JP2005292850A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱効率が高く消費電力の低減と、電源投入から定着動作開始までの立ち上がりの高速化。
【解決手段】プリントデータの着信、ＦＡＸ等の機能を備えた電子写真装置の定着装置で、被加熱部材１と、前記被加熱部材１に近接して配置され、前記被加熱部材１を誘導加熱する励磁コイル２と、前記励磁コイル２への電流の供給を制御する誘導加熱制御回路７と、前記装置本体の動作を制御する本体制御回路１４とを備えている。ここで前記誘導加熱制御回路７が、前記本体制御回路１４と独立して中央処理装置９を有する。これにより前記本体制御回路１４は、直接励磁コイル２への電流の供給の制御を行わなくとも、前記中央処理装置に加熱オン／オフ信号を与えることで、前記励磁コイル２の制御が可能である。このため、本体制御回路１４を含む電子写真装置の本体側のハードウェアを変更することなく、電磁誘導加熱手段の替わりにランプ加熱手段を用いることもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱源として誘導加熱手段を用いた画像形成装置に関する。

画像形成装置では、加熱源としてハロゲンランプ等を用いている。このランプを、ヒートローラの内側に配置してヒートローラを加熱する。そして、被定着材をヒートローラに加圧した状態で接触させるために、プレスローラをヒートローラに押し当てて回転させ、二つのローラの間に紙を通過させる。

図８に、このような画像形成装置の概略構成を示す。薄肉の金属製のヒートローラ１０１の内側に、ハロゲンランプ１０２が配置されている。ヒートローラ１０１に被定着材を十分に加圧、接触させるために、プレスローラ１０３はその表面に弾性部材が配されている。そして、ヒートローラ１０１とプレスローラ１０３とは、図示されていない加圧機構によって所定の圧力を印加された状態で支持されている。さらに、図示されていない駆動源によって、被定着材の搬送速度と同一となるように、ヒートローラ１０１及びプレスローラ１０３がそれぞれ矢印の方向に回転する。

ところが、ハロゲンランプ１０２を用いた装置では、熱効率が低く消費電力を低減させることが困難であった。また、電源を投入してから定着動作に必要な温度までヒートローラ１０１が上昇するまでに要するウォームアップタイムが長いという問題もあった。

従って、本発明は熱効率が高く消費電力の低減が可能であると共に、電源投入から定着動作開始までの立ち上がりが速い画像形成装置を、簡易な手法により提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、
被加熱部材と、
前記被加熱部材に近接して配置され、電流を供給されて前記被加熱部材を誘導加熱する励磁コイルと、
前記励磁コイルへの電流の供給をオン／オフ制御する制御素子と、
前記制御素子に接続され、前記励磁コイルへの電流の供給を制御するための制御回路と、
この制御回路の動作を制御するＣＰＵと、
前記被加熱部材の周囲温度を検知するサーミスタと、
前記サーミスタの出力を検知すると共に、画像形成装置全体の動作を制御する本体制御回路と、
を備え、
前記本体制御回路は、前記サーミスタからの出力に基づいて、複数の電源出力のなかからいずれか一つを選択し、電力制御信号を前記ＣＰＵに出力することを特徴とする。

ここで、前記励磁コイル、あるいは回路の動作の異常を前記制御回路が検知した場合、異常検知信号を前記本体制御回路に出力することもできる。

前記励磁コイルに電流を供給するための電源と、前記電源と前記制御素子との間に接続され、且つ前記被加熱部材近傍に配置されたサーモスタットとをさらに備え、前記サーモスタットにより前記電源と前記制御素子との間が開閉されるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、誘導加熱制御回路が本体制御回路と独立して中央処理装置を有することにより、本体制御回路による前記画像形成装置全体の動作の制御とは独立して励磁コイルへの電流の供給の制御が可能であるため、本体制御回路を含む電子写真装置の本体側のハードウェアを変更することなく、電磁誘導加熱手段の替わりにランプ加熱手段を用いることができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施の形態は、被加熱部材を加熱する手段として、誘導加熱（Induction Heating）手段を用いる。さらに、ハロゲンランプ等のランプによる加熱手段と誘導加熱手段のいずれか一方を、ハードウェアの変更を伴うことなく選択することが可能な構成を備えている。

本実施の形態による画像形成装置において、励磁コイル２への高周波電流の供給を制御する制御回路の構成を、図１に示す。

電源２９にＳＳＲ（Solid State Relay）２７が接続され、ＳＳＲ２７は、サーモスタット２６、整流回路２８を介してインバータ駆動回路３に接続されている。

インバータ駆動回路３は励磁回路に相当し、整流回路２８から電源を供給されて、励磁コイル２への高周波電流の供給をオン／オフ制御するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bi-Polar Transistor）４と、ＩＧＢＴ４のオン／オフ動作を制御するドライブＩＣ５とを有する。

このインバータ駆動回路３は、インバータ制御回路７に接続されており、その駆動動作を制御される。

また、励磁コイル２には電流検知回路１３が接続されており、励磁コイル２に流れる高周波電流が測定される。ＩＧＢＴ４の近傍にはサーミスタ６が配置されて周囲温度が検知される。ＩＧＢＴ４には、ファン１２から必要に応じて送風されて加熱が防止される。

サーミスタ２４が被加熱部材１の端部近傍に配置され、サーミスタ２５がその中央近傍に配置されている。

インバータ制御回路７、電流検知回路１３、ファン１２、及びサーミスタ６はＩＨ制御回路８に接続されており、それぞれの動作が制御される。ＩＨ制御回路８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０、ＲＡＭ（Random access Memory）１１を有している。ＲＯＭ１０には誘導加熱制御に必要なプログラムが予め格納されており、ＣＰＵ９はこのプログラムに従って制御動作を行う。ＲＡＭ１１には制御処理に必要なデータが随時格納される。

ＩＨ制御回路８、サーミスタ２４及び２５、ＳＳＲ２７は、電子写真装置全体を制御する本体制御回路１４に接続されている。

本体制御回路１４は、各種オプションとしての機器を接続するためのインタフェースである各種オプション接続回路１５に接続されている。また、電子写真装置が置かれている環境温度を検知するためのドラムサーミスタ２３も本体制御回路１４に接続されている。

各種オプション機器としては、プリンタ１６、ＦＡＸ１７、自動的に原稿を送るＲＡＤＦ（Reduction Auto Document Feeder）１８、丁合を行うＦＩＮ（Finisher）１９、給紙用の台車であるＰＦＰ（Paper Feeding Pedestal）２０、大容量給紙台車であるＬＣＦ（Large Capacitor Feeder）２１、さらにスキャナ、ＦＡＸ、プリンタ等の単体として電子写真装置を用いるためのネットワークオプション２２等が存在する。

本体制御回路１４から誘導加熱の開始を指示する加熱オン信号がＩＨ制御回路８に与えられる。ＩＨ制御回路８は、インバータ駆動回路７の動作を制御し、これによりＩＧＢＴ４から励磁コイル２に高周波電流が供給される。このときに必要な電源出力は、例えば７００Ｗ、８００Ｗ、８５０Ｗ、９００Ｗ、１０００Ｗ、１１００Ｗ、１２００Ｗ、１３００Ｗのうちいずれか一つを、後述するように被加熱部材１の温度に応じて本体制御装置１４が選択し、電力制御信号をＩＨ制御回路８に出力する。

本実施の形態は、電子写真装置全体の制御を行う本体制御回路１４とは独立して、誘導加熱を制御するＩＨ制御回路８が内部にＣＰＵ９を有している。これにより、本体制御回路１４は、ＩＨ制御回路８に対して加熱オン／オフ等の指令を与えればよい。ＩＨ制御回路８は、この指令を与えらた後は、本体制御回路１４からは自立して誘導加熱手段の制御を行うことができる。

図２に、本体制御回路１４とＩＨ制御回路８との間で送受信される各種信号を示す。電力制御信号は、電力を７００Ｗ〜１３００Ｗのうちから選択するための信号であり、本体制御回路１４からＩＨ制御回路８に与えられる。加熱オン／オフ信号は、誘導加熱手段の加熱動作のオン／オフを指示する信号であり、本体制御回路１４からＩＨ制御回路８に与えられる。異常検知信号は、コイル異常、サーミスタ異常、回路動作の異常を検知した場合の信号であって、ＩＨ制御回路８から本体制御回路１４に出力される。また、スリープ信号は、後述するように、電子写真装置が所定時間動作しない場合にスリープ状態に入ったことを示す信号であって、本体制御回路１４からＩＨ制御回路８に与えられる。

このような構成とすることで、ハードウェア構成を変更することなく、誘導加熱手段の替わりにランプ加熱手段を用いることも可能である。この場合の構成を、図３に示す。

電源２９にＳＳＲ２７が接続され、ＳＳＲ２７はサーモスタット２６を介してハロゲンランプ１０２に接続されている。

ハロゲンランプ１０２によって被加熱部材１が加熱される。被加熱部材１の端部及び中央部の温度は、二つのサーミスタ２４、２５によってそれぞれ測定される。

また、ＳＳＲ２７の制御端子は、本体制御回路４１の出力端子に接続されており、本体制御回路４１の制御に基づいてハロゲンランプ１０２への給電が制御される。

ハロゲンランプ１０２を用いた場合は、上述したように熱効率が低く消費電力が大きい。また、電源を投入してから定着動作に必要な温度までヒートローラ１０１の温度が上昇するのに時間がかかる。しかし一方で、装置全体の価格は誘導加熱手段を用いた場合よりもランプ加熱手段を用いた装置の方が、低く抑えることができる。

そこで、ハードウェア構成に変更を伴うことなく、ユーザがいずれか一方を自由に選択できるようにすることに意義がある。

ところで、被加熱部材１の温度とは無関係に、誘導加熱手段又はランプ加熱手段に対して一定の電力を供給すると、オーバシュート時の温度が許容範囲を超えて過熱するという問題がある。特に、近年では、電源投入時から定着可能な状態になるまでのウォームアップ時間を短縮するために、被加熱部材１の薄肉化や小径化を図っている。このような状態で、電源投入時において被加熱部材１がある程度加熱されて温度が摂氏０度よりも高いような場合には、一定電力を加熱手段に供給するとオーバシュートが過大になりやすい。

図４の実線Ｌ１に示されたように、電源投入時における被加熱部材１の温度が摂氏０度である場合は、オーバシュート時の温度ｔ２は定常時の温度ｔ１に対して許容範囲内にある。ところが、電源投入時において、被加熱部材がある程度の温度ｔ０を有する場合は、実線Ｌ１と同じ勾配を有する点線Ｌ２のように温度が上昇し、許容範囲を超えた温度ｔ３までオーバシュートする。

そこで本実施の形態では、被加熱部材１の近傍にサーミスタ２４、２５を配置して被加熱部材１の温度を検知し、この温度に応じて７００Ｗ〜１３００Ｗのなかから最適な電力を選択する。具体的には、サーミスタ２４、２５の出力を与えられた本体制御回路１４が、検知された温度に基づいていずれかの電力を選択し、電力制御信号をＩＨ制御回路８に出力する。

図５に、被加熱部材１の温度と電力との関係を示す。このグラフに従って、被加熱部材１の温度に応じて、いずれの電力を選択する。

この場合の処理の手順を、図６のフローチャートに示す。ステップＳ１００として、電源投入時における被加熱部材１の温度を検知する。ステップＳ１０２において、被加熱部材１が摂氏０〜３０度の範囲内にあるか否かを判断し、ある場合はステップＳ１０４として１３００Ｗの電力を選択する。同様に、ステップＳ１０６において摂氏３０〜７５度の範囲内にあるか否かを判断し、ある場合はステップＳ１０８として１２００Ｗを選択し、ステップＳ１１０において摂氏７５〜１１０度の範囲内にあるか否かを判断し、ある場合はステップＳ１１２として１１００Ｗを選択する。さらに、ステップＳ１１４において摂氏１１０〜１５０度の範囲内にあるか否かを判断し、ある場合はステップＳ１１６として１０００Ｗを選択し、１５０度以上の場合はステップＳ１１８として９００Ｗを選択する。いずれかの電力を選択して投入してから、所定時間が経過したか否かをステップＳ１２０において判断し、経過した場合はステップＳ１２２としてプレランプ処理としてドラムの空回転を行い、温度均一化を図る。

このような、被加熱部材１の温度に応じた電力の可変制御は、ランプ加熱手段と誘導加熱手段のいずれを用いた場合にも、被加熱部材１の過熱を防止するのに有効である。特に、誘導加熱手段を用いる場合は、被加熱部材１の温度が急激に上昇するため、電力の可変制御を行うことは有効である。

また、コイル異常やサーミスタ異常といった異常検知も、温度検知に基づいて行われる。このような異常検知処理においても、上述したように電源投入時の被加熱部材１の温度を検知して電力を選択することにより、温度勾配が緩やかになるので、より確実に温度を検知して異常の検知を確実に行うことができる。

ところで、画像形成装置では一般に、所定時間動作しなかった場合に、スリープモードに入る。特に、誘導加熱手段を用いた場合は、ウォームアップ時間が例えば３０秒以内というように短いので、スリープモードに入って全ての機構をオフ状態にし、待機することが可能である。

この後、いずれかの処理を開始した場合、全ての機構にイニシャライズを行うと無駄な電力を消費することとなる。そこで、本実施例では、開始する処理の内容に応じて、必要な機構のみイニシャライズを行うようにしている。例えば、スリープモードにおいて、ＦＡＸ送信のキーが押し下げられた場合は、スキャナ及びＤＦ（Document Feeder）のみをイニシャライズし、他の不要な機構、例えば給紙、ドラムプロセス、定着機構を含む本体側のエンジンはオフする。

図７に示されたように、ステップＳ２００において、所定時間非動作であったか否かが判定され、非動作であった場合はステップＳ２０２としてスリープモードに入る。スリープモードでは、ステップＳ２０４として、給紙機構、ドラムプロセス、スキャナ、ＤＦ、定着機構の全てがオフする。

ステップＳ２０６として、コピーキーが押し下げられた場合は、全ての機構の動作が必要である。そこで、ステップＳ２０８として全ての機構をイニシャライズし、ステップＳ２１０としてコピー処理を行う。

ステップＳ２１２として、ＦＡＸ送信のキーが押し下げられた場合は、ステップＳ２１４としてＦＡＸ送信に必要な機構のみ、即ちスキャナ、ＤＦのみをイニシャライズする。そして、ステップＳ２１６としてＦＡＸ送信を行う。

ステップＳ２１８として、ＦＡＸ受信、あるいはプリントデータの着信があった場合は、ステップＳ２２０としてＦＡＸ受信及びプリントデータの着信処理に必要な機構、即ち定着、給紙、ドラムプロセスをイニシャライズする。ステップＳ２２２として、ＦＡＸ受信及びプリントデータの着信処理を行う。

このように、それぞれの処理に必要な機構のみをイニシャライズすることで、無駄な電力の消費を防ぐことができる。

また、上述したように、ＩＧＢＴ４に近接してサーミスタ６が配置されており、ＩＧＢＴ４の温度を検知している。本実施例では、このＩＧＢＴ４の温度に応じて、必要な場合にのみファン１２を回転させることで、消費電力を低減し、かつ騒音を低減する。また、ＩＧＢＴ４の温度が所定温度より上昇した場合は、ＩＧＢＴ４をオフさせて、誘導コイル２への電流の供給を停止させる。

上述した実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば、誘導加熱手段を用いる場合の構成として図１に示された構成、ランプ加熱手段を用いる場合の構成として図２に示された構成は一例であり、必要に応じて様々な変形が可能である。

本発明の一実施の形態による画像形成装置の構成を示したブロック図。 同画像形成装置における本体制御回路とＩＨ制御回路との間で送受信される各種信号を示す説明図。 同画像形成装置における誘導加熱手段をランプ加熱手段に置き換えたときの構成を示したブロック図。 電源投入時のヒートローラ温度により、加熱後のヒートローラ温度が異なる様子を示したグラフ。 同画像形成装置における電源投入時のヒートローラ温度と電源出力との関係を示すグラフ。 電源投入時のヒートローラ温度に応じて電源出力を制御する手順を示したフローチャート。 スリープモード時に、コピー処理、ＦＡＸ送信処理、ＦＡＸ受信又はプリントデータ着信処理を行う場合のイニシャライズの対象を示したフローチャート。 本発明と関連する電子写真装置の概略構成を示した縦断面図。

符号の説明

１ 被加熱部材
２ 励磁コイル
３ インバータ駆動回路
４ ＩＧＢＴ
５ ドライブＩＣ５
６ サーモスタット
７ インバータ制御回路
８ ＩＨ制御回路
９ ＣＰＵ
１０ ＲＯＭ
１１ ＲＡＭ
１２ ファン
１３ 電流検知回路
１４ 本体制御回路
１５ 各種オプション接続回路
１６ プリンタ
１７ ＦＡＸ
１８ ＲＡＤＦ
１９ ＦＩＮ
２０ ＰＦＰ
２１ ＬＣＦ
２２ ネットワークオプション
２４、２５ サーミスタ
２６ サーモスタット
２７ ＳＳＲ
２８ 整流回路
２９ 電源
４１ 本体制御回路
１０２ ハロゲンランプ

Claims (3)

1. 被加熱部材と、
   前記被加熱部材に近接して配置され、電流を供給されて前記被加熱部材を誘導加熱する励磁コイルと、
   前記励磁コイルへの電流の供給をオン／オフ制御する制御素子と、
   前記制御素子に接続され、前記励磁コイルへの電流の供給を制御するための制御回路と、
   この制御回路の動作を制御するＣＰＵと、
   前記被加熱部材の周囲温度を検知するサーミスタと、
   前記サーミスタの出力を検知すると共に、画像形成装置全体の動作を制御する本体制御回路と、
   を備え、
   前記本体制御回路は、前記サーミスタからの出力に基づいて、複数の電源出力のなかからいずれか一つを選択し、電力制御信号を前記ＣＰＵに出力することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記励磁コイル、あるいは回路動作の異常を前記制御回路が検知した場合、異常検知信号を前記本体制御回路に出力することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記励磁コイルに電流を供給するための電源と、
   前記電源と前記制御素子との間に接続され、且つ前記被加熱部材近傍に配置されたサーモスタットとをさらに備え、
   前記サーモスタットにより前記電源と前記制御素子との間が開閉されることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。

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