JP2005292569A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録材を加熱する加熱手段と圧接してニップ部を形成する加圧手段の温度を温度検知手段を増やすことなく推測することで低温環境下に応じた最適な定着性を確保すること。
【解決手段】加熱手段と加圧手段とで形成されるニップ部で記録材を挟持搬送して画像を記録材上に加熱定着させる画像形成装置であり、制御手段は、前記加熱手段または加圧手段を回転駆動する駆動手段が停止しているときに前記加熱手段が第一の温度になるように制御を行い、かつ前記駆動手段が駆動を開始してから予め定められた一定時間において温度検知手段で検出された前記加熱手段の温度と前記第一の温度を基に前記加熱手段の第一の温度制御を可変とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、転写方式もしくは直接方式の電子写真方法・静電記録方法・磁気記録方法等の適宜の作像プロセス手段により記録材に未定着画像を形成・担持させ、その未定着画像を定着装置により記録材に加熱定着させて画像形成物（プリント、コピー）を出力するプリンタ・複写機・ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式・静電記録方式等の作像技術を用いたプリンタ・複写機・ファクシミリ等の画像形成装置において、記録材上に形成・担持させた未定着画像（以下、トナー像と記す）を固着像として加熱定着させる定着装置（画像熱定着装置、加熱定着手段）としては、熱効率、安全性が良好な熱ローラ方式や、省エネルギータイプ・オンデマンドタイプのフィルム加熱方式の定着装置が多く用いられている。

熱ローラ方式の加熱定着装置は、トナー像を担持したシート材（記録材）を、互いに圧接して回転する定着ローラと加圧ローラとで形成される圧接ニップ域を通過させることにより、上記トナー像をシート材上に永久画像として定着させるものである。

フィルム加熱方式の加熱定着装置は、特にスタンバイ時に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えた加熱定着手段、詳しくは支持体に取り付けた発熱体（以下、ヒータと称する）と加圧ローラとの間を、薄肉のフィルム（以下、定着フィルムと称する）を介してシート材（記録材）を搬送させ該シート材上にトナー像を加熱定着させるものである。

画像熱定着装置を構成する上記２種類の加熱定着装置は、シート材上にトナー像を加熱定着させる温度を制御する為定着温度検知手段を１つ以上有している。定着温度検知手段は一般的にサーミスタを用いることが多く、ヒータや加圧ローラに接して具備させることで該ヒータや該加圧ローラの温度を検出する。最近ではヒータや加圧ローラの輻射熱を計測することでシート材上にトナー像を加熱定着させる温度を検出する手法も検討されている。
特開平０５−２８１８６６号公報

しかしながら、近年、ファーストプリントタイムを早くする為に低熱容量化が進んでいるオンデマンドタイプの加熱定着装置を備える画像形成装置では、低温環境下で使用される場合、特に加熱定着装置の定着フィルム・加圧ローラの温度がトナー像の定着性に大きく影響する。トナー像の定着性に影響を及ぼすヒータや加圧ローラの温度を検出するためサーミスタなどの温度検出素子を１つ以上具備させた場合、温度検出素子を増やすことになるのでコストアップの要因となる。そのため、コストアップにつながる温度検出素子を増やさずに加圧ローラの温度を推測する手法が必要とされている。

本発明は、記録材を加熱する加熱手段と圧接してニップ部を形成する加圧手段の温度を温度検知手段を増やすことなく推測することで低温環境下に応じた最適な定着性を確保できる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は下記の構成を特徴とする画像形成装置である。

（１）給紙搬送される記録材上に画像を形成する作像手段と、前記記録材を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温度を検知する温度検知手段と、前記加熱手段と圧接してニップ部を形成する加圧手段と、前記加熱手段または前記加圧手段を回転駆動する駆動手段と、前記温度検知手段で検出された温度を基に、前記加熱手段が予め設定される温度になるように制御を行う制御手段と、を備え、前記ニップ部で記録材を挟持搬送して画像を記録材上に加熱定着させる画像形成装置において、
前記制御手段は、前記駆動手段が停止しているときに前記加熱手段が第一の温度になるように制御を行い、かつ前記駆動手段が駆動を開始してから予め定められた一定時間において前記温度検知手段で検出された温度と前記第一の温度を基に前記加熱手段の第一の温度制御を可変とすることを特徴とする画像形成装置。

（２）（１）に記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記一定時間の温度と前記第一の温度との最大温度差が、予め設定される温度以上であることを検知したら、前記第一の温度を変更することを特徴とする画像形成装置。

（３）（１）に記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記一定時間の温度と前記第一の温度との温度差を累積し、その累積温度差が予め設定される値以上であることを検知したら、前記記録材の給紙搬送を開始するまでの時間を変更することを特徴とする画像形成装置。

（４）（１）に記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記一定時間の温度と前記第一の温度との温度差を累積し、その累積温度差が予め設定される値以上であることを検知したら、前記記録材を給紙搬送するスループットを変更することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、駆動手段が停止しているときに加熱手段を第一の温度になるように制御し、駆動手段が駆動を開始してから予め定められた一定時間において加熱手段の温度を温度検知手段で検出するので、加熱手段温度検知用の温度検知手段を用いて加圧手段の温度を推測できる。そして温度検知手段で検出された温度と第一の温度を基に加熱手段の第一の温度制御を可変とすることから、低温環境下であった場合でもその環境に応じた最適な定着性を確保できる。

以下、本発明に係る画像形成装置を添付図面に基づいて詳しく説明する。

図１は本実施例の画像形成装置の概略構成模型図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザビームプリンタである。

この画像形成装置は、給紙カセット１、カセット給紙ローラ３、搬送ローラ４、シート材搬送路５、レジストローラ６などによりシート給送部Ａが構成される。シート給送部Ａにおいて、給紙カセット１に積載されているシート材２はカセット給紙ローラ３によって給紙され、搬送ローラ４によりプリンタ内のシート材搬送路５上へ搬送されてレジストローラ６により所定の給送タイミングで作像手段としての画像形成部Ｂへと搬送される。給紙センサ７により画像タイミング及びシート材の先端と後端の位置を検出する。また、レジストローラ６でシート材の先端を給紙センサにより合せ転写ローラ（転写手段）８、感光ドラム（像担持体）９間の転写ニップ部Ｔへシート材を搬送する。

本例のプリンタにおいては、給紙カセット１からは主として幅の広いシート材の給紙がなされ、不図示の手差しトレイから例えば幅の狭いシート材の給紙がなされるが、給紙カセットからの給紙も、手差しトレイから給紙もセンサ基準の幅規制板（不図示）により中央基準搬送で給紙される。

画像形成部Ｂにおいて、像担持体としてのドラム形状の感光ドラム９は、矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動され、その回転過程において帯電器（帯電手段）１０により所定の極性・電位に一様に帯電処理され、その一様帯電面に露光手段としてのレーザスキャナユニット１１から画像情報パターンに基づくレーザ光Ｌが照射される。これにより回転する感光ドラム９上に走査露光した画像情報パターンに対応した静電潜像が電子写真方式で形成される。この潜像は現像器（現像手段）１２により現像剤としてのトナーにより現像され、この現像されたトナー像は転写ニップ部Ｔで転写ローラ８により感光ドラム９上から、搬送されるシート２に転写される。

トナー像の転写を終えたシート材２は加熱手段としての加熱ユニット２０と加圧手段としての加圧ローラ３０からなる加熱定着装置Ｃに搬送され、該加熱定着装置によりシート材上の未定着トナー像が永久固着像として加熱定着される。本実施例における加熱定着装置Ｃはフィルム加熱方式・加圧ローラ駆動タイプの加熱定着装置である。この加熱定着装置（以下、定着器と記す）Ｃについては次の（２）項で詳述する。

定着器Ｃを出たシート材２は排紙部Ｄに設けられた排紙ローラ１４により排紙トレイ１５上に排紙される。

クリーナー（クリーニング手段）１３はシート材分離後の感光ドラム９の面から転写残トナー等の残留汚染物を除去して感光ドラム面を清掃し、感光ドラム９の繰り返し使用を可能にする。

（２）定着器Ｃ
図２は定着器Ｃの概略構成の横断面模型図、図３は要部の外観斜視模型図である。本例の定着器Ｃはテンションレスタイプの加熱フィルム方式の像加熱装置である。

２０は加熱手段としての加熱ユニット、３０はこの加熱ユニット２０と相互圧接させた加圧手段としての弾性加圧ローラである。

加熱ユニット２０は、主に加熱体（発熱体）としてのセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）２１、横断面略半円弧状樋型のフィルムガイド部材（以下、ガイド部材と記す）２２、円筒状の耐熱性フィルム（以下、定着フィルムと記す）２３等から構成されている。

ヒータ２１は図２において紙面に垂直方向を長手とする横長で、全体に低熱容量であり、通電のＯＮ・ＯＦＦに対応して応答性よく迅速に昇温・降温する。このヒータ２１は、定着フィルム２３の回転移動をガイドするガイド部材２２に固定されている。

ガイド部材２２は、耐熱性、電気絶縁性で、高い加重に耐えられる剛性材料、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等で構成され、ヒータ２１はこのガイド部材２２の下面の略中央部にガイド部材長手に沿って設けた溝部内に、表面側を外向にして嵌入させて固定支持させてある。このガイド部材２２はヒータ２１を保持するとともに定着フィルム２３の回転時の搬送安定性を図るフィルムガイドも兼ねている。さらに、定着フィルム２３との回転摺動性を高める為に、定着フィルム２３と、ヒータ２１及びガイド部材２２の外周面の間に耐熱性のグリス等の潤滑剤を介在させている。

２４はヒータ２１の温度を検知する温度検知手段である。温度検知手段２４として一般的にサーミスタが具備される。代表的なサーミスタの設置手段としてヒータ２１に耐熱性の接着剤で接着する方法や、バネ性部材の圧力を利用してヒータ２１に押し付けて設置する方法などがある。

円筒状の定着フィルム２３は、例えば、厚さ４０μｍ〜１００μｍ程度の耐熱性のフィルムである。例えばポリイミドなどの基材フィルム上にＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型性の耐熱樹脂を被覆したフィルムであり、上記のようにヒータ２１を固定支持させたガイド部材２２にルーズに外嵌させてある。

弾性加圧ローラ（以下、加圧ローラと記す）３０は、芯金３１と、該芯金に同心一体に設けたシリコーンゴム等の弾性・耐熱性材料のローラ層３２と、表面層３３からなり、芯金３１の両端部をそれぞれ装置の不図示の手前側と奥側のシャーシ側板間に軸受を介して回転自由に支持させてある。

そしてヒータ２２を下面側に支持させ、円筒状定着フィルム２３を外嵌させたガイド部材２２を加圧ローラ２５の上側にヒータ２２の部分を加圧ローラ２４の上面に対向させて位置させ、加圧ローラ３０を芯金３１の両端部に配したコイルバネ等の加圧手段４０にヒータ２２の下面に対して所定の押圧力をもって圧接させた状態に保持させる。これにより、ヒータ２２の下面と加圧ローラ３０の上面との間に定着フィルム２３を挟んで所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

加圧ローラ３０は定着器駆動手段としての定着器駆動用モータＭ１により矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ３０の回転駆動による該加圧ローラ３０と定着フィルム２３の外面との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力で円筒状定着フィルム２３に回転力が作用して、該定着フィルム２３がその内面が定着ニップ部Ｎにおいてヒータ２１の下面に密着して摺動しながら矢印の反時計方向に加圧ローラ２５の回転周速度に略対応した周速度をもってガイド部材２２の外回りを回転状態になる（加圧ローラ駆動方式）。

５０は制御手段としてのＣＰＵであり、不図示のＲＡＭやＲＯＭなどのメモリに記憶された画像形成制御プログラムに従ってシート給送部Ａ、画像形成部Ｂ、露光手段１１、定着器Ｃ、排紙部Ｄなどをシーケンス制御する。ＣＰＵ５１はシート給送部及び画像形成部用駆動モータ（以下、給送駆動用モータと記す）Ｍ１を駆動させてシート給送部Ａによるシート材２の給紙タイミングをコントロールすると共に、画像形成部Ｂによる画像形成動作をコントロールする。そして定着器駆動用モータＭ２を駆動させると共に、サーミスタ２４で検出されるヒータ２１の検出温度を入力し、その検出温度に基づきヒータ２１の温度が予め定められた一定の定着温度（プリント温調温度）になるようにヒータ駆動回路５１を制御してヒータ２１への印加電力をコントロールする。すなわち、定着ニップ部Ｎにシート材２が通過する期間においてはシート材に与える熱量の分だけ余計に印加電力が大きくなるようにヒータ駆動回路５１の制御を行ってヒータ２１の温度を一定に保つように温調制御を行う。

定着器Ｃでは、加圧ローラ３０が定着器駆動用モータＭ２により回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム２３がガイド部材２２の外回りを回転し、ヒータ２１にヒータ駆動回路５１から通電がなされて該ヒータ２１の発熱で定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、定着ニップ部Ｎに未定着トナー像ｔを担持したシート材２が導入され、定着ニップ部Ｎにおいてシート材２のトナー像担持面側が定着フィルム２３の外面に密着して回転している定着フィルム２３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、ヒータ２１の熱が定着フィルム２３を介してシート材２に付与され、シート材２上の未定着トナー像ｔが加熱加圧定着される。シート材２は定着ニップ部Ｎを通過すると回転している定着フィルム２３の外面から曲率分離して搬送される。

（３）低温環境下における定着器Ｃの定着不良発生防止策
ところで、低温環境下では、特に１枚目のシート材２のプリント信号を入力してヒータ２１に通電がなされ、該ヒータ２１の発熱で定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、シート材２が定着ニップ部Ｎに通紙されると、加圧ローラ３０が冷えているため、未定着トナー像ｔの定着不良が発生することがある。この定着不良の発生を防止するため、ＣＰＵ５０に定着器プレ加熱・温調モードを具備させた。

図４にＣＰＵ５０による定着器プレ加熱・温調モードのフローチャート図を示す。

図４において、ＣＰＵ５０はプリントの命令を受けると（１０１）、定着器駆動用モータＭ２の回転駆動を停止した状態でヒータ２１に通電がなされ、ヒータ２１のプレ加熱（第一の温度）を開始する（１０２）。プレ加熱目標温度１２０℃に到達したら（１０３）、定着器駆動用モータＭ２の回転駆動を開始する（１０４）。定着器駆動用モータＭ２の回転駆動を開始してから加圧ローラ３０が１周分回転するまでの時間（１０５）、ＣＰＵ１３は定着器サーミスタ温度の監視を行い（１０６）、サーミスタ温度とプレ加熱目標温度を基にヒータ２１のプレ加熱目標温度を可変とする制御を行う。

すなわち、１０７においてプレ加熱目標温度に対するサーミスタ温度の下降率を算出する。この時、通常の温度環境下のサーミスタ温度は図５に示すような挙動を示し、低温環境下で加圧ローラ３０が冷えているときには図６に示すような挙動を示す。図６から明らかなように低温環境下で加圧ローラ３０が冷えているときのサーミスタ温度の下降率は図５の場合よりも大きい。サーミスタ温度の下降率ΔＴが一定値以下の時（１０７）には、加圧ローラ３０が冷えていないと判断して、ヒータ２１の温調制御を実行すると共に給送駆動用モータＭ１を駆動させ、通常の給紙タイミングで給紙を開始し（１０８）プリントを行う（１０９）。プリントが終了すれば（１１０）プリンタはプリントを終了する。

１０７でサーミスタの温度下降率ΔＴが一定値以上であった場合には、加圧ローラ３０が冷えていると判断して、ヒータ２１の温調制御を実行すると共に給送駆動用モータＭ１の駆動タイミングを一定時間遅延させて給紙開始タイミングを通常より６秒間遅らせる（１１１）。その後直ちに給送駆動用モータＭ１を駆動させて給紙が開始されることでプリントを行う（１０９）。１１１において給紙開始タイミングを遅らせた間にヒータ２１の熱が定着フィルム２３を介して加圧ローラ３０に伝わり、加圧ローラ３０が温められる。

本例の定着器プレ加熱・温調モードにおいて、サーミスタ温度とプレ加熱目標温度を基にヒータ２１のプレ加熱目標温度を可変とする制御を行う場合、サーミスタ温度とプレ加熱目標温度との最大温度差が予め設定される温度以上であるときに、ヒータ２１のプレ加熱目標温度を変更する制御を行うようにしてもよい。また、サーミスタ温度とプレ加熱目標温度との温度差を累積し、その累積温度差が予め設定される値以上であるときに、シート材２の給紙搬送を開始するまでの時間を変更するようにしてもよい。

以上説明したように、シート材２の給紙を遅らせて加圧ローラ３０を十分温めることで、加圧ローラ３０が冷えた状態でプリントを始めた場合にも、加圧ローラ３０の温度が暖まりきらずに定着器Ｃの定着ニップ部Ｎに未定着トナー像ｔを担持したシート材２が通る為に起る定着不良を防止でき、確実に充分な定着性を確保することができる。

（第２の実施例）
本例では画像形成装置の第２実施例を示す。本例の画像形成装置は、第１実施例の画像形成装置において、ＣＰＵ５０に図７に示す定着器プレ加熱・温調モードを具備させた他は第１実施例の画像形成装置と同様に構成されている。同一の部材には同じ符号を付して再度の説明を省略する。

図７において、１０１〜１０６は図４示す１０１〜１０６と同じである。

１０７では、プレ加熱目標温度とサーミスタの温度の差ΔＴの時間積ΔＴ・ｔが一定値以下であった場合には、加圧ローラ３０が冷えていないと判断して、ヒータ２１の温調制御を実行すると共に給送駆動用モータＭ１を駆動させ、通常のタイミングで給紙を行い（１０８）最大スループット３５ｐｐｍでプリントを行う（１０９）。

また１０７でサーミスタの目標温度とサーミスタの温度の差ΔＴの時間積ΔＴ・ｔが一定値以上であった場合には、加圧ローラ３０が冷えていると判断して、ヒータ２１の温調制御を実行すると共に給送駆動用モータＭ１の駆動タイミングを一定時間遅延させて給紙開始タイミングを通常より６秒間遅らせ（１１１）、さらに給送駆動用モータＭ１を駆動させてシート材を給紙搬送するスループットを３０ｐｐｍに設定する。１１１において給紙開始タイミングを遅らせた間にヒータ２１の熱が定着フィルム２３を介して加圧ローラ３０に伝わり、加圧ローラ３０が温められる。

以上説明したように、シート材２の給紙を遅らせて加圧ローラ３０を十分温めることで、加圧ローラ３０が冷えた状態でプリントを始めた場合にも、加圧ローラ３０の温度が暖まりきらずに定着器Ｃの定着ニップ部Ｎに未定着トナー像ｔを担持したシート材２が通る為に起る定着不良を防止でき、確実に充分な定着性を確保することができる。また、スループットを下げて紙間（先行シート材の後端と、このシート材の次のシート材の先端との間）で加圧ローラ３０を暖める時間を増やすことで低温環境下でも確実に定着させることができる。

各実施例に示す画像形成装置によれば、近年ファーストプリントタイムを早くする為に低熱容量化が進んでいるオンデマンド定着においては特に定着性に大きく影響する定着フィルム・加圧ローラの温度をコストアップにつながる温度検出素子（サーミスタ）を増やさずに加圧ローラ３０の温度を推測することができ、最適な定着器制御を行うことが可能となる。

[その他]
１）各実施例では、定着器Ｃとしてテンションレスタイプの加熱フィルム方式の像加熱装置を示したが、ヒータや駆動ローラ等の複数の部材間に張設したフィルムを回転駆動する方式でもよい。

２）定着器の加熱源は、セラミックヒータに限らず、フィルムに設けた導電層に磁束を作用させて電磁誘導を発生させジュール熱によりフィルム自体を発熱させる電磁誘導方式のものでもよい。

３）本発明は、熱ローラ方式の加熱定着装置を具備させた画像形成装置にも適用できる。その場合、加熱手段としての定着ローラまたは加圧手段としての加圧ローラを駆動手段としてのモータで回転駆動することができる。

第１実施例の画像形成装置の概略構成模型図。 定着器の概略構成の横断面模型図。 定着器の要部の外観斜視模型図。 第１実施例の画像形成装置の定着器プレ加熱・温調モードのフローチャート図。 通常の温度環境下のサーミスタ温度の挙動を示す説明図。 低温環境下でのサーミスタ温度の挙動を示す説明図。 第２実施例の画像形成装置の定着器プレ加熱・温調モードのフローチャート図。

符号の説明

１・・・・給紙カセット
２・・・・シート材
３・・・・給紙ローラ
４・・・・搬送ローラ
５・・・・シート材搬送路
６・・・・レジストローラ
７・・・・給紙センサ
８・・・・転写ローラ
９・・・・感光ドラム
１１・・・スキャナユニット
１４・・・排紙ローラ
２０・・・加熱ユニット
２１・・・セラミックヒータ
２３・・・定着フィルム
２４・・・サーミスタ
３０・・・加圧ローラ
５０・・・・ＣＰＵ
５１・・・ヒータ駆動回路

Claims (4)

1. 給紙搬送される記録材上に画像を形成する作像手段と、前記記録材を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温度を検知する温度検知手段と、前記加熱手段と圧接してニップ部を形成する加圧手段と、前記加熱手段または前記加圧手段を回転駆動する駆動手段と、前記温度検知手段で検出された温度を基に、前記加熱手段が予め設定される温度になるように制御を行う制御手段と、を備え、前記ニップ部で記録材を挟持搬送して画像を記録材上に加熱定着させる画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記駆動手段が停止しているときに前記加熱手段が第一の温度になるように制御を行い、かつ前記駆動手段が駆動を開始してから予め定められた一定時間において前記温度検知手段で検出された温度と前記第一の温度を基に前記加熱手段の第一の温度制御を可変とすることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記一定時間の温度と前記第一の温度との最大温度差が、予め設定される温度以上であることを検知したら、前記第一の温度を変更することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項1に記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記一定時間の温度と前記第一の温度との温度差を累積し、その累積温度差が予め設定される値以上であることを検知したら、前記記録材の給紙搬送を開始するまでの時間を変更することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項1に記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記一定時間の温度と前記第一の温度との温度差を累積し、その累積温度差が予め設定される値以上であることを検知したら、前記記録材を給紙搬送するスループットを変更することを特徴とする画像形成装置。