JP2017126000A - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の定着可能温度範囲の記録媒体を印刷で使用する場合に、記録媒体の種類が切り替わった場合でも、比較的簡単な方法で定着温度の変更による待ち時間を短くする。【解決手段】記録媒体毎に定着可能温度範囲を記録する記録手段と、記録媒体を格納する複数の格納手段とを備えた画像形成装置において、温度制御手段は、定着手段の加熱部材の温度を検知する温度検知手段の検知結果をフィードバックして定着手段の加熱部材の温度を任意の温度に制御する。そして、複数の格納手段に格納された複数の記録媒体の定着可能温度範囲が異なる場合、それぞれの記録媒体の定着可能温度範囲を基に、格納手段毎に定着温度を決定する。【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複数の機能を有する複合機等の電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置は給紙トレイなどの用紙を格納する用紙格納部を複数備えていて、ユーザーは各用紙格納部に所望の用紙を格納して使用する。近年、画像形成装置においては市場から用紙対応力が求められており、コート紙やメタリック紙など使用される記録媒体の種類や厚さが多岐にわたってきている。

上述のような様々な記録媒体は、その種類や厚さに応じてトナーが定着可能な温度範囲が異なっている。一般的に、各種記録媒体の定着設定温度は、定着後の記録媒体上のトナー像をあらかじめ決められた方法で擦るか、もしくはテープ等を用いて剥がした時、あらかじめ決められた規格以下の剥がれ量になる温度を定着下限温度とし、その定着下限温度から環境、記録媒体ロット、定着装置の経時劣化等を考慮して、一定量のマージン分を上乗せした温度に設定している。例えば、薄紙の定着下限温度が１３０℃であった場合、実際には５℃〜２０℃プラスし、１３５℃〜１５０℃を目標温度として定着装置を制御するといった具合である。

一般的に、薄紙は比較的低温範囲で定着が可能であるのに対し、厚紙やコート紙等では熱容量の違いから定着温度は薄紙に比較して高い温度が必要になる。そのため、例えば薄紙から熱容量の大きな厚紙へ記録媒体が変更された場合には、普通紙の温度調整の目標温度よりも高い温度調整の目標温度まで加熱部材が温度上昇するのを待つ必要がある。また逆に、厚紙から薄紙に記録媒体が変更された場合には、加熱部材の温度が下がるまで待つ必要があるため、定着温度が異なる記録媒体の切替えの度に生産性の低下を招く。

これらの問題を解決するため、複数の用紙格納手段のうち、２以上の用紙格納手段を１つのグループとして設定し、それらに対して、決められた定着温度で印刷を実行するように前記印刷手段を制御する方式が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、用紙種類切替え時の印刷ジョブ枚数により、加熱部材へ記録材を給送するタイミングを制御し、待ち時間が少なくなるようにする方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。

しかし、特許文献１記載の方法では、用紙のグループ化をユーザー自らが行わなくてはならない。そのため用紙の特性等を十分に把握していないユーザーなどでは、異なる定着特性を有する用紙を同一グループに設定してしまうというリスクが生じる。この場合、同一の定着温度で印刷が行われた場合、定着温度不足もしくは過多になることが予想され、印刷画質にトナー剥がれなどの問題が生じる可能性がある。また、共通の温度設定ができないケースにおいては、用紙の切替毎にこれまで同様の待ち時間が生じてしまう。

また、特許文献２記載の方法では、印刷用紙切替え時の印刷ジョブ枚数によっては、待ち時間の短縮効果が得られない場合がある。

さらに、特許文献３に記載の装置では、複数のトレイに設定された紙種・紙厚情報に紐付いた定着設定温度の平均値もしくは最も低い温度に設定しており、各設定の上下限温度は加味されていない。そのため、一番低い温度に設定された場合、厚紙コートのように定着温度が高い用紙があるとその用紙の定着下限温度を下回る設定になってしまう可能性があり、その場合、定着性が不十分となる。

本発明は、上述した従来の課題を解決し、複数の定着可能温度範囲の記録媒体を印刷で使用する場合に、各記録媒体の定着温度を、各定着可能温度範囲を基に最適な温度に設定することにより、印刷で使用する記録媒体の種類が切り替わった場合であっても、比較的簡単な方法で定着温度の変更による待ち時間を短くすることを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、未定着トナー画像が形成された記録媒体に圧接して加熱定着する加熱部材と、前記定着手段の加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知結果をフィードバックして前記加熱部材の温度を任意の温度に制御する温度制御手段と、前記記録媒体毎に定着可能温度範囲を記録する記録手段と、前記記録媒体を格納する複数の格納手段とを備えた画像形成装置において、前記温度制御手段は、前記複数の格納手段に格納された複数の記録媒体の前記定着可能温度範囲が異なる場合、それぞれの前記記録媒体の定着可能温度範囲を基に、前記格納手段毎に定着温度を決定することを特徴とする。

本発明によれば、定着可能温度範囲の異なる複数の種類や厚さの記録媒体を切り替えながら連続印刷を行う場合であっても、待ち時間を含めた画像形成装置の生産性を高めることができる。

本発明を適用した定着装置を有する画像形成装置の概略図である。 本発明に係る定着装置の一実施形態の断面図である。 複数の給紙カセットに、それぞれ異なる種類や厚さの記録媒体がセットされていると想定した場合を示す図である。 給紙カセットＡ〜Ｄに、それぞれ異なる種類や厚さの記録媒体がセットされていると想定した場合を示す図である。

本発明は、各紙種や紙厚に対する定着可能温度幅を考慮して、記録媒体を格納する複数の格納手段に共通した定着温度を設定する。それにより、記録媒体を格納する複数の格納手段にどのような組み合わせの紙種が設定されても、定着性に不具合を生じることのない温度設定にすることを可能とする。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
図１に、本発明を適用した定着装置を有する画像形成装置の概略を示す。画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ等周知のものであり、本実施形態の画像形成装置はカラー画像の形成が可能である。

図示の画像形成装置２０は、原稿画像に応じて各色の画像を形成する作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋと、作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋに対向して配置された中間転写ベルト２５とを備える。また、２次転写ローラ２９と中間転写ベルト２５とが対向する転写領域に各種シート状媒体を供給するシート状媒体供給手段としての複数の給紙カセット２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃを備える。レジストローラ２６は、この給紙カセット２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃのいずれかからピックローラ２７によって１枚ずつ搬送されてきたシート状媒体を作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋによる作像のタイミングにあわせて供給する。また、転写領域において転写後のシート状媒体の定着を行う定着装置１を有している。本実施形態では、給紙カセットとして３つを図示しているが、給紙カセットの数は限定されない。

画像形成装置２０は、一般にコピー等に用いられる普通紙（以下単に普通紙という）の他にもシート状媒体として用いることが可能である。例えば、カード、ハガキといった９０Ｋ紙、坪量約１００ｇ／ｍ^２相当以上の厚紙を用い得る。さらに、封筒等の、用紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シート（以下単に特殊シートという）、表面にコート剤を塗布して高光沢な画像が得られるコート紙等も用い得る。

なお、各作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋはそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の現像を行うものである。用いるトナーの色が異なるが、その構成はほぼ同様であるから、作像装置２１Ｙの構成を各作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋの代表として説明する。すなわち、各要素に符号Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを付した場合は、各要素がイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の現像にかかわるものであることを示すが、符号Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略して記載することもある。その場合は、特に限定しないかぎり、その要素の現像する色にかかわらない共通事項を記載しているものであることを示す。

作像装置２１Ｙは、静電潜像担持体としての感光体ドラム３０Ｙを有する。そして、感光体ドラム３０Ｙの回転方向において順に、帯電装置３１Ｙ、現像装置２３Ｙ、クリーニング装置３２Ｙ等が配置されている。また帯電装置３１Ｙと現像装置２３Ｙとの間で図示しない周知のポリゴンミラーを備えた走査手段による露光光２２Ｙを受ける周知の構成である。静電潜像担持体はドラム状でなく、ベルト状としても良い。

作像装置２１Ｙによって形成されたトナー像は、１次転写ローラ３３Ｙによって中間転写ベルト２５上に転写される。以降、作像装置２１Ｍ、作像装置２１Ｃ、作像装置２１Ｋのトナー像を順番に中間転写ベルト２５上に重ね合わせ、それを一括して２次転写ローラ２９によって記録媒体上に転写し、フルカラー画像を得る。記録媒体上に転写されたトナー像は、定着装置１へ搬送され、定着装置１によって熱と圧力が加えられて記録媒体上にトナーが融着される。

次に、本発明の定着装置の一実施形態を説明する。図２は、定着装置１の断面図である。
定着装置１は、トナーを定着されるシート状記録媒体を搬送するための無端の定着ベルト２０４を有し、これに、加熱ローラ２０５及び定着ローラ２０８を巻き掛けて備える。また、定着ベルト２０４を介して定着ローラ２０８に対向して接触し、ニップ部を形成する加圧ローラ２０７と、加熱ローラ２０５に対向し当接するよう配置され加熱ローラ２０５の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ２０６を備える。さらに、定着ベルト２０４を介して定着ローラ２０８に対向して配置されたクリーニングユニット２１０、離型剤供給手段としての塗布ローラ２１８と、ケーシング２０１などを有している。

また、加熱ローラ２０５の内部にはヒータ２１７、加圧ローラ２０７の内部にはそれぞれヒータ２０９及びサーミスタ２２０を備える。定着ベルト２０４には適当な所定の張力を与えるため、加熱ローラ２０５と定着ローラ２０８とは、バネなどの図示しない弾性体により、互いに離間する向きに付勢されている。定着ローラ２０８は、芯金２１９と、この芯金２１９を被覆する耐熱多孔質の弾性体層とを有し、芯金２１９が図示しない駆動手段により回転駆動される。それにより定着ローラ２０８が回転駆動され、加熱ローラ２０５の従動回転により定着ベルト２０４が駆動される。ケーシング２０１は、２次転写ローラ２９に対向する位置に設けられ２次転写ローラ２９によって搬送されてくるシート状媒体を受け入れるための開口２０２と、開口２０２の反対側に設けられ定着済みのシート状媒体を排出する開口２０３とを有している。

ヒータ２１７は、加熱ローラ２０５及び加熱ローラ２０５を介して定着ベルト２０４を加熱するものである。ヒータ２１７の温度はサーミスタ２０６による検知信号として図示しない制御手段に入力され、目標の定着温度と比較される。そして、検知温度が定着温度より低い場合にはヒータ２１７への通電が行われ、検知温度が定着温度より高い場合にはヒータ２１７への通電が停止される。このようにサーミスタ２０６の検知信号がフィードバックされることで定着温度が約１２０〜２５０℃の間で制御される。

塗布ローラ２１８に対し、定着ベルト２０４の移動方向における上流側には、シート状媒体から定着ベルト２０４に転移したオフセットトナーを清掃するためのクリーニングユニット２１０が設けられている。

加圧ローラ２０７の両端には、ベアリング２２１が圧入されており、ベアリング２２１には、加圧ローラ２０７の軸位置を移動させるための手段であるアーム２２２が接触している。アーム２２２は、カム２２３の回転によって軸２２４を中心に上下に移動させる構成となっている。そして、印刷中及び予備加熱動作中は定着ローラ２０８に圧接され、ニップを形成した状態で回転し、印刷動作が終了すると離間して停止する。加圧ローラ２０７の内部に設置したヒータ２０９の温度は、サーミスタ２２０による検知信号として図示しない制御手段に入力され、目標の定着温度と比較する。そして、検知温度が設定温度より低い場合にはヒータ２０９への通電が行われ、検知温度が設定温度より高い場合にはヒータ２０９への通電が停止される。このようにサーミスタ２２０の検知信号がフィードバックされることで加圧ローラ温度が約５０〜２００℃の間で制御される。

定着ベルト２０４は、例えばニッケル製の厚さ１００μｍの基体上に２００μｍのシリコンゴム製の離型層が形成されたものである。熱容量が小さく、熱応答性を良好にしたものが好ましい。例えば、基体はＳＵＳ製、ポリイミド製でもよく、可撓性を考慮すると厚さは３０〜１５０μｍ程度であればよい。離型層は、シリコンゴムを用いる場合は厚さ５０〜３００μｍ程度が望ましく、フッ素樹脂系を用いる場合は厚さ１０〜５０μｍ程度が望ましい。また離型層はシリコンゴムの上にフッ素樹脂系を重ねた構成でもよい。

次に、本発明に係る実施形態において複数の記録媒体の定着温度を決定方法について説明する。図示の実施形態において記録媒体を格納する給紙カセットを４つ有するものとして説明する。もちろん、本発明では記録媒体を格納する手段が給紙カセットには限定されず、またその個数も限定されない。

図３は、給紙カセットＡ〜Ｄに、それぞれ異なる種類・厚さの記録媒体がセットされていると想定した場合を示す図である。ユーザーは、それぞれ任意の給紙カセットに任意の記録媒体をセットし、画像形成装置に備えられている図示しない操作パネルを用いて各給紙カセットにセットした記録媒体の種類と厚さ（坪量）を設定するものとする。すなわち、ユーザーは、任意の給紙カセットに任意の用紙をセットするとき、同時にその紙種・紙厚情報を画像形成装置に入力する。紙種・紙厚情報は、紙種や紙厚毎に定着可能温度範囲があらかじめ紐付けして格納されているので、ユーザーが用紙情報をセットした段階で各トレイの定着温度を算出して設定する。そして、各給紙カセットにユーザーによってセットされた記録媒体の種類と厚さの情報がセットされると、あらかじめ図示しないメモリに記録された各記録媒体の定着下限温度と定着上下温度を取得する。

図３では、各記録媒体に対して良好な定着画像が得られる温度範囲を斜線で示している。例えば、給紙カセットＡにセットされている薄紙（坪量５２ｇ／ｍ^２）の用紙の定着温度範囲は、１２５〜１６５℃となる。本実施形態における定着下限温度とは、例えば２５％網点画像を所定の布で規定回数擦り、布に転写されたトナーを反射濃度計で測定したとき、あらかじめ決められた濃度以下になる定着温度のことを言うが、下限温度の決定方法はこれに限定されない。他の例としては、定着画像に所定のテープを貼付けて剥がした時に、テープに転写されるトナー量がある値以下になる定着温度としても良い。定着下限温度よりも低い温度で定着が行われた場合は、記録媒体上のトナーが十分に溶融せずに剥がれることを意味している。

また、本実施形態における定着上限温度とは、一旦定着されたトナー画像が定着部材に移り、再度用紙に付着する、いわゆるホットオフセットが発生する温度とするが、定着上限温度の決定方法はこれに限定されない。定着上限温度よりも高い温度で定着が行われた場合は、記録媒体上のトナーに対して温度過多となり、ホットオフセットや画像の表面が荒れる等の不具合が生じることを意味している。

図３の例では、それぞれ４種類の記録媒体の重複する温度範囲が、１５０〜１６５℃であることがわかる。このとき、画像形成装置は、各記録媒体の定着温度を、重複範囲の中間である１５７．５℃に設定する。これにより、全給紙カセット内の記録媒体の定着温度が同一になるため、ユーザーが用紙を切り替えた場合においても待ち時間が発生しないとともに、良好な定着結果を得ることができる。

次に、本実施形態での複数の記録媒体の定着温度を決定方法について説明する。図４に、給紙カセットＡ〜Ｄに、それぞれ異なる種類や厚さの記録媒体がセットされていると想定した場合を示す。図４の例では、給紙カセットＡおよびＢと給紙カセットＣおよびＤの記録媒体定着温度範囲は重複していない。この場合、画像形成装置は、定着温度範囲が重複している記録媒体のうち、最も定着可能温度上限が低い記録媒体（この場合給紙カセットＡおよびＢ）においては、定着可能温度上限−１０ｄｅｇ（１５５℃）に定着温度を決定する。また、画像形成装置は、定着温度範囲が重複している記録媒体のうち、最も定着可能温度下限が高い記録媒体（この場合給紙カセットＤ）の定着可能温度下限＋１０ｄｅｇ（１８０℃）に定着温度を決定し、給紙カセットＣおよびＤに設定する。これにより、定着温度範囲が重複しない記録媒体が存在する場合であっても、出来る限り定着温度を近づけることができるため、ユーザーが用紙を切り替えた場合の待ち時間は従来よりも短縮できる。

以上説明したように、本発明では、複数の格納手段に格納された複数の記録媒体の定着可能温度範囲が異なる場合、それぞれの記録媒体の定着可能温度範囲を基に格納手段毎に定着温度を決定する。そのため、印刷で使用する記録媒体の種類が切り替わった場合であっても、定着温度の変更による待ち時間を短くすることができる。印刷で使用する記録媒体の種類が切り替わった場合であっても、定着温度の変更による待ち時間の短縮と良好な定着画像の両立が得られる画像形成装置とすることができる。

また、複数の格納手段に格納された複数の記録媒体の定着可能温度に重複する範囲が存在する場合に、重複する範囲が存在する記録媒体については定着温度を前記重複する温度範囲の中間に決定する。それにより、印刷で使用する記録媒体の種類が切り替わった場合であっても、定着温度の変更による待ち時間を無くすことができるとともに、いずれの記録媒体において良好な定着結果を得ることが可能となる。

また、複数の格納手段に格納された複数の記録媒体の定着可能温度が重複する範囲が存在しない場合に、記録媒体毎に定着温度を決定する。そのことで、印刷で使用する記録媒体の種類が切り替わった場合であっても、定着温度の変更による待ち時間を短くすることができる。

さらに、複数の記録媒体における各定着可能温度範囲のうち、最も定着可能温度上限が低い記録媒体では、定着可能温度上限−（５〜１５ｄｅｇ）の範囲に定着温度を決定する。そのことで、印刷で使用する記録媒体の種類が切り替わった場合であっても、定着温度の変更による待ち時間の短縮と良好な定着画像の両立が得られる。

またさらに、複数の記録媒体における各定着可能温度範囲のうち、最も定着可能温度下限が高い記録媒体では、定着可能温度下限＋（５〜１５ｄｅｇ）の範囲に定着温度を決定する。そのことで、印刷で使用する記録媒体の種類が切り替わった場合であっても、定着温度の変更による待ち時間の短縮と良好な定着画像の両立が得られる。

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。

１ ：定着装置
２０ ：画像形成装置
２１ ：作像装置
２２ ：露光光
２３ ：現像装置
２５ ：中間転写ベルト
２６ ：レジストローラ
２７ ：ピックローラ
２８ ：給紙カセット
２９ ：２次転写ローラ
３０ ：感光体ドラム
３１ ：帯電装置
３２ ：クリーニング装置
３３ ：１次転写ローラ
２０１ ：ケーシング
２０２、２０３ ：開口
２０４ ：定着ベルト
２０５ ：加熱ローラ
２０６ ：サーミスタ
２０７ ：加圧ローラ
２０８ ：定着ローラ
２０９ ：ヒータ
２１０ ：クリーニングユニット
２１７ ：ヒータ
２１８ ：塗布ローラ
２１９ ：芯金
２２０ ：サーミスタ
２２１ ：ベアリング
２２２ ：アーム
２２３ ：カム
２２４ ：軸

特開２０１３−１１３８６０号公報 特開２０１３−２３１８０３号公報 特開２０１３−２３８８２５号公報

Claims (5)

1. 未定着トナー画像が形成された記録媒体に圧接して加熱定着する加熱部材と、
   前記加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、
   前記温度検知手段の検知結果をフィードバックして前記加熱部材の温度を任意の温度に制御する温度制御手段と、
   前記記録媒体毎に定着可能温度範囲を記録する記録手段と、
   前記記録媒体を格納する複数の格納手段とを備えた画像形成装置において、
   前記温度制御手段は、複数の前記格納手段に格納された複数の前記記録媒体の前記定着可能温度範囲が異なる場合、それぞれの前記記録媒体の前記定着可能温度範囲を基に、前記格納手段毎に定着温度を決定する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記温度制御手段は、複数の前記格納手段に格納された複数の前記記録媒体の定着可能温度に重複する範囲が存在する場合、重複する範囲が存在する前記記録媒体については前記定着温度を前記重複する温度範囲の中間に決定することを特徴とする、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記温度制御手段は、複数の前記格納手段に格納された複数の前記記録媒体の定着可能温度が重複する範囲が存在しない場合、記録媒体毎に前記定着温度を決定することを特徴とする、請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 複数の前記記録媒体における各定着可能温度範囲のうち、最も定着可能温度上限が低い前記記録媒体においては、定着可能温度上限−５〜１５ｄｅｇの範囲に前記定着温度を決定することを特徴とする、請求項３に記載の画像形成装置。
5. 複数の前記記録媒体における各定着可能温度範囲のうち、最も定着可能温度下限が高い前記記録媒体においては、定着可能温度下限＋５〜１５ｄｅｇの範囲に前記定着温度を決定することを特徴とする、請求項３又は４に記載の画像形成装置。