JP2019015810A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱源の点灯時における突入電流の発生を低減しつつ、加熱源の耐久性を向上させることが可能な定着装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】定着装置は、用紙に画像を加熱して定着させる定着部材と、定着部材を加熱するハロゲンヒーターおよびカーボンヒーターと、交流電源からハロゲンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第１切替部と、交流電源からカーボンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第２切替部と、アイドリング時、カーボンヒーターのみで定着部材を加熱し、印刷時、必要電力量に応じて、カーボンヒーターおよびハロゲンヒーターにおける定着部材の各加熱量を変更するように第１切替部および第２切替部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。

一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）は、帯電した感光体ドラム（像担持体）に対して、画像データに基づくレーザー光を照射（露光）することにより静電潜像を形成する。そして、静電潜像が形成された感光体ドラムへ現像装置よりトナーを供給することにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。さらに、このトナー像を直接または間接的に用紙に転写させた後、定着ニップで加熱、加圧して定着させることにより用紙にトナー像を形成する。

定着装置において、ハロゲンヒーターを加熱源として用いるものが知られている。しかしながら、ハロゲンヒーターを加熱源として用いた場合、ハロゲンヒーターの抵抗値は低いので、ハロゲンヒーターの点灯時、膨大な突入電流が発生する。そのため、当該突入電流に起因するフリッカーが発生するという問題が生じる。

そこで、特許文献１には、加熱源として、カーボンヒーターとハロゲンヒーターとを組み合わせた構成が開示されている。カーボンヒーターの抵抗値は比較的高いため、カーボンヒーターの点灯時に発生する突入電流が小さい。すなわち、特許文献１に記載の構成では、点灯時にカーボンヒーターを先行して点灯させることで、ヒーターの点灯時における突入電流の発生を抑えている。

特開２００２−５５５５４号公報

しかしながら、ハロゲンヒーターは、カーボンヒーターと比較して寿命が短い。そのため、特許文献１に記載の構成のように、印刷時およびアイドリング時等の動作中において、カーボンヒーターおよびハロゲンヒーターの両方を動作させる場合、カーボンヒーターよりも先にハロゲンヒーターが寿命となってしまう可能性があった。

本発明の目的は、加熱源の点灯時における突入電流の発生を低減しつつ、加熱源の耐久性を向上させることが可能な定着装置および画像形成装置を提供することである。

本発明に係る定着装置は、
用紙に画像を加熱して定着させる定着部材と、
前記定着部材を加熱するハロゲンヒーターおよびカーボンヒーターと、
交流電源から前記ハロゲンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第１切替部と、
前記交流電源から前記カーボンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第２切替部と、
アイドリング時、前記カーボンヒーターのみで前記定着部材を加熱し、印刷時、必要電力量に応じて、前記カーボンヒーターおよび前記ハロゲンヒーターにおける前記定着部材の各加熱量を変更するように前記第１切替部および第２切替部を制御する制御部と、
を備える。

本発明に係る画像形成装置は、
用紙に画像を加熱して定着させる定着部材と、
前記定着部材を加熱するハロゲンヒーターおよびカーボンヒーターと、
交流電源から前記ハロゲンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第１切替部と、
前記交流電源から前記カーボンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第２切替部と、
アイドリング時、前記カーボンヒーターのみで前記定着部材を加熱し、印刷時、必要電力量に応じて、前記カーボンヒーターおよび前記ハロゲンヒーターにおける前記定着部材の各加熱量を変更するように前記第１切替部および第２切替部を制御する制御部と、
を備える。

本発明によれば、加熱源の点灯時における突入電流の発生を低減しつつ、加熱源の耐久性を向上させることができる。

本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。 定着部における加熱源を示す図である。 デューティー比に対するヒーターの出力熱量を示す図である。 ハロゲンヒーター電力量とカーボンヒーター電力量の関係を説明するための図である。 アイドリング時における加熱源の制御状態および出力パターンと、定着ベルトの実温度の時間変化とを示す図である。 印刷時における加熱源の制御状態および出力パターンと、定着ベルトの実温度の時間変化とを示す図である。 画像形成装置における加熱制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図である。図２は、本実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す図である。

図１に示すように、画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に一次転写し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃから送出された用紙Ｓに二次転写することにより、画像を形成する。

また、画像形成装置１には、ＹＭＣＫの４色に対応する感光体ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。

図２に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０および制御部１０１を備える。定着部６０は、本発明の「定着装置」に対応する。

制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０４等を備える。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭ１０３から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０４に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロック等の動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。

制御部１０１は、通信部７１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピューター）との間で各種データの送受信を行う。制御部１０１は、例えば、外部の装置から送信された画像データ（入力画像データ）を受信し、この画像データに基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

図１に示すように、画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１および原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備えて構成される。

自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１により、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることが可能となる。

原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

図２に示すように、操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１及び操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部１０１から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１０１に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定又はユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１０１の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

図１に示すように、画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、中間転写ユニット４２等を備える。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有する。図示及び説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、又はＫを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４、及びドラムクリーニング装置４１５等を備える。

感光体ドラム４１３は、例えばドラム状の金属基体の外周面に、有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層が形成された有機感光体よりなる。

制御部１０１は、感光体ドラム４１３を回転させる駆動モーター（図示略）に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム４１３を一定の周速度で回転させる。

帯電装置４１４は、例えば帯電チャージャーであり、コロナ放電を発生させることにより、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。

露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。その結果、感光体ドラム４１３の表面のうちレーザー光が照射された画像領域には、背景領域との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。

現像装置４１２は、二成分逆転方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分の現像剤を付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。

現像装置４１２には、例えば帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流現像バイアス、または交流電圧に帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流電圧が重畳された現像バイアスが印加される。その結果、露光装置４１１によって形成された静電潜像にトナーを付着させる反転現像が行われる。

ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に当接され、弾性体よりなる平板状のドラムクリーニングブレード等を有し、中間転写ベルト４２１に転写されずに感光体ドラム４１３の表面に残留するトナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４、及びベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも１つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２よりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。

中間転写ベルト４２１は、導電性および弾性を有するベルトであり、表面に高抵抗層を有する。中間転写ベルト４２１は、制御部１０１からの制御信号によって回転駆動される。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光体ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光体ドラム４１３に圧接されることにより、感光体ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側、つまり一次転写ローラー４２２と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、二次転写ローラー４２４に二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの裏面側、つまり二次転写ローラー４２４と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

ベルトクリーニング装置４２６は、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。

定着部６０は、用紙Ｓの定着面、つまりトナー像が形成されている面側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、用紙Ｓの裏面つまり定着面の反対の面側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ、および加熱源等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップが形成される。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着部６０は、定着器Ｆ内にユニットとして配置される。

上側定着部６０Ａは、定着面側部材である無端状の定着ベルト６１、加熱ローラー６２および定着ローラー６３を有する。定着ベルト６１は、加熱ローラー６２と定着ローラー６３とによって張架されている。定着ベルト６１は、本発明の「定着部材」に対応する。

下側定着部６０Ｂは、裏面側支持部材である加圧ローラー６４を有する。加圧ローラー６４は、定着ベルト６１との間で用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップを形成している。

また、定着ベルト６１の近傍には、定着ベルト６１の実温度を検出する温度検出部７３が設けられている。温度検出部７３は、定着ベルト６１の実温度の検出結果を制御部１０１に出力する。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、及び搬送経路部５３等を備える。給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類毎に収容される。搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａを含む複数の搬送ローラー対を有する。レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部は、用紙Ｓの傾きおよび片寄りを補正する。

給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部５３により画像形成部４０に搬送される。画像形成部４０においては、中間転写ベルト４２１のトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、定着部６０において定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

次に、定着部６０における加熱源の詳細について説明する。図３は、定着部６０における加熱源を示す図である。

加熱ローラー６２は、図３に示すように、加熱源としてハロゲンヒーター６２Ａおよびカーボンヒーター６２Ｂを有する。ハロゲンヒーター６２Ａは、第１切替部６２Ｃを介して交流電源６２Ｅに接続され、カーボンヒーター６２Ｂは、第２切替部６２Ｄを介して交流で源６２Ｅに接続される。

交流電源６２Ｅは、例えば、商用交流電源（周波数５０Ｈｚ、電圧１００Ｖ）であり、ハロゲンヒーター６２Ａとカーボンヒーター６２Ｂに対して所定の交流電力を供給する。ハロゲンヒーター６２Ａとカーボンヒーター６２Ｂとは、交流電源６２Ｅの出力側において、並列に接続されている。

ハロゲンヒーター６２Ａは、交流電源６２Ｅから供給される電力により発熱し、定着ベルト６１を加熱する。ハロゲンヒーター６２Ａは、制御部１０１に第１切替部６２Ｃがオン／オフ制御されることによって、点灯状態と消灯状態とが切り替えられる。

なお、ハロゲンヒーター６２Ａとしては、例えば、発光フィラメントを有する公知のハロゲンランプを用いることができる。

カーボンヒーター６２Ｂは、交流電源６２Ｅから供給される電力により発熱し、定着ベルト６１を加熱する。カーボンヒーター６２Ｂは、制御部１０１に第２切替部６２Ｄがオン／オフ制御されることによって、点灯状態と消灯状態とが切り替えられる。

なお、カーボンヒーター６２Ｂとしては、例えば、密閉された封体内にカーボン材よりなる発熱体を配した公知のカーボンヒーターを用いることができる。

第１切替部６２Ｃは、交流電源６２Ｅとハロゲンヒーター６２Ａとの間に介在するように設けられている。第１切替部６２Ｃは、制御部１０１の制御の下、交流電源６２Ｅとハロゲンヒーター６２Ａとを接続するオン状態と、交流電源６２Ｅとハロゲンヒーター６２Ａとの接続を解除するオフ状態とを切り替え可能に構成されている。

第２切替部６２Ｄは、交流電源６２Ｅとカーボンヒーター６２Ｂとの間に介在するように設けられている。第２切替部６２Ｄは、制御部１０１の制御の下、交流電源６２Ｅとカーボンヒーター６２Ｂとを接続するオン状態と、交流電源６２Ｅとカーボンヒーター６２Ｂとの接続を解除するオフ状態とを切り替え可能に構成されている。

なお、第１切替部６２Ｃ及び第２切替部６２Ｄは、例えば、トライアックやＩＧＢＴ等のスイッチング素子により構成されている。

ところで、定着部６０において、一般にハロゲンヒーター６２Ａのみを加熱源として用いるものが知られているが、ハロゲンヒーター６２Ａの抵抗値は低いので、ハロゲンヒーター６２Ａの点灯時において膨大な突入電流が発生する。そのため、当該突入電流に起因するフリッカーが発生するという問題が生じる。

それに対し、カーボンヒーター６２Ｂの抵抗値は比較的高いため、カーボンヒーター６２Ｂの点灯時に発生する突入電流が小さい。そのため、加熱源を点灯する際においては、突入電流低減の観点からカーボンヒーター６２Ｂを用いることが好ましいと考えられる。

また、図４に示すように、ハロゲンヒーター６２Ａの出力熱量は、点灯制御される際のデューティー比が高くなるにつれ、所定の傾きで直線状に増加する。デューティー比は、交流電源６２Ｅにおける所定個の半波を１周期とした場合、１周期に対するハロゲンヒーター６２Ａ又はカーボンヒーター６２Ｂの点灯時間の割合を示す。

それに対し、カーボンヒーター６２Ｂの出力熱量は、デューティー比が比較的高い状態になるまで所定の傾きよりも極端に小さい傾きで増加した後、急峻な傾きで増加する。つまり、カーボンヒーター６２Ｂの出力熱量は、点灯制御される際のデューティー比が比較的低い場合、ハロゲンヒーター６２Ａの出力熱量と比較して極端に低くなる。そのため、カーボンヒーター６２Ｂのみを加熱源として用いる構成では、低デューティー比で点灯制御される場合、所望の出力熱量が得られない可能性がある。

また、カーボンヒーター６２Ｂは、抵抗値が比較的高いことから、点灯時の立ち上がり特性が遅いので、温度変化が大きく、良好な応答性が求められる印刷時における点灯制御に適さない。このことから印刷時においては、良好な応答性を有するハロゲンヒーター６２Ａを用いることが好ましいと考えられる。

本実施の形態では、ハロゲンヒーター６２Ａおよびカーボンヒーター６２Ｂの両方を用いるため、点灯時における突入電流の低減と、印刷時における良好な点灯制御との両立を図ることができる。以下、ハロゲンヒーター６２Ａおよびカーボンヒーター６２Ｂの点灯制御について説明する。

制御部１０１は、動作中におけるハロゲンヒーター６２Ａおよびカーボンヒーター６２Ｂにおける定着ベルト６１の各加熱量を変更する制御を行う。具体的には、制御部１０１は、ハロゲンヒーター６２Ａの電力量とカーボンヒーター６２Ｂの電力量との和が、動作時に必要となる必要電力量になるような制御を行ことで各加熱量を変更する。

例えば、アイドリング時においては、制御部１０１は、カーボンヒーター６２Ｂのみを点灯制御して、ハロゲンヒーター６２Ａによる加熱量を０とする。アイドリング時においては、定着ニップを通過する用紙に定着ベルト６１の熱が奪われないため、定着ベルト６１における温度変化が起きにくい。

そのため、図５に示すように、アイドリング時に必要となるアイドリング電力量は、印刷時に必要となる必要電力量（上限電力量と下限電力量の範囲）よりも小さな電力量（例えば、５００Ｗ）となるとともに、加熱源による良好な応答性を必要としない。すなわち、アイドリング時においては、カーボンヒーター６２Ｂのみの点灯制御で十分足りるので、点灯時におけるハロゲンヒーター６２Ａに起因する突入電流を防止することができる。

また、一般に、ハロゲンヒーター６２Ａは、カーボンヒーター６２Ｂと比較して寿命が短いことも考慮すれば、アイドリング時においてカーボンヒーター６２Ｂのみを用いるようにすることで、加熱源全体としての耐久性向上にも寄与することができる。

印刷時においては、制御部１０１は、必要電力量に応じて、ハロゲンヒーター６２Ａおよびカーボンヒーター６２Ｂにおける定着ベルト６１の各加熱量を変更するように制御する。例えば、普通紙等を印刷する場合、必要電力量が比較的大きくなる。

この場合、カーボンヒーター６２Ｂの電力量を必要電力量の範囲における下限電力量（例えば、１３００Ｗ）よりも小さい電力量（例えば、１０００Ｗ）に設定する。そして、ハロゲンヒーター６２Ａの電力量は、カーボンヒーター６２Ｂの電力量と合わせて、必要電力量の範囲における上限電力量（例えば、１８００Ｗ）以下となる電力量（例えば、８００Ｗ）に設定する。

このようにすることで、ハロゲンヒーター６２Ａの電力量を低く抑えることができるので、点灯時に発生する突入電流を低減することができる。また、良好な応答速度を有するハロゲンヒーター６２Ａを用いるので、印刷時における良好な点灯制御を行うことができる。

また、制御部１０１は、ハロゲンヒーター６２Ａの動作中は、ハロゲンヒーター６２Ａのデューティー比を変更する制御を行う。ハロゲンヒーター６２Ａのデューティー比は、本発明の「第１デューティー比」に対応する。

ハロゲンヒーター６２Ａのオン／オフを切り替える際において、消灯時間を比較的長くしてしまうと、オン時に突入電流が多少流れる可能性がある。また、突入電流を抑えるために、所定時間の間に位相制御点灯を行うと、端子ノイズ、高調波歪みが発生するおそれがある。位相制御点等とは、ハロゲンヒーター６２Ａの点灯位相角を次第に増加させる位相制御による点灯のことである。

そのため、ハロゲンヒーター６２Ａの動作中において、ハロゲンヒーター６２Ａのデューティー比を変更する制御を行うことにより、ハロゲンヒーター６２Ａの消灯時間が長くなることを抑制して突入電流の発生を防止するとともに端子ノイズや高調波歪みが発生することを抑制することができる。

ところで、用紙Ｓの坪量が所定坪量（例えば、４０ｇｓｍ）の薄紙であったり、画像形成装置１の周囲の温度が所定温度（例えば、３０℃）である場合、印刷時の必要電力がハロゲンヒーター６２Ａの電力量のみで十分なほど小さくなることがある。

この場合において、カーボンヒーター６２Ｂの場合、印刷時における加熱源の点灯制御に適さないので、制御部１０１は、ハロゲンヒーター６２Ａのみで点灯制御を行う。このようにすることで、突入電流の量を普通紙のときにおける電流量に維持することができる。

また、カーボンヒーター６２Ｂのデューティー比は、１００％に設定される。カーボンヒーター６２Ｂのデューティー比は、本発明の「第２デューティー比」に対応する。

カーボンヒーター６２Ｂは、応答性が悪いため、オン／オフを頻繁に切り替えるデューティー比を変更する制御を行うと、熱効率が悪化する。そのため、カーボンヒーター６２Ｂのデューティー比を常時１００％に設定することにより、熱効率を向上させることができる。

次に、本実施の形態に係る定着部６０における制御例について説明する。図６は、アイドリング時における加熱源の制御状態および出力パターンと、定着ベルト６１の実温度の時間変化とを示す図である。図７は、印刷時における加熱源の制御状態および出力パターンと、定着ベルト６１の実温度の時間変化とを示す図である。

なお、図６および図７における一番上の図は、カーボンヒーター６２Ｂの制御状態および出力パターンを示し、真ん中の図は、ハロゲンヒーター６２Ａの制御状態および出力パターンを示す。また、一番下の図は、定着ベルト６１の実温度の時間変化を示す。

また、図６および図７の「制御状態」における「ＯＮ」は、第１切替部６２Ｃ又は第２切替部６２Ｄのオン状態ではなく、カーボンヒーター６２Ｂ又はハロゲンヒーター６２Ａにより定着ベルト６１を加熱している状態をいう。また、「ＯＦＦ」は、第１切替部６２Ｃ又は第２切替部６２Ｄのオフ状態ではなく、カーボンヒーター６２Ｂ又はハロゲンヒーター６２Ａにより定着ベルト６１を加熱していない状態をいう。

また、図６および図７の「出力パターン」における斜線部分は、カーボンヒーター６２Ｂ又はハロゲンヒーター６２Ａが点灯状態となっていることを示し、斜線がない部分は、カーボンヒーター６２Ｂ又はハロゲンヒーター６２Ａが消灯状態となっていることを示す。

図６に示すように、アイドリング時においては、カーボンヒーター６２Ｂのみを用いて点灯制御される。そのため、ハロゲンヒーター６２Ａを常時ＯＦＦ、つまり、消灯状態となる。

制御部１０１は、定着ベルト６１の実温度がアイドリング時の制御温度（例えば、２００℃）に対して±２℃程度の範囲内の温度、つまり、上限制御温度と下限制御温度との範囲内の温度になるように制御する。例えば、時刻ｔ１において、実温度が下限制御温度以下になる際、制御部１０１は、カーボンヒーター６２ＢをＯＦＦからＯＮに切り替える。

つまり、制御部１０１は、第２切替部６２Ｄをオフからオンに切り替える。これにより、デューティー比が１００％の出力パターンに設定されたカーボンヒーター６２Ｂにより、定着ベルト６１が加熱される。

カーボンヒーター６２ＢがＯＮになった後、定着ベルト６１の実温度が徐々に上昇していき、時刻ｔ２において当該実温度が上限制御温度以上になると、制御部１０１は、カーボンヒーター６２ＢをＯＮからＯＦＦに切り替える。

つまり、制御部１０１は、第２切替部６２Ｄをオンからオフに切り替える。このような制御を繰り返すことにより、アイドリング時における定着ベルト６１の温度が制御される。

図７に示すように、印刷時においては、カーボンヒーター６２Ｂおよびハロゲンヒーター６２Ａの両方を用いて点灯制御される。この場合、印刷処理を実行するとき（時刻ｔ３）、カーボンヒーター６２Ｂおよびハロゲンヒーター６２ＡをＯＦＦからＯＮに切り替える。

カーボンヒーター６２Ｂの出力パターンは、デューティー比が１００％に設定されているが、ハロゲンヒーター６２Ａについては、実温度に応じてデューティー比が制御される。図７の例では、ハロゲンヒーター６２Ａのデューティー比は、１つの点灯サイクルを５半波とした場合の点灯時間の割合を示している。また、図７における「Ｄｕｔｙ」は、ハロゲンヒーター６２Ａのデューティー比を示している。

デューティー比の制御としては、カーボンヒーター６２Ｂおよびハロゲンヒーター６２ＡがＯＮになった時点（時刻ｔ３）では、デューティー比が６０％になるようにハロゲンヒーター６２Ａが制御される。つまり、デューティー比が６０％になるように、第１切替部６２Ｃが制御される。なお、時刻ｔ３においては、定着する際の目標温度（例えば、１９０℃）に定着ベルト６１の実温度が達していないものを例示している。

ハロゲンヒーター６２Ａを点灯させて、１つの点灯サイクルの終了時（時刻ｔ４）、定着ベルト６１の実温度が目標温度以上になった場合、次の点灯サイクルにおいて、デューティー比が４０％に変更される。時刻ｔ４からの点灯サイクルの終了時（時刻ｔ５）、定着ベルト６１の実温度が目標温度以上である場合、デューティー比は４０％に維持される。

そして、時刻ｔ５からの点灯サイクルの終了時（時刻ｔ６）において、定着ベルト６１の実温度が目標温度以下になると、デューティー比は４０％から６０％に切り替られる。このような制御が繰り返し行われることにより、印刷時における定着ベルト６１の実温度が制御される。

次に、画像形成装置１における加熱制御を実行するときの動作例について説明する。図８は、画像形成装置１における加熱制御を実行するときの動作例の一例を示すフローチャートである。図８における処理は、制御部１０１が印刷処理の実行指示を受け付けたときに実行される。

図８に示すように、制御部１０１は、印刷処理を実行するか否かを判定する（ステップＳ１０１）。なお、本制御における印刷処理を実行しないとは、定着部６０をアイドリング状態として印刷処理を待機している状態を示す。

判定の結果、印刷処理を実行しない場合（ステップＳ１０１、ＮＯ）、制御部１０１は、カーボンヒーター６２Ｂを点灯させる制御を行う（ステップＳ１０２）。当該制御は、例えば、図６に示す制御のことをいう。ステップＳ１０２の後、処理はステップＳ１０１に戻る。

一方、印刷処理を実行する場合（ステップＳ１０１、ＹＥＳ）、制御部１０１は、カーボンヒーター６２Ｂを点灯させる（ステップＳ１０３）。次に、制御部１０１は、ハロゲンヒーター６２Ａを点灯させる（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１０３およびステップＳ１０４は、略同じタイミングで行われるようにしても良い。

次に、制御部１０１は、ハロゲンヒーター６２Ａのデューティー比を制御する（ステップＳ１０５）。この制御は、例えば、図７に示す制御のことをいう。

次に、制御部１０１は、印刷処理が終了したか否かについて判定する（ステップＳ１０６）。判定の結果、印刷処理が終了していない場合（ステップＳ１０６、ＮＯ）、処理はステップＳ１０１に戻る。一方、印刷処理が終了した場合（ステップＳ１０６、ＹＥＳ）、本制御は終了する。

以上のように構成された本実施の形態によれば、アイドリング時においては、カーボンヒーター６２Ｂのみで定着ベルト６１を加熱する。

このようにすることで、アイドリング時、ハロゲンヒーター６２Ａを用いられないので、ハロゲンヒーター６２Ａの抵抗値の低さに起因する突入電流の発生を防止することができる。また、寿命が比較的短いハロゲンヒーター６２Ａがアイドリング時には使用されないので、加熱源全体としての耐久性向上に寄与することができる。

また、印刷時、ハロゲンヒーター６２Ａおよびカーボンヒーター６２Ｂの両方を用いて定着ベルト６１を加熱する。その結果、全体としてハロゲンヒーター６２Ａの電力量を低く抑えることができるので、加熱源の点灯時に発生する突入電流を低減することができる。また、応答速度の良いハロゲンヒーター６２Ａを用いることにより、印刷時において良好な点灯制御を行うことができる。

また、ハロゲンヒーター６２Ａの動作中はデューティー比を変更する制御を行うので、ハロゲンヒーター６２Ａの消灯時間が長くなることを抑制して突入電流の発生を防止するとともに端子ノイズや高調波歪みが発生することを抑制することができる。

また、カーボンヒーター６２Ｂのデューティー比を１００％に設定するので、熱効率を向上させることができる。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ 画像形成装置
６０ 定着部
６１ 定着ベルト
６２ 加熱ローラー
６２Ａ ハロゲンヒーター
６２Ｂ カーボンヒーター
６２Ｃ 第１切替部
６２Ｄ 第２切替部
６２Ｅ 交流電源
１０１ 制御部

Claims (11)

1. 用紙に画像を加熱して定着させる定着部材と、
   前記定着部材を加熱するハロゲンヒーターおよびカーボンヒーターと、
   交流電源から前記ハロゲンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第１切替部と、
   前記交流電源から前記カーボンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第２切替部と、
   アイドリング時、前記カーボンヒーターのみで前記定着部材を加熱し、印刷時、必要電力量に応じて、前記カーボンヒーターおよび前記ハロゲンヒーターにおける前記定着部材の各加熱量を変更するように前記第１切替部および第２切替部を制御する制御部と、
   を備える定着装置。
2. 前記制御部は、
   印刷時において、前記ハロゲンヒーターの電力量と、前記カーボンヒーターの電力量との和が前記必要電力量となる制御を行い、
   印刷時における前記カーボンヒーターの電力量が、前記必要電力量の範囲における下限よりも小さくなるように前記第２切替部を制御する、
   請求項１に記載の定着装置。
3. 前記制御部は、印刷時における前記カーボンヒーターの電力量が、前記ハロゲンヒーターの電力量よりも大きくなるように前記第１切替部および第２切替部を制御する、
   請求項２に記載の定着装置。
4. 前記制御部は、前記交流電源における所定個の半波を１周期とした出力パターンに基づいて、前記第１切替部および第２切替部を制御する、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 前記制御部は、印刷時において、前記定着部材の温度に応じて、前記１周期に対する前記ハロゲンヒーターの点灯時間の割合である第１デューティー比を変更する、
   請求項４に記載の定着装置。
6. 前記制御部は、前記１周期内に対する前記カーボンヒーターの点灯時間の割合である第２デューティー比を１００％に設定する、
   請求項４または請求項５に記載の定着装置。
7. 前記制御部は、印刷時における前記必要電力量が所定電力量よりも小さい場合、前記ハロゲンヒーターのみで前記定着部材を加熱するように前記第１切替部および前記第２切替部を制御する、
   請求項１〜６の何れか１項に記載の定着装置。
8. 印刷時における前記必要電力量が所定電力量よりも小さい場合とは、前記用紙の坪量が所定坪量以下の場合である、
   請求項７に記載の定着装置。
9. 印刷時における前記必要電力量が所定電力量よりも小さい場合とは、前記定着装置周囲の温度が所定温度以上の場合である、
   請求項７に記載の定着装置。
10. 前記制御部は、アイドリング時において、前記定着部材の温度に応じて、前記カーボンヒーターのオン／オフを切り替えるように前記第２切替部を制御する、
    請求項１〜９の何れか１項に記載の定着装置。
11. 用紙に画像を加熱して定着させる定着部材と、
    前記定着部材を加熱するハロゲンヒーターおよびカーボンヒーターと、
    交流電源から前記ハロゲンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第１切替部と、
    前記交流電源から前記カーボンヒーターへの電力供給のオン／オフを切り替える第２切替部と、
    アイドリング時、前記カーボンヒーターのみで前記定着部材を加熱し、印刷時、必要電力量に応じて、前記カーボンヒーターおよび前記ハロゲンヒーターにおける前記定着部材の各加熱量を変更するように前記第１切替部および第２切替部を制御する制御部と、
    を備える画像形成装置。
    

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