(57)【要約】【目的】シートに画像を定着させる加熱装置およびそれを備えた画像形成装置において、抵抗値を測定して記憶させたり、電流値を検出する手段を設けることなく、ヒータの抵抗値に応じた所定の電力を供給することが可能な加熱装置および画像形成装置を提供する。【構成】シートに画像を定着させる定着装置を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温度を検出する温度検出手段と、前記加熱手段に所定の加熱動作を行わせたときに前記温度検出手段が検出する温度変化に基づいて前記加熱手段に供給する電力を制御する電力制御手段と、を有する。【選択図】        図２
2016038478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートに画像を定着させる定着装置を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記加熱手段に所定の加熱動作を行わせたときに前記温度検出手段が検出する温度変化に基づいて前記加熱手段に供給する電力を制御する電力制御手段と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記電力制御手段は、
前記温度変化と、前記加熱手段に印加する電圧とに基づいて、供給される電力の状態を判定し、
前記供給される電力の状態が供給過多と判定される場合は前記供給される電力を下げ、
前記供給される電力の状態が供給不足と判定される場合は前記供給される電力を上げる
ことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記温度変化と、前記加熱手段に印加する電圧との関係から供給される電力の状態を表すテーブルを記憶する記憶手段を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記温度変化は、所定時間当たりに変化した温度変化量もしくは、所定の温度変化量を得るのに要した時間のいずれかで表されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記電力制御手段は、
前記加熱手段に所定の加熱動作を行わせる前に前記温度検出手段が検出した前記加熱手段の温度に応じて前記供給される電力の状態を判定する基準を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記加熱装置の周囲の温度を検出する周囲温度検出手段を有し、
前記電力制御手段は、
前記加熱手段に所定の加熱動作を行わせる前に前記周囲温度検出手段が検出した周囲温度に応じて前記供給される電力の状態を判定する基準を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の加熱装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の加熱装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートに画像を定着させる加熱装置およびそれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、トナー等の現像剤をシートに定着させる定着装置の定着ローラを加熱する加熱装置を有している。
【０００３】
抵抗体を発熱源とする発熱手段（ヒータ）を有する従来の加熱装置は、ヒータを設定された温度に制御するための方法として、ヒータへの通電時間を制御する方法が一般的に採用されている。
【０００４】
通電時間を制御する方法としては、主に電源波形を半周期の整数倍ごとに通電・非通電を制御する波数制御と、電源波形の半周期ごとに通電する位相角を制御する位相制御の２種類の制御が一般的に用いられている。
【０００５】
特に位相制御方式では、波数制御では実現できない半周期以下の通電が可能なことから、よりきめ細かい温度制御が可能である。
【０００６】
図９は位相制御における電源波形を示しており、斜線の部分のみ通電することで、電力を細かく制御することができる。図９（ａ）は通電率４０％の波形を表しており、図９（ｂ）は通電率６０％の波形を表している。
【０００７】
一方、ヒータの抵抗値は、個々のヒータ毎に公差が存在する。またヒータへ印加される電圧値もバラツキが存在する。そのため、同じ通電率でヒータに通電しても電力にバラツキが生じ、ヒータの温度を正確に制御することができない。
これを防止するため、ヒータの抵抗値やヒータへ印加される電圧にバラツキがあっても同じ電力を出力するように通電率を補正する補正手段を設けることが知られている。
特許文献１では、ヒータの抵抗値を予め記録する抵抗値記録手段を設け、記録された抵抗値に応じた電力を供給するように制御する技術が公開されている。
【０００８】
特許文献２では、ヒータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、ヒータに供給される電圧値を検出する電圧検出手段を設け、検出した電流値と電圧値からヒータに応じた電力を供給するように制御する技術が公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３３２０１７２号公報
【特許文献２】特開２００５−３７５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１による方法では、ヒータの製造段階で抵抗値を測定し、装置に記録する手間が必要であった。
また、特許文献２による方法では、電流値および電圧値を検出する手段が必要であった。
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、ヒータの抵抗値を直接測定して記録したり、電流値を検出する手段を設けることなく、ヒータの抵抗値に応じた所定の電力を供給することが可能な加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
シートに画像を定着させる定着装置を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記加熱手段に所定の加熱動作を行わせたときに前記温度検出手段が検出する温度変化に基づいて前記加熱手段に供給する電力を制御する電力制御手段と、
を有する加熱装置および画像形成装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ヒータの抵抗値にバラツキがあっても、ヒータに所定の電力を供給することが可能になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】画像形成装置の外観斜視図である。
【図２】加熱装置の構成を示す図である。
【図３】加熱装置の構成を示す図である。
【図４】加熱装置の電力係数の判定制御を示すフローチャートである。
【図５】加熱装置への印加電圧に対する温度変化を示す図である。
【図６】電力係数テーブルを示す図である。
【図７】加熱装置の電力係数の判定制御を示すフローチャートである。
【図８】加熱装置の電力係数の判定制御を示すフローチャートである。
【図９】従来の電力の位相制御を示す電力波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。
以下の説明では、電子写真方式を用いて画像を形成する画像形成装置の一例としてレーザビームプリンタについて説明する。しかし、本発明は加熱装置を備えた装置であれば、画像形成装置以外にも適用可能である。
【００１５】
図１は本発明の実施例の加熱装置を有する画像形成装置の構成を示す概略断面図である。画像形成装置Ａは、下側から上側に向かって順に、シート給送部１０、画像形成部２０、定着部３０、シート排出部４０が設けられている。
【００１６】
シート給送部１０では、給送カセット１１に収納されたシートＰは、ピックアップローラ１２が回転することによって分離ローラ対１３へ給送される。シートは、さらに給送ローラ対１５によって搬送され、回転を停止しているレジストローラ対１６のニップにシートの先端が倣うことで斜行を矯正される。
【００１７】
斜行が矯正されたシートは、所定のタイミングで回転するレジストローラ対１６によって画像形成部２０に搬送される。
画像形成部２０では、感光ドラム２１がその表面を帯電ローラ２２によって均一に帯電されている。レーザユニット２３から画像情報に対応したレーザ光が照射される。感光ドラム２１のレーザ光が照射された部分は、帯電ローラ２２によって帯電されていた電荷が除去され、画像情報に対応した静電潜像が形成される。ここで形成された静電潜像は、現像ローラ２４によって現像剤が付着され、現像剤像として可視化される。
【００１８】
この現像剤像は、感光ドラム２１の回転によって転写ニップ部Ｎ１に搬送される。このタイミングに合わせてレジストローラ対１６からシートが転写ニップ部Ｎ１に搬送される。搬送されたシートは、転写ニップ部Ｎ１において感光ドラム２１と接触する転写ローラ２５に挟持搬送されながら、転写ローラ２５によって感光ドラム２１に形成された現像剤像が転写される。
【００１９】
次に、現像剤像が形成されたシートは、定着部３０へと搬送される。定着部３０では、内部に配置された加熱装置により所定の定着温度に加熱されたアルミローラ等で構成される定着ローラ３１と、定着ローラ３１に接触して所定の圧力で定着ローラ３１を加圧する加圧ローラ３２とによって定着ニップ部Ｎ２が形成されている。現像剤像が形成されたシートは、定着ニップ部Ｎ２に送り込まれて、定着ローラ３１と加圧ローラ３２とで挟持搬送され加熱加圧されることで、現像剤像がシート上に定着される。なお、定着部３０は、定着ローラ３１で加熱する加熱ローラ方式の替わりに、セラミックヒータ等の熱源を端部レスフィルムを介して加圧ローラ３２が加圧することで定着ニップ部Ｎ２を形成し、ニップ部Ｎ２にてシートを挟持搬送しながら加熱加圧するオンデマンド定着方式を用いても良い。
【００２０】
次に、現像剤像が定着されたシートは、シート排出部４０へと搬送され、排出ローラ対４１によって排出トレイ４２へ排出される。
【００２１】
（第一の実施形態）
図２は本実施形態に係る加熱装置の構成を示す図である。
コントローラ１００は図1の定着部３０の内部に配置された加熱装置１１１の駆動制御部である。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１の作業領域及びデータの一時記憶領域である。ＲＯＭ１０２は、装置を駆動するためのファームウェアプログラムや、ファームウェアプログラムを制御するためのブートプログラムが書き込まれ、ＣＰＵ１０１はそれらプログラムに従って各部を制御するようになっている。タイマー１０４は、制御の時間を設定するところである。メモリー１０５は装置を制御するための各種設定値を記憶するところである。
【００２２】
加熱装置１１１はヒータ抵抗体１０９とその温度を検出する温度検出部１１０を備える。電圧検出部１０７は、商用電源１０６から供給される電圧値を検出する。ヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部１０８（トライアック）は、ヒータ抵抗体１０９に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。
【００２３】
ＣＰＵ１０１は温度検出部１１０で検出される温度と、電圧検出部１０７で検出される電圧値に基づいて、ヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部１０８を用いて供給電力の位相制御を行い、適正な温度になるように加熱装置１１１のヒータ抵抗体１０９に電力を供給する。
【００２４】
図４（ａ）は本実施形態に係る加熱装置１１１のヒータ抵抗体１０９に供給する電力の電力係数の判定制御を示すＣＰＵ１０１のフローチャートである。本実施形態で使用する電力係数とは、ヒータに供給される電力をヒータ抵抗体１１９の抵抗値に合わせるための補正値である。例えば、抵抗値が設計値よりも小さく、通電率１００％で電力を供給したのに、実際には１０５％の電力が供給されている場合は、５％余分な電力が供給された状態になるので、通電率に「９５％」という電力係数を掛けて通電率が５％低くなるように制御する。
【００２５】
図４（ａ）において、Ｓ１０１でＣＰＵ１０１はヒータ加熱前に電圧検出部１０７から電源電圧（Ｖ０）を検出し、温度検出部１１０から初期温度（Ｔ０）を検出する。
次にＣＰＵ１０１はＳ１０２で所定の通電率でヒータ抵抗体１０９に電力を供給し、所定時間Ｘの間供給し続ける（Ｓ１０３）。
Ｓ１０３で所定時間Ｘが経過すると、Ｓ１０４でＣＰＵ１０１は温度検出部１１０からその時点のヒータ抵抗体１０９の温度（Ｔ１）を検出し、Ｓ１０５で初期温度（Ｔ０）との温度変化値であるΔＴを算出する。（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ０）
ヒータ抵抗体１０９の抵抗値が設計通りであった場合のΔＴ(typ)の算出式を予め設定しておき、Ｓ１０６で算出する。
ΔＴ(typ)の算出式は、設計値の抵抗値を基に所定時間Ｘ当たりの温度上昇率を実験により予め求めておき、例えば、ΔＴ(typ)＝０．５×（Ｖ０−６０）という算出式が求められたとする。
【００２６】
図５（ａ）はＳ１０６におけるΔＴ(typ)の算出式の例をグラフにしたものである。例えば、電源電圧（Ｖ０）が１００Ｖで、温度変化値ΔＴが２１℃だった場合、図５（ａ）の例では、
ΔＴ(typ)＝０．５×（１００−６０）
＝２０℃
となる。次にＣＰＵ１０１は図４（ａ）のＳ１０７で、今回の温度変化値ΔＴと設計値のΔＴ(typ)の温度差（％）を求める。
ΔＴとΔＴ(typ)の温度差（％）＝（２１℃−２０℃）／２０℃×１００
＝＋５％
となる。
これは実際の抵抗値が設計値よりも小さく、同じ電力を印加した場合に温度が上昇し易いことを示している。
次にＣＰＵ１０１はＳ１０８で電力係数テーブルを参照し、実際の抵抗値に合った電力係数を判定する。
【００２７】
図６は商用電源が１００Vの場合の電力係数テーブルの例である。
横軸はΔＴとΔＴ(typ)の温度差（％）であり、縦軸は電源電圧（Ｖ０）であり、その交点が実際にヒータに供給された電力である。（交点が１００％の場合、設定通りの電力が供給されていることになる）
先ほどの計算例のように、ΔＴとΔＴ(typ)の温度差（％）が＋５％の場合、図６の電力係数テーブルを参照すると、電源電圧１００Ｖの時はヒータ抵抗体１０９に１０５％の電力が供給された状態であることを示し、５％が余分な供給量であることが分かる。そのため、このヒータ抵抗体１０９に電力を供給する場合は、通電率を設計値よりも５％下げる必要があるため、図４（ａ）のＳ１０９で「９５％」という電力係数をメモリー１０５に保存する。
【００２８】
図４（ｂ）は画像形成の時などでヒーターを制御する場合のＣＰＵ１０１の処理を示すフローチャートである。
【００２９】
ＣＰＵ１０１は、ヒータの制御開始を指示されたらＳ２０１でメモリー１０５から電力係数を読み出す。先ほどの例では「９５％」が読み出される。
次にＳ２０２で、その時の通電率に電力係数（９５％＝０．９５）を掛けて５％低い通電率になるように補正し、Ｓ２０３でヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部１０８を制御し、ヒータに通電を開始する。
【００３０】
以上説明したように、ヒータの抵抗値にバラつきがあっても、それに合わせた電力係数を設定し、通電率をその電力係数で補正するので、ヒータに所定の電力を供給することが可能になる。
【００３１】
なおヒータ抵抗体の抵抗値は、装置使用中に変化するものではないとして、加熱装置を画像形成装置に装着後、最初に電源を入れる時のみ図４（ａ）のフローチャートで説明した電力係数の判定を行っても良いし、画像形成装置を継続使用している間にヒータ抵抗体が劣化することを想定して、所定時間毎に行うようにしても良い。
【００３２】
（第二の実施形態）
第二の実施形態では加熱装置の周囲温度に応じた通電率の補正を行う方法を説明する。
図３は第二の実施形態に係る加熱装置の構成を示す図である。
第一の実施形態と同じ構成には同じ番号を付与して、説明を省略する。
第二の実施形態では、第一の実施形態に加えて、周囲温度検出部１１２を有している。周囲温度検出部１１２は加熱装置１１１の周囲の温度を検出する温度検出部である。
【００３３】
図７は第二の実施形態に係る加熱装置１１１のヒータ抵抗体１０９に供給する電力の電力係数の判定制御を示すＣＰＵ１０１のフローチャートである。
第一の実施形態と同じ処理ステップには同じ番号を付与して、説明は省略する。
図７では、最初のステップＳ３０１でＣＰＵ１０１は周囲温度検出部１１２から加熱装置の周囲の温度（Ｔｒ）を検出する。
【００３４】
Ｓ１０１からＳ１０５までは第一の実施形態と同じである。本実施形態ではＳ１０５のあと、Ｓ３０２でＣＰＵ１０１は設計値のΔＴ(typ)の算出式を周囲温度（Ｔｒ）で補正してΔＴ(typ)を算出する。
【００３５】
第一の実施形態では、
ΔＴ(typ)＝０．５×（Ｖ０−６０）
であったが、本実施形態では標準の周囲温度を２０℃として、以下のような補正を掛ける。図５（ｂ）はその算出式の例をグラフにしたものである。
ΔＴ(typ)＝０．５×（Ｖ０−６０）×｜２０−Ｔｒ｜×０．０８
例えば、電源電圧（Ｖ０）が１００Ｖで、周囲温度（Ｔｒ）が１０℃だった場合、
ΔＴ(typ)＝０．５×（１００−６０）×｜２０−１０｜×０．０８
＝０．５×４０×０．８
＝１６℃
となる。
よって今回の温度変化値ΔＴが１５．０４℃だった場合、図７のＳ１０７でΔＴとΔＴ(typ)の温度差（％）を求めると、
ΔＴとΔＴ(typ)の温度差（％）＝（１５．０４−１６）／１６×１００
＝−６％
となる。
これは実際の抵抗値が設計値よりも大きく、同じ電力を印加した場合に温度が上昇しにくいことを示している。
【００３６】
次にＣＰＵ１０１はＳ１０８で図６の電力係数テーブルを参照し、実際の抵抗値に合った電力係数を判定する。先ほどの計算例のように、ΔＴとΔＴ(typ)の温度差（％）が−６％の場合、図６の例では電源電圧１００Ｖの時はヒータ抵抗体１０９に９４％の電力が供給された状態であることを示し、電力供給量が６％不足していることが分かる。そのため、このヒータ抵抗体１０９に電力を供給する場合は、通電率を設計値よりも６％上げる必要があるため、図７のＳ１０９で「１０６％」という電力係数をメモリー１０５に保存する。
【００３７】
画像形成の時などで、ヒーター制御開始を指示されたら、ＣＰＵ１０１は第一の実施形態と同じように、通電率に電力係数（１０６％＝１．０６）を掛けて６％高い通電率になるように補正し、ヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部１０８を制御し、ヒータに通電を開始する。
以上説明したように、第二の実施形態によれば、ヒータの抵抗値と周囲温度に応じた通電率の補正ができるので、第一の実施形態に比べてより正確にヒータに所定の電力を供給することが可能になる。
【００３８】
（第三の実施形態）
第三の実施形態では加熱装置の初期温度（Ｔ０）に応じた通電率の補正を行う方法を説明する。
【００３９】
第三の実施形態に係る加熱装置の構成は第一の実施形態と同じである。
【００４０】
図８は第三の実施形態に係る加熱装置１１１のヒータ抵抗体１０９に供給する電力の電力係数の判定制御を示すＣＰＵ１０１のフローチャートである。
【００４１】
第一の実施形態と同じ処理ステップには同じ番号を付与し、説明は省略する。
Ｓ１０１からＳ１０５までは第一の実施形態と同じである。本実施形態ではＳ１０５のあと、Ｓ４０１でＣＰＵ１０１は設計値のΔＴ(typ)をヒータの初期温度（Ｔ０）で補正して算出する。
【００４２】
第一の実施形態では、
ΔＴ(typ)＝０．５×（Ｖ０−６０）
であったが、本実施形態では標準の初期温度を２０℃として、以下のような補正を掛ける。図５（ｃ）はその算出式の例をグラフにしたものである。
ΔＴ(typ)＝０．５×（Ｖ０−６０）×｜２０−Ｔ０｜×０．０６
例えば、今回の電源電圧（Ｖ０）が１００Ｖで、初期温度（Ｔ０）が０℃だった場合、
ΔＴ(typ)＝０．５×（１００−６０）×｜２０−０｜×０．０６
＝０．５×４０×１．２
＝２４℃
となる。
よって今回の温度変化値ΔＴが２４．９６℃だった場合、図８のＳ１０７でΔＴとΔＴ(typ)の温度差（％）を求めると、
ΔＴとΔＴ(typ)の温度差（％）＝（２４．９６−２４）／２４×１００
＝＋４％
となる。
【００４３】
次にＣＰＵ１０１はＳ１０８で図６の電力係数テーブルを参照し、実際の抵抗値に合った電力係数を判定する。先ほどの計算例のように、ΔＴとΔＴ(typ)の温度差（％）が＋４％の場合、図６の例では電源電圧１００Ｖの時はヒータ抵抗体１０９に１０４％の電力が供給された状態であることを示し、４％が余分な供給量であることが分かる。そのため、このヒータ抵抗体１０９に電力を供給する場合は、通電率を設計値よりも４％下げる必要があるため、図８のＳ１０９で「９６％」という電力係数をメモリー１０５に保存する。
【００４４】
画像形成の時などで、ヒーター制御開始を指示されたら、ＣＰＵ１０１は第一の実施形態と同じように、通電率に電力係数（９６％＝０．９６）を掛けて４％低い通電率になるように補正し、ヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部１０８を制御し、ヒータに通電を開始する。
以上説明したように、第三の実施形態によれば、ヒータの抵抗値と加熱装置の初期温度に応じた通電率の補正ができるので、第一の実施形態に比べてより正確にヒータに所定の電力を供給することが可能になる。
【００４５】
なお、第一から第三の実施形態では、その時の温度変化値ΔＴと設計値のΔＴ(typ)を、所定時間Ｘ当たりの温度変化量として扱ったが、所定の温度変化量に達するのに要した時間として扱っても良い。またその場合、図６に示した電力係数テーブルの一辺は時間差（％）となる。更に、本発明は、所定の加熱動作を行わせたときの加熱装置の温度変化を検出するものであれば他のどのようなものであっても適用できるものである。
【符号の説明】
【００４６】
Ａ    画像形成装置
３０  定着部
３１  定着ローラ
１００  コントローラ
１０１  ＣＰＵ
１０２  ＲＯＭ
１０３  ＲＡＭ
１０４  タイマー
１０５  メモリー
１０６  商用電源
１０７  電圧検出部
１０８  ヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部
１０９  ヒータ抵抗体
１１０  温度検出部
１１１  加熱装置
１１２  周囲温度検出部
【図１】
2016038478.tif 000003
【図２】
2016038478.tif 000004
【図３】
2016038478.tif 000005
【図４】
2016038478.tif 000006
【図５】
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【図６】
2016038478.tif 000008
【図７】
2016038478.tif 000009
【図８】
2016038478.tif 000010
【図９】
2016038478.tif 000011