(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段を備え、記録材上の未定着像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、
前記加熱手段が通紙される記録材の幅方向において複数個のグループに分けられており、
該複数個のグループに分けられた加熱手段によってそれぞれ加熱する前記定着手段の表面温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
前記加熱手段に対し選択的に電力を供給する通電手段と、
前記加熱手段を作像時の第１の周期時間と該第１の周期時間より長い予熱時の第２の周期時間との間で切り替え制御を行い、かつ、前記温度検出手段が検出した温度に応じた周期時間内における通電時間を決定して前記通電手段からの前記加熱手段へのグループ毎の供給電力を制御する制御手段とを設け、
該制御手段は、作像時において前記加熱手段のすべてのグループに対して前記第１の周期時間を用いて供給電力を制御するとともに、前記第１の周期時間に対する通電時間の割合である作像時の通電率が前記第２の周期時間に対する通電時間の割合である予熱時の通電率と同じ値を取ることが第１の周期時間の複数回分続いたグループの周期を前記第１の周期時間から前記第２の周期時間に切り替えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
加熱手段を備え、記録材上の未定着像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、
前記加熱手段が通紙される記録材の幅方向において複数個のグループに分けられており、
該複数個のグループに分けられた加熱手段によってそれぞれ加熱する前記定着手段の表面温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
前記加熱手段に対し選択的に電力を供給する通電手段と、
前記加熱手段を作像時の第１の周期時間と該第１の周期時間より長い予熱時の第２の周期時間との間で切り替え制御を行い、かつ、前記温度検出手段が検出した温度に応じた周期時間内における通電時間を決定して前記通電手段からの前記加熱手段へのグループ毎の供給電力を制御する制御手段と、
作像時に通紙される記録材のサイズを検出する検出手段とを設け、
前記制御手段は、予熱時において前記加熱手段のすべてのグループに対して前記第２の周期時間を用いて供給電力を制御するとともに、作像時において前記検出したサイズから前記加熱手段が加熱するグループを決定し、かつ、その決定した加熱するグループを前記第１の周期時間を用い、それ以外のグループは前記第２の周期時間を用いて制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像形成装置において、
前記制御手段の加熱手段の制御に位相角制御を実施することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱手段を備え、記録材上の未定着像を定着する手段を有する画像形成装置に関するものである。
【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おいて、その多くが加熱手段によって加熱される定着ローラを備えた定着装置を用いている。この種の定着装置は、定着ローラの表面温度を検知し、その信号に基づいて加熱手段であるヒータをオンオフ制御している。この制御は、ある定めた制御周期時間毎に表面温度を測定し、トライアックを介して周期内におけるヒータへの通電時間を制御するものである。
【０００３】
かかる温度制御を行う装置の場合、制御周期時間内に１回のオンと１回のオフが発生するので、２回の電流の変動が発生してしまう。したがって、制御周期時間を短く設定すると、一定時間内の電流変動の発生回数を多くなり、装置電源への低周波の妨害である電圧変動が大きくなり大きな問題となる。よって、制御周期時間を長くすれば、一定時間内の電流変動の発生回数を小さくすることができ、上記した電圧変動も小さくでき有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した温度制御を行う装置において、制御周期時間を長くすると、加熱手段への電力の供給量をすばやく変更することができなくなる。したがって、制御周期時間が長いと加熱装置で発生させる必要のある熱量がほぼ一定で良いときには問題ないが、短期間で必要とする熱量が変化させる場合は、その変化に対応できず、発生する熱量が過剰になったり、不足してしまい適切な加熱が行えなくなってしまう。具体的には、装置が待機状態にあるときなどの予熱状態では、必要とする熱量はほぼ一定であるのに対し、作像時においては定着装置を記録材が通過しているとき大きな発熱量が必要であるが、その前後では小さな発熱量で良く、短期間で必要とする熱量が変化する。よって、制御周期が長いと、予熱状態時は問題なくとも、作像時では定着装置の温度制御が不安定になってしまい、温度が高くなり過ぎたり、低くなり過ぎたりするという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題を解消し、電源から加熱手段に供給する電流の変動発生回数を小さくすることにより、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画像形成装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【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、加熱手段を備え、記録材上の未定着像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、前記加熱手段が通紙される記録材の幅方向において複数個のグループに分けられており、該グループ毎が加熱する前記定着手段の表面温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、前記加熱手段に対し選択的に電力を供給する通電手段と、前記加熱手段を作像時の第１の周期時間と該第１の周期時間より長い予熱時の第２の周期時間との間で切り替え制御を行い、かつ、前記温度検出手段が検出した温度に応じた周期時間内における通電時間を決定して前記加熱手段へのグループ毎の供給電力を制御する制御手段とを設け、該制御手段は、作像時において前記加熱手段のすべてのグループに対して前記第１の周期時間を用いて供給電力を制御するとともに、前記第１の周期時間に対する通電時間の割合である作像時の通電率が前記第２の周期時間に対する通電時間の割合である予熱時の通電率と同じ値を取ることが第１の周期時間の複数回分続いたグループの周期を前記第１の周期時間から前記第２の周期時間に切り替えることを特徴とする画像形成装置を提案する。
【０００７】
また、上記課題を解決するため、本発明は、加熱手段を備え、記録材上の未定着像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、前記加熱手段が通紙される記録材の幅方向において複数個のグループに分けられており、該複数個のグループに分けられた加熱手段によってそれぞれ加熱する前記定着手段の表面温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、前記加熱手段に対し選択的に電力を供給する通電手段と、前記加熱手段を作像時の第１の周期時間と該第１の周期時間より長い予熱時の第２の周期時間との間で切り替え制御を行い、かつ、前記温度検出手段が検出した温度に応じた周期時間内における通電時間を決定して前記通電手段からの前記加熱手段へのグループ毎の供給電力を制御する制御手段と、作像時に通紙される記録材のサイズを検出する検出手段とを設け、前記制御手段は、予熱時において前記加熱手段のすべてのグループに対して前記第２の周期時間を用いて供給電力を制御するとともに、作像時において前記検出したサイズから前記加熱手段が加熱するグループを決定し、かつ、その決定した加熱するグループを前記第１の周期時間を用い、それ以外のグループは前記第２の周期時間を用いて制御することを特徴とする画像形成装置を提案する。
【０００８】
なお、本発明は、前記制御手段の加熱手段の制御に位相角制御を実施すると、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、本発明に係る画像形成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記録材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を介して記録材上に転写された未定着トナー像に加熱し、トナー像を記録材に定着させる。
【００１１】
画像形成装置が、中央基準で記録材を搬送し、かつ、Ａ３サイズのように幅の広い記録材まで記録できるものの場合、例えばＡ５サイズのように幅の狭い記録材の場合でも定着ローラの幅方向の温度むらを小さくする必要がある。このため、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。
【００１２】
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通電手段としてトライアック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。なお、符号１２は、ＣＰＵ８に入力される加熱する記録材の搬送の給紙制御部から送られてくる作像開始／終了信号と、給紙トレイ選択信号と給紙トレイのサイズ方向設定情報である。
【００１３】
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、トライアック４，５にドライバ６，７を介して制御信号を送り、ヒータ２，３の通電を制御して定着ローラ１の表面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。本実施形態のＣＰＵ８には、時間が異なる２つの周期時間を持っており、それを作像時と予熱時とで切り替えるように制御している。
【００１４】
図２は、その制御の一例を示すタイミングチャートであり、まず、作像が開始されると、給紙制御部から作像開始の信号１２が送られてきて、ＣＰＵ８は装置が作像状態であることを認識する。作像期間中ＣＰＵ８は、制御周期Ｔ１時間ごとに、上記した制御を行う。すなわち、サーミスタ９とサーミスタ１０により温度を測定し、トライアック４，５にドライバ６，７を介して制御信号を送り、ヒータ２，３の通電を制御して定着ローラ１の表面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。図２の例では、作像期間中において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Ｔ１の７０％の時間が通電時間になった場合を示している。このとき、ヒータ２は周期の開始時から通電を開始し、０．７Ｔ１時間経過後に通電を停止しているが、ヒータ３は周期が開始されてから０．３Ｔ１後に通電を開始し、周期が終了する時に通電を終了している。
【００１５】
次に、作像が終了すると、給紙制御部から作像終了の信号１２が送られてきて、ＣＰＵ８は装置が予熱状態であることを認識する。予熱期間中ＣＰＵは、作像期間中とは制御周期時間を切替え、Ｔ１の３倍時間に相当するＴ２時間ごとに、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。この予熱期間中は、図２の例ではヒータ２とヒータ３の両方とも制御周期Ｔ２の２０％の時間が通電時間になった場合を示している。このときも、ヒータ２は周期の開始時から通電を開始し、０．２Ｔ２時間経過後に通電を停止し、ヒータ３は、周期が開始してから０．８Ｔ２後に通電を開始し、周期が終了する時に通電が終了する。
【００１６】
また、ヒータ２とヒータ３の通電時に流れる電流の和である、定着装置の消費電流も図２に示している。Ｉ１は、ヒータ２に流れる電流で、Ｉ３はヒータ３に流れる電流を示し、そして、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、Ｉ１とＩ３の和である。また、ｄＩ１は、加熱電流の消費電流がＩ３からＩ１に変わる時の電流変化量で、ｄＩ２は、加熱電流の消費電流がＩ１からＩ２に変わる時の電流変化量を示し、ｄＩ３は、加熱電流の消費電流がＩ２からＩ３に変わる時の電流変化量を示している。予熱期間中、１制御周期時間、すなわちＴ２時間は３×Ｔ１時間であり、その消費電流の変化は、ｄＩ１とｄＩ２とｄＩ３がそれぞれ１回ずつ発生に押さえられている。
【００１７】
図３は、Ａ５サイズの記録材を縦方向に使う場合の作像期間の場合である。この記録材は、ヒータ２の加熱領域内を通紙されるものとし、よって、ヒータ２は記録材に熱を供給しているが、ヒータ３は記録材に熱を供給していない。この場合において、作像時であるので、当初はヒータ２とヒータ３の両方とも制御周期Ｔ１で制御されるが、記録材に熱を供給しないヒータ３は制御周期時間に対する通電時間の割合である通電率が予熱状態と同じく小さな値を取り続け、ヒータ２だけが作像状態の大きい通電率で通電される。そして、ヒータ３の通電率が小さく安定していることをＣＰＵ８が検知すると、ヒータ３だけの制御周期をＴ１からＴ２に切り替える。この切り替えは、制御周期Ｔ１においてヒータ３の通電が複数回、例えば、３回続けて小さいことをＣＰＵ８が検知すると、ヒータ３だけの制御周期Ｔ２にする。この切り替え後は、Ｔ２時間が３×Ｔ１時間なので、消費電流の変化は、ｄＩ１が１回、ｄＩ２が１回、ｄＩ３が５回と、その発生数が抑えられる。
【００１８】
図４に示すタイミングチャートも、図３と同様に、Ａ５サイズの記録材を縦方向に使う場合の作像期間の場合である。この場合、記録材の幅が小さいことを、給紙トレイ選択信号と給紙トレイのサイズ方向設定情報より判断することができるものとし、最初から制御周期をヒータ２は制御周期Ｔ１に、ヒータ３は制御周期Ｔ２で制御を行う。したがって、Ｔ２時間すなわち３×Ｔ１時間での消費電流の変化は、最初からｄＩ１が１回、ｄＩ２が１回、ｄＩ３が５回の発生数に抑えられる。
【００１９】
図５は、作像期間も予熱期間も制御周期Ｔ１で、複数の加熱手段への通電を制御する従来技術の場合であり、本発明の図２と同じく、ヒータ２とヒータ３の両方とも予熱期間は制御周期の２０％の時間が通電時間になった場合を示している。消費電流の変化は、１制御周期内であるＴ１時間でｄＩ１とｄＩ２とｄＩ３がそれぞれ１回ずつ発生する。したがってＴ１時間の３倍のＴ２時間での消費電流変化は、ｄＩ１とｄＩ２とｄＩ３がそれぞれ３回ずつ発生する。
【００２０】
予熱期間でヒータ２とヒータ３の両方とも制御周期の２０％の時間が通電時間になった場合のＴ２（＝３×Ｔ１）時間の電流変化量と回数を、図２の本発明と図５の従来技術とを比べた結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
0004469446.tif 000002
この表１から明らかなように、本発明は従来技術に比べ、電流変化の回数を減らすことができる。よって、装置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。
【００２２】
また、図６は、複数のグループの加熱手段への通電を同じ周期で制御する従来技術の場合であり、本発明の図３と図４と同じくＡ５サイズの記録材の作像期間を示し、ヒータ２は制御周期の７０％が通電時間になり、ヒータ３は２０％が通電時間になった場合を示している。消費電流の変化は、１制御周期内であるＴ１時間でｄＩ１とｄＩ２とｄＩ３がそれぞれ１回ずつ発生する。したがってＴ１時間の３倍のＴ２時間での消費電流変化は、ｄＩ１とｄＩ２とｄＩ３がそれぞれ３回ずつ発生する。
【００２３】
このヒータ２が制御周期の７０％の時間通電し、ヒータ３が制御周期の２０％の時間通電する場合、本発明の図３切り替え後図４の案と図６の従来技術で実施した場合で、Ｔ２（＝３×Ｔ１）時間の電流変化量と回数を比べた結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
0004469446.tif 000003
表２から明らかなように、  本発明を用いると従来技術の時に比べ、電流変化の回数を減らすことができる。
【００２５】
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、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の装置においては、作像時に通電率の変化が小さいことを複数検知するとそのヒータのグループの通電制御周期を長く切り替えることにより、電源から加熱手段に供給する電流の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することができる。
【００２８】
請求項２の装置においては、作像時に記録材のサイズから加熱に使われないことが判明したヒータのグループの通電制御周期を長く切り替えることにより、電源から加熱手段に供給する電流の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することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】本発明における２個のヒータへの通電制御の一例とその制御による定着装置の消費電流の関係を示すグラフである。
【図３】本発明における２個のヒータへの通電制御の他の例とその制御による定着装置の消費電流の関係を示すグラフである。
【図４】本発明における２個のヒータへの通電制御のさらに他の例とその制御による定着装置の消費電流の関係を示すグラフである。
【図５】従来のヒータへの通電制御とその制御による定着装置の消費電流の関係を示すグラフである。
【図６】従来のヒータへの他の通電制御とその制御による定着装置の消費電流の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    定着ローラ
２，３    ヒータ
４，５    トライアック
８    ＣＰＵ
９，１０    サーミスタ
【図１】
0004469446.tif 000004
【図２】
0004469446.tif 000005
【図３】
0004469446.tif 000006
【図４】
0004469446.tif 000007
【図５】
0004469446.tif 000008
【図６】
0004469446.tif 000009