JP2007328164A - 定着装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、フリッカーを防止し、関連デバイスを保護する技術を提供する。さらに、予備加熱時間の短縮を図れる技術を提供することにある。
【解決手段】電源部とハロゲンランプ１０４ｃとの間にあってオン、オフすることによって電源部からの電力をハロゲンランプ１０４ｃへ供給するスイッチング機能素子５に対して、定着制御手段６が、前記予備加熱の開始とともに、所定時間Ｔａの繰り返し毎に、第１期間Ｔｏｎでオンし第２期間Ｔｏｆｆでオフするスイッチング（周期Ｔｒ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ ≪Ｔａ）を行わせることによって電気量の供給を開始させ、開始の直後の所定時間Ｔｓにハロゲンランプ１０４ｃに供給される電気量を検出し、所定時間Ｔｓを経過後の所定期間Ｔｄ（Ｔｒ＜Ｔｓ＜Ｔｄ、Ｔｓ＋Ｔｄ≪Ｔａ）に、前記検出した電気量に応じて前記加熱体へ供給する電気量を制御する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録媒体上の未定着のトナー画像を加熱体（発熱体）等で加熱して定着させる定着装置及びそれを用いた画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機又はファクシミリ等の画像形成装置は、トナー画像を記録媒体（例えば、用紙）上に転写し、その転写されたトナー画像を定着装置で加熱により定着する処理が行われている。その定着装置の加熱体（発熱体、ヒータ、熱源）としては、幾種類かあるが、その中の１つにハロゲンランプが用いられている（特許文献１及び２を参照）。

例えば、図５に示すように、定着装置１０４は、加熱体としてハロゲンランプ１０４ｃを内蔵した加熱ローラ１０４ｂと加圧ローラ１０４ａを有し、転写ベルト１０５でトナー画像が転写された用紙１０２を、加熱ローラ１０４ｂと加圧ローラ１０４ａとで狭持することにより、トナー画像を用紙へ定着させる。そして、一般には、定着温度を一定の範囲に入れるため、温度検出器１０４ｄにより温度を検出して、その温度に応じて、例えば、検出温度が定着に適温な範囲より高ければ低くなるように、検出温度が適温範囲より低ければ高くなるように電源からの電流（電圧）等スイッチングしてハロゲンランプ１０４ｃへ供給する電力を制御している（不図示）。

加熱体としてハロゲンランプ１０４ｃを用いた場合は、ハロゲンランプ１０４ｃのフィラメントそのものが持っている抵抗（内部抵抗：以下、「ハロゲンランプ１０４ｃの抵抗」と言う。）の値が、温度で変化し、低い温度で抵抗値が低く、高い温度で抵抗値が高くなる傾向（冷抵抗特性）を有する。したがって、ハロゲンランプ１０４ｃの両端にＡＣ（交流）電源を印加したときの電流波形を観測すると、図６に示すように最初に電流が多く流れ、ハロゲンランプ自身がその電流で温まるに連れ、抵抗が高くなり電流が小さくなって一定に落ち着いてくる特性を示す。

図７は、ハロゲンランプへの電力の供給の仕方を模擬的に示した図である。理想的には、図７の四角枠で示されるような電力を供給できれば良いが、実際はそのようにコントロールすることは困難であり、次のような問題があった。つまり、（Ａ）何ら対策をしない場合は、電源がオンの初期にハロゲンランプの抵抗値が低いため、図７の電力量Ｃで示されるように突入電流による供給が行われ、フリッカーが発生する。このフリッカーは電源ラインを介して、周囲の構成要素に悪影響を与えていた。また、上記のスイッチング用のデバイス等を熱破損させる原因にもなっていた。特に、ハロゲンランプを高周波でオンオフ制御するような高周波点灯方式に用いるスイッチング機能素子（例えば、ＦＥＴ）は、トライアック等に比べ、耐圧等の特性上、破損しやすい傾向がある。（Ｂ）上記（Ａ）の問題を避けるため、図７のソフトスタートのカーブで示すような立ち上げ方式でソフトスタートさせて突入電流を絞り込むと、図７の電力量Ｂで示す部分が欠ける分だけ予備加熱時間が長くなる傾向にある。つまり、この場合は、ハロゲンランプの温度が定着を行うに適切な定常温度になるまでの時間、つまり予備加熱時間（ウオーミングアップ時間でもある。）が長い。

特許文献１の技術は、定常動作になるまでの立ち上がりにおいて、上記のようにソフトスタートさせる技術である。

特許文献２の技術は、予備加熱時間のスタート時に一定時間電流を制限して加熱しようとする技術である。いわば、特許文献１の技術と細かいところでは異なるものの、ハロゲンランプへ電力を供給する仕方としては、類似している。

特開平６−２３０７０２号公報 特開平６−２８２１９９号公報

本発明の目的は、フリッカーを防止し、関連デバイスを保護する技術を提供する。さらに、予備加熱時間の短縮を図れる技術を提供することにある。

上記課題を解決するための、請求項１に記載の発明は、予備加熱後に定着動作を行う定着装置において、温度が上がるに連れ内部抵抗値が大きくなる加熱体と、前記加熱体の電力を供給するための電源部と、前記電源部と前記加熱体の間にあってオン、オフすることによって前記電源部からの電力を前記加熱体へ供給するスイッチング機能素子と、前記予備加熱の開始とともに、前記電源部から前記加熱体へ所定時間Ｔａの繰り返し毎に、前記スイッチング機能素子に対して、第１期間Ｔｏｎでオンし第２期間Ｔｏｆｆでオフするスイッチング（周期Ｔｒ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ ≪Ｔａ）を行わせることによって電気量の供給を開始させ、該開始直後の所定時間Ｔｓに前記加熱体に供給される電気量を検出し、所定時間Ｔｓを経過後の所定時間Ｔｄ（Ｔｒ＜Ｔｓ＜Ｔｄ、Ｔｓ＋Ｔｄ≪Ｔａ）に、前記検出した電気量に応じて前記加熱体へ供給する電気量を制御する定着制御手段、とを備えた。

上記課題を解決するための、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記所定時間Ｔｓに供給される電気量は制限されており、少なくとも所定時間Ｔｄに供給される電気量より小さい値であり、前記所定時間Ｔｓに検出される電気量は電流の大きさであることを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は、電流の大きさであって、前記定着制御手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ流す電流の値を決定して制御することを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は、前記加熱体に電流を流している前記第１期間Ｔｏｎの時間幅であって、前記駆動手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ流す電流の前記時間幅を決定して制御することを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項５に記載の発明は、請求項２、３又は４に記載の発明において、前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は電力量であって、前記定着制御手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ電流を流す前記所定時間Ｔｄ又は前記加熱体で電流を流すのを休止する期間（Ｔａ―Ｔｄ−Ｔｓ）を決定して制御することを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか一項に記載の発明において、前記加熱体は、ハロゲンランプであり、前記電源部は、商用電源を整流する整流器と、前記スイッチング機能素子のオン動作に伴って前記第１期間に三角波形を形成して前記加熱体へ供給するインダクタとを備えたことを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項７に記載の発明は、予備加熱後に定着動作を行う定着装置において、温度が上がるに連れ内部抵抗値が大きくなる加熱体と、前記加熱体の電力を供給するための電源部と、前記電源部と前記加熱体の間にあって所定時間Ｔａの繰り返し毎に、第１期間Ｔｏｎでオンし第２期間Ｔｏｆｆでオフ（周期Ｔｒ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ ≪Ｔａ）しながら前記電源部からの電力を前記加熱体へ供給するスイッチング機能素子と、前記予備加熱の開始とともに、所定時間Ｔａの繰り返し毎に、第１期間Ｔｏｎと第２期間Ｔｏｆｆで繰り返されるパルス信号を生成して、前記スイッチング機能素子を駆動する信号源と、前記所定時間Ｔａの開始後の所定時間Ｔｓに前記加熱体へ供給される電流を検出する電流検出手段と、所定時間Ｔｓを経過後の所定期間Ｔｄ（Ｔｒ＜Ｔｓ＜Ｔｄ、Ｔｓ＋Ｔｄ≪Ｔａ）に、前記検出した電流に応じて前記加熱体へ供給する電気量を制御する駆動手段と、とを備えた。

上記課題を解決するための、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記加熱体は、ハロゲンランプであり、前記電源部は、商用電源を整流する整流器と、前記スイッチング機能素子のオン動作に伴って前記第１期間Ｔｏｎに三角波形を形成して前記加熱体へ供給するインダクタとを備えたことを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項９に記載の発明は、請求項７又８に記載の発明において、前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は、電流の大きさであって、前記駆動手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ流す電流の値を決定して前記信号源を制御することを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項１０に記載の発明は、請求項７又８に記載の発明において、前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は、前記加熱体に電流を流している前記第１期間Ｔｏｎの時間幅であって、前記駆動手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ流す電流の前記時間幅を決定して前記信号源を制御することを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項１１に記載の発明は、請求項７又８に記載の発明において、前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は電力量であって、前記定着制御手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ電流を流す前記所定時間Ｔｄ又は前記加熱体で電流を流すのを休止する期間（Ｔａ―Ｔｄ―Ｔｓ）を決定して前記信号源を制御することを特徴とする。

本発明によれば、所定期間Ｔａ毎に加熱体に流れる電流（低電流）を検出して、検出した電流に応じて加熱体へ供給する電力、電流或いは供給している時間等を制御している構成である。加熱体の電流を検出することは言い換えれば、ほぼ加熱体の抵抗を検出することを示している。つまり、本発明は、所定期間Ｔａ毎に加熱体の抵抗の変化に応じて、加熱体へ供給している電気量を制御することを示す。本発明は、このような構成であるから、加熱体へ供給する電気量を図７の電力量Ａに近づけた立ち上がりで制御できる。又、突入電力によるフリッカーを防止するとともに、予備加熱時間の短縮を図れる。

図１は、本発明に係る定着装置の加熱体を加熱制御する熱源制御部の機能構成図を示す図である。図２及び図３は、それぞれ図１の主要な波形及びタイミングを示す図であり、図２は所定期間Ｔａ毎に、電流値だけを制御、又は電流値とＰＷＭの同時制御の例を説明するための図である。図３は、所定期間Ｔａ毎に電流値が一定で、供給時間を制御する例を示す図である。図４は、定着装置を用いた画像形成装置の機能構成を示す図である。

［第１の実施形態］
図１で、ＡＣ電源１は、商用電源であって通常は、１００Ｖ、商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の電源である。整流器２は、ブリッジに組まれた整流用ダイオードでＡＣ電源１からの電圧（電流）を全波整流して、図２の（Ａ）のような商用周波数の半周期の繰り返し周期Ｔａを有する電流を出力する。インダクタ３は、ハロゲンランプで構成されるハロゲンランプ１０４ｃ及びスイッチ機能素子５は、整流器２に対して直列に接続され、スイッチ機能素子５が高周波（後記）でオン・オフするときのそのオン時に三角波となるような電流をハロゲンランプ１０４ｃへ供給する（高周波点灯方式）。つまり、インダクタ３は、ハロゲンランプ１０４ｃやスイッチング機能素子５とで、高周波で三角波を生成する時定数を有する。なお、三角波の形状にする理由は、立ち上がりを三角波形状で立ち上げることにより、この波形による突入電流の発生を防ぐためである。

なお、本発明では、加熱体であるハロゲンランプ１０４ｃとして、利用の多いハロゲンランプを用いて説明するが、低い温度で抵抗値が低く、高い温度で抵抗値が高くなる、いわゆる冷抵抗特性を持つ加熱体であれば、適用可能である。

定着制御手段６は、タイミング生成手段６ａ、電圧検出手段６ｂ、電流検出手段６ｃ、駆動手段６ｄ及び信号源６ｅを有し、所定周期Ｔａ（図２（Ａ）の周期）毎に、スイッチング機能素子５を高周波信号（供給する電流の図である図２（Ｂ）の点線部分を拡大した図２（Ｄ）を参照）でオン（オン時間Ｔｏｎ）、オフ（オフ時間Ｔｏｆｆ）を繰り返してハロゲンランプ１０４ｃを温めるのを開始し（図２（Ｂ）のｔ０）し、ハロゲンランプ１０４ｃに供給した時間が所定時間になった時点（図２（Ｂ）のｔ１）で、そのオン、オフの繰り返しを停止させ、次の周期Ｔａで再び同様の動作を繰り返し行う。

具体的には、定着制御手段６のタイミング生成手段６ａは、整流器２の出力又は図２のＡＣ電源１のゼロクロスするときのタイミングを検出し、その周期Ｔａのタイミング信号を生成する。

電圧検出手段６ｂは、オン時間Ｔｏｎ時のハロゲンランプ１０４ｃの端子間電圧を測定する（スイッチ機能素子５の電圧が一定或いは無視できれば、点Ａの電圧を測定するだけでも良い）。

電流検出手段６ｃは、電流検出用抵抗器Ｒ１を有する。電流検出手段６ｃは、周期Ｔａ毎に所定時間Ｔｓ（図２（Ｂ）、及びその拡大図である図２（Ｃ）を参照）の間に、電流検出器用抵抗Ｒ１にドロップする電圧とその既知の抵抗値から一定のオン時間Ｔｏｎ時の電流を測定する。なお、図２の（Ｂ）の時間Ｔｓの間は、図２（Ｂ）の一部を拡大した図（Ｃ）の波形（高周波の三角波形）の低電流が流れている。電流検出器用抵抗Ｒ１は、突入電流が生じない、かつ電流を測定するに必要な抵抗値に設定される。

電流検出手段６ｃが検出する電流は、図１のハロゲンランプ１０４ｃの両端に係る電圧（例えば、図１のＡ点の電圧）がほぼ一定（例えば、リップル少ない直流）であれば、検出電流の変化はそのままハロゲンランプ１０４ｃの抵抗変化を表す。

なお、電流検出手段６ｃの別な実施形態としては、図１（Ｂ）のように、電流検出用抵抗器Ｒ１、パス用抵抗器R2、及びスイッチＳを有する構成とすることも可能である。この場合は、駆動手段６ｄからの指示により、スイッチＳ１が、スイッチ機能素子５を周期Ｔａ毎に所定期間Ｔｓ（図２（Ｂ）を参照）だけ電流検出器用抵抗Ｒ１に接続し、周期Ｔａのそれ以外の時間（Ｔａ―Ｔｓ）は、パス用抵抗器Ｒ２に接続される。電流検出器用抵抗Ｒ１は、パス用抵抗器Ｒ２（低抵抗値）より大きく、突入電流が生じない、かつ電流を測定するに必要な抵抗値に設定される。電流検出手段６ｃは、期間Ｔｓの間に、電流検出器用抵抗Ｒ１にドロップする電圧とその既知の抵抗値からオン時間Ｔｏｎ時の電流を測定する（図２の（Ｃ）を参照）。なお、以下の実施例では、図１（Ａ）の電流検出手段６ｃで説明する。

電流検出手段６ｃとしては、他に、ホール素子を用いるもの、ピックアップ用トランスでピックアップして測定するものなどが利用できる。

信号源６ｅは、タイミング信号生成手段６ａからのタイミング及び駆動手段６ｄからの指示を受けて、周期Ｔａ毎に、オン時間がＴｏｎであって繰り返し周期Ｔｒ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆの高周波のパルス信号を生成してスイッチング機能素子５を駆動してオン、オフさせる（図２（Ｃ）又は（Ｄ））。なお、オン時間Ｔｏｎ（つまりは、パルス幅、デュティ比）は、駆動手段６ｄからの指示により決定される。また、駆動手段６ｄから指示があったとき（図２（Ｂ）のｔ１）は、パルス信号の発生を停止させることによりスイッチング機能素子５のオン、オフ動作を停止させる（オフにさせる）。繰り返し周期Ｔｒ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆの高周波のパルス信号の周波数は、だいたい１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚである。

駆動手段６ｄは、具体的には例えば、図１（Ｃ）のように構成することができる。タイミング生成手段６ａからのタイミングを受けたカウンタ６３が周期Ｔａ毎に時間Ｔｓ間、駆動制御部６４に初期条件で信号源６ｅを制御させる。初期条件（初期条件メモリ６２に記憶）としては、図２（Ｂ）（Ｃ）に示すように時間Ｔｓ間は小さな電流が流れるようなオン時間Ｔｏｎを有するパルス幅とする条件がる。つまり、時間Ｔｓの間は、スイッチング機能素子５がオン時間Ｔｏｎにオンして図２（Ｃ）示すように高周波の三角波になるため、駆動手段６ｄは、信号源６ｅには、三角波の傾斜を利用して小さな電流値となるよう短い一定のオン時間Ｔｏｎでオン、オフ時間Ｔｏｆｆ（＝周期Ｔｒ―オン時間Ｔｏｎ）でオフするパルス信号を発生させる。そしてカウンタ６３は時間Ｔｓ経過後にスイッチＳ２を制御量決定部６１側へ倒す。そして、駆動制御部６４は、図２（Ｂ）（Ｄ）に示すように、次の時間Ｔｄは、電流検出手段６ｃが検出する電流が、この制御量決定部６１が決定した制御量になるよう信号源６ｅを駆動する。そしてＴｄ経過後（ｔ１）、または制御量の制御結果に応じて、信号源６ｅに対してオフにさせる。そして、次の周期Ｔａで再び同様の繰り返しを行う。

［駆動手段６ｄによる制御量の決定］
駆動手段６ｄ（制御量決定部６１）による制御量の決定には次の（Ｉ）〜（III）の例があり、本発明としては、その何れかを採用することができる。
（Ｉ）〜（III）の説明の前に、制御量を決定する基本となる電気量について説明する。基本となる電気量は、電流検出手段６ｃが時間Ｔｓ（その間のオン時間Ｔｏｎ）に検出する電流の大きさ、或いは電圧検出手段６ｂが時間Ｔｓ（その間のオン時間Ｔｏｎ）に検出する電圧の大きさ、或いはそれらの値を掛けた電力値（つまり、ハロゲンランプ１０４ｃへ供給されている電力値）、或いは、電圧を電流で割った抵抗値（つまり、ハロゲンランプ１０４ｃの抵抗値）、を利用することができる。ただ、図２（Ｂ）のＤ１〜Ｄ８は制御単位を示すが、そのＤ１〜Ｄ８までのそれぞれの時間Ｔｓ間の相対的な電流の傾向に基づいて制御ができれば良いので、供給電力、抵抗値を正確に求めて制御量を決定するまでもない。そこで以下の説明では、時間Ｔｓに検出された電流に基づいて制御する例を説明する。

（Ｉ）予備加熱時間中、周期Ｔａ毎に一定時間Ｔｄの区間を周期Ｔｒのパルス信号で信号源６ｅを駆動し、ハロゲンランプ１０４ｃを流れる電流が変化するように、又はオン時間Ｔｏｎの時間幅が変化するように制御量を決定する例。
この場合は、駆動手段６ｄは、時間Ｔｓの間に電流検出手段６ｃで検出した電流値に基づいて、周期Ｔａ毎に一定期間Ｔｄにハロゲンランプ１０４ｃをするための目的の電流値を決定する。或いはオン時間Ｔｏｎを決定する。

例えば、ハロゲンランプ１０４ｃを流れる電流を図２（Ｂ）に示すように突入電流が生じない電流値から徐々に下げてくる場合である。初期（図２（Ｂ）のＤ１の制御時）はハロゲンランプ１０４ｃの抵抗値は小さいが突入電力を生じない電流の大きさにし、定常時に近くなる場合（例えば、Ｄ８の制御時）は、抵抗が高くなるから電流を小さくし、全制御時を通して、供給電力（ほぼ電流の二乗かける抵抗値）がほぼ一定になるように制御する。この場合、駆動手段６ｄは、タイミング生成手段６ａからのタイミングを受けたとき（例えば、時間ｔ０）から時間Ｔｓ間は上記のように動作した後、信号源６ｅに対してオンさせ（オン時間Ｔｏｎの開始）、電流検出手段６ｃが検出した電流を基に、突入電流にならない大きさで所望の供給電力になる目的の電流値のところで、信号源６ｅに対してオフさせる（オン時間Ｔｏｎの終了、かつオフ時間Ｔｏｆｆの開始）。そして、次の周期Ｔｒが過ぎたとき（オフ時間Ｔｏｆｆの終了）で、再び周期Ｔｒ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆでオン、オフさせ、これを一定時間Ｔｄの間、繰り返させる。一定時間Ｔｄ経過後（Ｔａ―Ｔｓ−Ｔｄ）は、次のタイミングがタイミング生成手段６ａから受ける信号源６ｅをオフにさせる。そして次のタイミングを受けたときは、次の時間Ｔｓで新たにハロゲンランプ１０４ｃを流れる電流を測定し、その電流に応じて前回と同様の動作を行う。これをハロゲンランプ１０４ｃの温度が定常になるまで行う。

この場合、信号源６ｅがスイッチング機能素子５を駆動して作り出す波形は、図２（Ｄ）に示すように、電流値に応じて、三角波の幅が異なってくる。これは、信号源６ｅからのパルス信号でスイッチング機能素子５がオンしたときにインダクタ３と共に形成する高周波の三角波の傾斜が、ほぼ同じなので、電流の大きさに応じてオン、オフすると、高周波のオン時間の電流波形の幅が異なってくることによる。見方を代えれば、パルス幅変調（ＰＷＭ）していることになる。したがって、駆動手段６ｄは、電流値をオン時間Ｔｏｎに換算してオン時間Ｔｏｎを制御する構成としても良い。

この結果、図２の（Ｅ）に示すように定常温度になるまでの温度上昇特性は、カーブ１、カーブ２、又はカーブ３のように設定することができる。このカーブは、電流検出手段６ｃが検出する電流を基に時間Ｔｄ毎に制御すべき電流値（又はオン時間Ｔｏｎの幅）、をどのようなカーブに合わせて予め設定するかで決まる。上記の徐々に電流値が下がるケースは一例である。
（II）予備加熱時間中、周期Ｔａ毎に時間Ｔｄの区間を周期Ｔｒのパルス信号で信号源６ｅを駆動し、ハロゲンランプ１０４ｃを流れる電流を一定にするとともに、その時間Ｔｄを変化させる例。

この場合も、駆動手段６ｄは、周期Ｔａ毎に時間Ｔｓの間に電流検出手段６ｃで検出した電流値に基づいて一定期間Ｔｄにハロゲンランプ１０４ｃをするための目的の一定の電流値を決定する。ハロゲンランプ１０４ｃの温度上昇により検出される電流が異なるので、駆動手段６ｄが信号源６ｅを制御する制御量は異なってくる。

この場合の図１の基本動作は、同じであるが、上記（Ｉ）の駆動手段６ｄでは、時間Ｔｄを一定とし、ハロゲンランプ１０４ｃを流れる電流を変化させていたが、この（II）の場合の駆動手段６ｄは、ハロゲンランプ１０４ｃを流れる電流は、その抵抗が変化しても一定とし、電流検出手段６ｃが検出した電流に応じて高周波のパルス信号でオン、オフさせている期間である時間Ｔｄを制御するものである。

図３（Ａ）にその制御の様子を示す。図３（Ａ）は、最初はハロゲンランプ１０４ｃの抵抗値が小さく一定電流では供給される電力が小さいのでその分長い時間Ｔｄ１だけ電力を供給し、その後に温度があがって定常温度近くになれば、ハロゲンランプ１０４ｃの抵抗値が大きく一定電流では供給される電力が大きくなるので、その分短い時間Ｔｄ２（＜Ｔｄ１）だけ供給したときの波形の例である。時間Ｔｄの間、一定電流にするのは、駆動手段６ｄが電流検出手段６ｃがオン時間Ｔｏｎの時間に検出している電流値を受けて、三角波の電流値が目標値になったところで、オフ時間Ｔｏｆｆとすることによって行う。この場合は電流が一定なので、図３（Ｂ）示すように周期Ｔｒ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆのデュティは一定である。制御する時間Ｔｄは、電流検出手段で検出される電流によって定まるハロゲンランプ１０４ｃの抵抗値の変化（温度上昇特性）に合わせて予め設定しておく。例えば、ハロゲンランプ１０４ｃにおいて、電力量＝電流の二乗×抵抗値×Ｔｄｘの値が一定になるように（これに限らない。）信号源６ｅが周期Ｔｒで繰り返しオン、オフしている時間Ｔｄｘを制御する。これによっても図３（Ｃ）のように、ハロゲンランプ１０４ｃの温度傾斜をカーブ１，２，もしくは３のようにすることができる。

（III）予備加熱時間中、周期Ｔａ毎に時間Ｔｄの区間を周期Ｔｒのパルス信号で信号源６ｅを駆動するときに、ハロゲンランプ１０４ｃを流れる電流及び時間Ｔｄを同時に制御する例（つまり、上記（Ｉ）と（II）を合わせた方法）

この場合は、駆動手段６ｄは、電流検出手段６ｃが検出した電流値に対応して、ハロゲンランプ１０４ｃに流す電流、つまりは、信号源６ｅが生成するパルス信号のオン時間Ｔｏｎ、及びそのパルス信号が繰り返す時間Ｔｄを予め決めたテーブルを記憶しておき、実際に電流検出手段６ｃで検出された電流値に応じて前記テーブルを参照して制御する。このテーブルは、例として、電力量＝電流の二乗×抵抗値×Ｔｄの値が一定になるように（これに限らない。）に電流、時間Ｔｄを設定される。この電流、及び時間Ｔｄを選ぶことにより、図３（Ｃ）の温度傾斜のようにカーブ１，２，もしくは３のようにすることができる。

上記（Ｉ）〜（III）はいずれも、上記したように周期Ｔａ毎に時間Ｔｓの間、ハロゲンランプ１０４ｃの電流を検出しながら、実施する。したがって、ハロゲンランプ１０４ｃにバラツキがあっても、つまり温度の上昇特性（ハロゲンランプ１０４ｃの温度対抵抗特性）にバラツキがあったり、一様な特性でなかった場合であっても、都度、電流を測定して制御しているので、所望の時間までに定常状態にすることができる。

また、例えば、環境の温度が変化しても、その環境の温度におけるハロゲンランプ１０４ｃの抵抗に応じた電流を検出して制御することから、その時々の環境の温度から定常温度までの制御を行うことができるので、効率的である。

［第１の実施形態の変形例１：直流電源で動作］
上記説明では整流器２の出力とインダクタ３との間に整流器２が整流した電圧（電流）を平滑する平滑回路を設け（不図示）直流にしても同様の動作を行うことができる。この場合は、図１においてタイミング生成手段６ａは、整流器２の入力側のゼロクロスのタイミングをしても良いし、商用周波数を用いず独立して周期Ｔａのタイミング信号を出力するタイミング発生器を用いても良い。この変形例１においても、図１の第１の実施形態と同様の効果が得られる。この場合は、図１（Ａ）のリップルが少ないの、より精度の良い制御ができる。

［第１の実施形態の変形例２：時間Ｔｄにおける高周波のオン、オフ動作の形態］
上記（Ｉ）〜（III）はいずれの説明でも、時間Ｔｄの開始時に先ず駆動手段６ｄが信号源６ｅに対してスイッチング機能素子５をオンにさせ、そのとき電流検出手段６ｃが検出して、その検出した電流値がオン時間Ｔｏｎ時の三角波が目的の電流値になったところでオフにしていた。つまり、負帰還的な帰還をかけて電流制御を行っていた。しかし、三角波は傾斜と目標電流値が予め既知であれば、その三角波の傾斜から目標の電流値になるまでの時間が推定できるから、その推定時間をオン時間Ｔｏｎとして、信号源６ｅに対してこの推定されたオン時間Ｔｏｎのパルス幅を有するパルス信号が生成してスイッチング機能素子５を駆動させるようにして良い。

［第２の実施形態：画像形成装置としての形態］
上記の図１の実施形態に係る熱源制御部を含む定着装置、及び定着装置を用いた画像形成装置について、図４を基に説明する。図４は、画像形成装置の画像形成に係る主要機能を表した図である。図４では、例えば、搬送路１０１等を駆動する駆動系は省略してある。

感光体１０６ｃは、例えばアルミ材の円筒状形態の外周に導電層及び感光層を形成したものであり、図４において反時計方向に回転する。感光体１０６ｃは、読み取り部（不図示）で読みとられた画像データ等がレーザ光に変換されて投光され、画像データに応じて感光する。

現像部１０６ａは、感光体１０６ｃの回転に応じて回転する現像スリーブ１０６ｂを有し、その現像スリーブ１０６ｂを介して感光された画像データをトナー画像化をする。

図４では、感光体１０６ｃ、現像部１０６ａ及び転写器１０６ｄは一組示してあるが、カラーで画像形成する場合は、例えばイェロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（ｋ）の分が用意され（図４では省略）、これらの５組が一次転写部１０６を構成する。

転写ベルト１０５は、導電材料を拡散して所定の体積抵抗率にされた無端ベルトであり、感光体１０６ｃとは逆回転している。そして、転写機１０６ｄは、例えばコロナ放電によって、感光体１０６ｃのトナー画像を転写ベルト１０５へ転写する。

転写ベルト１０５に転写されたトナー画像は、搬送路１０１で搬送されてきた用紙（表面）１０２に、又は先に表面に画像が形成され、反転部１０３ａで反転されて反転搬送路１０３を搬送されてきた用紙（裏面）１０２に、二次転写ローラ１０７により転写される。二次転写ローラ１０７は、２つのローラで転写ベルト１０５と用紙１０２を狭持しつつ回転することにより、再転写する。

定着装置１０４は、熱源としてハロゲンランプ１０４ｃを内蔵した加熱ローラ１０４ｂと加圧ローラ１０４ａを有し、転写ベルト１０５でトナー画像が転写された用紙１０２を、加熱ローラ１０４ｂと加圧ローラ１０４ａとで狭持することにより、トナー画像を用紙へ定着させる。定着装置１０４をから出力される用紙は、そのまま排出されるか、反転搬送路１０３へ搬送される。

熱源制御部１０４ｅは、上記説明のように画像形成装置の電源がオンされた後、上記第１の実施形態及び第２の実施形態で説明したように、例えば、一定期間（予備加熱期間中）、周期Ｔａ毎に一定の電力量をハロゲンランプ１０４ｃに供給して、予備加熱する。予備加熱して定着可能になったところで、加熱ローラ１０４ｂ及び加圧ローラ１０４ａを回転させ（回転駆動部は、不図示）、定常動作である定着を行わせる。熱源制御部１０４ｅは、定常動作中は、温度検出器１０４ｄが検出した温度を基に、加熱ローラ１０４ｂの温度が定着に適切な所定温度範囲に入るように調整制御する。温度の調整は、熱源制御部１０４ｅによって、高周波パルスでハロゲンランプ１０４ｃを駆動し、そのオン、オフの時間当たりの回数を制御する、あるいはＰＷＭ制御を行う等の方法により、温度の上げもしくは下げの調整を行う。例えば、図１の信号源６ｅをパルス幅可変可能に構成にしてＰＷＭ信号を発生させ、定常時は、温度検出器１０４ｄが検出した温度と、予め記憶しておいた定常動作時の温度範囲とを比較し、温度検出１０４ｄによる検出温度が定常動作時の温度範囲に入るように信号源６ｅが出力するパルス幅を可変制御することにより達成できる。

本発明に係る熱源制御部１０４ｅを、画像形成装置に適用することで、電源オン後の待ち時間が少なくなり、故障軽減に役立つ。なお、加熱ローラ１０４ｂの肉厚は薄い方が熱応答が早いため、より効果的である。

本発明に係る定着装置の加熱体を加熱制御する熱源制御部の機能構成図を示す図である。 図１の主要な波形及びタイミングを示す図であり、所定期間Ｔａ毎に、電流値だけを制御、又は電流値とＰＷＭの同時制御の例を説明するための図である。 所定期間Ｔａ毎に電流値が一定で、供給時間を制御する例を示す図である。 定着装置を用いた画像形成装置の機能構成を示す図である。 定着装置の主要構成を示す図である。 ハロゲンランプの温度特性を説明するための図である。 ハロゲンランプに供給する電力を説明するための図である。

符号の説明

１ ＡＣ電源
２ 整流器
３ インダクタ
５ スイッチ機能素子
６ 定着制御手段
６ａ タイミング生成手段
６ｂ 電圧検出手段
６ｃ 電流検出手段
６ｄ 駆動手段
６ｅ 信号源
１０１ 搬送路
１０２ 用紙
１０３ 反転搬送路
１０３ａ 反転部
１０４ 定着装置
１０４ａ 加圧ローラ
１０４ｂ 加熱ローラ
１０４ｃ ハロゲンランプ
１０４ｄ 温度検出器
１０４ｅ 熱源制御部
１０５ 転写ベルト
１０６ 一次転写部
１０６ａ 現像部
１０６ｂ 現像スリーブ
１０６ｃ 感光体
１０６ｄ 転写器
１０７ 二次転写ローラ

Claims (12)

1. 予備加熱後に定着動作を行う定着装置において、
   温度が上がるに連れ内部抵抗値が大きくなる加熱体と、
   前記加熱体の電力を供給するための電源部と、
   前記電源部と前記加熱体の間にあってオン、オフすることによって前記電源部からの電力を前記加熱体へ供給するスイッチング機能素子と、
   前記予備加熱の開始とともに、前記電源部から前記加熱体へ所定時間Ｔａの繰り返し毎に、前記スイッチング機能素子に対して、第１期間Ｔｏｎでオンし第２期間Ｔｏｆｆでオフするスイッチング（周期Ｔｒ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ ≪Ｔａ）を行わせることによって電気量の供給を開始させ、該開始直後の所定時間Ｔｓに前記加熱体に供給される電気量を検出し、所定時間Ｔｓを経過後の所定時間Ｔｄ（Ｔｒ＜Ｔｓ＜Ｔｄ、Ｔｓ＋Ｔｄ≪Ｔａ）に、前記検出した電気量に応じて前記加熱体へ供給する電気量を制御する定着制御手段、とを備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記所定時間Ｔｓに供給される電気量は制限されており、少なくとも所定時間Ｔｄに供給される電気量より小さい値であり、
   前記所定時間Ｔｓに検出される電気量は電流の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は、電流の大きさであって、前記定着制御手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ流す電流の値を決定して制御することを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は、前記加熱体に電流を流している前記第１期間Ｔｏｎの時間幅であって、前記駆動手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ流す電流の前記時間幅を決定して制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の定着装置。
5. 前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は電力量であって、前記定着制御手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ電流を流す前記所定時間Ｔｄ又は前記加熱体で電流を流すのを休止する期間（Ｔａ―Ｔｄ−Ｔｓ）を決定して制御することを特徴とする請求項２、３又は４に記載の定着装置。
6. 前記加熱体は、ハロゲンランプであり、
   前記電源部は、商用電源を整流する整流器と、前記スイッチング機能素子のオン動作に伴って前記第１期間に三角波形を形成して前記加熱体へ供給するインダクタとを備えたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 予備加熱後に定着動作を行う定着装置において、
   温度が上がるに連れ内部抵抗値が大きくなる加熱体と、
   前記加熱体の電力を供給するための電源部と、
   前記電源部と前記加熱体の間にあって所定時間Ｔａの繰り返し毎に、第１期間Ｔｏｎでオンし第２期間Ｔｏｆｆでオフ（周期Ｔｒ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ ≪Ｔａ）しながら前記電源部からの電力を前記加熱体へ供給するスイッチング機能素子と、
   前記予備加熱の開始とともに、所定時間Ｔａの繰り返し毎に、第１期間Ｔｏｎと第２期間Ｔｏｆｆで繰り返されるパルス信号を生成して、前記スイッチング機能素子を駆動する信号源と、
   前記所定時間Ｔａの開始後の所定時間Ｔｓに前記加熱体へ供給される電流を検出する電流検出手段と、
   所定時間Ｔｓを経過後の所定期間Ｔｄ（Ｔｒ＜Ｔｓ＜Ｔｄ、Ｔｓ＋Ｔｄ≪Ｔａ）に、前記検出した電流に応じて前記加熱体へ供給する電気量を制御する駆動手段と、とを備えたことを特徴とする定着装置。
8. 前記加熱体は、ハロゲンランプであり、
   前記電源部は、商用電源を整流する整流器と、前記スイッチング機能素子のオン動作に伴って前記第１期間Ｔｏｎに三角波形を形成して前記加熱体へ供給するインダクタとを備えたことを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
9. 前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は、電流の大きさであって、前記駆動手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ流す電流の値を決定して前記信号源を制御することを特徴とする請求項７又は８に記載の定着装置。
10. 前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は、前記加熱体に電流を流している前記第１期間Ｔｏｎの時間幅であって、前記駆動手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ流す電流の前記時間幅を決定して前記信号源を制御することを特徴とする請求項７又は８に記載の定着装置。
11. 前記所定時間Ｔｄに制御する電気量は電力量であって、前記定着制御手段は、前記所定時間Ｔａ毎に所定時間Ｔｓに検出する電流に応じて、前記加熱体へ電流を流す前記所定時間Ｔｄ又は前記加熱体で電流を流すのを休止する期間（Ｔａ―Ｔｄ―Ｔｓ）を決定して前記信号源を制御することを特徴とする請求項７又は８に記載の定着装置。
12. 請求項１又は７のいずれかに記載の定着装置を用いた画像形成装置。

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