JP4161539B2 - ヒータ制御装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成の定着に用いる加熱源としてのヒータを制御するヒータ制御装置、およびこのヒータ制御装置を用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式による画像形成装置においては、転写紙などの画像支持体の一面に転写されているトナー像を当該画像支持体に熱定着させるために、当該画像支持体の一面に接する加熱ローラと、この加熱ローラに圧着されるよう配置された加圧ローラとを備えてなる定着装置が広く用いられている。
【０００３】
そして、ある種の定着装置においては、加熱ローラの加熱源として、たとえばハロゲンランプなどのヒータランプ（以下、単に「ヒータ」と呼ぶ）がローラ内に設けられている。
【０００４】
近年、ウォームアップ時間の短縮のために、加熱ローラの芯金部分の薄肉化が行われている。しかし、加熱ローラ１００１の薄肉化を行うと、小幅サイズの転写材を加熱ローラの中央部分に連続して定着するときに、加熱ローラの非通紙部(端部)の温度上昇が顕著になる問題点がある。
【０００５】
これを解決するために、加熱ローラ内に複数のヒータを設け、かつ、これら複数のヒータの配熱分布を変えることがなされている。
例えば、第１のヒータを加熱ローラの中央部分を主に加熱するような配熱分布に、第２のヒータは加熱ローラの端部を主に加熱するような配熱分布にして、さらに、それぞれのヒータの温度を検知するセンサ（サーミスタなど）を設ける。そして、小幅サイズの転写材を連続して定着する場合には、第１のヒータを主に駆動し、広幅サイズの転写紙を定着する場合には、第１および第２のヒータを駆動するようにすれば、加熱ローラの表面温度をほぼ一定に保つことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような定着装置においては、複数のヒータを点灯させた場合に、これらのヒータに通電させたと同時に突入電流がヒータの点灯回路に流れる。この突入電流により、当該画像形成装置が接続されている電灯線で電圧変動が発生する。
【０００７】
このような電灯線での電圧変動が起こる結果、画像形成装置と共通の電源系統に接続された照明機器等にフリッカ（人間が感じる「ちらつき感」）が生じるという問題があるが、このフリッカの程度を規定された範囲（フリッカ規格）内に抑制することが必要とされている。たとえば、画像形成装置においては、電圧変動量により規定されるコピー動作中のフリッカ値（短期間フリッカ値）は１以下、電圧変動の発生頻度により規定されるスタンバイ中のフリッカ値（長期間フリッカ値）は０．６５以下に規制されている。
【０００８】
しかるに、上記のような定着装置においては、短期間フリッカ値および長期間フリッカ値は共に規定された範囲内に抑制されないことが判明した。そして、このような問題は、特に出力電力が高いヒータを用いた場合に顕著に現れる。
【０００９】
そこで、ヒータ点灯時に発生する突入電流を抑制するために、突入電流抑止回路を設けることが一般的に行われている。
このような場合に、複数のヒータそれぞれに突入電流抑止回路を接続するとなると、回路構成が複雑かつ大規模化する問題がある。
【００１０】
このような回路規模の問題を解決するため、大電力ヒータと小電力ヒータとを用いる定着装置では、大電力ヒータ側にのみ突入電流抑止回路を設けることで、突入電流の影響をできるだけ抑えつつ回路規模を小さくする工夫が提案されている。
【００１１】
しかし、ほぼ同じ電力であって異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような上記定着装置では、複数のヒータそれぞれに突入電流抑止回路を接続しなければならず、回路規模を小さくすることが出来ない問題があった。
【００１２】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流を抑制し、当該ヒータと共通の電源系統に接続された他の照明機器等に発生するフリッカを抑制することができるヒータ制御装置および画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決する本発明は、以下に記載するようなものである。 （１）請求項１記載の発明は、 共通の電源からの電源供給を切り替える複数のスイッチ素子と、前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵された第一のヒータと、前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵されると共に前記第一のヒータとは軸方向に異なる配熱分布となるように構成され、前記第一のヒータの配熱が配置されたローラ位置に比較して熱容量が低いローラ端部側に配熱が配置された第二のヒータと、前記第二のヒータと電源との間に配置されて第二のヒータにおける突入電流を抑制する突入電流抑制回路と、各ヒータにより加熱されるローラ位置近傍にそれぞれ配置され、当該ローラ位置の温度を検知する温度検知手段と、前記各スイッチ素子の状態を制御することにより、前記第一のヒータと前記第二のヒータと前記突入電流抑制回路とを流れる電流を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、温度検知手段の検知結果が点灯設定温度未満に低下した前記第一のヒータもしくは前記第二のヒータに対して対応する前記スイッチ素子をオン状態に制御して電源供給を行って点灯する制御を行っており、装置の待機中に、前記第一のヒータの点灯設定温度を通常の点灯設定温度より下げ、前記第二のヒータを通常の点灯設定温度で点灯し、前記第一のヒータの点灯回数を減らす制御を行う、ことを特徴とするヒータ制御装置である。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、 共通の電源からの電源供給を切り替える複数のスイッチ素子と、前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵された第一のヒータと、前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵されると共に前記第一のヒータとは軸方向に異なる配熱分布となるように構成され、前記第一のヒータの配熱が配置されたローラ位置に比較して熱容量が低いローラ端部側に配熱が配置された第二のヒータと、前記第二のヒータと電源との間に配置されて第二のヒータにおける突入電流を抑制する突入電流抑制回路と、各ヒータにより加熱されるローラ位置近傍にそれぞれ配置され、当該ローラ位置の温度を検知する温度検知手段と、前記各スイッチ素子の状態を制御することにより、前記第一のヒータと前記第二のヒータと前記突入電流抑制回路とを流れる電流を制御する制御手段と、を備えヒータ制御を行う画像形成装置であって、前記制御手段は、温度検知手段の検知結果が点灯設定温度未満に低下した前記第一のヒータもしくは前記第二のヒータに対して対応する前記スイッチ素子をオン状態に制御して電源供給を行って点灯する制御を行っており、装置の待機中に、前記第一のヒータの点灯設定温度を通常の点灯設定温度より下げ、前記第二のヒータを通常の点灯設定温度で点灯し、前記第一のヒータの点灯回数を減らす制御を行う、ことを特徴とする画像形成装置である。
【００１５】
これらの発明において、制御手段は、装置の待機中に、第一のヒータの点灯設定温度を下げる制御を行う。これにより、熱容量が低いローラ側に配置された第二のヒータの点灯回数が増加すると共に、第一のヒータの点灯回数が減少する。この場合において、第二のヒータには突入電流抑止回路が接続されているので、突入電流の影響が軽減される。また、第一のヒータには突入電流抑止回路が接続されていないが、点灯回数が減少するので、突入電流の影響が軽減される。
【００１６】
この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流を抑制し、当該ヒータと共通の電源系統に接続された他の照明機器等に発生するフリッカを抑制することができるヒータ制御装置および画像形成装置を実現できる。
【００２１】
（２）請求項３記載の発明は、前記第二のヒータはローラの軸方向の端部を加熱する加熱源である、ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置である。
【００２３】
これらの発明において、ローラの軸方向の端部を加熱する加熱源としての第二のヒータは、ローラの熱容量が低くなり、点灯回数が増加する。この結果、第一のヒータの点灯回数が減少する。これにより、第二のヒータには突入電流抑止回路が接続されているので、突入電流の影響が軽減される。また、第一のヒータには突入電流抑止回路が接続されていないが、点灯回数が減少するので、突入電流の影響が軽減される。
【００２４】
この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流が、簡易な回路構成であるにもかかわらず抑制されるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明のヒータ制御装置におけるヒータ点灯回路の実施の形態例を示す回路構成図である。
【００２６】
このヒータ点灯回路は、第一のヒータ（ヒータ＃１）としてのヒータ１１と第二のヒータ（ヒータ＃２）としてのヒータ１２が、３つのスイッチ素子２１、２２、２３を介して、たとえば商用電源よりなる共通の交流電源１０に接続されて構成されている。
【００２７】
なお、図２および図３に示すように、ヒータ１１とヒータ１２とは軸方向に異なる配熱分布となるように構成されている。すなわち、ヒータ１１を加熱ローラの中央部分を主に加熱するような配熱分布に、ヒータ１２は加熱ローラの端部を主に加熱するような配熱分布にしておく。
【００２８】
なお、加熱ローラ６１の軸方向の端部を加熱するヒータ１２では、加熱ローラ６１の熱容量が低くなっている。さらに、それぞれのヒータの温度を検知するためにサーミスタなどで構成されたセンサ１１ｓと１２ｓとを設ける。そして、小幅サイズの転写材を連続して定着する場合には、ヒータ１１を主に駆動し、広幅サイズの転写紙を定着する場合には、ヒータ１１とヒータ１２とを駆動する。
【００２９】
また、図１において、まず、ヒータ１１とスイッチ素子２１とが直列に交流電源１０に接続される。そして、大電流制限素子としての抵抗３３およびスイッチ素子２３の直列回路が突入電流抑止回路を構成していて、ヒータ１２と交流電源１０との間に接続されている。また、上記突入電流抑止回路と並列になるように、ヒータ１２と交流電源１０との間に、スイッチ素子２２が接続されている。すなわち、ほぼ同じ電力であって異配熱分布の複数のヒータが独立して点灯制御されるように構成されている。
【００３０】
また、３つのスイッチング素子２１〜２３は制御端子に印加される制御信号によって、オン／オフが切り替えられるように構成されており、制御回路４０からの制御信号が各スイッチング素子の制御端子に供給されている。すなわち、スイッチ素子２１〜２３は、いずれも、たとえばトライアックなどの制御端子付きスイッチ素子よりなり、制御信号によってオン状態またはオフ状態となるよう各々が独立して制御されるものである。
【００３１】
なお、スイッチ素子はトライアックなどに限定されるものではなく、各種の素子を用いることが可能である。また、制御回路４０はスイッチ素子を制御する専用の制御手段であってもよいし、画像形成装置の全体の制御を行うＣＰＵであってもよい。
【００３２】
また、ヒータ１１およびヒータ１２は、たとえばハロゲン白熱ランプなどのヒータランプより構成され、このヒータ点灯回路においては、ヒータ１１とヒータ１２とは制御回路４０により点灯・消灯の制御がなされる。
【００３３】
これらのヒータ１１、１２の加熱対象は、図４に示すような被加熱体、たとえば画像形成装置の定着部６０における加熱ローラ６１などである。なお、画像形成装置として周知の構成部分、感光体ドラム５１に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像器５３で現像してトナー像とし、さらに転写器５４にて転写紙に転写するように構成されている。
【００３４】
なお、ヒータ１１が加熱する加熱ローラ６１近傍には温度センサ１１ｓが配置され、ヒータ１２が加熱する加熱ローラ６１近傍には温度センサ１２ｓが配置されている（図２参照）。そして、温度センサ１１ｓと１２ｓの検知結果は制御回路４０に供給される。
【００３５】
また、制御回路４０がヒータ１２を点灯させる際には、まずスイッチ素子２３をオンさせて突入電流の影響を抑止しつつヒータ１２に電流を流し、ヒータ１２が赤熱して抵抗値が高くなった時点でスイッチ素子２３をオフさせると共にスイッチ素子２２をオンさせて定格電流をヒータ１２に流すようにする。これにより、ヒータ１２が冷えていて低抵抗である場合の突入電流の影響は十分に軽減される。
【００３６】
また、一例として、制御回路４０が各ヒータを点灯させた後に消灯させるヒータオフしきい値（消灯設定温度Ｔoff）を加熱ローラ表面温度で２００℃、ヒータを点灯させた後に消灯させて温度が低下した場合に再点灯させるヒータオンしきい値（点灯設定温度Ｔon）を加熱ローラ表面温度で１８０℃である場合を想定する（図５（ａ）参照）。
【００３７】
この場合に、本実施の形態例では、装置待機時に制御回路４０が、ヒータ１１のヒータオンしきい値（点灯設定温度Ｔ１on）を上記の値より下げる（たとえば、１７５℃とする）制御を行う（図５（ｂ）参照）。なお、ヒータ１２のヒータオンしきい値（点灯設定温度Ｔ２on）には変更を加えない（たとえば、１８０℃）ものとする。
【００３８】
ここで、図６および図７のフローチャートも参照して本実施の形態例のヒータ制御装置および画像形成装置の待機時の動作について説明する。
図６は第１のヒータであるヒータ１１（ヒータ＃１）の待機時制御を示すフローチャート、図７は第２のヒータであるヒータ１２（ヒータ＃２）の待機時制御を示すフローチャートである。
【００３９】
制御回路４０はヒータを点灯させてから装置待機時のアイドリング制御として、図６および図７に示す２つのサブルーチンを所定時間毎（たとえば、２００msec毎）にメインルーチンから呼び出して実行している。
【００４０】
図６において、温度センサ１１ｓからの温度情報（ｔ１）を取り込み、加熱ローラ６１の小幅サイズ領域の温度（ｔ１）とヒータオフしきい値（消灯設定温度Ｔoff）との比較を行う（図６Ｓ１）。比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ１）が消灯設定温度（Ｔoff）より高ければ（図６Ｓ１でＹ）、ヒータ１１を消灯させる（図６Ｓ２）。比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ１）が消灯設定温度（Ｔoff）以下であれば（図６Ｓ１でＮ）、さらに、加熱ローラ６１の小幅サイズ領域の温度（ｔ１）とヒータオンしきい値（点灯設定温度Ｔ１on）との比較を行う（図６Ｓ３）。この比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ１）が点灯設定温度（Ｔ１on）より低ければ（図６Ｓ３でＹ）、ヒータ１１を再び点灯させる（図６Ｓ４）。また、比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ１）が点灯設定温度（Ｔ１on）より以上であれば（図６Ｓ３でＮ）、ヒータ１１の点灯／消灯状態をそのまま維持する（図６Ｓ５）。
【００４１】
また、図７において、温度センサ１２ｓからの温度情報（ｔ２）を取り込み、加熱ローラ６１の幅広サイズ領域の温度（ｔ２）とヒータオフしきい値（消灯設定温度Ｔoff）との比較を行う（図７Ｓ１）。比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ２）が消灯設定温度（Ｔoff）より高ければ（図７Ｓ１でＹ）、ヒータ１２を消灯させる（図７Ｓ２）。比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ２）が消灯設定温度（Ｔoff）以下であれば（図７Ｓ１でＮ）、さらに、加熱ローラ６１の幅広サイズ領域の温度（ｔ２）とヒータオンしきい値（点灯設定温度Ｔ２on）との比較を行う（図７Ｓ３）。この比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ２）が点灯設定温度（Ｔ２on）より低ければ（図７Ｓ３でＹ）、ヒータ１２を再び点灯させる（図７Ｓ４）。また、比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ２）が点灯設定温度（Ｔ２on）より以上であれば（図７Ｓ３でＮ）、ヒータ１２の点灯／消灯状態をそのまま維持する（図７Ｓ５）。
【００４２】
以上のように、制御回路４０は、画像形成装置の待機中に、第一のヒータ１１の点灯設定温度（Ｔ１on）を下げる制御を行うことで、熱容量が低い加熱ローラ６１側に配置された第二のヒータ１２の点灯回数が増加すると共に、第一のヒータ１１の点灯回数が減少する。
【００４３】
これは、加熱ローラ６１の表面温度がＴ２onに低下してヒータ１１が再点灯する以前に、加熱ローラ６１の表面温度がＴ１onに低下することでヒータ１２が先に再点灯することで、ローラ６１が再加熱されるからである。
【００４４】
すなわち、従来の制御による図５（ａ）では▲１▼のようにヒータ１１がＴ１on（＝Ｔ２on）未満に低下するので、制御回路４０によって、ヒータ１１が再点灯するように制御される（図５（ａ）▲２▼）。
【００４５】
しかし、本実施の形態例の制御による図５（ｂ）ではｔ１on＜ｔ２onと設定されているので、図５（ａ）と同じタイミング▲１▼ではヒータ１２が先に再点灯するように制御されるため、ヒータ１１が再点灯するように制御されることはない（図５（ｂ）▲２▼）。
【００４６】
この場合において、点灯回数が多い第二のヒータ１２には突入電流抑止回路（２３，３３）が接続されているので、結果として従来より突入電流の影響が軽減されることになる。また、第一のヒータ１１には突入電流抑止回路が接続されていないが、点灯回数が減少するので、突入電流の影響が軽減される。この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流を抑制し、当該ヒータと共通の電源系統に接続された他の照明機器等に発生するフリッカを抑制することができるヒータ制御装置および画像形成装置を実現できる。
【００４７】
また、ヒータ１１の配熱分布は中央部１００％・端部０％、ヒータ１２の配熱分布は中央部０％・端部１００％と単純化してもよいが、ヒータ１１の配熱分布を中央部１００％・端部３０％、ヒータ１２の配熱分布を中央部３０％・端部１００％（図３参照）とすることが望ましい。このような配熱分布とすることでも、制御回路４０のヒータ１２に対する温度制御によりヒータ１１の温度が一定の範囲に維持されるようになる。すなわち、ヒータ１２には突入電流抑止回路が接続されているので突入電流の影響が軽減され、ヒータ１１には突入電流抑止回路が接続されていないが点灯回数が減少するので突入電流の影響が軽減される。この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流を抑制し、当該ヒータと共通の電源系統に接続された他の照明機器等に発生するフリッカを抑制することができるヒータ制御装置および画像形成装置を実現できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下のような効果が得られる。 （１）請求項１と請求項２とに記載の発明では、制御手段は、装置の待機中に、第一のヒータの点灯設定温度を下げる制御を行う。これにより、熱容量が低いローラ側に配置された第二のヒータの点灯回数が増加すると共に、第一のヒータの点灯回数が減少する。この場合において、第二のヒータには突入電流抑止回路が接続されているので、突入電流の影響が軽減される。また、第一のヒータには突入電流抑止回路が接続されていないが、点灯回数が減少するので、突入電流の影響が軽減される。この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流を抑制し、当該ヒータと共通の電源系統に接続された他の照明機器等に発生するフリッカを抑制することができるヒータ制御装置および画像形成装置を実現できる。
【００５０】
（２）請求項３に記載の発明では、ローラの軸方向の端部を加熱する加熱源としての第二のヒータは、ローラの熱容量が低くなり、点灯回数が増加する。この結果、第一のヒータの点灯回数が減少する。これにより、第二のヒータには突入電流抑止回路が接続されているので、突入電流の影響が軽減される。また、第一のヒータには突入電流抑止回路が接続されていないが、点灯回数が減少するので、突入電流の影響が軽減される。この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流が、簡易な回路構成であるにもかかわらず抑制されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例のヒータ制御装置におけるヒータ点灯回路の一例を示す回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態例のヒータ制御装置における異配熱分布ヒータの構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態例のヒータ制御装置におけるヒータの配熱分布の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態例の画像形成装置の主要部の構成を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態例の動作状態（温度推移）を説明する特性図である。
【図６】本発明の実施の形態例の動作状態を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態例の動作状態を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 交流電源
１１ 第一のヒータ（ヒータ＃１）
１１ｓ 温度センサ（サーミスタ）
１２ 第二のヒータ（ヒータ＃２）
１２ｓ 温度センサ（サーミスタ）
２１、２２、２３ スイッチ素子（トライアック）
４０ 制御回路
６０ 定着器
６１ 加熱ローラ
６２ 加圧ローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成の定着に用いる加熱源としてのヒータを制御するヒータ制御装置、およびこのヒータ制御装置を用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式による画像形成装置においては、転写紙などの画像支持体の一面に転写されているトナー像を当該画像支持体に熱定着させるために、当該画像支持体の一面に接する加熱ローラと、この加熱ローラに圧着されるよう配置された加圧ローラとを備えてなる定着装置が広く用いられている。
【０００３】
そして、ある種の定着装置においては、加熱ローラの加熱源として、たとえばハロゲンランプなどのヒータランプ（以下、単に「ヒータ」と呼ぶ）がローラ内に設けられている。
【０００４】
近年、ウォームアップ時間の短縮のために、加熱ローラの芯金部分の薄肉化が行われている。しかし、加熱ローラ１００１の薄肉化を行うと、小幅サイズの転写材を加熱ローラの中央部分に連続して定着するときに、加熱ローラの非通紙部(端部)の温度上昇が顕著になる問題点がある。
【０００５】
これを解決するために、加熱ローラ内に複数のヒータを設け、かつ、これら複数のヒータの配熱分布を変えることがなされている。
例えば、第１のヒータを加熱ローラの中央部分を主に加熱するような配熱分布に、第２のヒータは加熱ローラの端部を主に加熱するような配熱分布にして、さらに、それぞれのヒータの温度を検知するセンサ（サーミスタなど）を設ける。そして、小幅サイズの転写材を連続して定着する場合には、第１のヒータを主に駆動し、広幅サイズの転写紙を定着する場合には、第１および第２のヒータを駆動するようにすれば、加熱ローラの表面温度をほぼ一定に保つことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような定着装置においては、複数のヒータを点灯させた場合に、これらのヒータに通電させたと同時に突入電流がヒータの点灯回路に流れる。この突入電流により、当該画像形成装置が接続されている電灯線で電圧変動が発生する。
【０００７】
このような電灯線での電圧変動が起こる結果、画像形成装置と共通の電源系統に接続された照明機器等にフリッカ（人間が感じる「ちらつき感」）が生じるという問題があるが、このフリッカの程度を規定された範囲（フリッカ規格）内に抑制することが必要とされている。たとえば、画像形成装置においては、電圧変動量により規定されるコピー動作中のフリッカ値（短期間フリッカ値）は１以下、電圧変動の発生頻度により規定されるスタンバイ中のフリッカ値（長期間フリッカ値）は０．６５以下に規制されている。
【０００８】
しかるに、上記のような定着装置においては、短期間フリッカ値および長期間フリッカ値は共に規定された範囲内に抑制されないことが判明した。そして、このような問題は、特に出力電力が高いヒータを用いた場合に顕著に現れる。
【０００９】
そこで、ヒータ点灯時に発生する突入電流を抑制するために、突入電流抑止回路を設けることが一般的に行われている。
このような場合に、複数のヒータそれぞれに突入電流抑止回路を接続するとなると、回路構成が複雑かつ大規模化する問題がある。
【００１０】
このような回路規模の問題を解決するため、大電力ヒータと小電力ヒータとを用いる定着装置では、大電力ヒータ側にのみ突入電流抑止回路を設けることで、突入電流の影響をできるだけ抑えつつ回路規模を小さくする工夫が提案されている。
【００１１】
しかし、ほぼ同じ電力であって異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような上記定着装置では、複数のヒータそれぞれに突入電流抑止回路を接続しなければならず、回路規模を小さくすることが出来ない問題があった。
【００１２】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流を抑制し、当該ヒータと共通の電源系統に接続された他の照明機器等に発生するフリッカを抑制することができるヒータ制御装置および画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決する本発明は、以下に記載するようなものである。 （１）請求項１記載の発明は、 共通の電源からの電源供給を切り替える複数のスイッチ素子と、前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵された第一のヒータと、前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵されると共に前記第一のヒータとは軸方向に異なる配熱分布となるように構成され、前記第一のヒータの配熱が配置されたローラ位置に比較して熱容量が低いローラ端部側に配熱が配置された第二のヒータと、前記第二のヒータと電源との間に配置されて第二のヒータにおける突入電流を抑制する突入電流抑制回路と、各ヒータにより加熱されるローラ位置近傍にそれぞれ配置され、当該ローラ位置の温度を検知する温度検知手段と、前記各スイッチ素子の状態を制御することにより、前記第一のヒータと前記第二のヒータと前記突入電流抑制回路とを流れる電流を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、温度検知手段の検知結果が点灯設定温度未満に低下した前記第一のヒータもしくは前記第二のヒータに対して対応する前記スイッチ素子をオン状態に制御して電源供給を行って点灯する制御を行っており、装置の待機中に、前記第一のヒータの点灯設定温度を通常の点灯設定温度より下げ、前記第二のヒータを通常の点灯設定温度で点灯し、前記第一のヒータの点灯回数を減らす制御を行う、ことを特徴とするヒータ制御装置である。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、 共通の電源からの電源供給を切り替える複数のスイッチ素子と、前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵された第一のヒータと、前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵されると共に前記第一のヒータとは軸方向に異なる配熱分布となるように構成され、前記第一のヒータの配熱が配置されたローラ位置に比較して熱容量が低いローラ端部側に配熱が配置された第二のヒータと、前記第二のヒータと電源との間に配置されて第二のヒータにおける突入電流を抑制する突入電流抑制回路と、各ヒータにより加熱されるローラ位置近傍にそれぞれ配置され、当該ローラ位置の温度を検知する温度検知手段と、前記各スイッチ素子の状態を制御することにより、前記第一のヒータと前記第二のヒータと前記突入電流抑制回路とを流れる電流を制御する制御手段と、を備えヒータ制御を行う画像形成装置であって、前記制御手段は、温度検知手段の検知結果が点灯設定温度未満に低下した前記第一のヒータもしくは前記第二のヒータに対して対応する前記スイッチ素子をオン状態に制御して電源供給を行って点灯する制御を行っており、装置の待機中に、前記第一のヒータの点灯設定温度を通常の点灯設定温度より下げ、前記第二のヒータを通常の点灯設定温度で点灯し、前記第一のヒータの点灯回数を減らす制御を行う、ことを特徴とする画像形成装置である。
【００１５】
これらの発明において、制御手段は、装置の待機中に、第一のヒータの点灯設定温度を下げる制御を行う。これにより、熱容量が低いローラ側に配置された第二のヒータの点灯回数が増加すると共に、第一のヒータの点灯回数が減少する。この場合において、第二のヒータには突入電流抑止回路が接続されているので、突入電流の影響が軽減される。また、第一のヒータには突入電流抑止回路が接続されていないが、点灯回数が減少するので、突入電流の影響が軽減される。
【００１６】
この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流を抑制し、当該ヒータと共通の電源系統に接続された他の照明機器等に発生するフリッカを抑制することができるヒータ制御装置および画像形成装置を実現できる。
【００２１】
（２）請求項３記載の発明は、前記第二のヒータはローラの軸方向の端部を加熱する加熱源である、ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置である。
【００２３】
これらの発明において、ローラの軸方向の端部を加熱する加熱源としての第二のヒータは、ローラの熱容量が低くなり、点灯回数が増加する。この結果、第一のヒータの点灯回数が減少する。これにより、第二のヒータには突入電流抑止回路が接続されているので、突入電流の影響が軽減される。また、第一のヒータには突入電流抑止回路が接続されていないが、点灯回数が減少するので、突入電流の影響が軽減される。
【００２４】
この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流が、簡易な回路構成であるにもかかわらず抑制されるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明のヒータ制御装置におけるヒータ点灯回路の実施の形態例を示す回路構成図である。
【００２６】
このヒータ点灯回路は、第一のヒータ（ヒータ＃１）としてのヒータ１１と第二のヒータ（ヒータ＃２）としてのヒータ１２が、３つのスイッチ素子２１、２２、２３を介して、たとえば商用電源よりなる共通の交流電源１０に接続されて構成されている。
【００２７】
なお、図２および図３に示すように、ヒータ１１とヒータ１２とは軸方向に異なる配熱分布となるように構成されている。すなわち、ヒータ１１を加熱ローラの中央部分を主に加熱するような配熱分布に、ヒータ１２は加熱ローラの端部を主に加熱するような配熱分布にしておく。
【００２８】
なお、加熱ローラ６１の軸方向の端部を加熱するヒータ１２では、加熱ローラ６１の熱容量が低くなっている。さらに、それぞれのヒータの温度を検知するためにサーミスタなどで構成されたセンサ１１ｓと１２ｓとを設ける。そして、小幅サイズの転写材を連続して定着する場合には、ヒータ１１を主に駆動し、広幅サイズの転写紙を定着する場合には、ヒータ１１とヒータ１２とを駆動する。
【００２９】
また、図１において、まず、ヒータ１１とスイッチ素子２１とが直列に交流電源１０に接続される。そして、大電流制限素子としての抵抗３３およびスイッチ素子２３の直列回路が突入電流抑止回路を構成していて、ヒータ１２と交流電源１０との間に接続されている。また、上記突入電流抑止回路と並列になるように、ヒータ１２と交流電源１０との間に、スイッチ素子２２が接続されている。すなわち、ほぼ同じ電力であって異配熱分布の複数のヒータが独立して点灯制御されるように構成されている。
【００３０】
また、３つのスイッチング素子２１〜２３は制御端子に印加される制御信号によって、オン／オフが切り替えられるように構成されており、制御回路４０からの制御信号が各スイッチング素子の制御端子に供給されている。すなわち、スイッチ素子２１〜２３は、いずれも、たとえばトライアックなどの制御端子付きスイッチ素子よりなり、制御信号によってオン状態またはオフ状態となるよう各々が独立して制御されるものである。
【００３１】
なお、スイッチ素子はトライアックなどに限定されるものではなく、各種の素子を用いることが可能である。また、制御回路４０はスイッチ素子を制御する専用の制御手段であってもよいし、画像形成装置の全体の制御を行うＣＰＵであってもよい。
【００３２】
また、ヒータ１１およびヒータ１２は、たとえばハロゲン白熱ランプなどのヒータランプより構成され、このヒータ点灯回路においては、ヒータ１１とヒータ１２とは制御回路４０により点灯・消灯の制御がなされる。
【００３３】
これらのヒータ１１、１２の加熱対象は、図４に示すような被加熱体、たとえば画像形成装置の定着部６０における加熱ローラ６１などである。なお、画像形成装置として周知の構成部分、感光体ドラム５１に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像器５３で現像してトナー像とし、さらに転写器５４にて転写紙に転写するように構成されている。
【００３４】
なお、ヒータ１１が加熱する加熱ローラ６１近傍には温度センサ１１ｓが配置され、ヒータ１２が加熱する加熱ローラ６１近傍には温度センサ１２ｓが配置されている（図２参照）。そして、温度センサ１１ｓと１２ｓの検知結果は制御回路４０に供給される。
【００３５】
また、制御回路４０がヒータ１２を点灯させる際には、まずスイッチ素子２３をオンさせて突入電流の影響を抑止しつつヒータ１２に電流を流し、ヒータ１２が赤熱して抵抗値が高くなった時点でスイッチ素子２３をオフさせると共にスイッチ素子２２をオンさせて定格電流をヒータ１２に流すようにする。これにより、ヒータ１２が冷えていて低抵抗である場合の突入電流の影響は十分に軽減される。
【００３６】
また、一例として、制御回路４０が各ヒータを点灯させた後に消灯させるヒータオフしきい値（消灯設定温度Ｔoff）を加熱ローラ表面温度で２００℃、ヒータを点灯させた後に消灯させて温度が低下した場合に再点灯させるヒータオンしきい値（点灯設定温度Ｔon）を加熱ローラ表面温度で１８０℃である場合を想定する（図５（ａ）参照）。
【００３７】
この場合に、本実施の形態例では、装置待機時に制御回路４０が、ヒータ１１のヒータオンしきい値（点灯設定温度Ｔ１on）を上記の値より下げる（たとえば、１７５℃とする）制御を行う（図５（ｂ）参照）。なお、ヒータ１２のヒータオンしきい値（点灯設定温度Ｔ２on）には変更を加えない（たとえば、１８０℃）ものとする。
【００３８】
ここで、図６および図７のフローチャートも参照して本実施の形態例のヒータ制御装置および画像形成装置の待機時の動作について説明する。
図６は第１のヒータであるヒータ１１（ヒータ＃１）の待機時制御を示すフローチャート、図７は第２のヒータであるヒータ１２（ヒータ＃２）の待機時制御を示すフローチャートである。
【００３９】
制御回路４０はヒータを点灯させてから装置待機時のアイドリング制御として、図６および図７に示す２つのサブルーチンを所定時間毎（たとえば、２００msec毎）にメインルーチンから呼び出して実行している。
【００４０】
図６において、温度センサ１１ｓからの温度情報（ｔ１）を取り込み、加熱ローラ６１の小幅サイズ領域の温度（ｔ１）とヒータオフしきい値（消灯設定温度Ｔoff）との比較を行う（図６Ｓ１）。比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ１）が消灯設定温度（Ｔoff）より高ければ（図６Ｓ１でＹ）、ヒータ１１を消灯させる（図６Ｓ２）。比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ１）が消灯設定温度（Ｔoff）以下であれば（図６Ｓ１でＮ）、さらに、加熱ローラ６１の小幅サイズ領域の温度（ｔ１）とヒータオンしきい値（点灯設定温度Ｔ１on）との比較を行う（図６Ｓ３）。この比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ１）が点灯設定温度（Ｔ１on）より低ければ（図６Ｓ３でＹ）、ヒータ１１を再び点灯させる（図６Ｓ４）。また、比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ１）が点灯設定温度（Ｔ１on）より以上であれば（図６Ｓ３でＮ）、ヒータ１１の点灯／消灯状態をそのまま維持する（図６Ｓ５）。
【００４１】
また、図７において、温度センサ１２ｓからの温度情報（ｔ２）を取り込み、加熱ローラ６１の幅広サイズ領域の温度（ｔ２）とヒータオフしきい値（消灯設定温度Ｔoff）との比較を行う（図７Ｓ１）。比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ２）が消灯設定温度（Ｔoff）より高ければ（図７Ｓ１でＹ）、ヒータ１２を消灯させる（図７Ｓ２）。比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ２）が消灯設定温度（Ｔoff）以下であれば（図７Ｓ１でＮ）、さらに、加熱ローラ６１の幅広サイズ領域の温度（ｔ２）とヒータオンしきい値（点灯設定温度Ｔ２on）との比較を行う（図７Ｓ３）。この比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ２）が点灯設定温度（Ｔ２on）より低ければ（図７Ｓ３でＹ）、ヒータ１２を再び点灯させる（図７Ｓ４）。また、比較の結果、加熱ローラ６１の温度（ｔ２）が点灯設定温度（Ｔ２on）より以上であれば（図７Ｓ３でＮ）、ヒータ１２の点灯／消灯状態をそのまま維持する（図７Ｓ５）。
【００４２】
以上のように、制御回路４０は、画像形成装置の待機中に、第一のヒータ１１の点灯設定温度（Ｔ１on）を下げる制御を行うことで、熱容量が低い加熱ローラ６１側に配置された第二のヒータ１２の点灯回数が増加すると共に、第一のヒータ１１の点灯回数が減少する。
【００４３】
これは、加熱ローラ６１の表面温度がＴ２onに低下してヒータ１１が再点灯する以前に、加熱ローラ６１の表面温度がＴ１onに低下することでヒータ１２が先に再点灯することで、ローラ６１が再加熱されるからである。
【００４４】
すなわち、従来の制御による図５（ａ）では▲１▼のようにヒータ１１がＴ１on（＝Ｔ２on）未満に低下するので、制御回路４０によって、ヒータ１１が再点灯するように制御される（図５（ａ）▲２▼）。
【００４５】
しかし、本実施の形態例の制御による図５（ｂ）ではｔ１on＜ｔ２onと設定されているので、図５（ａ）と同じタイミング▲１▼ではヒータ１２が先に再点灯するように制御されるため、ヒータ１１が再点灯するように制御されることはない（図５（ｂ）▲２▼）。
【００４６】
この場合において、点灯回数が多い第二のヒータ１２には突入電流抑止回路（２３，３３）が接続されているので、結果として従来より突入電流の影響が軽減されることになる。また、第一のヒータ１１には突入電流抑止回路が接続されていないが、点灯回数が減少するので、突入電流の影響が軽減される。この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流を抑制し、当該ヒータと共通の電源系統に接続された他の照明機器等に発生するフリッカを抑制することができるヒータ制御装置および画像形成装置を実現できる。
【００４７】
また、ヒータ１１の配熱分布は中央部１００％・端部０％、ヒータ１２の配熱分布は中央部０％・端部１００％と単純化してもよいが、ヒータ１１の配熱分布を中央部１００％・端部３０％、ヒータ１２の配熱分布を中央部３０％・端部１００％（図３参照）とすることが望ましい。このような配熱分布とすることでも、制御回路４０のヒータ１２に対する温度制御によりヒータ１１の温度が一定の範囲に維持されるようになる。すなわち、ヒータ１２には突入電流抑止回路が接続されているので突入電流の影響が軽減され、ヒータ１１には突入電流抑止回路が接続されていないが点灯回数が減少するので突入電流の影響が軽減される。この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流を抑制し、当該ヒータと共通の電源系統に接続された他の照明機器等に発生するフリッカを抑制することができるヒータ制御装置および画像形成装置を実現できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下のような効果が得られる。 （１）請求項１と請求項２とに記載の発明では、制御手段は、装置の待機中に、第一のヒータの点灯設定温度を下げる制御を行う。これにより、熱容量が低いローラ側に配置された第二のヒータの点灯回数が増加すると共に、第一のヒータの点灯回数が減少する。この場合において、第二のヒータには突入電流抑止回路が接続されているので、突入電流の影響が軽減される。また、第一のヒータには突入電流抑止回路が接続されていないが、点灯回数が減少するので、突入電流の影響が軽減される。この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流を抑制し、当該ヒータと共通の電源系統に接続された他の照明機器等に発生するフリッカを抑制することができるヒータ制御装置および画像形成装置を実現できる。
【００５０】
（２）請求項３に記載の発明では、ローラの軸方向の端部を加熱する加熱源としての第二のヒータは、ローラの熱容量が低くなり、点灯回数が増加する。この結果、第一のヒータの点灯回数が減少する。これにより、第二のヒータには突入電流抑止回路が接続されているので、突入電流の影響が軽減される。また、第一のヒータには突入電流抑止回路が接続されていないが、点灯回数が減少するので、突入電流の影響が軽減される。この結果、異配熱分布の複数のヒータを独立して点灯制御するような構成の定着装置で発生する過大な突入電流が、簡易な回路構成であるにもかかわらず抑制されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例のヒータ制御装置におけるヒータ点灯回路の一例を示す回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態例のヒータ制御装置における異配熱分布ヒータの構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態例のヒータ制御装置におけるヒータの配熱分布の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態例の画像形成装置の主要部の構成を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態例の動作状態（温度推移）を説明する特性図である。
【図６】本発明の実施の形態例の動作状態を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態例の動作状態を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 交流電源
１１ 第一のヒータ（ヒータ＃１）
１１ｓ 温度センサ（サーミスタ）
１２ 第二のヒータ（ヒータ＃２）
１２ｓ 温度センサ（サーミスタ）
２１、２２、２３ スイッチ素子（トライアック）
４０ 制御回路
６０ 定着器
６１ 加熱ローラ
６２ 加圧ローラ
Claims (3)
- 共通の電源からの電源供給を切り替える複数のスイッチ素子と、
前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵された第一のヒータと、
前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵されると共に前記第一のヒータとは軸方向に異なる配熱分布となるように構成され、前記第一のヒータの配熱が配置されたローラ位置に比較して熱容量が低いローラ端部側に配熱が配置された第二のヒータと、
前記第二のヒータと電源との間に配置されて第二のヒータにおける突入電流を抑制する突入電流抑制回路と、
各ヒータにより加熱されるローラ位置近傍にそれぞれ配置され、当該ローラ位置の温度を検知する温度検知手段と、
前記各スイッチ素子の状態を制御することにより、前記第一のヒータと前記第二のヒータと前記突入電流抑制回路とを流れる電流を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、温度検知手段の検知結果が点灯設定温度未満に低下した前記第一のヒータもしくは前記第二のヒータに対して対応する前記スイッチ素子をオン状態に制御して電源供給を行って点灯する制御を行っており、装置の待機中に、前記第一のヒータの点灯設定温度を通常の点灯設定温度より下げ、前記第二のヒータを通常の点灯設定温度で点灯し、前記第一のヒータの点灯回数を減らす制御を行う、
ことを特徴とするヒータ制御装置。 - 共通の電源からの電源供給を切り替える複数のスイッチ素子と、
前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵された第一のヒータと、
前記スイッチ素子を介して電源に接続されローラに内蔵されると共に前記第一のヒータとは軸方向に異なる配熱分布となるように構成され、前記第一のヒータの配熱が配置されたローラ位置に比較して熱容量が低いローラ端部側に配熱が配置された第二のヒータと、
前記第二のヒータと電源との間に配置されて第二のヒータにおける突入電流を抑制する突入電流抑制回路と、
各ヒータにより加熱されるローラ位置近傍にそれぞれ配置され、当該ローラ位置の温度を検知する温度検知手段と、
前記各スイッチ素子の状態を制御することにより、前記第一のヒータと前記第二のヒータと前記突入電流抑制回路とを流れる電流を制御する制御手段と、
を備えヒータ制御を行う画像形成装置であって、
前記制御手段は、温度検知手段の検知結果が点灯設定温度未満に低下した前記第一のヒータもしくは前記第二のヒータに対して対応する前記スイッチ素子をオン状態に制御して電源供給を行って点灯する制御を行っており、装置の待機中に、前記第一のヒータの点灯設定温度を通常の点灯設定温度より下げ、前記第二のヒータを通常の点灯設定温度で点灯し、前記第一のヒータの点灯回数を減らす制御を行う、ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記第二のヒータはローラの軸方向の端部を加熱する加熱源である、ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
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