JP4366202B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱部へ電力を供給する蓄電器を有する定着装置システムを備えた画像形成装置に関するものである。

最近の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、電子写真方式で転写紙等の記録媒体上にトナー像を形成した後、定着装置を通過させてトナーを加熱させることにより記録媒体上にトナー像を定着させる方式が一般的である。

また、このような定着装置では、電力供給を受けた加熱体の発熱によりローラや無端ベルトなどを加熱し、そのローラや無端ベルトなどの定着部材を記録媒体と接触させることによってトナーを加熱するようにしている。ここで、加熱体への電力供給は商用交流電源からが一般的であったが、最近では蓄電器と併用して発熱体へ電力供給する定着装置システムも開発されている（例えば、特許文献１参照。）。

すなわち、画像形成装置では装置立上げから複写終了までのトータルの複写時間の短縮が求められているが、上記定着装置システムが休止している状態から主電源が入れられるなどして立上げられる場合には、複数の加熱体へそれぞれ商用交流電源と蓄電器とから電力供給されて定着部材が加熱され、リロード温度まで急速に昇温することができ、装置が使用可能となるまでの待ち時間を短縮し、ひいてはトータルの複写時間を短縮することが可能であった。

特開２００２−１７４９８８号公報

しかしながら、上記画像形成装置でも画像品質を確保することを最優先に制御する構成となっていることから、定着不良の防止を目的として通紙速度を通常より下げるために複写時間を多く要する場合があり、トータルの複写時間の短縮化が困難なことがあった。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、蓄電器の利用効率を向上させることにより、立上げ時間を短く、複写速度を大きくし、トータルの複写時間を短縮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。

前記課題を解決するために提供する本発明は、商用電源により充電される蓄電器と、商用電源及び前記蓄電器から電力供給される加熱部と、前記加熱部により加熱される定着部材と、前記蓄電器の電圧値を検知する蓄電検知部とを備え、前記定着部材により未定着画像を加熱し、記録媒体上に該未定着画像を定着させる画像形成装置において、複数の記録媒体が連続して前記定着部材を通過する連続通紙時の該定着部材を通過する記録媒体の総枚数を予測する枚数予測部と、前記枚数予測部が予測する総枚数に基づき、前記総枚数が所定枚数未満の場合の第１の閾値および前記総枚数が所定枚数以上の場合の前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値のうちの一つの閾値を設定し、前記蓄電検知部が検知する前記蓄電器の電圧値が前記設定された閾値以上の場合、前記蓄電器から加熱部への電力供給開始を許可するとともに、単位時間当りの画像形成処理枚数を前記蓄電器から加熱部へ電力が供給されない場合の単位時間当りの画像形成処理枚数よりも大きく設定する制御部とを備えることを特徴とする画像形成装置である。

ここで、画像を読み取る画像読み取り部を備え、前記枚数予測部は、前記画像読み取り部の原稿読み取り情報に基づき、前記総枚数を予測することが好ましい。

また、前記枚数予測部は、外部から入力されるプリント命令情報に基づき、前記総枚数を予測することが好ましい。

本発明によれば、蓄電器の蓄電エネルギーが従来の場合の閾値に達していなくても、総通紙枚数に対して蓄電エネルギーが充分な場合には、その閾値を低減させて設定することにより確実に蓄電器の電力を供給させることができ、蓄電器の利用効率を向上させ、立上時間が早く、複写速度の速いユーザーの使い勝手の良い画像形成装置を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態の前提となる構成について説明する。
図５に定着装置の例を示す。図５の定着装置は、加熱部の一態様であるヒータ９３，９４ａ，９４ｂにより加熱され図中時計回り方向に回転する定着ローラ９１と、定着ローラ９１を一定のニップ圧で押え図中反時計回り方向に回転する加圧ローラ９２と、定着ローラ９１に当接し、その表面温度を検出する温度検出手段９５とを備えている。

定着ローラ９１は、通常は中空円筒形状のローラであるが、無端ベルトの形態であってもよい。また、定着装置の立上り時には静止状態であり、記録媒体であるシートＰが通される通紙時には図中時計回り方向に回転する。

加圧ローラ９２は、通常はその表面がシリコーンゴム等の弾性部材で構成された円筒形状のローラであるが、無端ベルトの形態であってもよい。また、加圧ローラ９２の定着ローラ９１への押し当ては、図示していない加圧手段により一定の圧力で定着ローラ９１の方向へ押されることにより行われる。また、加圧ローラ９２も定着装置の立上り時には静止状態であり、記録媒体であるシートＰが通される通紙時には図中反時計回り方向に回転する。なお、定着ローラ９１及び加圧ローラ９２の回転駆動は図示していない駆動機構により行われる。

ヒータ９３，９４ａ，９４ｂはすべて、定着ローラ９１の中空部内に配置されているが、それぞれシート状のヒータとして、定着ローラ９１の上側部分を覆う状態で配置してもよい。

ヒータ９３は、商用電源などの外部電源から電力が供給されることで発熱し、その輻射熱により定着ローラ９１を加熱する。
ヒータ９４ａ，９４ｂは、蓄電器から電力が供給されることで発熱し、その輻射熱により定着ローラ９１を加熱する。
ヒータ９３，９４ａ，９４ｂは電力が供給されて発熱し、定着ローラ９１を加熱することができるものであればヒータの種類に特に制約はなく、また定着ローラ９１を加熱する任意の位置に配置可能である。

温度検出手段９５は、定着ローラ９１の表面温度が検出できる温度計であれば接触式、非接触式を問わず、放射温度計、熱電対などいずれでもよい。

画像形成装置で画像形成処理が行われる場合、電子写真方式により未定着画像であるトナーＴを担持した記録媒体であるシートＰは加熱された定着ローラ９１と加圧ローラ９２とのニップ部を通過する際に、定着ローラ９１と加圧ローラ９２とにより加熱され、シートＰにトナーＴが定着される。このとき、トナーＴがシートＰに定着するためには所定の熱が必要であり、そのために定着ローラ９１の表面温度がトナーＴの定着可能な温度であるリロード温度となるようにヒータ９３，９４への電力供給が制御されている。

図６に定着装置システムの回路構成例を示す。図６において、ヒータ９３は外部電源（商用電源）８６から供給される電力により発熱し、ヒータ９４ａ，９４ｂからなるヒータ９４は蓄電部の一態様であるキャパシタ８７から供給される電力により発熱する構成となっている。ヒータ９４は複数本のヒータがキャパシタ８７と並列に接続されたものが好ましく、図示していないスイッチの切替えによりこれらのヒータのいずれか１本あるいはすべてがキャパシタ８７と接続されるようにするとよい。例えば、装置立上げ時には全てのヒータがキャパシタ８７に接続され、通紙時にはいずれか選択されたヒータが接続されるようにする。

キャパシタ８７は、電気二重層キャパシタなど静電容量がファラッドオーダ以上の大きな容量を有するキャパシタを用いることが好ましい。
また、キャパシタ８７には蓄電検知器８８が接続されている。

蓄電検知器８８により検出されたキャパシタ８７の蓄電エネルギー（残電力量）の指標となるキャパシタ電圧、並びに温度検出手段９５により検出された定着ローラ９１の温度は、それぞれ検知信号として入力回路を経て制御部の一態様であるＣＰＵ８１に取り込まれる。ＣＰＵ８１は蓄電検知器８８、温度センサ９５からの検知信号に基づいて定着ローラ９１の表面温度が設定温度になるように、トライアック８３を介するヒータ９３への通電、及びＦＥＴ８５を介するヒータ９４への通電をそれぞれコントローラ８２、８４により制御する。なお、キャパシタ８７は、スイッチ８９の切替えにより、充電装置８ａに接続されて充電可能となる。

上記システムにおけるキャパシタ電圧に基づくモード選択に関するブロック図を図７に示す。図７では、ＣＰＵ８１内に判定部８１ａ、モード選択部８１ｂを備える構成となっている。また、判定部８１ａは予め設定された通紙時のキャパシタ電圧に関する閾値（放電開始閾値）を持っており、モード選択部８１ｂは装置立上げ時及び通紙動作時のキャパシタ８７からヒータ９４への電力供給の許可・不許可、そのキャパシタ８７からの電力供給許可・不許可に応じたＣＰＭ（１分間当りのコピー枚数）設定など複数のモードを持っている。

図７において、モード選択は例えばつぎのように行われる。
（ｓ８１）コピースタートボタンにより連続コピー命令が出される。
（ｓ８２）キャパシタ８７のキャパシタ電圧が蓄電検知部８８により検出され、その検知信号がＣＰＵ８１に取りこまれる。
（ｓ８３）ＣＰＵ８１内の判定部８１ａにおいて、検出されたキャパシタ電圧と閾値とが比較され、その大小を判定して、判定結果がモード選択部８１ｂに送られる。
（ｓ８４）モード選択部８１ｂにおいて、ステップｓ９３の判定結果に応じてモード選択が行われ、選択されたモードに基づいて定着装置システムを含めて画像形成装置の動作が制御される。

上記ステップｓ９４で選択されるモードとしては、例えば、つぎのようなものが用意されている。
（モード９１）検出されたキャパシタ電圧が閾値以上の場合、通紙時のキャパシタ８７からヒータ９４へ電力供給を許可し、ＣＰＭを通常条件とする。
（モード９２）検出されたキャパシタ電圧が閾値未満の場合、通紙時のキャパシタ８７からヒータ９４へ電力供給を不許可とし、ＣＰＭを低下させた（ダウン）条件とする。この場合、連続通紙による定着ローラ９１の温度の落ち込みを補うだけの電力供給ができず、ＣＰＭが通常条件では定着不良が発生してしまうため、ＣＰＭをダウンさせて画像品質を確保するものである。

検出されたキャパシタ電圧が閾値未満の場合の上記定着装置システムの動作例を図８に示す。この場合、前提条件はつぎの通りとする。
・閾値（通紙時）：３０Ｖ
・ＣＰＭ通常条件：７５ＣＰＭ
・ＣＰＭダウン条件：４０ＣＰＭ
・コピー命令：４０枚連続通紙
・コピー命令時のキャパシタ電圧：２７Ｖ

（ｓ９１）コピースタートボタンにより連続コピー命令が出されと、キャパシタ８７のキャパシタ電圧（２７Ｖ）が蓄電検知部８８により検出され、その検知信号がＣＰＵ８１に取りこまれる。
（ｓ９２）判定部８１ａにおいて、キャパシタ電圧（２７Ｖ）が閾値（３０Ｖ）未満であると判定され、判定結果がモード選択部８１ｂに送られる。
（ｓ９３）モード選択部８１ｂにおいて、通紙時のキャパシタ８７からヒータ９４へ電力供給が不許可、ＣＰＭダウン条件（４０ＣＰＭ）のモード（モード９２）が選択される。
（ｓ９４）商用電源８６からヒータ９４への電力供給が開始され、定着ローラ９１が加熱され、立上げ時間として３０ｓを要する。このとき、キャパシタ８７は待機状態である。
（ｓ９５）４０ＣＰＭで通紙が開始され、商用電源８６だけで定着ローラ９１の温度が維持され、定着状態の良好なコピーが可能となる。このとき、キャパシタ８７は待機状態である。なお、通紙時間として６０ｓを要する。すなわち、トータルの複写時間は９０秒となる。

以上のように、連続通紙枚数が比較的少なく、定着ローラの温度落込みもわずかな場合でも、キャパシタの充電電圧が閾値未満である場合には通紙速度を低くして、キャパシタの蓄電電力を利用せずに画像形成を行っており、複写に時間を要していた。
発明者らは、この問題が充電電圧の閾値は複写機の仕様に応じて、いかなる連続通紙枚数，紙種でも温度落込みが発生しないように設定しているために発生していることに着目し、鋭意検討したところ、キャパシタを効率よく活用することで上記問題を解決する本発明を成すに至った。

以下に、本発明に係る画像形成装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態は例示であり、これに限定されるものではない。

図１は、本発明に係る定着装置システムの回路図である。
定着装置システム１０は、図６に示した本発明の実施の形態の前提となる構成のうち、ＣＰＵ１１が異なり、それ以外は図６の構成と同じであり、ヒータ９３に接続される商用電源１６、ヒータ９４ａ，９４ｂからなるヒータ９４に接続されるキャパシタ１７、さらにキャパシタ１７に接続される蓄電検知器１８、商用電源１６の電力供給の制御に関するコントローラ１２及びトライアック１３、キャパシタ１７の電力供給の制御に関するコントローラ１４及びＦＥＴ１５、スイッチ１９、充電装置１ａを備える。また、定着装置は図５に示す構成のものでよい。

ＣＰＵ１１は、枚数予測部１１ａを有し、画像読み取り部１ｂや外部入力部１ｃから情報を取り込めるように接続されている。また、ＣＰＵ１１は、蓄電検知器１８により検出されたキャパシタ１７の蓄電エネルギー（残電力量）の指標となるキャパシタ電圧、並びに温度検出手段９５により検出された定着ローラ９１の温度を、それぞれ検知信号として取り込む。

本発明におけるキャパシタ電圧に基づくモード選択に関するブロック図を図２に示す。図２では、ＣＰＵ８１内に枚数予測部１１ａ、閾値設定部１１ｂ、判定部１１ｃ、モード選択部１１ｄを備える構成となっている。

枚数予測部１１ａは、連続通紙時に定着装置に連続通紙される総枚数を予測するものである。例えば、画像読み取り部１ａから画像読み取り時に得られる原稿枚数情報と、コピー命令の際に入力されるコピー枚数情報とを乗じた値を総枚数とすればよい。また、外部入力部１ｃから入力されるプリント命令情報に含まれる原稿枚数とプリントアウト枚数情報とから求められる枚数を総枚数としてもよい。

閾値設定部１１ｂは、枚数予測部１１ａからの総枚数情報に基づいて、通紙時のキャパシタ電圧に関する閾値を設定する機能を有する。

詳しくは、総枚数をある範囲で区切り、その範囲ごとに閾値を持たせておき、枚数予測部１１ａからの総枚数情報が該当する範囲の閾値に設定されるようにする。例えば、ある総枚数ｎ以上では従来の閾値とし、総枚数ｎ未満であれば従来の閾値よりも低減させた値を閾値とすればよい。あるいは、まず総枚数情報からＣＰＭ通常条件で連続通紙した場合の通紙時間ｔ_１を算出し、ついで連続通紙時にキャパシタ１７からヒータ９４に電力供給する状態を仮定して、キャパシタ１７が放電可能な電圧の下限であるキャパシタ下限電圧から通紙時間ｔ_１だけさかのぼる形で逆算してキャパシタ電圧を求め、この値を閾値としてもよい。

ついで、設定された閾値情報は判定部１１ｃに送られる。

判定部１１ｃは、閾値設定部１１ｂからの設定された閾値と、検出されたキャパシタ電圧とを比較し、その大小を判定する機能を有する。

モード選択部１１ｄは、装置立上げ時及び通紙動作時のキャパシタ１７からヒータ９４への電力供給の許可・不許可、そのキャパシタ１７からの電力供給許可・不許可に応じたＣＰＭ（１分間当りのコピー枚数）設定など複数のモードを持っている。

図２において、モード選択は例えばつぎのように行われる。
（ｓ１１）コピースタートボタンにより連続コピー命令が出される。
（ｓ１２）キャパシタ１７のキャパシタ電圧が蓄電検知部１８により検出され、その検知信号がＣＰＵ１１に取りこまれる。
（ｓ１３）枚数予測部１１ａにおいて、画像読み取り部１ａから取り込まれる原稿枚数情報と、コピー命令の際に入力されるコピー枚数情報とを乗じて総枚数が求められる。
（ｓ１４）閾値設定部１１ｂにおいて、上記のように所定の閾値が設定され、その情報を判定部１１ｃに送る。
（ｓ１５）判定部１１ｃにおいて、検出されたキャパシタ電圧と閾値設定部１１ｂからの設定された閾値とが比較され、その大小を判定して、判定結果がモード選択部１１ｄに送られる。
（ｓ１６）モード選択部１１ｄにおいて、ステップｓ１５の判定結果に応じてモード選択が行われ、選択されたモードに基づいて定着装置システムを含めて画像形成装置の動作が制御される。

上記ステップｓ１６で選択されるモードとしては、例えば、つぎのようなものが用意されている。
（モード１）検出されたキャパシタ電圧が設定された閾値以上の場合、通紙時のキャパシタ１７からヒータ９４へ電力供給を許可し、ＣＰＭを通常条件とする。
（モード２）検出されたキャパシタ電圧が設定された閾値未満の場合、通紙時のキャパシタ１７からヒータ９４へ電力供給を不許可とし、ＣＰＭをダウン条件とする。

本発明の定着装置システムの動作例を図３に示す。この場合、前提条件はつぎの通りとする。
・閾値（通紙時）；
連続通紙枚数≧５０のとき、閾値Ａ＝３０Ｖ
連続通紙枚数＜５０のとき、閾値Ｂ＝２５Ｖ
・ＣＰＭ通常条件：７５ＣＰＭ
・ＣＰＭダウン条件：４０ＣＰＭ
・コピー命令：４０枚連続通紙
・コピー命令時のキャパシタ電圧：２７Ｖ

（ｓ２１）コピースタートボタンにより連続コピー命令が出されと、キャパシタ１７のキャパシタ電圧（２７Ｖ）が蓄電検知部１８により検出され、その検知信号がＣＰＵ１１に取りこまれる。
（ｓ２２）枚数予測部１１ａにおいて、画像読み取り部１ａから取り込まれる原稿枚数情報と、コピー命令の際に入力されるコピー枚数情報とを乗じて総枚数（４０枚）が求められる。
（ｓ２３）閾値設定部１１ｂにおいて、枚数予測部１１ａからの総枚数情報（４０枚）に基づいて閾値Ｂ（２５Ｖ）が設定され、その情報が判定部１１ｃに送られる。
（ｓ２４）判定部１１ｃにおいて、検出されたキャパシタ電圧（２７Ｖ）が閾値Ｂ（２５Ｖ）以上と判定され、判定結果がモード選択部１１ｄに送られる。
（ｓ２５）モード選択部１１ｄにおいて、上記モード１が選択される。
（ｓ２６）装置立上げ時、商用電源１６からヒータ９４への電力供給が開始され、定着ローラ９１が加熱され、立上げ時間として３０ｓを要する。このとき、キャパシタ１７は待機状態である。
（ｓ２７）７５ＣＰＭで通紙が開始され、商用電源１６及びキャパシタ１７の供給電力で定着ローラ９１の温度が維持され、定着状態の良好なコピーが可能となる。なお、通紙時間として３２ｓを要する。

以上のように、本発明の前提となる構成では９０秒かかっていたトータルの複写時間が、本発明では６２秒と短縮することが可能であった。

次に、本発明の定着装置システム１０を画像形成装置に組み込んだ構成例を図４に示す。
図４の画像形成装置１００では、像担持体としてもドラム状感光体１０１と、感光体１０１を一様に帯電する帯電手段１０２と、帯電後の感光体１０１上にレーザ光Ｌを露光して静電潜像を形成するレーザ光学系１４０と、感光体１０１上の静電潜像を現像してトナー像とする現像部１０７とで電子写真方式の機構が構成されている。また、感光体１０１上のトナー像は転写手段１０６により給紙カセット１１０から供給されるシートＰに転写され、トナー像が形成されたシートＰは定着装置システム１０に搬送され、定着ロール９１と加圧ロール９２とで加熱されることによりトナーがシートＰに定着される構成である。

画像形成装置１００において、主電源が入れられると画像形成装置１００の各部が起動され、同時に定着装置システム１０も立上げ動作に入り、定着装置のヒータ９４にキャパシタ１７から電力の供給が開始され、定着ローラ９１が加熱され、待機状態となる。ついで、外部入力によりプリント命令情報が入力されると、上記で示した本発明の電力供給の制御が行われる。すなわち、キャパシタの蓄電エネルギーが従来の場合では閾値に達していなくても、総通紙枚数に対して蓄電エネルギーが充分な場合には、その閾値を低減させた値で設定することにより確実にキャパシタの電力を供給させることができ、キャパシタの利用効率を向上させ、装置の立上時間が早く、複写速度の速いユーザーの使い勝手の良い画像形成装置とすることができる。

本発明に係る定着装置システムの回路図である。 本発明におけるキャパシタ電圧に基づくモード選択に関するブロック図である。 検出されたキャパシタ電圧が閾値未満の場合の本発明の定着装置システムの動作例である。 本発明の画像形成装置の断面図である。 定着装置の断面図である。 定着装置システムの回路構成例である。 図６のシステムにおけるキャパシタ電圧に基づくモード選択に関するブロック図である。 検出されたキャパシタ電圧が閾値未満の場合の図６の定着装置システムの動作例である。

符号の説明

１ａ，８ａ 充電装置
１ｂ 画像読み取り部
１ｃ 外部入力部
１０，９０ 定着装置システム
１１ ＣＰＵ
１１ａ 枚数予測部
１１ｂ 閾値設定部
１１ｃ，８１ａ 判定部
１１ｄ，８１ｂ モード選択部
１２，１４，８２，８４ コントローラ
１３，８３ トライアック
１５，８５ ＦＥＴ
１６，８６ 商用電源
１７，８７ キャパシタ
１８，８８ 蓄電検知器
１９，８９ スイッチ
９１ 定着ローラ
９２ 加圧ローラ
９３，９４，９４ａ，９４ｂ ヒータ
９５ 温度検出手段
１００ 画像形成装置
１０１ 感光体
１０２ 帯電手段
１０３ クリーニング手段
１０５ 現像スリーブ
１０６ 転写手段
１０７ 現像部
１１０ 給紙カセット
１１１ 中板
１１２ アーム
１１３ 給紙ローラ
１１４ 分離パッド
１１５ レジストローラ対
１２０ 排紙ローラ対
１２１ 排紙口
１２２ 排紙トレイ
１２５ 排紙補助トレイ
１３０ 操作パネル
１３１ 外装部
１３２ 給紙トレイ
１３３ ピン
１３４ ケース
１３５ 電源回路
１３６ プリント板
１３７ コントローラボード
１４０ レーザ光学系
Ｐ シート
Ｔ トナー

Claims (3)

1. 商用電源により充電される蓄電器と、商用電源及び前記蓄電器から電力供給される加熱部と、前記加熱部により加熱される定着部材と、前記蓄電器の電圧値を検知する蓄電検知部とを備え、前記定着部材により未定着画像を加熱し、記録媒体上に該未定着画像を定着させる画像形成装置において、
   複数の記録媒体が連続して前記定着部材を通過する連続通紙時の該定着部材を通過する記録媒体の総枚数を予測する枚数予測部と、
   前記枚数予測部が予測する総枚数に基づき、前記総枚数が所定枚数未満の場合の第１の閾値および前記総枚数が所定枚数以上の場合の前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値のうちの一つの閾値を設定し、前記蓄電検知部が検知する前記蓄電器の電圧値が前記設定された閾値以上の場合、前記蓄電器から加熱部への電力供給開始を許可するとともに、単位時間当りの画像形成処理枚数を前記蓄電器から加熱部へ電力が供給されない場合の単位時間当りの画像形成処理枚数よりも大きく設定する制御部とを備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 画像を読み取る画像読み取り部を備え、
   前記枚数予測部は、前記画像読み取り部の原稿読み取り情報に基づき、前記総枚数を予測することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記枚数予測部は、外部から入力されるプリント命令情報に基づき、前記総枚数を予測することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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