JP6167385B2 - 画像形成装置、および定着装置の温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、シート上にトナー像を定着させる定着装置を備えた画像形成装置と、この定着装置の温度制御方法に関する。

電子写真方式を採用した画像形成装置には、一般的に、定着装置が備わっている。定着装置は、加熱用の第一回転体と、加圧用の第二回転体と、を含む。これら回転体は圧接し合ってニップを形成する。かかるニップには、未定着用紙（つまり、トナー像が未定着の用紙）が導入される。ニップ通過中、未定着用紙には、これら回転体から圧力が加わる。また、これら回転体は、第一回転体に内蔵されるヒータ等により加熱される。よって、ニップ通過中、未定着用紙には、これら回転体の表面から熱も伝達される。上記のような加熱および加圧によりトナー像が用紙上に定着する。

ところで、各回転体の温度は通紙により落ち込むので、画像形成装置の制御回路は、通紙前にヒータを点灯して、二つの回転体に熱エネルギーを蓄積させている。本明細書では、かかる制御を温度低下抑制と呼ぶ。

また、周知の通り、画像形成装置は、例えば電源スイッチの投入後に、ウォームアップを行って、所定の温度範囲になるまで第一回転体を昇温させている。かかるウォームアップ時間の短縮化のために、第一回転体の熱容量が小さくされ、その昇温速度が高速化されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００７−１８３６８６号公報

第一回転体は、低熱容量のため、温度低下抑制中、蓄熱のために高温を維持する必要がある。このような温度低下抑制が繰り返されると、定着装置の寿命に影響が生じる。

それゆえに、本発明の目的は、定着装置の寿命への影響がより少ない温度低下抑制が可能な画像形成装置、および定着装置の温度制御方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一局面は、印刷ジョブに基づき印刷物を生成し出力する画像形成装置であって、予め収容された未印刷のシートを送り出す供給部と、入力画像データに基づきトナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部で形成されたトナー像を、前記供給部から送り出されたシート上に転写して送り出す転写部と、少なくとも一つの発熱体を内蔵する第一回転体と、前記第一回転体と圧接する第二回転体とでニップを形成し、前記転写部から前記ニップに導入されたシートにトナー像を定着させる定着装置と、前記発熱体への電力供給を制御することで前記第一回転体の表面温度を調整する制御回路と、を備えている。前記制御回路は、前回の印刷ジョブ終了からの経過時間と、今回の印刷ジョブ実行直前の単位時間当たりの印刷枚数と、を取得し、取得した経過時間が短くかつ前記印刷枚数が多い程、前記第一回転体の表面温度を低くして、前記ニップをシートが通過することに起因する前記第一回転体の表面温度の低下を抑制する。

また、本発明の他の局面は、予め収容された未印刷のシートを送り出す供給部と、入力画像データに基づきトナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部で形成されたトナー像を、前記供給部から送り出されたシート上に転写して送り出す転写部と、少なくとも一つの発熱体を内蔵する第一回転体と、前記第一回転体と圧接する第二回転体とでニップを形成し、前記転写部から前記ニップに導入されたシートにトナー像を定着させる定着装置と、を備えており、印刷ジョブに基づき印刷物を生成し出力する画像形成装置に適用可能な、定着装置の温度制御方法である。

この温度制御方法は、前回の印刷ジョブ終了からの経過時間と、今回の印刷ジョブ実行直前の単位時間当たりの印刷枚数と、を取得する工程と、取得した経過時間が短くかつ前記印刷枚数が多い程、前記第一回転体の表面温度を低くして、前記ニップをシートが通過することに起因する前記第一回転体の表面温度の低下を抑制する工程と、を備える。

上記各局面によれば、定着装置の寿命への影響がより少ない温度低下抑制が可能となる。

画像形成装置の構成を例示する模式図である。 図１の定着装置を正面およびシート排出方向から見た図である。 図１の画像形成装置における印刷動作のフロー図である。 図１の画像形成装置の要部の機能ブロック図である。 上限リミット温度と、設定温度の上限値と、を固定した場合における、印刷ジョブ間隔と落ち込み温度の関係を示すグラフである。 上限リミット温度と、設定温度の上限値と、を固定した場合における、単位時間当たりの通過枚数と落ち込み温度の関係を示すグラフである。 上限リミット温度と、設定温度の上限値と、を緩和した場合における、印刷ジョブ間隔と落ち込み温度の関係を示すグラフである。 上限リミット温度と、設定温度の上限値と、を緩和した場合における、単位時間当たりの通過枚数と落ち込み温度の関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る画像形成装置、および定着装置の温度制御方法について説明する。

《画像形成装置の構成》
図１において、画像形成装置１は、電子写真方式によるプリンタであって、いわゆるタンデム方式で四色（つまり、Ｃ：シアン、Ｍ：マゼンタ、Ｙ：イエロー、Ｋ：ブラック）のトナー像からなるフルカラートナー像を形成して、シート（典型的には用紙）に印刷する。そのために、画像形成装置１は、印刷部２、供給部１４、ＣＰＵ、メモリおよび不揮発性メモリ等を含む制御回路１８及び排出トレイ２０と、サーミスタ２２と、を備えている。以下、各部について説明する。

供給部１４は、供給トレイ１５及び供給ローラ１６を含む。供給トレイ１５には、所定サイズ（例えばＡ４サイズ）の未印刷用紙が積載される。なお、図１には、単一の供給トレイ１５しか示されていないが、実際には、サイズ等が異なる複数種の用紙を種類毎に積載可能にすべく複数の供給トレイ１５が設けられている。供給ローラ１６は、供給トレイ１５に載置された紙を一枚ずつ取り出して、破線で示される搬送経路αに送り出す。

印刷部２は、色毎の画像形成部３３（３３Ｃ，３３Ｍ，３３Ｙ，３３Ｋ）、露光制御回路３、色毎の一次転写ローラ８（８Ｃ，８Ｍ，８Ｙ，８Ｋ）、転写ベルト１０、駆動ローラ１１、従動ローラ１２、転写ローラ１３、および定着装置１９を含む。また、各画像形成部３３（３３Ｃ，３３Ｍ，３３Ｙ，３３Ｋ）は、対応色の感光体ドラム４（４Ｃ，４Ｍ，４Ｙ，４Ｋ）、帯電器５（５Ｃ，５Ｍ，５Ｙ，５Ｋ）、露光装置６（６Ｃ，６Ｍ，６Ｙ，６Ｋ）、及び、現像装置７（７Ｃ，７Ｍ，７Ｙ，７Ｋ）を含んでいる。以上の構成により、印刷部２は、供給部１４から送り出された用紙にトナー像を形成する。なお、印刷部２の構成の中には、数字の参照符号の後に、アルファベット大文字のＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋが添え字として付されているものがある。この添え字Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋは、シアン用、マゼンタ用、イエロー用、ブラック用を意味する。例えば、画像形成部３３Ｃは、シアン用の画像形成部を意味する。

各感光体ドラム４の周面は、対応色の帯電器５により略一様に帯電させられる。そして、各露光装置６は、露光制御回路３の制御により、対応色の感光体ドラム４の周面にレーザを照射する。これにより、各感光体ドラム４の周面には、対応色の静電潜像が形成される。静電潜像が形成された感光体ドラム４のそれぞれに対して、対応する現像装置７がトナーを供給することにより、各感光体ドラム４の周面には、対応色のトナー像が形成される。

各感光体ドラム４に担持されたトナー像は、駆動ローラ１１と従動ローラ１２との間に張り渡された転写ベルト１０の同一領域に転写される。これによって、フルカラーの合成トナー像が転写ベルト１０に形成される。その後、合成トナー像は、回転駆動される転写ベルト１０により、転写ローラ１３まで搬送され、転写ローラ１３により、供給部１４から送り出された用紙に転写される。

合成トナー像が転写された未定着の用紙は、定着装置１９に搬送される。定着装置１９は、未定着用紙に対して加熱処理及び加圧処理を施すことにより、合成トナー像を用紙に定着させる。これにより、印刷物が完成する。この印刷物は、定着装置１９から送り出され、排出トレイ２０に排出され載置される。

制御回路１８は、マイコン、メモリ等を含んでおり、予め格納されたプログラムに従って動作することで、画像形成装置１の構成各部を制御する。

また、サーミスタ２２は、環境温度センサの典型例であって、画像形成装置１の内部、より具体的には、定着装置１９の周辺等に配置されている。このサーミスタ２２は、自身の周囲温度を示す信号Ｓｃを出力する。

また、操作部２４は、典型的には液晶タッチパネルである。ユーザは、操作部２４を操作して、印刷されるべき用紙のサイズ等を画像形成装置１に対して入力する。操作部２４は、入力情報を制御回路１８に送信する。

《定着装置の詳細な構成》
図２は、図１に示す定着装置１９の詳細な構成を示す図であり、より具体的には、Ｙ軸方向から見た定着装置１９が図２上段に示され、Ｚ軸方向から見た定着装置１９が図２下段に示される。ここで、Ｙ軸は、画像形成装置１の前後方向を示す。Ｚ軸は、第一回転体１９１の回転軸Ｏａと第二回転体１９４の回転軸Ｏｂとを結ぶ線分に対する垂線の方向であって、定着装置１９から用紙が送り出される方向を概ね示している。以下、図２を参照して、定着装置１９の詳細な構成について説明する。

図２に示すように、定着装置１９は、加熱用の第一回転体の一例である加熱ローラ１９１、第一ヒータ１９２、第二ヒータ１９３、加圧用の第二回転体の一例である加圧ローラ１９４、第一サーミスタ１９５，第二サーミスタ１９６と、を含んでいる。

加熱ローラ１９１は、芯金と、ゴム層と、ＰＦＡ層と、を含んでいる。芯金は、鉄製で中空の円筒形状を有する。この芯金のＹ軸方向への長さは約３００ｍｍである。また、低熱容量化の観点から、芯金の外径は約２５ｍｍで、その肉厚が約０．４５ｍｍとなっている。ゴム層は、典型的にはシリコンからなり、芯金の外周面上に形成される。このゴム層の厚さは、約５６０μｍである。ＰＦＡ層は、フッ素樹脂からなり、ゴム層の外周面上に形成される。このＰＦＡ層の厚さは約４０μｍである。この加熱ローラ１９１は、Ｙ軸に平行な軸Ｏａを中心として回転する。

両ヒータ１９２，１９３は、加熱ローラ１９１を構成する芯金の中空部分にＹ軸と略平行に収容されるライン状のハロゲンヒータであって、輻射熱により加熱ローラ１９１を加熱する。図２中、両ヒータ１９２，１９３の発光領域（換言すると、加熱領域）が斜線を付して示されている。Ｚ軸方向からの平面視で、各発光領域のＹ軸方向中心位置が、定着装置１９を通過する用紙のＹ軸方向中心位置（以下、通紙基準位置という）Ｙｏに概ね一致している。また、ヒータ１９２に関しては、発光領域のＹ軸方向への長さ（つまり発光長）が約２２８ｍｍで、消費電力が９００Ｗである。また、ヒータ１９３に関しては、発光長が約２０８ｍｍで、消費電力が４００Ｗである。なお、上記の通り、加熱ローラ１９１のＹ軸方向への長さを異ならせて、複数の加熱領域を選択可能としているのは、加熱ローラ１９１の端部の温度上昇を抑えるためである。この点について詳細は、特開２００８−２８７０３１号を参照されたい。

加圧ベルト１９４は、典型的には、ＰＩ層およびＰＦＡ層を含む円筒状のシームレスベルトである。この加圧ベルト１９４のＹ軸方向への長さは約２６０ｍｍである。ＰＩ層は、ポリイミドからなり、約８０μｍｍの厚さを有する。ＰＦＡ層は、ＰＩ層の外周面上に形成される。このＰＦＡ層の厚さは約３０μｍである。このような加圧ベルト１９４の内側には、Ｙ軸方向に延在する円柱状の加圧部材がＹ軸周りに回転しないように固定的に画像形成装置１のシャシやフレーム（図示せず）等に取り付けられている。この加圧部材は、Ｙ軸方向に延在する円柱状の金属製の支持部材と、樹脂パッドと、ゴムパッドを含んでおり、加圧ベルト１９４を内側から加熱ローラ１９１に付勢することで、これらを圧接させる。また、この加圧ローラ１９４は、加熱ローラ１９１に対して圧接されてニップを形成すると共に、加熱ローラ１９１の回転に従動し、Ｙ軸に平行な軸Ｏｂを中心として回転する。

第一サーミスタ１９５および第二サーミスタ１９６は、加熱ローラ１９１の外周面に対し非接触となるよう近接配置される。より具体的には、サーミスタ１９５，１９６は、通紙基準位置ＹｏからＹ軸方向に距離Ｙａ（約１０ｍｍ）および距離Ｙｂ（約９０ｍｍ）だけ離れて位置する。このような位置で、両サーミスタ１９５，１９６は周囲温度を示す第一信号Ｓａおよび第二信号Ｓｂを出力する。これら信号Ｓａ，Ｓｂは、図１の制御回路１８において、加熱ローラ１９１の温度制御に用いられる。

《画像形成装置の動作》
次に、上記構成の画像形成装置１の動作を説明する。画像形成装置１の動作は、ウォームアップ動作、待機動作及び印刷動作の三つの動作に大別される。ウォームアップ動作は、画像形成装置１の主電源投入から、加熱ローラ１９１が所定温度（以下、印刷可能温度という）に到達するまで加熱され印刷可能な状態になるまでに画像形成装置１で行われる動作である。このウォームアップ動作は、主電源投入時以外にも、ジャム処理からの復帰時、画像形成装置１のフロントカバーを閉じた時、スリープモードからの復帰時にも行われる。待機動作は、ウォームアップ動作の完了後、ユーザが操作部２４に入力した印刷指示が制御回路１８に送信されるまでの間に、画像形成装置１で行われる動作である。印刷動作は、ユーザにより印刷指示が行われた後、画像形成装置１が用紙に画像を印刷する動作である。以下、各動作について詳説する。

《ウォームアップ動作》
制御回路１８は、例えば主電源投入後、両ヒータ１９２，１９３を点灯して、加熱ローラ１９１の加熱を開始すると共に、図示しないタイムキーパーによる計時を開始する。制御回路１８はさらに、図示しないギアに駆動力を伝達することにより、加熱ローラ１９１を例えば２３０ｍｍ／ｓの線速度で回転させ始める。これにより、加圧ローラ１９４は従動回転するため、加熱ローラ１９１の表面から加圧ローラ１９４の表面へと熱が伝達される。その結果、両ローラ１９１，１９４の表面温度が上昇する。

制御回路１８はさらに、ウォームアップ動作の開始以降、サーミスタ１９５から出力信号Ｓａを継続的に受信する。制御回路１８は、受信信号Ｓａが示す温度に対し、予め実験等で求められている係数を乗算して、加熱ローラ１９１の現在の表面温度を求める。係数を乗算するのは、サーミスタ１９５が加熱ローラ１９１と接触していないからである。この係数は、画像形成装置１の設計段階で、サーミスタ１９５の出力信号Ｓａが示す周囲温度に対する、加熱ローラ１９１の表面温度の実測結果から求められる。制御回路１８は、上記のようにして求めた加熱ローラ１９１の表面温度が印刷可能温度（例えば、１８５℃）であれば、画像形成装置１が印刷可能な状態であることを示すレディフラグを立てると共に、タイムキーパーの計時を停止する。そして、制御回路１８は、ウォームアップ開始から１８５℃に到達するまでの時間と、その間の表面温度の変化量とから、加熱ローラ１９１の昇温速度を求め、印刷動作時等で参照するためにメモリ領域Ｍ１（図４を参照）に記憶する。それに対し、制御回路１８は、求めた表面温度が印刷可能温度でなければ、検出信号を引き続き受信して、上記処理を実行する。また、レディフラグを立てた時点で印刷ジョブを未受信であれば、制御回路１８は待機動作を制御する。それに対し、制御回路１８は、この時点で印刷ジョブを受信していれば、後述の印刷動作を制御する。

《待機動作》
待機動作において、制御回路１８は、加熱ローラ１９１の回転を停止させる。制御回路１８はさらに、サーミスタ１９５の出力信号Ｓａに基づいて、加熱ローラ１９１の表面温度が予め定められた温度（例えば、１８５℃）を維持するように、ヒータ１９２の点灯および消灯を切り替える。以上の待機動作中に、印刷ジョブを受信すると、制御回路１８は、次に述べる印刷動作を制御する。

《印刷動作》
次に、図３，図４を参照して、図１の画像形成装置１での印刷動作について詳説する。この印刷動作のために、制御回路１８には、図４に示すように、前述のメモリ領域Ｍ１と、通紙負荷を記憶するためのメモリ領域Ｍ２と、が予め確保されている。本実施形態において、通紙負荷とは、現在から所定時間（例えば三分間）だけ遡った期間に作成された印刷物の枚数である。制御回路１８にはさらに、印刷ジョブ間隔を計時するタイムキーパーＫを有している。本実施形態において、印刷ジョブ間隔とは、前回の印刷ジョブで最後の印刷物が定着装置１９を抜けてから、今回の印刷ジョブを実行中の第二期間Ｐｂ（詳細は後述）が始まるまでの時間期間である。

印刷動作において、制御回路１８は、予め格納されているプログラムに従って動作する。制御回路１８は、まず、ヒータ１９２，１９３のいずれか一方を選択する（図３のＳ０１）。以下、Ｓ０１の処理を詳説する。前述と同様の手法で、サーミスタ１９５の出力信号Ｓａから加熱ローラ１９１の略中央の表面温度Ｔａが算出され、サーミスタ１９６の出力信号Ｓｂから加熱ローラ１９１の端部の表面温度Ｔｂが算出される。次に、温度差Ｄ（＝Ｔｂ−Ｔａ）が算出された後、温度差Ｄが予め定められた基準値Ｒｏと比較される。ここで、Ｄ≧Ｒｏであれば、加熱ローラ１９１の端部表面が高温となっていることを示す。加熱ローラ１９１の端部からの放熱量は、その中央からのそれと比較すると少ない。その理由は、印刷に使用される用紙幅（つまり、用紙のＹ軸方向長さ）が小さく、加熱ローラ１９１の端部を用紙が通らない場合があるからである。換言すると、加熱ローラ１９１の端部には熱エネルギーが蓄積しやすい。それゆえ、Ｄ≧Ｒｏの場合には、発光長が短いヒータ１９３が選択される。それに対し、Ｄ＜Ｒｏの場合には、ヒータ１９２が選択される。なお、以上のＳ０１の処理は、例えば１００ｍｓ毎に実行される割り込み処理である。図３には、印刷ジョブ受信とＳ０２との間に実行される割り込み処理Ｓ０１が例示されている。

Ｓ０２では、制御回路１８は、印刷ジョブに含まれる印刷枚数や用紙サイズと、用紙の搬送速度等から、第一期間Ｐａ、第二期間Ｐｂおよび第三期間Ｐｃの時間長を決定する。第一期間Ｐａは、印刷開始から所定時間（例えば、約四秒間）の間である。第二期間Ｐｂは、第一期間Ｐａの終了後であって、印刷ジョブにおける最初の用紙から起算して所定枚数の用紙が定着装置１９を通過する期間を含む。なお、実際の第二期間Ｐｂには、最初の用紙の突入前および所定枚数目の用紙が抜け出た後に所定の余裕時間が設定される。第三期間Ｐｃは、第二期間Ｐｂの終了後であって、印刷ジョブにおける最後の用紙に対する印刷が終了するまでの期間である。

次に、制御回路１８は、定着装置１９の温度制御に必要な各種温度を設定する（Ｓ０３）。より具体的には、Ｓ０３では、後述の条件Ａ，Ｂを満たさない場合に用いられる各種温度が設定される。各種温度は、印刷動作中の加熱ローラ１９１の制御目標値である標準的な目標温度Ｔｃと、その上限値Ｔｄおよび下限値Ｔｅと、を含む。本実施形態では、上限値Ｔｄは、基本的には、目標温度Ｔｃに２℃加えた温度とし、下限値Ｔｅは、目標温度Ｔｃから３℃減じた温度とする。但し、第二期間Ｐｂにおいて、最初の数枚の用紙が定着装置１９を通過する間に限り、上限値Ｔｄは目標温度Ｔｃに＋１０°を加えた温度とする。用紙が定着装置１９を通過すると、両ローラ１９１，１９４から通過中の用紙に熱が伝わるため、両ローラ１９１，１９４の表面温度が落ち込む。落ち込む温度は、用紙サイズや定着装置１９の周囲温度により変化する。そこで、目標温度Ｔｃを適切に設定するために、制御回路１８には、例えば用紙サイズおよび周囲温度の組み合わせごとに、適切な目標温度Ｔｃが記述されたルックアップテーブル（以下、ＬＵＴという）１８１が予め準備されている。ＬＵＴ１８１に記述された目標温度Ｔｃは、画像形成装置１の設計段階における実験等で予め求められている。制御回路１８は、操作部２４に入力された用紙サイズと、サーミスタ２２の出力信号Ｓｃ（換言すると周囲温度）とを取得し、ＬＵＴ１８１から取得情報に対応する目標温度Ｔｃを取り出し、今回の印刷動作で使用する目標温度Ｔｃとして設定する。なお、本実施形態では、説明を分かり易くするために、目標温度Ｔｃは１８５℃であり、上限値Ｔｄは１８７℃であり、下限値Ｔｅは１８２℃であるとして説明を続ける。

次に、Ｓ０４では、制御回路１８は、調整値Ｔｆ込みの目標温度Ｔｇと、目標温度Ｔｇの上限値Ｔｈおよび下限値Ｔｉと、の設定の要否を確認する。本実施形態では例示的に、調整値Ｔｆは、例えば、ユーザが操作部２４に操作して任意に設定可能な値である。したがって、制御回路１８は、Ｓ０４において、操作部２４により調整値Ｔｆそのものが設定されたか、を確認する。

Ｓ０４でＮｏと判断すると、制御回路１８はＳ０５をスキップして、Ｓ０６を実行する。それに対し、Ｓ０４でＹｅｓと判断すると、制御回路１８は、Ｓ０５を実行する。

Ｓ０５において、制御回路１８は、任意に設定された調整値Ｔｆを取得すると、目標温度Ｔｇ（Ｔｇ＝Ｔｃ＋Ｔｆ）を算出する。また、上限値Ｔｈおよび下限値Ｔｉは、基本的には、目標温度Ｔｇに＋２℃および−３℃だけ加算した値である。但し、上記の通り、第二期間Ｐｂにおいて、最初の数枚の用紙が定着装置１９を通過する間に限り、上限値Ｔｈは目標温度Ｔｇに＋１０°を加えた温度とする。また、上式の通り、目標温度Ｔｇを求める際、大きな調整値ＴｆがＴｃに加算される可能性がある。この場合、目標温度Ｔｇが高くなりすぎるおそれがあるので、目標温度Ｔｇ自体が超えてはならない絶対上限値Ｔｊが設定される。本実施形態では例示的に、絶対上限温度Ｔｊは２１０℃であるとして説明を続ける。

次のＳ０６では、制御回路１８は、予め定められた第一条件Ａを満たすか否かを判断する。条件Ａは、印刷ジョブ間隔が１０秒以下で、通紙負荷が一時間当たり７００枚以上で、かつウォームアップ時の昇温速度が基準昇温速度（後述）の一例としての８℃／秒以上と、設定される。

上記Ｓ０６でＮｏと判断した場合、制御回路１８は、Ｓ０７において、予め定められた第二条件Ｂを満たすか否かを判断する。条件Ｂは、印刷ジョブ間隔が２４秒以下で、通紙負荷が一時間当たり４５０枚以上で、かつウォームアップ時の昇温速度が基準昇温速度（後述）の一例としての８℃／秒以上と、設定される。

ここで、上記条件Ａ，Ｂにおける印刷ジョブ間隔および通紙負荷の値について説明する。これら値を設定するために、本件出願人は、従来の温度低下抑制を実行する際、印刷ジョブ間隔の値を約５秒から約１２０秒までの間で変化させて、後の印刷ジョブ実行時における定着装置１９の落ち込み温度を調べた。この結果が図５Ａに示される。ここで、落ち込み温度とは、定着装置１９のニップへの用紙導入に起因する加熱ローラ１９１の表面温度の最小値である。なお、出願人は、表面温度の測定位置を、通紙基準位置Ｙo（図２を参照）からＹ軸方向に±１００ｍｍ離れた位置とした。±１００ｍｍとしたのは、この位置で定着オフセットが起こりやすいからである。本件出願人はさらに、従来の温度低下抑制を実行する際、印刷ジョブ実行前過去三分間の通紙負荷を約２５０枚から約８００枚の間で変化させて、印刷ジョブ実行時における定着装置１９の落ち込み温度を調べた。その測定結果は図５Ｂに示される。図５Ａ，図５Ｂの結果に基づくと、ジョブ間隔が１０秒以下で、通紙負荷が一時間当たり７００枚以上であれば（つまり、条件Ａを満たす場合）、落ち込み温度は１９５℃以上となっている。この落ち込み温度は目標温度Ｔｃである１８５℃を大きく超えている。これは、条件Ａを満たせば、目標温度Ｔｃ、上限値Ｔｄおよび下限値Ｔｅと、目標温度Ｔｇ（または絶対上限値Ｔｊ）、上限値Ｔｈおよび下限値Ｔｉと、を大きく低下させても、定着装置１９のプロセスに与える影響が小さいことを意味する。また、ジョブ間隔が２４秒以下で、通紙負荷が一時間当たり４５０枚以上であれば（つまり、条件Ｂを満たす場合）、落ち込み温度は概ね１８５℃以上となっている。これは、条件Ｂを満たせば、目標温度Ｔｃ等をある程度低下させても、定着装置１９のプロセスに与える影響が小さいことを意味する。

以上の観点から、本実施形態では、制御回路１８は、メモリ領域Ｍ１，Ｍ２およびタイムキーパーＫを有し、Ｓ０６およびＳ０７の判断を、メモリ領域Ｍ１，Ｍ２に記憶された昇温速度および通紙負荷と、タイムキーパーＫが計時する印刷ジョブ間隔に基づき行う。ここで、昇温速度に関しては、制御回路１８は、設計段階の実験等で予め求められている基準昇温速度を保持している。この基準昇温速度は、ウォームアップ中に予め想定される電力が画像形成装置１に供給された場合における昇温速度である。

Ｓ０６の判断結果がＹｅｓの場合、制御回路１８は、上限値Ｔｄと、上限値Ｔｈおよび絶対上限値Ｔｊと、を第一温度Ｔｋ（例えば５℃）だけ低下させた値に再設定する（Ｓ０８）。

Ｓ０７の判断結果がＹｅｓであれば、制御回路１８は、上限値Ｔｄと、上限値Ｔｈおよび絶対上限値Ｔｊと、を第一温度Ｔｋより小さな第二温度Ｔｌ（例えば３℃）だけ低下させた値に再設定する（Ｓ０９）。

Ｓ０６もＳ０７もＮｏであれば、制御回路１８は、目標温度Ｔｃ等を低下させることなくＳ０３の設定通りとする。

次に、制御回路１８は、図１に示す画像形成装置１の構成各部の制御、つまり用紙への印刷を開始する。この時、例えば、加熱ローラ１９１の回転を開始させる（Ｓ１０）。なお、印刷開始後、印刷物が定着装置１９から送り出されるたびに、メモリ領域Ｍ２の値（つまり、通紙負荷）は更新される。

印刷中、制御回路１８は、Ｓ１１〜Ｓ１３を含む温度低下抑制を行う。まず、制御回路１８は、第一期間Ｐａにおけるヒータ１９２，１９３の温度制御（つまり、温度低下抑制）を行う（Ｓ１１）。Ｓ１１において、制御回路１８は、第一期間Ｐａの間、後の第二期間Ｐｂでの温度落ち込みを見越して、現在設定されている目標温度Ｔｃ、下限値Ｔｅおよび上限値Ｔｄに、予め定められた調整値Ｔｍ（Ｔｍは正の値）を加算して、調整値Ｔｍ込みの目標温度Ｔｃ’、下限値Ｔｅ’および上限値Ｔｄ’を求める。次に、制御回路１８は、求めた目標温度Ｔｃ’等に基づき、ヒータ１９２，１９３のうちＳ０１で選択したものの点灯および消灯を切り替える。より具体的には、制御回路１８は、前述と同様の手法で、サーミスタ１９５の出力信号Ｓａから加熱ローラ１９１の表面温度を継続的に求める。その後、制御回路１８は、最近二回分の表面温度から、加熱ローラ１９１の表面温度が上昇していると判断すると、点灯中のヒータを消灯する。逆に、表面温度が下降していると判断すると、消灯中のヒータを点灯する。また、表面温度に変化がなければ、ヒータの現在の状態を維持する。また、現在設定されている下限値Ｔｅ’を下回ると、消灯中のヒータを点灯し、現在設定されている上限値Ｔｄ’を上回ると、点灯中のヒータを消灯する。以上の点灯制御の結果、Ｓ０１で選択されたヒータ１９２またはヒータ１９３の表面温度は、目標温度Ｔｃ’に対して下限値Ｔｅ’から上限値Ｔｄ’の範囲内で変動するように制御される。なお、調整値Ｔｆが設定されている場合、制御回路１８は、目標温度Ｔｇ（または絶対上限値Ｔｊ）、上限値Ｔｈおよび下限値Ｔｉに、予め定められた調整値Ｔｍ（Ｔｍは正の値）を加算して、調整値Ｔｍ込みの目標温度Ｔｇ’（または絶対上限値Ｔｊ’）、下限値Ｔｈ’および上限値Ｔｉ’を求める。次に、制御回路１８は、求めた目標温度Ｔｇ’等に基づき、ヒータ１９２，１９３のうちＳ０１で選択したものの点灯および消灯を切り替える。

制御回路１８は、第一期間Ｐａが終了すると、第二期間Ｐｂにおけるヒータ１９２，１９３の温度制御を行う（Ｓ１２）。このＳ１２は、Ｓ１１と比較すると、現在設定されている目標温度Ｔｃ、下限値Ｔｅおよび上限値Ｔｄ、または、目標温度Ｔｇ（または絶対上限値Ｔｊ）、上限値Ｔｈおよび下限値Ｔｉに、第一期間用の調整値Ｔｍに代えて、第二期間用の調整値Ｔｎ（Ｔｎは正の値）を加算する点でのみ相違する。なお、上記の通り、上限値Ｔｈ，Ｔｈは、最初の数枚の用紙が定着装置１９を通過する間、目標温度Ｔｇに＋１０℃を加えた温度であり、それ以外については、例えば＋２℃を加えた温度である。上記以外にＳ１１およびＳ１２の間に相違点は無い。それゆえ、Ｓ１２の説明は簡素化される。

制御回路１８は、第二期間Ｐｂが終了すると、第三期間Ｐｃにおけるヒータ１９２，１９３の温度制御を行う（Ｓ１３）。具体的には、制御回路１８は、Ｓ１１等で説明した手法と概ね同様にして、現在選択されているヒータ１９２またはヒータ１９３の表面温度を制御する。ただし、この間、制御回路１８は、ヒータ１９２等の表面温度が下限値Ｔｅおよび上限値Ｔｄの範囲内、または、上限値Ｔｈおよび下限値Ｔｉの範囲内に収まるように制御する。このように、第三期間Ｐｃにて、ヒータ１９２等の表面温度を低下させるのは、印刷動作も後半になると、定着装置１９全体が温まることや、ヒータ１９２等の消費電力を加熱ローラ１９１の熱に変換する効率が高まるからである。

Ｓ１３が終了すると、制御回路１８は、タイムキーパーＫによる計時をリセットして（Ｓ１４）、図３の処理を終了する。

《画像形成装置の作用・効果》
本件発明者は、上記画像形成装置１による制御（図３を参照）の効果を確認するために、印刷ジョブ間隔の値を約５秒から約１２０秒までの間で変化させて、後の印刷ジョブ実行時における定着装置１９の落ち込み温度を調べた。その結果を図６Ａに示す。本件出願人はさらに、印刷ジョブ実行前過去三分間の通紙負荷を約２５０枚から約８００枚の間で変化させて、印刷ジョブ実行時における定着装置１９の落ち込み温度を調べた。この結果を図６Ｂに示す。図６Ａ，図６Ｂの結果に基づくと、ジョブ間隔が１０秒以下で、通紙負荷が一時間当たり７００枚以上であれば（つまり、条件Ａを満たす場合）、落ち込み温度は１９０℃を下回るレベルになっている。この落ち込み温度は、図５Ａ，図５Ｂに示す従来の温度低下抑制のものと比較して１０℃程度低くなっている。本画像形成装置１によれば、ローラ１９１，１９４により形成されるニップを用紙が通過することに起因するローラ１９１，１９４の表面温度の低下を、可能な限り低い温度で抑制することが可能となるので、これらローラ１９１，１９４の寿命への影響を小さくすることが可能となる。

《付記１》
なお、以上の実施形態では、好ましい例として、Ｓ０６，Ｓ０７では、ウォームアップ時の昇温速度が８℃／秒以上であることも判断されていた。これは、昇温速度が基準昇温速度よりも高速となる場合、ローラ１９１，１９４が高温を長時間維持することになり、これらの寿命に影響を与えるからである。しかし、画像形成装置１への供給電力が安定的であれば、昇温速度が基準昇温速度よりも高速になる頻度は低い。つまり、ウォームアップ時の昇温速度が８℃／秒以上であるという条件は必須のものではないため、省略することも可能である。

《付記２》
また、以上から明らかなように、本実施形態では、Ｓ０６，Ｓ０７では、印刷ジョブ間隔および通紙負荷の判断が必須となる。しかし、これらの判断に加え、ウォームアップ終了からの経過時間、画像形成装置１への供給電力値、および／または画像形成装置１の内部の温度を判断の要素としても良い。より具体的には、ウォームアップ終了からの経過時間が長い程、Ｓ０６，Ｓ０７でＹｅｓに進むようにすればよい。また、画像形成装置１への供給電力値が規定値に対して大きい程、Ｓ０６，Ｓ０７でＹｅｓに進むようにすればよい。なお、画像形成装置１への供給電力値は、周知のパワーモニターを用いればよい。また、画像形成装置１の内部の温度が高い程、Ｓ０６，Ｓ０７でＹｅｓに進むようにすればよい。この温度は、サーミスタ２２により取得される。なお、ウォームアップ終了からの経過時間の基準値、画像形成装置１への供給電力値の規定値、画像形成装置１への供給電力値の基準値、画像形成装置１の内部の温度の基準値に関しては、設計段階の実験等で適宜適切に選択されれば良い。

《付記３》
また、本実施形態では、加熱ローラ１９１の端部の温度上昇を抑えるために、加熱ローラ１９１は、Ｙ軸方向への長さが異なる二種類のヒータ１９２，１９３を備えていた。しかし、これ以外の手法でも、加熱ローラ１９１の端部の温度上昇を抑えることは可能である。他の手法としては、下記が例示される。
・定着装置１９を通過する単位時間当たりの用紙枚数を減らす
・加熱ローラ１９１の両端部を冷却する構成を備える
・加熱ローラ１９１のＹ軸方向への温度分布ムラを低減する構成や手段を備える

また、上記実施形態では、ＬＵＴ１８１には、用紙サイズおよび周囲温度の組み合わせごとに、適切な目標温度Ｔｃが記述されているとして説明した。しかし、これに限らず、用紙サイズ、周囲温度および印刷種類（両面印刷や片面印刷等）の組み合わせ毎に目標温度Ｔｃが記述されていても構わない。ここで、両面印刷の場合には、用紙には定着装置１９から供給される熱が多くなるため、片面印刷の場合と比較すると低めの目標温度Ｔｃが設定される。

本発明に係る画像形成装置および温度制御方法は、定着装置の寿命への影響がより少ない温度低下抑制が可能であり、コピー機、プリンタ、ファクシミリおよびこれらの機能を備えた複合機等に好適である。

１ 画像形成装置
２ 印刷部
１８ 制御回路
１９ 定着装置
２２ サーミスタ
２４ 操作部
１９１ 加熱ローラ
１９２ 第一ヒータ
１９３ 第二ヒータ
１９４ 加圧ローラ
１９５ 第一サーミスタ
１９６ 第二サーミスタ

Claims (8)

1. 印刷ジョブに基づき印刷物を生成し出力する画像形成装置であって、
   予め収容された未印刷のシートを送り出す供給部と、
   入力画像データに基づきトナー像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部で形成されたトナー像を、前記供給部から送り出されたシート上に転写して送り出す転写部と、
   少なくとも一つの発熱体を内蔵する第一回転体と、前記第一回転体と圧接する第二回転体とでニップを形成し、前記転写部から前記ニップに導入されたシートにトナー像を定着させる定着装置と、
   前記発熱体への電力供給を制御することで前記第一回転体の表面温度を調整する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、
   前回の印刷ジョブ終了からの経過時間と、今回の印刷ジョブ実行直前の単位時間当たりの印刷枚数と、を取得し、
   取得した経過時間が短くかつ前記印刷枚数が多い程、前記第一回転体の表面温度を低くして、前記ニップをシートが通過することに起因する前記第一回転体の表面温度の低下を抑制する、画像形成装置。
2. 前記制御回路は、さらに、
   前記画像形成装置のウォームアップ終了からの経過時間、ウォームアップ時における前記第一回転体表面の昇温速度、前記画像形成装置への供給電力値、または、前記画像形成装置内の温度を取得し、
   取得した経過時間が長い程、取得した昇温速度が速い程、取得した供給電力値の規定値に対して大きい程、または、取得した温度が高い程、前記第一回転体の表面温度を低くして、前記ニップをシートが通過することに起因する前記第一回転体の表面温度の低下を抑制する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像形成装置は、前記第一回転体と非接触に配置された温度検出部であって、前記第一回転体の周囲温度を検出可能な温度検出部を、さらに備え、
   前記制御回路は、
   前記温度検出部から周囲温度を取得して、取得した周囲温度に予め定められた係数を乗算することで、前記第一回転体の表面温度を求め、
   求めた表面温度に基づき、前記発熱体への電力供給を制御することで前記第一回転体の表面温度を調整し、
   前記ウォームアップ中には、前記温度検出部から周囲温度を取得して、取得した周囲温度に予め定められた係数を乗算することで、前記第一回転体の表面温度を求め、求めた表面温度から前記第一回転体の昇温速度を求め、
   予め想定された電力供給時の基準昇温速度よりも、求めた昇温速度が速い場合に、前記第一回転体の表面温度を低くして、前記ニップをシートが通過することに起因する前記第一回転体の表面温度の低下を抑制する、請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御回路は、取得した経過時間が短くかつ前記印刷枚数が多いという条件を満たす場合の印刷ジョブの開始から終了までの前記第一回転体の表面温度の目標値を、前記条件を満たさない場合の印刷ジョブの開始から終了までの目標値よりも低く設定して、前記ニップをシートが通過することに起因する前記第一回転体の表面温度の低下を抑制する、請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記制御回路は、前記第一回転体の両端部分の温度上昇を抑制する手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 予め収容された未印刷のシートを送り出す供給部と、入力画像データに基づきトナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部で形成されたトナー像を、前記供給部から送り出されたシート上に転写して送り出す転写部と、少なくとも一つの発熱体を内蔵する第一回転体と、前記第一回転体と圧接する第二回転体とでニップを形成し、前記転写部から前記ニップに導入されたシートにトナー像を定着させる定着装置と、を備えており、印刷ジョブに基づき印刷物を生成し出力する画像形成装置に適用可能な、定着装置の温度制御方法であって、
   前回の印刷ジョブ終了からの経過時間と、今回の印刷ジョブ実行直前の単位時間当たりの印刷枚数と、を取得する工程と、
   取得した経過時間が短くかつ前記印刷枚数が多い程、前記第一回転体の表面温度を低くして、前記ニップをシートが通過することに起因する前記第一回転体の表面温度の低下を抑制する工程と、を備える、定着装置の温度制御方法。
7. 前記画像形成装置は、前記第一回転体と非接触に配置された温度検出部であって、前記第一回転体の周囲温度を検出可能な温度検出部を、さらに備え、
   前記温度制御方法は、
   前記温度検出部から周囲温度を取得して、取得した周囲温度に予め定められた係数を乗算することで、前記第一回転体の表面温度を求める工程と、
   前記画像形成装置のウォームアップ中に前記第一回転体の表面温度を求める工程で求めた表面温度から前記第一回転体の昇温速度を求める工程とをさらに備え、
   前記第一回転体の表面温度の低下を抑制する工程において、予め想定された電力供給時の基準昇温速度よりも、前記第一回転体の昇温速度を求める工程で求めた昇温速度が速い場合に、前記発熱体への電力供給を制御することで前記第一回転体の表面温度を低くする、請求項６に記載の定着装置の温度制御方法。
8. 前記第一回転体の表面温度の低下を抑制する工程において、取得した前記経過時間が短くかつ前記印刷枚数が多いという条件を満たす場合の印刷ジョブの開始から終了までの前記第一回転体の表面温度の目標値を、前記条件を満たさない場合の印刷ジョブの開始から終了までの目標値よりも低く設定する、請求項６または７に記載の定着装置の温度制御方法。

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