JP2017021094A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧が変化しても、定着工程においてトナーを安定させて定着させる得る画像形成装置を提供する。【解決手段】用紙上に転写されたトナー成分よりなる画像を定着ローラ１２２と、加圧ローラ１２３とを用いて熱定着する電子写真方式を用いた画像形成装置で、電圧変動に比例して定着ローラ１２２をオフセットさせ、加圧ローラ１２３とのニップ部幅を可変する。電圧が低い場合は、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とのズレをゼロとし、電圧が高い場合は、ズレが大きくなるように制御する。電圧が高い場合はヒータ１２４の温度が高くなるので、ニップ部幅とニップ部圧を弱め、トナーの溶融を防止する。電圧が弱い場合はトナーが定着しない傾向にあるので、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３のズレを無くし、安定させて定着させる。【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に関する。

トナーとキャリアから成る二成分現像剤を保持すると共に、像担持体（以下「感光体ドラム」）上に形成された潜像をその現像剤のトナーで現像する現像装置を持つ複写機、プリンタ、ファクシミリ、或いはこれらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置が一般的に良く知られている。

これらの装置では、原稿読み取り部（以下「スキャナ」）によって読取られた画像信号、あるいはオンライン接続により送られた画像データ等に基づいてＬＤ（Laser Diode）を発光させ、感光体ドラム上に静電潜像を形成する。そして、現像ユニット内で攪拌され帯電したトナー粒子を選択的に付着させる事で顕像化させ、転写工程で転写紙等の転写媒体に転写する。その後、定着工程において転写紙上に熱定着させる事で複写画像を得る。

このような画像形成装置において、感光体ドラムから転写媒体に転写したトナー粒子を転写媒体に熱定着させる方法としては、一般的には、定着ローラ内部にヒータを配置し、ヒータを加熱する方法が知られている。

しかし、定着ローラ内部のヒータは電圧に比例して温度が変化するため、電圧が変動した場合に定着工程において転写紙上に熱定着温度が変化する。定着温度が低いとトナーが定着しない、また定着温度が高いとトナーが溶融する不具合が発生するからである。

ところで特許文献１には、紙質に拘らず常に良好な定着画像を得ることができる画像形成装置が提案されている。この発明では、用紙の紙質に応じて接触ニップ部域での圧力(ニップ部圧)及び接触ニップ部域の幅(ニップ部幅)を制御すると共に、用紙の先端部分での画素密度の値に応じてニップ部圧及びニップ部幅を更に細かく制御して、最適な定着条件を設定する。

また特許文献２は、簡単な構成でニップ部量を適正な量に制御し、使用の初期においても過度のニップ部量を必要とせず、使用の末期においても所望のニップ部量が得られる定着装置が提案されている。この発明では、駆動側回転体と、従動側回転体と、従動側回転体を駆動側回転体に接離させる接離移動部と、この接離移動部を制御する制御部とを有する。そして、この制御部によって、駆動側回転体および従動側回転体を相対的に接近させるとき、駆動側回転体と従動側回転体が接触し始めるときの従動側回転体の基準位置を検出し、この基準位置から駆動側回転体の軸と従動側回転体の軸を相対的に一定量近づける。それにより、駆動側回転体および従動側回転体の使用初期から寿命末期までの間、所望のニップ部量を安定して正確に保つ事ができる。

さらに特許文献３には、記録担体の実際位置を検出するための検出装置を備え、対向ローラと、対向ローラに旋回により接離可能な加圧ローラとからなるモータ駆動可能なローラ装置を備え、対向ローラと加圧ローラとの間に記録担体が通過案内され、加圧ローラの対向ロールに対する加圧力を対向ロールの長さに沿って可変に調整設定するための装置を備え、記録担体の実際位置を検出装置を介して検出しかつ予め決め得る目標位置に依存して加圧ローラの加圧力を調整する制御装置が設けられていることを特徴とするプリンタまたはコピー機における記録担体の側方の位置決め装置が提案されている。また、加圧ローラの側方の支承部材に係合する、電気モータにより回転可能な２つのカムを備えた偏心装置が設けられている。カムは、制御曲線の経過およびカムの回転位置に依存して加圧ローラを対向ローラに加圧するための制御曲線を有している。さらに加圧ローラに平行に間隔をおいてバランスビームの形式で、加圧ローラに対して回転軸を中心に旋回可能に配設されている案内ロッドを備える。そして、案内ロッドおよび加圧ローラの支承部材に結合され、かつ案内ロッドの回転軸の両側に配設されているばね部材を備える。案内ロッドを相応の部材を介して所定の回動位置へ回転軸を中心に振らせ、ひいては加圧ローラの対向ローラに対する加圧力を対向ローラのローラ長さに沿って調整する。そのために、案内ロッドに連結されている駆動装置を備えている。またさらに、ばね部材に結合されている回転可能に支持された揺動体リンクを備え、リンクは加圧ローラを対向ローラに加圧するための揺動腕を有している。

しかしながら、これら従来の技術は以下の様な不具合を有している。
特許文献１に記載の方式の場合、用紙の種類に対して変更するため、電圧が変動した場合に定着工程において転写紙上に熱定着温度が変化する。定着温度が低いとトナーが定着しない。また定着温度が高いとトナーが溶融する不具合が発生する。

引用文献２に記載の方式の場合、加熱・加圧定着にニップ部幅を変える点では類似しているが、ニップ部幅を一定にすることを目的としているため、電圧が変動した場合に定着工程において転写紙上に熱定着温度が変化する。定着温度が低いとトナーが定着しない、また定着温度が高いとトナーが溶融する不具合が発生する不具合は解消されない。

引用文献３に記載の方式の場合、用紙の幅に対して変更するため、電圧が変動した場合に定着工程において転写紙上に熱定着温度が変化する。定着温度が低いとトナーが定着しない。また定着温度が高いとトナーが溶融する不具合が発生する不具合は解消されない。

そこで本発明は、電圧が変化しても、定着工程においてトナーを安定させて定着させる得る画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、被転写材上に転写されたトナー成分よりなる画像を加熱する定着ローラと加圧する加圧ローラにて熱定着する定着手段を備えた、電子写真方式を用いた画像形成装置において、電圧変動に比例して前記定着ローラをオフセットさせて前記加圧ローラとの間のニップ部幅を可変する、ことを特徴とする。

本発明によれば、被転写材上に転写されたトナー成分よりなる画像を加熱ローラにて熱定着する定着手段を備えた、電子写真方式を用いた画像形成装置において、電圧変動に比例して定着ローラをオフセットさせニップ部幅を可変するものとし、電圧が低い場合は、定着ローラと加圧ロ-ラとのズレをゼロとし、電圧が高い場合は、定着ローラと加圧ロ-ラとのズレを大きく制御することで、電圧が高い場合はヒータの温度が高くなるので定着ローラと加圧ローラのズレを大きくすることでニップ部幅と圧を弱めることができるので、トナーの溶融を防止できる。

本発明の実施対象となる画像形成装置の一例の全体構成例を示した図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置で用い得る定着部の一例を図１の左側から見た正面図（ａ）、その左側から見た背面図（ｂ）である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置で用い得る定着部の一例を図１の右側から見た背面図（ａ）、その右側から見た背面図（ｂ）である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置で用い得る定着部の他例を図１の左側から見た正面図（ａ）、その左側から見た背面図（ｂ）である。 本発明の実施形態に係る制御の構成を示すブロック図である。

本発明の実施の形態について、以下に図面を参照して詳細に説明する。なお、各図においては図面の簡略化を図るために構成部品を適宜省略して記載してある。
まず、本発明の実施対象とし得る画像形成装置の一例について全体構成を簡単に説明する。

図１において符号１００は本体フレームを示す。本体フレーム１００の上部には、圧板一体型のＡＤＦ（自動原稿送り装置）１０１、原稿コンタクトガラス１０２、原稿読取スキャナ１０３を備えている。また符号１０４〜１１３は給紙部の構成要素を示す。すなわち給紙部は、給紙トレイ１０４、手差しトレイ１０５、排紙トレイ１０６、用紙１０７−ａ．（給紙トレイ１０４内）、用紙１０７−ｂ（手差しトレイ１０５上）、給紙ローラ１０８（手差し用）用紙１０７−ｃ（画像形成後の搬送中）、分離パッド１０９（手差し用）、搬送ローラ１１０、給紙ローラ１１１（給紙トレイ１０４用）、分離パッド１１２（給紙トレイ１０４用）、レジストローラ１１３を含んでいる。

また符号１１４は転写ローラで、転写部を構成する。符号１１５〜１２１は現像部（以下、現像ユニットとも記載する）を示す。すなわち現像部は、感光体ドラム１１５、帯電ローラ１１６、クリーニングブレード１１７、クリーニングブレード１１８、搬送スクリュー１１９−ａ、１１９−ｂ、現像ローラ１２０、トナー濃度センサ１２１を含んでいる。

さらに符号１２２〜１２７は定着部を示す。すなわち定着部は、定着ローラ１２２、加圧ローラ１２３、ヒータ（ハロゲン）１２４、サーミスタ１２５、定着分離爪１２６、排紙ローラ１２７を含んでいる。符号１２８はトナーボトルユニット、符号１２９は書き込みＬＤ（Laser Diode）ユニットを示す。

なお、本発明においては図中に符号１０３で示した様に原稿読取部を設けてあるが、ＰＣオンライン出力専用機（いわゆるプリンタバージョン）等での構成のように、コントローラを内蔵する事で原稿読取部が不要な構成でも構わない。

次に、この画像形成装置の動作について、その概略構成も含めて図１並びに図２を参照しながら以下に説明する。
先ずオペレータが原稿読取スキャナ１０３の上部に配置されたコンタクトガラス（原稿受け台）１０２上に印刷すべき画像を持つ原稿をセットする。ついで、図示しない操作パネル上の機能選択キーでコピーモードを選択、液晶画面の表示内容を確認しつつ、テンキーやファンクションキー等により所望の複写画像形成条件を設定する。その後、操作パネル上のスタートキーを押下すると複写画像形成工程が開始される。

原稿読取部で読み取られた画像信号はＳＢＵ（Sensor Board Unit）にてＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換された後レーザ光として照射される。レーザ光はシリンダレンズにより集光され、ポリゴンミラーにより主走査方向にライン走査され、ＬＤユニット１２９から感光体ドラム１１５上に静電潜像を形成する。なお、独立した除電機構を持たない構成の場合、ジョブ終了後にＬＤユニット１２９のLDを全点灯させて除電を行うことが好ましい。

感光体ドラム１１５上の帯電には従来用いられてきたコロナ帯電機と比較してオゾン発生量が少ない帯電ローラ１１６方式が採用されている。
帯電ローラ１１６にはＰＳＵ（Power Supply Unit）から、リセプタクル、電極端子、帯電ローラ加圧スプリング、導電性軸受け等を介して電圧が印加される。帯電ローラ１１６は常に感光体ドラム１１５と接触しており、感光体ドラム１１５のフランジに設けられたギア形状と合致する帯電ローラ１１６の軸に設けられたギアを介し、同一速度で駆動される。

トナーボトルユニット１２８から随時供給されるトナーと、予め現像ユニット内に充填されていた現像剤は第１の搬送スクリュー１１９−ａ及び第２の搬送スクリュー１１９−ｂにより攪拌混合されつつ現像ローラ１２０へと運ばれる。

また磁力により静電吸着しているトナーはマイナスに帯電している。現像ローラ１２０に担持された二成分現像剤は、現像ローラ１２０の下方に配設されたドクタブレードやケーシング等の現像剤穂立ち規制部材によって適量に規制される。その後に、その二成分中の摩擦帯電したトナーがバイアス電圧により感光体ドラム１１５上へと移動し、静電潜像に応じて選択的に付着する。現像ユニット内部のトナー濃度はユニット底面位置にあるトナー濃度センサ１２１によって、その帯電量から検出される。トナー像を転写した後の感光体ドラム１１５の表面上に残った未転写のトナーはクリーニングブレード１１８で掻き落とされながら現像ユニット内に回収され、リサイクルトナーとして再び現像に利用される。また、現像ローラ１２０の周辺にはマイラーやスポンジ材質による入口シールが適宜設けられトナー飛散を防止している。

レジストローラ１１３の部位を通過した用紙１０７−ｃが感光体ドラム１１５と転写ローラ１１４の間を通過する際、転写ローラ１１４からのプラス電荷により、感光体ドラム１１５上のトナーが用紙１０７−ｃに転写される。転写ローラ１１４にはＰＳＵ（Power Supply Unit）から、リセクタプル、電極端子、転写ローラ加圧スプリング、軸受け等を介して電圧が印加される。また、環境や紙種等による変動を抑える為に定電流制御されていると共に、転写電流は給紙トレイ１０４及び紙サイズ等に応じて適宜切り替えが行われている。

転写ローラ１１４は感光体ドラム１１５のフランジに設けられたギアにより駆動されている。転写ローラ１１４に付着したトナーによる転写紙の裏汚れを防止するために、所定のタイミングで転写ローラ１１４にマイナスバイアスを印加して付着したトナーを感光体ドラム１１５側に戻す。このことで、転写ローラ１１４のクリーニングが行われている。また、転写ローラ１１４に付着している逆帯電トナーや、現像剤（キャリア）の付着を防ぐべく、バイアスの極性を交互に入れ替えてクリーニング動作が行われている。

用紙１０７−ｃと感光体ドラム１１５を分離するために、分離爪及び除電ブラシが適宜配置されている。

給紙トレイ１０４の底板はスプリングにより押し上げられ、用紙１０７−ａを給紙ローラ１１１に押し付けている。給紙信号を受けると給紙クラッチがＯＮし給紙ローラ１１１を回転させ、給紙トレイ１０４内の用紙１０７−ａは分離パッド１１２により一番上の用紙だけが分離給紙される。用紙先端がレジストセンサをオンとすると、給紙クラッチはオフとなり、画像位置が合うタイミングになるとレジストクラッチがオンとなって用紙を転写部へと搬送する。

転写部から送られてきた用紙１０７−ｃに一定の温度と圧力を加えてトナーを用紙上に融着させている。定着ローラ１２２に接触型のサーミスタ１２５を設けて温度検知を行い、ヒータ１２４のＯＮ／ＯＦＦ制御を行っている。また、温度過昇防止の為に温度ヒューズが設けられている。定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３はスプリングにより常時加圧されている。

定着ローラ１２２はメインモータからの駆動が各ギアを介して伝達されている。定着ローラ１２２が回転するとギアを介して連結している排紙ローラ１２７も回転する。定着圧解除レバーを下へ押し下げると連結されたカムの回転により定着圧が解除される。これによりジャム時に用紙を除去し易くしている。

画像を定着された用紙は、定着分離爪１２６により定着ローラ１２２から分離された後、排紙ローラ１２７により排紙トレイ１０６へと排出される。

これら一連の動作により電子写真方式を用いた画像形成の工程が完了する。

＜実施形態１の動作＞
図２（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態１における定着部の構成を示したものである。
図示の構造では、ステッピングモータ２００の動作でラック２０１が上下に動作するようになっている。ラック２０１が上下に動作することにより定着ローラ１２２が上下に動作し、加圧ローラ１２３との位置が可変できるようになっている。

ステッピングモータ２００は電圧に比例して動作するようになっており、電圧が最も高い場合が、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とズレをゼロとし、電圧が低くなることに比例して定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とのズレを大きくするように制御する。

再記すると、本実施形態の画像形成装置は、被転写材である用紙上に転写されたトナー成分よりなる画像を加熱ローラである定着ローラ１２２と、加圧ローラ１２３とを用いて熱定着する定着手段を備えた、電子写真方式を用いた画像形成装置である。この装置において、電圧変動に比例して定着ローラ１２２をオフセットさせ、加圧ローラ１２３とのニップ部幅を可変する。

電圧が低い場合は、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とのズレをゼロとし、電圧が高い場合は、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３のズレが大きくなるように制御する。そのことで、電圧が高い場合はヒータ１２４の温度が高くなるので、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３のズレを大きくしてニップ部幅とニップ部圧を弱める。そうすることでトナーの溶融を防止できる。

逆に電圧が弱い場合はトナーが定着しない傾向にあるので、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３のズレを無くす。そのことでニップ部幅とニップ部圧を強める。そうすることで定着性を上げる。このことで定着ローラ１２２の内部のヒータ１２４の温度が電圧に比例して変化しても、定着工程においてトナーを安定させて定着させることが可能となる。

＜実施形態２の動作＞
図３（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態２における定着部の構成を示したものである。
本実施形態においてもステッピングモータ２００の動作でラック２０１が上下に動作するようになっている。ラックが上下に動作することにより加圧ローラ１２３が上下に動作し、定着ローラ１２２との位置が可変できるようになっている。

ステッピングモータ２００は電圧に比例して動作するようになっており、電圧が最も高い場合が、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とズレをゼロとし、電圧が低くなることに比例して定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とのズレを大きくするように制御する。

再記すると、本実施形態の画像形成装置は、被転写材である用紙上に転写されたトナー成分よりなる画像を加熱ローラである定着ローラ１２２と、加圧ローラ１２３とを用いて熱定着する定着手段を備えた、電子写真方式を用いた画像形成装置である。この装置において、電圧変動に比例して加圧ローラ１２３をオフセットさせ、定着ローラ１２２とのニップ部幅を可変する。

電圧の高低、強弱の場合の制御は上述した実施形態１の例と同じであるので説明を省略する。

＜実施形態３の動作＞
図４（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態３における定着部の構成を示したものである。
本実施形態においても、ステッピングモータ２００の動作でラック２０１が左右に動作するようになっている。ラック２０１が左右に動作することにより定着ローラ１２２の内部のヒータの位置を可変とすることができる。

実施形態１、２と同じく、ステッピングモータ２００は電圧に比例して動作するようになっており、電圧が低い場合は、ヒータの位置を定着ローラと加圧とのニップ部に近づける。電圧が高い場合は、ヒータの位置を定着ローラと加圧ローラとのニップ部から遠ざけるように制御する。

再記すると、本実施形態の画像形成装置は、被転写材である用紙上に転写されたトナー成分よりなる画像を加熱ローラである定着ローラ１２２と、加圧ローラ１２３とを用いて熱定着する定着手段を備えた、電子写真方式を用いた画像形成装置である。この装置において、電圧変動に比例して定着ローラ１２２の内部に装備されたヒータ１２４の位置をオフセットさせる。

そして、電圧が低い場合は、ヒータ１２４の位置を定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とのニップ部付近に近づけ、電圧が高い場合は、ヒータ１２４の位置を定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とのニップ部付近から離すように制御する。

そうすることで、電圧が高い場合はヒータ１２４の温度が高くなるので、ニップ部より離すことで温度を下げることができ、トナーの溶融を防止できる。

逆に電圧が弱い場合はトナーが定着しない傾向にあるのでヒータ１２４をニップ部に近づけて温度を高め、定着性を上げる。このことで定着ローラ１２２の内部のヒータ１２４の温度が電圧に比例して変化しても、定着工程においてトナーを安定させて定着させることが可能となる。

＜実施形態１、２、３の制御＞
実施形態１、２、３の制御に関しては、図５に示す制御部１０では、電圧変化検出部２０、ラック２０１の初期位置を検出する初期位置検出部３０、およびラック２０１の移動量を検出する移動量検出部４０を備える。そして、各検出部から信号を受け、これらの信号に対応する信号をＣＰＵ５０へ出力する。またステッピングモータ２００を駆動制御するためのＳＴＭ駆動制御部６０は、ＣＰＵ５０から信号を受けて、この信号に基づいてＳＴＭ回転駆動部７０を制御する。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１０ 制御部
２０ 電圧変化検出部
３０ 初期位置検出部
４０ 移動量検出部
５０ ＣＰＵ
６０ ＳＴＭ駆動制御部
７０ ＳＴＭ回転駆動部
１００ 本体フレーム
１０１ ＡＤＦ ／ 圧板
１０２ 原稿コンタクトガラス
１０３ 原稿スキャナ
１０４ 給紙トレイ
１０５ 手差しトレイ
１０６ 排紙トレイ
１０７−ａ 用紙（給紙トレイ内）
１０７−ｂ 用紙（手差しユニット上）
１０７−ｃ 用紙（画像形成後の搬送中）
１０８ 給紙ローラ（手差し）
１０９ 分離パッド（手差し）
１１０ 搬送ローラ
１１１ 給紙ローラ（給紙トレイ）
１１２ 分離パッド（給紙トレイ）
１１３ レジストローラ
１１４ 転写ローラ
１１５ 感光体ドラム
１１６ 帯電ローラ
１１７ クリーニングブラシ
１１８ クリーニングブレード
１１９−ａ、１１９−ｂ 搬送スクリュー
１２０ 現像ローラ
１２１ トナー濃度センサ
１２２ 定着ローラ
１２３ 加圧ローラ
１２４ ヒータ（ハロゲンランプ）
１２５ サーモスタット
１２６ 用紙分離爪
１２７ 排紙ローラ
１２８ トナーボトルユニット
１２９ ＬＤユニット
２００ ステッピングモータ
２０１ ラック
２０２ ピニオンギア

特開２００７−２９３０３７号公報 特開２００７−１３３２１３号公報 特表平０５−５０４９２６号公報

Claims (5)

1. 被転写材上に転写されたトナー成分よりなる画像を加熱する定着ローラと加圧する加圧ローラにて熱定着する定着手段を備えた、電子写真方式を用いた画像形成装置において、
   電圧変動に比例して前記定着ローラをオフセットさせて前記加圧ローラとの間のニップ部幅を可変する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 被転写材上に転写されたトナー成分よりなる画像を加熱する定着ローラと加圧する加圧ローラにて熱定着する定着手段を備えた、電子写真方式を用いた画像形成装置において、
   電圧変動に比例して前記加圧ローラをオフセットさせて前記定着ローラとの間のニップ部幅を可変する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   電圧が低い場合は、前記定着ローラと前記加圧ローラとのズレをゼロとし、
   電圧が高い場合は、前記定着ローラと前記加圧ローラのズレを大きく制御し、
   電圧が弱い場合は前記定着ローラと前記加圧ローラのズレを無くして前記ニップ部幅とニップ部圧を強める制御を行う、
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 被転写材上に転写されたトナー成分よりなる画像を加熱する定着ローラと加圧する加圧ローラにて熱定着する定着手段を備えた、電子写真方式を用いた画像形成装置において、
   電圧変動に比例して前記定着ローラの内部に装備したヒータの位置をオフセットさせる、
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、
   電圧が低い場合は、前記ヒータの位置を前記定着ローラと前記加圧ローラの前記加圧ローラとの間のニップ部付近に近づけ、
   電圧が高い場合は、前記ヒータの位置を前記ニップ部付近から離すように制御し、
   電圧が弱い場合は、前記ヒータを前記ニップ部に近づけて温度を高める、
   ことを特徴とする画像形成装置。