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発明の名称 定着装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−22220(P2001−22220A)
公開日 平成13年1月26日(2001.1.26)
出願番号 特願平11−197707
出願日 平成11年7月12日(1999.7.12)
代理人 【識別番号】100063130
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 武久 (外1名)
【テーマコード(参考)】
2H033
【Fターム(参考)】
2H033 AA41 BA25 BB01 CA07 CA27 CA44 CA45 CA48 
発明者 中谷 正秀 / 三澤 晃浩 / 小川 和夫
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 2個のグループに分けられた複数の加熱手段を備え、トナー像を用紙に定着する定着手段と、前記加熱手段の各グループ毎に設けられた選択的に電力を供給する通電手段とを有し、制御周期毎の通電時間を制御することにより前記加熱手段に供給する電力を制御する定着装置において、一方のグループの加熱手段への通電が前記制御周期の開始時から始まり、他方のグループの加熱手段への通電が前記制御周期の終了時に終わるように制御することを特徴とする定着装置。
【請求項2】 請求項1に記載の定着装置において、それぞれのグループの加熱手段への通電時間は、その上限値が前記制御周期よりも短い時間であることを特徴とする定着装置。
【請求項3】 請求項1または2に記載の定着装置において、それぞれのグループの加熱手段への通電時間における上限値を各グループ毎に複数個有していることを特徴とする定着装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2個のグループに分けられた複数の加熱手段を備え、トナー像を用紙に定着する定着手段と、前記加熱手段の各グループ毎に設けられた選択的に電力を供給する通電手段とを有し、制御周期毎の通電時間を制御することにより前記加熱手段に供給する電力を制御する定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられた定着装置として、複数個の加熱手段を有するものが知られている。この種の定着装置として、それぞれ加熱手段が加熱する部分をほぼ異にするように配置され、かつそれぞれの温度検出手段の検出信号に基づいて独立して制御するようにしたものも既に知られている。
【0003】また、加熱手段としては例えばハロゲンランプ等の電気ヒータが良く使用されているが、電気ヒータは、消費電力が大きく、オン時には大きな電流が流れ、さらに、オフ状態からオンした時には定常時の数倍の突入電流が流れる。このように、画像形成装置では定着装置大きな電流を消費することにより、この定着装置が接続されている交流電源に電圧変動を生じさせてしまい、この交流電源に接続されている近くの照明装置の照明にちらつきを発生させてしまう。
【0004】この対策としては、複数個の加熱手段を具備する特開平7−219386号公報の定着装置は、加熱手段を順次オンさせることが開示されている。また、特開平9−311584号公報の定着装置は複数の加熱手段が同時にオン状態からオフにならないようにするとともに、オフ状態のとき同時にオンならないように制御することが記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の特開平7−219386号公報に記載されている定着装置は、複数の加熱手段を同時にオン状態からオフすると、大きな電流変化が発生するという問題があった。また、後者の特開平9−311584号公報に記載されている定着装置は、上記のような大きな電流は発生しないが、電流変化の回数が多く、電圧変動妨害が大きくなるという問題があった。
【0006】本発明は、上記した従来の問題を解消し、大きな電流変化が発生せず、しかも電流変化の回数を少なくして電圧変動妨害を軽減することができる定着装置を提供することを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明は、2個のグループに分けられた複数の加熱手段を備え、トナー像を用紙に定着する定着手段と、前記加熱手段の各グループ毎に設けられた選択的に電力を供給する通電手段とを有し、制御周期毎の通電時間を制御することにより前記加熱手段に供給する電力を制御する定着装置において、一方のグループの加熱手段への通電が前記制御周期の開始時から始まり、他方のグループの加熱手段への通電が前記制御周期の終了時に終わるように制御することを特徴としている。
【0008】なお、本発明は、それぞれのグループの加熱手段への通電時間は、その上限値が前記制御周期よりも短い時間であると、効果的である。さらに、本発明は、それぞれのグループの加熱手段への通電時間における上限値を各グループ毎に複数個有していると、効果的である。
【0009】
【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説明する。図1は、本発明に係る定着装置の定着ローラおよびその制御系を示す概略図である。
【0010】図1において、1は定着ローラ、2および3は該定着ローラ1に設けられた加熱手段としてのヒータある。定着ローラ1には、加圧手段としての加圧ローラ(図示せず)が圧接されて定着手段を構成している。この定着ローラ1および加圧ローラは、回転駆動されて未定着トナー像を担持した転写紙を挟持搬送するとき、ヒータ2,3から発生した熱は定着ローラ1を介して転写紙上に転写された未定着トナー像に加熱し、トナー像を転写紙に定着させる。
【0011】上記ヒータ2、3は、ともにハロゲンヒータであるが、ヒータ2は中央部のみに発熱部を有し、加熱ローラの内側にのみ熱を供給するように構成され、他方、ヒータ3は両端部のみに発熱部を有し、加熱ローラの両外側にのみ熱を供給するように構成されている。これらヒータ2,3は、例えば加熱する領域によって2個のグループに分けられ、よって加熱する領域が内と外で異なるヒータ2、3は別グループに所属する。ヒータ2,3の一端は、ともに交流電源11の片側に接続され、ヒータ2,3の他端と交流電源11のもう一方の片側との間にはそれぞれトライアック4,5からなるスイッチ素子が接続されている。このトライアック4,5は、制御用ドライバ6,7により駆動され、制御用ドライバ6,7は制御手段としてのCPU8により制御される。定着ローラ1には、その表面温度を検出する温度検出素子としてサーミスタ9,10が設けられ、サーミスタ9はヒータ2のグループの温度を測定するように定着ローラ1の内領域に配置され、サーミスタ10はヒータ3のグループの温度を測定するように定着ローラ1の外領域に配置されている。これらサーミスタ9,10の温度検出信号は、CPU8に入力される。
【0012】CPU8は、制御周期T時間ごとにサーミスタ9とサーミスタ10により温度を測定し、定着ローラ1の温度が所定の温度になるように、PID制御により次の制御周期間のヒータ2とヒータ3の通電時間を決定する。
【0013】かくして、制御周期T間のヒータ2とヒータ3の通電時間を決定されると、本実施形態の定着装置は一方のグループのヒータへの通電が制御周期Tの開始時から始まり、他方のグループのヒータへの通電は制御周期Tの終了時に終わるように制御している。例えば、3周期連続して、ヒータ2とヒータ3の両方とも制御周期Tの70%の時間が通電時間になった場合、図2に示すように、各ヒータ2,3が通電される。すなわち、ヒータ2は制御周期Tの開始時から通電を開始され、0.7T時間経過後に通電が停止される。他方、ヒータ3は制御周期Tが開始してから0.3T後に通電が開始され、その周期が終了する時に通電が停止される。また、図2にはヒータ2とヒータ3の通電時に流れる電流の和である、加熱制御ための消費電流も示している。I1は、ヒータ2に流れる電流を示す。I3は、ヒータ3に流れる電流を示す。I2は、ヒータ2とヒータ3の両方に流れる電流の和、すなわちI2=I1+I3である。dI1は、加熱制御の消費電流がI3からI1に変わる時の電流変化量を示している。dI2は、加熱制御の消費電流がI1からI2に変わる時の電流変化量を示している。dI3は、加熱制御の消費電流がI2からI3に変わる時の電流変化量を示している。
【0014】このようにして、ヒータ2,3への通電を制御すると、1つの制御周期において、消費電流の変化は、dI1とdI2とdI3がそれぞれ1回ずつ発生するだけである。
【0015】図3は、ヒータ2とヒータ3の両方とも制御周期Tの100%の時間通電する場合を示している。加熱制御の消費電流は、ヒータ2とヒータ3に流れる電流の和であるI2になる。
【0016】図4は、ヒータ2が制御周期Tの60%の時間通電し、ヒータ3が制御周期Tの40%の時間通電する場合を示す。加熱制御の消費電流は、制御周期Tの始めから0.6T時間まではヒータ2に流れる電流のI1である。制御周期Tの0.6T時間から制御周期の終わりまでは、ヒータ3に流れるI3になる。消費電流の変化は、1つの制御周期内で、dI1の変化が2回発生するだけである。
【0017】このように構成された本発明に係る定着装置は、電源からヒータ2,3に供給する電流の変動量を小さくそ、かつ、変動発生回数を少なくすることにより、装置の電源への低周波の妨害である電圧変動を小さくすることができる。
【0018】次に、上記実施形態の定着装置と従来の定着装置との違いを詳しく説明する。図5は、複数の加熱手段への通電のオンやオフを同時に行う従来技術1で、上記実施形態の図2と同じく、ヒータ2’とヒータ3’の両方とも制御周期Tの70%の時間が通電時間になった場合を示している。加熱制御の消費電流は、制御周期の始めから0.7T時間までは、ヒータ2’とヒータ3’に流れる電流の和であるI2が流れる。制御周期の0.7T時間から制御周期の終わりまでは、電流は流れない。消費電流の変化は、1制御周期内で電流がI2から0になる変化量を表すdI4が2回発生する。
【0019】また、図6は、複数の加熱手段への通電のオンやオフを同時に行う従来技術1で、上記実施形態の図4と同じく、ヒータ2’が制御周期の60%の時間通電し、ヒータ3’が制御周期の40%の時間通電する場合を示す。加熱制御の消費電流は制御周期の始めから0.4T時間までは、ヒータ2’とヒータ3’に流れる電流の和であるI2である。0.4T時間から0.6T時間までは、ヒータ:内に流れる電流のI1である。制御周期の0.6T時間から制御周期の終わりまでは、電流は流れない。
【0020】さらにまた、図7は、複数の加熱手段への通電が同時にオンからオフにならないと共に、同時にオフからオンにならない様に、0.1T時間の間を空けて制御する従来技術2で、上記実施形態の図2と同じく、ヒータ2”とヒータ3”の両方とも制御周期Tの70%の時間が通電時間になった場合を示している。加熱制御の消費電流は制御周期の始めから0.1T時間までは、ヒータ2”に流れる電流のI1である。0.1T時間から0.7T時間までは、ヒータ2”とヒータ3”に流れる電流の和であるI2が流れる。0.7T時間から0.8T時間までは、ヒータ3”外に流れる電流のI3が流れる。制御周期の0.8T時間から制御周期の終わりまでは、電流は流れない。消費電流の変化は、dI2とdI3が2回ずつ発生する。ヒータ2”とヒータ3”の両方とも制御周期Tの70%の時間が通電時間になった場合の電流変化量と回数を比べた結果を表1に示す。
【0021】
【表1】

この表1から明らかなように、本発明は従来技術1のように大きなdI4のような電流変化は発生せず、また、従来技術2のように多い回数の電流変化も発生しない。また、本発明ではそれぞれのヒータ2,3に通電時間の上限値を設けて、その上限値を制御周期時間よりも短くなるように制御する。すなわち、CPU8が制御周期T時間ごとにサーミスタ9とサーミスタ10の温度を測定し、定着ローラ1の温度が所定の温度になるように、PID制御により次の制御周期間のヒータ2とヒータ3の通電時間を決定するときに、通電時間がそれぞれの上限値以下になるようにする。
【0022】例えば、ヒータ2,3の通電時間の上限値をともに制御周期時間の70%にする制御をした場合、平均消費電流が最大になった場合は図2になる。これに対し、通電時間の上限値が制御周期時間と同じで、かつ、平均消費電流が最大になった場合は図3になる。図2の場合と図3の場合との平均消費電流の最大値は、図2の方が平均消費電流を小さく保つことができる。さらに、通電時間の上限値をヒータ2は制御周期時間の60%、ヒータ3は制御周期時間の40%にした場合、最も消費電流が多い場合は図4になる。このときの最大消費電流I1は、図2や図3の場合のI2=I1+I3より小さくなっている。
【0023】さらにまた、このヒータ2が制御周期の60%の時間通電し、ヒータ3が制御周期の40%の時間通電する通電時間を従来技術で実施した場合と比較した結果を表2に示す。
【0024】
【表2】

表2から明らかなように、本定着装置を用いると、少ない加熱量で足りるときは消費電流の最大値を小さく保つことができることが判る。
【0025】ところで、定着装置はそのときの状況下に応じて加熱制御が異なる。例えば、電源オン直後など冷えている定着ローラ1の温度を使用温度まで上げる時には大きな電力をヒータ2,3に与えて早く立ち上げる必要がある。また、未定着トナー像を加熱するときには中ぐらいの電力を与える必要があり、待機時など一旦暖まった定着ローラ1の温度を保持するだけのときは小さな電力を与えるだけで良い。したがって、ヒータ2,3の通電時間の上限値は制御周期時間を一定にせず、それぞれ複数個有している。そして、大きな電力が必要なとき、ヒータ2,3の上限値は制御周期時間の100%とし、中ぐらいの電力が必要なときはともに制御周期時間の70%とする。そして、小さい電力で良いときはヒータ2,3の上限値はそれぞれ制御周期時間の60%と40%にする。
【0026】なお、本発明は上記実施形態において、2個のグループとも加熱手段をヒータ2とヒータ3は1本ずつのハロゲンヒータで構成しているが、大きな熱量が必要な場合は、各グループとも2本ずつなど複数のハロゲンヒータで構成しても良い。また、本発明は通電の開始時と終了時に制御周期時間に比べ十分短い時間だけ電気ヒータをオフさせるときに、一旦交流電源から電気ヒータへの通電角を0°より大きく、180°より小さく制御してから、通電角を0°にする位相角制御を、併せて実施して消費電流の変化を小さくすれば、さらに電源への電圧変動妨害を小さくすることが可能である。
【0027】
【発明の効果】請求項1の構成によれば、電源から加熱手段に供給する電流の変動量と変動発生回数を小さくすることにより、装置の電源への低周波の妨害である電圧変動を小さく出来る。
【0028】請求項2の装置においては、加熱手段への通電時間の上限値を制御周期よりも短くすることにより、装置の平均消費電流を小さくすることが出来る。また、2つのグループ分にけて通電するそれぞれのグループの加熱手段が同時に通電されない様に上限値を設定することにより、装置の最大消費電流も小さくすることが出来る。
【0029】請求項3の装置においては、加熱手段の通電時間の上限値をグループごとに複数個持ち、加熱手段を含む装置の動作状態に応じて切り替えることにより、大きな加熱量が必要な時には、大きな電力を加熱手段に供給することが出来、小さな加熱量で十分な時には、最大消費電流を小さくすることが出来る。




 

 


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