JP5802719B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、画像形成装置に関する。

画像形成装置（ＭＦＰ：Multi-Functional peripheral）は、画像データに対応する可視像を、例えば可視化材であるトナーを用いて形成し、出力画像として記録媒体上に出力する。定着装置は、トナー像が形成された記録媒体を加熱加圧することで、トナーを記録媒体に一体化する。

特開平７−１１４２８９号公報 特開２００６−１１９４３１号公報

ところで、アメリカ環境保護局（ＥＰＡ）が推進する省電力化プログラム「エナジースター」、ドイツ連邦環境庁が運営している「ブルーエンジェル」制度などにみられるように、画像形成装置においても省電力の削減がより一層要請されている。

一方、画像形成装置における電力消費のうちでは、定着装置の電力消費が大きな割合を占めている。従って、定着装置における消費電力を低減することのニーズが増大している。

本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、定着装置における消費電力をさらに低減することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための実施形態によれば、記録媒体にトナー像を形成する画像形成部と、定着部に設けられる加熱・加圧部材である加熱部及び加圧部と、前記加熱部の内部に設けられ当該加熱部の中央部を加熱する第１のヒータと、前記加熱部の内部に設けられ当該加熱部の周辺部を加熱する第２のヒータと、それぞれの前記ヒータについて加熱状態と非加熱状態とを交互に繰り返して前記加熱部を加熱する制御部と、を有し、前記制御部は、前記第１、第２のヒータのいずれかが加熱状態となるよう交互に加熱制御するとともに、所定の条件が成立するときは、少なくとも一方のヒータの加熱時間を前記交互加熱制御時よりも短くし、前記第１、第２のヒータのいずれかが加熱状態にあるかもしくは第１、第２のヒータの双方が非加熱状態にあるよう制御する画像形成装置が提供される。

本実施の形態の画像形成装置の構成を示す図である。 本実施の形態の画像形成装置における制御部の構成を示す図である。 本実施の形態の画像形成装置における定着部の構成を示す断面図である。 本実施の形態の画像形成装置の定着部における加熱ローラ及び加圧ローラの横断面を示す図である。 定着部の加熱・加圧機構の他の構成を示す図である。 定着部の加熱・加圧機構の他の構成を示す図である。 本実施の形態の画像形成装置における加熱ローラ温度と加圧ローラ温度により規定される定着温度領域を表す図である。 本実施の形態の画像形成装置における温度制御開始タイミングを説明するための図である。 本実施の形態の画像形成装置におけるヒータランプ点灯制御方法を説明するための図である。 本実施の形態の画像形成装置におけるヒータランプ点灯制御手順を示すフロー図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の画像形成装置の構成を示す図である。

画像形成装置１０１は、帯電部１、書込部２、画像形成部３、原稿読取部４、現像部５、転写部６、クリーニング部７、除電部８、及び定着部９を備えている。

原稿読取部４は、例えば６００ｄｐｉ（dot per inch）／７５００画素のＣＣＤセンサを含み、原稿に照射した光の反射光信号として取得した画像情報を電気信号に変換する。

帯電部１は、画像形成部３に設けられている像担持体（例えば、後述する円筒形状の感光体ドラム３１）の表面に所定極性の電荷を与える。なお、像担持体は、円筒形状に限らず、エンドレスベルトであっても良く、エンドレスベルトの内側に円筒形状の部材が配置されているものであっても良い。

書込部２は、帯電部１が帯電した感光体ドラム３１の表面の感光体層に、レーザビームを照射して感光体層の電位を変化させる。レーザビームの強度は、画像形成の対象である画像情報に対応して変化する。感光体層の電位が変化した部分が潜像となる。感光体ドラム３１は、例えば外径が１００ｍｍで、金属基体（中空アルミニウム）の表面に感光体層を備える。感光体層は、例えば有機感光体（ＯＰＣ）を含む。

画像形成部３には、現像部５、転写部６、クリーニング部７、除電部８が設けられている。感光体ドラム３１は、例えば時計回りに所定の速度で回転する。自身の回転により、感光体ドラム３１上の潜像は、現像部５、転写部６、クリーニング部７及び除電部８に、搬送される。

現像部５は、感光体ドラム３１にトナーを供給して、潜像を可視化されたトナー像とする。現像部５には、マグネットローラ（不図示）、及び現像スリーブ（不図示）が含まれる。マグネットローラは、現像スリーブの回転により移動するトナーを磁気により吸着しながら、感光体ドラム３１の表面の潜像に選択的に提供する。なお、現像スリーブと感光体ドラム３１との間隔は、感光体ドラム表面と接するガイドローラによって位置決めされる。また、現像スリーブは、非磁性材料、例えばステンレス鋼あるいはアルミニウムで形成されている。

転写部６には、用紙搬送ベルトと転写ローラとが設けられている。用紙搬送ベルトは、無端ベルトであり、後述する給紙部１１から供給される用紙（記録媒体）を搬送する。転写ローラには所定の電圧が印加されている。転写ローラの電界により、用紙搬送ベルトが搬送する用紙にトナー像が移動する。

クリーニング部７は、除去機構（例えばブラシ体）が掻き落とした転写残りトナー、用紙の繊維片、表面コート剤などの、用紙とともに搬送される異物を廃トナー／異物収納部に収容する。

除電部８は、感光体ドラム３１の表面の残留電荷を除去して、感光体層の電位を、帯電部１が帯電する前の初期状態に戻す。除電部８は、例えば７７０ｎｍよりも波長の長い赤の光を出力するＬＥＤ素子を感光体ドラム３１の軸線方向に並べたＬＥＤアレイを備えている。

画像形成装置１０１は、画像形成部３の転写部６に用紙を供給する給紙部１１と、トナー像が転写された用紙を定着する定着部９と、定着部９でトナー像が固定された用紙を受け取る排紙部１２とをさらに有している。

なお、画像形成装置１０１は、原稿読取部４で読み取った画像情報のみでなく、図示しない外部装置、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）、あるいはＦＡＸ（ファクシミリ）が提供する画像情報に対応したトナー像を形成することができる。

図２は、本実施の形態の画像形成装置における制御部の構成を示す図である。

制御部１３は、インタフェース１３１、メモリユニット１３３、カウンタユニット１３５、タイマユニット１３７及び中央処理装置（ＣＰＵ）１３９を備えている。

インタフェース１３１は、外部の入力部１７から入力データを受け付ける。入力データには、画像情報に対応する出力画像の枚数、出力画像倍率、記録媒体のサイズ、プリント開始操作入力などが含まれる。メモリユニット１３３は、入力された数値データ、画像情報等を保持する。カウンタユニット１３５は、画像出力枚数をカウントする。タイマユニット１３７は、画像形成装置１０１の動作に必要な時間を計測する。ＣＰＵ１３９は、画像形成装置１０１の動作を統括して制御する。

図３は、本実施の形態の画像形成装置における定着部の構成を示す断面図である。

定着部９は、少なくとも一方が弾性変形して密着するニップ領域９０を提供する加熱ローラ９１と加圧ローラ９２とを備えている。加熱ローラ９１または加圧ローラ９２を支持するローラ支持体９３には、スプリング９４により圧力が与えられ、一方のローラの外周面が他方のローラの外周面に接する。

加熱ローラ９１の直径は、φ３０ｍｍである。加熱ローラ９１は、厚さが、０．８ｍｍのアルミニウムで構成されている。ローラ表面には、フッ素樹脂（４フッ化エチレン樹脂）等の離型層を伴っている。加圧ローラ９２の直径は、φ３０ｍｍである。加圧ローラ９２は、心金９２ａの周囲に、シリコンゴムあるいはフッ素ゴム等による弾性層９２ｂを伴っている。

加熱ローラ９１の内部には、加熱装置９５が設けられている。加熱装置９５は、加熱源にヒータランプ、例えばハロゲンランプを含んでいる。

図４は、本実施の形態の画像形成装置の定着部における加熱ローラ９１及び加圧ローラ９２の横断面を示す図である。

加熱ローラ９１には、２つのヒータランプ９５ａ、９５ｂが配されている。即ち、加熱ローラ９１は、中央部を加熱するセンターランプ９５ａと、周辺部を加熱するサイドランプ９５ｂの２本の分割ヒータランプを有している。それぞれのランプ９５ａ、９５ｂは、ヒータランプ駆動回路１５により所定タイミングで点灯される。所定のタイミングについては後述する。なお、それぞれのヒータランプ９５ａ、９５ｂの消費電力は、６００Ｗである。

加熱ローラ９１の長手方向の中央部及び周辺部のそれぞれには、加熱ローラ表面の温度を検出する温度センサ（サーミスタ）９６、９７が設けられている。加圧ローラ９２の長手方向の中央部には、温度センサ（サーミスタ）９８が設けられている。

なお、定着部の加熱・加圧機構は、図３、４に示す構成に限られない。

例えば、図５に示すように、加圧ローラ９２と接するベルト体９９と加圧ローラ９２とベルト体９９との間でニップを形成するベルトローラ１９１を用い、加熱ローラ９１が直接加圧ローラ９２と接触しない構成も可能である。この場合、加熱装置９５を、ベルト体９９の外周側に位置することもできる。

また、図６に示すように、加熱ローラ９１と接するベルト体９９と加熱ローラ９１とベルト体９９との間でニップを形成するベルトローラ２９２を用い、加圧ローラ９２が直接加熱ローラ９１と接触しない構成も可能である。

図７は、本実施の形態の画像形成装置における加熱ローラ温度と加圧ローラ温度により規定される定着温度領域を表す図である。

図７において、加熱ローラ９１及び加圧ローラ９２の温度が、符号Ａにより示す、定着良好領域内であれば、定着不良等の不具合画像は発生しない。図７において、符号Ｂにより示す領域は、特定の条件で定着不良が生じることのある温度領域を示す。例えば、厚さが１００ｇ／ｍ^２より厚い記録媒体に対する画像形成やトナー層が厚いフルカラー画像出力においては、加熱ローラ９１及び加圧ローラ９２の温度が符号Ａに示す温度領域の温度を用いることが好ましい。

続いて、本実施の形態の画像形成装置におけるヒータランプの点灯制御方法について説明する。

従来の画像形成装置においては、印刷中におけるヒータランプによる加熱は定着不良が発生しないように高めに設定されていた。即ち、従来の画像形成装置では、印刷中においては、厚さ（又は坪量）、サイズが一番大きい記録媒体を定着する場合であっても加熱不足による定着不良が発生しない温度に設定されていた。

従って、印刷中においては、記録媒体の厚さ（又は坪量）、サイズによっては加熱ローラ９１の温度を従来よりも低い温度に制御することが可能である。但し、このように低い温度で制御する際には、加熱不足による定着不良が発生する可能性が高まることになるため、定着不良が発生しないような温度制御方法が必要となる。

[温度制御開始タイミング]
図８は、本実施の形態の画像形成装置における温度制御開始タイミングを説明するための図である。図８に示す座標では、縦軸は加熱ローラ９１の温度を示し、横軸は時間を表している。

従来、画像形成装置１０１の電源がＯＮされた場合、あるいはスリープモードから復帰した場合などでは、画像形成装置１０１は画像形成動作を開始する前に定着部９を所定の定着温度にまで加熱するウォームアップ動作を実行する。このときの定着温度は、記録媒体の厚さ、サイズなどによらず画像を確実に定着できる温度である。

ウォームアップが開始されると、ヒータランプ９５ａ、９５ｂが点灯するため、加熱ローラ９１の温度が上昇する。加熱ローラ９１の温度がレディ温度に達すると待機状態となる。ユーザの操作によりプリント動作が開始されると、記録媒体にトナー画像が転写され、この記録媒体が定着部９に搬送される。

定着部９では、記録媒体は加熱ローラ９１と加圧ローラ９２とで加熱・加圧されて定着が行われるが、このとき記録媒体を加熱するための熱量が抜熱され、加熱ローラ９１の温度は低下する。低下する温度は、記録媒体の厚さ、サイズなどによって異なる。図８ではこのことを、温度低下特性曲線Ａ，Ｂ，Ｃで表している。この際、温度が下限温度以下になると定着不良が発生する。抜熱によって加熱ローラ９１の温度が設定温度よりも低下したことが温度センサ９６、９７によって検知されると、制御部１３は、ヒータランプ駆動回路１５を介してヒータランプ９５ａ、９５ｂを点灯する。これによって加熱ローラ９１の温度が上昇し、レディ温度よりも高い所定の温度に到達したときに、制御部１３はヒータランプ９５ａ、９５ｂを消灯する。これ以降、プリント動作が終了するまで、制御部１３はヒータランプ９５ａ、９５ｂの点灯・消灯により加熱ローラ９１の温度を制御するオンオフ制御を実行する。

なお、記録媒体による加熱ローラ９１の温度低下は、１枚目の定着動作時が一番大きく、２枚、３枚と枚数を処理するごとに小さくなる。これは、加熱ローラ９１と加圧ローラ９２を含む定着部９の温度が定着開始時に最も低いことによる。

上述の検討結果から、加熱ローラ９１の温度を従来よりも低い温度値で制御を継続した場合であっても記録媒体による加熱ローラ９１の温度低下が下限温度以下にならないことが必要である。

この条件を充足する制御開始タイミングは、記録媒体による加熱ローラ９１の温度低下から回復した次のタイミングである。
（１）プリント開始後、所定時間（ｔ）経過したタイミング
（２）プリント開始後、所定時間（ｔ）経過し、かつ加熱ローラ９１温度が所定温度以上であるタイミング
（３）プリント開始後、所定枚数の記録媒体を定着したタイミング
（４）上述の（１）〜（３）を組み合わせたタイミング
[ヒータランプ点灯制御方法]
上述のように、プリント動作が開始した後は、加熱ローラ９１の温度に基づいてヒータランプの点灯・消灯を制御するオンオフ制御が実行される。

図９は、本実施の形態の画像形成装置におけるヒータランプ点灯制御方法を説明するための図である。図９（１）は従来のヒータランプ点灯制御方法を示し、図９（２）は本実施の形態のヒータランプ点灯制御方法を示している。

図９（１）の従来のヒータランプ点灯制御方法では、センターランプ９５ａとサイドランプ９５ｂは交互に１秒ごと点灯する。従って、ヒータランプ点灯時には、センターランプ９５ａまたはサイドランプ９５ｂのいずれかが常に点灯している。このときの消費電力は常時６００Ｗである。

図９（２）の本実施の形態のヒータランプ点灯制御方法では、センターランプ９５ａとサイドランプ９５ｂは、それぞれ１秒点灯し、１．５秒消灯する。そして、センターランプ９５ａが消灯したときに、サイドランプ９５ｂが点灯する。従って、この点灯制御方法では、２．５秒の間にいずれのランプも点灯していない０．５秒の時間帯が存在する。この結果、本実施の形態の消費電力は従来の消費電力の８０％（＝（２．５−０．５）／２．５）になる。

なお、本願発明は、図９（２）に示す態様に限定されない。即ち、サイドランプ９５ｂの点灯は、センターランプ９５ａの消灯タイミングである必要はない。センターランプ９５ａとサイドランプ９５ｂとが同時に点灯しない条件の下で、いずれのランプも点灯していない時間帯を設けることが実現できれば良い。

上述のいずれのランプも点灯していない時間帯を設ける制御方法によれば、それぞれのランプの消灯時間を変更するだけで、消費電力の削減率を容易に制御することができる。このため、画像形成装置１０１の仕様に柔軟に対応して適切な電力の削減を達成することができる。

図１０は、本実施の形態の画像形成装置におけるヒータランプ点灯制御手順を示すフロー図である。

アクト０１において、画像形成装置１０１の電源がＯＮされた場合、あるいはスリープモードから復帰した場合、制御部１３は、定着部９を所定の定着温度にまで加熱するウォームアップ動作を実行する。アクト０２において、ウォームアップが終わったときは、制御部１３は、画像形成装置１０１のコントロールパネル（不図示）に「レディ」を表示して、ユーザの操作を待機する。

アクト０３において、ユーザがプリントのための条件をコントロールパネルから設定して、スタートボタンを操作すると、制御部１３はプリント動作を開始する。

アクト０４において、制御部１３はプリントする記録媒体が普通紙かどうかを調べる。画像形成装置１０１では、記録媒体は、厚さ（又は坪量）に応じて普通紙と厚紙とに区分されている。そこで、制御部１３はユーザの設定、あるいは給紙部１１に設けられたセンサによって普通紙かどうかを調べる。

記録媒体が普通紙でない場合（アクト０４でＮＯ）、即ち、記録媒体が厚紙の場合、ヒータランプの電力を低減することで定着温度不良が発生する恐れがある。そこで、アクト１０において、制御部１３は、通常のランプ点灯制御を実施する。

記録媒体が普通紙の場合（アクト０４でＹＥＳ）、アクト０５において、記録媒体のサイズ（面積）がＡ４以下、あるいはＬＴ（レターサイズ）以下かどうかを調べる。画像形成装置１０１によってＡ４以下、あるいはＬＴ以下のいずれを採用するかは異なる。

記録媒体が所定サイズ以下でない場合（アクト０５でＮＯ）、抜熱量が大きくなるため、ヒータランプの電力を低減することで定着温度不良が発生する恐れがある。そこで、アクト１０において、制御部１３は、プリント動作において、通常のランプ点灯制御を実施する。

記録媒体が所定サイズ以下の場合（アクト０５でＹＥＳ）、アクト０６において、制御部１３は、プリントの状態が所定の条件に適合しているかどうかを調べる。即ち、（１）プリント開始後、所定時間（Ｘ秒）経過したタイミング、（２）プリント開始後、所定時間（Ｘ秒）経過し、かつ加熱ローラ９１温度が所定温度（Ｙ℃）以上であるタイミング、（３）プリント開始後、所定枚数（Ｚ枚）以上の記録媒体を定着しているタイミング、（４）上述の（１）〜（３）の少なくとも２つが成立しているタイミングの、いずれかが成立しているかどうかを調べる。なお、上述の各定数は、例えば、Ｘ＝１５秒、Ｙ＝１６０℃、Ｚ＝１０枚、と設定することができる。

プリントの状態が所定の条件に適合していない場合（アクト０６でＮＯ）、本実施の形態の制御を実行することによって定着温度不良が発生する恐れがある。そこで、アクト１０において、制御部１３は、通常のランプ点灯制御を実施する。

プリントの状態が所定の条件に適合している場合（アクト０６でＹＥＳ）、アクト０７において、制御部１３は、プリント動作において、本実施の形態のランプ点灯間引き制御を実行する。

なお、図１０に示すフローにさらに処理を追加し、トナー層が厚いフルカラー画像についての画像形成処理かどうかを調べ、フルカラー画像である場合は、通常のランプ点灯制御を実施し、フルカラー画像でなければ本実施の形態のランプ点灯間引き制御を実行するようにしても良い。

また、記録媒体のサイズ、種類が混在している場合は、プリントする記録媒体１枚ごとにアクト０４〜アクト１０の処理を繰り返して実行するようにしても良い。

以上説明した本実施の形態の画像形成装置によれば、定着温度不良を発生することなく、定着装置の使用電力を低減することができる。また、本実施の形態のランプ点灯制御では、消費電力の削減率を容易に制御することができる。このため、画像形成装置１０１の仕様に柔軟に対応して適切な電力の削減を達成することができる。

なお、上述の実施の形態で説明した各機能は、ハードウエアを用いて構成しても良く、また、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現しても良い。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。

更に、各機能は図示しない記録媒体に格納したプログラムをコンピュータに読み込ませることで実現させることもできる。ここで本実施の形態における記録媒体は、プログラムを記録でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その記録形式は何れの形態であってもよい。

尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…帯電部、２…書込部、３…画像形成部、４…原稿読取部、５…現像部、６…転写部、７…クリーニング部、８…除電部、９…定着部、１１…給紙部、１２…排紙部、１３…制御部、１５…ヒータランプ駆動回路、１７…入力部、３１…感光体ドラム、９１…加熱ローラ、９２…加圧ローラ、９５…加熱装置、９５ａ…センターランプ、９５ｂ…サイドランプ、１０１…画像形成装置。

Claims (5)

1. 記録媒体にトナー像を形成する画像形成部と、
   定着部に設けられる加熱・加圧部材である加熱部及び加圧部と、
   前記加熱部の内部に設けられ当該加熱部の中央部を加熱する第１のヒータと、
   前記加熱部の内部に設けられ当該加熱部の周辺部を加熱する第２のヒータと、
   それぞれの前記ヒータについて加熱状態と非加熱状態とを交互に繰り返して前記加熱部を加熱する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記第１、第２のヒータのいずれかが加熱状態となるよう交互に加熱制御するとともに、プリント開始後に所定の条件が成立するときは、前記第１のヒータ及び前記第２のヒータの非加熱時間を前記交互加熱制御時よりも長くし、前記第１、第２のヒータのいずれかが加熱状態にあるかもしくは第１、第２のヒータの双方が非加熱状態にあるよう制御する、画像形成装置。
2. 前記所定の条件は、下記条件（１）乃至（３）の全てを充足することである、請求項１に記載の画像形成装置。
   条件（１）前記記録媒体の厚さ又は坪量が第１の所定値以下である
   条件（２）前記記録媒体の面積が第２の所定値以下である
   条件（３）前記画像形成装置がプリント動作中であって所定の状態にある
3. 前記所定の状態にあることは、下記状態（１）乃至（４）のうちのいずれかの状態にある、請求項２に記載の画像形成装置。
   状態（１）プリント開始後、所定時間経過
   状態（２）プリント開始後、所定時間経過し、かつ加熱部温度が所定温度以上
   状態（３）プリント開始後、所定枚数以上の記録媒体を定着済み
   状態（４）上述の状態（１）〜（３）の少なくとも２つが成立
4. 前記所定の条件は、さらに条件（４）を充足することを含む、請求項２又は３に記載の画像形成装置。
   条件（４）前記記録媒体に形成されたトナー像がフルカラー画像でない
5. 前記制御部は、前記所定の条件が成立しないときは、それぞれのヒータの加熱状態の時間と非加熱状態の時間とを等しくする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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