JP2004198895A

JP2004198895A - 定着装置

Info

Publication number: JP2004198895A
Application number: JP2002369652A
Authority: JP
Inventors: Shinpei Matsuo; 信平松尾
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】端部昇温を防止し小サイズ紙におけるスループットダウンを回避する。
【解決手段】所定温度に温調した定着面を加圧回転体により回転駆動し、記録紙を狭圧搬送して定着を行う定着装置において、フアンの回転数を制御可能な送風手段と、定着面と紙搬送路とを直列に貫く風路を形成する隔壁手段と、定着面非通紙部の温度が許容温度以下となるようにプリンタステータスに応じてフアン回転数を制御するフアン回転数制御手段とを設ける。小サイズ紙の連続プリント時においても定着面非通紙部の温度上昇を抑制するもので、非通紙部昇温を防止するために行なっていたスループットダウン制御を回避できるものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば、レーザービームプリンタ等電子写真プリンタの画像形成装置によって、記録紙（記録材）上に形成したトナー像を該記録紙に定着する定着装置、特に、定着ローラ（定着回転体）の定着面を所定温度に加熱温調する温調制御手段と、前記定着ローラに加圧当接して所定速度で回転する加圧ローラ（加圧回転体）とを有し、トナー像を形成した記録紙を前記定着ローラと加圧ローラとの間で狭圧搬送して前記トナー像を該記録紙に定着する定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の定着装置においては、定着幅に対し小さい横サイズの記録紙を連続して通紙すると、通紙領域中央に配置したサーミスタにより温調制御を行うため、記録紙に熱を奪われない非通紙領域の定着面温度が上昇し、定着ローラの定着面や加圧ローラのゴム層などの定着部材の耐熱許容温度を超え定着器を破損してしまう問題があった。そこで、加熱ヒーターを紙幅方向に分割し、小サイズ紙を通紙する場合は中央部のみの加熱ヒーターに通電し端部の昇温を防止する定着制御手段が構成されていた。
【０００３】
近年、カラーレーザービームプリンタ等のカラー電子写真プリンタにおいては、複数色のトナーを十分に溶かし色再現性、グロス制御性を確保するため、シリコンゴム層を追加し弾性を持たせた定着面を、白黒に比べ高い温度に温調し高い圧力で定着する必要がある。このカラー用定着器としては、定着部材の熱容量を増加させることを必要とするため、定着温度に到達するまで時間がかかるので、定着面のみを直接加熱し、温度の早い立ち上がりが得られる電磁誘導加熱方式が提案されている。
【０００４】
図８は前記電磁誘導加熱方式を採用した定着器を説明する横断面図である。また、図９は前記図８の用紙進入方向より見た構成と配置を説明する透視図である。また、図１０は前記図８の定着器の磁力線分布と発熱分布を説明する動作説明図である。
【０００５】
以降に電磁誘導加熱定着器の構成を図８〜１０を用いて説明する。図において、１００１は定着スリーブ（定着回転体）であり、テフロン（登録商標）よりなる離型層をシリコンゴム層を介して貼り付けた磁性金属チューブを、耐熱樹脂よりなるホルダ１００２の周りに回転可能に配設している。１００３は定着スリーブ１００１に圧接させた加圧ローラ（加圧回転体）であり、駆動軸１００４を駆動ギア１１０３を介して駆動モータ１００５で回転させることにより、定着スリーブ１００１を回転駆動する。
【０００６】
ホルダ１００２の内部にはフェライトコア１０１０と励磁コイル１００８を配置し、加圧バネ１１０１によりガイド１１０２、加圧ステー１００９、ホルダ１００２、摺動板１００６を介して加圧ローラ１００３に圧力を加えている。
【０００７】
１０１１、１０１３はサーミスタであり、サーミスタバネ１０１２、１０１４により定着スリーブ１００１に内接摺動し定着面の温度を検出している。サーミスタ１０１１は通紙域中心に配置し、温調制御に使用する。サーミスタ１０１３は通紙域端部に配置し、非通紙部の昇温監視に使用する。
【０００８】
１２０１は励磁コイル１００８に高周波電流を通電した時の磁力線分布である。１２０２は前記磁力線１２０１により定着スリーブ１００１上に誘起された渦電流分布を表す。１２０３は前記渦電流１２０２により定着スリーブ１００１上に発生した抵抗損失によるジュール熱分布を説明する図である。このように定着スリーブ１００１上に発生する熱は励磁コイル１００８を定着スリーブ１００１に投影した渦電流分布１２０２に沿って発生し、前記サーミスタ１０１１により温調制御する。
【０００９】
従って、定着動作は駆動モータ１００５により定着スリーブ１００１を回転駆動し、サーミスタ１０１１により定着スリーブ中央部の温度を検出し、温調加熱した定着面を摺動板１００６部に送り出し、熱と圧力により定着を行うよう構成していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平０８−０２２２０６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例の電磁誘導加熱方式においては、磁力線を導くフェライトコア１０１０とその周りに巻いた励磁コイル１００８からなる磁気回路がヒータの機能を担うため、与えられたスペースに対して励磁コイル１００８の占積率と配置、昇温、更にコストまで考慮すると、磁気回路の分割は非常に困難である。
【００１１】
従って、定着器を保護するため、小サイズ紙を連続通紙する場合には、サーミスタ１０１３により非通紙部の昇温を監視し、所定許容温度を超えた場合、給紙のピックアップ間隔を伸ばし、非通紙部の定着面温度が許容温度を超えないよう制御手段を構成し、スループットを落とさなければならない課題があった。
【００１２】
本発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたもので、小サイズ紙の連続プリントにおけるスループットダウン防止を図った定着装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、定着回転体と、この定着回転体の定着面を所定温度に加熱温調する温調制御手段と、前記定着回転体に加圧当接して所定速度で回転する加圧回転体とを有し、トナー像を形成した記録材を、前記定着回転体と加圧回転体との間で狭圧搬送して前記トナー像を前記記録材に定着する定着装置において、ファンの回転数を制御可能な送風手段と、前記送風手段と前記定着面および前記記録材搬送路とを直列に貫く風路を形成する隔壁手段と、定着面非通材部の温度が許容温度以下となるようにプリンタステータスに応じてファン回転数を制御するファン回転数制御手段とを備えたことを特徴とする定着装置である。
【００１４】
ここで、「直列」とは、電気的表現で、エアーフローを回路における電流と見立てた場合、送風手段と定着面と記録材搬送路の各３者が順番に関わらず直列に配置されていればよいと言う意味である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面について説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１のハードウェア構成を説明する概略構成図である。また、図２は、前記図１の定着風路構成を説明する風路断面図。また、図３は、図１の定着風路構成を説明する風路上面視図である。なお、前記従来例説明と同一機能を有する構成は、同一番号を付し重複説明を省略する。
【００１７】
１０１は定着ダクト（隔壁手段）であり、定着ユニット１０２に接して配置し、図２及び図３に示したようにＤＣファンモータ（送風手段）１０５により吸気した空気を加圧ローラ１００３、通紙パス、定着スリーブ１００１、定着排気窓１１３の順に通す風路を形成している。
【００１８】
前記定着ダクト１０１の機能として、記録紙１０１５が通過中は１１０で示されるエアーフローを作り、非通紙部の加圧ローラ表面と定着スリーブ表面に気流を集中させ、通紙部に比較して選択的に冷却するよう講じたものである。
【００１９】
１０３は画像形成ユニットであり、給紙ユニット１０４より給紙した記録紙に付図示の電子写真プロセスによりトナー像を形成し、定着ユニット１０２に送り、定着した後排出口１１５より排出する。１０６はＤＣファン制御ユニットであり、ＣＰＵ（温調制御手段、ファン回転数制御手段）１０７から出力された電圧に応じた回転数にＤＣファンモータ１０５をドライブする。１０８はインバータ電源であり、ＣＰＵ１０７からの電力制御信号１１７とインバータオン信号１１８に応じて励磁コイル１００８に高周波電力を供給する。
【００２０】
１０９は給紙モータであり、ＣＰＵ１０７からの指令に従い給紙ローラ１１６を駆動し、給紙カセット１１４から一枚給紙する。１１２はカセットサイズ検知スイッチであり、給紙カセット１１４にある紙サイズをＣＰＵ１０７に伝達する。１１１は基準抵抗であり、サーミスタ１０１１，１０１３の出力を分圧し、電圧に変換してＣＰＵ１０７に入力する。
【００２１】
図４は、前記図１〜３のハードウエア構成におけるソフトウエア定着制御構成を説明するフローチャート図である。以後、制御構成を図４のフローチャートに沿って説明する。
【００２２】
ＣＰＵ１０７は、電源投入またはジャム処理ドアクローズにより、ステップ４０１より始まる定着イニシャル処理シーケンスを開始する。まず、定着モーターを回転させ、定着スリーブを回転させるとともにウォームアップ目標温度を設定し、定着ヒーターをオンさせ、ヒーターを最大電力で駆動する（４０２、４０３、４０４）。
【００２３】
定着ウォームアップレディ温度に到達するしたかを判断し（４０５）、ＹＥＳになると、目標温度をスタンバイ温度に設定し（４０６）、プリンタレディ信号を送出するとともに定着モータを停止させ、プリント要求受信迄スタンバイ温調を行う（４０７、４０８、４０９）。
【００２４】
次いで、ホストよりプリント要求を受信したかを判断し（４１０）、ＹＥＳになると、ＣＰＵ内蔵タイマをスタートさせるとともに、定着モータを駆動し、温調目標温度にプリント目標温度を設定し、プリント立上げシーケンスを開始する（４１１,４１２,４１３）。
【００２５】
ステップ４１１でスタートしたタイマにより、定着立上げレディ判定タイミングに到達したかを判断し（４１４）、ＹＥＳになると、定着立上げレディ判定温度に到達しているか否かを判断し（４１５）、到達した場合（ＹＥＳ）、用紙をピックアップし、画像形成シーケンスを開始する（４１６）。
【００２６】
次いで、定着ニップ到達タイミングになったかを判断し（４１７）、ＹＥＳになると、カセットサイズ検知スイッチにより用紙サイズを検出し、ＣＰＵ１０７内に設けられた図示しないＲＯＭ領域に書き込んだテーブルを参照し、検出サイズに対応するファン回転数を設定する（４１８、４１９，４２０）。用紙が定着ニップに到達し、定着を行い、後端が定着ニップを抜けるタイミングになったかを判断し、ＹＥＳになると、ファンを停止する（４２１，４２２，４２３）。
【００２７】
そして、次ページが存在する場合、つまり、連続プリントかを判断し（４２４）、ＹＥＳの場合は、ステップ４１６からの給紙動作からステップ４２４までを繰り返し、次ページが存在しない場合ステップ４０６に戻りスタンバイ待機する。
【００２８】
以上の制御により、ＲＯＭ領域に書き込んだテーブルに記録したファン回転数は、各記録材サイズで決まる非通紙部風路断面の単位断面積当たりの風量が一定となるように決定したことにより、用紙が定着ニップに到達するタイミングに合わせて設定用紙サイズの非通紙部風路断面において、単位断面積当たり一定の風量を非通紙部加圧ローラ及び定着スリーブに流すことができ、非通紙部を適度に冷却するよう作用せしめたものである。
【００２９】
（実施例２）
図５は、本発明の実施例２のソフトウエア定着制御構成を説明するフローチャート図である。なお、ハードウエア構成は前記実施例１の図１〜３の説明と同一であり重複説明を省略する。
【００３０】
この実施例２の特徴として、前記実施例１では定着器の冷却はプリント第１枚目から行ったのに対し、この実施例２ではプリント枚数に応じて冷却を行うように制御手段を構成したものである。
【００３１】
以降、制御手段の構成を図５のフローチャートに沿って説明する。
【００３２】
ＣＰＵ１０７は、前記の実施例１と同様、電源投入またはジャム処理ドアクローズにより、ステップ４０１より始まる定着イニシャル処理シーケンスを開始する。まず、定着モーターを回転させ、定着スリーブを回転させるとともにウォームアップ目標温度を設定し、定着ヒーターをオンさせ、ヒーターを最大電力で駆動する（４０２、４０３、４０４）。
【００３３】
定着ウォームアップレディ温度に到達したかを判断し（４０５）、ＹＥＳになると、目標温度をスタンバイ温度に設定し（４０６）、プリンタレディ信号を送出するとともに定着モータを停止させプリント要求受信迄スタンバイ温調を行う（４０７、４０８、４０９）。
【００３４】
次いで、ホストよりプリント要求を受信したかを判断し（４１０）、ＹＥＳになると、ＣＰＵ内蔵タイマをスタートさせるとともに、プリント枚数カウンタをリセットする（４１１,５０１）。次に、定着モータを駆動し、温調目標温度にプリント目標温度を設定し、プリント立上げシーケンスを開始する（４１２,４１３）。
【００３５】
ステップ４１１でスタートしたタイマにより定着立上げレディ判定タイミングに到達したかを判断し（４１４）、ＹＥＳになると、定着立上げレディ判定温度に到達しているか否かを判断し（４１５）、到達してＹＥＳの場合、用紙をピックアップし、プリント枚数カウンタをインクリメントし、画像形成シーケンスを開始する（４１６、５０２）。
【００３６】
次いで、プリント枚数カウンタが２０枚未満かを判断し（５０３）、ＹＥＳの場合、ステップ４２１に制御を移し、ファン回転制御ステップ４１７から４２０をスキップする。プリント枚数カウンタが２０枚以上の場合、次ステップ４１７に進み、定着ニップ到達タイミングになったかを判断し、ＹＥＳになると、カセットサイズ検知スイッチにより用紙サイズを検出し、ＲＯＭ領域に書き込んだテーブルを参照し、検出サイズに対応するファン回転数を設定する（４１７、４１８、４１９，４２０）。
【００３７】
用紙が定着ニップに到達し、定着を行い、後端が定着ニップを抜けるタイミングになったかを判断し、ＹＥＳになるとファンを停止する（４２１，４２２，４２３）。そして、次ページが存在する場合、つまり、連続プリントかを判断し（４２４）、ＹＥＳの場合、ステップ４１６からの給紙動作からステップ４２３までを繰り返し、次ページが存在しない場合、ステップ４０６に戻りスタンバイ待機する。
【００３８】
以上説明したように、プリント枚数が２０枚未満の場合には、ファン冷却を行わないよう制御手段を構成せしめたものである。これにより、非通紙部の昇温が許容温度以上に上がらない２０未満のプリントにおいて、定着器を冷却し無駄な電力を消費と騒音を防止したものである。
【００３９】
（実施例３）
図６は、本発明の実施例３のソフトウエア定着制御構成を説明するフローチャート図である。また、図７は前記図６のフローチャート図のサブルーチン構成を説明するフローチャート図である。なお、ハードウエア構成は前記実施例１の図１〜３の説明と同一であり、実施例１の説明と同一機能を有する構成は、同一番号を付して重複説明を省略する。
【００４０】
この実施例３の特徴は、非通紙部のファン回転数の決定を、非通紙部に配した端部サーミスタ（端部温度検出手段）１０１３の検出値により行ったことにある。ステップ４０１からステップ４１７は及びステップ４２１から４２４までは前記実施例１の説明に同じであり重複説明を省略する。
【００４１】
ステップ６０１はファン回転数制御サブルーチンであり、図７に示すフローチャートの制御により決定した回転数でファンを駆動する。以降に端部サーミスタによるファン回転数決定制御構成を図７フローチャートに沿って説明する。
【００４２】
ＣＰＵ１０７はファン回転数決定ルーチンが起動すると、予め決めたイニシャル速度に設定し、定着器を冷却する（７０１，７０２）。次に端部サーミスタの温度と定着温調目標温度を読み取る（７０３，７０４）。
【００４３】
端部サーミスタの温度が温調目標温度を１０℃以上上回ったかを判断し、ＹＥＳの場合は、ファンの回転数を１０％増速し、ステップ７０３に制御を移す（７０５，７０６）。端部サーミスタの温度が温調目標温度を下回ったかを判断し、ＹＥＳの場合は、ファンの回転数を１０％減速し、ステップ７０３に制御を移す（７０７，７０８）。また、端部サーミスタの温度が温調目標温度から+１０℃以内の場合、ファンの回転数を保持したまま、ステップ７０３に制御を移す（７０７）。
【００４４】
これらの制御により、非通紙部温度を温調目標温度から+１０℃以内の範囲に収束制御するよう制御手段を作用せしめたものである。
【００４５】
本発明の様々な例と実施例が示され説明されているが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるのではなく、本願特許請求の範囲に全て述べられてた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。
【００４６】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００４７】
［実施態様１］定着ローラと、この定着ローラの定着面を所定温度に加熱温調する温調制御手段と、前記定着ローラに加圧当接して所定速度で回転する加圧搬送ローラとを有し、トナー像を形成した記録材を、前記定着ローラと加圧搬送ローラとの間で狭圧搬送して前記トナー像を該記録材に定着する定着装置において、ファンの回転数を制御可能な送風手段と、前記送風手段と定着面と記録材搬送路とを直列に貫く風路を形成する隔壁手段と、定着面非通紙部の温度が許容温度以下となるようにプリンタステータスに応じてファン回転数を制御するファン回転数制御手段とを備えたことを特徴とする定着装置。
【００４８】
［実施態様２］ファン回転数制御手段は、設定した記録材サイズを検出する記録材サイズ検知手段と、記録材サイズに応じたファン回転数を記録するテーブル記録手段とを有し、紙サイズ検知手段検知紙サイズに対応したファン回転数をテーブル記録手段より読出し設定することを特徴とする実施態様１に記載の定着装置。
【００４９】
［実施態様３］テーブル記録手段に記録したファン回転数は、各記録材サイズで決まる非通紙部風路断面の単位断面積当たりの風量が一定となるように決定したことを特徴とする実施態様２に記載の定着装置。
【００５０】
［実施態様４］定着ファン回転数制御手段は、定着通紙タイミングを検出する定着シーケンス判定手段により、定着ニップに用紙がないことが判定された時は、ファンの回転を低下ないしは停止したことを特徴とする実施態様１から３のうちの何れか１項に記載の定着装置。
【００５１】
［実施態様５］定着ファン回転数制御手段は、定着通紙タイミングを検出する定着シーケンス判定手段により、スタンバイ温調中であることが判定された時は、ファンの回転を停止したことを特徴とする実施態様４に記載の定着装置。
【００５２】
［実施態様６］定着ファン回転数制御手段は、定着通紙タイミングを検出する定着シーケンス判定手段により判定した連続プリント枚数に応じて、ファン回転数を段階的に増速したことを特徴とする実施態様１から５のうちの何れか１項に記載の定着装置。
【００５３】
［実施態様７］定着ファン回転数制御手段は、通紙域端部の定着面温度を検出する端部温度検出手段の検出温度に応じて、ファン回転数を制御して定着面温度を定着許容温度以下に抑制する温度フィードバック制御手段よりなることを特徴とする実施態様４に記載の定着装置。
【００５４】
［実施態様８］温度フィードバック制御手段は、予め設定した定着許容温度と端部温度検出手段の検出温度の差分値をファン回転数制御入力にフィードバックすることを特徴とする実施態様７に記載の定着装置。
【００５５】
ここで、上記において「定着シーケンス判定手段」は具体的には図１のハードウエア構成１０７ＣＰＵと、そのソフトウエア構成である図４のステップ４１１、４２２、４２３よりなるファン停止制御構成とステップ４１７、４１８、４１９、４２０よりなるファン回転数再設定制御構成とにより構成されている。
【００５６】
また、「温度フィードバック制御手段」は具体的には図１のハードウエア構成の１０１３サーミスタから入力した端部温度情報を１０７ＣＰＵに入力し、１０６ＤＣファン制御ユニットを通じて１０５ＤＣファンモータを制御するハード構成において、１０７ＣＰＵのソフトウエア構成である図６のステップ６０１により起動する図７のステップ７０１〜７０８よりなるファン回転数決定ルーチンを実行することにより、端部が温度上昇すると風量を増し冷却する温度フィードバック制御手段が構成されている。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、トナー像を形成した記録材を、定着ローラと加圧搬送ローラとの間で狭圧搬送して前記トナー像を該記録材に定着する定着装置において、ファンの回転数を制御可能な送風手段と、前記送風手段と定着面と記録材搬送路とを直列に貫く風路を形成する隔壁手段と、定着面非通紙部の温度が許容温度以下となるようにプリンタステータスに応じてファン回転数を制御するファン回転数制御手段とを備えて構成したので、小サイズ紙の連続プリント時において、定着面非通紙部の温度を抑制するため行っていたスループットダウン制御を行わなくても、定着面非通紙部昇温を防止し、定着面を保護できる。よって、発熱領域を分割制御し非通紙部昇温を軽減するヒーター分割方式の構成が困難であった電磁誘導加熱方式の定着装置において、特に有効であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のハードウェア構成を説明する概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１の定着風路構成を説明する風路断面図である。
【図３】本発明の実施例１の定着風路構成を説明する風路上面視図である。
【図４】本発明の実施例１のソフトウエア定着制御構成を説明するフローチャート図である。
【図５】本発明の実施例２のソフトウエア定着制御構成を説明するフローチャート図である。
【図６】本発明の実施例３のソフトウエア定着制御構成を説明するフローチャート図である。
【図７】図６のフローチャート図のサブルーチン構成を説明するフローチャート図である。
【図８】従来の電磁誘導加熱方式を採用した定着器の横断面を説明する横断面図である。
【図９】図８の用紙進入方向より見た構成と配置を説明する透視図である。
【図１０】図９の定着器の磁力線分布と発熱分布を説明する動作説明図である。
【符号の説明】
１０１定着ダクト（隔壁手段）、１０２定着ユニット、１０３画像形成ユニット、１０４給紙ユニット、１０５ＤＣファンモータ（送風手段）、１０６ＤＣファン制御ユニット、１０７ＣＰＵ（温調制御手段、ファン回転数制御手段）、１０８インバータ電源、１０９給紙モータ、１１０エアーフロー、１１１基準抵抗、１１２カセットサイズ検知スイッチ、１１３定着排気窓、１１４給紙カセット、１１５排紙口、１１６給紙ローラ、１１７電力制御信号、１１８インバータオン信号、４０１〜４２４フローチャートステップ（第１実施例説明文中記載）、５０１〜５０３フローチャートステップ（第２実施例説明文中記載）、６０１フローチャートステップファン回転制御サブルーチン（第３実施例説明文中記載）、７０１６０１サブルーチンのフローチャートステップ（第３実施例説明文中記載）、１００１定着スリーブ（定着回転体）、１００２ホルダ、１００３加圧ローラ（加圧回転体）、１００４駆動軸、１００５駆動モータ、１００６摺動板、１００７トナー、１００８励磁コイル、１００９加圧ステー、１０１０フェライトコア、１０１１サーミスタチップ、１０１２サーミスタバネ、１０１３サーミスタチップ（端部温度検出手段）、１０１４サーミスタバネ、１０１５記録紙、１１０１加圧バネ、１１０２ガイド、１１０３駆動ギア、１２０１磁力線分布、１２０２渦電流分布、１２０３ジュール熱分布。

Claims

定着回転体と、この定着回転体の定着面を所定温度に加熱温調する温調制御手段と、前記定着回転体に加圧当接して所定速度で回転する加圧回転体とを有し、トナー像を形成した記録材を、前記定着回転体と加圧回転体との間で狭圧搬送して前記トナー像を前記記録材に定着する定着装置において、ファンの回転数を制御可能な送風手段と、前記送風手段と定着面と記録材搬送路とを直列に貫く風路を形成する隔壁手段と、定着面非通紙部の温度が許容温度以下となるようにプリンタステータスに応じてファン回転数を制御するファン回転数制御手段とを備えたことを特徴とする定着装置。