JP2006156294A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易的な構成及び制御により上述の問題を解決するためのものであり、低温時からの目標温度への短時間での復帰を可能とする加熱装置及びこれを備える画像形成装置を提供すること。
【解決手段】通電により発熱する電気発熱体と、該電気発熱体又は電気発熱体近傍の温度情報を検出する温度検出手段と、該電気発熱体にゼロでない少なくとも２つ以上の振幅の異なる印加電圧を供給可能な加熱装置において、前記加熱体に、第１となる電圧である基準振幅を持つ電源電圧の最大値となる電圧を上回る振幅を持つ第２最大値となる電圧を発生させる電圧発生手段と、該電圧発生手段により生成された第２最大値となる電圧と通常動作時に印加する第１最大値となる電圧とを加熱体に切り替え供給する電圧切替手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱装置とこれを備える画像形成装置に関する。

従来定着器の低温時からの復帰の際は、突入電流による交流電源変動を回避し、温度に応じた最短のスロースタート時間を適宜選択して、ヒータ部の立ち上がり時間短縮を図ってきた。

例えば、特許文献１に開示されているように、ヒータの初期温度を検出し、目標温度になるよう予めＲＯＭ等の記憶保持部に複数のＬＵＴを設け、制御テーブルを選択することで波数制御や位相制御等の制御タイミング及びヒータへの通電開始タイミングを決定し、所定温度になるまで随時温調制御を更新し、最短でヒータを立ち上げられる系を可能とした。

或は、予め設定された加熱装置の通電率を実際の加熱装置の温度に応じて増加させるよう制御することにより、温度の立ち上がり時間の最も遅いヒータの立ち上がり時間を短縮して画像形成装置等の装置全体の立ち上がり時間の短縮を図ってきた。

例えば、特許文献２に開示されているように、複数ヒータを持つ加熱装置において、複数のヒータの温度検出手段を持ち、又、複数のヒータへの通電率を監視し、各々に対する通電率とそれに対する温度上昇とを監視することで温度の立ち上がりが遅れているヒータに対し通電率を変化させ、効率的に各ヒータに供給するといった手法で低温時からの加熱装置全体の立ち上げ時間短縮を図ってきた。

特開２００１−００５５３７号公報 特開平８−０４４４３５号公報

しかし、上記従来例の温調制御方式では、制御が非常に複雑になり、又、それに応じた制御回路の追加及び制御情報の取得のためのセンサ等による電気制御部品の追加という装置コストが高くなる。

又、突入電流による交流電源変動を回避するため本来の電源供給能力を下回る通電率によりヒータを駆動するため、電源装置をハード的に効率良く利用することができない。

又、複数ヒータを用いた各ヒータへの通電率最適化を行う制御方式の場合、先にも述べたが、常に各種制御要素を監視し、それに応じたシーケンスの更新が必要となるため、ソフトウェアの複雑化が要求されてしまう。又、制御方式や機種毎によりその検出できる時間が異なり、その都度、各種定数やソフトウェアの最適化を行うことが必要になる。

本発明の目的は、簡易的な構成及び制御により上述の問題を解決するためのものであり、低温時からの目標温度への短時間での復帰を可能とする加熱装置及びこれを備える画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、通電により発熱する電気発熱体と、該電気発熱体又は電気発熱体近傍の温度情報を検出する温度検出手段と、該電気発熱体にゼロでない少なくとも２つ以上の振幅の異なる印加電圧を供給可能な加熱装置において、前記加熱体に、第１となる電圧である基準振幅を持つ電源電圧の最大値となる電圧を上回る振幅を持つ第２最大値となる電圧を発生させる電圧発生手段と、該電圧発生手段により生成された第２最大値となる電圧と通常動作時に印加する第１最大値となる電圧とを加熱体に切り替え供給する電圧切替手段と、を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電気発熱体に、炭素系抵抗発熱体を使用したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電圧発生手段は、基準となる電源電圧である第１最大値となる電圧を昇圧し、電源電圧を上回る振幅を持つ第２最大値となる電圧を発生させることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電圧切替手段は、該温度検出手段により検出される温度情報に基づき、該第１最大値となる電圧又は第２最大値となる電圧を該電気発熱体に印加切り替え可能とすることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電圧切替手段により、該第１電圧を該加熱装置に印加する際、基準となる電源電圧の最大値となる電圧を固定値として印加可能、又は第１電圧の振幅を可変制御し印加可能とすることを特徴とする。

請求項６記載の画像形成装置は、請求項１〜５の何れかに記載の加熱装置を熱定着器として備えていることを特徴とする。

本発明によれば、温度センサからの状態量より加熱装置の制御量を決定し、出力制御量を加熱装置の温度域に応じてスイッチングするという簡易な構成により、低温域からの速やかな復帰が可能な加熱装置が実現できる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の定着装置の一実施例の主要部を示す構成図である。

図２は図１の定着装置に用いられている温度制御装置を示すブロック図、図３は図２のヒータ制御部１０７内の入出力部の構成を示す回路図、図４は図１の定着装置の定着ローラを示す構成図である。

複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置は、図１及び図４に示すように、定着ローラ４０１を備える。定着ローラ４０１には、ヒータ４０２が内蔵されている。

定着ローラ４０１には加圧ローラ４０３が回転可能に圧接している。加圧ローラ４０３は、定着ローラ４０１と協働して未定着トナー像を挟圧搬送するためのニップ部を形成する。

定着ローラ４０１の表面温度は温度センサー（サーミスタ）２０１で検知される。温度センサー（サーミスタ）２０１の検知温度は温度制御装置に与えられる。

温度制御装置は、図２に示すように、温度センサー（サーミスタ）２０１からの温度信号をＡ／Ｄコンバータ１０６でデジタル信号に変換し、該デジタル信号はＣＰＵ１０１に与えられる。

ＣＰＵ１０１は、定着ローラ４０１の表面温度の検出結果より、ＲＯＭ１０２に格納されている温度テーブル（ＬＵＴ）から、検出温度に対するヒータ制御信号を選択し、ヒータ制御部１０７へ出力する。

次に、図３に示すように、ヒータ制御部内の入出力部は、ＣＰＵ１０１から出力されたＳＷ信号３０５及びオンオフ信号３０７は、ヒータ制御部１０７へ与えられ、ヒータ制御部１０７は、ＣＰＵ１０１の選択結果に基づきヒータ４０２への通電及び通電停止をする。ヒータ４０２への交流入力電圧は端子３０１，３０２に印加される。端子３０１は、交流入力電圧の直接印加及び昇圧部３０４を介した交流入力電圧をSW信号３０５により選択可能にされ、ＳＷ部３０３に接続され、端子３０２はヒータ４０２の一端に接続されている。

ヒータ４０２の他端は、トライアックＳＣＲ１のＴ２端子に接続されている。トライアックＳＣＲ１のゲート端子は、Ｔ２端子からゲート電流制限抵抗Ｒ１を通じてフォトトライアックカプラＰＳ１のフォトトライアック部に接続されている。抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１は、互いに協働してノイズによってトライアックＳＣＲ１が誤動作することを防止するノイズフィルタを構成する。

ＣＰＵ１０１からのオンオフ信号３０７は入力端子を経た後、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とにより分圧され、トランジスタＴＲ１のベースに取り込まれる。トランジスタＴＲ１のコレクタはフォトトライアックカプラＰＳ１の発光ダイオード部のカソードに接続され、アノードは電流制限を行う抵抗Ｒ３を通じて＋５Ｖ端子３０６に接続されている。

次に、動作について説明する。図５は図１の定着装置における温度制御動作を示すフローチャートである。

電源投入後、各制御部の初期化が行われ、温度制御動作が開始される（ステップ５０１）。

次いで、制御対象からの情報であるローラ表面温度が状態量としてＣＰＵ１０１に入力される（ステップ５０２）。

ＣＰＵ１０１はＲＯＭ１０２内にあるＬＵＴ１０３（温度テーブル）を参照し、定着ローラが設定されたどの温度域にいるかを判定する（ステップ５０３）。定着ローラが予め閾値として設けられた低温度域にいないと判断された場合、通常モードの制御量を出力するため、制御対象からの情報であるローラ表面温度を状態量として用い、制御量を単位時間当りのヒータ４０２のオン時間として出力する（ステップ５０４）、
次いで、再度制御対象からの情報であるローラ表面温度が状態量としてＣＰＵ１０１に入力され（ステップ５０２）、ＲＯＭ１０２内にあるＬＵＴ１０３（温度テーブル）を参照し、定着ローラが設定されたどの温度域にいるかを判定し（ステップ５０３）、随時目標温度となるよう単位時間当りのヒータ４０２のオン時間である制御量を更新する。

又、上記ステップ５０３にて、定着ローラが低温度域にあると判断された場合、低温モードの制御量を出力するため、ＣＰＵ１０１よりＳＷ信号を出力し、ＳＷ部３０３（図３に示す）を昇圧部３０４側に切り替える。ヒータ４０２への通電は昇圧部を介した交流入力電圧となり、単位時間当りのヒータ４０２のオン時間を最大として出力される（ステップ５０５）。再度制御対象からの情報であるローラ表面温度が状態量としてＣＰＵ１０１に入力され（ステップ５０２）、ＲＯＭ１０２内にあるＬＵＴ１０３（温度テーブル）を参照し、定着ローラが低温域にいないと判断されるまで（ステップ５０３）、低温モードの制御量を出力するため、ヒータ４０２への通電は昇圧部を介した交流入力電圧とし、単位時間当りのヒータ４０２のオン時間を最大として出力される（ステップ５０５）。

又、図６は実施の形態１におけるヒータ４０２への通常モード及び低温モードの制御量出力波形の一例である。

尚、本実施の形態では、状態量として定着ローラ４０１の表面温度を用い、制御量としてヒータ４０２の単位時間当りのオン時間を決定する。定着ローラ４０１の表面温度は、定着ローラの表面に接触している温度センサー２０１（図１に示す）からのデータである。

＜実施の形態２＞
次に、他の定着装置について説明する。図６は実施の形態１と同様図１の定着装置に用いられている温度制御装置を示すブロック図、図８は図６の温度制御装置の入出力部の構成を示す回路図である。

図１及び図４は実施の形態１と同様の構成のため説明は省略する。

図６のヒータ制御部１０６においてゼロクロス検知部１０８は、端子３０１，３０２に印加される交流入力電圧のゼロクロスを検知し、ＣＰＵ１０１に対してゼロクロス信号３０９を出力する。ＣＰＵ１０１に入力されたゼロクロス信号に同期してオンオフ信号３０７をヒータ制御部１０６に出力し、交流入力電圧の半波を制御量としてヒータ４０２へ出力する。

図６及び図８におけるその他の構成は実施の形態２の図２及び図３と同様のため説明は省略する。

次に、動作について説明する。図９は図１の定着装置における温度制御動作を示すフローチャートである。

電源投入後、各制御部の初期化が行われ、温度制御動作が開始される（ステップ９０１）。次いで、制御対象からの情報であるローラ表面温度が状態量としてＣＰＵ１０１に入力される（ステップ９０２）。

ＣＰＵ１０１はＲＯＭ１０２内にあるＬＵＴ１０３（温度テーブル）を参照し、定着ローラが設定されたどの温度域にいるかを判定する（ステップ９０３）。定着ローラが予め閾値として設けられた低温度域にいないと判断された場合、通常モードの制御量を出力するため、制御対象からの情報であるローラ表面温度を状態量として用い、制御量をヒータ制御部より入力されるゼロクロス信号３０９を基準としてヒータ４０２のオン時間を交流入力電圧の半波を1 サイクルとして出力する（ステップ９０４）。その際のサイクル量はステップ９０３における定着ローラの温度域によりLUT １０３により決定される。

又、ゼロクロス検知が得られない場合は随時ステップ９０４を繰り返し、ゼロクロス検知後制御量を出力するためフローを進める。次いで、再度制御対象からの情報であるローラ表面温度が状態量としてＣＰＵ１０１に入力され（ステップ９０２）、ＲＯＭ１０２内にあるＬＵＴ１０３（温度テーブル）を参照し、定着ローラが設定されたどの温度域にいるかを判定し（ステップ９０３）、随時目標温度となるようヒータ４０２のオン時間である制御量を更新する。

又、上記ステップ９０３にて、定着ローラが低温度域にあると判断された場合、低温モードの制御量を出力するため、ＣＰＵ１０１よりＳＷ信号を出力し、ＳＷ部３０３（図３に示す）を昇圧部３０４側に切り替える。ヒータ４０２への通電は昇圧部を介した交流入力電圧となり、ＣＰＵ１０１により制御されるヒータ４０２のオン時間をヒータ制御部より出力されるゼロクロス信号３０９基準から全波出力へと切り替え出力される（ステップ５０５）。再度制御対象からの情報であるローラ表面温度が状態量としてＣＰＵ１０１に入力され（ステップ５０２）、ＲＯＭ１０２内にあるＬＵＴ１０３（温度テーブル）を参照し、定着ローラが低温域にいないと判断されるまで（ステップ５０３）、低温モードの制御量を出力するため、ヒータ４０２への通電は昇圧部を介した交流入力電圧とし、ヒータ４０２のオン時間は最大となる全波通電が出力される（ステップ５０５）。

又、図１０は実施の形態２におけるヒータ４０２への通常モードおよび低温モードの制御量出力波形の一例である。

尚、本実施の形態では、状態量として定着ローラ４０１の表面温度を用い、ヒータ４０２への制御量としてＣＰＵ１０１に入力される交流入力電圧のゼロクロス信号３０９を基準とした半波１サイクルのオンオフ信号タイミングを決定する。定着ローラ４０１の表面温度は、定着ローラの表面に接触している温度センサー２０１（図１に示す）からのデータである。

本発明の定着装置の主要部を示す構成図である。 図１の定着装置に用いられている温度制御装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１のヒータ制御部の入出力部の構成を示す回路図である。 図１の定着装置の定着ローラを示す構成図である。 図１の定着装置における温度制御動作を示すフロー図である。 図１の定着装置の温度制御に用いられる制御量出力波形の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２の定着装置に用いられている温度制御装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２のヒータ制御部の入出力部の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態２の定着装置における温度制御動作を示すフロー図である。 本発明の実施の形態２の定着装置の温度制御に用いられる制御量出力波形の一例を示す図である。

符号の説明

１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＡＭ
１０３ ＬＵＴ
１０７ ヒータ制御部
１０８ ゼロクロス検知部
２０１ 温度センサ
３０３ ＳＷ部
３０４ 昇圧部
４０１ 定着ローラ
４０２ ヒータ

Claims (6)

1. 通電により発熱する電気発熱体と、該電気発熱体又は電気発熱体近傍の温度情報を検出する温度検出手段と、該電気発熱体にゼロでない少なくとも２つ以上の振幅の異なる印加電圧を供給可能な加熱装置において、
   前記加熱体に、第１となる電圧である基準振幅を持つ電源電圧の最大値となる電圧を上回る振幅を持つ第２最大値となる電圧を発生させる電圧発生手段と、該電圧発生手段により生成された第２最大値となる電圧と通常動作時に印加する第１最大値となる電圧とを加熱体に切り替え供給する電圧切替手段と、を有することを特徴とする加熱装置。
2. 前記電気発熱体に、炭素系抵抗発熱体を使用したことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
3. 前記電圧発生手段は、基準となる電源電圧である第１最大値となる電圧を昇圧し、電源電圧を上回る振幅を持つ第２最大値となる電圧を発生させることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
4. 前記電圧切替手段は、該温度検出手段により検出される温度情報に基づき、該第１最大値となる電圧又は第２最大値となる電圧を該電気発熱体に印加切り替え可能とすることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
5. 前記電圧切替手段により、該第１電圧を該加熱装置に印加する際、基準となる電源電圧の最大値となる電圧を固定値として印加可能、又は第１電圧の振幅を可変制御し印加可能とすることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の加熱装置を熱定着器として備えていることを特徴とする画像形成装置。

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