JP2009223058A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】確実に温度を均一にし、定着ムラのない良好な画像を得る。
【解決手段】複数の温度検出素子５，６と、熱源１，２と、熱源１，２によって加熱されて回転する定着ローラ３，４とを備えた定着装置において、複数の温度検知素子５，６によって検出された複数温度の検出温度差を演算し、定着ローラ３，４の温度を均一にするために定着ローラ３，４を駆動させる際に、前記温度差が当該温度差の単位時間辺りの変化率が所定の温度均一確定時間の間、所定の温度差収束閾値以内である所定の温度差収束条件を満たすまで定着ローラ３，４を回転駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱定着を行う定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来から、電子写真プロセスを用いた画像形成手段において記録材に形成された未定着画像（トナー画像）を熱により記録材に定着する加熱装置が知られている。このような画像形成装置では、温度を均一にするための定着回転体を備え、圧接部分に記録材を通過させ、熱と圧力により未定着画像を記録材に定着する装置が一般に使用される。その際、従来では、温度を均一にするために定着回転体を所定の時間だけ回転させ、あるいは所定の回転停止温度になるまで回転させるといった制御が行われている。

しかし、これらの方法では、温度が均一にならないうちに定着回転体の回転が終了する場合があり、このような状態ですぐに記録材を通して定着動作を行うと、温度差によって定着ムラが発生し、あるいは未定着になることがあった。

そこで、例えば特許文献１には、画像形成された受像メディアの表面にフィルムを定着させる一対の定着ローラと、前記一対の定着ローラのうちヒータを備えた一方の定着ローラの表面温度を検出するための、前記一方の定着ローラに設けられた主温度センサと、前記一方の定着ローラの表面温度を検出するための、前記主温度センサから前記一方の定着ローラの円周方向に所定の中心角の位置に設けられた副温度センサと、前記受像メディアに前記フィルムを定着する前に、前記一方の定着ローラを所定の回転角で回転させ、前記主温度センサ及び前記副温度センサの温度差が所定の閾値より小さくなった後、前記受像メディアに前記フィルムを定着させる制御部とを有するラミネート装置が開示されている。

一方、特許文献２には、回転可能に設けられた定着ローラと、この定着ローラに接触する加圧ローラと、定着ローラを加熱する加熱手段と、定着ローラの温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段の温度検知信号に基づいて加熱手段を制御して定着ローラの温度を設定された定着温度範囲内に維持する制御手段とを有する熱ローラ定着装置において、定着ローラ周面を冷却する冷却手段を設け、定着ローラの温度が前記定着温度範囲より高い温度になった際、温度検知手段の温度検知信号に基づいて制御手段が冷却手段を作動させて、定着ローラ全体の温度を均一に低下させることを特徴とする熱ローラ定着装置が開示されている。
特開２００４−９８４９５号公報 特開平１０−２０７０７号公報

前記特許文献１記載の発明では、主温度センサと副温度センサの温度差が所定の閾値より小さくなるまで定着工程を禁止し、回転体を回転させ、また、特許文献２記載の発明では、複数温度センサの温度差に基づいて加熱素子の通電時間と回転体の回転時間を決定している。

しかし、温度差だけでは温度が均一になったとは言えず、他に複数の条件を組み合わせる必要があると考えられる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、確実に温度を均一にし、定着ムラのない良好な画像を得ることにある。

前記課題を解決するため、本発明は、複数の温度検出素子と、熱源と、この熱源によって加熱され、加熱状態で回転する回転体とを備えた定着装置において、前記複数の温度検知素子によって検出された複数温度の検出温度差を演算し、前記回転体の温度を均一にするために前記回転体を駆動させる際に、前記温度差が所定の温度差収束条件を満たすまで前記回転体を回転駆動する手段を備えていることを特徴とする。

この場合、前記温度差収束条件は、前記温度差の単位時間辺りの変化率が所定の温度均一確定時間の間、所定の温度差収束閾値以内であり、前記回転体を回転駆動する際の動作条件に基づいて、温度均一確定時間、温度差収束閾値、温度差を検出する温度検出素子の組み合わせを切り替える。また、前記回転駆動する際の動作条件が、立ち上げ、ジョブ前、ジョブ後の少なくとも１つであり、前記回転体が回転駆動している間はジョブの受け付けは行わないようにしている。

なお、後述の実施形態では、複数の温度検出素子は、第１及び第２の温度検出素子５，６に、回転体は定着ローラ３に、温度差が所定の温度差収束条件を満たすまで前記回転体を回転駆動する手段はＣＰＵ８及び定着回転制御部１２に、それぞれ対応する。

本発明によれば、複数温度検出素子によって検出された各温度差の変化率が収束するまで、定着回転体を回転させることにより、温度を均一にし、定着ムラのない良好な画像を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の定着装置を示す図、図２は図１の定着装置の制御構成を示すブロック図である。

図１において、定着装置（定着ユニット−後述の図４参照）は第１の定着ローラ３と、この第１の定着ローラ３とニップを形成する第２の定着ローラ４と、前記第１及び第２の定着ローラ３，４内にそれぞれ設けられた第１及び第２の加熱源１，３と、前記第１及び第２の加熱源１，３の温度をそれぞれ検知する第１及び第２の温度検知素子５，６と、冷却装置１９とを備え、第１及び第２の温度検知素子５，６は第１及び第２の定着ローラ３，４の外周部に接触し、あるいは近接した位置に設けられる。これらの配置は、素子の種類によって異なり、接触型のものでは接触した位置に、非接触型のものでは近接した位置に設けられることになる。

また、ジョブ後のオーバーシュートを防ぐため、定着ローラ３の後段に例えば冷却ファンからなる冷却装置１０が設けられている。この場合、冷却装置１９の動作終了条件に後述の温度差収束条件を適用することにより、定着全体の温度を確実に均一化し、素早く待機温度に移行させる。

一方、制御構成は、制御手段としてのＣＰＵ８を中心に構成され、ＣＰＵ８にＲＡＭ９、目標温度設定部１０、加熱装置制御部１１、定着回転制御部１２、及び冷却装置１９が接続されている。目標温度設定部１０は、さらには加熱装置制御部１１，温度制御部１３に接続され、温度制御部１３はさらには第１及び第２の温度検出素子５，６に接続されている。また、前記加熱装置制御部は第１及び第２の加熱源１，２に接続され、定着回転制御部１２はさらには冷却装置１９及び定着回転体１４に接続されている。定着回転体１４は前記第１及び第２の定着ローラ３，４の一方の駆動側のローラに対応する。

このように構成された定着装置では、第１及び第２の温度検知素子５及び６によって検出された温度を用い、温度制御部１３により演算結果に基づいて第１及び加熱源１及び２へ電力が供給され、目標温度設定部１０で設定された目標温度になるように温度制御される。目標温度設定部１０はＣＰＵ８からの指示に基づいて目標温度を設定する。なお、初期値は予めメモリに記憶させ、あるいは操作パネルから工場での調整時に設定する。

この定着装置は、画像形成装置の立ち上げ時、ジョブ前など、温度を均一にする目的で定着回転制御部１２により定着回転体１４である第１及び第２の定着ローラ３，４の一方のローラを回転駆動させる。なお、第１及び第２の定着ローラ３，４は、一方が駆動側、他方が従動側に設定され、駆動側のローラを回転させると、ニップを通じて駆動力が従動側のローラに伝達されて、両者は同期回転する。

本実施例において、図１の温度検出素子５（定着ローラ３側），温度検出素子６（定着ローラ４側）で検出された温度差を用いた例を示す。定着回転体は図１の定着ローラ３とする。図３に立ち上げ時の温度変化グラフを示す。

図３において、定着ローラ３が回転を開始する（ｔｓ）と、温度が高い定着ローラ３側の温度は乱高下しながら下がり始める。一方温度が低い定着ローラ４側の温度は上昇し始める。この間、定着ローラ３側と定着ローラ４側の温度差の変化率は大きくなる。定着部の温度が均一になってくると、温度差の変化率は次第に減少し、やがて各温度は目標温度に追従する。

温度差収束条件を以下のように定義する。

現時刻の定着ローラ３温度：Ｔａ１
現時刻の定着ローラ４温度：Ｔｂ１
前時刻の定着ローラ３温度：Ｔａ２
前時刻の定着ローラ４温度：Ｔｂ２
現時刻の温度差：ΔＴ１＝｜Ｔａ１−Ｔｂ１｜
前時刻の温度差：ΔＴ２＝｜Ｔａ２−Ｔｂ２｜
温度差収束閾値：Ｔ３
温度均一確定時間：ｔ１
判定周期：ｔ２
温度差収束条件：ｔ１の間｜ΔＴ１−ΔＴ２｜＜Ｔ３を満たす。（判定周期 ｔ２）
このように温度差収束条件を定義したときに、温度差の変化率｜ΔＴ１−ΔＴ２｜を考慮することによって、単純に時間や温度によって回転時期を決定するよりも、確実に温度分布を均一にすることができる。温度検出素子の数を増やし、均等な位置に配置すれば精度は増すが、本実施例のように、加熱装置を制御するために使用する温度検出素子５，６に適用しても効果が得られる。

図３は立ち上げ時の回転の例である。立ち上げ時の回転動作は十分に温まっていない定着部の温度を均一にする目的がある。一方、ジョブ後の回転動作は記録材が定着を抜けた直後に起こるオーバーシュートを緩和し、あるいは逆に記録材に熱を奪われて温度が低くなるなどして生じた温度ムラを解消する目的がある。そのため、各動作条件によって使用する加熱源や、最大点灯率を変化させることがある。

そこで、本実施形態では、立ち上げ、ジョブ前、ジョブ後などの動作条件に合わせて、前記温度差収束閾値Ｔ３、前記温度均一確定時間ｔ１、前記判定周期ｔ２、及び温度差に使用する温度検出素子の組み合わせを切り替えることにより温度分布に合わせて回転を制御するようにしている。

例えば、定着回転体１４が回転駆動している間はジョブを受け付けないようにする。すなわち、図３において温度収束条件を満たした回転停止時刻ｔｅまでジョブを受け付けないことにより、確実に定着部の温度分布を均一にすることができる。

また、記録媒体検知手段からのサイズ情報（本実施形態では、表示操作部１０３からの指示入力、あるいはプリンタコントローラ１０１からのプリント情報）に基づいて記録材のサイズを検知し、回転駆動する際の定着装置の動作条件をジョブ前又はジョブ後とし、定着させる記録材のサイズにより温度均一確定時間、温度差収束閾値、温度差を検出する温度検出素子の組み合わせを切り替えるようにすることもできる。

図４は図１の定着ローラ３側の加熱源１が，配熱分布の異なる中央ヒータ１５、端部ヒータ１６に分かれている例を示す図である。このような構成の定着ローラ３では、記録材のサイズとヒータ構成位置によって記録材に奪われる熱量が異なるため、配熱分布が異なるヒータの目標温度や最大点灯率の比率を変えた制御を行う必要がある。そこで、温度差収束閾値Ｔ３、温度均一確定時間ｔ１、監視周期ｔ２、温度差に使用する温度検出素子５，６の組み合わせを通過する記録材のサイズによって切り替えることにより、温度分布の特徴に合わせて定着回転体を回転制御する。なお、温度検出素子５，６の組み合わせとは、温度検出素子５，６ともに、１個所に設けるのではなく、記録材の幅方向に少なくとも２個所、例えば中央部（符号１７）と端部（符号１８）、さらには低温側の定着ローラ４ｔについても中央部と端部に温度検出素子を設け、これらの温度検出素子の設置個所に対応した組み合わせに切り替える。さらには、端部側については記録材の幅に応じて複数個所設け、これらの個所も組み合わせに組み込んで切り替えることもできる。この組み合わせは、予め実験室で各組み合わせについてデータをとっておき、サイズ別に最適な組み合わせを決めておき、サイズに応じてＣＰＵ８が自動的に切り替えることにより最適な組み合わせが選択される。

また、ジョブ時の目標温度は記録材の種類によって異なる。そこで、この場合も、温度差収束閾値Ｔ３、温度均一確定時間ｔ１、監視周期ｔ２、温度差検出に使用する温度検出素子の組み合わせを、前述のように通過する記録材の種類によって切り替えることにより、温度分布の特徴に合わせて定着回転体を回転制御する。

図５は、本発明の実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタの概略構成を示す図である。同図において、本実施形態に係るプリンタは、プリンタコントローラ１０１、メモリ部１０２、表示操作部１０３、制御部１０４及びプロッタ部１０５から基本的に構成されている。プリンタコントローラ１０１は、転送された画像データを変換し、画像信号としてメモリ部１０２に送る。メモリ部１０２は、プリンタコントローラ１０１から送られてきた画像信号を記録し、印刷する際にプロッタ部１０５へ画像信号を送る。このメモリ部１０２は、複数ページの画像信号を記憶する十分な記憶容量を持っている。

表示操作部１０３は、ユーザが各種の設定を行い、また各種の情報を表示する。制御部１０４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、インターフェース等の素子で構成され、ＣＰＵがＲＯＭ内に書き込まれたソフトウエア（プログラム）により、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながらプリンタのリソースの動作を制御する。プリンタコントローラ部１０１より印刷要求が発行されると、連続的にメモリ部１０２に記録された画像は、順次プロッタ部１０５に出力するよう制御される。

なお、前記制御部１０４には、図２に示したＣＰＵ８、ＲＡＭ９、目標温度設定部１０、加熱装置制御部１１、定着回転制御部１２、温度制御部１３が含まれる。

プロッタ部１０５は、電子写真方式で画像を形成するプリンタエンジンを備え、直接転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置として構成されている。プロッタ部１０５は作像部１２０を中心に、複数の給紙段（図示せず）を備えた給紙部１０６と定着ユニット１０９が前記作像部１２０の前段と後段にそれぞれ設けられている。また、定着ユニット１０９には前述の温度検出素子５，６が配置されている。

作像部１２０は光学ユニット１２１と、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各作像ステーション１７０Ｙ，１７０Ｍ，１７０Ｃ，１７０Ｋ、紙搬送ベルト１２２とを備え、給紙部１０６のいずれかの給紙段から給紙された用紙上にＹ，Ｍ，ＣＫの順で画像を順次転写しながらフルカラーのトナー画像を形成する。トナー画像は定着ユニット１０９で加圧及び加熱され、記録材上に定着されて排紙部１２３から排紙トレイ１２４上に排紙される。すなわち、各作像ステーション１７０Ｙ，１７０Ｍ，１７０Ｃ，１７０Ｋは、それぞれ感光体ドラムの外周に帯電ユニット、現像ユニット、転写ユニット、クリーニングユニット、及び除電ユニットなどを備えている。各作像ステーション１７０Ｙ，１７０Ｍ，１７０Ｃ，１７０Ｋでは、各ステーション毎にメモリ１０２部から送られてくる画像信号に基づいて各色の感光体ドラムに光書き込みを行い、書き込まれた潜像をトナー現像し、記録材搬送ベルト１２２に静電吸着により吸着された状態で搬送されてくる記録材上に転写ユニットによって各色毎のトナー画像が転写され、定着ユニット１０９で定着されることになる。定着は定着温度センサ１０８の情報及び、事前の情報により温度の制御を行う定着ユニット１０９により所定の定着温度で定着される。符号１２５は現像ユニットにトナーを補給するためのトナーボトルである。

なお、温度均一確定時間ｔ１、温度差収束閾値Ｔ３は設定と矛盾しない限り表示操作部１０３から任意に設定することができる。また、温度差を検出する温度検出素子５，６の組み合わせも表示操作部１０３から任意に設定することができる。

さらには、画質優先モードと時間優先モードを設け、時間優先モードの場合は温度差収束条件が満たされていなくても最長回転時間に到達していたら回転を終了し、ジョブを受け付けるように構成することもできる。その際、画質優先モードと時間優先モードはユーザが表示操作部１０３から任意に設定することができる。

加えて、前記温度検出素子５，６から得られた温度差によってＣＰＵ８は定着ローラ３の回転速度を切り替えるようにする。また、冷却装置１９の駆動時の定着装置１０９の動作状態がジョブ後であり、温度差収束条件を満たすまで定着装置１０９の冷却を継続するようにする。

以上のように、本実施形態によれば、
１）複数の温度検出素子によって検出された温度差が所定の温度差収束条件を満たすまで定着ローラ３回転体を回転駆動するので、温度が均一になり、定着ムラのない高品質の画像を得ることができる。
２）複数の温度検出素子によって検出された各温度によって得られる温度差の変化率が、温度均一確定時間の間、温度差収束閾値以内に収まるまで定着回転体を回転するので、温度が均一になり、定着ムラのない高品質の画像を得ることができる。
３）温度均一確定時間、温度差収束閾値、温度差に使用する温度検出素子の組み合わせを切り替え、各温度分布に合わせた回転動作を行うので、温度が均一になり、定着ムラのない高品質の画像を得ることができる。
４）定着ローラ３，４の回転動作中、温度差収束条件を満たすまでは、ジョブを受け付けないので、定着ムラのない高品質の画像を確実に得ることができる。
５）定着する記録材のサイズ、又は記録材の種類（紙種）によって、温度均一確定時間、温度差収束閾値、回転停止温度、温度差に使用する温度検出素子の組み合わせを切り替え、それぞれの温度分布に合わせた回転動作を行うので、温度が均一になり、定着ムラのない高品質の画像を得ることができる。
等の効果を奏する。

なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項全てに及ぶことは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る定着装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る制御構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る定着装置の立ち上げ時回転の際の温度変化を示す図である。 本発明の実施形態に係る配熱分布の異なる加熱源を備えた定着ローラを示す図である。 本発明の実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 加熱源１
２ 加熱源２
３ 定着ローラ３
４ 定着ローラ４
５ 第１の温度検知素子
６ 第２の温度検知素子
７ 記録材
８ ＣＰＵ
９ ＲＡＭ
１０ 目標温度設定手段
１１ 加熱装置制御部
１２ 定着回転制御部
１３ 温度制御部
１４ 定着回転体
１５ 中央ヒータ
１６ 端部ヒータ
１７ 温度検知素子４
１９ 冷却装置
１０１ プリンタコントローラ
１０２ メモリ
１０３ 表示操作部
１０４ 制御部
１０５ プロッタ部
１０９ 定着ユニット（定着装置））
１２０ 作像部

Claims (5)

1. 複数の温度検出素子と、熱源と、この熱源によって加熱され、加熱状態で回転する回転体とを備えた定着装置において、
   前記複数の温度検知素子によって検出された複数温度の検出温度差を演算し、前記回転体の温度を均一にするために前記回転体を駆動させる際に、前記温度差が所定の温度差収束条件を満たすまで前記回転体を回転駆動する手段を備えていることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   前記温度差収束条件が、前記温度差の単位時間辺りの変化率が所定の温度均一確定時間の間、所定の温度差収束閾値以内であることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１又は２記載の定着装置において、
   前記回転体を回転駆動する際の動作条件に基づいて、温度均一確定時間、温度差収束閾値、温度差を検出する温度検出素子の組み合わせを切り替える手段を備えていることを特徴とする定着装置。
4. 請求項３記載の定着装置において、
   前記回転駆動する際の動作条件が、立ち上げ、ジョブ前、ジョブ後の１つを含むことを特徴とする定着装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の定着装置において、
   前記回転体が回転駆動している間はジョブを受け付けないことを特徴とする定着装置。

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