【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複合複写機等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像データを多値デジタル画像データとして処理するデジタル画像形成装置は知られており（例えば、特許文献１参照）、また、記録体上に定着テスト画像が作成されたときに、統括制御部が温度センサにより検出した加熱ローラの表面温度とテスト画像データから要求光沢度を算出することも知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献１では、画像データを多値デジタル画像データとして処理するデジタル画像形成装置において、中間調濃度データの全画像に占める割合を算出して、その割合に応じて定着性が悪化することを回避するために、例えば定着条件を制御する。例えば定着温度をノーマルモード、中温モード、高温モードのいずれかに設定する。
特許文献２では、記録体上に定着テスト画像が作成されると、統括制御部は温度センサにより検出した加熱ローラの表面温度とテスト画像データから要求光沢度を算出する。また、画像情報検出部が定着テスト画像の正反射光の強度およびハロゲンランプの発光強度を検出すると、これらを用いて実測光沢度を算出する。
要求光沢度と実測光沢度との差を算出し、この差に基づいて記録体上に付着したトナーが適切に溶融するように定着条件を補正する。これにより安定して良好な画像状態が確保された定着画像を得ることができる。
電子写真方式の画像形成装置においては、記録媒体上のトナー像を熱により定着させて永久画像を得ている。様々な因子に対応して定着性を満足するために、定着条件（定着温度、定着線速、定着圧力）を制御することは広く行われている。
【０００３】
従来の画像形成装置における定着条件の切り換え制御としては、記録媒体の種類により、定着部材の温度や速度を切換えるものがある。同じ定着条件では定着性が低下する厚紙やＯＨＰなどに対しては、線速を低下させたり、定着温度を上げることにより定着性を維持しようというものである。
また特許文献１のように、中間調濃度部の定着性低下を抑えるために定着条件を制御する開示もある。一般的に定着性が低下しやすい中間調濃度部が多い原稿の場合には定着温度を上げる制御や定着速度を下げる制御さらには定着圧力を上げる制御で定着性を向上させている。
さらに、特許文献２には、定着画像の画像情報（光沢度）を検出する画像検出手段を設けてその画像情報を基に定着条件（定着温度、定着速度、定着圧力）を補正する画像形成装置が提案されている。
従来の画像形成装置におけるカラー出力時の時間当たりの最大出力枚数は定着条件により制限されることが多い。例えば、モノクロの場合に比べてトナー付着量が多いカラーの場合はトナーを溶融するのに多くの熱量が必要となり、長いニップ時間（定着部材と加圧部材とで形成されるニップ幅を線速で割った値）が必要となる。
このため同じニップ幅であれば、モノクロに比べてカラーは定着を満足するためには線速が低くなることになる。カラー出力の場合のみモノクロより線速を落とすなどの切り換え制御が一般的に行われている。
また、カラー出力の場合は定着に多くの熱量が必要なために、定着温度を維持するのに必要なヒータの電力も大きくなる。一般的に画像形成装置本体の最大消費電力から定着で使用できる最大電力が決定され、その消費電力の範囲内でいかに定着温度を維持できるかにより、画像形成装置本体のスペック（時間当たり出力枚数）が左右される。
【特許文献１】特開平９−１９７９１１号公報
【特許文献２】特開２０００−３４７５３７公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カラートナーを定着するさいには定着性および光沢を安定させるために定着部材同様に加圧部材を十分に加熱し、白黒画像を定着する場合に必要なニップ時間の１．５倍〜２倍の時間で十分にカラートナーと紙を加熱するため、トナーだけでなく記録媒体を裏面まで温めることとなり余分なエネルギを消費している。
定着工程で消費されるエネルギのうち、純粋にトナーを加熱するのに費やされるエネルギはせいぜい１割であり、あとは定着部材の放熱などが１〜２割、残りの約７〜８割が紙を加熱することに費やされている。従って、カラー出力時の消費電力を抑える（カラー画像形成に際しての時間当たり出力枚数を上げる）ためには、いかに紙（記録媒体）を加熱せずにトナーを加熱溶融するかがポイントとなる。
紙を加熱せずに定着するためには、短いニップ時間でトナーが載っている紙表面のみを加熱して定着することが有効である。しかし短時間でトナーを加熱するためトナー内の温度勾配が大きくなり、定着不良やホットオフセットなどの不具合が発生しやすい。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、トナー付着量に応じて定着条件を制御することで記録媒体を加熱するために費やされるエネルギを最小限として紙一枚当たりのエネルギの低減を図るとともに、カラー出力時の生産性を向上させる画像形成装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、定着における消費エネルギの低減、定着における最大消費電力の低減、装置の出力速度（時間当たりの出力枚数）の増加、画像形成のためのエネルギの低減、および画像形成のための消費エネルギの低減を図るようにした画像形成装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、像担持体と、この像担持体を帯電するための帯電手段と、前記像担持体上に潜像を形成するための露光手段と、前記潜像を現像してトナー像を得るための現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写するための転写手段と、前記トナー像を前記記録媒体に転写した後に加熱加圧して定着させる定着手段とを有する画像形成装置において、画像情報に基づいて予測されるトナーの最大付着量の情報を基に、消費エネルギを最小限にできるように定着条件を制御する制御機能を有する画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記制御機能が、出力速度（時間当たりの出力枚数）をそのままで定着速度と定着温度を上げることによって記録媒体の温度上昇を抑え、定着における消費電力を下げる請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記制御機能が定着速度と定着温度を上げることによって記録媒体の温度上昇を抑え、消費電力はそのままで出力速度（時間当たりの出力枚数）を上げる請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、像担持体と、この像担持体を帯電するための帯電手段と、前記像担持体上に潜像を形成するための露光手段と、前記潜像を現像してトナー像を得るための現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写するための転写手段と、前記トナー像を前記記録媒体に転写した後に加熱加圧して定着させる定着手段とを有する画像形成装置において、通常の画像を前記記録媒体上に形成する通常モードと、通常モードよりも消費エネルギを低減する省エネルギモードと、これら少なくとも２つのモードを切り換える機能を備え、前記省エネルギモードが画像濃度を下げてトナー付着量を通常よりも低く設定する代わりに定着条件を制御することによって消費エネルギを低減する画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記省エネルギモードにおける定着制御が出力速度（時間当たりの出力枚数）をそのままで、定着速度と定着温度を上げることによって消費電力を下げる請求項４記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記省エネルギモードにおける定着制御が、定着温度と定着速度を上げることによって前記記録媒体の温度上昇を抑え、消費電力をそのままで、出力速度（時間当たりの出力枚数）を上げる請求項４記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記省エネルギモードは、加圧部材を加熱しないことで立ち上り時間を短縮し消費エネルギを低減する請求項４ないし６のいずれか１項記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、像担持体と、この像担持体を帯電するための帯電手段と、前記像担持体上に潜像を形成するための露光手段と、前記潜像を現像してトナー像を得るための現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写するための転写手段と、前記トナー像を前記記録媒体に転写した後に加熱加圧して定着させる定着手段とを有する画像形成装置において、画像情報に基づいて予測されるトナーの最大付着量の情報と記録媒体の情報を基に、消費エネルギを最小限にできるように定着条件を制御する制御機能を有する画像形成装置を最も主要な特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明による画像形成装置の第１の実施の形態における動作の流れを説明するフローチャートである。ホストマシンからの情報、或いは読み取った画像情報、或いは操作部からの入力情報等によって、画像形成装置の制御部に画像データを入力し（Ｓ１１）、画像情報から予測される面積当たりのトナー最大付着量（Ｘｍｇ／ｃｍ２）を予測する（Ｓ１２）。
このトナー最大付着量についての情報に基づき、定着装置で費やされる消費エネルギが最小となる定着条件（定着部材の温度、定着速度）およびプロセス条件（出力速度）を決定する（Ｓ１３）。この定着条件の決定方法については後で説明する。定着条件決定の後、画像を出力する（Ｓ１４）。
図２は本発明による画像形成装置に使用する定着ユニットを示す概略図である。定着ユニットの上流側には感光体等から成る画像形成部が配置されており、画像形成部により転写材上にトナーが転写された状態で定着ユニットに送られてくる。定着ユニットＡは定着部材である定着ローラ１と加圧部材である加圧ローラ２からなっている。定着ローラ１はアルミの芯金の上にシリコンゴムなどの耐熱性ゴムからなる弾性層とテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂からなる表面離型層とからなっている。
定着ローラ１は図示してない駆動伝達手段により回転駆動される。加圧ローラ２も定着ローラ１と同様にアルミの芯金とシリコンゴムの弾性層とテフロン（登録商標）の表面離型層とからなっている。
定着ローラ１と加圧ローラ２の中にはハロゲンヒータなどの熱源３が設置されており、それぞれの表面に接している温度センサ４からの温度検知情報に基づいて制御部が所定の温度に維持するように制御する。
加圧ローラ２は定着ローラ１に所定の荷重で加圧されており、定着ローラ１と加圧ローラ２とで形成されるニップを未定着トナーの載った記録媒体である転写材５が通過することで、トナーが加熱されて定着される。
【０００７】
図３は本発明による画像形成装置（画像形成部）の実施の形態を全体的な構成において示す概略図である。図３の画像形成装置Ｂは、いわゆるタンデム方式のカラープリンタで、紙（記録媒体）の通紙方向に第１作像部６から第４作像部９までが並んでいる。
作像部６ないし９は、感光体１０、１１、１２、１３、帯電ローラ１４、１５、１６、１７、書き込みユニット１８、１９、２０、２１、現像ユニット２２、２３、２４、２５、転写ローラ２６、２７、２８、２９、クリーニングユニット３０、３１、３２、３３からなっている。
これらは、２本の張力ローラ３４、３５に張架された紙（記録媒体）搬送ベルト３６上に並んでいる。帯電ローラ１４、１５、１６、１７により感光体１０、１１、１２、１３上に帯電した後に書き込みユニット１８、１９、２０、２１により潜像を形成し、現像ユニット２２、２３、２４、２５により潜像上にトナー像を形成する。
転写ローラ２６、２７、２８、２９により感光体１０、１１、１２、１３上のトナー像が図示してない転写材（記録媒体）上に転写され、残りのトナーはクリーニングユニット３０、３１、３２、３３でクリーニングされる。
第４作像部９の後に定着ユニットＡが位置しており、第１作像部６から第４作像部９までで作像転写された未定着画像が載った転写材を定着ユニットＡで定着して排紙する。
【０００８】
図４は定着を満足するニップ時間と定着ローラ温度の関係をグラフで示す図である。ここで定着条件の決定方法について説明する。一般的に定着を満足する時の定着温度とニップ時間の関係は図４のような関係となっている。
条件ａのように定着温度Ｔａが低い場合は長いニップ時間ｔａが必要となるが、条件ｂのように定着温度Ｔｂが高い場合はニップ時間ｔｂは短くても定着することがわかっている。
図５は条件ａの定着状態におけるニップ内の温度分布をグラフで示す図である。図６は条件ｂの定着状態におけるニップ内の温度分布をグラフで示す図である。図５は条件ａの場合の定着状態におけるニップ内の厚さ方向の温度分布を示している。
ニップ時間が長いため、定着ローラ１と加圧ローラ２から熱が十分に伝導し、記録媒体（紙）は厚さ方向にほぼ均一な温度になっている。この記録媒体の厚さ方向の温度を積分したものに紙の面積と比熱と密度を掛ければ紙１枚当たりが奪う熱量（エネルギ）が算出される。図中の斜線部面積に比例して記録媒体がエネルギを奪っていくと考えてよい。
一方、図６は条件ｂの場合の定着状態におけるニップ内の厚さ方向の温度分布を示している。記録媒体の表面と裏面は温度が上昇しているが、ニップ時間が短いため紙の中心部はあまり温度が上昇していない。
図５に比べて記録媒体が奪うエネルギが小さいことがわかる。一方定着ローラ１の温度が高く、トナーの表と裏の温度差が条件ａに比べてかなり大きくなっているのがわかる。
このトナー内温度差は、記録媒体への定着に寄与すると思われるトナーと記録媒体の界面の温度に対してトナーと定着ローラ１との界面温度が高いため、定着ローラ１へのトナーのオフセットが発生してしまう。
【０００９】
図６は加圧ローラ２を定着ローラ１に近い温度まで十分に加熱した条件での温度分布であったが、条件ｂのように高温短時間で定着する場合は記録媒体をあまり加熱しないため、加圧ローラ２で裏から加熱する必要はない。
図７は条件ｂの定着状態におけるニップ内の温度分布を加圧ローラによる加熱なしの状態で示すグラフ図である。図７では加圧ローラ２を室温のままで同様に短時間で定着したさいの定着状態における温度分布を示している。加圧ローラ２を加熱しなくても十分に定着することができ、記録媒体の温度上昇により奪われるエネルギ（斜線部面積）は図５に比べて大幅に小さくなっている。ただし、トナー内温度差はやはり大きく、この場合もホットオフセットが発生してしまう。図８は条件ｂの定着状態におけるニップ内の温度分布をトナー付着量を小さくした状態で示すグラフ図である。図９は定着温度と記録媒体１枚当たり定着に必要なエネルギをグラフで示す図である。
図８には、同じく短時間での定着条件で、トナー厚さ（トナー付着量）を小さくした場合の定着状態における温度分布を示している。トナー内の温度の勾配は図７と同様であるが、トナー厚さが小さいためにトナー内の温度差は条件ａ並となっている。
この条件においては、ホットオフセットは発生しなかった。このように、トナーの付着量が所定量以下の場合においては、ホットオフセットを発生することなく、定着条件によって記録媒体１枚当たり消費エネルギを大幅に低減することができることがわかる。
画像内のトナー最大付着量に応じて、トナー内温度差が所定の値以下となるように、図４に示す定着ローラ１の温度とニップ時間の関係の中のできるだけ定着ローラ温度が高い条件（ニップ時間が短い条件）を選択することで、定着における消費エネルギを最小にすることができる。図９では定着ローラ温度と記録媒体１枚当たりの定着に必要なエネルギを示している。
図１０は条件ａの定着状態におけるニップ内の温度分布をトナー付着量が小さい状態で示すグラフ図である。図１０に示すように、条件ａにおいて、トナー厚さ（付着量）が小さくなっても、もともとトナー内温度差が小さいため変化は小さい。
【００１０】
図１１は本発明による画像形成装置の第２の実施の形態における動作の流れを説明するフローチャートである。画像データが入力されたあと（Ｓ２１）、画像情報から予測される面積当たりのトナー最大付着量（Ｘｍｇ／ｃｍ２）を予測する（Ｓ２２）。
このあとユーザによって選択されたモードに従う（Ｓ２３）。通常モードが選択された場合は（Ｓ２４）、そのままの画像で消費エネルギが最小となるような定着条件が決定され（Ｓ２５）、画像が出力される（Ｓ３０）。
一方、モード選択（Ｓ２３）において省エネルギモードが選択された場合は（Ｓ２６）、画像濃度を低い値に変更し（Ｓ２７）、その画像濃度からトナーの最大付着量を予測し（Ｓ２８）、定着条件（定着部材の温度、定着速度）およびプロセス条件（出力速度）を決定する（Ｓ２９）。その後画像を出力（Ｓ３０）となる。
また、定着条件を決定する上で加圧ローラ２の温度が低くても良い場合には、加圧ローラ２を加熱するためのヒータ３は点灯せずに、定着ローラ１内のヒータ３を２本点灯して最大電力で定着ローラのみを加熱し、プレ回転なしで立ち上り時間を短縮している。
立ち上り時間が短い分だけ、出力に要するヒータ３の点灯時間が短いため省エネルギになるほか、立ち上がり時間が短い分だけ待機時の設定温度を低くすることができ（場合によっては待機時にヒータ３をオフすることができ）省エネルギとすることができる。
図１２は本発明による画像形成装置の第３の実施の形態における動作の流れを説明するフローチャートである。トナー最大付着量に加えて転写材（記録媒体）情報も合わせて、定着条件を決定している。一般的に厚紙の場合は定着温度を上げるか定着速度を下げるかして定着性を維持する。
図５のような条件においては、記録媒体を十分に温めて定着しているために厚紙の場合は熱量が足りなくなるため定着温度を上げるか線速を遅くする必要がある。しかしながら、図８に示すような条件においては紙の裏側はほとんど温度上昇していないため、紙が厚くなってもそれほど定着条件を変える必要はない。
このため、トナー最大付着量と転写材（記録媒体）情報とを合わせることで、より細かく定着条件を設定して消費エネルギを最小限に抑えるように構成することができる。
図１３は定着を満足する線速と定着ローラ温度の関係をグラフで示す図である。
図１３では線速と定着ローラ温度の関係を示している。図４の横軸をニップ時間から線速に変えただけであるが、実際の定着条件は図１３よって決定する。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、トナーの最大付着量の情報を基に定着条件を制御することで画像形成に必要なエネルギを低減することができる。
請求項２によれば、トナーの最大付着量の情報を基に定着条件を制御することで定着における消費電力を低減して省エネルギとすることができる。
請求項３によれば、装置の最大出力速度（とくにカラー）は、定着における消費電力に依存していることが多く、トナーの最大付着量の情報を基に定着条件を制御して紙の温度上昇を抑え、紙（記録媒体）が奪う熱量を低減することで装置の出力速度を増加させることができる。
請求項４によれば、通常モードに対して画像濃度を抑えた省エネルギモードを設けることによってトナー付着量を抑えて定着条件を制御し、定着における消費エネルギを低減することができ、また、トナーの消費を抑えることによっても省エネルギとなり、１枚当たりの出力コストを低減することができる。
請求項５によれば、通常モードに対して画像濃度を抑えた省エネルギモードを設けることによってトナー付着量を抑える代わりに、定着温度と定着速度を上げて紙（記録媒体）の温度上昇を抑え、定着における消費電力を低減して省エネルギとすることができる。
請求項６によれば、通常モードに対して画像濃度を抑えた省エネルギモードを設けることによってトナー付着量を抑えて定着条件を制御し、装置の出力速度を増加させ、紙（記録媒体）１枚当たりの消費エネルギを低減することができる。請求項７によれば、通常モードに対して画像濃度を抑えた省エネルギモードを設けることによってトナー付着量を抑えて定着条件を制御し、装置の出力速度を増加させ、紙（記録媒体）１枚当たりの消費エネルギを低減することができる。請求項８によれば、トナーの最大付着量の情報と転写材（記録媒体）の情報を基に定着条件を制御することで画像形成に必要なエネルギを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像形成装置の第１の実施の形態における動作の流れを説明するフローチャートである。
【図２】本発明による画像形成装置に使用する定着ユニットを示す概略図である。
【図３】本発明による画像形成装置の実施の形態を全体的な構成において示す概略図である。
【図４】定着を満足するニップ時間と定着ローラ温度の関係をグラフで示す図である。
【図５】条件ａの定着状態におけるニップ内の温度分布をグラフで示す図である。
【図６】条件ｂの定着状態におけるニップ内の温度分布をグラフで示す図である。
【図７】条件ｂの定着状態におけるニップ内の温度分布を加圧ローラによる加熱なしの状態で示すグラフ図である。
【図８】条件ｂの定着状態におけるニップ内の温度分布をトナー付着量を小さくした状態で示すグラフ図である。
【図９】定着温度と記録媒体１枚当たり定着に必要なエネルギをグラフで示す図である。
【図１０】条件ａの定着状態におけるニップ内の温度分布をトナー付着量が小さい状態で示すグラフ図である。
【図１１】本発明による画像形成装置の第２の実施の形態における動作の流れを説明するフローチャートである。
【図１２】本発明による画像形成装置の第３の実施の形態における動作の流れを説明するフローチャートである。
【図１３】定着を満足する線速と定着ローラ温度の関係をグラフで示す図である。
【符号の説明】
Ａ 定着手段（定着ユニット）、Ｂ 画像形成装置、１ 定着ローラ、２ 加圧ローラ、３ ヒータ、４ 温度とセンサ、５ 記録媒体（紙、転写材）、６ 作像部、１０ 像担持体、１４ 帯電手段（帯電ローラ）、１８ 露光手段（書き込みユニット）、２２ 現像手段（現像ユニット）、２６ 転写手段（転写ローラ）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus such as a printer, a facsimile, a multifunction copier, and the like.
[0002]
[Prior art]
A digital image forming apparatus that processes image data as multi-valued digital image data is known (for example, see Patent Document 1), and when a fixing test image is created on a recording medium, a general control unit controls a temperature. It is also known to calculate a required glossiness from the surface temperature of a heating roller detected by a sensor and test image data (for example, see Patent Document 2).
In Patent Document 1, in a digital image forming apparatus that processes image data as multi-valued digital image data, the ratio of halftone density data to all images is calculated to prevent the fixability from deteriorating according to the ratio. For example, the fixing condition is controlled. For example, the fixing temperature is set to one of a normal mode, a medium temperature mode, and a high temperature mode.
In Patent Document 2, when a fixing test image is created on a recording medium, a general control unit calculates a required glossiness from the surface temperature of a heating roller detected by a temperature sensor and test image data. Further, when the image information detecting section detects the intensity of the regular reflection light of the fixing test image and the emission intensity of the halogen lamp, the measured glossiness is calculated using these.
The difference between the required glossiness and the measured glossiness is calculated, and based on the difference, the fixing condition is corrected so that the toner attached to the recording medium is appropriately melted. As a result, a fixed image in which a favorable image state is stably secured can be obtained.
In an electrophotographic image forming apparatus, a permanent image is obtained by fixing a toner image on a recording medium by heat. It is widely practiced to control fixing conditions (fixing temperature, fixing linear velocity, fixing pressure) in order to satisfy the fixing property in response to various factors.
[0003]
As a control for switching the fixing condition in the conventional image forming apparatus, there is a control for switching the temperature and speed of the fixing member depending on the type of the recording medium. For thick paper, OHP, etc., whose fixability deteriorates under the same fixing conditions, it is intended to maintain the fixability by lowering the linear velocity or increasing the fixing temperature.
Also, as disclosed in Patent Document 1, there is a disclosure of controlling fixing conditions in order to suppress a decrease in fixability of a halftone density portion. Generally, in the case of a document having many halftone density portions in which the fixing property tends to decrease, the fixing property is improved by controlling the fixing temperature, decreasing the fixing speed, and increasing the fixing pressure.
Further, Patent Document 2 discloses an image forming apparatus that includes an image detecting unit that detects image information (glossiness) of a fixed image and corrects fixing conditions (fixing temperature, fixing speed, and fixing pressure) based on the image information. Has been proposed.
In a conventional image forming apparatus, the maximum number of output sheets per time during color output is often limited by fixing conditions. For example, in the case of a color having a larger toner adhesion amount than in the case of a monochrome image, a large amount of heat is required to melt the toner, and a long nip time (the nip width formed by the fixing member and the pressing member is reduced by the linear velocity) Divided by the value).
For this reason, if the nip width is the same, the linear velocity becomes lower for satisfying the fixation of the color as compared with the monochrome. Switching control such as lowering the linear speed from monochrome is generally performed only in the case of color output.
Further, in the case of color output, since a large amount of heat is required for fixing, the power of the heater required to maintain the fixing temperature also increases. In general, the maximum power that can be used for fixing is determined from the maximum power consumption of the image forming apparatus main body, and the specification of the image forming apparatus main body (the number of output sheets per hour) depends on how the fixing temperature can be maintained within the range of the power consumption. Is affected.
[Patent Document 1] JP-A-9-197911 [Patent Document 2] JP-A-2000-347537
[Problems to be solved by the invention]
However, when fixing the color toner, the pressing member is sufficiently heated in the same manner as the fixing member in order to stabilize the fixing property and the gloss, and the nip time required for fixing a black and white image is 1.5 to 2 times. Since the color toner and the paper are sufficiently heated in twice the time, not only the toner but also the recording medium is warmed to the back surface, which consumes extra energy.
Of the energy consumed in the fixing process, at most 10% of the energy is consumed purely for heating the toner, the remaining 10 to 20% is for heat release from the fixing member, and about 70 to 80% is paper. Spent on heating. Therefore, in order to suppress the power consumption during color output (increase the number of output sheets per time when forming a color image), the point is how to heat and melt the toner without heating the paper (recording medium).
In order to fix the paper without heating, it is effective to heat and fix only the paper surface on which the toner is placed in a short nip time. However, since the toner is heated in a short time, the temperature gradient in the toner is increased, and defects such as defective fixing and hot offset are likely to occur.
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems by controlling the fixing conditions in accordance with the amount of toner adhered, thereby minimizing the energy consumed for heating the recording medium and reducing the energy per sheet. It is an object of the present invention to provide an image forming apparatus that can reduce the image quality and improve the productivity at the time of color output.
Another object of the present invention is to reduce energy consumption during fixing, reduce maximum power consumption during fixing, increase the output speed (number of sheets output per time) of the apparatus, reduce energy for image formation, and reduce image formation energy. Forming an image forming apparatus capable of reducing energy consumption.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to claim 1, an image carrier, a charging unit for charging the image carrier, and an exposure unit for forming a latent image on the image carrier. Developing means for developing the latent image to obtain a toner image; transfer means for transferring the toner image to a recording medium; and fixing by heating and pressing after transferring the toner image to the recording medium. An image forming apparatus having a fixing function for controlling the fixing condition based on information on the maximum amount of toner adhering predicted based on image information so as to minimize energy consumption. The device is the most important feature.
According to the second aspect of the present invention, the control function increases the fixing speed and the fixing temperature while keeping the output speed (the number of sheets output per time) as it is, thereby suppressing the temperature rise of the recording medium and reducing the power consumption in the fixing. 1 is a main feature of the image forming apparatus.
According to the third aspect of the present invention, the control function suppresses a rise in the temperature of the recording medium by increasing the fixing speed and the fixing temperature, and increases the output speed (the number of sheets output per hour) while keeping the power consumption. The main feature is the image forming apparatus.
According to the fourth aspect of the invention, the image carrier, a charging unit for charging the image carrier, an exposure unit for forming a latent image on the image carrier, and developing the latent image An image forming apparatus including: a developing unit for obtaining a toner image; a transfer unit for transferring the toner image to a recording medium; and a fixing unit for transferring the toner image to the recording medium and then fixing the toner image by applying heat and pressure. A normal mode in which a normal image is formed on the recording medium, an energy saving mode in which energy consumption is reduced as compared with the normal mode, and a function of switching at least two of these modes. The most important feature of the image forming apparatus is to reduce energy consumption by controlling fixing conditions instead of lowering the toner adhesion amount to a lower level than usual.
In the image forming apparatus according to the fifth aspect, the fixing control in the energy saving mode increases the fixing speed and the fixing temperature while keeping the output speed (the number of output sheets per time) as it is, thereby reducing the power consumption. Is the main feature.
According to the sixth aspect of the invention, the fixing control in the energy saving mode suppresses a rise in the temperature of the recording medium by increasing a fixing temperature and a fixing speed, and the output speed (the number of output sheets per time) while keeping the power consumption. The image forming apparatus according to claim 4 is a main feature.
According to a seventh aspect of the present invention, in the energy saving mode, the image forming apparatus according to any one of the fourth to sixth aspects is characterized in that the rising time is reduced and the energy consumption is reduced by not heating the pressing member. Features.
In the invention according to claim 8, an image carrier, a charging unit for charging the image carrier, an exposing unit for forming a latent image on the image carrier, and developing the latent image An image forming apparatus including: a developing unit for obtaining a toner image; a transfer unit for transferring the toner image to a recording medium; and a fixing unit for transferring the toner image to the recording medium and then fixing the toner image by applying heat and pressure. The most important is an image forming apparatus having a control function of controlling fixing conditions so as to minimize energy consumption based on information on the maximum amount of toner adhering predicted based on image information and information on a recording medium. Characteristics.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the drawings.
FIG. 1 is a flowchart illustrating the flow of the operation of the image forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. Image data is input to the control unit of the image forming apparatus based on information from the host machine, read image information, or input information from the operation unit (S11), and the maximum toner adhesion per area predicted from the image information is performed. The amount (Xmg / cm 2 ) is predicted (S12).
Based on the information on the maximum toner adhesion amount, the fixing condition (the temperature of the fixing member, the fixing speed) and the process condition (the output speed) that minimize the energy consumed by the fixing device are determined (S13). The method for determining the fixing conditions will be described later. After fixing conditions are determined, an image is output (S14).
FIG. 2 is a schematic diagram showing a fixing unit used in the image forming apparatus according to the present invention. An image forming section made of a photoreceptor or the like is arranged on the upstream side of the fixing unit, and is sent to the fixing unit in a state where the toner is transferred onto the transfer material by the image forming section. The fixing unit A includes a fixing roller 1 as a fixing member and a pressing roller 2 as a pressing member. The fixing roller 1 is composed of an elastic layer made of heat-resistant rubber such as silicon rubber and a surface release layer made of fluororesin such as Teflon (registered trademark) on an aluminum core.
The fixing roller 1 is rotationally driven by a drive transmission unit (not shown). Like the fixing roller 1, the pressure roller 2 also includes an aluminum core, an elastic layer of silicon rubber, and a surface release layer of Teflon (registered trademark).
A heat source 3 such as a halogen heater is installed in the fixing roller 1 and the pressure roller 2, and the control unit maintains a predetermined temperature based on temperature detection information from a temperature sensor 4 in contact with each surface. To control.
The pressure roller 2 is pressed against the fixing roller 1 with a predetermined load, and a transfer material 5 as a recording medium on which unfixed toner is passed passes through a nip formed by the fixing roller 1 and the pressure roller 2. Thus, the toner is heated and fixed.
[0007]
FIG. 3 is a schematic diagram showing an embodiment of an image forming apparatus (image forming section) according to the present invention in an overall configuration. The image forming apparatus B in FIG. 3 is a so-called tandem type color printer, in which a first image forming unit 6 to a fourth image forming unit 9 are arranged in a paper (recording medium) passing direction.
The image forming units 6 to 9 include photoconductors 10, 11, 12, 13, charging rollers 14, 15, 16, 17, writing units 18, 19, 20, 21, developing units 22, 23, 24, 25, and transfer rollers. 26, 27, 28 and 29 and cleaning units 30, 31, 32 and 33.
These are arranged on a paper (recording medium) transport belt 36 stretched between two tension rollers 34 and 35. After being charged on the photoconductors 10, 11, 12, and 13 by the charging rollers 14, 15, 16, and 17, latent images are formed by the writing units 18, 19, 20, and 21, and the developing units 22, 23, 24, and 25 form the latent images. A toner image is formed on the latent image.
The toner images on the photoconductors 10, 11, 12, and 13 are transferred onto a transfer material (recording medium) (not shown) by the transfer rollers 26, 27, 28, and 29, and the remaining toner is cleaned by the cleaning units 30, 31, and 32. , 33.
The fixing unit A is located after the fourth image forming unit 9, and the transfer material on which the unfixed image formed and transferred from the first image forming unit 6 to the fourth image forming unit 9 is placed is fixed by the fixing unit A. Fix and discharge.
[0008]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the nip time that satisfies the fixing and the fixing roller temperature. Here, a method for determining the fixing condition will be described. Generally, the relationship between the fixing temperature and the nip time when the fixing is satisfied is as shown in FIG.
It is known that when the fixing temperature Ta is low as in the condition a, a long nip time ta is required, but when the fixing temperature Tb is high as in condition b, the fixing is performed even if the nip time tb is short.
FIG. 5 is a graph showing the temperature distribution in the nip in the fixing state under the condition a. FIG. 6 is a graph showing the temperature distribution in the nip in the fixing state under the condition b. FIG. 5 shows the temperature distribution in the thickness direction in the nip in the fixing state under the condition a.
Since the nip time is long, heat is sufficiently conducted from the fixing roller 1 and the pressure roller 2, and the temperature of the recording medium (paper) is substantially uniform in the thickness direction. By multiplying the integrated value of the temperature in the thickness direction of the recording medium by the area of the paper, the specific heat, and the density, the amount of heat (energy) lost per sheet is calculated. It can be considered that the recording medium takes energy in proportion to the area of the hatched portion in the figure.
On the other hand, FIG. 6 shows the temperature distribution in the thickness direction in the nip in the fixing state under the condition b. Although the temperature of the front and back surfaces of the recording medium has risen, the temperature has not risen so much at the center of the paper due to the short nip time.
It can be seen that the energy taken by the recording medium is smaller than in FIG. On the other hand, it can be seen that the temperature of the fixing roller 1 is high and the temperature difference between the front and back of the toner is considerably larger than the condition a.
This temperature difference in the toner is caused by the fact that the interface temperature between the toner and the fixing roller 1 is higher than the temperature of the interface between the toner and the recording medium, which is considered to contribute to the fixing to the recording medium. Will occur.
[0009]
FIG. 6 shows the temperature distribution under the condition in which the pressure roller 2 is sufficiently heated to a temperature close to the fixing roller 1, but when the fixing is performed at a high temperature for a short time as in the condition b, the recording medium is not heated so much. There is no need to heat from behind with the pressure roller 2.
FIG. 7 is a graph showing the temperature distribution in the nip in the fixing state under the condition b without heating by the pressure roller. FIG. 7 shows a temperature distribution in a fixing state when the pressure roller 2 is fixed at room temperature and similarly in a short time. The toner can be sufficiently fixed without heating the pressure roller 2, and the energy (shaded area) taken by the temperature rise of the recording medium is much smaller than that in FIG. However, the temperature difference in the toner is still large, and also in this case, hot offset occurs. FIG. 8 is a graph showing the temperature distribution in the nip in the fixing state under the condition b, with the toner adhesion amount reduced. FIG. 9 is a graph showing the fixing temperature and the energy required for fixing per recording medium.
FIG. 8 shows the temperature distribution in the fixing state when the toner thickness (toner adhesion amount) is reduced under the same short-time fixing condition. The temperature gradient in the toner is the same as that in FIG. 7, but the temperature difference in the toner is almost equal to the condition a because the toner thickness is small.
Under these conditions, no hot offset occurred. As described above, when the toner adhesion amount is equal to or less than the predetermined amount, it can be seen that the energy consumption per recording medium can be significantly reduced depending on the fixing conditions without generating hot offset.
The condition that the fixing roller temperature is as high as possible in the relationship between the temperature of the fixing roller 1 and the nip time shown in FIG. 4 so that the temperature difference in the toner becomes equal to or less than a predetermined value in accordance with the maximum amount of toner adhesion in the image By selecting (the condition for a short nip time), it is possible to minimize the energy consumption in fixing. FIG. 9 shows the fixing roller temperature and the energy required for fixing per recording medium.
FIG. 10 is a graph showing the temperature distribution in the nip in the fixing state under the condition a, in a state where the toner adhesion amount is small. As shown in FIG. 10, even if the toner thickness (adhesion amount) is small under the condition a, the change is small because the temperature difference inside the toner is originally small.
[0010]
FIG. 11 is a flowchart illustrating a flow of an operation of the image forming apparatus according to the second embodiment of the present invention. After the image data is input (S21), the maximum toner adhesion amount per area (Xmg / cm 2 ) predicted from the image information is predicted (S22).
Thereafter, the mode according to the mode selected by the user is followed (S23). If the normal mode is selected (S24), a fixing condition that minimizes the energy consumption of the image as it is is determined (S25), and the image is output (S30).
On the other hand, when the energy saving mode is selected in the mode selection (S23) (S26), the image density is changed to a low value (S27), the maximum amount of toner adhesion is predicted from the image density (S28), and the fixing is performed. The conditions (temperature of the fixing member, fixing speed) and process conditions (output speed) are determined (S29). Thereafter, an image is output (S30).
If the temperature of the pressure roller 2 may be low in determining the fixing conditions, the heater 3 for heating the pressure roller 2 is not turned on, and the heater 3 in the fixing roller 1 is turned on. Only the fixing roller is heated at the maximum power by full lighting, and the rise time is reduced without pre-rotation.
As the rise time is short, the lighting time of the heater 3 required for output is short, so that energy is saved because the rise time is short. Can be turned off) and energy can be saved.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an operation flow of the image forming apparatus according to the third embodiment of the present invention. The fixing conditions are determined based on the transfer material (recording medium) information in addition to the maximum toner adhesion amount. Generally, in the case of thick paper, the fixing property is maintained by increasing the fixing temperature or decreasing the fixing speed.
Under the conditions as shown in FIG. 5, since the recording medium is sufficiently warmed and fixed, the amount of heat is insufficient in the case of thick paper. Therefore, it is necessary to increase the fixing temperature or reduce the linear velocity. However, under the conditions as shown in FIG. 8, since the temperature on the back side of the paper hardly rises, it is not necessary to change the fixing conditions so much even when the paper becomes thick.
For this reason, by matching the maximum toner adhesion amount and the transfer material (recording medium) information, it is possible to set the fixing conditions more finely and to minimize the energy consumption.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the linear velocity satisfying the fixing and the fixing roller temperature.
FIG. 13 shows the relationship between the linear velocity and the fixing roller temperature. Although the horizontal axis in FIG. 4 is merely changed from the nip time to the linear speed, the actual fixing conditions are determined according to FIG.
[0011]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect, the energy required for image formation can be reduced by controlling the fixing conditions based on the information on the maximum amount of toner adhesion.
According to the second aspect, by controlling the fixing conditions based on the information on the maximum amount of toner adhesion, it is possible to reduce the power consumption in the fixing and save energy.
According to the third aspect, the maximum output speed (especially, color) of the apparatus often depends on the power consumption in fixing, and the fixing condition is controlled based on the information of the maximum amount of adhered toner to control the temperature of the paper. The output speed of the apparatus can be increased by suppressing the rise and reducing the amount of heat taken by the paper (recording medium).
According to the fourth aspect, by providing an energy saving mode in which the image density is suppressed with respect to the normal mode, it is possible to control the fixing condition by suppressing the toner adhesion amount and reduce the energy consumption in the fixing. In addition, energy consumption can also be reduced by suppressing the consumption of paper, and the output cost per sheet can be reduced.
According to the fifth aspect, instead of suppressing the toner adhesion amount by providing an energy saving mode in which the image density is suppressed with respect to the normal mode, the fixing temperature and the fixing speed are increased to suppress the temperature rise of the paper (recording medium). In addition, it is possible to reduce power consumption in fixing to save energy.
According to the sixth aspect, by providing an energy saving mode in which the image density is suppressed with respect to the normal mode, the toner adhesion amount is suppressed to control the fixing condition, the output speed of the apparatus is increased, and the paper (recording medium) 1 is increased. Energy consumption per sheet can be reduced. According to the seventh aspect, by providing an energy saving mode in which the image density is suppressed with respect to the normal mode, the toner adhesion amount is suppressed, the fixing condition is controlled, the output speed of the apparatus is increased, and the paper (recording medium) 1 is increased. Energy consumption per sheet can be reduced. According to the eighth aspect, the energy required for image formation can be reduced by controlling the fixing conditions based on the information on the maximum amount of toner adhesion and the information on the transfer material (recording medium).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart illustrating an operation flow of an image forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a fixing unit used in the image forming apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention in an overall configuration.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a nip time that satisfies fixing and a fixing roller temperature.
FIG. 5 is a graph showing a temperature distribution in a nip in a fixing state under a condition a;
FIG. 6 is a graph showing a temperature distribution in a nip in a fixing state under a condition b.
FIG. 7 is a graph showing a temperature distribution in a nip in a fixing state under a condition b without heating by a pressure roller.
FIG. 8 is a graph showing a temperature distribution in a nip in a fixing state under a condition b in a state where a toner adhesion amount is reduced.
FIG. 9 is a graph showing a fixing temperature and energy required for fixing per recording medium.
FIG. 10 is a graph showing a temperature distribution in a nip in a fixing state under condition a in a state where a toner adhesion amount is small.
FIG. 11 is a flowchart illustrating an operation flow of the image forming apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an operation flow of the image forming apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the linear velocity satisfying the fixing and the fixing roller temperature.
[Explanation of symbols]
A fixing means (fixing unit), B image forming apparatus, 1 fixing roller, 2 pressing roller, 3 heater, 4 temperature and sensor, 5 recording medium (paper, transfer material), 6 image forming section, 10 image carrier, 14 charging means (charging roller), 18 exposure means (writing unit), 22 developing means (developing unit), 26 transfer means (transfer roller)
