JP2020003594A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像を定着させるためのヒータとして用いるハロゲンランプの寿命を延ばす。【課題を解決するための手段】画像形成装置は、用紙に形成されたトナー像を定着するための加熱を行うハロゲンヒータを備えた定着部と、ＰＷＭ制御を行ってハロゲンヒータに電力を供給するヒータ制御部と、を備え、ヒータ制御部は、用紙に画像を印刷することなく待機する待機モード時Ｐｗａにおいて、ＰＷＭ制御におけるデューティー比を１００％未満としかつ所定の期間ＵＴごとに電力の供給を停止するオフ期間Ｐｏｆｆを設けるよう制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

電子写真法によって用紙に画像を印刷する画像形成装置は、トナー像が転写された用紙を加熱する定着器を有している。加熱によって色材であるトナーが溶融して用紙に定着する。例えば、ローラ式の定着器は、加熱ローラと加熱ローラに当接してニップ部を形成する加圧ローラとを備え、ニップ部に送られてきた用紙を搬送しながら加熱する。加熱ローラのヒータとして、ハロゲンランプがしばしば用いられる。

ハロゲンランプをヒータとして用いる場合にハロゲンサイクルを利用してヒータ寿命を延ばすための先行技術として、特許文献１〜３に記載の技術がある。

特許文献１には、商用周波数の電圧の印加によりハロゲンランプを点灯させる場合に、点灯期間中は常にハロゲンサイクルが生じる温度に保つよう電圧の振幅を調整することが開示されている。

特許文献２には、ハロゲンランプの管壁がハロゲンサイクルの生じる所定の温度に昇温する以前に印刷が終わってしまう場合に、印刷が終わった後も管壁が所定の温度に昇温する時間が経過するまでハロゲンランプの駆動を続けることが開示されている。

特許文献３には、ウォームアップ中に管壁温度をハロゲンサイクルの生じる所定の温度に維持するベーキング処理を行い、それにより過去における不完全なハロゲンサイクルにより管壁に付着したタングステンをフィラメントに再沈着させることが開示されている。

他方、近年において、ハロゲンランプに電力を供給する駆動回路としてスイッチング電源回路がしばしば用いられる。スイッチング電源回路のスイッチング素子をパルス幅変調（PWM: Pulse Width Modulation ）によりオンオフするすることにより、すなわちＰＷＭ制御を行うことにより、供給する電力を微調整することができる。ＰＷＭ制御は、位相制御などと比べて温度のリップルを抑えることができるとともに高い力率の実現が容易である。

特開平７−３３４０３０号公報 特開２００２−２３５４８号公報 特開２００７−３１６４１０号公報

上に述べた特許文献１〜３の技術のようにハロゲンサイクルを積極的に生じさせることにより、ハロゲンランプの管面にタングステンが付着する黒化を防ぐことができる。しかし、必ずしもフィラメントの細りを抑えることができるとは限らないという問題があった。すなわち、ハロゲンサイクルでは、管内で浮遊するハロゲン化タングステンがフィラメントに近づいて高温に加熱され、分離したタングステンがフィラメントに戻る。このとき、フィラメントの部位によって多少なりとも温度差があると、比較的に高温で蒸発が活発な部分にはタングステンが戻ににくく、比較的に温度の低い部分に戻りやすい。このため、ハロゲンサイクルを生じさせることにより、フィラメントの高温部がいっそう細ることになってしまう。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、画像を定着させるためのヒータとして用いるハロゲンランプの寿命を延ばすことができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る画像形成装置は、用紙に形成されたトナー像を定着するための加熱を行うハロゲンヒータを備えた定着部と、ＰＷＭ制御を行って前記ハロゲンヒータに電力を供給するヒータ制御部と、を備え、前記ヒータ制御部は、前記用紙に画像を印刷することなく待機する待機モード時において、ＰＷＭ制御におけるデューティー比を１００％未満としかつ所定の期間ごとに電力の供給を停止するオフ期間を設けるよう制御する。

本発明によると、画像を定着させるためのヒータとして用いるハロゲンランプの寿命を延ばすことができる。

本発明の一実施形態に係るヒータ制御部を備えた画像形成装置の構成の概要を示す図である。 ヒータ制御部の構成を示す図である。 加熱ローラの温度制御の概要を示す図である。 ヒータ寿命延長モードにおける加熱ローラの温度制御の第１例を示す図である。 オフ期間におけるフィラメントの温度変化の例を示す図である。 待機期間におけるハロゲンランプの内部の状態を模式的に示す図である。 設定テーブルの例を示す図である。 ヒータ寿命延長モードにおけるリップル中心温度の設定の例を示す図である。 設定テーブルにおけるデューティー比とヒータ点灯率との関係を示す図である。 ヒータ寿命延長モードにおける加熱ローラの温度制御の第２例を示す図である。 ヒータ寿命延長モードにおける加熱ローラの温度制御の第３例を示す図である。 ヒータ制御部における処理の流れを示す図である。

図１には本発明の一実施形態に係るヒータ制御部１７０を備えた画像形成装置１の構成の概要が、図２にはヒータ制御部１７０の構成が、それぞれ示されている。

画像形成装置１は、電子写真方式のプリンタエンジン１０を備えたカラープリンタである。ハウジングの上部にタッチパネルディスプレイを有する操作パネル２０が配置されている。なお、画像形成装置１は、プリンタと他の機器（ファクシミリ、ファイルサーバなど）とを集約したＭＦＰ（Multi-functional Peripheral ：多機能機または複合機）であってもよい。

プリンタエンジン１０は、４個のイメージングユニット３ｙ，３ｍ，３ｃ，３ｋ、プリントヘッド６、および中間転写ベルト１２などを有する。

イメージングユニット３ｙ〜３ｋは、それぞれ筒状の感光体４、帯電器５、現像器７、およびクリーナ８などを有している。イメージングユニット３ｙ〜３ｋの基本的な構成は同様である。

プリントヘッド６は、イメージングユニット３ｙ〜３ｋのそれぞれに対してパターン露光を行うためのレーザビームＬＢを射出する。プリントヘッド６において、感光体４の回転軸方向にレーザビームＬＢを偏向する主走査が行われる。この主走査と並行して、感光体４を定速回転させる副走査が行われる。

中間転写ベルト１２は、トナー像の一次転写における被転写部材であり、一対のローラ間に巻回されて回転する。中間転写ベルト１２の内側には、イメージングユニット３ｙ，３ｍ，３ｃ，３ｋごとに一次転写ローラ１１が配置されている。

カラー印刷モードにおいて、イメージングユニット３ｙ〜３ｋは、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（ブラック）の４色のトナー像を並行して形成する。４色のトナー像は、回転中の中間転写ベルト１２に順次に一次転写される。最初にＹのトナー像が転写され、それに重なるようＭのトナー像、Ｃのトナー像、およびＫのトナー像が順次に転写される。

一次転写されたトナー像は、二次転写ローラ１６と対向する印刷位置において、給紙トレイ１４から取り出されてタイミングローラ１５を経て搬送されてきた用紙（シート）２に二次転写される。二次転写の後、定着器１７の内部を通過し、排出ローラ１８により上部の排紙トレイ１９へ送り出される。定着器１７を通過するとき、加熱および加圧によってトナー像が用紙２に定着する。

定着器１７は、加熱ローラ１７Ａと加圧ローラ１７Ｂとを有し、これらのローラで用紙２を搬送しながら熱と圧力とを用紙２に加える。加熱ローラ１７Ａは、その筒状の芯金内に定着のための熱源としてハロゲンランプ（すなわちハロゲンヒータ）７０を内蔵している。ハロゲンランプ７０は、ヒータ制御部１７０から供給される電力により発熱し、加熱ローラ１７Ａの周面を昇温させる。用紙２が定着器１７を通過するときに、加熱ローラ１７Ａが定着に適した温度になるように、ヒータ制御部１７０によりハロゲンランプ７０が制御される。

図２に示すように、ヒータ制御部１７０は、ハロゲンランプ７０を点灯させるための基本的な構成要素として、ハロゲンランプ７０に電力を供給する駆動部１７１とそれを制御するＰＷＭ制御部１７２とを有する。

駆動部１７１は、商用電源３００から供給される交流電力を整流し、所定の電圧の電力に変換して出力するスイッチング電源回路である。

駆動部１７１は、整流用のダイオードブリッジ７１１、コンデンサ７１２，７１４とコイル７１３とからなるπ型ノイズフィルタ、スイッチング素子７１５とダイオード７１６とコイル７１７とからなる降圧チョッパ部、およびドライバ７１８を有する。スイッチング素子７１５は、例えばパワートランジスタである。ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）またはＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ）であってもよい。

コイル７１７とハロゲンランプ７０とスイッチング素子７１５のコレクタ・エミッタ間とがこの順に直列に接続され、この直列回路がπ型ノイズフィルタの出力側のコンデンサ７１４に並列に接続される。コイル７１７とハロゲンランプ７０との直列回路に対して並列になるようダイオード７１６のカソードがコイル７１７に接続されるとともにアノードがハロゲンランプ７０に接続されている。ダイオード７１６は、スイッチング素子７１５が閉状態から開状態になったときに、コイル７１７に溜まっている磁気エネルギーを回生電流としてに流すための還流素子である。

ドライバ７１８は、ＰＷＭ制御部１７２から入力されるＰＷＭ信号Ｓ１をスイッチング素子７１５の制御に適した電圧レベルの信号に変換してスイッチング素子７１５のベースに入力する。

駆動部１７１は、ＰＷＭ信号Ｓ１のデューティ比に応じた電圧の電力をハロゲンランプ７０に供給する。パルス幅変調により、正弦波に近い波形の電流がハロゲンランプ７０に供給される。

ＰＷＭ制御部１７２は、上位制御部である制御回路１００から開始指令が入力されると、駆動部１７１の制御を開始する。その後、停止指令が入力されるまで駆動部１７１を制御する。制御回路１００は、画像形成装置１の全体の制御を受け持つコントローラである。

ＰＷＭ制御部１７２には、加熱ローラ１７Ａの周面の温度を検出するセンサ７５から温度検出信号Ｓ７５が入力される。ＰＷＭ制御部１７２は、ウォームアップモード、待機モード、および印刷モードにおいて、温度検出信号Ｓ７５に基づいて加熱ローラ１７Ａの温度を検知し、加熱ローラ１７Ａの温度が予め設定された温度になるようにＰＷＭ信号Ｓ１を生成する。ＰＷＭ信号Ｓ１の周波数は、例えば２０ｋＨｚである。すなわち、この場合のデューティーサイクルは、５０μｓである。

さて、画像形成装置１は、ハロゲンランプ７０の経時変化の進行を遅らせる機能を有している。以下、この機能を中心に画像形成装置１の構成および動作を説明する。

ヒータ制御部１７０による制御には、「ヒータ寿命延長モード」と「温度リップル抑制モード」とがある。ヒータ制御部１７０は、これらのモードを選択的に切り替え可能となっている。

ヒータ寿命延長モードは、用紙２に画像を印刷することなく待機する待機モード時（待機期間）において、ＰＷＭ制御におけるデューティー比を１００％未満としかつ所定の期間ごとにデューティーサイクルよりも長いオフ期間を設けるよう制御するモードである。オフ期間では、ＰＷＭ信号Ｓ１のディティー比を０％とすることにより、ハロゲンランプ７０に対する電力の供給を停止する。

ヒータ寿命延長モードによると、ハロゲンランプ７０のフィラメントが局部的に細くなる経時変化の進行を遅らせてハロゲンランプ７０の寿命を延ばすことができる。ただし、ＰＷＭ制御を行ったり行わなかったりしてハロゲンランプ７０の点灯を断続させるので、点灯を断続させない場合と比べて、加熱ローラ７１Ａの温度の変動が顕著になる。

温度リップル抑制モードは、待機モード時においてオフ期間を設けないモード、すなわち待機モードである期間にわたってＰＷＭ制御を継続するモードである。加熱ローラ７１Ａの温度の変動は小さいが、フィラメントが局部的に細くなる経時変化の進行を遅らせることはできない。

再び図２を参照して、ヒータ制御部１７０は、ヒータ寿命延長モードに関わる構成要素として、不揮発性のメモリ１７３と寿命延長制御ブロック１７４とを有する。

メモリ１７４は、ハロゲンランプ７０の総点灯時間Ｔｏｎおよび設定テーブルＤ７０などを記憶する。

総点灯時間Ｔｏｎは、ＰＷＭ制御部１７２によりＰＷＭ制御が行われた時間の積算値であり、ハロゲンランプ７０の余命（残寿命）の判定の目安としてＰＷＭ制御部１７２により積算されて適時にメモリ１７３に書き込まれる。

設定テーブルＤ７０は、待機期間のうちのオフ期間以外であるオン期間におけるデューティー比の選択肢ごとに、待機期間においてＰＷＭ制御部１７２が行うべき制御を定めた指令情報Ｃｐｗｍを対応づけた制御情報である。後に詳細を述べる。

寿命延長制御ブロック１７４は、判断部７４１、受付部７４２、表示部７４３、および指令部７４４などを有する。寿命延長制御ブロック１７４の機能は、プロセッサを含むヒータ制御部１７０のハードウェア構成により、および制御プログラムがプロセッサによって実行されることにより実現される。

判断部７４１は、ヒータ寿命延長モードと温度リップル抑制モードとの切り替えの選択を、ハロゲンランプ７０の余命（残寿命）Ｌｒに基づいて判断する。

すなわち、予め定められたハロゲンランプ７０の耐久点灯時間（寿命）とメモリ１７３から読み出した総点灯時間Ｔｏｎとの差を余命Ｌｒとして算出する。または、制御回路１００から印刷に使用された用紙２の枚数の積算値である総通紙枚数Ｄｐｎを取得して総点灯時間Ｔｏｎに換算し、同様に余命Ｌｒを算出する。そして、算出した余命Ｌｒがしきい値未満である場合に、ヒータ寿命延長モードを選択すると判断する。

ただし、サービスパーソンまたはユーザ（管理者を含む）が行う動作設定操作によりヒータ寿命延長モードが指定されている場合には、余命Ｌｒの長さにかかわらず、ヒータ寿命延長モードを選択すると判断する。

受付部７４２は、ヒータ寿命延長モードと温度リップル抑制モードとの切り替えの選択を、サービスパーソンまたはユーザの操作に基づいて行うための入力処理を行う。操作パネル２０を用いてヒータ寿命延長モードまたは温度リップル抑制モードが指定されると、受付部７４２は、指定されたモードを判断部７４１に通知する。このとき、判断部７４１は、通知されたモードを例えばメモリ１７３に記憶させておく。

表示部７４３は、判断部７４１がヒータ寿命延長モードまたは温度リップル抑制モードの選択を判断する際に算出した余命Ｌｒを操作パネル２０のタッチパネルディスプレイにより表示する処理を行う。この表示は、余命Ｌｒがしきい値未満である場合にのみ行ってもよいし、余命Ｌｒの長さにかかわらず、印刷ジョブを実行するときまたはユーザが状態確認操作を行ったときに行ってもよい。

ユーザは、表示された余命Ｌｒに基づいて、ヒータ寿命延長モードの制御の要否を判断することができる。

そして、例えば余命Ｌｒが予想外に短いと感じてハロゲンランプ７０の寿命が尽きる時期を遅らせたいと思ったときなどに、温度リップル抑制モードからヒータ寿命延長モードに指定を変更することができる。

また、既にヒータ寿命延長モードを指定している場合であっても、設定テーブルＤ７０における選択肢のうち、延命に有利なものを選択するよう、サービスパーソンに設定変更を依頼することができる。

指令部７４４は、ＰＷＭ制御部１７２に対して待機期間におけるＰＷＭ信号Ｓ１の生成のオンオフを指令する。すなわち、ＰＷＭ制御部１７２から待機期間への移行が通知されると、指令部７４４は、設定テーブルＤ７０から指令情報Ｃｐｗｍを抽出してＰＷＭ制御部１７２に与える。

指令情報Ｃｐｗｍは、待機期間におけるオン期間とオフ期間との配置パターン、オン期間およびオフ期間のそれぞれの長さ、およびオン期間のデューティー比Ｘを指定する情報である。なお、温度リップル抑制モードでは待機期間の全体がオン期間であるので、温度リップル抑制モードが選択されている場合に与えられる指令情報Ｃｐｗｍは、デューティー比Ｘのみを指定するものでよい。

ＰＷＭ制御部１７２は、画像形成装置１に印刷ジョブが入力されて制御回路１００から印刷モードへの移行が指令されるまで、与えられた指令情報Ｃｐｗｍに従ってオン期間においてＰＷＭ制御を行い、オフ期間においてＰＷＭ制御を停止する。

図３には加熱ローラ１７Ａの温度制御の概要が示されている。図３では、待機期間Ｐｗａのモードが温度リップル抑制モードとされている。

画像形成装置１は、電源スイッチがオンとされたとき、または節電モード（スリープモード）から通常モードに復帰するときに、加熱ローラ１７Ａを定着に適した温度に昇温させるウォームアップを行う。

ウォームアップ期間Ｐｗｕにおいては、例えば常温から恒温制御の目標温度Ｔｓまで最短時間で昇温させるために、デューティー比Ｘを最大値の１００％とする。そして、目標温度Ｔｓを超える頃にデューティー比Ｘを０％に切り替え、すなわちハロゲンランプ７０への電力の供給を停止し、加熱ローラ１７Ａの温度を目標温度Ｔｓに落ち着かせる。

加熱ローラ１７Ａの温度が目標温度Ｔｓに落ち着くと、ウォームアップ期間Ｐｗｕが終わって待機期間Ｐｗａが始まる。ただし、印刷ジョブが実行待ちである場合には、ウォームアップが終わると、待機期間Ｐｗａを経ることなく印刷期間Ｐｐｒになる。

待機期間Ｐｗａにおいては、温度リップル抑制モードが選択された場合には、デューティー比Ｘを、一定の値（例えば２０％）とする。この値は、ハロゲンランプ７０による加熱量と加熱ローラ１７Ａから周囲への放熱量とが均衡して加熱ローラ１７Ａが目標温度Ｔｓに保たれるよう設定されたものである。

印刷ジョブの入力を契機として、画像形成装置１は、待機モードから印刷モードに移行する。

印刷モードへの移行により始まる印刷期間Ｐｐｒにおいては、用紙２が定着器１７を通過することによる放熱量を補って加熱ローラ１７Ａを目標温度Ｔｓに保つようデューティー比Ｘを適時に切り替える。図３では、１００％と７０％との二者択一の切替えを周期的に行う例が示されている。ただし、多段階の切替えを行うことも可能である。

印刷期間Ｐｐｒでは、用紙２の通過による放熱条件の変化に伴って、加熱ローラ１７Ａの温度が変動する。すなわち、待機期間Ｐｗａと比べて顕著なリップルが生じる。

印刷が終わると、待機モードに移行する。印刷期間Ｐｐｒに続く待機期間Ｐｗａにおいても、ウォームアップ期間Ｐｗａに続く待機期間Ｐｗａと同様の温度制御を行う。

次に、ヒータ寿命延長モードが選択された場合における待機期間Ｐｗａの温度制御を説明する。説明において、待機期間Ｐｗａは印刷期間Ｐｐｒに続く期間であるものとする。

図４にはヒータ寿命延長モードにおける加熱ローラ１７Ａの温度制御の第１例が、図５にはオフ期間Ｐｏｆｆにおけるフィラメント７０２の温度変化の例が、それぞれ示されている。また、図６には待機期間Ｐｗａにおけるハロゲンランプ７０の内部の状態が模式的に示されている。

図４において、待機期間Ｐｗａは、単位時間ＵＴごとに設けられるオフ期間Ｐｏｆｆとオフ期間Ｐｏｆｆ以外であるオン期間Ｐｏｎとから構成される。単位時間ＵＴは、１秒〜数秒程度の時間とされる。

待機期間Ｐｗａの全体の長さは、次の印刷ジョブの入力がいつであるかに依存し、数秒以内の場合もあるし、数分以上の場合もある。一定時間（例えば３〜５分）にわたって印刷ジョブの入力が無いときに節電モードに移行する機能が画像形成装置１に設けられている場合は、その一定時間の値が待機期間Ｐｗａの最大長さとなる。

つまり、待機期間Ｐｗａが単位時間ＵＴよりも長い場合に１個以上のオフ期間Ｐｏｆｆが設けられる。

図４の第１例では、待機期間Ｐｗａの開始直後はオン期間Ｐｏｎとし、単位時間ＵＴよりも短い設定時間が経過したときにオフ期間Ｐｏｆｆに切り替え、単位時間ＵＴが経過したときにオン期間Ｐｏｎに戻す。以降は、同様の要領でオン期間Ｐｏｎへの切替えとオン期間Ｐｏｎの切替えとを繰り返す。

オン期間Ｐｏｎのデューティー比Ｘは、例えば５０％とされる。直前の印刷期間Ｐｐｒでは上に述べた通り１００％と７０％との切替えを行うので、この５０％というデューティー比Ｘは、直前の印刷期間Ｐｐｒでのデューティー比Ｘよりも低い。

単位時間ＵＴに対するオン期間Ｐｏｎの割合であるヒータ点灯率Ｒは、例えば５０％とされる。すなわち、単位時間ＵＴを例えば１０００ｍｓとする場合に、オン期間Ｐｏｎの長さは、５００ｍｓとされる。必然的にオフ期間Ｐｏｆｆの長さも５００ｍｓとされる。

オフ期間Ｐｏｆｆは、上にに述べた通りＰＷＭ制御のデューティーサイクルよりも長い所定の時間にわたってハロゲンランプ７０に対する電力の供給を停止する期間である。このようなオフ期間Ｐｏｆｆを設けることにより、次の通りハロゲンランプ７０の寿命を延ばすことができる。

図５に示すように、電力の供給を停止するヒータオフの以前において、点灯中のハロゲンランプ７０のフィラメントは、その材料であるタングステンの蒸発が活発な高温状態である。図示の例では、ヒータオフの直前におけるフィラメントの温度（初期温度）は、２５００Ｋ（２２２６．８５℃）である。

ヒータオフにより、フィラメントの温度は降下する。はじめは急激に降下し、次第に降下は緩やかなる。初期温度からタングステンの蒸発が実質的に止まるとされる２１００Ｋ程度まで降下する時間ｔｄは、５〜２０ｍｓ程度である。

この時間ｔｄは、ＰＷＭ制御のデューティーサイクル（５０μｓ）と比べると桁違いに長いが、単位時間ＵＴ（１〜数秒）と比べると、桁違いに短い。

図６（Ａ）に示すように、オン期間Ｐｏｎにおいては、電力の供給が停止することはなく、仮にあったとしてもその時間はデューティーサイクル未満と短いので、フィラメント７０２は高温に保たれ、ハロゲンランプ７０の内部でハロゲンサイクルが進行する。

すなわち、フィラメント７０２から蒸発したタングステンがハロゲン（例えば臭素）と反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成される。この化合物は、管壁７０１が２５０℃以上であれば、管壁７０１に付着することなく浮遊する。化合物は、熱対流によってフィラメント７０２に近いゾーン７０５に運ばれて１４００℃以上に昇温すると、タングステンとハロゲンとに分解される。自由になったハロゲンは浮遊する。他方、タングステンはフィラメント７０２に戻って沈澱する。

しかし、フィラメント７０２に均等に戻るのではなく、蒸発の激しい高温部分には戻りにくく、比較的に温度の低い部分に戻りやすい。このため、ハロゲンサイクルが繰り返されるにつれてフィラメント７０２の高温部分がやせ細り、ついには断線してハロゲンランプ７０の寿命が尽きる。

これに対して、図６（Ｂ）に示すように、オフ期間Ｐｏｆｆにおいては、フィラメント７０２の温度が降下してタングステンの蒸発が止まり、化合物の生成は不活発となる。既に存在する化合物は、管壁７０１が２５０℃以上である間は管壁７０１に付着することなく浮遊する。

また、１４００℃以上のゾーン７０５が存在する間は化合物の分解は起こり、ハロゲンから分離したタングステンは、フィラメント７０２に戻る。このとき、フィラメント７０２からのタングステンの蒸発が止まっているので、タングステンの沈殿はオン期間Ｐｏｎと比べて均等になる。

つまり、オフ期間Ｐｏｆｆを設けることにより、タングステンの蒸発によるフィラメント７０２の細りが止まるとともに、オン期間Ｐｏｎにおけるフィラメント７０２の局部的なやせ細りを多少なりとも回復させる効果が得られる。

タングステンの蒸発が止まることでタングステンの粉が管壁７０１に付着する黒化が起こりにくいので、オフ期間Ｐｏｆｆの長さを管壁７０１の温度が２５０℃以下に降下する時間以上としても、ハロゲンランプ７０の寿命が黒化により短くなることはない。

ただし、オフ期間Ｐｏｆｆを長くし過ぎると、すなわちヒータ点灯率Ｒを小さくし過ぎると、加熱ローラ１７Ａの温度Ｔが大きく降下して目標温度Ｔｓとの乖離が許容範囲を超えてしまう。

したがって、ハロゲンランプ７０の寿命を延ばすには、加熱ローラ１７Ａの温度Ｔの変動が許容される範囲内でオフ期間Ｐｏｆｆをできるだけ長くするのが好ましい。

図７には設定テーブルＤ７０の例が、図８にはヒータ寿命延長モードにおけるリップル中心温度Ｔｃの設定の例が、図９には設定テーブルＤ７０におけるデューティー比Ｘとヒータ点灯率Ｙとの関係が、それぞれ示されている。

図７に示す設定テーブルＤ７０においては、２０％から９９．９％までのデューティー比Ｘの範囲が０からＮまでの（Ｎ＋１）段階に区分され、段階ごとにヒータ点灯率Ｙが定められ、同じく段階ごとに待機期間ＰｗａにおけるリップルｄＴが想定されている。

段階０は、温度リップル抑制モードに対応する。温度リップル抑制モードでは、オフ期間Ｐｏｆｆを設けないので、段階０のヒータ点灯率Ｙは１００％であり、リップルｄＴは±０％（中心温度に対する上昇分および降下分が共に０％）とされている。

段階１〜段階Ｎは、ヒータ寿命延長モードに対応する。ただし、段階１〜段階Ｎのうちの一部である段階Ａ１〜段階Ｂｎが、実際の制御に適用する選択肢とされている。段階１〜段階ｎは、オフ期間Ｐｏｆｆが短すぎてフィラメント７０２が十分に冷えないか、十分に冷えて寿命延長の効果が得られたとしてもほんの僅かであることから、選択肢から除外されている。また、段階Ｃ１〜段階Ｎは、リップルｄＴが大きくなり過ぎて加熱ローラ１７Ａが過剰に昇温するおそれがあることから、選択肢から除外されている。

ところで、本実施形態においては、ヒータ寿命延長モードに２つのサブモードが設けられている。その１つは、温度リップル抑制モードと比べてリップルｄＴが大きくなることによる消費電力の増加を抑える「省エネルギー優先モード」である。

他の１つは、印刷モードに移行した後に定着を良好とするために加熱ローラ１７Ａが目標温度Ｔｓ以上になるのを待たなければならない状況の発生を抑える「待ち時間優先モード」である。

図８（Ａ）に示すように、省エネルギー優先モードにおいては、リップル中心温度Ｔｃを目標温度Ｔｓに設定する（Ｔｃ＝Ｔｓ）。この場合は、加熱ローラ１７Ａの温度Ｔが目標温度Ｔｓよりも低いときに印刷モードに切り替わると、待ち時間が生じて印刷の開始が遅れる。

しかし、加熱ローラ１７Ａの温度Ｔが目標温度Ｔｓよりも高いときには消費電力が増えるが、目標温度Ｔｓよりも低いときには消費電力が減るので、待機期間Ｐｗａの全体の消費電力は、温度Ｔが目標温度Ｔｓで一定である恒温状態とほぼ等しい。

これに対して、図８（Ｂ）に示すように、待ち時間優先モードにおいては、リップル中心温度Ｔｃを目標温度Ｔｓよりもリップルｄｔの半分だけ高い温度に設定する（Ｔｃ＝Ｔｓ＋ｄｔ／２）。この場合は、加熱ローラ１７Ａの温度Ｔが常に目標温度Ｔｓよりも高いので、温度Ｔが目標温度Ｔｓで一定である場合と比べて消費電力が大きくなる。しかし、待ち時間は生じないので、印刷の遅れはない。ジョブの入力から１枚目の印刷物の出力までの時間であるＦＰＯＴ(First Print Output Time) を短縮する上で、待ち時間優先モードは、省エネルギー優先モードと比べて有利である。

図９に示すように、省エネルギー優先モードおよび待ち時間優先モードのいずれであっても、デューティー比Ｘを大きくするほど、ヒータ点灯率Ｙを小さくする必要がある。そして、図示は省略したが、ヒータ点灯率Ｙを小さくするほど、すなわちオフ期間Ｐｏｆｆを長くするほど、リップルｄｔは大きくなる。

省エネルギー優先モードでは、リップルｄｔの大きさが待ち時間の最大値（最大待ち時間）に対応する。つまり、オフ期間Ｐｏｆｆを長くするほど、最大待ち時間が長くなるおそれがある。ハロゲンランプ７０の寿命を延ばす上ではオフ期間Ｐｏｆｆを長くするのが好ましいが、そうした場合には待ち時間が長くなるかもしれない。このトレードオフを踏まえてオフ期間Ｐｏｆｆの長さを変更できるよう、設定テーブルＤ７０において段階Ａ１〜Ｂｎの選択肢が定められ、これらの選択肢のそれぞれに当該モードに適用する指令情報Ｃｐｗｍが対応づけられている。

また、待ち時間優先モードでは、リップルｄｔの大きさが消費電力増加量に対応する。つまり、オフ期間Ｐｏｆｆを長くするほど、消費電力が増加する。ハロゲンランプ７０の寿命を延ばす上ではオフ期間Ｐｏｆｆを長くするのが好ましいが、そうすることにより消費電力が増えてしまう。このトレードオフを踏まえてオフ期間Ｐｏｆｆの長さを変更できるよう、設定テーブルＤ７０において段階Ａ１〜Ｂｊの選択肢が定められ、これらの選択肢のそれぞれに当該モードに適用する指令情報Ｃｐｗｍが対応づけられている。

なお、待ち時間優先モードでは、図８に示す通り、リップル中心温度Ｔｃが省エネルギー優先モードの場合と比べて高いことから、加熱ローラ１７Ａの温度Ｔが許容範囲の上限温度Ｔｍａｘを超えやすい。したがって、待ち時間優先モードの選択可能範囲（Ａ１〜Ｂｊ）は、省エネルギー優先モードの選択可能範囲（Ａ１〜Ｂｎ）よりも狭い。

図１０にはヒータ寿命延長モードにおける加熱ローラ１７Ａの温度制御の第２例が、図１１には同じく第３例がそれぞれ示されている。

図１０の第２例は、待機期間Ｐｗａにおけるオン期間Ｐｏｎとして、低デューティー比期間Ｐｌｏｗと高デューティー比期間Ｐｈｉｇｈとを設けるものである。

低デューティー比期間Ｐｌｏｗは、そのデューティー比Ｘとして、温度リップル抑制モードにおけるデューティー比Ｘ（恒温制御での目標温度Ｔｓに対応するデューティー比Ｘ）が設定された期間である。低デューティー比期間Ｐｌｏｗのデューティー比Ｘは、例えば２０％である。

高デューティー比期間Ｐｈｉｇｈは、そのデューティー比Ｘとして、低デューティー比期間Ｐｌｏｗのデューティー比Ｘよりも高いデューティー比Ｘが設定された期間である。高デューティー比期間Ｐｈｉｇｈのデューティー比Ｘは、例えば７０％である。

この第２例では、待機期間Ｐｗａの開始直後は低デューティー比期間Ｐｌｏｗとし、単位時間ＵＴよりも短い第１の設定時間が経過したときに高デューティー比期間Ｐｈｉｇｈに切り替える。さらに、単位時間ＵＴよりも短くかつ第１の設定時間よりも長い第２の設定時間が経過したときに、オフ期間Ｐｏｆｆに切り替え、単位時間ＵＴが経過したときに低デューティー比期間Ｐｌｏｗに戻す。以降は、同様の要領で高デューティー比期間Ｐｈｉｇｈへの切替え、オフ期間Ｐｏｆｆへの切替え、および低デューティー比期間Ｐｌｏｗに戻す切替えを繰り返す。

第１の設定時間、すなわち低デューティー比期間Ｐｌｏｗの長さは、単位時間ＵＴを例えば２秒とした場合に、例えば１秒とされる。第２の設定時間と第１の設定時間との差、すなわち高デューティー比期間Ｐｈｉｇｈの長さは、例えば、０．５秒とされる。この場合のオフ期間Ｐｏｆｆの長さは、０．５秒であり、ヒータ点灯率Ｙは、７５％である。

図１１の第３例も、待機期間Ｐｗａにおけるオン期間Ｐｏｎとして、低デューティー比期間Ｐｌｏｗと高デューティー比期間Ｐｈｉｇｈとを設けるものである。

この第３例では、待機期間Ｐｗａの開始直後は低デューティー比期間Ｐｌｏｗとし、第１の設定時間が経過したときにオフ期間Ｐｏｆｆに切り替え、第２の設定時間が経過したときに、高デューティー比期間Ｐｈｉｇｈに切り替える。つまり、高デューティー比期間Ｐｈｉｇｈをオフ期間Ｐｏｆｆの直後に設ける。そして、単位時間ＵＴが経過したときに低デューティー比期間Ｐｌｏｗに戻す。以降は、同様の要領でオフ期間Ｐｏｆｆへの切替え、高デューティー比期間Ｐｈｉｇｈへの切替え、および低デューティー比期間Ｐｌｏｗに戻す切替えを繰り返す。

低デューティー比期間Ｐｌｏｗ、オフ期間Ｐｏｆｆ、および高デューティー比期間Ｐｈｉｇｈのそれぞれの長さは、第２例と同じでもよいし、異なってもよい。

図１２にはヒータ制御部１７０における処理の流れが示されている。

ハロゲンランプ７０の制御の開始に際して、設定されているモードを確認する（＃５０１）。

温度リップル抑制モードが設定されている場合は、直ちにステップ＃５０４へ進み、ステップ＃５０４において印刷期間への移行を指令する印刷コマンドの有無を確認する。

ヒータ寿命延長モードのうちの省エネルギー優先モードが設定されている場合は、Ｔｃ＝Ｔｓとして作成された制御条件を示す指令情報Ｃｐｗｍを制御に適用するべき情報として選択し、設定テーブルＤ７０から取得する。その後にステップ＃５０４へ進む。

ヒータ寿命延長モードのうちの待ち時間優先が設定されている場合は、Ｔｃ＝Ｔｓ＋ｄＴ／２として作成された制御条件を示す指令情報Ｃｐｗｍを制御に適用するべき情報として選択し、設定テーブルＤ７０から取得する。リップル中心温度Ｔｃを目標温度Ｔｓとして作成された制御条件を示す指令情報Ｃｐｗｍを制御に適用するべき情報として選択し、設定テーブルＤ７０から取得する。その後にステップ＃５０４へ進む。

印刷コマンドがない場合は（＃５０４でＮＯ) 、ステップ＃５０９へ進む。印刷コマンドがある場合は、加熱ローラ１７Ａを目標温度Ｔｓに昇温させ（＃５０５）、印刷期間Ｐｐｒのための制御（ＰＷＭ制御）を開始する（＃５０６）。

印刷中に、総点灯時間Ｔｏｎに基づいて、または総点灯時間Ｔｏｎと総通紙枚数Ｄｐｎとに基づいて、ハロゲンランプ７０が予め定められた寿命に達したか否かを判断する（＃５０７）。

寿命に達したと判断した場合は（＃５０７でＹＥＳ) 、ハロゲンランプ７０の交換を要求するメーッセージおよびサービスコードを操作パネル２０に表示させる（＃５１４）。

寿命に達していないと判断した場合は（＃５０７でＮＯ) 、印刷の完了を確認した後に（＃５０８でＹＥＳ) 、待機期間Ｐｗａのための制御を開始する（＃５０９）。

なお、ウォームアップが完了する以前の段階でステップ＃５０４からステップ＃５０９へ進んだ場合は、ステップ＃５０４においてウォームアップを終えてから待機期間Ｐｗａのための制御を開始する。

待機中においても、ハロゲンランプ７０が寿命に達したか否かを判断する（＃５１０）。

寿命に達したと判断した場合は（＃５１０でＹＥＳ) 、ステップ＃５１４へ進んで上述の処理を行う。

寿命に達していないと判断した場合は（＃５１０でＮＯ) 、ハロゲンランプ７０の余命Ｌｒを算出する（＃５１１）。算出した余命Ｌｒを操作パネル２０に表示させてもよい。

続いて、算出した余命Ｌｒに基づいて、ハロゲンランプ７０が寿命に達する時期を遅らせる必要があるか否かを判断する（＃５１２）。例えば余命Ｌｒがしきい値未満である場合に遅らせる必要があると判断し、しきい値以上である場合に必要はないと判断する。

遅らせる必要があると判断した場合は（＃５１２でＹＥＳ) 、温度リップル抑制モードをヒータ寿命延長モードに変更して（＃５１３）、ステップ＃５０１へ戻る。既にヒータ寿命延長モードが設定されている場合は、設定テーブルＤ７０における指令情報Ｃｐｗｍの選択について、ヒータ点灯率Ｙが現在よりも大きい段階のものを選択するように指定しておく。

寿命に達する時期を遅らせる必要がないと判断した場合は（＃５１２でＮＯ) 、ステップ＃５０４へ戻る。

以上の実施形態によると、待機期間Ｐｗａにオフ期間Ｐｏｆｆを設けてフィラメント７０２の細りを低減するので、画像を定着させるためのヒータとして用いるハロゲンランプ７０の寿命を延ばすことができる。

上に述べた実施形態において、定着器１７に設けるセンサ７５は、ハロゲンランプ７０の管壁７０１の温度を検出するものでもよい。その場合は、管壁７０１の温度と加熱ローラ１７Ａの周面の温度との対応関係を示す情報を記憶しておき、この情報に基づいて加熱ローラ１７Ａの温度を目標温度Ｔｓに保つ制御を行えばよい。

その他、画像形成装置１およびモータ制御部１７０それぞれの全体または各部の構成、動作および処理の内容、順序、またはタイミング、単位時間ＵＴの長さ、ヒータ点灯率Ｙ、オン期間Ｐｏｎのデューティー比Ｘなどは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

１ 画像形成装置
２ 用紙
１７ 定着器（定着部）
７０ ハロゲンランプ（ハロゲンヒータ）
１７０ ヒータ制御部
１７３ メモリ
７４１ 判断部
７４２ 受付部
７４３ 表示部
Ｄｐｎ 総通紙枚数
Ｌｒ 余命（残寿命）
Ｐｏｆｆ オフ期間
Ｐｈｉｇｈ 高デューティー比期間
Ｐｐｒ 印刷期間（印刷モード時）
Ｐｗａ 待機期間（待機モード時）
Ｔｏｎ 総点灯時間
Ｔｓ 目標温度
Ｘ デューティー比

Claims (11)

1. 用紙に形成されたトナー像を定着するための加熱を行うハロゲンヒータを備えた定着部と、
   ＰＷＭ制御を行って前記ハロゲンヒータに電力を供給するヒータ制御部と、
   を備え、
   前記ヒータ制御部は、前記用紙に画像を印刷することなく待機する待機モード時において、ＰＷＭ制御におけるデューティー比を１００％未満としかつ所定の期間ごとに電力の供給を停止するオフ期間を設けるよう制御する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ヒータ制御部は、前記待機モード時での前記デューティー比を、当該待機モード時に切り替わる直前の印刷モード時でのデューティー比よりも低くする、
   請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記ヒータ制御部は、前記待機モード時において、当該待機モード時における前記定着部の目標温度に対応するデューティー比よりも高いデューティー比に設定された高デューティー比期間を設けるよう制御する、
   請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記ヒータ制御部は、前記高デューティー比期間を前記オフ期間の直後に設けるよう制御する、
   請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記ヒータ制御部は、前記オフ期間を設けることによって前記ハロゲンヒータの寿命を延ばすヒータ寿命延長モードと、前記オフ期間を設けないことによって温度リップルを抑制する温度リップル抑制モードとを、選択的に切り替え可能となっている、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記ヒータ制御部は、
   前記ヒータ寿命延長モードと前記温度リップル抑制モードとの切り替えの選択を、前記ハロゲンヒータの残寿命に基づいて判断する判断部を有する、
   請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記ハロゲンヒータの総点灯時間を記憶するメモリを有し、
   前記メモリに記憶された前記ハロゲンヒータの点灯時間に基づいて前記残寿命を決定する、
   請求項６記載の画像形成装置。
8. 前記ハロゲンヒータを用いて定着を行った前記用紙の総通紙枚数に基づいて前記残寿命を決定する、
   請求項６記載の画像形成装置。
9. 前記ヒータ寿命延長モードと前記温度リップル抑制モードとの切り替えの選択を、ユーザの操作に基づいて行うための受付部を有する、
   請求項５記載の画像形成装置。
10. 前記ヒータ寿命延長モードまたは前記温度リップル抑制モードを選択した際の前記ハロゲンヒータの残寿命を表示する表示部を有する、
    請求項９記載の画像形成装置。
11. 前記ヒータ制御部は、
    前記ヒータ寿命延長モードにおいて、前記ハロゲンヒータのフィラメントを所定の温度以下に低下させるよう、前記オフ期間を設定する、
    請求項５ないし１０のいずれかに記載の画像形成装置。

Images