JP2019128551A - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
基板と、前記基板上に設けられた前記基板の長手方向に並ぶ複数の発熱体と、を有するヒータを有し、前記ヒータの熱を利用して記録材に形成された画像を加熱する像加熱部であって、前記長手方向に分割された複数の加熱領域を有する像加熱部と、
前記複数の加熱領域を選択的に加熱すべく、前記複数の発熱体の通電を選択的に制御する通電制御部と、
を備える像加熱装置において、
前記複数の発熱体のそれぞれの発熱体について、通電時の温度の上昇の割合を示す立ち上げ性能を取得する取得部を備え、
前記通電制御部は、前記複数の発熱体をそれぞれ所定の目標温度まで昇温させる立ち上げシーケンスにおいて、前記取得部が取得した前記立ち上げ性能に基づいて、前記立ち上げ性能が互いに異なる発熱体が同じタイミングで前記所定の目標温度に到達するように、前記複数の発熱体の通電を選択的に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して、上記像加熱装置と、
を備え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。
対14に向けて搬送される。更に、記録材Pは、感光ドラム19上のトナー画像が感光ドラム19と転写ローラ20で形成される転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ対14から転写位置へ搬送される。記録材Pが転写位置を通過する過程で感光ドラム19上のトナー画像は記録材Pに転写される。その後、記録材Pは定着部(像加熱部)としての定着装置(像加熱装置)200で加熱され、トナー画像が記録材Pに加熱定着される。定着済みのトナー画像を担持する記録材Pは、搬送ローラ対26、27によって画像形成装置100上部のトレイに排出される。
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、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。
方向に回転する。定着ニップ部Nにおいて記録材Pを挟持搬送しつつ定着フィルム202の熱を与えることで、記録材P上の未定着トナー画像は定着処理される。また、定着フィルム202の摺動性を確保し安定した従動回転状態を得るために、ヒータ300と定着フィルム202の間には、耐熱性の高いグリース(不図示)を介在させている。
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。
本実施例の発熱範囲は、発熱ブロックHB1の図中左端から発熱ブロックHB7の図中右端までの範囲であり、その全長は220mmである。また、各発熱ブロックの長手方向長さは、すべて同じ約31mmとしているが、長さを異ならせても構わない。
−1、E8−2を設けているが、例えば、電極E8−1のみを片側に設ける構成(即ち、電極E8−2を設けない構成)でも構わない。また、導電体301a、301bに対し共通の電極で電力供給を行っているが、導電体301aと導電体301bそれぞれに個別の電極を設け、それぞれ電力供給を行っても構わない。
また、摺動面層1は、サーミスタTHに通電しその抵抗値を検出するため、導電体ET(ET1−1〜ET1−4、およびET2−5〜ET2−7)と導電体EG(EG1、EG2)とを有している。導電体ET1−1〜ET1−4は、それぞれサーミスタTH1−1〜TH1−4に接続されている。導電体ET2−5〜ET2−7は、それぞれサーミスタTH2−5〜TH2−7に接続されている。導電体EG1は、4つのサーミスタTH1−1〜TH1−4に接続され、共通の導電経路を形成している。導電体EG2は、3つのサーミスタTH2−5〜TH2−7に接続され、共通の導電経路を形成している。導電体ETおよび導電体EGは、それぞれヒータ300の長手に沿って長手端部まで形成され、ヒータ長手端部において不図示の電気接点を介して制御回路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。トライアック441〜417を選択的に制御することで、複数の発熱体の通電を選択的に制御することができ、長手方向に分割された複数の加熱領域を個々に選択的に発熱させることができる。ゼロクロス検知部42
1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。
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に対応した位置に設けられており、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〜A
7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)。
続いて、図6を用いて、定着装置200の立ち上げシーケンスにおけるヒータ発熱制御方法を説明する。立ち上げシーケンスとは、すなわち、記録材Pおよび記録材P上のトナー画像を加熱するために適切な温度(以下、立ち上げ完了目標温度と称する)まで定着装置200を温めるための動作である。
次に、比較例1を用いて本実施例の効果を説明する。
比較例1の立ち上げシーケンスでは、各発熱ブロックHBi(i=1〜7)の温度を立ち上げ完了目標温度に近づけるように、それぞれの発熱ブロック毎にPI制御で通電を行っている。そのため、抵抗値が小さく発熱量が大きい発熱ブロック(以下、比較例1のHBotherと称す)は、図6(A)にて一点鎖線で示したように早く立ち上がり、立ち上げ完了目標温度を維持しつつ通紙シーケンスへの移行を待つことになる。すなわち、比較例1は実施例1と比べて、発熱ブロック毎の温度推移のばらつきが大きい。
実施例1と比較例1の定着装置200を室温まで冷やした後、ハーフトーン画像を1枚プリントする。立ち上げ直後の加圧ローラ208の表面温度をサーモグラフィーで計測するとともに、ハーフトーン画像のホットオフセットの発生有無を観察する。なお、同一個体の定着装置200に対し制御ソフトウェアのみを変更することで、実施例1の定着装置200、および、比較例1の定着装置200として実験を行った。
比較例1においては、加圧ローラ208の表面温度のばらつきは6℃あり、最も温度の高かった発熱ブロックHB5に対応する位置においては、軽微なホットオフセットが発生した。一方、実施例1においては、加圧ローラ208の表面温度のばらつきは1℃以内に収まっており、ホットオフセットの発生も無かった。
本実施例では発熱ブロックHBminを判断する際に、固定デューティー比で所定時間通電した際の発熱ブロックHBiの温度を用いて判断を行ったが、他の方法で発熱ブロックHBminを判断してもよい。例えば、固定デューティー比区間S1000において所定の温度に達するまでの時間を測定し、その時間が最も長い発熱ブロックを発熱ブロックHBminであると判断してもよい。
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において特に説明しない事項は、実施例1と同様である。実施例2は、実施例1に対して、立ち上げ制御パラメータ(ここでは立ち上げ途中における発熱ブロックの目標温度
)を変更する際の基準が異なる。実施例1では、温度Tminを基準としていたが、実施例2では、発熱ブロックHBminの立ち上げ速度を基準としている。
られ、Ttgtm=TRRmin×W1+Ttgts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において特に説明しない事項は、実施例1と同様である。実施例3は、立ち上げ制御パラメータを発熱ブロックHBotherへの通電デューティー比とし、通電デューティー比を変更することで各発熱ブロックHBiへの投入電力を揃えている点が、実施例1に対して異なる。
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において特に説明しない事項は、実施例1と同様である。実施例4は、立ち上げ制御
パラメータを発熱ブロックHBotherへ投入する電力とし、各発熱ブロックHBiへの投入電力を揃えるよう調整している点が、実施例1に対して異なる。
本発明の実施例5について説明する。実施例5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5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。実施例5は、立ち上げを開始するタイミングを立ち上げ制御パラメータとしている点が、実施例1に対して異なる。
定しないため、立ち上げ速度TRRiの測定は、通電を開始してから所定時間経過した後に行うことが望ましい。全ての発熱ブロックHBiが第1次立ち上げ目標温度TtgtAに到達すると、立ち上げシーケンスは第2次立ち上げ区間S1006に移行する。
本発明の実施例6について説明する。実施例6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5のものと同じである。従って、実施例5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6においてここで特に説明しない事項は、実施例5と同様である。実施例6は、第1次立ち上げ目標温度を発熱ブロック毎に変化させる点が、実施例5に対して異なる。
実施例7として、記録材P上のトナー画像の先端位置が加熱領域Ai毎に異なる場合について、図11を用いて説明する。実施例7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5のものと同じである。従って、実施例5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7においてここで特に説明しない事項は、実施例5と同様である。
図11(B)は、グループAに属する発熱ブロックの立ち上げ時の温度推移を示した図である。グループA内で最も立ち上げに時間を要する発熱ブロックHBminの温度Tminを実線で、HBmin以外の発熱ブロックを代表してHBother1の温度Tother1を点線で示している。
図11(C)は、グループBに属する発熱ブロックの立ち上げ時の温度推移を示した図である。複数ある発熱ブロックの内、代表してHBother2の温度Tother2を点線で示している。
まず、立ち上げ速度TRRiと第1次立ち上げ目標温度TtgtAと立ち上げ完了目標温度TtgtBとから、発熱ブロックHBi毎の第2次立ち上げ所要時間Wi(i=1〜7)を、Wi=(TtgtB−TtgtA)/TRRiとして算出する。グループAの中の第2次立ち上げ所要時間Wiの内、最も時間が長いものをWminとする。Wminは、最も立ち上げに時間を要する発熱ブロックHBminにおける第2次立ち上げ所要時間であり、本実施例における発熱ブロックHBminの立ち上げ性能を示す値である。また、図中では、発熱ブロックHBother1における第2次立ち上げ所要時間WiをWother1で示している。また、発熱ブロックHBother2における第2次立ち上げ所要時間WiをWother2で示している。
度ムラやホットオフセットなどといった画像不良の発生を抑えることができる。
1.立ち上げ完了目標温度、立上げ前温度が均一でない場合
実施例1〜6では、立ち上げ完了目標温度は複数の発熱ブロックHBi(i=1〜7)で同一であるとして説明したが、実際の画像印刷に際しては発熱ブロックHBi毎に立ち上げ完了目標温度が異なっている場合がある。例えば、ハーフトーン画像のような低印字率画像は、ベタ画像のような高印字率画像と比べると、定着するために多くの熱量を必要とする。そのため、低印字率画像に対応する加熱領域Aiを加熱する発熱ブロックHBiは、その目標温度を高く設定されている。このように、発熱ブロックHBi毎に立ち上げ完了目標温度が異なっている場合は、立ち上げ完了目標温度に応じた補正制御を行うことで本発明を適用し効果を得ることができる。例えば、立ち上げ完了目標温度が低ければ立ち上げに必要な熱量は少なくて済み早く目標温度に達することができる。従って、立ち上げ所要時間の大小を判断する際に、立ち上げ完了目標温度が低い発熱ブロックHBiほど立ち上げ所要時間を小さく見積もるような補正を行えばよい。
ここまでの実施例中では、加熱領域Aiおよび発熱ブロックHBiの分割数と分割位置は、均等に7分割した例で説明したが、本発明の効果はこれに限定されるものではない。例えば、JIS B5紙(182mm×257mm)、A5紙(148mm×210mm)等の定型サイズの紙幅端に合わせた位置で分割しても構わない。このとき、分割位置によっては発熱ブロックHBi毎の長さが異なる場合が生じる。長さの異なる発熱ブロックを同じ電力で発熱させた場合、発熱ブロックHBi長さが短いほど単位長さ当たりの発熱量は大きくなり、立ち上がりが早くなる。従って、実施例中で、立ち上げ所要時間の判断、立ち上げ性能、立上げ制御パラメータ、として電力を使用している部分は、「電力」を「単位長さ当たりの電力」に置き換えることで、発熱量を揃えることができる。
ここまでの実施例中では、すべての発熱ブロックHBiが独立に発熱制御可能な例で説明したが、発熱ブロックHBiのうち一部が共通制御、または従属制御となっていても構わない。この場合、共通制御、または従属制御となっている発熱ブロック群を一つのグループ(以降、非独立グループと称す)とする。そして、非独立グループ内の発熱ブロックにおける立ち上げ性能を示すパラメータの平均値または最悪値を求め、非独立グループの
代表値とする。ここで、立ち上げ性能を示すパラメータとは、通電デューティー比100%時の電力W100i、立ち上げ所要時間Wi、立ち上げ速度TRRi、など立ち上げ所要時間の大小を判断できる数値である。非独立グループの代表値を、独立制御可能な発熱ブロックの立ち上げ性能を示すパラメータと比較することで、立ち上げ所要時間の大小を判断する。その結果、非独立グループが最も立ち上げに時間を要する発熱ブロックであると判断された場合は、非独立グループの立ち上げ性能の代表値を基準として、各発熱ブロックHBiの立ち上げ制御パラメータを調整すればよい。非独立グループが複数存在する場合も同様である。
Claims (22)
- 基板と、前記基板上に設けられた前記基板の長手方向に並ぶ複数の発熱体と、を有するヒータを有し、前記ヒータの熱を利用して記録材に形成された画像を加熱する像加熱部であって、前記長手方向に分割された複数の加熱領域を有する像加熱部と、
前記複数の加熱領域を選択的に加熱すべく、前記複数の発熱体の通電を選択的に制御する通電制御部と、
を備える像加熱装置において、
前記複数の発熱体のそれぞれの発熱体について、通電時の温度の上昇の割合を示す立ち上げ性能を取得する取得部を備え、
前記通電制御部は、前記複数の発熱体をそれぞれ所定の目標温度まで昇温させる立ち上げシーケンスにおいて、前記取得部が取得した前記立ち上げ性能に基づいて、前記立ち上げ性能が互いに異なる発熱体が同じタイミングで前記所定の目標温度に到達するように、前記複数の発熱体の通電を選択的に制御することを特徴とする像加熱装置。 - 前記取得部は、前記複数の発熱体をそれぞれ所定の電力で通電したときに通電を開始してから所定の温度に到達するまでに要する所要時間に基づいて、前記立ち上げ性能を取得することを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
- 前記取得部は、前記通電制御部が前記複数の発熱体に対してそれぞれ一定のデューティー比により通電している間に、前記立ち上げ性能を取得する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。
- 前記通電制御部は、前記立ち上げ性能が互いに異なる発熱体が、同じ単位時間当たりの温度上昇量で、同じタイミングで前記所定の目標温度に到達するように、前記複数の発熱体の通電を選択的に制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の像加熱装置。
- 前記通電制御部は、前記所定の目標温度に到達する前に設定される途中の目標温度を、前記立ち上げ性能が互いに異なる発熱体のそれぞれにおいて同じ温度に設定して、前記複数の発熱体の通電を選択的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。
- 前記取得部は、
前記複数の発熱体でそれぞれ消費される電力を検知する電力検知手段を含み、
前記通電制御部が前記複数の発熱体に対してそれぞれ一定のデューティー比により通電している間に、前記電力検知手段に検知される電力に基づいて、前記立ち上げ性能を取得することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の像加熱装置。 - 前記通電制御部は、前記複数の発熱体のうち前記立ち上げ性能が最も高い第1の発熱体が前記所定の目標温度に到達するタイミングと同じタイミングで、前記第1の発熱体よりも前記立ち上げ性能が低い第2の発熱体が前記所定の目標温度に到達するように、前記複数の発熱体の通電を選択的に制御することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の像加熱装置。
- 前記取得部は、前記第1の発熱体の単位時間当たりの温度上昇量を取得し、
前記通電制御部は、前記第2の発熱体が、前記第1の発熱体の単位時間当たりの温度上昇量と同じ単位時間当たりの温度上昇量で、昇温するように、前記複数の発熱体の通電を選択的に制御することを特徴とする請求項7に記載の像加熱装置。 - 前記複数の加熱領域のそれぞれの温度を検知する温度検知手段をさらに備え、
前記通電制御部は、前記温度検知手段が検知する温度に基づいて取得される前記第2の発熱体の前記所定の目標温度に到達する前の温度を、前記第1の発熱体の通電の制御における前記所定の目標温度に到達する前の途中の目標温度に設定することを特徴とする請求項7または8に記載の像加熱装置。 - 前記通電制御部は、前記第1の発熱体の通電の制御における前記所定の目標温度に到達する前の途中の目標温度を、前記第2の発熱体の通電の制御における前記所定の目標温度に到達する前の途中の目標温度と同じ温度に設定することを特徴とする請求項7または8に記載の像加熱装置。
- 前記通電制御部は、前記第2の発熱体に対する通電デューティー比を調整することで、前記第1の発熱体が前記所定の目標温度に到達するタイミングと同じタイミングで、前記第2の発熱体を前記所定の目標温度に到達させることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の像加熱装置。
- 前記取得部は、
前記第1の発熱体と前記第2の発熱体でそれぞれ消費される電力を検知する電力検知手段を含み、
前記通電制御部は、前記電力検知手段が検知する電力に基づいて、前記第2の発熱体で消費される電力の量が、前記第1の発熱体で消費される電力の量と同じになるように、通電を制御することを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項に記載の像加熱装置。 - 前記通電制御部は、前記第1の発熱体を昇温させるタイミングを、前記第2の発熱体を昇温させるタイミングより遅らせることで、前記第2の発熱体が前記所定の目標温度に到達するタイミングと同じタイミングで、前記第1の発熱体を前記所定の目標温度に到達させることを特徴とする請求項7に記載の像加熱装置。
- 前記通電制御部は、
前記複数の発熱体の通電の制御において、前記所定の目標温度よりも低い温度である第1の目標温度まで発熱体を昇温させる第1次立ち上げ区間と、前記第1の目標温度から前記所定の目標温度まで発熱体を昇温させる第2次立ち上げ区間と、を有し、
前記第1の発熱体の通電の制御における前記第2次立ち上げ区間を開始するタイミングを、前記第2の発熱体の通電の制御における前記第2次立ち上げ区間を開始するタイミングより遅らせることを特徴とする請求項13に記載の像加熱装置。 - 前記通電制御部は、
前記複数の発熱体の通電の制御において、前記所定の目標温度よりも低い温度である第1の目標温度まで発熱体を昇温させる第1次立ち上げ区間と、前記第1の目標温度から前記所定の目標温度まで発熱体を昇温させる第2次立ち上げ区間と、を有し、
前記第1の目標温度を前記複数の発熱体のそれぞれにおいて個別に設定することを特徴とする請求項13に記載の像加熱装置。 - 前記通電制御部は、前記第1の発熱体の通電の制御において設定される前記所定の目標温度に到達する前の途中の目標温度と、前記第2の発熱体の通電の制御において設定される前記所定の目標温度に到達する前の途中の目標温度と、をそれぞれ個別に設定することを特徴とする請求項13に記載の像加熱装置。
- 前記通電制御部は、前記複数の発熱体について、それぞれ個別に前記所定の目標温度を設定し、
前記取得部が取得する前記立ち上げ性能は、前記複数の発熱体のうち前記所定の目標温
度が低い発熱体ほど低いことを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の像加熱装置。 - 前記通電制御部は、前記複数の発熱体について、それぞれ個別に前記所定の目標温度を設定し、
前記取得部が取得する前記立ち上げ性能は、前記複数の発熱体のうち通電を開始する前の温度が高い発熱体ほど低いことを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の像加熱装置。 - 前記通電制御部は、前記複数の発熱体について、それぞれ個別に前記所定の目標温度を設定し、
前記取得部が取得する前記立ち上げ性能は、前記複数の発熱体のうち前記所定の目標温度と通電を開始する前の温度との差が小さい発熱体ほど低いことを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の像加熱装置。 - 前記所定の目標温度は、前記画像の加熱のための目標温度であることを特徴とする請求項1〜19のいずれか1項に記載の像加熱装置。
- 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1〜20のいずれか1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して、請求項1〜21のいずれか1項に記載の像加熱装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
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