JPH09329991A

JPH09329991A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH09329991A
Application number: JP8168716A
Authority: JP
Inventors: Michihito Yamazaki; 道仁山崎; Koichi Okuda; 幸一奥田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-10
Filing date: 1996-06-10
Publication date: 1997-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、広い電源電圧範囲において使用で
きる定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目
的としている。【解決手段】フィルム加熱方式の定着装置における発
熱体への通電を、例えば通電割合５０％の波数制御で行
い、この際の温度上昇率から電源電圧を推定する。次
に、例えば入力電圧が１００Ｖ時は波数制御パターンを
１００％、１１５Ｖ時は８７．５％、２２０Ｖ時には４
５％、２４０Ｖ時は４２．５％とするように選択し、異
なる電源電圧に対応させると共に、このような波数制御
パターンの下で、位相制御により電力を制御して発熱体
の温度制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録材上に形成さ
れたトナー像を加熱定着する装置を有する電子写真装
置、静電記録装置等の画像形成装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式等の画像形成装置に
おいて、記録材上に顕画像化されたトナー像の定着は、
ハロゲンヒーター等の加熱体に印加する電圧をＯＮ／Ｏ
ＦＦさせるることにより所定の温度に制御した加熱ロー
ラーと、弾性層を有して該加熱ローラーに圧接する加圧
ローラーとによって記録材を加熱、加圧しながら挟持搬
送することにより行う方式（熱ローラー方式）、あるい
は特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７
８７８号公報等に記載されているように、少なくとも固
定支持された加熱体たるヒーターと、該ヒーターに圧接
しつつ搬送される耐熱性フィルムとしての定着フィルム
とからなるヒーターユニットと、該ヒーターユニットに
対し記録材を密着させる加圧部材とを有し、ヒーターの
熱をフィルムを介して記録材へ付与することて、記録材
表面に形成されているトナー像を加熱定着させる方式、
構成の定着装置（フィルム加熱定着方式）等により行わ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のフィルム加熱式の定着装置における温度制御は、フ
ィルムの熱容量が小さいために、熱ローラー方式の加熱
定着装置のようなハロゲンヒーター等の加熱体に印加す
る電圧のＯＮ／ＯＦＦによることが困難であり、加熱体
に印加する電圧波形の波数制御（数波〜数十波を１ユニ
ットとし、１ユニット内で通電する半波の数を変え
る）、もしくは位相制御（１半波内での通電割合を変え
る）により行われている。

【０００４】従って、一般に、電源電圧が異なると発熱
体の消費電力が変わり、それに応じて発熱量も変化し、
特に、１００Ｖ／１１５Ｖ地域向けの定着装置と２２０
Ｖ／２４０Ｖ地域向けの定着装置に用いられる発熱体を
共通化することは困難な場合があった。

【０００５】このため、１００Ｖ系と２００Ｖ系の加熱
定着装置を共通の部品で組み立てることができず、工場
での部品の管理や組み立てコスト、流通、販売における
在庫管理に要するコストがかかる場合があった。

【０００６】そこで、本発明は、広い電源電圧範囲にお
いて使用できる加熱装置を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本出願に係る第１の発明
によれば、上記目的は、少なくとも加熱体と加圧部材を
有し、記録材上に顕画像化されたトナー像を、該加熱体
と加圧部材に挟持搬送させることにより定着する定着装
置を有する画像形成装置において、電源電圧を検知する
手段と、該手段により検知した電源電圧に応じて通電波
数パターンを決定し、目標温度からのずれに応じて上記
加熱体に対する入力電圧の位相制御を行うことにより、
上記加熱体の温度制御を行う手段とを備えたことにより
達成される。

【０００８】また、本出願に係る第２の発明によれば、
上記目的は、少なくとも加熱体と加圧部材を有し、記録
材上に顕画像化されたトナー像を、該加熱体と加圧部材
に挟持搬送させることにより定着する定着装置を有する
画像形成装置において、電源電圧を検知する手段と、該
手段により検知した電源電圧に応じて通電位相角を決定
し、目標温度からのずれに応じて上記加熱体に対する入
力電圧の波数制御を行うことにより、上記加熱体の温度
制御を行う手段を備えたことにより達成される。

【０００９】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、上記目的は、上記第１の発明または第２の発明にお
いて、定着装置は、支持体に支持された加熱体と、該加
熱体に接触摺動するフィルムと、該フィルムの加熱体側
とは反対側の表面に、トナー像の形成された記録材を加
圧搬送させる加圧部材とを備えていることにより達成さ
れる。

【００１０】つまり、本出願に係る第１の発明において
は、電源電圧を検知する手段により検知した電源電圧に
応じて通電波数パターンを決定するので、電源電圧が異
なっても加熱体に備えられた一つの発熱体（抵抗値一定
の発熱体）で消費する電力をほぼ一定の値に補正する。
また、目標温度からのずれに応じて加熱体に対する入力
電圧の位相制御を行うことにより、加熱体の温度制御を
行うので、低熱容量の加熱体に対しても、充分精度のあ
る温度制御を行う。

【００１１】また、本出願に係る第２の発明において
は、電源電圧を検知する手段により検知した電源電圧に
応じて通電位相角を決定するので、電源電圧が異なって
も加熱体に備えられた一つの発熱体（抵抗値一定の発熱
体）で消費する電力をほぼ一定の値に補正する。しか
も、通電波数パターンを変える場合よりも１周期として
用いる波数が少なくて済むため、温度制御の応答性を向
上させる。また、目標温度からのずれに応じて加熱体に
対する入力電圧の波数制御を行うことにより、加熱体の
温度制御を行うので、低熱容量の加熱体に対しても、充
分精度のある温度制御を行う。

【００１２】さらに、本出願に係る第３の発明において
は、上記第１の発明または第２の発明の定着装置が、支
持体に支持された加熱体と、該加熱体に接触摺動するフ
ィルムと、該フィルムの加熱体側とは反対側の表面に、
トナー像の形成された記録材を加圧搬送させる加圧部材
とを備えているので、加熱体の熱容量が低く、精度の高
い温度制御は容易ではないが、上述のように波数制御ま
たは位相制御により、充分に精度の高い温度制御が行わ
れる。しかも、通電波数パターンまたは通電位相角は、
電源電圧に応じて決定されるので、電源電圧が異なって
も加熱体に備えられた一つの発熱体（抵抗値一定の発熱
体）で消費する電力をほぼ一定の値に補正し、定着装置
の共用化を実現する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。

【００１４】（第１の実施形態）まず、本発明の第１の
実施形態を図１ないし図３に基づいて説明するる図２は
本実施形態におけるレーザープリンターの要部、図３は
その定着装置の要部を示している。

【００１５】図２において、１は像担持体としての有機
感光ドラム、２は帯電部材としての帯電ローラー、３は
レーザー露光装置、４は現像スリーブ及び現像ブレード
並びに１成分磁性トナー等からなる現像装置、５はクリ
ーニングブレード、６は転写ローラー、７は定着装置で
ある。以上の主要ユニットの働きにより、周知の電子写
真プロセスが行われ、画像が出力される。

【００１６】以上のようなレーザープリンターに用いら
れる加熱装置としての定着装置７は、図３に示すよう
に、円筒形状の耐熱性フィルム１０１と、加熱体として
のヒーター１１０と、加圧部材としての加圧ローラー２
１０とを備えている。

【００１７】耐熱性フィルム１０１は、ポリイミド、ポ
リアミドイミド、ＰＥＥＫ等で形成された基層上に、導
電性のプライマー層が厚み２〜６μｍ程度の薄い層で形
成されており、さらに表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥ
Ｐ等のフッ素樹脂がオフセット防止のための離型層とし
て、厚み１０μｍ程度で被覆してある。

【００１８】また、ヒーター１１０は、記録材Ｐの搬送
方向に直交する方向を長手とする、絶縁性、低熱容量の
セラミックからなる基板１０３と、該基板１０３の表面
に長手に沿って印刷された抵抗発熱体１０５と、該基板
１０３の抵抗発熱体の露呈面とは反対側に、接触させて
設けたサーミスタ等の温度検知素子１０６を基本構成と
するものである。

【００１９】そして、このヒーター１１０は、横断面半
円弧桶形のフィルムガイド（ヒーターステー）１０７に
発熱体１０５を露呈させ、かつ断熱、固定支持されてい
る。なお、図３において１０８は、ヒーター１０３、サ
ーミスター１０６、ヒーターステー１０７からなるヒー
ターユニット１２０が、加圧ローラー２１０により加圧
された際に、変形しないために設けられた逆Ｕ字形の補
強板金である。

【００２０】また、加圧部材としての加圧ローラー２１
０は、芯金２０１とシリコーンゴムからなる弾性層２０
２とからなり、ヒーターユニット１２０に対し、加圧手
段（図示せず）により総圧５〜８ｋｇｆの圧力で加圧さ
れている。さらに、加圧ローラー２１０は記録材Ｐの搬
送方向に、駆動系（図示せず）により回転駆動（反時計
回り）される。これにより、円筒形の定着フィルム１０
１がヒーター１１０の発熱体表面に密着摺動して、フィ
ルムガイド１０７の周囲を回転する。

【００２１】また、ヒーター１１０の温度制御は、サー
ミスタ１０６の出力を基に温度制御手段たるＣＰＵ１０
が、トライアック等からなる電流制御手段１１を介し
て、交流電源２０から発熱体１０５への通電を制御する
ことにより行われる。

【００２２】以上の構成により、温度制御されたヒータ
ーユニット１２０と加圧ローラー２１０のニップ部を記
録材Ｐが挟持搬送されることで、記録材Ｐ上のトナー像
は定着される。

【００２３】上述のようなフィルム加熱方式の定着装置
は、従来一般的である熱ローラー方式の定着装置に比
べ、ヒーター部の熱容量を数十分の一にすることが可能
であり、かつ昇温の速い発熱体を用いることが可能であ
るため、加熱部分が定着可能となる温度に達するまでの
時間を数秒にすることが可能である。よって熱ローラー
方式の定着装置においては実現が困難であった、所謂、
オンデマンド定着が可能となる。

【００２４】その反面、温度制御に関しては、加熱部分
の熱容量が小さいため、熱ローラー方式において一般的
であった印加電圧のＯＮ／ＯＦＦでは温度制御が不可能
となる。そのため、入力電圧をより細かく制御するため
に位相制御、もしくは波数制御を行うことによって温度
制御を行っている。

【００２５】まず、電源電圧の推定を行うために、本実
施形態において発熱体１０５への通電は、ＧＮＤからプ
ラス側のみの波数制御（通電割合５０％）で行われ、こ
の際、通電開始時のサーミスター温度をＴ１℃とした
時、通電により（Ｔ１＋５）℃から（Ｔ１＋１５）℃ま
での１０℃上昇する時間を測定し、この値から電源電圧
を推定する。

【００２６】次に、電源電圧に応じて波数パターンを決
め、位相制御により温度制御を行う。本実施形態におい
て波数パターンは２０サイクル（４０半波）を単位（１
ユニット）として行い、１００Ｖ入力時は１００％、１
１５Ｖ入力時には８７．５％（＝３５／４０）、２２０
Ｖ入力時には４５％（＝１８／４０）、２４０入力時に
は４２．５％（＝１７／４０）の各通電割合を最大とし
て電力が供給される。

【００２７】図１は位相制御による通電割合が５０％の
時、各電源電圧において発熱体１０５に対する入力電圧
波形を表したものであり、横軸は時間、縦軸は電圧、そ
して斜線部において実際に電圧が印加されることを表し
ている。

【００２８】図１（ａ）は入力電圧が１００Ｖの場合で
あり、波数制御パターンは１００％となっている。図１
（ｂ）は入力電圧が１１５Ｖの場合であり、図中ａ、
ｂ、ｃ、ｄ、ｅの各１／２サイクルにおいて波数パター
ンにより入力電圧が０Ｖとなることを示している。図１
（ｃ）は入力電圧が２２０Ｖの場合であり、ＧＮＤから
マイナス側と図中ｆ、ｇの各１／２サイクルにおいて入
力電圧が０Ｖとなる。図１（ｄ）は２４０Ｖ入力の場合
であり、ＧＮＤからマイナス側と図中ｈ、ｉ、ｊの各１
／２サイクルにおいて入力電圧が０Ｖとなることを示し
ている。

【００２９】以上のように、波数制御で異なる電源電圧
に対応し、さらに位相制御により電力を制御して発熱体
１０５の温度制御を行うことにより、発熱部が低熱容量
の上述フィルム定着装置の温度制御が可能となると共
に、電源電圧が異なっても同一の発熱体で消費電力をほ
ぼ同じにさせることが可能となり、異なる電源電圧に一
つの定着装置で対応することが可能となる。

【００３０】なお、本実施形態中に示した電源電圧検知
方法、及び制御方法は一例であり、例えば電源電圧の検
知を電圧検知回路を用いて行ったり、あるいは電源電圧
を手動切り換えにして、この切り換え手段の状態を読み
込む等により電源電圧を検知する方式でも構わない。ま
た、制御方法に関しては、波数制御の１ユニットを４０
半波で構成したり、電源電圧に応じて半波単位で入力０
Ｖとする波数パターンを用いても良い。さらに、ヒータ
ーユニットの形状、構成等も一例に過ぎず、本実施形態
で説明したものに限られない。

【００３１】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態を図４及び図５に基づいて説明する。なお、第
１の実施形態との共通箇所には同一符号を付して説明を
省略する。

【００３２】図４は、本発明の第２の実施形態における
抵抗発熱体に入力する電圧波形の一形態を表した図であ
り、図５は交流電圧の１半波に対して位相制御を行った
際、ゼロクロスポイントから電圧を印加する位相角（ｒ
ａｄ）を横軸、出力を縦軸としたグラフである。

【００３３】本実施形態においては、電源電圧の推定
後、電源電圧に応じて位相制御パターンを決定して、発
熱体１０５の温度制御は波数制御により行うことを特徴
とする。

【００３４】上述の第１の実施形態においては、異なる
電源電圧に対応するために波数パターンを変えることで
対応しており、各電源電圧にある程度正確に対応するた
めに、４０半波程度の波数を１周期として用いている。
したがって、第１の実施形態の場合には、制御の応答時
間が最短で０．４ｓｅｃ（５０Ｈｚ電源の場合）となる
ために、低速の装置に関しては、温度制御が可能であっ
ても、中高速の装置（１０／分以上）に対しては温度制
御が困難となる。

【００３５】そこで、本実施形態においては、電源電圧
の違いに対し１半波を４０分割した位相制御で対応し、
温度制御は２０半波を単位とした波数制御により５％刻
みの出力調整で行う。

【００３６】以上の構成とすることにより、制御の応答
時間は第１の実施形態の場合に比べ、０．２ｓｅｃと半
分に短縮される。また、温度制御に波数制御を用いるこ
とにより、制御のリニアリティーの改善も図られる。

【００３７】図４は波数制御による通電割合が、ｔ₀〜
ｔ₁間において６５％（＝１３／２０）、ｔ₁〜ｔ₂間に
おいて７０％（＝１４／２０）となる場合において、各
電源電圧から発熱体に入力される電圧波形を表した図で
ある。また、電源電圧の種類に対しては上述の如く位相
制御で対応し、１００Ｖ入力の際には１００％（ゼロク
ロスポイントの０ｒａｄ／４０から電圧印加）、１１５
Ｖ入力の際には８８．２％（１１πｒａｄ／４０から電
圧印加）、２２０Ｖ入力の際には４５．０％（２１πｒ
ａｄ／４０から電圧印加）、２４０Ｖ入力の際には４
０．１％（２２πｒａｄ／４０から電圧印加）の各通電
割合を最大として電力が供給される。図５に交流電圧の
ゼロクロスポイントから電圧を印加する位相角と出力の
関係を示す。

【００３８】図４（ａ）は電源電圧が１００Ｖの場合で
あり、位相制御は位相角０ｒａｄ（１００％入力）とな
っており、ｔ₀〜ｔ₁間において６５％（＝１３／２
０）、ｔ₁〜ｔ₂間において７０％（＝１４／２０）の通
電割合となるように波数制御が行われることを示してい
る。図４（ｂ）は電源電圧が１１５Ｖの場合を示し、上
述の如くゼロクロスポイントから（１１／４０）πｒａ
ｄのポイントから電圧が印加されるように位相制御がか
けられている。以下、同様に図４（ｃ）は電源電圧が２
２０Ｖの場合であり、図４（ｄ）は電源電圧が２４０Ｖ
の場合を示している。

【００３９】以上説明した構成とすることにより、一つ
の発熱体で異なる電源電圧に対応し、かつ温度制御の応
答性を改善することが可能となる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る第１
の発明によれば、電源電圧を検知する手段により検知し
た電源電圧に応じて通電波数パターンを決定するので、
電源電圧が異なっても一つの発熱体（抵抗値一定の発熱
体）で消費する電力をほぼ一定の値に補正することがで
きる。したがって、例えば１００Ｖ系と２００Ｖ系の定
着装置を共通の部品で組み立てることが可能になり、工
場での部品の管理や組み立てコスト、流通、販売におけ
る在庫管理に要するコストを低減することができる。ま
た、目標温度からのずれに応じて加熱体に対する入力電
圧の位相制御を行うことにより、加熱体の温度制御を行
うので、低熱容量の加熱体に対しても、温度制御の応答
性、及びリニアリティーの改善を行い、低熱容量の加熱
体に対しても充分精度のある温度制御を行うことが可能
となる。

【００４１】また、本出願に係る第２の発明によれば、
電源電圧を検知する手段により検知した電源電圧に応じ
て通電位相角を決定するので、電源電圧が異なっても一
つの発熱体（抵抗値一定の発熱体）で消費する電力をほ
ぼ一定の値に補正することができる。したがって、例え
ば１００Ｖ系と２００Ｖ系の定着装置を共通の部品で組
み立てることが可能になり、工場での部品の管理や組み
立てコスト、流通、販売における在庫管理に要するコス
トを低減することができる。また、目標温度からのずれ
に応じて加熱体に対する入力電圧の波数制御を行うこと
により、加熱体の温度制御を行うので、低熱容量の加熱
体に対しても、温度制御の応答性、及びリニアリティー
のより一層の改善を行い、低熱容量の加熱体に対しても
充分精度のある温度制御を行うことが可能となる。

【００４２】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、上記第１の発明または第２の発明の定着装置が、支
持体に支持された加熱体と、該加熱体に接触摺動するフ
ィルムと、該フィルムの加熱体側とは反対側の表面に、
トナー像の形成された記録材を加圧搬送させる加圧部材
とを備えているので、加熱体の熱容量が低く、クイック
スタートが可能となる。しかし、その反面、精度の高い
温度制御は容易ではないが、上述のように波数制御また
は位相制御により、充分に精度の高い温度制御を行うこ
とができる。しかも、通電波数パターンまたは通電位相
角は、電源電圧に応じて決定されるので、電源電圧が異
なっても一つの発熱体（抵抗値一定の発熱体）で消費す
る電力をほぼ一定の値に補正し、定着装置の共用化を実
現し、工場での部品の管理や組み立てコスト、流通、販
売における在庫管理に要するコストを低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における抵抗発熱体に
入力する電圧波形の一形態を表す図である。

【図２】本発明の第１の実施形態におけるレーザープリ
ンターの要部を表す図である。

【図３】本発明の第１の実施形態における定着装置を説
明するための図である。

【図４】本発明の第２の実施形態における抵抗発熱体に
入力する電圧波形の一形態を示す図である。

【図５】交流電圧のゼロクロスポイントから電圧を印加
する位相角と出力の関係を表す図である。

【符号の説明】

７定着装置１０ＣＰＵ（電圧を検知する手段、温度制御を行う手
段）１０１定着フィルム（フィルム）１０５抵抗発熱体１０７フィルムガイド（支持体）１１０ヒーター（加熱体）２１０加圧ローラー（加圧部材）Ｐ記録材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも加熱体と加圧部材を有し、記
録材上に顕画像化されたトナー像を、該加熱体と加圧部
材に挟持搬送させることにより定着する定着装置を有す
る画像形成装置において、電源電圧を検知する手段と、
該手段により検知した電源電圧に応じて通電波数パター
ンを決定し、目標温度からのずれに応じて上記加熱体に
対する入力電圧の位相制御を行うことにより、上記加熱
体の温度制御を行う手段とを備えたことを特徴とする画
像形成装置。
【請求項２】少なくとも加熱体と加圧部材を有し、記
録材上に顕画像化されたトナー像を、該加熱体と加圧部
材に挟持搬送させることにより定着する定着装置を有す
る画像形成装置において、電源電圧を検知する手段と、
該手段により検知した電源電圧に応じて通電位相角を決
定し、目標温度からのずれに応じて上記加熱体に対する
入力電圧の波数制御を行うことにより、上記加熱体の温
度制御を行う手段を備えたことを特徴とする画像形成装
置。
【請求項３】定着装置は、支持体に支持された加熱体
と、該加熱体に接触摺動するフィルムと、該フィルムの
加熱体側とは反対側の表面に、トナー像の形成された記
録材を加圧搬送させる加圧部材とを備えていることとす
る請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。