JP2020086078A - 像加熱装置、画像形成装置及び像加熱装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
長手方向に複数に分割された加熱領域を有する構成においては、非画像加熱部と、それに隣接している画像加熱部との境界位置近傍において、両者の制御温度の差による温度勾配が生じてしまう。このことによって、境界位置側の画像端部近傍において定着不良や光沢低下が発生してしまう可能性がある。
特許文献2では図18(b)に示すように、画像Aが903−1の領域に、画像Bが903−2の領域に存在するため、903−1、903−2はどちらも画像加熱部となる。そのため、図18(c)の点線で示すような定着温度(例えば、903−1、903−2ともに200deg.)となる。しかし、画像Aが例えば低印字のパターンであり画像B
よりも低温でも定着可能な場合、903−1の温度はより低温(例えば、163deg.)でも構わない。
記録材の搬送方向に対して直交する長手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個々に制御することで、前記複数の発熱体により加熱される複数の加熱領域の温度を個々に制御可能な制御部と、
記録材に形成される画像の情報を取得する取得部と、
を備え、
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、
前記制御部は、
記録材における画像を形成可能な領域を、前記複数の発熱体に対応して前記長手方向に区分けした領域であって、前記複数の発熱体のうちの一の発熱体とこれに隣接する発熱体との境界を含み、前記一の発熱体及び前記隣接する発熱体と前記長手方向に所定の範囲で重なる境界領域と、前記境界領域を除いた範囲において前記一の発熱体と重なる非境界領域と、に区分けし、
前記一の発熱体により加熱する加熱領域の制御目標温度を、前記画像の情報のうち前記境界領域に対応する情報に基づいた第1温度と、前記画像の情報のうち前記非境界領域に対応する情報に基づいた第2温度と、のうち最も高い温度と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、
前記定着部が本発明の像加熱装置であることを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の像加熱装置の制御方法は、
記録材の搬送方向に対して直交する長手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個々に制御することで、前記複数の発熱体により加熱される複数の加熱領域の温度を個々に制御可能な制御部と、
記録材に形成される画像の情報を取得する取得部と、
を備え、
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の制御方法において、
記録材における画像を形成可能な領域を、前記複数の発熱体に対応して前記長手方向に区分けした領域であって、前記複数の発熱体のうちの一の発熱体とこれに隣接する発熱体
との境界を含み、前記一の発熱体及び前記隣接する発熱体と前記長手方向に所定の範囲で重なる境界領域と、前記境界領域を除いた範囲において前記一の発熱体と重なる非境界領域と、に区分けし、前記画像の情報のうち前記境界領域に対応する情報に基づいた第1温度と、前記画像の情報のうち前記非境界領域に対応する情報に基づいた第2温度と、を取得する第1のステップと、
前記一の発熱体により加熱する加熱領域の制御目標温度を、前記第1温度と前記第2温度とのうち最も高い温度に設定する第2のステップと、
を有す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例示的な構成図である。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。
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。
図3は、実施例1のヒータ300の構成図を示している。
図3(a)には、図3(b)に示す搬送基準位置X付近における断面図を示してある。搬送基準位置Xは、記録材Pを搬送する際の基準位置として定義する。本実施例では、記録材Pの中央部が、搬送基準位置Xを通過するように搬送される。本実施例の画像形成装置では、記録材Pの搬送方向に直交する幅方向における中央部が、搬送基準位置Xを通過するように記録材が搬送される。ヒータ300は、概略、基板305の一方の面(裏面)に2つの層(裏面層1、2)、他方の面(摺動面)にも2つの層(摺動面層1、2)がそれぞれ形成された5層構造を有する。
送方向の上流側に配置された導電体301aと、下流側に配置された導電体301bに分離されている。更に、ヒータ300は、第1の導電体301と第2の導電体303の間に設けられており、第1の導電体301と第2の導電体303を介して供給する電力により発熱する発熱抵抗体302を有する。
本実施例では長手方向の両端に電極E8−1、及び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)でも良いし、記録材搬送方向の上下流で別々の電極に分けて設けても良い。
300の発熱ブロックHB1〜HB7ごとの温度を検知するため、サーミスタT1−1〜T1−4、及びサーミスタT2−5〜T2−7が設置されている。サーミスタT1−1〜T1−4、及びサーミスタT2−5〜T2−7は、PTC特性、若しくはNTC特性(本実施例ではNTC特性)を有した材料を基板上に薄く形成したものである。発熱ブロックHB1〜HB7の全てにサーミスタを有しているため、サーミスタの抵抗値を検出することにより、全ての発熱ブロックの温度を検知することができる。
図4は、実施例1のヒータ300の制御回路400の回路図を示す。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。
知される温度は、サ−ミスタT2−5〜T2−7と抵抗465〜467との分圧が、Th2−5〜Th2−7信号としてCPU420で検知されている。CPU420の内部処理では、各発熱ブロック(が加熱する各加熱領域)の制御目標温度と、サーミスタの現在の検知温度との差分に基づき、供給するべき電力を算出する。例えばPI制御により供給するべき電力の算出を行う。更に供給する電力に対応した位相角(位相制御)や、波数(波数制御)の制御レベルに換算し、その制御条件によりトライアック411〜417を制御している。
ホストコンピュータ等の外部装置からの画像データは画像形成装置のビデオコントローラ120で受信され、画像処理が行われる。なお、本実施例の画像形成装置の画素数は600dpiであり、ビデオコントローラ120はそれに応じたビットマップデータ(CMYK各色の画像濃度データ)を作成する。ビデオコントローラ120は、画像処理で得られた3種類の画像情報、すなわち、後述する画像情報A、画像情報B、画像情報Cを制御部113へ送信する。
画像情報Aとは発熱ブロックの境界位置近傍を除く領域での画像濃度に係る画像情報であり、画像情報Bとは発熱ブロックの境界位置近傍での画像濃度に係る画像情報であり、画像情報Cとは発熱ブロックの境界位置近傍での画像の位置に係る画像情報である。
制御部113は、これらの画像情報A、画像情報B、画像情報Cに基づき、ヒータ300の7つの発熱ブロックHB1〜HB7(表記を一般化するとHBi、i=1〜7)への電力供給を個々に制御する。
(画像情報A)
ビデオコントローラ120は、ホストコンピュータから受け取るCMYK画像データから得られる各色の画像濃度を1mmのメッシュのサイズで解析し、1mmのメッシュごとに、トナー量に変換したトナー量換算値を算出する。図5に示すように、A1〜A7(表記を一般化するとAi、i=1〜7)の領域内で算出されたトナー量換算最大値を総称して画像情報Aという。Aiは、記録材の画像形成可能領域(画像部分と非画像部分とからなる画像領域)を、各発熱ブロックHBiに対応して長手方向に区分けした領域であって、後述する境界領域を除いた範囲において各発熱ブロックHBiと重なる領域(非境界領域)である。Aiは、長手方向において各発熱ブロックHBiよりも若干狭い領域となっている。例として図5のA4に示したように、A4の領域はHB4の領域よりも長手方向の両端部を4mm狭くしている。他のA4以外の領域に関しても、Aiの領域はHBiの領域よりも長手方向の両端部を4mm狭くしている。このように長手方向の両端部を4mm狭くしたのは、発熱ブロックHBiの境界位置近傍においての制御温度の違いによる温度勾配の影響を受けないよう考慮したためである。
図5に示すように、画像情報Bは、発熱ブロックHBiの境界位置近傍、具体的には、発熱ブロックHBiのうちの一の発熱ブロックHBとこれに隣接する発熱ブロックHBとの境界を含み、両ブロックと長手方向に所定の範囲で重なる境界領域の情報である。この境界領域は、Aiの領域とは重なり合わずに設けられている。この境界領域内で算出されたトナー量換算最大値を総称して画像情報Bという。画像情報Bのトナー量換算最大値を算出する方法は、上述した画像情報Aの算出方法と同様である。
画像情報Cは、画像情報Bと同じ境界領域における画像の端部位置、具体的には、非境界領域から境界領域に含まれる画像部分までの長手方向の距離を表すものである。複数の発熱ブロックHBに対応して複数形成される境界領域のうち、長手方向の一番端に形成される境界領域(BL1、BR7)は、隣接する非境界領域がそれぞれ1つであり(A1、
A7)、画像情報Cは1つとなる。それ以外の境界領域(BL2〜BL7、BR1〜BR6)は、長手方向の一方側と他方側にそれぞれ非画像領域が隣接するため、画像情報Cは
2つとなる。図5では、画像情報Cの説明に使うものとして代表的にBL1、BR3(BL4)、BR4(BL5)、BR7を拡大して表示してある。
制御部113が、画像情報A、画像情報B、画像情報Cに基づき、7つの発熱ブロックHBiの制御温度Ti(i=1〜7)を決定する方法について説明する。制御温度Tiが決定されるまでの概念図を図6に示す。制御温度Tiは3種類の要求温度(TAi、TRi、TLi)の最大温度が設定される。
TAiは、発熱ブロックHBiの境界近傍以外の定着性を確保するために必要な温度(第2温度)である。図6に示すように、TAiは画像情報Aiから決められる。
図7を用いて、TAiについて説明する。図7(a)は図5より画像情報Aに関わる部分を抜粋した図である。図7(b)は画像情報AiとTAiの関係を示すグラフである。画像情報Aiは図7(a)に示す領域におけるトナー量換算最大値であり、本実施例ではこの値が大きいほど線形に温度を高くする必要がある。その様子を表したのが図7(b)である。
本実施例の画像形成装置では記録材P上のトナー量を全ベタ画像で1.15mg/cm2(トナー量換算値の値で230%相当)が上限となるように調整されている。なお、本実施例において、記録材P上の画像濃度が高く、トナー量が多くなるほど、トナーの溶融に必要な熱量が大きくなるため、制御温度を高くする必要があった。図7(b)に示す通り、本実施例では、Ai=230%の場合にはHBiの温度を210deg.にしなければならず、Ai=115%の場合にはHBiの温度は180deg.が必要となる。
TRiは、発熱ブロックHBiの右側境界近傍の定着性を確保するために必要な温度(第1温度)である。図6に示すように、TRiは画像情報BRiと画像情報CRiから決められる。
図8を用いて、TRiについて説明する。図8(a)は発熱ブロックHBiと発熱ブロックHBi+1の境界近傍の画像情報である画像情報B、画像情報Cを説明する図である。画像情報B、画像情報Cは図5で説明した内容と同じである。画像情報Cは長手方向に8mmの領域における画像情報であるが、説明のため、画像情報Cは長手方向に特に拡大されて表示されている。図8(a)では画像が4つあるが、境界部から最も近い画像の距離を画像情報Cとして扱うので、BRiの左側境界部からの画像距離をCRi、BLi+1(BRi)の右側境界部からの画像距離をCLi+1とする。
最大値であり、本実施例ではこの値が大きいほど、TRiの温度を高くする必要がある。図8(b)ではBRi=230%、150%、80%の場合を示しており、CRi=0mmの時、すなわち画像がBRiの領域の左端まで存在する時は、それぞれ、TRiは210deg.、190deg.、170deg.となる。図8(b)ではBRiを3段階しか示していないが、実際は必要とするBRiの数(本実施例では1%ごと230段階)だけテーブル値として保存されている。
以上説明したように、制御部113は、画像情報BRiと画像情報CRiを元に、図8(b)の関係からTRiを決定する。また、TRiとは別の第1温度としてのTLiに関しても同様に、画像情報BLiと画像情報CLiを元に決定する。
図9は、発熱ブロックHBiの制御温度Tiを決定するフローを示している。制御部113がビデオコントローラ120から画像情報を受信し制御温度の計算をスタートさせると(S601)、まず、第1のステップとして、S602で画像情報Aiから図7(b)の関係を用いてTAiを決定(取得)する。制御温度を決める発熱ブロックがHB2〜HB6であった場合(S603・Yes)、第1のステップとして、S604で画像情報BRiと画像情報CRiから図8(b)の関係を用いてTRiを決定(取得)する。また、同様に、第1のステップとして、S605で画像情報BLiと画像情報CLiからTLiを決定(取得)する。第2のステップとして、S606でTAi、TRi、TLiを比較し、最も高い温度をHBiの制御温度Tiとして決定する。
本実施例と比較例1の消費電力の比較を行った。画像形成装置100を用いて以下の条件で消費電力の測定を行った。本実施例における画像形成装置100のプロセススピードは210mm/sであり、Letterサイズでは連続プリントで40ppm(page
per minutes)のスループットを出すことができる。使用した記録材は、HP社のMultipurpose(坪量75g/m2、Letterサイズ)である。画像は図10に示すような230%の画像を、長手方向にHB4の領域を両端1mmだけはみ出させて、先端と後端の余白である5mmを除いて搬送方向に一様に描かれている。上記の条件で連続100枚のプリントを行った際の定着装置200で消費される平均電力を比較することで、本実施例の比較例1に対する省電力効果を測定した。表1に比較結果を
示す。
本実施例では、発熱ブロックHBiの温度は1ページ内で一定の温度としたが、1ページ内で随時画像情報を更新して随時制御温度を変更することも可能である。また、画像情報を1mmのメッシュサイズを単位として得たが、必要に応じてメッシュサイズを変更しても構わない。
本実施例では、記録材Pの中央部が、搬送基準位置Xを通過するように搬送されるように設定したが、図11に示すように記録材Pの片側の端部が、搬送基準位置Xを通過するように設定しても良い。
実施例2における、画像形成装置、像加熱装置、ヒータ、ヒータ制御回路の構成は、実施例1と同様のため、説明を省略する。実施例2は、実施例1とは異なる方法で発熱ブロックHBiの制御温度Tiを決定する。実施例1では画像情報A、画像情報B、画像情報Cを用いて各発熱ブロックHBiの制御温度Tiを決定している。この手法では、より詳細な情報(例えば、実施例1の1mmのメッシュサイズを更に細かくする)を得たい場合において、画像の情報量が多すぎてビデオコントローラ120の処理が間に合わない可能性がある。
一般的に出力される画像は、図12に示すように、記録材Pの一定範囲内に画像が描かれていることが多い。図12では、長手中央部に位置するHB3、HB4、HB5が、各加熱領域のうちその加熱範囲が記録材の画像と重なる加熱領域を加熱する画像加熱部となる。また、長手端部に位置するHB1、HB2、HB6、HB7が、各加熱領域のうちその加熱範囲が記録材の画像と重ならない加熱領域を加熱する非画像加熱部となる。
また、一般的に出力される画像においては、テキストやグラフィックなどの画像属性が1ページ内で混在していないことが多い。このような場合は、発熱ブロックごとにトナー量換算最大値が大きく異なることはあまりないため、画像加熱部内で制御温度差が大きく開くことはあまりない。以上から、画像情報A、画像情報B、画像情報Cを用いて画像加熱部の制御温度を決めることで得られる省電力効果よりも、非画像加熱部の制御温度を大きく下げられることによる省電力効果が期待できるケースがある。
(b)の関係から決定される。ただし、前述したように画像情報Aの信号は実施例1よりも圧縮されている。ケース1の制御温度は図14のケース1に示すような分布となる。
以下、実施例2と比較例2、実施例1の消費電力の比較を行った。画像形成装置100を用いて実施例1と同様の条件で消費電力の測定を行った。実施例2の画像は図15に示すような230%の画像と、185%の画像であり、先端と後端の余白は5mmを除いて搬送方向に一様に描かれている。上記の条件で連続100枚のプリントを行った際の定着装置200で消費される平均電力を比較することで、実施例2の比較例2や実施例1に対する省電力効果を測定した。表3に比較結果を示す。
おいて該平均電力は616Wであった。実施例2は比較例2や実施例1に比べて、HB5の温度が若干上がってしまったものの、HB2とHB6の制御温度を下げられるため省電力効果があった。
Claims (18)
- 記録材の搬送方向に対して直交する長手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個々に制御することで、前記複数の発熱体により加熱される複数の加熱領域の温度を個々に制御可能な制御部と、
記録材に形成される画像の情報を取得する取得部と、
を備え、
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、
前記制御部は、
記録材における画像を形成可能な領域を、前記複数の発熱体に対応して前記長手方向に区分けした領域であって、前記複数の発熱体のうちの一の発熱体とこれに隣接する発熱体との境界を含み、前記一の発熱体及び前記隣接する発熱体と前記長手方向に所定の範囲で重なる境界領域と、前記境界領域を除いた範囲において前記一の発熱体と重なる非境界領域と、に区分けし、
前記一の発熱体により加熱する加熱領域の制御目標温度を、前記画像の情報のうち前記境界領域に対応する情報に基づいた第1温度と、前記画像の情報のうち前記非境界領域に対応する情報に基づいた第2温度と、のうち最も高い温度とすることを特徴とする像加熱装置。 - 前記境界領域に対応する情報には、前記画像のうち前記境界領域に含まれる画像部分の濃度と、前記非境界領域から前記画像部分までの前記長手方向の距離と、が含まれることを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
- 前記境界領域に含まれる画像部分の濃度が高いほど、前記第1温度は高いことを特徴とする請求項2に記載の像加熱装置。
- 前記非境界領域から前記画像部分までの前記長手方向の距離が短いほど、前記第1温度は高いことを特徴とする請求項2または3に記載の像加熱装置。
- 前記境界領域は、前記一の発熱体と前記一の発熱体に対して前記長手方向の一方の側で隣接する発熱体との間で区分けされる一方の境界領域と、前記一の発熱体と前記一の発熱体に対して前記長手方向の他方の側で隣接する発熱体との間で区分けされる他方の境界領域と、を含み、
前記制御部は、前記制御目標温度を、前記一方の境界領域における前記第1温度と、前記他方の境界領域における前記第1温度と、前記第2温度と、のうち最も高い温度とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の像加熱装置。 - 前記非境界領域に対応する情報には、前記画像のうち前記非境界領域に含まれる画像部分の濃度が含まれ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。
- 前記一の発熱体は、前記複数の加熱領域のうちその加熱範囲が前記画像と重ならない加熱領域を加熱するための発熱体であ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。
- 前記複数の加熱領域のうちその加熱範囲が前記画像と重なる加熱領域の制御目標温度は、前記画像のうち該加熱領域と重なる画像部分の濃度に基づいて設定されることを特徴とする請求項7に記載の像加熱装置。
- 前記ヒータが内面に接触する筒状のフィルムをさらに有することを特徴とする請求項1〜8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、
を有する画像形成装置において、
前記定着部が請求項1〜9のいずれか1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。 - 記録材の搬送方向に対して直交する長手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個々に制御することで、前記複数の発熱体により加熱される複数の加熱領域の温度を個々に制御可能な制御部と、
記録材に形成される画像の情報を取得する取得部と、
を備え、
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の制御方法において、
記録材における画像を形成可能な領域を、前記複数の発熱体に対応して前記長手方向に区分けした領域であって、前記複数の発熱体のうちの一の発熱体とこれに隣接する発熱体との境界を含み、前記一の発熱体及び前記隣接する発熱体と前記長手方向に所定の範囲で重なる境界領域と、前記境界領域を除いた範囲において前記一の発熱体と重なる非境界領域と、に区分けし、前記画像の情報のうち前記境界領域に対応する情報に基づいた第1温度と、前記画像の情報のうち前記非境界領域に対応する情報に基づいた第2温度と、を取得する第1のステップと、
前記一の発熱体により加熱する加熱領域の制御目標温度を、前記第1温度と前記第2温度とのうち最も高い温度に設定する第2のステップと、
を有することを特徴とする像加熱装置の制御方法。 - 前記境界領域に対応する情報には、前記画像のうち前記境界領域に含まれる画像部分の濃度と、前記非境界領域から前記画像部分までの前記長手方向の距離と、が含まれることを特徴とする請求項11に記載の像加熱装置の制御方法。
- 前記境界領域に含まれる画像部分の濃度が高いほど、前記第1温度は高いことを特徴とする請求項12に記載の像加熱装置の制御方法。
- 前記非境界領域から前記画像部分までの前記長手方向の距離が短いほど、前記第1温度は高いことを特徴とする請求項12または13に記載の像加熱装置の制御方法。
- 前記境界領域は、前記一の発熱体と前記一の発熱体に対して前記長手方向の一方の側で隣接する発熱体との間で区分けされる一方の境界領域と、前記一の発熱体と前記一の発熱体に対して前記長手方向の他方の側で隣接する発熱体との間で区分けされる他方の境界領域と、を含み、
前記第2のステップにおいて、前記制御目標温度を、前記一方の境界領域における前記第1温度と、前記他方の境界領域における前記第1温度と、前記第2温度と、のうち最も高い温度に設定することを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の像加熱装置の制御方法。 - 前記非境界領域に対応する情報には、前記画像のうち前記非境界領域に含まれる画像部分の濃度が含まれることを特徴とする請求項11〜15のいずれか1項に記載の像加熱装置の制御方法。
- 前記一の発熱体は、前記複数の加熱領域のうちその加熱範囲が前記画像と重ならない加熱領域を加熱するための発熱体であることを特徴とする請求項11〜16のいずれか1項
に記載の像加熱装置の制御方法。 - 前記複数の加熱領域のうちその加熱範囲が前記画像と重なる加熱領域の制御目標温度は、前記画像のうち該加熱領域と重なる画像部分の濃度に基づいて設定されることを特徴とする請求項17に記載の像加熱装置の制御方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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