JP6601124B2 - 定着装置、画像形成装置、および温度制御方法 - Google Patents
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Description
図1を参照して、実施の形態に従う画像形成装置100について説明する。図1は、画像形成装置100の構造の一例を示す図である。
図2を参照して、図1に示される定着装置200についてさらに説明する。図2は、定着装置200の構造の一例を示す図である。
画像形成装置100の印刷品質を高めるためには、定着装置200において温度を意図する通りに制御することが重要である。そのためには、定着装置200の温度は、正確に測定される必要がある。メイン温度センサ71およびサブ温度センサ72によって計測される温度は、各温度センサから定着ローラ30までの距離に応じて変化する。当該距離は、定着装置200の品質のばらつき等によって変わる。このようなばらつきを補正する方法として、たとえば、出荷時に予め正確な温度が求められている対象物を測定し、各温度センサからの出力値と正確な測定値とのずれを補正する方法がある。あるいは、定着ローラの温度を非接触で正確に測定可能な別の測定装置を用いて測定し、各温度センサからの出力値と正確な測定値とのずれを補正する方法がある。
以下では、初期値としての温度予測式122の生成方法に詳細に説明する。
上記式(1)は、温度予測式122に相当する。すなわち、温度予測式122は、メイン温度センサ71から出力される温度T1と、サブ温度センサ72から出力される温度T2と変数とする関数で表わされている。
図4は、上記式(1)を採用した場合と上記式(2)を採用した場合との温度推定精度の違いを示す図である。より具体的には、グラフ(A)は、定着ローラ30の実際の表面温度と、メイン温度センサ71によって計測された温度T1と、サブ温度センサ72によって計測された温度T2とを示す。グラフ(B)は、上記式(1)を用いた場合における定着ローラ30の推定温度と実際の温度との差を示す。グラフ(C)は、上記式(2)を用いた場合における定着ローラ30の推定温度と実際の温度との差を示す。
以下では、温度予測式122の原理について説明する。メイン温度センサ71への熱移動式は、下記式(3)で示される。
上記式(3)に示される「C1」は、メイン温度センサ71の熱容量を表わす。「R1」は、メイン温度センサ71と定着ローラ30との間の熱抵抗を表わす。熱抵抗は、温度の伝わりにくさを表わす指標である。熱抵抗R1は、メイン温度センサ71と定着ローラ30との間の距離に比例する。「R2」は、メイン温度センサ71とサブ温度センサ72との間の熱抵抗を表わす。熱抵抗R2は、メイン温度センサ71とサブ温度センサ72との間の距離に比例する。上記式(3)は、変形すると下記式(4)となる。
メイン温度センサ71の熱容量C1が十分小さい場合や、メイン温度センサ71の温度変化「dT1/dt」が小さい場合(すなわち、定着ローラ30の温度変化速度が小さい場合)には、上記式(4)は、下記式(5)と近似できる。
上記式(4)は、上記式(2)に対応する。上記式(5)は、上記式(1)に対応する。上記式(2)と上記式(4)との関係、および上記式(1)と上記式(5)との関係によって、下記式(6)〜(8)が成り立つ。
A2=−R1/R2・・・(7)
A3=C1×R1・・・(8)
上述したように、熱抵抗R1は、メイン温度センサ71と定着ローラ30との間の距離に比例する。熱抵抗R2は、メイン温度センサ71とサブ温度センサ72との間の距離に比例する。そのため、上記式(6)〜(8)に示されるように、温度予測式122の係数A1〜A3は、これらの比例に相関する。図5は、メイン温度センサ71と定着ローラ30との間の距離と、重回帰分析によって求められた係数A1〜A3との関係を表わす図である。
以下、補正部220(図3参照)による温度予測式122の補正方法について説明する。
上記式(9)に示されように、「R1/R2」は、「ΔTr」と、計測可能な「ΔT1」,「ΔT2」,「Δ(dT1/dt)」とで表わされる。以下では、「R1/R2」を補正係数Hともいう。画像形成装置100は、予め定められた基準条件で補正係数Hを算出する。予め定められた基準条件は、たとえば、メイン温度センサ71と定着ローラ30との間の距離が1mmであるという条件である。当該基準条件で求められた補正係数Hを補正係数H0ともいい、当該基準条件の元で重回帰分析により求められた上記式(2)の係数A1〜A3をA10〜A30ともいう。
A2=−H ⇒ A2∝H・・・(11)
A3∝H・・・(12)
すなわち、補正係数Hと係数A1〜A3との間には比例関係がある。したがって、任意の条件で測定された補正係数Hと係数A1〜A3との間には、下記式(13)〜(15)の関係がある。
A2=B2×(H/H0)・・・(14)
A3=B3×(H/H0)・・・(15)
上記式(13)〜(15)に示される値B1〜B3は、測定されたデータから予め計算され得る定数である。図6は、補正係数H(=R1/R2)と温度予測式122の係数A1〜A3との関係を示す図である。図6に示されるように、係数A1〜A3は、補正係数Hと相関し、補正係数Hに比例している。
上述したように、温度予測式122としては、上記式(1)が採用されてもよいし、上記式(2)が採用されてもよい。以下では、上記式(1)を採用した場合の画像形成装置100の制御フローと、上記式(2)を採用した場合の画像形成装置100の制御フローとについて順に説明する。
図7は、上記式(1)を採用した場合における画像形成装置100の制御フローを表わす図である。図7の処理は、画像形成装置100の制御装置102(図1参照)がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。
すなわち、制御装置102は、温度変化量ΔTr0から温度変化量ΔT1の変化量を減算した結果を、温度変化量ΔT1および温度変化量ΔT2の合計で除算して補正係数Hを算出する。温度変化量ΔT1,ΔT2は、温度の低下量を表わすため負である。そのため、上記式(16)に示される「−ΔT2−ΔT1」は正となり、温度変化量ΔT1,ΔT2の合計となる。上記式(16)に示される温度変化量ΔTr0は、予め定められた時間内における定着ローラ30の温度変化を表わす。温度変化量ΔTr0は、一定であり、予め測定されている。
図8を参照して、上記式(2)を採用した場合における画像形成装置100の制御フローについて説明する。図8は、上記式(2)を採用した場合における画像形成装置100の制御フローを表わす図である。図8の処理は、画像形成装置100の制御装置102(図1参照)がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。なお、ステップS10,S12の処理は図7で説明した通りであるので、それらの説明については繰り返さない。
図9を参照して、画像形成装置100のハードウェア構成の一例について説明する。図9は、画像形成装置100の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。図9に示されるように、画像形成装置100は、ROM(Read Only Memory)101と、制御装置102と、RAM(Random Access Memory)103と、ネットワークインターフェイス104と、スキャナ106と、プリンタ107と、操作パネル108と、記憶装置120と、上述の定着装置200とを備える。
定着装置200の変形例について説明する。上述では、温度予測式122は、温度センサから出力される温度値を変数とする例について説明を行ったが、温度予測式122は、その他の温度特性値を変数としてもよい。たとえば、温度予測式122は、温度センサから出力される電圧値を変数としてもよい。
上記式(17)に示される「X1」〜「X3」は定数である。「T1^X1」は、「T1」の「X1」乗を表わす。「T2^X2」は、「T2」の「X2」乗を表わす。「(dT1/dt)^X3」の「dT1/dt」の「X3」乗を表わす。上記式(17)に示されるように、定着ローラ30の正確な表面温度Trは、各温度センサの出力値を「X1」〜「X3」乗を合計したものに相当する。
図11を参照して、温度予測式122の補正処理による効果について説明する。図11は、温度予測式122の補正処理のシミュレーション結果を示す図である。より具体的には、グラフ(A)は、温度予測式122の補正処理を行わなかった場合における定着ローラ30の推定温度と実際の温度との間の誤差を、定着ローラ30と温度センサとの間の距離別に示す。グラフ(B)は、温度予測式122の補正処理を行った場合における定着ローラ30の推定温度と実際の温度との間の誤差を、定着ローラ30と温度センサとの間の距離別に示す。
Claims (10)
- トナーを印刷物に熱で定着させるための定着装置であって、
定着ローラと、
前記定着ローラに対向するように非接触に設けられている第1温度センサと、
前記定着ローラからの距離が前記第1温度センサよりも離れている場所に設けられている第2温度センサと、
前記第1温度センサから予め得られた第1温度特性値と、前記第2温度センサから予め得られた第2温度特性値と、前記定着装置の温度との間の相関関係を利用して予め算出されている温度予測式に、前記第1温度センサから得られる第1温度特性値と、前記第2温度センサから得られる第2温度特性値とを適用し、前記定着装置の温度を推定するための推定部と、
前記定着ローラの加熱を停止してから所定時間が経過するまでの間における、前記第1温度センサから出力される第1温度特性値の変化量と前記第2温度センサから出力される第2温度特性値の変化量とを用いて、前記温度予測式を補正するための補正部とを備える、定着装置。 - 前記温度予測式は、前記第1温度特性値と前記第2温度特性値とを変数とする関数で表わされている、請求項1に記載の定着装置。
- 前記第1温度特性値の変化量と前記第2温度特性値の変化量とが検出されるタイミングは、前記定着装置が搭載されている画像形成装置の電源がオンされてから前記定着ローラの加熱が初めて停止されたタイミングである、請求項1または2に記載の定着装置。
- 前記補正部は、
予め定められた定数から前記第1温度特性値の変化量を減算した結果を、前記第1温度特性値の変化量および前記第2温度特性値の変化量の合計で除算して補正値を算出し、
前記温度予測式に含まれる各係数が前記補正値に応じて変化することを利用して、前記温度予測式に含まれる各係数の値を補正する、請求項3に記載の定着装置。 - 前記関数は、所定時間当たりの前記第1温度特性値の変化量を表わす前記第1温度特性値の変化速度を変数とする項をさらに含む、請求項2に記載の定着装置。
- 前記補正部による前記温度予測式の補正処理は、前回の補正処理が実行されてから所定時間が経過したこと、前回の補正処理が実行されてからの前記定着装置による印刷枚数が所定枚数を超えたこと、および前回の補正処理が実行されてからの前記定着装置の加熱時間が所定時間を経過したことのいずれかのタイミングで実行される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記定着装置が搭載されている画像形成装置は、省エネモードに移行するときに前記定着装置の加熱を停止し、
前記第1温度特性値の変化量と前記第2温度特性値の変化量とが検出されるタイミングは、前記画像形成装置が前記省エネモードに移行したタイミングである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の定着装置。 - 前記定着装置が搭載されている画像形成装置は、所定数のジョブの実行終了後に前記定着装置の加熱を停止し、
前記第1温度特性値の変化量と前記第2温度特性値の変化量とが検出されるタイミングは、前記所定数のジョブの実行終了後である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の定着装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の定着装置を備える、
補正後の前記温度予測式を用いて推定された前記定着ローラの温度に基づいて前記定着ローラの温度を制御する、画像形成装置。 - 定着装置の温度制御方法であって、
前記定着装置は、
定着ローラと、
前記定着ローラに対向するように非接触に設けられている第1温度センサと、
前記定着ローラからの距離が前記第1温度センサよりも離れている場所に設けられている第2温度センサとを備え、
前記温度制御方法は、
前記第1温度センサから予め得られた第1温度特性値と、前記第2温度センサから予め得られた第2温度特性値と、前記定着装置の温度との間の相関関係を利用して予め算出されている温度予測式に、前記第1温度センサから得られる第1温度特性値と、前記第2温度センサから得られる第2温度特性値とを適用し、前記定着装置の温度を推定するステップと、
前記定着ローラの加熱を停止してから所定時間が経過するまでの間における、前記第1温度センサから出力される第1温度特性値の変化量と前記第2温度センサから出力される第2温度特性値の変化量とを用いて、前記温度予測式を補正するステップとを備える、温度制御方法。
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