JP6318927B2

JP6318927B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP6318927B2
Application number: JP2014141275A
Authority: JP
Inventors: 誠一切久保; 昌弘神谷; 山本　豊; 豊山本; 信宏松尾; 誠島添
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-07-09
Also published as: JP2016018100A

Description

この発明は、例えば定着装置の加熱ローラ等の被加熱体を加熱するハロゲンヒータを備えた画像形成装置に関する。

上記のようなハロゲンヒータを備えた画像形成装置において、ハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御して連続通電制御する技術が提案されている。このようなハロゲンヒータとして、例えばウォームアップ時間を短縮するためにハロゲンヒータの定格電力が画像形成時には半分で十分となる大容量のものが用いられる場合、被加熱体を一定範囲内で温度制御するには点灯と消灯を繰り返す必要があるが、ＰＷＭ制御方式では通電量を制御できるため、必要な分のみの熱量を被加熱体に供給できることから点灯と消灯を繰り返す必要がなく、フリッカまたは高調波の問題が発生しないという利点がある。

またハロゲンヒータは以下に記述するハロゲンサイクルと呼ばれる作用により耐久性を維持している。

すなわち、点灯中の高温のタングステンフィラメントから蒸発したタングステンはハロゲンガスと反応し、タングステンとハロゲンとの化合物（以下、タングステン−ハロゲン化合物と呼ぶ）が生成される。タングステン−ハロゲン化合物は、約２５０℃から１４００℃でその状態を維持する。したがって、バルブが２５０℃程度以上であればバルブ内壁に付着することはなく、黒化（劣化）も起こらない。このタングステン−ハロゲン化合物は、熱対流によってフィラメント付近に運ばれると高温のために再びタングステンとハロゲンとに分解され、タングステンはフィラメントに再生し、自由になったハロゲンは再び次の反応を繰り返す。

しかしハロゲンヒータをＰＷＭ制御する場合、ハロゲンヒータの定格電力に対して低い電力量で点灯するとバルブの温度が低下することによってハロゲンサイクルが正常に作用せず、著しく耐久性が悪化するという課題があった。

図１１は一般的なハロゲンヒータの相対寿命とバルブ温度の関係を表したグラフである。バルブ温度２５０℃を変曲点として、バルブ温度が２５０℃未満になると著しく相対寿命が低下する特性を持っていることを示している。

特許文献１には、ハロゲンヒータに供給する電力をＰＷＭ制御する場合に、ハロゲンヒータの点灯時のデューティ比（点灯デューティ比とも記す）があるー定の下限値以下とならないように制御するものが提案されている。

特開２００９−６９３７１号公報

しかし、被加熱体を一定定範囲の温度に調整しようとすると、特許文献１に記載された、デューティ比がー定の下限値以下にならないように制御することが、制約となってしまうという課題があった。

これを図１２を用いて説明する。図１２において、縦軸は被加熱体の温度、横軸は経過時間を示している。また被加熱体の目標温度範囲を点線で示す。横軸の下側には被加熱体の温度を目標温度範囲内に収めるために制御されるハロゲンヒータの点灯デューティ比を示している。ハロゲンサイクルが作用しない点灯デューティ比は、ヒータによってまたは容量によって違いがあるが、本例では２５％以上でハロゲンサイクルが作用し、２５％未満では作用しないと仮定する。また被加熱体の温度は十分に発熱しているためハロゲンヒータの点灯デューティ比が２５％において被加熱体の温度が上昇すると仮定する。

上記の様な場合において、被加熱体の温度上昇を抑制し一定範囲の温度で制御するためには、点灯デューティ比を２５％未満に設定することが必要となる場合があるが、特許文献１で提案されている制御では、点灯デューティ比を２５％未満に設定する事ができないため、被加熱体の温度が上昇してしまう。つまりハロゲンヒータの耐久性維持と、被加熱体を一定範囲の温度に制御することとを両立できなかった。

また、図１３で示す様に被加熱体の温度を低下させる手段として、ハロゲンヒータの通電を遮断することが考えられるが、この場合は、点灯と消灯を繰り返す制御方式となるためフリッカーまたは高調波が顕著になるという問題が発生する。

この発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、被加熱体を加熱するハロゲンヒーターの点灯時のデューティ比を一定の下限値以上確保してハロゲンヒータの耐久性を維持しつつ、被加熱体の温度を一定範囲に調整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する。

上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）ハロゲンヒータと、前記ハロゲンヒータによって加熱される被加熱体と、前記被加熱体の温度を検知する温度検知手段と、前記ハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御するとともに、デューティ比を大きくして前記ハロゲンヒータの温度を上昇させ、デューティ比を小さくして前記ハロゲンヒータの温度を下降させることにより、前記温度検知手段によって検知される前記被加熱体の温度を制御する温度制御手段と、前記被加熱体を冷却するファンと、前記ファンを駆動制御するファン駆動制御手段と、を備え、前記温度制御手段が前記ハロゲンヒータのデューティ比を小さくして、ハロゲンヒータの温度を低下させるときに、前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合は、前記ファン駆動制御手段は前記ファンを駆動するか、もしくは風量を増加させ、前記温度制御手段が前記デューティ比を予め設定された下限値よりも大きくした場合は、前記ファン駆動制御手段は前記ファンの駆動を停止するか、もしくは風量を減少させることを特徴とする画像形成装置。
（２）ハロゲンヒータと、前記ハロゲンヒータによって加熱される被加熱体と、前記被加熱体の温度を検知する温度検知手段と、前記ハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御するとともに、デューティ比を大きくして前記ハロゲンヒータの温度を上昇させ、デューティ比を小さくして前記ハロゲンヒータの温度を下降させることにより、前記温度検知手段によって検知される前記被加熱体の温度を制御する温度制御手段と、前記被加熱体に対向配置され、被加熱体に圧接・離間可能な対向体と、前記対向体を前記被加熱体に圧接させまたは離間させる対向体駆動制御手段と、を備え、前記温度制御手段が前記ハロゲンヒータのデューティ比を小さくして、ハロゲンヒータの温度を低下させるときに、前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合は、前記対向体駆動制御手段は前記対向体を前記被加熱体に圧接させ、前記温度制御手段が前記デューティ比を予め設定された下限値よりも大きくした場合は、前記対向体駆動制御手段は前記対向体を前記被加熱体から離間させることを特徴とする画像形成装置。
（３）ハロゲンヒータと、前記ハロゲンヒータによって加熱される被加熱体と、前記被加熱体の温度を検知する温度検知手段と、前記ハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御するとともに、デューティ比を大きくして前記ハロゲンヒータの温度を上昇させ、デューティ比を小さくして前記ハロゲンヒータの温度を下降させることにより、前記温度検知手段によって検知される前記被加熱体の温度を制御する温度制御手段と、前記被加熱体を冷却するファンと、前記ファンを駆動制御するファン駆動制御手段と、前記被加熱体に対向配置され、被加熱体に圧接・離間可能な対向体と、前記対向体を前記被加熱体に圧接させまたは離間させる対向体駆動制御手段と、を備え、前記温度制御手段が前記ハロゲンヒータのデューティ比を小さくして、ハロゲンヒータの温度を低下させるときに、前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合は、前記ファン駆動制御手段による前記ファンの駆動もしくは風量増加と、前記対向体駆動制御手段による前記対向体の前記被加熱体への圧接とを、段階的にもしくは同時に実施し、前記温度制御手段が前記デューティ比を予め設定された下限値よりも大きくした場合は、前記ファン駆動制御手段による前記ファンの駆動停止もしくは風量減少と、前記対向体駆動制御手段による前記対向体の前記被加熱体からの離間とを、段階的にもしくは同時に実施することを特徴とする画像形成装置。
（４）前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合の前記ファン駆動制御手段による制御は、装置の待機モードで行われる前項１に記載の画像形成装置。
（５）前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合の前記対向体駆動制御手段による制御は、装置の待機モードで行われる前項２に記載の画像形成装置。
（６）前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合の前記ファン駆動制御手段及び前記対向体駆動制御手段による制御は、装置の待機モードで行われる前項３に記載の画像形成装置。
（７）前記予め設定されたデューティ比の下限値は、ハロゲンヒータのバルブ温度と相対寿命の変曲点に基づき決定される前項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置。

前項（１）に記載の発明によれば、被加熱体を加熱するハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御する場合において、デューティ比を小さくしてハロゲンヒータの温度を低下させるときに、デューティ比が予め設定された下限値に達した場合は、被加熱体を冷却する冷却ファンが駆動され、もしくはファンの風量が増加するから、デューティ比を下げなくても冷却ファンによって被加熱体の温度を低下させることができる。一方、デューティ比が予め設定された下限値よりも大きくなった場合は、被加熱体の温度を上昇させる必要があるときであるから、ファンの駆動を停止するか風量を減少させて、被加熱体の温度低下を防止する。

このような制御により、被加熱体を加熱するハロゲンヒーターの点灯時のデューティ比を一定の下限値以上確保してハロゲンヒータの耐久性を維持しつつ、被加熱体の温度を一定範囲に調整することができる。

前項（２）に記載の発明によれば、被加熱体を加熱するハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御する場合において、デューティ比を小さくしてハロゲンヒータの温度を低下させるときに、デューティ比が予め設定された下限値に達した場合は、被加熱体に対向配置され、被加熱体に圧接・離間可能な対向体が駆動されて被加熱体に圧接され、被加熱体の温度が低下するから、デューティ比を下げなくても対向体によって被加熱体の温度を低下させることができる。一方、デューティ比が予め設定された下限値よりも大きくなった場合は、被加熱体の温度を上昇させる必要があるときであるから、対向体を被加熱体から離間させて、被加熱体の温度低下を防止する。

前項（３）に記載の発明によれば、被加熱体を加熱するハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御する場合において、デューティ比を小さくしてハロゲンヒータの温度を低下させるときに、デューティ比が予め設定された下限値に達した場合は、ファンの駆動もしくは風量増加と対向体の被加熱体への圧接とを、段階的にもしくは同時に実施することで、被加熱体の温度が低下するから、デューティ比を下げなくてもファンや対向体によって被加熱体の温度を低下させることができる。一方、デューティ比が予め設定された下限値よりも大きくなった場合は、被加熱体の温度を上昇させる必要があるときであるから、ファンの駆動停止もしくは風量減少と対向体の被加熱体からの離間とを、段階的にもしくは同時に実施して、被加熱体の温度低下を防止する。

前項（７）に記載の発明によれば、予め設定されたデューティ比の下限値は、ハロゲンヒータのバルブ温度と相対寿命の変曲点に基づき決定されるから、使用されるハロゲンヒータのハロゲンサイクルを正常に作用させることができ、耐久性の悪化を確実に防止することができる。

前項（４）〜（６）に記載の発明によれば、被加熱体の温度を一定範囲に調整する必要のある装置の待機モードにおいて、ハロゲンヒータの耐久性の悪化を防止できる。

ハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路の一例を示す図である。ハロゲンヒータに供給される電流の波形である。バルブ温度とハロゲンヒータの点灯時のデューティ比の関係を示す図である。画像形成装置における定着器の断面図である。図１の制御回路により行われる制御の一例を示す図である。図５に示した制御を行う場合の制御部の動作を示すフローチャートである。図１の制御回路により行われる制御の他の例を示す図である。図７に示した制御を行う場合の制御部の動作を示すフローチャートである。図１の制御回路により行われる制御のさらに他の例を示す図である。図９に示した制御を行う場合の制御部１４の動作を示すフローチャートである。一般的なハロゲンヒータの相対寿命とバルブ温度の関係を表したグラフである。被加熱体の温度と経過時間の関係を示すグラフである。被加熱体の温度を低下させる手段としてハロゲンヒータの通電を遮断する場合の、被加熱体の温度と経過時間の関係を示すグラフである。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、ハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路の一例を示す図である。この実施形態では、ハロゲンヒータは画像形成装置の定着装置に用いられている。

図１において、符号１は交流電源であり、この交流電源１は整流器２に接続されて、整流器２の出力側に接続されたコンデンサ４、５及びコイル３で構成されるノイズフィルタを介して、高周波チョッパー回路に接続されている。高周波チョッパー回路は、コイル６、スイッチング素子である絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１１、回生ダイオード１２等からなり、画像形成装置における定着装置の定着ヒータとしての負荷であるハロゲンヒータ７が、コイル６と絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴともいう）１１の間に直列に接続されている。

ＩＧＢＴ１１がオフ状態に制御されている場合にコイル６に溜まった磁気エネルギーを回生電流として流す回生ダイオード１２のカソード側が、コイル３とコイル６間に接続され、アノード側がハロゲンヒータ７とＩＧＢＴ１１の間に接続されている。

ＩＧＢＴ１１のコレクタ端子にはハロゲンヒータ７が、エミッタ端子には整流器２の出力側が、ゲート端子にはＩＧＢＴ駆動回路１３が、それぞれ接続されている。

図１において、符号８は被加熱体、符号９は対向体、符号１０は被加熱体８の温度を検知するセンサ、符号１５は対向体９を被加熱体８に対して接離自在に駆動するモータ、１６は被加熱体８を冷却する冷却ファン、符号１４はセンサ１０により検知した被加熱体８の温度が一定範囲となるように、ＩＧＢＴ駆動回路１３を制御し、さらには冷却ファン１６及び対向体９を駆動制御する制御部である。制御部１４による制御内容については後述する。なお、１つの制御部１４ではなく、ＩＧＢＴ駆動回路１３、冷却ファン１６及び対向体９を個別に制御する制御部をそれぞれ設けても良い。

次に、図１に示したＰＷＭ制御回路の動作について説明する。交流電源１の出力は、整流器２に供給されて全波整流される。整流器２の出力は、コンデンサ４、５およびコイル３で構成されるノイズフィルタに入力されてノイズが除去される。このノイズフィルタのコンデンサ４、５は、ＩＧＢＴ１１を流れるパルス電流の高い周波数のノイズが交流電源１側に漏れるのを防止する目的で配置されたものである。ハロゲンヒータ７に電力を供給する際は、制御部１４からハロゲンヒータ７を点灯（オン）させるＰＭＷ信号がＩＧＢＴ駆動回路１１に入力される。

ＩＧＢＴ駆動回路１１は、制御部１４から受けたＰＷＭ信号の周波数とデューティ比に従ってＩＧＢＴ１１をオフオンする駆動信号を生成する。ＩＧＢＴ１１は交流電源１の周波数よりもはるかに高い動作周波数（たとえば２０ｋＨｚ）で駆動される。

ＩＧＢＴ１１がオンした時には、コイル６とハロゲンヒータ７にＩＧＢＴ１１を介して整流器２で全波整流された電流が流れる。コイル６は流れた電流の一部を磁気エネルギーとして蓄える特性を持っている。ＩＧＢＴ１１が消灯（オフ）した時には、コイル６に蓄えられた磁気エネルギーが電流として放出されてハロゲンヒータ７に流れ始め、回生ダイオード１２を介して再びコイル６に戻される。

前述の動作をすることにより、ハロゲンヒータ７に供給される電流は、図２に示されるように正弦波に近い電流波形が得られ、力率が向上して高周波電流が低減されている。また、ハロゲンヒータ７の入力電流は、ＩＧＢＴ１１の駆動信号のデューティ比を増減することにより制御できるので、消費電力もデューティ比の調整により精度良く制御でき、消費電力を精度良く制御できることにより、定着部の温度リップルについても低減することが可能となる。なお、定着部の温度リップルを低減させることにより、カラープリントなどの発色を安定させることが可能となるなどの効果がある。

画像形成装置において、ハロゲンヒータ７は、この実施形態のように、記録媒体にトナーを定着させるための定着器に具備されている。定着器は記録媒体に載ったトナーを熱と圧力により溶解して定着させるものである。よって定着器には熱源を搭載されるのが一般的であり、熱源としてハロゲンヒータが用いられる。

ハロゲンヒータ７の耐久性劣化は画像形成装置の画質に悪影響が出る為、ハロゲンサイクルが作用する範囲で使用して、ハロゲンヒータの耐久性を維持する必要がある。

そこで、この実施形態では、ハロゲンサイクルを作用させるために、ＩＧＢＴ１１の駆動信号のデューティ比を予め設定された下限値以上で維持する。下限値は、ハロゲンヒータ７のバルブ温度と相対寿命の変曲点から求められる。図１１に示したように、バルブ温度が２５０℃未満の場合、著しく相対寿命が低下する特性を持っているため、バルブ温度とハロゲンヒータの点灯時のデューティ比の関係を表した図３に示すように、バルブ温度が２５０℃となるハロゲンヒータ７の点灯時のデューティ比の下限値を導き出す事ができる。ハロゲンヒータ７の容量や特性によって違いがあるが、本実施形態ではデューティ比が２５％以上ではハロゲンサイクルが作用し、２５％未満では作用しないものとする。

図４は、画像形成装置において記録媒体にトナーを定着させるための定着器の断面図である。ハロゲンヒータ７は加熱ローラからなる被加熱体８の内部に配置されているが、被加熱体８の外部に配置されていても良い。被加熱体８の温度を検知する温度センサ１０が近傍に配置されている。被加熱体８の近傍には被加熱体８を冷却するための冷却ファン１６が配置されている。

また、被加熱体８に対向して対向体９が配置されている。この対向体９は圧接離間機構１７に連結され、この圧接離間機構１７はモータ１５の動作によって被加熱体８の接近方向と離間方向に駆動されるようになっている。そして、圧接離間機構１７が被加熱体８の接近方向に駆動されたときは、対向体９は図４（Ｂ）に示すように、被加熱体８に対して圧接状態となり、圧接離間機構１７が被加熱体８から離間する方向に駆動されたときは、対向体９は図４（Ａ）に示すように、被加熱体８に対して離間状態となり、圧接状態と離間状態とが切り替わるようになっている。対向体９が加熱された被加熱体８に圧接すると、被加熱体８の熱容量が増大して被加熱体の温度が低下し、対向体９が離間すると被加熱体８の温度低下が抑制されるものとなっている。

図５は、図１の制御回路により行われる制御の一例を示す図である。この例はファン１６を駆動させる例である。

縦軸は被加熱体８の温度、横軸は経過時間を示している。また被加熱体８の目標温度範囲（この例では１３０℃〜１４０℃）を点線で示す。横軸の下側には、センサ１０によって検知される被加熱体８の温度を、目標温度範囲内に収めるために制御されるハロゲンヒータのデューティ比及び、バルブ温度と相対寿命の変曲点から求まるデューティ比の下限値（この例では２５％）か下限値よりも大きいかを判定した結果が示されており、またファン１６が駆動状態か停止状態かも示されている。

図５において、ハロゲンヒータ７を例えばデューティ比３０％で起動して被加熱体８の温度を目標温度範囲に上昇させ、目標温度範囲内に達するとデューティ比２７％に低下させる。この状態ではファン１６は駆動させない。

被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限値に達すると、デューティ比を低下させてハロゲンヒータ７の温度ひいては被加熱体８の温度を下げるが、ハロゲンサイクルを作用させるためデューティ比を２５％未満にできないので、デューティ比を２５％まで低下させたのちは２５％を維持し、ファン１６を駆動して被加熱体８の温度を低下させる。被加熱体８の温度低下が十分でない場合は、ファン１６の風量を増加する。

被加熱体８の温度が目標温度範囲の下限値まで低下すると、ファン１６を停止しまたは風量を減少させるとともに、ハロゲンヒータ７に対するデューティ比を例えば２７％に上昇させて、被加熱体８の温度を上昇させる。以後、上記の制御を繰り返す。

このように、被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限値に達すると、デューティ比を下げ、デューティ比が２５％まで低下すると、ファン１６を駆動するとともに、必要に応じて風量を増加して被加熱体８の温度を低下させ、被加熱体８の温度が目標温度範囲の下限値に達すると、ファン１６を停止しまたは風量を減少させるとともに、デューティ比を２５％より大きくして、被加熱体８の温度を上昇させるから、ハロゲンヒータ７に対するデューティ比をバルブ温度と相対寿命の変曲点から求まる下限値以上に維持してハロゲンサイクルを作用させハロゲンヒータ７の劣化を防止しながら、加熱体８の温度を一定の温度範囲に調整することができる。このため、ハロゲンヒータ７の耐久性を長期にわたって保ちながら、被加熱体８の温度調整を行うことができる。

図６は、図５に示した制御を行う場合の制御部１４の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ０１では、ファン１６を停止状態とし、ステップＳ０２でハロゲンヒーター７を作動させ、ステップＳ０３で、被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限かどうかを判断する。

上限であれば（ステップＳ０３でＹＥＳ）、ステップＳ０４で、デューティ比を下げられるかどうか、換言すればバルブ温度と相対寿命の変曲点から求まる下限値まで余裕があるかどうかを調べる。デューティ比を下げられれば（ステップＳ０４でＹＥＳ）、ステップＳ０５でデューティ比を下げ、ステップＳ０２に戻る。デューティ比を下げることができなければ（ステップＳ０４でＮＯ）、ステップＳ０６でファン１６を駆動したのち、ステップＳ０２に戻る。なお、さらに被加熱体８の温度低下が必要な場合は、ファン１６の風量を増加させる。

ステップＳ０３で、被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限でなければ（ステップＳ０３でＮＯ）、ステップＳ０７で、被加熱体８の温度が目標温度範囲の下限かどうかを判断する。下限でなければ（ステップＳ０７でＮＯ）、ステップＳ０２に戻る。下限であれば（ステップＳ０７でＹＥＳ）、ステップＳ０８でファン１６を停止しあるいは風量を減少し、ステップＳ０９でデューティ比を上げてステップＳ０２に戻る。

図７は、図１の制御回路により行われる制御の他の例を示す図である。この例は対向体９を接離駆動させる例である。

縦軸は被加熱体８の温度、横軸は経過時間を示している。また被加熱体８の目標温度範囲（この例では１３０℃〜１４０℃）を点線で示す。横軸の下側には、センサ１０によって検知される被加熱体８の温度を、目標温度範囲内に収めるために制御されるハロゲンヒータのデューティ比及び、バルブ温度と相対寿命の変曲点から求まるデューティ比の下限値（この例では２５％）か下限値よりも大きいかを判定した結果が示されており、また対向体９が被加熱体８に圧接しているか離間しているかも示されている。

図７において、ハロゲンヒータ７を例えばデューティ比３０％で起動して被加熱体８の温度を目標温度範囲に上昇させ、目標温度範囲内に達するとデューティ比２７％に低下させる。この段階では対向体９は駆動させない。

被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限値に達すると、デューティ比を低下させてハロゲンヒータ７の温度ひいては被加熱体８の温度を下げるが、ハロゲンサイクルを作用させるためデューティ比を２５％未満にできないので、デューティ比を２５％まで低下させたのちは２５％を維持し、対向体９を駆動して被加熱体８に圧接させ、被加熱体８の温度を低下させる。

被加熱体８の温度が目標温度範囲の下限値まで低下すると、対向体９を駆動して被加熱体８から離間させるとともに、ハロゲンヒータ７に対するデューティ比を例えば２７％に上昇させて、被加熱体８の温度を上昇させる。以後、上記の制御を繰り返す。

このように、被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限値に達すると、デューティ比を下げ、デューティ比が２５％まで低下すると、対向体９を被加熱体８に圧接させて被加熱体８の温度を低下させ、被加熱体８の温度が目標温度範囲の下限値に達すると、対向体９を被加熱体８から離間させるとともに、デューティ比を２５％より大きくして、被加熱体８の温度を上昇させるから、ハロゲンヒータ７に対するデューティ比をバルブ温度と相対寿命の変曲点から求まる下限値以上に維持してハロゲンサイクルを作用させ、ハロゲンヒータ７の劣化を防止しながら、加熱体８の温度を一定の温度範囲に調整することができる。このため、ハロゲンヒータ７の耐久性を長期にわたって保ちながら、被加熱体８の温度調整を行うことができる。

図８は、図７に示した制御を行う場合の制御部１４の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１１では、対向体９を被加熱体８から離間させた状態とし、ステップＳ１２でハロゲンヒーター７を作動させ、ステップＳ１３で、被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限かどうかを判断する。

上限であれば（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１４で、デューティ比を下げられるかどうか、換言すればバルブ温度と相対寿命の変曲点から求まる下限値まで余裕があるかどうかを調べる。デューティ比を下げられれば（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１５でデューティ比を下げ、ステップＳ１２に戻る。デューティ比を下げることができなければ（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１６で対向体９を被加熱体８に圧接させたのち、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１３で、被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限でなければ（ステップＳ１３でＮＯ）、ステップＳ１７で、被加熱体８の温度が目標温度範囲の下限かどうかを判断する。下限でなければ（ステップＳ１７でＮＯ）、ステップＳ１２に戻る。下限であれば（ステップＳ１７でＹＥＳ）、ステップＳ１８で対向体９を被加熱体８から離間させ、ステップＳ１９でデューティ比を上げてステップＳ１２に戻る。

図９は、図１の制御回路により行われる制御のさらに他の例を示す図である。この例はファン１６と対向体９の両方を使用する例である。

縦軸は被加熱体８の温度、横軸は経過時間を示している。また被加熱体８の目標温度範囲（この例では１３０℃〜１４０℃）を点線で示す。横軸の下側には、センサ１０によって検知される被加熱体８の温度を、目標温度範囲内に収めるために制御されるハロゲンヒータのデューティ比及び、バルブ温度と相対寿命の変曲点から求まるデューティ比の下限値（この例では２５％）か下限値よりも大きいかを判定した結果が示されており、またファン１６が駆動状態か停止状態か、及び対向体９が被加熱体８に圧接しているか離間しているかも示されている。

図９において、ハロゲンヒータ７を例えばデューティ比３０％で起動して被加熱体８の温度を目標温度範囲に上昇させる。この段階ではファン１６及び対向体９は駆動させない。

被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限値に達すると、デューティ比を低下させてハロゲンヒータ７の温度ひいては被加熱体８の温度を下げるが、ハロゲンサイクルを作用させるためデューティ比を２５％未満にできないので、デューティ比を２５％まで低下させたのちは２５％を維持し、まずファン１６を駆動して被加熱体８の温度を低下させる。被加熱体８の温度低下が十分でない場合は、ファン１６の風量を増加する。

被加熱体８の温度が目標温度範囲の下限値に達する前に、対向体９を駆動して被加熱体８に圧接させ、被加熱体８の温度をさらに低下させる。

被加熱体８の温度が目標温度範囲の下限値まで低下すると、対向体９を駆動して被加熱体８から離間させるとともに、ハロゲンヒータ７に対するデューティ比を例えば２７％に上昇させて、被加熱体８の温度を上昇させる。

被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限値に達する前に、ファン１６を停止しまたは風量を減少させる。以後、上記の制御を繰り返す。

このように、被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限値に達すると、デューティ比を下げ、デューティ比が２５％まで低下すると、ファン１６を駆動するとともに、必要に応じて風量を増加し、その後さらに対向体９を被加熱体８に圧接させて被加熱体８の温度をさらに低下させる。被加熱体８の温度が目標温度範囲の下限値に達すると、対向体９を被加熱体８から離間させるとともに、デューティ比を２５％より大きくして、被加熱体８の温度を上昇させ、次いでファン１６を停止しまたは風量を減少させる。これにより、ハロゲンヒータ７に対するデューティ比をバルブ温度と相対寿命の変曲点から求まる下限値以上に維持してハロゲンサイクルを作用させ、ハロゲンヒータ７の劣化を防止しながら、加熱体８の温度を一定の温度範囲に調整することができる。このため、ハロゲンヒータ７の耐久性を長期にわたって保ちながら、被加熱体８の温度調整を行うことができる。

なお、ファン１６の駆動と対向体９の駆動を段階的に実施した例を示したが、ファン１６の駆動と対向体９の駆動は同時に行われても良い。また、対向体９を先に駆動し、その後にファン１６を駆動してもよい。

図１０は、図９に示した制御を行う場合の制御部１４の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ２１では、ファン１６を停止状態、対向体９を離間状態とし、ステップＳ２２でハロゲンヒーター７を作動させ、ステップＳ２３で、被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限かどうかを判断する。

上限であれば（ステップＳ２３でＹＥＳ）、ステップＳ２４で、デューティ比を下げられるかどうか、換言すればバルブ温度と相対寿命の変曲点から求まる下限値まで余裕があるかどうかを調べる。デューティ比を下げられれば（ステップＳ２４でＹＥＳ）、ステップＳ２５でデューティ比を下げ、ステップＳ２２に戻る。デューティ比を下げることができなければ（ステップＳ２４でＮＯ）、ステップＳ２６でファン１６を駆動し、対向体９を被加熱体８に圧接させたのち、ステップＳ０２に戻る。なお、さらに被加熱体８の温度低下が必要な場合は、ファン１６の風量を増加させる。ファン１６の駆動、対向体９の圧接は同時的に行われても、段階的に行われても良い。

ステップＳ０３で、被加熱体８の温度が目標温度範囲の上限でなければ（ステップＳ２３でＮＯ）、ステップＳ２７で、被加熱体８の温度が目標温度範囲の下限かどうかを判断する。下限でなければ（ステップＳ２７でＮＯ）、ステップＳ２２に戻る。下限であれば（ステップＳ２７でＹＥＳ）、ステップＳ２８でファン１６を停止しあるいは風量を減少し、対向体９を被加熱体８から離間させ、ステップＳ２９でデューティ比を上げてステップＳ２２に戻る。ファン１６の停止、対向体９の離間は同時的に行われても、段階的に行われても良い。

この実施形態では、ファン１６や対向体９の駆動により、電力消費量の増加やファンまたは被加熱体と圧接する対向体９の消耗を招<恐れがある。しかし、本実施形態の制御は画像形成装置においては通常状態で頻繁に実施されるものではない。本実施形態の制御が実施されると想定されるのは、例えば、画像形成装置が待機モードであって画像形成装置が配置された環境温度が想定よりも高温である場合である。この様な想定外の使用環境であっても、フリッカーや高調波が悪化して電源供給源に悪影響を及ぼす事は避ける必要がある。またハロゲンサイクルが作用しない状況では、ハロゲンヒータ７の寿命への影響は顕著に表れ、最悪の場合はハロゲンヒータ７内のフィラメントが切れして画像形成装置の機能を失う事になることから、本実施形態の制御を行うことで、このような不都合を解消できる。

７ハロゲンヒータ
８被加熱体
９対向体
１０温度検知センサ
１４制御部
１５モータ
１６ファン

Claims

ハロゲンヒータと、
前記ハロゲンヒータによって加熱される被加熱体と、
前記被加熱体の温度を検知する温度検知手段と、
前記ハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御するとともに、デューティ比を大きくして前記ハロゲンヒータの温度を上昇させ、デューティ比を小さくして前記ハロゲンヒータの温度を下降させることにより、前記温度検知手段によって検知される前記被加熱体の温度を制御する温度制御手段と、
前記被加熱体を冷却するファンと、
前記ファンを駆動制御するファン駆動制御手段と、
を備え、
前記温度制御手段が前記ハロゲンヒータのデューティ比を小さくして、ハロゲンヒータの温度を低下させるときに、前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合は、前記ファン駆動制御手段は前記ファンを駆動するか、もしくは風量を増加させ、前記温度制御手段が前記デューティ比を予め設定された下限値よりも大きくした場合は、前記ファン駆動制御手段は前記ファンの駆動を停止するか、もしくは風量を減少させることを特徴とする画像形成装置。
ハロゲンヒータと、
前記ハロゲンヒータによって加熱される被加熱体と、
前記被加熱体の温度を検知する温度検知手段と、
前記ハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御するとともに、デューティ比を大きくして前記ハロゲンヒータの温度を上昇させ、デューティ比を小さくして前記ハロゲンヒータの温度を下降させることにより、前記温度検知手段によって検知される前記被加熱体の温度を制御する温度制御手段と、
前記被加熱体に対向配置され、被加熱体に圧接・離間可能な対向体と、
前記対向体を前記被加熱体に圧接させまたは離間させる対向体駆動制御手段と、
を備え、
前記温度制御手段が前記ハロゲンヒータのデューティ比を小さくして、ハロゲンヒータの温度を低下させるときに、前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合は、前記対向体駆動制御手段は前記対向体を前記被加熱体に圧接させ、前記温度制御手段が前記デューティ比を予め設定された下限値よりも大きくした場合は、前記対向体駆動制御手段は前記対向体を前記被加熱体から離間させることを特徴とする画像形成装置。
ハロゲンヒータと、
前記ハロゲンヒータによって加熱される被加熱体と、
前記被加熱体の温度を検知する温度検知手段と、
前記ハロゲンヒータに通電する電流をＰＷＭ制御するとともに、デューティ比を大きくして前記ハロゲンヒータの温度を上昇させ、デューティ比を小さくして前記ハロゲンヒータの温度を下降させることにより、前記温度検知手段によって検知される前記被加熱体の温度を制御する温度制御手段と、
前記被加熱体を冷却するファンと、
前記ファンを駆動制御するファン駆動制御手段と、
前記被加熱体に対向配置され、被加熱体に圧接・離間可能な対向体と、
前記対向体を前記被加熱体に圧接させまたは離間させる対向体駆動制御手段と、
を備え、
前記温度制御手段が前記ハロゲンヒータのデューティ比を小さくして、ハロゲンヒータの温度を低下させるときに、前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合は、前記ファン駆動制御手段による前記ファンの駆動もしくは風量増加と、前記対向体駆動制御手段による前記対向体の前記被加熱体への圧接とを、段階的にもしくは同時に実施し、
前記温度制御手段が前記デューティ比を予め設定された下限値よりも大きくした場合は、前記ファン駆動制御手段による前記ファンの駆動停止もしくは風量減少と、前記対向体駆動制御手段による前記対向体の前記被加熱体からの離間とを、段階的にもしくは同時に実施することを特徴とする画像形成装置。
前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合の前記ファン駆動制御手段による制御は、装置の待機モードで行われる請求項１に記載の画像形成装置。
前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合の前記対向体駆動制御手段による制御は、装置の待機モードで行われる請求項２に記載の画像形成装置。
前記デューティ比が予め設定された下限値に達した場合の前記ファン駆動制御手段及び前記対向体駆動制御手段による制御は、装置の待機モードで行われる請求項３に記載の画像形成装置。
前記予め設定されたデューティ比の下限値は、ハロゲンヒータのバルブ温度と相対寿命の変曲点に基づき決定される請求項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置。