JP2003058018A

JP2003058018A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2003058018A
Application number: JP2001250242A
Authority: JP
Inventors: Tetsuko Oomoto; 大本　　哲子; Junichi Hamada; 純一浜田; Kiyoaki Kawamoto; 清明河本; Haruo Iwahashi; 晴男岩橋
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2003-02-28
Anticipated expiration: 2021-08-21
Also published as: JP4362995B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スタートアップ時や待機状態において、省エ
ネルギー適性を有し、且つ、運転コストが低減された画
像形成装置を提供する。【解決手段】加熱ローラと加圧ローラの各々が、表面
温度検知手段と表面温度制御手段とを有する定着装置を
有する画像形成装置において、待機状態において、該画
像形成装置がローパワーモードを有し、該ローパワーモ
ードにおける前記加熱ローラの温度設定を、前記加圧ロ
ーラの表面温度検知手段によって検知された前記加圧ロ
ーラの表面温度に応じて変更する制御手段を有すること
を特徴とする画像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真方式により
画像を形成する画像形成装置に関し、特に該画像形成装
置の定着装置を構成する加熱ローラの温度制御に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真用の複写機などには、記
録媒体である記録紙ないし転写材などのシート上に転写
されたトナー像を熱によって溶解して当該シートに定着
させる定着装置が設けられている。定着装置には、ヒー
トローラ定着装置や、フィルム定着装置などの種々の形
態があり、ヒートローラ定着装置は、シート上のトナー
を熱溶融させる定着ローラと、当該定着ローラに圧接し
てシートを挟持する加圧ローラとが構成として用いられ
ている。

【０００３】定着ローラは、内部にハロゲンヒーターな
どの加熱源を有する金属製回転体等が種々用いられてお
り、その回転体の表面には、トナーに対する離型性を有
する離型層等が設けられていることがある。

【０００４】また、特開平２−１５４２８４号には、フ
ィルム定着装置として、搬送される定着フィルムと、定
着フィルムを介してシート上のトナーを熱溶融させる発
熱抵抗体を備えた加熱体と、定着フィルムを介して加熱
体に圧接してシートを挟持する加圧ローラとを有する構
成が開示されている。

【０００５】定着装置では、トナーを軟化、溶融させて
シートに確実に定着させると共に、いわゆる高温オフセ
ットが生じないようにするために、定着ローラや加熱体
の温度を、定着に適した温度に維持する制御をすること
が好ましいとされる。

【０００６】このため、ヒートローラ定着装置にあって
は、サーミスタなどからなる温度検知手段を用いて、定
着ローラの表面温度を検知し、検知した温度に基づい
て、加熱源への給電をオン、オフ制御することが行われ
ている。

【０００７】一方、上記公報に示されるフィルム定着装
置にあっては、低熱容量の発熱抵抗体を用いて昇温速度
が速くなるようにしているので、発熱抵抗体自身の温度
は、わずかな電力変動などによって大きく変化しやすい
という問題点がある。

【０００８】このため、フィルム定着装置の加熱体で
は、良熱伝導性を有する基板の一の面に発熱抵抗体を、
他の面に温度検知手段を配置し、この温度検知手段をガ
ラス・セラミックなどの保護皮膜層を介して定着フィル
ムの裏面側に接触させ、このように良熱伝導性の基板を
介して温度検知手段を配置することにより、発熱抵抗体
の大きな温度変化をなだらかな状態にして、定着フィル
ムに対して摺接する部位の温度を検知し、検知した温度
に基づいて、発熱抵抗体への給電をオン、オフ制御する
などの工夫がなされている。

【０００９】また、特開平１０−６９１８７号には、誘
電加熱する磁束発生手段を加熱ローラの内部に有し、加
熱ローラに発生する誘導電流の量が密となる部分に当接
する測温素子を備えた温度検知手段を有する定着装置が
開示されている。

【００１０】しかしながら、上記記載のような技術を用
いても、特に省エネの観点からの消費電力の低減は充分
ではなかった。

【００１１】更に、最近、定着装置として、省エネルギ
ーという観点からウォームアップタイムの極めて短い定
着装置が望まれ、且つ、画像形成装置の電源スイッチが
オン（スタートアップともいう）された後の待機状態
（装置が使用されていない状態）における消費電力を抑
制するために、待機状態での定着装置の加熱を極力抑制
し、使用時のみ定着装置に必要な電力を供給して、短時
間内に使用可能な状態とすることが省資源、省エネの観
点から要望されていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スタ
ートアップ時（画像形成装置の立ち上げ時ともいう）や
待機状態（画像形成装置が使われていない状態）におい
て、省エネルギー適性を有し、且つ、運転コストが低減
された画像形成装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は下記
の項目１〜５によって達成された。

【００１４】１．記録材上のトナー像を加熱する加熱ロ
ーラと該記録材を該加熱ローラに圧接させる加圧ローラ
を有し、且つ、該加熱ローラと該加圧ローラの各々が、
表面温度検知手段と表面温度制御手段とを有する定着装
置を有する画像形成装置において、待機状態において、
ローパワーモードを有し、該ローパワーモードにおける
加熱ローラ温度の設定を、加圧ローラの表面温度検知手
段によって検知された加圧ローラの表面温度に応じて変
更する制御手段を有することを特徴とする画像形成装
置。

【００１５】２．記録材上のトナー像を加熱する加熱ロ
ーラと該記録材を該加熱ローラに圧接させる加圧ローラ
を有し、且つ、該加熱ローラの表面温度検知手段と表面
温度制御手段とを有する定着装置を有する画像形成装置
において、該定着装置の動作履歴から加圧ローラの表面
温度を推定する手段を有することを特徴とする画像形成
装置。

【００１６】３．記録材上のトナー像を加熱する加熱ロ
ーラと該記録材を該加熱ローラに圧接させる加圧ローラ
を有し、該加熱ローラの表面温度検知手段を有する定着
装置と、該定着装置に電力を供給する電力供給手段と、
該定着装置に供給された電力の供給時間を計測する手段
とを有する画像形成装置において、スタートアップ時、
前記定着装置に前記電力供給手段から電力供給が行われ
たとき、加熱ローラの表面温度と電力の供給時間とか
ら、前記加熱ローラの温度上昇率を予測する手段を有す
ることを特徴とする画像形成装置。

【００１７】４．加熱ローラの温度上昇率を予測する手
段により算出された温度上昇率の値に基づいて、ローパ
ワーモード時の加熱ローラの設定温度を調整することを
特徴とする前記３に記載の画像形成装置。

【００１８】５．記録材上のトナー像を加熱する加熱ロ
ーラと該記録材を該加熱ローラに圧接させる加圧ローラ
を有し、且つ、該加熱ローラの表面温度検知手段と表面
温度制御手段とを有する定着装置を有する画像形成装置
において、定着時における加熱ローラの設定温度Ａを設
定温度Ｂに変更したとき、ローパワーモード時における
加熱ローラの設定温度が、設定温度Ｂに対して予め設定
されていた設定温度Ｃに調整されることを特徴とする画
像形成装置。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２０】図１は本発明に係る定着装置を有する画像
形成装置の全体構成を示す概略図である。図１におい
て、１０は電子写真方式により記録紙上に画像を形成す
る画像形成部、２０は原稿の画像を読み取って、画像デ
ータを出力する原稿読取部、３０は画像形成部１０から
排出された記録紙に対してソーティング、ステープリン
グ、パンチング等の後処理をする後処理部である。

【００２１】画像形成部１０は、感光体１１を有し、帯
電、露光、現像により感光体１１上にトナー像を形成す
る画像形成手段１２、感光体１１上のトナー像を記録紙
に転写する転写手段１７、画像が形成される記録紙を収
納し画像形成手段１２に向けて記録紙を搬送する給紙部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、両面画像形成用の記
録紙反転搬送部１４及び記録紙上のトナー像を定着する
定着装置４０を有する。１６は搬送される記録紙を一旦
停止した後、感光体１１上でのトナー像形成に同期して
転写手段１７に向けて記録紙を搬送するレジストローラ
である。

【００２２】帯電、露光及び現像により感光体１１上に
形成されたトナー像は転写手段１７により記録紙に転写
されて、トナー像が記録紙上に形成され、定着装置４０
により定着される。

【００２３】給紙部１３ａは給紙開始信号により作動
し、カセット１３２ａに収容された記録紙を一枚ずつ分
離して、記録紙の搬送を開始する給紙手段１３１ａを有
する。給紙部１３ｂ、１３ｃも同様に、給紙手段１３１
ｂとカセット１３２ｂ、給紙手段１３１ｃとカセット１
３２ｃをそれぞれ有する。給紙部１３ｄは大容量のカセ
ット１３２ｄを備えており、給紙手段１３１ｄを有す
る。

【００２４】原稿読取部２０は原稿が載置される原稿給
紙台２１、原稿を搬送し、読取位置を形成するプラテン
ローラ２２、読取済み原稿が載置される原稿排紙台２
３、像光を受光し、画像信号に変換するイメージセンサ
２４及び原稿が載置されるプラテンガラス２５を有す
る。

【００２５】原稿給紙台２１には原稿を検知するセンサ
Ｓ１、Ｓ２が設けられている。これらセンサＳ１、Ｓ２
は原稿サイズを検知するとともに、原稿給紙台２１上に
原稿があるか否かを検知する。

【００２６】原稿読取部２０は、原稿給紙台２１から原
稿を搬送し、プラテンローラ２２で原稿を搬送しながら
原稿を読み取るモードまたはプラテンガラス２５上に載
置された原稿を読み取るモードで読取を行う。

【００２７】次に、請求項１に記載の画像形成装置に係
る定着装置について図２を用いて詳細に説明する。

【００２８】図２は、本発明に係る定着装置の構成の一
例を示す概略図であり、図２（ａ）は、加熱体４ａ、耐
熱性弾性層４ｂ、離型層４ｃから構成される剛性ローラ
である加熱ローラ４と内部に加熱体３ｃを含む加圧ロー
ラ３とから構成される加熱定着装置の一例を示す概略図
である。図２（ｂ）はＡ−Ａ′に沿った概略の断面図で
ある。図２（ｃ）は図２（ａ）の定着装置を構成する各
部材の関係を示す概略のブロック図である。

【００２９】図２（ａ）に示すように、定着装置は、記
録材７上に保持されたトナーを加熱溶融して当該記録材
７に定着させるものであり、トナーに対する離型性を有
する離型層４ｃを表面に備え、加熱体４ａと耐熱性弾性
層４ｂを構成層として有する加熱ローラ４と、加熱体４
ａに電力を供給する電力供給手段２と、未定着トナーを
保持した記録材７を加熱ローラ４との間に挟持しつつ、
加熱ローラ４とともに回転する加圧ローラ３と、加熱ロ
ーラ４及び加圧ローラ３の各々の表面温度を検知するた
めに配設された温度検知手段６、６ａと、該温度検知手
段６、６ａからの温度情報を元に供給電力量を制御する
制御手段１から構成されている。

【００３０】図２（ａ）及び（ｂ）に各々示すように、
本発明に係る加圧ローラ３としては、加熱体３ｃ（ここ
で、ハロゲンランプ、ニクロム線などの熱発生源が好ま
しく用いられ）、シリコンゴムのスポンジ、即ち、発泡
シリコンゴム等を含む耐熱性低硬度弾性層３ｄ、ＰＦＡ
（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｏｆｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏ
ｅｔｈｙｌｅｎｅａｎｄｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔ
ｅｄａｌｋｙｌｖｉｎｙｌｅｔｈｅｒ）等のフッ
素樹脂、シリコンゴム等の耐熱性材料からなり平滑な面
を有する離型層３ｅを構成層として有する加圧回転体が
好ましく用いられる。また、加圧ローラ３としては、加
熱開始時に温度上昇速度を高めるために熱容量の小さな
材料で構成することが好ましい。スポンジは熱容量が比
較的小さくこのような目的に適している。また、加熱ロ
ーラ４も同様な理由から熱容量が小さくなるような構成
が好ましく用いられる。

【００３１】即ち、加圧ローラ３にスポンジ等の低硬度
弾性層を用いることは加熱ローラ４と加圧ローラ３の熱
容量を小さくするために極めて有力な手段である。低硬
度弾性層の硬度としては１〜１５°（ＪＩＳ−Ａ）が望
ましい。

【００３２】以下、定着装置を構成している各部材の関
係に付き図２（ｃ）に示すブロック図を用いて説明す
る。

【００３３】図２（ｃ）において、加熱ローラ４の表面
温度を検知するために配設された温度検知手段６からの
情報と加圧ローラ３の表面温度を検知するために配設さ
れた温度検知手段６ａからの情報が制御手段１のＣＰＵ
（中央演算処理装置）に送られ、該ＣＰＵ（中央演算処
理装置）は、加熱ローラ４及び／または加圧ローラ３の
表面温度情報に基づき、電力供給手段２に加熱体４ａ及
び／または３ｃに電力供給を促す。

【００３４】請求項１に係る本発明の画像形成装置の特
徴は、待機状態において、ローパワーモードを有し、該
ローパワーモードにおける加熱ローラ温度の設定を、加
圧ローラの表面温度検知手段によって検知された加圧ロ
ーラの表面温度に応じて変更する制御手段を有すること
である。

【００３５】待機状態では、画像形成装置は、自動的に
ローパワーモードに移行し、前記制御手段１のＣＰＵ
（中央演算処理装置）は、リアルタイムで加圧ローラ３
の表面温度を検知し、加圧ローラ３の表面温度にたいし
て予め設定されている加熱ローラ４の制御温度をメモリ
ーから読み取り、電力供給手段２からの電力供給量を制
御し、ローパワーモード時の加熱ローラ４の温度制御が
行われる。ここで、ローパワーモードとは、本発明の画
像形成装置が待機状態にある時、即ち、定着装置が未使
用での温度設定状態から３０秒以内にトナーが熱定着可
能な温度設定状態にまで復帰するように画像形成装置が
調整されていることを表す。

【００３６】請求項１に係る本発明の画像形成装置は、
上記のローパワーモードにおける加熱ローラ４の温度設
定が常時固定された温度に調整するのではなく、制御手
段１のＣＰＵ（中央演算処理装置）が、加熱ローラ４と
対向している加圧ローラ３の表面温度の変化をリアルタ
イムで検知し、検知された加圧ローラの表面温度の変化
に応じて、加熱ローラ４のローパワーモードでの温度設
定を自動的に変更出来る態様である。

【００３７】その結果、定着時に記録材上への温度調整
に、加圧ローラ４の表面温度の寄与を盛り込むことが出
来るので、従来のように加熱ローラの設定温度が固定さ
れている場合に比べて、待機状態における加熱ローラ４
の温度保持の為に余分な電力供給をすることがなくな
り、更に、熱定着時に必要以上の加熱が行われることに
よる熱オフセット現象をも効果的に防止することができ
るようになった。

【００３８】以下、加熱ローラ４の各部を詳述すると、
加熱体４ａとしては、ハロゲンランプ、ニクロム線など
の熱発生源が好ましく用いられ、加熱体の周囲には、セ
ラミック、耐熱樹脂等の剛体基材に耐熱性が高いシリコ
ンゴムまたはフッ素ゴム等よりなる耐熱性弾性層４ｂが
設けられ、離型層４ｃとしては、トナーに対して良好な
離型性と耐熱性とを有する材料との観点から、ポリ４フ
ッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフ
ッ素樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン６フッ化プロピ
レン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素樹脂等が好ましく
用いられる。離型層の肉厚は、１０μｍ〜３０μｍの範
囲が好ましく用いられる。

【００３９】本発明に係る加熱ローラ４、加圧ローラ３
に配設された温度検知手段６、６ａとしては一般に用い
られている温度検知手段で有れば特に限定はしない。例
えば、表面温度計、サーミスタ、熱電対、非接触赤外温
度計等が用いられる。

【００４０】また、温度検知手段６、６ａは、通常、各
々、加熱ローラ４、加圧ローラ３の外面に設けるが、更
に、内面の温度を検知できるように温度検知手段を配設
することも出来る。

【００４１】請求項２、請求項３〜５に各々記載の画像
形成装置に係る定着装置について図３を用いて詳細に説
明する。

【００４２】図３は、本発明に係る定着装置のその他の
構成の一例を示す概略図であり、図３（ａ）は、加熱体
４ａ、耐熱性弾性層４ｂ、離型層４ｃから構成される剛
性ローラである加熱ローラ４と、内部に軸芯３ａと前記
軸芯３ａの周囲に形成された耐熱性低硬度弾性層３ｄ、
離型層３ｅとを有する加圧ローラ３とから構成される加
熱定着装置の一例を示す概略図である。

【００４３】但し、電力供給時間計測手段９は、請求項
３、４の画像形成装置に設置する。図３（ｂ）はＢ−
Ｂ′に沿った概略の断面図である。

【００４４】加熱ローラ４としては、上記の図２に記載
の加熱ローラと同様の構成、同様の材料を用いることが
できる。

【００４５】加圧ローラ３は、軸芯３ａと、軸芯３ａの
周囲に形成された耐熱性低硬度弾性層３ｄ、離型層３ｅ
とから構成され、離型層３ｅとしては、表面から記録材
７が離れ易い離型性を有すると共に、耐熱性を有するシ
リコンゴム、フッ素ゴム等が好ましく使用される。

【００４６】尚、加圧ローラ３の両端には、スベリ軸受
部が形成され、定着装置ユニットフレームに回転自在に
取り付けられており従動される。

【００４７】請求項２に記載の画像形成装置に係る定着
装置の特徴は、定着装置の動作履歴（スタートアップ時
から、運転状態、待機状態等に亘る、定着装置の稼働状
態の履歴である）が制御手段１のメモリーに記録、保存
され、制御手段１のＣＰＵ（中央演算処理装置）がメモ
リーから前記動作履歴の情報を読み出し、予め組み込ま
れたプログラム処理を行い、加圧ローラ３の表面温度を
推定することである。

【００４８】具体的には、推定された、加圧ローラ３の
表面温度情報に基づき、ローパワーモードにおける加熱
ローラ４の温度設定が調整され、加熱ローラ４の温度保
持に余分な電力供給をする必要がなくなり、また、熱定
着時に必要以上の加熱が行われることによる熱オフセッ
ト現象をも効果的に防止することができる。また、加圧
ローラの温度検出手段が不用になるため、その分、コス
ト低減が出来る。

【００４９】請求項３に記載の画像形成装置に係る定着
装置の特徴は、定着装置に供給された電力の供給時間を
計測する手段を有する画像形成装置において、スタート
アップ時、定着装置に電力供給手段から電力供給が行わ
れたとき、加熱ローラの表面温度の上昇と電力の供給時
間との情報が制御手段１のメモリーに記録され、制御手
段１のＣＰＵ（中央演算処理装置）が予め組み込まれて
いたプログラム処理を行い、加熱ローラの温度上昇率を
予測することである。

【００５０】請求項４に記載の画像形成装置に係る定着
装置の特徴は、前記請求項３に記載されている、加熱ロ
ーラの温度上昇率の予測により算出された値に基づき、
制御手段１のＣＰＵ（中央演算処理装置）がローパワー
モード時の加熱ローラの設定温度を自動調整することに
より、使用時に定着装置に必要な電力のみを供給し、し
かも、短時間内に使用可能な状態とすることが可能とな
る。

【００５１】請求項５に記載の画像形成装置に係る定着
装置の特徴は、加熱ローラの表面温度検知手段と表面温
度制御手段とを有する定着装置を有する画像形成装置に
おいて、定着時における加熱ローラの設定温度Ａを設定
温度Ｂに変更したとき、ローパワーモード時における加
熱ローラの設定温度が、設定温度Ｂに対して予め設定さ
れていた設定温度Ｃに自動調整されることが特徴であ
る。

【００５２】これにより、使用時のみ定着装置に必要な
電力を供給して、短時間内に使用可能な状態とすること
が可能になり、且つ、現像剤の変化、画像形成装置の置
かれている環境変化時におけるローパワーモードの条件
設定が迅速、正確に且つ、柔軟に行うことができるよう
になった。

【００５３】

【発明の効果】本発明により、スタートアップ時（画像
形成装置の立ち上げ時ともいう）や待機状態（画像形成
装置が使われていない状態）において、省エネルギー適
性を有し、且つ、運転コストが低減された画像形成装置
を提供することが出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る定着装置を有する画像形成装置の
全体構成を示す概略図である。

【図２】本発明に係る定着装置の構成の一例を示す概略
図である。

【図３】本発明に係る定着装置のその他の構成の一例を
示す概略図である。

【符号の説明】１制御手段２電力供給手段３加圧ローラ３ａ軸芯３ｃ加熱体３ｄ耐熱性低硬度弾性層３ｅ離型層４加熱ローラ４ａ加熱体４ｂ耐熱性弾性層４ｃ離型層６、６ａ温度検知手段７記録材８ニップ部９電力供給時間計測手段

フロントページの続き (72)発明者岩橋晴男東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式会社内Ｆターム(参考） 2H027 DA12 DA32 DA39 DE04 DE07 DE09 DE10 EA12 EA15 EC06 EC07 EC08 EC09 EC18 EC20 ED25 EE07 EF04 EF06 EF09 EF16 ZA07 2H033 AA24 AA30 BA30 BB05 BB06 BB14 BB15 BB30 CA03 CA04 CA05 CA07 CA28 CA30 CA32 CA41 CA44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録材上のトナー像を加熱する加熱ロー
ラと該記録材を該加熱ローラに圧接させる加圧ローラを
有し、且つ、該加熱ローラと該加圧ローラの各々が、表
面温度検知手段と表面温度制御手段とを有する定着装置
を有する画像形成装置において、待機状態において、ローパワーモードを有し、該ローパ
ワーモードにおける加熱ローラ温度の設定を、加圧ロー
ラの表面温度検知手段によって検知された加圧ローラの
表面温度に応じて変更する制御手段を有することを特徴
とする画像形成装置。
【請求項２】記録材上のトナー像を加熱する加熱ロー
ラと該記録材を該加熱ローラに圧接させる加圧ローラを
有し、且つ、該加熱ローラの表面温度検知手段と表面温
度制御手段とを有する定着装置を有する画像形成装置に
おいて、該定着装置の動作履歴から加圧ローラの表面温度を推定
する手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】記録材上のトナー像を加熱する加熱ロー
ラと該記録材を該加熱ローラに圧接させる加圧ローラを
有し、該加熱ローラの表面温度検知手段を有する定着装
置と、該定着装置に電力を供給する電力供給手段と、該
定着装置に供給された電力の供給時間を計測する手段と
を有する画像形成装置において、スタートアップ時、前記定着装置に前記電力供給手段か
ら電力供給が行われたとき、加熱ローラの表面温度と電
力の供給時間とから、前記加熱ローラの温度上昇率を予
測する手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】加熱ローラの温度上昇率を予測する手段
により算出された温度上昇率の値に基づいて、ローパワ
ーモード時の加熱ローラの設定温度を調整することを特
徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】記録材上のトナー像を加熱する加熱ロー
ラと該記録材を該加熱ローラに圧接させる加圧ローラを
有し、且つ、該加熱ローラの表面温度検知手段と表面温
度制御手段とを有する定着装置を有する画像形成装置に
おいて、定着時における加熱ローラの設定温度Ａを設定温度Ｂに
変更したとき、ローパワーモード時における加熱ローラ
の設定温度が、設定温度Ｂに対して予め設定されていた
設定温度Ｃに調整されることを特徴とする画像形成装
置。