(57)【要約】【課題】複数の定着熱源を持ち、連続点灯を有するような温度制御にて動作させる定着熱源において、点灯させるヒータデューティに制限を持たせ、かつ、特定のモードにおいてその最大点灯デューティを可変できるようにする。【解決手段】定着熱源であるヒータ２０８ｈにより定着部材である定着ベルト２０９を加熱し、定着ベルト２０９を用紙Ｐの画像面に接触させ、その画像面のトナー像を溶融させて用紙Ｐに定着させる定着装置である。この定着装置において、ヒータ２０８ｈを複数の熱源（ヒータ）で構成し、これら複数のヒータのうちの動作させるヒータの点灯デューティを制御し、印刷モードに応じて最大点灯デューティを変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着熱源により定着部材を加熱し、その定着部材を記録材の画像面に接触させてその画像面のトナー像を溶融することにより記録材に定着する定着装置において、
前記定着熱源を複数の熱源で構成し、
該複数の定着熱源のうちの動作させる定着熱源の点灯デューティを、印刷モードに応じて最大点灯デューティを変更するものとした、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において、
前記印刷モードが、紙種、紙厚により最大点灯デューティを変更するものである、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１に記載の定着装置において、
前記印刷モードが、環境により最大点灯デューティを変更するものである、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１に記載の定着装置において、
前記印刷モードが、画像面積率により最大点灯デューティを変更するものである、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の定着装置において、
前記動作させる定着熱源の情報を保存する記録装置を備えた、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置における熱方式の定着装置、及びこの定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体上に画像情報に基づいてトナー像を形成し、該トナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力によりトナー像を記録材上に固定する。近年、この種の画像形成装置では、複写機やプリンタのカラー化、高速化、および高画質化が進んでいる。特に、オンディマンド出版物の分野において用いられているカラー複写機、カラープリンターでは、比較的手軽で、また小部数への対応が可能であるところから、これまで印刷法で作成してきた出版物を電子写真方式によるカラー画像の形成で作成する傾向が顕著になってきている。
【０００３】
このような画像形成装置で用いられている定着装置では、温度制御に用いられる制御のうち一般的なオン・オフ制御では温度リップルが大きくなる。そのため位相制御、あるいはオン・オフ制御等により電力を可変させる手段をもち、ターゲット温度と実温度の差分に応じて電力を変動させ、温度制御の精度を上げている。しかしながら、以下に述べるような３つの課題がある。
【０００４】
１つめの課題は高調波である。交流電圧をスイッチンング素子を持つ非線形回路に入れると高調波電流が発生する。位相制御とオン・オフ制御ではオン・オフ制御の方が高調波歪みが小さく有利となる。これはオン・オフ制御が電源電圧が０Ｖ近傍になったときオンオフを行うゼロクロス制御を行っているのに対し、位相制御は、はるかに高い電圧でオンオフを行うためである。
【０００５】
２つめの課題はフリッカーである。無端ベルトを直接加熱する構成では熱容量が小さいため、短期間に電力を変化させ温度制御の精度を上げているが、従来の加圧ベルト定着より頻繁に消費電力が変動する。この消費電力の変動は電源電圧を変化させている。特にラインインピーダンスの高い電圧フリッカーは位相制御とオン・オフ制御ではオン・オフ制御の方が大きく不利となる。これは位相制御では電流変動周期が１００Ｈｚ以上であり人の目では、ちらつきがわからない。これに対し、オン・オフ制御は例えば１０半波をグループとして前半の数半波をオンとし後半の数半波をオフにし１０段階に電力を制御した場合、電流変動周期が１０Ｈｚと位相制御より低く、ちらつきが人の目で認識しやすいためである。ヒータの電力が大きくなるとこれらフリッカーは悪化する。これはオン、オフする際の電流変動が大きくなるためである。
【０００６】
３つめの課題はヒータ寿命である。複数本のヒータを持つ場合、状態遷移ごとに使用するヒータを固定しつつ点灯させると、ヒータごとの点灯回数、点灯時間にばらつきが生まれる。ヒータ寿命は、ヒータの点灯回数および点灯時間により寿命が決まるため、ヒータ寿命にばらつきが発生してしまう。また、寿命を到達させるために煩雑な点灯ができない。例えば、複数のヒータにて画一的に点灯と消灯を繰り返すと、必要以上のワット数での制御となり、温度のオーバーシュートが大きくなるなどの課題もある。
【０００７】
そのため、複数本のヒータで構成される定着熱源では、複数のヒータのうちの少なくとも１本をＰＩＤ制御にて、残りはオン・オフ制御にて点灯させ、かつ点灯するヒータが特定の基準によって変更されるような制御が考えられている。変更の基準は、例えばジョブ毎にランダムに変更し、またはヒータ点灯時間の総カウンタにより点灯するヒータが判断されることによって変更する、というものがある。
【０００８】
しかし、そのような制御の場合、連続点灯されているヒータではガラス管の温度がある一定の温度を超えてしまい、ヒータの寿命が急激に短くなってしまう、という課題がある。
【０００９】
特許文献１には、第１及び第２の加熱源により加熱される第１の回転体と第３の加熱源を有する第２の回転体の温度を緻密に制御することを目的とする開示がある。一対の回転体の間に記録媒体を通過させることにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置を対象とする。そのような定着装置は、第１の回転体を加熱する第１及び第２の加熱源と、第１の回転体の温度を検知する第１及び第２の温度検知手段と、第２の回転体を加熱する第３の加熱源と、第２の回転体の温度を検知する第３の温度検知手段と、前記第１、第２及び第３の温度検知手段によって検知した検知温度に基づいて前記第１、第２及び第３の加熱源の加熱制御を行う制御手段とを備える。制御手段は、ＰＩＤ制御により第１ないし第３のいずれか主たる加熱源の加熱制御を行う共に、主たる加熱源の加熱状況を考慮し、他の加熱源の加熱量を補正する。この発明では、外気を送風するためにファンとダクトのスペースが必要となるという問題が解消できていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、複数の定着熱源を持ち、連続点灯を有するような温度制御にて動作させる定着熱源において、点灯させるヒータデューティ（duty）に制限を持たせ、かつ、特定のモードにおいてその最大点灯デューティを可変できるようにすることで、上述した三つの課題を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る定着装置は、定着熱源により定着部材を加熱し、その定着部材を記録材の画像面に接触させてその画像面のトナー像を溶融することにより記録材に定着する定着装置において、前記定着熱源を複数の熱源で構成し、該複数の定着熱源のうちの動作させる定着熱源の点灯デューティの制御を、印刷モードに応じて最大点灯デューティを変更するものとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の定着熱源を持ち、連続点灯を有するような温度制御にて動作させる定着熱源において、点灯させるヒータデューティに制限（以下、その制限デューティ値を最大点灯デューティとする）を持たせ、かつ、特定のモードにおいてその最大点灯デューティを可変できることにすることで、前記記載の高調波、フリッカー、ヒータ寿命の三つの課題を解消させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施対象とし得る画像形成装置の一例の模式的断面図である。
【図２】定着装置の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明は、複数の定着熱源を持ち、連続点灯を有するような温度制御にて動作させる定着熱源において、点灯させるヒータデューティに制限（以下、その制限デューティ値を最大点灯デューティとする）を持たせ、かつ特定のモードにおいてその最大点灯デューティを可変できるようにすることで、上述した高調波、フリッカー、ヒータ寿命という三つの課題を解消しようとするものである。
【００１５】
ヒータのガラス管温度がある一定の温度（以下、温度ＴＨと記載する）を超えると、ヒータ寿命は急激に減少する。連続点灯を有するような制御で、特に厚紙などの通紙の際には、必要とされる電力が多くなり、高い点灯デューティにて点灯し続けてしまい、ＴＨを超えガラス管温度が高くなってしまう。そこで本発明では、連続点灯をするような制御により連続点灯するヒータのうち、その温度ＴＨに到達させないようなヒータの最大点灯デューティを決め、ヒータの点灯デューティに制限をかける。それにより、ヒータ寿命に影響しないようなヒータのガラス管の温度にて制御する。要するに、前記の制御により点灯するヒータのうち、ある特定の印刷モードである温度（温度ＴＨ）に到達させないようなヒータの最大点灯デューティを決め、ヒータの点灯デューティに制限をかける。このことで、ヒータ寿命に影響しないようなヒータのガラス管の温度にて制御する。
【００１６】
上述した本発明の特徴について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施対象とし得る画像形成装置の一例の模式的断面図である。図１に示す画像形成装置２００は、装置本体中央部に位置する画像形成部２００Ａと、画像形成部２００Ａの下方に位置する給紙部２００Ｂと、画像形成部２００Ａの上方に位置する図示しない画像読取部を有する高速機である。画像形成部２００Ａには、水平方向に延びる転写面を有する中間転写ベルト２１３が配置されており、中間転写ベルト２１３の上面には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための構成が設けられている。すなわち、補色関係にある色のトナー（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）による像を担持可能な像担持体としての感光体２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５Ｋが中間転写ベルトの転写面に沿って並置されている。各感光体２０５Ｙ〜２０５Ｋはそれぞれ同じ方向（反時計回り方向）に回転可能なドラムで構成されている。その周りには、回転過程において画像形成処理を実行する光書き込み装置２０１、帯電装置２０２Ｙ〜２０２Ｋ、現像装置２０３Ｙ〜２０３Ｋ、１次転写装置２０４Ｙ〜２０４Ｋ及びクリーニング装置が配置されている。
【００１７】
また、各現像装置２０３Ｙ〜２０３Ｋには、それぞれのカラートナーが収容されている。中間転写ベルト２１３は、駆動ローラと従動ローラに掛け回されて感光体２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５Ｋとの対峙位置において同方向に移動可能な構成を有している。また、従動ローラの１つであるローラ２１４に対向する位置に二次転写ローラ２１５が設けられている。
【００１８】
一方、給紙トレイ２２０内部に積載された記録材（この例では用紙Ｐ）は、ピックロール２２１によって給紙トレイ２２０から取り出される。そして、搬送ロール２２２によって、搬送経路Ｒ１をレジストレーションローラ２２３、及び二次転写ローラ２１５に向かう方向に搬送される。
【００１９】
図示の画像形成装置における画像形成に当たっては、感光体２０５Ｙの表面が帯電装置２０２Ｙにより一様に帯電され、画像読取部からの画像情報に基づいて感光体２０５Ｙ上に静電潜像が形成される。この静電潜像はイエローのトナーを収容した現像装置２０３Ｙによりトナー像として可視像化され、そのトナー像は所定のバイアスが印加される１次転写装置２０４Ｙにより中間転写ベルト２１３上に１次転写される。他の感光体２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５Ｋでもトナーの色が異なるだけで同様の画像形成がなされ、それぞれの色のトナー像が中間転写ベルト２１３上に静電気力で順に転写されて重ね合わせられる。次に、感光体から中間転写ベルト２１３上に１次転写されたトナー像は、ローラ２１４、二次転写ローラ２１５により搬送されてきた用紙Ｐに転写される。
【００２０】
トナー像が転写された用紙Ｐは、さらに定着装置２０６まで搬送され、定着ベルト２０９と加圧ローラ２１０との定着ニップ部Ｎにて画像面が定着ベルト２０９に接触し、加熱を受ける。これにより画像面のトナーが溶融して定着が行なわれる。この定着装置２０６は、定着ローラ２０７及び加熱ローラ２０８に一定のテンションで架け渡された第１ニップ形成部材である定着部材（定着ベルト２０９）を備える。また、定着部材である定着ベルト２０９に対して下側で回転自在に圧接し定着圧接部（定着ニップ部Ｎ）を形成する第２ニップ形成部材である加圧部材（加圧ローラ２１０）を備える。ここで定着ベルト２０９は無端ベルトであり、断面構造としては、例えばニッケル、ステンレス、ポリイミドなどの基材にシリコンゴム層（３００〜５００μｍ）などの弾性層を形成した２層構造となっている。加熱ローラ２０８は、アルミまたは鉄の中空ローラで、内部にハロゲンヒータなどのヒータ２０８ｈからなる熱源を有している。ついで、定着ベルト２０９と加圧ローラ２１０の定着ニップ部Ｎから排出された用紙Ｐは排出経路に沿ってスタッカ２１６へ送り出される。
【００２１】
図２は、定着装置の模式的断面図である。この定着装置を駆動する際には、例えば定着ローラ２０７が外部から入力される駆動力によって駆動されて図中時計回り方向に回転する。これに伴って、加圧ローラ２１０が図中反時計周りに連れ回りし、その結果、記録材が排出される方向に回転する。また、定着の際には、定着ベルト２０９は、加熱ローラ２０８内部に配置されるヒータ２０８ｈの発熱により、定着装置２０６周辺に設ける温度検知センサで検出される温度が目的の温度に達するまで加熱される。そして、その後は所定の温度を保つように制御される。
【００２２】
また加圧脱圧の手段として、外部から入力される駆動力によって回転する加圧カム１５、第１加圧アーム１１、加圧保持部材である第２加圧アーム１０を備える。そして、第１加圧アーム１１及び第２加圧アーム１０のそれぞれの端部に固定された弾性部材１６、定着装置２０６のフレームに固定された第１加圧アーム１１及び第２加圧アーム１０の共通の支持軸１３を備える。図中１５ａはカム駆動軸、１６ａは加圧調整手段である。また図中２１４は、加圧ローラ２１０の温度を制御するための冷却ファンである。
【００２３】
この定着装置の駆動について説明する。なお以下に説明する実施形態では、定着熱源であるヒータ２０８ｈの情報を保存する記録装置を備えた構成とすることが好ましい。
まず、外部からの駆動力により加圧カム１５が図中矢印方向に一定の回転角だけ回転する際、加圧カム１５が第１加圧アーム１１のコマ部分（フォロワ部分１１ａ）を押し上げる（図２の矢印Ｉ方向）。第１加圧アーム１１のコマ部分が押されると、第１加圧アーム１１は支持軸１３を中心軸として回転する（図２では反時計周り方向）。すると、第１加圧アーム１１の支持軸１３とは反対側の端部に固定されている弾性部材１６も回転し、弾性部材１６が一定の圧力で第２加圧アーム１０の端部（図２の右側の端部１０ａ）を押し上げる。
【００２４】
第２加圧アーム１０の端部１０ａが押し上げられる際、第２加圧アーム１０は支持軸１３を中心として回転する（図中反時計周り方向）。ついで、第２加圧アーム１０の端部１０ａと支持軸１３の中間にある加圧部１０ｂが加圧ローラ２１０の軸２１０ｊに当接し、軸２１０ｊを定着ローラ２０７方向へ押すように作用する。
【００２５】
最後に、加圧ローラ２１０が定着ベルト２０９を介して定着ローラ２０７に当接し、弾性部材１６の弾性力に基づいた一定の圧力で加圧する状態となり、定着ニップ部Ｎを形成する。
【００２６】
＜実施形態１＞
上述のような定着装置において、図示のように３本のヒータ２０８ｈを持つ場合のヒータ制御について、表１にそのような熱源の場合の構成を示す。ただし、熱源の構成についてはこれに限定されるものではない。
【表１】
2016090837.tif 000003
【００２７】
ここでは、ヒータ２０８ｈの１本はＰＩＤ制御とし、残りの２本をオン・オフ制御とする。ここでの温度制御は、まず、ＰＩＤ制御にてデューティを算出し、そのデューティにヒータ２０８ｈの本数を掛け、ヒータ本数分のデューティを算出する。その後に、まずオン・オフ制御分のヒータに最大点灯デューティ分のデューティを配分し、残りのデューティをＰＩＤ制御分のヒータへ配分するような制御とする。また、ＰＩＤ制御にて算出されたデューティにヒータ本数を掛け算出されたデューティが最大点灯デューティに満たない場合には、ＰＩＤ制御分のヒータのみで温度制御することとする。この制御は、高調波、フリッカーに対して有利な制御である。
【００２８】
表２に、ＰＩＤ制御とＯＦＦ制御への配分例を示す。
【表２】
2016090837.tif 000004
この表２の例では、ＰＩＤ制御、オン・オフ制御の最大点灯デューティは８０％としている。
【００２９】
ＰＩＤ制御で算出したデューティが２０％の場合、合計デューティは２０％×３＝６０％であり、オン・オフ制御の最大点灯デューティを８０％とした場合に、合計値＜オン・オフ制御の最大点灯デューティのため、ＰＩＤ制御のみで動作する。ＰＩＤ制御で算出したデューティが６０％の場合、合計デューティは６０％×３＝１８０％である。オン・オフ制御の最大点灯デューティ８０％とした場合、オン・オフ制御の最大点灯デューティ≦合計値である。そして、オン・オフ制御のヒータ２本に優先的にデューティ（８０％×２本）を配分し、残りの２０％をＰＩＤ制御で動作する。このようなヒータの点灯方法は、ＰＩＤ制御で点灯するヒータの本数を限定することで高調波に対して優位側となる。またオン・オフ制御にデューティを優先して配分することでヒータは高デューティで点灯し続けるため、フリッカーに対しても優位となる。さらに最大点灯デューティを絞ることでヒータ寿命に対しても優位になる。
【００３０】
表３にヒータを３本持つ場合のヒータ制御の構成を示す。
【表３】
2016090837.tif 000005
【００３１】
ここでは、ヒータ２０８ｈの１本はＰＩＤ制御とし、残りの２本をオン・オフ制御とする。ＰＩＤ制御で算出したデューティに対するＰＩＤ制御とオン・オフ制御への配分例を示す。ＰＩＤ制御で算出したデューティが４０％の場合、合計デューティは４０％×３＝１２０％であり、オン・オフ制御の最大点灯デューティ８０％とした場合に、オン・オフ制御の最大点灯デューティ≦合計値である。オン・オフ制御のヒータ１本に優先的にデューティ（８０％×１本）を配分し、残りの４０％はオン・オフの最大点灯デューティ８０％以下のためＰＩＤ制御で動作する。このとき、オン・オフ制御の２本のうち１本は点灯０％のため動作させない。その結果、点灯するヒータの本数を限定することで、高調波やフリッカーへ優位側となり、またＰＩＤ制御にて細かい点灯が可能となり温度追従性も優位となる。
【００３２】
＜実施形態２＞
本発明の実施形態２について以下に説明する。
下記の表４、表５は、紙種区分、紙厚区分毎に、実施形態１に記載の連続点灯を有する制御にて動作させる定着熱源において、最大点灯デューティを規定したものである。ここでは、ヒータ３本ともにＰＩＤ制御にて制御されるものとする。３本のヒータともにＰＩＤ制御にて制御される場合は温度追従性に非常に有利となる。高調波、フリッカーが成立しているような構成においては、有益な制御である。
【表４】
2016090837.tif 000006
【表５】
2016090837.tif 000007
【００３３】
ＰＩＤ制御にて算出されたデューティが９０％の場合、グロス・コート紙の紙厚３までは９０％にて点灯される。紙厚４以上の紙厚区分では、最大点灯デューティを超えているため、点灯デューティは紙厚４では９０％から８０％、紙厚５では７０％に変更される。
【表６】
2016090837.tif 000008
【００３４】
また、普通紙・その他の紙種区分でも同様に、紙厚５では、点灯デューティは９０％から８０％に変更される。
【表７】
2016090837.tif 000009
ＰＩＤ制御にて、高調波、フリッカーが成立しているような構成において、ガラス管温度が高いような構成では有利な制御である。
【００３５】
＜実施形態３＞
本発明の実施形態３について以下に説明する。
下記の表８は、環境区分により最大点灯デューティへの補正を規定したものである。
【表８】
2016090837.tif 000010
ここでもＰＩＤ制御について、制御されるとする。
【００３６】
表９は、本実施形態においてＰＩＤ制御にて算出された値が、環境温度にて補正された際の点灯デューティを示す。
【表９】
2016090837.tif 000011
【００３７】
ＰＩＤ算出値が９０％だった場合、紙厚３において、機内温度が〜ＴＬ℃までの場合には、点灯デューティは８５％になり、ＴＬ〜ＴＨでは、８７％となる。ＴＨ℃より高い温度の場合には、補正はされず９０％で点灯される。
【００３８】
＜実施形態４＞
本発明の実施形態４について以下に説明する。
下記の表１０は、本実施形態における画像面積率によって最大点灯デューティの規定を示す。
【表１０】
2016090837.tif 000012
【００３９】
ここでは、オン・オフ制御にて制御される例について示す。
オン・オフ制御にて、１００％と算出された場合、点灯デューティは表に記載のデューティとなる。画像面積率が６０％以内であれば、デューティは１００％となるが、６１〜８０％であれば９０％、８１％以上であれば８０％が点灯デューティとなる。
【００４０】
本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０    第２加圧アーム
１１    第１加圧アーム
１３    支持軸
１５    加圧カム
１５ａ    カム駆動軸
１６    弾性部材
１６ａ    加圧調整手段
２００    画像形成装置
２００Ａ    画像形成部
２００Ｂ    給紙部
２０１    光書き込み装置
２０２Ｙ〜２０２Ｋ    帯電装置
２０３Ｙ〜２０３    現像装置Ｋ
２０４Ｙ〜２０４Ｋ    １次転写装置
２０５Ｙ〜２０５Ｋ    感光体
２０６    定着装置
２０７    定着ローラ
２０８    加熱ローラ
２０８ｈ    ヒータ
２０９    定着ベルト
２１０    加圧ローラ
２１３    中間転写ベルト
２１４    冷却ファン
２１５    二次転写ローラ
２１６    スタッカ
２２０    給紙トレイ
２２１    ピックロール
２２２    搬送ロール
２２３    レジストレーションローラ
Ｐ    用紙
Ｎ    定着ニップ部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４２】
【特許文献１】特開２００６−３３７７６１号公報
【図１】
2016090837.tif 000013
【図２】
2016090837.tif 000014