JP2018004940A - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
記録材の搬送方向に対して直交する方向に並ぶ複数の発熱体を有するヒータと、
前記複数の発熱体へ供給する電力を制御する制御部と、
を有し、前記制御部は前記複数の発熱体を個々に制御可能であり、前記ヒータの熱によって記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
前記複数の発熱体の各々が加熱する加熱領域が、画像を含む第1領域であるタイミングか、記録材中の画像を含まない第2領域であるタイミングか、記録材がない第3領域であるタイミングか、に応じて前記制御部は前記複数の発熱体の各々の発熱量を制御することを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に画像を形成する画像形成部と、
記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、
を有する画像形成装置において、
前記定着部が上記像加熱装置であることを特徴とする。
1.画像形成装置の構成
図1は、本発明の実施例に係る電子写真方式の画像形成装置の概略断面図である。本発明が適用可能な画像形成装置としては、電子写真方式や静電記録方式を利用した複写機、プリンタなどが挙げられ、ここではレーザプリンタに適用した場合について説明する。
ントローラ120は、記録材に形成される画像の情報を取得する取得部として、パーソナルコンピュータ等の外部装置から送信される画像情報及びプリント指示を受信して処理するものである。制御部113は、ビデオコントローラ120と接続されており、ビデオコントローラ120からの指示に応じて画像形成装置100を構成する各部を制御するものである。ビデオコントローラ120が外部装置からプリント指示を受けると、以下の動作で画像形成が実行される。
図2は、本実施例の像加熱装置としての定着装置200の模式的断面図である。定着装置200は、エンドレスベルトとしての定着フィルム202と、定着フィルム202の内面に接触するヒータ300と、定着フィルム202を介してヒータ300と共に定着ニップ部Nを形成する加圧ローラ208と、金属ステー204と、を有する。
ム等の材質の弾性層210を有する。ヒータ300は、耐熱樹脂製のヒータ保持部材201に保持されており、定着ニップ部N内に設けられた加熱領域A1〜A7(詳細は後述する)を加熱することで、定着フィルム202を加熱する。ヒータ保持部材201は定着フィルム202の回転を案内するガイド機能も有している。ヒータ300には、定着フィルム202の内面に接触する側とは反対側(裏面側)に電極Eが設けられており、電気接点Cより電極Eに給電を行っている。金属ステー204は、不図示の加圧力を受けて、ヒータ保持部材201を加圧ローラ208向けて付勢する。また、ヒータ300の異常発熱により作動してヒータ300に供給する電力を遮断するサーモスイッチや温度ヒューズ等の安全素子212が、ヒータ300の裏面側に対向して配置されている。
図3を用いて、本実施例におけるヒータ300の構成を説明する。図3(A)はヒータ300の断面図、図3(B)はヒータ300の各層の平面図、図3(C)はヒータ300への電気接点Cの接続方法を説明する図である。図3(B)には、本実施例の画像形成装置100における記録材Pの搬送基準位置Xを示してある。本実施例における搬送基準は中央基準となっており、記録材Pはその搬送方向に直交する方向における中心線が搬送基準位置Xを沿うように搬送される。また、図3(A)は、搬送基準位置Xにおけるヒータ300の断面図となっている。
303−1〜303−7の7つの領域に分割されている。7つの発熱ブロック(HB1〜HB7)は、各ブロックにおける発熱抵抗体への通電量が個別に制御されることで、それぞれの発熱量が個々に制御される。
、C8−2)が、電極E(E1〜E7、およびE8−1、E8−2)に対して、バネによる付勢や溶接などの手法によって電気的に接続されている。電気接点Cは、金属ステー204とヒータ保持部材201の間に設けられた不図示の導電材料を介して、後述するヒータ300の制御回路400と接続されている。
図4は、実施例1のヒータ300の制御回路400の回路図である。401は、画像形成装置100に接続される商用の交流電源である。ヒータ300の電力制御は、トライアック411〜トライアック417の通電/遮断により行われる。トライアック411〜417は、それぞれ、CPU420からのFUSER1〜FUSER7信号に従って動作する。トライアック411〜417の駆動回路は省略して示してある。ヒータ300の制御回路400は、7つのトライアック411〜417によって、7つの発熱ブロックHB1〜HB7を独立制御可能な回路構成となっている。ゼロクロス検知部421は、交流電源401のゼロクロスを検知する回路であり、CPU420にZEROX信号を出力している。ZEROX信号は、トライアック411〜417の位相制御や波数制御のタイミングの検出等に用いている。
ラッチ状態において、RLOFF1信号をオープン状態の出力にしている。同様に、サーミスタTH2−5〜TH2−7による検知温度の何れか1つが、それぞれ設定された所定値を超えた場合、比較部441はラッチ部442を動作させ、ラッチ部442はRLOFF2信号をLow状態でラッチする。RLOFF2信号がLow状態になると、CPU420がRLON信号をHigh状態にしても、トランジスタ443がOFF状態で保たれるため、リレー440はOFF状態(安全な状態)で保つことができる。同様に、ラッチ部442は非ラッチ状態において、RLOFF2信号をオープン状態の出力にしている。
図5は、本実施例における加熱領域A1〜A7を示す図であり、LETTERサイズ紙の紙幅と対比して表示している。加熱領域A1〜A7は、定着ニップ部N内の、発熱ブロックHB1〜HB7に対応した領域(発熱ブロックHB1〜HB7が加熱する領域)のことであり、発熱ブロックHBi(i=1〜7)の発熱により、加熱領域Ai(i=1〜7)がそれぞれ加熱される。加熱領域A1〜A7の全長は220mmであり、各領域はこれを均等に7分割したものである(L=31.4mm)。各加熱領域Ai(i=1〜7)は、図6のフローチャートに示すように、第1領域としての画像加熱領域AIと、第2領域としての非画像加熱領域APと、第3領域としての非通紙加熱領域ANとに分類される。後述するが、本実施例では、複数の発熱ブロック(発熱体)の各々が加熱する加熱領域が、画像を含む第1領域AIであるタイミングか、記録材中の画像を含まない第2領域APであるタイミングか、記録材がない第3領域ANであるタイミングか、に応じて制御部420が複数の発熱体の各々の発熱量を制御するものである。
区間T2において、加熱領域A1、A7は、記録材Pが通過しないため非通紙加熱領域ANに分類される。また、加熱領域A2、A3、A6は、画像範囲が通過しないため非画像加熱領域APに分類され、加熱領域A4、A5は、画像範囲が通過するため画像加熱領域AIに分類される。
区間T3は、区間T2同様に、加熱領域A1、A7は非通紙加熱領域ANに分類され、
加熱領域A2、A3、A6は非画像加熱領域APに分類され、加熱領域A4、A5は画像加熱領域AIに分類される。
続いて、本実施例のヒータ制御方法、すなわち発熱ブロックHBi(i=1〜7)の発熱量制御方法を説明する。発熱ブロックHBiの発熱量は、発熱ブロックHBiへの供給電力によって決まる。発熱ブロックHBiへの供給電力を大きくすることで、発熱ブロックHBiの発熱量が大きくなり、発熱ブロックHBiへの供給電力を小さくすることで、発熱ブロックHBiの発熱量が小さくなる。発熱ブロックHBiへの供給電力は、発熱ブロック毎に設定される制御目標温度TGTi(i=1〜7)と、サーミスタの検知温度に基づき算出される。本実施例では、各サーミスタの検知温度が各発熱ブロックの制御目標温度TGTiと等しくなるよう、PI制御(比例積分制御)によって供給電力が算出される。各発熱ブロックの制御目標温度TGTiは、図6のフローによって決定した加熱領域Aiの分類に応じて設定される。
まず、加熱領域Aiが第1領域としての画像加熱領域AIと分類された場合(S1004)について説明する。加熱領域Aiが画像加熱領域AIと分類された場合は、制御目標温度TGTiをTGTi=TAI−KAIと設定する(S1007)。
次に、加熱領域Aiが第2領域としての非画像加熱領域APと分類された場合(S1005)について説明する。加熱領域Aiが非画像加熱領域APと分類された場合は、制御目標温度TGTiをTGTi=TAP−KAPと設定する(S1008)。
続いて、本実施例の特徴である加熱領域Aiが第3領域としての非通紙加熱領域ANと分類された場合(S1006)における発熱ブロックHBiの発熱量制御方法について説明する。加熱領域Aiが非通紙加熱領域ANと分類された場合は、制御目標温度TGTiをTGTi=TAN−KANと設定する(S1009)。
着装置200の構成を考慮して決定されるべきものであり、128℃に限定されるものではない。
次に、複数の画像を連続プリントした際の紙間時(先行の記録材と後続の記録材との間の区間)における発熱ブロックHBiの発熱量制御方法を説明する。紙間時は加熱領域Aiを記録材が通過しないため、仮に図6のフローに従ったとすると加熱領域Aiは非通紙加熱領域ANに分類される。しかしながら、非通紙加熱領域ANの分類に基づいた発熱制御(本実施例ではTGTi=128℃)をした場合、定着不良が発生するおそれがある。すなわち、後続の記録材の先端が画像範囲であると、投入可能な最大電力を発熱ブロックHBiに投入したとしても、画像部の制御目標温度まで充分加熱することができなくなる場合がある。この場合、トナー画像が記録材に充分に定着しない現象(定着不良)が発生する可能性がある。これを防ぐため、紙間時の制御目標温度TGTiに関しては非画像加熱領域APと同様の考え方を適用し、TGTi=TAP−KAPと設定する。
次に、後回転時(プリント終了時の、記録材Pが加熱領域Aiを通過し終えてからプリント待機状態に遷移するまでの空転区間)における発熱ブロックHBiの発熱量制御方法を説明する。後回転時は加熱領域Aiを記録材が通過しないため、図6のフローに従い加熱領域Aiは非通紙加熱領域ANに分類される。従って、制御目標温度TGTiはTGTi=TAN−KANと設定される。
次に、前回転時(立上げ区間)における発熱ブロックHBiの発熱量制御方法を説明する。ここで、前回転時とは、プリント開始時の、記録材Pが加熱領域Aiに到達する以前における空転区間であり、加熱領域Aiを所定の温度となるよう制御を行う区間である。本実施例の画像形成装置100において、立上げ動作時における制御目標温度TGTiは、下記の(式1)で表わされる。
TGTi=(TAI−KAI−T0i)÷3×t+T0i・・・(式1)
(式1)において、TAIは前述の画像加熱領域基準温度、KAIは画像加熱領域温度補正項である。また、tは立上げ動作開始からの経過時間(秒)を、T0iは立上げ動作開始時における加熱領域Aiに対応するサーミスタTHの検知温度を示している。すなわち、制御目標温度TGTiを3秒かけてT0iからTAI−KAIまで直線的に変化させている。
本実施例では、各加熱領域Aiの蓄熱量に相関のあるパラメータとして、加熱領域Ai毎に蓄熱カウント値CTiを設けている。蓄熱カウント値CTiは、それぞれの加熱領域Aiがどの程度加熱されたか、また、どの程度放熱したか、その熱履歴(加熱履歴、放熱履歴)を蓄積してカウントし、蓄熱量を予測するものである。加熱履歴は、例えば、ヒータの温度、発熱体への電力供給量の少なくとも1つに基づいて取得することができる。また、放熱履歴は、例えば、その加熱領域における記録材の通過の有無、発熱体への電力供給を行わない期間、ヒータの温度の時間変化量の少なくとも1つに基づいて取得することができる。加熱領域Ai毎の蓄熱カウント値CTiには、所定の更新タイミング毎に下記の(式2)で表わされるdCTiが累積加算されていく。
dCTi=(TC−RMC−DC)+WUC・・・(式2)
示した値の半分として、蓄熱カウント値CTiの更新を行う。また、蓄熱カウント値CTiの更新の結果、蓄熱カウント値CTiが0を下回った場合は、蓄熱カウント値CTiを0とする。
次に、本実施例と比較例1の効果の差異を説明する。比較例1では、画像加熱領域AIと非画像加熱領域APの制御目標温度TGTiは、実施例1と同じ設定とする。また、比較例1では、加熱領域Aiを記録材Pが通過するかの判断(図6のS1002)を行わず、非通紙加熱領域の制御目標温度TGTiは非画像加熱領域APと同じ制御(図6のS1008)としている。
また、非画像加熱領域APに対応する加熱領域(A3、A4、A5)においては、蓄熱カウント値CT3、CT4、CT5は増加していくものの、170枚通紙しても蓄熱カウント値は100以下であった。そのため、具体事例1においては、制御目標温度TGT3、TGT4、TGT5は1枚目から170枚目まで一定の158℃となった。
本発明の実施例2について説明する。実施例2の画像形成装置および像加熱装置の基本的な構成および動作は、実施例1のものと同じである。従って、実施例1と同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略する。実施例2においてここで特に説明しない事項は、実施例1と同様である。
本発明の実施例3について説明する。実施例3の画像形成装置および像加熱装置の基本的な構成および動作は、実施例1のものと同じである。従って、実施例1と同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略する。実施例3においてここで特に説明しない事項は、実施例1と同様である。
一方、記録材が加熱領域Aiを通過しないと判断した場合は、下記の(式3)に従って制御目標温度TGTiを算出する。
TGTi=(TAN−KAN−T0i)÷3×t+T0i・・・(式3)
本発明の実施例4について説明する。実施例4の画像形成装置および像加熱装置の基本的な構成および動作は、実施例1のものと同じである。従って、実施例1と同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略する。実施例4においてここで特に説明しない事項は、実施例1と同様である。
dCTNj=(TC−DCN)+WUC・・・(式4)
(式4)中のDCNは、伝熱や輻射による放熱量を示しており、非通紙部蓄熱カウント値CTNjに応じて、図13(a)の様に設定されている。
次のプリント動作において画像範囲になると仮定した際の理想の制御目標温度として求められ、画像加熱領域AIの制御目標温度と同様にTGTNj=TAI―KNAIとして算出される。ここで、TAIは前述の画像加熱領域基準温度であり、TAI=198℃である。また、KNAIは非通紙範囲Aj−2に対応する加熱領域の温度補正項であり、図13(b)に示すように非通紙部蓄熱カウント値CTNjに応じて設定されている。
枚数が多くなってくると、非通紙範囲Aj−2の非通紙部昇温の影響が大きくなるため、制御目標温度TGTjと制御目標温度TGTNjの温度差ΔTjが大きくなる。例えば、具体事例2において記録材P2の通紙枚数が50枚、70枚の時は、温度差ΔTjが5℃以上となるため、冷却制御を実施してから、記録材P3のプリントを開始する。
実施例1〜4においては、蓄熱量に応じて制御目標温度TGTiを増減させることで、PI制御(比例積分制御)によって算出される供給電力を調整し、その結果として発熱ブロックHBiの発熱量を調整していた。しかし、例えば下記変形例1に示すように、蓄熱量に応じて電力供給量を直接増減し、発熱ブロックHBiの発熱量を調整する方法を採用しても構わない。以下、変形例1の画像加熱領域AIを加熱する発熱体の発熱量を調整する方法を説明する。なお、非画像加熱領域APや非通紙加熱領域ANの発熱量の調整方法に関しては、各パラメータの設定数値が異なる以外は画像加熱領域AIと同様であるため、説明を省略する。
Wi=WTi×KWAI・・・(式6)
なお、変形例1における蓄熱カウント値CTiの計算に用いる加熱カウントTC値は、
発熱ブロックHBiへ実際に供給される電力Wiに応じた値になっており、Wiが大きいほどTCが大きくなるように設定されている。
実施例1〜4では、基準となる温度から蓄熱量に応じた補正項を加減算することで制御目標温度TGTiを求めたが、その他の方法で補正をおこなっても構わない。例えば、蓄熱量に応じた係数を掛けることで制御目標温度TGTiを補正しても構わない。
また、実施例1〜4の画像加熱領域温度補正項KAI、非画像加熱領域温度補正項KAP、非通紙加熱領域温度補正項KANは、それぞれ独立のパラメータとして設定したが、このうち複数のパラメータを共通のものとしても良い。
Claims (11)
- 記録材の搬送方向に対して直交する方向に並ぶ複数の発熱体を有するヒータと、
前記複数の発熱体へ供給する電力を制御する制御部と、
を有し、前記制御部は前記複数の発熱体を個々に制御可能であり、前記ヒータの熱によって記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
前記複数の発熱体の各々が加熱する加熱領域が、画像を含む第1領域であるタイミングか、記録材中の画像を含まない第2領域であるタイミングか、記録材がない第3領域であるタイミングか、に応じて前記制御部は前記複数の発熱体の各々の発熱量を制御することを特徴とする像加熱装置。 - 前記制御部は、少なくとも、前記第1領域及び前記第2領域を加熱する際の発熱量を、前記加熱領域の熱履歴に応じて制御することを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
- 前記制御部は、前記第3領域を加熱するように制御し、前記第3領域を加熱する際の発熱量は、前記第1領域及び前記第2領域を加熱する際の発熱量よりも少ないことを特徴とする請求項1または2に記載の像加熱装置。
- 前記制御部は、複数の記録材を連続的に加熱処理する場合において、前記複数の加熱領域のうち、後続の記録材の加熱において前記第3領域となる加熱領域の発熱量を、先行の記録材が通過した後、後続の記録材が到達する前の期間から、前記第3領域における発熱量となるように制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の像加熱装置。
- 前記制御部は、複数の記録材を連続的に加熱処理する場合において、前記複数の加熱領域のうち、先行の記録材の加熱では前記第1領域または前記第2領域であり、後続の記録材の加熱では前記第3領域となる加熱領域の発熱量を、前記先行の記録材が通過した後、前記後続の記録材が到達する前の期間から、前記第3領域における発熱量と同じ発熱量となるように制御することを特徴とする請求項4に記載の像加熱装置。
- 前記制御部は、前記複数の加熱領域の加熱を開始した後、遅くとも最初の記録材が到達するまでに、前記複数の加熱領域の発熱量が、前記第2領域における発熱量と同じ発熱量となるように制御することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の像加熱装置。
- 前記熱履歴に関する情報は、少なくとも、その加熱領域における加熱履歴と放熱履歴とに基づいて取得されることを特徴とする請求項2に記載の像加熱装置。
- 前記加熱履歴は、前記ヒータの温度、前記発熱体への電力供給量、のうちの少なくとも1つに基づいて取得されることを特徴とする請求項7に記載の像加熱装置。
- 前記放熱履歴は、その加熱領域における記録材の通過の有無、前記発熱体への電力供給を行わない期間、前記ヒータの温度の時間変化量、のうちの少なくとも1つに基づいて取得されることを特徴とする請求項7又は8に記載の像加熱装置。
- 前記装置は更に、内面が前記ヒータに接触しつつ回転する筒状のフィルムを有し、記録材上の画像は前記フィルムを介して加熱されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の像加熱装置。
- 記録材に画像を形成する画像形成部と、
記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、
を有する画像形成装置において、
前記定着部が請求項1乃至10のいずれか一項に記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
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