(57)【要約】【課題】取得した画像情報に基づいて転写紙上に載った未定着のトナー画像であるトナーの存在する部分を特定し、その部分に対応する発熱素子にのみ通電する省エネデジタル定着装置では、搬送される転写紙が前後左右あるいは斜めにずれるため、転写紙の位置を検出した後に取得した画像データを書き換え、通電しているが、トナー画像が転写紙の予定位置よりずれて転写された場合は、尚正確な定着ができなかった。【解決手段】発熱素子の転写紙搬送路上流側の側面に接地電極を置き、帯電したトナーが接近したときに静電誘導を生じさせ、流れる電流を検出し、当該電流に基づいて当該発熱素子に通電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送される記録媒体上の未定着トナー画像を加熱溶融して固着させる電子写真定着装置において、記録媒体の搬送方向と直角方向に配列され独立して駆動される複数の発熱素子と、当該発熱素子を支持する１又は複数の支持体と、その支持体上であって記録媒体の搬送方向上流側に当該複数の発熱素子に対応して設けられ且つ搬送されてくる記録媒体上の未定着トナー画像である帯電しているトナーの電荷に応じて静電誘導を生起して電流を流入又は流出しする複数の接地された導体である電極とを有し、当該電流の流入又は流出に基づいて対応する前記発熱素子へ通電し且つ該未定着トナー画像の後端が前記電極を通過した後は当該対応する発熱素子への通電を遮断をすることを特徴とする電子写真定着装置。
【請求項２】
請求項１の電子写真定着装置において、更に通電遮断制御手段を有し、該通電遮断制御手段は前記電極に流入又は流出する電流により発生する電圧に基づいて対応する前記発熱素子へ通電し且つ該未定着トナー画像の後端が前記電極を通過した後は当該対応する発熱素子への通電を遮断することを特徴とする電子写真定着装置。
【請求項３】
請求項２の電子写真定着装置において、前記通電遮断制御手段は、前記電極に流入又は流出する電流により発生する電圧が前記未定着トナー画像の後端が前記電極を通過した後に落下した場合において、当該未定着トナー画像が前記電極から対応する前記発熱素子へ至る時間分だけ遅延して当該対応する発熱素子への通電を遮断をすることを特徴とする電子写真定着装置。
【請求項４】
請求項１又は２の電子写真定着装置において、前記電極に流入又は流出する電流値に応じて前記発熱素子への通電電力を変更することを特徴とする電子写真定着装置。
【請求項５】
請求項１又は２の電子写真定着装置において、前記複数の発熱素子に接続された増幅回路を有し、前記電極に流入又は流出する電流を当該増幅回路で増幅して前記発熱素子の通電に用いることを特徴とする電子写真定着装置
【請求項６】
請求項５の電子写真定着装置において、前記複数の発熱素子はいくつかの発熱素子からなる複数のグループからなり、該複数のグループは電気的に接続され、各グループに対応する各電極は記録媒体搬送方向において互いに異なる位置に配置され、且つすべての電極は一つの増幅回路に接続されることを特徴とする電子写真定着装置。
【請求項７】
請求項１又は２の電子写真定着装置において、前記発熱素子はトランジスタヒータからなることを特徴とする電子写真定着装置。
【請求項８】
請求項２の電子写真定着装置において、前記通電遮断制御手段は、所定の発熱素子に対応する電極が電流の流入又は流出することによって生成される通電信号を発し且つ隣接する他の発熱素子の電極が当該通電信号を発しなかった場合、隣接する他の発熱素子にも通電することを特徴とする電子写真定着装置。
【請求項９】
請求項２の電子写真定着装置において、前記通電遮断制御手段は、搬送される記録媒体上の未転写トナー画像中にハイライト部が存在する絵柄が含まれる場合は、前記電極に流入又は流出する電流の電流値にかかわらず、予め取得された印刷位置情報において特定された当該絵柄又はハイライト部に対応するすべての発熱素子に通電することを特徴とする電子写真定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の複写機やプリンタに使用されるデジタル定着装置に関するものである。特に、そこで使用される発熱素子に対する通電制御(ON/OFF制御)方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
帯電したトナー（着色粉末）を感光体上に形成した静電潜像に静電力で付着（現像）させ、形成した未定着のトナー画像を転写紙（普通紙その他の記録媒体）に転写する電子写真方式では、その後加熱溶融してトナーを転写紙に固着させる定着工程が必要である。一般的には、加熱部材（加熱ローラ又は加熱ベルト）と加圧部材（加圧ローラ）間に、当該未定着のトナー画像が載った転写紙を通過させて定着する。この方式では、トナーのみならず転写紙及び定着部材（加熱部材と加圧部材）もトナー定着温度（１８０℃）に加熱するため、熱効率が悪い。又、定着部材を室温から定着温度に立ち上げるまでにかなりの時間を要する。
【０００３】
そこで、感熱記録のヒートアレイを使用し、トナー画像のみを選択的に瞬時に定着するデジタル定着が提案されている。以下その概要を説明する。
【０００４】
図１０において、符号１０２は感熱ヘッドを、符号１０３は発熱素子を、符号１０４は耐熱性ベルトを、符号１０５はプラテンを、符号２０５は未定着トナー画像を載せた転写紙を、符号１０９はその搬送ローラ対を、及び符号１４１は転写紙２０５の位置検出センサーである。発熱素子１０３は、転写紙２０５の搬送方向と直角な方向に多数、例えば４００素子/インチ（400dpi）で並べられている。
【０００５】
デジタル複写機やプリンタにおいては、画像情報、即ち、トナーがどこにあるかは、転写紙が定着装置に到達する前にわかっているので、その情報に基づいて選択的に発熱素子に通電し、トナーのみを加熱できる。この結果、通常、文字画像の面積は、転写紙全体の７％程度なので大幅な省エネができる。しかしながら、問題は、転写紙の搬送では、予定の到着時刻より遅れたり、横方向にずれたり、及び又は斜めになったり（スキュー）することである。そこで、この分を見込んで加熱範囲を広げればよいのだが、その場合、文字画像の面積がたとえ７％でも、全面に文字画像が存在するときは、必要な加熱範囲は転写紙全面になってしまい、まったく省エネにならない。
【０００６】
そこで、この課題を解決するために、転写と定着の間に転写紙の位置検知センサー（CCDスキャナーと光源で構成される）を配置し、紙搬送方向（副走査方向）の直角方向（主走査方向）のズレ量とスキュー量を検出し、その量に応じてオリジナル（原稿）の画像情報データを書き換えている。
【０００７】
この改良方法の課題は２つある。一つは、画像情報データの書き換えに時間がかかることで、二つ目は、転写紙の位置は正確に検知できても、その上に載っているトナー画像の位置はわからないことである。転写紙の搬送中のズレは、転写定着間のみならず、給紙転写間でも発生している。その結果、トナー画像は、転写紙上で、予定の位置より少し（数mm）ズレた位置に転写される。  技術的には、転写後、画像スキャナーでトナー画像の転写位置を正確に検知することは可能だが、コストアップとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−００６１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のデジタル定着装置においては、転写紙の搬送に伴う位置ずれは検知できても、転写紙上のトナー画像の位置は検知できない、又、搬送位置ずれを補正するための画像情報データの書き直しが必要になる。
そこで、本発明の目的は、高価な検知装置や時間のかかる画像データの書き換えを必要とせず、簡単な機構で、正確にトナー画像のみを瞬時に定着できる新しいデジタル定着方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、発熱素子の上流側に接地電極を置き、帯電したトナー群が接近したとき、静電誘導で接地電極に流入する電流を検知し、これによって当該発熱素子に通電することで達成できる。
【発明の効果】
【００１１】
搬送中の転写紙のずれや転写紙中のトナー画像の位置のばらつきにかかわらず、各発熱素子は直前にトナーが来た時にのみ自動的に通電されるので、熱効率は１００％になる。又、面倒な画像データの書き換えは全くいらない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の基本原理を説明するための新型デジタル定着装置の模式図である。
【図２】図２は本発明の実施例１であって、自動的にトナー画像のみを定着する実施例を示すブロック図である。ハンドスキャナの実施方法を示した説明図である。（実施例１）
【図３】図３は本発明の実施例１の変形例であって、パワーコントローラで遅延制御しつつ、主にトナー画像のみを定着する実施例を示すブロック図である。（変形例１）
【図４】図４は同じく本発明の実施例１の変形例であって、接地電極に静電誘導される電流を増幅する実施例を示すブロック図である。（変形例２）
【図５】図５は本発明の実施例２であって、複数の接地電極を直列に連結し、１個の電流増幅素子で複数の発熱素子を制御する実施例を示すブロック図である。（実施例２）
【図６】図６は本発明の実施例３であって、画像の幅が狭く、ある接地電極の誘導電流の値が閾値以下になる場合の実施例を示すブロック図である。（実施例３）
【図７】図７は本発明の実施例４であって、絵柄のハイライト部の４´４画素と、それを１加熱単位とする４´４加熱単位の画像データを用いる実施例を示す図である。（実施例４）
【図８】図８は本発明の実施例５であって、白黒トナー像とカラートナー像の層厚の違いと、その結果生じる誘導電流値の違いを示す模式図である。（実施例５）
【図９】図９は本発明の実施例６であって、発熱素子としてトランジスタヒータを使用する定着装置のブロック図である。（実施例６）
【図１０】図１０は従来のデジタル定着装置の主要部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ハウジング外または可能な限りハウジング側端部に近い位置からイメージを入力するという目的を、最小の部品点数で、光学系構成部品の厚みを損なわずに実現した。
【実施例１】
【００１４】
図１に本発明の第一実施例を模式的に示す。図中、符号１は感熱ヘッドの支持部（絶縁体）を、符号２は抵抗ヒータからなる発熱素子を、符号３は接地された接地電極を、符号４はマイナス帯電されたトナー群を、及び符号５は転写紙を示している。通常、トナーと感熱ヘッド間に置かれる薄い絶縁性のフイルムは、原理の説明には不要なので省略した。該接地電極３は、静電誘導を強くするべく転写紙５と平行になるよう横置きにした。該発熱素子としては、例えば感熱記録の感熱ヘッドに使用されているタングステン抵抗ヒータを用いる（以下の実施例で同様である）。
【００１５】
転写紙５が矢印の方向に搬送されてくると、接地電極３にはトナーの電荷とは逆極性の正電荷が流入する（金属中の負の自由電子が流出する）。この結果、図中右上の時間(t）対電流(i）のグラフに示されるように、正電流が観測される。当該正電流に基づいて当該発熱素子２に通電を始めると、当該トナー群４は順次定着される。  なお、後続するトナー群４の帯電量が同じであれば、接地電極３に静電誘導される正電荷の数は変わらないため、この間、接地電極３には上記正電流は流れないが、発熱素子２の当該通電状態は、例えば後述する手段によって維持される。
トナー群４の後端が接地電極３を通りすぎると、そこに静電誘導されていた正電荷はアースに戻る（負の自由電子が戻って来る）ので負電流が観測される。当該負電流で当該発熱素子への通電を止める。この結果、トナーのみが選択的に加熱されるので、熱効率は１００％になる。  以上が本発明の基本原理である。
【００１６】
より具体的には、発熱素子２、即ち抵抗ヒータへの通電制御（ON/OFF制御）は、例えば図２のように行われる。同図において、符号６はアースと接地電極３間に置いた小抵抗、符号７はFETパワートランジスタ、符号８はニクロム線やタングステン線等の抵抗ヒータである発熱抵抗（発熱素子２）、及び符号９は発熱抵抗の電源である。
接地電極３に小抵抗６を通って静電誘導電流が流れ込むと、小抵抗６の両端に電位差が発生し、パワートランジスタ７のゲートに電圧が印加される。この結果、電源９から発熱抵抗８に電流が流れて（通電されて）、発熱抵抗８は発熱する。図中右上のこれら電圧の時間的変化を示すグラフに示されるように、帯電トナー群４が接地電極３の下を通過している間は、接地電極３に生じた誘導電荷の量は変わらないので、小抵抗6の両端電位差も変わらずゲート電圧も一定に維持される。
【００１７】
一方、帯電トナー群４が接地電極３を通り過ぎると、接地電極３に静電誘導されていた電荷はアースに戻り、小抵抗６の両端電位差がゼロになり、ゲート電圧もゼロとなって通電は終了する。よって、特別な制御手段を要さず、極めて簡単な構成で且つ自動的にトナー画像のみを加熱できる。
【００１８】
此処で、帯電トナー群４が接地電極３を抜けると瞬時に通電を遮断するので、帯電トナー群４の最後尾が発熱素子２に到達したときは、発熱素子２の温度が既に定着温度以下に下がっている可能性がある。そこで、例えばパワーコントローラ（PC）を使って通電コントロールする。
具体的には、図３に示すように、図２の小抵抗６とパワートランジスタ７のゲート電極間にコントローラ（PC)１０を入れる。コントローラ１０は、ON電圧（小抵抗６の両端に生じた電位差）を検知し、ゲート電源１１と当該ゲート電極間に置かれたスイッチング素子１２を付勢（ON）にして当該ゲート電極にゲート電圧を印加するものである。そして、OFF信号（小抵抗６の両端の電位差がゼロ）を検知すると、スイッチング素子１２を滅勢（OFF）にしてゲート電圧を0Vにする。ここで、コントローラ１０は、上記OFF信号（小抵抗６の両端の電位差がゼロ）の検知後、瞬時にパワートランジスタ７のゲート電圧を0Vにして通電を止めず、転写紙５が接地電極３と発熱素子２間を走行する時間、例えば、10msecだけ遅らせてパワートランジスタ７のゲート電圧を0Vして、通電を止める。この結果、10msecだけ更に発熱素子２へ通電が継続されるので、トナー群４の最後尾も十分に定着される。
該スイッチング素子１２としては、例えば、ゲート電圧で制御できる電界効果トランジスタFETが適当であるが、他の方式でもよい。
【００１９】
又、上記実施例において、トナーの通過中、所定の発熱素子２に対し連続的に通電すべく電圧を発生させ、当該電圧をパワートランジスタ７及びコントローラ１０に入力したが、そのようにしなくとも、例えば前記コントローラ１０が直接接地電極３のON電流を検出し、当該検出信号に基づいて前記スィチング素子１２を駆動（ON）すれば、スイッチ素子１２はOFFにされるまでON状態に置かれるので、トナーの通過中、発熱素子２の通電を維持することができる。
【００２０】
基本原理が正しくとも、検出される電流値があまりにも小さすぎると、実際には使用できない。そこで、当該電流値を試算してみる。計算を簡単にするために、接地電極３の底面積を1mm ´ 1mmとする。通常、転写紙上のトナー重量は20g/ｍ2  である。即ち、20μg/mm2 である。又、トナーの平均的な帯電量は-30μC/gである。ゆえに、面積1mm ´ 1mmのトナー群の有する電荷量は-600pCである。これと、逆極性で等量の電荷、即ち、600pCが接地電極３に静電誘導される。その時間は、トナー群の先端が接地電極３を横切る時間である。転写紙搬送速度を、通常の200mm/secとすると、その時間は0.005secである。この結果、（接地電極３における流入/流出電流の）電流値は120nA、即ち、0.12mAとなる。
【００２１】
十分検知できる値であるが、接地電極の幅を1mmよりもっと狭くする場合もあるので、その時は、図４に示すように、接地電極３とアース間にNPN型バイポーラ電流増幅トランジスタ１３を置いて、（接地電極３における流入/流出電流の）電流を増幅し、増幅された電流がコレクタ抵抗１４を流れるときに、その両端に発生する電圧をコントローラ１０に入れる。
【００２２】
具体的には、NPN型バイポーラ電流増幅トランジスタ１３のエミッタEを接地し、ベースBに接地電極３をつなぐと、やってくるトナー群４によって接地電極３に静電誘導された僅かな電流IB がエミッタEとベースB間を流れる（トナー群４の帯電極性が正の場合、正孔が接地電極３からP層に流れ込む）と、エミッタEとコレクタC間に、その数十倍又は数百倍の電流IC が流れ、コレクタ抵抗（数ｋΩ）１４の両端に数ボルトの電位差が生じる。これを図２に示すゲート電極に入れれば、直接発熱素子２を通電させることができる。
なお、通常、感熱ヘッドの密度は、400dpiで、粗くとも、200dpiであるが、本発明を実施するためには、もっと粗くともよい。
【００２３】
なお、図１では、転写紙が帯電していない場合で説明したが、転写工程でプラスに帯電していても、基本的には同じである。この場合は、トナー画像４が載っていない転写紙５の先端が、接地電極３に接近した場合、負電流が発生する。そのあと、トナー画像４が接近した場合、紙とトナーの帯電量の大小で大きさは変わるが、いずれにせよ正電流が流れる。そのあと、トナー画像４が接地電極を抜けたときは、負電流が発生し、最後に正帯電した転写紙５が抜けたときは正電流が流れる。紙の先後端の負正電流は、転写紙の予定到着時間から判別できる。
【実施例２】
【００２４】
実施例１で言及した電流増幅トランジスタ１３の１個の値段は、２０円乃至６０円と安価だが、各発熱素子２毎につけると、例えば、１０００個必要になり、そのコストは、２万円乃至６万円にもなる。そこで、例えば接地電極３を５個まとめて１グループとし、当該５個の接地電極３１〜３５を図５のように連結し、その先に1個の電流増幅トランジスタ１３を接続する。そして、その各グループにおいて、各接地電極３（３１〜３５）から対応する発熱素子２までの距離を図５に示すように、1mmづつ変える。
【００２５】
ここで、転写紙５の搬送速度を100mm/secとすると、主走査方向において当該５個の接地電極の全幅より幅の広い長方形画像４が来たとき、各接地電極３１〜３５には10msec置きにON信号（発熱素子駆動信号）が表れる。
従い、最初にON信号が表れた接地電極３１と対応する発熱素子の間隔は50mmなので、コントローラは50msec後に対応する発熱素子を通電させる。発熱素子２の温度は、該ON信号電流を発生させた帯電トナー群４が該発生から50msec後に該発熱素子２に到達したときには定着温度まで上昇している。コントローラ１０は、接地電極３２〜３５に対応する加熱素子への通電も同様に時間を変えて行う。この結果、増幅回路のコストは、１/５になる。
【実施例３】
【００２６】
実施例１及び２において、トナー画像４の主走査方向の幅が通過する接地電極３の主走査方向の幅よりも広ければ、検知可能な電流が流れる。しかしながら、接地電極３よりトナー画像４の幅が狭ければ、画像の無い部分で電流は小さくなり検知できないので、画像の端部が定着されない不具合が生じる。
例えば、図３に示すように、接地電極３１〜３５に向かって長方形のトナー画像４が接近した場合、接地電極３１〜３４では大きな電流が流れるが、接地電極３５に流れる電流は小さく、細線で示す閾値以下となる。この結果、接地電極３５に対応する発熱素子は通電されず、この部分のトナーは定着されなくなる。
【００２７】
この不具合を是正するために、十分な電流が検出された発熱素子の隣の発熱素子には、その接地電極に流れた電流値にかかわらず、通電することとする。この結果、トナー画像の存在しない領域も加熱することになり、熱効率は少し低下するが、画像の端部が定着されない不具合は解消される。
【実施例４】
【００２８】
実施例３の方法は、文字画像には有効であるが、ハイライト部（殆ど白に近い淡い色であってトナーが互いに孤立して散在している部分）を有する絵柄には効果的に適応できない。なぜならば、ハイライト部では電極に発生する信号電流が非常に小さく、閾値以下であり、対応する発電素子への通電が行われないからである。そこで、絵柄、特にハイライト部のある絵柄、その中でもハイライト部は、既に取得されている画像情報に基づいてその位置や領域を導き、その領域に対しては、接地電極３に流れる電流値の大小にかかわらずその領域に対応する発熱素子２に通電することとした。
【００２９】
此処で、画像情報の中からハイライト部を検出する方法としては、例えば、次の方法がある。現在、プリンタおよびデジタル複写機の解像力は、通常600dpiである。即ち、１画素は42.3μm ´ 42,3μmである。そこで、仮に発熱素子および接地電極を４画素´４画素、即ち169μm ´ 169μmとし、これを１加熱単位とする。又、各画素は、トナーを載せるか否かの２値であり、これを図７に示すように黒画素と白画素で示す。
１加熱単位には１６個の画素が含まれており、このうち４個以上の画素が黒であれば、ハイライト部の可能性が低く、接地電極に静電誘導される電流値は閾値以上となり、発熱素子が通電され発熱できるので問題はない。しかし、黒画素が１〜３個の状態が図７の右図のように３列以上続いた場合は、ハイライト部の可能性が高い。
【００３０】
なお、文字の先端等で黒画素が１〜３個の加熱単位が２つ連続することが起こるのが、その場合はハイライト部とは認識しない。又、電流値が閾値以上の１加熱単位の隣であれば、実施例３に示すように加熱される。
【００３１】
このようにして、ハイライト部の位置を検出し、その領域に及び紙搬送のズレを加えた領域では、接地電極の電流値にかかわらず発熱素子に通電することとする。この通電方法は、一方で熱効率は下がるが、他方で画像をきれいにする効果がある。画像データとは無関係に定着せず、非画像部に付着したトナーを定着しないからである。
【実施例５】
【００３２】
トナーを定着するためにトナーに加える熱量は、トナー量が多くなるほど多くしなければならない。特に、各色トナーが重なり合うカラー画像では、白黒画像の２乃至３倍の熱量を加えなければならない。オリジナル画像情報を解析して、白黒部とカラー部で発熱素子に加える通電電力を変えることができるが、本発明では画像解析なしに、自動的にこれができる。
【００３３】
例えば、図８に示すように、単層の白黒トナー画像４Aの後に、３色のトナーが３層に重なったカラー画像４Bが来た場合、接地電極３を流れる電流（信号電流）は白黒画像の約３倍になる。そこで、図３に示す回路構成で、コントローラ１０がFETパワートランジスタ７のゲート電圧を３倍にすれば、発熱抵抗８を流れる電流も３倍になる。即ち、ゲート電圧を接地電極３を流れる電流（信号電流）に比例させれば、自動的にトナー層の厚みに比例した熱量を加えることができる。
【００３４】
具体的には、ゲート電圧を数種類準備し、コントローラ１０に、接地電極３又は電流増幅トランジスタ１３から入力された信号電流値（又は電圧）に応じて、対応するゲート電圧を選択すればよい。
【実施例６】
【００３５】
以上の実施例において、実施例１に記載したように、発熱素子として、感熱記録の感熱ヘッドに使用されているタングステン抵抗ヒータ８を用いた。しかしながら、トナー画像４が、接地電極３を通過してから、発熱素子２に到達するまでに、発熱素子２の温度を室温から定着温度、例えば、１８０℃まで急上昇させるのはいささか難しかった。例えば、接地電極３から発熱素子２までの距離が２mmで、転写紙の搬送速度が200mm/secであれば、その時間は、わずか10msecである。
【００３６】
この場合は、図９に示すトランジスタヒータ１５を使用すればよい。該ヒータならば、２０℃から２００℃まで10msecで立ち上げられる。此処で、トランジスタヒータ１５は、FETパワートランジスタ自体がヒータになるものである。そして、その制御は、実施例１（図３）で示した抵抗ヒータの制御と同様に行われ、該パワートランジスタヒータ１５に加えるゲート電圧を用いて達成される。
【符号の説明】
【００３７】
１    感熱ヘッドの支持部  （絶縁体）
２    発熱素子
３    接地電極
３１〜３５  個別接地電極
４    マイナス帯電トナー群
４A    単層トナー群
４B    ３層トナー群
５    転写紙
６    コントローラ（PC)
７    ＦＥＴパワートランジスタ
８    タングステン発熱抵抗
９    電源
１０    コントローラ
１１    ゲート電圧電源
１２    スイッチング素子
１３    電流増幅トランジスタ
１４    コレクト抵抗
１５    トランジスタヒータ
１０２    感熱ヘッド
１０３    発熱素子
１０４    耐熱性ベルト
１０５    プラテン
１０９    転写紙搬送ローラ
１４１    転写紙位置検出センサー
２０５    未定着トナー画像を載せた転写紙
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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