JP2009175344A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着時における加熱ローラの端部温度の上昇を改善した画像形成装置を提供する。
【解決手段】 この画像形成装置は、加熱手段７を有する加熱ローラ８と、加熱ローラ８に圧接される加圧ローラ９とを備える定着部と、加熱ローラ８の長手方向の少なくとも中央部および端部に設けられる温度検出手段と、温度検出手段により検出された中央部および端部の温度に応じて、定着部を加熱ローラの長手方向へ移動させる定着部移動手段とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、未定着画像を記録紙に加熱定着させる画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、感光体ドラム上に潜像を形成し、それを転写ベルトに転写し、記録紙に定着させることにより印刷して出力する。転写ベルト上の未定着画像を記録紙に定着させる方法として、熱ローラ方式が知られている。この熱ローラ方式では、圧接された２つのローラのうち少なくとも一方のローラを加熱し、２つのローラの圧接部に未定着画像を形成するトナーが付着された記録紙を挿入し、記録紙を加熱および加圧して、トナーを記録紙に定着させている。

この熱ローラ方式において、上記２つのローラを備える定着装置へは、異なる複数のサイズの記録紙が供給されるが、幅狭の小サイズの記録紙が供給された場合、ローラにおいて記録紙が通過しない部分（非通紙部）が存在し、その部分では記録紙への熱の伝導がないため、記録紙が通過する部分に比較してローラ温度が上昇するという端部温度上昇が発生する。

その結果、小サイズの記録紙が連続通紙された後に、大サイズの記録紙が通紙されると、定着むらやしわが発生したり、非通紙部の未定着のトナーが溶けすぎてローラに付着し、記録紙の表面を汚すというホットオフセット等が発生する。また、非通紙部の温度が高くなりすぎると、通紙部と非通紙部でローラに大きな温度差が発生し、高温部と低温部での熱膨張の違いから、ローラにゆがみが生じ、ローラが劣化する。

これらの問題に鑑み、記録紙を収容する容器を記録紙の幅方向に移動させたり、記録紙の幅方向に対して並列に複数の供給口を有する記録紙を収容する容器を使用したりして、ローラのほぼ全域に記録紙を通過させることで端部温度上昇を改善する技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、薄肉のローラ内にローラ全体を加熱するためのヒータとローラ両端部を加熱するためのヒータを設置し、立ち上げ時は２本のヒータを使用し、立ち上げ時以外はローラ全体を加熱するヒータを使用することで端部温度上昇を改善する技術が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００２−２１１８２３号公報 特開２００６−１５４１４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、記録紙を収容する容器の幅方向の位置が変化するため、記録紙が給紙される位置に合わせて画像を描画しなければならず、制御が複雑になるという問題がある。

上記特許文献２に記載の技術では、印刷画像にトナー付着量の偏りが存在する場合や、片側の端部のトナー付着量が多く、反対側の端部のトナー付着量が少ない場合、トナー付着量が少ない端部にも定着に必要な熱以上の熱が与えられ、エネルギーを無駄に消費するという問題がある。

そこで、制御が複雑にならず、エネルギーを無駄に消費することなく、端部温度上昇を改善する画像形成装置の提供が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑み、ローラ中央部と端部の温度を検出し、検出した温度に基づいて定着部を軸方向に移動させることにより、制御が複雑にならず、エネルギーを無駄に消費することなく、端部温度上昇を改善して、未定着画像を記録紙に定着させることができることを見出すことによりなされたものである。

すなわち、本発明によれば、加熱手段を有する加熱ローラと、加熱ローラに圧接される加圧ローラとを備える定着部を含む画像形成装置であって、加熱ローラの長手方向の少なくとも中央部および端部に設けられる温度検出手段と、温度検出手段により検出された中央部および端部の温度に応じて定着部を加熱ローラの長手方向へ移動させる定着部移動手段とを含む。

温度検出手段は、加熱ローラの長手方向の少なくとも中央部と端部の２箇所に設けられるが、端部は両端に２つあり、それら２つの端部と中央部の３箇所に設けられるのが好ましい。加熱ローラの長手方向に所定間隔で４つ以上設け、各部の温度を詳細に検出することができるほうが細かく制御を行うことができ、よりエネルギー消費の無駄を防止することができるので好ましい。

この画像形成装置は、加熱ローラと加圧ローラとの間へ搬送される記録紙の幅方向の中心を基準位置とし、基準位置に対する加熱ローラの長手方向の中心位置のずれ量を検出するずれ量検出手段を含み、定着部移動手段が、温度検出手段により検出された中央部および端部の温度とずれ量検出手段により検出されたずれ量に応じて定着部を加熱ローラの長手方向へ移動させ、定着部の位置を補正する。これにより、端部温度が高ければ、端部を記録紙が通過するように定着部を移動させるが、現在の位置が既に端部を通過する位置であれば移動させることなく、現在の位置が中央部を通過する位置であれば端部を通過する位置へ移動させ、記録紙が確実に端部を通過するように補正することができる。

この画像形成装置は、温度検出手段により検出された中央部の温度と端部の温度との差が閾値を超える場合に、温度が高い中央部または端部を記録紙が通過するように定着部の位置を補正する。端部の方が、温度が高い場合、端部を記録紙が通過するように定着部の位置を補正するが、端部は両側にあるため、一方の端部を通過させた後は他方の端部を通過させるように、交互に記録紙が通過するように定着部の位置を補正する。

また、画像形成装置は、記録紙へのトナー付着割合を計算するトナー付着割合演算手段と、計算されたトナー付着割合から推定される定着温度を算出する定着温度推定手段とをさらに含む。これらの手段を含む装置では、定着部移動手段が、推定される定着温度と検出された中央部および端部の温度とに応じて、定着部を加熱ローラの長手方向へ移動させ、定着部の位置を補正する。

このように、記録紙の幅方向における印刷画像のトナー付着割合を計算し、推定されるトナー付着割合から定着に必要な温度を求め、その推定される温度に基づいて定着部を移動させ、定着を行うことにより、記録紙へのトナー付着割合から記録紙の幅方向の必要な定着温度を推定し、推定した定着温度が高い部分については、加熱ローラ温度が最も高い中央部へ通紙させ、推定した定着温度が低い部分については、加熱ローラ温度が低い端部へ通紙させ、加熱ローラの端部温度に定着に必要とされる十分な温度がなくても定着処理を行うことができ、その結果、ウォームアップ時間を短縮することができ、省エネルギーを促進することができる。

トナー付着割合演算手段は、記録紙を幅方向に３つに分割し、分割された各画像における全色の画像ドット数を算出し、最大画像ドット数で除算することにより、トナー付着割合を計算する。定着温度は、トナー付着割合が大きいほど高くなり、定着温度推定手段は、予め設定された定着温度とトナー付着割合との関係を示すグラフやテーブルを使用して、トナー付着割合から推定される定着温度を算出することができる。

この場合の定着部の位置の補正は、温度検出手段により検出された加熱ローラの長手方向の中央部の温度がその端部の温度より高く、定着温度推定手段により算出された、記録紙の幅方向に３つに分割された中央部、右端部、左端部の定着温度のうち、中央部の定着温度が最も高い場合、記録紙の中央部が加熱ローラの中央部を通過するように行う。

また、温度検出手段により検出された加熱ローラの中央部の温度がその端部の温度より高く、定着温度推定手段により算出された右端部の定着温度が最も高く、温度検出手段により検出された中央部の温度と端部の温度との差が、定着温度推定手段により算出された右端部の温度と左端部の温度との差より小さい場合、加熱ローラの中央部を記録紙の右端部が通過するように、定着部の位置の補正を行う。

温度検出手段により検出された加熱ローラの中央部の温度がその端部の温度より高く、定着温度推定手段により算出された右端部の定着温度が最も高く、定着温度推定手段により算出された右端部の定着温度が最も高く、温度検出手段により検出された中央部の温度と端部の温度との差が、定着温度推定手段により算出された右端部の温度と左端部の温度との差より大きい場合、加熱ローラの中央部を記録紙の中央部が通過するように、定着部の位置の補正を行う。

上記では、右端部の定着温度が最も高い場合を記載したが、左端部の定着温度が最も高い場合も同様で、温度検出手段により検出された中央部の温度と端部の温度との差が、定着温度推定手段により算出された右端部の温度と左端部の温度との差より小さい場合、加熱ローラの中央部を記録紙の左端部が通過するように、定着部の位置の補正を行い、大きい場合には、加熱ローラの中央部を記録紙の中央部が通過するように、定着部の位置の補正を行う。

以下、図面を参照して本実施形態の画像形成装置について詳細に説明する。図１は、本実施形態の画像形成装置の構成例を示した図である。この画像形成装置は、４つの感光体１ａ〜１ｄと、感光体１ａ〜１ｄに接触する中間転写ベルト２と、各感光体１ａ〜１ｄにレーザダイオード（ＬＤ）光３ａ〜３ｄを照射するＬＤ装置と、各感光体１ａ〜１ｄにそれぞれ隣接して設置される図示しない各色のトナーカートリッジとを備えている。

また、この画像形成装置は、記録紙を積載するための給紙カセット４と、中間転写ベルト２に形成された画像を記録紙に転写するための転写ローラ５と、トナーが転写された記録紙にトナーを定着させる定着装置６とを備えている。

記録紙に画像を形成する場合、給紙カセット４に収納された記録紙のうち最上部にある記録紙が給紙され、静電吸着によって搬送ベルト上に吸着され、感光体１ａ〜１ｄへ向けて搬送される。感光体１ａ〜１ｄに隣接して設置されるトナーカートリッジは、記録紙の給紙側からイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で設置されている。

感光体１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電し、各ＬＤ装置が各色に対応したＬＤ光３ａ〜３ｄを照射し、各感光体１ａ〜１ｄ上に静電潜像を形成する。トナーカートリッジは、静電潜像を現像、すなわち各感光体１ａ〜１ｄ上に各色のトナーを付着させ、各感光体１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する。感光体１ａ〜１ｄは、中間転写ベルト２の移動に伴って回転し、感光体１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト２に転写される。中間転写ベルト２に転写されたトナー像は、搬送ベルト上に吸着された記録紙上に、転写ローラ５によって転写される。

記録紙上に形成されたカラー画像は、各色のトナーが記録紙上に載った状態であるため、搬送ベルトから剥離し、定着装置６へ送られ、記録紙に定着させる。記録紙への定着後、排紙される。

図２は、図１に示す画像形成装置が備える定着装置６の構成例を示した図である。定着装置６は、内部にハロゲンヒータやＩＨ加熱源等の加熱手段７を備える加熱ローラ８と、加熱ローラ８に隣接して配置される加圧ローラ９とからなる定着ユニット１０を含む。加圧ローラ９には、モータ等の駆動手段が接続され、この駆動手段によって加圧ローラ９が回転することにより、加圧ローラ９に隣接する加熱ローラ８が従属回転される。

ここで、図３を参照して定着装置６が備える定着ユニット１０の構成を説明する。定着ユニット１０は、加熱ローラ８および加圧ローラ９のほか、加熱ローラ８の長手方向の中央部に設けられた中央部サーミスタ１１と、加熱ローラ８の長手方向の端部に設けられた端部サーミスタ１２を備える。ここで、長手方向とは、矢線Ｌに示す方向である。中央部サーミスタ１１および端部サーミスタ１２は、加熱ローラ８の温度検出手段として機能し、加熱ローラ８の対応する位置の温度を検出して、その温度を制御部１７に出力する。なお、制御部１７については後述する。

温度検出手段としてサーミスタを挙げたが、サーミスタに限定されるものではなく、接触型、非接触型を問わず、任意のセンサを用いてもよく、また、中央と端部の２箇所に限られるものではなく、２以上の箇所に配置することができ、その数が多いほど細かく制御を行うことができ、よりエネルギー消費の無駄を防止することができるので好ましい。

再び図２を参照して定着装置６について説明を続ける。定着装置６は、正逆両方への回転が可能なモータ１３と、モータ１３に接続され、略円形でその周部に複数の歯を有するピニオンギア１４と、ピニオンギア１４の歯に噛み合う複数の歯を有し、複数の歯が並んだ長手方向が加熱ローラ８の長手方向と平行になるように設けられるラック１５と、定着ユニット１０の位置を検知するセンサ１６とをさらに備えている。

モータ１３は、回転数および回転方向を制御することにより、ピニオンギア１４およびラック１５を介して定着ユニット１０の位置を変えることができる。センサ１６は、定着ユニット１０の基準位置からのずれ量を相対位置で判断する。この基準位置は、搬送される記録紙の幅方向の中心位置とされ、ずれ量は、加熱ローラ８の中心と基準位置との距離として得られる。

この定着装置６へは、トナー像が転写された記録紙が搬送され、加熱ローラ８と加圧ローラ９との間に形成されるニップで、記録紙に熱と圧力が加えられ、トナー像が記録紙に定着される。ここで各方向を整理しておくと、加熱ローラ８の長手方向、ラックの複数の歯が並んだ長手方向、記録紙の幅方向はいずれも同じ方向で、これらの方向に対して垂直な方向が、記録紙が搬送される方向である。

図４を参照して画像形成装置の制御系の構成を説明する。この制御系は、ＣＰＵを含む制御部１７と、画像データを格納する画像メモリ１８と、画像メモリ１８に格納された画像データから可視像を形成する画像作像部１９と、加圧ローラ９を駆動させ、回転させる駆動源２０と、制御部１７に対し、画像形成装置全体の制御を実行させる制御プログラムを格納するメモリ２１とを含んで構成されている。

制御部１７は、メモリ２１から読み出して制御プログラムを実行し、加熱手段７により加熱ローラ８を加熱し、中央部サーミスタ１１および端部サーミスタ１２の各々からの温度を温度信号してＡ／Ｄ変換器を介して入力することにより加熱ローラ８の中央部と端部の温度を検出する。

また、制御部１７は、定着ユニット１０の位置を補正するための位置補正手段としても機能し、加熱ローラ８の中央部の温度と端部の温度とに基づいて定着ユニット１０の補正位置を算出し、その算出した補正位置に定着ユニット１０を移動させる。なお、定着ユニット１０の補正位置は、基準位置からのずれ量とし、記録紙の幅方向の中心位置と加熱ローラ８の長手方向の中心位置とが重なり合うときをずれ量０とし、記録紙に向いて加熱ローラ８が右側へ移動している場合を正、左側へ移動している場合を負とする。すなわち、そのずれ量は、記録紙の幅方向の中心位置に対し、加熱ローラ８の長手方向の中心位置が右側へ１０ｍｍ移動しているときは＋１０ｍｍ、加熱ローラ８の長手方向の中心位置が左側へ１０ｍｍ移動しているときは−１０ｍｍである。なお、基準位置へは、装置電源がＯＮされたときに移動される。

次に、図５に示すフローチャートを参照して、制御部１７が制御プログラムを実行することにより行われる処理について説明する。ステップ５００において処理を開始し、まず、ステップ５０１において制御部１７、画像メモリ１８、メモリ２１からなるエンジンが印刷要求とともに画像データを受け取り、画像メモリ１８へ画像データを格納する。印刷要求および画像データは、ＰＣ等の外部機器から送信され、ケーブルやネットワークを介して画像形成装置が備える通信手段や転送手段が受け取り、これら手段により入力される。ステップ５０２において、中央部サーミスタ１１および端部サーミスタ１２からの温度信号をＡ／Ｄ変換器を介して受け取り、加熱ローラ８の中央部および端部の温度を検出する。

続いて、ステップ５０３において加熱ローラ８の中央部の温度が定着可能基準温度Ｔより高い温度であるか否かを判定する。ここで、基準温度Ｔ以下である場合は、ステップ５０４へ進み、定着可能な温度に達するまで待機した後、ステップ５０２へ戻る。このステップ５０４では、定着可能な温度に達するまで待機するのではなく、ある時間だけ待機し、その後ステップ５０２へ戻り、再びステップ５０３の判定を行う処理を、定着可能な温度に達するまで繰り返すこともできる。これに対し、基準温度Ｔより高い温度である場合には、定着可能な温度に達しているため、ステップ５０５へ進み、定着処理の実行を開始する。この基準温度Ｔは、Ａ４、Ａ５、Ｂ４、はがき、封筒といった記録紙の種類やサイズによって決定され、記録紙がはがきである場合は、例えば１７０℃とすることができる。

ステップ５０５では、現在の定着ユニット１０の補正位置、すなわちずれ量が０より大きいか否かを判定する。これは、定着ユニット１０が右側へ移動しているかどうかを判定するものである。ここで、定着ユニット１０の補正位置が０以下と判定した場合は、ずれ量が０あるいは負であるため、ステップ５０６へ進み、加熱ローラ８の端部温度と中央部の温度との差が、閾値である基準値Ａよりも大きいか否かを判定する。基準値Ａは、加熱ローラ８の端部温度を下げる必要があるか否かを判断する目安となる温度範囲を規定するものであり、任意に設定することができ、例えば１０℃とすることができる。

基準値Ａ以下である場合は、ステップ５０７へ進み、定着ユニット１０の補正位置を０とし、続くステップ５１５において定着ユニット１０の補正位置に基づいて定着ユニット１０の位置を移動させる。この場合、定着ユニット１０の位置を中央にし、記録紙が定着ユニット１０の中央部を通過するように設定する。これはすなわち、基準位置に加熱ローラ８の長手方向の中心位置を合わせ、記録紙を定着ユニット１０へ搬送し、通過させることを意味する。

これに対し、基準値Ａを超える場合は、端部温度を下げる必要があることから、ステップ５０８へ進み、定着ユニット１０の補正位置を計算する。補正位置の計算には、以下の式１を用いることができる。

式１中、Ｄは、補正位置で、Ｗｒは、定着ユニット１０への通紙可能範囲で、Ｗｐは、記録紙の幅である。定着ユニット１０の通紙可能範囲が３００ｍｍで、記録紙が幅１００ｍｍのはがきである場合、補正位置Ｄは、式１より、１００ｍｍと計算される。

ステップ５１０では、定着ユニット１０の補正位置が基準値Ｂよりも大きいか否かを判定する。基準値Ｂは、基準位置に対する定着ユニット１０の右側への最大ずれ量で、基準位置からの定着ユニット１０の移動可能量であり、これも基準値Ａと同様、任意に設定することができ、例えば１００ｍｍとすることができる。定着ユニット１０の補正位置が基準値Ｂより大きい場合、ステップ５１２へ進み、定着ユニット１０の補正位置をＢとし、ステップ５１５へ進む。これに対し、定着ユニット１０の補正位置が基準値Ｂ以下である場合、そのままステップ５１５へ進む。

基準値Ｂを１００ｍｍとした場合、上記例では、補正位置Ｄが１００ｍｍであるため、そのままステップ５１５へ進む。ステップ５１５では、定着ユニット１０の補正位置に基づいて定着ユニット１０の位置を移動させる。上記例では、定着ユニット１０を右側へ１００ｍｍ移動させる。

ステップ５０５で定着ユニット１０の補正位置が０より大きいと判定した場合は、定着ユニット１０が既に右側へずれ、その右側端部には記録紙が通過せず、端部温度が上昇していることから、ステップ５０９へ進み、端部温度を下げるために定着ユニット１０の補正位置を計算し、ステップ５１１へ進む。なお、ステップ５１１、５１３は、ステップ５１０、５１２と同様であるため、説明を省略する。

続くステップ５１４では、定着ユニット１０の補正位置の符号を負に変更する。すなわち、定着ユニット１０の移動させる方向を、記録紙が通過するように左側へ変更する。端部サーミスタ１２が片側のみに設けられる場合、他側の端部温度を検出することができない。しかしながら、片側の端部温度が上昇していれば、他側の端部温度も上昇していると推定できる。そこで、定着ユニット１０の位置を右側へ移動させた後、左側へ移動させ、これを交互に繰り返すことにより、片側端部のみ温度が上昇するのを防止することができる。

ステップ５１５では、定着ユニット１０の補正位置に基づいて定着ユニット１０を移動させる。上記例の場合、定着ユニット１０を左側へ１００ｍｍ移動させる。

その後、ステップ５１６において印刷を開始する。ここでは、画像作像部１９を動作させ、記録紙上にトナー像を形成し、定着装置６により記録紙上にそのトナー像を定着させる。

このようにして、定着ユニット１０の位置を移動させることにより、図６に示すような加熱ローラ８の両端部における温度上昇を防止することができる。なお、図６には、定着ユニット１０の位置を移動させておらず、加熱ローラ８の両端部における温度が上昇しているのが示されている。これが、定着ユニット１０の位置を移動させ、記録紙を中央部、端部へと均等に給紙することで、加熱ローラ８の長手方向におけるいずれの位置においてもほぼ同じ温度とすることができる。これにより、加熱ローラ８の中央部と端部との温度差による劣化や端部のホットオフセット等の定着不良を防止することができる。

上述した実施形態では、加熱ローラ８の端部温度上昇を抑制するために、定着ユニット１０の位置を移動させた。その結果、端部温度は下がるが、その端部温度が全体を定着するのに必要とされる温度より低い温度になる場合がある。これでは十分な定着処理を行うことはできない。この状態において定着処理を行うためには、全体を定着するのに必要とされる温度に達するまで加熱ローラ８を、加熱手段７を使用して加熱しなければならない。この加熱している時間をウォームアップ時間という。このウォームアップ時間は、定着処理にかかる時間を長くし、エネルギーを消費する。また、未定着画像は、部分によってトナー量が異なり、高い定着温度を必要とする部分と、低い定着温度でよい部分とが存在する。

そこで、この第２実施形態では、このウォームアップ時間を短縮するべく、定着温度を推定する要素となるトナー付着割合を計算する手段と定着温度推定手段とを備え、次の印刷画像についてトナー付着割合を計算し、そのトナー付着割合から定着温度を推定し、記録紙において高い定着温度を必要とする部分については、端部温度が下げられて端部に比較して温度が高くなった加熱ローラ８の中央部を、低い定着温度でよい部分については、加熱ローラ８の端部を通過させる。

この第２実施形態において、制御部１７を、トナー付着割合演算手段および定着温度推定手段として機能させることで、制御系に別途構成を追加することなく実現することができる。

この第２実施形態で行う処理を、図７を参照して詳細に説明する。ステップ７００から処理を開始し、まず、ステップ７０１において、制御部１７、画像メモリ１８、メモリ２１からなるエンジンが印刷要求とともに画像データを受け取り、画像メモリ１８に画像データを格納する。

ステップ７０２において、中央部サーミスタ１１、端部サーミスタ１２からの温度信号をＡ／Ｄ変換器を介して受け取り、加熱ローラ８の中央部と端部の温度を検出する。

続いてステップ７０３において、加熱ローラ８の中央部の温度が端部温度より高いか否かを判定する。加熱ローラ８の中央部の温度が端部温度以下である場合、ステップ７０６へ進み、加熱ローラ８の中央部の温度が定着可能基準温度Ｔより高いか否かを判定する。これに対し、加熱ローラ８の中央部の温度が端部温度以下である場合は、ステップ７０７へ進み、定着可能な温度に達するまで待機し、ステップ７０２へ戻る。これも上記と同様、ステップ７０７ではある時間だけ待機し、定着可能な温度に達するまでステップ７０２、７０３、７０６の処理を繰り返すことができる。加熱ローラ８の中央部の温度が基準温度Ｔより大きい場合は、ステップ７０８へ進む。この基準温度Ｔは、記録紙の種類やサイズによって決定され、記録紙をはがきとした場合、基準温度Ｔは１７０℃とすることができる。

ステップ７０８以降の処理は、図５に示すステップ５０５以降の処理と同様であるため、ここでは説明を省略する。

ステップ７０３において、加熱ローラ８の中央部の温度が端部温度より大きい場合、ステップ７０４へ進み、印刷可能な温度に達したか否かを判定する。この中央部温度が端部温度より大きい場合とは、端部温度を下げる処理が行われた後の状態である。ステップ７０４における印刷可能温度に達したか否かの判定についての詳細は後述する。

ステップ７０４において、印刷可能温度に達していないと判定した場合、ステップ７０７へ進み、印刷可能な温度に達するまで待機し、ステップ７０２へ戻る。これに対し、印刷可能温度に達したと判定した場合、ステップ７０５へ進み、定着温度に合わせ、定着ユニット１０の補正位置を計算する。この補正位置の計算方法は後述する。その後、ステップ７１８へ進み、定着ユニット１０の位置を移動させ、ステップ７１９で印刷を開始する。すなわち、画像作像部１９を動作させ、記録紙上にトナー像を形成した後、定着装置６により記録紙上のトナー像を定着させる。

このように加熱ローラ８を移動させることにより端部が冷え、定着に必要な温度に達しておらず、ウォームアップ等が必要な状態であっても、印刷可能な温度であれば、印刷を開始することができ、ウォームアップ時間を短縮することができる。

ここで、上述したステップ７０４における印刷可能温度に達したか否かについての判定方法を、図８に示すフローチャートを用いて説明する。まず、ステップ８００で処理を開始し、ステップ８０１でトナーの付着割合を計算する。例えば、画像メモリ１８に格納された印刷画像を主走査方向、すなわち記録紙の幅方向に左部画像、中央部画像、右部画像に３分割する。分割した各画像を検索して全色の画像ドット数を求め、最大画像ドット数で除算する。ドット数は、解像度の単位として使用され、縦横方向１インチ当たりの点（ドット）の数である。全色の画像ドット数は、画像を形成する領域においてトナーを付着させて色がついた点の総数で、最大画像ドット数は、画像を形成する領域全体の点の総数である。

ステップ８０２では、計算されたトナー付着割合に基づいて、分割した各画像の定着温度を計算する。例えば、図９に示すようにトナー付着割合と定着温度との関係を予めグラフ化しておき、上記で計算されたトナー付着割合を基に、このグラフから定着温度を求めることができる。

トナー付着割合が１０％である場合、図９に示すグラフを用いて、定着温度を１５０℃と求めることができる。なお、図９に示すグラフは一例であり、トナー付着割合に対する定着温度をデータとして保持するテーブルとして構成することもできる。

次に、ステップ８０３において、右部画像における定着温度が分割した各画像の定着温度のうち最も高いか否かを判定する。右部画像における定着温度が最も高い場合、ステップ８０４へ進み、加熱ローラ８の中央部と端部の温度差が右部画像の定着温度と左部画像の定着温度の差より小さいか否かを判定する。すなわち、定着ユニット１０を移動させ、定着温度が最も高い右部画像と加熱ローラ８の温度が最も高い中央部とを合わせた場合に、加熱ローラ８の中央部の温度が右部画像の定着温度を超えると同時に加熱ローラ８の温度の低い端部温度が左部画像の定着温度より高くなるか否かを判定する。

加熱ローラ８の中央部と端部の温度差が右部画像の定着温度と左部画像の定着温度の差より小さい場合、ステップ８０５へ進み、右部画像の定着温度が加熱ローラ８の中央部の温度より低いか否かを判定する。右部画像の定着温度が加熱ローラ８の中央部の温度より低い場合、印刷可能温度に達していると判定する（ステップ８１２）。これに対して、右部画像の定着温度が加熱ローラ８の中央部の温度以上の場合、印刷可能温度に達していないと判定する（ステップ８１３）。

その一方、ステップ８０４において、加熱ローラ８の中央部と端部の温度差が右部画像の定着温度と左部画像の定着温度の差より大きい場合、ステップ８０６へ進み、右部画像の定着温度が加熱ローラ８の端部温度より小さいか否かを判定する。右部画像の定着温度が加熱ローラ８の端部温度より小さい場合、印刷可能温度に達していると判定し（ステップ８１４）、右部画像の定着温度が加熱ローラ８の端部温度以上の場合は印刷可能温度に達していないと判定する（ステップ８１３）。

ステップ８０３において、右部画像の定着温度が最も高いと判定されない場合、ステップ８０７へ進み、左部画像の定着温度が分割した各画像の定着温度のうち最も高いか否かを判定する。この判定において、左部画像の定着温度が最も高い場合、ステップ８０８へ進み、加熱ローラ８の中央部と端部の温度差が左部画像の定着温度と右部画像の定着温度の差より小さいか否かを判定する。すなわち、定着ユニット１０を移動させ、定着温度が最も高い左部画像と加熱ローラ８の温度が最も高い中央部を合わせたときに、加熱ローラ８の中央部の温度が左部画像の定着温度を超えるとともに、加熱ローラ８の温度の低い端部温度が右部画像の定着温度より高くなるか否かを判定する。

加熱ローラ８の中央部の温度と端部温度との差が左部画像の定着温度と右部画像の定着温度との差より小さい場合は、ステップ８０９へ進み、左部画像の定着温度が加熱ローラ８の中央部の温度より低いか否かを判定する。左部画像の定着温度が加熱ローラ８の中央部の温度より低い場合、印刷可能温度に達していると判定する（ステップ８１４）。これに対し、左部画像の定着温度が加熱ローラ８の中央部の温度以上である場合は印刷可能温度に達していないと判定する（ステップ８１５）。

ステップ８０８において、加熱ローラ８の中央部と端部の温度差が左部画像の定着温度と右部画像の定着温度の差より大きい場合、ステップ８１０へ進み、左部画像の定着温度が加熱ローラ８の端部温度より小さいか否かを判定する。左部画像の定着温度が加熱ローラ８の端部温度より小さい場合、印刷可能温度に達していると判定し（ステップ８１６）、左部画像の定着温度が加熱ローラ８の端部温度以上である場合には、印刷可能温度に達していないと判定する（ステップ８１５）。

ステップ８０７において、左部画像の定着温度が最も高いと判定されない場合、すなわち中央部の定着温度が最も高いと判定された場合、ステップ８１１へ進み、中央部の定着温度が加熱ローラ８の中央部の温度より低いか否かを判定する。中央部の定着温度が加熱ローラ８の中央部の温度より低い場合、印刷可能温度に達していると判定する（ステップ８１６）。これに対し、中央部の定着温度が加熱ローラ８の中央部の温度以上である場合は、印刷可能温度に達していないと判定する（ステップ８１５）。

上述したステップ７０５における定着ユニット１０の補正位置の計算方法について、図１０に示すフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。ステップ１０００から処理を開始し、まず、ステップ１００１において、上記ステップ８０２で求めた右部画像の定着温度が分割した各画像の定着温度の中で最も高い温度か否かを判定する。右部画像の定着温度が最も高い場合、ステップ１００２へ進み、加熱ローラ８の中央部と端部の温度差が右部画像の定着温度と左部画像の定着温度の差より小さいか否かを判定する。すなわち、定着ユニット１０を移動させ、定着温度が最も高い右部画像と加熱ローラ８の温度が最も高い中央部とを合わせたときに、加熱ローラ８の中央部の温度が右部画像の定着温度を超えるとともに、加熱ローラ８の温度の低い端部温度が左部画像の定着温度より高くなるか否かを判定する。

ステップ１００２において、加熱ローラ８の中央部と端部の温度差が右部画像の定着温度と左部画像の定着温度の差より小さい場合、定着ユニット１０の補正位置を０とし、定着ユニット１０の補正位置の計算を終了する。ステップ１００２において加熱ローラ８の中央部と端部の温度差が右部画像の定着温度と左部画像の定着温度の差より小さい場合、ステップ１００３へ進み、定着ユニット１０の補正位置を印刷画像の幅を３で除した値とする。この３という数値は、印刷画像を分割した数である。印刷画像の幅を３で除した値を定着ユニット１０の補正位置とすることで、定着ユニット１０の位置を定着温度が最も高い右部画像と、加熱ローラ８の温度が最も高い中央部とを合わせることができる。

続くステップ１００４では、定着ユニット１０の補正位置が基準値Ｂ（定着ユニット１０の基準位置からの移動可能量）より大きいか否かを判定する。定着ユニット１０の補正位置が基準値Ｂより大きい場合、ステップ１００５において定着ユニット１０の補正位置をＢとし、定着ユニット１０の補正位置の計算を終了する。定着ユニット１０の補正位置が基準値Ｂ以下である場合、定着ユニット１０の補正位置の計算を終了する。

一方、ステップ１００１において、右部画像の定着温度が最も高いと判定されない場合、ステップ１００７へ進み、ステップ８０２で求めた左部画像の定着温度が分割した各画像の定着温度の中で最も高いか否かを判定する。左部画像の定着温度が最も高いと判定されない場合、すなわち、中央部の定着温度が最も高いと判定される場合、ステップ１００６へ進み、定着ユニット１０の補正位置を０とし、定着ユニット１０の補正位置の計算を終了する。これに対し、左部画像の定着温度が最も高いと判定された場合、ステップ１００８へ進み、加熱ローラ８の中央部と端部の温度差が左部画像の定着温度と右部画像の定着温度の差より小さいか否かを判定する。ステップ１００８において、加熱ローラ８の中央部と端部の温度差が左部画像の定着温度と右部画像の定着温度の差以上である場合は、定着ユニット１０の補正位置を０とし、定着ユニット１０の補正位置の計算を終了する。

これに対し、加熱ローラ８の中央部と端部の温度差が左部画像の定着温度と右部画像の定着温度の差より小さい場合は、定着ユニット１０の補正位置を印刷画像の幅を３で除した値にマイナスを付けた値、すなわち−１／３倍とする。これにより、定着ユニット１０の位置を定着温度が最も高い左部画像と、加熱ローラ８の温度が最も高い中央部を合わせる。

ステップ１０１０において、定着ユニット１０の補正位置は、基準値Ｂ（定着ユニット１０の基準位置からの移動可能量）よりも小さいか否かを判定する。定着ユニット１０の補正位置が基準値Ｂより小さい場合、ステップ１０１１において定着ユニット１０の補正位置を−Ｂとし、定着ユニット１０の補正位置の計算を終了する。定着ユニット１０の補正位置が基準値−Ｂ以上である場合、定着ユニット１０の補正位置の計算を終了する。

このようにして定着ユニット１０の位置を移動することにより、図１１に示すように、加熱ローラ８が冷えた状態からのウォーミングアップ等の加熱ローラ８の端部温度低下時において、加熱ローラ８の端部温度が十分な温度になくても印刷を開始することができる。

本発明の画像形成装置は、ローラ中央部と端部の温度を検出し、検出した温度に基づき定着ユニットを、ローラの長手方向へ移動させているので、ローラの幅に対し、記録紙の幅が小さい小サイズ紙を連続印刷した場合のローラ端部温度が上昇するのを防止することができ、ローラの劣化や端部の定着不良を防止することができる。また、記録紙へのトナー付着割合から記録紙の幅方向の必要な定着温度を推定し、推定定着温度が高い部分に定着ローラ温度の最も高い中央部を通紙させ、推定定着温度が低い部分は定着ローラ温度の低い端部を通過させることにより、定着ローラの端部温度が十分な温度でなくても、定着処理を行っているので、ウォームアップ時間を短縮することができ、省エネルギー化を促進することができる。

これまで本発明の画像形成装置を上述した実施形態をもって詳細に説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施の形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本実施形態の画像形成装置の構成を示した図。 図１に示す画像形成装置が備える定着装置の構成を示した図。 図２に示す定着装置が備える定着ユニットの構成を示した図。 本実施形態の画像形成装置の制御系の構成を示した図。 端部温度の上昇を防止する処理の流れを示したフローチャート。 加熱ローラの長手方向距離と、加熱ローラの温度との関係を示した図。 端部温度の上昇を防止する処理において、ウォームアップ時間を短縮した処理の流れを示したフローチャート。 印刷可能温度に達したか否かを判定する処理の流れを示したフローチャート。 トナー付着割合と定着温度との関係を示した図。 定着温度に合わせた補正位置を計算する処理の流れを示したフローチャート。 ウォームアップ時の加熱ローラの長手方向距離と、加熱ローラの温度との関係を示した図。

符号の説明

１ａ〜１ｄ…感光体、２…中間転写ベルト、３ａ〜３ｄ…ＬＤ光、４…給紙カセット、５…転写ローラ、６…定着装置、７…加熱手段、８…加熱ローラ、９…加圧ローラ、１０…定着ユニット、１１…中央部サーミスタ、１２…端部サーミスタ、１３…モータ、１４…ピニオンギア、１５…ラック、１６…センサ、１７…制御部、１８…画像メモリ、１９…画像作像部、２０…駆動源、２１…メモリ

Claims (5)

1. 加熱手段を有する加熱ローラと、加熱ローラに圧接される加圧ローラとを備える定着部を含む画像形成装置であって、
   前記加熱ローラの長手方向の少なくとも中央部および端部に設けられる温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された前記中央部および前記端部の温度に応じて、前記定着部を前記加熱ローラの長手方向へ移動させる定着部移動手段とを含む、画像形成装置。
2. 前記加熱ローラと前記加圧ローラとの間へ搬送される記録紙の幅方向の中心を基準位置とし、前記基準位置に対する前記加熱ローラの長手方向の中心位置のずれ量を検出するずれ量検出手段を含み、
   前記定着部移動手段が、前記温度検出手段により検出された前記中央部および前記端部の温度と、前記ずれ量検出手段により検出された前記ずれ量に応じて、前記定着部を前記加熱ローラの長手方向へ移動させ、前記定着部の位置を補正する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記定着部移動手段は、前記温度検出手段により検出された前記中央部の温度と前記端部の温度との差が閾値を超える場合に、温度が高い前記中央部または前記端部を前記記録紙が通過するように前記定着部の位置を補正する、請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記記録紙へのトナー付着割合を計算するトナー付着割合演算手段と、計算された前記トナー付着割合から推定される定着温度を算出する定着温度推定手段とをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記トナー付着割合演算手段は、前記記録紙を幅方向に３つに分割し、分割された各画像における全色の画像ドット数を算出し、最大画像ドット数で除算することによりトナー付着割合を計算し、前記定着温度推定手段は、予め設定された定着温度とトナー付着割合との関係を示すグラフまたはテーブルを使用して、前記トナー付着割合から推定される前記定着温度を算出する、請求項４に記載の画像形成装置。

Images