JP2009063907A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切にサブヒータをオン／オフ制御することにより、サブヒータを設けたことに伴う消費電力の増加を抑える。
【解決手段】充電可能なキャパシタ４０と、これを充電する充電回路４２とを具備する。定着部４は、定着ローラ２１及び加圧ローラ２２と、商用電源３６に接続されて定着ローラ２１を加熱するメインヒータ２３と、スイッチ３９を介してキャパシタ４０に接続されて加圧ローラ２２を加熱するサブヒータ２４と、加圧ローラ２２の外表面温度を検知するサーミスタ２６とを備える。制御部３８は、画像形成命令を受けた際に、加圧ローラ２２の外表面温度（Ｔ１）をサーミスタ２６で検知し、この外表面温度（Ｔ１）が所定値（Ｔcomp）より低い場合には、スイッチ３９を閉じ操作してサブヒータ２４をキャパシタ４０に接続する通電制御を行い、サブヒータ２４を発熱させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録用紙上にトナー画像を形成する画像形成部と、記録用紙に加熱加圧処理を施して、トナー画像を記録用紙に定着させる定着部とを備える画像形成装置に関する。

この種の画像形成装置の定着部は、発熱体を有する定着部材と、定着部材に圧接される加圧部材とを主要構成要素として備え、両部材間に形成されたニップ部を通過する記録用紙に対して加熱加圧処理を施すことにより、画像形成部により記録用紙上に形成されたトナー画像を記録用紙に定着させる。多くの場合、定着部材はヒートローラであり、加圧部材はプレスローラである。

画像形成装置の制御部は、スリープモードと称される待機状態から画像形成命令を受けると、ヒートローラに内蔵されたヒータに対して通電制御を行い、ヒートローラの外表面温度をトナーの定着に十分な温度（定着温度）まで上昇させる。以上のようなスリープモードから定着温度に達するまでに要する時間（以下、ウォームアップ時間と記す）の短縮化は、画像形成装置における重大な課題の一つであり、従来より種々の手法が提案されている。

例えば特許文献１では、ヒートローラ用のメインヒータとは別に、サブヒータをプレスローラに近接配置して、ウォームアップ時に両ヒータを同時に発熱させている。同様の形態は、特許文献２にも見受けられる。このようにサブヒータでプレスローラを加熱する構成によれば、プレスローラに奪われるヒートローラの熱量を抑えることができるので、ウォームアップ時間の短縮化を図ることができる。

特開２００２−１７４９８８号公報 特開平３−３６５７９号公報

上記特許文献の問題は、周囲環境温度や画像形成命令の時間間隔などの影響を考慮していないことにある。すなわち、スリープモードにおけるヒートローラやプレスローラの初期温度は、画像形成装置が設置されている外気温等の周囲環境や、先の画像形成処理が終了してから次の画像形成命令を受けるまでの時間間隔などの要因により大きく変化する。このため、特許文献の形態では、例えば画像形成処理が終了し、スリープモードに入った直後に次の画像形成命令を受けると、プレスローラのウォームアップ開始時の初期温度が既に十分な温度状態にあるにも拘らず、再度サブヒータを発熱させて、プレスローラを加熱するおそれがあり、消費電力が無駄に増加する。

本発明は以上のような問題点を解決するためになされたものであり、適切にサブヒータをオン／オフ制御でき、したがって、サブヒータを設けたことに伴う消費電力の増加を抑えることができ、しかも、ウォームアップ時間の短縮化を図って、スピーディに画像形成処理を始めることができる画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明は、記録媒体上にトナー画像を形成する画像形成部と、該記録媒体に対して加熱加圧処理を施して、トナー画像を記録媒体に定着させる定着部とを備える画像形成装置を対象とする。前記定着部は、記録媒体に加熱加圧処理を施すニップ部を構成する定着部材及び加圧部材と、該定着部材を加熱するメインヒータと、該加圧部材を加熱するサブヒータと、該加圧部材の外表面温度を検知する温度センサとを備える。画像形成装置は、前記サブヒータに電力を供給する補助電源と、商用電源に接続されて該補助電源の充電動作を担う充電回路と、前記補助電源と前記サブヒータとの間の通電状態をオン／オフ制御するスイッチと、画像形成装置の全体を制御する制御部とを備える。そして、前記制御部は、画像形成命令を受けると、前記加圧部材の外表面温度を前記温度センサでモニターし、該外表面温度が所定値より低い場合には、前記スイッチをオン操作して前記サブヒータを発熱させることを特徴とする。
本発明における「定着部材」、「加圧部材」とは、ヒートローラやプレスローラに限られず、無端ベルトやパッドなどからなる定着要素や加圧要素をも含む概念である。

画像形成処理の終了後、所定時間が経過して待機状態に至ると、前記充電回路による補助電源に対する充電動作が行われるようにすることができる。

前記補助電源は、電気二重層キャパシタとすることが好ましい。

本発明では、画像形成命令を受けると、加圧部材の外表面温度を温度センサでモニターし、該外表面温度が所定値より低い場合には、スイッチをオン操作してサブヒータを発熱させて、加圧部材を熱するようにした。これによれば、加圧部材を熱するため、定着部材から加圧部材への熱損失を抑えて、定着部材が定着温度に至るまでのメインヒータによる加熱時間を短くすることができる。したがって、ウォームアップ時間の短縮化を図って、スピーディに画像形成処理を始めることができる。ウォームアップにおけるメインヒータの加熱時間を短くできるため、画像形成装置の消費電力を低減できる。

画像形成命令を受けたときの加圧部材の外表面温度に基づいて、サブヒータを制御するようにしたので、夏期などのように加圧部材の外表面温度が比較的高い状態でサブヒータが発熱制御されることがなく、消費電力を低減できる。
また、先の画像形成処理が終了してから所定時間が経過し、スリープモードに入った直後に、次の画像形成命令を受けた場合には、加圧部材の外表面温度は、未だ低下することなく高い状態で維持されていることがある。そこで、本発明のように、画像形成命令を受けたときの加圧部材の外表面温度に基づいて、サブヒータを制御するようにしていると、当該状況において無駄にサブヒータが発熱制御されることがなく、画像形成装置の消費電力を抑えることができる。

加えて、本発明においては、加圧部材を加熱するサブヒータに対して、補助電源から電力を供給するようにした。これによれば、商用電源の限界にとらわれずに短時間でウォームアップを済ませることができる。また、画像形成命令を受けたときに、サブヒータおよびメインヒータへの電力供給量が多大となって、商用電源の消費電力が急激に上昇することを防ぐことができる。したがって、画像形成装置の周囲機器が電圧降下状態に陥ることを防ぐことができる。

画像形成処理の終了後、所定時間が経過して待機状態に至ると、充電回路による補助電源に対する充電動作が行われるようにしていると、次回のウォームアップ動作までに、失われた電力を再充電することができる。これにて、補助電源の電力不足に陥ることなく、サブヒータを必要なタイミングで即座に発熱させることができ、したがって、ニップ部の温度が不足することによる定着不良の発生を確実に防止できる。

補助電源としては、電気二重層キャパシタが好適である。電気二重層キャパシタは、二次電池と異なり化学反応を伴わないため充電時間が短く、さらに大電流の放電が可能であり、したがって、サブヒータを急速に加熱することができる。その他、充電特性の劣化がほとんどない、充放電の繰り返し回数が原理的に無制限という特徴を備えており、メンテナンスフリーを実現でき、オフィス等において使用頻度の高い複合機などの画像形成装置に使用して好適である。

図１から図５に、本発明に係る画像形成装置を、コピー機能とファクシミリ機能とを備えた複合機に適用した実施形態を示す。図２において複合機１は、堆積状の記録用紙Ｐが載置される給紙カセット２と、給紙カセット２から送られてきた記録用紙Ｐ上にトナー画像を形成する画像形成部３と、画像形成部３を経て送られてきた記録用紙Ｐに加熱加圧処理を施して、トナー画像を記録用紙Ｐに定着させる定着部４とを備えている。複合機１の内部には、給紙カセット２から画像形成部３、定着部４を順に経て排紙部５に至る用紙搬送路Ｒが形成されている。
なお、本実施形態においては、説明の便宜上、図２において矢印で示す方向を左右方向と規定し、当該左右方向と水平方向に直交する方向を前後方向と規定する（図３参照）。

コピー動作等に伴う画像形成に際しては、給紙カセット２の給紙ローラ７が回転駆動し、記録用紙Ｐが搬送路Ｒに１枚ずつ繰り出される。図２において符号８は、給紙ローラ７に圧接して、記録用紙Ｐの重送を防止するための摩擦パッドである。搬送路Ｒにおける給紙カセット２と画像形成部３との間には、後述する感光体ドラム１１上のトナー画像と同期するように、画像形成部３への給紙タイミングを制御するレジストローラ対９・９が設けられている。搬送路Ｒにおける給紙ローラ７とレジストローラ９・９との間には、記録用紙Ｐを検知するための給紙センサ４７が設けられている（図４参照）。また、排紙ローラ４９・４９の搬送路Ｒの上流側近傍には排紙センサ５０が配置されている。

画像形成部３は、記録用紙Ｐに接触してトナー画像を転写する感光体ドラム（以下、単にドラムと記す）１１を中心として構成される。画像形成時におけるドラム１１は、図２において反時計回り方向（図４においては時計回り方向）に回転しており、ドラム１１の周囲には、その回転方向に沿って、ドラム１１の表面を帯電させるコロナ帯電式の帯電器１２と、ドラム１１の表面を露光して静電潜像を形成するＬＥＤヘッド１３と、ドラム１１にトナーを供給する現像器１４と、ドラム１１に形成されたトナー画像を記録用紙Ｐに転写させるための転写ローラ１５と、ドラム１１の電荷や残留トナーを除去するクリーニング部１６とが、記載順に設けられている。現像器１４は、ハウジング１８の内部に、キャリアとトナーとを主成分とする２成分現像剤を収容しており、現像ローラ１９を介して、ドラム１１にトナーを供給する。

図２および図３において定着部４は、記録用紙Ｐに加熱加圧処理を施すニップ部を構成するヒートローラ（定着部材）２１及びプレスローラ（加圧部材）２２を備えている。ヒートローラ２１には、これを加熱するためのメインヒータ２３が内蔵されており、プレスローラ２２には、これを加熱するためのサブヒータ２４が内蔵されている。両ローラ２１・２２の前後方向の中央部には、サーミスタ（温度センサ）２５・２６がそれぞれ設けられている。これらサーミスタ２５・２６は、ローラ２１・２２の外周面に近接対向するように配されており、対応するローラ２１・２２の外周面の温度を検知する。ヒートローラ２１及びプレスローラ２２は、後述するメインモータ４５からの駆動力を受けて、両ローラ２１・２２間のニップ部に達した記録用紙Ｐを、搬送路Ｒの下流側に送り出す。

ヒートローラ２１は、熱伝導率が高いアルミニウム等の金属を中空円筒状に成形したローラ芯の外周面に、トナーの剥離性向上を目的としたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によるコーティング処理を施してなる。本実施形態では、ローラ芯の肉厚を０．４ｍｍに設定した。コーティング層の厚み寸法は数〜数十μｍ程度である。メインヒータ２３は、ヒートローラ２１の内部空間に、軸方向に貫通するように配置されている。

プレスローラ２２は、ヒートローラ２１に対して並列状に配置されており、軸方向に長い貫通孔を備える回転軸２９の外周面に、シリコンゴム等からなる弾性体層３０を形成し、さらにその外周面に、先と同様のＰＴＦＥコーティング処理を施してなる。回転軸２９の前後端部は、弾性体層３０の前後面から突出しており、これら前後端部を、軸受３１・３１を介して圧縮バネ３２・３２によりヒートローラ２１の側に付勢することで、プレスローラ２２をヒートローラ２１に圧接させている。サブヒータ２４は、回転軸２９の貫通孔の周面に当接するように配置されており、その出力は、メインヒータ２３のそれに比べて小さく設定されている。

図１は、定着部４の制御回路のブロック図を示している。符号３５は、商用電源３６から電力の供給を受けて、交流から直流への整流を行う主電源回路である。主電源回路３５は、メインヒータ２３に接続されるほか、スイッチング回路３７を介して、ヒートローラ２１及びプレスローラ２２に接続される。スイッチング回路３７は、定着部４を含む複合機１の各部を制御する制御部３８の指示に基づき、両ローラ２１・２２を駆動制御する。また、制御部３８は、定着ローラ２１の外表面温度を定着温度（Ｔｓ：１７０℃程度）以上の一定範囲内に維持すべく、サーミスタ２５により検知した定着ローラ２１の外表面温度に基づき、主電源回路３５からメインヒータ２３に対する出力電力を制御する。

一方、プレスローラ２２内のサブヒータ２４は、開閉可能なスイッチ３９を介して、繰り返し充電可能なキャパシタ（補助電源）４０に接続される。制御部３８は、画像形成命令を受けたときに、サーミスタ２６により検知したプレスローラ２２の外表面温度（Ｔ１）が所定値（Ｔcomp）より低い場合に、スイッチ３９を閉じ操作してサブヒータ２４をキャパシタ４０に接続する通電制御を行い、サブヒータ２４を発熱させる。この所定値（Ｔcomp）は、先の定着温度（Ｔｓ）よりも低い温度に設定されており、１００℃に設定する。キャパシタ４０には蓄電電圧検知回路４１が接続されており、制御部３８は、検知回路４１により検知した蓄電電圧が所定値を下回っている場合には、充電回路４２に対してキャパシタ４０を充電するように指示する。充電回路４２の駆動電力は、主電源回路３５から供給される。

先のスイッチ３９には、耐久性の理由から、ＦＥＴなどの半導体スイッチを使用することが好ましい。また、キャパシタ４０には電気二重層キャパシタが好適である。電気二重層キャパシタは、二次電池と異なり化学反応を伴わないため充電時間が短く、さらに大電流の放電が可能であり、したがって、サブヒータ２４を急速に加熱することができる。その他、充電特性の劣化がほとんどない、充放電の繰り返し回数が原理的に無制限という特徴を備えており、メンテナンスフリーを実現でき、オフィス等において使用頻度の高い複合機１に使用して好適である。

スリープモードから画像形成命令を受けたときの複合機１の動作を、図５のタイミングチャートおよび図６のフローチャートを用いて説明する。この画像形成命令は、画像を形成すべき記録用紙Ｐのプリント枚数ｎ、各記録用紙Ｐに形成する画像データなどの情報からなり、これらの情報は制御部３８に送信される。

スリープモードから画像形成命令を受けると（プリントトリガ：Ｓ１でＹＥＳ）、ウォームアップをスタートさせる。具体的には、制御部３８は複合機１の各部の駆動源となるメインモータ４５を駆動させるとともに（時刻ｔ０）、主電源回路３５を起動させてメインヒータ２３を発熱させる。

同時に、プレスローラ２２に対する加熱タスクを開始する。そこでは、サーミスタ２５によりプレスローラ２２の外表面温度（Ｔ１）をモニターし（Ｓ２）、該外表面温度（Ｔ１）が所定値（Ｔcomp）より低い場合には（Ｓ３でＮＯ）、スイッチ３９をオン操作して（Ｓ４）、キャパシタ４０をサブヒータ２４に接続する通電制御を行い、サブヒータ２５を発熱させる。なお、画像形成命令を受けるまでは（Ｓ１でＮＯ）、待機状態を維持する。

先のサブヒータ２４およびメインヒータ２３の発熱により、プレスローラ２２の外表面温度（Ｔ１）は上昇していく。そして、サーミスタ２６により検知されるプレスローラ２２の外表面温度（Ｔ１）が所定値（Ｔcomp）を超えるまで（Ｓ５でＮＯ）、サブヒータ２４に対する通電制御を続け、外表面温度（Ｔ１）が所定値（Ｔcomp）を超えると（Ｓ５でＹＥＳ）、スイッチ３９をオフ操作して（Ｓ６）、サブヒータ２４への通電を終了する。以上で、プレスローラ２２に対する加熱タスクが終了する。なお、外表面温度（Ｔ１）が所定値（Ｔcomp）より高い場合には（Ｓ３でＹＥＳ）、加熱タスクは実行しない。

サーミスタ２５により検知されるヒートローラ２１の外表面温度が、定着温度Ｔｓに達すると（図５のｔ１）、メインモータ４５と給紙ローラ７との間の給紙クラッチ４６を接続して、給紙ローラ７を回転駆動させる（図４参照）。これにて、給紙カセット２の最上段の記録用紙Ｐが搬送路Ｒに繰り出される。

給紙センサ４７により記録用紙Ｐの搬送始端が検知されると、画像形成部３におけるドラム１１の外表面上へのトナー画像の形成が開始される。具体的には、制御部３８は、ドラム１１上のトナー画像と同期をとって、メインモータ４５とレジストローラ対９・９との間のレジストクラッチ４８を接続し、レジストローラ対９・９を回転駆動させる。これにて記録用紙Ｐは、画像形成部３に向けて送り出されて、ドラム１１と転写ローラ１５との間でトナー画像を転写される。

画像形成部３を経て定着部４に送られてきた記録用紙Ｐは、ヒートローラ２１とプレスローラ２２との間のニップ部に案内され、ここで加熱加圧処理が施される。

定着部４を経てトナー画像が定着された記録用紙Ｐは、搬送路Ｒの終端に位置する排紙ローラ対４９・４９により排紙部５に排出される。記録用紙Ｐの搬送始端を排紙センサ５０で検知すると、画像形成の処理枚数をカウント（＋１）する。そして、カウント後の処理枚数と、画像形成命令を構成する上述のプリント枚数ｎとを比較し、処理枚数がプリント枚数ｎより少ない場合は、排紙センサ５０による検知と同時、もしくは一定時間経過後に、給紙ローラ７を回転駆動させて（ｔ２）、次の記録用紙Ｐを搬送路Ｒに送り込む。尤も、搬送路Ｒの長さが記録用紙Ｐの搬送方向長さに比べて余裕がある場合は、これより早いタイミング、つまり、排紙センサ５０による記録用紙Ｐの検知を待たずに、給紙ローラ７を回転駆動させてもよい。

各記録用紙Ｐに対する画像形成を繰り返し、処理枚数がプリント枚数ｎと等しくなった場合には、制御部３８は、画像形成命令を完遂したとして、記録用紙Ｐの搬送終端が排紙センサ５０を通過したことを検知してから、メインモータ４５、メインヒータ２３等を停止させる（時刻ｔ３）。これにて、複合機１の画像形成動作は終了となり、所定時間が経過して、スリープモードとなる。スリープモードに至ると、充電回路４２を作動させて、キャパシタ４０に対する充電動作を行い、先のプレスローラ２２に対する加熱タスクにおいて減少したキャパシタ４０の電力を回復させる。

以上のように、本実施形態に係る複合機では、画像形成命令を受けると、プレスローラ２２の外表面温度（Ｔ１）をサーミスタ２６でモニターし、該外表面温度（Ｔ１）が所定値（Ｔcomp）より低い場合には、スイッチ３９をオン操作してサブヒータ２４を発熱させて、プレスヒータ２２を熱するようにした。このように、プレスヒータ２２を熱するようにしていると、ヒートローラ２１からプレスヒータ２２への熱損失を抑えて、ヒートローラ２１が定着温度に至るまでのメインヒータ２３による加熱時間を短くすることができる。したがって、ウォームアップ時間の短縮化を図って、スピーディに画像形成処理を始めることができる。ウォームアップにおけるメインヒータ２３の加熱時間を短くできるため、複合機の消費電力を低減できる。

画像形成命令を受けたときのプレスローラ２２の外表面温度に基づいて、サブヒータ２４を制御するようにしたので、夏期などのようにプレスローラ２２の外表面温度が比較的高い状態でサブヒータ２４が発熱制御されることがなく、消費電力を低減できる。
また、先の画像形成処理が終了してから所定時間が経過し、スリープモードに入った直後に、次の画像形成命令を受けた場合には、プレスローラ２２の外表面温度は、未だ低下することなく高い状態で維持されていることがある。そこで、本発明のように、画像形成命令を受けたときのプレスローラ２２の外表面温度に基づいて、サブヒータ２４を制御するようにしていると、当該状況において無駄にサブヒータ２４が発熱制御されることがなく、サブヒータ２４を組み付けたことに伴う複合機の消費電力の上昇を抑えることができる。

サブヒータ２４に対して、キャパシタ４０から電力を供給するようにしていると、商用電源の限界にとらわれずに、メインヒータ２３とサブヒータ２４とを同時に発熱させることができるので、商用電源のみに基づいて、両ヒータ２３・２４を発熱させる形態に比べて短時間でウォームアップを済ませることができる。また、画像形成命令を受けたときに、サブヒータ２４およびメインヒータ２３への電力供給量が多大となって、商用電源の消費電力が急激に上昇することを防ぐことができる。したがって、複合機の周囲機器が電圧降下状態に陥ることを防ぐことができる。

上記実施形態においては、キャパシタ４０（補助電源）の電力を、サブヒータ２４にのみ供給していたが、キャパシタ４０の電力を、メインヒータ２３に対しても供給できるようにしてもよい。

本発明に係る画像形成装置の定着部の制御構成を示すブロック図である。 画像形成装置の全体構成を示す図である。 定着部の構成を示す図である。 画像形成装置の概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置の画像形成動作を説明するためのタイミングチャートである。 プレスローラに対する加熱タスクを説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 複合機（画像形成装置）
３ 画像形成部
４ 定着部
２１ 定着部材（ヒートローラ）
２２ 加圧部材（プレスローラ）
２３ メインヒータ
２４ サブヒータ
２６ 温度センサ（サーミスタ）
３５ 主電源回路
３６ 商用電源
３８ 制御部
３９ スイッチ
４０ 補助電源（キャパシタ）
４２ 充電回路
Ｐ 記録用紙

Claims (3)

1. 記録用紙上にトナー画像を形成する画像形成部と、該画像形成部によりトナー画像が形成された前記記録用紙に加熱加圧処理を施して、トナー画像を記録用紙に定着させる定着部とを備える画像形成装置であって、
   前記定着部は、記録用紙に加熱加圧処理を施すニップ部を構成する定着部材及び加圧部材と、該定着部材を加熱するメインヒータと、該加圧部材を加熱するサブヒータと、該加圧部材の外表面温度を検知する温度センサとを備え、
   前記サブヒータに電力を供給する補助電源と、商用電源に接続されて該補助電源の充電動作を担う充電回路と、前記補助電源と前記サブヒータとの間の通電状態を制御するスイッチと、画像形成装置の全体を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、画像形成命令を受けると、前記加圧部材の外表面温度を前記温度センサでモニターし、該外表面温度が所定値より低い場合には、前記スイッチをオン操作して前記サブヒータを発熱させることを特徴とする画像形成装置。
2. 画像形成処理の終了後、所定時間が経過して待機状態に至ると、前記充電回路による補助電源に対する充電動作が行われるようになっている請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記補助電源が、電気二重層キャパシタである請求項１又は２記載の画像形成装置。

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