(57)【要約】【課題】シート状媒体上に転写された二以上のトナーからなるトナー像に対して加熱及び加圧して定着させた場合でも、オフセットによる画質の低下、定着機の機構の汚れ、カラーシフトの発生などを防止する。【解決手段】サーマルヘッド２７はトナー像を１又は複数の画素単位で加熱可能な発熱体を有し、画像処理部４３が１又は複数の画素単位のトナー付着量を合計した合計トナー付着量を算出する。次いで、熱量制御部４４が画像処理部４３により算出された合計トナー付着量に比例した熱量になるように発熱体の発熱量を個別に制御する。【選択図】図３
2014085581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の支持部材によって張設されて一方向へ走行する無端ベルトと、
前記無端ベルトの外側面と回転しながら圧接して定着ニップ部を形成する圧接部材と、
前記定着ニップ部よりも無端ベルト走行方向上流側に配置されて前記無端ベルトを加熱する第１の加熱手段と、
前記第１の加熱手段と前記定着ニップ部との間に配置されて前記無端ベルトの内側面と対向し前記無端ベルトを加熱する第２の加熱手段と、を備え、
前記定着ニップ部にて色の異なる二以上のトナーから成るトナー像を担持したシート状媒体に対し加熱及び加圧を行なうことにより前記トナー像を前記シート状媒体に定着する加熱定着装置であって、
前記第２の加熱手段は、前記トナー像を１又は複数の画素単位で加熱可能な発熱体を有し、
前記１又は複数の画素単位のトナー付着量を合計した合計トナー付着量を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された合計トナー付着量に比例した熱量になるように前記発熱体の発熱量を個別に制御する熱量制御手段と、を備えたことを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
前記熱量制御手段は、前記トナー像の有無、前記トナー像を形成するトナー種類数Ｂに対して２Ｂ個の組み合わせで示す必要熱量に基づいて熱量制御を行うことを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
【請求項３】
前記第２の加熱手段が有する発熱体の１単位が、前記トナー像の画素単位のｎ画素倍である場合に、前記熱量制御手段は、前記トナー像の有無、前記トナー種類数Ｂに対して２Ｂ個の組み合わせで示す必要熱量に対して、前記合計トナー付着量の昇順としてトナー付着量の中間値を直線で補完してｎ画素の平均付着量の必要熱量を算出し、該必要熱量に基づいて熱量制御を行うことを特徴とする請求項２記載の加熱定着装置。
【請求項４】
前記発熱体は、前記無端ベルト幅方向に沿って配置され、前記無端ベルト幅方向に画素単位又は前記画素単位を複数含む領域単位で分割配置されていることを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
【請求項５】
前記トナーは、粒径分布が２５〜４０μｍであるトナーを少なくとも５０％以上含むことを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項記載の加熱定着装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー像をシート状媒体に付着させてカラー画像を形成するのに好適な加熱定着装置、及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真方式の画像形成装置の一つであるカラーレーザプリンタは、ＣＭＹＫ（イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））の色３原色の画像形成用色トナーに加えて、印刷物に光沢を付与するためのトナー（光沢度調整用の特殊色トナー）として透明トナーまたは白トナーを使用するようになってきた。これらのトナーを効果的に使用することで、付加価値の高いカラー印刷物を作成することが可能になった。
透明トナーを使用して印刷物を形成する場合、通常の色トナーを用いてシート状媒体に画像形成したフルカラー画像の任意の部分に対して、透明トナーを通常のカラートナー付着量より多く付着させる方法が既に知られている。また、フルカラー画像の任意の部分の上に通常のトナー付着量で透明トナーを複数回重ねて付着させた後に定着することで、シート状媒体上の画像表面に立体形状の隆起を形成する方法が既に知られている。
特許文献１には、省エネルギー化や高画質化などの近年のニーズを満足すると共に、画質を向上する目的が開示されている。そして、デジタル原稿情報を元に、定着画像の画質調整のための微小発熱体を内蔵させた複数の定着用部材を搭載し、微小発熱体のそれぞれが圧力と温度を独立して制御可能であり、微小発熱体を制御することにより画質を制御することが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、従来のシート状媒体上の画像表面に立体形状を形成する方法にあっては、通常のトナー付着量より多く透明トナーを付着させていた。
しかし、画像表面の隆起やその他の特殊画像を形成する場合、合計トナー付着量が最小になる部分と最大になる部分とで生じる両者の付着量の差が大きくなる。このため、ローラおよびベルトを加熱するように構成された定着機では、シート状媒体上の画像表面の全面に対して同等の面圧及び熱量を付与すると、部分的にオフセットが発生して画質が低下したり、定着機の機構が汚れたり、シート状媒体上の画像にカラーシフトが発生するなどの問題があった。
【０００４】
また、特許文献１の発明にあっては、複数の微小発熱体を備え、夫々の微小発熱体の温度を独立に制御する点が開示されている。しかし、特許文献１の発明に対して、シート状媒体上の画像表面に立体形状を形成する方法を適用して透明トナーを通常のトナー付着量より多く付着させた場合、シート状媒体上にオフセットが発生して画質が低下したり、定着機の機構が汚れたり、カラーシフトが発生するといった問題を解消できていない。
そこで、シート状媒体上に転写された透明トナー及びカラートナーに対して加熱及び加圧して定着させた場合でも、オフセットによる画質の低下、定着機の機構の汚れ、カラーシフトの発生などを防止することが切望されている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、シート状媒体上に転写された二以上のトナーからなるトナー像に対して加熱及び加圧して定着させた場合でも、オフセットによる画質の低下、定着機の機構の汚れ、カラーシフトの発生などを防止することができる加熱定着装置、及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１記載の本発明は、複数の支持部材によって張設されて一方向へ走行する無端ベルトと、前記無端ベルトの外側面と回転しながら圧接して定着ニップ部を形成する圧接部材と、前記定着ニップ部よりも無端ベルト走行方向上流側に配置されて前記無端ベルトを加熱する第１の加熱手段と、前記第１の加熱手段と前記定着ニップ部との間に配置されて前記無端ベルトの内側面と対向し前記無端ベルトを加熱する第２の加熱手段と、を備え、前記定着ニップ部にて色の異なる二以上のトナーから成るトナー像を担持したシート状媒体に対し加熱及び加圧を行なうことにより前記トナー像を前記シート状媒体に定着する加熱定着装置であって、前記第２の加熱手段は、前記トナー像を１又は複数の画素単位で加熱可能な発熱体を有し、前記１又は複数の画素単位のトナー付着量を合計した合計トナー付着量を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された合計トナー付着量に比例した熱量になるように前記発熱体の発熱量を個別に制御する熱量制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、シート状媒体上に転写された二以上のトナーからなるトナー像に対して加熱及び加圧して定着させた場合でも、オフセットによる画質の低下、定着機の機構の汚れ、カラーシフトの発生などを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に適用可能な加熱定着装置の構成について説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に適用可能な加熱定着装置に設けられたサーマルヘッドに対して、発熱体の温度制御を行う場合について説明するためのブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に適用可能な加熱定着装置における成立温度範囲を見つける方法について説明するためのフローチャートである。
【図５】合計トナー付着量と必要熱量との関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る加熱定着装置により発熱体の温度制御を行う場合について説明するための図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態に係る立体造型トナーの境界部分必要熱量補正を行う場合について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態の特徴について説明する。本実施形態では、通常の画像形成用カラートナーによりシート状媒体上に形成されたフルカラー画像上の任意の部分または、画像データに応じて透明トナーを通常のトナー付着量より多く付着させた画像の定着プロセスに特徴がある。特に、画像データから画像面内の最小単位として画素単位でクリア（ＣＬ）トナー付着量とカラートナー付着量を含む合計トナー付着量から非オフセット温度範囲となる必要熱量を求める。そして、画像面内の最小単位に加熱可能な分割された発熱体により必要熱量を加熱する。このような加熱手法を画像面内の最小単位毎に全域について行うことにより画像面内の最小単位毎に非オフセット温度範囲とすることを特徴とする。
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１の全体の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。
画像形成装置１は、タンデム型カラー複写機の装置本体であり、転写紙等のシート状媒体Ｐが収容される給紙部２を備えている。画像形成装置１は、シート状媒体Ｐの搬送タイミングを調整するレジストローラ３と、画像データに応じてレーザ光を感光体ドラム５に照射する書込み部４とを備えている。画像形成装置１は、クリア（ＣＬ）と各色（イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ））のトナー像が形成される各感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫとを備えている。
なお、図１に示す画像形成装置１には、クリア（ＣＬ）と各色（イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ））のトナー像が形成される各感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫとを備えている。これに加えて、クリア２（ＣＬ２）のトナー像が形成される感光体ドラム５ＣＬ２を備えてもよい。
【００１１】
画像形成装置１は、各感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫを帯電する帯電部６を備えている。画像形成装置１は、各感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、５ＣＬ２上に形成される静電潜像を現像する現像部７を備えている。画像形成装置１は、各感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、５ＣＬ２上に形成されたトナー像をシート状媒体Ｐ上に重ねて転写する転写バイアスローラ（１次転写バイアスローラ）８を備えている。画像形成装置１は、各感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、５ＣＬ２上の未転写トナーを回収するクリーニング部９を備えている。
クリア（ＣＬ）の現像部７は、立体画像形成として盛り上げ量２０μｍ以上を形成するのに必要なトナー付着量をトナー像として出力するため、通常のトナー付着量の７〜８倍である２．６ｍｇ／ｃｍ２が必要である。これを達成するために、高付着量に対して有利なトナーは粒径３０〜４０μｍが必要である。粒径分布についてはカサ密度が高くなる粒径分布が必要であり、キャリアについても十分な帯電量を実現するためトナー粒径に応じた粒径１５０〜２００μｍが必要である。現像部７では、上述した盛り上げ量がこれらのトナー、キャリアに対応したドクターギャップ、現像ギャップとなる。
【００１２】
また、本発明の実施形態に係る画像形成装置１は、複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト１１と、中間転写ベルト１１を清掃する中間転写ベルトクリーニング部１０とを備えている。画像形成装置１は、中間転写ベルト１１上のカラートナー像をシート状媒体Ｐ上に転写するための転写バイアスローラ（２次転写バイアスローラ）１２を備えている。画像形成装置１は、シート状媒体Ｐ上のトナー像（未定着画像）を定着する加熱定着装置１３と、ポリゴンミラー１４と、給紙ローラ１５と、を備えている。
転写工程においても、通常のトナー付着量の７〜８倍である２．６ｍｇ／ｃｍ２のトナー画像を転写する。この後、通常付着量の０．４ｍｇ／ｃｍ２程度のカラー画像トナーを転写した場合、クリア（ＣＬ）トナーとの境界では段差が部分的に急激になる空間が発生することにより、転写電流が絶縁されることで、トナーの転写不良が発生する。
【００１３】
このようなトナーの転写不良を改善するためには、シート状媒体に感光体ドラムから直接転写する直接転写方式で立体造型用のクリア（ＣＬ）トナーをシート状媒体へトナーを転写する最終段階で転写させる手法がある。また、中間転写方式の中間転写ベルトの表層材として弾性層を備え、クリア（ＣＬ）トナーとの境界で生じる段差が部分的に急激でも転写圧で弾性層が変形することで部分的な空間の発生を防ぐ手法がある。これら両者の何れかを採用することで上述したトナー転写不良の発生を回避できる。
このように、トナーは、粒径分布が２５〜４０μｍであるトナーを少なくとも５０％以上含むことが好ましく、この場合、クリア（ＣＬ）トナーの現像付着量を２．６ｍｇ／ｃｍ２以上として十分な立体画像を形成することができる。
中間転写ベルトは、２５μｍ以上の弾性体層を備えることで、カラー画像をシート状媒体Ｐ上に転写する際に発生する不良を防止することができる。
【００１４】
次に、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１の動作について説明する。
パソコン等の画像出力端末（図示しない）より、画像形成装置１本体内部のコントローラ（図示しない）へ電気的な画像信号が転送される。
画像出力端末から画像信号を受信した画像形成装置１は、ＲＧＢ（赤（Ｒｅｄ）、緑（Ｇｒｅｅｎ）、青（Ｂｌｕｅ））の色分解画像信号を元にして画像処理部（図３）で色変換処理、色補正処理、及び空間周波数補正処理等の処理を行う。この結果、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）のカラー画像情報を得る。さらに立体造形を付与したい任意の画像部位信号よりクリア（ＣＬ）の画像情報を得る。
クリア２（ＣＬ２）の画像情報の一例として、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）のカラー画像情報から画像面積率の合計が１００％未満の場合に１００％に対して画像面積率の合計の差分データから画像情報を生成する。そして、クリア、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、クリア２の各色の画像情報は、書込み部４に出力される。書込み部４は、各色の画像情報に基づいたレーザ光（露光光）を、それぞれ対応する感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、５ＣＬ２上に向けて照射する。
一方、感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、５ＣＬ２は、それぞれ、図１において図示している時計回り方向に回転している。
【００１５】
＜帯電工程＞
まず、感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、５ＣＬ２の表面は、帯電部６との対向部で、一様に帯電される。こうして、感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、５ＣＬ２には、帯電電位が形成される。
その後、帯電された感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、５ＣＬ２はそれぞれのレーザ光の照射位置に到達する。
【００１６】
＜露光工程＞
書込み部４において、５つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、クリア、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック及びクリア２の色成分ごとに別の光路を通過することになる。
クリア成分に対応したレーザ光は、図１において左側から１番目の感光体ドラム５ＣＬの表面に照射される。このとき、クリア成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラー１４により、感光体ドラム５Ｙの回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部６にて帯電された後の感光体ドラム５ＣＬ上には、クリア成分に対応した静電潜像が形成される。
【００１７】
同様に、イエロー成分に対応したレーザ光は、図１において左側から２番目の感光体ドラム５Ｙの表面に照射されて、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、図１において左側から３番目の感光体ドラム５Ｍの表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。同様に、シアン成分に対応したレーザ光は、図１において左側から４番目の感光体ドラム５Ｃの表面に照射されて、シアン成分に対応した静電潜像が形成される。同様に、ブラック成分に対応したレーザ光は、図１において左側から５番目の感光体ドラム５ＢＫの表面に照射されて、ブラック成分に対応した静電潜像が形成される。
その後、各色（ＣＬ、Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫ、ＣＬ２）の静電潜像が形成された感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、５ＣＬ２のそれぞれの表面は、それぞれの現像部７との対向位置に到達する。
【００１８】
＜現像工程＞
そして、各現像部７から感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、及び５ＣＬ２上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ及び５ＣＬ２上の潜像が現像される。
【００１９】
＜１次転写工程＞
そして、現像工程後の感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ及び５ＣＬ２表面は、それぞれ、中間転写ベルト１１との対向部に到達する。
ここで、それぞれの対向部には、中間転写ベルト１１の内周面に当接するように１次転写バイアスローラ８が設置されている。この１次転写バイアスローラ８の位置で、感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ及び５ＣＬ２上に形成された各色のトナー像が、中間転写ベルト１１上に順次重ねて転写される。
【００２０】
＜クリーニング工程＞
そして、１次転写工程後の感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ及び５ＣＬ２の表面は、それぞれのクリーニング部９との対向位置に到達する。そして、クリーニング部９で、感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ及び５ＣＬ２に残存する未転写トナーが回収される。
その後、感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ及び５ＣＬ２表面は、図示しない除電部を通過して、感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ及び５ＣＬ２における一連の作像プロセスが終了する。
【００２１】
＜２次転写工程＞
他方、感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ及び５ＣＬ２上の各色のトナーが重ねて転写された中間転写ベルト１１は、図１に示す時計回り方向に走行して、２次転写バイアスローラ１２との対向位置に到達する。そして、２次転写バイアスローラ１２との対向位置で、中間転写ベルト１１上に担持されたカラーのトナー像がシート状媒体Ｐ上に転写される。
その後、中間転写ベルト１１の表面は、中間転写ベルトクリーニング部１０の位置に到達する。そして、中間転写ベルト１１上に付着した未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部１０に回収されて、中間転写ベルト１１における一連の転写プロセスが終了する。
【００２２】
ここで、中間転写ベルト１１と２次転写バイアスローラ１２との間（以後、２次転写ニップとする）に搬送されるシート状媒体Ｐは、給紙部２からレジストローラ３等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、シート状媒体Ｐを収納する給紙部２から、給紙ローラ１５により給送されたシート状媒体Ｐが、搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ３に導かれる。レジストローラ３に達したシート状媒体Ｐは、タイミングを合わせて、２次転写ニップに向けて搬送される。
そして、フルカラー画像が転写されたシート状媒体Ｐは、搬送ベルトによって加熱定着装置１３に導かれる。
【００２３】
＜定着工程＞
加熱定着装置１３では、無端ベルト１８と加圧ローラ１９とで形成される定着ニップ部によって、カラー画像のトナーをシート状媒体Ｐ上に定着させる。
このときカラー画像形成用の有色トナー及び立体造型用の透明トナーを十分な定着強度を確保する定着条件となるような温度制御、加熱時間（ニップ幅、定着線速）、圧力（ニップ圧力）により定着させる。
定着工程後、シート状媒体Ｐは、排紙ローラ（図示しない）によって次工程に導かれる。
ここで、上述した定着工程においては、定着機の構成に依存してシート状媒体Ｐ上の画像面内で同等の面圧、熱量を付与する。このため、トナー付着量が最小となる範囲での付着量とクリア（ＣＬ）トナー付着量との差はトナー特性である非オフセット温度範囲で制限を受ける。このため、非オフセット温度範囲を確保するためにクリア（ＣＬ）トナー付着量が制限され、それにより立体形状の隆起に制限を受けるという問題がある。
【００２４】
そこで、クリア（ＣＬ）トナー付着量に応じて、画像面一律の定着非オフセット温度範囲の影響を受けずにオフセット等の欠陥のない立体形状画像を形成しておく。これにより、画像データに画素密度よりも大きい画素密度の発熱体を有するサーマルヘッドを無端ベルトの内側に対向させ、サーマルヘッドを画素単位で定着温度制御を行うことで、画像面内の最小単位毎に非オフセット温度範囲とすることが可能となる。
サーマルヘッドを使用した定着機には、サーマルヘッドを加圧ローラで加圧した時の支持部材として、サーマルヘッドと加圧ローラとの間に無端ベルトを挟んだ形態のサーフ定着方式が知られている。
サーフ定着方式は、フィルム定着方式の一つであり、固定された発熱体上を定着面に離型性のあるポリイミド等の薄膜ベルトを走らせ、この薄膜ベルトにより記録媒体上の画像を定着させるものである。
しかし、サーフ定着方式にあっては、印刷速度が３０ＰＰＭを超える高速機においては、搬送速度と面圧により無端ベルトとサーマルヘッドの摺動動部で磨耗が発生することで耐久性に問題が発生する。
【００２５】
図２は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１に適用可能な加熱定着装置の構成について説明するための図である。
加熱定着装置１３は、定着ローラ２５（支持部材）とテンションローラ２６（支持部材）によって張設されて一方向へ走行する無端ベルト１８と、無端ベルト１８の外側面と回転しながら圧接して定着ニップ部を形成する加圧ローラ１９（圧接部材）を備えている。
さらに、加熱定着装置１３は、定着ニップ部よりも無端ベルト走行方向上流側に配置されて無端ベルト１８を加熱する加熱ローラ２８（第１の加熱手段）を備えている。加熱定着装置１３は、加熱ローラ２８と定着ニップ部との間に配置されて無端ベルト１８の内側面と対向し無端ベルト１８を加熱するサーマルヘッド２７（第２の加熱手段）を備えている。
加熱定着装置１３では、定着ニップ部にて色の異なる二以上のトナーから成るトナー像を担持したシート状媒体に対し加熱及び加圧を行なうことによりトナー像をシート状媒体に定着する。
【００２６】
上述した耐久性の問題を解決するために、図２（ａ）に示すように、直径の２０％厚の耐熱性ゴム（シリコーンゴム）層を備える定着ローラ２５（支持部材）とテンションローラ２６（支持部材）に無端円筒状の無端ベルト１８を張架する。この張架状態で、定着ローラ２５に対して回転可能な加圧ローラ１９を加圧して圧接させ定着ニップ部を形成する。そして、定着ニップ部から無端ベルト搬送方向に対して上流の無端ベルト１８の内側に無端ベルト幅方向に１又は複数の画素単位で加熱可能な発熱体を備えるサーマルヘッド２７を対向する。
実際の定着工程では、未定着のトナー像が転写されたシート状媒体Ｐの画像位置が定着ニップ部に到達する。このときに、トナー像のそれぞれの領域におけるトナー付着量の合計値に対応した熱量を当該領域に対して印加できるようにサーマルヘッド２７で無端ベルト１８を加熱しておく。これにより、トナー像が転写されたシート状媒体が定着ニップ部に到達したときに、それぞれの画像位置に必要な熱量を供給して非オフセット温度範囲での定着を可能とする。
このような構成において、サーマルヘッド２７の発熱量の制限によりクリア（ＣＬ）トナー付着量を含むトナー最大付着量を溶融するのに十分な熱量とならない場合が想定できる。
【００２７】
そこで、無端ベルトの熱量を増加するために、従来の定着機の加熱ローラ２８を備えた構成に加えて、ハロゲンヒータランプ２８ａを備えた構成を図２（ａ）に示す。また、断面が曲面状のＩＨ加熱装置２９を備えた構成を図２（ｂ）に示す。
トナー最低付着量で必要な熱量まで加熱して定着ニップ部の直前に実装され無端ベルト１８の裏面に加熱部が密着しているサーマルヘッド２７で再加熱することで、クリア（ＣＬ）トナー付着量を含むトナー最大付着量を溶融するのに十分な熱量となる。さらに、サーマルヘッド２７に対して温度制御を行うことで、画像面内の最小単位毎に非オフセット温度範囲とすることが可能となる。また構成上、サーマルヘッド２７と無端ベルト１８に加圧ローラ１９の荷重が掛からないこので、サーマルヘッドとの無端ベルトの摺動部での磨耗の発生を防止することができる。
【００２８】
サーマルヘッド２７を使用して局部的に無端ベルト１８を加熱する手法において、無端ベルト１８の熱容量が増大する。同時に、無端ベルト１８の線速が増大することにより、シート状媒体及び付着トナーを加圧及び加熱した後の余熱が無端ベルト１８上に残る。この場合、次のベルト周回で熱履歴として累積して目標の熱量から乖離して非オフセット温度範囲から外れる可能性がある。
これを防ぐために、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、定着ニップ部を通過して定着ローラから離間した無端ベルト１８にヒートパイプを内蔵したアルミ等の熱伝導率のよい金属ローラ表層にフッ素コート等の保護層を持ったテンションローラ２６を当接させる。このことで、無端ベルトの幅方向とベルト搬送による搬送方向の熱履歴である温度バラツキを吸収するとともに、熱搬送し、均一化することで熱履歴の影響を減らすことができる。
このように、サーマルヘッド２７の発熱体は、無端ベルト幅方向に沿って配置され、無端ベルト幅方向に画素単位又は画素単位を複数含む領域単位で分割配置されている。このことで、分割配置された発熱体の熱量不足を補うことができ、無端ベルト１８の耐久性を向上することができる。
【００２９】
図３は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１に適用可能な加熱定着装置に設けられたサーマルヘッド２７に対して、発熱体の温度制御を行う場合について説明するための制御装置のブロック図である。すなわち、図３は、画像形成装置１に備えられた制御装置４０のブロック図を示す図である。
図３において、制御装置４０は、パーソナルコンピュータ３５から印刷指示が付加された画像データを受信する。制御装置４０は、複数の操作ボタンを有する操作設定部４１と、カラー画像データを記憶するＶＲＡＭ４３ａを有する画像処理部４３を備えている。制御装置４０は、サーマルヘッド２７に設けられた２値の画像データで画素密度を有するそれぞれの発熱体への通電を制御する熱量制御部４４を備えている。
【００３０】
画像処理部４３は、各色の画像データに関する画像位置データ（Ｘ１，Ｙ１）〜（Ｘｍ，Ｙｎ）を管理している。また、画像処理部４３には、画像形成装置１の各所に設けられた位置検出センサからの検出信号が入力されており、各所に設けられた位置検出センサからの検出信号に基づいて、シート状媒体Ｐ上に転写されたトナー画像の先端部の位置を管理している。さらに、画像処理部４３は、無端ベルト１８上に転写されたトナー画像の先端部がサーマルヘッド２７に到達したことを検知した場合に、シート検出信号を熱量制御部４４に出力する機能を有している。
なお、熱量制御部４４には無端ベルト１８の内側に設けられた温度センサ３０が接続されている。また、画像処理部４３に設けられたＶＲＡＭ４３ａには、カラー画像データの色成分であるＣＬ画像データ、Ｙ画像データ、Ｃ画像データ、Ｍ画像データ、Ｋ画像データ、合計トナー付着量データＭが格納領域毎に記憶されている。
なお、画像処理部４３に設けられたＶＲＡＭ４３ａには、ＣＬ画像データ、Ｙ画像データ、Ｃ画像データ、Ｍ画像データ、Ｋ画像データ、合計トナー付着量データＭに加えて、ＣＬ２画像データ（図示しない）が格納領域毎に記憶されていてもよい。
【００３１】
また、サーマルヘッド２７は、カラー画像データの画素に１体１で対応する画素密度の発熱体を複数有し、これらの発熱体はそれぞれＯＮ／ＯＦＦの２値で発熱状態を制御することが可能である。このサーマルヘッド２７は、全ての発熱体に供給する印加電圧Ｖを可変に設定することで、発熱温度Ｔｘを可変することが可能である。また、サーマルヘッド２７は、それぞれの発熱体を駆動するドライバ回路に印加するパルス信号のＯＮ幅を可変に設定することで、発熱温度Ｔｘを可変することが可能である。
【００３２】
次に、図３に示すブロック図を参照して、加熱定着装置１３に設けられた画像処理部４３の動作について説明する。
まず、パーソナルコンピュータ３５から入力されたカラー画像データの色成分であるＣＬ画像データ、Ｙ画像データ、Ｃ画像データ、Ｍ画像データ、Ｋ画像データ、合計トナー付着量データＭが画像処理部４３に設けられたＶＲＡＭ４３ａに格納領域毎に記憶される。
上述した露光工程では、画像処理部４３は、ＶＲＡＭ４３ａに記憶されている例えば８ｂｉｔのＣＬ画像データ、Ｙ画像データ、Ｃ画像データ、Ｍ画像データ、Ｋ画像データを読み出す。次いで、それぞれの画像データに対して、書込み部４は、５つの光源から画像信号に対応したレーザ光を各色に対応してそれぞれ射出する。各レーザ光は、クリア、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック及びクリア２の色成分ごとに別の光路を通過してそれぞれの感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、５ＣＬ２上に静電潜像を形成する。
【００３３】
次いで、各現像部７から感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ、及び５ＣＬ２上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ及び５ＣＬ２上の静電潜像が現像される。次いで、１次転写バイアスローラ８の位置において、感光体ドラム５ＣＬ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ＢＫ及び５ＣＬ２上に形成された各色のトナー像が、中間転写ベルト１１上に順次重ねて転写される。次いで、各色のトナーが重ねて転写された中間転写ベルト１１は、２次転写バイアスローラ１２との対向位置において、中間転写ベルト１１上に担持されたカラーのトナー像がシート状媒体Ｐ上に転写される。
次いで、フルカラー画像が転写されたシート状媒体Ｐが、搬送ベルトによって加熱定着装置１３に導かれ、シート状媒体Ｐの先端部がサーマルヘッド２７の位置に到達したことが画像処理部４３により検知される。
ここで、画像処理部４３は、シート状媒体Ｐの先端部がサーマルヘッド２７に到達したことを検知すると、シート検出信号を熱量制御部４４に出力する。
【００３４】
＜合計トナー付着量Ｍ０〜Ｍ９＞
これに対して、本実施形態における定着工程では、画像処理部４３は、ＶＲＡＭ４３ａに記憶されている８ｂｉｔのＣＬ、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ及びＣＬ２の画像データのうち最上位の１ｂｉｔを読み出すことで、各画像データを２値化する。
さらに、画像処理部４３は、２値化された各画像データについて、主走査方向の位置と副走査方向の位置とがなす位置座標（ｘ、ｙ）上で同一の位置座標上の２値データを加算して合計トナー付着量データＭを算出し、ＶＲＡＭ４３ａに記憶する。これにより、トナー付着量の合計トナー付着量Ｍ０〜Ｍ９（４ｂｉｔ）を求めることができる。
すなわち、画像処理部４３は、立体造型形成用クリア像（ＣＬ）の有無（１ｂｉｔ）、フルカラー画像形成用ＹＣＭＫトナー像の有無（１ｂｉｔ）での最大２×５＝１０通り（図５参照）について、それぞれ合計トナー付着量Ｍ０〜Ｍ９を求める。ここで、Ｍ０は画素に対して全くトナーが無い状態を示し、Ｍ９は画素に対して全てのトナー種類（５種類）が有る状態を示す。
【００３５】
次いで、非オフセットとなる温度範囲（Ｔ１〜Ｔ２）において、トナーを溶融させる適正な熱量Ｑ０〜Ｑ９を評価により決定する。
この１０通りの合計トナー付着量Ｍ０〜Ｍ９にそれぞれ対応する必要熱量Ｑ０〜Ｑ９に対して、シート状媒体の必要熱量Ｑｓを加えることで、サーマルヘッド２７の熱量Ｑ０＋Ｑｓ〜Ｑ９＋Ｑｓが全て確定する。
画像処理部４３が、シート状媒体Ｐの先端部がサーマルヘッド２７に到達したことを検知すると、シート検出信号を熱量制御部４４に出力する。次いで、熱量制御部４４は、シート検出信号を受け付けた際に、画像処理部４３のＶＲＡＭ４３ａから画素毎の合計トナー付着量Ｍ０〜Ｍ９（４ｂｉｔ）の読み出しを開始する。以後、無端ベルト１８の移動に同期してＶＲＡＭ４３ａからの副走査方向の呼び出しアドレスが変更され、順次に画素毎の合計トナー付着量Ｍ０〜Ｍ９（４ｂｉｔ）が読み出される。
【００３６】
次いで、熱量制御部４４は、画像処理部４３のＶＲＡＭ４３ａから画素毎の合計トナー付着量Ｍ０〜Ｍ９（４ｂｉｔ）が入力される。熱量制御部４４は、画素毎の合計トナー付着量Ｍ０〜Ｍ９（４ｂｉｔ）に対して、それぞれ対応する必要熱量Ｑ０〜Ｑ９を求め、シート状媒体の必要熱量Ｑｓを加えることで、サーマルヘッド２７の熱量Ｑ０＋Ｑｓ〜Ｑ９＋Ｑｓが全て確定する。
なお、熱量制御部４４は、画素毎の合計トナー付着量Ｍ０〜Ｍ９（４ｂｉｔ）に対して、それぞれ対応する必要熱量Ｑ０〜Ｑ９を記憶するための必要熱量テーブルを記憶している。
【００３７】
次いで、熱量制御部４４は、サーマルヘッド２７の発熱体の熱量が熱量Ｑ０＋Ｑｓ〜Ｑ９＋Ｑｓになるように、例えば熱量の増加分に相当するパルス幅を増加するように設定してサーマルヘッド２７を制御する。
この結果、サーマルヘッド２７の長辺方向に設けられた各発熱体の熱量が熱量Ｑ０＋Ｑｓ〜Ｑ９＋Ｑｓの何れか１つになり、サーマルヘッド２７に対向した無端ベルト１８の幅方向の部位が加熱される。そして、無端ベルト１８はベルト搬送方向に順次に搬送されており、サーマルヘッド２７の加熱位置を通過した無端ベルト１８の部位には、カラー画像形成用の有色トナー及び立体造型用の透明トナーの定着に必要な熱量が付与される。
次いで、シート状媒体Ｐがニップ位置に到着し、トナー像の定着に必要な熱量が付与された無端ベルト１８と加圧ローラ１９とで形成される定着ニップ部をシート状媒体Ｐが通過することで、透明トナー及び各色トナーをシート状媒体Ｐ上に定着させる。定着後、シート状媒体Ｐは、排紙ローラ（図示しない）によって次工程に導かれる。
【００３８】
このように、サーマルヘッド２７はトナー像を１又は複数の画素単位で加熱可能な発熱体を有し、画像処理部４３が１又は複数の画素単位のトナー付着量を合計した合計トナー付着量を算出する。次いで、熱量制御部４４が画像処理部４３により算出された合計トナー付着量に比例した熱量になるように発熱体の発熱量を個別に制御する。
これにより、シート状媒体上に転写されたシート状媒体上に転写された二以上のトナーからなるトナー像に対して加熱及び加圧して定着させた場合でも、オフセットによる画質の低下、定着機の機構の汚れ、カラーシフトの発生などを防止することができる。
【００３９】
このように、熱量制御部４４は、トナー像の有無、トナー像を形成するトナー種類数Ｂに対して２Ｂ個の組み合わせで示す必要熱量に基づいて熱量制御を行う。これにより、必要熱量に関するデータ数を最小化することができ、熱量制御についての簡略化を行うことができる。
なお、シート状媒体上のトナー付着量が無い余白の部分は、トナー像がないためサーマルヘッド２７による加熱の必要がないので、サーマルヘッド２７の電力を省くことができる。
【００４０】
＜成立温度範囲（Ｔ１〜Ｔ２）＞
ここで、合計トナー付着量Ｍ０〜Ｍ９の振れる温度範囲を示す成立温度範囲（Ｔ１〜Ｔ２）を見つける方法について説明する。
まず、カラー画像データのテストパターンとして、立体造型形成用クリアトナー像（ＣＬ）の有無、フルカラー画像形成用ＹＣＭＫトナー像の有無での最大２×５＝１０通り（図５参照）の組み合わせを想定する。そして、それぞれ所定のエリアに一組につき例えば５個縦方向（副走査方向）に並んだカラー画像を準備しておき、パーソナルコンピュータ３５から当該カラー画像の印刷指示を画像形成装置１に出力する。
画像形成装置１では、上述した露光工程から２次転写工程を通過した段階において、シート状媒体Ｐ上に上記カラー画像データのテストパターンを有するカラートナー画像が転写される。このテストパターンを有するシート状媒体Ｐが加熱定着装置１３の無端ベルト１８上に搬送される。
なお、立体造型形成用クリアトナー像（ＣＬ）の有無、フルカラー画像形成用ＹＣＭＫトナー像の有無に加えて、ＣＬ２トナー像の有無での最大２×６＝１２通りの組み合わせを想定してもよい。
【００４１】
図４に示すフローチャートを参照して、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１に適用可能な加熱定着装置１３における成立温度範囲（Ｔ１〜Ｔ２）を見つける方法について説明する。
まず、ステップＳ１０では、熱量制御部４４は、変数Ｊ＝０とする。
次いで、ステップＳ１５では、熱量制御部４４は、合計トナー付着量Ｍ＝ＭＪとする。次いで、ステップＳ２０では、熱量制御部４４は、加熱ローラ２８とサーマルヘッド２７との間で無端ベルト１８の内側に配置された温度センサ３０により検出された定着温度Ｔｘを取得する。
次いで、ステップＳ２５では、熱量制御部４４は、記録媒体であるシート状媒体Ｐにオフセット（画像欠陥）が有るか否かを判断する。なお、画像欠陥が発生することを示すオフセットは目視判定とする。すなわち、加熱定着装置１３から排紙される定着後のシート状媒体Ｐの定着状態を目視確認する。そして、操作設定部４１に設けられた「オフセット」有りボタンが操作に応じてＯＮされた場合にオフセット有り信号が制御部４２に入力されるので、熱量制御部４４は、オフセット有り信号が入力されたか否かを判断する。シート状媒体Ｐにオフセットが有る場合（Ｓ２５でＹ）にステップＳ４０に進む。
シート状媒体Ｐにオフセットが無い場合（Ｓ２５でＮ）にステップＳ３０に進み、定着温度Ｔｘに付着量Ｍｊを付加してＲＡＭ４４ａに記憶する。
次いで、ステップＳ３５では、熱量制御部４４は、現在の定着温度Ｔｘに１０℃を加えた値を新たな定着温度Ｔｘ＝Ｔｘ＋１０℃とする。そして、サーマルヘッド２７の発熱体の発熱温度がＴｘになるように、例えばＴｘの増加分に相当するパルス幅を増加するように設定して制御する。次いで、ステップＳ２５に戻り、オフセットが有るか否かを判断する。
【００４２】
一方、ステップＳ４０では、熱量制御部４４は、変数Ｊ＝９か否かを判断する。変数Ｊが９まで到達していない場合は、ステップＳ４５に進み、熱量制御部４４は、変数ＪをインクリメントしてＪ＝Ｊ＋１とし、ステップＳ１５に戻る。変数Ｊが９まで到達した場合は、処理を終了する。
この結果、合計トナー付着量Ｍ０〜Ｍ９毎のオフセット（画像欠陥）がないときの温度ＴｘがＲＡＭ４４ａに記憶される。そこで、ＲＡＭ４４ａに記憶されている１０個の温度Ｔｘの中から最低温度をＴ１、最高温度をＴ２として決定する。
このように、シート状媒体Ｐの付着量Ｍごとに、定着温度Ｔｘを１０℃ずつ上げていき、オフセットが発生しない温度範囲を見つける。低い温度Ｔ１での画像欠陥の発生をコールドオフセット、高い温度Ｔ２での画像欠陥の発生をホットオフセットと呼び、コールドオフセットからホットオフセットまでの間より狭い温度範囲が成立温度範囲（Ｔ１〜Ｔ２）である。
【００４３】
＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る加熱定着装置１３により発熱体の温度制御を行う場合について説明するための図である。
カラー画像データの画素密度より粗いピッチ間隔を有するサーマルヘッド２７の場合は、カラー画像データのｎ個分の画素を１個の発熱体で加熱制御を行うこととする。この場合、サーマルヘッド２７に設けられた１つの発熱体で加熱するデータ画素数がｎ画素となる。このため、その範囲に画素単位で付着しているそれぞれの合計トナー付着量Ｍをｎ個分加算し、ｎ値で除算して平均化したトナー付着量Ｍａｖを求めておく。これに対して、非オフセットの成立温度範囲（Ｔ１〜Ｔ２）で溶融させる適正な熱量Ｑを求める必要がある。
【００４４】
しかし、可能性のある全ての場合に対してトナー付着量を求めて非オフセット温度範囲で溶融させる適正な熱量を評価する場合、組み合わせの個数が膨大であり現実的ではない。
そこで、上述した画素密度の発熱体を有するサーマルヘッド２７で求めた最大２×５＝１０通りのトナー総付着量に対して、図４に示すように、不連続な熱量データを直線で結び中間的な合計トナー付着量ＭＣに対応させる。
すなわち、熱量制御部４４は、２値カラー画像とトナー種類数Ｂ個とに対して２Ｂ個の組み合わせで示す必要熱量を合計トナー付着量の昇順としてトナー付着量中間値を直線で補完してｎ画素の平均付着量の必要熱量を算出する。この簡易的な方法で、サーマルヘッド２７の熱量Ｑを決定することで必要熱量が想定できる。
なお、立体造型形成用クリアトナー像（ＣＬ）の有無、フルカラー画像形成用ＹＣＭＫトナー像の有無に加えて、ＣＬ２トナー像の有無での最大２×６＝１２通りの組み合わせを想定してもよい。
このように、サーマルヘッド２７が有する発熱体の１単位が、トナー像の画素単位のｎ画素倍である。この場合に、熱量制御部４４は、トナー像の有無、トナー種類数Ｂに対して２Ｂ個の組み合わせで示す必要熱量に対して、合計トナー付着量の昇順としてトナー付着量の中間値を直線で補完してｎ画素の平均付着量の必要熱量を算出する。該必要熱量に基づいて熱量制御を行うことで、熱量制御についての簡略化を行うことができる。
【００４５】
＜第３実施形態＞
図７（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態に係る立体造型トナーの境界部分必要熱量補正を行う場合について説明するための図である。
画像データ上で立体造型形成用の画像データ有無の境界ではトナー定着状態で最大３０μｍ程度の段差が発生する。この場合、定着機では加圧ローラと定着ローラで加圧されニップを形成して加圧密着され加熱される。しかし、トナー段差部分で僅かながら空間が発生することにより面圧が低下して密着しない状態になり、熱伝導不良の発生による熱量不足により定着性の低下が局部的に発生する。
これに対して、立体造型形成用の画像データ有無の境界部分にサーマルヘッド２７の熱量を定着性の低下を相殺する熱量を加えることで、立体造型形成用の画像データ有無の境界部分でも非オフセット温度範囲とすることが可能である。
【００４６】
画像処理部４３は、図７（ａ）に示すように、立体造型形成用の画像データ有無（１ｂｉｔ）のトナー付着状態において、画像データから前後左右の９画素の画像データに対して周知の微分フィルタで境界部分のみを抽出する。この結果、図７（ｂ）に示すように、立体造型形成用の画像データに対して微分フィルタ通過後の微分結果データを生成する。
次いで、画像処理部４３は、図７（ｃ）に示すように、立体造型形成用の画像データと微分結果データとからオフセット補正データを生成する。ここで、図７（ｄ）に示すようなサーマルヘッドの必要熱量に対して、オフセット補正データを加算し、図７（ｄ）に示すように、境界部（５１Ｌ、５１Ｒ）が補正されたサーマルヘッドの必要熱量データを生成し、熱量制御部４４に出力する。熱量制御部４４は、補正されたサーマルヘッドの必要熱量データに従ってサーマルヘッド２７を制御する。
実際の定着性の低下部分が画像データ有無の境界部分よりオフセットしている場合には、微分フィルタで境界部分のみを抽出したデータより立体造型形成用の画像データが存在している方向、または逆方向に境界位置を移動する。これにより、実際の定着性の低下部分とサーマルヘッドの熱量を補正する対象範囲を一致させることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…画像形成装置、２…給紙部、３…レジストローラ、４…書込み部、５…感光体ドラム、６…帯電部、７…現像部、８…次転写バイアスローラ、９…クリーニング部、１０…中間転写ベルトクリーニング部、１１…中間転写ベルト、１２…次転写バイアスローラ、１３…加熱定着装置、１４…ポリゴンミラー、１５…給紙ローラ、１８…無端ベルト、１９…加圧ローラ、２５…定着ローラ、２６…テンションローラ、２７…サーマルヘッド、２８…加熱ローラ、２８ａ…ハロゲンヒータランプ、２９…ＩＨ加熱装置、３０…温度センサ、３５…パーソナルコンピュータ、４０…制御装置、４１…操作設定部、４２…制御部、４３…画像処理部、４３ａ…ＶＲＡＭ、４４…熱量制御部、４４ａ…ＲＡＭ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４８】
【特許文献１】特開２０１０−１３９９４８公報
【図１】
2014085581.tif 000003
【図２】
2014085581.tif 000004
【図３】
2014085581.tif 000005
【図４】
2014085581.tif 000006
【図５】
2014085581.tif 000007
【図６】
2014085581.tif 000008
【図７】
2014085581.tif 000009