JP2009223147A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ローラの温度リップルが大きくなることを抑え、定着ムラを抑制する。
【解決手段】定着媒体の温度が低下する前に、前記装置を加熱するヒータ１０への通電時間を大きくして温度リップルを防ぐ画像形成装置において、前記定着媒体（転写紙及びトナー）が奪う熱量をエンジン制御回路１７で算出し、算出された前記熱量から前記ヒータ１０への通電時間を設定する。その際、エンジン制御回路１７は、転写紙の種類、定着ローラを通過する時間、転写紙に固着させるトナー量あるいは環境温度から定着媒体が奪う熱量を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は転写紙に転写されたトナー画像を定着する定着装置の温度が低下する前に、定着装置の加熱手段を制御して温度リップルを防ぐ画像形成装置に関する。

一般的な画像形成装置では、転写紙にトナーを固着させるために、ヒータを内蔵した定着ローラを有する熱定着装置が用いられている。前記定着ローラにはその温度を検出するためのサーミスタ等の温度検出手段が接続される。画像形成装置は、エンジン制御回路により、定着ローラの温度が所定の温度になるようにヒータの通電時間が調整され、形成した画像の定着が可能となる。

一方、定着ローラで転写紙上のトナーが転写紙に固着されると、定着ローラの温度が所定の温度よりも低下する。定着ローラの温度は温度検出手段で常時検出されており、定着ローラの温度が所定の温度より低下すると、ヒータの通電時間が大きくなるように制御され、定着ローラの温度が再び所定の温度に達する。このヒータを所定の温度に維持する制御は、温度検出手段で定着ローラの温度を検出し、その温度に変化があった場合に定着ローラの温度を所定の温度に制御するので、定着ローラの温度リップルが大きくなる。定着ローラの温度リップルが大きくなると、定着ローラの温度が所定の温度よりも大きく異なったときに画像を形成した場合には定着ムラが生じるという問題が生じる。

この問題を解決する手段として、特許文献１には、画像形成装置における定着ローラを加熱するためのヒータ制御手段において、定着ローラの温度を温度検出手段で検出してヒータの通電時間を制御する手段と、画像形成装置の転写紙の大きさ、枚数に応じて、定着ローラの温度が低下する前に、ヒータの通電時間を大きくすることにより、定着ローラの温度リップルが大きくなることを抑えることで、定着ムラを抑制することが提案されている。
特開２００３−５０５２０号公報

定着ローラのリップルが大きくなることを抑えるためには、前記ヒータの通電時間により発生する熱量と、転写紙上のトナーと転写紙が定着ローラから奪う熱量が同等であればよいが、前記特許文献１記載の発明では、転写紙上のトナーと転写紙が定着ローラから奪う熱量は、転写紙の種類、転写紙が定着ローラを通過する時間、転写紙に固着させるトナー量などにより異なるため、定着ローラの温度リップルが大きくなる可能性があり、定着ムラの発生を否定できない。

そこで、本発明が解決すべき課題は、定着ローラの温度リップルが大きくなることを抑え、定着ムラを抑制することができるようにすることにある。

前記課題を解決するため、本発明は、定着媒体の温度が低下する前に、前記装置を加熱する加熱手段への通電時間を大きくして温度リップルを防ぐ画像形成装置において、前記定着媒体が奪う熱量を算出する算出手段を備え、前記算出手段は、算出された前記熱量から前記加熱手段への通電時間を設定することを特徴とする。

この場合、前記算出手段は、転写紙の種類、転写紙が定着ローラを通過する時間、転写紙に固着させるトナー量により、あるいは環境温度から定着媒体が奪う熱量を算出する。また、前記加熱手段を通電による発熱するヒータから構成し、前記算出手段は、前記ヒータへの通電時間と前記定着媒体が奪う熱量の誤差を温度リップルより算出し、次回のヒータの通電時間を算出する際に熱量の誤差を補正値とする。

なお、後述の実施形態において、加熱手段はヒータ１０に、算出手段はエンジン制御回路に、それぞれ対応する。なお、エンジン制御回路はＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含み、ＣＰＵをＲＯＭに格納されたプログラム（コード）を、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながら実行する。

本発明によれば、転写紙上のトナー及び転写紙が定着ローラから奪う熱量を、転写紙の種類、転写紙が定着ローラを通過する時間、転写紙に固着させるトナー量など、画像形成条件により算出し、ヒータの通電時間を大きくするようにしたので、定着ローラの温度リップルが大きくなることを抑え、定着ムラを抑制することができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の実施形態に係る定着装置の回路構成を示すブロック図である。同図において、１は外部のＡＣ電源、２はノイズフィルタ、３は整流回路としてのダイオードブリッジである。外部のＡＣ電源１はノイズフィルタ２を介してダイオードブリッジ３に接続され、外部のＡＣ電源１からのＡＣ入力はノイズフィルタ２を経てダイオードブリッジ３により全波整流される。ダイオードブリッジ３にはコンデンサ４、コイル５及びコンデンサ６からなるノイズフィルタが接続される。

このノイズフィルタには、インバータ回路７が接続され、さらにＡＣ電源１の電圧を検出する電圧検出手段としての抵抗８、９が直列に接続されている。インバータ回路７においては、定着装置の定着ローラを加熱するヒータ１０と温度ヒューズ１１とスイッチ素子１４がコンデンサ４、コイル５及びコンデンサ６からなるノイズフィルタの出力側に直列に接続されている。

ヒータ１０の外周には定着ローラが接続され、この定着ローラの近傍には温度検出手段を構成するサーミスタ１２が配置されている。このサーミスタ１２は定着ローラの温度を検出し、ローラ温度検出回路１３はサーミスタ１２の検出温度に応じた温度検出信号を出力する。インバータ回路７のスイッチ素子１４及びローラ温度検出回路１３にはドライブ回路１５及びヒータ制御手段としてのヒータ制御回路１６が接続され、抵抗８、９の分圧点がヒータ制御回路１６に接続されている。ヒータ制御回路１６には画像形成装置のエンジン制御手段としてのエンジン制御回路１７が接続されている。

次に、この実施例の動作について、画像形成装置が画像を形成しない場合と、画像形成装置が画像を形成する場合とに分けて説明する。まず、画像形成装置が画像を形成しない場合の本実施例の動作について説明する。ＡＣ電源１からのＡＣ入力は、ノイズフィルタ２を経てダイオードブリッジ３により全波整流され、コンデンサ４、コイル５及びコンデンサ６からなるノイズフィルタと温度ヒューズ１１とスイッチ素子１４を介してヒータ１０に供給される。スイッチ素子１４はドライブ回路１５により駆動されてスイッチングし、抵抗８、９はコンデンサ４、コイル５及びコンデンサ６からなるノイズフィルタの出力電圧を分圧することでＡＣ電源１の電圧を検出する。

サーミスタ１２で定着ローラの温度が検出され、ローラ温度検出回路１３がサーミスタ１２の検出値に応じた温度検出信号を出力する。ヒータ制御回路１６は、ローラ温度検出回路１３から温度検出信号がフィードバックされ、定着ローラの温度が目標値の温度になるようにドライブ回路１５を介してスイッチ素子１４を制御する。

すなわち、画像形成装置全体の動作を制御しているエンジン制御回路１７がヒータ制御回路１６にローラ温度設定信号を出力すると、ヒータ制御回路１６はドライブ回路１５にスイッチ素子１４のスイッチングを開始させてヒータ１０に通電させる。スイッチ素子１０はＡＣ電源１の周波数に比べて十分に高い周波数（例えば２０ＫＨｚ）でオンとオフを繰り返すスイッチングを行う。このため、ＡＣ電源１からのＡＣ入力は、ノイズフィルタ２を経てダイオードブリッジ３により全波整流され、コンデンサ４、コイル５及びコンデンサ６からなるノイズフィルタを経てスイッチ素子１４でスイッチングされて温度ヒューズ１１を介してヒータ１０に供給され、スイッチ素子１４のスイッチング周波数に同期した負荷電流がヒータ１０に流れる。ヒータ１０はその負荷電流により発熱して定着ローラを加熱する。

定着ローラの温度はサーミスタ１２により検出され、ローラ温度検出回路１３がサーミスタ１２の検出値に応じた温度検出信号をヒータ制御回路１６へ出力する。ヒータ制御回路１６は、ローラ温度検出回路１３からの温度検出信号に基づいて定着ローラの温度が前記ローラ温度設定信号に対応した所定値になるようにドライブ回路１５を介してスイッチ素子１４の導電比率を制御する。

スイッチ素子１４のスイッチングは固定の周期で繰り返し、スイッチ素子１４の導電比率が大きくなるとヒータ１０への通電量が増して定着ローラの温度が高くなる。逆にスイッチ素子１４の導電比率が小さくなるとヒータ１０への通電量が減少して定着ローラの温度が低くなる。このように画像形成装置が画像を形成しない場合には、ヒータ制御回路１６はローラ温度検出回路１３からの温度検出信号がフィードバックされてスイッチ素子１４の導電比率を制御することにより、定着ローラの温度を所定値に保つ。

次に、画像形成装置が画像を形成する場合の本実施例の動作について説明する。エンジン制御回路１７は、ヒータ制御回路１６からの信号により定着ローラの温度が所定値になった後で、画像形成信号により、画像形成装置内の各駆動負荷を動作させて画像を形成させるが、画像形成以降、複数回にわたって、画像形成の量（画像を形成する記録媒体としての転写紙の大きさ及び枚数）に応じてローラ温度設定信号をヒータ制御回路１６へ出力する。

ヒータ制御回路１６は、エンジン制御回路１７からのローラ温度設定信号と、ＡＣ電源１の電圧を検出するための抵抗８、９の分圧点の電圧信号からスイッチ素子１４の導電比率を決めて制御することにより、ヒータ１０への通電量がローラ温度設定信号に対応した所定値になるようにスイッチ素子１４の導電比率を制御する。このように、画像形成装置が画像を形成する場合、定着ローラの温度は定着ローラが転写紙に熱を奪われるため、定着ローラの温度を所定値に保つためには画像を形成しない場合に比べてヒータ１０への通電量を増やす必要があるが、ヒータ制御回路１６は、エンジン制御回路１７からのローラ温度設定信号により、定着ローラの温度が降下する前にスイッチ素子１４の導電比率を段階的に拡げるフィードフォワードでの定温制御を行い、これにより、定着ローラの温度リプルのない制御が可能で、画像形成の量に関わらず定着ローラの温度を所定値に保つことができる。

図２は定着ローラが所定の温度に制御しているときに、転写紙が定着部を通過するときの定着ローラ１０９ａの温度を表したグラフである。転写紙が定着ローラ１０９ａ部を通過する際、定着ローラ１０９ａの熱量を奪うため、定着ローラ１０９ａの温度が低下するが、この温度低下によりヒータの通電時間を大きくし、その後、また所定の温度に戻る。本実施形態では、定着装置１０９は印刷要求に付随される情報により転写紙が奪う熱量を算出し、ヒータ１０の通電時間を大きくし、図３のように定着ローラ１０９ａの温度が低下することを防ぐ。

前記熱量の算出において、転写紙の種類を用いる。すなわち、印刷要求に付随される普通紙、厚紙などの転写紙の種類の情報により定着ローラから奪う熱量の係数をあらかじめ定めておき、熱量を計算する。

また、前記熱量の算出において、定着ローラ部を転写紙が通過する時間を用いてもよい。印刷要求に付随される転写紙の長さと転写紙の速度の情報より定着ローラ部を通過する時間を算出し、熱量を計算する。

また、前記熱量の算出において、転写紙上のトナーの量を用いることもできる。トナーを融解する熱量はトナーの量が多いほど必要となるため、印刷要求に付随される画像の情報より使用するトナーの量を算出し、熱量を算出する。

また、前記熱量の算出において、環境温度を用いることも可能である。画像形成装置内にある環境温度検出より取得した情報をもとに熱量を算出する。

前述のようにして定着ローラの温度低下を防いでも、図４に示す温度リップルが生じる。そこで、その誤差熱量を算出し、この誤差熱量を次の転写紙が定着ローラを通過するときに用いることで、請求項１記載の発明より温度リップルを防ぐこともできる。

さらに、算出された誤差熱量を、画像形成装置に搭載されている記憶媒体（メモリ１０４）で記憶する。

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１に示したヒータ制御回路１６及びエンジン制御回路１７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。

ヒータへの通電時間から算出される熱量と、転写紙が定着ローラ１０９ａから奪う熱量との差分を、メモリ１０２に保存し、この差分を徐々に小さくするように制御することにより、定着ローラ１０９ａの温度リップルが大きくなることを抑えることが可能となる。その際、前記差分を、次の転写紙が通るときに加算し、定着ローラ１０９ａの温度リップルが大きくならないようにする。

以上のように本実施形態によれば、
１）定着媒体である転写紙及び転写紙上のトナーが定着ローラ１０９ａを通過する際に奪う熱量を算出し、あらかじめヒータ１０の通電時間を大きくしておくので、定着ローラ１０９ａの温度リップルが大きくなることを抑制し、定着ムラを防止することができる。
２）転写紙の種類毎に転写紙が定着ローラから奪う熱量を算出し、定着ローラの温度リップルが大きくなることを抑えるので、定着ムラを防止することができる。
３）転写紙がローラを通過する時間に基づいて転写媒体が定着ローラから奪う熱量を算出し、定着ローラの温度リップルが大きくなることを抑えるので、定着ムラを防ぐことができる。
４）転写紙上のトナーの量に応じて転写紙が定着ローラを通過する際に奪う熱量を算出し、定着ローラの温度リップルが大きくなることを抑えるので、定着ムラを防ぐことができる。
５）転写紙が定着ローラを通過する際に奪う熱量の算出に際し、環境温度を用いて転写紙が定着ローラから奪う熱量を算出し、定着ローラの温度リップルが大きくなることを抑えるので、定着ムラを防ぐことができる。
６）ヒータへの通電時間から算出される熱量と、転写紙が定着ローラから奪う熱量との差分を、次の転写紙が通るときに加算し、定着ローラの温度リップルが大きくなることを抑えるので、定着ムラを防ぐことができる。
７）ヒータへの通電時間から算出される熱量と、転写紙が定着ローラから奪う熱量との差分を、記憶媒体に保存しておくことで熱量の差分を徐々に小さくすることで、定着ローラの温度リップルが大きくなることをより抑えることにより、定着ムラを防ぐことを可能にする。
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の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回路構成を示すブロック図である。 定着ローラが所定の温度に制御しているときに、転写紙が定着部を通過するときの時間に対する定着ローラの温度変化を示す図である。 定着ローラが所定の温度に制御しているときに、転写紙が定着部を通過するときの時間に対する定着ローラの温度変化を示す図である。 定着ローラが所定の温度に制御しているときに、転写紙が定着部を通過するときの時間に対する定着ローラの温度変化を示す図である。 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。

符号の説明

１ ＡＣ電源
３ ダイオードブリッジ
７ インバータ回路
８、９ 抵抗
１０ ヒータ
１２ サーミスタ
１４ スイッチ素子
１５ ドライブ回路
１６ ヒータ制御回路
１７ エンジン制御回路
１８、１８ａ、１８ｂ デジタル制御回路
１９ リレー
１０１ コントローラ
１０２ メモリ
１０３ 表示操作部
１０４ 制御部
１０９ 定着ユニット
１０９ａ，１０９ｂ 定着ローラ

Claims (6)

1. 定着媒体の温度が低下する前に、前記装置を加熱する加熱手段への通電時間を大きくして温度リップルを防ぐ画像形成装置において、
   前記定着媒体が奪う熱量を算出する算出手段を備え、
   前記算出手段は、算出された前記熱量から前記加熱手段への通電時間を設定することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記算出手段は、転写紙の種類により定着媒体が奪う熱量を算出することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記算出手段は、転写紙が定着ローラを通過する時間により定着媒体が奪う熱量を算出することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記算出手段は、転写紙に固着させるトナー量により定着媒体が奪う熱量を算出することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記算出手段は、環境温度から定着媒体が奪う熱量を算出することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記加熱手段が通電による発熱するヒータからなり、
   前記算出手段は、前記ヒータへの通電時間と前記定着媒体が奪う熱量の誤差を温度リップルより算出し、次回のヒータの通電時間を算出する際に熱量の誤差を補正値とすることを特徴とする画像形成装置。

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