JP2017151310A - 定着装置、画像形成装置、及び温度制御プログラム - Google Patents

定着装置、画像形成装置、及び温度制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】第2ロールの温度を調節しない場合と比べて、記録媒体に定着される画像の画質に、回収したトナーによって欠陥が生じることを抑制する定着装置、画像形成装置、及び温度制御プログラムを提供する。【解決手段】上記各実施形態の画像形成装置10の定着装置70は、用紙P上に形成されたトナー像を用紙Pに定着させる定着ロール72と、定着ロール72の表面に付着したトナーをクリーニングするクリーニングロール76と、クリーニングロール76の表面に付着したトナーを回収する回収ロール78と、回収ロール78の温度を検知する温度センサ82と、温度センサ82の検知結果に基づいて回収ロール78の温度を調節する制御部32と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、定着装置、画像形成装置、及び温度制御プログラムに関する。
特許文献1には、記録媒体上に形成されたトナー像に接触する定着部材と、前記定着部材に対向配置された加圧部材とを備え、前記定着部材と前記加圧部材とで形成される定着ニップ部内で前記記録媒体上に形成された前記トナー像を加熱及び加圧してトナー像を記録媒体に定着するとともに、前記定着部材の周面に配置されたクリーニングローラと、前記クリーニングローラ周面に押当てローラを介して押圧されるウェブ状のクリーニング部材とを備え、前記定着部材表面からオフセットトナーを回収する定着装置が開示されている。特許文献1に記載の定着装置は、前記押当てローラの内部に前記押当てローラ表面を加熱する加熱手段を設けたことを特徴としている。
特許文献2には、第1の定着用回転体と、前記第1の定着用回転体に接触して記録材を挟持搬送するニップ部を形成する第2の定着用回転体と、前記第1の定着用回転体に付着したトナーを回収する第1のクリーニング部材と、前記第1のクリーニング部材に付着したトナーを回収する第2のクリーニング部材と、を備え、前記ニップ部で記録材上の未定着のトナー像を前記記録材に加熱定着する定着装置が開示されている。特許文献2に記載の定着装置は、前記第1のクリーニング部材及び前記第2のクリーニング部材のうちいずれか一方のクリーニング部材を加熱する第1のヒータを備えることを特徴としている。
特許文献3には、一対の回転体の間の定着ニップ部に未定着トナー像をのせた転写材を挿入し、加熱及び加圧によりトナー像を転写材上に永久定着する定着装置の少なくとも一方の回転体に付着したトナーをクリーニングするクリーニング回転体を有する画像形成装置において、前記定着ニップ部に転写材を一定枚数通過させた後、画像形成を行なう温度にて前記回転体の空回転を行ない、さらにクリーニング材を前記定着ニップ部に自動的に通過させ、前記クリーニング回転体に付着したトナーを回収することを特徴とする画像形成装置が開示されている。
特開2012−063374号公報 特開2010−139883号公報 特開2003−057985号公報
本発明は、第2ロールの温度を調節しない場合と比べて、記録媒体に定着される画像の画質に、回収したトナーによって欠陥が生じることを抑制する定着装置、画像形成装置、及び温度制御プログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の定着装置は、記録媒体上に形成されたトナー像を前記記録媒体に定着させる定着部材と、前記定着部材の表面に付着したトナーをクリーニングする第1ロールと、前記第1ロールの表面に付着したトナーを回収する第2ロールと、前記第2ロールの温度を検出する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて前記第2ロールの温度を調節する調節手段と、を備える。
また、請求項2に記載の定着装置は、請求項1に記載の定着装置において、 前記調節手段は、前記第2ロールを冷却する冷却装置を備える。
また、請求項3に記載の定着装置は、請求項1または請求項2に記載の定着装置において、前記調節手段は、前記記録媒体上へトナー像の形成が開始される前に、前記第2ロールの温度をトナーの軟化点温度より高くする。
また、請求項4に記載の定着装置は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の定着装置において、前記調節手段は、前記記録媒体上へトナー像を形成する場合は、トナーに対する前記第2ロールの貯蔵弾性率が予め定められた値以下とならないように前記第2ロールの温度を調節する、または、トナーの融点温度未満とならないように前記第2ロールの温度を調節する。
また、請求項5に記載の定着装置は、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の定着装置において、前記第1ロールの温度を検知する他の検知手段をさらに備え、前記調節手段は、前記第1ロールの温度が前記第2ロールの温度よりも高く、かつ、前記第1ロールの温度と前記第2ロールの温度との差が、トナーに対する前記第2ロールの貯蔵弾性率として予め定められた値以上を維持するように前記第2ロールの温度を調節する。
また、請求項6に記載の定着装置は、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の定着装置において、前記調節手段は、記録媒体へのトナー像の形成が終了した場合、前記第2ロールの温度がトナーの軟化点温度を含む所定の温度範囲にある期間、または前記第2ロールの温度がトナーの軟化点温度を含む所定の温度範囲にある予め定められた時間、前記第2ロールを回転駆動させる。
一方、上記目的を達成するために、請求項7に記載の画像形成装置は、トナー像を記録媒体に形成するトナー像形成部と、前記記録媒体に形成されたトナー像を前記記録媒体に定着する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の定着装置と、を備える。
一方、上記目的を達成するために、請求項8に記載の温度制御プログラムは、コンピュータを、記録媒体上に形成されたトナー像を前記記録媒体に定着させる定着部材と、前記定着部材の表面に付着したトナーをクリーニングする第1ロールと、前記第1ロールの表面に付着したトナーを回収する第2ロールと、前記第2ロールの温度を検知する検知手段と、を備えた定着装置の、前記検知手段の検知結果に基づいて前記第2ロールの温度を調節する調節手段として機能させるためのものである。
請求項1、請求項7、及び請求項8に記載の発明によれば、第2ロールの温度を調節しない場合と比べて、記録媒体に定着される画像の画質に、回収したトナーによって欠陥が生じることが抑制される。
請求項2に記載の発明によれば、冷却装置で第2ロールを冷却しない場合に比べて、第2ロールの温度を降下させる速度が向上される。
請求項3に記載の発明によれば、第2ロールの温度がトナーの軟化点温度以下の状態でトナー像の形成を開始する場合と比べて、第1ロールに付着したトナーが適切に回収される。
請求項4に記載の発明によれば、第2ロールの貯蔵弾性率が予め定められた値を越えた状態、またはトナーの融点温度以上となった状態で前記記録媒体上へトナー像を形成する場合に比べて、第2ロールから第1ロール及び定着部材へトナーが逆流するのが抑制される。
請求項5に記載の発明によれば、第1ロールの温度が前記第2ロールの温度よりも低い場合、及び第1ロールの温度と第2ロールの温度との差がトナーに対する第2ロールの貯蔵弾性率として予め定められた値未満を維持する場合に比べて、第2ロールから第1ロールトナーが逆流するのが抑制される。
請求項6に記載の発明によれば、記録媒体へのトナー像の形成が終了した場合、第2ロールの温度がトナーの軟化点温度を含む所定の温度範囲にある期間、または第2ロールの温度がトナーの軟化点温度を含む所定の温度範囲にある予め定められた時間、第2ロールを回転駆動させない場合に比べて、次回、トナー像の形成を開始する場合に第1ロール及び第2ロールの回転が阻害されるのが抑制される。
第1実施形態に係る画像形成装置の概略を示す概略構成図である。 第1実施形態に係る画像形成装置の定着装置の概略を示す概略構成図である。 第1実施形態に係る画像形成装置の電気系の要部構成を示すブロック図である。 第1実施形態に係る画像形成装置の制御部で実行される温度制御処理の流れを示すフローチャートである。 回収ロールに保持されたトナーの固着状態を説明する模式図である。 第1実施形態の画像形成装置により形成された画像(画像を形成した用紙P)に発生する画像欠陥を評価したグラフである。 比較例のグラフであり、第1実施形態の温度制御処理を行わなかった場合に、画像形成装置により形成された画像に発生する画像欠陥を評価したグラフである。 第1実施形態及び比較例各々のグレードの最も悪い値(最も大きい値)を表したグラフである。 第2実施形態に係る画像形成装置の定着装置の概略を示す概略構成図である。 第2実施形態に係る画像形成装置の電気系の要部構成を示すブロック図である。 第2実施形態に係る画像形成装置の制御部で実行される温度制御処理の流れを示すフローチャートである。 第2実施形態及び比較例各々のグレードの最も悪い値(最も大きい値)を表したグラフである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
[第1実施形態]
まず、図1を参照して、本実施形態に係る画像形成装置10の構成を説明する。なお、以下では、黄色をY、マゼンタ色をM、シアン色をC、黒色をKで表すと共に、各構成部品及びトナー像(画像)を色毎に区別する必要がある場合には、符号の末尾に各色に対応する色の符号(Y、M、C、K)を付して説明する。また、以下では、各構成部品及びトナー像を色毎に区別せずに総称する場合には、符号の末尾の色の符号を省略して説明する。
画像形成装置10は、記録媒体としての用紙Pを収容する用紙収容部20、トナー像形成部22、搬送部24、排出部28、補給機構30、制御部32、及び定着装置70、を備える。
トナー像形成部22は、画像形成ユニット40と、一次転写ユニット50と、を備える。画像形成ユニット40の各々は、像保持体42と、帯電装置43と、露光装置44と、現像装置45と、除去装置49と、を備える。各画像形成ユニット40Y、40M、40C、40Kでは、各像保持体42の外周面にそれぞれY、M、C、Kの各色のトナー像を形成する。
帯電装置43は、像保持体42の外周面を帯電させる。露光装置44は、帯電装置43により帯電された像保持体42の外周面に露光光を照射することにより、潜像を形成する。また、現像装置45は、像保持体42に形成された潜像を現像剤(例えば、負極に帯電したトナー)で現像してトナー像として可視化する。現像装置45は、像保持体42の外周面へトナーを供給するトナー供給体46と、トナー供給体46へトナー及びキャリアを含む現像剤を搬送する2つの搬送部材47及び搬送部材48と、を備える。各色の現像装置45は、補給管(図示省略)を介して、トナーカートリッジ34と接続されている。トナーカートリッジ34は、現像装置45に補給されるトナーが充填され、画像形成装置10に対して着脱可能に色別に4個(34K〜34Y)装置幅方向に並んで配置されている。各色のトナーカートリッジ34は、装置奥行方向に延びる円柱状とされている。さらに、除去装置49は、像保持体42の外周面に形成されたトナー像が像保持体の一例としての中間転写ベルト52に一次転写された後、一次転写されずに像保持体42の外周面に残ったトナー及び外添剤等を、像保持体42の外周面から除去する。
一次転写ユニット50は、無端状の中間転写ベルト52と、中間転写ベルト52が巻き掛けられ、モータ(図示省略)により回転駆動して中間転写ベルト52を矢印A方向に周回させる駆動ロール54と、を備える。また、一次転写ユニット50は、中間転写ベルト52が巻き掛けられ、中間転写ベルト52に張力を付与する張力付与ロール56と、中間転写ベルト52と従動回転する補助ロール58と、を備える。また、一次転写ユニット50は、中間転写ベルト52を挟んで各色の像保持体42の反対側に各々配置される一次転写ロール51を備える。
以上の構成により、各色の画像形成ユニット40の像保持体42上に順次形成されたY、M、C、Kの各色のトナー像が、各色の一次転写ロール51によって、中間転写ベルト52上に多重に転写される。
清掃装置59は、中間転写ベルト52の外周面のトナー像が用紙Pに二次転写された後、二次転写されずに中間転写ベルト52の外周面に残ったトナー及び外添剤等を中間転写ベルト52の外周面から除去する。
また、中間転写ベルト52を挟んで補助ロール58の反対側には、中間転写ベルト52上に転写されたトナー像を搬送される用紙Pに転写する二次転写ロール60が設けられている。二次転写ロール60は接地されており、補助ロール58は二次転写ロール60の対向電極を形成している。二次転写電圧が印加されることにより補助ロール58には、用紙Pにトナー像が転写される。
搬送部24は、用紙収容部20に積載された用紙Pを搬送路62へ送り出す給紙ロール63と、給紙ロール63によって送り出された用紙Pを1枚ずつ分離する分離ロール64と、用紙Pの搬送タイミングを合わせる位置合わせロール65と、を備える。各ロールは、搬送路62の用紙Pが搬送される方向に沿って、この順番で配置されている。
用紙収容部20から供給された用紙Pは、回転する位置合わせロール65によって中間転写ベルト52と二次転写ロール60との接触部(二次転写位置)へ定められたタイミングで送り出される。
さらに、用紙Pは定着装置70に搬送され、定着装置70により用紙Pの一方の面(画像形成面)にトナー像が定着される。
図2を参照して、本実施形態の定着装置70について説明する。本実施形態の定着装置70は、定着ロール72、加圧ロール74、クリーニングロール76、及び回収ロール78を備える。
定着ロール72、加圧ロール74、クリーニングロール76、及び回収ロール78は、画像形成装置10の前側から後側(奥側)に向けて延びる円柱状のロールであり、用紙Pの搬送方向と交差する方向を回転軸とする回転駆動を行う。
定着ロール72は、モータ110(図3参照)により、矢印B方向に回転駆動する。定着ロール72は、ヒータ84を内蔵しており、搬送路62により搬送されてきた用紙Pを加熱する。本実施形態の定着ロール72は、本発明の定着部材の一例である。
加圧ロール74は、搬送路62を挟んだ定着ロール72と対向する位置に設けられており、モータ112(図3参照)により、矢印C方向に回転駆動する。加圧ロール74は、搬送路62により搬送されてきた用紙Pを加圧する。
クリーニングロール76は、定着ロール72と接触するように設けられており、モータ114(図3参照)により、矢印D方向に回転駆動する。クリーニングロール76は、定着ロール72の表面に付着したトナーや異物等を除去(クリーニング)する。クリーニングロール76の大きさ(ロールの直径φ)は、特に限定されないが、本実施形態では定着ロール72よりも小さくしている。クリーニングロール76の材質は、定着ロール72の表面を傷つけずにクリーニングするものであれば特に限定されない、本実施形態のクリーニングロール76は、本発明の第1ロールの一例である。
回収ロール78は、クリーニングロール76と接触するように設けられており、モータ116(図3参照)により、矢印E方向に回転駆動する。回収ロール78は、クリーニングロール76の表面に付着したトナーや異物等を回収して保持する。回収ロール78の大きさ(ロールの直径φ)は、特に限定されないが、本実施形態では、定着ロール72よりも小さく、かつ回収ロール78と同等もしくは一回り程度小さくしている。回収ロール78の材質は、トナーや異物等を回収して保持するものであれば特に限定されない。本実施形態の回収ロール78は、本発明の第2ロールの一例である。
また、定着装置70は、温度センサ80及び温度センサ82を備える。温度センサ80は、定着ロール72の表面の温度を検知する。本実施形態では、図2の搬送方向から視認した図に検知位置80Aとして示したように、定着ロール72の表面の用紙Pが通過する領域(最大通紙部)外の温度を検知する。より具体的には、検知位置80Aは、クリーニングロール76とのニップ部(接触部)よりも定着ロール72の回転方向の上流側、かつ画像形成装置10の後側にある。また、温度センサ82は、クリーニングロール76の表面の温度を検知する。本実施形態では、図2の搬送方向から視認した図に検知位置82Aとして示したように、回収ロール78の表面の用紙Pが通過する領域(最大通紙部)外の温度を検知する。より具体的には、検知位置82Aは、クリーニングロール76とのニップ部(接触部)よりも回収ロール78の回転方向の上流側、かつ画像形成装置10の後側にある。
温度センサ80及び温度センサ82は、各々定着ロール72及び回収ロール78の表面の温度を検知するものであれば特に限定されないが、各々定着ロール72及び回収ロール78と非接触で温度を検知するものが好ましい。例えば、温度センサ80及び温度センサ82は、赤外放射温度計等が好ましい。
図1に示すように本実施形態の画像形成装置10の搬送部24には、さらに用紙Pの両面に画像形成を行うように、用紙Pの表裏を反転させて搬送させる反転搬送部66が設けられている。反転搬送部66は、定着装置70によりトナー像が定着された用紙Pをスイッチバックさせる。その後、反転搬送部66は、用紙Pの裏面が中間転写ベルト52の外周面に対向するように、用紙Pを二次転写位置に搬送させる。
排出部28は、定着装置70よりも用紙Pの搬送方向下流側であって、画像形成装置10本体の外側上面の一部に形成されている。定着装置70によりトナー像が定着された用紙Pは、排出ロール67によって排出部28に排出される。
図1及び2に示した画像形成装置10により画像を形成する工程(画像形成工程)は、以下のようになる。
まず、制御部32から各色の露光装置44に各色の階調データが順次出力される。そして、露光装置44から階調データに応じて出射された露光光は、帯電装置43によって帯電した像保持体42の表面に照射される。これにより、像保持体42の表面には静電潜像が形成される。像保持体42上に形成された静電潜像は、各色の現像装置45によって現像され、各々Y、M、C、Kの各色のトナー像として可視化される。
さらに、一次転写ユニット50の一次転写ロール51によって、像保持体42上に形成された各色のトナー像が、周回する中間転写ベルト52上に多重に転写される。
中間転写ベルト52上に多重に転写された各色のトナー像は、用紙収容部20から給紙ロール63、分離ロール64、及び位置合わせロール65によって搬送路62に沿って搬送されてきた用紙Pに二次転写ロール60によって二次転写位置で二次転写される。
さらに、トナー像が転写された用紙Pは、定着装置70へと搬送される。そして、トナー像が定着装置70によって用紙Pに定着される。トナー像が定着された用紙Pは、排出ロール67によって排出部28に排出される。
一方、用紙Pの両面に画像を形成させる場合は、定着装置70によって一方の面(表面)にトナー像が定着された用紙Pは、排出ロール67によって排出部28にそのまま排出されない。排出ロール67が逆回転されることで、用紙Pの搬送方向が切り替えられる。そして、この用紙Pは、反転搬送部66により搬送され、表裏が反転されて再度位置合わせロール65へと搬送される。そして、用紙Pの他方の面(裏面)にトナー像が転写及び定着された後、用紙Pは、排出ロール67によって排出部28に排出される。
次に、図3を参照して、本実施形態の画像形成装置10の電気系の要部構成について説明する。
図3に示すように、本実施形態の制御部32は、CPU(Central Processing Unit)100、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)104、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶部106、及び通信回線I/F(Interface)部108を備える。CPU100は、画像形成装置10の全体的な動作を制御する。ROM102には、詳細を後述する温度制御プログラム103を含む各種プログラムや各種パラメータ等が予め記憶される。RAM104は、CPU100による各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられる。通信回線I/F部108は、外部装置と通信データの送受信を行う。
CPU100、ROM102、RAM104、記憶部106、通信回線I/F部108、モータ110、モータ112、モータ114、モータ116、温度センサ80、温度センサ82、及びヒータ84の各部がアドレスバス、データバス、及び制御バス等のバス117を介して互いに接続されている。
図3に示した構成により、本実施形態の画像形成装置10は、CPU100により、ROM102、RAM104、及び記憶部106に対するアクセス、並びに通信回線I/F部108を介した外部装置との間での通信データの送受信を各々行う。
また、CPU100は、モータ110の制御を行うことにより、定着ロール72の回転駆動を制御する。CPU100は、モータ112の制御を行うことにより、加圧ロール74の回転駆動を制御する。CPU100は、モータ114の制御を行うことにより、クリーニングロール76の回転駆動を制御する。CPU100は、モータ116の制御を行うことにより、回収ロール78の回転駆動を制御する。また、CPU100は、ヒータ84の制御を行うことにより、定着ロール72を加熱する。本実施形態のCPU100(制御部32)及びヒータ84が本発明の調節手段の一例である。
さらに、CPU100は、温度センサ80から出力された検知信号を取得することにより、定着ロール72の温度t(H/R)を検知する。CPU100は、温度センサ82から出力された検知信号を取得することにより、回収ロール78の温度t(W/R)を検知する。
次に、本実施形態の画像形成装置10の作用について説明する。本実施形態の画像形成装置10では、回収ロール78が回収したトナーにより、用紙Pに定着させた画像(トナー像)の画質に欠陥が生じるのを抑制するために定着装置70の回収ロール78の温度及び定着装置70の温度を制御部32により制御する。以下、制御部32による定着装置70の温度制御動作について説明する。
図4は、本実施形態の制御部32で実行される定着装置70の温度制御処理の流れを示すフローチャートである。図4に示した温度制御処理は、ROM102に予めインストールされている温度制御プログラム103をCPU100が実行することにより行われる。また、図4に示した温度制御処理は、画像形成装置10が、用紙Pに画像を形成するよう指示を受け付けた場合に実行される。なお、当該指示により、画像形成装置10全体(トナー像形成部22及び一次転写ユニット50等)が起動するが、まだ画像の形成は開始されない。
ステップS100で制御部32は、定着装置70の各モータ(110、112、114、116)を起動させる。これにより、定着ロール72、加圧ロール74、クリーニングロール76、及び回収ロール78が回転を始める。
次のステップS102で制御部32は、処理の繰り返し回数(詳細後述)をカウントするための変数Noを0にする(No=0)。
次のステップS104で制御部32は、温度センサ80から定着ロール72の温度t(H/R)を取得し、温度t(H/R)が定着ロール72の温度の下限値Tlowを越えている(t(H/R)>Tlow)か否かを判定する。本実施形態の画像形成装置10では、用紙Pにトナー像を定着させるために必要な定着ロール72の温度t(H/R)の下限値及Tlow及び上限値Thiを、実験的に予め得ておく。下限値Tlow及び上限値Thiは、例えば、トナーや用紙Pの種類、及びトナー像形成部22の構成等に応じて定められる。そして、トナー像を形成する際は、制御部32が定着ロール72の温度t(H/R)が下限値Tlow及び上限値Thiの範囲内(Tlow<t(H/R)<Thi)となるように制御する。
温度t(H/R)が下限値Tlowを越えていない場合、否定判定となりステップS106へ移行する。ステップS106で制御部32は、ヒータ84をオン状態にして、定着ロール72を加熱させた後、ステップS104に戻る。なお、ステップS106を実行する際に、既にヒータ84がオン状態の場合は、制御部32はオン状態を維持させる。一方、温度t(H/R)が下限値Tlowを越えると肯定判定となりステップS108へ移行する。
ステップS108で制御部32は、温度センサ80から定着ロール72の温度t(H/R)を取得し、温度t(H/R)が上限値Thi未満である(t(H/R)<Thi)か否かを判定する。温度t(H/R)が上限値Thi未満ではない場合、否定判定となりステップS110へ移行する。ステップS110で制御部32は、ヒータ84をオフ状態にして、定着ロール72の加熱を停止させた後、ステップS104に戻る。なお、ステップS110を実行する際に、既にヒータ84がオフ状態の場合は、制御部32はオフ状態を維持させる。一方、温度t(H/R)が上限値Thi未満である場合、肯定判定となりステップS112へ移行する。
ステップS112で制御部32は、温度センサ82から回収ロール78の温度t(W/R)を取得し、温度t(W/R)が温度Ts以上である(t(W/R)≧Ts)か否かを判定する。
画像形成装置10により画像の形成を行うと回収ロール78はトナーを回収して保持した状態になる。この状態で、回収ロール78の温度が降下すると、保持しているトナーが回収ロール78の表面に固着する。図5に示すように、回収ロール78とクリーニングロール76との間(ニップ部)では、クリーニングロール76の表面に応じた形状(形状79)にトナーが固着してしまう。
このようにトナーが固着した状態で、回収ロール78の温度t(W/R)がトナーの軟化点温度Ts未満のまま回収ロール78を回転させた場合、図5にt(W/R)<tsの場合として示したように、トナーが形状79を維持して固着したまま回収ロール78が回転する。形状79によって回収ロール78の表面に凹凸が生じるため、回収ロール78がクリーニングロール76に接触した際に、クリーニングロール76の表面に接触しない場所が生じてしまう。回収ロール78が非接触のクリーニングロール76の表面の場所には、トナーが回収されずに残存した状態になる。この状態で、クリーニングロール76が定着ロール72をクリーニングしようとすると、クリーニングロール76に残存したトナーが逆に定着ロール72に付着することになり、定着ロール72に付着したトナーが用紙Pに付着して定着してしまい画像欠陥を招くことがある。特に、縁なし印刷を行う場合、定着ロール72のクリーニングが重要になるが、回収ロール78の最大通紙部(図2参照)外の領域には、他の領域よりも多く回収したトナーが保持される。そのため、上述したように固着してしまった結果、画像欠陥を招く恐れが大きくなる。
一方、回収ロール78の温度t(W/R)をトナーの軟化点温度Ts以上として回収ロール78を回転させた場合、図5にt(W/R)≧tsの場合として示したように、トナーが軟化して回収ロール78の表面全体に拡散した状態で回収ロール78が回転する。回収ロール78の表面に形状79による凹凸が生じていないため、回収ロール78はクリーニングロール76の表面全体に接触し、非接触部分が生じるのが抑制される。そのため、クリーニングロール76の表面から適切にトナーを回収するので、トナーがクリーニングロール76の表面に残存するのを抑制する。従って、上述のような画像欠陥が抑制される。
そこで、本実施形態の画像形成装置10では、回収ロール78の温度がトナーの軟化点温度Ts以上となってから、画像(トナー像)の形成、少なくとも定着装置70によるトナー像の定着を行う。
ステップS112で温度t(W/R)が軟化点温度Ts未満の場合は、否定判定となりステップS114へ移行する。ステップS114で制御部32は、ヒータ84をオン状態にして、定着ロール72を加熱させる。次のステップS116で制御部32は、定着ロール72を予め定められた時間、空回しさせた後、ステップS112に戻る。なお、本ステップを実行する際に、既に定着ロール72が回転している場合、予め定められた時間経過するまでそのまま待機状態になる。ここで、予め定められた時間とは、定着ロール72の熱が回収ロール78に伝達し、回収ロール78の温度t(W/R)が上昇するのに要する時間であり、実験等により予め得られた時間である。
一方、回収ロール78の温度t(W/R)がトナーの軟化点温度Ts以上の場合、肯定判定となり、ステップS118へ移行する。ステップS118で制御部32は、温度t(W/R)がトナーの融点温度Tm未満であるか否かを判定する。回収ロール78の温度がトナーの融点温度Tm以上の場合、回収ロール78のトナーの貯蔵弾性率が低下してしまい、トナーを保持していられなくなり、クリーニングロール76に逆流してしまう場合がある。すなわち、回収ロール78の温度t(W/R)がトナーの融点温度Tm以上の場合、回収ロール78が回収したトナーが溶融してクリーニングロール76に逆流してしまう場合がある。逆流したトナーは、定着ロール72に付着し、定着ロール72に付着したトナーが用紙Pに付着して定着してしまい画像欠陥を招くことがある。
そこで本実施形態の画像形成装置10では、回収ロール78の貯蔵弾性率をトナーを保持するのに充分な値である状態を考慮して、回収ロール78の温度t(W/R)がトナーの軟化点温度Ts未満の場合に、画像(トナー像)の形成、少なくとも定着装置70によるトナー像の定着を行う。
ステップS118で温度t(W/R)が融点温度Ts未満ではない場合は、否定判定となりステップS120へ移行する。ステップS120で制御部32は、変数Noをインクリメント(No=No+1)する。次のステップS122で制御部32は、変数Noが処理の繰り返し(ループ)を制御するために予め定められた定数K1よりも大きいか否かを判定する。変数Noが定数K1以下の場合、否定判定となりステップS124へ移行する。
ステップS124で制御部32は、ヒータ84をオフ状態にして、定着ロール72の加熱を停止させる。なお、ステップS124を実行する際に、既にヒータ84がオフ状態の場合は、制御部32はオフ状態を維持させる。次のステップS126で制御部32は、定着ロール72を予め定められた時間、空回しさせた後、ステップS104に戻る。なお、本ステップを実行する際に、既に定着ロール72が回転している場合、予め定められた時間経過するまでそのまま待機状態になる。ここで、予め定められた時間とは、回収ロール78の温度が低下するのに要する時間であり、実験等により予め得られた時間である。なお、本ステップにおいて空回しを行う時間と、上述のステップS116で定着ロール72の空回しを行う時間と、は同一であってもよいし、異なっていてもよい。
一方、ステップS122で変数Noが定数K1よりも大きい場合、肯定判定となりステップS128へ移行する。ステップS128で制御部32は、画像(トナー像)を形成するプロセススピードを低下(ダウン)させる。
上記ステップS104〜S118のステップ(処理)では、ヒータ84のオン・オフを行うことにより、定着ロール72の温度t(H/R)及び回収ロール78の温度t(W/R)を調整していたが、充分には調整しきれず、上記処理の繰り返し(ループ)が連続して行われる場合がある。本実施形態の画像形成装置10では、そのような場合(予め定めらた定数K1を越えた場合)に、温度の調整をヒータ84ではなく、画像(トナー像)を形成するプロセススピードを低下させることで行う。本実施形態の画像形成装置10では、プロセススピードを低下させることにより、定着装置70でトナーを定着させる温度を低下させ、定着ロール72の温度を低下させることで、上記ステップ(処理)を繰り返す(ループする)ことを回避する。
次のステップS130で制御部32は、定着ロール72の温度の下限値Tlowを、プロセススピードが低下した場合の下限値に変更する。具体的には、低下した速度に応じて、低下させる温度Tpを実験等により予め得ておく。そして、現在の下限値Tlowから温度Tpを減算(Tlow=Tlow−Tp)する。また、制御部32は、定着ロール72の温度の上限値Thiを、プロセススピードが低下した場合の上限値に変更する。具体的には、現在の上限値Thiから温度Tpを減算(Thi=Thi−Tp)する。ステップS130の処理が終了すると、ステップS104に戻る。
一方、上記ステップS118で温度t(W/R)が融点温度Ts未満の場合は、肯定判定となりステップS132へ移行する。ステップS132で制御部32は、画像形成を開始させる。画像形成装置10では、上述した画像形成工程により、用紙Pに画像が形成され、画像形成装置10の外部(排出部28)に排出される。
次のステップS134で制御部32は、画像形成を終了するか否かを判定する。ここでは、本温度制御処理を開始するにあたり、画像を形成するように指示を受けた全ての画像を形成し終えた場合、またはユーザ等から画像形成を終了(強制終了)するように指示を受け付けた場合に、画像形成を終了すると判定する。未だ画像形成を終了しない場合、否定判定となりステップS102に戻り、上記ステップS104〜S130の処理を繰り返す。
一方、画像形成を終了する場合、肯定判定となりステップS136へ移行する。ステップS136で制御部32は、ヒータ84をオフ状態にして、定着ロール72の加熱を停止させる。なお、ステップS136を実行する際に、既にヒータ84がオフ状態の場合は、制御部32はオフ状態を維持させる。
次のステップS138で制御部32は、定着装置70の各モータ(110、112、114、116)を停止させる。これにより、定着ロール72、加圧ロール74、クリーニングロール76、及び回収ロール78の回転が停止する。
次のステップS140で制御部32は、回収ロール78の温度t(W/R)がトナーの軟化点温度Tsより5度高い温度よりも低い(t(W/R)<Ts+5)か否かを判定する。温度t(W/R)が軟化点温度Ts+5度以上の高い場合、否定判定となり続け、温度t(W/R)が軟化点温度Ts+5度よりも低い場合、肯定判定となりステップS142へ移行する。
ステップS142で制御部32は、定着装置70の各モータ(110、112、114、116)を起動させる。これにより、定着ロール72、加圧ロール74、クリーニングロール76、及び回収ロール78が再び回転する。
上述したように画像形成装置10により画像の形成を行うと回収ロール78はトナーを回収して保持した状態になる。回収ロール78がトナーを保持した状態で回収ロール78が高温のまま回転を停止させてしまうと、上述したように、回収ロール78とクリーニングロール76との間(ニップ部)では、クリーニングロール76の表面に応じた形状(形状79)にトナーが固着してしまう。このように、トナーが形状79を有した状態で固着してしまうと、次回、画像形成を開始する場合にクリーニングロール76及び回収ロール78の回転を阻害する場合がある。
そこで、本実施形態の画像形成装置10では、画像形成を終了する場合に、回収ロール78の温度が軟化点温度以下になった後、予め定められた温度に低下するまで、回収ロール78及びクリーニングロール76を回転させる。すなわち、トナーが変形しやすく、かつ逆流しづらい状態を維持している間、回収ロール78及びクリーニングロール76を回転させることにより、図5にt(W/R)≧tsの場合として示したように、回収ロール78の表面に保持されたトナーは、形状79による凹凸が緩和され、表面全体に拡散した状態となる。従って、次回、画像形成を開始する場合に、クリーニングロール76及び回収ロール78の回転が阻害されることが抑制される。
なお、本実施形態では、ステップS138〜S142の処理により、一端、定着装置70の各モータをオフ状態にした後、回収ロール78の温度t(W/R)がトナーの軟化点温度Ts+5度未満になった場合に再び各モータをオン状態にしているが、これらの処理(ステップ)を省略し、定着装置70の各モータをオン状態にしたままとしてもよい。しかしながら、例えば、当該制御を行っている最中に画像形成装置10の電源がオフ状態になると、回収ロール78の温度が高温のまま回収ロール78の回転が停止される場合があるため、回収ロール78の温度を低下させるのに要する時間が短いことが好ましい。本実施形態の温度制御処理のように、一端、定着装置70の各モータをオフ状態にした方が回収ロール78の温度が低下するのに要する時間が短縮されるため好ましい。
次のステップS144で制御部32は、回収ロール78の温度t(W/R)がトナーの軟化点温度Tsより5度低い温度よりも高い(t(W/R)<Ts+5)か否かを判定する。温度t(W/R)が軟化点温度Ts−5度よりも高い場合、肯定判定となり続け、温度t(W/R)が軟化点温度Ts−5度以下の場合、肯定判定となりステップS146へ移行する。
次のステップS146で制御部32は、定着装置70の各モータをオフ状態にした後、本温度制御処理を終了する。なお、このように本実施形態の温度制御処理では、画像形成の終了後、回収ロール78の温度t(W/R)がトナーの軟化点温度Ts±5度の範囲内にある場合は、定着装置70の各モータ(少なくとも回収ロール78のモータ116)をオン状態のままにしている。しかしながらトナーの軟化点温度Ts±5度は、一例であり、画像処理の終了後、定着装置70の各モータをオン状態のままにしておく温度範囲や時間等は特に限定されず、実験的に予め得ておけばよい。
図6には、本実施形態の画像形成装置10により形成された画像(画像を形成した用紙P)に発生する画像欠陥を評価したグラフを示す。また、比較例として図7には、本実施形態の温度制御処理を行わなかった場合に、画像形成装置により形成された画像に発生する画像欠陥を評価したグラフを示す。さらに、図8には、本実施形態及び比較例各々のグレードの最も悪い値(最も大きい値)を表したグラフを示す。図6及び図7に示したグラフの横軸は画像を形成した用紙Pの枚数、縦軸は汚れ(欠陥)のレベルを表す。なお、当該評価は、画像を形成した用紙Pを目視により汚れの有無を評価してレベルを付与した。レベルの数が大きくなるほど汚れがひどくなる。一般的に、汚れのレベルは、直径φが0.2mmの点状の汚れがまとまって発生している場合に付与されるレベル3以上となると、画像の欠陥が問題となるため、レベル3未満であることが好ましく、レベル3を目標値とする。
図6〜8に示すように、本実施形態の温度制御処理を実行しない場合、画像を形成した用紙Pの枚数が多くなるほど、画像に発生する画像欠陥のレベルが大きく、すなわち汚れが増加することがわかる。これに対して、本実施形態の画像形成装置10による温度制御処理を行った場合、画像を形成した用紙Pの枚数が多くなって、画像に発生する画像欠陥のレベルはほとんど変化しない、すなわち汚れが増加することなく、また、常に目標値であるレベル3未満であることがわかる。
従って、本実施形態の画像形成装置10によれば、回収ロール78の温度を調節しない場合と比べて、用紙Pに定着される画像の画質に、回収したトナーによって欠陥が生じることを抑制することができる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態に係る画像形成装置10と同様の部分については、同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
図9に示すように、本実施形態の画像形成装置10は、定着装置70がクリーニングロール76の温度を検知する温度センサ86、及び回収ロール78を冷却する冷却ファン88を備える点で、第1実施形態の画像形成装置10と異なっている。
温度センサ86は、クリーニングロール76の表面の温度を検知する。本実施形態では、クリーニングロール76の表面の用紙Pが通過する領域(最大通紙部)外の温度を検知する。より具体的には、検知位置は、回収ロール78とのニップ部(接触部)よりもクリーニングロール76の回転方向の上流側、かつ画像形成装置10の後側にある。温度センサ86も、クリーニングロール76の表面の温度を検知するものであれば特に限定されないが、温度センサ80及び温度センサ82と同様にクリーニングロール76と非接触で温度を検知するものが好ましい。例えば、クリーニングロール76は、赤外放射温度計等が好ましい。
冷却ファン88は、回収ロール78の表面に対向する位置に設けられており、モータ118(図10参照)により回転駆動する。冷却ファン88は、回転することにより送風を行い、回収ロール78を冷却する。なお、本実施形態の冷却ファン88及びモータ118は、回収ロール78を冷却するための冷却装置の一例であり、冷却装置は回収ロール78を冷却するものであればよく、本実施形態に限定されない。
図10に示した本実施形態の画像形成装置10の電気系の要部構成のように、本実施形態の画像形成装置10は、CPU100、ROM102、RAM104、記憶部106、通信回線I/F部108、モータ110、モータ112、モータ114、モータ116、モータ118、温度センサ80、温度センサ82、ヒータ84、及び温度センサ86の各部がアドレスバス、データバス、及び制御バス等のバス117を介して互いに接続されている。
CPU100は、モータ118の制御を行うことにより、冷却ファン88の回転を制御することにより、回収ロール78の冷却を制御する。さらに、CPU100は、温度センサ86から出力された検知信号を取得することにより、クリーニングロール76の温度t(C/R)を検知する。
次に、本実施形態の画像形成装置10の作用について説明する。図11は、本実施形態の制御部32で実行される定着装置70の温度制御処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態の画像形成装置10で実行される温度制御処理は、第1実施形態の画像形成装置10で実行される温度制御処理(図4参照)と同一の処理(ステップ)を含むため、異なる処理のみ説明する。
図11に示すように、本実施形態の温度制御処理では、第1実施形態の温度制御処理におけるステップS102の処理(図4参照)が設けられていない。そのため、ステップS100で制御部32が定着装置70の各モータを起動させた後、ステップS104へ移行する。
また、本実施形態の温度制御処理では、第1実施形態の温度制御処理におけるステップS120、S122、S128、S130(図4参照)が設けられていない。そのため、ステップS118で否定判定となった場合、ステップS124へ移行する。
また、本実施形態の温度制御処理では、ステップS132の前にステップS127A、S127B、S127Cが設けられている。そのため、ステップS118で肯定判定となった場合、ステップS127Aへ移行する。
ステップS127Aで制御部32は、クリーニングロール76の温度t(C/R)及び回収ロール78の温度t(W/R)を検知し、クリーニングロール76の温度t(C/R)と回収ロール78の温度t(W/R)との差がトナーの逆流を制御するために予め定められた定数K2よりも大きいか否かを判定する。
クリーニングロール76と回収ロール78とのニップ部においてトナーは、表面温度が高い方が溶けやすいため表面温度が低い方へ付着する。定着ロール72を加熱すること等により、回収ロール78の温度t(W/R)が高くなり、クリーニングロール76の温度t(C/R)との差が定数K2未満になると、回収ロール78のトナーの貯蔵弾性率が低下してしまい回収ロール78からクリーニングロール76へトナーが逆流してしまう場合がある。逆流したトナーは、定着ロール72に付着し、定着ロール72に付着したトナーが用紙Pに付着して定着してしまい画像欠陥を招くことがある。
そこで本実施形態の画像形成装置10では、貯蔵弾性率をトナーを保持するのに充分な貯蔵弾性率を保持するように回収ロール78の温度t(W/R)とクリーニングロール76の温度t(C/R)の温度差の閾値K2を実験的に予め得ておく。そして、クリーニングロール76の温度t(C/R)と回収ロール78の温度t(W/R)との差が定数K2よりも大きくなるように回収ロール78の温度を制御する。
ステップS127Aで否定判定となった場合、ステップS127Bへ移行する。ステップS127Bで制御部32は、冷却ファン88をオン状態にする、具体的には、制御部32は、モータ118をオン状態にして冷却ファン88を回転させる。なお、本ステップを実行する際に、既に冷却ファン88がオン状態の場合、オン状態を維持させる。これにより、回収ロール78の温度が降下する。
次のステップS127Cで制御部32は、定着ロール72を予め定められた時間、空回しさせた後、ステップS104に戻る。なお、本ステップを実行する際に、既に定着ロール72が回転している場合、予め定められた時間経過するまでそのまま待機状態になる。ここで、予め定められた時間とは、回収ロール78の温度が低下するのに要する時間であり、実験等により予め得られた時間である。なお、本ステップにおいて空回しを行う時間と、ステップS116、S126で定着ロール72の空回しを行う時間とは、同一であってもよいし異なっていてもよい。
一方、ステップS127Aで肯定判定となった場合、ステップS132へ移行する。なお、ステップS132で制御部32が画像形成を開始させる前に、冷却ファン88がオン状態になっている場合は冷却ファン88をオフ状態にするとよい。
また、本実施形態の温度制御処理では、第1実施形態の温度制御処理におけるステップS138〜S142(図4参照)が設けられていない。そのため、ステップS136の後、ステップS144へ移行する。
また、本実施形態の温度制御処理では、ステップS144の後、ステップS145AまたはステップS145Bを実行する。
本実施形態の温度制御処理では、ステップS144で肯定判定となった場合、ステップS145Aへ移行する。ステップS145Aで制御部32は、上記ステップS127Bと同様に冷却ファン88をオン状態にした後、ステップS144に戻る。これにより、制御部32は、回収ロール78の温度を降下させる。本実施形態では、このように、冷却ファン88をオン状態にすることにより、回収ロール78の温度を降下させることで、回収ロール78の温度が高温のまま回収ロール78の回転が停止されるのを抑制する。これにより、本実施形態の画像形成装置10では、次回、画像形成を開始する場合に、クリーニングロール76及び回収ロール78の回転が阻害されることが抑制される。
一方、ステップS144で肯定判定となった場合、ステップS145Bへ移行する。ステップS145Bで制御部32は、冷却ファン88をオフ状態にした後、ステップS146へ移行する。なお、既に冷却ファン88がオフ状態の場合は、制御部32はオフ状態を維持させる。
図12には、本実施形態の画像形成装置10により形成された画像(画像を形成した用紙P)に発生する画像欠陥、及び比較例として本実施形態の温度制御処理を行わなかった場合に画像形成装置により形成された画像に発生する画像欠陥のレベルの最も悪い値(最も大きい値)を表したグラフを示す。第1実施形態の図6〜8で示したのと同様に、レベルの数が大きくなるほど汚れがひどくなるため、レベル3未満であることが好ましく、レベル3を目標値とする。
図12に示すように、本実施形態の温度制御処理を実行しない場合、画像に発生する画像欠陥のレベルが大きく、目標値を超えていることがわかる。これに対して、本実施形態の画像形成装置10による温度制御処理を行った場合、画像に発生する画像欠陥のレベルは目標値であるレベル3未満であることがわかる。
従って、本実施形態の画像形成装置10によれば、回収ロール78の温度を調節しない場合と比べて、用紙Pに定着される画像の画質に、回収したトナーによって欠陥が生じることを抑制することができる。
また、本実施形態の画像形成装置10では、回収ロール78を冷却して温度を降下させる冷却ファン88を備えるため、第1実施形態の画像形成装置10より早く、回収ロール78の温度を降下させることができる。
以上説明したように、上記各実施形態の画像形成装置10の定着装置70は、用紙P上に形成されたトナー像を用紙Pに定着させる定着ロール72と、定着ロール72の表面に付着したトナーをクリーニングするクリーニングロール76と、クリーニングロール76の表面に付着したトナーを回収する回収ロール78と、回収ロール78の温度を検知する温度センサ82と、温度センサ82の検知結果に基づいて回収ロール78の温度を調節する制御部32と、を備える。
当該構成を有することにより上記各実施形態の画像形成装置10によれば、回収ロール78の温度を調節しない場合と比べて、用紙Pに定着される画像の画質に、回収したトナーによって欠陥が生じることを抑制することができる。
なお、本実施形態は、本発明の一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記各実施形態を組み合わせて用いてもよい。
10 画像形成装置
32 制御部
70 定着装置
72 定着ロール
74 加圧ロール
76 クリーニングロール
78 回収ロール
80、82、86 温度センサ
84 ヒータ
88 冷却ファン
100 CPU
110、112、114、116、118 モータ

Claims (8)

  1. 記録媒体上に形成されたトナー像を前記記録媒体に定着させる定着部材と、
    前記定着部材の表面に付着したトナーをクリーニングする第1ロールと、
    前記第1ロールの表面に付着したトナーを回収する第2ロールと、
    前記第2ロールの温度を検知する検知手段と、
    前記検知手段の検知結果に基づいて前記第2ロールの温度を調節する調節手段と、
    を備えた定着装置。
  2. 前記調節手段は、前記第2ロールを冷却する冷却装置を備える、
    請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記調節手段は、前記記録媒体上へトナー像の形成が開始される前に、前記第2ロールの温度をトナーの軟化点温度より高くする、
    請求項1または請求項2に記載の定着装置。
  4. 前記調節手段は、前記記録媒体上へトナー像を形成する場合は、トナーに対する前記第2ロールの貯蔵弾性率が予め定められた値以下とならないように前記第2ロールの温度を調節する、または、トナーの融点温度未満とならないように前記第2ロールの温度を調節する、
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の定着装置。
  5. 前記第1ロールの温度を検知する他の検知手段をさらに備え、
    前記調節手段は、前記第1ロールの温度が前記第2ロールの温度よりも高く、かつ、前記第1ロールの温度と前記第2ロールの温度との差が、トナーに対する前記第2ロールの貯蔵弾性率として予め定められた値以上を維持するように前記第2ロールの温度を調節する、
    請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の定着装置。
  6. 前記調節手段は、記録媒体へのトナー像の形成が終了した場合、前記第2ロールの温度がトナーの軟化点温度を含む所定の温度範囲にある期間、または前記第2ロールの温度がトナーの軟化点温度を含む所定の温度範囲にある予め定められた時間、前記第2ロールを回転駆動させる、
    請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の定着装置。
  7. トナー像を記録媒体に形成するトナー像形成部と、
    前記記録媒体に形成されたトナー像を前記記録媒体に定着する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の定着装置と、
    を備えた画像形成装置。
  8. コンピュータを、
    記録媒体上に形成されたトナー像を前記記録媒体に定着させる定着部材と、前記定着部材の表面に付着したトナーをクリーニングする第1ロールと、前記第1ロールの表面に付着したトナーを回収する第2ロールと、前記第2ロールの温度を検知する検知手段と、を備えた定着装置の、前記検知手段の検知結果に基づいて前記第2ロールの温度を調節する調節手段として機能させるための温度制御プログラム。
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