JP2007164207A - 定着装置のヒータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単で安価な構成によりフリッカを低減する。
【解決手段】 複数の加熱ヒータ（２），（８）を有する定着装置において、複数のヒータを独立にＯＮ／ＯＦＦ制御し、各ヒータのデューティ比の和が１００％以下か、それより大きいかで制御を異ならせるようにしたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は複数の加熱ヒータを有する定着装置に係わり、特に加熱ヒータの点灯開始時に生ずる突入電流に起因する電圧変動やフリッカーを防止する定着装置のヒータ制御方法に関する。

画像形成装置においては、記録紙等の転写材上に保持したトナー像を加熱ローラ定着装置によって加熱し溶着している。この時、定着温度が低すぎるとトナー定着不良が生じ、高すぎると紙皺、熱ローラへの紙の巻き付き、高温オフセット（定着トナーがローラやベルト等の加熱体上に付着して後続の用紙に前の紙の像が形成される現象）等が発生するため、定着温度を所定の温度に制御する必要がある。そのため、サーミスタ等で定着温度を検出し、目標温度と現在の定着温度との差に基づいてヒータ駆動パルスのデューティ比を変えて加熱ローラの温度制御を行っている。

図５に示すように、ヒータ駆動パルスがＯＮしている時間の制御周期に対する割合（デューティ比）を変えて温度制御を行う場合（図５（ａ））、駆動パルスの立ち上がり時には、ヒータが冷えているために抵抗が小さく大きな電流が流れ、やがてヒータ温度が上がると抵抗が大きくなって電流が減少し（図５（ｂ））、これに応じて電圧も変化する（図５（ｃ））。この電圧の微分波形は、図５（ｄ）のように複雑に変化するため高周波が発生し、周囲の蛍光灯にフリッカが生じたり、周囲の電子機器の誤動作を引き起こす要因となる。

従来、この対策として複数のヒータ（定着ランプ）を有する定着装置においては、点灯開始時に大きな突入電流が重なって生ずるのを防止するため、同時に複数の定着ランプが点灯開始するのを避け、１本ずつ時間をずらして点灯を開始させ、さらに定着ランプのＯＮ／ＯＦＦ回数を減らすことによって点灯パルスの立ち上がり、立ち下がり時に生ずるフリッカを減少させるようにしたものが提案されている（特許文献１）。
特開平１１−５２７８２号公報

しかし、上記提案のものでは、点灯開始時の突入電流の重なりを防止しているだけであり、点灯開始時期のずらしかたも固定時間であるため、フリッカ対策として十分ではなく、またフリッカを低減させるための制御回路が複雑で高価になってしまうという問題があった。

本発明は上記課題を解決しようとするもので、簡単で安価な構成によりフリッカを低減することを目的とする。

本発明は、複数の加熱ヒータを有する定着装置において、複数のヒータを独立にＯＮ／ＯＦＦ制御すると共に、各ヒータのデューティ比の和が１００％以下か、それより大きいかで制御を異ならせるようにしたことを特徴とする。
また、本発明は、各ヒータのデューティ比の和が１００％以下の時、各ヒータの点灯時間が重ならず、かつ各ヒータが連続して点灯するようにしたことを特徴とする。
また、本発明は、各ヒータのデューティ比の和が１００％より大きいとき、各ヒータの点灯開始時期を所定時間ずらして点灯することを特徴とする。
また、本発明は、点灯開始時期をずらす所定時間を、ヒータ温度に応じて変更することを特徴とする。

本発明のヒータ制御方法によれば、電圧の変動を少なくし、温度リップルをなくして突入電流を減少させ、フリッカを低減させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の定着装置の一例を説明する図である。
加熱ローラ１はＨＲ（加熱ローラ）用ヒータ２で加熱され、その温度はＨＲサーミスタ３で検出されている。アラミドフィルム等の熱抵抗の大きい可撓性の樹脂からなるベルト４は、加熱ローラ１と定着ローラ６間に巻回され、定着ローラ６には加圧ローラ７が押しつけられて定着部が形成されている。ベルト４は加熱ローラ１と接触して加熱され、定着部で用紙に熱を放出し、ベルト裏に配置されたＢＢ（ベルトバック）サーミスタ５でその温度が検出される。加圧ローラ７はＰＲ（加圧ローラ）用ヒータ８で加熱され、その表面温度はＰＲサーミスタ９で検出される。トナー像が転写された用紙１１は定着部に搬送され、加熱されて定着される。加熱ローラ１に比して加圧ローラの熱容量は大きく、ＨＲ用ヒータ２、ＰＲ用ヒータ８はデューティ比を変えることにより温度制御されている。

図２は本発明のヒータ制御方法を説明する図である。ここで、ヒータＡ、ヒータＢは、例えば、図１におけるＨＲ用ヒータ２、ＰＲ用ヒータ８に対応し、ヒータＡ、Ｂには同じ電源回路から電力が供給され、同一制御周期Ｔに対するＯＮ時間Ａon、Ｂonの割合（デューティＡ＝Ａon×１００／Ｔ、デューティＢ＝Ｂon×１００／Ｔ）を変えることにより、ヒータ制御が行われているものとする。

本発明においては、
デューティＡ＋デューティＢ≦１００％
のとき、図示するように、ヒータＡ、Ｂの点灯時間が重ならず、かつヒータＡのＯＦＦタイミングでヒータＢをＯＮするように制御する。このようにヒータＡ、Ｂの点灯時間が重ならないため電圧の変化が小さくなり、また、ヒータＡのＯＦＦタイミング、ヒータＢのＯＮタイミングで電圧変動は起こらないため、高周波の発生を低減し、フリッカを防止することが可能である。また、
デューティＡ＋デューティＢ＞１００％
の場合は、図示するように、ヒータＡ、Ｂの点灯時間が重なることは避けられないため、点灯開始タイミングをずらし、点灯開始時の突入電流を減らしてフリッカの発生を低減するようにする。

なお、ローラ温度が冷えている時は、フィラメントも冷えやすいので抵抗が小さく、点灯した時の突入電流が大きくなって通常電流になるまで時間がかかるので、点灯開始タイミングをずらす時間をローラ温度により変更することが望ましい。例えば、ローラ温度が低いときはずらす時間を大きくし、ローラ温度が高くなってきたらずらす時間を小さくする。

図２のヒータ制御方法を図１の定着装置に適用した例を示すと、加熱ローラ用ヒータ７００Ｗ、加圧ローラ用ヒータ２３０Ｗに対し、モノクロ印字時、カラー印字時、スタンバイ時の状態での各ヒータのデューティ比は表１に示すようになる。

ＨＲヒータのデューティ比と、ＰＲヒータのデューティ比の和が１００％を超えない場合、即ちスタンバイ時にはＨＲヒータが消灯したときにＰＲヒータを点灯する。両ヒータのデューティ比の和が１００％を超える場合、即ちモノクロ印字時、カラー印字時にはＨＲヒータが点灯始めてから所定時間後、例えば、５００ｍｓｅｃ後にＰＲヒータを点灯する。

上記の例では、ヒータＡ、Ｂの点灯開始タイミングを制御するようにしたが、ヒータＡ、Ｂの点灯時間が重ならないように、どちらか片方のみ点灯するようにしてもフリッカを低減することが可能である。例えば、４サイクルカラー機において、モノクロ印字時はＨＲ用ヒータのみ点灯し、カラー印字時はＨＲ用ヒータ、ＰＲ用ヒータを点灯が重ならないようにしてデューティ制御する。その結果、モノクロ印字時は高速印字が可能となり、カラー印字時は温度の安定度が高くなるので高画質を維持することができる。

また、本発明では、図１の定着装置において、電源投入時にＦＲウォームアップとＰＲウォームアップを行うようにしている。この点を図３により概略説明する。電源が投入されると、定着ローラウォームアップ（ＦＲＷｕｐ）が行われ、このときベルト４の目標温度Ｔ₂ （図４のＢＢサーミスタ５で１９８℃、ベルト表面で１９３℃）になるようにＨＲ用ヒーター２が点灯してデューティ制御され、ベルトの空廻しが行われて、ベルトを通して加圧ローラ７に熱が供給される。ベルト温度が目標温度Ｔ₂ に到達すると、ＦＲウォームアップは終了し、この時点で印字可能となり、電源投入後早いタイミングでの枚数の少ない印字を可能としている。

引き続き加圧ローラウォームアップ（ＰＲＷｕｐ）に移行する。ＰＲウォームアップは目標温度Ｔ₁ （１８０℃）になるようにＰＲ用ヒーター８が点灯してデューティ制御が行われ、ベルトの空廻しも行われる。このとき、
ＰＲヒータデューティ＝制御周期−ＨＲヒータのデューティ
とする。制御周期は適宜設定する。この制御により、熱容量の大きい加圧ローラ７も目標温度Ｔ₁ に向かって速い速度で上昇させることができる。なお、ＰＲウォームアップはＦＲウォームアップに引き続いて行われるが、電源投入時から目標温度に向かって加熱が行われるので、ＦＲウォームアップと同時並行で開始される。本実施例ではＰＲウォームアップ時には、ベルト表面の目標温度を１８５℃としてＦＲウォームアップ時より下げているため、ベルト温度はＦＲウォームアップ終了時から１８５℃に向かって徐々に低下する。このように、ＦＲウォームアップ時とＰＲウォームアップ時とでベルト温度の目標温度を変更することにより、温度の速い立ち上げを可能にするとともに、定着部の温度が上がり過ぎるのを防止し、紙皺、高温オフセット、巻きつき等を防止し、定着ローラとベルトの長寿命化を図るようにしている。

ＰＲウォームアップが終了した時点で連続印字が行われると、用紙に熱が奪われてベルト温度、ＰＲ温度とも低下するが、熱容量の大きい加圧ローラ７が１８０℃の高温になっているため、４０ｐｐｍのような高速印字が行われてもベルト温度と加圧ローラ温度に基づいて算出される相当温度が下限リミッタを下回わることはなく、印字の中断が起こらず、高速印字が可能である。また、加圧ローラウォームアップ中に印字を開始した場合でも、定着ローラ表面付近に十分な熱量が蓄えられているため、高速印字を維持する事が可能である。４０ｐｐｍ印字を行うと、定着ローラ表面温度は１０〜２０枚程度で最下点に到達し、その後徐々に表面温度は上昇し、１０００枚程印字すると目標温度に到達する。

なお、上記の例においてはヒータの本数が２本の場合について説明したが、ローラ軸方向の温度分布を平坦化するため、加熱ローラ内、或いは加圧ローラ内に複数のヒータを配置し、ヒータの本数が３本以上となる場合にも本発明の制御方法は適用可能である。そして、全ヒータのデューティ比の和が１００％に近くなれば、フリッカ値は少なくなり、安価な装置でフリッカの抑制が可能である。

例えば、温度分布を安定化するためにＨＲ内にヒータを２本配置し、モノクロ印字時は時間をずらして両方点灯し、カラー印字時は１本のみ点灯させるようにしてもよい。この場合、ＨＲ内の２本のヒータのうち１本を大電力の第１ヒータ、他の１本を小電力の第２ヒータとし、モノクロ印字時は両方点灯または第１ヒータのみ点灯し、カラー印字時は第２ヒータのみ点灯するようにしてもよい。このとき、例えば、第１ヒータは点灯し続け、第２ヒータをデューティ制御して温度制御するようにしてもよい。小電力のヒータはＯＮ・ＯＦＦしてもフリッカはさして生じないからである。

図４は突入電流のＯＦＦ時間依存性を説明する図である。図の横軸はＯＦＦ時間、縦軸は突入電流（相対値）である。
前述したように、ヒータのフィラメントが冷えると、突入電流が極めて大きくなる。この図から分かるように、ハロゲンランプのフィラメントは約４００ｍｓｅｃ程度までは冷え方が少なく、この程度のＯＦＦ時間ならばフィラメントが冷めず、突入電流は通常点灯時の電流とほぼ同じであり、フリッカを少なくすることができる。しかし、４００ｍｓｅｃを超えると、突入電流が大きくなるため、フリッカが大きくなる。従って、４００ｍｓｅｃ程度以下にＯＦＦ時間がなるようなデューティ制御を行えばよい。なお、４００ｍｓｅｃという値はヒータの定着装置の構成により異なるので、突入電流のＯＦＦ時間依存性を各装置毎に実験的に求め、ＯＦＦ時間がその値以下となるようなデューティ制御を行えばよい。

表２はＯＦＦ時間が４００ｍｓｅｃ以下となるようなデューティと制御周期との関係を示すものである。

Ｄon（ｍｓ）はヒータＯＮの時間、Ｄoff （ｍｓ）はＯＦＦ時間を示している。表２において、ウォームアップ初期はヒータがフル点灯（デューティ＝１００％）し、ローラ温度が目標温度に近くなるにつれ、デューティが小さくなる。デューティが９６％の時はＤonが３８４０ｍｓｅｃ、Ｄoff が１６０ｍｓｅｃである。デューティが９０％をきると、Ｄonが３６００ｍｓｅｃをきるので、Ｄoff が４００ｍｓｅｃとなるように制御周期を小さくする。デューティがさらに小さくなっても、Ｄoff は４００ｍｓｅｃを維持させるようにして、フィラメントが冷えないようにし、突入電流を小さくし、フリッカが生させないようにする。

本発明の定着装置の一例を説明する図である。 本発明のヒータ制御方法を説明する図である。 本発明におけるウォームアップを説明する図である。 突入電流のＯＦＦ時間依存性を説明する図である。 ヒータ駆動によるフリッカ発生原因を説明する図である。

符号の説明

１…加熱ローラ１、２…ＨＲ用ヒータ、３…ＨＲサーミスタ、４…ベルト、５…ＢＢサーミスタ、６…定着ローラ、７…加圧ローラ、８…ＰＲ用ヒータ、９…ＰＲサーミスタ、１１…用紙。

Claims (4)

1. 複数の加熱ヒータを有する定着装置において、複数のヒータを独立にＯＮ／ＯＦＦ制御すると共に、各ヒータのデューティ比の和が１００％以下か、それより大きいかで制御を異ならせるようにしたことを特徴とする定着装置のヒータ制御方法。
2. 各ヒータのデューティ比の和が１００％以下の時、各ヒータの点灯時間が重ならず、かつ各ヒータが連続して点灯するようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒータ制御方法。
3. 各ヒータのデューティ比の和が１００％より大きいとき、各ヒータの点灯開始時期を所定時間ずらして点灯することを特徴とする請求項１記載のヒータ制御方法。
4. 点灯開始時期をずらす所定時間を、ヒータ温度に応じて変更することを特徴とする請求項３記載のヒータ制御方法。

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