JP2011043683A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体の搬送を停止させることなく、表面の光沢度、平滑度、厚み、等が異なる各種の記録媒体に画像形成を行った場合においても、適切な光沢度の画像を出力可能な画像形成装置を得る。
【解決手段】定着ローラ１２２とこれに圧接する加圧ローラ１２６との間に形成されたニップ部に記録媒体９を搬送し、記録媒体９表面上のトナー画像を定着させる定着部と、定着部の前段に記録媒体を加熱する記録媒体加熱装置１２１と、トナー画像の定着後の記録媒体９表面の光沢度を測定する光沢度測定手段１２９と、光沢度測定手段１２９により測定された光沢度に基づき、記録媒体加熱装置１２１の加熱条件を変更制御する変更手段と、を備え、記録媒体加熱装置１２１の遠赤外線照射により記録媒体を加熱する。
【選択図】図２

Description

本発明は、トナーを用いた複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置及び画像形成方法に関し、特に、表面の光沢度、平滑度、厚み等が異なる各種のコート紙に画像形成を行う画像形成装置及び画像形成方法に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられている定着装置は、所定の温度に制御された定着ローラと、弾性体を有してその定着ローラに圧接する加圧ローラとによって記録媒体表面上の未定着のトナー画像を加熱し、加圧することによって定着する熱ローラ定着方式が、モノクロ機からカラー機に至るまで幅広く採用されている。

主にカラー画像の画質や品位を向上させるためには、光沢度を制御することが求められている。光沢度は特にカラー画像においては、ある程度高い方が、画像濃度が高くなり、色域を広くすることができるので、好ましい。しかし逆に、光沢度が高すぎると、反射光が多くなるため、文字画像においては、文字が読みにくくなるという欠点がある。

特許文献１（特開平０６−１７５４４６号公報）では、熱ローラ定着方式の画像形成装置において、画像の光沢度を制御するものとして、写真モード等の特定の画質モードが選択された場合には、定着装置の加圧手段の圧力を増加させる装置が記載されている。

また、特許文献２（特開平１１−１１９４８４号公報）では、定着後の画像の光沢度を検出して、光沢制御パラメータを再設定する画像形成装置が記載されている。

一方近年、電子写真方式の画像形成装置がＰＯＤ（プリントオンデマンド）等の軽印刷の分野で使用されるようになり、記録材に関する多様なニーズに対応できることが要求されている。例えば、ポスター、カタログ等に使用される高光沢性の上質コート紙から、雑誌の本文用紙である古紙パルプ１００％の低光沢性の再生紙、ラフ紙等である。

各種多様な記録材に対して光沢度を制御するものとしては、特許文献３（特開平０７−３１１５０６号公報）では記録材の厚さ検出手段と、記録材の表面光沢を検出する記録材表面光沢検出手段との出力に応じて、定着条件を変更するものが知られている。

また特許文献４（特開２００３−１５６９６９号公報）では、その他の光沢度を安定に制御するものとして、定着装置の長期間の使用によって定着ローラ表面が経時変化した場合であっても、定着ローラ表面の光沢度検知手段に対応して定着条件を制御することにより、初期と同様の画像光沢を得ようとする画像形成装置が知られている。

特許文献５（特開２００７−３３４１８９号公報）では、記録媒体表面のトナー画像を有さない非画像部とトナー画像を有する画像部との光沢度の測定を行い、非画像部の光沢度に対応して、画像部の適切な光沢度の基準値を設定し、画像部の光沢度が基準値範囲内となるように、定着部材への加圧部材の加圧荷重、記録媒体の搬送速度や定着部材の制御温度などの定着条件を制御することにより光沢度、平滑度、厚み、等が異なる各種のコート紙に画像形成を行った場合においても、適切な光沢度の画像を出力可能な画像形成装置を得ることを可能としている。

しかし、上記特許文献１および特許文献４に記載された画像形成装置では、表面の光沢や厚みが異なる各種の用紙に画像形成を行った場合に、定着後の画像の光沢度が異なってしまうという問題がある。

つまり、グロスコート紙等の平滑性の高い紙においては、その表面に形成されたトナー画像の表面が平滑になり光沢度は高くなる。逆に再生紙、ラフ紙等の平滑度の低い紙においてはトナー画像の表面が粗くなり光沢度は低くなる。また厚い紙に対しては必要な熱量が多いので、定着時にトナーが十分に溶融しないため、紙面上に形成されたトナー画像の表面が粗くなり、光沢度は低くなる。

また特許文献２に記載された画像形成装置では、紙の表面性を考慮せずに画像の光沢度を規定値内にするように画像光沢制御パラメータを再設定するので、極端に平滑度が高い紙や、低い紙を用いると、パラメータの変更量が大きくなり、光沢度を一律の規定値内に制御することが困難になるという問題がある。

さらに特許文献３に記載の画像形成装置では、記録材の厚さと、光沢度により、定着条件の変更を行っているので、定着後の実際の画像光沢度は、定着条件には反映されない。このため定着ローラ表面の経時変化や、画像形成時の周囲環境の影響、等により実際の定着後の画像光沢度が安定しないという問題を有している。

特許文献５に記載の画像形成装置では、光沢度を制御するために定着部材への加圧部材の加圧荷重、定着部材の制御温度を変更手段としており、光沢度を大きく変更する場合に変更手段の制御に時間がかかり、記録媒体の搬送が停止し、印刷物の生産性の低下に繋がる。このとき、記録媒体が連続紙の場合では、ニップ内に記録媒体があるため、画像部では、過剰な加熱による異常画像が生じ、非画像部では、記録媒体の黄変が生じる。

本発明は上記問題に鑑み、記録媒体の搬送を停止させることなく、表面の光沢度、平滑度、厚み、等が異なる各種の記録媒体に画像形成を行った場合においても、適切な光沢度の画像を出力可能な画像形成装置を得ることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、第１の態様として、加熱手段によって所定温度に制御された定着部材と前記定着部材に圧接する加圧部材との間に形成されたニップ部に記録媒体を搬送し、記録媒体表面上のトナー画像を定着させる定着装置と、前記定着装置の上流部に記録媒体を加熱する記録媒体加熱装置と、前記定着装置によるトナー画像の定着後の記録媒体表面の光沢度を測定する光沢度測定手段と、前記光沢度測定手段により測定された光沢度に基づき、前記記録媒体加熱装置の加熱条件を変更制御する変更手段と、を備え、前記記録媒体加熱装置は、遠赤外線の照射により記録媒体を加熱することを特徴とする画像形成装置を提供するものである。

また、本発明は、第２の態様として、搬送中の記録媒体を加熱し、加熱手段によって所定温度に制御された定着部材と前記定着部材に圧接する加圧部材との間に形成されたニップ部に記録媒体を搬送して、記録媒体表面上のトナー画像を定着させ、トナー画像の定着後の記録媒体表面の光沢度を測定し、測定された光沢度に基づいて、搬送中の記録媒体を加熱する際の加熱条件を変更制御することを特徴とする、画像形成方法を提供するものである。

本発明によれば、記録媒体の搬送を停止させることなく、表面の光沢度、平滑度、厚み、等が異なる各種の記録媒体に画像形成を行った場合においても、適切な光沢度の画像を出力可能な画像形成装置を得ることが可能となる。

本発明を実施するための形態の構成を示す図である 図１の定着部１２の構成を示す図である。 図２の光沢度測定手段１２９の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
本発明を実施するための一形態となる乾式電子写真方式を用いたマルチカラーレーザビームプリンタの構成を図１に示す。

図１に示すように、マルチカラーレーザビームプリンタ１は、黒（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の４色のトナーにそれぞれ対応する作像部２を有する。以下、各色に対応する作像部２を区別して言及するときは、作像部２Ｋ，２Ｙ，２Ｍ，２Ｃと呼ぶ。作像部２は、感光体３、帯電器４、光学部５、現像器６、転写器１０を有する。

光導電性を有する感光体３は、コントローラから印刷動作開始信号が出力されると、印刷速度に対応する速度で回転し、帯電器４により例えば負（−）の高電圧が印加されると、感光体３表面は均一に帯電する。コントローラからドットイメージに変換された文字データや図形データは、レーザ光ＯＮ／ＯＦＦ信号として印刷装置に発信され、光学部５からのレーザ光が均一に帯電した感光体３表面に照射される。レーザ光の照射により、感光体３表面の電荷が消失した部分には、現像器６により負（−）帯電したトナーが静電吸引され、感光体３上に付着し、未定着トナー像７を形成する。

感光体３上に形成されたトナー像は、用紙ガイド８により一定の張力に保たれながら搬送される記録媒体９上に、転写器１０の静電吸引力により転写される。未定着トナー像７の転写を完了した感光体３は、表面の電荷を一様に消失した後、清掃機１１により残留トナーを清掃し、再度帯電工程を開始する。

図１に示すマルチカラーレーザビームプリンタ１においては、作像部２Ｋ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｙにおいて上記作像プロセスが行われて、未定着トナー像７は記録媒体９上に順次重ねられる。その後、記録媒体９は定着部１２に搬送され、未定着トナー像７は記録媒体９上に加熱定着される。

次に、定着部１２の構成について、図２を用いて説明する。図２に示すように、定着部１２は、記録媒体加熱装置１２１、定着ローラ１２２、定着ベルト１２３、加熱ローラ１２４、加熱ローラ用ヒーターランプ１２５、加圧ローラ１２６、シャッター１２７、記録媒体搬送装置１２８及び１２１１、光沢度測定手段１２９を有する。また、図２中に示すように、未定着トナー像７が定着部１２により記録媒体９上に定着することにより、定着後トナー１２１０が形成される。

記録媒体加熱装置１２１は、複数の遠赤外線を放射するランプと各ランプの記録媒体９に対する加熱効率を高めるための反射板により構成される。本実施形態では、ワット密度０．０３３Ｗ／ｍｍ²の遠赤外線ランプを２０本とした。ランプ１本あたりの加熱面積は、記録媒体幅方向が５００ｍｍ、記録媒体搬送方向が５５ｍｍである。定着ベルト１２３は、定着ローラ１２２と加熱ローラ用ヒーターランプ１２５によって温められた加熱ローラ１２４に掛け回されている。記録媒体９は、定着ベルトを介して定着ローラ１２２と加圧ローラ１２６によって圧接され、記録媒体搬送装置１２８、１２１１と合わせて搬送される。シャッター１２７は、図示されていないモータにより記録媒体搬送方向に平行して動作し、記録媒体へ照射する記録媒体加熱装置のランプ本数を制御する。シャッター１２７の開放に要する時間は、完全に閉塞した状態から全てのランプを開放するのに２秒要する。

記録媒体９上の未定着トナー７は、記録媒体加熱装置１２１及び定着ベルト１２３を介して定着ローラ１２２と加圧ローラ１２６により圧接さて定着され定着後トナー１２１０となる。

記録媒体９上の画像部にある定着後トナー１２１０及び記録媒体９の非画像部の光沢度は、光沢度測定手段１２９によりそれぞれ測定される。

光沢度測定手段の概要は、図３を用いて説明する。光沢度は、日本工業規格ＪＩＳ−Ｚ８７４１の「鏡面光沢度−測定方法」で規定されている。光沢度測定手段１２９は、同規定の入射角θが６０度の鏡面光沢度に準拠した構成としている。

光源１２９１からの光を、入射光光学系１２９２を介して定着後トナー１２１０及び記録媒体９の表面に照射する。定着後トナー１２１０及び記録媒体９の反射光を、反射光光学系１２９３を介して受光器１２９４で受光させる。入射光光学系１２９２と反射光光学系は、それぞれ矩形スリットを備えている。図に示す指定された入射角θ（＝６０度）に対して定着後トナー１２１０及び記録媒体９の表面からの鏡面反射光束をφ、標準面からの反射光束をφｓとして光沢度Ｇは下記式で表される。
Ｇ＝（φ／φｓ）×（使用した標準面の光沢度）
ここで、あらかじめ使用した標準面の光沢度は１００．０である。従って、光沢度は１００以下の数値で表されることになる。

次に本発明の実施形態に係る画像形成装置の動作について説明する。
まず、光沢測定手段１２９により測定された記録媒体９の非画像部の光沢度により画像部の光沢度の基準値を設定する。画像光沢に関しては、個人の嗜好に関わる部分もあるが、一般的に画像部と非画像部の光沢度の差が１５ｄｅｇあると違和感を覚えるといわれている。従って、基準値に対して±１５ｄｅｇを画像部光沢度の目標値として制御システムに記憶させる。

例えば、非画像部の光沢度が３０°の記録媒体９（以下用紙Ａ）の場合、定着後トナー１２１０の目標光沢度は、１５°から４５°の間に収まればよい。記録媒体加熱装置１２１のランプ２０本点灯させ、シャッター１２７により、１０本を遮っている状態を基準設定とし、この設定条件で用紙Ａの画像部光沢度が１０°であった場合、目標光沢度よりも低いため、シャッター１２７を開放し、記録媒体９への照射本数を増やすように制御する。上記の基準設定条件で画像部光沢度が５０％であった場合、目標光沢度よりも高いため、シャッター１２７を閉塞し、記録媒体９への照射本数が減るように制御する。シャッター１２７の制御をしているため、記録媒体９の搬送を止めずに、光沢度が制御することが可能となる。なお、ヒートロールの温度を制御して、目標とする光沢度を得る方法も考えられるが、この方法では時間がかかり、生産性の低下につながる。そのため、本実施形態では、シャッターの開閉制御により、画像の光沢制御を行う。

そして、上述したように、制御システムが変更手段として機能する。制御システムはＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）などを用いて実現することができる。

次に光沢制御に要する待ち時間について説明する。光沢度を５％制御するのに要する待ち時間は、従来のヒートロールの温度を制御する方式では、紙種、紙厚、定着装置のＮＩＰ時間によるが１分以上要する。しかし、本実施形態では、シャッター１２７の完全に閉塞している状態から開放までに要する時間が２秒であるため、明らかに本実施形態の方が待ち時間は短くなる。

以上説明したように、記録媒体表面の画像部と非画像部の光沢度を検知し、双方の測定値に応じて、記録媒体加熱装置の条件を制御することにより、記録媒体の搬送を停止させることなく表面の光沢度、平滑度、厚み、等が異なる各種の記録媒体に画像形成を行った場合においても、適切な光沢度の画像を出力可能な画像形成装置を得ることが可能となる。

１ マルチカラーレーザビームプリンタ
２ 作像部
３ 感光体
４ 帯電器
５ 光学部
６ 現像器
７ 未定着トナー像
８ 用紙ガイド
９ 記録媒体
１０ 転写器
１１ 清掃機
１２ 定着部
１２１ 記録媒体加熱装置
１２２ 定着ローラ
１２３ 定着ベルト
１２４ 加熱ローラ
１２５ 加熱ローラ用ヒーターランプ
１２６ 加圧ローラ
１２８ 記録媒体搬送装置
１２９ 光沢度測定手段
１２１０ 定着後トナー
１２１１ 記録媒体搬送装置
１２９１ 光源
１２９２ 入射光光学系
１２９３ 反射光光学系
１２９４ 受光器

特開平０６−１７５４４６号公報 特開平１１−１１９４８４号公報 特開平０７−３１１５０６号公報 特開２００３−１５６９６９号公報 特開２００７−３３４１８９号公報

Claims (6)

1. 加熱手段によって所定温度に制御された定着部材と前記定着部材に圧接する加圧部材との間に形成されたニップ部に記録媒体を搬送し、記録媒体表面上のトナー画像を定着させる定着装置と、
   前記定着装置の上流部に記録媒体を加熱する記録媒体加熱装置と、
   前記定着装置によるトナー画像の定着後の記録媒体表面の光沢度を測定する光沢度測定手段と、
   前記光沢度測定手段により測定された光沢度に基づき、前記記録媒体加熱装置の加熱条件を変更制御する変更手段と、
   を備え、
   前記記録媒体加熱装置は、遠赤外線の照射により記録媒体を加熱することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記光沢度測定手段は、トナー画像を有さない非画像部とトナー画像を有する画像部との反射光を測定し、
   前記変更手段は、前記光沢度測定手段が測定した非画像部及び画像部の双方の測定値に基づいて前記加熱条件を変更制御することを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記変更手段は、前記光沢度測定手段による非画像部の測定値により設定される基準値と、前記光沢度測定手段による画像部の測定値と、に基づいて前記加熱条件を変更制御することを特徴とする、請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記加熱条件は、遠赤外線の記録媒体への放射量、照射面積又のうち少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記加熱装置は遠赤外線の記録媒体への放射量および照射面積を変更可能にする開閉遮蔽部材を有し、前記変更手段は、前記開閉遮蔽部材を開閉する制御を行うことで前記加熱条件を変更することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 搬送中の記録媒体を加熱し、
   加熱手段によって所定温度に制御された定着部材と前記定着部材に圧接する加圧部材との間に形成されたニップ部に記録媒体を搬送して、記録媒体表面上のトナー画像を定着させ、
   トナー画像の定着後の記録媒体表面の光沢度を測定し、
   測定された光沢度に基づいて、搬送中の記録媒体を加熱する際の加熱条件を変更制御することを特徴とする、画像形成方法。

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