JP2020016731A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施例における画像形成装置1の概略断面図である。本実施例の画像形成装置1は、電子写真方式を用いてフルカラー画像を形成することが可能なタンデム方式及び中間転写方式を採用したレーザープリンタである。
図2は、本実施例における定着装置40の模式的な断面図である。本実施例の定着装置40は、ベルト加熱方式及び加圧部材駆動方式を採用したオンデマンド定着装置である。
加圧ローラ42の芯金48に対して、駆動手段としての駆動モータ70の駆動力が駆動力伝達機構71を介して伝達される。これにより加圧ローラ42が駆動回転体として所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ42が回転駆動されることで、ヒータホルダ45及びヒータ44と加圧ローラ42とに挟持されているスリーブ43は、その内周面がヒータ44に密着して摺動しながら従動して回転する。
次に、本実施例における定着装置40の温度(定着温度)の制御方式について説明する。
Tp(k)=S1{Ts(k-1)+…+Ts(k-n)}+R1{Tr(k-1)+…+Tr(k-n)} (式1)
Ts(k)=H1{Th(k-1)+…+Th(k-n)}+L1{Tl(k-1)+…+Tl(k-n)}+P1{Tp(k-1)+…+Tp(k-n)} (式2)
Tl(k)=H2{Th(k-1)+…+Th(k-n)}+S2{Ts(k-1)+…+Ts(k-n)} (式3)
Tr(k)=P2{Tp(k-1)+…+Tp(k-n)}+U1{Tu(k-1)+…+Tu(k-n)} (式4)
Tu(k)=R2{Tr(k-1)+…+Tr(k-n)} (式5)
[ただし、
Tp:用紙温度
Ts:スリーブ温度
Th:ヒータ温度
Tl:ヒータホルダ温度
Tr:加圧ローラ上層温度(本実施例では弾性層49の表面の温度)
Tu:加圧ローラ下層温度(本実施例では芯金48の温度)]
Ts(k)=H1{Th(k-1)+…+Th(k-n)}+L1{Tl(k-1)+…+Tl(k-n)}+R3{Tr(k-1)+…+Tr(k-n)} (式6)
Tr(k)=S3{Ts(k-1)+…+Ts(k-n)}+U1{Tu(k-1)+…+Tu(k-n)} (式7)
TgH=P*e(k)+I*Σe(k) (式8)
[ただし、
e(k)=TgP-Tp(k)
TgP:ニップ部Nを通過した後の用紙Pの目標温度]
Ts(k)=H4{Th(k-1)+…+Th(k-n)}+L4{Tl(k-1)+…+Tl(k-n)}+R4{Tr(k-1)+…+Tr(k-n)} (式9)
Tl(k)=H5{Th(k-1)+…+Th(k-n)}+S4{Ts(k-1)+…+Ts(k-n)} (式10)
Tr(k)=S5{Ts(k-1)+…+Ts(k-n)}+U4{Tu(k-1)+…+Tu(k-n)} (式11)
Tu(k)=R5{Tr(k-1)+…+Tr(k-n)} (式12)
次に、本実施例における各部材の温度を推定する動作の手順について説明する。図4は、本実施例における温度推定動作の手順の概略を示すフローチャート図である。
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は、実施例1の画像形成装置のものと同じである。したがって、本実施例の画像形成装置において、実施例1の画像形成装置のものと同一又は対応する機能あるいは構成を有する要素については、実施例1と同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。
図5は、本実施例における定着装置40の模式的な断面図である。実施例1では、サーミスタ47を用いてヒータ44の温度を検知した。これに対し、本実施例では、定着装置40にはヒータ44の温度を検知するサーミスタ47(図2)は設けられておらず、ヒータ44の温度はヒータ44に供給される電力に関する情報に基づいて推定する。
次に、本実施例における定着装置40の温度(定着温度)の制御方式について説明する。
Th(k)=S6{Ts(k-1)+…+Ts(k-n)}+L6{Tl(k-1)+…+Tl(k-n)}+αQ (式13)
[ただし、Q:ヒータ44で消費された電力]
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は、実施例1の画像形成装置のものと同じである。したがって、本実施例の画像形成装置において、実施例1の画像形成装置のものと同一又は対応する機能あるいは構成を有する要素については、実施例1と同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。
図6は、本実施例における定着装置40の模式的な断面図である。実施例1では、ヒータ44の温度を、サーミスタ47を用いて検知した。これに対し、本実施例では、スリーブ43(より詳細にはその内周面)の温度を検知する。
次に、本実施例における定着装置40の温度(定着温度)の制御方式について説明する。
Tp(k)=S7{Ts(k-1)+…+Ts(k-n)}+R7{Tr(k-1)+…+Tr(k-n)} (式14)
Tr(k)=P7{Tp(k-1)+…+Tp(k-n)}+U7{Tu(k-1)+…+Tu(k-n)} (式15)
Tu(k)=R8{Tr(k-1)+…+Tr(k-n)} (式16)
Tr(k)=S9{Ts(k-1)+…+Ts(k-n)}+U9{Tu(k-1)+…+Tu(k-n)} (式17)
TgS=P*e(k)+I*Σe(k) (式18)
[ただし、
e(k)=TgP-Tp(k)
TgP:ニップ部Nを通過した後の用紙Pの目標温度]
Tr(k)=S10{Ts(k-1)+…+Ts(k-n)}+U10{Tu(k-1)+…+Tu(k-n)} (式19)
Tu(k)=R10{Tr(k-1)+…+Tr(k-n)} (式20)
次に、上述の実施例の効果を確認するための実験の結果について説明する。ここでは、上述の実施例1〜3、実施例1の変形例、及び比較例1〜2について同様の実験を行って定着品質を比較した。変形例、比較例1〜2の画像形成装置の構成及び動作は、以下に説明する点を除いて実施例1のものと実質的に同じである。変形例、比較例1〜2についても、実施例1と同一又は対応する機能あるいは構成を有する要素には同一の符号を付すものとする。
図8は、本変形例における各部材の温度を推定する伝熱モデルであり、加圧ローラ42を単層として扱っていること以外は、実施例1と同様である。本変形例では、各部材の温度を推定する式は、以下のようになる。本変形例において単層として扱われる加圧ローラ温度Tr以外の部材の温度は、実施例1と同様の式を用いて推定できる。また、下記式21、式22、式23の係数A、B、Cは、実験による測定値との各式による推定値との間の誤差が最小になるようにフィッティングされる。
・用紙Pがニップ部Nを通過している時
Tr(k)=A{Tp(k-1)+…+Tp(k-n)} (式21)
・用紙Pがニップ部Nを通過していない時
Tr(k)=B{Ts(k-1)+…+Ts(k-n)} (式22)
・定着装置40が停止状態にある時
Tr(k)=C{Ts(k-1)+…+Ts(k-n)} (式23)
本比較例では、定着装置40の動作状況(スリーブ43及び加圧ローラ42が回転しているか否か)に応じては、各部材の温度の推定式を切り替えない。つまり、本比較例では、定着装置40の回転体が回転している時と、停止している時とで、伝熱モデルを切り替えておらず、各部材の温度を同一の推定式を用いて推定している。
本比較例では、印字動作中(スリーブ43及び加圧ローラ42が回転している時)に用紙Pがニップ部Nを通過している時と通過していない時とに応じては、各部材の温度の推定式を切り替えない。つまり、本比較例では、印字動作中に用紙Pがニップ部Nを通過している時と、通過していない時とで、伝熱モデルを切り替えておらず、各部材の温度を同一の推定式を用いて推定している。
実施例1〜3、変形例、及び比較例1〜2における定着品質を比較するために、A4サイズの用紙Pに毎分50枚印字できる画像形成装置1を用いて、以下の実験を行った。印字条件は、次のとおりである。画像形成装置1の電源ON後に連続で50枚のA4サイズの用紙Pに印字する(印字サイクル1)。その後、10分間の休止時間を経たのちに10枚のA4サイズの用紙Pに印字する(印字サイクル2)。その後、10分間の休止時間を経たのちに10枚のA4サイズの用紙Pに印字する(印字サイクル3)。このようにして合計70枚の印字を行い、それぞれの用紙Pに形成された試験画像の定着品質を評価した。定着品質の評価方法は、次のとおりである。試験画像として5mm角のハーフトーンのパッチ画像を用紙Pに形成する。次に、用紙P上のパッチ画像の反射濃度D0を測定する。測定器としては、マクベス社製反射濃度計RD914を用いた。次に、用紙P上のパッチ画像を不織布により10g/cm2の圧力で擦り、擦った後の反射濃度D1を測定する。次に、下記式24を用いて定着率を算出する。そして、上記印字サイクル1〜3ごとに、印字した用紙Pの全ての定着率の平均値を算出した。結果を表5に示す。
D1/D0×100 (式24)
以上、本発明を具体的な実施例に即して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではない。
40 定着装置
41 ベルトユニット
42 加圧ローラ
43 スリーブ
44 ヒータ
45 ヒータホルダ
46 ステイ
47 サーミスタ
48 芯金
49 弾性層
50 コントローラ
51 PWM駆動回路
Claims (13)
- 第1の回転体と、前記第1の回転体を加熱する加熱部材と、前記第1の回転体と圧接してニップ部を形成する第2の回転体と、前記加熱部材を加熱するための電力を前記加熱部材に供給する電源と、前記加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、を備え、画像を担持した記録材を前記ニップ部で前記第1の回転体と前記第2の回転体とで挟持して搬送しつつ加熱する像加熱装置と、
前記温度検知手段による前記加熱部材の温度の検知結果を用いて、前記第1の回転体、前記第2の回転体、及び前記ニップ部を通過した後の記録材の温度を、それぞれに対応して予め設定された演算式を用いた差分法による演算によりリアルタイムで推定し、推定した記録材の温度と、予め設定された目標温度と、の偏差に基づいて前記加熱部材に供給する電力を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記第1及び第2の回転体の温度を、前記第1及び第2の回転体が回転しており記録材が前記ニップ部を通過している時と、前記第1及び第2の回転体が回転しており記録材が前記ニップ部を通過していない時と、前記第1及び第2の回転体が回転していない時と、で異なる前記演算式を用いて推定することを特徴とする画像形成装置。 - 第1の回転体と、前記第1の回転体を加熱する加熱部材と、前記第1の回転体と圧接してニップ部を形成する第2の回転体と、前記加熱部材を加熱するための電力を前記加熱部材に供給する電源と、前記加熱部材で消費された電力を検知する電力検知手段と、を備え、画像を担持した記録材を前記ニップ部で前記第1の回転体と前記第2の回転体とで挟持して搬送しつつ加熱する像加熱装置と、
前記電力検知手段による前記加熱部材で消費された電力の検知結果を用いて、前記第1の回転体、前記加熱部材、前記第2の回転体、及び前記ニップ部を通過した後の記録材の温度を、それぞれに対応して予め設定された演算式を用いた差分法による演算によりリアルタイムで推定し、推定した記録材の温度と、予め設定された目標温度と、の偏差に基づいて前記加熱部材に供給する電力を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記第1及び第2の回転体の温度を、前記第1及び第2の回転体が回転しており記録材が前記ニップ部を通過している時と、前記第1及び第2の回転体が回転しており記録材が前記ニップ部を通過していない時と、前記第1及び第2の回転体が回転していない時と、で異なる前記演算式を用いて推定することを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記第1及び第2の回転体のうち少なくとも1つの温度として、該少なくとも1つを厚さ方向に複数の部分に分割した各部分の温度を、各部分に対応して予め設定された演算式を用いて推定することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記第2の回転体の温度として、前記第2の回転体を厚さ方向に複数の部分に分割した各部分の温度を、各部分に対応して予め設定された演算式を用いて推定することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記第1の回転体は、可撓性を有する無端状のベルトであり、前記第2の回転体は、基材と前記基材の外周に形成された弾性層とを備えたローラであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記像加熱装置は、前記加熱部材を保持する保持部材を備えており、
前記制御手段は更に、前記保持部材の温度を、前記保持部材に対応して予め設定された演算式を用いた差分法による演算によりリアルタイムで推定するように構成されており、
前記制御手段は、前記保持部材の温度を、前記第1及び第2の回転体が回転している時と、前記第1及び第2の回転体が回転していない時と、で異なる前記演算式を用いて推定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画像形成装置。 - 前記保持部材は、前記加熱部材と共に前記第2の回転体に対して前記第1の回転体をバックアップすることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
- 第1の回転体と、前記第1の回転体を加熱する加熱部材と、前記第1の回転体と圧接してニップ部を形成する第2の回転体と、前記加熱部材を加熱するための電力を前記加熱部材に供給する電源と、前記第1の回転体の温度を検知する温度検知手段と、を備え、画像を担持した記録材を前記ニップ部で前記第1の回転体と前記第2の回転体とで挟持して搬送しつつ加熱する像加熱装置と、
前記温度検知手段による前記第1の回転体の温度の検知結果を用いて、前記第2の回転体、及び前記ニップ部を通過した後の記録材の温度を、それぞれに対応して予め設定された演算式を用いた差分法による演算によりリアルタイムで推定し、推定した記録材の温度と、予め設定された目標温度と、の偏差に基づいて前記加熱部材に供給する電力を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記第2の回転体の温度を、前記第1及び第2の回転体が回転しており記録材が前記ニップ部を通過している時と、前記第1及び第2の回転体が回転しており記録材が前記ニップ部を通過していない時と、前記第1及び第2の回転体が回転していない時と、で異なる前記演算式を用いて推定することを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記第2の回転体の温度として、前記第2の回転体を厚さ方向に複数の部分に分割した各部分の温度を、各部分に対応して予め設定された演算式を用いて推定することを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
- 前記第1の回転体は、可撓性を有する無端状のベルトであり、前記第2の回転体は、基材と前記基材の外周に形成された弾性層とを備えたローラであることを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
- 前記温度検知手段は、前記第1の回転体の内周面に接触して前記第1の回転体の温度を検知することを特徴とする請求項10に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記画像形成装置の電源がONの間は所定の頻度で前記推定を行うことを特徴とすることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記像加熱装置は、画像を記録材に定着させる定着装置であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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