JP2007058062A - 画像記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部からの熱で転写部材の電気抵抗値が変動しても転写性能が劣化することのない、安定した画像記録装置を提供する。
【解決手段】用紙上に形成されたトナー画像を加熱定着する熱定着装置１８の筐体または筐体に支持された部材から入射する赤外線２２を非接触で計測し温度検出する第一の温度検知素子１２Ｂと、筐体の周辺温度又は雰囲気温度を非接触で検知する第二の温度検知素子１２Ｃとから構成される温度センサと、を備え、前記熱定着装置の温度は前記温度センサの検出した温度に基づいて温度制御され、前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力と、一つの転写ローラの抵抗値とから、一つまたは複数の前記トナー画像形成装置に設けられた前記転写ローラに印加される転写電圧の制御を行うことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は画像記録装置に関し、特に用紙搬送方向に複数のトナー画像形成装置を備え、用紙上に形成されたトナー画像を熱で定着する画像記録装置に関する。

従来より、光源から射出された光ビームを回転多面鏡で反射させて感光体上を走査露光し現像することで感光体上にトナー像を形成し、このトナー像が形成された感光体と、所定の転写電圧が印加された転写ロールとの接触部に用紙を通過させることで前記トナー像を用紙に転写して画像を形成する画像形成装置は、一般的によく知られている。

このような画像形成装置において、用紙に形成される画像の画質を良好に維持するためには、転写ロールに印加する転写電圧を適正な値に設定する必要がある。しかし転写電圧値は温度・湿度などの環境によって変動するため、機内温度などの変動をリアルタイムで検出し、これに対して迅速に対応する必要がある。

また、個々の転写ロールによって感光体との接触部のインピーダンスにばらつきがあるため、適正な転写電圧値は個々の転写ロールにより異なっており、適正な転写電圧値を設定することは容易ではなかった。このため、複数の温度センサを用いて画像記録装置内の温度を計測する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記の技術では定着器の温度センサの他に、搬送ベルトの温度モニタにも別途センサを用い二個で機内の温昇等の制御を行っていた。センサを複数使用することによるコスト上昇やレイアウトスペース等の問題が新たに発生する。

そこで本発明では上記の課題を解決するため、従来は定着器に必要な温度コントロールのみに使用していた非接触式温度センサの２つのサーミスタ（＝検知用サーミスタと補償用サーミスタ）の出力値と転写部材の抵抗値を転写電圧の制御に用いることで、コストやスペースの問題を解決しながら適正な転写電圧値を設定できる。
特開２００４−３２５６３７号公報

本発明は上記事実を考慮し、小型、低コストで転写性能の安定した画像記録装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の画像記録装置は、感光体上に形成されたトナー画像または転写部材に転写されたトナー画像を、転写ローラで用紙上に転写するトナー画像形成装置を用紙搬送方向に複数備えたタンデム方式の画像記録装置であって、用紙上に形成されたトナー画像を加熱定着する熱定着装置の筐体または筐体に支持された部材から入射する赤外線を非接触で計測し温度検出する第一の温度検知素子と、筐体の周辺温度又は雰囲気温度を非接触で検知する第二の温度検知素子とから構成される温度センサと、を備え、前記熱定着装置の温度は前記温度センサの検出した温度に基づいて温度制御され、前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力と、一つの転写ローラの抵抗値とから、一つまたは複数の前記トナー画像形成装置に設けられた前記転写ローラに印加される転写電圧の制御を行うことを特徴とする。

上記構成の発明では、従来は定着器の温度制御のみに用いられていた温度センサの検知する雰囲気温度データを転写ローラの温度検出に用いることで、定着器に最も近い転写ローラのみ温度が高く、他のローラは温度が低くなるローラ間の温度差とそれによる抵抗値の差を考慮し、専用の温度センサを設けることなく安定したトナー画像の転写電圧制御を低コスト・省スペースで行うことができる。

請求項２に記載の画像記録装置は、前記複数のトナー画像形成装置において黒色画像を記録する黒色画像形成装置が前記熱定着装置に最も近く、前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力と、一つの転写ローラの抵抗値とから、前記黒色画像形成装置に設けられた前記転写ローラに印加される転写電圧の制御を行うことを特徴とする
上記構成の発明では、特にＹＭＣＫの順で色トナー画像の転写を行うタンデム方式の画像形成装置において、定着器に最も近くに設置されるため輻射熱の影響を最も受けやすいが、テキスト印字等に使用されることが多く、また他の色と比較して色味は多少ラフでも問題ないＫ色すなわち黒色のトナー転写電圧制御を低コスト・省スペースで行うことができる。

請求項３に記載の画像記録装置は、前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力と、前記熱定着装置に最も近い位置に設けられた前記トナー画像形成装置の前記転写ローラの抵抗値とから、一つまたは複数の前記トナー画像形成装置に設けられた前記転写ローラに印加される転写電圧の制御を行うことを特徴とする。

上記構成の発明では、定着器に最も近い転写ローラであれば輻射熱による温度上昇分のフィードバックが正確になり、また温度上昇でも一番ストレスのかかる場所であるので、抵抗値の変動からローラの寿命の予測をすることも可能になる
請求項４に記載の画像記録装置は、前記第一あるいは第二の温度検知素子は、赤外線を吸収する感熱フィルムと、前記感熱フィルム上に設けられ前記感熱フィルムの温度に応じて抵抗値を変化させるサーミスタとからなることを特徴とする。

上記構成の発明では、大出力で増幅器が不要であり、出力バラツキが小さく調整が不要であり、結露や汚れに強いといった非接触センサの利点に加えて、内部に補償用サーミスタを備えるため外部に温度補償用センサをもつ必要がなく、かつ補償用サーミスタの出力を転写電圧の制御に利用することができる。

請求項５に記載の画像記録装置は、前記第二の温度検知素子は、赤外線を吸収して発熱し熱起電力を生じる熱電対を積層したサーモパイルであり、前記第二の温度検知素子にて検出された温度に応じて前記転写部材に印加される転写電圧の制御を行うことを特徴とする。

上記構成の発明では、第二の温度検知素子にサーモパイルを用いることで高感度かつ応答速度が速く、温度による感度の変動が少ない（感度の温度係数が小さい）センサとすることができる。

本発明は上記構成としたので、小型、低コストで転写性能の安定した画像記録装置とすることができた。

＜装置の構成＞
図１には本発明の第１実施形態に係る画像記録装置の構成が示されている。

図１に示すように、画像記録装置１０は、用紙Ｐの搬送路に沿って並んで配置された複数の画像形成部３０に設けられた感光体ドラム１６にＲＯＳ２０にて露光を行い、形成された静電潜像をトナーで現像して得られたトナー画像を、ＢＴＲ（転写ローラ）１４で感光体ドラム１６との間にニップした用紙Ｐ上に転写して用紙Ｐ上にトナー画像を形成する。

用紙Ｐが搬送路に沿って搬送され、３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋの順に並んで配置された画像形成部３０を通過し、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順にトナー画像を転写されると、用紙Ｐは加熱定着部１８に搬送され、熱と圧力でトナー画像は溶融し用紙Ｐ上に定着し、出力画像として排出される。

加熱定着部１８はヒータを内蔵し用紙Ｐを加熱・加圧するヒートロール１８Ａを備え、トナー画像の定着に最も適した温度にヒートロール１８Ａを保つために非接触式の温度センサ１２を用いてヒートロール１８Ａ温度および雰囲気温度を検出する。温度センサ１２は後述するように被測定部位（この場合はヒートロール１８Ａ）の温度と雰囲気温度を検出する。

上記のように加熱定着部１８の温度は温度センサ１２にて検出され、図示しない制御部にて制御されるので加熱の恐れはないが、このとき加熱定着部１８の発する熱により、画像形成部３０およびＢＴＲ１４の温度は、加熱定着部１８に近い位置に設けられたものほど温度が上昇し、本実施形態では図１のように加熱定着部１８に近い画像形成部３０Ｋ、ＢＴＲ１４Ｋが最も熱の影響を受けやすいことになる。

ここで、トナーによる画像を用紙Ｐに転写する際にはトナーと逆の極性をもつ電圧（転写電圧）を用紙Ｐ側に印加し（本実施形態ではＢＴＲ１４に印加し）、静電的にトナーを引っ張ることで感光体ドラム１６から用紙Ｐ側にトナーを転写させ、画像そのものを転写する。

このとき、ＢＴＲ１４に印加する電圧は高すぎてもニップ部以前にトナーが転写を始め、画像故障を起こす恐れがあるが、特に低すぎる場合は転写自体が十分に行われず画像形成が正しく行われないという弊害がある。

しかし上記のように加熱定着部１８から発せられる熱により加熱定着部１８に近い画像形成部３０Ｋ、ＢＴＲ１４Ｋが熱の影響を受け、特にＢＴＲ１４Ｋが熱により温度上昇を起こせば、当然のことながら温度依存性のあるＢＴＲ１４の電気抵抗値が変動し、適正な転写電圧を印加することができない。

さらに上記の理由から、ＢＴＲ１４の受ける熱の影響は加熱定着部１８からの距離に依存するため、本実施形態のようにタンデム式の場合、加熱定着部１８から遠いＢＴＲ１４（例えば１４Ｙ）は熱の影響が小さく、加熱定着部１８に近い１４Ｋは熱の影響を大きく受けるのでＢＴＲ１４の電気抵抗値の変動も大きい。このため全部の色について一様に印加する転写電圧の補正を行うことはできず、例えば１４Ｙについて正しい転写電圧の補正を行っても１４Ｋについて同じ補正を行えば補正が不足する。

そこで本発明では従来、加熱定着部１８において必要な温度コントロールのみに使用していた非接触式の温度センサ１２の２つのサーミスタ（検知用サーミスタと補償用サーミスタ）の出力値と、ＢＴＲ１４の電気抵抗値の変動値を転写電圧の制御に用いる。
＜温度センサ＞
図２には本発明の第１実施形態に係る温度センサの構成が示されている。

図２には代表的なＮＣ（non-contact：非接触）センサである温度センサ１２が示されている。

図２に示すように、まず温度センサ１２と被測定物との間に温度差がある場合、温度センサ１２に対して、温度差に応じた量の赤外線２２が入射する。

温度センサ１２は、被測定物となるヒートロール１８Ａの表面から放射される赤外線２２を感熱フィルム１２Ａで受け、熱に変換する。この熱を検知用サーミスタ（Ｔｄ）１２Ｂで検出、温度データとして出力する。

このとき検知用サーミスタ１２Ｂのみでは温度センサ１２自身の温度を知ることができず正確な温度検出が行えない。そのため温度補償用センサである補償用サーミスタ（Ｔｃ）１２ｃを内蔵し、温度センサ１２自体の温度・周囲の雰囲気温度を測定する。補償用サーミスタ１２ｃは外部から発せられる赤外線が届かないため温度センサ１２の内部温度および内部温度を決定する周囲の雰囲気温度を測定できる。

上記のように温度センサ１２はヒートロール１８Ａの温度と共に加熱定着部１８の周囲の雰囲気温度をも測定している。この雰囲気温度と、加熱定着部１８近傍の搬送路を形成する搬送部材（例えばＢＴＲ１４）の表面温度には相関関係が存在することが発明者らによって明らかになっている。

これにより、温度センサ１２にて検出された温度データをもとにＢＴＲ１４の温度を算出可能であり、特にＢＴＲ１４用の温度センサを設けることなく温度検出ができるのでコスト・設置スペース的に無駄がない構成とすることができる。

上記のように温度センサ１２にサーミスタを用いることにより、大出力で増幅器が不要であり、出力バラツキが小さく調整が不要であり、結露や汚れに強いといったＮＣセンサの利点に加えて、内部に補償用サーミスタ１２ｃを備えるため外部に温度補償用センサをもつ必要がなく、かつ補償用サーミスタ１２ｃの出力を転写電圧の制御に利用できる。

あるいは温度センサ１２として、上記のようなサーミスタの代わりにサーモパイルを用いてもよい。サーモパイル（熱電堆）は熱型赤外線センサの一種であり、赤外線を受光することにより発生した温接点部の温度変化を熱電対の熱起電力として出力する。サーモパイルは高感度かつ応答速度が速く、温度による感度の変動が少ない（感度の温度係数が小さい）といった特徴を備えている。
＜具体的な構成＞
以下に具体的な構成例を挙げる。

補償用サーミスタ１２ｃは加熱定着部１８の温度センサ１２に搭載されており、ＢＴＲ１４の抵抗値はＫ色部、すなわち１４Ｋの抵抗値をモニタしているものとする。４本のＢＴＲ１４の内、一番上すなわち加熱定着部１８に最も近いＢＴＲである１４Ｋは、加熱定着部１８からの輻射熱の影響を一番受けやすい。

Ｋ色のＢＴＲ１４Ｋについては、Ｋ色のＢＴＲ１４Ｋの抵抗値と温度センサ１２の補償用サーミスタ１２ｃの出力値に基づいて転写電圧が最適化される。これは加熱定着部１８からの輻射熱による温度上昇分のフィードバックが正確になるためであり、また温度上昇面でも一番ストレスのかかる場所にあるＢＴＲ１４なので、ＢＴＲ１４の寿命に関して抵抗値の変動から予測をすることも可能になる。

このとき、ＢＴＲ１４Ｋの抵抗値と温度センサ１２の温度データより、ＢＴＲ１４Ｋの転写電圧のみを制御してもよい。本発明のようなカラー画像記録装置であっても、テキストのみの出力などではＢＬＫ１色で印字されることが多く、またＢＬＫに関しては色バランスを考慮する必要がないためである。
＜構成その２＞
上記実施形態とは異なり、上流側のＢＴＲ１４の電気抵抗値の抵抗値を転写電圧の制御に用いてもよい。

すなわち各ＢＴＲ１４に印可する転写電圧は、Ｙ〜ＣのＢＴＲ１４Ｙ〜１４Ｃに関しては第一実施形態と同様、Ｙ色のＢＴＲ１４Ｙの抵抗値によって決まる。これはＹ〜ＣのＢＴＲ１４表面温度に関しては殆ど差がなく、等しい温度と見なすことができるからである。

Ｋ色のＢＴＲ１４Ｋについては、Ｙ色のＢＴＲ１４Ｙの抵抗値と温度センサ１２の補償用サーミスタ１２ｃの出力値に基づいて最適化される。これにより搬送路の最上部と最下部でＢＴＲ１４の温度が異なっても、全てのＢＴＲ１４に対して適正な転写電圧を印可することが可能になる。

抵抗値モニタするＢＴＲ１４の場所としては、ここでは用紙搬送経路の最上流側（１４Ｙ）とする。これは用紙Ｐの種類によってそれぞれ適正な転写電圧が異なるため、搬送される用紙Ｐの種類を最上流側で検出し、画像転写の最初の色から適正な転写電圧を印可できるようにするためである。

また温度センサ１２の補償用サーミスタ１２ｃの検出した温度と、Ｙ色ＢＴＲ１４Ｙの印可電圧のテーブルを予め設定しておき、これを用いてＫ色ＢＴＲ１４Ｋに印可する転写電圧を補正させることもできる。

例えば図３および図４に示すような、補償用サーミスタ１２ｃの検出した温度ごとの転写電圧値を各色ごとに設定しておき、補償用サーミスタ１２ｃの検出した温度すなわち加熱定着部１８近傍の雰囲気温度に応じて転写電圧を制御するようにしてもよい。前述のように、Ｙ、Ｍ、Ｃは加熱定着部１８から離れているため輻射熱の影響が少なく、ＢＴＲ１４の電気抵抗値を測定するまでもなく温度の変動は無視してよいと考えることもできる。

また当然、上記の図３および図４のテーブルは装置が設置された温湿度や用紙Ｐの厚み、材質、表面仕上げなどによって変動する。そのため上記のような各種データを加味しテーブルに補正を行うようにすれば尚よい。
＜その他＞
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

例えば転写部材としてはＢＴＲに換えてフィルムやベルトを用いてもよいし、転写する色の順番や加熱定着部の位置など種々の条件は装置の構成に応じて変更されるべきものである。

あるいは本発明に係る画像記録装置は、４色のタンデム式カラープリンタに限定されない。すなわち加熱工程を最後に含み機内温度に勾配を生じさせる形態の装置であれば、上記プリンタのみならず画像記録装置以外にも種々の装置に応用可能である。

本発明に係る画像記録装置の構成を示す図である。 本発明に係る画像記録装置の温度センサの構成を示す図である。 本発明の第２形態に係る転写電圧と補償温度の関係を示す表である。 本発明の第２形態に係る転写電圧と補償温度の関係を示す図である。

符号の説明

１０ 画像記録装置
１２ 温度センサ
１４ ＢＴＲ
１６ 感光体ドラム
１８ 加熱定着部
２０ ＲＯＳ
２２ 赤外線
３０ 画像形成部

Claims (5)

1. 感光体上に形成されたトナー画像または転写部材に転写されたトナー画像を、転写ローラで用紙上に転写するトナー画像形成装置を用紙搬送方向に複数備えたタンデム方式の画像記録装置であって、
   用紙上に形成されたトナー画像を加熱定着する熱定着装置の筐体または筐体に支持された部材から入射する赤外線を非接触で計測し温度検出する第一の温度検知素子と、筐体の周辺温度又は雰囲気温度を非接触で検知する第二の温度検知素子とから構成される温度センサと、を備え、
   前記熱定着装置の温度は前記温度センサの検出した温度に基づいて温度制御され、
   前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力と、一つの転写ローラの抵抗値とから、一つまたは複数の前記トナー画像形成装置に設けられた前記転写ローラに印加される転写電圧の制御を行うことを特徴とする画像記録装置。
2. 前記複数のトナー画像形成装置において黒色画像を記録する黒色画像形成装置が前記熱定着装置に最も近く、
   前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力と、一つの転写ローラの抵抗値とから、前記黒色画像形成装置に設けられた前記転写ローラに印加される転写電圧の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像記録装置。
3. 前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力と、前記熱定着装置に最も近い位置に設けられた前記トナー画像形成装置の前記転写ローラの抵抗値とから、一つまたは複数の前記トナー画像形成装置に設けられた前記転写ローラに印加される転写電圧の制御を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れかに記載の画像記録装置。
4. 前記第一あるいは第二の温度検知素子は、赤外線を吸収する感熱フィルムと、前記感熱フィルム上に設けられ前記感熱フィルムの温度に応じて抵抗値を変化させるサーミスタとからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の画像記録装置。
5. 前記第二の温度検知素子は、赤外線を吸収して発熱し熱起電力を生じる熱電対を積層したサーモパイルであり、前記第二の温度検知素子にて検出された温度に応じて前記転写部材に印加される転写電圧の制御を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の画像記録装置。

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