JP4340575B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
このようなディジタル電子写真方式において、2値画像を形成するときのみならず、中間調を持った画像を形成する場合も、光ビームを高速でオン、オフし、いわゆる綱点構造や万線構造の静電潜像を形成することにより中間調を表現する方式が従来から知られている。この方式は、アルゴリズムも比較的簡易であり、また低コストで実現できるため、ディジタル電子写真方式の記録装置や複写機に広く採用されてきている。
このため、安定した画像を出力するために、以下のように露光、現像、転写部の制御を行い、画像濃度を安定させるものが提案されている。
特開平1−259388号公報には、転写部の上下流の感光体表面の濃度を複数のセンサで検知し、現像・転写の異常を検知する技術が提案されている。
特開平9−218591号公報には、連続記録中の用紙間隔の期間において、感光体上の濃度パターンの濃度を検出して画像濃度を制御する技術が開示されている。
この原因は主に、トナー画像を記録媒体に静電的に転写するプロセスに起因するところが大きい。すなわち、記録媒体として通常用いられる記録用紙の表面の凹凸のために、その記録用紙と感光体が完全には密着せず不均一なギャップが生じ、転写電界が乱れたり、トナー同士間のクーロン反発力を招き、その結果、中間調画像の品質が劣化する。
転写定着同時方式を用いた画像形成装置の他の例としては、特開平5−19642号公報に記載のものがある。同公報には、トナー像が形成された中間転写体に記録媒体を重ねて加熱加圧し、その後、中間転写体と記録媒体を平滑な支持面上で冷却し、トナー像の凝集力がトナー像と中間転写体との接着力より大きくなるまで冷却を続けることにより中間転写体から記録媒体へのトナー像の移行を完全に行わしめ、その後、記録媒体を中間媒体から剥離する方法が開示されている。
この方法は、上記のようにトナー像の冷却を十分に行うことにより、トナーの転写効率を向上させて、色バランスが良好で、かつ高光沢を有する高画質の画像を得るというものである。
特開2000−147864号公報には、転写定着同時方式において、定着部通過後の転写体表面のカラー濃度パターン(パッチ)の濃度を検出し、帯電、露光、現像手段を制御してトナー濃度(色味)を補正する技術が開示されている。
特に、表面が粗い記録媒体を使用した場合は、画像の劣化が改善されず、さらに悪化していることが判明した。
この方式の特徴である急激な加熱、冷却となるため、トナーが記録紙に転写された後の温度を検知しても像担持体表面はすでに低下しているので、加熱手段の異常を検知するには時間が必要となる。このため、何らかの原因で正常に加熱されないとき、トナーは溶融不足となって記録紙への転写不良となり、転写されないトナーが次の画像部へ移動して異常画像を出力することになる。
請求項5記載の発明では、請求項4記載の画像形成装置において、上記定着部材の表面温度を検知する温度検知手段を有し、上記低速回転でのクリーニング後に、記録媒体を通さずに上記定着装置を回転駆動し、所定の時間内に上記定着部材の表面温度が所定温度となるか否かを判断して上記加熱手段の異常を検知することを特徴とする。
請求項6記載の発明では、請求項5記載の画像形成装置において、上記加熱手段の異常が検知されない場合には、記録媒体が想定外のものであると判断してその変更を促すことを特徴とする。
請求項7記載の発明では請求項5記載の画像形成装置において、上記加熱手段の異常が検知された場合には、上記加熱手段による上記定着部材の温度を高める制御を行うことを特徴とする。
まず、図1に基づいて本実施形態における画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の構成及び動作の概要を説明する。
カラー複写機は、装置本体中央部に位置する画像形成部10と、該画像形成部10の下方に位置する図示しない給紙部と、画像形成部10の上方に位置する図示しない画像読取部を有している。
画像形成部10には、水平方向に延びる転写面を有する中間転写体としての中間転ベルト1が配置されており、該中間転写ベルト1の上面には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための構成が設けられている。すなわち、補色関係にある色のトナー(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応して、それぞれ像を担持可能な像担持体としての感光体7(7Y、7M、7C、7Bk)が中間転写ベルト1の転写面に沿って並置されている。
中間転写ベルト1は、駆動ローラ2と、2次転写手段としての2次転写ローラ6間に掛け回されて感光体7の回転と同方向に移動可能な構成を有している。
2次転写ローラ6と対向する位置には定着装置20が設けられている。2次転写ローラ6は定着装置20に対して(実質的には定着ローラ3に対して)不図示の手段により接離可能に設けられている。2次転写ローラ6と駆動ローラ2の回転方向下流側の間には、中間転写ベルト1の表面をクリーニングするクリーニング部材11が設けられている。
中間転写ベルト1上に転写されたトナー像T(以下、単にトナーともいう)は、不図示の2次バイアス印加手段により2次転写ローラ6に印加されるバイアス(AC、パルスなどの重畳を含む)により、定着装置20を構成する定着部材としての定着ローラ3に静電気力で2次的に転写される。
中間転写ベルト1は、無端ベルト状の基材の表面にトナーとの離型性のよい表面層を形成したものであり、本実施形態では、ポリイミドの基材に離型性のよいPFAフッ素樹脂を10μmの厚さで被覆したものを使用している。
使用されるトナーは、トナー軟化点温度が100°Cで、結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂を用いたシャープメルト性を有するトナーであり、Bk以外のトナーは赤外線吸収剤を含有させている。
次に、定着部近傍の構成を図2に基づいて詳細に説明する。図1では記録紙(記録媒体)Pを略垂直に搬送する構成として表示しているが、実際には、図2に示すように、略水平に搬送するようになっている。
2次転写ローラ6の近傍には、定着装置20が設けられている。定着装置20は、中間転写ベルト1上の未定着トナー像が2次転写される定着ローラ3を有している。さらに、定着ローラ3と対向して設けられ、ニップNを形成し、定着ローラ3上のトナー像をさらに転写して保持するための、定着部材に対向する部材としての加圧ローラ9を有している。
加圧ローラ9は、不図示の加圧バネにより定着ローラ3に押圧されている。加圧ローラ9と定着ローラ3との圧接部(ニップN)に不図示の搬送経路から記録紙Pが送り込まれる。
定着ローラ3及び加圧ローラ9はアルミニウム等の金属製パイプ状芯金と、その表面に形成された厚みが0.05〜0.5mm程度の弾性層と、さらにその上に形成された厚みが10〜30μmの離型層から構成されている。離型層はフッ素系樹脂系材料であるPFAやPTFE等をコーティングして形成されている。
また、回転方向における2次転写ローラ6とニップNの間の定着ローラ3の外部には、定着ローラ3の表層上のトナー像を加熱する加熱手段12が設けられている。加熱手段12は、反射板12aとハロゲンヒータ12bを有している。
また、定着ローラ3の表面温度を測定するため、その非画像領域に対応する位置には温度検知手段としてのサーミスタ21(図4参照)が設けられている。
図4に示すように、カラー複写機の全体を制御する本体制御手段26は、サーミスタ21からの検知信号に基づいて(それぞれの表面温度に基づいて)ハロゲンヒータ12bのオン・オフをコントロールする。この場合、本体制御手段26は温度コントローラとして機能し、温度を制御する。
その後、ニップNに搬送されてきた記録紙Pと挟持搬送される。加圧ローラ9の加圧により記録紙Pの繊維間にトナーが浸透し、圧接される。その後、離型性の良い定着ローラ3から剥離し、記録紙Pに定着される。このときトナーは記録紙Pに熱を吸収され、温度低下による固化により定着される。記録紙Pはその後不図示の経路により装置外へ排出され、スタックされる。
図2に示すように、ニップNから定着ローラ3の回転方向下流でクリーニングローラ18までの位置に、転写の状態を検知する転写検知手段13が設けられている。本実施形態では転写検知手段13として反射光検知タイプのフォトインタラプタを用いている。具体的に説明すると、転写検知手段13はフォトダイオードとフォトセンシティブダイオードが一体となった反射型のフォトインタラプタである。
転写検知手段13は、定着ローラ3の長手方向(軸方向)に保証する全サイズの記録紙が通過する位置に配置されており、本実施形態では、最小サイズ紙の中心に位置し、ニップNから定着ローラ3の回転方向下流でクリーニングローラ18までの位置に設置されている。
図3は、画像出力時の検知信号からの信号を示す。転写検知手段13からの信号、すなわち、定着ローラ3表面の反射率に依存する出力が、所定の値となった場合に、ここではその初期値から20%以上の変位を示したとき、トナーが転写されない、転写不良と判断する。すなわち、閾値を設けてそれを超えているかどうかで判断する。
また、定着ローラ3表面の反射率の初期値の取得と保存は、電源投入時の反射率を揮発性のメモリーに記憶することにより行う。未転写トナーを転写検知手段13が検知し、判定手段28により転写不良と判断された場合、本体制御手段26は2次転写ローラ6を定着ローラ3に対して離間させ、定着ローラ3に付着した未定着トナー像の中間転写ベルト1への転写を防止する。
また、本体制御手段26はユーザーが記録紙Pを除去したかどうかの判断を不図示のジャム検知手段からの信号により行い、確実に記録紙Pを除去したことを確認し、次の動作を許可する。
その後、加熱手段12の異常が考えられるため、自動チェックを行う。これは、通紙を行わずに定着ローラ3及び加圧ローラ9を回転させるとともに加熱手段に通電しながら定着ローラ3の表面温度を温度検知手段21で測定し、所定の時間内の上昇温度が所定温度となるかを判断し、加熱手段12の異常を検知する。
異常だと判断した場合は、マシンを停止し、異常告知手段27によりユーザーに伝える。正常だと判断した場合は、想定以外の記録紙であると判断し、ユーザーに記録紙Pの変更を促す。
本実施形態では転写検知手段13により像担持体としての定着ローラ3の表面を検知することしたが、ニップN通過後の記録紙Pの表面の画像を検知してもよい。この場合、本体制御手段26の判定手段26で、入力された画像信号や現像工程後の感光体表面の画像情報等の、ニップNを通過前の画像情報と比較し判定する。このような検知方式においても上記と同様の効果が得られる。
本実施形態では、2次転写ローラ6に中間転写ベルト1を介して対向する位置に加圧ローラ9を配置し、不図示の加圧バネにより押圧して、ニップNを形成している。ニップNの位置に不図示の搬送経路から記録紙Pが搬送される。
2次転写ローラ6内には加熱手段15が備えられている。加熱手段15はハロゲンランプを使用しており、本体制御手段26は2次転写ローラ6の表面の温度を不図示の温度検知手段からの信号により所定の温度に制御している。
記録動作を説明すると、2次転写ローラ6を通過時に2次転写ローラ6からの熱により中間転写ベルト1が加熱され、伝熱によりトナーTが軟化状態に加熱される。その後、ニップNに搬送されてきた記録紙Pと挟持搬送することで加圧ローラ9の加圧と熱により記録紙Pの繊維間にトナーが浸透し、圧接される。その後、トナーTは離型性の良い中間転写ベルト1から剥離し、記録紙Pに定着される。
本実施形態では、転写検知手段13は、ニップNの下流側でクリーニング部材11までの間において中間転写ベルト1の表面を検知できる位置に配置されている。
停止の場合は記録紙Pの変更を要求し、継続の場合は、2次転写ローラ6の制御温度を高温側に変更する。
このようにすることで、トナーTはより溶融され、記録紙Pの繊維内へ浸透しやすくなり、転写性が向上することになる。
さらに、次の記録紙Pでも転写検知手段13の信号により異常有りと判断した場合は、本体制御手段26はマシンを停止し、ユーザーに記録紙Pの変更を促す。
本実施形態では停止するとしたが、温度変更を他段階に設定し、順次段階を変更するようにしてもよい。
基本的には第1の実施形態と構成は同様であるが、よりトナーの加熱効率の向上と、中間転写ベルト1の温度を低減する効果のある定着部材としての定着ベルト30を使用している。
定着ローラ33と2次転写ローラ6、加圧ローラ9との位置関係は、第1の実施形態と同様で、それぞれ定着ベルト30を介して接触している。定着ベルト30は定着ローラ33と支持ローラ31間に張架されている。
支持ローラ31には定着ベルト30を介して、クリーニングローラ18が圧接され、転写検知手段13が定着ベルト30の表面を検知できる位置に配置されている。
定着ローラ33と加圧ローラ9の接触部より定着ベルト30の回転方向下流側には支持部材32が設けられている。支持部材32は定着ベルト30の外側に張力を付与するように接触し、トナーTと記録紙Pが接触しながら搬送されるようにニップNを形成している。
定着ベルト30は、無端ベルト状の耐熱性を持つ基材に厚さ70μmのポリイミドのフィルムを使用し、その表面には0.05〜0.5mm程度の弾性層と、厚みが10〜30μmのフッ素系樹脂系材料であるPFAやPTFE等の離型層がコーティングされて構成されている。基材としては他に、耐熱性のあるポリエステル、ポリアミドイミド、ポリアクリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフフォン、ポリエーテルケトン、ポリバラバン酸等のフィルムが用いられる。または、ニッケル電鋳ベルト等を用いてもよい。
支持部材32にはアルミにウム等の熱伝導性が高い金属を使用し、冷却効果を得ている。
このとき、トナーは記録紙P及び支持部材32に熱を吸収され、温度低下による固化することで、記録紙Pとの結合が強くなるので転写性が良くなる。また、定着ベルト30は熱容量が小さいので、ニップN通過後は上記実施形態より低温の状態となり、さらに、2次転写ローラ6との接触部に達するまでに支持ローラ31との接触や移動距離があるので温度は低下する。
このため、中間転写ベルト1の温度を上昇させることがないので、現像部における熱によるストレス等の問題を防止することができる。また、トナーの冷却効果があるので転写率を確保しつつ高速で記録することが可能となる。定着ベルト30を使用することにより、低熱容量となり、立ち上がり時間が早く、消費電力を低減できる。
転写検知手段13の動作は上記実施形態と同様なので省略する。
また、記録紙Pと接触するトナーを担持した部材に、より離型性を上げるためにオイル等の離型剤を塗布するようにしても良い。
また、トナーの付着量を多くすると、溶融したトナーは記録紙Pの表面の凹凸に入り込みやすくなるので、接触する面積が増加することになる。これがトナーと記録紙Pとの強度を大きくすることになるため、転写性は向上する。したがって、潜像形成装置23で電界強度を高くしたり、現像装置22でバイアスを高くする等の制御を変更して増加させてもよい。
クリーニング部材としてクリーニングローラを用いる場合は、中間転写ベルト1に対する接触圧力を大きくしたり、ブレーキ等を用いて対象となる部材(中間転写ベルト1)に対して移動量が遅くなるように回転させると有効である。
また、クリーニング手段にゴムブレードを使用した場合も同様に接触圧力を大きくしたり、他枚数のブレードを使用しても同様の効果がある。このように、クリーニング性能を向上させることで、次の画像部へトナーの移動を防止することができ異常画像の発生を防ぐことができる。
また、上記実施形態では使用する記録紙Pの全サイズに対応する位置に転写検知手段13を設けたが、より精度を上げるために像担持体の軸方向全域を検知するように配置してもよい。
3 定着部材としての定着ローラ
7 像担持体としての感光体
9 定着部材に対向する部材としての加圧ローラ
13 転写検知手段
18 クリーニング手段としてのクリーニングローラ
20 定着装置
28 判定手段
30 定着部材としての定着ベルト
P 記録媒体としての記録紙
Claims (7)
- 像担持体上に形成された未定着画像を中間転写体に転写した後、該中間転写体上の未定着画像を定着装置の定着部材に転写し、該定着部材上の未定着画像を加熱手段で加熱しながら、上記定着装置の上記定着部材とこれに対向する部材間のニップに記録媒体を通して該記録媒体に未定着画像を転写・定着する画像形成装置において、
上記中間転写体を上記定着装置に対して接離させる手段と、
上記定着装置のニップ下流に設けられ、上記定着部材の表面の反射率を検知する転写検知手段と、
上記転写検知手段により検知される、上記定着部材に未定着画像が転写されていない状態の反射率と、記録媒体に転写後の反射率とを比較し、転写不良の有無を判断する判定手段と、
を有し、上記判定手段により転写不良と判断された場合、上記中間転写体を上記定着装置から離間させることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1記載の画像形成装置において、
上記定着部材に未定着画像が転写されていない状態の反射率が電源投入時の反射率であってこれを初期値とし、上記判定手段は、記録媒体に転写後の反射率が上記初期値に対して所定の閾値を超えたときに転写不良と判断することを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体上に形成された未定着画像を中間転写体に転写した後、該中間転写体上の未定着画像を定着装置の定着部材に転写し、該定着装置の上記定着部材とこれに対向する部材間のニップに記録媒体を通して該記録媒体に未定着画像を転写・定着する画像形成装置において、
上記中間転写体を上記定着装置に対して接離させる手段と、
上記定着装置のニップ下流に設けられ、記録媒体の画像面の反射率を検知する転写検知手段と、
記録媒体に転写されるべき未定着画像のニップ通過前の画像情報と、ニップ通過後の上記画像面の反射率との関係から転写不良の有無を判断する判定手段と、
を有し、上記判定手段により転写不良と判断された場合、上記中間転写体を上記定着装置から離間させることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至3のうちの何れか1つに記載の画像形成装置において、
上記定着装置のニップ下流に設けられ、上記定着部材の表面をクリーニングするクリーニング手段を有し、上記判定手段により転写不良と判断された場合、上記定着部材を画像形成動作時よりも低速で駆動することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項4記載の画像形成装置において、
上記定着部材の表面温度を検知する温度検知手段を有し、上記低速回転でのクリーニング後に、記録媒体を通さずに上記定着装置を回転駆動し、所定の時間内に上記定着部材の表面温度が所定温度となるか否かを判断して上記加熱手段の異常を検知することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5記載の画像形成装置において、
上記加熱手段の異常が検知されない場合には、記録媒体が想定外のものであると判断してその変更を促すことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5記載の画像形成装置において、
上記加熱手段の異常が検知された場合には、上記加熱手段による上記定着部材の温度を高める制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
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