JP3754861B2 - 加熱装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタ等、電子写真プロセスで形成されたトナー像を転写紙上に定着させることにより画像形成を行う画像形成装置に関し、特に、複数の発熱体が内蔵された熱定着装置を備える画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の画像形成装置に備えられた熱定着装置は、電子写真プロセスなどの画像形成手段により記録紙上に形成された未定着画像(トナー像)を記録紙上に定着させるものであり、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式の定着装置や、セラミック面発ヒータを熱源とするフィルム加熱式の熱定着装置といったものがよく知られている。
【0003】
こうした熱定着装置に採用される一般的なヒータ駆動回路の一例を図8に示す。
【0004】
同図8に示すように、通常、複数の発熱体から構成されるヒータ803はトライアック等のスイッチング制御素子804,816を介して商用交流電源801に接続されており、この交流電源801から電力が供給される。ヒータ803には温度検出素子、例えばサーミスタ温度検出素子814が設けられており、この温度検出素子814によりヒータ803の温度が検出され、その検出温度情報をもとに、制御回路(電力供給指示手段)812がスイッチング制御素子804,816をオン/オフ制御することにより、ヒータ803への電力供給をオン/オフし、熱定着装置の温度が目標の一定温度に制御される。
【0005】
ヒータ803へのオン/オフ制御は、商用電源801の波数制御または位相制御により行われる。
【0006】
ヒータ803には、発熱体が2つあり、記録紙の幅に応じた長さに設定されているため、2つの発熱体が同時に通電されることはない。フィルタ811及び823は、ヒータ803のオン/オフで、スイッチング制御素子804,816から発生するスイッチングノイズを除去するために設けられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置においては、ヒータを制御するスイッチング制御素子がヒータ発熱体数分必要になる。この時、電力供給を行うスイッチング制御素子804及び816は、ヒータ803への大電流をオン/オフさせる必要があるため、ヒータを駆動する大電流の通電に対応すべく大型化する必要性が生じる。こうした素子の大型化に伴い、スイッチングを行う際に素子から発生する熱や、そのスイッチングによって発生するノイズの増大を招く。このため、これらスイッチング動作に起因して発生する熱の対策や、ノイズを吸収するためのフィルタがさらに必要となる。
【0008】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、熱定着装置を駆動するための大電流をスイッチングするスイッチング制御素子の最小化が図られ、スイッチング動作に伴って発生する熱やノイズの低減された加熱装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる加熱装置は、所定の幅の記録紙に対応する長さを有する第1発熱体、前記所定の幅より小さい幅の記録紙に対応する長さを有する第2発熱体、および前記所定の幅の記録紙に対応する長さを有する第3発熱体を含む複数の発熱体を有する加熱部材と、前記第1発熱体および前記第2発熱体のいずれかを選択する選択手段と、選択された発熱体への供給電力を制御する第1スイッチング制御素子と、前記第3発熱体における供給電力を制御する第2スイッチング制御素子と、を有し、前記所定の幅の記録紙を加熱する場合に、前記選択手段は、前記第1発熱体を選択し、前記第1スイッチング制御素子及び前記第2スイッチング制御素子は、前記第1発熱体および前記第3発熱体への給電のオン/オフによる負荷変動が小さくなるように制御されることを特徴とする。
【0010】
また、前記第1スイッチング制御素子および前記第2スイッチング制御素子のうちの少なくとも一方が、半導体素子であることが好ましい。
【0011】
さらに、前記第1スイッチング制御素子および前記第2スイッチング制御素子のうちの少なくとも一方が、トライアックであることが好ましい。
【0012】
また、前記選択手段による選択が、記録紙のサイズに基づいて実行されることが好ましい。
【0013】
なお、以上の構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明の画像形成装置を、電子写真プロセスを用いたレーザビームプリンタに適用した第1の実施の形態について説明する。
【0015】
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかるレーザビームプリンタの主要内部構造を概略的に示す側断面図である。
【0016】
レーザビームプリンタ101には、記録紙Sを収納するカセット102、このカセット102の記録紙Sの有無を検知するカセット有無センサ103、カセット102の記録紙Sのサイズを検知するカセットサイズセンサ104(複数個のマイクロスイッチで構成される)、カセット102から記録紙Sを繰り出す給紙ローラ105等が設けられている。
【0017】
また、給紙ローラ105の下流には記録紙Sを同期搬送するレジストローラ対106が設けられている。また、レジストローラ対106の下流にはレーザスキャナ部107からのレーザ光に基づいて記録紙S上にトナー像を形成する画像形成部108が設けられている。
【0018】
さらに、画像形成部108の下流には記録紙S上に形成されたトナー像を熱定着する熱定着手段としての熱定着装置109が設けられており、熱定着装置109の下流には排紙部の搬送状態を検知する排紙センサ110、記録紙Sを排紙する排紙ローラ111、記録の完了した記録紙Sを積載する積載トレイ112が設けられている。
【0019】
また、前記レーザスキャナ107は、後述する外部装置128から送出される画像信号(画像信号VDO)に基づいて変調されたレーザ光を発光するレーザユニット113、このレーザユニット113からのレーザ光を後述する感光ドラム117上に走査するためのポリゴンモータ114、結像レンズ115、折り返しミラー116等により構成されている。
【0020】
また、レーザビームプリンタ101は、公知の電子写真プロセスに必要な、感光ドラム117、1次帯電ローラ119、現像器120、転写帯電ローラ121、クリーナ122等、さらに、熱定着装置109は定着フィルム109a、加圧ローラ109b、定着フィルム109a内部に設けられたセラミックヒータ203、セラミックヒータの表面温度を検出する温度検出手段としてのサーミスタ温度検出素子(以下、温度検出素子という)214を備えている。
【0021】
また、メインモータ123は、給紙ローラ105には給紙ローラクラッチ124を介して、レジストローラ対106にはレジストローラ125を介して駆動力を与えており、更に感光ドラム117を含む画像形成部108の各ユニット、熱定着装置109、排紙ローラ111にも駆動力を与えている。
【0022】
126はエンジンコントローラであり、レーザスキャナ部107、画像形成部108、熱定着装置109による電子写真プロセスの制御、レーザビームプリンタ101内の記録紙Sの搬送制御を行なう。
【0023】
127はビデオコントローラであり、パーソナルコンピュータ等の外部装置131と汎用のインタフエース(セントロニクス、RS232C等)130で接続されており、この汎用インタフエースから送られてくる画像情報をビットデータに展開し、そのビットデータをVDO信号として、エンジンコントローラ126へ送出している。
【0024】
図2には、セラミックヒータ203の駆動及び制御回路を示す。
【0025】
201は、画像形成装置101(図1参照)に接続され、電力を供給する商用交流電源である。
【0026】
画像形成装置101(図1参照)は、交流電源201がACフィルタ202を介してセラミックヒータ203へ供給されることにより、セラミックヒータ203を発熱させる。
【0027】
このセラミックヒータ203は、図3に拡大して示すように、2つの発熱体203a,203bを内蔵しており、プリントする記録紙Sの幅に応じて適宜ヒータ内の各発熱体への通電が切り替えられる。セラミックヒータ203(発熱体203a,203b)への電力供給は、トライアック204の通電、遮断により行う。抵抗205,206は、トライアック204のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ207は、一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。リレー213は、制御回路212からの信号により通電される。またリレー216,217は、セラミックヒータ203に内蔵された発熱体203,203bのうち、発熱させる(通電を行う)発熱体を切り替えるために用いるスイッチ(通電発熱体切り替え手段)としての役割を担い、記録紙Sの幅に応じて制御回路212により、オン/オフされる。トライアック204は、フォトトライアックカプラ207の発光ダイオードに通電されることでオンする。抵抗208は、フォトトライアックカプラ207の電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ209によりオン/オフする。トランジスタ209は抵抗210を介して制御回路212に接続され、制御回路212からのオン信号に従って動作する。フィルタ211は、セラミックヒータ203をオン/オフさせるときに発生するノイズを押さえるために配されている。
【0028】
また、交流電源201は、ACフィルタ202を介して制御回路212のゼロクロス検出部に入力される。制御回路212のゼロクロス検出部は、交流電源201が、ある閥値以下の電圧になっていることを制御回路212内部に対してパルス信号で報知する。以下、制御回路212のゼロクロス検出部によって送出されるこの信号をZEROX信号と呼ぶ。
【0029】
制御回路212はZEROX信号のパルスのエッジを検知し、位相制御または波数制御によりトライアック204をオン/オフする。
【0030】
また、温度検出素子214(図1を併せ参照)によって検出される温度は、抵抗215と、温度検出素子214との分流電圧として検出され、制御回路212にTH信号としてA/D入力される。
【0031】
すなわち、セラミックヒータ203の温度は、TH信号(デジタル信号)として制御回路212において監視される。そして、制御回路212の内部で設定されているセラミックヒータ203の設定温度と比較されることによって、セラミックヒータ203に供給するべき電力が算出され、その供給する電力に対応した位相角(位相制御)または波数(波数制御)に換算され、オン信号としてトランジスタ209に適宜送出されることとなる。
【0032】
次に、セラミックヒータ203に設けられた2つの発熱体による発熱動作について説明する。
【0033】
まず、プリント動作が開始されると、リレー213が通電される。それとともに、記録紙Sの幅に応じた、セラミックヒータ203の2つの発熱体のうちの1つが、リレー216またはリレー217が通電される事により選択される。リレー216とリレー217は、発熱体の選択を行うものであるため、図2のようなリレースイッチを用いたものや、図4のようにトライアックを用いたものなどが考えられる。また、他の切り替え手段を使用しても差し支えない。更にこのリレー216とリレー217は、セラミックヒータ203の通電中は、オン/オフされることがない為、フィルタ211のようなノイズ除去手段も不要であり、かつ電流容量などにも余裕をとる必要がない。
【0034】
従って、温度検出素子214をモニタしながら、トライアック204をオン/オフさせることでセラミックヒータ203の温度が最適な値に制御される。
【0035】
本実施の形態では、図3に示すように、黒塗り部として示したセラミックヒータの発熱体は、長さの違うものを用いているが、同じ長さの発熱体を複数並べてもよいし、また、それぞれの発熱体を図5斜線部のように配してもよい。
【0036】
図5に示す他の例では、二つの発熱体203a’,203b’を同時に通電させることで、幅広の記録紙に対応させることとしている。また、セラミックヒータに内蔵される発熱体の数は、本実施の形態では2つとしたが、3本以上としてもよい。
【0037】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の画像形成装置をレーザビームプリンタに適用した第2の実施の形態について、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【0038】
なお、本実施の形態にかかるレーザビームプリンタにあって、その基本構成及び画像形成にあたっての機械的な動作態様は、先の第1の実施の形態とほぼ同等であるため、ここでの重複する説明は省略する。
【0039】
図6には、本実施の形態のレーザビームプリンタに設けられた熱定着装置のセラミックヒータ603について、その駆動及び制御回路を示す。
【0040】
本実施の形態にかかる熱定着装置に内蔵されるセラミックヒータ603は、図7に示すように長い発熱体603aを2つ、短い発熱体603bを1つ配設して構成される。2つの長い発熱体603aは、記録紙Sの幅が比較的広いときに通電される。このとき、各発熱体603aへの通電制御をうまく組み合わせることにより、温度制御時のセラミックヒータ、オン/オフによる負荷変動は最小化されることとなる。一方、記録紙Sの幅が比較的小さいときには短い発熱体603bのみに通電が行われるように制御される。また、制御上、長い発熱体2つと短い発熱体とには、同時に通電を行わない。
【0041】
リレー616は、この長い発熱体2つのうちの一方と、短い発熱体とを切り替えるための切り替え手段である。このリレー616は、セラミックヒータ603の通電中に切り替えることはしない。従って、電流容量を大きめに確保する必要はない。
【0042】
幅広の記録紙に対し、長い発熱体に通電を行う際には、制御回路612からの指示に従ってリレー616を切り替える。その後トライアック604およびトライアック617のオン/オフ制御を行って、セラミックヒータ603の温度制御を行う。この時、二つの発熱体への給電制御を適宜振り分けることにより、セラミックヒータ603の負荷変動による、プリンタ外部への悪影響、特にフリッカなどを減らすことができるようになる。
【0043】
本実施の形態では、3つの発熱体のうち2つを選択可能な構成とした。これに対し、2つの発熱体のうち1つを選択可能な構成、或いは3つ以上の発熱体のうち、幾つかの発熱体を選択的可能な構成といったように、複数のうち複数、複数のうち単数等、可能な限り如何なる組み合わせを適用して本実施の形態と同様の制御を行ってもよい。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大電流をスイッチングするスイッチング制御素子の最小化を図ることができるようになり、さらにそのためのフィルタも減らすことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態における画像形成装置の主要内部構造を概略的に示す側断面図。
【図2】 同実施の形態における熱定着装置の制御及び駆動回路の回路構成を示す図。
【図3】 同実施の形態におけるセラミックヒータをこれに内蔵された発熱体とともに示す概略図。
【図4】 同実施の形態における熱定着装置の他の例にかかる制御及び駆動回路の回路構成を示す図。
【図5】 同実施の形態の他の例におけるセラミックヒータをこれに内蔵された発熱体とともに示す概略図。
【図6】 本発明の第2の実施の形態における熱定着装置の制御及び駆動回路の回路構成を示す図。
【図7】 同実施の形態におけるセラミックヒータをこれに内蔵された発熱体とともに示す概略図。
【図8】 従来の熱定着装置の制御及び駆動回路の回路構成を示す図。
【符号の説明】
101 レーザビームプリンタ(画像形成装置)
108 画像形成部
109 熱定着装置
126 エンジンコントローラ
212、412,612 制御回路(電力供給指示手段)
203,403,603 セラミックヒータ
203a,603a 長い発熱体
203b,603b 短い発熱体
214 サーミスタ温度検出素子(温度検出手段)
216,217 リレー
Claims (4)
- 所定の幅の記録紙に対応する長さを有する第1発熱体、前記所定の幅より小さい幅の記録紙に対応する長さを有する第2発熱体、および前記所定の幅の記録紙に対応する長さを有する第3発熱体を含む複数の発熱体を有する加熱部材と、
前記第1発熱体および前記第2発熱体のいずれかを選択する選択手段と、
選択された発熱体への供給電力を制御する第1スイッチング制御素子と、
前記第3発熱体における供給電力を制御する第2スイッチング制御素子と、
を有し、
前記所定の幅の記録紙を加熱する場合に、前記選択手段は、前記第1発熱体を選択し、前記第1スイッチング制御素子及び前記第2スイッチング制御素子は、前記第1発熱体および前記第3発熱体への給電のオン/オフによる負荷変動が小さくなるように制御される
ことを特徴とする加熱装置。 - 前記第1スイッチング制御素子および前記第2スイッチング制御素子のうち少なくとも一方が、半導体素子であることを特徴とする請求項1記載の加熱装置。
- 前記第1スイッチング制御素子および前記第2スイッチング制御素子のうち少なくとも一方が、トライアックであることを特徴とする請求項1記載の加熱装置。
- 前記選択手段による選択が、記録紙のサイズに基づいて実行される
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の加熱装置。
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