JP2017009936A - 加熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像データに基づいて作成されるトナー像を選択的に加熱するサーマルヘッド方式の加熱装置において、偏った画像を連続で出力した場合に、加熱ベルトや記録紙にしわが発生する。
【解決手段】画像データを、記録紙の幅方向に複数の領域に分割し、分割された各々の領域のデータが長手方向で略対称となるように印刷データを補正し、補正された印刷データに基づいて、サーマルヘッドのヒータ素子に通電する。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、電子写真方式や静電記録方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、記録シート上に転写方式もしくは直接方式で形成担持させた加熱溶融性の未定着トナー像を加熱定着させるための加熱装置として用いて好適なサーマルヘッド方式のトナー加熱装置に関する。
電子写真方式等の画像形成装置には、被加熱材である記録紙や転写材などの記録シート上に転写方式もしくは直接方式で形成担持させたトナー像を前記シートに加熱定着させる加熱装置(定着装置)を備える。
この加熱装置は、一般に、シート上のトナーを熱溶融させる定着ローラもしくはエンドレスベルトよりなる加熱ベルトと、これらに圧接してシートを挟持する加圧手段とを有する。
定着ローラもしくは加熱ベルトは、発熱体によって内部または外部から、直接もしくは間接的に加熱される。発熱体は、例えばハロゲンヒータや抵抗発熱体等が挙げられ、また、定着ローラもしくは加熱ベルトを直接加熱可能な電磁誘導加熱方式を用いた加熱装置も例示できる。
特に近年、画像形成装置の省エネルギー化のため、特許文献1に開示されているように、発熱体としてサーマルヘッドを用いた、サーマルヘッド方式の加熱装置が提案されている。
上述の特許文献1においては、外部からの印刷データに基づいたトナー像が形成された記録紙を加熱する加熱フィルムと、加熱ベルトを加熱するサーマルヘッドと、サーマルヘッドと対向し、加熱フィルムおよび記録紙を加圧する加圧ローラと、サーマルヘッドの駆動を制御する制御手段とを備え、制御手段が、印刷データによる印刷画素のサイズ及びヒータ素子のサイズに基づいて加熱制御するヒータ素子を設定すると共に当該ヒータ素子の動作タイミングを制御する加熱制御部を備えている。
上述の特許文献1によれば、記録紙上の、トナー像が形成された領域のみを選択的に加熱することができるため、省エネルギー化が達成可能である。
特開平8−152807号公報
ところが、上述の特許文献1に記載されるサーマルヘッド方式の加熱装置のように、画像情報に応じてトナー像を選択的に加熱するような加熱装置では、極端に偏った画像を連続で加熱した場合、ヒータ素子と対向する加圧ローラには、加圧ローラの回転方向に直交する長手方向に温度分布が生じる。
加圧ローラの長手方向で温度分布が生じると、その熱によって加圧ローラの外径が均一でなくなるため、長手方向で搬送力が均一でなくなり、その結果加熱フィルムや記録紙にしわが発生してしまう。
そこで、本発明は、サーマルヘッド方式の加熱装置で極端に偏った画像を連続で加熱した場合であっても、加熱フィルムや記録紙のしわを防止することが可能な加熱装置を提供することを目的とする。
1)本発明の第1の形態は、外部からの印刷データに基づいたトナー像が形成された記録紙を加熱する加熱フィルムと、前記加熱フィルムを加熱するサーマルヘッドと、前記加熱フィルムおよび前記記録紙を加圧搬送する加圧ローラと、前記サーマルヘッドの駆動を制御する制御手段とを備え、前記サーマルヘッドが、前記トナー像の画素サイズ以上のサイズのヒータ素子を記録紙の搬送方向に直交する幅方向に少なくとも一列備え、前記制御手段が、前記印刷データによる印刷画素のサイズ及び前記ヒータ素子のサイズに基づいて加熱制御するヒータ素子を設定する加熱装置であって、前記印刷データを、記録紙の幅方向に複数の領域に分割し、分割された各々の領域のデータが、長手方向で略対称となるように、印刷データを補正する補正手段と、補正された印刷データに基づいて、サーマルヘッドのヒータ素子に通電することを特徴とする。
2)本発明の第2の形態として、各ヒータ素子の積算通電時間を算出する算出手段と、各ヒータ素子の積算通電時間が、長手方向で略対称となるように、ヒータ素子の通電情報を補正する補正手段と、補正されたヒータ素子の通電情報に基づいて、ヒータ素子に通電することを特徴とする。
3)本発明の第3の形態として、複数のヒータ素子を一体に保持する保持部材を備え、保持部材には、複数の温度検知手段を備え、複数の温度検知手段は、保持部材の長手方向で略対称となるように配置され、各々の温度検知手段の検知温度の差を算出する算出手段を備え、算出された温度差が所定範囲内になるように、サーマルヘッドのヒータ素子に通電することを特徴とする。
本発明の第1の形態によれば、印刷データを記録紙の幅方向に複数の領域に分割し、その分割された領域の各々のデータが、長手方向で略対称となるように印刷データを補正し、補正された印刷データに基づいてサーマルヘッドのヒータ素子に通電する。したがって、例えば、装置の手前側にのみトナー像が形成される画像を連続で加熱した場合にも、トナー像が形成されない装置の奥側のヒータ素子にも通電することによって、加圧ローラの長手温度分布が通紙中央に対して略対照とすることが出来るため、加熱フィルムや記録紙のしわを防止出来る。
また、本発明の第2の形態によれば、各ヒータ素子の積算通電時間を算出し、各ヒータ素子の積算通電時間が長手方向で略対称となるように、ヒータ素子の通電情報を補正し、補正されたヒータ素子の通電情報に基づいてヒータ素子に通電する。したがって、例えば、装置の手前側にのみトナー像が形成される画像を連続で加熱した場合にも、トナー像が形成されない装置の奥側のヒータ素子にも通電することによって、加圧ローラの長手温度分布が通紙中央に対して略対照とすることが出来るため、加熱フィルムや記録紙のしわを防止出来る。
また、本発明の第3の形態によれば、複数のヒータ素子を一体に保持する保持部材を備え、保持部材には、複数の温度検知手段を備え、複数の温度検知手段は、保持部材の長手方向で略対称となるように配置され、各々の温度検知手段の検知温度の差を算出し、温度差が所定範囲内になるように、サーマルヘッドのヒータ素子に通電する。したがって、例えば、装置の手前側にのみトナー像が形成される画像を連続で加熱した場合にも、トナー像が形成されない装置の奥側のヒータ素子にも通電することによって、加圧ローラの長手温度分布が通紙中央に対して略対照とすることが出来るため、加熱フィルムや記録紙のしわを防止出来る。
本発明の実施例における加熱装置(サーマルヘッド方式の加熱装置)の横断面図 本発明の第一の実施例構成における加熱制御部の制御を示すフローチャート 本発明の第一の実施例構成における印刷画素とグループ化された印刷画素との関係を示す説明図 本発明の第一の実施例構成における画像データの補正方法を示す説明図 本発明の第一の実施例構成における、別の加熱装置構成の横断面図 本発明の第一の実施例構成における、別の加熱装置構成の横断面図 本発明の第二の実施例構成における加熱制御部の制御を示すフローチャート 本発明の第二の実施例構成における印刷画素とヒータ素子との関係を示す説明図 本発明の第三の実施例構成における加熱装置構成の正面概略図 本発明の第三の実施例構成における加熱制御部の制御を示すフローチャート
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
(第一の実施例)
図1は本発明に係る加熱装置Fの要部の拡大横断面模型図である。図1に示すように、本発明の第一の実施例構成によるトナー加熱装置は、外部からの画像データに基づいたトナー像tが形成された記録紙Pを加熱するサーマルヘッド1と、このサーマルヘッド1上の当該記録紙Pを加圧する加圧ローラ2と、サーマルヘッド1の駆動を制御する制御手段10とを備えている。また、記録紙Pをサーマルヘッド1に搬送するための加熱ベルト3と、加熱ベルト3を回転させるためのテンションローラ4a、4bを備えている。
本発明の第一の実施例構成において、サーマルヘッド1は、主にトナー像tを加熱するヒータ素子1aと、ヒータ素子1aの通電制御を行う制御基板1bとからなる。ヒータ素子1aは、トナー像tの画素サイズ以上のサイズであり、記録紙搬送方向に直交する記録紙の幅方向一列に複数個備えている。また、サーマルヘッド1のヒータ素子1aは、常に新しい記録紙に熱を与えるため必要以上に温度上昇をしないように制御される。
トナー像tを形成する画像データの画素サイズは、記録紙搬送方向および記録紙の幅方向ともに600dpiである。それに対して、ヒータ素子1aのサイズは、記録紙の幅方向に50dpiである。すなわち、記録紙幅方向のサイズが約0.5mmであるヒータ素子1aが、最大サイズの記録紙の幅に対応する長さである300mmにわたって一列に並んでおり、その個数は600個である。
加熱ベルト3は、直径が50mmであり、厚さが0.1mmのポリイミドを基材として、記録紙と接する面に、厚さ0.01mmのテフロン(登録商標)加工が施されている。
加圧ローラ2は、直径が20mmのアルミニウムまたはステンレス鋼等からなる芯材2aと、芯材2aの外側を被覆している厚さ3mmで硬度50°のシリコンゴム層2bとから構成されている。また、加圧ローラ2には、図示しないバネが具備されており、サーマルヘッド1に対する押圧力が5kgfになるように調整されている。
テンションローラ4a、4bは、直径20mmのアルミニウムからなるローラであり、加熱ベルト3に所定の張力を付与する。また、テンションローラ4a、4bのいずれかには、加熱ベルト3の偏りを補正する図示しない寄り補正手段を備える。
また、テンションローラ4a、4bおよび加圧ローラ2の少なくともいずれかには、歯車とモータ等から構成される図示しない回転駆動手段が装備されており、それぞれ矢印a、b、cの方向に回転する。
次に、本発明の第一の実施例構成における、サーマルヘッドの加熱制御に関して図2、図3、および図4を用いて説明する。
図2は加熱制御部10の制御を示すフローチャートであり、図3は画像データの画素とグループ化された画像データとの関係を示す説明図であり、図4は画像データの補正方法を示す説明図である。
加熱制御部10は、画像データによる印刷画素のサイズ及びヒータ素子1aのサイズに基づいて加熱制御するヒータ素子を設定すると共に、該当するヒータ素子の動作タイミングを制御している。まず、加熱する画像データが入力されると(S101)、600dpiである画像データに対して、画像データを紙幅方向(主走査方向)および通紙方向(副走査方向)でそれぞれ30画素、合計900画素を1単位としてグループ分けを行う(S102)。ここで30画素単位としたのは、ヒータ素子1aの大きさである50dpiと等しくするためである。すなわち、600dpiの画像データは紙幅方向におよそ600個のグループに分けられることになる。
次に、グループ分けされた画像データに対して、通紙中央(画像中央)を基準として紙幅方向に関して対称となるように、画像データを補正する(S103)。
より詳細に説明すると、紙幅方向に分割されたグループの個数をN(個)とすると、加熱装置の手前側を基準として(n)番目のグループと、(N−n+1)番目のグループのデータを比較し、少なくとも一方に画像データが存在する場合は、(n)番目のグループと(N−n+1)番目のグループの両方に画像データが存在するものとして補正する。
次に、補正された画像データに基づいて、画像データが存在するグループに対応するヒータ素子1aをマッピングする(S104)。本発明の第一の実施例構成においては、補正した画像データとヒータ素子1aのサイズがともに50dpiであるため、補正されたデータがそのまま加熱すべきヒータ素子1aのマップとなる。
そして、補正された画像データを選択的に加熱するべく所定のタイミングでヒータ素子1aに通電し、記録紙を加熱する(S105)。
上述の制御は、すべてのヒータ素子1a(本第一の実施例構成においては600個)に対して行われる。上述のように、本発明の第一の実施例構成においては、紙幅方向に関して、一方に偏った画像を大量に加熱する場合においても、紙幅方向で対称となるように加熱することができるため、加熱の偏りを抑制できる。したがって加熱ベルト3や記録紙Pのしわの発生を防止できる。
一方、従来のサーマルヘッド方式の加熱装置では、一方に偏った画像を大量に加熱する場合は、トナー像のある側のみが加熱されるため、加熱の偏りが発生し、したがって加熱ベルト3や記録紙Pにしわが発生した。なお、上述のように本発明の第一の実施例構成において例示した構成、寸法、材料、制御方法等は、これを限定するものではなく、本発明の内容を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、上述の第一の実施例構成では、加熱ベルト3の内部にサーマルヘッド1が配置したが、加熱ベルト3の表面をサーマルヘッド1が加熱しても良く、また、図5に示すように、芯金5aの表面にシリコーンスポンジ等よりなる弾性断熱層5bと、さらにその表面にテフロン加工されたトナー離型層5cを備える定着ローラ5の表面を、サーマルヘッド1で加熱しても良い。また、図6に示すように、サーマルヘッド1はトナー画像を記録紙の裏側から加熱しても良い。
また、画像データをグループ化したサイズとヒータ素子のサイズを同一にしなくても良いし、ヒータ素子を紙幅方向に2列以上備えても良い。また、加熱フィルム3や記録紙のしわが発生しないような小部数の出力動作においてトナー像のない領域を加熱しないように、定着動作開始時にはトナー像のある領域のみを加熱する通常モードで定着動作を行い、所定の連続定着回数を超えた場合にのみ本第一の実施例構成(補正モード)を適用しても良い。
また、通常モードと補正モードを切り替えるトリガは連続定着枚数のみならず、例えば、グループ分けされた画像データを積算し、(n)番目のグループと、(N−n+1)番目のグループの積算データを比較し、その差が所定値を超えた場合にのみ補正モードを適用しても良い。ここで、記録紙の種類や加熱装置が使用される環境などの条件に応じて、通常モードと補正モードを切り替える閾値を変更しても良い。
(第二の実施例)
以下、第二の実施例構成を図7および図8に基づいて説明する。なお、上述の第一の実施例構成と構成を同じくするものに関しては、説明を割愛する。
図7は本第二の実施例構成における制御装置10の制御を示すフローチャートであり、図8は印刷データの画素と加熱制御するヒータ素子1aとの関係を示す説明図である。
画像データが入力される(S201)と、600dpiである画像データに対応する、50dpiであるヒータ素子1aに対して、通電されるヒータ素子1aをマッピングし(S202)、トナー画像を選択的に加熱すべく所定のタイミングでヒータ素子1aに通電される(S203)。
通電が開始されると、ヒータ素子1aへの通電時間を、各々のヒータ素子1a毎に積算し(S204)、通紙中央(画像中央)を基準として紙幅方向に関して対称の位置関係にあるヒータ素子の通電時間の積算値を比較する(S205)。
より詳細に説明すると、紙幅方向に一列に並んでいるヒータ素子1aの個数をM(個)とすると、加熱装置の手前側を基準として、(m)番目のヒータ素子と、(M−m+1)番目のヒータ素子のそれぞれの通電時間の積算値を比較する。具体的には、それぞれの積算値の差の絶対値を算出する。
次に、算出された積算値の差の絶対値が、所定値以上であるかどうかを判断(S206)し、所定値以上である場合は、(m)番目のヒータ素子と(M−m+1)番目のヒータ素子に対して、一方のヒータ素子への通電が命令されると、他方のヒータ素子への通電命令の有無にかかわらず両方のヒータ素子への通電が行われる(S207)。
上述の制御は、すべてのヒータ素子1aに対して行われる。上述のように、本発明の第二の実施例構成において、紙幅方向に関して、一方に偏った画像を大量に加熱する場合においても、紙幅方向で対称となるように加熱することができるため、加熱の偏りを抑制できる。したがって加熱ベルト3や記録紙Pのしわの発生を防止できる。
なお、上述のように本発明の第二の実施例構成においても、例示した制御方法等は、これを限定するものではなく、本発明の内容を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、直前の定着動作の熱履歴を考慮して、定着動作終了から一定時間内に開始された定着動作時には、前回の定着動作の際の積算値をそのまま使用、もしくは補正して使用しても良い。
また、算出された積算値の差の絶対値が所定値以上である場合に、(m)番目のヒータ素子と(M−m+1)番目のヒータ素子に対して、積算値の少ないほうのヒータ素子は、画像データの有無にかかわらず強制的に通電させても良い。この場合、算出された積算値の差の絶対値は小さくなっていくので、所定値よりも小さい第二の所定値になると、トナー像のある領域のみを加熱する通常モードに戻ると、さらに消費電力を少なくすることが可能となる。また、上述の実施例1の構成のように、複数のヒータ素子をグループ化し、グループ化したヒータ素子群毎に通電時間を積算して比較しても良い。
(第三の実施例)
以下、第三の実施例構成を図9および図10に基づいて説明する。なお、上述の第一の実施例構成と構成を同じくするものに関しては、説明を割愛する。
図9は本第三の実施例構成における加熱装置Fの正面概略図である。なお、加熱ベルトおよびテンションローラは図2と共通であるため、不図示とした。また図10は本第三の実施例構成における加熱制御部10の制御を示すフローチャートである。
サーマルヘッド1は、トナー像tを加熱するヒータ素子1aと、ヒータ素子1aの通電制御を行う制御基板1bと、ヒータ素子1aおよび制御基板1bを保持し、制御基板1bから発生する熱を放熱するアルミニウムよりなる放熱部材1cを備える。また、放熱部材1cには、通紙中央(画像中央)を基準として、左右にそれぞれが略対称となる位置に、放熱部材1cの温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ6a乃至サーミスタ6fが接触ないしは非接触に配置されている。
ヒータ素子1aは、複数のヒータグループにまとめられており、サーミスタ6a乃至サーミスタ6fの配置に対応するように、紙幅方向にそれぞれ分割された領域a乃至領域fを加熱する。領域a乃至領域fを加熱するヒータグループを、それぞれグループa乃至グループfとする。
温度差検知部20では、サーミスタ6a乃至サーミスタ6fより得られたそれぞれの温度を処理する。具体的には、通紙中央を基準として左右に対象となるサーミスタのそれぞれの検知温度の差を算出し、温度差が所定値以上かどうかを判断する。
次に、図10を用いて、本第三の実施例構成におけるヒータ素子1aの制御を説明する。図10には、サーミスタ6aと6fの温度差ΔT1のみを表記しているが、サーミスタ6bと6eの温度差ΔT2およびサーミスタ6cと6dの温度差ΔT3も同様の制御が行われる。
画像データが入力される(S301)と、600dpiである画像データに対応する、50dpiであるヒータ素子1aに対して、通電されるヒータ素子1aをマッピングし(S302)、トナー画像を選択的に加熱すべく所定のタイミングでヒータ素子1aに通電される(S303)。
通電が開始されると、温度差検知部20は、サーミスタ6aと6fの温度差ΔT1を算出(S304)し、温度差ΔT1が所定値以上かどうかを判断する(S305)。温度差ΔT1が所定値以上である場合は、サーミスタ6aおよび6fのうち、検知温度が低いサーミスタに対応する領域を加熱するヒータ素子のグループは、画像データの有無にかかわらず、通電が行われる(S306)。
上述のように、本発明の第三の実施例構成においても、紙幅方向に関して、一方に偏った画像を大量に加熱する場合において、紙幅方向で対称となるように加熱することができるため、加熱の偏りを抑制できる。したがって加熱ベルト3や記録紙Pのしわの発生を防止できる。なお、上述のように本発明の第三の実施例構成においても、例示した制御方法等は、これを限定するものではなく、本発明の内容を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、サーミスタの数は、6個でなくてもかまわないが、消費電力を考慮すると、4以上が望ましい。また、各サーミスタの間隔は均等でなくても良く、使用頻度の高い紙サイズに応じて配置しても良い。また、紙幅方向の温度差を検知する場所は放熱部材に限らない。加圧ローラ、加熱ベルト、テンションローラなどの紙幅方向の温度差を検知しても、同様の効果が期待できる。
[その他]
1)本発明のサーマルヘッド方式の加熱装置は、上述の実施例の画像加熱装置としての使用に限られず、未定着画像を記録用紙に仮定着する仮定着装置、定着画像を担持した記録用紙を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効である。またその他、例えば、紙幣等のしわ除去用の熱プレス装置や、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱装置として用いても有効であることは勿論である。
2)上述の実施例の装置は被加熱材(記録紙)の搬送を中央基準で搬送する装置構成であるが、片側基準で搬送する構成の装置にも本発明は有効に適用することができる。
1 サーマルヘッド、2 加圧ローラ(加圧部材)、3 加熱ベルト(加熱フィルム)、
4 テンションローラ、6 サーミスタ(温度検知手段)、F 定着装置、
P 記録紙(記録材)、t トナー像

Claims (3)

  1. 外部からの印刷データに基づいたトナー像が形成された記録紙を加熱する加熱フィルムと、前記加熱フィルムを加熱するサーマルヘッドと、前記加熱フィルムおよび前記記録紙を加圧搬送する加圧部材と、前記サーマルヘッドの駆動を制御する制御手段とを備え、前記サーマルヘッドが、前記トナー像の画素サイズ以上のサイズのヒータ素子を記録紙の搬送方向に直交する幅方向に少なくとも一列備え、前記制御手段が、前記印刷データによる印刷画素のサイズ及び前記ヒータ素子のサイズに基づいて加熱制御するヒータ素子を設定する加熱装置であって、
    前記印刷データを、記録紙の幅方向に複数の領域に分割し、分割された各々の領域のデータが、長手方向で対称となるように、印刷データを補正する補正手段と、補正された印刷データに基づいて、サーマルヘッドのヒータ素子に通電することを特徴とする加熱装置。
  2. 外部からの印刷データに基づいたトナー像が形成された記録紙を加熱する加熱フィルムと、前記加熱フィルムを加熱するサーマルヘッドと、前記加熱フィルムおよび前記記録紙を加圧搬送する加圧部材と、前記サーマルヘッドの駆動を制御する制御手段とを備え、前記サーマルヘッドが、前記トナー像の画素サイズ以上のサイズのヒータ素子を記録紙の搬送方向に直交する幅方向に少なくとも一列備え、前記制御手段が、前記印刷データによる印刷画素のサイズ及び前記ヒータ素子のサイズに基づいて加熱制御するヒータ素子を設定する加熱装置であって、
    各ヒータ素子の積算通電時間を算出する算出手段と、各ヒータ素子の積算通電時間が、長手方向で対称となるように、ヒータ素子の通電情報を補正する補正手段と、補正されたヒータ素子の通電情報に基づいて、ヒータ素子に通電することを特徴とする加熱装置。
  3. 外部からの印刷データに基づいたトナー像が形成された記録紙を加熱する加熱フィルムと、前記加熱フィルムを加熱するサーマルヘッドと、前記加熱フィルムおよび前記記録紙を加圧搬送する加圧部材と、前記サーマルヘッドの駆動を制御する制御手段とを備え、前記サーマルヘッドが、前記トナー像の画素サイズ以上のサイズのヒータ素子を記録紙の搬送方向に直交する幅方向に少なくとも一列備え、前記制御手段が、前記印刷データによる印刷画素のサイズ及び前記ヒータ素子のサイズに基づいて加熱制御するヒータ素子を設定する加熱装置であって、
    複数のヒータ素子を一体に保持する保持部材を備え、保持部材には、複数の温度検知手段を備え、複数の温度検知手段は、保持部材の長手方向で対称となるように配置され、各々の温度検知手段の検知温度の差を算出する算出手段を備え、算出された温度差が所定範囲内になるように、サーマルヘッドのヒータ素子に通電することを特徴とする加熱装置。
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