(57)【要約】【課題】低電圧環境下でも確実に定着性を保持するために、出力波数を監視してプレヒートの延長時間を決定する制御を提案する。【解決手段】発熱体と、検温素子と、検温素子の検知温度によって発熱体への通電を波数制御する制御回路をもつ画像形成装置で、立ち上げ目標温度到達後の出力波数が低下したときの波数によってプレヒートの延長時間を決定する制御。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも発熱抵抗体を具備する発熱部材と、発熱部材近辺に配置される検温素子と、検温素子の検知温度によって発熱抵抗体への通電を波数制御する制御回路とを持つ画像形成装置において、
出力波数の値によってプレヒートの延長時間を決定する制御を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
検温素子の検出温度が立ち上げ目標温度に到達したときに低下する出力波数の値によって、プレヒートの延長時間を決定する制御を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像形成装置において、
検温素子の検出温度が立ち上げ目標温度に到達したときに低下する出力波数の、所定時間の平均値によって、プレヒートの延長時間を決定する制御を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１、２に記載の画像形成装置において、検温素子の検出温度が立ち上げ目標温度に到達したときに低下する出力波数の値によって、あるいは請求項３に記載の画像形成装置において、低下した出力波数の、所定時間における平均値によって、プレヒートの延長時間と、紙間温度を高かめる温度を決定する制御を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像形成装置において、
検温素子の検出温度が立ち上げ目標温度に到達したときに低下する出力波数の値によって、あるいは、低下した出力波数の所定時間における平均値によって、プレヒートの延長時間と、紙間温度を高かめる温度、かつその枚数を決定する制御を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用したプリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置にもちいられるものであり、より詳しくは、発熱部材を具備する定着部材と、定着部材と圧接して定着ニップを形成し、かつ回転することで転写材を定着ニップに挟持搬送する加圧部材と、定着ニップの温度を検知する検温素子と、検温素子によって検知される温度によってプレヒート時間を延長する制御をする画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
像担持体としての感光体ドラム表面に所定の電位に帯電されたトナー像を形成し、該トナー像を転写材に転写する転写手段と、転写材上のトナー像を熱や圧力によって定着する定着手段と、転写材の給紙手段や転写手段、定着手段などの制御を行う制御回路をもつ画像形成装置が良く知られている。
【０００３】
その一例としてフィルム加熱方式の定着手段の概略図を図５に示す。フィルム加熱方式の定着手段は、特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平４−４４０７５号公報、特開平４−２０４９８０号公報などに提案されている。
【０００４】
定着手段は、発熱部材１と、発熱部材を支持する発熱部材支持体２と、発熱部材支持体の周りを周回する耐熱性の定着フィルム３と、定着フィルムを介して発熱部材と圧接させて定着ニップＮを形成する加圧部材４とで基本的に構成される。加圧部材は、回転することでトナー像Ｔｎをもつ転写材Ｐを定着ニップＮに挟持搬送し、このとき定着フィルムは加圧部材表面あるいは転写材表面の摩擦力によって従動回転する。検温素子５は、発熱部材裏面かつ転写材の通紙範囲内に位置し、定着ニップの温度を監視する。検温素子による検知温度は、制御回路によって発熱部材の通電制御にフィードバックされ、定着ニップが目標とする温度となるように制御する。
【０００５】
図６に発熱部材への通電制御回路の例を示す。
【０００６】
発熱部材は基板１−ａと、発熱抵抗体１−ｂ、電極部１−ｃ、導電部１−ｄ、耐圧ガラス１−ｅからなり、電極部の間に、ＡＣドライバ６、ＣＰＵ７、Ａ／Ｄコンバータ８などからなる通電制御回路にて電圧印加がなされて発熱抵抗体が発熱する。検温素子から得られた情報はＡ／Ｄコンバータ　を介してＣＰＵへ入力され、この検温素子の検知温度が目標とする温度に維持されるように発熱抵抗体への通電を制御する。
【０００７】
通電の制御方法としては波数制御が汎用されており、ＡＣ入力電圧の例えば１５波を全波として、発熱抵抗体３への通電を波数で制御して入力電力を変化させる。ＯＮ／ＯＦＦの比率はデューティ比で表し、０〜１００％の間で変化させることができる。
【０００８】
印刷命令を受けた画像形成装置は、良好な定着性を得るために、転写材の通紙より前に定着ニップを通紙以前に所定の温度に暖める必要がある。この作業をプレヒート、この所定の温度を立ち上げ目標温度といい、立ち上げ時の温度制御を立ち上げ制御という。普通、印刷開始時の定着ニップの温度は立ち上げ目標温度よりもかなり低いため、プレヒートでは固定波数による通電制御をおこなわれ、一般的に全波通電する。プレヒートの時間は発熱部材からの供給熱量と、加圧部材の蓄熱、通紙する転写材による消費熱量を考慮し、良好な定着性の得られるように設定する。なお、プレヒートのとき加圧部材は駆動する。
【０００９】
検温素子が、立ち上げ目標温度よりもやや低目の、あらかじめ設定された温度を検知した段階で、通電は固定波数制御からＰＩＤ制御へと移行する。プレヒート時間経過後、通紙が開始され、プレヒートは終了して通常温調に切り替わる。通常温調とは、転写材の搬送タイミングに合わせ、定着温度と紙間温度で温調することである。定着温度とは定着ニップに転写材が通紙されているときの目標温度であり、紙間温度とは転写材が排出されて次の転写材が突入するまでの目標温度である。一般的に、紙間温度は定着温度よりも低温に設定される。これは、いたずらに消費電力が大きくなることを防ぐためである。ＰＩＤ制御では検温素子による検知温度に応じて繊細な温調ができるよう、各項をあらかじめ設定する。
【００１０】
ところで発熱部材の供給熱量は、入力電圧をＶ、発熱部材抵抗値をＲとしたときにＷ＝Ｖ２／Ｒで求められる。発熱部材への入力電圧が低下したとき、定着ニップの温度上昇が緩慢になり、低温による定着不良が発生する恐れがある。
【００１１】
低電力環境に対する従来技術として、プレヒートの時間を延長する制御がある。図７に従来のプレヒート延長時間決定の制御のフローチャートを示す。印刷命令を受けた（ｓｔｅｐ１）画像形成装置は、時間のカウントを開始し、所定時間（Ｔ１）後、プレヒートを開始する（ｓｔｅｐ２）。ここでの所定時間とは、不図示の電気部品、例えばリレーなどのチャタリングなどに要する時間である。プレヒートでは発熱部材に通常全波の固定波数を通電することで定着ニップの温度を立ち上げ目標温度に向けて高める。所定時間（Ｔ２）後、検温素子によって定着手段の温度（ｔｅｍｐ．ｘ）を検知し（ｓｔｅｐ３）、この検知温度によって予定通り定着ニップの温度の立ち上げが進行しているかを判断する（ｓｔｅｐ４）。ここで、通常のプレヒート時間をＴｐ、プレヒートの延長時間をＴｐｅとする。検知温度が所定温度ｔ０以上であるときは予定通りの温度の立ち上げが進行していると判断し、プレヒートの延長時間Ｔｐｅは０とする。検知温度がｔ０以下であるときは予定通りの温度立ち上げが進行していないと判断し、検知温度からプレヒートの延長時間の長さ（Ｔｐｅ１，２・・・）を決定する。延長する時間は、複数設定してもよく、この場合しきい値となる温度も複数設定する（ｔ１，２・・・）。しきい値は、検知温度ｔｅｍｐ．ｘが低くなるほどプレヒートの延長時間が長くなるように設定する。検温素子が立ち上げ目標温度よりもやや低目の、あらかじめ定められた温度（ｔｅｍｐ．ｙ）を検知したとき（ｓｔｅｐ５）、通電は固定波数制御からＰＩＤ制御に切り替える（ｓｔｅｐ６）。プレヒート時間経過後（Ｔ＝Ｔ１＋Ｔｐ＋Ｔｐｅ）、通紙を開始し（ｓｔｅｐ７）、プレヒートは終了して通常温調に移行する（ｓｔｅｐ８）。通常温調では、転写材の搬送タイミングに合わせて、定着温度と紙間温度とで温調制御する。通常温調は目的の印刷が終了するまで続けられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術では、プレヒート開始後の所定時間に定着ニップの温度を検知し、予定通り温度の立ち上げが進行しているかを判断し、プレヒートの延長時間を決定している。しかし、前回の印刷から時間があまり経過していないときなどは、定着ニップが比較的温かく、プレヒート時間が延長されない。さらに低電圧で、かつ熱容量の大きな転写材を通紙するときは、発熱部材からの供給熱量が小さく、かつ転写材による消費熱量が大きいために、連続通紙で定着性が確保できない恐れがある。
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明では、定着ニップの温度や電力の大きさによらず、確実に良好な定着性を得るために、少なくとも発熱抵抗体を具備する発熱部材と、発熱部材近辺に配置される検温素子と、検温素子の検知温度によって発熱抵抗体への通電を波数制御する制御回路とを持つ画像形成装置において、発熱部材への出力波数の値によってプレヒートの延長時間を決定する制御を有することを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置、
とくに、検温素子の検出温度が立ち上げ目標温度に到達したときに低下する出力波数の値によって、プレヒートの延長時間を決定する制御を有することを特徴とする、請求項２に記載の画像形成装置、
あるいは、検温素子の検出温度が立ち上げ目標温度に到達したときに低下する出力波数の、所定時間の平均値によって、プレヒートの延長時間を決定する制御を有することを特徴とする、請求項３に記載の画像形成装置、
検温素子の検出温度が立ち上げ目標温度に到達したときに低下する出力波数の値によって、あるいは、低下した出力波数の、所定時間における平均値によって、プレヒートの延長時間と、紙間温度を高かめる温度を決定する制御を有することを特徴とする、請求項４に記載の画像形成装置、
検温素子の検出温度が立ち上げ目標温度に到達したときに低下する出力波数の値によって、あるいは、低下した出力波数の所定時間における平均値によって、プレヒートの延長時間と、紙間温度を高かめる温度、かつその枚数を決定する制御を有することを特徴とする、請求項５に記載の画像形成装置、
を提案する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
本実施例でもちいた画像形成装置は、前記従来のフィルム加熱方式の定着手段をもちいた画像形成装置に本発明のプレヒートの延長時間決定の制御を搭載したものである。
【００１５】
発熱部材は、図６に示したように、厚み０．６〜２．０ｍｍのアルミナなどの基板１−ａに銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）などの発熱抵抗体１−ｂと、銀などの電極部１−ｃ、導電部１−ｄをスクリーン印刷し、電極部以外は４０〜１００μｍ程度の耐圧ガラス１−ｅなどでオーバーコートし、周辺の電気回路部品との絶縁を図ったものを使用している。本体の制御回路から、電極部、導電部を介して発熱抵抗体に通電し、発熱する構成になっている。図５に示したように、この発熱部材１は発熱部材支持体２によって支持される。発熱部材支持体は定着の熱効率を高めるために、断熱性の高いものが好ましい。発熱部材支持体の周囲には円筒状で耐熱性の高い定着フィルム３が周回する。加圧部材４は少なくとも弾力性をもち、定着フィルムを介して発熱部材と圧接することで定着ニップＮを形成する。加圧部材は、回転することで転写材Ｐを定着ニップＮに挟持搬送し、このとき定着フィルムは加圧部材表面あるいは転写材表面の摩擦力によって従動回転する。検温素子５は、発熱部材裏面かつ転写材の通紙範囲内に位置し、定着ニップの温度を監視する。検温素子による検知温度は、制御回路によって発熱部材の通電制御にフィードバックされ、定着ニップが目標とする温度となるように制御する。通電制御は波数制御であり、その回路は図６の通りである。
【００１６】
本発明における第一実施例のプレヒート延長時間決定の制御の概略フローチャートを図１に示す。これは請求項２に記載の制御である。印刷命令を受けた（ｓｔｅｐ１）画像形成装置は、時間のカウントを開始し、所定時間（Ｔ１）後、プレヒートを開始する（ｓｔｅｐ２）。ここでの所定時間とは、不図示の電気部品、例えばリレーなどのチャタリングなどに要する時間である。プレヒートでは、発熱部材に通常全波の固定波数を通電することで、定着ニップの温度を立ち上げ目標温度に向けてなるべく早く高める。検温素子が立ち上げ目標温度よりもやや低目の、あらかじめ定められた温度（ｔｅｍｐ．ｙ）を検知したとき（ｓｔｅｐ３）、通電は固定波数制御からＰＩＤ制御に切り替える（ｓｔｅｐ４）。ＰＩＤ制御開始と同時に、制御回路は出力波数Ｗの監視を開始する。検知温度が立ち上げ目標温度に到達したとき、出力波数は低下する。この低下したときの出力波数（Ｗｘ）を検知したら（ｓｔｅｐ５）、出力波数の監視を終了する。検知した出力波数Ｗｘからプレヒートの延長時間を決定する（ｓｔｅｐ６）。通常のプレヒート時間をＴｐとし、延長する時間をＴｐｅとする。低下した直後の出力波数（Ｗｘ）がしきい値Ｗ０よりも小さいとき、プレヒートの延長は行わないことを決定する（Ｔｐｅ＝０）。ＷｘがＷ０よりも大きいとき、プレヒートの延長を決定し、その延長時間はＷｘの大きさによって決定する（Ｔｐｅ＝Ｔｐｅ１，２・・・）。しきい値はいくつ設定してもよく、複数設定する場合、出力波数が大きくなるほど延長時間は長くする。いずれも連続通紙において良好な定着性が得られるようにあらかじめ設定する。プレヒート時間経過後（Ｔ＝Ｔ１＋Ｔｐ＋Ｔｐｅ）、通紙を開始し（ｓｔｅｐ７）、プレヒートは終了して通常温調に移行する（ｓｔｅｐ８）。通常温調では、転写材の搬送タイミングに合わせて、定着温度と紙間温度で温調する。通常温調は、目的の印刷が終了するまで続けられる。
【００１７】
以上のように、立ち上げ目標温度到達時に低下した出力波数によってプレヒートの延長時間を決定すれば、発熱部材の供給熱量が把握できるため、印刷開始前の定着ニップの温度や入力電圧の大きさに関わらず、連続通紙でも良好な定着性を得ることができる。
【００１８】
（第２の実施例）
本発明における第二実施例の制御の概略フローチャートを図２に示す。これは請求項３に記載の制御である。定着手段構成、制御回路構成は第一実施例と同様である。第一実施例では、立ち上げ目標温度到達時に低下した出力波数からプレヒートの延長時間を決定したが（図１、ｓｔｅｐ５，６）、本実施例では、出力波数の、低下してからの所定時間における平均値をもちいて、プレヒートの延長時間を決定する（図２、ｓｔｅｐ５，６）。低下した出力波数Ｗｘ１を検知したとき、その時間（Ｔ３）を記憶し、あらかじめ設定した時間（Ｔｘ）だけ出力波数の加算（Ｗｘ’＝Ｗｘ１＋Ｗｘ２＋・・・＋Ｗｘｎ）を続ける。Ｔｘ時間経過後、出力波数の平均値（Ｗｙ）を算出し、その値からプレヒートの延長時間を決定する。出力波数の平均値が大きくなるほど、延長時間は長くなるように設定する。Ｓｔｅｐ５，６以外の制御は第一実施例と同様である。また、本実施例では出力波数の所定時間の平均値からプレヒートの延長時間を決定したが、所定時間に加算された出力波数（Ｗｘ’）から決定してもよい。
【００１９】
このようにすることで、出力波数のふらつきや、発熱抵抗体−検温素子間の熱抵抗のバラツキなどに対処することができる。
【００２０】
（第３の実施例）
本発明における第三実施例の制御の概略フローチャートを図３に示す。これは請求項４に記載の制御である。定着手段構成、制御回路構成は第一実施例と同様である。本実施例では、入力電圧が極めて低いときは、プレヒート時間を延長するとともに紙間温度を高める制御を有する。
【００２１】
極めて低電圧であるとき、発熱部材からの供給熱量は、全波通電であっても極めて小さくなる。まさに定着を行っている際、供給熱量が極めて小さく、かつ転写材の消費電力が大きい場合は、定着不良を起こす可能性がある。そこで本実施例は、定着温度よりも低温に設定されている紙間温度を高めることで、紙間時に定着ニップの蓄熱を進行させて定着時の供給熱量を補うことを特徴とする。
【００２２】
図３のｓｔｅｐ５で低下した出力波数Ｗｘからプレヒートの延長時間を求める（ｓｔｅｐ６）。出力波数が極めて大きいとき（Ｗｘ＞Ｗ３）、その出力波数の大きさから紙間温度を高める温度を決定する（ｓｔｅｐ７）。紙間温度の高めるしきい値は１つでも複数でもよいが、出力波数Ｗｘが大きいほど紙間温度を高める温度ｔｋｈは高くなるように設定する。通常温調の紙間温度は、ｓｔｅｐ７で決定した分だけ高める（ｓｔｅｐ９）。その他の制御は第一実施例と同様であるが、第二実施例のように、低下した後の所定時間における出力波数の平均値から、あるいは所定時間において加算した出力波数の値から、プレヒートの延長時間、紙間温度を高める温度を決定してもよい。
【００２３】
以上のようにすることで、供給熱量が極めて小さく、かつ転写材の消費電力が大きい場合で、連続通紙に置いてでも、良好な定着性が得られる。
【００２４】
（第４の実施例）
本発明における第四実施例の制御の概略フローチャートを図４に示す。これは請求項５に記載の制御である。定着手段構成、制御回路構成は第一実施例と同様である。本実施例では、第三実施例において紙間温度を高めているのに対して、さらに紙間温度を高める枚数を決定している点を特徴としている。過剰に高温な温調を継続すると、定着手段を構成する部品の熱劣化がおこる危険性がある。そこで、本実施例は、第三実施例に対して、定着ニップへの蓄熱が定着性を確保できる程度まで進行した後は従来の紙間温度に戻すことを特徴とする。
【００２５】
図４のｓｔｅｐ５で検出する低下した出力波数からプレヒートの延長時間を決定し（ｓｔｅｐ６）、出力波数が極めて大きい（Ｗｘ＞Ｗ２）ときは、紙間温度を高める温度（ｔｋｈ）を決定する（ｓｔｅｐ７）。さらに、出力波数の大きさから紙間温度を高める枚数（ｔｋｈｃ）を決定する（ｓｔｅｐ８）。出力波数が大きいほど、紙間温度を高める枚数は多くする。通紙開始後、搬送センサ（不図示）などによって通紙枚数をカウントし、ｓｔｅｐ８で決定した枚数分だけ、紙間温度を高める（ｓｔｅｐ１０）。枚数ｔｋｈｃを通紙後、紙間温度を従来の温度にもどす（ｓｔｅｐ１１）。
【００２６】
以上のようにすることで、供給熱量が極めて小さく、かつ転写材の消費電力が大きい場合で、連続通紙に置いてでも、良好な定着性が得られ、過度な連続通紙が行われるときでも、定着手段を構成する部品の熱劣化を防ぐことができる。
【００２７】
【発明の効果】
第一実施例のように、立ち上げ目標温度到達時に低下した出力波数の大きさから、プレヒートの延長時間を決定することで、印刷開始前の定着ニップの温度や入力電圧の大きさに関わらず、連続通紙でも良好な定着性を得ることができる。
【００２８】
また、第二実施例のように、プレヒートの延長時間を、低下した出力波数の所定時間の平均値から決定すれば、出力波数のふらつきや、発熱抵抗体−検温素子間の熱抵抗のバラツキなどに対処することができる。
【００２９】
極めて入力電圧が小さくかつ転写材の消費電力が大きい場合でも、第三実施例のように、出力波数の大きさによって紙間温調を高めることで、連続通紙に置いてでも、良好な定着性が得られる。
【００３０】
さらに第四実施例のように、出力波数の大きさから紙間温調を高める枚数を決定すれば、過度な連続通紙のときでも定着手段を構成する部品の熱劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例のプレヒート時間決定制御の概略フローチャート
【図２】第二実施例の制御の概略フローチャート
【図３】第三実施例の制御の概略フローチャート
【図４】第四実施例の制御の概略フローチャート
【図５】フィルム加熱方式の定着手段の基本構成図
【図６】通電制御回路の概略図
【図７】従来のプレヒート時間決定制御の概略フローチャート
【符号の説明】
１　発熱部材
１−ａ　　基板
１−ｂ　発熱抵抗体
１−ｃ　電極部
１−ｄ　導電部
１−ｅ　耐圧ガラス
２　発熱部材支持体
３　定着フィルム
４加圧部材
５　検温素子
６　ＡＣドライバ
７　ＣＰＵ
８　Ａ／Ｄコンバータ
Ｎ　定着ニップ
Ｐ　転写材
Ｔｎ　トナー像
Ｔ　時間
Ｔ１，Ｔ２　所定時間
Ｔ３　出力波数の低下を検知した時間
Ｔｘ　出力波数を加算する時間
Ｔｐ　通常のプレヒート時間
Ｔｐｅ　決定されるプレヒートの延長時間
Ｔｐｅ１，Ｔｐｅ２，Ｔｐｅ３　あらかじめ設定されたプレヒートの延長時間
ｔｅｍｐ．ｘ　従来の制御における、プレヒート延長を判断するための測定温度
ｔｅｍｐ．ｙ　あらかじめ設定された、固定波数制御からＰＩＤ制御に移行する温度
Ｗｘ　検出した、低下した直後の出力波数
Ｗｘ１，Ｗｘ２・・・Ｗｘｎ　低下したのちの出力波数
Ｗｘ’　所定時間加算する出力波数の値
Ｗｙ　出力波数の平均値
Ｗ０，１，２，３　あらかじめ設定された出力波数（平均出力波数）のしきい値
Ｔｋ　紙間温度
ｔｋ０　通常の紙間温度
ｔｋｈ　紙間温度を高める温度
ｔｋｈ１，ｔｋｈ２　あらかじめ設定された、紙間温度を高める温度
ｔｋｈｃ　紙間温度を高める枚数
ｔｋｈｃ１，ｔｋｈｃ２，ｔｋｈｃ３　あらかじめ設定された、紙間温度を高める枚数
ｐｃ　通紙枚数のカウント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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