JP3492082B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
像形成装置に関し、特に表面にトナー像を担持した転写
材をそのニップ部で担持することにより定着する一対の
熱定着手段と加圧手段とを有し、この熱定着手段を加熱
するための加熱源を複数有する熱定着装置を備えた画像
形成装置に関する。
採用するレーザビームプリンタ、LED(発光ダイオー
ド)プリンタ等のプリンタ、アナログ複写機、デジタル
複写機、プリンタ機構を内蔵したファクシミリ装置、発
券機等に適用できる。
のトナー像を加熱定着させて永久画像を得る電子写真式
の画像形成装置において使用される定着装置は、一般に
図1に示すような構造となっていた。
て、一例として、中空のアルミニウムや鉄などの円筒状
の芯金11上にPFA(フェノールホルムアルデヒ
ド)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の離
型性樹脂層12を形成して構成されており、また、その
内部に配設したヒーター4によって内側から加熱される
ようになっている。
ー1に当接された温度検知素子3によって、この定着ロ
ーラー1の表面温度として検出され、温度制御回路(図
示しない)によってヒーター4を断続的に作動させるこ
とで、上記表面温度を所定の温度に制御している。クリ
ーニング手段(図示しない)を有する定着装置はこの温
度検知素子3を定着ローラー1の表面の通紙域内に設置
することが可能であるが、クリーニング手段を持たない
定着装置においては画像汚れを避けるために、温度検知
素子3を定着ローラー1の表面の非画像域(非通紙域で
もある)に設置することが一般的である。
がら回転する加圧ローラーであって、一例として、アル
ミニウムや鉄等の金属芯金13上に、耐熱性を有してか
つ硬度の低いシリコーンゴムやシリコーンスポンジ等の
弾性層14を形成し、さらにその弾性層14の表面にP
FA、PTFE等の離型性の高い樹脂による被覆層15
を形成した構造となっている。
シート、転写紙、記録紙、用紙等ともいう)Pは、入口
ガイド6によって定着ローラー1と加圧ローラー2の間
のニップ部に導かれ、両ローラー間で加熱かつ加圧され
ることでトナー像が転写材上に定着される。この入口ガ
イド6はPBT(ポリブチレンテレフタレート)等の抵
抗制御材(10E8Ωから10E10Ω)で作るか、も
しくはステンレス等の金属でガイド面を構成し、定着フ
レーム(図示しない)との接点に上記抵抗制御材を用い
ることが一般的である。これは、絶縁物等で入口ガイド
6を形成すると、転写材との摺擦によりそのガイド面が
帯電し、トナーの飛び散り等の弊害が生じるためであ
る。
にシワが発生しないように、上記定着ローラー1及び加
圧ローラー2の長手方向(回転軸方向)に適正な逆クラ
ウン形状を形成するとともに、入口ガイド6により定着
ニップへの進入位置を適正化することが一般的に行われ
ている。
ップ時間短縮の目的で定着ローラー1の熱容量を減らす
ために、定着ローラー1の肉厚を1.0mm以下にする
ことがある。このような場合、ヒーター4として1本ヒ
ーターを用いた構成では小サイズ紙をプリントするとき
に非通紙域の過昇温が問題となる。特に、高速機におい
ては、小サイズ紙のプリントに際して著しくプリントス
ピードを低下させなくてはならない。
して、異なる配光を持つ2本のヒーターを加熱源として
使用する例が知られているが、この場合の構成例の断面
を図2に、ヒーターの配光とセグメント配置の関係を図
3に示す。なお、図3では紙搬送を中央基準とする場合
のヒーター配光を示す。図3において、図面上方の曲線
はヒーターの各位置に対する光強度の値を表し、図面下
方の太線はヒータの点灯位置(即ち、発光セグメントの
位置)を示す。
プリントするときに使用し、図3に示すように紙が熱を
奪う部分に大きく配光を振り分けている。また、図4の
他方のヒーター4bは、図3に示すように上記ヒーター
4aと組み合わせて大サイズ紙をプリントするときに使
用する。また、これらの2本のヒーターは、従来1本で
あったものを2本に分割したものに相当するため、1本
あたりの電力もほぼ半分となるように設定することが一
般的である。
法としては、下記の表1に示すように、紙サイズに対応
したデューティー(点灯比率)により2本のヒーターを
駆動していた。
従来技術において、図1に示すような1本のヒーターの
みによる温調制御(温度調節制御)においては、ヒータ
ーへの通電のON/OFFの際に大きな電圧変動を生じ
る。図4には1本ヒーター(図1の構成)によるプリン
ト動作時のヒーターに流れる電流波形を示す。この構成
ではヒーターは2から3秒周期で点灯し、ヒーター通電
時の突入電流(図4の斜線部)が通常の2倍以上流れ
る。これは、ハロゲンヒーターの通電部分の温度が非通
電時に下がるために、抵抗値が下がることにより生じる
ものである。
のヒーターを用いた温調制御の場合は、1本当たりの電
力が小さくなる分、突入電流も少なくなるが、2本のヒ
ーターを交互点灯することにより、ヒーター通電のON
/OFF周期が長くなると、突入電流は無くならない。
になる場合があると、ヒーターの状態としては(1)ヒ
ーター両方ON、(2)ヒーター片方ON、(3)ヒー
ター両方OFFの3状態(図13参照)があり、これら
の状態変化はそのまま電圧変動として現れるため、同一
電源ライン上の電灯等もこの変動に対応してちらつくこ
とになる。
で、その目的は加熱定着方式の画像形成装置において、
熱定着手段を加熱するための加熱源であるヒーターの通
電時における電源ラインの負荷変動を小さくすることが
でき、同一電源ライン上の電灯及びCRTディスプレイ
等への弊害を減らすことにある。
め、本発明は、表面にトナー像を担持した転写材をニッ
プ部で担持することにより定着する一対の熱定着手段と
加圧手段とを有し、該熱定着手段を加熱するための第
1,第2のヒーターを有する熱定着装置を備えた画像形
成装置において、前記熱定着手段の温度を検出する温度
検出手段と、前記温度検出手段の検出温度に応じて単位
時間あたりのヒーターへの通電時間を増減することによ
り前記熱定着手段を所定の温度に制御するヒーター駆動
制御手段とを有し、前記ヒーター駆動制御手段は、前記
熱定着装置がプリント時の温調制御状態にあるとき、各
ヒーターを1秒以下の制御周期でそれぞれオン/オフ制
御するとともに、前記第1,第2のヒーターを同時にオ
フすることがないように、各ヒーターの制御周期を1/
2周期ずらし、かつ各制御周期の相互の重複しない1/
2周期内の範囲で、前記温度検出手段の検出温度に応じ
てオフタイミングをそれぞれ可変制御することを特徴と
する。
ー通電時における電源ラインの負荷変動を小さくするこ
とができ、同一電源ライン上の電灯及びCRTディスプ
レイ等への弊害を減らすことができる。
ロール表面に離型層を持つ定着ロールを有し、前記第
1,第2のヒーターは、該定着ロールの内部に配置され
た複数のハロゲンヒーターであることを特徴とすること
ができる。
であることを特徴とすることができる。
なる配光を有し、前記ヒーター駆動制御手段は、前記第
1,第2のヒーターの点灯比率を転写材のサイズに応じ
て変更することを特徴とすることができる。
前記温度検出手段の検出温度が所定の目標温度よりも低
いと判断した場合には前記制御周期内の通電時間を増加
させ、該所定の目標温度よりも高いと判断した場合には
前記制御周期内の通電時間を減少させることを特徴とす
ることができる。
施の形態を詳細に説明する。
実施形態における画像形成装置の概略構成を示す。ここ
で、101は複写機,プリンタ,ファクシミリ等に共通
の電子写真技術を使用したデジタル潜像方式の画像形成
装置本体である。この画像形成装置本体101の内部に
おいて、感光体102に帯電を与える一次帯電器10
4、感光体上の帯電部(潜像)にトナー(現像材)を付
与する現像器105、転写紙にトナー像を移し転写紙を
はがす転写分離帯電器106、感光体上の余分な残余ト
ナーを除去するクリーナ107、除電をする前露光ラン
プ103が、図中矢印方向に回転する感光体102の周
りに順に配置されている。この感光体102上に帯電し
て現像されたトナー像を、転写紙デッキ109から搬入
された転写紙上に転写分離帯電器106により転写さ
せ、トナー像を転写された転写紙を搬送ベルト110に
より定着器108を通して熱定着させ、装置外部の排紙
トレイ111上に排紙する。
変換する半導体レーザ121から発射されたレーザ光
は、ポリゴンモータ122に直結されて回転するポリゴ
ンミラー123により走査され、結像レンズ124によ
り光線が等間隔になるように補正された後、反射ミラー
125によりその画像情報が感光体102上に照射さ
れ、感光体102上に潜像が形成される。半導体レーザ
121へ供給される画像信号は、スキャナー(図示しな
い;原稿読取装置、あるいはリーダーとも称する。)に
より原稿を読み取ることにより得られ、またプリンタ、
ファクシミリ等の場合には電気信号としてインターフェ
ース(図示しない)を通じて送信されてくる。
形態として、図2で説明したと同様の構成の定着装置を
用い、図3で説明したと同様のヒーター配光およびセグ
メント配置を用いる。この定着装置は、A3サイズ(2
97mm)幅を最大通紙サイズとする転写材(転写紙)
を装置の通紙中心を基準として搬送する中央基準の装置
の例であり、ヒーター配光も通紙基準に対して対称な分
布になっている。
0Wの定格電力で駆動される。定着ローラー1はアルミ
ニウムを芯金11とする直径40mm、厚さ1.0mm
のローラーであり、その表層にはPFAの離型層12を
被覆している。加圧ローラー2はステンレス芯金13上
にシリコーンスポンジの弾性層14、表層にPFAの離
型層15を有し、直径30mm、製品硬度50°のもの
を用いており、170N(ニュートン)の加圧力をかけ
ることで定着ローラー1との間に5.0mmのニップ幅
を作ることができる。温度検知素子3は画像域外に設置
しているので、温度検知素子3へのトナー付着がなく、
クリーニング手段を不要としている。
成装置の全体の演算制御を司る中央演算処理装置(CP
U)17から転写材のサイズ等の情報を受け取り、この
情報と温度検知素子3から入力した検出温度とに応じて
ヒーター4a,4bを通電制御する。
な定着装置を用いて、プリント中にヒーター4a,4b
が両方同時にOFF状態にならないように、ヒータ駆動
制御装置16により下記のように制御している。
下のON/OFF周期を1ユニットとし、プリント中は
そのON/OFF周期が連続するようにヒーター4a,
4bを点灯する。温調制御についてはON/OFF周期
内のヒーター4a,4bの点灯時間を増減させることに
より行う。つまり、温度検知素子3の検出温度が所定の
ターゲット(目標)温度よりも低いと判断した場合には
ON/OFF周期内の点灯時間を増加させ、所定のター
ゲット温度よりも高いと判断した場合には点灯時間を減
少させる。
イミングを1/2周期ずらすことにより、2本のヒータ
ー4a,4bの突入電流が重なることを防止するととも
に、各ヒーター4a,4bの最低点灯時間をONタイミ
ングのずらし量と同じか、それよりも大きい値に設定す
ることにより、2本のヒーター4a,4bが同時にOF
Fにならないようにする。
プリントするときのヒーターON/OFF状態を示す。
このときはヒーター4a,4bを600msec周期で
ON/OFF駆動し、ヒーター4aとヒーター4bのO
Nのタイミングを互いに300msecずらして駆動す
る。そして、両ヒーター4a,4bを最低300mse
cは点灯するように通電制御することで、2本同時にO
FF状態になることを避けている。
本で合計1000W必要な装置の構成においては、半分
の500Wでは電力的に不足状態にあるので、600m
secのON/OFF周期内において300msecか
ら600msecの範囲で点灯時間を増減することによ
り温調制御を行っている。
a,4bが400msecの点灯状態(200msec
オーバーラップ)からプリントを開始した場合、温度検
知素子3の検出温度がターゲット温度以上であればヒー
ター4a,4bの点灯時間を20msecずつ減少さ
せ、ターゲット温度未満であれば逆に20msecずつ
点灯時間を増加することで温調制御を行う。
範囲は300msecから600msecの範囲であ
り、16段階の調節を行うことができる。
御について以下に説明する。小サイズ紙をプリントする
場合は前述の表1に示すように、ヒーター4aとヒータ
ー4bの点灯比率を変更する。例えば、B5サイズの紙
をプリントする場合のヒーターの点灯比率は4a:4b
=5:1であるので、図8に示すように、600mse
c周期を6等分し、ヒーター4aは5/6(500ms
ec)が最低点灯時間となり、ヒーター4bは1/6
(100msec)が最低点灯時間となるように通電す
る。このとき、ヒーター4bの点灯時間を、ON/OF
F周期の後ろを基準に、増減させたことにより、両ヒー
ター4a,4bが2本同時点灯になる状態が減少する。
このように、2本ヒーターで熱定着手段を構成の場合
は、片方のヒーターの点灯時間を、ON/OFF周期の
後ろ時間を基準に増減させる方がより望ましいといえ
る。
る。高速機になればなるほど、プリント時に必要な電力
は増加するので、たとえ2本ヒーター4a,4bの構成
でも1本あたりのヒーター電力がヒータ1本構成の低速
機並の値となる。そこで、前述の各ヒーターをさらに2
分割する場合のヒーター制御方法を以下に説明する。
割した場合には、図9に示すように、41,42,4
3,44のヒーターのうち、41と42は上述のヒータ
ー4aに相当し、43と44は上述のヒーター4bに相
当する。ここで、各ヒーター41〜44の電力は250
Wである。1本のヒーターの電力を500Wから250
Wに減らすことで、ヒーターの突入電流そのものも減少
するため、電圧変動に対しては有利になる。
述の2本のヒーター構成の場合と同様に駆動させる一例
を図10に示す。図10に示すように、600msec
のON/OFF周期を基準に、1本あたりの最低点灯時
間を150msecに設定するとともに、ヒーターの通
電タイミングを各々150msecずつずらすことで、
4本のヒーターのうちいずれかのヒーターが点灯してい
ることになる。ここで、温調制御の方法として、50m
sec単位で点灯時間を増減させることで、150ms
ecから600msecまでヒーターの強さを10段階
変化させることができる。下記の表2に示すように、ヒ
ーターの点灯状態が図中の1から2、4から5、7から
8に変わるときに最大250Wの電力変動に対応する電
圧降下が生ずるのみであり、500Wヒーター2本の場
合よりも電圧変動を少なくすることが可能となる。
施形態においては、転写材を装置の通紙中心を基準とし
て搬送する中央基準の場合について述べてきたが、本発
明の第2の実施形態では転写材を装置の片側を基準面と
して搬送する片側基準の場合について以下に説明する。
温度検知素子3が設置されている方を基準面とし、小サ
イズ紙に対するヒーターの振り分けも2本振り分けと、
3本振り分けとがある。レターサイズ(LETTER)
幅(216mm)を最大サイズとする場合は、2本振り
分けが適当であり、A3幅(297mm)を最大サイズ
とする場合は、3本に振り分ける方がより紙サイズに適
応した温調制御を行うことが可能である。
の第1実施形態で前述した中央基準の場合と同様とす
る。ここで、ヒーター401は封筒サイズ(90〜10
0mm)を対象とし、ヒーター401とヒーター402
によりリーガルサイズ(LEGAL)(216mm)を
対象とする。B5,A5のサイズについては、ヒーター
401とヒーター402の点灯比率で制御する。また、
ヒーター401と402に対し、さらにヒーター403
を加えることにより、B4からA3サイズまでを対象と
する。各ヒーター401〜403の電力はそれぞれ30
0Wとする。
等しくしてもかまわないが、定着ローラー1の端部の熱
のリークを考慮し、ヒーター401と402の配光ピー
クをヒーター402の配光ピークに対して10%から3
0%大きくする方が望ましい。
以下に説明する。LEGAL以外の紙サイズについては
前述の中央基準2本ヒーター構成の場合と同様な制御に
より実現できるため、以下では3本のヒーターを使用す
る場合について述べる。図11に示す配光特性の3本の
ヒーター401〜403を使用する場合は、600ms
ecのON/OFF周期を3分割し、最低点灯時間と通
電タイミングのずらし量を200msecに設定するこ
とで、これまでの例と同様に制御を行うことが可能であ
る。
灯比率を下げることで対応できるため、図12に示すよ
うに、ON/OFF周期を500msecに短縮し、ヒ
ーター403のみ最低点灯時間を100msecとす
る。
1:402:403=2:2:2:1となり、B4サイ
ズに対応できる。この状態での温調制御は、ヒーター4
01,402は20msecずつ、ヒーター403は1
0msecずつ点灯時間を増減させることで、紙サイズ
に対応した点灯比率を変えることなく制御を行うことが
できる。
としては、加熱源としてのヒーターを2本構成〜4本構
成の場合を例示したが、これ以上の数のヒーター構成の
場合にも本発明を同様に適用可能である。
パターン発生回路とヒーター駆動回路から構成可能であ
る。この通電パターン発生回路はハードウエア構成でも
ソフトウエア構成のいずれでもよい。
れるシステムに適用しても、1つの機器からなる装置に
適用しても良い。また、本発明はシステム或は装置にプ
ログラムを供給することによって達成する場合にも適用
できることは言うまでもない。この場合、本発明を達成
するためのソフトウエアによって表されるプログラムを
格納した記憶媒体を該システム或は装置に読み出すこと
によって、そのシステム或は装置が、本発明の効果を享
受することが可能となる。
熱定着装置がプリント時の温調制御状態にあるとき、各
ヒーターを1秒以下の制御周期でそれぞれオン/オフ制
御するとともに、第1,第2のヒーターを同時にオフす
ることがないように、各ヒーターの制御周期を1/2周
期ずらし、かつ各制御周期の相互の重複しない1/2周
期内の範囲で、温度検出手段の検出温度に応じてオフタ
イミングをそれぞれ可変制御するように構成したので、
同一ライン上に接続されている電灯のちらつきやCRT
ディスプレイ画面の歪等の影響を軽減することができ
る。
示す断面図である。
装置の構成を示す断面図である。
とセグメント配置の関係を示す特性図である。
を示す波形図である。
示すブロック図付きの断面図である。
の第1実施形態でのヒーターの最低点灯状態を示すタイ
ミング図である。
の第1実施形態での温度検知素子の出力とヒーターの点
灯状態の関係を示すタイミング図である。
実施形態での2本のヒーターの点灯状態を示すタイミン
グ図である。
のヒーター電力を2分割する場合の4本のヒーターの長
手方向配光分布とセグメント配置の関係を示す特性図で
ある。
タイミングを示すタイミング図である。
成におけるヒーターの長手方向配光分布とセグメント配
置の関係を示す特性図である。
動タイミングを示すタイミング図である。
態の電流波形を示す波形図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 表面にトナー像を担持した転写材をニッ
プ部で担持することにより定着する一対の熱定着手段と
加圧手段とを有し、該熱定着手段を加熱するための第
1,第2のヒーターを有する熱定着装置を備えた画像形
成装置において、前記熱定着手段の温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段の検出温度に応じて単位時間あたりの
ヒーターへの通電時間を増減することにより前記熱定着
手段を所定の温度に制御するヒーター駆動制御手段とを
有し、 前記ヒーター駆動制御手段は、 前記熱定着装置がプリン
ト時の温調制御状態にあるとき、各ヒーターを1秒以下
の制御周期でそれぞれオン/オフ制御するとともに、前
記第1,第2のヒーターを同時にオフすることがないよ
うに、各ヒーターの制御周期を1/2周期ずらし、かつ
各制御周期の相互の重複しない1/2周期内の範囲で、
前記温度検出手段の検出温度に応じてオフタイミングを
それぞれ可変制御することを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項2】 前記熱定着手段は円筒状の金属ロール表
面に離型層を持つ定着ロールを有し、前記第1,第2の
ヒーターは、該定着ロールの内部に配置された複数のハ
ロゲンヒーターであることを特徴とする請求項1に記載
の画像形成装置。 - 【請求項3】 前記制御周期は、600msecである
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形
成装置。 - 【請求項4】 前記第1,第2のヒーターは、異なる配
光を有し、前記ヒーター駆動制御手段は、前記第1,第
2のヒーターの点灯比率を転写材のサイズに応じて変更
することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記
載の画像形成装置。 - 【請求項5】 前記ヒーター源駆動制御手段は、前記温
度検出手段の検出温度が所定の目標温度よりも低いと判
断した場合には前記制御周期内の通電時間を増加させ、
該所定の目標温度よりも高いと判断した場合には前記制
御周期内の通電時間を減少させることを特徴とする請求
項1ないし4のいずれかに記載の画像形成装置。
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JPH09305059A JPH09305059A (ja) | 1997-11-28 |
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- 1996-05-16 JP JP12156296A patent/JP3492082B2/ja not_active Expired - Fee Related
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