JP4821215B2 - 画像記録装置 - Google Patents

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本発明は画像記録装置に関し、特に用紙搬送方向に複数のトナー画像形成装置を備え、用紙上に形成されたトナー画像を熱で定着する画像記録装置に関する。
従来より、光源から射出された光ビームを回転多面鏡で反射させて感光体上を走査露光し現像することで感光体上にトナー像を形成し、このトナー像が形成された感光体と、所定の転写電圧が印加された転写ロールとの接触部に用紙を通過させることで前記トナー像を用紙に転写して画像を形成する画像形成装置は、一般的によく知られている。
このような画像形成装置において、用紙上に形成されたトナー画像は加温されたローラやベルトで加熱され、溶融することで用紙上に定着し、出力画像として形成される加熱定着方式が一般的である。
しかし加熱定着を行う加熱定着部が露光あるいは画像転写を行うユニットの近傍に設けられていた場合、特に小型の装置においては加熱定着部の発する熱が他のユニットに悪影響を及ぼす可能性がある。
例えば、図2(a)のように加熱定着部18がROS20および画像形成部30の近傍に設けられている場合や、図2(b)のように複数ある画像形成部30のうち特定の一個に近い場合などでは、加熱定着部18から発せられる熱により装置内に温度勾配が生じ、特にROS20や画像形成部30のうち加熱定着部18に近いものは熱による寸法変化、露光タイミングずれ、転写不良など種々の不具合が発生する恐れがある。このため、複数の温度センサを用いて画像記録装置内の温度を計測する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、上記の技術では定着器の温度センサの他に、搬送ベルトの温度モニタにも別途センサを用い二個で機内の温昇等の制御を行っていた。センサを複数使用することによるコスト上昇やレイアウトスペース等の問題が新たに発生する。
そこで本発明では上記の課題を解決するため、従来は定着器に必要な温度コントロールのみに使用していた非接触式温度センサの2つのサーミスタ(=検知用サーミスタと補償用サーミスタ)の出力値と転写部材の抵抗値を機内温度の制御に用いることで、コストやスペースの問題を解決しながら適正な機内温度を設定できる。
特開2004−325637号公報
本発明は上記事実を考慮し、小型、低コストで転写性能の安定した画像記録装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の光走査装置は、用紙上に形成されたトナー画像を加熱定着する熱定着装置の筐体または筐体に支持された部材から入射する赤外線を非接触で計測し温度検出する第一の温度検知素子と、筐体の周辺温度又は雰囲気温度を非接触で検知する第二の温度検知素子とから構成される温度センサを備えた画像記録装置であって、前記熱定着装置の温度は前記温度センサの検出した温度に基づいて温度制御され、前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力から、機内温度が所定の温度よりも高いと判断した場合は画像記録装置の冷却動作を行い、複数枚の処理を行うジョブの途中において、前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力から、機内温度が所定の温度よりも高いと判断した場合は、前記ジョブの残り枚数が所定の枚数より少なければ前記ジョブを終了させた後に冷却動作を行い、前記ジョブの残り枚数が所定の枚数より多ければ前記ジョブを中断し冷却動作を行った後にジョブを再開することを特徴とする。
上記構成の発明では、従来は定着器の温度制御のみに用いられていた温度センサの検知する雰囲気温度データを冷却動作の制御に用いることで、専用の温度センサを設けることなく安定した温度制御を低コスト・省スペースで行うことができる。また、連続処理の途中で高温を検出しても残り枚数が少なければジョブを中断せず処理を続行することで、処理能力の低下を防ぎ連続処理時の画質を安定させることができる
請求項2に記載の画像記録装置は、前記冷却動作は冷却ファンの駆動制御であることを特徴とする。
上記構成の発明では、既存の冷却ファンの駆動制御にて冷却動作を行うことで、追加部品を設けることなく安定した温度制御を行うことができる。
請求項3に記載の画像記録装置は、前記冷却動作は印字速度制御であることを特徴とする。
上記構成の発明では、印字速度抑制にて定着器の温度を下げ、冷却動作とすることで、追加部品を設けることなく安定した温度制御を行うことができる。
請求項4に記載の画像記録装置は、前記冷却動作は印字停止であることを特徴とする。
上記構成の発明では、印字停止にて定着器およびその他の部材の温度を下げ、冷却動作とすることで、追加部品を設けることなく安定した温度制御を行うことができる。
請求項5に記載の画像記録装置は、機内の特定箇所の温度を検出し、前記特定箇所の温度が所定の温度を超えた場合に処理を停止する安全装置を備え、前記特定箇所の温度が前記所定の温度まで昇温する前に前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力から検出した機内温度を検出し、冷却動作を行うことを特徴とする。
上記構成の発明では、サーモスタットが作動するより低い温度で高温を検出し、冷却動作を行って機器温度を下げることでサーモスタットの作動を回避し、機器の停止や部品交換を避けることができる。
請求項6に記載の画像記録装置は、前記第一の温度検知素子は、赤外線を吸収する感熱フィルムと、前記感熱フィルム上に設けられ前記感熱フィルムの温度に応じて抵抗値を変化させるサーミスタとからなることを特徴とする。
上記構成の発明では、大出力で増幅器が不要であり、出力バラツキが小さく調整が不要であり、結露や汚れに強いといった非接触センサの利点に加えて、内部に補償用サーミスタを備えるため外部に温度補償用センサをもつ必要がなく、かつ補償用サーミスタの出力を機器温度の制御に利用することができる。
請求項7に記載の画像記録装置は、前記第一の温度検知素子は、赤外線を吸収して発熱し熱起電力を生じる熱電対を積層したサーモパイルであることを特徴とする。
上記構成の発明では、第一の温度検知素子にサーモパイルを用いることで高感度かつ応答速度が速く、温度による感度の変動が少ない(感度の温度係数が小さい)センサとすることができる。
本発明は上記構成としたので、小型、低コストで転写性能の安定した画像記録装置とすることができた。
<装置の構成>
図1には本発明の第1実施形態に係る画像記録装置の構成が示されている。
図1に示すように、画像記録装置10は、用紙Pの搬送路に沿って並んで配置された複数の画像形成部30に設けられた感光体ドラム16にROS20にて露光を行い、形成された静電潜像をトナーで現像して得られたトナー画像を、BTR(転写ローラ)14で感光体ドラム16との間にニップした用紙P上に転写して用紙P上にトナー画像を形成する。
用紙Pが搬送路に沿って搬送され、30Y、30M、30C、30Kの順に並んで配置された画像形成部30を通過し、Y、M、C、Kの順にトナー画像を転写されると、用紙Pは加熱定着部18に搬送され、熱と圧力でトナー画像は溶融し用紙P上に定着し、出力画像として排出される。
加熱定着部18はヒータを内蔵し用紙Pを加熱・加圧するヒートロール18Aを備え、トナー画像の定着に最も適した温度にヒートロール18Aを保つために非接触式の温度センサ12を用いてヒートロール18A温度および雰囲気温度を検出する。温度センサ12は後述するように被測定部位(この場合はヒートロール18A)の温度と雰囲気温度を検出する。
上記のように加熱定着部18の温度は温度センサ12にて検出され、図示しない制御部にて制御されるので加熱の恐れはないが、このとき加熱定着部18の発する熱により、画像形成部30およびBTR14の温度は、加熱定着部18に近い位置に設けられたものほど温度が上昇し、本実施形態では図1のように加熱定着部18に近い画像形成部30K、BTR14Kが最も熱の影響を受けやすいことになる。
例えば、トナーによる画像を用紙Pに転写する際にはトナーと逆の極性をもつ電圧(転写電圧)を用紙P側に印加し(本実施形態ではBTR14に印加し)、静電的にトナーを引っ張ることで感光体ドラム16から用紙P側にトナーを転写させ、画像そのものを転写する。このとき、BTR14に印加する電圧は高すぎてもニップ部以前にトナーが転写を始め、画像故障を起こす恐れがあるが、特に低すぎる場合は転写自体が十分に行われず画像形成が正しく行われないという弊害がある。
しかし上記のように加熱定着部18から発せられる熱により加熱定着部18に近い画像形成部30K、BTR14Kが熱の影響を受け、特にBTR14Kが熱により温度上昇を起こせば、当然のことながら温度依存性のあるBTR14の電気抵抗値が変動し、適正な転写電圧を印加することができないことになる。
あるいは画像形成部30Kにおいては、加熱定着部18の近傍に設けられたことにより輻射熱の影響を受け、感光体ドラム16Kを含む部品の寸法精度、位置精度、電気的特性の変動など種々の影響を受ける。これにより転写されるトナー画像もまた当然影響を受けるので、結果として加熱定着部18からの輻射熱が画質に影響を与えることになる。
そこで本発明では従来、加熱定着部18において必要な温度コントロールのみに使用していた非接触式の温度センサ12の2つのサーミスタ(検知用サーミスタと補償用サーミスタ)の出力値を装置内の温度制御に用いる。
すなわち、元来はトナー画像の定着に最も適した温度にヒートロール18Aを保つために設けられた非接触式の温度センサ12を用いて、加熱定着部18近傍の雰囲気温度を検出する。ここで、温度センサ12にて検出された加熱定着部18近傍の雰囲気温度と近傍の部品の表面温度とは相関関係があることが発明者らの実験によって明らかになっている。温度センサ12は後述するように被測定部位の温度と雰囲気温度を検出するので、加熱定着部18近傍の部品である画像形成部30KやBTR14Kの温度を、そのための温度センサを専用に設けることなく算出することができる。
これによりセンサの数を少なくし、コスト低減や省スペース化を図りながら加熱定着部18近傍の雰囲気温度および周辺部品の温度を算出し、これをもとに温度制御(冷却制御)を行うことができる。上記の構成としたことで、特に温度センサを設けず加熱定着部18近傍の周辺部品の温度を算出し、冷却動作を行うことにより加熱定着部18からの輻射熱による周辺部品の加熱を防ぎ、画質への影響を抑えることができる。
<温度センサ>
図3には本発明の第1実施形態に係る温度センサの構成が示されている。
図3には代表的なNC(non-contact:非接触)センサである温度センサ12が示されている。
図3に示すように、まず温度センサ12と被測定物との間に温度差がある場合、温度センサ12に対して、温度差に応じた量の赤外線22が入射する。
温度センサ12は、被測定物となるヒートロール18Aの表面から放射される赤外線22を感熱フィルム12Aで受け、熱に変換する。この熱を検知用サーミスタ(Td)12Bで検出、温度データとして出力する。
このとき検知用サーミスタ12Bのみでは温度センサ12自身の温度を知ることができず正確な温度検出が行えない。そのため温度補償用センサである補償用サーミスタ(Tc)12cを内蔵し、温度センサ12自体の温度・周囲の雰囲気温度を測定する。補償用サーミスタ12cは外部から発せられる赤外線が届かないため温度センサ12の内部温度および内部温度を決定する周囲の雰囲気温度を測定できる。
上記のように温度センサ12はヒートロール18Aの温度と共に加熱定着部18の周囲の雰囲気温度をも測定している。この雰囲気温度と、加熱定着部18近傍の搬送路を形成する搬送部材(例えばBTR14)の表面温度には相関関係が存在することが発明者らによって明らかになっている。
これにより、温度センサ12にて検出された温度データをもとに画像形成部30やBTR14の温度を算出可能であり、特にBTR14用の温度センサを設けることなく温度検出ができるのでコスト・設置スペース的に無駄がない構成とすることができる。
上記のように温度センサ12にサーミスタを用いることにより、大出力で増幅器が不要であり、出力バラツキが小さく調整が不要であり、結露や汚れに強いといったNCセンサの利点に加えて、内部に補償用サーミスタ12cを備えるため外部に温度補償用センサをもつ必要がなく、かつ補償用サーミスタ12cの出力を温度制御に利用できる。
あるいは温度センサ12として、上記のようなサーミスタの代わりにサーモパイルを用いてもよい。サーモパイル(熱電堆)は熱型赤外線センサの一種であり、赤外線を受光することにより発生した温接点部の温度変化を熱電対の熱起電力として出力する。サーモパイルは高感度かつ応答速度が速く、温度による感度の変動が少ない(感度の温度係数が小さい)といった特徴を備えている。
<具体的な構成>
以下に具体的な構成例を挙げる。
例えば、図2(a)のように加熱定着部18(図中太破線部)がROS20および画像形成部30(図中太線部)の近傍に設けられている場合は、前述のように過熱定着部18から発せられる輻射熱によってROS20を構成する部品の寸法精度、位置精度、電気的特性の変動などが種々の影響を受ける。すなわち、ROS20内部のポリゴンミラーや平面ミラーの寸法、位置精度、これらの変動による反射角の変動、書き込み開始/終了タイミングの変動、SOS検出精度など種々の画像に影響する要因が変動する可能性がある。これにより転写されるトナー画像もまた当然影響を受けるので、結果として加熱定着部18からの輻射熱がトナー画像の画質に影響を与える。
これを避けるため本発明では過熱定着部18に設けられ、本来はヒートロールなどの温度制御に用いられる温度センサ12にて検出される過熱定着部18近傍の雰囲気温度データから装置内部の温度を算出し、これが一定の値を超えた時点で装置全体の冷却動作を行う。これにより装置内の過熱によるトナー画像の画質への影響を回避することができ、図2(a)のような比較的小型の画像形成装置においても温度上昇の影響を抑えることができる。
また、図2(b)のように複数ある画像形成部30のうち特定の一個(図中太線部)に過熱定着部18(図中太破線部)が近い場合などでは、加熱定着部18から発せられる輻射熱により装置内に温度勾配が生じ、特にROS20や画像形成部30のうち加熱定着部18に近いものは熱による寸法変化、露光タイミングずれ、転写不良など種々の不具合が発生する恐れがある。
この場合は図2(a)の場合に比較して、熱の影響を受ける度合が画像形成部30の設置位置によって異なり、カラーバランスの変動や色レジずれの発生などカラープリンタ特有の画像故障が発生する可能性がある。このトナー画像への加熱定着部18から発せられる輻射熱による影響は上記のように色によって異なるため、全部の色で均一に補正を行うことができない問題がある。そこで予め熱による影響とその各種補正量を色別に設定しておき、温度に応じて補正する方法も考えられるが、追加機能・追加デバイスの必要から当然コストの上昇を招いてしまうため、特に低コスト機では導入が難しい。
これらの問題に対して本発明では、過熱定着部18に設けられ、本来はヒートロールなどの温度制御に用いられる温度センサ12にて検出される過熱定着部18近傍の雰囲気温度データから装置内部の温度を算出し、これが一定の値を超えた時点で装置全体の冷却動作を行う。これにより装置内の過熱によるトナー画像の画質への影響を回避することができ、図2(b)のように過熱定着部18からの距離が色ごとに大きく異なり、輻射熱の影響が色ごとに異なるため補正が難しい画像形成装置においても、温度上昇の影響を抑えることができる。
<冷却動作>
上記の冷却動作とは、具体的には装置に備えられた冷却用ファンの動作制御が考えられる。すなわち、冷却用ファンOFF→ONの動作でもよいし、既に作動中の冷却ファンの回転速度を変えて低速回転→高速回転としてもよい。
また、熱源となる過熱定着部18の温度そのものを下げてもよい。つまり本来の処理能力限界の速度で運転せず、処理速度を落とすことで過熱定着部18の温度を下げても正常にトナー画像を定着することができるので、結果として熱源となる過熱定着部18の温度をさげることができ、輻射熱の影響を抑えることができる。
さらに、処理を一時的に停止してもよい。「クールダウン中」などの表示と共に処理を一時中断し、温度センサ12の検出温度が所定の温度以下となるまで処理を停止してもよい。
<ジョブの中断と続行>
図4には本発明の第2実施形態に係る画像記録装置の連続処理時のフロー図が示されている。
本発明のような画像記録装置において、発熱部の温度が一定の値を超える、すなわち過熱と判断されるのは連続処理を行っている途中であることが最も多いと思われる。このとき連続処理ジョブの途中で過熱と判断された場合でも、場合によってはそのまま処理を続けてしまった方がよい場合も考えられる。
すなわちジョブの残り枚数が少ないにも拘わらず連続処理を中断して冷却動作に入ることによって、ジョブ処理終了までの所要時間が大幅に長くなり、特に緊急を要する処理の場合に作業全体への影響が大きい。
また連続してカラー出力を行う場合、途中で処理を中断して冷却後に処理を再開すると冷却前後で色レジ、カラーバランスなどが揃わない場合が考えられる。これにより同一品質のプリントアウトを必要枚数だけ揃えることができず、結果として安定した画像形成が行えないことになる。
上記の事態を避けるためには、連続処理ジョブの途中で過熱と判断された場合でも、ジョブの終了までは処理を続けるという対応策が考えられる。しかし、連続処理の必要枚数が多く、かつ過熱と判断された時点で残り処理枚数が多い場合は、ジョブの終了まで処理を続けると上記のような輻射熱の影響が大きくなり、さらに過熱が進めばサーモスタットなどが作動して装置全体の停止に至ることも考えられる。
そこで本実施形態では、連続処理ジョブ中に過熱と判断された場合、ジョブの残り枚数に応じて直ちに処理を中断し冷却動作を開始するか、冷却動作を行わないでジョブ終了まで処理を続行するかの判定を行う。すなわち図4に示すように、ジョブの残り枚数が多ければ過熱による影響が大きいと判断し、処理を中断して冷却を行い、残り枚数が少なければ過熱による影響よりも中断による影響が大きいと判断し、ジョブ終了まで処理を続行しジョブ終了後に冷却動作を行う。
すなわち図4に示すように、ステップ50でジョブ処理中に温度センサ12で温度検知を行い、ステップ52で過熱と判断されなければそのままステップ50に戻り処理を続ける。
過熱と判断された場合は、一旦ステップ54でジョブの残り枚数を所定の枚数X枚と比較し、X枚より残り枚数が少なければ過熱による影響よりも中断による影響が大きいと判断し、ステップ56に進みジョブ終了まで処理を続行し、ステップ58に進んでジョブ終了後に冷却動作を行う。
ジョブの残り枚数がX枚よりも多い場合は過熱による影響が大きいと判断し、ジョブ処理を一時中断してステップ58に進み、冷却動作を行う。
ステップ58にて冷却動作が行われるとステップ60で温度センサ12による温度検出を再度行い、十分に温度が下がったと判断されればステップ62にてジョブの残り枚数による判定が行われ、残り0枚であれば処理は終了し、ジョブの処理が残っていればステップ50に戻り処理を再開する。
ここで上記のX枚の設定は、過熱定着部18からの輻射熱による影響の大きさが、連続処理時の用紙サイズ、用紙種類、プリントの色数、画像密度(トナー濃度)などによって変動するので、上記の各条件を加味し自動で、あるいはオペレータが手動で設定するものとする。また、確実性/機器の寿命を優先するか、処理速度/印字品質の均一性を優先するかによって設定を決めてもよい。
上記のような処理を行うことにより、過熱定着部18からの輻射熱の影響を回避しながら、連続処理ジョブを途中で中断せず可能な限り最後まで連続処理できる。
<安全装置と冷却動作>
通常、本発明のように発熱体を含む装置は内部にサーモスタットなどの安全装置を備え、発煙や発火、温度上昇による部品の破損などを未然に防いでいる。しかしサーモスタットなど従来の安全装置で機器を停止させた場合は、その後の対処(復帰)方法としては電源のON/OFFによるリセット、もしくは部品(ユニット)交換を行わなければ再び印字を行うことができなかった。
そこで本発明では温度センサ12の補償用サーミスタ12cの出力で装置を停止させる場合、サーモスタットの設定温度すなわち異常高温とサーモスタットが判断し、作動して装置を停止させる温度よりも低い温度で装置を停止させるように設定することもできる。
これにより、温度センサ12側で高温と検出し、冷却ファン作動や処理速度低下などの冷却動作を行うことで、サーモスタットが異常高温を検出する温度に機内温度が達する前に冷却を開始し、結果としてサーモスタットの作動を回避することができる。かつ冷却動作を行った後は(補償用サーミスタ12cの出力温度が下がった後は)、そのまま印字動作を再開することができる。
上記のようにサーモスタットの作動温度よりも低い温度で温度センサ12による温度上昇検出を行えば、温度検出に関して敏感になり高温エラーが出やすくなる代わりにサーモスタットの作動温度以前の段階で冷却を開始するので、電源のON/OFFによるリセット、もしくは部品(ユニット)交換を行うなどの時間的/コスト的ロスを抑えることができる。
<その他>
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。
例えば転写部材としてはローラに換えてフィルムやベルトを用いてもよいし、転写する色の順番や加熱定着部の位置など種々の条件は装置の構成に応じて変更されるべきものである。
あるいは本発明に係る画像記録装置は、加熱工程を含み機内温度に勾配を生じさせる形態の装置であれば、上記プリンタのみならず画像記録装置以外にも種々の装置に応用可能である。
本発明に係る画像記録装置の構成を示す図である。 本発明に係る画像記録装置の構成を示す図である。 本発明に係る画像記録装置の温度センサの構成を示す図である。 本発明の第2形態に係るジョブ残り枚数と処理続行の関係を示す図である。
符号の説明
10 画像記録装置
12 温度センサ
14 BTR
16 感光体ドラム
18 加熱定着部
20 ROS
22 赤外線
30 画像形成部

Claims (7)

  1. 用紙上に形成されたトナー画像を加熱定着する熱定着装置の筐体または筐体に支持された部材から入射する赤外線を非接触で計測し温度検出する第一の温度検知素子と、筐体の周辺温度又は雰囲気温度を非接触で検知する第二の温度検知素子とから構成される温度センサを備えた画像記録装置であって、
    前記熱定着装置の温度は前記温度センサの検出した温度に基づいて温度制御され、
    前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力から、機内温度が所定の温度よりも高いと判断した場合は画像記録装置の冷却動作を行い、
    複数枚の処理を行うジョブの途中において、前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力から、機内温度が所定の温度よりも高いと判断した場合は、前記ジョブの残り枚数が所定の枚数より少なければ前記ジョブを終了させた後に冷却動作を行い、前記ジョブの残り枚数が所定の枚数より多ければ前記ジョブを中断し冷却動作を行った後にジョブを再開することを特徴とする画像記録装置。
  2. 前記冷却動作は冷却ファンの駆動制御であることを特徴とする請求項1に記載の画像記録装置。
  3. 前記冷却動作は印字速度制御であることを特徴とする請求項1乃至請求項2の何れかに記載の画像記録装置。
  4. 前記冷却動作は印字停止であることを特徴とする請求項1乃至請求項2の何れかに記載の画像記録装置。
  5. 機内の特定箇所の温度を検出し、前記特定箇所の温度が所定の温度を超えた場合に処理を停止する安全装置を備え、前記特定箇所の温度が前記所定の温度まで昇温する前に前記第一の温度検知素子または前記第二の温度検出素子の出力から検出した機内温度を検出し、冷却動作を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載の画像記録装置。
  6. 前記第一の温度検知素子は、赤外線を吸収する感熱フィルムと、前記感熱フィルム上に設けられ前記感熱フィルムの温度に応じて抵抗値を変化させるサーミスタとからなることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れかに記載の画像記録装置。
  7. 前記第一の温度検知素子は、赤外線を吸収して発熱し熱起電力を生じる熱電対を積層したサーモパイルであることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れかに記載の画像記録装置。
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