JP2004093597A - 定着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】定着装置の省電力化を図り、且つ省電力モードから定着動作モードに復帰する立ち上げ時間の短縮を効率的に行う定着装置を提供する。
【解決手段】省電力モード時に、定着部材１５と加圧部材１６のうち少なくとも熱容量の大きな方の部材は、定着動作モード時の定着温度以下で制御される。このとき、熱容量の小さな方の部材は、定着動作モード時の定着温度より低い温度で制御される。
【選択図】 図２
【解決手段】省電力モード時に、定着部材１５と加圧部材１６のうち少なくとも熱容量の大きな方の部材は、定着動作モード時の定着温度以下で制御される。このとき、熱容量の小さな方の部材は、定着動作モード時の定着温度より低い温度で制御される。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームプリンタ、デジタル複写機、普通紙ファックス等の画像形成装置、またはＯＡ機器に搭載される、定着装置、その他、記録材を搬送し且つ熱を供給する装置に関するものであり、詳細には、加熱される定着部材と、該定着部材に圧接する加圧部材とを有し、定着すべきトナー像を担持した記録材を、そのトナー像が前記定着部材に接する向きにして、前記定着部材と加圧部材との圧接により形成されたニップ部を通過させて、熱と圧力の作用により前記トナー像を記録材に定着させる定着装置の、省エネルギー化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の画像形成装置に搭載される定着装置の中でも、特にカラー用の定着装置では、表面が非粘着性の弾性体で内部に加熱源を有する加熱ローラと、弾性体で被覆された加圧ローラを設け、適当な圧力を加えて回転するそのローラ間に、トナーを転写した記録紙を通過させて定着させる、熱ローラ定着方式が使用されている。しかし、この熱ローラ定着方式では、加熱ローラ及び加圧ローラの熱容量が大きく、環境保護対策として省電力モードの検討がなされてきた。
カラー画像形成用に比べて比較的立ち上げ時間が短い白黒画像形成用の熱ローラ定着装置では、定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行する方法を採用したものがある。この方式の定着装置では、定着動作要求を受けた後に省電力モードから定着動作モードに復帰しても、立ち上げ時間が短く、プリント待ち時間が短い。
しかしながら、カラー画像形成用の熱ローラ定着装置では、省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの立ち上げ時間が長すぎる。定着動作要求のタイミングは予測できるものではないため、立ち上げ時間を短くするには電力を大きくしなければならず、立ち上げ時間の短縮と省電力化とを両立させることはできなかった。
【０００３】
そこで近年、これらの問題を解決する為、ベルト面で記録紙上のトナーを定着するベルト加熱方式が開発されている。ベルト加熱方式は、比較的小さな熱容量を有する定着ベルトを所定の温度に加熱するだけで、定着に必要な熱エネルギーが得られるので、立ち上げ時間の短縮と省電力化とを両立させることができる。ベルト加熱方式では、エンドレスの定着ベルトと、その定着ベルトを回転支持する定着ローラと加熱ローラと、用紙を定着ベルトに押し付ける加圧ローラとを備えている。加熱手段は加熱ローラ内、さらには加圧ローラ内にも設置されることがあり、それぞれ加熱ローラ、或は加圧ローラを加熱する。
ベルト加熱方式の立ち上げ方法は、プレ回転方法と、電源投入時から定着ベルトを回転させる方法とがある。プレ回転方法とは、電源投入時、加熱ローラを介して定着ベルトを加熱し、定着ベルトの温度がある設定温度に達したらプレ回転を開始する方法である。両者の方法とも、定着ベルト温度が一定の設定温度に達したら定着可能状態となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
熱ローラ定着装置ないしベルト加熱定着装置での定着性能は、定着ローラないしベルト温度だけでなく、加圧ローラ温度も重要である。特にカラー画像定着では光沢性が重要であるが、光沢性は、定着温度に影響される。
かかる構成において、定着装置の省電力化を図ると共に、立ち上げ時間を短くするには、定着部材の低熱容量化と加熱手段の出力増加が望ましく、更には限られた許容電力での定着部材及び加熱部材への加熱電力配分の適性化が重要である。
特開２００１−１１７４１４号公報では、立ち上げ時間の短縮と省電力化とを両立させる方法として、定着温度検知部と制御部等を設け、単位時間当たりの温度上昇量を算出し、省電力モード時の定着部温度を最低温度以上に維持するように制御する技術を提案している。最低温度は、ユーザーにより設定された立ち上げ時間と、単位時間当たりの温度上昇量とに基づいて算出される。
【０００５】
上記問題点に鑑み、本発明の第１の目的は、省電力モードを有して定着装置の省電力化を図り、且つ省電力モードから定着動作モードに復帰する立ち上げ時間の短縮を効率的に行なう定着装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、上記定着装置を具備し、コピーの待ち時間を短縮した画像形成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】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、第１の加熱手段を備える定着部材と、定着部材に圧接し、第２の加熱手段を備える加圧部材とを有し、 定着すべきトナー像を担持した記録材を、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、定着部材と加圧部材との圧接により形成されるニップ部を通過させて、熱と圧力の作用によりトナー像を記録材に定着させる動作を行う定着装置において、定着部材と加圧部材は、定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行し、定着動作要求を受けると定着動作モードに復帰するように制御され、定着部材と加圧部材の内、少なくとも熱容量の大きな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時以下の温度で制御される事を特徴とする定着装置である。
請求項２に記載の本発明は、前記定着部材と加圧部材の内、熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時より低い温度で制御される事を特徴とする請求項１に記載の定着装置である。
請求項３に記載の本発明は、前記定着部材と加圧部材の内、熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、非通電状態である事を特徴とする請求項１または２に記載の定着装置である。
【０００７】
請求項４に記載の本発明は、第１の加熱手段を備える定着部材と、定着部材に圧接し、第２の加熱手段を備える加圧部材とを有し、定着すべきトナー像を担持した記録材を、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、定着部材と加圧部材との圧接により形成されるニップ部を通過させて、熱と圧力の作用によりトナー像を記録材に定着させる動作を行う定着装置において、定着部材と加圧部材は、定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行し、定着動作要求を受けると定着動作モードに復帰するように制御され、定着部材と加圧部材の内、熱容量の大きな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時より高い温度で制御され、熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時より低い温度で制御される事を特徴とする定着装置である。
請求項５に記載の本発明は、前記定着部材と加圧部材の内、熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、非通電状態である事を特徴とする請求項４に記載の定着装置である。
【０００８】
請求項６に記載の本発明は、前記熱容量の大きな方の部材は加圧部材であって、前記熱容量の小さな方の部材は定着部材である事を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置である。
請求項７に記載の本発明は、前記熱容量の大きな方の部材は定着部材であって、前記熱容量の小さな方の部材は加圧部材である事を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置である。
請求項８に記載の本発明は、前記定着部材は回転する定着ローラであって、前記加圧部材は回転する加圧ローラである事を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の定着装置である。
請求項９に記載の本発明は、前記定着部材は少なくとも二つのガイド部材に張架して構成される定着ベルトであって、前記加圧部材は回転する加圧ローラである事を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の定着装置である。
請求項１０に記載の本発明は、前記定着部材及び加圧部材は、省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの時間が、３０秒以下となる温度に制御される事を特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の定着装置である。
請求項１１に記載の本発明は、前記定着部材及び加圧部材は、省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの時間が、１０秒以下となる温度に制御される事を特徴とする請求項１０に記載の定着装置である。
請求項１２に記載の本発明は、前記定着部材及び加圧部材は、省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの時間が、略同一である事を特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の定着装置である。
【０００９】
請求項１３に記載の本発明は、記録材を給送する給送手段と、トナー像を記録材上に形成する作像部と、記録材上のトナー像を記録材に定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、前記定着装置は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の定着装置である事を特徴とする画像形成装置である。
請求項１４に記載の本発明は、定着すべきトナー像を担持した記録材を、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、定着部材と加圧部材との圧接により形成されるニップ部を通過させて、熱と圧力の作用によりトナー像を記録材に定着させる定着工程を含む画像形成方法において、前記画像形成方法は、定着部材と加圧部材が、定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行し、定着動作要求を受けると定着動作モードに復帰するように制御され、定着部材と加圧部材の内、少なくとも熱容量の大きな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時以下の温度で制御される事を特徴とする画像形成方法である。請求項１５に記載の本発明は、前記定着工程は、請求項２ないし１２のいずれかに記載の定着装置で行われる事を特徴とする画像形成方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下より、本発明の実施の形態について図に基づき説明する。
図１は本願に係わる画像形成装置の概略を示す垂直断面図である。なお、本発明の定着装置は、図１に示した構成の画像形成装置に限定されず、他の形式の画像形成装置にも採用することが可能である。
画像形成装置１は、記録材にトナー像を形成する作像部２と、その作像部に記録材を給送する給送手段３と、記録材上に形成されたトナー像を定着する定着装置４とを有している。
先ず、作像部２の概要を明らかにする。
ここに例示した作像部２は、像担持体の一例であるドラム状の感光体５を有し、この感光体５が時計方向に回転するとき、帯電装置６により感光体１表面が所定の極性に帯電される。帯電された感光体１表面に、露光装置の一例であるレーザ書き込みユニット７から出射する光変調されたレーザビームＬが照射され、これによって感光体１表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置８によってトナー像として可視像化され、そのトナー像は、給送手段３から送り出された記録材上に、転写装置９の作用により転写される。
トナー像転写後の感光体１表面に付着する転写残トナーは、クリーニング装置１０により除去される。
【００１１】
給送手段３は、例えば転写紙又は樹脂シートなどから成る記録材Ｐを収容した給紙カセット１１を有し、給送ローラ１２の回転によって、最上位の記録材Ｐがカセットから送り出される。その送り出された記録材Ｐはレジストローラ対１３の回転によって、感光体１と転写装置との間の転写部に給送され、ここで、前述のように感光体５上のトナー像が記録材Ｐ上に転写される。
このようにしてトナー像を担持した記録材は、定着装置４を通り、このとき、後述するように記録材Ｐ上のトナー像が定着される。定着装置４を通過した記録材Ｐは、機外の排紙トレイ１４上に排出される。
【００１２】
図２は一例としてベルト加熱方式の定着装置４を示す概略断面図である。
定着部材１５は、定着ローラ１７と加熱ローラ１８とによって張架された無端状の定着ベルトである。定着部材１５は、第１の加熱手段を内包する加熱ローラ１８によって加熱される。加圧部材１６は加圧ローラであり、第２の加熱手段を内包している。定着部材１５と加圧部材１６は圧接してニップ部を形成し、未定着のトナー像Ｔを担持した記録材Ｐを加熱・加圧により定着させる。ベルト加熱方式は、立ち上がり時間が短く省電力化が可能なことと、トナーのベルトオフセット防止効果とがあり、オイルレスまたはオイル微量塗布が可能である。定着部材１５のベルト幅中央部にサーミスタＳ１が設置され、定着ベルトの温度を検知する。また、加圧部材１６のローラ幅中央部にサーミスタＳ２が設置され、加圧ローラの温度を検知する。
【００１３】
定着部材１５に用いる定着ベルトは、ポリイミド等の耐熱性樹脂、ニッケル、炭素鋼、或いはステンレス鋼等により形成された薄肉の無端状のベルトであることが望ましい。無端状のベルトは、ニッケル電鋳法やポリイミド成型法によって継ぎ目なく形成される。
定着ベルトの表層は、未定着トナーと接触する側であるため、フッ素系樹脂、シリコンゴム等の耐熱性離型層が被覆された構成になっている。耐熱性離型層は、ゴム硬度２５〜６５度（ＪＩＳ Ａ硬度計）、厚さが１００〜３００μｍの範囲であることが、良好な定着性及び熱応答性を得る条件として望ましい。また、中間層として耐熱性弾性層を設ける構成であってもよい。
【００１４】
定着ローラ１７は、中心に芯金を有し、その外周に断熱性弾性層を形成している。芯金は、アルミ、ステンレス、炭素鋼等の導電性部材を用いることができる。断熱性弾性層は、ニップ巾を十分な広さにするための柔らかい耐熱性の材料から成り、例えば発泡シリコンゴム等を用いることができる。断熱性弾性層はニップ部を形成するのに充分な厚さを有し、定着ローラ１７直径の１５％〜２０％程度がよい。
加熱ローラ１８は、アルミ、炭素鋼、ステンレス鋼等から成る中空金属円筒の薄肉ローラである。また、加熱ローラ１８は、第１の加熱手段としてヒータＨ１を内包している。ヒータＨ１としてはハロゲンヒータを用いることができる。
定着部材１５は、定着装置４の立ち上げ時間を短縮し、より速く所定の定着可能な温度にするために、定着ベルトの熱容量を小さくしている。また、未定着トナーと接触する側であるため、定着動作時の加熱ローラ１８への熱供給量は、連続通紙においても定着温度が低下しないように、加圧部材１６を加熱するための熱供給量に比べて十分に多くしてある。
【００１５】
加圧部材１６は、芯金の表層に耐熱性離型層を形成している。芯金は、アルミ、ステンレス、炭素鋼等の導電性部材を用いることができ、耐熱性離型層は、フッ素系樹脂、シリコンゴム等を用いることができる。加圧部材１６は、芯金を中空に構成し、中に第２の加熱手段であるヒータＨ２を有している。ヒータＨ２としてはハロゲンヒータを用いることができる。
図２では、記録材Ｐの定着部材１５からの剥離性を良くするために、下向きのニップ形状としている。すなわち、加圧部材１６の硬度を硬くしている。加圧部材１６は、表層である断熱性離型層の厚さが加圧部材１６の直径の７％未満とし、その硬度もＪＩＳ Ａで２０度以上としている。
加圧部材１６には加熱手段を設けないこともあるが、本発明では以下の理由によって加熱手段を設けている。定着部材１５の熱は定着時にトナーや記録材Ｐに奪われるため、定着動作開始時や連続通紙時等、状況によって温度が変わりやすく、加圧部材１６に加熱手段を設けることで一定の定着温度に保つことができる。特に、カラー画像を均一な光沢度にするためには、定着温度が所定の一定温度に維持制御されることが重要であり、加圧部材１６に加熱手段を設けることが好ましい。また、定着ニップ部で、トナーは表面からだけでなく、記録材Ｐ裏面からの熱の影響も受けるため、この構成が好ましい。
なお、熱供給量の比は、定着部材１５の方が加圧部材１６よりも大きくなるようにする。
【００１６】
本発明の定着装置４は熱ローラ方式でもよい。図３は一例として熱ローラ定着方式の定着装置４を示す概略断面図である。
定着部材１５は定着ローラであり、中空金属円筒の芯金を有し、その外周に断熱性弾性層を形成し、表層としてフッ素系樹脂、シリコンゴム等の耐熱性離型層が被覆された構成になっている。芯金はヒータＨ１を内包している。断熱性弾性層は、ベルト加熱方式で説明した定着ローラと同様のものを用いることができるが、熱容量を小さくするには薄肉ローラがよい。
加圧部材１６は、ベルト加熱方式の加圧ローラと同様のものを用いることができるが、薄肉ローラの定着部材１５と充分な定着ニップ部を形成するには断熱性離型層を厚くする。
【００１７】
次に、本発明の定着装置４に係る立上げ時間設定について説明する。
図４は、トナー定着時の光沢特性を示すグラフである。本実施形態では、光沢度は１０％以上必要とし、光沢度から定着部材と加圧部材の設定温度を決めた。定着部材１５はベルト加熱方式を採用し、加圧部材１６は加圧ローラであり、熱容量は加圧部材１６の方が大きい。定着時の定着ベルト線速は２００ｍｍ／ｓで行った。
光沢度１０％以上を得るには、定着部材１５が１５０℃の場合は加圧部材１６は約１２０℃以上、定着部材１５が１６０℃の場合は加圧部材１６は約１０５℃以上が必要であった。
また、定着部材１５と加圧部材１６は接触しているので、定着部材１５と加圧部材１６の温度差を約２５℃以上に保つことは、実際には困難である。定着部材１５と、加圧部材１６の温度差は、２０℃以下で設定することが望ましい。本実施形態では、定着部材１５は１５０℃、加圧部材１６は約１３０℃を設定温度とした。
【００１８】
次に、定着装置４の動作制御について説明する。ここでは、電源投入時について説明する。
図５は、従来のベルト加熱方式の定着装置の動作制御と、立上げ時間（ｓ）を示したグラフである。前述したように、定着部材１５は１５０℃、加圧部材１６は１３０℃を設定温度とし、温度制御回路によりそれぞれのヒータを制御する。電源投入時、それぞれのヒータがＯＮされる。電源投入時、駆動は開始せず、定着部材１５の温度が１５０℃に達したらプレ回転を開始する。プレ回転直後、定着部材１５は、加圧部材１６に熱を奪われるので、急激に温度低下する。その後、定着部材１５が１５０℃に達するより先に加圧部材１６が１３０℃に達した場合、温度制御回路が加圧部材１６のヒータＨ２をＯＦＦし、その後、加圧部材１６が１３０℃を維持するようにヒータＨ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を開始する。電源投入から定着部材１５が１５０℃に達するまでの時間を立上げ時間Ａ（ｓ）とする。
定着部材１５が１５０℃に達すると、温度制御回路が定着部材１５のヒータＨ１をＯＦＦし、そして、定着部材１５が１５０℃を維持するようにヒータＨ１のＯＮ／ＯＦＦ制御を開始する。そして同様に、加圧部材１６が１３０℃に達した時間を立上げ時間Ｔ（ｓ）とする。
加圧部材１６が１３０℃に達すると、温度制御回路がヒータＨ２をＯＦＦし、加圧部材１６が１３０℃を維持するようにヒータＨ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を開始する。熱源がヒータＨ１だけの場合は、同様にヒータＨ１のみを制御する。
【００１９】
この制御方法で、立上げ時間を短縮する方法を説明する。
図６は、定着部材１５が、加圧部材１６が１３０℃に達するより先に、Ａ１（ｓ）で１５０℃に達した場合である。前述したように、Ａ１（ｓ）でヒータＨ１はＯＦＦされ、その後、Δｔ１（ｓ）の間ではＯＮ／ＯＦＦ制御をされている。ＯＮ／ＯＦＦ制御されているΔｔ１（ｓ）の間は、ヒータＨ１の点灯率が下がるので、ヒータＨ１からの熱供給率が低下する。その為、Δｔ１（ｓ）が長い程、熱供給率が悪くなり、立上げ時間Ｔ１（ｓ）が遅くなる。逆に、Δｔ１（ｓ）が短い程、熱供給率が良くなり、立上げ時間Ｔ１（ｓ）が短くなる。
また、加圧部材１６が、定着部材１５が１５０℃に達するより先に１３０℃に達した場合は、逆にヒータＨ２の熱供給率がさがり、前述したことと同様な理由で、立上げ時間Ｔ１（ｓ）が長くなってしまう。
つまり、立上げ時間Ｔ１（ｓ）を短縮するには、定着部材１５と加圧部材１６の昇温速度を調節し、Δｔ１（ｓ）を短くして、ヒータＨ１からの熱供給率を上げれば良い。要するに、定着部材１５と加圧部材１６が、ほぼ同時にそれぞれの設定温度に到達すれば、電源投入時から立上げ完了まで、ヒータＨ１、Ｈ２のＯＦＦ時間が短くなり、立上げ時の許容電力をほぼ最大限に活用できるので、定着動作モードに到達する時間が短くなる。
【００２０】
そこで、立上げ時間短縮のために、Δｔ１（ｓ）を短くする手段の１つを説明する。
図６の状態の場合、Δｔ１（ｓ）を短くするには、ヒータＨ２の電力を上げ、加圧部材１６の昇温速度を早めれば良い。
図７に、加圧部材１６の電力を上げた場合を示す。この場合、加圧部材１６の昇温速度が上がり、加圧部材１６の設定温度１３０℃に到達する時間は早くなる。引き換えに、ヒータＨ２の電力を上げた分、ヒータＨ１の電力は下がるので、ヒータＨ１の昇温速度が下がり、定着部材１５の設定温度１５０℃に到達する時間は遅くなる。
しかし、加圧部材１６が設定温度１３０℃に到達する時間と、定着部材１５が設定温度１５０℃に到達する時間の差が縮まるので、ヒータＨ１のＯＮ／ＯＦＦ時間Δｔ２（ｓ）がΔｔ１（ｓ）より短くなり、図６の場合と比較すると、ヒータＨ１の熱供給率が良くなっている。
よって、定着部材１５の１５０℃到達時間の遅れ（Ａ２−Ａ１）よりも、ヒータＯＮ／ＯＦＦ時間の短縮（Δｔ１−Δｔ２）の方が大きく、立上げ時間Ｔ２（ｓ）が短くなる。
以上、電源投入後の立ち上げ時間の短縮方法について説明したが、省電力モード時からの立ち上げ時間についても、同様なことが言える。
なお、Δｔ１を短くするための他の方法としては、定着品質に支障がない条件において、
・ヒータＨ１とヒータＨ２の電力配分による方法
・定着部材１５温度設定と加圧部材温度１６設定の設定温度配分による方法
・定着部材１５と加圧部材１６の熱容量配分による方法
等がある。
【００２１】
次に、省電力モード時からの立ち上げ時間と省電力について具体例を上げると、ベルト加熱方式の定着装置４では、定着部材１５に対して加圧部材１６の熱容量が大きい。一方、ヒータ出力は連続プリントにおいても良好な定着性を得るために、ヒータＨ１の出力の方がヒータＨ２よりも大きくしてある。
かかるベルト定着の熱容量とヒータ出力の構成に着目し、省エネ化及び省電力モードから定着動作モードに復帰する際に、定着部材１５と加圧部材１６が各々所定の定着温度に到達する時間の短縮化を両立させる方法の一つとして、ヒータＨ２をＯＮして加圧部材１６を所望の温度に維持し、一方、ヒータＨ１をＯＮ／ＯＦＦ制御して定着部材１５を所望の温度に維持する。ここで所望の温度とは上述の省エネ化、及び立ち上げ時間の短縮、の両方を満たす温度のことである。
【００２２】
次に、本発明の定着装置の温度制御について説明する。
本発明の定着装置４は、定着すべきトナー像を担持した記録材Ｐを、そのトナー像が定着部材１５に接する向きにして定着ニップ部を通過させ、熱と圧力の作用によりトナー像を記録材Ｐに定着させる。定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行し、定着動作要求を受けると定着動作モードに復帰するように制御手段（図示しない）によって制御される。
本発明の定着装置４の特徴は、省電力モードに移行した際に、定着部材１５と加圧部材１６の熱容量の内、少なくとも熱容量の大きな方の部材が、常時所定の定着温度以下で制御されることである。熱容量の大きな部材とは、図２及び図３においては加圧部材１６である。これにより、省電力モード時の定着装置４の省電力化を図ることができる。
【００２３】
また、本発明の定着装置４の特徴は、省電力モードに移行した際に、熱容量の大きな方の部材が常時所定の定着温度以下で制御され、且つ、熱容量の小さな方の部材が所定の定着温度より低い温度で制御されてもよいことである。
図８は、この場合において、定着部材１５と加圧部材１６が省電力モードから定着動作モードに復帰するときの、熱容量変化を示すモデル図である。
定着部材１５は定着動作時のヒータＨ１出力が大きいため、省電力モード時に定着動作時よりも低い温度で制御することで、省電力化を達成することができる。また、熱容量の小さい部材であるため、立ち上がりが早く、定着動作要求を受けて定着動作モードに復帰する時間も速い。
【００２４】
さらに、本発明の定着装置４の特徴は、省電力モードに移行した際に、熱容量の大きな方の部材が常時所定の定着温度以下で制御され、且つ、熱容量の小さな方の部材が非通電状態に制御されてもよいことである。
図９は、この場合において、定着部材１５と加圧部材１６が省電力モードから定着動作モードに復帰するときの、熱容量変化を示すモデル図である。
省電力モードに移行した際に、熱容量の小さな方の部材のヒータを非通電状態とすることで、より効果の高い省電力化に加え、熱劣化による耐久性の低下を防止することができる。
【００２５】
または、本発明の定着装置４の特徴は、省電力モードに移行した際に、熱容量の大きな方の部材が常時所定の定着温度より高い温度で制御され、且つ、熱容量の小さな方の部材が所定の定着温度より低い温度で制御されてもよいことである。
図１０は、この場合において、定着部材１５と加圧部材１６が省電力モードから定着動作モードに復帰するときの、熱容量変化を示すモデル図である。
熱容量の小さな方の部材が定着温度より低い温度で制御されることで、省電力化を達成することができる。また、熱容量の小さな方の部材が定着温度よりも低い温度であっても、熱容量の大きな方の部材が定着温度より高い温度に制御されるため、定着動作モードに復帰する時間を短縮することができる。
【００２６】
この場合、熱容量の小さな方の部材を非通電状態としてもよい。これにより、より効果の高い省電力化に加え、熱劣化による耐久性の低下を防止することができる。熱容量の小さな方の部材を非通電状態としても、熱容量の大きな方の部材が定着温度より高い温度に制御されるため、定着動作モードに復帰する時間を短縮することができる。
【００２７】
上記説明では、一例として、熱容量の小さな方の部材を定着部材１５、熱容量の大きな方の部材を加圧部材１６として説明した。
しかしながら、図８から図１０に示した関係は、熱容量の小さな方の部材を加圧部材１６、熱容量の大きな方の部材を定着部材１５としても用いることができる。熱ローラ方式の例を図１１、ベルト加熱方式の例を図１２に示す。
この構成で、光沢ムラのない均一定着性、記録材Ｐの定着部材１５からの分離性等の定着性能を良好にするためには、定着部材１５の表面硬度が十分に柔らかく、且つ加圧部材１６の表面硬度を相対的に固くして定着ニップ部を形成することが望ましい。
【００２８】
かかる構成を得るには、定着部材１５及び加圧部材１６の芯金上に形成する弾性層の硬度、又は厚さを変える方法があるが、この場合、弾性層の硬度を一定にして厚さを変える方法が、ローラ工法上望ましい。これは、ゴム硬度を変えない方がゴム練り工程が容易で、コスト高を抑えることが出来るからである。
そのため、弾性層の厚い定着部材１５の方が熱容量が大きくなる。この場合、省電力モードに移行した際に、定着部材と加圧部材の熱容量の内、熱容量の大きな方の部材即ち定着部材１５は、常時、ヒータＨ１によって、所定の定着温度に制御され、熱容量の小さな方の部材即ち加圧部材は、常時、加熱手段によって、所定の定着温度より低い温度で制御される。これにより、定着動作モードに復帰する時間が短縮される。
【００２９】
即ち本発明は、定着部材１５と加圧部材１６の温度制御を、どちらが熱容量の大きい部材、小さい部材であるかによって随時決めることができ、また、上述したように、定着部材１５の形状は限定されない。
定着部材１５を定着ベルトにより構成するベルト加熱方式は、定着部材１５の熱容量をより少なくすることができ、定着動作モードに復帰する時間の大幅な短縮を実現することができる。また、ベルト加熱方式は様々なレイアウトにすることができ、例えば図１３、１４の様な固定部材と耐熱弾性部材を用いた構成にすることも可能である。
定着部材１５を定着ローラにより構成する熱ローラ方式は、簡易な構成で安定した高画質化、記録紙の搬送性等の定着性能を得ることができる。
【００３０】
さらに、本発明の定着装置４の特徴は、定着動作要求を受けて省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの時間が、３０秒以下、好ましくは１０秒以下である。
本発明者らが、画像形成装置の中で複写機を例にとり、ユーザーがコピーを出力する際の操作に関しての満足度調査を行ったところ、省電力モードからコピーが可能になるまでの待ち時間は、３０秒以下、好ましくは１０秒以下であることが望ましいという結果を得た。画像形成装置の中で最も立ち上げ時間のかかるものが定着装置であり、定着動作モードに復帰するまでの時間を短縮することでコピー待ち時間を短縮することができる。
本発明の定着装置４によって、例えば、コピー待ち時間を１０秒以下にし、且つ省電力モード時の消費電力量を従来の１／３以下にして省エネ化を達成するためには、熱容量の小さい定着部材１５の構成が条件となる。
【００３１】
また、定着部材１５と加圧部材１６が各々所定の定着温度に到達するまでの時間が、略同一であることで、省電力モードから定着動作モードに復帰する時間を効率よく短縮することができる。
電源投入後、又は省電力モード時からの立ち上げ時間を速めるため、ヒータ電力はその装置の許容範囲内において、最大投入電力を使用する。前述したように、このとき定着部材１５か、加圧部材１６のどちらか一方が早く立ち上がると早く立ち上がった方の部材に設けた加熱手段は一端ＯＦＦして、その後は設定温度を維持するためＯＮ／ＯＦＦ制御を繰り返す。かかる状態では未だ立ち上がってない方の部材の熱供給量は減少して立ち上げ効果が半減する。即ち、最も速い立ち上げ条件は定着部材１５及び加圧部材１６を所定の温度に同時に立ち上げることが最も効率の良い方法である。このときそれぞれのヒータは装置が立ち上がるまでは１００％点灯しているからである。
【００３２】
図１５は、この場合において、定着部材１５と加圧部材１６が省電力モードから定着動作モードに復帰するときの、熱容量変化を示すモデル図である。省電力モードから定着動作モードに復帰する時間は、定着部材１５及び加圧部材１６の熱容量とヒータＨ１、Ｈ２の出力に関係するが、これらから所定の温度を算出し、図１５のように設定することで、定着部材１５と加圧部材１６とを略同時に立ち上げることができる。
【００３３】
【実施例】
ベルト加熱方式の定着装置で立ち上げ時間と消費電力について調べた。実験条件として、加圧部材を４０ＣＰＭ（２００ｍｍ／Ｓ）、定着ベルト用加熱ヒータを８００Ｗ、加圧ローラ用加熱ヒータを４００Ｗ、定着設定温度と加圧ローラ設定温度をそれぞれ１５０℃、１３０℃とした。待機時の省電力モードの一例として、定着ベルト加熱用ヒータをＯＦＦ、加圧ローラ用加熱ヒータを１３０℃でＯＮ／ＯＦＦ制御した。
その結果、省電力モードからのプリント待ち時間は１０秒であった。また、省電力モードを持たない従来方法と比較すると、省電力モード時で消費電力量が約１／３に低減できることが分かった。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、省電力モードを備えて省電力化を図り、且つ省電力モードから定着動作モードに復帰する時間の短縮を効率的に行うことが可能であって、光沢ムラのない均一定着性、記録紙の定着部材からの良好な分離性が可能な定着装置を提供することができる。
特には、熱ローラ方式の定着装置の場合は、簡易な構成で安定した高画質化、記録紙の搬送性の定着装置を提供することができる。また、ベルト定着方式の定着装置の場合は、より高速な立ち上げ時間を実現した定着装置を提供することができる。
また、かかる定着装置を搭載することによって、省電力化を図り、プリント待ち時間の短縮を可能にした画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着装置に係わる画像形成装置の概略構成図である。
【図２】ベルト加熱方式の定着装置の概略構成図である。
【図３】熱ローラ定着方式の定着装置の概略構成図である。
【図４】定着温度と画像の光沢度との関係を示すグラフである。
【図５】定着装置の動作制御と立ち上げ時間との関係を示すグラフである。
【図６】定着装置の動作制御と立ち上げ時間との関係を示すグラフである。
【図７】定着部材と加圧部材の立ち上げ時間をほぼ同時にした例を示すグラフである。
【図８】定着部材と加圧部材の熱容量変化を示すモデル図である。
【図９】定着部材と加圧部材の熱容量変化を示すモデル図である。
【図１０】定着部材と加圧部材の熱容量変化を示すモデル図である。
【図１１】熱容量の小さな方の部材を加圧部材、熱容量の大きな方の部材を定着部材としたときの熱ローラ方式の一例を示す概略構成図である。
【図１２】熱容量の小さな方の部材を加圧部材、熱容量の大きな方の部材を定着部材としたときのベルト加熱方式の一例を示す概略構成図である。
【図１３】熱容量の小さな方の部材を定着部材、熱容量の大きな方の部材を加圧部材としたときの、ベルト加熱方式の一例を示す概略構成図である。
【図１４】熱容量の小さな方の部材を定着部材、熱容量の大きな方の部材を加圧部材としたときの、ベルト加熱方式の一例を示す概略構成図である。
【図１５】定着部材と加圧部材の熱容量変化を示すモデル図である。
【符号の説明】
１ 画像形成装置
２ 作像部
３ 給送手段
４ 定着装置
５ 感光体
６ 帯電装置
７ レーザー書き込みユニット
８ 現像装置
９ 転写装置
１０ クリーニング装置
１１ 給紙カセット
１２ 給送ローラ
１３ レジストローラ対
１４ 排紙トレイ
１５ 定着部材
１６ 加圧部材
１７ 定着ローラ
１８ 加熱ローラ
Ｈ１、Ｈ２ ヒータ
Ｌ レーザービーム
Ｐ 記録材
Ｓ１、Ｓ２ サーミスタ
Ｔ トナー像
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームプリンタ、デジタル複写機、普通紙ファックス等の画像形成装置、またはＯＡ機器に搭載される、定着装置、その他、記録材を搬送し且つ熱を供給する装置に関するものであり、詳細には、加熱される定着部材と、該定着部材に圧接する加圧部材とを有し、定着すべきトナー像を担持した記録材を、そのトナー像が前記定着部材に接する向きにして、前記定着部材と加圧部材との圧接により形成されたニップ部を通過させて、熱と圧力の作用により前記トナー像を記録材に定着させる定着装置の、省エネルギー化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の画像形成装置に搭載される定着装置の中でも、特にカラー用の定着装置では、表面が非粘着性の弾性体で内部に加熱源を有する加熱ローラと、弾性体で被覆された加圧ローラを設け、適当な圧力を加えて回転するそのローラ間に、トナーを転写した記録紙を通過させて定着させる、熱ローラ定着方式が使用されている。しかし、この熱ローラ定着方式では、加熱ローラ及び加圧ローラの熱容量が大きく、環境保護対策として省電力モードの検討がなされてきた。
カラー画像形成用に比べて比較的立ち上げ時間が短い白黒画像形成用の熱ローラ定着装置では、定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行する方法を採用したものがある。この方式の定着装置では、定着動作要求を受けた後に省電力モードから定着動作モードに復帰しても、立ち上げ時間が短く、プリント待ち時間が短い。
しかしながら、カラー画像形成用の熱ローラ定着装置では、省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの立ち上げ時間が長すぎる。定着動作要求のタイミングは予測できるものではないため、立ち上げ時間を短くするには電力を大きくしなければならず、立ち上げ時間の短縮と省電力化とを両立させることはできなかった。
【０００３】
そこで近年、これらの問題を解決する為、ベルト面で記録紙上のトナーを定着するベルト加熱方式が開発されている。ベルト加熱方式は、比較的小さな熱容量を有する定着ベルトを所定の温度に加熱するだけで、定着に必要な熱エネルギーが得られるので、立ち上げ時間の短縮と省電力化とを両立させることができる。ベルト加熱方式では、エンドレスの定着ベルトと、その定着ベルトを回転支持する定着ローラと加熱ローラと、用紙を定着ベルトに押し付ける加圧ローラとを備えている。加熱手段は加熱ローラ内、さらには加圧ローラ内にも設置されることがあり、それぞれ加熱ローラ、或は加圧ローラを加熱する。
ベルト加熱方式の立ち上げ方法は、プレ回転方法と、電源投入時から定着ベルトを回転させる方法とがある。プレ回転方法とは、電源投入時、加熱ローラを介して定着ベルトを加熱し、定着ベルトの温度がある設定温度に達したらプレ回転を開始する方法である。両者の方法とも、定着ベルト温度が一定の設定温度に達したら定着可能状態となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
熱ローラ定着装置ないしベルト加熱定着装置での定着性能は、定着ローラないしベルト温度だけでなく、加圧ローラ温度も重要である。特にカラー画像定着では光沢性が重要であるが、光沢性は、定着温度に影響される。
かかる構成において、定着装置の省電力化を図ると共に、立ち上げ時間を短くするには、定着部材の低熱容量化と加熱手段の出力増加が望ましく、更には限られた許容電力での定着部材及び加熱部材への加熱電力配分の適性化が重要である。
特開２００１−１１７４１４号公報では、立ち上げ時間の短縮と省電力化とを両立させる方法として、定着温度検知部と制御部等を設け、単位時間当たりの温度上昇量を算出し、省電力モード時の定着部温度を最低温度以上に維持するように制御する技術を提案している。最低温度は、ユーザーにより設定された立ち上げ時間と、単位時間当たりの温度上昇量とに基づいて算出される。
【０００５】
上記問題点に鑑み、本発明の第１の目的は、省電力モードを有して定着装置の省電力化を図り、且つ省電力モードから定着動作モードに復帰する立ち上げ時間の短縮を効率的に行なう定着装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、上記定着装置を具備し、コピーの待ち時間を短縮した画像形成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】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、第１の加熱手段を備える定着部材と、定着部材に圧接し、第２の加熱手段を備える加圧部材とを有し、 定着すべきトナー像を担持した記録材を、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、定着部材と加圧部材との圧接により形成されるニップ部を通過させて、熱と圧力の作用によりトナー像を記録材に定着させる動作を行う定着装置において、定着部材と加圧部材は、定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行し、定着動作要求を受けると定着動作モードに復帰するように制御され、定着部材と加圧部材の内、少なくとも熱容量の大きな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時以下の温度で制御される事を特徴とする定着装置である。
請求項２に記載の本発明は、前記定着部材と加圧部材の内、熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時より低い温度で制御される事を特徴とする請求項１に記載の定着装置である。
請求項３に記載の本発明は、前記定着部材と加圧部材の内、熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、非通電状態である事を特徴とする請求項１または２に記載の定着装置である。
【０００７】
請求項４に記載の本発明は、第１の加熱手段を備える定着部材と、定着部材に圧接し、第２の加熱手段を備える加圧部材とを有し、定着すべきトナー像を担持した記録材を、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、定着部材と加圧部材との圧接により形成されるニップ部を通過させて、熱と圧力の作用によりトナー像を記録材に定着させる動作を行う定着装置において、定着部材と加圧部材は、定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行し、定着動作要求を受けると定着動作モードに復帰するように制御され、定着部材と加圧部材の内、熱容量の大きな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時より高い温度で制御され、熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時より低い温度で制御される事を特徴とする定着装置である。
請求項５に記載の本発明は、前記定着部材と加圧部材の内、熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、非通電状態である事を特徴とする請求項４に記載の定着装置である。
【０００８】
請求項６に記載の本発明は、前記熱容量の大きな方の部材は加圧部材であって、前記熱容量の小さな方の部材は定着部材である事を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置である。
請求項７に記載の本発明は、前記熱容量の大きな方の部材は定着部材であって、前記熱容量の小さな方の部材は加圧部材である事を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置である。
請求項８に記載の本発明は、前記定着部材は回転する定着ローラであって、前記加圧部材は回転する加圧ローラである事を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の定着装置である。
請求項９に記載の本発明は、前記定着部材は少なくとも二つのガイド部材に張架して構成される定着ベルトであって、前記加圧部材は回転する加圧ローラである事を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の定着装置である。
請求項１０に記載の本発明は、前記定着部材及び加圧部材は、省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの時間が、３０秒以下となる温度に制御される事を特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の定着装置である。
請求項１１に記載の本発明は、前記定着部材及び加圧部材は、省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの時間が、１０秒以下となる温度に制御される事を特徴とする請求項１０に記載の定着装置である。
請求項１２に記載の本発明は、前記定着部材及び加圧部材は、省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの時間が、略同一である事を特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の定着装置である。
【０００９】
請求項１３に記載の本発明は、記録材を給送する給送手段と、トナー像を記録材上に形成する作像部と、記録材上のトナー像を記録材に定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、前記定着装置は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の定着装置である事を特徴とする画像形成装置である。
請求項１４に記載の本発明は、定着すべきトナー像を担持した記録材を、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、定着部材と加圧部材との圧接により形成されるニップ部を通過させて、熱と圧力の作用によりトナー像を記録材に定着させる定着工程を含む画像形成方法において、前記画像形成方法は、定着部材と加圧部材が、定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行し、定着動作要求を受けると定着動作モードに復帰するように制御され、定着部材と加圧部材の内、少なくとも熱容量の大きな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時以下の温度で制御される事を特徴とする画像形成方法である。請求項１５に記載の本発明は、前記定着工程は、請求項２ないし１２のいずれかに記載の定着装置で行われる事を特徴とする画像形成方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下より、本発明の実施の形態について図に基づき説明する。
図１は本願に係わる画像形成装置の概略を示す垂直断面図である。なお、本発明の定着装置は、図１に示した構成の画像形成装置に限定されず、他の形式の画像形成装置にも採用することが可能である。
画像形成装置１は、記録材にトナー像を形成する作像部２と、その作像部に記録材を給送する給送手段３と、記録材上に形成されたトナー像を定着する定着装置４とを有している。
先ず、作像部２の概要を明らかにする。
ここに例示した作像部２は、像担持体の一例であるドラム状の感光体５を有し、この感光体５が時計方向に回転するとき、帯電装置６により感光体１表面が所定の極性に帯電される。帯電された感光体１表面に、露光装置の一例であるレーザ書き込みユニット７から出射する光変調されたレーザビームＬが照射され、これによって感光体１表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置８によってトナー像として可視像化され、そのトナー像は、給送手段３から送り出された記録材上に、転写装置９の作用により転写される。
トナー像転写後の感光体１表面に付着する転写残トナーは、クリーニング装置１０により除去される。
【００１１】
給送手段３は、例えば転写紙又は樹脂シートなどから成る記録材Ｐを収容した給紙カセット１１を有し、給送ローラ１２の回転によって、最上位の記録材Ｐがカセットから送り出される。その送り出された記録材Ｐはレジストローラ対１３の回転によって、感光体１と転写装置との間の転写部に給送され、ここで、前述のように感光体５上のトナー像が記録材Ｐ上に転写される。
このようにしてトナー像を担持した記録材は、定着装置４を通り、このとき、後述するように記録材Ｐ上のトナー像が定着される。定着装置４を通過した記録材Ｐは、機外の排紙トレイ１４上に排出される。
【００１２】
図２は一例としてベルト加熱方式の定着装置４を示す概略断面図である。
定着部材１５は、定着ローラ１７と加熱ローラ１８とによって張架された無端状の定着ベルトである。定着部材１５は、第１の加熱手段を内包する加熱ローラ１８によって加熱される。加圧部材１６は加圧ローラであり、第２の加熱手段を内包している。定着部材１５と加圧部材１６は圧接してニップ部を形成し、未定着のトナー像Ｔを担持した記録材Ｐを加熱・加圧により定着させる。ベルト加熱方式は、立ち上がり時間が短く省電力化が可能なことと、トナーのベルトオフセット防止効果とがあり、オイルレスまたはオイル微量塗布が可能である。定着部材１５のベルト幅中央部にサーミスタＳ１が設置され、定着ベルトの温度を検知する。また、加圧部材１６のローラ幅中央部にサーミスタＳ２が設置され、加圧ローラの温度を検知する。
【００１３】
定着部材１５に用いる定着ベルトは、ポリイミド等の耐熱性樹脂、ニッケル、炭素鋼、或いはステンレス鋼等により形成された薄肉の無端状のベルトであることが望ましい。無端状のベルトは、ニッケル電鋳法やポリイミド成型法によって継ぎ目なく形成される。
定着ベルトの表層は、未定着トナーと接触する側であるため、フッ素系樹脂、シリコンゴム等の耐熱性離型層が被覆された構成になっている。耐熱性離型層は、ゴム硬度２５〜６５度（ＪＩＳ Ａ硬度計）、厚さが１００〜３００μｍの範囲であることが、良好な定着性及び熱応答性を得る条件として望ましい。また、中間層として耐熱性弾性層を設ける構成であってもよい。
【００１４】
定着ローラ１７は、中心に芯金を有し、その外周に断熱性弾性層を形成している。芯金は、アルミ、ステンレス、炭素鋼等の導電性部材を用いることができる。断熱性弾性層は、ニップ巾を十分な広さにするための柔らかい耐熱性の材料から成り、例えば発泡シリコンゴム等を用いることができる。断熱性弾性層はニップ部を形成するのに充分な厚さを有し、定着ローラ１７直径の１５％〜２０％程度がよい。
加熱ローラ１８は、アルミ、炭素鋼、ステンレス鋼等から成る中空金属円筒の薄肉ローラである。また、加熱ローラ１８は、第１の加熱手段としてヒータＨ１を内包している。ヒータＨ１としてはハロゲンヒータを用いることができる。
定着部材１５は、定着装置４の立ち上げ時間を短縮し、より速く所定の定着可能な温度にするために、定着ベルトの熱容量を小さくしている。また、未定着トナーと接触する側であるため、定着動作時の加熱ローラ１８への熱供給量は、連続通紙においても定着温度が低下しないように、加圧部材１６を加熱するための熱供給量に比べて十分に多くしてある。
【００１５】
加圧部材１６は、芯金の表層に耐熱性離型層を形成している。芯金は、アルミ、ステンレス、炭素鋼等の導電性部材を用いることができ、耐熱性離型層は、フッ素系樹脂、シリコンゴム等を用いることができる。加圧部材１６は、芯金を中空に構成し、中に第２の加熱手段であるヒータＨ２を有している。ヒータＨ２としてはハロゲンヒータを用いることができる。
図２では、記録材Ｐの定着部材１５からの剥離性を良くするために、下向きのニップ形状としている。すなわち、加圧部材１６の硬度を硬くしている。加圧部材１６は、表層である断熱性離型層の厚さが加圧部材１６の直径の７％未満とし、その硬度もＪＩＳ Ａで２０度以上としている。
加圧部材１６には加熱手段を設けないこともあるが、本発明では以下の理由によって加熱手段を設けている。定着部材１５の熱は定着時にトナーや記録材Ｐに奪われるため、定着動作開始時や連続通紙時等、状況によって温度が変わりやすく、加圧部材１６に加熱手段を設けることで一定の定着温度に保つことができる。特に、カラー画像を均一な光沢度にするためには、定着温度が所定の一定温度に維持制御されることが重要であり、加圧部材１６に加熱手段を設けることが好ましい。また、定着ニップ部で、トナーは表面からだけでなく、記録材Ｐ裏面からの熱の影響も受けるため、この構成が好ましい。
なお、熱供給量の比は、定着部材１５の方が加圧部材１６よりも大きくなるようにする。
【００１６】
本発明の定着装置４は熱ローラ方式でもよい。図３は一例として熱ローラ定着方式の定着装置４を示す概略断面図である。
定着部材１５は定着ローラであり、中空金属円筒の芯金を有し、その外周に断熱性弾性層を形成し、表層としてフッ素系樹脂、シリコンゴム等の耐熱性離型層が被覆された構成になっている。芯金はヒータＨ１を内包している。断熱性弾性層は、ベルト加熱方式で説明した定着ローラと同様のものを用いることができるが、熱容量を小さくするには薄肉ローラがよい。
加圧部材１６は、ベルト加熱方式の加圧ローラと同様のものを用いることができるが、薄肉ローラの定着部材１５と充分な定着ニップ部を形成するには断熱性離型層を厚くする。
【００１７】
次に、本発明の定着装置４に係る立上げ時間設定について説明する。
図４は、トナー定着時の光沢特性を示すグラフである。本実施形態では、光沢度は１０％以上必要とし、光沢度から定着部材と加圧部材の設定温度を決めた。定着部材１５はベルト加熱方式を採用し、加圧部材１６は加圧ローラであり、熱容量は加圧部材１６の方が大きい。定着時の定着ベルト線速は２００ｍｍ／ｓで行った。
光沢度１０％以上を得るには、定着部材１５が１５０℃の場合は加圧部材１６は約１２０℃以上、定着部材１５が１６０℃の場合は加圧部材１６は約１０５℃以上が必要であった。
また、定着部材１５と加圧部材１６は接触しているので、定着部材１５と加圧部材１６の温度差を約２５℃以上に保つことは、実際には困難である。定着部材１５と、加圧部材１６の温度差は、２０℃以下で設定することが望ましい。本実施形態では、定着部材１５は１５０℃、加圧部材１６は約１３０℃を設定温度とした。
【００１８】
次に、定着装置４の動作制御について説明する。ここでは、電源投入時について説明する。
図５は、従来のベルト加熱方式の定着装置の動作制御と、立上げ時間（ｓ）を示したグラフである。前述したように、定着部材１５は１５０℃、加圧部材１６は１３０℃を設定温度とし、温度制御回路によりそれぞれのヒータを制御する。電源投入時、それぞれのヒータがＯＮされる。電源投入時、駆動は開始せず、定着部材１５の温度が１５０℃に達したらプレ回転を開始する。プレ回転直後、定着部材１５は、加圧部材１６に熱を奪われるので、急激に温度低下する。その後、定着部材１５が１５０℃に達するより先に加圧部材１６が１３０℃に達した場合、温度制御回路が加圧部材１６のヒータＨ２をＯＦＦし、その後、加圧部材１６が１３０℃を維持するようにヒータＨ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を開始する。電源投入から定着部材１５が１５０℃に達するまでの時間を立上げ時間Ａ（ｓ）とする。
定着部材１５が１５０℃に達すると、温度制御回路が定着部材１５のヒータＨ１をＯＦＦし、そして、定着部材１５が１５０℃を維持するようにヒータＨ１のＯＮ／ＯＦＦ制御を開始する。そして同様に、加圧部材１６が１３０℃に達した時間を立上げ時間Ｔ（ｓ）とする。
加圧部材１６が１３０℃に達すると、温度制御回路がヒータＨ２をＯＦＦし、加圧部材１６が１３０℃を維持するようにヒータＨ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を開始する。熱源がヒータＨ１だけの場合は、同様にヒータＨ１のみを制御する。
【００１９】
この制御方法で、立上げ時間を短縮する方法を説明する。
図６は、定着部材１５が、加圧部材１６が１３０℃に達するより先に、Ａ１（ｓ）で１５０℃に達した場合である。前述したように、Ａ１（ｓ）でヒータＨ１はＯＦＦされ、その後、Δｔ１（ｓ）の間ではＯＮ／ＯＦＦ制御をされている。ＯＮ／ＯＦＦ制御されているΔｔ１（ｓ）の間は、ヒータＨ１の点灯率が下がるので、ヒータＨ１からの熱供給率が低下する。その為、Δｔ１（ｓ）が長い程、熱供給率が悪くなり、立上げ時間Ｔ１（ｓ）が遅くなる。逆に、Δｔ１（ｓ）が短い程、熱供給率が良くなり、立上げ時間Ｔ１（ｓ）が短くなる。
また、加圧部材１６が、定着部材１５が１５０℃に達するより先に１３０℃に達した場合は、逆にヒータＨ２の熱供給率がさがり、前述したことと同様な理由で、立上げ時間Ｔ１（ｓ）が長くなってしまう。
つまり、立上げ時間Ｔ１（ｓ）を短縮するには、定着部材１５と加圧部材１６の昇温速度を調節し、Δｔ１（ｓ）を短くして、ヒータＨ１からの熱供給率を上げれば良い。要するに、定着部材１５と加圧部材１６が、ほぼ同時にそれぞれの設定温度に到達すれば、電源投入時から立上げ完了まで、ヒータＨ１、Ｈ２のＯＦＦ時間が短くなり、立上げ時の許容電力をほぼ最大限に活用できるので、定着動作モードに到達する時間が短くなる。
【００２０】
そこで、立上げ時間短縮のために、Δｔ１（ｓ）を短くする手段の１つを説明する。
図６の状態の場合、Δｔ１（ｓ）を短くするには、ヒータＨ２の電力を上げ、加圧部材１６の昇温速度を早めれば良い。
図７に、加圧部材１６の電力を上げた場合を示す。この場合、加圧部材１６の昇温速度が上がり、加圧部材１６の設定温度１３０℃に到達する時間は早くなる。引き換えに、ヒータＨ２の電力を上げた分、ヒータＨ１の電力は下がるので、ヒータＨ１の昇温速度が下がり、定着部材１５の設定温度１５０℃に到達する時間は遅くなる。
しかし、加圧部材１６が設定温度１３０℃に到達する時間と、定着部材１５が設定温度１５０℃に到達する時間の差が縮まるので、ヒータＨ１のＯＮ／ＯＦＦ時間Δｔ２（ｓ）がΔｔ１（ｓ）より短くなり、図６の場合と比較すると、ヒータＨ１の熱供給率が良くなっている。
よって、定着部材１５の１５０℃到達時間の遅れ（Ａ２−Ａ１）よりも、ヒータＯＮ／ＯＦＦ時間の短縮（Δｔ１−Δｔ２）の方が大きく、立上げ時間Ｔ２（ｓ）が短くなる。
以上、電源投入後の立ち上げ時間の短縮方法について説明したが、省電力モード時からの立ち上げ時間についても、同様なことが言える。
なお、Δｔ１を短くするための他の方法としては、定着品質に支障がない条件において、
・ヒータＨ１とヒータＨ２の電力配分による方法
・定着部材１５温度設定と加圧部材温度１６設定の設定温度配分による方法
・定着部材１５と加圧部材１６の熱容量配分による方法
等がある。
【００２１】
次に、省電力モード時からの立ち上げ時間と省電力について具体例を上げると、ベルト加熱方式の定着装置４では、定着部材１５に対して加圧部材１６の熱容量が大きい。一方、ヒータ出力は連続プリントにおいても良好な定着性を得るために、ヒータＨ１の出力の方がヒータＨ２よりも大きくしてある。
かかるベルト定着の熱容量とヒータ出力の構成に着目し、省エネ化及び省電力モードから定着動作モードに復帰する際に、定着部材１５と加圧部材１６が各々所定の定着温度に到達する時間の短縮化を両立させる方法の一つとして、ヒータＨ２をＯＮして加圧部材１６を所望の温度に維持し、一方、ヒータＨ１をＯＮ／ＯＦＦ制御して定着部材１５を所望の温度に維持する。ここで所望の温度とは上述の省エネ化、及び立ち上げ時間の短縮、の両方を満たす温度のことである。
【００２２】
次に、本発明の定着装置の温度制御について説明する。
本発明の定着装置４は、定着すべきトナー像を担持した記録材Ｐを、そのトナー像が定着部材１５に接する向きにして定着ニップ部を通過させ、熱と圧力の作用によりトナー像を記録材Ｐに定着させる。定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行し、定着動作要求を受けると定着動作モードに復帰するように制御手段（図示しない）によって制御される。
本発明の定着装置４の特徴は、省電力モードに移行した際に、定着部材１５と加圧部材１６の熱容量の内、少なくとも熱容量の大きな方の部材が、常時所定の定着温度以下で制御されることである。熱容量の大きな部材とは、図２及び図３においては加圧部材１６である。これにより、省電力モード時の定着装置４の省電力化を図ることができる。
【００２３】
また、本発明の定着装置４の特徴は、省電力モードに移行した際に、熱容量の大きな方の部材が常時所定の定着温度以下で制御され、且つ、熱容量の小さな方の部材が所定の定着温度より低い温度で制御されてもよいことである。
図８は、この場合において、定着部材１５と加圧部材１６が省電力モードから定着動作モードに復帰するときの、熱容量変化を示すモデル図である。
定着部材１５は定着動作時のヒータＨ１出力が大きいため、省電力モード時に定着動作時よりも低い温度で制御することで、省電力化を達成することができる。また、熱容量の小さい部材であるため、立ち上がりが早く、定着動作要求を受けて定着動作モードに復帰する時間も速い。
【００２４】
さらに、本発明の定着装置４の特徴は、省電力モードに移行した際に、熱容量の大きな方の部材が常時所定の定着温度以下で制御され、且つ、熱容量の小さな方の部材が非通電状態に制御されてもよいことである。
図９は、この場合において、定着部材１５と加圧部材１６が省電力モードから定着動作モードに復帰するときの、熱容量変化を示すモデル図である。
省電力モードに移行した際に、熱容量の小さな方の部材のヒータを非通電状態とすることで、より効果の高い省電力化に加え、熱劣化による耐久性の低下を防止することができる。
【００２５】
または、本発明の定着装置４の特徴は、省電力モードに移行した際に、熱容量の大きな方の部材が常時所定の定着温度より高い温度で制御され、且つ、熱容量の小さな方の部材が所定の定着温度より低い温度で制御されてもよいことである。
図１０は、この場合において、定着部材１５と加圧部材１６が省電力モードから定着動作モードに復帰するときの、熱容量変化を示すモデル図である。
熱容量の小さな方の部材が定着温度より低い温度で制御されることで、省電力化を達成することができる。また、熱容量の小さな方の部材が定着温度よりも低い温度であっても、熱容量の大きな方の部材が定着温度より高い温度に制御されるため、定着動作モードに復帰する時間を短縮することができる。
【００２６】
この場合、熱容量の小さな方の部材を非通電状態としてもよい。これにより、より効果の高い省電力化に加え、熱劣化による耐久性の低下を防止することができる。熱容量の小さな方の部材を非通電状態としても、熱容量の大きな方の部材が定着温度より高い温度に制御されるため、定着動作モードに復帰する時間を短縮することができる。
【００２７】
上記説明では、一例として、熱容量の小さな方の部材を定着部材１５、熱容量の大きな方の部材を加圧部材１６として説明した。
しかしながら、図８から図１０に示した関係は、熱容量の小さな方の部材を加圧部材１６、熱容量の大きな方の部材を定着部材１５としても用いることができる。熱ローラ方式の例を図１１、ベルト加熱方式の例を図１２に示す。
この構成で、光沢ムラのない均一定着性、記録材Ｐの定着部材１５からの分離性等の定着性能を良好にするためには、定着部材１５の表面硬度が十分に柔らかく、且つ加圧部材１６の表面硬度を相対的に固くして定着ニップ部を形成することが望ましい。
【００２８】
かかる構成を得るには、定着部材１５及び加圧部材１６の芯金上に形成する弾性層の硬度、又は厚さを変える方法があるが、この場合、弾性層の硬度を一定にして厚さを変える方法が、ローラ工法上望ましい。これは、ゴム硬度を変えない方がゴム練り工程が容易で、コスト高を抑えることが出来るからである。
そのため、弾性層の厚い定着部材１５の方が熱容量が大きくなる。この場合、省電力モードに移行した際に、定着部材と加圧部材の熱容量の内、熱容量の大きな方の部材即ち定着部材１５は、常時、ヒータＨ１によって、所定の定着温度に制御され、熱容量の小さな方の部材即ち加圧部材は、常時、加熱手段によって、所定の定着温度より低い温度で制御される。これにより、定着動作モードに復帰する時間が短縮される。
【００２９】
即ち本発明は、定着部材１５と加圧部材１６の温度制御を、どちらが熱容量の大きい部材、小さい部材であるかによって随時決めることができ、また、上述したように、定着部材１５の形状は限定されない。
定着部材１５を定着ベルトにより構成するベルト加熱方式は、定着部材１５の熱容量をより少なくすることができ、定着動作モードに復帰する時間の大幅な短縮を実現することができる。また、ベルト加熱方式は様々なレイアウトにすることができ、例えば図１３、１４の様な固定部材と耐熱弾性部材を用いた構成にすることも可能である。
定着部材１５を定着ローラにより構成する熱ローラ方式は、簡易な構成で安定した高画質化、記録紙の搬送性等の定着性能を得ることができる。
【００３０】
さらに、本発明の定着装置４の特徴は、定着動作要求を受けて省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの時間が、３０秒以下、好ましくは１０秒以下である。
本発明者らが、画像形成装置の中で複写機を例にとり、ユーザーがコピーを出力する際の操作に関しての満足度調査を行ったところ、省電力モードからコピーが可能になるまでの待ち時間は、３０秒以下、好ましくは１０秒以下であることが望ましいという結果を得た。画像形成装置の中で最も立ち上げ時間のかかるものが定着装置であり、定着動作モードに復帰するまでの時間を短縮することでコピー待ち時間を短縮することができる。
本発明の定着装置４によって、例えば、コピー待ち時間を１０秒以下にし、且つ省電力モード時の消費電力量を従来の１／３以下にして省エネ化を達成するためには、熱容量の小さい定着部材１５の構成が条件となる。
【００３１】
また、定着部材１５と加圧部材１６が各々所定の定着温度に到達するまでの時間が、略同一であることで、省電力モードから定着動作モードに復帰する時間を効率よく短縮することができる。
電源投入後、又は省電力モード時からの立ち上げ時間を速めるため、ヒータ電力はその装置の許容範囲内において、最大投入電力を使用する。前述したように、このとき定着部材１５か、加圧部材１６のどちらか一方が早く立ち上がると早く立ち上がった方の部材に設けた加熱手段は一端ＯＦＦして、その後は設定温度を維持するためＯＮ／ＯＦＦ制御を繰り返す。かかる状態では未だ立ち上がってない方の部材の熱供給量は減少して立ち上げ効果が半減する。即ち、最も速い立ち上げ条件は定着部材１５及び加圧部材１６を所定の温度に同時に立ち上げることが最も効率の良い方法である。このときそれぞれのヒータは装置が立ち上がるまでは１００％点灯しているからである。
【００３２】
図１５は、この場合において、定着部材１５と加圧部材１６が省電力モードから定着動作モードに復帰するときの、熱容量変化を示すモデル図である。省電力モードから定着動作モードに復帰する時間は、定着部材１５及び加圧部材１６の熱容量とヒータＨ１、Ｈ２の出力に関係するが、これらから所定の温度を算出し、図１５のように設定することで、定着部材１５と加圧部材１６とを略同時に立ち上げることができる。
【００３３】
【実施例】
ベルト加熱方式の定着装置で立ち上げ時間と消費電力について調べた。実験条件として、加圧部材を４０ＣＰＭ（２００ｍｍ／Ｓ）、定着ベルト用加熱ヒータを８００Ｗ、加圧ローラ用加熱ヒータを４００Ｗ、定着設定温度と加圧ローラ設定温度をそれぞれ１５０℃、１３０℃とした。待機時の省電力モードの一例として、定着ベルト加熱用ヒータをＯＦＦ、加圧ローラ用加熱ヒータを１３０℃でＯＮ／ＯＦＦ制御した。
その結果、省電力モードからのプリント待ち時間は１０秒であった。また、省電力モードを持たない従来方法と比較すると、省電力モード時で消費電力量が約１／３に低減できることが分かった。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、省電力モードを備えて省電力化を図り、且つ省電力モードから定着動作モードに復帰する時間の短縮を効率的に行うことが可能であって、光沢ムラのない均一定着性、記録紙の定着部材からの良好な分離性が可能な定着装置を提供することができる。
特には、熱ローラ方式の定着装置の場合は、簡易な構成で安定した高画質化、記録紙の搬送性の定着装置を提供することができる。また、ベルト定着方式の定着装置の場合は、より高速な立ち上げ時間を実現した定着装置を提供することができる。
また、かかる定着装置を搭載することによって、省電力化を図り、プリント待ち時間の短縮を可能にした画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着装置に係わる画像形成装置の概略構成図である。
【図２】ベルト加熱方式の定着装置の概略構成図である。
【図３】熱ローラ定着方式の定着装置の概略構成図である。
【図４】定着温度と画像の光沢度との関係を示すグラフである。
【図５】定着装置の動作制御と立ち上げ時間との関係を示すグラフである。
【図６】定着装置の動作制御と立ち上げ時間との関係を示すグラフである。
【図７】定着部材と加圧部材の立ち上げ時間をほぼ同時にした例を示すグラフである。
【図８】定着部材と加圧部材の熱容量変化を示すモデル図である。
【図９】定着部材と加圧部材の熱容量変化を示すモデル図である。
【図１０】定着部材と加圧部材の熱容量変化を示すモデル図である。
【図１１】熱容量の小さな方の部材を加圧部材、熱容量の大きな方の部材を定着部材としたときの熱ローラ方式の一例を示す概略構成図である。
【図１２】熱容量の小さな方の部材を加圧部材、熱容量の大きな方の部材を定着部材としたときのベルト加熱方式の一例を示す概略構成図である。
【図１３】熱容量の小さな方の部材を定着部材、熱容量の大きな方の部材を加圧部材としたときの、ベルト加熱方式の一例を示す概略構成図である。
【図１４】熱容量の小さな方の部材を定着部材、熱容量の大きな方の部材を加圧部材としたときの、ベルト加熱方式の一例を示す概略構成図である。
【図１５】定着部材と加圧部材の熱容量変化を示すモデル図である。
【符号の説明】
１ 画像形成装置
２ 作像部
３ 給送手段
４ 定着装置
５ 感光体
６ 帯電装置
７ レーザー書き込みユニット
８ 現像装置
９ 転写装置
１０ クリーニング装置
１１ 給紙カセット
１２ 給送ローラ
１３ レジストローラ対
１４ 排紙トレイ
１５ 定着部材
１６ 加圧部材
１７ 定着ローラ
１８ 加熱ローラ
Ｈ１、Ｈ２ ヒータ
Ｌ レーザービーム
Ｐ 記録材
Ｓ１、Ｓ２ サーミスタ
Ｔ トナー像
Claims (15)
- 第１の加熱手段を備える定着部材と、 定着部材に圧接し、第２の加熱手段を備える加圧部材とを有し、
定着すべきトナー像を担持した記録材を、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、定着部材と加圧部材との圧接により形成されるニップ部を通過させて、
熱と圧力の作用によりトナー像を記録材に定着させる動作を行う定着装置において、
定着部材と加圧部材は、定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行し、定着動作要求を受けると定着動作モードに復帰するように制御され、
定着部材と加圧部材の内、少なくとも熱容量の大きな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時以下の温度で制御される
事を特徴とする定着装置。 - 前記定着部材と加圧部材の内、熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時より低い温度で制御される
事を特徴とする請求項１に記載の定着装置。 - 前記定着部材と加圧部材の内、熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、非通電状態である
事を特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。 - 第１の加熱手段を備える定着部材と、 定着部材に圧接し、第２の加熱手段を備える加圧部材とを有し、
定着すべきトナー像を担持した記録材を、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、定着部材と加圧部材との圧接により形成されるニップ部を通過させて、
熱と圧力の作用によりトナー像を記録材に定着させる動作を行う定着装置において、
定着部材と加圧部材は、定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行し、定着動作要求を受けると定着動作モードに復帰するように制御され、
定着部材と加圧部材の内、熱容量の大きな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時より高い温度で制御され、
熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時より低い温度で制御される
事を特徴とする定着装置。 - 前記定着部材と加圧部材の内、熱容量の小さな方の部材は、省電力モード時に、非通電状態である
事を特徴とする請求項４に記載の定着装置。 - 前記熱容量の大きな方の部材は加圧部材であって、前記熱容量の小さな方の部材は定着部材である
事を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置。 - 前記熱容量の大きな方の部材は定着部材であって、前記熱容量の小さな方の部材は加圧部材である
事を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置。 - 前記定着部材は回転する定着ローラであって、前記加圧部材は回転する加圧ローラである
事を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の定着装置。 - 前記定着部材は少なくとも二つのガイド部材に張架して構成される定着ベルトであって、前記加圧部材は回転する加圧ローラである
事を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の定着装置。 - 前記定着部材及び加圧部材は、省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの時間が、３０秒以下となる温度に制御される
事を特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の定着装置。 - 前記定着部材及び加圧部材は、省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの時間が、１０秒以下となる温度に制御される
事を特徴とする請求項１０に記載の定着装置。 - 前記定着部材及び加圧部材は、省電力モードから定着動作モードに復帰するまでの時間が略同一である
事を特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の定着装置。 - 記録材を給送する給送手段と、トナー像を記録材上に形成する作像部と、記録材上のトナー像を記録材に定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、
前記定着装置は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の定着装置である
事を特徴とする画像形成装置。 - 定着すべきトナー像を担持した記録材を、そのトナー像が定着部材に接する向きにして、定着部材と加圧部材との圧接により形成されるニップ部を通過させて、熱と圧力の作用によりトナー像を記録材に定着させる定着工程を含む画像形成方法において、
前記画像形成方法は、定着部材と加圧部材が、定着動作終了後、所定時間待機すると省電力モードに移行し、定着動作要求を受けると定着動作モードに復帰するように制御され、
定着部材と加圧部材の内、少なくとも熱容量の大きな方の部材は、省電力モード時に、加熱手段により定着動作時以下の温度で制御される
事を特徴とする画像形成方法。 - 前記定着工程は、請求項２ないし１２のいずれかに記載の定着装置で行われる
事を特徴とする画像形成方法。
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