JP7353759B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
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2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の長さを幅という。図3は、定着装置50の断面模式図である。
図4に実施例1のヒータ54の構成を示し、以下に詳細を説明する。基板54aはAl2O3材等で形成された板状のセラミック基板であり、寸法は、例えば、厚みt=1mm、幅W=6.3mm、長さl=280mmである。基板54a上に、発熱体54b1、54b2、54b3、54b4、導電経路である導体54c、電力を供給するための接点54d1、54d2、54d3、54d4、が印刷プロセスによって形成される。以下、複数の発熱体54b1~54b4を発熱体54bと総称することもある。図4において、発熱体54bは白、導体54cは斜線、接点54d1~54d4は黒で表す。
前述したヒータ54における最長の幅の発熱体54b1、54b2の特徴について以下に説明する。定着装置50が十分に加熱された定着可能な状態(以下、通紙可能状態ともいう)にいち早く達することができれば、印刷物をユーザにいち早く提供できる。このため、どのサイズの用紙Pが選ばれてもよいように、長手方向の全域を加熱することが可能な最長の発熱体54b1、54b2の電力供給能力を最大とするのがよい。最長の発熱体54b1、54b2よりも長手方向の長さが短い発熱体54b3、54b4は、最長の発熱体54b1、54b2によって定着装置50が十分に加熱された後に使用される。よって、通紙時にトナー像を用紙Pに固着するための電力量が補えればよいので、発熱体54b3、54b4が使用される場合には、最長の発熱体54b1、54b2の高い電力供給能力に比べ、低い電力供給能力にするのが好ましい。
次に、最長でない2種類の発熱体54b3、54b4の特徴について以下に記す。発熱体54b3と発熱体54b4は、一方の端部は1つの接点54d3によって電気的に接続されている。一方、発熱体54b3と発熱体54b4は、他方の端部については、発熱体54b3は接点54d2に電気的に接続され、発熱体54b4は接点54d4に電気的に接続されている。すなわち、発熱体54b3と発熱体54b4は、どちらか一方が発熱するように構成されている。
最長の発熱体54b1、54b2が複数の発熱体54bの中で最大の電力供給能力を有し、定着装置50を短時間で通紙可能状態に加熱することが一般的であり、上述したように実施例1でもこの構成を採用している。一方で、電力供給能力が高いということは、装置の誤作動などによって、過剰な電力供給を受けやすいということを意味し、基板54aの変形のリスクが高い。実施例1では、高い電力供給能力と基板54aの変形リスクの低減とを両立するために、最長の発熱体を発熱体54b1と発熱体54b2の2本の構成とし、電力の分散、すなわち電力密度の低減をはかる。更に、一方の発熱体54b1を基板54aの短手方向の一方の端部に配置し、もう一方の発熱体54b2を基板54aの他方の端部(反対側の端部)に配置する。そして、2つの発熱体54b1、54b2を共通の接点54d1、54d4で電気的に接続し、2本の最長の発熱体54b1、54b2は必ず同時に電力が供給されるように構成する。これらによって、基板54aの短手方向の一方の端部(一部)のみが発熱することがなく、基板54aの温度分布を均一にすることができ、基板54aの変形リスクを低減できる。
図5に実施例1の電力供給回路を示し、この回路を使用して実施例1と比較例1との比較検証を実施する。それぞれの電力供給回路について、以下に説明する。図5の実施例1において、接点54d1~54d4は、電力供給経路を切り替えるための発熱体切り替え器57と接続されている。なお、発熱体切り替え器57によって電力供給経路を切り替えることによって発熱する発熱体54bが切り替わるため、電力供給経路を切り替えることを、発熱体54bを切り替えるとも表現する。実施例1では、発熱体切り替え器57は、具体的にはC接点構成の電磁リレー57a、57bである。
次に、図6、図7を用いて、実施例1の画像形成装置の利点に関して説明する。実施例1では、使用する発熱体54bを切り替えたタイミングで、発熱体54bに流れる電流量(電力量)を、変更する前の発熱体54b(第1の発熱体)に応じた電流量から変更した後の発熱体54b(第2の発熱体)に応じた電流量(電力量)に切り替える。発熱体54bに供給される電流量(電力量)は、トライアック56のデューティーによって制御されている。このため、具体的には、使用する発熱体54bを切り替えたタイミングで、トライアック56のデューティーを、変更された発熱体54bに応じたデューティーに設定する。そして、これにより電力の過不足をなくし、発熱体54bに対して安定した温度制御を可能とする。
まず、比較例として、使用する発熱体54bによらず、同じデューティーでトライアック56を制御する例を、図6を用いて説明する。その後で、図7を用いて実施例1の画像形成装置の振る舞いに関して説明する。図6は、図1~図5の構成において、1つのジョブで、A4幅の用紙α1、B5幅の用紙β1~β5の順に6枚の用紙Pに印刷を行うケースの図である。図6で、(i)はビデオコントローラ91とCPU94間のコマンドの送受信を示し、(ii)は定着ニップ部Nに通紙される用紙Pを示す。(iii)は電磁リレー57aの状態を示し、電磁リレー57aによってトライアック56が接点54d1に接続されている場合と接点54d3に接続されている場合を示す。(iv)は電磁リレー57bの状態を示し、電磁リレー57bによってトライアック56が接点54d2に接続されている場合と接点54d4に接続されている場合を示す。(v)はトライアック56がどの発熱体54bに接続されている状態かを示す。(vi)はCPU94によって制御されるトライアック56のデューティー(%)を示す。なお、トライアック56が常時導通状態の場合を100%、常時非導通状態の場合を0%とする。(vii)は定着温度センサ59によって検知された温度(以下、サーミスタ温度という)を示し、TE2は定着温度の目標値(目標)を示す。なお、TE1は室温を示す。
次に図7を用いて、実施例1の画像形成装置を説明する。図7(i)~(vii)は図6(i)~(vii)と同様の図であり、図の見方の説明は省略する。また、以下の説明にあたり、図6と重複する箇所に関しては、説明しない。なお、タイミングt701でCPU94は印刷指示を受信し、タイミングt702で用紙α1の先端が定着ニップ部Nに到達する。図7では、タイミングt703で、発熱体54b1、54b2から発熱体54b3に切り替えられる。実施例1の画像形成装置は、電磁リレー57aが接点54d3に接続され、発熱体54b3が接続されたタイミングt703で、CPU94は次のように制御する。すなわち、CPU94は、発熱体54b3を用いた場合にサーミスタ温度が目標温度TE2を維持するために最適なトライアック56のデューティーであるデューティーYに設定を変更する(図7(vi))。この点、比較例と異なる(図6(vi))。
デューティーY=デューティーX×(発熱体54b3の抵抗値÷発熱体54b1、54b2の合成抵抗値)
=デューティーX×(20[Ω]÷10[Ω])
=2×デューティーX…式(1)
図8は実施例1の画像形成装置のトライアック56の制御フローチャートである。CPU94がビデオコントローラ91より印刷指示を受信した後(図7のタイミングt701以降)の制御に関して説明する。ステップ(以下、Sとする)801でCPU94は、デューティー100%でトライアック56を駆動する。S802でCPU94は、サーミスタ温度が目標温度TE2以上になったか否かを判断する。S802でCPU94は、サーミスタ温度が目標温度TE2未満であると判断した場合、処理をS802に戻し、サーミスタ温度が目標温度TE2以上であると判断した場合、処理をS803に進める。S803でCPU94は、メモリ95から発熱体54bに応じたトライアック56のデューティーXを読み出して、読み出したデューティーXでトライアック56を駆動する。
以下にA5幅の用紙Pの連続印刷を行うケースを示した図9を用いて、実施例2の画像形成装置の動作を詳しく説明する。図9は、A5幅の用紙γ1~γ12まで、12枚の用紙Pに定着処理を行う場合を示している。図9(i)~(vii)は図7(i)~(vii)と同様の図であり、図の見方についての説明を省略する。また、実施例2の画像形成装置は、実施例1の図1~図5と同じ構成の画像形成装置であり、説明を省略する。
デューティーZ=デューティーX×(20[Ω]÷10[Ω])
=2×デューティーX …式(2)
デューティーZは、実施例1と同様にメモリ95に記憶されている。
図10は実施例2の画像形成装置のトライアック56の制御フローチャートである。CPU94がビデオコントローラ91から印刷指示を受信した後(図9のタイミングt801以降)の制御に関して説明する。なお、S901~S903の処理は、図8のS801~S803の処理と同様であるため、説明を省略する。
実施例2の画像形成装置との違いは、切り替え後のトライアック56のデューティーを算出して使用する点であることから、これに関して以下でフローチャートを用いて説明する。なお、実施例3の画像形成装置は、実施例1の図1~図5と同じ構成の画像形成装置である。また、実施例3のタイムチャートは、図9を援用する。図11は実施例3の画像形成装置のトライアック56の制御フローチャートである。CPU94がビデオコントローラ91より印刷指示を受信すると、S1001以降の処理を開始する。なお、S1001~S1004の処理は、図10のS901~S904の処理と同様の処理であり、説明を省略する。S1005でCPU94は、発熱体54bを切り替えた後のトライアック56のデューティーを算出する。CPU94は、算出したデューティーで発熱体54bを切り替えた後のトライアック56を駆動する。
切り替え後のデューティー=切り替え前のデューティー
×切り替え後の発熱体の抵抗値
÷切り替え前の発熱体の抵抗値…式(3)
なお、S1006の処理は、図10のS909の処理と同様の処理であり、説明を省略する。
54b 発熱体
56 双方向サイリスタ
57 発熱体切り替え器
59 定着温度センサ
94 CPU
Claims (13)
- 記録材に担持された未定着のトナー像を定着する定着装置であって、
細長い基板と、第1の発熱体と、前記第1の発熱体と長手方向の長さが略同じ長さの第2の発熱体と、前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第3の発熱体と、前記第3の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第4の発熱体と、を含むヒータと、
前記ヒータに電流を供給する、又は電流の供給を遮断する接続手段と、
前記定着装置の温度を検知する検知手段と、
前記検知手段により検知された検知温度が目標温度となるように前記接続手段を制御する制御手段と、
を備え、
短手方向において、前記第1の発熱体、前記第3の発熱体、前記第4の発熱体、前記第2の発熱体の順に前記基板上に配置され、
前記第1の発熱体、及び前記第2の発熱体の合成抵抗値は第1の値であり、前記第3の発熱体の抵抗値は前記第1の値より大きい第2の値であり、前記第4の発熱体の抵抗値は前記第1の値より大きい第3の値であり、
前記制御手段は、前記第1の発熱体、及び前記第2の発熱体に電力を供給する場合、前記検知温度が前記目標温度を維持するように、第1のデューティーで電流を前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体に供給させ、前記第3の発熱体に電力を供給する場合、前記検知温度が前記目標温度を維持するように、第2のデューティーで電流を前記第3の発熱体に供給させ、
前記第2のデューティーは、前記第1のデューティーより大きいことを特徴とする定着装置。 - 前記制御手段は、前記第1の発熱体、及び前記第2の発熱体に電力を供給する場合、前記検知温度が前記目標温度を維持するように、前記第1のデューティーで電流を前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体に供給させ、前記第4の発熱体に電力を供給する場合、前記検知温度が前記目標温度を維持するように、第3のデューティーで電流を前記第4の発熱体に供給させ、
前記第3のデューティーは、前記第1のデューティーより大きいことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体の一方の端部が電気的に接続された第1の接点と、
前記第1の発熱体、前記第2の発熱体及び前記第3の発熱体の他方の端部が電気的に接続された第2の接点と、
前記第3の発熱体及び前記第4の発熱体の一方の端部が電気的に接続された第3の接点と、
前記第4の発熱体の他方の端部が電気的に接続された第4の接点と、
を備え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の発熱体及び前記第2の発熱体を使用する場合の前記接続手段のデューティー、前記第3の発熱体を使用する場合の前記接続手段のデューティー、及び前記第4の発熱体を使用する場合の前記接続手段のデューティーの情報を記憶した第1の記憶手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体、又は前記第3の発熱体に電力を供給するための電力供給経路を切り替える切替手段を備え、
前記制御手段は、前記切替手段によって電力供給経路を切り替える際に、切り替え後の発熱体を使用する場合のデューティーの情報を前記第1の記憶手段から読み出して、読み出した前記情報に応じたデューティーで前記接続手段を制御することを特徴とする請求項4に記載の定着装置。 - 前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体、又は前記第3の発熱体に電力を供給するための電力供給経路を切り替える切替手段と、
第2の記憶手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記切替手段によって電力供給経路を切り替える際に、切り替え前の前記接続手段のデューティーの情報を前記第2の記憶手段に記憶し、
前記切替手段によって電力供給経路を戻す際に、前記第2の記憶手段に記憶された前記デューティーの情報に応じたデューティーで前記接続手段を制御することを特徴とする請求項4に記載の定着装置。 - 前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体、又は前記第3の発熱体に電力を供給するための電力供給経路を切り替える切替手段を備え、
前記制御手段は、
前記切替手段によって電力供給経路を切り替える際に、切り替え前の発熱体に供給されていた電力と、切り替え後の発熱体の抵抗値及び前記切り替え前の発熱体の抵抗値と、に基づいて、前記切り替え後の発熱体に供給する電力を求め、求めた電力となるように前記接続手段を制御することを特徴とする請求項4に記載の定着装置。 - 前記制御手段は、前記第3の発熱体を用いて連続して定着処理を行う場合に、所定の頻度で前記切替手段によって前記第3の発熱体から前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体に切り替えることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の定着装置。
- 前記接続手段は、双方向サイリスタであり、
前記制御手段は、前記双方向サイリスタのデューティーを制御することにより前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体、前記第3の発熱体、又は前記第4の発熱体に供給される電力を制御することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の定着装置。 - 前記ヒータ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、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の定着装置。 - 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10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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