JP2005215053A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置における定着装置の定着ローラは、内蔵するヒータによって定温制御されているにもかかわらず、その熱伝達遅延によって、通紙時に必要以上に表面温度が低下したり、あるいは過剰の発熱によって必要以上に表面温度が高くなり、安定した定着を行うことが難しかった。
【解決手段】 定着ローラ温度センサ６４，６５によって検出した現在温度が所定の温度となるよう定着ローラヒータ６６，６７をオン、オフ制御する定温制御に加え、印刷用紙１５が印刷媒体センサ６を通過する時点で、現在温度が所定の温度に達しているか否かによって、所定時間だけ定着ローラヒータ６６，６７をオン状態とするプレヒート処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に記録材を印刷媒体上に加熱定着する定着装置の温度制御を行う画像形成装置に関する。

従来、この種の定着装置の温度制御方法として、例えば、定着器の温度を温度センサで検出し、この検出電圧を目標温度に対応した基準電位とコンパレータで比較し、その比較出力に基づいて定着器の加熱開始／加熱停止を制御する際に、定着器の加熱開始時と加熱停止時とで検出電圧に対する基準電位の相対レベルを異ならせるものがあった（例えば、特許文献１参照）。

一方、印刷速度の向上、または消費電力を減らす目的で比較的低温度による熱定着を行うため、低い温度においても十分に印刷媒体に熱を伝える必要があるため、印刷媒体との接触面積を広く取る目的で、定着ローラの径を大きくとる、或いは定着ローラのゴム層を厚くする方法が取られてきた。
特開平７―２４８７０１号公報（第３頁、図１）

しかしながら、一般的に定着装置の温度として検出される定着ローラの表面温度が、定着開始時に印刷媒体が定着ローラに接触することで低下するのが検出され、ヒータによる加熱が開始されても、ヒータの熱が定着ローラ表面へ達するまでには時間がかかるため、定着ローラの表面温度の低下は即座には解消されず、定着不良や光沢むらが発生してしまうことがあった。また、ローラの径を大きく、或いは定着ローラのゴム層を厚くした場合、ヒータの熱がローラ表面まで伝わる時間がより遅くなるため、上記の温度制御による不都合を助長する結果となった。

本発明の目的は、熱伝達の遅れによる定着ローラ表面の温度ドロップを抑制し、常に安定した定着が実行可能な定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明による画像形成装置は、印刷媒体を搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送される前記印刷媒体にトナー画像を形成する画像形成部と、発熱によって前記トナー画像の形成された前記印刷媒体に熱を加える加熱手段と、該加熱手段の現在温度を検出する温度検出手段と、少なくとも前記現在温度に基づいて、前記加熱手段の発熱量を制御する温度制御部を備え、
該温度制御部は、前記加熱手段による前記印刷媒体への加熱前の所定のタイミングで、前記加熱手段の状態に応じて該加熱手段を発熱させる処理を行うことを特徴とする。

更に、別の発明による画像形成装置は、印刷媒体を搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送される前記印刷媒体にトナー画像を形成する画像形成部と、発熱によって前記トナー画像の形成された前記印刷媒体に熱を加える加熱手段と、該加熱手段の現在温度を検出する温度検出手段と、少なくとも前記現在温度に基づいて、前記加熱手段の発熱量を制御する温度制御部を備え、
該温度制御部は、更に前記搬送手段によって搬送される前記印刷媒体間の間隔情報を得て、前記加熱手段による前記印刷媒体への加熱前の所定のタイミングで、前記間隔情報に基づいて前記加熱手段を発熱させる処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、通常の定温制御の他に、印刷媒体への加熱前に発熱処理によって、必要な熱量が加熱手段に蓄えられるため、通紙によって加熱手段が限度以上に温度低下してしまうのを防ぐことができる。

実施の形態１．
図１は、本発明による画像形成装置の実施の形態１の要部構成を正面からみた概略構成図である。

同図中、画像形成装置１は、内部に印刷媒体に相当する印刷用紙１５を収納した給紙トレイ３が装着される用紙カセット載置部と、印刷用紙１５を、同図中に一点鎖線で示す搬送経路１１に沿って搬送して、用紙の表裏反転を行う両面給紙ユニット４と、印刷用紙１５を搬送経路１１に沿って搬送しつつ、この印刷用紙１５にトナー画像を形成する印刷プロセス部２と、印刷用紙１５にトナー画像を定着させる定着装置９とを有す。

給紙トレイ３に積層配置された印刷用紙１５の最上部の印刷用紙は、ホッピングローラ１０によって搬送路１１ａに沿って搬送され、この印刷用紙１５の先端が一旦突き当たって斜行等が取り除かれるレジストローラ５によって、印刷プロセス部２に搬送される。そしてこの印刷プロセス部２内では、搬送されてきた印刷用紙１５を静電気力で吸着する搬送ベルト８によって、搬送路１１ｂに沿って搬送する。

印刷用紙１５は、この印刷プロセス部２の搬送路１１ｂを通過する際に、上流側から順にブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）に対応して配設された４つの現像装置２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと各現像装置の感光体ドラムに搬送ベルト８を介して圧接する転写ローラ２ｆとによって行われる、電子写真の帯電、露光、現像、転写のプロセスによって、順に各色のトナーによるトナー画像がその表面に転写される。このように印刷プロセス部２は、印刷媒体にトナー画像を形成する画像形成部である。

そして、印刷用紙１５の表面に形成されたトナー画像を印刷用紙１５に定着させるための後述する定着装置９を経た後、排出ローラ１４によって更に搬送され、経路設定ガイド１２で進路が選択される。この排出ローラ１４、レジストローラ５、ホッピングローラ１０、及び搬送経路１１等は、印刷媒体を搬送する搬送手段である。

片面印刷時、印刷用紙１５は、同図に実線で示す位置に変位する経路設定ガイド１２にガイドされて搬送経路１１ｃに送られ、そのまま排出部１３から外部に排出される。一方両面印刷時、定着装置９を経た印刷紙１５は、同図に点線で示す位置に変位した経路設定ガイド１２にガイドされて両面給紙ユニット４に送られ、所定の経路を経て表裏反転された後、再び印刷プロセス部２内の搬送路１１ｂに送られて裏面に画像が転写される。その後、定着装置９、実線位置に変位した経路設定ガイド１２を経た後、排出部１３から外部に排出される。

同図中の印刷媒体センサ６は、レジストローラ５の出力側の搬送路近傍に配置され、通過する印刷用紙１５の有無を検出し、例えば印刷用紙１５を検出中は“Ｈ”状態となり、その他の時には“Ｌ”状態となって、この印刷用紙が通過中か否かを判別可能な媒体検出信号ＭＥＤＴを、後述する定着制御部１０１(図２)に出力する。同じく排出センサ１６は、通過する印刷用紙１５の有無を検出し、例えば印刷用紙１５を検出中は“Ｈ”状態となり、その他の時には“Ｌ”状態となって、この印刷用紙が通過中か否かを判別可能な排出検出信号ＭＥＥＸを、後述する定着制御部１０１(図２)に出力する。

尚、同図中のＸ，Ｙ，Ｚの座標軸は、転写ローラ２ｆの回転軸方向にＹ軸を設定し、その配列方向にＸ軸を設定し、Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向にＺ軸を設定している。またＸ軸のプラス方向は、印刷プロセス部２内における印刷用紙１５の搬送方向である。

定着装置９は、内部に上定着ローラ５１と下定着ローラ５２を配設している。上定着ローラ５１は、内部に例えばゴム材で形成されたローラを暖めるための上定着ローラヒータ６６を備え、図示しない定着モータ１０３（図２）によってＹ軸回りの矢印Ａ方向に回転する。一方下定着ローラ５２は、内部に例えばゴム材で形成されたローラを暖めるための下定着ローラヒータ６７を備え、その周面が、上定着ローラ５１の周面に圧接するように付勢された状態で回転自在に保持されている。従って、上定着ローラ５１が回転することによって下定着ローラ５２が連れ回りし、トナー画像が転写された印刷用紙１５を挟持搬送しながら加熱定着する。以上のように、定着装置９は、上下の定着ローラヒータ６６，６７の発熱によってトナー画像の形成された前記印刷媒体に熱を加える加熱手段となる。

更に、この上定着ローラ５１及び下定着ローラ５２の各定着ローラの表面には、それぞれ接触型のサーミスタでなる温度検出手段としての上定着ローラ温度センサ６４及び下定着ローラ温度センサ６５が配設され、各定着ローラの表面温度を検出し、検出温度情報を後述する定着制御部１０１（図２）に出力する。上定着ローラ温度センサ６４及び下定着ローラ温度センサ６５の各温度検出部は、板ばね形状で定着ローラ表面に対して所定の荷重で押圧されており、定着ローラの回転及び上下摺動時にもローラ表面に当接する構造となっている。

図２は、画像形成装置１の、本発明に関与する要部動作を制御する定着制御部１０１にかかわる制御系統の構成を示すブロック図である。

同図中、定着制御部１０１は、マイクロプロセッサ機能を内蔵し、画像形成装置１全体を管理、制御する装置制御部１００との間に、データ交換を行うためのシリアル通信信号経路が形成され、装置制御部１００からのコマンド及び装置制御部１００へのデータ返送を行い、画像形成装置全体の動作と定着部の制御の同期を取りながら、各ブロックの動作シーケンスを管理する。

定着制御部１０１には、定着モータ駆動回路１０２が接続されている。この定着モータ駆動回路１０２は、定着制御部１０１からモータ駆動信号パルスＤＲＰＳを入力し、このパルスにより内蔵する相カウンタをカウントＵＰすると共に、ステッピングモータでなる定着モータ１０３の励磁相を相カウンタの値に対応させて切替えることで、定着モータ１０３を回転駆動する。

また、定着制御部１０１は、定着装置９（図１）の媒体搬送方向上流に配置された印刷媒体センサ６から出力される前記した媒体検出信号ＭＥＤＴを入力し、印刷用紙１５がこの印刷媒体センサ６を通過中か否かを判定する。同じく定着制御部１０１は、排出ローラ１４の下流側に配置された排出センサ１６から出力される前記した排出検出信号ＭＥＥＸを入力し、印刷用紙１５がこの排出センサ１６を通過中か否かを判定する。

上定着ローラヒータ６６（図１）を駆動する上定着ローラヒータ駆動回路１０５は、定着制御部１０１から出力されるオン／オフ信号ＳＷＩＵを入力し、例えばオン／オフ信号ＳＷＩＵが“Ｈ”状態のとき上定着ローラヒータ６６をオンとし、オン／オフ信号ＳＷＩＵが“Ｌ”状態のとき上定着ローラヒータ６６をオフとするオン／オフ駆動する。同様にして、下定着ローラヒータ６７（図１）を駆動する下定着ローラヒータ駆動回路１０６は、定着制御部１０１から出力されるオン／オフ信号ＳＷＩＢを入力し、この入力信号に応じて下定着ローラヒータ６７をオン／オフ駆動する。

定着制御部１０１は、上定着ローラ５１及び下定着ローラ５２（図１）の各温度センサ６４，６５から出力される前記した検出温度情報を入力し、デジタル値に変換して各定着ローラの温度を検知する。そして、後述するように、上定着ローラ温度センサ６４及び下定着ローラ温度センサ６５で検出した各定着ローラ温度に応じて、上定着ローラ５１及び下定着ローラ５２が各々所望の温度となるように、オン／オフ信号ＳＷＩＵ及びＳＷＩＢを出力する。

更に定着制御部１０１には、タイマＡ１０４が接続され、定着制御部１０１によって設定される設定時間信号ＳＥＴＴを受けてタイマ値を設定し、その設定時間が経過した時点で計時を停止すると共にタイムアップを知らせるタイムアップ信号ＴＭＵＰを定着制御部１０１に返信する。

以上の構成の画像形成装置において、本発明にかかる部分の動作について以下に説明する。
定着制御部１０１は、装置制御部１００より、上下の各定着ローラ５１，５２の目標温度ｔｍｕ，ｔｍｂを入手し、各定着ローラ５１，５２の温度が、その目標温度となるように定温制御する。

この定温制御は、各定着ローラ温度センサ６４，６５により検出される温度情報に基づいて、図１に示す上下の各定着ローラ５１，５２の現在の温度ｔｒｕ，ｔｒｂを検知し、一定周期毎に現在温度と目標温度との差分である温度誤差値、及び定着ローラ温度変化値を求め、その結果に応じて各オン／オフ信号ＳＷＩＵ及びＳＷＩＢのオン／オフを決定することで行われる。従って、０．１秒を周期とした場合、上下の各定着ローラヒータ６６，６７の最小ＯＮ／ＯＦＦ時間は０．１ｓ単位となる。

更に説明すると、定着ローラ温度変化値は、所定時間過去の定着ローラ温度を記憶しておき、その値と現在の温度との差に基づいて算出した変化の傾きであり、この定着ローラ温度変化値と温度誤差値のそれぞれの量を重み付けし加算した値に応じて、前記した各オン／オフ信号ＳＷＩＵ及びＳＷＩＢのオン／オフを決定する。これにより、上定着ローラ５１の現在温度ｔｒｕが、目標温度ｔｍｕより低い場合、又は、ローラ温度が低下する方向にある場合、それらの程度に応じて上定着ローラヒータ６６がオンされる。下定着ローラヒータ６７も同様にして制御される。

次に、本発明によるプレヒート処理の動作について説明する。

装置制御部１００の印刷処理が開始されると、定着制御部１０１は、装置制御部１００から印刷開始コマンドの通知を受け、印刷媒体センサ６によって、印刷第１ページ目となる印刷用紙１５（図１）が印刷プロセス部２（図１）に給紙される、即ち媒体検出信号ＭＥＤＴが“Ｈ”状態になるのを監視する。この第１ページ目の印刷用紙１５が印刷プロセス部２に給紙された場合、定着制御部１０１は、定着モータ１０３を回転開始するための信号を定着モータ駆動回路１０２に出力すると共に、上下の各定着ローラ温度センサ６４，６５により、その時点の上下の各定着ローラ５１，５２の現在温度ｔｒｕ，ｔｒｂを検知する。

そして、定着ローラ５１の現在温度ｔｒｕが、予め設定したプレヒート閾値ｔｓｓ以下であった場合には定着制御部１０１はプレヒート処理を実行し、プレヒート閾値ｔｓｓより高い場合にはプレヒート処理を実行しない。このプレヒート処理は、定着ローラ５２についても同様の判断の基に行われる。

プレヒート処理を実行する場合、定着制御部１０１は、タイマＡ１０４に所定のプレヒート時間Ｔｐに相当するタイマ値を設定するための設定時間信号ＳＥＴＴを出力し、タイマＡ１０４による計時を開始すると共に、オン／オフ信号ＳＷＩＵによって上定着ローラヒータ６６をオンとする。そして、タイマＡ１０４より、タイムアップを知らせるタイムアップ信号ＴＭＵＰを受けるまで定着ローラヒータのオン状態を継続し、この間上定着ローラヒータ６６を発熱させる。このプレヒート処理の実行は、定着ローラ５２についても同様に実行される。また、このプレヒート処理は、前述の定着ローラ温度の定温制御の状態の如何にかかわらず、優先して実行される。一方、プレヒート処理を実行しないと判断した場合には、定着ローラ温度の定温制御が継続して実行される。

このプレヒートが行われるプレヒート時間Ｔｐは、印刷する媒体、印刷速度等に応じて数種類用意しておき、印刷開始時に、定着制御部１０１が、装置制御部１００からその時間設定情報を受け取って設定する。本実施の形態におけるプレヒート時間Ｔｐは、例えば印刷用紙１５の先端が定着装置９に到達するまでの時間としている。

プレヒートが実行された後は、前述の定温制御を継続され、上下の各定着ローラ５１，５２の現在温度ｔｒｕ，ｔｒｂと各目標温度ｔｍｕ，ｔｍｂとの差分である温度誤差値、及び定着ローラ温度変化値に応じて上下の各定着ローラヒータ６６，６７のオン／オフが個々に制御される。

印刷第１ページ目に相当する印刷用紙１５が定着装置９を抜け、排出センサ１６の通過が確認される、即ち排出検出信号ＭＥＥＸが“Ｈ”から“Ｌ”状態になるのが確認されると、定着制御部１０１は、一旦定着モータ１０３の回転を停止させる。その後印刷第２ページ目以降に相当する印刷用紙１５が継続して連続印刷される場合には、各印刷用紙が印刷媒体センサ６で確認される毎に、前記した第１ページ目の印刷用紙の場合と同様の処理が繰り返される。

このように、定着制御部１０１は、加熱手段としての定着装置９の発熱量を制御する温度制御部として動作する。

図３は、上記した手順に従ってプレヒート処理が実行される場合のタイムチャートを示し、図４は、同じくプレヒート処理が実行されない場合のタイムチャートを示す。これらのタイムチャートに基づいて、図１及び図２を参照しながら更にプレヒート処理について説明する。尚、上下の各定着ローラ５１，５２の定温制御及びプレヒート処理は、同一の方法で行われるものとし、これらの図３、図４では、便宜上、上定着ローラ５１の温度制御時のタイムチャートのみを示す。

図３のタイムチャートにおいて、定着制御部１０１は、前記した定温制御を継続中であり、これによって、上定着ローラ５１の現在温度ｔｒｕは、その目標温度ｔｍｕに近づくように制御されている。この状態において、時刻ｔ_１に印刷が開始され、時刻ｔ_２に印刷媒体センサ６によって印刷用紙１５の通過が確認されると、定着制御部１０１は、その時点で上定着ローラ５１の現在温度ｔｒｕとプレヒート閾値ｔｓｓとを比較する。この時、現在温度ｔｒｕが、プレヒート閾値ｔｓｓより低いので、その時点よりプレヒート時間Ｔｐにわたってオン／オフ信号ＳＷＩＵを強制的に“Ｈ”状態とし、この間上定着ローラヒータ６６をオンする。そしてこのプレヒート時間Ｔｐの経過後は、通常の定温制御に復帰する。

次に、図４のタイムチャートについて説明する。この場合も、図３のタイムチャートと同様に定温制御が継続中とされ、これによって、上定着ローラ５１の現在温度ｔｒｕは、その目標温度ｔｍｕに近づくように制御されている。この状態において、時刻ｔ_５に印刷が開始され、時刻ｔ_６に印刷媒体センサ６によって印刷用紙１５の通過が確認されると、定着制御部１０１は、その時点で上定着ローラ５１の現在温度ｔｒｕとプレヒート閾値ｔｓｓとを比較する。この時、現在温度ｔｒｕが、プレヒート閾値ｔｓｓより高いので、この場合にはプレヒート処理は行われずに通常の定温制御が継続される。

この時、上記した図３及び図４の各タイムチャートにおいて、上下の各定着ローラ５１，５２は、前記したように、印刷媒体センサ６によって印刷用紙１５が検出される時刻ｔ_２（ｔ_６）から、排出センサ１６による印刷用紙１５の通過完了が確認される時刻ｔ_４（ｔ_８）までの期間、定着制御部１０１の指示のもとに回転駆動される。また、上記の説明では、便宜上、上定着ローラ５１の制御について説明したが、下定着ローラ５２においても、同様の制御が行われるものである。

尚、前記した本実施の形態では、定着装置９（加熱手段）の挟持搬送手段として２本のローラを用いたが、これに限定されるものではなく、片方或いは両方に耐熱ベルトを用い、この耐熱ベルトを移動駆動及び加熱することによって、印刷媒体を挟持、及び加熱する方式を採用することも出来る。

また、前記した本実施の形態では、１つのプレヒート閾値ｔｓｓを境に、現在温度ｔｒｕの状態に応じてプレヒート処理を実行するか否を選択したが、これに限定されるものではなく、例えば図５のグラフに示すように、目標温度ｔｍｕと現在温度ｔｒｕの差（ｔｍｕ−ｔｒｕ）を算出し、その差に応じてプレヒート時間Ｔｐを可変するように構成することもできる。この場合、差（ｔｍｕ−ｔｒｕ）がｄ_１からｄ_２（ｄ_２＞ｄ_１ｕ）の間では、差に比例してプレヒート時間Ｔｐが０からＴｐｍまで変化するようにし、差がｄ_１以下ではプレヒートは行わず、差がｄ_２以上ではプレヒート時間Ｔｐを上限値Ｔｐｍに保つように設定されている。

このようにすることによって、状況に応じてプレヒート時間Ｔｐが細かく設定されてより適切な温度制御が可能となり、更にプレヒート過剰による余剰な熱供給を抑えることができる。

以上のように本実施の形態１の画像形成装置によれば、印刷用紙が定着装置９に通紙される前段階において、定着ローラの温度が所定値より低い場合、プレヒート処理を行うことで、定着ローラへの熱供給が行えるため、熱抵抗及び熱容量による定着ローラの熱伝達遅延を補正でき、印刷用紙が通紙されることによる定着ローラの初期の温度ドロップを抑制することができる。また、複数ページを継続して印刷し、定着ローラが十分蓄熱して媒体通紙での温度ドロップが減少し、定着ローラ温度が高く維持されている場合には、プレヒレートが実行されないため、定着ローラへの過剰な熱供給を防止でき、余分な温度上昇を抑制してローラ温度を目標温度近傍に安定して保つことが可能となる。

実施の形態２．
図６は、本発明の画像形成装置に採用される実施の形態２の制御系統の構成を示すブロック図であり、図７は、この制御系統によって実施される画像形成装置の動作を説明するためのタイムチャートである。

このブロック図に示すように、本実施の形態の制御系統による画像形成装置が、前記した実施の形態１の画像形成装置１（図２の制御系統のブロック図参照）に対して異なる点は、タイマＡ１０４の他に、タイマＢ１１４を加え、定着制御部１０１が、プレヒート閾値ｔｓｓと現在温度ｔｒｕ，ｔｒｂとの比較に基づいてプレヒート処理を行う代わりに、このタイマＢ１１４を利用してプレヒート処理を行う点である。従って、図６のブロック図に示す制御系統を採用する画像形成装置が、前記した図２のブロック図に示す制御系統を採用する実施の形態１の画像形成装置１と共通する部分には同符号を付して、或いは図面を省いて説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。

タイマＢ１１４は、前記したタイマＡ１０４と同様に、定着制御部１０１によって設定される設定時間信号ＳＥＴＴを受けてタイマ値を設定すると同時に経時を開始し、設定時間が経過した時点で計時を停止すると共に、タイムアップを知らせるタイムアップ信号ＴＭＵＰを定着制御部１０１に返信する。このタイマＢ１１４が定着制御部１０１によって設定される設定時間信号ＳＥＴＴは、後述するように、排出センサ１６によって印刷用紙１５の通過完了が確認された用紙排出時点からの用紙間隔確認期間Ｔｄに相当するタイマ値であり、用紙排出時点に設定される。

定着制御部１０１は、この用紙間隔確認期間Ｔｄ中に、次の印刷用紙の印刷動作が開始される場合はプレヒート処理を省き、用紙間隔確認期間Ｔｄの経過後に、次の印刷用紙の印刷動作が開始された場合には、プレヒート処理を実行するように制御するが、これらの動作については、後に詳しく説明する。

図６の制御系統の動作を説明する前に、定着装置９の上下の各定着ローラ５１，５２が、種々の条件によってその温度状態がどのように変わるかについて、表１を参照しながら説明する。表１は、種々の設定条件での定着ローラの温度状態をまとめたものである。

表中に示す１）のケースは、所定の時間待機状態に放置後、プレヒート処理を行わずに定着開始した場合の定着ローラ５１，５２の温度状況を示している。尚、ここでいう待機状態というのは、上下の各定着ローラ５１，５２が、回転停止した状態で、且つ前述の定温制御が継続している状態をいい、所定の時間とは、この状態で各定着ローラ５１，５２の現在の温度ｔｒｕ，ｔｒｂが、それぞれ目標温度ｔｍｕ，ｔｍｂにある程度収束して定常状態となった後の時間を意味する。このとき、各定着ローラ５１，５２は、前述の定温制御が継続されているため、その表面、内部とも目標温度ｔｍｕ，ｔｍｂに対して適温となっているが、印刷用紙１５の定着を開始すると、各定着ローラ表面の熱が印刷用紙１５に急激に奪われて一時的に目標温度から低下するため、コールド・オフセットが発生してしまう。これは、定着ローラがゴム材で構成されているため、熱伝導率が悪く、表面で奪われた分の熱を内部より速やかに伝導できないからである。

表中に示す２）のケースは、同じく所定の時間待機状態に放置後、上下の各定着ローラ５１，５２の現在の温度ｔｒｕ，ｔｒｂと関わりなく前記したプレヒート処理を実行した後に、定着開始した場合の定着ローラ５１，５２の温度状況を示している。このとき、プレヒートにより目標温度より若干高温となった熱が定着ローラ内部から表面へと伝わっていくため、定着開始時に印刷用紙に熱が奪われても各定着ローラの表面温度は適温となる。

表中に示す３）のケースは、連続印刷時に、前述の定温制御は継続しながらも、プレヒート処理を無条件で行わず、順次印刷用紙の定着を実行した場合の定着ローラ５１，５２の温度状況を示している。このとき、連続印刷により上下の各定着ローラ５１，５２の表面は適温で、内部は若干高温状態で安定するため、定着前のプレヒート処理を行わずに定着開始することで、各定着ローラの表面を適温に維持したまま、順次定着を実行することができる。

表中に示す４）のケースは、連続印刷時に、前述の定温制御は継続し、更にプレヒート処理を無条件で実行し、順次印刷用紙の定着を実行した場合の定着ローラ５１，５２の温度状況を示している。このとき、元々内部が若干高温で安定していた上下の各定着ローラ５１，５２は、プレヒートの実行により更に高温状態となり、定着ローラの表面もやや高い状態を維持したまま、順次定着を実行することとなり、ホットオフセットが発生してしまう。

従って、使用条件に応じて、表１における２）及び３）のプレヒート処理選択を実行するように制御することで、常に安定した定着が可能となる。

図６に示す本実施の形態２の画像形成装置の制御系統は、このような考察に基づいて構成されたもので、以下、図７のタイムチャートに基づいて図１及び図６を参照しながらプレヒート処理について説明する。尚、上下の各定着ローラ５１，５２の定温制御及びプレヒート処理は、同一の方法で行われるものとし、図７では、便宜上、上定着ローラ５１の温度制御時のタイムチャートのみを示す。

図７のタイムチャートにおいて、定着制御部１０１は、前記した定温制御を継続中であり、これによって、上定着ローラ５１の現在温度ｔｒｕは、その目標温度ｔｍｕに近づくように制御されている。この状態において、定着制御部１０１は、印刷媒体センサ６から入力する媒体検出信号ＭＥＤＴの時刻ｔ_１１での“Ｌ”から“Ｈ”への変化、及び媒体排出サンサ１６から入力する媒体排出信号ＭＥＥＸの時刻ｔ_１２での“Ｈ”から“Ｌ”への変化の検出に基づいて、ある印刷ページのページ印刷期間Ｔ_１が終了したことを確認し、この時点で、タイマＢ１１４に対して用紙間隔確認期間Ｔｄに相当するタイマ値を書き込む。

この用紙間隔確認期間Ｔｄが経過した時刻ｔ_１３の段階で、次のページ印刷のための印刷用紙１５が印刷媒体センサ６によって検出されない場合、定着制御部１０１は、上定着ローラ５１の現在温度ｔｒｕが、ある程度目標温度ｔｍｕに接近しているものと判断し、用紙間隔確認期間Ｔｄ経過後の時刻ｔ_１４における印刷用紙１５の検出によって始まる次の印刷ページのページ印刷期間Ｔ_２の開始時に、プレヒート時間Ｔｐだけオン／オフ信号ＳＷＩＵを強制的に“Ｈ”状態とし、この間上定着ローラ５１の上ローラヒータ６６をオンしてプレヒート処理を実行する。

そしてこのページのページ印刷期間Ｔ_２が終了する時刻ｔ_１５の段階で、再び用紙間隔確認期間Ｔｄの計時が開始される。今度は、この時の用紙間隔確認期間Ｔｄが終了する時刻ｔ_１７に至る前の時刻ｔ_１６の段階で、次のページ印刷のための印刷用紙１５が印刷媒体センサ６によって検出される。このとき、定着制御部１０１は、上定着ローラ５１の現在温度ｔｒｕ、及び定着ローラの内部温度も高いままであると判断し、時刻ｔ_１６における印刷用紙１５の検出によって始まる次の印刷ページのページ印刷期間Ｔ_３の開始時にプレヒート処理を実行しない。

以上のように、定着制御部１０１は、用紙間隔確認期間Ｔｄの経過後に、次のページ印刷のための印刷用紙の印刷動作が開始された場合にはプレヒート処理が実行され、用紙間隔確認期間Ｔｄの期間中に、次のページ印刷の印刷動作が開始された場合には、プレヒート処理を省くように処理する。従って、用紙間隔確認期間Ｔｄ中に次の印刷ページの印刷動作が開始されるのを、連続印刷とみなすことができ、この場合、本実施の形態の動作は、使用条件に応じて、表１における２）及び３）のプレヒート処理選択を実行するものとなる。

上記した図７のタイムチャートにおいて、上下の各定着ローラ５１，５２は、前記したように、各ページ印刷期間Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３の間、定着制御部１０１の指示のもとに回転駆動される。また、上記の説明では、便宜上、上定着ローラ５１の制御について説明したが、下定着ローラ５２においても、同様の制御が行われるものである。

尚、本実施の形態では、用紙間隔確認期間Ｔｄを境に、プレヒート処理の実行、非実行を決定したが、次のページ印刷が実行されるまでの期間を、例えば用紙間隔確認期間Ｔｄの経時を繰り返すことによって計測し、図８に示すように、その計時が繰り返された回数に応じてプレヒート時間ｔｐを変えるように設定するようにしてもよい。この場合、待機状態の増加に伴って、プレヒート時間ｔｐを段階的に増やすことによって、印刷終了後の時間経過によるローラヒータ、及び定着ローラ内部の冷却度合いに応じて、より細かくプレヒート時間を設定することが可能となる。

また本実施の形態では、用紙間隔確認期間Ｔｄを境に、プレヒート処理の実行、非実行を決定したが、例えば、連続印刷の場合には、定着制御部１０１が、その旨の情報を装置制御部１０２から入手し、連続印刷が実行される枚数分だけ、プレヒート処理を行わないままページ印刷を実行するように処理しても良いなど、種々の態様を取り得るものである。

以上のように、本実施の形態の画像形成装置によれば、実施の形態１の画像形成装置と同様に、定着ローラの熱伝達遅延による温度ドロップを抑制できる。更に、例えば印刷終了直後のように、媒体通紙による吸熱で定着ローラの表面温度は目標温度を下回っているが、内部のヒータ及び定着ローラ内部はまだ高温であるような段階で次のページ印刷が実行される場合、実施の形態１における処理ではプレヒート処理が実行され、熱の過剰供給によるホット・オフセットとなる恐れがあるが、本実施の形態では、プレヒート処理が実行されず、このような不都合を防ぐことができる。

実施の形態３．
図９は、本発明の画像形成装置に採用される実施の形態３の制御系統の構成を示すブロック図であり、図１０は、この制御系統によって実施される画像形成装置の動作を説明するためのタイムチャートである。

このブロック図に示すように、本実施の形態の制御系統による画像形成装置が、前記した実施の形態１の画像形成装置１（図２の制御系統のブロック図参照）に対して異なる点は、ヒータオン時間平均値演算部１０７を加え、定着制御部１０１が、ヒータオン時間平均値演算部１０７によって演算された上下の各定着ローラ５１，５２の単位時間当たりのヒータオン時間平均Ｔａｖｕ，Ｔａｖｂの推移を逐次入力し、このヒータオン時間平均Ｔａｖｕ，Ｔａｖｂに基づいてプレヒート処理を行う点である。従って、図９のブロック図に示す制御系統を採用する画像形成装置が、前記した図２のブロック図に示す制御系統を採用する実施の形態１の画像形成装置１と共通する部分には同符号を付して、或いは図面を省いて説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。

ヒータオン時間平均値演算部１０７は、定着制御部１０１から出力されるオン／オフ信号ＳＷＩＵ及びオン／オフ信号ＳＷＩＢを入力し、所定時間毎の平均のＯＮ時間の割合を逐次算出する。算出したヒータオン時間平均Ｔａｖｕ，Ｔａｖｂは、例えば、上下ローラヒータ６６，６７が、所定時間中オンを継続する場合を１００％、逆に所定時間中オフを継続する場合を０％とし、０〜１００％で示される。

図１０のタイムチャートは、画像形成装置１が、プレヒート処理を行わずに、印刷開始してから前記した定温制御のみを継続しながら複数ページを連続印刷した場合の、上定着ローラ５１の現在温度ｔｒｕとそのヒータオン時間平均Ｔａｖｕの時間変化を示すものである。尚、上下の各定着ローラ５１，５２の定温制御は、同一の方法で行われるものとし、図１０では、便宜上、上定着ローラ５１の温度制御時のタイムチャートのみを示す。

以下、このタイムチャートについて、図１及び図９を参照しながら説明する。

連続印刷初期の段階では、上定着ローラ５１の熱伝達遅延により、通紙による定着ローラ表面温度のドロップが大きくて目標値を下回るため、ヒータオンが長時間継続されてヒータオン時間平均Ｔａｖｕは１００％近傍の値となる。

その後、印刷が継続されて現在温度ｔｒｕが徐々に目標温度ｔｍｕに収束していくのに従い、ヒータオン時間平均Ｔａｖｕもある値に収束していく。この値は、ヒータによる発熱量と印刷用紙１５による吸熱量が等しくなる値で、本実施の形態では５０％程度となっている。

このとき、例えば時刻ｔ_２１のタイミングで連続印刷が終了した場合、この段階では上定着ローラ５１の発熱量が印刷用紙１５による吸熱量より多いため、その後間もなく印刷が再開された際に、プレヒート処理を実行してしまうと、上定着ローラ５１はその後過剰に温度上昇してしまう。逆に、時刻ｔ_２１のタイミングで連続印刷が終了した場合、この段階では、上定着ローラ５１の発熱量と印刷用紙１５による吸熱量とが略等しくなっているため、その後間もなく印刷が再開された際に、熱伝達遅延による温度ドロップを抑制するためのプレヒート処理が必要になる。

図９に示す本実施の形態３の画像形成装置の制御系統は、このような考察に基づいて構成されたもので、以下、定着制御部１０１によるプレヒート処理の流を示す図１１のフローチャートに基づいて図１及び図９を参照しながら、その動作について説明する。尚、上下の各定着ローラ５１，５２のプレヒート処理は、同一の方法で行われるものとし、図１１では、便宜上、上定着ローラ５１の処理過程のみを示す。

また、定着制御部１０１は、このフローを実行する間、前記した定温制御によって上下の各定着ローラ５１，５２の温度制御を実行しているものとする。

定着制御部１０１は、このフローが開始されると、装置制御部１００から印刷開始コマンドが通知されるのを監視し（ステップ１）、この通知を受けると、印刷媒体センサ６から入力する媒体検出信号ＭＥＤＴによって、印刷プロセス部２に給紙される印刷用紙１５を監視する（ステップ２）。やがてこの印刷用紙１５が印刷媒体センサ６によって検出されると、上下の各定着ローラ５１、５２を所定の速度で回転駆動し（ステップ３）、その時点におけるヒータオン時間平均Ｔａｖｕがヒータオン時間閾値Ｔｃｏｍより大きいか否かを判定する（ステップ４）。本実施の形態では、このヒータオン時間閾値Ｔｃｏｍは、例えば５０％近辺に設定している。

ここで、ヒータオン時間平均Ｔａｖｕがヒータオン時間閾値Ｔｃｏｍより小さい場合、その時点よりプレヒート時間Ｔｐにわたってオン／オフ信号ＳＷＩＵを強制的に“Ｈ”状態とし、この間上定着ローラヒータ６６をオンするプレヒート処理を実行する（ステップ５）。逆にヒータオン時間平均Ｔａｖｕがヒータオン時間閾値Ｔｃｏｍより大きい場合、プレヒート処理は行なわずに次のステップに移る。

次に、排出センサ１６から入力する媒体排出信号ＭＥＥＸによって、定着装置９を経由して定着された印刷用紙１５が排出センサ１６を通過するのを監視する（ステップ６）、やがてこの印刷用紙１５の通過が確認されると、上下の各定着ローラ５１、５２の回転駆動を停止し（ステップ７）、再びステップ１に戻って、装置制御部１００からの印刷コマンドの通知を監視し、以下同様の処理過程を繰り返す。

以上の処理によって、上定着ローラ５１の表面温度でなくヒータおよびローラ内部の温度を推定し、それに応じてプレヒート処理を行うか否かを判断するため、過剰な発熱を防止することができる。また、上記の説明では、便宜上、上定着ローラ５１の制御について説明したが、下定着ローラ５２においても、同様の制御が行われるものである。

尚、前記した本実施の形態では、１つのヒータオン時間閾値Ｔｃｏｍを境に、ヒータオン時間平均Ｔａｖｕの状態に応じてプレヒート処理を実行するか否を選択したが、これに限定されるものではなく、実施の形態１における図５のグラフで説明したのと同様に、ヒータオン時間閾値Ｔｃｏｍとヒータオン時間平均Ｔａｖｕとの差（Ｔｃｏｍ−Ｔａｖｕ）を算出し、その差に応じてプレヒート時間Ｔｐを可変するように構成することもできる。

以上のように、本実施の形態３の画像形成装置によれば、ローラ内部温度が推定できるヒータＯＮ時間平均を用いて、プレヒート処理の有無、更にはその処理時間を決定するため、定着ローラの熱伝達遅延を補正することはもちろん、例えば印刷直後で、定着ローラの表面温度と内部温度の差分が大きい場合でも、過剰なプレヒート処理が行なわれてしまうのを防止することができる。更に、印刷媒体の厚さの違いによる吸熱の違いや、印刷速度の違いによる単位時間での吸熱量の違いが、ヒータＯＮ時間平均の変化特性に現れるため、印刷媒体、印刷速度に応じたプレヒート処理も可能となり、熱負荷が変動する状況においてもローラ温度を目標温度近傍に安定して保つことが可能となる。

尚、前記した各実施の形態で個々に説明した画像形成装置の構成は、それぞれ別々に単独で使用される他、組み合わせて処理することも可能である。その際、組み合わせたそれぞれの判定結果に重み付けし、それらを加算した結果によってプレヒートの有無を判断するように構成しても良い。

本発明による画像形成装置の実施の形態１の要部構成を正面からみた概略構成図である。 画像形成装置１の、本発明に関与する要部動作を制御する定着制御部１０１にかかわる制御系統の構成を示すブロック図である。 実施の形態１において、プレヒート処理が実行される場合のタイムチャートである。 実施の形態１において、プレヒート処理が実行されない場合のタイムチャートである。 目標温度ｔｍｕと現在温度ｔｒｕの差（ｔｍｕ−ｔｒｕ）に応じてプレヒート時間Ｔｐを変える例を説明するための説明図である。 本発明の画像形成装置に採用される実施の形態２の制御系統の構成を示すブロック図である。 図６の制御系統によって実施される画像形成装置の動作を説明するためのタイムチャートである。 待機状態の増加に伴って、プレヒート時間ｔｐを段階的に増やす例を説明するための説明図である。 本発明の画像形成装置に採用される実施の形態３の制御系統の構成を示すブロック図である。 図１０の制御系統によって実施される画像形成装置の動作を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態３の画像形成装置よるプレヒート処理の流を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 画像形成装置、 ２ 印刷プロセス部、 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 現像装置、 ２ｆ 転写ローラ、 ３ 給紙トレイ、 ４ 両面給紙ユニット、 ５ レジストローラ、 ６ 印刷媒体センサ、 ８ 搬送ベルト、 ９ 定着装置、 １０ ホッピングローラ、 １１ 搬送経路、 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ 搬送路、 １２ 経路設定ガイド、 １３ 排出部、 １４ 排出ローラ、 １５ 印刷用紙、 １６ 排出センサ、 ５１ 上定着ローラ、 ５２ 下定着ローラ、 ６４ 上定着ローラ温度センサ、 ６５ 下定着ローラ温度センサ、 ６６ 上定着ローラヒータ、 ６７ 下定着ローラヒータ、 １００ 装置制御部、 １０１ 定着制御部、 １０２ 定着モータ駆動回路、 １０３ 定着モータ、 １０４ タイマＡ、 １０５ 上定着ローラヒータ駆動回路、 １０６ 下定着ローラヒータ駆動回路、 １０７ ヒータオン時間平均値演算部、 １１４ タイマＢ。

Claims (8)

1. 印刷媒体を搬送する搬送手段と、
   該搬送手段により搬送される前記印刷媒体にトナー画像を形成する画像形成部と、
   発熱によって前記トナー画像の形成された前記印刷媒体に熱を加える加熱手段と、
   該加熱手段の現在温度を検出する温度検出手段と、
   少なくとも前記現在温度に基づいて、前記加熱手段の発熱量を制御する温度制御部を備え、
   該温度制御部は、前記加熱手段による前記印刷媒体への加熱前の所定のタイミングで、前記加熱手段の状態に応じて該加熱手段を発熱させる処理を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記温度制御部は、前記現在温度に基づいて前記発熱処理を行なうことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記現在温度に応じて前記発熱処理による発熱量を変えることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記温度制御部は、所定時間内に前記加熱手段に供給したエネルギ量に基づいて前記処理を行なうことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 印刷媒体を搬送する搬送手段と、
   該搬送手段により搬送される前記印刷媒体にトナー画像を形成する画像形成部と、
   発熱によって前記トナー画像の形成された前記印刷媒体に熱を加える加熱手段と、
   該加熱手段の現在温度を検出する温度検出手段と、
   少なくとも前記現在温度に基づいて、前記加熱手段の発熱量を制御する温度制御部を備え、
   該温度制御部は、前記搬送手段によって搬送される前記印刷媒体間の間隔情報を得て、前記加熱手段による前記印刷媒体への加熱前の所定のタイミングで、前記間隔情報に基づいて前記加熱手段を発熱させる処理を行うことを特徴とする画像形成装置。
6. 前記印刷媒体の通過状況を検出する媒体検出手段を有し、該媒体検出手段の検出情報に基づいて、前記間隔情報を得ることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記印刷媒体間の間隔に応じて前記発熱処理による発熱量を変えることを特徴とする請求項５又は６記載の画像形成装置。
8. 前記加熱手段は、前記印刷媒体を挟持搬送する挟持搬送手段と、該挟持搬送手段を加熱する発熱手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の画像形成装置。

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