JP6768378B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関する。

プリンタ、複写機、印刷装置等の画像形成装置は、トナーを静電的に坦持した記録材を、互いに圧接・回転している回転体で挟持搬送しながら熱と圧力を加えることにより、該トナーを記録材上に溶融定着せしめる定着装置を定着部として有している。このような定着装置における加熱方式として、回転体としてフィルムやベルト等を用い、回転体内部の周方向の一部領域を加熱する方式がある（特許文献１参照）。この方式は、加熱部材の熱容量が小さく、定着温度に到達するまでの時間（ウォームアップ時間）が短くて済む。従って、プリント開始から一枚目の画像形成済みの記録材が排紙部に排出されるまでの時間（ファースト・プリントタイム）が短い。

回転体の一部領域を加熱する方式では、回転体を停止した状態で長時間加熱した場合、加熱領域と非加熱領域の温度差が大きくなる為、回転体に用いられる材料の耐熱性、耐久性に問題が生じる恐れがある。また、回転体を停止した状態で加熱し、定着動作の直前に回転体を駆動した場合、周方向の温度ムラが記録材上の該トナーの溶融ムラとなる恐れがあった。従って、回転体の一部領域を加熱する方式では、ファースト・プリントタイムの短縮の為、印刷動作開始と同時に定着装置を加熱し始めると共に、回転体の起動を開始している。

また、定着用の回転体の駆動源である第２モータは、感光体や中間転写体の駆動源となる第１モータと異なる駆動源として構成されることがある。この構成では、ファースト・プリントタイムの短縮の為、まず、第２モータのみを駆動させる。第１モータは、作像開始が必要なタイミングまで、不必要に動作を行わない場合がある。

特開２００２−１６９４０７号公報

しかしながら、上記の定着装置では、ファースト・プリントタイムの短縮の為、印刷動作開始と同時に定着装置を加熱し、第２モータを起動させる。自ずと、第１モータの起動開始タイミングは、第２モータの起動と同時のタイミング、若しくは遅いタイミングで起動させることになる。その結果、第２モータと第１モータの電力供給源である低圧電源は、第２モータに電力を供給している状態で、第１モータに電力を供給する。従って、低圧電源は、第２モータの駆動電力に第１モータの起動時ピーク電力を加算して電力設計を行う必要がある。

本発明の目的は、モータを駆動させるためのピーク電力を削減し、定着部における安定したウォームアップ動作を可能にすることができる技術を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に現像剤像を形成する画像形成部と、
現像剤像を記録材に加熱定着させる定着部と、
前記画像形成部を駆動させる第１モータと、
前記定着部を駆動させる第２モータと、
前記第１モータと前記第２モータを制御する制御部と、
を備えた画像形成装置において、
前記第２モータはステッピングモータであり、
前記制御部は、前記第２モータを自起動領域の速度で回転を開始させ、前記第１モータを起動するタイミングで前記第２モータを一時停止させた後、前記第２モータを自起動領域の速度で回転を再開し、前記記録材が前記定着部に到達する前に前記第２モータの速度を自起動領域外の速度に変更することを特徴とする。

本発明によれば、モータを駆動させるためのピーク電力を削減し、定着部における安定したウォームアップ動作を可能にすることができる。

本発明の実施例１の画像形成装置を示す図 本発明の実施例１の駆動制御方法を示すフローチャート図 本発明の実施例１の駆動制御方法を示すタイミングチャート図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

［実施例１］
本発明が適用可能な画像形成装置としては、プリンタ、複写機、印刷装置等の電子写真方式を用いた種々の画像形成装置が挙げられる。本発明の実施例に係る画像形成装置は、中間転写ベルト方式のカラーレーザビームプリンタである。

図１を用いて、本実施例の画像形成装置の構成及び動作について説明する。本実施例の画像形成装置であるカラーレーザビームプリンタ２０１（以下、プリンタ２０１という）は、４色（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｂｋ：ブラック）の画像を重ね合わせてカラー画像を形成するために、４色の画像形成部を備えている。プリンタ２０１は、ホストコンピュータ２０２から画像データ信号２０３を受信すると、プリンタ２０１内の印字画像生成部２０４で画像データ２０３を所望のビデオ信号形式データに展開して画像形成用のビデオ信号２０５を生成する。生成されたビデオ信号２０５は印字画像生成部２０４から制御部２０６に送信される。

制御部２０６は、演算処理や装置各部の動作制御を行う制御部としてのＣＰＵ２０９やメモリ等を有している。ビデオ信号２０５を受け取った制御部２０６は、像露光手段３により像露光をドラム状の電子写真感光体（以下、感光ドラムという）に照射する。感光ドラムは、４色の感光ドラム１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋであり、第１モータ１０１によって、所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動される。第１モータ１０１は、第１モータＯＮ信号２５１によって、目標の周速度になるように制御される。第１モータ１０１は、目標速度になるようにフィードバック制御を実施するブラシモータ、若しくはブラシレスモータで構成される。

感光ドラム１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋは、回転過程で、帯電ローラ２ｙ、２ｍ、２ｃ、２
ｋにより所定の極性・電位に一様に帯電処理され、次いで像露光手段３により像露光３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋを受ける。これにより、目的のカラー画像の色成分像に対応した静電潜像が形成される。次いで、その静電潜像は現像位置において現像器４ｙ、４ｍ、４ｃ、４ｋにより現像され、トナー像として可視化される。

中間転写ベルト１０は、無終端ベルトであり、張架部材（駆動ローラ１１、テンションローラ１２、補助ローラ１８）で張架される。中間転写ベルト１０は、感光ドラム１ｙ〜１ｋと当接する当接部を有し、駆動ローラ１１の回転により、感光ドラム１ｙ〜１ｋと略同一の周速度で回転駆動される。感光ドラム１ｙ〜１ｋ上に形成されたトナー像は、感光ドラム１ｙ〜１ｋと中間転写ベルト１０との当接部を通過する過程で、一次転写ローラ１４ｙ、１４ｍ、１４ｃ、１４ｋに印加した一次転写電圧によって、中間転写ベルト１０上に転写される（一次転写）。

中間転写ベルト１０上の４色の現像剤像としてのトナー像は、中間転写ベルト１０と二次転写ローラ２０との二次転写ニップを通過する過程で、二次転写ローラ２０に印加した二次転写電圧によって、記録材Ｐの表面に一括転写される（二次転写）。記録材Ｐは、用紙カセット５２から給紙ローラ５０により給紙される。給紙ローラ５０は、給紙電磁クラッチ５１をオンすることで、第１モータ１０１の回転が伝達されて回転し、記録材Ｐの給紙動作が行われる。給紙された記録材Ｐは、レジストローラ対５４に到達して、レジセンサ５３がオンされる。またこのとき、中間転写ベルト１０上に形成されたトナー像と給紙ローラ５０により給紙された用紙の位置を合わせるために、第１モータ１０１と給紙ローラ５０の連結となる給紙電磁クラッチ５１をＯＮ／ＯＦＦする。これら一連の駆動部分の回転は、第１モータ１０１を駆動源として、回転させている。以上、４色のトナー像を記録材Ｐに担持形成（未定着）するまでの構成が、本発明における画像形成部に対応する。

その後、４色のトナー像を担持した記録材Ｐは、定着部としての定着装置３０に導入され、そこで加熱および加圧されることにより４色のトナーが溶融混色して記録材Ｐに固定される。以上の動作により、フルカラーのプリント画像が形成される。

次に定着装置３０の動作について詳細に説明する。定着装置３０は、加熱ローラ３２と、定着ローラ３１（加圧ローラ）の圧接ローラ対を基本構成としている。加熱ローラ３２は、円筒状のフィルム素材で形成され、加熱ローラ３２の内部に熱源としてヒータ３４を挿入配設している。ヒータ３４は、外周面が所定の定着温度に維持されるようにヒータ通電信号２４０によって、ヒータ３４への通電が制御されて温調される。加熱ローラ３２のフィルムは、内面に接触するヒータ３４と摺動する構成となっている。一方、外面に接触する定着ローラ３１に対しては、従動する構成である為、定着ローラ３１の回転に連動して回転する。

トナー定着時は、該ローラ対の相互圧接部である定着ニップ部で画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた記録材Ｐを導入して挟持搬送させ、加熱ローラ３２の熱と、定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を記録材Ｐに熱圧定着させるものである。また、定着ローラ３１は、自起動領域（モータの仕様によるが、例えば０〜６００ｐｐｓ（ｐｕｌｓｅｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ））のパルスレートで回転可能であるステッピングモータ（第２モータ）３３を駆動源として回転させる。ここで意味するステッピングモータ３３の自起動領域とは、ステッピングモータ３３に外部から入力されるパルス信号に同期して瞬時に起動停止、正逆回転可能な周波数領域のことであり、ステッピングモータ３３の一般的な基本特性を示す。

低圧電源２３０は、上記で述べた、第１モータ１０１、定着装置３０の駆動源である第２モータ３３、ヒータ３４の電力源であり、装置外部の商用電源から供給される電力を調
整して各部へ供給する。各モータ等は、低圧電源２３０により電力供給される。

＜印刷開始時の駆動制御方法＞
図２のフローチャートを用いて、本発明における印刷開始時の駆動制御を説明する。まず、ホストコンピュータ２０２が印字画像生成部２０４に画像データ信号２０３を送信する＜Ｔ３０１＞。次に、印字画像生成部２０４は、制御部２０６にビデオ信号２０５を送信すると共に、タイマー１のカウントを開始する＜Ｔ３０２＞。制御部２０６は、ヒータ通電信号２４０のＯＮ信号を送信する＜Ｔ３０３＞。次に、第２モータの自起動回転（例えば３００ｐｐｓ）を開始する＜Ｔ３０４＞。

制御部２０６は、ビデオ信号受信からタイマー１のカウントを開始し、所定時間Ｔ２の経過後＜Ｔ３０５＞、第２モータ３３を停止＜Ｔ３０６＞する。次に、作像を行うため、第１モータＯＮ信号２５１を送信する＜Ｔ３０７＞。記録材Ｐは、加熱ローラ３１が十分に定着可能な温度になってから定着装置３０に到達するようにＴ２時間を設定しておく。このＴ２時間は、ヒータ通電ＯＮから定着可能なヒータ温度に到達する迄の時間に対し、第１モータ１０１の駆動を開始してから記録材Ｐが定着装置３０に到達する迄の時間を差し引いた時間となる。このＴ２時間は、用紙種類に応じて変更される値を予め制御部２０６（のメモリ）に格納しておく。

制御部２０６は、第１モータＯＮ信号を送信する＜Ｔ３０７＞と共に、タイマー２のカウントを開始する＜Ｔ３０８＞。次に、制御部２０６は、第１モータ１０１が目標速度に到達したかどうかを第１モータ１０１のフィードバック制御を通じて生成される速度安定信号で判断する＜Ｔ３０９＞。制御部２０６が第１モータ１０１の速度安定信号を受信すると、第２モータ３３は、自起動回転を再開する＜Ｔ３１０＞。

記録材Ｐの給紙動作は、第１モータ速度ＯＮ信号を送信＜Ｔ３０７＞した後、給紙電磁クラッチ５１のオンに連動して、給紙ローラ５０が回転し、給紙動作開始する。制御部２０６は、第１モータ１０１の駆動を開始してから記録材Ｐが定着装置３０に達するよりも短い時間Ｔ４をタイマー２でカウントする＜Ｔ３１２＞。タイマー２のカウントがＴ４時間の経過後、制御部２０６は、第２モータ３３の速度切り替えを行う（例えば、３００ｐｐｓ→１０００ｐｐｓ）＜Ｔ３１５＞。速度の増減はＣＰＵ２０９のクロック周波数を増減させることで行う。

制御部２０６は、第２モータ３３の速度を切替え後＜Ｔ３１５＞、定着を開始する＜Ｔ３１６＞。定着速度は、この速度の切替えにより、二次転写ニップを通過して定着装置３０に到達する記録材Ｐをスムーズに搬送できる速度に設定する。

図３のタイミングチャートを用いて、上記の図２のフローチャートによって、低圧電源２３０の駆動電流がどうなるかを説明する。制御部２０６は、ビデオ信号２０５を受信する＜Ｔ３０２＞。とすぐに、ヒータ通電信号２４０のＯＮ信号を送信し＜Ｔ３０３＞。第２モータ３３の自起動回転を開始する＜Ｔ３０４＞。従って、低圧電源２３０には、第２モータ３３を自起動で回転させる電流が流れる。

次に、制御部２０６は、所定時間Ｔ２の経過後＜Ｔ３０５＞、作像を行うため、第２モータ３３を停止する＜Ｔ３０６＞。次に、第１モータ１０１のＯＮ信号２５１を送信する＜Ｔ３０７＞。従って、低圧電源２３０は、第１モータ１０１の起動電流だけが流れ、第１モータ１０１の起動電流と第２モータ３３の電流が加算される事を避けることが出来る。また、第２モータ３３は、自起動領域（０〜６００ｐｐｓ）内のパルスレート（３００ｐｐｓ）で駆動しているため、速度の立ち下がり時間を必要とせず、瞬時に停止させることができる。

次に、制御部２０６は、第１モータ１０１が目標速度に到達したかどうかを第１モータ１０１の速度安定信号で判断し＜Ｔ３０９＞、次に、第２モータ３３の自起動回転（３００ｐｐｓ）を再開する＜Ｔ３１０＞。従って、第２モータは、第１モータ１０１が立ち上がっている短い時間だけの停止で済む為、加熱ローラ３１の周方向の温度ムラを避けることができる。

第１モータＯＮ信号２５１を送信した後＜Ｔ３０６＞、時間Ｔ４をカウントする＜Ｔ３１２＞。Ｔ４時間の経過後、第２モータ３３の速度を定着速度（１０００ｐｐｓ）に切り替え＜Ｔ３１５＞、定着を開始する＜Ｔ３１６＞。

以上の制御を用いることで、図３の低圧電源２３０の合計電流に示す最大の駆動電流値Ｉｐは、第１モータ１０１の起動時電流値だけで済み、第２モータ３３の駆動電流を加算しなくて済む。また、第２モータ３３が自起動領域で回転する為、入力パルス信号に同期して、瞬時に停止や起動ができ、速度の立ち上がり時間が不要になる。従って、第２モータを一定速度に起動させるための時間が不要となり、加熱ローラ３２の停止時間を短く出来る為、加熱ローラ３２の速度ムラによる温度ムラの弊害を避けることができる。
定着装置３０のウォームアップ動作は、ホストコンピュータから画像データ信号を受信するタイミングよりも前に開始してもよい。例えば、画像データ信号の送信の前に、ホストコンピュータから印刷準備信号が送られる場合には、印刷準備信号の受信タイミングで、第２モータ３３の自起動領域での回転を開始するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施例では、まず、第２モータを自起動領域の速度で回転を開始させ、第１モータを起動するタイミングで第２モータを一時停止させる。そして、第１モータが所定の速度で安定した後に、第２モータの一時停止を解除して自起動領域の速度での回転を再開させる。そして、記録材が定着装置に到達する前に第２モータの速度を自起動領域外の速度まで加速させる。本実施例によれば、ファースト・プリントタイムを短縮するため、定着装置を一番始めに起動させつつ、低圧電源のピーク電力を削減できる。従って、従来まで第２モータの駆動電力に第１モータの起動時ピークの電力を加算していたものが、第１モータのピーク電力だけ済む。更に、第２モータは、第２モータを用い、第２モータの自起動領域で回転する為、起動停止時間を短時間に済ませることができ、定着温度ムラの弊害を避けることができる。

なお、定着装置３０のウォームアップ動作時及び実際の加熱定着動作時において定着ローラ３１を駆動する際の第２モータ３３のパルスレートは、上記に限定されるものではない。本実施例で説明した加熱定着動作時における自起動領域外のパルスレートは、例えば普通紙の加熱定着におけるパルスレートであり、例えば厚紙の加熱定定着においては、そのパルスレートは、自起動領域内の値となる場合もある。加熱定着動作時のパルスレートが自起動領域外とならない場合でも、上述した低圧電源のピーク電力の削減等の効果を得られることは言うまでもないが、本発明は、加熱定着動作時のパルスレートが自起動領域外となる動作時に特に際立った効果が得られる。

２０１…プリンタ、２０２…ホストコンピュータ、２０３…画像データ信号、２０４…印字画像生成部、２０５…ビデオ信号、２０６…制御部、２０９…ＣＰＵ

Claims (7)

1. 記録材に現像剤像を形成する画像形成部と、
   現像剤像を記録材に加熱定着させる定着部と、
   前記画像形成部を駆動させる第１モータと、
   前記定着部を駆動させる第２モータと、
   前記第１モータと前記第２モータを制御する制御部と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記第２モータはステッピングモータであり、
   前記制御部は、前記第２モータを自起動領域の速度で回転を開始させ、前記第１モータを起動するタイミングで前記第２モータを一時停止させた後、前記第２モータを自起動領域の速度で回転を再開し、前記記録材が前記定着部に到達する前に前記第２モータの速度を自起動領域外の速度に変更することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記第１モータが所定の速度で安定した後に、前記第２モータの一時停止を解除して自起動領域の速度での回転を再開させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、ホストコンピュータから画像データ信号を受信すると、前記第２モータを自起動領域の速度で回転を開始させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、ホストコンピュータから画像データ信号より前のタイミングで送られる印刷準備信号を受信すると、前記第２モータを自起動領域の速度で回転を開始させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
5. 前記定着部は、筒状のフィルムと、前記フィルムの内面に接触しているヒータと、前記フィルムの外面に接触している回転可能な定着ローラと、を備え、前記第２モータが前記定着ローラを回転させて記録材を前記定着ローラと前記フィルムとの間で挟持搬送しつつ、前記ヒータの熱により記録材に形成された現像剤像を加熱定着するものであり、
   前記ヒータは、前記第２モータを一時停止させている間も加熱し続ける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. 前記第１モータは、フィードバック制御が可能なブラシモータまたはブラシレスモータである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. 前記画像形成部は、少なくとも感光体を含み、
   前記第１モータは、前記感光体を回転させる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。

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