JP2005284093A

JP2005284093A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005284093A
Application number: JP2004099722A
Authority: JP
Inventors: Kiyoto Toyoizumi; 清人豊泉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】熱定着部の温度ムラを減少させた画像形成装置を提供すること。
【解決手段】トナー画像が形成された記録媒体を、発熱体による熱を加えつつ搬送することで前記トナー画像を前記記録媒体上に定着させる加熱定着手段を有する画像形成装置。この加熱定着手段には、上記発熱体が複数個設けられている（Ｈ１，Ｈ２）。そして、これら複数の発熱体（Ｈ１，Ｈ２）に印加される電圧は、駆動制御回路（２０３）によって多段階に制御される（ＶＳＥＬ）。
【選択図】図３

Description

本発明は、記録媒体上に形成されたトナー画像を加熱定着させる手段を有する画像形成装置に関する。

この種の装置にはレーザプリンタ、ＬＥＤプリンタ等があり、コンピュータ等の外部装置からの印字命令に従い記録紙をペーパーカセットなどの記録紙格納部より給紙し、レジストローラ等の同期搬送手段により記録紙の搬送タイミングをビデオコントローラからの画像情報送出タイミングと同期させて搬送し、画像記録を行っている。

図１は従来技術のレーザプリンタ１０１の構成図、図２はその動作を示すタイミングチャートである。これらの図面を併せて参照してレーザプリンタ１０１の動作を説明する。

ビデオコントローラ部２８は、ＲＤＹ信号がＴＲＵＥであることを確認するとＰＲＩＮＴ信号をＴＵＲＥとする。プリンタコントローラ２６はＰＲＩＮＴ信号がＴＵＲＥとなると、メインモータ２３、及びポリンゴンモータ１４の駆動を開始する。メインモータ２３を駆動すると感光ドラム１７、定着ローラ９及び排紙ローラ１１が回転する。この後、光量制御と一次帯電１９、現像器２０、転写帯電器２１の高圧の駆動も順次行う。

プリンタコントローラ２６は、ポリンゴンモータ１４の回転が定常状態になるとｔ１秒給紙ローラクラッチ２４をＯＮして給紙ローラ５を駆動し、記録紙Ｓをレジストローラ対６に向けて給紙する。そして、プリンタコントローラ２６は記録紙Ｓの先端がレジストローラ対６に到達するタイミングでＶＳＲＥＱ信号をビデオコントローラ部２８に送出すると共に給紙ローラクラッチ２４をＯＦＦし、給紙ローラ５の駆動を停止する。

ビデオコントローラ部２８は、画像情報のドットイメージへの展開を終えてＶＤＯ信号の出力準備が完了すると、ＶＳＲＥＱ信号がＴＵＲＥであることを確認し、ＶＳＹＮＣ信号をＴＵＲＥとし、これと同期してｔｖ秒後に１頁分の画像データとしてＶＤＯ信号の出力を開始する。

この時、プリンタコントローラ２６はＶＳＹＮＣ信号の立ち上がりから、ｔ３秒後にレジストローラクラッチをＯＮし、レジストローラ対６を駆動する。レジストローラ対６の駆動は、記録紙Ｓの後端がレジストローラ対６を通過するまでの時間ｔ４秒間行われる。

また、この間プリンタコントローラ２６は、ＨＳＹＮＣ信号をレーザ走査に同期した所定タイミングでビデオコントローラ部２８に送出すると共に、ＶＤＯ信号に基づいて感光ドラム１７上を走査するレーザ光を変調する。

また、更に次ページのプリントを行う場合は、ｔ５秒後に再びＰＲＩＮＴ信号をＴＵＲＥとする。その後は１頁目と同様の動作が行われる。

このような、プリンタコントローラ２６およびビデオコントローラ部２８の動作により記録紙Ｓは、給紙ローラ５、レジストローラ対６、画像記録部８、定着ローラ９、排紙ローラ１１へ順次搬送され画像記録がなされる。

上記のようなレーザプリンタに搭載されている加熱定着器は、その内部に、発熱体としてのヒータを１つまたは複数有している。複数有する場合には、幅の狭い記録紙、幅の広い記録紙を無駄なく過熱するために、配光分布が異なる複数のヒータがが選択的または同時に点灯使用される。

例えば、記録媒体の幅方向の中央部への配光分布を有するメインヒータＡと、記録媒体の幅方向の両端部への配光分布を有するサブヒータＢを有し、その幅方向のサイズが小さい記録媒体をプリントするときにはメインヒータＡのみを使用し、その幅方向のサイズが大きい記録媒体をプリントするときにはメインヒータＡとサブヒータＢとを組み合わせて使用することが考えられる（例えば、特許文献１を参照。）。

特開平１１−８４９３６号公報

プリントを高速に行う画像形成装置（いわゆる高速機）の場合、単位時間での通紙枚数が多いため、奪われる熱量も多い。このため、ヒータの消費電力も大きくなってしまう。しかし商用電源の電力（特に電流）には上限があり、同時に点灯されるヒータの総電力の最大値も制限される。この制限のため、１本のヒータの電力を大きくすると同時点灯ができなくなり、交互点灯とせざるをえなくなる。

しかしながら、複数のヒータを交互点灯する場合には、温度リップルが増加してしまい、定着ローラの長手方向に温度ムラが生じる。また、細かな交互点灯はノイズ発生の一因ともなる。

ヒータの電力を抑えることにより温度ムラを減少させることは可能であるが、この場合には、例えば小サイズ紙の連続プリント時、中央部の温度保持と同時に定着ローラの端部（非通紙部）の温度保持が課題となる。これに対しては、温度保持用に別に電力の小さいヒータを設けることも考えられるが、このようヒータの設置はコストアップを招き、装置が大きくなってしまう要因となってしまう。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、熱定着部の温度ムラを減少させた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記した課題は、本発明の画像形成装置によって解決される。本発明の一側面に係る画像形成装置は、複数の発熱体と、トナー画像が形成された記録媒体を、前記複数の発熱体による熱を加えつつ搬送することで前記トナー画像を前記記録媒体上に定着させる加熱定着手段と、前記複数の発熱体のそれぞれに印加する電圧を制御する電圧制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、熱定着部の温度ムラを減少させた画像形成装置が提供される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図３は、本実施形態における画像形成装置の定着器制御部の構成を示すブロック図である。なおこの画像形成装置は、帯電器、感光ドラム、トナー現像器をはじめ、トナー画像が形成された記録媒体を、発熱体による熱を加えつつ搬送することでトナー画像を記録媒体上に定着させる加熱定着手段としての定着器を有するが、これらの構成は公知のものであるので、ここでは図示を省略する。

図３に示した定着器制御部は、商用電源の電圧をダイオードブリッジで直流電圧に変換した後、一般的に知られている降圧型のダウンチョッパーの回路でヒータへ印加する。以下、具体的に説明する。

２０１は商用電源を整流するダイオードブリッジ整流回路である。２０２は、複数の発熱体としての定着用ヒータ（以下、単にヒータという。）Ｈ１およびＨ２に印加される電圧を検出するヒータ電圧検出回路である。ヒータＨ１、Ｈ２は例えばハロゲンヒータであり、定着ローラの内部にその軸方向（すなわち、記録媒体の幅方向であり、記録媒体の搬送方向に直交する）に延在するように配設される（不図示）。２０３はヒータＨ１、Ｈ２の通電駆動制御を行う駆動制御回路であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ内蔵のワンチップマイクロコンピュータ、タイマ等を含んでいる。

スイッチングＦＥＴＴｒ１は一定のデューティ比のＰＷＭ信号であるヒータイネーブル（ＨＥＮＢＬ）信号により通電駆動される。ヒータＨ１、Ｈ２とそれぞれ直列接続されたトライアックＴｒ２、Ｔｒ３はそれぞれのヒューザドライブ（ＦＳＲＤ１、ＦＳＲＤ２）信号により通電駆動される。トライアックＴｒ２がオンしていると、整流された電圧がチョークＬを介して定着ヒータＨ１に印加される。印加される電圧は、入力される電源電圧に依ることなく一定の電圧である。この印加される電圧は、ヒータ電圧検出回路２０２で検出され、ヒータモニタ（ＨＭＯＮ）信号が出力される。駆動制御回路２０３はＨＭＯＮ信号を読み取り、検出した電圧に応じてスイッチングＦＥＴＴｒ１のゲートに印加するＨＥＮＢＬ信号のオンデューティを可変制御することにより、ヒータＨ１にかかる電圧を一定にすることが出来る。ヒータＨ２についても同様である。

駆動制御回路２０３からヒータ電圧検出回路２０２への制御信号（ＶＳＥＬ）はヒータへ印加させる電圧を切替える信号である。

図４は、本実施形態におけるヒータ電圧検出回路２０２の具体的構成を示す回路図である。同図において、抵抗Ｒ４１とスイッチＳＷ４１を設けたことにより、シャントレギュレータＩＣ４２で生成される基準電圧Ｖｂと出力電圧Ｖｏｕｔとの分圧比を変えるが可能である。スイッチＳＷ４１は駆動制御回路２０３からのＶＳＥＬ信号により制御され、これによりヒータへの印加電圧Ｖｏｕｔが切替えられる。

オペアンプＩＣ４１の＋端子への入力へは、スイッチＳＷ４１が開の状態の場合の電圧Ｖｉｎ１は次式で表される。

Ｖｉｎ１＝｛（Ｒ４１＋Ｒ４２）／（Ｒ４１＋Ｒ４２＋Ｒ４３）｝・Ｖｏｕｔ１

また、スイッチＳＷ４１が閉の状態の電圧Ｖｉｎ２は次式で表される。

Ｖｉｎ２＝｛Ｒ４２／（Ｒ４２＋Ｒ４３）｝・Ｖｏｕｔ２

これらの電圧Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２は共にオペアンプＩＣ４１の−端子へ入力される基準電圧Ｖｂと比較され、ほぼＶｂと同じになるようにスイッチングＦＥＴＴｒ１のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。

これにより、Ｖｉｎ１≒Ｖｉｎ２≒Ｖｂ、となる。

したがって、
Ｖｏｕｔ２／Ｖｏｕｔ１＝（Ｒ４１＋Ｒ４２）・（Ｒ４２＋Ｒ４３）／｛（Ｒ４１＋Ｒ４２＋Ｒ４３）・Ｒ４２｝
となり、スイッチＳＷ４１を開閉することにより、出力電圧Ｖｏｕｔを変化させることが可能となる。

また、ハロゲンヒータの電力（Ｗ1_H1，Ｗ2_H1）と印加電圧（Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ１）の関係は印加電圧比の１．５４乗の関係
Ｗ1_H1／Ｗ2_H1＝（Ｖｏｕｔ２／Ｖｏｕｔ１）^1.54 （Ｗ1_H1＞Ｗ2_H1，Ｖｏｕｔ２＞Ｖｏｕｔ１）
で近似されていることが知られている。

そこで、設定したい電力値となるように抵抗Ｒ４２，Ｒ４３に対して抵抗Ｒ４１の値を設定し、スイッチを切替え出力電圧を変えることにより、例えば、ハロゲンヒータの出力を１ｋＷ、５００Ｗとするように設定することが可能となる。

ヒータＨ１が記録媒体幅方向の中央部分を集中的に加熱する配光分布を有するハロゲンヒータ、ヒータＨ２が記録媒体の両端部を集中的に加熱する配光分布を有するハロゲンヒータとする。この場合、商用電源１００Ｖ（日本の場合）の一般の最大電流１５Ａを越えることがない条件として最大消費電力が１ｋＷ以内での点灯とすると、ヒータの点灯モードは図５（Ａ）〜（Ｅ）のような５モードに設定することが可能となる。ヒータへの印加電圧を変えない場合では、点灯モードは（Ａ）と（Ｂ）の組み合わせ、若しくは、（Ｃ）〜（Ｅ）の組み合わせのいずれかのみとなる。（Ａ）と（Ｂ）の組み合わせだけでは温度リップルが大きいという欠点があり、また、（Ｃ）〜（Ｅ）の組み合わせのみではヒータ１つでの最大電力が少ないという欠点がある。これに対し、本実施形態によれば（Ａ）〜（Ｅ）をすべて組み合わせることができるので、きめ細かい定着ローラの加熱が可能となる。

したがって、本実施形態によれば、定着ローラの長手方向の温度ムラを減少させることが可能になり、定着ローラへの過熱および温度保持の効率を向上させることが出来る。これにより、記録媒体へのトナー画像の定着品質の向上、画像品質の向上という効果も上げることが出来る。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態におけるヒータ電圧検出回路の具体的構成を示す回路図である。

スイッチＳＷ６１は、シャントレギュレータＩＣ６１，ＩＣ６２によりそれぞれ出力される基準電圧Ｖｂ１，Ｖｂ２を、駆動制御回路２０３からのＶＳＥＬ信号によって切り替え、オペアンプＩＣ４１の−端子に入力する。第１の実施形態（図４）と異なる点は、基準電圧Ｖｂを２種類（Ｖｂ１、Ｖｂ２）設けることにより、出力電圧Ｖｏｕｔを変化させる点である。

駆動制御回路２０３は、オペアンプＩＣ４１の出力信号から
Ｖｂ ≒（Ｒ４１＋Ｒ４２）／（Ｒ４１＋Ｒ４２＋Ｒ４３）Ｖｏｕｔ
となるように制御を行う。

これにより、それぞれ設定したＶｂ１，Ｖｂ２に応じて、ヒータ電圧Ｖｏｕｔを第１の実施形態と同様にＶｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２のように切替えることが可能となる。

また、ヒータＨ１が記録媒体幅方向の中央部分を集中的に加熱する配光分布を有するハロゲンヒータ、ヒータＨ２が記録媒体の両端部を集中的に加熱する配光分布を有するハロゲンヒータとする。この場合、商用電源１００Ｖ（日本の場合）の一般の最大電流１５Ａを越えることがない条件として最大消費電力が１ｋＷ以内での点灯とすると、ヒータの点灯モードは図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すような５モードの設定とすることが可能となる。

（第３の実施形態）
図７は、本実施形態における画像形成装置の定着器制御部の構成を示すブロック図である。

図７において、２０１は商用電源を整流するダイオードブリッジ整流回路、２０２ａおよび２０２ｂはそれぞれ、ヒータＨ１およびＨ２に印加される電圧検出するヒータ電圧検出回路である。ヒータＨ１、Ｈ２は例えばハロゲンヒータであり、定着ローラの内部にその軸方向（すなわち記録媒体幅方向）に延在するように配設される（不図示）。２０３はヒータＨ１、Ｈ２の通電駆動制御を行う駆動制御回路であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ内蔵のワンチップマイクロコンピュータ、タイマ等を含んでいる。

スイッチングＦＥＴＴｒ１およびＴｒ７はそれぞれ、一定のデューティ比のＰＷＭ信号であるヒータイネーブル信号ＨＥＮＢＬ１，ＨＥＮＢＬ２により通電駆動される。ヒータＨ１、Ｈ２とそれぞれ直列接続されたトライアックＴｒ２、Ｔｒ３はそれぞれのヒューザドライブ（ＦＳＲＤ１、ＦＳＲＤ２）信号により通電駆動される。トライアックＴｒ２がオンしていると、整流された電圧がチョークＬを介して定着ヒータＨ１に印加される。印加される電圧は、入力される電源電圧に依ることなく一定の電圧である。この印加される電圧は、ヒータ電圧検出回路２０２ａで検出され、ヒータモニタ（ＨＭＯＮ１）信号が出力される。駆動制御回路２０３はＨＭＯＮ１信号を読み取り、検出した電圧に応じてスイッチングＦＥＴＴｒ１のゲートに印加するＨＥＮＢＬ１信号のオンデューティーを可変制御することにより、ヒータＨ１にかかる電圧を一定にすることが出来る。ヒータＨ２についても同様で、トライアックＴｒ３がオンしていると、整流された電圧がチョークＬ２を介して定着ヒータＨ２に印加される。印加される電圧は、入力される電源電圧に依ることなく一定の電圧である。この印加される電圧は、ヒータ電圧検出回路２０２ｂで検出され、ヒータモニタ（ＨＭＯＮ２）信号が出力される。駆動制御回路２０３はＨＭＯＮ２信号を読み取り、検出した電圧に応じてスイッチングＦＥＴＴｒ７のゲートに印加するＨＥＮＢＬ２信号のオンデューティを可変制御することにより、ヒータＨ２にかかる電圧を一定にすることが出来る。

駆動制御回路２０３からヒータ電圧検出回路２０２ａ，２０２ｂへの制御信号（ＶＳＥＬ１，ＶＳＥＬ２）は、それぞれ対応するヒータに印加させる電圧を切替えるための信号である。

このように、第１の実施形態のとの違いはヒータＨ１，Ｈ２への電圧駆動部をそれぞれ独立に設けた点である。

これにより、ヒータＨ１へ通電される電圧ＶｏｕｔとヒータＨ２へ通電されるＶｏｕｔｂを異なる設定とすることが可能になる。

本実施形態によれば、ヒータＨ１，Ｈ２の電力が独立に制御可能となり，例えばヒータＨ１の電力変化を９００Ｗ−５００Ｗとし、ヒータＨ２の電力化変を７００Ｗ−３００Ｗとすると、商用電源１００Ｖ（日本の場合）での最大電流１５Ａ以下で最大電力１２００Ｗ（Ｈ１：９００Ｗ，Ｈ２：３００Ｗ，またはＨ１：５００Ｗ，Ｈ２：７００Ｗ）の組み合わせも可能となり、ヒータＨ１，Ｈ２の駆動パターンをさらに増やすことが可能となる。そのため、本実施形態では更に、点灯モードを多く設定でき、きめ細かい定着ローラの加熱が可能となる。

したがって、本実施形態によれば、定着ローラの長手方向の温度ムラをさらに減少させることが可能になり、定着ローラへの過熱および温度保持の効率をより一層向上させることが出来る。これにより、記録媒体へのトナー画像の定着品質の向上、画像品質の向上という効果もさらに期待出来る。

従来のレーザプリンタの構成を示す図である。従来のレーザプリンタの動作を説明する図である。第１の実施形態における画像形成装置の定着器制御部の構成を示すブロック図である。第１の実施形態におけるヒータ電圧検出回路の具体的構成を示す回路図である。実施形態におけるヒータの点灯パターンを示す図である。第２の実施形態におけるヒータ電圧検出回路の具体的構成を示す回路図である。第３の実施形態における画像形成装置の定着器制御部の構成を示すブロック図である。

Claims

複数の発熱体と、
トナー画像が形成された記録媒体を、前記複数の発熱体による熱を加えつつ搬送することで前記トナー画像を前記記録媒体上に定着させる加熱定着手段と、
前記複数の発熱体のそれぞれに印加する電圧を制御する電圧制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
前記複数の発熱体は、記録媒体の幅方向における中央部を集中的に加熱する配光分布を有する第１の発熱体と、記録媒体の幅方向における両端部を集中的に加熱する配光分布を有する第２の発熱体と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記電圧制御手段は、導入された記録媒体の幅方向のサイズに基づいて、前記第１および第２の発熱体のそれぞれに印加する電圧を制御することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記電圧制御手段は、前記複数の発熱体のそれぞれに印加する電圧を複数の段階で切り替えることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像形成装置。
前記電圧制御手段が、前記複数の発熱体それぞれに対し独立に設けられていることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の画像形成装置。