JP2006330555A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱部材の温度を平均化させる温度平均化部材を用いて場合に生ずる加熱部材の温度低下を抑制し、温度低下による、定着不足、低温オフセット等の防止する。
【解決手段】 温度平均化部材の接触・離間及び圧着量を
条件ａ・・・・・前記記録材の搬送幅方向の中央部の温度と端部の温度との温度差、
条件ｂ・・・・・前記加圧部材の温度
に基づいて行う。
【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であるために、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。

そこで待機時において、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、トナー像に熱を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、厚さの薄い薄肉の加熱部材を用い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た画像形成において顕著に発生する。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、熱移動部材を加熱部材又は加圧部材に接触させることにより、加熱部材の温度分布を平均化することが開示されている。特許文献１においては更に、熱移動部材を圧接・離間させること及び圧接の程度を変えることにより熱の移動量を制御すること、さらには、加熱部材又は加圧部材の回転軸方向に熱容量又は熱伝導率を変化させた熱移動部材が開示されている。
特開平１０−３３３４６３号公報

熱移動部材を用いることにより、加熱部材の回転軸方向の温度は平均化されるが、熱が熱移動部材に移動する結果、加熱部材の温度が低下して、定着不足や低温オフセットが発生する場合があることが明らかになった。

特許文献１に開示された技術により、加熱部材の温度はある程度均一化されるが、加熱部材の温度の低下の問題は解決されない。

本発明は、この問題を解決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）
トナー像を加熱し、記録材に定着する加熱部材、加圧部材及び前記加熱部材又は前記加圧部材に接触して、前記加熱部材又は前記加圧部材の温度を平均化する温度平均化部材を有し、
前記加熱部材と前記加圧部材とでニップを形成し、該ニップに記録材を通すことにより、記録材にトナー像を定着する定着装置において、
前記温度平均化部材の前記加熱部材又は前記加圧部材への接触制御を次の条件ａ及びｂに基づいて行う制御手段を有することを特徴とする定着装置。
条件ａ・・・・・前記記録材の搬送幅方向の中央部の温度と端部の温度との温度差、
条件ｂ・・・・・前記加圧部材の温度
（請求項２）
前記制御手段は、
条件ｃ・・・・・前記加熱部材の温度
に基づいて前記接触制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
（請求項３）
前記接触制御は、前記温度平均化部材を前記加熱部材又は前記加圧部材に接触させるか又は前記温度平均化部材を前記加熱部材又は前記加圧部材から離間させるかを選択する制御を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
（請求項４）
前記接触制御は、前記温度平均化部材の前記加熱部材又は前記加圧部材への圧着量の制御を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
（請求項５）
前記制御手段は、前記温度平均化部材の接触時に、離間時に比較して前記加熱部材を加熱するための電力を上げることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
（請求項６）
前記加熱部材の加熱手段は誘導加熱手段からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
（請求項７）
前記制御手段は、前記温度平均化部材の接触又は離間を決める判断を前記加圧部材の温度に基づいて行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置。
（請求項８）
前記制御手段は、前記温度平均化部材の前記加熱部材又は前記加圧部材への圧着量の制御を、前記中央部の温度と前記端部の温度との温度差に基づいて行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。

請求項１〜８のいずれかの発明により、加熱部材の温度が均一化されて、良好な定着が行われるとともに、温度平均化部材を用いた場合に生ずる加熱部材の温度低下が効果的に防止され、定着不足やあばらと称される記録材の波打ちを良好に防止することができる。

請求項２の発明により、加熱部材の温度が過度に上昇することにより、発生する耐熱弾性層の剥離等の耐久性の低下が抑制される。

請求項６の発明により、定着電源ＯＮから短時間内に、定着温度に立ち上がる定着装置が実現される。

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。

１は加熱部材としての加熱ローラであり、アルミ又はステンレスなど、後に説明するようにローラ内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フッ素樹脂等の離型層を形成することが好ましい。なお、加熱部材として耐熱弾性層を有する所謂ソフトローラを用いることもできる。

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、例えば、特開２００２−１４８９８２号公報等に記載されているようにローラに代えてベルトを用いることもできる。

２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ローラ１に圧接する。加圧ローラ２は金属からなる軸２ａ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２ｂを有する。耐熱弾性層２ｂ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。

３は加熱ローラ１内に誘導電流の発生させる磁界を発生する誘導コイルである。誘導コイル３に流れる電流による加熱ローラ１を横切る磁界が発生し、該磁界による加熱ローラ１に渦電流が発生して該渦電流により加熱ローラ１が発熱する。

４は進入上ガイド板、５は進入下ガイド板、６は排紙上ガイド板、７は排紙下ガイド板である。１３は加熱ローラ１から記録材Ｐを分離する上分離爪、７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。

８は加熱ローラ１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９から繰り出され、巻き取り軸１０に巻き取られ、押圧ローラ１１により加熱ローラ１に押圧する。

１５は加圧ローラ２に接触・離間する温度平均化部材であり、銅、アルミ等の熱の良導体のローラからなり、加圧ローラ２に接触時に加圧ローラ２に従動して回転する。温度平均化部材１５は駆動手段としてのステッピングモータ１６により駆動されて矢印Ｙで示すように前進・後退して、加圧ローラ２に接触し、また加圧ローラ２から離間する。そして、接触する場合に圧接の程度が可変、即ち、加圧ローラ２への圧着量が可変である。

ＳＥ１は加圧加熱ローラ１の軸方向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１の軸方向端部の表面温度を検知する温度センサ、ＳＥ３は加圧ローラ２の表面温度を検知する温度センサである。

加熱ローラ１は図示しない軸受けにより軸受けされ、図示しないモータにより駆動されて回転する。加圧ローラ２は加熱ローラ１に圧接し、加熱ローラ１に従動して回転し、温度平均化部材１５は加圧ローラ２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１と加圧ローラ２間のニップを通過し、通過の際に、トナー像が加熱されて記録材Ｐに定着される。

加熱ローラ１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、このような温度制御は周知の方法により行われる。

制御手段ＣＲは、また、温度センサＳＥ１〜ＳＥ３の検知温度に基づいて、駆動手段としてのステッピングモータ１６を制御して、温度平均化部材１５の接触・離間を制御し、更に、温度平均化部材１５の圧着量を制御する。

制御手段ＣＲによる制御の基本は次のとおりである。

ａ．加熱部材の中央部の温度と端部の温度との温度差を監視し、温度差が小さい場合には、温度平均化部材を加熱部材又は加圧部材から離間させるか、又は接触させる場合でも、圧着量を少なくし、温度差が大きいときは、接触させるか又は圧着量を大きくする。

図示の実施の形態においては、温度平均化部材１５が加圧ローラ２に接触・離間するが、温度平均化部材１５が接触・離間し、温度を平均化する相手としては、加熱ローラ１でもよい。

温度センサＳＥ１の検知温度と温度センサＳＥ２の検知温度との差を監視し、温度差が大きいときは、温度平均化部材１５を加圧ローラ２に接触させるか又は圧着量を大きくする。逆に、温度差が小さいときは、温度平均化部材１５を離間させるか又は圧着量を小さくする。

圧着量は図３に示すように、例えば、温度平均化部材１５と温度平均化部材１５が接触する相手部材である加圧ローラ２とにより形成されるニップＮＰの幅Ｗで表されるが、温度平均化部材１５から加熱ローラ２に移動する熱量を表すことが出来る量であればよく、温度平均化部材１５の回転軸と加圧ローラ２の回転軸間の距離でもよい。

温度平均化部材１５が加圧ローラ２に接触している場合でも、温度平均化部材１５の圧着量Ｗの大小により、加圧ローラ２と温度平均化部材１５との間の熱移動量が異なる。

加熱部材の中央部と端部の温度差が大きい場合に、圧着量Ｗを大きくすることにより、温度平均化部材１５による加熱部材２の温度平均化の効果が大きくなる。

加圧ローラ２の温度が平均化され、さらに、加圧ローラ２に接触する加熱ローラ１の温度が平均化される。温度平均化部材１５が接触する相手部材が加熱ローラ１の場合には、加熱ローラ１の温度が直接に平均化される。

ｂ．加圧部材の温度を検知し、検知結果に基づいて、温度平均化部材の接触・離間を選択し、或いは圧着量を制御する
図示の実施の形態においては、温度平均化部材１５が加圧ローラ２に接触・離間するが、温度平均化部材１５が接触・離間し、温度を平均化する相手としては、加熱ローラ１でもよい。

温度平均化部材１５を接触させると、温度平均化部材１５が接触している相手部材から熱が温度平均化部材１５に移動して、前記相手部材の温度が低下する。相手部材が加圧ローラ２である場合は、加圧ローラ２の温度低下により加熱ローラ１の温度が低下する。相手部材が加熱ローラ１である場合には、加熱ローラ１が直接冷却されて温度低下する。

加圧ローラ２の温度を温度センサＳＥ３で検知し、検知結果に基づいて、温度平均化部材１５の接触制御を行うことにより、加熱部材の温度低下を抑制することができる。

即ち、加圧ローラ２の温度が高いときに、温度平均化部材１５を接触させるか又は圧着量を大きくし、加圧ローラ２の温度が低いときに、離間させるか又は圧着量を小さくすることにより、加熱ローラ１の温度低下が抑制される。

ｃ．更に補助的な制御として、加熱部材の温度に応じて、温度平均化部材の接触・離間及び圧着量を制御する
この制御は、加熱部材の温度が高くなった場合に、加圧部材を構成する弾性層と軸芯間の接着が剥がれるなど加圧部材の耐久性が低下するのを防止することを目的として行われる。

加熱ローラ１の温度を温度センサＳＥ１で検知し、検知結果に基づいて、温度平均化部材１５の接触・離間を制御する。

加熱ローラ１の温度が高い場合には、加圧ローラ２の温度に応じた温度平均化部材１５の接触・離間制御を、加熱ローラ１の温度が低い場合の接触・離間制御と反対にする。即ち、加熱ローラ１の温度が高く、且つ、加圧ローラ２の温度が高いときは、温度平均化部材１５を離間させるか又は圧着量を小さくし、加熱ローラ１の温度が低く、且つ、加圧ローラ２の温度が低いときは、温度平均化部材１５を接触させるか又は圧着量を大きくする。

図４は図１に示す定着装置における温度平均化部材１５の制御のフローチャートである。

制御手段ＣＲは、ＳＴＥＰ１において、温度センサＳＥ１の出力を読み取り、ＳＴＥＰ２において温度センサＳＥ２の出力を読み取り、ＳＴＥＰ３において、温度センサＳＥ３の出力を読み取って、加熱ローラ１の中央部の温度、加熱ローラ１の端部の温度及び加圧ローラ３の温度を検知する。加熱ローラ１の中央部の温度は加熱ローラ１の温度として用いられる。

制御手段ＣＲは更に、ＳＴＥＰ４において、加熱ローラ１の中央部の温度と端部の温度との温度差ΔＴを計算する。

次にＳＴＥＰ５において、制御手段ＣＲは加熱ローラ１の中央部の温度と端部の温度との温度差ΔＴが１５℃を超えるか否かを判断する。温度差ΔＴが１５℃以下の場合（ＳＴＥＰ５のＮＯ）、制御手段ＣＲは加熱ローラ１の温度分布が均一であると判断し、ＳＴＥＰ６に進み、ＳＴＥＰ６において、加熱ローラ１の温度ＴＮが１８０℃を超えているか否かを見る。加熱ローラ１の温度としては、加熱ローラ中央部の温度を検知する温度センサＳＥ１による検知温度が用いられる。超えていない場合（ＳＴＥＰ６のＮＯ）、ＳＴＥＰ７において、加圧ローラ２の温度が１６０℃を超えているか否かが判断される。超えていない場合（ＳＴＥＰ７のＮＯ）、温度平均化部材１５を圧着しない（ＳＴＥＰ９）。

ＳＴＥＰ６の判断において、加熱ローラ１の温度が１８０℃を超えている場合（ＳＴＥＰ６のＹＥＳ）、ＳＴＥＰ８において、加圧ローラ２の温度が１６０℃以下か否かを判断し、１６０℃以下でない場合（ＳＴＥＰ８のＮＯ）温度平均化部材１５を圧着しない（ＳＴＥＰ９）。

ＳＴＥＰ５の判断で、温度差ΔＴが１５℃を超えている場合、ＳＴＥＰ６の判断において、加圧ローラ２の温度ＴＰが１６０℃を超えている場合及びＳＴＥＰ８の判断において、加圧ローラ２の温度ＰＴが１６０℃以下の場合に、ＳＴＥＰ１０に移行して、温度平均化部材１５の圧着量が計算され、ＳＴＥＰ１１において、ステッピングモータ１６を駆動して、温度平均化部材１５を加圧ローラ２に圧着させ、更に、ＳＴＥＰ１２において、コイルニット３に供給する電力が計算され、ＳＴＥＰ１３において、電源ＥＣを駆動して、コイルユニット３に電力が供給され、加熱ローラ１が発熱する。

ＳＴＥＰ７とＳＴＥＰ８とから明らかなように、加圧ローラ２の温度に基づいた温度平均化部材１５の接触・離間の判断は、加熱ローラ１の温度が１８０℃以下の場合と、１８０℃を超える場合とで反対になる。

ＳＴＥＰ１０における圧着量の計算においても、加圧ローラの温度に対する圧着量は加圧ローラ１の温度が１８０℃以下の場合と、１８０℃を超えた場合とで反対の関係になるように計算される。即ち、加熱ローラ１の温度が、所定値、例えば、１８０℃を超える場合には、加圧ローラ２の温度が高い時、即ち、１６０℃を超えたときに、離間させ、圧着量を小さくする。加熱ローラ１の温度が１８０℃以下の場合には、加圧ローラの温度が１６０℃以下のときに、離間させ、圧着量を小さくしている。

このような制御により、低温側で、加熱ローラ１の温度が過度に低下して、定着不足等が防止されるとともに、高温側で加熱ローラ１の温度が過度に上昇して、加圧ローラ２の耐久性が低下することが防止される。

温度平均化部材１５の接触・離間及び圧着量の制御の具体例を表１に示す。

表１の制御により、加熱ローラ１の温度低下による定着不足、低温オフセット、記録材の皺等が防止されるとともに、加圧ローラ２の耐熱弾性層２ｂの剥離等が良好に防止された。

本発明の実施の形態に係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。 圧着量を示す図である。 温度平均化部材の制御のフローチャートである。

符号の説明

１ 加熱ローラ
２ 加圧ローラ
３ コイルユニット
１５ 温度平均化部材
ＣＲ 制御手段
ＳＥ１、ＳＥ２、ＳＥ３ 温度センサ

Claims (8)

1. トナー像を加熱し、記録材に定着する加熱部材、加圧部材及び前記加熱部材又は前記加圧部材に接触して、前記加熱部材又は前記加圧部材の温度を平均化する温度平均化部材を有し、
   前記加熱部材と前記加圧部材とでニップを形成し、該ニップに記録材を通すことにより、記録材にトナー像を定着する定着装置において、
   前記温度平均化部材の前記加熱部材又は前記加圧部材への接触制御を次の条件ａ及びｂに基づいて行う制御手段を有することを特徴とする定着装置。
   条件ａ・・・・・前記記録材の搬送幅方向の中央部の温度と端部の温度との温度差、
   条件ｂ・・・・・前記加圧部材の温度
2. 前記制御手段は、
   条件ｃ・・・・・前記加熱部材の温度
   に基づいて前記接触制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記接触制御は、前記温度平均化部材を前記加熱部材又は前記加圧部材に接触させるか又は前記温度平均化部材を前記加熱部材又は前記加圧部材から離間させるかを選択する制御を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記接触制御は、前記温度平均化部材の前記加熱部材又は前記加圧部材への圧着量の制御を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記制御手段は、前記温度平均化部材の接触時に、離間時に比較して前記加熱部材を加熱するための電力を上げることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記加熱部材の加熱手段は誘導加熱手段からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記制御手段は、前記温度平均化部材の接触又は離間を決める判断を前記加圧部材の温度に基づいて行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記制御手段は、前記温度平均化部材の前記加熱部材又は前記加圧部材への圧着量の制御を、前記中央部の温度と前記端部の温度との温度差に基づいて行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。

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