JP4663086B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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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、静電記録方式等の作像プロセスによりトナー像を記録材に転写方式または直接方式で形成し、そのトナー像を定着装置により加熱定着する画像形成装置に関し、特に定着の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式、静電記録方式等の作像プロセスを利用した画像形成装置では、感光体上に静電潜像を形成し、潜像を現像剤を用いて現像してトナー像として可視化し、このトナー像を紙などの記録材上に転写し、その後、トナー像が転写された記録材を、定着装置に設けられた定着ローラと加圧ローラとで形成されるニップ部を通過させることにより、トナー像を記録材に永久画像として加熱定着している。
【０００３】
近年、特にスタンバイ時に定着装置に電力を供給せず、消費電力を極力抑えた定着方法、詳しくは加熱ヒータ部と加圧ローラ間に薄いフィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフィルム加熱方式の定着方法が、特開昭６３−３１３１８２号、特開平２−１５７８７８号、特開平４−４４０７５号、特開平４−２０４９８０号などに提案されている。
【０００４】
フィルム加熱方式の定着装置は、図２に示されるように、耐熱性のステイホルダー（支持体）１２にヒータ１１を固定し、そのヒータ１１の外側に耐熱性樹脂の円筒状の薄肉のフィルム（定着フィルム）１３を配置し、弾性を有する加圧ローラ２０をフィルム１３を介してヒータ１１に圧接して、フィルム１３と加圧ローラ２０との間に所定の幅のニップ部を形成している。ヒータ１１は通電により加熱され、そのヒータ温度をヒータ１１の背面に設置されたサーミスタ等の温度検知手段１４で検知して、画像形成装置の図示しない制御部（エンジンコントローラ）にフィードバックすることにより、ヒータ１１を所定の定着温度に温度調節している。
【０００５】
トナー像を定着するには、ヒータ１１を定着温度に温調し、定着フィルム１３を矢印方向に回転させ、その状態で定着フィルム１３と加圧ローラ２０との定着ニップ部へトナー像を担持した記録材Ｐを導入する。記録材Ｐは、定着フィルム１３の面に密着し、そのフィルム１３と一所に定着ニップ部を挟持搬送され、定着ニップ部を通過する間に、記録材およびその上のトナー像がヒータ１１により定着フィルム１３を介して加熱されて、トナー像が記録材に定着される。定着ニップ部を通過した記録材は、定着フィルム１３の面から剥離して搬送される。
【０００６】
このようなフィルム加熱方式の定着装置を用いたプリンター、複写機等の画像形成装置は、定着装置の加熱効率や立ち上がりの速さが高いことにより、待機中の予備加熱の不要化や待ち時間の短縮化など、従来の熱ローラ等による定着装置を用いた場合に比べて多くの利点を有している。
【０００７】
このフィルム加熱方式を採用した画像形成装置は、図３に示すように、各部が電気的に制御されている。まず始めに使用者が、パーソナルコンピュータ等の外部情報機器５０において、文書や図、画像などのプリント目的の原稿（電子原稿）を作成し、その作成された電子原稿をプリントする指示を外部情報機器５０から発信すると、電子原稿の画像データは画像形成装置５２の画素情報変換部（ビデオコントローラ）５１に送られる。ビデオコントローラ５１は、送られた画像データを画像展開してビデオ信号に変換する。画像展開が終了すると、ビデオコントローラ５１はエンジンコントローラ５３に対してプリント動作を開始する信号（プリント信号）を送るとともに、画像のビデオ信号を送信する。
【０００８】
エンジンコントローラ５３は、プリント信号を受け取ると、感光ドラムに書き込むための走査露光装置５４を立ち上げる指令と、定着装置５８に送電を開始し、ヒータが定着可能温度に達するように立ち上げる指令を出す。これらの走査露光装置５４や定着装置５８がそれぞれ所定の回転数および温度に立ち上がったところで、給紙部５６、搬送部５７が動作して記録材の搬送が開始され、現像・転写部５５での画像形成プロセスを経て、定着装置５８で記録材に転写されたトナー像の加熱定着を行い、一連のプリント動作が完了する。
【０００９】
ここで、使用者がプリント開始の指示を出してから、プリント動作が完了するまでの各段階の中で待ち時間（ウエイトタイム）となる時間は、ビデオコントローラ５１において画像展開に要する時間と、画像形成装置５２の立ち上げ時間、そして給紙動作が始まってからの画像形成プロセス（プリント動作）の時間を加えたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の方法によってプリント動作を行う場合、画像形成装置内の画素情報変換部（ビデオコントローラ）で画像展開を行った後、画像形成装置制御部（エンジンコントローラ）にプリント信号を出してからエンジンの立ち上げを行い、プリント動作を開始するので、画像形成装置使用時の待ち時間が長かった。
【００１１】
すなわち、使用者が外部情報機器においてプリント開始の指示を出してから、プリント動作が開始するまでには、画像展開時間と装置立ち上げ時間に分けられる待ち時間が存在する。ここで、立ち上げ開始を指示するプリント信号をエンジンコントローラが受け取るのは、ビデオコントローラで画像展開が終了した後であり、したがって画像展開が行われている間は、エンジンは一切の動作を行っていないことになる。
【００１２】
近年のパーソナルコンピュータの高性能化にともなうインターネットの普及や、デジタルカメラなどの画像情報を記録する端末機器の発達により、使用者がパーソナルコンピュータ上で作成する原稿は、写真やグラフィック等が含まれる複雑なものが多くなってきており、それらの画像データ量は非常に多くなってきている。このようなデータ量の大きい画像をプリントしようとした場合、ビデオコントローラでの画像展開処理に多くの時間を要してしまい、結果として使用者の待ち時間は長くなる一方である。
【００１３】
そこで、上記の問題点を改善するには、画像展開に多くの時間を要するような場合でも、その時間中に画像形成装置のエンジン部を立ち上げておき、いつでもプリント動作が可能な状態にしておけば、画像展開が終了しプリント信号を受けると同時にプリント動作を開始することができる。つまり、これまで立ち上げにかかっていた時間を短縮することが可能となり、使用者がこれまで待ち時間に対して感じていたストレスを少しでも軽減することができる。
【００１４】
しかしながら、このように予め画像形成装置のエンジン部を画像展開中に立ち上げておくことは、定着装置のヒータを通常のタイミングより早いタイミングで通電開始することになる。画像展開時間に定着装置が定着可能温度に達すれば、エンジンコントローラがプリント信号を受けるまでヒータは、目標定着温度を維持したまま待機することになる。画像展開時間が長ければ、定着装置は非常に長い時間高温で待機しなければならず、ヒータの熱は直接定着ニップ部で加圧ローラに伝達するために、加圧ローラの温度が通常の立ち上げを行う場合よりも非常に高温になることが懸念される。
【００１５】
加圧ローラが昇温すればニップ部内の温度が高くなり、このニップ部を記録材（紙）が通過するとき、記録材に含まれている水分は加熱されて蒸発し、水蒸気となって外部に放出される。加圧ローラの温度が高い場合、水蒸気は非常に高い圧力で放出されるため、記録材と加圧ローラ間に水蒸気の層ができ、記録材と加圧ローラ間の摩擦力が小さくなる。記録材は、加圧ローラとの摩擦力によって従動搬送されることを考えると、摩擦力が極度に小さくなれば、記録材は加圧ローラに対して滑って搬送することが不可能となり、定着装置においてスリップによる紙づまり（ジャム）を起こす。
【００１６】
この他にも、ニップ部内の温度が高温になりすぎるため、トナーが記録材に固着されず、溶けて定着フィルム側に付着しオフセットする（高温オフセット）。
【００１７】
このように、従来は、以上のような問題を生じるために、画像展開中に定着装置を立ち上げてプリント時間を短縮することが容易ではなかった。
【００１８】
従って、本発明の目的は、装置のエンジン部を予め立ち上げておき、画像展開終了と同時にプリント動作が開始できるようにし、かつ定着装置で記録材のスリップや高温オフセットが起こらないように加圧ローラの昇温を抑制することを可能とした画像形成装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、第一の態様によれば、受信した画像情報を展開処理して画像信号に変換する画素情報変換手段と、前記画素情報変換手段により変換された前記画像信号に基づいて記録材に形成したトナー像を、加熱ヒータを内蔵した加熱部材と加圧部材が互いに圧接して形成された定着ニップ部において記録材に加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置であって、
前記画素情報変換手段からの信号に応じて画像形成動作を制御する制御手段と、
前記加熱ヒータの温度を検知する温度検知手段と、を有し、
前記画素情報変換手段は、前記画像情報の展開処理を終了する以前に、前記画像形成装置の制御手段に対して前記定着手段の前記加熱ヒータを立ち上げるプレヒート信号を送信し、
前記制御手段は、前記プレヒート信号に応じて前記加熱ヒータを立ち上げて、前記画素情報変換手段による前記画像情報の展開処理が終了するまでは、記録材に前記トナー像を加熱定着するための目標温度よりも低い待機温度で前記加熱ヒータの温度を制御し、
前記温度検知手段によって、前記プレヒート信号に応じた前記加熱ヒータの立ち上げの直前に検知した検知温度に応じて、前記待機温度を変化させる、
ことを特徴とする画像形成装置が提供される。
本発明の第二の態様によれば、受信した画像情報を展開処理して画像信号に変換する画素情報変換手段と、前記画素情報変換手段により変換された前記画像信号に基づいて記録材に形成したトナー像を、加熱ヒータを内蔵した加熱部材と加圧部材が互いに圧接して形成された定着ニップ部において前記トナー像を記録材に加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置であって、
前記画素情報変換手段からの信号に応じて画像形成動作を制御する制御手段と、
前記加圧部材の表面温度を検知する温度検知手段と、を有し、
前記画素情報変換手段は、前記画像情報の展開処理を終了する以前に、前記画像形成装置の制御手段に対して前記定着手段の前記加熱ヒータを立ち上げるプレヒート信号を送信し、
前記制御手段は、前記プレヒート信号に応じて前記加熱ヒータを立ち上げて、前記画素情報変換手段による前記画像情報の展開処理が終了するまでは、記録材に前記トナー像を加熱定着するための目標温度よりも低い待機温度で前記加熱ヒータの温度を制御し、
前記温度検知手段によって、前記プレヒート信号に応じた前記加熱ヒータの立ち上げの直前に検知した検知温度に応じて、前記加熱ヒータの待機温度を変化させる、
ことを特徴とする画像形成装置が提供される。
本発明の第三の態様によれば、受信した画像情報を展開処理して画像信号に変換する画素情報変換手段と、前記画素情報変換手段により変換された前記画像信号に基づいて記録材に形成したトナー像を、加熱ヒータを内蔵した加熱部材と加圧部材が互いに圧接して形成された定着ニップ部において前記トナー像を記録材に加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置であって、
前記画素情報変換手段からの信号に応じて画像形成動作を制御する制御手段を有し、
前記画素情報変換手段は、前記画像情報の展開処理を終了する以前に、前記制御手段に対して前記定着手段の前記加熱ヒータを立ち上げるプレヒート信号を送信し、前記画像情報の展開処理の終了後に、前記制御手段に対してプリント信号を送信し、
前記制御手段は、前記プレヒート信号に応じて前記加熱ヒータを立ち上げて、前記画像情報の展開処理中に前記定着手段によって前記トナー像を記録材に加熱定着する際の定着温度よりも高い目標温度になるように制御し、前記加熱ヒータを前記高い目標温度に立ち上げた後、前記プリント信号を受信するまでの間に、所定期間毎に前記高い目標温度から前記定着温度に向けて段階的に下げるように制御する、
ことを特徴とする画像形成装置が提供される。
【００２０】
本発明によれば、前記加熱部材が、前記定着ニップ部で前記加圧部材と圧接して移動可能なフィルムと、前記定着ニップ部で前記フィルムの内側に配置された前記フィルムに接触するヒータとを備えて構成される。前記加圧部材が弾性ローラからなる。前記フィルムが円筒体に形成され、前記弾性ローラの回転により従動して回転する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２３】
実施例１
図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略図である。
【００２４】
図１に示すように、画像形成装置は、像担持体としてドラム状電子写真感光体、すなわち感光ドラム１を備え、感光ドラム１は、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料の層をアルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基板上に形成してなっており、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。
【００２５】
感光ドラム１は、その回転過程で、接触帯電手段である帯電ローラ２により表面を一様に帯電され、ついで図示しない画素情報変換手段（ビデオコントローラ）によって画像展開されたビデオ信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービーム３による走査露光が施され、感光ドラム１の表面に静電潜像が形成される。この走査露光装置は、ポリゴンミラーの回転により、ポリゴンミラーに反射するレーザ光を走査するスキャナユニットからなる。
【００２６】
感光ドラム１上の静電潜像は、現像装置４によって現像剤（トナーまたはトナー＋キャリア）を用いて現像され、トナー像として可視化される。感光ドラム１上に得られたトナー像は、給紙カセット９または図示しない給紙トレイから供給して、レジストローラ３０により所定のタイミングで感光ドラム１に搬送された記録材Ｐ上に転写ローラ５により転写される。このとき、転写ローラ５の手前前方の先端センサ８で給紙カセット９から供給された記録材Ｐ先端の通過を検知して、感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録材の先端の書き出し位置（転写開始位置）が合致するように、記録材の感光ドラム１への搬送タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材は、感光ドラム１と転写ローラ５との間に一定の加圧力で挟持搬送されながらトナー像を転写される。
【００２７】
トナー像が転写された記録材は定着装置６へ搬送され、トナー像が永久画像として定着される。定着が終了した記録材は、耐熱性の定着排紙ガイドに案内されて、排紙ローラおよび排紙コロに挟持搬送され、排出トレイ上に排出される。一方、感光ドラム１上に残存した転写残りトナーは、クリーニング装置７により感光ドラム１の表面から除去される。
【００２８】
本実施例における定着装置の概略構成を図２に示す。図２に示すように、定着装置６は加熱部材１０と加圧ローラ２０とを備え、その加熱部材１０をフィルム加熱方式として、加熱部材１０の熱容量をできる限り小さく抑えることにより、クイックスタート性を満足させている。
【００２９】
加熱部材１０は、耐熱性樹脂で形成された円筒状の薄肉のフィルム（定着フィルム）１３内に、図示しない支持部材により耐熱性のステイホルダー（支持体）１２を配置し、そのホルダー１２の加圧ローラ２０側の部分に加熱ヒータ１１を保持してなっている。ヒータ１１の定着ニップ部とは反対側の背面には、ヒータ１１の温度検知手段１４、たとえばサーミスタが設けられている。加圧ローラ２０は弾性ローラからなり、定着フィルム１３を介して加熱ヒータ１１に圧接することにより、定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に所定の幅でニップ部を形成している。
【００３０】
記録材Ｐの搬送方向に関して、定着ニップ部の前方、後方には、それぞれ入り口ガイド１４、出口ガイド１６が設置され、出口ガイド１６の後方には定着排紙手段を構成するローラ１７、コロ１８が配置されている。
【００３１】
定着フィルム１３は、加圧ローラ２０の回転力により、定着ニップ部においてヒータ１１の面に密着して摺動しつつ、矢印の方向に回転移動される。定着フィルム１３に駆動手段を設けて、定着フィルム１３を能動回転することもできる。定着フィルム１３は円筒状とされているが、エンドレスベルト状もしくはロール巻きの有端ウエブ状の部材としてもよい。
【００３２】
ヒータ１１を定着温度に温調し、定着フィルム１３を矢印方向に回転させ、その状態でトナー像を担持した記録材Ｐを入り口ガイド１５を経て、定着フィルム１３と加圧ローラ２０との定着ニップ部に導入すると、記録材Ｐは定着フィルム１３の面に密着し、その定着フィルム１３と一所に定着ニップ部を挟持搬送され、定着ニップ部を通過する間に、記録材およびその上のトナー像がヒータ１１により定着フィルム１３を介して加熱されて、トナー像が記録材に定着される。定着ニップ部を通過した記録材は、定着フィルム１３の面から剥離して、出口ガイド１６、排紙ローラ１７、排紙コロ１８を経て搬送される。
【００３３】
加熱手段としてのヒータ１１には、一般にセラミックヒータが使用される。たとえばアルミナ等の電気絶縁性、良熱伝導性、低熱容量のセラミック基板の一方の定着フィルム１３と対面する側の面に、基板長手方向（図の紙面に垂直な方向）に沿って銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｂ）、Ｔａ2Ｎ等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷等で形成し、さらにその抵抗層形成面を薄いガラス保護層で覆った形態をとる。
【００３４】
このヒータ１１の通電発熱抵抗層に図示しない給電装置から給電部を介して通電することにより通電発熱抵抗層が発熱して、セラミック基板およびガラス保護層を含むヒータ全体が急速に温度上昇する。このヒータ１１の昇温がヒータ背面の温度検知手段（サーミスタ）１４により検知されて、図示しない通電制御部へフィードバックされる。温度検知手段１４によるヒータの温度検知は、搬送可能な全ての記録材が通過するヒータの幅方向領域をカバーしている。
【００３５】
通電制御部は、温度検知手段１４で検知されたヒータ温度が、所定の定着温度にほぼ維持されるように、通電発熱抵抗層に対する給電を制御する。制御方法としては、印加する電圧の波数の増減を制御する波数制御方式、電圧の各位相角から電圧を印加する位相制御方式等がある。これらの制御方式によってヒータ１１は、所定の定着温度に加熱、温調される。
【００３６】
定着フィルム１３は、定着ニップ部においてヒータ１１の熱を効率よく記録材Ｐに与えることができるよう、厚さを２０〜７０μｍとかなり薄くしている。この定着フィルム１３は、フィルム基層、プライマー層および離型性層の３層構成とされており、フィルム基層をヒータ側、離型性層を加圧ローラ側にして使用する。
【００３７】
フィルム基層は、定着フィルム全体の引裂強度等の機械的強度を保つための層で、ヒータ１１のガラス保護層と同様、高い絶縁性を持たされており、絶縁性の高いポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等からなり、耐熱性、高弾性をも有している。プライマー層は、フィルム基層と離型性層との接着層で、厚さ２〜６μｍ程度の薄い層に形成されている。離型性層は、定着フィルムに対するトナーオフセット防止層であり、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＥＥＰ等のフッ素樹脂を厚さ１０μｍ程度に被覆して形成してある。
【００３８】
ステイホルダー１２は、たとえば耐熱性プラスチックより形成され、ヒータ１１を保持するとともに定着フィルム１３の搬送ガイドも兼ねている。ステイホルダー１２は、図示しない支持部材で支持して定着フィルム１３の円筒内に不動に配置されている。
【００３９】
加圧ローラ２０は弾性ローラとされ、アルミニウム等の金属製の芯金２１の周囲に、シリコーンゴムあるいはシリコーンスポンジ等の弾性層２２を設け、その上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素系樹脂層を離型性層２３として形成してなっている。加圧ローラ２０を所定の加圧力によって定着フィルム１３を介してヒータ１１に加圧することにより、定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に記録材上のトナー像を加熱定着するのに必要な定着ニップ部が形成される。
【００４０】
弾性を有する加圧ローラ２０を加圧すると、加熱手段のセラミックヒータ１１が高い剛性を有しているので、加圧ローラ２０がヒータ１１の扁平下面にならって圧接部で扁平になって、所定幅の定着ニップ部を形成し、定着ニップ部のみを加熱することで、クイックスタートの加熱定着が実現される。
【００４１】
フィルム加熱方式を採用した画像形成装置は、前記したように、図３に示すように、各部が電気的に制御されている。再度述べれば、まず始めに使用者が、パーソナルコンピュータ等の外部情報機器５０において、文書や図、画像などのプリント目的の原稿（電子原稿）を作成し、その作成された電子原稿をプリントする指示を外部情報機器５０から発信すると、電子原稿の画像データは画像形成装置５２の画素情報変換部（ビデオコントローラ）５１に送られる。ビデオコントローラ５１は、送られた画像データを画像展開してビデオ信号に変換する。画像展開が終了すると、ビデオコントローラ５１はエンジンコントローラ５３に対してプリント動作を開始する信号（プリント信号）を送るとともに、画像のビデオ信号を送信する。
【００４２】
エンジンコントローラ５３は、プリント信号を受け取ると、感光ドラムに書き込むための走査露光装置５４を立ち上げる指令と、定着装置５８（図１の定着装置６）に送電を開始し、ヒータが定着可能温度に達するように立ち上げる指令を出す。これらの走査露光装置５４や定着装置５８がそれぞれ所定の回転数および温度に立ち上がったところで、給紙部５６（図１の給紙カセット６および図示しない給紙トレイ）、搬送部５７が動作して記録材の搬送が開始され、現像・転写部５５（図１の現像器４および転写ローラ５）での画像形成プロセスを経て、定着装置５８で記録材に転写されたトナー像の加熱定着を行い、一連のプリント動作が完了する。
【００４３】
本実施例における加熱ヒータ１１の温調制御方式の一つの例を以下に示す。
【００４４】
フィルム加熱方式の定着装置では、加圧部材の加圧ローラ２０の表面温度によって加熱手段であるヒータ１１の温調温度を変化させている。ヒータ１１の通電発熱抵抗層への通電が行われない状態（スタンバイ状態）が長く続いた場合には、加圧ローラ２０は十分に冷えた状態になっており、したがって、トナー像を加熱定着する際には、加熱部材１０から与える熱量を主に利用する。一方、加熱定着の動作がしばらく続いた後等には、加圧ローラの表面は十分に加熱された状態にあり、したがって加熱部材１０からの熱量だけでなく、加圧ローラ２０からの熱量もトナー像の定着に必要な熱量として利用することができる。
【００４５】
つまり、加圧ローラ２０が冷えた状態からの加熱定着に比べ、加熱部材１０から記録材に与える熱量を小さく抑えることができる。逆に小さく抑えないと、記録材上のトナー像に過剰な熱量を与えることになり、高温オフセット等の弊害を発生してしまう。したがって、加熱部材１０のヒータ１１の温調温度は、加圧ローラ２０の昇温状態に応じて逐次変化させる必要がある。この温調制御の一例を図４に示す。
【００４６】
図４において、横軸は加圧ローラが冷えた状態から連続定着を開始したときの通紙枚数、すなわち定着枚数を示し、縦軸はヒータの制御温度、すなわち定着温調温度を示す。加圧ローラ２０が冷えた状態のときに、画像形成装置で画像形成が行われた場合、図４の１枚目に相当する２１０℃の温調温度で温度検知手段１４によりヒータ１１の温度を一定に保つように制御する。連続して画像を加熱定着する場合、定着枚数に応じて徐々に加圧ローラの表面温度が高くなるので、図では２０枚ごとにヒータ１１の温調温度を５℃づつ低下させて１８５℃まで降下させている。
【００４７】
また加圧ローラ２０がある程度暖められた状態から加熱定着を開始する場合には、画像形成装置にプリント信号が入力されたときの温度検知手段１４の検知温度に応じて、ヒータ１１の制御温度を決定する。この方法は、ヒータ１１、フィルム１３等の熱容量が非常に小さいことと、スタンバイ時にヒータ１１の通電発熱抵抗層への通電をシャットダウンしていることにより、温度検知手段１４の検知温度が、ヒータより熱容量の大きい加圧ローラの温度に収束することから可能になる。
【００４８】
たとえばプリント開始時（通電発熱抵抗層への通電開始時）の温度検知手段１４の検知温度が５０〜７０℃の場合には、図４の２１枚目に相当する２０５℃から、検知温度が７０〜９０℃の場合には、図４の４１枚目に相当する２００℃から、温調制御を開始する。これにより、加圧ローラ２０の加熱具合に応じて最適なヒータ温度制御が可能になる。
【００４９】
さて、使用者が外部情報機器のパーソナルコンピュータよりプリント開始信号を出してから、プリント動作が完了するまでの時間を、以下の（１）、（２）の２つの方法について比較した。
【００５０】
（１）従来のプリント動作制御に従った場合：ビデオコントローラで画像展開した後に、プリント信号をエンジンコントローラ送ってから定着装置の立ち上げ動作を開始する場合。（２）定着装置を予め立ち上げておく場合：ビデオコントローラにおいて画像展開を始める前に定着装置の立ち上げを行い、画像展開終了後にプリント信号を受けて直ぐにプリント信号を開始する場合。
【００５１】
（２）の制御はつぎのようにして行った。まず、図３のパソコン５０が画像形成装置のビデオコントローラ５１に画像データを送ると、ビデオコントローラ５１は画像展開を始める前に、エンジンコントローラ５３に対してエンジン部の定着装置５８を立ち上げる信号（プレヒート信号）を送る。エンジンコントローラ５３は、プレヒート信号を受けると直ちに定着装置５８の立ち上げを開始する。その後、画像展開の終了後にプリント信号およびビデオ信号を受け取りプリント動作を開始する。またこの定着装置の立ち上がり時間は、上記したように加圧ローラが十分に冷えた状態（コールド状態）から立ち上がった場合の時間であり、以下に述べる立ち上がり時間は、特に断らない限り、このコールド状態から行った時間を示す。
【００５２】
今、画像展開に１０秒の時間を要する電子原稿のプリントをパソコンから指示したとき、プリントの開始指示から動作完了までに要する時間と上記（１）、（２）の制御との関係を図５、図６に模式的に示した。図５〜６には、定着装置ヒータの設定温度を時間軸に対して併記してある。図中、プリント動作中の表示のある区間は、画像形成装置のエンジン部がプリント動作を行っている時間のことである。
【００５３】
本実施例では、記録材Ｐの先端が図１の給紙カセット９の出口位置Ａに位置したとき、プリント動作を開始したので、記録材Ｐの給紙開始から、記録材が定着装置６を通ってプリント動作が終了するまでに約５．５秒の時間を要した。図５、６から明らかなように、（１）の通常の立ち上げを行った場合は、プリント終了までに２１．５秒かかり、（２）のプレヒートを行った場合は、プリント終了までに１５．５秒かかり、したがって（２）では、定着装置の立ち上げ時間の６秒だけ、プリント動作が早く終了することがわかる。このように、画像展開と同時に定着装置をプレヒートしておけば、定着装置の立ち上げに要する時間分だけ、待ち時間を短縮することが可能になる。
【００５４】
しかし、図５と図６の定着装置設定温度のグラフを比較すれば明らかなように、（２）のプレヒートを行う場合は、定着装置立ち上がり後に目標定着温度に保持する待機時間が存在する。図６の場合、目標定着温度の高温で４秒間待機する。この間、ヒータは高温で加圧ローラを加熱し続けることになる。
【００５５】
実際に記録材が定着装置に入る瞬間に加圧ローラが何度まで昇温しているかについて、（１）と（２）の場合で比較した。目標定着温度を２２０℃に設定したとき、（１）の通常の立ち上げに従った場合は９５℃であったのに対し、（２）のプレヒートした場合は１２５℃まで昇温した。つまり、図６の４秒間の待機時間で加圧ローラは３０℃昇温することになる。この温度は、加圧ローラが室温の状態（コールド状態）から立ち上げたときの温度である。
【００５６】
さらに２００枚の連続プリントを行った後、加圧ローラが熱い状態のまま、改めて（２）の方法で立ち上げると、加圧ローラは１６５℃まで昇温した。この温度は、（１）の通常の立ち上げ方法では到達しないほど高い加圧ローラ温度である。しかも、この温度では高温オフセットが生じており、画像形成装置の画像品質としては許容できない。また画像展開時間がこれより長くなれば、加圧ローラがさらに昇温する恐れもあり、高温オフセットのみらならず、記録材の紙種や含水状態によっては、記録材から放出される水蒸気が原因となって、スリップによる紙づまりが発生してしまう場合も考えられる。
【００５７】
そこで、本発明では、このような加圧ローラの過剰な昇温を防ぐために、以下のように立ち上げ方に改良を加えた。図６において、プリント動作中で示した区間は、プリント信号を受けた後にエンジン部がプリント動作を行っている区間であるが、このプリント動作を分割すると、（ａ）記録材が給紙カセットや給紙トレイから給紙され、転写部においてトナー像を定着され、その後、定着装置に到達するまでの区間と、（ｂ）記録材が定着装置に入り、加熱定着される区間とに分けることができる。本実施例の画像形成装置の場合、（ａ）の区間に要する時間は、給紙場所や記録材サイズによっても異なるが約３．５秒、（ｂ）の区間に要する時間は約２秒弱である。
【００５８】
少なくとも記録材が定着装置に来たときに、定着装置が目標定着温度に達していればよいと考えられるので、（ａ）の給紙時間中は目標温度に達していなくても問題はなく、記録材が定着装置に到達するまでは、ヒータの立ち上げ時間として使うことができる。ここで、ヒータの立ち上がり速度が１℃あたり３０ｍｓｅｃ要するとすると、（ａ）の区間の３．５秒間のうちの３秒間を使うと、その時間内に３秒×（１℃／０．０３秒）＝１００℃だけヒータ温度を立ち上げることが可能である。
【００５９】
具体的には、プレヒート信号を受けて定着装置を立ち上げた後、プリント信号を受けるまでは、目標定着温度−１００℃の温度で待機しておけば、その後の給紙動作中の立ち上げで目標温度に到達することになる。図７に、プレヒート中は、待機温度＝目標定着温度−１００℃で待機させ、プリント信号を受けてから１℃／３０ｍｓｅｃの昇温速度で立ち上げる場合の温調制御についての概略を示す。
【００６０】
この方法によって制御を行えば、画像展開中も比較的低温で待機できるので、待機中の加熱による加圧ローラの過剰昇温を防ぐことができる。図５、図６と同じ条件で加圧ローラの温度を比較したところ、記録材が定着装置に入る直前では約９５℃の温度を示しており、図５の通常の立ち上げ時のときとほとんど変わらない温度に維持でき、また連続プリント後の加圧ローラ温度が暖まっている状態から立ち上げた場合でも、加圧ローラ温度は１４０℃であり、高温オフセットやスリップ等の問題が発生することはなかった。
【００６１】
つぎに、図７における待機温度について考えてみる。待機温度は、加圧ローラの昇温を抑えるにはできるだけ低い方が望ましい。ところが、待機温度が低すぎれば、待機後、プリント信号を受けて再び定着温度まで、ヒータを立ち上げる際、温度検知手段１４の応答性が悪いなどの場合、電力のオーバーシュートにより、実際の定着温度が目標温度よりも高くなってしまう恐れがある。あるいは電力不足によりヒータが目標定着温度まで立ち上がらないケースもある。このようなことを考えれば、待機温度はなるべく高温にし、待機後の再立ち上げでは、できるだけ電力の投入量が少なくなるような設計が望まれる。
【００６２】
そこで、待機温度を（目標定着温度−１００℃）〜（目標定着温度−３０℃）まで変化させ、そのときの加圧ローラ温度を測定し、また水蒸気発生による紙のスリップ（紙づまり）や高温オフセットが発生しないかどうかを調べる定着実験を行った。実験は、連続プリント後の加圧ローラが暖まった状態から行った。結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
表１の結果から、待機温度を目標定着温度−４０℃より高く設定すると、加圧ローラの昇温は１６０℃を超えてしまい、スリップが発生している。つまり加圧ローラが１６０℃を超えるような設定では、紙からの水蒸気発生が盛んになり、スリップが発生するものと考えられる。スリップが発生しないようにするためには、加圧ローラ温度が１６０℃以下になるように、待機温度を目標定着温度−５０℃以下に設定しなければならない。
【００６５】
また本装置の場合、待機温度が目標定着温度−１００℃であっても、先に述べたような電力のオーバーシュートや電力不足によって目標定着温度に達しないなどの不都合は生じなかったので、実際には待機温度を低くしても問題はないと考えられる。これは、加圧ローラが十分に暖まった状態（約１２０℃）からスタートしているため、待機後からの再立ち上げ時に大きな電力を必要としないからであると思われる。
【００６６】
一方で、コールド状態（加圧ローラ温度が室温）や、加圧ローラ温度がたとえば約８０℃のように少し暖まっている状態では、待機温度を目標定着温度−１００℃と設定すれば、画像形成装置の使用環境が低温などの場合に、電力不足によって目標定着温度に達しないケースも存在する。このような状況に鑑み、加圧ローラの昇温状態によって、待機温度を（目標定着温度−５０℃）〜（目標定着温度−１００℃）の間で可変にするような制御を行った。
【００６７】
本実施例で使用した画像形成装置は、加圧ローラの温度を検知する手段を具備していない。そこで、前述したように、スタンバイ時には温度検知手段１４による検知温度が熱容量の大きい加圧ローラ２０の温度にほぼ収束することを利用して、定着装置立ち上げ直前の検知手段１４の検知温度によって、待機温度を変える制御を行った。制御の具体例を表２に示す。
【００６８】
【表２】
【００６９】
特に待機温度が目標定着温度−１００℃の場合で、かつ目標定着温度が２００℃以下になるような場合は、待機温度が１００℃以下になるので、実質的には待機中はヒータに全く電力を投入しないことになる。表２に示すような制御を行うことによって、画像形成装置の使用環境によらずに、待機後の再立ち上げ時に確実に目標定着温度まで到達させることが可能となる。さらに加圧ローラが暖まった状態での立ち上げ時の電力投入量も最小限に抑えることができるので、スリップや高温オフセットの問題になるようなことはない。
【００７０】
また本実施例では、温度検知手段１４の出力に応じて待機時間を変化させたが、加圧ローラに表面温度の検知手段が設置されている場合は、その検知温度を使用すればよく、同様な効果を得ることができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施例では、ビデオコントローラ、パソコンなど外部情報機器からの画像データをビデオ信号に画像展開する前に、エンジンコントローラに画像形成装置のエンジン部を立ち上げるプレヒート信号を発信し、画像展開中に定着装置を立ち上げておくようにしたので、待ち時間を短縮することが可能となる。また画像展開中は可能な限り目標定着温度よりも低い温度に待機させることにより、プレヒートによる加圧ローラの過剰昇温を防止することも可能となり、高温オフセットやスリップ等の問題を防ぐことができる。
【００７２】
以上の実施例では、特に熱容量の小さい薄肉の定着フィルムを使用するフィルム加熱方式の定着装置について適用した場合を示した。本発明はこれに限られず、定着ローラなどの定着部材の弾性ゴム層の肉厚を薄くするなどにより、従来よりも定着部材の熱容量を小さくして、定着温度までの立ち上がりを早くした熱ローラ方式の定着装置にも適用することができ、同様な効果を有する。
【００７３】
実施例２
本発明の他の実施例について説明する。
【００７４】
本実施例に関する画像形成装置および定着装置の構成は、実施例１の図１、図２と同様であるので説明を省略する。
【００７５】
本実施例でも、プリント中の待ち時間短縮のために、実施例１と同様、ビデオコントローラは画像展開前にエンジンコントローラに対してプレヒート信号を発信し、画像展開中に定着装置を立ち上げるようにする。
【００７６】
本実施例では、プレヒート中の加圧ローラの過剰昇温によって生じる高温オフセットやスリップ等の問題を回避するために、プレヒートしながら待機する時間の長さに応じて、目標定着温度を下げる方法をとる。つまり、プレヒートによる加圧ローラの昇温に応じて、トナー像の定着に適切な温度まで定着温度を下げる。
【００７７】
具体的には図８に示すように、プリント開始の指示によりエンジンコントローラがプレヒート信号を受け、定着装置を立ち上げる。このとき定着装置は目標定着温度まで一気に立ち上がってしまう。定着装置が所望の温度まで立ち上がれば、図８に示すように、ある一定のインターバルごとに定着温度を下げて待機する。画像展開が終了してプリント信号を受けるまでこの動作を行う。
【００７８】
実施例１で説明したように、本実施例で使用した画像形成装置は、プリント開始時に温度検知手段１４の検知温度に応じて目標定着温度を変化させている。連続プリント後などに再びプリントを行うときは、加圧ローラが暖まった状態にあり、温度検知手段１４が高い温度を検知するため、目標定着温度は低い温度に設定する制御を行っている。このような場合、本実施例の制御にしたがって待機中の温度を下げれば、トナー像の定着が不可能な温度まで下げられてしまう恐れがある。すなわち、図６の温調制御のグラフにおいて最も低い定着温度を下回ってしまう。
【００７９】
したがって、このような問題を避けるために、プレヒート中の待機時間が長くなっても、規定の定着温度以下に下がらないように制御する必要がある。本実施例の図８に示す立ち上げ方法に従うと、実施例１の方法（図７）と比べて画像展開中の待機温度は明らかに高く、そのために加圧ローラの昇温は実施例１の場合よりも高い温度まで上昇する。実際に加圧ローラの温度を測定しながら、実施例１と同じ条件に従ってプリントを行えば、実施例１の場合よりも加圧ローラの温度は高く推移し、１枚目の記録材が定着装置に到達するときには１０５℃まで昇温した（実施例１では９５℃）。
【００８０】
しかしながら、図５の制御にしたがって定着温度を待機中に下げない場合（１２５℃）に比べれば、加圧ローラ温度は低い。また連続プリント後の暖まっている状態では、加圧ローラ温度はプレヒートによって約１５０℃まで昇温するが、実施例１の表１に示したように１６０℃以下の温度に保たれており、プリントを行っても高温オフセットやスリップ等の問題は発生しないので、実用上問題ないと考えられる。
【００８１】
さらに実施例１のように、画像展開中に低い温度で待機すると、目標定着温度までの温度差が大きいために、その後の給紙中に再び目標温度まで立ち上げる際は、ヒータに通電する電力量を多くして昇温速度を早くしなければならない。このようなケースでは、温度検知手段（サーミスタ）１４の応答性が悪ければ、電力がオーバーシュートしてしまい、実際の温度が目標温度よりも高くなってしまう場合が多い。外部電源からの電圧が不安定な地域では電力不足のため、給紙中の短時間では目標温度に到達できない恐れもある。
【００８２】
それに対し、本実施例のように、一旦高い温度に立ち上げた後、徐々に定着温度を下げれば、温調のコントロールを容易に行うことができる。またプリント信号を受けた時点で、定着可能温度に達しているため、プリント信号受信時にカセット位置（図１の位置Ａ）から給紙を開始する必要はなく、その時点で図１のプレフィード位置Ｂ（レジストローラ３０の位置）まで予め待機中に記録材を進めておけば、給紙カセット−プレフィード位置間の搬送に要する時間（本実施例は約１．７秒）だけ、プリント時間を短縮することができる（図８の破線に従う）。
【００８３】
以上述べたように、本実施例においても、画像展開中に定着装置を立ち上げて待機しておくことで、待ち時間の短縮が可能となる。さらに待機時間に応じて定着温度を下げることで、加圧ローラの過剰昇温を抑えることができ、また高温オフセットやスリップ等の問題も防止することができる。
【００８４】
本実施例でも、特に熱容量の小さい薄肉の定着フィルムを使用するフィルム加熱方式の定着装置について適用した場合を示したが、本発明は、定着ローラなどの定着部材の弾性ゴム層の肉厚を薄くするなどにより、従来よりも定着部材の熱容量を小さくして、定着温度までの立ち上がりを早くした熱ローラ方式の定着装置にも適用することができ、同様な効果を有する。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、定着装置の立ち上げに要する時間による待ち時間を短縮でき、定着時の高温オフセットやスリップによる紙詰まりを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略図である。
【図２】図１の画像形成装置に設置された定着装置を示す断面図である。
【図３】図１の画像形成装置の各部の電気的制御を示す模式図である。
【図４】図２の定着装置で行われる温調制御方式の一つの例を示す説明図である。
【図５】従来の定着装置立ち上げ制御によるプリントに要する時間と温調制御との関係を示す説明図である。
【図６】画像展開前の定着装置立ち上げ制御によるプリントに要する時間と温調制御との関係を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施例での画像展開前の定着装置立ち上げ制御によるプリントに要する時間と温調制御との関係を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施例での画像展開前の定着装置立ち上げ制御によるプリントに要する時間と温調制御との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
６ 定着装置
９ 給紙カセット
１０ 加熱部材
１１ 加熱ヒータ
１２ ステイホルダー
１３ 定着フィルム
１４ 温度検知手段（サーミスタ）
２０ 加圧ローラ
５０ 外部情報機器（パーソナルコンピュータ）
５１ 画素情報変換手段（ビデオコントローラ）
５３ 画像形成装置制御部（エンジンコントローラ）
５６ 給紙部
５８ 定着装置
Ｐ 記録材
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式、静電記録方式等の作像プロセスによりトナー像を記録材に転写方式または直接方式で形成し、そのトナー像を定着装置により加熱定着する画像形成装置に関し、特に定着の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式、静電記録方式等の作像プロセスを利用した画像形成装置では、感光体上に静電潜像を形成し、潜像を現像剤を用いて現像してトナー像として可視化し、このトナー像を紙などの記録材上に転写し、その後、トナー像が転写された記録材を、定着装置に設けられた定着ローラと加圧ローラとで形成されるニップ部を通過させることにより、トナー像を記録材に永久画像として加熱定着している。
【０００３】
近年、特にスタンバイ時に定着装置に電力を供給せず、消費電力を極力抑えた定着方法、詳しくは加熱ヒータ部と加圧ローラ間に薄いフィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフィルム加熱方式の定着方法が、特開昭６３−３１３１８２号、特開平２−１５７８７８号、特開平４−４４０７５号、特開平４−２０４９８０号などに提案されている。
【０００４】
フィルム加熱方式の定着装置は、図２に示されるように、耐熱性のステイホルダー（支持体）１２にヒータ１１を固定し、そのヒータ１１の外側に耐熱性樹脂の円筒状の薄肉のフィルム（定着フィルム）１３を配置し、弾性を有する加圧ローラ２０をフィルム１３を介してヒータ１１に圧接して、フィルム１３と加圧ローラ２０との間に所定の幅のニップ部を形成している。ヒータ１１は通電により加熱され、そのヒータ温度をヒータ１１の背面に設置されたサーミスタ等の温度検知手段１４で検知して、画像形成装置の図示しない制御部（エンジンコントローラ）にフィードバックすることにより、ヒータ１１を所定の定着温度に温度調節している。
【０００５】
トナー像を定着するには、ヒータ１１を定着温度に温調し、定着フィルム１３を矢印方向に回転させ、その状態で定着フィルム１３と加圧ローラ２０との定着ニップ部へトナー像を担持した記録材Ｐを導入する。記録材Ｐは、定着フィルム１３の面に密着し、そのフィルム１３と一所に定着ニップ部を挟持搬送され、定着ニップ部を通過する間に、記録材およびその上のトナー像がヒータ１１により定着フィルム１３を介して加熱されて、トナー像が記録材に定着される。定着ニップ部を通過した記録材は、定着フィルム１３の面から剥離して搬送される。
【０００６】
このようなフィルム加熱方式の定着装置を用いたプリンター、複写機等の画像形成装置は、定着装置の加熱効率や立ち上がりの速さが高いことにより、待機中の予備加熱の不要化や待ち時間の短縮化など、従来の熱ローラ等による定着装置を用いた場合に比べて多くの利点を有している。
【０００７】
このフィルム加熱方式を採用した画像形成装置は、図３に示すように、各部が電気的に制御されている。まず始めに使用者が、パーソナルコンピュータ等の外部情報機器５０において、文書や図、画像などのプリント目的の原稿（電子原稿）を作成し、その作成された電子原稿をプリントする指示を外部情報機器５０から発信すると、電子原稿の画像データは画像形成装置５２の画素情報変換部（ビデオコントローラ）５１に送られる。ビデオコントローラ５１は、送られた画像データを画像展開してビデオ信号に変換する。画像展開が終了すると、ビデオコントローラ５１はエンジンコントローラ５３に対してプリント動作を開始する信号（プリント信号）を送るとともに、画像のビデオ信号を送信する。
【０００８】
エンジンコントローラ５３は、プリント信号を受け取ると、感光ドラムに書き込むための走査露光装置５４を立ち上げる指令と、定着装置５８に送電を開始し、ヒータが定着可能温度に達するように立ち上げる指令を出す。これらの走査露光装置５４や定着装置５８がそれぞれ所定の回転数および温度に立ち上がったところで、給紙部５６、搬送部５７が動作して記録材の搬送が開始され、現像・転写部５５での画像形成プロセスを経て、定着装置５８で記録材に転写されたトナー像の加熱定着を行い、一連のプリント動作が完了する。
【０００９】
ここで、使用者がプリント開始の指示を出してから、プリント動作が完了するまでの各段階の中で待ち時間（ウエイトタイム）となる時間は、ビデオコントローラ５１において画像展開に要する時間と、画像形成装置５２の立ち上げ時間、そして給紙動作が始まってからの画像形成プロセス（プリント動作）の時間を加えたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の方法によってプリント動作を行う場合、画像形成装置内の画素情報変換部（ビデオコントローラ）で画像展開を行った後、画像形成装置制御部（エンジンコントローラ）にプリント信号を出してからエンジンの立ち上げを行い、プリント動作を開始するので、画像形成装置使用時の待ち時間が長かった。
【００１１】
すなわち、使用者が外部情報機器においてプリント開始の指示を出してから、プリント動作が開始するまでには、画像展開時間と装置立ち上げ時間に分けられる待ち時間が存在する。ここで、立ち上げ開始を指示するプリント信号をエンジンコントローラが受け取るのは、ビデオコントローラで画像展開が終了した後であり、したがって画像展開が行われている間は、エンジンは一切の動作を行っていないことになる。
【００１２】
近年のパーソナルコンピュータの高性能化にともなうインターネットの普及や、デジタルカメラなどの画像情報を記録する端末機器の発達により、使用者がパーソナルコンピュータ上で作成する原稿は、写真やグラフィック等が含まれる複雑なものが多くなってきており、それらの画像データ量は非常に多くなってきている。このようなデータ量の大きい画像をプリントしようとした場合、ビデオコントローラでの画像展開処理に多くの時間を要してしまい、結果として使用者の待ち時間は長くなる一方である。
【００１３】
そこで、上記の問題点を改善するには、画像展開に多くの時間を要するような場合でも、その時間中に画像形成装置のエンジン部を立ち上げておき、いつでもプリント動作が可能な状態にしておけば、画像展開が終了しプリント信号を受けると同時にプリント動作を開始することができる。つまり、これまで立ち上げにかかっていた時間を短縮することが可能となり、使用者がこれまで待ち時間に対して感じていたストレスを少しでも軽減することができる。
【００１４】
しかしながら、このように予め画像形成装置のエンジン部を画像展開中に立ち上げておくことは、定着装置のヒータを通常のタイミングより早いタイミングで通電開始することになる。画像展開時間に定着装置が定着可能温度に達すれば、エンジンコントローラがプリント信号を受けるまでヒータは、目標定着温度を維持したまま待機することになる。画像展開時間が長ければ、定着装置は非常に長い時間高温で待機しなければならず、ヒータの熱は直接定着ニップ部で加圧ローラに伝達するために、加圧ローラの温度が通常の立ち上げを行う場合よりも非常に高温になることが懸念される。
【００１５】
加圧ローラが昇温すればニップ部内の温度が高くなり、このニップ部を記録材（紙）が通過するとき、記録材に含まれている水分は加熱されて蒸発し、水蒸気となって外部に放出される。加圧ローラの温度が高い場合、水蒸気は非常に高い圧力で放出されるため、記録材と加圧ローラ間に水蒸気の層ができ、記録材と加圧ローラ間の摩擦力が小さくなる。記録材は、加圧ローラとの摩擦力によって従動搬送されることを考えると、摩擦力が極度に小さくなれば、記録材は加圧ローラに対して滑って搬送することが不可能となり、定着装置においてスリップによる紙づまり（ジャム）を起こす。
【００１６】
この他にも、ニップ部内の温度が高温になりすぎるため、トナーが記録材に固着されず、溶けて定着フィルム側に付着しオフセットする（高温オフセット）。
【００１７】
このように、従来は、以上のような問題を生じるために、画像展開中に定着装置を立ち上げてプリント時間を短縮することが容易ではなかった。
【００１８】
従って、本発明の目的は、装置のエンジン部を予め立ち上げておき、画像展開終了と同時にプリント動作が開始できるようにし、かつ定着装置で記録材のスリップや高温オフセットが起こらないように加圧ローラの昇温を抑制することを可能とした画像形成装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、第一の態様によれば、受信した画像情報を展開処理して画像信号に変換する画素情報変換手段と、前記画素情報変換手段により変換された前記画像信号に基づいて記録材に形成したトナー像を、加熱ヒータを内蔵した加熱部材と加圧部材が互いに圧接して形成された定着ニップ部において記録材に加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置であって、
前記画素情報変換手段からの信号に応じて画像形成動作を制御する制御手段と、
前記加熱ヒータの温度を検知する温度検知手段と、を有し、
前記画素情報変換手段は、前記画像情報の展開処理を終了する以前に、前記画像形成装置の制御手段に対して前記定着手段の前記加熱ヒータを立ち上げるプレヒート信号を送信し、
前記制御手段は、前記プレヒート信号に応じて前記加熱ヒータを立ち上げて、前記画素情報変換手段による前記画像情報の展開処理が終了するまでは、記録材に前記トナー像を加熱定着するための目標温度よりも低い待機温度で前記加熱ヒータの温度を制御し、
前記温度検知手段によって、前記プレヒート信号に応じた前記加熱ヒータの立ち上げの直前に検知した検知温度に応じて、前記待機温度を変化させる、
ことを特徴とする画像形成装置が提供される。
本発明の第二の態様によれば、受信した画像情報を展開処理して画像信号に変換する画素情報変換手段と、前記画素情報変換手段により変換された前記画像信号に基づいて記録材に形成したトナー像を、加熱ヒータを内蔵した加熱部材と加圧部材が互いに圧接して形成された定着ニップ部において前記トナー像を記録材に加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置であって、
前記画素情報変換手段からの信号に応じて画像形成動作を制御する制御手段と、
前記加圧部材の表面温度を検知する温度検知手段と、を有し、
前記画素情報変換手段は、前記画像情報の展開処理を終了する以前に、前記画像形成装置の制御手段に対して前記定着手段の前記加熱ヒータを立ち上げるプレヒート信号を送信し、
前記制御手段は、前記プレヒート信号に応じて前記加熱ヒータを立ち上げて、前記画素情報変換手段による前記画像情報の展開処理が終了するまでは、記録材に前記トナー像を加熱定着するための目標温度よりも低い待機温度で前記加熱ヒータの温度を制御し、
前記温度検知手段によって、前記プレヒート信号に応じた前記加熱ヒータの立ち上げの直前に検知した検知温度に応じて、前記加熱ヒータの待機温度を変化させる、
ことを特徴とする画像形成装置が提供される。
本発明の第三の態様によれば、受信した画像情報を展開処理して画像信号に変換する画素情報変換手段と、前記画素情報変換手段により変換された前記画像信号に基づいて記録材に形成したトナー像を、加熱ヒータを内蔵した加熱部材と加圧部材が互いに圧接して形成された定着ニップ部において前記トナー像を記録材に加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置であって、
前記画素情報変換手段からの信号に応じて画像形成動作を制御する制御手段を有し、
前記画素情報変換手段は、前記画像情報の展開処理を終了する以前に、前記制御手段に対して前記定着手段の前記加熱ヒータを立ち上げるプレヒート信号を送信し、前記画像情報の展開処理の終了後に、前記制御手段に対してプリント信号を送信し、
前記制御手段は、前記プレヒート信号に応じて前記加熱ヒータを立ち上げて、前記画像情報の展開処理中に前記定着手段によって前記トナー像を記録材に加熱定着する際の定着温度よりも高い目標温度になるように制御し、前記加熱ヒータを前記高い目標温度に立ち上げた後、前記プリント信号を受信するまでの間に、所定期間毎に前記高い目標温度から前記定着温度に向けて段階的に下げるように制御する、
ことを特徴とする画像形成装置が提供される。
【００２０】
本発明によれば、前記加熱部材が、前記定着ニップ部で前記加圧部材と圧接して移動可能なフィルムと、前記定着ニップ部で前記フィルムの内側に配置された前記フィルムに接触するヒータとを備えて構成される。前記加圧部材が弾性ローラからなる。前記フィルムが円筒体に形成され、前記弾性ローラの回転により従動して回転する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２３】
実施例１
図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略図である。
【００２４】
図１に示すように、画像形成装置は、像担持体としてドラム状電子写真感光体、すなわち感光ドラム１を備え、感光ドラム１は、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料の層をアルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基板上に形成してなっており、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。
【００２５】
感光ドラム１は、その回転過程で、接触帯電手段である帯電ローラ２により表面を一様に帯電され、ついで図示しない画素情報変換手段（ビデオコントローラ）によって画像展開されたビデオ信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービーム３による走査露光が施され、感光ドラム１の表面に静電潜像が形成される。この走査露光装置は、ポリゴンミラーの回転により、ポリゴンミラーに反射するレーザ光を走査するスキャナユニットからなる。
【００２６】
感光ドラム１上の静電潜像は、現像装置４によって現像剤（トナーまたはトナー＋キャリア）を用いて現像され、トナー像として可視化される。感光ドラム１上に得られたトナー像は、給紙カセット９または図示しない給紙トレイから供給して、レジストローラ３０により所定のタイミングで感光ドラム１に搬送された記録材Ｐ上に転写ローラ５により転写される。このとき、転写ローラ５の手前前方の先端センサ８で給紙カセット９から供給された記録材Ｐ先端の通過を検知して、感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録材の先端の書き出し位置（転写開始位置）が合致するように、記録材の感光ドラム１への搬送タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材は、感光ドラム１と転写ローラ５との間に一定の加圧力で挟持搬送されながらトナー像を転写される。
【００２７】
トナー像が転写された記録材は定着装置６へ搬送され、トナー像が永久画像として定着される。定着が終了した記録材は、耐熱性の定着排紙ガイドに案内されて、排紙ローラおよび排紙コロに挟持搬送され、排出トレイ上に排出される。一方、感光ドラム１上に残存した転写残りトナーは、クリーニング装置７により感光ドラム１の表面から除去される。
【００２８】
本実施例における定着装置の概略構成を図２に示す。図２に示すように、定着装置６は加熱部材１０と加圧ローラ２０とを備え、その加熱部材１０をフィルム加熱方式として、加熱部材１０の熱容量をできる限り小さく抑えることにより、クイックスタート性を満足させている。
【００２９】
加熱部材１０は、耐熱性樹脂で形成された円筒状の薄肉のフィルム（定着フィルム）１３内に、図示しない支持部材により耐熱性のステイホルダー（支持体）１２を配置し、そのホルダー１２の加圧ローラ２０側の部分に加熱ヒータ１１を保持してなっている。ヒータ１１の定着ニップ部とは反対側の背面には、ヒータ１１の温度検知手段１４、たとえばサーミスタが設けられている。加圧ローラ２０は弾性ローラからなり、定着フィルム１３を介して加熱ヒータ１１に圧接することにより、定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に所定の幅でニップ部を形成している。
【００３０】
記録材Ｐの搬送方向に関して、定着ニップ部の前方、後方には、それぞれ入り口ガイド１４、出口ガイド１６が設置され、出口ガイド１６の後方には定着排紙手段を構成するローラ１７、コロ１８が配置されている。
【００３１】
定着フィルム１３は、加圧ローラ２０の回転力により、定着ニップ部においてヒータ１１の面に密着して摺動しつつ、矢印の方向に回転移動される。定着フィルム１３に駆動手段を設けて、定着フィルム１３を能動回転することもできる。定着フィルム１３は円筒状とされているが、エンドレスベルト状もしくはロール巻きの有端ウエブ状の部材としてもよい。
【００３２】
ヒータ１１を定着温度に温調し、定着フィルム１３を矢印方向に回転させ、その状態でトナー像を担持した記録材Ｐを入り口ガイド１５を経て、定着フィルム１３と加圧ローラ２０との定着ニップ部に導入すると、記録材Ｐは定着フィルム１３の面に密着し、その定着フィルム１３と一所に定着ニップ部を挟持搬送され、定着ニップ部を通過する間に、記録材およびその上のトナー像がヒータ１１により定着フィルム１３を介して加熱されて、トナー像が記録材に定着される。定着ニップ部を通過した記録材は、定着フィルム１３の面から剥離して、出口ガイド１６、排紙ローラ１７、排紙コロ１８を経て搬送される。
【００３３】
加熱手段としてのヒータ１１には、一般にセラミックヒータが使用される。たとえばアルミナ等の電気絶縁性、良熱伝導性、低熱容量のセラミック基板の一方の定着フィルム１３と対面する側の面に、基板長手方向（図の紙面に垂直な方向）に沿って銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｂ）、Ｔａ2Ｎ等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷等で形成し、さらにその抵抗層形成面を薄いガラス保護層で覆った形態をとる。
【００３４】
このヒータ１１の通電発熱抵抗層に図示しない給電装置から給電部を介して通電することにより通電発熱抵抗層が発熱して、セラミック基板およびガラス保護層を含むヒータ全体が急速に温度上昇する。このヒータ１１の昇温がヒータ背面の温度検知手段（サーミスタ）１４により検知されて、図示しない通電制御部へフィードバックされる。温度検知手段１４によるヒータの温度検知は、搬送可能な全ての記録材が通過するヒータの幅方向領域をカバーしている。
【００３５】
通電制御部は、温度検知手段１４で検知されたヒータ温度が、所定の定着温度にほぼ維持されるように、通電発熱抵抗層に対する給電を制御する。制御方法としては、印加する電圧の波数の増減を制御する波数制御方式、電圧の各位相角から電圧を印加する位相制御方式等がある。これらの制御方式によってヒータ１１は、所定の定着温度に加熱、温調される。
【００３６】
定着フィルム１３は、定着ニップ部においてヒータ１１の熱を効率よく記録材Ｐに与えることができるよう、厚さを２０〜７０μｍとかなり薄くしている。この定着フィルム１３は、フィルム基層、プライマー層および離型性層の３層構成とされており、フィルム基層をヒータ側、離型性層を加圧ローラ側にして使用する。
【００３７】
フィルム基層は、定着フィルム全体の引裂強度等の機械的強度を保つための層で、ヒータ１１のガラス保護層と同様、高い絶縁性を持たされており、絶縁性の高いポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等からなり、耐熱性、高弾性をも有している。プライマー層は、フィルム基層と離型性層との接着層で、厚さ２〜６μｍ程度の薄い層に形成されている。離型性層は、定着フィルムに対するトナーオフセット防止層であり、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＥＥＰ等のフッ素樹脂を厚さ１０μｍ程度に被覆して形成してある。
【００３８】
ステイホルダー１２は、たとえば耐熱性プラスチックより形成され、ヒータ１１を保持するとともに定着フィルム１３の搬送ガイドも兼ねている。ステイホルダー１２は、図示しない支持部材で支持して定着フィルム１３の円筒内に不動に配置されている。
【００３９】
加圧ローラ２０は弾性ローラとされ、アルミニウム等の金属製の芯金２１の周囲に、シリコーンゴムあるいはシリコーンスポンジ等の弾性層２２を設け、その上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素系樹脂層を離型性層２３として形成してなっている。加圧ローラ２０を所定の加圧力によって定着フィルム１３を介してヒータ１１に加圧することにより、定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に記録材上のトナー像を加熱定着するのに必要な定着ニップ部が形成される。
【００４０】
弾性を有する加圧ローラ２０を加圧すると、加熱手段のセラミックヒータ１１が高い剛性を有しているので、加圧ローラ２０がヒータ１１の扁平下面にならって圧接部で扁平になって、所定幅の定着ニップ部を形成し、定着ニップ部のみを加熱することで、クイックスタートの加熱定着が実現される。
【００４１】
フィルム加熱方式を採用した画像形成装置は、前記したように、図３に示すように、各部が電気的に制御されている。再度述べれば、まず始めに使用者が、パーソナルコンピュータ等の外部情報機器５０において、文書や図、画像などのプリント目的の原稿（電子原稿）を作成し、その作成された電子原稿をプリントする指示を外部情報機器５０から発信すると、電子原稿の画像データは画像形成装置５２の画素情報変換部（ビデオコントローラ）５１に送られる。ビデオコントローラ５１は、送られた画像データを画像展開してビデオ信号に変換する。画像展開が終了すると、ビデオコントローラ５１はエンジンコントローラ５３に対してプリント動作を開始する信号（プリント信号）を送るとともに、画像のビデオ信号を送信する。
【００４２】
エンジンコントローラ５３は、プリント信号を受け取ると、感光ドラムに書き込むための走査露光装置５４を立ち上げる指令と、定着装置５８（図１の定着装置６）に送電を開始し、ヒータが定着可能温度に達するように立ち上げる指令を出す。これらの走査露光装置５４や定着装置５８がそれぞれ所定の回転数および温度に立ち上がったところで、給紙部５６（図１の給紙カセット６および図示しない給紙トレイ）、搬送部５７が動作して記録材の搬送が開始され、現像・転写部５５（図１の現像器４および転写ローラ５）での画像形成プロセスを経て、定着装置５８で記録材に転写されたトナー像の加熱定着を行い、一連のプリント動作が完了する。
【００４３】
本実施例における加熱ヒータ１１の温調制御方式の一つの例を以下に示す。
【００４４】
フィルム加熱方式の定着装置では、加圧部材の加圧ローラ２０の表面温度によって加熱手段であるヒータ１１の温調温度を変化させている。ヒータ１１の通電発熱抵抗層への通電が行われない状態（スタンバイ状態）が長く続いた場合には、加圧ローラ２０は十分に冷えた状態になっており、したがって、トナー像を加熱定着する際には、加熱部材１０から与える熱量を主に利用する。一方、加熱定着の動作がしばらく続いた後等には、加圧ローラの表面は十分に加熱された状態にあり、したがって加熱部材１０からの熱量だけでなく、加圧ローラ２０からの熱量もトナー像の定着に必要な熱量として利用することができる。
【００４５】
つまり、加圧ローラ２０が冷えた状態からの加熱定着に比べ、加熱部材１０から記録材に与える熱量を小さく抑えることができる。逆に小さく抑えないと、記録材上のトナー像に過剰な熱量を与えることになり、高温オフセット等の弊害を発生してしまう。したがって、加熱部材１０のヒータ１１の温調温度は、加圧ローラ２０の昇温状態に応じて逐次変化させる必要がある。この温調制御の一例を図４に示す。
【００４６】
図４において、横軸は加圧ローラが冷えた状態から連続定着を開始したときの通紙枚数、すなわち定着枚数を示し、縦軸はヒータの制御温度、すなわち定着温調温度を示す。加圧ローラ２０が冷えた状態のときに、画像形成装置で画像形成が行われた場合、図４の１枚目に相当する２１０℃の温調温度で温度検知手段１４によりヒータ１１の温度を一定に保つように制御する。連続して画像を加熱定着する場合、定着枚数に応じて徐々に加圧ローラの表面温度が高くなるので、図では２０枚ごとにヒータ１１の温調温度を５℃づつ低下させて１８５℃まで降下させている。
【００４７】
また加圧ローラ２０がある程度暖められた状態から加熱定着を開始する場合には、画像形成装置にプリント信号が入力されたときの温度検知手段１４の検知温度に応じて、ヒータ１１の制御温度を決定する。この方法は、ヒータ１１、フィルム１３等の熱容量が非常に小さいことと、スタンバイ時にヒータ１１の通電発熱抵抗層への通電をシャットダウンしていることにより、温度検知手段１４の検知温度が、ヒータより熱容量の大きい加圧ローラの温度に収束することから可能になる。
【００４８】
たとえばプリント開始時（通電発熱抵抗層への通電開始時）の温度検知手段１４の検知温度が５０〜７０℃の場合には、図４の２１枚目に相当する２０５℃から、検知温度が７０〜９０℃の場合には、図４の４１枚目に相当する２００℃から、温調制御を開始する。これにより、加圧ローラ２０の加熱具合に応じて最適なヒータ温度制御が可能になる。
【００４９】
さて、使用者が外部情報機器のパーソナルコンピュータよりプリント開始信号を出してから、プリント動作が完了するまでの時間を、以下の（１）、（２）の２つの方法について比較した。
【００５０】
（１）従来のプリント動作制御に従った場合：ビデオコントローラで画像展開した後に、プリント信号をエンジンコントローラ送ってから定着装置の立ち上げ動作を開始する場合。（２）定着装置を予め立ち上げておく場合：ビデオコントローラにおいて画像展開を始める前に定着装置の立ち上げを行い、画像展開終了後にプリント信号を受けて直ぐにプリント信号を開始する場合。
【００５１】
（２）の制御はつぎのようにして行った。まず、図３のパソコン５０が画像形成装置のビデオコントローラ５１に画像データを送ると、ビデオコントローラ５１は画像展開を始める前に、エンジンコントローラ５３に対してエンジン部の定着装置５８を立ち上げる信号（プレヒート信号）を送る。エンジンコントローラ５３は、プレヒート信号を受けると直ちに定着装置５８の立ち上げを開始する。その後、画像展開の終了後にプリント信号およびビデオ信号を受け取りプリント動作を開始する。またこの定着装置の立ち上がり時間は、上記したように加圧ローラが十分に冷えた状態（コールド状態）から立ち上がった場合の時間であり、以下に述べる立ち上がり時間は、特に断らない限り、このコールド状態から行った時間を示す。
【００５２】
今、画像展開に１０秒の時間を要する電子原稿のプリントをパソコンから指示したとき、プリントの開始指示から動作完了までに要する時間と上記（１）、（２）の制御との関係を図５、図６に模式的に示した。図５〜６には、定着装置ヒータの設定温度を時間軸に対して併記してある。図中、プリント動作中の表示のある区間は、画像形成装置のエンジン部がプリント動作を行っている時間のことである。
【００５３】
本実施例では、記録材Ｐの先端が図１の給紙カセット９の出口位置Ａに位置したとき、プリント動作を開始したので、記録材Ｐの給紙開始から、記録材が定着装置６を通ってプリント動作が終了するまでに約５．５秒の時間を要した。図５、６から明らかなように、（１）の通常の立ち上げを行った場合は、プリント終了までに２１．５秒かかり、（２）のプレヒートを行った場合は、プリント終了までに１５．５秒かかり、したがって（２）では、定着装置の立ち上げ時間の６秒だけ、プリント動作が早く終了することがわかる。このように、画像展開と同時に定着装置をプレヒートしておけば、定着装置の立ち上げに要する時間分だけ、待ち時間を短縮することが可能になる。
【００５４】
しかし、図５と図６の定着装置設定温度のグラフを比較すれば明らかなように、（２）のプレヒートを行う場合は、定着装置立ち上がり後に目標定着温度に保持する待機時間が存在する。図６の場合、目標定着温度の高温で４秒間待機する。この間、ヒータは高温で加圧ローラを加熱し続けることになる。
【００５５】
実際に記録材が定着装置に入る瞬間に加圧ローラが何度まで昇温しているかについて、（１）と（２）の場合で比較した。目標定着温度を２２０℃に設定したとき、（１）の通常の立ち上げに従った場合は９５℃であったのに対し、（２）のプレヒートした場合は１２５℃まで昇温した。つまり、図６の４秒間の待機時間で加圧ローラは３０℃昇温することになる。この温度は、加圧ローラが室温の状態（コールド状態）から立ち上げたときの温度である。
【００５６】
さらに２００枚の連続プリントを行った後、加圧ローラが熱い状態のまま、改めて（２）の方法で立ち上げると、加圧ローラは１６５℃まで昇温した。この温度は、（１）の通常の立ち上げ方法では到達しないほど高い加圧ローラ温度である。しかも、この温度では高温オフセットが生じており、画像形成装置の画像品質としては許容できない。また画像展開時間がこれより長くなれば、加圧ローラがさらに昇温する恐れもあり、高温オフセットのみらならず、記録材の紙種や含水状態によっては、記録材から放出される水蒸気が原因となって、スリップによる紙づまりが発生してしまう場合も考えられる。
【００５７】
そこで、本発明では、このような加圧ローラの過剰な昇温を防ぐために、以下のように立ち上げ方に改良を加えた。図６において、プリント動作中で示した区間は、プリント信号を受けた後にエンジン部がプリント動作を行っている区間であるが、このプリント動作を分割すると、（ａ）記録材が給紙カセットや給紙トレイから給紙され、転写部においてトナー像を定着され、その後、定着装置に到達するまでの区間と、（ｂ）記録材が定着装置に入り、加熱定着される区間とに分けることができる。本実施例の画像形成装置の場合、（ａ）の区間に要する時間は、給紙場所や記録材サイズによっても異なるが約３．５秒、（ｂ）の区間に要する時間は約２秒弱である。
【００５８】
少なくとも記録材が定着装置に来たときに、定着装置が目標定着温度に達していればよいと考えられるので、（ａ）の給紙時間中は目標温度に達していなくても問題はなく、記録材が定着装置に到達するまでは、ヒータの立ち上げ時間として使うことができる。ここで、ヒータの立ち上がり速度が１℃あたり３０ｍｓｅｃ要するとすると、（ａ）の区間の３．５秒間のうちの３秒間を使うと、その時間内に３秒×（１℃／０．０３秒）＝１００℃だけヒータ温度を立ち上げることが可能である。
【００５９】
具体的には、プレヒート信号を受けて定着装置を立ち上げた後、プリント信号を受けるまでは、目標定着温度−１００℃の温度で待機しておけば、その後の給紙動作中の立ち上げで目標温度に到達することになる。図７に、プレヒート中は、待機温度＝目標定着温度−１００℃で待機させ、プリント信号を受けてから１℃／３０ｍｓｅｃの昇温速度で立ち上げる場合の温調制御についての概略を示す。
【００６０】
この方法によって制御を行えば、画像展開中も比較的低温で待機できるので、待機中の加熱による加圧ローラの過剰昇温を防ぐことができる。図５、図６と同じ条件で加圧ローラの温度を比較したところ、記録材が定着装置に入る直前では約９５℃の温度を示しており、図５の通常の立ち上げ時のときとほとんど変わらない温度に維持でき、また連続プリント後の加圧ローラ温度が暖まっている状態から立ち上げた場合でも、加圧ローラ温度は１４０℃であり、高温オフセットやスリップ等の問題が発生することはなかった。
【００６１】
つぎに、図７における待機温度について考えてみる。待機温度は、加圧ローラの昇温を抑えるにはできるだけ低い方が望ましい。ところが、待機温度が低すぎれば、待機後、プリント信号を受けて再び定着温度まで、ヒータを立ち上げる際、温度検知手段１４の応答性が悪いなどの場合、電力のオーバーシュートにより、実際の定着温度が目標温度よりも高くなってしまう恐れがある。あるいは電力不足によりヒータが目標定着温度まで立ち上がらないケースもある。このようなことを考えれば、待機温度はなるべく高温にし、待機後の再立ち上げでは、できるだけ電力の投入量が少なくなるような設計が望まれる。
【００６２】
そこで、待機温度を（目標定着温度−１００℃）〜（目標定着温度−３０℃）まで変化させ、そのときの加圧ローラ温度を測定し、また水蒸気発生による紙のスリップ（紙づまり）や高温オフセットが発生しないかどうかを調べる定着実験を行った。実験は、連続プリント後の加圧ローラが暖まった状態から行った。結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
表１の結果から、待機温度を目標定着温度−４０℃より高く設定すると、加圧ローラの昇温は１６０℃を超えてしまい、スリップが発生している。つまり加圧ローラが１６０℃を超えるような設定では、紙からの水蒸気発生が盛んになり、スリップが発生するものと考えられる。スリップが発生しないようにするためには、加圧ローラ温度が１６０℃以下になるように、待機温度を目標定着温度−５０℃以下に設定しなければならない。
【００６５】
また本装置の場合、待機温度が目標定着温度−１００℃であっても、先に述べたような電力のオーバーシュートや電力不足によって目標定着温度に達しないなどの不都合は生じなかったので、実際には待機温度を低くしても問題はないと考えられる。これは、加圧ローラが十分に暖まった状態（約１２０℃）からスタートしているため、待機後からの再立ち上げ時に大きな電力を必要としないからであると思われる。
【００６６】
一方で、コールド状態（加圧ローラ温度が室温）や、加圧ローラ温度がたとえば約８０℃のように少し暖まっている状態では、待機温度を目標定着温度−１００℃と設定すれば、画像形成装置の使用環境が低温などの場合に、電力不足によって目標定着温度に達しないケースも存在する。このような状況に鑑み、加圧ローラの昇温状態によって、待機温度を（目標定着温度−５０℃）〜（目標定着温度−１００℃）の間で可変にするような制御を行った。
【００６７】
本実施例で使用した画像形成装置は、加圧ローラの温度を検知する手段を具備していない。そこで、前述したように、スタンバイ時には温度検知手段１４による検知温度が熱容量の大きい加圧ローラ２０の温度にほぼ収束することを利用して、定着装置立ち上げ直前の検知手段１４の検知温度によって、待機温度を変える制御を行った。制御の具体例を表２に示す。
【００６８】
【表２】
特に待機温度が目標定着温度−１００℃の場合で、かつ目標定着温度が２００℃以下になるような場合は、待機温度が１００℃以下になるので、実質的には待機中はヒータに全く電力を投入しないことになる。表２に示すような制御を行うことによって、画像形成装置の使用環境によらずに、待機後の再立ち上げ時に確実に目標定着温度まで到達させることが可能となる。さらに加圧ローラが暖まった状態での立ち上げ時の電力投入量も最小限に抑えることができるので、スリップや高温オフセットの問題になるようなことはない。
【００７０】
また本実施例では、温度検知手段１４の出力に応じて待機時間を変化させたが、加圧ローラに表面温度の検知手段が設置されている場合は、その検知温度を使用すればよく、同様な効果を得ることができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施例では、ビデオコントローラ、パソコンなど外部情報機器からの画像データをビデオ信号に画像展開する前に、エンジンコントローラに画像形成装置のエンジン部を立ち上げるプレヒート信号を発信し、画像展開中に定着装置を立ち上げておくようにしたので、待ち時間を短縮することが可能となる。また画像展開中は可能な限り目標定着温度よりも低い温度に待機させることにより、プレヒートによる加圧ローラの過剰昇温を防止することも可能となり、高温オフセットやスリップ等の問題を防ぐことができる。
【００７２】
以上の実施例では、特に熱容量の小さい薄肉の定着フィルムを使用するフィルム加熱方式の定着装置について適用した場合を示した。本発明はこれに限られず、定着ローラなどの定着部材の弾性ゴム層の肉厚を薄くするなどにより、従来よりも定着部材の熱容量を小さくして、定着温度までの立ち上がりを早くした熱ローラ方式の定着装置にも適用することができ、同様な効果を有する。
【００７３】
実施例２
本発明の他の実施例について説明する。
【００７４】
本実施例に関する画像形成装置および定着装置の構成は、実施例１の図１、図２と同様であるので説明を省略する。
【００７５】
本実施例でも、プリント中の待ち時間短縮のために、実施例１と同様、ビデオコントローラは画像展開前にエンジンコントローラに対してプレヒート信号を発信し、画像展開中に定着装置を立ち上げるようにする。
【００７６】
本実施例では、プレヒート中の加圧ローラの過剰昇温によって生じる高温オフセットやスリップ等の問題を回避するために、プレヒートしながら待機する時間の長さに応じて、目標定着温度を下げる方法をとる。つまり、プレヒートによる加圧ローラの昇温に応じて、トナー像の定着に適切な温度まで定着温度を下げる。
【００７７】
具体的には図８に示すように、プリント開始の指示によりエンジンコントローラがプレヒート信号を受け、定着装置を立ち上げる。このとき定着装置は目標定着温度まで一気に立ち上がってしまう。定着装置が所望の温度まで立ち上がれば、図８に示すように、ある一定のインターバルごとに定着温度を下げて待機する。画像展開が終了してプリント信号を受けるまでこの動作を行う。
【００７８】
実施例１で説明したように、本実施例で使用した画像形成装置は、プリント開始時に温度検知手段１４の検知温度に応じて目標定着温度を変化させている。連続プリント後などに再びプリントを行うときは、加圧ローラが暖まった状態にあり、温度検知手段１４が高い温度を検知するため、目標定着温度は低い温度に設定する制御を行っている。このような場合、本実施例の制御にしたがって待機中の温度を下げれば、トナー像の定着が不可能な温度まで下げられてしまう恐れがある。すなわち、図６の温調制御のグラフにおいて最も低い定着温度を下回ってしまう。
【００７９】
したがって、このような問題を避けるために、プレヒート中の待機時間が長くなっても、規定の定着温度以下に下がらないように制御する必要がある。本実施例の図８に示す立ち上げ方法に従うと、実施例１の方法（図７）と比べて画像展開中の待機温度は明らかに高く、そのために加圧ローラの昇温は実施例１の場合よりも高い温度まで上昇する。実際に加圧ローラの温度を測定しながら、実施例１と同じ条件に従ってプリントを行えば、実施例１の場合よりも加圧ローラの温度は高く推移し、１枚目の記録材が定着装置に到達するときには１０５℃まで昇温した（実施例１では９５℃）。
【００８０】
しかしながら、図５の制御にしたがって定着温度を待機中に下げない場合（１２５℃）に比べれば、加圧ローラ温度は低い。また連続プリント後の暖まっている状態では、加圧ローラ温度はプレヒートによって約１５０℃まで昇温するが、実施例１の表１に示したように１６０℃以下の温度に保たれており、プリントを行っても高温オフセットやスリップ等の問題は発生しないので、実用上問題ないと考えられる。
【００８１】
さらに実施例１のように、画像展開中に低い温度で待機すると、目標定着温度までの温度差が大きいために、その後の給紙中に再び目標温度まで立ち上げる際は、ヒータに通電する電力量を多くして昇温速度を早くしなければならない。このようなケースでは、温度検知手段（サーミスタ）１４の応答性が悪ければ、電力がオーバーシュートしてしまい、実際の温度が目標温度よりも高くなってしまう場合が多い。外部電源からの電圧が不安定な地域では電力不足のため、給紙中の短時間では目標温度に到達できない恐れもある。
【００８２】
それに対し、本実施例のように、一旦高い温度に立ち上げた後、徐々に定着温度を下げれば、温調のコントロールを容易に行うことができる。またプリント信号を受けた時点で、定着可能温度に達しているため、プリント信号受信時にカセット位置（図１の位置Ａ）から給紙を開始する必要はなく、その時点で図１のプレフィード位置Ｂ（レジストローラ３０の位置）まで予め待機中に記録材を進めておけば、給紙カセット−プレフィード位置間の搬送に要する時間（本実施例は約１．７秒）だけ、プリント時間を短縮することができる（図８の破線に従う）。
【００８３】
以上述べたように、本実施例においても、画像展開中に定着装置を立ち上げて待機しておくことで、待ち時間の短縮が可能となる。さらに待機時間に応じて定着温度を下げることで、加圧ローラの過剰昇温を抑えることができ、また高温オフセットやスリップ等の問題も防止することができる。
【００８４】
本実施例でも、特に熱容量の小さい薄肉の定着フィルムを使用するフィルム加熱方式の定着装置について適用した場合を示したが、本発明は、定着ローラなどの定着部材の弾性ゴム層の肉厚を薄くするなどにより、従来よりも定着部材の熱容量を小さくして、定着温度までの立ち上がりを早くした熱ローラ方式の定着装置にも適用することができ、同様な効果を有する。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、定着装置の立ち上げに要する時間による待ち時間を短縮でき、定着時の高温オフセットやスリップによる紙詰まりを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略図である。
【図２】図１の画像形成装置に設置された定着装置を示す断面図である。
【図３】図１の画像形成装置の各部の電気的制御を示す模式図である。
【図４】図２の定着装置で行われる温調制御方式の一つの例を示す説明図である。
【図５】従来の定着装置立ち上げ制御によるプリントに要する時間と温調制御との関係を示す説明図である。
【図６】画像展開前の定着装置立ち上げ制御によるプリントに要する時間と温調制御との関係を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施例での画像展開前の定着装置立ち上げ制御によるプリントに要する時間と温調制御との関係を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施例での画像展開前の定着装置立ち上げ制御によるプリントに要する時間と温調制御との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
６ 定着装置
９ 給紙カセット
１０ 加熱部材
１１ 加熱ヒータ
１２ ステイホルダー
１３ 定着フィルム
１４ 温度検知手段（サーミスタ）
２０ 加圧ローラ
５０ 外部情報機器（パーソナルコンピュータ）
５１ 画素情報変換手段（ビデオコントローラ）
５３ 画像形成装置制御部（エンジンコントローラ）
５６ 給紙部
５８ 定着装置
Ｐ 記録材
Claims (6)
- 受信した画像情報を展開処理して画像信号に変換する画素情報変換手段と、前記画素情報変換手段により変換された前記画像信号に基づいて記録材に形成したトナー像を、加熱ヒータを内蔵した加熱部材と加圧部材が互いに圧接して形成された定着ニップ部において記録材に加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置であって、
前記画素情報変換手段からの信号に応じて画像形成動作を制御する制御手段と、
前記加熱ヒータの温度を検知する温度検知手段と、を有し、
前記画素情報変換手段は、前記画像情報の展開処理を終了する以前に、前記画像形成装置の制御手段に対して前記定着手段の前記加熱ヒータを立ち上げるプレヒート信号を送信し、
前記制御手段は、前記プレヒート信号に応じて前記加熱ヒータを立ち上げて、前記画素情報変換手段による前記画像情報の展開処理が終了するまでは、記録材に前記トナー像を加熱定着するための目標温度よりも低い待機温度で前記加熱ヒータの温度を制御し、
前記温度検知手段によって、前記プレヒート信号に応じた前記加熱ヒータの立ち上げの直前に検知した検知温度に応じて、前記待機温度を変化させる、
ことを特徴とする画像形成装置。 - 受信した画像情報を展開処理して画像信号に変換する画素情報変換手段と、前記画素情報変換手段により変換された前記画像信号に基づいて記録材に形成したトナー像を、加熱ヒータを内蔵した加熱部材と加圧部材が互いに圧接して形成された定着ニップ部において前記トナー像を記録材に加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置であって、
前記画素情報変換手段からの信号に応じて画像形成動作を制御する制御手段と、
前記加圧部材の表面温度を検知する温度検知手段と、を有し、
前記画素情報変換手段は、前記画像情報の展開処理を終了する以前に、前記画像形成装置の制御手段に対して前記定着手段の前記加熱ヒータを立ち上げるプレヒート信号を送信し、
前記制御手段は、前記プレヒート信号に応じて前記加熱ヒータを立ち上げて、前記画素情報変換手段による前記画像情報の展開処理が終了するまでは、記録材に前記トナー像を加熱定着するための目標温度よりも低い待機温度で前記加熱ヒータの温度を制御し、
前記温度検知手段によって、前記プレヒート信号に応じた前記加熱ヒータの立ち上げの直前に検知した検知温度に応じて、前記加熱ヒータの待機温度を変化させる、
ことを特徴とする画像形成装置。 - 受信した画像情報を展開処理して画像信号に変換する画素情報変換手段と、前記画素情報変換手段により変換された前記画像信号に基づいて記録材に形成したトナー像を、加熱ヒータを内蔵した加熱部材と加圧部材が互いに圧接して形成された定着ニップ部において前記トナー像を記録材に加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置であって、
前記画素情報変換手段からの信号に応じて画像形成動作を制御する制御手段を有し、
前記画素情報変換手段は、前記画像情報の展開処理を終了する以前に、前記制御手段に対して前記定着手段の前記加熱ヒータを立ち上げるプレヒート信号を送信し、前記画像情報の展開処理の終了後に、前記制御手段に対してプリント信号を送信し、
前記制御手段は、前記プレヒート信号に応じて前記加熱ヒータを立ち上げて、前記画像情報の展開処理中に前記定着手段によって前記トナー像を記録材に加熱定着する際の定着温度よりも高い目標温度になるように制御し、前記加熱ヒータを前記高い目標温度に立ち上げた後、前記プリント信号を受信するまでの間に、所定期間毎に前記高い目標温度から前記定着温度に向けて段階的に下げるように制御する、
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記加熱部材が、前記定着ニップ部で前記加圧部材と圧接して移動可能なフィルムと、前記定着ニップ部で前記フィルムの内側に配置された前記フィルムに接触するヒータとを備えて構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の画像形成装置。
- 前記加圧部材が弾性ローラからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
- 前記フィルムが円筒体に形成され、前記弾性ローラの回転により従動して回転することを特徴とする請求項５の画像形成装置。
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