JP6887771B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1では、ページ編集印刷、例えば1ページに複数のページが集約される場合に、記録紙上の部分領域ごとにトナー載り量を計測することで、最適な定着温度の制御を可能とする技術が開示されている。
また、電子写真プロセスの高速化に伴い、一連の定着温度制御にもさらなる高速化が求められている。特に、1ページ内において、リアルタイムでトナー載り量の計測を行う際、装置構成や印刷ジョブに応じてプロセス速度、メディアサイズ等が異なる状態で感光体に対する作像から定着プロセスまでに定着温度制御処理を確実に間に合わせるためには、1ページ内で温調制御を切り替える領域を適正に決定する必要があった。
感光体と、画像データに基づいて前記感光体に潜像を形成するために前記感光体を露光する露光手段と、前記感光体に形成された潜像をトナーで現像する現像手段と、前記感光体に形成された画像を、搬送されるシートに転写する転写手段と、前記転写手段によりシートに転写されたトナー像を熱及び加圧により定着させる定着手段と、前記画像データに基づいて、搬送される前記シートに前記トナーが転写された画像領域が前記定着手段のニップ位置を通過する前に前記定着手段の定着温度が目標温度となるように前記定着手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記搬送されるシートの種類に基づいて前記画像データを副走査方向に分割した複数の領域におけるその領域毎に前記画像データを解析することにより前記シートに転写されるトナーの載り量を検知し、前記検知された各領域のトナー載り量に従いその領域に対応する目標温度をそれぞれ決定し、前記トナーが転写された状態で前記シートの各領域が前記ニップ位置を通過するときの前記定着手段の定着温度がその領域に対応する目標温度となるように前記定着手段を制御するものであり、前記画像データの解析による前記トナーの載り量の検知は、少なくとも前記露光手段による前記画像データに基づく前記感光体への露光開始後に行われるものであり、前記露光開始から前記シートが前記定着手段の前記ニップ位置に到達するまでの時間、及び、前記シートが前記定着手段の前記ニップ位置を通過するときの搬送速度は、前記シートの種類に応じて異なっており、第1の種類のシートに画像形成が行われる場合において前記制御手段により分割される各領域の前記副走査方向の長さは、前記第1の種類よりも厚みのある第2の種類のシートに画像形成が行われる場合において前記制御手段により分割される各領域の前記副走査方向の長さよりも短く設定されることを特徴とする。
<システム構成の説明>
〔第1実施形態〕
図1において、帯電手段は、Y、M、C、Kの色毎に感光体22Y、22M、22C、22Kを帯電させるための4個の注入帯電器23Y、23M、23C、23Kを備える構成で、各注入帯電器23Y、23M、23C、23Kにはスリーブ23YS、23MS、23CS、23KSを備えている。
図2において、画像形成装置100は大きくシステムコントローラ部201、プリントコントローラ部202、画像形成部203に分けられる。システムコントローラ部201及びプリントコントローラ部202はそれぞれ、CPU204、215、ROM205、216、RAM206、217を持つ。各CPU204、215は、各ROM205、216内の初期プログラムに従って、メインプログラムを各ROMより読み出し、各RAM206、217に記憶する。RAM206、217はプログラム格納用や、ワーク用メモリとして使用される。
ここでいう読取手段とは、CCD(Charged Couple Device)読み取り部であっても良いし、CIS(Contact Image Sensor)読み取り部であっても良い。また、読み取った画像データに対して、所定の画像処理を行う処理部を併せて設けるように構成しても良い。さらに、画像生成部208を画像形成装置100自体に設ける構成とせず、不図示のインターフェースを介して、外部から画像データを受け取るように構成しても良い。
CPU215は、定着部31のヒータ34、35を、算出された定着温度となるように制御する。また、CPU215は、画像形成部203が所定のプロセススピードで画像形成を行うように、駆動モータ部40を含む一連のモータを制御する。プロセススピードは、厚紙、薄紙等のメディア種別に応じて決定され、異なる熱容量を持つメディアであっても定着部31で熱定着を行えるように制御される。
より具体的には、CPU215は、検知された各温調領域のトナー載り量に従い、トナーが転写された状態で定着部31のニップ位置を通過するシートの各温調領域に合わせて定着部31の定着温度を制御する。CPU215は、後述する処理で決定される各温調領域の先端が定着部31のニップ位置に到達する前に、定着部31の温調制御を完了することができる。
ここで、トナー載り量とは前述したように、印刷対象のメディアの単位面積あたりに載せられるトナー量のことを意味し、単位を%として説明する。具体的には、CMYK各色の最大値(8bitであれば255)を100%とし、最大値を2色重ねた場合はその画素位置におけるトナー量を200%とする。CMYK各色ともに、8bitであれば256の階調を持っているため、各色のトナー量は0〜100%までの間の値を取り得る。例えば、フルカラー印刷モードでCMYKの4色トナーをフルに利用した画像の場合はトナー載り量が多くなり、K単色のモノクロ画像の場合、トナー載り量は少なくなる。
図3の(a)は、入力データの各画素位置におけるトナー載り量を表しており、画素枠内に示した数値が、その画素位置におけるトナー載り量301である。
なお、画素ウィンドウの大きさは3×3ではなく、任意のサイズであっても良い。また、本実施形態では、ウィンドウ位置の代表値として平均値を用いているが、代表値としては最大値を用いてもよく、最小値を用いてもよい。
プリントコントローラ202は、副走査領域毎に通知されるトナー載り量情報に応じて、定着部31の定着温度を制御する。
前述したように、トナー載り量とは、印刷対象のメディアの単位面積当たりに載せられるトナー量である。定着不良なくトナーを印刷対象のメディアに定着させるためには、一定領域内における最大トナー載り量を持つ描画オブジェクトに合わせて定着器31の定着温度を決定する必要がある。
図4に示すように、ある領域内における最大トナー載り量が多ければ多いほど、定着に必要な最低温度も高くなる。図4に示す特性は、ルックアップテーブル(LUT)としてROM216に記憶しておいてもよく、プリンタコントローラ部202のCPU215が図4に対応付けられた特性データから演算によって求めても良い。あるいは、システムコントローラ部201において、同様の方法で定着温度を求めてから、プリントコントローラ部202へ通知する構成であってもよい。
図5の(a)は、トナー載り量検知部210におけるトナー載り量算出処理を含む一連の画像処理と、画像形成部203における、定着プロセスを含む一連の画像形成プロセスの関係を示すダイヤグラムである。
なお、図5の(a)において、横軸は時間を表し、縦軸の各項目は画像処理部207における画像処理、画像形成部203における作像(帯電、露光、現像、一次転写を含む)、二次転写、定着のプロセスをそれぞれ表す。
図5の(a)中の横軸の太実線は1ページの画像処理から定着までの各プロセスを表す。
画像処理部207で処理された画像データは、感光体22Y、22M、22C、22Kの配置関係に応じて、Yから順番に中間転写体28へと静電潜像の形成、現像、一次転写を経て作像される。なお、ダイヤグラム中の各プロセス間を結ぶ破線の角度(θ)501は、プロセススピードを表し、プロセススピードが速いほど角度が垂直に近くなり、遅いほど水平に近くなる。
また、縦軸の各項目間の距離502は、感光体22の露光部から中間転写体28を経て、定着部31のニップ部までの延べ距離を表す。また、横軸の実線503は1ページ分の処理を表し、その長さはメディアサイズによって求まる。
図5の(b)に示すように、プリンタコントローラ部202は定着温度を、トナー載り量検知部210が領域304〜307毎に検知したトナー載り量の最大値に応じて定着温度を制御する。なお、図中の定着温度の変化の割合を示す角度(θ')504は、定着ローラ32と加圧ローラ33の温度変化率を表す。
なお、リアルタイムにトナー載り量検知から定着温度制御を行う場合、メディア上の各領域304〜307が定着部31の定着ニップ部に突入するまでに確実に定着温度制御を完了させる必要がある。これは、プロセススピード501、画像形成部の延べ距離502、メディアサイズ503、定着温度上昇率504に応じて、トナー載り量検知領域を分割領域サイズLで複数領域に分割し、最適なタイミングで定着温度制御を行うことで可能となる。
例として、図5の(c)のように、分割領域サイズLを図5の(a)に比べて大きくとった場合では、領域304の最大載り量検知タイミングにおいて、すでに領域304の一部分は定着部31に突入している。同様に、領域305の最大載り量算出タイミングでも、領域305の一部分は定着部31の定着ニップ部に突入している。このとき、各領域の定着部31の定着ニップ部に突入した一部分にトナー載り量の高い領域が存在した場合には、定着部31の定着温度を必要な定着温度まで昇温させるのが間に合わなくなる恐れが生じる。
同様に、各領域の定着部31の定着ニップ部に突入した一部分にトナー載り量の低い領域が存在した場合には、最低限の定着温度まで下げることができず、過剰な定着温度による無駄な消費電力が生じてしまう。
しかしながら、図5の(a)、(b)に示すように、トナー載り量検知および定着温度制御を、適切な分割領域サイズLの領域に分割して行うことにより、各領域304〜307が定着部31の定着ニップ部を通過する前までに、確実に目標温度まで定着温度を制御することが可能となる。以上が図3の(c)において、トナー載り量算出領域を副走査方向へ複数分割する理由である。
図6の(a)は、メディア種別と、プロセススピード501の対応の一例を示す図である。
画像形成装置100は、メディア種別として厚紙、普通紙、薄紙の三種類のメディア種別をサポートしている。プロセススピード501は、メディア種別毎の坪量によって異なる熱容量に応じて制御され、熱容量の大きいものは低速、熱容量の小さいものは高速となる。
なお、最大温度調節幅[Ttarget]とは、図4に示した定着温度の制御範囲(例えばT1〜T5)の最大幅を表す。Y露光部−定着ニップ(Nip)時間は、Y露光部−定着ニップ延べ距離502をプロセススピード501で除することで求められる。
ここで、プロセススピード501をPs[mm/s]、Y露光部−定着ニップ時間をPtime[s]、定着温度上昇率504をTrate[℃/s]、最大温度調節幅をTtarget[℃]とすると、求めたい領域サイズ上限値[Lmax]は以下の関係式を満たす。
なお、式(1)の左辺括弧内の値は、ある領域について、該領域の後端で最大トナー載り量が確定してから、該領域の先頭が定着部31の定着ニップ部に突入するまでの猶予時間を表す。この猶予時間に定着温度上昇率Trate[℃/s]を乗じた値が最大の温度調節幅Ttarget[℃]を超えていれば、確実に定着温度制御を間に合わせることが可能となる。
S701では、CPU204が処理すべきジョブ情報から現在の処理ページのメディア種情報を取得する。S702では、CPU204は、S701で取得したメディア種情報から、図6の(a)で説明したようにプロセススピードPs[mm/s]を決定する。S703では、CPU204は、S702で決定したプロセススピードPs[mm/s]、および上記式(1)より、領域サイズ上限値[Lmax]を決定する。S704では、CPU204は、処理すべきジョブ情報から現在の処理ページのメディアサイズMを取得する。S705では、CPU204は、S703で決定した領域サイズ上限値[Lmax]、S704で取得したメディアサイズM、および上記式(2)より、領域サイズL[Line]を決定して、本処理を終了する。なお、決定した領域サイズL[Line]は、RAM206またはRAM217に記憶される。
本処理によれば、画像形成部のプロセス速度、シートの属性、画像形成部の作像位置と定着部31のニップ位置との距離、定着部31の温度上昇率から定着部31の定着温度を分割して上げ下げを完了する適正な領域(一定)のサイズを決定することができる。
また、本処理では、定着部31の定着温度を分割して上げ下げを完了する領域サイズの上限値と、シートの副走査方向の長さとから一定の温調領域のサイズを決定する例を示した。これにより、画像を形成するプロセス速度に適応する温調領域を決定することができ、各温調領域の先端が定着部31のニップ位置を通過する前に、定着温度の上げ下げを完了することができる。
S802では、CPU204は、ジョブ情報をもとに、画像処理部207に該ページの処理パラメータ等を設定する。なお、トナー載り量検知部210に対する領域サイズLの設定も本ステップで行われる。また、プリントコントローラ部202に対して、プロセススピードPs[mm/s]、メディア種別等、画像形成部203を制御するために必要な制御情報を通知し、印刷ジョブを開始する。
また、領域分割数が2以上の場合、CPU204は、すべての分割領域の処理が完了するまでS803、S804の処理を繰り返す。次に、S806では、CPU204は、印刷ジョブに含まれるすべてのページに対する最大載り量通知の処理が完了したかどうかを判断し、次ページ以降が存在すると判断した場合、CPU204は、処理をS801に戻す。
一方、すべてのページに対する最大載り量通知の処理が完了したとCPU204が判断した場合、本処理を終了する。
特に、メディア種別やメディアサイズに応じて領域分割を行うことで、より適切な定着温度制御を行うことが可能となる。そして、上述した定着温度を制御することにより、定着不良を起こさないことを保証しつつ、かつ、消費電力をより低減することが可能となる。
本実施形態では、第1実施形態において説明したように領域サイズLを固定値とせず、動的に変更可能にすることで、算出されるトナー載り量に応じた定着温度制御をより高精度に行う方法について説明する。
なお、トナー載り量検知処理、及び定着温度制御については、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
本処理によれば、定着部31の定着温度を分割して上げ下げする可変の温調領域のサイズを上述した図7のS703で決定した上限値と、分割して上げ下げを完了する領域サイズの下限値(S1001)と、決定するシートの副走査方向の長さとから適正な可変の温調領域のサイズを決定することができる。
なお、変化量の閾値Dthは、図4に示した定着温度とトナー載り量の関係、および定着部31の有効な温度制御幅等から、定着温度制御を行うことによる有意な効果が得られる値に決定する。
S1102では、CPU204は、最大トナー載り量検知の領域サイズ閾値[L´]を決定する。なお、領域サイズ閾値[L´]の決定方法は図10で説明した通りである。
また、印刷ジョブ先頭での第1の領域では以前の検知結果が存在しないため、定着不良を起こさないよう安全を考慮して、以前の検知結果を最大(例えば200%)としてメモリに保持しておく。また、保持しておく検知結果の更新は、S804で実際に定着温度制御がなされた時点でメモリに保持されていた以前の検知結果を更新すればよい。
これにより、メディアの副走査方向でトナー載り量変化が頻繁に生じた場合について、メディアの定着部突入までに定着温度制御を確実に間に合わせつつも、細かな領域単位で高精度に定着温度制御を行うことが可能となる。
また、図11に示す処理を実行することで、検知している温調領域と、既に検知した隣接する温調領域との間でトナー載り量の変化量が第1の閾値を超えていないと判断した場合、CPU215は、既に検知した隣接する温調領域で調整した定着温度を維持させるように定着部31の定着温度を制御することができる。これにより、無駄な温調制御を実行させる必要がなくなり、節電効果も期待できる。
よって、この場合は上記図11のS1104の領域サイズ閾値との比較を行う処理を省略することができる。
このことは、各領域サイズの基準を[L´]として事前に決定しておき、領域間の差分が少なければ、トナー載り量検知を行う領域サイズが[L']の2倍、3倍と整数倍で動的に増加するとも言うことができる。
なお、第1、第2実施形態に対して、さらに、定着部31の定着温度の変動幅が通常よりも大きい場合には、定着部31の温度上昇率と、算出される最大トナー載り量と、目標温度上昇までの時間を考慮し、次の領域にかかる前に次の領域に対する温調を開始するように制御してもよい。
これにより、前の領域の定着温度よりも急激に定着温度が変化を抑制し、画質むらを削減することが可能となる。
これにより、高精度モードで最大トナー載り量を算出できない状況が発生し得る場合に、安全モードを選択することで、各領域間における定着温度の上げ下げを抑える定着温度制御を実現できる。
なお、上記各実施形態において、定着部31の温度上昇率と、検知される温調領域の最大トナー載り量に従い、定着部31の定着温度の上げ幅が第3の閾値よりも大きいとCPU215が判断した場合は、分割した領域の累計値が第2の閾値を超えていないと判断した場合でも、定着部31の温調制御を開始するように制御してもよい。
これにより、急峻な定着温度の上げ下げを回避して、シートに転写されるトナー像の画質ムラを削減することができる。
さらに、CPU215は、決定される各温調領域のサイズまたは、シートの各温調領域に合わせてトナー載り量を検知する第1の検知モード(個別モード)と、シートのページ先頭の温調領域から検知されるトナー載り量の最大値を検知する第2の検知モード(累計モード)とを有し、決定される温調領域のサイズに合わせて第1の検知モードまたは第2の検知モードで各温調領域のトナー載り量を検知するように構成してもよい。
これにより、CPU215の処理負担により、トナー載り量を検知できなくなる可能性がある場合でも、温調制御による電力負荷変動を抑制しつつ、安定した画質の画像が形成できるように制御できる。
なお、CPU215は、画像形成開始する前に、定着部31の定着温度をデフォルト定着温度(例えば200度)まで昇温するものとする。ここで、デフォルト定着温度は、最大トナー載り量に合わせた定着温度である。
204 CPU
210 トナー載り量検知部
202 プリントコントローラ部
Claims (13)
- 感光体と、
画像データに基づいて前記感光体に潜像を形成するために前記感光体を露光する露光手段と、
前記感光体に形成された潜像をトナーで現像する現像手段と、
前記感光体に形成された画像を、搬送されるシートに転写する転写手段と、
前記転写手段によりシートに転写されたトナー像を熱及び加圧により定着させる定着手段と、
前記画像データに基づいて、搬送される前記シートに前記トナーが転写された画像領域が前記定着手段のニップ位置を通過する前に前記定着手段の定着温度が目標温度となるように前記定着手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記搬送されるシートの種類に基づいて前記画像データを副走査方向に分割した複数の領域におけるその領域毎に前記画像データを解析することにより前記シートに転写されるトナーの載り量を検知し、前記検知された各領域のトナー載り量に従いその領域に対応する目標温度をそれぞれ決定し、前記トナーが転写された状態で前記シートの各領域が前記ニップ位置を通過するときの前記定着手段の定着温度がその領域に対応する目標温度となるように前記定着手段を制御するものであり、
前記画像データの解析による前記トナーの載り量の検知は、少なくとも前記露光手段による前記画像データに基づく前記感光体への露光開始後に行われるものであり、
前記露光開始から前記シートが前記定着手段の前記ニップ位置に到達するまでの時間、及び、前記シートが前記定着手段の前記ニップ位置を通過するときの搬送速度は、前記シートの種類に応じて異なっており、
第1の種類のシートに画像形成が行われる場合において前記制御手段により分割される各領域の前記副走査方向の長さは、前記第1の種類よりも厚みのある第2の種類のシートに画像形成が行われる場合において前記制御手段により分割される各領域の前記副走査方向の長さよりも短く設定されることを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記定着手段のニップ位置との距離から前記画像データを副走査方向に複数の領域に分割することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記定着手段の温度上昇率から前記画像データを副走査方向に複数の領域に分割することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記第1の種類のシートは薄紙であり、前記第2の種類のシートは薄紙であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、搬送される前記シートの各温調領域の先端が前記定着手段のニップ位置に到達する前に定着温度の調整を完了することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、分割した隣り合う領域の間でトナー載り量の変化量が第1の閾値を超えていない場合、前記定着手段の定着温度を変更しないことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、トナー載り量の変化量が第1の閾値を超えず、かつ、分割した領域の累計値が第2の閾値を超えていない場合、前記定着手段の定着温度を変更しないことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記第2の閾値は、分割する領域の下限値であることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記定着手段の定着温度の上げ幅が第3の閾値よりも大きい場合、分割した領域の累計値が前記第2の閾値を超えていない場合でも、前記定着手段の温調制御を開始することを特徴とする請求項7または8に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、画像形成開始する前に、前記定着手段の定着温度をデフォルト定着温度まで昇温することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記デフォルト定着温度は、最大トナー載り量に合わせた定着温度であることを特徴とする請求項10に記載の画像形成装置。
- 色別の感光体に作像された潜像を色別のトナーで現像する画像形成ユニットを前記シートの搬送方向に所定間隔で配置することで搬送される前記シートに色別のトナーを多重転写してカラー画像を形成することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記分割された領域毎のトナー載り量の最大値を検知する第1のモードと、ページ先頭から現在の領域までのトナー載り量の最大値を検知する第2のモードとのいずれかでトナー載り量の最大値を検知することを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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