JP2007199148A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置等の定着手段における連続通紙時の加熱ローラ端部の温度上昇を抑制して、加熱ローラ及び加圧ローラの長寿命化を図った画像形成装置を提供する
【解決手段】用紙Ｐを搬送する用紙搬送部５９と、搬送された用紙Ｐ上に入力された画像情報に基づきトナーを用いて顕像化されたトナー像を形成する画像形成部１０と、用紙Ｐに形成された未定着のトナー像を加熱ローラ３１と加圧ローラ３２とにより該用紙Ｐ上に溶融、固着する定着装置３０とを備えた画像形成装置１において、加圧ローラ３２は、加圧ローラ３２の軸芯を構成する芯金部材３２ａと芯金部材３２ａの外周を被覆する弾性部材３２ｂとを備え、用紙Ｐの搬送方向に対して直交する方向の該加圧ローラ３２の中央部３２ｃの熱容量が該加圧ローラ３２の両端部の熱容量よりも小さいことを特徴とするものとする。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置に係り、特に、電子写真方式により形成された画像情報を現像剤によって顕像化して定着ローラにより記録媒体上に定着させて出力する画像形成装置に関する。

従来、複写機あるいはプリンタ等の画像形成装置は、感光体ドラム上に書込み形成された原稿画像の静電潜像を、現像器から供給される現像剤により現像し、その現像剤像（トナー像）を給紙カセット内から供給される記録用紙などの記録媒体上に転写した後、この記録用紙上に転写されたトナー像を、例えば、加熱ローラと加圧ローラとを有する定着装置によって溶融、定着して排紙することにより画像形成プロセスを形成している。

通常、画像形成装置に用いられる定着装置は、加熱ローラ、加圧ローラ及び前記加熱ローラを加熱する熱源を基本的要素として構成されている。このように構成された定着装置により、未定着トナーより成るトナー像が形成された記録用紙が加熱ローラと加圧ローラとの圧接部に導かれ、記録用紙上のトナー像は、その圧接部を通過する時、加熱ローラ表面から熱を受け、現像剤が溶融するとともに両ローラの圧接力によって記録用紙上に固着される。

近年、画像形成装置は、８０枚／分以上の出力を可能にする高速タイプの装置の開発が進んでいる。しかしながら、画像形成装置におけるトナー像を記録用紙に定着させる定着装置では、搬送された記録用紙上のトナー像（画像情報）を該記録用紙上に溶融／固着することが必須条件であるが、画像形成装置を設置する設置条件、すなわち、一般的な電源コンセントは概ね１００Ｖ、１５Ａ仕様のため、最大諸費電力は１，５００Ｗが上限であるため、高速化に対応するための消費電力の大幅な増加が期待できないのが現状である。

そこで、定着消費電力を有効利用するために、加熱ローラ内部にメインヒータ（小サイズ用紙対応ヒータ）、及びサブヒータ（メインヒータと合わせて大サイズ用紙対応ヒータ）を配置して、加熱ローラを効率よく加熱するようにしたものが一般的に知られている。

また、従来技術として、加熱ローラを、所定熱容量を蓄積できる肉厚ローラ、若しくは加熱源の熱量がローラ表面に素早く伝達できる薄肉ローラで構成し、一方、加圧ローラを、搬送される記録用紙への溶融トナーの投鋲作用を増進するため弾性部材（一般的にはゴム材）を芯金部材に被覆し、加熱ローラに対し所定圧力を加圧可能に構成したものが知られている（特許文献１を参照）。

ここで、従来の定着手段の構成の一例について、図面を参照して説明する。
図１０は従来の画像形成装置に搭載される定着装置を構成する加熱ローラと加圧ローラの構成を示す概略側面図、図１１は前記加熱ローラと加圧ローラの構成を示す概略断面図である。

画像形成装置等に搭載される定着装置１３０は、図１０、図１１に示すように、加熱ローラ１３１と加圧ローラ１３２とを備え、この加熱ローラ１３１と加圧ローラ１３２とにより記録用紙（以下、用紙と称する。）Ｐを挟持した状態で加熱ローラ１３１を回転させて、加熱ローラ１３１と加圧ローラ１３２との間を通過させることにより、図示しない画像形成部において用紙Ｐ上に転写されたトナー像を溶融して用紙Ｐに定着するようにされている。

このように定着ローラを構成する加熱ローラ１３１と加圧ローラ１３２は、用紙Ｐがその間を通過する際に所定の圧力で狭持するように配置されている。

加熱ローラ１３１の外周部には、その外周面の中央部付近の表面温度を検出する非接触型サーミスター１３５ａと、ローラ端部付近の表面温度を検出する接触型サーミスター１３５ｂが設けられている。

加熱ローラ１３１は、筒状の芯金部材１３１ａを備え、その芯金部材１３１ａの外周部をシリコンゴム等の耐熱性を有する弾性部材１３１ｂによって所定の厚さで被覆されたものであって、芯金部材１３１ａの内部空間にはメインヒータ１３３とサブヒータ１３４とが加熱ローラ１３１の軸線方向に沿って延設配置されている。

メインヒータ１３３は、加熱ローラ１３１の軸線方向の中央部１３１ｃ付近に発熱体１３３ａが設けられ、加熱ローラ１３１の中央部１３１ｃ付近を加熱するようになっている。
一方、サブヒータ１３４は、メインヒータ１３３の発熱体１３３ａの両端部１３３ｂ、１３３ｃ付近から加熱ローラ１３１の軸線方向に沿った両端部１３１ｄ，１３１ｅ付近に渡りそれぞれ発熱体１３４ｂ，１３４ｃが設けられ、大きなサイズの用紙の側端部に対向する加熱ローラ１３１の両端部１３１ｄ，１３１ｅ付近を加熱するようになっている。

メインヒータ１３３は、主に小さなサイズの用紙を定着処理する場合に用いられ、サブヒータ１３４は、大きなサイズの用紙を定着処理する場合にメインヒータ１３３と合わせて用いられる。

このように構成されたメインヒータ１３３とサブヒータ１３４とは、図示しない加熱ヒータ温度制御手段により、現像剤像の用紙への定着処理が行われる際に用紙サイズに対応して加熱ローラ１３１の表面温度を所定の温度に保つ様に制御されている。

加圧ローラ１３２は、柱状の芯金部材１３２ａを備え、その芯金部材１３２ａの外周部をシリコンゴム等の耐熱性を有する弾性部材１３２ｂによって被覆して略均一な外径の円筒状に構成され、加熱ローラ１３１の軸線方向に沿って平行に当接するように配置されている。

ここで、加熱ローラ１３１の温度制御の一例を示す。
図１２は画像形成装置の運転待機中における加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図、図１３は前記加熱ローラのヒータの配熱分布を示す説明図、図１４は前記定着装置により小サイズ用紙の定着処理を行うときの加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図、図１５は前記定着装置により大サイズ用紙の定着処理を行うときの加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図である。

画像形成装置が運転待機中の場合には、メインヒータ１３３及びサブヒータ１３４は、図１２に示すように、加熱ローラ１３１の表面温度が軸線方向に渡り略均一に２００度付近になるように制御され、この時の加圧ローラ１３２の表面温度が軸線方向に渡り均一に略１２０〜１３０度付近になるようになっている。

また、サブヒータ１３４は、図１３に示すように、ローラ端部からの放熱を考慮して加熱ローラ１３１の両端部（図中に示す破線の範囲Ａ２の部分）がより加熱されるような配熱分布となっている。

通常、画像形成装置における加熱ローラの表面温度は、定着に必要な温度設定として約１８０〜２００℃（定着設定温度）で制御されるが、加圧ローラの表面温度の制御はなされず、加熱ローラと加圧ローラとの圧接部（定着ニップ部）からの熱伝達により、概ね１２０〜１５０℃の範囲となっているのが一般的である。
特開２００４−１４４２２４号公報

上述した構成において、画像形成装置に印字要求があると加熱ローラ１３１及び加圧ローラ１３２の表面温度は、図１４，１５に示すように、用紙の通過部分では通紙および未定着トナーを溶融／固着するために熱が奪われるために温度低下が起こる。

定着設定温度に対して加熱ローラ１３１の表面温度が低下した場合、安定した定着処理を行うために温度コントロールされるが、温度が低下する部分は、図１４，１５に示すように、それぞれのローラの用紙が通過部分（通紙部）である。

しかしながら、それぞれのローラの非通紙部分では温度の低下が起こらないため、通紙部の温度低下を補正するために昇温制御を行うと、用紙の非通紙部、特に加熱ローラ１３１及び加圧ローラ１３２の両端部での温度上昇が大きくなって定着設定温度より高くなるという問題が生じる。

このような構成による定着装置により連続通紙が行われると、非通紙領域における加熱ローラの温度上昇が大きくなり、その結果、加熱ローラ１３１及び加圧ローラ１３２のライフ特性の低下を招来する。

本発明は、上記従来の問題点を鑑みてなされたものであって、画像形成装置等の定着手段における連続通紙時の加熱ローラ端部の温度上昇を抑制して、加熱ローラ及び加圧ローラの長寿命化を図った画像形成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明に係る画像形成装置の構成は、次の通りである。
請求項１に記載した画像形成装置は、記録媒体を搬送する記録媒体搬送手段と、搬送された記録媒体上に入力された画像情報に基づき現像剤を用いて顕像化された現像剤像を形成する画像形成手段と、前記記録媒体に形成された未定着の現像剤像を加熱ローラと加圧ローラとにより該記録媒体上に溶融、固着する定着手段とを備えた画像形成装置において、前記加圧ローラを、該加圧ローラの軸芯を構成する芯金部材と該芯金部材の外周を被覆する弾性部材とを備え、記録媒体の搬送方向に対して直交する方向の該加圧ローラの中央部の熱容量が該加圧ローラの両端部の熱容量よりも小さくすることを特徴とするものである。

請求項２に記載した画像形成装置は、請求項１に記載した構成に加えて、前記弾性部材の構成を、記録媒体の搬送方向に対して直交する方向の記録媒体の中心部に対向する位置の被覆厚さを該記録媒体の両端部に対向する位置の被覆厚さよりも薄く形成することを特徴とするものである。

請求項３に記載した画像形成装置は、請求項１または２に記載した構成に加えて、前記芯金部材の構成を、略円柱状の外形で、記録媒体の搬送方向に対して直交する方向の記録媒体の中心部に対向する位置の外径が該記録媒体の両端部に対向する位置の外径よりも大きく形成することを特徴とするものである。

請求項４に記載した画像形成装置は、請求項２または３に記載した構成に加えて、前記弾性部材の構成を、前記定着手段による連続定着処理中の加熱ローラの表面温度が軸線に沿った方向で略均一となるように、設定された前記加熱ローラの表面温度に対応して前記加圧ローラの軸線に沿った方向の被覆厚さを異ならせて形成することを特徴とするものである。

請求項１に記載した発明によれば、記録媒体を搬送する記録媒体搬送手段と、搬送された記録媒体上に入力された画像情報に基づき現像剤を用いて顕像化された現像剤像を形成する画像形成手段と、前記記録媒体に形成された未定着の現像剤像を加熱ローラと加圧ローラとにより該記録媒体上に溶融、固着する定着手段とを備えた画像形成装置において、前記加圧ローラを、該加圧ローラの軸芯を構成する芯金部材と該芯金部材の外周を被覆する弾性部材とを備え、記録媒体の搬送方向に対して直交する方向の該加圧ローラの中央部の熱容量が該加圧ローラの両端部の熱容量よりも小さくすることで、定着手段における連続通紙時の加熱ローラ端部の温度上昇を抑制して、加熱ローラ及び加圧ローラの長寿命化を図ることができる。

また、請求項２〜４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明で得られる上記共通の効果に加え、次の効果を得ることができる。

すなわち、請求項２に記載した発明によれば、請求項１に記載の発明で得られる効果に加えて、前記弾性部材の構成を、記録媒体の搬送方向に対して直交する方向の記録媒体の中心部に対向する位置の被覆厚さを該記録媒体の両端部に対向する位置の被覆厚さよりも薄く形成することで、加圧ローラの中央部付近と比較して両端部付近の弾性部材による蓄熱量を大きくできるので、加熱ローラの両端部の温度上昇を抑制することができる。

請求項３に記載した発明によれば、請求項１または２に記載の発明で得られる効果に加えて、前記芯金部材の構成を、略円柱状の外形で、記録媒体の搬送方向に対して直交する方向の記録媒体の中心部に対向する位置の外径が該記録媒体の両端部に対向する位置の外径よりも大きく形成することで、加圧ローラの中央部付近と比較して両端部付近の弾性部材が占める割合を多くとることができる。

請求項４に記載した発明によれば、請求項２または３に記載の発明で得られる効果に加えて、前記弾性部材の構成を、前記定着手段による連続定着処理中の加熱ローラの表面温度が軸線に沿った方向で略均一となるように、設定された前記加熱ローラの表面温度に対応して前記加圧ローラの軸線に沿った方向の被覆厚さを異ならせて形成することで、加熱ローラ及び加圧ローラの通紙部と非通紙部との温度変化を少なくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１，２は本発明を実施する形態の一例であって、図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体の構成を示す斜視図、図２は前記画像形成装置の内部の構成を示す側面断面図である。

本実施形態に係る画像形成装置１は、原稿Ｇの画像情報を読取る原稿読取装置４０Ａを備え、該原稿読取装置４０Ａによって読取られた原稿Ｇの画像情報を電子写真方式によりトナーを用いて記録媒体となる所定のシート状の記録用紙（以下、用紙と称する。）Ｐ上にトナー像として顕像化し、定着装置によってそのトナー像を用紙Ｐ上に溶融、定着させて出力するものである。

まず、本実施形態に係る画像形成装置１の全体構成について図面を参照して説明する。
画像形成装置１は、図１，図２に示すように、装置本体１ａの上面部に、原稿Ｇが載置される透明ガラスからなる原稿載置台２が設けられている。

この原稿載置台２の上方には、自動原稿処理装置４０が設けられ、一方、この原稿載置台２の下方には、原稿Ｇの画像情報を読取る原稿読取り部であるスキャナ部３が配置されている。

これら原稿載置台２、スキャナ部３及び自動原稿処理装置４０等により原稿読取装置４０Ａが構成されている。

スキャナ部３の下方には、画像形成部１０、定着装置（定着部）３０及び排紙部２２が構成され、さらに、その下方には、記録媒体たる用紙Ｐが収容された給紙カセット２３が配設されている。

スキャナ部３は、図２に示すように、原稿載置台２の下方に配置されて平行に往復移動する第１の走査ユニット４及び第２の走査ユニット５と、光学レンズ体６と、光電変換素子（ＣＣＤ）７を備えた原稿画像読取りユニットにて構成されている。
図２において、スキャナ部３の光路は一点鎖線で示している。

第１の走査ユニット４は、露光ランプ４Ａと、この露光ランプ４Ａからの光を原稿画像表面に露光させるリフレクタ４Ｂと、このリフレクタ４Ｂを介して露光され反射される原稿からの反射光像を所定の方向に向かって導くための第１のミラー４Ｃとを有し、原稿載置台２の下面に対して一定の距離を保ちながら所定の走査速度で平行に往復移動制御されるようになっている。

第２の走査ユニット５は、第１の走査ユニット４の第１のミラー４Ｃにより導かれた原稿からの反射光像を、更に所定の方向に向かって導くための第２のミラー５Ａ及び第３のミラー５Ｂを有し、第１の走査ユニット４と一定の速度関係を保って平行に往復移動制御されるようになっている。

光学レンズ体６は、第２の走査ユニット５の第３のミラー５Ｂにより導かれた原稿画像の反射光の光路上に配置され、その光像を光電変換素子７に結像させるものである。

光電変換素子（例えばＣＣＤ（電荷結合素子））７は、光学レンズ体６により結像された原稿画像の光像を読取って電気信号に光電変換することによって原稿画像情報（原稿画像データ）を作成するものであり、その原稿画像情報を後述する画像処理部５７（図５を参照）に向けて出力する。

画像処理部５７は、光電変換素子７が出力した原稿画像情報を、解像度や濃度等が印字に適した印字用画像情報（印字用画像データ）に画像処理するものである。画像処理後の印字用画像情報は、レーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）８の画像データ入力部へと転送されるようになっている。

レーザスキャニングユニット８は、画像処理部５７から出力された印字用画像情報に応じたレーザ光を、画像形成部（画像形成プロセス）１０を構成する感光体ドラム１１の表面に照射する。これにより、感光体ドラム１１に印字用画像情報の静電潜像が書込み形成されるようになっている。

画像形成部１０は、図２に示すように、主に、矢印方向に回転駆動する感光体ドラム１１と、この感光体ドラム１１の表面を所定の電位に帯電させる主帯電器１２と、感光体ドラム１１表面に静電潜像の形成用のレーザ光を照射するレーザスキャニングユニット８と、そのレーザスキャニングユニット８からのレーザ光の照射によった静電潜像をトナーにより現像して顕像化する現像装置１３と、この現像装置１３にて顕像化された原稿画像のトナー像を後述する給紙カセット２３から給紙搬送路２５を介して給紙される用紙（「記録媒体」に相当：「転写紙」とも称する）Ｐ上に転写する転写ローラ１４及びこの転写ローラ１４による転写後の感光体ドラム１１上に残留する残留トナーをクリーニングするクリーニング装置１５とが、該感光体ドラム１１の回転方向に沿って順に配置されて構成されている。

画像形成部１０の主帯電器１２は、クリーニング装置１５によるクリーニング後の感光体ドラム１１表面の電荷を除電する図示しない除電装置の機能を有している。

定着装置３０は、図２に示すように、加熱ローラ３１と加圧ローラ３２とを備え、この加熱ローラ３１と加圧ローラ３２とにより用紙Ｐを挟持した状態で加熱ローラ３１を回転させて、加熱ローラ３１と加圧ローラ３２との間を通過させることにより、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を溶融して用紙Ｐに定着するものである。

ここで、定着装置３０について、図面を参照して説明する。
図３は本実施形態に係る画像形成装置に搭載される定着装置を構成する加熱ローラと加圧ローラの構成を示す概略側面図、図４は前記加熱ローラと加圧ローラの構成を示す概略断面図である。

画像形成装置等に搭載される定着装置３０は、図３、図４に示すように、加熱ローラ３１と加圧ローラ３２とにより用紙Pを挟持した状態で加熱ローラ３１を回転させて、加熱ローラ３１と加圧ローラ３２との間を通過させることにより、画像形成部１０において用紙Ｐ上に転写されたトナー像を溶融して該用紙Ｐに定着するようにされている。
加熱ローラ３１と加圧ローラ３２は、用紙Ｐがその間を通過する際に所定の圧力で狭持するように配置されている。

加熱ローラ３１の外周部には、その外周面の中央部３１ｃ付近の表面温度を検出する非接触型サーミスター３５ａと、ローラ端部付近の表面温度を検出する接触型サーミスター３５ｂが設けられている。

加熱ローラ３１と加圧ローラ３２の用紙搬送方向上流側の外周部には、それぞれのローラ外周面に接触して表面をクリーニングするクリーニングローラ３６，３７が配置されるとともに、ローラ表面に張付いた用紙を剥がすためのブレード３８，３９が配置されている。

加熱ローラ３１は、筒状の芯金部材３１ａを備え、その芯金部材３１ａの外周部をシリコンゴム等の耐熱性を有する弾性部材３１ｂによって所定の厚さで被覆されたものであって、芯金部材３１ａの内部空間にはメインヒータ３３とサブヒータ３４とが加熱ローラ３１の軸線方向に沿って延設配置されている。

メインヒータ３３は、図４に示すように、加熱ローラ３１の軸線方向の中央部３１ｃ付近に発熱体３３ａが設けられ、加熱ローラ３１の中央部３１ｃ付近を全体的に加熱するようになっている。

一方、サブヒータ３４は、図４に示すように、メインヒータ３３の発熱体３３ａの両端部３３ｂ，３３ｃ付近から加熱ローラ３１の軸線方向に沿った両端部３１ｄ，３１ｅ付近に渡りそれぞれ発熱体３４ｂ，３４ｃが設けられ、加熱ローラ３１の両端部３１ｄ，３１ｅ付近を加熱するようになっている。

メインヒータ３３は、主に小さなサイズの用紙を定着処理する場合に用いられ、サブヒータ３４は、大きなサイズの用紙を定着処理する場合にメインヒータ３３と合わせて用いられる。

このように構成されたメインヒータ３３とサブヒータ３４とは、後述する温度制御部８０により、用紙の定着処理が行われる際に用紙サイズに対応して加熱ローラ３１の表面温度を所定の温度に保つ様に制御されている。

加圧ローラ３２は、柱状の芯金部材３２ａを備え、その芯金部材３２ａの外周部をシリコンゴム等の耐熱性を有する弾性部材３２ｂによって被覆して略均一な外径となるように構成され、加熱ローラ３１の軸線方向に沿って平行に当接するように配置されている。

また、加圧ローラ３２は、用紙Ｐの搬送方向に対して直交する方向、すなわち加圧ローラ３２の軸線に沿った方向で加圧ローラ３２の中央部３２ｃ付近の熱容量が加圧ローラ３２の両端部３２ｄ，３２ｅ付近の熱容量よりも小さくなるように構成されている。

具体的には、芯金部材３２ａは、図４に示すように、略円柱状の外形を有し、その芯金部材３２ａの軸線方向における用紙Ｐの幅方向の中心部に対向する中央部３２ａ１の外径が用紙Ｐの側端縁側の両端部３２ａ２，３２ａ３の外径よりも大きく形成されている。

また、芯金部材３２ａに被覆される弾性部材３２ｂは、その芯金部材３２ａの軸線方向における用紙Ｐの中心部に対向する中央部３２ｂ１の被覆厚さが用紙Ｐの両端縁側の両端部３２ｂ２，３２ｂ３の被覆厚さよりも薄く形成されている。

この弾性部材３２ｂは、定着装置３０による連続定着処理中の加熱ローラ３１の表面温度が軸線に沿った方向で略均一となるように、設定された加熱ローラ３１の表面温度に対応して加圧ローラ３２の軸線に沿った方向の被覆厚さを異ならせ、中央部３２ｂ１からそれぞれの両端部３２ｂ２，３２ｂ３に向かい漸次厚くなるように形成されている。

次に、画像形成装置の用紙搬送路について説明する。
画像形成装置１の用紙搬送路は、図２に示すように、主に、装置下部に設けられた給紙カセット２３から上方に向かい画像形成部１０に用紙Ｐを搬送する給紙搬送路２５と、画像形成部１０から定着装置３０を通って排紙駆動ローラ１８に向かい用紙Ｐを搬送する主搬送路１６と、排紙駆動ローラ１８から排紙ローラ１９に向かい用紙Ｐを搬送する排紙搬送路１７と、排紙ローラ１９の逆転駆動と反転ローラ２９により用紙Ｐをスイッチバックさせて用紙反転させる副搬送路２８とで構成されている。

給紙搬送路２５は、用紙搬送方向で用紙ピックアップローラ２４の用紙搬送方向下流側に、用紙がダブルフィードされた場合に１枚ずつさばくためのサバキローラ（図示省略）が設けられ、画像形成部１０の感光体ドラム１１の下側（用紙搬送方向上流側）に近接して設けられたレジストローラ２６まで緩やかに湾曲して略直線的に設けられている。

主搬送路１６は、レジストローラ２６の下流側から画像形成部１０を通って定着装置３０まで略直線的に形成され、定着装置３０の出口側（用紙搬送方向下流側）から略上方に向かい排紙駆動ローラ１８（図中左方向）に向かって湾曲して形成されている。

排紙搬送路１７は、排紙駆動ローラ１８と排紙ローラ１９との間に略直線的に設けられている。

副搬送路２８は、排紙ローラ１９の逆転駆動により用紙Ｐをスイッチバックさせて用紙反転させて搬送するために、主搬送路１６の上部（用紙搬送方向上流側）と連通して、用紙切換えゲート２７の切換えにより用紙Ｐを反転ローラ２９によって装置の下方に搬送して再びレジストローラ２６に搬送するように構成されている。

具体的には、副搬送路２８は、排紙搬送路１７から逆方向に搬送された用紙Ｐを装置下方に方向を変えるために、装置上方側から装置下方側に向かい、且つ装置下方側からレジストローラ２６側に向かい湾曲して形成されている。

感光体ドラム１１と転写ローラ１４との間に挟持されてトナー像が転写された後の用紙Ｐは、感光体ドラム１１上から剥離されて該感光体ドラム１１と定着装置３０とを連絡する主搬送路１６を経由して、該定着装置３０の加熱ローラ３１と加圧ローラ３２との間に突入する。加熱ローラ３１と加圧ローラ３２との当接部には所定の押圧力によってニップ部が形成されている。

定着装置３０において、この加熱ローラ３１と加圧ローラ３２との間、つまりニップ部に挟持された用紙Ｐは、加熱ローラ３１による加熱と加圧ローラ３２による加圧によって当該用紙Ｐに前記感光体ドラム１１から転写された未定着トナー像の定着が行われるようになっている。

定着装置３０による定着後の用紙Ｐは、排紙搬送路１７に搬送されて排紙駆動ローラ１８にて排紙口２０側の排紙ローラ１９に向け搬送されるようになっている。

排紙搬送路１７に搬送される用紙Ｐは、定着装置３０の下流側に設けた、加熱ローラ３１と加圧ローラ３２との間を用紙Ｐが通過する状態を定着検知スイッチ２１Ａにて検知される。

通常の片面印字の場合には、そのまま排紙駆動ローラ１８及び排紙ローラ１９の回転駆動により、排紙口２０からスキャナ部３の下部空間に設置した排紙トレイ２２ａ上に排紙されるもので、この排紙ローラ１９の用紙Ｐの通過状態は、排紙ローラ１９の上流側に設けた排紙検知スイッチ２１Ｂにて検知されるようになっている。

用紙Ｐは、画像形成部１０の横方向に排紙され、給紙カセット２３の上方で且つスキャナ部３の下方の排紙部２２に排出される。

排紙部２２は、主に、排紙搬送路１７、排紙駆動ローラ１８、排紙ローラ１９、排紙口２０及び排紙トレイ２２ａより構成されている。

排紙口２０の外側（排紙トレイ２２ａ側）には、満杯検知センサとも称される用紙積載量検出センサ２１Ｄが設けられている。
用紙積載量検出センサ２１Ｄは、主に、排出されて積載された用紙が当接した時に動作する検出体２１Ｄ１と、検出体２１Ｄ１の動作に応じて信号を出力するセンサ本体２１Ｄ２とにより構成されている。

検出体２１Ｄ１は、棒状を呈し、一端部がセンサ本体２１Ｄ２側に係合され、その一端部を支点として他端部側が揺動可能に設けられ、装置側（排紙口２０側）より外側に向かい且つ斜め下方に傾倒して配置されている。

そして、用紙積載量検出センサ２１Ｄは、排出された用紙が積載されて所定量（高さ）に達した時に、検出体２１Ｄ１の他端部が上方に押し上げられることでセンサ本体２１Ｄ２より検出信号を出力するようになっている。

装置本体１ａの内底部側には、用紙Ｐが所定の用紙サイズ毎に積載収容された交換可能な給紙カセット２３が配置される。この給紙カセット２３の排紙側上部には、半月状の用紙ピックアップローラ２４が配置されている。

用紙ピックアップローラ２４は、給紙カセット２３内に積載収容された用紙Ｐを最上層から１枚ずつピックアップし、下流側に向かって（便宜上の用紙Ｐの流れ出し側（カセット側）を上流、排紙側を下流とする）給紙搬送路２５のレジストローラ（「アイドルローラ」とも称する。）２６まで搬送させるようになっている。
図中の符号Ｐａは用紙Ｐの前端部、Ｐｂは用紙Ｐの後端部を示す。

レジストローラ２６の上流側には、レジスト前検知スイッチ２１Ｃが設けられており、このレジスト前検知スイッチ２１Ｃは給紙カセット２３から給紙搬送される用紙Ｐを検知する。その信号を基に給紙タイミングを図りながら、上述した画像形成部１０に給紙するようになっている。

尚、両面印字を行う場合には、画像形成部１０による用紙Ｐの片面印字後、排紙搬送路１７に搬送された定着装置３０からの通過後の用紙Ｐを、一旦、排紙ローラ１９側に搬送し、この状態で、定着装置３０付近に配置された用紙切換えゲート２７を切換え制御して、排紙ローラ１９の逆転駆動により用紙Ｐをスイッチバックさせて用紙反転させる副搬送路２８に導入し、この副搬送路２８に設けた副駆動ローラ（反転ローラ）２９の回転駆動により、再びレジストローラ２６の上流側に用紙Ｐを搬送することにより、用紙Ｐの他面印字を行うようになっている。

装置本体１ａの原稿載置台２上には、原稿移動方式による両面原稿自動読取装置（Ｒ−ＳＰＦ）からなる原稿押え部（原稿押えカバー）５１ａを一体とした自動原稿処理装置４０が開閉自在に搭載され、スキャナ部３とともに原稿読取装置４０Ａが構成されている。

原稿読取装置４０Ａは、従来機と同様な操作で一枚ごとの原稿読取処理を行うことが可能であり、自動原稿処理装置４０を搭載することで、原稿Ｇの両面読取が可能となるとともに、複数枚の原稿Ｇの自動連続読取処理が可能となっている。

自動原稿処理装置４０は、図２に示すように、原稿Ｇが載置される原稿トレイ４１を有し、連続的に複数の原稿Ｇの読取処理を行う場合、この原稿トレイ４１上に載置された原稿Ｇを原稿ピックアップローラ４２にてピックアップして、原稿駆動ローラ４３を介して原稿Ｇを原稿搬送路４４に導入してレジストローラ（ＰＳローラ）４５の上流側に案内搬送されるようになっている。

このレジストローラ４５の上流側には、原稿Ｇの原稿サイズが検出可能にするため原稿入紙センサ４６が設けられ、この原稿入紙センサ４６にて原稿Ｇの先端及び後端を検知し、その信号を基に搬送タイミングを図りながら、原稿Ｇを原稿載置台２の片側に隣接させて配置したスリットガラスからなる原稿読取り台９上に向け搬送制御するようになっている。

この場合、スキャナ部３の第１の走査ユニット４は、原稿読取り台９の下方に待機し位置するように移動制御されている。

この原稿読取り台９上に搬送される原稿Ｇは、その移動と共に片面側の第１画像読取り面Ｇ１がスキャナ部３の第１の走査ユニット４にて走査される。その他の光電変換素子７での読取り、画像情報の画像処理、印字などの画像形成処理は上述と同様である。

そして、原稿読取り台９上での画像読取り後の原稿Ｇは、搬送ローラ４７を介して原稿排紙路４８の原稿排紙ローラ４９側に搬送され、片面読取りのみ場合は、原稿切換えゲート５０の切換え制御により原稿排紙トレイ５１上に排紙されるようになっている。

尚、両面原稿読取りを行う場合は、原稿Ｇを原稿切換えゲート５０の切換え制御により、一旦、原稿トレイ４１と原稿排紙トレイ５１との間に配置された中間トレイ５２上に向け排紙した後、原稿排紙ローラ４９を逆転駆動させてスイッチバックさせることにより、原稿反転路５３に導入し、再び、原稿搬送路４４に原稿Ｇを搬送することにより、原稿Ｇの裏側の画像読取り面Ｇ２の原稿画像の読取りが行われるとともに、上述した片面印字工程と同様に、用紙Ｐの第１印字面Ｐ１に原稿Ｇの裏面側の原稿画像が印字されるようになっている。

この用紙Ｐの第１印字面Ｐ１への印字工程が終了すると、用紙Ｐは、上述した用紙反転機構にて反転され、再び、画像形成部１０に搬送されて、その第１印字面Ｐ２に、予めメモリに記憶された原稿Ｇの表面側の原稿画像が印字される。

画像形成装置１における装置本体１ａの上部側の前面部には、図１に示すように、使用者が用紙Ｐの用紙種類（用紙寸法のほか、用紙の厚み等）、印刷枚数、倍率、濃度等の画像形成条件を設定する操作スイッチ類７６が配設されている。

次に、実施形態に係る画像形成装置１の制御系について、図５に基づき説明する。
図５は本実施形態に係る画像形成装置の電気制御部の構成を示すブロック図である。
実施形態に係る画像形成装置１は、図５に示すように、画像の読取り処理、画像処理、画像形成処理、および用紙Ｐの搬送処理等をＲＯＭ（Read Only Memory）５５に予め記憶されたプログラムにしたがって中央処理ユニット（ＣＰＵ）５４がＲＡＭ（Random access Memory）５６等の一時的記憶手段を用いて処理を実行する。尚、ＲＯＭ５５やＲＡＭ５６に代えてＨＤＤ（ハードディスクドライブ）などの記憶手段を用いることができる。

画像形成装置１において、スキャナ部（原稿読み取り部）３によって読取った原稿の画像情報（原稿画像データ）、または、図示しない通信ネットワークに繋がれた各端末装置から送信された原稿画像情報は、通信処理部５８を介して画像処理部５７に入力されるようになっている。

画像処理部５７は、ＲＡＭ５６等の記憶部に記憶された原稿画像情報を印字（用紙への画像形成）に適した印字用画像に上記のプログラムによって処理するものである。

印字用画像情報は画像形成部１０に入力される。
画像形成部１０、用紙搬送部（給紙搬送路２５、主搬送路１６、副搬送路２８、（これらはペーパーガイドとも称する。）において用紙Ｐの各種検出・制御を行う。）５９、定着装置３０、排紙処理部（排紙搬送路１７において用紙Ｐの各種の検出・制御を行う。）６０は、各々の駆動制御部６２と連動している。

用紙搬送部５９によって搬送する用紙Ｐ上に印字工程（画像形成部１０においての画像情報の印字処理）と、その後に、その印字処理された用紙Ｐに対する定着工程（定着装置３０）を経て用紙排出部（排紙トレイ２２ａ）に排出されるようになっている。
尚、用紙搬送部５９には、定着検知スイッチ２１Ａ、排紙検知スイッチ２１Ｂ、レジスト前検知スイッチ２１Ｃ等からの検出信号が入力されるようになっている。

画像形成装置１は、運転条件設定部７７が設けられる。この運転条件設定部７７は、操作スイッチ類７６によって使用者が設定して画像形成要求または記録媒体の種類等の画像形成条件にしたがって、画像形成装置１の画像形成、または搬送条件等の運転条件を設定するものである。

また、画像形成装置１は、設定された前記運転条件にしたがって、前記読み取り部（スキャナ部３）、用紙搬送部５９、画像形成部１０、定着装置３０および排紙処理部６０などの駆動用アクチュエータである原稿読取り駆動部６４、用紙搬送駆動部６６、印字処理駆動部６８、定着駆動部７０および排紙駆動部７２を、ＲＯＭ５５に記憶されたプログラムに基づく、ＣＰＵ５４の指令にしたがった同期した動作を駆動制御部６２の制御によって行うようになっているものである。

排紙処理部６０は、印字された用紙を排紙トレイに排出する排紙処理を行うための制御を行うものであり、用紙積載量検出センサ２１Ｄから出力された信号に基づき排紙処理を行うものである。

原稿読取り駆動部６４は、スキャナ部３の第１走査ユニット４、第２走査ユニット５の駆動用アクチュエータである。
用紙搬送駆動部６６は、用紙搬送部５９、具体的には、上述の給紙搬送路２５上の用紙ピックアップローラ２４、レジストローラ２６の駆動用モータである。
印字処理駆動部６８は、感光体ドラム１１の駆動用モータである。
定着駆動部７０は、定着装置３０の加熱ローラ３１および加圧ローラ３２の駆動用モータである。

排紙駆動部７２は、排紙駆動ローラ１８、排紙ローラ１９などの駆動用モータである。
これらの各駆動部の駆動用モータは、それぞれ同じまたは異なるモータを駆動源として適宜に動力伝達機構を介して構成できる。

また、画像形成装置１には、オプション構成７４として、自動原稿処理装置（自動原稿読取り装置）４０等が配置可能であり、それらオプション構成７４は上記画像形成装置１の制御部とは別に各々のオプション構成７４内に制御部７４ａを持ちながら、前記通信処理部５８を介して装置とのタイミング調整を同期するように構成されている。

記録媒体検出手段７８は、定着装置３０または搬出部に記録媒体の先端が到達することを検出するものである。

記録媒体検出手段７８は、実施形態では、定着装置３０および排紙駆動ローラ１８のそれぞれに用紙Ｐが到達する（突入する）タイミングを、後述する搬送タイミング検出手段７９ｂによって検出した記録媒体の搬送タイミングに基づいて検出するようにしている。

具体的には、記録媒体検出手段７８は、給紙搬送路２５入り口において用紙Ｐを導入するレジストローラ２６から用紙Ｐが送り出された後の用紙Ｐの搬送時間を計測する搬送時間計測手段７９ａと、このレジストローラ２６から制御対象の定着装置３０および排紙駆動ローラ１８のそれぞれまでの距離と用紙Ｐの搬送速度に基づき、主搬送路１６および排紙搬送路１７における用紙Ｐの搬送タイミングを検出する搬送タイミング検出手段７９ｂとを有している。

また、画像形成装置１は、定着装置３０における加熱ローラ３１による定着温度を温度制御部８０により運転状況に応じて制御するようになっている。
温度制御部８０は、加熱ローラ３１に設けられた非接触型サーミスター３５ａおよび接触型サーミスター３５ｂにより検出された加熱ローラ３１の表面温度に応じて設定された定着温度となるように制御するものである。

次に、加熱ローラ３１の温度制御について図面を参照して説明する。
図６は本実施形態に係る画像形成装置の定着装置の運転待機中における加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図、図７は前記加熱ローラのヒータの配熱分布を示す説明図、図８は前記定着装置により小サイズ用紙の定着処理を行うときの加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図、図９は前記定着装置により大サイズ用紙の定着処理を行うときの加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図である。

画像形成装置が運転待機中の場合には、メインヒータ１３３及びサブヒータ１３４は、図６に示すように、加熱ローラ１３１の表面温度が軸線方向に渡り略均一に２００度（定着設定温度）付近になるように制御され、この時の加圧ローラ１３２の表面温度が軸線方向に渡り均一に略１２０〜１３０度付近になる制御されている。

また、メインヒータ１３３及びサブヒータ１３４の配熱分布は、図７に示すように、発熱部において均一な配熱分布になるように構成されている。
図中に示す破線の範囲Ａ１の部分は、加圧ローラ３２の両端部からの放熱や弾性部材３２ｂによる蓄熱効果により高温にならないようにカバーされる。

このように構成された定着装置３０による転写処理における作用を以下に示す。
まず、小さいサイズの用紙の定着処理が行われた場合、図８に示すように、加熱ローラ３１及び加圧ローラ３２の表面温度は、共に用紙の通過部分では通紙および未定着トナーを溶融／固着するために熱が奪われるために温度低下が起こるが、定着可能な範囲で制御されている。

大きいサイズの用紙の定着処理が行われた場合は、図９に示すように、加圧ローラ３２の表面温度は、定着処理される用紙に対応する部分を含み、ローラ長の略全長に渡り均一に低下しているが、定着可能な範囲で制御されている。

一方、加熱ローラ３１の表面温度は、定着処理される用紙に対応する部分の表面温度が低下するが、用紙サイズを超えた外側に部分の表面温度は設定された定着温度よりも上昇している。しかし、その温度上昇は、従来の温度上昇よりも遥かに低く抑制されている。

これは、加圧ローラ３２に被覆された弾性部材３２ｂを、加圧ローラ３２の中央部３２ｃから両端部３２ｄ，３２ｅに向かい漸次厚くなるように構成したことで、弾性部材３２ｂによる蓄熱量を両端部３２ｄ，３２ｅに向かう程大きくできるので、加熱ローラ３１からの熱影響による両端部３２ｄ，３２ｅ側の温度上昇を低減することができるわけである。

以上のように構成したので、本実施形態によれば、加圧ローラ３２の構成を、芯金部材３２ａと芯金部材３２ａの外周を被覆する弾性部材３２ｂとにより構成し、その両端部３２ｄ，３２ｅの熱容量を中央部３２ｃの熱容量よりも大きくすることで、複雑な温度制御を行うことなく、加熱ローラ３１及び加圧ローラ３２の両端部の温度上昇を抑制でき、加熱ローラ３１及び加圧ローラ３２の長寿命化を図ることができる。

また、上述したように加圧ローラ３２を構成することで、加熱ローラ３１の加熱源となるヒータの配熱特性を簡単にすることができる。

尚、本実施形態では、加熱ローラ３１の熱源として２本のヒータを用いているが、本発明は熱源の構成に限定されるものではなく、その他の加熱部材を用いたものであっても良く、熱源の構成に応じて加圧ローラを被覆する弾性部材を適宜に形成することは可能である。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体の構成を示す斜視図である。 前記画像形成装置の内部の構成を示す側面断面図である。 前記画像形成装置に搭載される定着装置を構成する加熱ローラと加圧ローラの構成を示す概略側面図である。 前記加熱ローラと加圧ローラの構成を示す概略断面図である。 前記画像形成装置の電気制御部の構成を示すブロック図である。前記用紙搬送路の第１湾曲部と反転ローラの構成を示す側面図である。 前記定着装置の運転待機中における加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図である。 前記加熱ローラのヒータの配熱分布を示す説明図である。 前記定着装置により小サイズ用紙の定着処理を行うときの加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図である。 前記定着装置により大サイズ用紙の定着処理を行うときの加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図である。 従来の画像形成装置に搭載される定着装置を構成する加熱ローラと加圧ローラの構成を示す概略側面図である。 前記加熱ローラと加圧ローラの構成を示す概略断面図である。 前記画像形成装置の運転待機中における加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図である。 前記加熱ローラのヒータの配熱分布を示す説明図である。 前記定着装置により小サイズ用紙の定着処理を行うときの加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図である。 前記定着装置により大サイズ用紙の定着処理を行うときの加熱ローラと加圧ローラの表面温度分布を示す説明図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
３０ 定着装置
３１ 加熱ローラ
３１ａ 芯金部材
３１ｂ 弾性部材
３２ 加圧ローラ
３２ａ 芯金部材
３２ａ１ 中央部
３２ａ２，３２ａ３ 両端部
３２ｃ 中央部
３２ｂ 弾性部材
３２ｂ１ 中央部
３２ｂ２，３２ｂ３ 両端部
３２ｃ 中央部
３２ｄ，３２ｅ 両端部
３３ メインヒータ
３４ サブヒータ
３５ａ 非接触型サーミスター
３５ｂ 接触型サーミスター
８０ 温度制御部

Claims (4)

1. 記録媒体を搬送する記録媒体搬送手段と、搬送された記録媒体上に入力された画像情報に基づき現像剤を用いて顕像化された現像剤像を形成する画像形成手段と、前記記録媒体に形成された未定着の現像剤像を加熱ローラと加圧ローラとにより該記録媒体上に溶融、固着する定着手段とを備えた画像形成装置において、
   前記加圧ローラは、該加圧ローラの軸芯を構成する芯金部材と該芯金部材の外周を被覆する弾性部材とを備え、記録媒体の搬送方向に対して直交する方向の該加圧ローラの中央部の熱容量が該加圧ローラの両端部の熱容量よりも小さいことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記弾性部材は、記録媒体の搬送方向に対して直交する方向の記録媒体の中心部に対向する位置の被覆厚さが該記録媒体の両端部に対向する位置の被覆厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記芯金部材は、略円柱状の外形を有し、記録媒体の搬送方向に対して直交する方向の記録媒体の中心部に対向する位置の外径が該記録媒体の両端部に対向する位置の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記弾性部材は、前記定着手段による連続定着処理中の加熱ローラの表面温度が軸線に沿った方向で略均一となるように、設定された前記加熱ローラの表面温度に対応して前記加圧ローラの軸線に沿った方向の被覆厚さを異ならせて形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の画像形成装置。

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