JP5298845B2

JP5298845B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5298845B2
Application number: JP2008334097A
Authority: JP
Inventors: 良和栗林
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010156770A

Description

本発明は、画像形成装置、特に、複写機やプリンタなどの電子写真法による画像形成装置に関する。

一般に、この種の画像形成装置においては、感光体上に形成された静電潜像をトナーで可視像化（現像）し、用紙上に転写されたトナー画像を加熱ローラと加圧ローラとのニップ部に搬送して定着するようにしている。定着には加熱ローラが所定の高温に達していることが必要である。加熱ローラが通過する用紙によって熱が奪われて温度が低下すると定着不良が発生する。それゆえ、定着温度を常時検出し、目標温度を維持するようにヒータへの通電を制御しており、この制御には大きな電力を必要としている。

ところで、画像形成装置が設置される日本国内の一般的なオフィスでは、商用電源は１００Ｖ、１５Ａであり、商用電源を使用する限り、画像形成装置本体に許容される最大消費電力は１５００Ｗである。画像形成装置の各部分において通常必要とされる電力は、例えば、原稿読取り装置の照明ランプに２００Ｗ、定着装置のハロゲンヒータに８００Ｗ、用紙の搬送などの電気部品を動作させるために（フィニッシャなどのオプションを含めると）７００Ｗが必要である。総計は１７００Ｗであって、全ての部分を同時に動作させると最大消費電力１５００Ｗを超過してしまう。それゆえ、所定の電源容量を超えないように動作を制御することが必要となる。

対応策としては、電源を２００Ｖに変更することが考えられるが、電源関連設備に特別な工事を施す必要があり、一般的な解決策とは言えない。

そこで、従来では、消費電力が上昇すると、通紙間隔を長く設定して単位時間当たりの通紙枚数を低下させ、用紙搬送ピッチを長く設定することにより（プリント生産性を落として）、消費電力の増大を抑えつつ定着性の低下を防止している。特許文献１，２に記載の制御は、消費電力との関係には触れていないが、定着性を維持するためにプリント生産性を低下させている。

生産性を損なわずに定着性を維持する方策として、特許文献３には、消費電力をモニタしつつ最大消費電力を超えないように定着装置のヒータへの供給電力を削減し、削減された電力は２次電池であるキャパシタから補償し、定着温度を維持することが記載されている。しかし、キャパシタのコストが高く、配置スペースの確保も必要となる。

特許文献４には、加熱ローラの温度勾配を周期的にモニタして、前回と今回の温度勾配を比較してプリント生産性を設定することが記載されている。しかし、加熱ローラの温度を検出する素子の精度によっては、用紙１枚が通過する短い時間で温度勾配を検出して比較し、細かい生産性を設定することは困難である。
特公昭６１−１００７０号公報特開昭６２−４４７８５号公報特開２００５−２１５２３９号公報特開２００８−４６３４０号公報

そこで、本発明の目的は、消費電力を予め設定されている標準的な電源容量に収めるとともに、プリント生産性を不必要に低下させることなく安定した定着性を維持できる画像形成装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明の一形態である画像形成装置は、
用紙上に転写されたトナー画像を加熱材と加圧材とのニップ部に搬送して定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
画像形成装置で消費されている電力を計測する電力計測手段と、
前記定着手段のヒータへの通電を制御するスイッチング手段と、
前記定着手段の定着温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出した温度と目標温度との差分に基づいて電力を前記ヒータに供給するように前記スイッチング手段を制御するとともに、前記電力計測手段から得た消費電力に応じて前記ヒータへの供給電力を補正するように前記スイッチング手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記電力計測手段から得た消費電力が増加すると前記ヒータへの供給電力を削減するとともに、前記温度検出手段で検出された温度が前記目標温度よりも低い所定温度になるとプリント生産性を低く設定し、かつ、プリント生産性を低く設定した状態を継続する継続時間を前記ヒータへの供給電力の削減量に応じて設定し、設定された前記継続時間は、前記所定温度になった前記定着手段が、プリント生産性を低くすることで前記目標温度に復帰する到達時間よりも長いこと、
を特徴とする。

前記画像形成装置においては、消費電力が最大消費電力を超えそうな場合、定着装置のヒータへの供給電力が削減され、定着温度は低下していく。定着温度が本来の目標温度よりも低い所定温度にまで低下した場合には、プリント生産性を低く設定する。これにて用紙の通紙間隔が広くなるので定着温度が上昇する。即ち、生産性は若干低下するが、定着性の低下は回避される。また、このように生産性を低く設定した状態を継続する継続時間はヒータへの供給電力の削減量に応じて設定され、定着温度が上昇したり、消費電力が減少したとしても直ちには生産性を復帰させることはない。消費電力が減少したとしても、直ぐに増大する場合があり、その場合には定着温度がより大きく低下し、定着温度制御が不安定になり、より低い生産性が設定される場合がある。しかし、ここでの制御ではこのような不具合を解消できる。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置、図１参照）
まず、本発明に係る画像形成装置の一実施例について、その概略構成を図１を参照して説明する。この画像形成装置は、デジタル電子写真複写機として構成され、原稿読取りユニット２０とプリンタ部４０からなる本体部と、該本体部の上部に設置された自動原稿搬送ユニット３０と、本体部の左側に設置された大容量の給紙スタッカ５０と、本体部の右側に設置されたステープル機能やパンチ機能を備えたフィニッシャ６０とから構成されている。

原稿読取りユニット２０は、原稿台ガラス２１上の所定位置にセットされた原稿の画像を、スキャナ２２で走査してＣＣＤ２３で光電変換し、さらに、画像信号処理部２４で周知の画像信号処理を施すことにより画像データを生成する。この画像データは画像メモリ２５に一旦格納される。スキャナ２２をスリット状の読取りガラス２６の直下で静止させ、該ガラス２６上で原稿を搬送させて画像を読み取ることも可能である。

プリンタ部４０は、感光体ドラム４３を中心として、レーザ走査ユニット４２、帯電チャージャや現像ユニット４４、転写チャージャ、定着ユニット４６などが配置され、下部には給紙カセット４５ａ，４５ｂが設置されている。

前記画像メモリ２５から制御部４１に転送された画像データに基づいてレーザ走査ユニット４２が駆動され、矢印方向に回転する感光体ドラム４３上に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像ユニット４４によってトナー画像とされ、給紙スタッカ５０又は給紙カセット４５ａ，４５ｂ又は再給紙通路４９から１枚ずつ給紙される用紙上に転写される。トナー画像を転写された用紙は定着ユニット４６に搬送され、加熱ローラ４６ａと加圧ローラ４６ｂとのニップ部を搬送されることでトナー画像が用紙上に定着される。その後、用紙はフィニッシャ６０に送り込まれ、通常はトレイ６１に排出され、ステープルなどの処理を施された用紙はトレイ６４に排出される。

（定着ユニット、図２参照）
図２に定着ユニット４６を示す。加熱ローラ４６ａにはヒータ（ハロゲンランプ）４７が内蔵され、表面温度（定着温度）を検出するためのサーミスタ４８が配置されている。また、加圧ローラ４６ｂはばね４６ｃによって所定の圧力で加熱ローラ４６ａに圧接している。ローラ４６ａ，４６ｂはそれぞれ矢印方向に回転し、用紙を矢印Ａ方向に搬送しつつトナー画像を定着する。ヒータ４７は通電のオン、オフを切り換えるスイッチ１５（図３参照）を備えている。

（給電回路、図３参照）
本画像形成装置における給電回路は、図３に示すように、前記ヒータ４７、原稿読取りユニット２０、自動原稿搬送ユニット３０やその他の負荷（プリンタ部４０の各種機器）に商用電力を供給する。この給電回路にはコントローラ１０と電力モニタ１１が設置されており、画像形成装置で消費されている電力は電力モニタ１１によって計測される。なお、コントローラ１０は周辺機器である給紙スタッカ５０、フィニッシャ６０などをモニタしつつそれらの制御も行っている。そこで、コントローラ１０は本体部及び周辺機器の動作から消費電力を予測するようにしてもよい。

コントローラ１０は、各種の負荷への電力の供給を制御し、特に、サーミスタ４８で検出した加熱ローラ４６ａの表面温度に基づいてスイッチ１５を制御してヒータ４７への通電をオン、オフし、加熱ローラ４６ａの表面温度を目標温度に制御する。目標温度はプリント時の定着温度、プリントが開始されるまでの待機温度、省電モードでの待機温度など種々であるが、以下ではプリント時の定着温度を意味する。

コントローラ１０による制御の概略は以下のとおりである。まず、サーミスタ４８で検出した温度と目標温度との差分に基づいて電力を定着ヒータ４７に供給するようにスイッチ１５を制御するとともに、電力モニタ１１から得た消費電力に応じてヒータ４７への供給電力を補正するようにスイッチ１５を制御する。即ち、コントローラ１０は、電力モニタ１１から得た消費電力が増加するとヒータ４７への供給電力を削減するとともに、サーミスタ４８で検出された温度が目標温度よりも低い所定温度になるとプリント生産性を低く設定し、かつ、プリント生産性を低く設定した状態を継続する時間をヒータ４７への供給電力の削減量に応じて設定する。プリント生産性とは単位時間当たりのプリント枚数を意味し、ここでは用紙の搬送間隔を変更することで制御する。

本実施例において、種々のオプション機器を備えた画像形成装置全体に対して給電回路から最大限給電可能な電力（最大消費電力）は、１．５ｋＷである。定着ヒータ４７の消費電力は１．４ｋＷであり、原稿読取りユニット２０と自動原稿搬送ユニット３０の合計消費電力は０．１２ｋＷである。

（制御動作、図４〜図８参照）
ここで、コントローラ１０による制御動作を図４及び図５を参照して説明する。まず、メインスイッチによって電源がオンされると（ステップＳ１）、ウォームアップのために定着ヒータ４７をオンする（ステップＳ２）。ウォームアップが完了すると（ステップＳ３でＹＥＳ）、プリント要求があるまで待機状態となる（ステップＳ４０でＮＯ、ステップＳ４１）。プリントスイッチがオンされ、プリント要求があると、予め設定されている通常の生産性（生産性１００％）でプリント制御が開始され、定着ユニット４６の加熱ローラ４６ａの表面温度（定着温度）が目標温度である１７０℃になるようにヒータ４７がオン、オフ制御される（ステップＳ５）。

プリント開始時には、自動原稿搬送ユニット３０と原稿読取りユニット２０が動作中であるため、それらが１２０Ｗ及びヒータ４７が１４００Ｗの電力を消費する。この状態では電力モニタ１１で計測される消費電力が最大供給電力１５００Ｗを超えるため、電力モニタ１１が１４５０Ｗを計測した時点でヒータ４７への供給電力を５０Ｗ削減する。最終的に１４５５Ｗ以上の消費電力を計測することになり、ヒータ４７への供給電力を１００Ｗ削減する。従って、ヒータ４７への供給電力は１５０Ｗ削減されることになる。

消費電力ＳｙｓＷに応じた削減電力は表１に示すとおりであり、最大供給電力（１５００Ｗ）に対して、消費電力ＳｙｓＷが１４００Ｗ未満であればヒータ４７への電力を削減することはなく、１４００Ｗ以上で１４５５Ｗ未満の場合に５０Ｗ削減し、１４５５Ｗを超えると１００Ｗ削減する。即ち、消費電力ＳｙｓＷが１４００Ｗに達した時点で５０Ｗ、１４５５Ｗに達した時点で１００Ｗを削減するので、合計で１５０Ｗの電力が削減されることになる。そして、削減電力はコントローラ１０のメモリに格納される（ステップＳ６１）。

以上の制御によって定着温度維持に必要な電力が削減されるため、加熱ローラ４６ａの表面温度（定着温度）は低下していく。そこで、加熱ローラ４６ａの温度が目標温度（１７０℃）よりも低い所定温度になるとプリント生産性を低く設定する（ステップＳ６２）。目標温度と加熱ローラ４６ａとの温度差ΔＴに応じて設定される生産性は表２に示すとおりである。−７℃≧ΔＴであればプリント生産性は１００％を維持し、−１２℃≧ΔＴ＞−７℃であれば９０％に変更し、−１８℃≧ΔＴ＞−１２℃であれば８０％に変更し、ΔＴ＞−１８℃であれば７０％に変更する。例えば、温度差ΔＴが−８℃になると生産性を９０％に変更する。

以上のごとくプリント生産性を低下させることで、用紙の通紙間隔が広くなり、定着温度のそれ以上の低下が回避される。即ち、生産性は若干低下するが、定着性の低下は回避される。生産性を低下させることで、定着温度は通常状態へ復帰する。しかし、定着温度の復帰によって生産性を上げると、ヒータ４７への供給電力は削減されているので、定着温度がより大きく低下し、より低い生産性が設定される場合がある。このような生産性の変動を回避し、安定した定着温度制御を実行するため、本実施例では生産性を低く設定した場合にはその生産性でのプリント処理を電力の削減量に応じて一定時間は継続させることとした（ステップＳ６３，Ｓ６４）。

ヒータ４７への供給電力の削減量と生産性設定継続時間との関係は表３に示すとおりである。削減量Ｋが５０以下であれば継続時間を設定せず、５０Ｗ以上１００Ｗ未満であれば５ｓｅｃ、１００Ｗ以上１５０Ｗ未満であれば１０ｓｅｃ、１５０Ｗ以上２００Ｗ未満であれば１７ｓｅｃ、２００Ｗ以上２５０未満であれば２１ｓｅｃ、２５０Ｗ以上であれば２５ｓｅｃに設定する。

ここでは供給電力が１５０Ｗ削減されているため、生産性を低下させたプリント制御は１７ｓｅｃ継続される（ステップＳ６５）。また、通紙する紙種によっては一旦生産性を落としたプリント中であっても定着温度がさらに低下する場合がある。加熱ローラ４６ａの温度が１７０℃の目標温度に対して−１４℃低下すると生産性を８０％に低下させ（表２参照）、継続時間も変更する（ステップＳ６２〜Ｓ６５）。

ところで、加熱ローラ４６ａの温度は生産性を低く設定するので加熱ローラ４６ａの温度は１７０℃の目標温度に復帰するが、セットされた継続時間である２１ｓｅｃまで８０％の生産性を継続し、２１ｓｅｃ後に１００％の生産性に復帰する。直ちに生産性を１００％に復帰させると加熱ローラ４６ａの温度が低下し、低温環境などでは定着性が悪化するおそれがある。具体的には図６を参照して説明する。

図６において、８０％の生産性でのプリントを行い、定着温度が目標温度に戻ると直ちに生産性を１００％に復帰させると、曲線ｂに示すように定着温度が大きく低下する。ヒータ４７への供給電力が削減されているために急激な生産性の変化に対応できず、定着温度が低下してしまう。しかし、ヒータ電力削減量に応じて一定時間８０％の生産性を継続させた場合には、曲線ａに示すように定着温度の大きな低下を防ぐことができる。即ち、一定時間８０％の生産性を確保することで加熱ローラ４６ａ、加圧ローラ４６ｂの熱量が増加し、生産性を１００％に戻しても定着温度の低下を最小に抑えることができる。なお、生産性を戻す場合には、一定時間１０％ずつ段階的に戻してもよい。これにて定着温度の低下をより効果的に防ぐことができる。

生産性を低下させるプリントを行ったのちに元の生産性に復帰した場合には、適正電力がヒータ４７に供給されているため、コントローラ１０に内蔵されているメモリに格納されている削減量をリセットする（ステップＳ１２０）。

さらに、プリントが続行され、フィニッシャ６０が動作した場合、消費電力が増加する。電力モニタ１１が１４５０Ｗを計測し、ヒータ４７に対する現状の供給電力から５０Ｗを削減する（ステップＳ６０）。生産性の低下によってヒータ４７で必要とする電力は低くてよいが、５０Ｗ削減されるため、定着温度の維持が困難になり、温度差ΔＴが−８℃になる（ステップＳ６２）。それゆえ、生産性を９０％に低下させて５ｓｅｃの間プリントを実行する（ステップＳ６３〜Ｓ６５）。

ヒータ４７に対する供給電力削減のより適切な方法として、表４に示すように、定着温度の制御経過時間Δｔに応じて削減電力を補正してもよい。目標温度である１７０℃を維持するにあたって、定着ユニット４６が全体的に温まると目標温度を維持するヒータ４７は電力が少なくて済むからである。定着開始からの経過時間Δｔが６０ｓｅｃ未満であれば削減電力の補正は０（補正せず）、６０ｓｅｃ以上で１２５未満であれば５０Ｗ、１２５ｓｅｃ以上で２００ｓｅｃ未満であれば７０Ｗ、２００ｓｅｃ以上で３００ｓｅｃ未満であれば１２０Ｗ、３００ｓｅｃ以上であれば１５０Ｗ増加させる。例えば、ヒータ４７への供給電力が５０Ｗ削減された場合、定着制御開始から６０〜１２５ｓｅｃ経過時にはさらに５０Ｗを加えて１００Ｗに補正する。

さらに、表５に示すように、画像形成装置が設置されている環境温度に基づいてプリント生産性を低く設定した状態を継続する時間を補正してもよい。環境温度によって定着ユニット４６の温まり方が異なることによる。環境温度が２８℃以上であれば継続時間を５ｓｅｃ短縮し、２０℃以上で２８℃未満であれば０（補正せず）、１０℃以上２０℃未満であれば３ｓｅｃ長くし、１０℃未満であれば５ｓｅｃ長くする。

図７に、実際にプリント処理を行った場合の定着ユニット４６の温度変化を示している。この温度変化の例は、自動原稿搬送ユニット３０を使用することなくプリントを行った場合であり、それゆえヒータ４７への供給電力は削減されていない状態にある。電源を投入してヒータ４７に電力を供給したときの加圧ローラ４６ｂの温度上昇の程度が環境温度によって異なる。用紙も環境温度の影響を受けている。低温環境では加圧ローラ４６ｂが温まるまでの時間が長くなる。

そこで、環境温度に応じてプリント生産性を低く設定した状態を継続する時間を補正することで定着温度を目標温度に維持することと、最適な生産性を維持することが可能になる。

図８に、連続して１００枚のプリントを行った場合の定着温度の変化と生産性設定の変化の状態を示す。１００％の生産性は毎分５５枚であり、Ａ４サイズの用紙を横方向に（用紙の短辺を搬送方向と平行にして）搬送した。実線は本発明例、点線は比較例を示している。比較例では消費電力が増加するとヒータ４７への供給電力を削減するとともに、定着温度が目標温度よりも低い所定温度になるとプリント生産性を低く設定し、定着温度が戻ると直ちに生産性を上げる制御を行った。本発明例では、一旦生産性を低く設定した場合、その生産性でのプリント処理をヒータ４７への供給電力の削減量に応じて設定し、生産性を段階的に上げていった。

実線の本発明例と点線の比較例とを比べると、本発明例のほうが定着温度が安定し、かつ、生産性の変動も少ない。しかも、生産性が早く１００％に復帰している。１００枚のプリントが終了した時点を比較すると、本発明例は比較例に対して９ｓｅｃ早くプリントを完了している。

（他の実施例）
なお、本発明に係る画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

特に、画像形成装置本体に関しては、モノクロプリント形式以外にもカラープリント形式やファクシミリ機能を付加した機種など、種々の形式であってもよい。オプションで付加される周辺機器の種類も任意である。

本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。定着ユニットを示す部分断面図である。給電回路の概略を示すブロック図である。制御動作を示すフローチャート図である。制御動作を示すフローチャート図である。プリント生産性を８０％に落とした場合の定着温度の変化を示すグラフである。定着ユニットの温度変化を示すグラフである。連続して１００枚のプリントを行った場合の定着温度の変化と生産性設定の変化を示すグラフである。

符号の説明

１０…コントローラ
１１…電力モニタ
１５…スイッチ
４０…プリンタ部
４６…定着ユニット
４６ａ…加熱ローラ
４６ｂ…加圧ローラ
４７…ヒータ
４８…サーミスタ

Claims

用紙上に転写されたトナー画像を加熱材と加圧材とのニップ部に搬送して定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
画像形成装置で消費されている電力を計測する電力計測手段と、
前記定着手段のヒータへの通電を制御するスイッチング手段と、
前記定着手段の定着温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出した温度と目標温度との差分に基づいて電力を前記ヒータに供給するように前記スイッチング手段を制御するとともに、前記電力計測手段から得た消費電力に応じて前記ヒータへの供給電力を補正するように前記スイッチング手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記電力計測手段から得た消費電力が増加すると前記ヒータへの供給電力を削減するとともに、前記温度検出手段で検出された温度が前記目標温度よりも低い所定温度になるとプリント生産性を低く設定し、かつ、プリント生産性を低く設定した状態を継続する継続時間を前記ヒータへの供給電力の削減量に応じて設定し、設定された前記継続時間は、前記所定温度になった前記定着手段が、プリント生産性を低くすることで前記目標温度に復帰する到達時間よりも長いこと、
を特徴とする画像形成装置。
前記制御手段は、複数の前記所定温度を有しており、複数の所定温度に対応したプリント生産性に設定すること、を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記制御手段は環境温度に基づいてプリント生産性を低く設定した状態を継続する時間を補正す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。
前記制御手段は定着制御の経過時間に応じて前記削減電力を補正す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。