JP5473416B2

JP5473416B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5473416B2
Application number: JP2009139032A
Authority: JP
Inventors: 博光熊田; 徹今泉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: JP2010286588A

Description

本発明は、未定着画像を定着させるための熱定着器を具備した、例えば、複写機、プリンタ、あるいは、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関するものである。

一般的な電子写真プロセスを用いた画像形成装置（レーザプリンタ）について説明する。このような画像形成装置の熱定着器は、電子写真プロセス等の画像形成手段により転写紙上に形成された未定着画像（トナー像）を転写紙上に定着させるものである。この熱定着器には、加熱ローラ内部に、熱源としてハロゲンヒータを用いる熱ローラ式や、セラミック面発ヒータを用いるフィルム加熱式が用いられている（例えば、特許文献１又は２参照）。

この熱定着器のヒータは、一般的にトライアック等のスイッチング素子を介して交流電源に接続されており、この交流電源から電力が供給されている。またヒータを熱源とする熱定着器には温度検出素子、例えばサーミスタ感温素子が設けられており、この温度検出素子により検出された温度情報を基にスイッチング素子をオン／オフ制御して、熱定着器の温度が目標の温度になるように制御される。またセラミック面発ヒータのオン／オフ制御は、入力商用電源の位相制御又は波数制御により行われる。

また、トライアック等のスイッチング素子の故障や電力制御の暴走によりヒータが異常発熱した場合には、温度検出素子によりヒータの過昇温を検出して、交流電源（商用電源）からヒータへの電力供給を遮断している。

また、商用電源から画像形成装置に供給される電流が所定値を超えないように、画像形成装置に供給される電流とヒータに供給される電流を検知してヒータへの供給電流を制御する技術がある（例えば、特許文献３参照）。

また、主電源立ち上げ時から印刷開始可能になるまでの時間（ウォーミングアップ時間）を短くするとともに加熱ローラ表面温度のオーバーシュートを低減させるために、図１１に示すような制御を行う技術もある（例えば、特許文献４参照）。図１１では、加熱ローラの表面温度（ヒータ温度）の上昇率を算出する。そして、ある時刻から印刷温度（Ｔ＿ｐｒｉｎｔ）に達するまでの時間を逆算し加熱ローラ表面温度が予め設定された印刷温度に達する時刻に記録シートが加熱ローラの位置に達するように記録シートの給紙開始時刻を推測する。

特開昭６３−３１３１８２号公報特開平０２−１５７８７８号公報特開２００８−１６４６４４号公報特開平０６−３０１２５５号公報

しかしながら、上記のような従来技術では以下のような課題がある。

特許文献３にあるように、商用電源から画像形成装置に供給される電流を所定値以下にするために、ヒータ供給電流を制限すると熱定着器の加熱ローラの温度上昇が遅くなる。そのため、ウォーミングアップ時間が、ヒータ供給電流が制限されない場合よりも長くなってしまう。また、特許文献４にあるようにウォーミングアップ時間を短くしようとすると、次のような課題が生じる。すなわち、記録シートの給紙開始から記録シートが加熱ローラの位置に達するまでの期間にヒータ供給電流が制限された場合に、加熱ローラの表面温度が印刷温度に達することができずに、定着不良を引き起こすおそれがある。

本発明は、このような状況のもとで成されたもので、交流電源から定着手段に供給される電流を所定の電流値以下に制限した場合でも定着不良を防止し、かつ、ウォーミングアップ時間を長くしないようにすることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。

（１）記録媒体を給紙する給紙モータと、商用電源から供給される電力により発熱するヒータを有し、記録媒体に形成された未定着トナー画像を記録媒体に加熱定着する定着手段と、前記ヒータの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出温度に応じて前記商用電源から前記ヒータに供給する電力を制御する制御手段と、前記商用電源から装置本体に入力する電流を検出する電流検出手段と、を有し、前記制御手段は、前記電流検出手段による検出電流値が所定の電流値以下になるように、前記ヒータに供給する電力を制限し、前記給紙モータの起動後、前記温度検出手段の検出温度が給紙温度に達した時点で記録媒体の給紙を開始する画像形成装置において、前記ヒータへの電力供給を開始し前記ヒータの温度が所定の定着可能温度に達するまでのウォームアップ期間中に、前記ヒータへ供給する電力が、前記温度検出手段の検出温度に応じて設定された電力よりも低い、前記電流検出手段による検出電流値が所定の電流値以下になるように制限された電力となった場合、前記制御手段は、前記給紙モータの起動後における前記ヒータの温度上昇率を算出し、前記給紙モータの起動後に前記ヒータに供給している電力のデューティ比と、前記給紙モータの起動後の前記ヒータの温度上昇率と、記録媒体が前記給紙モータから前記定着手段まで移動するのに要する所定時間と、に基づいて前記給紙モータの起動後に前記ヒータに供給している電力のデューティ比で電力供給した時の前記所定時間における前記ヒータの温度上昇値を算出し、前記定着可能温度と、前記温度上昇値から前記給紙温度を算出し、前記ヒータの温度が前記給紙温度に達した時点で記録媒体の給紙を開始することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、交流電源から定着手段に供給される電流を所定の電流値以下に制限した場合でも定着不良を防止し、かつ、ウォーミングアップ時間を長くしないようにできる。

実施例１〜３に係る電子写真プロセスを用いた画像形成装置の概略構成図実施例１〜３に係るヒータ制御回路の構成を示すブロック図実施例１〜３に係るセラミックヒータの概略を説明する図実施例１〜３に係る熱定着器の概略構成を示す図実施例１に係るヒータ温度変化を説明する図実施例１に係る制御を説明するフローチャート実施例２に係るヒータ温度変化を説明する図実施例２に係る制御を説明するフローチャート実施例３に係るヒータ温度変化を説明する図実施例３に係る制御を説明するフローチャート従来例に係る制御を説明する図

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。なお、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

［画像形成装置の構成］
図１は、本実施例に係る電子写真プロセスを用いた画像形成装置（レーザプリンタ）の概略構成図である。本実施例では４ドラム方式のカラーレーザプリンタの例をあげる。

本カラーレーザプリンタは４色（イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢｋ）の画像を重ね合わせたカラー画像を形成するために４色の画像形成部を備えている。レーザプリンタ本体３３０（以下、本体３３０）は、記録シートＳを収納するカセット３２８から供給される記録シートＳに画像を形成する。３２６は、カセット３２８から記録媒体である記録シートＳをピックアップして搬送する給紙ローラである。給紙ローラ３２６は給紙モータ３３７によって駆動される。給紙タイミングで不図示のクラッチが動作することにより、給紙モータ３３７の駆動力が給紙ローラ３２６に伝達されて記録シートＳが給紙される。この給紙ローラ３２６の下流には記録シートＳを同期搬送するレジストローラ対３３１が設けられている。

画像形成部は、像担持体としての感光ドラムを有するトナーカートリッジ３０７から３１０と、画像露光用光源としてのレーザビームを発生させるレーザダイオードを有するスキャナユニット３０５、３０６とからなる。このうち、トナーカートリッジは４色それぞれ１つずつ有する。スキャナユニットに関しては、イエロー、マゼンタで共通の１つ、シアン、ブラックで共通の１つの２つである。

ホストコンピュータ３００からの画像データを受け取ると、本体３３０内のビデオコントローラ３０２で画像データをビットマップデータに展開し、画像形成用のビデオ信号を生成する。ビデオ信号はエンジンコントローラ３０４に送信され、エンジンコントローラ３０４はビデオ信号に応じてスキャナユニット３０５と３０６内のレーザダイオード（不図示）を駆動し、レーザをポリゴンミラー（不図示）で走査させる。これにより、エンジンコントローラ３０４はトナーカートリッジ３０７〜３１０内の感光ドラム上にそれぞれ画像を形成する。感光ドラムは、中間転写ベルト３２５に接しており、各色の感光ドラム上に形成された画像が中間転写ベルト３２５上に転写され順次重ね合わされていくことにより、カラー画像が形成される。中間転写ベルト３２５はベルトモータ３３８で駆動される。なお、３０１は画像データの流れを、３０３はビデオ信号の流れを示す。

３１９〜３２２は感光ドラムであり、メインモータ３３３〜３３６によりそれぞれ駆動される。ここで３１９はブラック、３２０はシアン、３２１はマゼンタ、３２２はイエローの画像の形成に利用される。

感光ドラム３２０は帯電ローラ３１６によって表面を一様に帯電されており、この表面をビデオコントローラ３０２で作成されたビデオ信号で変調されたレーザビームが走査することで、目には見えない静電潜像が形成される。静電潜像は現像器３１２によってトナー像として可視化される。なお、３１５、３１７、３１８は帯電ローラ、３１１、３１３、３１４は現像器である。

このようにして、第１のレーザダイオード（不図示）によるシアン（Ｃ）の色画像が感光ドラム３２０上に、また、第２のレーザダイオード（不図示）によるブラック（Ｂｋ）の色画像が感光ドラム３１９上に形成される。スキャナユニット３０６についても３０５と全く同様である。すなわち、感光ドラム３２１上にマゼンタ（Ｍ）、感光ドラム３２２上にイエロー（Ｙ）の色画像がそれぞれ形成される。

各色画像は、一定速度で搬送される中間転写ベルト３２５上に順次、重ね合うように転写（一次転写）される。つまり、最初にイエロー（Ｙ）の画像が中間転写ベルト３２５に転写され、その上に、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の順に転写され、カラー画像が形成される。

中間転写ベルト３２５上に形成されたカラー画像は、中間転写ベルト３２５によって搬送されていく。一方、カセット３２８内の記録シートＳは給紙ローラ３２６によって、転写ローラ３２３の位置でちょうど中間転写ベルト３２５上の画像とタイミングが合うように給紙される。そしてカラー画像は転写ローラ３２３に加圧され中間転写ベルト３２５から記録シートＳの方に転写される（２次転写）。転写ローラ３２３の下流には熱定着器３２７が設けられる。未定着の画像が転写された記録シートＳは熱定着器３２７で、熱と圧力によって、記録シートＳ上（記録媒体上）のトナー画像を定着させられた後、プリンタの上部、排紙トレイ３２９に排出される。３３２は、熱定着器３２７を駆動する定着モータである。

［ヒータ制御回路］
図２は、本実施例において、ヒータ１０９ｃへの通電駆動を制御するヒータ制御回路の構成を示すブロック図である。

（ヒータへの通電のオン／オフ）
２０１は、図１中の本体３３０が接続される交流電源（商用電源ともいう）を示している。この画像形成装置は、交流電源２０１からＡＣフィルタ２０２、カレントトランス２２６、リレー２４１を介してヒータ１０９ｃの発熱体２０３、２２０へ電力を供給している。これによりヒータ１０９ｃを構成する発熱体２０３、２２０を発熱させる。この発熱体２０３への電力の供給は、トライアック２０４の通電、遮断により制御される。抵抗２０５、２０６は、このトライアック２０４のバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ２０７は、一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。このフォトトライアックカプラ２０７の発光ダイオードに通電することにより、トライアック２０４がオンされる。抵抗２０８は、フォトトライアックカプラ２０７に流れる電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ２０９によりフォトトライアックカプラ２０７への通電がオン／オフされる。このトランジスタ２０９は、抵抗２１０を介してエンジンコントローラ３０４から供給される信号（ＯＮ１）に従って動作する。

また発熱体２２０への電力の供給は、トライアック２１３の通電、遮断により制御される。抵抗２１４、２１５は、トライアック２１３のバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ２１６は、一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。このフォトトライアックカプラ２１６の発光ダイオードに通電することにより、トライアック２１３をオンすることができる。抵抗２１７は、フォトトライアックカプラ２１６に流れる電流を制限するための抵抗である。トランジスタ２１８は、抵抗２１９を介してエンジンコントローラ３０４から供給される信号（ＯＮ２）に従って、このフォトトライアックカプラ２１６による通電をオン／オフしている。

（ゼロクロス検出回路）
また、交流電源２０１は、ＡＣフィルタ２０２を介してゼロクロス検出回路２１２に入力される。ゼロクロス検出回路２１２では、商用電源電圧の正負が切り替わるゼロクロスポイント、あるいは、このゼロクロスポイントを含むある閾値電圧以下になったことを検知し、エンジンコントローラ３０４に対してパルス信号として報知する。以下、このエンジンコントローラ３０４に送出される信号をゼロクロス（ＺＥＲＯＸ）信号と呼ぶ。エンジンコントローラ３０４は、このＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを検知し、位相制御又は波数制御によりトライアック２０４又は２１３のオン／オフを制御している。

（電流検出回路）
ＡＣフィルタ２０２を介して入力される交流電源２０１からの電流は、カレントトランス２２６によって電圧変換され、電流検出回路２２８に入力される。この電流検出回路２２８では、電圧変換された電源電流波形を、実効値又はその２乗値に変換し、ＨＣＲＲＴ信号としてエンジンコントローラ３０４に入力する。こうして入力されたＨＣＲＲＴ信号は、エンジンコントローラ３０４でＡ／Ｄ変換され、デジタル値で管理される。

（ヒータの温度検出）
温度検出素子であるサーミスタ１０９ｄは、発熱体２０３、２２０が形成されているヒータ１０９ｃの温度を検知するための、例えば、サーミスタ感温素子である。このサーミスタ１０９ｄは、ヒータ１０９ｃ上に発熱体２０３、２２０に対して絶縁距離を確保できるように、絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。このサーミスタ１０９ｄによって検出される温度は、抵抗２２２と、サーミスタ１０９ｄとの分圧として検出され、エンジンコントローラ３０４にＴＨ信号として入力される。こうして入力されたＴＨ信号は、エンジンコントローラ３０４でＡ／Ｄ変換され、デジタル値で管理される。

このヒータ１０９ｃの温度は、ＴＨ信号としてエンジンコントローラ３０４で監視されている。そしてエンジンコントローラ３０４で設定されているヒータ１０９ｃの設定温度と比較することによって、ヒータ１０９ｃを構成する発熱体２０３、２２０に供給すべき電力比を算出する。そして、その供給する電力比に対応した位相角（位相制御）又は波数（波数制御）に換算し、その制御条件によりエンジンコントローラ３０４がトランジスタ２０９にＯＮ１信号又はトランジスタ２１８にＯＮ２信号を送出する。こうしてヒータ１０９ｃの温度が制御される。ここで発熱体２０３、２２０に供給する電力比を算出する際に、電流検出回路２２８から報知されるＨＣＲＲＴ信号を基に上限の電力比を正確に算出して、その上限の電力比以下の電力が通電されるように制御する。

ＨＣＲＲＴ信号からエンジンコントローラ３０４はエンジンコントローラ３０４内に設けられている電源電流値テーブルから電源電流値を検知する。この電源電流値が予め設定されている値を超えないようにヒータ電流が制御される。エンジンコントローラ３０４はヒータ１０９ｃに供給される電力比に応じたトライアック２０４、トライアック２１３のオンデューティ（電力比Ｄｎ）とそのときの電源電流値から、ヒータ電流を所定の電流値以下に制限するための電力比Ｄｎ＋１を算出する。

Ｄｎ＋１＝Ｉ＿ｌｉｍ／Ｉｎ×Ｄｎ

ここでＩ＿ｌｉｍは予め設定された電源電流の上限値、Ｉｎは電力比Ｄｎでヒータ１０９ｃに供給された電源電流値である。位相制御の場合、下記のような制御テーブルがエンジンコントローラ３０４に設けられており、この制御テーブルに基づいてトライアック２０４、トライアック２１３を制御する。

（ヒータの過昇温防止）
更に、発熱体２０３、２２０に電力を供給して制御する回路などが故障して発熱体２０３、２２０が熱暴走に至った場合、その過昇温を防止する一手段として、過昇温防止部２２３がヒータ１０９ｃに配されている。この過昇温防止部２２３は、例えば温度ヒューズやサーモスイッチである。発熱体２０３、２２０が熱暴走になって過昇温防止部２２３が所定の温度以上になると、この過昇温防止部２２３が開放状態となって発熱体２０３及び２２０への通電が遮断される。

また、エンジンコントローラ３０４には温度制御の設定温度とは別に異常高温検出温度が設定されている。そして、エンジンコントローラ３０４に入力されるＴＨ信号からヒータ１０９ｃの温度として検出される温度がその異常高温検出温度以上になった場合は、ＲＬＤ信号をローレベルとし、トランジスタ２４２をオフにし、リレー２４１をオフにする。このようにして、ヒータ１０９ｃへの通電が断たれる。抵抗２４３は電流制限抵抗であり、抵抗２４４はトランジスタ２４２のベース・エミッタ間のバイアス抵抗である。ダイオード２４５はリレー２４１のオフ時の逆起電力吸収用素子である。

［セラミックヒータの構成］
図３は、本実施例に係るセラミック面発ヒータであるヒータ１０９ｃの概略を説明する図である。４０１は、発熱体２０３、２２０が形成されている面を示しており、４０２は、４０１が示す面と相対する面を示している。

このヒータ１０９ｃは、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス系の絶縁基板４３１と、この絶縁基板４３１面上にペースト印刷等で形成されている発熱体２０３、２２０と、２本の発熱体を保護しているガラス等の保護層４３４から構成されている。この保護層４３４上に、ヒータ１０９ｃの温度を検出するサーミスタ１０９ｄと過昇温防止部２２３が配置されている。発熱体２０３は、電力が供給されると発熱する部分２０３ａと、コネクタを介して電力が供給される電極部２０３ｃ、２０３ｄと、これら電極部２０３ｃ、２０３ｄと発熱体２０３とを接続する導電部２０３ｂとを有している。また発熱体２２０は、電力が供給されると発熱する部分２２０ａと、コネクタを介して電力が供給される電極部２０３ｃ、２２０ｄと、電極部２０３ｃ、２２０ｄと接続される導電部２２０ｂとを有している。電極部２０３ｃは、２本の発熱体２０３と２２０に共通に接続されており、発熱体２０３、２２０の共通電極となっている。また発熱体２０３、２２０が印刷されている絶縁基板４３１との対向面側に摺動性を向上させるためにガラス層が形成される場合もある。

この共通電極２０３ｃは、商用交流電源２０１のホット（以下、Ｈｏｔ）側端子から過昇温防止部２２３を介して接続される。電極部２０３ｄは、発熱体２０３を制御するトライアック２０４に接続され、交流電源２０１のニュートラル（以下、Ｎｅｕｔｒａｌ）端子に接続される。電極部２２０ｄは、発熱体２２０を制御するトライアック２１３と電気的に接続され、交流電源２０１のＮｅｕｔｒａｌ端子に接続される。ヒータ１０９ｃは、図４に示すように、フィルムガイド６２によって支持されている。

［定着器の構成］
図４は本実施例に係る熱定着器３２７の概略構成を示す図である。

定着フィルム１０９ａは、円筒状の耐熱材製の定着フィルムであり、ヒータ１０９ｃを下面側に支持させたフィルムガイド６２に外嵌させてある。そして、このフィルムガイド６２の下面のヒータ１０９ｃと、加圧部材としての弾性加圧ローラ１０９ｂとを、定着フィルム１０９ａを挟ませて弾性加圧ローラ１０９ｂの弾性に抗して所定の加圧力をもって圧接させている。こうして加熱部としての所定幅の定着ニップ部を形成している。また過昇温防止部２２３、例えば、サーモスタットがヒータ１０９ｃの絶縁基板４３１面上、或は保護層４３４面上に当接されている。このサーモスタット等の過昇温防止部２２３は、フィルムガイド６２に位置を矯正され、過昇温防止部２２３の感熱面がヒータ１０９ｃの面上に当接されている。図示はしていないが、サーミスタ１０９ｄも同様に、このヒータ１０９ｃの面上に当接されている。

［本実施例に係る制御］
図５は本実施例を説明するための図である。図５（ａ）はウォーミングアップ開始から印刷動作までの期間におけるモータ等の２次負荷の動作タイミングを示す図である。また、図５（ａ）には、２次負荷を動作させるために低圧電源２６０（ＬＶＰＳ：ＬｏｗＶｏｌｔａｇｅＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙ）に供給される交流電流（２次負荷電流）の変化も示す。図５（ｂ）は、電源電流を上限値以下に制御するために制限される場合の、ヒータに供給される電力の電力比を示す図、図５（ｃ）はヒータ温度の変化を示す図である。また、図６は本実施例を説明するための図で、制御のフローを示すフローチャートである。

印刷の要求が発生すると、図１、図２中のエンジンコントローラ３０４が画像形成のためにモータ等の２次負荷を動作させる。このとき、ポリゴンミラーを回転させるスキャナモータ（不図示）、図１中の定着モータ３３２、メインモータ３３３〜３３６（ドラムモータ）、ベルトモータ３３８等の駆動に伴い、２次負荷電流は図５（ａ）に示すように増減する。また２次負荷電流は耐久による感光ドラム３１９〜３２２の駆動トルクの変化や画像形成装置の環境温度等により画像形成装置ごとに異なる。このとき２次負荷電流が大きくなると、ヒータ電流を制限して、電源電流が上限値を超えないように制御される。そのため、ヒータ電流はヒータ電流の制限がない通常状態よりも小さな値となる。ヒータ電流が制限された状態では通常状態よりもヒータ温度の上昇率が小さくなる。そのため、ヒータ電流の制限値によって、記録シートＳが給紙されてから熱定着器３２７に突入するまでの期間のヒータ温度の上昇値は小さくなる。その結果、記録シートＳが熱定着器３２７に突入した時点でヒータ温度が印刷温度に達することができず、定着不良を起こす恐れがある。そのため、定着性を損なうことなく、ウォーミングアップ時間を短くするためには、ヒータ電流の制限値に応じて記録シートＳの給紙タイミングを制御する必要がある。

［給紙タイミングの制御］
以下に記録シートＳの給紙タイミングの制御方法について説明する。

ステップ１０１（以下、Ｓ１０１のように記す）で印刷の要求が発生すると、Ｓ１０２でエンジンコントローラ３０４はモータ等の２次負荷の動作を行うイニシャル動作を開始する。次にエンジンコントローラ３０４は予め設定された複数の所定の電力比でヒータ１０９ｃに電力を供給する。具体的には、エンジンコントローラ３０４はＳ１０３でエンジンコントローラ３０４内のパラメータｎに０を代入する。そしてＳ１０４でエンジンコントローラ３０４は予め設定された電力比Ｄｎでヒータ１０９ｃに電力を供給する。

次にＳ１０５でエンジンコントローラ３０４は電力比Ｄｎでヒータ１０９ｃに電力が供給されている間のヒータ１０９ｃの温度上昇値ΔＴｎ＋１を算出する。Ｓ１０６でエンジンコントローラ３０４はｎにｎ＋１を代入する。Ｓ１０７でエンジンコントローラ３０４はｎが規定数に達しているかどうかを判断する。Ｓ１０７でエンジンコントローラ３０４はｎが規定数に達していないと判断した場合は、Ｓ１０４に戻り上記の動作を繰り返す。図５（ｂ）に示すように、エンジンコントローラ３０４は、例えば、ｔ０からｔ１間での期間は電力比１００％（Ｄ０）、ｔ１からｔ２間での期間は電力比９０％（Ｄ１）、ｔ２からｔ３までの期間は電力比８０％（Ｄ２）の電力比でヒータ１０９ｃに電力を供給する。またエンジンコントローラ３０４は、ｔ３からｔ４間での期間は電力比７０％（Ｄ３）、ｔ４からｔ５間での期間は電力比６０％（Ｄ４）の電力比でヒータ１０９ｃに電力を供給する。またエンジンコントローラ３０４は、ｔ５からｔ６間での期間は電力比５０％（Ｄ５）、ｔ６からｔ７間での期間は電力比４０％（Ｄ６）の電力比でヒータ１０９ｃに電力を供給する。

そして、エンジンコントローラ３０４は、各電力投入期間（ｔｎ−１からｔｎ）におけるヒータ温度上昇値（ΔＴｎ）を算出する。エンジンコントローラ３０４は、各電力投入期間におけるヒータ温度上昇値と電力投入時間から、各電力投入期間における所定の電力比に対するヒータ温度上昇率（Ｔ＿ｒａｔｅ＿ｎ）を算出する。

Ｔ＿ｒａｔｅ＿ｎ＝ΔＴｎ／（ｔｎ−ｔｎ−１）

Ｓ１０７でエンジンコントローラ３０４はｎが規定数に達していると判断した場合は、Ｓ１０８にてＤｆからＤ＿ａｐ、Ｔ＿ｒａｔｅ＿ａｐを算出する。ここでＤｆとは給紙モータ駆動後の電力比、Ｄ＿ａｐとはＤｎのうちでＤｆに最も近い電力比、Ｔ＿ｒａｔｅ＿ａｐとはＤ＿ａｐにおけるヒータ温度上昇率である。図５（ｂ）ではＤ４（６０％）とＤ５（５０％）がＤｆ（５５％）と最も近い値となる。このとき、Ｄｆより低い電力比では記録シートＳが熱定着器３２７に突入するタイミングでのヒータ温度が、印刷温度（Ｔ＿ｐｒｉｎｔ）に達しない恐れがある。そのため、Ｄ＿ａｐはＤｆよりも高い値を選択するようにする。そのため、Ｄ４をＤ＿ａｐとする。

次にＳ１０９にてエンジンコントローラ３０４は、Ｔ＿ｒａｔｅ＿ａｐを用いて、Ｄｆでヒータ１０９ｃに電力を供給した場合の、近似ヒータ温度上昇値（ΔＴ＿ｔｐ＿ａｐ）を算出する。すなわち、エンジンコントローラ３０４は、給紙タイミングから記録シートＳが熱定着器３２７に突入するまでの時間（ｔｐ）におけるヒータ温度上昇値と近似的な値を示す近似ヒータ温度上昇値（ΔＴ＿ｔｐ＿ａｐ）を算出する。ここでｔｐは記録シートＳが給紙されてから熱定着器３２７に突入するまでの時間であり、プロセススピードによって決定される一定の値である。

ΔＴ＿ｔｐ＿ａｐ＝Ｔ＿ｒａｔｅ＿ａｐ×ｔｐ

次にＳ１１０にてエンジンコントローラ３０４は、記録シートＳの給紙タイミングを算出する。給紙タイミングは記録シートＳが熱定着器３２７に突入するタイミングでヒータ温度がＴ＿ｐｒｉｎｔとなるように、ΔＴ＿ｔｐ＿ａｐから算出する。記録シートＳの給紙タイミングは、ヒータ１０９ｃが給紙温度（Ｔｆ＿ａｐ）に達するタイミングである。給紙温度Ｔｆ＿ａｐは記録シートＳが熱定着器３２７に突入するタイミングでヒータ温度が印刷温度（Ｔ＿ｐｒｉｎｔ）に達するような温度である。

Ｔｆ＿ａｐ＝Ｔｐｒｉｎｔ−ΔＴ＿ｔｐ＿ａｐ

Ｓ１１１にてエンジンコントローラ３０４は、算出された給紙タイミングに基づいてプリント動作を行う。

このように、本実施例では、給紙モータ駆動後の電力比Ｄｆに最も近い電力比Ｄ＿ａｐのヒータ温度上昇率Ｔ＿ｒａｔｅ＿ａｐと印刷温度Ｔ＿ｐｒｉｎｔから、給紙温度Ｔ＿ｆを求め、ヒータ温度が給紙温度Ｔ＿ｆとなったタイミングで給紙を開始する。

以上のような制御を行うことで、商用電源から画像形成装置に供給される電流を所定値以下に抑えた状態でも定着不良を引き起こすことなく、かつ、ウォーミングアップ時間を必要以上に長くせずに印刷を行うことができる。

実施例１と共通の構成や制御についての説明は省略し、同じ符号を用いて説明する。

［給紙タイミングの制御］
図７は本実施例を説明するための図である。図７（ａ）はウォーミングアップ開始から印刷動作までの期間におけるモータ等の２次負荷の動作タイミングと、２次負荷を動作させるために図２中の低圧電源２６０に供給される交流電流（２次負荷電流）の変化を示す図である。図７（ｂ）は、電源電流を上限値以下に制御するために制限される場合の、ヒータに供給される電力の電力比を示す図、図７（ｃ）はヒータ温度の変化を示す図である。また、図８は本実施例を説明するための図で、制御のフローを示すフローチャートである。

Ｓ２０１で印刷の要求が発生すると、Ｓ２０２でエンジンコントローラ３０４は２次負荷の動作を行うイニシャル動作を開始する。次にＳ２０３でエンジンコントローラ３０４は電源電流値が予め設定されている値を超えないような電力比でヒータ１０９ｃに電力を供給する。

Ｓ２０４でエンジンコントローラ３０４はＴ＿ｒａｔｅ、Ｄ＿ａｖｅを算出する。ここで、Ｔ＿ｒａｔｅはヒータ１０９ｃに電力が供給されてから給紙モータが駆動されるまでの時間におけるヒータ温度の上昇率であり、所定時間（Δｔ）とΔｔにおけるヒータ温度の上昇値（ΔＴ）とから算出される。

Ｔ＿ｒａｔｅ＝ΔＴ／Δｔ

また、エンジンコントローラ３０４は、所定時間Δｔの間の電力比Ｄの平均値算出により平均値（Ｄ＿ａｖｅ）を算出する。

Ｄ＿ａｖｅ＝（Ｄｍ＋１×（ｔｍ＋１−ｔｍ）＋Ｄｍ×（ｔｍ−ｔｍ−１）＋・・・）／（ｔｍ＋１＋ｔｍ＋・・・）

Ｓ２０５でエンジンコントローラ３０４はΔＴ＿ｔｐを算出する。ここでΔＴ＿ｔｐは、給紙タイミングから記録シートＳが熱定着器３２７に突入するまでの時間（ｔｐ）におけるヒータ温度上昇値であり、給紙モータ駆動後における電力比（Ｄｆ）とｔｐとＴ＿ｒａｔｅと電力比の平均値Ｄ＿ａｖｅとから算出される。

ΔＴ＿ｔｐ＝Ｄｆ／Ｄ＿ａｖｅ×Ｔ＿ｒａｔｅ×ｔｐ

給紙モータ駆動後は２次負荷が全て動作するようにしておくことで、記録シートＳが給紙された後の２次負荷電流はほとんど一定となる。そのため、記録シートＳの給紙タイミングから熱定着器３２７に突入するまでの期間において、ヒータ電流の制限値が変化することが無くなり、ΔＴ＿ｔｐを精度よく予測することが可能となる。

次にＳ２０６にてエンジンコントローラ３０４は、記録シートＳの給紙タイミングを算出する。給紙タイミングは、記録シートＳが熱定着器３２７に突入するタイミングでヒータ温度が印刷温度（Ｔ＿ｐｒｉｎｔ）となるように、ΔＴ＿ｔｐから決定される。記録シートＳの給紙タイミングは、ヒータ１０９ｃが給紙温度（Ｔｆ）に達するタイミングである。給紙温度Ｔｆは記録シートＳが熱定着器３２７に突入するタイミングでヒータ温度が印刷温度（Ｔ＿ｐｒｉｎｔ）に達するような温度である。

Ｔｆ＝Ｔ＿ｐｒｉｎｔ−ΔＴ＿ｔｐ

エンジンコントローラ３０４は、ヒータ温度がＴｆに達するタイミングであるｔ７２で、記録シートＳを給紙して記録シートＳの搬送を開始する。エンジンコントローラ３０４は、ヒータ温度がＴｆに達するまで（ｔ７０からｔ７２までの期間）、この制御を繰り返し、給紙温度Ｔｆの補正を行う。Ｓ２０７でエンジンコントローラ３０４は、算出した給紙タイミングに基づいてプリント動作を行う。

このように、本実施例では、給紙モータ駆動後の電力比Ｄｆと所定時間Δｔの間の電力比の平均値Ｄ＿ａｖｅの比（Ｄｆ／Ｄ＿ａｖｅ）と、ヒータ温度上昇率Ｔ＿ｒａｔｅと、時間ｔｐと、印刷温度Ｔ＿ｐｒｉｎｔとから給紙温度Ｔ＿ｆを求める。そして、ヒータ温度が給紙温度Ｔ＿ｆとなったタイミングで給紙を開始する。

実施例１、２と共通の構成や制御についての説明は省略し、同じ符号を用いて説明する。

［給紙タイミングの制御］
図９は本実施例を説明するための図である。図９（ａ）はウォーミングアップ開始から印刷動作までの期間におけるモータ等の２次負荷の動作タイミングと、２次負荷電流の変化を示す図である。図９（ｂ）は、電源電流を上限値以下に制御するために制限される場合のヒータに供給される電力の電力比を示す図、図９（ｃ）はヒータ温度の変化（実線）及びヒータ電流を制限されない場合のヒータ温度の変化（破線）を示す図である。また、図１０は本実施例を説明するための図で、制御のフローを示すフローチャートである。

Ｓ３０１で印刷の要求が発生すると、Ｓ３０２でエンジンコントローラ３０４は２次負荷の動作を行うイニシャル動作を開始する。次にＳ３０３でエンジンコントローラ３０４は２次負荷電流が小さく、電力比１００％でヒータ１０９ｃに電力を供給しても電源電流値が予め設定されている値を超えないような期間において電力比１００％でヒータ１０９ｃに電力を供給する。そしてＳ３０４でエンジンコントローラ３０４は、Ｔ＿ｒａｔｅ＿ｆｕｌｌを算出する。ここでＴ＿ｒａｔｅ＿ｆｕｌｌはヒータ１０９ｃに電力比１００％で電力が投入されている時のヒータ１０９ｃの温度上昇率である。

エンジンコントローラ３０４は、図９において２次負荷電流が小さく、ヒータ電流が制限されていない期間（図９中のｔ６０からｔ６１）において、Δｔ＿ｆｕｌｌとΔＴ＿ｆｕｌｌからＴ＿ｒａｔｅ＿ｆｕｌｌを算出する。ここで、Δｔ＿ｆｕｌｌは所定時間、ΔＴ＿ｆｕｌｌは所定時間Δｔ＿ｆｕｌｌにおけるヒータ温度の上昇値である。また、Ｔ＿ｒａｔｅ＿ｆｕｌｌは、ヒータ１０９ｃに供給される電力が制限されない時（電力比１００％）の温度上昇率である。

Ｔ＿ｒａｔｅ＿ｆｕｌｌ＝ΔＴ＿ｆｕｌｌ／Δｔ＿ｆｕｌｌ

Ｓ３０５でエンジンコントローラ３０４はヒータ電流が制限されたかどうかを判断する。Ｓ３０５でエンジンコントローラ３０４はヒータ電流が制限されたと判断した場合は、Ｓ３０６でΔＴ＿ｔｐ＿ｆｕｌｌを算出する。ここでΔＴ＿ｔｐ＿ｆｕｌｌはヒータ電流が制限されない状態でｔｐの時間におけるヒータ温度上昇値であり、時間ｔｐと温度上昇率Ｔ＿ｒａｔｅ＿ｆｕｌｌとから算出される。

ΔＴ＿ｔｐ＿ｆｕｌｌ＝Ｔ＿ｒａｔｅ＿ｆｕｌｌ×ｔｐ

次にＳ３０７でエンジンコントローラ３０４は、記録シートＳの給紙タイミングを算出する。給紙タイミングは以下のように算出される。ヒータ電流が制限されない状態で記録シートＳが熱定着器３２７に突入するタイミングでヒータ温度が印刷温度（Ｔ＿ｐｒｉｎｔ）となるように、ΔＴ＿ｔｐ＿ｆｕｌｌから記録シートＳのヒータ電流が制限されない状態の給紙タイミングが決定される。ヒータ電流が制限されない状態での記録シートＳの給紙タイミングは、ヒータ電流が制限されない状態でヒータ１０９ｃが給紙温度（Ｔｆ＿ｆｕｌｌ）に達するタイミングである。ヒータ電流が制限されない状態での給紙温度Ｔｆ＿ｆｕｌｌは記録シートＳが熱定着器３２７に突入するタイミングでヒータ温度が印刷温度（Ｔ＿ｐｒｉｎｔ）に達するような温度である。

Ｔｆ＿ｆｕｌｌ＝Ｔ＿ｐｒｉｎｔ−ΔＴ＿ｔｐ＿ｆｕｌｌ

電源電流を所定値以下にするためにヒータ電流が制限される場合の給紙温度（Ｔｆ＿ｌｉｍ）は、
Ｔｆ＿ｌｉｍ＝Ｔ＿ｐｒｉｎｔ−ΔＴ＿ｔｐ＿ｌｉｍ
であるが、給紙モータ駆動後の電力比Ｄｆに応じて計算され、ヒータ温度がＴｆ＿ｌｉｍに達するタイミングｔ６２で記録シートＳが給紙される。

Ｔｆ＿ｌｉｍ＝Ｔｆ＿ｆｕｌｌ＋（１００−Ｄｆ）×α
ここでαは定数であり、ヒータ抵抗値、熱定着器３２７の構成等で決定される。

また、ヒータ電流が制限された状態での給紙温度Ｔｆ＿ｌｉｍが印刷温度Ｔ＿ｐｒｉｎｔより大きな値となってしまうと、ヒータ温度のオーバーシュートが発生し、画像にホットオフセットが生じてしまう。このことを防ぐために、給紙温度Ｔｆ＿ｌｉｍに上限値を設けることが必要となる。例えば、給紙温度Ｔｆ＿ｌｉｍの上限値は印刷温度Ｔ＿ｐｒｉｎｔより３℃低い値とする。

次にＳ３０８でエンジンコントローラ３０４は算出した給紙タイミングに基づいてプリント動作を行う。

また、熱定着器３２７がホット状態でウォーミングアップが開始された場合は、ヒータ電流が制限されていなくとも、ヒータ１０９ｃに供給される電力比が小さくなる場合がある。このとき、上記の制御を行うと不必要に熱定着器３２７に電力が投入されてしまう。その結果、ヒータ温度のオーバーシュートが発生し、画像にホットオフセットが生じてしまう。このことを防ぐために、Ｓ３０５にてエンジンコントローラ３０４はヒータ電流制限が無いと判断した場合は、記録シートＳの給紙タイミングの補正を行わずにＳ３０８にてプリント動作を行う。

このように、本実施例では、ヒータ電流が制御されていない間のヒータ温度上昇率Ｔ＿ｒａｔｅ＿ｆｕｌｌと印刷温度Ｔ＿ｐｒｉｎｔに基づき、給紙温度Ｔｆ＿ｌｉｍを求め、ヒータ温度が給紙温度Ｔｆ＿ｌｉｍとなったタイミングで給紙を開始する。

１０９ｄサーミスタ
２２８電流検出回路
３０４エンジンコントローラ
３２７熱定着器

Claims

記録媒体を給紙する給紙モータと、
商用電源から供給される電力により発熱するヒータを有し、記録媒体に形成された未定着トナー画像を記録媒体に加熱定着する定着手段と、
前記ヒータの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出温度に応じて前記商用電源から前記ヒータに供給する電力を制御する制御手段と、
前記商用電源から装置本体に入力する電流を検出する電流検出手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記電流検出手段による検出電流値が所定の電流値以下になるように、前記ヒータに供給する電力を制限し、
前記給紙モータの起動後、前記温度検出手段の検出温度が給紙温度に達した時点で記録媒体の給紙を開始する画像形成装置において、
前記ヒータへの電力供給を開始し前記ヒータの温度が所定の定着可能温度に達するまでのウォームアップ期間中に、前記ヒータへ供給する電力が、前記温度検出手段の検出温度に応じて設定された電力よりも低い、前記電流検出手段による検出電流値が所定の電流値以下になるように制限された電力となった場合、
前記制御手段は、
前記給紙モータの起動後における前記ヒータの温度上昇率を算出し、
前記給紙モータの起動後に前記ヒータに供給している電力のデューティ比と、前記給紙モータの起動後の前記ヒータの温度上昇率と、記録媒体が前記給紙モータから前記定着手段まで移動するのに要する所定時間と、に基づいて前記給紙モータの起動後に前記ヒータに供給している電力のデューティ比で電力供給した時の前記所定時間における前記ヒータの温度上昇値を算出し、
前記定着可能温度と、前記温度上昇値から前記給紙温度を算出し、
前記ヒータの温度が前記給紙温度に達した時点で記録媒体の給紙を開始することを特徴とする画像形成装置。