JP2015197653A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】定着部材の、主走査方向に分割された複数の領域を個別に加熱する複数の加熱手段と、副走査方向において、分割された複数の加熱領域ごとに、印字領域と非印字領域を判定し、印字領域における目標温度を定着に必要な温度レベル3に設定すると共に、その周辺の非印字領域については、温度レベル2、温度レベル1として段階的に目標温度を下げることにより、記録シート上における急激な温度変化が生じないように制御する。
【選択図】 図6
Description
定着装置で消費される電力は、画像形成装置の消費電力の大部分を占めており、画像形成装置の省エネルギー化を進めるためには、当該定着装置における節電が不可欠である。
そのため、例えば、特許文献1では、定着装置の定着回転体(円筒状の定着フィルム)の主走査方向に分割された領域を個別に加熱可能なように構成し、画像形成すべき画像情報に基づき画像が形成されるべき領域(画像領域)と非画像領域とを判定し、画像領域に対応する定着回転体の温度を定着温度に維持させ、非画像領域はそれよりも低温で温調するように構成されている。
このように昇温速度が速くなるに連れて、画像領域と非画像領域との間で急激な温度変化が生じ、これにより定着後の記録シートにシワが発生するという問題が発生している。
本発明は、上述のような事情に鑑みて為されたものであって、省エネルギー化のため主走査方向に分割して個別に加熱することを可能にしつつ、昇温速度を増加させたとしても、記録シートにシワが発生しないようにできる定着装置および当該定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
また、本発明に係る画像形成装置は、上記の定着装置を有することを特徴とする。
(1)プリンターの全体構成
図1は、プリンター1の構成を説明するための概略図である。
このプリンター1は、ネットワーク(例えばLAN)を介して外部の端末装置等から入力される画像データ等に基づいて、周知の電子写真方式により、フルカラーあるいはモノクロの画像を普通紙、厚紙等の記録シート上に形成する。
給紙部20は、記録シートSを収容する給紙カセット22を備えており、給紙カセット22内の記録シートSが画像形成部10に1枚ずつ供給される。
中間転写ベルト18の下方には、プロセスユニット10Y、10M、10C、10Kが設けられている。プロセスユニット10Y、10M、10C、10Kは、中間転写ベルト18の下側の走行部の周回移動方向に沿ってその順番で配置されており、それぞれが、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーによって中間転写ベルト18上にトナー画像を形成する。
各プロセスユニット10Y、10M、10C、10Kは、使用されるトナーの色のみがそれぞれ異なっていること以外は、同様の構成なので、以下では、主としてプロセスユニット10Yの構成のみを説明して、他のプロセスユニット10M、10C、10Kの構成の説明は省略する。
さらに、プロセスユニット10Yには、帯電器12Yに対して感光体ドラム11Yの回転方向下流側であって、感光体ドラム11Yに対して垂直方向の下方に配置された露光装置13Yと、露光装置13Yによる感光体ドラム11Yの表面の露光位置よりも、感光体ドラム11Yの回転方向下流側に配置された現像器14Yとが設けられている。
プロセスユニット10Yの上方には、中間転写ベルト18における下側の走行部を挟んで感光体ドラム11Yに対向する1次転写ローラー15Yが設けられている。1次転写ローラー15Yは、転写バイアス電圧が印加されることによって、感光体ドラム11Yとの間に電界を形成する。
感光体ドラム11Y、11M、11C、11K上に形成されたそれぞれのトナー画像は、1次転写ローラー15Y、15M、15C、15Kと、感光体ドラム11Y、11M、11C、11Kとの間にそれぞれ形成される電界の作用によって、中間転写ベルト18上に1次転写される。トナー画像が一次転写された感光体ドラム11Yは、クリーニング部材16Yによってクリーニングされる。
これに対して、モノクロ画像を形成する場合には、選択された1つのプロセスユニット(例えばKトナー用のプロセスユニット10K)のみが動作されることにより、当該プロセスユニットの感光体ドラム(例えば感光体ドラム11K)上にトナー画像が形成されて、形成されたトナー画像が、当該プロセスユニットに対向して配置された1次転写ローラー(例えば1次転写ローラー15K)によって、中間転写ベルト18における所定領域上に転写される。
2次転写ローラー19と中間転写ベルト18とによって形成される転写ニップに、給紙部Bの給紙カセット22から繰り出された記録シートSが、レジストローラー対21によりタイミングを取って搬送され、中間転写ベルト18上に転写されたトナー画像は、2次転写ローラー19と中間転写ベルト18との間に形成される電界の作用により記録シートS上に2次転写される。
(2)定着装置の構成
図2は、定着装置30における主要部の構成を説明するための横断面図である。図2では、便宜上、図1の定着装置30を90度右回転させた状態で示している。
なお、定着ベルト31は、その長手方向両端部において、キャップ状のガイド部材(不図示)により回転方向に摺動可能に支持されており、サーマルヘッド34の支持部材33は、その長手方向両端部において上記キャップ状のガイド部材に固定されて定着ベルト31に追随して回転しないようになっている。
サーマルヘッド34は、定着ベルト31の主走査方向における加熱領域を複数に分割して個別に加熱可能なように構成されている。
図3は、当該サーマルヘッド34を図2の下方から見た平面図である。同図に示すように、主走査方向に伸びる長尺状の基板35に、等ピッチLで、それぞれ独立した加熱部として、抵抗発熱体361〜365を付設し、基板35上に設けられた不図示の配線パターンにより、各抵抗発熱体361〜365に個別に電力を供給できるように構成されている。
基板35は、例えば、アルミナ、窒化アルミ等の耐熱性、絶縁性を有する材料からなり、支持部材33は、耐熱性、断熱性を有する材料(例えば、セラミックス)などからなる。
加圧ローラー32は不図示の駆動源により、矢印方向に回転駆動され、定着ベルト31は、これに従動して回転する。
図4は、制御部50の主要な構成を示すブロック図である。
同図に示すように、制御部50は、CPU(Central Processing Unit)51、通信I/F(インターフェース)52、RAM(Random Access Memory)53、ROM(Read Only Memory)54、画像処理部55,画像メモリ56、温度レベル決定テーブル記憶部57からなる。
また、CPU51は、通信I/F52により、LANなどの通信ネットワークを介して他の端末からプリントジョブを受け付ける。
外部端末から受信したプリントジョブのデータに含まれるR,G,Bの画像データは、画像処理部55で現像色であるシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの濃度データに変換されると共に、エッジ強調やスムージング処理などの公知の画像処理を受けた後、画像メモリ56内に格納される。
この温度レベル決定テーブル記憶部57に記憶された温度レベル決定テーブルに基づき、温度センサー371〜375の検出結果を参照して抵抗発熱体361〜365の温度が当該温度レベルで規定される温度に制御される(以下、「定着温度制御」という。)。詳しくは後述する。
(4)定着温度制御
次に、制御部50により実行される定着温度制御の内容について説明する。
図5は、従来の定着温度制御の概要を説明するための模式図である。同図では、記録シートSに大きな「A」という文字が描かれている例を示している。
まず、この記録シートS上で主走査方向における抵抗発熱体361〜365に対応した加熱領域A1〜A5のそれぞれを副走査方向に幅Wで区切った複数の加熱区分エリア101を想定する。
しかし、より消費電力を少なくするため、定着ベルト31やその他のサーマルヘッド34に接触する部分の熱容量を小さくして昇温速度を速めると、昇温速度が20℃/秒程度で、温度レベル1の加熱区分エリア101と、温度レベル3の加熱区分エリア103との境界付近でシワ102が発生してしまうことが判明した。
図7の温度レベル決定テーブルにおいて、最上段の「M欄」は、図6における主走査方向の分割領域(A1〜A5)の左からの順番を示し、最左列の「N欄」は、記録シートSの搬送方向先端からの加熱区分エリアの順番を示すものである。
例えば、加熱区分エリア(3,2)の温度レベルは、図7のテーブルにより「2」であることが分かる。
図8は、制御部50のCPU51で実行される上記温度レベル決定テーブル作成処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、プリンター1全体の動作を制御する不図示のメインフローチャートのサブルーチンとして実行される。
まず、CPU51は、ページを示すカウンター値Kを1に設定し(ステップS11)、画像メモリ56からKページ目の画像データを取得して、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの現像色ごとにビットマップ展開する(ステップS12)。
そして、ビットマップ展開された画像データのメモリ上の各加熱区分エリアに対応する記憶領域内における画像(トナーを付着すべき画像)の有無を判定することにより、対応する加熱区分エリア101における制御目標とすべき温度が温度レベル3か否かを決定する処理(温度レベル3の加熱区分エリア決定処理)を実行する(ステップS13)。
まず、加熱区分エリア(M,N)においてM=1、N=1に設定する(ステップS21)。
次に、Mが5以上か否かの判定をするが(ステップS22)、ここでは、M=1なので(ステップS22:No)、ステップS23に進み、加熱区分エリア(M,N)内に画像があるか否かを判定する。
まず、加熱区分エリア(M,N)において、M=1、N=1に設定する(ステップS31)。次に、Mが5以上か否かの判定をするが(ステップS32)、今は、M=1なので(ステップS32:No)、ステップS33に進み、温度レベル決定テーブルを参照して、当該加熱区分エリア(M,N)が温度レベル2に設定されているか否かを判定する。
温度レベル2であれば(ステップS33:Yes)、次に当該加熱区分エリア(M,N)に隣接する周囲1ブロック以内の領域に温度レベル3に設定されているものがあるか否かを判定する(ステップS34)。ここで、「1ブロック」とは、1個の加熱区分エリアの単位を言うものとする。
しかし、周囲1ブロック以内の加熱区分エリアに温度レベル3に設定されているものがなければ(ステップS34:No)、周囲は全て温度レベル2以下に設定されていることになり、温度レベル1に設定しても温度が急激に変化することはないので、当該加熱区分エリア(M,N)における温度レベル2を温度レベル1に書き換えてから(ステップS35)、Mをインクリメントして(ステップS36)、ステップS32に戻る。
そして、ステップS15において、ページのカウント値KがKmaxになったか否かを判定する。
Kの値がKmaxになっていなければ、Kをインクリメントして(ステップS16)、ステップS11〜ステップS14を繰り返して、次のページについての温度レベル決定テーブルを作成する。
作成されたこれらの温度レベル決定テーブルは、そのページ番号に対応させて温度レベル決定テーブル記憶部57に格納される。
CPU51は、次に画像すべきページの画像データを読み出すと共に、温度レベル決定テーブル記憶部57から該当するページの温度レベル決定テーブルを読み出し、プリント動作と定着処理を実行する。
この際、各加熱領域A1〜A5において、記録シートSの少なくとも温度レベル3の加熱区分エリアが、定着ニップ部に到達するまでに、該当する抵抗発熱体361〜365の温度が、温度レベル3(160℃)に到達する必要があるため、その直前の温度レベル2(130℃)の加熱区分エリアが定着ニップ部を通過中に制御目標温度が160℃に切り替えて昇温させる必要がある。記録シートSの温度レベル3の加熱区分エリアが、定着ニップ部を通過すると直ちに、制御目標温度は温度レベル2の温度130℃に切り替えられる。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例が考えられる。
(1)上記の実施形態では、図11(a)に示すように、温度レベル3の周囲の隣接する1ブロック以内の加熱区分エリアについてのみ温度レベル2に設定した。
このような種々の画像形成条件に応じて目標とする定着温度を高くする制御が可能な機種にあっては、図11(b)のように、温度レベル3の周囲の温度レベル2の範囲を温度レベル3の加熱区分エリアの周囲2ブロックまで広げるか、もしくは、図11(c)に示すように温度レベル3と温度レベル2との間にその間の目標温度が設定された温度レベル2.5の加熱区分エリアを設けて目標温度の段階数を増加させることにより、さらに確実に記録シートの局所的な急激な温度変化を防ぐことができる。
CPU51は、ページを示すカウンター値Kを1に設定し(ステップS11)、画像メモリ56からKページ目の画像データを取得し、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの現像色ごとにビットマップ展開する(ステップS12)。
この温度レベル3の加熱区分エリア決定処理のサブルーチンを示すフローチャートは、図9と同じである。
ステップS101で厚紙でないと判定された場合(ステップS101:No)には、ステップS102に進んで、非印字領域における温度レベル細区分処理Aを実行し、ステップS101で厚紙であると判定された場合(ステップS101:Yes)には、ステップS103に進んで、非印字領域における温度レベル細区分処理Bを実行する。
まず、加熱区分エリア(M,N)において、M=1、N=1に設定する(ステップS31)。次に、Mが5以上か否かの判定をするが(ステップS32)、今は、M=1なので(ステップS32:No)、ステップS33に進み、温度レベル決定テーブルを参照して、当該加熱区分エリア(M,N)が温度レベル2に設定されているか否かを判定する。
温度レベル2であれば(ステップS33:Yes)、次に当該加熱区分エリア(M,N)に隣接する周囲2ブロック以内の領域に温度レベル3に設定されているものがあるか否かを判定する(ステップS111)。
しかし、周囲2ブロック以内の加熱区分エリアに温度レベル3に設定されているものがなければ(ステップS34:No)、周囲2ブロック以内は全て温度レベル2以下に設定されていることになり、温度レベル1に設定しても温度が急激に変化することはないので、当該加熱区分エリア(M,N)における温度レベル2を温度レベル1に書き換えてから(ステップS35)、Mをインクリメントして(ステップS36)、ステップS32に戻る。
この変形例によれば、ステップS111で、隣接する周囲2ブロック以内の領域に温度レベル3の加熱区分エリアがない場合のみ、温度レベルを1に設定しないので、図11(b)に示すように温度レベル2の領域が広がって、温度レベル3から1に至るまでの距離を長くすることができ、急激な温度変化によるシワの発生を防止することができる。なお、非印字領域における温度レベルが3段階以上の場合には、領域を広げるべき温度レベルは、少なくとも最高の温度レベル(温度レベル3)の次の温度レベルであることが望ましい。シワが記録シートの水分蒸発量の差に起因するとすれば、最大温度レベルの加熱区分エリアの周辺における急激な温度変化が一番シワの発生に影響力があると考えられるからである。
図14のフローチャートにおいて、図13と異なる部分は、ステップS121〜ステップS123の部分である。
しかし、周囲1ブロック以内の加熱区分エリアに温度レベル3に設定されているものがなければ(ステップS121:No)、次に、周囲2ブロック以内の加熱区分エリアに温度レベル3に設定されているものがないかを判定し(ステップS123)、もしあれば(ステップS123:Yes)、温度レベル2を変更する必要がないので、そのままステップS36に移るが、もし、周囲2ブロック以内の加熱区分エリアに温度レベル3に設定されているものがなければ、温度レベル3の加熱区分エリアとの間に温度レベル2.5および温度レベル2の加熱区分エリアが介在していると解され、温度レベル1に設定しても温度が急激に変化することはないので、当該加熱区分エリア(M,N)における温度レベル2を温度レベル1に書き換えてから(ステップS35)、Mをインクリメントして(ステップS36)、ステップS32に戻る。
なお、図12〜図14のフローチャートでは、定着対象の記録シートが厚紙の場合についての温度レベル決定テーブル作成処理について説明したが、印字領域における単位面積当りのトナー量に応じて、温度レベル3における定着温度の目標値を上げる構成の場合にも同様にして考えることができる。
しかし、シワの発生により影響力を与えるのは、長い距離で隣接している主走査方向および副走査方向の加熱区分エリアとの温度差であり、点で接触して斜め方向に隣接する加熱区分エリアとの温度差は、それほど重要視しなくてもよいと思われる。
したがって、本願発明は記録シート面上の任意の方向ではなく、少なくとも主走査方向および副走査方向における単位距離当りの温度の変化量が、所定の閾値より小さいように制御すれば、従来よりはシワの発生を抑制できる。
各条件ごとに予め閾値を求めてROM54などに登録しておき、例えば、ユーザーが操作パネルから該当する条件を入力することにより、それに応じた最適な閾値を選択して設定するようにしてもよい。また、複数の閾値のうち、一番低い閾値を設定しておけば、全ての条件下で、シワの発生が効果的に防止できる。
例えば、温度レベル3の高温の加熱区分エリアに隣接する非印字領域の加熱区分エリアについては、制御目標温度を連続的に変化させてできるだけ緩やかに降温するようにし、温度レベル3よりも遠い加熱区分エリアでは制御目標温度が段階的に変化するようにしてもよい。
印字領域下流側の非印字領域においては、主に記録シートに奪われる熱により温度が下がるので、記録シートの厚みや外気の温度、定着装置の各部の熱容量にもよるが、それほどを降温速度が速くない場合もある。このような場合には、印字領域下流側の非印字領域における温度レベルの段階数や中間の温度レベル2の面積を、印字領域上流側の非印字領域の場合よりも小さく設定しても構わない。
また、各加熱領域の幅は、図3に示すように等分でなくてもよい。例えば、一番両端の加熱領域の幅を、印字可能な最大サイズの第1の記録シートの通紙幅L1とそれより小さなサイズの第2記録シートとの通紙幅L2の差分の半分((L1−L2)/2)とすることにより、第2記録シート定着時の際には、最両側の加熱領域を加熱しなくてもよくなり、より節電に資すると共に、定着ベルト31の非通紙部における過剰昇温を確実に防止できる。
例えば、円筒状の定着ローラーの中空部に、主走査方向に加熱領域の異なる複数のハロゲンランプを配置して、各ハロゲンランプに個別に電力を供給するようにしても構わない。
(5)上記実施の形態では、タンデム型カラープリンターについて説明したがこれに限るものではなく、熱定着する定着装置を備えていれば、FAX、複写機、MFP(Multiple Function Peripheral)等の画像形成装置であってもよい。また、モノクロの画像形成装置であってもよい。
上記実施の形態および変形例を可能な限り組み合わせてもよい。
10 画像形成部
20 給紙部
30 定着装置
33 支持部材
34 サーマルヘッド
35 基板
50 制御部
57 温度レベル決定テーブル記憶部
101 加熱区分エリア
102 シワ
361〜365 抵抗発熱体
371〜375 温度センサー
Claims (5)
- 未定着のトナー像が形成された記録シートを副走査方向に搬送しつつ、加熱された定着部材に当該記録シートを接触させて熱定着する定着装置であって、
前記定着部材の、主走査方向に分割された複数の領域を個別に加熱する複数の加熱手段と、
前記記録シートの分割された複数の加熱領域ごとに、副走査方向においてトナー像が形成されている画像形成範囲と、副走査方向におけるトナー像が形成されていない非画像形成範囲に関する情報を取得する取得手段と、
各加熱領域において、記録シートの画像形成範囲が定着部材に接触するときに、その接触部が、目標の定着温度となるように対応する加熱手段を制御する第1の制御と、非画形成範囲が定着部材に接触するときは、当該接触部が前記定着温度を下回る温度となるように対応する加熱手段を制御する第2の制御とを実行する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記第2の制御において、定着された記録シートの副走査方向および主走査方向における単位距離当りの温度変化量が所定値以上にならないように、前記各加熱手段による加熱目標温度を段階的および/または連続的に変化させる
ことを特徴とする定着装置。 - 前記制御手段は、
前記記録シートの厚み、もしくは記録シートの画像形成範囲における単位面積当りにおけるトナー付着量に応じて、前記目標とする定着温度を変更する定着温度変更手段を備え、
前記第2の制御において、段階的に加熱目標温度を変化させる場合に、前記目標とする定着温度を高くするほど、加熱目標温度を変化させる段階数を増加させる
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記制御手段は、
前記記録シートの厚み、もしくは記録シートの画像形成範囲における単位面積当りにおけるトナー付着量に応じて、前記目標とする定着温度を変更する定着温度変更手段を備え、
前記第2の制御において、段階的に加熱目標温度を変化させる場合に、前記目標とする定着温度を高くするほど、少なくとも当該定着温度に一番近い加熱目標温度となるような加熱領域の面積が、広くなるように制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記取得手段は、
記録シートを各加熱領域ごとに、副走査方向における所定長さのブロックに分割し、各ブロックごとにトナー像の有無を判定して、画像形成範囲および非画像形成範囲に関する情報を取得する
ことを特徴とする請求項1から3までのいずれか一項に記載の定着装置。 - 請求項1から4までのいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。
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