JP5494636B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
この電磁誘導加熱方式の定着装置は、励磁コイルに高周波電流を通電して発生した交番磁界により、ベルト状の定着部材の発熱層に渦電流を生じさせてジュール発熱させる構成となっており、定着部材の熱容量を小さくできるため、ウォームアップ時間の短縮や省電力等の点において、ヒーター加熱方式の画像形成装置よりも優れている。
当該特許文献に係る定着装置においては、発熱体として整磁合金を用いており、非通紙領域における発熱体の温度が上昇してキュリー温度になると、当該発熱体が強磁性から常磁性に変化し、この部分を通過する磁束密度が急激に減少して発熱量が低下するようになっている。これにより定着部材の非通紙領域の温度が、過度に昇温しないようにしている。
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであって、電磁誘導式の定着装置において、整磁合金を利用して定着部材の非通紙領域の過度の昇温を防止しつつ、定着ムラや光沢ムラの発生を抑制することができる定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
また、前記判定手段は、前記第1の制御において励磁コイルに供給する電力をフィードバック制御する際のパラメータの変化に基づき、非通紙領域がキュリー温度到達直前であるか否かを判定するようにしてもよい。
ここで、前記記録シートの種類は、記録シートのサイズおよび記録シートの厚みのうち少なくとも一方を含むこととしてもよい。
ここで、さらに、前記定着ジョブが、ウォームアップ完了後に実行されるジョブである場合に、前記予め設定された閾値は、ウォームアップ開始時の定着部材の通紙領域の温度に基づき補正されることとしてもよい。
ここで、前記電力制御手段における第1の制御から第2の制御への切り換えは、閾値に等しい通紙枚数に該当する記録シートの後端が前記定着装置のニップ部を通過してから、次の記録シートの先端が前記ニップ部に到達するまでの間に実行されることとしてもよい。
また、前記電力制御手段は、前記第1の制御から第2の制御に切り換えた後に励磁コイルに供給されている電力と、前記第1の制御から第2の制御に切り換える前に励磁コイルに供給されている電力との差が、一定の範囲内となった後に第1の制御に復帰することとしてもよい。
また、本発明の別の態様として、上記定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置としてもよい。
(1)プリンターの構成
図1は、本実施の形態に係るプリンター1の構成を示す図である。
同図に示すように、このプリンター1は、画像プロセス部3、給紙部4、定着装置5、制御部60等を備えている。
作像部3Yは、感光体ドラム31Yと、その周囲に配設された帯電器32Y、現像器33Y、一次転写ローラー34Y、および感光体ドラム31Yを清掃するためのクリーナー35Yなどを有しており、感光体ドラム31Y上にY色のトナー像を作像する。現像器33Yは、感光体ドラム31Yに対向し、感光体ドラム31Yに帯電トナーを搬送する。中間転写ベルト11は、無端状のベルトであり、駆動ローラー12と従動ローラー13に張架されて矢印C方向に周回駆動される。また、従動ローラー13の近傍には、中間転写ベルト上に残留するトナーを除去するためのクリーナー21が配置されている。
給紙カセットは、1つに限定されず、複数であってもよい。記録シートとしては、サイズや厚さの異なる用紙(普通紙、厚紙)を利用できる。給紙カセットが複数ある場合には、大きさまたは厚さまたは材質の異なる記録シートを複数の給紙カセットに収納することとしてもよい。
プリンター1の前面上部の操作しやすい位置には、操作パネル7(図4参照)が設けられている。操作パネル7は、複数の入力キーと液晶表示部を備え、液晶表示部の表面にはタッチパネルが積層されている。タッチパネルからのタッチ入力または入力キーからのキー入力により、ユーザからの指示を受け付け、制御部60に通知する。
(2)定着装置の構成
図2は、定着装置5の構成を示す部分断面斜視図であり、図3(a)(b)は、その要部における断面図を示す。図3(a)は、定着装置5の横断面図を示し、図3(b)は、定着ベルト155(図3(a)の点線矩形Dで示す部分)の詳細な構造を示す部分断面図を示す。
同図の符号Pで示す領域は、記録シートSが通過しない、定着ベルト155における非通紙領域を示す。
芯金152は、定着ローラー150を支持する部材であり、例えば外径が約20mmの円柱体で構成される。芯金152を構成する材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等を用いることができる。
整磁合金層155aは、キュリー温度に達するまでは強磁性体で、キュリー温度に達すると常磁性体となる性質を有し、キュリー温度に達するまでは、電磁誘導により発熱して定着ベルト155を昇温させ、キュリー温度に達すると電磁誘導による定着ベルト155の昇温を抑制する層である。
本実施の形態では、整磁合金層155aのキュリー温度は、定着時の制御目標温度(例えば、約180℃)より約50℃高い温度(例えば、約230℃)に設定されているものとする。
弾性体層162は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性体で、厚さ1〜20mmの範囲内の耐熱性の高い材料で構成される。離型層163は、加圧ローラー160と記録シートとの離型性を高めるための層であり、離型層155cと同様の材料及び厚さで構成することができる。加圧ローラー160の大きさとしては、例えば、外径約35mmのものを用いることができる。
励磁コイル173は、定着ベルト155の整磁合金層155aを電磁誘導加熱するための磁束を発生させるものであり、コイルボビン171に巻かれている。励磁コイル173から発生する交番磁束は、コア174及び裾コア172により、定着ベルト155に導かれ、定着ベルト155の整磁合金層155aの、主に磁束発生部170に対向する部分を貫き、この部分に渦電流を発生させて整磁合金層155a自体を発熱させ、定着ベルト155を昇温させる。
(3)制御部の構成
図4は、制御部60の構成と制御部60の制御対象となる主構成要素との関係を示す図である。制御部60は、同図に示されるように、CPU(Central Processing Unit)601、通信インターフェース(I/F)部602、ROM(Read Only Memory)603、RAM(Random Access Memory)604、画像データ記憶部605、印刷条件記憶部606、目標供給電力テーブル記憶部607、固定制御周波数テーブル記憶部608などを備える。
ROM603には、画像プロセス部3、給紙部4、IH電源190、操作パネル7等を制御するためのプログラムなどが格納されている。
RAM604は、CPU601がプログラムを実行する際のワークエリアとして用いられる。
印刷条件記憶部606は、上記外部端末から受け付けた印刷ジョブのデータから印刷条件を抽出して記憶している。ここで、「印刷条件」には、記録シートの印刷枚数、記録シートのサイズ、記録シートの紙種(普通紙、厚紙等)の指定等の情報が含まれるものとする。
固定制御周波数テーブル記憶部608は、定着ベルト155の非通紙領域がキュリー温度に到達する直前に、励磁コイル173へ供給する電力の制御をフィードバック制御から固定制御周波数による制御に切り換えるに際して、当該固定制御周波数を決定するための固定制御周波数テーブルが記憶されている。詳しくは後述する。
制御部60は、ROM603から必要なプログラムを読み出して、画像データ記憶部605に記憶された画像データに基づき、印刷条件に従って上記画像データプロセス部3、給紙部4などを統一的に制御して印刷ジョブを円滑に実行させる。また、印刷ジョブの実行に際し、中央サーミスター180や端部サーミスター181の検出結果に基づいてIH電源190を的確に制御して、定着ベルト155の温度制御を行う。
(4)IH電源190の構成
図5は、IH電源190の概要を示す回路図である。
ノイズフィルター199は、交流電源200から供給される電力に含まれる各種ノイズ成分を除去する。ダイオードブリッジ195は、ノイズ除去後の交流電源200の交流を整流する。そのプラス側の電圧がコイル194を介して、コンデンサー193と励磁コイル173とからなるLC共振回路におけるコンデンサー193と励磁コイル173の接続部Pに印加され、他方のマイナス側の電圧が、例えばIGBTからなるスイッチング素子192のエミッター側に印加される。
周波数制御部191は、CPU1911と制御周波数テーブル記憶部1912とを備える。
図6は、上記制御周波数テーブル記憶部1912に記憶されている周波数制御テーブルの具体例を示す。
制御部60は、中央サーミスター180により検出された定着ベルト155の通紙領域の表面温度に基づき、目標供給電力テーブル記憶部607の目標供給電力テーブルを参照して、当該通紙領域の表面温度を目標定着温度にするため励磁コイル173に供給すべき目標供給電力の値を決定し、その値をIH電源190の周波数制御部191に通知する。
その後、CPU1911は、電圧検知部196、電流検知部197による、励磁コイル173に実際に供給される電圧及び電流の検知結果に基づいて、励磁コイル173に供給されている電力を算出し、当該コイル供給電力が、制御部60から通知された目標供給電力に維持されるように上記制御周波数を調整してフィードバック制御する。
これは、定着ベルト155の非通紙領域の表面温度がキュリー温度に達すると、当該非通紙領域が常磁性体となって、励磁コイル173から発生した磁束が当該非通紙領域に導かれなくなり、その分、励磁コイル173から発生した磁束の内、励磁コイル173に戻る磁束量が増えるため、励磁コイル173のインダクタンスが大きくなり、その結果、IH電源190から供給される電圧と電流との間に位相差が発生し、無効電力が大きくなるからである。
なお、通紙領域における温度ムラの発生を説明するため、非通紙領域温度Tpの変化を示すグラフについては、定着ベルト155の周面のうち、キュリー温度到達時に励磁コイル173に対向していた部分の温度変化を想定して作成されている。
同図に示すようにウォームアップ制御により、通紙領域温度Tsが目標定着温度の180℃に達してプリントが開始されると(時刻t1)、非通紙領域温度Tpと通紙領域温度Tsの温度差がますます拡大し、非通紙領域温度Tpがキュリー温度に到達する直前から励磁コイル173への供給電力が徐々に下がり、それに対応して通紙領域温度Tsが破線Eで示すようにキュリー温度到達時(時刻t3)に大きく低下し、フィードバック制御により供給電力が回復するに伴って、通紙領域温度Tsも目標定着温度180℃まで上昇する(時刻t4)。
そこで、本実施の形態では、制御部60は、非通紙領域温度Tpのキュリー温度到達を予想し、その直前にIH電源190における供給電力のフィードバック制御を停止し、スイッチング素子192に出力する制御周波数を、上記電力低下を見越して予め設定された固定制御周波数に強制的に変更するように制御している(以下、このような制御を「固定周波数制御」という。)。
図7は、上記固定制御周波数テーブルの例を示すものである。
例えば、制御部60により通知されていた目標供給電力550Wをキュリー温度到達後も維持するためには、左端の制御周波数とB欄の供給電力の対応関係から、制御周波数47.3KHzとする必要があり、この値が固定制御周波数f4として設定されている(本例では、B欄の528Wに対応する制御周波数48KHzと、同じくB欄の560Wに対応する制御周波数47KHzを比例配分して、供給電力550Wに対応する制御周波数を求めている。)。
なお、本実施の形態では、キュリー温度よりも10℃低い220℃に到達したときに(時刻T2)に、キュリー温度到達直前であると判断するようにしている。
周波数制御部191は、制御部60から励磁コイル173への目標供給電力を、例えば550Wにするように通知されると、図6のA欄の550Wに対応する制御周波数(50KHz)を読み出して、スイッチング素子192を当該制御周波数で制御する。
連続通紙の際に、非通紙領域温度Tpが徐々に上昇し、キュリー温度に近付くにつれて、励磁コイル173の出力が低下していくが、初期の段階では、上記フィードバック制御で対応することができ、制御周波数を徐々に低下させて励磁コイル173への供給電力が550Wとなるように維持する。
この固定制御周波数への移行時に(この周波数移行に要する時間を以下「固定周波数移行時間」という。)、やや、励磁コイル173の出力が目標供給電力550Wを超える部分(J)が生じるが、電力が高くなる方向であり、その変動量も少ないので、定着ムラ、光沢ムラが発生するまでに至らない。
厳密に言えば、固定周波数制御に切り換える前の制御周波数と固定周波数の差分は、目標供給電力によって若干異なり、また、非通紙領域温度Tpの昇温速度は、通紙する記録シートのサイズや厚みによっても微妙に異なるので、キュリー温度到達直前と判定するための閾値温度も若干異なってくると考えられるが、上記許容範囲内であれば、それらの誤差要因に拘わらず閾値温度を一律に決定することが可能である。
しかしながら、急激に制御周波数を切り換えたため、キュリー温度到達後の電力がやや不安定になっている場合があり、そのままフィードバック制御に復帰すると、その後の温度制御に影響を与えるおそれがある。そこで、本実施の形態では、キュリー温度到達後の供給電力がキュリー温度到達直前に設定されていた目標供給電力に対して所定の設定電力範囲になったか否かを判定し、その場合に始めてフィードバック制御に復帰するようにしている(図のKの位置)。
なお、このように固定周波数制御時において、供給電力が設定電力範囲内まで安定するまでの待機時間は、実験などにより求めることができるので、供給電力が設定電力範囲になったか否かの判定に代えて、固定周波数制御に切り換えてから、当該待機時間経過後にフィードバック制御に切り換えても構わない。
図10は、本実施の形態において、ウォームアップ後などに印刷ジョブを実行する際に定着ベルト155を定着温度に維持するために実行される温調処理における制御内容を示すフローチャートであり、制御部60およびIH電源190の周波数制御部191により実行される。
まず、ステップS1において、温調制御が開始されるか否かを判定する。
この判定は、プリンター1への電源投入後、もしくは印刷ジョブを受け付けてスリープモード(節電のため励磁コイル173に電力供給を停止するモード)を解除した後、もしくはスタンバイ(印刷ジョブを受け付けると速やかに開始できるように、定着ベルト155を目標定着温度より若干低い温度で維持して待機するモード)を解除後などに定着ベルト155の温度を目標定着温度(180℃)まで上昇させるための制御を実行した後に、温調開始と判定される。
そして、中央サーミスター180の検出温度を取得し(ステップS3)、目標定着温度との比較結果から目標供給電力テーブル記憶部607内のテーブルを参照して、目標定着温度を維持するため励磁コイル173に供給すべき目標供給電力を決定する(ステップS4)。
CPU1911は、電圧検知部196と電流検知部197の検出値をサンプリングして励磁コイル173への供給電力を監視しており、この電力が上記目標供給電力に維持されるように制御周波数を調整してフィードバック制御する(ステップS6)。
例えば、実行中の印刷ジョブが終了したとき、もしくは当該印刷ジョブ終了後、所定時間経過したときに、温調を終了すべきと判定する。
温調を、まだ終了しない場合には(ステップS7:NO)、次のキュリー温度到達直前判定処理を実行する(ステップS8)。
まず、端部サーミスター181で検出された非通紙領域温度Tpを取得し(ステップS21)、当該非通紙領域温度Tpが、既述のようにして予め設定された閾値温度(本例では220℃)に到達したか否か(Tp≧220℃)を判定する(ステップS22)。
その後、図10のフローチャートにリターンする。
そして、図10のステップS9においてF=1であるか否かを判定し、F=1でない場合には(ステップS9:NO)、まだ、キュリー温度到達直前ではないので、ステップS3に戻って、ステップS6までのフィードバック制御を繰り返す。
ステップS11において、検知電力が設定電力範囲内であると判定されると(ステップS11:YES)、フィードバック制御に復帰させるべく、図6の制御周波数テーブルにおけるB欄を選択する(ステップS12)。
フローチャートが循環して、ステップS7において温調終了と判定されると温調処理を終了して、不図示のメインフローチャートにリターンする。
なお、上述したようにステップS11における検知電力が設定電力範囲内であるか否かの判定に代えて、固定周波数制御に切り換えてからの経過時間を計測し、この時間が励磁コイルの出力が安定しているとして予め求められている待機時間を経過したか否かを判定し、経過した場合に次のステップS12に移行するようにしても構わない。この待機時間は例えば1秒程度であり、予めROM603に格納されている。
<変形例>
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、次のような変形例も考えることができる。
上記実施の形態における温調処理では、端部サーミスター181で検出された非通紙領域温度Tsが所定の閾値温度(220℃)に到達したときに定着ベルト155の非通紙領域がキュリー温度到達直前であると判定した(図11のキュリー温度到達直前判定処理参照)。
(1−1)第1変形例
本変形例では、IH電源190のCPU1911からスイッチング素子192に出力される制御周波数の変化により、定着ベルト155の非通紙領域の温度がキュリー温度到達直前であるか否かを判定するようにしている。
横軸は、制御周波数[KHz]、縦軸は励磁コイル173に供給される電力[W]を示している。
直線61は、定着ベルト155全体が目標定着温度に維持されている状態における制御周波数と供給電力との関係を示しており、直線62はA4Tサイズで連続通紙した場合における非通紙領域Tpがキュリー温度に到達したときにおける制御周波数と供給電力との関係、直線63は、定着ベルト155の全領域がキュリー温度に到達したときにおける制御周波数と供給電力との関係をそれぞれ示している。
そこで、例えば、同一の制御周波数に対して直線61と直線62の間を所定比で比例配分した点を通過する直線64を考えて、当該直線64まで電力が低下した場合に、キュリー温度到達直前であると判別することが可能である(以下では、直線64を「閾値直線」と呼び、当該閾値直線64の各制御周波数における値を「閾値供給電力」という。)。
もっとも、CPU1911は、励磁コイル173に供給される電力が、目標供給電力に維持されるようにフィードバック制御しているので、供給電力値は、キュリー温度到達前において閾値供給電力以下まで落ち込むことはない。
具体的に、例えば、制御部60から通知された目標供給電力が550Wであるとき、CPU1911は、上述のように当初50KHzの制御周波数でスイッチング素子192を制御するが、無効電力が増加してコイル供給電力が徐々に低下していくと当該550Wを維持すべくフィードバック制御により制御周波数を低下させていく。仮に、フィードバック制御が機能しないとしてそのまま閾値供給電力まで電力が低下すると、これを目標供給電力の550Wを維持するためには、図12の閾値曲線64上で供給電力550Wに対応する制御周波数48.5KHzで制御することになる。
このように各目標供給電力に対応して閾値制御周波数が図12のグラフにより予め求められて閾値制御周波数テーブルが作成されてROM603内に格納されている。
図14は、本変形例に係るキュリー温度到達直前判定処理における制御内容を示すフローチャートである。
次に、現在のCPU1911に通知している目標供給電力に対応する閾値制御周波数Ftを図13に示す閾値制御周波数テーブルを参照して取得する(ステップS32)。
そして、上記現在の制御周波数Faが閾値制御周波数Ft以下(Fa≦Ft)であるか否かを判定する(ステップS33)。
上記処理が終了すると、図10のフローチャートにリターンし、ステップS9により上記フラグを判定して、F=1であれば(ステップS9:YES)、固定制御周波数に基づく制御に切り換える(ステップS10)。
また、定着ベルト155の非通紙領域温度Tpがキュリー温度に近付くと、励磁コイル173のリアクトル値が変化することによりIH電源190のLC共振回路で生じる共振波形が変化するので、この変化状態を示すパラメータを利用してキュリー温度到達直前であるか否かの判定を行うことも可能である。
P点とスイッチング素子192のエミッター間には、ダイオードブリッジ195から出力された電圧Vdcが印加されており(図5参照)、この状態で、CPU1911からの制御周波数によりスイッチング素子192がONになると、図15(a)に示すように、励磁コイル173およびスイッチング素子192のコレクター・エミッター間をそれぞれ電流Ic1および電流Ic2が流れ出す(図16の(a)の部分参照)。
コンデンサー193の充電が完了すると、今度はコンデンサー193に充電された電気量が放電され、励磁コイル173に逆方向の電流が流れ、Q点における電位が下降する(図16の(c)の部分参照)。
その後、制御周波数によるスイッチング制御信号のON/OFFの変化に応じて、上記図16(a)〜(b)が繰り返される。
そして、定着ベルト155の非通紙領域温度Tpがキュリー温度に近付いて磁性が変化するにつれて、励磁コイル173のリアクトル値が変化して、その共振波形を生じる時間が長くなる傾向にある。
同図に示す例では、キュリー温度到達前において1個の共振波形の発生する時間(以下、「LC共振時間」という。)が7μsであったものが(図17(a)参照)、キュリー温度到達後には、9μsまで長くなっている(図17(b)参照)。
そこで、本変形例では、IH電源190において、図5の2点鎖線に示すように、Q点の電位がCPU1911に入力されるような回路を形成し、CPU1911により当該LC共振時間を検出するようにしている。このLC共振時間は、例えば、CPU1911内部のコンパレータによりQ点の電位と基準電位「Vo」とを比較し、Q点の電位が基準電位より高いときの時間を測定することにより得ることができる。
図19は、本変形例に係るキュリー温度到達直前判定処理の制御内容を示すフローチャートである。
次に、現在CPU1911に通知している目標供給電力に対応する閾値共振時間Rtを、図18に示す閾値共振時間テーブルを参照して取得する(ステップS42)。
Ra≧Rtであれば、キュリー温度到達直前であると考えられるので、フラグF=1に設定し(ステップS43:YES、ステップS44)、Ra≧Rtでなければ、キュリー温度到達直前にいたっていないことを示すべく、フラグF=0に設定する(ステップS43:NO、ステップS45)。
なお、図17(a)(b)に示すように、LC共振時間は、スイッチング制御信号のOFFの時間(以下。「OFF時間」という。)と等しいので、このOFF時間を監視してもキュリー温度到達直前の判定を行うことができる。OFF時間は、例えば、CPU1911が自ら生成する制御周波数のOFFの状態を検出してクロックをカウントすることにより容易に得られる。
この変形例では、連続して通紙される記録シートの枚数に基づき、キュリー温度到達直前を判定するようにしている。
非通紙領域が過度に昇温するのは、連続通紙の際に非通紙領域では記録シートに熱を奪われないにも拘わらず、通紙領域温度Tsを一定の定着温度に維持するため励磁コイル173に電力を供給するためであるから、当該連続プリント枚数をカウントすることにより、非通紙領域温度Tpがキュリー温度到達直前であるか否かの判定基準となりうる。この際、通紙する記録シートの厚みやサイズによって、非通紙領域の範囲とその昇温特性が変化する。
図20は、基本閾値枚数テーブルの例であり、通紙する記録シートサイズごとに基本となる閾値枚数が登録されている。当該テーブルにおいて、例えばA4Tとは、A4サイズの記録シートを縦方向に通紙した場合を意味する。ここで、普通紙は通常使用される複写用紙であり、通常坪量が62g/m2〜71g/m2の範囲の用紙をいい、厚紙は、坪量が210g/m2〜244g/m2の範囲をいう。
また、記録シートのサイズが小さいほど、非通紙領域の幅が大きくなり、定着ベルト155の両端部からの放熱量に対して蓄熱される熱量が大きくなるので、この場合にも非通紙領域が昇温しやすい条件となり、閾値枚数も少なくなる。
既述にように、この印刷条件には、印字枚数、記録シートのサイズ情報および、普通紙か厚紙かの紙種に関する情報が含まれており、外部端末のプリンタドライバで印刷ジョブを発行する際にユーザにより入力され、印刷ジョブのデータに付加されるものである。
そして、次に各種の条件に応じて上記基準閾値枚数を補正する閾値枚数補正処理を実行する(ステップS53)。
まず、温湿度センサー182の検出値を参照して、装置内の温湿度情報(定着装置5側からみれば周囲の温湿度情報)を取得する(ステップS61)。
そして、この温湿度情報に基づき、図21の補正テーブルH1に基づき、上記基準閾値枚数を補正する。
もし、温湿度情報がNN環境であれば、基準閾値枚数の環境と同じなので、補正枚数は0枚である。
反対に、HH環境であると、熱が逃げにくく非通紙領域温度Tpの昇温速度がNN環境時よりも増大するので、閾値枚数を減ずる補正を行う。
もし、ウォームアップ直後になされるものであれば(ステップS63:YES)、ウォームアップ開始時における通紙領域温度Tsを取得する(ステップS64)。
本変形例では、ウォームアップ開始時に中央サーミスター180の出力を取得してRAM604に記憶するように構成されており、ステップS64では、このRAM604の記憶されている内容を参照して当該ウォームアップ開始時における通紙領域温度Tsを取得する。
図22に示すようにこの補正テーブルH2は、ウォームアップ開始温度の範囲ごとに、各記録シートサイズや紙種に応じた閾値枚数を補正するように構成されている。
まず、ウォームアップ開始温度が、16〜30℃の範囲の場合は、基本閾値の取得条件と同じなので、補正の必要はなく、補正枚数は「0」枚である。
一方、ウォームアップ開始温度が、31℃以上の場合には、その温度が高いほど前回の印刷ジョブ終了後、あまり時間が経過していないと考えられる。この場合には非通紙領域温度Tpと通紙領域温度Tsとの温度差がまだ解消されずに残っており、そのまま通紙領域温度が定着温度に到達するようにウォームアップして印刷ジョブを実行すると非通紙領域温度Tpがすぐにキュリー温度に到達すると考えられるため、同テーブルではウォームアップ開始時の温度が31℃よりも高くなるほど、閾値枚数が少なくなるように補正するよう構成されている。
既述のようにスタンバイとは、印刷ジョブ終了後、次の印刷ジョブを受け付けると短時間で実行できるように定着ベルト155を目標定着温度よりも若干低い温度(例えば150℃)に維持する制御モードを意味する。
そして、取得したスタンバイ時間に基づき、図23に示される補正テーブルH3を参照して、閾値枚数を補正する(ステップS67)。
このようにして、基準閾値枚数の補正処理を実行した後、図24のフローチャートにリターンし、ステップS54において現在実行されている印刷ジョブの連続プリント枚数が上記補正後の閾値枚数以上になったか否かを判定する。
そして、連続プリント枚数が、補正後の閾値枚数以上になれば(ステップS54:YES)、キュリー温度到達直前と判断し、F1=1に設定する(ステップS55)。
)、キュリー温度到達直前には達していないと判断し、F1=0に設定する(ステップS55)。
上記処理が終了すると、図10のフローチャートにリターンし、ステップS9により上記フラグを判定して、F=1であれば(ステップS9:YES)、固定制御周波数に基づく制御に切り換える(ステップS10)。
上記のように記録シートの紙間で固定周波数制御に切り換えることにより、当該温度変化が生じても記録シートのトナー像の定着に一切影響しないようにすることができる。
また、本変形例においては連続プリント枚数に基づき、キュリー温度到達直前を判定するようにしたが、記録シートのサイズごとに1枚のプリント時間が分かっているので、連続プリント枚数に代えて、各サイズごとに連続プリント時間の閾値時間が設定され、この閾値に基づいて、キュリー温度到達直前の判定を行うようにしてもよい。
また、上記では記録シートのサイズと普通紙か厚紙の種類に応じて、閾値枚数を決定しているが、機種によっては厚紙を使用できないものや、一定のサイズの記録シートしか使用できないものもあり得るので、必ずしもそれらの全ての分類に応じて、閾値枚数を設定する必要はない。
(2)その他の変形例
(2−1)上記第3変形例では、記録シートが定着装置5のニップ部に介在しないときに固定周波数への切り換えが実施できる旨説明した。
そこで、本変形例では、上記第3の変形例以外でも、定着装置5のニップ部に記録シートが介在しないとき、すなわち、連続して搬送される先の記録シートの後端がニップ部を抜けて、続く記録シートの先端がニップ部到達するまでの間(紙間)に、上記固定制御周波数に切り換えられるようにしている。
本変形例では、まず、ステップS8のキュリー温度到達直前判定処理の前に、給紙タイミング制御処理(ステップS71)を実行している点に特徴がある。
図27は、当該給紙タイミング制御処理のサブルーチンの内容を示すフローチャートであって、ここでは、便宜上、キュリー温度到達直前の判定が、非通紙領域温度Tpに基づき実行される構成(図11参照)を前提として示されている。
この所定温度は、キュリー温度到達直前判定のための閾値温度(220℃)よりも低い温度であって、当該閾値温度に到達するよりも所定時間tcだけ早い時刻における非通紙領域温度Tpの温度が設定される。
図8に示すように非通紙領域温度Tpの変化特性は予め求められるので、当該所定時間tcだけ早いときの非通紙領域温度Tpの温度を求めることができ、その値がROM603内に格納されている。
記録シートは、タイミングローラー44でタイミングを取りながら規則正しい間隔をおいて給紙されるので、前回のタイミングローラー44による給紙のタイミングに基づき、所定時間tc経過後において給紙されるべき記録シート先端の位置を計算により求めることができる。当該記録シートの先端の位置と記録シートの搬送方向における長さの情報(印刷条件から取得)により、当該記録シートが、非通紙領域温度Tpのキュリー温度到達直前の時点で定着装置5のニップ部に介在しているか判定することができる。
すなわち、上述のようにキュリー温度到達直前における時点で給紙されている記録シートの先端の位置がわかるので、その記録シートの先端が、少なくとも固定周波数制御に切り換える際には、定着装置5のニップ部に突入しないだけの時間、当該給紙のタイミングが遅れるように、画像プロセス部3における各感光体ドラムへの露光部による書き込みのタイミングとタイミングローラー44の駆動のタイミングを遅延させる制御を実行し、図26のフローチャートにリターンし、ステップS8のキュリー温度到達直前判定処理を実行する。
ステップS9において、F=1である場合には(ステップS9:YES)、キュリー温度到達直前であると判断して、制御部60は、制御周波数を所定の固定制御周波数に切り換えるようCPU1911に指示する。CPU1911は当該指示に従いフィードバック制御を停止して、固定制御周波数によりスイッチング素子192を制御する(ステップS10)。
その後、励磁コイル173への供給電力が所期の設定電力範囲内になっているか否かを判定し(ステップS11)、所定の範囲内であると判定されると(ステップS11:YES)、次に、定着装置5のニップ部に記録シートが介在するか否かを判定する(ステップS72)。
もし、ステップS72において、記録シートがニップ部に介在していると判定された場合には(ステップS72:NO)、フィードバック制御へ復帰するのを禁止し、介在中の記録シートの通過を待って、ステップS12以降のフィードバック制御に復帰する。
また、固定周波数制御からフィードバック制御への復帰も、必ず記録シートがニップ部に介在していないときに行っているので、この場合でも当該制御切り換えに際し、励磁コイル173に供給する電力に多少変動が生じたとしてもトナー画像の定着に全く影響を与えない。
また、対応関係を示すテーブルの代わりに、対応関係を示す関係式を記憶してこれに基づき、制御周波数や各種の閾値などの各種制御用パラメータを取得するようにしてもよい。
(2−4)また、定着装置5において、定着ベルト155を押圧してニップ部を形成する押圧部材は、加圧ローラーに限らず、長尺のパッド状のものであっても構わない。
さらに、当該定着装置5が適用される画像形成装置の例として、タンデム型のカラープリンターについて説明したが、上述のように電磁誘導方式であって、整磁合金を利用して非通紙領域における過昇温を防止する構成を有する定着装置を備えた画像形成装置であれば、モノクロのプリンターであってもよく、もちろん複写機、ファクシミリ装置、複合機などであっても適用できる。
3 画像プロセス部
4 給紙部
5 定着装置
60 制御部
150 定着ローラー
155 定着ベルト
160 加圧ローラー
170 磁束発生部
173 励磁コイル
180 中央サーミスター(通紙領域温度検出手段)
181 端部サーミスター(非通紙領域温度検出手段)
182 温湿度センサー
190 IH電源(電力供給手段)
191 周波数制御部
196 電圧検知部
197 電流検知部
606 印刷条件記憶部
607 目標供給電力テーブル記憶部
608 固定制御周波数テーブル記憶部
1911 CPU
1912 制御周波数テーブル記憶部
Claims (15)
- 励磁コイルにより電磁誘導されて発熱する定着部材の表面に押圧部材を押圧してニップ部を形成し当該ニップ部に通紙された記録シート上の未定着画像を熱定着すると共に、キュリー温度が目標定着温度よりも所定温度だけ高く設定されている整磁合金層を用いて定着部材の非通紙領域における昇温を抑制する構成を有する定着装置であって、
前記定着部材における記録シートの通紙領域の温度を検出する通紙領域温度検出手段と、
前記定着部材の非通紙領域の温度が、キュリー温度に到達する直前であるか否かを判定する判定手段と、
前記励磁コイルに供給する電力を制御するためのパラメータを決定する電力制御手段と、
前記決定されたパラメータに従って前記励磁コイルに電力を供給する電力供給手段と、
を備え、
前記電力制御手段は、
前記判定手段により非通紙領域の温度がキュリー温度到達直前であると判定されるまでは、前記通紙領域温度検出手段による検出結果に基づいて前記励磁コイルに供給すべき目標供給電力を決定し、パラメータを調整して励磁コイルに供給する電力が前記目標供給電力に維持されるようにフィードバック制御する第1の制御を実行し、
前記判定手段により非通紙領域の温度がキュリー温度到達直前であると判定されたときに、前記パラメータを当該キュリー温度到達直前の供給電力とキュリー温度到達後の供給電力との差分が許容範囲内となるように予め設定されている固定のパラメータに切り換えて励磁コイルに供給する電力を制御する第2の制御を実行する
ことを特徴とする定着装置。 - 定着部材の非通紙領域の温度を検出する非通紙領域温度検出手段を備え、
前記判定手段は、前記非通紙領域温度検出手段による検出結果に基づき、キュリー温度到達直前であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記判定手段は、前記第1の制御において励磁コイルに供給する電力をフィードバック制御する際のパラメータの変化に基づき、非通紙領域がキュリー温度到達直前であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記電力供給手段は、LC共振回路と、このLC共振回路への電流供給をオン・オフするスイッチング素子を含むと共に、前記パラメータは、前記スイッチング素子をオン・オフ制御する制御周波数であって、
前記判定手段は、前記第1の制御における前記LC共振回路の共振時間の変化もしくはスイッチング素子がオフとなっている時間の変化に基づき、非通紙領域がキュリー温度到達直前であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記判定手段は、実行中の定着ジョブにおける連続通紙枚数を指標する値が、記録シートの種類に応じて予め設定された閾値に到達するとキュリー温度到達直前であると判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記記録シートの種類は、記録シートのサイズおよび記録シートの厚みのうち少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項5に記載の定着装置。 - 前記予め設定された閾値は、周囲の温度および湿度のうち少なくとも温度に関する情報に基づき補正される
ことを特徴とする請求項5または6に記載の定着装置。 - 前記定着ジョブが、ウォームアップ完了後に実行されるジョブである場合に、
前記予め設定された閾値は、ウォームアップ開始時の定着部材の通紙領域の温度に基づき補正される
ことを特徴とする請求項5から7までのいずれかに記載の定着装置。 - 前記定着ジョブが、スタンバイ状態を解除した後に実行されるジョブである場合に、
前記予め設定された閾値は、当該スタンバイ状態であった時間に基づき補正される
ことを特徴とする請求項5から7までのいずれかに記載の定着装置。 - 前記電力制御手段における第1の制御から第2の制御への切り換えは、閾値に等しい通紙枚数に該当する記録シートの後端が前記定着装置のニップ部を通過してから、次の記録シートの先端が前記ニップ部に到達するまでの間に実行される
ことを特徴とする請求項5から9までのいずれかに記載の定着装置。 - 前記電力制御手段は、
前記第1の制御から第2の制御に切り換えた後、所定時間経過すると第1の制御に復帰する
ことを特徴とする請求項1から10までのいずれかに記載の定着装置。 - 前記電力制御手段は、
前記第1の制御から第2の制御に切り換えた後に励磁コイルに供給されている電力と、前記第1の制御から第2の制御に切り換える前に励磁コイルに供給されている電力との差が、一定の範囲内となった後に第1の制御に復帰する
ことを特徴とする請求項1から10までのいずれかに記載の定着装置。 - 前記ニップ部に記録シートが介在しているか否かを判定するシート介在判定手段と、
前記ニップ部に記録シートが介在しているときは、前記電力制御手段が前記第2の制御から第1の制御へ復帰するのを禁止し、前記ニップ部に記録シートが介在しなくなったときに前記禁止を解除する復帰禁止手段と
を備えることを特徴とする請求項11または12に記載の定着装置。 - 請求項1から13までのいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
- 定着部材の非通紙領域の温度が、キュリー温度に到達する直前となる時期を予測する予測手段と、
記録シートを給紙する給紙手段と、
給紙された記録シートにトナー像を形成する画像形成手段と、
前記給紙手段による記録シートの給紙動作と、前記画像形成手段によるトナー像形成動作とを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記予測された時期に、記録シートが定着装置のニップ部に介在しないように前記給紙動作とトナー像形成動作とを制御する
ことを特徴とする請求項14に記載の画像形成装置。
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