JPH04372978A - 加熱装置 - 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、電子写真プリンタ等に
使用されるトナー定着用の加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真プリンタ等に使用される
トナー定着用の加熱装置は図６のような回路で構成され
ていた。

【０００３】図６において、１は被発熱体たる加熱ロー
ラであり、発熱体たるヒータ２によって所定の温度にな
るよう熱せられる。３は加圧ローラであり所定の圧力を
もって加熱ローラ１と接触している。上記加熱ローラ１
及び加圧ローラ３は図中の矢印の向きに回転し、その接
触部に未定着のトナーを載せた用紙１０を挟持して搬送
する。

【０００４】この用紙１０上のトナーは熱と圧力を加え
られることによって、用紙１０に定着される。

【０００５】また、ヒータ２に供給される電力は電力制
御素子たるソリッドステートリレー（以下ＳＳＲと略す
）６によって制御される。温度制御手段たるマイクロコ
ントローラ９はバッファ８を介してＳＳＲ６にＯＮ指令
を送る。このときＳＳＲ６の出力側は導通状態になり、
ＡＣ電源５の電力がヒータ２に供給される。加熱ローラ
１の表面には温度検出素子たるサーミスタ４が取り付け
られており、そのサーミスタ４にかかる電圧がＡＤコン
バータ７に入力される。ＡＤコンバータ７に入力された
サーミスタ電圧はデジタルデータに変更されマイクロコ
ントローラ９に入力される。サーミスタ電圧の値は加熱
ローラ１の表面温度によって変化するので、マイクロコ
ントローラ９はＡＤコンバータ７より受けるデジタルデ
ータを読み取ることによってその表面温度を知ることが
できる。

【０００６】マイクロコントローラ９は加熱ローラの表
面温度が目標温度より低いと判断すれば、ＳＳＲ６をＯ
Ｎ状態にさせ、加熱ローラ１をさらに加熱させる。逆に
その表面温度が目標温度より高いと判断すれば、ＳＳＲ
６をＯＦＦ状態にし、加熱を停止する。

【０００７】このようにして加熱ローラの表面温度を一
定になるように制御する。なお、マイクロコントローラ
９はその内部にマイクロプロセッサ、ＲＯＭ，ＲＡＭ等
を含み、そのＲＯＭに格納されたプログラムに従って上
記シーケンスを制御する。

【０００８】以上のような上記従来例においては、ＡＣ
電源５を一般の室内電源から直接配電することが多い。 なぜならヒータ２に必要とする消費電力が非常に大きい
からである。例えば小型の電子写真プリンタでは４００
ｗ〜８００ｗ程度の消費電力は必要であり、高速の電子
写真プリンタでは１０００ｗ以上の電力が必要である。

【０００９】このような電子写真プリンタに供給される
ＡＣ電源の電圧は各国によって様々である。例えば日本
国内の一般家庭内電圧は１００ｖであり、北米では１１
５ｖである。また欧州では２２０ｖや２４０ｖが使用さ
れる。

【００１０】このような様々な電源電圧仕様に対して、
ヒータの消費電力を一定にさせるために、従来その電源
電圧仕様に応じて異なった抵抗値のヒータを用意してき
た。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例によれば異なるヒータを用いるため生産上の管理が
煩雑になり、製造コストも上がるという問題点があった
。

【００１２】また、逆に単一のヒータで各国の電源電圧
仕様に対応させると、その各国間で消費電力が異なると
いう問題点を有していた。

【００１３】例えば用紙１０上のトナーを定着させるの
に必要な最小限のヒータの消費電力が定められたとする
。このとき１００ｖから２４０ｖまでの電源電圧範囲を
カバーすると、欧州の２４０ｖ仕様では消費電力が不要
に大きくなってしまう。特に電源投入時、加熱ローラが
冷えている際には、過大な電力を消費していた。

【００１４】このような問題点を解消するために、ＡＣ
電源電圧を検出し、その電源電圧に応じてヒータを点灯
させ、ＡＣ電源波形の一周期内におけるＳＳＲの導通期
間（以下、導通角とする）を変化させる方法が考えられ
ている。しかしながらこの場合においては、電圧監視手
段を設けなければならなくなり、制御回路が複雑になる
という問題点を有している。

【００１５】本発明は上記問題点を解決し、制御回路を
複雑にすることなく、また、ヒータを交換することなく
、異なる電源電圧下で使用した際にも所定の消費電力で
所定の温度制御をすることのできる加熱装置を提供する
ことを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、交流電圧を印加することによって発熱する発熱体
と、該発熱体と交流電源との間に直列に接続されて回路
を形成し該回路を開閉せしめる電力制御素子と、上記発
熱体の近傍に配設された被加熱体と、該被加熱体に当接
または近接して配設され該被加熱体の表面の温度を検出
せしめる温度検出素子と、該温度検出素子の出力値に基
づいて交流電圧波形の一周期内における上記電力制御素
子の導通期間を制御することにより上記被加熱体の温度
を所定温度に維持せしめる温度制御手段とを有する加熱
装置において、上記温度制御手段は、上記温度検出手段
によって検出した上記被加熱体の温度が目標温度以下の
ときには、所定の短い導通期間で上記電力制御素子を所
定時間断続駆動し、該所定時間経過後に算出した上記被
加熱体の単位時間当りの温度上昇率が、予め設定した基
準値以上のときには上記所定の短い導通期間で、また、
上記温度上昇率が上記基準値を下回るときには該基準値
に至るまで上記所定の短い導通期間を徐々に増加しなが
ら、上記被加熱体の温度を上記目標温度に到達させるよ
うに設定されていることにより達成される。

【００１７】

【作用】本発明は、先ず、被加熱体の温度を検出して目
標温度と比較する。検出した温度が目標温度よりも低い
ときには所定の短い導通期間で電力制御素子を所定時間
断続駆動する。そして、該所定時間経過後に再び被加熱
体の温度を検出して単位時間当りの温度上昇率を算出す
る。該温度上昇率が基準値以上のときには上記所定の短
い導通期間で電力制御素子を駆動して被加熱体の温度を
目標温度に到達せしめる。一方、上記温度上昇率が基準
値を下回るときには上記所定の短い導通期間を徐々に増
加させながら目標温度に到達せしめる。

【００１８】かくして、異なる電源電圧下においても、
所定の消費電力で所定の温度制御が行われる。

【００１９】

【実施例】本発明の第一実施例及び第二実施例を図面に
基づいて説明する。

【００２０】〈第一実施例〉先ず、本発明の第一実施例
を図１ないし図３に基づいて説明する。

【００２１】図１は本発明の第一実施例を示す簡易回路
図である。図１にて、１は図中の矢印の方向に回転する
被発熱体たる加熱ローラであり、発熱体たるヒータ２か
らの熱を受ける。３は加圧ローラであり、加熱ローラ１
と所定の圧力をもって接触し、同じく図中の矢印の方向
に回転する。上記加熱ローラ１と加圧ローラ３の間には
用紙１０が挟み込まれ、用紙１０上のトナーは加熱ロー
ラ１と加圧ローラ３より受ける熱と圧力によって定着す
る。

【００２２】加熱ローラ１の表面の温度は温度検出素子
たるサーミスタ４によって検出される。加熱ローラ１の
表面に取り付けられたサーミスタ４は温度によってその
抵抗値が変化する。したがって、抵抗１２とサーミスタ
４で分圧された電圧は加熱ローラ１の表面温度によって
変化する。その電圧はＡＤコンバータ７に入力され、Ａ
Ｄコンバータ７の出力するデジタルデータは温度制御手
段たるマイクロコントローラ９に入力される。

【００２３】マイクロコントローラ９の内部にはマイク
ロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ等があり、その
ＲＯＭに格納されたプログラムにしたがってこの実施例
の制御が行なわれる。マイクロコントローラ９はバッフ
ァ８を介して電力制御素子たるソリッドステートリレー
（以下、ＳＳＲと省略する）６を駆動させる。

【００２４】ＳＳＲ６はゼロクロス機能を内蔵していな
いタイプであり、マイクロコントローラ９より受けたパ
ルスに応答して出力側をＯＮさせる。ＳＳＲ６は一度Ｏ
Ｎすると出力側の電圧がＯＦＦしないかぎりその出力側
の導通状態を保持する。したがって、ＳＳＲ６の出力側
にはＡＣ電圧が加わるので、ＳＳＲ６が一度ＯＮすると
少なくともＡＣ半サイクルはＯＮを続ける。

【００２５】マイクロコントローラ９はＡＤコンバータ
７より受けたデータが前もって定められた目標データに
なるように、ＳＳＲ６を駆動する。つまりＳＳＲ６をＯ
ＮさせるＡＣ電圧波形の一周期内における導通期間（以
下、導通角とする）を変化させることによって、ヒータ
２に消費される電力を制御し、加熱ローラ１の表面温度
を一定になるようにする。

【００２６】ＳＳＲ６の導通角を制御するためには、電
源電圧の位相を検出しなければならない。その検出回路
は図１中の抵抗１１、ダイオードスタック１７、フォト
カプラ１４、抵抗１３で構成される。その動作波形図を
図２に示す。

【００２７】電源スイッチ１６がＯＮすると、ＡＣ電源
から図２の（ａ）のような電源電圧波形がスイッチング
電源１０に印加される。このときスイッチング電源１０
はＤＣ低電圧をマイクロコントローラ９を含めるＤＣ制
御回路に供給する。同じく抵抗１１にもＡＣ電圧が印加
され、フォトカプラ１４の入力のフォトダイオードに全
波整流された電流が流れる。そしてフォトカプラ１４の
出力側はフォトダイオードの出力光にしたがってＯＮ／
ＯＦＦをするようになる。そのＯＮ／ＯＦＦ波形は、図
２の（ｂ）のように電源電圧波形（ａ）のゼロクロス近
傍でハイレベルになるパルス波形となる。このパルス信
号をＡＩＮＴとする。ＡＩＮＴはマイクロコントローラ
９の割り込みポートに入力される。するとＡＩＮＴの立
ち上がりエッジに同期してマイクロコントローラ９に割
り込みがかかる。このようにしてマイクロコントローラ
９は電源電圧のゼロクロスを検出する。マイクロコント
ローラ９がＡＩＮＴによって割り込みがかけられると、
マイクロコントローラ９内部で割り込みルーチンが実行
される。その割り込みルーチンでは所定のタイマを起動
する。そしてタイマがカウントアップしたとき、すなわ
ちＡＩＮＴ割り込みから所定時間経過したときに、ＳＳ
Ｒ６に所定の幅のパルスを出力する。そのパルス駆動信
号をＦＤＲＶ信号とする。そのＦＤＲＶの波形は図２の
（ｃ）のようになる。このＦＤＲＶ信号に同期してＳＳ
Ｒ６はＯＮし、ヒータ２は図２の（ｄ）のようなヒータ
電流が流れる。

【００２８】このように電源電圧のゼロクロスから所定
時間を経た後に、ヒータ電流が各半サイクル毎に流れる
。このゼロクロスからヒータＯＮまでの時間を変化させ
ることによってヒータに供給する電力を制御することが
できる。

【００２９】マイクロコントローラ９はこのヒータの導
通角を０°（完全にＯＦＦ）から１８０°（完全にＯＮ
）まで変化させることができる。

【００３０】本発明ではヒータの導通角を以下のよう制
御し、ヒータ２への電力の制限及び加熱ローラ１の温度
のコントロールを行なっている。

【００３１】図３のフローチャートにしたがってその制
御方法を説明する。

【００３２】先ず、電源が投入されると、マイクロコン
トローラ９はヒータの導通角Ｃａを初期設定する（ステ
ップ３ａ）。この値はマイクロコントローラ９内のＲＯ
Ｍに格納されている。

【００３３】次に加熱ローラ１の温度をＡＤコンバータ
７を介して測定する（ステップ３ｂ）。そしてその測定
温度が所定温度Ｔｍより低ければ、上述の導通角Ｃａで
ヒータをＯＮさせる（ステップ３ｃ）。そして所定時間
待ち（ステップ３ｄ）、加熱ローラ１の所定時間経過す
る前後における温度から上昇温度差を測定する（ステッ
プ３ｅ）、加熱ローラ１の温度が所定の目標値Ｔｍ以上
であるか否かを判断し、もしＴｍより低ければステップ
３ｉに移る。また加熱ローラ１の温度がＴｍより低けれ
ばステップ３ｇに移る。ステップ３ｇではその加熱ロー
ラ１の上昇温度差が所定値ΔＴより小さいか否かを判断
し、もし上昇温度差がΔＴより小さくなければステップ
３ｃに移行し、ΔＴより小さければステップ３ｈに移行
する。そしてステップ３ｈでは導通角Ｃａを所定値だけ
増加させる。そして再びステップ３ｃに移る。

【００３４】このようにして、加熱ローラ１の温度が所
定温度Ｔｍに達するまでステップ３ｃ、３ｄ，３ｅを繰
り返す。そして所定時間当りの上昇温度が所定値ΔＴに
なるまでその導通角Ｃａを上昇させる。

【００３５】次に、ステップ３ｉにおいて既に決定した
導通角ＣａでヒータをＯＮさせる。そして所定時間待ち
（ステップ３ｊ）、加熱ローラ１の温度が所定温度Ｔｍ
より低いか否かを判断する（ステップ３ｋ）。そしても
し加熱ローラ１の温度がＴｍより低くなければ、現在の
導通角Ｃａを所定値だけ減少させ、ステップ３ｉに戻る
。またもし加熱ローラ１の温度が所定温度より低ければ
、ステップ３ｌに移行し、導通角を所定値だけ増加させ
る。そしてステップ３ｉに戻る。

【００３６】以上のステップ３ａからステップ３ｍのル
ーチンに従えば、電源投入時に、加熱ローラ１の温度が
所定の目標温度よりずっと下回る場合には、単位時間当
りの温度上昇が所定値になるまでヒータの導通角を増加
させる。そして規定温度Ｔｍに達した後では、単に加熱
ローラ１の温度を検出し、導通角Ｃａを大きくしたり、
小さくしたりする。これによって加熱ローラ１の表面温
度を一定温度に保つ。

【００３７】加熱ローラ１の単位当りの温度上昇はヒー
タの消費する電力量にほぼ比例する。したがって、上記
のルーチンでは電源投入時の単位時間当りの温度上昇が
制限されることになり、これはヒータの消費電力が所定
値以下に制限される。すなわち、ＡＣ電源電圧５が高け
れば、ヒータの導通角は小さくなるように作用し、逆に
ＡＣ電源電圧が低ければヒータの導通角は大きくなるよ
うに作用する。そして加熱ローラ１が所定温度に達した
後は、加熱ローラの表面温度が所定値になるように導通
角の増減を繰り返す。

【００３８】このように本制御ルーチンにしたがえば、
電源電圧が変わった場合においても、電源投入時のヒー
タ電力を所定値以下に抑えることができる。したがって
欧州の２４０ｖ仕様で使用しても、消費電力が大きくな
ることがない。

【００３９】〈第二実施例〉次に、本発明の第二実施例
を図４及び図５に基づいて説明する。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。

【００４０】第一実施例では電源投入時に、加熱ローラ
１の温度上昇率が所定値になるように制御を行なってい
る。電源投入時に加熱ローラが冷えていて、目標温度に
達するまでの時間が十分ある場合には、この電源投入時
の温度上昇率測定のルーチンが効果を発揮する。しかし
ながら、電源投入時に既に加熱ローラ１の温度が目標温
度の近くまで上昇している場合には、十分効果を発しな
い。

【００４１】第二実施例ではこの問題を解消している。

【００４２】第二実施例の回路を図４に示す。図４と図
１の異なる点はＥＥＰＲＯＭ（電気的に書き換え可能な
不揮発性メモリ）１８が追加されたことである。

【００４３】マイクロコントローラ９はこのＥＥＰＲＯ
Ｍ１８に既に決定した導通角データを書き込む。以下に
その制御方法を図５を参照して説明する。

【００４４】先ず、電源投入時、加熱ローラ１の温度が
所定温度Ｔｅより低いか否かを判断する（ステップ５ａ
）。ここで温度Ｔｅは目標温度Ｔｍよりかなり低い温度
に設定する。そして加熱ローラ１の温度がＴｅより低い
場合には、ヒータの導通角をＲＯＭより読み出し、初期
設定する（ステップ５ｂ）。このＲＯＭより読み出した
値をＣａとする。逆に加熱ローラ１の温度がＴｅより低
くない場合には、ヒータの導通角をＥＥＰＲＯＭ１８よ
り読み出し、その値をＣａとする（ステップ５ｉ）。 ステップ５ｂを実行した後、導通角ＣａでヒータをＯＮ
させ（ステップ５ｃ）、加熱ローラ１の温度と上昇温度
差を測定する（ステップ５ｄ）。そして加熱ローラ１の
温度が所定温度Ｔｍより低いか否かを判断する（ステッ
プ５ｅ）。もし加熱ローラ１の温度がＴｍより低ければ
ステップ５ｆに移り、そうでなければステップ５ｊに移
る。ステップ５ｆでは加熱ローラの上昇温度差が所定値
より小さいか否かを判断する。もし上昇温度差がΔＴよ
り小さければ、導通角Ｃａを所定値だけ増加させ（ステ
ップ５ｇ）、その新しい導通角ＣａをＥＥＰＲＯＭ１８
に再度格納する（ステップ５ｈ）。そしてステップ５ｈ
の後、ステップ５ｃに戻る。

【００４５】また、上昇温度差がΔＴより小さくなけれ
ば、何も実行しないでステップ５ｃに戻る。ステップ５
ｊ，５ｋ，５ｅ，５ｍ，５ｈはそれぞれ図３中のステッ
プ３ｉ，３ｊ，３ｋ，３ｌ，３ｍと同じである。ここで
は単に加熱ローラ１を所定温度Ｔｍになるように導通角
を制御しているだけである。

【００４６】この第二実施例においては、電源投入時の
加熱ローラ１の温度が所定値以上であれば、初期のヒー
タの導通角をＥＥＰＲＯＭ１８から読み出す。これによ
って以前に測定した値でヒータの導通角を設定するので
、早く所望の温度で温調することができる。また、電源
投入時の温度差が低い場合には、ヒータ導通角（固定値
）をＲＯＭより読み出す。このＲＯＭより読み出した値
は低く設定されているので、再度適切な導通角を検出す
ることになる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検出した被発熱体の温度が目標温度よりも低いときには
、所定の短い導通期間で電力制御素子を所定時間断続駆
動し、該所定時間経過後に温度上昇率を算出する。そし
て、算出した温度上昇率が基準値以上のときは上記所定
の短い導通期間で、また基準値を下回るときには該導通
期間を徐々に増加させながら被発熱体の温度を目標温度
に到達せしめる。したがって、電圧監視手段を設けるこ
となく、また、ヒータを交換することなく、異なる電源
電圧下で使用した際にも消費電力を所定値に抑え、かつ
、所定の温度制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図２】図１装置における電源電圧波形に対する、温度
制御手段の割り込み入力波形、電力制御素子への入力波
形、及び発熱体の電流波形の関係を示す図である。

【図３】図１装置における温度制御のフローチャートで
ある。

【図４】本発明の第二実施例装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図５】図４装置における温度制御のフローチャートで
ある。

【図６】従来例装置の概略構成を示すブロック図である
。

【符号の説明】

１　　被発熱体（加熱ローラ） ２　　発熱体（ヒータ） ４　　温度検出素子（サーミスタ） ５　　交流電源（ＡＣ電源）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　交流電圧を印加することによって発熱
   する発熱体と、該発熱体と交流電源との間に直列に接続
   されて回路を形成し該回路を開閉せしめる電力制御素子
   と、上記発熱体の近傍に配設された被加熱体と、該被加
   熱体に当接または近接して配設され該被加熱体の表面の
   温度を検出せしめる温度検出素子と、該温度検出素子の
   出力値に基づいて交流電圧波形の一周期内における上記
   電力制御素子の導通期間を制御することにより上記被加
   熱体の温度を所定温度に維持せしめる温度制御手段とを
   有する加熱装置において、上記温度制御手段は、上記温
   度検出手段によって検出した上記被加熱体の温度が目標
   温度以下のときには、所定の短い導通期間で上記電力制
   御素子を所定時間断続駆動し、該所定時間経過後に算出
   した上記被加熱体の単位時間当りの温度上昇率が、予め
   設定した基準値以上のときには上記所定の短い導通期間
   で、また、上記温度上昇率が上記基準値を下回るときに
   は該基準値に至るまで上記所定の短い導通期間を徐々に
   増加しながら、上記被加熱体の温度を上記目標温度に到
   達させるように設定されていることを特徴とする加熱装
   置。
2. 【請求項２】　　温度制御手段は、被加熱体の温度が目
   標温度に到達した後は、到達した時点における導通期間
   を増減させることによって上記被加熱体の温度を上記目
   標温度に維持せしめるように設定されていることとする
   請求項１に記載の加熱装置。