JP3004877B2 - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JP3004877B2
JP3004877B2 JP6210789A JP21078994A JP3004877B2 JP 3004877 B2 JP3004877 B2 JP 3004877B2 JP 6210789 A JP6210789 A JP 6210789A JP 21078994 A JP21078994 A JP 21078994A JP 3004877 B2 JP3004877 B2 JP 3004877B2
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高廣 後路
淳 茶木
真樹 中野
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康男 深津
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発熱抵抗体を備えた加
熱体に印加する電力を制御する画像形成装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、複写機等の画像形成装置において
は、発熱抵抗体を加熱体に使用した定着装置が備えられ
ており、該定着装置における定着部の温度を早く目標温
度に到達させるために、上記発熱抵抗体に対しては、目
標温度近辺になるまで常に所定電力を印加し続けてい
た。
【0003】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、複写動作中の印加電力と同じ電力を、複
写動作時以外、例えば画像形成装置に電源を投入した時
(前回転)にも印加していたので、画像形成装置が冷え
た状態の時に大電力を印加した場合には、発熱抵抗体に
ストレスがかかり、発熱抵抗体にダメージを与えること
があった。
【0004】本発明は、上記問題点を解決し、発熱抵抗
体にダメージを与えることのない、画像形成装置を提供
することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、通電により発熱するヒータと、該ヒータと接触し
つつ移動するフィルムと、該フィルムを介してヒータと
共に記録材を挟持搬送するニップを形成する加圧ローラ
と、ヒータへの供給電力を制御する電力制御部とを有す
る定着手段を備えており、画像を担持した記録材を出力
する画像形成装置において、上記電力制御部は、プリン
ト指令を待つスタンバイ状態では上記ヒータへの通電を
遮断し、プリント指令の入力により通電を開始するもの
であり、且つ、装置の電源を投入した所定時間後、画像
定着時に上記ヒータへ供給する最大電力よりも小さな所
定電力を上記ヒータに供給することにより達成される。
【0006】
【作用】本発明によれば、電力制御により画像形成
中に印加する電力に比べて低い電力を、電源投入時から
所定時間後にヒータへ印加するので、電源投入時のヒー
タの温度に拘らず、定着時の大電力印加によるヒータの
歪みを抑えることができる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
【0008】(第1の実施例)先ず、本発明の第1の実
施例を図1ないし図11に基づいて説明する。図1は本
実施例における像加熱装置(画像加熱定着装置)を具備
した画像形成装置の一例の概略構成を示す図である。本
実施例の画像形成装置は、転写式電子写真方式、原稿台
固定−光学系移動型の複写機である。
【0009】図1において、1は固定の原稿台ガラスで
あり、原稿は、この原稿台ガラス1上に所定の載置基準
に従って、複写すべき画像面を下向きにして載置し、そ
の上から原稿押え板2をかぶせてセットするようになっ
ている。
【0010】そして、原稿のセット後にコピースタート
ボタンを押下すると、コピースタート信号が出力され、
このコピースタート信号に基づいて、原稿露光ランプ3
aが点灯し、この原稿露光ランプ3aと第1ミラー3b
が原稿台ガラス1の下面に沿って、左方のホームポジシ
ョンから右方へ所定の速度Vで往動し、第2ミラー3c
及び第3ミラー3dが原稿露光ランプ3a及び第1ミラ
ー3bと同方向にV/2の速度で往動することにより、
原稿台ガラス1上にセットされた原稿の下向き画像面
が、左辺側から右辺側に照明走査される。
【0011】この照明走査光の原稿面反射光Lは、結像
レンズ3e、第4ミラー3f、第5ミラー3g、並びに
第6ミラー3hを介してドラム型電子写真感光体4の面
に照射され、該面の所定の露光位置においてスリット結
像露光が行われる。この感光体4は、矢印で示すように
時計方向に所定の周速度にて回転駆動されており、上記
露光を受ける前に、一次帯電器5により所定の極性・電
位に一様に帯電処理されている。
【0012】従って、その感光体4の帯電面に上記の露
光がなされることにより、感光体4面に原稿画像に対応
した静電潜像が形成されて、次いで、その潜像が現像ユ
ニット6によりトナー画像として現像される。
【0013】一方、転写材は、給紙カセット7から給紙
ローラ8と分離爪9との共働で1枚分離給送され、シー
トパス10、搬送ローラ11、搬送ローラ12、レジス
トローラ13の経路で感光体4と転写ユニット14の間
の転写部に所定のタイミングにて導入される。もしく
は、マルチ手差し給紙部15から差し込まれ、給紙ロー
ラ16、搬送ローラ12、レジストローラ13の経路で
上記転写部に所定のタイミングにて導入される。
【0014】転写部においては、上述したように感光体
4の面に形成されたトナー画像が、順次に転写材上に転
写され、転写部を通った転写材は、感光体4の面から分
離されて搬送ユニット19のベルト上に載り、後述する
定着ユニット(像加熱装置・画像加熱定着装置)20へ
導入されてトナー画像の加熱定着処理を受け、排紙ロー
ラ21から機外の排紙トレイ22へコピーとして排出さ
れる。
【0015】また、転写材へのトナー画像転写後の感光
体4の面は、クリーニングユニット17により転写残り
トナー等の残存付着物の除去を受けて清浄面化され、ま
た、前露光ランプ18により残留電位が除電されて繰り
返して作像に供される。
【0016】なお、本実施例装置においては、給紙部、
搬送部、感光体、定着部等を、メイン駆動源としてのD
CブラシレスモータM1にて駆動し、光学系(画像を読
み取るための機構を含む)は、ステッピングモータM2
により駆動している。本実施例ではこのステッピングモ
ータM2の各相A、A*、B、B*に印加する相励磁信
号の出力を、負荷に設定される速度情報により、2相励
磁方式、1−2相励磁方式の2種類に切り替えて行って
いる。
【0017】また、給紙方式は、上述したように給紙カ
セット7からの給紙と、マルチ手差し給紙部15からの
給紙が選択できるが、給紙カセット7からの給紙の場
合、給紙カセット7の有無を検知すると共に、給紙カセ
ット7内の用紙(転写材)のサイズを検知するスイッチ
群23と、給紙カセット7内の用紙の有無を検知するス
イッチ24により状態が管理されており、上記スイッチ
23・24で異常を検出した場合には、表示部にその旨
の表示がなされる。また、マルチ手差しの場合、マルチ
手差し給紙部15の状態を検知するスイッチ(図示せ
ず)によって状態を管理し、異常を検出すると表示部に
その旨の表示がなされる。
【0018】次に、本実施例における定着ユニット20
について詳しく説明する。本実施例の定着ユニットはフ
ィルム加熱方式の加熱装置である。図2はこの定着ユニ
ット20の概略構成を示す側面図、図3は斜視図、図4
は加熱体の一部切り欠き斜視図である。
【0019】31は加熱体(以下、ヒータと記す)であ
り、発熱面側を下向きにして耐熱性のプラスチックサポ
ータ32の下面に固定支持させてある。33・34はフ
ィルム駆動ローラとフィルムテンションローラであり、
該2本のローラ33・34と上記ヒータ31のプラスチ
ックサポータ32の3部材は、互いに略平行に配設して
あり、これらのプラスチックサポータ32、ローラ33
・34間にエンドレスベルト状の耐熱性フィルム(以
下、定着フィルムと記す)35を懸回張設させてある。
【0020】36は定着フィルム35を挟ませてヒータ
31の下面に圧接させた加圧ローラである。Nは定着フ
ィルム35を挟んでヒータ31と加圧ローラ36との間
に形成される圧接ニップ部(定着ニップ部、加熱ニップ
部)である。加圧ローラ36はシリコーンゴム等の離型
性の良いゴム弾性層を有するローラであり、例えば、総
圧4〜10kgの当接圧をもってヒータ31の下面と対
向圧接させてある。
【0021】定着フィルム35は、駆動ローラ33の時
計方向回転駆動に伴い時計方向に所定の周速度、即ち上
述のトナー画像転写部から搬送ユニット19(図1)で
定着ユニット20へ導入される転写材Pの搬送速度と略
同じ周速度をもって回転駆動されており、皺や蛇行、速
度遅れがないように、補正制御されている。例えば、本
実施例においては図3に示すようにフィルム寄り移動を
検知し、もしくは寄り移動を規制する部材37が設けら
れており、該規制部材37からの信号に基づいてフィル
ム寄り移動制御機構(図示せず)により、フィルムの蛇
行が防止されるようになっている。なお、加圧ローラ3
6は、この定着フィルム35に従動回転するようになっ
ている。
【0022】以上のような定着フィルム35が回転駆動
され、またヒータ31が発熱状態にある時に、転写材P
が定着フィルム35と加圧ローラ36の間に形成される
圧接ニップ部Nに導入されると、該転写材Pは定着フィ
ルム35面に密着してフィルム35と一緒に挟持搬送さ
れ、ヒータ31の熱を定着フィルム35を介して受けて
加熱され、転写材P上の未定着トナー画像Tが転写材P
面に加熱・加圧定着される。そして、圧接ニップ部Nを
通った転写材Pは回転定着フィルム35の面から曲率分
離される。
【0023】このように、定着フィルム35は繰り返し
てトナー画像の加熱定着に供されるから、耐熱性・離型
性・耐久性等に優れ、一般的には総厚100μm以下、
好ましくは40μm以下の薄肉のものを使用する。
【0024】例えば、ポリイミド・ポリエーテルイミド
・PES・PFA(4フッ化エチレン−パーフルオロア
ルキルビニルエーテル共重合体樹脂)等の耐熱樹脂の単
層フィルム、あるいは複合層フィルム例えば20μm厚
フィルムの少なくとも被加熱材としての転写材Pの画像
当接面側にPTFE(4フッ化エチレン樹脂)・PAF
等のフッ素樹脂に導電材を添加した離型性コート層を1
0μm厚に施したもの等である。
【0025】加熱体としてのヒータ31は、図2、図4
に示すように、定着フィルム35もしくは転写材Pの移
動方向に対して直角方向を長手方向とする細長の耐熱性
・絶縁性・良熱伝導性のヒータ基板41と、該基板41
の表面側の短手方向中央部に基板長手方向に沿って形成
具備させた発熱抵抗体42と、該発熱抵抗体42の長手
両端部の給電用電極43と、発熱抵抗体42を形成した
ヒータ表面を保護させた耐熱性オーバーコート層44等
とから構成されており、全体に低熱容量の線状加熱体で
ある。
【0026】このヒータ基板41の長手方向の片側の面
は、図4に示すようにC面形状となるように研磨されて
おり、図2に示すように圧接ニップ部N側にC面がくる
ようにしてある。これは、転写材Pが急激に熱を与えら
れてカールを起こすことを防ぐ役目をしている。また、
発熱抵抗体42の位置は基板短手に対して中央にはな
く、C面側によっている。つまり、このヒータ31は、
発熱抵抗体41を形成具備させた表面側を下向きに露呈
させ、プラスチックサポータ32に保持させて固定配設
してある。
【0027】サポータ32は例えばPPS(ポリフェニ
レンサルファイド)、PAI(ポリアミドイミド)、P
I(ポリイミド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケ
トン)、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹
脂とセラミックス金属・ガラス等との複合材料等で構成
できる。
【0028】ヒータ基板41は、例えばアルミナや窒化
アルミニウム等の厚み1mm・幅10mm・長さ240
mmの絶縁性・良熱伝導性である。発熱抵抗体42は例
えばAg/Pd、RuO2、Ta2N等の電気抵抗材料の
幅数mm、厚さ数10μmのスクリーン印刷パターン層
である。給電電極43は例えばAg・Cu・Au等の導
電材パターン層である。耐熱性オーバーコート層44
は、例えば耐熱ガラス層である。
【0029】以上のようなヒータ31において、給電電
極43・43間に電圧が印加されると、発熱抵抗体42
に電力が供給され、これにより該発熱抵抗体42が発熱
し、この発熱抵抗体42を含むヒータ31が迅速に昇温
加熱状態となる。
【0030】そして、プラスチックサポータ32を補強
するために取り付けられた金属ステー(図示せず)に
は、ヒータ31の温度を検出する第1と第2の温度検出
素子(サーミスタ)45・46を取り付け、ヒータ31
の裏面(ヒータ基板裏面)に直接接触させてある。
【0031】第1の温度検出素子45は装置に通紙使用
可能な最小サイズの転写材の通紙領域幅に対応するヒー
タ長さ領域(大小どのサイズの転写材も通紙域となる領
域)のヒータ裏面部分に対応位置させてある。また、第
2の温度検出素子46は小サイズの転写材を通紙したと
きの非通紙領域に対応するヒータ長さ領域のヒータ裏面
部分に対応位置させてある。即ちヒータ31の通紙基準
側端部(本実施例は片側基準搬送)とは反対側端部寄り
のヒータ裏面部分に対応して配置させてある。
【0032】上記第2の温度検知素子46は、小サイズ
の転写材を通紙すると、非通紙領域部分のヒータ部分の
温度が高くなるため、その温度を検知して転写材通紙間
隔(紙間)を広げ制御することに利用される。
【0033】このように、ヒータ31の発熱抵抗体42
への給電により該発熱抵抗体42の発熱でヒータ31が
略全長に渡り迅速に昇温し、その昇温が第1の温度検出
素子45で検知され、その検知温度が温度制御系へフィ
ードバックされてヒータ31の温度が所定の定着温度に
維持されるように発熱抵抗体42への給電が制御され
る。
【0034】しかしながら、画像形成装置が冷えた状態
にある時にヒータ31へ大きな電力を通電した場合に
は、図5に示すように、ヒータ31が長手方向及びC面
側へ伸びる現象が急激に発生する。このヒータ31はプ
ラスチックサポータ32に保持させているが、ヒータ3
1の短手方向に対しては、隙間が殆どない状態であるた
め、ヒータ31がC面側へ伸びることによって、ヒータ
31には歪みが生じることになり、この歪みがヒータ3
1へのダメージとなる。
【0035】そこで、本発明は、以下のようにヒータへ
の印加電力制御を行ってヒータの歪みを防止している。
以下、この印加電力制御について説明するが、その前
に、ヒータ31の温度・電力制御系について説明する。
【0036】図6はヒータ制御部のブロック図である。
101はヒータ31の温度制御・電力制御をコントロー
ルするコントローラ、102は電力供給源としての商用
交流電源S及び入力電圧を検知する回路である。103
はヒータ31の発熱抵抗体42に印加する電圧をスイッ
チングするスイッチング回路である。
【0037】コントローラ101は、AC入力電圧値を
入力電圧検知回路102からコントローラ101のA/
Dに入力する。これが入力電圧の実効値Ermsであ
る。また、第1及び第2の温度検出素子(サーミスタ)
45・45の出力もコントローラ101のA/Dに入力
される。一方、ヒータ31の発熱抵抗体42の抵抗値
は、常温環境で予め測定されたものが定着ユニット20
上に記載されているので、この抵抗値を操作部104を
用いてコントローラ101の不揮発性メモリに入力す
る。
【0038】また、本実施例では、AC入力からゼロク
ロス信号を作成しており、コントローラ101に割り込
みとして入力されており、このトリガ信号は、ヒータ3
1の発熱抵抗体42に対する給電を位相制御するための
タイミング信号となる。
【0039】次に、本実施例におけるヒータ31に対す
る電力制御について説明する。本実施例のような発熱抵
抗体を有するヒータの問題点としては、上述したような
歪みの発生の他、大きなリップルの発生がある。
【0040】そこで、本実施例においては、このリップ
ルを小さくするため、第1の温度検出素子45で検知し
たヒータ温度に応じてヒータ31に対する供給電力を切
り換えるという制御を行っている。例えば、目標温度T
0、第1サーミスタの温度T、最大印加電力W0、印加電
力Wとした時、下記のように温度に応じた印加電力を複
写動作中供給する。
【0041】
【表1】
【0042】また、上述したヒータの歪みは、ヒータ3
1が冷えた状態にあるときに、大きな電力を印加するこ
とにより発生するため、本実施例では、ヒータ31に対
する電力制御を露光ランプ3aの制御と同様に以下のよ
うな位相制御で行って、ヒータ31に対しして印加する
電力を制御している。
【0043】先ず、ヒータ31(発熱抵抗体42)は純
粋に抵抗負荷であるので電力Wは、
【0044】
【数1】W=(V H2/R VH:ヒータに与える電圧 R :ヒータの抵抗値
【0045】である。ヒータ31(42)の抵抗値R
は、ばらつきが大きく、個々の画像形成装置ごとに異な
るため、上述したように操作部104から不揮発性メモ
リに入力するようになっている。従って、本実施例で
は、ヒーター31に供給する電力を所望の一定値にする
ため、ヒータ31にかける電圧VHを上式より
【0046】
【数2】(VH2=R×W ・・・・
【0047】で求める。また、実効電圧の式からヒータ
31に与える電圧VHは、
【0048】
【数3】
【0049】で与えらる。従って、式から(VH2
計算し、AC入力電圧検知回路102より得られた値か
らErms2を求め、Erms2/(VH2を計算するこ
とによって、式よりゼロクロス信号からヒータ31へ
のトリガ信号までの時間THを求めることができる。な
お、本実施例では、テーブルを用いてErms2
(VH2からTHを求めている。
【0050】本実施例では、以上に説明したようなアル
ゴリズムによってヒータ31の電力制御を行っているた
め、図7に示すように、随時ヒータ31への印加電力を
所望の一定値とすることができる。
【0051】次に、ヒータへの通電シーケンスについて
図8ないし図11を用いて説明する。先ず、図8に示す
ように、電源スイッチが投入されると、メインモータM
1を所定回転数で回転させ、それから、光学モータであ
るステッピングモータM2をホームポジションへの位置
合わせを行うべく駆動する(図9においてステップ20
1)。ヒータ31への通電は、電源オン後、図8に示す
ように所定時間経過してから行い、その時の電力は通常
の複写中の印加電力に比べ低い電力W1とする(図9に
おいてステップ202)。そのため、発熱抵抗体42の
温度上昇カーブは、図10に示すような従来のカーブに
比べ、図11に示すように緩やかになるので、ヒータ3
1のC面側の伸び量が小さくなる。また、電源オン後か
らヒータ通電までの所定時間設けるのは、フィルム35
の寄り検知を行い、正常かどうか判断するためである。
また、図8に示すように、コピーキー入力がなければ、
スタンバイ状態でヒータへの通電は行われないが(図9
においてステップ203)、図8に示すようにコピーキ
ー入力があると、複写動作が開始されると共にヒータ3
1へも電力W0の通電を行う(図9においてステップ2
04、205)。ここで、ヒータ31への印加電力は、
【0052】
【数4】W0>W1
【0053】の関係を有するように設定し、上述したよ
うな位相制御により、電源オン後とコピー期間中のそれ
ぞれにおいて、一定となるように制御している。
【0054】以上説明したように、本発明によれば、電
源オン時にヒータ31への印加電力を低くすることで、
ヒータ31の歪みを少なくできる。なお、次のコピーで
は、ある程度ヒータ31が暖まっているので、大きな電
力を印加した際のヒータ31の歪みは冷えた状態に比較
して小さいため、大きな電力を印加して目標温度への到
達時間を短縮させることができる。
【0055】(第2の実施例)次に、本発明の第2の実
施例を図8、図10、図12、図13に基づいて説明す
る。なお、第1の実施例との共通箇所には同一符号を付
して説明を省略する。
【0056】本実施例は、電源オン直後のヒータ31へ
の通電において、目標の温調温度をコピー中に比べて低
くしたものである。
【0057】本実施例におけるヒータへの通電シーケン
スについて図8、図10、図12、図13を用いて説明
する。先ず、図8に示すように、電源スイッチが投入さ
れると、メインモータM1を所定回転数で回転させ、そ
れから、光学モータであるステッピングモータM2をホ
ームポジションへの位置合わせを行うべく駆動する(図
12においてステップ301)。ヒータ31への通電
は、電源オン後、図8に示すように所定時間経過してか
ら行い、その時の温調温度は通常の複写中の温調温度に
比べ低い温度T1とする(図12においてステップ30
2)。そのため、発熱抵抗体42の温度上昇カーブは、
図10に示すような従来のカーブに比べ、図13に示す
ように低い温度になるので、ヒータ31のC面側の伸び
量が小さくなる。また、図8に示すように、コピーキー
入力がなければ、スタンバイ状態でヒータへの通電は行
われないが(図12においてステップ303)、図8に
示すようにコピーキー入力があると、複写動作が開始さ
れると共に温調温度をT0=200℃としてヒータ31
への通電を行う(図12においてステップ304、30
5)。ここで、温調温度は、
【0058】
【数5】T0>T1 (T0:コピー中の温調温度)
【0059】の関係を有するように設定し、上述したよ
うな位相制御により、電源オン後とコピー期間中のそれ
ぞれにおいて、一定となるように制御している。
【0060】以上説明したように、電源オン時にヒータ
31の目標温調温度を低くすることでヒータ31の歪み
を小さくすることができる。
【0061】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、
力制御部により、画像形成中に印加する電力に比べて低
い電力を、電源投入時から所定時間後にヒータへ印加す
るので、電源投入時のヒータの温度に拘らず、定着時の
大電力印加によるヒータの歪みを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における定着装置を具備
した画像形成装置の概略構成図である。
【図2】図1装置における定着ユニットの概略構成を示
す側面図である。
【図3】図2の定着ユニットの斜視図である。
【図4】図2の定着ユニットにおける加熱体の一部切り
欠き斜視図である。
【図5】図2の定着ユニットにおけるヒータの歪みを説
明するための図である。
【図6】図2の定着ユニットにおけるヒータ制御部のブ
ロック図である。
【図7】本発明の第1の実施例におけるヒータの位相制
御を説明するための図である。
【図8】本発明の第1の実施例における画像形成装置の
制御のタイミングチャートである。
【図9】本発明の第1の実施例における画像形成装置の
制御のフローチャートである。
【図10】本発明の第1の実施例における抵抗値補正前
の電力−時間特性図である。
【図11】本発明の第1の実施例における抵抗値補正後
の電力−時間特性図である。
【図12】本発明の第2の実施例における画像形成装置
の制御のフローチャートである。
【図13】本発明の第2の実施例における温度−時間特
性図である。
【符号の説明】
31 ヒータ(加熱体) 35 定着フィルム(エンドレスフィルム) 36 加圧ローラ 101 コントローラ(電力制御手段) N 圧接ニップ部(圧接部) P 転写材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後路 高廣 東京都大田区下丸子三丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 茶木 淳 東京都大田区下丸子三丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 中野 真樹 東京都大田区下丸子三丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 大吉 和博 東京都大田区下丸子三丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 深津 康男 東京都大田区下丸子三丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−289562(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通電により発熱するヒータと、該ヒータ
    と接触しつつ移動するフィルムと、該フィルムを介して
    ヒータと共に記録材を挟持搬送するニップを形成する
    圧ローラと、ヒータへの供給電力を制御する電力制御部
    とを有する定着手段を備えており、画像を担持した記録
    材を出力する画像形成装置において、上記電力制御部
    は、プリント指令を待つスタンバイ状態では上記ヒータ
    への通電を遮断し、プリント指令の入力により通電を開
    始するものであり、且つ、装置の電源を投入した所定時
    間後、画像定着時に上記ヒータへ供給する最大電力より
    も小さな所定電力を上記ヒータに供給することを特徴と
    する画像形成装置。
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