JP4658669B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、その定着装置に関する。

近年、環境面への配慮や、各種の規格などに適合すること等を理由として、オフィス機器の省エネルギー化が必要となっている。そのため、デジタル複写機、レーザプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置においても、そのウォームアップタイムの短縮が課題として挙げられ、中でも定着装置の立ち上げ時間の短縮が重要な課題とされている。
そのため、近年、定着装置の立ち上げ時間の短縮が図られた結果、定着装置の温度検知もさらに高精度の技術が必要とされているが、現時点では十分に高精度であるとはいえない。特に、定着装置のウォームアップ動作時に着目すると、定着装置に搭載された定着ローラの実際の温度に対して、その検知温度は低くなり、実際には定着装置に対して通紙可能な状態、すなわち、画像形成動作の開始が可能になっているにも関わらず、画像形成動作の開始が未だ不可能であると判断し、画像形成動作の開始が遅れてしまう不都合がある。
このような不都合を回避するため、定着装置による定着可能温度に到達する時間を計算により求め、その時間をカウントし、その時間のカウントアップをもってウォームアップ動作を完了させて、画像形成装置を通紙可能状態に以降させるような制御が行われている（特許文献１〜３を参照）。
特開平１１−１８４３６０号公報 特開平８−２２７２４９号公報 特開平５−１２７５６５号公報

しかしながら、前述のような制御を行う場合、想定している範囲内の入力条件、環境条件の場合であれば問題はないが、その想定範囲を逸脱した場合には不具合の発生する可能性がある。
例えば、定着装置への入力電圧が当初の想定以下であった場合、定着温度の上昇は不十分なものとなるが、計算によりあらかじめ求めた時間の経過をもってウォームアップを完了させて通紙を開始とすると、定着温度が不十分であるため、定着不良を伴った画像となってしまうことになる。
このような場合に対し、入力電圧を監視する装置構成を画像形成装置に搭載することも考えられるが、この場合は製造コストの上昇を伴うことから、低価格の機種には適用できないという不具合がある。
そこで、本発明の目的は、このような不具合を解消し、ウォームアップタイムを短縮し、定着不良等の画像の不具合のない良好な印字品質を図ることを、製造コストの上昇を伴うことなく実現することである。

請求項１に記載の発明は、印字媒体上にトナー画像を形成し、当該トナー画像を定着ローラで加圧、加熱して前記印字媒体上に定着する電子写真方式の画像形成装置において、前記加熱を行うヒータと、前記定着ローラの温度を検出する温度センサと、前記ヒータにより前記定着ローラを加熱してウォームアップするウォームアップ手段と、前記温度センサの検出温度が予め設定されている第１所定温度に達したこと又は予め設定された所定時間が経過したことを条件として前記加熱を行うヒータによる前記定着ローラのウォームアップを完了する第１ウォームアップ管理手段と、前記所定時間の経過があっても前記検出温度が前記第１ 所定温度より小さい予め設定されている第２所定温度以下のときは、前記第１ウォームアップ管理手段にかかわらず前記検出温度が前記第１所定温度よりも高い予め設定された第３所定温度に達するまで前記ウォームアップを継続する第２ウォームアップ管理手段と、を備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、印字媒体上にトナー画像を形成し、当該トナー画像を定着ローラで加圧、加熱して前記印字媒体上に定着する電子写真方式の画像形成装置において、前記加熱を行うヒータと、前記定着ローラの温度を検出する温度センサと、前記ヒータにより前記定着ローラを加熱してウォームアップするウォームアップ手段と、前記温度センサの検出温度が予め設定されている第１所定温度に達したこと又は予め設定された所定時間が経過したことを条件として前記加熱を行うヒータによる前記定着ローラのウォームアップを完了する第１ウォームアップ管理手段と、前記検出温度の温度勾配が予め設定されている基準値以下であるときは、前記第１ウォームアップ管理手段にかかわらず前記検出温度が前記第１所定温度よりも高い予め設定された第３所定温度に達するまで前記ウォームアップを継続する第２ウォームアップ管理手段と、を備えていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記第２ウォームアップ管理手段を、前記ウォームアップ中に前記定着ローラへの前記印字媒体の供給を行う旨の信号が出力された場合にのみ実行することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの一項に記載の画像形成装置において、前記ウォームアップ完了後に前記定着ローラへの前記印字媒体の供給を行う旨の信号が出力されたときは、前記検出温度が前記第３所定温度以上でないときは、前記検出温度が前記第３所定温度以上となることを待って前記印字媒体の供給を開始する印字媒体供給管理手段をさらに備えていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、定着ローラのウォームアップ動作は、所定時間経過時の検出温度が第２所定温度以下の場合には第３所定温度までウォームアップを継続するので、ヒータへの入力電圧不足が発生したときには実際に印字媒体が定着ローラに到達した時の温度が想定より低くなるような場合にも、ウォームアップタイムを短縮し、定着不良等の画像の不具合のない良好な印字品質を図ることを、製造コストの上昇を伴うことなく実現することができる。

請求項２に記載の発明によれば、定着ローラのウォームアップ動作は、所定時間到達までの温度勾配を算出し、算出された温度勾配が所定の基準値以下の場合には第３所定温度に達するまでウォームアップを継続するので、ヒータへの入力電圧不足が発生したときには実際に印字媒体が定着ローラに到達した時の温度が想定より低くなるような場合にも、ウォームアップタイムを短縮し、定着不良等の画像の不具合のない良好な印字品質を図ることを、製造コストの上昇を伴うことなく実現することができる。

請求項３に記載の発明によれば、定着ローラに印字媒体の供給がないときは、第１所定温度などに達していない場合でも機能上は何ら問題ないことを考慮して、ウォームアップタイムを短縮することができる。
請求項４に記載の発明によれば、ウォームアップ中に印字媒体の供給がなく、第１所定温度に到達しないまま所定時間が経過した直後に通紙信号が入ることも考慮して、ウォームアップタイムを／ことなく実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の一形態について説明する。
図１は、本実施形態の画像形成装置１０１の縦断面図である。画像形成装置１０１は、電子写真方式の画像形成装置であり、本例ではデジタル複写機である。
画像形成装置１０１は、感光体１を備えている。また、感光体１の周りには、帯電装置２、クリーニング装置３、露光装置４、トナーを供給して感光体１上の静電潜像を顕像化する現像装置６、及び転写装置７など、電子写真プロセスを実現する周知の装置が配置されている。

画像形成装置１０１の下部に配置され着脱可能な第１給紙部１０内の印字媒体（用紙、ＯＨＰシートなど。以下では単に「用紙」という。）は、底板１１で給紙ローラ１２に押しつけられ（その加圧のための手段は図示しない）、給紙ローラ１２が回転すると用紙の最上紙は分離パッド１３で一枚ずつに分離されながらレジストローラ２０まで搬送され、感光体１上のトナー画像と同期するようにタイミングがとられて、転写装置７に送り出される。転写装置７によって感光体１からトナー画像が転写された記録紙はさらに定着装置３０に搬送され、ヒータ３１を内蔵した定着ローラ３２と圧接対向する加圧ローラ３３との間を通過して、加圧、加熱によりトナー像が定着される。その後、画像形成の終わった用紙は排紙ローラ対３４により画像面を下にして、排紙トレイ４０の上に排出される。

図２は、画像形成装置１０１の制御系の電気的な接続のブロック図である。この制御系は、画像形成装置１０１の各部を集中的に制御するＣＰＵ５１と、ＣＰＵ５１が実行する各種プログラムや固定データを記憶しているＲＯＭ５２と、ＣＰＵ５１の作業エリアとなるＲＡＭ５３とがバス５４で接続されている。
さらに、バス５４には、定着ローラ３２を駆動するモータ５５と、定着ローラ３２の温度を検出する温度センサ３５と、ヒータ３１とが、それぞれモータ駆動回路５６、センサ回路５７、ヒータ駆動回路５８を介して接続されている。そのほか、バス５４には、画像形成装置１０１に使用する様々なセンサ、アクチュエータが接続されているが、これらについては図示、説明を省略する。
ＣＰＵ５１は、温度センサ３５で検出した定着ローラ３２の温度に基づいてヒータ３１のオン、オフ制御を行って、定着ローラ３２の温度を狙いの範囲となるように制御している。

画像形成装置１０１においては、前述のように定着装置３０の立ち上げ時間の短縮がなされている。よって、定着ローラ３２の温度上昇速度は速く、温度センサ３５の応答遅れが生じてしまう。特に、画像形成装置１０１の継続使用により温度センサ３５の検出部に汚れ付着等が生じると、いっそう顕著な応答遅れが発生する。

図３を参照して、この応答遅れについて具体的に説明する。図３は、時間経過に対応する温度変化を示すグラフであり、符号６１は定着ローラ３２の実温度を示し、符号６２は温度センサ３５の検出温度を示す。図３においては、定着ローラ３２の実温度は所定時間ｔ１内に所定温度Ｔ１に到達しているが、温度センサ３５の検出温度は所定時間ｔ１の時点で所定温度Ｔ１に到達しておらず、ＣＰＵ５１はウォームアップタイム（＝所定時間ｔ１）に達しているにもかかわらず、達していないと判断してしまう。
このままでは、規格どおりのウォームアップタイムを実現することはできない。また、許容されるヒータ３１の出力値、定着ローラ３２の肉厚等、熱量的に限界に近い設定としていることが通例であるため、温度センサ３５の応答遅れを考慮した設定まで余裕を持たせることは不可能である。

そこで、温度センサ３５の遅れはあっても、実際の定着ローラ３２の温度は所定時間ｔ１内に所定温度Ｔ１に上昇しているとの予測のもとに、所定時間経過によりウォームアップ完了と判断する制御がしばしば用いられている。図４に、その制御の概略フローチャートを示す。

この制御の内容について説明すると、所定のカウンタのカウント値ｔを０にリセットして、このカウンタのカウント開始し（ステップＳ１）、定着ローラ３２の温度上昇中は第１所定温度Ｔ１（＝リロード温度）に到達したか否か（ステップＳ２）、所定時間ｔ１経過したか否か（ステップＳ３）を監視している。所定時間ｔ１内に所定温度Ｔ１に到達すれば、リロードであるが（ウォームアップ完了と判断するが）（ステップＳ４）、Ｔ１に到達していなくても（ステップＳ２のＮ）、所定時間ｔ１経過すると（ステップＳ３のＹ）、同様にリロードとなる（ウォームアップ完了と判断する）（ステップＳ４）。

ところが、定着ローラ３２の温度上昇は考慮できるバラツキ、例えば、ヒータ３１の出力、定着ローラ３２の肉厚等、定着装置３０自体のバラツキは、装置内要因であるので想定される最悪条件を見越して設定すればよいが、その他に外部要因として、入力電圧、画像形成装置１０１の設置環境等、想定の範囲を逸脱するものも考えられる。
このような場合、所定時間ｔ１経過後の定着ローラ３２の実温度が低過ぎ、即座に通紙を行った場合には定着不良等の不具合を発生することが考えられる（図５に定着ローラ３２の温度上昇のグラフを示す）。

画像形成装置１０１の設置環境については、温度センサ３５を備えているため環境（主に温度）に応じた制御が可能である。一例としては、想定以下の定着ローラ３２の検出温度時に電源投入された場合は、所定時間ｔ１の経過によるウォームアップの終了は行わない等である。他方、ヒータ３１への入力電圧については、これ検出することは可能ではあるが、従来、このような検出を行う手段は備えていないので、別途電圧センサなどの追加が必要となり、製造コストの上昇、画像形成装置１０１内のレイアウトに影響が及ぶ等、不具合があり、特に、画像形成装置１０１が小型、低コストの機種である場合は不適当である。

そこで、電圧センサの追加などの製造コストの上昇を招くことなく、前述の不具合を解消するため、本実施形態で採用する定着装置３０の定着温度制御、特に、その立ち上がり時の制御に関して説明する。
まず、所定時間ｔ１経過時に検出された定着温度が低すぎる場合、特に、検知の誤差を逸脱し、そのまま通紙されたときに、不具合を伴う画像となることが予見される場合には、図６のフローチャートに示すような定着制御を行うことが考えられる。
図６において図４と同一符号のステップについては前述の図４の説明と同様であり、詳細な説明は省略する。図６の制御では、図４の従来例と同様に所定時間ｔ１経過により（ステップＳ３のＹ）リロードさせる場合には（ステップＳ４）、所定温度（第１所定温度）Ｔ１より低い温度である第２所定温度Ｔ２に到達しているか否かを判断し（ステップＳ５）、第２所定温度Ｔ２に到達していることを条件とする（ステップＳ５のＹ）。第２所定温度Ｔ２の具体的な値は、そのまま定着装置３０に通紙した場合に不具合画像となるか否かという観点と、明らかにヒータ３１への入力電圧が異常に低いと判断できるという観点から決定する。
第２定温度Ｔ２に到達していない場合（ステップＳ５のＮ）、十分定着可能な第１所定温度Ｔ１に到達するまでリロードしない（ステップＳ６）。この場合は、ウォームアップタイムは満足できないが定格電圧が入力されていないことは明らかと判断できるので、問題ではない。

図７は、所定時間ｔ１への到達でリロードさせるか否かを温度勾配で判断する制御例である。図７において図４と同一符号のステップについては前述の図４の説明と同様であり、詳細な説明は省略する。すなわち、本例ではウォームアップ中に所定の間隔で温度センサ３５による検出温度の温度勾配Ｋを監視する。そして、温度勾配Ｋをその基準値Ｋ１と比較する。このときの基準値Ｋ１の具体的な値は、そのまま定着装置３０に通紙した場合に不具合画像となるか否かという観点と、明らかにヒータ３１への入力電圧が異常に低いと判断できるという観点との両方から決定する。
そして、温度勾配Ｋが基準値Ｋ１以上の場合には（ステップＳ７のＹ）、継続して温度勾配Ｋを監視しながら所定時間ｔ１への到達あるいは所定温度Ｔ１への到達を待ち（ステップＳ２，Ｓ３）、所定時間ｔ１、所定温度Ｔ１への到達により（ステップＳ２のＹ，Ｓ３のＹ）、リロードさせる（ステップＳ４）。温度勾配Ｋが基準値Ｋ１以下であるときは（ステップＳ７のＮ）、時間経過が所定時間ｔ１に達したか否かの判断は行わず、所定温度Ｔ１への到達のみを判断して（ステップＳ８）、所定温度Ｔ１でリロードする（ステップＳ８のＹ，Ｓ４）
また、通常、リロード温度の設定は、リロード温度到達後に、給紙を開始して定着装置３０に用紙が到達するまでの用紙の搬送時間の間に定着温度が上昇することを考慮し、定着可能温度よりも低く設定している。

ところが、上記のようにヒータ３１への入力電圧不足が発生した場合には、リロード温度の到達時間が遅くなるばかりでなく、給紙開始から定着装置３０に用紙が到達までの温度上昇も小さくなり、実際に用紙が定着装置３０に到達した時の温度が想定より低くなることが考えられる。

そこで、前述の図６、図７の例において、ステップＳ６，Ｓ８に代えて、図８、図９に示すようにステップＳ９，Ｓ１０を用意し、ステップＳ９，Ｓ１０では、前述の第１所定温度Ｔ１よりも高い予め設定された温度値である第３所定温度Ｔ３をリロード温度とすることで、このような不具合を解消することができる。

なお、以上説明した制御は、リロード（ステップＳ４）直後に定着ローラ３２に通紙がある場合に有効である。リロード直後に定着ローラ３２に通紙がないときは、所定温度Ｔ１などに達していない場合でも所定時間ｔ１でリロードしても機能上は何ら問題ない。そこで、図６〜図９を参照して説明した前述の制御は、定着ローラ３２のウォームアップ中に通紙信号がある場合、すなわち、定着ローラ３２への用紙の供給を行う旨の信号が出力されたときにのみ実行するようにしてもよい。
この場合において、ウォームアップ中に通紙信号がなく、所定温度Ｔ１に到達しないまま所定時間ｔ１が経過してリロード（ステップＳ４）したその直後に通紙信号が入ることも考えられる。このような場合は、定着ローラ３２の定着温度が十分上がらず、定着不良が起こる懸念がある。

そこで、このような事態の発生に備え、ウォームアップ完了後に、通紙信号と同時に定着ローラ３２の温度が所定温度Ｔ１（あるいは所定温度Ｔ３）に到達しているか否かを判断し、所定温度Ｔ１（あるいは所定温度Ｔ３）に到達していない（しかも、所定温度Ｔ２より高い）場合は、所定温度Ｔ１（あるいは所定温度Ｔ３）までの温度上昇を待って定着ローラ３２への通紙動作を開始させるようにしてもよい。

本発明の一実施形態である画像形成装置の縦断面図である。 画像形成装置の電気的な接続を示すブロック図である。 本発明の課題を説明するグラフである。 従来の定着制御の内容を説明するフローチャートである。 従来の定着制御の内容を説明するグラフである。 本実施形態の定着制御の内容を説明するフローチャートである。 本実施形態の定着制御の他の例の内容を説明するフローチャートである。 本実施形態の定着制御の他の例の内容を説明するフローチャートである。 本実施形態の定着制御の他の例の内容を説明するフローチャートである。

符号の説明

３０ 定着装置
３１ ヒータ
３２ 定着ローラ
３５ 温度センサ
１０１ 画像形成装置

Claims (4)

1. 印字媒体上にトナー画像を形成し、当該トナー画像を定着ローラで加圧、加熱して前記印字媒体上に定着する電子写真方式の画像形成装置において、
   前記加熱を行うヒータと、
   前記定着ローラの温度を検出する温度センサと、
   前記ヒータにより前記定着ローラを加熱してウォームアップするウォームアップ手段と、
   前記温度センサの検出温度が予め設定されている第１所定温度に達したこと又は予め設定された所定時間が経過したことを条件として前記加熱を行うヒータによる前記定着ローラのウォームアップを完了する第１ウォームアップ管理手段と、
   前記所定時間の経過があっても前記検出温度が前記第１所定温度より小さい予め設定されている第２所定温度以下のときは、前記第１ウォームアップ管理手段にかかわらず前記検出温度が前記第１所定温度よりも高い予め設定された第３所定温度に達するまで前記ウォームアップを継続する第２ウォームアップ管理手段と、
   を備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 印字媒体上にトナー画像を形成し、当該トナー画像を定着ローラで加圧、加熱して前記印字媒体上に定着する電子写真方式の画像形成装置において、
   前記加熱を行うヒータと、
   前記定着ローラの温度を検出する温度センサと、
   前記ヒータにより前記定着ローラを加熱してウォームアップするウォームアップ手段と、
   前記温度センサの検出温度が予め設定されている第１所定温度に達したこと又は予め設定された所定時間が経過したことを条件として前記加熱を行うヒータによる前記定着ローラのウォームアップを完了する第１ウォームアップ管理手段と、
   前記検出温度の温度勾配が予め設定されている基準値以下であるときは、前記第１ウォームアップ管理手段にかかわらず前記検出温度が前記第１所定温度よりも高い予め設定された第３所定温度に達するまで前記ウォームアップを継続する第２ウォームアップ管理手段と、
   を備えていることを特徴とする画像形成装置。
3. 前記第２ウォームアップ管理手段を、前記ウォームアップ中に前記定着ローラへの前記印字媒体の供給を行う旨の信号が出力された場合にのみ実行する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. 前記ウォームアップ完了後に前記定着ローラへの前記印字媒体の供給を行う旨の信号が出力されたときは、前記検出温度が前記第３所定温度以上でないときは、前記検出温度が前記第３所定温度以上となることを待って前記印字媒体の供給を開始する印字媒体供給管理手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の画像形成装置。

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