JP4985168B2 - 画像形成装置、および画像形成装置の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は画像形成装置、および画像形成装置の制御方法に関し、特に定着用の加熱ローラおよび加圧ローラを有する画像形成装置、および画像形成装置の制御方法に関する。

画像形成装置（ＭＦＰ（Multi Function Peripheral）、ファクシミリ装置、複写機、プリンタなど）は、プリントエンジンを有し、画像データに基づいて画像形成を行ない、それを用紙にプリントして出力する。用紙にトナー像を定着させるため、ヒートローラによりトナー像が形成された用紙を加熱および加圧（熱定着）する処理が行なわれる。

下記特許文献１は、電圧変動フリッカを抑えるために定着位相制御を行なう画像形成装置を開示する。高調波電流を抑えるため、ヒータＯＮ時に、先ず定着位相制御を開始（ソフトスタート）し、次に所定のデューティ比で所定時間位相制御し、同じデューティ比の半波制御に切り替える技術が開示されている。

特許文献２は、ウォームアップ時は加熱ヒータ、および加圧ヒータの両方をオンとし、ウォームアップ完了後は片方のみオンするが、一方のヒータオフと他方のヒータオンをＡＣのゼロクロスに同期させる画像形成装置を開示する。制御単位としては、半波の整数倍で単位時間内の点灯数を制御する技術が開示されている。

特許文献３は、加熱・加圧ヒータを有し、位相制御モードを有する画像形成装置を開示する。露光ランプ点灯中にはどちらかのヒータをオフにし、オフにするヒータに対しては、露光ランプ点灯時に供給電力位相角を１００％から直ちに０％に切り替え、露光ランプ消灯時に０％から直ちに１００％に切り替える技術が開示されている。

特許文献４は、ノイズ低減のため、偶数サイクルを１単位として、その単位ごとに導通角を漸増させ、かつ、同一単位内での偶数サイクル分については導通角が等しくなるようにする定着位相制御について開示する。

特許文献５は、機内温度、装着オプション、動作モードにより位相制御の位相角、またはソフトスタートの時定数を制御する技術を開示している。

特許文献６は、定着器の温度により位相制御のスルーアップ時間を可変とし、所定ステップ数ごとに通電時間を漸増させる技術を開示する。
特開２００４−１９１７１０号公報 特開２００３−１９５６８０号公報 特開平１０−２０７０５号公報 特開平１０−１３３５０４号公報 特開平６−２４２６４４号公報 特開２００１−５５３７号公報

しかしながら引用文献１〜３の技術を用いた場合、蛍光灯のちらつきが発生してしまうという問題がある。

このような問題を解決するため、ヒータをＯＮにする時には、定着位相制御を開始（ソフトスタート）し、その後ヒータを全点灯させることが考えられる。

また、加熱ローラにおいて幅狭用紙用と幅広用紙用との２本のヒータランプと、加圧ローラに１本のヒータランプの計３本のヒータランプを持っている定着器が存在する。ウォームアップ時間を短縮するためにヒータのワッテージを大きくすると、消費電力を抑えるため、同時に複数のヒータを点灯させることができないという問題がある。

このような構成の定着器において、蛍光灯のちらつき防止のため定着位相制御を導入すると、スルーアップ、スルーダウンの時間が必要となる。あるヒータを点灯させようとする時、別のヒータが点灯していると、点灯しているヒータのスルーダウン時間を待たなければならないため、その間に定着ローラ温度が低下し、結果、定着ローラ温度のリップルが大きくなってしまう場合がある。特に、加熱ヒータの温度が変動する場合には、画像品質が低下するという問題があった。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、ウォームアップ時間を短縮しつつ、消費電力は低減させたまま、定着品質の確保と蛍光灯のちらつき抑制を行なうことができる画像形成装置、および画像形成装置の制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、用紙上のトナー画像をヒートローラで熱定着させる画像形成装置は、内部にヒータを有する加熱ローラ、および内部にヒータを有する加圧ローラを備えた定着装置と、ヒータに対する交流電源の位相角を制御する回路と、通電開始時において交流電源の位相制御により、ヒータに電圧を印加する導通角を徐々に増加させることでスルーアップ制御を行なう第１の制御手段と、通電停止時において交流電源の位相制御により、ヒータに電圧を印加する導通角を徐々に減少させることでスルーダウン制御を行なう第２の制御手段とを備え、一方のローラの温度が下がり、そのローラ内部のヒータの点灯が必要とされるときに、そのローラ内部のヒータのスルーアップ制御を開始し、他方のローラ内部のヒータが点灯していた場合には、点灯していたヒータに対してはスルーダウン制御は行なわずに消灯させる制御を行なう。

好ましくは画像形成装置は、加熱ローラの温度が下がり、その内部の加熱ヒータの点灯が必要とされる場合において、加圧ローラ内部の加圧ヒータが点灯していたときには、加圧ヒータのスルーダウン制御を行なわずに直ちに消灯し、加熱ヒータのスルーアップ制御を開始する。

好ましくは画像形成装置は、加圧ローラの温度が下がり、その内部の加圧ヒータの点灯が必要とされる場合において、加熱ローラ内部の加熱ヒータが点灯していたときには、加熱ヒータのスルーダウン制御が終了するのを待って、加圧ヒータのスルーアップ制御を開始する。

この発明の他の局面に従うと、用紙上のトナー画像をヒートローラで熱定着させる画像形成装置の制御方法において、画像形成装置は、内部にヒータを有する加熱ローラ、および内部にヒータを有する加圧ローラを備えた定着装置と、ヒータに対する交流電源の位相角を制御する回路と、通電開始時において交流電源の位相制御により、ヒータに電圧を印加する導通角を徐々に増加させることでスルーアップ制御を行なう第１の制御手段と、通電停止時において交流電源の位相制御により、ヒータに電圧を印加する導通角を徐々に減少させることでスルーダウン制御を行なう第２の制御手段とを備え、一方のローラの温度が下がり、そのローラ内部のヒータの点灯が必要とされるときに、そのローラ内部のヒータのスルーアップ制御を開始し、他方のローラ内部のヒータが点灯していた場合には、点灯していたヒータに対してはスルーダウン制御は行なわずに消灯させる制御を行なう。

これらの発明に従うと、ウォームアップ時間を短縮しつつ、消費電力は低減させたまま、定着品質の確保と蛍光灯のちらつき抑制を行なうことができる画像形成装置、および画像形成装置の制御方法を提供することが可能となる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。

画像形成装置の定着装置は、加熱ローラおよび加圧ローラを有する。加熱ローラおよび加圧ローラは、それぞれ内部にヒータランプを有する。定着装置は定着位相制御を行なう。同時に複数のヒータランプを点灯できない時、加熱ヒータの点灯を優先させるが、加熱ヒータを点灯させようとする時、もし加圧ヒータが点灯していた場合は加圧ヒータは定着位相制御（スルーダウン制御）を行なわずに直ちに消灯させる。

蛍光灯のちらつき防止のために定着位相制御を行なうと、スルーアップ・スルーダウンの時間が必要である。本実施の形態では、ヒータを点灯させようとする場合において、別のヒータが点灯していたとき、点灯しているヒータのスルーダウン時間を待つ必要がなくなる。これにより、定着ローラの温度低下を防ぐことができる。

より詳しくは、加熱ローラと加圧ローラの内部にそれぞれヒータランプを有する定着装置は、ヒータランプに対する交流電源の位相角を制御する回路を備え、通電開始時において交流電源の位相制御により、ヒータランプに電圧を印加する導通角を徐々に増加させることでスルーアップ制御を行なう。

通電停止時においては、電圧を印加する導通角を徐々に減少させることでスルーダウン制御を行なう。

一方のローラの温度が下がりヒータランプの点灯が必要とされる時、そのローラのヒータランプのスルーアップ制御を開始するとともにそのヒータランプを点灯させ、もし他のヒータが点灯していたならば、点灯していたヒータランプはスルーダウン制御は行なわずに直ちに消灯させる制御部を定着装置は備える。

図１は、本発明の実施の形態の１つにおける画像形成装置の中央断面図である。

図を参照して、画像形成装置は、原稿から画像を読み取るスキャナ２０１と、画像データに基づいて用紙にカラートナー画像を形成するプリントエンジン２１３と、用紙を収容する給紙部２１５と、用紙上に形成されたトナー像を定着させる定着器２０３と、片面に画像が形成された用紙を反転させ、裏面にプリントを行なうための両面ユニット２１１とを備える。

プリントユニット２１３においては、感光体と現像器等で構成された消耗品の各色ユニット（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が中間転写ベルトに当接されている。

中間転写ベルト上の画像は、２次転写部で用紙に転写され定着器２０３に搬送される。定着器２０３は、加熱ローラＲ１と加圧ローラＲ２とで構成される。加熱ローラＲ１内部には、加熱ロングヒータ２０５と、加熱ショートヒータ２０７とが配されており、加圧ローラＲ２内部には、加圧ヒータ２０９が配されている。

また、加熱ヒータ近傍と加圧ヒータ近傍にはそれぞれのローラの温度を検出するセンサが配されている（図２を用いて説明する）。

図２は、画像形成装置の制御構成を示した概略ブロック図である。

画像形成装置１００は、様々な機能の操作設定を行ない、また設定された機能の確認や種々の警告等を表示する操作表示部１０２と、画像を読み取り電子データ化する画像読み取り部１０５と、読み取られた電子データに対し色々な画像処理を行う画像処理部１０６と、画像処理された電子データを既知の電子写真プロセスによりプリントアウトする画像形成部１０７と、それらの電子データを保存しておくデータ記憶装置１０８と、様々な処理において作業領域として使用されるＲＯＭ１０３およびＲＡＭ１０４と、各部を統括的に制御する全体制御部１０１とから構成される。

更に画像形成装置は、ネットワーク１１１を通じて他のＭＦＰ１１２〜１１４等との間で通信を行なう窓口となるＩ／Ｆ部（インターフェース部）１０９と、機械の状態や消耗品のプリント枚数、動作時間等のカウンタ値を記憶する為の本体不揮発メモリ１１０とをを有する。

画像形成装置は、定着器関連として、ゼロクロス信号１１９に同期して定着器へのＯＮ時間を漸増させる定着位相波形出力信号１１８、加熱ロングヒータ信号１１５、加熱ショートヒータ信号１１６、および加圧ヒータ信号１１７を出力する。

画像形成装置は、加熱ローラ温度検出センサ（サーミスタ）１２０、および加圧ローラ温度検出センサ（サーミスタ）１２１を有している。

図３は、画像形成装置が有するヒータ点灯回路を示す図である。

図を参照して、ヒータ点灯回路は、３つのゲートを備える。ゲート３０１は、加熱ロングヒータ信号と、位相制御信号とを入力し、加熱ロングヒータ印加信号を出力する。

ゲート３０３は、加熱ショートヒータ信号と、位相制御信号とを入力し、加熱ショートヒータ印加信号を出力する。

ゲート３０５は、加圧ヒータ信号と、位相制御信号とを入力し、加圧ヒータ印加信号を出力する。

図４は、画像形成装置の加熱ロングヒータ信号がＯＮとなる時の信号波形を示す図である。

信号波形は、負論理で示している。

加熱ロングヒータ信号をＯＮ（Ｌレベル）にした後、最初のゼロクロス信号が立ち下がってから所定時間Ｔ１後に位相制御信号をＬレベルにする。次のゼロクロス信号が立ち下がったら位相制御信号をＨレベルにし、所定時間Ｔ２後に位相制御信号をＬレベルにする。

次のゼロクロス信号が立ち下がったら、位相制御信号をＨレベルにし、所定時間Ｔ３後に位相制御信号をＬレベルにする。これを繰り返して、最後には位相制御信号をＬレベル固定とし加熱ロングヒータを全点灯状態にする。

この時、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞・・・・・・・である。

これにより、加熱ロングヒータ印加信号がＯＮとなる時間を徐々に増やしてゆくことができる。

図５は、画像形成装置の実行するヒータ制御のタイミングチャートを示す図である。

最初、加圧サーミスタの検出温度が目標温度に対して下回っているので加圧ヒータが全点灯されている状態を想定する。この時点では、加熱サーミスタの検出温度は目標温度を上回っているので、加熱ヒータを全消灯とするため、加熱ヒータ信号はオフとし、加圧ヒータの全点灯を続行する。

加熱ヒータの温度が下がり、加熱サーミスタの計測値が目標温度を下回ると、加熱ヒータの点灯を優先するため、加圧ヒータ温度が目標温度を下回っていたとしても加圧ヒータをスルーダウンすることなく直ちに全消灯させる。同時に、加熱ヒータのスルーアップを開始する。スルーアップが終了すると、加熱ヒータは全点灯に移行する。

加熱ヒータの温度が目標温度を下回っている時は、加熱ヒータの全点灯を続行する（加圧ヒータは全消灯を継続する）。

加熱ヒータの温度が目標温度を上回ったら、加熱ヒータのスルーダウンを開始し、スルーダウン終了後、加熱ヒータを全消灯に移行させる。

加熱ヒータが全消灯に移行した時、加圧ヒータの温度が目標温度を下回っていたら加圧ヒータのスルーアップを開始する。スルーアップが終了すると、加圧ヒータを全点灯に移行させる。

このように、本実施の形態では、加熱ヒータと加圧ヒータのいずれかのみを点灯状態とし、他方は消灯状態とすることができる。

また、加熱ヒータと加圧ヒータとの温度が両者とも目標温度に達していないときには、加熱ヒータを優先して点灯させることができる。

さらに、加熱ヒータを点灯させる必要が生じたときに加圧ヒータが点灯していたときは、加圧ヒータはスルーダウンさせることなく、直ちに消灯させる。同時に加熱ヒータはスルーアップにより全点灯状態へ移行させる。

加熱ヒータが目標温度に達すると、スルーダウンにより加熱ヒータを全消灯状態へ移行させる。

加熱ヒータが目標温度に達しており、全消灯状態であるときに、加圧ヒータが目標温度に達していなければ、スルーアップにより加圧ヒータを全点灯状態へ移行させる。

図６は、画像形成装置のヒータ制御を示したフローチャートである。

図６のフローチャートの処理は、繰り返し実行される。

画像形成装置は、最初に、ヒータＯＮ命令が出ているかチェックを行なう（Ｓ１０１）。ＯＮ命令が出ていたら（Ｓ１０１でＹＥＳ）、それが加熱ヒータへのＯＮ命令であるかチェックを行なう（Ｓ１０３）。

加熱ヒータへのＯＮ命令であれば（Ｓ１０３でＹＥＳ）、現在加圧ヒータがＯＮとなっているかチェックする（Ｓ１０５）。

加圧ヒータがＯＮとなっていたら（Ｓ１０５でＹＥＳ）、加熱ヒータの点灯を優先させる為、先ず、加圧ヒータをスルーダウンさせることなく強制的にＯＦＦとし（Ｓ１０７）、メインルーチンへ戻り、ヒータ制御を一旦終了する。

加圧ヒータがＯＦＦであった時は（Ｓ１０５でＮＯ）、加熱ヒータをＯＮとし（Ｓ１０９）、加熱ヒータのスルーアップを開始し（Ｓ１１１）、メインルーチンへ戻り、ヒータ制御を一旦終了する。

ステップＳ１０３で加熱ヒータＯＮ命令が出ていないのであれば（Ｓ１０３でＮＯ）、加圧ヒータＯＮ命令であるため、ステップＳ１１３で現在加熱ヒータがＯＦＦとなっているかを判定する。

ステップＳ１１３でＹＥＳであれば、加圧ヒータをＯＮにし（Ｓ１１５）、加圧ヒータのスルーアップを開始する（Ｓ１１７）。その後、メインルーチンへ戻り、ヒータ制御を一旦終了する。

ステップＳ１１３において、加熱ヒータがＯＮの状態であると判断されると（Ｓ１１３でＮＯ）、加熱ヒータの点灯を優先させる為、加圧ヒータは点灯させず、そのままメインルーチンへ戻り、ヒータ制御を一旦終了する。

ステップＳ１０１において、ヒータＯＮ命令が出ていないときは（Ｓ１０１でＮＯ）、加熱ヒータ、加圧ヒータの両者において先ずスルーダウン制御を開始する（Ｓ１１９）。その後スルーダウンが終了したならば（Ｓ１２１でＹＥＳ）、加熱ヒータをＯＦＦとし（Ｓ１２３）、加圧ヒータをＯＦＦとし（Ｓ１２５）、メインルーチンへ戻り、ヒータ制御を一旦終了する。

スルーダウンが終了していない場合は（Ｓ１２１でＮＯ）、スルーダウンを続行し、メインルーチンへ戻り、ヒータ制御を一旦終了する。

［実施の形態における効果］

以上のように、本実施の形態における画像形成装置は、加熱ローラと加圧ローラの内部にそれぞれヒータランプを有する定着装置を備え、ヒータランプに対する交流電源の位相角を制御する回路を有する。通電開始時において、交流電源の位相制御によりヒータランプに電圧を印加する導通角を徐々に増加させることでスルーアップ制御を行ない、通電停止時において、電圧を印加する導通角を徐々に減少させることでスルーダウン制御を行なう。

一方のローラの温度が下がりヒータランプの点灯が必要とされる時、そのローラのヒータランプのスルーアップ制御を開始するとともにそのヒータランプを点灯させる。もし他のヒータランプが点灯していたならば、点灯していたヒータランプはスルーダウン制御は行わずに直ちに消灯させる。

また、加熱ローラの温度が下がり加熱ヒータランプの点灯が必要とされる時、加圧ヒータランプが点灯していた場合は、加圧ヒータランプのスルーダウン制御は行わずに直ちに消灯し、加熱ヒータランプのスルーアップ制御を開始するとともに加熱ヒータランプを点灯させる。

また、加圧ローラの温度が下がり加圧ヒータランプの点灯が必要とされる時、加熱ヒータランプが点灯していた場合は、加熱ヒータランプのスルーダウンが終了するのを待って、加圧ヒータランプのスルーアップ制御を開始するとともに加圧ヒータランプを点灯させる。

このような構成によると、電源ＯＮ時の定着器ウォームアップ時間を短縮する為にワッテージの大きい定着ランプを複数使用しても、消費電力の低減と蛍光灯ちらつきの抑制を実現しながら、定着品質の確保が可能な定着器を提供することができる。

従来技術において、定着位相制御は行なわず、半波の整数倍で単位時間内の点灯数を制御してフリッカを抑える技術や、ヒータＯＮ時にフリッカを抑える為に定着位相制御を行なうが、それ以降は所定デューティ比の半波制御に切り替える技術があった。しかし、半波制御では蛍光灯のちらつきを抑えることができない。

また、露光ランプと複数の定着ランプを有し、位相制御モードを有する装置にて、露光ランプ点灯中にはどちらかのヒータをＯＦＦにし、ＯＦＦさせるヒータに対しては露光ランプ点灯時に供給電力位相角を１００％から直ちに０％に切り替え、露光ランプ消灯時に０％から直ちに１００％に切り替える技術が提案されている。しかし、ランプ点灯時に位相制御を行なわない場合は、蛍光灯のちらつきを抑えることができない。

これに対して本実施の形態では、ウォームアップ時間を短縮し、消費電力は低減させたまま、定着品質の確保と蛍光灯のちらつき抑制した定着器を有する画像形成装置を提供することが可能となる。

［その他］

本発明はＭＦＰ、ファクシミリ装置、複写機などの画像形成装置に対して実施することができる。

また、上述の実施の形態における処理は、ソフトウエアによって行なっても、ハードウエア回路を用いて行なってもよい。

また、上述の実施の形態における処理を実行するプログラムを提供することもできるし、そのプログラムをＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録してユーザに提供することにしてもよい。また、プログラムはインターネットなどの通信回線を介して、装置にダウンロードするようにしてもよい。

なお、上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態の１つにおける画像形成装置の中央断面図である。 画像形成装置の制御構成を示した概略ブロック図である。 画像形成装置が有するヒータ点灯回路を示す図である。 画像形成装置の加熱ロングヒータ信号がＯＮとなる時の信号波形を示す図である。 画像形成装置の実行するヒータ制御のタイミングチャートを示す図である。 画像形成装置のヒータ制御を示したフローチャートである。

符号の説明

１００ 画像形成装置（ＭＦＰ）、１０１ 全体制御部、１０２ 操作表示部、１０３ ＲＯＭ、１０４ ＲＡＭ、１０５ 画像読み取り部、１０６ 画像処理部、１０７ 画像形成部、１０８ データ記憶装置、１０９ Ｉ／Ｆ部、１１０ 本体不揮発メモリ、１１１ ネットワーク、１１２〜１１４ ＭＦＰ、１１５ 加熱ロングヒータ、１１６ 加熱ショートヒータ、１１７ 加圧ヒータ、１１８ 定着位相波形出力、１１９ ゼロクロス信号、１２０ 加熱ローラ温度検出センサ、１２１ 加圧ローラ温度検出センサ。

Claims (4)

1. 用紙上のトナー画像をヒートローラで熱定着させる画像形成装置であって、
   内部にヒータを有する加熱ローラ、および内部にヒータを有する加圧ローラを備えた定着装置と、
   前記ヒータに対する交流電源の位相角を制御する回路と、
   通電開始時において交流電源の位相制御により、ヒータに電圧を印加する導通角を徐々に増加させることでスルーアップ制御を行なう第１の制御手段と、
   通電停止時において交流電源の位相制御により、ヒータに電圧を印加する導通角を徐々に減少させることでスルーダウン制御を行なう第２の制御手段とを備え、
   一方のローラの温度が下がり、そのローラ内部のヒータの点灯が必要とされるときに、そのローラ内部のヒータのスルーアップ制御を開始し、他方のローラ内部のヒータが点灯していた場合には、点灯していたヒータに対してはスルーダウン制御は行なわずに消灯させる制御を行なう、画像形成装置。
2. 加熱ローラの温度が下がり、その内部の加熱ヒータの点灯が必要とされる場合において、加圧ローラ内部の加圧ヒータが点灯していたときには、加圧ヒータのスルーダウン制御を行なわずに直ちに消灯し、加熱ヒータのスルーアップ制御を開始する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 加圧ローラの温度が下がり、その内部の加圧ヒータの点灯が必要とされる場合において、加熱ローラ内部の加熱ヒータが点灯していたときには、加熱ヒータのスルーダウン制御が終了するのを待って、加圧ヒータのスルーアップ制御を開始する、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 用紙上のトナー画像をヒートローラで熱定着させる画像形成装置の制御方法であって、
   前記画像形成装置は、
   内部にヒータを有する加熱ローラ、および内部にヒータを有する加圧ローラを備えた定着装置と、
   前記ヒータに対する交流電源の位相角を制御する回路と、
   通電開始時において交流電源の位相制御により、ヒータに電圧を印加する導通角を徐々に増加させることでスルーアップ制御を行なう第１の制御手段と、
   通電停止時において交流電源の位相制御により、ヒータに電圧を印加する導通角を徐々に減少させることでスルーダウン制御を行なう第２の制御手段とを備え、
   一方のローラの温度が下がり、そのローラ内部のヒータの点灯が必要とされるときに、そのローラ内部のヒータのスルーアップ制御を開始し、他方のローラ内部のヒータが点灯していた場合には、点灯していたヒータに対してはスルーダウン制御は行なわずに消灯させる制御を行なう、画像形成装置の制御方法。

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