JP2004226780A

JP2004226780A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004226780A
Application number: JP2003015691A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hamada; 敏行浜田; Takashi Maekawa; 孝前川
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】定着ローラの表面温度を検知するサーミスタを非通紙領域に設けた画像形成装置において、待機状態から定着処理状態としたときに、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との温度変化のズレを抑え、定着ローラ中央部の表面温度が設定温度を超えて過上昇するのを防止する。
【解決手段】制御部が、サーミスタが第１設定温度を維持するようにヒータへの通電を制御する定着処理状態と、検知温度が第１設定温度よりも低い第２設定温度を維持するようにヒータへの通電を制御する待機状態とを備える。そして、画像形成処理信号が入力され制御状態が待機状態から定着処理状態に変更されたとき、定着ローラに用紙が到達する時までの間で、制御状態変更時から所定時間遅れてサーミスタの設定温度を第２設定温度から第１設定温度に変更する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着ローラと加圧ローラとを有する定着装置を備えた画像形成装置に関し、より詳細には非通紙領域に設けられた温度検知手段を用いて定着ローラの温度制御を行う画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を用いた画像形成装置において、ヒータを内蔵した定着ローラと加圧ローラとを圧接させ、このローラ間に、未定着トナー画像を担持した用紙を通過させてトナーを用紙に定着させる熱ローラ方式の定着装置がこれまでから広く用いられている。
【０００３】
このような定着装置において、定着ローラの表面温度を一定に維持させるために、サーミスタ温度計（以下、「サーミスタ」と略すことがある）などの温度検知手段を定着ローラ表面に取り付け、サーミスタの検知温度に基づき定着ローラに内蔵されたヒータの入切を制御することが一般的に行われている。定着ローラの表面温度を精度よく検知するには用紙が通過する領域にサーミスタを取り付けるのがよい。しかしながら、サーミスタを定着ローラ表面を取り付けると、サーミスタとの摺擦によって定着ローラ表面に傷がつき、定着ローラの離型性が低下したり、あるいはサーミスタに未定着トナーが付着し、温度検知精度が低下することがあった。そこでこのような不具合を防止するため、定着ローラにおいて用紙が通過しない通紙領域（非通紙領域）にサーミスタを設けることが行われつつある（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３１１５８１号公報（特許請求の範囲、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
定着ローラの非通紙領域にサーミスタを設けた定着装置では、通紙領域とサーミスタの設置位置との間の距離に起因して通紙領域の表面温度を精度よく制御できないという問題がある。図５に、従来の画像形成装置における定着ローラの温度制御例を示す。図５は、定着ローラ表面温度が定着用温度に維持される定着処理状態（第１状態）と、定着用温度よりも低い待機用温度に維持される待機状態（第２状態）とを設けて、定着処理状態が終了した後は待機状態として省エネルギーを図る画像形成装置における定着ローラの温度制御を示すタイミングチャートである。
【０００６】
定着装置が待機状態から定着処理状態となると、定着ローラに内蔵されたヒータが点灯し定着ローラ中央部の温度は上昇する。一方、サーミスタが設置されている非通紙領域の表面温度は、一時的に急低下した後通紙領域に遅れて上昇する。この非通紙領域の表面温度上昇の遅れの大きな原因の一つは、ヒータが通紙領域を専ら加熱するため非通紙領域まで熱が伝達されるのに時間がかかることにある。そしてもう一つの大きな原因は、待機状態から定着処理状態となって定着ローラと加圧ローラが駆動し始めると、待機状態の間に放熱などによって温度が低下した加圧ローラの表面が連続して定着ローラと接触するため、定着ローラの表面から多量の熱が一時的に奪われることにある。このような定着ローラの通紙領域とサーミスタが設置されている非通紙領域との表面温度の変化のズレが生じると、定着ローラの通紙領域では所定の定着用温度に達しているにも拘わらず、サーミスタの検知温度は未だ所定温度に達しておらず、ヒータがオン状態のままとなって定着ローラの通紙領域の表面温度が設定温度を超えて上昇し、高温オフセットなどの不具合が発生する。
【０００７】
そこで本発明は、温度検知手段が定着ローラの非通紙領域に設けられたことに起因するこのような問題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、定着ローラの表面温度を検知する手段を非通紙領域に設けた画像形成装置において、待機状態（第１状態）から定着処理状態（第２状態）としたときに、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との温度変化のズレを抑え、定着ローラ中央部の表面温度が設定温度を超えて過上昇するのを防止することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の画像形成装置では、発熱体を内蔵した定着ローラと、この定着ローラに圧接した加圧ローラと、前記定着ローラ表面の非通紙領域に設けられた、前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段による検知温度に基づき前記発熱体への通電を制御する制御部とを設け、前記制御部は、前記検知温度が第１設定温度を維持するように前記発熱体への通電を制御する第１状態と、前記検知温度が第１設定温度よりも低い第２設定温度を維持するように前記発熱体への通電を制御する第２状態とを備え、画像形成処理信号が入力され制御状態が第２状態から第１状態に変更されたとき、前記定着ローラに用紙が到達する時までの間で、制御状態変更時から所定時間遅れて前記温度検知手段の設定温度を第２設定温度から第１設定温度に変更する構成とした。
【０００９】
高温オフセットをより確実に防止する観点から、定着ローラへの用紙到達時の１〜３秒前に前記温度検知手段の設定温度を第２設定温度から第１設定温度に変更するのが好ましい。
【００１０】
また、省エネルギーの観点から、前記発熱体として２つの発熱体を用い、一方の発熱体が定着ローラの中央部を主として加熱し、もう一方の発熱体が定着ローラの両端部を主として加熱し、前記第１状態および前記第２状態では前記２つの発熱体への通電制御によって前記設定温度を維持するようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の画像形成装置の大きな特徴は、制御状態が待機状態（第２状態）から定着処理状態（第１状態）に変更されたとき、制御状態変更時から所定時間遅れて温度検知手段の設定温度を第２設定温度から第１設定温度に変更することにある。かかる温度制御によれば、ヒータの点灯によって定着ローラの表面温度が上昇途上にあるときに、定着ローラに用紙が搬送され定着処理が行われる結果、用紙によって定着ローラ表面の熱が奪われ、定着ローラの表面温度の上昇速度が鈍る。これにより定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との温度変化のズレの拡大が抑えられ、定着ローラ中央部の表面温度が設定温度を超えて過上昇するのが防止される。
【００１２】
以下、本発明の画像形成装置を図に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態である複写機の概略構成図である。本体ハウジング１は、上ハウジング１１と、下ハウジング１３と、その間に位置する連結ハウジング１２とを有する。そして上ハウジング１１の上には開閉自在に載置された原稿搬送部２が取り付けられている。
【００１４】
原稿搬送部２は、原稿給紙トレイ２１と原稿搬送部本体２２、原稿排紙トレイ２３、原稿カバー２４とを備える。原稿排紙トレイ２３は、原稿カバー２４上面の一部として一体に形成されている。原稿搬送路ｄの延長上の上流端に原稿給紙トレイ２１が配設され、下流端に原稿排出トレイ２３が配設されている。原稿搬送部本体２２内の原稿搬送路ｄには、原稿搬送方向上流側から順にピックアップローラ２２ａ、搬送ローラ対２２ｂ、レジストローラ対２２ｃ、排出ローラ対２２ｄが設けられている。そして、レジストローラ対２２ｃと排出ローラ対２２ｄの間に画像読取り部２５が設けられている。原稿給紙トレイ２１に画像面を上向きにセットされた画像原稿（不図示）は、コピー開始ボタン（不図示）がオンされると、前記各ローラによって搬送路ｄを搬送され、途中画像読取り部２５で露光部３によって画像が読みとられる。
【００１５】
露光部３は上ハウジング１１に内蔵されている。露光部３は、露光ランプ３１と反射板３２、第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６、イメージセンサ（例えばライン型のＣＣＤ）３７を備える。露光ランプ３１と第１ミラー３３は第１キャリッジ（不図示）上に搭載され、第２ミラー３４、第３ミラー３５は第２キャリッジ（不図示）上に搭載されている。いわゆるシートスルー方式で原稿画像を読み取る場合には、第１キャリッジが画像読取り部２５の直下に移動し、露光ランプ３１からの光照射光が移動中の原稿を露光する。照射光は第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６を通じてＣＣＤ３７に到達して光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。他方、原稿固定方式で原稿画像を読み取る場合には、原稿載置板２６上の載置された原稿画像は露光部３による読取走査を受けることにより、ＣＣＤ３７上に縮小結像され、光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。
【００１６】
下ハウジング１３内には、給紙部４と画像形成部５、定着装置６とが内蔵さている。給紙部４についてまず説明すると、下ハウジング１３の下部には用紙Ｐが収容された給紙カセット４１が配設され、用紙Ｐはここからコロ４２により１枚ずつ搬送路へ送り出される。また、下ハウジング１３の左側下部には開閉可態な給紙トレイ４３が備えられており、ここに用紙Ｐを載置しておくことにより、前記と同様に用紙はコロ４４により１枚ずつ搬送路へ送り出される。
【００１７】
次に画像形成部について説明する。画像形成部５は、感光体ドラム５１と、その周囲に配設された帯電器５２、光走査ユニット５３、現像器５４、転写ローラ５５、クリーニング器５６とを備える。感光体ドラム５１は時計回りに回転し、まず帯電器５２により感光体ドラム５１の表面は均一に帯電される。次に、光走査ユニット５３から感光体ドラム５１の表面にレーザ光が照射されて、画像部分又は背景部分に相当する電荷が消去され、感光体ドラム５１の表面に静電潜像が形成される。そして現像器５４によって感光体ドラム５１上の静電潜像にトナーが供給され静電潜像が顕像化する。
【００１８】
感光体ドラム５１がさらに回転し、トナー画像が転写ローラ５５と対向する位置に来たときに、それに合わせて、感光体ドラム５１と転写ローラ５５との間に用紙Ｐが搬送され来る。このとき転写ローラ５５に、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されることにより、感光体ドラム５１上のトナー画像が用紙Ｐ上に転写される。感光体ドラム５１上の転写されなかった残留トナーはクリーニング器５６によって感光体ドラム５１上から除去される。一方、トナー画像が転写された用紙Ｐは後述する定着部６に搬送され、ここでトナー画像は加熱・加圧されて用紙に定着し、排紙経路を通って排紙トレイ７ａ，７ｂに排出される。
【００１９】
定着装置について次に説明する。定着装置６は、定着ローラ６１と加圧ローラ６２とが圧接してなる。図２に定着装置６の拡大構成図を示す。定着ローラ６１の非通紙領域には定着ローラ６１の表面温度の検知するためのサーミスタ（温度検知手段）６３が設けられている。また、定着ローラ６１にはメインヒータＨ_１（第１の発熱体）とサブヒータＨ_２（第２の発熱体）が内蔵されている。なお、定着ローラ６１及び加圧ローラ６２の具体的構成については後段で説明する。
【００２０】
図３に、これらのヒータＨ_１，Ｈ_２の配熱パターン例を示す。この図から理解されるように、メインヒータＨ_１は定着ローラ６１の中央部を主として加熱し、サブヒータＨ_２は定着ローラ６１の両端部を主として加熱するように設定されている。また、メインヒータＨ_１とサブヒータＨ_２の両方を点灯したときには定着ローラの軸方向の表面温度分布が一定となるように発熱パターンが組み合わされている。この定着装置における定着ローラ中央部の長さは約２１０ｍｍとされ、Ａ４用紙（２９７ｍｍ×２１０ｍｍ）がタテ方向に搬送されてきた場合の通紙領域と一致させてある。またメインヒータＨ_１とサブヒータＨ_２の全長はどちらも３１０ｍｍとされ、Ａ４用紙がヨコ方向で搬送されてきた場合でもその通紙領域をカバーさせてある。なお、図３において左側が画像形成装置の正面側、右側が画像形成装置の背面側である。
【００２１】
図２おいて、サーミスタ６３によって検知された定着ローラ６１の表面温度は制御部６４に送られ、この検知温度に基づいてメインヒータＨ_１とサブヒータＨ_２の入切制御がなされる。具体的には制御部６４は、用紙の通紙領域が定着ローラ６１の中央部よりも広い場合には、サーミスタ６３による検知温度が第１設定温度を維持するようにメインヒータＨ_１とサブヒータＨ_２への通電を制御する（第１状態）。一方、省エネルギーの観点から制御部６４は、画像形成処理が終了すると、第１設定温度よりも低い第２設定温度を維持するようにメインヒータＨ_１とサブヒータＨ_２への通電を制御する（第２状態）。
【００２２】
なお、用紙の通紙領域が定着ローラ６１の中央部と同じ又はそれよりも狭い場合には、サーミスタ６３による検知温度が第１設定温度よりも低く第２設定温度よりも高い第３設定温度を維持するように、サブヒータＨ_２への通電を停止させた状態でメインヒータＨ_１への通電を制御する（第３状態）。第１状態と第３状態とで定着ローラ中央部の目標温度は同じであるが、サーミスタ６３による検知温度の設定温度は変える。これは、サーミスタ６３の設置位置とヒータ加熱部との距離を考慮したものであって、定着ローラ６１の中央部のみを加熱する場合には、サーミスタ６３の設置位置まで伝導する熱量が少ないため第３設定温度を第１設定温度よりも低い温度としたのである。
【００２３】
このような定着装置の制御において、コピーボタンがオンされて制御状態が待機状態（第２状態）から定着処理状態（第１状態）になった場合、本発明では、制御状態変更時、すなわちコピーボタンがオンされた時から所定時間遅れてサーミスタの設定温度を第２設定温度から第１設定温度に変更する。以下、実施例に基づき本発明をより詳細に説明する。
【００２４】
図１及び図２に示した定着装置を用いて、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との経時変化を調べた。なお、定着ローラ中央部の表面温度は別のもう一つのサーミスタを用いて測定した。使用した定着ローラ６１は、外径３７ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミニウム製のローラ本体６１ａの表面に、厚さ２５μｍのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）層６１ｂが形成されたものである。加圧ローラ６２は、外径２０ｍｍの鉄製の芯金６２ａの表面に厚さ５ｍｍの弾性層６２ｂが形成され、さらにその表面に厚さ５０μｍのＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パー−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブ層６２ｃが形成されたものである。弾性層６２ｂはアスカＣ硬度が５５度のシリコンゴムの発泡体である。定着ローラ６１は感光体ドラム５１（図１に図示）と等速の１７８ｍｍ／ｓｅｃの周速度で駆動回転し、加圧ローラ６２は定着ローラ６１に圧接しているので従動回転する。
【００２５】
図４に、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との経時変化、及びメイン・サブヒータのオン・オフ、定着ローラの駆動回転のオン・オフのタイミングを示す図を示す。待機状態では、サーミスタの検知温度（図４の破線）が１６５℃（第２設定温度）となるようにメイン・サブヒータがオン・オフ制御される。これにより定着ローラ中央部の表面温度（同図の実線）は１７５〜１８５℃の範囲を維持する。
【００２６】
そして、コピーボタンがオンされると、定着ローラが回転駆動しこれに従って加圧ローラが回転駆動する。一方、サーミスタの設定温度は、従来と異なり、コピーボタンがオンされた後も１６５℃（第２設定温度）を維持し、コピーボタンオンから２秒後に１８０℃（第１設定温度）に変更される。これによりメインヒータ及びサブヒータが点灯し、定着ローラ中央部の表面温度は上昇する。そして、コピーボタンオンから３秒後に用紙先端部が定着ローラに到達する。この時、サーミスタの設定温度が１８０℃に変更されてから１秒しか経っておらず、定着ローラ中央部の表面温度は未だ上昇途上にある。このような状態で定着処理を行うことにより定着ローラ表面の熱が用紙に奪われ、定着ローラの表面温度の上昇速度が鈍る。すなわち図４における定着ローラ中央部温度を示す屈曲線の右上がりの傾きが小さくなる。これにより定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との温度変化のズレを小さくすることができ、定着ローラ中央部の表面温度が設定温度を超えて過上昇するのを防止できた。これ以後は非通紙領域に取り付けられたサーミスタの検知温度に基づくメイン・サブヒータのオン・オフ制御で、定着ローラ中央部の表面温度は所望の温度幅にうまく制御された。
【００２７】
なお、サーミスタの設定温度を変更する時期は、ヒータをオンしたときの定着ローラの温度上昇速度やコピーボタンオンから用紙到達までの時間などを考慮して適宜決定すればよい。一般的には、定着ローラへの用紙到達時の１〜３秒前にサーミスタの設定温度を変更するのが好ましい。
【００２８】
また、定着ローラと加圧ローラとを均一に速やかに加熱するには、コピーボタンがオンされると定着ローラと加圧ローラとが回転駆動するようにするのが望ましい。
【００２９】
本発明で使用する発熱体としては従来公知のものを使用できるが、中でも瞬暖性が得られることからハロゲンヒータが好ましい。また本発明で使用する温度検知手段としては従来公知のものを使用できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の画像形成装置では、画像形成処理信号が入力され制御状態が待機状態から定着処理状態に変更されたとき、定着ローラに用紙が到達する時までの間で、制御状態変更時から所定時間遅れて温度検知手段の設定温度を第２設定温度から第１設定温度に変更する構成としたので、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との温度変化のズレを抑えることができ、定着ローラ中央部の表面温度が設定温度を超えて過上昇するのを防止できる。
【００３１】
また定着ローラへの用紙到達時の１〜３秒前に温度検知手段の設定温度を第２設定温度から第１設定温度に変更するようにすると、高温オフセットをより確実に防止できる。
【００３２】
さらに発熱体として２つの発熱体を用い、一方の発熱体が定着ローラの中央部を主として加熱し、もう一方の発熱体が定着ローラの両端部を主として加熱するようにし、定着処理状態および待機状態では前記２つの発熱体への通電制御によって所定の設定温度を維持するようにすると省エネルギー化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置で使用する定着装置の概略構成図である。
【図３】定着ローラのヒータの配熱分布と用紙の通紙領域とを示す図である。
【図４】本発明に係る画像形成装置における定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度の経時変化例を示す図である。
【図５】従来の画像形成装置における定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
Ｈ_１メインヒータ（第１の発熱体）
Ｈ_２サブヒータ（第２の発熱体）
６１定着ローラ
６２加圧ローラ
６３サーミスタ（温度検知手段）
６４制御部

Claims

発熱体を内蔵した定着ローラと、この定着ローラに圧接した加圧ローラと、前記定着ローラ表面の非通紙領域に設けられた、前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段による検知温度に基づき前記発熱体への通電を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記検知温度が第１設定温度を維持するように前記発熱体への通電を制御する第１状態と、前記検知温度が第１設定温度よりも低い第２設定温度を維持するように前記発熱体への通電を制御する第２状態とを備え、
画像形成処理信号が入力され制御状態が第２状態から第１状態に変更されたとき、前記定着ローラへの用紙到達時までの間で、制御状態変更時から所定時間遅れて前記温度検知手段の設定温度を第２設定温度から第１設定温度に変更することを特徴とする画像形成装置。
前記定着ローラへの用紙到達時の１〜３秒前に前記温度検知手段の設定温度を第２設定温度から第１設定温度に変更する請求項１記載の画像形成装置。
前記発熱体として２つの発熱体を用い、一方の発熱体が定着ローラの中央部を主として加熱し、もう一方の発熱体が定着ローラの両端部を主として加熱し、前記第１状態および前記第２状態では前記２つの発熱体への通電制御によって前記設定温度を維持する請求項１又は２記載の画像形成装置。