JP6155841B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、或いはこれらを機能的に備えた複合機等の画像形成装置では、記録紙やＯＨＰシート等の記録材にトナーを用いて未定着画像を転写した後に、その未定着画像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力とにより定着させている。

定着装置は、安全性や高速機への対応性等の観点から、熱ローラ方式が広く用いられている。このような定着装置は、ハロゲンヒータや誘導加熱式のコイル等の加熱源により加熱される定着ローラと、この定着ローラに対向して配置して定着ローラを加圧する加圧ローラと、を備えている。

未定着画像を担持した記録材は、定着ローラと加圧ローラとで形成した定着ニップ部に通紙される。定着ローラと加圧ローラとは、定着ニップ部において熱と圧力とによりトナーを溶融させ、未定着画像を記録材に定着する。

定着ローラは、記録材における画像形成領域の全体に画像が形成された場合に十分に定着が可能なように、定着ローラの全幅を均一に加熱するようにエネルギー供給量が設定されている。

しかしながら、定着ローラは、その芯金が金属製であり熱容量が大きいため、例えば、環境温度から所定のトナー定着温度（例えば、１６０〜１８０℃）に達するまでに数分の時間がかかる。このため、例えば、待機状態である非使用時でも定着ローラをある程度の温度に維持する待機時余熱により、消費エネルギーが多いという問題があった。

そこで、このようなエネルギーの無駄を回避するため、定着ローラの加熱方式を外部加熱方式とし、その外部加熱部材を、記録材の搬送方向と直交する記録材幅方向における画像形成領域に対して複数に分割して幅方向に所定の間隔で配置するとともに、分割した加熱部材を各領域独立に加熱可能とする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上述した分割加熱方式を採用した場合、分割した外部加熱部材へのエネルギー供給制御は、トナー像を形成するための露光データとなる画像情報に基づいて行っている。これにより、転写ローラは、画像情報に基づいて記録材にトナーが転写された領域に対しては加熱定着を行う加熱領域とし、画像情報に基づいて記録材にトナーが転写されていない領域に対しては加熱定着を行わない非加熱領域とすることができる。

したがって、本来であれば画像情報によりトナーが転写されない非加熱領域に対応する領域の転写手段に残トナー等が付着していると、その残トナーは、記録材に転写された後に、定着ローラの加熱されていない領域では定着されずに未定着トナーとして記録材に残ってしまう。

このような未定着トナーが記録材に残ってしまうと、例えば、以降の記録材搬送路の汚れ、集積される次の記録材との摩擦等によって未定着トナーが広がってしまうことによる各記録材の汚れ、作業者の手に付着して作業者の手や衣服への汚れ、等の様々な汚れの要因となってしまう。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、加熱部材を分割して加熱のためのエネルギー供給量の低消費電力化に貢献したものでありながら、未定着トナーが記録材に付着したまま残らないようにすることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、上記目的達成のため、シート状の記録材に未定着画像を転写するための転写方式がトナー像を担持する中間転写体を用いた中間転写方式である転写部と、未定着画像と接触する定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、商用電源からの電力により前記定着部材を加熱する加熱部材と、前記加熱部材による前記定着部材への加熱状態を制御する加熱制御手段と、を有し、未定着画像を担持した記録材を前記定着ニップ部に通して未定着画像を記録材に定着させる定着部と、を備えた画像形成装置であって、前記中間転写体の非画像領域にトナーが付着しているか否かを検知するトナー付着検知手段を備え、前記定着部の前記加熱部材は、記録材の搬送方向と直交する幅方向に沿って複数に分割された加熱領域を有し、前記加熱制御手段は、トナー像を形成するための画像情報から前記加熱領域を各々独立して制御することによって、 前記未定着画像の画像領域に対応する前記定着部材の前記加熱領域の温度を、前記未定着画像を記録材に定着できる定着温度に加熱でき、かつ、前記未定着画像の非画像領域に対応する前記定着部材の前記加熱領域の温度を前記定着温度よりも低い温度に加熱でき、前記トナー付着検知手段で前記中間転写体の非画像領域にトナーが付着していることを検知した場合には、前記加熱制御手段は、前記定着部材の全ての前記加熱領域、またはトナーの付着している領域と一致する前記未定着画像の非画像領域に対応する前記定着部材の前記加熱領域を、前記定着温度に加熱するよう制御するよう構成する。

本発明によれば、加熱部材を分割して加熱のためのエネルギー供給量の低消費電力化に貢献したものでありながら、未定着トナーが記録材に付着したまま残らないようにすることができる画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における作像部の断面図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における定着部の断面図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における定着部の斜視図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における内部加熱方式の定着部の一例の断面図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における分割した加熱領域の説明図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における内部加熱方式の定着部の他例の断面図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における画像領域と非画像領域との定着部に対する加熱領域及び加熱タイミングの関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における加熱温度設定のグラフ図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における画像領域と非画像領域との定着部に対する加熱領域及び加熱タイミングの関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における走査光学センサを用いた場合の残トナー検知部の説明図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における走査光学センサを用いた場合の残トナー検知部の検知方法の説明図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における残トナー検知部の検知結果のグラフ図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における走査光学センサを用いた場合の加熱制御手段による制御ルーチンのフロー図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置におけるラインセンサを用いた場合の残トナー検知部の説明図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置における非画像領域に対応する残トナーを記録材に定着する場合の説明図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置におけるラインセンサを用いた場合の加熱制御手段による制御ルーチンのフロー図である。

以下、本発明の実施の形態について、本発明の画像形成装置をプリンタに適用し、図面を参照して説明する。

まず、構成について説明する。
図１に示すように、本実施の形態の画像形成装置１は、電子写真方式を採用しており、図示下方から、給紙部１０、露光部２０、作像部３０、中間転写部４０、二次転写部５０、定着部６０、排紙部７０、両面搬送部８０、を記録材搬送プロセンス順に有している。なお、以下の説明においては、特に指定しない限り、記録材の搬送方向を基準として上流、下流と称する。

給紙部１０は、画像形成装置１の内部下方に配置している。給紙部１０は、引き出し式の給紙カセット１１を複数段に配置している。給紙カセット１１は、この例では上下二段に配置している。給紙カセット１１は、記録紙等のシート状の記録材Ｐを収納可能としている。

そして、各給紙カセット１１の下流端側の上部には、各給紙カセット１１に収納した記録材Ｐを最上位のものから一枚ずつ繰り出して記録材搬送路１２に給紙する給紙コロ１３を設けている。給紙部１０は、最上位の給紙コロ１３と二次転写部５０との間に、記録材Ｐの搬送タイミングを調整するレジスト部１４を配置している。なお、レジスト部１４の具体的な構成や作用は公知であるため、説明は省略する。また、記録材搬送路１２に臨むレジスト部１４、二次転写部５０、定着部６０、排紙部７０及び各種搬送ローラ１５〜１８等は、記録材Ｐをニップして通紙する搬送部を構成している。

露光部２０は、最上段の給紙カセット１１の上部に配置している。露光部２０は、例えば、図示を略すパーソナルコンピュータから送信された画像情報に基づきレーザー光Ｌを作像部３０に照射する。露光部２０の構成として、図１では光源から発したレーザー光Ｌをモータにより回転駆動されるポリゴンミラー２１で偏向させながら複数のミラー２２等を介して作像部３０に照射するもので例示した。しかしこのようなポリゴン走査方式以外にＬＥＤアレイ方式を用いることもできる。

作像部３０は、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラック（以下、Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋと記す）の各色用のトナー像を生成するための４つの画像形成ユニット３１Ｙ・３１Ｃ・３１Ｍ・３１Ｋを四連タンデム式に並べて設けている。これらの画像形成ユニット３１Ｙ・３１Ｃ・３１Ｍ・３１Ｋは互いに異なる色のＹトナー・Ｃトナー・Ｍトナー・Ｋトナーを用いるが、それ以外の構成は４色共通である。以下の説明では、Ｙトナー用の画像形成ユニット３１Ｙを例にとって説明する。また、以下の説明では、説明及び図示の便宜上、特に指定しない限り、各色用で共通の構成等には、Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋの符号を省略して説明及び図示する。

画像形成ユニット３１は、図２に示すように、像担持体であるドラム状の感光体３２の周囲に、作像プロセス順に、帯電装置３３、露光部２０（レーザ光Ｌ）、現像装置３４、ドラムクリーニング装置３５、除電装置３６、を有する。なお、ドラムクリーニング装置３５と除電装置３６とは、公知の技術のものを用いているため、ここでは詳細な説明は省略する。

帯電装置３３は、図示を略す駆動手段により図２の時計回り方向に回転している感光体３２の表面を一様に帯電する（例えば−６９０Ｖ）。図２では感光体３２に近接させた帯電ローラ３３Ａに帯電バイアスを印加することで感光体３２の表面を帯電させる方式で図示したが、帯電ブラシ方式やスコロトロン方式を用いても良い。

現像装置３４は、第一の搬送スクリュー３４Ａ、第二の搬送スクリュー３４Ｂ、透磁率センサからなるトナー濃度センサ３７、現像ローラ３８、ドクターブレード３９、を有している。

第一の搬送スクリュー３４Ａと第二の搬送スクリュー３４Ｂとは、例えば、第一の搬送スクリュー３４Ａを紙面の奥側から手前側、第二の搬送スクリュー３４Ｂを紙面の手前側から奥側へとトナーを撹拌しながら往復搬送する。搬送途中のトナーはトナー濃度センサ３７でトナー濃度を検知する。

現像ローラ３８は、第二の搬送スクリュー３４Ｂと平行に配置されている。現像ローラ３８は、図２において反時計回り方向に回転する非磁性の現像スリーブ３８Ａと、現像スリーブ３８Ａに内包された回転しないマグネットローラ３８Ｂと、で構成される。

第二の搬送スクリュー３４Ｂで撹拌搬送されるトナーの一部は、マグネットローラ３８Ｂの磁力により現像スリーブ３８Ａの表面に汲み上げられる。現像スリーブ３８Ａには微小な隙間を保持してドクターブレード３９が対向して設けられており、汲み上げられたトナーはドクターブレード３９を通過する際にその層厚（汲み上げ量）を規制される。

感光体３２はレーザー光Ｌで露光された領域のみ表面電位が低下し（例えば−５０Ｖ）、静電潜像が形成される。静電潜像は感光体３２が回転することで、現像装置３４の現像ローラ３８と対向する現像領域まで搬送される。

ドクターブレード３９を通過したトナーは感光体３２と対向する現像領域まで搬送される。現像スリーブ３８Ａに印加された現像電位（例えば−５５０Ｖ）と感光体３２の露光部の表面電位（例えば−５０Ｖ）との電位差により、現像領域に搬送されたトナー中のＹトナーのみが感光体３２の露光部のみに付着する。これにより感光体３２上にトナー像が形成される。

感光体３２に形成されたトナー像は、図１の中間転写部４０に中間転写される。中間転写後に感光体３２の表面に残留した廃トナーは、ドラムクリーニング装置３５が除去する。廃トナーが除去された感光体３２は除電装置３６により除電され、次の画像形成を行うために帯電装置３３へと向かう。

中間転写部４０は、シート状の記録材Ｐに未定着画像を転写するための転写方式がトナー像を担持する中間転写体として中間転写ベルト４１を用いた中間転写方式である。中間転写部４０は、中間転写ベルト４１、ベルトクリーニングユニット４２、一次転写ローラ４３Ｙ・４３Ｃ・４３Ｍ・４３Ｋ、二次転対向ローラ４４、駆動ローラ４５、残トナー検知部４６、などで構成される。なお、中間転写ベルト４１の上方には、各色対応の画像形成ユニット３１Ｙ・３１Ｃ・３１Ｍ・３１Ｋに補給用トナーを供給する４つのトナーカートリッジ４７Ｙ・４７Ｃ・４７Ｍ・４７Ｋが設けられている。トナーカートリッジ４７内の各色トナーは図示を略す補給経路を経て、図示を略すトナー補給口から画像形成ユニット３１Ｙ・３１Ｃ・３１Ｍ・３１Ｋに補給される。これらのトナーカートリッジ４７は画像形成装置１に対して着脱可能、すなわち、交換可能である。

４つの一次転写ローラ４３は、中間転写ベルト４１を挟んで、各々対応する色の感光体３２との間に一次転写ニップを形成している。一次転写ローラ４３は中間転写ベルト４１の内側に一次転写バイアスを印加する。一次転写ローラ４３と感光体３２との電位差により、感光体３２上のトナー像が一次転写ニップ部で中間転写ベルト４１に転写される。各色の一次転写ニップで、各色のトナー像が中間転写ベルト４１に順次転写され、中間転写ベルト４１には４色のトナー像を重ね合わせた４色トナー像が形成される。

二次転対向ローラ４４は二次転写部５０の二次転写ローラ５１と対向する位置に設けられ、両者が中間転写ベルト４１を挟み込むことで二次転写ニップを形成している。中間転写ベルト４１に形成された４色トナー像のタイミングにあわせて、レジスト部１４が記録紙Ｐを二次転写ニップに搬送する。二次転対向ローラ４４と二次転写ローラ５１との間には二次転写バイアスが印加されており、その力で中間転写ベルト４１上の４色トナー像は転写紙Ｐへと二次転写される。二次転写ニップを通過後に中間転写ベルト４１に残留した廃トナーはベルトクリーニングユニット４２が除去する。

二次転写部５０は、記録材搬送路１２の経路上に二次転写ローラ５１を配置しており、中間転写ベルト４１に形成した一次転写画像であるトナー像を記録材Ｐに転写する。中間転写ベルト４１は駆動ローラ４５により図１の反時計回りに回転する。

定着部６０は、外部加熱方式であり、図３及び図４に示すように、加圧部材としての加圧ローラ６１と、加圧ローラ６１との間で定着ニップ部ＳＮを形成する定着部材としての定着ローラ６２と、加熱部材としてのサーマルヒータ群６３と、を有している。

加圧ローラ６１は、外径が４０ｍｍで厚みが２ｍｍの鉄製の芯金６１ａと、この芯金６１ａの表面に被覆された弾性層６１ｂを有している。弾性層６１ｂは、シリコンゴムで形成されており厚みは５ｍｍである。弾性層６１ｂの表面には、離型性を高めるために厚みが４０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成するのが望ましい。加圧ローラ６１は図示を略す付勢手段により定着ローラ６２に圧接されている。

定着ローラ６２は、外径が４０ｍｍで厚みが１ｍｍのアルミニウム製の芯金６３Ａと、この芯金６３Ａの表面に被覆された断熱層６２ｂと、を有している。

断熱層６２ｂは、シリコンゴムで形成されており厚みは３ｍｍである。断熱層６２ｂは、その断熱機能をより高めるために、熱の逃げが少ない発泡シリコンゴム等で形成してもよい。断熱層６２ｂの表層には、ニッケルからなる良熱伝導層６２ｃが形成されている。

良熱伝導層６２ｃは、ニッケルに限らず、ステンレスなどの鉄系合金、アルミニウムや銅などの金属系、グラファイトシート等、熱伝導性が少なくとも断熱層６２ｂに高ければよい。良熱伝導層６２ｃは、サーマルヒータ群６３の発熱むらによる定着ローラ６２の表面温度の局部的な温度むらを低減する。また、良熱伝導層６２ｃの機能によって、サーマルヒータ群６３が加熱する領域よりもやや広い領域に温度が上昇するため、若干の画像とのずれを補償することができるという利点もある。

サーマルヒータ群６３は、図示を略す付勢手段により定着ローラ６２の表面に押し当てられている。サーマルヒータ群６３は、電源６４から電源供給されて加熱する。サーマルヒータ群６３は、記録材Ｐの搬送方向と直行する幅方向に沿って配置された複数（例えば、７つ）のヒータ６３Ａ〜６３Ｇから加熱領域が構成されており、各ヒータ６３Ａ〜６３Ｇは独立して定着ローラ６２を対応領域を加熱するようになっている。

サーマルヒータ群６３は、良熱伝導層６２ｃの機能によって、各ヒータ６３Ａ〜６３Ｇの大きさや間隔等の設定において設計自由度が大きいという利点がある。また、定着ローラ６２の耐久性を高め、離型性を確保するために、断熱層６２ｂの表層にＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５〜３０μｍの離型層６４ｄが形成されている。

なお、サーマルヒータ群６３は、定着ローラ６２の表面に接触させて加熱する構成としたが、外部加熱部材をコイルとインバータとで構成し、ＩＨ方式による非接触加熱方式としてもよい。ＩＨ方式では、加熱用のコイルを多数配置する構成でも、もしくは、磁束をキャンセルする部材を多数は位置する事で加熱領域や加熱量を制御する構成にしても構わない。

定着部６０は、定着ローラ６２の回転方向を基準として、定着ローラ６２のニップ部ＳＮよりも下流でサーマルヒータ群６３よりも上流に定着ローラ６２の表面温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ６５を有している。定着部６０は、サーマルヒータ群６３の温度を検知するサーマルヒータ群６３の温度検知手段としてのサーミスタ６６を有している。

サーミスタ６５とサーミスタ６６とで検知した温度情報のデータは加熱制御手段６７に入力される。加熱制御手段６７は、その温度情報データに基づいて電源６４を制御する。

加熱制御手段６７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータを意味する。加熱制御手段６７は、記録材Ｐに画像を形成する際のトナー像を形成するための露光データとなる画像情報に基づいて、サーマルヒータ群６３の各ヒータ６３Ａ〜６３Ｇの加熱割合を変化させる。また、加熱制御手段６７は、残トナー検知部４６による残トナー検知結果に基づいて、各ヒータ６３Ａ〜６３Ｇの加熱割合を変化させる。

また、本実施の形態の定着部６０は、上述した外部加熱方式に限らず、図５及び図６、或いは、図７に示すように、内部加熱方式の定着部６０に適用することができる。なお、図５〜図７において、上記実施の形態と同一の構成又は機能的に同一の構成には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図５及び図６に示した定着部６０では、ローラ方式の定着ローラ６２に変えてベルト方式の定着ベルト１６２を用いている。サーマルヒータ群６３は、図示を略す板状基体等に抵抗発熱体６３Ａ〜６３Ｊを形成したサーマルヘッドやセラミックヒータ等が用いられている。サーマルヒータ群６３は、定着ベルト１６２の内部に配置してその熱で定着ベルト１６２の温度を上昇させることで、ニップ部ＳＮに搬送される未定着画像を加熱して定着させる。

サーマルヒータ群６３は、記録材Ｐの搬送方向と直交する幅方向に複数分割された加熱領域を抵抗発熱体６３Ａ〜６３Ｊで形成しており、各抵抗発熱体６３Ａ〜６３Ｊは独立して加熱制御手段６７によって加熱制御される。

定着ベルト１６２は、外径が４０ｍｍで厚みが４０μｍのＳＵＳ製の基体１６３Ａと、基体１６３Ａの表層に被覆された弾性層１６２ｂと、弾性層１６２ｂの表層に被覆された離型層１６２ｃと、を有している。

弾性層６２ｂは、シリコンゴムで形成されており厚みは１００μｍである。離型層１６２ｃは、耐久性を高めるとともに離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂によって厚みが５〜５０μｍに形成されている。また、基体１６３Ａはポリイミドとしてもよい。

定着ベルト１６２の内部には、ニップ部ＳＮに対応して押圧部材６８が配置され、定着ベルト１６２のニップ部ＳＮにおける保形性を確保している。定着ベルト１６２の内部には、サーマルヒータ群６３、サーミスタ６６及び押圧部材６８を避けるように、支持部材６９Ａが配置されている。支持部材６９Ａは、図示を略す外部部材と接続されて定着ベルト１６２を支持している。

図７に示した定着部６０では、押圧部材６８を廃止して、サーマルヒータ群６３を押圧部材として兼用するように、ニップ部ＳＮに対応して配置したものである。なお、この場合、支持部材６９Ｂは、サーマルヒータ群６３とサーミスタ６６とを避けるように配置される。

排紙部７０は、定着部６０の下流で記録材搬送路１２の経路終端に配置されている。排紙部７０は、画像形成装置１に設けられた排紙口７１から画像定着済みの記録材Ｐを集積トレイ部７２に向けて排紙する一対のローラから構成している。

両面搬送部８０は、記録材Ｐの両面に画像を形成する場合に用いられ、排紙部７０で排紙方向に記録材Ｐを搬送した後、排紙部７０を逆転させて記録材Ｐを反転させつつレジスト部１４よりも上流側の記録材搬送路１２に搬送するようになっている。両面搬送部８０は、このための一対の搬送ローラ８１，８２，８３を適宜配置している。両面搬送部８０は、給紙カセット１１とは別に、記録材（図示せず）を画像形成装置１に供給可能とするように収納する手差トレイ８４を有する。

手差トレイ８４に収納した記録材は、給紙コロ８５と一対の搬送ローラ８６とによって、最上位のものから一枚ずつ繰り出して記録材搬送路１２に給紙する。なお、搬送ローラ８６の駆動側のローラは、搬送ローラ８３とで共有している。

次に、上述した加熱制御手段６７によるサーマルヒータ群６３の各ヒータ６３Ａ〜６３Ｇの加熱割合の制御例を説明する。なお、以下の説明では、先にパーソナルコンピュータ等から出力された画像情報に基づく通常のサーマルヒータ群６３の各ヒータ６３Ａ〜６３Ｇの加熱割合の制御例を説明する。

図８（ａ）に示すように、画像形成処理後の記録材Ｐに、その搬送方向の下流端側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂ、画像領域ｃが存在する画像形成パターンとなる画像情報が入力されたとする。

ここで、画像領域ａと画像領域ｃとは、定着対象のトナー像が存在するので定着が必要となるが、非画像領域ｂでは定着対象のトナー像が存在しないので定着の必要はない。

加熱制御手段６７は、このような画像形成パターンの画像情報が入力された場合、非画像領域ｂに対応する定着ローラ６２の領域の温度が、画像領域ａ，ｃに対応する定着ローラ６２の領域の温度よりも低くなるようにサーマルヒータ群６３を制御する。この際、画像領域ａ，ｃ又は非画像領域ｂに対応するとは、定着ローラ６２が密着する位置という意味であり、以下、適宜密着とも表現する。

加熱制御手段６７は、画像領域ａに対応する領域では、サーマルヒータ群６３の全域、すなわち、定着ローラ６２の全域の加熱状態がトナー定着温度となるように、電源６４に商用電源からの電力供給指令を出力する。

一方、加熱制御手段６７は、非画像領域ｂに対応する領域では、サーマルヒータ群６３の全域、すなわち、定着ローラ６２の全域の加熱状態がトナー定着温度以下となるように、電源６４に電力供給指令を出力する。

そして、加熱制御手段６７は、画像領域ｃに対応する領域では、再び、サーマルヒータ群６３の全域、すなわち、定着ローラ６２の全域の加熱状態がトナー定着温度となるように、電源６４に電力供給指令を出力する。

同様に、図８（ｂ）に示すように、画像形成処理後の記録材Ｐに、その搬送方向の先端側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂ'が存在する画像形成パターンとなる画像情報が入力されたとする。

ここで、画像領域ａは、定着対象のトナー像が存在するので定着が必要となるが、非画像領域ｂ'では定着対象のトナー像が存在しないので定着の必要はない。

加熱制御手段６７は、このような画像形成パターンの画像情報が入力された場合、非画像領域ｂ'に対応する定着ローラ６２の領域の温度が、画像領域ａに対応する定着ローラ６２の領域の温度よりも低くなるようにサーマルヒータ群６３を制御する。

すなわち、加熱制御手段６７は、画像領域ａに対応する領域では、サーマルヒータ群６３の全域においてトナー定着温度が得られるように、電源６４に電力供給指令を出力する。

一方、加熱制御手段６７は、非画像領域ｂ'に対応する領域では、サーマルヒータ群６３の全域においてトナー定着温度以下となるように、電源６４に電力供給指令を出力する。なお、このような場合、当該記録材Ｐに対する加熱は終了するため、次に定着処理する記録材Ｐが存在する場合には、その画像情報に基づいて同様の制御を実行する。また、次の定着処理する記録材Ｐが存在しない場合には、所定の後処理モード、例えば、待機モードに入るためのカウントの開始等、を図示しないメインの制御部等が実行する。

そして、電源６４による実際の供給電力は、図８（ａ），（ｂ）において斜線で示す加熱領域及びタイミング、すなわち、記録材Ｐの画像領域ａ，ｃが定着部６０のニップ部ＳＮに通紙されるタイミングに先んじて予備的に定着ローラ６２を加熱するように投入する。なお、ここでの加熱領域とは、上述した記録材Ｐの搬送方向と直交する幅方向に沿う領域を示す。また、タイミングとは、記録材Ｐの搬送方向（図示矢印参照）に沿う長さ、すなわち、時間を意味する。

この予備加熱領域は、主にサーマルヒータ群６３の発熱特性、例えば、記録材Ｐの幅方向に対応する発熱長さ、各ヒータ６３Ａ〜６３Ｇの材質、大きさ等を考慮した必要な昇温時間に応じて設定する。なお、予備加熱領域は省エネの観点からはできるだけ小さいことが望ましい。

このため、図９に示すように、加熱制御手段６７は、非画像領域ｂでは、画像領域ａ，ａ'に対応する第一の目標温度であるトナー定着温度よりも低いが、室温よりは所定温度以上の第二の目標温度に定着ローラ６２の温度を保つように制御することが望ましい。

このように、非画像領域ｂに対応する領域でも給電は行われるが、供給電力は削減される。すなわち、図９の領域Ｔの供給電力よりも領域Ｔ'での供給電力が小さくなるため、省エネルギー化が可能となる。

また、図１０（ａ）に示すように、画像形成処理後の記録材Ｐに、その搬送方向の略全域に画像領域ｄが存在するとともに、その画像が記録紙Ｐの幅方向において、画像領域ｅと非画像領域ｆとに分かれた画像形成パターンとなる画像情報が入力されたとする。なお、記録紙Ｐの幅方向の画像領域ｅと非画像領域ｆとは、例えば、記録材Ｐの余白は含まない画像形成領域を対象とする。

ここで、画像領域ｅは、定着対象のトナー像が存在するので定着が必要となるが、非画像領域ｆでは定着対象のトナー像が存在しないので定着の必要はない。

加熱制御手段６７は、このような画像形成パターンの画像情報が入力された場合、非画像領域ｆに対応する定着ローラ６２の領域の温度が、画像領域ｅに対応する定着ローラ６２の領域の温度よりも低くなるようにサーマルヒータ群６３を制御する。

例えば、図４に示したように、７つのヒータ６３Ａ〜６３Ｇからサーマルヒータ群６３が構成されていたとする。この場合、加熱制御手段６７は、非画像領域ｆに一致するヒータ６３Ｅ〜６３Ｇの加熱温度が、画像領域ｅに一致するヒータ６３Ａ〜６３Ｄの加熱温度よりも低くなるようにサーマルヒータ群６３を制御する。

すなわち、加熱制御手段６７は、画像領域ｅに一致するヒータ６３Ａ〜６３Ｄに対して、そのヒータ６３Ａ〜６３Ｄと対向する定着ローラ６２の領域がトナー定着温度となるように、電源６４に電力供給指令を出力する。

一方、加熱制御手段６７は、非画像領域ｆに一致するヒータ６３Ｅ〜６３Ｇに対して、そのヒータ６３Ｅ〜６３Ｇと対向する定着ローラ６２の領域がトナー定着温度以下となるように、電源６４に電力供給指令を出力する。

同様に、図１０（ｂ）に示すように、画像形成処理後の記録材Ｐには、その搬送方向の先端側から順に、画像領域ａ，ｄ'が存在する画像形成パターンとなる画像情報が入力されたとする。また、画像形成処理後の記録材Ｐには、画像領域ａでは記録材Ｐの幅方向全域である画像領域ｅ，ｆが存在し、画像領域ｄ'では記録材Ｐの幅方向において画像領域ｅと非画像領域ｆとが存在する画像形成パターンとなる画像情報が入力されたとする。

ここで、画像領域ａは、定着対象のトナー像が存在するので定着が必要となるが、非画像領域ｂ'では定着対象のトナー像が存在しないので定着の必要はない。

加熱制御手段６７は、このような画像形成パターンの画像情報が入力された場合、非画像領域ｂ'に一致する定着ローラ６２の領域の温度が、画像領域ａに一致する定着ローラ６２の領域の温度よりも低くなるようにサーマルヒータ群６３を制御する。

すなわち、加熱制御手段６７は、画像領域ａに一致する領域では、サーマルヒータ群６３に対して、その全領域と対向する定着ローラ６２の全領域がトナー定着温度となるように、電源６４に電力供給指令を出力する。

一方、加熱制御手段６７は、画像領域ｄ'においては、非画像領域ｆに対応する領域では、サーマルヒータ群６３に対して、その全領域と対向する定着ローラ６２の全領域がトナー定着温度以下となるように、電源６４に電力供給指令を出力する。なお、このような場合、当該記録材Ｐに対する加熱は終了するため、次に定着処理する記録材Ｐが存在する場合には、その画像情報に基づいて同様の制御を実行する。また、次の定着処理する記録材Ｐが存在しない場合には、所定の後処理モード、例えば、待機モードに入るためのカウントの開始等、を図示しないメインの制御部等が実行する。

電源６４からの供給電力は、図１０において斜線で示す加熱領域及びタイミング、すなわち、記録材Ｐの画像領域ｄと画像領域ａとが定着部６０のニップ部ＳＮに通紙されるタイミングに先んじて予備的に定着ローラ６２を加熱するように投入する。なお、ここでの加熱領域とは、上述した記録材Ｐの搬送方向と直交する幅方向に沿う領域を示す。また、タイミングとは、記録材Ｐの搬送方向（図示矢印参照）に沿う長さ、すなわち、時間を意味する。

この予備加熱領域は、主にサーマルヒータ群６３の発熱特性、例えば、記録材Ｐの幅方向に対応する発熱長さ、各ヒータ６３Ａ〜６３Ｇの材質、大きさ等を考慮した必要な昇温時間に応じて設定する。なお、予備加熱領域は省エネの観点からはできるだけ小さいことが望ましい。

（実施例１）
次に、本実施の形態における残トナー検知部４６の実施例１の具体的な構成を説明する。図１１に示すように、残トナー検知部４６は、中間転写ベルト４１の回動移動方向、すなわち、記録材Ｐの搬送方向に対して直交する幅方向の全域にまたがるレール４６Ａと、レール４６Ａに沿って変位可能なセンサ本体４６Ｂと、を備えている。

センサ本体４６Ｂは、図１２に示すように、発光素子４６Ｃと受光素子４６Ｄとを備えた走査型光学式センサである。

センサ本体４６Ｂは、図１３に示すように、中間転写ベルト４１の表面に残トナーｔによる縦黒スジが発生している場合は、縦黒スジの発生部分を横切った時間のセンサ出力Ｓがセンサ出力閾値Ｓ'以下に落ち込む。すなわち、中間転写ベルト４１に残トナーｔが付着している部分は、残トナーｔに検出光が吸収されるために、受光素子４６Ｄにおける出力値が低くなる。このとき、センサ本体４６Ｂのセンサ出力閾値Ｓ'は、残トナーｔの付着発生の誤検知を防ぐため、全トナーｔが付着していない場合に中間転写ベルト４１の地肌部を走査する場合のノイズ（ばらつき）と比較してやや小さいレベルに設定している。したがって、加熱制御手段６７は、センサ出力閾値Ｓ'を下回った場合のみ、縦黒スジ発生と判定する。

次に、上述した加熱制御手段６７による残トナー検知部４６による残トナー検知結果に基づく各ヒータ６３Ａ〜６３Ｇの加熱割合の変化制御例を説明する。なお、以下の説明においては、ドラムクリーニング装置３５のクリーニングブレード３５Ａの磨滅等に起因する縦黒スジの検出を例に説明する。

このような黒縦スジは、感光体３２の一次転写残トナーをクリーニングブレード３５Ａで除去する際、クリーニングブレード３５Ａの磨滅によって十分に一次転写残トナーを除去することができなかった場合などに発生する。

すなわち、感光体３２と接触するクリーニングブレード３５Ａに磨滅等が発生していると、その部分のトナーがスジ状に感光体３２の表面に残ってしまう。その除去しきれなかったスジ状の一次転写残トナーは、その後の作像プロセスによって帯電された場合には、中間転写ベルト４１への一次転写後、記録材Ｐにそのまま二次転写され易い。

そこで、加熱制御手段６７は、例えば、印刷動作を開始する前に残トナー検知を行う。この際、二次転写ローラ５１は中間転写ベルト４１から離間している状態で、特に紙間に対応する非印刷画像領域Ｗにおける縦黒スジ状の残トナーを検出するため、紙間検知パターンを中間転写ベルト４１に転写する。

紙間検知パターンは、例えば、前回の画像情報に対する画像形成処理時において記録材Ｐ１及び次の記録材Ｐ２に対応した画像領域の紙間に相当する非画像領域Ｗに転写する。また、紙間検知パターンを出力する時の現像バイアス、帯電バイアスは、通常の印刷動作時と同等の値を印加させる。そして、紙間検知パターンをセンサ本体４６Ｂを支持しているレール４６Ａの対向位置にまで移動させる。

センサ本体４６Ｂは、残トナー検知を開始する前は、中間転写ベルト４１の片側の端部に位置している。加熱制御手段６７は、紙間検知パターンがセンサ本体４６Ｂの検出位置に達すると、所定量のパワーで発光しながら主走査方向に走査させ、もう片側の端部にまで移動させる。

加熱制御手段６７は、図１４に示すように、印刷動作（ジョブ）が終了した時、又は印刷動作を開始する前において、紙間検知パターンを作像する（ステップＳ１）。次に、加熱制御手段６７は、その紙間検知パターンがレール４６Ａの下方の対向する位置にまで中間転写ベルト４１を回動移動させる（ステップＳ２）。この際、センサ本体４６Ｂは、レール４６Ａの片側であって、紙間検知パターンと対向する位置側に移動しているのが好ましい。

次に、加熱制御手段６７は、センサ本体４６Ｂの発光素子４６Ｃを発光させつつ（ステップＳ３）、センサ本体４６Ｂを主走査方向に移動させる（ステップＳ４）。

そして、加熱制御手段６７は、センサ本体４６Ｂがレール４６Ａの他端に達すると発光素子４６Ｃの発光を終了させ（ステップＳ５）た後、紙間検知パターンをベルトクリーニングユニット４２によりクリーニングする（ステップＳ６）。

さらに、加熱制御手段６７は、センサ本体４６Ｂのセンサ出力値Ｓを、センサ出力閾値Ｓ'とで比較する（ステップＳ７）。加熱制御手段６７は、その比較結果が、Ｓ＜Ｓ'のとき（Ｙｅｓ）、残トナーｔによる縦黒スジが発生していると判定し、例えば、画像形成装置１の図示しない操作パネル部等に縦黒スジが発生している旨を表示する（ステップＳ８）。また、加熱制御手段６７は、その比較結果が、Ｓ＜Ｓ'でないとき（Ｎｏ）、残トナーｔによる縦黒スジが発生していない正常状態であると判定し、このルーチンを終了する。

さらに、加熱制御手段６７は、ステップＳ７で黒スジ発生を検知した場合、ステップＳ８で黒スジ発生通知をしたうえで、二次転写ローラ５１を中間転写ベルト４１に圧接させ、実際の画像形成処理を実行する（ステップＳ９）。

ここで、加熱制御手段６７は、画像情報に基づく一次転写等の通常の画像形成処理を実行するとともに、例えば、上述した非画像領域の有り無しにかかわらず、サーマルヒータ群６３の主走査方向全域を加熱する（ステップＳ１０）。

すなわち、サーマルヒータ群６３の全域を加熱して記録材Ｐの全面を定着するように切り替えることで、残トナーに起因する記録材Ｐの非画像領域に付着した未定着トナーを定着させる（ステップＳ１１）。

これにより、消費電力は増加してしまうものの、記録材Ｐに残トナーに起因する未定着のままのトナーを記録材Ｐに定着させれば、紛体を他の記録材Ｐや作業者等に付着させないようにすることができる。

（実施例２）
次に、本実施の形態における残トナー検知部４６の実施例２の具体的な構成を説明する。図１５に示すように、残トナー検知部４６は、中間転写ベルト４１の回動移動方向、すなわち、記録材Ｐの搬送方向に対して直交する幅方向の全域にまたがるＣＩＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ：密着イメージセンサ方式）等のラインセンサが用いられている。

残トナー検知部４６であるラインセンサの出力は、実質的に図１３に示したものと同じ結果である。ただし、この実施例２においては、実施例１のセンサ本体４６Ｂのように走査のための移動は不要となり、残トナーｔの検知時間を短くすることができ、例えば、印刷動作以外のお待たせ時間（ダウンタイム）を短くすることができる。

また、走査型光学センサであるセンサ本体４６Ｂは、ある程度の長さで形成される縦黒スジのような異常画像等の残トナーｔは検知できるが、時間的、空間的にランダムに発生する可能性のあるトナー落ちやベタチリ等の残トナーｔは見逃してしまう虞がある。これに対し、残トナー検知部４６にラインセンサを用いた場合、このような不具合を解消することができる。

この際、図１６に示すように、点状に発生するトナー落ち等による残トナーが発生した場合、ラインセンサである残トナー検知部４６を用いれば、走査型光学センサを用いた場合に比べて検出精度が高く、確実に検出することができる。

そして、図１６に示すように、その残トナーを転写材Ｐに定着させる際、その残トナーの定着位置が非画像領域ｂに対応する領域であった場合には、上述した全域加熱ではなく、対応するヒータ６３Ｆ，６３Ｇのみを加熱して転写材Ｐに定着させることも可能となる。

ここで、中間転写ベルト４１における残トナーの検出位置は、ラインセンサである残トナー検知部４６の検出番地で特定することができるので、残トナー検知部４６の各番地とヒータ６３Ａ〜６３Ｊとを対応付けしておけば、容易に部分加熱を行うことができる。

このように、ラインセンサである残トナー検知部４６では、印刷動作が終了した時又は印刷動作を開始する前だけでなく、印刷動作中においても紙間検知パターンを中間転写ベルト４１に転写することなく残トナー検知を行うことができる。

また、ラインセンサである残トナー検知部４６を用いて残トナーｔの付着を検知して、画像領域内で画像情報と比較することで、ランダムに発生する可能性のある非画像領域でのトナー落ちやベタチリ等に起因する残トナーを確実に検知することができる。

具体的には、加熱制御手段６７は、印刷動作中を含めて中間転写ベルト４１が回動移動していることを要件として、ラインセンサである残トナー検知部４６の作動を開始する（ステップＳ２１）。

そして、加熱制御手段６７は、制御周期（Ｔ）毎に、ラインセンサである残トナー検知部４６が中間転写ベルト４１から反射率を取得している場所が非印刷画像領域Ｗに対応する位置なのかどうかを判定する（ステップＳ２２）。

次に、加熱制御手段６７は、非印刷画像領域Ｗではなかった場合（Ｎｏ）、ラインセンサである残トナー検知部４６が中間転写ベルト４１から反射率を取得している場所が画像情報に基づいて印刷画像領域又は画像領域であるかを判定する（ステップＳ２３）。

加熱制御手段６７は、ステップＳ２２による判定結果が非印刷画像領域Ｗである場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２３による判定結果が画像領域ではない場合（Ｎｏ）、センサ出力値Ｓとセンサ出力閾値Ｓ'との比較を行う（ステップＳ２４）。

加熱制御手段６７は、その比較結果がＳ＜Ｓ'のとき（Ｙｅｓ）、非印刷画像領域Ｗで残トナーｔが発生したと判定する。ここで、加熱制御手段６７は、ラインセンサである残トナー検知部４６の主走査方向の位置毎、すなわち、番地毎に実施するため、中間転写ベルト４１の幅方向（主走査方向）の残トナーｔの位置を容易に特定することができる（ステップＳ２５）。

したがって、加熱制御手段６７は、その位置に該当するヒータ６３Ａ〜６３Ｊを特定し（ステップＳ２６）、次の制御時間以降は該当ヒータ６３Ａ〜６３Ｊを常時加熱する制御に切り替える（ステップＳ２７）。

一方、加熱制御手段６７は、上記の動作を制御周期Ｔ毎に実施し、比較結果がＳ＜Ｓ'でないとき（Ｎｏ）、印刷動作の終了とともに検知シーケンスを終了とする。

なお、加熱制御手段６７は、印刷画像領域又は画像領域の場合には、残トナーｔが発生していても、その残トナーｔは記録材Ｐに定着されるため、ステップＳ２４での判定を不要としているが、その対象は画像領域のみとしてもよい。

そして、加熱制御手段６７は、印刷画像領域の非画像領域に残トナーｔが発生していた場合には、サーマルヒータ群６３の全面加熱に切り替え、次の制御周期時間以降はラインセンサである残トナー検知部４６の検知動作を終了しても良い。

このように、サーマルヒータ群６３は複数のヒータ６３Ａ〜６３Ｊに分割され、画像領域と非画像領域とで、加熱温度や加熱領域を変化させることで、サーマルヒータ群６３の加熱のためのエネルギー供給を削減するようにした構成である。加熱制御手段６７は、中間転写ベルト４１の非画像領域に残トナーｔが付着していた場合、定着部６０で記録材Ｐに定着されずに未定着トナーとして付着してしまう際の不具合を解消することができる。具体的には、未定着トナーの紛体によって、記録材搬送路１２や記録材Ｐを汚したり、作業者の衣服等を汚してしまう虞れがあった。このような問題に対して、中間転写ベルト４１の残トナーの付着の有無を残トナー検知部４６で検知して、その検出結果に基づく情報を、定着部６０の運転制御情報として用いることで、確実に未定着トナーのまま記録材Ｐに付着させないようにすることができる。これにより、従来の画像形成装置よりも大幅な低消費電力化を維持したまま、記録材搬送路１２や作業者の衣服等を未定着トナーの紛体で汚すことのない良好な画像を出力することができる。

本実施の形態では、カラーのタンデム方式で各色毎の複数の感光体３２を備えた画像形成装置１であっても、残トナーの検知を中間転写ベルト４１に対して１つのセンサである残トナー検知部４６で行うことにより、検出器の部品コストを削減することができる。また、分割したヒータ６３Ａ〜６３Ｊによってエネルギーの省電化に貢献するものでありながら、残トナーの定着を必要最小限のエネルギー消費で行うことができる。

さらに、ラインセンサ方式の残トナー検知部４６を用いれば、印刷動作中においても確実に中間転写ベルト４１に付着した残トナーを検知することができるので、印刷動作スピードを落とすことなく、残トナーの検知を行うことができる。

また、加熱制御手段６７は、非画像領域への残トナー付着の有無の検出結果を、電話回線やインターネット回線等の電気通信回線を用いて出力することも可能である。このようにすれば、その情報を活用して、サービスマンによる異常発生ユニットの交換やメンテナンス要求に要する時間を短縮することができる。また、メーカー市場の様々な画像形成装置の発生状況を取得して、市場問題対応等にも役立てることが可能である。

以上説明したように、本発明に係る画像形成装置は、加熱部材を分割して加熱のためのエネルギー供給量の低消費電力化に貢献したものでありながら、未定着トナーが記録材に付着したまま残らないようにすることができるという効果を有し、プリンタ装置だけでなく、中間転写ベルトを用いた画像形成装置全般に有用である。

１ 画像形成装置
４０ 中間転写部（転写部）
４１ 中間転写ベルト（中間転写体）
４６ 残トナー検知部（トナー検知手段）
６０ 定着部
６１ 加圧ローラ（加圧部材）
６２ 定着ローラ（定着部材）
６３ サーマルヒータ群（加熱部材）
６３Ａ〜６３Ｊ ヒータ（加熱領域）
６７ 加熱制御手段
Ｐ 記録材
ＳＮ 定着ニップ部
ｔ 残トナー

特許第３８９５５３９号公報

Claims (6)

1. シート状の記録材に未定着画像を転写するための転写方式がトナー像を担持する中間転写体を用いた中間転写方式である転写部と、
   未定着画像と接触する定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、商用電源からの電力により前記定着部材を加熱する加熱部材と、前記加熱部材による前記定着部材への加熱状態を制御する加熱制御手段と、を有し、未定着画像を担持した記録材を前記定着ニップ部に通して未定着画像を記録材に定着させる定着部と、を備えた画像形成装置であって、
   前記中間転写体の非画像領域にトナーが付着しているか否かを検知するトナー付着検知手段を備え、
   前記定着部の前記加熱部材は、記録材の搬送方向と直交する幅方向に沿って複数に分割された加熱領域を有し、
   前記加熱制御手段は、トナー像を形成するための画像情報から前記加熱領域を各々独立して制御することによって、
   前記未定着画像の画像領域に対応する前記定着部材の前記加熱領域の温度を、前記未定着画像を記録材に定着できる定着温度に加熱でき、
   かつ、前記未定着画像の非画像領域に対応する前記定着部材の前記加熱領域の温度を前記定着温度よりも低い温度に加熱でき、
   前記トナー付着検知手段で前記中間転写体の非画像領域にトナーが付着していることを検知した場合には、前記加熱制御手段は、前記定着部材の全ての前記加熱領域、またはトナーの付着している領域と一致する前記未定着画像の非画像領域に対応する前記定着部材の前記加熱領域を、前記定着温度に加熱するよう制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー付着検知手段は、記録材の搬送方向と直行する幅方向に沿って走査する走査型光学センサであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー付着検知手段は、記録材の搬送方向と直行する幅方向に沿って延びるラインセンサであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー付着検知手段は、前記中間転写体の紙間に対応する非画像領域を、検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１に記載の画像形成装置。
5. 前記トナー付着検知手段は、前記中間転写体の非画像領域を、印刷動作中に検出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１に記載の画像形成装置。
6. 前記トナー付着検知手段は、前記中間転写体の非画像領域の有無の検出結果を、電気通信回線を通じて出力することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１に記載の画像形成装置。

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