JP2017116870A - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】像加熱装置が暖まった状態における、回転停止時のスティックスリップ音を低減し得る像加熱装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】フィルムと保持部材の間に塗布され摺動性を向上させる潤滑剤と、前記フィルムに圧接しニップ部を形成しつつ回転する加圧部材と、通電により少なくとも前記ニップ部を加熱する加熱手段と、前記加圧部材を回転駆動する駆動手段と、を有する像加熱装置において、前記加熱手段から流入する熱によって暖められる前記加圧部材の暖まり具合の情報を取得する暖気具合取得手段と、前記加熱処理終了後、前記暖気具合取得手段の取得結果に応じて、前記駆動手段を停止する際の制御条件を、像加熱終了時点で駆動を停止する条件から、前記駆動手段の駆動を停止するまでの一定期間、加熱処理中の駆動速度より遅い速度に減速制御した後、駆動を停止する条件に変更する制御手段と、を有する。【選択図】図3

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搭載する像加熱装置及び像加熱装置を具備した画像形成装置に関する。
電子写真複写機や電子写真プリンタのような画像形成装置において、記録材(シート)上に担持させた未定着のトナー像を記録材に加熱加圧定着させる像加熱装置(定着装置)として、従来から熱ローラ方式の定着装置が広く用いられている。近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式の定着装置も実用化されている。
フィルム加熱方式の定着装置は、例えば、特許文献1、および2に提案されている。フィルム加熱方式の定着装置は、加熱体としてのヒータと、このヒータに接触して加熱しつつ回転する可撓性回転体としての定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータと定着ニップ部を形成する加圧部材としての加圧ローラと、から構成される。
定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間に未定着のトナー像を担持させた記録材を導入し、定着フィルムと一緒に挟持搬送させる。これにより、定着フィルムを介してヒータの熱を与えながら定着ニップ部の加圧力で未定着のトナー像を記録材面に定着させるものである。この定着装置はヒータ及び定着フィルムに低熱容量の部材を用いている。画像形成実行時のみ、熱源であるヒータを通電して所定の定着温度に発熱させれば良いため、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さいという利点がある。
また、この方式では、定着フィルムをヒータに対して摺動しながら記録材を狭持搬送することになる。その際の定着フィルムの回転の安定化を図る目的で、定着フィルムとヒータの間に潤滑剤としての耐熱グリスを設ける構成が例えば特許文献3に開示されている。
特開昭63−313182号公報 特開平4−44075号公報 特開2003−045615号公報
近年、単位時間当たりのプリント枚数がより多い(より生産性の高い)画像形成装置ならびに定着装置に対するユーザーからの要望が非常に高まっている。画像形成装置における加熱定着処理をより高速で行うには、これまで以上に速い速度で記録材を搬送する必要があり、定着装置の回転速度(プロセススピード)を速める必要がある。
しかしながら、プロセススピードを速くすると、プリント動作中の回転速度からプリント動作が終了して定着装置の回転を停止するまでの速度変動が大きくなってしまう。この場合、定着ニップ部で大きな加速度変動が起こるため、場合によっては定着装置の回転が停止するタイミングで不快なスティックスリップ音が発生してしまうことがあった。このスティックスリップ音は、加熱定着処理を繰り返し像加熱装置が暖まった状態で、潤滑剤の粘性が低下している場合に、発生が顕著となる傾向にあった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、像加熱装置が暖まった状態における、回転停止時のスティックスリップ音を低減し得る像加熱装置及び画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明は、回転可能な可撓性部材であるフィルムと、前記フィルム内周面に接触し前記フィルムを内周面から保持する保持部材と、前記フィルムと前記保持部材の間の摺動性を向上させる潤滑剤と、前記フィルムに圧接し定着ニップ部を形成しつつ回転する加圧部材と、通電により少なくとも前記ニップ部を加熱する加熱手段と、前記加圧部材を回転駆動し前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を狭持搬送して加熱処理をする駆動手段と、を有する像加熱装置において、
前記加熱手段から流入する熱によって暖められる前記加圧部材の暖まり具合の情報を取得する暖気具合取得手段と、
前記加熱処理終了後、前記暖気具合取得手段の取得結果に応じて、前記駆動手段を停止する際の制御条件を、像加熱終了時点で駆動を停止する条件から、前記駆動手段の駆動を停止するまでの一定期間、加熱処理中の駆動速度より遅い速度に減速制御した後、駆動を停止する条件に変更する制御手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、記録材上に画像を形成する像形成手段と、前記記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、
前記像加熱手段として上記した本発明の加熱装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、像加熱装置が暖まった状態における、回転停止時のスティックスリップ音を低減することができる。
実施例1におけるフィルム加熱方式の像加熱装置の概略構成図。 (A)は潤滑剤の油膜切れが発生していない状態、(B)は潤滑剤の油膜切れが発生している状態を説明する概念図。 実施例1における定着モータの動作手順を示すフローチャート。 (A)は、スティックスリップ音抑制のメカニズム、(B)は、スティックスリップ音発生のメカニズムの説明図。 実施例1における加圧ローラ温度と定着カウント予測値との関係図。 実施例1と比較例の定着モータの回転停止制御の説明図。 実施例1に適用可能な定着モータの回転停止制御例の説明図。 実施例1の制御ブロック図。 実施例2における定着モータの停止制御のフローチャート。 本発明が適用可能な他のフィルム加熱方式の定着装置の概略図。 本発明の像加熱装置が搭載される画像形成装置の概略構成図。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。
[実施例1]
(1)画像形成装置例
図9は、本発明に係る像加熱装置を定着装置(定着器)として搭載する画像形成装置の一例の概略構成図である。この画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。このプリンタは、搬送可能な最大用紙幅をA4サイズ(210mm)とする。このプリンタの記録材の搬送基準は、記録材の搬送方向と直交する方向における記録材搬送路の中央と、その方向における記録材の端部間の中央とを一致させて記録材の搬送を行う中央搬送基準である。
101は像担持体としての電子写真感光体ドラム(以下、感光体ドラムと記す)である。感光体ドラム101は、矢示の反時計方向に所定の周速度(プロセススピード)をもって回転される。
102は接触帯電ローラ等の帯電手段である。この帯電手段102により感光体ドラム101の外周面(表面)が所定の極性・電位に一様に帯電処理(一次帯電)される。
103は画像露光手段としてのレーザービームスキャナである。レーザービームスキャナ103は、不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオン/オフ変調したレーザー光を出力して、感光体ドラム101の帯電処理面を走査露光(照射)する。この走査露光により感光体ドラム101の帯電処理面の露光明部の電荷が除電され帯電処理面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
104は現像装置である。現像装置104は、不図示の現像スリーブから感光体ドラム101の帯電処理面にトナー(現像剤)を供給し帯電処理面の静電潜像(静電像)をトナー像(現像像)として現像する。レーザービームプリンタの場合、一般的に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。
106は接触型・回転型の転写部材としての転写ローラである。転写ローラ106にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで後述の転写部位において感光体ドラム101のトナー像が記録材Pの面上に静電的に転写される。
以上が像形成手段としての画像形成機構部の構成である。
109は給紙カセットである。給紙カセット109には記録材Pを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ108が駆動されて給紙カセット109内の記録材Pが一枚ずつ分離給紙される。そしてその記録材Pは、搬送ローラ110、レジストローラ111等を含むシートパス112を通って、感光体ドラム101と転写ローラ106とのニップ部である転写部位に所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム101上のトナー像の先端部が転写部位に到達したとき、記録材Pの先端部もちょうど転写部位に到達するタイミングとなるようにレジストローラ111で記録材Pの搬送が制御される。
転写部位に導入された記録材Pは、この転写部位を挟持搬送され、その間、転写ローラ106には不図示の転写バイアス印加電源から所定に制御された転写電圧(転写バイアス)が印加される。
転写部位においてトナー像の転写を受けた記録材Pは、感光体ドラム101表面から分離されてシートパス113を通って像加熱装置としての定着装置107へ搬送導入され、ここでトナー像の加熱・加圧定着処理を受ける。
一方、記録材分離後(記録材Pに対するトナー像転写後)の感光体ドラム101表面はクリーニング装置105で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。
定着装置107を通った記録材Pは、シートパス114を通って排紙口から排紙トレイ115上に排出される。
(2)定着装置
次に、本実施例1における定着装置107について説明する。
図1は本実施例に係るフィルム加熱方式の定着装置の概略構成図である。この装置は特開平4−44075〜44083号公報、同4−204980〜204984号公報等に開示のテンションレスタイプの装置である。
テンションレスタイプのフィルム加熱方式の定着装置は、可撓性部材として耐熱性の定着フィルム(エンドレスフィルム)を用いている。そして定着フィルムとしては、エンドレスベルト状もしくは円筒状のものを用いている。定着フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションフリー(テンションが加わらない状態)とし、定着フィルムは加圧体(バックアップ部材)としての加圧ローラの回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。
この定着装置107は、回転可能な可撓性部材であるフィルムである定着フィルム2と、定着フィルム2内周面に接触し定着フィルム2を内周面から保持する保持部材としての
ステー1と、を備えている。また、定着フィルム2とステー1の間に塗布され摺動性を向上させる潤滑剤Gと、定着フィルム2に圧接し定着ニップ部Nを形成しつつ回転する加圧部材としての加圧ローラ4を備えている。さらに、通電により少なくとも定着ニップ部Nを加熱する加熱手段としてのヒータ3と、加圧ローラ4を回転駆動し定着ニップ部Nでトナー像を担持した記録材Pを狭持搬送して加熱処理をする駆動手段としての定着モータMを有している。
以下、各部の構成について説明する。
(2−1)ステー
ステー1は、ヒータ3を支持する支持部材でもあり、加熱体支持部材兼フィルムガイド部材としての耐熱性の剛性部材である。このステー1は、ステー1の長手方向両端部が装置フレーム(不図示)に保持されている。ステー1の下面には、ステーの長手方向に沿ってヒータ3を配設して保持させてある。ヒータ3の詳細については後述する。
ステー1は、ポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PPS、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等で構成できる。本実施例では液晶ポリマーを用いた。
(2−2)定着フィルム
定着フィルム2はエンドレス(円筒状)の耐熱性フィルム(以下、定着フィルムと称す)である。定着フィルム2は、ヒータ3を保持しているステー1に外嵌させてある。定着フィルム2の内周長とヒータ3を支持しているステー1の外周長は定着フィルム2の方を例えば3mm程度大きくしてある。従って定着フィルム2は周長に余裕を持ってステー1に外嵌されている。Kは記録材搬送方向である。
定着フィルム2は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は100μm以下、好ましくは50μm以下20μm以上の耐熱性のあるPTFE、PFA、FEP等の単層フィルム、或いは複合層フィルムを使用できる。複合層フィルムとして、ポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS、SUS等のフィルムを基層とし、外周に定着性能向上を目的としたシリコーンゴム等の弾性材料にZnO、Al、SiC、金属ケイ素等の熱伝導性フィラーを混入した材料で構成される弾性層、さらに最外表面にPTFE、PFA、FEP等をコーティングした複合層フィルムが使用されるのが一般的である。本実施例では、基層として膜厚50μmのポリイミドフィルム、弾性層として厚さ270μmのシリコーンゴム−熱伝導フィラー混合層、さらに外周表面にPTFEをコーティングしたものを用いた。定着フィルム2の外径は24mmとした。
(2−3)加圧ローラ(加圧部材)
加圧ローラ4は、ヒータ3との間に定着フィルム2を挟んでヒータ3と定着ニップ部Nを形成し、かつ定着フィルム2を回転駆動させるローラ部材である。加圧ローラ4は、丸軸状の芯金4aと、芯金4aの外周面上にローラ状に設けられた弾性体層4bと、弾性体層4bの外周面上に設けられた最外層の離形層4cと、を有する。この加圧ローラ4は、定着フィルム2と並列に配置され、芯金4aの長手方向両端部が装置フレームに軸受(不図示)を介して回転自在に保持されている。そしてその軸受を加圧バネ等の付勢手段(不図示)により所定の押圧力をもって付勢し加圧ローラ4の外周面(表面)と定着フィルム2を挟ませてヒータ3の表面に加圧することにより加圧ローラ4の弾性体層4bを長手方向に弾性変形させている。その弾性体層4bの弾性変形によって定着フィルム2の外周面(表面)と加圧ローラ4表面との間に未定着のトナー像Tの加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Nを形成している。本実施例では、芯金4aはアルミ芯金を用いた。弾性体層4bはシリコーンゴムを用いた。離形層4cは厚さ約50μmのPFAのチューブを用いた。加圧ローラ4の外径は25mm、弾性体層4bの厚さは約4mmとした。また、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Nを形成するための押圧力は、本実施例では23kgfとしたが、製造上の部品公差のバラつきを考慮しても22kgfから24kgfの範囲
に収まることが望ましい。
この加圧ローラ4は、芯金4aの長手方向一端部に設けられている駆動ギア(不図示)が定着モータMにより回転駆動されることによって矢印の時計方向に所定の周速度で回転される。この加圧ローラ4の回転により、定着ニップ部Nにおける加圧ローラ4表面と定着フィルム2表面との摩擦力で定着フィルム2に回転力が作用する。これにより定着フィルム2は、定着フィルム2の内周面(内面)が定着ニップ部Nにおいてヒータ3の表面に密着して摺動しながらステー1の外回りを矢印の反時計方向に加圧ローラ4の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転する。
定着モータMとしては、DCブラシレスモータやステッピングモータ等のモータを使用することができる。本実施例では定着モータMとしてDCブラシレスモータを用いた。また定着モータMは不図示のIC回路を備え、定着モータMが回転する際のFG信号をモニタして所定の信号間隔となるように供給する電流量を調整することで、所望の回転数で動作することが可能である。本実施例における加熱定着処理中の定着モータMの動作は後述する。
(2−4)ヒータ
ヒータ3は、定着フィルム2の内側に配置される加熱体であり、記録材上のトナー像Tを溶融、定着させる定着ニップ部Nの加熱を行なう。例えば、アルミナ(酸化アルミ)、AlN(窒化アルミ)等の高絶縁性の細長いセラミックス基板や、ポリイミド、PPS、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板を有する。そしてこの基板の表面に、例えばAg/Pd(銀パラジウム)等の発熱ペースト層を印刷した発熱体と、この発熱体の保護と絶縁性を確保するためのガラスコート層等を順次形成したものである。本実施例では、基板としてアルミナを用い、発熱ペースト層とガラスコート層を基板に対して、定着ニップ部N側に形成している。
ヒータ3上の発熱ペーストへの給電は、不図示の給電部から不図示のコネクタを介してなされる。ヒータ3の背面には、発熱ペーストの発熱に応じて昇温したヒータ3の温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知素子5が配置されている。この温度検知素子5の信号に応じて、長手方向端部にある不図示の電極部から発熱ペーストに印加される電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することで、定着ニップ部N内での温調温度を略一定に保つ。これにより、ヒータ3は定着フィルム2を介して記録材P上の未定着のトナー像Tを定着するのに必要な加熱を行なう。
ヒータ3の定着ニップ部側の表面には、定着フィルム2の内周面(表面)との摺擦に耐えることが可能な薄層のガラスコート、フッ素樹脂層、ポリイミド層等の保護層を設けることができる。本実施例では保護層としてガラスコート層を使用している。
(2−5)潤滑剤G
潤滑剤Gは、ヒータ3と定着フィルム2の接触面に設けられ、定着フィルム2の摺動性の確保と定着フィルム2の走行安定性を確保することが目的である。また、ヒータ3は最大で250℃程度の高温になるため、本実施例では耐熱性に優れたフッ素系グリスであるモリコートHP−300(東レダウコーニング製)を用いた。摺動性の確保と定着フィルム2の走行安定性の確保のために、本実施例では塗布量を500mgとしたが、同目的を達成するためには450mg以上が望ましく、ヒータ3からの電熱を阻害し加熱定着性能効率を悪化させないためには550mg以下に抑えることが望ましい。尚、同様の性能を有した潤滑剤であれば、これに限定されるものではない。
[潤滑剤の油膜切れの説明]
次に、図2を用いて、理想的な潤滑剤の状態と油膜切れを起こした潤滑剤の状態について説明する。
図2(A)は、理想的な潤滑剤の状態を示している。
理想的な潤滑剤Gの状態は、摺動する2つの固体の間に潤滑剤Gの潤滑膜が形成された
状態であり、安定して摺動性を確保することが可能となる。尚、本実施例における2つの固体とは、ヒータ3のガラスコート層および定着フィルム2の内周面である。
図2(B)は、油膜切れ(潤滑膜切れ)を起こした潤滑剤の状態を示している。
油膜切れを起こした状態では、2つの固体の間の潤滑剤Gの一部が非定常的に欠損し、2つの固体が直接接触する状態となる。油膜切れの程度や範囲は非定常的に変化するため、2つの固体が直接接触する範囲が広くなると、摺動性の不安定化や微小なスリップを引き起こす場合がある。また、この油膜切れが悪化する条件として、潤滑剤Gの粘性の低下や、回転速度の低下等が一般的に知られている。この条件を定着装置107に当てはめると、潤滑剤Gの粘性低下の観点では、大量の定着処理を行った場合において、定着器が非常に高温に暖まった状態(Hot状態)が当てはまる。また、摺動速度の低下の観点では、定着処理を行った後に、定着装置107の回転を停止する過程が当てはまる。
[定着モータ動作およびスティックスリップ音発生メカニズムの説明]
次に、定着モータMの回転停止時のスティックスリップ音の発生メカニズムについて説明する。
図4(A)は、本発明の比較例として、回転停止制御を行わない場合の、定着モータMの回転停止動作を示している。図では、定着モータMの目標速度、定着モータMにより駆動される加圧ローラ4回転速度、および加圧ローラ4に対して従動回転する定着フィルム2の回転速度が記載されている。
まず、定着処理が終了すると、定着モータMの回転を停止するために定着モータへの電力供給を停止する(目標速度を0mm/sにする)(記号1−1(図中丸数字))。この際、加圧ローラ4の回転は即座に停止せず、一定のイナーシャーを持って減速しながら停止する(記号1−2(図中丸数字))。この時、定着フィルム2の回転速度は、加圧ローラ4の回転速度変動が大きいため、加圧ローラ4の回転速度より若干遅い速度で減速していく。
しかしながら、定着装置107が比較的高温である状態、かつ定着フィルム2の回転速度が減速し比較的低速度である停止直前の状態では、前述の油膜切れが発生しやすく、瞬間的に、加圧ローラ4から定着フィルム2に作用する駆動力より、ヒータ3から定着フィルム2に作用する摩擦力の方が大きくなり、微小時間、定着フィルム2の回転が急減速もしくは停止する場合がある(記号1−3(図中丸数字))。油膜切れが発生していても、油膜切れの状態や程度、範囲が定常的に同一でないため、定着フィルム2の回転が不安定になった後、定着フィルム2を駆動する加圧ローラ4の回転速度が比較的大きいと、定着フィルム2は再度回転を開始してしまう場合がある(記号1−4(図中丸数字))。そして記号1−3と記号1−4の状態が繰り返されると、定着フィルム2が振動しスティックスリップ音が発生してしまう。
尚、ここでは潤滑剤Gの油膜切れが発生しているHot条件におけるスティックスリップ音の発生メカニズムを述べた。しかしながら、前述のように油膜切れは定着装置107が比較的暖まったHot状態で発生しやすく、例えば油膜切れが発生しにくい定着装置107が比較的冷えているCold状態では、従来例の制御であってもスティックスリップ音は発生しない、もしくは発生しても非常に軽微である。
[停止制御構成]
図8には、本発明の停止制御構成の制御ブロック図を示している。
すなわち、暖気具合取得手段としての暖気具合取得部20と、加熱処理終了後、暖気具合取得部20の取得結果に応じて、定着モータMを停止する際の制御条件を変更するモータ制御部10と、を備えている。定着モータMは、モータ制御部10からの制御信号に基づいて、モータドライバ11を介して駆動される。
暖気具合取得部20は、ヒータ3から流入する熱によって暖められる加圧ローラ4の暖まり具合の情報を取得する。
また、モータ制御部10は、加熱処理終了後、定着モータMの駆動を停止する際の制御条件を、像加熱終了時点で駆動を停止する条件から、定着モータMの駆動を停止するまでの一定期間、減速制御する条件に変更するものである。減速制御は、加熱処理中の駆動速度(プロセススピード)より遅い速度に減速制御した後、駆動を停止するものである。
暖気具合取得部20は、この実施例1では、ヒータ3への通電時間が反映されるものであるが、詳細は後述する。
モータ制御部10は、CPUとメモリによって機能が実現されるもので、メモリに記憶されたプログラムに基づいて、次の手順が実行される。すなわち、加熱処理終了後、定着モータMの駆動を加圧ローラ4が予め定めた油膜切れが発生する可能性がある高温状態に達したか否かを判断する。高温状態に達していない場合には、定着モータMを停止する。高温状態に達している場合には、定着モータMを加熱処理時の速度より遅い速度とする回転停止制御を行った後、定着モータMを停止する。
図3は、本実施例の定着モータの動作を説明するフローチャートである。
まず、不図示の外部ホスト装置から入力される画像情報に応じたプリントスタート信号を受信すると(Step2−1)、定着モータMへの通電が開始され、不図示の駆動ギアを介して加圧ローラ4が回転する(Step2−2)。
また、ヒータ3への通電が開始され定着装置107のウォームアップが開始される(Step2−3)。定着モータMの回転速度が加熱定着処理を行う所定の速度で定常化し(Step2−4)、ヒータ3の温度が所定の温度に立ち上がった状態において(Step2−5)、定着ニップ部Nにトナー像Tを担持させた記録材Pがトナー像担持面を定着フィルム2にして導入される(Step2−6)。
記録材Pは定着ニップ部Nにおいて定着フィルム2を介してヒータ3に密着して定着ニップ部Nをフィルム2と一緒に移動通過し記録材Pに熱が付与されてトナー像Tが記録材P面に加熱定着される。定着ニップ部を通過した記録材Pが定着フィルム2の面から分離されて排出搬送されるのに十分な時間が経過した後(Step2−7)、本発明の特徴である定着モータMの停止制御に移行する。
従来は、本発明の特殊な定着モータMの目標速度制御は行わず、単純に電力供給を停止する(目標速度を0mm/sにする)制御を実施していた。一方、本発明では、まず定着装置107がHot状態であるか判断し、Hot状態であれば潤滑剤Gの油膜切れ(潤滑膜切れ)が発生する可能性があると判断する(Step2−8)。この場合、定着モータMを停止するまでの一定区間の間、加熱定着処理時の回転速度より徐々に速度を低下させた目標速度を設定する停止制御区間を設けた(Step2−9)後、定着モータMを停止する(Step2−10)制御を行う。尚、この停止制御区間の制御時間は、従来例で発生する加圧ローラ4のイナーシャー時間に対して十分長いことが望ましい。また、本実施例では油膜切れが発生するかどうかの判断を、定着器の暖まり具合に着目して判断している。定着器の暖まり具合の検知方法に関しては後述する。
次に、図4(B)を用いて、本実施例で定着モータMの回転停止時のスティックスリップ音が抑制されるメカニズムについて説明する。
図4(B)には、図4(A)同様に、定着モータMの目標速度、加圧ローラ4の回転速度、定着フィルム2の回転速度を記載した。
定着動作が終了すると、一定期間の停止制御区間を設けて定着モータMの目標速度を徐々に低下させる(記号2−1(図中丸数字))。この際、従来例同様に、加圧ローラ4の回転速度は低下するのだが、単位時間あたりの速度変動が従来例と比べて小さいため、定着フィルム2の回転速度は加圧ローラ4の回転速度とほぼ等しい速度で低下していく。
その後、従来例同様に、油膜切れが発生している状態では、加圧ローラ4が回転中でも定着フィルム2の回転が停止する場合がある(記号2−2(図中丸数字))。しかしながら、本実施例の定着モータMの停止制御を行うことで、定着フィルム2が停止した段階に
おける加圧ローラ4から作用する力は比較的小さく、定着フィルム2が再度回転を開始することが抑制される(記号2−3(図中丸数字))。以上のメカニズムで、定着モータMの回転停止時のスティックスリップ音を抑制することが可能になる。
[定着装置の暖まり具合と定着カウント予測方式]
前述の通り、潤滑剤Gの油膜切れが発生する定着装置107が暖まった状態では、定着モータMの回転停止時のスティックスリップ音が発生してしまうため、上記で説明した定着モータMの回転停止制御を実施するのが望ましい。
一方で、潤滑剤Gの油膜切れが発生しないような定着装置107が比較的冷えた状態においては、上記で説明した定着モータMの回転停止制御を実施しなくてもスティックスリップ音は発生しない。そればかりか、上記で説明した回転停止制御を実施すると、多少なりとも定着装置107の回転時間が伸びてしまうため、定着フィルム2や加圧ローラ4等の耐久性への悪化が懸念される。そのため、不要な条件では回転停止制御を実施しないことが望ましい。
ここでは、定着器の暖まり具合と定着器の暖まり具合を予測する方法について説明する。
まずは、定着装置107の暖まり具合について説明する。一般にヒータ3により発生した熱は、記録材P上の未定着画像(トナー像)Tを記録材P面に加熱定着する以外に、例えば比較的熱容量の大きな加圧ローラ4に一部流入することが知られている。その為、プリント動作が繰り返されるに従い、加圧ローラ4の温度は徐々に高くなっていく。そして、この現象は加圧ローラ4に対する熱の流入量と、加圧ローラ4からの放熱量との熱収支がバランスするまで継続する。その為、加圧ローラ4温度が比較的低温の状態では、高温の状態と比較して、ヒータ3で発生した熱量が加圧ローラ4に流入しやすいと言える。本実施例では、この流入しやすさの指標として、加圧ローラ4温度に着目し、定着装置107の暖まり具合と定義する。
次に、暖気具合取得部20について説明する。
本実施例1では、暖気具合取得部20により取得される加圧ローラ4の暖まり具合の情報として、加圧ローラ4の暖まり具合を予測する定着カウント予測方式採用している。
この定着カウント予測方式は、ヒータ3への通電時間が反映されたものである。この実施例では、加熱処理動作であるプリント動作を複数段階に分け、各動作段階について、単位時間当たりに加圧部材に与える熱量に比例する値を予め係数として設定している。そして、それぞれの動作段階が所定時間経過するごとに、各係数を加算した積算カウントを暖まり具合の情報とし、その積算カウントに応じて加圧ローラ4の温度を予測する。
具体的には、プリント動作を、予備加熱時、通紙時、紙間時、本体停止時の4段階に分割している。予備加熱時は、ヒータ3へ通電を開始してから記録材Pが定着ニップ部Nに導入されるまでの時間、通紙時は、記録材Pが定着ニップ部Nに導入されてから排出されるまでの時間である。また、紙間時は、記録材Pが定着ニップ部Nから排紙されてから、連続した次の記録材Pが定着装置107に導入されるまでの時間、本体停止時は、プリント動作が終了している時間である。この分割された時間(動作状態或いは動作段階という)ごとに異なる係数を定める。この係数は、単位時間あたりに加圧ローラ4へ与える熱量に比例する値であり、各動作時間における投入電力量の違いや放熱量の違いなどから算出される。
係数としては、本実施例では、下記表1に定めるような値とした。そして、それぞれの動作状態(或いは動作段階という)が、単位時間に設定される200msec経過するごとに、各係数を加算していき、その積算カウントに応じて、加圧ローラ4温度を予測する。
すなわち、暖気具合取得部20は、各係数が不図示のメモリに記憶されており、各動作段階に応じてメモリから対応する各係数を読み出し、単位時間毎に加算して積算カウント
を取得するようになっている。
なお、本体の電源がOFFされると、積算カウントはリセットされる。ただし、電源がONされると温度検知素子5の情報をもとに、積算カウントの初期値が決定される。その後は、時間が経過するごとに、この初期値に対して係数が随時加算される。
また、設置環境の温湿度を計測する環境検知センサを採用した構成の場合には、温度や湿度情報に基づいて加算する係数を補正してもよい。その場合は、加圧ローラ4の温度へ影響を与える因子として、環境毎に異なる記録材Pの温度や加圧ローラ4の放熱量、投入電力量などの違いを考慮して、実際の加圧ローラ4の温度予測の精度を向上させることを目的とする。
なお、加圧ローラ4の暖まり具合を予測する方法は、加熱処理した記録材の枚数であるプリント枚数から判断する方法など、上述の方式に限定されるものではない。例えば、単純にプリント動作開始時点の温度検知素子5の温度が一定以上であった場合、潤滑剤Gの油膜切れが発生する可能性がある高温状態(Hot状態である)と判断してもよい。また、加圧ローラ4の温度を検出する温度検知素子を設けてもよい。
図5に、定着カウント予測方式による積算カウントと加圧ローラ4温度との関係を示す。
本方式に基づくと、加圧ローラ4がCold状態であるほど定着カウントが小さくなる。例えば、数枚のプリント動作のみを行い、加圧ローラ4が75℃程度と比較的低温の場合は、定着カウントが1001程度となり定着装置107はCold状態(潤滑剤Gの油膜切れが発生しない状態)であると判断できる。また、加圧ローラ4がHot状態であるほど定着カウントが大きくなる。例えば、連続して大量のプリントを行った状態や、プリント枚数が少なくとも予備加熱動作が繰り返された間欠プリントの状態で、加圧ローラ4が120℃程度と比較的高温の場合が該当する。この時は、定着カウントが3000程度となり、Hot状態であると判断できる。
Figure 2017116870
[本実施例の性能評価]
次に、本実施例1についての性能評価試験について説明する。
本発明の回転停止制御を行わない例を比較例1、本発明の回転停止制御の実施例については、4つの制御条件で、定着モータMの回転停止時のスティックスリップ音の発生確率を評価した。
評価試験は、共通の条件として、プロセススピード350mm/s、測定環境温度25℃、加熱定着処理中の温度検知素子5制御温度230℃の加熱定着処理を行った後、表2に記載したそれぞれの条件で、回転停止制御を行った。
まず、表2中の傾き時間aについて、図6を用いて説明する。
図6には、比較例と、本実施例のHot状態時の定着モータMの回転停止制御条件が記載されている。図中の0秒の時刻は、加熱処理終了時点、すなわち加熱定着処理が終了し
たタイミングを示している。比較例は、前述の通り加熱定着処理が終了した時点で、定着モータMの目標速度を0mm/sに設定する制御である。
一方、本実施例1の特徴的な点は、定着モータMの回転停止制御の際、一定の区間の定着モータMの回転速度をプロセススピードより遅くしてから回転を停止する点にある。この時の一定区間を傾き時間aと定義した。また、傾き時間経過後の目標速度は87.5mm/sに設定した。
潤滑剤Gの油膜切れの有無の判断には、前述の定着カウント予測方式を用いた。本実施例1では、定着カウントが3000未満の条件は、油膜切れが発生しない定着装置107が比較冷めた状態であると判断した。一方、定着カウントが3000以上の条件は、油膜切れが発生する可能性がある定着装置107が比較的暖まった状態(Hot状態)であると判断した。
Figure 2017116870
比較例では、積算カウントである定着カウントの値に関わらず、加熱定着処理が終了した時点で、定着モータMの目標速度を0mm/sに設定する制御を行った。この場合、油膜切れが発生しない定着カウントが1001の条件ではスティックスリップ音は発生しなかった。しかし、油膜切れが発生する可能性のある定着カウント3000の条件において、100%の確率でスティックスリップ音が発生してしまった。
これに対して、本実施例の制御条件1〜4の場合、定着カウントが3000未満の条件においては、比較例と同様に、加熱定着処理が終了した時点で、定着モータMの目標速度を0に設定する制御を行った。
一方で、定着カウントが3000以上の条件においては、傾き時間aをそれぞれの制御条件で回転停止制御を行った。
制御条件1は傾き時間aを1.0sに設定しており、定着装置107の暖まり具合に拠らず、全ての条件でスティックスリップ音が発生しない良好な結果が得られた。それだけでなく、そもそもスティックスリップ音が発生しない定着装置107が比較的冷めた条件では、傾き時間aを設けていないため、定着装置107の不要な回転も抑制され、耐久性の観点でも望ましい制御であると言える。
また、制御条件2及び3では、傾き時間aをそれぞれ0.2秒、0.4秒に設定したもので、スティックスリップ音の発生を完全に抑制できていないものの、確率を低減する効果は得られた。
さらに、制御条件4では、傾き時間aを2.0秒に設定したところ、スティックスリップ音の確率としては、制御条件1と同様に良好な結果が得られた。一方で、定着モータMの回転停止時の定着装置107の走行距離が、制御条件1より延びることになるため、耐久性という観点では制御条件1の方がより好ましい。
尚、本実施例の説明として、傾き時間a経過後の目標速度を87.5mm/sに設定した説明を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、図7に制御例1として記載したように、傾き時間a経過後の目標速度を例えば0mm/sに設定して、加圧ローラ4の回転停止時のイナーシャーを低減し、スティックスリップ音を低減することも可能である。
また、本実施例の説明として、定着モータM回転停止時の目標速度を連続に変化させる説明を行ったがこれに限定されるものではない。例えば、図7に制御例2として記載したように、傾き時間aの間の目標速度を、例えば3段階の段階的に低下させて本実施例同様の効果を得ることも可能である。
(実施例2)
次に、本発明の実施例2について説明する。
この実施例2が実施例1と異なる点は、回転停止の制御条件を、潤滑剤の潤滑膜切れが発生する可能性がある高温状態の程度に応じて、具体的には定着カウントの値に応じて、複数種類設定している点にある。
すなわち、実施例1では、潤滑剤の潤滑膜切れが発生する可能性がある高温状態に達すると、それ以上の高温状態になっても、定着モータMの回転停止制御は、一律の傾き時間aで制御をしている。
これに対して、本実施例2では、潤滑剤の潤滑膜切れが発生する可能性がある高温状態を複数段階に分けて、各段階の高温状態に応じて、複数種類の回転停止制御条件を設定するものである。
複数種類の回転停止制御の制御条件は、具体的には、定着カウント数で、3000以上4000未満の場合には、傾き時間aを0.8s、4000以上の場合には、傾き時間aを1.0sに設定している。すなわち、回転停止制御後の目標速度に達するまでの制御時間である傾き時間aが、より高温状態で、長くなるように設定される。
この傾き時間aは、予めデータとしてメモリに記憶されており、この傾き時間aで比例的に速度が低下するように、目標速度が設定され、定着モータMが制御される。
実施例1で説明した通り、定着装置107、すなわち加圧ローラ4がHot状態になると、潤滑剤Gの油膜切れが発生しやすくなる。ここで、油膜切れの発生しやすさは、加圧ローラ4の暖まり具合、すなわちHot状態の程度の影響を受ける。即ち、より高温状態になればなるほど、油膜切れが発生しやすくなる。本実施例はこの点に着目し、加圧ローラ4のHot状態の程度に応じて、傾き時間aを変更する点が特徴的な点である。
図8には、定着モータの動作の回転停止制御部分のフローチャートを示している。定着モータの動作手順は、図3に示したフローチャートと同じ手順であり、本実施例では、(Step2−8)、(Step2−9)が2段階となる。
すなわち、記録材の搬出搬送が完了すると(Step2−7)、定着カウントのカウント数が3000以上か否かを判断する(Step2−81)。3000未満の場合には、電力供給を停止して定着モータの動作を停止する(Step2−10)。3000以上の場合には、4000以上である否かを判断し(Step2−82)、4000未満の場合には、傾き時間aを0.8sとして減速する停止制御を行う(Step2−91)。停止制御後、電力供給を停止して定着モータの動作を停止する(Step2−10)。4000以上の場合には、傾き時間aを0.8sとして減速する停止制御を行い(Step2−92)、停止制御後定着モータの動作を停止する(Step2−10)。
その他の構成、制御に関しては実施例1と同様であるため、説明は割愛する。
[本実施例2の性能評価]
実施例1の条件同様、共通の条件として、プロセススピード350mm/s、測定環境温度25℃、加熱定着処理中の温度検知素子5制御温度230℃の加熱定着処理を行った
後、表3に記載したそれぞれの条件で定着モータMの回転停止制御を行い、スティックスリップ音の発生確率を評価した。
本実施例では、定着予測カウントが3000未満のCold状態では、従来例1同様に傾き時間aを設けず、定着予測カウントが3000以上4000未満の状態では、傾き時間aを0.8sに変更した。さらに定着予測カウントが4000以上の状態では、傾き時間aを1.0sとした。
Figure 2017116870
本実施例2の制御においても、実施例1と同様に、定着モータMの回転停止時のスティックスリップ音が抑制される良好な結果となった。さらに実施例1では、1種の傾き時間aで、定着予測カウントが3000以上の条件全てのスティックスリップ音を低減する必要があった。そのため、定着予測カウント3000以上4000未満の条件では、やや過剰な傾き時間である1.0sに設定する必要があった。一方、本実施例2では、定着予測カウントに応じて、それぞれ最小限の傾き時間を設定することが可能である。すなわち、定着予測カウントが3000以上4000未満の条件では傾き時間を0.8sに設定することで、より短い走行距離で定着装置107の回転を停止することが可能となる。これにより、定着装置107の耐久性の観点では、不要な回転を削減できる本実施例の方がより優れた制御であると言える。
尚、本実施例では、定着装置107のHot具合に応じて、3種の定着モータMの回転停止制御を行う説明をしたが、これに限定されるものではない。例えば、定着装置107のHot具合をより多くに分けて、それぞれで回転停止制御を変更しても良い。
(定着装置の他の構成例)
実施例1および2では、フィルム加熱方式の定着装置として、薄い平板状のヒータ3を定着ニップ部Nに配設した構成の定着装置107に関して説明したが、他のフィルム加熱方式の定着装置にも適用可能である。
図8には、他のフィルム加熱方式の定着装置207の構成例を示している。
この定着装置207は、ヒータ203としてハロゲンヒータ等の輻射式の熱源を採用した構成である。すなわち、回転可能な可撓性部材であるフィルムである定着フィルム2と、定着フィルム2内周面に接触し定着フィルム2を内周面から保持する保持部材としてのステー201と、を備えている。また、定着フィルム2とステー201の間に塗布され摺動性を向上させる潤滑剤Gと、フィルム2に圧接し定着ニップ部Nを形成しつつ回転する加圧部材としての加圧ローラ4を備えている。さらに、通電により少なくとも定着ニップ部Nを加熱する加熱手段としてのヒータ203と、加圧ローラ4を回転駆動し定着ニップ部Nでトナー像を担持した記録材Pを狭持搬送して加熱処理をする駆動手段としての定着モータMを有している。
ヒータ203は、定着フィルム2の内部であって、ステー201の上方に配置され、定着フィルム2及びステー201を加熱することで、定着ニップ部Nを通過する記録材P上にトナー像Tを加熱定着する構成である。定着フィルム2の温度は、定着フィルム2表面に配設された温度検知素子5の検知結果と、ヒータ203に供給する電流量を調整するこ
とで、所望の範囲に収めることが可能である。
また、実施例1でヒータ3が配設されていたスペースは、ステー201の一部が担い、定着ニップ部Nを形成している。実施例1と同様に、定着フィルム2とステー201の摺動部には、潤滑剤Gを用いることで、定着フィルム2の回転の安定性を確保している。その他基本的な構成は実施例1と同様のため、説明は割愛する。
このような構成の定着装置207であっても、定着装置がHot状態となると、定着モータMの回転停止時のスティックスリップ音が発生する場合があるが、この場合のスティックスリップ音もこれまで説明した原理で発生するため、実施例1および2の制御を行うことで、スティックスリップ音を低減することが可能である。
なお、ヒータ203は、定着フィルム2の内周面を加熱する構成として説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも定着ニップ部Nを加熱する構成であれば、配設場所は任意の場所で良い。
また、上記した図1及び図10の定着装置の構成例では、定着フィルム2が記録材P上の未定着のトナー像T側に配設された構成について説明したが、これに限定されるものではない。
フィルム加熱方式に特徴的な、可撓性のフィルム内周面に接触しフィルムを内周面から保持する保持部材と、フィルムと保持部材の間に塗布され摺動性を向上させる潤滑剤と、を有する構成であれば、本件同様の効果が得られる。
例えば、フィルムが記録材のトナー像が存在しない側に配設された構成であっても良い。
1 ステー(保持部材)、2 定着フィルム、3 ヒータ(加熱手段)
4 加圧ローラ(加圧部材)
5 温度検知素子、
10 モータ制御部(制御手段)
20 暖気具合取得部(暖気具合取得手段)
107 定着装置
201 ステー(保持部材)、203 ヒータ
207 定着装置
3000 定着カウント
G 潤滑剤
M 定着モータ
N 定着ニップ部
P 記録材
T トナー像
a 傾き時間(制御時間)

Claims (12)

  1. 回転可能な可撓性部材であるフィルムと、前記フィルム内周面に接触し前記フィルムを内周面から保持する保持部材と、前記フィルムと前記保持部材の間に塗布され摺動性を向上させる潤滑剤と、前記フィルムに圧接しニップ部を形成しつつ回転する加圧部材と、通電により少なくとも前記ニップ部を加熱する加熱手段と、前記加圧部材を回転駆動し前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を狭持搬送して加熱処理をする駆動手段と、を有する像加熱装置において、
    前記加熱手段から流入する熱によって暖められる前記加圧部材の暖まり具合の情報を取得する暖気具合取得手段と、
    前記加熱処理終了後、前記暖気具合取得手段の取得結果に応じて、前記駆動手段を停止する際の制御条件を、像加熱終了時点で駆動を停止する条件から、前記駆動手段の駆動を停止するまでの一定期間、加熱処理中の駆動速度より遅い速度に減速制御した後、駆動を停止する条件に変更する制御手段と、を有することを特徴とする像加熱装置。
  2. 前記制御手段は、前記暖気具合取得手段から取得した取得結果が、前記加圧部材が予め定めた潤滑剤の潤滑膜切れが発生する可能性がある高温状態に達した場合に、前記駆動手段の駆動を停止するまでの一定期間、加熱処理中の駆動速度より遅い速度に減速制御した後、駆動を停止する制御条件に変更する請求項1に記載の像加熱装置。
  3. 前記制御条件は、高温状態の程度に応じて、複数種類の制御条件が設定されている請求項2に記載の像加熱装置。
  4. 前記制御条件は、加熱処理終了時点から駆動を停止するまでの減速制御の制御時間である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の像加熱装置。
  5. 前記減速制御を行う区間において、目標速度を連続に低下させる請求項1乃至4のいずれか1項に記載の像加熱装置。
  6. 前記減速制御を行う区間において目標速度を段階的に低下させる請求項1乃至4のいずれか1項に記載の像加熱装置。
  7. 像加熱装置の温度を検知する温度検知手段を有し、少なくとも加熱処理を開始するタイミングにおける前記温度検知手段の検知結果が、前記暖気具合取得手段により取得される情報に反映される請求項1乃至6のいずれか1項に記載の像加熱装置。
  8. 前記暖気具合取得手段により取得される情報には、前記加熱手段への通電時間が反映されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の像加熱装置。
  9. 前記暖気具合取得手段により取得される情報は、加熱処理動作を複数段階に分けて、各動作段階について、単位時間当たりに加圧部材に与える熱量に比例する値を予め係数として設定し、それぞれの動作段階が所定時間経過するごとに各係数を加算した積算カウントである請求項8に記載の像加熱装置。
  10. 前記動作段階は、前記加熱手段へ通電を開始してから記録材が前記ニップ部に導入されるまでの予備加熱時、前記記録材が前記ニップ部に導入されてから排出されるまでの通紙時、前記記録材が前記ニップ部から排出されてから、連続した次の記録材がニップ部に導入されるまでの紙間時、加熱処理動作が終了している本体停止時を含む複数段階である請求項9に記載の像加熱装置。
  11. 前記暖気具合取得手段により取得される情報は、加熱処理した記録材の枚数が反映される請求項1乃至10のいずれか1項に記載の像加熱装置。
  12. 記録材上に画像を形成する像形成手段と、前記記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、
    前記像加熱手段として前記請求項1乃至11のいずれか1項に記載の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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