JP2015184578A - 画像形成装置 - Google Patents

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Yasuto Okabayashi
康人 岡林
良宏 林
Yoshihiro Hayashi
良宏 林
敏行 宮田
Toshiyuki Miyata
敏行 宮田
中村 聡
Satoshi Nakamura
中村  聡
裕平 富田
Yuhei Tomita
裕平 富田
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Abstract

【課題】低温環境下での記録媒体への現像剤の定着性を確保すると共に生産性の低下を抑制する。
【解決手段】画像形成装置10は、用紙Pを搬送する搬送ユニット90と、トナー画像TGを定着する定着装置100と、環境温度を測定する環境温度センサ21と、各制御を行う制御部20とを有する。ここで、制御部20は、環境温度センサ21で測定された環境温度が環境設定温度TS以下のとき、定着装置100での定着速度を低下させると共に、搬送される複数の用紙Pの搬送間隔を狭める。これにより、トナー画像TGの定着に必要な熱量が供給されるので、定着性を確保することができる。さらに、用紙Pの搬送間隔が短くなるので、生産性の低下を抑制することができる。
【選択図】図6

Description

本発明は、画像形成装置に関する。
特許文献1の画像形成装置は、画像形成装置内外の温度と湿度を検知する温度センサ及び湿度センサと、画像形成装置の状態を管理する装置状態管理手段とを有している。そして、温度センサ及び湿度センサによって検知された環境状況、装置状態管理手段によって認識された装置状況、画像情報の内容、及び記録媒体の材質を要素として、組み合わせに応じて、一連の画像形成処理の全て又は一部の動作速度を変更している。
特許第4310098号公報
本発明は、低温環境下での記録媒体への現像剤の定着性を確保すると共に生産性の低下を抑制することができる画像形成装置を得ることを目的とする。
本発明の請求項1に係る画像形成装置は、現像剤像が転写された複数の記録媒体を間隔をあけて搬送する搬送部と、前記搬送部で搬送された記録媒体に加熱により現像剤像を定着する定着部と、環境温度を測定する温度測定部と、前記温度測定部で測定された環境温度が設定温度以下のとき、該環境温度が該設定温度よりも高いときに比べて、前記定着部での現像剤像の定着速度を低下させる速度変更手段と、前記環境温度が前記設定温度以下のとき、前記環境温度が前記設定温度よりも高いときの前記間隔に比べて、前記間隔を狭める間隔変更手段と、を有する。
本発明の請求項2に係る画像形成装置は、記録媒体の種類に応じた前記設定温度が複数設定され、前記速度変更手段は、記録媒体の種類に応じて複数の前記設定温度のうちの1つである選択温度を選択し、前記環境温度が前記選択温度以下のとき、前記定着速度を低下させる。
本発明の請求項3に係る画像形成装置は、前記設定温度よりも低い温度が設定され、前記温度測定部で測定された環境温度が前記設定温度よりも低い温度以下のとき、前記定着部が、定着温度を上昇させる。
請求項1の発明は、定着速度が低下されるのに合わせて記録媒体の間隔を変更しない構成に比べて、低温環境下での記録媒体への現像剤の定着性を確保すると共に生産性の低下を抑制することができる。
請求項2の発明は、記録媒体の種類に応じて設定温度を変えない構成に比べて、低温環境下での各種の記録媒体への現像剤の定着性を確保すると共に生産性の低下を抑制することができる。
請求項3の発明は、定着部が定着の温度を上昇させない構成に比べて、記録媒体への現像剤の定着性を確保することができる。
第1実施形態に係る画像形成装置の全体構成図である。 第1実施形態に係る二次転写位置から定着位置までの構成を示す説明図である。 第1実施形態に係る制御部及び制御部に接続された各部を示すブロック図である。 第1実施形態に係る用紙の坪量を変えたときの定着下限温度と定着温度を示す説明図である。 第1実施形態に係るニップ部の幅が異なるときの紙種A、Bの用紙での定着下限温度と定着温度とを示す説明図である。 (A)、(B)第1実施形態に係る画像形成装置において定着速度及び搬送間隔が変わる状態を示す説明図である。 第1実施形態に係る環境温度が変わったときの定着下限温度と定着温度を示す説明図である。 第1実施形態に係る画像形成装置において、環境温度、坪量、及び用紙の種類の各条件における生産性を、比較例と共に示した表である。 第2実施形態に係る画像形成装置において、環境温度が変化したときの速度、用紙間隔、及びヒータ出力の制御状態を示す説明図である。 変形例の画像形成装置の構成図である。
[第1実施形態]
第1実施形態に係る画像形成装置の一例について説明する。
<全体構成>
図1には、第1実施形態の一例としての画像形成装置10が示されている。なお、以下の説明では、図1に矢印Yで示す方向(Y方向)を高さ方向、Y方向と直交し矢印Xで示す方向(X方向)を幅方向とする。また、Y方向及びX方向のそれぞれに直交する方向(Z方向)を奥行き方向とする。さらに、X方向、Y方向、Z方向のそれぞれ一方側と他方側を区別する必要がある場合は、画像形成装置10を正面視(Z方向視)して、上側をY側、下側を−Y側、右側をX側、左側を−X側、奥側をZ側、手前側を−Z側と記載する。なお、Y方向が鉛直方向となっている。
画像形成装置10は、複数のフレーム部材で構成された筐体としての装置本体11を有している。また、画像形成装置10には、Y方向の下側から上側へ向けて、記録媒体の一例としての用紙Pが収容される用紙収容部12と、用紙Pに画像を形成する主動作部14と、主動作部14原稿(図示省略)を読み取る原稿読取部16とが設けられている。さらに、画像形成装置10には、各部へ用紙Pを供給する供給部18と、主動作部14内に設けられ画像形成装置10の各部の動作を制御する制御部20と、各種情報が入力される操作パネル19(図3参照)とが設けられている。制御部20は、速度変更手段及び間隔変更手段の一例である。
〔用紙収容部〕
用紙収容部12は、種類(サイズ、坪量、材質含む)の異なる用紙Pを収容可能な第1収容部22、第2収容部24、第3収容部26、及び第4収容部28を有している。第1収容部22、第2収容部24、第3収容部26、及び第4収容部28は、収容された用紙Pを一枚ずつ送り出す送り出しロール32と、送り出された用紙Pを画像形成装置10内に設けられた搬送路30に搬送する搬送ロール34とを有している。なお、本実施形態では、OHPシートについても用紙Pに含める。
〔供給部〕
供給部18は、搬送ロール34に対して搬送路30の下流側に配置され、用紙Pを一枚ずつ搬送する複数の搬送ロール36を有している。さらに、用紙Pの搬送方向で搬送ロール36に対して下流側には、間隔変更手段の一例としての位置合せロール38が設けられている。
位置合せロール38は、位置合せモータ39(図3参照)により駆動されるようになっている。位置合せモータ39は、制御部20により回転動作及び停止動作が制御されるようになっている。そして、位置合せロール38は、用紙Pを一端停止させると共に、後述する中間転写ベルト82の移動に合わせて二次転写位置TBへ用紙Pを送り出すことで、画像転写の位置合せ及び用紙Pの後述する搬送間隔L1(図6(A)参照)を変更するようになっている。なお、位置合せモータ39は、間隔変更手段の一例である。
搬送路30の上流側部分は、画像形成装置10の正面視において、矢印Y方向に向けて用紙収容部12の−X方向側から主動作部14の−X方向側下部まで直線状とされている。また、搬送路30の下流側部分は、主動作部14の−X方向側下部から主動作部14のX方向側下部に設けられた排紙部13まで延びている。さらに、搬送路30には、用紙Pの両面に画像形成を行うために用紙Pが搬送及び反転される両面搬送路31が接続されている。なお、両面搬送を行わないときの用紙Pの搬送方向は、矢印Aで示されている。
両面搬送路31は、用紙Pを反転させる反転部33と、反転された用紙Pを搬送路30へ送り込む送込部35とを有する。反転部33は、画像形成装置10の正面視において、主動作部14のX方向側下部から用紙収容部12のX方向側まで矢印Y方向に直線状に設けられている。送込部35は、主動作部14の底部に設けられており、反転部33に搬送された用紙Pの後端が進入すると共に該用紙Pを搬送路30へ送り込むようになっている。送込部35における用紙Pの搬送方向を矢印Bで示す。
送込部35の下流側端部は、具体的には、搬送路30の位置合せロール38よりも上流側に案内部材(図示省略)により接続されている。なお、図1において、搬送路30と両面搬送路31との切り替えを行う切替部材、及び反転部33と送込部35との切り替えを行う切替部材については図示を省略する。
〔原稿読取部〕
原稿読取部16は、複数の原稿(図示省略)が載せられる原稿置台41と、1枚の原稿が載せられるプラテンガラス42と、プラテンガラス42に載せられた原稿を読み取る原稿読取装置44と、読み取られた原稿が排出される原稿排出部43とを有している。
原稿読取装置44は、プラテンガラス42に載せられた原稿に光を照射する光照射部46と、原稿から反射された反射光をプラテンガラス42と平行な方向に反射させて折り返す1個のフルレートミラー48及び2個のハーフレートミラー52とを有している。さらに、原稿読取装置44は、フルレートミラー48及びハーフレートミラー52によって折り返された反射光が入射する結像レンズ54と、結像レンズ54によって結像された反射光を電気信号に変換する光電変換素子56とを有している。
光電変換素子56によって変換された電気信号は、画像処理装置(図示省略)で画像処理され画像形成に用いられるようになっている。また、フルレートミラー48は、プラテンガラス42に沿ってフルレートで移動し、ハーフレートミラー52は、プラテンガラス42に沿ってハーフレートで移動するようになっている。
〔操作パネル〕
図3に示す操作パネル19は、一例として、タッチパネル(図示省略)を有している。このタッチパネルでは、用紙Pの坪量、材質、サイズ、他の記録媒体の使用の有無、画像形成枚数、両面画像形成の有無などの各種設定が行えるようになっている。また、操作パネル19で設定(入力)された各種情報は、制御部20に送られるようになっている。
〔主動作部〕
図1に示す主動作部14は、用紙P上に現像剤像の一例としてのトナー画像TGを形成する画像形成部60と、画像形成部60によって用紙P上に形成されたトナー画像TGを熱と圧力により用紙Pに定着する定着部の一例としての定着装置100とを有している。また、主動作部14には、温度測定部の一例としての環境温度センサ21が設けられている。
(環境温度センサ)
環境温度センサ21は、測定面(図示省略)が装置本体11の外側に露出されており、画像形成装置10の外側の温度(以後、環境温度と称する)を測定するようになっている。また、環境温度センサ21は、一例として、画像形成装置10の外側の湿度についても測定するようになっている。そして、環境温度センサ21で測定された温度情報及び湿度情報は、制御部20に送られるようになっている。
(画像形成部)
画像形成部60は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、及びブラック(K)の各トナーに対応した像保持体62Y、62M、62C、62Kを備える画像形成ユニット64Y、64M、64C、64Kを有している。また、画像形成部60は、像保持体62K、62C、62M、62Yの外周面に向けて光ビームBmを出射して露光する露光ユニット66K、66C、66M、66Yを有している。さらに、画像形成部60は、画像形成ユニット64K、64C、64M、64Yで形成されたトナー画像TGを用紙P上に転写する転写ユニット68を有している。
なお、以後の説明では、Y、M、C、Kを区別する必要がある場合は、数字の後にY、M、C、Kのいずれかの英字を付して説明し、同様の構成でY、M、C、Kを区別する必要がない場合は、Y、M、C、Kの記載を省略する。
露光ユニット66は、光源(図示省略)から出射された光ビームBmをポリゴンミラー(符号無し)で走査すると共に反射ミラーを含む複数の光学部品で反射して、各色のトナーに対応した光ビームBmを像保持体62へ向けて出射する構成となっている。また、像保持体62は、露光ユニット66の−Y側に設けられている。
画像形成ユニット64は、回転可能とされた円柱状の像保持体62と、像保持体62の外周面と対向して回転方向の上流側から下流側へ順に配置された帯電器72、現像器74、及びクリーニング部材76とを有している。そして、帯電器72と現像器74は、像保持体62の外周面で帯電器72と現像器74との間の位置に光ビームBmが照射されるように配置されている。また、像保持体62の外周面で現像器74とクリーニング部材76との間の位置には、後述する中間転写ベルト82が接触している。
像保持体62は、モータ(図示省略)の駆動により回転可能となっている。帯電器72は、一例として、ワイヤに電圧を印加してコロナ放電により像保持体62の外周面をトナーと同極性に帯電させるコロトロン方式の帯電手段で構成されている。ここで、帯電した像保持体62の外周面に画像データに基づいて光ビームBmが照射されることで、潜像(静電潜像)が形成されるようになっている。
現像器74は、一例として、磁性体からなるキャリア粒子とマイナスに帯電したトナーが混合された現像剤Gを収容しており、周方向に複数の磁極を有するマグネットロール(図示省略)が内側に設けられた円筒状の現像スリーブが設けられている。そして、現像器74は、現像スリーブが回転することにより像保持体62と対向する部位で磁気ブラシが形成されるようになっている。
さらに、現像器74は、電圧印加手段(図示省略)によって現像スリーブに現像バイアスが印加されることで、像保持体62の外周面の潜像をトナーで顕在化させてトナー画像TG(現像剤像)を形成するようになっている。なお、各現像器74には、画像形成部60の上方に設けられた各トナーカートリッジ79からトナーが供給される。
クリーニング部材76は、像保持体62の外周面と接触するクリーニングブレードを備えており、像保持体62の外周面に残留したトナーをクリーニングブレードで掻き落として回収するようになっている。また、像保持体62の回転方向で現像器74よりも下流側には、現像器74で現像されたトナー画像が一次転写される中間転写ベルト82が設けられている。
転写ユニット68は、無端状の中間転写ベルト82と、像保持体62から中間転写ベルト82上にトナー像を一次転写させる一次転写ロール84と、中間転写ベルト82上で重ねられたトナー画像TGを用紙Pへ二次転写させる二次転写ロール86とを有している。二次転写ロール86は、一例として、中間転写ベルト82の外側に配置されており、中間転写ベルト82の内側に配置された補助ロール88と共に中間転写ベルト82を挟んでいる。なお、中間転写ベルト82が像保持体62及び一次転写ロール84で挟まれる位置を一次転写位置TAとし、中間転写ベルト82が二次転写ロール86及び補助ロール88で挟まれる位置を二次転写位置TBとする。
中間転写ベルト82の内側には、回転駆動される駆動ロール83と、回転可能に設けられた複数の搬送ロール85とが配置されている。そして、中間転写ベルト82は、一次転写ロール84K、84C、84M、84Y、駆動ロール83、搬送ロール85、及び補助ロール88に巻き掛けられている。これにより、中間転写ベルト82は、駆動ロール83が図示の反時計回り方向に回転すると、矢印C方向(反対時計回り方向)に周回移動するようになっている。
駆動ロール83は、転写モータ89(図3参照)により駆動されるようになっている。転写モータ89は、制御部20により回転動作及び停止動作が制御されるようになっている。そして、制御部20は、用紙Pの後述する搬送間隔L1(図6(A)参照)を変更する場合、該搬送間隔L1に合わせて、中間転写ベルト82の移動速度を変更するようになっている。なお、中間転写ベルト82の移動速度は、用紙P上にトナー画像TGを転写するときのプロセススピードとなる。また、駆動ロール83及び転写モータ89は、間隔変更手段の一例である。
具体的には、中間転写ベルト82の外側に中間転写ベルト82の移動速度を測定するための転写速度センサ87(図3参照)が設けられている。転写速度センサ87は、一例として、発光部及び受光部(図示省略)を1組とする反射型の光学センサとなっている。また、転写速度センサ87は、中間転写ベルト82の外周面に固定された反射材(図示省略)へ光を照射すると共に、該反射材からの1回目の受光から2回目の受光までの時間を測定するようになっている。
ここで、反射材の配置間隔(距離)を測定された時間で除することで、中間転写ベルト82の移動速度が測定される。また、制御部20は、転写速度センサ87により測定された移動速度と設定された移動速度との差が0に近づくように、転写モータ89の回転速度(中間転写ベルト82の移動速度)を変更するようになっている。なお、搬送間隔L1(図6(A)参照)とは、用紙Pの搬送方向において、ある用紙Pの後端から次の用紙Pの先端までの距離である。また、一次転写位置TA及び二次転写位置TBにおける中間転写ベルト82の移動速度を転写速度と称する。
一次転写ロール84は、一例として、ステンレス鋼などの金属で構成された円柱状のシャフトの周囲に弾性層(図示省略)が形成された構成となっており、シャフトの両端部がベアリングで支持されることにより回転可能となっている。また、一次転写ロール84のシャフトには、電源(図示省略)から、トナーの極性とは逆極性の電圧(正の電圧)が印加されるようになっている。
二次転写ロール86は、一例として、一次転写ロール84と同様の構成となっており、搬送路30における位置合せロール38の下流側に配置され回転可能に設けられている。また、二次転写ロール86は、既述の二次転写位置TBで、中間転写ベルト82の外周面に接触している。
また、二次転写ロール86は接地されている。そして、補助ロール88は、二次転写ロール86の対向電極を形成しており、補助ロール88の外周面に接触配置された金属製の給電ロール(図示省略)を介して二次転写電圧が印加されるようになっている。ここで、補助ロール88に二次転写電圧(負の電圧)が印加され、補助ロール88と二次転写ロール86との間に電位差が生じることにより、二次転写位置TBに搬送される用紙P上に中間転写ベルト82上のトナー画像TGが二次転写されるようになっている。
中間転写ベルト82の外側には、各画像形成ユニット64Y、64M、64C、64Kにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生するホームポジションセンサ(図示省略)が設けられている。この基準センサは、中間転写ベルト82の裏側に設けられたマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部20からの指示により、各画像形成ユニット64Y、64M、64C、64Kが画像形成を開始するようになっている。また、画像形成ユニット64Kの下流側には、トナー画像TGの画質調整(一例として、色補正)を行うための画像濃度センサ77が設けられている。
用紙Pの移動方向で二次転写ロール86(二次転写位置TB)よりも下流側には、トナー画像TGの二次転写が終了した用紙Pを定着装置100へ搬送する搬送部の一例としての搬送ユニット90が設けられている。
ここで、画像形成装置10では、用紙Pの搬送間隔L1(図6(A)参照)を短くする場合、画像形成部60でのプロセススピードを上げると共に、位置合せロール38による二次転写位置TBへの用紙Pの送り込みタイミングを早めるようになっている。また、画像形成装置10では、用紙Pの搬送間隔L1を長くする場合、画像形成部60でのプロセススピードを下げると共に、位置合せロール38による二次転写位置TBへの用紙Pの送り込みタイミングを遅くするようになっている。
<要部構成>
次に、搬送ユニット90、定着装置100、及び制御部20について説明する。
(搬送ユニット)
図2に示すように、搬送ユニット90は、支持ロール92と、駆動ロール94と、支持ロール92及び駆動ロール94に巻き掛けられた搬送ベルト96と、用紙Pを検知する用紙センサ98と、吸気ユニット(図示省略)とを有している。支持ロール92及び駆動ロール94は、用紙Pの搬送方向(矢印A方向)に間隔をあけて、Z方向を軸方向として回転可能に設けられている。また、駆動ロール94は、制御部20(図1参照)により回転動作及び停止動作が制御されるようになっており、具体的には、搬送ベルト96による用紙Pの搬送速度と、後述する定着ベルト102による用紙Pの搬送速度とが等しくなるように制御されている。
搬送ベルト96には、厚さ方向に貫通した複数の貫通孔(図示省略)が形成されている。吸気ユニット(図示省略)は、搬送ベルト96の内側に設けられている。これにより、吸気ユニットが吸気動作することで貫通孔内が負圧状態となり、用紙Pが、回転する搬送ベルト96の外周面に吸着されながら、定着装置100へ搬送されるようになっている。なお、連続した画像形成が行われる場合、複数の用紙Pは、搬送ユニット90により、既述の搬送間隔をあけて搬送される。
用紙センサ98は、一例として、搬送路30における二次転写位置TBと後述する定着位置Qとの間で、支持ロール92及び搬送ベルト96のY側であり、搬送ベルト96のZ方向中央部と対向する位置に設けられている。また、用紙センサ98は、一例として、発光部及び受光部(図示省略)を1組とする反射型の光学センサとなっており、受光部での受光の有無により、用紙Pの有無を検知するようになっている。さらに、用紙センサ98は、検知した用紙有無の情報を制御部20(図3参照)に送るようになっている。
(定着装置)
図2に示すように、定着装置100は、一例として、用紙Pに転写された(形成された)トナー画像TGを定着する定着ベルト102と、用紙Pを定着ベルト102に向けて加圧する加圧ロール104とを有している。なお、後述するニップ部Nにおける用紙Pの搬送速度を定着速度と称する。
定着ベルト102は、一例として、ポリイミド製で無端状のベルトであり、定着ベルト102の内側には、Z方向を軸方向として回転可能とされた2本のロール部材106、108と、パッド部材112とが設けられている。パッド部材112は、定着ベルト102を挟んで加圧ロール104と対向する位置に設けられている。そして、定着ベルト102は、ロール部材106、108、パッド部材112に巻き掛けられている。
ロール部材106は、速度変更手段の一例としての定着モータ107(図3参照)により図示の矢印D方向に回転駆動されるようになっている。また、ロール部材106の周速度(定着ベルト102の周速度)は、定着速度センサ109(図3参照)により測定される。そして、制御部20(図3参照)は、定着速度センサ109から送られた定着速度情報に基づいて、定着ベルト102の周速度が設定された速度となるように、定着モータ107の回転動作を制御するようになっている。なお、定着速度センサ109は、一例として、ロータリーエンコーダを用いて定着速度を測定している。
ロール部材106、108、及びパッド部材112の内側には、それぞれ定着ヒータ114が設けられている。定着ヒータ114は、一例として、ハロゲンランプを含んで構成されている。また、定着ベルト102を挟んでロール部材108と対向する位置には、定着ベルト102の温度を測定する定着温度センサ116が設けられている。定着温度センサ116は、一例として、非接触(赤外線検出)方式の温度センサである。定着温度センサ116で測定された定着ベルト102の温度は、制御部20(図3参照)に送られる。そして、制御部20は、定着温度センサ116からの温度情報と設定温度との差に基づき、定着ヒータ114による加熱又は加熱停止を制御するようになっている。
加圧ロール104は、一例として、アルミニウム製の円筒状の芯金の外周面にシリコーンゴム製の弾性層及びフッ素系の樹脂製の離型層が積層されて構成されている。なお、以後の説明では、定着ベルト102において、パッド部材112及び加圧ロール104で挟まれ荷重を受けている部位をニップ部(接触部)Nと称する。また、用紙Pの搬送方向(矢印A方向)におけるニップ部Nの中央位置を定着位置Qと称する。
用紙Pの搬送方向における搬送ベルト96とニップ部Nとの間には、用紙Pを支持するガイド部材118が設けられている。また、用紙Pの搬送方向におけるニップ部Nよりも下流側には、用紙Pを支持するガイド部材119が設けられている。
本実施形態では、一例として、搬送される用紙Pの搬送方向の長さが、二次転写位置TBから定着位置Qまでの距離よりも長くなっている。ここで、図6(A)に示すように、本実施形態では、通常環境において、用紙Pの搬送間隔がL1となっている。
(制御部)
図1及び図3に示す制御部20は、画像形成装置10全体の制御及び各種演算を行うコンピュータとして構成されている。即ち、制御部20は、CPU(Central Processing Unit)、各種プログラムを記憶したROM(Read Only Memory)、プログラム実行時に使用されるRAM(Random Access Memory)、各情報を記憶する不揮発性メモリ、及び入出力インターフェースを有する。なお、CPU、ROM、RAM、不揮発性メモリ、及び入出力インターフェースの図示は省略する。
また、制御部20には、既述のように、操作パネル19で入力された用紙Pの種類(坪量、材質、サイズなど)、画像形成枚数、両面画像形成の有無などの情報が送られるようになっている。さらに、制御部20は、制御変更の閾値となる環境温度である環境設定温度TS(図示省略)が用紙Pの種類に応じて複数設定されたテーブル(図示省略)を有している。
制御部20では、普通紙、コート紙、OHPシートについて、環境設定温度TS=18[℃]に設定されている。また、制御部20では、一例として、坪量に応じて、18[℃]を超える環境設定温度TS、18[℃]よりも低い環境設定温度TSが設定されている。なお、環境設定温度TSが坪量に応じて異なる構成に限らず、環境設定温度TSが用紙Pの材質やサイズに応じて異なる構成であってもよい。
本実施形態では、一例として、坪量が177[gsm]以上の場合は、環境設定温度TS=16[℃]に設定されており、坪量が177[gsm]よりも小さい場合は、環境設定温度TS=10[℃]に設定されている。そして、制御部20は、操作パネル19で選択された用紙Pの坪量に応じて、環境設定温度TSを選択するようになっている。このとき選択された環境設定温度TSが、選択温度である。なお、環境設定温度TSの温度は、これらの温度とは異なる温度で設定されてもよい。
加えて、制御部20は、環境温度センサ21で測定された環境温度が選択された環境設定温度TS以下の低温となったとき、転写速度及び定着速度が通常環境時に比べて低下するように、転写モータ89及び定着モータ107の動作を制御するようになっている。なお、通常環境時の転写速度及び定着速度をV1、低温環境時の転写速度及び定着速度をV2(<V1)とする。さらに、制御部20は、転写速度及び定着速度の低下に合わせて位置合せモータ39の動作を制御し、定着前の用紙Pの搬送間隔L1(図6(A)参照)を搬送間隔L2(図6(B)参照)に狭めるようになっている。
なお、転写速度が低下することで、画像濃度センサ77(図1参照)の出力に基づく画像処理部(図示省略)での色補正の時間が確保される。このため、本実施形態では、用紙Pの搬送間隔を狭めても色補正を正確に行えるので、搬送間隔をL1からL2へ狭めるようになっている。
(定着下限温度及び定着性)
次に、定着装置100における定着下限温度及び定着性について説明する。
図4には、用紙Pの坪量を変えたときの定着下限温度(実線のグラフG1)及び定着温度(一点鎖線のグラフG2)が示されている。なお、坪量は、JIS P−8124の坪量の測定方法により得られる。また、坪量の単位は、[g/m]であるが、以後の説明では[gsm]と記載する。
定着下限温度とは、定着後のトナー画像TGの用紙Pへの定着性が実用上問題無い程度となるために、定着ベルト102(図2参照)で最低限必要とされる定着温度である。
定着温度とは、複数枚の用紙Pを連続搬送(例えば、1分間当たり100枚の用紙Pを搬送)してトナー画像TGの定着を行い、用紙Pに熱を奪われた状態での定着ベルト102の温度を意味している。
グラフG1から分かるように、定着下限温度は、用紙Pの坪量が大きく(厚く)なるほど、高くなることが分かる。つまり、厚い用紙Pほど、トナー画像TGの定着に必要な熱量が多くなる。ただし、定着下限温度は、坪量P2までは増加率が大きいが、坪量P2以上では増加率が小さくなっている。
グラフG2から分かるように、定着温度は、用紙Pの坪量が大きく(厚く)なるほど、低くなることが分かる。つまり、厚い用紙Pほど、定着ベルト102の熱量が多く吸収されてしまい、定着温度が低くなる。ただし、定着温度は、坪量P2までは低下率が大きいが、坪量P2以上では低下率が小さくなっている。
図4において、グラフG1とグラフG2の交点が坪量P2であり、且つ坪量P2における定着下限温度=定着温度=T2であるとする。また、坪量P2よりも小さい坪量をP1とし、坪量P1における定着下限温度=T1、定着温度T3として、T1<T2<T3であるとする。
ここで、定着温度が定着下限温度以上となれば、定着性が実用上問題無いことになるが、実際は定着ベルト102の温度の測定誤差があるため、定着温度=定着下限温度となる坪量P2の用紙Pを用いた場合でも、定着性が確保されない場合がある。
一方、坪量P1の用紙Pを用いた場合は、温度(T3−T1)のマージンがある。このため、このマージン(T3−T1)が、定着温度センサ116(図3参照)の測定誤差よりも大きくなれば、定着性が確保されることになる。
(定着下限温度とニップ幅)
次に、定着装置100における定着下限温度とニップ幅の関係について説明する。
図5には、用紙Pの紙種A、紙種Bの定着下限温度と、定着ベルト102(図2参照)の温度とについて、通常環境及び低温環境におけるニップ部N(図2参照)のニップ幅を変えたときの各温度が示されている。なお、紙種Aは、一例として、富士ゼロックス(株)製EliteGloss300[gsm]であり、紙種Bは、一例として、王子製紙OKトップコート127[gsm]である。また、図5では、条件の一例として、環境温度22[℃]、湿度55[%]を通常環境とし、環境温度16[℃]15[%]を低温環境としている。
グラフG3は、紙種Aの通常環境における定着下限温度であり、グラフG4は、紙種Aの低温環境における定着下限温度である。グラフG5は、紙種Bの通常環境における定着下限温度であり、グラフG6は、紙種Bの低温環境における定着下限温度である。グラフG7は、通常環境において複数枚の紙種Aを連続走行してトナー画像TGの定着を行い用紙Pに熱を奪われた後の定着ベルト102(図2参照)の最下点温度である。グラフG8は、低温環境において複数枚の紙種Aを連続走行してトナー画像TGの定着を行い用紙Pに熱を奪われた後の定着ベルト102の最下点温度である。
図5において、通常環境、低温環境ともに、定着ベルト102の定着温度が各用紙Pの定着下限温度よりも高ければ、定着性が確保されることになる。ここで、ニップ幅を12[mm]、15[mm]、20[mm]と変えたとき、紙種Bについては、通常環境及び低温環境で定着性が確保されたが、紙種Aについては、通常環境で定着性が確保されたものの、低温環境において、定着性が確保されなかった(グラフG4がグラフG8よりも高温側にある状態)。
紙種Aのように、低温環境で定着性が確保されないものについては、定着ベルト102の定着温度を上昇させれば、定着性が確保される。しかし、定着ベルト102の最下点を上昇させるために単純に定着ベルト102の加熱温度を上昇させると、加圧ロール104における芯金と弾性層との界面温度が過剰に上昇して弾性層が剥がれ、あるいは、用紙Pのカール量が増加する可能性がある。このため、本実施形態では、低温環境(既述の環境設定温度TS以下)となったとき、制御部20が定着ベルト102の定着速度を低下させ、トナー画像TGに与えられる熱量が増加するようにしている。
<作用>
次に、第1実施形態の作用について説明する。
(全体構成の動作)
図1に示す画像形成装置10において、用紙Pに画像を形成する場合には、各像保持体62が帯電器72によって帯電されると共に、画像データに応じて各露光ユニット66から出射された光ビームBmによって露光され、像保持体62に静電潜像が形成される。
続いて、各像保持体62の外周面に形成された静電潜像は、現像器74によって、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色のトナー像として現像される。そして、各像保持体62の表面に形成された各トナー像は、一次転写位置TAで中間転写ベルト82上に順次、多重転写される。そして、中間転写ベルト82上に多重転写されたトナー画像TGは、二次転写位置TBで、搬送路30を搬送されてきた用紙P上に二次転写される。
続いて、トナー画像TGが転写された用紙Pは、搬送ベルト96により定着装置100に向けて搬送される。そして、定着装置100では、用紙P上のトナー画像TGが、加熱及び加圧されることで定着される。トナー画像TGが定着された用紙Pは、一例として、排紙部13に排出される。このようにして、一連の画像形成工程が行われる。なお、画像が形成されていない非画像面にトナー画像TGを形成する場合(両面画像形成の場合)は、定着装置100で表面に画像定着を行った後、用紙Pを両面搬送路31に送り込んで裏面の画像形成及び定着を行う。
(主要部の動作)
図1に示す画像形成装置10において、制御部20は、操作パネル19(図3参照)で設定された用紙Pの種類に応じて、環境設定温度TS(図示省略)を選択する。そして、環境温度センサ21により環境温度が22[℃]と測定された場合、制御部20は、通常環境であると認識する。
続いて、画像形成装置10で画像形成動作が開始されると、制御部20により、図6(A)に示すように、転写速度=定着速度=V1、用紙Pの搬送間隔=L1となる状態で、転写動作及び定着動作が制御される。
一方、画像形成装置10において、環境温度センサ21により環境温度が16[℃](18[℃]よりも低い)と測定された場合、制御部20は、低温環境であると認識する。
図7には、環境温度が変わったときの用紙P(一例として、既述の紙種A)の定着下限温度と、定着ベルト102の定着温度とが示されている。なお、図中のグラフG9(一点鎖線)が定着下限温度、グラフG10(菱形のプロット及び実線)が定着ベルト102の定着温度、グラフG11(グラフG10と平行な破線)が定着温度よりも5[℃]低い温度を表している。
図7において、環境温度が16[℃]では、グラフG9の温度とグラフG11の温度とがかなり近い値となっており、マージンを見込んだ定着性は、定着可能なぎりぎりの状態にある。ここで、制御部20(図3参照)は、トナー画像TG(図2参照)に与える熱量を増加させるため、図6(B)に示すように、転写速度=定着速度=V2(<V1)として、転写動作及び定着動作を行わせる。これにより、定着ベルト102における定着温度が、用紙Pの定着下限温度よりも高くなり(一例として、マージンとしての5[℃]以上に高くなり)、低温環境下での用紙Pへのトナー画像TGの定着性が確保される。
さらに、制御部20は、転写速度及び定着速度の変更に合わせて、用紙Pの搬送間隔=L2(<L1)となるように、図1に示す位置合せロール38による二次転写位置TBへの用紙Pの送り込み間隔を変更する。これにより、図6(A)、(B)に示すように、低温環境では、転写速度及び定着速度が低下するものの、単位時間当たりの画像形成枚数(以後、これを生産性という)が、通常環境での生産性に近い値となる。なお、生産性の単位を[枚/分]で表す。このように、画像形成装置10では、低温環境における生産性の低下が抑制される。
ここで、一例として、通常環境及び低温環境での生産性を比較したところ、図8に示す結果が得られた。通常環境で且つ用紙Pの坪量が300[gsm]以下の条件における生産性は、普通紙が100[枚/分]、コート紙が100[枚/分]、OHPシートが100[枚/分]であった。
また、比較例として、低温環境で用紙Pの搬送間隔を狭くしなかった場合は、普通紙が90[枚/分]、コート紙が70[枚/分]、OHPシートが35[枚/分]であった。
一方、本実施形態において、低温環境で且つ用紙Pの坪量が176[gsm]以下の条件における生産性は、搬送間隔を狭めることで、普通紙が100[枚/分]、コート紙が100[枚/分]、OHPシートが100[枚/分]となった。さらに、低温環境で且つ用紙Pの坪量が177[gsm]以上300[gsm]以下の条件における生産性は、普通紙が100[枚/分]、コート紙が80[枚/分]、OHPシートが40[枚/分]となった。このように、本実施形態の画像形成装置10では、低温環境下であっても、比較例と比べて、通常環境下に近い生産性が得られることが確認された。
また、画像形成装置10では、制御部20が、用紙Pの種類に応じて環境設定温度TSを選択する。一例として、坪量が大きいときは通常の環境設定温度TSよりも高い温度を閾値として選択し、坪量が小さいときは通常の環境設定温度TSよりも低い温度を閾値として選択する。
これにより、坪量が大きい(熱量を多く吸収する)用紙Pを用いる場合は、通常よりも高い環境設定温度TSが選択され、環境温度の低下時に早い段階から転写速度及び定着速度が低下されるので、定着に必要な熱量が得られトナー画像TGの定着性が確保される。
一方、坪量が小さい(吸収される熱量が少ない)用紙Pを用いる場合は、通常よりも低い環境設定温度TSが選択され、環境温度の低下時に遅い段階で転写速度及び定着速度が低下される。即ち、環境温度が通常の環境設定温度TSよりも低い温度となるまで転写速度及び定着速度が低下されなくなるので、低温環境における生産性の低下が抑制される。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係る画像形成装置の一例について説明する。なお、前述した第1実施形態と基本的に同一の部材及び部位には、前記第1実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。
第2実施形態の画像形成装置10では、図9に示すように、環境設定温度TS(環境温度)を閾値として、速度(転写速度及び定着速度)をV1又はV2に変化させること、及び搬送間隔をL1又はL2に変化させることは、第1実施形態と同様である。
一方、第2実施形態の画像形成装置10では、環境設定温度TSよりも低い環境下限温度TLが設定され、この環境下限温度TLを閾値としてヒータ出力(定着ヒータ114(図3参照)の出力)をLO、HIGHと変える点が、第1実施形態とは異なっている。
<作用>
次に、第2実施形態の作用について説明する。なお、各部材、部位については、図1、図2、図3を参照するものとし、各部材についての図番の記載は省略する。
図9において、時点t1<t2<t3<t4として、環境温度は、時点t1でTS、時点t2、t3でTL、時点t4でTSと変化している。速度(転写速度及び定着速度)は、時点t1でV1からV2へ低下され、時点t1から時点t4までV2とされ、時点t4でV2からV1へ増加されている。搬送間隔は、時点t1でL1からL2へ狭められ、時点t1から時点t4までL2とされ、時点t4でL2からL1へ拡大されている。ヒータ出力は、時点t2までLOとされ、時点t2でLOからHIGHへ増加され、時点t3までHIGHとされ、時点t3でHIGHからLOへ減少され、時点t4でLOとなっている。
つまり、第2実施形態の画像形成装置10では、環境温度センサ21で測定される環境温度が環境設定温度TSよりも低くなると、転写速度及び定着速度をV1からV2へ低下させ、搬送間隔をL1からL2へ狭める。ここで、環境温度が環境下限温度TL以下となったとき(時点t2から時点t3)、制御部20が、定着ヒータ114の出力を上げる。これにより、定着ベルト102の定着温度が上がるので、トナー画像TGの定着性が確保される。さらに、搬送間隔がL2に狭められているので、生産性の低下が抑制される。
また、第2実施形態の画像形成装置10では、環境温度が環境下限温度TLとなるまでは定着ヒータ114の出力が抑制されており、環境下限温度TL以下となったときに定着ヒータ114の出力が増加されている。これにより、加圧ロール104では、芯金と弾性層との界面の温度が過剰に上昇することが抑制され、弾性層の剥がれが抑制される。また、定着ベルト102の温度が過剰に上昇することが抑制されるので、定着後の用紙Pのカール量が大きくなることが抑制される。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。
(変形例)
図10には、画像形成装置10の変形例として、画像形成装置120が示されている。画像形成装置120は、周回移動する中間転写ベルト122にトナー画像TGを形成する4つの画像形成ユニット124Y、124M、124C、124Kを有している。画像形成ユニット124Y、124M、124C、124Kは、それぞれ、感光体125、感光体125を帯電する帯電器126、露光を行う露光装置128、トナーで現像する現像器132、感光体125を清掃するクリーニングブレード134を有している。
また、画像形成装置120は、感光体125から中間転写ベルト122へトナー画像TGを転写させる一次転写ロール136と、トナー画像TGを中間転写ベルト122から用紙Pへ二次転写させる二次転写ロール138とを有している。なお、トナー画像TGが二次転写ロール138により用紙Pへ転写される位置が二次転写位置TBである。二次転写位置TBは、搬送路30上にあり、搬送路30には、位置合せロール38が設けられている。
さらに、画像形成装置120は、用紙Pを搬送する搬送部の一例としての複数の搬送ユニット142と、搬送ユニット142で搬送された用紙Pにトナー画像TGを定着する定着部の一例としての定着装置150と、既述の制御部20とを有している。加えて、画像形成装置120は、第1実施形態で説明した操作パネル19(図3参照)、各センサ、及び各モータを有している。搬送ユニット142は、2本のロールにベルトが巻き掛けられて周回移動可能とされた構成となっている。
定着装置150は、複数のロールに巻き掛けられた定着ベルト102と、用紙Pを加圧する加圧ロール104と、定着ベルト102を加熱する定着ヒータ114とを有している。なお、用紙Pの搬送方向におけるニップ部Nの中央位置を定着位置Qと称する。また、画像形成装置120では、搬送される用紙Pの搬送方向の長さが、二次転写位置TBから定着位置Qまでの距離よりも短くなっている。さらに、通常環境において、用紙Pの搬送間隔はLとなっている。
画像形成装置120では、環境温度が設定温度よりも低下したとき、制御部20の制御により定着速度が低下されると共に、搬送間隔がLよりも短くされる。ここで、画像形成装置120では、二次転写位置TBと定着位置Qの両方に用紙Pが配置されることが無いため、転写速度及び定着速度は、用紙Pの状態(撓みなど)に影響されず独立して設定可能である。これにより、画像形成装置120では、転写速度、定着速度、及び搬送間隔が自由に組み合わせられる。
(他の変形例)
搬送部は、搬送ユニット90や搬送ユニット142のようにベルト式の搬送ユニットに限らず、ロールタイプであってもよい。また、変形例のように転写速度と定着速度とを独立して設定可能な場合は、位置合せロール38ではなく、搬送ユニット142において搬送間隔Lを変更する制御を行ってもよい。
定着部は、ニップ幅を広くするという点ではベルト式の定着装置が好ましいが、一対のロールで加熱及び加圧を行うロール式の定着装置であってもよい。また、定着ヒータ114は、ハロゲンランプに限らず、通電により発熱する発熱抵抗素子を用いてもよい。さらに、定着ヒータ114は、通電により発生するコイルの磁界の電磁誘導作用により定着ベルト102の発熱層を発熱させる電磁誘導方式であってもよい。
温度測定部は、画像形成装置10の外側(外部)の温度を直接測定するものに限らず、装置本体11内に配置され、装置本体11内で測定された温度を、相関係数などを用いて補正して環境温度とする間接測定タイプであってもよい。
速度変更手段と間隔変更手段は、制御部20のようにまとまったものに限らず、別々の制御ユニットで構成されていてもよい。
環境設定温度TSの設定及び画像形成の生産性については、上記の場合に限らず、他の設定としてもよい。例えば、15[℃]になったら定着速度を通常環境の場合よりも70[mm/s]低下させ、搬送間隔を60[mm]から50[mm]にして、生産性を90[枚/分]から70[枚/分]としてもよい。さらに、これらとは異なる値で設定してもよい。また、環境設定温度TS以下となった場合に各速度を低下させ、搬送間隔を狭くする制御に限らず、環境設定温度TSよりも環境温度が低くなった場合に各制御を行ってもよい。なお、制御部20は、環境温度が環境設定温度TS以上に(又はTSよりも高く)なったとき、低温環境時に比べて、各速度を上げ、搬送間隔を広げる制御を行う。
10 画像形成装置
20 制御部(速度変更手段及び間隔変更手段の一例)
21 環境温度センサ(温度測定部の一例)
38 位置合せロール(間隔変更手段の一例)
39 位置合せモータ(間隔変更手段の一例)
83 駆動ロール(間隔変更手段の一例)
89 転写モータ(間隔変更手段の一例)
90 搬送ユニット(搬送部の一例)
100 定着装置(定着部の一例)
107 定着モータ(速度変更手段の一例)
120 画像形成装置
142 搬送ユニット(搬送部の一例)
150 定着装置(定着部の一例)

Claims (3)

  1. 現像剤像が転写された複数の記録媒体を間隔をあけて搬送する搬送部と、
    前記搬送部で搬送された記録媒体に加熱により現像剤像を定着する定着部と、
    環境温度を測定する温度測定部と、
    前記温度測定部で測定された環境温度が設定温度以下のとき、該環境温度が該設定温度よりも高いときに比べて、前記定着部での現像剤像の定着速度を低下させる速度変更手段と、
    前記環境温度が前記設定温度以下のとき、前記環境温度が前記設定温度よりも高いときの前記間隔に比べて、前記間隔を狭める間隔変更手段と、
    を有する画像形成装置。
  2. 記録媒体の種類に応じた前記設定温度が複数設定され、
    前記速度変更手段は、記録媒体の種類に応じて複数の前記設定温度のうちの1つである選択温度を選択し、前記環境温度が前記選択温度以下のとき、前記定着速度を低下させる請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記設定温度よりも低い温度が設定され、
    前記温度測定部で測定された環境温度が前記設定温度よりも低い温度以下のとき、前記定着部が、定着温度を上昇させる請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
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