JP2005134793A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源投入時などの定着立ち上がり時の印刷に対して、良好な定着性を維持し、かつ印刷開始までの時間を短縮することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 未定着トナー像を担持する用紙を加熱ローラ２１と加圧ローラ２２のニップ部に通紙する過程で当該未定着トナー像を用紙上に溶融定着する定着ユニット１０を備えた画像形成装置において、定着ウォームアップ時に印刷要求を受信した場合、その紙種により加熱ローラ２１と加圧ローラ２２を回転駆動させる時間を判断する制御手段２８を備えた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＦＡＸ、プリンタ、コピー機などの画像形成装置に関し、特にその定着制御技術に関するものである。

従来、レーザープリンタ、ＦＡＸ、コピー機などの画像形成装置では、電源投入時やジャム処理後のウォームアップ時、定着器のローラの温度を均一にする目的で加熱ローラの前回転動作を制御しているものがある。通常、ヒータにより加熱ローラは温度上昇して、所定の温度（ある程度の用紙条件、プリントモードが変化しても定着不良が発生しない余裕を見た温度）に達すると、プリント可能となるのであるが、この前回転動作を行わないと、加熱ローラの検知温度がプリントに耐える温度を満たしているにもかかわらず、実際にはローラの一部のみしか熱が伝わっていないため、プリント開始後に急激にローラの熱が奪われて定着不良の原因になる。
なお、定着制御に関連して、例えば、特許文献１には、定格電圧に対し所定値を下回った時、前回転時間を延長する技術が示されている。また、特許文献２には、定着ローラ、加圧ローラのうちどちらか一方による温度検出結果に基づいて、定着リロード温度を切り替える技術が示されている。また、特許文献３には、定着処理時に紙種に応じた定着速度で定着を行う技術が示されている。さらに、特許文献４には、画像形成時に厚み検知手段の信号で定着温度を制御する技術が示されている。
特開２０００−１６２９０８公報 特開２００１−２８２０４１公報 特開平０７−０１３４６１号公報 特開平０８−１４６８１５号公報

しかしながら、電源投入時やジャム処理後の低温状態からのウォーミングアップで、全てのプリント条件における定着性を満足させるための前回転時間を一律に確保しようとすると、機器の立ち上がり時間、ファーストプリント時間が遅くなるという問題が発生する。
さらに、近年、画像形成装置においては、省エネ状態（電源オフ状態となるスリープモード、定着の温度を低下させる低電力モードなど）から印刷要求を受けてすぐさまプリントを開始しなければならないことが頻繁にあり、立ち上がり時間を満足させつつ定着性をも満たすことが課せられてきている。
そこで本発明では、電源投入時などの定着立ち上がり時の印刷に対して、前述のような問題点を考慮し、良好な定着性を維持し、かつ印刷開始までの時間を短縮することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、未定着トナー像を担持する用紙を加熱ローラと加圧ローラのニップ部に通紙する過程で当該未定着トナー像を用紙上に溶融定着する定着ユニットを備えた画像形成装置において、定着ウォームアップ時に印刷要求を受信した場合、その紙種により加熱ローラと加圧ローラを回転駆動させる時間を判断する制御手段を備えた画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明は、未定着トナー像を担持する用紙を加熱ローラと加圧ローラのニップ部に通紙する過程で当該未定着トナー像を用紙上に溶融定着する定着ユニットを備えた画像形成装置において、定着ウォームアップが完了し、印刷可能な状態になった後にも、加熱ローラと加圧ローラの回転駆動を引き続き行うよう制御する制御手段を備えた画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の画像形成装置において、制御手段は、印刷可能な状態になる前に印刷要求を受信した場合、その紙種により加熱ローラと加圧ローラの回転が終了する時間まで待ってから印刷を開始するよう制御する画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項２記載の画像形成装置において、加熱ローラと加圧ローラの回転終了待ちか否かを切り替えて設定可能とした画像形成装置を主要な特徴とする。

本発明では、紙種毎の条件に応じた前回転制御を実現することにより、良好な定着性を維持し、かつ印刷開始までの時間を短縮することができる画像形成装置を提供することができる。

図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成図である。画像形成装置としてのカラーレーザープリンタは、潜像担持体として感光体ベルト１を備え、その周囲には帯電器２、画像形成手段としてレーザー照射を行う書き込みユニット３、４色の現像器４（４Ｍ、４Ｃ、４Ｙ、４ＢＫ）、感光体クリーニング手段５、除電ランプ６が配置されている。
またカラーレーザープリンタは、感光体ベルト１に潜像された画像を中間的に保持するための中間転写ベルト７を持っていて、その周囲には中間転写ベルト７と対向接触する位置に配置され用紙に画像転写をする二次転写ローラ８、中間転写ベルト７をクリーニングするためのクリーニングローラ９が配置されている。またカラーレーザープリンタは、用紙にトナー像を定着するための定着ユニット１０、用紙を収容するための給紙トレイ１１などを備える。
感光体ベルト１は帯電器２により一様に帯電され、書き込みユニット３からレーザービームを照射して、感光体ベルト１に潜像を書き込み、現像器４を感光体ベルト１に接触させて潜像を顕像化させトナー像を得る。感光体ベルト１上に作られたトナー像は、中間転写ベルト７上に再び転写される。この後、この感光体ベルト１上にのっている排トナーは感光体クリーニング手段５によって取り除かれ、除電ランプ６によってＬＥＤ照射を受けて除電され、感光体上での１色の作像プロセスを終了する。
フルカラーモードの場合にはこれを４色作像、４周分させて中間転写ベルト７上でタイミングを合わせてトナー像の重ね合わせを行った後、給紙トレイ１１より用紙を給紙し、中間転写ベルト７と二次転写ローラ８の接合部にて搬送中バイアスをかけて用紙にトナー像の転写を行う。この後トナー像が転写された用紙は、定着ユニット１０に搬送されて、定着ユニット１０内の加熱ローラと加圧ローラ間のニップを通過することにより未定着トナー像が定着され、排紙部に排紙される。
図２は定着ユニットの断面図である。用紙Ｐが定着ユニット１０の図上の右から進入し、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２のニップに挟まれて用紙Ｐ上のトナーＴが加熱、加圧されることでトナーＴが用紙Ｐに溶融定着される。その後用紙Ｐは排紙ユニットに搬送される。

図３は定着制御装置の構成図である。加熱ローラ２１は加圧手段である加圧ローラ２２により圧接され、駆動源により回転駆動される。加熱ローラ２１は加熱源である加熱ヒータ２３を内蔵している。加熱ヒータ２３の一端はリレー接点２４を介して交流電源２５の片側に接続され、加熱ヒータ２３の他端部と交流電源２５のもう一方の片側との間にはトライアック２６が接続されている。このトライアック２６は制御ドライバ２７により駆動され、制御ドライバ２７はその制御手段としてＣＰＵ（マイコン）２８によりオン／オフ制御される。
また、リレー接点２４をオンオフするリレー２９のコイルはスイッチングトランジスタ３０を介してＤＣ２４Ｖの電源とアースとの間に接続され、制御ドライバ３１はＣＰＵ２８により制御されてトランジスタ３０をオン／オフさせることによりリレー２９をオン／オフさせる。従って、リレー２９がオン状態であってトライアック２６がオンした時はじめて交流電源２５からトライアック２６を介して加熱ヒータ２３に電力が供給されて、加熱ヒータ２３が点灯し加熱ローラ２１に対して加熱が行われる。
また、加熱ローラ外周部に温度検出素子であるサーミスタ３２が配置され、加熱ローラ２１の中央部の温度を検出する。このサーミスタ３２からの検出信号はＣＰＵ２８に入力される。ＣＰＵ２８は内蔵のＡＤコンバータにより入力されたアナログの温度検出信号をデジタル信号に変換してプログラムにより加熱ローラ２１外周の温度データを得る。
ＣＰＵ２８はサーミスタ３２により検出された加熱ローラ２１の温度を基にして制御ドライバ２７を介してトライアック２６を制御して加熱ヒータ２３の点灯／消灯制御を行う。また、ＣＰＵ２８は、本体カバー（ドア）が開けられたか否かを検出するカバーＳＷ３３から検出信号が入力されて本体カバーが開けられたことを認識した時には、制御ドライバ３１をオフさせてトランジスタ３０をオフさせることによりリレー２９をオフさせる。また、本体カバーが閉じられたことを認識した時には制御ドライバ３１をオンさせてトランジスタ３０をオンさせることによりリレー２９をオンさせる。従って本体カバーの開いた状態では加熱ヒータ２３が点灯することはない。

図４は図３に示す定着制御装置における定着ヒータの通電制御フローチャートである。常時、一定周期ごとにループを形成し、定着をオフする要因(加熱ヒータ２３をオフする要因)がないかを監視している（Ｓ１）。例えば画像形成装置本体側の制御部からの指令により、「スリープモード」、「本体カバー開」などの定着オフ要因があった場合、定着制御部(ＣＰＵ２８)ではリレー２９をオフ（Ｓ２）、加熱ヒータ２３もオフにし（Ｓ３）、加熱ヒータ２３への通電を停止する。
定着オフ要因がない場合には、ＣＰＵ２８でカウントされる周期タイマを例えば１秒に設定しタイマをスタートさせる（Ｓ４）。次にサーミスタ３２から現在温度値を取得する処理（Ｓ５）を行い、取得した現在温度値と制御目標温度の差分から加熱ヒータ２３への通電量（オン時間）を計算する（Ｓ６）。一般的に通電量の計算方法としては周知の技術としてＰＩＤ演算方式などの方法が用いられ、比例項、微分項、積分項の３つの項からなる演算式の乗数（ゲイン）を加熱ローラ２１の熱容量、加熱体のＷ（巻線）数、などの機種固有の条件を考慮した設定値にすることにより、オーバーシュート、制御リップルのない最適な温度制御にすることができる。
通電時間の計算結果よりその時間に応じたタイマ値を通電時間タイマにセットしタイマをスタートさせる（Ｓ７）、タイマをスタートさせると同時に加熱ヒータ２３への出力をオンする（Ｓ８）。またこれ以降の処理では前述の如くスタートさせた通電時間タイマがタイムアップされるまではＳ９のループにて待ち処理を行い、通電時間がタイムアップしたら加熱ヒータへの出力をオフにする（Ｓ１０）。次に前述の如くスタートさせた周期タイマがタイムアップされるまではＳ１１のループにて待ち処理を行う。周期時間がタイムアップしたら１周期分の通電処理ループが終了したことになるため、Ｓ１の処理に戻り再び次の周期での通電処理を行う。
図５は図３に示すＣＰＵの出力信号を示す図である。ＣＰＵ２８からの出力信号により加熱ヒータ２３の点灯／消灯を行う。一定周期間隔毎にオンＤｕｔｙを決定する演算を行いオン時間Ｔｏｎを決定する（図４で説明した通りこの時間は現在温度値と制御目標温度の差分から決定される値であるため常に一定とは限らない）と同時に出力をオンにし、Ｔオンの時間がタイムアップすると同時に出力をオフにする。以後、次の演算周期が来るまで出力をオフし続ける。このサイクルを繰り返し行うことで現在温度値と制御目標温度との差をなくしている。

図６は本発明の画像形成装置における定着制御の第１の例を示す概念図である。画像形成装置の電源が投入されると、即座に加熱ヒータ２３の点灯制御が開始されて、加熱ローラ２１の表面温度は上昇していく。サーミスタ３２の検知温度が所定温度に達した時点で、図示しない定着駆動モータを回転させ、加熱ローラ２１及び加圧ローラ２２を回転状態にする（図６の回転駆動開始）。
この定着回転動作には、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２の全周を均一に温度上昇させ通紙時に定着性をアップさせる効果があり、一般的に一定時間か、一定温度に達した時点で回転動作を終了させる。電源投入からプリントレディーになるまでの間で画像形成装置に対して印刷要求がない場合は画像形成装置は所定時間（または所定温度）の通常回転動作終了後、プリント待機中（スタンバイ状態）となる。
しかし前記の間に印刷要求があった時には、その紙種が
・普通紙の場合、通常回転
・中厚紙の場合、通常回転＋５秒
・厚紙の場合、通常回転＋１０秒
といった具合に、紙厚が厚くなるほど回転時間を加算させ、１枚目のプリントが開始されるプリントレディーを遅くすることにより、紙種によらず定着立ち上がり直後の印刷に対する定着性が保証される。

図７は本発明の画像形成装置における定着制御の第２の例を示す概念図である。電源投入から定着回転動作開始までの動作は図６の説明と同様である。この場合は、電源投入からプリントレディーになるまでの間で印刷要求があった場合、なかった場合に関わらず、見た目上のプリントレディーは同じタイミングとしている。また、回転動作はプリントレディー後にも厚紙の条件に合わせた一定時間行うことにしている。
但し、電源投入からプリントレディーになるまでの間に厚紙以外の普通紙、中厚紙の印刷要求があった場合では、その紙種により一定時間の回転待ちを経た後、定着回転動作を終了する前でも途中で印刷動作に移行できることにする。こうすることにより、見た目上（例えば画像形成装置上の表示パネル）のプリントレディーを早くする。定着立ち上がり直後の印刷がない場合や、あったとしても使用頻度の高い普通紙を想定した場合（中厚紙、厚紙を特別なケースとして考える場合）、立ち上がり時間の短縮が可能である。
以上が本発明に係わる実施形態であるが、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではない。例えば、加熱ローラ２１内にのみ加熱ヒータ２３を配置する構成としていたが、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２内にそれぞれ１本ずつヒータを持つ構成、加熱ローラ２１内に２本のヒータを持つ構成などであってもよい。
また、本実施形態では紙種を普通紙、中厚紙、厚紙に限定していたが、それ以外の紙種に対しても、概念的なとらえかたは同じである。また、画像形成装置としてカラーレーザープリンタを例にして扱っているが、複写機、ＦＡＸなど他の画像形成装置にも応用できる。
本発明では、定着ウォームアップ時に印刷要求を受信した場合、その紙種により定着回転駆動時間を個別に判断するため、定着性の悪い紙種ほど回転駆動時間を長くし定着性をアップさせることができる。また、それ以外の通常の紙種に対しては回転駆動時間が短く制御されるため、ウォームアップ時間を短縮することができる。
また、定着ウォームアップが完了し、印刷可能な状態になった後にも、ローラの回転駆動を引き続き行うため、見た目上（例えば画像形成装置上の表示パネル）のプリントレディーを早くすることができる。
また、すべてにおいて一律に回転終了待ちするわけではなく、紙種に応じてプリントが開始される（紙種によっては回転駆動中のプリントが許可される）ため、定着性を維持しつつ印刷待ち時間短縮も図ることができる。
さらに、ローラの回転終了待ちか否かを切り替えて設定できるため、さらに様々な機器の使用状況を考慮しユーザーに対する利便性を上げることができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成図である。 定着ユニットの側面図である。 定着制御装置の構成図である。 図３に示す定着制御装置における定着ヒータの通電制御フローチャートである。 図３に示すＣＰＵの出力信号を示す図である。 本発明の画像形成装置における定着制御の第１の例を示す概念図である。 本発明の画像形成装置における定着制御の第２の例を示す概念図である。

符号の説明

１０ 定着ユニット
２１ 加熱ローラ
２２ 加圧ローラ
２８ ＣＰＵ(制御手段)

Claims (4)

1. 未定着トナー像を担持する用紙を加熱ローラと加圧ローラのニップ部に通紙する過程で当該未定着トナー像を用紙上に溶融定着する定着ユニットを備えた画像形成装置において、定着ウォームアップ時に印刷要求を受信した場合、その紙種により加熱ローラと加圧ローラを回転駆動させる時間を判断する制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 未定着トナー像を担持する用紙を加熱ローラと加圧ローラのニップ部に通紙する過程で当該未定着トナー像を用紙上に溶融定着する定着ユニットを備えた画像形成装置において、定着ウォームアップが完了し、印刷可能な状態になった後にも、加熱ローラと加圧ローラの回転駆動を引き続き行うよう制御する制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２記載の画像形成装置において、制御手段は、印刷可能な状態になる前に印刷要求を受信した場合、その紙種により加熱ローラと加圧ローラの回転が終了する時間まで待ってから印刷を開始するよう制御することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項２記載の画像形成装置において、加熱ローラと加圧ローラの回転終了待ちか否かを切り替えて設定可能としたことを特徴とする画像形成装置。

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