JP2009075411A

JP2009075411A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2009075411A
Application number: JP2007245213A
Authority: JP
Inventors: Akio Yamaguchi; 顕郎山口
Original assignee: Canon Finetech Inc
Current assignee: Canon Finetech Nisca Inc
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】
記録材貼り付きの問題が外部環境やスタート時の定着装置の温度状況が通常と異なる場合には対応することが難しい。
そこで、外部環境や本体の使用状況などの外的要因に対しても排出部での記録材貼り付き問題を低減できる定着装置の回転数に基づく制御方法の解決策を提供する
【解決手段】
加熱部材又は加圧部材の回転数を検知する回転検知部材を備え、回転数の検知結果に基づき、排紙された前記記録材の貼り付きを防止するため、所定の画像形成条件を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真を採用したレーザビームプリンタ、電子写真方式の複写機、ファクシミリ等の画像形成装置によるものである、

従来の画像形成装置では、レーザビームプリンタ、電子写真方式の複写機、ファクシミリ等の画像形成装置において、潜像工程において像担持体である感光体ドラム上に静電潜像を形成し、トナー等現像剤を用いて感光体ドラム上に現像但持されたトナー像等の現像像は、転写工程において記録材に転写される。

そして、記録材に担持されている未定着のトナー像は定着装置により記録材に定着される。

この定着装置には、トナー画像を加熱溶融して記録材に定着させる加熱装置が一般に用いられており、所定の温度に加熱された加熱ローラ等の加熱体と、弾性層を有して前記加熱体に圧接する加圧ローラ等の加圧部材にて記録材を狭持搬送することで形成されるニップ部を通過させトナーを定着させている。

この他に近年では、固定支持されたセラミックヒータ等の加熱体と加熱体を円筒状で低熱容量の薄肉フィルムで包み、フィルムを介して該加熱体に圧接する加圧ローラを有し、前記加熱体の熱が前記フィルムを介して記録材へ付与することで、記録材上の未定着トナーを加熱定着させるフィルム定着方式が用いられている。

このようなフィルム加熱方式の定着装置においては、加熱体として低熱容量の加熱体を用いることができる。このため、加熱ローラに未定着トナー画像を直接接触させて記録材に定着させる従来の接触加熱方式に比べ、省電力化、及び定着可能な状態となるまでのウエイトタイムの短縮化が可能となるなど、従来の定着装置に比べて効果的な利点がある。

フィルム定着方式の中においてもオンデマンド定着は駆動を加圧ローラのみで行い、加圧ローラの駆動に従動させて転写材を搬送させ、定着フィルムを回転させている。そのため、フィルムを内蔵した駆動ローラで回転させているサーフ定着方式に対し、低コスト省スペースで構成出来るという利点がある。

ところで、上記のオンデマンド定着では、加圧ローラによりフィルムを従動させているため、転写材に含まれる水分が加熱時に蒸発して転写材と加圧ローラの間に介在して摩擦係数を下げ、転写材が途中で止まってしまうスリップという現象が発生する。

また、定着フィルムと加圧ローラの熱容量の差が大きいため、両者の間に大きな温度差が生じるため、転写材の表と裏で水分量の蒸発する時間にずれができ、転写材が積載時にカールする現象が発生する。

スリップ、カールとも定着温度を下げることにより、発生を防ぐことができるが、定着温度を下げるとトナーの溶融が不十分になり、定着性不良が発生する。その他にもフィルムが蛇行して片側に寄って破れる等の現象が発生するため、フィルムの両端をフランジキャップで規制する必要がある。

また、定着フィルムの周速は加圧ローラの周速に依存しているため、加圧ローラの熱膨張により定着速度が上がってしまうため、定着フィルムの単位時間当たりの回転数を検知して周速を計算して定着駆動モータの回転数の制御を行っている。

更に、上記のような加熱式の定着方式ではトナーを加熱溶融して記録材上に定着させるため、加熱された記録材が高温のまま排紙され積載される。

特に、パフォーマンスの観点から定着ニップから排紙トレイまでの距離を短くすると記録材の熱が外気に奪われる時間のないまま排紙トレイ上に積載される。

積載された記録材が200枚を越えると、記録材束中で蓄熱が起こり、トナーが再溶融して上下の記録材と融着して記録材同士の張り付き現象が発生してしまう。

このような現象の対策として特許文献２００４−１０９７３２では定着域よりも下流側に冷却ローラとローラ冷却用のファンを設置する構成を用いている。

定着ニップを通過した記録材は冷却ローラにより熱を奪われ、温度が低下した状態で排紙されるためトナーの貼り付き現象は発生しない。

また、冷却ファンにより外気を冷却ローラに送り込み、冷却ローラに溜まった熱を低下させる。

しかし、上記の方法では定着ニップから排紙までの間にファンなどの冷却手段を設置すると、冷却手段設置のためのスペースが必要となり、装置を大型化することになる。

また、冷却手段設置のためにコストアップしてしまう他、ファンなどの冷却手段では更に電力を消費することになる。

そこで、特許文献２００２− ０７２７２９では本体内に通気ダクトを設けることで本体冷却用のファンから排紙トレイ上に外気を送り込み、新たなファン設置をすることなく記録材を冷却する手段を用いている。

しかし、上記の方法では、新たなダクトの部材を追加する必要があり、また、本体内部の機械構成によっては実施が困難である。

機械構成を変化させない対策としては、定着の温調温度をダウンさせ、蓄熱を防止する方法が用いられている。しかし、この方法では低温環境下で定着不良を起こす問題がある。

特許文献２００２−２９６９６１で用いられている方法ではOHTシートの貼り付き対策として以下のような手段を用いている。

紙間を長くする、プリント枚数が進行するにつれ、定着温調温度をダウンさせるという方法を用いている。

２００４−１０９７３２号公報２００２−０７２７２９号公報２００２−２９６９６１号公報

従来の方法では、記録材貼り付きの問題が外部環境やスタート時の定着装置の温度状況が通常と異なる場合には対応することが難しい。

そこで、外部環境や本体の使用状況などの外的要因に対しても排出部での記録材貼り付き問題を低減できる定着装置の回転数に基づく制御方法の解決策を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、像担持体に静電潜像を形成する露光装置と、前記像担持体にトナー画像を形成する現像装置と、トナー画像が形成された前記像但持体からトナー画像を記録材に転写する転写装置と、前記記録材のトナー画像を加熱加圧して記録材に定着させる加熱部材と加圧部材をもつ定着装置とを備えた画像形成装置において、
前記加熱部材又は前記加圧部材の回転数を検知する回転検知部材を備え、回転数の検知結果に基づき、排紙された前記記録材の貼り付きを防止するため、所定の画像形成条件を制御することを特徴とする画像形成装置。

請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、前記画像形成条件は、前記回転数の検知結果に基づき、加熱部材又は加圧部材の膨張量から加熱部材又は加圧部材の温度を予測し、その予測した温度から定着装置の温度制御を行うことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の画像形成装置において、前記画像形成条件は、前記加熱部材又は加圧部材の回転数の検知結果に基づき、前記記録材上に転写されるトナー量を減少することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１の画像形成装置において、前記画像形成条件は、前記加熱部材又は加圧部材の回転数の検知結果に基づき、前記現像装置に印加する電圧を低下することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１の画像形成装置において、前記画像形成条件は、前記加熱部材又は加圧部材の回転数の検知結果に基づき、前記像但持体から前記記録材上にトナーを転写する転写出力を低下することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１の画像形成装置において、前記画像形成条件は、前記加熱部材又は加圧部材の回転数の検知結果に基づき、前記像担持体に静電潜像を形成する露光量を低下することを特徴とする。

本出願の発明では、従来の定着駆動モータの回転数の制御から、制御の信号を検知して加熱部材又は加圧部材の温度を予測しヒータ出力又はトナー濃度を制御することで、従来の構成に新たに機構を追加すること及び、パフォーマンスを低下させることなく、排出部でのトナーによる記録材貼り付き問題を防止することができる。

下記に本発明の実施形態を図面にて詳細に説明する。

本発明の画像形成装置本体1の概略図を図１に示す。
画像形成装置本体1は、像但持体としての感光体ドラム2、感光体ドラム2上を均一に帯電させる帯電ローラ3、均一に帯電された感光体ドラム2上にレーザ露光し静電潜像を形成するレーザスキャナ4、像形成物質であるトナーを帯電させ感光体ドラム2上に向けて飛ばして静電潜像部分にトナーを付着させる現像ローラ5、感光体ドラム2上のトナーを記録材上に転写させる転写ローラ6、ヒータを内蔵し記録材上のトナーを加熱溶融する定着フィルム8、定着フィルム8に圧接され記録材上のトナーを加圧する加圧ローラ9から構成され加熱と加圧により記録材上にトナーを定着させる定着装置を備えている。

まず、本画像形成装置が電子写真方式で画像形成するプロセスを説明する。駆動手段によって回転駆動された感光体ドラム2は帯電ローラ3により表面を均一な電位に帯電される。

次に、デジタル化された画像情報のパターン通りにレーザスキャナ4により感光体ドラム2表面をレーザ露光し、静電潜像を形成する。

現像ローラ5によって感光体ドラム2上の静電潜像上にトナーを付着させ、静電潜像を顕像化し、給紙カセット10から給紙ローラ12と搬送ローラ13によって搬送された記録材上に転写ローラ6によってドラム上のトナーが転写される。

転写されたトナーは定着フィルム8に加圧ローラ9が圧接することによって形成されるニップ部分を通過して記録材上に溶融定着される。

以上の過程により画像が形成された記録材は排紙部材を通して排紙部上に排出され積載される。

ここで、定着フィルム8と加圧ローラ9を拡大して図２に示す。定着フィルムは円筒の形状をしており、内側にヒータ15及びフィルムガイドとヒータステイを内蔵している。

ヒータはセラミック基板上に抵抗層を設け、その上に保護層としてガラス層が形成され、ヒータ上に温度検知素子であるサーミスタを長手方向の中心部(メインサーミスタ)と端部（サブサーミスタ）に設置して温度を随時モニタしてヒータに送る電力を制御できるようにしている。

定着フィルムの組成は内側から、耐熱性に優れたポリイミド樹脂のベースフィルム、次に接着層であるプライマーを介して最外面にフッ素樹脂離型層を形成したものである。

ベースフィルム側にヒータを設置し、また、加圧ローラ9は弾性ローラであり、アルミニウム製の芯金の周囲をシリコンスポンジ、またはシリコンゴムで覆い、変性PFA樹脂、またはFEP樹脂のチューブで表面を覆った形態となっており、加熱とともに外径が膨張する。

定着フィルム8中のヒータ15の発熱量はプリント開始からの通紙枚数と紙サイズ、紙種、及びヒータ15上に設置されたメインサーミスタが検知した温度測定結果に基づいて制御を行っている。

定着温度はメインサーミスタの検知温度が目標温度より高い場合ヒータ出力をダウンさせ、目標温度より低い場合ヒータ出力をアップさせ、目標温度に保たれるように制御している。

また、目標温度を通紙枚数によって制御しており、例えば加圧ローラが温まっておらず定着不良が発生しやすい通紙枚数１〜１２枚目までは190℃、加圧ローラがある程度温まってきた１３〜４４枚目までは185℃、完全に温まった状態の４５枚目以降は180℃に設定している。

本発明では定着モータの回転数に基づき、加圧ローラの膨張量を予測し、その結果から加圧ローラ温度を予測する。

予測した加圧ローラの温度状況に応じて定着温度の制御を行うことで、外部状況に関係なく最適な定着温度を設定する。

図２の定着フィルム8は加圧ローラ9に圧接され、加圧ローラ9の回転に伴い摺動する。従って定着フィルム8は加圧ローラ9と同じ周速度で回転する。

定着フィルム8の周速度は図中の定着フィルムの上部に設置された速度センサ14によって検知される。定着フィルム8の周速度は加圧ローラ9の速度に従うため、加圧ローラ9の速度を制御することで定着フィルムの速度を決定することができる。

ところで、加圧ローラ9の外径が膨張すると周速度がアップするので、本画像形成装置では定着フィルム8と加圧ローラ9の周速度を一定にするように定着駆動モータの単位時間当たりの回転数の制御を行っている。

速度センサ14で定着フィルム8 の周速度を検知し、所定の速度より速ければ本体制御部から定着モータに回転数ダウンの信号を入力し、所定の速度より遅ければ回転数アップの信号を出す。

そこで、本発明ではこの回転数制御の信号を検知して検知結果を基にプロセス条件であるヒータ出力又はトナー濃度の制御を行い、パフォーマンスの低下なしに記録材貼り付き現象を防止する制御方法を提供する。

本発明での制御のフローチャートを図５に示す。本体制御部から定着の駆動モータ17に出される回転数制御の信号から随時加圧ローラの膨張量を計算し、計算された加圧ローラ9の膨張量から加圧ローラ8の温度を計算する。

図4に定着モータ回転数と加圧ローラ温度の関係を示す。
ここで、図6に貼り付き現象発生と加圧ローラ温度の関係を示す。計算された加圧ローラ温度が図６に示す貼り付き発生温度Thよりも低い場合、ヒータ出力をそのままでプリントを続行する。

しかし、Thよりも高い場合、Th以下になるようにヒータ出力をダウンさせて、加圧ローラ温度を低下させる。

プリント続行中は以上の制御を持続的に行い、常にTh以下の加圧ローラ温度に保つことで貼り付き現象を防止する。
例えば、図4において回転数がRaのとき、加圧ローラ温度はTa℃と予測される。これは図６のデータから貼り付きが発生する温度ではないのでこのままの温調温度でプリントを続行する。

しかし、プリントを続行していき、加圧ローラが膨張して回転数をRｈにしたとする。このとき予測される加圧ローラ温度はThであるので貼り付き現象が発生する温度と判定される。

そこでヒータの出力を降下させていき、貼り付き現象が発生しない温度、即ちTh以下の温度になるまで低下させる。

実際に温度の低下を確認するには定着モータの回転数をモニタすることで行い、回転数がRh以下になった時、Th以下の温度になったと検知する。

加圧ローラ温度がTh以下にまで低下したら、再びヒータ出力を元の出力に戻す。

実際には、Thに達した時点で貼り付き現象が発生してしまうので、図６中のThよりもt℃低い温度Ti(定着モータの回転数Riに相当)に到達した時点でヒータ出力の低下を行い、Tiよりもt℃低いTj（定着モータの回転数Rjに相当）まで低下した時にヒータ出力の制御を元に戻す。

以上の制御をプリント中続行していき、常に所定の加圧ローラ温度が温度域内に収まるようにすることで貼り付き現象を防止できる。

また、終了後加圧ローラの温度がまだ高い状態で再度プリントスタートした場合においても、正確な加圧ローラ温度を予測することができ、貼り付き現象を防止することができる。

また、同様の制御で用紙のカール現象、スリップ現象も防止することができる。

第２の実施例としての制御方法を図8に示す。定着モータの回転数を検知し、回転数がRi以上の場合、現像の出力を下げ、トナー濃度を貼り付きが発生しない濃度Diにしてプリントを続行する。

実施例１の方法で予測された加圧ローラ温度が図6中のThを越える場合、現像バイアスをダウンさせ、トナーの濃度を低下させる。貼り付きの原因となるトナーの量を減らすことで貼り付き現象の発生を抑えることができる。

図8にベタ黒部分のトナー濃度と貼り付き現象の発生の関係を示す。通常温調でプリント動作を行った場合、トナー濃度がDhであると貼り付き現象が発生してしまう。

そこで、定着モータの回転数がRhに到達した場合、現像バイアスを貼り付きが発生しない濃度Diに相当する電圧まで低下させ、以下プリントを続行する。
実施例２は実施例１と併用することも可能である。

第３の実施例としての制御方法を図8に示す。定着モータの回転数を検知し、回転数がRi以上の場合、レーザの出力を下げ、トナー濃度を貼り付きが発生しない濃度Diにしてプリントを続行する。

実施例１の方法で予測された加圧ローラ温度が図6中のThを越える場合、レーザの出力をダウンさせ、感光体上のレーザ露光域（明部）の電位を貼り付きが発生しない濃度に合わせてプリントを続行する。

貼り付きの原因となるトナーの量を減らすことで貼り付き現象の発生を抑えることができる。図8にベタ黒部分のトナー濃度と貼り付き現象の発生の関係を示す。通常温調でプリント動作を行った場合、トナー濃度がDhであると貼り付き現象が発生してしまう。そこで、定着モータの回転数がRhに到達した場合、レーザ出力を低下させる。

感光ドラムの印字部の露光量を低下させ、明部電位を貼り付きが発生しない濃度Diに相当する電位に合わせてプリントを続行する。実施例3は実施例１と併用することも可能である。

第４の実施例としての制御方法を図8に示す。定着モータの回転数を検知し、回転数がRi以上の場合、転写の出力を下げ、トナー濃度を貼り付きが発生しない濃度Diにしてプリントを続行する。

実施例１の方法で予測された加圧ローラ温度が図6中のThを越える場合、転写バイアスをダウンさせ、トナーの濃度を低下させる。
貼り付きの原因となるトナーの量を減らすことで貼り付き現象の発生を抑えることができる。

そこで、定着モータの回転数がRhに到達した場合、転写バイアス出力を低下させる。紙上のトナー濃度を貼り付きが発生しない濃度Diに相当する電位に合わせてプリントを続行する。実施例４は実施例１と併用することも可能である。

上記、実施例1〜4による効果を以下に示す。
表中の数値は装置が冷却してある状態から通紙を開始している。

本発明の画像形成装置の概略図本発明の定着装置中の加熱部材と加圧部材の断面図本発明の定着装置制御の構成図定着モータの回転数と加圧ローラ温度の関係のグラフ本発明の実施例１における温度制御のフローチャート加圧ローラ温度と記録材貼り付き現象発生の関係のグラフ記録材上のトナー濃度と記録材貼り付き現象発生の関係のグラフ本発明の実施例２におけるトナー濃度制御のフローチャート

符号の説明

１画像形成装置
２感光体ドラム（像担持体）
３帯電ローラ
４レーザスキャナ
５現像ローラ
６転写ローラ
７クリーニングブレード
８定着フィルム
９加圧ローラ
１０給紙カセット
１１記録材搬送経路
１２給紙ローラ
１３搬送ローラ
１４速度検知センサ
１５ヒータ
１６定着駆動制御部
１７定着駆動モータ

Claims

像担持体に静電潜像を形成する露光装置と、前記像担持体にトナー画像を形成する現像装置と、トナー画像が形成された前記像但持体からトナー画像を記録材に転写する転写装置と、前記記録材のトナー画像を加熱加圧して記録材に定着させる加熱部材と加圧部材をもつ定着装置とを備えた画像形成装置において、
前記加熱部材又は前記加圧部材の回転数を検知する回転検知部材を備え、回転数の検知結果に基づき、排紙された前記記録材の貼り付きを防止するため、所定の画像形成条件を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記画像形成条件は、前記回転数の検知結果に基づき、加熱部材又は加圧部材の膨張量から加熱部材又は加圧部材の温度を予測し、その予測した温度から定着装置の温度制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記画像形成条件は、前記加熱部材又は加圧部材の回転数の検知結果に基づき、前記記録材上に転写されるトナー量を減少することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記画像形成条件は、前記加熱部材又は加圧部材の回転数の検知結果に基づき、前記現像装置に印加する電圧を低下することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
前記画像形成条件は、前記加熱部材又は加圧部材の回転数の検知結果に基づき、前記像但持体から前記記録材上にトナーを転写する転写出力を低下することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記画像形成条件は、前記加熱部材又は加圧部材の回転数の検知結果に基づき、前記像担持体に静電潜像を形成する露光量を低下することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。