JP2017053915A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】定着器のヒータを従来よりも迅速に加熱することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、画像が形成された記録材を加熱するヒータ201及びヒータ201の特性情報を記憶する不揮発性メモリ102を有する定着器101を備える。定着器101は、記録材に画像を定着させる。画像形成装置は、商用電源301からヒータ201への電力の供給を制御する通電制御部105と、不揮発性メモリ102から特性情報を取得しつつ、通電制御部105によりヒータ201へ所定の電力量の電力を供給させ、特性情報の取得が完了すると、通電制御部105によりヒータ201へ当該特性情報に基づく電力量の電力を供給させる主制御部104と、を備える。【選択図】図3

Description

本発明は、シート等の記録材に画像を形成する、プリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置は、感光体上にトナー像を形成し、これを記録材に転写することで画像形成を行う。画像形成装置は、トナー像を加熱及び加圧して記録材に定着させるための定着器を備える。定着器は、トナー像を加熱するために、熱源として抵抗ヒータを備える。抵抗ヒータは、抵抗値のバラツキによって発熱量に個体差がある。従来の画像形成装置は、加熱の開始前に定着器に小電流を流して抵抗ヒータの抵抗値を検出し、検出結果に応じた電力量で加熱を開始することが行われている。
特許文献1は、抵抗ヒータの抵抗値等の定着器に関する特性情報を格納する不揮発性メモリを備える定着器を開示する。画像形成装置は、加熱開始前に不揮発性メモリから特性情報を取得して、取得した特性情報に応じて定着器の抵抗ヒータの加熱を行う。
特開2011−197372号公報
定着器に格納された特性情報を取得して定着器の加熱を行う場合、加熱開始前に抵抗ヒータの抵抗値を検出する必要がなくなる。定着器に設けられる不揮発性メモリは、コスト面の理由から、転送速度が100[kbps]程度の安価なものが用いられる。そのために、特性情報の読み取りの完了を待って抵抗ヒータの加熱を開始する場合、開始までに待機時間が生じてしまい、迅速な定着器の加熱の弊害になっている。
本発明は、上記の問題を解決するために、特性情報を記憶する記憶手段を有する定着器のヒータを従来よりも迅速に加熱することができる画像形成装置を提供することを主たる課題とする。
本発明の画像形成装置は、シートに画像を形成する画像形成手段と、電力が供給されることによって発熱するヒータを有し、前記画像形成手段により前記シートに形成された前記画像を前記ヒータによって加熱して前記シートに定着させる定着手段と、前記定着手段に設けられ、前記ヒータの抵抗値に関する情報が記憶された記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記情報を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された前記情報に基づいて、商用電源から前記ヒータに供給される電力を制御する通電制御手段と、を有し、前記通電制御手段は、前記取得手段により前記記憶手段に記憶された前記情報を取得するよりも前に前記ヒータに電力を供給し、前記取得手段により前記情報が取得された後に前記ヒータへ供給された前記電力を前記情報に基づいて更新することを特徴とする。
本発明によれば、情報を取得するよりも前に定着器のヒータの加熱を開始するために、従来よりも迅速にヒータを目標とする温度まで加熱することができる。
画像形成装置の概略構成図。 (a)〜(c)は定着器の説明図。 主制御部の説明図。 通電制御部の説明図。 ゼロクロス検出部の説明図。 ヒータへの電力の供給時のタイミングチャート。 定着器の着脱を検出する構成の説明図。 温度制御処理を表すフローチャート。
以下、実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、タンデム式のカラー画像形成装置の概略構成図である。
画像形成装置は、イエローの画像を形成する画像形成部1Y、マゼンタの画像を形成する画像形成部1M、シアンの画像を形成する画像形成部1C、及びブラックの画像を形成する画像形成部1Bkの4つの画像形成部を備える。これら4つの画像形成部1Y,1M,1C,1Bkは一定の間隔をおいて一列に配置される。
画像形成部1Yの構成を説明する。画像形成部1M,1C,1Bkは、画像形成部1Yと同じ構成であるので説明を省略する。画像形成部1Yは、像担持体としてドラム型の電子写真感光体(以下、「感光ドラム」という)2aを備える。画像形成部1Yは、感光ドラム2aの周囲に、一次帯電器3a、現像器4a、転写ローラ5a、及びドラムクリーナ6aを備える。画像形成部1Yは、感光ドラム2a、一次帯電器3a、現像器4a、転写ローラ5a、及びドラムクリーナ6aが一体となったカートリッジ部材の一例であり、画像形成装置に着脱可能になっている。なお、カートリッジ部材とは、画像形成に用いられる画像形成装置に、着脱可能な部材である。
感光ドラム2aは、負帯電のOPC感光体でアルミニウム製のドラム基体上に光導電層を有しており、不図示の駆動装置によって所定のプロセス速度で回転駆動される。一次帯電器3aは、帯電バイアスによって感光ドラム2aの表面を負極性の所定電位に均一に帯電する。
一次帯電器3aと現像器4aとの間の下方に設置されるレーザ露光器7は、画像データに対応した発光を行う発光部、ポリゴンレンズ、反射ミラー等で構成される。レーザ露光器7は、各感光ドラム2a、2b、2c、2dに露光を行うことで、各感光ドラム2a,2b,2c,2dの表面に画像データに応じた各色の静電潜像を形成する。現像器4a,4b,4c,4dは、それぞれイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー、ブラックトナーを収納する。各感光ドラム2a,2b,2c,2d上に形成される静電潜像に各色のトナーを付着させることでトナー像が現像(可視像化)される。
転写ローラ5aは、一次転写部32aにて中間転写ベルト8を介して感光ドラム2aに当接可能に配置されている。感光ドラム2a,2b,2c,2d上のトナー像は、順次中間転写ベルト8上に重ね合わせて転写される。ドラムクリーナ6a、6b、6c、6dは、クリーニングブレード等で構成され、感光ドラム2a,2b,2c,2d上に一次転写後に残留した転写残トナーを、掻き落として清掃する。
中間転写ベルト8は、感光ドラム2a,2b,2c,2dの上面側に配置され、二次転写対向ローラ10、テンションローラ11、及び中間転写駆動ローラ13により張架される。中間転写ベルト8は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィルム等のような誘電体樹脂によって構成されている。二次転写対向ローラ10は、二次転写部34において、中間転写ベルト8を介して二次転写ローラ12と当接可能に配置される。中間転写ベルト8上に転写されたトナー像は二次転写部34において、給紙ユニット17から搬送されシート等の記録材Pに転写される。
記録材Pは、画像形成部1Y,1M,1C,1Bkの下方に配置される給紙ユニット17に収納されており、搬送ローラ19により搬送パス18を介して二次転写部34に搬送される。二次転写部34にてトナー像が転写された記録材Pは、その後、定着器101によりトナー像が定着される。定着器101は、記録材Pを加熱及び加圧することで、トナー像を記録材Pに定着させる。このようにして画像が形成された記録材Pは、排出ローラ21により画像形成装置から排出される。
図2は、定着器101の説明図である。
図2(a)は、定着器101の構成を表す。定着器101は、記録材Pを加熱する加熱部材210及び加熱部材210との間に記録材Pを挟んで加圧する加圧ローラ203を備える。加熱部材210は、ヒータ201、定着フィルム202、板金211、温度検出部212、及びホルダ213を備える。ヒータ201及び温度検出部212は、ホルダ213に取り付けられる。
加圧ローラ203は、セルフバイアス部214が接続される。セルフバイアス部214により、加圧ローラ203は、記録材Pからマイナスの電荷を取り除く。加圧ローラ203は、加熱部材210側に付勢されながら回転する。加圧ローラ203は、硬度が60度程度で構成され、定着フィルム202を摩擦駆動する。
ヒータ201は、セラミック基板上に図2(b)に示すような発熱パターン201a、201bが印刷されて構成される抵抗ヒータである。ヒータ201の発熱パターン201a、201bは、例えば1秒間に50[℃]程度の温度上昇が可能な、応答性の高い発熱部材で構成される。図2(c)は、ヒータ201の発熱特性を表す。ヒータ201の中央部は、発熱パターン201bによる発熱量が多く、ヒータ201の端部は、発熱パターン201aによる発熱量が多い。発熱パターン201a、201bは、全体的に一定の発熱量になるように形成される。
定着フィルム202は、金属を基材とし、表面に300[μm]程度のゴム層が形成され、さらにフッ素表面処理が施されるフィルム状部材である。定着フィルム202は、ヒータ201、温度検出部212、ホルダ213、及び板金211を内包する。定着フィルム202は、熱容量が極めて低く、加圧ローラ203に接触するニップ部でヒータ201の熱を伝える構成となっている。
板金211は、定着フィルム202を加圧ローラ203側に付勢するコの字型の部材である。板金211は、定着フィルム202を、例えば180[N]の力で付勢する。
温度検出部212は、例えばサーミスタであり、ヒータ201の温度を検出するセンサである。温度検出部212は、図2(b)に示すようにヒータ201の中央及び端部に配置される。中央に配置されるメイン温度検出部212aは、ヒータ201の温度を制御するための温度を検出する。端部に配置されるサブ温度検出部212bは、サイズが小さい記録材P等を通紙したときに、記録材Pが通過しない部分の温度を検出する。サブ温度検出部212bにより、通紙しない部分の温度上昇が検出可能である。
図3は、主制御部104の説明図である。主制御部104は、画像形成装置内に設けられ、画像形成装置内の各部の動作を制御して記録材Pへの画像形成処理を制御する。本実施形態では、主制御部104の各種の機能の内、定着器101の温度制御を行う機能について説明し、他の機能については説明を省略する。定着器101の温度制御のために、主制御部104は、定着器101及び通電制御部105に接続される。
定着器101は、ヒータ201及び温度検出部212の他に、不揮発性メモリ102を備える。不揮発性メモリ102は、定着器101を制御するための特性を表す特性情報を記憶する。特性情報は、例えばヒータ201の抵抗値や温度特性を表す。ヒータ201は、抵抗値のバラツキによって発熱量に個体差がある。特性情報は、このバラツキを抑制するための情報である。
主制御部104は、定着器101から取得する特性情報及び温度検出部212によるヒータ201の温度に応じて、通電制御部105を制御して、ヒータ201への通電制御を行う。ヒータ201は、通電制御されることで発熱が制御され、所定の温度で発熱する。主制御部104は、CPU(Central Processing Unit)106、ROM(Read Only Memory)107、RAM(Random Access Memory)108、及びA/D変換器109を備える。
CPU106は、ROM107からコンピュータプログラムを読み込み、RAM108を作業領域に用いて実行することで、画像形成に関する各種処理を行う。本実施形態では、上記のようなヒータ201の通電制御を行い、ヒータ201の温度を調整する。CPU106は、不揮発性メモリ102からシリアル通信により特性情報を取得する。CPU106は、特性情報に基づいて、通電制御部105により定着器101へ供給される電力量を指示する通電比率設定値を更新し、更新した通電比率設定値を含む通電制御信号を通電制御部105へ送信する。通電制御部105は、通電制御信号に応じてヒータ201の発熱量を調整する。通電比率設定値は、予めROM107等に格納される値である。
A/D変換器109は、定着器101の温度検出部212によるヒータ201の温度の検出結果を取得して、これをA/D変換する。CPU106は、温度検出部212による温度の検出結果とヒータ201の温度との関係を表す温度変換テーブルを参照し、A/D変換された温度検出部212による検出結果から、ヒータ201の温度を確認する。なお、温度変換テーブルは、ROM107、RAM108、又は不揮発性メモリ102に予め格納される。
図4は、通電制御部105の説明図である。通電制御部105は、ゼロクロス検出部403、フォトトライアックカプラ407、トランジスタ409、及びトライアック404を備える。通電制御部105は、商用電源301から供給される電力を、CPU106から入力される通電制御信号に応じてヒータ201に供給する。
トランジスタ409は、通電制御信号が入力される。通電制御信号がヒータ201への電力の供給を指示する場合、トランジスタ409は、フォトトライアックカプラ407を介してトライアック404を通電状態に切り替える。トライアック404は、商用電源301からヒータ201へ電力を供給するためのスイッチとして機能する。
ゼロクロス検出部403は、商用電源301から供給されるAC電圧のゼロクロス点を検出し、検出結果を表すゼロクロス信号413をCPU106に入力する。CPU106は、効率的に所望の温度にヒータ201を加熱するために、ゼロクロス信号413に基づいて、ヒータ201に供給される電力の位相制御を行う。
図5は、ゼロクロス検出部403の説明図である。ゼロクロス検出部403は、フォトカプラ401及びトランジスタ411、412を備える。商用電源301からフォトカプラ401が内蔵する発光ダイオードの順方向に電圧が印加される場合、ゼロクロス検出部403は、ハイ状態のゼロクロス信号413を出力する。発光ダイオードの逆方向に電圧が印加される場合、ゼロクロス検出部403は、ロー状態のゼロクロス信号413を出力する。ゼロクロス信号413のハイ状態からロー状態に切り替わる立ち下がり部分がゼロクロス点402である。
CPU106は、ゼロクロス点402を基点に、ゼロクロス信号413のハイ区間又はロー区間を1半波の区間として、ヒータ201に供給される電力の位相制御を行う。CPU106は、1半波内で供給する電力量に適合したタイミングで、トライアック404を導通させる通電制御信号を出力する。トライアック404は、ゼロクロス点のタイミングで非導通状態になる。トライアック404の導通、非導通の切替を1半波周期で行うために、ヒータ201に供給される電力量を、供給する電力の位相角として制御することができる。また、CPU106は、必要な電力量に対して、通電制御信号のハイ状態とロー状態との比を調整することで、ヒータ201に供給される電力量を制御してもよい。
図6は、ヒータ201への電力の供給時のタイミングチャートである。上記の通り、ヒータ201へ電力を供給する場合、本実施形態では、主制御部104は、定着器101の不揮発性メモリ102から特性情報を取得する。従来、主制御部104は、特性情報をシリアル通信で取得し、取得完了を待ってヒータ201への電力供給を開始する。本実施形態では、主制御部104は、特性情報を取得しつつヒータ201へ供給可能な最小の電力を供給する。本実施形態では、最小の電力は、例えば1半波で供給可能な電力量の50[%]である。
従来、主制御部104は、特性情報の取得を開始する時刻T1から取得が完了する時刻T4まで、通電制御部105にヒータ201への電力供給を指示しない。ヒータ201は、時刻T4で電力の供給が開始され、時刻T4で記録材Pにトナー像を定着させるためのターゲット温度に到達する。特性情報の取得開始からターゲット温度に到達するまでに、時間(T3−T1)を要する。
本実施形態では、主制御部104は、時刻T1で特性情報の取得を開始すると同時に、ヒータ201へ商用電源301が供給可能な最小電力を供給する。時刻T3よりも早い時刻T2で、ヒータ201はターゲット温度に到達する。そのために、特性情報の取得開始からターゲット温度に到達するまでに、時間(T3−T2)を要する。つまり、主制御部104は、特性情報の取得中にヒータ201の加熱を開始することで、従来よりも時間(T3−T2)だけ時間を短縮して、ヒータ201をターゲット温度にすることができる。
主制御部104のCPU106は、特性情報を取得する際のシリアル通信として、例えばI2C通信を行う。通信速度は100[Kbit/s]であり、特性情報のデータ量を512ビットとする。I2C通信では、1回に8ビットの情報にアクセスし、リードに約0.8ミリ秒必要である。特性情報が512ビットであるため、通信時間は約30ミリ秒が必要になる。また、CPU106は、定着器101以外の画像形成装置の他の構成部材とも通信を行う。そのため、待機時間を考慮すると、特性情報を取得完了するまでに約200〜300ミリ秒必要になる。そのために、本実施形態は、従来よりも約200〜300ミリ秒早く、ヒータ201の加熱を開始することが可能となる。
ヒータ201に供給される電力量を、例えばヒータ201の抵抗値が10Ω±7[%]、AC電圧のばらつきが85〜115[V]、ヒータ201の抵抗値が確定しない間の投入電力を900[W]として説明する。1半波でヒータ201に電力を100[%]供給する場合、電力量に844〜1777[W]のバラツキが生じる。そのためにCPU106は、ヒータ201の抵抗値が確定しない間、つまり特性情報の取得中に供給する電力量を1半波で50[%]とする。なお、CPU106は、供給されるAC電圧を検出し、AC電圧のバラツキを抑制して、更に大きな電力を特性情報の取得中に供給するようにしてもよい。
このような画像形成装置は、定着器101が着脱可能な場合がある。主制御部104は、定着器101の着脱を検出する構成を有する。これは、新たな定着器101が装着される度に、新たな定着器101の特性情報を取得する必要があるためである。図7は、主制御部104が定着器101の着脱を検出する構成の説明図である。
定着器101が画像形成装置に装着されている場合、装着状態を検出するための装着端子が定着器101内の接地に接続される。この場合、CPU106の装着端子には、ローの装着信号が入力される。定着器101が画像形成装置から脱装された場合、装着信号が定着器101内の電源(3.3[V])によりプルアップされる。この場合、CPU106の装着端子には、ハイの装着信号が入力される。CPU106は、電源が投入された状態で装着信号により定着器101が脱装されたことを検出すると、定着器101の装着状態を表す脱着検出フラグをオンにする。
また、装着信号以外に、CPU106は、温度検出部212の検出結果により定着器101の装着状態を検出してもよい。CPU106は、電源が投入された状態で温度検出部212からヒータ201の温度検出結果を取得している。CPU106は、ヒータ201の通電を行っていない間にヒータ201の温度が所定の時間で所定温度以上変化すると、定着器101が着脱され交換されたと判断する。
図8は、以上のような画像形成装置によるヒータ201の温度制御処理を表すフローチャートである。この処理は、画像形成時のようにヒータ201に電力を供給して加熱する際に行われる。
主制御部104は、電源が投入された後の最初の処理であるか否かを判断する(S101)。主制御部104は、例えば画像形成装置により行われる処理のログをRAM108に記憶しており、これを確認することで電源投入後の最初の処理であるか否かを判断する。電源投入後最初の処理ではない場合(S101:N)、主制御部104は、定着器101の画像形成装置への着脱があったか否かを確認する(S102)。主制御部104は、着脱検出フラグにより定着器101の着脱を確認する。
電源投入後最初の処理である場合(S101:Y)、又は定着器101が着脱された場合(S102:Y)、主制御部104は、定着器101の特性情報を新たに取得する必要がある。そのために、主制御部104は、まず、定着器101のヒータ201に最小電力を供給する(S103)。主制御部104は、通電制御部105に、最小電力をヒータ201に供給させるための通電制御信号を送信する。通電制御部105は、通電制御信号に応じて通電制御を行い、ヒータ201の加熱を開始する。
ヒータ201に最小電力の供給を開始した主制御部104は、定着器101の不揮発性メモリ102から該定着器101の特性情報の取得を開始する(S104)。特性情報の取得が完了すると(S105:Y)、主制御部104は、特性情報に応じて通電比率設定値を更新する(S106)。主制御部104は、例えば取得した特性情報をRAM108に格納する。
なお、主制御部104は、定着器101の着脱がない場合(S102:N)、前回の処理により、装着されている定着器101の特性情報を既に前回取得してRAM108に格納している。この場合、主制御部104は、S106の処理で、この既に取得している特性情報に基づいて通電比率設定値を更新する。
主制御部104は、通電制御部105により、更新した通電比率設定値に応じた電力を、定着器101のヒータ201に供給する(S107)。主制御部104は、通電制御部105に、更新した通電比率設定値に応じて更新される電力をヒータ201に供給させるための通電制御信号を送信する。通電制御部105は、通電制御信号に応じて通電制御を行い、ヒータ201の温度を制御する。
以上のように、本実施形態の画像形成装置は、特性情報を取得しつつヒータ201の加熱を行う。そのために画像形成装置は、図6に示すように、目標とするターゲット温度までのヒータ201の加熱時間を短縮することが可能となる。
101…定着器、102…不揮発性メモリ、104…主制御部、105…通電制御部、106…CPU、107…ROM、108…RAM、109…A/D変換器、201…ヒータ、212…温度検出部、301…商用電源、401…フォトカプラ、403…ゼロクロス検出部、404…トライアック、407…フォトトライアックカプラ、413…ゼロクロス信号

Claims (7)

  1. シートに画像を形成する画像形成手段と、
    電力が供給されることによって発熱するヒータを有し、前記画像形成手段により前記シートに形成された前記画像を前記ヒータによって加熱して前記シートに定着させる定着手段と、
    前記定着手段に設けられ、前記ヒータの抵抗値に関する情報が記憶された記憶手段と、
    前記記憶手段に記憶された前記情報を取得する取得手段と、
    前記取得手段により取得された前記情報に基づいて、商用電源から前記ヒータに供給される電力を制御する通電制御手段と、を有し、
    前記通電制御手段は、前記取得手段により前記記憶手段に記憶された前記情報を取得するよりも前に前記ヒータに電力を供給し、前記取得手段により前記情報が取得された後に前記ヒータへ供給された前記電力を前記情報に基づいて更新することを特徴とする、
    画像形成装置。
  2. 前記通電制御手段は、前記画像形成装置の電源が投入されたことに応じて、前記取得手段により前記情報を取得し始め、前記取得手段により前記情報を取得し終えるよりも前に前記ヒータに電力を供給することを特徴とする、
    請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記定着手段が交換されたことを検出する検出手段を更に有し、
    前記通電制御手段は、前記検出手段により前記定着手段が交換されたことが検出されたことに応じて、前記取得手段により前記交換された定着手段に設けられた他の記憶手段から他の情報を取得し始め、前記取得手段により前記他の情報を取得し終えるよりも前に前記ヒータに電力を供給することを特徴とする、
    請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記通電制御手段は、前記画像形成装置の電源が投入された後であって、前記検出手段により前記定着手段が交換されたことが検出されていなければ、前記取得手段による前記情報の取得を行わず、前記取得手段により前回取得された前記情報に基づいて前記ヒータに供給すべき前記電力を制御することを特徴とする、
    請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 前記検出手段は、前記定着手段が装着されているときと脱装されているときとで異なる値となる装着信号を出力する出力手段を有し、前記出力手段から出力される前記装着信号に基づいて前記定着手段が交換されたことを検出することを特徴とする、
    請求項3又は4に記載の画像形成装置。
  6. 前記定着手段は、前記ヒータの温度を検出する温度検出手段を備えており、
    前記検出手段は、前記温度検出手段の検出する温度が所定の時間で所定温度以上変化した場合に、前記定着手段が交換されたことを検出することを特徴とする、
    請求項3又は4に記載の画像形成装置。
  7. 前記通電制御手段は、前記記憶手段から前記情報を取得し始めてから、前記ヒータに供給される前記電力を更新するまでの間、前記商用電源から供給可能な最小電力を前記ヒータへ供給することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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