JP2006330344A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の加熱手段を用いた場合でも、補正しきれない温度分布の不均一を補正して、過昇温等の温度の不均一により生ずる問題を無くする。
【解決手段】 加熱部材の温度分布を検知し、不均一が検知されたときに、画像形成が終了しない場合でも回復制御を実行する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電子写真プロセスにより記録材上に画像を形成する画像形成装置に関し、特に、トナー像を記録材に定着する定着技術に関する。

近年、省エネルギー型の画像形成装置の開発が強く要望されているが、電子写真方式の画像形成装置では、消費電力のかなりの割合が定着装置により消費される電力により占められることから、定着装置の消費電力を引き下げる技術の開発が画像形成装置の省エネルギー化の主な課題となっている。

定着装置は、コピー釦が押されたり、ネットワーク機器からのプリント指令があったときに、短時間内に立ち上がり作動する必要から、待機時においても定着温度又は定着温度に近い温度に昇温されていることが必要であった。このために待機時においても、定着装置による電力消費があり、この待機時の消費電力が画像形成装置の消費電力の大きな割合を占めていた。

従って、待機時において、定着装置への電力供給を無くするか少なくし、しかも短時間で定着可能温度にまで立ち上がる定着装置の開発が望まれており、開発努力は、短時間に立ち上がる定着装置の開発に向けられている。

一方、画像形成装置は事務所、商店等のように電力制限のある環境で使用されるために限られた電力で短時間の立ち上がることが必要である。

このような状況下で、トナー像に熱の加えて溶融し定着する加熱部材として、熱容量の小さい部材を用いることにより、短時間に立ち上がる加熱部材、即ち、薄肉の加熱部材を用い、ウォームアップ時間を短縮した定着装置が開発されている。

しかるに、薄肉加熱部材を用いた場合、加熱部材の面方向の熱伝導率が低下する結果、温度分布が不均一になりやすいという問題がある。このような加熱部材の温度分布の不均一は、小サイズの記録材を用いて画像を形成した場合に顕著に発生する。即ち、小サイズの記録材を定着装置に通した場合、記録材が通過する部分では記録材により熱が奪われるが、通過しない部分では熱が奪われない。その結果、記録材の通過部と非通過部との間に温度差が生ずる。

特許文献１では、複数の加熱手段を用いて、記録材のサイズに応じて、複数の加熱手段を選択駆動することが提案されている。

特許文献２では、画像形成を終了した時点で、加熱手段への通電を停止するとともに、加熱部材の回転を停止する静止モードと、加熱手段への通電を停止し、加熱部材を回転させる空回転モードとを組み合わせて、加熱部材の温度を平均化することが提案されている。そして、特許文献２では、記録材のサイズに応じて、前記静止モードと前記空回転モードとの組み合わせを変えることが提案されている。
特開昭６０−２２１６４号公報 特開２００２−３５７９６７号公報

薄肉の加熱部材を用いた定着装置においては、特許文献１のように複数の加熱手段を用いることが各種サイズの記録材に対して適正な定着を行うのに有効であり、また、特許文献２のように、加熱部材の温度分布を平均化する回復制御を用いることも各種サイズの記録材に対して適正な定着を行うのに有効である。

しかしながら、特許文献１のように複数の加熱手段を用いて、記録材のサイズに応じて加熱手段を駆動しても、各種サイズの記録材に対応した加熱を行うことは不可能であり、温度分布に不均一が出来ることは避けられない。

また、特許文献２のように、画像形成終了時に回復制御を行ったのでは、画像形成中に発生する過昇温を防止することはできず、このような過昇温によって、加圧ローラの耐熱弾性層の剥がれ、高温オフセット、記録材の皺等が起こる場合がある。

本発明は、従来技術におけるこのような問題を解決することを目的とする。

前記の目的は下記の発明により達成される。
（請求項１）
トナー像を加熱し、記録材に定着する加熱部材、加圧部材及び搬送幅方向に関して複数に分割された加熱手段、前記加熱部材の前記搬送幅方向の異なる複数位置における温度を検知する温度検知手段及び制御手段を有する定着装置を備えた画像形成装置であって、
前記制御手段は、前記複数の加熱手段の駆動電流を記録材のサイズに応じて変える駆動制御を行うとともに、前記温度検知手段により検知された前記複数位置における温度の差が所定値以上のときに、画像形成工程が終了しない場合でも、回転回復制御を実行することを特徴とする画像形成装置。
（請求項２）
前記回転回復制御は、前記加熱手段への通電を停止するとともに、前記加熱部材を駆動する制御であ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３）
前記制御手段は、標準モードでの駆動電流で前記加熱手段を駆動し、画像形成を終了したときに、前記加熱手段への通電を停止するとともに、前記加熱部材の駆動を停止する停止回復制御を実行することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
（請求項４）
前記制御手段は、標準モードと異なるモードでの駆動電流で前記加熱手段を駆動し、画像形成を終了したときに、前記回転回復制御を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
（請求項５）
前記制御手段は、前の画像形成と同一モードの駆動電流で前記加熱手段を駆動して次の画像形成工程が行われるときは、画像形成を終了した時に実行する前記回転回復制御を実行しないことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
（請求項６）
前記加熱部材は厚さ０．４〜１．２ｍｍの金属ローラを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。

請求項１〜６の発明により、画像形成工程の実行中に発生する温度分布の不均一が速やかに是正されるので、加熱部材、加圧部材の過昇温による耐熱弾性層の剥がれ、高温オフセット、記録材の皺等を防止することができる。

請求項３の発明により、大サイズの記録材を用いた画像形成においても起こる可能性がある、温度の不均一を良好に是正することができる。

請求項４の発明により、温度分布の不均一が起こりやすい小サイズの記録材を用いた画像形成における温度分布の不均一を十分に均一化することができる。

請求項６の発明により、短い立ち上がり時間を有し、且つ、良好な定着を安定して行う画像形成装置が実現される。

図示の実施の形態により本発明を説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置であって、画像形成装置本体Ａ、画像読取装置ＳＣ、自動原稿送り装置ＤＦから成る画像形成装置の全体図である。

図示の画像形成装置本体Ａは、ドラム状の感光体１、帯電装置２、露光装置（画像書込手段）３、現像装置４、転写装置５、除電手段６、分離爪７、クリーニング装置８等から成る画像形成部と、定着装置２０と、用紙搬送系と、から構成されている。

用紙搬送系は、給紙カセット１０、第１給紙手段１１、第２給紙手段１２、搬送手段１３、排紙手段１４、及び手差し給紙手段１５から成る第１搬送部と、用紙Ｐを循環再給紙する循環再給紙部とから構成されている。

給紙カセット１０及び第１給紙手段１１は、複数の給紙手段（図示の３段）により形成され、複数種のサイズの用紙Ｐを収容して給紙する。用紙サイズは、オペレータによる設定、又は用紙サイズ検知手段による自動用紙サイズ設定によって入力される。

搬送手段１３を通過して定着装置２０によって定着処理された用紙Ｐは、搬送路切換手段１６により、ストレート排紙パスの搬送路ｒ１、反転排紙パスの搬送路ｒ２、両面循環パスの搬送路ｒ３の何れかに選択されて搬送される。

搬送路ｒ１を通過する用紙Ｐは、画像形成面を上にして（フェースアップ）排出される。搬送路ｒ２を通過する用紙Ｐは、両面循環パスの搬送路ｒ３、ｒ４に進行した後、逆転搬送されて搬送路ｒ２を通過して、画像形成面を下にして（フェースダウン）排出される。

第２搬送部は、画像形成部により画像形成された用紙Ｐを搬送路切換手段１６により排紙手段１４の手前で分岐させ、用紙Ｐを循環再給紙路に沿って搬送し、循環再給紙路途中で反転搬送ローラ１７により用紙Ｐを反転した後に第２給紙手段１２を経て画像形成部に再給紙する。

自動原稿送り装置ＤＦの原稿台上に載置された原稿ｄは給紙手段により搬送され、画像読取装置ＳＣの光学系により原稿ｄの片面又は両面の画像が読みとられ、イメージセンサＣＣＤにより読み込まれる。イメージセンサＣＣＤにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部（図示せず）において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、露光装置３に画像信号を送る。

露光装置３においては、半導体レーザからの出力光が画像形成部の感光体１に照射され、潜像を形成する。画像形成部においては、帯電、露光、現像、転写、分離、クリーニング等の処理が行われる。給紙カセット１０、手差し給紙手段１５から給送された用紙Ｐは転写装置５により画像が転写される。画像を担持した用紙Ｐは、定着装置２０により定着され、排紙手段１４から排出される。

或いは搬送路切換手段１６により循環再給紙部に送り込まれた片面画像処理済みの用紙Ｐは反転搬送ローラ１７により反転された後に再び画像形成部において両面画像処理された後、定着装置２０によって定着処理され、排紙手段１４により排出される。

図２は本発明の実施の形態における定着装置を示す図、図２は加熱ローラの軸に沿った断面図である。

２１は加熱部材としての加熱ローラであり、鉄又はステンレスなど、後に説明するように加熱ローラ２１に発生する誘導電流によりジュール熱を発生する金属からなる。加熱ローラの表面には表面にフッ素樹脂等の離型層が形成される。

熱容量を小さくするために、加熱ローラ１は厚さ０．４〜１．２ｍｍ程度の薄肉であることが望ましい。なお、０．４ｍｍよりも薄いと機械強度が低下する。また、加熱部材としては、ローラに変えて金属ベルト又はポリイミド等の樹脂からなる樹脂ベルトを用いることもできる。

２２は加熱ローラ１に圧接する加圧部材としての加圧ローラであり、図示しないバネにより加熱部材２１に圧接する。加圧ローラ２２は金属からなる軸２２ａ及びその上に形成されたシリコンゴム等の耐熱弾性体層２２ｂを有する。耐熱弾性層２２ｂの上に離型層を形成してもよい。加圧部材として、ローラに代えてベルトを用いることもできる。

２３は加熱手段としてのコイルであり、コイル２３に流れる電流により、加熱ローラ２１を横切る磁界が発生し、該磁界により誘起された渦電流によって、加熱ローラ２１が発熱し、加熱される。

本実施の形態における定着装置は複数の加熱手段を有し、搬送幅方向の中央部を加熱するコイル２３Ａと、両端部を加熱するコイル２３Ｂを有し、コイル２３Ａと２３Ｂとは別々に通電制御される。なお、搬送幅方向とは、図３におけるＸ方向、即ち、記録材Ｐの搬送方向に直交する方向であり、加熱ローラ２１の軸方向である。

２４は進入上ガイド板、２５は進入下ガイド板、２６は排紙上ガイド板、２７は排紙下ガイド板である。２８は加熱ローラ１から記録材Ｐを分離する上分離爪、２９は加圧ローラ２から記録材Ｐを分離する下分離爪である。

３０は加熱ローラ２１の表面をクリーニングするクリーニングウェブであり、元巻き軸３１から繰り出され、巻き取り軸３２に巻き取られ、押圧ローラ３３により加熱ローラ２１に押圧する。

ＳＥ１は加圧加熱ローラ２１の搬送幅方向Ｘ中央部の表面温度を検知する温度センサ、ＳＥ２は加熱ローラ２１の搬送幅方向Ｘ端部の表面温度を検知する温度センサである。

加熱ローラ２１は図示しない軸受けにより軸受けされ、モータＭにより駆動されて回転する。加圧ローラ２２は加熱ローラ２１に圧接し、加熱ローラ２１に従動して回転する。

未定着のトナー像を担持する記録材Ｐは加熱ローラ２１と加圧ローラ２２間のニップを通過し、通過の際に、トナー像が加熱されて定着が行われる。

加熱ローラ２１の表面温度は温度センサＳＥ１の検知温度に基づいた制御手段ＣＲにより制御され適正な定着温度に維持されるが、コイル２３Ａへの通電時間とコイル２３Ｂへの通電時間を別々に制御するモードで定着電源Ｅを制御することにより、搬送幅方向Ｘ及び時間に関して、加熱ローラ２１の温度を均一に維持する。

加熱ローラ２１は、最大サイズ、たとえば、Ａ３又はＡ４縦の記録材を通紙できる長さを有しており、最大サイズの記録材を通紙するときは、コイル２３Ａ、２３Ｂに均等に通電することにより、加熱ローラ２１の表面が均一な温度の加熱されて、均一な定着が行われる。

これに対して、Ａ４サイズ横、Ｂ５サイズ横のような小サイズ記録材を通紙した場合には、コイル２３Ａに対する通電時間をコイル２３Ｂに対する通電時間よりも長くすることにより、記録材により奪われる熱による中央部の温度低下が補正される。しかしながら、様々なサイズの記録材を通紙して定着が行われるために、加熱ローラ２１の表面温度に不均一が生ずることを完全に無くすることはできない。

長時間の画像形成においては、前記のような通電制御を行った場合にも、局部的な過昇温により、加圧ローラ２２の耐熱弾性層２２ｂの剥がれ、高温オフセット、記録材の皺等が発生する場合がある。

このために、本実施の形態においては、前記センサＳＥ１、ＳＥ２の検知温度の差が所定値を超えたときに、画像形成が終了しない場合においても、画像形成を中断し、定着装置２０の作動を停止して加熱部材２０の温度分布を均一化させ回復制御が実行される。

以下に、この回復制御を図４により説明する。図４は回復制御ルーチンのフローチャートである。

図２における制御手段ＣＲは、温度センサＳＥ１、ＳＥ２からの温度情報や給紙トレイ１０（図１参照）からの記録材のサイズ情報に基づいて、回転回復制御及び停止回復制御を行う。

回転回復制御は、定着電源Ｅへの電力供給を停止するとともに、モータＭを作動させ加熱部材２１を回転駆動する回復制御であり、停止回復制御は、コイル２３の定着電源Ｅへの電力供給を停止するとともに、モータＭを停止させる回復制御である。

図４の例では、Ａ４サイズ（縦）及びＡ３サイズを最大幅のサイズとして、Ａ５サイズ（縦）及びＡ４サイズ横以下の場合に、コイル２３Ａへの通電時間とコイル２３Ｂへの通電時間を切り換えている。

ＳＴＥＰ１において、Ａ５サイズ以下か否かが判断される。この判断は、給紙カセット１０からのサイズ情報に基づいて行われる。

Ａ５サイズ以下の場合（ＳＴＥＰ１のＹＥＳ）、コイル２３Ａ、２３Ｂへの通電時間が標準モードから変更される。また、必要に応じて制御温度の目標値も変更される。

ＳＴＥＰ２の後に画像形成が実行されるが、画像形成において、加熱部ローラ２１の温度が変化し、温度センサＳＥ１の検知温度と温度センサＳＥ２の検知温度との差が所定値である２０℃以上の場合には（ＳＴＥＰ３のＹＥＳ）、ＳＴＥＰ４において、回復制御１が実行される。

回復制御１は定着電源Ｅを停止し、モータＭを作動させて、加熱ローラ２１及び加圧ローラ２２を回転駆動する回転回復制御である。

回復制御１の実行後にジョブの残りがない場合には（ＳＴＥＰ７のＹＥＳ）終了するが、残りのジョブがある場合には（ＳＴＥＰ７のＮＯ）ＳＴＥＰ３に戻る。

ＳＴＥＰ３の判断において、温度センサＳＥ１、ＳＥ２の検知温度の差が２０℃未満の場合（ＳＴＥＰ３のＮＯ）、画像形成工程が終了しなければＳＴＥＰ３に戻ることにより画像形成が続行するが、画像形成工程が終了したときは（ＳＴＥＰ５のＹＥＳ）、ＳＴＥＰ４に移行して、回復制御１が実行される。

画像形成工程が終了し、次の画像形成ジョブがある場合、該次のジョブが前と同じサイズの記録材を用いるか否かをＳＴＥＰ６において判断し、同じであれば、ＳＴＥＰ４に移行することなく回復制御ルーチンを終了する（ＳＴＥＰ６のＹＥＳ）。

ＳＴＥＰ６において、次のジョブが異サイズの記録材を用いて行うものである場合には、ＳＴＥＰ４に移行して回復制御１を実行する。

ＳＴＥＰ６において、異サイズの場合に回復制御１を実行し、同サイズの場合に回復制御１を実施しないのは、異サイズの場合には、前ジョブにおける加熱ローラ２１の温度分布が後のジョブに影響するので、加熱部材の温度分布を平均化するために、回復制御を実行するのに対して、同サイズお場合には、前ジョブにおける加熱ローラ２１の温度分布が後のジョブに影響することがないので、回復制御を実行しなくてもよいためである。

ＳＴＥＰ１の判断において、記録材のサイズがＡ５サイズよりも大きい場合には、ＳＴＥＰ１０に移行して、標準モードの通電比率が設定されるとともに、加熱部材の目標温度が標準値に設定される。

続くＳＴＥＰ１１において、温度センサＳＥ１、ＳＥ２の検知温度の差が、２０℃以上か否かが判断される。

２０℃以上であれば（ＳＴＥＰ１１のＹＥＳ）、回復制御１での回復制御が実行され（ＳＴＥＰ１２）、回復制御の後に、残りのジョブがなければ終了する（ＳＴＥＰ１３のＮＯ）、残りのジョブがあれば（ＳＴＥＰ１３のＹＥＳ）、ＳＴＥＰ１１に戻る。

ＳＴＥＰ１１の判断において、温度センサＳＥ１とＳＥ２の検知温度の差が２０℃未満の場合、画像形成が終了した場合（ＳＴＥＰ１４のＹＥＳ）、コイル２３Ａ、２３Ｂへの通電を停止するとともに、モータＭを停止し、加熱ローラ２１及び加圧ローラ２２の停止させる停止回復制御である回復制御２が実行される（ＳＴＥＰ１５）。

ＳＴＥＰ１４の判断において、画像形成が終了していない場合には、ＳＴＥＰ１０に戻る。

このように、記録材のサイズがＡ５よりも大のときは、加熱部材２１の中央部と端部の温度差が所定値以上のときは、回復制御１が実行されるが、記録材のサイズがＡ５サイズよりも大のときは、画像形成の終了時に、回復制御２が実行される。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体図である。 本発明の実施の形態における定着装置を示す図である。 加熱ローラの軸に沿った断面図である。 回復制御ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

２０ 定着装置
２１ 加熱ローラ
２２ 加圧ローラ
２３、２３Ａ、２３Ｂ コイル
ＣＲ 制御手段
ＳＥ１、ＳＥ２ 温度センサ
Ｅ 定着電源
Ｍ モータ

Claims (6)

1. トナー像を加熱し、記録材に定着する加熱部材、加圧部材及び搬送幅方向に関して複数に分割された加熱手段、前記加熱部材の前記搬送幅方向の異なる複数位置における温度を検知する温度検知手段及び制御手段を有する定着装置を備えた画像形成装置であって、
   前記制御手段は、前記複数の加熱手段の駆動電流を記録材のサイズに応じて変える駆動制御を行うとともに、前記温度検知手段により検知された前記複数位置における温度の差が所定値以上のときに、画像形成工程が終了しない場合でも、回転回復制御を実行することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記回転回復制御は、前記加熱手段への通電を停止するとともに、前記加熱部材を駆動する制御であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、標準モードでの駆動電流で前記加熱手段を駆動し、画像形成を終了したときに、前記加熱手段への通電を停止するとともに、前記加熱部材の駆動を停止する停止回復制御を実行することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、標準モードと異なるモードでの駆動電流で前記加熱手段を駆動し、画像形成を終了したときに、前記回転回復制御を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前の画像形成と同一モードの駆動電流で前記加熱手段を駆動して次の画像形成工程が行われるときは、画像形成を終了した時に実行する前記回転回復制御を実行しないことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記加熱部材は厚さ０．４〜１．２ｍｍの金属ローラを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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