(57)【要約】【課題】スイッチング素子の劣化及び破損を回避するとともに起動時間を短縮することを目的とする。【解決手段】複合機は、定着部４８は、スイッチング素子４８ｉにより調整された電力が誘導コイル４８ｈに供給されることで加熱され、記録用紙上のトナー画像を加熱により定着させる定着部４８を具備する複合機であって、スイッチング素子４８ｉの温度を検出する温度計４８ｊと、定着部４８の加熱ローラ４８ａの加熱を開始する前に、温度計４８ｊにより検出された温度に基づいてスイッチング素子４８ｉが所定温度を超えない誘導コイル４８ｈへの最大電力の供給時間を算出し、供給時間の間、最大電力を誘導コイル４８ｈに供給するようにスイッチング素子４８ｉを制御し、供給時間が経過すると、スイッチング素子４８ｉが所定温度を超えないように最大電力より低い電力を誘導コイル４８ｈに供給するようにスイッチング素子４８ｉを制御する演算制御部とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子により調整された電力が誘導コイルに供給されることで加熱され、記録用紙上のトナー画像を加熱により定着させる定着部を具備する画像形成装置であって、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記定着部の加熱を開始する前に、前記温度検出手段により検出された温度に基づいて前記スイッチング素子が所定温度を超えない誘導コイルへの最大電力の供給時間を算出し、前記供給時間の間、前記最大電力を前記誘導コイルに供給するように前記スイッチング素子を制御し、前記供給時間が経過すると、前記スイッチング素子が前記所定温度を超えないように前記最大電力より低い電力を前記誘導コイルに供給するように前記スイッチング素子を制御する制御手段とを具備することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記誘導コイルに前記最大電力を供給した場合における時間に応じた前記スイッチング素子の昇温結果を昇温データとして記憶し、前記定着部の加熱を開始する前に、前記温度検出手段により検出された温度と、前記昇温データとに基づいて、最大電力を供給した場合に前記スイッチング素子が前記所定温度になるまでの時間を算出し、当該時間から所定時間を引いた時間を前記供給時間として算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記スイッチング素子の温度に応じた前記最大電力の前記供給時間が登録された供給時間登録テーブルを記憶し、前記定着部の加熱を開始する前に、前記温度検出手段により検出された温度と、前記供給時間登録テーブルとに基づいて前記供給時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた画像形成装置は、記録用紙上に形成されたトナー画像を加熱及び加圧して定着させる定着ローラ等の定着装置を備えている。定着装置には、誘導コイルに電力を供給することにより加熱する誘導過熱式定着装置が存在する。このような定着装置において、その起動時間の大半は、定着処理に必要な温度（定着温度）にするための加熱時間に占められている。したがって、加熱時間を短縮することにより定着装置の起動時間を大幅に短縮することができる。しかしながら、加熱時間を短縮するためには、誘導コイルに大電力を供給して加熱温度を上げる必要があるが、電力を調整するスイッチング素子は、大電力が供給されると、スイッチング損失による発熱によりその温度が上昇し、劣化及び破損する恐れがある。そのため、例えば、下記特許文献１には、スイッチング素子の温度上昇対策として、スイッチング素子の温度をモニターし、予め設定された所定温度を超えた場合に、スイッチング素子の保護のため、スイッチング動作を停止し、スイッチング素子の温度上昇を抑える方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５７８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術における上記特許文献１に記載されている方法によってスイッチング素子の温度上昇を抑え、その劣化及び破損を回避できるが、スイッチング動作が停止されるので、加熱した定着装置の温度が下がってしまう。そのため、スイッチング素子の温度が低下した後に、電力を供給して定着装置を再加熱しなければならないので、定着装置の起動時間を短縮することができないという問題が残っている。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の劣化及び破損を回避するとともに起動時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、画像形成装置に係る第１の解決手段として、スイッチング素子により調整された電力が誘導コイルに供給されることで加熱され、記録用紙上のトナー画像を加熱により定着させる定着部を具備する画像形成装置であって、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、前記定着部の加熱を開始する前に、前記温度検出手段により検出された温度に基づいて前記スイッチング素子が所定温度を超えない誘導コイルへの最大電力の供給時間を算出し、前記供給時間の間、前記最大電力を前記誘導コイルに供給するように前記スイッチング素子を制御し、前記供給時間が経過すると、前記スイッチング素子が前記所定温度を超えないように前記最大電力より低い電力を前記誘導コイルに供給するように前記スイッチング素子を制御する制御手段とを具備するという手段を採用する。
【０００７】
本発明では、画像形成装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記制御手段は、前記誘導コイルに前記最大電力を供給した場合における時間に応じた前記スイッチング素子の昇温結果を昇温データとして記憶し、前記定着部の加熱を開始する前に、前記温度検出手段により検出された温度と、前記昇温データとに基づいて、最大電力を供給した場合に前記スイッチング素子が前記所定温度になるまでの時間を算出し、当該時間から所定時間を引いた時間を前記供給時間として算出するという手段を採用する。
【０００８】
本発明では、画像形成装置に係る第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記制御手段は、前記スイッチング素子の温度に応じた前記最大電力の前記供給時間が登録された供給時間登録テーブルを記憶し、前記定着部の加熱を開始する前に、前記温度検出手段により検出された温度と、前記供給時間登録テーブルとに基づいて前記供給時間を算出するという手段を採用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、供給時間の間、最大電力を誘導コイルに供給し、供給時間経過すると、スイッチング素子が所定温度を超えないように最大電力より低い電力を前記誘導コイルに供給するので、スイッチング素子が所定温度より昇温することを抑え、スイッチング素子の劣化及び破損を回避することができる。また、供給時間経過後に、従来のように電力の供給を停止のではなく、最大電力より低い電力を誘導コイルに供給し続けるので、起動時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る複合機Ａの概略構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態における定着部４８の詳細構成を示す構成図である。
【図３】本発明の実施形態におけるスイッチング素子４８ｉの昇温データを示す図である。
【図４】本発明の実施形態における供給時間登録テーブルを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る複合機Ａは、図１に示すように、操作表示部１、画像読取部２、画像データ記憶部３、用紙搬送画像形成部４、通信部５及び演算制御部６を備える。このような複合機Ａは、コピー機能、プリント機能、スキャン機能、ファクシミリ送信受信機能及び電子メール送信機能を併せ持つ画像形成装置である。
【００１２】
操作表示部１は、操作キー及びタッチパネルを備えており、ユーザと複合機Ａとを関係付けるマンマシンインタフェースとして機能する。操作表示部１は、押下された操作キーまたはタッチパネルに表示された操作ボタンの操作指示を演算制御部６に出力するとともに、演算制御部６の制御信号に基づいてタッチパネルに種々の画面を表示する。
【００１３】
画像読取部２は、演算制御部６から入力される制御信号に基づいてＡＤＦ（Automatic document feeder：自動原稿送り装置）により自動給紙される原稿またはプラテンガラス上に載置された原稿の表面画像（原稿画像）をラインセンサで読み取って原稿画像データに変換し、この原稿画像データを出力する。なお、画像読取部２は、原稿画像データを演算制御部６に出力し、一方、演算制御部６は、原稿画像データを画像データ記憶部３に記憶させる。
【００１４】
画像データ記憶部３は、半導体メモリまたはハードディスク装置などであり、演算制御部６から入力される制御信号に基づいて原稿画像データや、通信部５が外部のクライアントコンピュータ（図示略）から受信するプリント画像データや、通信部５がファクシミリ装置から受信したファクシミリ画像データを記憶する。
【００１５】
用紙搬送画像形成部４は、演算制御部６の制御の下、給紙カセット４４内に収容された記録用紙を搬送し、画像データ記憶部３の画像データに基づいて記録用紙上にトナー画像を形成するものである。このような用紙搬送画像形成部４は、図１に示すように、各色（Ｋ，Ｙ，Ｃ，Ｍ）に対応するトナーからなる画像を形成する画像形成ユニット４１、中間転写ベルト４２、１次転写ローラ４３、給紙カセット４４、ピックアップローラ４５、搬送ローラ対４６、２次転写ローラ４７、定着部４８、排紙ローラ４９及び排紙トレイ５０から構成されている。
【００１６】
各画像形成ユニット４１は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の各色（４色）に対応するトナーからなる画像を形成するものであり、複合機Ａの正面から視て水平方向に所定間隔で各色に対応して４つ設けられている。このような画像形成ユニット４１は、図１に示すように、トナー画像が周面に形成される感光体ドラム４１ａを備えている。
【００１７】
中間転写ベルト４２は、各感光体ドラム４１ａに接するように設けられた無端ベルトと当該無端ベルトを走行させる駆動ローラ４２ａとを備え、各感光体ドラム４１ａの周面に形成されたトナー画像が各感光体ドラム４１ａから１次転写されるものである。１次転写ローラ４３は、中間転写ベルト４２を挟むように各感光体ドラム４１ａに対向配置されており、回転しながら１次転写電圧を中間転写ベルト４２に印加することにより各感光体ドラム４１ａから中間転写ベルト４２にトナー画像を１次転写させるローラである。
【００１８】
給紙カセット４４は、Ａ４サイズやＢ５サイズ等、所定形状の記録用紙の束を収容する容器である。ピックアップローラ４５は、給紙カセット４４上において記録用紙に圧接するように設けられ、給紙カセット４４内の記録用紙を１枚づつピックアップして搬送ローラ４６に送り出すローラである。搬送ローラ４６は、ピックアップローラ４５から給紙された記録用紙を２次転写ローラ４７と駆動ローラ間の２次転写ニップに向けて搬送するローラである。
【００１９】
２次転写ローラ４７は、駆動ローラ４２ａに対向配置された回転ローラであり、中間転写ベルト４２上のトナー画像を記録用紙に２次転写させるものである。すなわち、２次転写ローラ４７は、中間転写ベルト４２と記録用紙とを挟んだ状態で２次転写電圧を印加することにより、中間転写ベルト４２上のトナー画像を記録用紙に２次転写させる。
【００２０】
定着部４８は、誘導加熱（ＩＨ；Induction Heating）方式を用いた加熱機構により加熱される金属製の加熱ローラ４８ａと、加熱ローラ４８ａに圧接される圧接ローラ４８ｂとから構成され、上記２次転写ローラ４７でトナー画像が転写された記録用紙を挟持することにより、記録用紙を加熱及び加圧してトナー画像を記録用紙上に定着させる。定着部４８は、上記加熱ローラ４８ａ及び圧接ローラ４８ｂ加えて、加熱機構として、図２に示すように、交流電源４８ｃ、整流回路４８ｄ、電圧計４８ｅ、電流計４８ｆ、コンデンサ４８ｇ、誘導コイル４８ｈ、スイッチング素子４８ｉ及び温度計（温度検出手段）４８ｊを備える。
【００２１】
交流電源４８ｃは、整流回路４８ｄに接続されており、交流電力を整流回路４８ｄに出力する。
整流回路４８ｄは、交流電源４８ｃから入力された交流電力を整流し、コンデンサ４８ｇ及び誘導コイル４８ｈに出力する。
【００２２】
電圧計４８ｅは、整流回路４８ｄからコンデンサ４８ｇ及び誘導コイル４８ｈに入力される電力の電圧を検出するセンサであり、図２に示すように、一方の端子が整流回路４８ｄの一方の出力端子に接続され、他方の端子が整流回路４８ｄの他方の出力端子に接続され、検出された電圧を示す電圧検出信号を演算制御部６に出力する。
【００２３】
電流計４８ｆは、整流回路４８ｄからコンデンサ４８ｇ及び誘導コイル４８ｈに入力される電力の電流を検出するセンサであり、図２に示すように、一方の端子が整流回路４８ｄの一方の出力端子に接続され、他方の端子がコンデンサ４８ｇの一方の端子及び誘導コイル４８ｈの一方の端子に接続され、検出された電流を示す電流検出信号を演算制御部６に出力する。
【００２４】
コンデンサ４８ｇは、誘導コイル４８ｈに並列接続され、誘導コイル４８ｈとともに共振回路を構成し、一方の端子が整流回路４８ｄの一方の出力端子に接続され、他方の端子がスイッチング素子４８ｉに接続されている。
誘導コイル４８ｈは、コンデンサ４８ｇに並列接続され、整流回路４８ｄから供給された電力によって磁力線（磁束）を発生し、当該磁力線により金属製の加熱ローラ４８ａに電流（誘導電）を発生させて加熱するものであり、一方の端子が整流回路４８ｄの一方の出力端子に接続され、他方の端子がスイッチング素子４８ｉに接続されている。
【００２５】
スイッチング素子４８ｉは、演算制御部６から入力される制御信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦすることにより誘導コイル４８ｈに供給される電力を調整するものであり、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）により構成されている。
温度計４８ｊは、スイッチング素子４８ｉの温度を検出するサーミスタ、熱電対等の温度センサであり、スイッチング素子４８ｉに非接触または接触させて配置され、検出されたスイッチング素子４８ｉの温度を示す温度検出信号を演算制御部６に出力する。
【００２６】
図１に戻り、排紙ローラ４９は、定着部４８から搬送されてきた記録用紙を排紙トレイ５０に排出する。排紙トレイ５０は、排紙ローラ４９から供給された記録用紙を収容する受け皿である。
通信部５は、演算制御部６から入力される制御信号に基づいて電話回線を介して外部の複合機あるいはファクシミリ装置、またローカルエリアネットワークを介してクライアントコンピュータなどと通信を行うものである。すなわち、この通信部５は、イーサネット（登録商標）などのＬＡＮ規格に準拠した通信機能と、Ｇ３などのファクシミリ規格に準拠した通信機能とを兼ね備えたものである。通信部５は、例えば、電子メールの送信またはファクシミリの送受信を行う。
【００２７】
演算制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び上述した各部と各種信号の送受信を行うインタフェース回路などから構成されており、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて複合機Ａの全体動作を制御する。
【００２８】
また、上記制御プログラムには誘導コイル４８ｈに供給される電力を制御するための電力制御プログラムが含まれており、さらに、ＲＯＭには電力制御プログラムに関連するスイッチング素子４８ｉの昇温データが記憶されている。昇温データとは、図３に示すように、誘導コイル４８ｈに最大電力を供給した場合における時間（秒）に応じたスイッチング素子４８ｉの昇温結果を示すデータであり、実験的に求められたものである。演算制御部６は、電圧計４８ｅから入力される電圧検出信号、電流計４８ｆから入力される電流検出信号、温度計４８ｊから入力される温度検出信号、電力制御プログラム及び昇温データに基づいて誘導コイル４８ｈに供給される電力を制御する。なお、演算制御部６、電圧計４８ｅ及び電流計４８ｆは、本実施形態における制御手段を構成する。
【００２９】
次に、このように構成された複合機Ａの動作について説明する。
例えば、複合機Ａによって原稿を複写しようとするユーザは、操作表示部１に設けられた電源スイッチをＯＮにすることにより複合機Ａを起動する。
演算制御部６は、操作表示部１の電源スイッチがＯＮされると、複合機Ａ全体の起動処理を開始する。演算制御部６は、その起動処理の１つとして、定着部４８の加熱を開始する。
【００３０】
演算制御部６は、定着部４８の加熱ローラ４８ａの加熱を開始する前に、温度計４８ｊから入力された温度検出信号によりスイッチング素子４８ｉの温度を認識し、スイッチング素子４８ｉの温度に基づいてスイッチング素子４８ｉがハード保護設定温度（所定温度）を超えない誘導コイル４８ｈへの最大電力の供給時間を算出する。
【００３１】
すなわち、演算制御部６は、定着部４８の加熱ローラ４８ａの加熱を開始する前のスイッチング素子４８ｉの温度と、昇温データとに基づいて、誘導コイル４８ｈに最大電力を供給した場合にスイッチング素子４８ｉがハード保護設定温度になるまでの時間を算出し、当該時間から所定時間を引いた時間を供給時間として算出する。
【００３２】
例えば、演算制御部６は、スイッチング素子４８ｉの温度が１００℃であった場合に、図３に示す昇温データに基づいて、誘導コイル４８ｈに最大電力を供給した場合にスイッチング素子４８ｉがハード保護設定温度になるまでの時間を７０秒と算出する。そして、演算制御部６は、当該７０秒から所定時間である１０秒（Ｔ２）を引いた６０秒（Ｔ１）を供給時間として算出する。なお、ハード保護設定温度とは、スイッチング素子４８ｉの破壊を防ぐ目的で設けられたしきい値である。
【００３３】
演算制御部６は、上述したように供給時間を算出すると、当該供給時間の間、最大電力を誘導コイル４８ｈに供給するようにスイッチング素子４８ｉを制御し、当該供給時間が経過すると、スイッチング素子４８ｉがハード保護設定温度を超えないように最大電力より低い電力を誘導コイル４８ｈに供給するようにスイッチング素子４８ｉを制御、すなわち、通常電力を誘導コイル４８ｈに供給するようにスイッチング素子４８ｉを制御する。なお、演算制御部６は、電圧計４８ｅから入力される電圧検出信号に基づいて電圧を認識し、電流計４８ｆから入力される電流検出信号に基づいて電流を認識し、当該電圧及び電流に基づいて電力を判断する。
【００３４】
以上のように、本実施形態では、供給時間の間、最大電力を誘導コイル４８ｈに供給し、供給時間が経過すると、スイッチング素子４８ｉがハード保護設定温度を超えないように最大電力より低い電力を誘導コイル４８ｈに供給するので、スイッチング素子４８ｉがハード保護設定温度より昇温することを抑え、スイッチング素子４８ｉの劣化及び破損を回避することができる。また、供給時間経過後に、従来のように電力の供給を停止のではなく、最大電力より低い電力を誘導コイル４８ｈに供給し続けるので、定着部４８の起動時間を短縮することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態は、昇温データに基づいて供給時間を算出したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、演算制御部６は、図４に示すように、スイッチング素子４８ｉの温度に応じた供給時間が登録された供給時間登録テーブルを記憶し、定着部４８の加熱ローラ４８ａの加熱を開始する前に、温度計４８ｊにより検出された温度と、供給時間登録テーブルとに基づいて供給時間を算出するようにしてもよい。
【００３６】
（２）上記実施形態において、演算制御部６は、定着部４８の加熱ローラ４８ａを誘導加熱制御する固有の誘導加熱制御部を含むものであるが、定着部４８を誘導加熱する誘導加熱制御部と、当該誘導加熱制御部に対して動作指示を出力する複合機Ａ全体を統括する統括制御部とを別々にするようにしてもよい。
【００３７】
（３）上記実施形態において、スイッチング素子４８ｉとしてＩＧＢＴを用いたが、ＩＧＢＴ以外のパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などをスイッチング素子４８ｉとして用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
Ａ…複合機、１…操作表示部、２…画像読取部、３…画像データ記憶部、４…用紙搬送画像形成部、５…通信部、６…演算制御部、４１…画像形成ユニット、４２…中間転写ベルト、４３…１次転写ローラ、４４…給紙カセット、４５…ピックアップローラ、４６…搬送ローラ、４７…２次転写ローラ、４８…定着部、４９…排紙ローラ、５０…排紙トレイ、４１ａ…感光体ドラム、４２ａ…駆動ローラ、４８ａ…加熱ローラ、４８ｂ…圧接ローラ、４８ｃ…交流電源、４８ｄ…整流回路、４８ｅ…電圧計、４８ｆ…電流計、４８ｇ…コンデンサ、４８ｈ…誘導コイル、４８ｉ…スイッチング素子、４８ｊ…温度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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