JP2005257942A

JP2005257942A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005257942A
Application number: JP2004067985A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kaneko; 信一金子
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】定着ヒータに対して、供給する熱量の制御を最適に行なうことが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】メイン制御部１は、画像形成装置における各制御部、例えば、定着制御部３や、原稿を読み取る画像読取部５０など、画像形成装置全体の制御を行なう。定着制御部３は、メイン制御部１からの命令によって、定着ヒータ４のＯＮ／ＯＦＦ制御を行なう。記憶部５には、前記定着制御部３をはじめとする各制御部が動作するのに必要な電力値や、白黒印刷における点灯デューティ値、カラー印刷における点灯デューティ値が記憶されていて、メイン制御部１は各制御部の該電力値や点灯デューティ値を参照することにより、ヒータへの熱供給制御を行なっている。例えば、１０００Ｗのヒータに電力を供給する場合、２００ミリ秒の制御周期であれば、１４０ミリ秒間だけヒータの点灯をオンにし、６０ミリ秒間を点灯オフにして、点灯デューティを７０％とすることで、平均の消費電力を７００Ｗに抑えることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モノクロ及びカラーでの画像形成が可能な画像形成装置に関し、特に、画像の熱定着において、供給する熱量の制御を行なう画像形成装置に関する。

画像形成装置において、用紙にトナーを定着させるには、熱・圧力・時間の３要素が関係してくる。
一般的に、定着ローラの設定温度は、白黒（モノクロ）機であれば、１８５〜１９０℃であり、これに比べ、カラー機では１５０〜１７０℃とモノクロよりも低めに設定されている。これはカラー機で用いられるトナーの結着剤として用いられる樹脂の分子量を、白黒用より小さくし、溶融温度が低く設定されているためである。
また、トナーを乗せた転写紙が定着ローラに圧接されるニップを通過する時間（ニップ時間）は、白黒定着のニップ時間約３０ミリ秒以下に対し、カラーでは３５〜１００ミリ秒と長い。カラー定着では、時間をかけてトナーと紙に熱を与え、トナー粒界が完全に無くなるまでトナーを溶融している。

このような、トナー自体の特性や白黒とカラーの印字速度の違い等から、モノクロ画像形成とカラー画像形成とでは、その画像形成モードによって定着に必要とする熱量（供給電力）が異なる。そして、熱量が定着に必要な分まで達しなければ、トナーの定着性等が悪くなる。反対に、必要以上の熱供給（電力供給）を行なうと、無駄に装置内の温度を上昇させ、エネルギーを無駄に消費することになってしまう。
そのため複数のヒータを備え、画像形成モードによってヒータを点灯させる本数を変えること等により消費電力を変化させる方法は、画像形成装置において一般的に実施されている方法である。

例えば、３個の定着ローラに各々ヒータが設けられ、フルカラーコピーモード及び白黒コピーモードに応じて別々に設定された各ヒータの優先順序にて、合計消費電力が設定電力を超えないようにするべく、点灯優先順位の低いヒータを消灯する電子写真装置に関する技術が紹介されている。
これによれば、コピーランプをＯＮしようとする際に、点灯しているいずれかのヒータランプとコピーランプとの合計消費電力が最大定格電力を超えるのを防止している（特許文献１参照）。

また、例えば、カラー複写機における定着装置に関する技術が紹介されている。
これによれば、加熱ローラには電力容量が異なる２本のヒータを備え、コピー中であれば、カラーコピー時と白黒コピー時で前記２本のヒータを切り替えるので、ハロゲンランプに大きい電力を消費するカラーコピー時では、電力容量が小さいヒータをＯＮにして、一方、ハロゲンランプに大きい電力を消費しない白黒コピー時では、電力容量が大きいヒータをＯＮにする。このようにすることにより、白黒複写時の複写速度を高速にしても、熱量不足による定着不良を防止し、更に複写開始の加熱ローラ温度下降による定着不良をも防止している（特許文献２参照）。

また、例えば、定着部にヒータランプを有するヒートローラを複数備え、これらのヒートローラによりモノクロコピー用とフルカラーコピー用との定着を行い、更に、各ヒータランプには予め優先順位が付けられていて、温度制御装置では、この優先順位に従って各ヒータランプに対して通電の有無を切り替える温度制御を順次行なう電子写真装置の定着装置に関する技術が紹介されている。
これによれば、使用する定着部の変更後コピーを行なえるまでに必要な待ち時間を短縮している（特許文献３参照）。

また、例えば、交流入力電流の波形歪みを低減し、一負荷に対する給電環境が良い場合に該負荷に対する給電を好適にし、装置の省エネモードから像形成モードへの復帰時の像形成を早めるために定着ヒータの昇温を速くする画像形成装置等に関する技術が紹介されている（特許文献４参照）。

また、例えば、電源環境に適正に対応して画像を形成する画像形成装置に関する技術がある（特許文献５参照）。

また、例えば、定着時のオフセットを防止しつつ、電力消費の大幅な軽減を図っているカラー画像形成装置に関する技術が紹介されている（特許文献６参照）。

また、例えば、複写紙の通紙モードに対応して定着ローラの温度分布を均一に制御し得る複写機における熱ローラ定着装置の定着温度制御装置に関する技術が紹介されている（特許文献７参照）。
特開平６−４００３号公報特開平５−２１０３３６号公報特開平６−９５５４１号公報特開２００２−３２８７３１号公報特開平６−２０２４０１号公報特開平７−７７８９３号公報実公平７−２７４７７号公報

しかしながら、上記文献で開示されている技術では、定着部に備えられたヒータのＯＮにしている本数を変えることによって消費電力を変更しているので、細かい電力の設定ができず、無駄に電力を消費してしまうという問題がある。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、定着ヒータに対して、供給する熱量の制御を最適に行なうことが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、白黒画像形成及びカラー画像形成が可能な画像形成装置において、定着ヒータへ供給する電力のデューティ制御を行なうデューティ制御手段と、白黒画像形成モード及びカラー画像形成モードの違いに応じて、前記デューティ制御手段のデューティ値を変更する第１のデューティ値変更手段と、を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記デューティ値を記憶する第１の記憶手段を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、画像形成装置内部の各機構に供給される電力に応じて、前記デューティ制御手段のデューティ値を変更する第２のデューティ値変更手段を有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記デューティ値及び各機構に供給される電力値を記憶する第２の記憶手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、白黒画像形成及びカラー画像形成が可能な画像形成装置において、定着ヒータへ供給する電力のデューティ制御を行なうデューティ制御手段と、白黒画像形成モード及びカラー画像形成モードの違いに応じて、前記デューティ制御手段のデューティ値を変更する第１のデューティ値変更手段と、を有することにより、定着ヒータへ供給する電力を自在に変更することが可能であり、白黒及びカラー画像形成のそれぞれのモードに対して、最適な電力を供給することが可能となる。

静電複写プロセスを用いた画像形成を行なう画像形成装置では、電源が最も多く供給をされるのは熱定着部の定着ヒータであり、以下に示す定着ヒータへの電力デューティ制御は最も有効な制御であるが、画像形成装置の他の機構に対しても同様に電力デューティの制御を行なうことは可能である。

次に、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施例である画像形成装置を示した図である。
画像形成装置１００の自動原稿送り装置（以下ＡＤＦ）２１にある原稿台２２に、原稿の画像面を上にして置かれた原稿束は、図示しない操作表示部に備えられたスタートキーが押下することにより、一番下の原稿から原稿給送部２３によってコンタクトガラス２５上の所定の位置に給送される。給送された原稿は読み取りユニット５０によってコンタクトガラス２５上の原稿の画像データを読み取り後、読み取りが終了した原稿は、排送部２４によって排出される。
給紙トレイ１１に積載された用紙は、給紙ユニット１２によって給紙され、搬送ユニット１３によってブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色に対応した感光体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄまで搬送される。

画像読取り部５０にて読み込まれた画像データは、書込みユニット５７からのレーザーによって感光体１５に書き込まれ、現像ユニット２７を通過することによってトナー像が形成される。そして、用紙は感光体１４の回転と等速で感光体の下に設置された搬送ベルトによって搬送されながら、転写紙に各感光体１４ａ〜ｄ上のトナー像が転写される。その後、定着部３にて画像を定着させ、排紙トレイ１５に排出される。また、両面印刷の場合は、用紙反転部１６に用紙を搬送し、用紙の裏表を反転させ、該用紙を感光体１４に搬送し、トナー像を転写し、前記定着部３でトナー像を定着し、排紙トレイ１５に排紙する。

図２は、本発明の一実施例である画像形成装置の内部構成を示したブロック図である。
メイン制御部１は、画像形成装置における各制御部、例えば、定着制御部３や、原稿を読み取る画像読取部５０、ユーザが操作指示を行い、ユーザに対して動作状態等を表示する操作表示部（図示しない）、外部に接続されたＰＣ等の外部機器とのデータ通信制御を行なう外部通信制御部（図示しない）、用紙の搬送や感光体、定着ローラなどの回転体を駆動する駆動モータ（図示しない）など、画像形成装置全体の制御を行なう。
定着制御部３は、メイン制御部１からの命令によって、定着ヒータ４のＯＮ／ＯＦＦ制御を行なう。
記憶部５には、前記定着制御部３をはじめとする各制御部が動作するのに必要な電力値を記憶していて、メイン制御部１は各制御部の該電力値を参照することにより、動作制御を行なっている。

図３は、画像形成装置において、ヒータへ電源を供給する様子を示した図である。
本図（ａ）は、画像形成装置のＡＣ電源２に供給される供給電力であり、本図（ｂ）は、ＡＣ電源が定着制御部３を介して点灯デューティ１００％で定着ヒータ４に電源供給を行なった場合の供給電源を示す。また、本図（ｃ）は、ＡＣ電源２が定着制御部３を介して点灯デューティ７０％で定着ヒータ４に電源供給を行なった場合の供給電源を示す。
通常は、特定の制御周期にてヒータのＯＮ／ＯＦＦを行なっていて、例えば、本図（ｃ）のように、図に示した制御周期にて７０％の点灯デューティとする、すなわち、本図（ｃ）に示す制御周期のうち、網掛けされた時間のみ電源を供給することで、制御周期の時間内での消費電力量も７０％となる。

図４は、画像形成装置において、点灯デューティの有無による消費電力の差異を示した図である。
例えば、画像形成装置において制御周期は２００〜５００ミリ秒であり、本図に示すように、１０００Ｗのヒータに電力を供給する場合、２００ミリ秒の制御周期であれば、１４０ミリ秒間だけヒータの点灯をオンにし、６０ミリ秒間を点灯オフにして、点灯デューティを７０％とすることで、平均の消費電力を７００Ｗに抑えることが可能となる。

一般的に、定着ローラの設定温度は、白黒（モノクロ）機であれば、１８５〜１９０℃であり、これに比べ、カラー機では１５０〜１７０℃とモノクロよりも低めに設定されている。これはカラー機で用いられるトナーの結着剤として用いられる樹脂の分子量を、白黒用より小さくし、溶融温度が低く設定されているためである。そのため、カラー印刷の場合は、モノクロ印刷の場合と比べて、ヒータによる加熱、すなわち電力供給は少なくてよい。
また、電力の供給は、オフィス単位あるいは家庭単位で決められており、例えば、電源が１００Ｖ１５Ａで供給される場合、消費電力は１５００Ｗが上限となる。そのため、消費電力が上限に近い画像形成装置では、各制御部の負荷の変動に応じて、消費電力の上限を越えないように定着ヒータへ供給する電力を制御する必要がある。

そこで、本発明では、白黒及びカラーの印刷モードの違い、各制御部等のＤＣ系負荷の変動に応じて定着ヒータの点灯デューティを制御している。
例えば、白黒で８００Ｗ、カラーで７００Ｗが標準的な定着の消費電力だとした場合、記憶部５には、白黒印刷における点灯デューティ値、カラー印刷における点灯デューティ値が記憶されていて、メイン制御部１は、ユーザから指示された印刷モードに応じて記憶部５の点灯デューティ値を参照し、定着制御部に定着ヒータの制御を指示する。例えば、図５のように、カラーの場合は点灯デューティを、モノクロの点灯デューティ（８０％）よりも低い７０％で制御することにより、ヒータの消費電力（の平均）は、７００Ｗ（カラー時）または７００Ｗ（白黒時）となり、システム合計の消費電力は１５００Ｗ以下としている。

図６は、画像形成装置において、消費電力が許容消費電力を超えてしまう様子を示した図である。
本図に示すように、ＡＤＦのスキャナ系の負荷が動作しているとき等、消費電力の上限を越えてしまうことが予測される。そのような場合では、点灯デューティを制御することにより、さらに消費電力を下げる。

図７は、白黒印刷において、更にヒータの点灯デューティを制御した様子を示す図である。
例えば、本図（ａ）に示すように、白黒印刷において通常は点灯デューティが８０％とすると、画像形成装置の他の機構での電力消費が発生した場合に、システム合計の消費電力が許容電力を超えないようにするために、本図（ｂ）のように点灯デューティを７０％に下げる。

図８は、カラー印刷において、更にヒータの点灯デューティを制御した様子を示す図である。
また、例えば、本図（ａ）に示すように、カラー印刷において点灯デューティが７０％とすると、画像形成装置の他の機構での電力消費が発生した場合に、システム合計の消費電力が許容電力を超えないようにするために、本図（ｂ）のように点灯デューティを６０％まで下げる。

すなわち、メイン制御部では、画像形成装置内の各機構の消費電力（記憶部５に設定されている）から、許容消費電力を超えないようにするべく、定着ヒータ４へ供給する電力を制御するために、記憶部５の点灯デューティ値を参照し、然るべく点灯デューティ値で定着ヒータ４を制御するよう、定着制御部３に制御指示を発する。

このように、負荷が重い（消費電力が大きい）ときには定着ヒータ４の消費電力を下げて、消費電力が上限を越えないようにする。スキャナ系の負荷等が動作停止した場合には、点灯デューティを元に戻して本来の定着電力に戻す。
なお、本発明では、あらかじめ各機構の消費電力を記憶部５に記憶しており、動作パターンに応じてヒータ４への供給電力を制御している。
このようにすることにより、画像形成装置の内部で様々な電力供給の負荷変動が起こっている場合でも、図９に示すように、システム全体の消費電力が許容電力を超えないようにすることが可能である。

以上の説明から明らかなように、白黒画像形成及びカラー画像形成が可能な画像形成装置において、定着ヒータへ供給する電力のデューティ制御を行ない、更に、白黒画像形成モード及びカラー画像形成モードの違いに応じて、前記デューティ制御のデューティ値を変更することにより、定着ヒータへ供給する電力を自在に変更することが可能であり、白黒及びカラー画像形成のそれぞれのモードに対して、最適な電力を供給することが可能となる。

また、画像形成装置内部の各機構に供給される電力に応じて、前記デューティ制御のデューティ値を変更することにより、より自在に定着ヒータへの供給電力を変更することが可能であり、様々な負荷変動が起こっている場合でも、システム全体の消費電力が許容電力を超えないようにすることが可能となる。

本発明の一実施例である画像形成装置を示した図である。本発明の一実施例である画像形成装置の内部構成を示したブロック図である。画像形成装置において、ヒータへ電源を供給する様子を示した図である。画像形成装置において、点灯デューティの有無による消費電力の差異を示した図である。画像形成装置において、白黒印刷またはカラー印刷による点灯デューティの差異（消費電力の差異）を示した図である。画像形成装置において、消費電力が許容消費電力を超えてしまう様子を示した図である。白黒印刷において、更にヒータの点灯デューティを制御した様子を示す図である。カラー印刷において、更にヒータの点灯デューティを制御した様子を示す図である。画像形成装置において、ヒータの点灯デューティを行なった結果を示した図である。

符号の説明

１メイン制御部
２ＡＣ電源
３定着制御部
４定着ヒータ
５記憶部
１４感光体
１００画像形成装置

Claims

白黒画像形成及びカラー画像形成が可能な画像形成装置において、
定着ヒータへ供給する電力のデューティ制御を行なうデューティ制御手段と、
白黒画像形成モード及びカラー画像形成モードの違いに応じて、前記デューティ制御手段のデューティ値を変更する第１のデューティ値変更手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
前記デューティ値を記憶する第１の記憶手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
画像形成装置内部の各機構に供給される電力に応じて、前記デューティ制御手段のデューティ値を変更する第２のデューティ値変更手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記デューティ値及び各機構に供給される電力値を記憶する第２の記憶手段を有することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。