(57)【要約】【課題】画像形成装置の定着装置において、画像形成動作時に制御目標温度を維持できない場合に、搬送間隔を広げすぎると生産性が必要以上に低下してしまうと言う問題があった。【解決手段】記録材が定着装置を通過する際の加熱部材の温度の低下度合いを検出し、検出した温度の低下度合いに基づいて記録材の定着開始タイミングを決定することによって、定着性を確保し生産性の低下を抑えることが可能になる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートに形成された画像を加熱して定着させる定着手段と、
第１のシートによる前記定着手段の温度低下度合いを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記第１のシートの後に前記定着手段が作用する第２のシートの定着開始タイミングを決定する決定手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記定着手段に供給される電力が所定値以上の期間における温度低下量を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第２のシートの画像定着を可能にする定着可能温度を取得する取得手段を更に有し、
前記決定手段は、前記検出手段により検出された前記温度低下度合いと、前記取得手段により取得された前記定着可能温度に基づいて前記第２のシートに対する前記定着手段の作用を開始できる開始温度を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記定着可能温度は、定着する画像の印字率毎に予め決められていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記定着手段の温度が前記開始温度に達するまで、前記第２のシートに対する前記定着手段の作用の開始を抑制する制御手段
を更に有することを特徴とする請求項３または４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
画像定着するシートの種類に応じた定着開始時の前記定着手段の目標温度が予め設定されており、
前記開始温度が前記目標温度を超える場合には、前記目標温度を前記開始温度とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記決定手段は、前記定着手段に供給される電力が所定値以上になってから前記第１のシートが前記定着手段を通過するまでの時間と、該時間に前記検出手段が検出した温度の低下量から前記第２のシート１枚に渡る低下温度を算出し、
前記目標温度から前記定着可能温度を減算し、更に前記低下温度を加算することで前記開始温度を決定することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
シートに形成された画像を加熱して定着させる定着手段と、第１シートによる前記定着手段の温度低下度合いを検出する検出手段とを有する画像形成装置の定着方法であって、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記第１のシートの後に前記定着手段が作用する第２のシートの定着開始タイミングを決定する
ことを特徴とする画像形成装置の定着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材に転写された現像剤を加熱することにより画像を定着させる定着装置を備えた画像形成装置および定着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置の定着装置では、記録材に転写された例えばトナー等の現像剤の定着可能温度まで加熱部材の上昇させ、定着可能温度を維持するように定着装置の加熱部材へ供給する電力を制御していた。そして近年では、機器の高速化に伴い、単位時間あたりに加熱するシート材が増加し、加熱部材を定着可能温度に維持するための消費電力は増加している。その為、供給電力が低下したり、記録材に消費される熱量が大きくなり、定着装置の加熱部材の温度が定着可能温度を維持できず低下してしまい、定着不良が発生してしまうという課題があった。そこで、定着部の温度が所定の温度を下回った場合に記録材の搬送間隔を拡大することで加熱部材の温度低下を抑制する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９２９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来技術では加熱部材が予め決めた所定温度になるまで搬送間隔を拡大した結果、定着不良が起きない場合にもかかわらず搬送間隔が必要以上に大きく設定されてしまい、生産性が低下してしまう可能性があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題に鑑みてなされたものであり、加熱部材の温度が低下した場合の生産性の低下を抑制することが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は以下の構成を有する。
【０００７】
シートに形成された画像を加熱して定着させる定着手段と、
第１のシートによる前記定着手段の温度低下度合いを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、
前記第１のシートの後に前記定着手段が作用する第２のシートの定着開始タイミングを決定する決定手段と、
を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加熱部材の温度が低下した場合の生産性の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の画像形成装置のブロック図である。
【図２】本発明の画像形成装置の断面図である。
【図３】本発明の画像形成装置の定着部の構成を示した図である。
【図４】本発明の定着制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の制御目標温度を示す表である。
【図６】本発明の定着可能温度を示す表である。
【図７】本発明の温度低下率を測定する際の温度推移を示す図である。
【図８】実施形態の温度推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。なお、数値は、参考数値であり、本発明を限定する数値では無い。
【００１１】
＜画像形成装置の構成＞
図１は、本発明の画像形成装置の制御関係のブロック図である。画像形成装置１００は、制御に関係する次の各部を備えている。ＣＰＵ３０１は、ＲＡＭ３０３等に記憶されたプログラムを実行し、画像形成装置全体の動作を制御する。ＲＯＭ３０２には画像形成装置を駆動するためのファームウェアプログラムや、ファームウェアプログラムを制御するためのブートプログラムが書き込まれて、ＣＰＵ３０１に使用される。ＲＡＭ３０３は、ＣＰＵ３０１の作業領域、及びデータの一時記憶領域である。不揮発性メモリ３０４は、画像形成装置の各種設定を格納する。外部Ｉ／Ｆ３０５は外部のコンピュータ端末装置等と接続されて、印刷データの授受をする。操作部３０６は、ユーザが画像形成装置の各種設定を行ったり、その確認を行ったりするための操作を受け付ける。各種センサ３０７は、画像形成装置内に配置され、例えば定着部の加熱部材の温度を検知したり、あるいは搬送路などにおいてカット紙などのシート材の存在等を検知したりして、例えばＣＰＵ３０１にその信号を入力する。印字制御部３０８は、画像形成を行うための各種制御を行う。印字制御部３０８には印字部（あるいは画像形成部）が接続される。本例では画像形成部は、画像形成時に熱定着を行う電子写真式を例として説明するが、熱定着を行うインクジェット式であってもよい。
【００１２】
図２は、画像形成装置の構成、特に画像形成部の構成を示す概略断面図である。画像形成装置本体１００には、図２の下側（シート搬送方向上流）から上側（シート搬送方向下流）に向かって順に、シート給送部１０、画像形成部２０、定着部３０、シート排出部４０が設けられている。また、画像形成部２０、定着部３０の右側には、シート再給送部５０が設けられている。
【００１３】
シート給送部１０では、給送カセット１１や手差しトレイ１６に積載されたシートＰを画像形成部２０へ給送する。シート検知センサＳ１は、給送カセット１１にシートＰが収納されているかどうかを検知するセンサである。給送カセット１１に収納されたシートＰは、ピックアップローラ１２が回転することによって分離ローラ対１３へ給送される。シートＰが重送している場合は、正転ローラと反転ローラとからなる分離ローラ対１３によって１枚に分離され、実線で示す給送パスＰＳ１に搬送される。給送パスＰＳ１に搬送されたシートＰはさらに給送ローラ対１４によって搬送され、回転を停止しているレジストローラ対１５のニップに先端が倣うことでシートＰの斜行が矯正される。レジ前センサＳ２は、シートＰの先端がレジストローラ対１５のニップに到達するタイミングを検知する。
【００１４】
手差しトレイ１６からシートＰを給送する場合は、供給ローラ１７および分離パッド１８によってシートを１枚に分離して機内に引き込む。そして、供給ローラ対１９によって給送ローラ対１４に搬送され、レジストローラ対１５でシートＰの斜行が矯正される。斜行が矯正されたシートＰは、所定のタイミングで回転するレジストローラ対１５によって画像形成部２０に搬送される。
【００１５】
画像形成部２０では、感光ドラム２１がその表面を帯電ローラ２２によって均一に帯電されている。レーザユニット２３から画像情報に対応したレーザ光が照射される。感光ドラム２１のレーザ光が照射された部分は、帯電ローラ２２によって帯電されていた電荷が除去され、画像情報に対応した静電潜像が形成される。ここで形成された静電潜像は、現像ローラ２４によって現像剤が付着されることで、現像剤像として可視化される。
【００１６】
この現像剤像は、感光ドラム２１の回転によって転写ニップ部Ｎ１に搬送される。このタイミングに合わせてレジストローラ対１５からシートＰが転写ニップ部Ｎ１に搬送される。搬送されたシートＰは、転写ニップ部Ｎ１において感光ドラム２１と接触する転写ローラ２５に挟持搬送されながら、転写ローラ２５によって感光ドラム２１に形成された現像剤像が転写される。なお、レーザユニット２３から照射されるレーザ光は、外部から送信された画像データに基づいて制御される。次に、現像剤像が形成されたシートＰは、定着部３０へと搬送される。
【００１７】
図３に定着部３０のより詳細な断面図を示す。定着部３０では、内部に配置されたヒータ等の熱源（あるいは加熱部材）３３と、サーミスタ等の温度検出手段３４とによるフィードバック制御で所定の定着温度に加熱された加熱ローラ３１と、加熱ローラ３１に接触して所定の圧力で加熱ローラ３１を加圧する加圧ローラ３２とによって定着ニップ部Ｎ２が形成されている。現像剤像が形成されたシートＰは、定着ニップ部Ｎ２に送り込まれて、定着ローラ３１と加圧ローラ３２とで挟持搬送され加熱加圧されることで、現像剤像がシートＰ上に定着される。定着センサＳ３は、シートＰの先端が定着ニップ部Ｎ２を抜けたことを検知する。
【００１８】
定着部３０により現像剤像が定着されたシートＰは、シート排出部４０へと搬送され、排出ローラ対４１によって排出トレイ４２へ排出される。
【００１９】
シートＰの両面に画像を形成する場合は、１面目に画像形成されたシートＰの先端が定着センサＳ３を抜けたあと、シートＰの後端が排出ローラ対４１を抜ける前に排出ローラ対４１を一旦停止させ、さらに排出ローラ対４１を逆回転させることで、シートＰを反転させてシート再給送部５０へ搬送する。シート再給送部５０へ搬送されたシートＰは、再給送ローラ対５１、５２によって破線で示す再給送パスＰＳ２を搬送され、再給送ローラ対５３によってレジストローラ対１５に搬送される。そして、レジストローラ対１５によって斜行が矯正された後、転写ニップ部Ｎ１に搬送されることで、シートＰの２面目に現像剤像が形成される。その後は、１面目に画像形成したときと同様に定着ニップ部Ｎ２を搬送されることで現像剤像がシートＰに定着され、両面に画像が形成されたシートＰは排出ローラ対４１によって排出トレイ４２へ排出される。
【００２０】
＜通紙許可温度（定着の開始温度）の決め方＞
図７は、シートＰを１枚定着させている時の定着部の温度変化とヒータの電力出力値の関係を示した図である。
【００２１】
図７（ａ）は、定着開始後、温度が低下したため、ヒータの電力を所定値以上にした後、途中から目標温度が維持できているため、ヒータの電力を所定値以下に下げた例である。この場合、目標温度は維持できているので次のシートも搬送間隔を拡大させずに定着開始させても、定着性を確保することができる。
【００２２】
図７（ｂ）は、定着開始後、温度が低下したため、ヒータの電力を所定値以上にしたにもかかわらず、目標温度が維持できず、シートＰを１枚定着させている間にΔＴ（℃）の温度低下が発生した例である。この場合、従来は定着部の温度が目標温度に戻るまでシートの搬送間隔を拡大させていた。その結果、生産性が必要以上に低下してしまう可能性があった。本実施形態では、この様な場合に搬送間隔を必要以上に拡大させないように温度低下度合いに基づいて次のシートの定着開始タイミングを決定する。
【００２３】
また、図７（ｃ）は、定着開始後しばらくは目標温度を維持できていたが、途中からヒータの電力を所定値以上にしたにもかかわらず、目標温度が維持できず、シートＰを１枚定着させている間にΔＴ´（℃）の温度低下が発生した例である。この場合、目標温度に近いため搬送間隔の拡大量は小さいものの、ヒータの電力を所定値以上にした状態が続く可能性があるため、搬送間隔の拡大量を適切にする必要がある。本実施形態では、この様な場合に、次のシート１枚の定着期間の低下温度ΔＴ（＝ΔＴ´×Ａ／Ｂ）に換算し、搬送間隔を必要以上に拡大させないようにする。
【００２４】
ここで、
ΔＴ´＝ヒータの電力が所定値以上の期間の温度低下量（温度低下度合い）
Ａ＝シート１枚の通過時間、
Ｂ＝ヒータの電力が所定値以上で温度が低下し始めてからシートが通過するまでの時間、
である。
【００２５】
図８は本実施形態において、搬送間隔を適正にするための通紙許可温度（定着の開始温度）の決め方を示す図である。図８は図７（ｃ）のケースを表している。
【００２６】
まず、ヒータ出力値（電力）が所定値以上になったかどうかを確認する。ヒータ出力値（電力）が所定値以上になっても温度が下がる場合、温度の回復が困難なため、その時点からの低下温度を測定する。温度が途中で回復した場合は、温度測定を中止する。温度が途中で回復しない場合は、そのまま測定を続け、シート１枚の定着終了時点での低下温度を確定させる。
【００２７】
定着部の温度が目標温度を下回っているため、従来は破線で示すように目標温度になるまで通紙許可をしないが、定着不良が起きない場合でも搬送間隔が必要以上に大きく設定されてしまう。そこで本実施形態では、図６に示す図で設定されているようにシートに形成されている画像の印字率（トナー量に相当）から、その画像の安定的な定着に必要な目標温度との差（＝定着可能温度）を取得する。印字率が高いとシートに乗っているトナー量が多いため、それを熱定着させるために多くの熱を必要とし、定着可能温度は目標温度に近くなる。例えば目標温度を２００℃とした場合、印字率２１％以上の場合は、定着可能温度は目標温度と同じになるため、シート１枚の定着が終わるまで目標温度を維持する必要がある。印字率３％の場合は定着可能温度は図６から２０℃であり、目標温度−２０℃＝１８０℃を維持していれば、安定的な定着を行うことができる。そのため本実施形態では、ヒータ出力値（電力）が所定値以上になっている時の低下温度が１０℃で、定着可能温度が２０℃だった場合、通紙許可温度＝目標温度−定着可能温度＋低下温度として計算し、２００℃−２０℃＋１０℃＝１９０℃を通紙許可温度とする。そして、先行紙の定着終了後、定着部の温度が１９０℃になるまで後続紙の通紙を待機させ、１９０℃になったら許可するように制御する。これによって、目標温度まで搬送間隔を開けた場合に比べて低い温度で搬送（定着）を開始できるので生産性の低下を抑制することができる。すなわち、従来の目標温度まで搬送間隔を広げる場合に比べて、搬送間隔を狭くすることができる。たとえば従来は定着器温度が目標温度に達するまで（図８の点線）次のシートへの画像形成を待機するが、定着可能温度を考慮に入れたことで、待機時間即ち搬送間隔を短縮できる。
【００２８】
＜定着部の構成および制御＞
次に、本実施形態に係る発明における画像形成動作時の定着部の制御について、図４のフローチャートを基に説明する。図４の制御手順は、例えばＣＰＵ３０１によりプログラムを実行することで実現される。そのため動作主体の記載は省略する。動作を開始すると、印字条件に応じてＲＯＭ３０２に記憶されている図５の制御目標温度の表から定着部の目標温度を決定し（Ｓ３０１）、加熱部材３３へ電力を供給し定着部の加熱ローラの温度を目標温度に立ち上げる動作を開始する（Ｓ３０２）。図５の例では目標温度は環境温度とシートの種類とをパラメータとして決定される。環境温度はたとえば画像形成装置１００が備える環境温度センサで計測し、シートの種類（ここでは紙種と呼ぶ。）は例えば、不図示のコンピュータから受信する印刷ジョブで指定された紙種を用いればよい。印刷ジョブで指定する紙種は、たとえば印刷を指示したユーザが指定してもよいし、使用する給紙カセットについて予め指定された紙種を用いてもよい。
【００２９】
加熱ローラの温度が目標温度に到達するまで待ち（Ｓ３０３）、定着部３０へのシートの通過を許可しシートの定着部内への通過を開始する（Ｓ３０４）。
【００３０】
ここでシートの通過を許可するとは、具体的にはたとえばレジストローラ対１５で待機しているシートを再搬送することなどであってよい。この場合にはレジストローラ対１５から定着部３０までの搬送路は画像形成部２０を経由することとなるので、ステップＳ１０３における目標温度は、レジストローラ対１５から搬送されたシートが定着部３０に達するまでの時間、定着器３０を加熱することで目標の定着温度に達するような温度としてもよい。すなわちこの場合にはステップＳ１０３の目標温度は、目標温度−予測上昇温度と読み替えられる。また搬送ローラ３１が定速で駆動されているなら、レジストローラ対１５から定着部３０まで到達するために要する時間は予測可能であるので、レジストローラ対１５を駆動するタイミングを基準として、シートが定着部３０を通過する直前のタイミングを特定することもできる。
【００３１】
この時に、温度低下直前のデータを記録するためのＲＡＭ領域のデータを消去する（Ｓ３０５）。この領域に記録されるデータにはたとえば、加熱ローラ３１の温度や、定着部３０を通過するシートが通過を開始してからの経過時間などがある。そして、シート通過時、加熱ローラの温度が目標温度を維持するように温度制御される（Ｓ３０６）。その後、加熱部材への供給電力量が所定値以上でない場合、すなわち定着器の出力が所定値以上でない場合（Ｓ３０７−Ｎｏ）は、温度低下直前のデータを記録するためのＲＡＭ領域のデータを消去する（Ｓ３０８）。
【００３２】
加熱部材への供給電力量が所定値以上で（Ｓ３０７−Ｙｅｓ）、且つ、温度低下直前の情報を記録するためのＲＡＭ領域にデータが保存されていなければ（Ｓ３０９−Ｎｏ）、温度低下直前のデータとして、現在の加熱ローラ３１の温度と、現在定着部３０を通過中のシートが通過開始してからの経過時間をＲＡＭに記憶する（Ｓ３１０）。シートが通過開始してからの経過時間は、たとえばレジストローラ対１５で停止したシートの搬送を介するタイミングを基準として一定時間後にシートは定着部３０に達するので、そのタイミングを通過開始時刻として経過時間を測定することで得られる。
【００３３】
そしてシートが定着部３０を通過するまで、温度制御（Ｓ３０６）と温度低下直前のデータの保存（Ｓ３１０）／削除（Ｓ３０８）を継続して行い、シートが定着器３０を通過した（Ｓ３１１−Ｙｅｓ）後、低下温度ΔＴ（＝ΔＴ´×Ａ／Ｂ）の算出を行う（Ｓ３１２）。
なお、温度低下直前のデータが保存されていない場合は、低下温度の値は０℃とする。Ｂ＝Ａの場合には、低下温度ΔＴ＝ΔＴ´となる。
【００３４】
そして次に、次ページがなければ印字動作は終了となる（Ｓ３１３−Ｎｏ）。次ページがある場合は、加熱ローラの温度が目標温度に対して所定量以上低くない（Ｓ３１４―Ｎｏ）、又は、加熱部材への電力供給量が所定量以上でない（Ｓ３１５−Ｎｏ）場合、搬送間隔を拡大せずに次シートの通紙を許可し、所定のタイミングで定着部へシートの通過が行われる。
【００３５】
加熱ローラの温度が目標温度に対して所定量以上低く（Ｓ３１４−Ｙｅｓ）、かつ加熱部材への電力供給量が所定量以上であった（Ｓ３１５−Ｙｅｓ）場合、定着可能温度を取得する（Ｓ３１６）。定着可能温度は、次に印字される画像情報を取得し、その画像の印字率に応じた定着可能温度を、ＲＯＭ３０２に記憶されている図６の表から取得する。定着可能温度は、現在設定されている目標温度に対して、何℃まで温度を低下させても定着性を維持することが可能かの温度である。
【００３６】
次に、通紙許可温度（定着の開始温度）の算出を行う（Ｓ３１７）。通紙許可温度は、通紙許可温度＝目標温度−定着可能温度＋低下温度で算出される値となる。
通紙許可温度が目標温度よりも高い温度の場合は、加熱し過ぎになってしまうため目標温度を通紙許可温度の値に変更する（Ｓ３１９）。
【００３７】
その後、加熱ローラの温度が通紙許可温度に到達するまで（Ｓ３２０−Ｙｅｓとなるまで）、シートの通過を禁止し（Ｓ３２１）、定着器の温度が通紙許可温度に到達するとシートの通過を許可し（Ｓ３０４）、シートの搬送を再開し次ページの印字動作が行われる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の画像形成装置によれば、次のシートの定着開始タイミング（搬送間隔）を先行シート定着時の温度低下度合いに応じて可変させることにより、定着器の温度が維持できない状況における印字動作時においても、定着性を確保しつつ、生産性の低下を抑えることが可能になる効果がある。特に、温度低下度合いを温度低下が始まったタイミングから実測し、それに基づいてシート単位での低下温度を算出する。すなわち、定着器の温度が低下する時間（Ｂ）と、その間に低下した定着器の温度（ΔＴ´）とに基づいて決定される。そしてシート１枚当たりの低下温度ΔＴに換算して通紙許可温度を決定する。このために、通紙許可温度や搬送間隔をより適切に決定することができ、目標温度まで搬送間隔を開けた場合に比べて低い温度で搬送（定着）を開始できるので生産性の低下を抑制することができる。
【００３９】
なお本実施形態では、定着可能温度を画像情報の印字率によって決定していたが、これに限定するものではない。また、通紙許可温度（開始温度）の決定手段についても本実施形態の手法に限定するものではなく、たとえば次ページのシートサイズなどに応じて可変させるといったことも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
３０・・・定着部、３１・・・加熱ローラ、３２・・・加圧ローラ、３３・・・ヒータ、３４・・・加熱ローラ温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018097309.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018097309.tif 000009
【図８】
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