JP5762609B2 - 加熱装置および検出温度の補正方法 - Google Patents

Description

この明細書に記載の実施形態は、例えば用紙上の未定着トナー画像を加熱・加圧して定着する定着器等の加熱装置におけるヒートローラの温度制御の技術に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、定着器の温度制御は、非接触温度検出手段を用いてヒートローラの外周面の温度を非接触で検出し、制御部により所定の定着温度に制御する。

非接触温度検出手段として高価なサーモパイルに代えて安価な非接触サーミスタを用いてヒートローラの表面温度を測定することが提案されている（特許文献１）。

非接触サーミスタは、サーモパイルに比べて測定対象であるヒートローラ表面とのギャップや周辺温度の影響により温度の検出精度の低下を招き、高精度の温度制御ができない場合がある。また、非接触サーミスタの取り付け状態によってはヒートローラ表面とのギャップにばらつきが生じ、ヒートローラを精度良く制御できないおそれがある。

特開２００９−１７５５３８号公報

本発明の目的は、メインサーミスタに非接触サーミスタを用いてヒートローラを高精度に温度制御できる加熱装置および検出温度の補正方法を提供するものである。

実施形態の加熱装置は、加熱部材と加圧部材とのニップ部に通紙されるシート上のトナー画像を加熱する加熱装置であって、前記加熱部材とギャップを有して配置され、該加熱部材の温度を検出する非接触サーミスタと、前記加熱部材と接触して該加熱部材の温度を検出する接触サーミスタと、前記接触サーミスタの検出温度との比較により前記非接触サーミスタの検出温度に対する補正量を予め求める検出温度補正部と、加熱装置の周辺温度を検出する周辺温度検出手段と、前記検出温度補正部で求めた補正量を前記周辺温度検出手段で検出した周辺温度に基づいて更に補正する周辺温度補正部と、を有し、前記周辺温度補正部は、前記補正量を求めた際の前記周辺温度検出手段で検出した補正時周辺温度と、加熱装置の立ち上げ時における前記周辺温度検出手段で検出した立ち上げ時周辺温度とに基づいて前記補正量を更に補正する周辺補正量を求める。

実施形態の検出温度の補正方法は、加熱部材と加圧部材とのニップ部に通紙されるシート上のトナー画像を加熱する加熱装置における前記加熱部材に対して非接触状態に配置する非接触サーミスタが検出する非接触サーミスタ検出温度を補正する検出温度の補正方法であって、接触サーミスタが前記加熱部材に接触状態で検出する接触サーミスタ検出温度と、前記非接触サーミスタ検出温度との比較により、前記非接触サーミスタ検出温度に対する補正量を予め求め、前記補正量を求めた際に周辺温度検出手段が検出する前記加熱装置の補正時周辺温度と、前記加熱装置の立ち上げ時における前記周辺温度検出手段が検出した立ち上げ時周辺温度に基づいて、前記補正量を更に補正する周辺補正量を求め、前記補正量に前記周辺補正量を加える。

加熱装置を定着器に適用した実施形態の概略構成を示す図。 図１のヒートローラに対する非接触サーミスタと接触サーミスタとの配置位置を示す図。 制御部の回路ブロック図。 図３の制御部による補正処理の流れを示すフローチャート。 表１に示す補正量と補正時の周辺温度との関係より、係数ａを求める係数算出図表。

以下、加熱装置を図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図１は加熱装置を定着器に適用した実施形態の概略構成を示す図、図２は図１のヒートローラに対する非接触サーミスタと接触サーミスタとの配置位置を示す図、図３は制御部の回路ブロック図、図４は図３の制御部による補正処理の流れを示すフローチャートである。

図１および図２において、定着器１は、不図示の画像形成装置本体内に配置され、用紙上の未定着トナー画像を加熱・加圧により定着する。定着器１は、不図示の加圧手段により加熱部材である定着ローラ（ヒートローラ）３と加圧部材である加圧ローラ（プレスローラ）５とが加圧接触し、両ローラが加圧接触するニップ部に未定着トナー画像が転写された用紙が通紙される。ヒートローラ３は、例えば中空部内に収容したハロゲンランプ等の加熱源７への通電により加熱される。ヒートローラ３とプレスローラ５はローラ駆動モータ（不図示）により駆動される。

ヒートローラ３の外周面に対向して第１の非接触サーミスタ９と第２の非接触サーミスタ１１とが所定のギャップを有して配置され、ヒートローラ３の外周面の温度をそれぞれ検出する。第１の非接触サーミスタ９はヒートローラ３の長さ方向の中央部に配置され、第２の非接触サーミスタ１１は用紙の最大通紙領域の片端部に配置されている。また、接触サーミスタ１３をヒートローラ３の外周面に接触させてヒートローラ３の外周面の温度を検出する。接触サーミスタ１３は、第２の非接触サーミスタ１１の配置位置とは反対側であるヒートローラ３の長さ方向の他方端部に配置され、用紙の最大通紙領域の他方端よりも外側に配置されている。

用紙の通紙領域内に第１の非接触サーミスタ９と第２の非接触サーミスタ１１を配置することで、ヒートローラ３の外表面にサーミスタによる接触痕の形成を防止し、この接触痕による定着画像への影響を排除している。ヒートローラ３とプレスローラ５の外周面に付着したトナーは剥離爪１５により剥離される。

図３に示す制御部２０は、加熱源７への通電制御を行う処理部（ＣＰＵ）２１と、メモリ２２を有する。メモリ２２は、例えば半導体メモリであり、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と処理部２１に一時的な作業領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とを有する。前記ＲＯＭには、後述する図４の処理のフローチャート、表１に示す周辺温度を考慮した補正テーブル、図５に示す補正量と補正時の周辺温度との関係より、係数ａを求める係数算出図表、表２に示すサーミスタ切り替えテーブルが格納されている。

制御部２０には、第1非接触サーミスタ９、第２非接触サーミスタ１１、接触サーミスタ１３がそれぞれ検出した温度検出信号が出力される。また画像形成装置本体に設けられた周辺温度検知センサ２３が検出した周辺温度検出信号が出力され、電源スイッチ２７からの電源オン信号（立ち上げ信号）が出力される。

さらに、制御部２０は、加熱源７やローラ駆動モータ２５の駆動制御を行う。

本実施形態において、第１の非接触サーミスタ９と第２の非接触サーミスタ１１をメインのサーミスタとして使用し、接触サーミスタ１３をメインサーミスタの補正用、及びサブのサーミスタとして使用する。

本実施形態において、定着器１を備えた画像形成装置をユーザに納品する前に、メインサーミスタである第１の非接触サーミスタ９と第２の非接触サーミスタ１１の温度補正を行う。この温度補正は、制御部２０のメモリ２２から補正モードを呼び出し、処理部２１において図４に示すフローチャートに基づいて実行される。この補正は、第１の非接触サーミスタ９と第２の非接触サーミスタ１１について、配置位置におけるヒートローラ３の外周面の想定される想定温度と、第１の非接触サーミスタ９と第２の非接触サーミスタ１１の検出温度との差によりを補正値とする。

具体的には、接触サーミスタ１３の検出温度を所定の温度に維持するように加熱源７を通電制御する。その際、第１の非接触サーミスタ９が検出するヒートローラ３の温度検出部位の温度と、第１の非接触サーミスタ９が検出する検出温度との差が補正値となる。この処理を図４のフローチャートに従って以下に説明する。なお、ＴＥは接触サーミスタ１３の検知温度、Ｔｃ１は補正モード立ち上げ時の目標温度、Ｔｃ２は補正モード制御温度、ｔｃは制御温度維持時間である。

Ａｃｔ１において、接触サーミスタ１３の検出温度ＴＥが補正モード立ち上げ時の目標温度Ｔｃ１未満であるか否かを判定し、目標温度Ｔｃ１未満であればＡｃｔ２に進み、目標温度Ｔｃ１を超えているとＡｃｔ５に進む。

Ａｃｔ２において、加熱源７へ通電し、ヒートローラ３を加熱し、Ａｃｔ３に進む。

Ａｃｔ３において、接触サーミスタ１３の検出温度ＴＥが補正モード制御温度Ｔｃ２に達したか否かが判定され、達しているとＡｃｔ４に進み、達していなければＡｃｔ２に戻って加熱を続行する。

Ａｃｔ４において、加熱源７への通電をオフし、Ａｃｔ５に進む。

Ａｃｔ５において、タイマーｔのカウントを開始し、Ａｃｔ６に進む。

Ａｃｔ６において、接触サーミスタ１３の検出温度ＴＥが補正モード制御温度Ｔｃ２未満であるか否かが判定され、補正モード制御温度Ｔｃ２未満であるとＡｃｔ７に進み、そうでなければＡｃｔ１０に進む。

Ａｃｔ７において、加熱源７への通電を行い、ヒートローラ３を加熱し、Ａｃｔ８に進む。

Ａｃｔ８において、接触サーミスタ１３の検出温度ＴＥが補正モード制御温度Ｔｃ２に達したか否かが判定され、達しているとＡｃｔ９に進み、達していなければＡｃｔ７に戻って加熱を続行する。

Ａｃｔ９において、加熱源７への通電をオフし、Ａｃｔ１０に進む。

Ａｃｔ１０において、接触サーミスタ１３の検出温度ＴＥが補正モード制御温度Ｔｃ２に維持され、且つタイマーｔのカウント時間が制御温度維持時間ｔｃを超えるまでＡｃｔ６−８の動作が行われＡｃｔ１１に進む。

Ａｃｔ１１において、第１非接触サーミスタ９と第２非接触サーミスタ１１の検出温度を読み取り、Ａｃｔ１２に進む。その際、周辺温度検知センサ２３で検出した周辺温度をメモリ２２に格納する。ここで、第１非接触サーミスタ９の検出温度をＴ３１（第１検出温度）、第２非接触サーミスタ１１の検出温度をＴ３２（第2検出温度）とする。

Ａｃｔ１２において、第１非接触サーミスタ９と第２非接触サーミスタ１１の補正量（Ｔ１、Ｔ２）を計算し、本処理を終了する。

ここで、接触サーミスタ１３の検知温度がＴＥに維持された状態で、ヒートローラ３における第１接触サーミスタ９の測定部位の第１温度Ｔ２１と、第２接触サーミスタ１１の測定部位の第２温度Ｔ２２は既知である。したがって、既知の第１温度Ｔ２１と第１検出温度Ｔ３１との差（Ｔ２１−Ｔ３１）が第1補正量（Ｔ１）となる。同様に、既知の第２温度Ｔ２２と第２検出温度Ｔ３２との差（Ｔ２２−Ｔ３２）が第２補正量（Ｔ２）となり、これらの補正量をメモリ２２に格納する。

すなわち、定着器１へシートを通紙する通紙時において、シートによってヒートローラ３の熱が奪われるため、ニップ部の温度を非接触サーミスタ９、１１によって検出し所定の定着温度に制御する必要があるが、非接触サーミスタ９、１１の検出温度はヒートローラ３とのそれぞれのギャップによって実温度よりも低く検出される。このため、第１補正量（Ｔ１）と第２補正量（Ｔ２）を検出温度に加えて制御を行う。

ところで、非接触サーミスタ９、１１の第１検出温度Ｔ３１、第２検出温度Ｔ３２は検出時の周辺温度によっても影響される。

このため、第１補正量（Ｔ１）と第２補正量（Ｔ２）を求めたときの補正時周辺温度（ＴＡ）と、第１非接触サーミスタ９と第２非接触サーミスタ１１で制御するとき、周辺温度検出センサ２３で検出した定着器の立ち上げ時の立ち上げ時周辺温度（ＴＢ）が違う場合は、第１補正量（Ｔ１）と第２補正量（Ｔ２）の値と、補正時周辺温度ＴＡ、立ち上げ時周辺温度ＴＢの温度差によっても補正を加える。この周辺温度差による第１補正量Ｔ１に対する第１周辺補正量をＴ４１、第２補正量Ｔ２に対する第２周辺補正量をＴ４２は、下記の表１及び図５の図表により求める。表１において、ａ１は第１補正量Ｔ１に対する係数、ａ２は第２補正量Ｔ２に対する係数を示し、図５に示すように共にａの値である。

表１に示すように、第１周辺補正量Ｔ４１と第２周辺補正量Ｔ４２は、第１補正量Ｔ１と第２補正量Ｔ２を求める補正時の周辺温度（ＴＡ）が２０℃未満の場合、２０℃以上の場合に分けて求めるようにしている（式１〜式４）。さらに、補正時周辺温度が２０℃未満の場合では、立ち上げ時（例えば電源オン時、あるいは待機状態から定着可能状態に切り替わる時）の周辺温度ＴＢが２０℃未満の場合、２０℃以上の場合に分けて求めるようにしている。また補正時周辺温度（ＴＡ）が２０℃以上の場合でも立ち上げ時周辺温度ＴＢが２０℃未満、２０℃以上の場合に分けて第１周辺補正量Ｔ４１と第２周辺補正量Ｔ４２を求めるようにしている。

表１に示す式１と式２は、補正時周辺温度（ＴＡ）と立ち上げ時周辺温度（ＴＢ）との差に所定の係数（ａ１、ａ２）を掛けた値を、更に補正量（Ｔ１、Ｔ２）に加えて第１周辺補正量Ｔ４１、第２周辺補正量Ｔ４２を求める。式３と式４は、補正時周辺温度（ＴＡ）から閾値である温度２０℃を引いた値に係数（ａ１、ａ２）を掛けた値と、閾値温度２０℃から立ち上げ時周辺温度（ＴＢ）を引いた値に係数０．１を掛けた値との和を、更に補正量（Ｔ１、Ｔ２）に加えて第１周辺補正量Ｔ４１、第２周辺補正量Ｔ４２を求める。

式５と式６は、式３と式４と同様であり、式７と式８は、補正時周辺温度（ＴＡ）と立ち上げ時周辺温度（ＴＢ）との差に係数０．１を掛けた値を、更に補正量（Ｔ１、Ｔ２）に加えて第１周辺補正量Ｔ４１、第２周辺補正量Ｔ４２を求める。

図５は、補正量（第１補正量Ｔ１、第２補正量Ｔ２）℃と補正時周辺温度（ＴＡ）℃との関係より、係数ａ（ａ１、ａ２）を求める図表であり、３つのエリア（エリア１、エリア２、エリア３）に区分けし、エリア１の範囲における係数ａの値を０．３、エリア２の範囲における係数ａの値を０．４、エリア３の範囲における係数ａの値を０．５としている。

図５において、第１補正量Ｔ１の値が例えば１７℃であって、補正時周辺温度（ＴＡ）が１４℃の場合はエリア２の範囲に属し、係数ａは０．４となる。

そして、立ち上げ時周辺温度（ＴＢ）が２０℃以上の場合には、表１に示すように、第１周辺補正量（Ｔ４１）は、式３により求められ、係数ａ１は０．４が用いられる。また、第２周辺補正量（Ｔ４２）は、式４により求められ、係数ａ２は０．４が用いられる。

一方、定着器３に対して通常の制御を行う場合、非接触サーミスタ９、１１は応答性が悪いため立上げ直後の温度検知には接触サーミスタ１３を用い、立上げ時の定着器１の温度状態によって目標温度を下記の表２に示すように変え、目標温度到達後に制御を非接触サーミスタに切替える。目標温度は、定着温度よりも１０〜３０、好ましくは２０〜３０℃低い温度に設定することが好ましい。
このような構成をとることにより、定着器を精度良く制御することができる。

表２において、定着器１の温度が例えば４０℃以上６０℃未満の場合には、１１５℃までは接触サーミスタ１３を用いた温度制御を行い、１１５℃を超えるとメインサーミスタである第１非接触サーミスタ９、第２非接触サーミスタ１１を用紙の幅に応じて使用してヒートローラ３の外周面を所定温度となるように加熱源７への通電制御を行う。

上記した実施形態は、加熱装置として、シート上に転写されたトナーを加熱加圧により定着させる定着器を例にしているが、消色可能なトナーを消色温度に加熱して消色する消色器に適用するようにしてもよい。また、定着器と消色器を兼用してもよい。

さらに、上記した実施形態では加熱部材としてヒートローラを例にして説明しているが、加熱部材は加熱ベルトであってもよく、加熱源は誘導電流発生コイルを用いたＩＨ方式であってもよい。

本実施形態によれば、メインサーミスタである第１非接触サーミスタ９、第２非接触サーミスタ１１により高精度の温度制御ができ、立ち上げ時の周辺温度の如何にかかわらず高精度の温度制御が行える。

なお、上記した実施形態は一例を示すもので、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。特許請求の範囲によって示す技術的事項の解釈は明細書本文になんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

１ 定着器
３ ヒートローラ
７ 加熱源
９、１１ 非接触サーミスタ
１３ 接触サーミスタ
２０ 制御部
２１ ＣＰＵ
２２ メモリ
２３ 周辺温度検知センサ

Claims (5)

1. 加熱部材と加圧部材とのニップ部に通紙されるシート上のトナー画像を加熱する加熱装置であって、
   前記加熱部材とギャップを有して配置され、該加熱部材の温度を検出する非接触サーミスタと、
   前記加熱部材と接触して該加熱部材の温度を検出する接触サーミスタと、
   前記接触サーミスタの検出温度との比較により前記非接触サーミスタの検出温度に対する補正量を予め求める検出温度補正部と、
   加熱装置の周辺温度を検出する周辺温度検出手段と、
   前記検出温度補正部で求めた補正量を前記周辺温度検出手段で検出した周辺温度に基づいて更に補正する周辺温度補正部と、
   を有し、
   前記周辺温度補正部は、前記補正量を求めた際の前記周辺温度検出手段で検出した補正時周辺温度と、加熱装置の立ち上げ時における前記周辺温度検出手段で検出した立ち上げ時周辺温度とに基づいて前記補正量を更に補正する周辺補正量を求める加熱装置。
2. 前記周辺温度補正部は、前記補正時周辺温度と前記立ち上げ時周辺温度が所定温度未満の場合又は前記所定温度以上の場合には、前記補正時周辺温度と前記立ち上げ時周辺温度との差に係数を乗じた値を前記周辺補正量として前記補正量に加えることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記周辺温度補正部は、前記補正時周辺温度が所定温度未満で、前記立ち上げ時周辺温度が所定温度以上の場合、又は前記補正時周辺温度が所定温度以上で、前記立ち上げ時周辺温度が前記所定温度未満の場合には、前記補正時周辺温度から前記所定温度を引いた温度に係数を乗じた値と、前記所定温度から前記立ち上げ時周辺温度を引いた温度に係数を乗じた値との和を前記周辺補正量として前記補正量に加えることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
4. 加熱部材と加圧部材とのニップ部に通紙されるシート上のトナー画像を加熱する加熱装置における前記加熱部材に対して非接触状態に配置する非接触サーミスタが検出する非接触サーミスタ検出温度を補正する検出温度の補正方法であって、
   接触サーミスタが前記加熱部材に接触状態で検出する接触サーミスタ検出温度と、前記非接触サーミスタ検出温度との比較により、前記非接触サーミスタ検出温度に対する補正量を予め求め、
   前記補正量を求めた際に周辺温度検出手段が検出する前記加熱装置の補正時周辺温度と、前記加熱装置の立ち上げ時における前記周辺温度検出手段が検出した立ち上げ時周辺温度に基づいて、前記補正量を更に補正する周辺補正量を求め、
   前記補正量に前記周辺補正量を加える検出温度の補正方法。
5. 前記周辺補正量は、前記補正時周辺温度と前記立ち上げ時周辺温度が所定温度未満の場合又は前記所定温度以上の場合には、前記補正時周辺温度と前記立ち上げ時周辺温度との差に係数を乗じた値を前記周辺補正量とし、前記補正時周辺温度が所定温度未満で、前記立ち上げ時周辺温度が所定温度以上の場合、又は前記補正時周辺温度が所定温度以上で、前記立ち上げ時周辺温度が前記所定温度未満の場合には、前記補正時周辺温度から前記所定温度を引いた温度に係数を乗じた値と、前記所定温度から前記立ち上げ時周辺温度を引いた温度に係数を乗じた値との和を前記周辺補正量とすることを特徴とする請求項４に記載の検出温度の補正方法。
   
   

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