JP2003280448A

JP2003280448A - 画像形成装置の像加熱装置

Info

Publication number: JP2003280448A
Application number: JP2002082195A
Authority: JP
Inventors: Shunsaku Kondo; 俊作近藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-10-02
Also published as: US20030219270A1; US6834168B2

Abstract

(57)【要約】【課題】定着装置の温度制御において、白黒／カラー
の画像形成モードや、使用する転写紙の種類の違いなど
による温度変動を抑制し、より高品質の画像を得ること
の出来る画像形成装置の定着装置を提供する。【解決手段】静電記録方式を用いてトナー像を転写紙
上に形成するトナー像形成手段と、前記トナー像形成手
段によって形成されたトナー像を電磁誘導加熱によって
転写紙に定着させる定着手段と、前記定着手段の温度を
計測する温度計測手段と、前記温度計測手段を周期的に
動作させるタイマ手段と、前記タイマ手段の周期を決定
する周期決定手段と、前記定着装置の温度を制御する温
度制御手段とを有し、前記温度制御手段は前記温度計測
手段の実行毎に動作し、所定条件のもとで前記タイマ手
段の周期を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プロセス
等を用いて転写紙上に画像を形成する画像形成装置及び
熱定着制御制御と、前記熱定着装置を備えた画像形成シ
ステムと、前記画像形成方法を実行するための記録媒体
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の画像形成装置においては、関節
（転写）方式または直接方式の電子写真プロセス、静電
記録プロセス、磁気記録プロセス、その他公知の各種の
作像原理、プロセスにより作像部にてトナー像を形成
し、このトナー像を、転写紙、記録用紙、感光紙、静電
記録紙等の記録材に転写した後、熱ローラ方式の熱定着
器にて記録材に定着し永久画像を得ている。この熱ロー
ラ方式は、内部にヒータを備えた定着ローラと、これに
対向圧接させた加圧ローラとを用い、この一対のローラ
間の定着ニップ部に記録材を導入通過させることにより
記録材面に形成担持されている未定着トナー像を熱と圧
力で記録材面に定着させるものである。

【０００３】近年、利便性の向上と、消費エネルギー削
減の気運により、立ち上がりが高速で、スタンバイ温度
制御が不要な熱定着装置が求められている。これを実現
するために、肉厚の薄い熱ローラを用い熱容量を小さく
することで、所望の温度までの昇温時間を短縮する方法
が挙げられる。この方法の実現に適した熱源として、Ｉ
Ｈ（電磁誘導加熱方式）が挙げられる。温度制御におい
ては、従来のハロゲンランプを熱源として使用していた
際に用いられていたＯＮ−ＯＦＦ制御方式では、熱容量
の小さな熱ローラを使用するため、急激な温度変化を伴
い、制御が困難になる。そこで、温度検知手段により定
着装置の温度を計測し、その結果によって熱源に印加す
る電力をリニアに調節するフィードバック方式が考えら
れている。図４は縦軸が熱源に印加する電力値Ｐｏで、
横軸が温度Ｔを表しており、定着装置の温度がＴａのと
きに熱源に対しＰａの電力を与えるということである。
所定サンプル周期ごとに温度計測を行い、熱源に与える
電力を決定することで、定着装置の温度変化に対応した
温度制御を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】画像形成を行う際、一
般的にモノクロよりカラーの方が転写紙上に載るトナー
の量も多く、定着時に必要な熱量も多くなり、定着器の
温度変化も激しくなる。また、使用する転写紙の種類に
ついても、薄紙や厚紙、普通紙、ＯＨＰフィルム等で定
着時に必要な熱量に差がある。これらの条件によって
は、定着装置の温度変動が引き起こされ、画像品質に悪
影響を及ぼす。

【０００５】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、定着装置の温度制
御において、画像形成のモードや転写紙の種類の違いに
よる温度変動を抑制し、より高品質の画質を得ることの
できる画像形成装置の定着装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、静電記録方式を用いてト
ナー像を転写紙上に形成するトナー像形成手段と、前記
トナー像形成装置によって形成されたトナー像を電磁誘
導加熱によって転写紙に定着させる定着手段と、前記定
着手段の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測
手段を周期的に動作させるタイマ手段と、前記タイマ手
段の周期を決定する周期設定手段と、前記定着手段の温
度を制御する温度制御手段とを有し、前記温度制御手段
は前記温度計測手段の実行毎に動作し、所定条件のもと
で、前記タイマ手段の周期を変化させることを特徴とす
る。また、請求項２に記載の発明は、請求項１に前記の
発明において、モノクロ／カラープリント等の動作モー
ドで前記タイマ手段の周期を変化させることを特徴とす
る。また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の
発明において、使用する転写紙の種類で前記タイマ手段
の周期を変化させることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】（実施例）まず、本発明の第１の
実施例を説明する。

【０００８】（１）画像形成装置例図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の基
本構成を示すブロック図である。この画像形成装置はレ
ーザプリンタ４７として構成されている。このプリンタ
４７の基本制御を行うＣＰＵ５６には、制御プログラム
が書き込まれたＲＯＭ５９と、処理を行うためのワーク
ＲＡＭ５８と、入出力ポート５７とがアドレスバス及び
データバスを介して接続されている。入出力ポート５７
には、プリンタ４７を制御する、モータ、クラッチ等の
各種負荷（不図示）や、定着ローラの温度を検出するセ
ンサ４などの入力装置が接続されている。ＣＰＵ５６
は、ＲＯＭ５９の内容に従って入出力ポート５７を介し
て順次入出力の制御を行い、プリント動作を実行する。
さらに、ＣＰＵ５６には、画像処理部５３と、処理され
た画像を蓄積する画像メモリ部５４、定着ローラ部１を
誘導加熱する誘導コイル部３に高周波電流を印加する電
力供給部５１が接続されている。また、画像メモリ部５
４には、記録材に未定着の画像形成を行う画像形成部５
５と、外部Ｉ／Ｆ処理部５２とが接続されている。外部
Ｉ／Ｆ部５２は、外部のコンピュータから入力されたＰ
ＤＬ（ページ記述言語）をビットマップに展開する。

【０００９】図２は本実施例における画像形成装置の概
略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真
プロセス利用、誘導加熱方式定着装置使用のレーザプリ
ンタである。３１は像担持体としての回転ドラム型の電
子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印
の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもっ
て回転駆動される。感光ドラム３１はその回転過程にお
いて、帯電装置としての帯電ローラ３２によって所定の
極性・電位に一様に帯電される。

【００１０】次に画像情報書き込み手段としてのレーザ
スキャナ３３による、目的の画像情報パターンに対応し
たレーザビーム走査露光Ｌを受ける。これより感光ドラ
ム３１面に目的の画像情報パターンに対応したレーザビ
ーム静電潜像が形成される。感光ドラム３１面に形成さ
れた静電潜像は、現像装置３４でトナー画像として現像
される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成
分現像法等が用いられ、イメージ露光と反転現像との組
み合わせで用いられることが多い。感光ドラム３１面に
形成されたトナー画像は、感光ドラム３１と、転写ロー
ラ３５とで形成される転写ニップ３６において、給紙部
３７から該転写ニップ部３６に所定のタイミングにて給
送された記録材（転写材）１３に対して順次に静電転写
される。本例の画像形成装置において、給紙部３７はカ
セット給紙部であり、給紙カセット内に積載収容させた
記録材１３が給紙ローラ３８と不図示の一枚分離部材と
によって一枚分離給送され、搬送ローラ対３９、トップ
センサ（レジストセンサ）４０等を含むシートパス４１
を通って転写ニップ部３６に所定の制御タイミングにて
給送される。カセット給紙部３７からシートパス４１を
通って転写ニップ部３６に給送される記録材１３はシー
トパス４１の途中に設けたトップセンサ４０で先端が認
識され、これに同期して感光ドラム３１上に画像が形成
される。

【００１１】転写ニップ部３６にてトナー画像の転写を
受けた記録材１３は感光ドラム３１面から順次に分離さ
れて搬送ガイド８を通って定着装置Ａへ導入され、該定
着装置Ａで未定着トナー画像の加熱定着処理を受ける。
定着装置Ａを出た画像加熱定着済みの記録材１３は、搬
送ローラ対４４を含むシート排出パス４３を通って排出
ローラ対４５で排紙トレイ部４６に排出される。一方、
記録材１３に対するトナー画像転写後に感光ドラム３１
面上に残留する転写残トナーや紙粉等の付着汚染物は、
クリーナ４２により感光ドラム３１面上により除去さ
れ、表面清掃された感光ドラム３１は繰り返して作像に
供される。

【００１２】（２）定着装置Ａ図３は定着装置Ａの要部の横断面模型図である。１は加
熱部材としての定着ローラ（加熱ローラ）、２は加圧部
材としての加圧ローラである。定着ローラ１は誘導電流
により発熱する導電性材料で構成されており、本例のも
のは外径４０ｍｍ・厚さ０．７ｍｍの鉄製の芯金シリン
ダ（導電性円筒ローラ）を基体としており、表面の離型
性を高めるために例えばＰＴＦＥやＰＦＡの１０〜５０
μｍの表面離型層を設けてもよい。また、定着性の向上
や、ローラ表面の温度ムラを低減させるために、鉄製芯
金シリンダと表面離型層との間に例えばシリコンゴム層
の２０〜５００μｍの弾性層を設けてもよい。

【００１３】加圧ローラ２は、中空芯金１１と、その外
周面に形成した表面離型性耐熱ゴム層あるいは中空芯金
１１と表面との断熱を兼ねたスポンジ層である弾性層１
２とからなる。定着ローラ１と加圧ローラ２は、定着ロ
ーラ１を上側、加圧ローラ２を下側にして、かつ互いに
平行にして、それぞれ両端部を不図示の定着ユニットフ
レーム間に軸受部を介して回転自在に取り付けられてい
る。加圧ローラ２は定着ローラ１の回転軸方向にバネな
どを用いた不図示の加圧機構によって押し下げ付勢して
定着ローラ１の下面部に所定の加圧力で圧接させて定着
ニップ部（圧接ニップ部）Ｎを形成させてある。本例で
は、加圧ローラ２は約３０ｋｇ重で過重されており、そ
の場合、定着ニップ部Ｎの幅（ニップ幅）は約６ｍｍに
なる。しかし都合によっては荷重を変化させてニップ幅
を変えてもよい。

【００１４】本例では不図示の駆動機構により定着ロー
ラ１を回転駆動する機構になっており、加圧ローラ２は
この定着ローラ１の回転駆動に伴って定着ニップ部Ｎで
の摩擦力で従動回転する。１４は定着ローラ１の内部空
間に挿入配設した誘導コイルアセンブリであり、誘導コ
イル３、コイルホルダ５、コア（磁心）７、ステー６等
からなる。コイルホルダ５はＰＰＳ・ＰＥＥＫ・フェノ
ール樹脂などの耐熱性樹脂からなる横断面略半円形桶型
部材であり、このコイルホルダ５の外回りに導線を巻い
て誘導コイル３を設けてある。コア７はコイルホルダ５
の内側に横断面Ｔ字型に組んで設けてある。そして、誘
導コイルアセンブリとして一体化させてある。上記の誘
導コイルアセンブリ１４を定着ローラ１の内部空間に挿
入して、コイルホルダ５の外側の誘導コイル３を下向き
にして定着ローラ１の内面に近接させた状態にしてステ
ー６の両端部を不図示の定着ユニットフレーム間に固定
支持させることで、誘導コイルアセンブリ１４を定着ロ
ーラ１の内部空間に配設してある。４は定着ローラ１の
表面に当接するように配置した接触型サーミスタ、また
は赤外線式非接触サーミスタ等の温度センサである。１
０は分離爪であり、定着ニップ部Ｎの記録材出口におい
て、定着ローラ１の表面に当接または近接して配置して
ある。

【００１５】而して、定着ローラ１が回転駆動され、加
圧ローラ２が従動回転している状態において、誘導コイ
ル３に図１の電力供給部５１から高周波の交流電流が印
加される。電源供給部は１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高
周波をスイッチング電源で発生できるようになってい
る。誘導コイル３はこの電源供給部から供給される高周
波の交流電流によって交番磁束を発生する。交流電流に
よって誘導された磁界は導電層である定着ローラ１の内
面に渦電流を流しジュール熱を発生させ、定着ローラ１
は、効率的に迅速に加熱昇温する。

【００１６】この定着ローラ１の温度が所定のサンプル
周期ごとに温度センサ４で検出され、その検出温度信号
が入出力ポート５７を介してＣＰＵ５６に入力される。
ＣＰＵ５６はその検出温度信号をもとに電源供給部５１
から誘導コイル３への電力供給を増減制御して、定着ロ
ーラ１の表面温度が所定の一定温度（所定の定着温度）
に維持されるように随時自動制御する。定着ローラ１の
表面温度が所定の一定温度に自動制御された状態におい
て、定着ニップ部Ｎに記録材１３を送り込み、挟持搬送
されることで、定着ローラ１の熱で未定着トナー画像９
が記録材１３面に加熱定着される。定着ローラ１の発熱
を増加させるためには誘導コイル３の巻き数を増やした
り、コア７をフェライトやパーマロイといった高透磁率
で残留磁束密度の低いものを用いたり、交流電流の周波
数を高くするとよい。本例で用いた誘導コイル３は素線
を５０〜１５０本撚ってあるリッツ線を６ターン巻いて
形成してある。巻き数は例えば４ターンから１０ターン
にすることができる。

【００１７】（３）温度制御以下、図５のフローチャートを用いて、レーザプリンタ
４７が動作中である場合の定着装置Ａの温度制御動作に
ついて説明する。

【００１８】まず、プリントの条件が前回のプリントの
時から変化しているか否か判定する（Ｓ０１）。変化し
ている場合は（Ｓ０１分岐“ＹＥＳ”）、温度制御のサ
ンプル周期を決定する（Ｓ０２）。サンプル周期は図６
の表から判定する。不図示の操作部からユーザが選択し
たカラー又はモノクロの動作モードと、厚紙・普通紙・
薄紙・ＯＨＰの紙種の組み合わせ条件から温度制御のサ
ンプル周期を決定する。

【００１９】次に定着装置の温度を計測し（Ｓ０３）、
計測した結果から誘導コイル部３に印加する電力値Ｐｏ
を決定する（Ｓ０４）。続いて、誘導コイル部に３にＳ
０４で決定した電力値Ｐｏを印加する。

【００２０】次にサンプル周期の時間だけウエイト（待
ち）をかける（Ｓ０６）。次にプリント終了か否か判断
する（Ｓ０７）。プリント終了なら（Ｓ０７分岐“ＹＥ
Ｓ”）、電力印加を停止し（Ｓ０８）、プログラムを終
了する。プリント継続なら（Ｓ０７分岐“ＮＯ”）、プ
ログラムを継続する。以上のシーケンスをレーザプリン
タ４７の動作中に繰り返すことで、定着装置４７の温度
制御を行う。本発明は、上述した実施形態の装置に限定
されず、定着ローラの加熱源として、ハロゲンヒータ、
面状ヒータ等を用いてもよい。また、複数の機器から構
成されるシステムに適用しても、１つの機器からなる装
置に適用してもよい。前述した実施形態の機能を実現す
るソフトウエアのプログラムコードを記憶した記憶媒体
をシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵ
やＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを
読み出し実行することによっても完成される。また、ソ
フトウエアに限らず、前述した実施形態の機能を実現す
る電気回路によっても完成されることは言うまでもな
い。また、プリント条件の項目やサンプル周期は、機器
の都合や求める精度等に適した値に自由に設定しても、
完成されることは言うまでもない。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本出願の発明によ
れば、定着装置が動作状態にあるとき、カラー／モノク
ロの動作モードと、厚紙／普通紙／薄紙／ＯＨＰ等の転
写紙の種類によって、定着装置の温度制御の周期を変化
させることで、画像形成の条件に合わせた温度制御が可
能となり、より高品質の画質を得ることのできる画像形
成装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるレーザプリンタ装置
のブロック図である。

【図２】本発明の実施例におけるレーザプリンタ装置
の概略構成図である。

【図３】本発明の実施例における定着装置Ａの要部の
横断面図である。

【図４】従来例における温度制御の温度と電力の関係
を表すグラフである。

【図５】本発明の実施例における定着装置Ａの温度制
御のフローチャートである。

【図６】本発明の実施例における各プリント条件のサ
ンプル周期の表である。

【符号の説明】

１定着ローラ２加圧ローラ３誘導コイル４温度センサ５コイルホルダ６ステー７コア（磁心）８搬送ガイド９未定着トナー画像１０分離爪１１中空芯金１２弾性層１３転写材１４誘導コイルアセンブリ３１電子写真感光体（感光ドラム）３２帯電ローラ３３レーザスキャナ３４現像装置３５転写ローラ３６転写ニップ３７給紙部３８給紙ローラ３９搬送ローラ対４０トップセンサ４１シートパス４２クリーナ４３シート排出パス４４搬送ローラ対４５排出ローラ対４６排出トレイ部４７レーザプリンタ５０交流電源５１電力供給部５２外部Ｉ／Ｆ処理部５３画像処理部５４画像メモリ部５５画像形成部５６ＣＰＵ５７入出力（Ｉ／Ｏ）ポート５８ワークＲＡＭ５９ＲＯＭＡ定着装置Ｌレーザビーム走査露光Ｎニップ部（圧接ニップ部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H027 DA12 DA38 DC02 EA12 EB04 EC06 ED25 EE07 EF06 EF09 FA28 FA35 2H033 AA01 BA25 BA30 BB18 BE06 CA07 CA20 CA27 CA48 2H300 EA10 FF08 GG01 GG02 QQ22 QQ32 RR10 RR21 RR45 3K059 AA08 AB19 AC33 AC35 AD05 AD39 CD13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電記録方式を用いてトナー像を転写紙
上に形成するトナー像形成手段と、前記トナー像形成装置によって形成されたトナー像を電
磁誘導加熱によって転写紙に定着させる定着手段と、前記定着手段の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段を周期的に動作させるタイマ手段と、前記タイマ手段の周期を設定する周期設定手段と、前記定着手段の温度を制御する温度制御手段とを有し、前記温度制御手段は前記温度計測手段の実行毎に動作
し、所定条件のもとで、前記タイマ手段の周期を変化さ
せることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】モノクロ／カラープリント等の動作モー
ドで前記タイマ手段の周期を変化させることを特徴とす
る請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】使用する転写紙の種類で前記タイマ手段
の周期を変化させることを特徴とする請求項１に記載の
画像形成装置。