JP2021117391A - 画像形成装置 - Google Patents

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弘樹 江口
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Abstract

【課題】簡易な構成で、ユーザの待ち時間をより短くすることが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】複数枚の記録材に対して連続的に画像を形成するジョブを実行する場合、加熱部材の温度に関する指数に、記録材の属性に応じて予め設定されている単位加算量を、画像形成される記録材の属性及び枚数に応じて積算し、指数の累積値が予め設定されている閾値を超える枚数までの記録材は第1のスループットで画像形成を実行し、指数の累積値が閾値を超えた枚数以降の記録材は第1のスループットより低い第2のスループットで画像形成を実行する。【選択図】図4

Description

本発明は、記録材に画像を形成する画像形成装置に関する。
プリンタ、複写機、複合機等として用いられる電子写真方式の画像形成装置は、記録材に転写されたトナー像を加熱することで記録材に画像を定着させる定着装置を備えている。この定着装置は、ローラ状又はフィルム状の加熱部材と、加熱部材に対向する加圧ローラとの間の定着ニップに記録材を挟持して搬送しながら記録材上のトナー像を加熱する。
定着装置はサイズや形状の異なる様々な記録材に定着処理を行うことから、定着ニップの一部が記録材の通過しない領域(非通紙部)となり、画像形成ジョブの実行中に非通紙部の温度が徐々に上昇していくことがある。このような現象(非通紙部昇温)によって非通紙部の過度な温度上昇が発生すると、定着装置の構成部材にダメージが生じる懸念がある。また、小サイズ紙を使用する先行ジョブの直後に大サイズ紙を使用する後続ジョブを実行すると、先行ジョブで非通紙部であった箇所において後続ジョブでホットオフセットが生じる可能性もある。
特許文献1では、定着器の非通紙部に設けたサーミスタによって非通紙部昇温を検知し、非通紙部の温度が所定温度に到達すると紙の搬送を一時中断し、その後スループット(単位時間当たりの画像出力枚数)を減らして搬送を再開している。特許文献2では、プリント動作の開始時に紙サイズが不明であるときはスループットを通常の値とし、プリント動作の開始後に紙サイズが小サイズであることが判明した場合にスループットを低速に切り替えることで非通紙部昇温を抑制している。特許文献3では、封筒を連続通紙する場合に途中でスループットを低下させることで非通紙部昇温を抑制している。
特開2000−250374号公報 特開2003−076171号公報 特開2003−050519号公報
特許文献1の構成では、通紙部に設けた温調用サーミスタとは別に非通紙部昇温を検知するサーミスタを設けているため、定着装置の大型化や複雑化につながる。一方、特許文献2の構成では、紙サイズが小サイズであることが判明した時点でスループットが低速に切り替わってしまう。そのため、画像の出力枚数が少ないために通常のスループットでも非通紙部昇温が許容範囲に収まる場合であっても低速のスループットが適用されることで、ユーザが成果物を手にするまでの待ち時間が長くなっていた。
また、特許文献3のように連続通紙の途中でスループットを低下させるとしても、非通紙部昇温が許容範囲を超える時期は記録材のサイズや材質等によって異なる。発明者らによる検討の結果、記録材の属性に応じてスループットの低下タイミングを変更することでユーザの待ち時間を更に短縮できる可能性があることが分かった。
そこで、本発明は、簡易な構成で、ユーザの待ち時間をより短くすることが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、記録材に画像を形成する画像形成手段と、記録材に接触して画像を加熱する加熱部材を有する像加熱装置と、複数枚の記録材に対して連続的に画像を形成するジョブの実行中に画像形成のスループットを変更可能な制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ジョブを実行する場合、前記加熱部材の温度に関する指数に、記録材の属性に応じて予め設定されている単位加算量を、画像形成される記録材の属性及び枚数に応じて積算し、前記指数の累積値が予め設定されている閾値を超える枚数までの記録材は第1のスループットで画像形成を実行し、前記指数の累積値が前記閾値を超えた枚数以降の記録材は前記第1のスループットより低い第2のスループットで画像形成を実行する、ことを特徴とする画像形成装置である。
本発明の他の一態様は、記録材に画像を形成する画像形成手段と、記録材に接触して画像を加熱する加熱部材を有し、記録材に画像を定着させる像加熱装置と、複数枚の記録材に対して連続的に画像を形成するジョブを実行する場合に、前記ジョブの開始時点からの画像の累積出力枚数が閾値枚数を超えるまでは第1のスループットで前記ジョブを実行し、前記累積出力枚数が前記閾値枚数を超えた後は前記第1のスループットより遅い第2のスループットで前記ジョブを実行するように構成された制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ジョブにおいて画像形成に用いる記録材の属性に応じて前記閾値枚数が変化するように構成されている、ことを特徴とする画像形成装置である。
本発明によれば、簡易な構成で、ユーザの待ち時間をより短くすることが可能な画像形成装置を提供することができる。
実施例1における画像形成装置の概略図。 実施例1における定着装置の概略図。 実施例1における紙種毎の非通紙部昇温の測定結果。 実施例1におけるスループットダウン制御の方法を示すフローチャート。 実施例1における昇温カウンタの推移例。 実施例2における画像形成装置の概略図。 実施例2におけるメディアセンサの概略構成を示す断面図。 実施例2におけるスループットダウン制御の方法を示すフローチャート。 実施例2における昇温カウンタの推移例。
以下、本発明を実施するための例示的な形態について、図面を参照しながら説明する。
(1)画像形成装置
図1は実施例1の画像形成装置100の概略構成を示す断面図である。図1を用いて、画像形成装置100の概略構成と記録材に画像を記録するプリント動作(画像形成動作)について説明する。
図1に示すように、本実施例の画像形成装置100は、画像形成装置本体に対して着脱可能なカートリッジ120を備えている。カートリッジ120には、現像ローラ121、感光ドラム122、帯電ローラ123が設けられている。カートリッジ120は、電子写真プロセスにより記録材にトナー像を形成する画像形成手段の一例である。
プリント動作が開始されると、まず、像担持体(電子写真感光体)である感光ドラム122が回転駆動され、感光ドラム122の表面は、帯電ローラ123により所定の電位に一様に帯電される。その帯電面に、レーザ光学箱108から出力され、レーザ光反射ミラー107によって反射されたレーザ光が照射される。このレーザ光は、画像読取装置やコンピュータ等の画像信号発生装置(図示せず)から入力された印刷すべき画像情報を時系列電気デジタル画素信号に変換したもの(いわゆるビデオ信号)に対応して変調(オン/オフ変換)されたものである。レーザ光の照射により走査露光が行われ、画像情報に対応した潜像(静電潜像)が感光ドラム表面に形成される。このとき副走査方向の走査露光開始タイミングは、副走査方向同期信号により画像形成装置から画像信号発生装置に通知される。このように目的の画像に対応して形成された潜像は、現像ローラ121により現像されてトナー像となる。
次に、記録材有無センサ101によって給送カセット114内に記録材有りと検出されると、給送カセット114から記録材Sが給送ローラ102により1枚給送され、搬送ローラ103、レジストレーションローラ(レジローラ)104により搬送される。このとき、記録材Sはトップセンサ105により先端が検知されることによって、感光ドラム122に形成されたトナー像と同期を取りながら、感光ドラム122と転写ローラ106との間のニップ部(転写ニップ)に搬送される。給送ローラ102は記録材Sを1枚ずつ給送する給送手段の一例であり、例えばエアーを吸引するバキュームを用いて通気性ベルトに記録材Sを吸引して給送する機構を用いてもよい。
転写ローラ106は、記録材Sの背面からトナーの正規の帯電極性とは逆極性の電荷を供給することで、感光ドラム122から記録材Sにトナー像を転写させるための転写手段として機能する。転写ローラ106によりトナー像の転写を受けた記録材Sは、感光ドラム122から分離された後、像加熱装置としての定着装置130へ送り込まれ、ニップ部で挟持されながら搬送されることで、加熱、加圧され、未定着のトナー像が記録材S上に定着される。定着処理を受けた記録材Sは、排出センサ109により記録材Sの先端が通過したことを検知され、定着後ローラ110と排出ローラ111により搬送され排出トレイ113に排出されて、1枚の記録材に対する一連のプリント動作(通紙動作)が終わる。
複数枚の記録材Sに対して連続的に画像を形成するプリント動作(連続通紙)を実行する場合、給送カセット114からは記録材が1枚ずつ給送される。カートリッジ120では先行する記録材Sに転写されるトナー像の作成が終了した後、所定の間隔を空けて次の記録材Sに転写されるトナー像の作成が開始される。また、この所定の間隔に対応する間隔を空けて、レジローラ104が次の記録材Sを転写ニップへ向けて送り込む。これにより、画像形成装置100は、記録材同士の間に所定の間隔を空けて搬送しながら次々と画像を形成して排出トレイ113に排出する。
画像形成装置100は、画像形成装置の制御全般を行うエンジンコントローラ30を有している。本実施例の制御手段であるエンジンコントローラ30は、少なくとも1つのプロセッサと記憶手段とを有する制御回路である。この記憶手段の例は、画像形成条件や記録材Sの属性情報(以下、「用紙情報」とする)、及び後述の昇温カウンタの値等を記憶し格納する、EEPROM等の不揮発性メモリである。プロセッサは、記憶手段に格納されているプログラムを読み出し、用紙情報及び昇温カウンタの値等の情報に基づいてプリント動作を含む画像形成装置100の動作を制御する。また、後述するように、本実施例のエンジンコントローラ30は、連続通紙を実行する際に記録材同士の間隔及び搬送速度の少なくとも一方を制御することで、プリント動作のスループットを変更可能である。
エンジンコントローラ30は、画像形成装置100に対して各設定を入力するためのオペレーションパネル31、及び、PC等の外部入力機器32に接続されている。エンジンコントローラ30は、オペレーションパネル31に対するユーザ操作や外部入力機器32からプリントジョブの実行指示(プリント指示)を受け取ることで、プリント動作のタスクであるプリントジョブを開始する。プリントジョブは、印刷すべき画像データを表す情報(画像情報)と、使用する記録材の用紙情報を指定する情報や出力する印刷物の枚数や部数等を指定する情報等(ジョブ情報)とによって構成される。
以下、サイズや材質(坪量、表面処理の有無等)、メーカー等の属性情報によって画像形成装置100が区別可能な記録材Sの種類を、「紙種」とする。なお、記録材Sとしては、普通紙及び厚紙等の紙、プラスチックフィルム、布、コート紙のような表面処理が施されたシート材、封筒やインデックス紙等の特殊形状のシート材等、サイズ及び材質の異なる多様なシートを使用可能である。
本実施例で用いる画像形成装置のスペックについては、プロセススピードが240mm/secである。また、この装置でプリント可能な最大の紙幅(記録材搬送方向に直交する方向の記録材の長さ)はA3サイズ縦送りに相当する297mmである。
(2)定着装置
次に、本実施例における定着装置130について説明する。図2は本実施例のフィルム加熱方式の定着装置130の概略構成図を示す断面図である。
定着装置130は加熱体としてのヒータ132と、ヒータ132を保持する保持部材としてのガイド部材131と、耐熱性フィルム(以下、フィルム)133と、加圧部材としての加圧ローラ134と、を備えている。フィルム133は、ガイド部材131に外嵌されている無端状(筒状)の部材である。ヒータ132とフィルム133が対向する位置で、フィルム133と加圧ローラ134との間に、ニップ部N(定着ニップ)が形成されている。ここで、フィルム133と加圧ローラ134は、互いに圧接してニップ部Nを形成する一対の回転体に相当する。また、ヒータ132は、フィルム133の内周側に配置されフィルム133に摺動される(摺動可能な)摺動部材に相当する。
以下、加圧ローラ134の軸線方向(フィルム133の母線方向、記録材搬送方向に直交する方向)を、定着装置130の長手方向とする。
(2−1)ガイド部材131
ガイド部材131は耐熱樹脂によって形成された部材であり、ヒータ132を支持するとともに、フィルム133の搬送ガイドを兼ねている。ガイド部材131の材質としてはポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマー等の加工性に優れた高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等複合材料で構成できる。本実施例では液晶ポリマーを用いた。
(2−2)ヒータ132
ヒータ132としては、セラミックヒータを使用する。ヒータ基板にはアルミナや窒化アルミ等のセラミックから成る良熱伝導性、絶縁性のセラミック基板が用いられる。セラミック基板(以下、基板と記す)の厚みは、熱容量を小さくするために約0.5〜1.0mmの厚さが適当であり、幅約10mm、長さ約300mmの長方形に形成されている。
ヒータ132の一方の面(表面)には、長手方向に沿って抵抗発熱体135が形成されている。抵抗発熱体135は銀パラジウム合金やニッケル錫合金、酸化ルテニウム合金等を主成分とするものであり、スクリーン印刷等により厚さ約10μm、幅1〜5mm程度に形成される。
ヒータ基板及び抵抗発熱体135の上部には、電気絶縁層としての絶縁ガラス136がオーバコートされている。絶縁ガラス136は抵抗発熱体135と外部導電性部材(フィルム133の導電性層)との絶縁性を確保する他、機械的な損傷を防止する役割などをもつ。厚みとしては20〜100μm程度が適当である。この絶縁ガラス136はフィルム133に摺動する摺動層としての役割も持っている。
(2−3)耐熱性フィルム133
フィルム133はヒータ132を保持しているガイド部材131に外嵌されている。フィルム133は、内周長が、ヒータ132を支持しているガイド部材131の外周長よりも大きくなるよう設けられている。従って、フィルム133は周長に余裕をもってガイド部材131に外嵌されている。
フィルム133は、ニップ部Nにおいてヒータ132の熱を効率よく被加熱材としての記録材に与えるため、フィルム膜厚が20〜70μmの耐熱性のあるPTFE、PFA、FEP等の単層フィルム、或いは、複合層フィルムを使用できる。複合層フィルムとして、ポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPSもしくはSUS(ステンレス)を基層とする複合層フィルムが使用される。この複合層フィルムは、基層の外周に、定着性向上を目的としたシリコーンゴム等の弾性材料にZnO、Al、SiC、金属ケイ素等の熱伝導フィラーを混入した材料で構成される弾性層、更に最外表面にPTFE、PFA、FEP等をコーティングしたものである。本実施例では、基層として膜厚50μmのポリイミド、表面にPFAをコーティングしたものを用いた。ここで、PTFEはポリテトラフルオロエチレンであり、PFAはテトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体である。FEPはテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体であり、PESはポリエーテルスルホンであり、PPSはポリフェニレンサルファイドである。
(2−4)加圧ローラ134
加圧ローラ134は、フィルム133を挟んでヒータ132との間にニップ部Nを形成し、かつ、フィルム133を回転駆動するための部材である。加圧ローラ134は、SUS、SUM、Al等の金属製芯金の外周側にシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム或いはシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層を有する弾性ローラである。加圧ローラ134においては、この弾性層の上にPFA、PTFE、FEP等の離型性層を形成されるものであってもよい。本実施例では、アルミ芯金を用い、弾性層には厚さ4.0mmのシリコーンゴムを用いた、また、離型層には、厚さ50μmのPFAを用いた。
(2−5)サーミスタ138
サーミスタ138は、ヒータ132の長手方向中央部の温度を検知するための素子(温度検知素子)である。サーミスタ138によって検知される温度はエンジンコントローラ30に入力される。サーミスタ138は、NTC(Negative Temperature Coerricient)サーミスタであり、温度上昇に伴い抵抗値が小さくなる。ヒータ132の温度はエンジンコントローラ30で監視され、エンジンコントローラ30内部で設定されている目標温度と比較することによって、ヒータ132に供給する電力が調整されている。これにより、ヒータ132が目標温度を維持するようにヒータ132の発熱量が制御されている。
(3)紙種による非通紙部昇温の速度差
図3は、定着装置130を用いて、A4サイズの記録材を縦送りで連続通紙した場合の、通紙部と非通紙部のフィルム133の表面温度差(以下、非通紙部昇温と記す)である。なお、本測定では、長手方向中央部のサーミスタ138とは別に非通紙部の温度を測定するサーミスタを追加した状態で通紙を行った。通紙部とは、定着装置130の長手方向の領域であって、対象サイズの記録材が所定の位置(例えば、記録材の幅方向の中心が定着ニップの長手方向の中央に一致する位置)を通るときにフィルム133が記録材と接触する領域である。非通紙部とは、定着装置130の長手方向の領域であって、対象サイズの記録材が所定の位置を通るときにフィルム133が記録材と接触しない領域(長手方向で通紙部の外側の領域)である。
定着装置130は、前回プリントから10秒以上経過しており、プリント動作開始直後のサーミスタ138の検知温度は50℃未満(コールド状態)であるとする。記録材は、厚みと表面性の異なる3種類(普通標準紙、普通平滑紙、厚紙平滑紙)を用いた。普通標準紙はキヤノン社製のCanon Red Label Presentation(坪量80.0g/m)である。普通平滑紙はキヤノン社製のGF−C081(坪量81.4g/m)、厚紙平滑紙は日本製紙社製のNPI上質(坪量127.9g/m)である。
図3から、通紙枚数に対する非通紙部昇温の傾きが大きいのは、厚紙平滑紙、普通平滑紙、普通標準紙の順になっていることが分かる。即ち、坪量が大きい記録材ほど、非通紙部昇温が早く進む傾向がある。また、表面性が平滑な記録材であるほど、非通紙部昇温が早く進む傾向がある。これは、サーミスタ138の目標温度が同じ場合において、その目標温度を保つために必要なヒータ132への供給電力量が、記録材の坪量や表面性で異なることによって生じる。坪量が大きい記録材は熱容量が大きいため、サーミスタ138の目標温度を保つためには、ヒータ132への供給電力量が増える。また、表面性が平滑な記録材は、フィルム133と記録材表面の密着性が高くなるため、普通紙と比べてフィルム133と記録材間の熱伝導率が高くなる。故に、ヒータ132からフィルム133を介して記録材に伝達する熱量が多くなるため、サーミスタ138の目標温度を保つためには、ヒータ132への供給電力量が増える。ヒータ132への供給電力量が増えると、記録材に接触しない非通紙部では、フィルム133や加圧ローラ134の温度が(供給電力量が小さい場合に比べて)速く上昇していく。
過度な非通紙部昇温を避けて非通紙部昇温の影響を許容範囲内に収めるため、本実施例における定着装置130では、非通紙部昇温が40℃以上に達するとスループットダウンを行うことを目標とした。非通紙部昇温が40℃に達するまでの通紙可能枚数は、図3に示した測定結果によれば、普通標準紙が15枚、普通平滑紙が13枚、厚紙平滑紙が10枚であることが分かる。
つまり、プリント動作開始時は画像形成装置が実現可能な高いスループット(初期スループット、本実施例の第1のスループット)を適用し、上記閾値枚数を超えた枚数以降の記録材には相対的に低いスループット(本実施例の第2のスループット)を適用する。このようなスループットダウン制御により記録材同士の間隔(紙間)が広がるため、紙間において非通紙部と通紙部の温度差が縮小(均熱化)し、過度な非通紙部昇温が抑制される。
ここで、画像形成装置100を用いて記録材の種類を判別しない制御を用いる場合を参考例とする。この参考例でA4縦サイズの記録材を通紙する場合、スループットダウン制御を行うまでの通紙枚数(初期スループット通紙可能枚数、閾値枚数)は、例えば図3の厚紙平滑紙の10枚で設定するのが適当である。これは、10枚を超える初期スループット通紙可能枚数を設定してしまうと、厚紙平滑紙を通紙した場合に非通紙部昇温が40℃を超える場合があるからである。しかし、普通標準紙又は普通平滑紙を通紙した場合は、10枚通紙時点で実際は非通紙部昇温が40℃まで達していないため、実際は初期スループット通紙可能枚数を10枚より多い枚数に設定することが可能である。そこで、本実施例では、記録材の坪量情報や表面性情報に基づいて、スループットダウン制御を行うまでの通紙可能枚数を最適化する。
(4)スループットダウン制御方法
本実施例では、昇温カウンタという非通紙部昇温の悪化度合いを表す指標(指数)を用いて、スループットダウン制御を行うかどうかを決定する。この昇温カウンタは、記録材の坪量情報と表面性情報によって値が異なる数値(単位加算値)を、プリント対象の記録材1枚毎に加算した累積値が格納される変数である。エンジンコントローラ30は、昇温カウンタの値が所定の閾値を越えるとスループットダウン制御を行うように構成されている。以下、昇温カウンタを用いた計算や比較は、エンジンコントローラ30内で行われるものとする。
(4−1)スループットダウン制御のフローチャート
本実施例では、ユーザが記録材の用紙情報を入力する場合について説明する。図4は実施例1のスループットダウン制御のフローチャートである。まず、S101において、外部入力機器32からプリントジョブがエンジンコントローラ30へ送信される。
S102では、エンジンコントローラ30内でプリントジョブ中の紙サイズ情報から小サイズ紙が含まれるかどうかを判断する。この紙サイズ情報は、例えばオペレーションパネル31(図1)を介してユーザが予め設定した情報(ユーザ指定情報)を用いることができる。つまり、オペレーションパネル31は、ユーザが記録材の属性に関する情報を入力可能な入力手段の一例である。また、紙サイズ情報として、ユーザ指定情報に代えて(又はユーザ指定情報に加えて)、給送カセット114内に付いている紙サイズ検知機構による結果又は画像形成装置100の記録材搬送路に設置された紙幅センサ(不図示)による検知結果等を使用できる。紙幅センサを用いる場合は、紙幅センサ位置まで記録材が搬送された段階で、S101からS102へ移行する。
なお、小サイズ紙とは、紙幅(記録材搬送方向に直交する方向の記録材の長さ)が所定長さ未満の記録材であり、大サイズ紙とは、紙幅が所定長さ以上の記録材である。「所定長さ」は、定着装置のダメージやホットオフセット等の影響が顕在化するような非通紙部昇温が発生するか否かに応じて予め定められ、例えば本実施例ではA3サイズ(縦送り)が大サイズ紙、A4サイズ(縦送り)以下が小サイズ紙に分類される。
プリントジョブ中に小サイズ紙が含まれない場合、S111へ移行し、スループットダウン制御を行わない通常動作でプリントを行い、S110のプリント終了へ移行する。プリントジョブ中に小サイズ紙が含まれる場合、S103へ移行する。S103では、後述の表3に従って昇温カウンタの初期値が設定され、S104へと移る。
S104では、プリントジョブのジョブ情報に用紙情報が含まれているかどうかを判断する。本実施例の場合、この用紙情報には、用紙銘柄の指定、坪量の具体的数値の入力、予め登録された用紙区分から厚紙又は平滑紙であるかどうかを選択する情報等、記録材の坪量に関する情報及び表面性に関する情報の少なくとも一方を含んでいるものとする。ユーザによって、予め用紙情報がセットされた給送元が選択されている場合、又は、外部入力機器32から用紙情報が指定されている場合は、用紙情報有りと判断され、S105へ進む。一方で、用紙情報が無い場合は、S113へと進み、オペレーションパネル31上に使用する給送元の用紙情報を入力するよう表示する。その後、S114では、ユーザが使用する記録材が、厚紙に該当するか、又は、平滑紙に該当するかを入力する。ユーザが用紙情報の入力をスキップした場合、又は、一定時間入力行為が行われなかった場合は、用紙情報を「不明」扱いとする。その後、S105へと進む。以上の処理により、今回のジョブで使用する記録材の用紙情報が決定される。
S105では、今回ジョブの用紙情報を後述する表1及び表2の昇温カウンタ設定表へ適用し、通紙枚数毎の昇温カウンタの単位加算量を決定する。そして、S106では、昇温カウンタの累積値を通紙する記録材1枚毎に算出し、画像形成装置100によるプリント動作を開始する。この昇温カウンタの累積値はマイナスの値は取らないものとし、マイナスになった場合は0に変換する。次に、S107において、現時点での昇温カウンタの累積値がスループットダウン閾値(本実施例における指数の閾値)に達しているかどうかを比較する。
本実施例では、このスループットダウン閾値を「15」に予め設定している。昇温カウンタの累積値が15である場合とは、図3の測定結果で非通紙部昇温が40℃となる通紙枚数に相当する。この昇温カウンタの累積値が15未満だった場合、S112へ進み、初期スループットを維持した状態でプリント動作を行い、S109へ進む。一方で、昇温カウンタの累積値が15以上だった場合はS108へ進み、スループットダウンを行いプリントする。その後、S109へと進む。S109では、プリントジョブが終了したかどうかを判断し、終了した場合はS110へと進み、継続している場合はS104へと戻る。S104に戻ったとき、予めS113、S114でユーザがジョブ全体の用紙情報を登録していた場合は、用紙情報有りとみなし、S105へ自動的に進むものとする。S114で用紙情報を「不明」扱いにした場合においても、同様に用紙情報有りとみなし、S105へ自動的に進む。
このフローチャートは本実施例の一例であり、用紙情報を基にした昇温カウンタを用いて、スループットダウンを行うまでに何枚通紙できるかを予測できれば、どのような形態で制御を行ってもよい。つまり、ジョブの開始時点からの累積通紙枚数(画像の累積出力枚数)が閾値枚数を超えるまでは第1のスループットで画像形成が行われ、閾値枚数を超えた後は第1のスループットより低い第2のスループットで画像形成が行われる構成となっていればよい。
例えば、図4では昇温カウンタの累積値を1枚毎に算出してスループットダウン閾値と比較しているが、プリントジョブのジョブ情報が複数枚まとめて入手できる場合も考えられる。この場合、ジョブ開始時に複数枚画像形成後の昇温カウンタの累積値を予め計算しておき、スループットダウン閾値と比較することができる。つまり、エンジンコントローラ30はジョブの開始時に、昇温カウンタの累積値がスループットダウン閾値を超える通紙枚数(閾値枚数)を算出して記憶手段に格納しておく。そして、ジョブの開始後は、記憶手段の閾値枚数と現時点までの通紙枚数の比較のみ行い、通紙枚数が閾値枚数を超えた時点でスループットを低下させればよい。
(4−2)昇温カウンタの設定値
本実施例における、昇温カウンタの単位加算量、及び、昇温カウンタの初期値の設定値について説明する。下記の表1〜表3の対応関係を表すデータは、エンジンコントローラ30の不揮発性の記憶領域に格納され、エンジンコントローラ30が図4の処理を実行する際に参照可能であるものとする。
表1は記録材の坪量情報と表面性情報に対する昇温カウンタのプリント1枚毎に加算される数値(単位加算量)である。この昇温カウンタの単位加算量は図4のグラフの傾きから設定した。図4で示した記録材の坪量や表面性によって非通紙部昇温の上昇度合いが異なる特徴を反映し、厚紙等で坪量の大きい記録材ほど、昇温カウンタの単位加算量を大きく設定している。また、コート等の表面性の平滑な記録材ほど、昇温カウンタの単位加算量を大きく設定している。坪量情報又は表面性情報のどちらか一方のみがある場合でも、昇温カウンタの単位加算量は設定することができる。その場合、非通紙部昇温が目標値を超えないように、坪量が不明の場合は厚紙の昇温カウンタの単位加算量を設定し、表面性が不明の場合は平滑紙の昇温カウンタの単位加算量を設定している。坪量と表面性の両方が不明の場合は、厚紙かつ平滑紙の昇温カウンタを設定している。
Figure 2021117391
表2は紙サイズによる昇温カウンタの重み付け倍率である。記録材の搬送方向は全て縦送りとする。表1の昇温カウンタの単位加算量に対して、紙サイズ毎に重み付け倍率を掛けることで、昇温カウンタの単位加算量を確定させる。通常、紙サイズ(特に、記録材幅)が小さいほど、非通紙部昇温が早く進行するため、重み付け倍率を大きく設定している。一方で、大サイズ紙を通紙した場合においては、非通紙部昇温が緩和される傾向にあるため、マイナスの重み付け倍率を設定している。例えば、厚紙平滑紙のB5用紙を通紙する場合の昇温カウンタの単位加算量は1.5×2=3.0となり、普通標準紙のA3用紙を通紙する場合の昇温カウンタは1.0×(−0.5)=−0.5となる。なお、重み付け倍率を乗算する方法に限らず、表1のようなテーブルを紙サイズ毎に用意することで、小サイズ紙の単位加算量を大サイズ紙の単位加算量よりも大きな値としてもよい。
Figure 2021117391
表3は昇温カウンタの初期値である。前回プリントからの経過時間が10秒未満の場合は、連続プリントと同じ扱いとみなし、前回プリントの昇温カウンタの履歴を引き継ぐ。一方で、前回プリントからの経過時間が10秒以上の場合は、定着装置130の暖まり度合いで初期値を決定する。定着装置130が暖まっていた方が、少ない通紙枚数で非通紙部昇温が目標値に到達するためである。本実施例では、プリント動作開始直後のサーミスタ138の検知温度が50℃以上の場合、定着装置130がホット状態であると判断し、昇温カウンタの初期値を5と設定する。また、プリント動作開始直後のサーミスタ138の検知温度が50℃未満の場合、定着装置130がコールド状態であると判断し、昇温カウンタの初期値を0と設定する。
Figure 2021117391
なお、表1〜3で示した昇温カウンタの設定値は、画像形成装置、又は、定着装置の構成や性能によって適宜変えられるべきである。また、同一の記録材を通紙する場合において、通紙枚数や通紙履歴の違いによって昇温カウンタの単位加算量を変動させても良い。
(5)本実施例の利点
図4で用いた3種類のA4サイズの記録材を、縦送りで連続通紙した場合の初期スループット通紙可能枚数を、本実施例のスループットダウン制御の有無で比較した。各プリント動作開始前のサーミスタ138の検知温度は50℃未満であるとし、前回ジョブの終了時点から今回ジョブの最初の通紙動作を開始するまでの経過時間は10秒以上空いているものとする。
図5は通紙枚数毎の昇温カウンタの計算結果である。普通標準紙、普通平滑紙、厚紙平滑紙の順で昇温カウンタの上昇が緩やかになっているのが分かる。スループットダウン閾値は15に設定しているため、初期スループットでの通紙可能枚数(閾値枚数)は、普通標準紙が15枚、普通平滑紙が12枚、厚紙平滑紙が10枚となる。
これらの結果を、参考例と比較したものを表4に示す。参考例は、画像形成装置100を用いて記録材の種類を判別しない制御を用いる場合である。参考例では、前述の通り、非通紙部昇温の目標値を超えないようにするためには、初期スループット通紙可能枚数を本実施例の厚紙平滑紙の場合と同じ10枚に設定する必要がある。表4から、普通標準紙と普通平滑紙において、初期スループット通紙可能枚数が増えており、参考例に対して本実施例は優位性があることが分かる。
Figure 2021117391
以上のような本実施例のスループットダウン制御を行うことにより、記録材の坪量や表面性をはじめとする属性情報に応じて最適化したスループットを実現でき、プリント動作の生産性を向上することができる。
なお、本実施例では、記録材の用紙情報として坪量情報と表面性情報を用いた例を示したが、他の用紙情報を用いて昇温カウンタを設定し、スループットダウン制御を行っても良い。例えば、記録材の透気度情報や剛度情報を用いることができる。記録材の透気度や剛度は記録材の密度を間接的に表しているため、記録材の熱容量や記録材と定着部材間の熱伝導率に影響することで、非通紙部昇温が異なる場合がある。
また、本実施例において、初期のスループットから昇温カウンタに応じてスループットダウンを行う例を示したが、初期のスループットを低めに設定しておき、昇温カウンタに応じてスループットを上げる制御を行うことも考えられる。また、スループット変更後のスループットは1種類としたが、スループットを複数用意し、昇温カウンタに応じてスループットを選ぶ形式にしてもよい。スループット変更後のスループットに対しても、昇温カウンタに応じて更にスループット変更を行ってもよい。更に、紙間の長さ等に応じて昇温カウンタを減少させる仕組みを入れることにより、昇温カウンタ累積値が所定値以下になった場合に初期スループットに戻すスループット回復制御を行ってもよい。
実施例1では、ユーザが入力した用紙情報に基づいて昇温カウンタを設定し、昇温カウンタが所定の閾値を超えた場合にスループットダウン制御を行った。しかし、異なる種類の記録材を交互に通紙するような交互通紙を行う場合に、例えば図4のS113でユーザが通紙1枚毎に用紙情報を指定する必要がある等、複数の種類の記録材を用いてプリントを行う場合にユーザの作業性が悪化する場合がある。また、ユーザが用紙情報を指定しないと昇温カウンタの精度が低くなるため生産性の向上という利点が得られにくくなる場合がある。そこで、実施例2では、記録材の坪量情報や表面性情報を測定できるメディアセンサを用いる。画像形成装置内の記録材の搬送路にメディアセンサを配置し、実際に通紙している記録材の坪量情報や表面性情報を自動的に測定することで、ユーザ作業時間を短縮し、且つ、昇温カウンタの精度を向上させる。
本実施例における画像形成装置100と定着装置130の基本構成は実施例1と同様である。以下、実施例1と共通の参照符号を付した要素は実施例1と実質的に同じ構成及び作用を有するものとし、その説明は省略する。
(1)画像形成装置
図6は本実施例の画像形成装置100Aの概略構成を示す断面図である。図6を用いて、実施例1の画像形成装置からの追加構成について説明する。
図6に示すように、画像形成装置100A内の記録材搬送路に、記録材の用紙情報を取得するためのメディアセンサ40が取り付けられている。また、画像形成装置100Aの本体部100B(実施例1の画像形成装置)の下方にオプション給送ユニット200とマルチトレイ215が追加されている。
オプション給送ユニット200又はマルチトレイ215からの記録材の給送は、以下のように行われる。記録材有無センサ201によって給送カセット214内に記録材有りと検出されると、給送カセット214から記録材Sが給送ローラ202により1枚給送され、搬送ローラ203から本体部100Bの搬送ローラ103へ送られる。また、マルチトレイ215からは記録材Sが給送ローラ216より1枚給送され、搬送ローラ217により、レジローラ104へ搬送される。以後のプロセスは、給送カセット114から給送される場合と同じである。
メディアセンサ40は、レジローラ104と転写ローラ106の間に設けられている。そのため、メディアセンサ40は、給送カセット114、給送カセット214及びマルチトレイ215のいずれから給送される記録材Sについても、用紙情報を取得するために記録材の物性の測定を行うことができる。本実施例のメディアセンサ40は、記録材の表面性情報及び坪量情報を検出可能に構成されている。
(2)メディアセンサ
図7はメディアセンサ40の概略構成を示す断面模式図である。図7を用いて、メディアセンサ40の用紙情報の取得方法を説明する。
本メディアセンサ40は、第1の光照射手段である照射用LED421、第2の光照射手段である照射用LED422、撮像手段であるCMOSエリアセンサ43A及び結像手段である結像レンズ44Aを備えている。更に、フィルタリング手段を構成するフィルタリング部45A及び駆動・演算部41を備えている。
照射用LED421を光源とする光は、460nm付近に極大波長を持つ青色光であり、記録材Sの表面に向けて照射される。青色の照射用LED421は紙面から45度の角度をもって光を照射させるよう配置されており、記録材の表面に凹凸に応じた陰影を持つ反射光を生じさせる。この反射光は、結像レンズ44Aを介し集光され、このうちフィルタリング部45Aを透過した波長成分がCMOSエリアセンサ43Aに反射光像として結像する。CMOSエリアセンサ43Aは、結像したエリア毎に反射光量に応じて変化する電気信号として映像電圧信号を出力する。駆動・演算部41は、CMOSエリアセンサ43Aの出力する映像電圧出力信号を受け取るとこれをA−D変換し、変換後の256階調のデジタル信号をエンジンコントローラ30へ出力する。このデジタル信号は、記録材の表面性に関する情報(表面凹凸に関する情報)の一例である。
一方、照射用LED422を光源とする光は、640nm付近に極大波長を持つ赤色光であり、LED421が照射した面とは反対側の面に向けて照射される。赤色の照射用LED422は、紙面の法線方向から光を照射させるよう配置されており、記録材Sの厚みもしくは坪量に応じた減衰量で光が透過する。この透過光も結像レンズ44Aを介し集光され、フィルタリング部45Aを透過した波長成分がCMOSエリアセンサ43Aに透過光像として結像され、透過光量に応じて変化する電気信号としての映像電圧信号を出力する。そして、同様の作用で、駆動・演算部41は、映像電圧信号を256階調のデジタル信号に変換し、エンジンコントローラ30へ出力する。このデジタル信号は、記録材の坪量の大きさに関する情報(厚み情報)の一例である。
このようなメディアセンサ40は、記録材Sの表面性に関する情報と坪量に関する情報について判別した結果をエンジンコントローラ30に出力する。
上述の通り、本実施例の取得手段であるメディアセンサ40は反射光と透過光をCMOSセンサによって撮像することによって、それぞれ記録材の表面性に関する情報と坪量に関する情報を検知している。しかしながら、本実施形態に適用できる取得手段はこれに限定されるものではなく、例えば以下に説明するようなメディアセンサを単独で、或いは複数を組み合わせることによって、用紙情報を検知するものであってもよい。
例えば、記録材に超音波を照射し、その反射率や透過率を検出することにより、記録材の表面状態や厚さを認識する構成である。或いは、接触式の圧電素子を用いて記録材表面の凹凸性や厚みに関わる信号を検出する構成である。その他、機械式センサで記録材の厚みを計測する方式、接触式或いは非接触式の変位センサで記録材の表面性を検出する方法、磁気式の紙厚センサ等、各方式においても同様の方法が適用可能である。
また、メディアセンサの設置位置に関しても、本実施形態ではレジローラと転写ローラの間に配置したが、これに限られるものではない。上述の各メディアセンサの種類や性能に応じて、配置する場所を変更しても良い。
(3)スループットダウン制御方法
以下、メディアセンサ40を用いたスループットダウン制御の方法を説明する。
(3−1)スループットダウン制御のフローチャート
本実施例におけるスループットダウン制御のフローチャートを図8に示す。S201〜S203のプリントジョブ開始から昇温カウンタの初期値を設定するまでの処理内容は、実施例1における図4のS101〜S103と同一である。S202においてプリントジョブ中に小サイズ紙が含まれない場合のS211の処理も、図4のS111と同一である。
S204では、メディアセンサ40の読み取り位置まで記録材を搬送し、メディアセンサ40によって記録材の坪量情報と表面性情報が自動的に取得される。その後、S205へ進む。S205では、プリントジョブ内の用紙情報を後述する表5及び実施例1と同じ表2の昇温カウンタ設定表へ適用し、通紙枚数毎の昇温カウンタの単位加算量を決定する。その後の、S206〜S210までの処理内容は、実施例1における図4のS106〜S110と同じである。ただし、S209においてプリントジョブが終了しない場合は、S204へと移動し、次プリントされる記録材の用紙情報がメディアセンサ40によって自動的に取得される。
本実施例のスループットダウン制御を用いることで、図4のS104、S113、S114で述べたユーザが用紙情報を入力するプロセスを省けるため、ユーザの作業時間を短縮することができる。
(3−2)昇温カウンタの設定値
本実施例における、昇温カウンタの単位加算量について説明する。なお、紙サイズによる昇温カウンタの重み付け倍率は実施例1の表2と同じであり、昇温カウンタの初期値は実施例1の表3と同じである。また、下記の表5の対応関係を表すデータは、エンジンコントローラ30の不揮発性の記憶領域に格納され、エンジンコントローラ30が図8の処理を実行する際に参照可能であるものとする。
表5はメディアセンサ40が検知した記録材の坪量と表面性情報に対する昇温カウンタの単位加算量の設定値である。予めメディアセンサ40を用いて坪量と表面性の異なる記録材の検出結果を記録し、坪量と表面性情報の検出信号に閾値を設けることによって、厚紙、又は、平滑紙であるかどうかを判別している。本実施例では、用紙情報が不明な場合を省くことができるため、より精度の良い昇温カウンタを設定できる。
Figure 2021117391
(4)本実施例の利点
図4で用いた3種類のA4サイズの記録材を用いて、縦送りで交互連続通紙した場合の初期スループット通紙可能枚数を、参考例と実施例1、実施例2で比較した。ただし、実施例1はユーザが用紙情報を選択しなかった場合とする。異なる種類の記録材を交互に通紙する場合(交互通紙)など複数の種類の記録材を通紙する場合、ユーザが用紙情報を指定する作業が複雑になるため、ユーザが用紙情報を選択しない場合がある。
図9は、実施例2で交互連続通紙を行った場合の通紙枚数毎の昇温カウンタの計算結果である。各プリント動作開始前のサーミスタ138の検知温度は50℃未満であるとし、前ジョブとの通紙間隔は10秒以上空いているものとする。通紙例1〜3において、マルチトレイ215に厚紙平滑紙を、給送カセット114に普通平滑紙を、給送カセット214に普通標準紙をセットしている。通紙例1は厚紙平滑紙のみを通紙した場合、通紙例2は厚紙平滑紙と普通平滑紙を交互通紙した場合、通紙例3は厚紙平滑紙と普通標準紙を交互通紙した場合である。いずれの通紙例においても、通紙1枚目は厚紙平滑紙であるとする。
図9に示すように、通紙例1では通紙枚数10枚目で昇温カウンタの累積値がスループットダウン閾値である15に達する。通紙例2は、通紙例1と比べて昇温カウンタの傾きがやや緩やかになっており、通紙枚数11枚目で昇温カウンタの累積値が15に達する。通紙例3は、昇温カウンタの傾きは更に緩やかになり、通紙枚数12枚目で昇温カウンタの累積値が15に達する。
これらの結果を、参考例、及び、実施例1と比較したものを表6に示す。参考例は、実施例1の参考例と同じく画像形成装置100を用いて記録材の種類を判別しない制御を用いる場合であり、前述の通り、非通紙部昇温の目標値を超えないように初期スループット通紙可能枚数を記録材の種類に関わらず10枚に設定している。実施例1は、ユーザが用紙情報を選択しなかった場合であるとし、表1の通り厚紙平滑紙と同じ昇温カウンタの単位加算量が選択される。故に、初期スループット通紙可能枚数は通紙例1〜3で変わらず、厚紙平滑紙の10枚と同じになる。
これに対し、本実施例によれば交互通紙である通紙例2,3の場合に、昇温カウンタが通紙枚数11枚目又は12枚目に閾値である15に到達していることが分かる。つまり、表6から、少なくとも同一ジョブ中で複数種類の記録材を切り替えながら使用する場合には、参考例及び実施例1よりも実施例2の方が、初期スループット通紙可能枚数が増えていることが分かる。これは、ユーザが用紙情報を入力しなかった場合においても、実施例2ではメディアセンサ40で自動的に用紙情報が取得され、用紙情報に応じて最適な昇温カウンタの単位加算量が積算されるためである。
Figure 2021117391
以上述べたように、用紙情報が不明な場合等において、実施例2は実施例1よりも昇温カウンタの精度を向上させてプリント動作の生産性を更に向上させることができる場合がある。
(その他の実施形態)
上記各実施例では、フィルム状の加熱部材を有する定着装置について説明したが、例えば剛性を有する金属筒上に弾性層を形成した定着ローラを加熱部材として使用してもよい。また、加熱方式として、セラミックヒータに代えてハロゲンランプや誘導加熱機構を用いてもよい。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
30…制御手段(エンジンコントローラ)/31…入力手段(オペレーションパネル)/40…取得手段(メディアセンサ)/100,100A…画像形成装置/120…画像形成手段(カートリッジ)/130…像加熱装置(定着装置)/132…加熱体(ヒータ)/133…加熱部材(フィルム)/138…温度検知素子(サーミスタ)

Claims (13)

  1. 記録材に画像を形成する画像形成手段と、
    記録材に接触して画像を加熱する加熱部材を有する像加熱装置と、
    複数枚の記録材に対して連続的に画像を形成するジョブの実行中に画像形成のスループットを変更可能な制御手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    前記ジョブを実行する場合、前記加熱部材の温度に関する指数に、記録材の属性に応じて予め設定されている単位加算量を、画像形成される記録材の属性及び枚数に応じて積算し、
    前記指数の累積値が予め設定されている閾値を超える枚数までの記録材は第1のスループットで画像形成を実行し、
    前記指数の累積値が前記閾値を超えた枚数以降の記録材は前記第1のスループットより低い第2のスループットで画像形成を実行する、
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記単位加算量は、記録材の坪量が大きいほど、より大きな値となるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記単位加算量は、記録材の表面が平滑であるほど、より大きな値となるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記単位加算量は、記録材搬送方向に直交する方向の記録材の幅が小さいほど、より大きな値となるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記制御手段は、前回のジョブの実行が終了してから今回のジョブを実行するまでの経過時間に応じて、今回のジョブを開始する際の前記指数の初期値を変更する、
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 記録材の属性に関する情報を入力可能な入力手段を備え、
    前記制御手段は、前記入力手段を介して入力された情報に基づいて、前記指数に加算する前記単位加算量の値を決定する、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 記録材の物性を測定して記録材の属性に関する情報を取得する取得手段を備え、
    前記制御手段は、前記取得手段によって取得した情報に基づいて、前記指数に加算する前記単位加算量の値を決定する、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. 記録材に画像を形成する画像形成手段と、
    記録材に接触して画像を加熱する加熱部材を有し、記録材に画像を定着させる像加熱装置と、
    複数枚の記録材に対して連続的に画像を形成するジョブを実行する場合に、前記ジョブの開始時点からの画像の累積出力枚数が閾値枚数を超えるまでは第1のスループットで前記ジョブを実行し、前記累積出力枚数が前記閾値枚数を超えた後は前記第1のスループットより遅い第2のスループットで前記ジョブを実行するように構成された制御手段と、を備え、
    前記制御手段は、前記ジョブにおいて画像形成に用いる記録材の属性に応じて前記閾値枚数が変化するように構成されている、
    ことを特徴とする画像形成装置。
  9. 前記制御手段は、記録材の坪量が大きいほど、前記閾値枚数が多くなるように構成されている、
    ことを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
  10. 前記制御手段は、記録材の表面が平滑であるほど、前記閾値枚数が多くなるように構成されている、
    ことを特徴とする請求項8又は9に記載の画像形成装置。
  11. 前記制御手段は、記録材搬送方向に直交する方向の記録材の幅が小さいほど、前記閾値枚数が多くなるように構成されている、
    ことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  12. 前記制御手段は、記録材搬送方向に直交する方向の幅が所定長さより短い記録材を使用して前記ジョブを実行する場合に、前記ジョブの実行中に前記スループットを変更する制御を実行し、前記幅が前記所定長さ以上である記録材を使用して前記ジョブを実行する場合、前記ジョブの実行中に前記スループットを変更する制御を実行しない、
    ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  13. 前記像加熱装置は、
    記録材搬送方向に直交する方向における前記加熱部材の中央部に設けられ、前記加熱部材の温度を検知する温度検知素子と、
    前記記録材搬送方向に直交する方向に延びる加熱体と、を有し、
    前記加熱部材は、前記加熱体に外嵌されて前記加熱体に摺動しながら回転する筒状のフィルムであり、
    前記温度検知素子の出力信号に基づいて前記加熱体の発熱量が制御される、
    ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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