JP2011191643A - 加熱定着装置及び加熱定着装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、定着処理に必要な時間だけ加熱することで消費電力を低減することができる加熱定着装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】加熱定着装置は、用紙上にトナー像を加熱定着させる定着ローラ１７を加熱するヒータ６１、定着ローラ１７の表面温度を検知するサーミスタ６４、給紙カセット４１の用紙の温度を検知する用紙温度検知センサ６６、用紙の種別を検知する用紙種別検知センサ６８とを備えており、サーミスタ６４及び用紙温度検知センサ６６からの温度検知データ並びに用紙種別検知センサ６８からの種別検知データに基づいてヒータ６１の余熱による定着可能時間を決定し、定着可能時間に基づいてヒータ６１を加熱停止させる加熱制御部７１を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、用紙上に現像されたトナー像を加熱して用紙上に定着させる加熱定着装置及び加熱定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来より、感光体ドラムの表面に静電潜像を形成した後トナーにより現像して用紙に転写し、用紙上のトナー像を加熱溶融して用紙に定着させる画像形成装置が実用化されている。こうした画像形成装置では、用紙上のトナー像を加熱定着させる定着装置に加熱ヒータを用いているため、定着装置での消費電力が大きくなる傾向にある。

近年の省エネルギーに対する関心の高まりとともに画像形成装置の省エネルギー化が図られるようになっており、定着装置においても消費電力を低減することが課題となっている。こうした課題に対しては、例えば、特許文献１では、最大消費電力の制限が設定されている場合に、最適な立ち上げシーケンス及び定着性能を実現するために、用紙の種別に応じて定着制御を行う点が記載されている。また、特許文献２では、省エネモードからの定着ウォームアップ時において用紙の種別に応じて加熱ローラ及び加圧ローラの回転駆動時間を設定する点が記載されている。

上述した特許文献では、用紙の種別や用紙の搬送速度によって定着に必要な加熱量が異なることから、用紙の種別に応じてきめ細かく加熱ヒータの加熱制御及び用紙の搬送制御をすることで消費電力を低減するようにしている。

しかしながら、ウォームアップ時の加熱制御及び用紙の搬送制御では、加熱ヒータの加熱開始時における消費電力が低減されるものの、それ以降の消費電力に関しては十分低減されているとはいえない。すなわち、加熱ヒータの加熱時間が長くなるとその分消費電力が大きくなることから、加熱時間についても消費電力を低減する余地がある。

そこで、本発明は、定着処理に必要な時間だけ加熱することで消費電力を低減することができる加熱定着装置を提供することを目的とするものである。

請求項１の発明は加熱定着装置であって、用紙上にトナー像を加熱定着させる定着面を加熱する加熱手段と、前記定着面の表面温度を検知する表面温度検知手段と、加熱定着処理前の前記用紙の温度を検知する用紙温度検知手段と、前記用紙の種別を検知する種別検知手段と、前記表面温度検知手段及び前記用紙温度検知手段からの温度検知データ並びに前記種別検知手段からの種別検知データに基づいて前記加熱手段の余熱による定着可能時間を決定する余熱時間決定手段と、決定された前記定着可能時間に基づいて前記加熱手段の加熱停止タイミングを決定する加熱制御手段と、を備えていることを特徴とする。
請求項２の発明は請求項１に記載の加熱定着装置において、前記余熱時間決定手段は、前記表面温度検知手段からの温度検知データが定着可能温度データよりも大きい場合に定着可能時間を決定することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の加熱定着装置において、前記余熱時間決定手段は、前記用紙温度検知手段からの温度検知データ及び前記種別検知手段からの種別検知データに対応して予め設定された前記表面温度の変化を示す算出式に基づいて前記定着可能時間を決定することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の加熱定着装置において、前記余熱時間決定手段は、前記用紙温度検知手段からの温度検知データ及び前記種別検知手段からの種別検知データに対応して予め設定された定着可能時間テーブルに基づいて前記定着可能時間を決定することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の加熱定着装置において、前記加熱制御手段は、前記用紙の排紙完了タイミングから前記定着可能時間だけ前のタイミングで加熱停止させることを特徴とする。
請求項６の発明は、画像形成装置であって、請求項１ないし５のいずれかに記載の加熱定着装置を備えたことを特徴とする。

本発明は、加熱手段の余熱による定着可能時間を考慮して加熱手段の加熱停止を行うので、定着処理に影響のない定着可能時間分だけ加熱時間を短縮することができ、その分消費電力を低減することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体斜視図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の中央部断面図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の制御系の要部ブロック図である。 本発明の実施形態に係る加熱定着装置の要部ブロック図である。 加熱制御における電力供給と表面温度の時間的推移を示すグラフである。 用紙種別に関する用紙温度毎の温度推移を示すグラフである。 定着可能時間データテーブルの一例を示すリストである。 加熱停止処理に関する処理フローである。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る加熱定着装置を備えた画像形成装置の全体斜視図であり、図中、画像形成装置１００は、原稿の読取り信号により所謂電子写真方式によって画像形成を行う画像形成部１、原稿を自動的に送って読取りを行わせる自動原稿給送部（ＡＤＦ）２、両面印刷を行うために片面に印刷された用紙の移動方向を反転させる反転給紙機構３、用紙の給紙部４及び各種印刷設定を行い且つ設定結果等を表示する操作表示部５を有する。

図２は、画像形成装置の中央部側断面図である。図２において、画像形成部１は、アルミニウム円筒表面に光導電性物質である有機半導体層を設けて構成した感光体ドラム１１、感光体ドラム１１の有機半導体層を一様に帯電させるための導電性弾性ローラ１２、レーザー光源１３及びその光学系を含み感光体ドラム上に静電潜像を形成するための露光ユニット１４、感光体ドラム１１上の静電潜像にトナーを付着させて現像を行う現像器１５、感光体ドラム１１上に現像されたトナー像を用紙Ｐに転写する転写器１６、トナー像が転写された用紙Ｐを挟持してトナー像を定着させる定着ローラ１７及び加圧ローラ１８、感光体ドラム１１の帯電を取除く除電器１９及び排紙ローラ２０からなる。

反転給紙機構３は、反転搬送路３１とその引込搬送路３２を有し、切換器３４が用紙Ｐを反転給紙機構３側に誘導するとき、一旦引込搬送路３２側に搬送される。搬送が終了すると、切換器３４が引込搬送路の入り口部分を遮断するとともに、反転ローラ３３が矢印方向に回転することにより、反転搬送路３１側へと搬送され、搬送ローラ３５により再び画像形成部１へと搬送される。

給紙部４の給紙カセット４１、４２に収納された用紙Ｐは、給紙ローラ４１ａ、４２ａにより給紙され、搬送ローラ２１、２２によって画像形成部１を経て、切換器２３が排紙ローラ２０側に誘導するときは、排紙ローラ２０により排紙部２４に排紙される。

手差し給紙部４３は、特殊サイズの用紙を手差しで給紙できる給紙部であり、給紙ローラ４４を経て画像形成部１に給紙される。

図３は、画像形成装置の制御系の要部ブロック図であり、図中、操作表示部５は、液晶ディスプレイ５ａ及びタッチパネル式キー入力部５ｂを有し、キー入力部５ｂから指示される各種の指示は、メインコントローラ５１の図示しないＣＰＵが判定し、各動作系を制御する。例えば、キー入力部５ｂから原稿の自動読取りが指示されると、ＡＤＦ２の原稿セット検知器２ａは、読取り原稿がセットされているかどうかを検知し、原稿がセットされているときは、搬送モータ２ｂを制御して原稿を１枚ずつ送り読み取りを行う。また印刷が指示されると、ＣＰＵはこれを判定し、メインモータ５３を駆動開始すると共に第１又は第２給紙クラッチ５４、５５、及び中間クラッチ５６を制御して用紙を画像形成部１に搬送し印刷を行う。このときＩＰＵ（画像処理ユニット）５２は、スキャナの制御、原稿画像を画像メモリに書き込む制御、画像メモリから作像を行う制御等の制御を行う。また、後述するように、ＣＰＵは、定着ローラ１７の定着面の温度に基づいて定着ローラ１７の内部に設置されたヒータの加熱制御を行う。

なお、メインコントローラ５１には図示が省略されているが、ＣＰＵの他に各動作系を立ち上げるためのプログラムを記録したＲＯＭや、画像データや各種のアプリケーションプログラムを記録したＨＤＤ装置、これらアプリケーションプログラムや原稿画像を作業のために一時的に展開する画像メモリ（ＲＡＭ）が備えられている。

図４は、本発明の実施形態に係る加熱定着装置の定着制御を行うための要部ブロック構成図を示している。加熱定着装置は、定着ローラ１７の内部に配設された加熱手段であるヒータ６１を備えており、ヒータ６１は定着ローラ１７の全長にわたって発熱部分を有している。

ヒータ６１は、電源６２から電力を供給されて加熱されるようになっており、リレースイッチ６３によりオン・オフされて加熱制御される。

定着ローラ１７の表面温度検知手段としてサーミスタ６４が定着ローラ１７の定着面のほぼ中央部分に接触するように設けられており、定着面の表面温度を検知するようになっている。

メインコントローラ５１のＣＰＵ６０は定着制御部として機能し、具体的には、サーミスタ６４をオン・オフしてヒータ６１の加熱制御を行う加熱制御部７１、用紙の給紙開始から排紙完了までの時間を算出する通紙時間算出部７２、及び、ヒータ６１をオフした後の余熱による定着可能時間を決定する余熱時間決定部７３として機能する。

サーミスタ６４からの検知信号は、表面温度検知回路６５を介して表面温度データとしてＣＰＵ６０に入力される。また、給紙部４の給紙カセット４１及び４２に設置された用紙温度検知センサ６６及び用紙種別検知センサ６８からの検知信号がそれぞれ用紙温度検知回路６７及び用紙種別検知回路６９を介して用紙温度データ及び用紙種別データとしてＣＰＵ６０に入力される。用紙温度検知センサ６６は、給紙カセット４１及び４２に積載する用紙の近傍の温度を検知し、用紙種別検知センサ６８は、積載された用紙のサイズや厚さ（普通紙、中厚紙、厚紙等）等の種別について設定状態を検知する。

加熱制御部７１は、画像形成装置１００の電源が投入されると、定着ローラ１７の定着面の温度を定着可能温度に上昇させるため、ヒータ６１をオンして加熱制御する。定着可能温度は、用紙種別データに応じて予め所定の温度範囲が記憶部７０に記憶されており、加熱制御部７１では、定着可能温度を読み出して加熱制御を行う。定着可能温度は、用紙を連続搬送しながら定着処理を行った場合でも確実にトナー像が用紙に定着する温度範囲に設定される。

そして、表面温度データが定着可能温度に到達したと判定した場合、加熱制御部７１は、ヒータ６１に供給する電力量を調整して定着面の表面温度を定着可能温度に維持するように加熱制御する。

図５は、加熱制御における電力供給と表面温度の時間的推移を示すグラフである。このグラフでは、定着可能温度として下限温度Ｔ_minから上限温度Ｔ_maxが設定されている。時刻ｔ₀において画像形成処理の準備要求信号が入力されると、ヒータ６１がオンして電力が供給されて定着ローラ１７の表面温度が上昇するようになる。そして、表面温度が下限温度Ｔ_minを超えて定着可能温度になった時刻ｔ₁において、画像形成処理の開始信号が入力されて用紙の給紙動作が開始され、用紙にトナー像の転写及び定着処理が行われて排紙される一連の処理が行われる。用紙が連続して定着処理される場合には、定着処理の際に用紙に熱を奪われるので、表面温度を監視しながら定着可能温度より低下しないようにヒータ６１に供給される電力が調整される。

通紙時間算出部７２では、用紙の給紙動作が開始されてから一連の処理が行われて排紙が完了するまでの通紙時間を算出する。図５では、給紙を開始する時刻ｔ₁から排紙が完了する時刻ｔ₃までの時間が通紙時間に相当する。

画像形成処理の準備要求が入力された場合に、要求された用紙サイズ（ｍｍ）、処理枚数、片面／両面といったパラメータの他に紙間（ｍｍ）、用紙の搬送速度である線速（ｍｍ／ｓ）といった装置に関するパラメータを記憶部７０から読み出して、これらのパラメータに基づいて通紙時間を算出する。例えば、用紙の片面への画像形成処理の場合には、通紙時間Ｐｔは以下の計算式により求めることができる。
Ｐｔ＝（１枚目の給紙時間）＋（処理枚数×サイズ／線速）＋{（処理枚数−１）×紙間／線速}＋補正処理時間
ここで、補正処理時間は、通紙する場合に生じる装置固有の補正時間である。

通紙時間算出部７２では、画像形成処理の要求毎に通紙時間を算出して、加熱制御部７１に送信する。

余熱時間決定部７３は、ヒータ６１がオフされた後に定着ローラ１７の余熱により定着可能な時間を決定する。ヒータ６１をオフした後定着ローラ１７の表面温度が定着可能温度の下限温度Ｔ_min以上である場合には定着可能であるとして、定着可能時間を決定すればよい。そのため、ヒータ６１のオフ時における定着ローラ１７の表面温度から余熱による定着処理で温度が低下していき下限温度Ｔ_minになるまでの温度推移を推測することが必要となる。

余熱による定着可能時間は、加熱停止時から定着ローラの表面温度が定着可能温度の下限に低下するまでの時間であり、余熱による定着処理の際の温度推移は、加熱停止時の表面温度、用紙のサイズ、用紙の種別、用紙の温度、線速といったパラメータに依存する。そこで、こうしたパラメータを変化させた場合の温度推移を実際に測定するか理論的に求めて予め算出式を設定しておく。図６は、用紙種別Ａの場合における用紙温度毎の温度推移を示すグラフである。加熱停止時の表面温度Ｔ₀から次第に温度低下していくが、用紙温度により低下する度合いが変化するようになる。こうした温度変化曲線に近似する関数を算出式として設定し、記憶部７０に各用紙温度に対応して算出式を記憶しておく。算出式を用いて定着可能時間を設定すれば、よりきめ細かく定着可能時間を設定することができる。

そして、余熱時間決定部７３では、定着処理中の定着ローラ１７の現在の表面温度データ、用紙温度データ及び用紙種別データに基づいて対応する算出式から下限温度Ｔ_minに低下するまでの時間を算出し、定着可能時間として加熱制御部に送信する。

こうした算出式により定着可能時間を求める方法以外に、表面温度データ、用紙温度データ及び用紙種別データの組み合せ毎に定着可能時間を予め求めておき定着可能時間データテーブルとして記憶部７０に記憶させておいてもよい。図７は、定着可能時間データテーブルの一例を示すリストである。この例では、現在の表面温度Ｔ₀と下限温度Ｔ_minとの温度差毎に用紙種別Ａ〜Ｃに対応して定着可能時間ｔＡ１・・・が設定されている。こうしたデータテーブル形式で定着可能時間を記憶しておくことで、処理が簡略化されて速やかな加熱制御を行うことができる。

加熱制御部７１は、通紙時間算出部７２から得られた通紙時間に基づいて給紙開始タイミングから排紙完了タイミングを決定する。図５に示すように、給紙開始タイミングである時刻ｔ₁は給紙動作開始時に設定されるので、通紙時間を加算すれば、排紙完了タイミングである時刻ｔ₃を決定することができる。そして、余熱時間決定部７３から得られた定着可能時間に基づいて排紙完了タイミングから定着可能時間だけ前の時刻以降に加熱停止タイミングを設定する。図５では、排紙完了タイミングである時刻ｔ₃から定着可能時間だけ前の時刻ｔ₂以降（斜線部分の範囲）に加熱停止タイミングを設定すればよい。

このように、余熱による定着可能時間を考慮してヒータの加熱停止タイミングを設定することで、従来のように排紙完了タイミングまで加熱していた場合に比べて定着可能時間（斜線部分）だけ加熱時間を短縮することができるようになり、その分消費電力を低減することが可能となる。また、定着可能時間まで加熱時間を短縮しても余熱により定着処理を確実に行うことができるので、定着処理に影響を与えることはない。

図８は、加熱停止処理に関するフローである。まず、用紙種別データを取得して（Ｓ１００）、通紙時間算出部７２において通紙時間を算出する（Ｓ１０１）。そして、算出された通紙時間に基づいて給紙開始タイミングに通紙時間を加算した排紙完了タイミングを決定する（Ｓ１０２）。

次に、用紙温度データ及び表面温度データを取得して（Ｓ１０３）、表面温度が定着可能温度の下限温度より高いか否かチェックする（Ｓ１０４）。表面温度が下限温度よりも高い場合には（Ｓ１０４-YES）、予め設定された算出式により定着可能時間を算出するかデータテーブルから該当する定着可能時間を読み出して定着可能時間を決定し（Ｓ１０５）、排紙完了タイミングから定着可能時間だけ前の時刻以降に加熱停止タイミングを決定する（Ｓ１０６）。そして決定された加熱停止タイミングに基づいて加熱停止処理を行う。

ステップＳ１０４において表面温度が下限温度よりも低い場合には（Ｓ１０４-NO）、余熱による定着処理が期待できないため、排紙が完了したか否かチェックして（Ｓ１０７）、排紙が完了したタイミングで加熱停止処理を行う。

以上のような加熱停止処理を行うことで、余熱による定着処理が可能な表面温度状態で定着処理に影響を与えることなく加熱時間を短縮して、消費電力を低減することができる。
また、定着面の表面温度、加熱定着処理前の用紙の温度及び用紙の種別に基づいて定着可能時間を決定しているので、定着可能時間をきめ細かく決定することで消費電力の低減にさらに寄与することができる。

１・・・画像形成部、２・・・自動原稿給送部（ＡＤＦ）、３・・・反転給紙機構、４・・・給紙部、５・・・操作表示部、１７・・・定着ローラ、１８・・・加圧ローラ、６０・・・ＣＰＵ、６１・・・ヒータ、６２・・・電源、６３・・・リレースイッチ、６４・・・サーミスタ、６６・・・用紙温度検知センサ、６８・・・用紙種別検知センサ。

特開２００６−１１９４２６号公報 特開２００５−１３４７９３号公報

Claims (6)

1. 用紙上にトナー像を加熱定着させる定着面を加熱する加熱手段と、前記定着面の表面温度を検知する表面温度検知手段と、加熱定着処理前の前記用紙の温度を検知する用紙温度検知手段と、前記用紙の種別を検知する種別検知手段と、前記表面温度検知手段及び前記用紙温度検知手段からの温度検知データ並びに前記種別検知手段からの種別検知データに基づいて前記加熱手段の余熱による定着可能時間を決定する余熱時間決定手段と、決定された前記定着可能時間に基づいて前記加熱手段の加熱停止タイミングを決定する加熱制御手段と、を備えていることを特徴とする加熱定着装置。
2. 前記余熱時間決定手段は、前記表面温度検知手段からの温度検知データが定着可能温度データよりも大きい場合に定着可能時間を決定することを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
3. 前記余熱時間決定手段は、前記用紙温度検知手段からの温度検知データ及び前記種別検知手段からの種別検知データに対応して予め設定された前記表面温度の変化を示す算出式に基づいて前記定着可能時間を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱定着装置。
4. 前記余熱時間決定手段は、前記用紙温度検知手段からの温度検知データ及び前記種別検知手段からの種別検知データに対応して予め設定された定着可能時間テーブルに基づいて前記定着可能時間を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱定着装置。
5. 前記加熱制御手段は、前記用紙の排紙完了タイミングから前記定着可能時間だけ前のタイミングで加熱停止させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の加熱定着装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の加熱定着装置を備えた画像形成装置。

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