JP2006185174A - 定着器のシミュレーション方法、プログラム、記録媒体、及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 画像が形成された被記録媒体を、加熱手段と該加熱手段に圧接される圧接手段とで挟みながら搬送することにより、前記画像を前記被記録媒体に定着する定着器に対し、各部材間の熱移動をシミュレーションする定着器のシミュレーション方法において、シミュレーションのモデルを簡略化することにより、係数等のパラメータを適切に設定して有用なシミュレーションを可能にすること。
【解決手段】 本発明では、定着器を構成する各部材を、各部位の温度が等しい部材、すなわち、熱的に1点とみなせる部材であると仮定している。このため、例えば、ローラ本体11と圧力ローラ53とが用紙を挟むことなく回転されているときは、ローラ本体11にはハロゲンランプヒータから熱エネルギQhalogen が供給され、圧力ローラ53にエネルギQnip が熱伝導され、空気中にエネルギQairHR 放熱されると考える。
【選択図】 図3
【解決手段】 本発明では、定着器を構成する各部材を、各部位の温度が等しい部材、すなわち、熱的に1点とみなせる部材であると仮定している。このため、例えば、ローラ本体11と圧力ローラ53とが用紙を挟むことなく回転されているときは、ローラ本体11にはハロゲンランプヒータから熱エネルギQhalogen が供給され、圧力ローラ53にエネルギQnip が熱伝導され、空気中にエネルギQairHR 放熱されると考える。
【選択図】 図3
Description
本発明は、画像が形成された被記録媒体を、加熱手段と該加熱手段に圧接される圧接手段とで挟みながら搬送することにより、前記画像を前記被記録媒体に定着する定着器に対し、各部材間の熱移動をシミュレーションする定着器のシミュレーション方法に関し、詳しくは、そのシミュレーション方法、並びに、そのシミュレーション方法を適用したプログラム、記録媒体、及び画像形成装置に関する。
従来、電子写真方式の画像形成装置等では、画像が形成された被記録媒体を、加熱手段と該加熱手段に圧接される圧接手段とで挟みながら搬送することにより、前記画像を前記被記録媒体に定着する定着器が用いられている。この種の定着器では、被記録媒体の表面に付着したトナー等の記録材を加熱手段で加熱しながら、加熱手段と圧接手段とで挟みつけることにより、被記録媒体に画像を形成することができる。
また、この種の定着器では、加熱手段等の温度を制御する必要性から、各部材間を移動する熱量を算出することが考えられている。例えば、加熱手段としてのヒートローラ表面を多数のセルに分割してセル毎の温度変化をシミュレーションしたり(例えば、特許文献1参照)、被記録媒体としての用紙の幅に応じて、その用紙と接触する部分と接触しない部分とを考慮してシミュレーションを行ったりすることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2000−268069号公報
特開平10−254269号公報
ところが、前記各技術では、極めて複雑な計算を要するにも拘らず、パラメータとして比較的不正確な値を使用しており、有用なシミュレーションが行えなかった。そこで、本発明は、シミュレーションのモデルを寧ろ簡略化することにより、係数等のパラメータを適切に設定して有用なシミュレーションを可能にすることを目的としてなされた。
前記目的を達するためになされた本発明は、画像が形成された被記録媒体を、加熱手段と該加熱手段に圧接される圧接手段とで挟みながら搬送することにより、前記画像を前記被記録媒体に定着する定着器に対し、各部材間の熱移動をシミュレーションする定着器のシミュレーション方法であって、少なくとも前記加熱手段及び前記圧接手段を、それぞれ各部位の温度が等しい部材であると仮定して、各部材間を移動する熱量を算出する算出処理を、備えたことを特徴とする定着器のシミュレーション方法。
このように構成された本発明は、画像が形成された被記録媒体を、加熱手段と該加熱手段に圧接される圧接手段とで挟みながら搬送することにより、前記画像を前記被記録媒体に定着する定着器に対して用いられる。そして、本発明の算出処理では、少なくとも前記加熱手段及び前記圧接手段を、それぞれ各部位の温度が等しい部材であると仮定して、各部材間を移動する熱量を算出する。本発明では、このように、少なくとも加熱手段及び圧接手段を、各部位の温度が等しい部材、すなわち、初歩の力学で想定される質点のように熱的に1点とみなせる部材であると仮定している。このため、加熱手段,圧接手段等の各部材間を移動する熱量を計算するための式が簡略化され、係数等のパラメータを適切に設定して有用なシミュレーションを可能にすることができる。
なお、本発明は、前記算出処理の内容について具体的に限定するものではないが、前記算出処理では、互いに接触する2つの部材の間を移動する熱量とその2つの部材の温度差とが比例関係を有すると仮定して、前記熱量を算出してもよい。前述のように、本発明では各部材の温度がその部位によらず一意に決定されるので、2つの部材の温度差も一意に決定される。このため、互いに接触する2つの部材の間を移動する熱量とその2つの部材の温度差とが比例関係を有すると仮定して前記熱量を算出すれば、極めて処理が簡略化できる。
また、この場合、前記2つの部材が前記加熱手段と前記圧接手段とである場合に前記比例関係を規定する比例係数、前記2つの部材が前記加熱手段と被記録媒体とである場合に前記比例関係を規定する比例係数、または、前記2つの部材が前記被記録媒体と前記圧接手段とである場合に前記比例関係を規定する比例係数の、少なくともいずれか1つが実測値に基づいて設定されたものであってもよい。この場合、定着器の実際の動作に即した一層正確なシミュレーションが可能となる。
更に、本発明では、加熱手段及び圧接手段の具体的構成は特に限定しないが、前記加熱手段が加熱ローラであって、前記圧接手段がその加熱ローラに圧接される加圧ローラであってもよい。
また、本発明のプログラムは、前記いずれかの発明の前記算出処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴としている。このため、本発明のプログラムをコンピュータに実行させれば、前記いずれかの発明のシミュレーション方法を容易に実施することができる。
また、本発明の記録媒体は、前記発明のプログラムが、コンピュータによって読み取り可能に記録されたことを特徴としている。このため、本発明の記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに実行させれば、前記いずれかの発明のシミュレーション方法を容易に実施することができる。
更に、本発明の画像形成装置は、電子写真方式により被記録媒体に画像を形成する画像形成手段を備え、該画像形成手段によって前記被記録媒体に形成された画像を、前記定着器によって定着する画像形成装置であって、前記発明のプログラム、または、前記発明の記録媒体が組み込まれたことを特徴としている。
このように構成された本発明では、画像形成手段が電子写真方式により被記録媒体に画像を形成し、その画像形成手段により形成された画像を、定着器によって定着することができる。また、本発明の画像形成装置は、前記発明のプログラム、または、前記発明の記録媒体が組み込まれているので、前記いずれかの発明によるシミュレーションを実行してその結果を制御に反映することができる。
また、この画像形成装置が、更に、少なくとも前記加熱手段または前記圧接手段における任意の1点の温度を検出する検出手段と、該検出手段によって検出された温度、及び、前記算出処理によって算出された熱量に応じて、前記加熱手段の発熱状態をフィードバック制御する制御手段と、を更に備えた場合、次のような更なる効果が生じる。
この場合、検出手段によって検出された加熱手段または圧接手段の温度に応じて、前記加熱手段の発熱状態を制御手段によってフィードバック制御することができる。しかも、前記シミュレーション方法により定着器を構成する各部材間の熱移動をシミュレーションして、それをフィードバック制御に反映させることにより、定着器を構成する各部材の温度を極めて安定してフィードバック制御することができる。
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図1は、本発明が適用された電子写真方式のプリンタP(画像形成装置に相当)の構成を表す断面図である。このプリンタPは、レーザによる露光を行うレーザプリンタである。先ず、図1に基づいてこのプリンタPの構成を簡単に説明する。
<プリンタ及び定着器の構成>
このプリンタPは、被記録媒体としての用紙が積載収納された給紙カセット部Aと、一枚ずつ用紙を吸入可能な手差し給紙部Bと、給紙カセット部A若しくは手差し給紙部Bから吸入した用紙を搬送する用紙搬送部Cと、ドラム型電子写真感光体,帯電器,現像器,除電器等を備え、搬送された用紙に記録材としてのトナーを付着して電子写真方式により画像を形成する電子写真プロセス部D(画像形成手段に相当)と、帯電された前記感光体に、画像データに従って変調されたレーザビームを走査して露光し、前記感光体に静電潜像を形成するレーザビームスキャナS(露光器)と、定着用ヒートローラ,圧力ローラ等を備え、用紙に付着したトナーを熱によって定着する熱定着部Eと、トナーの定着された用紙を本体上部の受け皿に搬送する用紙排出部Fとを、本体筐体G内に収めてなる。
<プリンタ及び定着器の構成>
このプリンタPは、被記録媒体としての用紙が積載収納された給紙カセット部Aと、一枚ずつ用紙を吸入可能な手差し給紙部Bと、給紙カセット部A若しくは手差し給紙部Bから吸入した用紙を搬送する用紙搬送部Cと、ドラム型電子写真感光体,帯電器,現像器,除電器等を備え、搬送された用紙に記録材としてのトナーを付着して電子写真方式により画像を形成する電子写真プロセス部D(画像形成手段に相当)と、帯電された前記感光体に、画像データに従って変調されたレーザビームを走査して露光し、前記感光体に静電潜像を形成するレーザビームスキャナS(露光器)と、定着用ヒートローラ,圧力ローラ等を備え、用紙に付着したトナーを熱によって定着する熱定着部Eと、トナーの定着された用紙を本体上部の受け皿に搬送する用紙排出部Fとを、本体筐体G内に収めてなる。
図2は、熱定着部Eに配置された定着器51の構成を表す断面図である。定着器51は、用紙に付着したトナーを加熱する加熱手段としてのヒートローラ1と、金属製のシャフト53aの回りに耐熱性のシリコーンゴム等を設けて構成され、ヒートローラ1の外周面に用紙を押圧する圧接手段としての圧力ローラ53と、装置外部に用紙を排出する排出ローラ55,57と、用紙を所定の位置に案内する用紙ガイド59,61と、ヒートローラ1及び圧力ローラ53を覆うカバー63とを備えている。
また、ヒートローラ1は、表面に離型層が形成された金属素管からなるドラム状のローラ本体11と、そのローラ本体11の回転軸に沿って配設されたハロゲンランプヒータ12と、ローラ本体11の軸方向中心に配設されてそのローラ本体11の表面の温度を検出するサーミスタ13(検出手段に相当)とを備えている。そして、このヒートローラ1は、ハロゲンランプヒータ12を熱源としてトナーを用紙に定着させるための熱を提供すると共に、圧力ローラ53との間に用紙を挟んで排出ローラ55,57方向へ搬送する役割をも担っている。
ハロゲンランプヒータ12によって加熱されたローラ本体11の熱は、周囲の空気や用紙や圧力ローラ53に熱伝導によって移動する。次に、定着器51内における各部材間の熱移動を数値的に解析するシミュレーション方法について説明する。なお、以下の説明では、一般的なモデル記述方法〔例えばMATLAB/Simulink(いずれも登録商標:MathWorks社)〕を用いて、パーソナルコンピュータ等のディスプレイ上にモデルを記述する方法について説明するが、他の方法でシミュレーションモデルを構築してもよいことはいうまでもない。
<シミュレーションモデルの基本的原理>
先ず、本シミュレーションモデルの具体的な構成を説明するのに先立ち、本シミュレーションモデルの基本的な考え方について説明する。図3,図4に示すように、ローラ本体11には、ハロゲンランプヒータ12から放熱されるエネルギQhalogen が、用紙の有無や回転の有無に関わらず供給されている。
<シミュレーションモデルの基本的原理>
先ず、本シミュレーションモデルの具体的な構成を説明するのに先立ち、本シミュレーションモデルの基本的な考え方について説明する。図3,図4に示すように、ローラ本体11には、ハロゲンランプヒータ12から放熱されるエネルギQhalogen が、用紙の有無や回転の有無に関わらず供給されている。
ローラ本体11と圧力ローラ53とが用紙を挟むことなく回転(以下ガラ回しともいう)されているときは、図3に示すように、ローラ本体11からは、圧力ローラ53に熱伝導されるエネルギQnip と空気中に熱伝導(すなわち放熱)されるエネルギQairHR とが奪われる。一方、圧力ローラ53には、このとき前述のエネルギQnip が供給され、シャフト53a(図2参照)に熱伝導されるQPRと空気中に放熱されるエネルギQairPR とが奪われる。
ローラ本体11と圧力ローラ53との間に用紙があるときは、図4に示すように、ローラ本体11からは用紙に熱伝導されるエネルギQpaperHR と前記QairHR が奪われる。一方、圧力ローラ53には、このときエネルギは供給されず、用紙に熱伝導されるエネルギQpaperPR と前記QPR,QairPR とが奪われる。
本シミュレーションモデルでは、互いに接触する2つの部材間を移動するエネルギQ(熱量)を、その2つの部材の温度差T−T0 を用いて次のように推定できるものと仮定した。但し、hは熱の伝達係数、Sは前記2つの部材の接触面積である。
Q=hS(T−T0)
このため、前記各エネルギは、次の各式のように表すことができる。なお、次の各式において、THRはローラ本体11の温度、Ta は室温、TPRは圧力ローラ53の温度、Tpaper は用紙の温度、Tshaft はシャフト53aの温度、hair は空気の熱伝達係数、hnip はローラ本体11と圧力ローラ53との間の熱伝達係数、hpaperHR はローラ本体11と用紙との間の熱伝達係数、hPRは圧力ローラ53とシャフト53aとの間の熱伝達係数、hpaperPR は圧力ローラ53と用紙との間の熱伝達係数、SHRはローラ本体11の表面積、Snip はニップ部の面積、SPRは圧力ローラ53の表面積、SPRo はシャフト53aと圧力ローラ53との接触面積、をそれぞれ表している。
このため、前記各エネルギは、次の各式のように表すことができる。なお、次の各式において、THRはローラ本体11の温度、Ta は室温、TPRは圧力ローラ53の温度、Tpaper は用紙の温度、Tshaft はシャフト53aの温度、hair は空気の熱伝達係数、hnip はローラ本体11と圧力ローラ53との間の熱伝達係数、hpaperHR はローラ本体11と用紙との間の熱伝達係数、hPRは圧力ローラ53とシャフト53aとの間の熱伝達係数、hpaperPR は圧力ローラ53と用紙との間の熱伝達係数、SHRはローラ本体11の表面積、Snip はニップ部の面積、SPRは圧力ローラ53の表面積、SPRo はシャフト53aと圧力ローラ53との接触面積、をそれぞれ表している。
また、ローラ本体11の熱容量をCHRとすると、それに温度THRの変化量をかけた値はローラ本体11に供給された熱エネルギの総和に等しい。同様に、圧力ローラ53の熱容量をCPRとすると、それに温度TPRの変化量をかけた値は圧力ローラ53に供給された熱エネルギの総和に等しい。従って、次の微分方程式が成立する。
すなわち、用紙がなくガラ回しがなされているときは、
ガラ回しの有無に関わらず、ローラ本体11と圧力ローラ53との間に用紙が存在するときは、
本シミュレーションモデルは、以下に詳細に説明するように、このような考え方に基づいて構成されている。
<シミュレーションモデルの構成>
続いて、本シミュレーションモデルの具体的な構成を説明する。なお、以下に示す各処理を実行するためのプログラムは、図5に示すパーソナルコンピュータ70のROM71b(ハードディスク等であってもよい)に格納されている。パーソナルコンピュータ70は、CPU71a,ROM71b,RAM71cを備えた本体71に、ディスプレイ72、キーボード73、マウス74等が接続された一般的な構成を有している。
<シミュレーションモデルの構成>
続いて、本シミュレーションモデルの具体的な構成を説明する。なお、以下に示す各処理を実行するためのプログラムは、図5に示すパーソナルコンピュータ70のROM71b(ハードディスク等であってもよい)に格納されている。パーソナルコンピュータ70は、CPU71a,ROM71b,RAM71cを備えた本体71に、ディスプレイ72、キーボード73、マウス74等が接続された一般的な構成を有している。
図6は、本シミュレーションモデルの全体像を表すブロック線図である。図6に示すように、本シミュレーションモデルは、ハロゲンランプヒータ12を制御するパルス信号を入力するブロック90と、ハロゲンランプヒータ12に相当するハロゲンランプヒータモデル100とを備えている。なお、本シミュレーションモデルでは、ハロゲンランプヒータモデル100を、時定数τh の1次遅れ系〔すなわち、1/(τh ・S+1)〕として構成している。
また、本シミュレーションモデルでは、ブロック90は、サーミスタ13に対応するサーミスタモデル300からの信号に基づいてハロゲンランプヒータモデル100に入力すべき信号をフィードバック制御する。なお、本シミュレーションモデルでは、サーミスタモデル300を、ローラ本体11の温度THRを時定数τs で伝達する1次遅れ系として構成している。
定着器51内の熱移動をシミュレーションする定着器モデル500は、ローラ本体11に対する熱移動をシミュレーションするヒートローラモデル510と、圧力ローラ53に対する熱移動をシミュレーションする圧力ローラモデル530と、ヒートローラ1と圧力ローラ53とのニップ部に対する熱移動をシミュレーションするニップ部モデル550とを備えている。また、ヒートローラモデル510,圧力ローラモデル530,ニップ部モデル550には、ブロック570に設定された室温Ta が入力されている。
ヒートローラモデル510には、ハロゲンランプヒータモデル100から前述のエネルギQhalogen が加えられ、ニップ部モデル550から前述のエネルギQnip またはQpaperHR (図6に示すようにQfromHRという)が差し引かれる。そこで、本シミュレーションモデルでは、ブロック580によってQhalogen からQfromHRを差し引いた値(Qとする)を、ヒートローラモデル510に入力している。なお、QfromHRは、後述のように、ガラ回しの有無や用紙の有無に応じて0,Qnip ,またはQpaperHR に切り換えられる。
ニップ部における熱移動は、前述のように、ガラ回しの有無や、用紙の有無に影響を受ける。このため、ニップ部モデル550には、ガラ回しの有無が設定されるブロック600、及び、用紙の挿入タイミングを表す信号を発生するブロック700からの信号が入力されている。
ヒートローラモデル510では、前述の係数hair ×SHRを比例係数Hair と置き換えている。このため、ヒートローラモデル510における熱の収支は次式によって表される。
そこで、ヒートローラモデル510は、図7に示すように構成されている。すなわち、ブロック511によりTHRからTa を減算した値がブロック512にてHair 倍され、その値がブロック513にてQから減算される。すなわち、ブロック513では、CHR・dTHR/dtが算出される。この値を、ブロック514にてCHRで割り、更にブロック515にて時間tで積分することにより、前述のTHRが得られる。
次に、圧力ローラモデル530では、前述の係数hair ×SPRを比例係数Ha と置き換え、前述の係数hPR ×SPRoをHprと置き換えている。更に、圧力ローラモデル530とニップ部モデル550との熱の収支(前述のように+Qnip または−QpaperPR )をQtoPRと置けば、圧力ローラモデル530における熱の収支は次式によって表される。なお、シャフト53aの温度は室温と同じ(Tshaft =Ta )であるものと仮定している。
そこで、圧力ローラモデル530は、図8に示すように構成されている。すなわち、ブロック531によりTPRからTa を減算した値を更にブロック532にてHa 倍した値、及び、ブロック533によりTPRからTa を減算した値を更にブロック534にてHpr倍した値が、ブロック535にてQtoPR(図8ではQnip と表記)から減算される。すなわち、ブロック535では、CPR・dTPR/dtが算出される。この値を、ブロック536にてCPRで割り、更にブロック537にて時間tで積分することにより、前述のTPRが得られる。
続いて、ニップ部モデル550では、用紙がなくガラ回しもされていないときは熱エネルギの出入りを0と仮定し、ガラ回し時は、前述の係数hnip×Snipを比例係数をHnip と置き換え、用紙があるときは、hpaperHR×Snip ,hpaperPR×Snipを比例係数HpaperHR ,HpaperPRと置き換えている。なお、用紙の温度は室温と同じ(Tpaper =Ta )であるものと仮定している。
こうすることによって、ニップ部モデル550は、図9に示すように構成される。なお、このニップ部モデル550は、ローラ本体11からニップ部を介して奪われるエネルギに相当するQfromHRと、圧力ローラ53にニップ部を介して供給されるエネルギに相当するQtoPRとが計算される。
用紙(paper)がなく、ガラ回し(rot)もされていないときは、ブロック551に設定された定数「0」がブロック552,553を介してQfromHRとして算出され、同じく「0」がブロック552,554を介してQtoPRとして算出される。用紙がなく、ガラ回しがなされた場合は、ブロック555にてTHRからTPRを減算した値を、更にブロック556にてHnip 倍した値が、QfromHR,QtoPRとして算出される。
更に、ニップ部モデル550では前記Tpaper =Ta と仮定しているので、用紙がある場合は、ガラ回しの有無に関わらず、ブロック561にてTHRからTa を減算した値を、更にブロック562にてHpaperHR 倍した値がQfromHRとして算出され、ブロック563にてTPRからTa を減算した値を、更にブロック564にて−HpaperPR 倍した値がQtoPRとして算出される。
このように構成された本シミュレーションモデルでは、ローラ本体11から圧力ローラ53への熱移動や、ローラ本体11及び圧力ローラ53から用紙への熱移動を、良好にシミュレーションすることができる。
<各種パラメータの設定方法及びその効果>
次に、前記係数等の各種パラメータの設定方法について、一例を挙げて説明する。なお、各種パラメータの設定方法は、次に挙げる例以外にも種々考えられる。本例では、CHRはローラ本体11の材料の比熱より求める。τs はサーミスタ13の仕様書より求める。hair は自然対流状態での空気への熱伝達係数より求める。Qhalogen は、THRの立ち上がりの傾きを実測して求める。τh はTHRの立ち上がりの遅れを実測して求める。CPR ,hnipSnipは、用紙なしの状態におけるガラ回し開始時のTHR ,TPRの温度上昇の傾きを実測して求める。hpaperHRSnip ,hpaperPRSnipは通紙時におけるTHR ,TPRの温度変化を実測して求める。なお、係数HPR(hPR×SPRo )は0と仮定する。
<各種パラメータの設定方法及びその効果>
次に、前記係数等の各種パラメータの設定方法について、一例を挙げて説明する。なお、各種パラメータの設定方法は、次に挙げる例以外にも種々考えられる。本例では、CHRはローラ本体11の材料の比熱より求める。τs はサーミスタ13の仕様書より求める。hair は自然対流状態での空気への熱伝達係数より求める。Qhalogen は、THRの立ち上がりの傾きを実測して求める。τh はTHRの立ち上がりの遅れを実測して求める。CPR ,hnipSnipは、用紙なしの状態におけるガラ回し開始時のTHR ,TPRの温度上昇の傾きを実測して求める。hpaperHRSnip ,hpaperPRSnipは通紙時におけるTHR ,TPRの温度変化を実測して求める。なお、係数HPR(hPR×SPRo )は0と仮定する。
この設定方法により各種パラメータを設定した場合の前記シミュレーションモデルによる計算結果と、実際の温度変化との比較を、図10に示す。なお、図10において、実線が前記シミュレーションモデルによる計算値を表しており、破線が測定値を表している。また、温度の高い方がローラ本体11の温度THRに対する計算値及び測定値で、温度の低い方が圧力ローラ53の温度TPRに対する計算値及び測定値である。更に、グラフの下端には、ハロゲンランプヒータモデル100のON/OFFの状態も記入した。
図10に示すように、前記計算値は前記測定値に良好に一致し、前記シミュレーションモデルが極めて有用であることが分かった。なお、図10において、圧力ローラ53の温度TPRが立ち上がるタイミングがガラ回しの開始タイミングであり、用紙の通過に応じて各温度THR ,TPRが波状に変動している。また、前記測定値を測定した実機は、ガラ回し開始後6秒後(グラフにおける約20秒のタイミング)に他の機構とのタイミング調整のためハロゲンランプヒータ12を一時OFFしているが、前記シミュレーションモデルではその動作を省略した。
図11は、前記シミュレーションモデルを利用して、ブロック90によるフィードバック制御の効果をシミュレーションした例である。なお、図11(A)はヒートローラ1の温度THRの変化を表しており、図11(B)は消費電力の変化を表している。また、図11(A),(B)において、破線は前記フィードバック制御がON−OFF制御の場合を、一点差線はP制御の場合を、実線はPI制御の場合を、それぞれ表している。図11から分かるように、前記シミュレーションモデルを利用すれば、制御法によるヒートローラ1の温度リップルの違いが容易に確認できる。
<フィードバック制御への応用>
次に、前記シミュレーションモデルを用いて、定着器51のハロゲンランプヒータ12をフィードバック制御する例を説明する。図12は、その制御系の構成を表すブロック図である。
<フィードバック制御への応用>
次に、前記シミュレーションモデルを用いて、定着器51のハロゲンランプヒータ12をフィードバック制御する例を説明する。図12は、その制御系の構成を表すブロック図である。
図12に示すように、温度制御部990(制御手段に相当)はCPU991,ROM992,RAM993を備えたマイクロコンピュータとして構成され、ハロゲンランプヒータ12へ制御信号を入力している。このハロゲンランプヒータ12の放熱によって加熱された定着器51の温度(正確にはローラ本体11の温度)はサーミスタ13によって検出され、その検出信号は温度制御部990に入力されている。
また、この温度制御部990は、前述のシミュレーションモデルと同様の、ハロゲンランプヒータモデル100、及び、定着器モデル500を備えている。これらのシミュレーションモデルは、ROM992に記録されたプログラムをCPU991が実行することにより仮想的に構成されるが、図12では、説明の便宜上、これらのシミュレーションモデルを温度制御部990のブロックの外に記載した。
次に、図13は、この温度制御部990によって実行されるフィードバック制御処理を表すフローチャートである。この処理が開始されると、先ず、S31にて、ハロゲンランプヒータ12に予め設定された制御信号が出力され、同時に、ハロゲンランプヒータモデル100にも同様の制御信号が出力される。
続くS32では、定着器モデル500により、前述のようにローラ本体11の温度THR及び圧力ローラ53の温度TPRが計算され、続いて、S33にて、サーミスタ13の検出値が読み込まれる。
続くS34では、前記各処理で読み込まれたローラ本体11の温度THR,圧力ローラ53の温度TPR,及び,サーミスタ13の検出値に基づき、制御信号が作成され、ハロゲンランプヒータ12及びハロゲンランプヒータモデル100に出力され、処理はS32へ移行する。
従来は、サーミスタ13の検出値のみに基づいてフィードバック制御を行っていたが、このように、シミュレーションモデルを用いた各種計算値を考慮してフィードバック制御を行うことにより、一層正確な制御を実行することができる。
以上、本発明を実施の形態を挙げて説明したが、前記実施の形態において、ブロック512,532,534,562,564,556による処理が算出処理に相当する。また、本発明は前記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、前記実施の形態では加熱手段及び圧接手段をいずれもローラ(ヒートローラ1及び圧力ローラ53)にて構成しているが、加熱手段及び圧接手段の少なくともいずれか一方がベルトであってもよい。
更に、前述の各種処理をパーソナルコンピュータ,マイクロコンピュータ等に実行させるためのプログラムは、ROM等の素子の他、フレキシブルディスク,コンパクトディスク,インターネット上のウェブサーバ等の各種記録媒体に記録することができることはいうまでもない。
1…ヒートローラ 11…ローラ本体 13…サーミスタ
51…定着器 53…圧力ローラ 70…パーソナルコンピュータ
100…ハロゲンランプヒータモデル 300…サーミスタモデル
500…定着器モデル 510…ヒートローラモデル 530…圧力ローラモデル
550…ニップ部モデル 990…温度制御部
51…定着器 53…圧力ローラ 70…パーソナルコンピュータ
100…ハロゲンランプヒータモデル 300…サーミスタモデル
500…定着器モデル 510…ヒートローラモデル 530…圧力ローラモデル
550…ニップ部モデル 990…温度制御部
Claims (8)
- 画像が形成された被記録媒体を、加熱手段と該加熱手段に圧接される圧接手段とで挟みながら搬送することにより、前記画像を前記被記録媒体に定着する定着器に対し、各部材間の熱移動をシミュレーションする定着器のシミュレーション方法であって、
少なくとも前記加熱手段及び前記圧接手段を、それぞれ各部位の温度が等しい部材であると仮定して、各部材間を移動する熱量を算出する算出処理を、
備えたことを特徴とする定着器のシミュレーション方法。 - 前記算出処理では、互いに接触する2つの部材の間を移動する熱量とその2つの部材の温度差とが比例関係を有すると仮定して、前記熱量を算出することを特徴とする請求項1記載の定着器のシミュレーション方法。
- 前記2つの部材が前記加熱手段と前記圧接手段とである場合に前記比例関係を規定する比例係数、前記2つの部材が前記加熱手段と被記録媒体とである場合に前記比例関係を規定する比例係数、または、前記2つの部材が前記被記録媒体と前記圧接手段とである場合に前記比例関係を規定する比例係数の、少なくともいずれか1つが実測値に基づいて設定されたことを特徴とする請求項2記載の定着器のシミュレーション方法。
- 前記加熱手段が加熱ローラであって、前記圧接手段がその加熱ローラに圧接される加圧ローラであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の定着器のシミュレーション方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の前記算出処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項5記載のプログラムが、コンピュータによって読み取り可能に記録されたことを特徴とする記録媒体。
- 電子写真方式により被記録媒体に画像を形成する画像形成手段を備え、
該画像形成手段によって前記被記録媒体に形成された画像を、前記定着器によって定着する画像形成装置であって、
請求項5記載のプログラム、または、請求項6記載の記録媒体が組み込まれたことを特徴とする画像形成装置。 - 少なくとも前記加熱手段または前記圧接手段における任意の1点の温度を検出する検出手段と、
該検出手段によって検出された温度、及び、前記算出処理によって算出された熱量に応じて、前記加熱手段の発熱状態をフィードバック制御する制御手段と、
を更に備えたことを特徴とする請求項7記載の画像形成装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2004
- 2004-12-27 JP JP2004378090A patent/JP2006185174A/ja active Pending
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