JP6486117B2 - Image heating apparatus and heater used in image heating apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、複写機やプリンタ等の電子写真記録方式の画像形成装置に搭載する定着器、或いは記録材上の定着済みトナー画像を再度加熱することによりトナー画像の光沢度を向上させる光沢付与装置、等の像加熱装置に関する。また、この像加熱装置に用いられるヒータに関する。 The present invention relates to a fixing device mounted on an electrophotographic recording type image forming apparatus such as a copying machine or a printer, or a gloss applying device for improving the glossiness of a toner image by reheating a fixed toner image on a recording material. The present invention relates to an image heating apparatus. The present invention also relates to a heater used in the image heating apparatus.
像加熱装置として、エンドレスベルト(エンドレスフィルムとも言う)と、エンドレスベルトの内面に接触するヒータと、エンドレスベルトを介してヒータと共にニップ部を形成するローラと、を有する装置がある。この像加熱装置を搭載する画像形成装置で小サイズ紙を連続プリントすると、ニップ部長手方向において紙が通過しない領域の温度が徐々に上昇するという現象(非通紙部昇温)が発生する。非通紙部の温度が高くなり過ぎると、装置内の各パーツへダメージを与えたり、非通紙部昇温が生じている状態で大サイズ紙にプリントすると、小サイズ紙の非通紙部に相当する領域でトナーがエンドレスベルトに高温オフセットすることもある。 As an image heating apparatus, there is an apparatus having an endless belt (also referred to as an endless film), a heater that contacts an inner surface of the endless belt, and a roller that forms a nip portion with the heater via the endless belt. When small-size paper is continuously printed by an image forming apparatus equipped with this image heating device, a phenomenon (temperature increase of the non-sheet passing portion) occurs in which the temperature of the region where the paper does not pass in the longitudinal direction of the nip portion gradually increases. If the temperature of the non-sheet passing part becomes too high, the parts in the device will be damaged, or if printing on large size paper with the non-sheet passing part temperature rise, the non-sheet passing part of small size paper The toner may be offset to the endless belt at a high temperature in a region corresponding to.
この非通紙部昇温を抑制する手法の一つとして、ヒータ基板上の発熱体を正の抵抗温度特性を有する材質で形成する。そして、発熱体に対してヒータの短手方向(記録紙の搬送方向)に電流が流れるように(以後、搬送方向給電と称する)、二本の導電体を基板の短手方向の両端に配置することが考えられている(特許文献1)。非通紙部が昇温すると非通紙部の発熱体の抵抗値が昇温し、非通紙部の発熱体に流れる電流が抑制されることにより非通紙部の発熱を抑制するという発想である。正の抵抗温度特性は、温度が上がると抵抗値が上がる特性であり、以後PTC(Positive Temperature Coefficient)と称する。 As one method for suppressing the temperature rise of the non-sheet passing portion, the heating element on the heater substrate is formed of a material having a positive resistance temperature characteristic. Then, two conductors are arranged at both ends of the substrate in the short direction so that a current flows in the short direction of the heater (recording paper conveyance direction) with respect to the heating element (hereinafter referred to as conveyance direction power feeding). It is thought to do (patent document 1). The idea that when the temperature of the non-sheet-passing part rises, the resistance value of the heating element of the non-sheet-passing part increases, and the current flowing through the heating element of the non-sheet-passing part is suppressed, thereby suppressing the heat generation of the non-sheet passing part. It is. The positive resistance temperature characteristic is a characteristic in which the resistance value increases as the temperature increases, and is hereinafter referred to as PTC (Positive Temperature Coefficient).
しかしながら、このようなヒータでも、非通紙部に位置する発熱体にも電流が流れる。また、電力供給時に発生する高調波を抑えることも望まれる。 However, even with such a heater, a current also flows through the heating element located in the non-sheet passing portion. It is also desirable to suppress harmonics generated during power supply.
本発明は、非通紙部の昇温及び高調波を抑えられるヒータ及び像加熱装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the heater and image heating apparatus which can suppress the temperature rise and harmonics of a non-sheet passing part.
上述の課題を解決するための本発明は、エンドレスベルトと、基板と、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられている第1導電体と、前記基板に前記第1導電体とは前記基板の短手方向で異なる位置で前記長手方向に沿って設けられている第2導電体と、前記第1導電体と前記第2導電体の間に設けられており前記第1導電体と前記第2導電体を介して供給される電力により発熱する発熱体と、を有し、前記エンドレスベルトの内面に接触するヒータと、を有し、前記エンドレスベルトを介した前記ヒータの熱で記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、前記ヒータは、前記第1導電体と前記第2導電体と前記発熱体の組からなる独立制御可能な発熱ブロックを前記長手方向において複数有し、各々の前記発熱ブロックは、前記基板の短手方向において二つの発熱体を有し、一つの発熱ブロック中の前記二つの発熱体も独立制御可能となっており、各々の前記発熱ブロックの前記第1導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられており、各々の前記発熱ブロックの前記第2導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられた二つの前記第1導電体の間に設けられており、前記基板の短手方向において、各々の前記発熱ブロックの前記二つの発熱体の一方は、前記第2導電体と一方の前記第1導電体の間、他方は前記第2導電体と他方の前記第1導電体の間に設けられていることを特徴とする。 The present invention for solving the above-described problems includes an endless belt, a substrate, a first conductor provided on the substrate along a longitudinal direction of the substrate, and the first conductor on the substrate. A second conductor provided along the longitudinal direction at a different position in the short direction of the substrate; and the first conductor provided between the first conductor and the second conductor. A heating element that generates heat by electric power supplied via the second conductor, and a heater that contacts an inner surface of the endless belt, and recording with the heat of the heater via the endless belt In the image heating apparatus for heating an image formed on a material, the heater has a plurality of independently controllable heat generation blocks in the longitudinal direction, each of which includes a set of the first conductor, the second conductor, and the heat generator. And each of the fever blocks Has two heating elements in the lateral direction of the substrate, the two heating elements in one exothermic blocks also become possible independent control, each of the first conductor of the heating block The second conductors of each of the heat generating blocks are provided at the two ends of the substrate in the short direction, respectively, and the two first conductors are provided at both ends of the substrate in the short direction. One of the two heating elements of each of the heating blocks is between the second conductor and one of the first conductors, and the other is in the short direction of the substrate. It is provided between the second conductor and the other first conductor .
また、本発明は、基板と、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられている第1導電体と、前記基板に前記第1導電体とは前記基板の短手方向で異なる位置で前記長手方向に沿って設けられている第2導電体と、前記第1導電体と前記第2導電体の間に設けられており前記第1導電体と前記第2導電体を介して供給される電力により発熱する発熱体と、を有する像加熱装置に用いられるヒータにおいて、前記第1導電体と前記第2導電体と前記発熱体の組からなる独立制御可能な発熱ブロックを前記長手方向において複数有し、各々の前記発熱ブロックは、前記基板の短手方向において二つの発熱体を有し、一つの発熱ブロック中の前記二つの発熱体も独立制御可能となっており、各々の前記発熱ブロックの前記第1導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられており、各々の前記発熱ブロックの前記第2導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられた二つの前記第1導電体の間に設けられており、前記基板の短手方向において、各々の前記発熱ブロックの前記二つの発熱体の一方は、前記第2導電体と一方の前記第1導電体の間、他方は前記第2導電体と他方の前記第1導電体の間に設けられていることを特徴とする。 The present invention also provides a substrate, a first conductor provided on the substrate along the longitudinal direction of the substrate, and the first conductor on the substrate at a position different in the short direction of the substrate. A second conductor provided along the longitudinal direction, and provided between the first conductor and the second conductor, and supplied via the first conductor and the second conductor. In a heater used in an image heating device having a heating element that generates heat by electric power, an independently controllable heating block composed of a set of the first conductor, the second conductor, and the heating element is provided in the longitudinal direction. a plurality, each of the heating blocks, said has two heating elements in the lateral direction of the substrate, the two heating elements in one exothermic blocks also become possible independent control, each The first conductor of the heat generating block is the base. The second conductors of each of the heat generating blocks are provided between the two first conductors respectively provided at both ends of the substrate in the short direction. In the short direction of the substrate, one of the two heating elements of each of the heating blocks is between the second conductor and one of the first conductors, and the other is the second heating element. It is provided between the conductor and the other first conductor .
本発明によれば、ヒータの大型化を抑えつつ、非通紙部の昇温及び高調波を抑えられるヒータ及び像加熱装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heater and image heating apparatus which can suppress the temperature rise and harmonic of a non-sheet passing part can be provided, suppressing the enlargement of a heater.
(実施例1)
図1は電子写真記録技術を用いたレーザプリンタ(画像形成装置)100の断面図である。プリント信号が発生すると、画像情報に応じて変調されたレーザ光をスキャナユニット21が出射し、帯電ローラ16によって所定の極性に帯電された感光体19を走査する。これにより感光体19には静電潜像が形成される。この静電潜像に対して現像器17からトナーが供給され、感光体19上に画像情報に応じたトナー画像が形成される。一方、給紙カセット11に積載された記録材(記録紙)Pはピックアップローラ12によって一枚ずつ給紙され、ローラ13によってレジストローラ14に向けて搬送される。さらに記録材Pは、感光体19上のトナー画像が感光体19と転写ローラ20で形成される転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ14から転写位置へ搬送される。記録材Pが転写位置を通過する過程で感光体19上のトナー画像は記録材Pに転写される。その後、記録材Pは像加熱装置としての定着装置200で加熱されてトナー画像が記録材Pに加熱定着される。定着済みのトナー画像を担持する記録材Pは、ローラ26、27によってレーザプリンタ100上部のトレイに排出される。なお、18は感光体19を清掃するクリーナ、28は記録材Pのサイズに応じて幅調整可能な一対の記録材規制板を有する給紙トレイ(手差しトレイ)である。給紙トレイ28は定型サイズ以外のサイズの記録材Pにも対応するために設けられている。29は給紙トレイ28から記録材Pを給紙するピックアップローラ、30は定着装置200等を駆動するモータである。商用の交流電源401に接続された、制御回路400から、定着装置200へ電力供給している。上述した、感光体19、帯電ローラ16、スキャナユニット21、現像器17、転写ローラ20が、記録材Pに未定着画像を形成する画像形成部を構成している。
Example 1
FIG. 1 is a sectional view of a laser printer (image forming apparatus) 100 using an electrophotographic recording technique. When the print signal is generated, the
本実施例のレーザプリンタ100は複数の記録材サイズに対応している。給紙カセット11には、Letter紙(約216mm×279mm)、Legal紙(約216mm×356mm)、A4紙(210mm×297mm)、Executive紙(約184mm×267mm)をセットできる。更に、JIS B5紙(182mm×257mm)、A5紙(148mm×210mm)をセットできる。
The
また、給紙トレイ28から、DL封筒(110mm×220mm)、COM10封筒(約105mm×241mm)を含む、不定型紙を給紙し、プリントできる。本例のプリンタは、基本的に紙を縦送りする(長辺が搬送方向と平行になるように搬送する)レーザプリンタである。そして、装置が対応している定型の記録材の幅(カタログ上の記録材の幅)のうち最も大きな(幅が大きな)幅を有する記録材は、Letter紙及びLegal紙であり、これらの幅は約216mmである。装置が対応する最大サイズよりも小さな紙幅の記録材Pを、本実施例では小サイズ紙と定義する。
Further, from the
図2は定着装置200の断面図である。定着装置200は、筒状のフィルム(エンドレスベルト)202と、フィルム202の内面に接触するヒータ2100と、フィルム202を介してヒータ2100と共に定着ニップ部Nを形成する加圧ローラ(ニップ部形成部材)208と、を有する。フィルム202のベース層の材質は、ポリイミド等の耐熱樹脂、またはステンレス等の金属である。また、フィルム202の表層には耐熱ゴム等の弾性層を設けても良い。加圧ローラ208は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金209と、シリコーンゴム等の材質の弾性層210を有する。ヒータ2100は耐熱樹脂製の保持部材2112に保持されている。保持部材2112はフィルム202の回転を案内するガイド機能も有している。加圧ローラ208はモータ30から動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ208が回転することによって、フィルム202が従動して回転する。未定着トナー画像を担持する記録材Pは、定着ニップ部Nで挟持搬送されつつ加熱されて定着処理される。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fixing
図3はヒータ2100の構成図である。ヒータ2100は、図3(A)に示すように、セラミック製の基板305上に発熱体を有する。基板305の裏面側であって、レーザプリンタ100の通紙領域には、温度検知素子としてのサーミスタTH1が当接している。基板305の裏面側には、ヒータ2100の異常発熱により作動してヒータ2100に供給する電力を遮断するサーモスイッチや温度ヒューズ等の安全素子212も当接している。番号204は保持部材2112に不図示のバネの圧力を加えるための金属製のステーである。ヒータ300への電力制御は、通紙部の中央付近(搬送基準位置X付近)に設けられたサーミスタTH1の出力に基づいて行われている。本例のプリンタは、記録材の幅方向中央を基準位置Xに合わせて搬送する構成である。
FIG. 3 is a configuration diagram of the
ヒータ2100は、長手方向の発熱分布を4段階に切替え可能な構成となっており、かつ、上流側の発熱体702aと、下流側の発熱体702bを独立制御可能な構成となっている。
The
図3(A)はヒータの断面図である。図3(B)は、ヒータの各層の平面図である。ヒータ2100は、セラミック製の基板305と、エンドレスベルト202と接触する面である摺動面層1、後述する発熱体や導電体が設けられた裏面層1、裏面層1を覆う裏面層2を有する。摺動面層1はガラスやポリイミドのコーティングによる表面保護層308を有する。裏面層2は絶縁性(本例ではガラス)の表面保護層1407を有する。
FIG. 3A is a cross-sectional view of the heater. FIG. 3B is a plan view of each layer of the heater. The
基板305上に設けられた裏面層1は、ヒータの長手方向に沿って設けられている第1導電体701(701a、701b)を有する。また、第1導電体とはヒータの短手方向で異なる位置でヒータの長手方向に沿って設けられている第2導電体703(703−1〜703−7)を有する。第1導電体701は、記録材Pの搬送方向の上流側に配置された導電体701aと、下流側に配置された導電体701bに分離されている。
The
更に、裏面層1は、第1導電体701と第2導電体703の間に設けられており、第1導電体701と第2導電体703を介して供給する電力により発熱する発熱体702を有する。発熱体702は、記録材Pの搬送方向の上流側に配置された発熱体702a(702a−1〜702a−7)と、下流側に配置された発熱体702b(702b−1〜702b−7)に分離されている。また、発熱体は正の抵抗温度特性を有する。正の抵抗温度特性を有するので、記録材の幅方向の端部が一つの発熱ブロック(後述する)の途中を通過しても非通紙部の昇温を抑えられる。
Further, the
裏面層1には、第1導電体701aと第2導電体703(703−1〜703−7)と発熱体702a(702a−1〜702a−7)の組からなる発熱ブロックがヒータの長手方向で複数設けられている。この発熱ブロックの列を第1の発熱ブロック列L1とする。また、第1導電体701bと第2導電体703(703−1〜703−7)と発熱体702b(702b−1〜702b−7)の組からなる発熱ブロックがヒータの長手方向で複数設けられている。この発熱ブロックの列を第2の発熱ブロック列L2とする。本例のヒータは、第1の発熱ブロック列L1及び第2の発熱ブロック列L2共に7つの発熱ブロック(BL1〜BL7)を有する。
On the
ヒータの長手方向の端部には、電極E8a−1、E8a−2、電極E8b−1、E8b−2が設けられている。電極E8a−1及びE8a−2は、第1導電体701aを介して、第1の発熱ブロック列L1の発熱体702a−1〜702a−7に電力給電するための電極である。同様に電極E8b−1及びE8b−2は、第1導電体701bを介して、第2の発熱ブロック列L2の発熱体702b−1〜702b−7に電力給電するための電極である。E1〜E7は、第1の発熱ブロック列L1と第2の発熱ブロック列L2に共通の電極である。図3(B)に示すように、電極E1〜E7は、ヒータ長手方向において、発熱体が設けられた領域内に設けられている。
Electrodes E8a-1, E8a-2, and electrodes E8b-1, E8b-2 are provided at the ends in the longitudinal direction of the heater. The electrodes E8a-1 and E8a-2 are electrodes for supplying power to the
表面保護層1407は、電極E1〜E7、E8a−1、E8a−2、E8b−1及びE8b−2の箇所を除いて形成されている。よって、ヒータの裏面側から、各電極に電力供給用の電気接点を接続可能な構成となっている。
The surface
図3(C)に示すように、保持部材2112には、サーミスタ(温度検知素子)TH1、サーモスイッチや温度ヒューズ等の安全素子212、電極E1〜E7、E8a−1、E8a−2、E8b−1、E8b−2のために穴が設けられている。HTH1、H212、HE1〜HE7、HE8a−1、HE8a−2、HE8b−1、HE8b−2が穴である。ステー204と保持部材2112の間には、温度検知素子TH1、安全素子212、各電極に接触する電気接点が設けられている。C1〜C7、C8a−1、C8a−2、C8b−1、C8b−2が電気接点である。なお、図3(C)において、電気接点に繋がっている破線、及び安全素子212に繋がっている破線は、いずれも給電用ケーブル(ACライン)を示している。また、温度検知素子TH1に繋がっている破線は信号線(DCライン)を示している。電極E1〜E7が、ヒータ長手方向において、発熱体が設けられた領域内に設けられているので、電極の数が多くても装置の大型化を抑えられる。
As shown in FIG. 3C, the holding
図4はヒータ2100の制御回路1500である。この制御回路は、3つのリレー851〜853を用いてヒータの長手方向の発熱分布を切り替え可能であると共に、2つのトライアック816aと816bを独立に駆動することで高調波電流やフリッカを低減できる。以下、制御回路1500の動作を説明する。
FIG. 4 shows a
401は商用交流電源である。ゼロクロス検知部430は交流電源401のゼロクロスを検知する回路であり、CPU420にZEROX信号を出力している。ZEROX信号はヒータの制御に用いられる。リレー440は、故障などによりヒータが過昇温した場合、サーミスタTH1からの出力により作動する(ヒータへの電力供給を遮断する)電力遮断手段として用いている。
401 is a commercial AC power source. The zero
RLON440信号がHigh状態になると、トランジスタ443がON状態になり、電源Vcc2からリレー440の2次側コイルに通電され、RLON440の1次側接点はON状態になる。RLON440信号がLow状態になると、トランジスタ443がOFF状態になり、電源Vcc2からリレー440の2次側コイルに流れる電流は遮断され、RLON440の1次側接点はOFF状態になる。なお、抵抗444は電流制限抵抗である。
When the
次にリレー440を用いた、安全回路の動作について説明する。サーミスタTH1による検知温度(TH1信号)が所定値を超えた場合、比較部441はラッチ部442を動作させ、ラッチ部442はRLOFF信号をLow状態でラッチする。RLOFF信号がLow状態になると、CPU420がRLON440信号をHigh状態にしても、トランジスタ443がOFF状態で保たれるため、リレー440はOFF状態(安全な状態)に保たれる。また、リレー440の2次側コイルへの電力供給は安全素子212を介して給電されている。これにより、故障などによりヒータが過昇温した場合、安全素子212が作動し、リレー440の2次側コイルへの電力供給を遮断することで、リレー440の1次側接点はOFF状態になる。
Next, the operation of the safety circuit using the
サーミスタTH1による検知温度が所定値を超えていない場合、ラッチ部442のRLOFF信号はオープン状態となる。このため、CPU420がRLON440信号をHigh状態にすると、リレー440をON状態にすることができ、ヒータ300に電力供給可能な状態となる。
When the temperature detected by the thermistor TH1 does not exceed a predetermined value, the RLOFF signal of the
次に、トライアック816aの駆動回路の動作について説明する。トライアック816aは、第1の発熱ブロック列L1への電力供給路に設けてある。抵抗813a、817aはトライアック816aのためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ815aは、一次と二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。そして、フォトトライアックカプラ815aの発光ダイオードに通電することによりトライアック816aをオンさせる。抵抗818aは、電源Vccからフォトトライアックカプラ815aの発光ダイオードに流れる電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ819aによりフォトトライアックカプラ815aをオン/オフする。トランジスタ819aは、CPU420から電流制限抵抗812aを介して送られてくるFUSER−a信号に従って動作する。
Next, the operation of the drive circuit of the
トライアック816bの駆動回路の動作はトライアック816aの駆動回路と同じなので説明を割愛する。なお、トライアック816bは、第2の発熱ブロック列L2への電力供給路に設けてある。
The operation of the drive circuit of the
次に、ヒータ長手方向における発熱分布の切換えに関して説明する。本例では、リレー851〜853を制御し、複数の発熱ブロックの中から電力供給する発熱ブロックを選択する。即ち、全ての発熱ブロックに電力供給する状態と、一部の発熱ブロックのみに電力供給する状態と、を形成可能となっている。
Next, switching of the heat generation distribution in the heater longitudinal direction will be described. In this example, the
リレー851〜853はCPU420からのRLON851〜853信号に従って動作する。RLON851〜853信号がHigh状態になると、トランジスタ861〜863がON状態になり、電源Vcc2からリレー851〜853の2次側コイルに通電され、リレー851〜853の1次側接点はON状態になる。RLON851〜853信号がLow状態になると、トランジスタ861〜863がOFF状態になり、電源Vcc2からリレー851〜853の2次側コイルに流れる電流は遮断され、リレー851〜853の1次側接点はOFF状態になる。なお、抵抗871〜873は電流制限抵抗である。
次にリレー851〜853の状態と、ヒータの長手方向の発熱分布の関係について説明する。リレー851〜853が全てOFF状態では、発熱ブロックBL4に電力が供給できる。そして、図3(B)に示す115mm幅が発熱し、DL封筒及びCOM10封筒用の発熱分布になる。リレー851がON状態、リレー852及び853がOFF状態では、発熱ブロックBL3〜BL5に電力が供給できる。そして、図3(B)に示す157mm幅が発熱し、A5紙用の発熱分布になる。リレー851及び852がON状態、リレー853がOFF状態では、発熱ブロックBL2〜BL6に電力が供給できる。そして、図3(B)に示す190mm幅が発熱し、Executive紙及びB5紙用の発熱分布になる。リレー851〜リレー853が全てON状態では、発熱ブロックBL1〜BL7に電力が供給できる。そして、図3(B)に示す220mm幅が発熱し、Letter紙、Legal紙、A4紙用の発熱分布になる。このように、本実施例の制御回路1500は、CPU420に入力する記録材の幅情報(又は画像形成範囲の幅情報)に応じて3つのリレー851〜853を制御することで、4段階の発熱分布(発熱幅)を選択できる。このように、記録材のサイズに合わせて発熱させるブロックを選択するので、ヒータの記録材が通過しない領域の発熱を抑えることができる。また、本例の各発熱体は正の抵抗温度特性を有する。このため、記録材の幅方向端部が、隣り合う発熱ブロック間の分割位置ではなく、一つの発熱ブロックの領域内を通過しても、記録材の端部からはみ出た発熱ブロックの部分の発熱を抑えることもできる。なお、発熱体は必ずしも正の抵抗温度特性を有する必要はなく、抵抗温度特性はゼロ以上であればよい。
Next, the relationship between the state of the
上述したように、トライアック816aは、第1の発熱ブロック列L1への電力供給路に設けてある。従って、トライアック816aをON/OFF制御することによって、第1の発熱ブロック列中の、選択された発熱幅に対応する発熱体ブロックへの電力供給を制御できる。同様に、トライアック816bをON/OFF制御することによって、第2の発熱ブロック列L2中の、選択された発熱幅に対応する発熱体ブロックへの電力供給を制御できる。
As described above, the
次にヒータの温度制御方法について説明する。サ−ミスタTH1によって検知される温度は、TH1信号としてCPU420に入力している。CPU(制御部)420は、サーミスタTH1の検知温度とヒータの制御目標温度に基づき、例えばPI制御(Proportional−Integral Control)により、供給する電力(制御レベル)を算出する。更にCPUは、ヒータに流れる電流が算出した制御レベルに対応する位相角や波数となるようにFUSER−a信号及びFUSER−b信号を送信することで、トライアック816a及び816bを制御する。
Next, a heater temperature control method will be described. The temperature detected by the thermistor TH1 is input to the
図5(A)は、トライアック816aを用いて第1発熱ブロック列L1の発熱体に流す電流波形(テーブルA)と、トライアック816bを用いて第2発熱ブロック列L2の発熱体に流す電流波形(テーブルB)を示している。テーブルAの1番目の半波とテーブルBの1番目の半波は同位相の半波を示している。その他の番号の半波も同様である。これらのテーブル(デューティ比−波形の関係)はCPU420に設定されている。CPU420は検知温度TH1が制御目標温度となるようにトライアック816a及び816bを駆動する。また、CPU420は、交流波形の4半波(2サイクル)を一制御周期(制御の更新周期)とし、一制御周期毎に検知温度TH1に応じたデューティ比を設定する。図5(A)に示すように、二つのテーブルはいずれも、一制御周期中に位相制御波形(半波の途中からONする波形)と波数制御波形(半波全てONする波形)が混在する波形となっている。このように、一制御周期中に位相制御波形と波数制御波形が混在する波形とすることで、高調波とフリッカを抑えている。なお、同一の位相の制御周期では、FUSER−a信号とFUSER−b信号は同じデューティ比の信号となる。例えば検知温度に応じて算出した制御レベル(デューティ比)が50%である場合、第1発熱ブロック列L1の発熱体にはテーブルAの50%の波形が、第2発熱ブロック列L2の発熱体にはテーブルBの50%の波形が流れる。
FIG. 5A shows a current waveform (Table A) that flows through the heating elements of the first heat generation block row L1 using the
以上のように、各発熱ブロックBL1〜BL7は、ヒータ(基板)の短手方向において複数の発熱体(本例では2つ)を有し、一つの発熱ブロック中の複数の発熱体も独立制御可能になっている。 As described above, each of the heating blocks BL1 to BL7 has a plurality of heating elements (two in this example) in the short direction of the heater (substrate), and the plurality of heating elements in one heating block are also independently controlled. It is possible.
次に、第1発熱ブロック列L1と第2発熱ブロック列L2を独立制御する効果について説明する。説明を簡素化するため、第1の発熱ブロック列L1の発熱体702a−1〜702a−7の合成抵抗値を20Ω、第2の発熱ブロック列L2の発熱体702b−1〜702b−7の合成抵抗値を20Ω、ヒータ全体の総抵抗値を10Ωとする。また、交流電源401の電圧実効値を100Vrmsとして説明を行う。
Next, the effect of independently controlling the first heat generation block row L1 and the second heat generation block row L2 will be described. In order to simplify the description, the combined resistance value of the
まずは、デューティ比25%の場合を例に説明する。トライアック816a用のテーブルAでは、最初の2半波を90°の位相角で制御して50%の電力を供給し、後半の2半波をOFFする。したがって、第1の発熱ブロック列L1中の、リレーにより選択された発熱ブロック中の発熱体には平均で25%の電力が供給される。同様に、トライアック816b用のテーブルBでは、最初の2半波をOFFし、後半の2半波を90°の位相角で制御して50%の電力を供給する。したがって、第2の発熱ブロック列L2中の、リレーにより選択された発熱ブロック中の発熱体には、平均で25%の電力が供給される。よって、ヒータ2100全体としても25%の電力が供給される状態となる。図5(A)を参照すれば理解できるように、テーブルAとテーブルBは、同位相の半波で第1の発熱ブロック列L1と第2の発熱ブロック列L2に位相制御波形の電流が流れるのを抑えるように設定されている。即ち制御部420は、一つの発熱ブロック中の複数の発熱体に対して、同じタイミングで位相制御波形の電流が流れないように制御する。図5(A)に示すテーブルBの波形はテーブルAの波形に対して1サイクル位相をずらした波形にすることで、二つのテーブルにおいて、位相制御波形が重ならないようになっている。各テーブルの関係をこのように設定することで、同位相の半波で第1の発熱ブロック列L1と第2の発熱ブロック列L2に位相制御波形の電流が流れるのを抑えている。
First, the case where the duty ratio is 25% will be described as an example. In the table A for the
前述したように、一制御周期中に位相制御波形と波数制御波形が混在する波形とすることで、高調波とフリッカを抑えることはできる。本例では更に、同位相の半波で第1の発熱ブロック列L1と第2の発熱ブロック列L2に同時に位相制御波形の電流が流れないようにすることで、高調波をより抑えることができる。高調波が悪化するのは、大きな振幅の位相制御波形が流れるケースだからである。なお、波数制御波形と位相制御波形が重なる場合は、位相制御波形同士が重なる場合よりも高調波は悪化しない。また、波数制御波形は、それ自体、高調波が悪化しない波形なので、波数制御波形が重なる場合も高調波は悪化しない。 As described above, harmonics and flicker can be suppressed by using a waveform in which a phase control waveform and a wave number control waveform are mixed in one control cycle. In this example, the harmonics can be further suppressed by preventing the current of the phase control waveform from flowing simultaneously through the first heat generation block row L1 and the second heat generation block row L2 with a half wave of the same phase. . The harmonics are deteriorated because a phase control waveform having a large amplitude flows. When the wave number control waveform and the phase control waveform are overlapped, the harmonics are not worse than when the phase control waveforms are overlapped with each other. Further, since the wave number control waveform itself is a waveform that does not deteriorate the harmonics, even if the wave number control waveforms overlap, the harmonics do not deteriorate.
前述したように第1及び第2の発熱ブロック列L1、L2の発熱体の合成抵抗値はそれぞれ20Ω、交流電源401の電圧実効値は100Vrmsである。従って、各発熱体に流れる電流は、電流実効値5Armsの正弦波を制御した波形となり、各発熱体に流れる位相制御波形も電流実効値5Armsの正弦波を位相制御した波形となる。また、前述したように、同位相の半波で第1の発熱ブロック列L1と第2の発熱ブロック列L2に位相制御波形の電流が流れないようになっている。従って、第1の発熱ブロック列L1に流れる電流と第2の発熱ブロック列L2に流れる電流の合成波形のうち、位相制御波形のみの半波は電流実効値5Armsの正弦波を位相制御した波形となる(図5(C)参照)。
As described above, the combined resistance value of the heating elements of the first and second heating block rows L1 and L2 is 20Ω, and the effective voltage value of the
これに対して、第1の発熱ブロック列L1と第2発熱ブロック列L2を独立制御できないヒータの場合も、各発熱体に流れる位相制御波形は電流実効値5Armsの正弦波を位相制御した波形である点は、本実施例と同じである。しかしながら、同位相の半波で第1の発熱ブロック列L1と第2の発熱ブロック列L2に位相制御波形の電流が流れる。このため、第1の発熱ブロック列L1に流れる電流と第2の発熱ブロック列L2に流れる電流の合成波形のうち、位相制御波形のみの半波は電流実効値10Armsの正弦波を位相制御した波形となってしまい、高調波抑制効果が低減してしまう(図5(B)参照)。 On the other hand, even in the case of a heater in which the first heat generation block row L1 and the second heat generation block row L2 cannot be controlled independently, the phase control waveform flowing through each heat generator is a waveform obtained by phase-controlling a sine wave having an effective current value of 5 Arms. Certain points are the same as in this embodiment. However, a current having a phase control waveform flows through the first heat generation block row L1 and the second heat generation block row L2 in the same phase half-wave. For this reason, of the combined waveform of the current flowing through the first heat generation block row L1 and the current flowing through the second heat generation block row L2, the half wave of only the phase control waveform is a waveform obtained by phase-controlling a sine wave having an effective current value of 10 Arms. Thus, the harmonic suppression effect is reduced (see FIG. 5B).
このように、第1の発熱ブロック列L1と第2の発熱ブロック列L2を独立制御すれば、電流ピーク値や電流変動値を抑えることができるので、高調波やフリッカを抑えることができる。 As described above, if the first heat generation block row L1 and the second heat generation block row L2 are independently controlled, the current peak value and the current fluctuation value can be suppressed, so that harmonics and flicker can be suppressed.
その他のデューティ比の場合にも、第1の発熱ブロック列L1と、第2の発熱ブロック列L2を独立制御することで、電流ピーク値や電流変動値を低減できる。例えばデューティ比75%の場合、90°の位相角でトライアック816aや816bを制御した際に生じる電流変動値を低減できる。このように、高調波電流やフリッカを低減できる。
Also in the case of other duty ratios, the current peak value and the current fluctuation value can be reduced by independently controlling the first heat generation block row L1 and the second heat generation block row L2. For example, when the duty ratio is 75%, the current fluctuation value generated when the
また、高調波電流やフリッカを低減できると、ヒータの総抵抗値を低く設定しても、高調波電流やフリッカの規格を満足することができる。ヒータの総抵抗値が低くなると、交流電源401からヒータに供給可能な最大電力を大きくできる。
In addition, if the harmonic current and flicker can be reduced, the harmonic current and flicker standards can be satisfied even if the total resistance value of the heater is set low. When the total resistance value of the heater is lowered, the maximum power that can be supplied from the
このように、本実施例のヒータは、第1導電体と第2導電体と発熱体の組からなる独立制御可能な発熱ブロックを長手方向において複数有する。また、各々の発熱ブロックは、基板の短手方向において複数の発熱体を有し、一つの発熱ブロック中の複数の発熱体も独立制御可能となっている。これにより、ヒータの長手方向の発熱分布を複数段階に制御できるだけでなく、高調波電流やフリッカを低減することができる。また、ヒータの非通紙部の昇温を抑える効果と共に、像加熱装置の立ち上げ時間(定着可能な温度まで昇温するのに掛る時間)も短縮できる。 As described above, the heater of the present embodiment has a plurality of independently controllable heat generation blocks in the longitudinal direction, each of which includes a set of the first conductor, the second conductor, and the heat generator. Each heat generating block has a plurality of heat generating elements in the short direction of the substrate, and a plurality of heat generating elements in one heat generating block can be independently controlled. Thereby, not only can the heat distribution in the longitudinal direction of the heater be controlled in a plurality of stages, but also harmonic current and flicker can be reduced. In addition to the effect of suppressing the temperature rise of the non-sheet passing portion of the heater, it is possible to shorten the start-up time of the image heating apparatus (the time required to raise the temperature to a fixable temperature).
(実施例2)
図6はヒータ2400の構成図である。実施例1と同様の構成については同一の記号を用いて説明を省略する。
(Example 2)
FIG. 6 is a configuration diagram of the
ヒータ2400も、長手方向の発熱分布を4段階に切替え可能である点は実施例1と同様である。実施例1と異なるのは、第1及び第2の発熱ブロック列を夫々ヒータ長手方向で二つのグループに分割し、合計4つのグループへの電力供給が独立に制御可能となっている点である。なお、ヒータの断面及びヒータを保持する保持部材の形状は実施例1と同じなので、図示を省略する。
The
第1の発熱ブロック列L1は、左側のグループ1(702a−1〜702a−3、702a−4−1)と、右側のグループ2(702a−5〜702a−7、702a−4−2)から構成されている。同様に、第2の発熱ブロック列L2は、左側のグループ3(702b−1〜702b−3、702b−4−1)と、右側のグループ4(702b−5〜702b−7、702b−4−2)から構成されている。従って、発熱ブロックBL4が、BL4−1とBL4−2に二分割され、ヒータ長手方向において発熱ブロックの数は8つになる。 The first heat generation block row L1 includes a left group 1 (702a-1 to 702a-3, 702a-4-1) and a right group 2 (702a-5 to 702a-7, 702a-4-2). It is configured. Similarly, the second heat generating block row L2 includes the left group 3 (702b-1 to 702b-3, 702b-4-1) and the right group 4 (702b-5 to 702b-7, 702b-4-). 2). Therefore, the heat generation block BL4 is divided into two parts, BL4-1 and BL4-2, and the number of heat generation blocks is eight in the heater longitudinal direction.
電極E8a−1は、導電体701a−1を介して、グループ1に電力供給するための電極である。電極E8a−2は、導電体701a−2を介して、グループ2に電力供給するための電極である。電極E8b−1は、導電体701b−1を介してグループ3に電力供給するための電極である。電極E8b−2は、導電体701b−2を介して、グループ4に電力供給するための電極である。
The electrode E8a-1 is an electrode for supplying power to the
図7はヒータ2400の制御回路である。本例では、4つのトライアック816a1、816a2、816b1、816b2を用いて電力制御を行い、高調波電流やフリッカを低減する。リレー851〜853を用いた発熱ブロックの選択方法は実施例1と同じであるので、説明を省略する。また、トライアック816a1、816a2、816b1、816b2の回路動作も実施例1で説明したトライアック816aや816bと同じため説明を省略する。図7では、各トライアックの駆動回路を省略して示してある。
FIG. 7 shows a control circuit for the
トライアック816a1は、グループ1中の発熱ブロックに供給する電力を制御するための素子である。同様に、トライアック816a2は、グループ2中の発熱ブロックに供給する電力を制御する素子である。トライアック816b1は、グループ3中の発熱ブロックに供給する電力を制御する素子である。トライアック816b2は、グループ4中の発熱ブロックに供給する電力を制御する素子である。各トライアックには、CPU420から駆動信号(FUSER−a1、FUSER−a2、FUSER−b1、FUSER−b2)が送信される。
The triac 816a1 is an element for controlling the power supplied to the heat generating blocks in the
図8は4つのグループ夫々に流す電流波形(テーブル)を示している。テーブルA1は、トライアック816a1を用いて第1発熱ブロック列L1の中のグループ1の発熱体に流す電流波形である。テーブルA2は、トライアック816a2を用いて第1発熱ブロック列L1の中のグループ2の発熱体に流す電流波形である。テーブルB1は、トライアック816b1を用いて第2発熱ブロック列L2の中のグループ3の発熱体に流す電流波形である。テーブルB2は、トライアック816b2を用いて第2発熱ブロック列L2の中のグループ4の発熱体に流す電流波形である。4つのテーブルいずれも、一制御周期は8半波(4サイクル)である。また、4つのテーブルはいずれも、一制御周期中に位相制御波形と波数制御波形が混在する波形となっている。更に、4つテーブルは、同位相の半波で4つグループに同時に位相制御波形の電流が流れるのを抑えるように設定されている。図8に示す4つのテーブルは、位相を1サイクルずつずらした波形になっている。各テーブルの波形をこのように設定することで、同位相の半波で4つのグループに同時に位相制御波形の電流が流れるのを抑えている。実施例1同様、同一の位相の制御周期では、FUSER−a1信号、FUSER−a2信号、FUSER−b1信号、及びFUSER−b2信号は全て同じデューティ比の信号となる。
FIG. 8 shows current waveforms (tables) that flow through the four groups. Table A1 shows current waveforms that flow through the heating elements of
次に、4つのグループを独立制御する効果について説明する。説明を簡素化するため、交流電源401の電圧実効値を100Vrmsとし、各グループの合成抵抗値を夫々40Ωとし、ヒータの総抵抗値を10Ωとする。
Next, the effect of independently controlling the four groups will be described. In order to simplify the explanation, the effective voltage value of the
まずは、デューティ比12.5%の場合を例に説明する。トライアック816a1用のテーブルA1では、1番目と2番目の半波を90°の位相角で制御して50%の電力を供給し、3番目〜8番目の半波をOFFしているため、グループ1には平均で12.5%の電力が供給される。トライアック816a2用のテーブルA2では、3番目と4番目の半波を90°の位相角で制御して50%の電力を供給し、その他の半波をOFFしているため、グループ2には平均で12.5%の電力が供給される。よって、第1の発熱ブロック列L1の発熱体702aには、平均で12.5%の電力が供給される。
First, a case where the duty ratio is 12.5% will be described as an example. In the table A1 for the TRIAC 816a1, the first and second half waves are controlled with a phase angle of 90 ° to supply 50% power, and the third to eighth half waves are turned off. 1 is supplied with 12.5% of electric power on average. In table A2 for TRIAC 816a2, the third and fourth half-waves are controlled at a phase angle of 90 ° to supply 50% power, and the other half-waves are turned off. 12.5% of power is supplied. Therefore, 12.5% of electric power is supplied to the
同様に、トライアック816b1用のテーブルB1では、5番目と6番目の半波を90°の位相角で制御して50%の電力を供給し、その他の半波をOFFしているため、グループ3には平均で12.5%の電力が供給される。トライアック816b2用のテーブルB2では、7番目と8番目の半波を90°の位相角で制御して50%の電力を供給し、その他の半波をOFFしているため、グループ4には平均で12.5%の電力が供給される。よって、第2の発熱ブロック列L2の発熱体702bには、平均で12.5%の電力が供給される。
Similarly, in the table B1 for the triac 816b1, the fifth and sixth half waves are controlled with a phase angle of 90 ° to supply 50% power, and the other half waves are turned off. Is supplied with an average of 12.5%. In table B2 for TRIAC 816b2, the 7th and 8th half waves are controlled with a phase angle of 90 ° to supply 50% power, and the other half waves are turned off. 12.5% of power is supplied. Therefore, 12.5% of electric power is supplied on average to the
グループ1〜4夫々の合成抵抗値は40Ωなので、各グループの発熱体に流れる電流は、夫々、電流実効値2.5Armsの正弦波を位相制御した波形となり、各発熱体に流れる位相制御波形も電流実効値2.5Armsの正弦波を位相制御した波形となる。また、前述したように、同位相の半波で4つのグループに位相制御波形の電流が流れないようになっている。従って、ヒータ全体に流れる電流の合成波形のうち、位相制御波形のみの半波は電流実効値2.5Armsの正弦波を位相制御した波形となる。その他のデューティ比の場合にも、4つのグループを独立制御することで、電流ピーク値や電流変動値を低減できる。よって、実施例1よりも更に高調波電流やフリッカを低減できる。
Since the combined resistance value of each of the
図8に示した波形では、グループ1の次に(1サイクル後に)、グループ1と同じ第1の発熱ブロック列L1に含まれているグループ2に電流が流れる。また、グループ3の次に(1サイクル後に)グループ3と同じ第2の発熱ブロック列L2に含まれているグループ4に電流が流れる。これにより、ヒータの長手方向における温度ムラも低減している。
In the waveform shown in FIG. 8, after group 1 (after one cycle), a current flows to
しかしながら、図9に示すように、4つのテーブルの関係を、グループ1→グループ4→グループ3→グループ2のような順番で電流が流れる関係にしてもよい。
However, as shown in FIG. 9, the relationship between the four tables may be a relationship in which current flows in the order of
また、図10に示すように、半波単位でグループが切換る制御を行っても良い。図10のように短い時間でグループを切換えると、ヒータ長手方向及び短手方向の温度ムラをより低減することができる。 Moreover, as shown in FIG. 10, you may perform control which a group switches in a half wave unit. When the groups are switched in a short time as shown in FIG. 10, the temperature unevenness in the heater longitudinal direction and the short direction can be further reduced.
なお、発熱ブロック列の数やグループの数は、本実施例より多くても構わない。 It should be noted that the number of heat generating block rows and the number of groups may be larger than in this embodiment.
L1 第1の発熱ブロック列
L2 第2の発熱ブロック列
L1 first heat generation block row L2 second heat generation block row
Claims (8)
基板と、前記基板に前記基板の長手方向に沿って設けられている第1導電体と、前記基板に前記第1導電体とは前記基板の短手方向で異なる位置で前記長手方向に沿って設けられている第2導電体と、前記第1導電体と前記第2導電体の間に設けられており前記第1導電体と前記第2導電体を介して供給される電力により発熱する発熱体と、を有し、前記エンドレスベルトの内面に接触するヒータと、
を有し、前記エンドレスベルトを介した前記ヒータの熱で記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
前記ヒータは、前記第1導電体と前記第2導電体と前記発熱体の組からなる独立制御可能な発熱ブロックを前記長手方向において複数有し、各々の前記発熱ブロックは、前記基板の短手方向において二つの発熱体を有し、一つの発熱ブロック中の前記二つの発熱体も独立制御可能となっており、
各々の前記発熱ブロックの前記第1導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられており、
各々の前記発熱ブロックの前記第2導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられた二つの前記第1導電体の間に設けられており、
前記基板の短手方向において、各々の前記発熱ブロックの前記二つの発熱体の一方は、前記第2導電体と一方の前記第1導電体の間、他方は前記第2導電体と他方の前記第1導電体の間に設けられていることを特徴とする像加熱装置。 Endless belt,
A substrate, a first conductor provided on the substrate along the longitudinal direction of the substrate, and the first conductor on the substrate along the longitudinal direction at different positions in the lateral direction of the substrate. The second conductor provided, and the heat generated by the electric power provided between the first conductor and the second conductor provided between the first conductor and the second conductor. And a heater that contacts the inner surface of the endless belt,
In an image heating apparatus that heats an image formed on a recording material with the heat of the heater via the endless belt ,
The heater has a plurality of independently controllable heat generation blocks in the longitudinal direction, each of which includes a pair of the first conductor, the second conductor, and the heat generation element. has two heating elements in the direction, the two heating elements in one exothermic blocks also become possible independent control,
The first conductor of each of the heat generating blocks is provided at both ends of the substrate in the short direction,
The second conductor of each of the heat generating blocks is provided between the two first conductors provided at both ends in the short direction of the substrate,
In the short direction of the substrate, one of the two heating elements of each of the heating blocks is between the second conductor and one of the first conductors, and the other is the second conductor and the other of the other. An image heating apparatus provided between first conductors .
前記第1導電体と前記第2導電体と前記発熱体の組からなる独立制御可能な発熱ブロックを前記長手方向において複数有し、各々の前記発熱ブロックは、前記基板の短手方向において二つの発熱体を有し、一つの発熱ブロック中の前記二つの発熱体も独立制御可能となっており、
各々の前記発熱ブロックの前記第1導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられており、
各々の前記発熱ブロックの前記第2導電体は、前記基板の短手方向の両端部に夫々設けられた二つの前記第1導電体の間に設けられており、
前記基板の短手方向において、各々の前記発熱ブロックの前記二つの発熱体の一方は、前記第2導電体と一方の前記第1導電体の間、他方は前記第2導電体と他方の前記第1導電体の間に設けられていることを特徴とするヒータ。 A substrate, a first conductor provided on the substrate along the longitudinal direction of the substrate, and the first conductor on the substrate along the longitudinal direction at different positions in the lateral direction of the substrate. The second conductor provided, and the heat generated by the electric power provided between the first conductor and the second conductor provided between the first conductor and the second conductor. A heater used in an image heating apparatus having a body,
There are a plurality of independently controllable heat generation blocks in the longitudinal direction composed of a set of the first conductor, the second conductor and the heat generation element, and each of the heat generation blocks has two in the short direction of the substrate. of having a heating element, the two heating elements in one exothermic blocks also become possible independent control,
The first conductor of each of the heat generating blocks is provided at both ends of the substrate in the short direction,
The second conductor of each of the heat generating blocks is provided between the two first conductors provided at both ends in the short direction of the substrate,
In the short direction of the substrate, one of the two heating elements of each of the heating blocks is between the second conductor and one of the first conductors, and the other is the second conductor and the other of the other. A heater provided between the first conductors .
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