JP2007121354A

JP2007121354A - 加熱装置及び電子写真装置

Info

Publication number: JP2007121354A
Application number: JP2005309317A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Yamazaki; 美孝山崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】電子写真装置における加熱定着装置内ヒータの通電オンオフ時に発生する高調波電流と、電源電圧の変動とを抑制し、他の電気機器への高調波誘導の障害、フリッカ等の障害を起すことを抑止する。
【解決手段】電力を熱として取り出すヒータを複数持つ加熱装置において、装置電源の出力交流電源の整流手段と、該ヒータの温度及びその周囲温度を検出するための複数の温度検出手段と、該交流電源のゼロクロスを検知するためのゼロクロス検知手段と、タイミングを計測するためのカウント手段と、該整流手段による脈流電流と該出力交流電源とを該複数ヒータへ切替印加可能とする切替手段とを用いることで、複数ヒータへの通電配分をし、各ヒータ通電合計が装置電源の出力交流電源の全波と等しくなることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、加熱装置及び電子写真装置に関する。

従来、この種の電子写真装置の電源負荷として、制御手段等の各装置の動作電源としてのＤＣ電源、熱源である定着ローラのヒータ及び露光ランプの３種類のものがあり、特に、電源の大きな負荷となる前記ヒータがオンされたときの突入電流によって発生する商用電源（以下、交流電源と言う）の電圧変動を抑制するものとして、電源投入後の過渡期間にヒータへ供給される電流を位相制御するものが特許文献１に開示されて公知となっているものがある。

それは、図４に示すようであって、ゼロクロス検出回路１１及び電源投入時点から過渡期間に相当する期間信号を出力する制御回路１２を有する信号発生手段１３と、交流電源２と定着ローラ４のヒータ３との間に接続され、ヒータ３へ供給される電流を信号発生手段１３の出力期間中だけ位相制御する半導体スイッチング素子８及びスイッチング素子８をオン、オフする出力回路１４を有する位相制御手段１５と、半導体スイッチング素子８に並列に接続され、ヒータ３に電流を供給する短絡手段としての半導体スイッチング素子８’とを具えたものである。

半導体スイッチング素子８，８’は、それぞれ出力回路１４からのゲート制御信号に応じて、例えば１００Ｖの交流電源２をヒータ３へ供給するものであって、半導体スイッチング素子８は、電源投入時点から過渡期間が経過するまでの間、ヒータ３への突入電流を抑制すべくヒータ３へ供給される電流を位相制御するためのものであり、半導体スイッチング素子８’は、前記過渡期間が経過した後に、ヒータ３が所定温度（定着温度）に安定するように、ヒータ３への供給電流をオン、オフする、即ち半導体スイッチング素子８を短絡してヒータ３に電流を供給するものである。

又、チョークコイルＬ₁ は、半導体スイッチング素子８に直列に接続され、半導体スイッチング素子８によって位相制御された出力電流のピークを抑圧するためのものであり、ゼロクロス検出回路１１は、交流電源のゼロクロス点を検出するためのものであり、制御回路１２は、ヒータ３へ供給される電流を位相制御すべく半導体スイッチング素子８へ制御信号を出力するものである。

そして、制御回路１２は、内部に計時手段を有しており、電源投入時点から過渡期間に相当する期間が経過した後、半導体スイッチング素子８を出力回路１４を介してオフするとともに半導体スイッチング素子８’をオンする制御信号を出力するものである。更に、温度センサ６の出力が入力された制御回路１２は、温度センサ６の出力に基づいてヒータ３が所定温度に安定するように半導体スイッチング素子８’をオフする。

このようなものにあって、電源投入直後はヒータ３へ供給される電流を、図５に示すように、位相制御するとともに、チョークコイルＬ₁ によりヒータ３への供給電流のピークを抑圧している。従って、電源投入直後のヒータ３の抵抗値が小さいときの突入電流をより抑制することができる。又、電流投入からＴ０
時間経過後に制御信号の遅延量をＴ₁ 期間からＴ₂ 期間に短縮し、ヒータ３の温度がある程度上昇して抵抗値が大きくなったときにヒータ３への供給電流を増加するので、ヒータ３の温度上昇を速めることができて、電源投入後の過渡期間の過電流（突入電流）による電源供給部の故障を防止することができる。
特開平３−１１３５１９号公報

前記のような従来の電子写真装置は、電源投入後の過渡期間が相当長くて、その間に高調波電流が発生し続けて、他の電気機器に高調波誘導の障害を誘発し、又、過渡期間経過後は定着ヒータの通電はオン、オフ制御が行われてオン時の突入電流またはオフ時の急激な電流停止によって電源電圧の変動が大きく、他の電気機器にフリッカ等の障害を起すという問題がある。

そこで、本発明の目的は、前記のような従来の電子写真装置の持つ問題を解消し、電子写真装置におけるヒータの通電オン時の高調波電流の発生と、電源電圧の変動とを抑制し、オフ時の電源電圧の変動を抑制することができる加熱装置及び電子写真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、電力を熱として取り出すヒータを複数持つ加熱装置において、装置電源の出力交流電源の整流手段と、該ヒータの温度及びその周囲温度を検出するための複数の温度検出手段と、該交流電源のゼロクロスを検知するためのゼロクロス検知手段と、タイミングを計測するためのカウント手段と、該整流手段による脈流電流と該出力交流電源とを該複数ヒータへ切替印加可能とする切替手段とを用いることで、複数ヒータへの通電配分をし、各ヒータ通電合計が装置電源の出力交流電源の全波と等しくな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、前記ヒータに炭素系発熱体を少なくとも１つ以上使用することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記切替手段は、前記整流手段による脈流電流と装置電源の出力交流電源とを複数ヒータへそれぞれ印加切替可能であり、切替の際、ゼロクロス検知手段によるゼロクロス検知信号と該ゼロクロス検知信号を基準としたカウンタ手段によるソフトスタート信号とを切替タイミングに用いることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１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電子写真装置である。

本発明によれば、電子写真装置におけるヒータの通電オン時の高調波電流の発生と、電源電圧の変動とを抑制し、オフ時の電源電圧の変動を抑制することができる。

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＞
本発明の実施の形態１は図３に示すようであって、電源には交流電源３０１が使用されスイッチング素子１（３０４）を介してヒータ１（３０６）に電源を供給する。ゼロクロス検知部３０２は、交流電源３０１の両端に接続され、交流電源３０１のゼロクロス検知時に制御回路部３１２にゼロクロス信号を出力する。整流部３０３は、交流電源３０１の出力電源を脈流し、スイッチング素子２（３１１）を介してヒータ２（３０８）に電源を供給する。

図４に示すように、ヒータ１（３０６）は中央部が発熱領域となっており、定着ローラ（３０７）に内蔵され、ヒータ２（３０８）は両端部が発熱領域となっており、定着ローラ（３０７）にヒータ１（３０６）と平行に設置内蔵されている。定着ローラ３０７には加圧ローラ４０１が回転可能に圧接している。加圧ローラ４０１は、定着ローラ３０７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。

ヒータ１（３０６）及びヒータ２（３０８）に通電されそれぞれ発熱し、定着ローラ３０７が加熱される際の定着ローラ３０７の表面温度は中央部と端部に設けられた温度検出部１（３０５）、温度検出部２（３１０）で検知される。温度検出部１（３０５）及び温度検出部２（３１０）の検知温度はそれぞれ制御回路部３１２に与えられる。

次に、詳細な動作について説明する。

図５は制御回路部３１２の定着ローラ３０７の温度情報に基づくヒータ１（３０６）, ヒータ２（３０８）の温度制御の流れ図である。

電源投入後、或は温度制御動作開始時においては、各制御部の初期化が行われ、温度制御動作が開始される。又、温調制御動作中では前フローを継続制御する（ステップ５００）。

制御回路部３１２に入力された検知温度は、アナログ値からＡＤ変換処理を行いデジタル値とされ、制御回路部３１２内の不図示ＣＰＵに入力される。ＣＰＵは、入力された検知温度のデジタル値を、制御回路部３１２内の不図示ＲＯＭ内に予め記憶させておいたルックアップテーブル３１３（以後、ＬＵＴと表記）を参照し、定着ローラ３０７の中央部及び端部それぞれの表面温度を決定し、又、表面温度に応じて制御回路部３１２にてヒータ１（３０６）、ヒータ２（３０８）の通電切り替えタイミングとなるカウント目標値をカウンタ部３１４にて決定する（ステップ５０１）。

そして、ゼロクロス信号を検知までフローをループする（ステップ５０２）。

ゼロクロス検知をトリガとして制御回路部３１２内のカウンタ部３１４にてソフトカウントをスタートする（ステップ５０３）。

前記ステップ５０３と同時にヒータ２（３０８）の通電を開始するためスイッチング素子３１１をオンにするヒータ２制御信号を出力する（ステップ５０４）。

ヒータ２（３０８）に通電中にカウント値を随時参照し、前記ステップ５０１にて決定されたカウント設定値と比較し、カウント値≧カウント設定値となるまでステップ５０４をループする。その間、ヒータ２（３０８）への通電を継続する（ステップ５０５）。

カウント値≧カウント設定値となった瞬間、制御回路部３１２より出力されているヒータ２制御信号を、ヒータ２（３０８）への通電を停止するようにスイッチング素子３１１をオフする。それと同期して、ヒータ１（３０６）駆動用のスイッチング素子３０４をオンするヒータ１制御信号を出力し、ヒータ１（３０６）への通電を開始する（ステップ５０６）。

ヒータ１（３０６）の通電開始後、前述のステップ５００に戻りヒータ１（３０６）への通電を継続し、その間に前述のステップ５０１と同様の処理を行い、温度検出部１（３０５）及び温度検出部２（３１０）からの制御回路部３１２内の温度情報を更新し、それに応じたカウント設定値を更新する。そして、前述のステップ５０２のゼロクロス検知と同時にスイッチング素子３０４は、自動的にオフされヒータ１（３０６）への通電を停止し、前述ステップ５０３のフローへ移行され制御ループが形成される。

前述図５の制御ループは、定着装置出口に設置された不図示センサにて記録紙の後端部分が検知され全ヒータへの通電が停止される。

図６は図５の制御フロー時制御波形の一例である。

このようなものにあって、ヒータ３０６，３０８への温調通電時に印加される電圧の総和は装置交流電源の全波波形と等価になるため、装置交流電源から連続した一定の通電を継続可能であることから、発生する高調波電流を抑制することができて、他の電気機器に高調波誘導の障害を低減することができる上、ヒータのオンオフ時の電源電流変動による電源電圧の変動は起こらず、他の電気機器にフリッカ等の障害を起こすことがない。

＜実施の形態２＞
本発明の第２の実施の形態は図７に示すようであって、電源には交流電源３０１が使用されスイッチング素子１（３０４）を介してヒータ１（３０６）に電源を供給する。ゼロクロス検知部３０２は、交流電源３０１の両端に接続され、交流電源３０１のゼロクロス検知時に制御回路部３１２にゼロクロス信号を出力する。整流部３０３は、交流電源３０１の出力電源を脈流し、スイッチング素子２（３１１）を介してヒータ２（３０８）に電源を供給する。

ヒータ１（３０６）、ヒータ２（３０８）及び定着ローラ３０７の設置構成は、図４に示すように前述の実施の形態１と同様の構成である。

ここで、ヒータ１（３０６）は、中央部が発熱領域であり、搬送される記録紙サイズによってはヒータ１のみで未定着トナー像を融着するに十分な熱量を賄える長さを持っている。

又、画像処理部７０２、操作処理部７０１及び制御回路部３１２はそれぞれ双方向に通信可能に接続され、操作処理部より入力された操作情報は画像処理部７０２にて演算処理され画像情報として制御回路部３１２へ出力される。操作処理部７０１には画像形成を行う記録紙サイズを選択可能であり、選択された記録紙サイズ情報は画像処理部７０２を介し制御回路部３１２に伝達される。操作処理部７０１にて選択可能な記録紙サイズは、予め制御回路部３１２にも用意されている。

上記のようなものにおいて、図８は記録紙サイズに応じたヒータ１，２（３０６，３０８）の温度制御の流れ図である。

電源投入後、或は温度制御動作開始時においては、各制御部の初期化が行われ、温度制御動作が開始される。又、温調制御動作中では前フローを継続制御する（ステップ８０１）。

前述操作処理部７０１にて装置操作者に入力された記録紙サイズは、画像処理部７０２を介し、制御回路部３１２に入力される。制御回路部３１２に入力された記録紙サイズは、予め用意されていた制御回路部３１２内の記録紙サイズと比較され、プロセススピード（画像形成速度）、定着目標温度等の各制御量に反映される（ステップ８０２）。

本発明では、定着装置に注視し説明を行う。

制御回路部３１２に入力された次紙記録紙サイズを、予め用意されていた制御回路部３１２内の記録紙サイズと比較決定し、前述ステップ８０３にて制御回路部３１２内で決定された記録紙サイズが、ヒータ１（３０６）のみの熱量にて記録紙上の未定着トナー像を融着するに十分か、又は、ヒータ１（３０６）とヒータ２（３０８）の両熱量が必要か判断され、定着ローラ３０７の中央部に設置された温度検出部３０５の温度情報に基づき、ヒータ１，２（３０６，３０８）への通電割合となるカウント設定値を決定する。このとき、カウント設定値は記録紙サイズに応じて、ヒータ２（３０８）が発熱するのに十分でない値以下、若しくは両ヒータが発熱するに十分な値とする（ステップ８０３）。

そして、ゼロクロス信号を検知までフローをループする（ステップ８０４）。

ゼロクロス検知をトリガとして制御回路部３１２内のカウンタ部３１４にてソフトカウントをスタートする（ステップ８０５）。

前記ステップ５０３と同時にヒータ２（３０８）の通電を開始するためスイッチング素子３１１をオンにするヒータ２制御信号を出力する（ステップ８０６）。

ヒータ２（３０８）に通電中にカウント値を随時参照し、前記ステップ８０３にて決定されたカウント設定値と比較し、カウント値≧カウント設定値となるまでステップ８０６をループする。その間、ヒータ２（３０８）への通電を継続する。但し、前述のカウント設定値はヒータ２（３０８）が発熱するのに十分な時間を持たない（ステップ８０７）。

カウント値≧カウント設定値となった瞬間、制御回路部３１２より出力されているヒータ２制御信号を、ヒータ２（３０８）への通電を停止するようにスイッチング素子３１１をオフする。それと同期して、ヒータ１（３０６）駆動用のスイッチング素子３０４をオンするヒータ１制御信号を出力し、ヒータ１（３０６）への通電を開始する（ステップ８０８）。

ヒータ１（３０６）の通電開始後、ヒータ１（３０６）への通電を継続し、その間に定着装置出口に設けられた紙後端部を検知する不図示定着出口センサ信号を確認し、センサ出力が検知されない場合は、１ジョブ終了を示すフラグ値を‘０’とし、前述ステップ８０３にフローを戻し、再度同様の処理を行い、温度検出部１（３０５）からの制御回路部３１２内の温度情報を更新し、それに応じたカウント設定値を更新する。そして、前述のステップ５０２のゼロクロス検知と同時にスイッチング素子３０４は自動的にオフされヒータ１（３０６）への通電を停止し、前述ステップ８０４のフローへ移行され制御ループが形成される。又、前述定着出口センサ出力が検知された場合は、ステップ８１０へフローを移行する（ステップ８０９，８１０）。

前述定着出口センサ検知後、出力最終紙か確認する。最終紙の場合は、フローを終了し通電動作を停止する。最終紙ではないと判断された場合は、前述１ジョブ終了を示すフラグ値を‘１’とし、前述ステップ８０２へフローを戻し、再度同様の処理を行い、前述ステップ８０２にて制御回路部３１２に入力された次紙記録紙サイズを、予め用意されていた制御回路部３１２内の記録紙サイズと比較決定し、前述ステップ８０３にて制御回路部３１２内で決定された記録紙サイズが、ヒータ１（３０６）のみの熱量にて記録紙上の未定着トナー像を融着するに十分か、又は、ヒータ１（３０６）とヒータ２（３０８）の両熱量が必要か判断され、定着ローラ３０７の中央部及び端部に設置された温度検出部３０５，３１０の温度情報に基づき、ヒータ１，２（３０６，３０８）への通電割合となるカウント設定値を決定され、次紙通電の条件を決定し、前述ステップ８０４のフローへ移行され制御ループが形成される（ステップ８１１，８１２）。

図９は図８の制御フロー時制御波形の一例である。

このようなものにあって、ヒータ３０６，３０８への温調通電時に印加される電圧の総和は、記録紙サイズがヒータ１（３０６）のみの発熱量でまかなえる小サイズであっても、目標温度への温度制御時に生ずる余電力をヒータ２（３０８）を抵抗分と考え印加消費するため、ヒータ２（３０８）は温度制御としての機能は果たさないが、それにより装置交流電源の全波波形と等価になるため、装置交流電源から連続した一定の通電を継続可能であることから、発生する高調波電流を抑制することができて、他の電気機器に高調波誘導の障害を低減することができる上、ヒータのオンオフ時の電源電流変動による電源電圧の変動は起こらず、他の電気機器にフリッカ等の障害を起こすことがない。

従来の電子写真装置のヒータ制御装置の回路構成ブロック図である。従来の電子写真装置のヒータ制御のタイミングチャート図である。本発明の実施の形態１の回路構成ブロック図である。本発明の実施の形態１の定着構成図である。本発明の実施の形態１の温度制御の流れ図である。本発明の実施の形態１の温度制御時の波形の一例を示す図である。本発明の実施の形態２の回路構成ブロック図である。本発明の実施の形態２の温度制御の流れ図である。本発明の実施の形態２の温度制御時の波形の一例を示す図である。

符号の説明

１電子写真装置
２交流電源
３ヒータ
４定着ローラ
６温度検知手段
８スイッチング素子
１１ゼロクロス検出回路
３１装置交流電源
３０２ゼロクロス検知部
３０３整流部
３０４スイッチング素子１
３０５温度検出部１
３０６定着ヒータ１
３０７定着ローラ
３０８定着ヒータ２
３１温度検出部２
３１１スイッチング素子２
３１２制御回路部
３１３ＬＵＴ（ルックアップテーブル）
３１４カウンタ部
４１加圧ローラ
７０１操作処理部
７０２画像処理部

Claims

電力を熱として取り出すヒータを複数持つ加熱装置において、
装置電源の出力交流電源の整流手段と、該ヒータの温度及びその周囲温度を検出するための複数の温度検出手段と、該交流電源のゼロクロスを検知するためのゼロクロス検知手段と、タイミングを計測するためのカウント手段と、該整流手段による脈流電流と該出力交流電源とを該複数ヒータへ切替印加可能とする切替手段とを用いることで、複数ヒータへの通電配分をし、各ヒータ通電合計が装置電源の出力交流電源の全波と等しくなることを特徴とする加熱装置。
前記ヒータに炭素系発熱体を少なくとも１つ以上使用することを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
前記切替手段は、前記整流手段による脈流電流と装置電源の出力交流電源とを複数ヒータへそれぞれ印加切替可能であり、切替の際、ゼロクロス検知手段によるゼロクロス検知信号と該ゼロクロス検知信号を基準としたカウンタ手段によるソフトスタート信号とを切替タイミングに用いることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
請求項１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電子写真装置。