JP2004286871A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着前のトナーと記録媒体の温度を定着の下限近くとなるような関係を保つ制御をすることによって二次転写定着部材のさらなる低温化が可能でウォームアップが早く、中間転写体の温度上昇防止、ひいては省エネとなる画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】感光体１から中間転写体３に転写された未定着画像を転写熱定着部材５に転写し、この転写熱定着部材５上で未定着画像を加熱し、記録媒体８に定着させる画像形成装置において、定着前記録媒体温度上昇部材１１を有し、定着前トナー層の表面温度をＴｔ、定着前記録媒体８の表面温度をＴｐとするとき、Ｔｔ＝αＴｐ＋βなる関係が保たれるように、前記定着前トナー層の表面温度と前記定着前記録媒体の表面温度を制御する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、ファクシミリ、プリンタなどの定着装置を備え、電子写真プロセスを利用する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二次転写を定着の熱によって行う画像形成装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。
従来技術において、電子写真装置の定着装置は記録媒体上に転写された未定着トナーを記録媒体とともに狭持搬送しつつ加熱している。このさい、加熱定着部材としてはローラ・ベルトが知られており、狭持するための相手部材である加圧部材はローラ、ベルト、固定のパッドが知られている。
図１７は中間転写体を用いた従来から広く知られている画像形成装置を示す概略図である。感光体ドラムとしての複数の像担持体１に接して一次転写部材２があり、ベルト状の中間転写体３は中間転写体支持部材９および中間転写体支持部材４で支持されている。記録媒体８に転写された未定着画像１０は定着部材６と加圧部材７とのニップ部を通るときに加熱されながら加圧されることにより記録媒体８上に定着される。
図１７では中間転写体３において、記録媒体８の厚みの差や吸湿などにより記録媒体８の電気的性質が変化すると、それに合わせて転写条件を変更しなければならない。
定着および熱に関して、トナー加熱時間と記録媒体加熱時間が同時であり、短時間で両者を加熱せざるを得ないのが一般的である。温度制御が難しく、記録媒体８を過剰に熱して省エネルギーの要請に反したり、トナーを過剰に熱してオフセットなどが発生する場合がある。
図１８は特許文献１に開示された良く知られている従来の画像形成装置を示す概略図である。図１８の画像形成装置において定着部材は転写定着部材５として構成されている。この画像形成装置の転写に関して、二次転写は定着の熱によって行われるので、画像は安定する。
定着および熱に関してトナー加熱時間は容易に長く設定でき、十分に加熱可能である。記録媒体８は従来と同程度の時間加熱できる。ただし、トナー加熱時間と同じだけ転写定着部材５も加熱され、しかも内面から転写熱定着部材５の層方向全体に加熱されるため、転写熱定着部材５が次に一次転写領域に入るさい像担持体１も加熱され、トナーの固着などが発生する。
転写熱定着部材５を途中で冷却することも可能であるが、加熱冷却の激しいヒートサイクルが繰り返され、耐久性および熱効率に関して不利である。
【特許文献１】特開平１０−６３１２１号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような定着装置の狭持部分をニップと呼ぶが、ニップでの熱移動は定着部材側に接するトナー表面温度と、トナーが記録媒体表面に接する界面の温度、即ちトナー記録媒体界面温度が重要である。
トナー表面温度は光沢などの画質にとって重要であり、トナー記録媒体界面温度は記録媒体との密着性にとって重要である。従来、カラー画像形成装置では光沢を十分に得るために記録媒体も含め、白黒の画像形成装置に比べ１．５倍ほどの熱量を与えていた。
そのため、記録媒体も過剰に熱せられ、高速で多数枚の画像形成では加熱電力が不足し、一般に広く用いられる１００Ｖ、１５Ａなどの電源では対応できないと言う問題があった。過剰に熱せられた記録媒体はユーザーが欲しないばかりか、画像形成装置の出口で記録媒体同士が接着されてしまうような不具合も生じていた。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、定着前のトナーと記録媒体の温度を定着の下限近くとなるような関係を保つ制御をすることによって二次転写定着部材のさらなる低温化が可能でウォームアップが早く、中間転写体の温度上昇防止、ひいては省エネとなる画像形成装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、感光体から中間転写体に転写された未定着画像を転写熱定着部材に転写し、この転写熱定着部材上で未定着画像を加熱し、記録媒体に定着させる画像形成装置において、定着前記録媒体温度上昇部材を有し、定着前トナー層の表面温度をＴｔ、定着前記録媒体の表面温度をＴｐとするとき、Ｔｔ＝αＴｐ＋βなる関係が保たれるように、前記定着前トナー層の表面温度と前記定着前記録媒体の表面温度を制御する画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、係数α、βは、トナーの種類の情報に基づき決定する請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、係数α、βは、トナーの付着量の情報に基づき決定する請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、係数α、βは、記録媒体の種類の情報に基づき決定する請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【０００５】
請求項５記載の発明では、係数α、βは、記録媒体の厚さの情報に基づき決定する請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、係数α、βは、トナーが記録媒体に転写、定着される部分の定着ニップ圧力の情報に基づき決定する請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、係数α、βは、トナーが記録媒体に転写、定着される部分の定着ニップ時間の情報に基づき決定する請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、係数α、βは、定着ニップを形成する転写熱定着部材構成材料の密度、比熱、熱伝導率といった材料定数とその厚さの情報に基づき決定する請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、係数α、βは、定着ニップを形成する加圧部材構成材料の密度、比熱、熱伝導率といった材料定数とその厚さの情報にもとづき、決定する請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による画像形成装置の実施の形態を示す概略図である。感光体などの像担持体１に接して一次転写部材２があり、この実施形態では、中間転写体３は中間転写体支持部材９と、転写熱定着部材５とによって支持されている。
像担持体１上に帯電した粉末または液体により未定着画像を形成し、続いてこの未定着画像を中間転写体３に転写し、転写熱定着部材５上で未定着画像を加熱し、記録媒体８に転写された未定着画像１０は転写熱定着部材５と加圧部材７を通るときに記録媒体８上に定着される。
加圧部材７の傍らには、定着前記録媒体温度上昇部材であり、加熱源を内蔵したローラ１１ａおよび加圧ローラ１１ｂで形成される接触記録媒体温度上昇部材、記録媒体表面温度センサ１３、転写熱定着部材表面温度センサ１２およびヒートコントロールユニット１４が配置されている。
定着前トナー層の表面温度をＴｔ、定着前記録媒体の表面温度をＴｐとするとき、Ｔｔ＝αＴｐ＋βなる関係が保たれるように、定着前トナー層温度と定着前記録媒体温度を制御する二次転写定着装置である。
定着上二次転写方式かつ定着前記録媒体表面加熱方式に用いられる温度制御方式であり、上記不具合に対応するだけでなく、最適な温度制御を提供している。つまり、二次定着部材上に未定着画像を転写した後のトナーの温度上昇を促し、かつ、記録媒体温度上昇手段（接触記録媒体温度上昇部材１１）により定着前の画像定着側記録媒体表面温度を高め、定着時のトナー層の温度均一化を図る。
【０００７】
転写に関して、二次転写は常に一定の相手部材すなわち転写熱定着部材５に行われるので、安定して高画質を得やすい。定着および熱に関しては、二次転写部の中間転写体３への熱移動はトナーを介して表層のみへ行われ、かつ図１７、図１８の従来例に比べて中間転写体３の加熱時間が明らかに短いため、中間転写体３の温度上昇は最小限となる。
また、トナー加熱時間は十分な長さに設定可能であり、記録媒体８は十分な時間加熱できる。さらに、定着前トナー層と定着前記録媒体表面を個別に加熱し、その温度を制御する。
転写熱定着部材５の表面温度を検知する転写熱定着部材センサ１２と、記録媒体の表面温度を検知する記録媒体表面温度センサ１３が設けられ、それぞれの温度を検知する。
【０００８】
図２は図１の記録媒体温度上昇部材の変形例を示す図である。この図において非接触記録媒体温度上昇部材１１はローラで支持されていない。図１および図２において、転写熱定着部材５の熱容量＞＞トナーの熱容量の関係があり、トナーの加熱時間も十分とれるため、転写熱定着部材５の表面温度とトナー層表面温度はほぼ等しいものと考えてよい。
図３は定着下限の温度制御目標値をグラフで示す図である。図４はプロセス条件Ｉによる定着下限の温度制御目標値をグラフで示す図である。図５はプロセス条件ＩＩによる定着下限の温度制御目標値をグラフで示す図である。図６はプロセス条件ＩＩＩによる定着下限の温度制御目標値をグラフで示す図である。図７はプロセス条件ＩＶによる定着下限の温度制御目標値をグラフで示す図である。
図３ないし図７において、定着前トナー層の表面温度をＴｔとし、また、検知された記録媒体の表面温度をＴｐとし、プロセス条件である、トナー種類、記録媒体種類、ニップ時間、転写定着部材材料等を変え、実験を行った。定着下限であるＴｔとＴｐの関係は、いずれも１次式で近似できることがわかった。
このような結果をもとに、ヒートコントロールユニット１４は、Ｔｔ＝αＴｐ＋βとなるよう、転写熱定着部材５を加熱する加熱源５ａ、および記録媒体表面を加熱する加熱源（定着前記録媒体温度上昇部材）１１を個別に制御する。Ｔｔ＝αＴｐ＋βは、図３に示すように定着に必要な下限温度の関係式であり、これを制御の目標とすれば、定着に要するエネルギーを少なくすることが可能となる。
α、βは定着部周辺の熱移動がどのように行われるか、形状、材料定数、圧力、時間といったプロセスの構成条件によって定まる係数である。
【０００９】
図８は本発明による実施の形態の場合のαとβを表の形で示す図である。この図は本発明による実施の形態の場合のαとβを表１〜５の形で示して説明している。
プロセスの条件として、トナーの種類を変えることがある。トナーの種類を変えた実験により、定着下限温度となるようなＴｔ、Ｔｐから、α、βが求められる。
図９は係数α、βを決定する第１の実施の形態の動作フローを示すブロック図である。この図は係数α、βをトナーの種類の情報に基づき決定する技術である。次に、図９のようにトナーのボトルにバーコードを印字し（１５）、それを読み取って入力する。
この入力を変換テーブル１６を介して変換テーブル１７で記録媒体表面温度センサ１３からの入力を変換してその出力を転写熱定着部材表面温度センサ１２からの入力と比較（１６）し、転写熱定着部材加熱源５ａでヒートコントロールすればよい。それで、最適な温度制御が可能となり、結果として、省エネとなる。
図１０は係数α、βを決定する第２の実施の形態の動作フローを示すブロック図である。この図は係数α、βをトナー付着量の情報に基づき決定する技術である。プロセスの条件として、付着量が変化することがある。
図８の表１ではトナー付着量が２種類、Ａ、Ｂとして示されている。その条件で、定着下限温度となるようＴｔ、Ｔｐを求めると、α、βは表のように決まった。図１０のように付着量を検知するトナー付着量センサ１９を設けることで、それをもとに図１０のフローでヒートコントロールすればよい。それで、最適な温度制御が可能となり、結果として、省エネとなる。
【００１０】
図１１は係数α、βを決定する第３の実施の形態の動作フローを示すブロック図である。この図は係数α、βを記録媒体の種類の情報に基づき決定する技術である。プロセスの条件として、ユーザ入力によって記録媒体の種類を変えた。
図８の表２では記録媒体種３種類、Ａ、Ｂ、Ｃとして示されている。その条件で、定着下限温度となるようＴｔ、Ｔｐを求めると、α、βは表のように決まった。図１１のようにユーザーが記録媒体種を入力し、それをもとに、図１１のフローでヒートコントロールすればよい。それで、最適な温度制御が可能となり、結果として、省エネとなる。
図１２は係数α、βを決定する第４の実施の形態の動作フローを示すブロック図である。この図は係数α、βを厚さの情報に基づき決定する技術である。プロセスの条件として、記録媒体の厚さを変えた。
記録媒体の厚さを変えた実験により、定着下限温度となるようなＴｔ、Ｔｐから、α、βが求められる。次に、図１２のように記録媒体の厚さを検知する記録媒体厚さセンサ２０で記録媒体の厚さを検知し、それをもとに図１２のフローでヒートコントロールすればよい。それで、最適な温度制御が可能となり、結果として、省エネとなる。
図１３は係数α、βを決定する第５の実施の形態の動作フローを示すブロック図である。この図は係数α、βを定着ニップ圧力の情報に基づき決定する技術である。プロセスの条件として、継時劣化により定着ニップ圧力が変化することがある。
図８の表３ではニップ圧力は２種類、Ａ、Ｂとして示されている。その条件で、定着下限温度となるようＴｔ、Ｔｐを求めると、α、βは表のように決まった。つぎに、図１３のように定着ニップ圧力センサ２１によりニップ圧力を検知し、それをもとに図１３のフローでヒートコントロールすればよい。それで、最適な温度制御が可能となり、結果として、省エネとなる。
【００１１】
図１４は係数α、βを決定する第６の実施の形態の動作フローを示すブロック図である。この図は係数α、βを定着ニップ時間の情報に基づき決定する技術である。プロセスの条件として、定着スピードを変えた。
これは定着ニップ時間が変化することであるが、図８の表４ではニップ時間２種類、Ａ、Ｂとして示されている。その条件で、定着下限温度となるようＴｔ、Ｔｐを求めると、α、βは表のように決まった。次に、図１４のようにプロセススピード２２についての情報、すなわちニップ時間の情報から、それをもとに図１４のフローで、ヒートコントロールすればよい。それで、最適な温度制御が可能となり、結果として、省エネとなる。
図１５は係数α、βを決定する第７の実施の形態の動作フローを示すブロック図である。この図は係数α、βを転写熱定着部材の種類の情報に基づき決定する技術である。プロセスの条件として、新規材料を使用したいときなど、定着ニップを形成する転写熱定着部材の構成材料の密度、比熱、熱伝導率といった材料定数や厚さを変えた。
図８の表５では転写定着部材２種類、Ａ、Ｂとして示されている。その条件で、定着下限温度となるようＴｔ、Ｔｐを求めると、α、βは表のように決まった。次に、図１５のように転写熱定着部材にバーコードを印字し（２３）、それを入力し、それをもとに図１５のフローでヒートコントロールすればよい。それで、最適な温度制御が可能となり、結果として、省エネとなる。
【００１２】
図１６は係数α、βを決定する第８の実施の形態の動作フローを示すブロック図である。この図は係数α、βを転写熱定着加圧部材の種類の情報に基づき決定する技術である。プロセスの条件として、新規材料を使用したいときなど、定着ニップを形成する加圧部材の構成材料の密度、比熱、熱伝導率といった材料定数や厚さを変える。
加圧部材の構成材料を変えた実験により、定着下限温度となるようなＴｔ、Ｔｐから、α、βが求められる。次に、図１６のように加圧部材にバーコードを印字し（２４）、それを入力し、それをもとに図１６のフローでヒートコントロールすればよい。それで、最適な温度制御が可能となり、結果として、省エネとなる。
また、定着前記録媒体温度上昇手段としては、図１のように接触式の記録媒体温度上昇部材１１ａ、１１ｂであってもよいし、図２のように非接触のものを用いてもよい。上述した図１ないし図１６において、同一または同等な部材は同一の符号を付して示している。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、 トナーの種類が変化したときでも、トナーと記録媒体の予熱温度を該関係式により必要最小に抑え、同時に省エネ化を図ることができる。
請求項２によれば、トナーの付着量が変化したときでも、トナーと記録媒体の予熱温度を該関係式により必要最小に抑え、同時に省エネ化を図ることができる。
請求項３によれば、定着ニップ圧力が変化したときでも、トナーと記録媒体の予熱温度を該関係式により必要最小に抑え、同時に省エネ化を図ることができる。
請求項４によれば、定着ニップを形成する転写定着部材の密度、比熱、熱伝導率といった材料定数や厚さが変化したときでも、トナーと記録媒体の予熱温度を該関係式により必要最小に抑え、同時に省エネ化を図ることができる。
請求項５によれば、記録媒体の厚さが変化したときでも、トナーと記録媒体の予熱温度を該関係式により必要最小に抑え、同時に省エネ化を図ることができる。
【００１４】
請求項６によれば、定着ニップ圧力が変化したときでも、トナーと記録媒体の予熱温度を該関係式により必要最小に抑え、同時に省エネ化を図ることができる。
請求項７によれば、定着ニップを形成する転写熱定着部材の密度、比熱、熱伝導率といった材料定数や厚さが変化したときでも、トナーと記録媒体の予熱温度を該関係式により必要最小に抑え、同時に省エネ化を図ることができる。
請求項８によれば、定着ニップを形成する加圧部材の密度、比熱、熱伝導率といった材料定数や厚さが変化したときでも、トナーと記録媒体の予熱温度を該関係式により必要最小に抑え、同時に省エネ化を図ることができる。
請求項９によれば、定着ニップを形成する加圧部材の密度、比熱、熱伝導率といった材料定数や厚さが変化したときでも、トナーと記録媒体の予熱温度を該関係式により必要最小に抑え、同時に省エネ化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像形成装置の実施の形態を示す概略図。
【図２】図１の記録媒体温度上昇部材の変形例を示す図。
【図３】定着下限の温度制御目標値をグラフで示す図。
【図４】プロセス条件Ｉによる定着下限の温度制御目標値をグラフで示す図。
【図５】プロセス条件ＩＩによる定着下限の温度制御目標値をグラフで示す図。
【図６】プロセス条件ＩＩＩによる定着下限の温度制御目標値をグラフで示す図。
【図７】プロセス条件ＩＶによる定着下限の温度制御目標値をグラフで示す図。
【図８】本発明による実施の形態の場合のαとβを表の形で示す図。
【図９】係数α、βを決定する第１の実施の形態の動作フローを示すブロック図。
【図１０】係数α、βを決定する第２の実施の形態の動作フローを示すブロック図。
【図１１】係数α、βを決定する第３の実施の形態の動作フローを示すブロック図。
【図１２】係数α、βを決定する第４の実施の形態の動作フローを示すブロック図。
【図１３】係数α、βを決定する第５の実施の形態の動作フローを示すブロック図。
【図１４】係数α、βを決定する第６の実施の形態の動作フローを示すブロック図。
【図１５】係数α、βを決定する第７の実施の形態の動作フローを示すブロック図。
【図１６】係数α、βを決定する第８の実施の形態の動作フローを示すブロック図。
【図１７】中間転写体を用いた従来から広く知られている画像形成装置を示す概略図。
【図１８】特許文献１の開示などで良く知られている従来の画像形成装置を示す概略図。
【符号の説明】
１ 感光体
５ 転写熱定着部材
７ 加圧部材
８ 記録媒体
１１ 定着前記録媒体温度上昇部材

Claims (9)

1. 感光体から中間転写体に転写された未定着画像を転写熱定着部材に転写し、この転写熱定着部材上で未定着画像を加熱し、記録媒体に定着させる画像形成装置において、定着前記録媒体温度上昇部材を有し、定着前トナー層の表面温度をＴｔ、定着前記録媒体の表面温度をＴｐとするとき、Ｔｔ＝αＴｐ＋βなる関係が保たれるように、前記定着前トナー層の表面温度と前記定着前記録媒体の表面温度を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 係数α、βは、トナーの種類についての情報に基づき決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 係数α、βは、トナーの付着量についての情報に基づき決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 係数α、βは、記録媒体の種類についての情報に基づき決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 係数α、βは、記録媒体の厚さについての情報に基づき決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 係数α、βは、トナーが記録媒体に転写、定着される部分の定着ニップ圧力の情報に基づき決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
7. 係数α、βは、トナーが記録媒体に転写、定着される部分の定着ニップ時間の情報に基づき決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
8. 係数α、βは、定着ニップを形成する転写熱定着部材の構成材料の密度、比熱、熱伝導率といった材料定数とその厚さの情報に基づき決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
9. 係数α、βは、定着ニップを形成する加圧部材構成材料の密度、比熱、熱伝導率といった材料定数とその厚さの情報にもとづき、決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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