JPH09101716A

JPH09101716A - 定着装置

Info

Publication number: JPH09101716A
Application number: JP7258671A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Shindo; 和紀進藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1995-10-05
Publication date: 1997-04-15

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒートローラを設定温度にする際に発生する
オーバシュート現象を防止し、安定した定着を可能とす
る定着装置を提供する。【解決手段】定着用ヒートローラのヒータランプ３の
電源８からの出力は、開閉回路７により開閉制御され
る。ヒートローラの温度を検出する温度センサ４からの
温度情報をもとに制御回路６は、電源出力のオン時間の
比率を設定して開閉回路７を制御する。その制御におい
て、印字開始直後のウォームアップ期間ではオン時間の
比率を８０％以上とし、温度情報を認識し設定温度より
低い所定の温度の到達したときには、オン時間比率を１
０〜８０％に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プロセス
を用いたプリンタ、ファクシミリ、複写機等の印字装置
に関し、特に、記録媒体上にトナー像を加熱溶融して定
着する定着装置に関する。

【０００１】

【従来の技術】従来、電子写真印字装置は、光導電性を
有する画像担持体の表面を均一に帯電した後、半導体レ
ーザなどの光によって静電潜像を形成し、帯電したトナ
ーを現像装置によって供給してトナー像を形成する。次
に、電子写真印字装置は、画像担持体上のトナー像を導
電性弾性ローラなどを利用して記録媒体上に転写した
後、定着装置で記録媒体上のトナー像を加熱溶融するこ
とで定着し保存性の良い画像を得る。

【０００２】従来の定着装置は、アルミニウムなどの熱
導伝性の良い金属の筒でできたヒートローラと、加圧ロ
ーラを使用し、ヒートローラの内部にハロゲンランプな
どのヒータランプを備え、加圧ローラをヒートローラの
表面に接触して回転させる。ヒートローラと加圧ローラ
の間に記録媒体が通過し、トナー像を定着する。

【０００３】トナーが溶融する温度は、一定であるので
ヒートローラの表面の温度を温度センサで検出し、検出
温度が設定温度より低い場合は、ヒータランプに電圧を
印加して一定の電力で加熱し、検出温度が設定温度より
高い場合は、ヒータランプの電圧をオフにして自然冷却
で温度が下がるのを待つという制御を行っていた。

【０００４】また、近年、省エネルギーの観点から通常
の印字待機時には温度制御を行わず、常にヒータランプ
をオフにしておき、印字動作が開始される毎にヒートロ
ーラを加熱するいわゆる省エネモードが一般的になって
きた。ところが、ヒートローラの温度が定着に必要な温
度に達するためには通常１分以上の時間が掛かり、結果
的に必要な印字がすぐに行えないという不便が起こって
しまう。そこで、ヒートローラを小型化・薄肉化し、熱
容量を小さくすることで、消費電力を大きくせずに温度
上昇を早くすることが一般的になってきている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の定着装
置はヒートローラの熱容量を小さくしているために、常
に一定電力でヒータランプを加熱すると、ヒートローラ
を設定温度にする際に実際の温度と温度センサの検出温
度との間に時間の遅れがあるために温度が一時的に設定
温度を越えてしまうオーバシュート現象が起こったり、
一定温度に保とうとしても温度が設定値を中心に上下し
てしまう温度リップルが大きくなるという問題が発生す
る。

【０００６】本発明の目的は、ヒートローラを設定温度
にする際に発生するオーバシュート現象を防止し、安定
した定着を可能とする定着装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内部に
発熱体を有するヒートローラを加熱して用紙上のトナー
を加熱溶融し、定着を行う定着装置において、発熱体に
電圧を供給する電源と、その電源の出力をオン・オフす
る開閉回路と、ヒートローラの温度を検出する温度セン
サと、その温度センサからの温度情報をもとに電源の出
力のオン時間の比率を設定して開閉回路を制御する制御
手段とを含む定着装置が得られる。

【０００８】これにより、安定した定着が可能となる。

【０００９】特に、制御手段は、印字開始直後のウォー
ムアップ期間では開閉回路のオン時間の比率を８０％以
上とし、温度センサからの温度情報を認識し設定温度よ
り低い所定の温度の到達したときには、オン時間比率を
１０〜８０％に設定する。これにより、温度制御の際に
生じるオーバシュートを防止でき、また通常印字時のヒ
ータランプ動作デューティが１０〜８０％に下がるの
で、ヒータランプの発生熱量を小さくしつつ安定した温
度制御が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明の第１の実施の形態の定着装
置を示す斜視図である。図において、ヒートローラ１
は、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属の筒の表面に
トナーが付着しにくいコーティングを施したものが使用
され、図示しないモータなどによって回転駆動される。
加圧ローラ２は、金属の芯金にシリコンゴム等の耐熱性
を有する弾性体で構成され、ヒートローラ１に対して加
圧スプリング５によって圧接され、所定の圧力を保って
回転可能に支持されている。

【００１２】ヒータランプ３は、ハロゲンランプなどの
発熱機能を持った抵抗体で構成され、開閉回路７を経由
して電源８に接続されている。温度センサ４は、ヒート
ローラ１に接するように取り付けられ、表面温度を測定
するために、温度によって抵抗値の変わる熱電対機能を
持った素子で構成される。温度センサ４からの出力は、
制御回路９によってＡ／Ｄ変換され、温度データとして
判断される。

【００１３】図２は図１の制御回路６を含む電気回路系
の詳細回路図である。電源８は、商用の交流電源信号が
入力されており、開閉回路７を経由してヒータランプ３
に交流電圧を供給する。

【００１４】制御回路６は、電源の交流位相から電圧が
０になるポイントを検出する検出回路１０と、温度セン
サ４からの温度情報をディジタルデータに変換するＡ／
Ｄ変換器１７と、Ｉ／Ｏポート１１と、マイクロプロセ
ッサ１２と、温度制御のためのプログラムが書き込まれ
たＲＯＭ（リードオンリメモリ）１３と、ＲＡＭ１４
と、タイマ１５とを有し、電源の交流の位相と温度セン
サ４の出力を外部入力として、温度制御プログラムに基
づいて開閉回路７を制御する。

【００１５】検出回路１０は、交流電圧が０になるゼロ
クロスポイントのタイミング信号を発生し、Ｉ／Ｏポー
ト１１を通してマイクロプロセッサ１２に供給する。Ａ
／Ｄ変換器１７の出力もＩ／Ｏポート１１を経由してマ
イクロプロセッサ１２に供給される。

【００１６】図３は制御回路６のマイクロプロセッサ１
２による温度制御を示すフローチャートである。印字開
始時には、開閉回路７を全開状態にし、ヒータランプ動
作デューティ（オン時間の比率）を１００％に設定し
（ステップＳ１）、最大熱量でヒートローラ１を加熱す
る（ステップＳ２）。図４（ａ）はヒータランプ動作デ
ューティを１００％にしたときにヒータランプ３に供給
される電圧の波形（５０または６０Ｈｚ）を示す波形図
である。

【００１７】マイクロプロセッサ１２は温度センサ４か
ら温度を認識して（ステップＳ３）温度が１４０゜Ｃに
なると（ステップＳ４）、温度検出の時間遅れによるオ
ーバシュートを防ぐため、開閉回路７に制御信号を出力
し、ヒータランプ動作デューティを６０％に設定する
（ステップＳ５）。このとき開閉回路７は、次に説明す
るチョッパ制御により、発熱量を定格の６０％に設定す
る。つまり電源を供給するオン時間の比率を６０％にす
る。

【００１８】図４（ｂ）はヒータランプ動作デューティ
を６０％にしたときにヒータランプ３に供給される電圧
の波形を示す波形図である。図において、斜線部が電圧
が掛かっているときの波形で、破線部の波形は遮断され
ている。マイクロプロセッサ１２は、温度が１４０゜Ｃ
になったことを認識すると、タイマ１５を動作させて検
出回路１０からのゼロクロスポイントで発生するタイミ
ング信号を計数し、タイミング信号を３回計数するまで
開閉回路７をオン、その後２回計数するまで開閉回路７
をオフにする動作を繰り返すことで、タイミング信号に
同期して開閉回路７を３：２の割合でオン・オフし、ヒ
ータランプ動作デューティを６０％にする。

【００１９】マイクロプロセッサ１２は温度を認識し
（ステップＳ６）、１５０゜Ｃを越えたら（ステップＳ
７）開閉回路７を閉じてヒータランプ３をオフにする
（ステップ８）。自然冷却や用紙の通過による熱消費に
よって温度が低下し、１５０゜Ｃ以下になったら（ステ
ップＳ１０）、開閉回路７を制御しヒータランプ動作デ
ューティを４０％に設定してヒータランプ３をオンにす
る（ステップ１１、１２）。４０％の設定のやり方は、
６０％の場合と同様にタイマ１５が検出回路１０からの
ゼロクロスポイントで発生するタイミング信号を計数
し、タイミング信号を２回計数するまで開閉回路７をオ
ン、その後３回計数するまで開閉回路７をオフにする動
作を繰り返すことで、タイミング信号に同期して開閉回
路７を２：３の割合でオン・オフし、ヒータランプ動作
デューティを４０％にする。

【００２０】以後同様にヒートローラ１の温度が１５０
゜Ｃ前後を維持するように、ヒータランプ動作デューテ
ィを４０％にて温度制御するよう動作を繰り返す。

【００２１】以上のように、ヒータランプ３の駆動開始
時に開閉回路７を全開状態にし、目標温度である１５０
゜Ｃに到達する前の１４０゜Ｃになったときに、ヒータ
ランプ動作デューティを６０％にすることで、温度制御
の際に生じるオーバシュートを防止でき、また通常印字
時のヒータランプ動作デューティが４０％に下がるの
で、ヒータランプの発生熱量を小さくして安定した温度
制御が可能となる。

【００２２】なお、各ヒータランプ動作デューティと設
定温度の値は、以上に説明した数値に限定するものでは
なく、請求項の要件を満たす値であれば他の値でも十分
に上記の効果を奏することができる。

【００２３】また、制御回路６に検出回路１０からのタ
イミング信号を計数して開閉回路７を制御するカウンタ
回路と、温度センサ４からの検出信号を１４０゜Ｃ、１
５０゜Ｃに対応する第１、第２の基準電圧信号と比較す
る第１、第２の比較回路を使用し、各比較回路の出力に
よりカウンタ回路を切り換えて開閉回路のオン・オフ時
間を制御するようにしても良い。この場合、ソフトウェ
アは不要となる。

【００２４】また図２において、マイクロプロセッサ１
２は、図４に示すように交流波形のゼロクロスのタイミ
ング信号を計数しその値でオン・オフするのではなく、
ゼロクロス時からの立ち上がりあるいは立ち下がりか
ら、所定時間の間だけオンにする制御を実行してヒータ
ランプ動作デューティを設定しても良い。この場合、開
閉回路７にサイリスタチョッパ回路が使用される。但
し、図２の回路のように、交流電源をゼロクロスポイン
トでオン・オフする回路の方が、電磁波ノイズの発生を
防ぐことができ、ノイズ対策部品の追加がいらないとい
う点で、優れてはいる。

【００２５】本発明の他の実施の形態では、定着装置を
通過する用紙の大きさや紙質などの種類に応じて定着に
必要な熱量が異なるので、印字中のヒータランプ動作デ
ューティを用紙の大きさに応じて適切に設定しても良
い。例えば、Ａ４サイズでは４０％の動作デューティと
し、はがき・封筒等のサイズの小さい用紙では、３０％
の動作デューティとする。この場合、図２において、用
紙の種類を他の入力回路から入力しマイクロプロセッサ
１２がそれを認識して動作デューティを制御する。これ
によって、用紙の種類に応じた安定した定着ができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヒータランプの発生熱量を印字動作開始時に最大にする
ことで、ウォームアップ時間を短縮することができ、目
標温度到達前に発生熱量を低く変更することで、ヒート
ローラ表面温度が上昇し続けるオーバシュートを抑える
ことができる。このため、定着における用紙のしわの発
生を防止できる。また、通常印字時のヒータランプの発
生熱量を小さくすることで、安定した温度制御ができる
という効果がある。

【００２７】また、請求項４の発明のように、交流電源
のゼロクロスポイントを検出し、そのポイントでオン・
オフする制御を行う場合、電磁波ノイズの発生を防ぐこ
とができ、ノイズ対策部品の追加がいらないという効果
がある。

【００２８】請求項５によれば、用紙の種類に応じた安
定した定着ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の定着装置を示す概
略斜視図である。

【図２】図１の定着装置の電気回路系の詳細を示す回路
図である。

【図３】図２の電気回路系の制御回路の温度制御動作を
示すフローチャートである。

【図４】電源の電圧信号の開閉動作を示す波形図であ
る。

【符号の説明】

１ヒートローラ２加圧ローラ３ヒータランプ４温度センサ６制御回路７開閉回路８電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に発熱体を有するヒートローラを加
熱して用紙上のトナーを加熱溶融し、定着を行う定着装
置において、前記発熱体に電圧を供給する電源と、前記電源の出力を
オン・オフする開閉回路と、前記ヒートローラの温度を
検出する温度センサと、前記温度センサからの温度情報
をもとに前記電源出力のオン時間の比率を設定して前記
開閉回路を制御する制御手段とを含む定着装置。
【請求項２】前記制御手段は、印字開始直後のウォー
ムアップ期間では前記オン時間の比率を８０％以上と
し、前記温度情報を認識し設定温度より低い所定の温度
の到達したときには、前記オン時間比率を１０〜８０％
に設定することを特徴とする請求項１に記載された定着
装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記電源出力の所定の
位相を検出する位相検出回路と、前記温度センサからの
温度情報をもとに前記オン時間の比率を決定し、前記検
出された位相に同期したタイミングで、前記決定された
比率に応じて前記開閉回路を制御する開閉制御回路とを
有することを特徴とする請求項１に記載された定着装
置。
【請求項４】前記位相検出回路は、ゼロクロス電圧の
位相を検出し、その位相でのタイミング信号を発生し、
前記開閉制御手段は、前記タイミング信号を計数する回
路と、その計数値を前記温度センサからの温度情報をも
とに可変し、その計数値に応じて前記タイミング信号に
同期して前記電源の出力のオン・オフを制御する制御回
路とを有することを特徴とする請求項３に記載された定
着装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記温度センサからの
温度情報が前記所定の温度に達した後、前記オン時間比
率を前記記録媒体の種類に応じて可変する手段をさらに
有することを特徴とする請求項２に記載された定着装
置。