JP4978634B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録シートに現像剤像を定着させる加熱部材の温度を検出するための温度検出器を備えた画像形成装置に関する。

従来より、熱源によって加熱される加熱ローラ（加熱部材）と、加熱ローラの温度を検出するために加熱ローラから離れて配置される非接触サーミスタ（温度検出器）と、非接触サーミスタで検知した温度に基づいて熱源を制御する制御装置とを備えた画像形成装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−６５８５３号公報

ところで、非接触サーミスタは画像形成装置における各種環境の影響を受けるため、非接触サーミスタで検知した温度を適宜補正する必要がある。特に、電源ＯＮ時に加熱ローラを目標温度まで迅速に加熱していくウォームアップ動作時においては、加熱ローラの急激な温度上昇に非接触サーミスタ周りの雰囲気温度が追従し難いため、非接触サーミスタの検出温度も加熱ローラの温度に追従し難い。

この場合、ウォームアップ開始時の雰囲気温度が低い場合には、加熱ローラの温度が目標温度に到達した際に、当該加熱ローラの温度と検出温度とに大きな差が生じる場合がある。これに対し、ウォームアップ開始時の雰囲気温度が高い場合には、加熱ローラの温度が目標温度に到達した際に、当該加熱ローラの温度と検出温度との差は、ウォームアップ開始時の雰囲気温度が低い場合に比べ、小さくなる。

そのため、例えば、非接触サーミスタで検知した温度を補正する補正式として、ウォームアップ開始時の雰囲気温度が低い場合に合わせて、変化率の大きな関数を採用すると、ウォームアップ開始時の雰囲気温度が高い場合には、雰囲気温度から算出する温度が実際の加熱ローラの温度よりも早く目標温度に到達してしまい、制御を高精度に行えなくなるおそれがあった。

そこで、本発明は、温度検出器の検知データをより適切に補正することにより、高精度の温度制御を行うことが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明は、熱源によって加熱され、記録シートに現像剤像を定着させるための加熱部材と、前記加熱部材に間隔をおいて配置され、前記加熱部材の温度を検出するための温度検出器と、前記温度検出器で検出した検出温度から所定の関数により前記加熱部材の温度を算出し、算出した温度に基づいて前記熱源を制御する制御装置と、を備えた画像形成装置であって、前記制御装置は、ウォームアップ開始時の前記温度検出器の周辺温度が低い程、前記所定の関数として変化率の大きな関数を適用し、かつ、前記温度検出器の周辺温度として前記温度検出器で検出した検出温度を用いることを特徴とする。

ここで、「ウォームアップ開始時の加熱部材の周辺温度」は、温度検出器で検出する方法や、ウォームアップ開始前に温度検出器で検出した検出温度から推定する方法や、印字終了後からの経過時間に基づいて推定する方法などで得ることができる。

本発明によれば、例えばウォームアップ開始時の加熱部材の周辺温度が低い場合には、制御装置は変化率の大きな関数を適用する。これにより、ウォームアップ開始時の加熱部材の周辺温度が低い場合において、加熱部材の温度が目標温度に達したときに加熱部材の温度と周辺温度との差が大きくなっても、変化率の大きな関数によって周辺温度を大きく補正することで正確な温度を算出して、加熱部材の実際の温度と算出した温度を略等しくすることができる。したがって、算出した温度が目標温度に達したときに、加熱部材の温度が目標温度に達したと正しく判断することができる。

また、ウォームアップ開始時の加熱部材の周辺温度が高い場合には、制御装置は変化率の小さな関数を適用する。これにより、ウォームアップ開始時の加熱部材の周辺温度が高い場合において、加熱部材の温度が目標温度に達したときに加熱部材の温度と周辺温度との差が小さくても、変化率の小さな関数によって周辺温度を小さく補正して正確な温度を算出して、加熱部材の実際の温度と算出した温度を略等しくすることができる。したがって、算出した温度が目標温度に達したときに、加熱部材の温度が目標温度に達したと正しく判断することができる。

本発明によれば、ウォームアップ開始時の加熱部材の周辺温度が低い程、変化率の大きな関数を適用するので、温度検出器で検出した温度を適切に補正して、高精度の温度制御を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るレーザプリンタを示す側断面図である。 制御装置の動作を示すフローチャートである。 サーミスタを支持する板金を示す断面図である。

＜レーザプリンタの全体構成＞
次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、画像形成装置の一例としてのレーザプリンタ１は、装置本体２内に記録シートの一例としての用紙３を給紙するためのフィーダ部４や、給紙された用紙３に画像を形成するための画像形成部５などを備えている。

フィーダ部４は、装置本体２内の底部に着脱可能に装着される給紙トレイ６と、給紙トレイ６から用紙３を画像形成部５へ搬送する用紙供給機構７を主に備えている。フィーダ部４では、給紙トレイ６内の用紙３が、用紙供給機構７によって一枚ずつ分離されて画像形成部５に供給される。

画像形成部５は、スキャナ部１６、プロセスカートリッジ１７、定着装置１８などを備えている。

スキャナ部１６は、装置本体２内の上部に設けられ、レーザ発光部（図示せず。）、回転駆動されるポリゴンミラー１９、レンズ２０，２１、反射鏡２２，２３，２４などを備えている。そして、スキャナ部１６では、レーザビームが図の鎖線で示す経路を通って、プロセスカートリッジ１７の感光ドラム２７の表面上に高速走査にて照射される。

プロセスカートリッジ１７は、スキャナ部１６の下方に配設され、装置本体２に対して着脱自在に装着される構造となっている。そして、このプロセスカートリッジ１７は、公知の感光ドラム２７、帯電器２９、転写ローラ３０、現像ローラ３１、層厚規制ブレード３２、供給ローラ３３およびトナーホッパ３４などを備えて構成されている。

このプロセスカートリッジ１７では、帯電器２９で帯電された感光ドラム２７の表面が、スキャナ部１６からのレーザビームで露光されることで、感光ドラム２７上に静電潜像が形成される。この静電潜像に、トナーホッパ３４内のトナーが供給ローラ３３や現像ローラ３１を介して供給されることで、感光ドラム２７上にトナー像（現像剤像）が形成される。その後、感光ドラム２７と転写ローラ３０との間で用紙３が搬送される際に、感光ドラム２７上のトナー像が、転写ローラ３０に引き寄せられて用紙３に転写される。

＜定着装置の構成＞
定着装置１８は、熱源の一例としてのハロゲンヒータＨＨと、加熱部材の一例としての加熱ローラ４１と、加圧ローラ４２と、加熱ローラ４１の温度を検出する温度検出器の一例としてのサーミスタＴＨとを備えている。

ハロゲンヒータＨＨは、円筒状の加熱ローラ４１内に配設されており、加熱ローラ４１を内側から加熱している。そして、このハロゲンヒータＨＨは、後で詳述する制御装置１００によって適宜制御されている。

加熱ローラ４１は、略円筒状に形成される金属製の部材であり、装置本体２に回転可能に支持されている。そして、この加熱ローラ４１は、制御装置１００からの制御信号で駆動する図示せぬ駆動装置から駆動力を受けることで回転するようになっている。なお、この加熱ローラ４１としては、例えば、アルミの円筒部材の表面をテフロン（登録商標：ＰＴＦＥ）コーティングしたものを採用することができる。

加圧ローラ４２は、図示せぬバネによって加熱ローラ４１に押圧されており、回転する加熱ローラ４１と接触して従動回転するようになっている。なお、この加圧ローラ４２としては、例えば、芯金の周囲にシリコンゴムを設け、このシリコンゴムの表面をテフロン（登録商標：ＰＴＦＥ）チューブで覆ったものを採用することができる。

サーミスタＴＨは、加熱ローラ４１の温度を検出するためのものであり、加熱ローラ４１に対して所定の間隔をおいて配置されている。そして、このサーミスタＴＨで検出した温度は、制御装置１００に出力されるようになっている。

そして、このように構成される定着装置１８では、ハロゲンヒータＨＨによって加熱ローラ４１が加熱されることで、用紙３が加熱ローラ４１と加圧ローラ４２との間を通過する間に用紙３に転写されたトナー像が熱定着される。その後、用紙３は、搬送ローラ４３によって、排紙パス４４に搬送される。なお、排紙パス４４に送られた用紙３は、排紙ローラ４５によって排紙トレイ４６上に排紙される。

＜制御装置＞
次に、制御装置１００について説明する。
制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信機器などの公知のハードウェアを有しており、主に、サーミスタＴＨで検出した温度（以下、「検出温度」ともいう。）から所定の関数により加熱ローラ４１の温度を算出し、算出した温度（以下、「算出温度」ともいう。）に基づいてハロゲンヒータＨＨを制御している。

そして、この制御装置１００は、ウォームアップ開始時の加熱ローラ４１の周辺温度が低い程、変化率の大きな関数を適用するように構成されている。ここで、「ウォームアップ」とは、電源ＯＮ時やレディモード（加熱に適した目標温度よりも低い所定温度に加熱ローラ４１の温度を維持する制御）から、加熱ローラ４１の温度を目標温度まで迅速に上げる制御をいう。

また、「加熱ローラ４１の周辺温度」とは、サーミスタＴＨでの検出温度や、ウォームアップ開始前にサーミスタＴＨで検出した検出温度と検出温度を検出してからの経過時間とに基づいて推定された温度や、印字終了直後の加熱ローラ４１の温度（算出温度）と印字終了からの経過時間とに基づいて推定された温度などを採用できる。なお、本実施形態では、「加熱ローラ４１の周辺温度」として、サーミスタＴＨでの検出温度を用いるものとする。

また、「変化率」とは、検出温度の変化量に対する算出温度の変化量の割合、つまり微分係数のことであり、関数が２次以上の連続関数である場合には、変数を同一条件にしたときの微分係数に相当する。

すなわち、例えば関数が
ｙ ＝ ｘ^２ 、 ｙ ＝ ２ｘ^２
といった２次関数である場合には、変数を同一条件（ｘ＝ａ）としたときの微分係数は、それぞれ、
ｄｙ／ｄｘ ＝ ２ａ 、 ｄｙ／ｄｘ ＝ ４ａ
となり、「ｙ ＝ ２ｘ^２」の関数の方が変化率（傾き）の大きな関数となる。

本実施形態では、制御装置１００は、前記所定の関数として、以下の１次関数の式（１）を用いている。
ｙ ＝ Ａｘ + Ｂ ・・・ （１）
（ｙ：算出温度、Ａ：補正係数（変化率）、ｘ：検出温度、Ｂ：一定値）

そして、制御装置１００は、前述した式（１）の補正係数Ａを、ウォームアップ開始時の検出温度（加熱ローラ４１の周辺温度）に基づいて変更している。具体的に、制御装置１００は、以下に示すフローチャートに従って補正係数Ａを変更している。

図２に示すように、制御装置１００は、所定条件（電源ＯＮがなされた、または、レディモード時に印字指令がなされた等）が揃ったときにウォームアップを開始すると（ＳＴＡＲＴ）、まず、加熱ローラ４１の周辺温度をサーミスタＴＨで検出する（Ｓ１）。次に、制御装置１００は、サーミスタＴＨで検出した温度（検出温度Ｔ）が５０℃以下であるか否かを判断する（Ｓ２）。

ステップＳ２において検出温度Ｔが５０℃以下である場合には（Ｙｅｓ）、制御装置１００は、補正係数Ａを「１．５」に設定して（Ｓ３）、本制御を終了する。

また、ステップＳ２において検出温度Ｔが５０℃を超えている場合には（Ｎｏ）、制御装置１００は、検出温度Ｔが１００℃以下であるか否かを判断する（Ｓ４）。そして、ステップＳ４において検出温度Ｔが１００℃以下である場合には（Ｙｅｓ）、制御装置１００は、補正係数Ａを、ステップＳ３で設定する値「１．５」よりも小さな値「１．４」に設定して（Ｓ５）、本制御を終了する。

また、ステップＳ４において検出温度Ｔが１００℃を超えている場合には（Ｎｏ）、制御装置１００は、補正係数Ａを、ステップＳ５で設定する値「１．４」よりも小さな値「１．３」に設定して（Ｓ６）、本制御を終了する。

そして、このフローチャートによる制御が終わった後、制御装置１００は、設定した補正係数Ａを前記式（１）に代入して、加熱ローラ４１の温度を算出する。これにより、ウォームアップ開始時の加熱ローラ４１の周辺温度が低い場合（例えば５０℃）において、加熱ローラ４１の実際の温度が目標温度に達したときに加熱ローラ４１の実際の温度と周辺温度（検出温度）との差が大きくなっても、補正係数Ａの大きな関数（１）によって検出温度を大きく補正することで正確な温度を算出して、加熱ローラ４１の実際の温度と算出温度を略等しくすることができる。

また、ウォームアップ開始時の加熱ローラ４１の周辺温度が高い場合（例えば１００℃）において、加熱ローラ４１の実際の温度が目標温度に達したときに加熱ローラ４１の実際の温度と周辺温度（検出温度）との差が小さくても、補正係数Ａの小さな関数（１）によって検出温度を小さく補正して正確な温度を算出して、加熱ローラ４１の実際の温度と算出温度を略等しくすることができる。したがって、ウォームアップ開始時の加熱ローラ４１の周辺温度がどのような温度であっても、算出温度が目標温度に達したときに、加熱ローラ４１の温度が目標温度に達したと正しく判断することができる。

以上によれば、本実施形態において以下のような効果を得ることができる。
ウォームアップ開始時の加熱ローラ４１の周辺温度が低い程、変化率の大きな関数を適用するので、サーミスタＴＨで検出した温度を適切に補正して、高精度の温度制御を行うことができる。

補正係数Ａを変更するための基準値となる「加熱ローラ４１の周辺温度」として、サーミスタＴＨで検出した検出温度を用いたので、複雑な制御をすることなく、周辺温度を簡単に知ることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。
前記実施形態では、ウォームアップ開始時の加熱ローラ４１の周辺温度が低い程、変化率の大きな関数を適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ウォームアップ開始時には前記実施形態のように関数を決定するが、その後は、熱源から発せられる単位時間当たりの熱量が大きいモードになるほど変化率（傾き）の大きな関数を適用してもよい。具体的には、例えば、熱源のＯＮ・ＯＦＦを繰り返す制御を行う形態において、一定時間内における実際のＯＮ回数を、前記一定時間内において熱源をＯＮすることができる最大回数で割ることでデューティ比を算出し、このデューティ比が大きい程、変化率の大きな関数を採用してもよい。

前記実施形態では、熱源の一例としてハロゲンヒータＨＨを採用したが、本発明はこれに限定されず、例えば誘導加熱方式のＩＨ（Induction Heating)ヒータや発熱抵抗体などを採用してもよい。
前記実施形態では、加熱部材として加熱ローラ４１を採用したが、本発明はこれに限定されず、例えばガイドによって摺動可能に支持される円筒状の定着フィルムであってもよい。

また、「温度」として、［℃］を単位とする温度を例にとったが、本発明は、「温度」として、サーミスタＴＨ内の温度検出用の抵抗素子の抵抗値、電圧値などの値を採用することができる。また、「温度」として、[℃]を単位とする温度を適当に換算したデータを採用することができる。

前記実施形態では、レーザプリンタ１に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、その他の画像形成装置、例えば複写機や複合機などに本発明を適用してもよい。
前記実施形態では、記録シートの一例として、厚紙、はがき、薄紙などの用紙３を採用したが、本発明はこれに限定されず、例えばＯＨＰシートであってもよい。

なお、サーミスタＴＨは、図３に示すような板金２００で支持するのが望ましい。具体的に、この板金２００は、定着装置１８の樹脂製のフレーム３００から立設される第１ボスＢ１の端面に形成される第１凸部Ｂ１１と嵌合可能な位置決め孔２０１と、フレーム３００から立設される第２ボスＢ２の端面に形成される第２凸部Ｂ２１に遊嵌する長孔や大径孔等の遊嵌孔２０２とを有している。そして、板金２００の複数（例えば４個所）の締結箇所のうちの１つに位置決め孔２０１が配置され、残りの締結箇所に遊嵌孔２０２が１つずつ配置されるようになっている。

一方、フレーム３００に形成される第１ボスＢ１および第２ボスＢ２は、円柱状に形成されており、同径、かつ、同じ高さで形成されている。そして、第１ボスＢ１の端面に形成される第１凸部Ｂ１１は、第１ボスＢ１の端面に載置される板金２００から突出しない高さで形成され、第２ボスＢ２の端面に形成される第２凸部Ｂ２１は、第２ボスＢ２の端面に載置される板金２００から突出する高さで形成されている。

そして、第２凸部Ｂ２１の板金２００からの突出量は、約０．０５〜０．１ｍｍに設定されている。また、第１ボスＢ１および第１凸部Ｂ１１や、第２ボスＢ２および第２凸部Ｂ２１の中心部には、フランジＦ付きのネジＳが捩じ込まれるネジ穴Ｂ１２，Ｂ２２がそれぞれ形成されている。

これにより、ネジＳによって各ボスＢ１，Ｂ２に板金２００を締結すると、第１ボスＢ１の第１凸部Ｂ１１と位置決め孔２０１とが嵌合することで板金２００の面方向への位置決めがなされ、ネジＳのフランジＦと第１ボスＢ１の端面で板金２００が挟持されることで上下方向の位置決めがなされる。一方、第２ボスＢ２においては、第２凸部Ｂ２１と遊嵌孔２０２が遊嵌するとともに、ネジＳが第２凸部Ｂ２１の先端で止められることでネジＳのフランジＦと板金２００との間に約０．０５〜０．１ｍｍ程度の隙間ができる。

これにより、板金２００の遊嵌孔２０２周りの部位がネジＳのフランジＦで第２ボスＢ２に押し付けられずに面方向に自由に移動可能となる。そのため、板金２００と樹脂製のフレーム３００との線膨張率の違いにより板金２００が面方向に収縮・膨張しても、その収縮・膨張が遊嵌孔２０２によって吸収されるようになっている。

なお、板金２００の収縮・膨張を許容すべく、ネジＳのフランジＦと板金２００との間に前述した隙間を設けたため、この部分においては板金２００が上下にがたつく。そのため、がたつきを抑えるべく、板金２００とフレーム３００との間には、板金２００の遊嵌孔２０２周りの部位をネジＳのフランジＦに押し付けるコイルバネ４００（付勢部材）が設けられている（図は押し付ける前の状態を示している）。なお、コイルバネ４００の付勢力は、がたつきを抑えることができるとともに、板金２００の収縮・膨張は許容する程度の付勢力に設定すればよい。

１ レーザプリンタ
４１ 加熱ローラ
１００ 制御装置
Ａ 補正係数
ＨＨ ハロゲンヒータ
ＴＨ サーミスタ

Claims (1)

1. 熱源によって加熱され、記録シートに現像剤像を定着させるための加熱部材と、
   前記加熱部材に間隔をおいて配置され、前記加熱部材の温度を検出するための温度検出器と、
   前記温度検出器で検出した検出温度から所定の関数により前記加熱部材の温度を算出し、算出した温度に基づいて前記熱源を制御する制御装置と、を備えた画像形成装置であって、
   前記制御装置は、
   ウォームアップ開始時の前記温度検出器の周辺温度が低い程、前記所定の関数として変化率の大きな関数を適用し、かつ、前記温度検出器の周辺温度として前記温度検出器で検出した検出温度を用いることを特徴とする画像形成装置。

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