JP2014002265A - 加熱制御システム及び加熱制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱体の範囲外に供給される無駄な電力を削減し、かつ同時にヒータの温度制御を精度よく実施できるようにする。
【解決手段】伸縮自在なヒータ３１で被加熱物を加熱するための加熱制御システムであって、前記ヒータ３１に電力を供給する制御を行う加熱制御手段１２と、被加熱物のサイズを検知するためのサイズ検知手段と、前記サイズ検知手段で検知された被加熱物のサイズに応じて前記ヒータ３１を伸縮する制御を行う駆動制御手段１３と、を備え、前記加熱制御手段１２は、前記ヒータ３１の長さに応じて変化する供給可能電力を前記変化前の所定電力に調整し、調整した所定電力を前記ヒータに供給するよう制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱制御システム及び加熱制御方法に関し、例えば、画像形成装置において、加熱した定着ローラに転写像を有する記録媒体である記録紙を通紙させて、上記記録紙上に転写像を定着させる加熱制御システム及び加熱制御方法に関する。

画像形成装置において、トナー像を用紙に定着させるための定着装置では、例えばハロゲンヒータ等のヒータを通紙する最大の用紙サイズに合わせた長さとするか、最大の紙サイズに合わせて複数のヒータを配置した構造としていた。
しかし、これらのヒータは、いずれの場合もその長さは常に一定であるため、紙の通紙サイズがヒータの長さよりも小サイズの場合は、ヒータの点灯時に通紙範囲外の温度が高温になり、小サイズの通紙が続くとその部分が過熱されて画質が低下し或いは周辺部材が熱損傷を受けることに加え、加熱する必要のない箇所を加熱するため無駄な電力を消費するという問題があった。

そこで、定着装置において、通紙範囲外を加熱しないように、通紙範囲外はヒータからの熱を遮るための遮光板（遮熱板）で覆って遮熱するようにする。つまり、通紙する紙サイズに応じて遮光板を用いてヒータからの熱を遮断する範囲を切り替え、通紙範囲外の熱の悪影響を受けないように加熱制御するものが提案された（特許文献１）。
この定着装置は通紙範囲外を遮光板で覆い、通紙範囲外が過熱されることによる悪影響を受けないようにすることはできるが、通紙範囲外の加熱自体は行うので無駄な電力を消費すると云う問題は解決できていない。

これに対し、伸縮可能なヒータを用いて通紙される紙サイズに合わせてその長さ（幅）を伸縮して、必要な範囲のみを加熱制御する加熱定着ローラ装置も既に提案されている（特許文献２）。
これによれば、本来通紙範囲でない部分を加熱するという無駄はなくなる。しかし、この加熱定着ローラ装置では、ヒータの長さを変更するとヒータの単位長さ当たりの電力が変わり狙いの電力でヒータを加熱することが難しい、つまりヒータを精度よく温度制御することができないという別の問題が生じる。

本発明は、従来技術における前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、加熱手段を被加熱体のサイズに合わせて伸縮させることで被加熱体の範囲内にのみ必要とされる電力を供給し、被加熱体の範囲外に供給される無駄な電力を削減し、かつ同時に加熱手段の温度制御を精度よく実施できるようにすることである。

本発明は、伸縮自在な加熱手段で被加熱物を加熱するための加熱制御システムであって、前記加熱手段に電力を供給する制御を行う加熱制御手段と、被加熱物のサイズを検知するためのサイズ検知手段と、前記サイズ検知手段で検知された被加熱物のサイズに応じて前記加熱手段を伸縮する制御を行う駆動制御手段と、を備え、前記加熱制御手段は、前記加熱手段の長さに応じて変化する供給可能電力を前記変化前の所定電力に調整し、調整した所定電力を前記加熱手段に供給するよう制御する加熱制御システムである。

本発明によれば、加熱手段を被加熱体のサイズに合わせて伸縮させることで、被加熱体の範囲内にのみ必要とされる電力を供給し、被加熱体の範囲外に供給される無駄な電力を削減し、かつ同時に加熱手段の温度制御を精度よく実施することができる。

本発明の実施形態に係る加熱制御システムの構成を概略的に示す図である。 本実施形態の加熱制御システムの通紙サイズ毎のヒータの長さの変動（伸縮）について説明する図である。 ヒータに電力を供給したときのヒータの単位長さ当たりの電力を示す表である。 本実施形態の加熱制御システムにおけるヒータの加熱制御の手順を示すフロー図である。

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加熱制御システムの構成を概略的に示す図である。
本加熱制御システムは加熱制御装置１と、記憶装置２と、定着ユニット３と、給紙ユニット４と、電源ユニット５で構成されている。

加熱制御装置１は、被加熱体である用紙の加熱温度を検知する温度検知手段１１、加熱手段であるヒータ３１の加熱制御を行う加熱制御手段１２、ヒータ３１の伸縮動作を制御する駆動制御手段１３、伸縮したヒータの位置を検知する位置検知手段１４、用紙のサイズ等を判別する紙種判別手段１５、ヒータ３１を伸縮させる駆動手段であるヒータ位置補正手段１６、ヒータ３１の電源の電圧検知手段１７、電流検知手段１８、ヒータ３１に供給する電力を算出する電力算出手段１９を備えている。
定着ユニット３は、ヒータ３１、ヒータ３１の温度センサ３２、ヒータ３１の位置センサ３３を備え、給紙ユニット４は、紙サイズ検知センサ４１、紙温度検知センサ４２、紙厚検知センサ４３を備えている。
さらに、ヒータ３１の電源ユニット５は、電圧検知回路５１と電流検知回路５２を備えている。

ここで、温度検知手段１１は、定着ユニット３内でヒータ３１が加熱する対象物（ここではトナー画像が形成された用紙）の温度を検知できる位置に配置された温度センサ３２の出力信号から用紙の温度を取得する、例えば記憶装置２に備えたテーブルによるか又は演算式によって算出する等の任意の方法で用紙の温度を取得する。加熱制御手段１２はヒータ３１に供給する電力を制御してその加熱制御を行う。

駆動制御手段１３は、紙種判別手段１５によって判別された紙サイズに応じて、ヒータ３１の駆動手段であるヒータ位置補正手段１６により前記ヒータ３１を給紙する紙幅に応じた範囲に伸縮させる。なお、位置センサ３３は、定着ユニット３内でヒータ３１の位置が確認できる位置に設置されており、駆動制御手段１３の制御によりヒータ位置補正手段１６によって伸縮させたヒータ３１の伸縮量を検知する。

紙種判別手段１５は、給紙ユニット４から給紙される記録紙の紙種（サイズ、紙厚、用紙温度（給紙カセット中における用紙温度））を判別するため、給紙ユニット４内に配置された紙サイズ検知センサ４１、紙温度検知センサ４２、紙厚検知センサ４３から出力される信号に基づき、例えば記憶装置２に備えたテーブルによるか又は演算式による算出等の任意の方法によって紙種情報（サイズ、紙厚、用紙温度）を取得する。
ヒータ位置補正手段１６は、用紙の温度分布が狙いと異なった時にも、駆動制御手段１３で制御されてヒータ３１の位置を伸縮して補正する。

電力算出手段１９は、駆動制御手段１３を用いてヒータ位置補正手段１６でヒータ３１を伸縮させたとき、ヒータの単位長さ当たりの電力がその伸縮量によって変動するため、電圧検知回路５１又は電流検知回路５２で作成した電圧又は電流を表すアナログ信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換した信号に基づき、前記記憶装置２に備えた例えばテーブルによるか又は演算式による算出等の任意の方法によって、ヒータ３１の伸縮量に応じた単位長さ当たりの供給可能電力を取得し、加熱制御手段１２はこれに基づき実際にヒータ３１に供給する出力電力を補正する。この場合、電圧検知回路５１又は電流検知回路５２で作成した信号を用いるため、電源電圧の変動、前記ヒータ３１の負荷が経時変化等で変わっても狙いの電力を得ることができる。

なお、電力算出手段１９が電圧検知回路５１で作成した信号又は電流検知回路５２で作成した信号のいずれか一方により電力を算出する場合、以下の方法による。
即ち、電力算出手段１９が電流検知回路５２を使わずに電圧検知回路５１で作成した信号から電力を算出するときは、負荷側は一定であることを前提条件にする。
例えば負荷側の定格を１０００Ｗ／１００Ｖとして、検知電圧が９０Ｖであれば、１００％の点灯時は９００Ｗ、８０％の点灯時は７２０Ｗと算出する。これにより、電圧検知回路５１の電圧値のみで電力量を調整することができる。
他方、電力算出手段１９が電圧検知回路５１を使わずに電流検知回路５２で作成した信号で電力を算出する。電流値の場合は電圧を予め一定とすることはできないので、負荷にある電流量を通電したときの温度上昇率より電力量を算出する。
例えば、立ち上がりの５０℃から１５０℃に上昇する際の時間と電力値の表を持ち、立ち上がり１０秒で５０℃から１５０℃に上昇したときの電力が時間―電力表より１０００Ｗで、検知電流が１０Ａだった場合、そのときの電圧値を１００Ｖと算出する。
以後、算出された電圧値を用いて、電流値×１００Ｖで電力を算出する。このようにして、電流検知回路５２の電流値のみで電力量を調整することができる。
以上の算出結果をテーブルに保存しておくことで、電力値を容易に取得することができる。

また、出力電力の補正は、前記加熱制御手段１２よりヒータ３１に出力される加熱信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）比を変えて行う、具体的には、ヒータへ供給する電力を、加熱制御周期内のヒータ点灯（ＯＮ）のデューティ（Ｄｕｔｙ）比を変更することで電力を調整して行う。即ち、電圧検知回路５１又は電流検知回路５２で作成した信号に基づき、供給する電力量を一定にするために、電圧又は電流が高ければヒータ点灯率を低くし、電圧又は電流が低ければ、ヒータ点灯率を高くすることで電力を調整する。

図２は、本加熱制御システムの通紙サイズ毎のヒータの長さの変動（伸縮）について説明する図である。
ヒータ３１は、通紙サイズが判別されたとき、通紙サイズに合った位置（伸縮位置）で動作するよう、駆動制御手段１３及びヒータ位置補正手段１６により、ヒータ３１の両端から同じ伸縮量で中央に向かって或いは中央から両端方向に向かって伸縮するように制御される。
図２は実際にヒータ３１の長さを用紙サイズＡ３からＢ５の通紙範囲で伸縮させる場合の例を示している。ここで、例えば、Ａ３通紙幅からＡ４通紙幅に変動させる場合、ヒータ位置補正手段１６のモータ等でヒータ３１の両端を中央に向かって移動させてヒータ幅を縮めることができる。
逆の場合はモータを逆回転させることでヒータ３１を伸張してヒータ３１の長さ調整を行う。

図３に示す表は、ヒータ３１に電力を供給したときのヒータ３１の単位長さ当たりの電力を示す。
この表は、通紙サイズ、ここではＡ３の用紙の通紙を基準に、その時のヒータ長さ（基準長）［ｍｍ］は２９７ｍｍ、ヒータ電力［Ｗ］を７００Ｗ（基準電圧）とすると、Ｂ５の用紙の通紙の場合は、ヒータ長さは１８２ｍｍになり、そのヒータ単位長さ当たりの電力は２．３５Ｗ／ｍｍから３．８４Ｗ／ｍｍに上昇する。これを電力供給可能量でみると、Ｂ５の用紙の通紙に対応したヒータでは１１４１Ｗ時相当の電力（供給可能電力）になる。したがって、ヒータ単位長さ当たりの電力を、長さ変更前の所定値ここでは７００Ｗ時のヒータ単位長さ当たりの電力２．３５Ｗ（狙いの電力）に戻すには、供給電力を６１パーセントに低減させる必要があることを示している。Ｂ４、Ａ４の用紙の通紙の場合も同様である。例えば、表１に示すようにＡ３の用紙の通紙時のヒータ電力［Ｗ］を７００Ｗとした場合において、ヒータ３１をＡ４の用紙の通紙に合わせて縮小させたときに、ヒータ３１に７００Ｗを供給するには、ヒータ３１の点灯（ＯＮ）デューティ比を７０％に低減することが必要である。

このように、Ａ３の用紙の通紙時のヒータ電力を７００Ｗとした場合、Ｂ４、Ａ４、Ｂ５の用紙に合わせてヒータ３１の長さを短縮すると、通紙時の単位長さ当たりの電力はその順に増える。そのため、本実施形態では、伸縮させたヒータ長さとヒータ電力から供給可能電力（量）を算出し、算出した供給可能電力を基に狙いの供給電力を算出する。

図４は、本加熱制御システムにおけるヒータの加熱制御の手順を示すフロー図である。
本加熱制御システムによる加熱制御では、まず給紙ユニット４から給紙される紙種（サイズ、紙厚、用紙温度）を取得する。即ち、それぞれ給紙ユニット４内の紙サイズ検知センサ４１、紙温度検知センサ４２、紙厚検知センサ４３から出力される信号で、前記記憶装置２に備えた、例えばテーブル又は演算式による算出等の任意の方法によって紙種情報（サイズ、紙厚、用紙温度）を取得する（Ｓ１０１）。
ここで、用紙サイズを検知するのは、後述するように用紙サイズに合わせてヒータ幅を変更するためである。

次のステップＳ１０２では、紙サイズとヒータ幅とを比較し（Ｓ１０２）、両者が一致しているとき（又はヒータ３１の加熱中の補正が不要なときも同じ）（Ｓ１０２、ＹＥＳ）、駆動制御手段１３とヒータ位置補正手段１６によるヒータ駆動（ヒータ幅の変更又は移動）を行わないで温度情報取得ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０２で、紙サイズとヒータ幅が一致していないとき（ヒータ３１の加熱中にヒータ幅の補正が必要なときは後述する）（Ｓ１０２、ＮＯ）、前記駆動制御手段１３とヒータ位置補正手段１６を用いてヒータ３１の伸縮又は位置を補正する（Ｓ１０３）。
次に、前記ヒータ３１により加熱する用紙温度と用紙の紙厚を取得する（Ｓ１０４）。
ここで、用紙温度を取得するのは、用紙の温度が高いほど、ヒータ３１へ供給する電力量が小さくなる（例えば、用紙温度２５°Ｃであれば、用紙に対して６００Ｗのヒータ熱量が必要とすると、紙温度４０°Ｃであれば、４００Ｗのヒータ熱量で足りる）からである。また、紙厚を取得するのは、紙厚によって必要となる熱量が変わる（例えば、紙厚１ｍｍの用紙に対して６００Ｗの熱量が必要であるとすると、紙厚１．５ｍｍでは９００Ｗの熱量が必要となるというように、紙厚に対して必要とする熱量が変わる）からである。

続いて、取得した用紙温度と紙厚を基に要求電力（狙いの電力；つまり用紙を所望の温度に加熱するに必要な電力）を算出して取得する（Ｓ１０５）。
本実施形態では、加熱制御手段１２は、電源電圧の変動、前記ヒータ３１の負荷が経時変化等で変化していても狙いの電力を供給できるように、電圧検知回路５１又は電流検知回路５２の出力信号に基づき、前記記憶装置２に備えた例えばテーブルによるか又は演算式等の任意の方法によって当該電源の電圧又は電流値を取得する（Ｓ１０６）。
次に、加熱制御手段１２は、ヒータ３１の伸縮量や、電圧検知手段１７又は電流検知手段１８を介して取得した電圧又は電流値に基づき供給可能電力を算出する（Ｓ１０７）。続いて算出した供給可能電力に基づき出力される信号によるヒータ３１の点灯デューティ比を決定して（Ｓ１０８）、電力の調整を行い、狙いの出力電力を得て後、ヒータ３１を加熱する。

本実施形態によれば、紙サイズに合わせてヒータ３１の長さを調整し、調整したヒータ３１の長さに応じて使用電源（電源ユニット５）からヒータ３１に供給可能な供給可能電力を求める。次に、これを基にヒータ３１に供給する電力が狙いの電力になるように調整する。そのため、従来の同種の装置に対して、余分な加熱を行うことがなく、したがって無駄な電力を消費することがない。また、電源電圧の変動、ヒータ３１の負荷の経時変化等に関わりなく、現在の供給可能電力に基づいて狙いの電力に調整することができる。そのため、適正な加熱温度でトナー像を用紙に定着することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、紙種判別手段１５は、上記実施形態に限らず、印刷要求を受け付けたときの印刷要求に含まれる紙種を判別するものであってもよい。
また、前記実施形態において、ヒータ３１の加熱期間中に割り込みで印刷要求を受けたときなど、異なる紙サイズ領域を加熱することが必要になったときは、ヒータ３１を加熱した状態で前記駆動制御手段１３及びヒータ位置補正手段１６によりヒータ３１を伸縮させ、それによって加熱時間を短縮することができる。

また、本加熱制御システムは、ヒータへ供給可能な最大電力を規制するための最大電力規制手段を例えば、プログラムによる機能実現手段で構成し、そのプログラムを記憶装置（加熱制御装置の図示しないＲＯＭ）に備えておく。
この最大電力規制手段は、前記ヒータによるヒータへ供給する電力が前記最大電力（例えば１０００Ｗ）を越えないように規制する。これにより加熱中に過度の電力がヒータに供給され画質の低下や故障が発生するのを未然に防止することができる。

また、前記実施形態では、ヒータ３１の数についてはとくに言及していないが、ヒータ３１は１本とは限らず、伸縮可能なヒータ３１を直列状に複数本備えることができる。その場合、用紙の温度分布を詳細に検知できるように温度検知手段１１を複数備え、前記フロー図において、ステップＳ１０２のヒータ幅の補正が必要なときに該当し、次のステップＳ１０３で、前記温度検知手段１１により用紙の温度に部分的なズレを検知したとき、前記駆動制御手段１３及びヒータ位置補正手段１６で前記温度ずれが発生した用紙に対応するヒータ（１又は複数のヒータ）を伸縮させて、その後のステップを経て、前記加熱制御手段１２は前記温度の部分的なずれを解消するように加熱制御することができる。

１・・・加熱制御装置、２・・・記憶装置、３・・・定着ユニット、４・・・給紙ユニット、５・・・電源ユニット、１１・・・温度検知手段、１２・・・加熱制御手段、１３・・・駆動制御手段、１４・・・位置検知手段、１５・・・紙種判別手段、１６・・・ヒータ位置補正手段、１７・・・電圧検知手段、１８・・・電流検知手段、１９・・・電力算出手段、３１・・・ヒータ、３２・・・温度センサ、３３・・・位置センサ、４１・・・紙サイズ検知センサ、４２・・・紙温度検知センサ、４３・・・紙厚検知センサ、５１・・・電圧検知回路、５２・・・電流検知回路。

特開２００９−２５８２０３号公報 特開平７−３２５４９６号公報

Claims (8)

1. 伸縮自在な加熱手段で被加熱物を加熱するための加熱制御システムであって、
   前記加熱手段に電力を供給する制御を行う加熱制御手段と、
   被加熱物のサイズを検知するためのサイズ検知手段と、
   前記サイズ検知手段で検知された被加熱物のサイズに応じて前記加熱手段を伸縮する制御を行う駆動制御手段と、を備え、
   前記加熱制御手段は、前記加熱手段の長さに応じて変化する供給可能電力を前記変化前の所定電力に調整し、調整した所定電力を前記加熱手段に供給するよう制御する加熱制御システム。
2. 請求項１に記載された加熱制御システムにおいて、
   前記加熱制御手段は、加熱手段に供給する電力を制御周期内における加熱手段点灯のデューティ比を変更して前記調整を行う加熱制御システム。
3. 請求項１又は２に記載された加熱制御システムにおいて、
   被加熱物は用紙であり、用紙の厚さを検知する紙厚検知手段を備え、
   前記加熱制御手段は、前記紙厚検知手段で検知した用紙の厚さに基づき、前記加熱手段へ供給する電力を制御する加熱制御システム。
4. 請求項１又は２に記載された加熱制御システムにおいて、
   被加熱物は用紙であり、用紙の温度を検知する紙温度検知手段を備え、
   前記加熱制御手段は、前記紙温度検知手段で検知した用紙の温度に応じて、前記加熱手段へ供給する電力を制御する加熱制御システム。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載された加熱制御システムにおいて、
   入力電圧を検知する電圧検知手段又は入力電流を検知する電流検知手段を備え、
   前記加熱制御手段は前記電圧検知手段又は前記電流検知手段で検知した検知電圧又は検知電流に基づき、加熱手段へ供給する電力を制御する加熱制御システム。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載された加熱制御システムにおいて、
   加熱手段へ供給可能な最大電力を規制するための最大電力規制手段を備え、
   前記最大電力規制手段は、前記加熱制御手段による加熱手段へ供給する電力が前記最大電力を越えないように規制する加熱制御システム。
7. 請求項１に記載された加熱制御システムにおいて、
   前記加熱手段は伸縮可能な複数の加熱手段で構成されており、かつ前記複数の加熱手段で加熱される被加熱物の温度を検知する温度検知手段を有し、
   前記加熱制御手段は、前記温度検知手段が被加熱物の温度の部分的なずれを検知したとき、前記駆動制御手段で前記温度の部分的なずれが発生した被加熱物に対応する加熱手段を伸縮制御して、前記温度の部分的なずれを解消して加熱制御を行う加熱制御システム。
8. 伸縮自在な加熱手段で被加熱物を加熱するための加熱制御システムにおける加熱制御方法であって、
   前記加熱手段に電力を供給するための加熱制御工程と、
   被加熱物のサイズを検知するためのサイズ検知工程と、
   前記サイズ検知工程で検知された被加熱物のサイズに応じて前記加熱手段を伸縮する制御を行う駆動制御工程と、を有し、
   前記加熱制御工程は、前記加熱手段の長さに応じて変化する供給可能電力を前記変化前の所定電力に調整し、調整した所定電力を前記加熱手段に供給するよう制御を行う加熱制御方法。

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