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JP6840479B2 - 画像加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機やLBP等、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置に用いられる画像加熱装置および画像形成装置に関する。
複写機等の画像形成装置は、画像形成部において記録材上に形成されたトナー像(画像)に対し、定着部(定着器)において熱と圧をかけることで画像を記録材に定着している。この記録材の一つとして、例えば封筒といった用紙が存在する。従来、封筒に対しトナー像を定着する場合、しわの発生を防止するために、定着ローラと加圧ローラ間に形成されたニップ部の圧を下げる構成が知られている(特許文献1)。
これは、普通紙と同様の圧で封筒を定着した場合に皺が発生してしまうため、ニップ部の圧を通常時よりも軽圧とする制御を行うものである。そして、特許文献1では、封筒以外を通紙するときは全圧、封筒を通紙するときは種類に応じて加圧力を変更する、という制御を行っている。
特開2014−25965号公報
定着器におけるニップ部の圧が軽圧条件となる時、定着ローラから加圧ローラへと移る熱量が減少してしまう。このため、定着器としての熱容量は低下し、定着ローラに対する電力供給が過剰となり、温度リプル(リップル)の原因となっていた。この温度リプルは、定着器が用紙を挟持搬送している間に発生してしまうと、定着不良の原因となる。そこで、
軽圧時の温度リプルを抑制するように、定着ローラに対する電力供給を減らした場合、定着器が目標温度に到達するまでの時間が長くなってしまう。
本発明の目的は、ニップ部が軽圧状態となったとき加熱部材への電力供給のリプルを抑制し、定着不良を抑えることができる画像加熱装置および画像形成装置を提供することにある。
発明の実施形態に係る画像加熱装置は、コイルと、供給電力に応じて前記コイルから生じる磁束により誘導加熱される第1回転体と、前記第1回転体に当接して、記録材を挟持搬送しつつ記録材に形成されたトナー像を加熱するニップ部を形成する第2回転体と、前記第1回転体の温度を検出する検出手段と、前記検出手段の検出温度に応じて前記コイルへの供給電力を制御する制御手段と、前記ニップ部の圧力を第1の圧力に設定して記録材に画像加熱処理を施す第1の画像加熱モードと、前記ニップ部の圧力を前記第1の圧力よりも低い第2の圧力に設定して記録材に画像加熱処理を施す第2の画像加熱モードと、を設定可能な設定手段と、を備え、前記制御手段は、記録材が封筒である場合に、前記第1回転体の温度が目標温度に達するまでは前記第1の画像加熱モードにより前記第1回転体を加熱させ、前記第1回転体の温度が前記目標温度に達した後に前記第2の画像加熱モードにより前記第1回転体を加熱させ、その際に、前記第1回転体の目標温度と前記検出温度の差分に応じた供給電力について、前記第1の画像加熱モードのときよりも前記第2の画像加熱モードのときの方を小さくすることを特徴とする。
発明の実施形態に係る画像形成装置は、記録材にトナー像を形成する画像形成部と、コイルと、供給電力に応じて前記コイルから生じる磁束により誘導加熱される第1回転体と、前記第1回転体に当接して、記録材を挟持搬送しつつ記録材に形成されたトナー像を加熱するニップ部を形成する第2回転体と、を有する定着手段と、前記第1回転体の温度を検出する検出手段と、前記検出手段の検出温度に応じて前記コイルへの供給電力を制御する制御手段と、前記ニップ部の圧力を第1の圧力に設定して記録材に画像加熱処理を施す第1の画像加熱モードと、前記ニップ部の圧力を前記第1の圧力よりも低い第2の圧力に設定して記録材に画像加熱処理を施す第2の画像加熱モードと、を設定可能な設定手段と、を備え、前記制御手段は、記録材が封筒である場合に、前記第1回転体の温度が目標温度に達するまでは前記第1の画像加熱モードにより前記第1回転体を加熱させ、前記第1回転体の温度が前記目標温度に達した後に前記第2の画像加熱モードにより前記第1回転体を加熱させ、その際に、前記第1回転体の目標温度と前記検出温度の差分に応じた供給電力について、前記第1の画像加熱モードのときよりも前記第2の画像加熱モードのときの方を小さくする、ことを特徴とする。
本発明によれば、封筒を加熱する際に、第1回転体のウォームアップの立ち上げ時間を変えないまま、第1回転体を加熱するコイルへの電力供給による温度リプルを抑制可能な画像加熱装置および画像形成装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る画像形成装置および定着装置の構成図 本発明の実施形態における電力演算構成と周辺の回路ブロック図 本発明の実施形態におけるタイミングチャート 本発明の実施形態におけるフローチャート
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
《第1の実施形態》
(画像形成装置および画像加熱装置)
図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置および画像加熱処理(定着処理)を行う画像加熱装置(定着装置)の概略構成図である。同図において、900が画像形成装置本体(プリンタ本体)で、その中には反時計回りに回転する感光体ドラム901yがあり、1次帯電ローラー902yにて感光体ドラム901yの表面を均一に帯電する。均一に帯電した感光体ドラム901yの表面に903yのレーザーユニットから照射されるレーザーが露光され、潜像画像が描画される。次に、感光体ドラム901yの表面が現像スリーブ904yを通過し、感光体ドラム901y上の潜像画像がイエローのトナーによって現像される。
そして、感光体ドラム901yの表面は中間転写ベルト906と接する。1次転写ローラー905yに電圧が加えられることにより、感光体ドラム901yの表面にあったイエローのトナー像(画像)が中間転写ベルト906の表面に転写される。同様にしてマゼンタ、シアン、ブラックのトナー像(画像)が、中間転写ベルト906の表面に転写される。
こうして中間転写ベルト906には、イエローとマゼンタとシアンとブラックのトナーで形成されたフルカラーの画像が形成される。そして、中間転写ベルト906が2次転写内ローラー907と2次転写外ローラー908を通過する。その時に中間転写ベルト906と2次転写外ローラー908の間を用紙カセット910から給紙された用紙913が挟まれて搬送され、中間転写ベルト906上の画像が、用紙913の表面に転写される。
トナー像が形成された用紙913は、2次転写内ローラー907と2次転写外ローラー908を通過し定着装置(定着部)としての定着器911に搬送されて定着され、その後に排出積載される。
(定着器への電力供給および定着器における電力制御)
定着器911は、トナー画像が形成された記録材を加熱する加熱部材911aと、加熱部材911aに対向し加熱部材と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成する対向部材としての加圧ローラ911bと、を備える。
図1で、温度検知手段202は、定着器911における加熱部材911aの定着温度をモニタしている。また、UI(ユーザインタフェース)203はユーザによる紙種(記録材の種類)の入力による入力結果をCPU201に対し送る。
UI203による紙種の入力結果の情報は、温調温度制御手段205と搬送速度制御手段206に対して送られる。この紙種の入力結果に基づいて、定着ベルト404の目標温度(温調温度)と、記録材の搬送速度(定着ベルトと加圧ベルトによって搬送される紙の搬送速度)が設定される。
温度制御手段205は、設定された定着ベルト404の目標温度(温調温度)の情報をCPU201に対して送り、定着ベルトの温調温度が制御される。
搬送速度制御手段206は、設定された記録材の搬送速度の情報をCPU201に対して送り、記録材の搬送速度が制御される。
本実施形態における定着器911は、励磁コイルで定着ベルトが電磁誘導加熱される誘導加熱定着器(IH定着器)であり、電源装置200による電力供給を受けて発熱する。また、定着器911は、励磁コイルユニット403、それに相対する発熱体(加熱部材としての定着ベルト404)、及び定着ベルト404とニップ部を形成する加圧回転体としての加圧ベルト405、加熱部材の温度を検出する温度検知手段202とで構成される。
CPU201は機器全体の制御を司り、温度検知手段202からIH定着器の温度検出信号を受ける。それとともに、駆動信号によって電源装置200を制御することでIH定着器に対して所望の電力供給、並びに電力制御部としてIH定着器における電力制御(電力供給制御)を行う。
(ブロック図)
図2に、本実施形態における電源装置200と周辺構成のブロック図を示す。図2で、100は商用AC電源である。電源装置200は、整流部301、平滑部302、駆動部303、によって構成されている。駆動部303は、スイッチング部401と、共振コンデンサ402と、で構成されている。そして、IH定着器は、IHユニット403、定着ベルト404、加圧ベルト405、温度検知手段202、で構成されており、CPU201は温度検知手段202からの情報を受け取り、IH定着器の温度を検出している。
CPU201は、温度検知手段202の温度検知信号に基づき、IH定着電源200の備える駆動部303のスイッチング部401a、401bに対して、ON−OFFを制御するパルス信号を出力する。また、CPU201は、IH定着器の温度検知信号を基に、パルス信号のパルス幅を拡縮させる(後述するように同一強度のパルスの発生時間を変える)制御を行うことで、IH定着器に対する供給電力を調整している。
加圧変更手段204は、UI203によりもたらされた紙種設定の情報を基に、定着ベルト404と加圧ベルト405とで形成されるニップ部の圧(ニップ圧)の調整を行う。ニップ圧が軽圧設定の時、CPU201は、IH定着器の温調温度に対するパルス信号に関しパルス幅の拡縮比率を下げる制御(後述するように電力変化が小さくなるよう同一強度のパルスの発生時間を短くする制御)を行う。これにより、軽圧状態でのIH定着器に供給される過剰電力を防止し、IH定着器の温度リプルを防止する。
また、温調温度制御手段205はUI203からの情報をもとにCPU201に対し、定着ベルト404の温調温度の設定情報を送り、CPU201は前記定着ベルト404の温調温度が前記温調温度となるよう、IH定着器に対する供給電力を調整する。
またUI203によりもたらされた紙種情報によって、プリンタ900の制御は以下のように変更される。
表1に示すように、速度V1<V2<V3、目標温度T1<T2<T3<T4とし、各紙種条件によって変更する。封筒の際にはしわ防止のため軽圧(封筒圧)に設定する。
ここで示した条件はあくまで一例であり、プリンタ900のその他の各種設定条件に対しても同様に、速度、目標温度、圧を設定しても良いものとする。
次に、CPU201による電源装置200の制御について、タイミングチャートを図3、フローチャートを図4と共に説明する。
(タイミングチャート)
図3は、パルス信号のパルス幅比率(以降、温調ゲインと表記)切り替えに応じた、定着器911の温度変化を表すタイミングチャートである。t0〜t5を従来の制御とし、t6以降は本実施形態の制御を用いた場合の動作として説明する。
図3において、温度検知手段202によって検出された定着器911の温度を定着温度a、CPU201によって定着器に記録材が通紙しているか否かを判別する信号をJOB信号bとする。また、IH定着電源200の備える駆動部303のスイッチング部401を制御するパルス信号のパルス幅をパルス幅c、パルス信号のパルス幅拡縮比率を温調ゲインdとする。そして、定着器911の形成するニップ圧の設定値をニップ圧e、定着器911の熱容量を熱容量fとする。
時間t0において定着器911の温調が開始されたとき、ニップ圧設定は全着圧であり、熱容量が大きい状態である。このとき、電力供給に対する定着温度の応答性が遅いため、温調ゲインを高い設定(全着設定)とし、目標温度に早く到達するよう制御を行う。
時間t1で目標温度に到達すると、CPU201は定着温度を一定に保つように温調制御を行う。時間t2で、UI203により用紙種別が変更され、ニップ圧の設定が全着圧から軽圧に変わると、定着器911熱容量が低下し、定着器911に対する電力供給が過剰な状態となる。
すると、時間t3において目標温度を超えた状態となるため、CPU201はパルス幅を狭める(パルス発生時間を短くする)制御を行う。但し、従来技術では、温調ゲインは全着設定のまま(パルス発生時間が変化する度合いが大きい状態)であるため、パルス幅が大きく狭まり(パルス発生時間が短くなる度合いが大きい)、時間t4において定着温度が目標温度を下回ってしまう。
そして、このように定着温度が目標温度を下回った場合、従来技術では、CPU201はパルス幅を広げる(パルス発生時間を長くする度合いが大きい)制御を行い、定着温度は再び目標温度を超えてしまっていた。この繰り返しにより、ニップ圧が軽圧(熱容量が小さい状態)の時は、電力変化として振幅が大きいために、定着温度に温度リプルが発生してしまうという課題が存在していた。この温度リプルは、時間t5〜t6のジョブ中にも発生し、画像不良の原因となっていた。
そこで、本実施形態における制御では、時間t7のように、CPU201によって温調ゲインを軽圧設定に変更する制御を行う。具体的には、パルス発生時間が変化する度合いが小さい、即ち従来技術における時間t3における電力変化よりも振幅が小さくなる(温調ゲインが小さくなる)制御を行う。即ち、図3のパルス幅cにおいて、縦軸はパルス発生時間を示し、横軸は経過時間(動作時間)を示しているが、時間t7からt8におけるパルス発生時間の変化は、時間t4からt5におけるパルス発生時間の変化より小さくしている。
ここで、電力のパルス制御におけるオンオフに対応してスイッチング部401a、401bが順次作動することで、パルス発生時間の変化は時間t7からt8において所定レベル(第1の基準レベル)を基準とした振幅が小さい第1の電力変化となる(図3)。同様に、従来技術では、パルス発生時間の変化は時間t4からt5において所定レベル(第2の基準レベル)を基準とした振幅が大きい第2の電力変化となる(図3)。
このようにして、本実施形態では、温度ゲインdが軽圧設定に変更された時刻t7〜t8では、パルス発生時間(図3のパルス幅cの縦軸)の変化、即ち電力の変化が小さく抑制され、定着温度の温度リプルが抑制される。このため、その後、時間t8〜t9のジョブ中であっても、定着温度の温度リプルは抑制されたままとなり、画像不良が防止される。
このように、本実施形態では、目標温度に到達するまでの温調ゲインは高い設定(全着設定)とし、温調時にニップ圧が軽圧となった場合は温調ゲインを下げた設定(軽圧設定)とする。これにより、目標温度到達までの時間は早くしたまま、温調時の温度リプルを抑制することが可能になる。
(フローチャート)
図4は、IH定着器が軽圧条件のときに温調ゲインを制御する本実施形態のフローチャートである。JOB開始時、定着器のニップ圧は全着圧となっている。CPU201はユーザが設定した紙種の情報をUI203より受け、画像形成時の用紙モードを決定する(1001)。
CPU201は、設定されている用紙設定を判別し(1002)、用紙が封筒以外である時(1002−N)、定着器のニップ圧設定を全着圧のまま維持し(1003)通紙に移行する(1006)。用紙が封筒である時(1002−Y)、定着器の圧設定を封筒圧にし(1004)、定着器の温度制御に用いるPID制御の設定値を封筒圧用に変更する(1005)。その後、通紙に移行し(1006)、JOBが終了するまでの間は、同じPID制御設定値で温度制御を行う(1007−N)。
JOBが終了したとき(1007−Y)、温調ゲインが封筒圧用であるか否かを判別する(1008)。封筒圧設定である場合(1008_Y)は、温調ゲインを全着設定に戻し(1009)、その後スタンバイに移行し、温調ゲインが封筒圧用でないとき(1008_N)、そのままスタンバイに移行する。以降は、JOBが開始される度に同じ制御を行うものとする。
以上の説明において、全着設定の場合と軽圧設定の場合ともに定着ベルトの目標温度(温調温度)を同じにしていたが、本発明はこれに記録材(封筒)のしわ防止効果を得るためには、軽圧設定(用紙設定が封筒)の場合、全着設定の場合に比べて、目標温度を低くして(例えば10℃下げて)、供給電力を減らす制御を行うことが良い。
また、全着設定の場合と軽圧設定の場合とで、定着器による記録材搬送速度を同じにしても良いし、軽圧設定(用紙設定が封筒)の場合、全着設定の場合に比べて、定着器による記録材搬送速度を遅くしても良い。記録材(封筒)のしわを防止効果を得るためには、定着器による記録材搬送速度を速くすることが有利であるため、軽圧設定の場合は、全着設定の場合と、記録材搬送速度を同じにするのが良い。記録材(封筒)のしわ防止効果により、定着性が不利になる場合には、目標温度と記録材搬送速度を適宜組み合わせることができる。
(本実施形態の効果)
以上、本実施形態では、プリントジョブ中にニップ部が軽圧状態となったとき、定着ベルトの温度制御に用いるパルス信号の拡縮量(温調ゲイン)を減らすことで、プリント中の定着ベルトに対する電力供給のリプルを抑制できる。これにより、ウォームアップの立ち上げ時間を変えないまま、プリント中に定着ベルトで発生する温度リプルを低減し、定着不良を防止することが可能になる。
(変形例)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
(変形例1)
上述した実施形態では、軽圧となる定着器の一例としてIH定着器について説明を行ったが、ハロゲンヒータやセラミックヒータといったその他の発熱源を用いた軽圧の定着器にも同様に制御を行っても良い。この場合、定着器の目標温度と検知温度(検出温度)との差分に対し、定着器へのAC導通を行うトライアック等の素子のON−OFFを制御する位相角を変えることで、電力供給を調整する位相制御を用いることが好ましい。この位相角の制御を、全着圧と軽圧のそれぞれで変えることで、上記した実施形態と同様の効果を得ることが可能になる。
(変形例2)
また、上述した実施形態ではニップ圧の設定を全着圧と軽圧の2種類として説明を行ったが、紙種によって各々個別のニップ圧を設定し、それらに合わせた温調ゲインを個別に持たせる構成としても良い。また、上述した実施形態ではニップ圧設定の条件となる紙種を、ユーザによるUIの操作によって行うものとしているが、記録材の種類を記録材のサイズを検知して判別する判別手段としての紙種検知手段によって判別する構成としても良い。
(変形例3)
上述した実施形態では、加熱部材の加熱状態情報を取得する取得手段として加熱部材の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタを用いたが、定着器における加熱部材の暖気状態(温まり度合い)を予想する手段(暖気指数)を用いても良い。
(変形例4)
上述した実施形態では、パルス幅を変調する制御(軽圧設定でパルス幅を変化する度合いを小さくする)を述べたが、パルス数を変更する制御(軽圧設定でパルス数を変化する度合いを小さくする)を用いることもできる。
(変形例5)
上述した実施形態では、加圧部材としての加圧回転体が定着回転体(定着ベルト)を加圧する場合を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、加圧部材としてでなく対向部材としての回転体が定着回転体から加圧される場合にも同様に適用できる。
(変形例6)
上述した実施形態では、記録材として記録紙を説明したが、本発明における記録材は紙に限定されるものではない。一般に、記録材とは、画像形成装置によってトナー像が形成されるシート状の部材であり、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、薄紙、封筒、葉書、シール、樹脂シート、OHPシート、光沢紙等が含まれる。なお、上述した実施形態では、便宜上、記録材(シート)Pの扱いを通紙などの用語を用いて説明したが、これによって本発明における記録材が紙に限定されるものではない。
(変形例7)
上述した実施形態では、未定着トナー像をシートに定着する定着装置を例に説明したが、本発明は、これに限らず、画像の光沢を向上させるべく、シートに仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置(この場合も定着装置と呼ぶ)にも同様に適用可能である。
(変形例8)
上述した実施形態では、温調温度制御手段205による温調温度変更は、ユーザによるUIの操作(紙の種類の設定入力)によって行なっていたが、本発明はこれに限られない。紙搬送路中に設けられた紙種検知手段(光学センサ、超音波センサ)によって検知された紙の種類に基づいて行なっても良い。
201・・CPU 202・・温度検知手段 204・・加圧変更手段
404・・定着ベルト 911a・・加熱部材

Claims (6)

  1. コイルと、
    供給電力に応じて前記コイルから生じる磁束により誘導加熱される第1回転体と、
    前記第1回転体に当接して、記録材を挟持搬送しつつ記録材に形成されたトナー像を加熱するニップ部を形成する第2回転体と、
    前記第1回転体の温度を検出する検出手段と、
    前記検出手段の検出温度に応じて前記コイルへの供給電力を制御する制御手段と、
    前記ニップ部の圧力を第1の圧力に設定して記録材に画像加熱処理を施す第1の画像加熱モードと、前記ニップ部の圧力を前記第1の圧力よりも低い第2の圧力に設定して記録材に画像加熱処理を施す第2の画像加熱モードと、を設定可能な設定手段と、を備え、
    前記制御手段は、記録材が封筒である場合に、前記第1回転体の温度が目標温度に達するまでは前記第1の画像加熱モードにより前記第1回転体を加熱させ、前記第1回転体の温度が前記目標温度に達した後に前記第2の画像加熱モードにより前記第1回転体を加熱させ、その際に、前記第1回転体の目標温度と前記検出温度の差分に応じた供給電力について、前記第1の画像加熱モードのときよりも前記第2の画像加熱モードのときの方を小さくする、
    ことを特徴とする画像加熱装置。
  2. 前記第2の画像加熱モード時の記録材搬送速度は、前記第1の画像加熱モード時の記録材搬送速度よりも速い、
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像加熱装置。
  3. 前記第2の画像加熱モード時の前記第1回転体の目標温度は、前記第1の画像加熱モード時の前記第1回転体の目標温度よりも高い、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像加熱装置。
  4. 記録材にトナー像を形成する画像形成部と、
    コイルと、
    供給電力に応じて前記コイルから生じる磁束により誘導加熱される第1回転体と、前記第1回転体に当接して、記録材を挟持搬送しつつ記録材に形成されたトナー像を加熱するニップ部を形成する第2回転体と、を有する定着手段と、
    前記第1回転体の温度を検出する検出手段と、
    前記検出手段の検出温度に応じて前記コイルへの供給電力を制御する制御手段と、
    前記ニップ部の圧力を第1の圧力に設定して記録材に画像加熱処理を施す第1の画像加熱モードと、前記ニップ部の圧力を前記第1の圧力よりも低い第2の圧力に設定して記録材に画像加熱処理を施す第2の画像加熱モードと、を設定可能な設定手段と、を備え、
    前記制御手段は、記録材が封筒である場合に、前記第1回転体の温度が目標温度に達するまでは前記第1の画像加熱モードにより前記第1回転体を加熱させ、前記第1回転体の温度が前記目標温度に達した後に前記第2の画像加熱モードにより前記第1回転体を加熱させ、その際に、前記第1回転体の目標温度と前記検出温度の差分に応じた供給電力について、前記第1の画像加熱モードのときよりも前記第2の画像加熱モードのときの方を小さくする、
    ことを特徴とする画像形成装置。
  5. 前記第2の画像加熱モード時の記録材搬送速度は、前記第1の画像加熱モード時の記録材搬送速度よりも速い、
    ことを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  6. 前記第2の画像加熱モード時の前記第1回転体の目標温度は、前記第1の画像加熱モード時の前記第1回転体の目標温度よりも高い、
    ことを特徴とする請求項4又は5に記載の画像形成装置。
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