JP4278139B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関するものであり、特に定着制御に係る画像形成装置に関する。

近年、電力エネルギー消費効率の向上と操作性／利便性の向上の観点から、ウオームアップ時間が短縮された定着ヒータを有する画像形成装置が多い。ウオームアップ時間の短縮のためには、熱容量の小さく、かつ熱抵抗の小さい薄肉定着ローラと大電力のハロゲンヒータまたは、複数（２本）構成のハロゲンヒータが使用されることが多い。

この定着装置は、熱容量が小さくかつ熱抵抗が小さいため、環境変動や通紙する用紙のサイズ、厚さ、種類によって状態が大きく変動する。それらの変動を抑えるために複雑な制御を用いることなく、種種の外的要因を抑えて、定着装置を制御するための方式として制御温度と検出温度からテーブルを検索し、その結果から点灯させるヒータや点灯する間隔を決定させる制御方式が存在する（特許文献１参照）。
特開平７−１７５３６３号公報

可視性の良いテーブル参照方式は諸条件の変化に対する高い適用能力を持ちながらメンテナンス性が良い、という特徴をもっている。

しかし、近年の欧州におけるフリッカーのような規格規制への対応やヒータ寿命を延ばす目的から印刷動作をしていない待機時のヒータ点灯間隔を長くする（ヒータのオフからオン、オンからオフへ変化する回数を少なくする）という要求が発生してきている。

ヒータのオフからオン時の温度とオンからオフ時の温度を変えてヒータ制御にヒステリシスを持たせる方式などがあるが、制御温度の細かな切替はテーブル方式が本来持っている制御の可視性の良さを損ない、複雑度が増すことが問題となる。

本発明では上記の問題に鑑み、テーブル方式の可視性とメンテナンス性の良さという長所を維持しつつ、制御温度の変更をせずにヒータの点灯間隔を長くすることをその目的とする。

また、複数あるヒータのうちどれを対象とするのかを限定してヒータの点灯間隔を長くすることをその目的とする。

また、モードを限定してヒータの点灯間隔を長くすることをその目的とする。

また、対象のヒータと制御モードを両方とも限定してヒータの点灯間隔を長くすることをその目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、複数のヒータを設ける定着ヒータと、前記定着ヒータを駆動する駆動手段と、前記定着ヒータの温度を検出する温度検出手段と、前記定着ヒータを制御するためのテーブルと、前記テーブルに基づいて、予め定められた一定の時間毎の区切りである期間における前記定着ヒータの定着制御を行う定着制御手段と、を有する画像形成装置において、前記温度検出手段は、前記複数のヒータの各々について温度を検出し、前記テーブルは、前記温度検出手段による検出温度と制御温度から前記複数のヒータの何れを点灯させるかを選択する条件を含有する少なくとも１以上のテーブルと、前記温度検出手段による検出温度と制御温度から点灯するヒータのある期間における点灯時間の割合を決定する条件を含有する少なくとも１以上のテーブルと、を含み、前記定着制御手段は、ある時点において前記定着ヒータが点灯しているか否かをチェックし、前記ある時点でのチェックの結果に基づいて、前記定着ヒータが点灯している場合と前記定着ヒータが消灯している場合とで、ある期間のうち前記定着ヒータを点灯させる時間の割合を決定する条件が異なるテーブルを選択し、選択された前記テーブルを使用して前記ある時点を含む期間の次の期間のうち前記定着ヒータを点灯させる時間の割合を決定し、前記ある時点を含む期間の次の期間の定着制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、テーブル方式の可視性とメンテナンス性の良さという長所を維持しつつ、制御温度の変更をせずにヒータの点灯間隔を長くすることで、各種規格規制への対応や定着ヒータの長寿命化をおこなうことができる。

本発明では、上記画像形成装置において、前記定着制御手段は、前記複数のヒータの各々について、前記ある時点において前記定着ヒータが点灯している場合と前記定着ヒータが消灯している場合とで、ある期間のうち前記定着ヒータを点灯させる時間の割合を決定する条件が異なるテーブルを選択して前記ある時点を含む期間の次の期間の定着制御を行うか否かの切替を行うことを特徴とすることができる。

本発明によれば、複数あるヒータのうちどれを対象とするのかを限定してヒータの点灯間隔を長くすることで、対象となるヒータの寿命を延ばすことができる。

本発明では、上記画像形成装置において、前記定着ヒータは、中央部及び端部にヒータを設け、前記温度検出手段により検出された中央部に係るヒータの中央制御温度と中央検出温度の差分、および、端部に係るヒータの端部制御温度と端部検出温度の差分から前記複数のヒータのうち何れを点灯させるかを選択する条件を含有するテーブルを有し、前記定着制御手段は、装置内のモード状態に基づいて、前記ある時点において前記定着ヒータが点灯している場合と前記定着ヒータが消灯している場合とで、ある期間のうち前記ヒータを点灯させる時間の割合を決定する条件が異なるテーブルを選択して前記ある時点を含む期間の次の期間の定着制御を行うか否かの切替を行うことを特徴とすることができる。

本発明によれば、モードを限定してヒータの点灯間隔を長くすることで、ヒータの長寿命化と印刷動作時の定着性の両方を成立させることができる。

本発明では、上記画像形成装置において、前記定着制御手段は、装置内のモード状態が特定のモード状態である場合に、前記複数のヒータうち特定のヒータを制御するように固定し、前記ある時点において前記定着ヒータが点灯している場合と前記定着ヒータが消灯している場合とで、ある期間のうち前記特定のヒータを点灯させる時間の割合を決定する条件が異なるテーブルを選択し、選択された前記テーブルを使用して前記ある時点を含む期間の次の期間の定着制御を行うことを特徴とすることができる。また、本発明では、上記画像形成装置において、前記ある期間のうち前記定着ヒータを点灯させる時間の割合を決定する条件は、前記温度検出手段による前記定着ヒータの検出温度と前記定着ヒータの制御温度との差分であり、前記ある時点において前記定着ヒータが消灯している場合よりも前記定着ヒータが点灯している場合の方が、前記ある時点を含む期間の次の期間において前記定着ヒータを点灯させる時間の割合が長いことを特徴とすることができる。

本発明によれば、対象のヒータと制御モードを両方とも限定してヒータの点灯間隔を長くすることで、さらなる各種規格規制への対応や定着ヒータの長寿命化をおこなうことができる。また、本発明によれば、制御温度を変えることと同じ効果を得ることができ、定着ヒータのオンからオフ、オフからオンへと切り替える回数を減らすことができる。

上記解決手段にて、定着ヒータは図４のハロゲンヒータに相当し、温度検出手段は図４の定着サーミスタに相当する。定着サーミスタが検出したハロゲンヒータに係る検出温度と制御温度のデータを元にして可視性とメンテナンス性に優れるテーブル方式を生かし、ヒータの維持を図る。

本発明では、テーブル方式の可視性とメンテナンス性の良さという長所を維持しつつ、制御温度の変更をせずにヒータの点灯間隔を長くすることで、各種規格規制への対応や定着ヒータの長寿命化をおこなうことができる。

以下、発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略レイアウトであり、帯電ローラにより帯電されたＯＰＣ（感光体）がＬＤにより露光され、潜像を現像ユニットにより現像され、転写ローラにより転写紙にトナーを転写し、定着装置により熱定着される。

トナーカートリッジ（現像装置）は、帯電ローラ、トナー、感光体、トナー攪拌用アジテータ等で構成されている。トナーカートリッジには、感光体に対面するマグローラ以外に、トナーを攪拌するためのアジテータ、ブレードが内蔵されており、これによりトナーが摩擦帯電される。

トナーカートリッジ下部には、内部のトナーの有無を検出するためのトナー検出手段（センサ）が配置されており、これにより、内部のトナーがある場合“Ｈ”、無い場合“Ｌ”を出力する。

レジストセンサはレジストローラ（図示無）の手前にあり、画像先端と転写紙先端との同期をとって駆動する際の転写紙の先端検知、用紙状態検出を行う。上記部品を備えた画像形成装置を搭載した複写機のレイアウトを図３に示す。図３にて「図１」と記載されている部分に前記画像形成装置を搭載する。尚、本画像形成装置を搭載することができるのは複写機に限らず、プリンタやＭＦＰなどでも良い。

図２は本実施形態に係る画像形成装置の制御に関する構成ブロック図であり、以下各部ロックの説明を行う。

読取制御板は、原稿情報を読み取るためのＣＣＤなどが該当し、そのタイミング生成が主動作であり、読み取った出力をデジタル信号としてシステム制御板に転送することを特徴とする。

システム制御板は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発ＲＡＭ、カレンダー機能チップからなり、システム全体のタイミング制御、操作部（図示無）の入出力制御、その他のアプリケーション（ＦＡＸ、プリンタ、スキャナ）部（図示無）とのＩ／Ｆや動作制御と、画情報データの画像処理（変倍、フィルタ、γ）、画像メモリを使用した画情報データの記憶／蓄積制御というシステム全体の制御部として機能することを特徴とする。

書込制御板は、露光のためのＬＤとその駆動部からなり、システム制御板からの画像データにより、書き込み作業を行うことを特徴とする。

Ｉ／Ｏ制御板は、システム全体（スキャナ部、プリンタ部）の各種センサ、アクチュエータ等の入力信号、モータ、ソレノイド、クラッチ、高圧電源等の出力信号の集約部分であり、トナーセンサ出力や各サーミスタ出力はＡＤＣに入力されており、このＩ／Ｏデータにより、システム制御部分が各種制御を実施することを特徴とする。尚、Ｉ／Ｏ制御板には給紙トレイ、手差しトレイの用紙有無情報、サイズ情報、転写紙搬送用のレジストセンサ等も含まれる。

操作／表示部は、各種モード設定のためのキー入力、ＬＥＤ、ＬＣＤ、７ｓｅｇ等を使用した表示部により構成されておりシステム制御板により、制御されている。

次に図４を用いて定着ヒータ駆動に関わるユニットに関する説明する。

電源制御版（ＰＳＵ）上には電源生成のための回路と定着ハロゲンヒータ駆動のための回路が配置されている。ヒータ駆動はＡＣ電源遮断用のリレーとＡＣ出力を制御するために特定周期でＯＮ／ＯＦＦをおこなうトライアック回路等で構成されている。

リレー、トライアックのＯＮ／ＯＦＦの処理はシステム制御板上のＣＰＵの判断により、Ｉ／Ｏ制御板のポートを介して実行される。それぞれの定着ヒータ（ハロゲンヒータ）は、それぞれの回路により独立した駆動（ＯＮ／ＯＦＦ）が可能な構成である。

また、定着ヒータは２本のヒータを有しており、１つは中央部の配光分布が大きい構成であり、他方は、端部の配光分布が大きい構成としている（中央配光が高い状態を「Ｃ」、端部配光が高い状態を「Ｅ」とし、それぞれの構成をＣ、Ｅのヒータとする）。

画像形成装置は長時間放置された場合、省電力状態、電源ＯＦＦにより、定着ローラ温度は室温程度になり、復帰操作や電源ＯＮで定着ヒータの点灯を行い、定着ローラの温度を上昇させる。その際、接触式サーミスタ等で温度検出をおこなう。
上記のサーミスタは、複数（２ヶ所）に設置され、通常は軸方向に中央部と端部という構成になる。

中央部は、小サイズ（はがき、ＨＬＴ）の転写紙でも転写紙の搬送に該当するような位置であり、端部は、大サイズ（Ａ３）のみ転写紙の搬送に該当するような位置で、ローラ軸受部の近傍にあたる。

薄肉ローラの場合、小サイズの転写紙の連続通紙では、中央部のサーミスタでのみ制御温度を維持するとローラ端部に転写紙が通紙されないため端部：ローラ軸受部が過昇状態となる。

以下に、定着ヒータ制御の説明を行う。定着ヒータは大電力を消費するのでオフからオンに切り替えるときにいきなり１００％の出力を出すと電源電圧の変動をもたらし、蛍光灯のちらつきなどを引き起こす。そのため、徐々にパワーを加えていき急激な電力の変動を緩和する制御を行っている。これをソフトスタート処理という。

定着ヒータはＡＣ出力であるため、瞬間的な電圧値は常に変化している。そのため、０Ｖになる瞬間を検出し（検出した信号をゼロクロス信号と呼ぶ）、０Ｖから０Ｖまでの期間（半波）ごとの出力を変えることでソフトスタート処理を実現している。図５にソフトスタート処理時の時間に関する電圧出力のグラフを示す。最終的に半波期間全てで出力したときが１００％の出力となる。

定着ヒータは系の遅延が大きい制御系である。定着ヒータをつけるか消すかの判断は定着ローラ上のサーミスタにより検出した温度によって行うが、定着ヒータをつけて、それにより定着ローラの温度が上昇し、サーミスタの出力値が変化し、制御ＣＰＵが値を取り込んで変化を検出するので、現在ついている定着ヒータによる熱の変動は数十ｍｓから数百ｍｓ後にならないと検出できない。

このような特性をもっているため、定着ヒータをつけるか消すかの判断はある時間間隔以上を開けないと温度制御のリップルが大きくなり好ましくない。ここでは定着ヒータ制御の間隔を１秒間として説明する。

ある時点において以降１秒間の定着ヒータの制御状態を決定する。その１秒間の間に検出温度がどのように変わっても決められた制御を行うこととする。ヒータの制御状態（１秒間のうちどのぐらいつけるのか？）を決めるパラメータは種種考えられる。例をあげると、

要素：前回制御時の中央検出温度、今の中央検出温度、中央制御温度、
前回制御時の端部検出温度、今の端部検出温度、端部制御温度、

パラメータ例：
（今の中央検出温度 − 前回の中央検出温度）
（中央制御温度 − 今の中央検出温度）
（今の端部検出温度 − 前回の端部検出温度）
（端部制御温度 − 今の端部検出温度）

などである。これらのパラメータ例のうち２種類を選びだし、図７に例として示してあるようなテーブルの縦軸、横軸を決めることとし、選ばれたテーブル上の交点の値を１秒間のうち定着ヒータをつける時間の割合とする（この割合のことをヒータ点灯デューティ（Ｄｕｔｙ）と呼ぶ）。ここでは１秒期間中の３０％をつける、となった場合は１秒のうち後半の０．３秒間をオンする期間とし、定着ヒータがオフからオンに切り替わる際は上述したソフトスタート制御を行うこととする。

この制御状態を表したのが、図６になる。ここでヒータオン時の斜めの線はソフトスタート制御を行っていることを表している。上述してきたように１本のヒータを制御するには最低１つのテーブルがあれば制御できるが、動作中や待機中などの機械状態によって制御を変えたい場合にはそれぞれのテーブルを別に用意し、機械状態によってテーブルを切り替えるだけで制御を変えることが可能である。

次にヒータが２本ある場合の制御を説明する。上述したテーブルによりヒータ点灯Ｄｕｔｙを決める方式を用いて２本のヒータを制御する方法もいろいろ存在するが、ここではテーブルの数をより少なくする方式のひとつについて説明する。

１回の制御に使うテーブルは２つとし、一つのテーブルからは２本のヒータのうちどちらをつけるのか、（もしくは両方つけるのか）を選択させる。点灯ヒータを決定するための点灯ヒータ選択用テーブルを図８に示しておく。

次に２つ目のテーブルからは上記と同じようにして点灯Ｄｕｔｙを選択させる。このとき、２つのテーブルで使用する縦軸、横軸を決めるためのパラメータは同じであってもいいし、全く違うパラメータを使用しても良い。

以下、本発明に対応する実施態様を説明する。

＜第１態様＞
図８、９、１０は第１態様の発明で使用する例としてあげた点灯ヒータ選択用テーブル、ヒータオン時の点灯Ｄｕｔｙ決定用テーブル、ヒータオフ時の点灯Ｄｕｔｙ決定用テーブルである。

定着制御は上述したように制御温度と検出温度により使用する定着ヒータとその点灯間隔をテーブル検索により決めているわけだが、定着ヒータのオフからオン、オンからオフへ変化する回数を少なくする、という目的を達成するために、定着ヒータの点灯間隔を決める際に使用するテーブルを第１態様の発明では２種類用意する。

２種類のテーブルは以下のようにして使い分けており、図１１にその使い分け処理を図示したフローチャートを示す。

ある時点の定着制御を行おうとする際に、まずその時点で定着ヒータがオンしているかどうかチェックする。

オンしていれば定着ヒータオン時に使用するテーブルを使用して点灯間隔を決定し、オフ時にはヒータオフ時に使用するテーブルを使用して点灯間隔を決定する。

ヒータオン時に使用するテーブルとヒータオフ時に使用するテーブルにはデータの持ち方を工夫してある。図９、１０はその一例であるが、必ずオフ時に使用するテーブルで定着ヒータオン（図でいう１００という数字の入っている条件）と判定する条件をオン時のテーブルのそれと比較して低い温度を検出したところに設定する。

こうすることにより、制御温度を変えることと同じ効果を得ることができ、定着ヒータのオンからオフ、オフからオンへと切り替える回数を減らすことができる。

この際、重要なのは定着制御温度を変えていないということであり、たとえば通紙終了後の経過時間などの条件により定着制御温度を変えたとしても本件の制御を変えることなく、ヒステリシスに対応した制御を行うことができる。

＜第２態様＞
第２態様の発明は、点灯するヒータの種類により上述したヒータオン時とオフ時で使用する点灯間隔を決めるテーブルを切り替えるかどうか選択するものである。ここでは、端部ヒータが選択されたときに上述の切替制御を行う場合を記述する。図１２はその切替制御のフローチャートである。

まず、制御温度とその時点の検出温度を取得し、図８より使用するヒータを選択する。テーブルにより端部ヒータが選択された場合には、第１態様に記載してあるような切替制御を行う。中央ヒータが選択された場合には通常どおりに一つのテーブルを選択して点灯間隔を決定するようにする。

＜第３態様＞
第３態様の発明を図１３のフローチャートを用いて説明する。上述してきたオン時とオフ時で点灯間隔を決めるテーブルを切り替えてオン／オフの切り替え回数を少なくする制御は、機械が特定の状態にあるときだけ行うような要求もある。例として印刷動作を行っている最中を挙げるが、このときは印刷に必要な熱量をを適宜供給しなればならないため、切替制御が使えない場合がある。

そこで、点灯間隔を決める際にそのときの機械状態を参照し、特定の状態であるならば（図１３の状態では待機状態）切替制御を行うようにして点灯間隔を長くし、規格規制や寿命に対応できるようにし、それ以外の機械状態では定着性（定着装置への熱量供給）を優先した制御を行うようにして必要な要求に対応することができる。

＜第４態様＞
上記により更にヒータのオン／オフの切り替え回数を減らすために第３態様に記載の機械状態によって使用するヒータを限定するようにしたのが第４態様の発明である。

例として、機械状態が“待機状態”のときに、“端部ヒータ”のみを制御し、オン時とオフ時で点灯間隔を決めるテーブルを切り替える制御を行う場合を挙げる。図１４にその切り替え制御を行うフローチャートを示す。

まず、他と同様に制御開始時に制御温度と検出温度を取得しておく。

次に、機械状態を参照し、待機状態以外なら通常の点灯ヒータ選択テーブルを用いてヒータを選択し、同様に点灯間隔を決定する。

待機状態の場合には、点灯ヒータは端部ヒータに固定する。

次に点灯間隔は上述の第１態様と同様に端部ヒータの点灯状態により使用するテーブルを切り替えて点灯間隔を決定する。

こうすることにより、待機状態のヒータ制御は端部に固定され、かつヒステリシスをもつ温度制御を行うことにより、オン／オフの切替回数をへらし、寿命を延ばすことができる。

本実施形態で説明した定着制御処理を行う複合機、プリンタ、ＦＡＸの製品化が望める。

本実施形態に係る画像形成装置の概略レイアウトである。 本実施形態に係る画像形成装置の制御に関する構成ブロック図である。 本実施形態に係る画像形成装置を搭載した複写機のレイアウトである。 定着ヒータ駆動に関わるユニットの構成ブロック図である。 ソフトスタート処理時の時間に関する電圧出力のグラフである。 ヒータ制御状態の１例である。 １本ヒータ制御用の点灯Ｄｕｔｙ決定用テーブルである。 ２本ヒータ制御用の点灯Ｄｕｔｙ決定用テーブルである。 ヒータオン時の点灯Ｄｕｔｙ決定用テーブル ヒータオフ時の点灯Ｄｕｔｙ決定用テーブル 第１態様の動作処理フローチャートである。 第２態様の動作処理フローチャートである。 第３態様の動作処理フローチャートである。 第４態様の動作処理フローチャートである。

Claims (5)

1. 複数のヒータを設ける定着ヒータと、
   前記定着ヒータを駆動する駆動手段と、
   前記定着ヒータの温度を検出する温度検出手段と、
   前記定着ヒータを制御するためのテーブルと、
   前記テーブルに基づいて、予め定められた一定の時間毎の区切りである期間における前記定着ヒータの定着制御を行う定着制御手段と、を有する画像形成装置において、
   前記温度検出手段は、前記複数のヒータの各々について温度を検出し、
   前記テーブルは、前記温度検出手段による検出温度と制御温度から前記複数のヒータの何れを点灯させるかを選択する条件を含有する少なくとも１以上のテーブルと、前記温度検出手段による検出温度と制御温度から点灯するヒータのある期間における点灯時間の割合を決定する条件を含有する少なくとも１以上のテーブルと、を含み、
   前記定着制御手段は、ある時点において前記定着ヒータが点灯しているか否かをチェックし、前記ある時点でのチェックの結果に基づいて、前記定着ヒータが点灯している場合と前記定着ヒータが消灯している場合とで、ある期間のうち前記定着ヒータを点灯させる時間の割合を決定する条件が異なるテーブルを選択し、選択された前記テーブルを使用して前記ある時点を含む期間の次の期間のうち前記定着ヒータを点灯させる時間の割合を決定し、前記ある時点を含む期間の次の期間の定着制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記定着制御手段は、前記複数のヒータの各々について、前記ある時点において前記定着ヒータが点灯している場合と前記定着ヒータが消灯している場合とで、ある期間のうち前記定着ヒータを点灯させる時間の割合を決定する条件が異なるテーブルを選択して前記ある時点を含む期間の次の期間の定着制御を行うか否かの切替を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記定着ヒータは、中央部及び端部にヒータを設け、
   前記温度検出手段により検出された中央部に係るヒータの中央制御温度と中央検出温度の差分、および、端部に係るヒータの端部制御温度と端部検出温度の差分から前記複数のヒータのうち何れを点灯させるかを選択する条件を含有するテーブルを有し、
   前記定着制御手段は、装置内のモード状態に基づいて、前記ある時点において前記定着ヒータが点灯している場合と前記定着ヒータが消灯している場合とで、ある期間のうち前記ヒータを点灯させる時間の割合を決定する条件が異なるテーブルを選択して前記ある時点を含む期間の次の期間の定着制御を行うか否かの切替を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記定着制御手段は、装置内のモード状態が特定のモード状態である場合に、前記複数のヒータうち特定のヒータを制御するように固定し、前記ある時点において前記定着ヒータが点灯している場合と前記定着ヒータが消灯している場合とで、ある期間のうち前記特定のヒータを点灯させる時間の割合を決定する条件が異なるテーブルを選択し、選択された前記テーブルを使用して前記ある時点を含む期間の次の期間の定着制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
5. 前記ある期間のうち前記定着ヒータを点灯させる時間の割合を決定する条件は、前記温度検出手段による前記定着ヒータの検出温度と前記定着ヒータの制御温度との差分であり、
   前記ある時点において前記定着ヒータが消灯している場合よりも前記定着ヒータが点灯している場合の方が、前記ある時点を含む期間の次の期間において前記定着ヒータを点灯させる時間の割合が長いことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。

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