JPH09329989A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 規格を満足する位相角度のときのみ位相制御
を行い、規格を満足できない位相角度では、規格内の最
大位相角度で発熱手段の通電電流を制御するようにす
る。 【解決手段】 高調波電流を規制する規格を満足するた
めに、定着ヒータ１１９の位相制御において規格を満足
できない電流を流さないように制御を行う。この場合、
位相制御の位相角度によっては、高調波電流の規格を満
足できなくなるので、ＣＰＵ１０５ａにより、規格を満
足する位相角度のときのみ位相制御を行い、満足できな
い位相角度では、規格を満足する最大の位相角度で半波
毎の組み合わせによるオン・オフ制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プロセス
を用いた画像形成装置の定着ヒータの温度を制御する定
着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置、例えばレーザビームプリ
ンタは、図９に示すようにホストインターフェース１０
１、ビデオコントローラ部１０３および表示、操作パネ
ル１０４を有するコントローラ部１００と、エンジン部
１０２とを備えて構成されている。

【０００３】すなわち、コントローラ部１００は、図９
に示すように不図示のホストコンピュータから入力され
たコードデータである電気信号をビデオコントローラ部
１０３でドットイメージに展開し、ビデオコントローラ
部１０３内のメモリに格納した後、エンジン部１０２に
ビデオ信号として返送する。エンジン部１０２の各要素
は、エンジンコントローラ１０５により制御され、コン
トローラ部１００とのビデオ信号のやり取りもエンジン
コントローラ１０５を介して行われる。エンジンコント
ローラ１０５の不図示のビデオインタフェース部に入力
されたビデオ信号は、レーザドライバ１０６に送出さ
れ、ここで半導体レーザ１０７のＯＮ／ＯＦＦが制御さ
れる。この半導体レーザ１０７から出射されたレーザ光
１１０はポリゴンミラー１０８により偏向されて感光ド
ラム１１２の長手方向の走査光となり、ミラー１０９を
介して感光ドラム１１２上に投影される。感光ドラム１
１２は、矢印Ｒ１２方向に回転し、一次帯電器１１１に
より一次帯電された後、レーザ光のＯＮ／ＯＦＦに応じ
た露光を受け、感光ドラム１１２の表面に静電潜像が形
成される。そして、現像器１１３により着色荷電粒子
（以下、トナーという）が付与され、顕像が得られた
後、この顕像は、転写帯電器１１４により、給紙カセッ
ト１２０から給紙ローラ１２１によって一枚ずつ取り出
された記録媒体としての記録紙に転写される。転写残り
トナーは、感光ドラム１１２の表面からクリーニング器
１１５により払い拭われ、感光ドラム１１２は次の画像
形成工程に備える。

【０００４】一方、未定着トナー画像が担持した記録紙
は、定着器１１６に挿通され、永久定着像を得た後に、
図中矢印Ｌ方向に搬送されて装置本体外に排出される。
なお、図中の矢印Ｌは、給紙カセット１２０から取り出
されて画像形成される記録紙の搬送軌跡を示す。

【０００５】定着器１１６は、中空の定着ローラ１１７
内に発熱手段としての定着ヒータ１１９を有しており、
定着ヒータ１１９に通電することで定着ローラ１１７が
加熱される。また、定着ローラ１１７の表面温度を検知
する不図示の温度センサは、その出力をエンジンコント
ローラ１０５に入力し、定着ヒータ１１９をＯＮ／ＯＦ
Ｆして、定着ローラ１１７の表面温度を所定の温度に維
持する。すなわち、エンジンコントローラ１０５は、定
着器１１６の定着ローラ１１７に接して取り付けられた
温度センサにより定着器１１６の温度を検知し、フュー
ザ制御部（不図示）を用いて定着ヒータ１１９に流す電
流の位相角度を変化させる位相制御をして定着器１１６
の温度制御を行う。

【０００６】また、加圧ローラ１１８は付勢手段（不図
示）により定着ローラ１１７を押圧するように付勢され
ている。これにより記録紙に担持された未定着トナーは
定着ローラ１１７と加圧ローラ１１８との間のニップ内
で記録紙と共に加熱、加圧され永久定着される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の定着器では、定着ヒータ１１９に通電する電流を位
相制御する場合に、高調波電流が流れてしまうために、
高調波電流を規制する規格を満足できない場合が生じ
る。

【０００８】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、規格を満足する位相角度のとき
のみ位相制御を行い、規格を満足できない位相角度で
は、規格内の最大位相角度で発熱手段の通電電流を制御
するようにした定着装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の定着装置によれば、記録媒体に担持され
た未定着現像剤を熱定着させる発熱手段を有する定着手
段と、該定着手段の温度を検出する温度検出手段と、該
温度検出手段が検出した温度により前記発熱手段の熱量
を制御するために、該発熱手段に流す電流を制御する電
流制御手段とを備えたものであって、前記電流制御手段
は、前記発熱手段に流す電流が、高調波電流の規格を満
足する位相角度では位相制御し、高調波電流の規格を満
足できない位相角度では規格に合わせてオン・オフ制御
することを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明によれば、前記電流制
御手段は、前記温度検出手段が検出した温度に基づいて
フューザ制御部を制御する制御手段を備えたものであ
る。

【００１１】請求項３記載の発明によれば、前記フュー
ザ制御部は、ソリッドステートリレーと、該ソリッドス
テートリレーによってゲートの点弧角が制御されるトラ
イアックとを備えたものである。

【００１２】請求項４記載の発明によれば、前記電流制
御手段は、高調波電流の規格を満足できない位相角度の
場合には、前記発熱手段に流す電流を、高調波電流の規
格に合致する半周期の位相制御電流と電流を流さない半
周期とを複数組み合わせて制御する。

【００１３】請求項５記載の発明によれば、前記発熱手
段は、位相制御の位相角度が高調波電流の規格を満足で
きない場合には、規格を満足する最大の位相角度の位相
制御電流で半周期毎の組み合わせによるオン・オフ制御
を行う。

【００１４】請求項６記載の発明によれば、前記電流制
御手段は、高調波電流の規格を満足できない位相角度の
場合には、前記発熱手段に流す電流を、高調波電流の規
格に合致する１周期の位相制御電流と電流を流さない１
周期とを複数組み合わせて制御する。

【００１５】請求項７記載の発明によれば、前記発熱手
段は、位相制御の位相角度が高調波電流の規格を満足で
きない場合には、規格を満足する最大の位相角度の位相
制御電流で１周期毎の組み合わせによるオン・オフ制御
を行う。

【００１６】請求項８記載の発明によれば、前記電流制
御手段は、前記発熱手段に流す電流を、高調波電流の規
格に合致する半周期の異なる位相角度の位相制御電流と
電流を流さない半周期とを複数組み合わせて制御する。

【００１７】請求項９記載の発明によれば、前記温度検
出手段は、温度検出センサである。

【００１８】［作用］以上の構成に基づき、高調波電流
を規制する規格を満足させるために、発熱手段の位相制
御において規格を満足できない電流を流さないように制
御を行う。すなわち、位相制御の位相角度によっては、
高調波電流の規格を満足できなくなるために、制御手段
により、規格を満足する位相角度のときのみ位相制御を
行い、満足できない位相角度では、規格に合わせてオン
・オフ制御を行う。

【００１９】この場合、規格を満足できない位相角度で
は、規格を満足する最大の位相角度で半波毎の組み合わ
せによるオン・オフ制御を行わせるようにした。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。 〈第１の実施の形態〉図１は、画像形成装置の一例であ
るレーザビームプリンタの電気的構成を示すブロック
図、図２は、本発明に係るレーザビームプリンタのヒー
タ制御部の電気回路ブロック図である。

【００２１】図１において、１は、画像形成装置の電源
をＯＮ／ＯＦＦする電源スイッチ、２は、画像形成装置
が発生するノイズをＡＣラインに伝搬しないようにノイ
ズを低減するノイズフィルタ、３は、フューザ制御部
で、熱定着を行うための熱源となる定着ヒータ１１９を
温度センサ５により温度を検出し、エンジンコントロー
ラ１０５が温度を一定になるようにＯＮ／ＯＦＦ制御を
行うために用いる。また、エンジンコントローラ１０５
は、画像形成装置全体を制御するもので、制御手段とし
てのＣＰＵ１０５ａ、ＲＡＭ１０５ｂおよびＲＯＭ１０
５ｃを内蔵している。そして、エンジンコントローラ１
０５とコントローラ部１００とには、低電圧を供給する
ための低電圧電源ユニット４が接続されている。そし
て、フューザ制御部３とＣＰＵ１０５ａとによって電流
制御手段を構成している。

【００２２】なお、同図中、７はエンジンコントローラ
１０５により動作が制御されるファンモータドライバで
あり、ファンモータ６を駆動する。９はレーザ光を受光
する受光素子８よりの受光信号に基づいて水平同期信号
を発信するＢＤ回路部、１０は一次帯電ローラ１１１、
現像器１１３および転写ローラ１１４に高電圧を供給す
る高電圧電源、２２はピックアップソレノイド、１０６
はレーザダイオード１０７を駆動するレーザドライバ、
１２はスキャナモータ１１を駆動するスキャナモータド
ライバ、１４は感光ドラム１１２を回転させるメインモ
ータ１３を駆動するメインモータドライバ、１５は紙サ
イズセンサ、１６は紙有無センサ、１７はドアセンサ、
１８は給紙センサ、１９は排紙センサ、２０はカートリ
ッジセンサ、２１はコントローラ部１００からエンジン
部１０２に入力されたビデオ信号を、例えばレーザドラ
イバ１０６に送出するビデオインターフェイス部、２３
は電源電圧のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知部
である。また、ビデオコントローラ部１０３は、ＣＰＵ
１０３ａ、ＲＡＭ１０３ｂ、ＲＯＭ１０３ｃ、バッファ
１０３ｄおよび不揮発性記録媒体１０３ｆを備えてい
る。なお、図１において図９と同一構成部分には同一符
号を付す。

【００２３】また、ヒータ制御部は、図２に示すように
発熱手段としての定着ヒータ１１９の温度を検知する温
度検知手段としての温度センサ５を有し、温度センサ５
が検知した温度に応じてソリッドステートリレー（ＳＳ
Ｒ）３ａを介してトライアック３ｂをＯＮするタイミン
グをＣＰＵ１０５ａによって制御することで定着ヒータ
１１９に流す電流を制御するように構成されている。フ
ューザ制御部３は、ソリッドステートリレー３ａとトラ
イアック３ｂとを備えている。

【００２４】図３は、商用電源の電圧波形とヒータの電
流波形との関係を示す図である。

【００２５】ゼロクロス検知部２３は、電源電圧のゼロ
クロス点の上下数ボルトに設定されたゼロクロス検知範
囲を検知し、設定されたゼロクロス検知範囲に応じてゼ
ロクロス信号を発生する。また、ＣＰＵ１０５ａは、温
度センサ５が検知した温度情報により定着ヒータ１１９
の通電量を計算し、通電量とゼロクロス信号とによりヒ
ータ制御信号を発生する。ＣＰＵ１０５ａより「ｈｉｇ
ｈ」レベルのヒータ制御信号が出力されると、フューザ
制御部３は、そのソリッドステートリレー３ａが動作し
てトライアック３ｂをトリガさせ、定着ヒータ１１９に
電流を流すように制御する。この場合の定着ヒータ１１
９に通電する電流は、図４に示すようにｓｉｎ波の所定
の位相角から通電された位相制御の波形になる。

【００２６】すなわち、ＣＰＵ１０５ａは、定着ヒータ
１１９の温度を制御するために定着ヒータ１１９の消費
電力を基にして定着ヒータ１１９に通電する電流の位相
角を決定する。図４には、定着ヒータ１１９の消費電力
が５％刻みで、電流波形と位相角と高調波電流規制のク
ラスＤを判断するための特殊な電流波形の範囲との関係
を示した。

【００２７】次に、高調波電流の規格に合わせて位相制
御の位相角度を制御する理由を説明する。

【００２８】まず、位相制御を行ったときに生じる高調
波電流と、高調波電流の規格値とを説明するために、説
明の便宜上の理由から定着ヒータ１１９の抵抗値は、２
０Ωとする。

【００２９】高調波電流の規格値と抵抗値２０Ωの定着
ヒータ１１９を位相制御した場合の高調波電流量の関係
とを表１に示す。

【００３０】

【表１】 この表１によると、高調波次数は、電流の周期量のフー
リエ級数の次数を示し、高調波電流の規格でクラスＡで
は、２次から４０次の次数について、クラスＤでは、３
次から３９次の奇数次数について規定されている。ま
た、クラスＤは、消費電力により規格値が変化するた
め、電力１００Ｗのときを示した。２０Ωの定着ヒータ
１１９を位相制御した場合の高調波電流は、各位相角に
より高調波電流の大きさが変化するので、全ての位相角
度における最大値を示した。また、２０Ωの定着ヒータ
１１９の位相角１２０度の場合は、１００Ｖの交流電圧
では図４に示すように２０％の電力である。

【００３１】位相角１２０度の電力Ｐ（１２０）は、 Ｐ＝（１００Ｖ×１００Ｖ）／２０Ω＝５００Ｗ Ｐ（１２０）＝Ｐ×２０％＝１００Ｗ になり、消費電力が１００Ｗのときに定着ヒータ１１９
に流れる高調波電流に相当する。

【００３２】図５は、表１をグラフにして示した図であ
る。同図に示されているように、最大許容高調波電流ク
ラスＡと、２０Ωの定着ヒータ１１９の全ての位相角度
における最大値とを比較すると、定着ヒータ１１９に流
れる高調波電流は最大許容高調波電流クラスＡよりも低
いため、高調波電流の規格をクリアできる。しかし、図
４より位相角が１２０度のときには、比較する電流波形
としてクラスＤを判断するための特殊な電流波形の範囲
が適応されることになり、高調波電流が最大許容高調波
電流クラスＤの規格に合致しなければならない。したが
って、位相角１２０度の消費電力１００Ｗのときの最大
許容高調波電流クラスＤと、位相角１２０度の高調波電
流とを比較すると、位相角１２０度の高調波電流が最大
許容高調波電流クラスＤを超えてしまうので、図６に示
すように２０％以下の電力で定着ヒータ１１９を温度制
御する。

【００３３】図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、高調波
電流の規格を満たさない位相角度のときの制御方法を示
している。同図（ａ）において、２０％の電力で定着ヒ
ータ１１９を温度制御する場合には、２５％の電力で定
着ヒータ１１９を温度制御する場合の、すなわち規格を
満足する最大の位相角度である位相角度１１４度の電流
（通電電流での最小値）を定着ヒータ１１９に通電し、
電力２５％の５分の１を定着ヒータ１１９に通電しない
ように制御する。これにより、５半波の周期毎の電力と
してみれば、２０％の電力を通電したことになる。同様
に１５％の電力で定着ヒータ１１９を温度制御する場合
には、同図（ｂ）に示すように電力２５％の５分の２
を、１０％の電力で定着ヒータ１１９を温度制御する場
合には、同図（ｃ）に示すように電力２５％の５分の３
を、５％の電力で定着ヒータ１１９を温度制御する場合
には、同図（ｄ）に示すように電力２５％の５分の４を
それぞれ通電しないように制御する。これによりそれぞ
れ１５％の、１０％のおよび５％の電力を通電したこと
になる。電流が流れる方向が偏らないようにするために
正負の方向を均等にする。 〈第２の実施の形態〉第１の実施の形態では、位相角１
２０度の高調波電流が最大許容高調波電流クラスＤを超
えてしまう場合、５半波ごと区切って定着ヒータ１１９
をＯＮ／ＯＦＦ制御を行っていたが、図７に示すように
２半波を一組として１周期でＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、
５周期ごとの制御を行うようにしてもよい。

【００３４】すなわち、２０％の電力で定着ヒータ１１
９を温度制御する場合には、電力２５％の場合の、すな
わち規格を満足する最大の位相角度である位相角度１１
４度の電流（通電電流での最小値）を定着ヒータ１１９
に通電し、電力２５％の１０分の２を定着ヒータ１１９
に通電しないように制御する。これにより、５周期毎の
電力としてみれば、２０％の電力を通電したことにな
る。同様に１５％の電力で定着ヒータ１１９を温度制御
する場合には、同図（ｂ）に示すように電力２５％の１
０分の４を、１０％の電力で定着ヒータ１１９を温度制
御する場合には、同図（ｃ）に示すように電力２５％の
１０分の６を、５％の電力で定着ヒータ１１９を温度制
御する場合には、同図（ｄ）に示すように電力２５％の
１０分の８をそれぞれ通電しないように制御する。これ
によりそれぞれ１５％の、１０％のおよび５％の電力を
通電したことになる。 〈第３の実施の形態〉第１の実施の形態では、位相角１
２０度の高調波電流が最大許容高調波電流クラスＤを超
えてしまう場合、電力の５％ごとに制御を行っていた
が、図８に示すように異なる位相角の半周期を組み合わ
せることにより、同図に示されている電力２１％や電力
１７％などで定着ヒータ１１９をＯＮ／ＯＦＦ制御する
ことも可能である。

【００３５】すなわち、第１の実施の形態では、位相角
１２０度の高調波電流が最大許容高調波電流クラスＤを
超えてしまう場合、５半波ごと区切って定着ヒータ１１
９をＯＮ／ＯＦＦ制御する際に、２１％の電力で定着ヒ
ータ１１９を温度制御する場合には、位相角１１７度で
電力２５％の５分の２を通電させ、続いて位相角１０９
度で電力３０％の５分の２を通電させ、残りの５分の１
を通電させないように制御する。また、１７％の電力で
定着ヒータ１１９を温度制御する場合には、位相角１０
９度で電力３０％の５分の２を通電させ、位相角１１７
度で電力２５％の５分の１を通電させ、残りの５分の２
を通電させないように制御する。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発熱手段の温度を位相制御する場合には、位相制御の位
相角度によっては、高調波電流の規格を満足できなくな
るために、電流制御手段により、規格を満足する位相角
度のときのみ位相制御を行い、満足できない位相角度で
は、規格に合わせて組み合わせによるオン・オフ制御を
行うようにしたので、定着手段の熱量を制御する際に流
れる高調波電流を規格に合致させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像形成装置の一例であるレーザビームプリン
タの電気的構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係るヒータ制御部の電気回路ブロック
図である。

【図３】本発明を実施した画像形成装置のヒータの通電
の制御で、位相制御を行ったときのタイミング図であ
る。

【図４】本発明に係る第１の実施の形態の位相制御を行
ったときの電流波形と、電力の比率の関係と、通電開始
の位相角度と、高調波電流のクラスＤを判断するための
特殊な電流波形の範囲の関係とを示す図である。

【図５】電源電圧１００Ｖのときの最大許容高調波電流
のクラスＡと、２０Ωのヒータを位相制御で点灯制御し
た場合に流れる高調波電流の全ての位相角度における最
大値と、電力１００Ｗのときの最大許容高調波電流のク
ラスＤと、２０Ωのヒータの位相角１２０度の高調波電
流との関係を高調波次数ごとに示す図である。

【図６】本発明を実施したときの電力が２０％以下の定
着ヒータに通電する電流の半周期毎のＯＮ／ＯＦＦで電
力を制御した場合の波形を示すタイミング図である。

【図７】本発明を実施したときの電力が２０％以下の定
着ヒータに通電する電流の１周期毎のＯＮ／ＯＦＦで電
力を制御した場合の波形を示すタイミング図である。

【図８】本発明を実施したときの電力が２０％以下で、
電力の設定を２１％の場合と１７％の場合の定着ヒータ
に通電する電流の波形を示すタイミング図である。

【図９】従来の画像形成装置の全体構成を示す概略構成
図である。

【符号の説明】

３ 電流制御手段（フューザ制御部） ３ａ フューザ制御部（ソリッドステートリレー） ３ｂ フューザ制御部（トライアック） ５ 温度検出手段（温度センサ） １０５ エンジンコントローラ １０５ａ 位相制御手段（ＣＰＵ） １１６ 定着手段（定着器） １１７ 定着手段（定着ローラ） １１８ 定着手段（加圧ローラ） １１９ 発熱手段（定着ヒータ）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体に担持された未定着現像剤を熱
   定着させる発熱手段を有する定着手段と、該定着手段の
   温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段が検出
   した温度により前記発熱手段の熱量を制御するために、
   該発熱手段に流す電流を制御する電流制御手段とを備え
   た定着装置において、 前記電流制御手段は、前記発熱手段に流す電流が、高調
   波電流の規格を満足する位相角度では位相制御し、高調
   波電流の規格を満足できない位相角度では規格に合わせ
   てオン・オフ制御する、 ことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 前記電流制御手段は、前記温度検出手段
   が検出した温度に基づいてフューザ制御部を制御する制
   御手段を備えた、 ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 【請求項３】 前記フューザ制御部は、ソリッドステー
   トリレーと、該ソリッドステートリレーによってゲート
   の点弧角が制御されるトライアックとを備えた、 ことを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 【請求項４】 前記電流制御手段は、高調波電流の規格
   を満足できない位相角度の場合には、前記発熱手段に流
   す電流を、高調波電流の規格に合致する半周期の位相制
   御電流と電流を流さない半周期とを複数組み合わせて制
   御する、 ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
5. 【請求項５】 前記発熱手段は、位相制御の位相角度が
   高調波電流の規格を満足できない場合には、規格を満足
   する最大の位相角度の位相制御電流で半周期毎の組み合
   わせによるオン・オフ制御を行う、 ことを特徴とする請求項４記載の定着装置。
6. 【請求項６】 前記電流制御手段は、高調波電流の規格
   を満足できない位相角度の場合には、前記発熱手段に流
   す電流を、高調波電流の規格に合致する１周期の位相制
   御電流と電流を流さない１周期とを複数組み合わせて制
   御する、 ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
7. 【請求項７】 前記発熱手段は、位相制御の位相角度が
   高調波電流の規格を満足できない場合には、規格を満足
   する最大の位相角度の位相制御電流で１周期毎の組み合
   わせによるオン・オフ制御を行う、 ことを特徴とする請求項６記載の定着装置。
8. 【請求項８】 前記電流制御手段は、前記発熱手段に流
   す電流を、高調波電流の規格に合致する半周期の異なる
   位相角度の位相制御電流と電流を流さない半周期とを複
   数組み合わせて制御する、 ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
9. 【請求項９】 前記温度検出手段は、温度検出センサで
   ある、 ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１
   記載の定着装置。