JP2008216705A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着温度の著しい低下及び上昇を防止してトナーの定着性能の安定化、及び定着装置への負荷低減を図る。
【解決手段】制御部６００のＲＯＭ６２０は、画像形成される複数種類の用紙のそれぞれについての用紙情報と制御温度との関係を定着温度制御データとして予め記憶している。定着温度制御データは、１枚の用紙が定着装置３７を通過する際の加熱ローラ３７Ａの周面の低下温度の測定結果に基づいて決定される。ＣＰＵ６１０は、画像形成処理毎に使用された用紙の種類の履歴をＲＡＭ６３０のメモリエリアＭＡ１に格納する。画像形成装置１００のメンテナンス時にＣＰＵ６１０は、メモリエリアＭＡ１の記憶内容を参照して最も使用頻度の高い種類の用紙に対応した制御温度をＲＯＭ６２０の定着温度制御データから読み取り、この制御温度を維持するようにヒータ５５０〜５７０を駆動する。
【選択図】図３

Description

この発明は、ファクシミリ装置や複写機等の電子写真方式の画像形成処理を行う画像形成装置に用いられ、用紙上の未定着トナーを溶融・固着する定着装置に関する。

電子写真方式の画像形成処理を行う画像形成装置は、用紙上の未定着トナーを溶融・固着する定着装置を備えている。定着装置は、加熱ローラと加圧ローラとから構成される一対の定着ローラ等を備えている。少なくとも加熱ローラは、ヒータを備えている。ヒータは、画像形成処理時に、加熱ローラの表面温度がトナーを溶融可能な定着温度となるように駆動される。

用紙が加熱ローラと加圧ローラとの圧接領域である定着ニップ部を通過すると、用紙とローラとの温度差により加熱ローラ及び加圧ローラの表面温度が低下し、用紙に対するトナーの定着性能が低下する。

特に画像形成処理速度の高速化により、多量の用紙に対する連続した画像形成処理が行われると、加熱ローラの表面温度を回復させることができなくなり、用紙に対するトナーの定着性能が著しく低下する。即ち、一対の定着ローラを通過する用紙の単位時間あたりの通過量が増加することで、加熱ローラの表面温度の低下が著しくなる。

そこで、画像形成処理の開始から一定時間の間、加熱ローラの表面温度を定着温度とは異なる温度に制御する技術が提案されている。具体的には、画像形成処理の開始から一定時間にわたって、加熱ローラの表面温度を定着温度よりも所定温度だけ高い温度に制御する（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０５−２７３８９０号公報

しかし、従来の定着装置では、定着ローラを通過する用紙の種類に応じて、加熱ローラの表面温度の上昇について考慮したものがなかった。加熱ローラの表面温度が過度に上昇すると、用紙上のトナーが加熱ローラの表面に付着し、印字用紙の表裏面の汚損を引き起こすホットオフセットが起こる。ホットオフセットによりトナー層が分断し、トナーの過定着が起きる。これは定着ローラに備えられた定着クリーニングへの負荷の増加を引き起こす。

この発明の目的は、画像形成装置で最も多く用いられる用紙種類に応じて定着ローラの制御温度を設定することにより、加熱ローラの表面温度の著しい低下及び上昇を防止し、トナーの定着性能の安定化、及び定着装置への負荷低減を図ることができる定着装置を提供することにある。

この発明の定着装置は、第１のメモリ手段、第２のメモリ手段及び制御部を備えている。第１の記憶手段は、画像形成装置で画像形成される複数種類の用紙のそれぞれと制御温度との関係を定着温度制御データとして予め記憶している。第２の記憶手段は、複数種類の用紙のそれぞれについて前記定着ローラを通過する枚数を使用頻度データとして記憶する。制御部は、複数種類の用紙のうちで使用頻度データが最も高い種類の用紙に対応する制御温度を定着温度制御データから読み出し、定着ローラの温度を読み出した制御温度に制御する。

この構成では、複数種類の用紙のうちで定着ローラを通過する枚数が最も多い種類の用紙に対応した制御温度となるように定着ローラの温度が制御される。

この構成において、制御部は、画像形成装置のメンテナンス時に制御温度を決定するものとしてもよい。画像形成装置のメンテナンスは、予め設定された所定枚数の画像形成処理が実行された時に行われるため、所定枚数分の使用頻度データが第２のメモリに蓄積されている。メンテナンス毎に第２のメモリの記憶内容をクリアすることで、用紙の使用状況の変化に対応して適切な制御温度を設定できる。

定着温度制御データは、複数種類の用紙のそれぞれについて、一枚の用紙の通過による定着ローラの低下温度に基づいて決定してもよい。用紙の種類に応じた制御温度を正確に設定できる。例えば、定着温度制御データは、定着ローラ間を通過する用紙の坪量が大きいほど、又は、定着ローラ間を通過する用紙の面積が大きいほど、熱容量が大きいために定着ローラが奪われる熱量が多く、制御温度としてより高い温度が定められる。

この発明によれば、画像形成装置で最も多く用いられる用紙種類に応じて定着ローラの制御温度を設定することで、加熱ローラの周面温度の著しい低下及び上昇を防止することができる。これによって、トナーの定着性能の安定化、及び定着装置への負荷低減を図ることができ、画像形成装置のコンパクト化、省電力化が実現できる。

以下、この発明の最良の実施形態に係る定着装置を、図面を参照にしつつ詳細に説明する。

図１は、この発明の実施形態に係る定着装置が適用される画像形成装置の正面断面の略図である。この発明の画像形成装置１００は、スキャナ部２００、画像形成部３００、給紙部４００から構成されている。

スキャナ部２００は、自動原稿搬送装置（ＡＤＦ:AutomaticDocument Feeder）２０１、第１原稿台２０２、第２原稿台２０３、第１ミラーベース２０４、第２ミラーベース２０５、レンズ２０６及び固体撮像素子（ＣＣＤ:Charge Coupled Device）２０７を備えている。

ＡＤＦ２０１は、原稿トレイ２１１から第２原稿台２０３を経由して排出トレイ２１２に至る間に原稿を１枚ずつ搬送する。ＡＤＦ２０１は、第１原稿台２０２の上面を開閉自在に被覆するように、背面側を支点に回動自在にされている。前面側が上方に移動するようにＡＤＦ２０１を回動させて第１原稿台２０２の上面を露出させることにより、手動操作によって第１原稿台２０２に原稿を載置することができる。

第１原稿台２０２及び第２原稿台２０３は、ともに硬質ガラス板によって構成されている。

第１ミラーベース２０４及び第２ミラーベース２０５は、第１原稿台２０２及び第２原稿台２０３の下方において水平方向に移動自在にされている。第２ミラーベース２０５の移動速度は、第１ミラーベース２０４の移動速度の１／２にされている。第１ミラーベース２０４は、光源及び第１ミラーを搭載している。第２ミラーベース２０５は、第２ミラー及び第３ミラーを搭載している。

ＡＤＦ２０１によって搬送される原稿の画像を読み取る際には、第１ミラーベース２０４は、第２原稿台２０３の下方に停止している。光源の光は、第２原稿台２０３上を通過する原稿の画像面に向けて照射され、原稿の画像面における反射光が第１ミラーによって第２ミラーベース２０５に向けて反射される。

第１原稿台２０２に載置された原稿の画像を読み取る際には、第１ミラーベース２０４及び第２ミラーベース２０５は、第１原稿台２０２の下方を水平方向に移動する。光源の光は、第１原稿台２０２上に載置された原稿の画像面に向けて照射され、原稿の画像面における反射光が第１ミラーによって第２ミラーベース２０５に向けて反射される。

ＡＤＦ２０１を用いるか否かに拘らず、原稿の画像面における反射光は、光路長を一定にして、第２ミラー及び第３ミラーによってレンズ２０６を経由してＣＣＤ２０７に入射する。

ＣＣＤ２０７は、原稿の画像面における反射光の光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は、画像形成部３００に画像データとして入力される。

画像形成部３００は、プロセス部３０を構成する感光体ドラム３１、帯電器３２、露光装置３３、現像装置３４、転写ベルト３５、クリーナ３６及び定着装置３７を備えている。

感光体ドラム３１は、表面に感光層が形成されており、矢印方向に回転する。帯電器３２は、感光体ドラム３１の表面を所定の電位に均一に帯電させる。帯電器３２は、チャージャによる非接触方式、又は、ローラ若しくはブラシによる接触方式の何れを用いてもよい。

露光装置３３は、感光体ドラム３１の表面に画像データに基づく光を照射する。これによって、感光体ドラム３１の表面には、感光層における光導電作用によって静電潜像が形成される。露光装置３３は、画像データに基づいて変調されたレーザ光をポリゴンミラーを介して感光体ドラム３１の軸方向に走査する。これに代えて、ＥＬやＬＥＤ等の発光素子をアレイ状に配置した露光装置を用いることもできる。

現像装置３４は、感光体ドラム３１の表面にトナーを供給し、静電潜像をトナー像に可視像化する。

転写ベルト３５は、感光体ドラム３１の下方において複数のローラ間にループ状に張架されており、１×１０⁹ 〜１×１０¹³Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有する。転写ベルト３５のループ状の移動経路の内側には、転写ベルトを挟んで感光体ドラム３１に圧接する転写ローラ３５Ａが備えられている。転写ローラ３５Ａには、所定の転写電圧が印加され、転写ベルト３５と感光体ドラム３１との間を通過する用紙に、感光体ドラム３１が担持するトナー像が転写される。

クリーナ３６は、用紙に対するトナー像の転写を終えた感光体ドラム３１の表面から、残留しているトナーを除去する。

定着装置３７は、加熱ローラ３７Ａ及び加圧ローラ３７Ｂを備えている。定着装置３７の詳細については、後述する。

給紙ユニット４００は、給紙カセット４０１，４０２，４０３，４０４及び手差しトレイ４０５を備えている。給紙カセット４０１，４０２，４０３，４０４のそれぞれには、同じサイズの複数枚の用紙が収納される。手差しトレイ４０５には、使用頻度の低いサイズや紙質の用紙が載置される。

給紙部４００は、給紙カセット４０１，４０２，４０３，４０４又は手差しトレイ４０５の何れかから１枚ずつ用紙を給紙する。給紙部４００から給紙された用紙は、用紙搬送路１０を経由して画像記憶部３０に搬送される。

図２は、定着装置の概略の構成を示す断面図である。定着装置３７は、画像形成装置１００に備えられ、用紙に転写されたトナーを溶融して用紙に固着させる。定着装置３７は、加熱ローラ３７Ａ及び加圧ローラ３７Ｂを備えている。加熱ローラ３７Ａ及び加圧ローラ３７Ｂは、この発明の定着ローラに相当する。

加熱ローラ３７Ａは、メインヒータ５５０とサブヒータ５６０とを備えている。メインヒータ５５０は、加熱ローラ３７Ａの軸方向の中央部を加熱する。サブヒータ５６０は、加熱ローラ３７Ａの軸方向の端部を加熱する。サブヒータ５６０は、画像形成される用紙の搬送方向に直交する方向の幅に応じて選択的に駆動される。加熱ローラ３７Ａは、メインヒータ５５０及びサブヒータ５６０によってトナーを溶融可能な温度に加熱される。

加圧ローラ３７Ｂは、加熱ローラ３７Ａに所定の圧力で圧接するように付勢されている。加熱ローラ３７Ａと加圧ローラ３７Ｂとの間には、圧接部である定着ニップ部５９０が形成される。定着ニップ部５９０を通過する用紙５４０が加熱、加圧され、トナーが用紙５４０に定着される。

加圧ローラ３７Ｂにはヒータ５７０が備えられている。ヒータ５７０は、加圧ローラ３７Ｂをトナーの溶融温度未満の温度に加熱する。ヒータ５７０は、熱容量の大きい加圧ローラ３７Ｂをトナーの溶融温度には達しない温度まで加熱してニップ部５９０を通過する用紙５４０が奪う熱を補い、加熱ローラ３７Ａの周面の温度がトナーの溶融温度未満に低下することを防止する。各ヒータの配置は、必ずしもこれに限るものではない。例えば、加熱ローラ３７Ａの周面の温度をトナーの溶融温度以上に維持できることを条件に、ヒータ５７０を省略することもできる。

ヒータ５５０，５６０，５７０の駆動は、後述する制御部によって制御される。加熱ローラ３７Ａにはサーミスタ５３０が備えられている。サーミスタ５３０は、加熱ローラ３７Ａの周面の温度を検出する。

なお、加熱ローラ３７Ａの周面温度の測定手段は、サーミスタに限るものではなく、種々のセンサを用いることができる。また、必ずしも加熱ローラ３７Ａの周面温度を定着温度として測定する必要はなく、例えば定着ニップ部５９０の温度を定着温度として測定してもよい。

図３は、画像形成装置の制御部のブロック図である。制御部６００は、ＲＯＭ６２０及びＲＡＭ６３０を備えたＣＰＵ６１０に、操作パネルコントローラ６４０、Ａ／Ｄ変換器６８０及びヒータ用ドライバ６９０等を接続して構成されている。

ＲＯＭ６２０は、この発明の第１の記憶手段に相当し、ＣＰＵ６１０の動作を規定するプログラムとともに、定着温度制御データを記憶している。ＲＡＭ６３０は、バッテリバックアップされており、ＣＰＵ６１０に入出力されるデータを記憶する。ＲＡＭ６３０のメモリエリアＭＡ１は、この発明の第２の記憶手段に相当し、使用履歴データとして複数種類の用紙のそれぞれの使用枚数を計数するカウンタが割り当てられている。

操作パネルコントローラ６４０には操作パネル６５０が接続されている。操作パネル６５０は、画像形成装置１００の本体上面に配置されている。操作パネル６５０にはキースイッチ６６０及びディスプレイ６７０が設けられている。キースイッチ６６０は、用紙サイズや画像形成枚数等の画像形成条件の設定入力を受け付ける。ディスプレイ６７０は、画像形成装置１００の動作状態等を表示する。操作パネルコントローラ６４０は、キースイッチの操作データをＣＰＵ６１０に入力し、ＣＰＵ６１０から出力された表示データに従ってディスプレイ６７０を駆動する。

Ａ／Ｄ変換器６８０にはサーミスタ５３０が接続されている。Ａ／Ｄ変換器６８０は、サーミスタ５３０の検出信号をディジタルデータに変換して温度データとしてＣＰＵ６１０に入力する。

ヒータドライバ６９０には、ヒータ５５０，５６０，５７０が接続されている。ヒータドライバ６９０は、ＣＰＵ６１０から出力される駆動データに従ってヒータ５５０，５６０，５７０を駆動する。

ＣＰＵ６１０は、ＲＯＭ６２０に格納されているプログラムに従って、ドライバ等を統括して制御する。ＣＰＵ６１０は、画像形成処理時に、加熱ローラ３７Ａの表面温度（定着温度）をフィードバック制御する。具体的には、ＣＰＵ６１０は、Ａ／Ｄ変換器６８０から入力される温度データと制御温度との差からヒータ５５０，５６０，５７０の駆動データを作成し、ドライバ６９０に出力する。ＣＰＵ６１０は、ＲＯＭ６２０に予め格納されている定着温度制御データに基づいて制御温度を決定し、定着温度が制御温度の±３０℃の範囲になるように制御する。ＣＰＵ６１０による定着温度の制御は、フィードバック制御に限るものではない。

図４は、定着温度制御データの一例を示す図である。ＲＯＭ６２０は、用紙種類である坪量及びサイズと制御温度との関係を、定着温度制御データとして格納している。用紙の単位面積当たりの重さである坪量が増加するに従い、及び用紙サイズが大きくなるに従い、制御温度が高くされる。

定着温度制御データには、制御温度よりも３０℃高い制御上限温度、制御温度よりも３０℃低い制御下限温度が含まれる。加熱ローラ３７Ａの周面温度が制御温度を中心に上下３０℃の温度範囲内に入るように、ヒータ５５０，５６０，５７０が駆動される。定着温度制御データは、例えば、１枚の用紙が定着ニップ部５９０を通過することによる定着温度の低下状態から、予め実験的に決定される。

なお、定着温度制御データは、必ずしもテーブルである必要はなく、例えば用紙の坪量及びサイズと制御温度との関係を表す数式であってもよい。

図５は、定着温度の低下状態を示す図である。Ａ４サイズの用紙をその長辺を搬送方向に直交させて搬送した場合に換算した単位時間当たりの画像形成枚数を５０枚／ｍｉｎ、プロセス速度を３６０ｍｍ／ｓｅｃ、加熱ローラ３７Ａの制御温度を１８０℃として、画像率１５％（用紙面に占める黒画像の割合）の画像データについて、用紙の坪量及びサイズを変化させてモノクロ画像形成処理を行った。この画像形成処理時に１枚の用紙が定着ニップ部５９０を通過した時の加熱ローラ３７Ａの周面の温度低下は、図５に示す通りであった。

定着ニップ部５９０を通過する用紙の坪量が増加するほど、サイズが大きくなるほど、加熱ローラ３７Ａの周面温度は大きく低下する。この結果から、図４に示した定着温度制御データが決定されている。

図６は、使用頻度データの一例を示す図である。ＲＡＭ６３０のメモリエリアＭＡ１に記憶されている使用頻度データは、画像形成装置１００で使用可能な複数種類の用紙のそれぞれについての画像形成処理した枚数の積算値によって構成されている。ＣＰＵ６１０は、１の用紙に対する画像形成処理が終了する毎に、その用紙種類の積算値を更新する。なお、複数枚の用紙に対する画像形成処理を一纏まりとした１つの画像形成ジョブが完了した時に、対応する用紙種類の積算値を一括して更新するようにしてもよい。

図７は、画像形成装置の制御部の制御を表すフローチャートである。ＣＰＵ６１０は、画像形成装置１００に電源が投入されると、画像形成装置１００の設置時であるか否かの判別を行う（Ｓ１）。画像形成装置１００の設置時でない場合には、ＣＰＵ６１０は、画像形成装置１００のメンテナンス時であるか否かの判別を行う（Ｓ２）。メンテナンス時であるか否かは、一例として、前回のメンテナンス時からの画像形成処理枚数が予め定められた枚数に達したか否かで判断される。

ＣＰＵ６１０は、画像形成装置１００のメンテナンス時である場合には、メンテナンスの完了後にＲＡＭ６３０のメモリエリアＭＡ１に記憶されている使用頻度データを参照して最も使用頻度の高い用紙の種類を読み出す（Ｓ３，Ｓ４）。ＣＰＵ６１０は、さらにＲＯＭ６２０に記憶されている定着温度制御データを参照し、Ｓ４で読み出した種類の用紙に対応した制御温度を読み取る（Ｓ５）。このとき、ＣＰＵ６１０は、メモリエリアＭＡ１の記憶内容をクリアする。メモリエリアＭＡ１のクリアは、必須ではない。

ＣＰＵ６１０は、定着温度がＳ５で読み取った制御温度の上下３０℃の範囲に納まるようにヒータ５５０〜５７０を駆動し（Ｓ６，Ｓ７）、スタートキーが操作されると（Ｓ８）、画像形成処理を実行する（Ｓ９）。画像形成装置１００のメンテナンス時でない場合には、ＣＰＵ６１０は、Ｓ３〜Ｓ５の処理を行わない。

ＣＰＵ６１０は、１枚の用紙に対する画像形成処理を行う毎に、メモリエリアＭＡ１内の対応するカウンタの計数値をインクリメントする（Ｓ１０）。ＣＰＵ６１０は、画像を形成した用紙の種類は、操作パネル６５０のキースイッチ６６０による設定内容に基づいて特定する。また、画像形成装置１００が外部装置から入力される画像データに基づいて画像形成処理を行う場合には、ＣＰＵ６１０は、画像データとともに入力される情報によって用紙の種類を特定する。ＣＰＵ６１０は、次の用紙に形成すべき画像データが無くなるまで、Ｓ９、Ｓ１０の処理を繰り返し実行する（Ｓ１１）。

ＣＰＵ６１０は、画像形成装置１００の設置時には、ユーザによる特定の種類の用紙の設定入力を受け付け（Ｓ１２）、設定された特定の種類の用紙に対応する制御温度を読み取る。ユーザが設定する特定の種類は、その画像形成装置１００で最も使用頻度が高いと思われる用紙の種類である。

以上の処理により、画像形成装置１００のメンテナンス時に、定着温度制御データを参照して、前回のメンテナンス時からの使用頻度が最も高い種類の用紙に対応した制御温度が設定される。また、画像形成装置１００の設置時にはユーザが設定した特定の種類の用紙に対応した制御温度が、定着温度制御データを参照して設定される。

通過する用紙の種類に応じて、加熱ローラ３７Ａ及び加圧ローラ３７Ｂが過不足なく加熱され、定着温度の著しい低下及び上昇を防止することができる。これによって、トナーの定着性能の安定化、及び定着装置３７への負荷低減を図ることができ、画像形成装置１００のコンパクト化、省電力化が実現できる。

なお、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施形態に係る定着装置が用いられる画像形成装置の正面断面の略図である。 この発明の定着装置の概略の断面図である。 同画像形成装置の制御部のブロック図である。 同制御部に記憶されている定着温度制御データの一例を示す図である。 同画像形成装置における１枚の用紙の通過による定着温度の低下温度の測定結果を示す図である。 同制御部に記憶されている使用頻度データの一例を示す図である。 同制御部の処理手順の一部を示すフローチャートである。

符号の説明

３７−定着装置
３７Ａ−加熱ローラ（定着ローラ）
３７Ｂ−加圧ローラ（定着ローラ）
１００−画像形成装置
５３０−サーミスタ
５５０−ヒータ
６００−制御部
６２０−ＲＯＭ（第１の記憶手段）
ＭＡ１−メモリエリア（第２の記憶手段）

Claims (5)

1. 複数種類の用紙に対して電子写真方式の画像形成処理を行う画像形成装置に用いられ、定着ローラの間を通過する用紙を加熱及び加圧する定着装置であって、
   前記複数種類の用紙のそれぞれを特定する用紙情報と制御温度との関係を定着温度制御データとして予め記憶した第１の記憶手段と、
   前記複数種類の用紙のそれぞれについて前記定着ローラを通過する枚数を使用頻度データとして記憶する第２の記憶手段と、
   前記制御部は、前記複数種類の用紙のうちで前記使用頻度データが最も高い種類の用紙に対応する制御温度を前記定着温度制御データから読み出し、前記定着ローラの温度を前記読み出した制御温度に制御する定着装置。
2. 前記制御部は、前記画像形成装置のメンテナンス時に、前記制御温度を決定する請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着温度制御データは、複数種類の用紙のそれぞれについて一枚の用紙の通過による前記定着ローラの低下温度に基づいて決定した請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記定着温度制御データは、前記定着ローラ間を通過する用紙の坪量が大きいほど高い請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記定着温度制御データは、前記定着ローラ間を通過する用紙の面積が大きいほど高い請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。

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