JPH04372980A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱ローラによって現
像剤像を転写材に定着させる画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加熱ローラを有した画像形成装置
において、加熱ローラに熱を、供給する方式として、ハ
ロゲンヒータに半導体電力制御素子を直列に接続し、そ
のハロゲンヒータに通電する交流電力を制御する方式が
用いられている。特に、電子写真複写機や電子写真プリ
ンタ（例えばレーザビームプリンタ）の多くはこの方式
が採用されている。

【０００３】例えば、上記ハロゲンヒータに接続する半
導体電力制御素子としてトライアックを用い、ＡＣ電源
の位相を監視してトライアックの導通を開始する時期を
変えることにより、トライアックへの導通期間を制御す
る方式が近年多く使用されるようになった。これは、い
わゆる交流位相制御方式といわれるもので、以下に掲げ
るような利点を有している。

【０００４】１．導通期間を位相角で０°から１８０°
まで変化させることによって、交流電源電圧が変化して
もヒータに供給する電力を所定値以下に抑えることがで
きる。したがって、欧州や米国のように電源電圧が異な
る国においても、同じヒータを使用して消費電力を制御
できる。

【０００５】２．ヒータに通電を開始するときには、導
通期間を位相角で０°から徐々に増加させることによっ
て、過大な突入電流を防止することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た交流位相制御方式では以下のような問題点があった。

【０００７】画像形成装置が転写材に現像剤を定着させ
ているとき（プリント時）には、加熱ローラの熱は転写
材に奪われる。そこで、従来は、加熱ローラに奪われた
熱を補うためにトライアックの導通期間を増加させ、ヒ
ータに供給される電力を増加していた。

【０００８】逆に、画像形成装置がスタンバイ状態のと
きには、加熱ローラの熱はほとんど外部に奪われないた
めトライアックの導通期間を減少させ、ヒータに供給さ
れる電力を少なくしていた。

【０００９】このようにしてプリント時はトライアック
の導通期間を増加させ、スタンバイ時はその導通期間を
減少させていたために、スタンバイ時にハロゲンヒータ
の管の表面温度が下がり過ぎるという問題があった。

【００１０】例えば、スタンバイ時のローラ表面温度を
１２０℃に設定したとすると、トライアックの導通期間
はスタンバイ時に位相角で２０°以下にもなることがあ
り、このときハロゲンヒータの管の表面温度は２５０℃
以下になることがあった。

【００１１】一般的に言えば、ハロゲンヒータが点灯時
に、ヒータのガラス管壁温度が２５０℃以下になると、
フィラメント部より蒸発したタングステンがガラス管壁
に付着してしまうことがある。したがって、ガラス管壁
温度が２５０℃以下のときにヒータに導通させて放置す
るとフィラメントが細くなり、ヒータの寿命を低下させ
てしまう。

【００１２】このように、従来の交流位相制御方式では
、スタンバイ状態で装置を放置したときに、装置の寿命
を低下させてしまうという問題があった。

【００１３】この問題の解決策としては、スタンバイ時
にヒータへの通電を完全に止めるか、あるいはスタンバ
イ時のヒータの管壁温度が２５０℃以上になるように制
御することが考えられる。

【００１４】しかしながら、スタンバイ時にヒータへの
通電を完全に停止すれば、プリント時にウォームアップ
する時間が長くなるという問題を生ずる。

【００１５】また、スタンバイ時に管壁温度を２５０℃
以上にすれば、スタンバイ時のローラ表面温度はより高
く（例えば１６０℃）なり、装置の機内温度が上昇する
という問題を生じ、いずれの手法も採用することができ
なかった。

【００１６】本発明は、上記問題点を解決し、ウォーム
アップ時間や機内温度に悪影響を与えることなくハロゲ
ンヒータの寿命を延ばすことができる画像形成装置を提
供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、フィラメントを有した電気発熱体を内包した加熱
ローラと、該電気発熱体と交流電源との間に直列に接続
された半導体制御素子と、上記加熱ローラの表面温度を
検知する温度検知素子と、上記半導体制御素子及び該温
度検知素子と接続され該温度検知素子からの出力信号に
基づいて上記半導体制御素子への導通開始時期及び導通
期間を制御する制御手段とを備えた画像形成装置におい
て、上記制御手段は、表面温度が予め設定された目標温
度より低く、上記導通期間が予め設定された第一のしき
い値よりも短いときには、上記電気発熱体への通電を行
って該導通期間を該第一のしきい値を超えるまで徐々に
増加させ、上記導通期間が上記第一のしきい値を超えた
ときには、上記目標温度と上記表面温度との温度差に基
づいて該導通期間が予め設定された第二のしきい値を下
回るまで該導通期間を増減させ、該導通期間が該第二の
しきい値を下回ったときには、ヒータへの通電を停止す
るように設定されていることによって達成される。

【００１８】

【作用】本発明によれば、転写材上の現像剤像を定着せ
しめるプリント時において、表面温度が目標温度より低
いときは、半導体制御素子の導通期間を初期値から第一
のしきい値まで徐々に増加させる。該導通期間が第一の
しきい値よりも大きくなったときには、表面温度が目標
温度より低ければ導通期間を増加させ、表面温度が目標
温度よりも高ければ導通期間を減少させる。これを導通
期間が第二のしきい値を下回るまで繰り返す。定着が終
了して目標温度が低く設定されると表面温度は目標温度
よりもかなり高くなるので減算が繰り返され、最終的に
第二のしきい値を下回ることとなる。導通期間が第二の
しきい値を下回ったならば、発熱体への通電を停止させ
る。このように、プリント時においては、導通期間がし
きい値近傍の値となるように制御される。

【００１９】一方、待機中のスタンバイ状態においては
、表面温度が目標温度よりも低いときに上記と同様に導
通期間を徐々に増加させる。導通期間が第一のしきい値
を超えると、表面温度は転写材による熱吸収がないため
に目標温度より高くなっているので、導通期間の加算処
理は行わず減算処理だけとなる。したがって、導通期間
は第二のしきい値を下回り、発熱体の通電が停止される
。このように、スタンバイ時においては断続的に駆動さ
れる。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例及び第二実施例について図
１ないし図８を用いて説明する。

【００２１】〈第一実施例〉まず、本発明の第一実施例
について図１ないし図７を用いて説明する。

【００２２】図１において、１は転写材（以下、用紙と
する）に形成された現像剤（以下、トナーとする）画像
を熱で定着させる加熱ローラである。該加熱ローラ１の
内部には熱を供給するハロゲンヒータ２が配設されてお
り、ガラス管及びフィラメントから構成されている。ま
た、上記加熱ローラ１の上方には加圧ローラ３が圧接し
て配設されており、矢印方向に従動回転するようになっ
ている。該加圧ローラ３と上記加熱ローラ１は、回転し
ながらトナー像が付着した用紙を互いの圧接部で挟圧し
、かつ、上記ハロゲンヒータ２からの熱を加えることに
よって定着を行う。該ハロゲンヒータ２は電力の供給に
よって発熱するが、この電力を所定値以下に抑えるため
、また、過大な突入電流を防止するために半導体電力制
御素子としてソリッドステートリレー（以下、ＳＳＲと
する）４を上記ハロゲンヒータ２とＡＣ電源５の間に直
列接続し、交流位相制御を行っている。該交流位相制御
は上記ＳＳＲ４の導通開始時期を変えることによって行
うため、上記ＡＣ電源５に対してゼロクロス検出器６を
並列接続してＡＣ電源波形のゼロクロスポイントを検出
し、検出パルスを出力させる。該検出パルスの出力端子
は、制御手段たる１チップマイクロコンピュータ（以下
、マイコンと省略する）７の外部割り込み端子であるＩ
ＮＴ０端子と接続されており、マイコン７は上記検出パ
ルス入力時からの経過時間を内部のタイマーによってカ
ウントするようになっている。そして、この経過時間が
所定の値となったとき上記ＳＳＲ４と接続された出力ポ
ートＰ０から信号を出力し、ＳＳＲ４の導通を開始させ
る。該ＳＳＲ４の導通開始時期を変えることによって所
定時間内にハロゲンヒータ２に供給される電力が変わる
ので、加熱ローラ１の表面温度が制御可能となる。該加
熱ローラ１の表面には温度検知素子たるサーミスタ８が
近接または当接して配設されており、上記マイコン７の
Ａ／Ｄポートと接続されており、上記加熱ローラ１の表
面温度を検知する。したがって、該検知した表面温度に
よって上記ＳＳＲ４への通電開始時期を調節すれば加熱
ローラ１の表面温度を所定の温度に維持できる。この温
度制御はプログラムとしてマイコン７内のＲＯＭに記憶
されている。詳しくは、後述する。

【００２３】上記マイコン７は、マイクロプロセッサの
コア、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマー、割込み制御回路、Ａ
／Ｄ変換回路及びＩＮＴ０、Ａ／Ｄ、Ｐ０等の各ポート
等を有しており、上記の温度制御を行う他、トナー画像
の生成制御も行う。該生成制御は従来のものと同様なの
で説明を省略する。

【００２４】次に、図２ないし図７を用いて上記の温度
制御について説明する。

【００２５】図２のメインルーチンにおいては、先ず、
サーミスタ８によって表面温度ＴＲを検知し、予め設定
された目標温度ＴＰとの大小比較を行う（図２ステップ
２０１）。ＴＲ≦ＴＰとなるまでは次のシーケンスには
移らず、ＴＲ≦ＴＰとなったところで、ＳＳＲ４に対す
る導通期間（以下、導通角とする）ψに初期値ψ０をセ
ットする（ステップ２０２）。次に、ステップ２０３で
ヒータＯＮフラグをセットする。後述するタイマ割り込
みルーチン内でこのヒータＯＮフラグがセットされてい
ることを確認すると、マイコン７がＳＳＲ４に導通開始
の信号を出力するようになっている。したがって、この
フラグをセットすれば、ヒータはＡＣ電源の波形の半周
期に対して導通角ψ０の期間だけ電力を供給される。所
定時間この導通角ψ０による通電を行った後（ステップ
２０４）、導通角をΔψ１だけ増加させる（ステップ２
０５）。この増加のシーケンスは、導通角ψがしきい値
ψＳを超えるまで続けられる（ステップ２０６）。これ
は、導通角がψＳを超えたところで温度制御を行えば、
極端な温度低下を避けることができるからである。この
ように、導通角ψはψＳを超えるまで徐々に増加され、
ヒータはステップ２０４に設定した所定期間づつ通電さ
れる。図３に導通角ψが徐々に増加する様子を示す。こ
のように導通角が小さい値から徐々に増やせば、ヒータ
のフィラメントの温度は徐々に上昇し、ヒータ電流の波
高値は制限されることになる。つまり、ヒータＯＮ時の
突入電流が所定値以下に制限できることになる。

【００２６】次に、以上のようにして導通角ψがψＳを
超えた後は、適切な温度制御を行うために、実際の表面
温度を検知しながら（ステップ２０７）、導通角の制御
を行う。ステップ２０７ではサーミスタ８によって温度
ＴＲを検知した後、目標温度ＴＰとＴＲの大小比較を行
い（ステップ２０７）、ＴＲがＴＰより大きいときには
、現在の導通角からΔψ２を引く（ステップ２０８）。

【００２７】一方、ＴＲがＴＰより小さいときには、現
在の導通角にΔψ２を加える（ステップ２０９）。そし
て、新たに設定した導通角で所定時間通電する（ステッ
プ２１０）。このようにして、導通角のしきい値ψＳ近
傍で導通角ψを増減させて温度制御を行う。このシーケ
ンスは導通角ψがしきい値ψＳ以下となるまで続けられ
る（ステップ２１１）。ステップ２０６からステップ２
０７への移行は、導通角ψがしきい値ψＳを超えた場合
に行われるから、ステップ２１１で導通角ψがしきい値
ψＳ以下となるのは、ステップ２０８の減算ルーチンを
通過した場合である。つまり、ステップ２０７で表面温
度ＴＲが目標温度ＴＰ以上となったときである。すなわ
ち、ステップ２１１からステップ２１２への移行が行わ
れるのは、表面温度が少なくも一度は目標温度に達した
場合である。該ステップ２１２では、ヒータＯＮフラグ
をリセットする。このヒータＯＮフラグがリセットされ
れば、後述するタイマ割り込みルーチン内で、ＳＳＲ４
の導通を行わないので、ヒータは通電を停止されたまま
の状態となる。そして、この状態から温度が降下してい
くので、再びステップ２０１に戻り、目標温度よりも表
面温度が上昇したときにヒータへの通電を開始する。以
上がメインルーチンの流れである。

【００２８】次に、上記メインルーチンで設定された導
通角ψに基づいてＳＳＲ４へ導通開始信号を発生する外
部割り込みルーチン及びタイマ割り込みルーチンについ
て説明する。

【００２９】図４に示す外部割り込みルーチンは図５に
示すようにしてマイコン７のＩＮＴ０端子にゼロクロス
検出器６からの検出パルスが入力されたとき、その立ち
上りエッジによって、実行されるルーチンである。つま
り、ここでは、ＳＳＲ４の導通開始時期をメインルーチ
ンで設定されたψから計算して内部タイマのタイマ値を
セットする。その結果、タイマはゼロクロス近傍から動
作を開始し、設定されたタイマ値に基づく時間後にオー
バーフロー（あるいはアンダーフロー）し、後述するタ
イマ割り込みルーチンを起動させる。

【００３０】メインルーチンで設定されたψからタイマ
値ｔを求めるには、次の式を使用する。

【００３１】

【式１】ｔ＝ｔ０−ｋψ ここでｔ０はＡＣ電源の半周期、ψは導通角、ｋは定数
である。したがって、先ず、ＩＮＴ０端子に検出パルス
が入力されると、上式に基づいてタイマ値ｔを計算する
（ステップ４０１）。次に、このタイマ値をマイコン７
の内部タイマにセットする（ステップ４０２）。その後
、リターンする。以上が外部割り込みルーチンのシーケ
ンスである。

【００３２】タイマにタイマ値ｔがセットされると、タ
イマ値ｔに基づく時間後にタイマはオーバーフローし、
図６のタイマ割り込みルーチンを起動させる。このルー
チンはＳＳＲ４に対し、端子Ｐ０から導通開始の信号を
発生させるところである。したがって、メインルーチン
でセットされるヒータＯＮフラグを先ず確認する（ステ
ップ６０１）。もし、ヒータＯＮフラグがセットされて
いれば、ポートＰ０からパルスを発生させる（ステップ
６０２）。すると、ＳＳＲ４は導通角ψの間導通し、そ
の後非導通となる。したがって、図５に示すように、ゼ
ロクロス近傍からタイマ値ｔ後にハロゲンヒータへの通
電が開始され導通角ψ経過後に通電が停止される。

【００３３】一方、タイマＯＮフラグがセットされてい
ないときには、何もしないで割り込みルーチンを終了す
る。

【００３４】以上が本実施例の温度制御の各ルーチンの
流れである。次に、これらのフローチャートに基づいて
、具体的な例について説明する。

【００３５】定着の際には、大きく分けて二つのモード
が存在する。一つは、用紙上のトナー像を定着させるプ
リント時の印字モードで、他の一つは、待機状態のスタ
ンバイモードである。先ず、印字モードの場合について
説明する。

【００３６】印字モードの場合には、加熱ローラ１の表
面の熱が用紙に奪われるために、加熱ローラ１の表面温
度は低下する傾向を示す。したがって、図２のステップ
２０７において、ＴＲ＜ＴＰであると判断されステップ
２０９で導通角を増加する。その結果、導通角ψは必ず
ψＳよりも大きくなり、ステップ２１１から再びステッ
プ２０７へ戻る。つまり、印字が終了して目標温度ＴＰ
が低い温度に設定されるまで、ステップ２０７からステ
ップ２１１までのループを実行する。つまり、印字モー
ド中は導通角ψＳ近傍での制御が行われる。したがって
、表面温度のリップルが少なくなる。

【００３７】一方、スタンバイモードでは、用紙に熱を
奪われることがないので、表面温度は低下しない。した
がって、ステップ２０７においてＴＲ≧ＴＰであると判
断され、ステップ２０８で導通角ψを減少する。ステッ
プ２０７を実行する際には導通角ψはしきい値ψＳを超
えている場合なので、ステップ２０８の減算によって、
必ずψ≦ψＳとなり、ヒータＯＮフラグをリセットされ
る（ステップ２１１からステップ２１２）。ここで、ヒ
ータへの通電を一度停止し、表面温度ＴＲが目標温度Ｔ
Ｐより低くなるまでヒータの通電を行わない。そして、
ＴＲ≦ＴＰとなってから、再びヒータＯＮフラグをセッ
トし（ステップ２０３）、導通角ψを徐々にψＳに近づ
ける。ψがψＳより大きくなった時点で、加熱ローラの
表面温度ＴＲはＴＰより高くなるので、ステップ２０６
→ステップ２０７→ステップ２０８とシーケンスが進行
し、その後、ステップ２１０→ステップ２１１→ステッ
プ２１２と前回と同様のシーケンスを繰り返す。このよ
うに、スタンバイモードにおいては、ステップ２０９で
の加算ルーチンを通過しないために、ステップ２０３及
びステップ２１２においてヒータＯＮフラグをセット及
びリセットするシーケンスを繰り返す。したがって、図
７に示すように断続した通電が行われる。

【００３８】以上のように、スタンバイモードでは、ヒ
ータは断続的に駆動されるので、加熱ローラ表面温度の
リップルはやや大きくなる。しかしながら、スタンバイ
モードではヒータの導通角が従来のように非常に小さい
値を保持することなく、ψＳ近傍に維持される。したが
って、例えば、加熱ローラ表面の目標温度ＴＰが１５０
℃であるとすると、ヒータの管壁温度はヒータの断続的
駆動によって必ず一度は２５０℃以上になる（図７参照
）。このようにしてスタンバイ時ではヒータを断続的に
駆動し、ヒータの管壁温度を周期的に２５０℃以上にす
ることができる。これによって良好なハロゲンサイクル
を達成することができる。

【００３９】以上説明したように、スタンバイ時ではヒ
ータの導通角が長い時間に亘って小さくなることはなく
、ヒータの管壁温度が長い時間に亘って２５０℃以下に
なることはない。これによって良好なハロゲンサイクル
を達成し、ヒータフィラメントの劣化を防ぐ。またプリ
ント時には、所定の導通角でヒータに電力を供給するの
で温度リップルを小さくする。これによって安定した温
度で用紙上のトナーを定着させる。また当然管壁温度を
２５０℃以上に保つことができる。

【００４０】〈第二実施例〉次に、本発明の第二実施例
について図８を用いて説明する。なお、第一実施例との
共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。

【００４１】第一実施例では、図２ステップ２０６での
導通角のしきい値ψＳとステップ２１１での導通角のし
きい値ψＳは等しい値に設定されている。本実施例では
この二つのψＳの値を異なったものに設定した。

【００４２】本実施例におけるメインルーチンを図８に
示す。なお、外部割り込みルーチンとタイマ割り込みル
ーチンは第一実施例と同じであり説明を省略する。図８
のメインルーチンが図２のメインルーチンと異なるのは
ステップ８０６とステップ８１１の条件判断文である。 ステップ８０６では導通角ψがしきい値ψＳ１を超えた
か否かをチェックしている。したがってステップ８０１
からステップ８０６ではψが初期値ψ０からψＳ１を超
えるまで徐々に増加する。

【００４３】また、ステップ８１１では導通角ψがしき
い値ψＳ２を超えたか否かを判断している。このψＳ２
はψＳ２≦ψＳ１の条件を満足させるように設定する。 したがってステップ８０７からステップ８１２では、ψ
がψＳ２より大きい場合には、ψを増減させることによ
ってローラ表面温度ＴＲはＴＰに近づくように作用する
。そしてψがψＳ２より小さいか等しくなった場合には
、ヒータＯＮフラグをリセットし（ステップ８１２）、
メインルーチンの先頭（ステップ８０１）に戻る。ψＳ
２≦ψＳ１の条件を設けることによって次の効果がある
。すなわち、プリント時ではほぼ連続してヒータに通電
するので、ヒータの管壁温度は比較的少ない導通角でも
２５０℃に達することができる。一方スタンバイ時では
、ヒータは断続的に駆動されるので、導通角がある程度
大きくならなければ、ヒータの管壁温度は２５０℃に達
しない。したがってψＳ２≦ψＳ１とすることによって
、スタンバイ時は断続制御によって確実に周期的に管壁
温度も２５０℃以上にし、かつプリント時は交流位相制
御された電圧をヒータに連続的に与え、断続的駆動を行
わないようにすることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面温度が目標温度よりも低く半導体制御素子の導通期
間が第一のしきい値よりも短いときには、電気発熱体へ
の通電を行って上記第一のしきい値を超えるまで徐々に
導通期間を増加させるので、ヒータを通電させた際の突
入電流を低く抑えることができる。

【００４５】また、表面温度が低くなる傾向のプリント
時には、導通期間を第二のしきい値近傍で増減させるの
で、温度リップルを少なくすることができる。

【００４６】さらに、表面温度が高くなる傾向のスタン
バイ時には導通期間を減少させ、第二のしきい値より下
回った場合には、電気発熱体への通電を停止させる。し
たがって、電気発熱体の管壁温度を所定温度に保ちなが
ら該電気発熱体を断続的に駆動するので、タングステン
の付着を発生させずに、かつ、過昇温も発生させずにス
タンバイ状態を維持できる。その結果、電気発熱体の寿
命を長く保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例装置の制御部の概略構成を
示すブロック図である。

【図２】第一実施例の温度制御のメインルーチンのフロ
ーチャートである。

【図３】図２のフローチャートに従って導通期間を第一
のしきい値まで徐々に増加させた場合の電源電圧波形に
対するヒータ電流波形を示す図である。

【図４】第一実施例の外部割り込みルーチンのフローチ
ャートである。

【図５】第一実施例における外部割り込みルーチン及び
タイマ割り込みルーチンの起動タイミングと対応したヒ
ータ電流波形を示す図である。

【図６】第一実施例におけるタイマ割り込みルーチンの
フローチャートである。

【図７】第一実施例においてスタンバイ時に断続制御し
た場合のヒータ電流波形、ヒータ管壁温度及び加熱ロー
ラ表面温度の関係を示す図である。

【図８】本発明の第二実施例の温度制御のメインルーチ
ンを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１　　加熱ローラ ２　　電気発熱体（ハロゲンヒータ） ４　　半導体制御素子（ＳＳＲ） ５　　交流電源（ＡＣ電源）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フィラメントを有した電気発熱体を内
   包した加熱ローラと、該電気発熱体と交流電源との間に
   直列に接続された半導体制御素子と、上記加熱ローラの
   表面温度を検知する温度検知素子と、上記半導体制御素
   子及び該温度検知素子と接続され該温度検知素子からの
   出力信号に基づいて上記半導体制御素子への導通開始時
   期及び導通期間を制御する制御手段とを備えた画像形成
   装置において、上記制御手段は、表面温度が予め設定さ
   れた目標温度より低く、上記導通期間が予め設定された
   第一のしきい値よりも短いときには、上記電気発熱体へ
   の通電を行って該導通期間を該第一のしきい値を超える
   まで徐々に増加させ、上記導通期間が上記第一のしきい
   値を超えたときには、上記目標温度と上記表面温度との
   温度差に基づいて該導通期間が予め設定された第二のし
   きい値を下回るまで該導通期間を増減させ、該導通期間
   が該第二のしきい値を下回ったときには、ヒータへの通
   電を停止するように設定されていることを特徴とする画
   像形成装置。
2. 【請求項２】　　第二のしきい値は第一のしきい値より
   低いかあるいは等しいこととする請求項１に記載の画像
   形成装置。