JP2004013016A

JP2004013016A - 定着装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2004013016A
Application number: JP2002169139A
Authority: JP
Inventors: Tatsuyuki Miura; 三浦　達幸
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-01-15
Also published as: US6858820B2; US20030230563A1

Abstract

【課題】特開２００１―１８５３３８公報記載の技術のように、定着装置の加熱器を複数の系統に分割し、用紙やトナー像の大きさによって動作させる系統を選択する技術がある。本発明は、上記のような、加熱器を複数の系統に分割した定着装置を効果的に利用することを目的とする。
【解決手段】ウォームアップ期間中は前記複数の系統に所定の電力を分配してその電力を連続供給し、レディ状態では所定の電力を分配するのではなくそのまま、ただし各系統に代わる代わる供給する。
【選択図】　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなど、用紙に形成したトナー像を加熱定着させる定着装置およびこの定着装置を備える画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどは、記憶媒体である用紙やフィルムなどに形成されたトナー像を加熱して定着させる定着装置を備える。
【０００３】
特開２００１―１８５３３８公報記載の技術のように、定着装置の加熱器を複数の系統に分割し、用紙やトナー像の大きさによって動作させる系統を選択する技術がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、加熱器を複数の系統に分割した上記のような定着装置を効果的に利用することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００６】
本発明は、形成されたトナー像を用紙に加熱定着させる定着部材と、この定着部材を加熱する複数の系統に分かれた加熱器を備えた定着装置において、ウォームアップ期間中は前記複数の系統に所定の電力が分配されて連続供給され、レディ状態では前記所定の電力は分配されることなく前記複数の系統のそれぞれに代わる代わる供給されることを特徴とする定着装置を提供する。
【０００７】
これによって、加熱器を複数の系統に分割した定着装置を効果的に利用することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
説明に先だって、Ａ４Ｒ用紙の短辺、、Ａ３用紙の短辺をそれぞれの用紙の幅方向と定義する。また、Ａ４Ｒ用紙の長辺、Ａ３用紙の長辺をそれぞれの用紙の長さ方向と定義する。
【０００９】
図１に本実施形態の複写機１のブロック図を示す、画像形成装置たる複写機１は、原稿の画像を読み取るスキャナ部２、用紙にトナー像を形成するプリンタ部３、プリンタ部３で用紙に形成されたトナー像を用紙に加熱定着させる定着装置４、定着装置４への電力供給を制御する駆動回路７、駆動回路７やその他の複写機１の各部を所定の規則に沿って動作させるべく制御を行う制御部５、制御部５へ指示を出すための操作パネル６などで構成される。複写機１は、ここではＡ４Ｒの幅やＡ３の幅の用紙に印刷できるものとする。
【００１０】
スキャナ部２で読み取った原稿の画像を制御部５に記憶する。複数の原稿の画像を制御部５に一旦記憶したのちに、記憶した順番を並び替えてプリンタ部３へと画像を送ることもできる。
【００１１】
制御部５は、複写機１の各部へと命令を出したり、複写機１の各部の情報を取得して処理する。また、複写機１の各部の動作に必要なデータや、操作パネル６から入力された情報、スキャナ部２が読み取った原稿の画像などを記憶する。
【００１２】
駆動回路７は制御部５に接続されていて、定着装置４への電力供給を行う。
【００１３】
図２に示す定着装置４は、ヒートローラ４１と、ヒートローラ４１に対してスプリング４５によって圧接されるプレスローラ４４などで構成されている。
【００１４】
ヒートローラ４１は図３に示す概略図のように、炭素鋼やステンレス合金、アルミニウムなどの導電性材料からなる円筒の外周にフッ素樹脂をコーティングする等の耐熱離型性層を付与したスリーブ４６を持つ。このスリーブ４６が発熱して、トナー像を用紙に加熱定着させる定着部材となる。スリーブ４６の内部に、スリーブ４６を加熱させる加熱器たるコイルをスリーブ４６の内面と近接するよう配した構成となっている。
【００１５】
コイルは、中央コイル４７と端部コイル４８というように複数の系統に分割されている。
【００１６】
スリーブ４６はＡ３の幅より長めにしてある。このスリーブ４６中央の、Ａ４Ｒ幅に対応する部分を中央部と定義する。中央コイル４７は、この中央部を加熱できるようになっている。中央コイル４７が加熱できないスリーブ４６両端の部分を加熱するよう端部コイル４８が配置されている。スリーブ４６のこの部分を端部と定義する。これらコイルに駆動回路７から高周波電流を流して高周波の磁界変動を発生させ、導電性のスリーブ４６に誘導電流を起こしてジュール熱を発生させる。
【００１７】
スリーブ４６の中央部の温度を監視するため、中央温度センサ４２を設ける。また、スリーブ４６の端部の温度を監視するため、端部温度センサ４３を設ける。中央温度センサ４２と端部温度センサ４３で得たスリーブ４６の温度情報は制御部５へ送られ、制御部５は駆動回路７から中央コイル４７および端部コイル４８へ供給する電力量を制御する。
【００１８】
スリーブ４６は加熱され、例えば歯車などの伝達機構を介してモータにより所定の速度で回転される。ヒートローラ４１とプレスローラ４４の圧接部に、トナー像が現像された用紙を通過させることで、用紙にトナー像を定着させる。
【００１９】
用紙はヒートローラ４１とプレスローラ４４の圧接部の中央を通る。用紙の向きは、用紙の幅方向がヒートローラ４１と平行になる方向となる。
【００２０】
ヒートローラ４１の温度制御について、図４および図５に基いて説明する。
【００２１】
図４はＷＵ期間中のヒートローラ４１の温度制御についてのフローチャートである。
【００２２】
複写機１が一定期間使用されない場合や極端に使用頻度が減少する時間帯などには、コイルへの電力供給を停止させて省エネルギー化を図る。この状態をここではスリープモードと呼ぶ。また、スリープモードや複写機１の起動時など、スリーブ４６の中央部の温度Ｔ_Ｃおよび端部の温度Ｔ_Ｓがトナー像を定着させる温度である定着温度Ｔ_Ｆより低いときに中央コイル４７および端部コイル４８に電力供給を再開して、定着温度Ｔ_Ｆとなったレディ状態になるまでの期間をＷＵ（ウォーム・アップ）期間と呼ぶ。
【００２３】
ここではＷＵ期間およびレディ状態においてヒートローラ４１全体を加熱する際の、コイルへの電力供給に関して述べる。
【００２４】
ＷＵ期間中はスリーブ４６を全面において均一に加熱することが要求される。なぜならば、中央部と端部のうち、一方の部分が定着温度Ｔ_Ｆに達したにも関わらずもう一方の部分が未だ達しない場合、定着温度Ｔ_Ｆに達していない部分が定着温度Ｔ_Ｆに達するのを待っている間に、既に定着温度Ｔ_Ｆに達した部分の熱が逃げてしまうからである。
【００２５】
レディ状態では、中央部の温度Ｔ_Ｃおよび端部の温度Ｔ_Ｓが定着温度Ｔ_Ｆを常に保つように温度制御を行う。近年の複写機の制御はデジタル化されてきており、ヒートローラ４１の温度制御もデジタル化に対応したものの方が構造を簡単にすることができる。また、トナー像を用紙に定着させる際に用紙やトナーに熱を奪われてヒートローラ４１の温度分布は激しく変化するため、これに対抗するため急速な加熱を要する。これらの要求を満たすため、以下のような制御を行う。
【００２６】
すなわち、ＷＵ期間中は均一に加熱することが重要であり、この間は温度が上昇するだけであるから、使用できる電力を中央コイル４７と端部コイル４８に分配して、連続して供給する。
【００２７】
これに対してレディ状態においてはヒートローラ４１の急速な温度変化に対応するために、例えば使用できる電力を分配せずに中央コイル４７と端部コイル４８に供給する。ただし中央コイル４７と端部コイル４８に同時に供給するのではない。中央温度センサ４２と端部温度センサ４３の出力を所定の時間間隔で交互にみて、中央温度センサ４２が中央部の温度低下を検知しているようなら次に端部温度センサ４３の出力をみるまでの間だけ中央コイル４７に、使用できる電力を分配せずに供給する。端部温度センサ４３の出力を監視する時間がきたら中央コイル４７への電力供給を止める。端部温度センサ４３が端部の温度低下を検知しているようなら中央部温度センサ４２の出力をみる順番がまわってくるまで端部コイル４８に電力を供給する。このように中央部と端部を代わる代わる監視し、代わる代わる供給機会を与えるである。
【００２８】
このような制御の詳細について以下に述べる。
【００２９】
複写機１全体の電源切断時やスリープモードなど、ヒートローラ４１への電力供給が停止されている休止状態から、複写機１全体の電源を投入したり印刷動作を開始して複写機１のＷＵ開始（Ｓ１）となる。
【００３０】
ＷＵを開始するにあたり制御部５は駆動回路７からヒートローラ４１の中央コイル４７へ供給する電力Ｐ_Ｃおよび端部コイル４８へ供給する電力Ｐ_Ｓを、ＷＵするための電力であるＷＵ電力Ｐ_ＷＣおよびＰ_ＷＳに変更する（Ｓ２）。
【００３１】
所定の電力Ｐ_Ｍは、中央コイル４７へ供給する電力Ｐ_Ｃと端部コイル４８へ供給する電力Ｐ_Ｓを合計した値である。複写機１の他の構成要素が使用する電力との兼ね合いで所定の電力Ｐ_Ｍは変化することがある。
【００３２】
この所定の電力Ｐ_Ｍを、中央コイル４７のＷＵ電力Ｐ_ＷＣと端部コイル４８のＷＵ電力Ｐ_ＷＳに分配して供給する。
【００３３】
スリーブ４６を均一に温度上昇させて中央部と端部が同時に定着温度Ｔ_Ｆに達するようにするためには、中央温度センサ４２や端部温度センサ４３からヒートローラ４１の温度をフィードバックして中央コイル４７へ供給する電力ＰＣと端部コイル４８へ供給する電力Ｐ_Ｓの配分を変化させたり、予め中央部と端部のそれぞれについて供給電力と温度上昇の関係を実験的に求めてこれに基いて電力を分配すればよい。
【００３４】
しかし、中央コイル４７への供給電力Ｐ_Ｃに対するスリーブ４６の中央部の温度Ｔ_Ｃの上昇率が、端部コイル４８への供給電力Ｐ_Ｓに対するスリーブ４６の端部の温度Ｔ_Ｓの上昇率とほぼ同じであれば、中央コイル４７のＷＵ電力Ｐ_ＷＣと端部コイル４８のＷＵ電力Ｐ_ＷＳに、所定の電力Ｐ_Ｍを系統数で均等にわけて供給すればよくなり、駆動回路７の構成が簡単なものとなる。
【００３５】
制御部５は駆動回路７からＷＵ電力を連続して中央コイル４７と端部コイル４８へ電力供給し、スリーブ４６全体を加熱する。
【００３６】
スリーブ４６の中央部の温度Ｔ_Ｃを中央温度センサ４２が監視しており、スリーブ４６の中央部が定着温度Ｔ_Ｆに達したかどうかが判定（Ｓ３）される。
【００３７】
ここで中央部が定着温度Ｔ_Ｆに達していないと判断されたならば、中央コイル４７は、電力を供給されている状態である通電状態（Ｓ_ＷＣ＝ＯＮ）であった場合はそのまま通電状態を維持し、電力を供給されていない切断状態（Ｓ_ＷＣ＝ＯＦＦ）であった場合は通電状態にされる。（Ｓ４）
【００３８】
中央部が定着温度Ｔ_Ｆに達したと判断されると、通電状態であった場合は切断状態（Ｓ_ＷＣ＝ＯＦＦ）に、切断状態であった場合はそのまま切断状態を維持され、中央部の温度は下がっていく。（Ｓ５）
【００３９】
スリーブ４６の端部の温度Ｔ_Ｓを端部温度センサ４３が監視しており、スリーブ４６の端部が定着温度Ｔ_Ｆに達したかどうかが判定（Ｓ６）される。
【００４０】
ここで端部が定着温度Ｔ_Ｆに達していないと判断されれば、端部コイル４８は電力を供給されていない切断状態（Ｓ_ＷＣ＝ＯＦＦ）であったならば通電状態（Ｓ_ＷＳ＝ＯＮ）に、または通電状態であったならば通電状態のままになり、端部が加熱される。（Ｓ７）
【００４１】
端部が定着温度Ｔ_Ｆに達したと判断されると、端部コイル４８は通電状態であったならば切断状態（Ｓ_ＷＳ＝ＯＦＦ）に、または切断状態であったならば切断状態のままにされ、端部は温度が下がっていく（Ｓ８）。
【００４２】
中央コイル４７と端部コイル４８が共に切断状態であるかどうかが判定され（Ｓ９）、共に切断状態でなければ再び中央部の温度Ｔ_Ｃが定着温度Ｔ_Ｆに達したかどうかを判定する（Ｓ３）処理まで戻り、以上の処理が繰り返される。共に切断状態であると判断されればＷＵ期間を終了し、図５のレディ状態に移行する。制御部５は、所定の電力Ｐ_Ｍを中央コイル４７および端部コイル４８に交互に供給するよう指示を出す。指示を受けた駆動回路７は、所定の電力Ｐ_Ｍを、中央コイル４７に供給する電力Ｐ_Ｃあるいは端部コイル４８に供給する電力Ｐ_Ｓとして交互に出力することができる状態になる。（Ｓ１０）。
【００４３】
中央部の温度Ｔ_Ｃが定着温度Ｔ_Ｆより高く保たれているか低くなってしまっているかが判断され（Ｓ１１）、低くなってしまっている場合には中央コイル４７を通電状態にして（Ｓ１２）、所定の時間が経過したのち切断状態に切りかえる（Ｓ１３）。また、高く保たれていると判断された場合には通電スイッチＳ_ＷＣを切断状態のまま所定の時間を過ごす。
【００４４】
所定の時間が経過すると、こんどは端部の温度Ｔ_Ｓが定着温度Ｔ_Ｆより高く保たれているか低くなってしまっているかが判断され（Ｓ１４）、低くなってしまっている場合には端部コイル４８を通電状態にして（Ｓ１５）、所定の時間が経過したのち切断状態に切りかえる（Ｓ１６）。また、高く保たれていると判断された場合には通電スイッチを切断状態のまま所定の時間を過ごす。
【００４５】
再び中央部の温度Ｔ_Ｃを判断する処理まで戻り繰り返す。
【００４６】
以上のようにヒートローラ４１の温度制御は行われる。こうすることで、ＷＵ期間中にはヒートローラを均一に加熱することができ、レディ状態ではヒートローラ４１の部分的な温度低下に対して早急な加熱を行うことができる。
【００４７】
上記のような温度制御に以下のような制御を加えると、所定の電力Ｐ_Ｍが大きい場合でも、ＷＵ期間からレディ状態へ移行する際のヒートローラ４１の温度のオーバーシュートを防止することができる。
【００４８】
図４に示したＡとＢの間、すなわち通電スイッチＳ_ＷＣおよびＳ_ＷＳの両方または片方が切断状態となっておらずＷＵ期間が終了していないと判断された後から再びスリーブ４６の温度の判定処理に至るまでの間に、移行処理として、図６に示すような温度判定と電力変更の処理を挿入することでこの効果が得られる。
【００４９】
中央コイル４７と端部コイル４８にＷＵ電力が供給され上昇しつづけるスリーブ４６の中央部の温度Ｔ_Ｃが、中央部移行温度Ｔ_ＴＣに達したかどうかが判断される（Ｓ１７）。
【００５０】
ここで中央部移行温度ＴＴＣとは、中央コイル４７に供給される電力Ｐ_Ｃを、ＷＵ電力Ｐ_ＷＣから移行電力Ｐ_ＴＣへ切りかえるべき温度である。
【００５１】
移行電力Ｐ_ＴＣとは、ＷＵ電力Ｐ_ＷＣよりも小さい電力とする。ＷＵ電力Ｐ_ＷＣの供給の仕方と同じく連続して中央コイル４７へと供給されるが、レディ状態に移行した際に生じる温度のオーバーシュートが許容範囲となるような大きさの電力である。
【００５２】
スリーブ４６の中央部の温度Ｔ_Ｃが移行温度Ｔ_ＴＣに達したと判断される（Ｓ１７）と、供給される電力Ｐ_Ｃを移行電力Ｐ_ＴＣに切り換える（Ｓ１８）。
【００５３】
端部コイル４８へ供給する電力Ｐ_Ｓも同様に、端部の温度Ｔ_Ｓが端部移行温度Ｔ_ＴＳに達したと判断されれば（Ｓ１９）、端部コイル４８に供給する電力Ｐ_ＳをＷＵ電力Ｐ_ＷＳから移行電力Ｐ_ＴＳへと切りかえる。（Ｓ２０）。
【００５４】
このように、中央部の温度Ｔ_Ｃおよび端部の温度Ｔ_Ｓが定着温度Ｔ_Ｆに近づいたら、中央コイル４７に供給する電力Ｐ_Ｃおよび端部コイル４８に供給する電力Ｐ_Ｓを、それまで供給していたＷＵ電力Ｐ_ＷＣおよびＰ_ＷＳよりも小さい移行電力Ｐ_ＴＣおよびＰ_ＴＳに切りかえることで、温度のオーバーシュートを防ぐことができる。
【００５５】
これによって、ヒートローラ４１が定着温度Ｔ_Ｆとなった直後に、トナー像が形成された用紙をヒートローラ４１に接触させても、用紙の傷みやトナー像の過定着現象を引き起こすことなく正常なトナー像定着を早く開始することができる。
【００５６】
ヒートローラ４１のスリーブ４６や中央コイル４７、端部コイル４８の大きさについて、ここではＡ４ＲやＡ３の紙幅として説明したが、これらの紙幅に限るものではないことは言うまでもない。例えば、スリーブ４６はその複写機１で印刷できる最大の用紙幅以上の大きさとすればよい。端部コイル４８はスリーブ４６の中央部以外を全て加熱しなくてはならないわけではなく、複写機１で印刷できる最大の用紙幅をサポートできればよい。また中央コイルは、はがきサイズの用紙に対応するならばそのサイズに合わせた大きさとすればよい。他の用紙幅をサポートするのであれば、中央コイル４７で加熱する幅で足りない部分を加熱する別の追加コイルを設け、更に幅の広い用紙をサポートするには中央コイル４７と追加コイルで加熱する幅で足りない部分を加熱するさらにまた別の追加コイルを設けて系統を増やせばよい。
【００５７】
ここでは中央コイル４７、端部コイル４８のように、ＩＨ（インダクション・ヒーター）加熱方式を用いた形態について述べたが、これに限らず他の加熱手段であっても、複数の系統に分けた構成として以上のような制御を用いれば同様の効果を得ることができる。
【００５８】
ここでは用紙はヒートローラ４１とプレスローラ４４の圧接部の中央を通るとしたが、これに限らず図７のように端部に寄せてもよい。ヒートローラ１４１の構造は、スリーブ１４６の幅が小さい用紙を定着させる部分を加熱する第１コイル１４７を端部に寄せて設け、それで加熱しきれない部分を第２コイル１４８でカバーする。こうすることで、図３の端部コイル４８のように両端に設ける構造よりも簡単にすることができる。いずれにせよ、加熱手段を複数の系統に分けた構成である定着装置であればよいことは言うまでもない。
【００５９】
ここでは制御部５と駆動回路７を別の回路として記述したが、これをひとつのユニットとして実現すれば、より小さい構成とすることができる。
本実施形態は複写機についてのものとしたが、ネットワークを介してや直接に接続された外部機器から、スキャナ部で読み取る原稿の画像の代わりに画像データを取得したり操作パネル６から入力すべき情報を取得したりといったことが可能な、ＭＦＰ（マルチ・ファンクション・ペリフェラル）などにも同様に適用することが可能であることはいうまでもない。
【発明の効果】
本発明によって、加熱器を複数の系統に分割した定着装置を効果的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複写機のブロック図。
【図２】定着装置の簡略な斜視図。
【図３】ヒートローラの概略を示した断面図。
【図４】ＷＵ期間中のヒートローラの温度制御についてのフローチャート。
【図５】レディ状態のヒートローラの温度制御についてのフローチャート。
【図６】ＷＵ期間からレディ状態へのヒートローラの移行処理についてのフローチャート。
【図７】用紙がヒートローラの端部を通るようにした場合のヒートローラの概略を示した断面図。
【符号の説明】
１・・・複写機、２・・・スキャナ部、３・・・プリンタ部、４・・・定着装置、５・・・制御部、６・・・操作パネル、７・・・駆動回路、４１・・・ヒートローラ、４２・・・中央温度センサ、４３・・・端部温度センサ、４４・・・プレスローラ、４５・・・スプリング、４６・・・スリーブ、
４７・・・中央コイル、４８・・・端部コイル。

Claims

形成されたトナー像を用紙に加熱定着させる定着部材と、
この定着部材を複数の部分に分けて加熱することが可能な、複数の系統からなる加熱器を備えた定着装置において、
ウォームアップ期間中は前記加熱器の前記複数の系統それぞれに所定の電力が分配されて連続供給され、レディ状態では前記所定の電力は分配されることなく前記加熱器の前記複数の系統それぞれへ代わる代わる供給されることを特徴とする定着装置。
ウォームアップ期間中において前記加熱器の前記複数の系統それぞれへ供給される前記所定の電力は、前記複数の系統の系統数で均等にわけて供給されることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
ウォームアップ期間中において前記加熱器の前記複数の系統それぞれへ供給される前記所定の電力は、前記定着部材を均一に温度上昇させるよう分配されることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記ウォームアップ期間と前記レディ状態の間に、前記ウォームアップ期間中に供給される電力よりも小さい移行電力が前記系統に供給される期間を有することを特徴とする定着装置。
トナー像を用紙に形成するトナー像形成装置と、
このトナー像を前記用紙に加熱定着させる定着装置とを備えた画像形成装置において、
前記定着装置は、前記トナー像を前記用紙に加熱定着させる定着部材と、
この定着部材を複数の部分に分けて加熱することが可能な、複数の系統からなる加熱器を備え、
この加熱器は、ウォームアップ期間中は前記加熱器の前記複数の系統にそれぞれに所定の電力が分配されて連続供給され、レディ状態では前記所定の電力は分配されることなく前記加熱器の前記複数の系統それぞれへ代わる代わる供給されることを特徴とする画像形成装置。