JP2006171474A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体Ｐの種類にかかわらず常時安定した定着温度制御を行うことを可能とする。
【解決手段】 記録媒体Ｐが熱定着手段９１を通過するときの定着電力供給手段２１による電力供給量を定着温度検出手段９５による検出温度に基づいて、通常定着制御、固定定着制御または限定定着制御を記録媒体の種類に応じて切り替えるように構成したことによって、記録媒体が熱定着手段を通過しているときの電力供給量を直ちに増大させることを可能として通紙時における熱定着手段９１を適切な加熱温度に維持させるように構成したもの。
【選択図】 図２

Description

本発明は、未定着画像の熱定着手段に対する電力供給動作を制御する定着制御手段を備えた定着装置および画像形成装置に関する。

一般に、複写機やファクシミリ、またはプリンタなどのような電子写真方式を採用した各種画像形成装置においては、均一に帯電された感光ドラム等の像担持体に対して画像パターンに応じた露光処理が施され、それにより像担持体上に形成された静電潜像に対し、現像装置内において静電荷が与えられた有彩色の微粉体である現像剤（トナー）が供給されて静電潜像の現像が行われ可視像化されたトナー画像が形成される。その像担持体上に形成されたトナー画像は、転写領域における静電転写プロセスによって記録媒体上に転写されてから定着装置に送り込まれ、その定着装置に設けられたハロゲンヒータ等を熱源とする熱ローラやセラミックヒータ等を熱源とする加熱フィルムなどを有する熱定着手段の加熱作用によって固定される。

このような定着装置の熱定着手段には、交流電源等からなる定着電力供給手段から適宜の電力が供給されるが、その熱定着手段における加熱温度は、エンジンコントローラ等の定着制御手段によって制御されている。すなわち、上記定着制御手段には、定着温度設定手段により加熱目標温度が設定されているが、一方でサーミスタ感温素子等からなる定着温度検出手段により実際の加熱温度が検出されており、実際に検出された加熱温度が加熱目標温度と比較されて、その判定結果に基づいて熱定着手段に付設されたトライアック等のスイッチング制御素子が周波数制御または位相制御によりオン・オフされる。これによって、熱定着手段に付設された定着電力供給手段の電力供給量が適宜に制御され、熱定着手段の加熱温度が加熱目標温度に維持されるようになっている。

このような熱定着手段に対する一般の定着温度制御としては、例えば下記特許文献１のような比例（Proportional）制御と積分（Integral）制御とを実行するＰＩ制御や、比例（Proportional）制御と積分（Integral）制御に加えて微分（Differential）制御を実行するようにしたＰＩＤ制御などが採用されている。

しかしながら、一般の定着装置で行われている加熱温度制御動作においては、通紙時と紙間時とで必要とする電力に差がある。つまり、記録媒体が定着装置を通過する前の段階においては、加熱温度が目標値に到達して十分に温まった状態となっていることから電力供給がオフになっている割合が大きくなっている。そして、そのような加熱状態下で通紙された記録媒体が「葉書」などのような紙厚が厚いものである場合には、熱定着手段からの熱が記録媒体側に奪われてしまい、温度低下が顕著になってしまう。このような温度低下に対しては、当然に昇温させる方向の定着温度制御が実行されることとなるが、実際には昇温が間に合わず適切な加熱温度が得られなくなることがある。

特開２００１−３１８５６０公報

そこで本発明は、記録媒体の種類にかかわらず常時安定した定着温度制御を行うことができるようにした定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の請求項１にかかる定着装置では、記録媒体上に形成された未定着画像を加熱作用により固定させる熱定着手段と、その熱定着手段による加熱温度を検出する定着温度検出手段と、前記熱定着手段に電力を供給する定着電力供給手段と、当該定着電力供給手段における電力供給動作を制御する定着制御手段とを備えた定着装置において、前記定着制御手段は、記録媒体が前記熱定着手段を通過するときの前記定着電力供給手段による電力供給量を前記定着温度検出手段による検出温度に対応して制御する通常定着制御と、前記定着温度検出手段による検出温度とは無関係な固定値として制御する固定定着制御とを前記記録媒体の種類に応じて切り替える構成になされている。

また、本発明の請求項２にかかる定着装置では、記録媒体上に形成された未定着画像を加熱作用により固定させる熱定着手段と、その熱定着手段による加熱温度を検出する定着温度検出手段と、前記熱定着手段に電力を供給する定着電力供給手段と、当該定着電力供給手段における電力供給動作を制御する定着制御手段とを備えた定着装置において、前記定着制御手段は、記録媒体が前記熱定着手段を通過するときの前記定着電力供給手段による電力供給量を前記定着温度検出手段による検出温度と対応して制御する通常定着制御と、前記定着温度検出手段による検出温度に対応するが前記電力供給量に下限値を設定して制御を行う限定定着制御と、を前記記録媒体の種類に応じて切り替える構成になされている。

このような構成を有する本発明にかかる定着装置によれば、記録媒体が熱定着手段を通過しているときの電力供給量を直ちに増大させることが可能となり、それによって通紙時における熱定着手段が適切な加熱温度に維持され、定着加熱温度の低下が防止されるようになっている。

このように本発明は、記録媒体が熱定着手段を通過するときの定着電力供給手段による電力供給量を定着温度検出手段による検出温度に対応して制御する通常定着制御、検出温度とは無関係な固定値とする固定定着制御と、または定着温度検出手段による検出温度と対応するが下限値を有する限定定着制御を記録媒体の種類に応じて切り替える行うように構成したことによって、記録媒体が熱定着手段を通過しているときの電力供給量を直ちに増大させることを可能として通紙時における熱定着手段を適切な加熱温度に維持させるように構成したものであるから、記録媒体の種類にかかわらず常時安定した定着温度制御を行うことができ、定着装置および画像形成装置の画像品質を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明することとするが、それに先立って、本発明を適用する画像形成装置としてのレーザービームプリンタの概略構造の一例を説明しておく。

図１に示されているレーザービームプリンタは、装置本体Ｍにより回転自在に支持された像担持体としての感光ドラム１を備えている。この感光ドラム１は、図示を省略した駆動手段によって矢印方向に適宜のプロセススピードで回転駆動されるように構成されており、その感光ドラム１の周囲には、矢印回転方向に沿ってほぼ順に、当該感光ドラム１の表面を均一に帯電させる帯電装置としての帯電ローラ２、静電潜像を形成するための露光手段であるレーザースキャナ３、静電潜像を顕像化してトナー像を形成する現像装置４、記録媒体Ｐに感光ドラム１上のトナー像を転写する転写装置としての転写ローラ５、感光ドラム１上に残留する未転写トナーを回収するクリーニング装置６がそれぞれ配置されている。

一方、上述した装置本体Ｍの図示右端部分には、紙等のシート状の記録媒体Ｐを収納した給紙カセット７が着脱可能に装着されており、その給紙カセット７の装着側端部分には記録媒体Ｐを繰り出す給紙ローラ７ａが設けられているとともに、その給紙ローラ７ａから前記転写ローラ５が配置された転写領域に至る搬送路の途中位置にレジストローラ８が配置されている。さらに、上記転写ローラ５が配置された転写領域から延出する搬送路の延出端部分には、記録媒体上の未定着トナー像を加熱作用により固定する定着装置９が配置されている。

さらにまた、上記装置本体Ｍには、画像形成動作等を制御する制御基板（図示省略）が取り付けられていて、その制御基板内に設けられた定着制御手段を含む画像形成制御手段としてのエンジンコントローラ１１によって各画像形成工程が制御されている。すなわち、上述したような構成を有するレーザービームプリンタにおいては、図示を省略した駆動手段によって矢印方向に回転駆動されている感光ドラム１の表面が、帯電ローラ２によって所定の極性および所定の電位に一様に帯電され、その一様に帯電された感光ドラム１の表面に対して、外部装置１２からビデオコントローラ１３を介して受信される画像情報（画像信号ＶＤＯ）が変調された画像ビームＬが、露光手段であるレーザースキャナ３から照射され、その画像ビームＬの露光部分に対応する電荷が除去されて感光ドラム１の表面上に静電潜像が形成される。この感光ドラム１の表面上に形成された静電潜像は、現像装置４により現像されて顕像化されてトナー画像が得られる。前記現像装置４は、例えばアルミローラ表面にカーボンをコートした現像スリーブ４ａと、トナーを収納するトナー室４ｂとを備えている。

一方、本実施形態における定着装置９には、図２に示されているような周知のテンションレスタイプの加熱フィルム方式の熱定着手段が設けられている。本図において、符号９１は加熱体としてのセラミックヒータを示しているとともに、符号９２は横断面略半円弧状に形成された樋形状の支持体を、符号９３は略円筒状をなすように形成された定着フィルムをそれぞれ示しており、さらに符号９４は加圧部材としての弾性の加圧ローラを示している。

これらの各部材のうちセラミックヒータ９１は、紙面垂直方向を長手方向とする横長の板状部材から形成されており、アルミナ等のセラミック材から形成されたヒータ基板９１ａの表面側（図示下面側）には、銀−バラジューム（Ａｇ−Ｐｄ）等の発熱抵抗体層９１ｂが取り付けられている。また、この発熱抵抗体層９１ｂを含むヒータ基板９１ａの表面は、耐熱ガラス層等からなるヒータ表面保護層９１ｃにより覆われている。さらに、上記ヒータ基板９１ａの裏面側（図示上面側）には、ヒータ温度を検出する定着温度検出手段としてのサーミスタ９５が取り付けられている。このような構成を備えたセラミックヒータ９１は、全体的に低熱容量を有するように形成されており、通電発熱抵抗体層９１ｂに対する通電のオン・オフに対応して迅速に昇温・降温するように良好な応答性を備えた構成になされている。

このとき、上述した略円筒状の定着フィルム９３は、例えば４０μｍ〜１００μｍ程度の厚さを有する略円筒状の耐熱性フィルムから形成されており、ポリイミドなどの基材フィルム上にＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型性を有する耐熱樹脂を被覆したフィルムから形成されている。そして、上述したセラミックヒータ９１を図示下面側に固定支持している支持体９２に対してルーズ状態となるように外嵌されている。

一方、上述した加圧ローラ９４は、芯金９４ａの外側に、シリコーンゴム等の弾性を有する耐熱性材料からなるローラ層９４ｂと表面層９４ｃとが同心一体に設けられており、上記芯金９４ａの軸方向両端部分が、前述した装置本体Ｍの手前側および奥側に配置されたシャーシ側板（図示省略）どうしの間に適宜の軸受部材を介して回転自在に支持されている。そして、その加圧ローラ９４の上面側に対して、前記セラミックヒータ９１を下面側に支持している支持体９２が上方側から対向するように配置されており、その支持体９２が、前記加圧ローラ９４の上面側に適宜の押圧力をもって圧接された状態に保持されていることによって、前記セラミックヒータ９１の下面と加圧ローラ９４の上面との間に定着フィルム９３を挟んで所定幅の定着ニップ部ｎが形成されるようになっている。

このときの加圧ローラ９４は、駆動手段Ｔにより矢印で示した反時計方向に所定の周速度で回転駆動される構成になされており、その加圧ローラ９４の回転駆動力は、上述した定着ニップ部ｎにおける定着フィルム９３との間の圧接摩擦力によって定着フィルム９３側に移動力として作用し、それによって当該定着フィルム９３が前記セラミックヒータ９１に密着した状態で摺動するようになっている。すなわち、この定着フィルム９３の摺動方向は矢印で示した時計方向であり、前記加圧ローラ９４の回転周速度に対応した速度をもって前記支持体９２の外回りを回転移動するものとなっている。このように支持体９２は、セラミックヒータ９１の保持機能を有しているとともに、定着フィルム９３の回転移動の安定性を図るフィルムガイドとしての機能を備えている。

このような加圧ローラ駆動方式によって定着フィルム９３の回転移動が行われると同時に、セラミックヒータ９１に後述する定着電力供給手段からの通電が行われ、上述したセラミックヒータ９１からの発熱により定着ニップ部ｎが所定の定着温度に立ち上がって温調された状態となる。そして、未定着のトナー画像ｔを担持した記録媒体Ｐが定着ニップ部ｎ内に導入されると、当該定着ニップ部ｎにおいて記録媒体Ｐのトナー画像担持面が定着フィルム９３に密着し、その定着フィルム９３と一緒に記録媒体Ｐが定着ニップ部ｎを挟持搬送されるようになっている。この記録媒体Ｐの挟持搬送過程において、前記セラミックヒータ９１からの熱が定着フィルム９３を介して記録媒体Ｐに付与され、それによって記録媒体Ｐ上の未定着トナー画像ｔの加熱・定着が行われる。定着ニップ部ｎを通過した記録媒体Ｐは、回転移動している定着フィルム９３の外表面から曲率分離して搬送される。

次に、以上のような定着装置９に設けられたセラミックヒータ９１の駆動回路の一例を図３に基づいて説明する。
同図において、プリンタを接続する商用交流電源２１からの電力はＡＣフィルタ２２を介して前述したセラミックヒータ９１に供給され、それによって上記セラミックヒータ９１の発熱が行われるように構成されているが、そのセラミックヒータ９１に対する電力供給動作は、定着電力供給手段を構成しているトライアック（スイッチング制御素子）２３により通電・遮断が行われることによって制御されている。

上記トライアック２３には、フォトトライアックカプラ２４がバイアス抵抗２５，２６を介して接続されている。このフォトトライアックカプラ２４は、前述した通電発熱抵抗体層９１ｂを含む給電回路からなる一次側と、サーミスタ９５を含む温調回路からなる二次側との間の沿面距離を確保するためのデバイスを構成するものであって、当該フォトトライアックカプラ２４の発光ダイオードに、抵抗２７により制限された通電が行われることによって上述したトライアック２３がオンされるようになっている。このようなフォトトライアックカプラ２４に対する通電電流は、トランジスタ２８のスイッチング動作によりオン・オフされるが、そのトランジスタ２８は、定着温度設定手段および比較判定手段ならびに定着制御手段を含む画像形成制御手段としてのエンジンコントローラ１１から抵抗２９を介して送出される信号にしたがって動作する構成になされている。

また、上述した商用交流電源２１からＡＣフィルタ２２を介して供給される電流は、整流器３１により整流され、抵抗３２，ツェナダイオード３３，コンデンサ３４を介してトランジスタ３５に入力され、そのトランジスタ３５の作用によって前記商用交流電源２１の電圧の正負が切り替わるゼロクロスポイントが検出されるようになっている。その検出されるゼロクロスポイントは、一次・二次間の沿面距離を確保するためのデバイスであるフォトカプラ３６を介して前述したエンジンコントローラ１１に入力されるようになっている。例えば、商用交流電源２１がゼロクロスポイントにあるときには、上述したトランジスタ３５がオフすることにより前記フォトカプラ３６に流れる電流を制限する抵抗３７の電圧がＬｏｗとなり、そのゼロクロス信号が前記エンジンコントローラ１１に報知されるようになっている。エンジンコントローラ１１は、ゼロクロス信号をトリガとして波数制御により上述したトライアック２３をオン・オフするように構成されている。

一方、前述した定着温度検出手段としてのサーミスタ９５により検出されるセラミックヒータ９１において実際に発生している加熱温度は、前記エンジンコントローラ１１により常時監視されており、図示を省略した定着温度設定手段によって前記エンジンコントローラ１１の内部に設定された前記セラミックヒータ９１の加熱設定温度が、実際に検知された加熱温度と比較されることによって、前記セラミックヒータ９１に供給すべき電力が算出されるようになっている。そして、その供給すべき電力に対応した波数に換算されて得られた制御条件に従って、前記エンジンコントローラ１１から、前記フォトトライアックカプラ２４をオン・オフするトランジスタ２８に対してオン信号が送出される構成になされている。

以上のような構成を有する制御回路の制御動作によって、前記定着装置９のセラミックヒータ９１における加熱温度が目標の設定温度に維持されるように制御されることとなるが、従来技術の欄において説明したように、使用する記録媒体に「葉書」などの厚い部材が採用されて通紙される場合には、特に紙端部分における温度制御特性が不良になることがある。そのため、以下に説明する実施形態では、１０波数毎に実行する「波数決定ルーチン」の中に本発明を適用して定着装置９のセラミックヒータ９１に対する加熱温度制御を行う構成が、上述した定着制御手段を含む画像形成制御手段としてのエンジンコントローラ１１に設けられたＲＯＭ内に制御プログラムとして格納されており、以下のような加熱制御が実行されるようになっている。

すなわち、その加熱温度制御を行うプログラムでは、図４にかかる制御フローに示されているように、波数決定ルーチンがスタートすると、まずステップ１（ＳＴ１）においてプリント命令を受けることを条件としてステップ２（ＳＴ２）に進み、前述した定着装置９の定着ニップ部ｎ内に記録媒体が突入する前の加熱温度制御が実行される。その加熱温度制御では、ステップ３（ＳＴ３）のように記録媒体が定着ニップ部ｎに突入しているか否がが監視されており、定着ニップ部ｎ内に記録媒体が突入したときに、次のステップ４（ＳＴ４）において、そこで使用されている記録媒体が「葉書」であるか否か、つまり定着モードが「葉書モード」に設定されているか否かが判定される。

そして、そのときに設定されている定着モードが「葉書モード」になっている場合には、ステップ５（ＳＴ５）に進んで、前記定着装置９のセラミックヒータ９１に対する電力供給量が本発明にかかる固定定着制御、より具体的には固定波数制御の下で実行される。一方、そのときの定着モードが「葉書モード」に設定されていない場合には、ステップ７（ＳＴ７）に進んで、従来と同様な通常定着制御、より具体的にはＰＩＤ制御（従来技術参照）が連続的に実行されることとなる。このように使用する記録媒体の種類に応じて切り替えられる各加熱制御動作に関する処理は、ステップ６（ＳＴ６）のように記録媒体が定着ニップ部ｎを通過することで終了される。

このような各加熱制御動作は、例えば図５に示されているようにして実行されるが、その前提として、前記定着装置９における加熱温度制御には、「普通紙モード」、「厚紙モード」および「葉書モード」の３種類が設定されており、それぞれの定着モードにおける通紙中の制御目標温度は互いに異なっている。

そして、まず定着モードが「葉書モード」以外の「その他のモード」となっている場合には、図５（ｃ）に示されているようなＰＩＤ制御が実行される。このＰＩＤ制御は、図５（ａ）に示されている定着ニップ部ｎにおける記録媒体の有無にかかわらず連続的に行われこととなる。この場合には、定着ニップ部ｎにおける記録媒体の有無に対応して、上記ＰＩＤ制御における波レベル、つまりセラミックヒータ９１への通電電力量は異なるものとなる。

これに対して、定着モードが「葉書モード」となっている場合には、図５（ｂ）に示されているように、定着ニップ部ｎにおける記録媒体である「葉書」の有無に対応して、上記ＰＩＤ制御と固定波数制御とが切り替えられる。つまり、定着ニップ部ｎ内に記録媒体が突入する前において実行されているＰＩＤ制御は、定着ニップ部ｎ内に記録媒体が突入した直後から固定波数制御に切り替えられ、定着ニップ部ｎ内を記録媒体である「葉書」が通過している間は、図５（ｂ）に示されているように固定波数制御が実行されて、波レベルが例えば「９波」に固定されることにより、セラミックヒータ９１への電力供給量が高温加熱状態となるように維持される。

このように本実施形態では、定着モードが「葉書モード」となっている場合に、記録媒体としての葉書が定着装置９を通過しているときのセラミックヒータ９１への電力供給量が予め定められた固定値まで直ちに増大させられ、それによって通紙時における定着装置９のセラミックヒータ９１が適切な高温加熱温度に維持されて、定着加熱温度の低下が防止されるようになっている。

なお、「葉書モード」となっている場合であっても、サーミスタ９５により検出されるセラミックヒータ９１の実際の加熱温度が予め定められている高温基準温度となったときには、上述した固定波数制御が一旦中断され、通常のＰＩＤ制御が行われるようになっている。

また、上述した実施形態では「葉書モード」での波レベルを固定波数により制御しているが、図６（ｂ）に示されているように、定着ニップ部ｎを記録媒体としての葉書が通過している際に限定定着制御、例えば「８波」を下限値としたＰＩＤ制御を行うようにしても、上述した実施形態とほぼ同様な作用・効果が得られる。

以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態は、レーザービームプリンタに本発明を適用したものであるが、複写機やファクシミリなどの他の画像形成装置に対しても本発明は同様に適用することができるものである。

以上述べた本発明にかかる画像形成装置は、プリンタなどの画像形成装置を始めとして、複写機等の多種多様な画像形成装置に対して広く適用することが可能である。

本発明を適用する画像形成装置の一例としてのレーザプリンタの概略構成を示した縦断面説明図である。 図１に示されたレーザプリンタに用いられている定着装置の定着加熱手段の概略構造を表した縦断面説明図である。 図２に示された定着装置のセラミックヒータ駆動回路の一例を表した回路説明図である。 定着装置のセラミックヒータに対する本発明の一実施形態における加熱温度制御動作のフロー図である。 図４に示された本発明の一実施形態における加熱温度制御動作のタイミング図である。 本発明の他の実施形態における加熱温度制御動作のタイミング図である。

符号の説明

Ｍ 装置本体
１ 感光ドラム（像担持体）
２ 帯電ローラ
３ レーザースキャナ（露光手段）
４ 現像装置
５ 転写ローラ（転写装置）
９ 定着装置
９１ セラミックヒータ（加熱体）
９１ａ ヒータ基板
９１ｂ 発熱抵抗体層
９２ 支持体
９３ 定着フィルム
９４ 加圧ローラ
９５ サーミスタ（定着温度検出手段）
Ｐ 記録媒体
１１ エンジンコントローラ（定着制御手段を含む画像形成制御手段）
ｎ 定着ニップ部
２１ 商用交流電源
２２ ＡＣフィルタ
２３ トライアック（定着電力供給手段）
２４ フォトトライアックカプラ
２８ トランジスタ
３５ トランジスタ
３６ フォトカプラ

Claims (5)

1. 記録媒体上に形成された未定着画像を加熱作用により固定させる熱定着手段と、その熱定着手段による加熱温度を検出する定着温度検出手段と、前記熱定着手段に電力を供給する定着電力供給手段と、当該定着電力供給手段における電力供給動作を制御する定着制御手段と、を備えた定着装置において、
   前記定着制御手段は、記録媒体が前記熱定着手段を通過するときの前記定着電力供給手段による電力供給量を前記定着温度検出手段による検出温度に対応して制御する通常定着制御と、前記定着温度検出手段による検出温度とは無関係な固定値として制御する固定定着制御と、を前記記録媒体の種類に応じて切り替える構成になされていることを特徴とする定着装置。
2. 記録媒体上に形成された未定着画像を加熱作用により固定させる熱定着手段と、その熱定着手段による加熱温度を検出する定着温度検出手段と、前記熱定着手段に電力を供給する定着電力供給手段と、当該定着電力供給手段における電力供給動作を制御する定着制御手段と、を備えた定着装置において、
   前記定着制御手段は、記録媒体が前記熱定着手段を通過するときの前記定着電力供給手段による電力供給量を前記定着温度検出手段による検出温度と対応して制御する通常定着制御と、前記定着温度検出手段による検出温度に対応するが前記電力供給量に下限値を設定して制御を行う限定定着制御と、を前記記録媒体の種類に応じて切り替える構成になされていることを特徴とする定着装置。
3. 前記定着制御手段は、前記定着温度検出手段が予め定められている高温基準温度を検出したときに、請求項１または請求項２に記載の制御動作を行わないように構成されていることを特徴とする定着装置。
4. 前記定着制御手段は、前記記録媒体として葉書が用いられたときに請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の制御動作を実行するように構成されていることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の定着装置を画像形成手段に備えていることを特徴とする画像形成装置。
   

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