JP7181720B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置の定着ユニットの温調制御に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、定着ユニットによりトナー像が形成されたシートを加熱・加圧してシートにトナー像を定着させる。定着ユニットの温度（定着温度）は、例えば、シートの単位面積当たりのトナー載り量に基づき決定される。特許文献１は、トナー載り量が所定値以上の画像領域の面積に基づき定着温度を制御する構成を開示している。特許文献２は、トナー載り量が所定範囲内である画像領域の有無に応じて定着温度を制御する構成を開示している。

特開２０１４－０７４８９４号公報 特開２０１７－２０１３８５号公報

通常、シート内のトナーが載らない領域や、トナー載り量が少ない領域においては、シート内の水分蒸発により、定着ユニットの熱量が奪われてしまう。したがって、搬送方向おいて、シートの後端部分においてもトナーを溶融させるために必要な熱量を得ることができる様に定着温度は設定される。ここで、トナー載り量に関する所定の条件に合致する画像領域の位置が、搬送方向において、シートの先端付近である場合、記録材の水分蒸発による熱量損失が少ない。したがって、トナー載り量に関する所定の条件に合致する画像領域の位置が、搬送方向において、シートの先端である場合にも、シートの後端にある場合と同じ定着温度で制御すると熱量過多となり無駄に電力を消費することになる。しかしながら、特許文献１及び２の構成は、トナー載り量に関する所定の条件に合致する画像領域のシート内における位置に拘わらず、同じ定着温度を使用している。

本発明は、定着温度を適切に制御できる画像形成装置を提供するものである。

本発明の一態様によると、画像形成装置は、画像データに基づいて、シートにトナー像を形成する画像形成手段と、前記シートを加熱する加熱ローラを有し、前記トナー像を前記シートに定着させる定着手段と、前記画像データに基づき、前記トナー像が形成される前記シートにおける複数の領域それぞれに対応するトナー載り量を判定する判定手段と、前記複数の領域それぞれに付与された領域の重みにより、前記複数の領域それぞれの前記トナー載り量を重み付けし、前記複数の領域それぞれの重み付けされた前記トナー載り量に基づき前記定着手段の温度を制御する制御手段と、を備え、前記領域の重みは、前記シートの搬送方向における前記シート内の当該領域の位置に応じて決定され、前記搬送方向の先端の領域の重みは、前記搬送方向の後端の領域の重みより小さく、前記制御手段は、前記複数の領域を複数のグループにグループ化し、前記複数のグループそれぞれについて、グループに含まれる領域の重み付けされた前記トナー載り量を積算することで、当該グループの第１積算トナー量を求め、前記複数のグループそれぞれの前記第１積算トナー量に基づき前記定着手段の温度を制御し、同じグループに含まれる領域は、前記加熱ローラの同じ領域と接する領域であることを特徴とする。

本発明によると、定着温度を適切に制御することができる。

画像形成装置の制御構成図。 画像形成装置のプリンタ部の構成図。 定着ユニットの構成図。 画像処理部の機能ブロック図。 画像解析部による温度判定情報の生成処理の説明図。 画像解析部による温度判定情報の生成処理のフローチャート。 画像解析部によるトナー載り量判定処理のフローチャート。 定着温度の制御処理のフローチャート。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

図１は、本実施形態による画像形成装置の制御構成図である。画像形成装置は、例えば、デジタル複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の、電子写真方式のカラー画像形成装置である。なお、本実施形態では、画像形成装置をカラー画像形成装置とするが、本発明は、モノクロ画像形成装置に対しても適用できる。コントローラ１０１の中央処理装置（ＣＰＵ）１０３は、画像形成装置全体の制御を行う。ＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０３が実行するプログラムを格納する。ＲＡＭ１０４には、ＣＰＵ１０３がその制御において使用するデータや、一時的に格納が必要なデータが格納される。

操作部インタフェース（Ｉ／Ｆ）１１２は、操作部１２１と接続される。操作部１２１は、ユーザが画像形成装置を制御し、かつ、ユーザに画像形成装置の状態を表示するためのユーザインタフェースである。デバイスＩ／Ｆ１１５は、外部記憶装置１２３と接続される。外部記憶装置１２３は、例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の様な記憶媒体であり、データのスプール、プログラムや各種情報ファイル、画像データ等の格納等に使用される。ネットワークＩ／Ｆ１１４は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）との接続インタフェースである。画像処理部１０５は、後述する様に、画像データに対する各種処理を行う。圧縮／伸長部１０６は、画像データの圧縮及び伸長を行う。プリンタＩ／Ｆ１１３は、後述するプリンタ部１２２と接続される。なお、コントローラ１０１の各機能ブロックは、システムバス１１１により相互に接続され、相互に通信できる。

図２は、プリンタ部１２２の構成図である。カートリッジ２１３～２１６の感光体２０５～２０８は、画像形成時、図中の矢印の方向に回転駆動される。図示しない帯電部により所定電位に帯電された感光体２０５～２０８は、それぞれ、対応する光学ユニット２１７～２２０により露光され、これにより、感光体２０５～２０８には静電潜像が形成される。カートリッジ２１３～２１６の不図示の現像部は、対応する感光体２０５～２０８の静電潜像をトナーで現像し、感光体２０５～２０８にトナー像を形成する。なお、感光体２０５、２０６、２０７及び２０８の静電潜像は、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｂｋ）のトナーで現像される。

一方、カセット２０１に収納されたシートは、給送ローラ２０２により、搬送路に送られ、その後、転写ベルト２０４により搬送される。なお、駆動ローラ２０３は、転写ベルト２０４を回転駆動する。転写ローラ２０９～２１２は、転写バイアスを出力することで、対応する感光体２０５～２０８のトナー像を、転写ベルト２０４により搬送されているシートに転写する。トナー像が転写されたシートは、定着ユニット２２１に搬送される。定着ユニット２２１は、シートを加熱・加圧してトナー像をシートに定着させる。トナー像の定着後、シートは、画像形成装置の外部に排出される。プリンタコントローラ２２３は、コントローラ１０１のプリンタＩ／Ｆ１１３に接続され、コントローラ１０１の制御の下、図２に示す各部材を制御してシートに画像を形成する。

図３は、定着ユニット２２１の構成図である。定着ユニット２２１は、加熱ローラ３１０と、加圧ローラ３２０と、を有する。セラミックヒータ（以下、ヒータと記す）３３０は、熱源であり、ステー３１１に固定支持される。ヒータ３３０には、温度センサ３３７が取り付けられる。ステー３１１は、耐熱性及び電気絶縁性を有し、かつ、高い加重に耐えられる剛性材料で構成され得る。例えば、ステー３１１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等で構成される。定着フィルム３１２は、例えば、全体に可撓性を有する耐熱性のフィルムであり、その厚さは、凡そ３０μｍ～２５０μｍである。定着フィルム３１２は、ステー３１１とルーズに外嵌される。例えば、定着フィルム３１２には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＰＳ等の単層フィルム、或いは、ＰＩ、ＰＡＩ、ＰＥＥＫ等の基層の表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ等を離型層としてコーティングした複合層フィルムを使用することができる。また、定着フィルム３１２には、高熱伝導性を有するＳＵＳ、ＡＩ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の純金属や合金等を基層に用い、離型層に前述のコーティング処理、フッ素樹脂チューブの被膜を行ったものを使用することができる。

加圧ローラ３２０は、芯金３２１と、芯金３２１と同心のローラ層３２２と、表面層３２３と、を有する。ローラ層３２２には、シリコンゴム等の弾性・耐熱性材が使用される。加熱ローラ３１０は、加圧ローラ３２０の上部に配置される。ステー３１１は、定着フィルム３１２を介して加圧ローラ３２０の上面に対して所定の押圧力を持って保持される。これにより、シートの搬送方向Ｄにおいて、定着ニップ部Ｎが形成される。加圧ローラ３２０は、図示しない駆動源により、矢印Ｒ３２０の方向に回転駆動される。加圧ローラ３２０の回転力は、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により加熱ローラ３１０に伝達され、これにより、加熱ローラは、矢印Ｒ３１０の方向に回転する。

ＣＰＵ１０３は、ヒータ３３０に電流を流すことでヒータ３３０を発熱させ、これにより定着ニップ部Ｎの温度を制御する。未定着のトナー像ｔが形成されたシートＰは、トナー像ｔが形成されている側を定着フィルム３１２に密着させた状態で挟持搬送される。この過程で、ヒータ３３０の熱が定着フィルム３１２を介してシートＰに加わり、トナー像ｔがシートＰに定着される。

図４は、画像処理部１０５の構成図である。入力部４０１は、ネットワークＩ／Ｆ１１４から、例えば、ＰＤＬ（ページ記述言語）で記述されたＰＤＬデータを受信する。レンダリング処理部４０３は、ＰＤＬデータをＲＧＢの画像データに変換する。色変換処理部４０２は、ＲＧＢの画像データを、ＣＭＹＫの画像データに変換する。階調補正処理部４０４は、ＣＭＹＫの画像データの階調補正を行う。画像形成処理部４０５は、階調補正後のＣＭＹＫの画像データに対して中間調処理を含む必要な処理を行う。画像解析部４０６は、画像形成処理後のＣＭＹＫの画像データを解析して後述する温度判定情報を生成し、ＲＡＭ１０４に格納する。また、画像形成処理部４０５により処理された画像データは、出力部４０７を介して圧縮／伸長部１０６に転送され、所定の圧縮方式で圧縮された後にＲＡＭ１０４へ格納される。ＣＰＵ１０３は、圧縮／伸長部１０６により、ＲＡＭ０１０４に格納された圧縮データを伸長し、伸長したデータと、ＲＡＭ１０４に格納された温度判定情報をプリンタＩ／Ｆ１１３を介してプリンタ部１２２に転送して印刷を実行させる。

図５は、画像解析部４０６が実行する温度判定情報の生成処理の説明図である。本実施形態では、図５（Ａ）に示す様に、加熱ローラ３１０の表面の所定範囲を複数の局所領域に分割する。ここで、所定範囲は、主走査方向においてはシートと接する範囲又はシートの画像形成領域と同じ範囲であり、副走査方向においては加熱ローラ３１０の１周に渡る範囲である。なお、副走査方向は、シートの搬送方向に対応し、主走査方向は、副走査方向とは直交する方向である。なお、図５（Ａ）に示す様に、局所領域の副走査方向の長さについては、加熱ローラ３１０の周長の整数分の１とする。図５（Ａ）に示す例では、局所領域の副走査方向の長さを、加熱ローラ３１０の周長の１／５とし、副走査方向を５つの局所領域に分割している。なお、図５（Ａ）例では、主走査方向を４つの局所領域に分割している。なお、局所領域の主走査方向の長さと副走査方向の長さは同じであっても、異なるものであっても良い。以下の説明においては、加熱ローラ３１０における主走査方向の局所領域の数をＦｘとし、副走査方向の局所領域の数をＦｙとする。また、図５（Ｂ）に示す様に、シートの全領域又は画像形成領域を、加熱ローラ３１０に適用したのと同じサイズの局所領域に分割する。以下の説明において、シートの局所領域と、加熱ローラ３１０の局所領域を区別するため、シートの局所領域を第１領域と呼び、加熱ローラ３１０の局所領域を第２領域と呼ぶものとする。

また、以下の説明において、シートの搬送方向に対して左端からｘ番目であり、かつ、シートの搬送方向の先頭からｙ番目の第１領域を、図５（Ｂ）に示す様に座標（ｘ，ｙ）で示すものとする。また、第２領域については、加熱ローラ３１０の１周目において接するシートの第１領域の座標を、その座標として使用する。つまり、座標（１，１）の第２領域とは、加熱ローラ３１０の１周目において座標（１，１）の第１領域と接する領域である。したがって、座標（１，１）の第２領域は、加熱ローラ３１０の２周目においては座標（１，６）の第１領域と接し、３周目においては座標（１、１１）の第１領域と接する。言い換えると、座標（ｘ，ｙ）の第１領域は、座標（ｘ，ｐ）の第２領域に接して加熱され、ここで、ｐ＝（ｙ－１ ｍｏｄ Ｆｙ）＋１である。なお、本例では、Ｆｙ＝５である。

画像解析部４０６は、各第１領域に、そのシート内での副走査方向の位置に基づき重みＷを付与する。本実施形態では、図５（Ｂ）に示す様に、加熱ローラ３１０の１周目において加熱ローラ３１０と接する第１領域の重みＷを１とし、加熱ローラ３１０の２周目において加熱ローラ３１０と接する第１領域の重みＷを２とする。つまり、加熱ローラ３１０のｎ周目において加熱ローラ３１０と接する第１領域の重みＷをｎとする。画像解析部４０６は、画像形成処理部４０５による中間調処理後の画像データを解析して、各第１領域のトナー載り量Ｔを算出する。その後、画像解析部４０６は、各第１領域のトナー載り量Ｔに、対応する重みＷを乗ずることで、各第１領域について、補正後（重み付け後）のトナー載り量ＷＴを算出する。その後、第２領域の対象トナー量ＳＴを算出する。第２領域の対象トナー量ＳＴは、当該第２領域に接する各第１領域の補正後のトナー載り量ＷＴの積算値である。例えば、座標（２，１）の第２領域の対象トナー量ＳＴは、座標（２，１）、（２，６）、（２，１１）・・・の第１領域の補正後のトナー載り量ＷＴの積算値で与えられる。言い換えると、画像解析部４０６は、各第１領域をグループ化する。ここで、同じグループに属する第１領域は、同じ第２領域と接する第１領域である。したがって、グループは、いずれかの第２領域に対応し、グループの数は第２領域の数と等しくなる。そして、画像解析部４０６は、第２領域に対応するグループ内の補正後のトナー載り量ＷＴを積算することで、対象トナー量ＳＴを算出する。

続いて、画像解析部４０６は、主走査方向の位置を同じとする各第２領域の対象トナー量ＳＴを積算し、対象積算トナー量ＳＡＴを求める。つまり、図５（Ａ）の例では、座標（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４）及び（１，５）の第２領域の対象トナー量ＳＴの積算値が、ｘ＝１の対象積算トナー量ＳＡＴになる。画像解析部４０６は、各主走査方向の位置における対象積算トナー量ＳＡＴの内の最大値を、温度判定情報としてＲＡＭ１０４に格納する。

図６は、画像解析部４０６が実行する温度判定情報の生成処理のフローチャートである。画像解析部４０６は、Ｓ１０１で、加熱ローラ３１０の周長に基づき、図５（Ｂ）で説明した様に、各第１領域の重みＷを決定する。画像解析部４０６は、Ｓ１０２で、画像形成処理部４０５による中間調処理後の画像データを解析して、各第１領域について、トナー載り量Ｔを判定する。トナー載り量Ｔの判定方法については後述する。画像解析部４０６は、Ｓ１０３で、各第１領域のトナー載り量Ｔに、対応する重みＷを乗ずることで、補正後のトナー載り量ＷＴを算出する。画像解析部４０６は、Ｓ１０４で、加熱ローラ３１０の各第２領域について、対応する第１領域の補正後のトナー載り量ＷＴを積算することで、対象トナー量ＳＴを算出する。画像解析部４０６は、Ｓ１０５で、主走査位置毎に対象トナー量ＳＴを積算し、各主走査位置の対象積算トナー量ＳＡＴを算出する。画像解析部４０６は、Ｓ１０６で、各主走査位置の対象積算トナー量ＳＡＴの最大値を温度判定情報としてＲＡＭ１０４に保存する。

図７は、図６のＳ１０２におけるトナー載り量Ｔの判定処理のフローチャートである。図４に関して説明した様に、画像形成処理部４０５による中間調処理後の画像データに基づき、画像解析部４０６は、各第１領域について、トナー載り量Ｔを判定する。ここで、中間調処理後の画像データは、画像を面積階調で表現したものである。したがって、本実施形態では、単位面積あたりの網点率を解析して、そこからトナーの載り量を逆算する。なお、図７の処理は、第１領域それぞれについて行う。また、図７の処理のＳ２０１～Ｓ２０３は、ＣＭＹＫの各色それぞれについて行う。

Ｓ２０１で、画像解析部４０６は、第１領域の画素数をカウントする。画像解析部４０６は、Ｓ２０２で、第１領域の面積に対する画素数から網点率を求める。なお、第１領域全体が単色ベタで塗り潰されている状態が網点率１００％である。画像解析部４０６は、Ｓ２０３で、網点率をトナー載り量Ｔに変換する。なお、この変換は、予め生成した網点率とトナー載り量Ｔとの関係を示すテーブルに基づき行うことができる。画像解析部４０６は、Ｓ２０４で、Ｓ２０３において求めた、第１領域のＣＭＹＫそれぞれのトナー載り量を合算することで、当該第１領域のトナー載り量Ｔを判定する。

図８は、本実施形態による定着温度の制御処理のフローチャートである。ＣＰＵ１０３は、Ｓ３０１で、次にシートに形成する画像に関して図６の処理で求めた温度判定情報を取得する。ＣＰＵ１０３は、Ｓ３０２で、温度判定情報に基づき目標定着温度を決定する。目標定着温度は、予め作成した、温度判定情報と目標定着温度との関係を示す情報に基づき決定され得る。例えば、温度判定情報が示すトナー載り量が大きくなる程、目標定着温度を高くすることができる。ＣＰＵ１０３は、Ｓ３０３で、定着ユニット２２１の温度が目標定着温度となる様に、定着温度の制御を行う。

なお、本実施形態では、画像形成処理部４０５による中間調処理後の画像データに基づき各第１領域のトナー載り量Ｔを求めたが、本発明はこれに限定されない。例えば、階調補正処理部４０４による階調補正処理前の画像データに基づき第１領域のトナー量を求める構成とすることができる。これは、階調補正処理前の画像データは、トナーの載り量を示しているため、各第１領域内の画素の画素値を積算することで、各第１領域のトナー載り量Ｔを判定することができる。

以上、本実施形態では、シートを複数の局所領域（第１領域）に分割し、各局所領域のトナー載り量Ｔを副走査方向位置に応じて重み付けする。なお、局所領域の重みは、当該局所領域の副走査方向の位置と、加熱ローラ３１０の周長と、に基づき決定され、シートの搬送方向の後ろ側になる程大きくする。そして、加熱ローラ３１０の同じ領域（第２領域）で熱せられる第１領域の重み付け後のトナー載り量Ｔを積算し、各第２領域の対象トナー量ＳＴを求める。第２領域の対象トナー量ＳＴは、当該第２領域が定着させるトナー量に対応する。そして、各第２領域の対象トナー量ＳＴを主走査位置毎に積算し、各主走査位置の対象積算トナー量ＳＡＴを算出する。主走査位置の対象積算トナー量ＳＡＴは、当該主走査位置において定着させるトナー量に対応する。そして、各主走査位置の対象積算トナー量ＳＡＴの最大値に基づき目標定着温度を決定する。

上述した様に、加熱ローラ３１０の熱量は、シートにより奪われる。したがって、局所領域のトナー載り量が同じであっても、シート搬送方向の先端の場合に、後端の場合と同じ定着温度を設定すると熱量過多となり得る。逆に、局所領域のトナー載り量が同じであっても、シート搬送方向の後端の場合に、先端の場合と同じ定着温度を設定すると熱量不足となり得る。本発明では、加熱ローラ３１０の熱量がシートにより奪われることに着目し、シートの搬送方向の後ろ側になる程、局所領域の重みを大きくする。この構成により、定着ユニット２２１の定着温度を適切に制御し、適切な熱量で良好な定着性を実現することができる。

［その他の実施形態］
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ー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。

２１３～２１６：画像形成部、２２１：定着ユニット、４０６：画像解析部、１０３：ＣＰＵ

Claims (9)

1. 画像データに基づいて、シートにトナー像を形成する画像形成手段と、
   前記シートを加熱する加熱ローラを有し、前記トナー像を前記シートに定着させる定着手段と、
   前記画像データに基づき、前記トナー像が形成される前記シートにおける複数の領域それぞれに対応するトナー載り量を判定する判定手段と、
   前記複数の領域それぞれに付与された領域の重みにより、前記複数の領域それぞれの前記トナー載り量を重み付けし、前記複数の領域それぞれの重み付けされた前記トナー載り量に基づき前記定着手段の温度を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記領域の重みは、前記シートの搬送方向における前記シート内の当該領域の位置に応じて決定され、前記搬送方向の先端の領域の重みは、前記搬送方向の後端の領域の重みより小さく、
   前記制御手段は、前記複数の領域を複数のグループにグループ化し、前記複数のグループそれぞれについて、グループに含まれる領域の重み付けされた前記トナー載り量を積算することで、当該グループの第１積算トナー量を求め、前記複数のグループそれぞれの前記第１積算トナー量に基づき前記定着手段の温度を制御し、
   同じグループに含まれる領域は、前記加熱ローラの同じ領域と接する領域であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記領域の重みは、前記加熱ローラの周長に基づき決定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記加熱ローラの周長に基づき、前記複数の領域それぞれに重みを付与する付与手段をさらに備え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. 前記複数の領域のうち、前記加熱ローラのｎ周目（ｎは１以上の整数）で前記加熱ローラと接する領域に付与される重みは、前記加熱ローラの（ｎ＋１）周目で前記加熱ローラと接する領域に付与される重みより小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記複数の領域それぞれの前記シートの搬送方向における長さは前記加熱ローラの周長の整数分の１であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記複数のグループのうち、前記シートの搬送方向とは直交する主走査方向の位置が同じグループの前記第１積算トナー量を積算することで、前記主走査方向の位置毎の第２積算トナー量を求め、前記主走査方向の位置毎の前記第２積算トナー量に基づき前記定着手段の温度を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、前記主走査方向の位置毎の前記第２積算トナー量の最大値に基づき前記定着手段の温度を制御することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記判定手段は、中間調処理後の前記画像データに基づき、前記複数の領域それぞれのトナー載り量を判定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記判定手段は、階調補正処理前の前記画像データに基づき、前記複数の領域それぞれのトナー載り量を判定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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