JP2006220688A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制限された電力の範囲内で分離不良や光沢度の低下を防ぎ高品質な画像を得ることができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】記録材上に担持された未定着画像側に接して未定着画像を定着せしめる定着部材と、定着部材と対向して配置された加圧部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱源と、加圧部材を加熱する加圧部材加熱源と、少なくとも定着部材加熱源への入力電力を制御する電力制御部を有する定着手段を備えており、画像を担持した記録材を出力する画像形成装置において、少なくとも第１の画像形成モードと第１の画像形成モードよりも生産性の低い第２の画像形成モードを有し、上記電力制御部が、画像形成モードによって、定着部材加熱源と加圧部材加熱源への供給電力の配分を変えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録材に画像を形成し、この画像を加熱して出力する複写機やプリンタ等の画像形成装置に関する。特に、１枚の記録材に１色の画像を形成するだけでなく複数色の画像も形成できる画像形成装置に有効である。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、画像記録方式として、高速性、画像品質、コスト面等で有利な電子写真方式が採用されている。

以下、従来のカラー画像形成装置と、このカラー画像形成装置に用いられる定着装置を図面に基づいて説明する。

図４は従来のカラー画像形成装置を示す概略構成図である。

像担持体である感光ドラム１０１は、不図示の駆動手段によって図示矢印方向に駆動され、一次帯電器１０２により一様に帯電される。次いで、露光装置１０３よりイエローの画像模様に従ったレーザ光Ｌが感光ドラム１０１に照射され、感光ドラム１０１上に潜像が形成される。更に、感光ドラム１０１が矢印方向に進むと、回転支持体１１１により支持された現像装置１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄのうち、イエロートナーが入った現像装置１０４ａが感光ドラム１０１に対向するように回転し、選択された現像装置１０４ａによって可視化される。

中間転写ベルト１０５は、感光ドラム１０１と略同速で矢印方向に回転しており、感光ドラム１０１上に形成担持されたトナー画像を一次転写ローラ１０８ａに印加される１次転写バイアスによって、中間転写ベルト１０５の外周面に一次転写する。以上の行程をイエロー色、マゼンタ色、シアン色、黒色について行うことによって中間転写ベルト１０５上には複数色のトナー像が形成される。

次に、所定のタイミングで転写材カセット１１２内からピックアップローラ１１３によって転写材が給紙される。同時に二次転写ローラ１０８ｂに二次転写バイアスが印加され、中間転写ベルト１０５から転写材へトナー画像が転写される。更に、転写材は、搬送ベルト１１４によって定着装置１０６まで搬送され、溶融固着されることによりカラー画像が得られる。

又、中間転写ベルト１０５上の転写残トナーは、中間転写クリーニングローラ１１５により電荷が付与され、次回の一次転写時に感光ドラム上に逆転写される。一方、感光ドラム１０１上の転写残トナーは、公知のブレード手段のクリーニング装置１０７によって清掃される。

次に、上記カラー画像形成装置に用いられる従来の定着装置１０６について詳しく説明する。

図５は従来における定着装置１０６を示す概要図であり、加熱ロール１０は、内部に熱源としてのヒータ１４を有し、アルミニウム等の芯金１１とその外周のシリコンゴム等の弾性層１２、更に弾性層１２の表面に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（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂の離型層１３を設けることで構成されている。

又、加圧ロール２０も同様に、内部にヒータ２４を有し、芯金２１、弾性層２２、離型層２３で構成され、不図示の加圧手段により加熱ロール１０に圧接して加熱ロール１０との間にニップ部Ｎを形成しつつ回転する。

そして、加熱ロール１０、加圧ロール２０の各表面には、温度検出器としてのサーミスタ１５，２５が当接され、検出されたローラ表面温度に基づいて、不図示のヒータ駆動回路により各ローラ表面温度が温調目標温度になるように各々温調制御される。各ローラ表面温度が温調目標温度に達した後、トナー画像Ｔが転写された転写材Ｐが定着装置１０６のニップ部Ｎに搬送され、ニップ部Ｎにおいて熱と圧力を加えることにより、トナー画像が転写材Ｐ上に定着される。

この定着装置１０６によれば、加熱ロール１０、加圧ロール２０共に熱源を有しているため、各々独立して温調することができ、安定した温調制御が可能である。

又、一般的にカラー画像出力は白黒画像出力より時間が掛かるため、１枚の記録材に複数色の画像を形成するカラー画像形成装置で白黒画像を出力すると、カラー画像を出力する場合よりもスループットを多くできる。このようなカラー画像形成装置においては、スループット数が多い白黒画像形成モードとトナーの載り量の多いカラー画像形成モードの両方の定着性を確保する必要がある。

特開平０７−２７１１３４号公報

ところで、一般にオフィス用の複写機やプリンタ等では、電源の制約から、消費電力として、例えば１．５ｋＶＡ以下になるように設計されている。このような制約から、定着装置で使用可能な消費電力に制約を受ける。立ち上げ等、非定着動作中においては、画像形成装置を構成する帯電、転写、現像装置等の消費電力が少ないために、定着装置で使用可能な電力が例えば１０００Ｗ前後許容されるが、定着動作中においては、定着装置以外での消費電力が多くなるため、定着装置で使用可能な消費電力が例えば６００Ｗ程度に制限されてしまう。

このため、加熱ロール、加圧ロール共に加熱源としてのヒータを持つカラー定着装置では、定着動作中にそれぞれのヒータを独立に制御することが困難である。例えば、加熱ロールに６００Ｗのヒータ、加圧ロールに４００Ｗのヒータを独立に制御すると、非定着動作中には問題が生じないものの、定着動作中には定着装置だけで１０００Ｗの電力を消費することになり、許容される消費電力を超えてしまう。

又、定着動作中に加圧ロールの４００Ｗヒータを点灯させないで、加熱ロールの６００Ｗヒータのみを制御することで、定着動作中に最大で６００Ｗを超えないが、連続的に通紙を行うと加熱ロールの表面温度は下がらずに維持できるものの、加圧ロールの表面温度が低下してしまう。このとき、通紙枚数に伴い、加圧ロール温度が低下し、光沢度が低くなっていくという問題が発生した。

更に、連続通紙を続けると、トナー載り量の多い画像において、転写材が加熱ロールに巻き付いてしまうという問題が発生した。

そこで、本発明は、制限された電力の範囲内で分離不良や光沢度の低下を防ぎ高品質な画像を得ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、記録材上に担持された未定着画像側に接して未定着画像を定着せしめる定着部材と、定着部材と対向して配置された加圧部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱源と、加圧部材を加熱する加圧部材加熱源と、少なくとも定着部材加熱源への入力電力を制御する電力制御部を有する定着手段を備えており、画像を担持した記録材を出力する画像形成装置において、少なくとも第１の画像形成モードと第１の画像形成モードよりも生産性の低い第２の画像形成モードを有し、上記電力制御部が、画像形成モードによって、定着部材加熱源と加圧部材加熱源への供給電力の配分を変えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の画像形成モードが単色画像出力モードであり、前記第２の画像形成モードがフルカラー画像出力モードであることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の画像形成モードが通常画像出力モードであり、前記第２の画像形成モードが高画質画像出力モードであることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記加圧部材が加圧ベルトであることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、生産性の高い第１の画像形成モードでの定着部材の温度低下を防ぎ、第２の画像形成モードでは余分な電力を電力制御部により加圧部材にも供給することで、制限された電力の範囲内で効果的に、定着部材及び加圧部材の温度低下を防ぎ、それぞれのモードにおいて、画像不良なく、分離性能を確保することができる。

請求項２記載の発明によれば、単色画像形成時には生産性を落とすことなく出力し、単色画像形成時に比べ生産性が低いフルカラー画像出力時は、定着部材の温度を維持するだけの充分な電力があるため、余分な電力を加圧部材に供給することで、制限された電力の範囲内で効果的に加圧部材温度低下を防ぎ、光沢度差の少ない高品質な画像を提供することができる。

請求項３記載の発明によれば、通常画像形成時には生産性を落とすことなく出力し、通常画像形成時に比べ生産性の低い高画質画像出力時には、定着部材の温度を維持するだけの充分な電力があるため、余分な電力を加圧部材に供給することで、加圧部材温度低下を防ぎ、制限された電力の範囲内で効果的に連続通紙時に光沢度差の少ない高品質な画像を提供することができる。

請求項４記載の発明によれば、第１の画像形成モードでの定着部材加熱源に殆どの電力を供給することで、余計に生産性を落とすことなく、定着部材の温度低下を防ぎ、第２の画像形成モードでは余分な電力を電力制御部により加圧ベルトにも供給することで、熱容量が少なく温度低下し易い加圧ベルトの温度低下も防ぐことができるので、出力画像の先端と後端の光沢度の差を減らし、高品質な画像を提供することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施の形態のみに限定されるものではない。

＜実施の形態１＞
本発明のカラー画像形成装置は、図４に示すカラー画像形成装置に具現化するものとする。

図１は定着内の断面図であり、本実施の形態では、加熱ロール１０、加圧ロール２０、ハロゲンヒータから成る加熱ロール加熱用ヒータ１４及び加圧ロール加熱用ヒータ２４、サーミスタ１５，２５から成る温度検知素子、加圧バネから成る加圧手段（不図示）、ハロゲンヒータに電力を供給する電源３０から主に構成されている。

加熱ロール１０として、芯金１１は外径３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの鉄を、弾性層１２としてのシリコーンゴム２ｍｍ、離型層１３にはＰＦＡチューブ３０μｍを被覆したものを、加圧ロール２０としては、芯金２１は外径２６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの鉄を、弾性層２２としてのシリコーンゴム３ｍｍ、離型層２３にはＰＦＡチューブ３０μｍを被覆したものをそれぞれ用いた。

サーミスタ１５は、加熱ロール１０の表面温度を検知し、サーミスタ２５は加圧ロール２０の表面温度を検知する。本実施の形態の定着装置においては、サーミスタ１５により検知された加熱ロール１０の表面温度及びサーミスタ２５により検知された加圧ロール２０の表面温度に基づいて、図示しない温度制御手段としての制御回路でハロゲンヒータ１４，２４を随時フィードバック制御することによって、加熱ロール１０の表面温度及び加圧ロール２０の表面温度を略一定の温度にそれぞれ保持するように設定されている。

不図示の加圧バネは、加圧ロール２０を所定の付勢力で押圧すべく、加圧ロール２０の軸部の両端に一対配設されて加圧ロール２０を加圧している。この加圧バネにより、加圧ロール２０が、加熱ロール１０を押圧する向きに加圧力略２５０Ｎで付勢され、６ｍｍ程度のニップを形成している。

又、本実施の形態では、定着中電力は６００Ｗ以下に制限されているものとし、白黒画像はＡ４用紙横送りで３０枚／分、カラー画像はＡ４用紙横送りで７枚／分で出力されるとする。又、プロセススピードは、１５０ｍｍ／ｓを想定している。

このように構成されたときの加熱ロール１０と加圧ロール２０の連続通紙時の温度低下の測定についての実験を図１に示す定着装置を用いて行った。

図６のａは、加熱ロール１０の表面温度を１８０℃に制御しプロセススピード１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転させた状態から、坪量６４ｇ／ｍ² のＡ４サイズ紙を３０枚／分で横送りに連続通紙した場合の通紙部中央の加熱ロール及び加圧ロール２０の表面温度測定結果を示す。加熱ロール加熱用ヒータ１４に６００Ｗのものを用いた場合、加熱ロール１０表面温度は略１８０℃で安定しているものの、加圧ロール２０表面温度は低下し、通紙前は１６２℃だったのに対し２００枚通紙後には９５℃になっていた。

図６のｂは、加熱ロール加熱用ヒータ１４に４００Ｗヒータを、加圧ロール加熱用ヒータ２４に２００Ｗヒータを用いて、同様に表面温度の測定を行った結果を示す。このとき、加圧ロール２０の表面温度が１６０℃になるように制御している。

スループットが４０枚／分の場合、加熱ロール１０に供給する電力が不足しているため、加熱ロール１０表面温度が１５８℃程度まで低下してしまっていることが分かる。又、加圧ロール２０には、加熱用ヒータ２４に電力が供給されているため温度低下は少なく、２００枚通紙後は表面温度１３５℃程度で安定していた。

表１は、Ａ４用紙を横送りで連続的に２００枚通紙したときの、加熱ロール１０、加圧ロール２０それぞれの温度低下を示す。又、その直後に白黒画像（先端１００ｍｍベタ黒画像、トナー載り量０．６ｍｇ／ｃｍ² ）を通紙したときの分離性及び定着性についての結果を示した。白黒画像においては、全ての条件において加熱ロール１０に巻き付くことはなかったが、加熱ロール１０の温度が低下して、１６０℃を下回る条件では、トナー画像が加熱ロール１０にオフセットして２周目の白地部に現れてしまうコールドオフセットが発生してしまった。

表１の結果から、白黒画像形成モードとして想定している出力スピード４０枚／分の条件では、加熱ロール加熱用ヒータ１４に定着動作中に用いることができる最大の電力を供給することによって、加熱ロール１０の温度低下を防ぎ、定着不良の発生を防ぐことができる。

次に、カラー画像形成モードとして想定している、Ａ４サイズ紙（坪量６４ｇ／ｍ² ）の出力スピードを７枚／分とし、連続通紙した場合の通紙部中央の加熱ロール１０及び加圧ロール２０の表面温度を図７のａに示す。

加熱ロール１０表面温度は略１８０℃で安定しているものの、加圧ロール２０表面温度は低下し、通紙前は１６０℃だったのに対し２００枚通紙後には１１５℃になっていた。

図７のｂは、加熱ロール加熱用ヒータ１４に４００Ｗヒータを、加圧ロール加熱用ヒータ２４に２００Ｗヒータを用いて、出力スピードを７枚／分として表面温度の測定を行った結果を示す。このとき、加圧ロール２０の表面温度が１６０℃になるように制御している。このとき、加熱ロール１０表面温度は略１８０℃、加圧ロール２０表面温度は略１５２℃で安定していた。

表２は、１分間の通紙枚数を７枚として、同様な実験方法で、カラー画像（先端１００ｍｍベタ赤、トナーのり量１．２ｍｇ／ｃｍ² ［Ｙｅｌｌｏｗ：０．６ｍｇ／ｃｍ² 、Ｍａｇｅｔａ：０．６ｍｇ／ｃｍ² ］）を通紙し、そのときの分離性及び定着性についての結果を示した。カラー画像においては、通紙間隔が長く、加熱ロール加熱用ヒータ１４の電力が４００Ｗ以上であれば、加熱ロールの温度を充分に回復できるためコールドオフセット等の画像不良は発生しない。

しかし、加圧ロール加熱用のヒータ２４の電力が１００Ｗ以下のものでは分離不良が発生した。これは、加圧ロール２０の温度低下した結果、充分な熱量が供給できなかったため、トナー載り量の多いカラー画像では分離不良が生じたと考えられる。

表２の結果から、カラー画像形成モードとして想定している出力スピード７枚／分の条件では、加熱ロール加熱用ヒータ１４の温度低下が生じないように、４００Ｗ以上の電力を供給し、残りの電力を加圧ロール加熱用ヒータ２４に供給することで、加熱ロール１０の温度低下を防ぎ、定着不良の発生を防ぐことが可能であり、且つ、加圧ロール２０の温度低下を少なく抑えることで、分離不良の発生を防ぐことができる。

以上の結果から白黒画像定着モードとして想定している出力スピード４０枚／分では、加熱ロール加熱用ヒータ１４にのみ定着中の最大電力６００Ｗを供給し、カラー画像定着モードとして想定している出力スピード７枚／分では、加熱ロール加熱用ヒータ１４に４００Ｗ、加圧ロール加熱用ヒータ２４に２００Ｗの電力をそれぞれ分配して供給することにより、定着動作中の電力の制限を上回ることなく定着動作中の電力を有効に使用するこてができるため、白黒画像形成モード、カラー画像形成モードにおける定着不良を防ぎ、分離性を確保することが可能になる。

実際に上記の定着装置を有する、カラー画像形成装置を用いて本実施形態について説明する。

図４のカラー画像形成装置では、上記で想定したようにプロセススピードは１５０ｍｍ／ｓであり、白黒画像形成モードで出力スピードＡ４横送り３０枚／分、カラー画像形成モードで出力スピードＡ４横送り７枚／分であり、定着中電力は６００Ｗ以下に制限されている。図４のカラー画像形成装置では、白黒画像形成モードで出力スピードＡ４横送り４０枚／分であるが、カラー画像形成モードでは、１つの感光体ドラム１０１により中間転写体１０５上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの四色を作像し、一括して転写材Ｐ上に転写する構成なので、カラー画像形成モードのＡ４横送り出力スピードは１／４以下の７枚／分になっている。

以下に本実施の形態におけるヒータの電力を制御方法について述べる。

ヒータの電力制御をするに当たり、例えば電源に定電圧電源３０を用いることができる。

ヒータに印加する電源として定電圧電源を使用すれば、ヒータ印加電圧を一定にできるため、ヒータの消費電力を所望の値に制御することが可能である。

以下に定電圧電源と加熱手段であるヒータの制御について説明する。

図４はヒータに一定電圧を印加する定電圧回路を含む降圧型定電圧電源の概要を示す図である。

商用電源５０からの交流波形は、以下のようにして定電圧化され、画像形成装置に具備された定着装置内の加熱手段であるハロゲンヒーター５７に印加される。

電源は主に交流波形を整流する整流部と電圧を降圧し定電圧化する定電圧部に分けられる。

入力交流波形はダイオードブリッジ５１により整流された後、定電圧化手段を構成する定電圧回路５２及びコイル５５により所望の一定出力電圧を得る。

定電圧回路５２は、電圧検知回路５４で検知した出力電圧値を所望の一定電圧にするため、出力電流波形を入力電圧波形と相似波形になるようにチョッピングＦＥＴ５３のオンデューティーを制御している。

コイル５５は整流された入力電圧波形をチョッピングすると同時に降圧するためにエネルギーを蓄えるインダクタンスコイルである。

又、定電圧回路５２には、出力電流、入力実効値電圧、入力電圧波形の検出を行う、検出抵抗、コンデンサが含まれるが詳細は省略する。

５７は画像形成装置内の加熱手段であるハロゲンヒーターであり、定電圧回路５２とスイッチング手段であるＦＥＴ５８を介して接続されており、ＦＥＴ５８が導通状態になると電力が供給されヒーターが発熱する。

スイッチング用ＦＥＴ５８のゲートにはフォトカップラのフォトトランジスタ側が接続されている。

このフォトトランジスタは、不図示のＭＰＵからのデジタル信号を受けたフォトダイオード（不図示）からの光信号が途絶えるとオフされ、ＦＥＴ５８が導通状態となりハロゲンヒーター５７が発熱する。

このスイッチング動作に基づいてヒーターのオン／オフが行われる。

ヒータに印加する電源３０として、以上説明した定電圧電源を使用し、加熱ロール加熱用ヒータ１４の入力電圧を降圧することで、加熱ロール加熱用ヒータ１４、加圧ロール加熱用ヒータ２４を同時に点灯させても定着装置で使用可能な消費電力を上回ることなく、それぞれのヒータを独立に制御することが可能になる。

本実施の形態では、加熱ロール加熱用ヒータ１４及び加圧ロール加熱用ヒータ２４として１００Ｖ定格電力がそれぞれ６００Ｗ，２００Ｗのものを用い、定電圧電源によりヒータに入力する電圧値を所望の電力になるように降圧させて使用した。

本実施の形態に係る画像形成装置においては、白黒画像定着時モードは加熱ロール加熱用ヒータ１４にのみ６００Ｗの電力を供給し、カラー画像定着時モードにおいては、加熱ロール加熱用ヒータ１４に入力する電圧値を定電圧電源により降圧することで４００Ｗのヒータとして使用し、加圧ロール加熱用ヒータ２４には２００Ｗの電力を供給した。

ハロゲンランプから成るこれらの加熱ヒータとしては、入力電圧が定格以下で使用した際にもハロゲンサイクルを略満足できるように封入ガスを調整されたものが好ましい。

以上の構成により、先端ベタ黒画像、先端ベタ赤画像を共に２００枚連続で出力したところ、白黒画像、カラー画像ともに定着不良、分離不良のない画像が得られた。

以上の結果から、本構成による画像形成装置によれば、スループットが速い白黒画像形成モードには定着動作中に供給できる最大の電力を加熱ロール加熱用ヒータ１４に供給することで、加熱ロール１０の温度低下を防ぎ、コールドオフセット等の定着不良を防止することが可能である。

又、白黒画像形成モードに比べスループットの遅いカラー画像形成モードにおいては、定着動作中に使用できる最大電力を、加熱ロール１０の温度が通紙間隔で回復することが可能なだけの電力を加熱ロール加熱用ヒータ１４に供給し、残りの電力を加圧ロール加熱用ヒータ２４に供給することで、加熱ロール１０の温度低下を防ぐとともに、加圧ロール２０の温度低下も防ぐことが可能になるので、カラー画像を画像不良なく、分離性を確保したままダウンシーケンス等で必要以上にスループットを低下することなく出力することが可能になる。

よって、本実施の形態の構成によれば、定着動作中の電力の制限を上回ることなく、白黒画像形成モード、カラー画像形成モードにおける定着不良を防ぎ、分離性を確保することが可能になる。

＜実施の形態２＞
図９に示す概略断面図を参照して、本実施の形態におけるカラー画像形成装置を説明する。

図９に示すように、各色のトナーを内包する現像器等の現像手段４ａ〜４ｄにそれぞれ対向配設された感光ドラム１ａ〜１ｄが中間転写ベルト６の移動方向に並設されている。各現像手段により各感光ドラム上に形成された各色トナー画像は転写ローラ８ａ〜８ｄにより中間転写体に静電的に順次重ねて転写され、イエロー、マゼンタ、シアンにブラックを加えた４色のトナーによるフルカラートナー画像が形成される。

又、各感光体ドラム上に各色トナー像を形成するための、帯電手段２ａ〜２ｄ、露光手段３ａ〜３ｄ、現像手段４ａ〜４ｄが、各感光体ドラム１ａ〜１ｄの周りに配設されている。

更に、中間転写ベルトにトナー像を転写した後、各感光ドラム上に残留するトナーを摺擦して回収するクリーニングブレードを有するクリーニング装置５ａ〜５ｄが配設されている。

次に、画像形成動作について説明する。

各帯電手段２ａ〜２ｄである帯電ローラにより均一に帯電された感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面に、パーソナルコンピュータ等のホストからの画像データに応じて変調されたレーザビームが露光手段３ａ〜３ｄより照射され、各色に対して所望の静電潜像が得られる。この潜像は、これと対向して配設されている各色のトナーを内包した現像器である現像手段４ａ〜４ｄにより、現像位置で反転現像されトナー像として可視化される。このトナー像は、各転写位置で中間転写ベルト６に順次転写され、不図示の給紙手段により所定のタイミングで給紙され、搬送手段により搬送されて来る転写材Ｐに一括して転写される。この転写材Ｐ上のカラートナー画像は、不図示の定着装置によって加熱溶融され、転写媒体上に永久定着され所望のカラープリント画像が得られる。

又、電子写真方式のカラー画像形成装置では、４色のトナーを用いてフルカラートナー像を形成するフルカラーモードだけではなく、ブッラクトナー用の感光ドラムのみを用いて白黒画像を形成するモノカラーモードを選択、切り換え可能な構成となっている。

本実施の形態に係る画像形成装置では、白黒画像を形成する白黒画像形成モードでは、１分間にＡ４サイズ横送りで４０枚出力することができ、フルカラー画像を形成するフルカラー画像形成モードにおいては１分間にＡ４サイズ横送りで２０枚出力することができる。このときのプロセススピードは共に２００ｍｍ／ｓである。

図２は本実施形態における画像形成装置の定着装置を示す。

本実施の形態では、定着ベルト加熱ロール１６、定着ロール１８、定着ベルト１７、加圧ロール２０、定着ベルト加熱ロールを加熱するヒータ１４、加圧ロール加熱用ヒータ２４、サーミスタ１５，２５、加圧バネ（不図示）から成る加圧手段から主に構成されている。

定着ベルト１７は定着ベルト加熱ロール１６及び定着ロール１８に張架され（所定の張力で架設され）、加圧ロール２０は定着ベルト３を介して定着ロール１８を押圧するとともに定着ベルト１７に圧接する。定着ベルト加熱ロール１６、定着ロール１８、定着ベルト１７及び加圧ロール２０は、図示しない回転駆動部により回転駆動されて図示矢印方向へ回転する。ハロゲンヒータ５は、定着ベルト加熱ロール１６の内部に配設され、定着ベルト加熱ロール１６を加熱する。

定着ベルト加熱ロール１６は、例えばアルミニウム、鉄或はステンレススチール等で構成されたものが用いられるが、本実施の形態では、定着ベルト加熱ロール１６としては、直径３０ｍｍ、厚さ３ｍｍのアルミニウム製のものを用いている。

定着ロール１８は、金属製の芯金上に弾性層を設けたものであり、芯金の直径が３２ｍｍ、弾性層の厚さが４ｍｍ、定着ロール１８の外周の直径が４０ｍｍである。芯金は、アルミニウム製のものである。弾性層としては、シリコーンゴムをスポンジ状にしたものである。

定着ベルト１７は、ニッケルにより形成された薄肉の無端状のベルト基層上にシリコンゴムの耐熱弾性層を設け、離型層として厚さ３０μｍのＰＦＡチューブで被覆された構成となっている。良好な定着性及び熱応答性を得るために、例えばシリコンゴム層の場合には、ゴム硬度２５〜６５度（ＪＩＳＡ硬度計）、厚さが１００〜３００μｍの範囲が望ましい。

加圧ロール２０は、直径８ｍｍの鉄製の芯金の外周面に、ＡＳＫＥＲ Ｃ硬度で５０度の、外径３０ｍｍのスポンジ層を設け、更にその外周面を厚さ５０μｍのＰＦＡチューブで被覆して構成した。

加圧ロール２０としては、芯金は外形３０ｍｍ、厚さ１ｍｍの鉄を、弾性層としてのシリコーンゴム１ｍｍ、表層にはＰＦＡチューブ３０μｍを被覆したものを用いた。

又、サーミスタ１５及びサーミスタ２５は定着ベルト加熱ロール１６を介して定着ベルト１７の表面温度及び加圧ロール２０の表面温度を検知し、サーミスタにより検知された表面温度に基づいて、図示しない温度制御手段としての制御回路でヒータ１４，２４を随時フィードバック制御することによって、定着ベルト１７及び加圧ロール２０の表面温度を略一定の温度にそれぞれ保持するように設定されている。

ベルト加圧バネ（不図示）は、定着ベルト１７を所定の張力で張架すべく、従動ローラとしての定着ベルト加熱ロール１６の軸部の両端に一対配設されて定着ベルト加熱ロール１６を加圧している。加圧バネ（不図示）は、加圧ロール２０を所定の付勢力で押圧すべく、加圧ロール２０の軸部の両端に一対配設されて加圧ロール２０を加圧している。この加圧バネにより、加圧ロール２０が、定着ベルト１７を介して定着ロール１８を押圧する向きに付勢され、１０ｍｍ程度のニップを形成している。

加熱源としてのヒータ１４，２４としては、実施の形態１と同様のものを用い、サーミスタ１５，２５、ヒータ電力を制御するための電力制御部としての定電圧電源３０は実施の形態１と同様のものを用いた。

尚、このとき、定着中使用できる電力は８００Ｗまでとし、白黒画像形成モードの出力スピードがＡ４横送りで４０枚／分、カラー画像形成モードの出力スピードがＡ４横送りで２０枚／分、プロセススピード２００ｍｍ／ｓとなっている。

図２の定着装置によって、連続通紙時における白黒画像及びカラー画像の定着性、カラー画像の光沢度の差を調べた。

表３は、定着ベルト１７の表面温度を１８０℃に制御し回転させた状態から、プロセススピード２００ｍｍ／ｓｅｃ、通紙速度４０枚／分でＡ４サイズ紙（坪量８０ｇ／ｍ² ）を横送りに連続通紙し、１枚目と２００枚目の白黒画像（先端黒ベタトナーのり量０．７ｇ／ｍ² ）の定着性を調べた結果である。

表３の結果から、白黒画像形成モードにおいては、ヒータ１４に供給する電力が６００Ｗ以下では、連続通紙時の定着性満足できずに、コールドオフセットが発生してしまった。

表４に、通紙速度２０枚／分でＡ４サイズ紙（坪量８０ｇ／ｍ² ）を横送りに連続通紙しときのカラー画像（Ｒｅｄ［Ｙｅｌｌｏｗ＋Ｍａｇｅｎｔａ］ベタ、トナー載り量１．２ｇ／ｍ² ）の１枚目と２００枚目の定着性及び光沢度の差を調べた結果を示す。

表４の結果から、カラー画像形成モードとして想定している通紙速度２０枚／分の条件では、カラー画像の定着性は定着ベルト加熱用ヒータ１４に６００Ｗ以上の電力を供給すれば、コールドオフセットの発生なく定着することができることを示している。

又、カラー画像連続通紙時の光沢度は、例えば、電力８００Ｗを定着ベルト加熱用ヒータ１４に供給し、加圧ロール加熱用ヒータ２４に電力を供給せずに通紙した際、カラー画像の１枚目の画像光沢度が平均で２０％、２００枚目プリント時の画像光沢度が８％度であり、光沢度差が１２％であった。

次に、電力８００Ｗを定着ベルト加熱用ヒータ１４に６００Ｗ供給し、加圧ロール加熱用ヒータ２４に２００Ｗ供給し通紙した際は、カラー画像の１枚目の画像光沢度が平均で２０％、２００枚目プリント時の画像光沢度が１４％であり、光沢度差は６％であった。

一般的に画像光沢度が視覚上あまり目立たない範囲として１０％以下が望ましいが、そのためには加圧ロール加熱用ヒータ２４に２００Ｗ以上電力を供給することが望ましいと言える。

連続通紙時の光沢度差が発生するのは、加圧ロール２０の表面温度が低下したため発生していると考えられる。定着動作中に加圧ロール加熱用ヒータ２４にに通電されないと、連続通紙時に加圧ロール２０の温度が下がり続け、転写材Ｐへの非画像面からの熱の供給が少なくなる。その結果、トナー下層まで充分に溶かすことができずに、連続通紙時に光沢度が低くなってしまうためである。従って、加圧ロール加熱用ヒータ２４に電力を供給する条件では、連続通紙中の加圧ロール２０の表面温度の低下が少なく、連続通紙においても、出力枚数による光沢度の差を少なくすることができる。

このような光沢差は白黒画像に関しても連続通紙時には発生するが、実用上画像比率が少なく画質の要求が少ないため、このような光沢差は許容される。しかし、カラー画像に関しては、白黒単色画像に対して画像比率も高く、画質に対する要求が高いため、連続通紙時の光沢差は問題となる。

次に、実際に定着ベルト加熱用ヒータ１４に８００Ｗ、加圧ローラ加熱用ヒータ２４に２００Ｗのヒータにより構成した定着装置を図９の画像形成装置に実装して評価を行った。

このとき、白黒画像形成モード時には定着ベルト加熱用ヒータ１４に８００Ｗの電力を供給し、カラー画像形成モード時には定着ベルト加熱用ヒータ１４に供給する電力を定電圧電源３０により降圧して６００Ｗのヒータとして用い、加圧ロール加熱用ヒータ２４に２００Ｗの電力を供給する。この構成によれば、２本のヒータを同時にＯＮさせたとしても定着中の消費電力の制限を上回ることがない。

本実施の形態に係る画像形成装置において、先端ベタ黒画像を２００枚連続出力したところ、コールドオフセットなどの問題は発生しなかった。又、カラー画像形成モードにおいて先端ベタ赤画像を出力したところ、定着不良の発生はなく、１枚目の光沢度と２００枚目の光沢度の差は７％であった。

以上の結果から、本構成による画像形成装置によれば、スループットが速い白黒画像形成モードには定着動作中に供給できる最大の電力を定着ベルト加熱用ヒータ１４に供給することで、定着ベルト１７の温度低下を防ぎ、コールドオフセット等の定着不良を防止することが可能である。

又、白黒画像形成モードに比べスループットの遅いカラー画像形成モードにおいては、定着動作中に使用できる最大電力を、定着ベルト１７の温度が通紙間隔で回復することが可能なだけの電力を定着ベルト加熱用ヒータ１４に供給し、残りの電力を加圧ロール加熱用ヒータ２４に供給することで、定着ベルト１７の温度低下を防ぐとともに、加圧ロール２０の温度低下も防ぐことが可能になるので、カラー画像の定着不良を防ぎ、連続通紙においても光沢度の差が少ない高品質な画像を出力することが可能になる。

よって、本実施の形態の構成によれば、定着動作中の電力の制限を上回ることなく、白黒画像形成モード、カラー画像形成モードにおける定着不良を防ぎ、連続通紙においても光沢度の変化が少ない高品質なカラー画像を提供することが可能になる。

＜実施の形態３＞
以下に本実施の形態における定着装置を図面について詳しく説明する。

本発明のカラー画像形成装置は、図４に示すカラー画像形成装置と同様であるが、定着装置の構成のみが異なる。よって、カラー画像形成装置の全体的構成及び機能についての詳しい説明は省略し、本実施の形態の特徴である定着装置についてのみ説明する。

図３は本発明の実施の形態を示す。本実施のの形態では、加熱ロール１０、分離ロール２６、フィルム加熱ロール２７、加圧フィルム２８、ハロゲンヒータから成る加熱ロール加熱用ヒータ１４、ハロゲンヒータから成るフィルム加熱用ヒータ２４、サーミスタから成る温度検知素子１５，２５、加圧バネからなる加圧手段、電源３０から主に構成されている。

加熱ロールとしては、芯金は外形４０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの鉄を、弾性層としてのシリコーンゴム１ｍｍ、表層にはＰＦＡチューブ３０μｍを被覆したものを用いた。

加圧フィルム２８は、フィルム加熱ロール２７及び分離ロール２６に張架され（所定の張力で架設され）、分離ロール２６は加圧フィルム２８を介して加熱ロール１０を押圧するとともに加圧フィルム２８に圧接する。加熱ロール１０、分離ロール２６、加圧フィルム２８及びフイルム加熱ロール２７は、図示しない回転駆動部により回転駆動されて図示矢印方向へ回転する。ハロゲンヒータ１４は、加熱ロール１０の内部に配設され、加熱ロール１０を加熱する。又、ハロゲンヒータ２４は、フィルム加熱ロール２７の内部に配設され、フィルム加熱ロール２７を介して加圧フィルム２８を加熱する。

分離ロール２６は、例えばアルミニウム、鉄あるいはステンレススチール等で構成されたものが用いられるが、本実施の形態では、分離ロール２６としては、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍのアルミニウム製のものを用いている。

フィルム加熱ロール２７は、例えばアルミニウム、鉄或はステンレススチール等で構成されたものが用いられるが、本実施の形態では、フィルム加熱ロール２７としては、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製のものを用いている。

加圧フィルム２８は、厚さ５０μｍのポリイミドの無端状のベルト基層上に、離型層として厚さ３０μｍのＰＦＡチューブで被覆された構成となっている。

又、サーミスタ１５，２５は、それぞれ加熱ロール１０、フィルム加熱ロール２７を介して加圧フィルム２８の表面温度を検知し、サーミスタ１５，２５により検知された加熱ロール１０、加圧フィルム２８の表面温度に基づいて、図示しない温度制御手段としての制御回路でハロゲンヒータ１５，２５を随時フィードバック制御することによって、加圧フィルム２８の表面温度を略一定の温度にそれぞれ保持するように設定されている。

不図示のフィルムテンションバネは、加圧フィルム２８を所定の張力で張架すべく、従動ロールとしてのフィルム加熱ロール２７の軸部の両端に一対配設されてフィルム加熱ロール２７を加圧している。不図示の加圧バネは、分離ロール２６を所定の付勢力で押圧すべく、分離ロール２６の軸部の両端に一対配設されて分離ロール２６を加圧している。この加圧バネにより、分離ロール２６が、加圧フィルム２８を介して加熱ロール１０を押圧する向きに付勢され、３ｍｍ程度のニップＡを形成している。又、加圧フィルム２８は、加熱ロール１０に巻き付ける構成になっており、７ｍｍ程度の巻き付けニップＢを形成している。

ハロゲンヒータとしては、実施の形態１と同様のものを用い、サーミスタ、ハロゲンヒータに電力を制御するための定電圧電源は実施の形態１と同様のものを用いた。

尚、このとき、定着中使用できる電力は８００Ｗまでとし、白黒画像形成モードの出力速度をＡ３用紙で２０枚／分、カラー画像形成モードの出力速度をＡ３用紙で１０枚／分、プロセススピード２００ｍｍ／ｓとなっている。

図３の定着装置によって、連続通紙時における白黒画像及びカラー画像の定着性、カラー画像の光沢度の差を調べた。

表５は、定着ベルト１７の表面温度を１８０℃に制御し回転させた状態から、白黒画像形成モードとして想定している、プロセススピード２００ｍｍ／ｓｅｃ、通紙速度２０枚／分でＡ３サイズ紙（坪量１０５ｇ／ｍ² ）を連続通紙し、白黒画像（先端黒ベタトナーのり量０．７ｇ／ｍ² ）の定着性を調べた結果である。

表５の結果において、白黒画像形成モードにおいては、加熱ロール加熱用ヒータ１４に供給する電力が６００Ｗ以下では、連続通紙時の定着性満足できずに、コールドオフセットが発生してしまった。

表６に、カラー画像形成モードとして想定している通紙速度１０枚／分でＡ３サイズ紙（坪量１０５ｇ／ｍ² ）を連続通紙したときのカラー画像（Ｒｅｄ［Ｙｅｌｌｏｗ＋Ｍａｇｅｎｔａ］ベタ、トナー載り量１．２ｇ／ｍ² ）の定着性及び１枚目と２００枚目の光沢度の差を調べた結果を示す。

表６の結果から、カラー画像形成モードとして想定している通紙速度１０枚／分の条件では、カラー画像の定着性は加熱ロール加熱用ヒータ１４に６００Ｗ以上の電力を供給すれば、コールドオフセットの発生無く定着することができることを示している。

又、定着動作中のフィルム加熱用ヒータ２４に電力を供給しなくても、連続通紙時において１枚目と２００枚目の光沢度差は６％程度であった。一般的に画像光沢度が視覚上余り目立たない範囲として１０％以下が望ましいが、この点からも、加圧ロール加熱用ヒータ２４の電力を供給しなくても２００枚連続通紙時の光沢度の低下は許容レベルであると言える。このことは、加圧フィルム２８の熱容量が小さく、温度復帰が充分早いため、加熱ロール１０側からの熱によって、紙間で加圧フィルム２８の温度を充分に回復できる。その結果、連続通紙時の加圧フィルム２８の温度低下が少なくなり、光沢度差が発生しにくかったと考えられる。

表６に、Ａ３サイズ紙１枚での先端部分と後端部分での光沢度差を測定した結果を合わせて示している。例えば、電力８００Ｗを加熱ロール加熱用ヒータ１４に供給し、フィルム加熱用ヒータ２４に電力を供給せずに通紙した際、カラー画像の先端の光沢度が平均で２０％、画像後端の光沢度が７％であり、光沢度差が１３％であった。一般的に画像光沢度の差が視覚上余り目立たない範囲として１０％以下が望ましいが、そのためにはフィルム加熱用ヒータ２４に２００Ｗ以上の電力を供給することが望ましいと言える。

以上のことは、加圧フィルム２８の熱容量が小さいために、加圧フィルム２８の温度がＡ３サイズ紙１枚が通過している間に低下する。その結果、非画像面側からの熱の供給が少なくなり、トナー下層まで充分に溶かすことができずに、用紙後端部で光沢度が低くなってしまったと考えられる。

そこで、加熱ロール加熱用ヒータ１４に定着性を維持できるだけの電力を供給し、余分な電力をフィルム加熱用ヒータ２４に供給することで、Ａ３サイズ紙１枚が通過する間に、加圧フィルム２８の温度が下がるのを防ぐことができる。

又、このような光沢差は白黒画像に関しても連続通紙時には発生するが、、実用上画像比率が少なく画質の要求が少ないため、このような光沢差は許容される。しかし、カラー画像に関しては、白黒単色画像に対して画像比率も高く、画質に対する要求が高いため、同一紙面内の光沢差は問題となる。

次に、実際に加熱ロール加熱用ヒータ１４に８００Ｗ、フィルム加熱用ヒータ２４に２００Ｗのヒータにより構成した定着装置を図９の画像形成装置に実装して評価を行った。このとき、実施の形態２と同様に白黒画像形成モード時には加熱ロール加熱用ヒータ１４のみに８００Ｗの電力を供給し、カラー画像形成モード時にはフィルム加熱用ヒータ２４に供給する電力を定電圧電源３０により降圧して６００Ｗのヒータとして用い、フィルム加熱用ヒータ２４に２００Ｗの電力を供給する。この構成によれば、２本のヒータを同時にＯＮさせたとしても定着中の消費電力の制限値８００Ｗを上回ることがない。

本実施の形態に係る画像形成装置において、Ａ３用紙で先端ベタ黒画像を２００枚連続出力したところ、コールドオフセット等の問題は発生しなかった。又、カラー画像形成モードにおいて全面赤画像を出力したところ、１枚目の光沢度と２００枚目の光沢度の差は５％であり、許容範囲の１０％を下回った。又、全面赤画像のＡ３用紙先端と後端の差も８％程度であり、許容範囲を下回った。

これらのことから、本実施の形態によれば、フルカラー画像の通紙間隔が白黒画像の通紙間隔より長い画像形成装置において、カラー画像定着動作時に連続通紙時の定着性を略満足できるだけ加熱ロール加熱用ヒータ１４に供給し、余分な電力をフィルム加熱用ヒータ２４に供給することで、白黒画像定着時にはスループットを落とすことなく出力し、フルカラー画像出力時には、加圧フィルム２８も加熱することで加圧フィルム２８の温度低下を防ぎ、連続通紙時や用紙先後端で光沢度差の少ない高品質な画像を提供できる。

尚、本発明は、以上の実施の形態で説明した画像形成装置に限定されるものではなく、他の形態の画像形成装置にも適用することができる。

第１の画像形成モード、第１の画像形成モードよりも生産性の低い第２の画像形成モードは、それぞれ白黒画像形成モード、フルカラー画像形成モードに限られず、第１の画像形成モードを生産性の高い普通画像形成モード、第２の画像形成モードを生産性を落とした高画質画像形成モードとすることもできる。

本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の定着装置の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る画像形成装置の定着装置の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る画像形成装置の定着装置の断面図である。 本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。 従来の定着装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る定着装置を用い、３０枚／分で連続通紙したときの通紙枚数による加熱ロールと加圧ロールの温度変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る定着装置を用い、７枚／分で連続通紙したときの通紙枚数による加熱ロールと加圧ロールの温度変化を示すグラフである。 定電圧電源回路の説明図である。 本発明の実施のの形態２に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 加熱ロール
２０ 加圧ロール
２８ 加圧フィルム
３０ 定電圧電源回路
Ｐ 転写材
Ｔ トナー画像

Claims (4)

1. 記録材上に担持された未定着画像側に接して未定着画像を定着せしめる定着部材と、定着部材と対向して配置された加圧部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱源と、加圧部材を加熱する加圧部材加熱源と、少なくとも定着部材加熱源への入力電力を制御する電力制御部を有する定着手段を備えており、画像を担持した記録材を出力する画像形成装置において、
   少なくとも第１の画像形成モードと第１の画像形成モードよりも生産性の低い第２の画像形成モードを有し、上記電力制御部が、画像形成モードによって、定着部材加熱源と加圧部材加熱源への供給電力の配分を変えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１の画像形成モードが単色画像出力モードであり、前記第２の画像形成モードがフルカラー画像出力モードであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記第１の画像形成モードが通常画像出力モードであり、前記第２の画像形成モードが高画質画像出力モードであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記加圧部材が加圧ベルトであ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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