JP2012032502A

JP2012032502A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2012032502A
Application number: JP2010170515A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nishida; 聡西田; Kohei Okayasu; 孝平岡安
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-07-29
Also published as: JP5631092B2

Abstract

【課題】定着回転体の表面層の材料の融点よりも低い温度を用いて未定着画像を加熱定着するときよりも大きな熱量を表面層に印加できるようにし、定着回転体の表面層を元の平滑な状態に回復できるようにする。
【解決手段】表面層形状回復モードが選択されると、加熱手段２２は定着回転体２０の表面層２０Ｃの材料の融点よりも低い所定の目標温度で前記表面層の加熱を行ない、前記加熱手段により前記表面層の加熱を行うときの単位面積当りの熱量が記録材Ｐに未定着画像ｔを加熱定着するときよりも大きくなるように前記定着回転体の周速度の切り替えを行なうことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に関する。

電子写真式の複写機やプリンタは、記録材に未定着トナー画像を形成する画像形成部と、記録材上の未定着トナー画像を記録材に加熱定着する定着装置（定着器）などを有している。この定着装置のタイプとして、外部加熱方式の定着装置が知られている。このタイプの定着装置は、定着ローラと、定着ローラと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、定着ローラの外周面（表面）と接触して定着ローラ表面を加熱する加熱部材などを有している。加熱部材として、ハロゲンヒータを内包した加熱ローラ、或いはセラミックヒータと接触しつつ移動するエンドレスベルトなどが用いられる。未定着トナー画像を担持する記録材は定着装置の定着ニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上のトナー画像は記録材に加熱定着される。

ところで、外部加熱方式の定着装置では、定着ニップ部で未定着トナー画像の定着性を確保するためのニップ幅を得るために、定着ローラの表面層の下層に弾性層を設けている。また定着ローラ表面を素早く未定着トナー画像の定着可能温度に昇温させるために、定着ローラ表面を外部から加熱するようにしている。

ところが、外部加熱方式の定着装置では、定着ローラの表面層の表面性に傷やシワなどの問題が発生すると、プリントされた出力画像に跡が写ってしまう問題が生じる。かかる問題を解消するために、定着ローラ表面を元の平滑な状態に回復させることが求められている。特許文献１には、定着ローラの表面状態変更モード時に、定着ローラの表面層をヒータで表面層の材料の融点以上の温度に加熱し、この表面層を平滑な加熱部材表面で加圧して、定着ローラ表面を改善する技術が開示されている。

特開２００５−２６６７８５号公報

外部加熱方式の定着装置では、定着ローラの弾性層、及びヒータ等の周辺部材の耐熱性能を確保する観点から、定着ローラの表面層を表面層の材料の融点以上の温度で加熱することなく、定着ローラの表面層を元の平滑な状態に回復できることが求められている。

本発明の目的は、定着回転体の表面層の材料の融点よりも低い温度を用いて未定着画像を加熱定着するときよりも大きな熱量を表面層に印加できるようにし、定着回転体の表面層を元の平滑な状態に回復できるようにした画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の構成は、記録材に未定着画像を形成する画像形成部と、加熱手段と、表面層の下層に弾性体を有する定着回転体であり前記加熱手段と前記表面層が接触して加熱ニップ部を形成する定着回転体と、を有し、前記加熱ニップ部で前記定着回転体を前記加熱手段により加熱して、記録材に形成された未定着画像を前記定着回転体により記録材に加熱定着する定着部と、を有し、前記定着回転体の表面層形状回復モードを選択可能な画像形成装置において、前記表面層形状回復モードが選択されると、前記加熱手段は前記定着回転体の表面層の材料の融点よりも低い所定の目標温度で前記表面層の加熱を行ない、前記加熱手段により前記表面層の加熱を行うときの単位面積当りの熱量が記録材に未定着画像を加熱定着するときよりも大きくなるように前記定着回転体の周速度の切り替えを行なうことを特徴とする。

本発明によれば、定着回転体の表面層の材料の融点よりも低い温度を用いて未定着画像を加熱定着するときよりも大きな熱量を表面層に印加できるようにし、定着回転体の表面層を元の平滑な状態に回復できるようにした画像形成装置を提供できる。

実施例１に係る画像形成装置の構成模式図定着装置の横断面構成模式図（Ａ）は定着ローラのシワが発生した離型層の横断面模式図、（Ｂ）は定着ローラの折り目がついた離型層の横断面模式図実施例１に係る画像形成装置の定着ローラ回復モードのフローチャート実施例２に係る画像形成装置の定着ローラ回復モードのフローチャート実施例３に係る画像形成装置の定着ローラ回復モードのフローチャート

［実施例１］画像形成装置全体の構成：図１は本実施例に係る画像形成装置の構成模式図である。この画像形成装置は、電子写真技術を利用してフルカラー画像を形成するレーザービームプリンタである。

本実施例に示す画像形成装置は、現像剤としてのシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色のトナーを用いてトナー画像を形成する第１から第４の画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを所定の方向に一列に並設したインライン方式の装置である。各画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは、それぞれ、像担持体としてドラム形状の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１を有している。各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて、感光ドラム１の外周面（表面）の周囲には、帯電部材としてのドラム帯電器２と、露光手段としての走査露光装置３が設けられている。また感光ドラム１表面の周囲には、現像手段としての現像器４と、ドラムクリーナ６が設けられている。そして感光ドラム１に跨るように搬送部材としての中間転写ベルト７が設けている。この中間転写ベルト７は、駆動ローラ８ａと、二次転写対向ローラ８ｂと、に掛け回してある。中間転写ベルト７の内周面（内面）側には、各感光ドラム１と中間転写ベルト７を挟むように第１の転写部材としての一次転写ローラ５が設けられている。中間転写ベルト７の外周面（表面）側には、二次転写対向ローラ８ｂと中間転写ベルト７を挟むように第２の転写部材としての二次転写ローラ９が設けられている。

本実施例の画像形成装置は、ホストコンピュータ、ネットワーク上の端末機、外部スキャナなどの外部装置（不図示）から出力されるプリント指令に応じて制御部１００が所定の画像形成シーケンスを実行する。制御部１００はＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとからなり、メモリには画像形成シーケンス、定着ローラシワ回復モード、画像形成に必要な各種テーブル及び各種プログラムなどが記憶されている。

本実施例の画像形成装置の画像形成動作を、図１を参照して説明する。制御部１００は、プリント指令に応じて実行される画像形成シーケンスに従い各画像形成部Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを順次駆動する。先ず、各感光ドラム１が所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向へ回転されると共に、駆動ローラ８ａにより中間転写ベルト７が各感光ドラム１の回転周速度と対応した周速度で矢印方向へ回転される。１色目のシアンの画像形成部Ｐａにおいて、感光ドラム１表面はドラム帯電器２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。次に走査露光装置３が外部装置から出力される画像データ（画像情報）に応じたレーザ光を感光ドラム１の帯電面に対し走査露光する。これにより感光ドラム１表面の帯電面に画像データに応じた静電潜像（静電像）が形成される。そしてこの静電潜像が現像器４によってシアンのトナーを用いて現像される。これによって感光ドラム１表面上にシアンのトナー画像（現像像）が形成される。同様の帯電、露光、現像の各工程が、２色目のマゼンタの画像形成部Ｐｂ、３色目のシアンのイエローの画像形成部Ｐｃ、４色目のブラックの画像形成部Ｐｄにおいても行われる。各感光ドラム１表面に形成された各色のトナー画像は感光ドラム表面と中間転写ベルト７表面との間の一次転写ニップ部で一次転写ローラ５によって中間転写ベルト７表面上に順番に重ねて転写される。これにより中間転写ベルト７表面にフルカラーのトナー画像が担持される。トナー画像転写後の感光ドラム１表面は、感光ドラム１表面に残留する転写残トナーがドラムクリーナ６により除去され次の画像形成に供される。

一方、給紙カセット１０から記録材Ｐが繰り出しローラ１１により１枚ずつ繰り出されレジストローラ１３に搬送される。この記録材Ｐはレジストローラ１３によって中間転写ベルト７表面と二次転写ローラ９の外周面（表面）との間の二次転写ニップ部に搬送される。そしてこの搬送過程において二次転写ローラ９によって中間転写ベルト７表面のトナー画像が記録材Ｐ上に転写される。これにより記録材Ｐ上に未定着のフルカラーのトナー画像が担持される。

フルカラーのトナー画像を担持した記録材Ｐは定着部としての定着装置１３の後述する定着ニップ部Nｔに導入される。そしてこの定着ニップ部Nｔで記録材Ｐを挟持搬送しつつトナー画像に熱とニップ圧を印加し、これにより記録材Ｐ上のトナー画像は記録材Ｐに加熱定着される。定着ニップ部Ｎｔを出た記録材Ｐは排出ローラ１４により排出トレー１５上に排出される。

定着装置（定着部）の構成：以下の説明において、定着装置及び定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。長さとは長手方向の寸法である。幅とは短手方向の寸法である。

図２は定着装置１３の横断面構成模式図である。この定着装置１３は外部加熱方式の定着装置である。本実施例に示す定着装置１３は、定着回転体としての定着ローラ２０と、バックアップ部材としての加圧ローラ２１と、加熱手段としての加熱ユニット２２などを有している。定着ローラ２０と、加圧ローラ２１と、加熱ユニット２２は、何れも長手方向に長い部材である。

定着ローラ２０は、鉄、ＳＵＳ、アルミニウム等の金属材料からなる丸軸状の芯金２０Ａを有している。そしてこの芯金２０Ａの外周面上に弾性体としてのシリコーンゴムなどを主成分とする弾性層２０Ｂが形成され、この弾性層２０Ｂの外周面上に表面層としてＰＴＦＥ、ＰＦＡ又はＦＥＰなどを主成分とする離型層２０Ｃが形成されている。つまり、定着ローラ２０は、表面層としての離型層２０Ｃの下層に弾性体としての弾性層３０Ｂを有している。この定着ローラ２０は芯金２０Ａの長手方向両端部が装置フレーム（不図示）に回転可能に支持されている。

加圧ローラ２１は、アルミニウムなどを主成分とする丸軸状の芯金２１Ａを有している。そしてこの芯金２１Ａの外周面にシリコーンゴム等を主成分とする弾性層２１Ｂが形成され、この弾性層２１Ｂの外周面上に最外層（表面層）としてＰＴＦＥ、ＰＦＡ又はＦＥＰなどを主成分とする離型層２１Ｃが形成されている。この加圧ローラ２１は定着ローラ２０の下方で定着ローラ２０と並列に配置され、芯金２１Ａの長手方向両端部が装置フレームに軸受（不図示）を介して回転可能に、かつ上下動可能に支持されている。この芯金２１Ａの長手方向両端部の軸受は加圧バネ（不図示）により所定の加圧力をもって加圧ローラ２１の径方向で定着ローラ２０に向けて付勢されている。これにより加圧ローラ２１は、加圧ローラ２１の外周面（表面）が定着ローラ２０の外周面（表面）に接触しその状態に定着ローラ２０に加圧される。これによって、加圧ローラ２１の弾性層２１Ｂと定着ローラ２０の弾性層２０Ｂとを弾性変形させ、定着ローラ２０表面と加圧ローラ２１表面との間に所定幅の定着ニップ部Ｎｔを形成している。

加熱ユニット２２は、加熱体としてのセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）２３と、ヒータ２３を支持するヒータホルダ２４と、ヒータホルダ２４の外周にルーズに外嵌されている筒状の可撓性フィルム２５などを有している。ヒータ２３は、アルミナ、窒化アルミ等のセラミックを主成分とする薄板状のヒータ基板２３Ａを有している。このヒータ基板２３Ａの可撓性フィルム２５側の基板面には、銀、パラジウム等を主成分とした抵抗発熱体２３Ｂがヒータ基板２３Ａの長手方向に沿って設けられている。またこの基板面には、ガラス又はフッ素樹脂、ポリイミド等の耐熱樹脂を主成分とする保護層２３Ｃが抵抗発熱体２３Ｂを覆うように設けられている。可撓性フィルム２５は、可撓性フィルム２５の内周長がヒータホルダ２４の外周長より所定長さ長くなるように形成され、ヒータホルダ２４に無張力にてルーズに外嵌されている。ヒータホルダ２４の長手方向両端部には、可撓性フィルム２５の回転動作中の長手方向への移動が規制するためのフランジ（不図示）が設けられている。可撓性フィルム２５の層構成として、ポリイミドを主成分とする無端帯状のフィルム基層の外周面上をＰＦＡを主成分とする無端帯状の表面層で被覆するという二層構造が採用されている。

この加熱ユニット２２は定着ローラ２０の上方で定着ローラ２０と並列に配置されている。そしてヒータホルダ２４の長手方向両端部は加圧バネ（不図示）により所定の加圧力をもって可撓性フィルム２５の径方向で定着ローラ２０に向けて付勢されている。これによって定着ローラ２０表面には可撓性フィルム２５を挟んでヒータ２４が加圧される。これによって定着ローラ２０の弾性層２０Ｂを弾性変形させ、定着ローラ２０表面と可撓性フィルム２５の外周面（表面）との間に所定幅の加熱ニップ部Ｎｋを形成している。加熱手段は加熱ユニット２２に限られずハロゲンヒータを内包した加熱ローラを用いてもよい。

図１を参照して、定着装置の加熱定着動作を説明する。制御部１００は、プリント指令に応じて実行される画像形成シーケンスに従い駆動源としての定着モータＭを回転駆動する。この定着モータＭの出力軸の回転は所定のギア列（不図示）を介して定着ローラ２０の芯金２０Ａに伝達される。これにより定着ローラ２０は矢印方向へ所定の周速度（プロセススピード）で回転する。定着ローラ２０の回転は定着ニップ部Ｎｔにおいて加圧ローラ２１表面と定着ローラ２０表面との摩擦力によって加圧ローラ２１に伝わる。これにより加圧ローラ２１は定着ローラ２０の回転に追従して矢印方向へ回転する。また定着ローラ２０の回転は加熱ニップ部Ｎｋにおいて定着ローラ２０表面と可撓性フィルム２２表面との摩擦力によって可撓性フィルム２５に伝わる。これにより可撓性フィルム２５は可撓性フィルム２５の内周面（内面）がヒータ２３の保護層２３Ｃ表面と接触しながら定着ローラ２０の回転に追従して矢印方向へ回転する。また制御部１００は、画像形成シーケンスに従い通電制御部としてのトライアック３０をオンする。トライアック３０はＡＣ電源４０から印加される電力を制御しヒータ２３の抵抗発熱体２３Ｂへの通電を開始する。この通電により抵抗発熱体２３Ｂが発熱してヒータ２３は急速に昇温し可撓性フィルム２５を加熱する。ヒータ２３の温度はヒータ基板２３Ａの裏面（加熱ニップ部Ｎｋと反対側の面）に設けられた温度検知部材としてのサーミスタ２６により検知される。制御部１００は、サーミスタ２６からの出力信号（温度検知信号）を取り込み、この出力信号に基づいてヒータ２３を所定の定着温度（目標温度）に維持するようにトライアック３０を制御する。これによりヒータ２３は所定の定着温度に温調される。

回転動作している定着ローラ２０は、加熱ニップ部Ｎｋにおいて定着ローラ２０表面がヒータ２３により可撓性フィルム２５を介して加熱される。これにより定着ローラ２０には、記録材Ｐが担持する未定着のトナー画像（未定着画像）ｔを定着ニップ部Ｎｔで加熱定着するために必要十分な熱量が与えられる。定着モータＭを回転駆動し、かつヒータ２３を温調している状態において、未定着のトナー画像ｔを担持した記録材Ｐがトナー画像担持面を上向きにして定着ニップ部Ｎｔに導入される。この記録材Ｐは定着ニップ部Ｎｔで定着ローラ２２表面と加圧ローラ２１表面とにより挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。この搬送過程においてトナー画像ｔが定着ローラ２０表面で加熱されて溶融すると共にこの溶融したトナー画像ｔに定着ニップ部Ｎｔによるニップ圧が印加され、これによりトナー画像ｔは記録材Ｐの面上に加熱定着される。

本実施例に示す外部加熱方式の定着装置を用いることによるメリットとしては、第１に、定着ローラの弾性層の厚みを厚くしても、伝熱効率が阻害されないというメリットがある。これに対して、筒状の定着ローラを内側からハロゲンヒータ等の加熱源により加熱するタイプの内部加熱方式の定着装置（不図示）では、定着ローラの弾性層を厚くすると伝熱が阻害され、定着ローラ表面の温度上昇が遅くなってしまう。このため定着可能になるまでのウェイトタイムが長くなり、ユーザーの利便性が損なわれる。第２に、定着ローラ２０の弾性層２０Ｂの厚みが厚くできると、定着ローラ２０表面を柔らかくでき、微小な凹凸を持つ記録材Ｐ上のトナー画像ｔに、定着ローラ２０表面を均一に密着させ、ムラなく熱を与えることができるというメリットがある。従って、外部加熱方式の定着装置１３を用いることによって、ユーザーの利便性を損なうことなく、溶融ムラの少ない良好な画質を得ることができる。また、定着ローラ２０の弾性層２０Ｂが厚く、離型層２０Ｃの厚みが薄いほど、定着ローラ２０表面を柔らかくでき、良好な画質を得ることができる。

しかしながら、弾性層２０Ｂが厚く、離型層２０Ｃの厚みが薄い定着ローラ２０を用いた外部加熱方式の定着装置１３で、加熱定着動作を繰り返すと、定着ローラ２０の離型層２０Ｃに微小なシワが発生する可能性がある。このシワは、離型層２０Ｃの厚みが薄い場合に発生しやすく、特に離型層２０Ｃの厚みが２０μｍ以下の場合に発生しやすい。また、離型層２０Ｃの形成方法は、大別して、コーティング製法とチュービング製法の２つの製法があるが、離型層２０Ｃがコーティング製法によって形成されている場合にシワは発生しやすい。チュービング製法とは、離型層２０Ｃを形成するための材料（以下、離型層の材料と記す）を押し出し成型などでチューブ状に成形し、このチューブ状の成形物を弾性層２０Ｂの外周面に被せて離型層２０Ｃとするものである。コーティング製法とは、スプレーやディッピングなどの製法で、弾性層２０Ｂの外周面上に離型層２０Ｃの材料を塗布して離型層２０Ｃとするものである。一般に、コーティング製法により離型層２０Ｃとして得られる薄膜は、チュービング製法に比べて離型層２０Ｃの材料の配向などが起こりにくく、柔軟な傾向がある。本実施例では離型層２０Ｃをコーティングによって形成している。そして離型層２０Ｃの材料はフッ素化合物を主成分とする。

定着ローラ表面のシワ発生メカニズムの説明：定着ローラ２０は、下記の熱膨張と収縮を繰り返し行なうことによって、定着ローラ２０の表面層２０Ｃにシワが発生する。図３の（Ａ）はシワが発生した離型層２０Ｃの横断面模式図、（Ｂ）は折り目がついた離型層２０Ｃの横断面模式図である。

（１）熱膨張：定着装置が加熱定着動作を行うとき、定着ローラ２０の温度が上がると、定着ローラ２０は熱膨張する。シリコーンゴム等を主成分とする弾性層２０Ｂの熱膨張はフッ素樹脂等からなる離型層２０Ｃに比べて大きい。このため、離型層２０Ｃは弾性層２０Ｂの熱膨張によって弾性層２０Ｂの周方向へ引っ張られて伸びる。弾性層２０Ｂの厚みが厚いほど、定着ローラ２０の外径は膨張する。

（２）収縮：定着装置の加熱定着動作が終了し、定着ローラ２０の温度が下がると、定着ローラ２０は収縮し元の外径に戻る。弾性層２０Ｂの熱膨張によって周方向へ引っ張られて伸び過ぎた離型層２０Ｃは、定着ローラ２０が収縮しても元の周長に戻らず、図３（Ａ）のように弛んでシワになってしまう。

定着ローラの膨張と収縮の繰り返しによる離型層の塑性変形：再び、定着装置が次の加熱定着動作を行うときに、定着ローラ２０の弾性層２０Ｂが熱膨張することにより離型層２０Ｃは上述のように伸びる。そして定着装置の加熱定着動作が終了して、定着ローラ２０の弾性層２０Ｂが冷えると離型層２０Ｃはまた弛んでシワになる。このように定着ローラ２０は上記（１）〜（２）で説明したように膨張と収縮を繰り返す。

定着ローラ２０が収縮するときに発生している離型層２０Ｃのシワは、離型層２０Ｃが弛むことにより発生するので、定着装置が加熱定着動作を行うときには熱膨張によって伸びるため問題はない。しかし、離型層２０Ｃのシワは、離型層２０Ｃにおいてシワが発生し弱くなった同じ位置に繰り返し発生するため、定着ローラ２０が膨張と収縮を繰り返すうちにシワは深くなる。最終的に、離型層２０Ｃのシワは離型層２０Ｃの材料の弾性限界を超えて折り曲がり、その状態に塑性変形する。即ち、図３（Ｂ）のように、離型層２０Ｃに“折り目”がついてしまい、離型層２０Ｃはシワの形状で安定するようになってしまう。すると、定着装置が加熱定着動作を行うときに、定着ローラ２０の弾性層２０Ｂが熱膨張をしてシワを伸ばそうとする力よりも、シワの形状を維持する応力が強くなり、弾性層２０Ｂが熱膨張をしても、離型層２０Ｃのシワが伸びきらなくなってしまう。このため、記録材Ｐにプリントされた画像に、定着ローラ２０の表面のシワ形状が転写される不具合が発生してしまう。

定着ローラ回復モード（表面層形状回復モード）の説明：図４を参照して、定着ローラ２０の離型層２０Ｃを元の平滑な状態に回復する定着ローラ回復モードを説明する。図４は本実施例の画像形成装置の定着ローラ回復モードのフローチャートである。

Ｓ１では、定着ローラ回復モードをユーザーが選択したか否かを判断する。Ｓ１において、定着ローラ回復モードが選択された場合（Ｙｅｓ）、Ｓ２に進む。定着ローラ回復モードの選択は、画像形成装置に設けられている操作パネル（不図示）や、外部装置から行われる。例えば画像形成装置の画像形成動作が終了したとき、ユーザーがプリントされた画像に異常を感じ、定着ローラ２０の表面層２０Ｃの表面性回復が必要と判断すると、操作パネルに表示されている定着ローラ回復モードを選択する。或いは外部装置の所定の設定画面に表示されている定着ローラ回復モードを選択する。このように本実施例の画像形成装置は定着ローラ回復モードが選択可能である。定着ローラ回復モードの選択はユーザーに限られず画像形成装置で自動的に設定できるようにしてもよい。例えば画像形成装置に設けられている記録材センサ（不図示）からの出力信号（記録材検知信号）に基づいてプリント枚数をカウントする。そしてこのカウントしたプリント枚数が所定の定着ローラ回復モード用基準プリント枚数に達したとき定着ローラ２０の表面性回復が必要と判断し、自動的に画像形成シーケンスから定着ローラ回復モードに移行するようにする。

Ｓ２では、メモリに記憶されている所定の目標温度−周速度設定テーブルから定着ローラ回復用の所定の目標温度（以下、表面性回復目標温度と記す）を取り込む。そしてプリント指令による定着装置１３の加熱定着動作における所定の定着温度を表面性回復目標温度に設定する。この表面性回復目標温度は、定着ローラ２０の離型層２０Ｃの材料の融点よりも低い温度としてある。また、目標温度−周速度設定テーブルから定着ローラ回復用の所定の周速度（以下、表面性回復周速度と記す）を取り込み、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作における定着ローラ２０の周速度（プロセススピード）を表面性回復周速度に設定する。この表面性回復周速度は、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作における定着ローラ２０の周速度よりも遅い速度としてある。つまり、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作におけるプロセススピードよりも遅いプロセススピードで定着ローラ２０を回転するようにプロセススピードを切り替えるようにしている。定着ローラ２０の周速度が遅ければ、加熱ニップ部Ｎｋにおいて、ヒータ２３から定着ローラ２０へ熱伝達する時間が長くなり、定着ローラ２０へ与える熱量が多くなる。従って、定着ローラ回復モードでは、上述のようにプロセススピードを切り替えることにより、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作において定着ローラ２０に与える熱量Ｑｎよりも大きい熱量Ｑｈを定着ローラ２０に与えることができる。

Ｓ３では、表面性回復周速度に対応した所定の回転速度で定着モータＭを回転駆動し定着ローラ２０の回転を開始する。またトライアック３０をオンして、このトライアック３０でＡＣ電源４０から印加される電力を制御しヒータ２３の発熱抵抗層２３Ｂへの通電を開始する。

Ｓ４では、サーミスタ２６から出力信号を取り込み、この出力信号が表面性回復目標温度に達したか否かを判断する。表面性回復目標温度に達した場合（Ｙｅｓ）、サーミスタ２６の出力信号が表面性回復目標温度を維持するようにトライアック３０によりヒータ２３の抵抗発熱体２３Ｂへの通電を制御し、しかる後にＳ５に進む。

Ｓ５では、定着ローラ２０が少なくとも一回転以上即ち定着ローラ２０の外周一周分以上の所定の長さ分回転したか否かを判断する。定着ローラ２０がこの所定の長さ分回転した場合（Ｙｅｓ）、Ｓ６に進む。

Ｓ６では、定着モータＭの回転駆動を停止すると共に、トライアック３０をオフする。これにより、定着ローラ２０の回転が停止すると共に、ヒータ２３への通電が停止される。

定着ローラ回復モードによる定着ローラ表面の回復メカニズム：定着ローラ回復モードによって、定着ローラ２０の離型層２０Ｃが元の平滑な状態に回復するメカニズムを説明する。前述したように、元々は平滑だった離型層２０Ｃは、熱膨張、収縮の繰り返しの変形によって、平滑な形状を維持する限界応力を超えて塑性変形し、シワ形状を維持するようになってしまっている。そこで、離型層２０Ｃについてしまったシワ形状を維持する応力を超えた力で、離型層２０Ｃのシワを押し伸ばし、平滑な状態へ塑性変形させることで、離型層２０Ｃを元の平滑な状態に回復させることができる。ただし、プリント指令による定着装置の加熱定着動作では、定着ローラが熱膨張をしてシワを伸ばそうとする力や、可撓性フィルムを介してヒータで加圧して押し伸ばす力よりも、シワの形状を維持する応力が強いため、離型層のシワが伸びきらない。離型層２０Ｃを元の平滑な状態に回復させる上で、シワの形状を維持する応力の強さが問題となる。離型層２０Ｃに使われる樹脂材料の応力は、この樹脂材料の融点以下の温度でも、温度が高くなるほど減少する。このため、離型層２０Ｃを、曲げたり、伸ばしたりしやすくなる。定着ローラ回復モードでは、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作の場合に与える熱量Ｑｎよりも大きい熱量Ｑｈを定着ローラ２０の離型層２０Ｃに与えている。このため、加熱ニップ部Ｎｋ内で、離型層２０Ｃの温度が上がり、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作の場合よりも離型層２０Ｃの応力が低い状態になる。離型層２０Ｃにシワが発生している場合、シワの形状を維持しようとする応力も弱くなり、容易に押し伸ばすことができるようになる。

また、定着ローラ回復モードにおいて、定着ローラ２０の周速度を、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作よりも遅い周速度に切り替えている。つまり、ヒータにより定着ローラ表面の加熱を行うときの単位面積当りの熱量が記録材にトナー画像を加熱定着するときよりも大きくなる即ちプリント指令による定着装置の加熱定着動作の場合よりも大きくなるように定着ローラの周速度を切り替えている。これにより、加熱ニップ部Ｎｋにおいて、定着ローラ２０の離型層２０Ｃを、可撓性フィルム２５を介してヒータ２３で加熱しながら加圧する期間を長くすることができる。これにより、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作よりも離型層２０Ｃを押し伸ばす量を増やすことができる。

すなわち、定着ローラ回復モードでは、第一に、離型層２０Ｃのシワ形状を維持する応力を弱くすることで、離型層２０Ｃのシワ形状を維持しようとする応力の限界を超えて押し伸ばすことができる。第二に、離型層２０Ｃを加圧する期間を長くすることによって、離型層２０Ｃのシワ形状を維持できる変形量の限界を超えて押し伸ばすことができるため、離型層２０Ｃを平滑な形状へ塑性変形させることができる。平滑な形状に塑性変形した離型層２０Ｃには、平滑な形状を維持しようとする応力が発生するため、加熱ニップ部Ｎｋの圧力（ニップ圧）から開放されても、平滑な状態を維持させることができる。離型層２０Ｃに与える熱量は大きいほうが効果は大きく、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作の場合よりも大きな熱量を与える必要がある。ただし、ヒータ２３の温度は、離型層２０Ｃの融点よりも低い温度とする必要がある。

離型層２０Ｃを離型層２０Ｃの樹脂材料の融点以上の温度で加熱すれば、離型層２０Ｃの応力はさらに小さくなる。ところが、加熱ニップ部Ｎｋにおいて、溶けた離型層２０Ｃが可撓性フィルム２５表面に融着したり、定着ローラ２０から溶けた離型層２０Ｃが剥がれて定着ローラ２０が破損したりする可能性がある。また、定着ローラ２０から溶けた離型層２０Ｃが剥がれることにより、シリコーンゴムなどからなる弾性層３０Ｂが劣化するなど、離型層２０Ｃのシワ以外の問題が発生する可能性がある。

離型層２０Ｃ自体が、部分的に削れて傷がついたり、凸凹になったりした状態を元の平滑な状態に回復する目的であれば、離型層２０Ｃを溶融させて凸凹を埋め、レべリングさせる必要がある。

本実施例の定着ローラ回復モードは、離型層２０Ｃが折り曲がってできたシワを回復させるものであり、そのためには離型層２０Ｃの応力を解消するようにすればよい。従って、離型層２０Ｃ自体が、部分的に削れて傷がついたり、凸凹になったりした状態を元の平滑な状態に回復する場合とは、目的、メカニズムが異なる。本実施例の定着ローラ回復モードによる離型層２０Ｃの回復は、離型層２０Ｃの融点よりも十分低い温度でも達成可能であるため、離型層２０Ｃは溶融させない方が望ましい。

また定着ローラ回復モードでは、定着ローラ回復モードのプロセススピードをプリント指令による定着装置１３の加熱定着動作におけるプロセススピードよりも遅くし、加熱ニップ部Ｎにおいてヒータ２３による定着ローラ２０表面の加熱時間を長くしている。これにより、離型層２０Ｃの樹脂材料の融点よりも低い温度でも、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作の場合に与える熱量Ｑｎよりも大きい熱量Ｑｈを離型層２０Ｃに与えることができる。

実験結果：本実施例の画像形成装置における定着ローラ回復モードの効果を実験により確認した。実験に用いた画像形成装置は、プロセススピードが９０ｍｍ／ｓで、１４枚／分のフルカラープリント出力が可能なレーザービームプリンタである。実験に用いた画像形成装置に搭載した定着装置の構成を説明する。ヒータ２３は、厚み１．０ｍｍ幅７．０ｍｍのアルミナからなるヒータ基板２３Ａ上に、銀とパラジウムからなる厚み１０μｍ、幅４．０ｍｍの抵抗発熱体２３Ｂを備えたものである。そしてこの抵抗発熱体２３Ｂを保護層として厚み６０μｍのガラス層２３Ｃで覆っている。可撓性フィルム２５は、内径２０ｍｍ、厚み３０μｍのポリイミド樹脂からなるフィルム基層上に、厚み２０μｍのＰＦＡ樹脂からなる離型層を備えている。定着ローラ２０は、アルミ製の外径１４ｍｍの芯金２０Ａ上に、厚み３．０ｍｍの熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴムからなる弾性層２０Ｂを形成し、この弾性層２０Ｂ上に厚み１０μｍのＰＦＡ樹脂からなる離型層２０Ｃを設けたものである。離型層２０ＣのＰＦＡ樹脂の融点は３１５℃である。加圧ローラ２１は、アルミ製の外径１４ｍｍの芯金２１Ａ上に、厚み３．０ｍｍの熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴムからなる弾性層２１Ｂを形成し、この弾性層２１Ｂ上に厚み２０μｍのＰＦＡ樹脂からなる離型層２１Ｃを設けたものである。ヒータ２３は加圧力９８Ｎ（１０ｋｇｆ）で定着ローラ２０表面に加圧されている。可撓性フィルム２５表面と定着ローラ２０表面との間に形成される加熱ニップ部Ｎｋの幅は５．０ｍｍである。加圧ローラ２１は加圧力１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）で定着ローラ２０表面に加圧されている。定着ローラ２０表面と加圧ローラ２１表面との間に形成される定着ニップ部Ｎｔの幅は６．０ｍｍである。定着ニップ部Ｎｔから記録材搬送方向下流側６０ｍｍの位置には、排出ローラ１４が設けられ、定着ニップ部Ｎｔを通過した記録材は、排出ローラ１４に送られ、排出される。

実験に用いた画像形成装置では、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作を行うときのヒータ２３は定着温度１８０〜２００℃で温調される。この定着温度のとき、加熱ニップ部Ｎｋ通過直後の定着ローラ２０の表面温度は１５０〜１７０℃である。

この画像形成装置を用い、気温１５℃、湿度１５％の環境下において、記録材として一般的なＬＢＰ印刷用紙、坪量８０ｇ／ｍ^２、Ａ４（幅２１０ｍｍ縦２９７ｍｍ）サイズの記録紙を用い、印字率５％の文字画像を５００００枚プリントした。すると、プリントされた画像にシワのような模様が現れるようになった。定着ローラ２０の表面を観察したところ、定着ローラ２０の表面がシワになっていた。この定着ローラ２０表面のシワを、定着ローラ回復モードによって回復させる試験を行った。定着ローラ回復モードが開始されると、プロセススピードを２０ｍｍ／ｓに設定して定着装置１３の定着ローラ２０の回転を開始した。ヒータ２３は目標温度２２０℃を維持するように温調した。

プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作に比べて、ヒータ２３の目標温度は２０〜４０℃高く設定され、加熱ニップ部Ｎｋにおいて、ヒータ２３が定着ローラ２０表面を加熱する時間は１周あたり４．５倍となる。定着ローラ回復モードでは、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作の場合に比べて離型層２０Ｃに大きい熱量を与えられる。

ヒータ２３の温度が目標温度に立ち上がった後、定着ローラ２０表面５周分にあたる２２０ｍｍ、１１秒間、定着ローラ２０を回転しながら目標温度を維持する。このときの加熱ニップ部Ｎｋ通過直後の定着ローラ２０の表面温度は２１０℃であり、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作の場合に比べて４０〜６０℃高くなった。しかし、離型層２０ＣのＰＦＡ樹脂の融点３１５℃に比べて、十分低い温度である。

その後、ヒータ２３への通電を停止して、定着ローラ２０の回転も停止する。この定着ローラ回復モードの後、定着ローラ２０の表面を観察したところ、定着ローラ２０の表面のシワはなくなっていた。プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作にて、プリントを行って確認したところ、プリントされた画像にシワのような模様はなくなっていた。その後、印字率５％の文字画像を１００００枚プリントしたが、シワは発生しなかった。

定着ローラ回復モードは、定着ローラ２０が冷えている状態から開始しても、定着ローラ２０表面のシワを伸ばすことができる。また定着ローラ２０が熱くなっていて、弾性層２０Ｂが大きく熱膨張した状態から開始しても、定着ローラ２０表面のシワを伸ばすことができる。定着ローラ２０の熱膨張が小さくても、大きくても、定着ローラ回復モードの結果、離型層２０Ｃは平滑な形状に塑性変形し、以後、離型層２０Ｃを平滑に保とうとする応力が働く。定着ローラ２０の弾性層２０Ｂが大きく熱膨張していた場合、定着ローラ２０が冷えると定着ローラ２０の外径が大きく収縮し、離型層２０Ｃも弛んでしまう。しかし離型層２０Ｃには平滑な形状を保とうとする応力が働いているので、図３（Ａ）のような緩いシワ状態になり、図３（Ｂ）のように深いシワにはならない。離型層２０Ｃが図３（Ａ）のような緩いシワ状態になっても、プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作での熱膨張で離型層２０Ｃのシワは伸びるので、プリントされた画像には不具合は生じない。

以上説明したように、定着ローラ回復モードでは、定着ローラ２０の離型層２０Ｃに優れたシワ伸ばし効果が得られた。シワ伸ばし効果は一時的なものではなく、定着ローラ回復モードを行ったときから離型層２０Ｃに平滑な形状を保とうとする応力が働かなくなるまでの一定期間維持される。定着ローラ２０の離型層２０Ｃ再びシワが発生したとしても、再び定着ローラ回復モードを選択すれば良い。

［実施例２］画像形成装置の他の例を説明する。本実施例に示す画像形成装置は、定着ローラ回復モードが異なる点を除き、実施例１の画像形成装置と同じ構成としてある。本実施例の画像形成装置における定着ローラ回復モードは、ヒータ温度が表面性回復目標温度に達したとき、定着ローラをステップ送りするようにした点に特徴がある。図５は本実施例の画像形成装置の定着ローラ回復モードのフローチャートである。

Ｓ２１からＳ２４は、それぞれ、実施例１の画像形成装置における定着ローラ回復モードのフローチャートのＳ１からＳ４の処理と同じである。

Ｓ２５では、定着ローラをステップ送りする。所定の時間Ｔｓの期間、定着モータＭの回転駆動を停止して、定着ローラ２０の回転を停止させる。所定の時間Ｔｓ経過後に、定着モータＭを回転駆動し定着ローラ２０の回転を開始して、定着ローラ２０を定着ニップ部Ｎｔの幅分（６ｍｍ）回転させた後、再び定着モータＭの回転駆動を停止して、定着ローラ２０の回転を停止させる。上記定着モータＭの回転駆動の停止と回転駆動とを所定の回数繰り返し行なうことにより、定着ローラ２０を定着ローラ２０の外周一周分以上ステップ送りする。

Ｓ２６は実施例１の画像形成装置における定着ローラ回復モードのフローチャートのＳ５の処理と同じであり、Ｓ２７は実施例１の画像形成装置における定着ローラ回復モードのフローチャートのＳ６の処理と同じである。

本実施例の画像形成装置の定着ローラ回復モードでは、定着ローラ２０をステップ送りすることにより、加熱ニップ部Ｎｋにおける定着ローラ２０と可撓性フィルム２５との接触時間が長く取れる。これにより加熱ニップ部Ｎｋにおいて、ヒータ２３から定着ローラ２０へ熱伝達する時間が長くなり、ヒータ２３から定着ローラ２０に与える熱量が多くなる。つまり、定着ローラ２０を回転させるよりも表面性回復目標温度より低いヒータ温度で実施例１の定着ローラ回復モードの場合よりも多くの熱量Ｑｈを定着ローラ２０へ与えることができる。

本実施例の画像形成装置における定着ローラ回復モードの効果を実験により確認した。実験に用いた画像形成装置は、実施例１と同様であり、５００００枚プリントした際に発生した定着ローラ２０表面のシワに対する、定着ローラ回復モードの効果をテストした。定着ローラ回復モードが開始されると、画像形成装置の画像形成動作を開始し、定着装置１３の定着ローラ２０の回転も開始され、ヒータ１５は表面性回復目標温度２００℃で温調される。

本実施例では、ヒータ２３の温度が表面性回復目標温度２００℃に立ち上がった後、定着ローラ２０の回転を停止する。定着ローラ２０の回転を３秒間停止した後に、定着ニップＮｔの幅６ｍｍ分定着ローラ２０を回転させて、再び定着ローラ２０の回転を停止する。これを１５回繰り返して、定着ローラ２０の表面二周分にあたる９０ｍｍ、定着ローラ２０をステップ送りしながら表面性回復目標温度を２００℃に維持した後、ヒータ２３への通電を停止して、定着ローラ２０の回転を停止する。

定着ローラ回復モードにおけるヒータ２３の表面性回復目標温度は、実施例１の画像形成装置における定着ローラ回復モードの表面性回復目標温度に比べて０〜２０℃高いだけで大きく変わらない。ただし、加熱ニップ部Ｎｋにおいて、ヒータ２３が定着ローラ２０表面の単位面積当りの加熱時間は、本実施例の定着ローラ回復モードでは、実施例１の定着ローラ回復モードの場合の５５倍となっている。本実施例の定着ローラ回復モードでは、実施例１の定着ローラ回復モードに比べて、定着ローラ２０の離型層２０Ｃに大きい熱量を与えることができる。このときの加熱ニップ部Ｎｋ通過直後の定着ローラ２０の表面温度は１９５℃であった。

この定着ローラ回復モードの後、定着ローラ２０の表面を観察したところ、定着ローラ２０の表面のシワはなくなっていた。プリント指令による定着装置１３の加熱定着動作にて、プリントを行って確認したところ、プリントされた画像にシワのような模様はなくなっていた。

［実施例３］画像形成装置の他の例を説明する。本実施例に示す画像形成装置は、定着ローラ回復モードが異なる点を除き、実施例１の画像形成装置と同じ構成としてある。本実施例の画像形成装置における定着ローラ回復モードは、ユーザーが設定したプリント枚数に応じた画像形成動作が終了する毎に制御部１００は定着ローラ回復モードを自動的に選択するようにした点に特徴がある。またヒータの温度が所定の表面性回復目標温度に達したとき定着ローラの回転を停止するようにした点に特徴がある。図６は本実施例の画像形成装置の定着ローラ回復モードのフローチャートである。

Ｓ３１では、ユーザーが設定した予定プリント枚数の画像形成動作が終了したか否かを判断する。予定プリント枚数の画像形成動作が終了した場合（Ｙｅｓ）に、Ｓ３２に進む。

Ｓ３２〜Ｓ３４は、それぞれ、実施例１の画像形成装置における定着ローラ回復モードのフローチャートのＳ２からＳ４の処理と同じである。

Ｓ３５では、所定の時間Ｔｓ（３秒間）の期間、定着モータＭの回転駆動を停止して、定着ローラ２０の回転を停止させる。

Ｓ３６では、トライアック３０をオフする。これによりヒータ２３への通電が停止される。

本実施例の画像形成装置の定着ローラ回復モードでは、ヒータ温度を表面性回復目標温度に維持したまま、定着ローラ２０の回転を所定の時間Ｔｓ停止させる。これにより定着ローラ２０を静止した状態で定着ローラ２０表面を加熱できるため、実施例１の定着ローラ回復モードよりも多くの熱量Ｑｈを定着ローラ２０表面に与えることができる。これによって、定着ローラ２０の表面のうち、加熱ニップ部Ｎｋで加熱ニップ部Ｎｋの幅分だけ定着ローラ２０表面のシワを伸ばすことができる。毎回のプリント後に定着ローラ２０の回転を所定の時間Ｔｓ停止させることで、加熱ニップ部Ｎｋ幅分ずつ定着ローラ２０表面のシワを伸ばすことができる。定着ローラ２０の回転停止位置、及び定着ローラ２０表面の加熱位置はランダムであるが、毎回のプリントの後に繰り返されることで、最終的に定着ローラ２０表面の全周分のシワが伸ばされる。定着ローラ２０表面のうち、同じ位置ばかり停止・加熱されないように、停止・加熱を行った位置を記憶して、停止・加熱を行った位置をずらすように定着ローラ２０の回転を制御するようにしてもよい。

定着ローラ２０表面のシワは徐々に悪化するので、毎回のプリントで一部分ずつ回復させていけば、定着ローラ２０表面のシワが悪化する前に、定着ローラ２０の表面性を回復させることができ、定着ローラ２０表面にシワが発生することを予防することができる。

本実施例の画像形成装置における定着ローラ回復モードの効果を実験により確認した。実験に用いた画像形成装置は、実施例１と同様であり、毎回のプリント終了後に、定着ローラ２０表面性回復のために、上記の停止・加熱を行う。記録材Ｐへのトナー画像ｔの加熱定着が終了し、記録材Ｐが定着ニップ部Ｎｔを抜けた後、ヒータ２３の表面性回復目標温度を２００℃に変更する。

ヒータ温度が表面性回復目標温度に立ち上がった後、定着ローラ３０の回転を停止する。ヒータ温度を表面性回復目標温度に維持しながら３秒間停止した後に、ヒータ２３の通電を停止する。このときの加熱ニップ部Ｎｋ通過直後の定着ローラ２０の表面温度は１９５℃であった。

この画像形成装置を用いて、１０枚の連続プリントを、１０分間繰り返す、間欠通紙耐久試験を行った。気温１５℃、湿度１５％の環境下において、印字率５％の文字画像を印字し、記録材Ｐとして、一般的なＬＢＰ印刷用紙、坪量８０ｇ／ｍ^２、Ａ４（幅２１０ｍｍ縦２９７ｍｍ）サイズ紙を用いた。比較として、プリント終了後の停止・加熱を行わない画像形成装置でも同様の間欠通紙耐久試験を行った。停止・加熱を行っていない画像形成装置は、５００００枚プリントしたところ、プリントされた画像にシワのような模様が現れるようになった。停止・加熱を行っている本実施例の画像形成装置は、５００００枚プリントしても、プリントされた画像にシワのような模様が現れることはなく、良好な画像が得られた。

２０：定着ローラ、２０Ｂ：弾性層、２０Ｃ：離型層、２２：加熱ユニット、Ｎｋ：加熱ニップ部、Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ：画像形成部、Ｐ：記録材、ｔ：未定着のトナー画像

Claims

記録材に未定着画像を形成する画像形成部と、
加熱手段と、表面層の下層に弾性体を有する定着回転体であり前記加熱手段と前記表面層が接触して加熱ニップ部を形成する定着回転体と、を有し、前記加熱ニップ部で前記定着回転体を前記加熱手段により加熱して、記録材に形成された未定着画像を前記定着回転体により記録材に加熱定着する定着部と、
を有し、前記定着回転体の表面層形状回復モードを選択可能な画像形成装置において、
前記表面層形状回復モードが選択されると、前記加熱手段は前記定着回転体の表面層の材料の融点よりも低い所定の目標温度で前記表面層の加熱を行ない、前記加熱手段により前記表面層の加熱を行うときの単位面積当りの熱量が記録材に未定着画像を加熱定着するときよりも大きくなるように前記定着回転体の周速度の切り替えを行なうことを特徴とする画像形成装置。
前記定着回転体の周速度は、記録材に未定着画像を加熱定着するときに比べて、前記表面層形状回復モードが選択されたときの方が遅いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記表面層形状回復モードが選択されたときは、前記定着回転体の回転と停止を繰り返し行ないつつ、前記加熱手段により前記表面層の加熱を行なうことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記表面層形状回復モードが選択されたときは、前記定着回転体を静止した状態で、前記加熱手段により前記表面層の加熱を行なうことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記表面層は、コーティングによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記表面層の材料は、フッ素化合物を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。