JP2023046717A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像形成不良の発生を防止することが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、用紙の画像形成面にトナー像を形成する転写部と、用紙にトナー像を定着する定着部と、用紙搬送方向における転写部の上流側と定着部の下流側との間において、用紙を搬送する用紙搬送部と、前記用紙搬送方向における転写部の上流側で用紙の画像形成面を加熱する用紙プレ加熱部と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、画像形成装置および画像形成方法に関する。
低温環境下で用紙が冷えている場合、トナーが用紙に融着し難いため、また、定着部材の温度が低下するため、定着アンダーオフセット(低温定着)が発生する。その対策として、定着する前に用紙を加熱(加温)し、用紙の温度を上げることが行われている。
例えば、特許文献1には、連続紙を給紙する給紙部と、給紙された連続紙を巻き取る排紙部と、用紙搬送方向において給紙部と排紙部との間に配置され、用紙にトナー像を形成する転写部と、転写部の下流側であって排紙部の上流側に配置され、用紙にトナー像を定着させる定着部と、用紙搬送方向において転写部と定着部との間に配置され、用紙を加熱する用紙プレ加熱部材と、を備える画像形成装置が記載されている。
特開2017-156516号公報
ところで、特許文献1では用紙プレ加熱部材が転写部と定着部との間に配置されているため、用紙の裏面に用紙プレ加熱部材を接触させている。用紙の裏面のみを加熱しても、厚紙やタック紙などの用紙の表面の温度が十分に上がらず、定着アンダーオフセットが発生する場合がある。ラベル紙用途として用いられるタック紙は、表面側から基材/接着剤/剥離紙の構成になっており厚みがあり、裏面の剥離紙側から加熱しても基材側へ熱が伝わり難い。定着アンダーオフセットが発生しない程度に用紙裏面側からの加熱量を増やすと紙中に含まれる水分が気化して、定着時にトナー層中に気泡ができて画像ムラとなる(トナーブリスター)。また、コート紙では表面コートと紙基材との間が剥離して膨れたり、タック紙では基材と剥離紙が剥がれて膨れる(ペーパーブリスター)場合がある。
転写部と定着部との間で、用紙プレ加熱部材を用紙に接触させると、未定着トナー像の乱れが発生する。特に、用紙に摺動する用紙プレ加熱部材では、振動や帯電によってトナーが飛び散り易いため、未定着トナー像の乱れが発生する場合があるという問題点があった。
本発明の目的は、画像形成不良の発生を防止することが可能な画像形成装置および画像形成方法を提供することである。
上記の目的を達成するため、本発明における画像形成装置は、
用紙の画像形成面にトナー像を形成する転写部と、
前記用紙に前記トナー像を定着する定着部と、
用紙搬送方向における前記転写部の上流側と前記定着部の下流側との間において、前記用紙を搬送する用紙搬送部と、
前記用紙搬送方向における前記転写部の上流側で前記用紙の画像形成面を加熱する用紙プレ加熱部と、
を備える。
本発明における画像形成方法は、
転写部は、用紙の画像形成面にトナー像を形成し、
定着部は、前記用紙に前記トナー像を定着し、
用紙搬送方向における前記転写部の上流側と前記定着部の下流側との間において、前記用紙を搬送し、
前記用紙搬送方向における前記転写部の上流側で前記用紙の画像形成面を加熱する。
本発明によれば、画像形成不良の発生を防止することができる。
図1は、本発明の実施の形態における画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 図2は、本実施の形態における画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。 図3は、定着部の構成を概略的に示す図である。 図4は、本実施の形態に係る用紙プレ加熱部の構成の一例を示す拡大図である。 図5は、画像形成開始直後において用紙位置毎の用紙温度を示す図である。 図6は、画像形成開始5分後において用紙位置の用紙温度を示す図である。 図7は、搬送経路上の位置毎に用紙温度と画像形成開始時からの経過時間との関係を示す図である。 図8は、温度センサーの配置構成の一例を示す図である。 図9は、本実施の形態に係る画像形成装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図10は、変形例1に係る画像形成装置おいて、用紙プレ加熱時に繰り返し搬送される用紙の所定距離を示す図である。 図11は、変形例1に係る画像形成装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図12は、変形例3に係る用紙プレ加熱部の構成の一例を示す拡大図である。 図13は、変形例4に係る用紙プレ加熱部の構成の一例を示す拡大図である。である。 図14は、変形例5に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。
以下、本実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態における画像形成装置1の全体構成を概略的に示す図である。図2は、本実施の形態における画像形成装置1の制御系の主要部を示す図である。画像形成装置1は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置1は、感光体ドラム413上に形成されたY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の各色トナー像を中間転写ベルト421に一次転写し、中間転写ベルト421上で4色のトナー像を重ね合わせた後、用紙に二次転写することにより、トナー像を形成する。
また、画像形成装置1には、YMCKの4色に対応する感光体ドラム413を中間転写ベルト421の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト421に一回の手順で各色トナー像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。
図2に示すように、画像形成装置1は、画像読取部10、操作表示部20、画像処理部30、画像形成部40、用紙搬送部50、定着部60、用紙プレ加熱部80および制御部101等を備える。
制御部101は、CPU(Central Processing Unit)102、ROM(Read Only Memory)103、RAM(Random Access Memory)104等を備える。CPU102は、ROM103から処理内容に応じたプログラムを読み出してRAM104に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置1の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部72に格納されている各種データが参照される。記憶部72は、例えば不揮発性の半導体メモリ(いわゆるフラッシュメモリ)やハードディスクドライブで構成される。
制御部101は、通信部71を介して、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)等の通信ネットワークに接続された外部の装置(例えばパーソナルコンピューター)との間で各種データの送受信を行う。制御部101は、例えば、外部の装置から送信された画像データを受信し、この画像データ(入力画像データ)に基づいて用紙にトナー像を形成させる。通信部71は、例えばLANカード等の通信制御カードで構成される。
画像読取部10は、ADF(Auto Document Feeder)と称される自動原稿給紙装置11および原稿画像走査装置12(スキャナー)等を備えて構成される。
自動原稿給紙装置11は、原稿トレイに載置された原稿を搬送機構により搬送して原稿画像走査装置12へ送り出す。自動原稿給紙装置11は、原稿トレイに載置された多数枚の原稿の画像(両面を含む)を連続して一挙に読み取ることができる。
原稿画像走査装置12は、自動原稿給紙装置11からコンタクトガラス上に搬送された原稿またはコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をCCD(Charge Coupled Device)センサー(不図示)の受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部10は、原稿画像走査装置12による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部30において所定の画像処理が施される。
操作表示部20は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)で構成され、表示部21および操作部22として機能する。表示部21は、制御部101から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部22は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部101に出力する。なお、入力操作には、通常モード、光沢度が所定値(通常モードの値)より低い低光沢モード、および、光沢度が所定値より高い高光沢モードのいずれかを選択する操作が含まれる。
画像処理部30は、入力画像データに対して、初期設定またはユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部30は、制御部101の制御下で、階調補正データ(階調補正テーブル)に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部30は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部40が制御される。
画像形成部40は、入力画像データに基づいて、Y成分、M成分、C成分、K成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット41Y、41M、41C、41K、中間転写ユニット42等を備える。
Y成分、M成分、C成分、K成分用の画像形成ユニット41Y、41M、41C、41Kは、同様の構成を有する。図示及び説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にY、M、C、又はKを添えて示す。図1では、Y成分用の画像形成ユニット41Yの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット41M、41C、41Kの構成要素については符号が省略されている。
画像形成ユニット41は、露光装置(不図示)、現像装置(不図示)、感光体ドラム413、帯電装置(不図示)、およびドラムクリーニング装置(不図示)等を備える。
感光体ドラム413は、例えばアルミニウム製の導電性円筒体(アルミ素管)の周面に、アンダーコート層(UCL:Under Coat Layer)、電荷発生層(CGL:Charge Generation Layer)、電荷輸送層(CTL:Charge Transport Layer)を順次積層した負帯電型の有機感光体(OPC:Organic Photo-conductor)である。電荷発生層は、電荷発生材料(例えばフタロシアニン顔料)を樹脂バインダー(例えばポリカーボネイト)に分散させた有機半導体からなり、露光装置による露光により一対の正電荷と負電荷を発生する。電荷輸送層は、正孔輸送性材料(電子供与性含窒素化合物)を樹脂バインダー(例えばポリカーボネイト樹脂)に分散させたものからなり、電荷発生層で発生した正電荷を電荷輸送層の表面まで輸送する。
制御部101は、感光体ドラム413を回転させる駆動モーター(図示略)に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム413を一定の周速度で回転させる。
帯電装置は、光導電性を有する感光体ドラム413の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム413に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。感光体ドラム413の電荷発生層で正電荷が発生し、電荷輸送層の表面まで輸送されることにより、感光体ドラム413の表面電荷(負電荷)が中和される。感光体ドラム413の表面には、周囲との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。
現像装置は、例えば二成分現像方式の現像装置であり、感光体ドラム413の表面に各色成分のトナーを付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。
ドラムクリーニング装置は、感光体ドラム413の表面に摺接されるドラムクリーニングブレード等を有し、一次転写後に感光体ドラム413の表面に残存する転写残トナーを除去する。
中間転写ユニット42は、中間転写ベルト421、一次転写ローラー(不図示)、複数の支持ローラー(不図示)、二次転写ローラー424、及びベルトクリーニング装置(不図示)等を備える。
中間転写ベルト421は、無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラーにループ状に張架される。複数の支持ローラーのうちの少なくとも1つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、K成分用の一次転写ローラーよりもベルト走行方向下流側に配置されるローラーが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラーが回転することにより、中間転写ベルト421は矢印A方向に一定速度で走行する。
一次転写ローラーは、各色成分の感光体ドラム413に対向して、中間転写ベルト421の内周面側に配置される。中間転写ベルト421を挟んで、一次転写ローラーが感光体ドラム413に圧接されることにより、感光体ドラム413から中間転写ベルト421へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。
二次転写ローラー424は、駆動ローラーのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー423Bに対向して、中間転写ベルト421の外周面側に配置される。中間転写ベルト421を挟んで、二次転写ローラー424がバックアップローラー(不図示)に圧接されることにより、中間転写ベルト421から用紙へトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。
一次転写ニップを中間転写ベルト421が通過する際、感光体ドラム413上のトナー像が中間転写ベルト421に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラーに一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト421の裏面側(一次転写ローラーと当接する側)にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト421に静電的に転写される。
その後、用紙が二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト421上のトナー像が用紙に二次転写される。具体的には、二次転写ローラー424に二次転写バイアスを印加し、用紙の裏面側(二次転写ローラー424と当接する側)にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙に静電的に転写される。トナー像が転写された用紙は定着部60に向けて搬送される。
ベルトクリーニング装置(不図示)は、中間転写ベルト421の表面に摺接するベルトクリーニングブレード等を有し、二次転写後に中間転写ベルト421の表面に残留する転写残トナーを除去する。なお、二次転写ローラー424に代えて、二次転写ローラーを含む複数の支持ローラーに、二次転写ベルトがループ状に張架された構成(いわゆるベルト式の二次転写ユニット)を採用してもよい。
定着部60は、用紙の定着面(トナー像が形成されている表面)側に配置される定着面側部材を有する上側定着部60A、用紙の裏面(定着面の反対の面)側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部60B、及び加熱源60C等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙を狭持して搬送する定着ニップが形成される。
定着部60は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙を定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙にトナー像を定着させる。定着部60は、定着器すなわち筐体内にユニットとして配置される。
用紙搬送部50は、給紙部51、排紙部52および搬送経路部53等を備える。給紙部51は、ロール状に巻き取られた用紙(連続紙)を下流側へ繰り出す繰り出しローラー51aを有する。
給紙部51の下流側へ繰り出された用紙は、搬送経路部53により用紙プレ加熱部80(後述する)を介して画像形成部40に搬送される。画像形成部40において、中間転写ベルト421のトナー像が用紙の一方の面に一括して二次転写され、定着部60において定着工程が施される。排紙部52は、画像形成された用紙をロール状に巻き取る巻き取りローラー52aを有する。搬送経路部53は、用紙を保持搬送する搬送ローラー53aを有している。なお、搬送経路部53は、用紙にテンションを付与する用紙テンション付与ローラー(不図示)、および、用紙の蛇行を調整する蛇行調整ローラー(不図示)を有してもよい。
次に、定着部60の構成について図3を参照してより詳しく説明する。図3は、定着部60を概略的に示す図である。なお、本実施の形態では、定着方式をベルト定着方式に限定したが、本発明では、ベルト定着方式に限らない。
上側定着部60Aは、定着面側部材である無端状の定着ベルト61、加熱ローラー62、および上加圧ローラー63を有する(ベルト加熱方式)。定着ベルト61は、加熱ローラー62と上加圧ローラー63との間に所定の張力がかかった状態で架け渡されている。
定着ベルト61は、例えばPI(ポリイミド)からなる基体の外周面を弾性層として耐熱性のシリコンゴムで被覆し、さらに、表層に耐熱性樹脂であるPFA(パーフルオロアルコキシ)のチューブを被覆またはコーティングをしてなる。
定着ベルト61は、トナー像が形成された用紙に接触して、当該トナー像を用紙に所定温度範囲で加熱定着する。
加熱ローラー62は、定着ベルト61を加熱する。加熱ローラー62は、定着ベルト61を加熱する例えば、ハロゲンヒーターである加熱源60Cを内蔵している。加熱ローラー62は、アルミニウム等から形成された円筒状の芯金における外周面をPTFEでコーティングした樹脂層で被覆された構成である。
加熱源60Cの温度は、制御部101によって制御される。加熱源60Cによって加熱ローラー62が加熱され、その結果、定着ベルト61が加熱される。これによって、用紙に形成されたトナーが加熱される。制御部101は、例えば、所定のデューティー比の半波単位のオン/オフパターンに基づいて加熱源60Cを制御することで、トナーの定着温度を制御する。
上加圧ローラー63は、例えば鉄等の金属から形成された中実の芯金を、弾性層で被覆したものである。弾性層の材質として、例えば、耐熱性のシリコンゴムを用いることができる。また、弾性層として、耐熱性のシリコンゴムを、低摩擦で耐熱性樹脂であるPTFEでコーティングした樹脂層で被覆した構成とすることができる。
下側定着部60Bは、裏面側支持部材を構成する下加圧ローラー64を有する(ローラー加圧方式)。下加圧ローラー64は、Al(アルミニウム)からなる基材層の外周面を弾性層で被覆したものである。弾性層の材質として、例えば、耐熱性のシリコンゴムを用いることができる。また、弾性層として、耐熱性のシリコンゴムを、表面離型層としてPFAチューブの樹脂層で被覆した構成とすることができる。
下加圧ローラー64には、ハロゲンヒーター等の加熱源が内蔵されてもよい。この加熱源が発熱することにより、下加圧ローラー64は加熱される。これによって、用紙に形成されたトナーが加熱される。制御部101は、例えば、所定のデューティー比の半波単位のオン/オフパターンに基づいて加熱源を制御することで、トナーの定着温度を制御してもよい。
下加圧ローラー64は、定着ベルト61を介して上加圧ローラー63に所定の定着荷重で圧接される。このようにして、上加圧ローラー63および定着ベルト61と下加圧ローラー64との間には、用紙を狭持して搬送する定着ニップNPが形成される。
下加圧ローラー64は、不図示のモーターやギアなどに接続され、当該モーターの駆動力が下加圧ローラー64に伝達されるようになっている。制御部101は、かかる下加圧ローラー64を駆動するモーターに駆動信号を出力して、下加圧ローラー64の周速度を制御する。
定着部60において、上側定着部60A、下側定着部60Bおよび加熱源60Cは、定着ニップNPで用紙を加熱、加圧しながら搬送することにより、未定着のトナー像を用紙に定着させる。
ところで、用紙が例えば厚紙やタック紙などの場合、中間転写ユニット42と定着部60との間において、用紙プレ加熱部材を用紙の裏面に接触させて加熱しても、用紙の表面の温度が十分に上がらず、定着アンダーオフセットが発生する場合がある。また、定着アンダーオフセットが発生しないように裏面側から加熱量を増やすと、定着時にトナーブリスターによる画像ムラが発生する場合があり、また、ペーパーブリスターが発生する場合がある。また、中間転写ユニット42と定着部60との間で、用紙プレ加熱部材を用紙に接触させると、未定着トナー像の乱れが発生する場合がある。
本実施の形態では、定着アンダーオフセットや、画像ムラや、未定着トナー像の乱れ等の画像形成不良が発生することを防止するため、用紙プレ加熱部80が中間転写ユニット42の用紙搬送方向上流側(以下、単に「上流側」という)、かつ、給紙部51の用紙搬送方向下流側(以下、単に「下流側」という)に配置される。
図4は、本実施の形態に係る用紙プレ加熱部80の構成の一例を示す拡大図である。図4に示すように、用紙プレ加熱部80は、表面側ローラー81と裏面側ローラー82とを備える。表面側ローラー81は、裏面側ローラー82よりも下流側に配置されている。ここでは、用紙の表面が本発明の「画像形成面」に対応する。
表面側ローラー81は、用紙の表面と接触するように配置されている。表面側ローラー81は、用紙の表面側を加熱する表面側加熱源83(例えば、ハロゲンヒーター)を内蔵している。表面側ローラー81の径は裏面側ローラー82の径よりも大きい。表面側ローラー81の近傍には、表面側ローラー81の温度を検出する表面側ローラー温度センサー95(後述する)が配置されている。
裏面側ローラー82は、用紙の裏面と接触するように配置される。裏面側ローラー82は、用紙の裏面側を加熱する裏面側加熱源84(例えば、ハロゲンヒーター)を内蔵している。裏面側ローラー82は、表面側ローラー81と用紙を挟んで対向しない位置に配置されている。これにより、用紙ニップが形成されず、用紙が挟まれないため、しわ等の用紙の変形が発生し難くなる。
裏面側ローラー82の近傍には、裏面側ローラー82の温度を検出する裏面側ローラー温度センサー96(後述する)が配置されている。
図4に示すように、給紙部51から送出された用紙は、裏面側ローラー82に反時計回りの方向に巻き掛けられた後、裏面側ローラー82から表面側ローラー81へ掛け渡され、さらに、表面側ローラー81に時計回りの方向に巻き掛けられる。表面側ローラー81と用紙の表面とが接触する周長L1は、表面側ローラー81の11時の位置から時計回りの方向に6時の位置までの長さである。裏面側ローラー82と用紙の裏面とが接触する周長L2は、裏面側ローラー82の12時の位置から反時計回りの方向に5時の位置までの長さである。周長L1は、表面側ローラー81の径が裏面側ローラー82の径よりも大きいため、周長L2以上となる(L1≧L2)。これにより、裏面側ローラー82により加熱される用紙の裏面の温度を、表面側ローラー81により加熱される用紙の表面の温度よりも低くすることが可能となる。
図5は、画像形成開始直後において用紙位置毎の用紙温度を示す図である。図6は、画像形成開始5分後において用紙位置毎の用紙温度を示す図である。図7は、搬送経路上の位置毎に用紙温度と画像形成開始時からの経過時間との関係を示す図である。図5および図6に示す「給紙」、「用紙プレ加熱部」、「搬送部」、「転写部」および「定着入口」のそれぞれは、「給紙部51」、「表面側ローラー81」、「搬送ローラー53a」、「中間転写ユニット42」および「定着部60の入口」のそれぞれの位置(用紙位置)を示す。
機械と用紙が低温環境下、例えば10℃で長時間放置された場合、機械や用紙も10℃に冷やされる。この低温環境下の状態で画像形成を開始すると、用紙プレ加熱部80で用紙温度を25℃まで上げた場合でも、用紙プレ加熱部80と中間転写ユニット42との間に配置された搬送ローラー53aや、中間転写ベルト421により用紙が冷やされ、定着部の入口での用紙温度は12℃まで低下する(図5を参照)。画像形成開始時から所定時間(例えば、5分)が経過すると、搬送ローラー53aや中間転写ベルト421が用紙によって暖められるため、用紙位置のそれぞれにおいては、用紙温度は用紙プレ加熱部80の温度からそれほど低下しない(図6および図7を参照)。
そこで、本実施の形態では、画像形成指示後に、定着ベルト温度センサー93(図8を参照)により検出された定着ベルト61の温度(以下、「定着温度」という)が所定温度Tfs(例えば、15℃)以下であるか否かについて判定する。そして、定着温度が所定温度Tfs以下である場合、定着部60のウォームアップ時(暖機時)に用紙を加熱する用紙プレ加熱処理を実施する。
図8は、本実施の形態に係る温度センサーの配置構成の一例を示す図である。図8に示すように、画像形成装置1のそれぞれの所定位置には、用紙プレ加熱部出口用紙温度センサー91、定着部入口用紙温度センサー92、定着ベルト温度センサー93、中間転写ベルト温度センサー94、表面側ローラー温度センサー95、および、裏面側ローラー温度センサー96が配置されている。
用紙プレ加熱部出口用紙温度センサー91は、非接触式の温度センサーであって、用紙プレ加熱部80の出口での用紙の表面の温度を検出する。定着部入口用紙温度センサー92は、非接触式の温度センサーであって、定着部60の入口での用紙の表面の温度を検出する。
定着ベルト温度センサー93は、定着ベルト61の温度(定着温度)を検出する。中間転写ベルト温度センサー94は、中間転写ベルト421の温度を検出する。表面側ローラー温度センサー95は、表面側ローラー81の温度を検出する。裏面側ローラー温度センサー96は、裏面側ローラー82の温度を検出する。制御部101は、用紙プレ加熱部出口用紙温度センサー91、定着部入口用紙温度センサー92、定着ベルト温度センサー93、中間転写ベルト温度センサー94、表面側ローラー温度センサー95および裏面側ローラー温度センサー96のそれぞれの検出結果を取得する。
制御部101は、定着温度が所定温度Tfs以下である場合、用紙プレ加熱制御と定着部60のウォームアップ制御とを並行して実行する。例えば、用紙プレ加熱制御は、(1)転写圧着制御と、(2)用紙搬送部50の制御と、(3)表面側加熱源83および裏面側加熱源84のそれぞれの点灯制御と、からなる。定着部60のウォームアップ制御は、(4)上加圧ローラー63及び下加圧ローラー64の駆動速度制御と、(5)加熱源60Cの点灯制御と、からなる。
(1)転写圧着制御
制御部101は、転写圧着制御を実行する。これにより、二次転写ローラー424は、中間転写ベルト421を挟んでバックアップローラー423Bに圧接される。その結果、給紙部51から搬送ローラー53aを介して搬送された用紙を、中間転写ベルト421と二次転写ローラー424とに接触させることが可能となる。
(2)用紙搬送部50の制御
制御部101は、用紙プレ加熱時の用紙搬送速度が所定速度WVphとなるように、用紙搬送部50を制御する。なお、用紙プレ加熱時の所定速度WVphは、画像形成時の用紙搬送速度VPよりも遅い速度に設定されている。これにより、用紙が低速度で搬送されるため、ヤレ紙を少なくし、用紙を効率的に加熱することが可能となる。
制御部101は、定着部入口用紙温度センサー92により検出された定着部60の入口での用紙の表面の温度が所定温度WTpa2以上である場合、用紙を搬送停止するように用紙搬送部50を制御する。これにより、定着部60の上流側で用紙に接触する中間60写ベルト421、二次転写ローラー424、搬送ローラー53aが十分に暖まる。この結果、ウォームアップ(用紙プレ加熱)から切り替えられた画像形成の開始直後の用紙温度の低下を防止することが可能となる。
(3)表面側加熱源83および裏面側加熱源84のそれぞれの点灯制御
制御部101は、表面側ローラー81の温度が所定温度WTph1となるように表面側加熱源83を点灯制御し、かつ、裏面側ローラー82の温度が所定温度WTph2となるように裏面側加熱源84を点灯制御する。所定温度WTph1は所定温度WTph2よりも高い温度に設定される。これにより、用紙を加熱する上で用紙の裏面の温度を用紙の表面の温度よりも低くすることが可能となる。
用紙プレ加熱部80から搬送ローラー53aを介して搬送される用紙によって搬送ローラー53aや中間転写ベルト421が暖められる。しかし、中間転写ベルト421の温度が高すぎると、クリーニングされたトナーが溶着する。制御部101は、中間転写ベルト温度センサー94により検出された中間転写ベルト421の温度が所定温度Tbsを超えないように表面側加熱源83および裏面側加熱源84のそれぞれを点灯制御する。これにより、トナーの溶着を防止することが可能となる。
制御部101は、定着部入口用紙温度センサー92により検出された定着部60の入口での用紙の表面の温度が所定温度WTpa2以上である場合、表面側加熱源83及び裏面側加熱源84の点灯をOFFする。
次に、定着部60のウォームアップ制御について説明する。
(4)上加圧ローラー63、下加圧ローラー64の駆動速度制御
制御部101は、上加圧ローラー63、下加圧ローラー64の駆動速度が所定速度WVfとなるように、制御する。
(5)加熱源60Cの点灯制御
制御部101は、定着温度が所定温度WTfとなるように加熱源60Cを点灯制御する。制御部101は、定着温度が所定温度WTf以上である場合、定着部60のウォームアップ制御を開始してからの経過時間(暖機時間)が所定時間TMw以上であるか否かについて判定する。制御部101は、暖機時間が所定時間TMw以上である場合、定着部60のウォームアップ制御を終了する。これにより、定着温度が所定温度PTfとなる。
以上のようにして、制御部101は、定着温度が所定温度Tfs以下である場合、用紙プレ加熱制御と定着部60のウォームアップ制御とを並行して実行する。その後、制御部101は、画像形成の制御を実行する。
次に、本実施の形態に係る画像形成装置1の動作の一例について図9を参照して説明する。図9は、本実施の形態に係る画像形成装置1の動作の一例を示すフローチャートである。本フローは、画像形成装置1に入力された画像形成指示により開始される。図9に、表面側ローラー81の温度を「プレ加熱表」で示す。また、裏面側ローラー82の温度を「プレ加熱裏」で示す。
先ず、ステップS100において、制御部101は、定着温度が所定温度Tfs(例えば、15℃)以下であるか否かにつて判定する。
定着温度が所定温度Tfs以下ある場合(ステップS100:YES)、用紙プレ加熱制御(ステップS110からS160)と定着部60のウォームアップ制御(ステップS200からS240)とが並行して行われる。
ステップS110において、制御部101は、転写圧着制御を実行する。これにより、用紙を中間転写ベルト421と二次転写ローラー424とに接触させることが可能となる。
ステップS120において、制御部101は、用紙搬送速度が所定速度WVphとなるように用紙搬送部50を制御する。
ステップS130において、制御部101は、表面側ローラー81の温度が所定温度WTph1となるように、表面側加熱源83を制御し、裏面側ローラー82の温度が所定温度WTph2となるように、裏面側加熱源84を制御する。
次に、ステップS140において、制御部101は、定着部60の入口での用紙温度(図9に示す定着部入口用紙温度)が所定温度WTpa2以上であるか否かについて判定する。用紙温度が所定温度WTpa2以上である場合(ステップS140:YES)、処理はステップS150に遷移する。用紙温度が所定温度WTpa2未満である場合(ステップS140:NO)、処理はステップS130の前に戻る。
ステップS150において、制御部101は、表面側加熱源83、裏面側加熱源84をOFFする。
次に、ステップS160において、制御部101は、用紙が搬送停止されるように用紙搬送部50を制御する。その後、画像形成が開始される。画像形成時は用紙プレ加熱の搬送速度は画像形成と同じ搬送速度で制御される。また、表面側ローラー81および裏面側ローラー82の温度が、各々PTph1,PTph2となるように、表面側加熱源83及び裏面側加熱源84を制御する。
制御部101は、上記の用紙プレ加熱制御(ステップS110からステップS160)と並行に以下の制御を実行する。ステップS200において、制御部101は、上加圧ローラー63及び下加圧ローラー64の駆動速度が所定速度WVfとなるように制御する。
次に、ステップS210において、制御部101は、定着温度が所定温度WTfとなるように加熱源60Cを点灯制御する。
次に、ステップS220において、制御部101は、定着温度が所定温度WTf以上であるか否かについて判定する。定着温度が所定温度WTf以上である場合(ステップS220:YES)、処理はステップS230に遷移する。定着温度が所定温度WTf未満である場合(ステップS220:NO)、処理はステップS210の前に戻る。
ステップS230において、制御部101は、ウォームアップ開始からの経過時間(暖機時間)が所定時間TMw以上であるか否かについて判定する。暖機時間が所定時間TMw以上である場合(ステップS230:YES)、処理はステップS240に遷移する。暖機時間が所定時間TMw未満である場合(ステップS230:NO)、処理はステップS210の前に戻る。
ステップS240において、定着温度が所定温度PTfとなる。その後、用紙プレ加熱がステップS160であれば、画像形成が開始される。用紙プレ加熱がまだステップS100になっていなければ、S160になってから、画像形成が開始される。
上記実施の形態に係る画像形成装置1は、用紙の表面にトナー像を形成する中間転写ユニット42と、用紙にトナー像を定着する定着部60と、用紙搬送方向における中間転写ユニット42の上流側と定着部60の下流側との間において、用紙を搬送する用紙搬送部50と、用紙搬送方向における中間転写ユニット42の上流側で用紙の表面側を加熱する用紙プレ加熱部80と、を備える。
上記構成により、中間転写ユニット42の上流側で表面側ローラー81が用紙の表面に接触し、用紙の表面の温度が十分に上がるため、定着アンダーオフセットや、画像ムラの発生を防止することが可能となる。また、中間転写ユニット42の上流側で表面側ローラー81、裏面側ローラー82が用紙に接触するため、未定着トナー像の乱れの発生を防止することが可能となる。
また、上記実施の形態に係る画像形成装置1では、用紙プレ加熱部80は、定着部のウォームアップ時に、用紙の表面側を加熱する。用紙プレ加熱のための時間として、従来から実施していた定着ウォームアップの時間を有効に使うことで、生産性の低下を防止することが可能となる。
また、上記実施の形態に係る画像形成装置1では、ウォームアップ時の用紙の搬送速度は、用紙の表面に前記トナー像が形成される画像形成時の用紙の搬送速度よりも遅い。これにより、ムダになる用紙の長さ(ヤレ長さ)を短くできる。
また、上記実施の形態に係る画像形成装置1では、表面側ローラー81の径が裏面側ローラー82の径よりも大きい。これにより、表面側ローラー81が用紙の表面に接触する周長L1は、裏面側ローラー82が用紙の裏面に接触する周長L2以上である。これにより、裏面側ローラー82により加熱される用紙の裏面の温度を、表面側ローラー81により加熱される用紙の表面の温度よりも低くすることが可能となる。その結果、用紙の裏面側の温度を低く抑えることができるため、トナーブリスターや、ペーパーブリスターが発生することを防ぎつつ、用紙を効率的に加熱することが可能となる。
また、上記実施の形態に係る画像形成装置1では、用紙プレ加熱部80は、用紙の表面と接触するように配置される表面側ローラーと81、表面側ローラー81と用紙を挟んで対向しない位置において、用紙の裏面と接触するように配置される裏面側ローラー82と、を備える。これにより、用紙が表面側ローラー81および裏面側ローラー82で挟まれないため、しわ等の用紙の変形を防止することが可能となる。
また、上記実施の形態に係る画像形成装置1では、用紙プレ加熱部80が用紙の表面側を加熱する加熱量は、用紙プレ加熱部が用紙の裏面側を加熱する加熱量以上である。これにより、用紙の表面側を効率的に加熱することが可能となる。また、裏面側の温度が上昇し過ぎないため、トナーブリスターや、ペーパーブリスターの発生を防止することが可能となる。
<変形例1>
次に、本実施の形態の変形例に係る画像形成装置1について図10を参照して説明する。図10は変形例1に係る画像形成装置1において、用紙プレ加熱時に繰り返し搬送される用紙の所定距離を示す図である。上記実施の形態では、用紙のヤレ長さを短くするために、例えば、ウォームアップ時(並行して実行される用紙プレ加熱時)の用紙の搬送速度を、画像形成時の用紙の搬送速度よりも遅くしている。これに対して、変形例1では、用紙のヤレ長さを短くするために、用紙プレ加熱時に用紙が繰り返し搬送される。具体的には、用紙搬送部50は、用紙プレ加熱時に連続紙である用紙の所定距離以上を往復搬送する。さらに、用紙プレ加熱部に加えて定着部でも用紙を加熱している。そうすることで用紙のヤレ長さをより短くできる。往復搬送の所定距離は用紙プレ加熱部、定着部と中間転写部、搬送部との位置関係によって決まる。
所定距離は以下のように設定される。先ず、表面側ローラー81と中間転写ユニット42との間の距離D1と、定着部60と最上流の搬送ローラー53aとの間の距離D2を比較する。ここで、「最上流の搬送ローラー」とは、定着部60と表面側ローラー81との間に配置される複数の搬送ローラーのうちの最も上流に位置する搬送ローラーをいう。
次に、距離D1が距離D2以上である場合(D1≧D2)、仮に、所定距離を短い方の距離D2に設定すると、表面側ローラー81によって加熱された用紙が中間転写ユニット42まで届かないため、表面側ローラー81によって加熱された用紙によって中間転写ユニット42が暖められない。一方、定着部60で加熱された用紙には暖められる。所定距離を長い方の距離D1以上に設定すると、表面側ローラー81によって加熱された用紙が中間転写ユニット42まで届くため、表面側ローラー81によって加熱された用紙によって中間転写ユニット42が暖められる。また、定着部60で加熱された用紙によっても暖められる。その結果、中間転写ユニット42や搬送ローラー53をより効率的に暖めることができ、用紙のヤレ長さを短く、ウォームミングアップ時の用紙プレ加熱時間を短くできる。そして機械や用紙が低温放置された状態から画像形成しても、用紙が中間転写ユニット42で温度低下しないで定着部60に搬送されるため、定着アンダーオフセットの発生を防止することが可能となる。
次に、距離D1が距離D2未満である場合(D1<D2)、仮に、所定距離を短い方の距離D1に設定すると、表面側ローラー81によって加熱された用紙は中間転写ユニット42に届くが、定着部60によって加熱された用紙は中間転写ユニット42、もしくは搬送ローラー53に届かない。所定距離を長い方の距離D2以上に設定すると、表面側ローラー81と定着部60との両方で加熱された用紙によって、中間転写ユニット42、搬送ローラー53が暖められる。
なお、上記実施の形態では、ウォーミングアップ時に用紙プレ加熱を実行する場合、定着部60は、用紙の表面側を加熱しない。これに対して、変形例1では、用紙の表面側を加熱する。具体的に、定着部60は、ウォーミングアップ時に圧着して定着ニップNPで用紙を加熱、搬送する。これにより、用紙プレ加熱部80と定着部60との両方で用紙を加熱するので、より効率的に中間転写ユニット42、搬送ローラー53を暖めることが可能となる。なお、定着部60は、用紙プレ加熱部80と同じ往復周期で用紙を加熱する。
次に、変形例1に係る画像形成装置1の動作について図11を参照して説明する。図11は、変形例1に係る画像形成装置1の動作の一例を示すフローチャートである。図11に、表面側ローラー81の温度を「プレ加熱表」で示す。また、裏面側ローラー82の温度を「プレ加熱裏」で示す。図11に示す画像形成装置1の動作の一例においても、用紙プレ加熱制御と定着部60のウォームアップ制御とが並行して実行される。以下の説明においては、図9に示すステップと同じステップを省略し、異なるステップについて主に説明する。
用紙プレ加熱制御において、図9に示すステップS120では、制御部101は、用紙搬送速度が所定速度WVphとなるように用紙搬送部50を制御する。これに対して、図11に示すステップS320では、制御部101は、用紙搬送速度が所定速度WVphとなるように、かつ、用紙を所定の往復周期LRで往復搬送(繰り返し搬送)するように用紙搬送部50を制御する。
また、図9に示すステップS140では、制御部101は、定着部入口用紙温度が所定温度WTpa2以上であるかどうかについて判定する。これに対して、図11に示すステップ340では、制御部101は、中間転写ベルト421の温度(図11に示す転写ベルト温度)が所定温度WTb以上であるかどうかについて判定する。
次に、定着部60のウォームアップ制御において、図11に示すステップS370では、制御部101は、定着ニップNPで用紙を加熱、加圧しながら搬送(定着圧着)するように定着部60を制御する。
また、図9に示すステップS200では、制御部101は、上加圧ローラー63、下加圧ローラー64の駆動速度が所定速度WVfとなるように制御する。これに対して、図11に示すステップS380では、上加圧ローラー63、下加圧ローラー64の駆動速度が所定速度WVfとなるように、かつ、上加圧ローラー63、下加圧ローラー64が所定の往復周期LRで往復駆動するように制御する。用紙プレ加熱制御のステップS340で中間転写ベルト421の温度(図11に示す転写ベルト温度)が所定温度WTb以上と判定された(用紙プレ加熱制御が終了した)場合、制御部101は、上記往復駆動から通常駆動(搬送方向駆動)にし、定着解除するように制御する。
<変形例2>
次に、変形例2に係る画像形成装置1について説明する。
変形例1では、用紙プレ加熱時に繰り返し搬送される用紙は連続紙であるが、変形例2では、これに限らず、カット紙である。カット紙を搬送する場合、用紙搬送部50として、例えば、用紙を循環搬送しながら両面に画像形成できる画像形成装置1の循環搬送路を兼用してもよい。循環搬送路は、用紙プレ加熱部80から定着部60の下流側に搬送した用紙を用紙プレ加熱部80の上流側に戻すことで用紙を循環搬送する。給紙部51の下流側と排紙部52の上流側との間には、中間転写ユニット42および搬送ローラー53aが配置される。
用紙搬送部50は、用紙プレ加熱時にカット紙である所定の枚数の用紙を繰り返し搬送する。これにより、中間転写ユニット42および搬送ローラー53aが用紙により暖められる。その結果、用紙プレ加熱から画像形成に移行後、用紙が中間転写ユニット42や、搬送ローラー53aで温度低下しないで定着部60に搬送されるため、定着アンダーオフセットの発生を防止することが可能となる。
<変形例3>
次に、変形例3に係る用紙プレ加熱部80について図12を参照して説明する。図12は、変形例3に係る用紙プレ加熱部80の構成の一例を示す拡大図である。
上記実施の形態では、図4に示すように、表面側ローラー81は表面側加熱源83を内蔵している。また、裏面側ローラー82は裏面側加熱源84を内蔵している。また、表面側ローラー81と用紙の表面とが接触する周長L1は、表面側ローラー81の径が裏面側ローラー82の径よりも大きいため、裏面側ローラー82と用紙の裏面とが接触する周長L2以上となる(L1≧L2)。
これに対して、変形例3では、図12に示すように、表面側ローラー81は表面側加熱源83を内蔵しているが、裏面側ローラー82は裏面側加熱源84を内蔵していない。また、表面側ローラー81の径と裏面側ローラー82の径と同じである。これにより、周長L1は、周長L2と同じである(L1=L2)。
変形例3に係る画像形成装置1では、用紙の表面側のみを加熱することで、用紙内部の温度が高くなり過ぎず、トナーブリスターや、ペーパーブリスターの発生を防止しつつ、定着アンダーオフセットの発生を防止することが可能となる。
<変形例4>
次に、変形例4に係る用紙プレ加熱部80について図13を参照して説明する。図13は、変形例4に係る用紙プレ加熱部80の構成の一例を示す拡大図である。
上記変形例3では、図12に示すように、一つの表面側ローラー81が用紙の表面側を加熱する。
これに対して、変形例4では、図13に示すように、複数の表面側ローラー81が用紙の表面側を加熱する。複数の表面側ローラー81のそれぞれは、表面側加熱源83を内蔵している。複数の表面側ローラー81により、用紙の表面側を効率的に加熱することが可能となる。
<変形例5>
次に、変形例5に係る画像形成装置1について図14を参照して説明する。図14は、変形例5に係る画像形成装置1を概略的に示す図である。
上記実施の形態では、用紙搬送部50は、用紙プレ加熱部80と中間転写ユニット42との間に用紙に接触するように配置された複数の搬送ローラー53aを有する。
これに対して、変形例5では、用紙搬送部50は、用紙プレ加熱部80と中間転写ユニット42との間に用紙に接触しないように配置されている。具体的には、用紙に接触する搬送ローラー53aは、用紙プレ加熱部80と中間転写ユニット42との間に配置されていない。これにより、用紙プレ加熱部80により加熱され、用紙プレ加熱部80から中間転写ユニット42に搬送される用紙の温度低下を抑えることが可能となる。
また、上記実施の形態や、変形例においては、用紙プレ加熱部80を用紙に接触させる態様について説明したが、本発明はこれに限らず、用紙プレ加熱部80を用紙に接触させない非接触にして、用紙を加熱してもよい。この場合、例えば、用紙プレ加熱部80は赤外線ヒータなどが用いられる。
その他、上記実施の形態は、何れも本発明の実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明は、画像形成不良の発生を防止することが要求される画像形成装置に好適に利用される。
1 画像形成装置
10 画像読取部
20 操作表示部
30 画像処理部
40 画像形成部
413 感光体ドラム
421 中間転写ベルト
424 二次転写ローラー
50 用紙搬送部
51 給紙部
52 排紙部
53 搬送経路部
53a 搬送ローラー
60 定着部
60C 加熱源
80 用紙プレ加熱部
81 表面側ローラー
82 裏面側ローラー
83 表面側加熱源
84 裏面側加熱源
91 用紙プレ加熱部出口用紙温度センサー
92 定着部入口用紙温度センサー
93 定着ベルト温度センサー
94 中間転写ベルト温度センサー
95 表面側ローラー温度センサー
96 裏面側ローラー温度センサー
101 制御部

Claims (16)

  1. 用紙の画像形成面にトナー像を形成する転写部と、
    前記用紙に前記トナー像を定着する定着部と、
    用紙搬送方向における前記転写部の上流側と前記定着部の下流側との間において、前記用紙を搬送する用紙搬送部と、
    前記用紙搬送方向における前記転写部の上流側で前記用紙の画像形成面を加熱する用紙プレ加熱部と、
    を備える、画像形成装置。
  2. 前記用紙プレ加熱部は、前記用紙の画像形成面に接触して前記用紙の画像形成面を加熱する、
    請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記用紙プレ加熱部は、前記定着部のウォームアップ時に、前記用紙の画像形成面を加熱する、
    請求項1または2に記載の画像形成装置。
  4. 前記用紙搬送部は、前記ウォームアップ時、前記用紙の画像形成面に前記トナー像が形成される画像形成時と比べて遅い搬送速度で前記用紙を搬送する、
    請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 前記用紙搬送部は、前記ウォームアップ時、用紙を繰り返し搬送し、
    前記用紙プレ加熱部は、繰り返し搬送される前記用紙の画像形成面を加熱する、
    請求項3に記載の画像形成装置。
  6. 前記定着部は、繰り返し搬送される前記用紙の画像形成面を加熱する、
    請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 前記用紙は、連続紙であり、
    前記用紙搬送部は、所定距離以上、前記用紙を用紙搬送方向と用紙搬送方向と逆方向に往復搬送する、
    請求項5または6に記載の画像形成装置。
  8. 前記用紙は、カット紙であり、
    前記用紙搬送部は、所定枚数の前記用紙を繰り返し搬送する、
    請求項4から6のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  9. 前記用紙プレ加熱部は、
    前記用紙の画像形成面と接触するように配置され、前記用紙の表面を加熱する表面側ローラーと、
    前記用紙搬送方向における前記表面側ローラーと対向しない位置において前記用紙の裏面と接触するように配置され、前記用紙の裏面を加熱する裏面側ローラーと、
    を備える、
    請求項1から8のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  10. 前記表面側ローラーの加熱量は、前記裏面側ローラーの加熱量以上である、
    請求項9に記載の画像形成装置。
  11. 前記表面側ローラーは、前記用紙の表面を加熱する加熱源を有する、
    請求項9に記載の画像形成装置。
  12. 前記裏面側ローラーは、前記用紙の裏面を加熱する加熱源を有する、
    請求項11に記載の画像形成装置。
  13. 前記表面側ローラーの温度は、前記裏面側ローラーの温度以上である、
    請求項12に記載の画像形成装置。
  14. 前記用紙搬送方向において、前記表面側ローラーと前記用紙の表面との接触長さは、前記裏面側ローラーと前記用紙の裏面との接触長さ以上である、
    請求項9に記載の画像形成装置。
  15. 前記用紙搬送部は、前記用紙搬送方向における前記用紙プレ加熱部と前記転写部との間で前記用紙に接触しないように配置される、
    請求項1から14のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  16. 転写部は、用紙の画像形成面にトナー像を形成し、
    定着部は、前記用紙に前記トナー像を定着し、
    用紙搬送方向における前記転写部の上流側と前記定着部の下流側との間において、前記用紙を搬送し、
    前記用紙搬送方向における前記転写部の上流側で前記用紙の画像形成面を加熱する、
    画像形成方法。
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