JP2008051868A - 定着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ヒータのオンオフ切替えに際して、各ヒータに対応したローラの温度が下限温度を下回ることを防止し、かつ、ローラの温度が目標温度に達するまでの時間を短縮し得る定着装置を提供する。
【解決手段】加圧ローラ及び加熱ローラをそれぞれ加熱する第1及び第2の熱源部材と、各熱源部材に通電する通電手段と、各ローラの温度を検出する温度検出手段と、各熱源部材への通電をオフする第1モード,各熱源部材への通電をオンする第2モード,各熱源部材への通電をデューティ制御する第3モードのいずれか1つのモードで、通電手段を制御する制御手段と、を設ける。制御手段は、温度検出手段により検出される加圧ローラ及び加熱ローラの温度が所定範囲内に収まるように第1〜3モードを切り替えつつ、一方の熱源部材に対して第1モードを第3モードに切り替える場合には、同時に、他方の熱源部材に対して第3モードを適用するように、通電手段を制御する。
【選択図】図2

Description

この発明は、画像形成装置に搭載され、トナー像が転写された用紙を加圧ローラにより加圧するとともに、加熱ローラにより加熱することでトナー像を用紙に定着させる定着装置に関する。
従来、プリンタや多機能複合機等の画像形成装置に搭載される定着装置においては、加熱ローラや加圧ローラを加熱する熱源部材としてのヒータが複数存在する場合に、ヒータへの通電を制御すべく、ヒータに流れる突入電流に伴う一時的な電源電圧の降下を抑制するために、ヒータのオンに際しては、オン状態にある他のヒータをオフさせるなど、ヒータのオンオフ制御を行っていた。
これに関連して、例えば下記特許文献1では、通電開始時に、供給電圧波形の半波区間を含む起動制御区間を設け、起動制御区間のうちの所定の半波区間は、ゼロクロス制御により通電を行う通電区間とし、残りの半波区間は、通電を行わない休止区間とする間欠制御を行う熱定着装置に採用された電力制御装置が開示されている。この装置では、定着の起動制御区間において、ゼロクロス制御により半波単位で通電,非通電が切り替えられ、複数のヒータ間で起動制御区間が重ならないようになっている。
また、図6には、従来の定着装置における加熱ヒータ及び加圧ヒータに対する通電のオンオフ制御、及び、加熱ローラ及び加圧ローラの温度変化の一例をあらわすタイミングチャートを示す。ここでは、加熱及び加圧ヒータが、それぞれオンされる場合に、突入電流に伴う電圧変動を抑制するために、オンしてから駆動制御区間t1だけデューティ制御(ゼロクロス制御)される。そして、図中の四角数字1で示されるように、優先的にオンさせる加熱ヒータがオンされる場合には、加圧ヒータが期間t2だけ強制的にオフされる。このように、複数のヒータ間で起動制御区間が重ならないように通電制御が行われる。
特開2002−84736号公報
しかしながら、かかる加熱ヒータ及び加圧ヒータに対する通電制御方法では、加圧ヒータのオン状態から加熱ヒータがオンされるに伴い、加圧ローラの温度が所定の目標温度に達していない場合にも、加圧ヒータがオフされるため、加圧ローラの温度がその下限温度を下回るおそれがある。かかる場合、定着部で用紙のカールが発生し、これにより、排出紙の整合性が悪化したりジャムが発生したりするおそれがある。
また、一方のヒータがオフされた状態、つまりそのヒータに対応したローラの温度が低下した状態から他方のヒータがオンされた場合には、オンされたヒータによりもたらされた熱が、本来加熱されるべきローラのみならず、温度が低下したローラ側にも移動することとなる。かかる場合、加熱されるべきローラの昇温には時間がかかってしまい、定着不良が発生するおそれがある。
この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、定着不良の発生を回避するために、ヒータのオンオフ切替えに際して、各ヒータに対応したローラの温度が下限温度を下回ることを防止することができ、また、ローラの温度が目標温度に達するまでの時間を短縮することができる定着装置を提供することを目的とする。
そこで、本願の請求項1に係る発明は、トナー像が転写された用紙を加圧ローラにより加圧するとともに、加熱ローラにより加熱することでトナー像を用紙に定着させる定着装置において、該加圧ローラ及び加熱ローラをそれぞれ加熱する第1及び第2の熱源部材と、該各熱源部材に通電する通電手段と、該加圧ローラ及び加熱ローラの温度を検出する温度検出手段と、該各熱源部材への通電をオフする第1モード,各熱源部材への通電をオンする第2モード,各熱源部材への通電をデューティ制御する第3モードのいずれか1つのモードで、上記通電手段を制御する制御手段と、を有しており、該制御手段は、上記温度検出手段により検出される加圧ローラ及び加熱ローラの温度が所定の範囲内に収まるように上記第1,第2及び第3モードを切り替えつつ、一方の熱源部材に対して上記第1モードを第3モードに切り替える場合には、同時に、他方の熱源部材に対して上記第3モードを適用するように、上記通電手段を制御する、ことを特徴としたものである。
また、本願の請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、上記制御手段は、一方の熱源部材に対して、上記第1モードを第3モードに切り替える場合に、他方の熱源部材が第1モードに設定されていれば、該他方の熱源部材に対して、上記第3モードを所定時間だけ適用した後、上記第1モードを設定するように、上記通電手段を制御する、ことを特徴としたものである。
更に、本願の請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る発明において、上記制御手段は、上記温度検出手段により検出された上記加圧ローラ及び加熱ローラの温度に基づき、上記第3モードの適用時に設定されるデューティ制御継続期間を決定する、ことを特徴としたものである。
また、更に、本願の請求項4に係る発明は、請求項1〜3に係る発明のいずれかにおいて、上記制御手段は、上記温度検出手段により検出された上記加圧ローラ及び加熱ローラの温度に基づき、上記第3モードの適用時に設定されるデューティ比を決定する、ことを特徴としたものである。
本願の請求項1に係る発明によれば、定着装置において、各熱源部材のオンオフ切替えに際し、各熱源部材に対応したローラの温度が下限温度を下回ることを防止することができ、また、加熱ローラ及び加圧ローラの温度が目標温度に達するまでの時間を短縮することができる。その結果、定着不良の発生を回避することができる。
また、本願の請求項2に係る発明によれば、特に加熱ローラ及び加圧ローラの温度が目標温度に達するまでの時間を短縮することができ、その結果、定着不良の発生を回避することができる。
更に、本願の請求項3に係る発明によれば、加圧ローラ及び加熱ローラの温度に基づき、デューティ制御モードの適用時に設定されるデューティ制御時間が決定されるため、各熱源部材のオンオフ切替えに際して、各熱源部材に対応したローラの温度が下限温度を下回ることを確実に防止することができる。
また、更に、本願の請求項4に係る発明によれば、加圧ローラ及び加熱ローラの温度に基づき、デューティ制御モードの適用時に設定されるデューティ比が決定されるため、各熱源部材のオンオフ切替えに際して、各熱源部材に対応したローラの温度が下限温度を下回ることを確実に防止することができる。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、プリンタに搭載された定着装置の基本構成を示す図である。この定着装置1は、定着ローラ(加熱ローラ及び加圧ローラ)の熱源部材としてそれぞれハロゲンヒータ11,12を備えた定着ヒータ部10と、定着ヒータ部10への供給電圧を制御する電源部20と、定着ヒータ部10及び電源部20の動作を一括して制御する制御部30と、を有している。定着ヒータ部10は、加熱ローラ(不図示)を加熱するハロゲンヒータ(以下、加熱ヒータという)11と、加熱ローラの温度(以下、加熱ローラ温度という)を検出するサーミスタ13と、加熱ローラ温度が異常上昇した場合に、加熱ヒータ11への電力を切断するためのサーモスタット15と、加圧ローラ(不図示)を加熱するハロゲンヒータ(以下、加圧ヒータという)12と、加圧ローラの温度(以下、加圧ローラ温度という)を検出するサーミスタ14と、加圧ローラ温度が異常上昇した場合に、加圧ヒータ12への電力を切断するためのサーモスタット16と、から構成されている。
なお、本実施形態では、加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12として、消費電力がそれぞれ700W及び300Wであるヒータが採用され、基本的には、加熱ヒータ11が加圧ヒータ12に対して優先的にオンされるように通電制御が行われる。
また、電源部20は、加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12への通電をオンオフするためのリレー21と、加熱ローラの温度を調整するための加熱ヒータオンオフ回路部22と、加圧ローラの温度を調整するための加圧ヒータオンオフ回路部23と、から構成されている。
更に、制御部30は、定着ヒータ部10及び電源部20を含むプリンタ内の構成を所定のプログラムに従い制御するCPU31を備えている。CPU31は、定着装置1が正常状態にある場合に、ヒータリレーリモート信号(図中の「ヒータリレーRem」)を出力し、電源部20側のリレー21をオンすることで、定着ヒータ部10における加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12の制御が可能である状態を設定する。また、CPU31は、定着ヒータ部10における各サーミスタ13,14からの加熱ヒータ温度及び加圧ヒータ温度に対応した電圧信号がアナログ入力ポートに入力されるに伴い、その電圧信号の大きさから判定される加熱ヒータ温度及び加圧ヒータ温度がそれぞれ所定温度よりも低いと判断される場合には、加熱ヒータリモート信号(図中の「加熱ヒータRem」)及び加圧ヒータリモート信号(図中の「加圧ヒータRem」)を出力し、他方、加熱ヒータ温度及び加圧ヒータ温度がそれぞれ所定温度よりも高いと判断される場合には、加熱ヒータリモート信号及び加圧ヒータリモート信号を出力停止する。
電源部20のヒータオンオフ回路部22及び23は、CPU31からの加熱ヒータリモート信号及び加圧ヒータリモート信号を検知すると、AC電圧に同期させたゼロクロス制御を行い、加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12のデューティ制御を実行する。なお、デューティ制御が所定期間にわたり実行された後、加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12は、状況に応じて、オフされる若しくはオン(全点灯)される。
かかる定着装置1においては、基本的に、定着ヒータ部10のサーミスタ13,14によりそれぞれ検出される加熱ヒータ温度及び加圧ヒータ温度が所定の範囲内に収まるように、加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12への通電が制御される。加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12に対する通電制御モードとしては、加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12への通電をオフするオフモード,加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12への通電をオンするオンモード,加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12への通電をデューティ制御するデューティ制御モードが設定されており、加圧ローラ温度及び加熱ローラ温度が所定の範囲内に収まるように、これらモードが切り替えられて、加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12への通電が制御される。
図2は、定着装置1における加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12に対する通電のオンオフ制御、及び、加熱ローラ及び加圧ローラの温度変化をあらわすタイミングチャートである。加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12は、それぞれオンされる場合に、突入電流に伴う電圧変動を抑制すべく、オンされてから駆動制御区間t1だけデューティ制御される。駆動制御区間t1の時間及びその区間で設定されるデューティ比は、サーミスタ13,14により検出される加熱ローラ温度及び加圧ローラ温度に基づき、制御部30により設定される。
そして、本実施形態では、図2中の四角数字1で示されるように、加圧ヒータ12がオンされた状態から、優先的にオンされる加熱ヒータ11がオンされる場合に、加熱ヒータ11は駆動制御区間t1だけデューティ制御される一方、加圧ヒータ12は、駆動制御区間t3だけデューティ制御された後、オフされる。なお、この駆動制御区間t3の時間及びデューティ比は、サーミスタ14により検出された加圧ローラ温度に基づき、加圧ローラ温度Tpが所定範囲(Td≦Tp≦Tc)内に収まり、かつ、デューティ比が比較的低くなるように、制御部30により設定される。また、図2中のt2は、加圧ヒータ12が、デューティ制御された後にオフされ、強制的に全点灯でオンされない状態に保たれる区間をあらわしている。
このように、加圧ヒータ12がオンされた状態から加熱ヒータ11がオンされるに際し、加圧ローラ温度が低いと判断された場合に、加圧ヒータ12がデューティ制御されることで、加圧ローラ温度を低下させることなく、加熱ヒータ11のオン時における突入電流による電圧変動を抑制することができる。
また、本実施形態では、図2中の四角数字2で示されるように、加熱ヒータ11がオフされている状態から、加圧ヒータ12がオンされるべく、駆動制御区間t1だけデューティ制御される場合に、加熱ヒータ11が駆動制御区間t3だけデューティ制御される。なお、この駆動制御区間t3の時間及びデューティ比は、サーミスタ13により検出された加熱ローラ温度に基づき、加熱ローラ温度Thが所定範囲(Tb≦Th≦Ta)内に収まり、かつ、デューティ比が比較的低くなるように、制御部30により設定される。
このように、加圧ヒータ12がオンされたときに、加熱ヒータ11がオフ状態にあり、加熱ローラの温度が下がっている場合にも、加圧ヒータ12がオンされるべくデューティ制御されるに伴い、加熱ヒータが駆動制御区間t3だけデューティ制御されることで、加熱ローラ側に熱が奪われることなく、加圧ローラ温度の迅速な上昇を実現することができる。
なお、本実施形態では、図2中の四角数字3で示されるように、加圧ヒータ12がオフされている状態から、加熱ヒータ11がオンされるべく、駆動制御区間t1だけデューティ制御される場合も同様に、加圧ヒータ12が駆動制御区間t3だけデューティ制御される。
図3は、プリント指示に応じて実行される定着装置1の制御処理についてのフローチャートである。この処理では、まず、プリント指示を受けたか否かが判断され(#11)、その結果、まだ受けていないと判断された場合には、再度ステップ#11が繰り返され、他方、プリント指示を受けたと判断された場合には、加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12への通電が制御されて、加熱ローラ温度の調整制御(#12)及び加圧ローラ温度の調整制御(#13)が順に実行される。なお、ステップ#12及び#13の詳細については、図4及び5を参照しながら後述する。
ステップ#13の後、定着ウォームアップが終了したか否か、すなわち、加熱ローラ及び加圧ローラが所定の温度になったか否かが判断され(#14)、その結果、まだ所定の温度になっていないと判断された場合には、ステップ#12へ戻り、それ以降のステップが繰り返され、他方、所定の温度になったと判断された場合には、続いて、プリン度動作が開始される(#15)。
ステップ#15の後、プリント動作が終了したか否かが判断され(#16)、その結果、プリント動作が終了していないと判断された場合には、ステップ#12へ戻り、それ以降のステップが繰り返され、他方、プリント動作が終了したと判断された場合には、処理が終了される。
図4は、加熱ローラ温度調整制御ステップ(図3中のステップ#12)についてのサブフローチャートである。この処理では、まず、サーミスタ13により加熱ローラ温度が検出され(#21)、次に、検出された加熱ローラ温度が上限値Ta以上であるか否かが判断される(#22)。その結果、加熱ローラ温度が上限値Taに達していると判断された場合には、加熱ヒータ11がオフされる(#23)。他方、加熱ローラ温度が上限値Taに達していないと判断された場合には、続いて、加熱ローラ温度が下限値Tb以下であるか否かが判断される(#24)。
ステップ#24の結果、加熱ローラ温度が下限値Tb以下であると判断された場合には、ステップ#25へ進み、他方、下限値Tbを超えると判断された場合には、ステップ#29へ進む。ステップ#25では、加熱ヒータ11が駆動制御区間中であるか否かが判断され、その結果、駆動制御区間中であると判断された場合には、駆動制御区間の時間及びデューティ比が決定された上で(#26)、ステップ#26で決定された時間及びデューティ比に基づき、加熱ヒータ11がオンされる、すなわち、デューティ制御される(#27)。他方、駆動制御区間中でないと判断された場合には、点灯区間(通常のオン区間)として、加熱ローラ温度がTaに達するまで、加熱ヒータ11がオンされる(#28)。ステップ#27又は#28の後には、図3に示すメインフローにリターンされる。
ステップ#29では、加圧ヒータ12のオンが開始されたか否かが判断され、その結果、開始されていないと判断された場合には、図3に示すメインフローに即時にリターンされる。他方、加圧ヒータ12のオンが開始されたと判断された場合には、続いて、駆動制御区間の時間及びデューティ比が決定された上で(#30)、ステップ#30で決定された時間及びデューティ比に基づき、加熱ヒータ11がオンされる、すなわち、デューティ制御される(#31)。更に、その後、加熱ヒータ11が駆動制御区間中であるか否かが判断され(#32)、その結果、駆動制御区間中であると判断された場合には、図3に示すメインフローに即時にリターンされ、他方、駆動制御区間中でない(つまり、駆動制御区間の終了)と判断された場合には、駆動制御が終了され、駆動制御開始前の状態に戻された上で(#33)、図3に示すメインフローにリターンされる。
続いて、図5は、加圧ローラ温度調整制御ステップ(図3中のステップ#13)についてのサブフローチャートである。この処理では、まず、サーミスタ14により加圧ローラ温度が検出され(#41)、次に、検出された加圧ローラ温度が上限値Tc以上であるか否かが判断される(#42)。その結果、加圧ローラ温度が上限値Tcに達していると判断された場合には、加圧ヒータ12がオフされる(#43)。他方、加圧ローラ温度が上限値Tcに達していないと判断された場合には、続いて、加圧ローラ温度がその下限値Td以下であるか否かが判断される(#44)。
ステップ#44の結果、加圧ローラ温度が下限値Td以下であると判断された場合には、ステップ#45へ進み、他方、その下限値Tdを超えると判断された場合には、ステップ#51へ進む。ステップ#45では、加熱ヒータ11がオン状態にあるか否かが判断され、その結果、オン状態にないと判断された場合には、ステップ#47へ直接に進み、他方、オン状態にあると判断された場合には、続いて、加熱ヒータ11がオンされている時間が計測され、加熱ヒータ11のオン時間が、加圧ヒータ12が強制的に全点灯でオンされない状態に保たれる区間t2(図2参照)未満であるか否か判断される(#46)。
ステップ#46の結果、オン時間がt2未満であると判断された場合には、図3に示すメインフローにリターンされる。他方、加熱ヒータ11のオン時間がt2以上であると判断された場合には、ステップ#47へ進む。
ステップ#47では、加圧ヒータ12が駆動制御区間中であるか否かが判断され、その結果、駆動制御区間中であると判断された場合には、駆動制御区間の時間及びデューティ比が決定された上で(#48)、ステップ#48で決定された時間及びデューティ比に基づき、加圧ヒータ12がオンされる(#49)。他方、駆動制御区間中でないと判断された場合には、点灯区間として、加圧ローラ温度がTcに達するまで、加圧ヒータ12が点灯させられる(#50)。ステップ#49又は#50の後には、図3に示すメインフローにリターンされる。
また、ステップ#51では、加熱ヒータ11のオンが開始されたか否かが判断され、その結果、開始されていないと判断された場合には、図3に示すメインフローに即時にリターンされる。他方、加熱ヒータ11のオンが開始されたと判断された場合には、続いて、駆動制御区間の時間及びデューティ比が決定された上で(#52)、ステップ#52で決定された時間及びデューティ比に基づき、加圧ヒータ12がオンされる(#53)。更に、その後、加圧ヒータが駆動制御区間中であるか否かが判断され(#54)、その結果、駆動制御区間中であると判断された場合には、図3に示すメインフローに即時にリターンされ、他方、駆動制御区間中でない(駆動制御区間の終了)と判断された場合には、駆動制御が終了され、駆動制御開始前の状態に戻された上で(#55)、図3に示すメインフローにリターンされる。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る定着装置1によれば、加熱ヒータ11及び加圧ヒータ12のオンオフ切替えに際して、加熱ローラ温度及び加圧ローラ温度が各下限温度を下回ることを防止することができ、また、加熱ローラ温度及び加圧ローラ温度が目標温度に達するまでの時間を短縮することができ、その結果、定着不良の発生を回避することができる。
なお、本発明は、例示された実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
本発明の実施形態に係る定着装置の基本構成を示す図である。 上記定着装置における加熱ヒータ及び加圧ヒータに対する通電のオンオフ制御、及び、加熱ローラ及び加圧ローラの温度変化をあらわすタイミングチャートである。 プリント指示に応じて実行される上記定着装置の制御処理についてのフローチャートである。 加熱ローラ温度調整制御ステップ(図3中のステップ#12)についてのサブフローチャートである。 加圧ローラ温度調整制御ステップ(図3中のステップ#13)についてのサブフローチャートである。 従来の定着装置における加熱ヒータ及び加圧ヒータに対する通電のオンオフ制御、及び、加熱ローラ及び加圧ローラの温度変化をあらわすタイミングチャートである。
符号の説明
1…定着装置,10…定着ヒータ部,11…加熱ヒータ,12…加圧ヒータ,13…加熱ローラ用サーミスタ,14…加圧ローラ用サーミスタ,20…電源部,22…加熱ヒータオンオフ回路部,23…加圧ヒータオンオフ回路部,30…制御部,31…CPU。

Claims (4)

  1. トナー像が転写された用紙を加圧ローラにより加圧するとともに、加熱ローラにより加熱することでトナー像を用紙に定着させる定着装置において、
    上記加圧ローラ及び加熱ローラをそれぞれ加熱する第1及び第2の熱源部材と、
    上記各熱源部材に通電する通電手段と、
    上記加圧ローラ及び加熱ローラの温度を検出する温度検出手段と、
    上記各熱源部材への通電をオフする第1モード,各熱源部材への通電をオンする第2モード,各熱源部材への通電をデューティ制御する第3モードのいずれか1つのモードで、上記通電手段を制御する制御手段と、を有しており、
    上記制御手段は、上記温度検出手段により検出される加圧ローラ及び加熱ローラの温度が所定の範囲内に収まるように上記第1,第2及び第3モードを切り替えつつ、一方の熱源部材に対して上記第1モードを第3モードに切り替える場合には、同時に、他方の熱源部材に対して上記第3モードを適用するように、上記通電手段を制御する、ことを特徴とする定着装置。
  2. 更に、上記制御手段は、一方の熱源部材に対して、上記第1モードを第3モードに切り替える場合に、他方の熱源部材が第1モードに設定されていれば、該他方の熱源部材に対して、上記第3モードを所定時間だけ適用した後、上記第1モードを設定するように、上記通電手段を制御する、ことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
  3. 更に、上記制御手段は、上記温度検出手段により検出された上記加圧ローラ及び加熱ローラの温度に基づき、上記第3モードの適用時に設定されるデューティ制御時間を決定する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。
  4. 更に、上記制御手段は、上記温度検出手段により検出された上記加圧ローラ及び加熱ローラの温度に基づき、上記第3モードの適用時に設定されるデューティ比を決定する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一に記載の定着装置。
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