JP2006163183A - 定着器および定着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転体の状態に応じて最適な駆動電流を設定することができる定着器を提供する。
【解決手段】 定着モータ制御を行う際、モータ立上げ時に定着ローラの表面温度を検知し、コールドスタートであるか否かを判断し、コールドスタート時である場合、電流値１として高い駆動電流をドライバ２４に設定し、一方、定常回転時である場合、電流値２として低い駆動電流をドライバ２４に設定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、シートを挟持する回転体を駆動して回転させ、前記シート上の現像剤像を当該シートに定着させる定着器および定着方法に関する。

従来、例えば、電子写真方式あるいは静電記録方式を利用する画像形成装置で、像担持体上に形成された静電潜像を現像剤で現像して画像を得る際、加熱されたローラあるいはベルトで現像剤像を加圧して記録媒体上に定着させる定着器が知られている。

具体的に、電子写真方式の画像形成装置では、像担持体としての電子写真感光体を帯電させた後、露光して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像剤を用いて現像剤像（トナー像）として可視化し、これを記録材に転写した後、ヒータで熱せられた定着ローラ対により記録材を加圧・挟持し、現像剤を溶融して記録材に定着させることにより、永久記録画像が得られる。

ここで、定着ローラ対は、直接またはギア列を介して接続されたＤＣモータやステッピングモータにより駆動される。これらのモータは、モータドライバに接続されており、設定された駆動電流に応じたトルクで定着ローラ対を駆動する。しかし、定着ローラ対の駆動に必要なトルクは常に一定ではなく、定常回転時に比べて記録材の突入時や定着ローラのモータ立ち上げ時により高いトルクを必要とする。

特に、定着ローラが冷えた状態からのモータ立ち上げ（コールドスタート）では、ローラ表面の樹脂成分が硬化してローラ対が密着しているので、より高いトルクを必要とする。このため、コールドスタート時、モータドライバには、トルクが最も高くなるような、高めの駆動電流が予め設定されていた。

また、モータにおける異常なトルクを検知する方法として、定着ローラを駆動するモータに接続されたギア列にトルクリミッタを設け、トルクリミッタが作動した場合、異常が発生したと判断する方法が知られている（特許文献１参照）。
特開平１０−１５３９２９号公報

しかしながら、上記従来の定着器では、以下に掲げる問題があった。すなわち、定着モータ制御では、最大トルクが必要でない定常回転時にも、大きな駆動電流が設定されており、無駄な電力を消費するという問題があった。

また、定着ローラの多くは、鉄芯にゴムローラを巻いたものであるが、寿命末期に達すると、鉄芯とゴムローラとの間に空乏が生じ、ゴムローラにねじれが発生する場合があった。このような場合でも、設定された最大トルクでモータを駆動し続けるので、最後には画像形成装置内にゴム片が飛び散り、汚してしまうおそれがあった。この現象を「定着ローラめくれ」という。また、定着ローラめくれのような異常を検知するために、前述したトルクリミッタを設ける方法を採用すると、画像形成装置のコストアップに繋がっていた。

そこで、本発明は、回転体（定着ローラ）の状態に応じて最適な駆動電流を設定することができる定着器および定着方法を提供することを目的とする。また、本発明は、定着ローラめくれのような異常の発生を低コストでかつ容易に防止できる定着器および定着方法を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の定着器は、シートを挟持する回転体を駆動して回転させ、前記シート上の現像剤像を当該シートに定着させる定着器であって、前記回転体を駆動する駆動手段と、前記回転体の回転状態もしくは前記駆動手段の負荷状態を検知する状態検知手段と、前記検知された回転状態もしくは負荷状態に応じて、前記駆動手段の駆動電流を設定し、当該駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記設定される駆動電流の上限値を設定する上限値設定手段とを備え、前記駆動電流を前記上限値に制限することを特徴とする。

本発明の定着器は、シートを挟持する回転体を駆動して回転させ、前記シート上の現像剤像を当該シートに定着させる定着器であって、前記回転体の温度を検知する温度検知手段と、前記回転体を駆動する駆動手段と、前記検知された回転体の温度に応じて、前記駆動手段の駆動電流を複数の電流値のうちいずれかの値に設定する駆動電流設定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の定着方法は、駆動手段によりシートを挟持する回転体を駆動して回転させ、前記シート上の現像剤像を当該シートに定着させる定着方法であって、前記回転体の回転状態もしくは前記駆動手段の負荷状態を検知する状態検知ステップと、前記検知された回転状態もしくは負荷状態に応じて、前記駆動手段の駆動電流を設定し、当該駆動手段を制御する駆動制御ステップと、前記設定される駆動電流の上限値を設定する上限値設定ステップとを有し、前記駆動電流を前記上限値に制限することを特徴とする。

本発明の定着方法は、駆動手段によりシートを挟持する回転体を駆動して回転させ、前記シート上の現像剤像を当該シートに定着させる定着方法であって、前記回転体の温度を検知する温度検知ステップと、前記検知された回転体の温度に応じて、前記駆動手段の駆動電流を複数の電流値のうちいずれかの値に設定する駆動電流設定ステップとを有することを特徴とする。

本発明の請求項１に係る定着器によれば、前記回転体の回転状態もしくは前記駆動手段の負荷状態を検知し、前記検知された回転状態もしくは負荷状態に応じて、前記駆動手段の駆動電流を設定し、当該駆動手段を制御し、前記設定される駆動電流の上限値を設定し、前記駆動電流を前記上限値に制限するので、過剰なトルクが発生した場合にも、上限値を越えて駆動電流が設定されることがなく、異常を未然に防ぐことができる。また、過剰なトルクがかかった状態で、駆動手段により回転体を駆動し続けることによる電力消費を抑えることもできる。

また、請求項２に係る定着器によれば、コールドスタート時、より大きなトルクで駆動手段により回転体を駆動し、定常回転時、不要なトルク分の電力を低減することができる。請求項３に係る定着器によれば、回転体の寿命末期において、異常と判断された場合、上限値を越えて駆動電流が設定されることがなく、異常を継続させることを防止できる。

また、請求項４に係る定着器によれば、前記回転体の温度を検知し、前記回転体を駆動し、前記検知された回転体の温度に応じて、前記駆動手段の駆動電流を複数の電流値のうちいずれかの値に設定するので、回転体の状態に応じて最適な駆動電流を設定することができる。請求項５に係る定着器によれば、コールドスタート時、駆動手段による、より大きなトルクの回転を許容し、脱調あるいは回転不能状態になることを防止できる。また、コールドスタート時、駆動手段による、より大きなトルクで回転させ、定常回転時に不要なトルク分の電力を低減することができる。

本発明の定着器および定着方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の定着器は、画像形成装置として、電子写真方式を用いて画像を形成するレーザビームプリンタに適用される。

［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態における定着器の構成を示す図である。定着器１は、定着ローラ対１０ａ、１０ｂ、モータ１２、ハロゲンヒータ１３ａ、１３ｂ、サーミスタ１４および後述する制御ユニット２（図３参照）から構成される。

定着ローラ対１０ａ、１０ｂのうち、一方の定着ローラ１０ａは、例えばステンレス製の円筒形の鉄芯１１の表層にゴムを１０ｍｍ程度巻きつけたものである。他方の定着ローラ1０ｂは、定着ローラ１０ａと同様の構成を有し、定着ローラ１０ａの回転に従動するように適度に加圧され、定着ローラ１０ａとの間にニップ部を形成する。

モータ１２は、ギア列を介して定着ローラ対１０ａ、１０ｂに駆動力を与えるものであり、例えばステッピングモータからなる。図２はモータ１２の概略的な機構を示す図である。モータ１２の軸１２ｄには、フラグ１２ａが取り付けられている。モータ１２の回転（図中矢印ｅ）に伴ってフラグ１２ａがフォトインタラプタ１２ｂの光路（図中点線ｃ）を遮るイベントを、フォトインタラプタ１２ｂが検知することにより、モータ１２の回転周期がモニタされる。

ハロゲンヒータ１３ａ、１３ｂは、鉄芯１１を通じて定着ローラ対１０ａ、１１ｂを加熱する加熱源である。サーミスタ１４は、例えば定着ローラ１０ａの表面からの輻射熱による赤外線量を計測し、非接触に表面温度を検知する。

画像形成準備（スタンバイ）時、定着ローラ１０ａの表面温度は１８４℃を維持するように制御される。一方、画像形成時、画像形成動作開始タイミングで定着ローラ１０ａの表面温度を１９０℃に制御しておき、電子写真プロセス方式にしたがって、未定着のトナー像が上面に形成された記録材Ｐが定着ローラ対１０ａ、１０ｂのニップ部に案内されると、ニップ部における加圧および加熱によって未定着のトナーは溶融し、記録材Pの組織と結合し、搬送方向の下流側（図１の矢印ｆ方向）に向かって排出される。

図３は制御ユニット２の構成を示すブロック図である。この制御ユニット２は、ＣＰＵ２０、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２１、ＡＤ変換器２３およびドライバ２４から構成される。ＣＰＵ２０には、アドレスバスおよびデータバスを介してＲＯＭ２２およびＲＡＭ２１が接続されている。ＲＯＭ２２には、制御プログラムが書き込まれている。ＲＡＭ２１は処理を行うためのワークメモリとして使用される。ＣＰＵ２０は、定着器１の基本制御、つまり制御プログラムにしたがって定着制御を行う。

また、ＣＰＵ２０には、ＡＤ変換器２３が接続されており、サーミスタ１４のアナログ検知信号をサンプリングし、デジタル信号に変換してＣＰＵ２０への入力とする。さらに、ＣＰＵ２０には、ドライバ２４を介してモータ１２が接続されている。ドライバ２４はモータ１２を回転させるためのサブＣＰＵからなる。ＣＰＵ２０のメモリマップの所定アドレスには、ドライバ２４の設定用レジスタがマッピングされている。ドライバ２４の設定用レジスタには、初期駆動周波数、立上げカーブ（代表する７点）、駆動電流、開始および停止が設定される。ＣＰＵ２０は、予め初期駆動周波数、立上げカーブおよび駆動電流を設定用レジスタに設定した後、開始を指示すると、ドライバ２４は、この設定に基づいた駆動電流および初期駆動周波数でモータ１２の回転を開始させ、立上げカーブとして設定された、代表する７点の周波数を線形補間する周波数でモータ１２を立ち上げていく。停止時には、この逆の手順で立ち下げる。

図４は定着モータ制御における駆動電流の設定処理手順を示すフローチャートである。この処理プログラムは、前述した通り、ＲＯＭ２２に格納されており、ＣＰＵ２０によって実行される。まず、サーミスタ１４によって検知される定着ローラ１０ａの表面温度を取得する（ステップＳ１０）。検知された定着ローラ１０ａの表面温度が５０℃未満であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。５０℃未満である場合、つまりコールドスタートである場合、モータ１２の駆動電流を電流値１（例えば１．０Ａ）に設定し（ステップＳ１２）、モータ１２の駆動を開始する（ステップＳ１４）。この後、本処理を終了する。

一方、ステップＳ１１で定着ローラ１０ａの表面温度が５０℃以上である場合、つまりコールドスタートでなく、定常回転である場合、モータ１２の駆動電流を電流値２（例えば０．７Ａ）に設定し（ステップＳ１３）、ステップＳ１４でモータ１２の駆動を開始する。

このように、第１の実施形態の定着器によれば、定着モータ制御を行う際、モータ立上げ時に定着ローラの表面温度を検知し、コールドスタートであるか否かを判断し、コールドスタート時である場合、電流値１として高い駆動電流をドライバ２４に設定し、一方、定常回転時である場合、電流値２として低い駆動電流をドライバ２４に設定する。これにより、定着ローラの状態に応じて最適な駆動電流を設定することができる。したがって、コールドスタート時、より大きなトルクのモータ回転を許容し、脱調あるいは回転不能状態になることを防止できる。また、コールドスタート時、より大きなトルクでモータを回転させ、定常回転時、不要なトルク分の電力を低減できる。また、大きなトルクを発生させるときは、コールドスタート時に限定されているので、定着ローラの寿命末期において定着ローラめくれが発生しそうな場合であっても、モータが脱調もしくは回転不能となって、定着ローラめくれの発生を未然に防ぐことができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態における定着器の構成は、前記第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。第２の実施形態では、制御ユニット２は、周知のアルゴリズムによりモータ１２をフィードバック制御する。このフィードバック制御において、ＣＰＵ２０は、フォトインタラプタ１２０を用いてモータ１２の回転状態を取得する。そして、ＣＰＵ２０は、ドライバ２４に設定された駆動周波数と、フォトインタラプタ１２０を用いて検知される駆動周波数とを比較し、前者の方が高い場合、モータ１２が脱調しつつあると判断して、駆動電流の設定を増加させる。

図５は第２の実施形態における定着モータ制御処理手順を示すフローチャートである。この処理プログラムは、ＲＯＭ２２に格納されており、ＣＰＵ２０によって実行される。まず、モータ駆動電流リミットを電流値１（例えば１．２Ａ）に設定し、ＲＡＭ２１に保持する（ステップＳ２０）。初期駆動電流を電流値０（例えば０．７Ａ）に設定し（ステップＳ２１）、モータ１２の駆動を開始する（ステップＳ２２）。

この状態で前述したアルゴリズムによりモータ１２をフィードバック制御する（ステップＳ２３）。フィードバック制御の結果、電流設定値が電流値１を越えているか否かを判別する（ステップＳ２４）。電流設定値が電流値１以下である場合、ステップＳ２３に戻り、フィードバック制御を継続する。一方、電流設定値が電流値１を越えている場合、定着ローラめくれが発生するおそれのある、異常トルクであると判断し、画像形成装置の動作を緊急停止する（ステップＳ２５）。この後、本処理を終了する。

このように、第２の実施形態の定着器によれば、画像形成装置の定着モータ制御において、過剰なトルクが発生した場合にも、モータ駆動電流リミットを越えて駆動電流が設定されることがなく、異常を継続させることなく防止できる。また、過剰なトルクがかかった状態ではモータを回転し続けることによる電力消費を抑えることもできる。また、定着ローラ寿命末期で定着ローラめくれが発生しそうな場合であっても、モータ駆動電流リミットを越えて駆動電流が設定されることがなく、定着ローラめくれを未然に防ぐことができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態における定着器の構成は、前記第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。図６は第３の実施形態における定着モータ制御処理手順を示すフローチャートである。この処理プログラムは、ＲＯＭ２２に格納されており、ＣＰＵ２０によって実行される。まず、サーミスタ１４によって検知される定着ローラ１０ａの表面温度を取得する（ステップＳ３０）。検知された定着ローラ１０ａの表面温度が５０℃未満であるか否かを判別する（ステップＳ３１）。５０℃未満であると判別された場合、モータ駆動電流リミットを電流値１（例えば１．２Ａ）に設定し、ＲＡＭ２１に保持する（ステップＳ３２）。一方、ステップＳ３１で、定着ローラ１０ａの表面温度が５０℃以上であると判別された場合、モータ１２の駆動電流リミットを電流値２（例えば１．０Ａ）に設定し、ＲＡＭ２１に保持する（ステップＳ３３）。

この後、ステップＳ３４〜Ｓ３８の処理は、前記第２の実施形態におけるステップＳ２１〜Ｓ２５の処理と同じである。すなわち、初期駆動電流を電流値０（例えば０．７Ａ）に設定し（ステップＳ３４）、モータ１２の駆動を開始する（ステップＳ３５）。

この状態で前述したアルゴリズムによりモータ１２をフィードバック制御する（ステップＳ３６）。フィードバック制御の結果、電流設定値が電流値１を越えているか否かを判別する（ステップＳ３７）。電流設定値が電流値１以下である場合、ステップＳ３６に戻り、フィードバック制御を継続する。一方、電流設定値が電流値１を越えている場合、定着ローラめくれが発生するおそれのある、異常トルクであると判断し、画像形成装置の動作を緊急停止する（ステップＳ３８）。この後、本処理を終了する。

このように、第３の実施形態の定着器によれば、前記第２の実施形態と同一の効果が得られるだけでなく、コールドスタート時、より大きなトルクでのモータ回転を許容し、脱調もしくは回転不能状態になることを防止できる。また、コールドスタート時、より大きなトルクでモータを回転させ、定常回転時、不要なトルク分の電力を低減することができる。また、定着ローラ寿命末期において定着ローラめくれが発生しそうな場合、モータが脱調あるいは回転不能となるので、モータ駆動電流リミットを越えて駆動電流が設定されることがなく、定着ローラめくれを未然に防止することができる。

［第４の実施形態］
図７は第４の実施形態における制御ユニット２の構成を示すブロック図である。第４の実施形態の制御ユニット２では、前記第１の実施形態と比べ、フォトインタラプタ１２ｂが省かれ、その代わりに周知のアルゴリズムによりモータ１２の駆動電流が検知される構成となっている。つまり、ドライバ２４はモータ１２の負荷状態を駆動電流により検知する。そして、ドライバ２４は、ドライバ２４に設定された駆動電流値と、ドライバ２４により検知される駆動電流値とを比較し、後者の方が高い場合、定着ローラが寿命末期の負荷であると判断され、モータ１２を脱調させる。

このように、第４の実施形態における定着器によれば、定着モータ制御において、定着ローラの寿命末期で定着ローラめくれが発生するおそれがある場合、モータ駆動電流リミットを固定しても、簡易な定着ローラめくれ対策として、定着ローラめくれを未然に防ぐことができる。但し、この場合、コールドスタート時の負荷αと定着ローラめくれ時の負荷βの関係がα＜βと成り得る場合のみ適用可能である。

尚、本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または本実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。例えば、上記各実施形態では、定着ローラを用いてニップ部を形成する場合を示したが、定着ローラに限らず、ニップ部を形成できるものであればよく、例えばローラとベルトなどであってもよい。また、定着温度を検知する手段として、非接触のサーミスタを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、上記第２および第３の実施形態では、モータの駆動を制御する手段として、モータ１２に設けられたフラグ１２ａおよびフォトインタラプタ１２ｂからなる回転状態検知機構を用いて、モータ１２のフィードバック制御を行ったが、これに限定されるものではなく、オープン制御を行ってもよい。また、上記第３の実施形態では、駆動電流の上限値として、第１の上限値を１．２Ａ、第２の上限値を１．０Ａに設定したが、これらの表記方法に限定されるものではなく、例えば１．２Ａに対応する値を１６進数の「６０」、１．０Ａに対応する値を１６進数の「８０」とすることもできる。また、第１の上限値および第２の上限値の大きさは、これらの値に限定されるものでなく、モータの種類、サイズ等に応じて任意に設定可能であることは勿論である。

また、前記第１の実施形態において、ドライバ２４に設定される電流値は２通りであったが、３通り以上であってもよい。また、前記第３の実施形態において設定される駆動電流リミット値も、同様に２通りであったが、３通り以上であってもよい。

第１の実施形態における定着器の構成を示す図である。 モータ１２の概略的な機構を示す図である。 制御ユニット２の構成を示すブロック図である。 定着モータ制御における駆動電流の設定処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態における定着モータ制御処理手順を示すフローチャートである。 第３の実施形態における定着モータ制御処理手順を示すフローチャートである。 第４の実施形態における制御ユニット２の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 定着器
２ 制御ユニット
１０ａ、１０ｂ 定着ローラ対
１２ モータ
１２ａ フラグ
１２ｂ フォトインタラプタ
１４ サーミスタ
２０ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２４ ドライバ

Claims (7)

1. シートを挟持する回転体を駆動して回転させ、前記シート上の現像剤像を当該シートに定着させる定着器であって、
   前記回転体を駆動する駆動手段と、
   前記回転体の回転状態もしくは前記駆動手段の負荷状態を検知する状態検知手段と、
   前記検知された回転状態もしくは負荷状態に応じて、前記駆動手段の駆動電流を設定し、当該駆動手段を制御する駆動制御手段と、
   前記設定される駆動電流の上限値を設定する上限値設定手段とを備え、
   前記駆動電流を前記上限値に制限することを特徴とする定着器。
2. 前記回転体の温度を検知する温度検知手段を備え、
   前記上限値設定手段は、前記検知される温度が所定値未満である場合、前記上限値として第１の上限値に設定し、前記検知される温度が前記所定値以上である場合、前記上限値として、前記第１の上限値より小さい第２の上限値に設定することを特徴とする請求項１記載の定着器。
3. 前記駆動制御手段によって設定される駆動電流が前記上限値を越える場合、前記回転体が異常であると判断する異常判断手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の定着器。
4. シートを挟持する回転体を駆動して回転させ、前記シート上の現像剤像を当該シートに定着させる定着器であって、
   前記回転体の温度を検知する温度検知手段と、
   前記回転体を駆動する駆動手段と、
   前記検知された回転体の温度に応じて、前記駆動手段の駆動電流を複数の電流値のうちいずれかの値に設定する駆動電流設定手段とを備えたことを特徴とする定着器。
5. 前記駆動電流設定手段は、前記検知された回転体の温度が所定値未満である場合、第１の電流値に設定し、前記検知される温度が前記所定値以上である場合、前記第１の電流値より小さい第２の電流値に設定することを特徴とする請求項４記載の定着器。
6. 駆動手段によりシートを挟持する回転体を駆動して回転させ、前記シート上の現像剤像を当該シートに定着させる定着方法であって、
   前記回転体の回転状態もしくは前記駆動手段の負荷状態を検知する状態検知ステップと、
   前記検知された回転状態もしくは負荷状態に応じて、前記駆動手段の駆動電流を設定し、当該駆動手段を制御する駆動制御ステップと、
   前記設定される駆動電流の上限値を設定する上限値設定ステップとを有し、
   前記駆動電流を前記上限値に制限することを特徴とする定着方法。
7. 駆動手段によりシートを挟持する回転体を駆動して回転させ、前記シート上の現像剤像を当該シートに定着させる定着方法であって、
   前記回転体の温度を検知する温度検知ステップと、
   前記検知された回転体の温度に応じて、前記駆動手段の駆動電流を複数の電流値のうちいずれかの値に設定する駆動電流設定ステップとを有することを特徴とする定着方法。

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