(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートローラにより未定着トナーを定着する定着手段を具えた画像形成装置において、
前記定着手段の定着熱源として前記ヒートローラ内に設けられたハロゲンヒータ及び前記ヒートローラの内壁面に固定されたセラミックヒータと、
前記ヒートローラの回転位置を検知する位置検知手段と、を備え、
前記ヒートローラが回転していないときは、前記セラミックヒータへのみ通電し、
前記ヒートローラの停止位置は、前記位置検知手段の検知結果に基づき調節可能となっていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記ヒートローラの停止位置は、前記セラミックヒータがヒートローラの最下部になる位置であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記ヒートローラは、セラミックヒータを複数備え、前記ヒートローラの停止位置は、複数のセラミックヒータの放熱が最も少なくなる位置として定められることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ、プリンター等の電子写真方式の画像形成装置では、熱による定着方式を採用し、その熱源としてハロゲンヒータを使用しているのが、一般的である。その１例を示すとすれば、概略構成が図１に示すようなものであって、同図を参照して簡単に説明することとする。１は定着手段、２はヒートローラとも呼ばれる定着ローラ、３はヒータ、４は加圧ローラ、５はサーミスタ、６は定着分離爪、７、９は排紙ローラ、10は排紙分岐爪、11は加圧分離爪をそれぞれ示す。
【０００３】
ところが定着手段１のヒータ３を構成するハロゲンヒータは、光として放出されるエネルギが多いため熱効率が悪く、そのためヒートローラ２の温度を一定に保つには、大容量のヒータが必要であり、また待機時の消費電力をおさえるために、ヒートローラ２の制御温度を下げ、ヒータ３の点灯率を低下させることが一般的であるが、この状態からコピーが可能となる温度まで復帰させるまで時間がかかってしまうという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこでこのような問題を解消しようということで、特開平６−250555号公報に開示されたようなものが提案されている。ところでこのものは、ハロゲンヒータの代わりにヒートローラの表面に抵抗体を設け、その抵抗体に通電して発熱させるというものであって、その製造が困難であって、高コストになるという問題がある。
【０００５】
そこでこの発明の目的は、前記のような従来の画像形成装置のもつ問題を解消し、定着手段の構成を簡単にして製造が容易であって、高コストになることのない画像形成装置を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ヒートローラにより未定着トナーを定着する定着手段を具えた画像形成装置において、前記定着手段の定着熱源として前記ヒートローラ内に設けられたハロゲンヒータ及び前記ヒートローラの内壁面に固定されたセラミックヒータと、前記ヒートローラの回転位置を検知する位置検知手段と、を備え、前記ヒートローラが回転していないときは、前記セラミックヒータへのみ通電し、前記ヒートローラの停止位置は、前記位置検知手段の検知結果に基づき調節可能となっていることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記ヒートローラの停止位置は、前記セラミックヒータがヒートローラの最下部になる位置であることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記ヒートローラは、セラミックヒータを複数備え、前記ヒートローラの停止位置は、複数のセラミックヒータの放熱が最も少なくなる位置として定められることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下の図面に示すこの発明の実施形態において、前記従来例と同様の部分には、同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる部分について説明する。図２は定着器の構成図である。この定着器において、定着ローラ２の中心部よりやや下方にハロゲンヒータ13を、上方にセラミックヒータ14を配置している。ハロゲンヒータ13は、光として消費するエネルギ量が多いため、熱エネルギを有効に利用するためには、なるべくヒートローラ２の内壁面に接近させた方がよい。しかしそのためにハロゲンヒータ13を例えば、図２に示すように、定着動作の際一番熱が必要とされるヒートローラ２と加圧ローラ４との接触部に接近させて配置すると、その反対側の熱量が不足してしまう。
【００１０】
そこで図２に示すようにセラミックヒータ14を配置すると、不足した熱量を補給することができる。このときセラミックヒータ14の方が、光として放出されるエネルギが存在しない分だけ、少ないエネルギで目的を達成することができる。
【００１１】
ところがこの反面セラミックヒータ14は、発熱量を多くすると高価になるので、一番多くの熱量を必要とする部分には、ハロゲンヒータ13を使用し、それの熱補給部所にセラミックヒータ14を使用し、これによって効率よく定着制御を行うことができるようになる。
【００１２】
図３に示すヒートローラ２の他の例においては、３本のセラミックヒータ14が設けられていて、これらのセラミックヒータ14は、ヒートローラ２の内壁面に固定されており、これに対する通電は、図示を省略したブラシによる接触通電や、スリップリングのような給電部材のようなものによって行われる。このようにセラミックヒータ14は、ヒートローラ２の内壁面に直接接触していることから、空間放熱に比べて効率よくヒートローラ２を加熱することができる。この実施形態におけるセラミックヒータ14の本数はこれに限定されるものではない。
【００１３】
図４は、前記実施形態のブロック図であって、図５にそのフロー図が示されている。この実施形態において、その制御部は、ＣＰＵ16を有するメイン制御部15と、このメイン制御部15の指示によりハロゲンヒータ13及びセラミックヒータ14のオン／オフ温度制御をする第１、第２制御部17、18と、定着ローラ２の温度を検出する温度検出部材19等とによって構成されている。
【００１４】
この実施形態は、図４に示ように、メイン制御部15で温度検出部材19からの温度情報が、随時ＣＰＵ16に入力し、この温度情報によって、ＣＰＵ16が出力する制御信号に基づいて、第１、第２制御部17、18がハロゲンヒータ13及びセラミックヒータ14をオン／オフさせ、定着ローラ２の表面温度を一定に保持するようになっている。ところで通常装置のウォーミングアップ時、待機時は、ヒートローラ２が回転していない。また装置は、電源オンの時すべて印字していることはなく、待機している場合の方が、圧倒的に時間が長くなる。すなわち装置の消費電力を下げるためには、この待機時の消費電力を下げることが重要である。
【００１５】
このような実施形態において、一般的に待機時もすぐに印字動作に移行することができるように、ヒータをある一定時間点灯し、ヒートローラ２の表面温度をある程度上げておく必要がある。このためのヒートローラ２の加熱には、ハロゲンヒータ13を使用している。これが点灯すると、熱効率が悪いことから余分な電力を消費してしまうことになる。
【００１６】
そこでヒートローラ２が回転していない時は、セラミックヒータ14だけに通電し、消費電力の消耗を抑えることができる。またヒートローラ２の回転中は、ハロゲンヒータ13を使用し、セラミックヒータ14の発熱容量は、待機時に必要な分だけとして、コストの大幅な上昇を抑止することができる。
【００１７】
図６，７に示すように、この実施形態においては、ヒートローラ２の位置を検知する位置検知部材23が設けられている。この位置検知部材23は、フォトセンサや、機械的スイッチ等のヒートローラ２の位置を判別することができるものであれば、どのようなものでもよく、さらにステッピングモータ等を使用してヒートローラ２の回転位置を制御してもよい。この実施形態は、セラミックヒータ14を１本使用したものであるが、通常では、ヒートローラ２の停止位置を制御しないため、セラミックヒータ14はどこの位置に停止するかわからない。
【００１８】
そのため図６に示すように、たまたまセラミックヒータ14が、ヒートローラ２の上方にきたところで、ヒートローラ２が停止すると、セラミックヒータ14より上方は、ヒートローラ２の対向する熱伝導によって加熱されるが、セラミックヒータ14の対向する反対側の表面は、熱伝導が不良で表面温度は低下することとなる。
【００１９】
そこである一定時間停止した後、図９に示ように、ヒートローラ２を180°回転させて停止して、ヒータに通電したとすると、前記のように温度低下した下方部分が、今度はヒータより上部に位置することとなるため、温度低下が消滅する。このような動作を繰り返すことによって、ヒートローラ２の表面温度を均一に保持することができる。
【００２０】
この実施形態とは別に、セラミックヒータ14を複数具えている場合であっても同様であって、制御する回転角度は、ヒートローラ２の表面の温度が均一になるのであれば、何回回転しても同じ効果をうることができる。すなわち現在セラミックヒータ14がどの位置に停止しているかを検知して、その位置から次回どの位置に停止させれば表面温度が均一になるかを判断して、制御することによって消費電力を抑えながら待機時のヒートローラ２の表面温度を、常に一定にすることが可能となる。
【００２１】
図10には１本のセラミックヒータ14を有する例が示されている。通常では、ヒートローラ２の停止位置を制御していないため、セラミックヒータ14はどこの位置に停止するかわからない。そのため図６に示すように、たまたまヒートローラ２の一番上にきたところで、ヒートローラ２が停止すると、ヒートローラ２上方の放熱が多くなり、ヒートローラ２下方への熱伝導が悪くなって、熱効率が低下する。そこでセラミックヒータ14が、常にヒートローラ２の最下方となるところで停止させることにより、ヒートローラ２全体に熱が行き渡るようにし、消費電力を抑えながら熱効率を上げることができる。
【００２２】
図10，11は、セラミックヒータ14が最下位に位置する状態を示し、この場合にセラミックヒータ14に通電すると、図６におけるとは反対に、温度低下した下方部分が、セラミックヒータ14より上部に位置することとなるため、伝導熱によって加熱されて温度低下が消滅することとなり、図11はこの際におけるフローチャートを示す。
【００２３】
これに反して図６に示すように、セラミックヒータ14が最上位に位置すると、ヒートローラ２の上方への放熱が多くなって、ヒートローラ２の下方への熱伝導が悪くなって、熱効率が低下してしまう。そこでセラミックヒータ14を、常にヒートローラ２の最下方となる所で停止させることにより、ヒートローラ２全体に熱を行き渡るようにして、消費電力を抑制しながら熱効率を向上させることができる。
【００２４】
図12は別の実施形態を示し、この実施形態は、３本のセラミックヒータ14を使用した例である。この実施形態においては、ヒートローラ２が停止しているときに使用する場合は、その位置を必ずしも均等にする必要がない。例えば120°毎に均等に区切った位置に配置する必要がなく、停止したときに表面温度が均一になるように配置すればよい。すなわち放熱が大きいヒートローラ２の下部に２本のセラミックヒータ14を配置し、ヒートローラ２の上部には１本のセラミックヒータ14を配置すると、より効率よく表面温度を制御することが可能となる。
【００２５】
この際において、ヒートローラ２が停止したときに、常にその位置にセラミックヒータ14が位置しなければ意味がなくなってしまい、かえってヒートローラ２の表面温度が不均一になってしまう。そこでこの場合には、ヒートローラ２の停止位置を、位置検知部材23で検知し、常にその放熱が少なくなるような位置に停止させる。そしてこれによって、消費電力を抑制しながら熱効率を向上させることができる。
【００２６】
図13は、さらに別の実施形態のブロック図、図14は、同フローチャートを示す。この実施形態において、26は電源ＳＷ、27は電源供給部を示す。図13に示ように、電源ＳＷ26をオンすると、ＣＰＵ16に電力が供給されてメイン制御部15が動作を開始する。通常メイン制御部15は、ヒートローラ２内のハロゲンヒータ13に通電を開始する。そしてその後ヒートローラ２の表面温度を検知し、一定の温度になるまでハロゲンヒータ13をオンさせる。そして一度その温度に到達すると、検知したヒートローラ２の表面温度に従って、ハロゲンヒータ13をオン、オフさせて、ヒートローラ２の表面温度が常に一定になるように制御する。
【００２７】
この時ハロゲンヒータ13が低温であると、抵抗値が低いため大きな突入電流が流れる特性がある。そして一度電流が流れ始めると、ヒータは自己蒸発のため、抵抗値が上がって通常の電流が流れるようになる。
【００２８】
図15にこの時のハロゲンヒータ13に流れる電流値が示されている。そのためまずセラミックヒータ14をオンさせ、これによってヒートローラ２内の温度が上昇し、当然ハロゲンヒータ13も加熱され、ハロゲンヒータ13のもつ抵抗値も上昇する。そこでその後ハロゲンヒータ13をオンさせ、このようにすることによって、ハロゲンヒータ13に流れる突入電流を小さくすることができ、図16にその時にヒータに流れる電流値を示す。
【００２９】
図17は、さらにまた別の実施形態のブロック図であり、図18は同フローチャートを示す。この実施形態は図13の実施形態で各部材に加えてカバー開閉検知部材28を具えている。この実施形態にあっては、トナーの交換やＪＡＭ処理のために、装置の内部を操作する必要があり、そのためユーザーが開閉することができる扉状のカバーが設けられている。そしてこのカバーを開閉すると、安全性のためにヒータ13、14が点灯しないようになっており、カバーを閉扉すると、再びヒータ13、14がオンして、通常のヒータ制御が行われるようになっている。
【００３０】
このため長い時間カバーを開扉状態にしておくと、ヒータの温度が低下してしまい、カバーを閉扉してヒータ13、14をオンする際に、大きな突入電流が流れてしまうことになる。そこでメイン制御部15のＣＰＵ16は、カバーの閉扉を検知したら、まずセラミックヒータ14を点灯させ、その後にハロゲンヒータ13を点灯させる。これによってハロゲンヒータ13をプレヒートすることが可能となり、突入電流を抑止することができる。
【００３１】
図19に示すように、このような実施形態におけるヒートローラ２は、ヒートローラ２の放熱が遅くなり、待機時等はハロゲンヒータ13がオンする割合が減少する。一方ヒートローラ２の表面温度は、高くてもハロゲンヒータ13の温度は、オンするまでの時間が長いと低下してしまう。そのためハロゲンヒータ13がオンするときには、大きな突入電流が流れてしまうことになる。そこでメイン制御部15のＣＰＵ16は、ハロゲンヒータ13がオフしている時間Ｔが決められたｔよりも長い場合、つぎにハロゲンヒータ13をオンするときには、セラミックヒータ14をオンさせた後にハロゲンヒータ13をオンさせるように制御する。そしてその後は通常のヒータ13、14の制御を行う。このようにすることにより、ハロゲンヒータ13をプレヒートすることが可能となり、突入電流をさらに抑えることができる。
【００３２】
図20に示すように、通常のヒータ制御を行っているときにおいても、ハロゲンヒータ13がオンするときは、突入電流が流れる。そこでハロゲンヒータ13がオンするときは、常に先にセラミックヒータ14をオンするように制御する。こうすることによって、ハロゲンヒータ13を常にプレヒートすることが可能となり、突入電流をさらに抑えることができる。
【００３３】
図21に示すように、ヒートローラ２の表面温度（Ｘ）が、規定値１（Ｘ１）に到達した後、通常のヒータ制御は、ハロゲンヒータ13をオフし、ヒートローラ２の表面温度が、規定値２（Ｘ２）まで下降したとき、再びハロゲンヒータ13をオンさせ、再び規定値１まで温度が上昇したら、ハロゲンヒータ13をオフさせる。この制御を繰り返してヒートローラ２の表面温度を制御する。
【００３４】
ここでメイン制御部15のＣＰＵ16は、ヒートローラ２の表面温度が３（Ｘ３）となったとき、セラミックヒータ14をオンさせる。このとき規定値１（Ｘ１）、規定値２（Ｘ２）、規定値３（Ｘ３）の関係を、下記のように設定する。
規定値１（Ｘ１）＞規定値＞３（Ｘ３）＞、規定値２（Ｘ２）
セラミックヒータ14は、一般的にハロゲンヒータ13に比べて、発熱量が小さいので、ヒートローラ２の表面温度を上昇させるまでには至らない。
【００３５】
図22にさらにまた別の実施形態の構成ブロック図が示されている。この実施形態は、交流電源30にＡＣ  ＳＷ31に、メインＡＣ／ＤＣコンバータ32、ＣＰＵ33からなる給電回路でハロゲンヒータ13が接続され、これと並列してサブＡＣ／ＤＣコンバータ34を介してセラミックヒータ14が接続されている。
【００３６】
この実施形態においては、セラミックヒータ14への給電は、ＡＣ  ＳＷがオフ時でも停止することがないので、ヒートローラ２の表面温度を極力抑えることが可能である。なお、セラミックヒータ14は、その性質上ハロゲンヒータ13より容量が小さいため、連続通電においても、ヒートローラ２の表面を危険温度まで上昇させることがない。
【００３７】
図23にさらにまた別の実施形態の構成ブロック図が示されている。この実施形態は、図22に示された実施形態に、交流電源30にＡＣ  ＳＷ31に、メインＡＣ／ＤＣコンバータ32、ＣＰＵ33からなる制御回路でハロゲンヒータ13が接続され、これと並列してサブＡＣ／ＤＣコンバータ34を介してセラミックヒータ14が接続されている。
【００３８】
一般的に画像形成装置は、装置の内部に異常が発生したとき、危険を回避するために、ハロゲンヒータ13への電源供給を停止するようになっている。ところで図22に示す実施形態では、セラミックヒータ14への給電を、直接サブＡＣ／ＤＣコンバータ34から行っている。したがって装置内部に異常が発生した場合においても、セラミックヒータ14への給電は停止しない。
【００３９】
セラミックヒータ14は、前記のようにハロゲンヒータ13より容量が小さいため、この場合においても、危険性はないが、さらに安全性を向上させるために、セラミックヒータ制御部を設けたもので、このセラミックヒータ制御部と、サブＡＣ／ＤＣコンバータ34との間に、ノーマルクローズタイプリレー37を設けている。そしてこの時ＡＣ  ＳＷ31がオフされてメインＡＣ／ＤＣコンバータ32からのリレーへの電源供給が停止し、リレーがオフした場合の接点側に直接セラミックヒータ14へ給電するように配線する。
【００４０】
またリレーがオンしたときの接点側に、セラミックヒータ制御部が接続されるように配線する。メイン制御ＣＰＵは、ＡＣ  ＳＷ31のオンにより立ち上がったら、このリレーをオンさせて、セラミックヒータ14の制御可能状態にする。
【００４１】
またメイン制御部のＣＰＵは、装置内部で異常が発生したことを検知したら、セラミックヒータ制御部を使用してセラミックヒータ14をオフする。こうすることにより、装置内部で異常が発生した場合は、セラミックヒータ制御部でセラミックヒータ14をオフさせることができて、安全性を向上させ、かつＡＣ  ＳＷ31オフ時には、常にセラミックヒータ14への給電が行われ、ヒータローラ２の表面温度の低下を極力抑えることが可能になる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明は前記のようであって、ヒートローラにより未定着トナーを定着する定着手段を具えた画像形成装置において、前記定着手段の定着熱源として前記ヒートローラ内に設けられたハロゲンヒータ及び前記ヒートローラの内壁面に固定されたセラミックヒータと、前記ヒートローラの回転位置を検知する位置検知手段と、を備え、前記ヒートローラが回転していないときは、前記セラミックヒータへのみ通電し、前記ヒートローラの停止位置は、前記位置検知手段の検知結果に基づき調節可能となっているので、構成が簡単で安価であり、効率よく熱定着を行うことができるのに加えて、消費電力量を抑制することができる。また、ヒートローラの停止位置は、位置検知手段の検知結果に基づき調節可能となっているので、停止しているときのヒートローラの温度が不均一にならないようにして、効率よくヒートローラの温度を制御することができて、消費電力量を抑制することができるという効果がある。
【００４３】
請求項２に記載の発明は、ヒートローラの停止位置は、前記セラミックヒータがヒートローラの最下部になる位置であるので、停止しているときのヒートローラの温度が不均一にならないようにして、効率よくヒートローラの温度を制御することができて、消費電力量を抑制することができるという効果がある。
【００４４】
請求項３に記載の発明は、ヒートローラは、セラミックヒータを複数備え、前記ヒートローラの停止位置は、複数のセラミックヒータの放熱が最も少なくなる位置として定められるので、高効率にしかも低費電力量をもって定着することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明を適用する画像形成装置の実施の形態の要部概略構成図である。
【図２】  同上の実施形態の要部の１例の概略構成図である。
【図３】  同上の複数のセラミックヒータをもつヒートローラの１例の斜視図である。
【図４】  同上の制御部のブロック図である。
【図５】  同上のフローチャートである。
【図６】  同上のセラミックヒータが上部に位置した例の概略構成図である。
【図７】  同上のフローチャートである。
【図８】  同上の動作時においてセラミックヒータが上部に位置する際の熱移動状態の説明図である。
【図９】  同セラミックヒータが下部に位置する際の熱移動状態の説明図である。
【図10】  同上のセラミックヒータが最下部に位置した例の概略構成図である。
【図11】  同上のフローチャートである。
【図12】  別の実施形態のセラミックヒータが、複数ある例の概略構成図である。
【図13】  同上の制御部のブロック図である。
【図14】  同上のフローチャートである。
【図15】  同動作時初期のハロゲンヒータを流れる電流値を示す図面である。
【図16】  前記動作時の後にハロゲンヒータを流れる電流値を示す図面である。
【図17】  さらに別の実施形態の制御部のブロック図である。
【図18】  同上のフローチャートである。
【図19】  同上のフローチャートである。
【図20】  同上のフローチャートである。
【図21】  同上のフローチャートである。
【図22】  さらにまた別の実施形態の制御部のブロック図である。
【図23】  さらにまた別の実施形態の制御部のブロック図である。
【符号の説明】
１  定着手段                    ２  定着ローラ
３  ヒータ                      ４  加圧ローラ
５  サーミスタ                  ６  定着分離爪
７  排紙ローラ                  ９  排紙ローラ
10  排紙分岐爪                  11  加圧分離爪
12  ローラ駆動機構              13  ハロゲンヒータ
14  セラミックヒータ            15  メイン制御部
16  ＣＰＵ                      17  第１制御部
18  第２制御部                  19  温度検出部材
21  メイン制御部                22  メイン制御部
23  位置検知部材                24  駆動機構
26  電源ＳＷ                    27  電源供給部
28  カバー開閉部材              30  ＡＣ  ＩＮ
31  ＡＣ  ＳＷ                  32  メインＡＣ／ＤＣ
33  ＣＰＵ                      34  サブＡＣ／ＤＣコンバータ
36  セラミックヒータ制御部      37  ノーマルクローズタイプリレー
【図１】
0004357733.tif 000002
【図２】
0004357733.tif 000003
【図３】
0004357733.tif 000004
【図４】
0004357733.tif 000005
【図５】
0004357733.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
0004357733.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004357733.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004357733.tif 000013
【図１３】
0004357733.tif 000014
【図１４】
0004357733.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
0004357733.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0004357733.tif 000019
【図１９】
0004357733.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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