JP2005202187A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、オーバーシュートの抑制が可能な定着装置及び該定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 互いに圧接された一対の回転体８１Ａ，８１Ｂと、該回転体８１Ａ，８１Ｂを加熱する加熱手段８４と、前記回転体８１Ａ，８１Ｂの温度を検知する温度検知手段８５と、前記加熱手段８４の通電を制御する加熱制御手段３２と、を有する定着装置８において、該加熱制御手段３２は、前記温度検知手段８５が検知した検知温度が目標設定温度よりも低いときに、前記加熱手段８４を所定時間通電した後、一定時間前記加熱手段の通電を行わない通電禁止時間を設けることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は回転体のオーバーシュートを防止することが可能な定着装置及び、該定着装置を有する画像形成装置に関する。

近年、画像形成装置は、電源を投入してから画像形成が可能になるまでの時間及び、省電力モードから復帰するまでの時間であるウォームアップ時間を短縮するために、定着装置の低熱容量化が図られてきた。これは、定着装置内にある回転体のうち、加熱手段によって加熱され転写紙上のトナーを溶融する加熱ローラの低熱容量化によって実現され、これによって電源の投入時や、省電力モードからの復帰時の待ち時間が大幅に短縮された。

その一方で、加熱ローラの熱容量を小さくした影響で、新たな問題点も出てきている。その一例がフリッカーであり、これを防止するためにＰＷＭ制御の半波単位で加熱手段の通電を強制的にオフにするものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平９−６１８０号公報（段落００３７、図３、図５）

加熱ローラの低熱容量化によって発生する問題には、フリッカーの他にオーバーシュートもある。

一般に定着装置は、加熱手段により加熱ローラ又は定着ベルト等を加熱し、温度検知手段が検知した加熱ローラ等の表面温度を基に、加熱手段の通電をオン・オフすることによって適切な温度になるように温度制御を行っている。

しかし、加熱ローラ等の熱容量が小さくなったことで、加熱ローラの温度変化に温度検知手段が追従できなくなっている。そのため、温度検知手段が加熱ローラの表面温度が目標設定温度に達したと検知した時には、加熱ローラの実際の表面温度は目標設定温度以上の高い温度になってしまう。このような現象をオーバーシュートといい、オーバーシュートが派生した結果、加熱ローラの周辺に配置されている分離爪やベアリング等の部材に、熱的ダメージを与えてしまい、それらの部材の寿命が低下してしまう。特許文献１はフリッカーの防止が目的であり、オーバーシュートの原因となる温度検知手段の応答性についての記述が無いため、特許文献１に記載された技術ではオーバーシュートを防止することができないと考えられる。

そこで本発明は、オーバーシュートの抑制が可能な定着装置及び該定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために請求項１記載の定着装置は、互いに圧接された一対の回転体と、該回転体を加熱する加熱手段と、前記回転体の温度を検知する温度検知手段と、前記加熱手段の通電を制御する加熱制御手段と、を有する定着装置において、該加熱制御手段は、前記温度検知手段が検知した検知温度が目標設定温度よりも低いときに、前記加熱手段を所定時間通電した後、一定時間前記加熱手段の通電を行わない通電禁止時間を設けることを特徴としている。

請求項２記載の定着装置は、前記通電禁止時間は、前記温度検知手段の熱時定数より長いことを特徴としている。

請求項３記載の画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、該像担持体に静電潜像を形成する画像書込み装置と、形成された静電潜像を現像し、トナー像を形成する現像装置と、形成されたトナー像を転写紙に転写する転写装置と、互いに圧接された一対の回転体と、該回転体を加熱する加熱手段と、前記回転体の温度を検知する温度検知手段とを有する定着装置と、を有する画像形成装置において該画像形成装置は加熱手段の通電を制御する加熱制御手段を有し、該加熱制御手段に、前記温度検知手段が検知した検知温度が目標設定温度よりも低いときに、前記加熱手段を所定時間通電した後、一定時間、前記加熱手段の通電を行わない通電禁止時間を設けることを特徴としている。

請求項４記載の画像形成装置は、前記通電禁止時間は、前記温度検知手段の熱時定数より長いことを特徴としている。

請求項１記載の定着装置は、一対の回転体・加熱手段・温度検知手段・加熱制御手段とを有している。加熱制御手段は、前記温度検知手段が検知した検知温度が目標設定温度よりも低いときに、前記加熱手段を所定時間通電した後、一定時間前記加熱手段の通電を行わない通電禁止時間を設けた制御を行う。これによってオーバーシュートが防止でき、回転体周辺に配置された部材の寿命低下の防止ができる。

請求項２記載の定着装置は、加熱制御手段に設けられた通電禁止時間は、温度検知手段の熱時定数よりも長くなっている。これによりオーバーシュートの防止がより確実に行うことができる。

請求項３記載の画像形成装置は像担持体・画像書込み装置・現像装置・転写装置・定着装置及び・加熱制御手段を有しており、定着装置は一対の回転体・加熱手段・温度検知手段とを有している。これらのうち、加熱制御手段は、温度検知手段が検知した温度が目標設定温度よりも低い場合に、回転体を一定時間加熱した後、温度検知手段が検知する温度に関わらず加熱手段の通電を行わない通電禁止時間を設けた。これによって、温度検知手段が検知する回転体表面の温度と回転体表面の実際の温度の間の差が小さくなり、オーバーシュートを防止することができる。

請求項４記載の画像形成装置は、通電禁止時間を、温度検知手段の熱時定数よりも長くなるように設定している。これによって、回転体表面の温度変化に温度検知手段が追従することができるので、オーバーシュートを防止することができる。

次に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。図１は本発明の画像形成装置の全体構成を示す模式図である。

このカラー画像形成装置１１は、タンデム型カラー画像形成装置と称されるもので、複数のローラ群により張架され、周回駆動可能に支持された無端ベルト状の中間転写ベルト７を備えており、この中間転写ベルト７の外周面に沿って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を形成する４つの画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋが縦列して配置されている。以下の説明では、カラー画像形成装置１１を基に説明をするが、本発明はモノクロ画像形成装置にも適用が可能である。

画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、それぞれ表面に潜像が形成される像担持体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを有しており、各像担持体の外周面に沿って動作順に、この像担持体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの表面をそれぞれほぼ一様に帯電する帯電装置２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、各像担持体表面上に静電潜像の書き込みを行う画像書込み装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋと、像担持体表面に形成された各潜像にトナーを転移させてトナー像を形成する現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、各像担持体表面上のトナー像を中間転写ベルト７上に転写する一次転写装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ及び、転写後の像担持体表面を清掃するクリーニング装置６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋが配設されている。

画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋによって像担持体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上に形成された各色のトナー像は、一次転写装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより回動する中間転写ベルト７上の同一位置に逐次転写されて、カラー画像が合成される。

一方、転写紙Ｐを収容する給紙カセット２０には、バネ等の付勢手段により常時その自由端が上方向に付勢される可動板２６が配置され、その上に配置される転写紙Ｐの最上位のものが給紙ローラ２１に接触するようになっている。

給紙ローラ２１に接触した転写紙Ｐはさばきローラ２１Ａによって一枚ずつ分離されて送り出され、複数の中間ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄにガイドされてレジストローラ２３まで搬送される。

転写紙Ｐはレジストローラ２３により給紙タイミングがとられて二次転写装置５Ａに搬送され、中間転写ベルト７上の合成されたカラー画像が転写紙Ｐ上に一括転写される。転写後、転写紙Ｐを曲率分離した中間転写ベルト７は、クリーニング手段６Ａにより残留トナーが除去される。

カラー画像が転写された転写紙Ｐは、搬送ガイド板３０に案内されながら、定着装置８に搬送される。そして、転写紙Ｐ上のカラー画像は定着装置８により定着処理され、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。

図２は、定着装置の構成を示す模式図である。定着装置８は加熱ローラ８１Ａと加圧ローラ８１Ｂという一対の回転体を有している。転写装置によりトナー像を転写された転写紙Ｐはトナー像を加熱ローラ８１Ａ側に向けた状態で、加熱ローラ８１Ａと加圧ローラ８１Ｂのニップ点を通過する。これによってトナー像が加熱溶融し、転写紙Ｐに定着する。トナー像が定着した転写紙Ｐは、加熱ローラ８１Ａ・加圧ローラ８１Ｂの下流にある排紙ローラ８２によって定着装置８の外部へ搬送される。トナー像を加熱溶融する時、一部のトナーは加熱ローラ８１Ａの表面に付着する。ウェブ８３は加熱ローラ８１Ａの表面に付着したトナーを除去するものである。また、一対の回転体８１Ａ，８１Ｂと排紙ローラ８２との間には、転写紙Ｐを回転体８１Ａ，８１Ｂから分離するための図示しない分離爪がそれぞれの回転体８１Ａ，８１Ｂに接するように配置されている。

加熱ローラ８１Ａの中心部分には、ハロゲンランプ又はＩＨ等による加熱手段８４が設けられており、加熱ローラ８１Ａの外側には、サーミスタ等の温度検知手段８５が設けられている。図２では温度検知手段８５は非接触型であり、加熱ローラ８１Ａからわずかに離れたところに配置されているが、接触型のものを使用することも可能である。また、加熱手段８４は加圧ローラ８１Ｂにも設けることが可能である。

図３は、本発明の画像形成装置のブロック図である。全体制御部３１は、図示しないＣＰＵ・記憶装置等を有しており、画像形成部１０（画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋを総称して画像形成部１０とする）等、画像形成装置１１内の各装置を協同的に動作させるものである。

加熱制御手段３２は、温度検知手段８５が検知した加熱ローラ８１Ａの表面の温度を基に、加熱手段８４の通電のオンオフを制御する。加熱制御手段３２は、予め設定されてる目標設定温度と、温度検知手段８５が検知した加熱ローラ８１Ａの表面温度とを比較し、表面温度が目標設定温度より低い場合には加熱手段８４をオンにして加熱ローラ８１Ａを加熱し、表面温度が目標設定温度以上であれば加熱手段８４をオフにするという制御を行う。本発明ではこのような制御を基本とし、さらに、温度検知手段８５を加熱ローラ８１Ａの温度変化に追従させるために、一定時間加熱をしたら加熱手段８４の通電をオフにし、所定時間が経過するまでオンにしない通電禁止時間を設けた制御を行う。

図４は、通電禁止時間を設けた制御の初期処理を示すフローチャートであり、図５は、通電禁止時間を設けた制御のフローチャートである。図４及び図５による制御は、画像形成処理を行っていない待機時に、加熱制御手段３２によって実行される。このように待機時にのみ行うのは、画像形成処理の最中には、転写紙Ｐが加熱ローラ８１Ａと加圧ローラ８１Ｂとのニップ点を通過する時に、転写紙Ｐによって熱が奪われ、それによって、加熱ローラ８１Ａの温度変化が緩やかになり、温度検知手段８５が加熱ローラ８１Ａの温度変化に追従できるので、従来の制御でもオーバーシュートは抑えられるという理由からである。

図４のフローチャートは、画像形成処理が終了し、画像形成装置１１が待機状態になった時、及びウォームアップ時に一度だけ実行される。実行されるとまず、通電が許可された状態かどうかを示す通電許可タイマフラグをオンにし（Ｓ１０１）、通電が禁止された状態かどうかを示す通電禁止タイマフラグをオフにする（Ｓ１０２）。続いて、通電を許可する時間を計測する通電許可タイマと、通電禁止時間を計測する通電禁止タイマをリセットする（Ｓ１０３及びＳ１０４）。そして、通電許可タイマをスタートさせる（Ｓ１０５）。

図５のフローチャートは、図４のフローチャートが実行された後に所定の周期で実行される。図５のフローチャートが実行されると、加熱制御手段３２は、温度検知手段８５が検知した加熱ローラ８１Ａの表面温度と、予め設定されている目標設定温度とを比較する（Ｓ２０１）。もし、温度検知手段８５が検知した温度が、目標設定温度以上であれば、加熱ローラ８１Ａがトナー像の定着に必要な温度に達しているので、加熱手段８４の通電をオフにする（Ｓ２０２）。

もし、温度検知手段８５が検知した温度が目標設定温度未満であれば、通電禁止タイマフラグがオンかオフかで場合分けを行う（Ｓ２０３）。図４のフローチャートによる初期処理を行った直後は、通電禁止タイマフラグはオフになっているので、通電許可タイマの値と通電許可時間との比較を行う（Ｓ２０４）。通電許可時間は、加熱ローラ８１Ａの熱容量や加熱手段８４の発熱量等を考慮して適切な値を予め設定しておく。通電許可タイマ値が通電許可時間未満であれば、加熱手段８４の通電をオンにする。既にオンになっている場合はオンの状態を保持する（Ｓ２０５）。逆に通電許可タイマの値が、通電許可時間以上になっている場合には、温度検知手段８５が検知した表面温度を加熱ローラ８１Ａの実際の表面温度に追従させるために、加熱ローラ８１Ａの加熱を一旦停止する。これは、通電許可タイマフラグをオフにし、通電許可タイマを停止する（Ｓ２０６）・通電許可タイマをリセットする（Ｓ２０７）・通電禁止タイマフラグをオンにする（Ｓ２０８）・通電禁止タイマをスタートさせる（Ｓ２０９）、そして加熱手段８４への通電をオフにする（Ｓ２１０）という一連の手順によって行われる。

Ｓ２０６からＳ２１０の処理を実行した後フローチャートは一旦終了するが、所定の時間が経過したところで再度実行される。今度はＳ２０８の処理によって通電禁止タイマフラグがオンになっているので、Ｓ２０３の条件判断で図の右側のフローに制御が分岐する。

分岐すると、まず通電禁止タイマの値と通電禁止時間とを比較し（Ｓ２１１）、通電禁止タイマ値が通電禁止時間より小さければ、Ｓ２０２で加熱手段８４をオフにする。すでにオフになっている場合はオフの状態を保つ。もし、通電禁止タイマ値が通電禁止時間以上であれば、温度検知手段８５が加熱ローラ８１Ａの温度変化に追いつき、検知した表面温度と加熱ローラ８１Ａの実際の表面温度との差がほとんどなくなっているので、加熱を再開する。すなわち、通電禁止タイマを停止し、通電禁止タイマフラグをオフにする（Ｓ２１２）・通電禁止タイマをリセットする（Ｓ２１３）・通電許可タイマフラグをオンにする（Ｓ２１４）・通電許可タイマーをスタートさせる（Ｓ２１５）、そして加熱手段８４への通電をオンにする（Ｓ２１６）という一連の処理を実行する。

以上のように、加熱制御手段３２による制御に加熱手段８４への通電を行わない通電禁止時間を設けることによって、温度検知手段８５が検知する加熱ローラ８１Ａの表面温度が実際の表面温度に近づくため、オーバーシュートを最小限に抑えることができる。

通電禁止時間は予め加熱制御手段３２に設定されているが、通電禁止時間が短いと温度検知手段８５が実際の表面温度に近づく前に加熱手段８４の通電がオンになるため、オーバーシュートを抑えることが出来ない。そのため、通電禁止時間にはオーバーシュートを抑えることが出来るような適切な値を設定する必要がある。

図６は、通電禁止時間とオーバーシュート量との関係を示すグラフである。縦軸がオーバーシュート量を示し、横軸は通電禁止時間を表している。このグラフは以下の条件で行った試験を基に作成している。すなわち、加熱ローラ８１Ａは外径３５ｍｍ・肉厚０．６ｍｍ・表層フッ素樹脂コーティングされたものを使用し、加圧ローラ８１Ｂには外径３５ｍｍ・シリコーンゴム層５ｍｍ・表層フッ素樹脂チューブを使用している。これらのローラのニップ荷重は６００Ｎであり、加熱手段８４の電力は７００ｗで０．５秒通電する毎に通電禁止時間を設けている。また、温度検知手段８５は、非接触型のサーミスタを用い、その熱時定数は０．９３秒である。

熱時定数には複数の定義の存在が知られているが、ここでは、「所定の温度に加熱した物体に、室温の温度検知手段を所定の取り付け位置に配置したときに、温度検知手段が検知した温度が『飽和検知温度−室温』の９０％のレベルに達するまでの時間」と定義した。

以上のような条件で、通電禁止時間を変えながらオーバーシュート量を測定した結果が図６のグラフである。図６で示したように、通電禁止時間が短いとオーバーシュート量も多くなり、加熱ローラ８１Ａの周囲に配置されている図示しない分離爪やベアリング等の部材に、熱的ダメージを与えてしまい、それらの部材の寿命が低下してしまう原因となる。しかし、通電禁止時間を温度検知手段８５の熱時定数である０．９３秒よりも長く設定すると、オーバーシュート量が大幅に減少することが分かった。

以上のことから、本発明の加熱制御手段３２は、通電禁止時間を温度検知手段８５の熱時定数よりも大きい値に設定するのが好ましい。

本発明の画像形成装置の全体構成を示す模式図である。 定着装置の構成を示す模式図である。 本発明の画像形成装置のブロック図である。 通電禁止時間を設けた制御の初期処理を示すフローチャートである。 通電禁止時間を設けた制御のフローチャートである。 通電禁止時間とオーバーシュート量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ 像担持体
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ 帯電装置
３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ 画像書込み装置
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ 現像装置
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ 一次転写装置
５Ａ 二次転写装置
８ 定着装置
１１ 画像形成装置
３２ 加熱制御手段
８１Ａ，８１Ｂ 回転体
８４ 加熱手段
８５ 温度検知手段
Ｐ 転写紙

Claims (4)

1. 互いに圧接された一対の回転体と、該回転体を加熱する加熱手段と、前記回転体の温度を検知する温度検知手段と、前記加熱手段の通電を制御する加熱制御手段と、を有する定着装置において、
   該加熱制御手段は、前記温度検知手段が検知した検知温度が目標設定温度よりも低いときに、前記加熱手段を所定時間通電した後、一定時間前記加熱手段の通電を行わない通電禁止時間を設けることを特徴とする定着装置。
2. 前記通電禁止時間は、前記温度検知手段の熱時定数より長いことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. トナー像を担持する像担持体と、
   該像担持体に静電潜像を形成する画像書込み装置と、
   形成された静電潜像を現像し、トナー像を形成する現像装置と、
   形成されたトナー像を転写紙に転写する転写装置と、
   互いに圧接された一対の回転体と、該回転体を加熱する加熱手段と、前記回転体の温度を検知する温度検知手段と、を有する定着装置と、を有する画像形成装置において、
   該画像形成装置は前記加熱手段の通電を制御する加熱制御手段を有し、
   該加熱制御手段は、前記温度検知手段が検知した検知温度が目標設定温度よりも低いときに、前記加熱手段を所定時間通電した後、一定時間前記加熱手段の通電を行わない通電禁止時間を設けることを特徴とする画像形成装置。
4. 前記通電禁止時間は、前記温度検知手段の熱時定数より長いことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。

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