JP2005227419A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒータを内蔵する定着ローラの非通紙領域での検出温度により定着ローラの温度制御をする画像形成装置において、動作中の制御から待機状態の制御に移行する際に、定着ローラ中央部の温度が下がり過ぎることにより発生する定着不良を防ぐ。
【解決手段】 定着ローラ６１はヒータＨを内蔵し、表面の非通紙領域にサーミスタ６３（温度検知手段）が接触する。サーミスタ６３が検出する、定着中の基準温度と待機状態での基準温度の間に複数の中間温度を設け、高い温度から順に各中間温度を所定の時間維持し、待機状態に移行する。各中間温度での維持時間は後の方の段階ほど長いものとする。これにより、定着ローラ中央部の温度が緩やかに低下するため、動作中から待機状態へ直接移行する場合に発生する定着ローラ中央部の表面温度の下がり過ぎを防げる。
【選択図】 図３

Description

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。

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広く用いられている。

この熱ローラ方式の定着装置において、省エネルギーの観点から、２つ以上のヒータを定着ローラに内蔵させて、定着ローラの表面温度を部分的に上げることができるようにし、用紙が通過する領域だけローラ表面温度を上げて定着することも行われている。例えば、原稿位置合わせを原稿載置台中央で行う装置の場合、定着ローラの軸方向中央部を主として加熱するヒータと、軸方向両端部を主として加熱するヒータとを定着ローラに内蔵させて、用紙が縦方向（幅の狭い方向）で搬送されるときには中央部を主として加熱するヒータのみを通電させてトナーの定着処理を行い、節電を図っている。

また、定着ローラの表面温度を一定に維持するために、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通電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、サーミスタを定着ローラ表面に取り付けると、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、コピー画像の汚れが発生したり、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領域（以下、非通紙領域という）に温度検知手段を設けることが行われつつある（例えば特許文献１、特許文献２）。
特開平９−３１１５８１号公報（特許請求の範囲、図１） 特許２６４１２９４号公報（第２頁、図１）

画像形成装置において、定着ローラの通紙部の温度は、用紙の定着中は定着時の基準温度に、待機状態においては定着温度よりも低い待機状態の基準温度に保たれる。用紙の定着中は用紙で熱が消費され、定着ローラの通紙部の温度は温度検知位置よりも低くなるため、定着ローラの通紙部表面を定着時の基準温度に保つための基準検知温度は通紙部の基準温度よりも高く設定される。一方、待機状態では前記のような熱の消費がなく、定着ローラ端部から熱が逃げることから、温度検知位置の温度は定着ローラ中央部よりも低くなるため、定着ローラの通紙部表面を待機状態の基準温度温度に保つための基準検知温度は通紙部の基準温度よりも低く設定される。

また、昨今の省エネルギーに対応する必要性から、定着ローラにおいて、ウォームアップにかかる時間の短縮のために低熱容量化を進め、その一方で加圧ローラの圧接荷重による撓みを防止するため、薄肉の鉄管を使用したシステムを構成する必要が生じてきた。

従来、定着中から待機状態に移行する場合、温度検知位置の温度が定着中の基準検知温度から待機中の基準検知温度に下がるまでヒータは非通電状態としていた。薄肉の鉄管を使用した定着ローラでこれを適用すると、待機状態への移行開始直後は定着ローラ中央部の温度は温度検知位置よりも低いが、軸方向への熱の移動が小さいことから、待機状態への移行中もその状態が維持されることとなる。これにより、定着ローラ中央部の温度が待機温度よりも下がり過ぎてしまい、その状態で定着を開始すると定着不良が発生することとなる。前述の特許文献においてもこの移行については考慮されていない。

そこで、本発明では、金属管を用いた定着ローラを有し、非通紙領域に設けた温度検知手段を用いて定着ローラの温度を制御する画像形成装置において、省エネルギーのために定着ローラを薄肉の鉄管を用いた構成とする場合でも、定着中の状態から待機状態に移行する際に、定着ローラ中央部の温度が下がり過ぎることによる定着不良が発生するのを防止することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の画像形成装置では、ローラを加熱する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発熱体への通電を制御する制御部とを有し、前記制御部が、用紙の定着終了後、定着ローラの表面温度を待機状態の基準温度に戻す際、定着時の基準温度と待機状態の基準温度の中間温度を一時的に維持する制御を行う構成とする。

また、本発明の画像形成装置では、定着ローラの表面温度が下がり過ぎるのを一層確実に防止するために、前記中間温度を複数段階設定し、高温側の中間温度から低温側の中間温度へ順次移行する構成とする。

また、本発明の画像形成装置では、定着ローラの表面温度が下がり過ぎることなく待機状態の基準温度に移行できるようにするため、前記中間温度で制御をする際に後の方の段階ほど維持時間が長くなるように制御する構成とする。

本発明によれば、定着ローラの通紙部の表面温度を定着時の基準温度から待機状態の基準温度に移行する際に、それらの温度の中間温度を一時的に維持するので、定着ローラの表面温度が下がり過ぎず、定着不良が発生するのを防止できる。

また、前記中間温度を複数段階設定し、高温側の中間温度から低温側の中間温度へ順次移行するため、定着ローラの表面温度が下がり過ぎるのを一層確実に防止できる。

また、前記中間温度で制御する際の各段階での所定の時間が、１回目の所定の時間に各段階番号を掛けたもの、または、各段階の段階番号を指数とする、１回目の所定の時間の累乗であるため、定着ローラの表面温度が下がり過ぎず、かつ速やかに待機状態の基準温度に移行できる。

以下、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。図１は、本発明の画像形成装置の実施形態の一つ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とを有し、上ハウジング１１の上には原稿搬送部２が載置される。原稿搬送部２は紙面の奥側を支点として開閉自在に取り付けられている。

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、下流端に原稿排紙トレイ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と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取られる。

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。

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とが内蔵されている。給紙部４についてまず説明する。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能な給紙トレイ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。

次に画像形成部５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、用紙Ｐに形成される画像の部分又は前記画像以外の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。

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が搬送されてくる。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は後述する定着装置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。

次に定着装置６について説明する。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の表面温度を検知するためのサーミスタ６３（温度検知手段）が設けられている。また、定着ローラ６１にはヒータＨが内蔵されている。

本発明において、定着ローラ本体６１ａは、省エネルギーの観点からウォームアップタイムを短縮するために熱容量を減らすことと加圧ローラとの圧接により撓みが生じることとを勘案して、用いる金属管の材質、寸法を決定する。例えば、肉厚が０．３ｍｍ、外径が３１．４ｍｍの鉄管といった材質、寸法を採用できる。

また、加圧ローラは、トナーの定着に要するニップ幅、荷重を確保し、省エネルギーの観点からできるだけ熱容量を減らすことを勘案して、用いる材料の材質、寸法を決定する。例えば、外径が１２ｍｍの鉄棒６２ａに、弾性層６２ｂとしてＪＩＳ Ａ硬度５°のシリコーンゴムを設け、表面離型層として膜厚５０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、外径を２５ｍｍといった材質、寸法を採用できる。

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。またヒータＨの全長は３１０ｍｍとされ、Ａ４用紙が横方向で搬送されてきた場合でもその通紙領域をカバーしている。

サーミスタ６３によって検知された定着ローラ６１の非通紙領域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ヒータＨの入切制御がなされる。具体的には定着ローラ通紙部の温度を任意の温度で一定に保つ場合、検知温度が前記温度に対応した基準温度未満になるとヒータＨの通電が開始され、前記基準温度以上になると通電が終了し、再び前記基準温度未満になると通電が開始され、これが繰り返される。

図３に本発明の実施の形態に係る温度制御の例を示す。この場合、中間段階を４段階設け、図３において、ｅは定着終了時点、１、２、３、４はそれぞれ第１段階、第２段階、第３段階、第４段階の中間温度での制御期間を示す。中間温度は、１７０℃、１６０℃、１５０℃および１４０℃に設定してある。待機状態では１３０℃で検知温度を制御する。グラフは定着終了時点で２１０℃、１９０℃、１６５℃および１４５℃の場合の待機状態になるまでの検知温度の変化を示す。

定着終了時点ｅにおいて、２１０℃、１９０℃の場合は、直下の中間温度である１７０℃を第１段階として所定の時間制御され、１６０℃を第２段階、１５０℃を第３段階、１４０℃を第４段階としておのおの所定の時間制御された後、待機状態の基準温度である１３０℃で制御される。

定着終了時点ｅにおいて、１６５℃の場合は、直下の中間温度である１６０℃を第１段階、１５０℃を第２段階、１４０℃を第３段階として、同様に制御される。

定着終了時点ｅにおいて、１４５℃の場合は、直下の中間温度が最低温度の１４０℃であるから、中間温度の制御は第１段階のみとなる。

本実施形態では、定着終了後、定着ローラ６１の温度が段階を追って低下し、段階毎の温度が一定の時間維持されるものとする。このため、定着ローラ中央部の表面温度も段階移行時に急激に低下することがなく、待機状態移行直後に定着を開始した場合でも定着不良を生じることがない。

各段階の温度維持時間は、後の方の段階ほど長くなるものとする。温度維持時間の長さの比率を定めるのに次のような手法を用いることができる。

第１の手法では、各段階の温度維持時間は第１段階の温度維持時間に各段階番号の数字を掛けたものとする。第１段階を４秒とすると、第２段階は４秒の２倍の８秒、第３段階は４秒の３倍の１２秒、第４段階は４秒の４倍の１６秒となる。

第２の手法では、各段階の温度維持時間は、各段階番号の数字を指数とする、第１段階の温度維持時間の累乗とする。第１段階を４秒とすると、第２段階は４秒の２乗の１６秒、第３段階は４秒の３乗の６４秒、第４段階は４秒の４乗の２５６秒となる。

本実施形態では、定着終了後の検出温度が段階毎に各温度を一定の時間維持してゆるやかに低下するため、定着ローラ中央部の表面温度は、段階移行時に急激に低下することがなく、また、熱伝導によってより均一な温度分布を維持しながら待機状態での温度に移行するため、待機状態移行直後に定着を開始した場合により安定した定着が可能となる。

図４に示すのは、発明者が実施した、定着時の基準検知温度を２００℃、待機状態の基準検知温度を１３０℃とした、中間温度を設けない従来の温度制御での、定着ローラ中央部の温度とサーミスタでの検知温度の定着終了直前からの変化の実測値である。Ａは定着時、Ｂは検知温度が待機状態の基準検知温度になるまでの移行期間、Ｃは待機状態の基準検知温度での制御期間、Ｄは待機状態から定着状態への移行期間である。

図４からわかるように、従来の温度制御では、定着ローラ中央部での温度が１６０℃近くまで低下するため、この状態からすぐに定着を行った場合に定着不良を起こす可能性が高くなる。

図５に示すのは、発明者が実施した、定着時の基準検知温度を１９０℃、第１段階の中間温度を１５０℃、第２段階の中間温度を１４０℃、待機状態の基準検知温度を１３０℃として、第１段階の制御時間を７秒、第２段階の制御時間を７秒の２乗の４９秒とした場合の、定着ローラ中央部の温度とサーミスタでの検知温度の定着終了直前からの変化の実測値である。Ａは定着時、Ｂは第１段階までの移行期間、Ｅは第１段階での制御および第２段階への移行期間、Ｆは第２段階での制御期間である。

図５からわかるように、定着ローラ中央部での温度が定着時よりもあがっているものの、急激な低下が避けられており、この状態からすぐに定着を行った場合でも定着不良を起こすことはない。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図。 図１の画像形成装置で使用する定着装置の概略構成図。 本発明の実施の形態に係る温度制御をした場合の検知温度の変化を示す概略図。 定着終了直前から待機状態へ移行する間の従来の制御による定着ローラ中央部表面温度と検知温度の実際の変化を示す図。 定着終了直前から待機状態へ移行する間の本発明の実施の形態に係る制御による定着ローラ中央部表面温度と検知温度の実際の変化を示す図。

符号の説明

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
ｄ 原稿搬送路
Ｈ ヒータ（発熱体）

Claims (3)

1. 定着ローラを加熱する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発熱体への通電を制御する制御部とを有し、
   前記制御部が、用紙の定着終了後、定着ローラの表面温度を待機状態の基準温度に移行する際、定着時の基準温度と待機状態の基準温度の中間温度を一時的に維持する制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記中間温度を複数段階設定し、高温側の中間温度から低温側の中間温度へ順次移行することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 後の方の段階ほど前記中間温度の維持時間が長くなるように制御することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

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