JP7313835B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
(2)第1の記録材又は前記第1の記録材よりも長手方向の長さが短い第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第1の発熱体と、前記第1の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第2の発熱体であって、前記第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第2の発熱体と、を含むヒータと、前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体により加熱される第1の回転体と、前記第1の回転体とともにニップ部を形成する第2の回転体と、前記第1の発熱体、又は前記第2の発熱体を用いて定着処理を行うように制御する制御手段と、を備える定着装置であって、前記制御手段は、電力を供給する発熱体を前記第1の発熱体から前記第2の発熱体に切り替えて複数の第2の記録材に定着処理を行い、前記複数の第2の記録材への定着処理が終了した後で、前記第1の回転体及び前記第2の回転体が回転している、且つ前記ニップ部に記録材がない状態において、前記長手方向における端部よりも中央部の方が、発熱量が多くなるように発熱させる第1の動作を行い、前記第1の動作において前記第2の発熱体を発熱させる期間は、前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体が用いられることにより前記ニップ部における前記長手方向の端部が暖められる期間が長いほど長く決定されることを特徴とする定着装置。
(3)記録材に未定着のトナー像を形成する画像形成手段と、記録材上の未定着のトナー像を定着する前記(1)又は前記(2)に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
図1は実施例1の定着装置を搭載した一例の画像形成装置である、インライン方式のカラー画像形成装置を示す構成図である。図1を用いて電子写真方式のカラー画像形成装置の動作を説明する。なお、第1ステーションをイエロー(Y)色のトナー画像形成用のステーション、第2ステーションをマゼンタ(M)色のトナー画像形成用のステーションとしている。また、第3ステーションをシアン(C)色のトナー画像形成用のステーション、第4ステーションをブラック(K)色のトナー画像形成用のステーションとしている。
図2は画像形成装置の動作を説明するブロック図であり、この図を参照しながら画像形成装置の印刷動作について説明する。ホストコンピュータであるPC110は、画像形成装置の内部にあるビデオコントローラ91に対して印刷指令を出力し、印刷画像の画像データをビデオコントローラ91に転送する役割を担う。
次に、実施例1における定着装置50の構成について図3を用いて説明する。ここで、長手方向とは、後述する用紙Pの搬送方向と略直交する加圧ローラ53の回転軸方向のことである。また、搬送方向に略直交する方向(長手方向)の用紙Pの長さや発熱体の長さを幅という。図3は、定着装置50の断面模式図である。
ヒータ54について、図4(a)、図4(b)を用いて詳しく説明する。ヒータ54は、アルミナからなる基板54a、銀ペーストからなる発熱体54b1、54b2、導体54c、接点54d1~54d3、ガラスからなる保護ガラス層54e、からなる。基板54a上に、発熱体54b1、54b2、導体54c、接点54d1~54d3が形成され、その上に発熱体54b1、54b2とフィルム51との絶縁を確保するために保護ガラス層54eが形成されている。発熱体54b1と発熱体54b2を区別なく発熱体54bと表記することもある。基板54aの長さ(長手方向の長さ)は例えば250mm、幅(短手方向の長さ)は例えば7mm、厚みは例えば1mmである。発熱体54b、導体54cの厚みは例えば10μm、接点54dの厚みは例えば20μm、保護ガラス層54eの厚みは例えば50μmである。
図4(c)は定着装置50の制御回路である電力制御部97の模式図である。定着装置50の電力制御部97は、発熱体54b1、54b2(ヒータ54)、交流電源55、トライアック56、発熱体切り替え器57からなる。トライアック56は、交流電源55から電力供給路を介して発熱体54b1、54b2へ電力を供給する際に導通(ON)し、交流電源55から発熱体54b1、54b2への電力の供給を遮断する際に非導通(OFF)となる。トライアック56は、電力のヒータ54への供給を接続(接続状態)又は遮断(非接続状態)する接続手段として機能する。CPU94は定着温度センサ59の検知結果である温度情報に基づいて、発熱体54b1、54b2を目標温度(例えば上述した180℃)に制御するために必要な電力を算出し、トライアック56を導通又は非導通に制御する。
図5を用いて大サイズ紙に連続印刷を行う場合と小サイズ紙に連続印刷を行う場合とを例にして説明する。図5は、実施例1の発熱体54bの切り替え制御を示すフローチャートである。実施例1では、用紙Pの幅によらず、印刷動作終了時に、発熱体切り替え器57を用いて幅が最も長い発熱体54b1に電力供給可能な状態に切替えて処理を終了する。そのため、印刷動作の開始時には、常に発熱体切り替え器57によって発熱体54b1が選択されており、発熱体54b1が発熱する状態となっている。
ここで、小サイズ紙であっても、最初の数枚を幅の長い発熱体54b1を用いて定着処理を行う理由は、次のとおりである。すなわち、定着ニップ部N内の長手方向全体に均一に熱を伝え、フィルム51内面のグリスを均一に軟化させることで、フィルム51の変形を防止するためである。
以下、図5のS116の均熱化制御について説明する。実施例1では、小サイズ紙の印刷終了後の定着部材の長手方向において発生する温度ムラに応じて印刷終了後の後回転時に発熱体54b2を発熱させて温度ムラを緩和する温度ムラの解消動作を行うことを特徴としている。以下、温度ムラを解消する動作を第1の動作である均熱化動作という。S116の均熱化制御も、印刷が終了した後にまだ定着モータ100が回転している定着装置50の後回転中に行われる。
図7は小サイズ紙に印刷を行う場合の端部暖気指数の計数方法について説明するフローチャートである。CPU94は、小サイズ紙を含む印刷動作を開始すると、S301以降の処理を実行する。S301でCPU94は、発熱体54b1を用いて定着処理を行う。S302でCPU94は、端部暖気指数WIに例えば10を加算する(WI=WI+10)。S303でCPU94は、印刷命令で指定された印刷枚数に到達したか否かを判断する。S303でCPU94は、指定された印刷枚数に到達していないと判断した場合、処理をS304に進める。S304でCPU94は、発熱体54b2に切り替えるか否かを判断する。S304でCPU94は、発熱体54b2に切り替えないと判断した場合、処理をS301に戻す。このように、CPU94は、小サイズ紙の連続印刷中、発熱体54b1によって小サイズ紙に定着処理を行う度に、端部暖気指数に10の値を加算していく。
図8に、15枚の小サイズ紙に連続印刷を行っている間の、図6中の領域A及び領域B部分のフィルム51及び加圧ローラ53の平均温度の推移を示す。図8は、横軸に印刷枚数を示し、縦軸に加圧ローラ53の温度を示す。図8中の白丸は領域A(通紙領域)の温度を示し、黒丸は領域B(非通紙部領域)の温度を示す。図8の温度推移は、温度23℃、湿度50%の環境において、プロセス速度100mm/sec(スループット:1分間に20枚)の普通紙印刷用の画像形成モードにて印刷したときのものである。用紙PとしてはB5サイズ、坪量68g/m2の用紙(キヤノン製CS-680)を用いた。
実施例2で適用する画像形成装置の構成において、実施例1と同様のものには、同一符号を付し、説明を省略する。また、実施例2においても、小サイズ紙に連続印刷する場合には、例えば最初の3枚の用紙Pには発熱体54b1が用いられる。また、小サイズ紙に連続印刷している途中であっても、例えば10枚の用紙Pに発熱体54b2を用いて定着処理が行われた後は、例えば3枚の用紙Pに発熱体54b1を用いて定着処理が行われる制御が実施される。
図11を用いて実施例2の紙間均熱化動作のための発熱体切り替え動作の詳細を説明する。図11(a)は用紙Pとして小サイズ紙であるB5用紙の5枚連続印刷を行った場合のタイミングチャートである。図11(a)の(i)は定着装置50の動作(前回転、定着、後回転均熱化、後回転)を示し、(ii)は画像形成動作のタイミングの基準となるTOP信号(ON、OFF)を示す。(iii)は画像形成のタイミングを示し、画像形成が行われていることをONで示し、画像形成が行われていないことをOFFで示す。(iv)はレジセンサ103の出力信号を示し、用紙Pを検知しているときにハイレベルの信号(ON)が出力され、用紙を検知していないときにローレベルの信号(OFF)が出力される。(v)は定着ニップ部における用紙Pの有無を示し、用紙Pを挟持搬送し定着処理が行われているときをONで示し、用紙Pが存在せず定着処理が行われていないときをOFFで示す。(vi)はトライアック56a、(vii)はトライアック56bの、導通状態(ON)(接続状態)、非導通状態(OFF)(非接続状態)をそれぞれ示す。すなわち、トライアック56がONの状態は、発熱体54bに電力を供給している状態を示す。
実施例2の後回転均熱化動作の動作時間は、実施例1と同様に小サイズ紙の非通紙部領域の加圧ローラ53の昇温の程度を印刷枚数から予測して決定される。実施例2では、小サイズ紙の連続印刷中に、発熱体54b1で小サイズ紙を通紙する度に、端部暖気指数WIに10の値を加算する。その後の発熱体54bを発熱体54b1から発熱体54b2に切り替えている紙間では、端部暖気指数WIから3の値を減算する。また、発熱体54b2で用紙Pを通紙する度に、端部暖気指数WIから3の値を減算する。指定された枚数の小サイズ紙の定着動作が終了したタイミングで、CPU94は、計数されている端部暖気指数WIに応じて、表3に示す動作時間だけ、後回転均熱化動作を行う。後回転均熱化動作を実行した後には、端部暖気指数WIを0にクリアする。CPU94は、後回転均熱化動作中は、定着温度センサ59が150℃となるように温度制御を行う。CPU94は、後回転均熱化動作を行った後、直後の印刷動作時には後回転均熱化動作を行わなかった場合に比べて表3に記載するように制御対象となる温度を下げる。
図12を用いて小サイズ紙を印刷する際の実施例3の端部暖気指数WIの計数方法について説明する。図12のS401~S410の処理は、図7のS301~S310の処理と同様であり、説明を省略する。実施例3でも、CPU94は、小サイズ紙の連続印刷中に、発熱体54b1を選択して電力を供給し小サイズ紙を通紙する度に、端部暖気指数に10の値を加算する(S402)。また、CPU94は、小サイズ紙の連続印刷が進み、発熱体54bを発熱体54b1から発熱体54b2に切り替えたのち、発熱体54b2を用いて小サイズ紙を通紙する度に、端部暖気指数WIから3の値を減算する(S406)。
交流電源55から発熱体54b1に電力供給する場合の電流は、図14(a)の太線で示すルートで流れる。ヒータ54の温度をサーミスタ等の温度検知素子(不図示)で検知し、その温度情報に基づいてマイクロコンピュータ(不図示)からの指示に基づきトライアック56aが動作することで発熱体54b1が所定温度になるように制御される。発熱体54b1への電力供給はトライアック56b、56c及びa接点構成の電磁リレー57aに依らない。すなわち、発熱体54b1に電力供給する場合には、発熱体切り替え器57aは開放状態であっても短絡状態であってもよい。なお、図14(a)では、一例として発熱体切り替え器57aは開放状態となっている。
交流電源55から発熱体54b2に電力供給する場合の電流は、図14(b)の太線で示すルートで流れる。発熱体54b2に電力供給を行う場合には、a接点構成の発熱体切り替え器57aの接点を開放状態に設定する。開放状態のa接点構成の発熱体切り替え器57aの接点インピーダンスは発熱体54b2より十分に大きいため、a接点構成の発熱体切り替え器57aにはほぼ電流が流れず発熱体54b2のみを発熱させることができる。発熱体54b2に供給される電力はトライアック56bにより制御される。
交流電源55から発熱体54b3に電力供給する場合の電流は、図14(c)の太線で示すルートで流れる。発熱体54b3に電力供給を行う場合には、a接点構成の発熱体切り替え器57aの接点を短絡状態に設定することで、電流はほぼ全て発熱体54b3に流れる。短絡状態のa接点構成の発熱体切り替え器57aの接点インピーダンスは発熱体54b2より十分に小さいため、発熱体54b2に電流がほぼ流れず発熱体54b3のみを発熱させることができる。発熱体54b3に供給される電力はトライアック56cにより制御される。
発熱体54b1への電力供給経路(図14(a))と発熱体54b2への電力供給経路(図14(b))との切り替えは、予めa接点構成の発熱体切り替え器57aの接点を開放状態にしておく。これにより、トライアック56aとトライアック56bの無接点スイッチのみによって独立して制御することができる。したがって、電力供給経路(図14(a))と電力供給経路(図14(b))との間をシームレスに状態遷移したり、電力供給経路(図14(a))とともに電力供給経路(図14(b))を使用したりすることが可能である。
53 加圧ローラ
54b1、54b2 発熱体
94 CPU
Claims (13)
- 第1の記録材又は前記第1の記録材よりも長手方向の長さが短い第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第1の発熱体と、前記第1の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第2の発熱体であって、前記第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第2の発熱体と、を含むヒータと、
前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体により加熱される第1の回転体と、
前記第1の回転体とともにニップ部を形成する第2の回転体と、
前記第1の発熱体、又は前記第2の発熱体を用いて定着処理を行うように制御する制御手段と、
を備える定着装置であって、
前記制御手段は、電力を供給する発熱体を前記第1の発熱体から前記第2の発熱体に切り替えて複数の第2の記録材に定着処理を行い、前記複数の第2の記録材への定着処理が終了した後で、前記第1の回転体及び前記第2の回転体が回転している、且つ前記ニップ部に記録材がない状態において、前記第2の発熱体を発熱させる第1の動作を行い、
前記第1の動作において前記第2の発熱体を発熱させる期間は、前記ニップ部における前記長手方向の端部が暖められる度合いが大きいほど長く決定されることを特徴とする定着装置。 - 第1の記録材又は前記第1の記録材よりも長手方向の長さが短い第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第1の発熱体と、前記第1の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第2の発熱体であって、前記第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第2の発熱体と、を含むヒータと、
前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体により加熱される第1の回転体と、
前記第1の回転体とともにニップ部を形成する第2の回転体と、
前記第1の発熱体、又は前記第2の発熱体を用いて定着処理を行うように制御する制御手段と、
を備える定着装置であって、
前記制御手段は、電力を供給する発熱体を前記第1の発熱体から前記第2の発熱体に切り替えて複数の第2の記録材に定着処理を行い、前記複数の第2の記録材への定着処理が終了した後で、前記第1の回転体及び前記第2の回転体が回転している、且つ前記ニップ部に記録材がない状態において、前記長手方向における端部よりも中央部の方が、発熱量が多くなるように発熱させる第1の動作を行い、
前記第1の動作において前記第2の発熱体を発熱させる期間は、前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体が用いられることにより前記ニップ部における前記長手方向の端部が暖められる期間が長いほど長く決定されることを特徴とする定着装置。 - 前記第1の動作において前記第2の発熱体を発熱させる温度は、固定の温度であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。
- 前記第1の動作において前記第2の発熱体を発熱させる期間は、前記第2の回転体が1回転する時間であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。
- 前記制御手段は、前記複数の第2の記録材に定着処理を行う場合に、前記定着処理が開始されてから所定の枚数の前記第2の記録材に対して前記第1の発熱体を用いて前記定着処理を行うことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記制御手段は、前記第2の記録材に前記第1の発熱体を用いて定着処理を行っている間に、先行する記録材の後端と前記先行する記録材に連続して定着処理が行われる後続の記録材の先端との間の紙間において、前記第2の発熱体を発熱させる第2の動作を行うことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記第1の発熱体に電力を供給するときに接続状態となり、前記第1の発熱体への電力の供給を遮断するときに非接続状態となる第1の接続手段と、
前記第2の発熱体に電力を供給するときに接続状態となり、前記第2の発熱体への電力の供給を遮断するときに非接続状態となる第2の接続手段と、
を備えることを特徴とする請求項6に記載の定着装置。 - 前記第1の接続手段及び前記第2の接続手段は、双方向サイリスタであることを特徴とする請求項7に記載の定着装置。
- 前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体に電力を供給するときに接続状態となり、前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体への電力の供給を遮断するときに非接続状態となる接続手段と、
前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体に電力を供給するための電力供給路を切り替える切替手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記接続手段を前記非接続状態とした後で前記切替手段により前記電力供給路を切り替え、その後、前記接続手段を前記接続状態とすることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の定着装置。 - 前記制御手段は、前記複数の第2の記録材への定着処理が終了した後、前記切替手段により前記電力供給路を切り替えることにより前記第1の発熱体に切り替えることを特徴とする請求項9に記載の定着装置。
- 前記第1の回転体は、フィルムであることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記ヒータは、前記フィルムの内部空間に配置されており、前記ヒータと前記第2の回転体により前記フィルムを挟持しており、
記録材上の画像は、前記フィルムと前記第2の回転体との間に形成されたニップ部で前記フィルムを介して加熱されることを特徴とする請求項11に記載の定着装置。 - 記録材に未定着のトナー像を形成する画像形成手段と、
記録材上の未定着のトナー像を定着する請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の定着装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
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