JP4916181B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式、静電記録方式等を採用する画像形成装置に具備される画像熱定着装置においては、いわゆる熱ローラ方式の加熱定着手段が広く用いられている。これは、トナー像を担持したシート材を、互いに圧接して回転する定着ローラと加圧ローラとで形成される圧接ニップ域を通過させることにより、上記トナー像をシート材上に永久画像として定着させるものである。

また、特にスタンバイ時に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えた加熱定着手段として、フィルム加熱方式による加熱定着手段がある。詳しくは支持体に取り付けた発熱体（以下、ヒータと称する）と加圧ローラとの間を、薄肉のフィルム（以下、定着フィルムと称する）を介してシート材を搬送させ該シート材上にトナー像を加熱定着させるものである。

画像熱定着装置を構成する上記２種類の加熱定着手段は、加熱定着させる温度を制御する為定着温度検知手段を１つ以上有している。定着温度検知手段は一般的にサーミスタを用いることが多く、ヒータや加圧ローラに接することでヒータや加圧ローラの温度を検出する。最近ではヒータや加圧ローラの輻射熱を計測することで加熱定着させる温度を検出する手法も検討されている。

図５は、さらに具体的に上記フィルム加熱方式による加熱定着手段の代表的な１例を示す概略構成図（断面図）である。図５において、加熱ユニット５１０は、主にセラミックヒータ５１１、支持体としてのガイド部材５１２、定着フィルム５１３から構成されている。５１４は加圧ローラである。ヒータ５１１は、定着フィルム５１３の回転移動をガイドするガイド部材５１２に固定されている。このガイド部材５１２は、例えば耐熱性の樹脂部材で形成され、加熱部材としてのヒータ５１１を保持するとともに定着フィルム５１３のガイドも兼ねている。さらに、定着フィルム５１３との回転摺動性を高める為に、定着フィルム５１３と、ヒータ５１１及びガイド部材５１２の外周面の間に耐熱性のグリス等を介在させている。またヒータ５１１の温度を検出する為定着温度検知手段として一般的にサーミスタ５１５が具備される。代表的なサーミスタ５１５の設置方法としてヒータ５１１に耐熱性の接着材で接着する方法やバネ性部材の圧力を利用して押し付けて設置する方法がある。

図３は加熱手段であるセラミックヒータ５１１と、温度検知手段であるサーミスタ５１５と搬送される用紙の位置関係を示す図である。図中矢印は用紙の搬送方向を示し、搬送方向に対して垂直な方向の用紙の長さを以後、幅とする。図３（ａ）は、搬送される幅が最大の用紙３０２がセラミックヒータ５１１に挟持されている状態をしめす。図３（ｂ）は搬送される幅が最小の用紙３０４がセラミックヒータ５１１に挟持されている状態を示す。実際にはセラミックヒータ５１１は図２に示すようにその位置を固定するためのステー２０１に固定されている。さらに定着フィルム５１３を介し、対向するように加圧ローラ５１４が配設される。加圧ローラ５１４が駆動されるにしたがって、加圧ローラ５１４と定着フィルム５１３が接触する位置（以下ニップという）に挟持されている用紙Ｐが、搬送される。その間に、加圧ローラ５１４から供給される圧力と、セラミックヒータ５１１から供給される熱で用紙上に担時されている現像材が用紙に固着される。サーミスタ５１５は搬送されうるどのような用紙であっても必ずその位置を用紙が通る位置、すなわち図３中の３１の部分のうちの任意の場所に配設される。

ここで、図３（ｃ）は幅が最小の用紙３０４が通紙された場合のセラミックヒータ５１１の温度分布の例を示す。幅が狭い用紙が通紙された場合は用紙の厚みによって用紙端部のすぐ外側ではセラミックヒータ５１１と加圧ローラ５１４の間に空間が生まれ、セラミックヒータ５１１が発熱した熱が用紙にも加圧ローラ５１４にも伝達されない領域が生まれる。したがって、図３（ｃ）のＡおよびＢで示すこの領域はサーミスタ５１５を用いて目標温度に温調している場合、図のように温度が上昇することになる。特に、幅が狭くかつ分厚い封筒を重送した場合には急激に温度が上昇し、例えば、目標温度が２００℃である場合には領域ＡＢでの温度は３００℃に達することもある。

端部がこのような高温になると、加圧ローラ５１４やステー２０１の温度上昇限度を超えるためにこれらの部品のダメージにつながる。また、端部がこのように高温になった状態で幅の広い普通紙を印字すると、温度が高すぎることによるホットオフセットとよばれる画像不良等が発生する。このような現象は特許文献１にも記載がある。

さらに、最近は紙サイズ検知手段を省いた複数の給紙口を有して大きな給紙容量を持ち、多岐にわたる紙サイズに対応してペーパーハンドリングを改善し、高速でプリントを行うことができ、ローコストである普及型のプリンタが増加してきている。

上記のような構成の場合には、給紙口が切換えられた場合には用紙サイズも切換る可能性が高い。このため幅の狭い用紙を通紙した時に定着器の端部（用紙幅方向の端部）がホット状態になっていた場合に、直後にそれよりも幅の広い用紙を通紙するとホットオフセットが発生する。このホットオフセットを防止する為に、充分な紙間を空けることで定着器端部の温度を下げ、ホットオフセットの防止を行う制御を行っていた。

図９は加熱手段であるセラミックヒータ５１１と、温度検知手段であるメインサーミスタ５１５，サブサーミスタ５１６と搬送される用紙の位置関係を示す図である。図中矢印は搬送方向を示し、搬送方向に対して垂直な方向の用紙の長さを、幅とする。図９（ａ）は、搬送される幅が最大の用紙３０２がセラミックヒータ５１１に挟持されている状態をしめす。図９（ｂ）は搬送される幅が最小の用紙３０４がセラミックヒータ５１１に挟持されている状態を示す。メインサーミスタ５１５は搬送されうるどのような用紙であっても必ずその位置を用紙が通る位置、すなわち図９中の３１の部分のうちの任意の場所に配設される。サブサーミスタ５１６は搬送される用紙のうち幅が最大のものが通紙されている間は用紙が通るが、幅が最小のものが通紙されている間は用紙が通らない、すなわち図９中の３２の部分の内の任意の場所に配設される。ここで、図９（ｃ）は幅が最小の用紙が通紙された場合のセラミックヒータ５１１の温度分布の例を示す。幅が狭い用紙が通紙された場合は用紙の厚みによって用紙端部のすぐ外側ではセラミックヒータ５１１と加圧ローラ５１４の間に空間が生まれ、セラミックヒータ５１１が発した熱が用紙にも加圧ローラ５１４にも伝達されない領域が生まれる。したがって、図９（ｃ）のＡおよびＢで示すこの領域はメインサーミスタ５１５を用いて目標温度に温調している場合、図のように温度が上昇することになる。

図４に示すように、ＬＴＲ用紙のような最大幅サイズの用紙を通紙した場合は定着ニップを用紙が通過する前後のメインサーミスタとサブサーミスタの温度差ΔＴはほぼ０である。それに対してＡ４等の少し幅の狭い用紙を通紙した場合にはメインサーミスタとサブサーミスタの温度差ΔＴが少しだけ大きくなる。また、さらに幅が狭い用紙を通紙した場合には図４（ｃ）に示すように一気に定着器端部の温度が上昇してΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ０）が数十度以上になる場合もある。ここで、Ｔ１は用紙が定着ニップ部を通過中の定着器端部の最高温度、Ｔ０は用紙が定着ニップ部に到達する前の定着器端部の平均温度である。

特に、幅が狭くかつ分厚い封筒を重送した場合には急激に温度が上昇し、端部がこのように高温になった状態で幅の広い普通紙を印字すると、温度が高すぎることによるホットオフセット等が発生する。

この端部温度上昇を防止するため、メインサーミスタの他に非通紙部にサブサーミスタを配置し、サブサーミスタの温度が高くなった場合にスループットを下げて非通紙部の温度上昇を抑えるという制御が行われていた。

特開２００１−２８２０３９号公報

しかしながら、例えば、ユーザが複数の給紙口から同じ幅サイズの用紙を、交互に給紙口を切換えながら給紙してプリントを行うといった場合には必要以上の紙間を空けることになる。このような場合とは、例えば、ある給紙口にはプレプリントされた用紙をセットして別の給紙口にはプレプリントされていない用紙をセットして、ある給紙口からプレプリントされた表紙をプリントして別の給紙口からレポートを印刷する場合が該当する。この場合、プリントを複数部作成することになるが、必要以上の紙間を空けることになるので、スループット（単位時間あたりの画像形成枚数）が遅くなるという問題があった。

また、上記の問題を避けるため、紙間を空けないようにした場合には、幅の狭い用紙を通紙して端部が高温になった状態で直前の紙よりも幅の広い紙を印字すると、定着器端部の温度が高すぎることによるホットオフセットとよばれる画像不良等が発生する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、スループットの低下を抑えつつ、画像不良の発生を防止することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明の画像形成装置は、複数の給紙口と、前記複数の給紙口のいずれかから供給された記録材に画像を転写する転写手段と、前記転写手段により記録材に転写された画像を該記録材に定着する定着手段と、前記記録材の搬送路において該記録材を検知するセンサと、前記センサの検知出力に基づいて前記記録材の搬送方向の長さを測定する測定手段と、前記複数の給紙口のうち第１の給紙口から連続して複数の記録材を供給中に、給紙口が前記第１の給紙口から第２の給紙口に切換えられた場合に、前記測定手段によって測定された前記第１の給紙口から最後に給紙された記録材の搬送方向長さの測定結果が予め定められた長さ以下であった場合は、第２の給紙口から最初に給紙する記録材の給紙タイミングを遅らせる制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、ユーザが給紙口を交互に切換えながらプリントするような場合でもユーザの使用方法に合わせた最適なスループットで高品質な印字品質を保って画像形成することができる。

また、本発明によれば、紙サイズ検知手段を省いた複数の給紙口を有して大きな給紙容量を持ち、かつ多岐にわたる紙サイズに対応してペーパーハンドリングを改善し、かつ高速でプリントを行うことができ、かつローコストである普及型のプリンタにも適用できる。すなわち、このようなプリンタにおいて、プリントを複数部作成する場合など交互に給紙口を切換えながらプリントを行うといった場合にも短い紙間で給紙できスループットの低下を抑制することができる。

また、本発明によれば、ユーザが複数の給紙口に同じ幅サイズである給紙口にはプレプリントされた用紙をセットして別の給紙口にはプレプリントされていない用紙をセットする。そして、ある給紙口からプレプリントされた表紙をプリントして別の給紙口からレポートを印刷するような状況で、例えば、幅の狭い小サイズ用紙を通紙して端部が高温になった状態で直前の紙よりも幅の広い紙を印字すると、定着器端部の温度が高すぎることによるホットオフセットとよばれる画像不良の発生を防止することができる、

（第ｌの実施例）
図６は本発明の第１の実施例にかかるプリンタを示す。

図６に示すように本プリンタは複数の給紙口として、給紙カセット１Ａ，給紙カセット１Ｂ，マルチパーパストレイ１Ｃを有している。詳細は後述するが、これらの給紙口はいずれか１つが選択され、選択された給紙口からのシート材（記録材）が搬送され、プリントされる。２Ｂは給紙カセット１Ｂに積載されているシート材、３Ｂは給紙カセット１Ｂに具えられたカセット給紙ローラである。４Ａ，４Ｂはカセット給紙ローラ３Ｂによって給紙されたシート材２Ｂを搬送ローラ４に導くための搬送ローラ、３Ｃはマルチパーパストレイ１Ｃに具えられたカセット給紙ローラである。

例えば、給紙カセット１Ａに積載されているシート材２Ａはカセット給紙ローラ３Ａによって給紙され搬送ローラ４によりシート材の搬送路５上へ搬送される。搬送路５上のシート材を検知する給紙センサ７によりシート材が検知され、その検知信号は、後述の制御部１３に供給される。制御部１３では、シート材の搬送速度（既知）及び供給された検知信号によるシート材の先端及び後端の検知タイミングに基づいてシート材の長さが測定される。ここで、給紙はセンタ基準の幅規制板により幅の狭い用紙も搬送路上で中央に寄ることになる。

また、レジストローラ６でシート材の先端を合せ転写ローラ８、感光ドラム９へシート材を搬送する。感光ドラム９上には、露光手段１５からのレーザビームが走査され、画像情報に応じた静電潜像が形成される。そして、不図示の現像手段によって感光ドラム９上の静電潜像が現像されて、そこにトナー画像が形成される。露光手段１５には、制御部１３から画像情報が供給される。画像情報（プリントジョブ）は、例えば、ネットワークを介して、または介さずに直接的に、ホストコンピュータ等の画像情報供給手段から制御部１３（または制御部の制御下のメモリ）に供給される。プリントジョブには、給紙口切換え情報も含まれることがある。

転写ローラ８によって感光ドラム９上のトナーを転写されたシート材はトナーをシート材に定着させるための加圧ローラ５１４、定着フィルム５１３、セラミックヒータ５１１に搬送され加圧定着された後、排紙ローラ１２にて排紙される。ここで、サーミスタ５１５によりセラミックヒータの温度を検出して、制御部１３に伝達する。加圧ローラ５１４、定着フィルム５１３、セラミックヒータ５１１は定着器を構成する。転写ローラ８は転写手段を構成する。

図７に示すように、メインサーミスタ５１５、サブサーミスタ５１６はそれぞれ一方の端はＧＮＤに接続され、他方の端はプルアップ抵抗７１，７２を介して制御部１３のアナログ電圧検知端子に入力される。制御部１３は、それぞれの端子に入力された電圧を測定することによって、各サーミスタの温度を検知することができる。一方、制御部１３からは駆動信号がヒータ駆動回路１４に出力され、駆動信号がＯＦＦの時はヒータ駆動回路１４内のトランジスタ７３もオフされ、ヒータ５１１には電力は供給されず加熱されない。駆動信号がオンの場合はトランジスタ７３を介してフォトトライアックカプラ７４の発光側が発光する。それに従い、受光側に電流が流れ始めるとトライアック７５がオン状態となり、電源７６からヒータ５１１に電力が供給され加熱される。制御部１３は、メインサーミスタ５１５またはサブサーミスタ５１６から供給される電圧が、あらかじめ決められた温度に対応する電圧と一致するように、駆動信号のオン・オフを制御する。

制御部１３は、本プリンタ全体の動作の制御を実行するＣＰＵと、このＣＰＵの制御手順（図１，図８の制御手順を含む）を格納したＲＯＭと、ＣＰＵの作業領域を提供するＲＡＭとを有する。プリンタ本体の上部には操作者が操作入力するための操作部（液晶パネルを含む）が設けられている。この操作部上には、プリント枚数を指示するキー、３つの給紙口のいずれかを選択する選択キー、プリント開始キーなどが設けられている。これらのキー入力に応じて制御部１３は、プリンタ各部に対して該当する制御を実行する。例えば、給紙口選択キー入力があると、制御部１３は給紙口の切換え情報を入手したことになり、その入力に応じた給紙口からの給紙タイミングを制御する。給紙口からの給紙は、該当する給紙ローラ３Ａ，３Ｂまたは３Ｃを駆動することによって行われるので、この駆動開始タイミングを制御することが、給紙口からの給紙タイミングを制御することになる。

本実施例の動作を図１に基づいて説明する。

図１において、プリントジョブを実行状態にある時に（１０１）、次のプリント命令が発行されているかチェックする（１０２）。もし次のプリント命令が発行されていない場合はプリントを終了する（１０３）。次のプリント命令が発行された場合は、その中に給紙口が切換えられる命令があるかどうかチェックする（１０４）。

同一給紙口からのプリント命令発行であった場合には、同一給紙口から給紙搬送を行う（１０５）。

給紙口が切換えられるプリント命令発行であった場合には、給紙口切換え直前の用紙の長さを測定した結果が、所定の長さ以下かどうかをチェックする（１０６）。もし所定の長さ以下であった場合には、幅方向の長さも狭い小サイズ紙であると判断して、定着器端部の温度上昇によるホットオフセットとよばれる画像不良等を防止する為に給紙間隔を１０秒間延長する（１０７）。次いで、定着器端部の温度が下がってから次の給紙口からの給紙搬送を行う（１０８）。もし所定の長さ以下でなかった場合には給紙間隔を延長せずに次の給紙口からの給紙搬送を行う（１０８）。

（第２の実施例）
本実施例は、定着器のセラミックヒータに、図９のような関係を満たすようにめいんサーミスタの他にサブサーミスタを取り付けた例であって、その他の構成は実施例１と同様である。

本実施例の動作を図８を用いて説明する。

図８において、プリントジョブ実行状態にある時に（９０１）、次のプリント命令が発行されているかチェックする（９０２）。もし次のプリント命令が発行されていない場合はプリントを終了する（９０３）。次のプリント命令が発行された場合は、給紙口が切換えられるかどうかチェックする（９０４）。

同一給紙口からのプリント命令発行であった場合には、同一給紙口から給紙搬送を行う（９０５）。

給紙口が切換えられるプリント命令発行であった場合には、サブサーミスタ温度が所定温度（Ｔｓ≦２５０℃）以下であるかチェックする（９０６）。所定温度Ｔｓ以下でなかった場合には定着器端部温度が大きく上昇しており、すぐに次の用紙を給紙するとホットオフセット等の画像不良発生の可能性がある。このため、サブサーミスタ温度が所定温度Ｔｓ２（＝２３０℃）以下になるまで給紙を遅延させる（９０７）。

このとき、定着器端部の温度を少しでも早く下げるために、ヒータへの通電を停止した状態で定着器を空回転させるようなことを行っても良い。そして、サブサーミスタ温度が所定温度Ｔｓ２以下になった後に次の給紙口からの給紙を行う（９１０）。また、９０６においてサブサーミスタ温度が所定値以下であった場合には、給紙口切換え直前の用紙の長さを測定した結果が、所定の長さ以下かどうかをチェックする（９０８）。もし所定の長さ以下であった場合には、幅方向の長さも狭い小サイズ紙である可能性がある。この場合、サブサーミスタ温度はさほど変わらないものの、定着器端部が温度上昇している場合に備える。即ち、給紙間隔を１０秒間延長して（９０９）定着器端部の温度が下がってから次の給紙口からの給紙搬送を行う（９１０）ことでホットオフセットとよばれる画像不良等を防止する。もし所定の長さ以下でなかった場合には、定型紙であるため、端部の温度上昇がないと判断して、給紙間隔を延長せずに次の給紙口からの給紙搬送を行う（９１１）。

なお、以上の各実施例において、プリンタは、制御部１３の制御下で次のような動作モードを持つことができる。
（１）シート材の種類に応じて定着手段による加熱目標温度を変更する複数の定着モード
（２）シート材の種類及び使用環境に応じて転写手段による転写電圧を変更する複数の転写モード
（３）制御部１３は、給紙口が切換えられ、かつ定着モードが同じに維持された場合に、給紙センサ７の出力に基づく当該切換え直前に搬送されたシート材の搬送方向長さの測定結果に応じて、当該切換え後の給紙口からの給紙タイミングを制御することができる。
（４）制御部１３は、給紙口が切換えられ、かつ定着モード及び前記転写モードが同じに維持された場合に、給紙センサ７の出力に基づく当該切換え直前に搬送されたシート材の搬送方向長さの測定結果に応じて、当該切換え後の給紙口からの給紙タイミングを制御することができる。
（５）上記（３）または（４）の場合、制御部１３は、最大スループットで連続プリントを行う時には給紙センサ７により搬送中のシート材の後端を検知する以前に次のシート材の給紙を開始するように給紙口からの給紙タイミングを制御することができる。

本発明の第１の実施例に係るフローチャートである。 定着手段の構成を示す図である。 ヒータ温度と異なる幅のシート材との関係を示す図である。 サーミスタの温度変化を説明する図である。 定着ローラを示す図である。 本発明に係る画像形成装置の構成を示す図である。 ヒータの駆動回路を示す図である。 本発明の第２の実施例に係るフローチャートである。 ヒータ温度と異なる幅のシート材との別の関係を示す図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ 給紙カセット
１Ｃ マルチタスクトレイ
２Ａ，２Ｂ シート材
４ 搬送ローラ
５ 搬送路
６ レジストローラ
７ 給紙センサ
８ 転写ローラ
９ 感光ドラム
１３ 制御部
５１１ セラミックヒータ
５１５ メインサーミスタ

Claims (6)

1. 複数の給紙口と、
   前記複数の給紙口のいずれかから供給された記録材に画像を転写する転写手段と、
   前記転写手段により記録材に転写された画像を該記録材に定着する定着手段と、
   前記記録材の搬送路において該記録材を検知するセンサと、
   前記センサの検知出力に基づいて前記記録材の搬送方向の長さを測定する測定手段と、
   前記複数の給紙口のうち第１の給紙口から連続して複数の記録材を供給中に、給紙口が前記第１の給紙口から第２の給紙口に切換えられた場合に、前記測定手段によって測定された前記第１の給紙口から最後に給紙された記録材の搬送方向長さの測定結果が予め定められた長さ以下であった場合は、第２の給紙口から最初に給紙する記録材の給紙タイミングを遅らせる制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１において、
   定着手段は、前記記録材を加熱定着する加熱手段と、該定着手段の温度を検出する温度検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記温度検出手段によって検出された温度に応じて、前記第２の給紙口からの前記給紙タイミングを制御することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２において、
   前記制御手段は、前記給紙口が切換えられた場合に前記温度検出手段の検出結果が許容される温度以下であるか否かを判断する温度判断手段と、該温度判断手段によって判断された温度が前記許容される温度以下であった場合に前記測定手段の測定結果が予め定められた長さ以下であるか否かを判断する長さ判断手段とを有し、前記温度判断手段の判断結果が前記許容される温度以下でなかった場合は前記温度検出手段によって検出された温度が前記許容される温度以下になるまで前記第２の給紙口からの前記給紙タイミングを遅らせ、前記長さ判断手段の判断結果が予め定められた長さ以下であった場合は前記第２の給紙口からの前記給紙タイミングを遅らせることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１において、
   前記制御手段は、前記記録材の種類に応じて前記定着手段による定着条件を変更する複数の定着モードを有し、前記給紙口が第１の給紙口から第２の給紙口に切換えられ、かつ前記定着モードが同じモードに維持された場合に、前記給紙タイミングの制御を実行することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４において、
   前記制御手段は、さらに、前記記録材の種類及び使用環境に応じて前記転写手段による転写電圧を変更する複数の転写モードを有し、前記給紙口が第１の給紙口から第２の給紙口に切換えられ、かつ前記定着モード、及び前記転写モードが同じモードに維持された場合に、前記給紙タイミングの制御を実行することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４または５において、
   前記制御手段は、連続して複数の記録材に画像形成を行う時には、前記センサにより搬送中の記録材の後端を検知する以前に次の記録材の供給を開始するように給紙口から記録材を供給するタイミングを制御することを特徴とする画像形成装置。

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