JP2003307964A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録材上の非画像領域の定着温度を低く設定
することによる消費電力の低減。 【解決手段】 デジタル複合機等において画像情報から
画像領域と非画像領域を判定して、非画像領域は低温温
調する。縮小レイアウト等で画像形成の行われない非画
像領域の温調を低くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は記録材上にトナー像
を形成し定着装置によりトナー像を記録材に定着させる
画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の複写機・レーザービーム
プリンター等は、帯電手段で一様に帯電した像担持体と
しての感光体の表面に原稿画像あるいは入力した画像信
号に対応した画像露光を行い感光体表面上に静電潜像を
形成し、静電潜像を現像手段でトナー画像として現像
し、トナー画像を転写手段により記録材としての転写材
上に転写し転写材上の未定着トナー画像を定着手段で転
写材上に定着して画像形成物を出力する。

【０００３】転写材上の未定着トナー画像を転写材上に
永久固着させる定着装置として、現在主に熱ローラ方式
定着装置や定着フィルム方式定着装置が用いられてい
る。

【０００４】熱ローラ方式はヒータにより加熱され所定
の温度に温度制御された定着ローラと弾性層を有し定着
ローラに圧接する加圧ローラにより形成される圧接部
に、未定着トナー像を転写された転写材を導入し狭持搬
送させて、熱および圧力によりトナー像を転写材に定着
させる。

【０００５】しかし熱ローラ方式定着装置は、画像形成
動作を行うために定着ローラが所定の温度に立ち上がる
までの待機時間（ウエイトタイム）が必要であり、又、
画像形成動作が即座に行える様な待機状態では定着ロー
ラを所定の温度に維持する必要があり、定着装置の電力
消費が大きいという欠点を有している。

【０００６】一方、定着フィルム方式定着装置は定着フ
ィルムを介して発熱部材に対向するように加圧ローラを
圧接させて定着フィルムおよび加圧ローラを駆動回転
し、発熱部材を所定の温度に温度制御を行い、定着フィ
ルムと加圧ローラ間に形成される圧接部（定着ニップ
部）に、未定着トナー像を転写された転写材を導入し狭
持搬送させることで、熱および圧力によりトナー像を転
写材に定着させる。

【０００７】発熱部材は低熱容量のセラミックヒータ等
であり定着フィルムは厚さ１００μｍ以下で薄層である
ために、ヒータは即座に立ち上がり定着ニップ部を加熱
でき、画像形成動作中のみ定着装置を作動させて画像形
成動作を行う際のウエイトタイムが不要もしくは非常に
短く出来る。又、待機状態に於いても定着装置は電力を
必要としないために画像形成装置の省電力化が可能とな
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の定着装
置に於いては以下の課題がある。

【０００９】即ち、上述した従来の定着装置ではトナー
を溶融し転写材に定着させる場合に転写材の定着ニップ
部通過中は常に定着装置の温度制御を、トナーが溶融し
記録材に対して十分に定着が行われるように行ってい
た。

【００１０】しかし、実際の画像形成動作においては記
録材上にトナー像が形成されない非画像領域が存在す
る。

【００１１】例えば、画像形成装置において出力する画
像サイズが出力する記録材のサイズに比べて小さく記録
材の一部にのみ画像形成が行われるといった場合は一般
的にある。

【００１２】また、Ａ３サイズの画像形成が可能な多重
複写機能を備えたアナログ複写機において、縮小レイア
ウト機能を用いてＡ３サイズの原稿４枚を５０％縮小し
てＡ３サイズの記録材にまとめて出力する様な場合に
は、４回の画像形成動作を行う必要があり４回定着ニッ
ブ部を記録材が通過することになる。この時に１回の画
像形成動作で記録材上に画像が形成されるのは全体の２
５％のみである。

【００１３】しかし、従来の画像形成装置に於いては記
録材が通過する間は常に記録材の全体が定着可能な温度
となるように温度制御が行われていたために、１枚の記
録材を出力するために要する消費電力がトナー像を記録
材に定着させるために必要な電力に比べて大きくなって
しまい、不必要な電力を消費してしまうという問題が生
じている。

【００１４】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、必要最小限の電力により、定着不良
を発生すること無く、効率的な定着動作を行うことが可
能な画像形成装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明は下記の構成を
備えることにより上記課題を解決できるものである。

【００１６】（１）トナー画像を記録材上に形成するト
ナー像形成手段と記録材上に形成されたトナー像を記録
材に定着する定着装置を具備した画像形成装置におい
て、記録材上においてトナー像の形成されている画像領
域とトナー像の形成されていない非画像領域を判定する
画像判定手段を有しており、定着装置は記録材およびト
ナー像を加熱する加熱手段と加熱手段の温度を制御する
温度制御手段を有しており、画像判定手段の判定結果に
応じて温度制御を行うことを特徴とする画像形成装置。

【００１７】（２）画像判定手段が画像領域と判定した
領域が定着部を通過する際に温度制御手段が加熱手段を
制御する制御温度が、画像判定手段が非画像領域と判定
した領域の制御温度よりも高いことを特徴とする前記
（１）記載の画像形成装置。

【００１８】（３）定着装置が、加熱源と加熱源に摺接
しながら有端または無端移動自在に配設されたフィルム
部材と、フィルム部材を介して加熱源に圧接するように
配設された加圧ローラと、加熱源の温度を検知する温度
検知手段と、加熱源へ供給する電力を制御する電力制御
手段を有し、フィルム部材及び加圧ローラの圧接部にお
いて未定着トナー像を担持した記録材を加熱及び挟圧搬
送してトナー像の定着を行う定着装置であることを特徴
とする前記（１）又は（２）記載の画像形成装置。

【００１９】（４）定着装置の加熱源が圧接部の長手方
向に対する所定領域毎の発熱量を制御可能であることを
特徴とする前記（１）乃至（３）いずれか記載の画像形
成装置。

【００２０】（５）画像判定手段が、記録材上にトナー
像が形成される可能性のある領域を画像領域と判定する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか記載の
画像形成装置。

【００２１】（６）画像信号に対応してトナー像を形成
する画像形成装置において、画像判定手段が画像信号に
応じて画像判定を実行することを特徴とする（１）乃至
（５）いずれか記載の画像形成装置。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づき説明する。

【００２３】（実施例１）まず、本発明の第１実施例を
図１〜図５を参照して説明する。本実施例は、デジタル
方式の電子写真画像形成装置に実施したものである。

【００２４】図１は、本実施例に係る画像形成装置の概
略構成図であり、この画像形成装置は、リーダー部Ｒと
プリンター部Ｐとからなる。リーダー部Ｒは、固定され
た原稿台ガラス２０を有しており、この原稿台ガラス２
０の下側には、リフレクタ２２内に収容された光源２１
が原稿台ガラス２０の下面に沿って移動自在に設けられ
ている。

【００２５】そして、コピーすべき原稿１９を原稿台ガ
ラス２０上に載置して、図示しないコピースタートキー
を押すと、ホームポジションに停止していた光源２１及
び第１ミラー２３が原稿台ガラス２０の下面に沿って所
定の速度Ｖで左方より右方へと移動して、原稿台ガラス
２０上の原稿１９のコピー面を照明し、原稿１９からの
反射光は、第１ミラー２３より光源２１と同方向へＶ／
２の速度で移動する第２ミラー２４、第３ミラー２５を
経て結像レンズ２９へ送られ、該結像レンズ２９により
固定第４ミラー２６を介してＣＣＤ（電荷結合素子）６
１上に結像され、図３に示すＡ（アナログ）／Ｄ（デジ
タル）変換装置６２によりデジタル信号に変換される。

【００２６】また、往動した光源２１や第１〜第３ミラ
ー２３、２４、２５は、所定の往動終点に到達すると復
動移動に転じられて、始めのホームポジションヘ戻り、
次のコピーサイクルの開始まで待機する。

【００２７】一方、画像形成装置はリーダー部Ｒより読
み取った信号以外にも、図３に示すように複写機能や、
コンピュータ７５等からの信号をブリントアウトするプ
リンター機能、ファクシミリ（ＦＡＸ）７６の機能等Ｑ
複数の機能をこなすために、複数種類のデジタル画像信
号の入力経路を備えたデジタル複合機となっている。

【００２８】そして、図３に示すようにＣＣＤ６１、コ
ンピュータ７５及びファクシミリ７６からのデジタル信
号化された画像情報をインターフェース７７を介して画
像処理装置６３を通過させることで画像処理を施し、更
にＤ（デジタル）／Ａ（アナログ）変換装置６５によっ
て再びアナログ信号に変換し、その信号によりレーザー
ドライバー６６を介して半導体レーザー６７を点灯させ
る。

【００２９】画像処理装置６３において画像処理を施さ
れた信号は一方で画像判定装置７８に送られて、記録材
上のトナー像が形成される画像領域とトナー像が形成さ
れない非画像領域の判定を実行する。

【００３０】半導体レーザー６７より発射されたレーザ
ー光は、図１に示すプリンター部Ｐの高速定連回転され
ているポリゴンミラー４０とＦθレンズ４１により長手
方向に展開され、固定ミラー２７、２８を介して回転感
光体ドラム３９面に結像露光される。

【００３１】回転感光体ドラム３９の表面は、この露光
前に１次帯電器３０により正または負の所定電位に一様
に帯電処理されており、この帯電面に対して上記の露光
がなされることで、感光体ドラム３９面に原稿画像に対
応したパターンの静電潜像が順次形成されていく。そし
て、感光体ドラム３９面に形成された静電潜像は、現像
装置３１の現像ローラ３２で現像されることにより、ト
ナー像として顕画化される。

【００３２】一方、給紙ローラ５０により記録材として
の転写材シートが給送され、ガイド３３を通って所定の
タイミングで感光体ドラム３９と転写帯電器３４との間
の転写部へ搬入され、転写帯電器３４より転写コロナを
受けることにより、感光体ドラム３９の表面に密着して
該感光体ドラム３９表面のトナー顕画像が転写材シート
面に順次転写されていく。

【００３３】像転写部を通過した転写材シートは、除電
針３５によって背面電荷が除電されることにより感光体
ドラム３９面から順次剥離され、搬送部３８、入ロガイ
ド１０を経て定着装置６０へ搬送され、後述するように
トナー画像定着処理が施されて排紙（出口）ガイド１２
を介して画像形成物として機外へ搬出される。

【００３４】また、転写後に感光体ドラム３９の表面に
残留するトナーは、クリーニング器３６のクリーニング
ブレード３７で感光体ドラム３９の表面より除去される
ことにより、繰り返して像形成に供される。

【００３５】一方、転写材シートに転写されたトナー画
像を該転写材シートに定着する定着装置６０は、図２に
示すようにエンドレスベルト状の定着フィルム６を有し
ている。この定着フィルム６は、左側の駆動ローラ７
と、右側の従動ローラ８と、これらローラ７、８間の下
方に固定された低熱容量線状ヒータ１の３つの部材７、
８、１間に捲装されている。

【００３６】従動ローラ８は、定着フィルム６を外側に
張る方向にテンションを印加するテンション口ーラを兼
ねている。定着フィルム６は、表面にシリコンゴム等を
被覆して摩擦係数を高めた駆動ローラ７の時計方向の回
転駆動に伴い、時計方向に所定の周速度をもってシワや
蛇行、速度遅れなく回転駆動されるようになっている。

【００３７】９はシリコンゴム等の離形性のよいゴム弾
性層を有する加圧ローラで、定着フィルム６を挟んでヒ
ータ１と対向する位置に設けられており、ばね等の付勢
手段（図示せず）により、例えば５〜１０ｋｇの加圧力
でヒータ１の下面に圧接されながら、転写材シートの搬
送方向と順方向の反時計方向へ回転されるようになって
いる。

【００３８】また、定着フィルム６は、繰り返しトナー
画像の加熱定着が繰り返されるため、耐熱性、離形性、
耐久性に優れ、一般的には１００μ以下、好ましくは４
０μ以下の薄肉のフィルムが使用されている。

【００３９】ヒータ１の発熱層パターンの１例を図４に
示す。低熱容量のヒータ１は、例えばアルミナ基板２
に、ギンパラジウムや酸化ルテニウム等の抵抗材料を塗
工して発熱層３ａ、３ｂ、３ｃを形成し、更にその上に
厚さ１０μのフィルム６との摺動を考慮したガラス等の
保護層４を形成したもので、ヒータ支持体１１に取り付
け保持させて固定支持されている。発熱層３ａ、３ｂ、
３ｃは長手方向の発熱分布が異なっており、長手方向を
３等分した際の発熱量分布は各発熱層に単独通電した場
合は、発熱層３ａが手前：中央：奥の順に８：１：１で
あり、発熱層３ｂが１：８：１であり、発熱層３ｃが
１：１：８となるように抵抗材料が塗工されている。ま
た、各発熱層は３等分されたそれぞれの発熱領域におい
ては均一の発熱分布であり、発熱層３ａ、３ｂ、３ｃに
均等の電力を印加した際には、長手方向で一様の発熱分
布となる。

【００４０】ヒータ支持体１１は、ヒータ１を定着装置
６０及び画像形成装置に対し断熱支持するもので、断熱
性、高耐熱性及び剛性を有する材料が使用されている。

【００４１】ヒータ１の発熱層３ａ、３ｂ、３ｃにはそ
れぞれの発熱層に対して独立に長手方向両端から通電さ
れる。印加電圧は交流１００Ｖであり、基板２の裏面に
熱伝導性シリコン接着剤等で接着や圧接または一体的に
形成されており、長手方向の中央部分に配置したサーミ
スタ等の検温素子５ａ，５ｂ、５ｃが検知した検知温度
に応じて通電制御される。

【００４２】なお、画像形成動作時以外は定着装置６０
には通電されておらず、図３に示すように操作部７０等
の外部からの信号入力や、コピー開始に同期して定着装
置６０に通電を開始する制御を行っている。

【００４３】続いて本実施例の画像形成装置の定着装置
の温度制御方式を説明する。

【００４４】発熱層３ａ、３ｂ、３ｃへの通電電力は、
それぞれの発熱層の最も発熱量の大きい領域の裏面に配
設されている検温素子５ａ，５ｂ、５ｃの検知温度に応
じて独立して制御が行われている。これにより検温素子
５ａ，５ｂ、５ｃの検知温度はそれぞれの制御目標温度
付近に保たれる。

【００４５】画像判定装置７８によって図５のように画
像領域と非画像領域が判定されている。この非画像領域
にはトナー像は形成されていない。画像領域の制御目標
温度は２００℃、非画像領域の制御目標温度は１６０℃
に設定されている。

【００４６】記録材の搬送方向を４分割した各領域が定
着ニップ部を通過する際に、検温素子５ａについては制
御目標温度が常に１６０℃となるように発熱層３ａへの
制御を行い、検温素子５ｂについては先端側から順に２
００℃→２００℃→２００℃→１６０℃となるように発
熱層３ｂへの制御を行い、検温素子５ｃについては先端
側から順に２００℃→１６０℃→２００℃→１６０℃と
なるように発熱層３ｃへの制御を行う。

【００４７】記録材は上記のような温度制御が行われな
がら定着ニップ部を通過し、排紙部１４へと排紙され
る。

【００４８】本実施例では以上のように画像形成装置を
構成したことで、定着の必要な画像領域においてはトナ
ー像を記録材に確実に定着し、定着の不必要な非画像領
域においては低い目標温度で通電制御が行われるため消
費電力を従来に比べて小さくすることができた。

【００４９】（実施例２）本発明の第２実施例を図６〜
図８を参照して説明する。本実施例の画像形成装置は図
６に示すように実施例１の画像形成装置に原稿フィーダ
ー４２及び多重画像形成用搬送路４３が追加されてい
る。本実施例において、縮小レイアウト機能を用いてＡ
３サイズの原稿４枚を５０％縮小してＡ３サイズの記録
材にまとめて出力する場合について説明する。

【００５０】原稿フィーダー４２に設置された原稿はコ
ピースタートキーが押されると、１枚目の原稿が原稿台
ガラス２０へと搬送される。

【００５１】ドラム上には図７における記録材上のＡに
対応する領域にトナー像が形成され、転写部において図
７における記録材上のＡの領域に１枚目の原稿の５０％
縮小画像が形成される。記録材は定着装置を通過した
後、多重画像形成用搬送路４３を通過して再び転写部へ
と導入される。原稿フィーダー４２は１枚目の原稿を原
稿台ガラス２０から取り除き、続いて２枚目の原稿を原
稿台ガラス２０へと搬送する。１枚目の原稿の５０％縮
小画像が記録材上のＡの領域に形成されたように、２枚
目の原稿の５０％縮小画像が記録材上のＢの領域に形成
され、同様に３枚目はＣの領域に、４枚目はＤの領域に
順次画像が形成される。

【００５２】この時の定着制御について以下に述べる。

【００５３】本実施例に於いては画像判定装置７８で画
像情報により画像の有無の判定を行っているのではな
く、縮小レイアウト機能等の画像モードに対応した画像
の有無の判定を行っている。

【００５４】記録材上のＡの領域に未定着トナー像が形
成された記録材が定着ニップ部に突入する際には、検温
素子５ａ、５ｂの制御目標温度２００℃となるように温
度制御が行われ、検温素子５ｃは１６０℃となるように
温度制御される。記録材の搬送方向の半分の長さが定着
ニップを通過した時点で、制御目標温度は全て１６０℃
で制御される。コピー開始からの経過時間と各検温素子
の制御目標温度を図８に示す。図８のような制御を行っ
てＡ〜Ｄ各領域に画像形成が行われた後、記録材は最終
的に排紙部へと排紙される。

【００５５】本実施例では以上のように画像形成装置を
構成したことで、定着の必要な画像領域においてはトナ
ー像を記録材に確実に定着し、定着の不必要な非画像領
域においては低い目標温度で通電制御が行われるため消
費電力を従来に比べて小さくすることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１における画像形成装置の該
略図

【図２】 本発明の実施例１における定着装置の該略図

【図３】 本発明の実施例１における画像信号の流れの
模式図

【図４】 本発明の実施例１における定着ヒータの発熱
体パターン

【図５】 本発明の実施例１における画像領域、非画像
領域の判定パターン

【図６】 本発明の実施例２における画像形成装置の該
略図

【図７】 本発明の実施例２における原稿に対応する記
録材上の領域図

【図８】 本発明の実施例２における各検温素子の制御
目標温度

【符号の説明】

１ ヒータ ２ 基板 ３ａ〜３ｃ 発熱層 ５ａ〜５ｃ 検温素子 ６ 定着フィルム ７ 駆動ローラ ８ 従動ローラ ９ 加圧ローラ １０ 入ロガイド １１ ヒータ支持体 １２ 出ロガイド １３ 排紙ローラ １４ 排紙部 １９ 原稿 ２０ 原稿台ガラス ２１ 光源 ２２ リフレクタ ２３〜２８ ミラー ２９ 結像レンズ ３０ １次帯電器 ３１ 現像装置 ３４ 転写帯電器 ３５ 除電針 ３７ クリーニングブレード ３８ 搬送部 ３９ 感光ドラム ４０ ポリゴンミラー ４２ 原稿フィーダー ４３ 多重画像形成用搬送路 ６０ 定着装置 ６１ ＣＣＤ ７８ 画像判定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H027 DA12 DC05 DE07 DE10 EA12 EA16 EC01 ED06 ED07 EE07 EF09 2H033 AA32 BA27 BA31 BA32 BE03 CA04 CA07 CA21 CA22 CA30 CA48

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナー画像を記録材上に形成するトナー
   像形成手段と記録材上に形成されたトナー像を記録材に
   定着する定着装置を具備した画像形成装置において、記
   録材上においてトナー像の形成されている画像領域とト
   ナー像の形成されていない非画像領域を判定する画像判
   定手段を有しており、定着装置は記録材およびトナー像
   を加熱する加熱手段と加熱手段の温度を制御する温度制
   御手段を有しており、画像判定手段の判定結果に応じて
   温度制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 画像判定手段が画像領域と判定した領域
   が定着部を通過する際に温度制御手段が加熱手段を制御
   する制御温度が、画像判定手段が非画像領域と判定した
   領域の制御温度よりも高いことを特徴とする請求項１記
   載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 定着装置が、加熱源と加熱源に摺接しな
   がら有端または無端移動自在に配設されたフィルム部材
   と、フィルム部材を介して加熱源に圧接するように配設
   された加圧ローラと、加熱源の温度を検知する温度検知
   手段と、加熱源へ供給する電力を制御する電力制御手段
   を有し、フィルム部材及び加圧ローラの圧接部において
   未定着トナー像を担持した記録材を加熱及び挟圧搬送し
   てトナー像の定着を行う定着装置であることを特徴とす
   る請求項１又は請求項２記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 定着装置の加熱源が圧接部の長手方向に
   対する所定領域毎の発熱量を制御可能であることを特徴
   とする請求項１乃至請求項３いずれか記載の画像形成装
   置。
5. 【請求項５】 画像判定手段が、記録材上にトナー像が
   形成される可能性のある領域を画像領域と判定すること
   を特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか記載の画像
   形成装置。
6. 【請求項６】 画像信号に対応してトナー像を形成する
   画像形成装置において、画像判定手段が画像信号に応じ
   て画像判定を実行することを特徴とする請求項１乃至請
   求項５いずれか記載の画像形成装置。