JP2002352936A

JP2002352936A - 加熱装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2002352936A
Application number: JP2001161308A
Authority: JP
Inventors: Masami Takeda; 正美竹田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2002-12-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ユーザによる紙種設定の手間を省き、紙種に
よらず安定した定着性が得られるような定着の制御を実
現する。【解決手段】紙幅、紙厚、印字率、濃度設定等の定着
に影響する熱容量に関するデータを自前に把握し、その
熱容量に合せて最適な定着電力を予め設けられたテーブ
ルを基に自動的に選択しその電力で定電力制御すること
により定着を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多種多様な記録材
を通紙させる記録材搬送装置を有する装置に関するもの
で、特に電子写真方式のプリンター、複写機、ファクシ
ミリなどの定着装置を有する画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式を用いたプリンタ
ー、複写機、ファクシミリなどの装置における画像形成
工程の概要は図４に示すようになっている。即ち、帯電
ローラ１で感光ドラム２の表面を一様にある極性に帯電
させた後、レーザ等の露光手段３により、感光ドラムを
露光した領域のみを除電して潜像を形成し、現像器４の
トナー５を現像ブレード４ａと現像スリーブ４ｂの間で
感光ドラムの帯電表面と同極性に摩擦帯電させ、感光ド
ラムと現像スリーブが対向する現像ギャップ部において
ＤＣ及びＡＣバイアスを重畳印加して、電界の作用によ
りトナーを浮遊振動させつつ感光ドラムの潜像形成都に
選択的に付着させた後、転写ローラ１０と感光ドラムで
形成される転写ニップ部まで感光ドラムの回転によって
搬送させる。

【０００３】一方、画像を記録される紙等の記録材７
は、記録材収納箱７’から給紙ローラ対７”によって垂
直搬送ローラ対６’まで先端都を給紙された後、この垂
直搬送ローラ対により転写前搬送ローラ６まで搬送さ
れ、更にこの転写前搬送ローラにより、転写ガイド板９
を通じて予め規定された進入角度で転写ニップ部まで搬
送される。この転写前搬送ローラから転写ニップ部まで
記録材が搬送されるまでの間には、記録材がこの領域に
搬送されて来るまでに接触した様々な部材との摺擦によ
り、記録材表面が帯電している可能性がある為、静電的
記録を行うに際して画像を乱す要因となるこのような不
要な帯電を取り除く為の除電ブラシ８が、搬送中の記録
材の背面側に接するように設けられ、接地されている。

【０００４】このように搬送されてきた記録材は転写部
において感光ドラム上のトナーを静電的に引き付けて記
録材側に移動させるようにトナーと逆極性の高電圧が記
録材背面の転写ローラに印加されて記録材の裏面にトナ
ーを静電的に引き付けて画像を転写されるとともに、記
録材裏面はトナーと逆極性に帯電され、転写されたトナ
ーを保持し続ける為の転写電荷が記録材裏面に付与され
る。

【０００５】最後に、トナー画像を転写された記録材
は、加熱回転体１３とニップ部を形成する加圧ローラ１
４で構成される定着器１２まで搬送され、このニップ部
で予め設定されている定着温度を保持するように加熱回
転体側に設けられた温度検知手段によって定温制御され
ながら加熱加圧されてトナー像を記録材表面に永久固着
させる。

【０００６】一方、転写後の感光ドラム表面には極性の
異なるトナー等の付着物がわずかに残るため、転写ニッ
プ部を通過した後の感光ドラム表面はクリーニング容器
１１で感光ドラム表面にカウンター当接されるクリーニ
ングブレード１１ａにより付着物を掻き落とされて清掃
された後、次回の画像形成に待機する。

【０００７】以上の工程の中で、画像の定着方式として
は熱効率、安全性が良好な接触加熱型の定着装置が広く
知られており、従来は主に、金属性円筒芯金表面に離型
性層を形成し、円筒内部にハロゲンヒータを内包する熱
定着ローラと金属芯金に耐熱性ゴムからなる弾性層、そ
の表面に加圧側離型性層を形成した加圧ローラを加圧当
接して構成される熱ローラ定着器が用いられてきたが、
近年更に高い方式として図４（Ｂ）に示すような、低熱
容量の耐熱性樹脂フィルム１３’ｃ、その上に導電性プ
ライマー層１３’ｂ、更にその表面に離型性層を形成し
た定着フィルム１３’とその内側のセラミックヒータ１
５’とフィルムガイド部材を兼ねるヒータホルダー１
３’ｄと均一加圧する為の金属ステー１３’ｅで構成さ
れる定着フィルムユニット１３’に、加圧芯金１４ｃの
上にシリコンゴム層１４ｂとＰＦＡチューブ層１４ａを
形成した加圧ローラを加圧当接させるフィルム加熱型定
着器が用いられるようになっており、そのセラミックヒ
ータ１５は図４（Ｃ）の断面図に示すように、アルミナ
等を材料とするセラミック基板の片面に銀パラジウム
（Ａｇ／Ｐｄ）、ＲｕＯ₂、Ｔａ₂Ｎ等を材質とした帯状
パターンからなる通電発熱体１５ｂが２列で形成されて
おり、その表面は保護ガラス１５ｃで覆われ、発熱体形
成面と逆側の面には温度検知手段としてサーミスタ１５
ｄが形成されている。

【０００８】後者は近年の省エネルギー推進の観点か
ら、従来のハロゲンヒータを内包する円筒状の金属を定
着ローラとして用いる熱ローラ方式に比べて熱伝達効率
が高く、装置の立上りも速い方式として注目され、より
高速の機種にも適用されるようになってきている。

【０００９】以上のような定着装置を用いたプリンター
等の各種画像形性装置は、画質の向上とともに近年益々
そのプリント速度の高速化が強く求められるようになっ
ている。このため、今後、更なる高速化を実現するため
にはまず、当然のことながらモータをパワーアップして
加圧ローラ及び定着フィルムの回転速度を上げるととも
に、通過時間の短くなった紙に十分な熱エネルギーを供
給するため、定着温度を更に高く設定したり、加圧ロー
ラの加圧力を上げて加熱領域を広げる、ヒータ基板や定
着フィルムの材質を熱伝導性の高いものに替えるなどの
改良を行う必要がある。

【００１０】しかしながら、このような改良を進めて行
くと、同時に定着部において様々な弊害が生じ易くな
る。その弊害の一つとして高速化に伴い紙の種類の違い
によって定着性の差が顕著になるという問題がある。こ
の問題は、紙の種類によってその表面性に差があり、紙
表面に凹凸が少ない平滑度の高い紙では、表面の接触熱
抵抗が少なくなる為、定着部において熱の伝播が良好
で、トナーを溶融させる為に必要な定着エネルギーが紙
側に十分伝わりやすく良好な定着性が得られるが、逆に
紙表面が粗く、平滑度の低い紙を用いると表面の接触熱
抵抗が大きくなる為、定着部において熱の伝播が鈍化し
てトナーを溶融させる為に必要な定着エネルギーが紙側
に十分伝わらなくなり、定着性が不足してしまうという
問題である。

【００１１】この問題は基本的には速度の遅い装置にお
いても存在するが、定着速度がある程度遅い領域では、
定着時間が紙表面の平滑度差による熱の伝播時間差に比
べて大きくなるうえ、そもそも単位時間当たりに大きな
熱量を必要としないので定着温度自体が低くて済み、紙
の裏表の間に大きな温度勾配が生じないために熱の伝播
速度差自体が小さいということから紙の表面の熱抵抗差
はそれほど大きな問題ではなかった。逆にこれらの理由
から高速化に伴ってこの問題は顕著となり、現在比較的
高速の装置では通常の紙の定着条件と別に平滑度の低い
紙に合わせて専用の定着温度や定着速度を設け、ユーザ
が装置を使用する前に使用する紙を確認して、その紙に
適した定着条件を選択できるように数種類の選択モード
が設けられている。

【００１２】図５はこのような従来の装置の画像形成工
程における定着工程を簡略化したフローチャートを示し
ており、ここでは単純に紙種設定として、通常の平滑な
紙と粗い表面を有するラフ紙の２通りの選択を可能とし
た例を示している。このフローチャートにおいて、ラフ
紙を選択した場合には通常の紙の定着温度Ｔに対してα
分だけ温度を高くして定着するようになっており、プリ
ント信号を受け取ってから、各モードの定着温度に達す
るまでヒータの定格電力上限値でフルパワー加熱し、目
標値に達した後は、紙の通紙に伴って奪われる熱量に応
じて低下するヒータ温度を一定に維持して定着温度を保
つように最後の紙の定着が終了するまで定温制御される
ようになっている。

【００１３】尚、このようなフローチャートによる定着
工程の流れは上記の熱ローラ定着器もフィルム加熱型定
着器も基本的に同じであるが、後者ではヒータ基板裏の
温度を検知して温度制御している為、連続通紙に伴う定
着全体の蓄熱効果によって加圧ローラ等のヒータ以外の
部材による加熱作用が働くようになり、実際の定着ニッ
プ部の温度がヒータの制御温度より高くなる場合が生じ
る（従って、厳密にはこの方式の定着器における制御温
度は定着温度と称するのは適正ではなく、今後この制御
温度を温調温度と称する）。この為、過剰加熱によるホ
ットオフセット等の弊害を防止する対策として、ヒータ
の加熱温度を通紙枚数に従って予め定めた割合で段階的
に低下させる必要があり、この時、ラフ紙の定着開始温
度を通常の紙の定着開始温度より高くするとともに、温
度を下げる通紙枚数の量も各紙の特性に応じて、個々に
適正値を求めて設定している。

【００１４】図６はこのように段階的に温調温度を低下
させるように設計された従来の画像形成装置の各紙及び
各通紙枚数における温調温度の変化を示すグラフであ
り、このような設定に従うことで１分間に１６枚の定着
速度を有するフィルム加熱型定着器が実現されている。

【００１５】しかしながら、このように使用する紙の種
類によってその都度定着条件を切り替える為にユーザに
モード選択を強いることはユーザの作業負担の増加にな
るとともに、選択モードを間違えた場合にはそのプリン
ト分の定着性が不足したり、逆に過剰に加熱して電力を
無駄にするとともに高温オフセットによる画像不良を生
じたり、定着器のトナー汚染を招く等の危険があった。

【００１６】また、近年のように、１台のネットワーク
プリンターを複数のユーザが共有するような使用環境に
おいては、一人のユーザが特殊な紙を用いてそれに応じ
たモード設定切り替えを行った後、その特殊紙を装置に
残したままになることも生じ得るため、そのことを知ら
ない他のユーザが使用する際にモードが一致しない為に
適切な定着がなされず上記のような問題を生じてしまう
可能性も高くなっている。

【００１７】一方、設定可能な定着モードの数に関して
も、実際の紙の平滑度には厳密には様々なレベルが存在
し、その各々に対して最適な条件を設けることは不可能
な為、ある範囲の平滑度を有する紙をまとめて同一モー
ドで定着させることで設定モードの数を制限しているた
め、特定の紙に対しては必要以上の電力を用いて定着さ
せている場合があり、紙と設定の組み合わせによっては
効率の悪い定着が行われる場合もある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、紙の種類に応じて複数の定着条件を設け、
この条件の切り替えの為に、使用する紙に応じてユーザ
がその都度その紙に適したモードを選択しなければなら
ない点と、このような画像形成装置において、・ユーザが設定を間違えた場合・ネットワークプリンターで紙の種類が変更されたこと
を知らなかった場合等の場合に定着性が不足したり、逆に過剰に加熱して電
力を無駄にするとともに高温オフセットによる画像不良
を生じたり、定着器のトナー汚染を招く場合がある点で
ある。

【００１９】また、設定モードが有限の為、紙との組み
合わせによっては定着効率が悪くなる場合があるという
点である。

【００２０】本発明の目的は、上記問題点を解決し、ユ
ーザによる紙種選択設定作業の手間を不要とし、装置を
高速化しても良好な定着画像が効率良く実現されるよう
な加熱装置及びそれらを用いた画像形成装置を提供する
ことにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、被加熱材を加熱手段と加圧手段によって接触加熱
する装置において、前記被加熱材の熱容量または熱容量
との相関が高い特性値を検知する熱容量検知手段と、該
熱容量に応じて予め定められた複数の最適定着電力テー
ブルとを有し、前記熱容量検知手段の検知結果から前記
最適定着電力を自動的に選択し、該最適定着電力で定電
力制御することにより前記被加熱材を加熱する。

【００２２】また、トナー像を形成された記録材を加熱
加圧することにより、トナー像を該記録材上に永久固着
させる定着手段を有する画像形成装置において、少なく
とも定着工程前に記録材の通紙幅を検知する紙幅検知手
段と、少なくとも給紙部と定着部の間で前記記録材の厚
さを検知する紙厚検知手段と、紙幅と紙厚の組み合わせ
に応じて予め定められた複数の最適定着電力テーブルと
を有し、前記紙幅検知手段と前記紙厚検知手段の各検知
結果から前記最適定着電力を自動的に選択し、該最適定
着電力で定電力制御することによりトナー画像を前記記
録材上に定着させる。

【００２３】また、更に画像データを基に画像の印字率
を算出する印字率検知手段を設け、画像印字率と紙幅と
紙厚の組み合わせに応じて予め定められた複数の最適定
着電力テーブルとを有し、前記印字率検知手段と前記紙
幅検知手段と前記紙厚検知手段の各検知結果から前記最
適定着電力を自動的に選択し、該最適定着電力で定電力
制御することによりトナー画像を前記記録材上に定着さ
せる。

【００２４】また、前記印字率検知手段は、画像データ
として１ページ分の画像の印字面積または該印字面積に
相関が高いデータを基に印字率を算出する。また、印字
面積に相関が高いデータとして、感光体上に静電的に潜
像を形成する為の露光手段による１ページ分の総露光量
を用いる。

【００２５】また、前記印字率検知手段は、更に画像濃
度の設定値を用いて印字率を１ページ分のトナー量とし
て算出する。

【００２６】また、前記紙厚検知手段は転写工程直前の
紙搬送手段の直後に配置され、紙厚検知とともに、搬送
される紙の先後端の通過タイミングの検知を行い、該通
過タイミングの検知結果を基に潜像形成タイミングと転
写バイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングを決定するととも
に定着工程部の排紙センサとの検知時間差による紙搬送
不良検知手段として機能させる。

【００２７】また、前記紙厚検知手段は少なくとも転写
工程部の上流側に設けられ、該紙厚検知手段による紙厚
検知結果を基に、転写工程における転写バイアス値の制
御を補正する。

【００２８】また、前記定着手段は、表面に離型性層を
有する回転可能なエンドレスフィルム状の耐熱性フィル
ムと該耐熱性フィルムの裏側に設けられた加熱ヒータ、
該加熱ヒータに対向する位置で前記耐熱性フィルムを挟
んで加圧する加圧部材からなり、該加圧部材を駆動させ
ることによって該加圧部材と接触する前記耐熱性フィル
ムを従動回転させるものである。

【００２９】また、該装置が所定時間間隔内に連続して
定着動作を繰り返す場合には、前記最適定着電力は前記
所定時間間隔及び連続定着回数に応じて、予め定められ
た割合で段階的に減少するように自動的に電力を再設定
する手段を有する。

【００３０】また、前記紙厚検知手段は、機械的変位量
を電気信号に変換して検知する。また、前記紙厚検知手
段は、紙の静電容量を測定して予め定められた静電容量
と紙厚の相関テーブルを用いて紙厚を推定分類する。ま
た、前記紙厚検知手段は、光学的測定法を用いて非接触
に検知するものである。

【００３１】本発明によれば、被加熱材を接触加熱する
前に被加熱材の熱容量または熱容量との相関が高い特性
値を測定しておき、予め各熱容量に適した加熱電力を定
めたテーブルを用いて加熱に適した電力を選択しその電
力を一定に保つように定電力制御を行いつつ接触加熱す
るので、従来の定温制御のように加熱界面の接触熱抵抗
に左右されることなく、自動的に加熱温度が適正値に補
正される。

【００３２】このため被加熱材の表面性を把握し、それ
に応じて適正温度を選択する必要がなく、装置内部で自
動的に効率の良い加熱条件を実現する事ができる。ま
た、トナー像を記録材上に定着させる工程を有する画像
形成装置においては、被加熱材である記録材の熱容量と
相関の高い紙厚を検知し、また、その記録材上に形成さ
れるトナー量を画像データを基に算出する印字率検知手
段によってトナーの熱容量分も検知するので、その紙厚
の記録材と形成されているトナーの定着に必要な電力が
予め定められたテーブルに従って自動的に選択され、定
電力制御によって定着界面の接触熱抵抗に左右されるこ
となく、自動的に定着温度が適正値に補正される為、紙
に応じてユーザが定着モード選択を行う必要が無く、効
率良く画像不良の無い定着を実現できる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて説明する。

【００３４】［実施例１］図１（Ａ）、（Ｂ）及び
（Ｃ）と図２、図３は各々本発明の第１の実施例を表す
画像形成装置の装置断面図、紙厚検知概念図及び印字率
検知方式の説明ブロック図と主な定着工程の流れを表す
フローチャート図、紙厚及び通紙枚数による定着電力設
定変更図である。

【００３５】図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、図
４及び図５と同一番号の部材は同一の構成要素を示して
おり、本実施例では、図１（Ａ）に示すように転写前記
録材搬送ローラ対６の下流側に紙厚検知手段１７、定着
器の制御方式として定電圧制御回路１６’を用いてお
り、紙厚検知手段は図１（Ｂ）示すように、平滑板１７
ｃの対向部に軽圧でも回転可能な紙厚検知検知アクチュ
エーター１７ｂを有する微小角センサ１７ａを設けてお
り、転写前記録材搬送ローラの駆動力と排紙角度の設定
により、記録材を平滑板表面に押さえつけるように搬送
させつつ、アクチュエーターの自重とアクチュエーター
の軸に設けられた不図示の戻しバネの作用により、紙が
通紙する度に紙表面に密着しながらアクチュエーター先
端が押し上げられ、その際、紙厚に応じて変化するアク
チュエーターの回転角度を検知することで、予め設定さ
れている紙厚と回転角度の対応テーブルに従って、装置
自身が自動的に紙厚を判断する機構になっている。

【００３６】このとき求められた紙厚検知データは別途
設けられている印字率検知手段１８の印字率データとと
もにＣＰＵ１９に入力され、両者の結果を基に予め設定
されている紙厚と印字率の組み合わせから定着に必要な
適正電力を求めるテーブルに従ってその記録材の定着に
必要な定着電力を決定し、定着電力制御回路にそのデー
タを出力する。

【００３７】上記の印字率検知手段の具体的な方式とし
ては、潜像形成工程におけるデータを基に算出する方式
を用いており、図１（Ｃ）のブロック図に示すように、
コンピュータ等のホスト２１側からの指示よって画像デ
ータ２２が画像形成装置内部のフォーマッター２３に送
られ、このフォーマッター部において画像データをレー
ザの点灯量と点灯タイミングの制御信号に変換し、この
信号をレーザ点灯制御工程２４の回路に送ることで潜像
形成工程２５を実現するというデータ処理の流れの中
で、印字率検知は、上記フォーマッター部において、上
記の処理とは別に、１ページ内のレーザ点灯量検出工程
１８ａを行い、その結果を基に印字率換算工程１８ｂに
てレーザを点灯していない領域との比率を求めて印字率
を算出することで検知するようになっており、この１ペ
ージ内のレーザ点灯量検出工程と印字率換算工程を含め
て印字率検知手段１８を構成している。

【００３８】本実施例は、以上の各手段の他に紙幅検知
手段として従来から記録材収納箱に設けられている不図
示の紙サイズ検知スイッチ（紙セット時のユーザによる
設定）による紙サイズ判別機構を用いて、定着部におけ
る定着電力を求めて定電力制御により定着を行うことを
特徴としており、装置を使用する際の定着工程の流れ
は、図２のフローチャートのようになり、まず、電源Ｏ
Ｎ後すぐに記録材収納箱にセットされた記録材の紙幅検
知−１を行い、プリント信号を受け取ると、給細部が紙
幅検知機構の無い手差し給細部を指定している場合には
ユーザがホスト側で設定している紙サイズに応じて紙幅
検知−２を行い、画像データを受け取って印字率検知を
行った後、紙の通紙とともに紙厚検知を行って各検知結
果を基に、最適定着電力を選択する。

【００３９】この間定着器は従来と同様に目標温度に達
するまでヒータをフルパワーで立ち上げており、ヒータ
温度が目標値に達した時点で、求められた最適定着電力
にて定電力制御されながら定着を行い、最後の紙の定着
の終了とともにヒータをＯＦＦして一連の工程を終了す
る。この時、より詳細には、連続通紙の通紙枚数によっ
ては従来の定温定着制御と同様に、通紙枚数に応じて定
着器の蓄熱効果に影響されて過剰加熱する場合が生じる
為、適当な枚数毎に定着電力の修正を行う必要があり、
更に本実施例では紙の厚さと印字率に応じて最適電力を
修正するとともに、定着電力の切り替え枚数も修正する
よう設定されている。

【００４０】また、紙幅が極端に短い小サイズ紙や紙厚
が極端に厚い厚紙を定着させる場合は、非通細部の異常
昇温や定着電力の不足を補う為に、記録材の通紙間隔を
長くしたり、場合によっては定着速度そのものを遅らせ
る制御を行う場合もあり、その際にはその通紙間隔や定
着速度に合わせて更に定着電力が最適となるように専用
の定着電力に切り替わるように設定されている。

【００４１】以上の構成を用いることにより、定着する
紙およびトナーの熱容量に応じて必要な電力を自動的に
判断し、その電力を維持するようにヒータが制御される
ので、異なる紙種の間で紙表面の平滑度の違いによる熱
抵抗差が存在しても、紙とトナーの熱容量が同じであれ
ば、同じ電力が消費されるようにその熱抵抗に合わせて
ヒータ温度が自動的に修正されるので従来のように紙の
種類を確認してその紙の表面性に応じて定着モードを選
択する作業を行う必要が無くなり、設定作業の手間を省
けるだけでなく、モード設定ミスや紙種交換に伴うのモ
ードと紙種の不一致ミスなどのトラブルの発生が防止で
きる。

【００４２】図３は本実施例の構成を用いて段階的に定
着電力を低下させるように設計された画像形成装置の各
紙厚及び各通紙枚数における定着電力の変化の一例を示
すグラフであるが、このグラフにおいて、用いた紙のサ
イズは全てレターサイズであり、紙厚に関してはノーマ
ル紙として紙厚が１００μｍを中心とし、その紙厚の±
２５％未満の範囲の紙、厚紙としては紙厚が１２５μｍ
以上１７５μｍ未満の範囲の紙を各々想定しており、そ
れ以上の厚紙（及びそれ以下の薄紙）に対しては更に別
途適正な定着電力を設定して対応する。

【００４３】また、このときの画像パターンはすべて同
一の０．５％の印字率で統一した場合の例を示している
が、印字率が変化すればそれに応じて定着電力も微調整
されるように設定されている。印字率による電力調整は
各紙厚毎に予め求められた印字率に対する電力テーブル
に従って自動的に切り替えられるようになっており、こ
のテーブルは具体的には、まず従来方式の定着制御によ
って定着性を評価していた基準となる紙を用い、経験的
に良好な定着性が得られる定温制御時の温順温度を基準
として、その温調温度で上記基準紙にトナーが全く存在
しないベタ白パターンを定着させる為に必要な定着電力
を基本電力として求め、次にその紙の全面にトナーを形
成しだベタ黒パターンを定着させる為に必要な定着電力
を求め、両者の電力差の幅を１００％として各印字率の
値をそのままその電力差に積算した結果の電力値を基本
電力に加えてその値を定着電力値としてメモリに記憶さ
せ、更にこの基準紙の紙厚を数段階に変化させた紙を用
いて同様のデータ収集を繰り返して紙厚による必要電力
の差を求める事によって作成されている。

【００４４】また、このときの紙はレターサイズ紙を用
いているが、これも紙幅（紙の定着ニップ部通過幅）に
応じて幅の長さの比を基に電力を増減させて制御すると
ともに、より詳細には印字率の算出方法も各紙幅に応じ
て修正するようになっている。尚、以上で使用した定着
器は、定着フィルムとして厚さ５０μｍのポリイミドフ
ィルムをベースとし、表層に厚さ２０μｍのＰＥＡコー
ト層を有する内経２５ｍｍのエンドレスフィルムと、加
圧ローラとして肉厚４ｍｍのシリコンゴム層の上に厚さ
５０μｍのＰＥＡチューブ層を設けた外径２０ｍｍのロ
ーラを用い、約６ｍｍの定着ニップ幅が確保できるよう
にゴムの硬度と加圧に用いるバネの強度を調整したもの
を使用し、上記定電力制御により、紙種の設定を予め入
力することなく、自動的に最適な電力で良好な定着性を
確保するように調整され、１分間に１６枚の定着速度を
有するフィルム加熱型定着器が実現できるようになる。

【００４５】［実施例２］図７は本発明の第２の実施例
を表す像形成装置の印字率検知手段の説明ブロック図で
ある。

【００４６】図７において、図１（Ｃ）と同一番号の項
目は同一の項目を示しており、本実施例では、新たに本
体設定スイッチとトナー節約モード及び濃度設定値の項
目が追加された、濃度補正付き印字率検知手段１８’が
設けられている。

【００４７】本実施例では、印字率の定義を単に印字面
積として捕らえるのでは無く、１ページの記録材上に使
用されるトナーの体積即ちトナー量まで拡張して捕ら
え、実際にヒータに加えられる定着電力がトナーの溶融
に消費される影響をトナーの体積を基により正確に予測
し、定着部における定電力制御の精度を高める構成とし
たものである。ここで、トナーの体積変化を捉える為に
本実施例では、装置の本体に設けられている画像濃度調
整スイッチによる画像濃度設定置と装置本体及びホスト
側の設定項目にも設けられているトナー節約モードの設
定の有無を検知する機構を設けており、濃度調整は５段
階に調整可能で、トナー節約モードはこれを設定するこ
とでレーザの点灯比率を一律に半減させるようにフォー
マッターを介してレーザを制御するようになっている。

【００４８】このため、実施例１の方法は本実施例によ
る印字率の算出方法において、濃度設定を５段階の内の
中間値に設定し、トナー節約モードをＯＦＦにした場合
の印字率の算出例に相当し、べた自画像とべた黒画像を
基にした印字率による定着電力の差の最大幅は、実施例
１の幅に対してベた黒画像の濃度を最大値に設定した場
合の分だけ拡張され、逆に低印字率側では実施例１の低
印字率よりも更に濃度で２段階低く、トナー節約モード
をＯＮにすることで更にその半分の低い印字率（トナー
量）が判別できるようになるので、各印字率に対して最
適な定着電力を一層細かく調整できるようになり、良好
な定着性が更に無駄な電力を消費することなく得られる
ようになる。

【００４９】尚、本実施例において、濃度調整手段は本
体側に限らず、ホスト側から設定可能とし手も良い。

【００５０】［実施例３］図８（Ａ）と（Ｂ）は本発明
の第３の実施例を表す画像形成装置の画像形成装置装置
断面図と主な制御関係を表すブロック図である。

【００５１】図８（Ａ）において、図１（Ａ）と同一番
号の部材は同一の構成要素を示しており、本実施例で
は、実施例１において省略していた定着器の下流側に設
けられている排紙検知アクチュエーター１２’が示され
ている。本実施例では、定着工程の定電力制御の為に必
要となる紙厚検知手段を従来の画像形成タイミング発生
手段及び装置内部の紙搬送不良検知手段として用いられ
てきた転写工程前の紙搬送路に設けられる紙の先後端検
知センサとして用いることを特徴としており、図８
（Ｂ）のブロック図に示すように紙厚検知手段から紙厚
データ３１の他に紙の先端通過時と後端通過時に発生す
る紙厚検知信号変化の特徴を捉えて紙の先後端の通過タ
イミングデータ３２としてＣＰＵに送り、紙先端通過タ
イミングデータをもとに潜像形成を開始する為の信号を
レーザ露光量制御回路２８に送るとともに、紙先後端通
過タイミングデータをもとに転写バイアスのＯＮ／ＯＦ
Ｆタイミングを制御する為の信号を転写バイアスＯＮ／
ＯＦＦ制御回路に送り、更に排紙センサの紙先端検知タ
イミングの発生時間までの時間差を基に装置内部での紙
の搬送不良の発生の有無を検知するように工夫してい
る。

【００５２】本構成を用いることにより実施例１の場合
よりも紙の先後端検知センサが省略でき、コストダウン
が可能となる。

【００５３】［実施例４］図９（Ａ）と（Ｂ）は本発明
の第４の実施例を表す画像形成装置の制御を表すブロッ
ク図とフローチャートである。

【００５４】図９（Ａ）において、図８（Ｂ）と同一番
号の項目は同一の項目要素を示しており、本実施例で
は、更に転写バイアス補正目路３３が追加されている。
本実施例では定着工程の定電力制御の為に設けた紙厚検
知センサの紙厚検知データ３１をもとに転写工程で印加
される転写バイアスの値に補正を加える制御を行うこと
を特徴としている。

【００５５】従来の転写ローラを用いる転写バイアスの
制御では、転写ローラの抵抗値を事前に検知し、その転
写ローラの抵抗値を予め求めておいた抵抗値と適正転写
バイアス値のテーブルまたは制御式に組み込んで適正バ
イアスを予測して印加する制御を行ってきたが、装置の
高速化や使用される紙種の多様化が進むにつれ、転写ロ
ーラの抵抗値だけを基にした制御では多様な紙種の各々
に適した転写バイアスを印加する事は困難となってお
り、紙の先端部の抵抗値を検知する事で其の精度を高め
る方法も検討されているが、・環境や機内の昇温に伴って抵抗検知精度が悪化し、紙
の抵抗検知だけでは紙の特性を必ずしも区別できない。・紙の抵抗データだけでは紙の静電容量や局所的な抵抗
ムラを考慮した制御ができないというような問題があり、適正な制御には限界があっ
た。

【００５６】本実施例はこのような従来の転写制御の不
足部分を補うもので、図９（Ｂ）のフローチャートに示
すように紙厚検知データを基に、従来の転写制御に用い
てきた標準的な紙厚の紙の転写制御方法を基本として、
検知した紙厚が標準の紙厚の±５０％未満の差に収まる
厚さであれば従来の制御にしたがってそのまま求められ
た転写バイアスを印加し、標準の紙厚より５０％以上薄
い紙に対しては基本的に従来の転写バイアスよりも一定
の割合でバイアスを下げて印加するようにバイアス値を
補正し、逆に標準の紙厚よりも５０％以上厚い紙に対し
ては基本的に従来の転写バイアスよりも一定の割合でバ
イアスを上げて印加するように制御するようにしたもの
である。

【００５７】従来の制御では薄紙に対して転写バイアス
が強めに印加されて紙の繊維の隙間を通して局所的な放
電が生じ、それによる感光体表面に不要な帯電跡が残
り、次回の画像形時に斑点状の不良画像が形成されるよ
うな問題や、逆に厚紙に対して、従来の制御では転写バ
イアスが不足し、紙上にトナーを静電的に引き付ける力
が低下して画像の輪郭が乱れやすくなるような問題が生
じていたが、本実施例の構成を用いることにより、各条
件に対して各問題を抑制するように転写バイアスが適正
に補正されるようになるので、紙厚が極端に異なる紙を
用いても弊害の無い安定した画質が得られるようにな
り、定着部の定電力制御と同時に転写部の転写バイアス
制御の適正化を向上することが可能となる。

【００５８】［実施例５］図１０は本発明の第５の実施
例を表す画像形成装置の紙厚検知概念図である。

【００５９】図１０において、図１（Ｂ）と同一番号の
部材は同一の構成要素を示しており、本実施例では、紙
厚検知の手段として紙の搬送路に平滑版を設け、実施例
１と同様に転写前記録材搬送ロ−ラの駆動力と排紙角度
の設定により、記録材を平滑板表面に押さえつけるよう
に搬送させる構成を用い、その際、平滑板として紙と接
する表面を平滑に研磨された金属板を設け、同時に上側
にも同じ金属板を上側に０．５ｍｍの間隔をおいて対向
させた電極対１７’ａを形成している。

【００６０】この電極間に交流電源１７’ｃを用いてＡ
Ｃ電圧を印加させ、この回路に流れる電流値をＡＣ電流
計１７’ｂによって検知することで、電極間の静電容量
を測定し、記録材が通過しない時点で空気コンデンサー
の静電容量を検知しておき、記録材の通過中の静電容量
の変化の割合から紙厚を判断するものである。

【００６１】本構成を用いることで記録材と非接触に紙
厚検知が可能となるので、接触式の検知方法における記
録材先端部の局所的な変形や摺擦跡などの弊害の発生す
る危険性を考慮する必要が無く、装置の耐久性も向上で
きる。

【００６２】［実施例６］図１１は本発明の第６の実施
例を表す画像形成装置の紙厚検知概念図である。

【００６３】図１１において、図１（Ｂ）と同一番号の
部材は同一の構成要素を示しており、本実施例では、紙
厚検知の手段として紙の搬送路に平滑板を設け、実施例
１と同様に転写前記録材搬送口−ラの駆動力と排紙角度
の設定により、記録材を平滑板表面に押さえつけるよう
に搬送させる構成を用いるとともに、平滑板の上方に、
ＬＥＤ光源１７”ａと光学的測距センサとしてＰＳＤ１
７”ｂを不図示の光学系（投光レンズと受光レンズ）を
介して配置しており、光学的に非接触に紙厚を検知する
方法を用いている。

【００６４】本実施例の紙厚検知の原理は、ＬＥＤから
角度を設けて発せられた光が紙表面で反射されてＰＳＤ
素子の受光面に導かれて光電流を生じ、この光電流は受
光部両端の電極に対する入射位置からの距離に逆比例し
て分割されるため、この光電流の差を求めることで入射
位置を検出し、３角測量の原理にしたがって紙厚表面ま
での距離として検知することを用いて紙厚の差を識別す
るものである。とくに、本実施例では、紙厚検知を紙の
先後端検知として流用する際の識別精度を高くする為に
平滑板の色をＬＥＤ光を吸収しやすい黒色とし、紙表面
とのコントラストを大きくするように工夫している。

【００６５】本構成を用いることで、検知精度を前述の
各検知方法よりも大幅に高くでき、微妙な紙厚の差を含
めた木目細かい制御が可能となり、記録材と非接触に紙
厚検知が可能となるので、接触式の検知方法における記
録材先端部の局所的な変形や摺擦跡などの弊害の発生す
る危険性を考慮する必要が無く、装置の耐久性も向上で
きる。

【００６６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、トナー像
を記録材上に定着させる工程を有する画像形成装置にお
いて、被加熱材である記録材の熱容量と相関の高い紙幅
及び紙厚を検知し、また、その記録材上に形成されるト
ナー量を画像データを基に算出する印字率検知手段によ
ってトナーの熱容量分も検知するので、その紙厚の記録
材と形成されているトナーの定着に必要な電力が予め定
められたテーブルに従って自動的に選択され、定電力制
御によって定着界面の接触熱抵抗に左右されることな
く、自動的に定着温度が適正値に補正される為、異なる
紙種の間で紙表面の平滑度の違いによる熱抵抗差が存在
しても、紙とトナーの熱容量が同じであれば、同じ電力
が消費されるようにその熱抵抗に合わせてヒータ温度が
自動的に修正されるので従来のように紙の種類を確認し
てその紙の表面性に応じて定着モードを選択する作業を
行う必要が無くなり、設定作業の手間を省けるだけでな
く、モード設定ミスや紙種交換に伴うのモードと紙種の
不一致ミスなどのトラブルの発生が防止できるようにな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を表す画像形成装置断
面図

【図２】本発明の第１の実施例を表す定着制御工程フ
ローチャート図

【図３】本発明の第１の実施例を表す紙厚及び通紙枚
数による定着電力設定変更図

【図４】従来例の画像形成装置断面図

【図５】従来例の定着制御工程フローチャート図

【図６】従来例の紙種及び通紙枚数による温順設定変
更図

【図７】本発明の第２の実施例を表す印字率検知方式
の説明ブロック図

【図８】本発明の第３の実施例を表す画像形成装置断
面図

【図９】本発明の第４の実施例を表す印字率検知方式
の説明ブロック図

【図１０】本発明の第５の実施例を表す紙厚検知概念
図

【図１１】本発明の第６の実施例を表す紙厚検知概念
図

【符号の説明】

１帯電ローラ２感光ドラム３露光手段４現像器４ａ現像ブレード４ｂ現像スリーブ５トナー６転写前搬送ローラ６´ 垂直搬送ローラ７記録材７´ 記録材収納箱７″ 給紙ローラ８除電ブラシ９転写ガイド板１０転写ローラ１１クリーニング容器１１´ クリーニングブレード１２定着器１３加熱回転体１３´ 定着フィルム１３´ａ絶縁性離型性層１３´ｂ導電性プライマー層１３´ｃ耐熱性樹脂フィルム１４加圧ローラ１４ａＰＦＡチューブ層１４ｂシリコンゴム層１４ｃ加圧芯金１５セラミックヒータ１５ａセラミック基板１５ｂ通電発熱体１５ｃ保護ガラス１５ｄサーミスタ１６低温制御回路１６´ 定電力制御目路１７紙厚検知手段１７ａ微小角センサ１７ｂアクチュエータ１７ｃ平滑板１７´ａ電極対１７´ｂＡＣ電流計１７´ 交流電源１７″ａＬＥＤ光源１７″ｂＰＳＤ１７″ｃ低反射率平滑板１８印字率検知手段１８ａ１ページ内レーザ点灯量検出手段１８ｂ印字率換算手段１９ＣＰＵ２０定着電力制御目路２１ホスト２２画像データ２３フォーマッター２４レーザ点灯制御手段、２５潜像形成工程、２６トナー節約モード２７本体設定スイッチ２８濃度設定手段２９転写バイアスＯＮ／ＯＦＦタイミング制御回路３０搬送不良検知回路３１紙厚データ３２紙先後端通過タイミングデータ３３転写バイアス補正回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｇ 21/00 ３７０Ｇ０３Ｇ 21/00 ３７０５１０５１０ 21/14 ３７２Ｆターム(参考） 2H027 DA07 DA09 DB01 DC02 DC04 DC10 DC11 DE02 DE07 EA03 EA12 EC06 ED06 ED24 EE01 EE08 FA30 ZA07 2H033 AA02 AA20 AA29 AA47 BA25 BB17 BB29 BB30 BB33 BE03 CA07 CA16 CA17 CA18 CA22 CA30 CA48 2H200 FA12 GA03 GA04 GA10 GA23 GA34 GA40 GA44 GA49 GA57 GB12 GB26 GB30 HA02 HA28 HB07 HB12 JA02 JA29 JA30 PA02 PA10 PA15 PA23 PA26 PB07 PB12 PB17 PB23 PB25 PB26 PB29 PB36 PB38 PB39 3K058 AA44 AA65 AA73 BA18 CA12 CA22 CB09 DA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加熱材を加熱手段と加圧手段によって
接触加熱する装置において、前記被加熱材の熱容量または熱容量との相関が高い特性
値を検知する熱容量検知手段と、該熱容量に応じて予め
定められた複数の最適加熱電力テーブルとを有し、前記
熱容量検知手段の検知結果から前記最適加熱電力を自動
的に選択し、該最適加熱電力で定電力制御することによ
り前記被加熱材を加熱することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】トナー像を形成された記録材を加熱加圧
することにより、トナー像を該記録材上に永久固着させ
る定着手段を有する画像形成装置において、少なくとも定着工程前に記録材の通紙幅を検知する紙幅
検知手段と、少なくとも給紙部と定着部の間で前記記録
材の厚さを検知する紙厚検知手段と、紙幅と紙厚の組み
合わせに応じて予め定められた複数の最適定着電力テー
ブルとを有し、前記紙幅検知手段と前記紙厚検知手段の
各検知結果から前記最適定着電力を自動的に選択し、該
最適定着電力で定電力制御することによりトナー画像を
前記記録材上に定着させることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項３】画像データを基に画像の印字率を算出す
る印字率検知手段を設け、画像印字率と紙幅と紙厚の組
み合わせに応じて予め定められた複数の最適定着電力テ
ーブルとを有し、前記印字率検知手段と前記紙幅検知手
段と前記紙厚検知手段の各検知結果から前記最適定着電
力を自動的に選択し、該最適定着電力で定電力制御する
ことによりトナー画像を前記記録材上に定着させること
を特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】前記印字率検知手段は、画像データとし
て１ページ分の画像の印字面積または該印字面積に相関
が高いデータを基に印字率を算出するものであることを
特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】印字面積に相関が高いデータとして、感
光体上に静電的に潜像を形成する為の露光手段による１
ページ分の総露光量を用いることを特徴とする請求項４
記載の画像形成装置。
【請求項６】前記印字率検知手段は、更に画像濃度の
設定値を用いて印字率を１ページ分のトナー量として算
出するものであることを特徴とする請求項４記載の画像
形成装置。
【請求項７】前記紙厚検知手段は転写工程直前の紙搬
送手段の直後に配置され、紙厚検知とともに、搬送され
る紙の先後端の通過タイミングの検知を行い、該通過タ
イミングの検知結果を基に潜像形成タイミングと転写バ
イアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングを決定するとともに定
着工程部の排紙センサとの検知時間差による紙搬送不良
検知手段として機能させることを特徴とする請求項３記
載の画像形成装置。
【請求項８】前記紙厚検知手段は少なくとも転写工程
部の上流側に設けられ、該紙厚検知手段による紙厚検知
結果を基に、転写工程における転写バイアス値の制御を
補正することを特徴とする請求項３記載の画像形成装
置。
【請求項９】前記定着手段は、表面に離型性層を有す
る回転可能なエンドレスフィルム状の耐熱性フィルムと
該耐熱性フィルムの裏側に設けられた加熱ヒータ、該加
熱ヒータに対向する位置で前記耐熱性フィルムを挟んで
加圧する加圧部材からなり、該加圧部材を駆動させるこ
とによって該加圧部材と接触する前記耐熱性フィルムを
従動回転させるものであることを特徴とする請求項３記
載の画像形成装置。
【請求項１０】該装置が所定時間間隔内に連続して定
着動作を繰り返す場合には、前記最適定着電力は前記所
定時間間隔及び連続定着回数に応じて、予め定められた
割合で段階的に減少するように自動的に電力を再設定す
る手段を有するものであることを特徴とする請求項９記
載の画像形成装置。
【請求項１１】前記紙厚検知手段は、機械的変位量を
電気信号に変換して検知するものであることを特徴とす
る請求項３記載の画像形成装置。
【請求項１２】前記紙厚検知手段は、紙の静電容量を
測定して予め定められた静電容量と紙厚の相関テーブル
を用いて紙厚を推定分類するものであることを特徴とす
る請求項３記載の画像形成装置。
【請求項１３】前記紙厚検知手段は、光学的測定法を
用いて非接触に検知するものであることを特徴とする請
求項３記載の画像形成装置。