JP6614966B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
得られないという問題が引き起こされる。さらに、フィルム温度が目標温度を含む定着可能温度領域から外れると、ホットオフセットやコールドオフセットといった定着不良が発生する問題があった。
記録材に形成された画像を記録材に加熱定着する定着部であって、
基板、前記基板の一方の面に設けられる第1発熱体、前記第1発熱体を覆うように前記一方の面に形成される第1保護層、前記第1発熱体とは前記基板の長手方向における長さが異なり前記基板の他方の面に設けられる第2発熱体、前記第2発熱体を覆うように前記他方の面に形成される第2保護層、を有するヒータと、前記ヒータが内面に接触する筒状のフィルムと、を有する加熱部材と、
前記フィルムを介して前記ヒータに圧接することにより前記フィルムの外面との間にニップ部を形成する加圧部材と、
を有し、通電により生じる前記第1発熱体または前記第2発熱体の熱を利用して、前記ニップ部で挟持した記録材に前記加熱定着を行う定着部と、
前記加熱部材の温度を検知する温度検知素子と、
前記温度検知素子の検知温度が所定の目標温度に維持されるように前記第1発熱体への通電量及び前記第2発熱体への通電量をそれぞれ制御する通電制御部であって、通電比率を前記目標温度と前記検知温度との偏差に基づいてPID制御により決定する通電制御部と、
を備える画像形成装置において、
前記通電制御部は、
前記第1発熱体および前記第2発熱体のうち前記温度検知素子への伝熱経路における熱抵抗および熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくPID制御における比例ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記比例ゲインよりも小さくする、
前記熱抵抗および前記熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくPID制御における積分ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記積分ゲインよりも大きくする、および、
前記熱抵抗および前記熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくPID制御における微分ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記微分ゲインよりも小さくする、の少なくともいずれかの制御を行うことを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に形成された画像を記録材に加熱定着する定着部であって、
基板、前記基板の一方の面に設けられる第1発熱体、前記第1発熱体を覆うように前記一方の面に形成される第1保護層、前記第1発熱体とは前記基板の長手方向における長さが異なり前記基板の他方の面に設けられる第2発熱体、前記第2発熱体を覆うように前記他方の面に形成される第2保護層、を有するヒータと、前記ヒータが内面に接触する筒状のフィルムと、を有する加熱部材と、
前記フィルムを介して前記ヒータに圧接することにより前記フィルムの外面との間にニップ部を形成する加圧部材と、
を有し、通電により生じる前記第1発熱体または前記第2発熱体の熱を利用して、前記ニップ部で挟持した記録材に前記加熱定着を行う定着部と、
前記加熱部材の温度を検知する温度検知素子と、
前記温度検知素子の検知温度が所定の目標温度に維持されるように前記第1発熱体への通電量及び前記第2発熱体への通電量をそれぞれ制御する通電制御部であって、通電比率
を前記目標温度と前記検知温度との差に基づいて0%と100%のいずれかで制御するオンオフ制御により決定する通電制御部と、
を備える画像形成装置において、
前記通電制御部は、前記第1発熱体および前記第2発熱体のうち前記温度検知素子への伝熱経路における熱抵抗および熱容量が大きい方の発熱体の前記オンオフ制御における温度検知のサンプリング周期を、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記サンプリング周期よりも長くすることを特徴とする。
図1は、本実施例における画像形成装置の一例であるレーザビームプリンタ(以下ではプリンタと記す)の概略構成図である。1は感光ドラムである。感光ドラム1は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ2によって一様帯電される。次に、レーザスキャナ3によって画像情報に応じてON/OFF制御されたレーザビームLによる走査露光が施され、静電潜像が形成される。そして、現像装置4は、この静電潜像にトナーを付着させてトナー像(現像剤像)を感光ドラム1上に現像する。その後、感光ドラム1上に形成されたトナー像は、転写ローラ5と感光ドラム1との圧接部である転写ニップ部において、給紙カセット6から所定のタイミングで搬送された記録紙(記録材)Pに転写される。このとき、感光ドラム1上のトナー像の画像形成位置と記録紙の先端の書き出し位置が合致するように、搬送ローラ9によって搬送される記録紙の先端をトップセンサ8によって検知し、タイミングを合わせている。転写ニップ部に所定のタイミングで搬送された記録紙Pは感光ドラム1と転写ローラ5に一定の加圧力で挟持搬送される。トナー像が転写された記録紙Pは定着部としての定着装置7へと搬送され、定着装置7においてトナー像は記録紙に加熱定着される。その後、記録紙Pは排紙トレイ上に排紙される。
ヒータ基板301は、耐熱性の絶縁材料であり、Al2O3(アルミナ)、AlN(窒化アルミ)等のセラミック材料より形成される。本実施例においては幅10mm、長手方向長さ270mm、厚さ1mmのAl2O3基板を使用している。そして、ヒータ基板301の一方の面としての表面側には第1発熱体としての大サイズ紙用の発熱抵抗体パターン309が形成されている。
307により電気的に接続することで、全体としてU字の往復形状を持つ。本実施例では、発熱抵抗体パターン309の抵抗値を12Ωとした。尚、本実施例で大サイズ紙用の発熱抵抗体の長さを225mmとしているのは、装置が対応する最大幅の記録材サイズであるレターサイズ(216mm幅)やA4サイズ(210mm幅)の記録材上に形成されたトナー像を加熱できるようにするためである。
ヒータ基板301の他方の面としての裏面側には第2発熱体としての小サイズ紙用の発熱抵抗体パターン305が形成されている。発熱抵抗体パターン305は、大サイズ紙と同様の発熱抵抗体をスクリーン印刷することにより形成されている。発熱抵抗体パターン305は、長さ115mm、幅1.5mmの発熱抵抗体を3.0mmの間隔を空けて2本に並べて形成している。この2本の発熱抵抗体の一方の端部同士を、発熱抵抗体より抵抗値の低い導電性の接続体304により電気的に接続することで、同様にU字形状の往復形状を持つ。本実施例では、発熱抵抗体パターン305の抵抗値を25Ωとした。尚、発熱抵抗体パターン305の長さを115mmとした理由は、官製はがき(100mm幅)やA6サイズ紙(105mm幅)等の小サイズ紙上に形成されたトナー像を加熱できるようにするためである。
る。したがって、位相制御は、通電比率すなわち電力の更新を細かく行うことができ、制御にともなって生じるヒータ12の温度リップルを小さくできる。ここで、位相制御の場合、下記表1のように通電比率D(%)に対応して位相角αが予め決められており、CPU52はこのような制御表に基づいてヒータ12の制御を行う。
波数制御では、ヒータ12のオンオフを交流電源の半波単位で行う、すなわち、所定の制御周期において通電をオンする波数とオフする波数との割合を、変化させることで、所定の通電比率によるヒータ12の制御を行う。例えば、制御周期を8半波とし、通電比率Dが50%の場合、通電をオンする半波の数とオフする半波の数はそれぞれ4半波ずつとなる。1制御周期である8半波のうちいずれの半波をオンあるいはオフとするかの通電パターンについては、複数のパターンを用意してよく、前後の制御周期における通電比率や通電パターンに応じて適宜選択するようにしてよい。このように、通電比率に対応した通電パターンが設定された制御表を用いて、CPU52はヒータ12の制御を行う。波数制御では、半波ごとにヒータ12をオンオフするために高調波電流が発生しにくいので、位相制御に比べて高調波電流を抑えるに有利である。逆に、位相制御は、波数制御よりも電流変動が小さく、照明機器のちらつきであるフリッカを抑えるに有利である。
ハイブリッド制御では、所定の制御周期において、波数制御によって通電がオンされる半波と、位相制御によって通電量が制御される半波と、を組み合わせた通電パターンを用いて、所定の通電比率によるヒータ12の制御を行う。この場合も、通電比率に対応した通電パターンが設定された制御表を用いて、CPU52はヒータ12の制御を行う。ハイブリッド制御によれば、位相制御だけの場合と比較すると、高調波電流やスイッチングノイズの発生を抑えることができる。さらに、波数制御だけの場合と比較すると、フリッカを低減することができ、ヒータへの電力制御をより多段階に制御することができる。
D=Kp(e+1/Ti・∫edt+Td・de/dt) …(1)
D(n)=D(n−1)+Kp{e(n)−e(n−1)}+Kp・Ts/Ti・e(n)+Kp・Td/Ts・{e(n)−2e(n−1)−e(n−2)} …(2)
D(n)=D(n−1)+Kp{e(n)−e(n−1)}+Ki・e(n)+Kd{e(n)−2e(n−1)−e(n−2)}
比例制御量:Kp{e(n)−e(n−1)}
積分制御量:Ki・e(n)
微分制御量:Kd{e(n)−2e(n−1)−e(n−2)}
次に、本実施例の特徴である電力制御手段への操作量の決定方式を第1発熱体への通電時と第2発熱体への通電時で変更する方法について説明する。本実施例では、PID制御のパラメータKp、Ki、Kdを、ヒータ12の表面の発熱抵抗体パターン309に通電している場合と、裏面の発熱抵抗体パターン305に通電している場合とで変更する。
Kp1<Kp2
Ki1>Ki2
Kd1<Kd2
Kp1=2.0、Ki1=1.0、Kd1=1.0
Kp2=3.0、Ki2=0.6、Kd2=2.0
図4(b)は、表面の発熱抵抗体パターン305に通電してレターサイズの記録紙(坪量80g/m3)を通紙させたときの本実施例の場合である。
図4(c)は、表面の発熱抵抗体パターン305に通電してレターサイズの記録紙させたときの比較例の場合である。
ットといった定着不良を抑制することが可能となる。
次に、本発明の実施例2に係る画像形成装置について説明する。本実施例の定着装置の基本的な構成および動作は、実施例1の定着装置と同じである。したがって、実施例1の定着装置のものと同一またはそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略し、本実施例にて特徴的な点について説明する。
Kp3>Kp4
Ki3<Ki4
Kd3>Kd4
Kp3=2.0、Ki3=0.6、Kd3=2.0
Kp4=1.0、Ki4=1.0、Kd4=1.0
本発明の実施例3に係る画像形成装置について説明する。本実施例の定着装置の基本的な構成および動作は、実施例2の定着装置と同じである。したがって、実施例2の定着装置のものと同一またはそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略し、本実施例にて特徴的な点について説明する。
すなわち、本実施例は、第1発熱体としての発熱抵抗体パターン309を通電制御する場合に温度検知を行う第1温度検知素子としてフィルム内面サーミスタ15を備えている。また、第2発熱体としての発熱抵抗体パターン305を通電制御する場合に温度検知を行う第2温度検知素子としてヒータ裏サーミスタ14を備えている。第1温度検知素子は、第1発熱体との間の伝熱経路における熱抵抗および熱容量が、第2温度検知素子よりも小さく、第2温度検知素子は、第2発熱体との間の伝熱経路における熱抵抗および熱容量が、第1温度検知素子よりも小さい。使用する発熱体に合せて使用する温度検知素子を選択することで、精度の高い温調制御が可能となる。
図7(a)は、本実施例において、ヒータ12の表面の発熱抵抗体パターン305に通電している場合に、フィルム裏サーミスタ15で温度制御したときのフィルム17の温度と通電比率を示した図である。
図7(b)は、本実施例において、ヒータ12の裏面の発熱抵抗体パターン309に通電している場合に、ヒータ裏サーミスタ15で温度制御したときのフィルム17の温度と通電比率を示した図である。
図7(c)は、ヒータ12の裏面の発熱抵抗体パターン309に通電している場合に、
フィルム内面サーミスタ15で温度制御したときのフィルム17の温度と通電比率を比較例として示した図である。
本発明の実施例4に係る画像形成装置について説明する。本実施例の定着装置の基本的な構成および動作は、実施例3の定着装置と同じである。したがって、実施例3の定着装置のものと同一またはそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略し、本実施例にて特徴的な点について説明する。これは以降の実施例も同様である。
、フィルム内面サーミスタ15でも温度検知を行い、目標温度Tbとの差分温度Tmdを算出する。記録紙の後端が定着ニップNを通過すると、差分温度Tmdと補正温度Tconとの関係を定めるテーブル(表2)からTconを決定する。そして、新しい目標温度としてTaをTa+Tconとなるように補正する。
本発明の実施例5では、記録紙の搬送速度および通電する発熱抵抗体に応じて、温度制御に使用するサーミスタを変更することにより、記録紙の搬送速度を変化させて通紙した場合でも適切な温度制御ができる方法について説明する。
す)は、半速時の熱伝達時間Tfの1/2程度である。そのため、半速度時は、ヒータ裏サーミスタ14を用いる方が適している。
Claims (7)
- 記録材に形成された画像を記録材に加熱定着する定着部であって、
基板、前記基板の一方の面に設けられる第1発熱体、前記第1発熱体を覆うように前記一方の面に形成される第1保護層、前記第1発熱体とは前記基板の長手方向における長さが異なり前記基板の他方の面に設けられる第2発熱体、前記第2発熱体を覆うように前記他方の面に形成される第2保護層、を有するヒータと、前記ヒータが内面に接触する筒状のフィルムと、を有する加熱部材と、
前記フィルムを介して前記ヒータに圧接することにより前記フィルムの外面との間にニップ部を形成する加圧部材と、
を有し、通電により生じる前記第1発熱体または前記第2発熱体の熱を利用して、前記ニップ部で挟持した記録材に前記加熱定着を行う定着部と、
前記加熱部材の温度を検知する温度検知素子と、
前記温度検知素子の検知温度が所定の目標温度に維持されるように前記第1発熱体への通電量及び前記第2発熱体への通電量をそれぞれ制御する通電制御部であって、通電比率を前記目標温度と前記検知温度との偏差に基づいてPID制御により決定する通電制御部と、
を備える画像形成装置において、
前記通電制御部は、
前記第1発熱体および前記第2発熱体のうち前記温度検知素子への伝熱経路における熱抵抗および熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくPID制御における比例ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記比例ゲインよりも小さくする、
前記熱抵抗および前記熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくPID制御における積分ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記積分ゲインよりも大きくする、および、
前記熱抵抗および前記熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくPID制御における微分ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記微分ゲインよりも小さくする、の少なくともいずれかの制御を行うことを特徴とする画像形成装置。 - 前記ヒータは、前記第1保護層が前記フィルムの内面と接触し、
前記温度検知素子は、前記第2保護層の表面に当接し、
前記通電制御部は、前記第1発熱体の前記比例ゲインを、前記第2発熱体の前記比例ゲインよりも小さくする、
前記通電制御部は、前記第1発熱体の前記積分ゲインを、前記第2発熱体の前記積分ゲインよりも大きくする、および、
前記通電制御部は、前記第1発熱体の前記微分ゲインを、前記第2発熱体の前記微分ゲインよりも小さくする、の少なくともいずれかの制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記第1発熱体の熱は、前記基板、前記第2保護層を介して前記温度検知素子に伝わり、
前記第2発熱体の熱は、前記第2保護層を介して前記温度検知素子に伝わることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。 - 前記ヒータは、前記第1保護層が前記フィルムの内面と接触し、
前記温度検知素子は、前記フィルムの内面に当接し、
前記通電制御部は、前記第2発熱体の前記比例ゲインを、前記第1発熱体の前記比例ゲインよりも小さくする、
前記通電制御部は、前記第2発熱体の前記積分ゲインを、前記第1発熱体の前記積分ゲ
インよりも大きくする、および、
前記通電制御部は、前記第2発熱体の前記微分ゲインを、前記第1発熱体の前記微分ゲインよりも小さくする、の少なくともいずれかの制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記第1発熱体の熱は、前記第1保護層、前記フィルムを介して前記温度検知素子に伝わり、
前記第2発熱体の熱は、前記基板、前記第1保護層、前記フィルムを介して前記温度検知素子に伝わることを特徴とする請求項1または4に記載の画像形成装置。 - 前記通電制御部は、前記第1発熱体への通電量及び前記第2発熱体への通電量をそれぞれ位相制御、波数制御、位相制御と波数制御とを組み合わせたハイブリッド制御のいずれかで制御することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 記録材に形成された画像を記録材に加熱定着する定着部であって、
基板、前記基板の一方の面に設けられる第1発熱体、前記第1発熱体を覆うように前記一方の面に形成される第1保護層、前記第1発熱体とは前記基板の長手方向における長さが異なり前記基板の他方の面に設けられる第2発熱体、前記第2発熱体を覆うように前記他方の面に形成される第2保護層、を有するヒータと、前記ヒータが内面に接触する筒状のフィルムと、を有する加熱部材と、
前記フィルムを介して前記ヒータに圧接することにより前記フィルムの外面との間にニップ部を形成する加圧部材と、
を有し、通電により生じる前記第1発熱体または前記第2発熱体の熱を利用して、前記ニップ部で挟持した記録材に前記加熱定着を行う定着部と、
前記加熱部材の温度を検知する温度検知素子と、
前記温度検知素子の検知温度が所定の目標温度に維持されるように前記第1発熱体への通電量及び前記第2発熱体への通電量をそれぞれ制御する通電制御部であって、通電比率を前記目標温度と前記検知温度との差に基づいて0%と100%のいずれかで制御するオンオフ制御により決定する通電制御部と、
を備える画像形成装置において、
前記通電制御部は、前記第1発熱体および前記第2発熱体のうち前記温度検知素子への伝熱経路における熱抵抗および熱容量が大きい方の発熱体の前記オンオフ制御における温度検知のサンプリング周期を、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記サンプリング周期よりも長くすることを特徴とする画像形成装置。
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