JP4449700B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、未定着トナー像を記録材に定着する定着手段として熱定着を行う熱定着手段が多く用いられている。熱定着手段は、電力が供給されてから所定の定着温度に達するまでに時間を要するのが普通である。即ち、通常の画像形成装置では、メインスイッチがオンしてから一定時間経過しないと、画像形成装置は画像形成可能な状態にならない。

一方、消費電力の抑制の観点やフリッカーと呼ばれる室内灯への影響を防止する観点から、使用されないときには画像形成装置への電力供給を極力少なくすることが望ましく、多くの画像形成装置では画像形成終了後所定時間中に起動がかからないときには、定着手段への電力供給を絶つか又は低いレベルに下げて省電モードに移行する制御が行われる。そして、画像形成装置の使用時に、省電モードにある画像形成装置の定着手段に電力を供給して、ウォームアップを行い定着手段の温度を所定の定着温度まで上昇させる画像形成装置の立ち上げ制御が行われる。

定着手段を所定の温度まで上昇させるにはある程度の時間を要し、これにより画像形成指令の操作してから最初の画像が出力されるまでの時間、即ち、待ち時間が長くなり問題視されてきた。そして、待ち時間を短縮するための技術開発が行われてきた。

待ち時間を短縮するためには、加熱部材とともに加圧部材を短時間内に所定温度まで上昇させる必要がある。このために加熱部材に関しては、薄肉のパイプやベルトを使用することにより熱容量を小さくする等の手段が採られている。また、加圧部材は一般に芯金上にシリコンゴム等の耐熱弾性層を形成したものであるが、その熱容量が大きく、加熱部材の温度を上げるのにはある程度の時間を要する。加圧部材の温度が低いと、加熱部材の熱が加圧部材に吸収されて加熱部材の温度が十分に上昇せず定着不足が起こるので、加圧部材の温度もある程度の値以上に上げる必要がある。このために、加圧部材内に熱源を設けたり、アイドリング中加熱部材及び加圧部材をゆっくり回転させるもの等の手段が採られている。

しかしながら、これらの手段は画像形成をしない時に加熱や駆動を行い、電力消費があるので省エネルギーの観点で十分ではない。

特許文献１では、画像形成装置の休止期間中に、定期的又は持続的に回転加圧部材を回転させることが提案されている。

特許文献２では、アイドリング状態において、所定の外部操作があった場合に、定着手段の温度を高いレベルに上げることが提案されている。

特許文献３においては、ウォームアップ終了後に所定時間空回転を行い、該空回転の時間をウォームアップ処理温度上昇率に応じて調整することが提案されている。
特開平１１−１１９５８８号公報 特開２００２−２０７３９０号公報 特開２００４−１２７５９号公報

特許文献１、３の方法では、画像形成をしないときに駆動を行うので省エネルギーの観点で十分でない。

特許文献２の方法では、画像形成のための準備動作として行われる外部操作により、定着手段を立ち上げるので、休止時におけるエネルギー消費を抑制するという目的が達成されるとともに、コピー釦の操作や外部機器からの画像形成指令から短時間内に画像形成を開始するので、待ち時間を短縮するという目的が達成される。

しかしながら、特許文献２の方法でも待ち時間を短縮し、且つ、定着不足のない良好な定着を行うには、十分ではない。

省電モードを有する画像形成装置では、一般に省電モードにおいて、制御部のみを作動させ、駆動関係の電源をオフ状態にしている。画像形成装置においては、定着手段の加熱に最も大きな電力が消費されるので、休止時に前記省電モードにすることにより、画像形成装置のエネルギー消費が効果的に引き下げられる。そして、待ち時間を短縮するという作業効率の観点とともに、エネルギー消費を引き下げるという観点から、省電モードから画像形成装置を立ち上げて画像形成可能な状態とするまでの時間を短縮することが必要になる。

このために前記に説明したように、加熱部材及び加圧部材の熱容量を小さくする等の手段が採られるが、加圧部材の熱容量は加熱部材のそれに比較して格段に大きいために、加熱部材で発生した熱が加圧部材に吸収されて、加熱部材の温度上昇率が下がり、定着可能温度にまで達する時間が長くなる。待ち時間を短縮するために加熱部材の熱容量を小さくした場合にこの現象が特に顕著になる。即ち特許文献２のように、画像形成の準備として行われる外部操作により、定着手段の温度を引き上げた場合でも、加圧部材の温度が十分に上昇していないために、加圧部材に熱が吸収されて加熱部材の温度が低くなり、定着不足となる場合が生ずる。

本発明はこのような問題を解決し、省エネルギー型の画像形成装置であって、待ち時間が短縮され、しかも、十分な定着を行う画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の前記目的は下記の発明により達成される。
１．加熱部材及び加圧部材により記録材を挟持搬送し、前記加熱部材により加熱して定着を行う定着手段を有する画像形成装置において、
前記加熱部材及び前記加圧部材を駆動する駆動手段と、
前記加熱部材及び前記加圧部材を回転駆動するウォームアップ状態が完了したアイドリング状態において所定の外部操作があったときに、前記加熱部材及び前記加圧部材を回転駆動することで前記加圧部材の表面温度が均一なプリント準備状態となるように前記駆動手段を制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
２．前記アイドリング状態において、前記加熱部材は所定温度に加熱されており、前記プリント準備状態においては、前記加熱部材を前記アイドリング状態におけるよりも高い所定温度に加熱するように前記制御手段が制御することを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
３．前記所定の外部操作は枚数設定、濃度設定、倍率設定、応用機能の設定、出力モードの設定の少なくとも一つを操作部において行う操作を含むことを特徴とする前記１又は前記２に記載の画像形成装置。
４．前記所定の外部操作は記録材収納部の挿脱操作を含むことを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
５．前記所定の外部操作は原稿カバーの開閉操作を含むことを特徴とする前記１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
６．前記所定の外部操作は自動原稿搬送装置又はプラテンガラスに原稿を載置する操作を含むことを特徴とする前記１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
７．前記所定の外部操作は外部機器からの画像形成指令を含むことを特徴とする前記１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
８．前記プリント準備状態において所定時間内に画像形成を指令する外部操作があった場合に、前記制御手段は、プリント状態に遷移する制御を行い、前記所定時間内に前記画像形成を指令する操作がない場合に、前記制御手段は、前記アイドリング状態に遷移する制御を行うことを特徴とする前記１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
９．前記加熱部材は、厚さ０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの金属パイプ又は金属ベルトを有することを特徴とする前記１〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。

請求項１〜９の何れかの発明により、十分に熱容量の小さな加熱部材を使用することが可能になるので、待ち時間が短縮され、且つ、良好な定着を行う画像形成装置が実現される。

請求項２の発明により、十分な温度に達した加熱部材及び加圧部材で定着が行われるので、定着不足がなく、良好な定着が行われる。

請求項８の発明により、不要な定着手段の駆動がないので、画像形成装置のエネルギー消費を引き下げることができる。

請求項９の発明により、特に、待ち時間が十分に短く、省エネルギー化された画像形成装置が実現される。

図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な構成を示す。

画像形成装置は、原稿自動搬送装置Ａ、画像読取部Ｂ及び画像形成部Ｃからなる。画像形成部Ｃにおいて、１は感光体であり、感光体としては有機光導電体を樹脂に分散した感光層を有する有機感光体が環境性及びコストの観点から好ましいが、これに限られることなく、任意の公知の感光体を用いることができる。

なお、感光体１としては図示のドラム状の感光体に限られず、ベルト状の感光体であってもよい。２は感光体１を帯電し、感光体１上に一様な電位を形成する帯電手段である。帯電手段としては、制御グリッドと放電電極を有するスコロトロン帯電器や電圧を印加したローラを用いた接触帯電方式の帯電器が好ましい。

３は感光体１を露光する露光手段である。露光手段としては、レーザダイオードを光源とし、ポリゴンミラー、レンズ及びミラーで構成される走査光学系を有する走査露光装置や発光ダイオードアレイ及び結像性光学繊維を有する走査光学装置が好ましいがこれに限られることなく、任意の公知の露光手段を用いることができる。露光手段３は画像データに従って、感光体１をドット露光する。

４は現像手段であり、二成分現像剤又は一成分現像剤を収容し、感光体１上の静電潜像を現像し、感光体１上にトナー像を形成する。５は、コロナ帯電器からなる転写手段である。転写手段５は記録材Ｐに対して、感光体１上のトナーと逆極性の帯電を行い、トナー像を記録材Ｐに転移させる。６は、コロナ帯電器からなる分離手段であり、記録材Ｐに対して交流コロナ帯電を行って、記録材Ｐを除電し、感光体１から分離する。

７は定着手段であり、熱源７３を内蔵する加熱部材ローラ７１と加熱ローラ７１に圧接する加圧部材７２により記録材Ｐを挟持搬送してトナー像を定着する。

熱源７３としては、ハロゲンランプ等の発熱ランプ、誘導電流により発熱する誘導発熱体、抵抗発熱体等が用いられる。加熱部材７１としては、加熱ローラ又は加熱ベルトが用いられ、温度制御の応答性を高めるために、熱容量が小さいことが望ましく、厚さ０．２〜１．０ｍｍの金属パイプ又は金属ベルトが好ましく用いられる。加熱部材７１には表面にフッ素樹脂層等の離型層を設けたものを使用することができる。また、加熱部材を構成する金属パイプ又は金属ベルトの上にシリコンゴム等の耐熱性弾性層を設けることもできる。加圧部材７２は、金属からなる芯金にシリコンゴム等の耐熱性弾性層を設けたローラからなる。なお、耐熱弾性層として発泡シリコンゴム層を用いることもできる。加圧部材７２の耐熱性弾性層の上にフッ素樹脂等の離型層を設けることもできる。

８はクリーニング手段である。転写後の感光体１上には、未転写トナーや転写残トナーが付着しており、次の像形成を行うためには、感光体１をクリーニングする必要がある。クリーニング手段８は、ウレタンゴム等の弾性ブレードからなるクリーニングブレードを有する。

９は記録材Ｐを収納する記録材収納手段であり、トレイ又はカセットからなり、画像形成装置から引き出して記録材Ｐを補給することができる。

図２は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の電気的な構成を示すブロック図である。

１０はマイクロコンピュータで構成された制御手段であり、タイマ１１を有する。１２はメインスイッチ、１３は加熱部材７１の表面温度を検知する温度センサ、１４はコピー釦、１５はコピー枚数、倍率、濃度等の複写条件を設定する操作部、１６は記録材収納部９の挿脱を検知する収納部センサ、１７は原稿カバー（図示の例では自動原稿搬送装置Ｂ）の開閉を検知する開閉センサ、１８は画像読取部のプラテンガラスＧ上に原稿が載置されたことを検知する原稿センサ、１９は自動原稿搬送装置Ａの原稿載置台上に原稿が載置されたことを検知する原稿センサ、２０はパーソナルコンピュータ、ファクシミリ等の外部機器との間の送受信を行う入出力インターフェース、２１は帯電手段２、露光手段３、現像手段４等からなり、感光体１上にトナー像を形成する画像形成手段、２２は加熱部材７１及び加圧部材７２を回転駆動する定着モータ、２３は熱源７３に電力を供給するヒータ電源である。

図１、２に示す画像形成装置の状態遷移図である図３に従って作動を説明する。

図３において、ウォームアップ状態Ｓ１はヒータ電源２３から熱源７３に電力を供給するとともに、定着モータ２２により加熱部材７１及び加圧部材７２を回転駆動して、加熱部材７１の表面温度を所定温度ＴＰ１、例えば、１７０℃、まで上昇させる状態である。メイスイッチ１２のオンによりヒータ電源２３及び定着モータ２２が作動してウォームアップを開始する（Ｓ１）。温度センサ１３により、加熱部材７１の温度が所定値ＴＰ１に達するとウォームアップを完了し、Ｓ２のアイドリング状態に遷移する。

アイドリング状態Ｓ２は、画像形成実行の外部操作があったときに、短時間内に画像形成を実行することが出来るように、定着手段７を準備する状態であり、熱源７３に電力を供給し、加熱部材７１を所定温度ＴＰ２、例えば、１８０℃に維持する。アイドリング状態Ｓ２において加熱部材７１の温度を所定値に維持する制御は温度センサ１３の検知温度に基づいて制御手段１０が行う。

アイドリング状態Ｓ２に遷移してから、所定時間ＴＭ１、例えば３分、以内にコピー釦１４の操作又は入出力インターフェース２０からの画像形成指令があった場合には、アイドリング状態Ｓ２からプリント状態Ｓ４に移行して画像形成が行われる。

プリント状態Ｓ４では周知のように、定着モータ２２及びヒータ電源２３が作動して、加熱部材７１及び加圧部材７２を回転駆動するとともに、加熱部材７１の温度を定着温度ＴＰ４、例えば１９０℃、に維持する。画像形成が終了すると、アイドリング状態Ｓ２に戻る。

プリント準備状態Ｓ３は、加熱部材７１及び加圧部材７２を回転駆動する状態である。プリント準備状態Ｓ３におけるこの回転駆動は、空回転、即ち、定着を行わない駆動である。なお、前記空回転には、加熱ローラの回転及び加熱ベルトの周回が含まれる。また、プリント準備状態Ｓ３において、熱源７３に電力を供給して加熱部材７１を所定温度に維持する維持する制御が行われるが、アイドリング状態Ｓ２よりも若干高い所定温度ＴＰ３、例えば、１９０℃に維持することが好ましい。

アイドリング状態Ｓ２に遷移してから、次の外部操作があった場合に、プリント準備状態Ｓ３に遷移する。
（１）操作部１５において、枚数設定、濃度設定、倍率設定、その他応用機能、出力モードの設定のように操作パネルにタッチする操作・・・操作部１５において検知される
（２）記録材収納部９の挿脱操作・・・収納部センサ１６により検知される
（３）原稿カバー、即ち、自動原稿搬送装置Ａの開閉操作・・・開閉センサ１７により検知される
（４）自動原稿搬送装置Ａの給紙皿に原稿を載置操作・・・原稿センサ１８により検知される
（５）プラテンガラスＧ上に原稿を載置する操作・・・原稿センサ１９により検知される
これらの外部操作は、オペレータが画像形成の準備操作として実行するものであり、これらの外部操作の後に、コピー釦１４が操作され、画像形成が行われる。

前記（１）〜（５）までの外部操作によりプリント準備状態Ｓ３に遷移した後に、プリント状態Ｓ４に遷移するので、コピー釦１４の操作により直ちに画像形成が開始され、結果として待ち時間が短縮される。この場合、プリント準備状態Ｓ３において加圧部材７２が回転駆動されるので、加圧部材７２の表面は均一で十分に高い温度に上昇しており、良好な定着が行われる。

図４は定着手段７の回転駆動による加圧部材７２の温度上昇を示す実験結果を示す。即ち図４に示すように、加熱部材７１及び加圧部材７２を静止した状態で放置すると、加圧部材７２の温度が目標値から次第に低下するが、５秒間回転駆動することにより、目標値に上昇することが確認された。

なお、アイドリング状態Ｓ２に遷移して所定時間ＴＭ１内に、入出力インターフェース２０で画像形成指令を受けた場合には、前記に説明したようにプリント状態Ｓ４に遷移するが、アイドリング状態Ｓ２に遷移してから所定時間ＴＭ１経過後に入出力インターフェース２０において外部機器から画像形成指令を受けた場合には、プリント準備状態Ｓ３に遷移する。

プリント準備状態Ｓ３への遷移から所定時間ＴＭ２、例えば５秒、以内にコピー釦１４の操作があった場合、プリント状態４に遷移して画像形成が行われる。

入出力インターフェース２０からの信号によりプリント準備状態Ｓ３に遷移した場合には、所定時間ＴＭ２の間、加熱部材７１及び加圧部材７２を回転駆動後に、自動的にプリント状態Ｓ４に遷移する。

アイドリング状態Ｓ２からプリント状態Ｓ４に直接に遷移して画像形成が行われる場合には、プリント準備状態Ｓ３を経てプリント状態Ｓ４に遷移する場合に比較して加熱部材７１の温度上昇が大きいことからプリント状態Ｓ４において実際に画像が形成されるまでの時間が若干長くなる。

プリント準備状態Ｓ３に遷移後に所定時間ＴＭ２の間にコピー釦１４の操作がない場合、アイドリング状態Ｓ２に遷移して、加熱部材７１及び加圧部材７２は回転を停止する。即ち、準備操作が行われたのみでプリント開始指令がない場合にはアイドリング状態Ｓ２に戻る。

アイドリング状態Ｓ２において所定時間ＴＭ１内に前記（１）〜（５）の外部操作が複数回続いてあった場合には、所定時間ＴＭ２が複数回の外部操作により延長されることはなく、所定時間ＴＭ１は最初の外部操作があった時から計時される。

アイドリング状態Ｓ２の状態が所定時間ＴＭ１よりも長い所定時間ＴＭ３、例えば、１０分以上続いた場合には、シャットオフ状態Ｓ５に遷移する。所定時間ＴＭ３の長さは設定により変更可能である。

シャットオフ状態Ｓ５は、制御手段１０及び入出力インターフェース２０のみが作動し、ヒータ電源２３を始めとする各種電源がオフ状態に設定される省電力モードである。シャットオフ状態Ｓ５において、メインスイッチ１２のオン操作又は入出力インターフェース２０において画像形成指令を受けた場合にウォームアップ状態Ｓ１に遷移する。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の制御系のブロック図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の制御における状態遷移図である。 定着手段の駆動による加圧部材の温度上昇の実験結果を示す図である。

符号の説明

７ 定着手段
７１ 加熱部材
７２ 加圧部材
７３ 熱源
１０ 制御手段
２２ 定着モータ
２３ ヒータ電源
Ｓ２ アイドリング状態
Ｓ３ プリント準備状態
Ｓ４ プリント状態
Ｓ５ シャットオフ状態

Claims (9)

1. 加熱部材及び加圧部材により記録材を挟持搬送し、前記加熱部材により加熱して定着を行う定着手段を有する画像形成装置において、
   前記加熱部材及び前記加圧部材を駆動する駆動手段と、
   前記加熱部材及び前記加圧部材を回転駆動するウォームアップ状態が完了したアイドリング状態において所定の外部操作があったときに、前記加熱部材及び前記加圧部材を回転駆動することで前記加圧部材の表面温度が均一なプリント準備状態となるように前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記アイドリング状態において、前記加熱部材は所定温度に加熱されており、前記プリント準備状態においては、前記加熱部材を前記アイドリング状態におけるよりも高い所定温度に加熱するように前記制御手段が制御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. 前記所定の外部操作は枚数設定、濃度設定、倍率設定、応用機能の設定及び出力モードの設定の少なくとも一つを操作部において行う操作を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記所定の外部操作は記録材収納部の挿脱操作を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記所定の外部操作は原稿カバーの開閉操作を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記所定の外部操作は自動原稿搬送装置又はプラテンガラスに原稿を載置する操作を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記所定の外部操作は外部機器からの画像形成指令を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記プリント準備状態において所定時間内に画像形成を指令する外部操作があった場合に、前記制御手段は、プリント状態に遷移する制御を行い、前記所定時間内に前記画像形成を指令する操作がない場合に、前記制御手段は、前記アイドリング状態に遷移する制御を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記加熱部材は、厚さ０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの金属パイプ又は金属ベルトを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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