(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギを熱エネルギに変換する熱エネルギ発生手段と、該熱エネルギ発生手段に通電して前記熱エネルギの発生を制御する発熱制御手段と、記録材を搬送する搬送手段と、画像信号に基づいて形成されたトナー像を前記熱エネルギにより前記記録材に定着させる定着手段とを備えた画像形成装置であって、
前記発熱制御手段は、
記録開始指令があったときの前記定着手段の温度を検知する記録開始温度検知手段と、
記録開始指令があったときの前記定着手段の温度に応じて前記記録材が前記定着手段位置に搬送される直前に前記定着手段の温度が所定温度に達するように、前記検知した温度に基づいて前記熱エネルギ発生手段への通電タイミングを制御する通電制御手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記通電制御手段は、
前記熱エネルギ発生手段により前記定着手段を前記所定温度まで上昇させるための通電時間を計算する計算手段と、
前記記録開始指令があってから前記記録材が前記定着手段位置に搬送されるまでの時間と前記通電時間から、前記熱エネルギ発生手段への通電開始タイミングを決定するタイミング決定手段とを備え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】
前記発熱制御手段は、一定の電圧を前記熱エネルギ発生手段に印加する電圧印加手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記発熱制御手段は、
電源電圧を検知する電圧検知手段と、
前記検知した電圧に応じて前記熱エネルギ発生手段に単位時間当たりに印加する電力を制御する電力制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記熱エネルギ発生手段は、前記定着手段に付与する熱エネルギ分布特性の異なる複数が備えられており、
前記通電制御手段は、前記記録材の搬送方向とほぼ垂直方向のサイズを検出する手段と、前記検出したサイズに応じて前記複数の熱エネルギ発生手段のいずれに通電するかを選択する手段とをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
画像信号に基づいてトナー像を形成するとともに記録材を搬送し、電気エネルギを熱エネルギに変換する熱エネルギ発生手段に通電して熱エネルギの発生を制御し、前記熱エネルギにより前記トナー像を前記記録材に定着させる定着手段を備えた画像形成装置の通電制御方法であって、
記録開始指令があったときの前記定着手段の温度を検知し、
記録開始指令があったときの前記定着手段の温度に応じて前記記録材が前記定着手段位置に搬送される直前に前記定着手段の温度が所定温度に達するように、前記検知した温度に基づいて前記熱エネルギ発生手段への通電タイミングを制御する
ことを特徴とする画像形成装置の通電制御方法。
【請求項７】
前記熱エネルギ発生手段により前記定着手段を前記所定温度まで上昇させるための通電時間を計算し、
前記記録開始指令があってから前記記録材が前記定着手段位置に搬送されるまでの時間と前記通電時間から、前記熱エネルギ発生手段への通電開始タイミングを決定することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置の通電制御方法。
【請求項８】
一定の電圧を前記熱エネルギ発生手段に印加することで前記熱エネルギ発生手段に通電して前記熱エネルギの発生を制御することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置の通電制御方法。
【請求項９】
電源電圧を検知し、前記検知した電圧に応じて前記熱エネルギ発生手段に単位時間当たりに印加する電力を制御することで前記熱エネルギ発生手段に通電して前記熱エネルギの発生を制御することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置の通電制御方法。
【請求項１０】
前記記録材の搬送方向とほぼ垂直方向のサイズを検出し、前記定着手段に付与する熱エネルギ分布特性が異なるように備えられた複数の熱エネルギ発生手段のいずれに通電するかを前記検出したサイズに応じて選択して、前記選択した熱エネルギ発生手段への通電タイミングを制御することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置の通電制御方法。
【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およびその通電制御方法に関し、特に、トナー像を画像形成材に定着させる定着ローラに熱エネルギを付与するための通電制御を行う画像形成装置およびその通電制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気エネルギを熱エネルギに変換するヒータと、ヒータに通電して熱エネルギの発生を制御する発熱制御手段と、画像信号に基づく静電潜像をトナーで現像して形成された回転感光体上のトナー像を熱エネルギにより溶融させて画像形成材に定着させる定着ローラとを備えた画像形成装置が周知である。この様な熱定着装置を有する従来の画像形成装置においては、記録開始指令を受けると即座にヒータによる加熱を開始したり、又は所定時間後に加熱を開始している。あるいは、画像形成前に定着装置の温度が所定温度になるまで待機させておく制御を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、記録開始と同時にヒータへの通電を開始すると、例えば、前回の記録の直後であって定着ローラの温度がまだ余り低下していない場合、すぐに定着可能な温度（定着温度）に達するにもかかわらず、定着温度になっても用紙が定着ローラまでに到達しない。このため、用紙が定着ローラに到達するまで定着温度を維持しておかなければならない。これにより、無駄に電力を消費することになる。
【０００４】
一方、電源電圧が低い場合には、用紙が定着ローラに達するタイミングであっても、定着ローラが定着温度に達していないことがある。このため、記録開始時の温度によってはヒータへの通電開始後、プリント動作を実際に開始するまで待たなければならず、記録速度が低下する場合もある。
【０００５】
そこで、本発明は上述の点に鑑みて成されたもので、上記の課題を解決した画像形成装置およびその通電制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の装置では、電気エネルギを熱エネルギに変換する熱エネルギ発生手段と、該熱エネルギ発生手段に通電して前記熱エネルギの発生を制御する発熱制御手段と、記録材を搬送する搬送手段と、画像信号に基づいて形成されたトナー像を前記熱エネルギにより前記記録材に定着させる定着手段とを備えた画像形成装置であって、前記発熱制御手段は、記録開始指令があったときの前記定着手段の温度を検知する記録開始温度検知手段と、記録開始指令があったときの前記定着手段の温度に応じて前記記録材が前記定着手段位置に搬送される直前に前記定着手段の温度が所定温度に達するように、前記検知した温度に基づいて前記熱エネルギ発生手段への通電タイミングを制御する通電制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、請求項２に記載の本発明の装置では、前記通電制御手段は、前記熱エネルギ発生手段により前記定着手段を前記所定温度まで上昇させるための通電時間を計算する計算手段と、前記記録開始指令があってから前記記録材が前記定着手段位置に搬送されるまでの時間と前記通電時間から、前記熱エネルギ発生手段への通電開始タイミングを決定するタイミング決定手段とを備えることもできる。
【０００８】
ここで、請求項３に記載の本発明の装置では、前記発熱制御手段は、一定の電圧を前記熱エネルギ発生手段に印加する電圧印加手段をさらに備えることもできる。
【０００９】
ここで、請求項４に記載の本発明の装置では、前記発熱制御手段は、電源電圧を検知する電圧検知手段と、前記検知した電圧に応じて前記熱エネルギ発生手段に単位時間当たりに印加する電力を制御する電力制御手段とをさらに備えることもできる。
【００１０】
ここで、請求項５に記載の本発明の装置では、前記熱エネルギ発生手段は、前記定着手段に付与する熱エネルギ分布特性の異なる複数が備えられており、前記通電制御手段は、前記記録材の搬送方向とほぼ垂直方向のサイズを検出する手段と、前記検出したサイズに応じて前記複数の熱エネルギ発生手段のいずれに通電するかを選択する手段とをさらに備えることもできる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の本発明の方法では、画像信号に基づいてトナー像を形成するとともに記録材を搬送し、電気エネルギを熱エネルギに変換する熱エネルギ発生手段に通電して熱エネルギの発生を制御し、前記熱エネルギにより前記トナー像を前記記録材に定着させる定着手段を備えた画像形成装置の通電制御方法であって、記録開始指令があったときの前記定着手段の温度を検知し、記録開始指令があったときの前記定着手段の温度に応じて前記記録材が前記定着手段位置に搬送される直前に前記定着手段の温度が所定温度に達するように、前記検知した温度に基づいて前記熱エネルギ発生手段への通電タイミングを制御することを特徴とする。
【００１２】
ここで、請求項７に記載の本発明の方法では、前記熱エネルギ発生手段により前記定着手段を前記所定温度まで上昇させるための通電時間を計算し、前記記録開始指令があってから前記記録材が前記定着手段位置に搬送されるまでの時間と前記通電時間から、前記熱エネルギ発生手段への通電開始タイミングを決定することもできる。
【００１３】
ここで、請求項８に記載の本発明の方法では、一定の電圧を前記熱エネルギ発生手段に印加することで前記熱エネルギ発生手段に通電して前記熱エネルギの発生を制御することもできる。
【００１４】
ここで、請求項９に記載の本発明の方法では、電源電圧を検知し、前記検知した電圧に応じて前記熱エネルギ発生手段に単位時間当たりに印加する電力を制御することで前記熱エネルギ発生手段に通電して前記熱エネルギの発生を制御することもできる。
【００１５】
ここで、請求項１０に記載の本発明の方法では、前記記録材の搬送方向とほぼ垂直方向のサイズを検出し、前記定着手段に付与する熱エネルギ分布特性が異なるように備えられた複数の熱エネルギ発生手段のいずれに通電するかを前記検出したサイズに応じて選択して、前記選択した熱エネルギ発生手段への通電タイミングを制御することもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明を適用した画像形成装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。図１では省略したが、円筒状の定着ローラ、帯電器、感光ドラム、トナー現像器、記録材の搬送装置、および、プリンタエンジンやビデオコントローラ等が備えられている。また、定着ローラ入り口部には周知の用紙センサが設けられる。
【００１８】
図１において、２０１は商用交流電源を直流に整流するダイオードブリッジ整流回路、２０２は定着用のヒータＨに印加される電圧を検出するヒータ電圧検出回路である。ヒータＨは例えばハロゲンヒータであり、定着ローラの内部にその軸方向に延在するよう配設される（図示せず）。２０３はヒータＨの通電駆動制御を行なう駆動制御回路であり、ＲＯＭ，ＲＡＭ内蔵のワンチップマイクロコンピュータ、タイマ等を含んでいる。スイッチングトランジスタＴｒ１は、一定のデューティ比のＰＷＭ信号であるヒータイネーブル（ＨＥＮＢＬ）信号により通電駆動される。ダイオードブリッジ整流回路２０１の出力端にヒータＨと直列接続されたスイッチングトランジスタＴｒ２は、ヒューザードライブ（ＦＳＲＤ）信号により通電駆動される。
【００１９】
スイッチングトランジスタＴｒ２がオンしていると、整流された電圧がチョークＬを介して定着ヒータＨに印加される。印加される電圧は、入力される電源電圧に依ることなく一定の電圧である。この印加される電圧をヒータ電圧検出回路２０２で検出し、ヒータモニタ（ＨＭＯＮ）信号が出力される。駆動制御回路２０３はＨＭＯＮ信号を読み取り、検出した電圧に応じてスイッチングトランジスタＴｒ１のゲートに印加するＨＥＮＢＬ信号のオンデューティを可変制御することにより、ヒータＨにかかる電圧を一定にすることができる。Ｔｈはインピーダンスが負または正の既知の温度係数を有するサーミスタであり、これにより、ヒータＨによって加熱される定着ローラの温度を検知する。サーミスタＴｈは、定着ローラの近傍に配設される。
【００２０】
図２は第１の実施の形態のヒータ通電制御を示すフローチャートである。このフローチャートで示される処理はタスク処理であり、図示しないプリント制御タスク、プリント温調制御タスクとイベントフラグのやり取りで制御の同期を取っている。
【００２１】
図３はこの通電制御時の装置各部の信号をサーミスタＴｈによる検知温度Ｔとともに示すタイミング図である。図３において定着温度Ｔｔは定着ローラの定着可能な温度、スタンバイ温度Ｔｂは、プリント指令の有無にかかわらず装置の電源オン時に保持される定着ローラの最低温度である。
【００２２】
以下、図２および図３を参照して本実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図２のステップＳ１では、ビデオコントローラからのプリント指令である／ＰＲＮＴ信号（図３（Ａ））をプリンタエンジンが受け取ったときにセットされるプリントフラグを調べることで、プリント指令があったかをプリンタエンジンが判断する。プリント指令があるまでこの判断処理を繰り返し、プリント開始を待つ。時刻ｔ1 でプリント指令があり／ＰＲＮＴ信号がローレベルとなると、ステップＳ２ではヒータ通電を開始してから定着温度Ｔｔに達するまでの加熱通電時間ｔｘを、次式により計算する。
【００２４】
【数１】
ｔｘ＝（Ｔｔ−Ｔｃ＋Ｒｄ×ｔｙ）／（Ｒｕ＋Ｒｄ）
ここで、Ｔｃはプリント開始時の定着ローラの温度であり、サーミスタＴｈにより検知される。Ｒｕはヒータオン時の温度上昇率、Ｒｄはヒータオフ時の温度下降率であり、ｔｙはプリント指令されて搬送装置により用紙の搬送を開始してから定着ローラ位置に到達するまでの時間であり、それぞれは一定の既知の値である。
【００２５】
続くステップＳ３では時刻ｔ1 においてタイマスタートさせ、ステップＳ４ではプリント動作を開始させるため、図示しないプリント制御タスクに起動フラグをセットする。ステップＳ５では、タイマ値によって通電開始タイミングかを調べる。通電開始タイミングは、タイマ値＝ｔｙ−ｔｘを調べることにより決定され、プリント指令があった時点から（ｔｙ−ｔｘ）経過してＴｓまで温度低下した時刻ｔ2 において、ＦＳＲＤ信号（図３（Ｄ））がハイレベルとなってヒータ通電を開始する。
【００２６】
通電中に、プリント開始のための同期信号／ＶＳＹＮＣ（図３（Ｂ））がビデオコントローラからプリンタエンジンに送られた後、／ＰＲＮＴ信号がハイレベルに復帰する。
【００２７】
ステップＳ６では、定着ローラの温度が定着温度Ｔｔに達するまで待機する。時刻ｔ3 において定着温度Ｔｔに達するとステップＳ７では、プリント温調制御タスクに起動フラグをセットすることで、以後は定着ローラの温度をほぼ定着温度Ｔｔに維持するプリント温調を行なう。ここでは、ヒータＨの発する熱量が一定になるように前述したとおりにＨＥＮＢＬ信号がパルス幅変調される。なお、時刻ｔ2 （通電開始）から計算により求めた時間ｔｘ経過した時刻ｔ3 の直後に、定着ローラ位置に用紙が到達して用紙センサの検知信号ＰＳＥＮＳ（図３（Ｃ））により検知される。続くステップＳ８では、プリント制御タスクからの動作フラグをチェックし、プリント動作がすペて終了しているかをチェックし、終了していれば本タスクを終了する。
【００２８】
このように本実施の形態によれば、プリントフラグによりプリント動作開始を検出し、サーミスタによりプリント動作開始時の定着ローラの温度を検出し、プリント動作開始から定着ローラ位置に用紙が到達するまでの時間と検出した温度に応じてヒータへの通電開始タイミングを最適に制御することができる。このため、用紙が定着ローラに到達するまで長時間にわたって不要に定着温度を維持しておくことがないので、無駄な電力消費を無くして省電力化することができる。また、プリント開始時の温度を基に通電開始タイミングを制御するので、プリント速度が低下することもない。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図４は本発明を適用した画像形成装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。図４では省略したが、第１の実施の形態と同様の図示しない他の構成要素をさらに備えている。また、搬送方向とほぼ垂直方向の記録用紙のサイズを検出する周知の記録用紙サイズセンサ（図示せず）と、定着ローラに付与する熱エネルギ分布が定着ローラの軸方向、すなわち搬送方向とほぼ垂直方向に異なるように配設された２個のハロゲンヒータＨａ，Ｈｂを備えている。
【００３０】
第１の実施の形態では定電圧出力回路を使用してヒータを通電駆動する構成であったが、本実施の形態の回路では、電源電圧を検知し、検知した電圧に応じてヒータに単位時間当たりに印加する電力を制御するように構成した。
【００３１】
図４において、４０２は入力電圧検出回路であり、これによりダイオードブリッジ整流回路２０１によって商用交流電源を整流した直流電圧値を検出し、ボルテージモニタ（ＶＭＯＮ）信号を出力する。
【００３２】
駆動制御回路２０３は、このＶＭＯＮ信号に応じてヒータＨａ，Ｈｂに印加する単位時間当たりの電力を一定にするよう、ヒータ駆動回路４０４に対しそれぞれのヒューザードライブ（ＦＳＲＤＡ，ＦＳＲＤＢ）信号のオン時間、すなわちオンデューティを変更する制御を行なう。
【００３３】
ここで、両ヒータＨａ，Ｈｂは配光分布が異なっており、例えば、ＦＳＲＤＡ信号で制御されるヒータＨａは定着ローラの両端に配光分布（すなわち、定着ローラに付与する熱エネルギ分布）のピークを持ち、ＦＳＲＤＢ信号で制御されるヒータＨｂは定着ローラの中央に配光分布のピークを持っている。また、ヒータの定格電圧１００Ｖに対し、１１５Ｖが電源電圧として印加されているものとして説明する。
【００３４】
図５は本実施の形態のヒータ通電制御時の装置各部の信号をサーミスタＴｈによる検知温度Ｔとともに示すタイミング図である。なお、図４および図５において、図２および図３中のものと同一構成要素には同一符号を付してある。
【００３５】
入力電圧検知回路４０２はＶＭＯＮ信号により定格電圧１００Ｖより高い１１５Ｖを検出し、駆動制御回路２０３は、定格１００Ｖをオンデューティ１００パーセントで印加したときとヒータの単位時間当たりの消費電力が同じになるように、ＦＳＲＤＡ，ＦＳＲＤＢ信号によってヒータ通電時間を制御して、単位時間当たりの通電駆動時間を少なくする。ハロゲンヒータの発する熱エネルギは印加電圧の１．５４乗に比例するので、この通電時間の割合を、一般的には（定格電圧／検出電圧）1.54に制御する。上記の例では、定格１００Ｖ入力時に対して（１００／１１５）1.54に制御すれば良い。
【００３６】
従って、定格１００Ｖに対してはオンデューティ１００パーセントで通電して使用していたヒータが、例えば１秒間中８１０ｍｓｅｃだけオン（オンデューティ比８１パーセント）するように、図５の時刻ｔ2 以降のＦＳＲＤＡ，ＦＳＲＤＢ信号のオンデューティを制御する（図５（Ｄ），（Ｅ）参照）。このデューティ比は、もろもろのばらつきに対するマージンを含んだ値である。
【００３７】
なおここでは、Ａ４横方向サイズ分の長さの定着ローラに対してＡ４サイズの記録用紙を縦方向に搬送させてプリントしたとする。この場合、記録用紙の搬送方向とほぼ垂直方向のサイズを前述のセンサで検出すると、定着ローラ温度が定着温度Ｔｔに達した時刻ｔ3 以降のプリント温調は、ヒータＨｂのみを選択的に使用して行う。ヒータＨｂにより定着ローラの中央に熱エネルギが多く付与され、端部には余り付与されないので、プリント温調においても無駄な電力消費を防ぐことができる。この時も、通電時間は、例えば１秒間に対し８１０ｍｓｅｃ（オンデューティ比８１パーセント）である。
【００３８】
このように本実施の形態によれば、第１の実施の形態のように一定電圧でヒータに通電するのではなく、検出した電源電圧に応じてヒータに印加する単位時間当たりの電力が一定になるようデューティ比を変えて発熱量を制御すれば、複数のヒータを設けた装置に対しても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、記録開始指令があったときの定着手段の温度を検知して、記録材が定着手段位置に搬送される直前に定着手段の温度が一定温度に達するように、検知した温度に基づいて熱エネルギ発生手段への通電タイミングを制御するため、記録材が定着手段に達するまでの無駄な温調を行わなくて済むので、熱エネルギ発生手段の無駄な電力消費を防ぐことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態のヒータ通電制御を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施の形態のヒータ通電制御時の装置各部の信号をサーミスタＴｈによる検知温度Ｔとともに示すタイミング図である。
【図４】本発明を適用した画像形成装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】第２の実施の形態のヒータ通電制御時の装置各部の信号をサーミスタＴｈによる検知温度Ｔとともに示すタイミング図である。
【符号の説明】
２０１  ブリッジ整流回路
２０２  ヒータ電圧検出回路
２０３  駆動制御回路
４０２  入力電圧検出回路
４０４  ヒータ駆動回路
Ｈ，Ｈａ，Ｈｂ  ヒータ
Ｔｈ  サーミスタ
Ｔｒ１，Ｔｒ２  スイッチングトランジスタ
【図１】
0003847892.tif 000002
【図２】
0003847892.tif 000003
【図３】
0003847892.tif 000004
【図４】
0003847892.tif 000005
【図５】
0003847892.tif 000006