JP2005049710A - 制御装置、画像形成装置およびその制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】省電力モードを備えた画像形成装置に係り、特に、定着部の温度を定着温度に復帰させるに必要な熱量の時間的変化と、定着部を環境温度から定着温度まで加熱するときの熱量とから、印刷処理終了時から省電力モードへ移行するための合理的な時間の設定を行う。
【解決手段】定着ローラなどの定着部の構成部材の比熱や体積などの特性、及びその時々の環境温度を加味した上で、印刷処理終了後から上記定着部の温度をレディ温度に維持するのに必要とされる熱量と、上記定着部を環境温度から定着温度まで加熱するときの熱量とが等しくなる時間を演算（Ｓ３、Ｓ７、Ｓ８）する。印刷処理終了時から演算された時間までの間を、印刷処理終了後から省電力モードに移行する時間として設定する（Ｓ９）。
【選択図】図３

Description

本発明は、省電力モードを備えた画像形成装置に係り、特に、定着部の温度を定着温度に復帰させるに必要な熱量の時間的変化と、定着部を環境温度から定着温度まで加熱するときの熱量とから、印刷処理終了時から省電力モードへ移行するための合理的な時間の設定を行うものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはその複合機として構成される画像形成装置が備える定着装置は、転写紙などのシートに転写されたトナー像を加熱、あるいはトナー像が付着しているシートを加圧することにより、トナー像をシートに定着させる装置である。この定着装置にてトナー像をシートに定着させる方法には、熱定着方法、加圧定着方法などがあり、これらの中でも最近多く採用されている定着方法が、熱定着方法に属する熱ローラ定着方法である。

熱ローラ定着方法（以下、熱定着方法という）は、ヒータなどの加熱源を内蔵した定着ローラと、その定着ローラと対になる加圧機構を備えた加圧ローラとから構成されている。熱定着方法を採用した定着装置では、表面にトナーが付着したシートが、定着ローラと加圧ローラとの間を通過する際に、定着ローラの熱でトナーを融解させると共に、融解したトナーが付着したシートを加圧ローラが押圧することで、シートにトナーを定着させている仕組みになっている。

上述した熱定着方法を定着装置に採用している画像形成装置では、画像形成装置全体における消費電力量のうち、定着ローラが内蔵するヒータといった加熱源における消費電力量が占める割合が非常に高い。そのため、近年では、印刷処理が行われない間は、ヒータへの通電を停止させることによりヒータにおける消費電力量を抑える、いわゆる省電力モードを備えた画像形成装置が多く製造されている。この省電力モードを備えた従来技術には、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に挙げられる装置がある。

上記特許文献１に示される装置では、装置に内蔵されているタイマにより、印刷処理終了後にヒータの温度をレディ温度に維持するレディモードから、ヒータへの通電を停止させる省電力モードに移行させるタイミングが計られている。この装置では、先ず、印刷処理終了と共にタイマのカウントが開始され、タイマによってカウントされる印刷処理終了時からの印刷処理が行われない所定時間内は、ヒータへ定着動作時より少ない電力による通電が行われるので、ヒータの温度が定着温度より低い所定のレディ温度に維持される（レディモード）。その後、タイマのカウントが所定時間に達した時点で、装置本体側制御部からヒータ側制御部へ節電信号が出力され、ヒータへの通電が完全に停止される（省電力モード）ことにより、印刷処理が行われない間のヒータでの消費電力量を低減している。
また、上記特許文献２に示される装置では、上記特許文献１に示される装置と同様に、印刷処理が行われない時間が所定時間に達した時点で、ヒータへの通電を停止する、あるいは定着制御温度を通常よりも低くなるようにヒータを制御することで、印刷処理が行われない間のヒータでの消費電力量を低減している。

ここで、上記特許文献１あるいは上記特許文献２では、印刷処理終了後から省電力モードに移行する時間（以下、モード移行準備時間という）が、画像形成装置が備える半導体メモリなどの内部記憶部に予め記憶された一定時間に設定されている。
この場合、モード移行準備時間を短くすれば、印刷処理終了後からのヒータへ通電する時間が短くなるので、ヒータでの消費電力量は低減される。しかし、例えば連続印刷などを行う場合だと、印刷処理が終了した後から次の印刷処理が開始されるまでに、モード移行準備時間に達してしまう可能性がある。また、省電力モードに移行後に再印刷処理を行う際には、ヒータの温度を定着温度まで上昇させる必要があるが、モード移行準備時間をやみくもに短くする、即ち頻繁に省電力モードに陥るような設定にすると、ヒータの温度を定着温度まで上昇させるまでの待ち時間が発生し、作業効率が低下する問題の発生は否めない。
また逆に、モード移行準備時間の設定を単に長くしただけでは、上述した印刷待ちをする回数は減少するが、印刷処理終了後からヒータへ通電する時間が長くなるため、印刷処理が行われないのにも関わらずヒータへの通電が行われることになり、無駄に電力が消費される問題がある。

かかる問題は、モード移行準備時間の設定を合理的な理由なしに一定に設定することから生じるものである。そこでこのような問題を解消するために、上記特許文献３に示されるように、モード移行準備時間を可変にした装置が提案されている。この装置では、印刷処理終了時から次の印刷処理開始が行われるまでの時間（つまり、印刷信号が送られて来る間隔）に基づいて、モード移行準備時間が設定されている。また、上記特許文献３に示される装置は、その時々の作業時間帯に応じたモード移行準備時間の設定が可能な装置としても提案されている。このことから、画像形成装置の各時間帯の使用頻度に応じたモード移行準備時間の設定が可能になるので、印刷処理が行われない間に消費される電力を低減させると共に、作業効率の向上も図られている。
特開昭５８−４０５７３号公報 特開平３−２２１９８４号公報 特開平７−２５１５５０号公報

しかしながら、上記特許文献３に示される装置では、モード移行準備時間が、単純に印刷処理終了時から次の印刷処理開始が行われるまでの時間、あるいは作業時間帯に応じて設定されるものであるために、四季の変化や、昼間と夜間との温度変化といった微妙な環境温度の変化に追随して、最適な節電を行うといった要望にはほど遠いものである。
本発明は、このような微妙な環境温度の変化に追従して、時々刻々最適なモード移行準備時間を演算して設定することのできる、合理的な画像形成装置の提供を目的としている。

従って、本発明は上記目的を達成するために、定着装置を構成する定着ローラといった定着部の機器の比熱や体積などの特性、及びその時々の環境温度を加味した上で、印刷処理終了後から定着部の温度をレディ温度に維持するのに必要とされる熱量と、定着部を環境温度から定着温度まで加熱するときの熱量とが等しくなる時間を演算し、印刷処理終了時から演算された時間までの間をモード移行準備時間とするものである。
このことにより、モード移行準備時間をできるだけ長くすることで待ち時間の発生を抑制したいという要求と、モード移行準備時間を長くしすぎることによる消費電力の無駄を抑制したいという要求の両方のバランスを合理的に取り得る、印刷処理終了時から省電力モードに移行するまでの限界の時間が演算される。つまり、印刷処理終了時から消費される電力に過不足が起きないモード移行準備時間が得られる。

上記目的を達成するために本発明は、少なくとも、所定の定着温度に基づいて画像形成装置が備える定着部にて画像形成動作を行う画像形成モードと、上記定着部の温度を上記定着温度より低く環境温度より高い所定のレディ温度に維持するレディモードと、上記定着部への通電を停止し、画像形成動作の指示を待つ省電力モードの３つのモードを持つ画像形成装置における、レディモード開始から省電力モードに移行するまでのモード移行準備時間を制御する画像形成装置の制御装置において、上記レディモードの開始からの適宜の経過時間後に上記定着部の温度を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量の時間的変化と、上記定着部を上記環境温度から上記定着温度まで加熱するときの熱量とから、上記モード移行準備時間を演算する画像形成装置の制御装置として構成される。ここで、上記定着部の一例として、定着装置に用いられる定着ローラが挙げられる。

この場合、上記熱量の時間的変化を、上記定着部の時間当たりの放熱量と上記定着部の温度を上記レディ温度から上記定着温度に復帰させるに必要な熱量とから演算することが望ましい。

また、本発明は、少なくとも、所定の定着温度に基づいて画像形成装置が備える定着部にて画像形成動作を行う画像形成モードと、上記定着部の温度を上記定着温度より低く環境温度より高い所定のレディ温度に維持するレディモードと、上記定着部への通電を停止し、画像形成動作の指示を待つ省電力モードの３つのモードを持つ画像形成装置におけるレディモード開始から省電力モードに移行するまでのモード移行準備時間を制御する画像形成装置の制御装置において、上記定着部の温度が定着温度から自然冷却によりレディ温度に到達するまでの時間を検出するレディ温度到達時間検出手段と、上記レディ温度に維持された定着部からの時間の経過に基づく放熱量の積算値を演算する積算放熱量演算手段と、上記レディ温度にある上記定着部を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量を演算する第１の復帰熱量演算手段と、上記環境温度にある上記定着部を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量を演算する第２の復帰熱量演算手段と、上記レディ温度到達時間選出手段により検出された上記定着部の温度が定着温度から自然冷却によりレディ温度に到達するまでの時間の経過後に、積算放熱量演算手段により演算された上記レディ温度に維持された定着部からの時間の経過に基づく放熱量の積算値と、上記第１の復帰熱量演算手段により演算された上記レディ温度にある上記定着部を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量との和が、上記第２の復帰熱量演算手段により演算された環境温度にある上記定着部を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量に達するまでの時間を演算する飽和時間演算手段と、上記レディ温度到達時間検出手段により検出された時間と上記飽和時間演算手段により演算された時間との和に基づいて、モード移行準備時間を設定するモード移行準備時間設定手段と、を備えてなる画像形成装置の制御装置としても構成される。

この場合、上記積算放熱量演算手段による定着部からの放熱量の演算がニュートンの冷却法則に基づいていることが望ましい。

尚、上述したいずれかの制御装置については、画像形成装置が備える制御装置のなかの１つであってよい。

更に、本発明は、少なくとも、所定の定着温度に基づいて画像形成装置が備える定着部にて画像形成動作を行う画像形成モードと、上記定着部の温度を上記定着温度より低く環境温度より高い所定のレディ温度に維持するレディモードと、定着部への通電を停止し、画像形成動作の指示を待つ省電力モードの３つのモードを持つ画像形成装置におけるモードとを、レディモード開始からウエイトモードに移行するまでのモード移行準備時間を制御するプログラムにおいて、レディモードの開始から所定時間後に上記定着部を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量の時間的変化と、上記定着部を上記環境温度から上記定着温度まで加熱するときの熱量とから、上記モード移行準備時間を演算する機能を実現させるための制御プログラムとしても構成される。

以上説明したように、本発明によれば、上記画像形成モード、上記レディモード、上記省電力モードを有する画像形成装置が備える、上記モード移行準備時間を制御する制御装置において、上記モード移行準備時間が、上記レディモードの開始からの適宜の経過時間後に上記定着部の温度を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量の時間的変化（上記定着部を自然冷却させた際の放熱量と、上記定着部をレディ温度から定着温度まで上昇させるのに必要な熱量とから演算）と、上記定着部を上記環境温度から上記定着温度まで加熱するときの熱量とから演算される。
つまり、本発明は、上記定着部の構成部材の比熱や体積などの特性、及びその時々の環境温度を加味した上で、印刷処理終了後から上記定着部の温度をレディ温度に維持するのに必要とされる熱量と、上記定着部を環境温度から定着温度まで加熱するときの熱量とが等しくなる時間を演算し、印刷処理終了時から演算された時間までの間を上記モード移行準備時間とするものである。

このことから、待ち時間の発生を最低限に抑えるという要求と、消費電力の低減によるコストダウンとの両方を満足し得る合理的なモード移行準備時間を設定することができる。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態及び実施例について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態及び実施例は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここに、図１は本発明の一実施形態（以下、実施形態例と言う）に係る画像形成装置Ａの概略断面図、図２は上記実施形態例に係る画像形成装置Ａの主要部の概略構成を表す機能ブロック図、図３は上記実施形態例に係る画像形成装置Ａが備える制御装置３１内のＣＰＵ３２が実施する、モード移行準備時間演算処理を表すフローチャート、図４は上記実施形態例に係る定着装置Ｘが備える定着ローラ１での経過時間（Ｘ軸）に伴う表面温度の変化（Ｙ軸）を示したグラフ、図５は上記実施形態例に係る定着装置Ｘが備える定着ローラ１での各経過時間（Ｘ軸）とその時の温度から定着温度まで昇温させる際に消費される電力（Ｙ軸）を示したグラフ、図６は上記実施形態例に係る定着装置Ｘが備える定着ローラ１の温度をレディ温度に保持する際に消費される電力（Ｙ軸）を示したグラフ、図７は上記実施形態例に係る定着装置Ｘが備える定着ローラ１において、印刷処理終了時から省電力モードへ移行するまでの経過時間（Ｘ軸）と消費される電力（Ｙ軸）との関係を示したグラフである。

ここで、本実施形態例に示される上記画像形成装置Ａの定着装置Ｘが備える定着ローラ１の温度状態については、次の３段階があると考えられる。即ち、定着ローラ１が定着処理を行っている状態での温度、即ち定着温度（本発明における画像形成モードに対応）、印刷処理終了時から所定時間内に定着ローラ１の温度がレディ状態に保持されている場合の温度、即ちレディ温度（本発明におけるレディモードに対応）、ヒータへの通電を停止して十分な時間が経過した後の温度、即ち環境温度（本発明における省電力モードに対応）を指している。

まず、図１を用いて、本発明の実施の形態に係る画像形成装置Ａの全体構成について説明する。上記画像形成装置Ａは、複写機能およびプリンタ機能を有する複合機である。本実施形態例で示されている上記画像形成装置Ａは、モノクロ現像装置に関するものであるが、カラー現像に関するものであっても良いことは当然である。

上記画像形成装置Ａは、下方に複数のカセット５を装着する給紙部を備え、その上方に両面ユニット６が配置され、その上方には画像形成部７が設けられている。画像形成部７の横には、転写紙などのシートにトナーを定着させる定着装置Ｘが設けられ、その上部には画像を読み取るスキャナ８と自動原稿搬送装置（以下、ＡＤＦという）９が取り付けられている。上記画像形成装置Ａの本体上面には、液晶タッチパネル等の表示操作部３が配置され、利用者が表示操作部３を操作することで、画質モード選択や複数あるカセット５のうちいずれを使用するかの選択、画像読み取りの開始などがされる。

画像形成部７には感光体ドラム１１の周囲に、帯電装置１２、現像装置１３、クリーニング装置１４が配置された作像ユニット１５が設けられており、下方には感光体ドラム１１に対向して転写装置１６が配置されている。感光体ドラム１１は、例えば直径８４ｍｍのアルミ円筒の表面に感光層が形成されており、図１において時計方向に回転駆動される。帯電装置１２は回転する感光体ドラム１１の表面をコロナ放電により数百Ｖに帯電させる。感光体ドラム１１表面の帯電装置１２よりも回転方向下流側では、ＬＥＤアレイヘッドとセルフォックレンズ等から構成される露光装置１８により、感光体ドラム１１の表面が露光されて静電潜像が形成される。

この露光装置１８の発光出力の制御に用いられる画像データは画像処理部４から入力されている。即ち、スキャナ８からミラーにより導かれた原稿画像光は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device；画像信号を電気信号に変換するデバイス）１０に入射され、ここでＡ／Ｄ変換されてデジタル画像データ（原稿画像データ）として画像処理部４に入力される。さらに、原稿画像データは、画像処理部４において所定の画像処理が施された後、原稿画像データが露光装置制御手段１９に入力され、該露光装置制御手段１９により、画像処理後の原稿画像データに従った露光が行われるように露光装置１８が制御される。

現像装置１３では現像ローラが回転して、現像ローラ表面に形成された磁気ブラシが感光体ドラム１１表面に接触し、静電潜像に対して帯電したトナーを付着させてトナー画像を形成する。このトナー画像は転写装置１６において、いずれかのカセット５から搬送されてきたシートが、感光体ドラム１１とその周速と同じ速度で移動する転写ベルト１７との間に挟持された状態で搬送されながら帯電されることでトナー画像がシート上に転写される。さらに、転写装置１６の下流側にはクリーニング装置１４が配置されており、感光体ドラム１１の表面上に残留したトナーや他の付着物が除去される。転写装置１６によってトナー像が転写されたシートは、その搬送方向下流側に設けられた定着装置Ｘに運ばれる。
尚、上記画像形成装置Ａの転写装置１６は、転写ベルトを用いたものが採用されているが、これを転写ローラに置き換えることも可能である。

定着装置Ｘは、定着部の一例である定着ローラ１、及びこれに対向する加圧機構を備えた加圧ローラ２から構成されている。定着ローラ１には、例えばハロゲンヒータなどのヒータが内蔵されており、画像形成装置が備える制御装置により、その温度制御が行われている。ここで、定着装置Ｘには、後述する定着ローラ１の温度を検知する定着ローラ用温度センサ２０、環境温度を検知する環境温度用温度センサ２１、定着ローラ１を昇温するヒータで消費される電力を計測するヒータ用電力計２２が設けられており、画像形成装置が稼働している間は、これらの定着ローラ用温度センサ２０、環境温度用センサ２１、ヒータ用電力計２２も常に稼働している。
尚、定着ローラ１は、本発明における定着部の一例として挙げている。

転写ベルト、あるいは転写ローラにより転写装置１６から搬送されたシートに付着しているトナー画像は、シートが定着ローラ１と加圧ローラ２との間を通過する間に、定着ローラ１の熱によってトナー画像が溶融定着されると共に、加圧ローラ２によりシートが定着ローラ１に押し付けられることで、シートに定着される仕組みになっている。定着装置Ｘでトナー画像が定着されたシートは、その後、シート処理装置Ｂ側へ送出され、所定の処理が施された後、シート排出口から排出される。

次に、本実施形態例に係る上記画像形成装置Ａの主要部の概略構成について図２を用いて説明する。
上記画像形成装置Ａは、ヒータ３０で加熱される定着ローラ１を備える定着装置Ｘと、定着装置Ｘにおけるヒータ３０および定着ローラ１といった内部機構を制御する制御装置３１とから構成されている。この制御装置３１は、装置本体の制御を管理するＣＰＵ３２、ＲＯＭ等の不揮発性メモリ４１、ヒータ３０の制御を行うヒータ電源回路４０を内蔵した印刷制御部３９を備えており、ＣＰＵ３２と印刷制御部３９、およびＣＰＵ３２と不揮発性メモリ４１とは、各々所定のバスで接続されている。

また、定着ローラ１の温度を検知する定着ローラ用温度センサ２０、および環境温度を検知する環境温度用温度センサ２１を備えたセンサ部２３と制御装置３１とが、更に、ヒータ３０にて消費される電力を計測するヒータ用電力計２２と制御装置３１とが、各々所定のバスで接続されている。つまり、制御装置３１（具体的にはＣＰＵ３２）と、定着ローラ用温度センサ２０、環境温度用温度センサ２１、およびヒータ用電力計２２との間で、各々が接続されるバスを介して各々データ信号の送受信が行われている。
尚、図に示されるように、レディ温度到達時間検出手段３３、積算放熱量演算手段３４、第１の復帰熱量演算手段３５、第２の復帰熱量演算手段３６、飽和時間演算手段３７、モード移行準備時間設定手段３８の各々の機能を実現する制御プログラムがＣＰＵ３２で実行されることにより、モード移行準備時間が演算される。

ここで、不揮発性メモリ４１には、定着ローラ１における定着温度とレディ温度とが予め記憶されている。また更に、モード移行準備時間の設定に関する、例えば定着装置を構成する機器の比熱や定着ローラ１の体積などのモード移行準備時間を演算・設定するための関数のパラメータ値、あるいは固定値といった特性データも予め記憶されている。この不揮発性メモリ４１に記憶されている定着温度、レディ温度、特性データ、及び環境温度用温度センサ２１により検知される環境温度を基に、上述した各々の機能を実現する処理がＣＰＵ３２で実行されることで、モード移行準備時間を始めとする各種設定データが演算される。この演算された各種設定データについては、不揮発性メモリ４１に記憶される。

また、印刷終了時から省電力モードに移行するまでの時間、つまり、上述した一連の処理によって演算されたモード移行準備時間中は、ＣＰＵ３２からヒータ電源回路４０へ、定着ローラ１の温度をレディ温度に保持するようなヒータ３０の温度制御を行う指示が出されている。そしてその後、モード移行準備時間に達すると、ＣＰＵ３２からヒータ電源回路４０に、ヒータ３０への通電を停止する指示が出されることにより、省電力モードに移行する。

次に、図４〜図７のグラフを用いて、本実施形態例に係る上記画像形成装置Ａの制御装置３１が備えるＣＰＵ３２にて実施されるモード移行準備時間を演算する際の考え方について説明する。

まず、図４のグラフを説明する。図４は、印刷処理終了時からの時間の経過に伴う定着ローラ１の温度変化をグラフ化したものである。
例えば、印刷処理終了時にヒータ３０への通電が停止されることにより、定着温度Ａから環境温度Ｔｓまで定着ローラ１を自然冷却する場合、定着ローラ１の温度には、時間の経過と共に、ニュートンの冷却法則に従ったＴ２の曲線に示されるような変化が見られる。即ち、印刷処理終了時を経過時間０とすると、定着ローラの温度が定着温度Ａから環境温度Ｔｓまで低下するには、時間が経過時間ｔｓｐだけかかることが示されている。
また、図に示されるように、定着ローラ１の温度が定着温度Ａから環境温度Ｔｓまで低下する場合にはレディ温度ＴＲの状態を通過する。その際に、経過時間ｔＲＰ以降の定着ローラ１の温度を環境温度ＴＲまで低下させずにレディ温度ＴＲに保持する場合だと、当然ながら、経過時間ｔＲＰ以降の定着ローラ１の温度は直線Ｔ１のように一定に保たれることになる。

ここで、ニュートンの冷却法則によると、物体が冷める率は、近似的にその物体の温度と環境温度との差に比例するとされており、これを数学的モデルで表現するとＴ＝Ａｅ^Bt＋Ｃ（Ｔ：ヒータ３０の温度、t：経過時間、Ａ：定着温度、Ｂ：ヒータ３０と定着ローラ１との比熱などの材質から決まる定数、Ｃ：環境温度）となる。このことから、定着ローラ１の温度が定着温度Ａからレディ温度ＴＲまで低下する、定着ローラ１の温度低下データに対して指数的回帰分析を行って回帰方程式と相関係数とを演算することにより、定着ローラ１の温度低下が曲線Ｔ２を示す際の定着ローラ１の温度と経過時間との関係の演算が可能となる。
このようにして、印刷処理終了時から定着ローラ１の温度がレディ温度ＴＲに達するまでの経過時間ｔＲＰを検出する手段の一例が、本発明におけるレディ温度到達時間検出手段３３である。

上述したような方法で演算される、ニュートンの冷却法則に従った定着ローラ１の温度と経過時間との関係を基に、経過時間と共に低下した定着ローラ１の温度から定着温度Ａまで上昇させるのに要する消費電力が演算される。
この消費電力と経過時間との関係は、図５に示されるグラフのような右上がりの曲線で表される。ここで、図４における直線Ｔ１で示される定着ローラ１の温度を一定に保つ場合、図５に示される直線Ｔ４のように、定着ローラ１の温度をレディ温度ＴＲから定着温度Ａまで上昇させるのにはＰＲＰの電力が必要であることが分かる。また、直線Ｔ１と同様に、図４における直線Ｔ２で示されるように、定着ローラ１の温度が環境温度ＴＳになるのは経過時間ｔＳＰ以降であり、定着ローラ１の温度を環境温度ＴＳから定着温度Ａまで上昇させるのにはＰＳＰの電力が必要である。

ここで、上述した図４における直線Ｔ１で示されるように、定着ローラ１の温度をレディ温度ＴＲに保持するのには、定着ローラ１の温度をレディ温度ＴＲから定着温度Ａまで上昇させるのに消費される電力とは別に、図６に示されるように右上がりの直線で表される電力が必要である。

図７は、上記で説明した図４〜図６を１つにまとめたものである。この図７を用いて、上記画像形成装置Ａにおけるモード移行準備時間ｔｐの演算について説明する。図７における、定着温度にあるヒータ３０の通電を停止してからある時間経過後に、再度定着温度に復帰させる場合の消費電力曲線Ｔ６は、図５のＴ３に相当している。また、経過時間ｔＲＰ以降の定着ローラ１の温度をレディ温度ＴＲに保持して待機する場合の消費電力直線Ｔ７は、図５のＴ４と図６のＴ５との積算値、つまり、定着ローラ１の温度をレディ温度ＴＲから定着温度Ａに上昇させる際に消費される電力ＰＲＰと、定着ローラ１の温度をレディ温度ＴＲに保持する際に消費される電力ＰＲとの合算値である。

このように、定着ローラ１の温度がレディ温度ＴＲから環境温度ＴＳに達するまでに、時間の経過に基づく放熱量の積算値（つまりＰＳＰ−ＰＲＰ）を演算する手段の一例が、本発明における積算放熱量演算手段である。また、定着ローラ１の温度をレディ温度ＴＲから定着温度Ａまで復帰させるのに要する消費電力（つまりＰＲＰ）を演算する手段の一例が、本発明における第１の復帰熱量演算手段である。更に、定着ローラ１の温度が環境温度ＴＳである場合に、定着ローラ１の温度を環境温度ＴＳから定着温度Ａまで復帰させるのに要する消費電力（つまりＰＳＰ）を演算する手段の一例が、本発明における第２の復帰熱量演算手段である。

ここで、図７に示されるように、上記画像形成装置Ａにて印刷処理終了時後、自然放熱状態にある定着ローラ１の温度を定着温度Ａまで上昇させるための熱量（電力量）は曲線Ｔ６で表わされ、レディ温度ＴＲに達した時刻ｔＲＰからレディ温度ＴＲを維持すると共に、任意の時刻にレディ温度ＴＲから定着温度Ａまで定着ローラ１の温度を引き上げるための熱量（電力量）は直線Ｔ７で表されている。
従って、直線Ｔ７は時刻ｔＰで曲線Ｔ６を上回るため、モード移行準備時間を時刻ｔＰより長くすると、直線Ｔ７の方が曲線Ｔ６より消費電力が大きくなるので不経済となる。定着温度Ａへの温度復帰のための待ち時間を短縮するには、時刻ｔＰができるだけ長い方がよいが、上記ように経済性の面から時刻ｔＰが限界であることがわかる。本発明は、このような合理的な時刻ｔＰを自動的に演算することでバランスのとれた制御を達成するものである。

尚、定着ローラ１の温度がレディ温度ＴＲに達した時間ｔＲＰから、曲線Ｔ６と直線Ｔ７との交点Ｐ（つまり、モード移行準備時間ｔＰ）までに要する時間（つまり、モード移行準備時間ｔＰ−時間ｔＲＰ）を演算する手段の一例が、本発明における飽和時間演算手段である。

以下、図３を用いて、上記実施形態例に係る画像形成装置Ａが備える制御装置３１内のＣＰＵ３２が実施するモード移行準備時間ｔＰの演算手順について説明する。ここでは、印刷処理の段階あるいは電源投入上記の初期動作において、モード移行準備時間ｔＰの演算に必要なパラメータを取得する場合について説明する。尚、図３における符号Ｓ１、Ｓ２、… はそれぞれステップ番号を示している。
Ｓ1：まず、上記画像形成装置Ａへの電源投入時の初期動作、あるいは上記画像形成装置Ａでの印刷処理のいずれかが開始されたか否かを判別する。開始されたと判別した場合はステップＳ２へ進み、開始されていない間は本ステップを繰り返す。
Ｓ２：上記画像形成装置Ａへの電源投入時の初期動作、あるいは上記画像形成装置Ａでの印刷処理のいずれかが開始された場合は、ＣＰＵ３２からヒータ電源回路４０へ、ヒータ３０をＯＮさせる指示を出すことで、定着装置Ｘの定着ローラ１の温度上昇が開始される。定着ローラ１の温度上昇が開始した後、ステップＳ３に進む。
Ｓ３：ヒータ３０により定着ローラ１の温度を環境温度ＴＳから定着温度Ａまで上昇させる間に要する消費電力を各時点での温度との関係で検出（以下、所定温度からの上昇時の消費電力という）し、ステップＳ４に進む。
Ｓ４：上記ステップＳ３にて検出した所定温度からの昇温時の消費電力を、不揮発性メモリ４１に記憶させてステップＳ５に進む。
例えば、環境温度ＴＳからレディ温度ＴＲに昇温する電力や、レディ温度ＴＲから定着温度Ａに昇温する時の電力などを小さい時間間隔で計測する。このある温度から他のある温度まで昇温させる電力が分かれば、その逆の図５に示す冷却曲線も分かる。従って、上記ステップＳ４の手順は、図４の冷却曲線Ｔを描く手順と同義であり、これはまた、図５のＴ３の消費電力曲線を描く処理手順に該当する。このようにして、Ｔ３の曲線が得られる。また、定着ローラ１の比熱などが分かっているから、定着ローラ１を所定のレディ温度ＴＲに維持するための消費電力、即ち図６の直線T５の傾きも演算される。
Ｓ５：以上の演算が終了すると、上記画像形成装置Ａへの電源投入時の初期動作、あるいは上記画像形成装置Ａでの印刷処理が終了したか否かを判別する。印刷処理の終了が判別された場合はステップＳ６へ進み、未終了の間は本ステップを繰り返す。
Ｓ６：上記画像形成装置Ａへの電源投入時の初期動作、あるいは上記画像形成装置Ａでの印刷処理の終了が検知されると、内部に備えているタイマを起動し、経過時間の計測を開始させてステップＳ７に進む。
Ｓ７：ここでは、Ｓ４で記憶した曲線Ｔ６と直線Ｔ７とを再生する。このデータは上記ステップＳ３で採取され、予め不揮発性メモリ４１に記憶されているので、これを同時に採取した時間との関係で再生すればよい。この場合、定着装置Ｘを構成する機器の比熱などの特性や体積などの特性データと、環境温度用温度センサ２１により検知された環境温度ＴＳと、ニュートンの冷却法則とに基づいて、時間経過に伴う定着ローラ１の温度低下とその時自然放出される熱量の関係を演算しても良い（図４のＴ２）。
Ｓ８：上記ステップＳ７にて演算された消費電力の積算値（図７の曲線Ｔ６）と、上記ステップＳ８にて演算された消費電力の積算値（図７の直線Ｔ７）とから、図７に示されるような交点Ｐを求めると共に、モード移行準備時間ｔＰを算出する。
Ｓ９：上記ステップＳ８にて算出されたモード移行準備時間ｔＰを、上記画像形成装置Ａが備える内部記憶部などに記憶させることで、上記画像形成装置Ａにおけるモード移行準備時間ｔＰの設定を行い、以後このモード移行準備時間ｔＰを用いて、モード移行準備時間の設定を行なう。従って、この手順は適当な時間間隔で繰り返し、例えば印刷処理の終了時に行なわれ、環境温度の変化に追随した最適なモード以降準備時間の設定を行うことが望ましい。
尚、本ステップでの上記画像形成装置Ａにおけるモード移行準備時間ｔＰを設定する手段の一例が、本発明におけるモード移行準備時間設定手段である。

このように、上述した一連の処理が実施されることでモード移行準備時間ｔＰが決定される。このことから、上記ステップＳ６で起動させたタイマのカウントが、上記ステップＳ９で算出されたモード移行準備時間ｔｐに達すると、ＣＰＵ３２によりヒータ電源回路４０へ、ヒータ３０をＯＦＦさせる指示が出されることで、上記定着ローラ１への通電が停止され、次の画像形成動作の指示を待つ省電力モードに移行することになる。

本発明の一実施形態例に係る画像形成装置Ａの概略断面図。 本実施形態例に係る画像形成装置Ａの主要部の概略構成を表す機能ブロック図。 本実施形態例に係る画像形成装置Ａが備える制御装置３１内のＣＰＵ３２が実施する、モード移行準備時間演算処理を表すフローチャート。 本実施形態例に係る定着装置Ｘが備える定着ローラ１での経過時間（Ｘ軸）に伴う表面温度の変化（Ｙ軸）を示したグラフ。 本実施形態例に係る定着装置Ｘが備える定着ローラ１での各経過時間（Ｘ軸）とその時の温度から定着温度まで昇温させる際に消費される電力（Ｙ軸）を示したグラフ。 本実施形態例に係る定着装置Ｘが備える定着ローラ１の温度をレディ温度に保持する際に消費される電力（Ｙ軸）を示したグラフ。 本実施形態例に係る定着装置Ｘが備える定着ローラ１において、印刷処理終了時から省電力モードへ移行するまでの経過時間（Ｘ軸）と消費される電力（Ｙ軸）との関係を示したグラフ。

符号の説明

１…定着ローラ
２…加圧ローラ
３…表示操作部
４…画像処理部
５…カセット
６…両面ユニット
７…画像形成部
８…スキャナ
９…自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）
１０…ＣＣＤ
１１…感光体ドラム
１２…帯電装置
１３…現像装置
１４…クリーニング装置
１５…作像ユニット
１６…転写装置
１７…転写ベルト
１８…露光装置
１９…露光装置制御手段
２０…定着ローラ用温度センサ
２１…環境温度用温度センサ
２２…ヒータ用電力計
２３…センサ部
３０…ヒータ
３１…制御装置
３２…ＣＰＵ
３３…レディ温度到達時間検出手段
３４…積算放熱量演算手段
３５…第１の復帰熱量演算手段
３６…第２の復帰熱量演算手段
３７…飽和時間演算手段
３８…モード移行準備時間設定手段
３９…印刷制御部
４０…ヒータ電源回路
４１…不揮発性メモリ

Claims (7)

1. 少なくとも、所定の定着温度に基づいて画像形成装置が備える定着部にて画像形成動作を行う画像形成モードと、上記定着部の温度を上記定着温度より低く環境温度より高い所定のレディ温度に維持するレディモードと、上記定着部への通電を停止し、画像形成動作の指示を待つ省電力モードの３つのモードを持つ画像形成装置における、レディモード開始から省電力モードに移行するまでのモード移行準備時間を制御する画像形成装置の制御装置において、
   上記レディモードの開始からの適宜の経過時間後に上記定着部の温度を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量の時間的変化と、上記定着部を上記環境温度から上記定着温度まで加熱するときの熱量とから、上記モード移行準備時間を演算することを特徴とする画像形成装置の制御装置。
2. 上記熱量の時間的変化を、上記定着部の時間当たりの放熱量と、上記定着部の温度を上記レディ温度から上記定着温度に復帰させるに必要な熱量とから演算する請求項１に記載の画像形成装置の制御装置。
3. 上記定着部が、定着装置に用いられる定着ローラである請求項１あるいは２のいずれかに記載の画像形成装置の制御装置。
4. 少なくとも、所定の定着温度に基づいて画像形成装置が備える定着部にて画像形成動作を行う画像形成モードと、上記定着部の温度を上記定着温度より低く環境温度より高い所定のレディ温度に維持するレディモードと、上記定着部への通電を停止し、画像形成動作の指示を待つ省電力モードの３つのモードを持つ画像形成装置におけるレディモード開始から省電力モードに移行するまでのモード移行準備時間を制御する画像形成装置の制御装置において、
   上記定着部の温度が定着温度から自然冷却によりレディ温度に到達するまでの時間を検出するレディ温度到達時間検出手段と、
   上記レディ温度に維持された定着部からの時間の経過に基づく放熱量の積算値を演算する積算放熱量演算手段と、
   上記レディ温度にある上記定着部を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量を演算する第１の復帰熱量演算手段と、
   上記環境温度にある上記定着部を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量を演算する第２の復帰熱量演算手段と、
   上記レディ温度到達時間選出手段により検出された上記定着部の温度が定着温度から自然冷却によりレディ温度に到達するまでの時間の経過後に、積算放熱量演算手段により演算された上記レディ温度に維持された定着部からの時間の経過に基づく放熱量の積算値と、上記第１の復帰熱量演算手段により演算された上記レディ温度にある上記定着部を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量との和が、上記第２の復帰熱量演算手段により演算された環境温度にある上記定着部を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量に達するまでの時間を演算する飽和時間演算手段と、
   上記レディ温度到達時間検出手段により検出された時間と上記飽和時間演算手段により演算された時間との和に基づいて、モード移行準備時間を設定するモード移行準備時間設定手段と、
   を備えてなることを特徴とする画像形成装置の制御装置。
5. 上記積算放熱量演算手段による定着部からの放熱量の演算がニュートンの冷却法則に基づくものである請求項４に記載の画像形成装置の制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の制御装置を備える画像形成装置。
7. 少なくとも、所定の定着温度に基づいて画像形成装置が備える定着部にて画像形成動作を行う画像形成モードと、上記定着部の温度を上記定着温度より低く環境温度より高い所定のレディ温度に維持するレディモードと、定着部への通電を停止し、画像形成動作の指示を待つ省電力モードの３つのモードを持つ画像形成装置におけるモードとを、レディモード開始からウエイトモードに移行するまでのモード移行準備時間を制御するプログラムにおいて、
   レディモードの開始から所定時間後に上記定着部を上記定着温度に復帰させるに必要な熱量の時間的変化と、上記定着部を上記環境温度から上記定着温度まで加熱するときの熱量とから、上記モード移行準備時間を演算する機能を実現させるための制御プログラム。

Images