JP2006195162A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱ベルトを用いた定着装置では、ベルトの端部からの放熱量が大きいために、端部の温度が低いという問題がある。
【解決手段】 中央部ヒータ及び端部ヒータで加熱ベルトを加熱し、中央部温度センサと端部温度センサとで、加熱ベルトの表面温度を検知し、ウォーミングアップ時及びアイドリング時に、こられセンサの検知結果に基づいて中央部ヒータ及び端部ヒータを制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、定着装置の改良に関する。

定着装置は一般に、加熱部材と加圧部材との間に記録材を通すことにより、記録材上のトナー像を熱と圧力とにより定着する方式のものである。

均一な定着を行うには、通過する記録材の幅方向の温度分布が均一であることが必要であるが、中央部に対して端部では温度が低くなるか又は高くなる傾向があり、この端部における温度分布の不均一を防止するために、従来から様々な改良が行われてきた。

たとえば、特許文献１では、最小サイズの記録材の通過部を加熱するヒータと最小サイズの記録材の非通過部を加熱するヒータとを用い、加熱部材の表面温度を検知する温度検知手段の検知結果と記録材のサイズ情報とにより、各ヒータを制御する定着装置が提案されている。

加熱部材の表面温度が不均一になる原因には、特許文献１で説明されているように、記録材を連続して加熱部材／加圧部材間に通す連続通紙を行う定着において、小サイズ記録材の場合には、中央部においてはヒータにより加熱されるとともに記録材により熱が奪われるのに対して、端部においてはヒータにより加熱されるだけであるので、中央部に対して端部の温度が高くなるというものがあるが、その他に、中央部に比較して端部においては、加熱部材から外部への放熱量が大きいという原因がある。この原因に対して、従来技術では、加熱ローラの端部を絞り加工することにより、端部における放熱を抑制することが行われている。
特開平７−２０６７３号公報

加熱ローラを用いたローラ定着方式に対して、加熱ベルトを用いたベルト定着方式がある。ローラ定着方式では、加熱部材がローラであるために、その形態上の制限から、定着後の記録材を加熱部材から分離する分離性を高くすることが困難である等の理由により、高速定着が困難であるという問題や、カラー画像の定着のようにトナー量の多い画像の定着の場合に問題が生ずる。ベルト定着方式はこのような問題を解決することができる定着手段として注目され、開発されている。

しかるに、ベルト定着方式では、ローラ定着方式に比較して、端部における熱の散逸量が大きいために、従来技術によっては、中央部から端部に亘って、温度分布を均一にすることが困難であることが判明した。

従って、本発明は、ベルト定着方式の定着装置において、均一な温度分布を維持することが可能であり、均一な定着を行う画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的は下記の発明により達成される。
（請求項１）
記録材にトナー像を形成する画像形成部、トナー像を記録材に定着する定着装置及び制御手段を有する画像形成装置であって、該定着装置は、
記録材にトナー像を加熱し定着する加熱ベルト、
該加熱ベルトを支持し、加熱する加熱部材、
該加熱部材の中央部を加熱する中央部ヒータ、
前記加熱部材の端部を加熱する端部ヒータ、
前記加熱ベルトに接触し、前記加熱ベルトとの間にニップを形成する加圧部材
前記加熱ベルトの前記中央部の温度を検知する中央部温度センサ及び、
前記加熱ベルトの前記端部の温度を検知する端部温度センサを有して、前記ニップに記録材を通して、トナー像を記録材に定着し、
前記制御手段は、前記中央部温度センサの検知結果及び前記端部温度センサの検知結果に基づいて、前記中央部ヒータ及び前記端部ヒータを制御する画像形成装置において、
前記制御手段は、ウォーミングアップ時及びアイドリング時に、前記中央部温度センサの検知結果に基づいて前記中央部ヒータを制御し、前記端部温度センサの検知結果に基づいて前記端部ヒータを制御することを特徴とする画像形成装置。
（請求項２）
前記制御手段は、定着時に、前記中央部温度センサの検知結果に基づいて前記中央部ヒータを制御し、前記中央部温度センサの検知結果及び前記端部温度センサの検知結果に基づいて前記端部ヒータを制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

請求項１又は請求項２の発明により、中央部と端部とに温度差がほとんどなく、加熱ベルトの表面温度分布を均一にすることが可能となり、均一な定着を行い、高品質の画像を形成することが出来る画像形成装置が実現される。

請求項２の発明により、連続画像形成において、均一な定着を行い、高品質の画像を形成することが出来る画像形成装置が実現される。

図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略を示す。

画像形成装置は、原稿自動搬送装置Ａ、画像読取部Ｂ及び画像形成部Ｃからなる。画像形成部Ｃにおいて、１は感光体であり、感光体としては有機光導電体を樹脂に分散した感光層を有する有機感光体が環境性及びコストの観点から好ましいが、これに限られることなく、任意の公知の感光体を用いることができる。

なお、感光体１としては図示のドラム状の感光体に限られず、ベルト状の感光体であってもよい。２は感光体１を帯電し、感光体１上に一様な電位を形成する帯電装置である。帯電装置２としては、制御グリッドと放電電極を有するスコロトロン帯電器や電圧を印加したローラを用いた接触帯電方式の帯電器が好ましい。

３は感光体１を露光する露光装置である。露光装置としては、レーザダイオードを光源とし、ポリゴンミラー、レンズ及びミラーで構成される走査光学系を有する走査露光装置や発光ダイオードアレイ及び結像性光学繊維を有する走査光学装置が好ましいがこれに限られることなく、任意の公知の露光装置を用いることができる。露光装置３は画像データに従って、感光体１をドット露光する。

４は現像装置であり、二成分現像剤又は一成分現像剤を収容し、感光体１上の静電潜像を現像し、感光体１上にトナー像を形成する。５は、コロナ帯電器からなる転写装置である。転写装置５は記録材Ｐに対して、感光体１上のトナーと逆極性の帯電を行い、トナー像を記録材Ｐに転移させる。６は、コロナ帯電器からなる分離装置であり、記録材Ｐに対して交流コロナ帯電を行って、記録材Ｐを除電し、感光体１から分離する。

７は定着装置であり、加熱ベルト７１、加熱部材としての加熱ローラ７２、上加圧ローラ７３及び加圧部材としての下加圧ローラ７６を有する。

８はクリーニング装置である。転写後の感光体１上には、未転写トナーや転写残トナーが付着しており、次の像形成を行うためには、感光体１をクリーニングする必要がある。クリーニング装置８は、ウレタンゴム等の弾性ブレードからなるクリーニングブレードを有する。

９は記録材Ｐを収納する記録材収納部であり、トレイ又はカセットからなり、画像形成装置から引き出して記録材Ｐを補給することができる。

定着装置７の構造を図２を用いて説明する。

図２において、７１はエンドレスの加熱ベルトであり、加熱部材としての加熱ローラ７２及び定着位置において加熱ベルトを支持する上加圧ローラ７３に張架される。７４は加熱ローラ７２内に配置され、加熱ベルト７１の中央部を加熱する中央部ヒータ、７５は加熱ローラ７２内に配置され、加熱ベルト７１の端部を加熱する端部ヒータである。７６は定着位置において、加熱ベルト７１に接触する加圧部材としての下加圧ローラ、７７は下加圧ローラ７６内に配置され、下加圧ローラ７６を加熱する加圧部材ヒータである。

図３に模式的に示すように、中央部ヒータ７４の加熱範囲Ｈ１と、端部ヒータ７５の加熱範囲Ｈ２とは重ならないように、これらヒータ７４、７５が加熱ローラ７２内にその回転軸方向に並列して配置される。

中央部ヒータ７４の加熱範囲Ｈ１と端部ヒータ７５の加熱範囲Ｈ２とは、基本的には、記録材が通過する通紙部が加熱範囲Ｈ１であり、通紙部の外が加熱範囲Ｈ２であるように設定されるが、個々の画像形成装置では、装置の用途等に応じて、加熱範囲Ｈ１と加熱範囲Ｈ２とが設定される。

画像形成装置では、様々なサイズの記録材が使用されるので、最も使用される頻度の多いサイズの記録材に対して中心部から端部まで一様な温度分布となるように加熱範囲Ｈ１、Ｈ２が設定される。これにより、種々のサイズの記録材に対しても、均一な定着が行われるようになる。

例えば、事務用紙が多く使用されるプリンタや複写機においては、加熱範囲Ｈ１がほぼＡ４サイズの短辺（２１０ｍｍ）に等しく設定され、Ｈ２はＡ４サイズの短辺の外に設定される。中央部ヒータ７４及び端部ヒータ７５には、ハロゲンランプ、抵抗発熱体等が用いられる。また、中央部ヒータ７４及び端部ヒータ７５として誘導発熱体を用いることが可能であり、この場合には、加熱ローラ自身がヒータとなる。

勿論、Ａ４サイズ以外のサイズの記録材が多く使用される場合には、前記とは異なる加熱範囲Ｈ１、Ｈ２が設定される。

図４に示すように、中央部温度センサ７８及び端部温度センサ７９が加熱ベルト７１の表面温度を検知し、加圧部材温度センサ８０が加圧ローラ７６の表面温度を検知する。中央部温度センサ７８は加熱ベルト７１の中央部の温度を検知し、端部温度センサ７９は加熱ベルト７１の端部の表面温度を検知する。例えば、中央部温度センサ７８は通紙幅方向の中心位置の加熱ベルト７１の表面温度を検知し、端部温度センサ７９は端から１０ｍｍの位置の加熱ベルト７１の表面温度を検知する。

定着においては、加熱ベルト７１が矢印で示すように、循環移動するとともに、加熱ローラ７２、上加圧ローラ７３及び下加圧ローラ７６がそれぞれ矢印で示すように回転して記録材Ｐを加熱ベルト７１と下加圧ローラ７６とにより形成されるニップＮＰを矢印のように通過させ、熱と圧力とにより、記録材Ｐにトナー像を定着する。

加熱ベルト７１は、金属又は耐熱性樹脂からなる。金属としては、ステンレス、アルミ等が用いられ、耐熱性樹脂としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等が用いられる。なお、基体上にシリコンゴム等の耐熱弾性層を設けてもよく、更に、該耐熱弾性層の上に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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の離型性表面層を設けたものが用いられる。

加熱ローラ７２はアルミ、鉄、ステンレス等の金属パイプあるいは該金属パイプの表面にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の離型性表面層を設けたパイプからなる。

上加圧ローラ７３及び下加圧ローラ７６はアルミ、鉄、ステンレス等の金属パイプ、該金属パイプの表面にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の離型性表面層を設けたパイプあるいは前記金属パイプの上にシリコンゴム等の耐熱弾性層及びその上にＰＦＡ等の離型性表面層を設けたパイプからなる。

中央部温度センサ７８、端部温度センサ７９及び加圧部材温度センサ８０はサーミスタ又はサーモカップルからなり、接触又は非接触で温度を検知する。

図５は本実施の形態に係る定着装置の制御系のブロック図である。

図５において、制御手段８１は中央部ヒータ７４、端部ヒータ７５及び加圧部材ヒータ７７のＯＮ／ＯＦＦ制御を中央部温度センサ７８、端部温度センサ７９及び加圧部材温度センサ８０の検知結果に基づいて行う。制御は次のように行われる。
（１）ウォーミングアップ時及びアイリドリング時
ウォーミングアップは、画像形成装置の電源スイッチがＯＮされた時及び省エネルギーモードが解除された時に開始する。なお、電源スイッチには、画像形成装置全体の電源をＯＮ／ＯＦＦするメインスイッチ及び制御部の電源をＯＮ状態に維持し、動力負荷の電源のみをＯＮ／ＯＦＦする副電源スイッチが含まれる。

ウォーミングアップは、中央部温度センサ７８により検知された温度が所定温度Ｔ１に達し、且つ、端部温度センサ７９により検知された温度が第２所定温度Ｔ２に達した時に終了する。

ウォーミングアップ時においては、制御手段８１は、中央部ヒータ７４を中央部温度センサ７８の検知結果に基づいて制御し、端部ヒータ７５を端部温度センサ７９の検知結果に基づいて制御する。即ち、制御手段８１は中央部ヒータ７４のＯＮにより加熱ベルト７１の中央部の温度が第１閾値温度以上Ｔ１に上昇したときに、中央部ヒータ７４をＯＦＦする。また、制御手段８１は端部ヒータ７５のＯＮにより加熱ベルト７１の端部の温度が第２閾値温度Ｔ２以上に上昇したときに、端部ヒータ７５をＯＦＦする。

アイドリング時においては、制御手段８１は、中央部ヒータ７４を中央部温度センサ７８の検知結果に基づいて制御し、端部ヒータ７０を端部温度センサ７９の検知結果に基づいて制御する。即ち、制御手段８１は中央部ヒータ７４のＯＮにより加熱ベルト７１の中央部の温度が第３閾値温度Ｔ３以上に上昇したときに、中央部ヒータ７４をＯＦＦし、加熱ベルト７１の中央部の温度が第３閾値温度Ｔ３より低くなったときに、中央部ヒータ７４をＯＮする。また、制御手段８１は端部ヒータ７５のＯＮにより加熱ベルト７１の端部の温度が第４閾値温度Ｔ４以上に上昇したときに、端部ヒータ７５をＯＦＦし、加熱ベルト７１の端部の温度が第４閾値温度Ｔ４より低くなったときに、端部ヒータ７５をＯＮする。
（２）定着時（通紙時）
定着時は、コピー釦が押され時又はパーソナルコンピュータ、ファクシミリ等の外部機器からの画像形成命令があった時に開始し、画像形成完了により終了する期間である。予約ジョブが連続する場合には、連続した予約ジョブの実行中は定着時である。

定着時において、制御手段８１は、中央部ヒータ７４を中央部温度センサ７８の検知結果に基づいて制御し、端部ヒータ７５を中央部温度センサ７８の検知結果及び端部温度センサ７９の検知結果に基づいて制御する。即ち、制御手段８１は加熱ベルト７１の中央部の温度が第５閾値温度Ｔ５以上に上昇たときに、中央部ヒータ７４をＯＦＦし、中央部の温度が第５閾値温度Ｔ５より低くなったときに、中央部ヒータ７４をＯＮする。また、制御手段８１は加熱ベルト７１の中央部の温度が第６閾値温度Ｔ６以上に上昇したとき又は端部の温度が第７閾値温度Ｔ７以上に上昇したときに、端部ヒータ７５をＯＦＦし、中央部の温度が第６閾値温度Ｔ６より低くなり、且つ、端部の温度が第７閾値温度Ｔ７より低くなったときに端部ヒータをＯＮする。

なお、定着時における前記に説明した方法に変えて、従来周知の定着時制御方法を用いることができる。

制御の例を表１〜３に示す。

表１〜３において、温度が示されている枠は示された温度範囲内の温度を閾値として閾値より低い温度ではヒータをＯＮし、閾値以上のときに、ヒータをＯＦＦする制御を示し、ブランクの枠は、制御を行っていないことを示す。

表３の３段目の枠は、次のような制御を示している。

端部ヒータ７５を中央部温度センサ７８の出力に基づいて、１８０〜２００℃の閾値を用いて制御するとともに、端部温度センサ７９の出力に基づいて、中央部温度センサに用いた閾値＋１０〜２０℃の閾値を用いて制御する。即ち、中央部温度センサ７８が閾値１８０〜２００℃以下の温度を検知し、且つ、端部温度センサ７９が閾値１９０〜２２０℃以下の温度を検知した場合に、端部ヒータ７５をＯＮし、中央部温度センサ７８及び端部温度センサ７９の少なくともいずれか一つが前記閾値以上の温度を検知した場合に端部ヒータをＯＦＦする。

なお、加圧部材ヒータ７７は中央部ヒータ７４の制御用の閾値−２０℃を閾値として、加圧部材温度センサ８０の検知結果に基づいてＯＮ／０ＦＦ制御される。

表１〜３から明らかなように、ウォーミングアップ及び定着時において、中央部ヒータ７４をＯＮ／ＯＦＦ制御するために中央部温度センサ７８の出力を弁別する温度閾値Ｔ１とＴ５とをほぼ等しくし、アイドリング時において中央部ヒータ７４をＯＮ／ＯＦＦ制御するために端部温度センサ７９の出力を弁別する温度閾値Ｔ３をＴ１、Ｔ５よりも若干低く設定している。同様に、アイドリング時において、端部ヒータ７５をＯＮ／ＯＦＦ制御するために端部温度センサ７９の出力を弁別する温度閾値Ｔ４をウォーミングアップ時の温度閾値Ｔ２及び定着時における温度閾値Ｔ７よりも低く設定している。

また、定着時において端部ヒータ７５をＯＮ／０ＦＦ制御するために、端部温度センサ７９の出力を弁別するセンサ温度閾値Ｔ７を中央部ヒータ７８の制御のための温度閾値Ｔ５よりも若干高く設定している。

このような制御により、ウォーミングアップ時及びアイドリング時に、加熱ベルト７１の端部における温度低下が起こらず、且つ、定着時に端部における過熱が発生せず、良好な定着が行われる

次のような構成の定着装置を用いて定着を行った。
（１）実施例
・加熱ベルト：ポリイミド基体（厚さ７０μｍ）＋シリコンゴム中間層（厚さ０．２ｍｍ、硬度３０°）＋ＰＦＡ表面層（厚さ３０μｍ）、幅：３６０ｍｍ、
・加熱ローラ：アルミ基体（厚さ２ｍｍ）＋ＰＦＡ表面層（厚さ３０μｍ）、幅：３７０ｍｍ、直径：４５ｍｍ、
・上加圧ローラ：アルミ基体（厚さ６ｍｍ）＋シリコンゴム中間層（厚さ４ｍｍ、硬度５°）＋ＰＦＡ表面層（厚さ７０μｍ）、幅３７０ｍｍ、直径３５ｍｍ
・下加圧ローラ：アルミ基体（厚さ２ｍｍ）＋シリコンゴム中間層（厚さ２ｍｍ、硬度１０°）＋ＰＦＡ表面層（厚さ３０μｍ）、幅３７０ｍｍ、直径５０ｍｍ
ウォーミングアップ時の制御を表４に示すように行い、アイドリング時の制御を表５に示すように行い、定着時の制御を表６に示すように行った。表６における３段目の制御も表３に関して前記に説明したように、端部ヒータ７５の制御を中央部温度センサ７８及び端部温度センサ７９の出力に基づいて行った。

制御の結果を図６〜８に示す。図６は連続通紙時の加熱ベルト７１の表面温度分布を示し、図７はウォーミングアップ時の加熱ベルト７１の表面温度を示し、図８はアイドリング時の加熱ベルト７１の表面を温度を示す。

図６において、実線Ｌ１は８．５×１１サイズの用紙（幅１１インチ＝２７９．４ｍｍ）を通紙した場合、点線Ｌ２は８．５×１１Ｒサイズの用紙（幅８．５インチ＝２１５．９ｍｍ）を通紙した場合、破線Ｌ３は８．５×５．５Ｒサイズの用紙（幅５．５インチ＝１３９．７ｍｍ）を通紙した場合の加熱ベルト７１表面の温度分布をそれぞれ示す。

図７において、実線Ｌ４は実施例における加熱ベルト７１表面の温度分布を示し、点線Ｌ５は比較例における加熱ベルト７１の表面温度分布を示す。また、図８において、実線Ｌ６は実施例における加熱ベルト７１の表面温度分布を示し、点線Ｌ７は比較例における加熱ベルト７１の表面温度分布を示す。

なお、比較例ではウォーミングアップ時及びアイドリング時にともに、表６に示す制御を行った。

図６〜８から明らかなように、実施例では、連続通紙時及びウォーミングアップ時ともに、加熱ベルト７１の表面温度を均一に維持することができた。これに対して比較例では、ウォーミングアップ時に加熱ベルト７１の両端部において、温度が低くなった。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略を示す 定着装置７の構造を図２ 中央部ヒータと端部ヒータの加熱範囲を模式的に示す図である。 中央部温度センサと端部温度センサの配置を示す図である。 本実施の形態に係る定着装置の制御系のブロック図である。 加熱ベルトの表面温度分布を示す図である。 加熱ベルトの表面温度分布を示す図である。 加熱ベルトの表面温度分布を示す図である。

符号の説明

７ 定着装置
７１ 加熱ベルト
７２ 加熱ローラ
７３ 上加圧ローラ
７４ 中央部ヒータ
７５ 端部ヒータ
７６ 下加圧部材
７７ 加圧部材温度センサ
７８ 中央部温度センサ
７９ 端部温度センサ
８１ 制御手段

Claims (2)

1. 記録材にトナー像を形成する画像形成部、トナー像を記録材に定着する定着装置及び制御手段を有する画像形成装置であって、該定着装置は、
   記録材にトナー像を加熱し定着する加熱ベルト、
   該加熱ベルトを支持し、加熱する加熱部材、
   該加熱部材の中央部を加熱する中央部ヒータ、
   前記加熱部材の端部を加熱する端部ヒータ、
   前記加熱ベルトに接触し、前記加熱ベルトとの間にニップを形成する加圧部材
   前記加熱ベルトの前記中央部の温度を検知する中央部温度センサ及び、
   前記加熱ベルトの前記端部の温度を検知する端部温度センサを有して、前記ニップに記録材を通して、トナー像を記録材に定着し、
   前記制御手段は、前記中央部温度センサの検知結果及び前記端部温度センサの検知結果に基づいて、前記中央部ヒータ及び前記端部ヒータを制御する画像形成装置において、
   前記制御手段は、ウォーミングアップ時及びアイドリング時に、前記中央部温度センサの検知結果に基づいて前記中央部ヒータを制御し、前記端部温度センサの検知結果に基づいて前記端部ヒータを制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、定着時に、前記中央部温度センサの検知結果に基づいて前記中央部ヒータを制御し、前記中央部温度センサの検知結果及び前記端部温度センサの検知結果に基づいて前記端部ヒータを制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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