JP2005234425A - 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、大きさの異なる用紙に連続して画像を定着する際に、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】 定着ローラはヒータを内蔵し、表面の非通紙領域に温度検知手段が接触する。前記温度検知手段による検知温度に基づき前記ヒータへの通電を制御し、前記定着ローラの表面温度を制御する。画像を形成する用紙の大きさによって前記検知温度の維持しようとする制御温度が異なる。ある時点で画像を形成中の用紙の制御温度が次の用紙の制御温度よりも高い場合、前記定着ローラの温度を段階的に下げ、且つ各段階でその温度を所定時間維持する制御を繰り返して前記検知温度を前記次の用紙の制御温度に一致させる制御を行うことにより、定着ローラの表面温度の下がり過ぎを防ぐことができる。
【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、より詳細には定着ローラの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）

ところで、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。

薄肉の鉄管は熱容量が小さく、電源投入からの立ち上がりが早くできる反面、熱伝導性が悪く、軸方向の熱の移動が小さいため、少しの発熱源の発熱ムラがそのまま定着ローラの表面の温度ムラとして表れる。そのため、従来以上に精度よく温度制御を行う必要がある。さらに、非通紙領域に設けた温度検知手段の検知する温度に基づき定着ローラに内蔵されたヒータの通電制御を行う場合は、温度検知位置と熱を消費する位置が離れているため、温度の変化を感知するのが遅れ、定着ローラ中央部の表面温度が適温の範囲から外れる可能性がある。特に、温度検知手段の検知する温度が次に定着を開始するサイズの用紙に対応する温度よりも高い場合は定着ローラ中央部の表面温度が温度検知位置の温度よりも低いため、検知する温度が前記対応温度に下がるまでヒータの通電を停止すると、定着に適した温度以下になる可能性が高くなる。これらの理由により、定着不良を起こしやすいという問題がある。

そこで、本発明では、金属管に発熱体を内蔵した定着ローラの非通紙領域に設けた温度検知手段の部分の表面温度が次に定着を開始するサイズの用紙に対応する温度よりも高い場合に、前記温度検知手段の検知する温度に基づいて定着ローラの表面温度を所定の温度分布に制御できるようにし、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、定着ローラの表面温度の下がり過ぎにより生じる定着不良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、ローラを加熱するヒータ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、前記検知温度が次に定着する用紙の大きさに対応する制御温度より高い場合に、前記制御部が、前記定着ローラの温度を段階的に下げ、且つ各段階でその温度を所定時間維持する制御を繰り返して定着ローラの前記検知手段を設けた部分の温度を前記制御温度に一致させ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、定着ローラ中央部の表面温度の下がり過ぎを防止するために、用紙の大きさが同じであれば用紙が厚いほど前記制御温度が高い構成とする。

本発明によれば、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、前記温度検知手段の検知する温度が次に定着する用紙の大きさに対応した制御温度よりも高い場合に、定着ローラの温度を段階的に下げ、且つ各段階でその温度を所定時間維持する制御を繰り返して前記制御温度まで下げるため、定着ローラ中央部の温度が急激に下がることがなく、定着ローラの温度の下がり過ぎによる定着不良を防止することができる。

また、本発明によれば、用紙の大きさが同じ場合は用紙が厚いほど制御温度が高い構成とするため、熱消費量の多い、厚い用紙を使用した場合の定着ローラ中央部の温度の下がり過ぎによる定着不良を防止することができる。

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、原稿搬送部本体２２、原稿排紙トレイ２３及び原稿カバー２４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。原稿給紙トレイ２１は原稿搬送路ｄの上流端をなし、原稿排紙トレイ２３は原稿搬送路ｄの下流端をなす。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）が押されると、前記各ローラによって原稿搬送路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上に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はここからローラ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ローラ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する。その後用紙Ｐは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に用いる金属管は、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６２に用いる材料は、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、材質、寸法を決定する。例えば、外径が１２ｍｍの鉄棒６２ａの外側を取り巻くように、弾性層６２ｂとしてＪＩＳ Ａ硬度５°のシリコーンゴムを設け、さらにその外側に表面離型層として膜厚５０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、全体の外径を２５ｍｍにするといった構成を採用できる。

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。ヒータＨの全長は３１０ｍｍとされ、Ａ４用紙（２９７ｍｍ×２１０ｍｍ）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電圧の形で制御部６４に伝達され、この検知温度に基づいてヒータＨの通電制御がなされる。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、検知温度が前記任意の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。

本発明では、前記検知温度が次に定着する用紙の大きさに対応する制御温度より高い場合に、定着ローラの表面温度を段階的に下げ、且つ各段階でその温度を前記通電制御により所定時間維持する制御を繰り返して、前記制御温度に一致させる制御を行う。

図３に本発明を実施した温度制御の例を示す。この場合、前の用紙（Ｌｅｔｔｅｒサイズ、２７９．４ｍｍ×２１５．９ｍｍ）の制御温度を２２５℃、次に定着を開始する用紙（Ｈａｌｆ−Ｌｅｔｔｅｒサイズ、２１５．９ｍｍ×１３９．７ｍｍ）の制御温度を１７５℃、段階温度を２２５℃と１７５℃の間の、５の整数倍で表される摂氏温度（２２０℃、２１５℃、…、１８０℃）とした。図中の各グラフは、定着ローラ中央（０ｍｍ）、中央から６５ｍｍ（−６５ｍｍ）、９５ｍｍ（−９５ｍｍ）、１３０ｍｍ（−１３０ｍｍ）、１６５ｍｍ（−１６５ｍｍ）の位置の温度の変化である。１６５ｍｍの位置はサーミスタによる温度検知位置である。

図５は、図３と同じ用紙を用い、本発明によらないで、前の用紙の定着終了後から次の用紙の制御温度までヒータＨへの通電を停止することにより温度を低下させた場合の図３と同じ位置での温度の変化である。図３では各位置での温度が、定着不良が発生する１６０℃以下になることはないが、図５では１６０℃以下となっており定着不良が発生する。

図４は図３の場合、図６は図５の場合の定着ローラ表面の温度分布である。図３〜６中のＡはＬｅｔｔｅｒサイズの制御温度での制御状態、ＢおよびＣは段階下げ中、ＤおよびＥはＨａｌｆ−Ｌｅｔｔｅｒサイズの制御温度での制御状態を示す。図３、図５で示したのと同様に、図４では次に定着するＨａｌｆ−Ｌｅｔｔｅｒサイズの用紙の通紙領域の温度が定着不良が発生する１６０℃以下になることはないが、図６では１６０℃以下になっていることがわかる。

また、本発明による制御を実施する場合、用紙の厚さが異なる場合は用紙が厚いほど、定着ローラの熱が多く消費されるため通紙領域の温度が下がりやすいので制御温度を高くすることで、定着ローラの温度の下がり過ぎによる定着不良を防止できる。具体的にはＡ３用紙の片面に画像を形成する場合の制御温度を、国内紙（６４ｇ／ｍ２）では１８５℃、ヨーロッパ紙（８０ｇ／ｍ２）では２０５℃とすることでいずれの用紙についても定着不良の発生を防止できた。

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。 本発明に係る制御をした場合の定着ローラ表面の温度の推移を示す図。 本発明に係る制御をした場合の定着ローラ表面の温度分布を示す図。 従来の制御をした場合の定着ローラ表面の温度の推移を示す図。 従来の制御をした場合の定着ローラ表面の温度分布を示す図。

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 (2)

1. 発熱体を内蔵した定着ローラと、前記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、前記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を備えた画像形成装置において、
   前記制御部は、前記検知温度が次に定着する用紙の大きさに対応する制御温度より高い場合に、前記定着ローラの温度を段階的に下げ、且つ各段階でその温度を所定時間維持する制御を繰り返して前記検知温度を前記制御温度に一致させる制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 用紙が厚いほど前記制御温度が高いものとする請求項１に記載の画像形成装置。

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