(57)【要約】【課題】定着ヒータに可能な限りの電力を分配し、高速なプリント速度を実現する画像形成装置を提供する。【解決手段】定着ヒータと加圧ヒータの定格電力の和が定着器に供給可能な最大電力以上とし、プリント中は定着ヒータがオフした時のみ加圧ヒータのオンを許可するようなヒータ制御を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加熱手段を備える熱定着装置と、前記加熱手段を駆動する駆動手段とを備える画像形成装置において、複数の加熱手段の定格電力の和が熱定着装置に供給可能な最大電力より大きく、プリント中、複数の加熱手段のうち一つ以上の加熱手段を同時に駆動する場合は、その定格電力の和が熱定着装置に供給可能な最大電力以下となるような加熱手段の組合せで駆動し、それらの組合せのうちの一つが駆動している間はその他は駆動しないような制御を行う制御手段を有する事を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記複数の加熱手段とは定着ローラを加熱する定着ヒータと、加圧ローラを加熱する加圧ヒータであり、プリント中、定着ヒータがオフしている間のみ加圧ヒータをオンできるような制御方法である前記制御手段を有する、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
画像形成装置の動作状況から消費電力を推測し、その値が所定値より大きければ、加圧ヒータのオンを制限するような制御手段を有する、請求項２記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置の特に発熱体により画像をシートに定着させる定着装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱による定着を行う電子写真方式のプリンタの構成を図１に示す。ピックアップローラ２、フィード／リタードローラ３、搬送ローラ４により給紙カセット１から給紙されたシートは、先端がレジストローラ５に突き当たって斜行が取り除かれた状態で一旦停止する。スキャナユニット６内のレーザから出射されたレーザ光が高速回転するポリゴンミラーによって感光ドラム７上を走査して静電潜像を描き、現像、転写の公知の電子写真プロセスによる画像形成のタイミングに合わせてレジストローラ５により再搬送されたシート上に未定着トナー像が形成される。その後シートは定着器９に送られ、定着ローラ１０と加圧ローラ１１により加熱加圧されトナー像がシート上に永久定着し、搬送ローラ１６，１７によって機外に排紙される。
【０００３】
定着ローラ１０及び加圧ローラ１１内部にはそれぞれハロゲンヒータ等の加熱部材１２、１３が配設され、各ローラ１０，１１を加熱している。定着ローラ１０内のヒータを定着ヒータ１２、加圧ローラ１１内のヒータを加圧ヒータ１３と呼び、定着ヒータは主にシート上の未定着トナー像を定着するために定着ローラを加熱すること、加圧ヒータは定着ローラに付着した未定着トナー等が加圧ローラに移動、付着することを防止するために加圧ローラを加熱するのが主な目的である。また各ローラ１０、１１表面にはサーミスタ等の温度検知素子１４，１５が接しており、サーミスタ１４，１５が検出した各ローラ１０、１１の表面温度に応じて、制御回路（不図示）が各ヒータ１２、１３への通電を制御し、各ローラの表面温度が所定の目標温度になるように自動制御している。
【０００４】
図２にヒータの駆動回路の概略を示す。図において、定着ヒータ１２と加圧ヒータ１３は定電圧出力回路３１およびスイッチング素子（ＦＥＴ）１８、１９に接続されている。ＦＥＴ１８、１９が導通状態になり定電圧出力回路３１からヒータ１２、１３に電力供給が行われると、各ヒータ１２、１３はオンする。ＦＥＴ１８，１９はフォトカプラ２２，２３を介してＣＰＵ３０のデジタル出力ポートＰ１、Ｐ２に接続されており、デジタル出力ポートＰ１、Ｐ２がそれぞれＨレベルになるとＦＥＴ１８，１９がオンする。サーミスタ１４、１５はそれぞれ定着ローラ１０と加圧ローラ１１の表面に接触している。各サーミスタ１４、１５と抵抗３１、３２との分圧値がＣＰＵ３０のＡ／Ｄ入力ポートＡ／Ｄ１、Ａ／Ｄ２に入力され、それぞれ定着ローラ１０、加圧ローラ１１の表面温度を検出する。ＣＰＵ３０は検出された温度にしたがって定電圧出力回路３１および各ヒータ１２、１３をオン・オフすることにより各ローラの表面温度が目標値となるように制御する。
【０００５】
定電圧出力回路３３はダイオードブリッジ４０を介して商用電源３９に接続されている。定電圧出力回路３３はチョッピング用ＦＥＴ３４、インダクタ３５、スナバ用ダイオード３６を有し、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを形成する。３７はコントロールＩＣであり、電圧検知回路３８で出力電圧をフィードバックしてヒータへの印加電圧を一定にするようにチョッピングＦＥＴ３４をオン・オフ制御している。また、ヒータをオンする時の突入電流、およびフリッカの軽減のために、ヒータの印加電圧を徐々に増加・減少させるスローアップ／スローダウン機能を持っている。
【０００６】
プリンタの中で最も大きな電力を消費するのが定着器であるが、定着ヒータと加圧ヒータの定格電力の和が定着器に供給可能な最大電力と等しくし、二つのヒータを同時にオンして定着器を加熱するようになっている。
【０００７】
また、定着ヒータと加圧ヒータの定格電力の和を定着期に供給可能な最大電力より大きくする技術もある（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
実登録２５３６２０７号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例では、プリント速度の高速化により定着に必要な電力が増加してもプリンタへの供給電力は元々限られており、必要な電力を定着器だけに供給することはできない。そのうえ、定着器への供給電力は定着ヒータと加圧ヒータに分けられているため、トナー像の定着に最も必要な定着ヒータへの電力分配はさらに制限されてしまう。すなわち、高速なプリント速度を実現させるだけの電力を定着ヒータに供給する事ができず、高速化が困難となってしまう。
また、加圧ヒータを設けず定着ヒータのみを使用して電力を確保しようとすると、加圧ローラに未定着トナー等が付着しシートの汚れや画像品質の低下を招いてしまう。
【００１０】
また実登録２５３６２０７号では、定着ヒータと加圧ヒータの定格電力の和を定着器に供給可能な最大電力より大きくするという記述がなされているが、ウォームアップ時間を短縮するために定着ヒータの定格電力を大きくしており、高速なプリント速度を実現するための手段としておらず、また、プリント中は加圧ヒータはオンしていない。
【００１１】
そこで本発明は、高速なプリント速度を実現できる可能な限りの電力を定着ヒータに分配し、かつプリント中に加圧ヒータによって加圧ローラも加熱することのできるヒータ制御手段を有する画像形成装置を提供する事を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明における請求項１では、複数の加熱手段を備える熱定着装置と、加熱手段を駆動する駆動手段とを備える画像形成装置において、複数の加熱手段の定格電力の和が熱定着装置に供給可能な最大電力より大きく、プリント中、複数の加熱手段のうち一つ以上の加熱手段を同時に駆動する場合は、その定格電力の和が熱定着装置に供給可能な最大電力以下となるような加熱手段の組合せで駆動し、それらの組合せのうちの一つが駆動している間はその他は駆動しないような制御を行う制御手段を有する事を特徴とする。
【００１３】
請求項２では、複数の加熱手段とは定着ローラを加熱する定着ヒータと、加圧ローラを加熱する加圧ヒータであり、プリント中、定着ヒータがオフしている間のみ加圧ヒータをオンできるような制御方法の制御手段であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３では、画像形成装置の動作状況から消費電力を推測し、その値が所定値より大きければ、加圧ヒータのオンを制限するような制御手段であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本実施例におけるプリンタの構成、およびヒータ駆動回路は上記従来例と同様であり、その説明は省略する。
【００１６】
本実施例では、プリント速度の高速化に対応するため定着ヒータと加圧ヒータの定格電力の和を定着器に供給可能な最大電力より大きくし、さらにプリント中は加圧ヒータは定着ヒータがオフの時にのみオンすることを特徴とする。特に連続プリントではある程度の時間が経過すると定着ローラは十分に加熱され、定着ヒータがオフする時間が増加して定着器に供給されるトータルの電力は減少する。この減少した分の電力を加圧ローラに供給する事で、高速なプリント速度を実現するのに必要な定着ヒータへの電力は確保しながらも、未定着トナーの付着を防止するために加圧ローラの加熱も行うことが可能となる。
【００１７】
各ローラを目標温度に制御するためのヒータのオン・オフ制御（温調制御）には様々な方法があるが、本実施例ではある一定の制御周期（時間）を決め、サーミスタで検知したローラ表面温度とそれまでの温度上昇（下降）勾配を元に、次の制御周期内でヒータをオンする時間をＣＰＵが決定するような制御方法とする。
１制御周期内でのオン時間の割合をデューティと呼び、ヒータへの供給電力はデューティに比例する。
【００１８】
図３は本実施例における、プリント時の定着ローラの表面温度と定着ヒータ、加圧ヒータの制御を示すタイムチャートである。本図では、定着ローラと加圧ローラの定格電力はそれぞれが定着器に供給可能な最大電力と等しいとするが、各ヒータの定格電力が定着器に供給可能な最大電力以下であり、かつその和が定着器に供給可能な最大電力以上であればよい。プリント開始時は定着器も完全には加熱されておらず、定着ヒータはデューティ１００％でオンしている。ある程度時間が経過すると定着ローラは十分に加熱され、シートにより奪われる熱量だけを供給すればよいので徐々にデューティは低下して、その後ほぼ安定したデューティで温調制御される。そこで、定着ヒータのデューティが予め設定された閾値Ｄｔｈより低い値で定着ヒータが駆動されたら、加圧ヒータの温調制御を開始する。加圧ヒータは定着ヒータがオフしている時にのみオンすることが可能なため、加圧ヒータの最大デューティは「１００−定着ヒータのデューティ」％に制限されて制御される。
【００１９】
図４に本実施例における制御のフローチャートを示す。同図は制御のメインルーチンである。プリント動作開始（ステップＳ１０１）後、１制御周期の制御を開始する（ステップＳ１０２）。まず定着ヒータ制御タスクを起動し定着ヒータ１２の制御を行う（ステップＳ１０３）。定着ヒータ制御タスクについては後述する。タスク終了後、１制御周期の時間が経ったら（ステップＳ１０４）、再びステップＳ１０１に戻り、プリント終了時は全ヒータをオフし（ステップＳ１０５）、終了する。
【００２０】
図５は定着制御タスクのシーケンスである。まずサーミスタ１４により定着ローラ１０の表面温度を検出する（ステップＳ１１０）。検出した表面温度とこれまでの温度勾配から定着ヒータのデューティを決定する（ステップＳ１１１）。
決定したデューティを予め設定された閾値Ｄｔｈと比較し（ステップＳ１１２）、Ｄｔｈ以下の場合、加圧ヒータ制御タスクを起動する（ステップＳ１１３）。加圧ヒータ制御タスクについては後述する。定着ヒータをオンする前に加圧ヒータをオフ（ステップＳ１１４）してから、定着ヒータ１２をオンし（ステップＳ１１５）、決定したデューティの時間経ったら（ステップＳ１１７）、定着ヒータをオフする（ステップＳ１１８）。ここでデューティ１００％の場合はオンしている間に１制御周期が終了する（ステップＳ１１６）ので、ヒータをオンしたままタスクを終了して次の制御周期に移行し、そこで決定されたデューティの時間オンし続ける。
【００２１】
図６は加圧ヒータ制御タスクのシーケンスである。定着ヒータ制御タスクと同様にサーミスタにより加圧ローラの表面温度を検出し（ステップＳ１２０）、加圧ヒータのデューティを決定する（ステップＳ１２１）。決定したデューティと定着ヒータのオフ時間（＝１００−定着ヒータのデューティ）とを比較し（ステップＳ１２２）、決定したデューティが大きい場合はデューティを「１００−定着ヒータのデューティ」％に変更する（ステップＳ１２３）。正式にデューティが決定したら定着ヒータがオフするのを待ち（ステップＳ１２４）、オフしたら加圧ヒータを先程決定したデューティの間オンする（ステップＳ１２５〜Ｓ１２８）。
【００２２】
以上のように、定着ヒータと加圧ヒータの定格電力の和が定着器に供給可能な最大電力以上であり、連続プリント時に定着ヒータのデューティが所定値以下となったら、定着ヒータがオフした時に加圧ローラのオンを許可することで、プリント速度の高速化を実現するために必要な定着ヒータの電力は可能な限り確保しつつ、未定着トナーの付着を防止するために加圧ローラも加熱することが可能となる。
【００２３】
なお、本説明では定着ヒータ、加圧ヒータ各１本ずつの構成としているが、それぞれ複数であってもよい。このような時も、それぞれのヒータの定格電力は定着器に供給可能な最大電力以下で、かつ全ヒータの定格電力の和は定着器に供給可能な最大電力以上でなければならない。そして、複数のヒータを同時にオンする場合、それらの電力の和が定着器に供給可能な最大電力以下となるような組合せでオンすることで、定着ヒータ、加圧ヒータがそれぞれ複数ある場合にも対応する。
【００２４】
また、本説明では定着ヒータのデューティを元に平均電力を推定し、加圧ヒータの温調制御を行うかどうか判断していたが、ヒータへの印加電圧を変化させる場合などでは、デューティに加えてヒータへの印加電圧も検知して判断材料とすることにより、より正確な電力の推定が可能となる。
【００２５】
（実施例２）
本実施例では、定着器だけでなくプリンタ本体の消費電力を考慮し、定着器以外のユニットによって消費される電力が多い場合は、加圧ローラをオンすることを制限することを特徴とする。本実施例におけるプリンタの構成、およびヒータ駆動回路は上記第１の実施例と同様でありその説明は省略する。図７は本実施例におけるプリンタの主要ユニットのブロック図である。定着ヒータ１２と加圧ヒータ１３からなる定着器９とそのヒータ駆動回路３３のほかに、レーザ４１やポリゴンモータ４２を持つレーザスキャナユニット６、給紙モータ４４等を持つ給紙ユニット４３、感光ドラム７やその他ローラの駆動を行うメインモータ４５、電子写真プロセス用の高圧電源ユニット４６等の主要ユニットが、プリンタ全体の動作を制御するＣＰＵ３０と接続されている。
【００２６】
このようにＣＰＵ３０は全ユニットの動作状況を把握できるので、各ユニットが動作した時に消費される電力の値をそれぞれ予め記憶しておけば、各ユニットの動作状況からプリンタ全体の消費電力の推定ができる。そこで、加圧ヒータ１３の温調制御を行う際に、各ユニットの動作状況を参照し、多くのユニットが動作してプリンタ全体の消費電力が多いと推測される場合は、加圧ヒータ１３のオン時間、あるいはオン自体を制限することとする。
【００２７】
図８に本実施例における制御のフローチャートを示す。上記第１の実施例と同様な制御については同番号を付し説明を省略する。上記第１の実施例と異なるのは図１０の加圧ヒータ制御タスクである。定着ヒータがオフしたら（ステップＳ１２４）、ＣＰＵは各ユニットの動作状況をチェックし、予め記憶している各ユニットの消費電力からプリンタ全体の消費電力を推定する（ステップＳ２０１）。
推定した消費電力と予め設定された２つの閾値Ｗｔｈ１、Ｗｔｈ２とを比較する（ステップＳ２０２、Ｓ２０３）。ここでＷｔｈ１＜Ｗｔｈ２とする。推定した消費電力が一つ目の閾値Ｗｔｈ１より小さい場合は決定したデューティで加圧ヒータをオンする（ステップＳ１１８）。一つ目の閾値Ｗｔｈ１より大きく、かつ二つ目の閾値Ｗｔｈ２より小さい場合は加圧ヒータのオン時間を短くする（ステップＳ２０４）。ここでオン時間を短くするには様々な方法があるが、ここでは一律に８０％に短縮することとする。さらに二つ目の閾値Ｗｔｈ２より大きい場合は加圧ヒータのオンは行わない（ステップＳ１１１）。ここで、消費電力の比較を行う閾値は２つ設けているが、２つに限定されるわけではなく１個でも２個以上でも構わない。
【００２８】
以上のように、加圧ローラをオンする際にプリンタ全体の消費電力を推測し、それが多い場合は加圧ヒータのオンを制限する事により、高速なプリント速度を実現するのに必要な定着ヒータの電力を可能な限り確保しつつ、未定着トナーの付着を防止するために加圧ローラも加熱することができ、さらにプリンタ全体の消費電力の増大を抑えることが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、定着ヒータと加圧ヒータの定格電力の和を定着器に供給可能な最大電力以上とし、連続プリント時に定着ヒータのデューティが所定値以下となったら、定着ヒータがオフした時に加圧ローラのオンを許可することで、プリント速度の高速化により必要となる定着ヒータの電力は可能な限り確保しつつ、未定着トナーの付着を防止するために加圧ローラも加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるプリンタの構造の断面図である。
【図２】本発明におけるヒータ駆動回路の回路構成図である。
【図３】本発明の実施例１における制御方法のタイムチャートを示す図である。
【図４】本発明の実施例１における制御方法のフローチャートを示す図である。
【図５】本発明の実施例１における制御方法のフローチャートを示す図である。
【図６】本発明の実施例１における制御方法のフローチャートを示す図である。
【図７】本発明におけるプリンタのブロック図である。
【図８】本発明の実施例２における制御方法のフローチャートを示す図である。
【図９】本発明の実施例２における制御方法のフローチャートを示す図である。
【図１０】本発明の実施例２における制御方法のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
９  定着器
１０  定着ローラ
１１  加圧ローラ
１２  定着ヒータ
１３  加圧ヒータ
３０  ＣＰＵ
３１  ヒータ駆動回路（定電圧回路）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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