JP2005077697A - 定着ローラの加熱回路ならびに加熱回路の通電制御装置および通電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ローラ（熱ローラ）の過昇温を防止するとともに、より安価な構成で突入電流を抑制する。
【解決手段】第１ヒータ１７１と第１トライアック１９１とが互いに直列に接続された回路と、第２ヒータ１７２と第２トライアック１９２とが互いに直列に接続された回路とを、交流電源１８に対して互いに並列に接続する。第１ヒータ１７１および第１トライアック１９１の間の１点と、第２ヒータ１７２および第２トライアック１９２の間の１点とを、抵抗２０を備えた分流回路２１で接続する。第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２への通電を開始する際、第１トライアック１９１をオンし、第２ヒータ１７２が十分に温まった時点で第２トライアック１９２をオンする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、用紙に転写されたトナー像を定着させるための定着ローラの加熱回路ならびに加熱回路の通電制御装置および通電制御方法に関する。

従来から、静電潜像が表面に形成される感光体と、静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、感光体から用紙にトナー像を転写させる転写装置と、用紙に転写されたトナー像を定着させる定着装置とを備えた電子写真方式の画像形成装置が知られている。定着装置には、たとえば、所定の定着温度に加熱される熱ローラと、熱ローラに対して所定の定着圧力で圧接された圧ローラとが備えられている。感光体から用紙に転写されたトナー像は、その用紙が熱ローラおよび圧ローラの間を通過する過程でトナー粒子が溶融され、用紙に定着される。

熱ローラは、たとえば、アルミニウムなどの金属で形成された円筒状の本体の表面が、耐熱性プラスチックでコーティングされることにより構成されている。熱ローラ内には、当該熱ローラの一端部から他端部まで延びる１ないし複数本のヒータが配置されていて、ヒータを通電することにより熱ローラを加熱することができるようになっている。
画像形成装置の電源を投入したときのようにヒータの温度が低い状態で突然通電を行うと、いわゆる突入電流が流れて、電源電圧が瞬間的にドロップし、ヒータと同じラインに接続された各種部品（リレーなど）に悪影響を与えることとなる。そこで、突入電流を抑制することができるような種々の構成が提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。

特許文献１には、熱ローラ（加熱ローラ）内に１本のヒータ（定着用ヒータ）を備え、その１本のヒータへの印加電圧を２つのトライアックのオン／オフ制御によって段階的に切り替えることにより突入電流を抑制するといった構成が開示されている。
また、特許文献２には、熱ローラ（ヒートロール）内に２本のヒータ（ランプ）を備え、トライアックのオン／オフ制御により、突入電流抑制の基準温度に到達するまでは２本のヒータで熱ローラを加熱し、上記基準温度に到達した時点で１本のヒータをオフするといった構成が開示されている。
特開平１１−９５６０９号公報 特開平１１−２３３２３５号公報

熱ローラを軸線方向に均一に加熱した場合、熱ローラを通過する用紙のサイズ（幅）が比較的大きく、熱ローラの一端部から他端部の範囲で用紙が熱ローラに接触するときには、熱ローラの熱が軸線方向にほぼ均一に用紙へ伝達されるため問題ないが、熱ローラを通過する用紙のサイズが比較的小さく、熱ローラの中央部でのみ用紙が熱ローラに接触するときには、熱ローラの両端部の熱が用紙へ伝達されず、熱ローラの両端部の温度が非常に高くなる（過昇温）おそれがある。

そこで、熱ローラ内に２本のヒータを配置し、一方のヒータの温度分布を軸線方向中央部に偏らせ、他方のヒータの温度分布を軸線方向両端部に偏らせて、用紙のサイズが比較的小さいときには上記一方のヒータのみに通電を行い、用紙のサイズが比較的大きいときには２本のヒータの両方に通電を行うことにより、用紙のサイズに応じた範囲内で熱ローラを加熱するような手法が知られている。

しかしながら、特許文献１に開示されているような構成では、ヒータが１本しか備えられていないので、上記のような手法で熱ローラの過昇温を防止することはできない。
また、特許文献２に開示されているような構成では、２本のヒータが備えられているものの、突入電流を抑制するために、熱ローラの表面温度を検出する温度検出器を設けなければならないので、製造コストが高くなる。

この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、定着ローラ（熱ローラ）の過昇温を防止できるとともに、より安価な構成で突入電流を抑制することができる定着ローラの加熱回路ならびに加熱回路の通電制御装置および通電制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、定着ローラ（１５）を加熱するために並列に設けられた第１ヒータ（１７１）および第２ヒータ（１７２）と、上記第１ヒータと上記第２ヒータとを接続する所定値の抵抗素子（２０）と、オンすることによって、上記第１ヒータに通電させるとともに、上記抵抗素子を介して上記第２ヒータに通電させるための第１スイッチング手段（１９１）と、オンすることによって、（上記抵抗素子を介さずに）上記第２ヒータに通電させるための第２スイッチング手段（１９２）とを含むことを特徴とする定着ローラの加熱回路である。

また、請求項２記載の発明は、上記第１ヒータ（１７１）は、相対的に発熱量の小さい（小電力の）ヒータであって、定着ローラ（１５）の長さ方向両端側が高温となるような温度分布を呈するものであり、上記第２ヒータ（１７２）は、相対的に発熱量の大きい（大電力の）ヒータであって、定着ローラの長さ方向中央を中心に高温となるような温度分布を呈するものであることを特徴とする請求項１記載の定着ローラの加熱回路である。

さらに、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の定着ローラ（１５）の加熱回路に対する通電を制御するための通電制御装置（２２）であって、上記第１スイッチング手段（１９１）をオンさせ、一定時間経過後に上記第２スイッチング手段（１９２）をオンさせる通電制御手段（２２，Ｓ１〜Ｓ３）を含むことを特徴とする加熱回路の通電制御装置である。

この構成によれば、第１スイッチング手段をオンさせることによって、第１ヒータに通電するとともに抵抗素子を介して第２ヒータに比較的小さな電流（電力）を供給することにより定着ローラを加熱し、第２ヒータが十分に温まって突入電流が発生しない状態になった後に、第２スイッチング手段をオンさせることによって、第２ヒータに供給する電流（電力）を増加させることができるので、突入電流を抑制することができる。

また、この構成によれば、たとえば、第１ヒータおよび第１スイッチング手段の直列回路と、第２ヒータおよび第２スイッチング手段の直列回路とを並列に接続し、第１ヒータおよび第１スイッチング手段の間の１点と、第２ヒータおよび第２スイッチング手段の間の１点とを、抵抗素子を備えた分流回路で接続するといった安価な構成で、突入電流を抑制することができる。

請求項４記載の発明のように、上記通電制御手段（２２，Ｓ１〜Ｓ３）は、上記第２スイッチング手段（１９２）をオンさせると同時に上記第１スイッチング手段（１９１）をオフさせるものであってもよい。
請求項５記載の発明は、定着ローラ（１５）の加熱回路に対する通電を制御するための通電制御方法であって、定着ローラを加熱するために並列に設けられた第１ヒータ（１７１）および第２ヒータ（１７２）のうち、上記第１ヒータに通電させるとともに、所定値の抵抗素子（２０）を介して上記第２ヒータに通電させ（Ｓ１）、一定時間経過後、上記抵抗素子を介さずに上記第２ヒータに通電させる（Ｓ３）ことを特徴とする加熱回路の通電制御方法である。

この構成によれば、第１ヒータに通電するとともに抵抗素子を介して第２ヒータに比較的小さな電流（電力）を供給することにより定着ローラを加熱し、第２ヒータが十分に温まって突入電流が発生しない状態になった後に、第２ヒータに供給する電流（電力）を増加させることができるので、突入電流を抑制することができる。
また、この構成によれば、たとえば、第１ヒータおよび第１ヒータの通電をオン／オフするための第１スイッチング手段の直列回路と、第２ヒータおよび第２ヒータの通電をオン／オフするための第２スイッチング手段の直列回路とを並列に接続し、第１ヒータおよび第１スイッチング手段の間の１点と、第２ヒータおよび第２スイッチング手段の間の１点とを、抵抗素子を備えた分流回路で接続するといった安価な構成で、突入電流を抑制することができる。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る画像形成装置１の外観構成を示す正面図である。
この画像形成装置１は、いわゆる電子写真方式のデジタル式複写機であって、使用する用紙に対して画像データに基づく画像を形成するものである。画像形成装置１には、原稿の画像を読み取るための画像読取部２、原稿トレイ３１にセットされた１ないし複数枚の原稿を１枚ずつ自動的に画像読取部２へと送り、その画像を読み取らせるための自動原稿供給装置（ＤＦ）３、画像読取部２で読み取った原稿の画像データに基づいて用紙に対する画像形成を行う画像形成部４、使用する用紙を収容するための複数（たとえば、３つ）の用紙収容部５が備えられている。

各用紙収容部５には、たとえば、サイズ（日本工業規格（ＪＩＳ）のＡ列４番（Ａ４）やＡ列３番（Ａ３）など）の異なる用紙を収容できるようになっていて、画像形成時には、これらの用紙収容部５の中から選択されたいずれか１つの用紙収容部５から、画像形成部４に向けて用紙が送り出されるようになっている。
自動原稿供給装置３は、その後端を中心に開閉可能となっていて、この自動原稿供給装置３を開けると、画像読取部２において原稿の画像を読み取らせる際の載置台としてのコンタクトガラス（図示せず）が現れるようになっている。この構成により、自動原稿供給装置３を開いてコンタクトガラス上に１枚ずつ原稿をセットして、その画像を画像読取部２で読み取らせることもできるし、原稿トレイ３１に１ないし複数枚の原稿をセットして、自動原稿供給装置３により原稿を１枚ずつ画像読取部２へと供給し、その画像を読み取らせる（いわゆる流し読み）こともできるようになっている。

原稿の画像データは、たとえば、画像読取部２に備えられたスキャナから原稿に向けて照射した光の反射光をＣＣＤイメージセンサで検出して、電気信号に変換することにより得られる（図示せず）。
用紙に形成すべき画像のデータは、外部機器（パーソナルコンピュータなど）から画像形成装置１に読み込むこともできる。

図２は、画像形成部４の構成を示す概略断面図である。
図２を参照して、画像形成部４には、感光体６、メインチャージャ７および現像装置８などが備えられている。感光体６は、前後方向に延びる円筒体であって、画像形成時には、図１における時計回りに回転駆動され、感光体６の表面がメインチャージャ７の放電によって一様に帯電されるようになっている。

感光体６の上方には、レーザ走査ユニット（ＬＳＵ）９が配置されている。画像形成時には、メインチャージャ７によって帯電された感光体６の表面が、レーザ走査ユニット９からの照射光により、画像データに基づいて選択的に露光される。これにより、感光体６の表面には、いわゆる静電潜像が形成される。そして、静電潜像が形成された感光体６の表面には、現像装置８によりトナーが付着され、用紙に転写すべきトナー像が形成される。

感光体６の下方には、２つのベルト用ローラ１０１に架け回され、当該ベルト用ローラ１０１の回転に伴って回転可能な搬送ベルト１０が配置されている。搬送ベルト１０は、その表面（上面）が感光体６の表面に対向するようにして配置されていて、感光体６の表面に形成されたトナー像は、画像形成部４に送られてきた用紙が感光体６と搬送ベルト１０との間を通る際に転写される。トナー像転写後に感光体６の表面に残留しているトナーは、クリーニング装置（図示せず）によって回収される。

画像形成時には、画像データ（原稿）のサイズに応じた用紙が、いずれかの用紙収容部５から複数の搬送ローラ１１によって１枚ずつ感光体６側へと搬送される。用紙収容部５から感光体６側へと搬送されてきた用紙は、その先端がレジストローラ１２に到達した時点で一旦停止される。そして、感光体６表面に形成されたトナー像が搬送ベルト１０の表面に対向する位置にくるタイミングと、用紙が感光体６と搬送ベルト１０との間を通過するタイミングとが合うようにレジストローラ１２が回転されることにより、感光体６の表面に形成されたトナー像が用紙に転写される。

トナー像が転写された用紙は、搬送ベルト１０によって定着装置１３へと導かれ、所定の定着処理が施された後、排出ローラ１４を通って機外に排出される。定着装置１３には、所定の定着温度に加熱される熱ローラ１５と、熱ローラ１５に対して所定の定着圧力で圧接された圧ローラ１６とが備えられている。熱ローラ１５と圧ローラ１６との間を用紙が通過することにより、用紙に転写されたトナー粒子が加熱および加圧されて溶融され、用紙上に定着される。

熱ローラ１５は、アルミニウムなどの金属で形成された円筒状の本体の表面が、耐熱性プラスチックでコーティングされることにより構成されている。熱ローラ１５の長さは、３００ｍｍ程度である。熱ローラ１５内には、当該熱ローラ１５の一端部から他端部まで延びる２本のヒータ１７（第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２）が配置されていて、これらのヒータ１７を通電することにより熱ローラ１５を加熱することができるようになっている。第１ヒータ１７１の定格電力は３００Ｗであり、第２ヒータ１７２の定格電力は６００Ｗである。すなわち、第１ヒータ１７１の定格電力は、第２ヒータ１７２の定格電力よりも低く設定されている。

第１ヒータ１７１は、通電されると、その両端部の温度が比較的高くなり、中央部の温度が比較的低くなるような温度分布を呈する。すなわち、第１ヒータ１７１のみに通電を行った場合には、熱ローラ１５の両端部の温度の方が、中央部（熱ローラ１５の長さの２／３程度の範囲）の温度よりも高くなる。一方、第２ヒータ１７２は、通電されると、その両端部の温度が比較的低くなり、中央部の温度が比較的高くなるような温度分布を呈する。すなわち、第２ヒータ１７２のみに通電を行った場合には、熱ローラ１５の中央部（熱ローラ１５の長さの２／３程度の範囲）の温度の方が、両端部の温度よりも高くなる。

このような構成によれば、定着装置１３へと送られてきた用紙のサイズが所定サイズ以上（たとえば、Ａ４サイズの用紙が横向き（短辺を搬送方向に沿わせた状態）で搬送される場合や、Ａ３サイズなど）の場合には、第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２の両方に通電を行うことにより、熱ローラ１５を軸線方向全体にわたって加熱することができる。これにより、熱ローラ１５の一端部から他端部の範囲で接触する用紙に対して、熱ローラ１５の熱をほぼ均一に伝達することができる。

一方、定着装置１３へと送られてきた用紙のサイズが所定サイズ未満（たとえば、Ａ４サイズの用紙が縦向き（長辺を搬送方向に沿わせた状態）で搬送される場合や、Ｂ５サイズなど）の場合には、第２ヒータ１７２にのみ通電を行うことにより、熱ローラ１５の軸線方向中央部のみを加熱することができる。これにより、熱ローラ１５の中央部にのみ接触する用紙に対して、熱ローラ１５の熱をほぼ均一に伝達することができるとともに、用紙が接触しない熱ローラ１５の両端部の温度が非常に高くなる（過昇温）のを防止することができる。

図３は、第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２を通電するための機構を示す図解図である。
図３を参照して、第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２は、交流電源１８に対して互いに並列に接続されている。より具体的には、第１ヒータ１７１と第１トライアック１９１とが互いに直列に接続された回路と、第２ヒータ１７２と第２トライアック１９２とが互いに直列に接続された回路とが、交流電源１８に対して並列に接続されている。そして、第１ヒータ１７１および第１トライアック１９１の間の１点と、第２ヒータ１７２および第２トライアック１９２の間の１点とが、抵抗２０を備えた分流回路２１で接続されている。

第１トライアック１９１および第２トライアック１９２は、第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２への電力（電流）供給のオン／オフをそれぞれ切り替えるためのものである。第１トライアック１９１がオンし、かつ第２トライアック１９２がオフしているときには、第１ヒータ１７１へと供給される電力の一部が分流回路２１を介して第２ヒータ１７２に供給される一方、第１トライアック１９１がオフし、かつ第２トライアック１９２がオンしているときには、第２ヒータ１７２へと供給される電力の一部が分流回路２１を介して第１ヒータ１７２に供給されるようになっている。

第１トライアック１９１および第２トライアック１９２には、たとえばマイクロコンピュータを備えた制御部２２に接続されていて、この制御部２２の制御によって、第１トライアック１９１および第２トライアック１９２のオン／オフが制御されるようになっている。
画像形成装置１の電源を投入したときのように、第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２の温度が低い状態で突然通電を行うと、いわゆる突入電流が流れて、電源電圧が瞬間的にドロップし、第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２と同じラインに接続された各種部品（リレーなど）に悪影響を与えることとなる。そこで、この実施形態では、第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２への通電を開始する際、制御部２２により突入電流を抑制できるような制御が行われるようになっている。

図４は、第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２への通電を開始する際の制御部２２による制御の流れを示すフローチャートである。
図４を参照して、第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２への通電を開始する際、制御部２２は、まず、第１トライアック１９１をオンする（ステップＳ１）。これにより、第１ヒータ１７１には定格電力（３００Ｗ）が供給される一方、第２ヒータ１７２には抵抗２０を介して電流が流れるので、定格電力（６００Ｗ）よりも低い電力が供給される。このとき第２ヒータ１７２に供給される電力は、定格電力（６００Ｗ）の１／４〜１／３程度、すなわち２００Ｗ程度であることが好ましい。

所定時間（たとえば、３００ｍｓｅｃ）が経過して（ステップＳ２でＹＥＳ）、第２ヒータ１７２が十分に温まると、制御部２２は、第２トライアック１９２をオンし（ステップＳ３）、第２ヒータ１７２に定格電力（６００Ｗ）を供給する。
この構成によれば、第１ヒータ１７１に定格電力を供給するとともに第２ヒータ１７２に定格電力よりも低い電力を供給することにより熱ローラ１５を加熱し、第２ヒータ１７２が十分に温まって突入電流が発生しない状態になった後に、第２ヒータ１７２に供給する電力を定格電力に切り替えるので、突入電流を抑制することができる。

また、上述の通り、第１ヒータ１７１および第１トライアック１９１の直列回路と、第２ヒータ１７２および第２トライアック１９２の直列回路とを交流電源１８に対して並列に接続し、第１ヒータ１７１および第１トライアック１９１の間の１点と、第２ヒータ１７２および第２トライアック１９２の間の１点とを、抵抗２０を備えた分流回路２１で接続するといった安価な構成で、突入電流を抑制することができる。

第２ヒータ１７２に供給する電力を定格電力に切り替える際（ステップＳ３）、制御部２２は、第１トライアック１９１をオン状態で維持する（すなわち、第１ヒータ１７１に供給する電力を定格電力で維持する）ものであってもよいし、第１トライアック１９１をオフする（すなわち、第１ヒータ１７１に供給する電力を減少させる）ものであってもよい。第１トライアック１９１をオン状態で維持するような構成とすれば、第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２にそれぞれ定格電力が供給されることとなり、全体で９００Ｗの電力が供給される。一方、第１トライアック１９１をオフするような構成とすれば、第２ヒータ１７２には定格電力（６００Ｗ）が供給される一方、第１ヒータ１７１には定格電力（３００Ｗ）の１／４〜１／３程度、すなわち１００Ｗ程度（第１ヒータの定格電力の１／６程度）の電力が供給される。

この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、第１ヒータ１７１の定格電力が第２ヒータ１７２の定格電力よりも低いような構成に限らず、第１ヒータ１７１の定格電力が第２ヒータ１７２の定格電力よりも高くてもよいし、第１ヒータ１７１の定格電力と第２ヒータ１７２の定格電力とが同じであってもよい。

また、第１ヒータ１７１および第２ヒータ１７２への通電を開始する際、第１トライアック１９１をオンし、所定時間経過後に第２トライアック１９２をオンするのではなく、第２トライアック１９２をオンし、所定時間経過後に第１トライアック１９１をオンするような構成であってもよい。
この発明の一実施形態として、デジタル式複写機を例にとって説明したが、この発明は、デジタル式複写機に限らず、プリンタやファクシミリなどの他の画像形成装置にも適用可能である。

この発明の一実施形態に係る画像形成装置の外観構成を示す正面図である。 画像形成部の構成を示す概略断面図である。 第１ヒータおよび第２ヒータを通電するための機構を示す図解図である。 第１ヒータおよび第２ヒータへの通電を開始する際の制御部による制御の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 画像形成装置
４ 画像形成部
６ 感光体
１３ 定着装置
１５ 熱ローラ
１８ 交流電源
２０ 抵抗
２１ 分流回路
２２ 制御部
１７１ 第１ヒータ
１７２ 第２ヒータ
１９１ 第１トライアック
１９２ 第２トライアック

Claims (5)

1. 定着ローラを加熱するために並列に設けられた第１ヒータおよび第２ヒータと、
   上記第１ヒータと上記第２ヒータとを接続する所定値の抵抗素子と、
   オンすることによって、上記第１ヒータに通電させるとともに、上記抵抗素子を介して上記第２ヒータに通電させるための第１スイッチング手段と、
   オンすることによって、上記第２ヒータに通電させるための第２スイッチング手段とを含むことを特徴とする定着ローラの加熱回路。
2. 上記第１ヒータは、相対的に発熱量の小さいヒータであって、定着ローラの長さ方向両端側が高温となるような温度分布を呈するものであり、
   上記第２ヒータは、相対的に発熱量の大きいヒータであって、定着ローラの長さ方向中央を中心に高温となるような温度分布を呈するものであることを特徴とする請求項１記載の定着ローラの加熱回路。
3. 請求項１または２記載の定着ローラの加熱回路に対する通電を制御するための通電制御装置であって、
   上記第１スイッチング手段をオンさせ、一定時間経過後に上記第２スイッチング手段をオンさせる通電制御手段を含むことを特徴とする加熱回路の通電制御装置。
4. 上記通電制御手段は、上記第２スイッチング手段をオンさせると同時に上記第１スイッチング手段をオフさせるものであることを特徴とする請求項３記載の加熱回路の通電制御装置。
5. 定着ローラの加熱回路に対する通電を制御するための通電制御方法であって、
   定着ローラを加熱するために並列に設けられた第１ヒータおよび第２ヒータのうち、上記第１ヒータに通電させるとともに、所定値の抵抗素子を介して上記第２ヒータに通電させ、一定時間経過後、上記抵抗素子を介さずに上記第２ヒータに通電させることを特徴とする加熱回路の通電制御方法。

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