JP3793082B2

JP3793082B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP3793082B2
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Authority: JP
Inventors: 明彦内山
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Publication date: 2006-07-05
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等の適宜の作像プロセスにより転写材上に未定着トナー像を形成担持させ、その未定着トナー像を熱定着手段にて転写材に定着させる画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような画像形成装置における定着手段としては、近年の省エネルギー化の要望を受けてフィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。フィルム加熱方式の定着装置は、発熱手段としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に、耐熱性を有する薄いフィルムを挟ませて定着ニップを形成させたもので、フィルムと加圧ローラとを共に回転させることで被記録材を搬送しながら熱と圧力をかけて未定着トナー像を定着する。
【０００３】
このフィルム加熱方式の定着装置では、従来の熱ローラ方式の定着装置に比べ、加熱部材であるフィルムの熱容量が非常に小さいため、発熱手段からの熱エネルギーを定着プロセスに効率よく使用することができる。このため、画像形成装置の電源投入からプリント可能状態までの待ち時間を短くすることができるクイックスタートが可能である。さらに、加熱部材の熱容量が小さく、プリント待機中に加熱部材を予熱する必要がないため、画像形成装置の消費電力を低く抑えることができ省エネルギー化が可能である。
【０００４】
さらに高効率なフィルム加熱方式の定着装置として、導電性のフィルム自身を発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置が提案されている。特開平７−１１４２７６号公報には、フィルム自身あるいはフィルムに近接させた導電性部材に渦電流を発生させジュール熱によって発熱させる定着装置が開示されている。電磁誘導加熱方式ではフィルム自身を発熱させることができるため、発熱手段からの熱エネルギーを定着プロセスにさらに効率よく使用することができる。
【０００５】
このような、ヒータによるフィルム加熱方式や電磁誘導によるフィルム加熱方式の定着装置は３０〜４０秒程度で定着可能温度まで立ち上げが可能でありクイックスタート定着装置と呼ばれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなクイックスタート定着装置の特徴を生かしてプリントを開始してからプリント済みの被記録材の排出が終了するまでの時間（ファーストプリントアウトタイム，ＦＰＯＴ）を短くしようとすると、定着装置の昇温具合を予想し、定着装置の昇温が完了した時に被記録材が定着装置に到達するように、被記録材上への画像形成を定着装置の昇温に並行して行う必要がある。
【０００７】
そこで、例えば、電子写真画像形成動作を定着温調に関する第一のシーケンスと、現像ローラや感光ドラムの回転、帯電バイアスの印加といった制御を行う第二のシーケンスとに分ける。そして、プリント信号入力直後から第一のシーケンスを起動し、プリント信号入力から所定時間後に定着装置の温度が所定の温度に到達したところで第二のシーケンスを起動するようにする方法が提案されている。この方法によれば定着装置の昇温が所定時間内に間に合えばＦＰＯＴは最短になり、昇温が遅い場合には昇温具合に合わせて第二のシーケンスの起動を遅らせることで現像ローラや感光ドラム等の画像形成装置の構成部材への負担を最小限に抑えることができる。
【０００８】
ところが、加熱時間と定着装置の温度との関係（昇温カーブ）は画像形成装置が置かれる環境や供給される電源電圧によって異なる。図１４のａは室温から昇温を開始した時の定着装置の昇温カーブで、ｂは電源電圧が下限に低下している状態で室温から昇温を開始したときの定着装置の昇温カーブである。さらにＴ１は第二のシーケンスを起動する閾値温度、Ｔ２は適切にトナー像を定着できる温度である。この図において、例えば時間ｔ１で定着装置の温度を判定するとａ，ｂとも閾値Ｔ１を越えているので第二のシーケンスを起動することができる。ところが、被記録材が定着装置に到達する時間ｔ２における定着装置の温度は、ａはＴ２を越えているのに対して、ｂはＴ２に到達していないため、ｂでは定着不良を起こす可能性がある。
【０００９】
このように、あらゆる状況下においてプリント信号入力から所定時間後の定着装置の温度を基にそれ以降の昇温状態を予想するのは難しい。そのために閾値Ｔ１を大きめに設定すれば通常の電源電圧や上限の電源電圧の時には定着装置の加熱時間が必要以上に長くなり、ＦＰＯＴを最短にすることはできない。
【００１０】
以上のような状況を鑑み、本発明では熱定着装置を備え、画像形成と定着装置の昇温を並行して行う画像形成装置において、定着装置の昇温具合をあらゆる状況において適切に判定し常に最短の時間で適切な温度に昇温できるようにすることでＦＰＯＴが最短になる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、
現像ローラを有する現像手段と、
転写材上に形成されたトナー像を熱定着する定着手段と、
該定着手段の温度を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出温度に基づいて、前記定着手段に供給される電力を制御するとともに、前記検出手段の検出温度の温度上昇状況に基づいて、前記現像ローラの回転動作の開始タイミング及び現像ローラの像担持体への当接タイミングを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする。
また、上記の目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の他の代表的な構成は、
像担持体に当接・離間される現像ローラを有する現像手段と、
像担持体上に形成された画像を転写材上に転写する転写手段と、
転写材上に形成されたトナー像を熱定着する定着手段と、
該定着手段の温度を検出する検出手段と、
画像形成に先立って、前記現像手段及び前記定着手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、画像形成に先立って、前記現像ローラを前記像担持体から離間、停止させた状態で前記定着手段の加熱を開始させ、前記検出手段による検出温度の温度上昇状況に基づくタイミングで、前記現像ローラの回転駆動及び前記像担持体への当接を行わせることを特徴とする。
【００２０】
上記のような構成の画像形成装置によれば、定着手段の昇温具合をあらゆる状況において正確に判断できて常にＦＰＯＴが最短になる。
また、現像ローラを長期間像担持体に当接させることにより発生するローラ層の永久変形を確実に防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１〜８図を参照して、第１の実施の形態に係る画像形成装置について説明する。
【００２３】
［全体構成］
まず画像形成装置の全体構成について、図１を参照して概要説明する。図１は画像形成装置の一態様である、転写方式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタＡの全体構成を示す縦断面図である。
【００２４】
像担持体としての感光ドラム１は、不図示の駆動手段によって、同図中、矢印の反時計方向に回転駆動される。感光ドラム１の周囲には、その回転方向に従って順に、感光ドラム１表面を均一に帯電する帯電装置２、画像情報に基づいてレーザービームＬを照射して感光ドラム１上に静電潜像を形成するスキャナユニット３、静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像装置４、感光ドラム１上のトナー像を被記録材としての転写材Ｐに転写させる転写ローラ５、転写後の感光ドラム１表面に残った転写残トナーを除去するクリーニング装置６等が配設されている。
【００２５】
ここで、感光ドラム１と帯電装置２、現像装置４、クリーニング装置６は一体的にカートリッジ化されてプロセスカートリッジ７を形成している。
【００２６】
スキャナユニット３は、感光ドラム１の略水平方向に配置され、レーザーダイオード（不図示）によって画像信号に対応する画像光としてのレーザービームＬを出力し、このレーザービームＬをスキャナモータ（不図示）にて高速回転されるポリゴンミラー９に照射する。ポリゴンミラー９を反射したレーザービームＬは、結像レンズ１０を介して帯電済みの感光ドラム１表面を選択的に走査露光して静電潜像を形成するように構成している。
【００２７】
感光ドラム１に対向して配置される転写ローラ５としては、例えば金属の芯金を体積抵抗率１０⁷〜１０¹¹Ω・ｃｍ程度に調整したＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体）、ウレタンゴム、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）等の弾性体で覆った構成にしたものを用いることができる。転写ローラ５には不図示の電源から正極性のバイアスが印加され、このバイアスによる電界により、感光ドラム１に接触中の転写材Ｐに、感光ドラム１上の負極性のトナー像が転写される。
【００２８】
給紙部８は、画像形成部に転写材Ｐを給紙搬送するものであり、複数枚の転写材Ｐが給紙カセット１１に収納されている。画像形成時には給紙ローラ１２（半月ローラ）、レジストローラ対１３が画像形成動作に応じて駆動回転し、給紙カセット１１内の転写材Ｐを１枚毎に分離給送するとともに、転写材Ｐの先端はレジストローラ対１３に突き当たり一旦停止し、ループを形成した後、転写ローラ５と感光ドラム１とで形成されるニップへと給紙されていく。２４はレジストセンサでここを転写材Ｐが横切った時点を基準に画像形成が行われる。
【００２９】
定着装置１４は、電磁誘導加熱方式のクイックスタート定着装置で、転写材Ｐに転写されたトナー像を定着させるものであり、発熱層（導電性磁性部材）を有する回転体としての円筒状の定着フィルム１４０と、これに圧接して転写材Ｐに熱及び圧力を与える加圧ローラ１４３とからなる。この定着装置１４の構成は後で詳述する。
【００３０】
すなわち、感光ドラム１上のトナー像を転写した転写材Ｐは定着装置１４を通過する際に定着フィルム１４０、加圧ローラ１４３とで搬送されるとともに、熱及び圧力を与えられる。これによってトナー像が転写材Ｐの表面に定着される。トナー像定着された転写材Ｐは、排紙ローラ対１５によって、排紙部１６から画像面を下にした状態で本体外に排出される。
【００３１】
制御装置ＢはプリンタＡの動作を制御するもので、ＣＰＵ１７、ＲＡＭ（読み書き可能なメモリ）１８、ＲＯＭ（読み出し専用のメモリ）１９、ＣＰＵ１７から制御可能なタイマ２４等を有している。ＲＯＭ１９には、画像形成装置を制御するためのプログラムや各種データが書き込まれており、ＲＡＭ１８は画像形成装置を制御するにあたって取り込んだデータの保存等に使われる。
【００３２】
［プロセスカートリッジ］
本実施の形態に係るトナーを収容したプロセスカートリッジ７について図２及び図３により詳細に説明する。図２は第１の実施の形態に係るプロセスカートリッジ７の概略構成を示す横断面模式図であり、図３は第１の実施の形態に係るプロセスカートリッジ７の概略構成を示す分解斜視模式図である。
【００３３】
プロセスカートリッジ７は、感光ドラム１と、帯電手段及びクリーニング手段を備えた感光ドラムユニット５０、及び感光ドラム１上の静電潜像を現像する現像手段を有する現像ユニット４に分かれている。
【００３４】
感光ドラム１は、例えば直径３０ｍｍのアルミシリンダの外周面に有機光導伝体層（ＯＰＣ感光体）を塗布して構成したものである。
【００３５】
感光ドラムユニット５０には、図３のように感光ドラム１が軸受（ベアリング）３１ａ、３１ｂを介してクリーニング枠体５１に回転自在に取り付けられている。感光ドラム１の周上には、感光ドラム１の表面を一様に帯電させるための帯電装置２、及び感光ドラム１上に残った転写残トナーを除去するためのクリーニングブレード６０が配置され、さらにクリーニングブレード６０によって感光ドラム１表面から除去された残留トナーは、トナー送り機構５２によってクリーニング枠体後方に設けられた廃トナー室５３に順次送られる。そして図示後方の一方端に図示しない駆動モータの駆動力を伝達することにより、感光ドラム１を画像形成動作に応じて図示の反時計回りに回転駆動させるようにしている。
【００３６】
現像ユニット４は、感光ドラム１に当接して矢印Ｙ方向に回転する現像ローラ４０、及びトナーが収容されたトナー容器４１と現像枠体４５とから構成される。現像ローラ４０は軸受部材を介して回転自在に現像枠体４５に支持され矢印Ｙ方向に回転する。また現像ローラ４０の周上には、現像ローラ４０と接触して矢印Ｚ方向に回転するトナー供給ローラ４３と現像ブレード４４がそれぞれ配置されている。さらにトナー容器４１内には収容されたトナーを撹拌するとともにトナー供給ローラ４３に搬送するためのトナー搬送機構４２が設けられている。
【００３７】
そして現像ユニット４は、現像ユニット４の両端に取り付けられた軸受部材４７、４８にそれぞれ設けられた支持軸穴４９に挿通したピン４９ａを中心に現像ユニット４全体が感光ドラムユニット５０に対して揺動自在に支持された吊り構造となっており、プロセスカートリッジ７単体（プリンタ本体に装着しない）の状態においては、ピン４９ａを中心とする現像ユニット４の回転モーメントにより現像ローラ４０が感光ドラム１に当接するよう、加圧ばね５４によって現像ユニット４が常に付勢されている。さらに現像ユニット４のトナー容器４１には、現像ローラ４０を感光ドラム１から離間させる際にプリンタ本体Ａの後述する離間手段２０（図１）が接触するためのリブ４６が一体的に設けられている。
【００３８】
［定着装置］
本実施の形態に係る定着装置１４について図４により詳細に説明する。図４は第１の実施の形態に係る電磁誘導加熱方式の定着装置１４の概略構成を示す縦断面図である。
【００３９】
１４０は、発熱層（導電性磁性部材）を有する回転体としての円筒状の定着フィルムである。１４６ａ、１４６ｂは下側と上側の横断面略半円弧状樋型のフィルム支持部材（フィルムガイド）であり、開口側を互いに向かい合わせて略円筒体のフィルムガイド１４６を構成している。円筒状定着フィルム１４０は、このフィルムガイド１４６の外側にルーズに外嵌させてある。
【００４０】
フィルムガイド１４６の内側には、励磁コイル１４８と、Ｔ型に組み合わせた磁性コア１４７ａ、１４７ｂ、１４７ｃとからなる磁場発生手段が配設される。励磁コイル１４８には励磁回路（不図示）が接続されている。１４２は上側のフィルム支持部材１４６ｂの内面平面部に当接させて配設した横長の加圧用剛性ステイである。１４９は磁性コア１４７ａ、１４７ｂ、１４７ｃ及び励磁コイル１４８と加圧用剛性ステイ１４２の間を絶縁するための絶縁部材である。
【００４１】
１４３は加圧ローラである。この加圧ローラ１４３及びフィルムガイド１４６によって定着フィルム１４０を挟み、加圧ローラ１４３からフィルムガイド１４６に対して所定の加圧力をかけることにより、フィルムガイド１４６と加圧ローラ１４３とが所定幅の定着ニップ部Ｎを形成して相互圧接している。磁性コア１４７ａは定着ニップ部Ｎが形成された位置に対応させて配設してある。
【００４２】
加圧ローラ１４３は駆動手段Ｍにより矢印ａの反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ１４３の回転駆動により、前記加圧ローラ１４３と定着フィルム１４０外面との間で摩擦力が発生し、定着フィルム１４０に回転力が作用する。そして、定着フィルム１４０はその内面を定着ニップ部Ｎにおいてフィルムガイド１４６の下面に密着して摺動させながら、加圧ローラ１４３の周速度にほぼ対応した周速度をもって、矢印ｂで示される時計方向にフィルムガイド１４６の外周を回転する（加圧ローラ駆動方式）。
【００４３】
励磁コイル１４８は励磁回路（不図示）から供給される交番電流によって交番磁束を発生する。Ｔ字型の磁性コア１４７の磁性コア１４７ａが定着ニップ部Ｎの位置に対応して設けられているため、交番磁束は定着ニップ部Ｎに集中的に分布し、その交番磁束は定着ニップ部Ｎにおいて、定着フィルム１４０の発熱層に渦電流を発生させる。この渦電流は発熱層の固有抵抗によって発熱層にジュール熱を発生させる。
【００４４】
定着ニップ部Ｎの温度は、温度センサ１４１（検出手段）を含む温調制御系（不図示）により、励磁コイル１４８への電流供給が制御されることで、所定の温度が維持されるように調節される。
【００４５】
［駆動構成］
次にプロセスカートリッジ７をプリンタ本体Ａに装着した際の動作機構について詳細に説明する。
【００４６】
前述したように、プロセスカートリッジ７は単体の自由状態では図２のようにピン４９ａを中心とする現像ユニット４の回転モーメントにより現像ローラ４０が常に感光ドラム１に当接するよう加圧ばね５４によって現像ユニット４が常に付勢されている。
【００４７】
一方、プリンタ本体Ａのプロセスカートリッジ７の挿入方向奥側には、現像ユニット４の付勢力に抗して現像ローラ４０を感光ドラム１から離間させるためのカム２０（図１）が配置されている。カム２０は不図示の駆動手段により回転され、図１のようにカム２０がリブ４６を上げることで現像ローラ４０は感光ドラム１から離間し、カム２０がリブ４６の押し上げを解除すると現像ローラ４０が感光ドラム１に当接する。通常、プロセスカートリッジ７をプリンタ本体Ａに装着するとカム２０がリブ４６を押し上げ、現像ローラ４０が感光ドラム１から離間するようになっている。
【００４８】
従って、プロセスカートリッジ７を装着した状態で長時間使用しない場合であっても、現像ローラ４０は感光ドラム１に対して常に離間された状態になるので、現像ローラ４０を長期間感光ドラム１に当接させることにより発生するローラ層の永久変形を確実に防止することができる。プリンタ本体Ａに装着されたプロセスカートリッジ７の感光ドラム１及び現像ローラ４０は不図示のモータにより別々に駆動が可能である。
【００４９】
［画像形成動作］
本実施の形態に係る画像形成動作について図１、図５及び図６により詳細に説明する。図５は第１の実施の形態に係る画像形成装置の動作シーケンスを表すタイミングチャートである。図６は第１の実施の形態に係る画像形成装置の動作を表すフローチャートである。
【００５０】
画像形成装置本体へプリント信号が入力されると、画像形成装置の動作が開始される（Ｓｔａｒｔ，Ｓ６００）。ＣＰＵ１７はまず第一のシーケンス群として、定着装置１４を所定の温度に制御する定着温調、感光ドラム１の回転及びスキャナ３の回転を開始する（Ｈｅａｔ−ｏｎ、Ｓ６０１）。本実施の形態においては上記の３つのシーケンスを併せて第一のシーケンス群とする。
【００５１】
定着装置１４の加熱開始は画像形成装置本体へのプリント信号の入力と同時、あるいはプリント信号入力後に成される。
【００５２】
一方、現像バイアスの印加、現像ローラ回転等の制御が、本実施の形態においては第二のシーケンス群に該当する。
【００５３】
次に、感光ドラム１が回転を始めて所定時間後に帯電バイアスの印加を開始する（Ｃｈ−ｏｎ、Ｓ６０２）。これは感光ドラム１の回転と帯電バイアスの印加を同時に行うと感光ドラム１上にメモリを作る恐れがあるためである。この帯電バイアスの印加も第一のシーケンス群に含まれる。
【００５４】
第一のシーケンス群の開始と共に、ＣＰＵ１７は定着装置１４の温度のモニタを始め第二のシーケンス群を起動する閾値温度Ｔ３を設定する（Ｓ６０３）。この設定方法については後述する。
【００５５】
閾値温度Ｔ３を設定した後引き続きＣＰＵ１７は定着装置１４の温度のモニタを行い温度ＴがＴ３に達したら、Ｔ３に達した時刻がＣｈ−ｏｎ（Ｓ６０２）からＴ＿ｄｅｖ経っていたか判断し（Ｓ６０５）、Ｔ３に達した時刻がＣｈ−ｏｎからＴ＿ｄｅｖ未満であったらＴ＿ｄｅｖ経過するのを待ってから、またＴ３に達した時刻がＣｈ−ｏｎからＴ＿ｄｅｖ以上であったらＴ３に達した時点で直ちに現像ローラ４０の回転と現像バイアスの印加を開始する（Ｄｅｖ−ｏｎ、Ｓ６０６）。
【００５６】
通常、感光ドラム１と現像ローラ４０との間には十分な離間距離がとられており現像ローラ４０が離間していれば感光ドラム１表面が適正に帯電されていなくても現像ローラ４０から感光ドラム１にトナーが飛翔することはない。しかし、何らかの原因で離間距離が短くなった場合でもトナーが飛翔することがないように感光ドラム１が帯電されて正規の電位になる時間Ｔ＿ｄｅｖ後に現像ローラ４０の回転と現像バイアスの印加を開始するようにしている。従ってたとえＴ＿ｄｅｖ以内に定着装置の温度ＴがすでにＴ３に達していてもＴ＿ｄｅｖになるまでは現像ローラ４０の回転と現像バイアスの印加は行わず、Ｔ＿ｄｅｖの時に現像ローラ４０の回転と現像バイアスの印加を始めた画像形成動作が最短のプリント時間となる。
【００５７】
Ｄｅｖ−ｏｎ以降はＤｅｖ−ｏｎを基準に所定時間後に現像ローラ４０を感光ドラム１に当接させ（Ｄ＿Ｒ−ｏｎ、Ｓ６０７）、次に転写材のピックアップを行い（Ｐ−ｐｉｃｋ、Ｓ６０８）、画像形成を行う（Ｐｒｉｎｔ、Ｓ６０９）。
【００５８】
［閾値温度の設定方法］
本実施の形態における閾値温度Ｔ３の設定方法について図７のフローチャートと図８の昇温カーブの図を用いて説明する。
【００５９】
まず、第一のシーケンスが起動されて定着装置の通電が始まった時点（Ｓ７００）でＣＰＵ１７は定着装置１４の温度のモニタを開始する（Ｓ７０２）。そして、所定の温度Ｔ１に達したところ（Ｓ７０３）でタイマ２４を起動する（Ｓ７０４）。ＣＰＵ１７は引き続き温度のモニタを続け次に所定の温度Ｔ２に達したところ（Ｓ７０５）でタイマ２４を停止し温度Ｔ１からＴ２に至った時間Δｔを取り込む（Ｓ７０６）。すなわち、このΔｔから定着装置の昇温カーブを判断することができ、Δｔが小さければ昇温カーブが立っていて温度上昇が速く、Δｔが大きければ昇温カーブは寝ていて温度上昇が遅いということがわかる。次にこのΔｔの値を基に第二のシーケンス群の開始タイミングを決める閾値温度Ｔ３を決定する（Ｓ７０７）。
【００６０】
図８は環境と入力電圧の違いによる昇温カーブの違いを示したものである。ａは画像形成装置が置かれることを想定した最も高い気温下でさらに電源電圧が上限値の時、ｂは気温、電源電圧とも通常の時、ｃは画像形成装置が置かれることを想定した最も低い気温下でさらに電源電圧が下限値の時のものである。各昇温カーブにおいてＴ１からＴ２に至る時間はΔｔ＿ａ、Δｔ＿ｂ、Δｔ＿ｃ、また、Ｔ４は転写材の定着に必要な温度、ｔ＿ｐは第二のシーケンス群が開始してから転写材が定着装置に到達するまでの時間である。したがって、第二のシーケンス群を開始する閾値温度としては、昇温カーブａ，ｂ，ｃにおいてＴ４から所定の時間ｔ＿ｐ遡った時の温度Ｔ３＿ａ、Ｔ３＿ｂ、Ｔ３＿ｃをそれぞれＴ３の値とすればよい。
【００６１】
このようにして各昇温カーブ毎に閾値温度が決まるので、これらの値を基にΔｔに応じた閾値温度Ｔ３を設定する。すなわち表１のようにしてＴ３を設定する。
【００６２】
【表１】

【００６３】
閾値温度Ｔ３はΔｔと、Δｔ＿ａとＴ３＿ａ、Δｔ＿ｂとＴ３＿ｂ、Δｔ＿ｃとＴ３＿ｃとの関係を使って比例計算からさらに細かく求めてもよい。
【００６４】
昇温カーブを求めるＴ１、Ｔ２は昇温カーブが直線的に伸び昇温カーブの特徴を表している温度区間から選んでいて本実施の形態においてはＴ１としては４０℃、Ｔ２としては８０℃が好適であった。
【００６５】
なお、直前の画像形成によって定着装置１４がすでに温まっている場合には、定着装置１４の温度のモニタを開始する時点ですでに定着装置の温度がＴ１、Ｔ２を超えている場合がある（Ｓ７０１）。このような時には定着装置１４は確実に昇温できることが確認されているので、本実施の形態においては無条件にＴ３にＴ３＿ｂを設定している（Ｓ７０８）。
【００６６】
ただし、定着装置１４の温度がＴ１とＴ２の間にある時は、モニタを開始した時の温度Ｔ０とＴ２になった時の時間Δｔ′を使って
Δｔ＝（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ０）×Δｔ′
といった計算でΔｔを求めてこれよりＴ３を設定してもよい。
【００６７】
本実施の形態のように、定着装置１４の温度をモニタして定着装置１４の昇温カーブを求め、それを基に第二のシーケンス群を起動する閾値温度Ｔ３を設定したのちに、定着装置１４の温度がＴ３に到達しているかを判断し、その判断結果により、第二のシーケンス群が動作を開始するタイミング、本実施の形態においては現像ローラ４０の回転開始と現像バイアスの印加のタイミングを制御すれば、たとえ画像形成装置がどのような状況下に置かれていようと定着装置１４の昇温完了と転写材Ｐの定着装置１４への到達のタイミングを正確に合わせることができるので、ＦＰＯＴを常に画像形成装置が置かれた状況において最短にすることができかつ現像器の不必要な回転を抑えることができ、さらに定着装置１４の不必要な加熱時間も抑えることができるので省エネルギーにも効果がある。
【００６８】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る画像形成動作について図１、図９及び図１０により詳細に説明する。図９は第２の実施の形態に係る画像形成装置の動作を表すタイミングチャートである。図１０は第２の実施の形態に係る画像形成装置の動作を表すフローチャートである。
【００６９】
画像形成装置本体へのプリント信号の入力により、画像形成装置の動作が開始されると（Ｓｔａｒｔ，Ｓ１０００）、ＣＰＵ１７はまず第一のシーケンス群として、定着装置１４を所定の温度に制御する定着温調及びスキャナ３の回転を開始する（Ｈｅａｔ−ｏｎ、Ｓ１００１）。本実施の形態においては、第一の実施の形態と異なり、感光ドラムの回転および帯電バイアスの印加は第一のシーケンス群には含まれていない。
【００７０】
次に、第１の実施の形態と同様な方法で第二のシーケンス群を起動する閾値温度Ｔ３を設定した後（Ｓ１００２）、ＣＰＵ１７は定着装置１４の温度Ｔが閾値温度Ｔ３に達しているか判定する（Ｓ１００３）。定着装置１４の温度ＴがＴ３に達するまで判定を続け、Ｔ３に達した時点で、感光ドラムの回転（Ｐｈ−ｏｎ、Ｓ１００４）及び帯電バイアスの印加（Ｃｈ−ｏｎ、Ｓ１００５）、現像ローラ４０の回転と現像バイアスの印加（Ｄｅｖ−ｏｎ、Ｓ１００６）、現像ローラの当接（Ｄ＿Ｒ−ｏｎ、Ｓ１００７）、転写材のピックアップ（Ｐ−ｐｉｃｋ、Ｓ１００８）、画像形成（Ｐｒｉｎｔ、Ｓ１００９）を所定の間隔を開けて開始する。本実施の形態では、感光ドラムの回転、帯電バイアスの印加、現像バイアスの印加、現像ローラ回転等の制御が第二のシーケンス群に該当し、上記のように定着装置の温度が閾値温度Ｔ３に到達しているか否かにより、第二のシーケンス群の動作のタイミングが決定されることになる。
【００７１】
第１の実施の形態では定着装置の昇温を待っている間感光ドラムは回転を続けている。第１の実施の形態では感光ドラムを回しているだけならば帯電のための放電は起き続けないので、放電により感光ドラムが削れることはない。しかし、実際には感光ドラム１にはクリーニングブレード６０が当接しているためわずかながら削れることがある。特に、画像形成時に感光ドラム１上のトナー像が転写材に転写される効率が非常に良い場合は感光ドラム１上に転写残としてクリーニングブレード６０によって掻き取られるトナーの量が少なくなり、その結果、感光ドラム１とクリーニングブレード６０との間の潤滑剤として作用するトナーの量が減るのでクリーニングブレード６０の摩擦抵抗が大きくなり感光ドラム１は削れやすくなってしまう。
【００７２】
そこで本実施の形態のように、定着装置１４の温度をモニタし、Ｓ１００３において温度ＴがＴ３に到達しているかを判断し、その判断結果により、第二のシーケンス群が動作を開始するタイミング、本実施の形態においては感光ドラム１の回転開始以降の各画像形成シーケンスのタイミングを制御すれば、たとえ画像形成装置がどのような状況下に置かれていようと定着装置の昇温完了と転写材の定着装置への到達のタイミングを正確に合わせることができるので、ＦＰＯＴは常に画像形成装置が置かれた状況下において最短にすることができかつ感光ドラムや現像器の不必要な回転を抑えることができ、さらに定着装置の不必要な加熱時間も抑えることができるので省エネルギーにも効果がある。
【００７３】
（第３の実施の形態）
以下に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は第１の実施の形態をカラー画像形成装置に適用したものである。尚、第１の実施の形態と同様な構成、作用のものは同一の番号を付し説明は省略する。
【００７４】
［全体構成］
本実施の形態に係る画像形成装置について図１１により詳細を説明する。図１１は第３の実施の形態に係るカラー画像形成装置の一態様であるフルカラーレーザービームプリンタＣの全体構成を示す縦断面図である。
【００７５】
同図に示すカラー画像形成装置Ｃは、第一の実施の形態で説明したプロセスカートリッジにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーをそれぞれ収納したプロセスカートリッジ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを垂直に重ねた構成になっている。
【００７６】
スキャナユニット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、プロセスカートリッジ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと同様に垂直に重ねられ、感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと略水平方向に配置されている。
【００７７】
次にすべての感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに対向し、接するように循環移動する静電転写ベルト２１が配設される。静電転写ベルト２１は厚さ５０〜３００μｍ、体積抵抗率１０⁹〜１０¹⁶Ω・ｃｍ程度のＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ポリアミド、ポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリカーボネート等の樹脂材料や厚さ０．５〜２ｍｍ、体積抵抗率１０⁹〜１０¹⁶Ω・ｃｍ程度のクロロプレーンゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、ウレタンゴム等のゴム材料が用いられる。また、必要に応じて、これらの材料にカーボン、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂、ＴｉＯ₂等の導電性充填材を分散させて、体積抵抗率を１０⁷〜１０¹¹Ω・ｃｍ程度に調整することもある。
【００７８】
この静電転写ベルト２１は、垂直方向に４軸のローラ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに支持され、図中左側の外周面に転写材Ｐを静電吸着して上記感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに転写材Ｐを接触させるべく循環移動する。これにより、転写材Ｐは静電転写ベルト２１により転写位置まで搬送され、感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上の各トナー像がそれぞれ転写される。
【００７９】
この静電転写ベルト２１の内側に当接し、４個の感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに対向した位置に転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが並設される。
【００８０】
転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上に形成されたトナー像を、転写ベルト２１上の転写材Ｐに静電的に転写するものであり、例えば金属の芯金を体積抵抗率１０⁵〜１０⁸Ω・ｃｍ程度に調整したＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ＮＢＲ等の弾性体で覆った構成にしたものを用いることができる。これら転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄには不図示の電源から正極性のバイアスが印加され、このバイアスによる電界により、感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに接触中の転写材Ｐに、感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上の負極性のトナー像が転写される。
【００８１】
［駆動構成］
次に各プロセスカートリッジ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄをプリンタ本体Ｃに装着した際の動作機構について詳細に説明する。
【００８２】
第１の実施の形態ではプロセスカートリッジの挿入方向奥側には、現像ユニット４の付勢力に抗して現像ローラ４０を感光ドラム１から離間させるためのカム２０があった。本実施の形態では同時に４色の現像ローラ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの離間、当接が行えるように離間板２３が配置されている。この離間板２３は不図示の駆動モータにより上下に移動することができる。そして、離間板２３が上に上がれば各現像ローラ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは対応の各感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから離間し、下に下がれば現像ローラ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに当接する。
【００８３】
通常、現像ローラを感光ドラムに当接すると当接のショックにより感光ドラムが振動し、この振動は近隣にも伝播する。従って、現像ローラの当接は４色順番に行うのではなく本実施の形態のように４色同時に行って当接のショックの発生を一回にすれば画像への影響を抑えることができて好ましい。
【００８４】
各プロセスカートリッジ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄのプリンタ本体Ｃへの装着の際には、離間板２３は押し上げられた状態となっており、従ってプロセスカートリッジ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの挿入動作に沿って現像ユニットに設けられたリブ４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄが離間板２３に乗り上げ、現像ローラ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと所定間隙だけ離間された状態となる。この離間状態は電源オフ時及び現像が行われていない状態で常に維持される。
【００８５】
従って、プロセスカートリッジ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを装着した状態で長時間使用しない場合であっても、現像ローラ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに対して常に離間された状態になるので、現像ローラを長期間感光ドラムに当接させることにより発生するローラ層の永久変形を確実に防止することができる。プリンタ本体Ｃに装着されたプロセスカートリッジ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ及び現像ローラ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは不図示のモータによってそれぞれ独立して駆動が可能である。
【００８６】
［画像形成動作］
次に本実施の形態の画像形成動作について図１１の概略図、図１２のタイミングチャート、図１３のフローチャートを用いて説明する。
【００８７】
プリンタ本体へのプリント信号の入力により、プリンタの動作が開始されると（Ｓｔａｒｔ，Ｓ１３００）、ＣＰＵ１７はまず第一のシーケンス群として定着装置１４を所定の温度に制御する定着温調、感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの回転、静電転写ベルト２１の回転を開始する（Ｈｅａｔ−ｏｎ、Ｓ１３０１）。次に所定時間後に、スキャナ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの回転を開始する（Ｓｃａｎ−ｏｎ、Ｓ１３０２）。これは感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを駆動するモータ４つと静電転写ベルト２１を駆動するモータ１つ、スキャナモータ４つを同時に起動すると電源の容量をオーバーする可能性があるためここでは起動タイミングをずらしている。この時現像ローラ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは停止したままである。
【００８８】
次に、メモリ防止のため感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが回転を始めて所定時間後に帯電バイアスの印加を開始する（Ｃｈ−ｏｎ、Ｓ１３０３）。
【００８９】
その次に、第一の実施の形態と同様な方法で第二のシーケンス群を起動する閾値温度Ｔ３を設定した後（Ｓ１３０４）、引き続きＣＰＵ１７は定着装置１４の温度のモニタを行い温度ＴがＴ３に達したら（Ｓ１３０５）、Ｔ３に達した時間がＣｈ−ｏｎからＴ＿ｄｅｖ経っていたか判断し（Ｓ１３０６）、Ｔ３に達した時間がＴ＿ｄｅｖ未満であったらＴ＿ｄｅｖ経過するのを待ってから、またＴ３に達した時間がＴ＿ｄｅｖ以降であったらＴ３に達した時点で直ちに現像ローラ４０の回転と現像バイアスの印加を開始する（Ｄｅｖ−ｏｎ、Ｓ１３０７）。Ｄｅｖ−ｏｎ以降はＤｅｖ−ｏｎを基準に所定時間後に現像ローラを感光ドラムに当接させ（Ｄ＿Ｒ−ｏｎ、Ｓ１３０８）次に転写材の転写材のピックアップを行い（Ｐ−ｐｉｃｋ、Ｓ１３０９）、画像形成を行う（Ｐｒｉｎｔ、Ｓ１３１０）。
【００９０】
従来の画像形成装置のように定着装置の昇温が完了してから転写材上への画像形成動作を開始する場合、ＦＰＯＴは２１秒程度要した。一方、本実施の形態による画像形成装置ではＦＰＯＴは１７秒程度に短縮できる。
【００９１】
また、常温（２２．５℃）の１００Ｖ入力の場合、定着可能温度に到達する時間は１２秒程度なのに対して、低温（１５℃）、８５Ｖ入力の場合、定着可能温度に到達する時間は１６秒程度かかる。従って定着装置の昇温カーブを考慮しない従来の方法では低温、下限電圧といった最も厳しい条件でも確実に定着できるようにするためには常に１６秒を想定しなければならず、通常の使用の時にも常に４秒余分に待つようになってしまう。
【００９２】
そこで、本実施の形態のように、定着装置の温度をモニタして定着装置の昇温カーブを求め、それを基に第二のシーケンス群を起動する閾値温度Ｔ３を設定したのちに定着装置の温度がＴ３に到達しているかを判断し、その判断結果により、第二のシーケンス群が動作を開始するタイミング、本実施の形態においては現像ローラ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの回転開始と現像バイアスの印加のタイミングを制御すれば、たとえ画像形成装置がどのような状況下に置かれていようと定着装置の昇温完了と転写材の定着装置への到達のタイミングを正確に合わせることができるので、ＦＰＯＴを常に画像形成装置が置かれた状況において最短にすることができかつ現像器の不必要な回転を抑えることができ、さらに定着装置の不必要な加熱時間も抑えることができるので省エネルギーにも効果がある。
【００９３】
尚、本発明に係る画像形成装置は上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲で種々に変更可能である。
【００９４】
１）すなわち、上記各実施の形態ではプロセスカートリッジの感光ドラムと現像ローラは別々のモータで駆動していたが１つのモータからギヤとクラッチを利用して駆動を分けるような方法を用いてもよい。
【００９５】
２）また離間板２３ではなくカムを用いる等別の方法を使ってもよい。
【００９６】
３）上記各実施の形態では所定の温度Ｔ１から所定の温度Ｔ２に変わった時間から昇温カーブの判定を行っていたが、所定の時間間隔の間に変化した温度の変化量から判定してもよいし、単位時間あたりの温度の変化率を用いてもよい。
【００９７】
４）また、定着装置、感光ドラム、スキャナの起動タイミングや現像ローラの当接と転写材のピックアップのタイミングは上記の順番以外でも構わない。
【００９８】
５）上記各実施の形態においては画像走査方式のスキャナを用いたがＬＥＤアレイを用いた露光装置を使ってももちろん構わない。その場合はスキャナのような立ち上げ動作は必要ないので起動タイミングはスキャナとは異なる。
【００９９】
６）さらに、タンデム型のカラー画像形成装置以外にも従来よく知られている１つの感光ドラムに対して複数の現像装置を備えたカラー画像形成装置にも本発明は適用できる。
【０１０１】
７）作像プロセスも感光体を用いる電子写真プロセスに限られず、像担持体として誘電体を用いる静電記録プロセスや磁性体を用いる磁気記録プロセス等であってもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係る画像形成装置によれば、定着手段の昇温具合をあらゆる状況において正確に判断できて常にＦＰＯＴが最短になる。
また、定着手段の不必要な加熱を抑えることができるようになったので省エネルギー化にも効果がある。
また、現像ローラを長期間像担持体に当接させることにより発生するローラ層の永久変形を確実に防止することができる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係る画像形成装置において、特にクイックスタート定着手段を備え、転写材上への画像形成と定着手段の昇温を並行して行う画像形成装置において、定着手段の温度昇温状況から定着手段の昇温具合をあらゆる状況において適切に判定することができるようになったので、あらゆる状況下においてＦＰＯＴが最短になる画像形成装置を提供することができるようになった。
また、不必要な定着手段の加熱を抑えることができるようになったので本発明は省エネルギー化にも効果がある。
また、現像ローラを長期間像担持体に当接させることにより発生するローラ層の永久変形を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るプロセスカートリッジの概略構成を示す横断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るプロセスカートリッジの概略構成を示す分解斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係る定着装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る画像形成装置の動作を表すタイミングチャートである。
【図６】第１の実施の形態に係る画像形成装置の動作を表すフローチャートである。
【図７】第１の実施の形態に係る画像形成装置の閾値温度の決定方法を表すフローチャートである。
【図８】第１の実施の形態に係る画像形成装置の昇温カーブを示した図である。
【図９】第２の実施の形態に係る画像形成装置の動作を表すタイミングチャートである。
【図１０】第２の実施の形態に係る画像形成装置の動作を表すフローチャートである。
【図１１】第３の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る画像形成装置の動作を表すタイミングチャートである。
【図１３】第３の実施の形態に係る画像形成装置の動作を表すフローチャートである。
【図１４】通常電圧値と下限電圧値における昇温カーブを示した図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・・・感光ドラム
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・帯電装置（帯電ローラ）
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ・・・スキャナ
４・・・現像装置
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ・・・転写ローラ
６・・・クリーニング装置
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ・・・プロセスカートリッジ
１４・・・定着装置
２１・・・静電転写ベルト
２３・・・離間板
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ・・・現像ローラ
１４０・・・定着フィルム
１４１・・・温度センサ
１４３・・・加圧ローラ
Ａ、Ｃ・・・画像形成装置

Claims

現像ローラを有する現像手段と、
転写材上に形成されたトナー像を熱定着する定着手段と、
該定着手段の温度を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出温度に基づいて、前記定着手段に供給される電力を制御するとともに、前記検出手段の検出温度の温度上昇状況に基づいて、前記現像ローラの回転動作の開始タイミング及び現像ローラの像担持体への当接タイミングを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
像担持体に当接・離間される現像ローラを有する現像手段と、
像担持体上に形成された画像を転写材上に転写する転写手段と、
転写材上に形成されたトナー像を熱定着する定着手段と、
該定着手段の温度を検出する検出手段と、
画像形成に先立って、前記現像手段及び前記定着手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、画像形成に先立って、前記現像ローラを前記像担持体から離間、停止させた状態で前記定着手段の加熱を開始させ、前記検出手段による検出温度の温度上昇状況に基づくタイミングで、前記現像ローラの回転駆動及び前記像担持体への当接を行わせることを特徴とする画像形成装置。
前記制御手段は、前記検出手段の検出温度の温度上昇状況に基づいて、閾値温度を決定し、前記検出手段の検出温度が前記閾値温度に到達したことに応じて前記現像ローラの回転動作を開始させるとともに、現像ローラを像担持体に当接させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記定着手段の温度が第一の設定温度から第二の設定温度へ到達するまでの時間、第一の設定温度から第二の設定温度へ到達するまでの単位時間あたりの温度変化、第一の設定時間から第二の設定時間へ到達するまでの間に前記定着手段が上昇した温度、及び第一の設定時間から第二の設定時間へ到達するまでの単位時間あたりの温度変化のいずれか少なくとも１つに基づいて前記閾値温度を決定することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
転写材上への画像形成と前記定着手段の昇温を並行して行わせることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
前記定着手段は、プリントスタートと同時に加熱が開始されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記検出手段による検出温度の温度上昇状況に基づくタイミングで、前記現像ローラを前記像担持体に回転駆動・当接させるとともに、前記像担持体の回転、又は帯電バイアスの印加を開始させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置。
前記画像形成装置は、作像プロセスを複数回行うことによりカラー画像を形成するカラー画像形成装置であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の画像形成装置。
前記定着手段は、フィルム加熱方式の定着装置であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の画像形成装置。
前記像担持体は、感光ドラムであり、電子写真プロセスを用いて画像形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の画像形成装置。