JP2006337634A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の加熱手段を有する定着装置において、個々の加熱手段間の境界部にできる温度の不均一少なくして、定着不良を防止する。
【解決手段】 記録材の搬送方向に交叉する方向に分割された複数の加熱手段を該交叉する方向に往復駆動させることにより、加熱部材の温度分布を均一化する。
【選択図】 図３

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及び定着装置に関する。

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。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を定着装置により消費される電力が占めるために、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って、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が必要であり、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。そして、短時間で立ち上がる定着装置を実現する手段として、加熱部材を薄肉化して加熱部材の熱容量を小さくする手段が採られている。

しかるに、加熱部材を薄肉化すると、加熱部材の面方向の熱伝導率が低下するために、加熱部材の温度が不均一になり、定着むら、記録材の皺等が発生しやすくなるという問題がある。

即ち、加熱手段の加熱範囲よりも狭い幅の記録材を通紙して定着が行われた場合、記録材の通過範囲では、記録材により熱が奪われるのに対して、記録材の通過範囲の外側では、熱が蓄積して通過範囲該の部分で温度が以上に上昇することがある。

このような、記録材の幅が原因で温度の不均一が出来ることに対する対策として、記録材の搬送方向に交差する方向に分割された複数の加熱手段を用いることが特許文献１において提案されている。
特開２０００−２０６８１３号公報

しかしながら、複数の加熱手段を用いた場合、複数の加熱手段間の境界部分において、温度が不均一になるという問題がある。

即ち、複数の加熱手段間に間隔があると、境界部分における温度低下が起こって、定着むら等が発生する場合がある。また、加熱手段を重複させた場合には、境界部分に高温部ができて定着むら等が発生する場合がある。薄肉化した加熱部材を用いた場合に、境界部分における温度むらが、特に、問題となる。

本発明は分割された複数の加熱手段を設けた場合における前記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、加圧部材及び記録材の搬送方向に交差する方向に関して複数に分割された加熱手段を有し、前記加熱部材と前記加圧部材とで記録材を挟持・搬送して、トナー像を記録材に定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
前記加熱手段が前記方向に移動可能であり、前記加熱手段を往復動させる駆動手段を有することを特徴とする画像形成装置。
（請求項２）
前記加熱手段は誘導加熱方式の加熱手段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）
前記駆動手段は、前記加熱手段への通電時に、前記加熱手段を移動させ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）
前記駆動手段は、画像形成工程の実行中に、前記加熱手段を移動させ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５）
前記駆動手段は、待機時に、前記加熱手段を移動させ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６）
前記駆動手段は、前記加熱手段を２ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で移動させ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７）
前記加熱部材は、厚さ０．４〜１．６ｍｍの金属ローラを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
（請求項８）
記録材のサイズに応じて、前記加熱手段を移動させるか否かを選択制御する制御手段を有する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を有する画像形成装置。

請求項１〜８の発明により、複数に分割された加熱手段を用いた場合の境界部分における温度むらを効果的に抑制することが可能となり、このような温度むらによる定着むらや記録材の皺の発生が良好に防止される。

請求項２又は８の発明により、短時間に立ち上がり、しかも、均一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、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。

次に、定着装置２０図２、３を用いて説明する。図２は誘電加熱方式の定着装置を示す図、図３は加熱手段の移動を説明する図である。

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が形成されることが好ましい。また、耐熱弾性層を形成した加熱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０．４〜１．６ｍｍ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代えて、例えば、特開２００２−１４８９８２号公報で開示されているように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は加熱ローラ２１内に誘導電流の発生させる磁界を発生する加熱手段としてのコイルである。

本実施の形態は複数のコイルを有し、該コイルは幅方向の中央部を加熱する中央部コイル２３Ａと、幅方向両端部を加熱する端部コイル２３Ｂで構成され、コイル２３Ａと２３Ｂとは別々に通電制御される。

記録材Ｐは、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とにより挟持・搬送され、加熱ローラ２１の加熱で定着が行われるが、搬送される記録材Ｐの搬送方向に直交する方向Ｘ、即ち、記録材Ｐの幅方向に分割された加熱手段のコイル２３Ａは記録材Ｐの幅方向中央部を加熱し、コイル２３Ｂは記録材Ｐの幅方向端部を加熱する。なお、以下において、幅方向とは、記録材Ｐの搬送方向に直交する搬送幅方向Ｘ（図３参照）、言い換えると、加熱ローラ２１の軸方向を言う。

そして、後に説明する説明するように、コイル２３Ａに供給される電力とコイル２３Ｂに供給される電力との比は記録材Ｐの幅等に応じて変更される。

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２１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１の幅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の幅方向端部の表面温度を検知する温度センサ、ＳＥ３は加圧部材の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記録材Ｐに定着される。

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、このような温度制御はコイル２３Ａに供給する電力と、コイル２３Ｂに供給する電力とを別々に制御するものであり、これにより、搬送幅方向Ｘ及び時間に関して均一な温度が維持される。

図３はコイル２３Ａ、２３Ｂの移動を示す。

コイル２３Ａと２３Ｂとはコイル２３として一体に形成され、加熱ローラ２１内の搬送幅方向Ｘに移動可能である。曲面を有するカムＣＭが駆動手段としてのモータＭにより回転駆動され、バネＳＰによりカムＣＭに押圧されたコイル２３は回転するカムＣＭに追従して搬送幅方向Ｘに往復移動する。

図３（ｂ）はコイル２３が左端に移動した状態を示し、図３（ｃ）は右端に移動した状態を示す。移動距離Ｌはコイル２３ＡとコイルＥ３Ｂ間の間隔よりも僅かに大きいことが、境界部における温度を均一化する上で好ましい。

図４、５により複数のコイル２３Ａ、２３Ｂの往復移動による温度の均一化効果を説明する。

温度均一化効果の評価値として、加熱ローラ２１の高温部の温度と低温部の温度との温度差ΔＴを用いたが、該温度差ΔＴとしては図４に示すように、端部に出来る高温部ではなく、中央部における高温部の最高値と、中央部と端部との境界部における最低値との差を用いた。

図５に示すように、コイル２３Ａ、２３Ｂの移動速度０、即ち、コイル２３Ａ及び２３Ｂを静止させた場合には、温度差ΔＴが大きいが、移動させることにより、温度差ΔＴが低下し、目標値である１５℃以下に抑えることができた。

コイル２３Ａ、２３Ｂを移動させる駆動制御としては、次のモードが可能であり、こられの駆動制御により温度ΔＴを適正値に抑えることが出来る。
（ａ）定着電源をＯＮしてからＯＦＦするまで加熱手段を往復駆動する
メイスイッチのＯＮによりコイル２３Ａ、２３Ｂに電力を供給する定着電源がＯＮし、ウォームアップを行った後に、加熱部材の温度が定着温度に達すると、加熱部材の温度により定着電源のＯＮ−ＯＦＦを制御する温度制御状態に入る。画像形成を開始した以降においても同様であり、加熱部材の温度を監視し、加熱部材の温度に基づいたフィードバック制御により、加熱部材の温度が定着温度に維持される。

なお、待機状態における省エネルギーモードにおいては、メインスイッチがＯＦＦするとともに、定着電源がＯＦＦし、制御部のみがＯＮ状態となる。

このような制御において、定着電源のＯＮからＯＦＦまで、コイル２３Ａ、２３Ｂを移動させるとは、加熱部材を定着温度に維持するための温度制御におけるＯＮ・ＯＦＦの期間はＯＮ状態と見なしてコイル２３Ａ、２３Ｂを往復移動させるという意味である。

従って例えば、省エネルギー状態において、コピー釦が操作されて定着電源がＯＮし、画像形成の終了により定着電源がＯＦＦした場合、コイル２３Ａ、２３Ｂは、コピー釦の操作時点から画像形成終了による定着電源のＯＦＦまでの間は往復駆動される。また、待機状態においても、温度維持のために、定着電源がＯＮ・ＯＦＦする間は、コイル２３Ａ、２３Ｂが往復駆動される。
（ｂ）画像形成時のみに加熱手段を往復駆動する
コピー釦の操作により画像形成を開始し、或いは、外部機器からのプリント指令により画像形成を開始した場合に、コイル２３Ａ、２３Ｂを往復移動させ、画像形成の終了時に、往復駆動を停止する。この例では、待機時には、コイル２３Ａ、２３Ｂは往復駆動されない。

画像形成時に、コイル２３Ａ、２３Ｂを往復駆動することにより、加熱ローラ２１の温度分布を十分に平均化することができる。
（ｃ）待機時のみに加熱手段を往復駆動する
画像形成工程の実行中はコイル２３Ａ、２３Ｂを静止させ、待機時にコイル２３Ａ、２３Ｂを往復駆動する。

待機中の往復駆動で加熱部材２１の温度分布を均一化することにより、加熱部材２１の温度分布を十分に均一化することができる。

なお、省エネルギーモード時、即ち、制御部のみがＯＮであり、定着電源等の駆動関係の電源がＯＦＦしているモード時は、待機中には含まれず、該モード時は、コイル２３Ａ、２３Ｂは往復駆動されない。

なお、記録材の幅が中央部を加熱するコイル２３Ａの加熱範囲よりも狭い場合には、コイル２３を移動させる必要がない。従って、記録材のサイズ情報に基づいて、コイル２３の駆動を選択制御することにより、無駄な駆動制御を省くことができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体を示す図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装の定着装置を示す図である。 コイルの移動を説明する図である。 加熱ローラの温度分布を示すグラフである。 コイルの移動速度に対する温度分布の変化を示すグラフである。

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
Ｍ モータ
ＣＭ カム

Claims (8)

1. トナー像を加熱し、記録材に定着する加熱部材、加圧部材及び記録材の搬送方向に交差する方向に関して複数に分割された加熱手段を有し、前記加熱部材と前記加圧部材とで記録材を挟持・搬送して、トナー像を記録材に定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
   前記加熱手段が前記方向に移動可能であり、前記加熱手段を往復動させる駆動手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記加熱手段は誘導加熱方式の加熱手段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. 前記駆動手段は、前記加熱手段への通電時に、前記加熱手段を移動させ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. 前記駆動手段は、画像形成工程の実行中に、前記加熱手段を移動させ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。
5. 前記駆動手段は、待機時に、前記加熱手段を移動させ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。
6. 前記駆動手段は、前記加熱手段を２ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で移動させ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。
7. 前記加熱部材は、厚さ０．４〜１．６ｍｍの金属ローラを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 記録材のサイズに応じて、前記加熱手段を移動させるか否かを選択制御する制御手段を有する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を有する画像形成装置。

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