以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明を実施形態に記載されたものだけに限定するものではない。
〔実施例1〕
<画像形成装置>
図1は、画像形成装置の一例を示す図である。画像形成装置1は、電子写真方式により、記録材に画像を形成する画像形成部200Y,200M,200C,200Kと、記録材上に形成された未定着の画像に熱と圧を加えて定着処理する定着装置27とを備える。尚、本実施例では、画像形成装置1として、フルカラーの中間転写方式の画像形成部を有する装置を例に説明するが、これに限定されるものではない。例えば、後述する中間転写ベルト25を介さずに、感光体ドラム20から記録材に直接転写する直接転写方式の装置であってもよいし、単色のトナー画像を形成する装置(例えば、モノクロ機)であってもよい。また、画像形成装置1としては、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、および、これらの複数の機能を備える複合機などであってもよい。
画像形成装置1の上部には、読み取り装置160が設けられている。この読み取り装置160には、操作者により原稿が載置される原稿台(載置部)、載置された原稿を遮蔽するための原稿カバー(カバー部)、原稿の画像情報を読み取るCCDを有する原稿読み取り部が設けられている。画像形成装置1では、操作者が操作部180にてコピースタートの指示が入力されたことに伴い、読み取り装置160にて、原稿読み取り部により読み取られた画像情報に基づいて、画像形成が行われる。また、トナー画像を形成すべき用紙Pのサイズや種類、枚数に対応する情報は、操作部180から操作者により指示が入力される。尚、トナー画像を形成すべき用紙Pのサイズや種類の指定は、操作部180から指示が入力されるものに限らない。例えば、操作部180からの指示がない場合には、トナー画像を形成すべき用紙Pのサイズを読み取り装置160が読み取った原稿のサイズに合わせる構成としてもよい。
また、本実施例の画像形成装置1は、プリンタとしても使用可能である。具体的には、LANケーブル(通信回線)(不図示)を介して外部のパーソナルコンピュータ(不図示)と接続可能な構成とし、接続されている外部のパーソナルコンピュータから入力された画像情報に基づき、画像形成を実行する。その際、CPU(Central Processing Unit)10には、トナー画像を形成すべき用紙Pのサイズや種類、枚数に対応する情報も、接続されている外部のパーソナルコンピュータから入力される。画像形成装置1では、接続されている外部のパーソナルコンピュータから画像情報が入力されたことに伴い、画像形成が行われる。この場合、画像形成装置1は、外部のパーソナルコンピュータから画像情報と共に、プリントスタートの指示が入力されている。尚、接続されている外部のパーソナルコンピュータから画像情報が入力されてもすぐには実行させず、操作部180にてプリントスタートの指示が入力されてから画像形成を開始する構成としても良い。
操作部180は、操作者により各種の情報が入力される入力手段、及び、情報を表示する表示手段として機能する。本実施例では、操作部180は、図11のように、操作者による指示が入力されるための操作ボタン部180Aと、各種メッセージ等を表示する表示部(情報表示部)180Bとを有する。表示部180Bはタッチパネル方式の液晶画面であり、各種のメッセージ表示がなされると共に、各種の操作ボタン(キー)の表示もなされる。表示された操作ボタンによっても画像形成装置1が行うプリント動作の各種設定が入力される。操作者によるコピースタートやプリントスタート等の指示も、操作部180から入力される。
画像形成装置1の本体1Aの内部には、Y(イエロー),M(マゼンタ),C(シアン),K(ブラック)の各色に対応する4つの画像形成部200Y,200M,200C,200Kが直列に配置されている。すなわち、可視画像化するまでのプロセスをY(イエロー),M(マゼンタ),C(シアン),K(ブラック)の各色で並列処理するタンデム方式が採用されている。
以下、記述の煩雑化を防ぐために、Y,M,C,Kの各色の4つの画像形成部を符号200で代表させて説明するものとし、関連する次の各プロセス手段についても同様とする。また、Y,M,C,Kの各色の画像形成部200の配列順序はそれに限定されない。
各画像形成部200では以下の各電子写真プロセス手段が備わっている。すなわち、Y,M,C,Kの各色に対応して表面に静電潜像を担持する像担持体としての感光体ドラム20と、一次帯電装置21と、露光装置22と、現像装置23と、一次転写装置24と、クリーニング装置(不図示)と、が備わっている。
感光体ドラム20は、図1において、反時計回りに回転駆動される。一次帯電装置21は、電圧を印加して、対応する感光体ドラム20の表面を一様に帯電する、その帯電された感光体ドラム20の表面が、露光装置22によって画像データに対応して露光されることによって、感光体ドラム20上に静電潜像が形成される。そして、感光体ドラム20上の静電潜像は、現像装置23によってトナー(現像剤)を用いて現像され、トナー画像として可視化される。本実施例では、トナーは、現像装置23によって負に帯電され、感光体ドラム20上に現像される。
現像装置23によって現像された感光体ドラム20上のトナー画像は、一次転写装置24によって、無端状ベルトである中間転写ベルト(中間転写体)25上に順次重ねて一次転写とされる。一次転写後、感光体ドラム20上に残留したトナーはクリーニング装置(不図示)で除去される。
Y,M,C,K全色のトナー画像が重畳されて中間転写ベルト20上に形成されたフルカラーのトナー画像は、その後に二次転写装置26によって、二次転写装置26に給送された記録媒体(シート)としての用紙Pに一括して二次転写される。中間転写ベルト20の内側の対向ローラ34と二次転写装置26とは、中間転写ベルト20を介して転写ニップ部を形成する。中間転写ベルト20上に形成されたトナー画像は、二次転写装置26により転写ニップ部にて用紙Pに転写される。
ここで、記録媒体としての用紙Pは、画像形成装置1により画像が形成されるものであって、たとえば普通紙、コート紙、厚紙、薄紙の他に、封筒等が含まれる。
カセット31は、画像形成に用いる用紙Pを収容する収容部である。給紙ローラ32は、カセット31の用紙Pを1枚ずつ分離して送り出す。給紙ローラ32によってカセット31からから給送された用紙Pは、レジストローラ33へと搬送され、レジストローラ33により一旦停止される。レジストローラ33は、転写ニップ部にて中間転写ベルト20上に形成されたトナー画像が用紙Pの所定の位置に転写されるように、中間転写ベルト20上のトナー画像が転写ニップ部に到達するタイミングに合わせて、用紙Pを転写ニップ部に送り出す。
転写ニップ部にてトナー画像が転写された用紙Pは、定着装置(定着部)27へ搬送される。
定着装置27は、未定着のトナー画像を担持している用紙Pを定着ニップ部Nにて挟持搬送しながら加熱・加圧する。これにより、定着装置27は、用紙P上のトナー画像を用紙Pに定着する。定着装置27の詳細については、後述する。定着装置27により定着された用紙Pは、排紙ローラ35によって、排紙トレイ28へと排紙される。
尚、裏面側にも画像を形成する場合には、定着装置27にて1面目(表面側)のトナー画像が定着された用紙Pは、反転路29によって反転させた後、搬送路30へと搬送される。そして定着装置27にて1面目(表面側)のトナー画像が定着された用紙Pは、再度転写ニップ部に搬送され、裏面側にトナー画像が転写される。その後、裏面側にトナー画像が転写された用紙Pは、定着装置27にて定着処理された後、排紙ローラ35によって、排紙トレイ28へと排紙される。
<定着装置>
次に、図2から図6を用いて、定着装置27の構成を説明する。図2は、定着装置の一例を示す断面図である。図3(a)は、誘導加熱装置の長手方向の構成を示す図であり、図3(b)は、内部コアの長手方向の構成を示す図である。図4は、定着装置の長手方向の構成を示す図である。図5は、定着装置の加圧機構の一例を示す図である。
定着回転体(回転体)としての定着ベルト100と加圧回転体(回転体)としての加圧ローラ600は、一対の回転体として、協働して定着ニップ部Nを形成する。後述する誘導加熱装置300が定着ベルト100を発熱させる。定着ベルト100は、金属層を有する無端状のベルトであり、後述する誘導加熱装置300により誘導加熱される。加圧ローラ600は、定着ベルト100の外周と接するように配設されている。定着ベルト100の内側に設けられているパッド部材101が、加圧ローラ600との間で押圧力を作用させることによって定着ベルト100と加圧ローラ600とが定着ニップ部Nを形成する。定着装置27は、定着ニップ部Nにて用紙Pを挟持搬送することにより、トナー画像を担持する用紙Pに熱と圧力を加え、定着する。定着ベルト100は、用紙Pの未定着のトナー画像を担持する側の面(シート面)と接触する。
パッド部材101は、定着ベルト100と加圧ローラ600との間に押圧力を作用させて定着ニップ部Nを形成する部材であり、金属製のステー102に保持されている。パッド部材101は、耐熱性の樹脂であり、その加圧ローラ600側に定着パッド103を保持している。定着パッド103は、ステンレスなどの金属やセラミックス等の硬度の高い材質からなり、厚さ1mm程度で定着ベルト100の長手方向に伸びた形状である。
分離ガイド106は、定着ニップ部Nを通過する用紙Pが定着ベルト100に巻き付かないように、用紙Pの搬送方向において定着ニップ部Nの下流側に設けられているガイド部材である。分離ガイド106は、定着ベルト100との接触により定着ベルト100に傷をつけないように、定着ベルト100とある間隔(隙間)を空けて配置されている。分離ガイド106は、バネ等の付勢手段により、フランジ105の一部に係合されている。
(誘導加熱装置)
誘導加熱装置300は、定着ベルト100を誘導加熱する加熱源(誘導加熱手段)である。この誘導加熱装置300は、励磁コイル301と、外側磁性体コア302と、コイル保持部材303と、電源装置(不図示)と、を有する。励磁コイル301は、電線として例えばリッツ線を用い、これを横長・船底状にして定着ベルト100の周面と側面の一部に対向するように巻回してなる。電源装置(励磁回路)は、定着ベルト100が回転している状態において、励磁コイル301に20〜60kHzの高周波電流を印加する。高周波電流によって励磁コイル301によって発生する磁束により定着ベルト100の金属層(導電層)が誘導発熱する。外側磁性体コア302は、励磁コイル301によって発生した磁束が定着ベルト100の金属層(導電層)以外に実質漏れないように励磁コイル301を覆う。外側磁性体コア302は、励磁コイル301に高周波電流を印加することにより発生した磁束が、より効率的に定着ベルト100の加熱に用いられるように、磁束を遮蔽するフェライト等の高透磁率の材質からできている。
コイル保持部材303は、励磁コイル301と、外側磁性体コア302とを支持する厚さ2mm程度の電気絶縁性の樹脂である。この誘導加熱装置300は定着ベルト100の外周面の上面側において、定着ベルト100に所定のギャップ(隙間)を空けて配設されている。
また、定着ベルト100の内側において、ステー102のコイル側には、誘導加熱をより効果的に行うために内部コア104が設けられている。内部コア104は、励磁コイル301に高周波電流を印加することにより発生した磁束が、より効率的に定着ベルト100の加熱に用いられるように、磁束を遮蔽するフェライト等の高透磁率の材質からできている。
また、定着装置27は、定着ベルト100の温度を検知する温度センサTH1を備える。温度センサTH1は、例えばサーミスタ等の温度検出素子である。温度センサTH1は、定着ベルト100の長手方向の中央部において、定着ベルト100の内面に接触するように設けられている。温度センサTH1は、CPU10に接続されている。CPU10は、この温度センサTH1から入力される検知温度に基づいて、定着ベルト100が目標温度(例えば、180℃)に維持されるように、電源装置が励磁コイル301に入力する電力を制御している。本実施例では、定着ベルト100の目標温度である180℃で一定になるように、CPU10は、温度センサTH1の検出値に基づいて電源装置が入力する高周波電流の周波数を変化させる。
尚、本実施例では、定着ベルト100の加熱手段として、電磁誘導方式による誘導加熱装置300を設ける構成としたが、定着ベルト100の加熱手段は、これに限らない。例えば、定着ベルト100の内側にハロゲンヒータ、セラミックヒータ、赤外線ランプなどの加熱源を設ける構成としてもよい。また、定着ベルト100の加熱源は、定着ベルト100の外側に設ける構成としても良い。また、加圧ローラ600を加熱する加熱源をさらに設ける構成としても良い。
(定着ベルト)
図6は、定着装置の定着ベルトの構成を説明する図であり、定着ベルト100の断面を示している。無端状のベルトである定着ベルト100は、その内側から外側に向かって順に、滑性層100d、基層100a、弾性層100b、離型層100cを有している。
基層100aは、内径が20〜40mm程度の金属層である。定着ベルト100の基層100aとしては、鉄合金やニッケル合金、銅、銀などを適宜選択可能である。本実施例の定着ベルト100は、その外径が30mmであり、その基層100aの内径は、約29.6mmである。
基層100aの外周に設けられている弾性層100bは、耐熱性ゴム層である。ゴム層の厚さは、100〜800μmの範囲内で設定するのが好ましい。本実施例では、定着ベルト100の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつ、カラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、ゴム層の厚みは200μmとされている。
弾性層100bの外周には、表層として、離型層100cが設けられおり、定着ベルト100の表面抵抗は、1.0E+6(Ω)以上である。離型層100cは、フッ素樹脂(例えば、PFA(ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)層である。離型層100cは、定着ベルト100の表層であり、トナーに対する離型性を高めている。また、本実施例では、離型層100cの厚さは40μmである。尚、離型層100cは、上述の表面抵抗を満たす範囲で、フッ素樹脂に加えてカーボンブラックを含有する構成としても良い。
また、基層100aの内面側には、温度センサTH1との摺動摩擦を低下させるために、摺動性の高い滑性層100dを10〜50μm設けても良い。本実施例では、滑性層100dとして30μmのポリイミド層を設けられており、さらにその表面に潤滑剤としての耐熱性グリスが塗布されている。これにより、定着ベルト100の内面の潤滑性を維持している。
(加圧ローラ)
また、定着ベルト100との間で定着ニップ部Nを形成する加圧ローラ(加圧回転体)600は、外径が30mmの金属製の芯金600a、ゴム層である弾性層600b、離型層600cが設けられている。離型層600cは、加圧ローラ600の表層であり、フッ素樹脂層(例えば、PFAやPTFE)である。
(加圧機構)
定着装置27は、定着ニップ部Nを形成するために、パッド部材101を加圧ローラ600側へ押圧する加圧機構500を備える。パッド部材101を保持するステー102は、その両端部がフランジ105に固定されている。加圧機構500は、加圧バネ508によってフランジ105に加圧力を付加させる。
図5は、定着装置の加圧機構の一例を示す図であり、定着装置27の長手方向における片端側を示している。加圧機構500は、加圧カム501、加圧板回動軸502、加圧カム回動軸504、加圧板505、加圧調整ネジ506、加圧支持板507、加圧バネ508を有する。
加圧支持板507は、前側板400、後側板401に対して加圧板回動軸502が貫通することで支持されており、加圧支持板507の先端に設けられた先端507a部で、前側板400、後側板401それぞれに対してビス等の手段で固定されている。
加圧板505は、加圧板回動軸502により軸支されており、加圧支持板507に対して加圧板回動軸502を中心に回動自在に設けられている。
加圧バネ508は、加圧板505に荷重をかけるバネである。加圧支持板507には、加圧調整ネジ506が締結されている。加圧調整ネジ506の座面が加圧バネ508のバネ長を縮め、加圧板505に荷重をかける。加圧板505は上述のとおり加圧支持板507に対して回転自在に支持されているので、加圧バネ508による圧縮力によって加圧板回動軸502まわりにモーメントが発生する。
加圧板505は、フランジ105に当接するように配置されているので、加圧板505に生じるモーメントによってフランジ105は加圧ローラ600方向へ押され、加圧ローラ600と定着ベルト100の間に定着ニップ部Nが形成されることとなる。
加圧板505がフランジ105に加える加圧力は、加圧カム501が加圧板505を押し上げることにより解除することができる。加圧力を解除する際には、所定の偏心量を持った加圧カム501が加圧カム回動軸504を軸として回転し、加圧板505を押し上げ、加圧板505とフランジ105の接触を解除するまで加圧板505を回動させる。これによって加圧力は解除される。また、加圧力が解除された状態から加圧カム501を回転させて、加圧板505をフランジ105に当接させることにより、加圧力(例えば550N)が付加される。
加圧カム回動軸504は、駆動源としての加圧機構のモータM1と接続しており、加圧機構のモータM1が加圧カム回動軸504を回転させることにより、加圧カム501を回転させる。加圧機構のモータM1は、CPU10と電気的に接続しており、CPU10が加圧機構のモータM1を動作させることによって、加圧カム501の位置を決める。加圧機構500は、加圧板505がフランジ105に加圧力を加える加圧状態と、加圧力を解除する解除状態とを取り得る。
尚、図5では、定着装置27の長手方向における片端側を示す図で説明したが、図4に示すように長手方向における他端側にも同様の加圧機構500を備える。加圧カム回動軸504、他端側の加圧カム501とも接続されている。加圧機構のモータM1は、加圧カム回動軸504を回転させる事によって、両端の加圧カム501を同時に回転させる。これにより、両端の加圧機構500を同時に加圧状態にしたり、両端の加圧機構500を同時に解除状態にしたりできる。
また、定着装置27は、加圧ローラ600を回転駆動させる駆動モータM2を備える。駆動モータM2は、加圧ローラ600の芯金600aと接続しており、加圧ローラの駆動モータM2が駆動すると、加圧ローラ600が回転駆動する。CPU10は、駆動モータM2と接続しており、加圧ローラの駆動モータM2の回転・停止を制御する。定着ベルト100は、加圧ローラ600に従動回転する。
ここで、投入されたプリント命令に対応する画像形成処理を実行する場合における、定着装置27の動作をまとめる。ここで、プリント命令とは、画像形成部200への画像形成処理の実行命令である。プリント命令とは、例えば、操作者により操作部180又は外部のパーソナルコンピュータから投入されるプリントスタートの指示や、操作者により操作部180から投入されるコピースタートの指示である。
まずCPU10は、加圧機構のモータM1を駆動させ、加圧ローラ600を定着ベルト100に加圧する状態にし、定着ニップ部Nを形成させる。
定着ニップ部Nが形成されている状態で、CPU10は、加圧ローラの駆動モータM2により加圧ローラ600を回転させ、定着ベルト100を従動回転させる。CPU10は、誘導加熱装置300により定着ベルト100を所定の温度に維持させる。
この状態で、定着装置27は、転写ニップ部の側から搬送されてくる未定着のトナー画像を担持した用紙Pを定着ニップ部Nにて挟持搬送することにより、用紙Pにトナー画像を定着する。複数枚の用紙Pに連続して定着処理する場合には、最後の用紙Pが定着ニップ部Nを通過し終えるまで定着ベルト100は従動回転し続けている。
実行すべき画像形成処理に対する最後の用紙Pが定着ニップ部Nを通過し終えたら、CPU10は、加圧ローラ600の回転を停止させ、加圧機構500による加圧力を解除する。
<剥離放電跡の発生>
定着ニップ部Nに用紙Pを通過させると、定着ベルト100と用紙Pの後端との間で剥離放電が生じる場合がある。剥離放電が生じると、剥離放電跡として、定着ベルト100の剥離放電が生じた箇所で電位が高くなる(プラス側になる)。剥離放電が生じた定着ベルト100の部位が次の用紙Pの未定着のトナー画像と接触すると、用紙P上のトナー画像を乱し、画像スジとして顕在化してしまう恐れがある。剥離放電跡による画像不良とは、この画像スジの顕在化のことを指すものとする。以下、詳細に述べる。
剥離放電跡が発生する現象について図8〜10を用いて説明する。
図7は、定着ベルトの表面電位及び用紙の表面電位の推移(x枚目)を示す図である。図7は、本実施例の画像形成装置1において、定着ニップ部Nに複数枚の用紙Pを連続通紙した場合におけるx枚目の通紙時の用紙Pの表面電位と、その時の定着ベルト100の表面電位及推移を示している。横軸は時間を示しており、縦軸は電位を示している。図7の点線間の領域はx枚目の用紙の通紙中の領域であり、点線外の領域は紙間を示している。
図8は、定着ベルトの表面電位及び用紙の表面電位の推移(連続通紙時)を示す図である。図8は、本実施例の画像形成装置1において、定着ニップ部Nに複数枚の用紙Pを連続通紙した場合における用紙の表面電位と定着ベルト100の表面電位を示している。横軸は時間を示しており、縦軸は電位を示している。
ここで、用紙Pの表面電位は、定着ニップ部Nの下流側の測定点U(図2)にて測定される用紙Pの表面電位である。
また、図7、8において、用紙Pとしてキヤノン製のCS−680を用いた場合の様子を示している。尚、画像形成装置1にて使用可能な用紙Pは、キヤノン製のCS−680に限らない。
用紙Pが定着ニップ部Nを通過すると、定着ベルト100の表面であるフッ素樹脂層(本実施例では、PFA)と用紙P間における摩擦帯電及び/又は剥離帯電により、定着ベルト100の表面が帯電する。この摩擦帯電及び/又は剥離帯電により、定着ベルト100の表面はマイナスに帯電する。図8に示すように、定着ベルト100の表面電位は、定着ニップ部Nに複数枚の用紙Pが連続的に通紙されることに伴い、徐々に電位が下がっていく。
一方、連続通紙時において、用紙Pの表面電位は、どの用紙Pでも定着ベルト100と比較してゼロ側(プラス側)で推移している。また、1枚毎にみると、用紙Pの表面電位は、図7や図8に示すように、用紙Pの後端部にかけて電位が上がっていくという結果が得られた。
定着ニップ部Nへの用紙Pの連続通紙に伴い定着ベルト100の表面電位が負極性に大きくなると、用紙Pと定着ベルト100との電位差が大きくなっていき、放電が起きやすくなる。そして、定着ベルト100の電位が低くなった状態でのx枚目の通紙時において、定着ベルト100と用紙Pの後端との間で放電(剥離放電)が発生する。用紙Pの後端部は、1枚の用紙Pの中でも特に定着ベルト100と用紙Pとの間の電位差が大きくなる。
定着ベルト100と用紙Pの後端との間で放電が生じると、定着ベルト100の表面電位は、図7、8に示すように、放電が発生した部位(つまり、用紙Pの後端と接触していた部位)において特に電位が高い値を有する。これが、定着ベルト100における剥離放電跡である。
また、連続通紙中の紙間の領域では、定着ベルト100の表面電位にほとんど変化はない。そのため、定着ベルト100にて剥離放電が発生した部位では、剥離放電跡の電位を有したままである。定着ベルト100の表面上における剥離放電が発生した部位では、定着ベルト100の周方向において部分的に特に電位が高い値を有する。後続紙の用紙P((x+1)枚目)には用紙Pへのトナーの付着力が弱い未定着のトナー画像が担持されている。そのため、後続紙の用紙P((x+1)枚目)が定着ニップ部Nにて搬送される際に、定着ベルト100の表面において剥離放電が発生した部位が後続紙の画像領域と接触することにより、剥離放電跡の電位が用紙P上の未定着のトナー画像を乱してしまう。これによって、剥離放電跡が成果物としての用紙P((x+1)枚目)において画像スジとして顕在化し、画像不良となる恐れがある。
<剥離放電跡による画像スジの顕在化>
本発明者らは、検討により、剥離放電跡の生じた部位が後続紙の画像領域と接触する前に、剥離放電跡の生じた部位を用紙Pの余白領域と接触させることで、後続紙の画像領域での画像スジの顕在化を抑制できることを見出した。
図9は、モード毎の紙間を示す図である。以下では、同じ種類の用紙P(つまり、同じサイズ・同じ坪量・同じ材質の用紙)に複数枚連続で画像形成する場合を例に示す。例えば、A4・普通紙・10枚プリントする場合である。
通常モードは、生産性を優先するモードである。通常モードにおいて、紙間時間はP1(ms)であり、定着ベルト100の周上において先行紙(x枚目)の後端にあたった部分が後続紙((x+1)枚目)の画像領域内にくる。ここで、紙間時間とは、先行紙(x枚目)の後端が定着ニップ部Nを通過してから、先行紙の次に定着ニップ部Nに搬送される後続紙((x+1)枚目)の先端が定着ニップ部Nを通過するまでの時間(期間)である。図9は、通常モードでの紙間が、距離にして定着ベルト100の周長1周未満である場合を示している。
剥離放電跡による画像不良の対策モード(以下、対策モードと称する。)は、通常モードより生産性を落としており、紙間時間はP2(ms)である。つまり、P2>P1である。対策モードでは、定着ベルト100の周面上で先行紙(x枚目)の後端部と接触した部位が後続紙((x+1)枚目)の先端側の余白領域と接触する。対策モードにおける紙間時間P2は、定着ベルト100周面上で先行紙の後端部と接触した部分が後続紙の余白領域内に当たるよう、定着ベルト100の周長から求められる時間にされている。図9は、対策モードの紙間が、定着ベルト100の周面上で先行紙(x枚目)の後端部と接触した部位が、およそ1周で後続紙((x+1)枚目)の先端側の余白領域と接触する紙間である場合を示している。
ここで、余白領域とは、用紙Pに形成される画像情報の内容に依らず、画像形成装置1によってトナー画像が形成されない領域である。余白領域は、画像形成装置1において予め設定されている。先端側の余白領域とは、用紙Pの搬送方向において、画像領域より先端側に位置する余白領域である。図9において、後続紙((x+1)枚目)における先端側の余白領域(先端余白)が斜線部で示されている。また、画像領域とは、画像形成装置1によりトナー画像が形成され得る領域である。
本発明者らは、画像スジが顕在化しやすいハーフトーン画像を画像領域に形成して検討を行った。用紙Pとしては、キヤノン製のCS−680を用いた。通常モードの紙間では、x枚目の用紙Pの後端と定着ベルト100の間で剥離放電が起きた場合、(x+1)枚目の用紙Pの画像領域において剥離放電跡による画像スジとしての顕在化が確認された。一方、対策モードの紙間では、x枚目の用紙Pの後端と定着ベルト100の間で剥離放電が起きた場合、(x+1)枚目の用紙Pの画像領域において剥離放電跡による画像スジは視認されなかった。
したがって、通常モードよりも紙間を広げ、剥離放電跡の生じた部位が後続紙の画像領域と接触する前に、剥離放電跡の生じた部位を後続紙の先端側の余白領域と接触させることで、後続紙の画像領域での画像スジの顕在化を抑制することができる。
尚、x枚目の用紙Pの後端と定着ベルト100の間で剥離放電が起きた場合に、定着ベルト100の空回転によって剥離放電跡を解消させてから(x+1)枚目の用紙Pの画像領域に接触させる場合には、空回転に120秒ほど必要である。それに対し、対策モードのように、剥離放電跡の生じた部位を後続紙の先端側の余白領域と接触させる場合には、定着ベルト100の周長1周分ほどの紙間時間で剥離放電跡を解消することができる。本実施例の構成では、定着ベルト100の1周分にかかる時間は、およそ304(ms)である。したがって、対策モードのように剥離放電跡の生じた部位を後続紙の先端側の余白領域と接触させることで、生産性の大幅な低下を抑制しつつ、後続紙の画像領域での画像スジの顕在化を抑制することができる。
そこで、画像形成装置1は、通常モードに対して紙間を広げ、剥離放電跡の生じた部位が後続紙の画像領域と接触する前に後続紙の先端側の余白領域と接触する紙間で用紙Pを搬送する対策モードを実行することにより、画像スジの顕在化を抑制する。これにより、生産性よりも画質を重視するユーザのニーズに対応することができる。
ところで、剥離放電に伴う画像スジは、ハーフトーン画像でより顕著に顕在化し、必ずしもすべてのユーザの成果物で顕在化するわけではない。たとえば主に文書の画像を印刷するようなユーザにとっては、剥離放電に伴う画像スジは視認できないか、視認できても気にならないレベルであることがしばしばある。このようなユーザには、生産性を低減させてまで画像スジ対策を行うことよりも、生産性を低減させないことが求められる。したがって、画像形成装置1は、生産性を重視する通常モードを実行することにより、画質よりも生産性を重視するユーザのニーズに対応する。
尚、図9では、通常モードにおける紙間が距離にして定着ベルト100の周長1周未満である場合を例に示したが、通常モードにおける紙間は、装置の構成によって適宜設定すればよい。つまり、通常モードにおける紙間は、距離にして定着ベルト100の周長1周以上である構成であってもよい。この場合、通常モードにおける紙間時間P1は、定着ベルト100が1回転するのに要する時間よりも長い時間となる。この場合においても、対策モードにおける紙間は、通常モードよりも長い紙間で、剥離放電跡の生じた部位が後続紙の画像領域と接触する前に、剥離放電跡の生じた部位を後続紙の先端側の余白領域と接触させる紙間に設定する。
また、図9では、対策モードにおける紙間は、通常モードの紙間より長く、且つ、剥離放電跡の生じた部位が後続紙の画像領域と接触する前に、剥離放電跡の生じた部位を後続紙の先端側の余白領域と接触する最短の紙間としたが、これに限らない。対策モードにおける紙間は、通常モードよりも長い紙間で、剥離放電跡の生じた部位が後続紙の画像領域と接触する前に、剥離放電跡の生じた部位を後続紙の先端側の余白領域と接触させる紙間に設定すればよい。例えば、図9において、対策モードの紙間を、定着ベルト100の周面上で先行紙(x枚目)の後端部と接触した部位が、2周後に後続紙((x+1)枚目)の先端側の余白領域と接触する紙間としても良い。ただし、通常モードに対する生産性の低下をできるだけ抑制するために、より短い紙間に設定する事がより好ましい。
<対策モードの設定>
画像形成装置1は、ユーザのニーズに応じて、生産性重視の通常モードと、画質重視の対策モードと、を含む複数のモードのいずれかから、1つのモードを操作者が操作部180の表示部180B上で設定できる。
モードが設定される制御フローについて、図10に示すフローチャート及び図13に示すブロック図を用いて説明する。フローチャートに示す制御は、実行部として機能するCPU10が、内蔵する記憶手段に記憶された制御プログラムを実行することにより行われる。図10は、モードの設定に関するフローチャートであり、図13は、制御系の構成の一例を示すブロック図である。CPU10は、操作部180と電気的に接続している。
尚、記憶手段は、CPU10に内蔵する構成に限らず、CPU10とは別体でCPU10と電気的に接続しているメモリを画像形成装置1に設け、そのメモリが、プログラムやデータを格納する記憶手段として機能する構成としても良い。
操作者により操作部180にモードの選択画面を表示させる指示が入力されると(S101)、CPU10は、操作部180の表示部180Bにモードの選択画面を表示させる(S102)。具体的には、CPU10は、図11に示すように、表示部180Bに「通常モード」のソフトキー180Cと、「対策モード」のソフトキー180Dを表示させる。図11は、モードの選択画面の一例を示す図である。
モードの選択画面にて、「通常モード」のソフトキー180Cが押下されると(つまり、選択されたモードが「通常モード」である場合)、CPU10は、生産性重視の通常モードに設定する(S103、S104)。モードの選択画面にて、「対策モード」のソフトキー180Dが押下されると(つまり、選択されたモードが「対策モード」である場合)、CPU10は、画質重視の対策モードに設定する(S103、S105)。モードに応じた画像形成処理が実行される。CPU10は、設定したモードに対応する情報を、CPU10に内蔵する記憶手段に保持する。
このようにすることで、ユーザは自身のニーズに合わせて、画像形成装置1に実行させるモードを選択することができる。
本実施例では、画像形成装置1は、操作者が操作部180にてモードの選択画面を表示させる指示が入力することにより、モードの選択又は変更が可能となる。一旦モードが設定された以降、モードの選択画面にて操作者により選択されるモードが変更されない限り、CPU10が実行するモードは変更されない。これにより、一旦モードを設定すれば、操作者は必要がない限りモード設定を繰り返さなくてよい。
尚、初期設定として通常モードが設定されている構成としても良い。この場合、操作者によりモードの選択画面を表示させる指示が入力されなかった場合には、CPU10は通常モードを実行する。また、操作者は、モード選択画面にて初期設定から変更できる。
尚、本実施例では、モードの選択肢が生産性重視の通常モードと、画質重視の対策モードとの2つである場合を例に示したが、画像形成装置1にて設定可能なモードとして他のモードを設ける構成としてもよい。また、尚、本実施例では、ソフトキーの押下によりモードが選択される構成としたが、操作ボタン部180Aを用いて選択される構成としてもよい。
<モードに応じた画像形成処理の実行>
次に、モードに応じた画像形成処理の実行について、図12に示すフローチャートと図13に示すブロック図を用いて説明する。図12は、モードに応じた制御に関するフローチャートである。フローチャートに示す制御は、実行部として機能するCPU10が、内蔵する記憶手段に記憶された制御プログラムを実行することにより行われる。また、CPU10は、図13に示すように、画像形成部200と電気的に接続しており、画像形成部200による画像形成動作を制御する。また、CPU10は、レジストローラのモータM3、給紙ローラのモータM4、中間転写ベルトのモータM5、定着装置27と接続しており、画像形成動作、定着動作、及び、用紙Pの搬送を制御する。
CPU10は、画像形成装置1の通電命令(例えば電源スイッチのオン)を受けると、立ち上げ制御へ移行後、プリント命令の入力を待機する状態となる。ここで、プリント命令とは、画像形成部200への画像形成処理の実行命令である。プリント命令とは、例えば、操作者により操作部180又は外部のパーソナルコンピュータから投入されるプリントスタートの指示や、操作者により操作部180から投入されるコピースタートの指示である。
CPU10は、プリント命令の入力を待機する状態でプリント命令が入力されると、そのプリント命令においてトナー画像を形成すべき用紙Pのサイズや坪量、シート材の種別に対応する情報を含むシート情報を取得する(S201、S202)。これらの情報は、操作者による指示として操作部180又は外部のパーソナルコンピュータから入力される。本実施例では、投入されたプリント命令に対して実行すべき画像形成処理が、同じ種類の用紙P(つまり、同じサイズ・同じ坪量・同じ材質の用紙)に複数枚連続で画像形成する場合を例に示す。例えば、A4・普通紙・10枚プリントする場合である。
次に、CPU10は、記憶手段を参照し、画像形成装置1に設定されているモードを判定する(S203)。モードの設定については上述した通りである。
CPU10は、設定されているモードを実行する。つまり、CPU10は、生産性重視の通常モードと、画質重視の対策モードと、を含む複数のモードのうち、設定されているモードを選択的に実行する。
設定されているモードが「通常モード」である場合、CPU10は、紙間時間が生産性を優先させた時間P1となるように、用紙Pを定着ニップ部Nに搬送させる(S204)。
この紙間時間P1は、S202にて取得したシート情報に基づいて決定される。例えば、記憶手段に予めシート情報と紙間時間P1を対応付けたテーブルを保持させておき、CPU10は、S202にて取得した情報を基に、テーブルを参照することで紙間時間P1を決定する。尚、紙間時間とは、上述したように、先行紙(x枚目)の後端が定着ニップ部Nを通過してから、先行紙の次に定着ニップ部Nに搬送される後続紙((x+1)枚目)の先端が定着ニップ部Nを通過するまでの時間である。
一方、設定されているモードが対策モードである場合は、CPU10は、紙間時間が上述した画質を優先させた時間P2となるように、用紙Pを定着ニップ部Nに搬送させる(S205)。ここで、対策モード用の紙間時間P2は、上述したように、定着ベルト100周面上で先行紙の後端部と接触した部分が後続紙の先端側の余白領域内に当たるように設定される紙間時間である。この紙間時間P2は、S202にて取得したシート情報に基づいて決定される。例えば、記憶手段に予めシート情報と紙間時間P2を対応付けたテーブルを保持させておき、CPU10は、S202にて取得した情報を基に、テーブルを参照することで紙間時間P2を決定する。
ここで、用紙Pの搬送についてより具体的に説明する。本実施例では、CPU10がレジストローラ33のモータM3を制御し、通常モードと対策モードで先行紙の次の用紙Pをレジストローラ33で停止させる時間を変えることによって、紙間時間を調整する。尚、同じ条件で画像形成する場合、通常モードと対策モードにおいて加圧ローラ600の回転速度は同じとする。
具体的には、CPU10は、S201にて投入されたプリント命令に対して、トナー画像を形成すべき用紙Pが収容されている給紙カセット(ここではカセット31とする。)の給紙ローラのモータM4を駆動させる。これにより、CPU10は、S201にて投入されたプリント命令における1枚目の用紙Pを給紙ローラ32にカセット31から給紙させる。給紙された1枚目の用紙Pは、レジストローラ33に搬送される。
また、CPU10は、画像形成部200、中間転写ベルトのモータM4、定着装置27の動作を開始させる。CPU10は、画像形成部200に、1枚目の用紙Pに転写すべき画像を形成させる。CPU10は、レジストローラ33に、中間転写ベルト25上の1枚目の用紙Pに対応するトナー画像が転写ニップ部に到達するタイミングに合わせて、用紙Pを転写ニップ部に送り出させる。
CPU10は、レジストローラ33が1枚目の用紙Pを送り出し終わったら、2枚目の用紙Pをレジストローラ33で停止させる。画像形成部200は、1枚目の用紙Pに転写すべき画像に続いて、所定の紙間を空けて、2枚目の用紙Pに転写すべき画像を形成する。CPU10は、画像形成部200に、1枚目のシートに転写すべきトナー画像と2枚目のシートに転写すべきトナー画像との間隔がモードに応じた紙間時間に対応する間隔となるように、トナー画像を中間転写ベルト25上に形成させる。モードに応じた紙間時間とは、通常モードであれば紙間時間P1であり、対策モードであれば紙間時間P2である。
CPU10は、レジストローラのモータM3を制御し、モードに応じた紙間時間に基づいた画像間隔を空けて形成されている2枚目の用紙Pに対応する中間転写ベルト25上のトナー画像が転写ニップ部に到達するタイミングに合わせて、用紙Pを送り出させる。つまり、CPU10は、通常モードの場合、1枚目の用紙Pとの紙間時間がP1となるまでレジストローラ33に2枚目の用紙Pを停止させ、対策モードの場合、1枚目の用紙Pとの紙間時間がP2となるまでレジストローラ33に2枚目の用紙Pを停止させる。尚、紙間時間は、上述したように、先行紙の後端が定着ニップ部Nを通過してから、先行紙の次に定着ニップ部Nに搬送される後続紙の先端が定着ニップ部Nを通過するまでの時間を指す。
すなわち、定着ニップNにおける先行紙と後続紙との紙間時間は、このレジストローラ33で停止させている時間によって調整される。
レジストローラ33にて停止させるべき時間が経過すると、CPU10は、レジストローラのモータM3を駆動してレジストローラ33を回転させ、2枚目の用紙Pの搬送を開始する。転写ニップ部を通過した2枚目の用紙Pは、通常モードの場合、1枚目の用紙Pとの紙間時間P1で定着ニップ部Nを通過し、対策モードの場合、1枚目の用紙Pとの紙間時間P2で定着ニップ部Nを通過する。
CPU10は、3枚目の用紙Pの搬送も同様に、2枚目の用紙Pとの紙間時間がモードに応じた紙間時間となるように3枚目の用紙Pの搬送を制御する。以下、投入されたプリント命令に対応する最後の用紙Pを搬送するまで同様である。
このように、レジストローラ33は、後続の用紙Pに対応する中間転写ベルト20上のトナー画像が転写ニップ部に到達するタイミングに合わせて用紙Pを送り出すことにより、シート情報に基づいて決定された紙間での用紙Pの搬送を実現する。
ここで、一例として、A4サイズの用紙Pの通紙を行う場合の紙間時間の設定値を、それぞれのモードについて、示す。本実施例において定着ベルト100の外径は30mm、周長は約94mm、余白部の大きさは3.5mmとする。尚、これらの値は一例であり、これに限定されるものではない。また、A4サイズの用紙Pの搬送方向の長さは約210mmである。
本実施例における生産性重視の通常モードにおける紙間は、距離にして約30mmである。これを紙種によって決まる定着ベルト100の回転速度で割れば、紙間時間P1が算出される。通常モードでの紙間は、画像形成装置1の生産性から決定される値であり、紙種及び紙サイズごとに予め設定されている。本実施例では、定着ベルト100の周長が約210mmであるから、図9に示すように、通常モードでの紙間が、距離にして定着ベルト100の周長1周未満である。
次に、対策モード時の紙間時間の設定について説明を行う。定着ベルト100上の先行紙の後端と接触した部位が後続紙の先端側の余白領域内に接触させるため、ここでは、先行紙の後端と接触した部位が、用紙Pの先端側の余白領域のうち搬送方向において中央部と接触する位置を基準に、狙いの紙間を設定する。つまり、狙いの紙間は、定着ベルト1周分の長さに余白部の長さを2で割った値を加算した間隔とする。定着ベルト100の直径は30mm、周長は約94mm、余白部の大きさは3.5mmとすると、狙いの紙間は約92.5mmである。これを紙種によって決まる定着ベルト100の回転速度で割れば、紙間時間P2が算出される。
画像形成装置1の記憶手段には、このようにして算出されたモード毎の紙間時間の値を予め保持されており、CPU10は、設定されたモードに応じた紙間時間で、用紙Pの搬送を制御する。尚、CPU10は、設定されたモードが対策モードである場合には、取得したシート情報に応じて上述のように対策モードにおける紙間時間を算出するとしてもよい。
これによって、対策モードにおいて、紙間は、先行紙の用紙Pの後端部と接触した部位が後続紙の余白領域内に入るように調整される。即ち、対策モードを実行する場合、画像形成装置1は、x枚目の用紙Pの後端部によって定着ベルト100上に剥離放電跡が発生しても、剥離放電跡の生じた部位が(x+1)枚目の画像領域と接触する前に、(x+1)枚目の先端側の余白領域と接触する。これによって、定着ベルト100上の剥離放電跡を緩和させることができ、(x+1)枚目の画像領域に画像スジが潜在化するのを抑制することができる。
尚、本実施例では、同じ種類の用紙P(つまり、同じサイズ・同じ坪量・同じ材質の用紙)に複数枚連続で画像形成する具体例として、A4サイズの用紙Pを用いる場合を例に説明したが、用紙Pのサイズは、これに限らない。複数枚連続で画像形成する同じ種類の用紙Pとして、画像形成装置1で搬送可能な最大の幅サイズ(搬送方向と直交する方向のサイズ)の用紙Pを用いる場合であっても、本実施例の画像形成装置1は、モードに応じた紙間時間で用紙Pを搬送する。つまり、通常モードでは、CPU10は、生産性を優先させた紙間時間となるように用紙Pの搬送を制御する。対策モードでは、CPU10は、定着ベルト100周面上で先行紙(x枚目)の後端部と接触した部位が後続紙((x+1)枚目)の先端側の余白領域内に接触する紙間時間となるように用紙Pの搬送を制御する。ただし、紙間時間P1、P2の値は、Aサイズの用紙Pを用いる場合と異なっていてもよい。
尚、本実施例において、モードに応じた紙間時間は、CPU10がレジストローラ33の駆動・停止タイミングを制御することにより、調整される構成としたが、紙間時間の調整方法はこれに限らない。例えば、CPU10が、モードに応じた紙間時間に合わせて、給紙ローラ32が用紙Pを送り出すタイミングを制御する構成としても良い。
尚、本実施例において、投入されたプリント命令に対応する画像形成において、1枚目から投入されたプリント命令に対応する最後の用紙Pまで、一定の紙間時間(通常モードではP1、対策モードではP2)で用紙Pを搬送する構成とした。ただし、例えばジャムの発生や部材の異常昇温の発生等により、画像形成処理が中断される場合、中断の前後での紙間時間は、例外として、設定されたモードに応じた紙間時間でなくてもよい。例えば、対策モードにおいて、ジャムが発生した場合には、ジャムの発生直前のx枚目の用紙Pとジャムの発生直後である(x+1)枚目の用紙Pとの紙間時間が対策モード用の紙間時間を満たさない場合であっても、本実施例の範囲内の構成であるとする。
上述したように、画像形成装置1は、ユーザのニーズに応じて、生産性重視の通常モードと、画質重視の対策モードと、を含む複数のモードのいずれかから、1つのモードを操作者が操作部180の表示部180B上で設定できる。これにより、ユーザは自身のニーズに合わせて、画像形成装置1に実行させるモードを選択することができる。
上述したように、画像形成装置1は、通常モードが設定されている場合には、通常モードを実行し、生産性を優先させた紙間時間P1となるように定着ニップ部Nに用紙Pを搬送する。これにより、画質よりも生産性を重視するユーザのニーズに対応することができる。
また、上述したように、画像形成装置1は、対策モードが設定されている場合には、対策モードを実行する。つまり、画像形成装置1は、対策モードが設定されている場合には、定着ベルト100周面上で先行紙(x枚目)の後端部と接触した部位が後続紙((x+1)枚目)の先端側の余白領域内に接触する紙間時間P2となるように定着ニップ部Nに用紙Pを搬送する。これにより、画像スジの顕在化を抑制することができ、生産性よりも画質を重視するユーザのニーズに対応することができる。
したがって、生産性を重視するユーザと画質を重視するユーザの両者のニーズに対応できる画像形成装置を提供することができる。