間に突入電流による大電流が流れ、大電流による電磁誘導によって、この電力供給経路の周辺の回路、ハーネスにノイズを発生させる可能性がある。そこで本実施の形態においては、ヒータＨＴ２とＨＴ３の点灯タイミングを一定時間ずらすような制御を行う。
【００６８】
このように、制御部ＣＴＬ１は、キャパシタＣＰ１の充電電圧の検出値と温度センサＴＨ２１の検出温度に基づいて、ヒータＨＴ１〜ＨＴ３への電力供給を制御する（制御手段）。
【００６９】
そして、このような制御を行うことによって、突入電流を低減し、大電流によるノイズを低減させることができる。ヒータＨＴ２，ＨＴ３に同時に電力供給を行った場合の突入電流のグラフを図８、ヒータＨＴ２，ＨＴ３の通電のタイミングを一定時間ずらした場合の突入電流のグラフを図９に示す。図９に示すように、タイミングをずらすことにより、ひとつ目の突入電流が図８の場合と比べて大幅に減少する。また、一本目のヒータＨＴ２又はＨＴ３の点灯により二本目のヒータＨＴ３又はＨＴ２が温められ、二つ目突入電流が減少することも分かる。
【００７０】
ここで、ヒータＨＴ２とＨＴ３の点灯タイミングをずらす手段として、ハードウェアによる制御とソフトウェアによる制御がある。
【００７１】
まず、ハードウェアによる制御の一例について説明する。
【００７２】
ヒータＨＴ１に対してヒータＨＴ２の点灯タイミングを一定時間ずらすには、図１０に示すように、キャパシタ充放電回路ＣＰＤ１にディレイ回路ＤＬＹを挿入して、タイミング制御手段を実現する。ディレイ回路ＤＬＹの具体的な構成としては、図１１に示すようなＣＲ積分回路を用いることが考えられる。図１１の回路の遅延時間は、立ち上がりの遅延時間がｔｄｒ、立下りの遅延時間ｔｄｆはそれぞれ以下の式で表される。
【００７３】
ｔｄｒ＝−ＣＲｌｎ（１−Ｖｔｈ／ＶＤＤ）
ｔｄｆ＝−ＣＲｌｎ（Ｖｔｈ／ＶＤＤ）
（Ｖｔｈ：スレッショルドレベル、ＶＤＤ：電源電圧）
ここで、後段のバッファＢにＣＭＯＳを用いると、“Ｖｔｈ＝１／２ＶＤＤ”となり、これを代入すると、
ｔｄｒ＝ｔｄｆ＝０．６９ＣＲ
となる。
【００７４】
例えば、３００ｍｓ程度ずらしたい場合は、“Ｒ＝１００ｋΩ、Ｃ＝４．７μＦ”とすることにより、約３３０ｍｓの遅延回路とすればよい。
【００７５】
次にソフトウェアによる制御の一例について、図１２の回路図を用いて説明する。すなわち、この例では、スイッチング素子であるリレーＲＬ１１，ＲＬ１２は、いずれも単一の定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４によりＯＮ／ＯＦＦされるのではなく、個別に定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４とＳ１２によりそれぞれ制御される（タイミング制御手段）。同様に、スイッチング素子であるスイッチＣＰＳＷ１１，ＣＰＳＷ１２は、単一のキャパシタ充放電信号Ｓ３によりＯＮ／ＯＦＦされるのではなく、個別にキャパシタ充放電信号Ｓ３とＳ１１によりそれぞれ制御される（タイミング制御手段）。そして、制御部ＣＴＬ１内のＣＰＵ１１に内蔵されているタイマを用いて、キャパシタ充放電信号Ｓ３とＳ１１、定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４とＳ１２の出力のタイミングを一定時間Ｔ秒の間ずらすようにして出力する。
【００７６】
この場合の処理のフローチャートを図１３に示す。すなわち、図１３の処理は、前述の定着ローラ２０１表面の温度を所定の温度に立ち上げる期間ｔ１（図７参照）にあるときに実行される。制御部ＣＴＬ１は、最初に、キャパシタ充放電信号Ｓ３、定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４によりヒータＨＴ２をＯＮにして（ステップＳ１）、所定のカウンタのカウント値を初期値０とし（ステップＳ２）、１秒ずつカウント値を１だけインクリメントして（ステップＳ３）、このカウント値がＴに達する、すなわち、Ｔ秒が経過したときは（ステップＳ４のＹ）、キャパシタ充放電信号Ｓ１１、定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ１２によりヒータＨＴ３をＯＮにする（スイッチング制御手段）（ステップＳ１）。
【００７７】
なお、前述の例では、補助的なヒータをヒータＨＴ２，ＨＴ３の２つ設けた例を説明したが、このようなヒータを３つ以上設けて、各ヒータの通電タイミングをずらすようにすることも可能である。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、主たる第１の発熱部材の他に補助的な第２の発熱部材も複数個用いて同時に加熱部材を加熱して加熱部材の急速な温度上昇を図ることができ、充電器の充電電圧と加熱部材の温度検出に基づいて複数の第２の発熱部材に電力供給を行うことで、高コストの充電器を用いることなく、電流、電圧を適度に設定した状態での第２の発熱部材への大電力の供給を可能とすることができる。
【００７９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００８０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、ディレイ回路により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００８１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、ＣＲ積分回路を用いたディレイ回路により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００８２】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、ソフトウェアなどによるスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ制御により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００８３】
請求項６に記載の発明は、定着装置について請求項１〜５のいずれかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【００８４】
請求項７に記載の発明は、画像形成装置について請求項１〜５のいずれかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるデジタル複写機の縦断面図である。
【図２】定着装置の構成を説明する説明図である。
【図３】デジタル複写機の回路の構成を示す回路図である。
【図４】ＡＣヒータ駆動回路の回路図である。
【図５】キャパシタ充放電回路の回路図である。
【図６】制御部の回路図である。
【図７】デジタル複写機の動作を説明するタイミングチャートである。
【図８】二つのヒータに同時に通電した場合の突入電流のグラフである。
【図９】二つのヒータにタイミングをずらして通電した場合の突入電流のグラフである。
【図１０】キャパシタ充放電回路にディレイ回路を介装した場合の回路図である。
【図１１】ＣＲ積分回路を用いたディレイ回路の回路図である。
【図１２】制御部による制御により二つのヒータにタイミングをずらして通電する場合の回路構成を説明する回路図である。
【図１３】図１２の場合の制御部が実行する処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１２１ 定着装置
２０１ 加熱部材
２０７ 媒体
２０６ トナー画像
ＨＴ１ 第１の発熱部材
ＨＴ２ 第２の発熱部材
ＨＴ３ 第２の発熱部材
ＴＨ２１ 温度センサ
ＣＰＶ１１ 電圧センサ
【発明の属する技術分野】
この発明は、加熱装置、この加熱装置を用いた定着装置、及び、この定着装置を用いた電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１，２には、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置の発熱部材（定着ヒータ）について、商用電源からの電力供給に加えて、大容量キャパシタを使用した充電可能な補助電源を用いることによって、急速な立ち上がりを可能にすることで省電力効果を高めようとした技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１５５６７公報
【特許文献２】
特開２００２−１８４５５４公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、定着ローラ、定着ベルトなどの定着部材に加圧ローラ、加圧ベルト、加圧パッドなどの加圧部材を圧接し、転写紙などのシートが定着部材と加圧部材との間を通過するときに、シート上のトナーを加熱及び加圧によりシートに定着させる加熱定着装置が用いられている。
【０００５】
このような加熱定着装置で最も一般的なタイプは、定着ローラが内面から輻射ヒータで加熱されることで熱及び圧力による画像の定着を行い、この定着ローラが画像の形成されたシートの搬送ローラをも兼ねる方式のものである。
【０００６】
このような加熱定着装置では、定着ローラの熱容量が大きく、ウォームアップ時間が長いという不具合がある。そのため、待機時には定着ローラの予熱により定着ローラの表面温度を定着に必要な温度近辺に維持しておく必要があり、未使用時には定着ローラの予熱により多くの電力を浪費してしまうことになる。
【０００７】
しかしながら、例えばウォームアップ時間が５秒〜１０秒程度以下であれば、定着ローラの予熱をなしとするか、極めて低温に定着ローラを予熱するようにすることで、ユーザはほとんど不便を感じることなく画像形成装置を使用することができる。
【０００８】
また、定着部材の低熱容量化も試みられ、肉厚０．５ｍｍ以下などの定着ローラの使用により、立ち上がり時間の短縮が可能となっている。
【０００９】
更なる立ち上がり時間の短縮には、定着部材を加熱するヒータへより多くの電力を投入できればよいが、一般的な商用電源は１００Ｖ、１５Ａであり、この範囲で商用電源から画像形成装置のヒータ、紙搬送系、画像形成部、制御部へ電力を供給する必要がある。これ以上の電力は大型の画像形成装置では使用されているが、この大型の画像形成装置は商用電源から大きな電力を得るための電源工事が必要になり、あるいは、使用個所が限定される不具合がある。
【００１０】
そこで、電気二重層キャパシタ等の大容量キャパシタを使用した充電可能な補助電源を用いて、商用電源の限界にとらわれずに急速な立ち上がりを狙った様々な定着装置が提案されている。前述の特許文献１，２に開示の技術は、定着ヒータについて、商用電源からの電力供給に加えて、大容量キャパシタを使用して充電可能な補助電源を用いることによって、急速な立ち上がりを可能にすることで、省電力効果を高めることを目的としたものである。
【００１１】
ここで、立ちあがり時間をより短縮したい場合は、補助電源の電力を大きくすれば良いが、一般的に発熱部材に流すことができる電流値には限界があり、また、大容量キャパシタ等で補助電源を構成する場合、高い電圧値を出力しようとすればするほど、高価な電気２重層コンデンサが多数必要となってしまうという不具合がある。
【００１２】
そこで、補助電源から電力が供給されることにより発熱する補助的な発熱部材を複数用意し、補助電源の充電電圧と加熱部材の表面上の温度により補助電源から補助的な発熱部材への電力供給を制御する制御手段も用意して、複数の補助的な発熱部材を補助電源に対して並列に接続するようにすれば、電流、電圧を適度に設定した状態での大電力の出力が達成可能となる。
【００１３】
しかしながら、このような補助電源及び複数の補助的な発熱部材を備えた構成の加熱装置において、複数の補助的な発熱部材に同時に電源供給を行うと、画像形成装置内に突入電流による大電流が流れることになり、電磁誘導によって周辺回路にノイズが発生し、メイン制御回路のリセットＩＣの誤動作などの不具合が発生する懸念がある。
【００１４】
本発明の目的は、主たる発熱部材の他に補助的な発熱部材も複数個用いて同時に加熱部材を加熱して加熱部材の急速な温度上昇を図る場合に、補助的な発熱部材に供給する電力について電流、電圧を適度に設定した状態での大電力を可能とすることである。
【００１５】
また、本発明の別の目的は、この場合に、発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、商用電源からの電力供給により発熱して所定の部材を加熱する第１の発熱部材と、前記所定の部材の温度を検出する温度センサと、前記商用電源から充電する充電器と、この充電器の充電電圧を検出する電圧センサと、前記充電器からの電力供給により発熱して前記所定の部材を加熱する複数の第２の発熱部材と、前記充電電圧と前記温度検出に基づいて前記第１及び第２の発熱部材への前記電力供給を制御する制御手段と、を備えている加熱装置である。
【００１７】
したがって、主たる第１の発熱部材の他に補助的な第２の発熱部材も複数個用いて同時に加熱部材を加熱して加熱部材の急速な温度上昇を図ることができ、充電器の充電電圧と加熱部材の温度検出に基づいて複数の第２の発熱部材に電力供給を行うことで、高コストの充電器を用いることなく、電流、電圧を適度に設定した状態での第２の発熱部材への大電力の供給を可能とすることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加熱装置において、前記複数の第２の発熱部材に同時に前記電力供給を行うときは、前記複数の第２の発熱部材間で前記電力供給の開始のタイミングを一定時間ずらすタイミング制御手段をさらに備えている。
【００１９】
したがって、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の加熱装置において、前記タイミング制御手段は、ディレイ回路により前記タイミングを一定時間ずらす動作を行う。
【００２１】
したがって、ディレイ回路により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の加熱装置において、前記ディレイ回路は、ＣＲ積分回路により前記タイミングを一定時間ずらす動作を行う。
【００２３】
したがって、ＣＲ積分回路を用いたディレイ回路により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の加熱装置において、前記タイミング制御手段は、前記各第２の発熱部材への前記電力供給のＯＮ、ＯＦＦを行う複数のスイッチング素子と、前記各スイッチング素子の前記ＯＮ、ＯＦＦを制御してタイミングを一定時間ずらす処理を実行するスイッチング制御手段と、を備えている。
【００２５】
したがって、ソフトウェアなどによるスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ制御により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの一に記載の加熱装置を備え、トナー画像が形成された媒体に加圧及び前記加熱装置の発熱による加熱を行って前記トナー画像の前記媒体上への定着を行なう、定着装置である。
【００２７】
したがって、定着装置について請求項１〜５のいずれかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、電子写真方式で媒体上にトナー画像を形成するプリンタエンジンと、前記トナー画像の前記媒体上への定着を行なう請求項５に記載の定着装置と、を備えている画像形成装置である。
【００２９】
したがって、画像形成装置について請求項１〜５のいずれかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について説明する。
【００３１】
図１は、本実施の形態のデジタル複写機の縦断面図である。このデジタル複写機は、本発明の画像形成装置を実施するもので、いわゆる複合機である。すなわち、このデジタル複写機は、複写機能と、これ以外の機能、例えば、プリンタ機能、ファクシミリ機能とを備えていて、図示しない操作部のアプリケーション切り替えキーの操作により、複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を順次に切り替えて選択することが可能である。これにより、複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリントモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。
【００３２】
次に、このデジタル複写機の概略構成及び複写モードの際の動作について説明する。図１において、自動原稿送り装置（以下ＡＤＦという）１０１において、原稿台１０２に画像面を上にして置かれた原稿は、図示しない操作部上のスタートキーが押下されると、給送ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラスからなる原稿台１０５上の所定の位置に給送される。ＡＤＦ１０１は、一枚の原稿の給送完了毎に原稿枚数をカウントアップするカウント機能を有する。コンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。
【００３３】
原稿セット検知器１０９で原稿台１０２上に次の原稿が存在することが検知された場合には、同様に原稿台１０２上の一番下の原稿が給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。このコンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。ここに、給送ローラ３、給送ベルト４及び排送ローラ７は搬送モータによって駆動される。
【００３４】
第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１及び第３給紙装置１１２は、それぞれ選択されたときに、その積載された転写紙を給紙し、この転写紙は縦搬送ユニット１１６によって感光体１１７に当接する位置まで搬送される。感光体１１７は、例えば感光体ドラムが用いられていて、図示しないメインモータにより回転駆動される。
【００３５】
画像読取装置１０６で原稿から読み取られた画像データは、図示しない画像処理装置で所定の画像処理が施された後、書き込みユニット１１８によって光情報に変換され、感光体ドラム１１７には図示しない帯電器により一様に帯電された後に書き込みユニット１１８からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体ドラム１１７上の静電潜像は、現像装置１１９により現像されてトナー像となる。書き込みユニット１１８、感光体ドラム１１７、現像装置１１９や、その他の図示しない感光体ドラム１１７回りの周知の装置などにより、プリンタエンジンを構成している。
【００３６】
搬送ベルト１２０は、用紙搬送の手段及び転写の手段を兼ねていて電源から転写バイアスが印加され、縦搬送ユニット１１６からの転写紙を感光体ドラム１１７と等速で搬送しながら感光体ドラム１１７上のトナー像を転写紙に転写する。この転写紙は、定着装置１２１によりトナー像が定着され、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。感光体ドラム１１７は、トナー像転写後に図示しないクリーニング装置により残存トナーのクリーニングがなされる。
【００３７】
以上の動作は、通常のモードで用紙の片面に画像を複写するときの動作であるが、両面モードで転写紙の両面に画像を複写する場合には、各給紙トレイ１１３〜１１５のいずれかより給紙されて表面に上述のように画像が形成された転写紙は、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３側ではなく、両面入紙搬送路１２４側に切り替えられ、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転され、両面搬送ユニット１２６へ搬送される。
【００３８】
この両面搬送ユニット１２６へ搬送された転写紙は、両面搬送ユニット１２６により縦搬送ユニット１１６へ搬送され、縦搬送ユニット１１６により感光体ドラム１１７に当接する位置まで搬送され、感光体ドラム１１７上に上述と同様に形成されたトナー像が裏面に転写されて、定着装置１２１でトナー像が定着されることにより両面コピーとなる。この両面コピーは排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。
【００３９】
また、転写紙を反転して排出する場合には、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転された転写紙は、両面搬送ユニット１２６に搬送されずに反転排紙搬送路１２７を経て排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。
【００４０】
プリントモードでは、前述の画像処理装置からの画像データの代りに、外部からの画像データが書き込みユニット１１８に入力されて、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。
【００４１】
さらに、ファクシミリモードでは、画像読取装置１０６からの画像データが図示しないファクシミリ送受信部により相手に送信され、相手からの画像データがファクシミリ送受信部で受信されて前述の画像処理装置からの画像データの代りに書き込みユニット１１８に入力されることにより、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。
【００４２】
次に、定着装置１２１の構成について図２を参照して説明する。図２に示すように、定着装置１２１は、加熱部材である定着ローラ２０１に、シリコンゴム等の弾性部材からなる加圧ローラ２０２が、図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられている。定着部材と加圧部材は、一般的にローラ状である場合が多いが、例えば、いずれか一方又は両方を無端ベルト状に構成するようにしてもよい。
【００４３】
この定着装置１２１には、ヒータＨＴ１〜ＨＴ３が任意の位置に設けられる。例えば、このヒータＨＴ１〜ＨＴ３は定着ローラ２０１の内部に配置されて、定着ローラ１を内側から加熱する。
【００４４】
定着ローラ２０１及び加圧ローラ２０２は、図示しない駆動機構により回転駆動される。温度センサＴＨ２１は、定着ローラ２０１の表面に当接され、定着ローラ２０１の表面温度（定着温度）を検出する。トナー２０６を担持した転写紙等の媒体であるシート２０７は、定着ローラ２０１と加圧ローラ２０２とのニップ部を通過する際に、定着ローラ２０１と加圧ローラ２０２による加熱及び加圧でトナー２０６が定着される。
【００４５】
次に、本実施の形態のデジタル複写機の回路構成について説明する。図３に示すように、商用ＡＣ電源Ｐの電力は、主電源スイッチＭＳＷ１を介して、画像形成装置のＤＣ電源を生成する電力供給部ＰＳＵ２、充電器であるキャパシタＣＰ１を充電するための電力供給部ＰＳＵ１及びＡＣヒータ駆動回路ＡＣＤ１に入力される。これらのＡＣ電源としての入力電流を検出する入力電流検出回路Ｉｓｎｓは、入力電流値を、マイコンを備えて各部を集中的に制御する制御部ＣＴＬ１に入力する。
【００４６】
定着ローラ２０１の第１の発熱部材となるヒータＨＴ１には、ＡＣヒータ駆動回路ＡＣＤ１がＡＣ電源をＯＮ／ＯＦＦ制御して電力供給を行う。第２の発熱部材となるヒータＨＴ２，ＨＴ３は、キャパシタ充放電回路ＣＰＤ１を介してキャパシタＣＰ１と接続されている。
【００４７】
キャパシタＣＰ１は大容量のキャパシタであり、前述のように電力供給部ＰＳＵ１により充電される。電力供給部ＰＳＵ１には主電源スイッチＭＳＷ１を介してＡＣ電源が入力され、制御部ＣＴＬ１からの信号Ｓ１により電力供給部ＰＳＵ１からキャパシタＣＰ１への出力がＯＮ／ＯＦＦされる。更に電力供給部ＰＳＵ１によってキャパシタＣＰ１に充電された電力は、キャパシタ充放電回路ＣＰＤ１によりヒータＨＴ２，ＨＴ３に供給される。
【００４８】
主電源スイッチＭＳＷ１を介したＡＣ電源Ｐは、前述のようにデジタル複写機のＤＣ電源を生成する電力供給部ＰＳＵ２へも入力され、電力供給部ＰＳＵ２はデジタル複写機の内部で主に制御系で使用される電源Ｖｃｃと、主に駆動系、中高圧電源に使用される電源Ｖａａを生成する。
【００４９】
インターロックスイッチＩＳＷ１は、図示しないデジタル複写機のカバー類と連動してＯＮ／ＯＦＦするスイッチであり、デジタル複写機のカバー類が開けられることにより触れることができる駆動部材、中高圧電源印加部材を有する場合には、カバー閉時に該駆動部材の動作を停止、あるいは該中高圧電源印加部材への電圧印加を停止するよう電源を遮断する。電源Ｖａａの一部は、インターロックスイッチＩＳＷを介してキャパシタ充放電回路ＣＰＤ１に入力される。
【００５０】
定着ローラ２０１の表面温度を検出するための前述の温度センサＴＨ２１はサーミスタであり、このサーミスタの抵抗値が温度により変化することにより制御部ＣＴＬ１は定着ローラ２０１の表面温度を検出する。
【００５１】
次に、図３に図示した各回路ブロックについて詳細に説明する。
【００５２】
まず、ＡＣヒータ駆動回路ＡＣＤ１について、図４の回路図を用いて説明する。図４に示すように、商用ＡＣ電源Ｐは、フィルタＦＩＬ２１、及び安全保護用定着リレーＲＬ２１を介してヒータＨＴ１に接続されている。一方、ヒータＨＴ２は、ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路３０１に接続されている。
【００５３】
ヒータＯＮ／ＯＦＦ回路３０１は、ＡＣ電源をＯＮ／ＯＦＦするためのトライアックＴＲ２１と、トライアックＴＲ２１のゲートをＯＮするためと２次側である制御部ＣＴＬ１からの信号を絶縁するために必要であるフォトカプラＰＣ２１と、フォトカプラＰＣ２１の発光側ＬＥＤを駆動するためのトランジスタＴＲ２１とで構成される。コンデンサＣ２１と抵抗Ｒ２１はノイズ吸収用スナバ回路、インダクタＬ２１はノイズ吸収用、抵抗Ｒ２２は続流防止抵抗、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４はフォトカプラＰＣ２１の電流制限抵抗である。
【００５４】
ヒータＨＴ３は、安全保護用の定着リレーＲＬ２１とトライアックＴＲ２１のゲートの両方がＯＮされた状態で電力が供給されて点灯する。制御部ＣＴＬ１は、安全保護用の定着リレーＲＬ２１の制御信号Ｓ９をＯＮした状態で、トライアックＴＲ２１の制御信号Ｓ８をＯＮ／ＯＦＦして、ヒータＨＴ１の点灯／消灯を制御する。
【００５５】
次に、キャパシタ充放電回路ＣＰＤ１の構成について、図５の回路図を用いて説明する。キャパシタ充放電回路ＣＰＤ１の構成において、キャパシタＣＰ１の両端は充放電用のスイッチＣＰＳＷ１１，ＣＰＳＷ１２，ＣＰＳＷ１３、安全保護用の定着リレーＲＬ１１，ＲＬ１２、電圧センサとなるキャパシタの両端電圧検出回路ＣＰＶ１１等で構成される。符号Ｄ１１は、定着リレーＲＬ１１の逆起防止用のダイオードである。
【００５６】
キャパシタＣＰ１の両端は、充放電用のスイッチＣＰＳＷ１１，ＣＰＳＷ１２、ＣＰＳＷ１３と安全保護用のリレーＲＬ１１，ＲＬ１２を介して接続され、スイッチＣＰＳＷ１１，ＣＰＳＷ１２と安全保護用の定着リレーＲＬ１１，ＲＬ１２の両方がＯＮされた状態でヒータＨＴ１，ＨＴ２に電力が供給され、キャパシタＣＰ１の両端電圧検出回路ＣＰＶ１１によりキャパシタＣＰ１の電圧を検出し、制御部ＣＴＬ１により，この電圧信号Ｓ５を監視する。
【００５７】
リレーＲＬ１１，ＲＬ１２は、制御部ＣＴＬ１が制御する定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４によりＯＮ／ＯＦＦされる。同様に、スイッチＣＰＳＷ１１，ＣＰＳＷ１２は、制御部ＣＴＬ１が制御するキャパシタ充放電信号Ｓ３によりＯＮ／ＯＦＦされる。
【００５８】
キャパシタＣＰ１の充放電を制御する制御部ＣＴＬ１の回路構成について、図６の回路図を参照して説明する。マイクロコンピュータのＣＰＵ１１は、画像形成装置の制御に必要なデータを格納するためのメモリＭ１１と接続され、キャパシタＣＰ１の両端電圧を検出するアナログ信号Ｓ５、定着ローラの表面温度を検出するためのＴＨ１１とＲ２１の抵抗値によって分圧されたアナログ信号Ｓ６、画像形成装置の入力電流を検出するためのアナログ信号Ｓ７が入力される。更にＣＰＵ１１のＩ／Ｏポートよりキャパシタ電力供給部ＰＳＵ１の出力ＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ１、キャパシタ充放電信号Ｓ３、定着リレーＲＬ１１、ＲＬ１２のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４を出力する。
【００５９】
次に、本実施の形態のデジタル複写機で実行される特徴的な動作について説明する。
【００６０】
まず、図７のタイミングチャートを用いて各ヒータＨＴ１〜ＨＴ３の点灯タイミングを説明する。
【００６１】
図７に示すように、まず、期間ｔ１は（図７（ａ））、定着ローラ２０１表面の温度を所定の温度に立ち上げる期間である。通常、ＡＣ電源から発熱部材であるヒータＨＴ１に通電し、定着ローラ２０１を加熱する。この期間ｔ１では、ヒータＨＴ１は（図７（ｃ））、フルデューティで点灯しているが、デジタル複写機はコピー動作を行っていないので、入力電流Ｉは（図７（ｂ））、最大入力電流Ｉｍａｘ以下となっている。
【００６２】
この状態で定着ローラ２０１の近傍に設けられた温度センサＴＨ１により表面温度を検出し、表面温度がコピー動作可能な温度である目標温度Ｔｔになると、ヒータＨＴ１への通電を停止する。そして、コピー待機状態（期間ｔ２）となる。
【００６３】
ここで、期間ｔ１の時間を短縮するために、ＡＣ電源による加熱とともに、予めキャパシタＣＰ１に充電されている電力をヒータＨＴ１とは別に設けられたヒータＨＴ２，ＨＴ３に供給することにより（図７（ｄ）（ｅ））、定着ローラ２０１の表面温度を上昇させる。なお、キャパシタＣＰ１に充分な充電がされていないときは、ヒータＨＴ２，ＨＴ３への放電は行わず、ヒータＨＴ１のみでの加熱を行う。
【００６４】
期間ｔ２において、定着ローラ２０１の表面温度は目標温度に達していても、定着装置１２１の周辺が十分に暖まっていない状態でコピーを開始すると、コピー開始直後は期間ｔ３のようにヒータＨＴ１が点灯している状態でも定着ローラ２０１の表面温度が低下する場合がある。実際には表面温度が目標温度以下になってもコピー動作可能であるが、表面温度がＴｍｉｎ以下になる場合には定着性が確保できなくなるので、コピー動作を停止させなければならない。
【００６５】
コピー動作中は、ＤＣ電源側の負荷電流の増加に伴い、電力供給部ＰＳＵ２の入力電流が増加し、装置全体の入力電流も増加し、装置として定められている最大入力電流Ｉｍａｘに達する可能性があり、装置仕様上、この最大電流値Ｉｍａｘを超えることはできない。よって、この状態においてヒータＨＴ３の点灯率を更に上げることはできないので、期間ｔ４のように表面温度がＴｍｉｎ以下にならないように予めキャパシタＣＰ１に充電されている電力をヒータＨＴ１とは別に設けられたヒータＨＴ２又はＨＴ３に放電供給することにより、定着ローラ２０１の表面温度を上昇させる。
【００６６】
キャパシタＣＰ１の電力をヒータＨＴ２又はＨＴ３に放電供給することにより、期間ｔ５のように定着ローラ２０１の表面温度が目標温度Ｔｔに達した場合には、キャパシタＣＰ１からの放電を停止する。キャパシタＣＰ１からの放電供給が停止した場合でも、ヒータＨＴ１のみで期間ｔ６のように定着ローラ２０１の表面温度を目標温度Ｔｔに維持できる場合には、ヒータＨＴ１をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより温度制御を行う。
【００６７】
上記の期間ｔ１において、予めキャパシタＣＰ１に充電されている電力を定着ヒータＨＴ２，ＨＴ３に放電供給を行うが、ヒータＨＴ２，ＨＴ３に同時に電力供給を行うと、充放電回路ＣＰＤ１と定着ローラ２０１間に突入電流による大電流が流れ、大電流による電磁誘導によって、この電力供給経路の周辺の回路、ハーネスにノイズを発生させる可能性がある。そこで本実施の形態においては、ヒータＨＴ２とＨＴ３の点灯タイミングを一定時間ずらすような制御を行う。
【００６８】
このように、制御部ＣＴＬ１は、キャパシタＣＰ１の充電電圧の検出値と温度センサＴＨ２１の検出温度に基づいて、ヒータＨＴ１〜ＨＴ３への電力供給を制御する（制御手段）。
【００６９】
そして、このような制御を行うことによって、突入電流を低減し、大電流によるノイズを低減させることができる。ヒータＨＴ２，ＨＴ３に同時に電力供給を行った場合の突入電流のグラフを図８、ヒータＨＴ２，ＨＴ３の通電のタイミングを一定時間ずらした場合の突入電流のグラフを図９に示す。図９に示すように、タイミングをずらすことにより、ひとつ目の突入電流が図８の場合と比べて大幅に減少する。また、一本目のヒータＨＴ２又はＨＴ３の点灯により二本目のヒータＨＴ３又はＨＴ２が温められ、二つ目突入電流が減少することも分かる。
【００７０】
ここで、ヒータＨＴ２とＨＴ３の点灯タイミングをずらす手段として、ハードウェアによる制御とソフトウェアによる制御がある。
【００７１】
まず、ハードウェアによる制御の一例について説明する。
【００７２】
ヒータＨＴ１に対してヒータＨＴ２の点灯タイミングを一定時間ずらすには、図１０に示すように、キャパシタ充放電回路ＣＰＤ１にディレイ回路ＤＬＹを挿入して、タイミング制御手段を実現する。ディレイ回路ＤＬＹの具体的な構成としては、図１１に示すようなＣＲ積分回路を用いることが考えられる。図１１の回路の遅延時間は、立ち上がりの遅延時間がｔｄｒ、立下りの遅延時間ｔｄｆはそれぞれ以下の式で表される。
【００７３】
ｔｄｒ＝−ＣＲｌｎ（１−Ｖｔｈ／ＶＤＤ）
ｔｄｆ＝−ＣＲｌｎ（Ｖｔｈ／ＶＤＤ）
（Ｖｔｈ：スレッショルドレベル、ＶＤＤ：電源電圧）
ここで、後段のバッファＢにＣＭＯＳを用いると、“Ｖｔｈ＝１／２ＶＤＤ”となり、これを代入すると、
ｔｄｒ＝ｔｄｆ＝０．６９ＣＲ
となる。
【００７４】
例えば、３００ｍｓ程度ずらしたい場合は、“Ｒ＝１００ｋΩ、Ｃ＝４．７μＦ”とすることにより、約３３０ｍｓの遅延回路とすればよい。
【００７５】
次にソフトウェアによる制御の一例について、図１２の回路図を用いて説明する。すなわち、この例では、スイッチング素子であるリレーＲＬ１１，ＲＬ１２は、いずれも単一の定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４によりＯＮ／ＯＦＦされるのではなく、個別に定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４とＳ１２によりそれぞれ制御される（タイミング制御手段）。同様に、スイッチング素子であるスイッチＣＰＳＷ１１，ＣＰＳＷ１２は、単一のキャパシタ充放電信号Ｓ３によりＯＮ／ＯＦＦされるのではなく、個別にキャパシタ充放電信号Ｓ３とＳ１１によりそれぞれ制御される（タイミング制御手段）。そして、制御部ＣＴＬ１内のＣＰＵ１１に内蔵されているタイマを用いて、キャパシタ充放電信号Ｓ３とＳ１１、定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４とＳ１２の出力のタイミングを一定時間Ｔ秒の間ずらすようにして出力する。
【００７６】
この場合の処理のフローチャートを図１３に示す。すなわち、図１３の処理は、前述の定着ローラ２０１表面の温度を所定の温度に立ち上げる期間ｔ１（図７参照）にあるときに実行される。制御部ＣＴＬ１は、最初に、キャパシタ充放電信号Ｓ３、定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ４によりヒータＨＴ２をＯＮにして（ステップＳ１）、所定のカウンタのカウント値を初期値０とし（ステップＳ２）、１秒ずつカウント値を１だけインクリメントして（ステップＳ３）、このカウント値がＴに達する、すなわち、Ｔ秒が経過したときは（ステップＳ４のＹ）、キャパシタ充放電信号Ｓ１１、定着リレーＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ１２によりヒータＨＴ３をＯＮにする（スイッチング制御手段）（ステップＳ１）。
【００７７】
なお、前述の例では、補助的なヒータをヒータＨＴ２，ＨＴ３の２つ設けた例を説明したが、このようなヒータを３つ以上設けて、各ヒータの通電タイミングをずらすようにすることも可能である。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、主たる第１の発熱部材の他に補助的な第２の発熱部材も複数個用いて同時に加熱部材を加熱して加熱部材の急速な温度上昇を図ることができ、充電器の充電電圧と加熱部材の温度検出に基づいて複数の第２の発熱部材に電力供給を行うことで、高コストの充電器を用いることなく、電流、電圧を適度に設定した状態での第２の発熱部材への大電力の供給を可能とすることができる。
【００７９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００８０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、ディレイ回路により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００８１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、ＣＲ積分回路を用いたディレイ回路により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００８２】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、ソフトウェアなどによるスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ制御により、複数の第２の発熱部材への突入電流により周辺の回路に不具合を生じることがないようにすることができる。
【００８３】
請求項６に記載の発明は、定着装置について請求項１〜５のいずれかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【００８４】
請求項７に記載の発明は、画像形成装置について請求項１〜５のいずれかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるデジタル複写機の縦断面図である。
【図２】定着装置の構成を説明する説明図である。
【図３】デジタル複写機の回路の構成を示す回路図である。
【図４】ＡＣヒータ駆動回路の回路図である。
【図５】キャパシタ充放電回路の回路図である。
【図６】制御部の回路図である。
【図７】デジタル複写機の動作を説明するタイミングチャートである。
【図８】二つのヒータに同時に通電した場合の突入電流のグラフである。
【図９】二つのヒータにタイミングをずらして通電した場合の突入電流のグラフである。
【図１０】キャパシタ充放電回路にディレイ回路を介装した場合の回路図である。
【図１１】ＣＲ積分回路を用いたディレイ回路の回路図である。
【図１２】制御部による制御により二つのヒータにタイミングをずらして通電する場合の回路構成を説明する回路図である。
【図１３】図１２の場合の制御部が実行する処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１２１ 定着装置
２０１ 加熱部材
２０７ 媒体
２０６ トナー画像
ＨＴ１ 第１の発熱部材
ＨＴ２ 第２の発熱部材
ＨＴ３ 第２の発熱部材
ＴＨ２１ 温度センサ
ＣＰＶ１１ 電圧センサ
Claims (7)
- 商用電源からの電力供給により発熱して所定の部材を加熱する第１の発熱部材と、
前記所定の部材の温度を検出する温度センサと、
前記商用電源から充電する充電器と、
この充電器の充電電圧を検出する電圧センサと、
前記充電器からの電力供給により発熱して前記所定の部材を加熱する複数の第２の発熱部材と、
前記充電電圧と前記温度検出に基づいて前記第１及び第２の発熱部材への前記電力供給を制御する制御手段と、
を備えている加熱装置。 - 前記複数の第２の発熱部材に同時に前記電力供給を行うときは、前記複数の第２の発熱部材間で前記電力供給の開始のタイミングを一定時間ずらすタイミング制御手段をさらに備えている、請求項１に記載の加熱装置。
- 前記タイミング制御手段は、ディレイ回路により前記タイミングを一定時間ずらす動作を行う、請求項２に記載の加熱装置。
- 前記ディレイ回路は、ＣＲ積分回路により前記タイミングを一定時間ずらす動作を行う、請求項３に記載の加熱装置。
- 前記タイミング制御手段は、
前記各第２の発熱部材への前記電力供給のＯＮ、ＯＦＦを行う複数のスイッチング素子と、
前記各スイッチング素子の前記ＯＮ、ＯＦＦを制御してタイミングを一定時間ずらす処理を実行するスイッチング手段と、
を備えている請求項２に記載の加熱装置。 - 請求項１〜５のいずれかの一に記載の加熱装置を備え、
トナー画像が形成された媒体に加圧及び前記加熱装置の発熱による加熱を行って前記トナー画像の前記媒体上への定着を行なう、
定着装置。 - 電子写真方式で媒体上にトナー画像を形成するプリンタエンジンと、
前記トナー画像の前記媒体上への定着を行なう請求項５に記載の定着装置と、を備えている画像形成装置。
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