JP4360872B2

JP4360872B2 - 定着ローラ温度制御方法、定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP4360872B2
Application number: JP2003322855A
Authority: JP
Inventors: 聖治斎藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: JP2005091567A

Description

本発明は、複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置における定着ローラ温度制御方法と、この制御方法を実施可能な定着装置、画像形成装置に関する。

近年の画像形成装置においては、省エネルギー化の要求に伴い、定着装置における定着立ち上がり速度（ウォームアップタイム）の短縮が求められている。その達成手段のひとつとして、定着ローラの薄肉化、ヒータの高出力化によるものが考えられる。

定着ローラの昇温速度を速くすると、立ち上がりは速くなるが、それに伴って通常印字制御中の昇温速度、あるいは温度下降速度も速くなる。その結果、従来と同じヒータ制御では温度リップルが増大し、狙いの温度制御範囲内に温度をコントロールすることができず、定着ローラの温度が低すぎる場合には定着不良、コールドオフセット、あるいは温度が高すぎる場合にはホットオフセット、シワといった不具合が発生している。

従来の電子写真方式の画像形成装置に用いる定着装置では、定着ローラ等の定着部材の温度リップルを小さくするため、定着ローラ近傍に配設した温度検出手段の検出温度と定着温度の温度差、及び一定時間における温度検出手段の変化量を判断要素として定着ローラ内蔵のヒータの点灯時間と消灯時間を設定し、設定した点灯時間と消灯時間に基づいてヒータへの通電を制御して定着部材を設定温度に制御するという制御が行われているが、立ち上がりの速い定着装置においても温度リップルの低減ができ、定着ローラ温度を狙いの範囲内にコントロールできるというものにはなっていない。

そこで本発明は、立ち上がりの速い定着装置においても温度リップルを低減させることができ、しかも定着ローラ温度を狙いの範囲内にコントロールできる定着ローラ温度制御方法と、この制御方法を実施可能な定着装置、画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る定着ローラ温度制御方法は、ヒータを有する定着ローラと、該定着ローラの温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段で検出した前記定着ローラの温度をもとに前記ヒータのオン・オフ制御を温度制御テーブルに基づいて決定する画像形成装置における定着ローラの温度を制御する方法であって、
前記温度制御テーブルは、狙いとする温度範囲を設定し、該温度範囲内をさらに細分化して前記ヒータのオン・オフ周期を決定するものであって、
前記温度検出手段による検出温度が所定の温度範囲以下の場合は制御間隔中は前記ヒータを全点灯させ、前記検出温度が所定の温度範囲以上の場合は制御間隔中は前記ヒータを全消灯させ、前記検出温度が所定の温度範囲内の場合は制御間隔中は前記ヒータの全点灯及び全消灯を選択させない第一の制御を行い得るものであり、
前記温度制御テーブルが、前記温度検出手段による検出温度が所定の温度範囲以下で前記ヒータの全点灯を選択した場合、次回の温度制御には、前記狙いの温度範囲を低く変更して前記ヒータの全点灯を狙いの温度範囲の下限温度で行うこととした第二の温度制御を行い得るものであることを特徴とする。

同請求項２に係るものは、請求項１の定着ローラ温度制御方法において、前記温度制御テーブルが、前記温度検出手段による検出温度が所定の温度範囲以上で前記ヒータの全消灯を選択した場合、次回の温度制御には、前記狙いの温度範囲を高く変更して前記ヒータの全消灯を狙いの温度範囲の上限温度で行うこととした第三の温度制御を行い得るものであることを特徴とする。

同請求項３に係る定着装置は、請求項１または２のいずれかの定着ローラ温度制御方法を実施するための制御手段を有することを特徴とする。

同請求項４に係る画像形成装置は、請求項１または２のいずれかの定着ローラ温度制御方法を実施するための制御手段を有することを特徴とする。

同請求項５に係る画像形成装置は、請求項３の定着装置を有することを特徴とする。

本発明は、温度リップルの低減ができ、定着ローラ温度を狙いの範囲内にコントロールできるので、ウォームアップタイムの短縮、定着不良、コールドオフセット、あるいはホットオフセット、シワといった不具合のない画像形成に寄与し得るという効果がある。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１は本発明に係る定着ローラ温度制御方法を実施する、定着装置と、これを備えた画像形成装置の一実施例を示す略中央断面図である。図中の矢印方向に回転する感光体１のまわりに、帯電手段２、クリーニング手段３、レーザー光学系４、トナー５を供給して感光体１上の静電潜像を顕像化する現像手段６及び転写手段７が配置してある。また図中１０は着脱可能な第一給紙手段で、装置の下側に配置してあり、内部に収納した用紙Ｐを底板１１で給紙ローラ１２に押しつけ（加圧手段は図示しない）、給紙ローラ１２が回転して最上位の用紙Ｐを分離パッド１３で一枚づつに分離しながらレジストローラ２０まで搬送し、感光体１上の画像と同期するようにタイミングをとって、さらに転写手段７へと送り出する。転写手段７によって感光体１から画像を得た用紙Ｐをさらに定着手段３０へ搬送し、定着ヒータ３１を内蔵した定着ローラ３２と圧接対向する加圧ローラ３３との間を通し、トナー像を定着させる。その後、画像形成の終わった用紙Ｐは、排紙ローラ対３４により画像面を下にして排紙トレイ４０の上に排出する。

図２は、上述のような画像形成装置の電気的構成を示す概略構成図である。画像形成装置１００は、ＣＰＵ１２３、ＲＯＭ１２４、ＲＡＭ１２５、通信部１２６、読み取り部１２７、操作表示部１２８、タイマ１２２等から構成してあり、温度検出手段（サーミスタ）１１１、Ａ／Ｄ変換部１１５、定着ヒータ３１、出力ポート１１７、駆動制御部１１８、レーザー制御部１１９等が記録部２００を構成している。ＲＯＭ１２４は、画像形成装置１００の基本処理プログラムや定着ヒータ３１の温度制御プログラム及びこれらのプログラムを実行するのに必要なデータ、特に定着ヒータ３１の通電制御処理に使用する点灯時間と消灯時間に関する各種温度テーブルデータを格納している。なお、各テーブルデータは予め実験等を行って得たものである。

図３は上述した各種温度テーブルによる定着ヒータ３１の制御動作の概略を説明する図である。具体的には、所定の制御周期の中で定着ヒータ３１の点灯／消灯の割合を決定するものであり、温度検出手段１１１から得られた定着ローラ３２の現在温度及び現在から１周期前に得られた温度により次周期の点灯割合を得る。制御周期は定着ローラ３２の外径、肉厚、定着ヒータ３１の出力等機種により最適値が異なる。周期は短いほうが一般的に細かく制御できるものであるが関連部品の寿命、温度検出手段が追従できない等短すぎる場合の副作用もあり、概ね０．５秒〜２秒程度が多く用いられる。

そこで１秒周期を例として仮の温度を想定し説明する。前回温度が０（目標温度）、現在温度が−２を検出した場合、温度変化は−２、目標温度と現在温度の差−２となり、図３中の太枠の交点で示されるテーブルが選択され、点灯割合５０％であるので次周期１秒間のうちの５０％、すなわち０．５秒間だけ定着ヒータ３１を点灯させ、残り０．５秒は消灯させる。

図４は、上述の温度制御テーブルの設定及び複数ある制御テーブルの選択に関する第１の実施例を示す図である。狙いの温度範囲はテーブル両端−５〜５の範囲であり、その範囲以下の場合は１００％点灯、範囲以上の場合は消灯（０％）、範囲内は１００％、０％を含まない値となっている。制御周期を１秒と考え、立ち上がりの速い画像形成装置においては１秒間１００％点灯を選択すると定着ローラ３２の温度は１０度以上上昇してしまい、狙いの範囲内の特に中央付近であると１秒後には狙いの範囲を大きく超えることになってしまう。一方立ち上がりの速い画像形成装置では、定着ローラ３２の比熱が小さくて温度下降も速い。同様に狙いの温度範囲内で０％（全消灯）を選択すると１秒後に狙いの範囲を大きく下回ることになってしまう。

そこで図４に示すような狙いの範囲内に１００％、０％を含まない制御テーブルが有効となる。この場合、狙いの範囲内では１００％、０％がなく定着ローラ３２の温度は狙いの温度範囲内から外れることなく制御される確率が高い。個々のテーブルの点灯率の最適値は実験等により決定される機種により固有のものである。図３、図４のテーブルによる制御による実ローラ温度の差異を図５に示す。明らかに制御温度範囲が小さくなっている。

図６に示すテーブルは、定着ローラの実温度と温度検出手段１１１により得られた温度を表したものであり、通常温度変化が大きくなると温度検出手段１１１は遅れが生じる。その結果、図４に示したテーブルで制御している場合でも図６に示すような温度リップル増大が生じてしまう場合がある。図中の制御１の時点では検知温度は狙いの下限温度以下であり、１００％点灯テーブルが選択される。その結果、実際の定着ローラ３２の温度は上昇を始めるが、検知温度は遅れて上昇を始める。そのため図中の制御２の時点においても狙いの下限を越えていない場合がある。その結果、再び１００％のテーブルを選択することになり、実際の定着ローラ３２の温度は狙いの上限を超えるほど大きく上昇してしまう。そして図中の制御３の時点において検知温度はようやく狙いの下限を越え、１００％点灯は回避される。

このような状況を防止するための制御の概略動作を図７に示す。温度制御を開始すると、通常の制御テーブル１（図４に示す）を選択する（ステップ１）。このとき、点灯率１００％デューティーか否かを検知し（ステップ２〜４）、１００％時は図８に示すテーブル２を選択する（ステップ５）。テーブル２は、例えば狙いの範囲下限をテーブル１よりも低くしており（図８中では−７）、上述の制御遅れにより検知温度が実温度より遅れていても再度１００％デューティーを選択する確率が低くなる。本当に定着ローラ３２の実温度も低くなっている場合は−７以下となり、１００％を選択するので、誤検知で温度が異常に低くなることはない。

この制御テーブルを用いた場合の定着ローラ３２の温度推移を図９に示す。図６の温度推移と比較すると、制御１の時点で１００％を選択するところは同じであるが、制御２の時点ではテーブル２では狙い下限が下がっているので５０％を選択している。その結果、テーブル２の温度上昇はテーブル１に比べ小さくなり、狙いの上限以内に収まっている。制御３の時点では再び点灯を選択するが、狙いの温度の範囲内であり、５０％を選択しているので、定着ローラ３２の温度は狙いの範囲内を推移する。

図７のフローチャートではテーブル２においても１００％か否かで再度テーブル２を選択するルーチンとなっているが、テーブル２は連続して選択しない対応も可能である。また、立ち上げ時、待機時、通紙時によりこの制御を用いるか否かの選択は可能であるし、それぞれ別テーブルにて制御することも可能である。

また１００％デューティーか否かを検知し、１００％デューティーの場合に選択するテーブルは通常と同様であるが制御周期を短くするものとすることができる。例えば制御周期を半分にする場合を考えると、図１０に示すように、制御１の時点で上記同様に１００％デューティーを選択するので制御２の時点では０．５秒周期のテーブルとなる。その結果、検知温度は狙いの下限温度以下なので１００％デューティーテーブルを選択するが、制御周期が０．５秒なので点灯時間は通常の半分となり、次の制御３の時点では、温度上昇しすぎていることがなく検知温度が狙いの範囲内にあるので、次に選択するデューティーも点灯が短いものとなり狙いの温度範囲内に制御される。

逆に全消灯の場合に狙いの温度から大きく下がりすぎることを防止する場合、上述の説明と１００％点灯と全消灯の動作、及び温度上昇、温度下降は逆となるが、同様に狙いの温度範囲に制御できる効果が得られる。

以上のような温度制御により定着温度は狙いの範囲に制御され、その結果、定着温度のばらつきに起因する定着不良、コールドオフセット、ホットオフセット、シワなどの異常画像が防止でき、画像形成装置として良好な印字品質を得ることが可能となる。

以上説明してきたように、本実施例の画像形成装置においては、上述のような温度テーブルを用いて定着ヒータ３１の動作を制御することにより、温度リップルの低減ができ、定着ローラ３２の温度を狙いの範囲内にコントロールできるので、ウォームアップタイムの短縮と定着不良、コールドオフセット、あるいはホットオフセット、シワといった不具合のない良質な画像を提供することができる。

本発明に係る定着ローラ温度制御方法を実施する、定着装置と、これを備えた画像形成装置の一実施例を示す略中央断面図図１の画像形成装置の電気的構成を示す概略構成図各種温度テーブルによる定着ヒータの制御動作の概略を説明する図温度制御テーブルの設定及び複数ある制御テーブルの選択に関する第１の実施例を示す図図３、図４のテーブルによる制御による実ローラ温度の差異を示す図定着ローラの実温度と温度検出手段により得られた温度を表した図実際の定着ローラ温度が狙いの上限を超えるほど大きく上昇してしまう状況を防止するための制御の概略動作を示すフローチャート図７に示す制御で点灯率１００％デューティーの時に選択するテーブルを示す図図８の制御テーブルを用いた場合の定着ローラ温度の推移を示す図１００％デューティーの場合に選択するテーブルを示す図

符号の説明

１：感光体
２：帯電手段
３：クリーニング手段
４：レーザー光学系
５：トナー
６：現像手段
７：転写手段
１０：第一給紙手段
１１：底板
１２：給紙ローラ
１３：分離パッド
２０：レジストローラ
３０：定着手段
３１：定着ヒータ
３２：定着ローラ
３３：加圧ローラ
３４：排紙ローラ対
４０：排紙トレイ
１００：画像形成装置
１１１：温度検出手段（サーミスタ）
１１５：Ａ／Ｄ変換部
１１７：出力ポート
１１８：駆動制御部
１１９：レーザー制御部
１２２：タイマ
１２３：ＣＰＵ
１２４：ＲＯＭ
１２５：ＲＡＭ
１２６：：通信部
１２７：読み取り部
１２８：操作表示部
２００：記録部
Ｐ：用紙

Claims

ヒータを有する定着ローラと、該定着ローラの温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段で検出した前記定着ローラの温度をもとに前記ヒータのオン・オフ制御を温度制御テーブルに基づいて決定する画像形成装置における定着ローラの温度を制御する方法であって、
前記温度制御テーブルは、狙いとする温度範囲を設定し、該温度範囲内をさらに細分化して前記ヒータのオン・オフ周期を決定するものであって、
前記温度検出手段による検出温度が所定の温度範囲以下の場合は制御間隔中は前記ヒータを全点灯させ、前記検出温度が所定の温度範囲以上の場合は制御間隔中は前記ヒータを全消灯させ、前記検出温度が所定の温度範囲内の場合は制御間隔中は前記ヒータの全点灯及び全消灯を選択させない第一の制御を行い得るものであり、
前記温度制御テーブルが、前記温度検出手段による検出温度が所定の温度範囲以下で前記ヒータの全点灯を選択した場合、次回の温度制御には、前記狙いの温度範囲を低く変更して前記ヒータの全点灯を狙いの温度範囲の下限温度で行うこととした第二の温度制御を行い得るものであることを特徴とする定着ローラ温度制御方法。
請求項１の定着ローラ温度制御方法において、前記温度制御テーブルが、前記温度検出手段による検出温度が所定の温度範囲以上で前記ヒータの全消灯を選択した場合、次回の温度制御には、前記狙いの温度範囲を高く変更して前記ヒータの全消灯を狙いの温度範囲の上限温度で行うこととした第三の温度制御を行い得るものであることを特徴とする定着ローラ温度制御方法。
請求項１または２のいずれかの定着ローラ温度制御方法を実施するための制御手段を有することを特徴とする定着装置。
請求項１または２のいずれかの定着ローラ温度制御方法を実施するための制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
請求項３の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。