JP2012063398A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費エネルギーの無駄を抑え、かつ、良好で安定した定着性が得られる画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着ベルト２４を加熱する加熱手段２６と、定着ベルト２４の表面温度を検知するサーミスタ２７と、サーミスタ２７のデータと本体のメモリに蓄積されている目標温度を比較し加熱手段への電力の供給を制御する制御手段とを有し、定着ベルト２４と加圧ローラ２１とによって形成されるニップに未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させ、トナー像を圧力と熱の作用で記録媒体に定着させる定着装置を備える画像形成装置であり、記録媒体を定着する領域を、該記録媒体の搬送方向に対して直交する方向にて複数に分割した分割領域Ａ，Ｂ、Ｃを定め、分割した領域ごとの画素密度に応じて目標定着温度を設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの画像形成装置に関するものである。

従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置において、用紙等の転写材部材に転写されたトナー像を定着させる装置としてハロゲンヒータ等の加熱手段により加熱されたベルトやローラである定着部材と、該定着部材を加圧する加圧ローラで形成されたニップ部によって未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持搬送しながら、加熱・加圧する定着方式が知られており、広く採用されている。

現在の画像形成装置において、定着部材の表面温度は記録媒体の種類、記録媒体の表裏、周囲の環境の温湿度、マシンの線速などの因子に応じて最適な温度となるように制御されていることが多い。このとき、記録媒体の１枚１枚の通紙中において、目標定着温度は一定となるように制御されているが、実際には１枚の通紙中においても、各部分のトナーの付着量(付着面積)などにより目標定着温度の最適値は異なってくる。一般的に目標定着温度としては、トナーの付着量が最大の時でも充分に定着できるよう高く設定されているため、例えばトナーの付着量が少ない部分に対しては温度が過多となってしまっている。すなわち無駄なエネルギーを消費していることとなる。

そこで、特許文献１には記録媒体１毎の画素密度に応じて目標定着温度を設定することができる画像形成装置が記載されている。したがって、複数枚の画像形成時において画素密度の高いものや低いものが混在していてもそれに応じて目標定着温度を設定できるので、無駄なエネルギーの消費を抑えられる。

しかしながら、特許文献１に記載されている画像形成装置は１枚ごとの記録媒体の画素密度が最も高い部分に合わせて目標定着温度を設定しているため、記録媒体１枚の画像を複数の領域に分けた場合、個々の領域に対しては必ずしも最適な目標定着温度となっておらず、その分エネルギーを過多に消費してしまうという問題があった。

本発明は、上記した従来の問題に鑑み、消費エネルギーの無駄を抑え、かつ、良好で安定した定着性が得られる画像形成装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために、本発明は、定着部材と、該定着部材に圧接される加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段と、前記定着部材の表面温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段のデータと本体のメモリに蓄積されている目標温度を比較し加熱手段への電力の供給を制御する制御手段とを有し、定着部材と加圧部材とによって形成されるニップに未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させ、トナー像を圧力と熱の作用で記録媒体に定着させる定着装置を備える画像形成装置において、前記記録媒体を定着する領域を、該記録媒体の搬送方向に対して直交する方向にて複数に分割し、分割した領域ごとの条件に応じて目標定着温度を設定することを特徴とする画像形成装置を提案する。

また、この目的を達成するために、本発明は、定着部材と、該定着部材に圧接される加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段と、前記定着部材の表面温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段のデータと本体のメモリに蓄積されている目標温度を比較し加熱手段への電力の供給を制御する制御手段とを有し、定着部材と加圧部材とによって形成されるニップに未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させ、トナー像を圧力と熱の作用で記録媒体に定着させる定着装置を備える画像形成装置において、前記記録媒体を定着する領域を、該記録媒体の搬送方向と平行な方向にて複数に分割し、前記加熱手段と前記温度検知手段を分割した領域ごとに配設するともに、分割した領域ごとの条件に応じて目標定着温度を設定することを特徴とする画像形成装置を提案する。

なお、本発明は、前記目標定着温度を設定する条件が定着する画像の画素密度であり、画素密度に応じて各領域の目標定着温度を変化させると有利である。
さらに、本発明は、前記設定する目標定着温度は、その温度が最も高くなる画素密度と最も低くなる画素密度を線形に結んだ関数を基に、画素密度に応じて変化させると有利である。

さらにまた、本発明は、前記目標定着温度を設定する条件が画素密度に加えてその画素の連続数に応じて変化させると有利である。
さらにまた、本発明は、前記目標定着温度を設定する条件が前記目標定着温度を設定する条件が画素密度に加えてトナーの色に応じて変化させると有利である。

本発明によれば、記録媒体を定着する領域を、該記録媒体の搬送方向に対して直交する方向にて複数に分割し、分割した領域ごとの条件に応じて目標定着温度を設定するので、定着する画像の条件に応じて目標定着温度を分割した領域ごとに最適な値になるように制御するため、無駄な加熱が抑えられ省エネルギーを促進することができる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略図である。 その画像形成装置の定着装置に示す構成図である。 （ａ）は本発明の１実施形態を示す説明図、（ｂ）は比較する従来の説明図である。 画素密度と目標定着温度の関係を示すグラフである。 （ａ），（ｂ）は画素の形態の違いによる目標定着温度の違いを示す図である。 本発明の別の実施形態を示す説明図である。 図６の実施形態の画像形態が異なる場合の目標定着温度を示す図である。 図６に示す実施形態の変形例を示す説明図である。

以下、本発明を実施する形態を添付図面に従って説明する。
図１は、画像形成装置本体１内に配置された作像装置２と、定着装置２０とを有し、カラー画像が得られる画像形成装置の断面概略図である。図１に示した作像装置２は、ドラム状の感光体として構成された第１ないし第４の像担持体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを有し、その各像担持体上にイエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。第１ないし第４の像担持体３Ｙないし３Ｋに対向してポリイミドやポリアミド等の耐熱性材料からなり、中抵抗に調整された基体からなる無端状ベルトである中間転写ベルト４が配置され、この中間転写ベルト４は、４つの支持ローラ５，６，７，８に巻き掛けられて矢印方向に回転駆動される。

本例の画像形成装置は、フルカラーモードとモノクロモードを含む複数の印刷モードを有しており、フルカラーモードが選択された際の作像動作について簡単に説明すると、第１の像担持体３Ｙが反時計方向に回転駆動され、このとき帯電装置によって像担持体３Ｙが所定の極性に帯電され、次いでその帯電面に、レーザ書き込みユニット１０から出射する光変調されたレーザビームが照射される。これによって像担持体３Ｙに静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置によってイエロートナー像として可視像化される。

中間転写ベルト４を挟んで、像担持体３Ｙと反対側に一次転写ローラ９が配置され、この一次転写ローラに転写電圧が印加されることにより、像担持体３Ｙ上のトナー像が、矢印方向に走行する中間転写ベルト４上に一次転写される。トナー像転写後の像担持体３Ｙ上に付着する転写残トナーはクリーニング装置によって除去される。全く同様にして、図１に示した第２ないし第４の像担持体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ上にマゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像がイエロートナー像の転写された中間転写ベルト４上に順次重ねて一次転写され、中間転写ベルト４上にフルカラートナー像が形成される。

一方、図１に示すように、画像形成装置本体１内の下部には、記録媒体としての用紙を収容した給紙カセットと、給紙ローラを有する給紙装置１１が配置され、給紙ローラ１２の回転によって最上位の用紙が送り出される。送り出された用紙は、レジストローラ対によって、所定のタイミングで、支持ローラ８に巻き掛けられた中間転写ベルト４の部分と、これに対置された二次転写ローラ１３との間に給送される。このとき、二次転写ローラ１３には所定の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト４上の重ねトナー像が用紙に二次転写される。

トナー像を二次転写された用紙は、さらに上方に搬送されて定着装置２０を通り、このとき転写紙上のトナー像が熱と圧力の作用により定着される。定着装置２０を通過した用紙は、画像形成装置本体１外に排出される。

図２は図１に示した定着装置２０の構成を説明した説明図である。図２に示した定着装置２０は、加圧部材としての加圧ローラ２１と、定着部材としての定着ローラ２２と、加熱ローラ２３、及びこの定着ローラ２２と加熱ローラ２３に巻き掛けられた無端状の定着ベルト２４を備えるベルト定着装置である。

定着ベルト２４は、ポリイミド樹脂で形成された基体表層に、シリコンゴム層、さらに最外層に離型性のよいＰＦＡ（テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）層をコーティングした構成で、定着ローラ２２は芯金に発泡シリコンゴム等からなる耐熱・弾性層を有した構成であり、そして加熱ローラ２３はアルミ製中空円筒からなる構成である。

また、加圧ローラ２１は鋼製の中空芯金をシリコンゴム層で覆っており、その最外層にはＰＦＡチューブを備えている。この加圧ローラ２１は定着ローラ２２よりも表面硬度が大きく硬いので、加圧ローラ２１が定着ベルト２４を介して定着ローラ２２に食い込んだ状態で定着ローラ２２の弾性層を弾性変形させ、ニップ部Ｎは略加圧ローラ２１の外形に沿った形態に形成されている。本例の定着装置２０には、定着ベルト２４を緊張させるスプリング２５ａによって押圧されているテンションローラ２５が設けられており、このテンションローラ２５は定着ベルト２４の内側、外側のどちらに配置してもよい。

加熱ローラ２３の内部には、加熱手段２６が設けられている。加熱手段２６は本例の場合、ハロゲンヒータやカーボンヒータなどの加熱ヒータを使用するが、ヒータに限らず、例えば電磁誘導を利用して発熱する熱源を用いるようにしてもよい。さらに、加圧ローラ２３の内部に加熱手段２６を設けるように構成してもよい。加熱手段２６への電力供給は例えば加熱ローラ２３と対向する位置で定着ベルト２４に近接配置した温度検知手段としてのサーミスタ２７により定着ベルト２４の表面温度を検知し、そのデータと本体のメモリに蓄積されている目標温度を比較し加熱手段２６への電力の供給を制御する制御手段（図示せず）に基づいてい制御される。なお、符号２８は用紙を定着ベルト２４から分離する分離爪である。

この定着装置２０は、定着ローラ２２を図示していない駆動装置によって時計方向に回転駆動することにより定着ベルト２４が時計方向に回転され、その回転によって加熱ローラ２３及び加圧ローラ２１が連れ回り回転される。なお、本例の定着装置２０は定着ベルト２４が定着ローラ２２と加熱ローラ２３の２本のローラに支持されているが、その支持するローラの数は適宜選択することができる。また、加圧部材は加圧ローラ２１の代わりに複数のローラに巻き掛けられた加圧ベルトを用いることもできる。さらに、定着装置２０は定着ローラと加圧ローラを備えるローラ定着装置であっても何ら差し支えない。

このように構成される定着装置２０において、定着ベルト２４の用紙に接する部分を、１つの用紙のトナー付着量に応じた目標定着温度に制御することが提案されている。かかる構成では、記録媒体の画素密度が最も高い部分に合わせて目標定着温度を設定するため、用紙１枚の画像が密度の濃い部分と薄い部分とがあっても濃い部分に適した温度で定着していまい、その分エネルギーを過多に消費してしまうという問題があることは先に説明した。

そこで、本発明では次のように措置を講じている。
図３（ａ）において、１枚の用紙Ｐはその上の黒い部分が画像部Ｇを示している。本実施形態では、所定サイズの用紙に対して通紙方向と直交する方向で３等分し、分割領域Ａ，Ｂ，Ｃを形成している。そして、分割領域Ａ，Ｂ，Ｃにおける画素密度からそれぞれの領域の最適な定着温度がそれぞれ１６０℃、１５０℃、１６０℃であったとする。本実施形態においては、目標定着温度をこの温度に制御するものである。すなわち、定着ベルト２４の用紙と接する部分の温度を、領域Ａ，Ｂ，Ｃごとに適した温度になるよう加熱手段２６を制御している。

このように制御することで、図３（ｂ）に示す従来の制御方式では目標定着温度が一律１６０℃となって分割領域Ｂにおいて温度過多になっていたが、本実施形態ではその分のエネルギーの無駄を省くことができる。

なお、上記説明において、画像部Ｇは単色、カラーであってもよく、また定着温度の絶対値は一例である。さらにまた、本説明では通紙方向に３等分して最適な定着温度を見積もったが、これも３等分に限ったことではなく、２等分でもあるいは３等分以上に細かく区切られたものであってもよい。

図４に画素密度と目標定着温度の関係の一例を示す。ここでは、画素密度最小（０％）となる時の定着温度１３０℃、画素密度最大（１００％）となる時の定着温度１６０℃とし、その間を直線で結んでいる。例えば、読み取った画素密度が４０％であった場合は、この関数から目標定着温度を計算し、１４２℃を目標定着温度としている。それ以外の画素密度の場合も同様にして目標定着温度を求めることができる。

なお、この説明ではトナー１色の場合で画素密度０％〜１００％の間での例を示したが、実際は２色以上が重なることもあり、その場合には各色で画素密度を計算し、その和が最大の画素密度（３色であれば３００％）となり、そこからの関数から求めることとなる。また、装置によっては、トナーの総量規制をかけているものもあるが、その場合にはその点も考慮する必要がある。

図５（ａ）と図５（ｂ）は、単位画素密度読み取り領域において、画素密度が同じ２つの画像を示している。図５（ａ）に示すようにある程度以上の画素が連なっている場合、単位面積当りのトナー付着量は一定する。しかしながら、図５（ｂ）に示すように連なる画素が少ない場合、感光体の露光部や現像部の条件によりトナー付着量が異なってくる。例えば、６００ｄｐｉであると１〜１０ドット程度の少ない画素では静電潜像の電界の影響によりトナーの付着量が増す。したがって、連続する画素数に応じて、最適な目標定着温度も例えば図５（ａ）の１６０℃と図５（ｂ）１７０℃のように異なって設定する。なお、本説明における最適定着温度の絶対値は一例である。また、図５（ｂ）では連なる画素が少ない一例として孤立ドットの場合を示している。

さらに、例えば同じ画素密度最大の条件で比較した最適定着温度が、ブラックトナーでは１６０℃、シアントナーでは１７０℃と異なっていた場合には、それに応じて変化させることにより、より最適な定着温度とすることができる。

上記実施形態では、通紙方向と直交する方向で３等分した分割領域Ａ，Ｂ，Ｃごとに目標定着温度を設定しているが、図６に示す実施形態では通紙方向と平行な方向で３等分した分割領域Ａ’，Ｂ’，Ｃ’ごとに目標定着温度を設定している。この場合、分割領域Ａ’，Ｂ’，Ｃ’ごとの加熱手段２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃと、それぞれの領域の温度を検知するサーミスタ（図示せず）とを設けて各領域の目標定着温度を例えば画像がない分割領域Ａ’とＣ’を１５０℃、画像のある分割領域Ｂ’を１６０℃に設定している。また、図６と同じ加熱手段（図示せず）とサーミスタ（図示せず）を備えている図７に示す画像の例では画像のある分割領域Ａ’とＣ’を１５５℃、画像のない分割領域Ｂ’を１５０℃に設定している。

なお、本実施形態では分割領域Ａ’，Ｂ’，Ｃ’通紙方向と平行に３等分して例を示したが、温度検知センサやヒーターの設置上、および制御上可能な範囲であれば、３等分に限定しなくともよい。すなわち、分割領域の数の変更はもちろんのこと、分割領域の間隔を不等分にしたものもよく、例えば図８では中央の分割領域Ｂ’を広く、左右の分割領域Ａ’，Ｃ’が狭く設定されているとともに、左右の分割領域Ａ’，Ｃ’を１つの加熱手段２６Ｄで加熱するようにしている。

２０ 定着装置
２１ 加圧ローラ
２３ 加熱ローラ
２４ 定着ベルト
２６ 加熱手段
２７ サーミスタ
Ａ，Ｂ，Ｃ 分割領域
Ａ’，Ｂ’，Ｃ’ 分割領域

特開２００９−１８１０６５号公報

Claims (6)

1. 定着部材と、該定着部材に圧接される加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段と、前記定着部材の表面温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段のデータと本体のメモリに蓄積されている目標温度を比較し加熱手段への電力の供給を制御する制御手段とを有し、定着部材と加圧部材とによって形成されるニップに未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させ、トナー像を圧力と熱の作用で記録媒体に定着させる定着装置を備える画像形成装置において、
   前記記録媒体を定着する領域を、該記録媒体の搬送方向に対して直交する方向にて複数に分割し、分割した領域ごとの条件に応じて目標定着温度を設定することを特徴とする画像形成装置。
2. 定着部材と、該定着部材に圧接される加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段と、前記定着部材の表面温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段のデータと本体のメモリに蓄積されている目標温度を比較し加熱手段への電力の供給を制御する制御手段とを有し、定着部材と加圧部材とによって形成されるニップに未定着トナー像を担持した記録媒体を通過させ、トナー像を圧力と熱の作用で記録媒体に定着させる定着装置を備える画像形成装置において、
   前記記録媒体を定着する領域を、該記録媒体の搬送方向と平行な方向にて複数に分割し、前記加熱手段と前記温度検知手段を分割した領域ごとに配設するともに、分割した領域ごとの条件に応じて目標定着温度を設定することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記目標定着温度を設定する条件が定着する画像の画素密度であり、画素密度に応じて各領域の目標定着温度を変化させることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３の何れかに記載の画像形成装置において、前記設定する目標定着温度は、その温度が最も高くなる画素密度と最も低くなる画素密度を線形に結んだ関数を基に、画素密度に応じて変化させることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１ないし４の何れかに記載の画像形成装置において、前記目標定着温度を設定する条件が画素密度に加えてその画素の連続数に応じて変化させることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１ないし４の何れかに記載の画像形成装置において、前記目標定着温度を設定する条件が画素密度に加えてトナーの色に応じて変化させることを特徴とする画像形成装置。

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