JP2006284997A

JP2006284997A - 定着装置

Info

Publication number: JP2006284997A
Application number: JP2005105975A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Matsumoto; 徹也松本
Original assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】
印刷中のハンチングを徐々に収束させることにより、加熱ローラ表面の温度を設定温度付近で安定させることができ、安定した定着性能が得られる定着装置を提供する。
【解決手段】
通電時間に対する補正時間を算出する補正時間算出手段を備え、印刷時に通電時間を補正しながら加熱ローラの熱源に通電を行う定着装置において、補正時間算出手段によって算出された補正時間を時系列的に格納する記憶手段と、温度検出手段の出力値を監視して通電時間の更新契機を決定する更新契機決定手段と、通電時間の更新契機において、それまでに算出した補正時間の平均値を算出する平均値算出手段と、通電時間に前記平均値を加算し、更新通電時間を生成する通電時間更新手段とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリンタ等の電子写真装置によって記録材上に形成されたトナー像を、記録材に定着させる定着装置に関するものである。

図３に定着装置の概略構成を示す。

図３において、予熱板３０１にはヒータ３０２が内蔵されている。加熱ローラ３０３にはヒータ３０４が内蔵されており、加熱ローラ３０３の表面を加熱している。加圧ローラ３０５は回転軸３０６を回転中心とする支持部材３０７にて連結支持され、カム３０８の回転により支点軸３０９を支点として揺動させ、加熱ローラ３０３に接触、または離脱させる。同時に予熱板３０１も上下方向に揺動可能である。

挟持搬送開始時には、カム３０８を図示されない回転手段により回転させ、支点軸３０９を支点として予熱板３０１を上方向に揺動し、且つ、加圧ローラ３０５を揺動させて加熱ローラ３０３に接触させ、形成されたニップ部３１０により記録紙３１１の挟持搬送を開始する。記録紙３１１上の未定着トナー像３１２は、予熱板３０１通過時に記録紙３１１の裏面から予熱を受けることで溶融を促し、ニップ部３１０を通過することにより加熱、加圧されることで、記録紙３１１表面に溶融定着される。

予熱板３０１の表面温度は予熱板３０１の裏面等に設置された温度検出素子３１３により検出され、加熱ローラ３０３の表面温度は温度検出素子３１４により検出される。温度検出素子３１３の出力結果を元にヒータ３０２への通電時間を可変させ、また、温度検出素子３１４の出力結果を元にヒータ３０４への通電を可変させることにより、予熱板３０１及び加熱ローラ３０３の表面温度が設定温度付近の温度を保つように温度制御が行われている。なお、温度検出素子は記録紙の幅方向に対し、複数個設けた方がより細かい温度制御ができる。

図４に従来の印刷中の温度制御方法によるヒータ通電時間と温度検出素子の出力値の関係を示す。

従来の定着装置は装置内に不揮発性メモリ（以下、ＲＯＭと略す）を搭載し、使用する記録材の種類（記録材が紙である場合は、用紙連量や用紙幅）や加熱ローラ表面の設定温度、外気温度等の要素に応じてヒータ３０４への一定時間（ｔ１）あたりの通電時間（以下「基本通電時間」と称する）を格納している。前記要素に対応する基本通電時間（ａ）は予め実験等により決められた経験値であることが一般的である。

従来の印刷中の温度制御は、前記要素に応じてＲＯＭから基本通電時間（ａ）を読み出し、印刷中に一定時間（ｔ１）あたり、基本通電時間（ａ）のヒータ通電を行っている。

また、一定時間（ｔ１）毎に温度検出素子の出力値と設定温度との温度差、又は温度検出素子の出力値の上昇傾向及び下降傾向等を判断要素として、基本通電時間（ａ）を切り替えるか又は基本通電時間（ａ）に対して正の補正時間（ｂ）や負の補正時間（ｃ）を算出し、基本通電時間（ａ）に補正時間を加味した時間を次の一定時間（ｔ１）あたりのヒータへの通電時間として制御している。前記補正時間も基本通電時間（ａ）と同様、予め実験等により決められた経験値であることが一般的である。

特開平９−８０９７１号公報

従来の定着装置によると、温度検出素子の出力をもとに基本通電時間に対する補正時間を算出し、補正時間を加味した時間でヒータへ通電を行うが、温度検出素子の出力は図４の（Ａ）のように、設定温度を中心に上下に振れ（以下「ハンチング」と称する）が発生し、印刷中の加熱ローラ表面の温度を設定温度付近で安定させることは難しかった。

この原因は大きく分けると２つあり、１つは、実際の加熱ローラ表面温度と温度検出素子の出力値の関係が、図５に示すように実際の加熱ローラ表面温度に対して温度検出素子の応答が遅延することである。この応答遅延時間（Ｔ）により、実際に熱量を増加又は減少させたいときに直ちに実現することができず、応答遅延時間（Ｔ）経過後に制御を開始した時には、実際の加熱ローラ表面温度と設定温度の温度差は大きくなっていることにより、設定温度に早急に近づけるべく、大きい正と負の補正時間を交互に加えることが考えられる。

もう１つの原因としては、基本通電時間は、使用する記録材の種類（用紙連量、用紙幅等）や加熱ローラ表面の設定温度、外気温度等の要素に応じて設定されるが、この他、使用する記録紙の含水率や印刷時の湿度等細かい条件にも左右されるため、これらの細かい条件を全て加味した正確な基本通電時間を予め実験等により求め、ＲＯＭに格納しておくことは困難である。このため、印刷条件に合致しないことによりヒータに必要な熱量を正確に発生させることができないことが挙げられる。

以上のように、従来の定着装置は、印刷中の加熱ローラ表面の温度を設定温度付近で一定に保つことが困難であり、安定した定着性能が得られない原因となっていた。

本発明は、熱源を備えた加熱ローラと、該加熱ローラの表面温度を検出する温度検出手段と、前記熱源への一定時間あたりの通電時間が、使用する記録材の種類に基づき予め設定されており、前記温度検出手段の出力値と前記加熱ローラ表面の設定温度との温度差、または温度検出手段の出力値の上昇及び下降傾向に応じて、前記通電時間に対する補正時間を算出する補正時間算出手段とを備え、印刷時に前記通電時間を補正しながら前記熱源に通電を行う定着装置において、前記補正時間算出手段によって算出された補正時間を時系列的に格納する記憶手段と、前記温度検出手段の出力値を監視して前記通電時間の更新契機を決定する更新契機決定手段と、前記通電時間の更新契機において、それまでに算出した補正時間の平均値を算出する平均値算出手段と、前記通電時間に前記平均値を加算し、更新通電時間を生成する通電時間更新手段とを備えたことにより達成される。

本発明によれば、印刷中のハンチングを徐々に収束させることにより、加熱ローラ表面の温度を設定温度付近で安定させることができるため、安定した定着性能が得られる。

以下、本発明の実施例を説明する。

温度検出素子の出力をもとに補正を加え続けるという制御だけでは、ハンチングが収束しない傾向にあることを述べたが、一方で、ハンチングは印刷中の加熱ローラ表面の温度を設定温度に保つために必要とする熱量が発生するようにヒータへの通電を続けることによって、徐々に収束させることができる。

そこで、本発明はこの点に着目し、基本通電時間を、ヒータが加熱ローラ表面の温度を設定温度付近で維持するために必要とする時間にすることによって、徐々にハンチングを収束させるというものである。

本発明によると、あらゆる印刷実施時の条件において従来の制御を踏襲したまま、比較的容易な制御変更をすることによって、必要とする正確な基本通電時間を検知することができる。

以下、印刷時に必要とする正確な基本通電時間を検知する本発明の制御について詳述する。図１は、本発明装置の印刷時の加熱ローラの表面温度制御の流れの一実施例である。印刷開始前にステップ１００にて使用する記録紙の連量等の要素により、ＲＯＭに格納されているおおまかな基本通電時間データをＲＡＭにコピーし、ステップ１０１にて印刷開始時の補正時間を０に設定する。

ステップ１０２にて印刷中か判断し、印刷中であれば、ステップ１０３にて一定時間（ｔ１）に対し基本通電時間に補正時間を加算した時間にてヒータをＯＮする。ステップ１０４にて一定時間（ｔ１）が経過したか判断し、経過していなければステップ１０２に戻る。

一定時間（ｔ１）が経過していれば、ステップ１０５にて温度検出素子の出力値を元に次回の一定時間あたりの補正時間を算出する。補正時間は、従来通り、温度検出素子の出力値と設定温度との温度差や温度検出素子の出力値の上昇傾向及び下降傾向を判断要素として決定する。ステップ１０６にて、決定した補正時間をＲＡＭに格納し、ステップ１０７にて基本通電時間更新契機か判断する。更新契機でなければステップ１０２に戻る。

更新契機であれば、ステップ１０８にてＲＡＭに格納された補正時間を元に、今回の更新契機までの補正時間の平均値を算出し、ステップ１０９にて現在の基本通電時間に補正時間平均値を加算した値を次の更新契機までの基本通電時間として更新し、ステップ１１０にてＲＡＭ上に格納した補正時間をクリア、ステップ１１１にて基本通電時間更新契機フラグをクリアし、ステップ１０２に戻る。ステップ１０７の判断要素である基本通電時間更新契機及びステップ１１１にてクリアする基本通電時間更新契機フラグについては後述する。

以上の制御の流れによると、今回の更新契機までにヒータへ通電した時間の平均は、（基本通電時間）＋（（更新契機までの補正時間の和）／（前回の更新契機から今回の更新契機までに補正を加えた回数））であり、この時間が、今回の更新契機までに設定温度を維持するために必要とした一定時間（ｔ１）あたりのヒータへの通電時間ということになる。

この時間を次回の更新契機までの基本通電時間にすることにより、ハンチングは前回に対して抑えられる。この処理を継続させることにより、徐々にハンチングを収束させようというものである。

ステップ１０７において基本通電時間更新契機の判断は、次に説明する基本通電時間更新契機フラグの内容を参照することによって行う。

図２に基本通電時間更新契機を決定する手段の流れの一実施例を示す。ステップ２０１にて印刷中か判断し、印刷中であれば、ステップ２０２にて印刷開始直後か判断する。印刷開始直後の判断は、印刷開始モードフラグを参照することにより行う。印刷開始直後であれば、ステップ２０３にて温度検出素子出力値が設定温度以上になるのを監視する。

設定温度以上になった時、ステップ２０４にて印刷開始直後モードフラグをクリアし、ステップ２０５にて設定温度オーバーモードフラグをセットする。ステップ２０２〜２０５は印刷開始後、温度検出素子出力値が設定温度以上になるまで待機する処理である。印刷開始時には加熱ローラ表面温度にアンダーシュートが発生するため、通常より大きい熱量を必要とし、この期間の補正時間は設定温度を維持するために必要な時間でない場合が一般的である。

ここでの待機は、この期間の補正値は平均値を求める際に無視するためである。ステップ１０６にて算出した補正値をＲＡＭに格納する条件として、印刷開始モードフラグがクリアされていることを設けることにより、この期間の補正時間がＲＡＭに格納されない。

ステップ２０６にて設定温度オーバーモードフラグを参照し、設定温度オーバーモードか判断し、設定温度オーバーモードであれば、ステップ２０７にて温度検出素子出力値が設定温度未満になるのを監視する。設定温度未満になった時、ステップ２０８にて設定温度オーバーモードフラグをクリアする。

ステップ２０６にて設定温度オーバーモードでない時は、ステップ２０９にて温度検出素子出力値が設定温度になるのを監視する。設定温度になった時、ステップ２１０にて基本通電時間更新契機フラグをセットし、ステップ２１１にて設定温度オーバーモードフラグをセットする。

ステップ２０１にて印刷中でない場合には、次回の印刷開始時に備え、ステップ２１２にて印刷開始直後モードフラグをセットする。温度検出素子の出力値は設定温度を中心に一定の周期をもって上下に振れる動きをする。上述してきた基本通電時間更新契機は前回の更新から最低、温度検出素子の１周期分の期間を設ける必要があり、図２の実施例では１周期分を示したが何周期であってもよい。

また、間歇印刷等があった場合には温度検出素子の出力値が安定せず、この期間のヒータ通電時間は設定温度を維持するための時間でないことが一般的であるため、印刷開始直後と同じように、平均値を求める際の補正値として認めない処理を加えてもよい。

図６に本発明の印刷中の温度制御方法によるヒータ通電時間と温度検出素子の出力値の関係を示す。印刷開始から最初の基本通電時間更新契機（ｔ２）までは従来と同様の制御を行う。更新契機（ｔ２）にそれまでの時間内の補正時間の平均時間（ｄ）を基本通電時間（ａ）に加算した値を新基本通電時間（ａ）'とし、次の更新契機までの基本通電時間として制御する。

以後は印刷中、この処理を繰り返すことにより、基本通電時間が印刷時の条件において必要とする熱量を発生させる時間にほぼ等しくなることにより、ハンチング（Ｂ）は徐々に設定温度付近で安定する。

なお、上記の実施例においては、加熱ローラのヒータ制御を例に述べたが、予熱板のヒータ制御に適用してもよく、また、加熱ローラ及び予熱板の両方のヒータ制御に適用してもよい。また、温度検出素子を用いて機器の温度を高精度で一定に保つ必要のある温度制御に対して適用可能である。

本発明の印刷時の加熱ローラの表面温度制御を示すフローチャートである。本発明の基本通電時間の更新契機を説明するフローチャートである。定着装置の概略構成図である。従来例によるヒータ通電時間と温度検出素子出力値の関係を示す説明図である。加熱ローラの表面温度と温度検出素子出力との関係を示す説明図である。本発明によるヒータ通電時間と温度検出素子出力値の関係を示す説明図である。

符号の説明

３０１予熱板
３０２ヒータ
３０３加熱ローラ
３０４ヒータ
３０５加圧ローラ
３０６回転軸
３０７支持部材
３０８カム
３０９支点軸
３１０ニップ部
３１１記録紙
３１２未定着トナー像
３１３温度検出素子
３１４温度検出素子

Claims

熱源を備えた加熱ローラと、該加熱ローラの表面温度を検出する温度検出手段と、前記熱源への一定時間あたりの通電時間が、使用する記録材の種類に基づき予め設定されており、前記温度検出手段の出力値と前記加熱ローラ表面の設定温度との温度差、または温度検出手段の出力値の上昇及び下降傾向に応じて、前記通電時間に対する補正時間を算出する補正時間算出手段とを備え、印刷時に前記通電時間を補正しながら前記熱源に通電を行う定着装置において、
前記補正時間算出手段によって算出された補正時間を時系列的に格納する記憶手段と、前記温度検出手段の出力値を監視して前記通電時間の更新契機を決定する更新契機決定手段と、前記通電時間の更新契機において、それまでに算出した補正時間の平均値を算出する平均値算出手段と、前記通電時間に前記平均値を加算し、更新通電時間を生成する通電時間更新手段とを備えたことを特徴とする定着装置。