(57)【要約】【課題】印刷枚数、印刷間隔がランダムの場合であっても、加熱ローラ及び加圧ローラの温度が適切に制御され、通紙時、通紙後の過剰加熱を防止することのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】加熱ローラ１０ａ及び加圧ローラ１０ｂを備え、加熱ローラ１０ａの内部に定着用の加熱ヒータ１４を備え、両ローラ１０ａ、１０ｂが圧接して形成されたニップにより作像済みの転写紙を挟持搬送しつつトナー像を転写紙上に融着させる熱定着装置１０を有し、印刷ジョブ毎に連続通紙枚数をカウントするカウント手段と、該連続通紙枚数のカウント値により段階的に制御温度を変化させる制御手段１９とを具備する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに圧接する加熱ローラ及び加圧ローラ、並びに少なくとも一方のローラ内部に熱源として設けられた定着用の加熱ヒータを備え、両ローラが圧接して形成されたニップにより作像済みの転写紙を挟持搬送しつつトナー像を転写紙上に融着させる熱定着装置と、印刷ジョブ毎に連続通紙枚数をカウントするカウント手段と、該連続通紙枚数のカウント値により段階的に加熱ヒータの制御温度を変化させる制御手段と、を具備したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、印刷ジョブ終了後、一定時間以内に次の印刷ジョブが開始される場合には、前ジョブの連続通紙枚数のカウント値を継承して温度制御し得るよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１の画像形成装置において、印刷ジョブ開始時のローラの温度を検知し、その検知温度から前記制御手段の段階を決定し得るよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の画像形成装置において、前記印刷ジョブ終了を判断するタイミングはメインモーター停止時であ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、定着温度制御を行い得るようにしたＦＡＸ、プリンタ、コピアなどの画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の従来技術として、特開平８−０３０１２７号公報に開示された「画像形成装置」が存在する。該画像形成装置には、通紙する用紙サイズ及び連続コピー枚数によって定着温度を変化させることにより、定着ローラの用紙不通過部分の異常な温度上昇を防止するようにした定着装置が提案されている。
また、特開平８−１６６７４２号公報に開示された「画像形成装置」には、連続コピー時に、コピー開始から所定枚数以降は、定着温度を段階的に低下させることにより、コピー終了時のオーバーシュートを防止するようにした定着装置が提案されている。
従来、画像形成装置における定着装置では、加熱ローラの表面温度は、決められた一定温度を保持する様に設定されており、用紙サイズあるいは連続コピー枚数にかかわらず、常に一定温度により温度制御されていた。
ところが、通紙時のように用紙がローラ部を通過する度に熱が奪われやすい状況下にあっては、ローラ表層付近の温度が低下しがちになるため、制御側では設定温度を常に一定にしようとする制御が働き、加熱手段である加熱ヒーターをＯＮしようとする。連続通紙で上記のような状況が続くと、ローラ芯金部では、表層部と異なり用紙通過による熱奪を受けず熱が蓄積されていくため、通紙後ローラの停止と共にその蓄積された熱が一気に放出してオーバーシュートを発生させる原因となっていた。
上記の現象を解決するために、様々な定着の温度制御方法が提唱されてきている。例えば、特開平８−１６６７４２号公報に開示された画像形成装置では、連続コピー時に、コピー開始から所定枚数以降は、定着温度を段階的に低下させることにより、コピー終了時のオーバーシュートを防止するようにしている。
また、特開平８−０３０１２７号公報に開示された画像形成装置では、通紙する用紙サイズ及び連続コピー枚数によって定着温度を変化させることにより、定着ローラの用紙不通過部分の異常な温度上昇を防止するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、画像形成装置においては、ＬＡＮ経由で複数ユーザーに接続されるケースが多くなり、実際にはジョブ単位での連続印刷が複数回行われる様な使われ方をするのが通常である。この場合、連続する印刷枚数、ジョブ間の時間間隔は不定であり、画像形成動作が停止して、定着ローラの温度がどのような状態にあるかわからない。
しかしながら、上述した従来の画像形成動作では１ジョブの連続印刷を想定した上での制御温度変更であり、ジョブ間の停止時間が十分に短いような場合、例えば、１ジョブ１枚で次のジョブ間まで１０秒位停止するような印刷動作が連続して行われるような場合においては、１０秒の短いジョブ間で定着温度が落ちきらないうちに、再度１枚目の設定温度で制御されるというループが成立してしまうため、設定温度を下げる制御が働かずに、オーバーシュートが発生してしまう。
また、１ジョブ毎の印刷される連続枚数がランダムであり、各ジョブが終了した時点での設定温度がそれぞれ違い、加熱ローラの温度もまちまちになるにもかかわらず、ジョブが始まる毎に一律に１枚目の温度に設定されてしまい、適正な温度が設定できないことにより、定着性不良などを引き起こすという問題が生じる虞があった。
本発明は上記のような問題を解消するためのものであり、印刷枚数、印刷間隔がランダムの場合であっても、加熱ローラ及び加圧ローラの温度が適切に制御され、通紙時、通紙後の過剰加熱を防止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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、互いに対向するよう設けられた加熱ローラ及び加圧ローラと、該加熱ローラ及び加圧ローラのうち少なくとも加熱ローラ内部に熱源として設けられた定着用の加熱ヒータを備え、両ローラが圧接して形成されたニップにより作像済みの転写紙を挟持搬送しつつトナー像を転写紙上に融着させる熱定着装置を有し、印刷ジョブ毎に連続通紙枚数をカウントするカウント手段と、該連続通紙枚数のカウント値により段階的に制御温度を変化させる制御手段とを具備した画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、請求項１の画像形成装置において、印刷ジョブ終了後、一定時間以内に次の印刷ジョブが開始される場合には、前ジョブの連続通紙枚数カウント値を継承して温度制御し得るよう構成した画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１の画像形成装置において、印刷ジョブ開始時の温度を検知し、その検知温度から前記制御手段の段階を決定し得るよう構成した画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１、２または３に記載の画像形成装置において、前記印刷ジョブ終了を判断するタイミングはメインモーター停止の動作である画像形成装置を主要な特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の画像形成装置の実施の形態の一例を示し、画像形成装置が中間転写体を備えているカラーレーザプリンタである場合の全体概要図である。カラーレーザープリンタは、潜像担持体として回動可能な無端状の感光体ベルト１を備えると共に、感光体ベルト１の周囲には帯電器２、画像形成手段としてレーザー照射を行う書き込みユニット３を備え、４色の現像器４（各４Ｍ、４Ｃ、４Ｙ、４ＢＫ）、感光体クリーニング手段５、除電手段６が配置されている。
また感光体ベルト１に形成されたトナー画像を中間的に保持するための中間転写ベルト７を備えていて、その周囲には、中間転写ベルト７と対向接触する位置に配置され用紙に転写をするための二次転写ローラ８、中間転写ベルト７をクリーニングするためのクリーニングローラ９、用紙にトナー像を定着するための熱定着装置１０、用紙を収容するための給紙トレイ１１などが配置されている。
感光体ベルト１は帯電器２により一様に帯電され、書き込みユニット３からレーザビームを照射して、感光体ベルト１に潜像を書き込み、現像器４を感光体ベルト１に接触させてトナー像を顕像化させる。感光体ベルト１上に作られた画像は、中間転写ベルト７上に再び転写される。この後、この感光体ベルト１上に載っている排トナーは感光体クリーニング手段５によって、取り除かれ、除電手段６であるＱＬランプによってＬＥＤ照射を受けて除電され、感光体上での１色の作像プロセスを終了する。
フルカラーモードの場合にはこれを４色作像、４周分させて中間転写ベルト７上でタイミングを合わせて像の重ね合わせを行った後、給紙トレイ１１より用紙を給紙し、中間転写ベルト７と二次転写ローラ８の接触部に搬送中バイアスをかけて用紙に転写を行う。この後、トナーが転写された転写紙は、熱定着装置１０に搬送されて、熱定着装置１０内の加熱ローラ１０ａと加圧ローラ１０ｂとの間の二ップを通過することにより定着され、排紙部に排紙される。
【０００６】
図２は本発明の画像形成装置に適用する熱定着装置の拡大断面図である。転写紙１２が熱定着装置１０の断面図上の右から進入し、加熱ローラ１０ａと加圧ローラ１０ｂとのニップ間にはさまれて転写紙上のトナー１３が定着され、図示されない排紙ユニットに搬送される。通常、トナー１３は加熱ローラ１０ａと加圧ローラ１０ｂから構成されるニップに挟まれて加熱ローラ１０ａの熱で溶かされて転写紙１に融着する。
図３は本発明の画像形成装置に適用する熱定着装置の制御系のブロック図である。加熱ローラ１０ａは加圧手段である加圧ローラ１０ｂにより圧接され、駆動源により回転駆動される。加熱ローラ１０ａは内部に加熱源である加熱ヒータ１４を内蔵している。加熱ヒータ１４の一端はリレー１５を介して交流電源１６の片側に接続され、加熱ヒータ１４の他端部と交流電源１６のもう一方の片側との間にはトライアック１７が接続されている。
トライアック１７は制御ドライバ１８により駆動され、制御ドライバ１８はその制御手段としてＣＰＵ（マイコン）１９によりオン／オフ制御される。また、リレー２０のコイルはスイッチングトランジスタ２１を介してＤＣ２４Ｖの電源とアースとの間に接続され、制御ドライバ２２はＣＰＵ１９により制御されてスイッチングトランジスタ２１をオン／オフさせることによりリレー２０をオン／オフさせる。従って、リレー２０がオン状態であってトライアック１７がオンした時、はじめて交流電源１６からトライアック１７を介して加熱ヒータ１４に電力が供給され、加熱ヒータ１４が点灯して加熱ローラ１０ｂに対して加熱が行われる。
また、加熱ローラ１０ａの外周部に温度検出素子であるサーミスタ２３が配設され、加熱ローラ１０ａの中央部の温度を検出する。このサーミスタ２３からの検出信号はＣＰＵ１９に入力される。ＣＰＵ１９は内蔵のＡＤコンバータにより入力されたアナログの温度検出信号をデジタル信号に変換してプログラムにより加熱ローラ１０ａ外周の温度データを得る。
ＣＰＵ１９はサーミスタ２３により検出された加熱ローラ１０ａの温度を基にして制御ドライバ２２を介してトライアック１７を制御して加熱ヒータ１４の点灯／消灯制御を行う。また、ＣＰＵ１９は本発明の実施の形態例の熱定着装置が装着された画像形成装置、例えば複写機の本体カバー（ドア）が開けられたか否かを検出するカバーＳＷ２４から検出信号が入力されて本体カバーが開けられた時には制御ドライバー２２をオフさせてスイッチングトランジスタ２１をオフさせることによりリレー２０をオフさせる。また、本体カバーが閉じられた時には制御ドライバー２２をオンさせてスイッチングトランジスタ２１をオンさせることによりリレー２０をオンさせる。従って本体カバーの開いた状態では加熱ヒータ１４が点灯することはない。
【０００７】
図４は本発明の画像形成装置の実施の形態例に適用する熱定着装置の加熱ヒータへの通電制御を行う手順を示すフローチャートであり、常時一定周期ごとにループを形成し、定着をＯＦＦする要因がないか否かを監視している（Ｓ１）。例えば画像形成装置の制御部からの指令により前述した「本体カバー開」などの定着ＯＦＦ要因があった場合、定着制御部ではリレーをオフ（Ｓ２）、加熱ヒータもオフにし（Ｓ３）、加熱ヒータへの通電を停止する。定着ＯＦＦ要因がない場合には、ＣＰＵでカウントされる周期タイマを例えば１秒に設定しタイマーをスタートさせる（Ｓ４）。
次にサーミスタから現在温度値を取得する処理（Ｓ５）を行い、取得した現在温度値と制御目標温度の差分から加熱ヒータへの通電量（オン時間）を計算する（Ｓ６）。一般的に通電量の計算方法としては周知の技術としてＰＩＤ演算方式などの方法が用いられ、比例項、微分項、積分項の３つの項からなる演算式の乗数（ゲイン）を加熱ローラの熱容量、加熱体のＷ数、などの機種固有の条件を考慮した設定値にすることにより、オーバーシュート、制御リップルのない最適な温度制御にすることができる。
通電時間の計算結果より、その時間に応じたタイマー値を通電時間タイマーにセットしタイマーをスタートさせる（Ｓ７）。タイマーをスタートさせると同時にヒータへの出力をオンする（Ｓ８）。またこれ以降の処理では前述のようにスタートさせた通電時間タイマーがタイムアップされるまではＳ９のループにて待ち処理を行い、通電時間がタイムアップしたら加熱ヒータへの出力をオフにする（Ｓ１０）。
次に前述のようにスタートさせた周期タイマーがタイムアップされるまではＳ１１のループにて待ち処理を行う。周期時間がタイムアップしたら１周期分の通電処理ループが終了したことになるため、Ｓ１の処理に戻り再び次の周期での通電処理を行う。
【０００８】
図５は本発明の画像形成装置の実施の形態例に適用する熱定着装置の通電制御を行う場合のＣＰＵからの出力波形を示すグラフである。図５に示す出力波形は、ＣＰＵ１９（図３参照）からの出力信号であり、図３で説明した様に加熱ヒータ１４の点灯／消灯を行うものである。一定周期間隔毎にオンＤｕｔｙを決定する演算を行い加熱ヒータ１４が点灯している時間Ｔｏｎを決定する（図４で説明したとおり、時間Ｔｏｎは現在温度値と制御目標温度の差分から決定される値であるため常に一定であるとは限らない。）と同時に出力をオンにし、時間Ｔｏｎがタイムアップすると同時に出力をオフにする。その後、次の演算周期が来るまで出力をオフし続ける。このサイクルを繰り返し行う事で現在温度値と制御目標温度との差をなくしている。
表１は制御において参照される表で、連続通紙枚数と設定温度の関連を具体的に示したものである。連続通紙枚数ｎが１枚目から５枚目までは制御段階をｓｔｅｐ１とし、基準設定温度Ｔｏに１５℃を加えた温度で制御する。以下同様に連続通紙枚数ｎが６枚目から１０枚目までのｓｔｅｐ２では、基準設定温度Ｔｏに１０℃を加えた温度で制御する。連続通紙枚数ｎが１１枚目から２０枚目までのｓｔｅｐ３では、基準設定温度Ｔｏに５℃を加えた温度で制御する。連続通紙枚数ｎが２１枚目以降のｓｔｅｐ４では、基準設定温度Ｔｏで温度を制御する。このように連続通紙枚数ｎが増えるにつれて段階的に設定温度を下げていくことにより通紙後のオーバーシュート、通紙中の過剰加熱を防止している。
【表１】
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【０００９】
図６は本発明の画像形成装置の実施の形態例に適用する、本発明全体に関わる印刷中の熱定着装置の定着温度変更処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートでは常時、一定周期ごとにメインモーターを監視し（Ｓ１）、連続印刷中であるか否かを判断している。メインモーターがＯＮしている場合、Ｓ２に進み、印刷していない場合の経過時間ｔをカウントするカウンタをリセットする。さらに印刷命令の認識が行われると共に（Ｓ３）、１枚分の印刷動作が画像形成装置により行われる（Ｓ４）。そして前述の印刷動作が１枚終了すると、Ｓ５に進み連続印刷枚数ｎを計数するためカウンタを１カウントアップさせる。Ｓ６では、前述した制御テーブル（表１）に基づいて連続印刷枚数ｎのカウンタの値から制御ステップを決定し、さらにＳ７では制御ステップから参照された温度領域に設定温度を変更して温度制御を行う。図６におけるＳ３からＳ７までのサイクルは印刷１枚の命令が実行される度に行われる。
一方、Ｓ１にて、メインモーターがＯＦＦしていた場合、Ｓ１１に進み印刷無しの経過時間ｔをカウンタによりカウントする。そして、Ｓ１２にて経過時間ｔのカウントが１０ｓｅｃ以上に達したら、連続するジョブがないと見なして、連続印刷枚数ｎを計数するためカウンタをリセットし（Ｓ１３）、処理を終了する。
以上の処理により１０ｓｅｃ以上印刷動作が停止した場合には、定着の温度状態が安定するのに十分な時間が経過しているため、次の印刷命令が入ってきた時には連続印刷枚数ｎが１枚目に戻った状態から温度制御が開始される。また、印刷動作が停止してから１０ｓｅｃ未満で、次の印刷命令があった場合には、定着温度状態がそれほど変化していないため、前回の連続印刷枚数ｎを継承して温度制御が開始される。
【００１０】
図７は本発明の画像形成装置の実施の形態例に適用する熱定着装置の定着温度変更処理の手順の他の例を示すフローチャートである。而して、図７のフローチャートは本発明の請求項３の印刷中の定着温度変更処理を示したものである。このフローチャートでは常時、一定周期ごとにメインモーターを監視し（Ｓ１）、連続印刷中であるか否かを判断している。
メインモーターがＯＮしている場合、印刷命令の認識が行われると共に（Ｓ２）、１枚分の印刷動作が画像形成装置により行われる（Ｓ３）。そして前述の印刷動作が１枚終了すると、Ｓ４に進み連続印刷枚数ｎを計数するためカウンタを１カウントアップさせる。ここで、連続印刷枚数ｎが１枚目かどうかを確認し（Ｓ５）、１枚目の時にのみ加熱ローラの温度を測定し（Ｓ６）、前述した制御テーブル（［表１］）に基づいて、検知温度Ｔｓの値から制御ステップを決定する（Ｓ７）。さらにＳ９では制御ステップから参照された温度領域に設定温度を変更して温度制御を行う。またＳ５で連続印刷枚数ｎが２枚目以降の場合には、連続印刷枚数ｎのカウンタの値から制御ステップを決定する（Ｓ８）。図７において、Ｓ２からＳ９までのサイクルは印刷１枚の命令が実行される度に行われる。
一方、図７のＳ１にて、メインモーターがＯＦＦしていた場合、連続するジョブがないと見なして、Ｓ１１に進み連続印刷枚数ｎを計数するためカウンタをリセットし、処理を終了する。
以上の処理により印刷動作が停止した場合には、その停止時間により、次の印刷命令が開始される時の加熱ローラの温度がまちまちになるため、印刷開始時の加熱ローラの検知温度Ｔｓを測定し、［表１］の制御テーブルより検知温度Ｔｓの制御段階を判断して温度制御が開始される。例えば、基準設定温度Ｔｏが１６０℃、１枚目に加熱ローラの温度を測定した温度Ｔｓが１７２℃だった場合、前ジョブが終了した時点での設定温度が１７２℃付近であったと推測でき、この場合［表１］よりその時点での制御段階はｓｔｅｐ２（設定温度を１７０℃、連続通紙枚数ｎを６枚に設定）から開始される。
以上が本発明に係わる実施形態であるが、上記例にのみ限定されるものではない。例えば、加熱ローラ内にのみヒーターを配置する構成としていたが、加熱ローラと加圧ローラ内にそれぞれ１本づつヒーターを持つ構成、加熱ローラ内に２本のヒーターを持つ構成などであってもよい。また、画像形成装置としてカラーレーザープリンタを例として扱っているが、複写機、ＦＡＸなど他の画像形成装置にも応用できることはいうまでもない。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、連続通紙枚数のカウント値により段階的に制御温度を変化させるため、加熱ローラ及び加圧ローラの温度が適切に制御される。これにより通紙中の過剰な加熱によるオフセット、機内温度上昇による排トナーのブロッキングなどの発生を防止し、定着性が向上するため、良好な画像品質が得ることができる。また、通紙後のオーバーシュートを防止し、定着ユニット内の部品の耐久を向上させることができる。
請求項２によれば、印刷ジョブ終了後、一定時間以内に次の印刷ジョブが開始される場合には、前ジョブの連続通紙枚数カウント値を継承して温度制御するため、枚数、間隔がランダムに印刷が行われる場合であっても、加熱ローラ及び加圧ローラの温度が適切に制御される。これにより通紙中の過剰な加熱によるオフセット、機内温度上昇による排トナーのブロッキングなどの発生を防止し、定着性が向上するため、良好な画像品質が得ることができる。また、通紙後のオーバーシュートを防止し、定着ユニット内の部品の耐久を向上させることができる。請求項３によれば、印刷ジョブ開始時の温度を検知し、その検知温度から前記制御手段の段階を決定するため、枚数、間隔がランダムに印刷が行われる場合であっても、加熱ローラ及び加圧ローラの温度が適切に制御される。これにより通紙中の過剰な加熱によるオフセット、機内温度上昇による排トナーのブロッキングなどの発生を防止し、定着性が向上するため、良好な画像品質が得ることができる。また、通紙後のオーバーシュートを防止し、定着ユニット内の部品の耐久を向上させることができる。
請求項４によれば、加熱ローラ及び加圧ローラの駆動源であるメインモーターが動作している間は回転によりローラ表層付近の熱が奪われヒーターをＯＮし続けるため、メインモーター停止を基点にオーバーシュートが発生する。よって、このメインモーター停止のタイミングから一定時間の間はジョブ中と判断し、この間は、前記請求項１から請求項３の制御により制御温度を段階的に下げるようにしているため、通紙後の過剰な加熱によるオーバーシュートを防止し、定着ユニット内の部品の耐久を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の実施の形態の一例を示し、画像形成装置がカラーレーザプリンタである場合の全体概要図である。
【図２】本発明の画像形成装置の実施の形態例に適用する熱定着装置の拡大図である。
【図３】本発明の画像形成装置の実施の形態例に適用する熱定着装置の概略断面及び制御系を示す図である。
【図４】本発明の画像形成装置の実施の形態例に適用する熱定着装置の加熱ヒータへの通電制御を行う手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の画像形成装置の実施の形態例に適用する熱定着装置の通電制御を行う場合のＣＰＵからの出力波形を示すグラフである。
【図６】本発明の画像形成装置の実施の形態例に適用する熱定着装置の定着温度変更処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の画像形成装置の実施の形態例に適用する熱定着装置の定着温度変更処理の手順の他の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０　熱定着装置、１０ａ　加熱ローラ、１０ｂ　加圧ローラ、１４　加熱ヒータ、１９　ＣＰＵ（制御手段）、ｎ　連続通紙枚数、Ｔｓ　検知温度
【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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