| 【発明の名称】 |
画像形成装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】長藤 秀夫
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| 【要約】 |
【課題】定着の立ち上がり時間を遅くすることなく、かつノイズの発生の少ない画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着ローラの温度がリロード温度に到達した後、ヒータをＯＮとする信号に対し、０．３秒から１．２秒の周期Ｔの中でカットオフ時間を設けて実質の消費電力を小さくし、リロード到達後は消費電力を実質的に減らす。ヒータのＯＮ、ＯＦＦの切り替えと、周期Ｔの設定は、ＡＣ電源電圧波形の山が中途半端なところではなく、０Ｖとなった位置で切り替えるようにして、ノイズの発生を抑える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 定着装置の動作を制御する手段が、定着ローラ温度の定着可能な状態への立ち上がりを示すリロード温度に到達した後、定着ヒータをオンとする信号に対して０．３秒から１．２秒の時間周期中で上記ヒータを一部オフとする時間を設け、かつ上記時間周期から上記オフ時間を差し引いた電力を供給するオン時間が、最短でも０．２秒以上となるように制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】 上記制御手段が、上記リロード温度に到達した後の上記定着ヒータをオンとする信号をオン、オフする切り替え時を、上記定着ヒータに供給する交流の波形の山が０Ｖとなる時点となるように制御することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項３】 上記定着装置の定格ワット数ＡＷに対し、実質的に異なるワット数ＢＷとしたい時に、Ｂ／Ａ＝ｂ／ａ（ａ、ｂは１桁の整数）となるようにし、Ｃ×１０／ａ＝ｄ（ｄは整数）となるような値に周期Ｃを設定して制御することを特徴とする請求項１または２の画像形成装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ、プリンタ、複写機等の電子写真装置の画像形成装置に関し、特に定着装置が有する定着ローラの温度制御を改良した画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ヒータを用いた上述のような画像形成装置では、電源投入時や省電力モードのように、定着装置の定着ローラの温度がリロード温度（本明細書において定着可能な状態への立ち上がりを示す温度、換言すればトナー像の転写紙への定着が可能となる温度をいう。）よりも低い温度状態から温度を上げていく際、定着装置で消費される実質的な消費電力を小さくして、ヒータ断線等に起因する短寿命化を防ぐことが求められているが、本願発明者等の知るところでは、そのような対策には満足できるものが存在していない。
【０００３】たとえば特開平１０−２５４３０６号公報に開示の画像形成装置では、定着ヒータ以外の消費電力に合わせて定着ヒータの消費電力を可変にするため、定着の立ち上がり時間が遅くなってしまうという欠点があるだけでなく、定着ヒータに供給する電源電圧の交流波形の山の途中でオン、オフしているためノイズが発生してしまうという問題がある。
【０００４】本発明はこのような従来の問題点にかんがみ、定着の立ち上がり時間を遅くすることなく、かつノイズの発生の少ない画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置のうち請求項１に係るものは、上記目的を達成するために、定着装置の動作を制御する手段が、定着ローラ温度の定着可能な状態への立ち上がりを示すリロード温度に到達した後、定着ヒータをオンとする信号に対して０．３秒から１．２秒の時間周期中で上記ヒータを一部オフとする時間を設け、かつ上記時間周期から上記オフ時間を差し引いた電力を供給するオン時間が、最短でも０．２秒以上となるように制御することを特徴とする。
【０００６】同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、上記制御手段が、上記リロード温度に到達した後の上記定着ヒータをオンとする信号をオン、オフする切り替え時を、上記定着ヒータに供給する交流の波形の山が０Ｖとなる時点となるように制御することを特徴とする。
【０００７】同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、上記定着装置の定格ワット数ＡＷに対し、実質的に異なるワット数ＢＷとしたい時に、Ｂ／Ａ＝ｂ／ａ（ａ、ｂは１桁の整数）となるようにし、Ｃ×１０／ａ＝ｄ（ｄは整数）となるような値に周期Ｃを設定して制御することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態及び実施例】以下本発明の実施の形態及び実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る画像形成装置となるプリンタ、複写機等の電子写真装置の画像形成装置について、プリンタの一例として示す概略断面図、図２は図１の装置の定着装置の断面図である。図示のように本装置は、給紙装置１、レジストローラ２、感光体３、帯電チャージャ４、レーザー光学系５、現像装置６、転写チャージャ７、定着装置８、排紙部９、除電ランプ１０、クリーニング装置１１、電源部１２、ファン３０、コントローラ３２等により構成してある。
【０００９】定着装置８は、給紙装置１から給紙される転写紙上に感光体３から転写されたトナー画像に対して、少なくとも熱と圧力を加えて画像を定着させる。この定着装置８は、図２に示すように、加熱、駆動される定着ローラ１３、定着ローラ１３に圧接、従動する加圧ローラ１４、加圧ローラ１４を定着ローラ１３へ圧接させるレバー１５及びスプリング１６、定着ローラ１３を加熱するヒータ１７、及びサーミスタ１８から構成してある。
【００１０】定着ローラ１３は、ローラ長がＡ３通紙の装置で３２０〜３８０ｍｍであり、ステンレス管（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４１６、またはそれらをベースとした合金）または炭素鋼鋼管（ＳＴＫＭ１１、ＳＴＫＭ１２）で、通紙部の肉厚０．１５〜０．４ｍｍに、ふっ素樹脂のコーティングまたはフッ素樹脂のチューブをＡ３通紙の装置で３００〜３８０ｍｍの範囲で被覆して設けたものである。ふっ素樹脂の種類としては、四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）のいずれか、またはその混合樹脂を用いる。
【００１１】加圧ローラ１４は、直径φ１０〜φ４０ｍｍでゴムの肉厚を３〜８ｍｍ（ゴムがシリコーンゴムの場合はゴム硬度はソリッドタイプでＪＩＳＡ８〜４０、スポンジタイプの場合でアスカＣ４０〜５２の同一硬度）とし、ゴム部の長さ３０５〜３４０ｍｍ、ゴムに抵抗１０７Ωから１０１２Ωの中抵抗のフッ素樹脂のチューブを設けている。ただしゴムに対するふっ素樹脂の被覆は無くても構わない。
【００１２】ヒータ１７には、ハロゲンヒータを使用し、定格１００Ｖ、１１６０〜１３００Ｗを１本使用している。
【００１３】さらに好ましくは、次の通りである。なお図３中の１９は定着ローラ１３を回転駆動するためのギヤ、２０は定着ローラ１３を支持する軸受である。図３（Ａ）に示すように、定着ローラ１３は、材質が炭素鋼鋼管ＳＴＫＭ１１で、ローラ長Ｌは３７５ｍｍ、通紙範囲Ａの外径φ１は２９．８ｍｍ、内径がφ２は２９．２ｍｍ、肉厚ｔ１は０．３ｍｍ、軸受部分の外径φ３は３０ｍｍで、その厚さｔ２は通紙部の肉厚より０．１ｍｍ厚くした０．４ｍｍとする。または図３（Ｂ）に示すように、絞り加工で軸受部分の外径φ３を２５ｍｍとし、肉厚ｔ２を０．５ｍｍｍｍ〜１．５ｍｍ（好ましくは１ｍｍ以下）とする。さらに図３（Ｃ）に示すように、絞り加工後に切削や研削して内側の方向に肉厚を厚くしても構わない。
【００１４】通紙範囲Ａの肉厚を、上述の例のように薄肉にすることにより、定着の立ち上がりが従来に比べて格段に速くなる。定着ローラ１３を上記のような肉厚構成とする理由は、定着装置の定着可能温度までの立ち上がり時間をできるだけ短くするために芯金を薄くするわけであるが、あまり薄すぎると加圧ローラ１４が圧接したときに定着ローラ１３が潰れや撓みによる変形で狙いのニップ形成ができず定着不良になってしまったり、転写紙にシワが発生してしまう。そこで軸受部の肉厚を厚くすることにより強度を上げ、加圧時のローラ変形を小さくして定着不良の発生やシワの発生を防止している。
【００１５】軸受部の肉厚は１．５ｍｍ以下であれば、定着立ち上がり時間にほとんど影響しない。また、材質も、ＳＴＫＭやステンレス鋼管を使用するのも、従来のアルミニウムに比べ強度が強いためである。そして、プリンタの線速１１５ｍｍ／ｓ〜１３０ｍｍ／ｓに対応できるニップを形成するための定着ローラ１３に体知る加圧ローラ１４の加圧力である片側９Ｎに耐えられるようになる。定着ローラ１３の表面にはパーフルオロアルコキシ樹脂を主材料としたコーティングを施す。コーティング長さは３５５ｍｍである。
【００１６】加圧ローラ１４は、直径φ３０ｍｍ、ゴム肉厚５〜５．５ｍｍ、ゴム部長さ３１６ｍｍとする。また、ヒータ１７は、ハロゲンヒータで定格１００Ｖ、１２００Ｗを１本使用する。また、プリンタの最大消費電力は１４５０Ｗであり、電源ＯＦＦ時や、省電力モードにおいては、ヒータ１７をＯＦＦとし、ヒータ１７の消費電力を０とするようになっている。
【００１７】このプリンタにおいて、電源投入時や、省電力モードのように、定着の立ち上がりを示す温度（リロード温度）より低い温度の状態から定着温度を上げる際、少なくともリロード温度に到達するまでは、定着用のヒータ１７をフル点灯して消費電力１２００Ｗとし、画像形成装置の最大消費電力の８０％以上を定着装置で消費するようにする。このように定着の立ち上げを最優先することにより、図４に示すように、従来技術で３０秒から４０秒かかっていた定着の立ち上がり時間を６〜１０秒と非常に短くでき、立ち上がりの速いプリンタ（画像形成装置）を提供できる。また、ヒータ１７には１２００Ｗのハロゲンヒータ１本でよいため、コストを安くできる。
【００１８】ところで、常時プリンタの最大消費電力１４５０Ｗに対して８０％以上の１２００Ｗを定着装置で消費するようにすると、他のユニットに電力を供給できず、プリンタとしての機能を十分果たせないので、リロード温度到達後、定着の最大消費電力を８００Ｗ以下、つまり最大消費電力に対して６０％以下に抑えるようにして、大きな電源ユニットを不要として低コストにすることも可能である。電源ユニットを大きくすることなく最大消費電力の６０％にする手段としては、８００Ｗと４００Ｗの２本のヒータを使用し、リロード温度到達後８００Ｗのヒータ１本に切り替える手段が考えられるが、ヒータが２本になることによりトライアック等の部品が増え、コストが高くなってしまう（図５参照）。図５において、１７ａは８００Ｗのヒータ、１７ｂは４００Ｗのヒータ、２１は電源ユニット、２２ａ、２２ｂはトライアック、２３はサーモスタットである。
【００１９】そこでヒータを１本とし、かつ電源ユニットを大きくすることなく最大消費電力の６０％にする手段としては、図６に示すように、電源トランス２４を１００Ｖ出力と８１Ｖの出力を持つトランスとし、リロード温度到達までは１００Ｖ、それ以降は８１Ｖと電源電圧を切り替えるようにすれば、実質８００Ｗとでき、ヒータ１７が１本で、かつ電源ユニットを大きくすることなく最大消費電力の６０％にできる。
【００２０】次に本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、図７に示すように、定着ローラ１３の温度がリロード温度に到達した後、ハロゲンヒータ１７をＯＮとする信号に対し、０．３秒から１．２秒の周期Ｔの中でカットオフ時間を設けて実質の消費電力を小さくする。具体的には、周期を０．３秒とし、リロード温度到達まではヒータＯＮ信号に対して０．３秒全て電力供給（ＯＮ）し、リロード温度到達後、１つの周期を０．２秒ＯＮ（電力供給）、０．１秒ＯＦＦ（カットオフ）とし、ヒータＯＮ信号の間、その周期で電力供給していく。そうすると、１２００Ｗ×（０．４秒／０．６秒）＝８００Ｗということになって、１２００Ｗのハロゲンヒータ１７がリロード到達後には消費電力が実質８００Ｗとなり、ヒータ１本で、かつ電源ユニットを大きくすることなく最大消費電力の６０％にでき、コストを低減できる。上記周期を０．６秒とし、０．４秒ＯＮ、０．２秒ＯＦＦと振り分けても良い。またＯＮ、ＯＦＦの順序は、逆でも構わないがＯＮ、ＯＦＦの順序の方が、定着温度を制御しやすいので好ましい。
【００２１】上記のようにリロード温度前後で、１本のヒータでも最大消費電力を簡単に変更できるが、周期Ｔからカットオフ時間を差し引いた電力供給時間が必ず０．２秒以上となるよう制御する。これは、ハロゲンヒータ１７のＯＮ時間が０．２秒より短くなってしまうと、ハロゲンヒータ１７のタングステンワイヤがケミカルアタックという現象により断線してしまうためである。したがって、０．２秒以上に制御することによりヒータ断線など短寿命化を防げる。この観点から周期Ｔは０．３秒以上と設定しており、ハロゲンヒータ１７をこまめに制御し定着温度のリップルを小さくするために周期が１．２秒以下である必要から、周期は０．３秒から１．２秒の間とするとよい。
【００２２】また、ハロゲンヒータ１７のＯＮ、ＯＦＦの切り替えと、周期Ｔの設定は、ＯＦＦからＯＮへのタイミングとなるので、周期Ｔの設定も必ずＡＣ電源電圧波形の山が中途半端なところではなく、０Ｖとなった位置で切り替え、ノイズの発生を抑えるとよい。
【００２３】定着定格ワット数ＡＷに対し、実質的にワット数をＢＷとしたい時、Ｂ／Ａ＝ｂ／ａ（ただしａ、ｂは１桁の整数）となるようにし、周期Ｃについて、Ｃ×１０／ａの値が整数ｄとなるような値に設定する。そうすることにより、供給する交流の周波数が５０Ｈｚでも６０Ｈｚでも波形が中途半端なところでＯＮ、ＯＦＦの切り替えが無いように設定でき、かつ１サイクルごとで切り替えられる。１山（０．５サイクル）での切り替えでも、０Ｖで切り替えられるので、ノイズの発生を抑えられるが、好ましくは、１サイクルでの切り替えの方がノイズを抑えるのにさらなる効果が大きい。
【００２４】上記の式について補足すると、周期Ｃ＝ｄ×ａ／１０となり、５０Ｈｚのときの周期の山の数は５０×２×Ｃ＝５×２×ａ×ｄとなり、整数となる。また、６０Ｈｚの時も、周期の山の数（１サイクル２山とする）は６０×２×Ｃ＝６×２×ａ×ｄとなり、整数かつ偶数となる。１２００Ｗのヒータを実質８００Ｗにしたい時は８００／１２００＝２／３で、ａ＝３となり、ｄ＝１とすると周期Ｔが０．３秒、ｄ＝２とすると周期０．６秒、ｄ＝３とすると０．９秒となる。ｄ＝２で、周期の山の数は５０Ｈｚで６０山、６０Ｈｚで７２山となる。したがって、上記のように周期を設定すると５０Ｈｚでも６０ＨｚでもＯＮ、ＯＦＦの切り替えが１サイクル単位のところで切り替えられ、そうすることにより、図８（Ａ）に示すように、波形が中途半端なところでＯＮ、ＯＦＦの切り替えが無いようにできる（必ず０Ｖの位置でＯＮ→ＯＦＦ、ＯＦＦ→ＯＮに切り替えられる）ので、それによるノイズの発生を抑えた画像形成装置を提供できる。なお図８（Ａ）において、交流波形の山の位置に付した数字は周波数５０Ｈｚのときの山の数で、カッコ内に示す数は周波数６０Ｈｚの時の山の数である。図８（Ｂ）は、山の中途半端な位置でＯＮ、ＯＦＦが切り替えられる例で、このような波形のとき、ノイズが発生する。
【００２５】
【発明の効果】本発明の請求項１に係る画像形成装置は、以上説明してきたように、リロード温度到達後、定着ハロゲンヒータをオンとする信号に対し、０．３秒から１．２秒の周期中でカットオフ時間を設けて実質消費電力を小さくして、リロード温度前後で、１本のヒータでも最大消費電力を簡単に変更でき、かつ周期からカットオフ時間を差し引いた電力供給時間が最短でも０．２秒以上となるよう制御しているので、ヒータ断線など短寿命化を簡単に防げるという効果がある。
【００２６】請求項２に係る画像形成装置は、以上説明してきたように、リロード温度到達後、ヒータをオン、オフする切り替え時に、ヒータに供給する交流の波形の山が０Ｖ以外の中途半端な位置で切り替わらないように制御しているので、上記共通の効果に加え、ヒータのオン、オフが交流波形中の０Ｖ以外の中途半端な位置で切り替わることによるノイズの発生を抑えることができるという効果がある。
【００２７】請求項３に係る画像形成装置は、以上説明してきたように、定着定格ワット数ＡＷに対し、実質的にＢＷとしたい時、Ｂ／Ａ＝ｂ／ａ（ａ、ｂは１桁の整数）となるようにし、周期Ｃを０．３秒から１．２秒の間でかつＣ×１０／ａの値が整数となるように周期Ｃを設定して制御しているので、上記共通の効果に加え、交流電源の周波数が５０Ｈｚでも６０Ｈｚでも波形が中途半端なところでＯＮ、ＯＦＦの切り替えが無く、中途半端な位置で切り替わることによるノイズの発生を抑えることができるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６７４７
【氏名又は名称】株式会社リコー
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| 【出願日】 |
平成１２年３月２１日（２０００．３．２１） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２６５１６２（Ｐ２００１−２６５１６２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月２８日（２００１．９．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−７８２４３（Ｐ２０００−７８２４３） |
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