JP4717244B2 - 画像形成装置および電力供給制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プロセスを採用した画像形成装置および電力供給制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の画像形成装置においては、間接(転写)方式または直接方式の電子写真プロセス、静電記録プロセス、磁気記録プロセス、その他公知の各種の作像原理、プロセスにより、作像部にてトナー像が形成され、形成されたトナー像は転写紙、記録用紙、感光紙、静電記録紙等の記録材に転写され、その後、熱ローラ方式の熱定着器によりトナー像記録材に定着され、記録材上に永久画像が得られる。
【0003】
この熱ローラ方式は、内部にヒータを備えた定着ローラ(加熱ローラともいう)と、これに対向圧接させた加圧ローラとを用い、この一対のローラ間の定着ニップ部に記録材を導入通過させることにより、記録材面上のトナー像を熱と圧力で記録材面に定着させるものである。
【0004】
近年、熱定着器は、利便性と消費エネルギー削減の点から、▲1▼立ち上がりが高速で、▲2▼スタンバイ温度制御が不要なものが求められている。
【0005】
立ち上がりを高速にするため、すなわち、所望の温度までの昇温時間を短縮するため、熱ローラの肉厚を薄くすることにより熱容量を小さくし、その熱源として、IH(電磁誘導加熱方式)が用いることが考えられている。
【0006】
このIHに対する温度制御方式として、熱源としてのハロゲンランプの温度制御で用いられていたON−OFF制御方式が考えられるが、この方式によれば、熱容量の小さい熱ローラが急激に温度変化することになり、制御が困難であった。
【0007】
そこで、IH方式で用いられる熱源に供給される電力を、熱定着器の温度計測結果に応じてリニアに調節するフィードバック方式が考えられている(図8)。図8の縦軸は熱源に供給する電力値Poであり、横軸は温度Tである。定着器の温度がTaのときに熱源に対しPaの電力が供給されることになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、IHにおいて誘導コイルに供給される電力と電力効率の関係は図9に示すようになる。図9の縦軸は電力効率ηであり、横軸は熱源に供給される電力Poである。誘導コイルに200Wの電力が供給されるとき、電力効率は約88%であるが、200W以下の電力が供給されるときは、電力効率が大きく低下することになる。
【0009】
画像形成時の定着温度は一般的に210℃以下であることが多いが、IH方式の電源を構成するコイルに200Wの電力を供給する場合は、温度が210℃を超えてしまうことがある。
【0010】
しかしながら、200W以下の領域を使用すると、省エネの点で不利となる。
【0011】
そこで、本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、定着装置の電力効率をより向上させることができる画像形成装置および電力供給制御方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、電磁誘導加熱用の磁界を発生する誘導コイルと、前記誘導コイルにより発生する磁界により発熱する定着ローラとを有し、前記定着ローラに圧接させた加圧ローラとにより熱定着する熱定着装置を有する画像形成装置において、前記定着ローラの温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段により測定された温度に応じて前記誘導コイルに供給する電力値を決定する電力値決定手段と、前記温度測定手段により測定される温度と前記電力値決定手段により決定された電力値に基づいて前記誘導コイルへの電力供給を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、電力値決定手段により決定された電力値が予め定めた電力値より大きい場合に、前記誘導コイルに前記電力値決定手段により決定された電力値の電力を供給し、前記決定された電力値が前記予め定めた電力値以下である場合に、前記定着ローラの温度が所定の目標温度になるように前記誘導コイルへの電力供給をON−OFF制御するものであり、前記ON−OFF制御では、前記温度測定手段により測定される温度が前記目標温度未満であれば前記誘導コイルに前記予め定めた電力値の電力を供給し、前記温度測定手段により測定される温度が前記目標温度を超えていれば前記誘導コイルへの電力供給を停止することを特徴とする。
【0013】
請求項2の発明は、電磁誘導加熱用の磁界を発生する誘導コイルと、前記誘導コイルにより発生する磁界により発熱する定着ローラとを有し、前記定着ローラに圧接させた加圧ローラとにより熱定着する熱定着装置を有する画像形成装置の電力供給制御方法において、前記定着ローラの温度を測定する温度測定ステップと、前記温度測定ステップで測定された温度に応じて前記誘導コイルに供給する電力値を決定する電力値決定ステップと、前記温度測定ステップで測定される温度と前記電力値決定ステップで決定された電力値に基づいて前記誘導コイルへの電力供給を制御する制御ステップと、前記電力値決定ステップで決定された電力値が前記予め定めた電力値より大きい場合に、前記誘導コイルに前記電力値決定ステップで決定された電力値の電力を供給する第1電力供給制御ステップと、前記電力値決定ステップで決定された電力値が前記予め定めた電力値以下である場合に、前記定着ローラの温度が所定の目標温度になるように、前記温度測定ステップで測定される温度が前記目標温度未満であれば前記誘導コイルに前記予め定めた電力値の電力を供給し、前記温度測定ステップで測定される温度が前記目標温度を超えていれば前記誘導コイルへの電力供給を停止するON−OFF制御により前記誘導コイルへの電力供給をする第2電力供給制御ステップと、を備えたことを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0021】
<第1の実施の形態>
図1は本発明の第1の実施の形態を示す。これは転写式電子写真プロセスを利用したレーザプリンタ1の例である。レーザプリンタ1は、CPU101と、ROM102と、RAM103と、画像メモリ104と、入出力部105と、画像形成部インタフェース106と、入出力部108と、電力供給部110が、システムバスを介して相互に接続してある。
【0022】
ROM102は制御プログラム等がストアしてある。CPU101はROM102の制御プログラムにしたがってレーザプリンタ1の各部を制御するものである。RAM103はCPU101のワークエリアとして用いられている。
【0023】
入出力部105はコンピュータから入力されたPDL(ページ記述言語)をビットマップに展開するものである。画像メモリ104は処理された画像データをストアするためのものである。画像形成部107は画像形成部I/Fに接続してあり、画像データに基づき潜像を形成し、潜像を現像し、現像により得られたトナー像を記録材に転写するものである。
【0024】
電力供給部110は定着ローラ111を誘導加熱するための誘導コイル111cに、10kHz〜100kHzの高周波スイッチング電源からの高周波電流を供給するものであり、CPU101から電力値設定信号と電力供給ON/OFF信号が入力されている。温度センサ109は定着ローラ111の温度を検出するものである。入出力部108は温度センサ109が接続してある。
【0025】
図2は図1のレーザプリンタ1の構造を示す。図2において、231は回転ドラム型の電子写真感光体であり、図2に矢印で示す方向に所定の周速度(プロセススピード)をもって回転駆動される。232は帯電ローラであり、電子写真感光体231を所定の極性・電位に一様に帯電させるものである。232はレーザスキャナであり、電子写真感光体231に対して、目的の画像情報パターンに対応したレーザビーム走査露光Lを行なうものであり、この走査露光により、電子写真感光体231面に目的の画像情報パターンに対応した静電潜像が形成される。
【0026】
234は現像装置であり、電子写真感光体231面上の静電潜像を現像するものである。この現像により電子写真感光体231面上にトナー像が得られる。現像方法としては、ジャンピング現像法、2成分現像法等が用いられ、イメージ露光と反転現像との組合せで用いられることが多い。
【0027】
235は転写ローラであり、電子写真感光体231との間の転写ニップ部236に、給紙部37からに所定のタイミングで給送された記録材(転写材)213に対して、電子写真感光体231面上のトナー像を転写させるものである。トナー像が転写された記録材213は電子写真感光体231面から分離され、搬送ガイド8を通って定着装置251へ搬送される。定着装置251は記録材213上のトナー像を熱と圧力により定着するものである。
【0028】
244は搬送ローラ対であり、定着装置251からシート排出パス243に案内された定着済みの記録材213を搬送するものである。245は排出ローラ対であり、搬送ローラ対244により搬送された記録材213を排紙トレイ246に排出するものである。
【0029】
237は給紙カセットであり、記録材213を収納するためのものである。238は給紙ローラ238であり、不図示の一枚分離部材と協働して、給紙カセット237から記録材213を1枚づつ分離するものである。239は搬送ローラ対であり、給紙カセット237から分離された記録材213を、所定の制御タイミングで、シートパス241を通って転写ニップ部236に給送するものである。240はトップセンサであって、シートパス241に設けてあり、記録材213の先端を検知するものである。
【0030】
242はクリーナであり、転写後に電子写真感光体231面上に残留する転写残トナーや紙粉等の付着汚染物を除去するためのものである。表面清掃された電子写真感光体231は繰り返して作像に供される。
【0031】
図3は図2の定着装置251の構造を示す。図3において、109,111,111cは図1と同一部分を示す。定着装置251は定着ローラ111と加圧ローラ112が上下対向させて設けてある。加圧ローラ112は定着ローラ111の回転軸方向にバネなどを用いた不図示の加圧機構によって、定着ローラ111の下面部に所定の加圧力で圧接させて定着ニップ部(圧接ニップ部)Nを形成させてある。加圧ローラ112は約30kg重で過重してあり、ニップ幅が約6mmの定着ニップ部Nが形成される。荷重を変化させてニップ幅を変えることができるようになっている。
【0032】
定着ローラ111が回転駆動されると、定着ローラ111の回転駆動に伴って、定着ニップ部Nでの摩擦力で、加圧ローラ112が従動回転する。
【0033】
定着ローラ111は、基体としての芯金シリンダ(導電性円筒ローラ)に表面離型層が設けてある。芯金シリンダはその外径が40mm、厚さが0.7mmの導電性を有する鉄製のものである。表面離型層は、芯金シリンダ表面の離型性を高めるためのものであって、例えば、10〜50μmのPTFE(poly tetra fluoro ethylene)やPFA(per fluoro alkoxy)のものである。また、定着性を向上させ、定着ローラ111の表面温度ムラを低減させるため、芯金シリンダと表面離型層との間に、例えば、20〜500μmのシリコンゴム製の弾性層を設けてもよい。
【0034】
芯金シリンダの内部空間には、誘導コイルアセンブリ314が設けてあり、誘導コイルアセンブリは誘導コイル111cと、コイルホルダ305と、コア(磁心)307と、ステー306とを有する。
【0035】
コイルホルダ305はPPS(poly phenylene sulfide)、PEEK(poly ethel ethel keton)、フェノール樹脂などの耐熱性樹脂からなる横断面略半円形桶型のものである。誘導コイル111cは素線を50〜150本撚ってあるリッツ線をコイルホルダ3056ターン巻いて形成してある。巻き数は例えば4ターンから10ターンにすることができる。誘導コイル111cは下向きにして芯金シリンダの内面に近接させてあり、ステー306の両端部が不図示の定着ユニットフレーム間に固定支持されている。コア307はコイルホルダ5の内側に横断面T字型に組んで設け、誘導コイルアセンブリ314として一体化させてある。
【0036】
誘導コイル111cは電力供給部110(図1)から供給される高周波の交流電流によって交番磁束を発生し、交流電流によって誘導された磁界は芯金シリンダの内面に渦電流を流し、ジュール熱を発生させ、定着ローラ111を加熱昇温させる。
【0037】
加圧ローラ112は、中空芯金311と、その外周面に形成した表面離型性耐熱ゴム層か、あるいは中空芯金311と表面との断熱を兼ねたスポンジ層である弾性層312とからなる。
【0038】
310は分離爪であり、定着ニップ部Nを通過した記録材を分離するためのものである。
【0039】
定着ローラ111の発熱は、誘導コイル111cの巻き数を増やしたり、コア307をフェライトやパーマロイのような高透磁率で残留磁束密度の低いものを用いたり、交流電流の周波数を高くしたりすることにより増加させることができる。
【0040】
図4は図1のROM103にストアされる制御プログラムの一例を示すフローチャートである。ここで、定着装置251は誘導コイル111cに200Wの電力を供給した場合に、目標温度Ttを超えるものとする。
【0041】
温度センサ109により定着ローラ111の表面温度(以下、ローラ温度Tという)を計測し(S01)、温度センサ109から得られた温度から誘導コイル111cに供給する電力の電力値Poを決定する(S02)。そして、誘導コイル111cに供給する電力値Poと、予め定めた電力値である200Wを比較し(S03)、電力値Poが200Wより大きい場合は、電力供給部110により誘導コイル111cに電力値Poの電力を供給させる(S04)。その後、S01に戻る。
【0042】
他方、電力値Poが200W以下である場合は(S03)、得られたローラ温度Tと目標温度Ttを比較する(S05)。ローラ温度Tが目標温度Tt以下である場合は、電力供給部110により誘導コイル111cに200Wの電力を供給させる(S06)。その後、S01に戻る。
【0043】
他方、ローラ温度Tが目標温度Tt以上である場合は(S05)、電力供給部110による誘導コイル111cへの電力供給を停止させる(S07)。その後、S01に戻る。
【0044】
以上の定着ローラ111の温度制御により、誘導コイル111cに供給される電力が200W以上である場合は、ローラ温度Tにより決定される電力を供給するリニア制御を行い、他方、200W以下の電力を供給する必要がある場合は、200Wの電力供給をON−OFF制御することにより、電力効率の低くなる200W以下の電力値を使わない温度制御が可能となる。温度と供給電力との関係と制御切り換えの一例を図5に示す。
【0045】
<第2の実施の形態>
本実施の形態は第1の実施の形態との比較でいえば、定着ローラ111の温度制御方法が異なる。
【0046】
図6は第2の実施の形態において図1のROM103にストアされる制御プログラムの一例を示すフローチャートである。温度センサ109により定着ローラ111の表面温度(以下、ローラ温度Tという)を計測し(S11)、温度センサ109から得られた温度から、誘導コイル111cに供給する電力値Poを決定する(S12)。そして、計測したローラ温度Tと、目標温度Ttより低い所定の温度値Tbを比較し(S13)、
ローラ温度Tが所定温度値Tb未満である場合は、電力供給部110により誘導コイル111cに電力値Poの電力を供給させる(S14)。
【0047】
他方、ローラ温度Tが所定温度Tb以上である場合は、目標温度Ttとローラ温度Tを比較する(S15)。ローラ温度Tが目標温度Tt以上である場合は、電力供給部110による誘導コイル111cへの電力供給を停止させる(S17)。他方、ローラ温度Tが目標温度Tt未満である場合は、誘導コイル111cへ200Wの電力を供給する(S16)。温度と供給電力との関係と制御切り換えの一例を図7に示す。
【0048】
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、1つの機器からなる装置に適用してもよい。
【0049】
前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体をシステムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、完成されることは言うまでもない。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上記のように構成したので、電力効率をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示すブロック図である。
【図2】図1のレーザプリンタの構造を示す断面図である。
【図3】図2の定着装置251の構造を示す断面図である。
【図4】第1の実施の形態において図1のROM103にストアされる制御プログラムの一例を示すフローチャートである。
【図5】温度と供給電力との関係と制御切り換えの一例を示す図である。
【図6】第2の実施の形態において図1のROM103にストアされる制御プログラムの一例を示すフローチャートである。
【図7】温度と供給電力との関係と制御切り換えの一例を示す図である。
【図8】従来の温度制御における温度と供給電力との関係の一例を示す図である。
【図9】誘導コイルに供給される電力と電力効率との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 レーザプリンタ
101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 画像メモリ
105,108 入出力部
106 画像形成部インタフェース
107 画像形成部
109 温度センサ
110 電力供給部
111 定着ローラ
111c 誘導コイル
112 加圧ローラ
Claims (2)
- 電磁誘導加熱用の磁界を発生する誘導コイルと、前記誘導コイルにより発生する磁界により発熱する定着ローラとを有し、前記定着ローラに圧接させた加圧ローラとにより熱定着する熱定着装置を有する画像形成装置において、
前記定着ローラの温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段により測定された温度に応じて前記誘導コイルに供給する電力値を決定する電力値決定手段と、
前記温度測定手段により測定される温度と前記電力値決定手段により決定された電力値に基づいて前記誘導コイルへの電力供給を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、電力値決定手段により決定された電力値が予め定めた電力値より大きい場合に、前記誘導コイルに前記電力値決定手段により決定された電力値の電力を供給し、前記決定された電力値が前記予め定めた電力値以下である場合に、前記定着ローラの温度が所定の目標温度になるように前記誘導コイルへの電力供給をON−OFF制御するものであり、
前記ON−OFF制御では、前記温度測定手段により測定される温度が前記目標温度未満であれば前記誘導コイルに前記予め定めた電力値の電力を供給し、前記温度測定手段により測定される温度が前記目標温度を超えていれば前記誘導コイルへの電力供給を停止することを特徴とする画像形成装置。 - 電磁誘導加熱用の磁界を発生する誘導コイルと、前記誘導コイルにより発生する磁界により発熱する定着ローラとを有し、前記定着ローラに圧接させた加圧ローラとにより熱定着する熱定着装置を有する画像形成装置の電力供給制御方法において、
前記定着ローラの温度を測定する温度測定ステップと、
前記温度測定ステップで測定された温度に応じて前記誘導コイルに供給する電力値を決定する電力値決定ステップと、
前記温度測定ステップで測定される温度と前記電力値決定ステップで決定された電力値に基づいて前記誘導コイルへの電力供給を制御する制御ステップと、
前記電力値決定ステップで決定された電力値が前記予め定めた電力値より大きい場合に、前記誘導コイルに前記電力値決定ステップで決定された電力値の電力を供給する第1電力供給制御ステップと、
前記電力値決定ステップで決定された電力値が前記予め定めた電力値以下である場合に、前記定着ローラの温度が所定の目標温度になるように、前記温度測定ステップで測定される温度が前記目標温度未満であれば前記誘導コイルに前記予め定めた電力値の電力を供給し、前記温度測定ステップで測定される温度が前記目標温度を超えていれば前記誘導コイルへの電力供給を停止するON−OFF制御により前記誘導コイルへの電力供給をする第2電力供給制御ステップと、
を備えたことを特徴とする電力供給制御方法。
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