JP4469446B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱手段を備え、記録材上の未定着像を定着する手段を有する画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、その多くが加熱手段によって加熱される定着ローラを備えた定着装置を用いている。この種の定着装置は、定着ローラの表面温度を検知し、その信号に基づいて加熱手段であるヒータをオンオフ制御している。この制御は、ある定めた制御周期時間毎に表面温度を測定し、トライアックを介して周期内におけるヒータへの通電時間を制御するものである。
【0003】
かかる温度制御を行う装置の場合、制御周期時間内に1回のオンと1回のオフが発生するので、2回の電流の変動が発生してしまう。したがって、制御周期時間を短く設定すると、一定時間内の電流変動の発生回数を多くなり、装置電源への低周波の妨害である電圧変動が大きくなり大きな問題となる。よって、制御周期時間を長くすれば、一定時間内の電流変動の発生回数を小さくすることができ、上記した電圧変動も小さくでき有利である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した温度制御を行う装置において、制御周期時間を長くすると、加熱手段への電力の供給量をすばやく変更することができなくなる。したがって、制御周期時間が長いと加熱装置で発生させる必要のある熱量がほぼ一定で良いときには問題ないが、短期間で必要とする熱量が変化させる場合は、その変化に対応できず、発生する熱量が過剰になったり、不足してしまい適切な加熱が行えなくなってしまう。具体的には、装置が待機状態にあるときなどの予熱状態では、必要とする熱量はほぼ一定であるのに対し、作像時においては定着装置を記録材が通過しているとき大きな発熱量が必要であるが、その前後では小さな発熱量で良く、短期間で必要とする熱量が変化する。よって、制御周期が長いと、予熱状態時は問題なくとも、作像時では定着装置の温度制御が不安定になってしまい、温度が高くなり過ぎたり、低くなり過ぎたりするという問題があった。
【0005】
本発明は、上記した従来の問題を解消し、電源から加熱手段に供給する電流の変動発生回数を小さくすることにより、電源への低周波の妨害である電圧変動を小さくすることができる画像形成装置を提供することを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、加熱手段を備え、記録材上の未定着像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、前記加熱手段が通紙される記録材の幅方向において複数個のグループに分けられており、該グループ毎が加熱する前記定着手段の表面温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、前記加熱手段に対し選択的に電力を供給する通電手段と、前記加熱手段を作像時の第1の周期時間と該第1の周期時間より長い予熱時の第2の周期時間との間で切り替え制御を行い、かつ、前記温度検出手段が検出した温度に応じた周期時間内における通電時間を決定して前記加熱手段へのグループ毎の供給電力を制御する制御手段とを設け、該制御手段は、作像時において前記加熱手段のすべてのグループに対して前記第1の周期時間を用いて供給電力を制御するとともに、前記第1の周期時間に対する通電時間の割合である作像時の通電率が前記第2の周期時間に対する通電時間の割合である予熱時の通電率と同じ値を取ることが第1の周期時間の複数回分続いたグループの周期を前記第1の周期時間から前記第2の周期時間に切り替えることを特徴とする画像形成装置を提案する。
【0007】
また、上記課題を解決するため、本発明は、加熱手段を備え、記録材上の未定着像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、前記加熱手段が通紙される記録材の幅方向において複数個のグループに分けられており、該複数個のグループに分けられた加熱手段によってそれぞれ加熱する前記定着手段の表面温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、前記加熱手段に対し選択的に電力を供給する通電手段と、前記加熱手段を作像時の第1の周期時間と該第1の周期時間より長い予熱時の第2の周期時間との間で切り替え制御を行い、かつ、前記温度検出手段が検出した温度に応じた周期時間内における通電時間を決定して前記通電手段からの前記加熱手段へのグループ毎の供給電力を制御する制御手段と、作像時に通紙される記録材のサイズを検出する検出手段とを設け、前記制御手段は、予熱時において前記加熱手段のすべてのグループに対して前記第2の周期時間を用いて供給電力を制御するとともに、作像時において前記検出したサイズから前記加熱手段が加熱するグループを決定し、かつ、その決定した加熱するグループを前記第1の周期時間を用い、それ以外のグループは前記第2の周期時間を用いて制御することを特徴とする画像形成装置を提案する。
【0008】
なお、本発明は、前記制御手段の加熱手段の制御に位相角制御を実施すると、効果的である。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る画像形成装置の定着ローラおよびその制御系を示す概略図である。
【0010】
図1において、1は定着ローラ、2および3は該定着ローラ1に設けられた加熱手段としてのヒータある。定着ローラ1には、加圧手段としての加圧ローラ(図示せず)が圧接されて定着手段を構成している。この定着ローラ1および加圧ローラは、回転駆動されて未定着トナー像を担持した記録材を挟持搬送するとき、ヒータ2,3から発生した熱は定着ローラ1を介して記録材上に転写された未定着トナー像に加熱し、トナー像を記録材に定着させる。
【0011】
画像形成装置が、中央基準で記録材を搬送し、かつ、A3サイズのように幅の広い記録材まで記録できるものの場合、例えばA5サイズのように幅の狭い記録材の場合でも定着ローラの幅方向の温度むらを小さくする必要がある。このため、ヒータ2、3は、ともにハロゲンヒータであるが、ヒータ2は中央部のみに発熱部を有し、加熱ローラの内側にのみ熱を供給するように構成され、他方、ヒータ3は両端部のみに発熱部を有し、加熱ローラの両外側にのみ熱を供給するように構成されている。これらヒータ2,3は、例えば加熱する領域によって2個のグループに分けられ、よって加熱する領域が内と外で異なるヒータ2、3は別グループに所属する。
【0012】
ヒータ2,3の一端は、ともに交流電源11の片側に接続され、ヒータ2,3の他端と交流電源11のもう一方の片側との間にはそれぞれ通電手段としてトライアック4,5からなるスイッチ素子が接続されている。このトライアック4,5は、制御用ドライバ6,7により駆動され、制御用ドライバ6,7は制御手段としてのCPU8により制御される。定着ローラ1には、その表面温度を検出する温度検出素子としてサーミスタ9,10が設けられ、サーミスタ9はヒータ2のグループの温度を測定するように定着ローラ1の内領域に配置され、サーミスタ10はヒータ3のグループの温度を測定するように定着ローラ1の外領域に配置されている。これらサーミスタ9,10の温度検出信号は、CPU8に入力される。なお、符号12は、CPU8に入力される加熱する記録材の搬送の給紙制御部から送られてくる作像開始/終了信号と、給紙トレイ選択信号と給紙トレイのサイズ方向設定情報である。
【0013】
CPU8は、制御周期T時間ごとにサーミスタ9とサーミスタ10により温度を測定し、トライアック4,5にドライバ6,7を介して制御信号を送り、ヒータ2,3の通電を制御して定着ローラ1の表面温度が所定の温度になるように、PID制御により次の制御周期間のヒータ2とヒータ3の通電時間を決定する。本実施形態のCPU8には、時間が異なる2つの周期時間を持っており、それを作像時と予熱時とで切り替えるように制御している。
【0014】
図2は、その制御の一例を示すタイミングチャートであり、まず、作像が開始されると、給紙制御部から作像開始の信号12が送られてきて、CPU8は装置が作像状態であることを認識する。作像期間中CPU8は、制御周期T1時間ごとに、上記した制御を行う。すなわち、サーミスタ9とサーミスタ10により温度を測定し、トライアック4,5にドライバ6,7を介して制御信号を送り、ヒータ2,3の通電を制御して定着ローラ1の表面温度が所定の温度になるように、PID制御により次の制御周期間のヒータ2とヒータ3の通電時間を決定する。図2の例では、作像期間中において3周期連続して、ヒータ2とヒータ3の両方とも制御周期T1の70%の時間が通電時間になった場合を示している。このとき、ヒータ2は周期の開始時から通電を開始し、0.7T1時間経過後に通電を停止しているが、ヒータ3は周期が開始されてから0.3T1後に通電を開始し、周期が終了する時に通電を終了している。
【0015】
次に、作像が終了すると、給紙制御部から作像終了の信号12が送られてきて、CPU8は装置が予熱状態であることを認識する。予熱期間中CPUは、作像期間中とは制御周期時間を切替え、T1の3倍時間に相当するT2時間ごとに、定着ローラ1の温度が所定の温度になるように、PID制御により次の制御周期間のヒータ2とヒータ3の通電時間を決定する。この予熱期間中は、図2の例ではヒータ2とヒータ3の両方とも制御周期T2の20%の時間が通電時間になった場合を示している。このときも、ヒータ2は周期の開始時から通電を開始し、0.2T2時間経過後に通電を停止し、ヒータ3は、周期が開始してから0.8T2後に通電を開始し、周期が終了する時に通電が終了する。
【0016】
また、ヒータ2とヒータ3の通電時に流れる電流の和である、定着装置の消費電流も図2に示している。I1は、ヒータ2に流れる電流で、I3はヒータ3に流れる電流を示し、そして、I2はヒータ2とヒータ3の両方に流れる電流の和、すなわち、I1とI3の和である。また、dI1は、加熱電流の消費電流がI3からI1に変わる時の電流変化量で、dI2は、加熱電流の消費電流がI1からI2に変わる時の電流変化量を示し、dI3は、加熱電流の消費電流がI2からI3に変わる時の電流変化量を示している。予熱期間中、1制御周期時間、すなわちT2時間は3×T1時間であり、その消費電流の変化は、dI1とdI2とdI3がそれぞれ1回ずつ発生に押さえられている。
【0017】
図3は、A5サイズの記録材を縦方向に使う場合の作像期間の場合である。この記録材は、ヒータ2の加熱領域内を通紙されるものとし、よって、ヒータ2は記録材に熱を供給しているが、ヒータ3は記録材に熱を供給していない。この場合において、作像時であるので、当初はヒータ2とヒータ3の両方とも制御周期T1で制御されるが、記録材に熱を供給しないヒータ3は制御周期時間に対する通電時間の割合である通電率が予熱状態と同じく小さな値を取り続け、ヒータ2だけが作像状態の大きい通電率で通電される。そして、ヒータ3の通電率が小さく安定していることをCPU8が検知すると、ヒータ3だけの制御周期をT1からT2に切り替える。この切り替えは、制御周期T1においてヒータ3の通電が複数回、例えば、3回続けて小さいことをCPU8が検知すると、ヒータ3だけの制御周期T2にする。この切り替え後は、T2時間が3×T1時間なので、消費電流の変化は、dI1が1回、dI2が1回、dI3が5回と、その発生数が抑えられる。
【0018】
図4に示すタイミングチャートも、図3と同様に、A5サイズの記録材を縦方向に使う場合の作像期間の場合である。この場合、記録材の幅が小さいことを、給紙トレイ選択信号と給紙トレイのサイズ方向設定情報より判断することができるものとし、最初から制御周期をヒータ2は制御周期T1に、ヒータ3は制御周期T2で制御を行う。したがって、T2時間すなわち3×T1時間での消費電流の変化は、最初からdI1が1回、dI2が1回、dI3が5回の発生数に抑えられる。
【0019】
図5は、作像期間も予熱期間も制御周期T1で、複数の加熱手段への通電を制御する従来技術の場合であり、本発明の図2と同じく、ヒータ2とヒータ3の両方とも予熱期間は制御周期の20%の時間が通電時間になった場合を示している。消費電流の変化は、1制御周期内であるT1時間でdI1とdI2とdI3がそれぞれ1回ずつ発生する。したがってT1時間の3倍のT2時間での消費電流変化は、dI1とdI2とdI3がそれぞれ3回ずつ発生する。
【0020】
予熱期間でヒータ2とヒータ3の両方とも制御周期の20%の時間が通電時間になった場合のT2(=3×T1)時間の電流変化量と回数を、図2の本発明と図5の従来技術とを比べた結果を表1に示す。
【0021】
【表1】
この表1から明らかなように、本発明は従来技術に比べ、電流変化の回数を減らすことができる。よって、装置電源への低周波の妨害である電圧変動を小さくすることができる。
【0022】
また、図6は、複数のグループの加熱手段への通電を同じ周期で制御する従来技術の場合であり、本発明の図3と図4と同じくA5サイズの記録材の作像期間を示し、ヒータ2は制御周期の70%が通電時間になり、ヒータ3は20%が通電時間になった場合を示している。消費電流の変化は、1制御周期内であるT1時間でdI1とdI2とdI3がそれぞれ1回ずつ発生する。したがってT1時間の3倍のT2時間での消費電流変化は、dI1とdI2とdI3がそれぞれ3回ずつ発生する。
【0023】
このヒータ2が制御周期の70%の時間通電し、ヒータ3が制御周期の20%の時間通電する場合、本発明の図3切り替え後図4の案と図6の従来技術で実施した場合で、T2(=3×T1)時間の電流変化量と回数を比べた結果を表2に示す。
【0024】
【表2】
表2から明らかなように、 本発明を用いると従来技術の時に比べ、電流変化の回数を減らすことができる。
【0025】
なお、本発明は上記実施形態において、2個のグループとも加熱手段をヒータ2とヒータ3は1本ずつのハロゲンヒータで構成しているが、各グループとも2本ずつなど複数のハロゲンヒータで構成しても良い。また、本発明は通電の開始時と終了時に制御周期時間に比べ十分短い時間だけ電気ヒータをオフさせるときに、一旦交流電源から電気ヒータへの通電角を0°より大きく、180°より小さく制御してから、通電角を0°にする位相角制御を、併せて実施して消費電流の変化を小さくすれば、さらに電源への電圧変動妨害を小さくすることが可能である。
【0027】
【発明の効果】
請求項1の装置においては、作像時に通電率の変化が小さいことを複数検知するとそのヒータのグループの通電制御周期を長く切り替えることにより、電源から加熱手段に供給する電流の変動発生回数を小さくすることにより、装置の電源への低周波の妨害である電圧変動を小さくすることができる。
【0028】
請求項2の装置においては、作像時に記録材のサイズから加熱に使われないことが判明したヒータのグループの通電制御周期を長く切り替えることにより、電源から加熱手段に供給する電流の変動発生回数を小さくすることにより、装置の電源への低周波の妨害である電圧変動を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る定着装置の定着ローラおよびその制御系を示す概略図である。
【図2】本発明における2個のヒータへの通電制御の一例とその制御による定着装置の消費電流の関係を示すグラフである。
【図3】本発明における2個のヒータへの通電制御の他の例とその制御による定着装置の消費電流の関係を示すグラフである。
【図4】本発明における2個のヒータへの通電制御のさらに他の例とその制御による定着装置の消費電流の関係を示すグラフである。
【図5】従来のヒータへの通電制御とその制御による定着装置の消費電流の関係を示すグラフである。
【図6】従来のヒータへの他の通電制御とその制御による定着装置の消費電流の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 定着ローラ
2,3 ヒータ
4,5 トライアック
8 CPU
9,10 サーミスタ
Claims (3)
- 加熱手段を備え、記録材上の未定着像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、
前記加熱手段が通紙される記録材の幅方向において複数個のグループに分けられており、
該複数個のグループに分けられた加熱手段によってそれぞれ加熱する前記定着手段の表面温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
前記加熱手段に対し選択的に電力を供給する通電手段と、
前記加熱手段を作像時の第1の周期時間と該第1の周期時間より長い予熱時の第2の周期時間との間で切り替え制御を行い、かつ、前記温度検出手段が検出した温度に応じた周期時間内における通電時間を決定して前記通電手段からの前記加熱手段へのグループ毎の供給電力を制御する制御手段とを設け、
該制御手段は、作像時において前記加熱手段のすべてのグループに対して前記第1の周期時間を用いて供給電力を制御するとともに、前記第1の周期時間に対する通電時間の割合である作像時の通電率が前記第2の周期時間に対する通電時間の割合である予熱時の通電率と同じ値を取ることが第1の周期時間の複数回分続いたグループの周期を前記第1の周期時間から前記第2の周期時間に切り替えることを特徴とする画像形成装置。 - 加熱手段を備え、記録材上の未定着像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、
前記加熱手段が通紙される記録材の幅方向において複数個のグループに分けられており、
該複数個のグループに分けられた加熱手段によってそれぞれ加熱する前記定着手段の表面温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
前記加熱手段に対し選択的に電力を供給する通電手段と、
前記加熱手段を作像時の第1の周期時間と該第1の周期時間より長い予熱時の第2の周期時間との間で切り替え制御を行い、かつ、前記温度検出手段が検出した温度に応じた周期時間内における通電時間を決定して前記通電手段からの前記加熱手段へのグループ毎の供給電力を制御する制御手段と、
作像時に通紙される記録材のサイズを検出する検出手段とを設け、
前記制御手段は、予熱時において前記加熱手段のすべてのグループに対して前記第2の周期時間を用いて供給電力を制御するとともに、作像時において前記検出したサイズから前記加熱手段が加熱するグループを決定し、かつ、その決定した加熱するグループを前記第1の周期時間を用い、それ以外のグループは前記第2の周期時間を用いて制御することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1または2に記載の画像形成装置において、
前記制御手段の加熱手段の制御に位相角制御を実施することを特徴とする画像形成装置。
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