JP2018004938A - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像端部近傍における定着不良や光沢低下の発生を抑制しつつ、より一層の省電力効果を得ることができる技術を提供する。【解決手段】記録材の搬送方向に対して直交する長手方向に並ぶ複数の発熱体を有するヒータと、複数の発熱体へ供給する電力を個々に制御する制御部と、記録材に形成される画像の情報を取得する取得部と、を備え、前記ヒータの熱によって記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、制御部は、複数の発熱体によって加熱される複数の加熱領域のうちその加熱範囲に画像が含まれる第1加熱領域を加熱する発熱体へ供給する電力を、取得部が取得する、第1加熱領域の加熱範囲に含まれる画像の端部と、複数の加熱領域のうちその加熱範囲に画像が含まれない第2加熱領域と、の間の画像が含まれない非画像領域における長手方向の距離に応じて、可変に制御することを特徴とする。【選択図】図7

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式を利用した複写機やプリンタ等の画像形成装置に関する。また、画像形成装置に搭載されている定着器や、記録材に定着されたトナー画像を再度加熱することによりトナー画像の光沢度を向上させる光沢付与装置、等の像加熱装置に関する。
複写機やプリンタ等の電子写真画像形成装置(以下、画像形成装置)に用いられる定着器や光沢付与装置等の像加熱装置において、省電力化の要請から、記録材上に形成された画像部を選択的に加熱する方式が提案されている(特許文献1)。この方式では、記録材の搬送方向に直交する方向(以下、長手方向)において、複数に分割された加熱領域を設定し、それぞれの加熱領域を加熱する発熱体が長手方向に複数設けられている。そして、各加熱領域に形成される画像の画像情報に基づき、対応する発熱体の発熱量を制御する。例えば、各加熱領域のうち画像が無い領域(以下、非画像加熱部)の制御温度は、画像が含まれる領域(以下、画像加熱部)の制御温度に比べて低く設定される。
ここで、加熱領域を長手方向に分割した構成では、非画像加熱部と、それに隣接している画像加熱部との境界位置近傍において、両者の制御温度の差による温度勾配が生じてしまう可能性がある。その結果、非画像加熱部に隣接する画像加熱部における境界位置側の画像端部近傍において、定着不良や光沢低下が発生してしまう可能性がある。そこで特許文献2では、上記画像加熱部における境界位置と画像端部との間の長手方向の距離に応じて、境界位置に隣接する非画像加熱部の発熱量を変化させる方式が提案されている。
特開平6−95540号公報 特開2015−52722号公報
しかしながら、特許文献2の方式では、画像加熱部における非画像加熱部との境界位置と画像端部との間の距離によっては、非画像加熱部に供給される電力が増えることになるため、省電力効果が低下してしまう可能性がある。
本発明の目的は、画像端部近傍における定着不良や光沢低下の発生を抑制しつつ、より一層の省電力効果を得ることができる技術を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明の像加熱装置は、
記録材の搬送方向に対して直交する長手方向に並ぶ複数の発熱体を有するヒータと、
前記複数の発熱体へ供給する電力を制御する制御部と、
記録材に形成される画像の情報を取得する取得部と、
を備え、
前記制御部は前記複数の発熱体を個々に制御可能であり、前記ヒータの熱によって記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
前記制御部は、前記複数の発熱体によって加熱される前記複数の加熱領域のうちその加熱範囲に前記画像が含まれる第1加熱領域を加熱する前記発熱体へ供給する電力を、前記
取得部が取得する、前記第1加熱領域の加熱範囲に含まれる前記画像の端部と、前記複数の加熱領域のうちその加熱範囲に前記画像が含まれない第2加熱領域と、の間の前記画像が含まれない非画像領域における前記長手方向の距離に応じて、可変に制御することを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に画像を形成する画像形成部と、
記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、
を有する画像形成装置において、
前記定着部が上記像加熱装置であることを特徴とする。
本発明によれば、画像端部近傍における定着不良や光沢低下の発生を抑制しつつ、より一層の省電力効果を得ることができる。
本発明の実施例に係る画像形成装置の断面図 実施例1の像加熱装置の断面図 実施例1のヒータ構成図 実施例1のヒータ制御回路図 実施例1におけるヒータの加熱領域の説明図 実施例1における加熱領域の制御温度の決定フロー 加熱部の制御温度と定着フィルムの表面温度の長手方向分布を示す図 比較例2及び実施例1における加熱部の消費電力とその合計 実施例1におけるヒータの加熱領域の説明図 実施例2における加熱領域の制御温度の決定フロー 実施例2におけるトナー量換算値の最大値の抽出フロー 実施例2における所定値ΔTの決定フロー 実施例2におけるヒータの加熱領域と画像との関係の説明図 加熱部の制御温度と定着フィルムの表面温度の長手方向分布を示す図 比較例2及び実施例2における加熱部の消費電力とその合計 実施例2におけるヒータの加熱領域と画像との関係の説明図
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
(実施例1)
1.画像形成装置の構成
図1は、本発明の実施例に係る電子写真方式の画像形成装置の構成図である。本発明が適用可能な画像形成装置としては、電子写真方式や静電記録方式を利用した複写機、プリンタなどが挙げられ、ここではレーザプリンタに適用した場合について説明する。
画像形成装置100は、ビデオコントローラ120と制御部113を備える。ビデオコントローラ120は、記録材に形成される画像の情報を取得する取得部として、パーソナルコンピュータ等の外部装置から送信される画像情報及びプリント指示を受信して処理するものである。制御部113は、ビデオコントローラ120と接続されており、ビデオコントローラ120からの指示に応じて画像形成装置100を構成する各部を制御するもの
である。ビデオコントローラ120が外部装置からプリント指示を受けると、以下の動作で画像形成が実行される。
画像形成装置100は、記録材Pを給送ローラ102で給送して、中間転写体103に向けて搬送する。感光ドラム104は、図示しない駆動モータの動力によって所定の速度で反時計回り方向に回転駆動され、その回転過程で一次帯電器105によって一様に帯電処理される。画像信号に対応して変調されたレーザ光がレーザビームスキャナ106から出力され、感光ドラム104上を選択的に走査露光して静電潜像を形成する。107は現像器であり、静電潜像に現像剤である粉体トナーを付着させてトナー像(現像剤像)として可視像化する。感光ドラム104上に形成されたトナー像は、感光ドラム104と接触して回転する中間転写体103上に一次転写される。
ここで、感光ドラム104、一次帯電器105、レーザビームスキャナ106、現像器107は、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)の4色分がそれぞれ配置されている。4色分のトナー像が同じ手順で順次中間転写体103上に重ねて転写される。中間転写体103上に転写されたトナー像は、中間転写体103と転写ローラ108で形成される二次転写部において、転写ローラ108に印加された転写バイアスにより記録材P上に二次転写される。上述した記録材Pへの未定着画像の形成にかかわる構成が本発明における画像形成部に対応する。その後、像加熱装置としての定着装置200が記録材Pを加熱及び加圧することによりトナー像が定着され、画像形成物として機外へ排出される。
なお、本実施例に係る画像形成装置100のプロセススピードは210mm/secである。また、画像形成された記録材Pの後端から、次に画像形成される記録材Pの先端までの距離は35.6mmである。例えば、LETTERサイズ紙を連続プリントした場合、40ppm(page per minutes)のスループットを出すことができる。制御部113は、記録材Pの搬送路上の、搬送センサ114、レジストセンサ115、定着前センサ116、定着排紙センサ117によって、記録材Pの搬送状況を管理する。加えて、制御部113は、定着装置200の温度制御プログラムおよび温度制御テーブルを記憶する記憶部を有する。商用の交流電源401に接続されたヒータ駆動手段としての制御回路400は、定着装置200への電力供給を行う。
2.定着装置(定着部)の構成
図2は、本実施例の定着装置200の模式的断面図である。定着装置200は、定着フィルム202と、定着フィルム202の内面に接触するヒータ300と、定着フィルム202を介してヒータ300と共に定着ニップ部Nを形成する加圧ローラ208と、を有する。
定着フィルム202は、筒状に形成された可撓性を有する複層耐熱フィルムであり、厚みが50〜100μm程度のポリイミド等の耐熱樹脂、または厚みが20〜50μm程度のステンレス等の金属を基層として用いることができる。また、定着フィルム202の表面にはトナーの付着防止や記録材Pとの分離性を確保するための離型層が設けられている。離型層は、厚みが10〜50μm程度の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(PFA)等の離型性に優れた耐熱樹脂である。更に、カラー画像を形成する装置に用いる定着フィルムでは、画質向上のため、基層と離型層の間に、弾性層として、厚みが100〜400μm程度、熱伝導率が0.2〜3.0W/m・K程度のシリコーンゴム等の耐熱ゴムを設けても良い。本実施例では、熱応答性や画質、耐久性等の観点から、基層として厚み60μmのポリイミド、弾性層として厚み300μm、熱伝導率1.6W/m・Kのシリコーンゴム、離型層として厚み30μmのPFAを用いている。
加圧ローラ208は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金209と、シリコーンゴム等の材質の弾性層210を有する。ヒータ300は、耐熱樹脂製のヒータ保持部材201に保持されており、定着フィルム202を加熱する。ヒータ保持部材201は、定着フィルム202の回転を案内するガイド機能も有している。金属ステー204は、不図示の付勢部材等から加圧力を受けて、ヒータ保持部材201を加圧ローラ208に向けて付勢する。加圧ローラ208は、モータ30から動力を受けて矢印R1方向に回転する。加圧ローラ208が回転することによって、定着フィルム202が従動して矢印R2方向に回転する。定着ニップ部Nにおいて記録材Pを挟持搬送しつつ定着フィルム202の熱を与えることで、記録材P上の未定着トナー像は定着処理される。
ヒータ300は、セラミック製の基板305上に設けられた発熱体としての発熱抵抗体が通電によって発熱するヒータである。ヒータ300は、定着フィルム202の内面に接触する表面保護層308と、基板305の表面保護層308が設けられた側(以下、摺動面側と称する)とは反対側(以下、裏面側と称する)に設けられた表面保護層307を有する。ヒータ300の裏面側には給電用の電極(ここでは代表として電極E4を示してある)が設けられている。C4は電極E4に接触する電気接点であり、電気接点から電極に給電を行っている。ヒータ300の詳細は後述する。また、ヒータ300の異常発熱により作動してヒータ300に供給する電力を遮断するサーモスイッチや温度ヒューズ等の安全素子212が、ヒータ300の裏面側に対向して配置されている。
3.ヒータの構成
図3は、本発明の実施例1のヒータ300の構成を示す模式図である。
図3(a)は、図3(b)に示す搬送基準位置X付近におけるヒータの断面図である。搬送基準位置Xは、記録材Pを搬送する際の基準位置として定義する。本実施例の画像形成装置では、記録材Pの搬送方向に直交する幅方向における中央部が、搬送基準位置Xを通過するように記録材が搬送される。ヒータ300は、概略、基板305の一方の面(裏面)に2つの層(裏面層1、2)、他方の面(摺動面)にも2つの層(摺動面層1、2)がそれぞれ形成された5層構造を有する。
ヒータ300は、基板305の裏面層側の面上にヒータ300の長手方向に沿って設けられている第1の導電体301(301a、301b)を有する。また、ヒータ300は、基板305上に第1の導電体301とヒータ300の短手方向(長手方向と直交する方向)に異なる位置でヒータ300の長手方向に沿って設けられている第2の導電体303(搬送基準位置X付近では303−4)を有する。第1の導電体301は、記録材Pの搬送方向の上流側に配置された導電体301aと、下流側に配置された導電体301bに分離されている。更に、ヒータ300は、第1の導電体301と第2の導電体303の間に設けられており、第1の導電体301と第2の導電体303を介して供給する電力により発熱する発熱抵抗体302を有する。
発熱抵抗体302は、本実施例では記録材Pの搬送方向の上流側に配置された発熱抵抗体302a(搬送基準位置X付近では302a−4)と、下流側に配置された発熱抵抗体302b(搬送基準位置X付近では302b−4)に分離されている。また、ヒータ300の裏面層2には、発熱抵抗体302、第1の導電体301、及び第2の導電体303を覆う絶縁性(本実施例ではガラス)の表面保護層307が、電極部(搬送基準位置X付近ではE4)を避けて設けられている。
図3(b)には、ヒータ300の各層の平面図を示してある。ヒータ300の裏面層1には、第1の導電体301と第2の導電体303と発熱抵抗体302の組からなる発熱ブロックがヒータ300の長手方向に複数設けられている。本実施例のヒータ300は、ヒ
ータ300の長手方向に、合計7つの発熱ブロックHB1〜HB7を有する。発熱ブロックHB1の図中の左端から、発熱ブロックHB7の図中の右端までが発熱領域であり、その長さは220mmである。本例では各発熱ブロックの長手方向幅は全て同じである(必ずしもすべて同じ長手方向幅でなくても良い)。
発熱ブロックHB1〜HB7は、ヒータ300の短手方向に対称に形成された、発熱抵抗体302a−1〜302a−7及び発熱抵抗体302b−1〜302b−7によって、それぞれ構成されている。第1の導電体301は、発熱抵抗体(302a−1〜302a−7)と接続する導電体301aと、発熱抵抗体(302b−1〜302b−7)と接続する導電体301bによって構成されている。同様に、第2の導電体303は、7つの発熱ブロックHB1〜HB7に対応するため、7つの導電体303−1〜303−7に分割されている。
電極E1〜E7、E8−1、及びE8−2は、電気接点C1〜C7、C8−1、C8−2に接続される。電極E1〜E7はそれぞれ、導電体303−1〜303−7を介して、発熱ブロックHB1〜HB7に電力供給するための電極である。電極E8−1、及びE8−2は、導電体301a、及び導電体301bを介して、7つの発熱ブロックHB1〜HB7に電力給電するための共通の電極である。本実施例では長手方向の両端に電極E8−1、及びE8−2を設けているが、例えば電極E8−1のみを片側に設ける構成(即ち、電極E8−2を設けない構成)でも良いし、電極E8−1と電極E8−2を夫々記録材搬送方向において二つに分けても良い。
ヒータ300の裏面層2の表面保護層307は、電極E1〜E7、E8−1、及びE8−2が露出するように形成されている。これにより、ヒータ300の裏面層側から、各電極に電気接点C1〜C7、C8−1、及びC8−2を接続可能な構成となっており、ヒータ300は、裏面層側から電力供給可能な構成となっている。また、発熱ブロックのうちの少なくとも一つの発熱ブロックに供給する電力と、他の前記発熱ブロックに供給する電力を独立に制御可能な構成となっている。
ヒータ300の裏面に電極を設けることで、基板305上に導電パターンによる配線を行う必要がないため、基板305の短手方向の幅を短くすることができる。そのため、基板305の材料コストの低減や、基板305の熱容量低減によるヒータ300の温度上昇にかかる立ち上げ時間を短縮する効果を得ることができる。なお、電極E1〜E7は、基板の長手方向において発熱抵抗体が設けられた領域内に設けられている。
本実施例では、発熱抵抗体302として温度上昇に伴い抵抗値が上昇する特性(以下、PTC特性と呼ぶ)を有した材料を用いている。発熱抵抗体にPTC特性を有する材料を用いることで、小サイズ紙の定着処理時に非通紙部にある発熱抵抗体の抵抗値は通紙部にある発熱抵抗体よりも高くなり電流が流れにくくなる効果が得られる。その結果、非通紙部の昇温を抑える効果を高めることができる。しかし、発熱抵抗体302に用いる材料はPTC特性を有したものに限定されるものではなく、温度上昇に伴い抵抗値が低下する特性(以下、NTC特性と呼ぶ)を有した材料、温度変化に対して抵抗値が変化しない特性を有した材料を用いることも可能である。
ヒータ300の摺動面(定着フィルムと接触する側の面)側の摺動面層1には、ヒータ300の発熱ブロックHB1〜HB7ごとの温度を検知するため、サーミスタT1−1〜T1−4、及びサーミスタT2−5〜T2−7が設置されている。サーミスタT1−1〜T1−4、及びサーミスタT2−5〜T2−7は、PTC特性、若しくはNTC特性(本実施例ではNTC特性)を有した材料を基板上に薄く形成したものである。発熱ブロックHB1〜HB7の全てにサーミスタを有しているため、サーミスタの抵抗値を検出するこ
とにより、全ての発熱ブロックの温度を検知できる。
4つのサーミスタT1−1〜T1−4に通電するために、サーミスタの抵抗値検出用の導電体ET1−1〜ET1−4と、サーミスタの共通導電体EG1が形成されている。これら導電体とサーミスタT1−1〜T1−4との組によって、サーミスタブロックTB1を形成している。同様に、3つのサーミスタT2−5〜T2−7に通電するために、サーミスタの抵抗値検出用の導電体ET2−5〜ET2−7と、サーミスタの共通導電体EG2が形成されている。これら導電体とサーミスタT2−5〜T2−7との組によって、サーミスタブロックTB2を形成している。
サーミスタブロックTB1を用いる効果について説明する。まずは、サーミスタの共通導電体EG1を形成することによって、サーミスタT1−1〜T1−4にそれぞれ導電体を接続し配線する場合に比べて、導電パターンの配線を形成するコストを低減することができる。また、基板305上で導電パターンによる配線を行う必要がないため、基板305短手方向の幅を短くすることができる。そのため、基板305の材料コストの低減や、基板305の熱容量低減によるヒータ300の温度上昇にかかる立ち上げ時間を短縮する効果を得ることができる。サーミスタブロックTB2を用いる効果は、サーミスタブロックTB1と同様のため説明を省略する。
基板305短手方向の幅を短くするには、図3(a)の表面層1で説明した発熱ブロックHB1〜HB7の構成と、図3(a)の摺動面層1で説明したサーミスタブロックTB1〜TB2を組み合わせて用いる方法が有効である。
ヒータ300の摺動面(定着フィルムと接触する面)側の摺動面層2には、摺動性のある表面保護層308(本実施例ではガラス)を有する。表面保護層308は、サーミスタの抵抗値検出用の導電体ET1−1〜ET1−4、ET2−5〜ET2−7、サーミスタの共通導電体EG1、EG2に対して電気接点を接続するため、ヒータ300の両端部を避けて形成される。表面保護層308は、ヒータ300のフィルム202との対向面において両端部を除いた、少なくともフィルム202と摺動する領域に設けてある。
図3(c)に示すように、ヒータ保持部材201におけるヒータ300との対向面には、電極E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8−1、及びE8−2と、電気接点C1〜C7、C8−1、及びC8−2を接続するための穴が設けられている。ステー204とヒータ保持部材201の間には、前述した、安全素子212、電気接点C1〜C7、C8−1、及びC8−2が設けられている。電極E1〜E7、E8−1及びE8−2に接触する電気接点C1〜C7、C8−1、及びC8−2は、バネによる付勢や溶接等の手法によって、それぞれヒータの電極部と電気的に接続されている。各電気接点は、ステー204とヒータ保持部材201の間に設けられたケーブルや薄い金属板等の導電材料を介して、後述するヒータ300の制御回路400と接続している。また、サーミスタの抵抗値検出用の導電体ET1−1〜ET1−4、ET2−5〜ET2−7、及びサーミスタの共通導電体EG1、EG2に設けられた電気接点も、後述する制御回路400と接続されている。
4.ヒータ制御回路の構成
図4は、実施例1のヒータ300の制御回路400の回路図である。401は、画像形成装置100に接続される商用の交流電源である。ヒータ300の電力制御は、トライアック411〜トライアック417の通電/遮断により行われる。トライアック411〜417は、それぞれ、CPU420からのFUSER1〜FUSER7信号に従って動作する。トライアック411〜417の駆動回路は省略して示してある。ヒータ300の制御回路400は、7つのトライアック411〜417によって、7つの発熱ブロックHB1
〜HB7を独立制御可能な回路構成となっている。ゼロクロス検知部421は、交流電源401のゼロクロスを検知する回路であり、CPU420にZEROX信号を出力している。ZEROX信号は、トライアック411〜417の位相制御や波数制御のタイミングの検出等に用いている。
ヒータ300の温度検知方法について説明する。サーミスタブロックTB1のサ−ミスタT1−1〜T1−4によって検知される温度は、サ−ミスタT1−1〜T1−4と抵抗451〜454との分圧が、Th1−1〜Th1−4信号としてCPU420で検知されている。同様に、サーミスタブロックTB2のサ−ミスタT2−5〜T2−7によって検知される温度は、サ−ミスタT2−5〜T2−7と抵抗465〜467との分圧が、Th2−5〜Th2−7信号としてCPU420で検知されている。CPU420の内部処理では、各発熱ブロックの制御目標温度と、サーミスタの現在の検知温度との差分に基づき、供給するべき電力を算出する。例えばPI制御により供給するべき電力の算出を行う。更に供給する電力に対応した位相角(位相制御)や、波数(波数制御)の制御レベルに換算し、その制御条件によりトライアック411〜417を制御している。
リレー430、リレー440は、故障などによりヒータ300が過昇温した場合、ヒータ300への電力遮断手段として用いている。リレー430、リレー440の回路動作を説明する。RLON信号がHigh状態になると、トランジスタ433がON状態になり、電源電圧Vccからリレー430の2次側コイルに通電され、リレー430の1次側接点はON状態になる。RLON信号がLow状態になると、トランジスタ433がOFF状態になり、電源電圧Vccからリレー430の2次側コイルに流れる電流は遮断され、リレー430の1次側接点はOFF状態になる。同様に、RLON信号がHigh状態になると、トランジスタ443がON状態になり、電源電圧Vccからリレー440の2次側コイルに通電され、リレー440の1次側接点はON状態になる。RLON信号がLow状態になると、トランジスタ443がOFF状態になり、電源電圧Vccからリレー440の2次側コイルに流れる電流は遮断され、リレー440の1次側接点はOFF状態になる。
リレー430、リレー440を用いた安全回路の動作について説明する。サーミスタTh1−1〜Th1−4による検知温度の何れか1つが、それぞれ設定された所定値を超えた場合、比較部431はラッチ部432を動作させ、ラッチ部432はRLOFF1信号をLow状態でラッチする。RLOFF1信号がLow状態になると、CPU420がRLON信号をHigh状態にしても、トランジスタ433がOFF状態で保たれるため、リレー430はOFF状態(安全な状態)で保つことができる。尚、ラッチ部432は非ラッチ状態において、RLOFF1信号をオープン状態の出力にしている。同様に、サーミスタTh2−5〜Th2−7による検知温度の何れか1つが、それぞれ設定された所定値を超えた場合、比較部441はラッチ部442を動作させ、ラッチ部442はRLOFF2信号をLow状態でラッチする。RLOFF2信号がLow状態になると、CPU420がRLON信号をHigh状態にしても、トランジスタ443がOFF状態で保たれるため、リレー440はOFF状態(安全な状態)で保つことができる。同様に、ラッチ部442は非ラッチ状態において、RLOFF2信号をオープン状態の出力にしている。
5.ヒータ制御方法
図5を参照して、本実施例におけるヒータ制御方法を説明する。本実施例の画像形成装置では、ホストコンピュータ等の外部装置(不図示)から送られてくる画像データに応じて、ヒータ300の7つの発熱ブロックHB1〜HB7への電力供給を制御する。図5は、LETTERサイズ紙の大きさの記録材Pの画像形成領域を長手方向に7つの加熱領域A〜Aに分割したときにおける本実施例のヒータ制御方法を説明する模式図である。すなわち、本実施例では、記録材Pの画像形成面の領域を、発熱量制御の単位領域として
、図5に示すように、縦と横(記録材Pの搬送方向と該搬送方向に直交する方向)に複数の領域に分割し、7つの発熱ブロックHB1〜HB7の発熱量の制御を行う。横方向(記録材Pの搬送方向と直交する方向(記録材Pの幅方向))は、各発熱ブロックHB1〜HB7の幅に対応して分割されている(加熱領域A〜A)。縦方向(記録材Pの搬送方向)は、搬送される記録材において定着ニップに挟持される(加熱される)領域の変化に合せて、各発熱ブロックHB1〜HB7の発熱量の制御の切り替えタイミングで分割されている(加熱領域F〜F)。7つの発熱ブロックHB1〜HB7は、各ブロックにおける発熱抵抗体への通電量が個別に制御されることで、それぞれの発熱量が個々に制御される。
加熱領域A〜Aは発熱ブロックHB1〜HB7に対応しており、例えば、発熱ブロックHB1により加熱領域Aが加熱され、発熱ブロックHB7により加熱領域Aが加熱される構成となっている。また、加熱領域A〜Aの全長は220mmであり、各領域はこれを均等に7分割したものである(L=31.4mm)。それぞれの加熱領域は、6つの境界位置B(1,2)〜B(6,7)によって仕切られている。また、7つの加熱領域A〜Aは、記録材Pの搬送方向に9つの加熱領域F〜Fに分割されており、それぞれ8つの境界位置G(1,2)〜G(8,9)によって仕切られている。また、加熱領域F〜Fの全長は279.4mm(LETTERサイズ紙の搬送方向における長さ)であり、各領域はこれを均等に9分割したものである(L=31.04mm)。
実施例1では、発熱量制御の単位領域として、加熱領域A(i=1〜7)とF(j=1〜9)との組み合わせで構成される、面積L×Lの長方形の加熱部H(i,j)に画像が形成されている場合、H(i,j)を「画像加熱部PR」とする。ヒータの複数の加熱領域のうち、この画像加熱部PRに対応する加熱領域が、その加熱範囲に画像が含まれる加熱領域として本発明における第1加熱領域に相当する。また、加熱部H(i,j)に画像が形成されていない場合、H(i,j)を「非画像加熱部PP」とする。ヒータの複数の加熱領域のうち、この非画像加熱部PPに対応する加熱領域が、その加熱範囲に画像が含まれない加熱範囲として本発明における第2加熱領域に相当する。
本実施例においては、加熱部H(i,j)は対応する発熱ブロックを制御温度T(i,j)で発熱させることで加熱される。まず、加熱部H(i,j)が画像加熱部PRの場合、後述する条件M及び条件Mの双方を満たす場合を除いて、本発明における第1温度として、制御温度T(i,j)=TR(例えばTR=230℃)で加熱される。一方、加熱部H(i,j)が非画像加熱部PPの場合、本発明における第2温度として、制御温度T(i,j)=TPで加熱される。非画像加熱部PPは、画像加熱部PRの制御温度TRよりは低い制御温度(例えばTP=120℃)で加熱される。
画像加熱部PRの長手方向における少なくとも一方に非画像加熱部PPが隣接している場合、該画像加熱部PRと該非画像加熱部PPの境界位置近傍において制御温度の違いによる温度勾配が生じる。このことによって、該画像加熱部PR内の上記境界位置近傍(例えば、境界位置から長手方向5mm未満の領域)において、定着不良が発生してしまう可能性があった。
そこで、本実施例においては、下記条件M及び条件Mの双方の条件を満たす場合に、本発明における第3温度として、加熱部H(i,j)の制御温度をそうでない場合よりも所定量ΔT(例えばΔT=10℃)だけ大きくする。
(条件M)加熱部H(i,j)が画像加熱部PRであり、長手方向に隣接する加熱部H(i−1,j)及び加熱部H(i+1,j)の少なくとも一方が非画像加熱部PPである。
(条件M)長手方向における画像加熱部PRと非画像加熱部PPの境界位置と、画像加
熱部PRに形成された画像の非画像加熱部PP側の長手方向端部との距離が所定距離未満(本実施例では5mm未満)である。
本実施例では、TP=120℃、TR=230℃、ΔT=10℃としている。これらのパラメータを用いれば、上記条件M及び条件Mの双方の条件を満たす場合において、H(i,j)内の画像の定着不良は発生しない。
図6は、実施例1における、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)の決定フローを示している。S601で決定フローがスタートすると、S602では、加熱部H(i,j)が画像加熱部PRかどうかを判断する。加熱部H(i,j)が画像加熱部PRである場合は、S603に進む。加熱部H(i,j)が画像加熱部PRでなく非画像加熱部PPである場合は、S615に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTPに設定して、S616に進む。
S603では、現在制御温度を決定している加熱部H(i,j)の番号iが2〜6のいずれかであるかどうかを判断する。i=2〜6のいずれかである場合は、S604へ進む。i=2〜6ではなく、i=1もしくは7である場合は、S608へ進む。
S604では、加熱部H(i,j)に隣接する加熱部H(i−1,j)が非画像加熱部PPかどうかを判断する。加熱部H(i−1,j)が非画像加熱部PPであると判断された場合は、S605へ進む。一方、加熱部H(i−1,j)が非画像加熱部PPではなく画像加熱部PRであると判断された場合は、S606に進む。
S605では、加熱部H(i,j)に形成された画像の加熱部H(i−1,j)側の端部と境界位置B(i−1,i)との間の長手方向における距離Xj(i−1,i)が、5mm未満であるかどうかを判断する。5mm未満であると判断された場合には、S613に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTR+ΔTに決定し、S616に進む。一方、距離Xj(i−1,i)が所定距離以上、すなわち5mm未満ではないと判断された場合には、S606に進む。
S606では、加熱部H(i,j)に隣接する加熱部H(i+1,j)が非画像加熱部PPかどうかを判断する。加熱部H(i+1,j)が非画像加熱部PPであると判断された場合は、S607へ進む。一方、加熱部H(i+1,j)が非画像加熱部PPではなく画像加熱部PRであると判断された場合は、S614に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S616に進む。
S607では、加熱部H(i,j)に形成された画像の加熱部H(i+1,j)側の端部と境界位置B(i,i+1)との間の長手方向における距離Xj(i,i+1)が、5mm未満であるかどうかを判断する。5mm未満であると判断された場合には、S613に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTR+ΔTに決定し、S616に進む。一方、距離Xj(i,i+1)が5mm未満でないと判断された場合には、S614に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S616に進む。
S608では、現在制御温度を決定している加熱部H(i,j)の番号iが1であるかどうかを判断する。i=1である場合は、S609に進む。i=1ではなく、i=7である場合は、S611へ進む。
S609では、加熱部H(1,j)に隣接する加熱部H(2,j)が非画像加熱部PPかどうかを判断する。加熱部H(2,j)が非画像加熱部PPであると判断された場合は、S610へ進む。一方、加熱部H(2,j)が非画像加熱部PPではないと判断された場合は、S614に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S616に進む。
S610では、加熱部H(1,j)に形成された画像の加熱部H(2,j)側の端部と
境界位置B(1,2)との間の長手方向における距離Xj(1,2)が、5mm未満であるかどうかを判断する。5mm未満であると判断された場合には、S613に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTR+ΔTに決定し、S616に進む。一方、距離Xj(1,2)が5mm未満でないと判断された場合には、S614に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S616に進む。
S611では、加熱部H(7,j)に隣接する加熱部H(6,j)が非画像加熱部PPかどうかを判断する。加熱部H(6,j)が非画像加熱部PPであると判断された場合は、S612へ進む。一方、加熱部H(6,j)が非画像加熱部PPではないと判断された場合は、S614に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S616に進む。
S612では、加熱部H(7,j)に形成された画像の加熱部H(6,j)側の端部と境界位置B(6,7)との間の長手方向における距離Xj(6,7)が、5mm未満であるかどうかを判断する。5mm未満であると判断された場合には、S613に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTR+ΔTに決定し、S616に進む。一方、距離Xj(6,7)が5mm未満でないと判断された場合には、S614に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S616に進む。
S616では、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)の決定フローを終了する。
図5及び図7を参照して、本実施例の発熱量制御の内容について具体的に説明する。図5は、本実施例の画像形成装置において、加熱部H(2,2)〜H(4,2)にかけて、記録材上トナー量が1.15mg/cmとなるような長方形のベタ画像を形成した場合の記録材Pの模式図である。加熱部H(2,2)、H(3,2)、H(4,2)が、画像加熱部PRとなっている。また、上記以外の加熱部はすべて非画像加熱部PPとなっている。
図5においては、加熱部H(2,2)における画像の加熱部H(1,2)側の端部と境界位置B(1,2)との間の非画像領域の長手方向における距離X2(1,2)は5mm以上離れている。一方、加熱部H(4,2)における画像の加熱部H(5,2)側の端部と境界位置B(4,5)との間の非画像領域の長手方向における距離X2(4,5)は5mm未満である。
ここで、実施例1、比較例1、比較例2による制御温度決定方法を説明する。まず、実施例1は、図6の加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)の決定フローを用いて制御温度を決定する。また、比較例1は特許文献1を参考にして制御温度T(i,j)を決定した場合である。比較例1では、加熱部H(i,j)が画像加熱部PRの場合の制御温度T(i,j)を一律でTRとしている。また、比較例2は特許文献2を参考にして制御温度T(i,j)を決定した場合である。比較例2では、加熱部H(i,j)が前述の条件M及び条件Mの双方を満たした場合において、加熱部H(i,j)に隣接する非画像加熱部PPの制御温度をTRとしている。
図7(a)は、加熱領域Fにおける制御温度の長手方向分布を示している。実線は、実施例1を示している。実施例1では、画像加熱部PRとしての加熱部H(2,2)、H(3,2)、H(4,2)の制御温度はそれぞれ、230℃、230℃、240℃となる。また非画像加熱部PPとしての加熱部H(1,2)、H(5,2)、H(6,2)、H(7,2)の制御温度は一律で120℃となる。加熱部H(4,2)に関しては、前述の条件M、及び条件Mを満たすので、制御温度を他の画像加熱部よりも、所定量ΔT=10℃だけ高い温度に設定している。
図7における破線は、比較例1を示しており、画像加熱部PRとしての加熱部H(2,
2)、H(3,2)、H(4,2)の制御温度は一律230℃となる。また、非画像加熱部PPとしての加熱部H(1,2)、H(5,2)、H(6,2)、H(7,2)の制御温度は一律120℃となる。図7における点線は、比較例2を示しており、画像加熱部PRとしての加熱部H(2,2)、H(3,2)、H(4,2)の制御温度は一律230℃となる。また、非画像加熱部PPとしての加熱部H(5,2)の制御温度は画像加熱部と同じ230℃、その他の非画像加熱部PPとしての加熱部H(1,2)、H(6,2)、H(7,2)の制御温度は各々120℃となる。また不図示ではあるが、実施例1、比較例1、比較例2の全てに共通することとして、加熱領域F以外についてはすべて非画像加熱部となっており、制御温度は一律で120℃となる。
図7(b)は、加熱領域Fにおける各加熱領域の定着フィルム202の表面温度の長手方向分布を示したものである。実線は、実施例1の制御温度で記録材Pの各加熱領域を加熱した場合の定着フィルム202の表面温度である。破線は、比較例1における定着フィルム202の表面温度、点線は比較例2における定着フィルム202の表面温度である。図7(b)の画像加熱部と非画像加熱部の境界位置近傍では、両者に温度勾配が生じる。このことによって、画像加熱部における非画像加熱部の境界位置近傍の定着フィルム202の表面温度は、その内側の温度よりも下がってしまっている。
比較例1の場合、前述の現象によって、加熱部H(2,2)の境界位置B(1,2)側及び画像加熱部PR(4,2)のB(4,5)側の端部5mm未満の領域で、定着フィルム202の表面温度が定着不良発生温度を下回ってしまう。加熱領域PR(4,2)のB(4,5)側の端部5mm未満には画像が存在するため、この領域で定着不良が発生してしまう可能性がある。本実施例の場合は、画像加熱部PR(4,2)の制御温度を他の画像加熱部よりも10℃高い240℃としている。このため、画像加熱部PR(4,2)の境界位置B(4,5)側端部5mm未満の領域においても、定着フィルム202の表面温度が定着不良発生温度を上回っており、定着不良は発生しなかった。
比較例2の場合では、非画像加熱部PP(5,2)の制御温度を画像加熱部と同等の230℃としている。このため、画像加熱部PR(4,2)の境界位置B(4,5)側端部5mm未満の領域においても、定着フィルム202の表面温度が定着不良発生温度を上回っており、定着不良は発生しなかった。しかしながら、比較例2の場合、非画像加熱部にとっては必要以上の電力が供給されるため、非画像加熱部を画像加熱部よりも低く発熱させる場合に比べ、省電力効果は低くなる。
図8を参照して、本実施例におけるヒータ制御方法を用いることによる、比較例2に対する省電力効果について説明する。図8は、本実施例における像加熱装置が図5の記録材Pのトナー像を、図7(a)の制御温度で定着する場合における、加熱領域Fにおける比較例2及び本実施例の各加熱部H(i,j)の消費電力とその合計を示した表である。なお、使用した記録材は、HP社のMultipurpose(坪量75g/m、LETTERサイズ)である。本実施例における像加熱装置では、制御温度が120℃の加熱部では、47.9Wの供給電力が必要である。また、制御温度が230℃の加熱部では59.6Wの供給電力、240℃の加熱部では60.7Wの供給電力が各々必要である。本実施例においては、加熱領域Fにおける全ての加熱部を合計した供給電力は371.4Wであった。一方、比較例2においては、該供給電力は382.1Wであった。本実施例は比較例2に比べ、10.7Wの省電力効果があった。
以上のように、本実施例では、画像情報に応じて長手方向に複数設けられた発熱ブロックの加熱条件を調整する。具体的には、非画像加熱部とそれに隣接している画像加熱部との境界位置と、長手方向における画像端部との距離に応じて、境界位置に隣接する画像加熱部の発熱量を変化させる。これにより、画像端部近傍における定着不良や光沢低下が発
生してしまうことを防ぎつつ、より一層の省電力効果を得ることができる。
なお、本実施例においては、前述のM、及び条件Mの条件が双方満たされる場合に、加熱部H(i,j)の制御温度をT(i,j)=TR+ΔTとした。このとき、必ずしも所定距離を5mm未満とする必要は無く、像加熱装置の熱容量に応じて所定距離を変更してもよい。また、本実施例においては所定量ΔTを10℃に設定したが、定着フィルム202が定着不良発生温度を下回らないようにできれば、必ずしも10℃に設定する必要はない。距離Xj(i−1,i)もしくはXj(i,i+1)の減少に応じて、所定量ΔTを大きくしても良い。例えば、距離Xj(i−1,i)もしくはXj(i,i+1)が5mmの場合のΔTは0℃、3mmの場合は4℃、0mmの場合は10℃というように、所定量ΔTを大きくしていくという方法でも良い。
図9は、実施例1において1つの画像加熱部の両隣にそれぞれ非画像加熱部が隣接している場合のヒータ制御について説明するための図である。図9に示すように、1つの加熱部H(3,2)の両方にそれぞれ非画像加熱部PPが隣接している場合には、距離X2(2,3)、距離X2(3,4)のうち、小さい方の距離の減少に応じて、所定量ΔTを大きくしても良い。図9の場合には、X2(2,3)>X2(3,4)という関係となっている。このため、距離X2(3,4)に応じて所定量ΔTを変化させていくことになる。
また、図5に記載の画像は、本実施例における画像の一例であり、必ずしも画像が一繋ぎである必要は無い。加熱部H(2、2)、H(3、2)、H(4、2)にそれぞれ独立した画像が存在する場合においても、本実施例の設定によって同様の効果が得られる。また、本実施例において、加熱領域の数は長手方向に7つ、搬送方向に9つとして説明したが、加熱領域の数は長手方向に2つ以上、搬送方向に1つ以上あれば、本実施例の設定は適用可能である。また、本実施例において、加熱領域を搬送方向に9つに分割して説明したが、搬送方向に加熱領域を分割するのではなく、画像単位で制御温度を変えてもよい。
更に、所定量ΔTを、記録材の種類や、使用環境に応じて可変にすることもできる。例えば、坪量が60g/mの薄紙を記録材として使用する場合、普通紙を用いる場合よりも、トナー像の定着に必要な熱量が小さくなるため、定着不良発生温度が低くなる。このため、普通紙の場合よりも所定量ΔTを小さく設定できるため、記録材の種類によっては、より一層の省電力効果を得ることが可能である。
また、各加熱部の加熱量を制御温度で決めるのではなく、例えばヒータ300へ供給する電力で規定することも可能である。
(実施例2)
本発明の実施例2における、画像形成装置、像加熱装置、ヒータ、ヒータ制御回路の構成は、実施例1と同様のため、説明を省略する。ここでは、主として、実施例2において実施例1と異なる点について説明する。実施例2においてここで説明しない事項は実施例1と同様である。
実施例2は、実施例1とは、画像の濃度に応じて所定量ΔTを変更する点で異なる。具体的には、ビデオコントローラ120が、ホストコンピュータから受け取るCMYK画像データから得られる各色の画像濃度をトナー量に変換したトナー量換算値を各画像加熱部で算出する。そして、実施例1の条件M及び条件Mの双方を満たす加熱部H(i,j)において、当該非画像加熱部との境界位置から長手方向に5mm未満の領域におけるトナー量換算値の最大値に応じて、所定値ΔTを変更する制御を行う。
図10は、本発明の実施例2における加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)の決定フローを示している。S1001で決定フローがスタートすると、S1002では加熱
部H(i,j)が画像加熱部PRであるかどうかを判断する。加熱部H(i,j)が画像加熱部PRであると判断された場合は、S1003に進む。一方、加熱部H(i,j)が画像加熱部PRではなく、非画像加熱部PPであると判断された場合は、S1015に進み、制御温度T(i,j)をTPに決定し、S1018に進む。
S1003では、現在制御温度を決定している加熱部H(i,j)の番号iが2〜6のいずれかであるかどうかを判断する。i=2〜6のいずれかである場合は、S1004へ進む。i=2〜6ではなく、i=1もしくは7である場合は、S1008へ進む。
S1004では、加熱部H(i,j)に隣接する加熱部H(i−1,j)が非画像加熱部PPかどうかを判断する。加熱部H(i−1,j)が非画像加熱部PPであると判断された場合は、S1005へ進む。一方、加熱部H(i−1,j)が非画像加熱部PPではなく画像加熱部PRであると判断された場合は、S1006に進む。
S1005では、加熱部H(i,j)に形成された画像の加熱部H(i−1,j)側の端部と境界位置B(i−1,i)との間の長手方向における距離Xj(i−1,i)が、5mm未満であるかどうかを判断する。5mm未満であると判断された場合には、S1013に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTR+ΔTに決定し、S1016に進む。一方、距離Xj(i−1,i)が5mm未満ではないと判断された場合には、S1006に進む。
S1006では、加熱部H(i,j)に隣接する加熱部H(i+1,j)が非画像加熱部PPかどうかを判断する。加熱部H(i+1,j)が非画像加熱部PPであると判断された場合は、S1007へ進む。一方、加熱部H(i+1,j)が非画像加熱部PPではなく画像加熱部PRであると判断された場合は、S1014に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S1018に進む。
S1007では、加熱部H(i,j)に形成された画像の加熱部H(i+1,j)側の端部と境界位置B(i,i+1)との間の長手方向における距離Xj(i,i+1)が、5mm未満であるかどうかを判断する。5mm未満であると判断された場合には、S1013に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTR+ΔTに決定し、S1016に進む。一方、距離Xj(i,i+1)が5mm未満でないと判断された場合には、S1014に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S1018に進む。
S1008では、現在制御温度を決定している加熱部H(i,j)の番号iが1であるかどうかを判断する。i=1である場合は、S1009に進む。i=1ではなく、i=7である場合は、S1011へ進む。
S1009では、加熱部H(1,j)に隣接する加熱部H(2,j)が非画像加熱部PPかどうかを判断する。加熱部H(2,j)が非画像加熱部PPであると判断された場合は、S1010へ進む。一方、加熱部H(2,j)が非画像加熱部PPではないと判断された場合は、S1014に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S1018に進む。
S1010では、加熱部H(1,j)に形成された画像の加熱部H(2,j)側の端部と境界位置B(1,2)との間の長手方向における距離Xj(1,2)が、5mm未満であるかどうかを判断する。5mm未満であると判断された場合には、S1013に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTR+ΔTに決定し、S1016に進む。一方、距離Xj(1,2)が5mm未満でないと判断された場合には、S1014に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S1018に進む。
S1011では、加熱部H(7,j)に隣接する加熱部H(6,j)が非画像加熱部PPかどうかを判断する。加熱部H(6,j)が非画像加熱部PPであると判断された場合は、S1012へ進む。一方、加熱部H(6,j)が非画像加熱部PPではないと判断さ
れた場合は、S1014に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S1018に進む。
S1012では、加熱部H(7,j)に形成された画像の加熱部H(6,j)側の端部と境界位置B(6,7)との間の長手方向における距離Xj(6,7)が、5mm未満であるかどうかを判断する。5mm未満であると判断された場合には、S1013に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTR+ΔTに決定し、S1016に進む。一方、距離Xj(6,7)が5mm未満でないと判断された場合には、S1014に進み、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)をTRに決定し、S1018に進む。
S1016では、図11の決定フローに基づいて、加熱部H(i,j)において、非画像加熱部との境界位置から長手方向に5mm未満の領域におけるトナー量換算値の最大値を算出する。
S1017では、図12の決定フローと、S1016で算出したトナー量換算値の最大値から、所定量ΔTの値を決定する。
S1018では、加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)の決定フローを終了する。
図10のフローのS1016における、トナー量換算値の最大値の取得方法について述べる。ホストコンピュータ等の外部装置からの画像データは画像形成装置のビデオコントローラ120で受信され、ビットマップデータへの変換が行われる。なお、本実施例の画像形成装置の画素数は600dpiであり、ビデオコントローラ120はそれに応じたビットマップデータ(CMYK各色の画像濃度データ)を作成する。本実施例の画像形成装置は、ビットマップデータから各ドットについてCMYK各色の画像濃度を取得し、これをトナー量換算値Dに変換する。本実施例においては、加熱部H(i,j)(i=2〜7)における、境界位置B(i−1,i)から長手方向に5mm未満の領域におけるトナー量換算値Dの最大値DMAX(i−1,i)を取得する。また、同じく加熱部H(i,j)(i=1〜6)における、境界位置B(i,i+1)から長手方向に5mm未満の領域におけるトナー量換算値Dの最大値DMAX(i,i+1)を取得する。
図11は、上記のフローを示した図、すなわち、境界位置から長手方向に5mm未満の領域におけるトナー量換算値の最大値の抽出フローを示す図である。上記のようにビットマップデータへの変換が完了すると、S1101からフローがスタートする。S1102で加熱部H(i,j)内にある各ドットの画像濃度検知が開始される。CMYK画像データに変換された画像データから、ドット毎のC,M,Y,K各色の画像濃度であるd(C)、d(M)、d(Y)、d(K)が得られる。S1103でその合算値であるd(CMYK)を算出する。これを加熱部H(i,j)内にある全ドットについて行い、S1104で全てのドットに対するd(CMYK)の取得が確認されると、S1105でこれらをトナー量換算値Dに変換する。
ここで、ビデオコントローラ120内での画像情報は8ビット信号であり、トナー単色当たりの画像濃度d(C)、d(M)、d(Y)、d(K)は、最小濃度00h〜最大濃度FFhの範囲で表わされる。また、これらの合算値であるd(CMYK)は、2バイトの8ビット信号である。なお、d(CMYK)は複数のトナー色の合計値であり、トナー量換算最大値の値は100%を超える場合もある。本実施例の画像形成装置では記録材P上のトナー量を全ベタ画像で1.15mg/cm(トナー量換算値Dの値で230%相当)が上限となるように調整されている。
前述のように、S1105でこのd(CMYK)値をトナー量換算値D(%)に変換する。具体的には、トナー単色当たりの最小画像濃度00hを0%、最大画像濃度FFhを100%として変換する。このトナー量換算値D(%)は、実際の記録材P上の単位面積
当たりのトナー量に対応するものであり、本実施例では記録材上トナー量0.50mg/cm=100%としている。
S1106では、現在トナー量換算値の最大値を決定している加熱領域の番号iが2〜6のいずれかであるかを判断する。i=2〜6のいずれかである場合は、S1108へ進む。i=2〜6のいずれかでなく、i=1もしくは7である場合は、S1107へ進む。
S1107では、現在トナー量換算値の最大値を決定している加熱領域の番号iが1であるかどうかを判断する。i=1である場合は、S1109へ進む。i=1でなく、7の場合は、S1110へ進む。
S1108では、トナー量換算最大値DMAX(i,i−1)(%)とトナー量換算最大値DMAX(i,i+1)(%)が抽出され、S1111で終了となる。
S1109ではトナー量換算最大値DMAX(1,2)(%)が抽出され、S1111で終了となる。
S1110では、トナー量換算最大値DMAX(6,7)(%)が抽出され、S1111で終了となる。
一般的にトナー量換算値が100%以上のベタ画像は、記録材P上の画像濃度が高く、トナー量が多くなるほど、トナーの溶融に必要な熱量が大きくなるため、制御温度を高くする必要がある。このため、本実施例では、加熱部H(i,j)が実施例1の条件M及び条件Mを満たしている場合における、非画像加熱部との境界位置から長手方向に5mm未満の領域のトナー量換算最大値が180%以上の場合には、所定量ΔTを10℃に設定している。一方で、同様のトナー量換算最大値が180%未満の場合では、所定量ΔTを5℃に設定している。
図12を参照して、実施例2の加熱部H(i,j)における所定量ΔTの決定フロー(S1017)を説明する。S1201で決定フローがスタートすると、S1202で、現在ΔTを決定している加熱領域の番号iが2〜6のいずれかであるかどうかを判断する。iが2〜6のいずれかである場合は、S1203へ進む。iが2〜6でなく、iが1もしくは7である場合は、S1205へ進む。
S1203では、トナー量換算最大値DMAX(i,i−1)(%)が、180%以上であるかどうかを判断する。180%以上である場合は、S1208へ進む。180%以上でない場合は、S1204へ進む。
S1204では、トナー量換算最大値DMAX(i,i+1)(%)が、180%以上であるかどうかを判断する。180%以上である場合は、S1208へ進む。180%未満である場合は、S1209へ進む。
S1205では、現在ΔTを決定している加熱領域の番号iが1であるかどうかを判断する。i=1である場合は、S1206へ進む。i=1でなく7である場合は、S1207へ進む。
S1206では、トナー量換算最大値DMAX(1,2)(%)が、180%以上であるかどうかを判断する。180%以上である場合は、S1208へ進む。180%未満である場合は、S1209へ進む。
S1207では、トナー量換算最大値DMAX(6,7)(%)が、180%以上であるかどうかを判断する。180%以上である場合は、S1208へ進む。180%未満である場合は、S1209へ進む。
S1208では、ΔTを10℃に決定し、S1210でΔTの決定フローを終了する。
S1209では、ΔTを5℃に決定し、S1210でΔTの決定フローを終了する。
図13に示す画像を例にとり、本実施例におけるヒータ制御についてより詳細に説明する。図13は、本実施例の画像形成装置において、加熱部H(2,2)〜H(4,2)にかけて、記録材上にトナー量換算値が100%、150%、230%の画像が混在した場合の記録材Pの模式図である。
加熱部H(2,2)においては、トナー量換算値が100%、150%、230%の画像が混在しており、画像の加熱部H(1,2)側の端部と境界位置B(1,2)との長手方向における距離X2(1,2)は5mm未満である。また、加熱部H(2,2)の境界位置B(1,2)側の端部5mm未満のトナー量換算最大値DMAX(1,2)は150%である。
一方、加熱部H(4,2)においては、トナー量換算値が150%、230%の画像が混在しており、画像の加熱部H(5,2)側の端部と境界位置B(4,5)との長手方向における距離X2(4,5)は5mm未満である。加熱部H(4,2)の境界位置B(4,5)側の端部5mm未満のトナー量換算最大値DMAX(4,5)は230%である。
ここで、実施例2、比較例1、比較例2による制御温度決定方法を説明する。まず、実施例2は、図10の加熱部H(i,j)の制御温度T(i,j)の決定フローを用いて制御温度を決定する。また、比較例1は、特許文献1を参考にして制御温度T(i,j)を決定した場合である。比較例1では、加熱部H(i,j)が画像加熱部PRの場合の制御温度を一律でTRとしている。また、比較例2は、特許文献2を参考にして制御温度T(i,j)を決定した場合である。比較例2では、加熱部H(i,j)が前述の条件M及び条件Mの双方を満たした場合において、加熱部H(i,j)に隣接する非画像加熱部PPの制御温度をTRとしている。
図14(a)は、加熱領域Fにおける制御温度の長手方向分布を示している。実線は、実施例2を示しており、画像加熱部PRとしての加熱部H(2,2)、H(3,2)、H(4,2)の制御温度はそれぞれ、235℃、230℃、240℃となっており、非画像加熱部の制御温度は一律で120℃となっている。加熱部H(2,2)に関しては、境界位置B(1,2)側の端部5mm未満のトナー量換算最大値DMAX(1,2)が150%であるため、制御温度をTRよりも、所定量ΔT=5℃だけ高い温度に設定している。また、加熱部H(4,2)に関しては、境界位置B(4,5)側の端部5mm未満のトナー量換算最大値DMAX(4,5)が230%であるため、制御温度をTRよりも、所定量ΔT=10℃だけ高い温度に設定している。
図14(a)における破線は、比較例1を示しており、画像加熱部PRとしての加熱部H(2,2)、H(3,2)、H(4,2)の制御温度は一律230℃となっている。また、非画像加熱部PPとしての加熱部H(1,2)、H(5,2)、H(6,2)、H(7,2)の制御温度は一律120℃となっている。図14(a)における点線は、比較例2を示しており、画像加熱部PRとしての加熱部H(2,2)、H(3,2)、H(4,2)の制御温度は一律230℃となっている。また、非画像加熱部PPとしての加熱部H(1,2)、H(5,2)の制御温度は画像加熱部と同じ230℃、その他の非画像加熱部PPとしての加熱部H(6,2)、H(7,2)の制御温度は各々120℃となっている。また、不図示ではあるが、実施例1、比較例1、比較例2の全てに共通することとして、加熱領域F以外についてはすべて非画像加熱部となっており、制御温度は一律で120℃となっている。
図14(b)は、加熱領域Fにおける各加熱領域の定着フィルム202の表面温度の長手方向分布を示したものである。実線は、実施例2の制御温度で記録材Pの各加熱領域を加熱した場合の定着フィルム202の表面温度である。破線は、比較例1における定着
フィルム202の表面温度、点線は、比較例2における定着フィルム202の表面温度である。
比較例1の場合、加熱部H(2,2)の境界位置B(1,2)側の端部5mm未満の領域と、加熱部H(4,2)のB(4,5)側の端部5mm未満の領域で、定着フィルム202の表面温度がトナー量換算値180%未満の画像の定着不良発生温度を下回る。加熱部H(2,2)の境界位置B(1,2)側の端部5mm未満、及び加熱部H(4,2)の境界位置B(4,5)側の端部5mm未満には画像が存在するため、この領域で定着不良が発生してしまう可能性がある。
本実施例の場合は、加熱部H(2,2)、H(4,2)の制御温度をPRよりもそれぞれ5℃、10℃高くしている。このため、加熱部H(2,2)の境界位置B(1,2)側端部5mm未満の領域においても、定着フィルム202の表面温度がトナー量換算値180%未満の画像の定着不良発生温度を上回っており、定着不良は発生しなかった。また、加熱部H(4,2)の境界位置B(4,5)側端部5mm未満の領域においても、定着フィルム202の表面温度がトナー量換算値180%以上の画像の定着不良発生温度を上回っており、定着不良は発生しなかった。
比較例2の場合は、加熱部H(1,2)、H(5,2)の制御温度を画像加熱部と同等の230℃としている。このため、加熱部H(2,2)の境界位置B(1,2)側端部5mm未満の領域においても、定着フィルム202の表面温度がトナー量換算値180%未満の画像の定着不良発生温度を上回っており、定着不良は発生しなかった。加熱部H(4,2)の境界位置B(4,5)側端部5mm未満の領域においても、定着フィルム202の表面温度がトナー量換算値180%以上の画像の定着不良発生温度を上回っており、定着不良は発生しなかった。しかしながら、比較例2の場合は非画像加熱部にとっては必要以上の電力が供給されるため、非画像加熱部を画像加熱部よりも低く発熱させる場合に比べ、省電力効果は低くなる。
図15を参照して、本実施例におけるヒータ制御方法を用いることによる、比較例2に対する省電力効果について説明する。図15は、本実施例における像加熱装置が図13の記録材Pのトナー像を定着する場合における、比較例2及び本実施例の各加熱領域の消費電力と、その合計を示した表である。なお、使用した記録材は、HP社のMultipurpose(坪量75g/m、LETTERサイズ)である。
本実施例における像加熱装置では、制御温度が120℃の加熱領域では、47.9Wの供給電力が必要である。また、制御温度が230℃の加熱領域では59.6Wの供給電力、235℃の加熱領域では60.2Wの供給電力、240℃の領域では60.7Wの供給電力が各々必要である。本実施例においては、加熱領域Fにおける全ての加熱領域を合計した供給電力は371.9Wであった。一方、比較例2においては、全ての加熱領域を合計した供給電力は393.9Wであった。本実施例は比較例2に比べ、21.9Wの省電力効果があった。
以上説明したように、実施例2では、画像の濃度に応じて所定量ΔTを変更することにより、省電力効果を向上させることができた。なお、上記説明では、トナー量換算値230%の画像を定着できるように、画像加熱部の制御温度TRを230℃に設定していた。しかしながら、必ずしもトナー量換算値230%の画像を定着できるように制御温度TRを設定する必要はない。定着フィルム202の表面温度が定着不良発生温度を上回っていれば、当該画像加熱部の画像のトナー量換算最大値に応じて制御温度TRを変更してもよい。
図16は、実施例2においてトナー量換算値が最大で100%の画像が形成された記録材Pを示す図である。例えば、図16のように、トナー量換算値が最大で100%の画像を定着する際には、TRを220℃に設定しても定着可能である。これにより、制御温度TRを230℃に設定する場合に比べ、より一層の省電力効果が期待できる。
また、上記説明ではトナー量換算最大値が所定の閾値を上回ると、所定量ΔTを所定量だけ変更する制御を行っていたが、必ずしも所定量だけ変化させる必要は無い。例えば、トナー量換算最大値が所定の閾値を上回ったときに、トナー量換算最大値が大きくなるほど、所定量ΔTを大きくしても良い。
また、加熱部H(i,j)において、非画像加熱部との境界位置から長手方向に5mm未満の領域におけるトナー量換算値の最大値ではなく、最小値に応じて、所定量ΔTを変化させてもよい。例えば、当該領域におけるトナー量換算値D(%)の最小値が100%未満のハーフトーン画像において、当該最小値が50%を下回った場合に、所定量ΔTを変更してもよい。これは、トナー量換算値が100%未満のハーフトーン画像の場合、記録材P上の画像濃度が低く、トナー量が小さくなるほど、トナー同士が孤立し、トナー間での熱伝達が阻害されるため、制御温度を高くする必要があるからである。
また、上記説明では各色トナーの画像濃度情報に応じてトナー量換算値D(%)を算出する方法について説明したが、画像の種類に応じて補正をおこなうこともできる。電子写真方式の画像形成装置において、特に横線画像を形成する際、線幅が細くなるほど(例えば線幅が20ドット以下)、記録材上における単位面積当たりのトナー量が増加する現象がおこる。これは上記のような線画像を形成する際、現像部での電界の回り込みにより集中的にトナーを現像してしまう現象であり、一般的に知られている現象である。
上記現象を考慮して、例えば線幅20ドット以下の横線画像部における各ドットのトナー量換算値D(%)を、他の部分におけるドットのトナー量換算値D(%)より増やす(例えば線幅10ドットなら1.5倍する)ように補正することもできる。このような画像幅情報に対応する補正により、記録材上における実際のトナー量がより精度良く予測できるため、より適正なΔTを用いることが可能となる。
また、上記構成は、本実施例の構成の一例であり、必ずしも全てのドットのトナー量換算値D(%)を検知する必要はない。例えば、特開2013−41118に記載されている次のような方法を用いてもよい。すなわち、画像形成領域を予め設定された大きさ(例えば20×20ドット)の領域に仮想的に分割し、1つの領域に対応する画像データから、少なくとも1〜数ポイントの画像濃度情報を代表値としてピックアップする。そして、これをトナー量換算値D(%)に変換して参照し、これに基づき所定量ΔTを決めても良い。または、予め設定された大きさ(例えば20×20ドット)の領域において、画像が形成されるドットと、画像が形成されないドットの比率に基づき所定量ΔTを決めても良い。
300…ヒータ、305…基板、301(301a、301b)…導電体、303(303−1〜303−7)…導電体、302(302a−1〜302a−7、302b−1〜302b−7)…発熱抵抗体、400…制御回路、200…像加熱装置、202…定着フィルム

Claims (8)

  1. 記録材の搬送方向に対して直交する長手方向に並ぶ複数の発熱体を有するヒータと、
    前記複数の発熱体へ供給する電力を制御する制御部と、
    記録材に形成される画像の情報を取得する取得部と、
    を備え、
    前記制御部は前記複数の発熱体を個々に制御可能であり、前記ヒータの熱によって記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
    前記制御部は、前記複数の発熱体によって加熱される前記複数の加熱領域のうちその加熱範囲に前記画像が含まれる第1加熱領域を加熱する前記発熱体へ供給する電力を、前記取得部が取得する、前記第1加熱領域の加熱範囲に含まれる前記画像の端部と、前記複数の加熱領域のうちその加熱範囲に前記画像が含まれない第2加熱領域と、の間の前記画像が含まれない非画像領域における前記長手方向の距離に応じて、可変に制御することを特徴とする像加熱装置。
  2. 前記制御部は、
    前記第2加熱領域が、第2温度となり、
    前記第2加熱領域に隣接しない前記第1加熱領域が、前記第2温度よりも高い第1温度となり、
    前記第2加熱領域に隣接する前記第1加熱領域のうち、隣接する前記第2加熱領域との間の前記非画像領域の前記長手方向の距離が所定距離以上の前記第1加熱領域が、前記第1温度となり、
    前記第2加熱領域に隣接する前記第1加熱領域のうち、前記非画像領域の前記長手方向の距離が前記所定距離より短い前記第1加熱領域が、前記第1温度よりも高い第3温度となるように、
    前記複数の発熱体へ供給する電力を制御することを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
  3. 前記制御部は、前記非画像領域の前記長手方向の距離が短いほど前記第3温度が高くなるように前記複数の発熱体へ供給する電力を制御することを特徴とする請求項2に記載の像加熱装置。
  4. 前記制御部は、前記非画像領域の前記長手方向の距離が前記所定距離より短い前記第1加熱領域に含まれる前記画像の濃度が濃いほど前記第3温度が高くなるように前記複数の発熱体へ供給する電力を制御することを特徴とする請求項2に記載の像加熱装置。
  5. 前記取得部は、前記画像を構成するCMYKの各色の濃度データに基づいて、前記非画像領域の前記長手方向の距離が前記所定距離より短い前記第1加熱領域に含まれる前記画像におけるトナー量換算値を取得し、
    前記制御部は、前記画像の濃度を表す情報として前記トナー量換算値が大きいほど前記第3温度が高くなるように前記複数の発熱体へ供給する電力を制御することを特徴とする請求項4に記載の像加熱装置。
  6. 前記制御部は、両隣で前記第2加熱領域に隣接する前記第1加熱領域を加熱する発熱体へ供給する電力については、2つの前記第2加熱領域との間の前記非画像領域の前記長手方向の距離のうち短い方の距離に基づいて制御することを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の像加熱装置。
  7. さらに、内面が前記ヒータに接触しつつ回転する筒状のフィルムを有し、記録材上の画像は前記フィルムを介して加熱されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記
    載の像加熱装置。
  8. 記録材に画像を形成する画像形成部と、
    記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、
    を有する画像形成装置において、
    前記定着部が請求項1〜7のいずれか1項に記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
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