JPH05173652A - 定着器の加熱ヒーター装置およびその温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定着器の加熱ヒータの熱負荷に対する自由度
を増し、適切な温度制御を容易に行えることができる加
熱ヒーター装置を提供する。 【構成】 絶縁基板４上に、３本の抵抗体１、２、３を
並列に配置し、これら抵抗体１、２、３の一端側は夫々
導体配線９、１１、１３が共通に接続されて接続端子５
が設けられ、またこれら抵抗体１、２、３の他端側には
夫々導体配線１０、１２、１４が設けられ、これら導体
配線１０、１２、１４には接続端子６、７、８が設けら
れている。したがって、これら接続端子６、７、８への
通電を選択することにより、複数の組み合わせで抵抗体
を発熱させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、レーザープリ
ンタ、ＦＡＸ等の電子写真装置の熱定着器の加熱ヒータ
ー装置、及びヒーターの温度制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の加熱ヒーターは、第１３図に示す
ように、基板４上に１本の抵抗体１を発熱源として定着
面の中央に配置する構成で、抵抗体１の両端には導体配
線９、１０が設けられ、夫々接続端子５、６が設けられ
ている。

【０００３】１本の抵抗体１を発熱源とする従来の加熱
ヒーターの場合、発熱源の負荷抵抗値は一定であり、設
定された温度に制御するためには、ヒーターに印加する
電圧または電流をコントロールするか、ヒーターヘの通
電時間をコントロールする方法が提案されている。

【０００４】図１７は従来のヒーターの温度制御装置を
示し、加熱ヒータＨは抵抗体１等が設けられ、スイッチ
素子３５により抵抗体１への交流電圧源の通電が制御さ
れるようになっており、ヒーターの温度を検知するサー
ミスタ３６からの温度情報をＡ／Ｄ変換器３７にてデジ
タル変換し、これをマイコン３８に入力する。マイコン
３８は、入力した温度情報に基づき所定の温度となるよ
うに制御回路３９に制御情報を出力し、制御回路３９が
スイッチ素子３５のコントロールを行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ヒーターヘ
の印加電圧または電流をコントロールする方法は、周辺
回路が複雑化し、またヒーター以外の回路部で比較的大
きな電力消費を伴うため、一般的にはヒーターヘの通電
時間をコントロールする方法が採られている。

【０００６】通電時間の制御方式としては、主に次の２
つの方式が提案されている。

【０００７】第１の制御方式は、図１４の電流波形図で
示した電源波形の半波ごとに通電、非通電を制御するゼ
ロクロス波数制御である。

【０００８】第２の制御方式は、図１５の電流波形図で
示した電源波形の半波ごとに通電する位相角を制御する
位相制御方式である。

【０００９】しかし、このような従来の制御方式ではそ
れぞれ以下のような問題点が指摘されている。

【００１０】第１の制御方式であるゼロクロス波数制御
方式では、ヒーターの温度を所定値に制御するために供
給できる電力量は電源の半波単位では、ＯＮ／ＯＦＦに
よる２値である。したがって、正確に温度を制御するた
めには、複数個の半波を１つのブロックとして、ＯＮ／
ＯＦＦのパターンを設定する、あるいは１ブロック内の
ＯＮ／ＯＦＦのデューティを設定するというような制御
を行っている。

【００１１】しかし、このようなブロック単位での制御
では応答時間が大きくなり、ヒーターの温度リップルが
大きくなるという問題がある。

【００１２】さらに、半波ごとにＯＮ／ＯＦＦを切り換
えた場合、負荷電流に高調波成分が生じ、電源ノイズと
なってしまう。

【００１３】一方半波ごとにＯＮ／ＯＦＦが切り換わる
等の場合、負荷電流に高調波ノイズ成分が生じてしまう
問題がある。第２の位相制御方式では、通電位相角が９
０゜付近では、急激に電流が流れ始めるため大きなレベ
ルのスイッチングノイズが生じる。また、ゼロクロス波
数制御と同様に負荷電流に高調波ノイズ成分が生じる等
の問題がある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の課題を解決する
定着器の加熱ヒーター装置の一例は、絶縁基板と、該基
板にその長さ方向に沿って並設された少なくとも２本以
上の抵抗体群とを有し、これら抵抗体群の一端側を電気
的に共通接続して接続端子を設け、これら抵抗体群の各
他端側に夫々接続端子を設けたことを特徴とする。

【００１５】また、本発明の課題を解決する定着器の加
熱ヒーター装置の温度制御装置の一例は、少なくとも２
本以上の抵抗体からなる定着器加熱ヒーターにおける該
各抵抗体への通電を夫々制御するスイッチ素子と、該ヒ
ーターの温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手
段の検出情報に基づいて所定の温度となるように該各ス
イッチ素子を電源波形の半波ごとに開閉制御する制御手
段とを有することを特徴とする。

【００１６】

【作用】上記した加熱ヒータ装置、および温度制御装置
の構成により、電源波形の半波ごとにヒーターの負荷抵
抗値を変化させることができ、ヒーターの温度検出値に
対する供給電力の制御応答性を向上させることができ、
なおかつ、従来の位相制御方式のようなスイッチングノ
イズの発生がなくなる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明による加熱ヒータ装置の第１の
実施例を示し、図２は図１Ａ−Ａ断面を示す 図１において、１〜３は抵抗体、４は絶縁基板、５〜８
は外部との結線用の接続端子、９〜１４は導体配線であ
る。電気的に絶縁性を有し、熱伝導性の良い例えばセラ
ミック等の基板４の表面に、抵抗体１〜３を適当間隔を
有して並設し、各抵抗体１〜３の両端は夫々導体配線９
〜１４に接続される。各抵抗体１〜３の一端側の導体配
線９、１１、１３は共通の接続端子５に接続され、他端
側の導体配線１０、１２、１４は各々接続端子６〜８に
接続される。接続端子６〜８はヒーター装置の外部に設
けられた複数のスイッチに接続され、スイッチの開閉状
態によってヒーター装置の負荷抵抗値を変化させること
ができる。

【００１８】各抵抗体１〜３の抵抗値は、同一でもそれ
ぞれ異なってもよいが、抵抗体の数を少なくして、ヒー
ターの抵抗値の可変箇数を多くするには、各抵抗値を異
なる値にすることが有効である。

【００１９】本実施例では、３本の抵抗体１〜３によっ
てヒーターが構成されているが、抵抗比を例えば１：
２：４にすると、ヒーターの抵抗値は１／７，１／６，
・・・，１／２，１，∞と８通りに変化させることがで
き、発熱パワーは、リニアに８段階に可変させることが
可能となる。

【００２０】図３〜図７に本発明による加熱ヒータ装置
の第２の実施例を示す。

【００２１】図３はヒーターの表面図、図４は図３のＡ
−Ａ断面図、図５は図３のＢ−Ｂ断面図、図６は図３の
Ｃ−Ｃ断面図、図７は図３に示す第２の実施例の断層構
造を示す分解斜視図である。

【００２２】電気的に絶縁性を有し、熱伝導性の良い例
えばセラミック等の基板４に第１の抵抗体１を形成し、
抵抗体１の両端は導体配線１５，１６に接続する。その
上に絶縁層４Ａを積層させ、その絶縁層４Ａ上に第２の
抵抗体３を形成し、抵抗体３の両端は導体配線１７，１
８に接続する。更にその上に絶縁層４Ｂを積層させ、そ
の絶縁層４Ｂ上に第３の抵抗体２を形成し、抵抗体２の
両端は導体配線ｌ９，２０に接続し、外部との結線用の
接続端子２１〜２４を設ける。

【００２３】接続端子２１は導体配線１９と接続し、さ
らにスルーホール等によって下層の導体配線１７，１５
と接続する。

【００２４】接続端子２２は導体配線２０と接続し、接
続端子２３はスルーホール等によって中層の導体配線１
８と接続し、接続端子２４はスルーホール等によって下
層の導体配線１６と接続する。

【００２５】絶縁基板４、及び各々絶縁層４Ａ、４Ｂに
夫々設けられている抵抗体１、２、３は厚み方向に立体
的に配置され、一端側を電気的に共通接続し１つの接続
端子を設け、他端は上記抵抗体群各々に接続端子を設け
ることにより多層の加熱ヒーターに構成される。

【００２６】図８〜図１２は本発明による加熱ヒーター
装置の第Зの実施例を示す。

【００２７】図８はヒーターの表面図、図９は図８のＡ
−Ａ断面図、図１０は図８のＢ−Ｂ断面図、図１１は図
８のＣ−Ｃ断面図、図１２は図８に示す第３の実施例の
断層構造を示す図である。

【００２８】基板４上に第１の抵抗体１を形成し、抵抗
体の両端は導体配線２５，２６に接続する。その上に絶
縁層４Ａを積層させ、その絶縁層４Ａ上に第２の抵抗体
３および第３の抵抗体２を並設し、抵抗体Зの両端は導
体配線２７，２８に接続し、抵抗体２の両端は導体配線
２９，３０に接続し、外部との結線用の接統端子３１〜
３４を設ける。接続端子３１は導体配線２７および導体
配線２９と接続し、さらにスルーホール等によって下層
の導体配線２５と接続する。

【００２９】接続端子３２は導体配線３０と接続し、接
続端子３３は導体配線２８と接続し、接続端子３４はス
ルーホール等によって下層の導体配線２６と接続する。

【００３０】絶縁基板４上に設けられる第１の抵抗体１
と絶縁層４Ａ上に並設される第２の抵抗体２および第３
の抵抗体３とによって複数の抵抗体を平面的に、絶縁層
を介して立体的に形成することを併用し、一端を電気的
に接続し１つの接続端子を設け、他端は上記抵抗体群各
々に接続端子を設ける加熱ヒーター装置を構成してい
る。

【００３１】なお、上記した各実施例では、抵抗体の数
を３本とする例を示したものであるが、抵抗体の本数は
少なくとも２本以上であればよく、上記の各実施例との
構成で同じ効果を得ることができる。

【００３２】図１６は本発明によるヒーターの温度制御
装置の第１の実施例を示す。

【００３３】本実施例のヒーターの温度制御装置は、上
記した抵抗体を３本有する加熱ヒーター装置を制御する
のに好適な装置で、加熱ヒーター装置Ｈに設けられた抵
抗体１、２、３の夫々への商用電源４５の通電制御をト
ライアック等のスイッチング素子４０、４１、４２によ
り行っている。加熱ヒーターの温度は、従来例と同様に
サーミスタ３６により検出し、Ａ／Ｄ変換器３７を介し
てマイクロコンピュータ４３に出力される。マイクロコ
ンピュータ４３は、ヒーターを所定の温度に制御する演
算を行い、制御回路３９に制御信号を出力する。制御回
路３９はスイッチ素子４０、４１、４２の夫々のオン、
オフ制御を行わせる制御回路で、マイコン４３により制
御される。

【００３４】制御回路３９には、スイッチング素子４０
〜４２を各々コントロールする複数のトリガー回路、お
よび電源波形のゼロクロス回路を持ち、マイクロコンピ
ュータ４３から出力される制御信号に従って、電源波形
のゼロクロス時に各スイッチング素子にトリガー信号を
出力する。スイッチング素子は、トリガー信号が入力さ
れると導通し、電源波形のゼロクロス時に遮断される。
したがって、商用電源が印加されるヒーターの負荷抵抗
値は、電源周期の半波単位で変化する。

【００３５】次に、抵抗体１〜３の抵抗値構成とヒータ
ーに供給される電力との関係について一例を用いて説明
する。

【００３６】抵抗体１（Ｒ１）、抵抗体２（Ｒ２）、抵
抗体３（Ｒ３）の抵抗値を１：２：４、つまりＲｌ＝
Ｒ、Ｒ２＝２Ｒ、Ｒ３＝４Ｒとすると、スイッチング素
子ＳＳＲｌ、ＳＳＲ２、ＳＳＲЗの開閉状態によってヒ
ーターの合成抵抗値Ｒ_total 、およびヒーターヘの供給
電力は、下記の表１に示される値となる。ただし、供給
電力は最大値を１として規格化した値である。

【００３７】

【表１】

【００３８】以上に説明したように、スイッチング素子
４１、４２、４３の開閉を制御することによって、ヒー
ターヘの負荷電流および、供給される電力を電源周期の
半波単位でコントロールすることができる。その状態を
図１８に示す。

【００３９】１００−ａは負荷電流波形であり、１００
−ｂの信号ＣＯＮＴｌはスイッチ素子（４０）ＳＳＲｌ
のトリガー信号、信号ＣＯＮＴ２はスイッチ素子（４
１）ＳＳＲ２のトリガー信号、信号ＣＯＮＴ３はスイッ
チ素子（４２）ＳＳＲЗのトリガー信号である。

【００４０】各スイッチ素子は、トリガー信号が”Ｈｉ
ｇｈ”となる半周期の間のみ導通状態となる。図１６に
示したヒーターの温度制御装置によって、ヒーターの温
度は次の様に制御される。

【００４１】サーミスタ３６によってヒーターの温度が
検出され、Ａ／Ｄ変換器３７によってデジタル量に変換
される。デジタル化された温度データはマイクロコンピ
ュータ４３に入力され、所定の温度と比較・演算されて
制御信号を制御回路３９に出力する。なお、本発明では
上述した抵抗体および抵抗値の構成以外にも適用でき
る。抵抗体の本数を増やすと、更に高精度の温度制御が
可能となり、また、抵抗値の構成を変えることにより、
制御感度を変えることが可能となる。

【００４２】図１９に本発明による温度制御装置の第２
の実施例を示す。

【００４３】上記した第１の実施例の温度制御装置は、
制御回路４４に電源波形のゼロクロス回路を有していた
が、本実施例では別に電源波形のゼロクロスを検出する
回路であるゼロクロス回路４６を設け、検出信号をマイ
クロコンピュータ４３に出力している。

【００４４】また制御回路４４は、スイッチング素子４
０〜４２を各々コントロールする複数のトリガー回路を
持ち、マイクロコンピュータ４３から出力される制御信
号と同位相でスイッチング素子にトリガー信号を出力す
る。マイクロコンピュータ４３は、ゼロクロス検出回路
４６から出力されるゼロクロスパルスに同期して、各ス
イッチング素子の開閉タイミングを演算し、制御回路４
４に制御信号を出力する。したがって、商用電源４５が
印加されるヒーターの負荷抵抗値は、電源のゼロクロス
を基準に任意のタイミングで変化することができる。

【００４５】その様子を図２０に示す。２００−ａは負
荷電流波形で有り、波形２００−ｂの信号ＺＣＰは電源
のゼロクロスパルス、信号ＣＯＮＴｌはスイッチ素子Ｓ
ＳＲｌのトリガー信号、信号ＣＯＮＴ２はスイッチ素子
ＳＳＲ２のトリガー信号、信号ＣＯＮＴ３はスイッチ素
子ＳＳＲ３のトリガー信号である。

【００４６】信号ＺＣＰを基準にトリガー信号は各々任
意のタイミングで出力され、ヒーターヘの負荷電流、お
よび供給される電力はより高精度に制御することが可能
となる。すなわち、本実施例は上記した温度制御装置の
第１の実施例を応用し、抵抗値制御と位相制御を併用す
る事を特徴としている。

【００４７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の定着
器の加熱ヒーター装置によれば、通電する抵抗体の組み
合わせに応じて負荷抵抗を変えることができ、最適な通
電発熱を得ることができるといった効果がある。

【００４８】また、本発明の温度制御装置によれば、供
給電力量を電源周期の半波単位できめ細かく制御するこ
とが可能となる。更に、従来例で問題となる電源端子の
高調波ノイズを軽減でき、大型で高性能なノイズフィル
タを必要としないため、コスト面でも大きな効果をもた
らす。特に大型機で大電力を必要とする機器において
は、ノイズ対策において非常に有効な手段である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による定着器の加熱ヒータ装置の第１の
実施例を示す斜視図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】本発明による定着器の加熱ヒーター装置の第２
の実施例を示す平面図。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図。

【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図。

【図６】図３のＣ−Ｃ線断面図。

【図７】図３の分解斜視図。

【図８】本発明による定着器の加熱ヒーター装置の第３
の実施例を示す平面図。

【図９】図８のＡ−Ａ線断面図。

【図１０】図８のＢ−Ｂ線断面図。

【図１１】図８のＣ−Ｃ線断面図。

【図１２】図８の分解斜視図。

【図１３】従来の加熱ヒーター装置の斜視図。

【図１４】ゼロクロス波数制御を説明する電流波形図。

【図１５】位相制御を説明する電流波形図。

【図１６】本発明による定着器の加熱ヒータ装置の温度
制御装置の第１の実施例を示すブロック図。

【図１７】従来の温度制御装置のブロック図。

【図１８】図１６に示した装置の動作波形図。

【図１９】温度制御装置の第２の実施例を示すブロック
図。

【図２０】図１９に示した装置の動作波形図。

【符号の説明】

１〜３…抵抗体 ４…絶縁基板 ５〜８…接続端子 ９〜１４…導体配線 ３６…サーミスタ ３７…Ａ／Ｄ変換器 ４０〜４２…スイッチ素子 ４３…マイクロコンピュータ ４４…制御回路 ４５…電源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板と、該基板にその長さ方向に沿
   って並設された少なくとも２本以上の抵抗体群とを有
   し、これら抵抗体群の一端側を電気的に共通接続して接
   続端子を設け、これら抵抗体群の各他端側に夫々接続端
   子を設けたことを特徴とする定着器の加熱ヒーター装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１において、少なくとも２本以上
   の抵抗体群は厚み方向において積層配置されて立体的に
   構成されたことを特徴とする定着器の加熱ヒーター装
   置。
3. 【請求項３】 少なくとも２以上の抵抗体からなる定着
   器加熱ヒーターにおける該各抵抗体への通電を夫々制御
   するスイッチ素子と、該ヒーターの温度を検出する温度
   検出手段と、該温度検出手段の検出情報に基づいて所定
   の温度となるように該各スイッチ素子を電源波形の半波
   ごとに開閉制御する制御手段とを有することを特徴とす
   る定着器の加熱ヒーターの温度制御装置。
4. 【請求項４】 少なくとも２以上の抵抗体からなる定着
   器加熱ヒーターにおける該各抵抗体への通電を夫々制御
   するスイッチ素子と、該ヒーターの温度を検出する温度
   検出手段と、電源波形のゼロクロスを検出するゼロクロ
   ス検出手段と、該温度検出手段の検出情報に基づいて所
   定の温度となるように、該ゼロクロス検出手段の出力を
   基準に該各スイッチ素子を電源波形の半波の任意の位相
   に開閉制御する制御手段とを有することを特徴とする定
   着器の加熱ヒーターの温度制御装置。