JP3754861B2

JP3754861B2 - 加熱装置

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Publication number: JP3754861B2
Application number: JP2000067178A
Authority: JP
Inventors: 祥太朗吉村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2020-03-07
Also published as: US20010020610A1; JP2001249560A; US6407366B2

Description

【０００１】
【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

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。