JP2012242635A

JP2012242635A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2012242635A
Application number: JP2011113096A
Authority: JP
Inventors: Osamu Arakawa; 荒川　　修
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-12-10
Anticipated expiration: 2031-05-20
Also published as: US20120294640A1; JP5761504B2; US8891992B2

Abstract

【課題】待機モードにおいて、オーバーシュートあるいはアンダーシュートを伴うこともなく、加熱部材の表面温度を設定した範囲内に保持する。
【解決手段】制御部４１は、待機モードにおいて、熱源３３への通電状態をオン・オフして、加熱部材３１の表面温度を上限温度と下限温度との間に保持する。加熱部材３３の表面温度が上限温度へ向かって上昇する温度上昇過程Ｃ２１と、下限温度へ向かって低下する温度低下過程Ｃ１２とのそれぞれにおいて、制御部４１が、熱源３３への通電状態を繰り返しオン・オフして、加熱部材３１の表面温度を段階的に上昇あるいは低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コピー機、ファクシミリ、プリンタ等に代表される、記録用紙を定着処理するための定着部を備えている画像形成装置に関し、待機モードにおける熱源の制御形態に関して改良を加えたものである。

待機モードを備えている画像形成装置においては、プリントが終了して一定時間が経過すると、プリントモードから待機モードへ移行する。待機モードにおいては、加熱ローラの表面温度に関して上限温度および下限温度を設定している。表面温度が上限温度に達すると、ヒータへの通電をオフにして加熱を停止し、表面温度が下限温度に達すると、ヒータへの通電をオンにして加熱を再開する。しかし、この制御形態では、加熱ローラの表面温度が上限温度を上回るオーバーシュートと、下限温度を下回るアンダーシュートとが生じるのを避けられない。とくに、立上げ時間を短くするために、肉厚が薄く熱容量の小さな加熱ローラの場合には、オーバーシュートあるいはアンダーシュートに陥りやすい。

オーバーシュートおよびアンダーシュートを抑止するために、特許文献１の定着装置においては、加熱ローラの表面温度が上昇中であることを条件にして、上限温度よりも低い温度でヒータへの通電をオフにしている。同様に、加熱ローラの表面温度が低下中であることを条件にして、下限温度よりも高い温度でヒータへの通電をオンにしている。つまり、特許文献１では、従来よりも早いタイミングで、ヒータへの通電をオフあるいはオンに切り換えて、定着時における加熱ローラの表面温度がオーバーシュート状態となり、あるいはアンダーシュート状態になるのを抑止している。

本発明の画像形成装置に関して、加熱ローラの表面温度を段階的に低下させることが、特許文献２に開示されている。そこでは、加熱ローラの表面温度が定着温度に達したのち、所定時間（数１０秒）が経過するごとに、加熱ローラの表面の設定温度を段階的に低い温度に切り換えて、加熱ローラの表面温度を定着に適した温度範囲内に維持しながら、熱源による消費電力を低減できるようにしている。なお、設定温度は、加熱ローラの放熱特性に対応して、段階的に低い温度に切り換えられる。

特開平０７−１１４２８６号公報（段落番号００２０、図５）特開平０７−１２９０２１号公報（段落番号００２８、図３）

特許文献１の定着装置によれば、従来よりも早いタイミングでヒータへの通電をオフあるいはオンに切り換えることにより、オーバーシュートあるいはアンダーシュートをある程度は抑止できる。しかし、この方法では、過剰シュート量が小さくなるだけで、オーバーシュートあるいはアンダーシュートを根本的に解消できるわけではない。

特許文献２の画像形成装置によれば、加熱ローラの表面温度が定着温度に達したのち、定着温度の下限温度にまで低下しない限り、設定温度を段階的に低い温度に切り換えて、熱源による消費電力を低減できる。しかし、定着温度の上限温度と下限温度との温度幅が小さいので、低減できる消費電力は左程でもなく、省エネルギーへの貢献度は小さい。

待機モードにおける、待機設定温度が高いほど、プリントモードへの移行を速やかに行えるが、熱源による電力消費が増えるのを避けられない。また、待機モードにおける上限温度と下限温度の温度幅が大きいほど、熱源による電力消費を減少できるが、プリントモードへの移行に時間を要することがある。待機モードにおける待機温度を、先の待機モードにおける上限温度と下限温度の中間の温度にすると、熱源による消費電力量をある程度は減少しながら、プリントモードへの移行に要する時間を短縮できる。しかし、この場合には、定着装置の周辺部分に熱が籠るのを避けられず、待機モードであるにも拘らず、冷却ファンを駆動して籠った熱を機外へ放出しなければならず、エネルギーが無駄に消費されるのを避けられない。

本発明の目的は、待機モードにおいて、オーバーシュートあるいはアンダーシュートを伴うこともなく、加熱部材の表面温度を設定した範囲内に保持することができ、さらにプリントモードへの移行を速やかに行える画像形成装置を提供することにある。

本発明の画像形成装置は、トナーを記録用紙に定着する加熱部材３１、および加熱部材３１を加熱する熱源３３を有する定着部４と、加熱部材３１の表面温度を検知する温度センサ３４と、温度センサ３４の検知結果に基づき熱源３３への通電状態を制御する制御部４１とを備える。制御部４１は、待機モードにおいて、熱源３３への通電状態をオン・オフして、加熱部材３１の表面温度を上限温度と下限温度との間に保持できるように構成される。加熱部材３３の表面温度が上限温度へ向かって上昇する温度上昇過程Ｃ２１と、下限温度へ向かって低下する温度低下過程Ｃ１２とのそれぞれにおいて、制御部４１が、熱源３３への通電状態を繰り返しオン・オフして、加熱部材３１の表面温度を段階的に上昇あるいは低下させるように構成してあることを特徴とする。

温度上昇過程Ｃ２１と温度低下過程Ｃ１２との間に高温待機状態Ｃ１を設定する。高温待機状態Ｃ１における制御部４１は、熱源３３への通電状態をオン・オフして、加熱部材３１の表面温度を、上限温度と、上限温度より僅かに低い上限近傍温度との間に保持するように構成する。定着部４の周辺の熱を機外へ排出する冷却ファン３５を設ける。高温待機状態Ｃ１において、冷却ファン３５が制御部４１からの駆動指令信号を受けて回転駆動される。

高温待機状態Ｃ１における冷却ファン３５の駆動回転数を、定着処理時における冷却ファン３５の駆動回転数よりも小さく設定する。

本発明では、待機モードにおける加熱部材３１の温度上昇過程Ｃ２１と、温度低下過程Ｃ１２のそれぞれの過程において、熱源３３への通電状態を繰り返しオン・オフして、加熱部材３１の表面温度を段階的に上昇あるいは低下させるように構成した。このように、熱源３３への通電状態を繰り返しオン・オフすると、従来の温度制御形態に比べて、温度上昇過程Ｃ２１および温度低下過程Ｃ１２における温度の変化傾向を緩やかなものにできる。また、加熱部材３１の表面温度を、上昇と低下を繰り返して小刻みに変化させながら上限温度と下限温度に近付けることができ、さらに、熱源３３のオン・オフの切り換えと、加熱部材３１の表面温度とのタイムラグを小さくできる。従って、オーバーシュートとアンダーシュートの発生を伴うこともなく、待機モードにおける加熱部材３１の表面温度を上限温度と下限温度の範囲内に保持することができる。

また、加熱部材３１の表面温度を、上限温度と下限温度との間で上昇と低下を繰り返しながら小刻みに変化させるので、待機モードからプリントモードへ移行するまでの立上げ時間を短くすることができる。これは、単に上限温度あるいは下限温度の近傍で熱源への通電をオン・オフする場合に比べて、加熱部材３１の表面の平均的な温度をより高い温度に維持し続けることができるからである。

高温待機状態Ｃ１においては、加熱部材３１の表面温度を上限温度と、上限温度より僅かに低い上限近傍温度との間に保持するため、加熱部材３１から放散される熱によって機内に熱がこもりやすく、プラスチック部品が劣化し、あるいは熱変形するおそれがある。これに対して、本発明においては、高温待機状態Ｃ１に冷却ファン３５を回転駆動したので、機内にこもった熱を積極的に機外へ排出して、プラスチック部品の劣化、あるいは熱変形を防止することができる。

高温待機状態Ｃ１における冷却ファン３５の回転数を、定着処理時における冷却ファン３５の回転数よりも小さく設定する。これによれば、高温待機状態Ｃ１におけるプラスチック部品の劣化、あるいは熱変形を確実に防止しながら、待機モードにおける消費電力の節約および静音化を図ることができる。

本発明に係る画像形成装置の定着部の概略構成図および制御系のブロック図である。画像形成装置の概略構成図である。待機モードにおける定着部の加熱部材の温度変化を示すグラフである。

（実施形態）図１から図３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、記録用紙を収容する給紙カセット２と、給紙カセット２から送られた記録用紙上にトナー画像を形成する画像形成部３と、トナー画像が形成された記録用紙を加熱し加圧して定着処理する定着部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および定着部４を経て排紙部５に至る用紙搬送路６が形成されている。排紙部５の上方には画像読取部７が配置されており、画像読取部７の前面には操作ボタンを備えた操作パネル８が設けてある。画像読取部７の上面には自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）９が設けてある。

給紙カセット２は、記録用紙を用紙搬送路６に繰り出すための給紙ローラ１３と、給紙ローラ１３に圧接して記録用紙の重送を防止する摩擦パッド１４とを備えている。用紙搬送路６における給紙ローラ１３と画像形成部３との間には、後述する感光体ドラム２１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１５が設けられている。

画像形成部３は感光体ドラム２１を中心にして構成してあり、画像形成時の感光体ドラム２１は、図２において反時計回転方向に回転する。感光体ドラム２１の周囲には、その回転方向に沿ってコロナ帯電式の帯電器２２と、ＬＥＤヘッド２３と、現像器２４と、転写ローラ２５と、クリーニング部２６とが順に設けられている。ＬＥＤヘッド２３は、帯電器２２によって帯電された感光体ドラム２１の表面を露光して静電潜像を形成する。現像器２４は、非磁性１成分現像剤を収容するハウジング２７と、ハウジング２７の開口部に配置される現像ローラ２８とを備えており、現像ローラ２８を介して感光体ドラム２１の表面にトナーを供給する。転写ローラ２５は、感光体ドラム２１の表面に形成されたトナー画像を記録用紙に転写する。クリーニング部２６は、感光体ドラム２１の表面の電荷および残留トナーを除去する。ハウジング２７の上側には、ハウジング２７に対してトナーを供給するトナーカートリッジ２９が配置されている。

図１に示すように定着部４は、記録用紙を加熱し加圧するニップ部を構成する加熱ローラ（加熱部材）３１および加圧ローラ３２と、加熱ローラ３１を加熱するヒータ（熱源）３３などで構成される。加熱ローラ３１は、熱伝導率が高いアルミニウム等の金属を素材にして、円筒状に形成されている。加圧ローラ３２は、加熱ローラ３１の中心軸線と平行な回転軸の外周面に、シリコンゴム等からなる弾性体層を形成したものであり、不図示の弾性体で押付け付勢されて加熱ローラ３１に圧接している。ヒータ３３はハロゲンランプで構成されて、全体が加熱ローラ３１を軸方向に縦通する状態で配置してある。ヒータ３３は、交流電源３８およびトライアック３９を有する閉回路に組み込まれている。

サーミスタからなる温度センサ３４が、加熱ローラ３１の外周面の軸方向中央部に密着する状態で配置してある。この温度センサ３４で検知された加熱ローラ３１の表面温度は、後述する制御部４１へ伝送されて、ヒータ３３の発熱制御などに供される。符号３５は、定着部４の周辺の熱を機体の外へ排出する冷却ファンである。冷却ファン３５は主に定着処理時に回転駆動される。

複合機１の動作を制御する制御部４１は、統合チップセット４２およびシステムバス４３を介してＣＰＵ４４に接続される。ＣＰＵ４４は、ＲＯＭ４５に記憶されたプログラムに基づいて、各種の演算処理を行う。また、ＲＯＭ４５には、後述する定着温度、給紙温度、上限温度および下限温度などの温度に関する情報、および、待機モードの継続時間などの時間に関する情報などが格納されている。ＳＲＡＭ４６は、ＣＰＵ４４による演算処理における作業領域として利用される。

システムバス４３には、操作パネル８と、モデム４７およびネットワークコントロールユニット（ＮＣＵ）４８とが接続されている。モデム４７は、ファクシミリ通信が可能なファクシミリモデムとして構成されており、送受信データの変調および復調を行う。ＮＣＵ４８は、モデム４７と公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）４９との接続および切断を行う。統合チップセット４２には、ＳＤＲＡＭ等からなる画像メモリ５０が接続されており、画像メモリ５０には、画像読取部７を構成するスキャナ５１で読み取られた画像データ、およびファクシミリ通信で受信した画像データなどが一時的に格納される。

プリントモードにおける制御部４１は、温度センサ３４で検知される加熱ローラ３１の表面温度（以下、単にローラ温度と記す。）をトナーの定着温度（１８０℃）以上に保持すべく、トライアック３９を制御して、交流電源３８からヒータ３３への通電をオン・オフする。プリントジョブが終了すると待機モードへ移行する。待機モードにおける制御部４１は、熱源３３への通電状態をオン・オフして、ローラ温度を定着温度以下の上限温度と、上限温度よりも低い下限温度との間に保持する。本実施形態では、上限温度を定着温度と同じ１８０℃に設定し、下限温度を１００℃に設定した。

詳しくは、待機モードにおける制御部４１は、上限温度と下限温度の間の範囲内で、オフ温度およびオン温度を設定する。オフ温度およびオン温度は、時間の経過に伴って変化する変動値である。制御部４１は、ローラ温度がオフ温度に近付くと、トライアック３９をオフにしてヒータ３３への通電を遮断し、ローラ温度がオン温度に近付くと、ヒータ３３への通電を開始する。待機モードにおけるヒータ３３の通電率は５０％に設定されており、制御部４１はトライアック３９をスイッチング制御することにより、交流電源３８の半波をヒータ３３に供給する。なお、定着処理時には、交流電源３８の全波がヒータ３３に供給される。

図３に示すように待機モードは、高温待機状態Ｃ１、温度低下過程Ｃ１２、低温待機状態Ｃ２、および温度上昇過程Ｃ２１を記載順に繰り返すように構成される。高温待機状態Ｃ１においては、ローラ温度が上限温度（１８０℃）と、上限温度より僅かに低い上限近傍温度（１６５℃）との間に保持される。温度低下過程Ｃ１２においては、ローラ温度が上昇と低下を繰り返しながら下限温度（１００℃）へ向かって段階的に低下する。低温待機状態Ｃ２においては、ローラ温度が下限温度と、下限温度よりも高い１３０℃の間に保持される。温度上昇過程Ｃ２１においては、ローラ温度が上昇と低下を繰り返しながら上限温度へ向かって段階的に上昇する。

プリントジョブが終了して待機モードに移行した直後は高温待機状態Ｃ１となり、オフ温度が１８０℃に、オン温度が１６５℃に設定される。制御部４１は、ローラ温度が低下してオン温度（１６５℃）に近付くと、ヒータ３３をオン状態にし、ローラ温度が上昇してオフ温度（１８０℃）に近付くと、ヒータ３３をオフ状態にする。これにより、ローラ温度が１６５〜１８０℃の範囲内で上昇と低下を繰り返す。なお、高温待機状態Ｃ１においては、定着部４の周辺の熱を機外へ放出するために冷却ファン３５が回転駆動される。このときの冷却ファン３５の駆動回転数は、定着処理時における冷却ファン３５の駆動回転数の約半分に設定される。温度低下過程Ｃ１２、低温待機状態Ｃ２および温度上昇過程Ｃ２１においては冷却ファン３５は回転駆動されない。

高温待機状態Ｃ１に移行してから第１所定時間Ｔ１（６０秒）が経過すると、制御部４１は、オフ温度を１８０℃に維持して、オン温度を１５０℃に低下させる設定を行う。この設定後、ローラ温度が一度１８０℃に達したところで、高温待機状態Ｃ１から温度低下過程Ｃ１２へ移行する。また、制御部４１は、先の設定を行ってから第２所定時間Ｔ２（３０秒）が経過すると、オフ温度およびオン温度をそれぞれ１０℃ずつ低下させて、オフ温度を１７０℃、オン温度を１４０℃に設定する。以後、温度低下過程Ｃ１２における制御部４１は、第２所定時間Ｔ２が経過する毎に、オフ温度およびオン温度をそれぞれ１０℃ずつ低下させる。

図３に示すように、温度低下過程Ｃ１２においては、第２所定時間Ｔ２の各時間幅において、ローラ温度が上昇から低下に転じ、その後再度上昇に転じる。具体的に説明すると、例えばオフ温度を１７０℃、オン温度を１４０℃に設定した時点において、ローラ温度は１６０℃で上昇傾向にある。この設定後、ローラ温度が１７０℃まで上昇すると、ローラ温度が低下し始める。しばらくしてローラ温度が１４０℃まで低下すると、ローラ温度が再び上昇し始める。そして、先の設定を行ってから第２所定時間Ｔ２が経過したところで、オフ温度が１６０℃、オン温度が１３０℃に変更される。このときローラ温度は１５０℃で上昇傾向にある。

温度低下過程Ｃ１２の最終段階においては、オフ温度が１３０℃、オン温度が１００℃に設定される。そして、ローラ温度が１００℃まで低下したところで、低温待機状態Ｃ２へ移行する。低温待機状態Ｃ２においては、ローラ温度が１００〜１３０℃の範囲内で上昇と低下を繰り返す。

オフ温度が１３０℃、オン温度が１００℃に設定されてから第３所定時間Ｔ３（６０秒）が経過すると、制御部４１は、オフ温度およびオン温度をそれぞれ１０℃ずつ上昇させて、オフ温度を１４０℃、オン温度を１１０℃に設定する。以後、温度上昇過程Ｃ２１における制御部４１は、第２所定時間Ｔ２が経過する毎に、オフ温度およびオン温度をそれぞれ１０℃ずつ上昇させる。つまり、先の温度低下過程Ｃ１２とは逆の制御を行う。温度上昇過程Ｃ２１においては、第２所定時間Ｔ２の各時間幅において、ローラ温度が低下から上昇に転じ、その後再度低下に転じる。温度上昇過程Ｃ２１の最終段階においては、オフ温度が１８０℃、オン温度が１５０℃に設定される。そして、ローラ温度が１８０℃まで上昇したところで、再び高温待機状態Ｃ１へ移行する。以後、高温待機状態Ｃ１、温度低下過程Ｃ１２、低温待機状態Ｃ２、温度上昇過程Ｃ２１の順で移行を繰り返す。

上記のように、高温待機状態Ｃ１においては、ローラ温度が上限温度（１８０℃）と上限近傍温度（１６５℃）の間に保持される。そのため、高温待機状態Ｃ１のときにプリントジョブを受けた場合は、その時点でローラ温度が給紙温度（１７０℃）に達しているか、あるいは給紙温度に達していなくても、ヒータ３３に通電して給紙温度まで素早く上昇させることができる。従って、プリントジョブを速やかに開始することができる。

一方、低温待機状態Ｃ２においては、ローラ温度が１００〜１３０℃に保持される。低温待機状態Ｃ２を設定すると、待機モードにおいてヒータ３３で消費される電力を削減することができる。また、ローラ温度を１００〜１３０℃に保持すると、高温待機状態Ｃ１において上昇した機内温度を低下させて、機内部品が熱によって損傷するのを防止することができる。冷却ファン３５を回転駆動させることなく機内温度を低下させることができるので、複合機１の消費電力の低減化および静音化を図ることができる。

さらに本実施形態では、温度上昇過程Ｃ２１および温度低下過程Ｃ１２において、ヒータ３３への通電状態を繰り返しオン・オフして、ローラ温度を段階的に上昇あるいは低下させるようにした。このように、ヒータ３３への通電状態を繰り返しオン・オフすると、従来の温度制御形態に比べて、温度上昇過程Ｃ２１および温度低下過程Ｃ１２における温度の変化傾向を緩やかなものにできる。また、ローラ温度を、上昇と低下を繰り返して小刻みに変化させながら上限温度と下限温度に近付けることができ、さらに、ヒータ３３のオン・オフの切り換えと、ローラ温度とのタイムラグを小さくできる。従って、オーバーシュートとアンダーシュートの発生を伴うこともなく、待機モードにおけるローラ温度を上限温度と下限温度の範囲内に保持することができる。

また、ローラ温度を、上限温度と下限温度との間で上昇と低下を繰り返しながら小刻みに変化させるので、待機モードからプリントモードへ移行するまでの立上げ時間を短くすることができる。これは、単に上限温度あるいは下限温度の近傍でヒータへの通電をオン・オフする場合に比べて、加熱ローラ３１の表面の平均的な温度をより高い温度に維持し続けることができるからである。

上記実施形態では、プリントジョブの終了直後に待機モードに移行するようにしたが、プリントジョブが終了してから一定時間経過後に待機モードに移行するようにしてもよい。この場合は、待機モードに移行するまでの間、例えばローラ温度を定着温度（１８０℃）に保持し、待機モードにおける上限温度は、定着温度と同じかそれよりも低く設定する。待機モードにおける冷却ファン３５の駆動回転数および駆動させる時間帯は任意に設定することができ、例えば機内温度が閾値を超えた場合にのみ冷却ファン３５を駆動させるようにすることができる。待機モードにおけるヒータ３３の通電率は５０％である必要は無く、任意に設定することができるが、ローラ温度の上昇速度と消費電力とのバランスを考慮すると、通電率を３０〜５０％に設定することが好ましい。ヒータ３３のスイッチング素子はトライアック３９である必要は無く、任意の素子を用いることができる。加熱部材３１はローラである必要は無く、例えばローラ等に巻き掛けたベルトを適用することができる。加圧ローラ３２に代えて、ローラ等に巻き掛けたベルトを適用することができる。熱源３３は棒状のヒータである必要は無く、例えば筒状に巻回したシートヒータなどであってもよい。

４定着部
３１加熱部材（加熱ローラ）
３３熱源（ヒータ）
３４温度センサ
３５冷却ファン
４１制御部

Claims

トナーを記録用紙に定着する加熱部材、および該加熱部材を加熱する熱源を有する定着部と、前記加熱部材の表面温度を検知する温度センサと、前記温度センサの検知結果に基づき前記熱源への通電状態を制御する制御部とを備えている画像形成装置であって、
前記制御部は、待機モードにおいて、前記熱源への通電状態をオン・オフして、前記加熱部材の表面温度を上限温度と下限温度との間に保持できるように構成されており、
前記加熱部材の表面温度が前記上限温度へ向かって上昇する温度上昇過程と、前記下限温度へ向かって低下する温度低下過程とのそれぞれにおいて、
前記制御部が、前記熱源への通電状態を繰り返しオン・オフして、前記加熱部材の表面温度を段階的に上昇あるいは低下させるように構成してあることを特徴とする画像形成装置。
前記温度上昇過程と前記温度低下過程との間に高温待機状態が設定されており、
前記高温待機状態における前記制御部は、前記熱源への通電状態をオン・オフして、前記加熱部材の表面温度を、前記上限温度と、前記上限温度より僅かに低い上限近傍温度との間に保持するように構成されており、
前記定着部の周辺の熱を機外へ排出する冷却ファンが設けられており、
前記高温待機状態において、前記冷却ファンが前記制御部からの駆動指令信号を受けて回転駆動される請求項１記載の画像形成装置。
前記高温待機状態における前記冷却ファンの駆動回転数が、定着処理時における前記冷却ファンの駆動回転数よりも小さく設定してある請求項２記載の画像形成装置。