JP2015068899A - Fixing unit, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コピー機、複合機等の画像形成装置に用いられ、用紙にトナー像を定着させる定着器に関する。 The present invention relates to a fixing device that is used in an image forming apparatus such as a copying machine or a multifunction peripheral and fixes a toner image onto a sheet.
画像形成装置は、用紙上に画像を形成するために、感光体に形成された潜像を現像する現像器、現像された感光体上の像(トナー像)を用紙に転写する転写部、用紙にトナー像を定着させる定着器等を備える。定着器による定着方式には、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ方式と、セラミック面発熱ヒータを熱源とするフィルム加熱式とがある。いずれの方式でも、ハロゲンヒータやセラミック面発熱ヒータ等の定着ヒータが、双方向サイリスタ等のスイッチング素子により交流電圧が印加され、交流電流が通電することで発熱する。 An image forming apparatus includes: a developing unit that develops a latent image formed on a photoconductor to form an image on paper; a transfer unit that transfers an image (toner image) on the developed photoconductor to paper; And a fixing device for fixing the toner image. As a fixing method using a fixing device, there are a heat roller method using a halogen heater as a heat source and a film heating method using a ceramic surface heating heater as a heat source. In any system, a fixing heater such as a halogen heater or a ceramic surface heating heater generates heat when an AC voltage is applied by a switching element such as a bidirectional thyristor and an AC current is applied.
定着器は、定着ヒータ或いはその他の温度制御の対象となる部位の温度を検知するために、サーミスタ等の温度検知素子を備える。定着器は、温度検知素子の検知結果に応じて、定着ヒータへの交流電流の通電量を調整することで温度制御を行う。定着ヒータへの交流電流の通電量は、交流半波の中で通電開始のタイミングを変更する位相制御や、交流半波毎に電流をオン・オフする波数制御等により調整される。 The fixing device includes a temperature detection element such as a thermistor in order to detect the temperature of a fixing heater or other temperature control target. The fixing device performs temperature control by adjusting the amount of alternating current applied to the fixing heater according to the detection result of the temperature detection element. The energization amount of the alternating current to the fixing heater is adjusted by phase control for changing the energization start timing in the AC half wave, wave number control for turning on / off the current for each AC half wave, or the like.
定着ヒータに必要な出力(発熱量)は、主に、用紙に転写されたトナー像の定着性に応じて決められる。定着ヒータの出力は、印加される交流電圧と定着ヒータの電気抵抗の抵抗値とをパラメータとして決まる。定着器を使用する地域によって交流電圧は決まっているために、定着ヒータの抵抗値により、定着ヒータの出力を調整することになる。 The output (heat generation amount) required for the fixing heater is mainly determined according to the fixing property of the toner image transferred to the paper. The output of the fixing heater is determined by using the applied AC voltage and the resistance value of the electric resistance of the fixing heater as parameters. Since the AC voltage is determined by the area where the fixing device is used, the output of the fixing heater is adjusted by the resistance value of the fixing heater.
定着ヒータの出力の決定に際して、交流電圧や定着ヒータの電気抵抗のバラツキを考慮する必要がある。例えば、交流電圧が低下し、定着ヒータの電気抵抗が大きくなった場合でも必要最低限の出力が確保できるように、定着ヒータの抵抗値が決められる。交流電圧や定着ヒータの電気抵抗のバラツキが大きい場合であってもトナー像を定着するのに十分な熱を得ることができるように、定着ヒータの出力が決められる。 In determining the output of the fixing heater, it is necessary to consider variations in the AC voltage and the electric resistance of the fixing heater. For example, the resistance value of the fixing heater is determined so that the necessary minimum output can be secured even when the AC voltage decreases and the electric resistance of the fixing heater increases. The output of the fixing heater is determined so that sufficient heat can be obtained to fix the toner image even when the AC voltage and the electric resistance of the fixing heater vary greatly.
しかし、交流電圧が増加し、定着ヒータの電気抵抗が小さくなった場合、定着ヒータに流れる電流が増大して出力が大きくなってしまう。定着ヒータに大電流が流れると、大電流による破壊防止のための構成、例えばヒューズに大きな定格のものを選択しなければならず、定着器の大型化やコストアップにつながる。また、交流電源の配電系統に対しても、電圧変動や保護系の不要動作等の影響を及ぼすことがあるため、不要な大電流を抑制する必要がある。 However, when the AC voltage increases and the electrical resistance of the fixing heater decreases, the current flowing through the fixing heater increases and the output increases. When a large current flows through the fixing heater, a structure for preventing destruction due to the large current, for example, a fuse having a large rating must be selected, leading to an increase in the size and cost of the fixing device. In addition, it is necessary to suppress an unnecessary large current because it may affect the distribution system of the AC power supply, such as voltage fluctuation and unnecessary operation of the protection system.
一方で、画像形成装置の動作開始までにかかる時間のボトルネックのうちの1つに定着器の温度上昇が挙げられる。画像形成装置が迅速に起動するためには、定着ヒータの出力を上げる、すなわち、電流を多く流す必要がある。従って、画像形成装置の動作開始時には、そのときの交流電圧や抵抗値等の定着ヒータの出力を決めるパラメータの状況に応じて、正常範囲で定着器に電流をできるだけ多く流すことが求められる。 On the other hand, an increase in the temperature of the fixing device can be cited as one of the bottlenecks of the time taken to start the operation of the image forming apparatus. In order for the image forming apparatus to start up quickly, it is necessary to increase the output of the fixing heater, that is, to flow a large amount of current. Therefore, at the start of the operation of the image forming apparatus, it is required to flow as much current as possible to the fixing device in the normal range in accordance with the status of the parameters that determine the output of the fixing heater such as the alternating voltage and resistance value at that time.
特許文献1には、定着ヒータに流れる電流を検知する回路を設けて電流を制御する画像形成装置が開示される。また、特許文献2には、交流電源の電圧を検知する回路を設けて定着ヒータに流れる電流を制御しつつ、画像形成装置の動作開始までの時間をできるだけ短縮する画像形成装置が開示される。
特許文献1、2の画像形成装置は、いずれも、定着ヒータに流れる電流や電圧を検知するための構成を有しているために、定着器自体のコストを抑制しにくい傾向にある。
Since each of the image forming apparatuses disclosed in
本発明は、上記の問題を解決するために、電流検知回路等を設けることなく、定着ヒータに不要な大電流が流れないように電流を制御する定着器を提供することを主たる課題とする。 In order to solve the above problems, it is a main object of the present invention to provide a fixing device that controls current so that an unnecessary large current does not flow through a fixing heater without providing a current detection circuit or the like.
上記課題を解決する本発明の定着器は、交流電源からの電力が供給されて発熱し、トナー像が転写された用紙を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段により検知された温度と前記ヒータの目標温度とに基づいて、前記ヒータへの所定期間当たりの通電時間を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、所定の通電時間で前記ヒータへの交流電流の通電を開始してから前記通電時間を徐々に増加させ、前記温度検知手段で検知された温度が前記目標温度になったときの通電時間に基づいて、以降の前記ヒータへの通電時間の上限を決定することを特徴とする。 The fixing device of the present invention that solves the above-described problems is a heater that heats paper that is supplied with electric power from an AC power source and that has a toner image transferred thereon, temperature detection means that detects the temperature of the heater, and Control means for controlling the energization time per predetermined period to the heater based on the temperature detected by the temperature detection means and the target temperature of the heater, and the control means has a predetermined energization time. The energization time is gradually increased after energization of the alternating current to the heater is started, and the subsequent heaters are based on the energization time when the temperature detected by the temperature detection means reaches the target temperature. The upper limit of the energization time is determined.
本発明によれば、特別な検知回路を設けることなく、ヒータへの通電時間の上限値を決定し、ヒータへ大電流が流れないように電流を制御することができる。 According to the present invention, it is possible to determine the upper limit value of the energization time to the heater without providing a special detection circuit, and to control the current so that a large current does not flow to the heater.
以下、図面を参照しつつ実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
<画像形成装置>
図1は、電子写真方式の画像形成装置の内部構成図である。画像形成装置は、用紙Sに画像を形成するために、潜像形成・現像・転写・定着の各行程を行う。画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色を重ね合わせたカラー画像を形成する。
<Image forming apparatus>
FIG. 1 is an internal configuration diagram of an electrophotographic image forming apparatus. In order to form an image on the paper S, the image forming apparatus performs each process of latent image formation, development, transfer, and fixing. The image forming apparatus forms a color image in which four colors of yellow, magenta, cyan, and black are superimposed.
潜像形成行程では、まず、感光体ドラム11a〜11dの表面が帯電器12a〜12dにより一様に帯電される。表面が帯電された感光体ドラム11a〜11dは、半導体レーザ13a〜13dによりレーザ光が照射される。感光体ドラム11a〜11dには、レーザ光が照射された部分の電荷が消失することで潜像が形成される。
In the latent image forming process, first, the surfaces of the
現像行程では、感光体ドラム11a〜11dに形成された潜像に対して、現像器14a〜14dからトナー等の現像剤が付着される。現像剤の付着により潜像が現像されて、感光体ドラム11a〜11dにトナー像が形成される。
In the development process, a developer such as toner is attached to the latent images formed on the
転写行程では、感光体ドラム11a〜11dに形成されたトナー像が、転写部35a〜35dによって、順次、中間転写ベルト30上に各トナー像が重なるように転写される。各トナー像が重なって転写されることで、中間転写ベルト30には、カラーのトナー像が形成される。中間転写ベルト30に転写されたトナー像は、二次転写部34、36において、用紙Sに一度に転写される。用紙Sは、中間転写ベルト30に転写されたトナー像が二次転写部34、36まで搬送されるタイミングに合わせて、用紙カセット21から用紙搬送路24を二次転写部34、36に搬送される。
In the transfer process, the toner images formed on the
定着行程では、トナー像が転写された用紙Sが、定着器40に搬送される。定着器40は、用紙Sを加熱及び加圧することで、用紙Sにトナー像を定着させる。これにより用紙Sへの画像形成が終了する。定着行程が終了した用紙Sは、排紙部29に排紙される。
In the fixing process, the sheet S on which the toner image is transferred is conveyed to the
<定着器>
図2は、定着器40の構成図である。定着器40は、定着フィルム301、加圧部材302、定着ヒータ305、下側ローラ307、及び温度検知素子405を備える。定着器40は、定着行程時に、用紙Sを定着フィルム301と下側ローラ307との間に挟む。定着フィルム301が矢印B方向に回転し、下側ローラ307が矢印C方向に回転することで、用紙Sは、定着器40内を矢印A方向に搬送される。定着フィルム301と下側ローラの接触部分はニップ部と呼ばれる。
<Fixing device>
FIG. 2 is a configuration diagram of the
定着ヒータ305は、通電することで発熱して、ニップ部の用紙Sを加熱する。定着ヒータ305は、定着フィルム301が用紙Sにトナー像を定着するために必要な温度以上になるように発熱する。定着フィルム301の温度は、温度検知素子405に検知される。検知結果は、後述する制御回路に送信され、制御回路による定着ヒータ305の温度制御に用いられる。
The fixing
加圧部材302は、ニップ部において、定着ヒータ305及び定着フィルム301を下側ローラ307方向に加圧する。用紙Sが定着フィルム301と下側ローラ307とに挟まれて搬送されるために、加圧部材302は用紙Sに圧力を加えることになる。定着器40は、定着ヒータ305による加熱及び加圧部材302による加圧により、トナー像を用紙Sに定着させる。
The
<通電回路>
図3は、定着ヒータ305を通電させる通電回路の回路構成図である。通電回路は、定着ヒータ305に電流を供給する。通電回路は、ゼロクロス検知回路401、双方向サイリスタ402、ゲート403、及び制御回路404を備えており、交流電源406、定着ヒータ305、及び温度検知素子405に接続される。交流電源406は、画像形成装置内の他の構成部品に対しても電力を供給する。通電回路は、例えば定着器40に内蔵される。
<Energization circuit>
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an energization circuit that energizes the fixing
ゼロクロス検知回路401は、交流電源406から出力される交流の電源電圧の極性が変化するタイミング(ゼロクロス)を検知して、検知パルス信号(ゼロクロス信号)を出力する。ゼロクロス信号は、制御回路404に入力される。制御回路404は、ゼロクロス信号及び温度検知素子405の検知結果に応じて、双方向サイリスタ402のゲート403を制御する制御信号を出力する。双方向サイリスタ402は、ゲート403に入力される制御信号に応じて、ノードT1、T2間の通電制御を行う。定着ヒータ305は、ノードT1、T2間が導通して交流電流が通電することで発熱する。双方向サイリスタ402は、ノードT1、T2間を導通状態にした後、ノードT1、T2間の電圧の極性(交流電源406から出力される電源電圧の極性)が変化するまで導通状態を継続する。
The zero
図4は、通電回路の各部の電圧、信号、電流の波形の例示図である。図4(a)は、交流電源406から出力される交流電圧である電源電圧の波形を表す。図4(b)は、ゼロクロス信号を表す。図4(c)は、制御信号を表す。図4(d)は、定着ヒータ305に流れる電流を表す。
FIG. 4 is an exemplary diagram of waveforms of voltages, signals, and currents of the respective parts of the energization circuit. FIG. 4A shows a waveform of a power supply voltage that is an AC voltage output from the
交流の電源電圧の極性が変化するタイミング(180°、360°、540°、720°:図4(a))で、ゼロクロス検知回路401は、パルス信号であるゼロクロス信号を出力する(図4(b))。ゼロクロス信号及び温度検知素子405の検知結果に応じて、制御回路404は、制御信号を出力する(図4(c))。ゼロクロス信号の入力から制御信号の出力までの時間は、後述する位相角αで表される。制御信号に応じて、双方向サイリスタ402は、ノードT1、T2間を導通状態にする。ノードT1、T2間の導通により、交流電源406から定着ヒータ305に交流電流が通電する(図4(d))。双方向サイリスタ402は、ノードT1、T2間の極性(交流電源406から出力される電源電圧の極性)が逆転するとノードT1、T2間を非導通状態にする。そのために、極性が変化するタイミング(180°、360°、540°)の後、次の制御信号の入力まで、定着ヒータ305に流れる電流がゼロになる。制御回路404が位相角αを温度検知素子405の検知結果に応じて変化させることで、定着ヒータ305に電流が流れる時間(電流量)が変化する。そのために、交流電圧の交流半波で定着ヒータ305に供給される電力量が変化して、通電により発熱する定着ヒータ305の温度を制御することができる。
At the timing when the polarity of the AC power supply voltage changes (180 °, 360 °, 540 °, 720 °: FIG. 4A), the zero-
本実施形態では、通電制御方式として、交流電源406から供給される交流電圧の交流半波(1/2周期)内で交流電流の通電開始のタイミングを調整する位相制御方式を用いる。交流半波毎に通電開始のタイミングを変更することは可能であるが、電源が交流機器につながっているため、多くの場合、通電電流制御は交流電圧の2交流半波(1周期)毎に行われる。
In the present embodiment, as the energization control method, a phase control method is used that adjusts the timing of the start of energization of AC current within the AC half wave (1/2 cycle) of the AC voltage supplied from the
図5は、所定期間当たりの定着ヒータ305に供給される電力Pと位相角αとの関係を表す図である。電力Pは、定着ヒータ305に流れる電流と電圧とにより表される。図5では、交流電圧の半周期間(所定期間)フルに通電した場合の電力を基準にして、ゼロクロス信号から位相角α分の時間が経過して通電開始したときの電力比率を表す。定着ヒータ305に供給される電力は、位相角αが「0°」のときは100[%]であり、位相角αの増加に従って徐々に減少し、位相角αが「180°」のときにゼロになる。このように、通電時間により定着ヒータ305に供給される電力Pが決まる。電源電圧は周期波なので、位相角αにより電力Pとの関係を表しているが、実際に電流制御を行うときには時間に変換する必要がある。例えば、東日本地域は電源周波数が50Hzであるため、360°=20[ms]となる。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the electric power P supplied to the fixing
定着ヒータ305は、定着フィルム301の表面等の温度を一定に保つ。温度検知素子405は、定着フィルム301の温度を検知する。制御回路404は、温度検知素子405が検知した温度が所定の温度よりも高ければ、位相角αを大きくすることで通電時間を短くして電力を減少させ、定着フィルム301の温度を降下させる。制御回路404は、温度検知素子405が検知した温度が所定の温度よりも低ければ、位相角αを小さくすることで通電時間を長くして電力を増大し、定着フィルム301の温度を上昇させる。所定の温度は、用紙Sにトナー像を定着するために必要な温度である。
The fixing
温度検知素子405は、例えばサーミスタを用いて実現される。サーミスタは、被測定物の温度が高くなると抵抗値が低くなり、温度が低くなると抵抗値が高くなる特性を有している。図3では、温度検知素子405がサーミスタと固定抵抗とが直列接続されて構成される。サーミスタの抵抗値が温度に依存するために、温度検知素子405から出力されるサーミスタと固定抵抗とで直流電圧Vccを分圧した電圧値により、定着ヒータ305の温度を検知することができる。
The
<温度制御>
図6は、制御回路404の回路構成図である。制御回路404は、電圧/温度変換回路4041、温度/電力比率算出回路4042、電力比率/位相角算出回路4043、位相角/時間算出回路4044、及び制御信号出力回路4045を備える。図7は、このような制御回路404による定着ヒータ305の温度を一定に保つための温度制御処理を表すフローチャートである。
<Temperature control>
FIG. 6 is a circuit configuration diagram of the
制御回路404は、温度検知素子405から出力される電圧値を、電圧/温度変換回路4041により温度に変換する(S101)。電圧/温度変換回路4041は、温度検知素子405から出力される電圧値と温度との関係を表すテーブルを有しており、このテーブルを参照することで電圧値を温度に変換する。
The
温度/電力比率算出回路4042は、電圧/温度変換回路4041で変換した温度と定着ヒータ305の目標温度とに応じて、定着ヒータ305に供給するべき電力を決定する(S102)。温度/電力比率算出回路4042は、例えば所定の式により温度から電力を算出する。電力比率/位相角算出回路4043は、温度/電力比率算出回路4042で算出された電力に応じた位相角αを算出する(S103)。電力比率/位相角算出回路4043は、例えば図5の関係に応じて電力から位相角αを算出する。位相角/時間算出回路4044は、温度/電力比率算出回路4042で算出された位相角αに応じて、ゼロクロス信号からの時間を算出する(S104)。位相角/時間算出回路4044は、例えば電源周波数が50Hzであれば360°=20[ms]として、位相角αから時間を算出する。なお、定着ヒータ305に関する温度の情報から直接位相角αや時間を決定するテーブルを用いてもよい。
The temperature / power
制御信号出力回路4045は、ゼロクロス検知回路401からゼロクロス信号が入力されてから、位相角/時間算出回路4044で算出された時間後に、制御信号を出力する(S105)。制御信号により、双方向サイリスタ402が定着ヒータ305に交流電流を通電して、定着ヒータ305を加熱する。S101〜S106の処理を繰り返すことで、定着ヒータ305の温度を保つことができる。
The control
<定着ヒータへの供給電力> <Power supplied to the fixing heater>
定着ヒータ305に供給される電力は、画像形成装置が最も厳しい環境に置かれた場合でもトナー像を用紙に定着することができるような温度に定着フィルム301が加熱されるように決められる。本実施形態では、そのために必要な最小電力を700[W]とする。電力は、印加される電圧の2乗に比例し、抵抗値に反比例する。そのために、印加される電圧や抵抗のバラツキが、電力のバラツキになる。図8は、電源電圧が100±10[V]、定着ヒータ305の抵抗値の精度が10±1[Ω]のときの、電力、電流、位相角等のバラツキを表す図である。
The power supplied to the fixing
図8(a)は、位相角αが「0°」の場合の電力(最大電力)を表す。図8(b)は、位相角αが「0°」の場合の電流(最大電流)を表す。最も発熱しにくい条件である電源電圧が90[V]、定着ヒータ305の抵抗値が11.0[Ω]のとき、電力が736[W]であり、必要な電力を満たしている。最も発熱しやすい条件である電源電圧が110[V]、定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]のとき、電力が1344[W]であり、必要な最小電力の2倍である。電流で比較すると、最小電流が8.2[A]であるのに対して、最大電流が12.2[A]になり、最大電流時に4.0[A]多く定着ヒータ305に流れることになる。
FIG. 8A shows power (maximum power) when the phase angle α is “0 °”. FIG. 8B shows the current (maximum current) when the phase angle α is “0 °”. When the power supply voltage, which is the most difficult condition to generate heat, is 90 [V] and the resistance value of the fixing
図8(c)は、電力を700[W]で一定にするときに定着ヒータ305に流れる電流を表す。電源電圧が110[V]、定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]で、110/9.0=12.2[A]ではなく、8.8[A]であるのは、双方向サイリスタ402によって電圧を等価的に80[V]まで低下させる必要があることを示している。他の条件でも双方向サイリスタ402が電圧を低下させる。
FIG. 8C shows the current flowing through the fixing
必要な電力が700[W]であるので、電源電圧が90[V]、定着ヒータ305の抵抗値が11.0[Ω]では、図8(a)、図8(b)によると、36[W]、0.2[A]の余分がある。電源電圧が110[V]、定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]では、644[W]、3.4[A]の余分がある。図8(d)は、図8(b)と図8(c)との電流の差(電流の余分)を表す。図8(e)は、図8(c)の電流の比率、図8(f)は、700[W]に対する電力の比率を表す。
Since the required power is 700 [W], when the power supply voltage is 90 [V] and the resistance value of the fixing
この余分を含めて定着器40を構成すると、回路の大型化、耐温度性の向上、ヒューズ等の保護部品の大型化等により、コストの増加につながる。また、電流が多く流れることで、交流電源406に接続される他の電気機器に影響を及ぼす可能性がある。しかし、画像形成装置の起動時間のボトルネックの一つである定着器40の温度上昇を迅速に行うには、定着ヒータ305に多く電流を流して発熱量を多くしなければならないという相反する要求がある。そのために従来は、電流を、コストが増加しない範囲で最大に設定したり、電源に影響を与えない範囲で最大になるように設定している。
If the fixing
このような電力及び電流を抑えるためには、交流電源406の電圧や電流をモニタする装置を設けてきた。しかし、このような装置の追加はコストの増加につながるため、特別な装置を設けなくとも電力・電流の抑制できる手段が望まれている。
In order to suppress such power and current, a device for monitoring the voltage and current of the
制御回路404は、電源電圧の変動、定着ヒータ305の抵抗の変動、及び定着ヒータ305の発熱要因の変動等による定着フィルム301の温度変動を、位相角αの増減により制御する。つまり、制御回路404は、通電時間を調整することで定着フィルム301の温度を調整する、
The
図8(g)は、電力を700[W]で一定にするための位相角αを表す。電源電圧が100[V」、定着ヒータ305の抵抗値が10.0[Ω]の場合、電流が8.4[A](図8(c)参照)になるように位相角αを「71°」に保つ。電源電圧が100[V]から110[V]に増加すると、定着ヒータ305に流れる電流が1.1倍の9.3[A]に増加し、電力(発熱量)が1.2倍の840[W]に増加する。その結果、定着フィルム301の温度が上昇する。定着フィルム301の温度を検知する温度検知素子405が定着フィルム301がトナー像の定着に必要な温度よりも高くなったことを検知すると、制御回路404は、位相角αを大きくすることで電流を減少させて定着フィルム301の温度を下げる。制御回路404は、最終的に、位相角αを「71°」から「83°」に変更することで、電力を700[W]に一定にして定着フィルム301の温度をトナー像の定着に必要な温度にする。
FIG. 8G shows the phase angle α for making the power constant at 700 [W]. When the power supply voltage is 100 [V] and the resistance value of the fixing
電源電圧が100[V」、定着ヒータ305の抵抗値が10.0[Ω]の状態から、抵抗値が発熱等により11.0[Ω]に上昇した場合、定着ヒータ305に流れる電流は1/1.1倍の7.6[A]に減少し、電力(発熱量)も636[W]に減少する。その結果、定着フィルム301の温度が下降する。温度検知素子405がトナー像の定着に必要な温度よりも定着フィルム301の温度が低くなったことを検知すると、制御回路404は、位相角αを小さくすることで電流を増加させて定着ヒータ305の温度を上げる。制御回路404は、最終的に、位相角αを「71°」から「63°」に変更することで、電力を700[W]に一定にして定着フィルム301の温度をトナー像の定着に必要な温度にする。
When the power supply voltage is 100 [V] and the resistance value of the fixing
電源電圧が変化した場合及び抵抗値が変化した場合の二つの例で、温度制御について説明した。制御回路404は、これ以外の温度が変化する要因を含めて、定着フィルム301の温度を一定にするために、所望の電力からの変化分に応じて、フィードバック制御により位相角αを調整する。つまり、位相角αは所望の値からの変動の指標を与える。位相角αは、定着フィルム301の温度を制御する制御入力であり、その値を把握することは容易である。
The temperature control has been described in two examples when the power supply voltage changes and when the resistance value changes. The
以上のような理由により、位相角αに着目すると、定着ヒータ305に印加される電圧や電流をモニタする特別な装置を付加することなく、定着ヒータ305に流れる電流や電力の指標を得ることが可能になる。
For the above reasons, focusing on the phase angle α, it is possible to obtain an index of the current and power flowing through the fixing
[第1実施形態]
図9は、以上のような画像形成装置により位相角αの下限を決める処理のフローチャートである。位相角αは、定着ヒータ305に供給される電力Pを決めるパラメータであり、図5に示す通り、位相角αが小さいほど電力が大きくなる。そのために、位相角の下限(以下、「下限位相角αL」という)を決めることで、電力Pの上限(以下、「上限電力」という)が決まる。
[First Embodiment]
FIG. 9 is a flowchart of processing for determining the lower limit of the phase angle α by the image forming apparatus as described above. The phase angle α is a parameter that determines the power P supplied to the fixing
制御回路404は、まず、位相角α0により通電させることで定着ヒータ305の温度制御を行う(S201)。定着ヒータ305に流れる電流は、上述の通り、電源電圧や定着ヒータ305の抵抗値の変化に応じて変動する。位相角α0は、最も電流が流れる条件である電源電圧が110[V]、定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]で電力700[W]を達成するための「88°」(図8(g)参照)に設定される。位相角α0をこのように設定することで、定着ヒータ305に所定値以上の大電流が流れることを回避する。制御回路404は、位相角α0による電力以下の電力を定着ヒータ305に供給されるようにして温度制御を行う。位相角α0以上の位相角であれば、想定される範囲内で電源電圧や定着ヒータ305の抵抗値が変動しても、確実に電流を抑制することができる。電源電圧が110[V]及び定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]等の条件が変動しなければ、定着フィルム301の温度は所定時間経過後にトナー像の定着に必要な温度に到達する。
First, the
しかし、条件が変動して、例えば電源電圧が90[V]、定着ヒータ305の抵抗値が11.0[Ω]となると、電力が(95.1%−52.1%=)43%(図8(f)参照)不足するために、定着フィルム301がトナー像の定着に必要な温度に到達しない。同様に、電源電圧が100[V]、定着ヒータ305の抵抗値が10.0[Ω]となると、電力が(70.0%−52.1%=)17.9%(図8(f)参照)不足するために、定着フィルム301がトナー像の定着に必要な温度に到達しない。制御回路404は、定着ヒータ305を通電させて所定の時間経過した後に温度がトナー像の定着に必要な温度に到達していない場合には(S202:N)、位相角α0を減少して位相角αiに更新する(S203)。位相角αが減少することで、供給する電力の上限値が増大する。位相角α0は、例えばΔα減少される(αi=α0−Δα)。
However, when the conditions change, for example, when the power supply voltage is 90 [V] and the resistance value of the fixing
制御回路404は、更新した位相角αiにより定着ヒータ305の温度制御を行う(S204)。制御回路404は、S202〜S204の処理を繰り返し行う。繰り返すことで、位相角αiは、段階的にΔαずつ減少される。制御回路404は、S202〜S204の処理を繰り返すことで、定着ヒータ305をトナー像の定着に必要な温度にするための位相角αiの下限を決める。定着ヒータ305がトナー像の定着に必要な温度に到達すると(S202:Y)、制御回路404は、このときの位相角αiを下限位相角αLに決定する。制御回路404は、以降の定着ヒータ305の温度制御を下限位相角αLにより行う(S205)。
The
このようにして決定した下限位相角αLは、そのときの電源電圧、定着ヒータ305の抵抗値により定着フィルム301をトナー像の定着に必要な温度にするために必要な最小の電力を与える。これ以降の定着フィルム301の温度制御において、位相角が下限位相角αLを下回ることがないように制御される。図10は、このような温度制御処理を表すフローチャートである。図7に表す温度制御処理とは、S301及びS302の処理が、S104及びS105の処理の間で行われる点で異なり、他の処理は同じである。
The lower limit phase angle αL determined in this way gives the minimum power necessary to bring the fixing
制御回路404は、電力に応じて位相角αを算出した後に(S104)、この算出した位相角αが下限位相角αLより小さいか否かを判断する(S301)。小さい場合(S301:Y)、制御回路404は、S104で算出した位相角αを下限位相角αLに変更し(S302)、下限位相角αLを時間に変換する(S105)。位相角αが下限位相角αL以上の場合(S301:N)、制御回路404は、位相角αを時間に変換する(S105)。
After calculating the phase angle α according to the power (S104), the
定着フィルム301の温度を目標温度まで上昇させるには時間がかかるため、この時間短縮が望まれている。この時間を短縮するためには、定着器40の熱容量の低減や定着ヒータ305の出力向上が有効である。上記のような下限位相角αLは、目標の温度に達するために必要な最小電力を提供するために、目標に達するまでの時間をこれ以上短縮することができない。
Since it takes time to raise the temperature of the fixing
位相角αの下限を決めた後に急激な電源電圧や環境の変動が生じた場合には、決定した下限位相角αLではその変動に対応できなくなってしまう。そのために下限位相角αLに余裕を持たせて(下限位相角αLをさらに所定の量だけ小さくして)もよい。つまり、上限電力に余裕を持たせるために、図9の処理で上限とされた電力に所定量を加算した値を新たな上限電力とする。図11は、そのような下限位相角αLを決める処理のフローチャートである。図9の処理とは、S205の処理がS401の処理に置き換わった点で異なり、他の処理は同じである。 If a sudden power supply voltage or environmental change occurs after determining the lower limit of the phase angle α, the determined lower limit phase angle αL cannot cope with the change. For this purpose, the lower limit phase angle αL may have a margin (the lower limit phase angle αL may be further reduced by a predetermined amount). That is, in order to provide a margin for the upper limit power, a value obtained by adding a predetermined amount to the power set as the upper limit in the processing of FIG. 9 is set as a new upper limit power. FIG. 11 is a flowchart of processing for determining such a lower limit phase angle αL. 9 is different from the process in S205 in that the process in S205 is replaced with the process in S401, and the other processes are the same.
制御回路404は、定着ヒータ305がトナー像の定着に必要な温度に到達したときの位相角αiに余裕を持たせることで、電力に余裕を持たせる。即ち、通電時間の上限値が余裕分(余裕時間)だけ長くなる。そのために制御回路404は、定着ヒータ305の温度が所定の温度に到達したときの位相角αLを、下限位相角(αL−δα)に変更して、これ以降の温度制御を行う(S401)。温度制御では、図10のS301、S302の処理のように、電力に応じて算出した位相角αが下限位相角(αL−δα)より小さければ、位相角αを下限位相角(αL−δα)に変更する。なお、制御回路404は、位相角からδαを一律に減じる他に、電力が一定になるように下限位相角を変更してもよい。
The
下限位相角(上限電力)を決める処理は、定着ヒータ305の温度制御に大きく影響するパラメータが変更されるタイミングで行うと効果的である。このタイミングは、例えば、画像形成装置に電源が投入されて最初に画像形成処理を行う前、通電回路に電源が投入されて定着ヒータ305の温度制御を開始する前、画像形成装置の設置直後等である。
It is effective to determine the lower limit phase angle (upper limit power) at a timing when a parameter that greatly affects the temperature control of the fixing
[第2実施形態]
定着ヒータ305に流れる電流は、上述の通り、電源電圧や定着ヒータ305の抵抗値の変化に応じて変動する。第2実施形態では、最も電流が流れる条件である電源電圧が110[V]、定着ヒータ305の抵抗値が9.0[Ω]であっても定着ヒータ305に大電流が流れず、定着フィルム301の温度が過度に上がらない程度の一定の位相角α0で通電を行う。通電開始から所定時間経過後の定着フィルム301の温度T0を測定する。
[Second Embodiment]
As described above, the current flowing through the fixing
図12は、定着器40に供給する電力と定着フィルム301の温度との関係を表す図である。定着器40に供給した電力Pに対して、定着フィルム301の温度は指数関数的に右上がりに変化する。このような関係により、測定した定着フィルム301の温度T0を定着器40に供給した電力Pに換算することができる。
FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the power supplied to the fixing
位相角αと電力Pとは図5の関係にある。図5では、位相角αに対する理想的な電力Pを表している。電源電圧や定着ヒータ305の抵抗値が変化して交流電源からの供給電力が変化すると、位相角αと電力Pとの関係は異なる曲線になる。図13は、交流電源からの供給電力の変動(電力変動)に対する位相角αと電力Pとの関係を表す。制御回路404は、交流電源からの供給電力の変動が異なる複数の状況における複数の位相角αと電力Pとの特性を示すデータを制御回路内のメモリに記憶しておき、位相角α0と電力P0とに一致する、もしくは最も近い位相角αと電力Pとの特性データを選択する。それがその時点における画像形成装置の位相角αと電力Pとの特性となる。
The phase angle α and the power P are in the relationship shown in FIG. FIG. 5 represents an ideal power P with respect to the phase angle α. When the power supply voltage or the resistance value of the fixing
例えば位相角α0=110°として電力P0=350[W]が得られる場合、図13によると、矢印で示された曲線が選択される。ここでは位相角αと電力Pとの特性データを複数記憶しておき、その中から一つを選択したが、位相角αと電力Pとの関係は一意に定まるため、そこから位相角αと電力Pとの関係を求めてもよい。 For example, when the power P0 = 350 [W] is obtained with the phase angle α0 = 110 °, the curve indicated by the arrow is selected according to FIG. Here, a plurality of characteristic data of the phase angle α and the power P are stored and one of them is selected, but since the relationship between the phase angle α and the power P is uniquely determined, the phase angle α and A relationship with the power P may be obtained.
なお、定着ヒータ305に供給される電力Pが理想的な電力Pnomiのk(>0)倍であれば、位相角αと電力Pとは、以下の式を満たす関係となる。
P={(kPnomi)・(π−α+(sin2α)/2)}/π
If the electric power P supplied to the fixing
P = {(kPnomi) · (π−α + (sin2α) / 2)} / π
「k」は、理想的な電力Pnomiに対する電力Pの増減の比率を表す。位相角αを「α0」、電力Pを「P0」とすると、「k」は、以下の式で表すことができる。
k=P0π/{Pnomi・(π−α0+(sin2α)/2)}
“K” represents the ratio of increase / decrease in the power P to the ideal power Pnomi. If the phase angle α is “α0” and the power P is “P0”, “k” can be expressed by the following equation.
k = P0π / {Pnomi · (π−α0 + (sin2α) / 2)}
以上のように、位相角αと定着器40に供給される電力Pとの特性が表される。第2実施形態では、画像形成装置の状態に応じて定着器40に供給される電力Pを制限する。定着フィルム301を定常状態にするまでの温度制御は、画像形成装置の他の構成要素よりも時間を要する。この時間を短縮するためには、定着器40の熱容量の低減や定着ヒータ305の出力向上が有効である。本実施形態では、定着ヒータ305の出力向上を図る。このような観点から、最大電力Pmaxに対する下限位相角αLを定める。
As described above, the characteristics of the phase angle α and the power P supplied to the fixing
図14は、最大電力Pmaxに対する下限位相角αLを表す図である。定着ヒータ305の温度制御の際には、下限位相角αL〜位相角180°の範囲で制御を行う。これにより、電力Pを最大電力Pmax以下で制限することができる。図14の例では,最大電力Pmaxが900[W]であり、これに対する下限位相角αLが「68°」である。
FIG. 14 is a diagram illustrating the lower limit phase angle αL with respect to the maximum power Pmax. When the temperature of the fixing
図15は、このような下限位相角αLを決める処理を表すフローチャートである。 FIG. 15 is a flowchart showing the process for determining the lower limit phase angle αL.
制御回路404は、位相角α0で定着ヒータ305を通電して(S501)、所定の時間待機する(S502)。所定時間経過後、制御回路404は、温度検知素子405の検知結果から定着ヒータ305の温度T0を検知する(S503)。
The
制御回路404は、図12に示す関係に応じて、検知した温度T0を電力P0に変換する(S504)。制御回路404は、位相角α0と電力P0とに最も近い位相角−電力特性を、例えば図15により選択する(S505)。制御回路404は、選択した位相角−電力特性に応じて、最大電力Pmaxに対応する下限位相角αLを算出する。以降の温度制御では、位相角を「αL〜180°」の範囲で行うことになる。
The
このようにして決定した下限位相角αL(上限電力)は、その時点における電源電圧、定着ヒータ305の抵抗値、その他定着フィルム301を所定の温度にするための最小電力を与える。以降の温度制御は、この最小電力を上限電力として、下限位相角αLを用いて行う。第1実施形態と同様に、定着フィルム301の温度制御時に、位相角下限αLを下回った位相角αは、位相角下限αLに修正される(図10のS301、S302)。
The lower limit phase angle αL (upper limit power) determined in this manner gives the power supply voltage at that time, the resistance value of the fixing
第1実施形態同様に、下限位相角(上限電力)を決める処理は、定着ヒータ305の温度制御に大きく影響するパラメータが変更されるタイミングで行うと効果的である。
As in the first embodiment, the process of determining the lower limit phase angle (upper limit power) is effective when performed at a timing at which a parameter that greatly affects the temperature control of the fixing
40…定着器、301…定着フィルム、302…加圧部材、305…定着ヒータ、307…下側ローラ、405…温度検知素子、402…双方向サイリスタ、403…ゲート、406…交流電源、S…用紙
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ヒータの温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段により検知された温度と前記ヒータの目標温度とに基づいて、前記ヒータへの所定期間当たりの通電時間を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、所定の通電時間で前記ヒータへの交流電流の通電を開始してから前記通電時間を徐々に増加させ、前記温度検知手段で検知された温度が前記目標温度になったときの通電時間に基づいて、以降の前記ヒータへの通電時間の上限を決定することを特徴とする定着器。 A heater that heats the paper on which the toner image is transferred by supplying power from an AC power source;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the heater;
Control means for controlling the energization time per predetermined period to the heater based on the temperature detected by the temperature detection means and the target temperature of the heater;
The control means gradually increases the energization time after starting energization of the alternating current to the heater in a predetermined energization time, and the temperature detected by the temperature detection means becomes the target temperature. A fixing device, wherein an upper limit of energization time to the heater is determined based on energization time.
請求項1〜3の何れか1項に記載の定着器。 The control means controls the energization time in the AC half-wave period of the AC power supply,
The fixing device according to claim 1.
請求項1〜4の何れか1項に記載の定着器。 The control means controls the energization time by adjusting the time from the timing when the polarity of the AC power supply changes to the start of energization of the AC current.
The fixing device according to claim 1.
前記ヒータの温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段により検知された温度と前記ヒータの目標温度とに基づいて、前記ヒータへの所定期間当たりの通電時間を制御する制御手段と、
前記交流電源の電力変動が異なる状況に対応して、前記ヒータへの通電時間と前記ヒータへの供給電力との特性を示す特性データを複数記憶する記憶手段と、
を有し、
前記制御手段は、所定の通電時間で前記ヒータへの交流電流の通電を開始してから所定時間経過した後に前記温度検知手段で検知された温度と、前記記憶手段に記憶された特性データとにより選択される特性データに基づいて、以降の前記ヒータへの通電時間の上限を決定することを特徴とする定着器。 A heater that heats the paper on which the toner image is transferred by supplying power from an AC power source;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the heater;
Control means for controlling the energization time per predetermined period to the heater based on the temperature detected by the temperature detection means and the target temperature of the heater;
Corresponding to the situation where power fluctuations of the AC power supply are different, storage means for storing a plurality of characteristic data indicating characteristics of energization time to the heater and power supplied to the heater;
Have
The control means is based on the temperature detected by the temperature detection means after a predetermined time has elapsed since the start of energization of the alternating current to the heater in a predetermined energization time and the characteristic data stored in the storage means. A fixing device, wherein an upper limit of energization time to the heater is determined based on selected characteristic data.
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JP7621806B2 (en) | 2021-01-25 | 2025-01-27 | キヤノン株式会社 | Image forming device |
-
2013
- 2013-09-27 JP JP2013201271A patent/JP2015068899A/en active Pending
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