JP5458594B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
さて、定着温度の制御においては以下の2点が要求される。ア.定着部材の温度を目標温度(通紙温度)まで素早く昇温させる。イ.定着部材の温度のオーバーシュートを少なくする。ア、イは相反する要求事項であり、一般に昇温時間を短くするためにヒータへの供給電力を大きくするとオーバーシュートは大きくなり、また逆にヒータへの供給電力を小さくするとオーバーシュートは低減できるものの、目標温度までの昇温時間が長くなる。
アの用件を満たす最も単純な方法として、目標温度よりも定着部材の温度が低いときには熱源への通電をオンし、定着部材の温度が目標温度よりも高いときは熱源への通電をオフする、いわゆる「ON・OFF制御」を用いることにより、定着部材の温度を最短で目標制御温度まで上げることができるが、ON・OFF制御では定着部材の温度が目標温度を越えた時点でヒータをオフするため、オーバーシュートが大きくなる。
図15は一般的なベルト定着装置を示す模式図、図16は画像形成装置が一般的な動作をした際の、定着ベルトの温度の推移と定着駆動の状態を示すグラフである。
印刷動作終了後は定着駆動を停止し、再び待機状態へ移行する。
待機動作時、定着駆動は停止しており、定着ベルト100及び加圧ローラ101が待機目標温度にて一定に保たれている。この時、定着ベルト100は加熱ローラ101に接している部分、及び加圧ローラ101に接している部分のみが加熱されていることになる。印刷の指令が入ると定着駆動が回転を開始し、定着ベルト100上の加熱されていた部分と加熱されていない部分の温度を、温度センサが読みとり、定着ベルト100の温度が上下する。そして上下動を繰り返しながら、定着ベルト100の温度が通紙可能温度(復帰目標温度)まで昇温していく。
さらに、本発明は、前記加圧部材の温度を検知する加圧温度検知手段を設け、前記ON・OFF制御により加熱を行う所定時間を、復帰動作開始時点で前記加圧温度検知手段が検知した前記加圧部材の温度により決定すると有利である。
さらにまた、本発明は、前記ON・OFF制御により加熱を行う所定時間を、待機状態の経過時間と前記転写紙の用紙厚さとにより決定すると有利である。
図1は、画像形成装置本体1内に配置された作像装置2と、定着装置20とを有する画像形成装置の断面概略図である。図1に示した作像装置2は、ドラム状の感光体として構成された第1ないし第4の像担持体3Y,3C,3M,3Kを有し、その各像担持体上にイエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。第1ないし第4の像担持体3Yないし3Kに対向して中間転写ベルト4が配置され、この中間転写ベルト4は、支持ローラ5,6,7,8に巻き掛けられて矢印方向に回転駆動される。
PID制御は、P:Proportional(比例)、I:Integral(積分)、D:Differential(微分)の3つの組み合わせで制御するものであり、制御目標値r(t)と現在値y(t)との偏差に応じ、複数のパラメータを最適化することにより制御を行うものである。
e(t):制御目標値との偏差(=r(t)−y(t))
定着温度制御にPID制御を適用する場合は、数1を用いて単位時間あたりのヒータ通電時間(=DUTY)を操作量uとして演算する。
定着ベルトの制御目標温度r(t)、センサから取得した定着ベルト温度y(t)を基に偏差e(t)を計算する。数1の操作量uをDUTYに置き換えると数2となる。
数3を用いて、制御周期ごとに目標制御温度と定着ローラの温度の誤差情報からDUTYを計算する。
ON・OFF制御による復帰動作では、図3から明らかなように、定着ベルト24の温度が復帰目標温度よりも低い場合は熱源への通電をONし、復帰目標温度よりも高い場合は熱源への通電をOFFするため、通紙可能な温度までに要する昇温時間(以降復帰時間と呼ぶ)を最短のt1とすることができるが、定着ベルト24の温度が量s1のオーバーシュートする。
一方、PID制御による復帰動作では、図4に示すように、定着ベルト24の温度が復帰目標温度に近づくにつれてDUTYを弱めるため、ON・OFF制御時と比べ、オーバーシュートは小さくすることができるが(オーバーシュート量s2)、復帰時間がON・OFF制御時と比べt2と長くなるため、印刷が開始されるまでの時間が長くなり、ユーザに待ち時間を発生させてしまうことになる。
本定着装置20では、図10の点線で示すように、ウォームアップ動作時など定着ベルト24の温度が単調増加過程にある場合、最適な制御切替温度は復帰目標温度から-20degの温度となっている。これは、熱容量、むだ時間(熱源に電力を供給してから定着ベルト24の温度が上昇するまでの時間)から算出している。
図5からもわかるようにON・OFF制御とPID制御を、制御切替時間Tsで切り替えて制御を行うことにより、復帰時間をON・OFF制御のみで復帰させた場合と同等の時間t3(≒t1)に、オーバーシュート量をPID制御のみで復帰させた場合と同等の量s3(≒s2)にすることが可能となる。
上記したPID制御では、制御目標値がステップ状に変化した場合(例えば定着目標温度が150℃から170℃に変化するような場合)、操作量(定着温度制御ではDUTY)が急変するいわゆるキック現象が起こる。
この制御方法をPID制御(微分先行型PID制御)といい、数6により操作量を演算する。
PI−D制御の説明で記載したPID制御でもキック現象を解消するのに不十分である場合には、微分動作の次に大きなキックを発生する比例動作についても、微分動作と同様の変形を行うことで、キック現象をさらに低減することができる。
以下、定着内部の蓄熱量を待機状態の経過時間Tnにより推定して、制御切替時間Tsを決定する方法を示す。
待機状態の経過時間Tnと制御切替時間Tsの間には表1のようなテーブルが前もって用意されており、テーブルを参照して制御切替時間Tsを決定する。
はじめに待機時間が0s、すなわち定着内部蓄熱量が最も少ない状態で、制御切替時間Tsを変化させて通紙実験を行い、通紙時のオーバーシュート量sと復帰時間tを測定する。
ユーザからの印刷要求により復帰動作を開始する時点で、温度検知部材32により加圧ローラ21の温度を読み取る。加圧ローラ21の温度Tpと最適な制御切替時間Tsの間には、予め決定されている数式Ts=f(Tp)により関係付けがなされおり、これを基に制御切替時間Tsを決定する。
本例の定着装置では実使用上、加圧ローラ21の温度Tpは80℃〜150℃の範囲で推移する。そこで、加圧ローラ21の温度Tpが(1)80℃のとき、120℃のとき、150℃のときにそれぞれ制御切替時間Tsを変化させて、オーバーシュート量sと復帰時間tを実験的に取得し、それぞれの加圧ローラの温度に対して最適な制御切替時間Tsを決定する。
Ts=−0.0275 Tp+5.1311以上のように、加圧ローラ21の温度Tpを基に定着内部の蓄熱量を推定し、制御切替時間Tsを決定することにより、復帰動作時の復帰時間、オーバーシュート量の最適化をより精度よく行うことができる。なお、本実施例についてもオーバーシュート量を5deg以下となるように設定している。
フルカラー印刷ではシアン、マゼンタ、イエロの作像手順を踏むため、モノクロ印刷時に比べてファーストプリントタイム、ファーストコピータイムが長くなる。このことはユーザーから印刷の指令(例えばコピーボタン)を受けてから、定着装置へ用紙が搬送されるまでの時間が、フルカラーとモノクロ印刷時とで異なることを意味しており、要求される復帰時間もカラーモードで異なることを意味する。
具体的には、表2に示すように、モノクロ印刷の場合と、フルカラー印刷の場合で別々の制御切替時間Tsをテーブルとして用意しておき、ユーザーからの印刷指令で印刷物のカラーモードが確定した時点で、制御切替時間Tsを決定する。
転写紙が厚いほど、定着するために多くの熱量が必要となる。このため一般的には紙の厚さに応じて通紙時の目標制御温度を変えて対応することが多い。(通常,紙厚が厚いほど通紙時の目標制御温度を高く設定する。)
以下、紙厚情報を利用して、制御切替時間Tsを変更する方法を示す。なお本実施例では、定着内部の蓄熱量が充分飽和状態にあり、最適な制御切替時間Tsが、紙厚情報のみによって異なる場合の例を示す。
先に述べたように、表1に示すテーブルは定着内部の蓄熱量が飽和状態にある場合(待機状態の経過時間Tnが300s以上である場合)に最適化した制御切替時間Tsとなっている。待機状態の経過時間が300s未満の場合、表1によれば制御切替時間Tsは待機状態の経過時間Tnが300s以上である場合と比較して2s多く見積もる必要がある。
図11で示した加圧ローラ温度Tpに対する最適制御切替時間Tsは紙厚が70g/m2に対する復帰目標温度とした場合のデータである。例えば紙厚が100g/m2の場合には、復帰目標温度が70g/m2通紙時に比べて高くなるため、制御切替時間Tsは相対的に長くなる。
以上のように、復帰開始時の加圧ローラ温度と紙厚情報を併用することで、制御切替時間Tsをより精度よく決定することが可能となる。
図7に示したように、待機状態の経過時間Tnが300 ≦ Tn では内部の蓄熱量がおよそ飽和するため、Tnが300≦ Tnの範囲では制御切替時間Tsを短くすることができる。
図11で示した加圧ローラ温度Tpに対する最適制御切替時間Tsの関係はカラーモードがモノクロの時である。カラーモードがフルカラーの場合にはファーストコピー(プリント)タイムがモノクロに比べて長いため、制御切替時間Tsは相対的に短くすることができる。
以上のように、復帰開始時の加圧ローラ温度とカラーモード情報を併用することで、制御切替時間Tsをより精度よく決定することが可能となる。なお、ここでは割愛するが、同様にしてカラーモード、転写紙厚さ、及び定着内部の蓄熱量の情報を複合的に組み合わせて制御切替時間Tsを決定しても差し支えない。
21 加圧ローラ
23 加熱ローラ
24 定着ベルト
25、32 温度検知手段
30、31 加熱手段
Claims (12)
- 回転可能な定着部材と、定着部材に押圧される加圧部材と、少なくとも前記定着部材の一部を部分加熱する熱源を有し、前記定着部材と前記加圧部材とで形成されるニップにてトナー像を担持した転写紙を挟持搬送しつつ当該転写紙にトナー像を熱融着させる定着装置を有し、該定着装置は前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、前記定着部材の温度を制御する温度コントローラとを備えている画像形成装置において、
前記温度コントローラは、前記定着部材が静止加熱されている待機状態から定着部材を回転させ、通紙温度まで昇温させる復帰動作時に、前記定着部材が回転を開始した時刻から所定時間の間はON・OFF制御による加熱動作を行い、所定時間経過後にPID制御による加熱動作へ切替えることを特徴とする画像形成装置。 - 回転可能な定着部材と、定着部材に押圧される加圧部材と、少なくとも前記定着部材の一部を部分加熱する熱源を有し、前記定着部材と前記加圧部材とで形成されるニップにてトナー像を担持した転写紙を挟持搬送しつつ当該転写紙にトナー像を熱融着させる定着装置を有し、該定着装置は前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、前記定着部材の温度を制御する温度コントローラとを備えている画像形成装置において、
前記温度コントローラは、前記定着部材が静止加熱されている待機状態から定着部材を回転させ、通紙温度まで昇温させる復帰動作時に、前記定着部材が回転を開始した時刻から所定時間の間はON・OFF制御による加熱動作を行い、所定時間経過後にPI−D制御による加熱動作へ切替えることを特徴とする画像形成装置。 - 回転可能な定着部材と、定着部材に押圧される加圧部材と、少なくとも前記定着部材の一部を部分加熱する熱源を有し、前記定着部材と前記加圧部材とで形成されるニップにてトナー像を担持した転写紙を挟持搬送しつつ当該転写紙にトナー像を熱融着させる定着装置を有し、該定着装置は前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、前記定着部材の温度を制御する温度コントローラとを備えている画像形成装置において、
前記温度コントローラは、前記定着部材が静止加熱されている待機状態から定着部材を回転させ、通紙温度まで昇温させる復帰動作時に、前記定着部材が回転を開始した時刻から所定時間の間はON・OFF制御による加熱動作を行い、所定時間経過後にI−PD制御による加熱動作へ切替えることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし3の何れかに1つに記載の画像形成装置において、前記ON・OFF制御により前記定着部材の加熱を行う所定時間を、前記待機状態の経過時間により決定することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1ないし3の何れかに1つに記載の画像形成装置において、前記加圧部材の温度を検知する加圧温度検知手段を設け、前記ON・OFF制御により加熱を行う所定時間を、復帰動作開始時点で前記加圧温度検知手段が検知した前記加圧部材の温度により決定することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1ないし3の何れかに1つ記載の画像形成装置において、カラーモードとモノクロモードの印刷モードを有し、前記ON・OFF制御により加熱を行う所定時間を、印刷ジョブの印刷モードがカラーモードかモノクロモードかによって決定することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1ないし3の何れかに1つ記載の画像形成装置において、前記ON・OFF制御により加熱を行う所定時間を、前記転写紙の用紙厚さにより決定することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1ないし3の何れかに1つに記載の画像形成装置において、前記ON・OFF制御により加熱を行う所定時間を、待機状態の経過時間と前記転写紙の用紙厚さとにより決定することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1ないし3の何れかに1つに記載の画像形成装置において、前記ON・OFF制御により加熱を行う所定時間を、復帰動作開始時点の前記加圧温度検知手段が検知した前記加圧部材の温度と前記転写紙の用紙厚さとにより決定することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1ないし3の何れかに1つに記載の画像形成装置において、前記ON・OFF制御により加熱を行う所定時間を、待機状態の経過時間と印刷ジョブの印刷モードがカラーモードかモノクロモードかによって決定することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1ないし3の何れかに1つに記載の画像形成装置において、前記ON・OFF制御により加熱を行う所定時間を、復帰動作開始時点の前記加圧温度検知手段が検知した前記加圧部材の温度と印刷ジョブの印刷モードがカラーモードかモノクロモードかによって決定することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1ないし11の何れかに1つに記載の画像形成装置において、静止加熱されている待機状態の前記定着部材における最高温度値と最低温度値との間に、通紙温度が設定されていることを特徴とする画像形成装置。
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