JP4250426B2 - 定着装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば複写機・プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置に関するものである。
【0003】
【従来の技術】
画像形成装置に搭載される定着装置は、従来から熱ローラ方式、フィルム加熱方式等の接触加熱方式が広く用いら、ローラやフィルムを介してトナー像の加熱を行っている。
【0004】
フィルム加熱方式の定着装置は、セラミックの基板上に抵抗発熱体のパターンを設けた加熱体(セラミックヒータ)と、加圧部材としての弾性加圧ローラとの間に、薄い耐熱性フィルムを挟ませて加熱部としての定着ニップ部を形成させ、定着ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に未定着画像を形成担持させた被加熱材としての記録材(以下、紙と記す)を導入してフィルムと一緒に挟持搬送させることで、フィルムを介した加熱体からの熱により未定着画像を紙上に加熱定着させる方式のもので(例えば、特許文献1参照)、装置の小型化、クイック立ち上げ(ファーストプリントアウトタイム短縮)等が可能である。
【0005】
また、その加熱体の制御は、非通紙部昇温対策として装置が冷えている場合でも常に紙間では発熱を抑えるといった方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【0006】
加熱体の温度制御は、加熱体上に設けられた温度検知素子としてのサーミスターの出力をA/D変換しCPUに取り込み、その情報をもとにトライアックにより加熱体に通電するAC電圧を位相、波数制御等により、加熱体通電電力を制御することで行う。
【0007】
図10は、従来の加熱体通電電力の制御を行っているときの定着制御温度を示したものである。5〜6時間本体を動作させていない場合、定着装置はほぼ室温まで冷え切っている。Ta〔℃〕はその冷え切っている時の定着装置の温度である。
【0008】
プリントを始めると加熱体は温度上昇をはじめていく。加熱体は被加熱材としての紙(記録材)が定着装置の加熱部である定着ニップ部に入る直前eに未定着画像を固着させるために必要な定着温度Tdに温度上昇している。本体が冷え切っている場合、温調温度は高い位置に制御される。
【0009】
時間eからfの間に一枚目のプリントの未定着画像は定着ニップ部で固着されている。未定着画像が固着された紙が定着ニップ部から抜け出る時間がfである。そして紙間fからgで一旦加熱体の発熱を抑え、再び未定着画像をのせた紙(二枚目のプリント)が定着ニップ部に突入する寸前e’に定着可能温調温度Tdへ加熱体を立ち上げる。
【0010】
紙間fからgで加熱体の発熱をおさえている理由として、封筒やショートメディア等通紙領域の狭い紙を通紙した際に発生する通紙域外の極端な温度上昇を防止するためである。
【0011】
またプリント枚数を重ねていくに伴って、定着ニップ部の熱で加圧ローラの温度も上昇していく。これに伴って加熱体の温調温度も低めの定着可能温調温度へと変化させる必要がある。この場合(低めの温調温度)もさきと同様の理由で紙間fからgで加熱体の発熱をおさえている。
【0013】
ここで、加熱体通電電力を制御する波数制御の「波数」という言葉の意味を簡単に説明する。例えば装置に入力している電圧圏が110V/60Hzであった場合、これは図11の(a)の様に正弦波のAC波形であり、この正弦波の+側ピークが+110V、正弦波の−側ピークが−110Vである。さらにこの正弦波の周期は1/60sec(=0.0167sec)の正弦波形をしていることを意味する。ここで、本件で使用している波数制御とは、図11の(b)に有るように正弦波の0Vから0Vまでを1波とする最小単位を持ち、図12に示すように、例えば15/15波入力とは、15波全てを通電した場合を示し、例えば15波の内2波を入力した場合を2/15波(2波)入力という。
【0014】
図12は1波入力から15波入力の様子を示している。図の中の1波入力を参考にすると、ここでは、15波の内1波だけが斜線に塗られているが、この斜線に塗られている部分のみを出力/通電して加熱体を加熱している。同様に、3波の部分を見ると、1波の時と同様に15波の内、3波だけ斜線に塗られている。この斜線に塗られた部分のみを加熱体へ出力/通電して発熱させているといった制御を行っている。
【0015】
次に、これらの波数入力テーブルをベースにして、従来行ってきた制御について図10を用いて説明する。従来では、タイミングfつまり、紙後端での出力波数FをCPUへ一度ストックしておく。次に、この波数Fを規準にして紙間へ温度を下げる為の出力波数を決める。例えば、紙後端の出力波数から2波少なく(=F−2波)して紙間温調を行う。こうすることで、高い温調温度からすばやく温度を下げることが可能となり、紙間での温度上昇を少なくすることができる。特にこの様に低くする理由としては、小サイズの紙を通紙した際に発生する非通紙部昇温を軽減させる目的がある。紙間での温調制御は、このF−2を元にして紙間温調制御を行っていく。次に、タイミングgでは、先の紙後端での出力波数Fを規準として、紙間で出力していたF−2近辺(紙間温調制御をしている為、F−2波とは限っていない為)から例えば一気にF波を出力して紙先端から適切な波数を入力していた。つまり、先発(n−1枚目)の紙後端での出力波数と後発(n枚目)の紙先端での出力波数は同じものを使用していた。
【0016】
従来では、紙の後端側の定着性を満足させる必要があったため紙先端での定着温度は一定温調とし、紙後端の定着性を満足させるために紙先端側では少々高めの温調温度に設定していた。また、小型化、クイック立ち上げ(ファーストプリントアウトタイム短縮)のためにフィルム及び加圧ローラを小型にしている。これらの弊害として、小型化にすることで加圧ローラの熱容量が小さくなり、紙の通紙によって加圧ローラの熱が紙へ奪われていき、温度の下がった部分での紙(主に紙後端)での定着性が悪くなることがあった。そのため、一枚の紙内で紙先端から後端にかけて定着温調温度を上昇させるといったものが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
【特許文献1】
特開昭63−313182号公報
【特許文献2】
特開平6−149103号公報
【特許文献3】
特開平2001−100588号公報
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこれら従来の制御では幅の狭い紙を通紙した際に発生する非通紙部昇温が早かったり、目標温調温度に対してオーバーシュートやアンダーシュートが発生したりしてしまい安定させて制御させることが難しかった。そのため、ホットオフセットや定着不良が発生したりすることがあった。
【0018】
その他の問題点として、先端側での温調温度を比較的高くしているために、薄い紙を通紙した際、トナーが溶けすぎてしまいホットオフセットが発生することがあった。
【0019】
本発明は上記従来技術の更なる改善に係り、短い期間内で、オーバーシュートや立上げ不足といった事態を招くことなく、最適な立ち上げが可能な定着装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明は、定着フィルムと、前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ヒータの温度を検知する温度検知素子と、前記温度検知素子の検知温度が制御温度を維持するように前記ヒータへ供給する交流波のデューティ比を制御する制御手段と、を有し、前記定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を定着処理する第1の期間の前記制御温度よりも、複数枚の記録材を連続して定着処理する時の先行する記録材と後続の記録材の間の第2の期間の前記制御温度が低く設定される定着装置において、前記第2の期間から前記第1の期間へ移行する移行過程で前記ヒータへ供給する交流波のデューティ比を、前記移行過程の直前の前記第2の期間で前記ヒータに供給されている交流波のデューティ比に基づき決定することを特徴とする定着装置、である。
【0021】
【発明の実施の形態】
[実施例1]
(1)画像形成装置例
図1は、本発明に係る定着装置を搭載した画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。
【0022】
1は像担持体としてドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラム)である。この感光ドラム1は、装置本体Mに回転自在に支持されており、駆動手段(不図示)によって矢印R1方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。感光ドラム1の周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、帯電装置(帯電ローラ)2、露光手段3、現像装置4、転写装置(転写ローラ)5、クリーニング装置6が配設されている。また、装置本体Mの下部には、紙等のシート状の記録材Pを収納した給紙カセット7が配置されており、記録材Pの搬送経路に沿って上流側から順に、給紙ローラ15、搬送ローラ8、トップセンサ9、搬送ガイド10、定着装置11、排紙センサ16、搬送ローラ12、排紙ローラ13、排紙トレイ14が配置されている。
【0023】
駆動手段(不図示)によって矢印R1方向に回転駆動された感光ドラム1は、帯電装置2によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。
【0024】
帯電後の感光ドラム1は、その表面に対しレーザー光学系等の露光手段3によって画像情報に基づいた画像露光Lがなされ、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。
【0025】
静電潜像は、現像装置4によって現像される。現像装置4は、現像ローラ4aを有しており、この現像ローラ4aに現像バイアスを印加して感光ドラム1上の静電潜像にトナーを付着させトナー像として現像(顕像化)する。トナー像は、転写装置5によって紙等の記録材Pに転写される。
【0026】
記録材Pは、給紙カセット7に収納されており、給紙ローラ15によって給紙され、搬送ローラ8によって搬送され、トップセンサ9を介して、感光ドラム1と転写ローラ5との間の転写ニップ部に搬送される。このとき記録材Pは、トップセンサ9によって先端が検知され、感光ドラム1上のトナー像と同期がとられる。転写ローラ5には、転写バイアスが印加され、これにより、感光ドラム1上のトナー像が記録材P上の所定の位置に転写される。
【0027】
転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録材Pは、搬送ガイド10に沿って定着装置11に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱、加圧されて記録材P表面に定着される。
【0028】
トナー像定着後の記録材Pは、搬送ローラ12によって搬送され、排出ローラ13によって装置本体M上面の排紙トレイ14上に排出される。
【0029】
一方、トナー像転写後の感光ドラム1は、記録材Pに転写されないで表面に残ったトナーがクリーニング装置6のクリーニングブレード6aによって除去され、次の画像形成に供される。
【0030】
(2)定着装置11
図2は定着装置11の概略構成図である。本例の定着装置は、例えば特開平4−44075〜44083号公報等に開示されている、加圧回転体駆動方式(テンションレスタイプ)のフィルム加熱方式の加熱装置である。
【0031】
21は加熱体としてのとしてのセラミックヒータ(以下、ヒータと記す)である。このヒータ21は図面に垂直方向を長手とする細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた通電発熱抵抗体層を基本構成とするもので、通電発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する、低熱容量のヒータである。
【0032】
22は上記のヒータ21を固定支持させた加熱体支持体である。この加熱体支持体22は横断面略半円弧状樋型で、図面に垂直方向を長手とする耐熱樹脂製部材である。ヒータ21はこの加熱体支持体22の下面に長手に沿って形成具備させた溝部にヒータ表面側を下向きに露呈させて嵌め入れて耐熱性接着剤等により固定して配設してある。
【0033】
23は円筒状(エンドレス)の耐熱性フィルムであり、上記のヒータ21を含む加熱体支持体22に外嵌させてある。この円筒状のフィルム23の内周長とヒータ21を含む加熱体支持体22の外周長はフィルム23の方を例えば3mm程度大きくしてあり、したがってフィルム23は加熱体支持体22に対し周長が余裕をもってルーズに外嵌している。近年、プリンタの小型化傾向にあり、この円筒状のフィルム23の外径はφ24⇒φ18とし、さらなる小型化、クイック立ち上げを行ってきている。
【0034】
フィルム23は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は100μm以下、好ましくは50μm以下20μm以上の耐熱性のあるPTFE、PFA、FEPの単層、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS等の外周表面にPTFE、PFA、FEP等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例ではポリイミドフィルムの外周表面にPTFEをコーティングしたものを用いた。
【0035】
24は加圧部材としての弾性加圧ローラであり、芯金24aとシリコンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム層24bからなり、芯金24aの両端部を回転自由に軸受け支持させて配設してある。この加圧ローラ24も小型化のため、φ20→φ18へと変更している。こうすることで、熱容量を少なくし、ヒータ21の温度をクイックに立ち上げることが可能となる。
【0036】
この加圧ローラ24の上側に上記のヒータ21・加熱体支持体22・フィルム23のアセンブリを、ヒータ21側を下向きにして加圧ローラ24に並行に配置し、加熱体支持体22を不図示の付勢部材で下方に押圧させることで、ヒータ21の下面をフィルム23を介して加圧ローラ24の上面にローラ弾性層の弾性に抗して圧接させて加熱部としての所定幅の定着ニップ部Nを形成させてある。
【0037】
加圧ローラ24は不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に所定の回転周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ24の回転駆動による加圧ローラ24とフィルム23との、定着ニップ部Nにおける圧接摩擦力により円筒状のフィルム23に回転力が作用して該フィルム23がヒータ21の下向き面に密着して摺動しながら加熱体支持体22の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。加熱体支持体22は円筒状フィルム23の回転ガイド部材でもある。
【0038】
加圧ローラ24が回転駆動され、それに伴って円筒状フィルム23が従動回転状態になり、またヒータ21に通電がなされて該ヒータが迅速に昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Nのフィルム23と加圧ローラ24との間に未定着トナー像tを担持した記録材Pが導入され、定着ニップ部Nにおいて記録材Pのトナー像担持側面がフィルム23の外面に密着してフィルム23と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程においてヒータ21で加熱されたフィルム23の熱により記録材Pが加熱され、記録材P上の未定着トナー像tが記録材P上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Nを通過した記録材Pはフィルム23の面から曲率分離して排出搬送されていく。
【0039】
図3は加熱体としてのセラミックヒータ21の一例の構造図である。(a)はヒータ表面側の一部切欠き平面模型図、(b)はヒータ裏面側の平面模型図、(c)は(b)における(c)−(c)線に沿う拡大横断面模型図である。
【0040】
このヒータ21は
▲1▼.記録材Pの搬送方向と直交する方向を長手とする横長のアルミナ・窒化アルミニウム・炭化ケイ素等のセラミックスでできたセラミック基板(高絶縁性・高熱伝導性基板)a、
▲2▼.上記セラミック基板aの表面側の基板幅方向中央部に基板長手に沿ってスクリーン印刷等により、厚み約10μm程度、幅1〜3mm程度の線状もしくは細帯状に塗工し焼成して形成した、例えばAg/Pd(銀パラジウム)、RuO2、Ta2N等の抵抗発熱体層(通電発熱体、電気抵抗材料)b、
▲3▼.上記抵抗発熱体層bの長手方向両端部に電気的に導通させて設けた、Ag/Pt(銀・白金)で形成された電極部c・c、
▲4▼.抵抗発熱体層bの表面に設けた、電気的に絶縁し、フィルム23との摺擦に耐えることが可能な薄層のガラスコートやフッ素樹脂コート等の絶縁保護層d、
▲5▼.セラミック基板aの裏面側に設けた温度検出素子としてのサーミスターTH、
等からなる。
【0041】
本例のヒータ21は、(c)図のように、ヒータ幅中心に対して発熱体bの幅中心をほぼ一致させて発熱体bをセラミック基板aの表面側に形成具備させてある。このヒータ21を、加熱体支持体22の下面に長手に沿って形成したヒータ嵌合溝内にヒータ表面側を外側にして嵌め込んで耐熱性接着剤で接着して保持させてある。
【0042】
上記ヒータ21の電極部c・cは給電コネクタ25・25を介してヒータ駆動回路であるトライアック26に接続されており、トライアック26から抵抗発熱体層bの両端より通電されることで基板a・保護層dを含むヒータ21の全体が急速昇温する。
【0043】
サーミスターTHはヒータ21の温度を検知し、その出力がA/Dコンバータ27を介して制御回路部(CPU)28に取り込まれる。
【0044】
制御回路部27はサーミスターTHからのヒータ温度情報をもとにトライアック26によりヒータ21に通電するAC電圧を位相、波数制御等により、加熱体通電電力を制御してヒータ21の温度が所定の制御目標温度(設定温度)に維持されるように制御する。
【0046】
(3)ヒータ21の温調温度制御
1)先ず、従来系と本実施例の目標温調温度(定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を定着処理する第1の期間の制御温度)について比較する。表1は従来系と本実施例との比較表である。なお、この表1は、プロセススピードが80mm/secで、定着装置までに紙(記録材)が突入するまでの時間を7.0secのものを比較する。
【0047】
【表1】
【0048】
上記表1中で、枚数とはコールドスタート(装置が冷えている状態)から連続プリントした場合の通紙枚数を示している。
【0049】
次に、従来機における温調温度は、それらの枚数に応じて170℃一定温調、165℃一定温調、160℃一定温調としている。
【0050】
それに対して、本実施例ではそれらの枚数に応じて一枚の中で165→166→167→168℃と紙後端に行くにしたがって制御温度を徐々に高くしている。この温度を上げるタイミングは加圧ローラの周方向で比較的温度差の発生しやすい周方向周期で温度を高くすることが望ましいが、本実施例では後端の定着性を良くするために加圧ローラ周周期ではなく、短い周期で温度を上昇させている。
【0051】
この表1から判るように、本実施例では従来機と比べて温調温度が低く設定できている。従来機では、加圧ローラの温度低下を見越して紙後端の定着性を満足させる為に紙先端側をあえて高くすることで紙後端側の定着性を確保していた。その制御を行うことによって、紙先端側のホットオフセット(トナーが溶けすぎてフィルムに融着してしまい、オフセット画像として出る問題)にマージンの少ない制御となることがあった。本実施例のように紙の先端から後端にかけて必要最小限の温調温度制御をすることで、問題を発生させず、消費電力も少なくなるような無駄のない温調制御を行うことができる。
【0052】
2)次に、紙間での温調温度(複数枚の記録材を連続して定着処理する時の先行する記録材と後続の記録材の間の第2の期間の制御温度)を表2に示す。
【0053】
【表2】
【0054】
上記表2中で、枚数は先と同じように通紙枚数を示す。ここで、上記表1から一枚少ない枚数で紙間温調温度が切り替わっているが、これは、《紙間温調温度+通紙中温調温度》をセットにしている為、表1中の11枚通紙後の次の紙間温調温度は一枚前である10枚目の紙間温調温度と認識される為このような表になっている。この表では、従来機と本実施例との際はあえてつけていない。ただ一つ、紙通紙中の温調温度を低く設定している為に紙間においても、立ち上げに必要な温調温度も若干低くすることは可能である。これも、先と同様、不必要な電力を使用することが無い為、低消費電力を実現させる一つである。
【0055】
3)上記表に基づいて、実際の制御を行った時のサーミスターTHの出力(温度に換算した値)を比較例を用いて説明する。
【0056】
(比較例1)−図4
《立ち上げ時のオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》まず、室温(25℃)からヒータを立ち上げる。その際の出力波数は、一枚目の紙が突入するまでにヒータを立ち上げる必要があるため15/15波とフルパワーで立ち上げる。
【0057】
次に、温調温度である170℃へ移行する直前の少し手前(本件では、紙が定着ニップに入る約10mm付近)で出力波数を14/15波と落とし、一枚目が突入する際に発生しやすいオーバーシュート(ヒータ温度が目標温調温度よりも一時期高くなってしまう現象)を防止する。制御自体は、安定しておりよいものであるが、極端に薄い紙(例えば坪量50g/m2など)を通紙したときにはホットオフセットが発生してしまうことがある。これは、後端の定着性を満足させる為に紙先端での温調温度を高めに設定している為である。
【0058】
《定着性について》
次に、一枚目の通紙最中は、5〜9/15波とばらつきを持ちながら紙の温度や定着器の温まり具合で一定温調温度になるよう制御を行う。本実施例での温調制御は、波数制御を用いているが、装置の構成や規格などで位相制御を用いても構わない。このような制御をおこなうことで、定着性を確保することができる。
【0059】
《紙間でのオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》
次に、紙間温調へ移行する際には、一枚目の紙後端の出力波数から−2波(シーケンス上この数値にしている。装置の構成によってこの数値以外でも構わない)を行うことによって、紙間温調を一定に保つことができる。紙間温調時における出力波数は3〜5/15波と比較的安定した波数を出力させることができる。これは、紙間においては、紙の通紙は無く、不安定要素が少なくなるために、出力波数としては安定する為である。
【0060】
次に、二枚目の紙が定着装置(定着ニップ部)に入る際の出力波数は、先に通紙した一枚目の紙後端に出力していた波数をそのまま用いてヒータの立ち上げを行う。こうすることで、オーバーシュートもアンダーシュート(オーバーシュートの反対の状態)もなく、比較的安定した立ち上げを行うことができる。
【0061】
《次の紙の定着性について》
次に、二枚目を通紙している最中の出力波数は、二枚目ということもあり、定着装置自体があまり温まっていないため、一枚目と同じ出力波数である5〜9/15波で一定温調を保っている。なお、通紙枚数を重ねるにしたがって定着器自体も温まってくる為、通紙中や紙間での出力波数は徐々に少なくなってくるものである。
【0062】
《非通紙部昇温について》
従来の制御の場合、紙を通紙中の出力波数は記録材後端部の定着性を満足させる為に170℃と高い温度を維持する必要があるため5〜9/15波と(比較は後述する)若干大目の波数を出力している。消費電力としても少々大目となり、さらに、小サイズ紙を通紙した際に発生する非通紙部における昇温速度もその分早く、高くなってしまっている(非通紙部昇温比較は後述)。
【0063】
(本実施例)−図5
《立ち上げ時のオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》まず、室温(25℃)からヒータを立ち上げる。その際の出力波数は、一枚目の紙が突入するまでにヒータを立ち上げる必要があるため15/15波とフルパワーで立ち上げる。
【0064】
次に、温調温度である165℃へ移行する直前の少し手前で出力波数を14/15波と落とし、一枚目が突入する際に発生しやすいオーバーシュート(ヒータ温度が目標温調温度よりも一時期高くなってしまう現象)を防止する。
【0065】
《定着性について》
次に、一枚目の通紙最中は、4〜8/15波とばらつきを持ちながら紙の温度や定着装置の温まり具合を検知しながら、表1中に示したようなステップ温調になるよう制御を行う。紙を通紙しているときの波数において、比較例1の出力波数の5〜9/15波よりも少し少ない出力波数となっているのは、目標温調温度が低い為である。
本実施例での温調制御は、波数制御を用いているが、装置の構成や規格などで位相制御を用いても構わない。
【0066】
《紙間でのオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》
次に、紙間温調へ移行する際には、一枚目の紙後端の出力波数から−2波(シーケンス上この数値にしている。装置の構成によってこの数値以外でも構わない)を行うことによって、確実に定着温調温度よりも温度を下げることができ、紙間温調を一定に保つことができる。紙間温調時における出力波数は3〜5/15波と比較的安定した波数を出力させることができる。これは比較例1と同様に紙間においては、紙の通紙は無く、不安定要素が少なくなるために、出力波数としては安定する為である。
【0067】
《次の紙の定着性について》
次に、二枚目の紙が定着装置に入る際の立ち上げ出力波数は、先に示した安定した出力波数を行っている紙間での出力波数を規準にしてヒータの立ち上げを行う。この本実施例の場合紙間に通電している波数に+2波を行うことで二枚目のオーバーシュート、アンダーシュートを防止し、安定した温調制御を行うようにしている。
【0068】
次に、二枚目を通紙している最中の出力波数は、二枚目ということもあり、定着装置自体があまり温まっていないため、一枚目と同じ出力波数である4〜8/15波で一定温調を保っている。なお、通紙枚数を重ねるにしたがって定着装置自体も温まってくる為、通紙中や紙間での出力波数は徐々に少なくなってくるのは比較例1と同じである。
【0069】
本実施例の場合、紙を通紙中の出力波数は比較例1と比較して目標温調に対して165℃スタートから168℃と低い温度から徐々に高くする制御であるため4〜8/15波と比較例1よりも少ない波数を出力しながら正確に温調制御を行うことが可能となっている。つまり、このような制御にすることによって、波数が少なくなるために消費電力としても少なくなり、紙中の定着性も先端から後端にかけて一定の定着性を確保することが可能となる。
【0070】
《非通紙部昇温について》
さらに、図6に記載しているように小サイズ紙(ex.葉書)を通紙した際に発生する非通紙部における昇温速度も、比較例1の様に紙先端から過剰な電力を出力して紙を通紙することが無い為、遅いカーブを描くものとなり、単位時間当たりの出力枚数を増やすことが可能になる。すなわち、小サイズを通紙した場合、非通紙部昇温が定着器周辺の耐熱温度を超え部品の破損を起す前に給紙間隔を広げることで非通紙部昇温を抑えている。
【0071】
また、この制御を用いることで高湿環境で見られるトナーの後端への尾引き画像も、行き過ぎた温度を与えることがなくなるため軽減することが可能となる。
【0072】
(比較例2)−図7
《立ち上げ時のオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》まず、室温(25℃)からヒータを立ち上げる。その際の出力波数は、一枚目の紙が突入するまでにヒータを立ち上げる必要があるため15/15波とフルパワーで立ち上げる。
【0073】
次に、温調温度である165℃へ移行する直前の少し手前で出力波数を14/15波と落とし、一枚目が突入する際に発生しやすいオーバーシュート(ヒータ温度が目標温調温度よりも一時期高くなってしまう現象)を防止する。
【0074】
《定着性について》
次に、一枚目の通紙最中は、4〜8/15波とばらつきを持ちながら紙の温度や定着装置の温まり具合を検知しながら、表1中に示したようなステップ温調になるよう制御を行う。比較例1に説明した制御におけるこの時の出力波数の5〜9/15波よりも少し少ない出力波数となっているのは、目標温調温度が低い為である。
【0075】
本実施例での温調制御は、波数制御を用いているが、装置の構成や規格などで位相制御を用いても構わない。
【0076】
《紙間でのオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》
次に、紙間温調へ移行する際には、一枚目の紙後端の出力波数から−2波(シーケンス上この数値にしている。装置の構成によってこの数値以外でも構わない)を行うことによって、紙間温調を一定に保つことができる。紙間温調時における出力波数は3〜5/15波と比較的安定した波数を出力させることができる。
【0077】
《次の紙の定着性について》
次に、二枚目の紙が定着装置に入る際の出力波数を比較例1と同様に一枚目の紙後端での出力波数を規準に行う。その場合、一枚目の紙後端での出力波数は、紙が通紙されている状態や、定着装置の不安定要素が絡み合い5〜9/15波とばらついたものである為、例えば紙後端で5/15波を出力していた場合には、二枚目の立ち上げ波数を5/15波としてしまう為電力が足りない状況が発生しアンダーシュートとなる。また一枚目の紙後端での出力波数が9/15波の場合などでは、二枚目の立ち上げ波数が9/15波となる為図に示すように目標温調温度の165℃に対し、図7の様にいきなり170℃近辺から制御が行われることとなり、定着過多や小サイズ通紙時における非通紙部昇温の悪化をもたらしたりする。
【0078】
《非通紙部昇温について》
本比較例2の場合も、従来例の様に紙先端から過剰な電力を出力して紙を通紙することが無い為、遅いカーブを描くものとなり、単位時間当たりの出力枚数を増やすことが可能になる。すなわち、小サイズを通紙した場合、非通紙部昇温が定着装置周辺の耐熱温度を超え部品の破損を起す前に給紙間隔を広げることで非通紙部昇温を抑えている。
【0079】
また、この制御を用いることで高湿環境で見られるトナーの後端への尾引き画像も、行き過ぎた温度を与えることがなくなるため軽減することが可能となる。(図7に記載)
以上の(比較例1)、(本実施例)、(比較例2)の結果のまとめを表3に示す。
【0080】
【表3】
【0081】
以上の結果より、本実施例ではオーバーシュート、アンダーシュート、定着性、非通紙部昇温が良好なものとなる。
【0082】
[実施例2]
本実施例では、紙の種類や坪量、紙サイズによって通紙中に温度上昇させていく量を変更するものである。具体的に示したものを下記表4に記載する。
【0083】
【表4】
【0084】
このように、坪量の大きい紙は自身の熱容量が大きくなる為、加圧ローラの熱を紙に持っていかれやすくなるとともに、ヒータからの熱量が紙を通過して加圧ローラ側に伝わりにくくなる。そのため、加圧ローラから紙への熱量が不足しがちになるため、加圧ローラの表面温度上昇速度が遅くなり、ヒータ側の熱量をステップ状にあげていく量を多くする必要がある。薄めの紙(実施例1に示した物は1degステップ)とは違い、上記表では、ステップごとに3deg毎や4deg毎温度を上昇させている。
【0085】
こうすることで、定着性は確実に確保することができる。他にも、適切な電力を供給することも可能となるため、オフセットの発生も抑えることが可能となる。
【0086】
[実施例3]
上記実施例2とは別の方法として、紙が定着装置に突入した際のサーミスターTHの検知する温度変化に基づいて、実施例2で述べた制御温度を変更するものである。
【0087】
本実施例の加熱定着装置において、紙の先端が一定温度T1に制御された定着装置に突入すると、紙に熱を奪われるため、ヒータ21の裏面に設置されたサーミスターTHの検知する温度は図8に示すようにTXまで一時的に低下する。このT1とTXの差として計算される低下量ΔTは、紙の坪量あるいは紙の温度等によって異なり、坪量の大きい場合、または紙の温度が低い場合には熱をより多く奪うため大きくなる。
【0088】
つまり低下量ΔTの大きさから、ヒータ21に供給している電力量及び目標温調温度が適切なものか判断できると共に、不足する電力量が予測できる。
【0089】
図9に本実施例の制御を示すフローチャートを記載する。
【0090】
先に述べたΔTを検出し、そのΔTの大きさから、紙後端へ何度毎ステップ状に上げていけばよいのかを示すものである。簡単に説明すると、ΔTを検出する。そのΔTが1deg未満の場合、ステップ温調は1degと決定し、後端に向かって1deg毎温度を上昇させていき制御を行う。Δの下がり量が少ない、つまり記録材の温度が比較的高く、また坪量の少ない紙であるためにこのような制御を行うことができる。
次に、ΔTが1≦ΔT<3の場合、ステップ温度は2degとして制御を行う。同様にΔTが3≦ΔTの場合はステップ温調を3degとして制御を行う。
【0091】
このように制御することで、紙先端から紙後端までの全域で定着性が良好となり、適切な電力で通紙を行うことが可能になるため、小サイズ通紙後の非通紙部昇温に関しても従来の技術を用いた制御よりも低く抑えることが可能となる。また、先端側に供給している電力量も適切である為オフセットの発生なども抑えることが可能となる
[その他]
加熱体21としては例示のセラミックヒータに限られるものではなく、その他、例えば、SUSヒータ、PTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータ、電磁誘導発熱性部材などを用いることもできる。
【0109】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、短い期間内で、オーバーシュートや立上げ不足といった事態を招くことなく、最適な立ち上げが可能なフィルム加熱方式の定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1における画像形成装置例の概略構成図
【図2】 定着装置の要部の構成模型図
【図3】 加熱体としてのセラミックヒータの一例の構成説明図
【図4】 従来の技術を使用したときの比較例1の制御説明図
【図5】 実施例1に用いた定着制御の説明図
【図6】 実施例1に用いた非通紙部昇温のプロファイル
【図7】 比較例2の制御説明図
【図8】 実施例3に用いた定着制御の説明図
【図9】 実施例3の定着制御のフロー図
【図10】 従来装置の定着制御例の説明図
【図11】 波数制御の説明図(その1)
【図12】 波数制御の説明図(その2)
【符号の説明】
11・・定着装置(加熱装置)、21・・加熱体(セラミックヒータ)、TH・・サーミスター(温度検知素子)、28・・制御回路部(CPU)、P・・記録材(被加熱材)
Claims (1)
- 定着フィルムと、前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ヒータの温度を検知する温度検知素子と、前記温度検知素子の検知温度が制御温度を維持するように前記ヒータへ供給する交流波のデューティ比を制御する制御手段と、を有し、前記定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を定着処理する第1の期間の前記制御温度よりも、複数枚の記録材を連続して定着処理する時の先行する記録材と後続の記録材の間の第2の期間の前記制御温度が低く設定される定着装置において、
前記第2の期間から前記第1の期間へ移行する移行過程で前記ヒータへ供給する交流波のデューティ比を、前記移行過程の直前の前記第2の期間で前記ヒータに供給されている交流波のデューティ比に基づき決定することを特徴とする定着装置。
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