JP2008009310A - 定着装置、画像形成装置、定着温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置における電源の電圧値の変動に拘らず、定着不良や紙カール等を生ずることのない、良好な定着処理を実現することのできる技術を提供する。
【解決手段】 トナー像が転写されたシートを加圧ローラによって加熱ローラに対して圧接させて、該シートにトナー像を加熱定着させる定着装置であって、
前記加熱ローラを加熱するためのヒータへの入力電圧を変動させる要因に関する情報を取得する情報取得部と、前記情報取得部にて取得される情報に基づいて、前記ヒータの目標温度を設定する温度設定部と、前記加熱ローラが前記温度設定部にて設定される目標温度になるように、前記ヒータの温度を制御する温度制御部とを備えてなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シートに対してトナー像を加熱定着させる定着装置における温度制御技術に関するものである。

従来、画像形成装置に備えられる定着装置の温度制御技術として、通常の定着動作を行なうために定着可能温度に達するまでや、通紙による温度変動に対して所定時間が経過した場合、あるいは測定温度と定着温度との比較結果に基づいて、加熱ヒータをＯＮ／ＯＦＦする間欠制御が知られる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−１１４２８９号公報

画像形成装置自体の電源環境および画像形成装置へのオプション機器の装着状況により、画像形成装置に対する入力電源の電圧は変動する（例えば、定格電圧±１０％程度）。

画像形成装置に対するオプション機器の装着状態を検知して、加熱ヒータの出力（Ｗ）の設定を行なう構成も考えられるが、このような構成では画像形成装置への入力電圧の変動に応じて定着装置における加熱ローラ温度の変動を避けることはできない。

一般に、画像形成装置に対する入力電源の電圧値の降下幅が大きい場合には、加熱ヒータの出力が小さくなり定着性能に問題が発生するため、画像形成装置への入力電源の電圧値が最低の状態でも定着性に問題が生じないように、定着温度が固定的に設定されていることが多い。しかしながら、逆に画像形成装置への入力電源の電圧値が高い場合には、加熱ヒータの出力が大きくなり過ぎてしまい、用紙に対して加える熱量が大きくなり過ぎ、その結果として紙カールが発生する。

このように、上記従来技術では、定着装置における加熱ローラの目標温度である定着温度を固定的に設定しているため、画像形成装置における電源の電圧値の変動に対して柔軟に対応することができず、定着不良や紙カール等の不具合が生じてしまう場合があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、画像形成装置における電源の電圧値の変動に拘らず、定着不良や紙カール等を生ずることのない、良好な定着処理を実現することのできる技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る定着装置は、トナー像が転写されたシートを加圧ローラによって加熱ローラに対して圧接させて、該シートにトナー像を加熱定着させる定着装置であって、前記加熱ローラを加熱するためのヒータへの入力電圧を変動させる要因に関する情報を取得する情報取得部と、前記情報取得部にて取得される情報に基づいて、前記ヒータの目標温度を設定する温度設定部と、前記加熱ローラが前記温度設定部にて設定される目標温度になるように、前記ヒータの温度を制御する温度制御部とを備えてなることを特徴とするものである。

また、本発明の一態様に係る画像形成装置は、形成すべき画像に応じた静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体上の静電潜像をトナーにより顕像化する現像部と、前記現像部にて顕像化されたトナー像をシートに転写させる転写部材と、前記転写部にてシートに転写されたトナー像を、該シートに対して加熱定着させる上述のような構成の定着装置とを備えてなることを特徴とするものである。

また、本発明の一態様に係る定着温度制御方法は、トナー像が転写されたシートを加圧ローラによって加熱ローラに対して圧接させて、該シートにトナー像を加熱定着させる定着装置における定着温度制御方法であって、前記加熱ローラを加熱するためのヒータへの入力電圧を変動させる要因に関する情報を取得する情報取得ステップと、前記情報取得ステップにて取得される情報に基づいて、前記ヒータの目標温度を設定する温度設定ステップと、前記加熱ローラが前記温度設定ステップにて設定される目標温度になるように、前記ヒータの温度を制御する温度制御ステップとを備えてなることを特徴とするものである。

以上に詳述したように本発明によれば、画像形成装置における電源の電圧値の変動に拘らず、定着不良や紙カール等を生ずることのない、良好な定着処理を実現することのできる技術を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態による定着装置１を備えてなる画像形成装置Ｍの装置構成の概略について説明するための全体構成図である。同図に示すように、本実施の形態による画像形成装置Ｍは、原稿の画像を読み取る画像読取部Ｒと、シートに画像を形成する画像形成部Ｐとを備えてなる構成となっている。

また、画像形成部Ｐは、給紙カセット９０１、転写部９０２、定着装置１、スイッチバック搬送部９０４、ＡＤＵ（Automatic Duplex Unit）９０５および排出トレイ９０６を備えている。以下、本実施の形態による画像形成装置Ｍにおけるシートへの両面印刷の流れの概略について説明する。

給紙カセット９０１にてシート搬送路に供給（給紙）されたシートは、シート搬送路を搬送されて、転写部９０２へと向かう。この間、感光体ドラム（像担持体）９０８ｐに形成された静電潜像が、現像部９０８ｄによってトナー像として顕像化され、中間転写ベルト９０７上に転写される（いわゆる一次転写）。

次に、中間転写ベルト９０７のベルト面に転写されたトナー像が、当該ベルト面と転写ローラ（転写部材）からなる転写部９０２にてシートの第１面に対して転写（いわゆる二次転写）される。

続いて、トナー像が転写されたシートは定着部９０３へと搬送され、その第１面にトナー像が加熱定着される。定着装置１は、ヒータＨにより加熱される加熱ローラ９０３ａおよび加圧ローラ９０３ｂを備えており、トナー像が二次転写されたシートを、加圧ローラ９０３ｂによって加熱ローラ９０３ａに対して圧接させて、該シートにトナー像を加熱定着させる。

トナー像が加熱定着されたシートは、スイッチバック搬送部９０４へと搬送され、スイッチバック搬送部９０４にてスイッチバック搬送されてＡＤＵ９０５へと搬入される。スイッチバック搬送部９０４とＡＤＵ９０５は、協働してシートの両面印刷時におけるシートの表裏反転を行なう。

ＡＤＵ９０５に搬入されたシートは、ＡＤＵ内を搬送されて再度定着部９０２へと向かい、その第２面にトナー像が形成されて定着装置１へと搬送される。

このようにして両面にトナー像が形成されたシートは、排出トレイ９０６上に排出される。

なお、本実施の形態による画像形成装置Ｍには、ＬＣＦ（Large Capacity Feeder）、ＡＤＦ（Automatic Document Feeder）、ＡＤＵ（Automatic Duplex Unit）、フィニッシャおよびＦＡＸボード等のオプション機器が付加的に装着可能となっている。図１に示す例では、画像形成装置Ｍに対してＡＤＵ９０５が装着されている例を示している。ここでの「オプション機器」とは、例えば、画像形成装置Ｍへの入力電源の電圧値が安定していれば、定着器１における加熱ローラのヒータＨの温度制御が最適に行なえるような標準的な装置構成に対して付加的に装着され得る機器を意味している。よって、ここで挙げたオプション機器が常に画像形成装置に対して付加的に装着可能であるとは限らず、時には上述したようなオプション機器の内のいずれかが標準仕様の状態で画像形成装置に内蔵されている場合もある。

ヒータＨに対して実際に入力される電圧の電圧値が高い場合には、ヒータＨの効率が上がり昇温勾配が大きくなる。また、画像形成装置Ｍに対して装着されるオプション機器における消費電力量が少ないほど、ヒータＨへ供給される電力量が多くなり、ヒータＨの効率があがり昇温勾配が大きくなる。このような場合、加熱ローラ９０３ａの温度の目標温度（設定定着温度）に対するオーバーシュート量は大きくなり、目標温度よりも比較的高い温度で加熱ローラ９０３ａの温度が推移してゆく。

定着温度が高過ぎる場合、用紙に対して熱を加え過ぎることになり、用紙のカールといった不具合を招くおそれがある。一方、ヒータＨに対して実際に入力される電圧の電圧値が低い場合、または画像形成装置Ｍに対して装着されているオプション機器の数が多い場合、ヒータＨに供給される電力量が減少してしまい、ヒータＨの効率が下がり、昇温勾配が小さくなる。このような場合、オーバーシュートはほとんど発生しないが、通紙中にヒータＨを常時ＯＮ状態にしても、用紙によって加熱ローラ９０３ａの熱が奪われ続けるため、定着不良を引き起こすおそれがある。このような場合、定着温度の設定値を高めに設定することにより、印字性能（定着率）を確保する必要がある。本実施の形態による定着装置１は、このようなヒータＨに対して実際に入力される電圧の電圧値の変動や、オプション機器の装着状態等による定着性能への悪影響を抑制することのできる構成となっている。

図２は、本実施の形態による定着装置およびこれを備えた画像形成装置Ｍについて説明するための機能ブロック図である。本実施の形態による定着装置１は、情報取得部１０１、電圧値判定部１０２、温度設定部１０３、温度制御部１０４、ＣＰＵ８０１、ＭＥＭＯＲＹ８０２および操作入力部８０３を備えてなる構成となっている。

情報取得部１０１は、加熱ローラ９０３ａを加熱するためのヒータＨへの入力電圧を変動させる要因に関する情報を取得する。具体的に、情報取得部１０１は、画像形成装置Ｍへの入力電源の電圧値や、画像形成装置Ｍに対するＬＣＦ（Large Capacity Feeder）、ＡＤＦ（Automatic Document Feeder）、ＡＤＵ（Automatic Duplex Unit）、フィニッシャおよびＦＡＸボード等の所定のオプション機器の装着状況に関する情報を取得する。また、情報取得部１０１は、画像形成装置Ｍに対して装着されている所定のオプション機器の動作状況に関する情報を取得する。なお、情報取得部１０１は、電源１０５および電圧検知回路１０６を経て、画像形成装置Ｍへの入力電源の電圧値を取得する。

この他、情報取得部１０１は、画像形成装置Ｍ内部に配置される冷却ファン、感光体および中間転写体等の所定のユニットの動作状況に関する情報を取得することもできる。なお、情報取得部１０１は、所定のオプション機器や所定のユニットの動作状況に関する情報として、例えば画像形成装置ＭにおけるＣＰＵ８０１での稼働率を取得する。

電圧値判定部１０２は、情報取得部１０１にて取得される情報に基づいて、ヒータＨへの入力電圧の電圧値を判定する。

温度設定部１０３は、情報取得部１０１にて取得される情報に基づいて、ヒータの目標温度を設定し、例えばＭＥＭＯＲＹ８０２に格納する。例えば、温度設定部１０３は、電圧値判定部１０２にて判定されるヒータＨへの入力電圧の電圧値が低いほど、目標温度を高く設定するようになっている。具体的に、温度設定部１０３は、画像形成装置Ｍへの入力電源の定格電圧が低いとき、電圧降下大のオプション機器を装着しているとき、或いは画像形成装置内における所定のユニットの稼働率が高いとき等の場合には、定着温度設定を高めに設定する。一方、上記定格電圧が高いとき、オプション機器の装着による電圧降下が少ないとき、或いは画像形成装置内における所定のユニットの稼働率が高いとき等の場合には、定着温度設定を低めに設定する。このように、温度設定部１０３では、情報取得部１０１にて取得される情報そのもの或いは当該取得される情報に基づいて算出される電圧値等に基づいて、予めＭＥＭＯＲＹ８０２に格納されているテーブルから当該情報に対応する目標温度を取得し、目標温度の設定を行なうようにすることができる。

温度制御部１０４は、加熱ローラが温度設定部１０３にて設定される目標温度になるように、当該目標温度を温度設定部１０３またはＭＥＭＯＲＹ８０２から取得し、ヒータＨの温度を制御する。

具体的に、温度制御部１０４は、加熱ローラ９０３ａおよび加圧ローラ９０３ｂの温度検出を行なうサーミスタ等からなる温度センサＳ１および温度センサＳ２における検出温度に基づいて、加熱ローラ９０３ａが目標温度である定着温度になるように、ヒータＨをＯＮ／ＯＦＦ制御する。

ＣＰＵ８０１は、定着装置１および画像形成装置Ｍにおける各種処理を行なう役割を有しており、またＭＥＭＯＲＹ８０２に格納されているプログラムを実行することにより種々の機能を実現する役割も有している。ＭＥＭＯＲＹ８０２は、例えばＲＯＭやＲＡＭ等から構成されており、定着装置１および画像形成装置Ｍにおいて利用される種々の情報やプログラムを格納する役割を有している。

操作入力部８０３は、キーボードやマウス等から構成され、ユーザからの操作入力を受け付ける役割を有している。もちろん、このような操作入力部８０３を、画面表示機能も有するタッチパネルディスプレイ等によって実現する構成であってもよい。ユーザは、このような操作入力部８０３への操作入力を行なうことにより、用紙のカールが大きいような場合に、当該ユーザが使用する画像形成装置の電源環境及びメカ構成に応じて、任意の温度設定を行なうこともできるようになっている。

このような構成により、電源状況（電圧ドロップ量）に応じて定着温度の制御を可変させるフィードバック制御を行なうことで、熱源の性能変化に応じて用紙に与える熱量の最適化を行い、紙カール増大の抑制を行なうことが可能となる。

図３は、本実施の形態による定着装置における処理（定着温度制御方法）の流れについて説明するためのフローチャートである。

情報取得部１０１は、加熱ローラを加熱するためのヒータへの入力電圧を変動させる要因に関する情報を取得する（情報取得ステップ）（Ｓ１０１）。

また、情報取得ステップでは、画像形成装置への入力電源の電圧値、画像形成装置に対する所定のオプション機器（例えば、ＬＣＦ、ＡＤＦ、ＡＤＵ、フィニッシャおよびＦＡＸボードなど）の装着状況および動作状況に関する情報、画像形成装置内部に配置される所定ユニット（例えば、冷却ファン、感光体および中間転写体など）の動作状況に関する情報などを取得する。なお、情報取得ステップでは、動作状況に関する情報として、画像形成装置におけるＣＰＵでの稼働率を取得する。

電圧値判定部１０２は、情報取得ステップにて取得される情報に基づいて、ヒータへの入力電圧の電圧値を判定する（電圧値判定ステップ）（Ｓ１０２）。

温度設定部１０３は、情報取得ステップにて取得される情報に基づいて、ヒータの目標温度を設定する（温度設定ステップ）（Ｓ１０３）。例えば、温度設定ステップでは、電圧値判定ステップにて判定されるヒータへの入力電圧の電圧値が低いほど目標温度を高く設定し、電圧値判定ステップにて判定されるヒータへの入力電圧の電圧値が高いほど目標温度を低く設定することもできる。

温度制御部１０４は、加熱ローラが温度設定ステップにて設定される目標温度になるように、ヒータの温度を制御する（温度制御ステップ）（Ｓ１０４）。

上述の定着装置での処理における各ステップは、ＭＥＭＯＲＹ８０２に格納されている定着温度制御プログラムをＣＰＵ８０１に実行させることにより実現されるものである。

本実施の形態では装置内部に発明を実施する機能が予め記録されている場合で説明をしたが、これに限らず同様の機能をネットワークから装置にダウンロードしても良いし、同様の機能を記録媒体に記憶させたものを装置にインストールしてもよい。記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ等プログラムを記憶でき、かつ装置が読み取り可能な記録媒体であれば、その形態は何れの形態であっても良い。またこのように予めインストールやダウンロードにより得る機能は装置内部のＯＳ（オペレーティング・システム）等と共働してその機能を実現させるものであってもよい。

続いて、本実施の形態による定着温度の制御技術の効果について説明する。図４は従来の定着装置における定着率およびカール量を示す表であり（ここで、定着温度（目標温度）１８５℃で固定）、図５は従来の定着装置における温度推移を示すグラフであり、図６は本実施の形態による定着装置における定着率およびカール量を示す表であり（定着温度１７０℃〜１８５℃で可変）、図７は本実施の形態による定着装置における温度推移を示すグラフである。

図４および図６では、画像形成装置に対するオプション機器の装着状況、定格１００Ｖでの実測入力電圧（Ｖ）、熱源設定電力（Ｗ）、熱源実測出力（Ｗ）、熱源制御温度（℃）、定着率（％）、カール量（ｍｍ）の比較一覧を示している。カール量は、Ａ４用紙５００枚をスタックした際の積載高さ最大値である。なお、図４および図６において、「Stand Alone」とは、オプション機器を何も装着していない標準的な状態を意味し、「Full Option」とは、画像形成装置Ｍに対して装着し得る全てのオプション機器を装着した状態を意味している。

図４および図６に示すように、画像形成装置へのオプション機器の装着状況や入力電源の電圧値が変動すると、熱源の実測出力も変化することがわかる。ここでの定着温度（目標温度）は、実測入力電源電圧値が最低値であるときでも定着率が７０％以上になるように設定してある。図６および図７に示すように、本実施の形態によれば、実測の入力電源の電圧値に応じて、定着温度を制御（又は設定）することで、定着率の確保及び紙カール増大の抑制を実現することができる。

上述のように、画像形成装置本体への入力電圧、オプション機器の接続状況および動作状況等を考慮し、最適な定着制御温度への設定変更を行なうことにより、画像形成装置の設置場所における電源状況やメカ的構成の不確定要因に対応し、常に安定した定着温度を維持することができ、定着性の確保および用紙のカールの抑制を実現することができる。

本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。

本実施の形態による定着装置１を備えてなる画像形成装置Ｍの装置構成の概略について説明するための全体構成図である。 本実施の形態による定着装置およびこれを備えた画像形成装置Ｍについて説明するための機能ブロック図である。 本実施の形態による定着装置における処理（定着温度制御方法）の流れについて説明するためのフローチャートである。 従来の定着装置における定着率およびカール量を示す表である。 従来の定着装置における温度推移を示すグラフである。 本実施の形態による定着装置における定着率およびカール量を示す表である。 本実施の形態による定着装置における温度推移を示すグラフである。

符号の説明

１ 定着装置、１０１ 情報取得部、１０２ 電圧値判定部、１０３ 温度設定部、１０４ 温度制御部、８０１ ＣＰＵ、８０２ ＭＥＭＯＲＹ、８０３ 操作入力部。

Claims (11)

1. トナー像が転写されたシートを加圧ローラによって加熱ローラに対して圧接させて、該シートにトナー像を加熱定着させる定着装置であって、
   前記加熱ローラを加熱するためのヒータへの入力電圧を変動させる要因に関する情報を取得する情報取得部と、
   前記情報取得部にて取得される情報に基づいて、前記ヒータの目標温度を設定する温度設定部と、
   前記加熱ローラが前記温度設定部にて設定される目標温度になるように、前記ヒータの温度を制御する温度制御部と
   を備えてなる定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記情報取得部にて取得される情報に基づいて、前記ヒータへの入力電圧の電圧値を判定する電圧値判定部を備え、
   前記温度設定部は、前記電圧値判定部にて判定される前記ヒータへの入力電圧の電圧値が低いほど、前記目標温度を高く設定する定着装置。
3. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記定着装置は、シートに対して画像を形成する画像形成装置に備えられるものであり、
   前記情報取得部は、前記画像形成装置への入力電源の電圧値を取得する定着装置。
4. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記定着装置は、シートに対して画像を形成する画像形成装置に備えられるものであり、
   前記情報取得部は、前記画像形成装置に対する所定のオプション機器の装着状況に関する情報を取得する定着装置。
5. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記定着装置は、シートに対して画像を形成する画像形成装置に備えられるものであり、
   前記情報取得部は、前記画像形成装置に対して装着されている所定のオプション機器の動作状況に関する情報を取得する定着装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の定着装置において、
   前記オプション機器は、ＬＣＦ、ＡＤＦ、ＡＤＵ、フィニッシャおよびＦＡＸボードのうち少なくともいずれかを含む定着装置。
7. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記定着装置は、シートに対して画像を形成する画像形成装置に備えられるものであり、
   前記情報取得部は、前記画像形成装置内部に配置される所定ユニットの
   動作状況に関する情報を取得する定着装置。
8. 請求項７に記載の定着装置において、
   前記所定ユニットは、冷却ファン、感光体および中間転写体のうち少なくともいずれかを含む定着装置。
9. 請求項５または請求項７に記載の定着装置において、
   前記情報取得部は、前記動作状況に関する情報として、前記画像形成装置におけるＣＰＵでの稼働率を取得する定着装置。
10. 形成すべき画像に応じた静電潜像を担持する像担持体と、
    前記像担持体上の静電潜像をトナーにより顕像化する現像部と、
    前記現像部にて顕像化されたトナー像をシートに転写させる転写部材と、
    前記転写部にてシートに転写されたトナー像を、該シートに対して加熱定着させる請求項１乃至請求項９の内いずれか１項に記載の定着装置と
    を備えてなる画像形成装置。
11. トナー像が転写されたシートを加圧ローラによって加熱ローラに対して圧接させて、該シートにトナー像を加熱定着させる定着装置における定着温度制御方法であって、
    前記加熱ローラを加熱するためのヒータへの入力電圧を変動させる要因に関する情報を取得する情報取得ステップと、
    前記情報取得ステップにて取得される情報に基づいて、前記ヒータの目標温度を設定する温度設定ステップと、
    前記加熱ローラが前記温度設定ステップにて設定される目標温度になるように、前記ヒータの温度を制御する温度制御ステップと
    を備えてなる定着温度制御方法。