JP2010271410A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成開始の信号が入力されてから画像形成が完了するまでの時間を、定着器の立ち上げ時間を短縮することなく短縮する。
【解決手段】制御ユニット１５は、画像情報に基づいて、画像プロセスにおいて最初に画像が形成されるシート材の搬送方向先端から、シート材上における画像形成領域の搬送方向先端である先端画像位置までの先端画像距離を取得し、先端画像距離に基づいて、定着器１１が所定の温度に到達するタイミングと、最初に画像が形成されるシート材の先端画像位置が定着位置に到達するタイミングとが同じになるように給送開始タイミングを制御する。
【選択図】図３

Description

本発明はシート材上に画像を形成する画像形成装置に関する。

従来より、画像形成プロセスに要する時間を短縮することが可能な画像形成装置の開発が望まれており、近年ではその要求がますます高まっている。ここで画像形成プロセスに要する時間を評価するための指標として、ＦＰＯＴ（ファーストプリントアウトタイム）を挙げる。ＦＰＯＴとは、一連の画像形成プロセスを行うにあたり、制御部に画像形成開始の信号が入力されてから、画像が形成された最初のシート材が排出されるまで要する時間を表す指標である。このＦＰＯＴを短縮することが出来れば、一連の画像形成プロセスに要する時間を短縮することが出来るので、従来よりＦＰＯＴを短縮可能な画像形成装置が提案されている（特許文献１）。

ＦＰＯＴを短縮する手法のひとつとして、定着器の立ち上げ時間を短縮することが考えられる。定着器の立ち上げ時間とは、定着器に設けられている発熱部材に通電を開始し、その発熱部材が定着可能な所定の温度まで昇温するのに要する時間であり、この時間を短縮することで、ＦＰＯＴの短縮を図ることが可能になる。しかし、立ち上げ時間を短縮するには、発熱部材への通電量を多くする、発熱部材の抵抗値を低くする、等の手段が考えられるが、この場合は発熱部材が所定の温度以上に昇温するオーバーシュートの問題、フリッカーが悪化するといった電気的な問題を生じる。そしてこれらの問題は画像品質を低下させるといった問題を引き起こす。よって、ＦＰＯＴを短縮し、かつ画像品質を保つためには、発熱部材への通電量を多くする、発熱部材の抵抗値を低くする等以外の手法が求められる。

特開２００３−２８０４８８号公報

しかし上記従来の画像形成装置では、以下の課題がある。特許文献１に記載の画像形成装置には、通常使用されるデフォルトモードの他にドラフトモードが用意されており、ドラフトモード選択時には、シート材の給送開始タイミングを通常よりも早くする制御を行っている。しかし給送開始タイミングを早める場合は、定着器が定着可能な所定の温度まで昇温していない状態でシート材が定着器に送り込まれる可能性があるので、定着不良等の画像不良を生じてしまう。また、この問題を防ぐためには、定着器の立ち上げ時間を短縮することが必要になるが、その場合は上述した課題がある。

そこで本発明は、一連の画像形成プロセスにおいて画像形成開始の信号が入力されてから画像形成が完了するまでの時間を、定着器の立ち上げ時間を短縮することなく短縮することが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にあっては、入力された画像情報に基づいて感光体ドラムの表面にトナー像を形成し、形成されたトナー像をシート材上に転写する画像形成ユニットと、通電されることで発熱する発熱部材を有し、前記発熱部材を所定の温度まで昇温させた状態で、シート材上に転写されたトナー像を定着位置において加熱してシート材
上に定着させる定着器と、前記画像形成ユニットにシート材を給送する給送ユニットと、前記給送ユニットの給送開始タイミングを制御する制御部と、を備える画像形成装置において、前記制御部は、前記画像情報に基づいて、連続的にシート材を給送して画像形成を行う場合において最初に画像が形成されるシート材の搬送方向先端から、シート材上における画像形成領域の前記搬送方向先端である先端画像位置までの先端画像距離を取得し、前記先端画像距離に基づいて、前記発熱部材が前記所定の温度に到達するタイミングと、前記最初に画像が形成されるシート材の先端画像位置が前記定着位置に到達するタイミングとが同じになるように前記給送開始タイミングを制御することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、一連の画像形成プロセスにおいて画像形成開始の信号が入力されてから画像形成が完了するまでの時間を、定着器の立ち上げ時間を短縮することなく短縮することが可能な画像形成装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 第１の実施形態における定着器の概略構成図。 第１の実施形態と従来の画像形成プロセスの動作タイミングを示す図。 第１の実施形態と従来の画像形成プロセスの動作タイミングを示す図。 画像が形成されたシート材の模式図。

＜第１の実施形態＞
（画像形成装置の概略構成）
図１に本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図を示す。本実施形態に係る画像形成装置は、電子写真方式を採用したレーザビームプリンタであり、例えば複写機、ファックス、これらの複合機等に適用することができる。

レーザビームプリンタ１００には、図中矢印方向に回転可能な感光体ドラム１（像担持体）、帯電ローラ２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、及びクリーニング装置６が設けられており、これらの部材、装置によって画像形成ユニットが構成されている。

レーザビームプリンタ１００の下方には、複数のシート材を収容可能な給送カセット７、及び給送カセット７からシート材を給送する給送ローラ８が設けられており、これらの部材によって給送ユニットが構成されている。また、給送ユニットと画像形成ユニットの間においてシート材の搬送路上には、シート材を搬送する搬送ローラ９、及びシート材の通過を検知するトップセンサ１０が設けられている。

シート材の搬送路方向において画像形成ユニットよりも下流側には、画像形成ユニットにおいてシート材上に形成されたトナー像をシート材上に加熱定着させるための定着器１１が設けられている。この定着器１１の構成については後述する。さらに定着器１１よりもシート材の搬送方向下流側には、シート材を排出トレイ１４へ排出する排出ローラ１２、シート材の通過を検知する排出センサ１３が設けられている。

上記構成によって一連の画像形成プロセスを行う場合の各部材、装置の動作について説明する。まず、装置本体外部の情報機器１６（ＰＣなど）から制御ユニット１５（制御部）に対して画像情報が入力されると、それに基づいて露光装置３が感光体ドラム１の表面を走査露光し、感光体ドラム１の表面に静電潜像を形成する。そして静電潜像に対して現像装置４がトナーを供給し、静電潜像をトナー像として現像した後、不図示の電圧印加手段より転写電圧が印加された転写ローラ５の作用により、転写位置においてトナー像が感
光体ドラム１からシート材上に転写される。ここでいう転写位置とは、感光体ドラム１と転写ローら５とが圧接して形成されるニップ部のことを指す。なお、トナー像の転写を行う際は、トップセンサ１０が給送ユニットから給送されてきたシート材の先端を検知することで、走査露光から転写されるまでのタイミングと転写位置にシート材を送り込むタイミングの同期がとられている。

トナー像が転写されたシート材は定着器１１に搬送され、定着器１１でトナー像がシート材上に加熱定着される。そしてトナー像が定着したシート材は、定着器１１から排出ローラ１２、排出センサ１３を経由して排出トレイ１４上に排出される。ここで説明した動作を繰り返すことによって、一連の画像形成プロセスが実行される。なお、ここでいう一連の画像プロセスとは、画像情報が入力され、連続的にシート材を給送して画像形成を行い、画像形成終了後に定着器がスタンバイ状態になるまでのプロセスを指す。本実施形態では、画像プロセス間の間隔が空く場合は、制御ユニットが定着器への通電量を制御して定着器をスタンバイ状態にしている。つまり、一連の画像形成プロセスとは、定着器がスタンバイ状態から定着可能な状態になり、画像形成後に再びスタンバイ状態に戻るまでの一つのプロセスを指す。

（定着器の概略構成）
図２を参照して、本実施形態における定着器１１の概略構成について説明する。本実施の形態における定着器１１は、可撓性を有する回転可能な定着フィルム２２を有し、定着フィルム２２の内側には発熱ヒータ基板２１（発熱部材）、サーミスタ２４、フィルムガイド２７が設けられている。また、定着フィルム２２を挟んで発熱ヒータ基板２１とは反対側から加圧ローラ２３が圧接することで定着ニップ部（定着位置）が形成されており、定着ニップ部においてシート材を挟持搬送することで、トナー像の定着が行われている。加圧ローラ２３は金属製芯金２５の周りに弾性層２６を形成したローラ部材であり、不図示の駆動源により図中矢印方向に回転駆動されている。また、定着フィルム２２は、フィルムガイド２７にガイドされて、加圧ローラ２３に従動回転するように構成されている。

上記構成によると、発熱ヒータ基板２１が定着フィルム２２の内周面と直接摺動しているので、不図示の電圧印加手段によって発熱ヒータ基板２１が通電され、発熱ヒータ基板２１が発熱すると、その発熱を効率よく定着位置に伝えることが可能になる。つまり発熱ヒータ基板２１への通電を開始してから、定着位置が定着可能な所定の温度になる状態となるまでの立ち上げ時間が早い。なお、本実施形態に用いられる定着器１１の立ち上げ時間は４．５８秒である。例えば発熱ヒータ基板２１への通電量を多くすることで、この立ち上げ時間を短縮することは可能になるが、その場合は定着に最適な所定の温度以上に発熱ヒータ基板２１が昇温してしまう（オーバーシュート）。よってこの立ち上げ時間とは、オーバーシュート等の問題が生じない範囲における最も短い立ち上げ時間を指す。なお、発熱ヒータ基板２１の温度はサーミスタ２４によって検知されており、サーミスタ２４の検知結果に基づいて、制御ユニット１５が発熱ヒータ基板２１への通電量を制御することで、発熱ヒータ基板２１、及び定着位置の温調を行うことができる。

（画像形成プロセスの動作タイミング）
図３、図４を参照して、一連の画像形成プロセスにおいて最初に画像が形成されるシート材に画像を形成する際の、各部材、装置の動作タイミングについて説明する。図３（ａ）は、従来の動作タイミングを示すものであり、図３（ｂ）は、本実施形態の動作タイミングを示すものである。また図４は、発熱ヒータ基板２１の温度の経時的変化と、画像形成プロセスのタイミングの対応を示す図である。

なお、以下で説明する動作タイミングは、制御ユニット１５によって制御されている。画像形成条件は両者ともに同一であり、温度２３℃、湿度５０％、電源電圧１２０Ｖ、電
源周波数６０Ｈｚ、シート材の坪量７５ｇ／ｍ^２（Xerox社製Xx4024）である。また、画
像形成装置のスペックは、単位時間当たりの画像形成枚数１６枚／分、最大通紙サイズはＬＴＲサイズ、プロセススピードが１００ｍｍ／ｓｅｃ、発熱ヒータ基板２１の総抵抗値が２０Ωである。さらに、画像形成装置内において、シート材の搬送路上の各部材（給送ローラ、トップセンサ、定着位置、排出センサ）間の距離（ｍｍ）は表１のようになっている。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、まず制御ユニット１５に画像情報が入力され、その画像情報に基づいて制御ユニット１５から画像形成開始信号（以下、プリント信号）が出力される（図中Ａ）。制御ユニット１５からプリント信号が出力されると、その０．１秒後に発熱ヒータ基板２１への通電が開始され、さらに露光装置３に設けられた不図示の回転多面鏡が前回転を開始する。なお、図中の太線部は、その期間は動作が継続していることを示している。

プリント信号が出力されてから所定時間経過すると、給送カセット７からシート材の給送が開始される（図中Ｂ）。図示するように従来の制御タイミングでは、プリント信号が出力されてから３．３０秒後にシート材の給送が開始されているが、本実施形態では、２．３０秒後にシート材の給送が開始されている点が特徴である。このようにシート材の給送開始タイミングを早めることができるので、本実施形態ではＦＰＯＴを従来よりも短縮することが可能になる。

つまり、ＦＰＯＴを構成する各プロセスにおいて、シート材の給送を開始してからシート材が完全に排出されるまでの時間は、プロセススピード、搬送路距離等に依存しており、これらを変更しない限り不変である。よって、装置の構成上の変更を行うことなくＦＰＯＴを短縮するためには、プリント信号を出力してからシート材の給送が開始されるまでの時間（図中Ａ−Ｂ）の短縮を図ることが必要である。そこで本実施形態では、シート材の給送開始タイミングを早め、プリント信号を出力してからシート材の給送が開始されるまでの時間を短縮することで、ＦＰＯＴの短縮を図っている。なお、シート材の給送開始タイミングを早めるための制御については後述する。

シート材の給送が開始されると、シート材の通過をトップセンサ１０が検知し、その検知に従って、シート材が転写位置に搬送されてくるタイミングと同期をとるようにして露光装置３による感光体ドラム１の走査露光が開始される。露光装置３による走査露光が行われシート材にトナー像が転写されると、トナー像が転写されたシート材は定着器１１に搬送される。シート材の給送が開始されてから、シート材の先端が定着器１１の定着位置に到達するまでの時間は、本実施形態、従来例ともに１．３８秒であり、上述したように
、この時間はプロセススピードやシート材の搬送距離が変わらない限り不変である。

定着器１１によってトナー像が定着されたシート材は、その後、排出トレイ１４上に排出される（排出完了）。なお、本実施形態、従来例ともに、シート材の給送開始からシート材が完全に排出されるまでに要する時間は３．８４秒である。よって、従来のＦＰＯＴは、プリント信号入力〜給送開始が３．３０秒、給送開始〜シート材排出が３．８４秒で計７．１４秒となり、本実施形態では、プリント信号入力〜給送開始が２．３０秒、給送開始〜シート材排出が３．８４秒で計６．１４秒となる。つまり本実施形態では、従来と比較するとＦＰＯＴが１．０秒短縮されていることがわかる。

（シート材の給送開始タイミングを早めるための制御）
上述したように本実施形態では、シート材の給送開始タイミングを早めることによって、ＦＰＯＴの短縮を図っている。ここでシート材の給送を開始するタイミング（以下、給送開始タイミング）を早めることを可能にする制御について説明する。

図３（ａ）に示すように、従来の画像形成装置におけるシート材の給送開始タイミングはプリント信号出力から３．３０秒後であるが、まず、給送開始タイミングの設定方法について説明する。

上述したように、定着器の立ち上げ時間は、本実施形態、従来ともに４．５８秒であり、シート材が給送されてから、画像が形成され、シート材の先端が定着位置まで到達するまでに要する時間は、両者ともに１．３８秒であることがわかっている。また、プリント信号が出力されてから発熱ヒータ基板に給電されるまでの時間は０．１秒である。これらの値から逆算（４．５８秒−１．３８秒＋０．１秒）すると、少なくとも定着器の立ち上げ時間４．５８秒を確保するには、従来の構成では、給送開始タイミングをプリント信号が出力されてから３．３０秒後とする必要があることがわかる。これにより、従来では給送開始タイミングをプリント信号出力から３．３０秒後に設定している。

これに対して本実施形態では、以下のようにしてシート材の給送開始タイミングを制御している。まず、制御ユニット１５は入力された画像情報に基づいて、シート材の搬送方向先端から、画像形成領域の搬送方向先端の位置（以下、先端画像位置とする）までの先端画像距離（ｍｍ）を取得する。図５（ａ）に、この先端画像距離の位置を示す。図５に示すように、先端画像距離とは、もともと画像が形成されない領域である上下左右の余白部のことではなく、シート材の搬送方向先端から、シート材の搬送方向においてシート材上に初めて画像が形成される位置までの距離を指す。

制御ユニット１５は、取得された先端画像距離と、予め設定されているプロセススピード（ｍｍ／秒）に基づいて、シート材の搬送方向先端が定着位置に到達してから、先端画像位置が定着位置に到達するまでの時間（秒）を算出する。例えば、先端画像距離が１００ｍｍである場合、それをプロセススピード（１００ｍｍ／秒）で割ると、シート材の先端が定着位置に到達してから先端画像位置が定着位置にまで到達する時間は１．０秒であることがわかる。

そこで本実施形態では、発熱ヒータ基板２１が定着可能な温度に到達するタイミングと、先端画像位置が定着位置に到達するタイミング（図３（Ｂ）のＣ´）とが同じになるように、給送開始タイミングを制御している。ここでは、シート材の搬送方向先端が定着位置に到達するタイミング（プリント信号出力から３．３０秒後）から、上記で求めた１．０秒を引くことにより、プリント信号出力から２．３０秒後にシート材の給送を開始するようにしている。これによって得られる効果について、さらに詳述する。

従来では、シート材の搬送方向先端付近から画像が形成されることを想定して、発熱部材が定着可能な温度になるタイミングと、シート材の搬送方向先端が定着位置に到達するタイミングとが同じになるようにシート材を給送している。しかし、実際に発熱部材からの熱が必要となるのは、シート材上においてトナー像が形成されている画像形成領域のみである。つまり、シート材の搬送方向先端付近に画像形成領域がない場合は、シート材の搬送方向先端が定着位置に到達する時に発熱部材が定着可能な温度にまでに立ち上げられている必要はない。よって、本実施形態では、発熱ヒータ基板２１が定着可能な温度に到達するタイミングに、先端画像位置が定着位置に到達するタイミングを合わせ、それにより給送開始タイミングを早めている。

また図４（ｂ）に示すように、本実施形態では定着可能温度まで発熱ヒータ基板２１が昇温している途中に、シート材の搬送方向先端が定着位置に到達する。その結果、発熱ヒータ基板２１からの発熱がシート材に奪われ、発熱ヒータ基板２１の昇温速度が低くなることが想定される。しかし従来のようにシート材が定着位置に到達していない場合は、ＰＩＤ制御で定着可能温度付近の通電制御を行い、オーバーシュートを防ぐために通電量を抑えている。これに対して本実施形態では、シート材に奪われる熱量を考慮して、昇温速度を一定に保つために１００％に近い出力で通電を行っているので、オーバーシュートを防ぎつつ、十分な定着性を確保することができる。また、１００％に近い出力で通電を行えるので、従来よりも安定した熱供給を行うことができる。

表２に、本実施形態に係る画像形成装置と従来の画像形成装置とを用いて画像形成を行った場合のＦＰＯＴ（秒）、定着性の結果を示す。ここでは、シート材として坪量７５ｇ／ｍ^２のXerox社製Xx4200の記録紙を使用し、紙の搬送方向先端から１００ｍｍの位置を
先端画像位置とし、発熱ヒータ基板の目標温度を１９０℃に設定した。なお、ここでいう定着性とは、トナー像を定着した後に一定の力で定着後の画像を擦り、その時の画像濃度低下率（％）を指す。つまり、表２に記載されている数値が高いほど、定着性が低いといえる。

表２に示すように、本実施形態に係る画像形成装置によると、従来と比較した場合、定着性を低下させることなく、ＦＰＯＴの短縮を達成出来ていることがわかる。よって、本実施の形態によると、一連の画像形成プロセスにおいて画像形成開始の信号が入力されてから画像形成が完了するまでの時間を、定着器の立ち上げ時間を短縮することなく短縮することが可能な画像形成装置を提供することが可能になる。

＜第２の実施形態＞
本発明を適用可能な第２の実施形態に係る画像形成装置について説明する。本実施形態では、入力された画像情報に基づいて、シート材の搬送方向の一方の側の端部から画像形成領域の一方の側の端部までの第１端部画像距離と、搬送方向の他方の側の端部から画像形成領域の他方の側の端部までの第２端部画像距離とを取得している。そして第１端部画像距離と第２端部画像距離とを比較して、互いの端部画像距離が異なる場合は、大きい方
の端部画像距離の側を搬送方向先端側として画像形成プロセスを行う。つまり、画像形成領域において大きい方の端部画像距離を有している側からシート材に画像を形成するように制御ユニット１５が画像形成ユニットを制御していることが特徴である。

例えば、シート材の搬送方向後端から画像形成領域の後端画像位置までの距離である、後端画像距離の方が先端側よりも大きい場合は、図５（ｂ）に示しているように、入力された画像情報の先端側と後端側を反転させ、反転させた情報に基づいて画像形成を行う。つまり画像形成を行う際は、取得された後端画像距離が、画像形成時における先端画像距離に置き換わり、より給送開始タイミングを早めることが可能になる。なお、画像形成装置の構成は第１の実施形態と同一であるのでここではその説明を省略する。

例えば、外部情報機器から得られた画像情報によると、先端画像距離が１０ｍｍであり、後端画像距離が１５０ｍｍであった場合、ＦＰＯＴを算出すると次のようになる（画像形成条件等は第１の実施形態と同様である）。まず、第１の実施形態の制御であれば、得られている情報はシート材の先端画像距離が１０ｍｍであるというだけなので、上記でＦＰＯＴは７.０４秒となる。

しかし、本実施形態の場合、先端画像距離と後端画像距離を取得し、両者の画像距離の大小を比較して、距離が大きい方を採用しているので、この場合は後端画像距離の１５０ｍｍを基準に、画像形成プロセスの各タイミングが制御されることになる。よって、ＦＰＯＴは５.６４秒にまで短縮され、本実施形態によれば、第１の実施形態よりも１.４秒短縮することができる。

以上より、本実施形態によれば、一連の画像形成プロセスにおいて画像形成開始の信号が入力されてから画像形成が完了するまでの時間を、定着器の立ち上げ時間を短縮することなく短縮することが可能な画像形成装置を提供することができる。

＜その他の実施形態＞
（定着器の形態について）
上記では、回転可能な定着フィルム２２の内周面と発熱ヒータ基板２１とを直接摺動させ、定着器の立ち上げ時間の短縮、省電力化を達成可能なフィルム定着方式の定着器１１を採用している。しかしながら、本発明は他の定着方式を有する画像形成装置にも適用することが可能である。例えば、発熱部材として内部にハロゲンランプを有する加熱ローラを設け、加熱ローラと加圧ローラとで形成される定着位置においてシート材を挟持搬送してトナー像を定着させる熱ローラ方式の定着器であってもよい。また、ＩＨ加熱方式の定着器を備える画像形成装置にも適用することが可能である。

１感光体ドラム １１定着器 １５制御ユニット １６情報機器

Claims (2)

1. 入力された画像情報に基づいて感光体ドラムの表面にトナー像を形成し、形成されたトナー像をシート材上に転写する画像形成ユニットと、
   通電されることで発熱する発熱部材を有し、前記発熱部材を所定の温度まで昇温させた状態で、シート材上に転写されたトナー像を定着位置において加熱してシート材上に定着させる定着器と、
   前記画像形成ユニットにシート材を給送する給送ユニットと、
   前記給送ユニットの給送開始タイミングを制御する制御部と、
   を備える画像形成装置において、
   前記制御部は、
   前記画像情報に基づいて、連続的にシート材を給送して画像形成を行う場合において最初に画像が形成されるシート材の搬送方向先端から、シート材上における画像形成領域の前記搬送方向先端である先端画像位置までの先端画像距離を取得し、
   前記先端画像距離に基づいて、前記発熱部材が前記所定の温度に到達するタイミングと、前記最初に画像が形成されるシート材の先端画像位置が前記定着位置に到達するタイミングとが同じになるように前記給送開始タイミングを制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、
   前記画像情報に基づいて、前記最初に画像が形成されるシート材の搬送方向の一方の側から、シート材上における画像形成領域の前記一方の側の端部までの第１端部画像距離と、シート材の搬送方向の他方の側から前記画像形成領域の他方の端部までの第２端部画像距離とを取得し、
   第１端部画像距離と第２端部画像距離との大小を比較し、第１端部画像距離と第２端部画像距離の大きさが異なる場合は、
   大きい方の端部画像距離を有している側が搬送方向先端側となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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