JP2019167198A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】用紙収納装置内の除湿用ヒータを点灯させるときに、もらい熱の影響を考慮し無駄な電力の消費を抑えることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】複数の用紙収納装置を備えた画像形成装置において、用紙収納装置に取り付けられ、用紙収納装置の種別を表す識別手段と、用紙収納装置内の用紙を加熱する加熱部と、用紙収納装置内の紙の量を検出する用紙残量検出部と接続された全ての用紙収納装置の種別を前記識別手段からの信号をもとに判別する判別部と、用紙収納装置の紙の量と種別により加熱部の点灯率を演算する演算部を備え、接続されている複数の用紙収納装置の組み合わせにより、演算結果で得られた点灯率で、各用紙収納装置の加熱部へ電力を供給する。【選択図】図１

Description

本発明は画像形成装置に接続される用紙収納装置内の除湿用ヒータの点灯制御に関する。

電子写真方式を用いた画像形成装置は、用紙収納装置から用紙を給紙して、転写部で用紙にトナーを転写し、定着部にてトナーを定着させて画像形成を行う。通常、定着部は加熱、および加圧によりトナーを定着させるが、用紙の水分量が多い場合、定着部通過時に、用紙内の水分が蒸発することで用紙が収縮して、カールと呼ばれる用紙の反りが発生することがある。

上記対策のため、用紙収納装置は除湿用ヒータを搭載して用紙内の水分量を低下させることでカールを抑制することが可能である。この除湿用ヒータは用紙収納装置内の温度を上昇させて用紙を除湿するため、常に給電して電力を消費している構成が一般的である。

除湿用ヒータの制御として、用紙収納装置内の紙の有無や設置環境の湿度により、除湿用ヒータを制御することで無駄な電力を削減する方法が特許文献１により提案されている。

特開平１１−２１７１３７号公報

特許文献１において、除湿用ヒータの電力を制御する際、用紙の有無によって制御を切り替えて、無駄な電力消費を防止している。

しかしながら、上記制御を実施している場合でも、用紙収納装置が複数設置される場合には無駄な電力消費が発生してしまうことがある。具体的には、用紙収納装置内の除湿用ヒータは、隣接する用紙収納装置へあおり熱を与えるため、用紙収納装置に与えられる熱量は、複数の用紙収納装置が接続されている際は本来用紙収納装置に供給すべき熱量よりも多くなるため、無駄な電力を消費していることになる。

上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、複数の用紙収納装置と、前記用紙収納装置内の用紙を加熱する加熱部と、各用紙収納装置内の紙の量を検出する用紙残量検出部と、接続された全ての用紙収納装置の種別を判別する判別部と、用紙収納装置の紙の量と種別により加熱部の点灯率を演算する演算部と、を備え、接続されている複数の用紙収納装置の組み合わせにより、演算結果で得られた点灯率で、各用紙収納装置の加熱部へ電力を供給することを特徴とする。

本発明により、複数の用紙収納装置内の除湿用ヒータを点灯させる場合、各ヒータの点灯率を、余剰熱が極力発生しないように制御することが可能なため、除湿用ヒータの過剰な加熱を抑制し、消費電力を削減することができる。

本実施形態におけるフローチャート 画像形成装置、用紙収納装置、画像読み取り部を備えた画像形成システムの概略図 本発明の構成ブロック図 用紙収納装置の用紙残量参考例１ 用紙収納装置の用紙残量参考例２

以下、本発明の具体的な実施例について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図２にて、画像形成装置（２１２）と複数の用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）を備えた画像形成システムについて説明する。

画像形成システムは、画像読取部（２１１）で原稿の画像を読み取り、用紙の積載された用紙収納装置から給紙ローラ（２０３ａ，２０３ｂ）によって用紙を給紙し、転写部（２１４）のドラム（２０５）から読み取られた原稿に対応した画像のトナーを転写ローラ（２０６）によって用紙に転写させて、定着部（２１３）へ搬送する。

定着部（２１３）へ搬送された用紙、および担持されたトナーは定着部（２１３）にて加熱されたローラ（２０７、２０８）によって加圧されながら搬送され、用紙にトナーが定着される。

トナーが定着された用紙は排紙ローラ（２０９）により搬送され、排紙トレイ（２１０）へ排出される。このとき、用紙がカールした状態で排出されることがあり、カールした用紙が排紙トレイ（２１０）に積載されると、用紙が高く積みあがってしまい、少数の用紙が積載されただけで満載であると誤検知してしまう。また、積載された用紙と排出される用紙が衝突してしまい、用紙が排紙トレイ（２１０）に積み重ならずに用紙を押し出してしまうなどの問題が生じる。

カールの要因の１つに給紙された用紙の水分量が多いことがあげられる。一般的な定着部（２１３）は、一方が加熱部材を搭載した加熱ローラ（２０７）、もう一方が加圧用の加圧ローラ（２０８）ではさみこむような構成になっており、用紙通過時に、上記２種のローラから用紙に熱が供給される。

その際、加熱ローラ（２０７）側は用紙に熱が奪われたあとでも加熱部材を搭載しているため温度の変動が少ないが、加圧ローラ（２０８）側は熱が奪われたあとは加熱部材がないため温度が変動してしまう。

これにより、加熱ローラ（２０７）側と加圧ローラ（２０８）側の温度差が発生することにより、用紙の表側、裏側に供給される熱量が異なるため、蒸発する水分量が異なる。

用紙から水分が蒸発すると用紙が収縮するため、奪われた水分量により収縮量が表側、裏側で異なることで、用紙のカールが発生する。

上記の用紙のカールは、用紙内の水分量が多い場合に顕著に発生し、逆に少ない場合は反りがほとんど発生しなくなる。そのため、カール防止策として、用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）内に除湿用ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）を搭載し、用紙の水分量を減少させる構成を備えることが一般的である。

しかし、除湿用ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）を点灯させる場合、吸湿した用紙を除湿するためには継続的に電力を消費することになるため、電力の削減が望まれる。電力削減の具体的な手段について下記に示す。図３は画像形成装置（２１２）と用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）の制御系、および電力供給系を示した概略図である。点灯制御実施時は、制御基板（３０７）が電源基板（３０６）を制御し、用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）への電力供給ラインの点灯をコントロールする。

図３の複数の用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）を備えた画像形成装置（２１２）において、用紙収納装置内の除湿用ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）は、配置された用紙収納装置だけでなく、他の用紙収納装置に対してもあおり熱を与える。そのため、図３のような構成の画像形成システムの場合、用紙収納装置１（２０１ａ）に対して与えられる熱量は、下記式により算出される。

［式１］
用紙収納装置１（２０１ａ）に与えられる熱量＝除湿ヒータ１（２０２ａ）の熱量＋除湿ヒータ２（２０２ｂ）からのあおり熱 （式１）
また、用紙収納装置２（２０２ｂ）に対して与えられる熱量も同様に、下記式で算出される。

［式２］
用紙収納装置２（２０１ｂ）に与えられる熱量＝除湿ヒータ２（２０２ａ）の熱量＋除湿ヒータ（２０１ｂ）１からのあおり熱 （式２）
式１、式２の用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）に与えられる熱量（除湿のために必要な熱量）は用紙残量により変化するため、用紙残量検出部（３０４ａ、３０４ｂ）で検出を行った後に決定する。

今回は例として、用紙残量を大（１００％≧Ｘ＞５０％）、中（５０％≧Ｘ＞２０％）、小（２０％≧Ｘ＞０％）、紙無し（０％）に区分する。

上記の用紙残量検出部の検出手段は、例えば用紙を積載するトレイが用紙を給紙するために給紙ローラまで押し上げた際のトレイの位置によって検出する。具体的には、用紙の積載量が少ないときは用紙収納装置の上部まで押し上げられるため、紙無しの場合にもっとも高い位置までトレイが押し上げられる。このときに、トレイにフラグを取り付けておき、センサによって検知することで用紙残量：紙無しであることを検知する。

逆に積載量が多いときはトレイが用紙収納装置の下部までしか押し上げられないため、満載時のトレイの位置に設置したセンサを検出することによって用紙残量：大を検知する。また、用紙残量：中や、用紙残量：小のときに対応したトレイの位置にセンサを設けることによって、用紙残量を検出することが可能である。

今回は用紙トレイの位置をセンサで検出したが、検出手段はセンサを用いる方法に限らず、トレイの傾きを可変抵抗で検出するなどの別の手段を用いても良いものとする。用紙残量に対応した制御の方法について説明する。まず、用紙残量が大のとき、除湿用ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）が発生させることのできる熱量の１００％分の熱量が除湿のために必要であるとする。同様に用紙残量が中のときは５０％分が、用紙残量が小のときは２０％分が必要であるとする。紙無しのときは除湿の必要はないため０％とする。

上記の割合をそれぞれの用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）ごとに設定することで、必要な熱量を設定し、その割合を満足するように、各除湿ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）の点灯率を制御していく。用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）の除湿用ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）が与える熱量は、設置する除湿用ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）ごとに所定の熱量を供給し、点灯を制御することによって供給する熱量を調整することが可能である。

次に除湿ヒータからのあおり熱は、用紙収納装置の構造ごとに異なるため、接続する用紙収納装置の組み合わせに応じてあおり熱が与える影響の割合をあらかじめ係数として算出しておく。この係数は、接続されている用紙収納装置の種別を判別した後に、任意に変更して用いる。

具体的には、Ａ３などの大きなサイズの用紙を収納できる大きな用紙収納装置は空間が広く、隙間が多いため、熱が伝播しやすく係数が大きくなる。逆に、封筒などの小さなサイズの用紙を収納できる用紙収納装置は、紙を積載する空間以外がモールドなどで囲まれている場合があり、大きな用紙収納装置よりも隙間が小さいため、熱が伝播しにくく係数が小さくなる。

但し、上記の係数は用紙収納装置の材質などの要因によっても変化するため、係数の決定のために、接続される種類の用紙収納装置のあおり熱について、あらかじめ係数を算出しておくこととする。

図３の構成、および図４のような用紙残量であった場合に、上記内容を式１、式２に適用すると、下記のように表せる。

［式３］
・用紙収納装置１に与えられる熱量
Ｗｈ×Ｐ１＝Ｗｈ×Ｄ１＋Ａ×Ｗｈ×Ｄ２ （式３）
［式４］
・用紙収納装置２に与えられる熱量
Ｗｈ×Ｐ２＝Ｗｈ×Ｄ２＋Ｂ×Ｗｈ×Ｄ１ （式４）

Ｗｈ：除湿用ヒータ１００％点灯時の熱量
（ヒータの種類により熱量は異なる。）
Ｐ１：用紙収納装置１に与える熱量の割合（％）
Ｐ２：用紙収納装置２に与える熱量の割合（％）
Ｄ１：用紙収納装置１の除湿用ヒータ点灯率（％）
Ｄ２：用紙収納装置２の除湿用ヒータ点灯率（％）
Ａ：用紙収納装置２が上部の用紙収納装置１に対して与える熱量の係数
Ｂ：用紙収納装置１が下部の用紙収納装置２に対して与える熱量の係数

式３、式４の中のＷｈは用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）に搭載された除湿ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）によって決定される値であり、本実施例では１２Ｗ 品の除湿ヒータを用いると仮定する。（除湿ヒータに１００％の点灯率で電力を供給した場合、１２Ｗの熱量が発生するものとする。）

Ｐ１とＰ２は除湿に必要な熱量の割合であり、用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）内に積載された用紙残量によって変化する値である。図４では用紙残量が用紙収納装置１（２０１ａ）：大、用紙収納装置２（２０１ｂ）：大であることから、用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）の除湿に必要な熱量の割合はＰ１：１００％、Ｐ２：１００％となる。

Ａ、Ｂはあおり熱の係数であり、本実施例では、Ａ＝１３％、Ｂ＝１３％と仮定する。通常は用紙収納装置のあおり熱の影響を実測し、適切な係数を設定する値のため、ＡとＢが異なる値となってもよい。

以上より、図４における式３、式４に対応する各値は下記の通りになる。
Ｐ１：用紙収納装置１に与える熱量の割合＝１００％
Ｐ２：用紙収納装置２に与える熱量の割合＝１００％
Ｗｈ：除湿用ヒータ１００％点灯時の熱量＝１２Ｗ
Ｄ１：用紙収納装置１のヒータ点灯率＝Ｘ１％
Ｄ２：用紙収納装置２のヒータ点灯率Ｘ２％
Ａ：用紙収納装置２が上部の用紙収納装置１に対して与える熱量の係数＝１３％
Ｂ：用紙収納装置１が下部の用紙収納装置２に対して与える熱量の係数＝１３％

式３、式４に上記値を当てはめると、下記の通りになる。
・用紙収納装置１の計算式 １２＝１２×Ｘ１＋０．１３×１２×Ｘ２
・用紙収納装置２の計算式 １２＝１２×Ｘ２＋０．１３×１２×Ｘ１

よってＸ１≒８８．５％、Ｘ２≒８８．５％となる。このとき、本発明を実施した場合は、用紙収納装置１、２（２０１ａ、２０１ｂ）の除湿ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）を８８．５％の点灯率で点灯させることで、本来除湿に必要な熱量を供給することが可能となる。

具体的な制御手段としては、例えば１秒間の内、０．８８５秒の間はヒータを点灯させ、残りの時間はＯＦＦするものとする。この制御を繰り返すことで８８．５％の点灯制御が可能である。但し、制御手段は上記例に限らず、除湿ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）の発熱量が８８．５％となるような点灯制御であれば、手段は問わないものとする。

上記の電力削減の制御を実施しない場合、用紙収納装置１、２（２０１ａ，２０１ｂ）には１００％の点灯率で電力を供給してしまうため、１００％−８８．５％＝１１．５％の電力の無駄が発生してしまう。よって本発明の制御により、消費電力の削減が可能となる。また、用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）内の用紙残量が異なる場合でのヒータ点灯率の計算を下記に示す。

図５に用紙収納装置１（２０１ａ）：中、用紙収納装置２（２０１ｂ）：大の場合の構成の図を示す。用紙残量が用紙収納装置１（２０１ａ）：中のとき、必要な熱量を５０％とすると、式３、式４より、下記の通りになる。
・用紙収納装置１の計算式 １２Ｗ×５０％＝１２Ｗ×Ｘ１＋１３％×１２Ｗ×Ｘ２
・用紙収納装置２の計算式 １２Ｗ×１００％＝１２Ｗ×Ｘ２＋１３％×１２Ｗ×Ｘ１
よって上記の式から、
・Ｘ１≒３７．６％、Ｘ２≒９５．１％となる。

このため、用紙収納装置１（２０１ａ）では、本来５０％の点灯率だった制御を３７．６％にすることで５０．０％−３７．６％＝１２．４％の電力を削減でき、用紙収納装置２（３０９ｂ）では、本来１００％の点灯率だった制御を９５．１％にすることで１００％−９５．１％＝４．９％の電力を削減できる。

上記のように、本発明を用いることで、用紙残量、用紙収納装置の構造（あおり熱の係数）から、余剰電力を消費せず用紙収納装置内の用紙の除湿が可能になる。

図１は上記構成におけるフローチャートである。Ｓ１０１にてユーザが用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）に用紙を積載したとき、Ｓ１０２において用紙検出を実施し、用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）に用紙が積載されているかを判別する。用紙が積載されている場合は、用紙残量を検出して大、中、小、紙無しのいずれかの状態であることを確定させる。Ｓ１０３では、接続されている用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）の構成を確認する。

例えばＡ３サイズやＬＴＲサイズ対応の種類であったり、封筒などの特殊な用紙を積載可能な種類であったり、用紙積載可能枚数が少ない種類や多い種類、用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）の材質が樹脂モールドであったり金属を多く用いている種類など、画像形成装置（２１２）に接続されている用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）の構成を検出する。具体的な検出方法は、用紙収納装置側に判別用の基板（３０５ａ，３０５ｂ）等を用い、画像形成装置（２１２）内の判別部（３０１）が用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）の種類を判別する。

同様に、接続されている用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）の段数を検出し、各段にどの種類の用紙収納装置が接続されているかを判別する。Ｓ１０４では、用紙が積載された用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）が複数段あるか、Ｓ１０１、Ｓ１０３で検出された結果によりＳ１０５かＳ１０６のどちらのフローに進むか、決定する。

用紙の積載された用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）が複数段存在しない場合はＳ１０５に進み、用紙の積載された用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）に、用紙残量に対応した制御で該当の除湿用ヒータのみ点灯させる。全ての用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）に用紙が積載されていない場合は、除湿用ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）は点灯させない。

用紙の積載された用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）が複数段存在する場合はＳ１０６に進み、実施例で説明した制御方法により、各段の用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）の除湿用ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）の制御を決定し、Ｓ１０７で決定された点灯率で除湿用ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）を点灯させる。

Ｓ１０８ではユーザが次の動作を行わない限り、Ｓ１０５、Ｓ１０７で決定された点灯率で除湿用ヒータを点灯させ続ける。ユーザが用紙収納装置を開閉し、用紙を積載させる場合はＳ１０１に戻り、Ｓ１０１からＳ１０８のフローを繰り返す。ユーザが印刷動作を行った場合は、印刷によって用紙残量が変化するため、Ｓ１０２に戻り、用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）の残量検出を行う。

上記を繰り返すことにより、用紙収納装置（２０１ａ，２０１ｂ）に対する適切な除湿用ヒータ（２０２ａ，２０２ｂ）の点灯制御が可能になる。以上が本構成におけるフローである。

２０１ａ 用紙収納装置
２０１ｂ 用紙収納装置
２０２ａ 除湿用ヒータ、加熱部
２０２ｂ 除湿用ヒータ、加熱部
２０３ａ 給紙ローラ
２０３ｂ 給紙ローラ
２０４ 搬送ローラ
２０５ ドラム
２０６ 転写ローラ
２０７ 定着ヒータ
２０８ 加圧ローラ
２０９ 排紙ローラ
２１０ 排紙トレイ
２１１ 画像読み取り部
２１２ 画像形成装置
２１３ 定着部
２１４ 転写部
３０１ 判別部
３０２ 演算部
３０３ 電源制御部
３０４ａ 用紙残量検出部
３０４ｂ 用紙残量検出部
３０５ａ カセット種別判別部
３０５ｂ カセット種別判別部
３０６ 電源基板
３０７ 制御基板

Claims (1)

1. 複数の用紙収納装置と、
   前記用紙収納装置内の用紙を加熱する加熱部と、
   前記用紙収納装置内の用紙の残量を検出する用紙残量検出部と、
   各用紙収納装置の種別を判別する判別部と、
   前記用紙収納装置の用紙の残量と種別により加熱部の点灯率を演算する演算部と、を備え、
   接続されている複数の用紙収納装置の組み合わせにより、演算結果で得られた点灯率で、各用紙収納装置の加熱部へ電力を供給することを特徴とする画像形成装置。