JP2010019906A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目標とする定着温度と、紙質などによって異なる定着条件とに応じて定着温度を適宜制御し、待ち時間が短くかつ適正な定着処理を実現可能にする。
【解決手段】厚紙に対して定着処理を行うときには、普通紙の場合に比べて目標温度Ｔａに対する差分温度値Ｂを大きくし、定着装置の加熱部材を構成する定着ベルト表面の検知温度Ｔｍが目標温度Ｔａよりも大きく乖離した状態であっても印刷動作を開始することによって、普通紙のときに比べて待ち時間を低減することができ、また、厚紙ではホットオフセットが発生しにくく、定着ベルトへの巻き付きも発生しにくいため、定着品質を低下させることもない。
【選択図】図６

Description

本発明は、シート紙などの記録媒体に形成されたトナー像を加熱・加圧して、記録媒体に定着させる定着装置、および該定着装置を搭載する画像形成装置に関するものである。

複写機，ファクシミリ，プリンタなどの電子写真式の画像形成装置には、一般に、被定着画像としてのトナー像が形成されたシート状の記録媒体（以下、シート紙という）に対してトナー像を定着させるための定着装置が設けられている。

定着装置としては、ヒータなどの加熱源により加熱されるローラ体または無端状べルトからなる第１の回転部材と、該第１の回転部材に当接し、かつ該１の回転部材との対向位置において、該第１の回転部材と同じ方向に回転するローラ状の第２の回転部材（これには通常、加熱源が設けられている）とを有する構成のものが一般的である。このような定着装置では、トナー像を担持したシート紙を、所定温度に加熱された第１の回転部材と第２の回転部材との対向接触により形成されたニップ部を通過させ、このときに加熱・加圧を行うことにより、トナー像を加熱溶融してシート紙上に定着するようになっている。

一般的に、トナー像を加熱溶融してシート紙上に定着する際、トナー特性あるいはシート紙の種類などにより、良好な定着性を得ることができる定着温度域が存在する。よって、定着装置には、少なくとも一つの温度検知部材を設け、その温度検知部材の検知温度に基づき、回転部材の温度が目標の定着温度に一致するように制御しながら定着処理を行っている。

加熱型の定着装置において、加熱源であるヒータの電源が投入されてから回転部材が目標の定着温度に達するまでの時間（待ち時間）が不可欠であって、この待ち時間、いわゆるウォームアップ時間がユーザの使い勝手を悪くしている。

このため定着温度に関し前記ウォームアップ時間を短縮するための構造，制御方法などが各種提案され、実施されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
特開昭５５−１７１０１号公報 特開２００３−２９５９８号公報 特開２００３−２７１０３４号公報 特開２００４−２８６９３６号公報 特開２００６−２４２９８３号公報

上述したように、一般的な加熱型の定着装置においては、シート紙の厚み，トナー量（面積），プロセス速度（紙送り速度）に応じて目標とする定着温度が設定されており、このため、設定されている定着温度近傍の温度に到達するまで、ユーザには待ち時間（ウォームアップ時間）が発生することになる。

前記目標とする定着温度でない状態で定着処理を行うと、目標の定着温度よりも高い場合には、ホットオフセットと呼ばれる画像の異常を発生させたり、ローラあるいはベルトなどの定着部材からのシート紙分離性能が悪くなり、シート紙の巻付きジャムを発生させたりすることがある。

逆に、目標の定着温度よりも低い場合には、コールドオフセットと呼ばれる画像の異常を発生させる。

このため定着温度が目標温度よりも高くなり過ぎた場合には、ローラあるいはベルトなどの定着部材を空作動（回転）させて、強制放熱により温度が低下することを待つようにしていたが、定着装置近傍の空気の温度が高くなっているときには、なかなか温度が下がらず、待ち時間が長くなる。

このため従来では、上述したように定着温度に関し前記ウォームアップ時間を短縮するための構造，制御方法などが各種提案され、実施されているが、紙質などによって異なる定着条件に応じた定着温度の制御については適正かつ良好に行われているとはいえない。

本発明は、前記従来技術の課題を解決し、目標とする定着温度と、紙質などによって異なる定着条件とに応じて定着温度を適宜制御し、待ち時間が短くかつ適正な定着処理が実現するようにした定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、加熱源により加熱される加熱部材と、該加熱部材に所定の圧力で当接する加圧部材とによりニップ部を形成し、該ニップ部にて記録媒体上のトナー像に対して定着を行う定着装置において、前記加熱部材の温度を検知する温度検知部と、前記温度検知部により検知される温度が目標温度Ｔａに対して（Ｔａ−Ａ）以上あるいは（Ｔａ＋Ｂ）以下の範囲である場合（Ａ，Ｂは差分温度値）、前記差分温度値Ａあるいは前記差分温度値Ｂを定着対象である記録媒体の種類または厚みに応じて変えるように、前記加熱源の発熱量を制御する制御部とを備えたことを特徴とし、この構成によって、条件変化に応じて設定された目標温度に定着温度を一致させる温度制御でなく、前記差分温度値Ａ，Ｂを記録媒体の種類または厚みに応じて変化させる温度制御を行うことにより、待ち時間の短縮化あるいは定着品質の変動が抑制されるなど、記録媒体の種類または厚みに応じた適正かつ良好な定着温度制御が可能になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、定着対象の記録媒体の厚みが厚くなるほど、差分温度値Ｂを大きくすることを特徴とし、この構成によって、ホットオフセットが発生しにくい厚紙などの記録媒体では、上限側の温度を高く（＝差分温度値Ｂを大きく）することにより、待ち時間を短縮することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、定着対象の記録媒体が光沢紙である場合、差分温度値Ａを小さくすることを特徴とし、この構成によって、目標温度よりも低い温度で定着処理することによる光沢不足を防ぐことができ、所望の光沢度を保つことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、定着対象の記録媒体が光沢紙である場合、差分温度値Ｂを小さくすることを特徴とし、この構成によって、目標温度よりも高い温度で定着処理することによる光沢過多を防ぐことができ、所望の光沢度を保つことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、定着対象の記録媒体が光沢紙である場合、差分温度値Ａおよび差分温度値Ｂを小さくすることを特徴とし、この構成によって、目標温度よりも低い温度で定着処理することによる光沢不足を防ぎ、かつ目標温度よりも高い温度で定着処理することによる光沢過多を防ぐことができ、所望の光沢度を保つことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、温度検知部材で検知した温度が、設定された差分温度値Ｂを超えるときに、該差分温度値Ｂになるまで、通常動作時よりも速い速度で加熱部材を移動駆動させる駆動制御部を備えたことを特徴とし、この構成によって、加熱部材を速く移動（変位，回転）駆動させることにより、加熱部材の温度の均一化を図り、温度が下がるまでの待ち時間を短縮することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６いずれか１項記載の定着装置において、ローラ間にベルトを架設して加熱部材を構成したことを特徴とし、この構成によって、比較的低熱容量のベルトを用いた定着構成を組み合わせることにより、省エネルギかつ安定した定着処理が可能になる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜６いずれか１項記載の定着装置において、ローラ間にベルトを架設して加圧部材を構成したことを特徴とし、この構成によって、比較的低熱容量のベルトを用いた定着構成を組み合わせることにより、省エネルギかつ安定した定着処理が可能になる。

請求項９に記載の発明は、トナー現像剤にて記録媒体にトナー像を形成する画像形成部と、該画像形成部から搬送される記録媒体上のトナー像に対して定着を行う定着部とを備えた画像形成装置において、前記定着部として請求項１〜８いずれか１項記載の定着装置を搭載したことを特徴とし、この構成によって、記録媒体の種類または厚みに応じた適正かつ良好な定着処理が実行されるため、高品位で安定した画像形成が行われる。

本発明に係る定着装置によれば、加熱部材の温度を検知する温度検知部により検知される温度が目標温度Ｔａに対して（Ｔａ−Ａ）以上あるいは（Ｔａ＋Ｂ）以下の範囲である場合（Ａ，Ｂは差分温度値）、該差分温度値Ａ，Ｂを定着対象である記録媒体の種類または厚みに応じて変えるように、加熱部材の加熱を制御することにより、記録媒体の種類または厚みに応じて待ち時間の短縮化、あるいは定着品質が変動することを抑制することが可能になり、よって、記録媒体の種類または厚みに応じた適正かつ良好な定着温度制御が実現する。

また、本発明に係る画像形成装置によれば、定着部として本発明に係る定着装置を搭載したことにより、記録媒体の種類または厚みに応じた適正かつ良好な定着処理が実行されるため、高品位で安定した画像形成が可能になる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態である定着装置を搭載した画像形成装置の概略構成を示す正面図であり、装置本体中央に設置された画像形成部１は、感光体，トナー現像部などからなりイエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの各色に対応するトナー画像を形成する作像部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、各作像部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにて形成された各色トナー像が転写される転写ベルト３と、転写ベルト３とにより転写ニップ部Ｎａを形成して該転写ニップ部Ｎａで記録媒体であるシート紙にトナー像の転写を行う転写ローラ４と、転写ベルト３と転写ローラ４との転写ニップ部Ｎａにタイミングをとってシート紙を給紙するレジストローラ５などから構成されている。

装置本体下部には複数の給紙カセット６ａ，６ｂが設置され、各給紙カセット６ａ，６ｂに紙質，厚さ，サイズの異なるシート紙Ｐが収納される、ユーザにて使用されるシート紙Ｐが選択されると、該選択されたシート紙Ｐが、各給紙カセット６ａ，６ｂに設けられた給紙ローラ７ａ，７ｂにより、レジストローラ５方向への搬送路８に給紙される。また、装置本体側部には手差しトレイ９が設置され、ユーザにて手差しされたシート紙が給紙ローラ７ｃによりレジストローラ５方向へ給紙される。

装置本体上部には、定着装置１０が設置され、転写ベルト３と転写ローラ４との転写ニップ部Ｎａにおいて転写処理を受けたシート紙に対して、定着装置１０において加熱・加圧によるトナー像の定着処理が行われる。

また、装置本体上部には、排紙トレイ１１が設置され、排紙トレイ１１上に定着装置１０から送り出された定着処理後のシート紙が排紙ローラ１２により排紙される。

図１のようにシート紙Ｐを装置本体において略鉛直上向きに搬送する構造にすることにより、シート紙Ｐが給紙トレーカセット６ａ，６ｂから排紙トレイ１１に到達するまでの距離を短くすることができるため、画像形成（印刷）１枚目が排紙トレイ１１に排紙されるまでの時間を短くすることができる。

図２は図１に示す本実施形態の定着装置の詳細構成を示す拡大図であり、定着装置１０は、定着対象であるシート紙Ｐを搬送するための無端状の定着ベルト１３と、定着ベルト１３が張架されて該定着ベルト１３を駆動する加熱ローラ１４および定着ローラ１５と、定着ベルト１３を介して定着ローラ１５に対向して配置される加圧ローラ１６と、加熱ローラ１４および加圧ローラ１６の内部にそれぞれ設けられた加熱源であるヒータ１７，１８と、定着ベルト１３を介して加熱ローラ１４に対向して配置されて定着ベルト１３の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ（非接触型サーミスタ）１９と、加圧ローラ１６の温度を検知する温度検知手段としてサーミスタ（接触型サーミスタ）２０と、ベルト張架用ローラ２１とスプリング２２とからなり定着ベルト１３に外側への押圧力を付して所定の張力を与える付勢部材２３を備えている。

本実施形態では、定着ベルト１３と加熱ローラ１４と定着ローラ１５とが加熱部材を構成し、加圧ローラ１６が加圧部材を構成している。

本例では、加熱ローラ１４に設けたヒータ１７として１０００Ｗ（定格電圧入力時）のものを用い、また、加圧ローラ１６に設けたヒータ１８として３００Ｗ（定格電圧入力時）のものを用いている。加熱ローラ１４に設けたヒータ１７の方を、加圧ローラ１６に設けたヒータ１８よりも発熱量の多いヒータとすることにより、定着ベルト１３の温度上昇を早くし、立ち上げ動作に要する時間を短縮することができる。

定着ベルト１３を介して定着ローラ１５に所定の圧力にて当接する加圧ローラ１６における定着ニップ部Ｎｂにおいて、シート紙Ｐ上のトナーが粘弾性を有する樹脂であるため、定着ニップ部Ｎｂでトナーが溶融し、シート紙排出時にシート紙Ｐが定着ベルト１３に巻き付いてジャムが発生する危険性がある。

このため、定着ベルト１３からシート紙Ｐを剥離分離するため分離部材２４を設けている。分離部材２４としては定着ベルト１３と接触して機能する分離爪、あるいは定着ベルト１３に対して０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の微小のギャップを持って保持される分離板を使用することができる。

また、定着ローラ１５と加圧ローラ１６間の定着ニップ部Ｎｂへシート紙Ｐを搬送ガイドするため、定着ニップ部Ｎｂの搬送路におけるシート紙入口／出口部分にガイド板２５ａ，２５ｂを設けている。

前記構成の定着装置１０では、転写処理を受けたシート紙Ｐに対して、定着ニップ部Ｎｂにて加熱・加圧を加えることにより、シート紙Ｐ上のトナー像の定着処理を行う。

一般に、複写機，プリンタなどの画像形成装置では、使用するシート紙の紙種，紙厚は画像形成（印刷）を行うユーザにより選択され、その選択されたシート紙情報に基づいて各部において最適な制御を行うようになっている。

すなわち、厚紙では画像形成時の定着ベルト１３の表面温度が高くなるように制御し、逆に薄紙では表面温度が低くなるように制御して、定着対象のシート紙Ｐにカールなどが発生しないようにしている。また、表面が平滑で光沢が発生するようにコーティングされた光沢紙が選択された場合には、良好な光沢度を呈するになるように定着ベルト１３の表面温度を制御している。

本実施形態では、紙厚により、シート紙を薄紙，普通紙，厚紙に分類し、紙の坪量で約１００〜１５０ｇ／ｃｍ^２を超えるシート紙に関しては厚紙と規定し、このようなシート紙を使用する場合にはユーザが、装置本体に設けられているオペレーションボード（図示せず）の表示・入力キーなどからシート紙情報として厚紙を選択してデータ入力するようになっている。

図３は本実施形態における定着温度制御系の構成を示すブロック図であり、３０は、定着ベルト１３の温度を検知するサーミスタ１９と、加圧ローラ１６の温度を検知するサーミスタ２０からの検知出力を受けて、加熱ローラ１４のヒータ１７と、加圧ローラ１６のヒータ１８のオン／オフ駆動を行う温度制御部、３１は装置各部のコントロールを行うため各部と信号の授受を行うコントローラである。本例では温度制御部３０において、サーミスタ１９とサーミスタ２０の検知出力と目標制御温度とを比較して、各ヒータ１７，ヒータ１８のオン／オフ判断を行う。

図４のフローチャートを参照してユーザにより印刷要求が行われた際の本実施形態における動作について説明する。

コントローラ３１は、印刷要求が行われた際、ユーザにより入力された印刷指定情報から、紙種あるいは紙厚などの情報を取得する（Ｓ１）。その情報とあらかじめ設定されているデータテーブル（例えば、表１）の設定値とから、印刷動作を開始させる目標温度Ｔａからの差分温度値Ａ，Ｂをそれぞれ決定する（Ｓ２）。

続いて、サーミスタ１９で検知した定着ベルト１３の表面温度Ｔｍが当該印刷の下限設定温度（Ｔａ−Ａ）以上になっているか否かを判断する（Ｓ３）。Ｔｍ＜（Ｔａ−Ａ）の場合には（Ｓ３のＮｏ）、通常印刷速度（本実施形態では１５０ｍｍ／ｓ）で定着ベルト１３を回転させながら（Ｓ４）、ヒータ１７をオンにする。

そして、Ｔｍ≧（Ｔａ−Ａ）のときには（Ｓ３のＹｅｓ）、Ｔｍが上限設定温度（Ｔａ＋Ｂ）以下であるか否かを確認する（Ｓ４）。Ｔｍ＞Ｔａ＋Ｂの場合には（Ｓ５のＮｏ）、通常印刷速度よりも速い速度、本例では２５０ｍｍ／ｓで定着ベルト１３を回転させる（Ｓ６）。このときヒータ１７をオフにする。このように、定着ベルト１３を通常時よりも早く回転させることで、定着ベルト１３から、定着ベルト１３よりも温度が低い加圧ローラ１６への伝熱を増やし、定着ベルト１３の温度を早く下げることができる。Ｔｍ≦Ｔａ＋Ｂになった時点で（Ｓ５のＹｅｓ）、定着ベルト１３を通常印刷速度（１５０ｍｍ／ｓ）で回転させて（Ｓ７）、印刷動作を開始する。

図５〜図７は上記のような本実施形態の制御を行ったときの定着ベルト１３の表面温度を検知するサーミスタと待ち時間との関係を示す図である。

図５は普通紙の印刷要求が行われた際の温度プロフィール、図６は厚紙の印刷要求が行われた際の温度プロフィールを示す。厚紙のときには、図６に示すように、図５に示す普通紙の場合に比べて差分温度値Ｂを大きくし、定着ベルト１３の表面温度を検知するサーミスタ１９の検知温度Ｔｍが目標温度Ｔａよりも大きく乖離した状態であっても印刷動作を開始することにより、普通紙のときに比べて待ち時間を低減することができる。また、厚紙ではホットオフセットが発生しにくく、定着ベルト１３への巻き付きも発生しにくいため、定着品質の問題もない。

図７は光沢紙モードの印刷要求が行われた際の温度プロフィールを示す。光沢紙のときは差分温度値Ａ，Ｂ共に小さくする（いずれか一方のみ小さくするようにしてもよい）。このため普通紙のときに比べ、印刷開始するまでの待ち時間は長くなる。ただし、サーミスタ１９の検知温度Ｔｍの温度は目標の目標温度Ｔａ付近になってから印刷を開始しているため温度変動が少なく、よって、光沢変動が小さく、良好な光沢度を呈するように制御することができる。

なお、本実施形態では、図１，図２に示すように、定着ベルト１３と加熱ローラ１４と定着ローラ１５とにより加熱部材を構成しているが、加熱部材としては、内部に加熱源を設けた定着ローラ単体にて構成してもよい。

また、本実施形態では、加圧ローラ１６単体で加圧部材を構成しているが、加圧部材としては、いずれかに加熱源を設けた一対のローラと、これらに架設されたベルトとにより構成することも考えられ、また、加圧ローラ１６に代えて押圧パッドで加圧部材を構成することも考えられる。

例えば、図８に示す本実施形態に係る定着装置の構成例１のように、定着ベルト１３と加熱ローラ１４と定着パッド３５により加熱部材を構成し、定着ベルト１３を介して定着パッド３５と加圧ローラ１６とが所定の圧力で当接して定着ニップ部Ｎｂを形成する構成にすることが考えられる。

さらに、図９に示す本実施形態に係る定着装置の構成例２のように、内部にヒータ３６を設けた定着ローラ１５単体で加熱部材を構成し、加圧部材として、フリー状態の加圧用ベルト３７内に加圧部材３８を設けた構成にして、加圧用ベルト３７を介して定着ローラ１５と加圧部材３８とが所定の圧力で当接して定着ニップ部Ｎｂを形成する構成にすることが考えられる。

本発明は、複写機，プリンタ，ファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成部に設けられる定着装置に適用され、特に、記録媒体として多種のシート紙を用いる装置に実施して有効である。

本発明の実施形態である画像形成装置の概略構成を示す正面図 本実施形態に設置された定着装置の詳細構成を示す拡大図 本実施形態における定着温度制御系の構成を示すブロック図 本実施形態における印刷要求が行われた際の動作に係るフローチャート 本実施形態における普通紙の印刷要求が行われた際の温度プロフィールを示す図 本実施形態における厚紙の印刷要求が行われた際の温度プロフィールを示す図 本実施形態における光沢紙の印刷要求が行われた際の温度プロフィールを示す図 本実施形態に係る定着装置の構成例１の概略構成図 本実施形態に係る定着装置の構成例２の概略構成図

符号の説明

１ 画像形成部
２ａ〜２ｄ 作像部
１０ 定着装置
１３ 定着ベルト
１４ 加熱ローラ
１５ 定着ローラ
１６ 加圧ローラ
１７，１８，３６ ヒータ
１９，２０ サーミスタ
３０ 温度制御部
３１ コントローラ
３５ 定着パッド
３７ 加圧用ベルト
３８ 加圧部材
Ｎｂ 定着ニップ部
Ｐ シート紙

Claims (9)

1. 加熱源により加熱される加熱部材と、該加熱部材に所定の圧力で当接する加圧部材とによりニップ部を形成し、該ニップ部にて記録媒体上のトナー像に対して定着を行う定着装置において、
   前記加熱部材の温度を検知する温度検知部と、
   前記温度検知部により検知される温度が目標温度Ｔａに対して（Ｔａ−Ａ）以上あるいは（Ｔａ＋Ｂ）以下の範囲である場合（Ａ，Ｂは差分温度値）、前記差分温度値Ａあるいは前記差分温度値Ｂを定着対象である記録媒体の種類または厚みに応じて変えるように、前記加熱源の発熱量を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 定着対象の記録媒体の厚みが厚くなるほど、前記差分温度値Ｂを大きくすることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 定着対象の記録媒体が光沢紙である場合、前記差分温度値Ａを小さくすることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 定着対象の記録媒体が光沢紙である場合、前記差分温度値Ｂを小さくすることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
5. 定着対象の記録媒体が光沢紙である場合、前記差分温度値Ａおよび前記差分温度値Ｂを小さくすることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
6. 前記温度検知部材で検知した温度が、設定された前記差分温度値Ｂを超えるときに、該差分温度値Ｂになるまで、通常動作時よりも速い速度で前記加熱部材を移動駆動させる駆動制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
7. ローラ間にベルトを架設して前記加熱部材を構成したことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の定着装置。
8. ローラ間にベルトを架設して前記加圧部材を構成したことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の定着装置。
9. トナー現像剤にて記録媒体にトナー像を形成する画像形成部と、該画像形成部から搬送される記録媒体上のトナー像に対して定着を行う定着部とを備えた画像形成装置において、前記定着部として請求項１〜８いずれか１項記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。

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