JP2020091420A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画質と省エネルギー性を低下させずに、連続印刷時のトナーオフセットを抑制することを目的とする。【解決手段】プリンターは、回転可能な円筒状の加熱ローラーと、加熱ローラーとの間にシートが挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラーと、加熱ローラーを加熱するメインヒーター及びサブヒーターと、を備え、トナーをシートに定着させる定着装置と、定着装置により複数のシートに連続的に定着処理が行われているときの定着処理量が増えるにつれて、加熱ローラーの温度を上昇させる制御部と、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、シートにトナー像を定着させる定着装置を備えた画像形成装置に関する。

トナーをシートに定着させる定着装置は、熱源によって加熱される加熱部材（加熱ローラー、加熱ベルト等）と、加熱部材との間にシートを挟持搬送する加圧領域を形成する加圧ローラーとを備え、加圧領域における熱と荷重によりトナーをシートに定着させる。この構成においては、加熱部材の表層がシートとの摩擦によりトナーと逆極性に帯電することが知られている。複数ページを続けて印刷する場合（以下、連続印刷という。）、トナーが転写されたシートが順次定着装置を通過するため、加熱部材の帯電量が徐々に増加し、静電引力によりトナーが加熱部材に付着するトナーオフセットが発生しやすくなる。また、摩擦抵抗が大きいシートほど、加熱部材が帯電しやすいため、トナーオフセットが発生しやすくなる。

従来の定着装置は、連続印刷してもトナーオフセットが発生しないように、予め定められた量の熱や荷重を上乗せして定着性を高めるように設定されている。そのため、連続印刷の初期や、少量の印刷時など、加熱部材の帯電量が少ないときには、熱や荷重が過剰になり、画質や省エネルギー性が低下するという問題がある。

トナーオフセットに対しては、従来、種々の対策が検討されている。例えば、特許文献１に記載された定着装置は、加熱部材と加圧ローラーとの間にバイアスを印加することで定着を補助する機能を備え、シートの電気抵抗の大きさに応じて印加するバイアスを調整するように構成されている。また、連続印刷時に、加圧領域における水蒸気の増加によるシートの電気抵抗の低下に応じて、印加するバイアスを低下させるように構成されている。

特許文献２に記載された定着装置は、加熱部材と加圧ローラーとの間にバイアスを印加することで定着を補助する機能を備え、高抵抗のシートへの定着処理後の次のシートに対してバイアスを高くするように構成されている。

特開２００４−８５９７８号公報 特開２０１２−１１８４０８号公報

しかし、特許文献１に記載された構成では、連続印刷時に加熱部材の帯電量が増加した場合にトナーオフセットを抑制できなくなる。特許文献２に記載された構成では、加熱部材と加圧ローラーとの間にバイアスを印加する手段を追加するため、コストが上昇してしまう。

本発明は、上記事情を考慮し、画質と省エネルギー性を低下させずに、連続印刷時のトナーオフセットを抑制することのできる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、回転可能な円筒状の加熱部材と、前記加熱部材との間にシートが挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラーと、前記加熱部材を加熱する熱源と、を備え、トナーを前記シートに定着させる定着装置と、前記定着装置により複数の前記シートに連続的に定着処理が行われているときの定着処理量が増えるにつれて、前記加熱部材の温度を上昇させる制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置において、前記シートの抵抗値を測定する抵抗測定部を備え、前記制御部は、測定された前記抵抗値が高いほど、前記加熱部材の温度を上昇させるように構成されてもよい。

本発明に係る画像形成装置において、前記定着処理量は、定着処理済みのページ数であってもよい。

本発明に係る画像形成装置において、前記定着処理量は、定着処理済みのページの総面積であってもよい。

本発明に係る画像形成装置において、前記制御部は、複数の画像形成指示に応じた画像形成が連続的に行われる場合に、複数の前記画像形成指示に応じた通算の前記定着処理量が増えるにつれて、前記加熱部材の温度を上昇させるように構成されてもよい。

本発明によれば、画質と省エネルギー性を低下させずに、連続印刷時のトナーオフセットを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの内部構成を模式的に示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。 図２のＩ−Ｉ断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の電気的構成を示すブロック図である。 定着処理済みのページ数と加熱ローラーの表層の帯電量との関係を示すグラフである。 加熱ローラーの表層の帯電量とトナーオフセット防止に必要な加熱ローラー温度との関係を示すグラフである。 定着処理済みのページ数とトナーオフセット防止に必要な加熱ローラー温度との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るＬＵＴの一例を示す表である。 本発明の一実施形態に係る加熱ローラー温度の制御の手順を示す流れ図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に係るプリンター１（画像形成装置の一例）及び定着装置９について説明する。

まず、図１を参照して、プリンター１の全体の構成について説明する。図１はプリンター１の内部構成を模式的に示す正面図である。以下、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きはプリンター１を正面から見た方向を基準として説明する。各図において、Ｕ、Ｌｏ、Ｌ、Ｒ、Ｆｒ、Ｒｒは、それぞれ上、下、左、右、前、後を示す。

プリンター１の筐体２には、シートＳが収容される給紙カセット３と、給紙カセット３からシートＳを送り出す給紙装置５と、シートＳにトナー像を形成する画像形成部７と、トナー像をシートＳに定着する定着装置９と、シートＳを排出する排紙装置１１と、排出されたシートＳが留め置かれる排紙トレイ１３と、が備えられている。筐体２には、給紙装置５から、画像形成部７、定着装置９を経て排紙装置１１に向かうシートＳの搬送路１５が形成されている。シートＳは、搬送路１５に沿って予め定められた搬送方向Ｙに搬送される。

画像形成部７は、回転駆動される感光体ドラム３１（担持体の一例）と、感光体ドラム３１を帯電させる帯電装置３２と、画像データに基づくレーザー光を照射して感光体ドラム３１に潜像を書き込む露光装置３３と、トナーで潜像を現像する現像装置３４と、トナー像を担持した感光体ドラム３１との間にシートＳを挟持し、転写バイアスを印加することによりトナー像をシートＳに転写する転写ローラー３５と、感光体ドラム３１に残留したトナーを除去する除去装置３６と、トナーを現像装置３４に供給するトナー容器３７と、を備えている。

転写ローラー３５よりもシートＳの搬送方向Ｙ上流側には、レジストローラー１６が配置されている。レジストローラー１６は、ローラー対を備え、停止させたローラー対にシートＳを突き当てることでシートＳの斜行を補正し、感光体ドラム３１への潜像の書き込みのタイミングと同期させて転写ローラー３５の転写位置にシートＳを搬送する。

次に、図２及び３を参照して、定着装置９の構成について説明する。図２は、定着装置９の断面図である。図３は、図２のＩ−Ｉ断面図である。

定着装置９は、加熱ローラー２１（加熱部材の一例）と、加熱ローラー２１との間にシートＳが挟持搬送される加圧領域Ｎを形成する加圧ローラー２７と、加熱ローラー２１を加熱するメインヒーター２３及びサブヒーター２４（熱源の一例）と、を備える。以下の説明において、軸方向Ｘとは、加熱ローラー２１及び加圧ローラー２７の長手方向（前後方向）を指す。本実施形態では、加熱ローラー２１の下側に加圧ローラー２７が位置する姿勢で定着装置９が配置された例を示すが、定着装置９はいかなる姿勢で配置されてもよい。

加熱ローラー２１は、円筒形の芯金２１Ｃと、芯金２１Ｃの外周面に形成された離形層（図示省略）と、を有する。芯金２１Ｃは、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属で形成された薄肉管である。離形層は、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂で形成されている。加熱ローラー２１の長手方向の端部にはキャップ及び回転軸が設けられ、定着装置９のハウジングに固定された軸受に回転軸が支持される（図示省略）。

加圧ローラー２７は、円柱形又は円筒形の芯金２７Ｃと、芯金２７Ｃの外周面に設けられた弾性層２７Ｅと、弾性層２７Ｅの外周面に設けられた離形層（図示省略）と、を有する。芯金２７Ｃは、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属で形成されている。弾性層２７Ｅは、発泡シリコーンゴム等で形成されている。離形層は、ＰＴＦＥやＰＦＡ等で形成されている。加圧ローラー２７は、バネ等を備えた付勢機構（図示省略）により加熱ローラー２１に押し当てられ、加熱ローラー２１との間にシートＳが挟持搬送される加圧領域Ｎを形成する。

メインヒーター２３及びサブヒーター２４は、軸方向Ｘを長手方向とする棒状のハロゲンランプであり、加熱ローラー２１の内部空間に配置され、加熱ローラー２１を加熱する。メインヒーター２３は、ガラス管２３Ｇと、ガラス管２３Ｇに収容されたフィラメント２３Ｆと、を備える。サブヒーター２４は、ガラス管２４Ｇと、ガラス管２４Ｇに収容された２つのフィラメント２４Ｆと、を備える。フィラメント２３Ｆは、小サイズ（例えばＪＩＳ Ａ５サイズ）のシートＳの長辺の長さに対応する範囲Ｗ１に配置されている。フィラメント２４Ｆは、大サイズ（例えばＪＩＳ Ａ４サイズ）のシートＳの長辺の長さに対応する範囲Ｗ２のうち、フィラメント２３Ｆよりも前側と後側の２箇所に配置されている。

加熱ローラー２１の軸方向Ｘの中央部には、非接触式のサーミスター２５が加熱ローラー２１の外周面に対向するように配置されており、サーミスター２５により加熱ローラー２１の軸方向Ｘの中央部の表面温度が測定される。加熱ローラー２１の軸方向Ｘの一方の端部には、接触式のサーミスター２６が加熱ローラー２１の外周面に接触するように配置されており、サーミスター２６により加熱ローラー２１の軸方向Ｘの端部の表面温度が測定される。

次に、図４乃至８を参照して、加熱ローラー２１の温度の制御について説明する。図４は、定着装置９の電気的構成を示すブロック図である。図５は、定着処理済みのページ数と加熱ローラー２１の表層の帯電量との関係を示すグラフである。図６は、加熱ローラー２１の表層の帯電量とトナーオフセット防止に必要な加熱ローラー温度との関係を示すグラフである。図７は、定着処理済みのページ数とトナーオフセット防止に必要な加熱ローラー温度との関係を示すグラフである。図８は、ＬＵＴの一例を示す図である。

図４に示されるように、プリンター１は、制御部４を備え、制御部４には、記憶部６、給紙装置５、排紙装置１１、画像形成部７、メインヒーター２３、サブヒーター２４、サーミスター２５、サーミスター２６、駆動源２８、レジストローラー１６及び抵抗測定部１７が接続されている。制御部４は、ＣＰＵ等の演算装置である。記憶部６は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置である。制御部４は、記憶部６に記憶された制御プログラムや制御用データを用いて、プリンター１の各部を制御する。制御部４は、サーミスター２５、２６で測定された温度に基づいて、メインヒーター２３、サブヒーター２４への電力供給を制御する。抵抗測定部１７は、レジストローラー１６よりもシートＳの搬送方向Ｙ上流側に配置され、シートＳに接触させた２つの電極間に定電圧を印加し、電極間に流れる電流値を測定し、電圧値と電流値とからシートＳの抵抗値を求める。

制御部４は、連続印刷時の定着処理量が増えるにつれて、加熱ローラー２１の温度を上昇させる。具体的には、制御部４は、連続印刷時の定着処理済みのページ数（定着処理量の一例）が増えるにつれて、加熱ローラー２１の温度を上昇させる。また、制御部４は、抵抗測定部１７により測定された抵抗値が高いほど、加熱ローラー２１の温度を上昇させる。ここで、連続印刷とは、例えば、プリンター１が、複数のシートＳに画像を形成することを示す画像形成指示を外部コンピューター等から受け取り、この画像形成指示に従って、複数のシートＳに対して連続的に、定着装置９による定着処理を含む一連の処理を行うことを意味する。

図５に示されるように、本実施形態では、一例として、シートＳの抵抗値が小、中、大の３段階に区分されている。定着装置９により定着処理が行われると、加熱ローラー２１の表層がシートＳとの摩擦によりトナーと逆極性に帯電する。この帯電により、トナーの一部が加熱ローラー２１に引き寄せられ、トナーオフセットの原因となる。加熱ローラー２１の表層の帯電量は、連続印刷時の定着処理済みのページ数が増えるにつれて増加し、上限値に達すると増加が止まる。また、シートＳの抵抗値が大きいほど、加熱ローラー２１の表層の帯電量が多くなる。また、シートＳの抵抗値が大きいほど、加熱ローラー２１の表層の帯電量の上限値が高くなる。

図６に示されるように、加熱ローラー２１の表層の帯電量と、トナーオフセット防止に必要な加熱ローラー２１の温度との関係は、単調増加の一次関数で表される。従って、定着処理済みのページ数と、トナーオフセット防止に必要な加熱ローラー２１の温度との関係は、図６に示される関係を用いて、図５に示される加熱ローラー２１の表層の帯電量を、トナーオフセット防止に必要な加熱ローラー２１の温度に変換したもので表される（図７参照）。

制御部４は、図７に示される温度だけ加熱ローラー２１の温度を上昇させるための発熱量を加熱ローラー２１の通常の発熱量に上乗せして、シート上のトナーを加熱する。発熱量の上乗せは、メインヒーター２３及びサブヒーター２４に供給する電力の制御により行われる。記憶部６には、シートＳの抵抗値の区分毎の、定着処理済みのページ数と加熱ローラー２１の温度（以下、加熱ローラー温度という。）との関係を示すＬＵＴ（ルックアップテーブル）が記憶されている（図８参照）。このＬＵＴは、定着処理済みのシート数の区分とシートＳの抵抗値の区分とを入力値とし、加熱ローラー温度（単位：℃）を出力値とする２次元ＬＵＴである。定着処理済みのページ数は、０〜９枚、１０〜４９枚、５０〜９９枚、１００枚以上の４段階に区分されている。

次に、図９を参照して、プリンター１の画像形成動作について説明する。図９は、加熱ローラー２１の温度の制御の手順を示す流れ図である。プリンター１が外部コンピューター等から画像形成指示を受け付けると、制御部４が、図９の流れ図で示される処理を実行する。

最初に、ステップＳ０１において、制御部４が、定着処理済みのページ数を数えるカウンターを０に初期化する。

次に、ステップＳ０２において、抵抗測定部１７がシートＳの抵抗値を測定する。具体的には、給紙装置５が給紙カセット３から搬送路１５にシートＳを送り出し、レジストローラー１６がシートＳの搬送を一時的に停止させ、抵抗測定部１７がシートＳの抵抗値を測定する。

次に、ステップＳ０３において、制御部４が、加熱ローラー温度を設定する。具体的には、記憶部６には、シート抵抗値の小、中、大の各区分とシート抵抗値の範囲との関係を示すデータが記憶されており、制御部４が、測定された抵抗値が小、中、大のどの区分に属するかを判定し、判定された区分と、カウンターが示す定着処理済みのページ数と、に対応する加熱ローラー温度をＬＵＴから読み出す。

次に、ステップＳ０４において、転写ローラー３５がトナー像をシートＳに転写する。具体的には、帯電装置３２が感光体ドラム３１を帯電させ、露光装置３３が感光体ドラム３１に潜像を形成する。現像装置３４から供給されるトナーが潜像に吸着されることで感光体ドラム３１にトナー像が形成される。転写ローラー３５は、トナー像を担持した感光体ドラム３１との間にシートＳを挟持し、トナー像をシートＳに転写する。

次に、ステップＳ０５において、定着装置９が定着処理を行う。具体的には、駆動源２８から伝達される駆動力により加圧ローラー２７がＡ方向に回転し、加熱ローラー２１が加圧ローラー２７の回転に追従してＢ方向に回転する。制御部４は、ステップＳ０３で設定された加熱ローラー温度に応じた電力をメインヒーター２３及びサブヒーター２４に供給して加熱ローラー２１を加熱する。加圧領域Ｎにおいて、シートＳは加熱ローラー２１と加圧ローラー２７とに挟持されて決められた搬送方向Ｙに搬送される。このとき、加熱ローラー２１によってトナーが加熱及び加圧され、トナーがシートＳに定着される。

次に、ステップＳ０６において、制御部４がカウンターに１を加算する。

次に、ステップＳ０７において、制御部４が、画像形成指示が示す画像データに未処理のページが有るか否かを判定する。未処理のページが有る場合（ステップＳ０７：ＹＥＳ）には、制御部４はステップＳ０３以降の処理を繰り返し、未処理のページが無い場合（ステップＳ０７：ＮＯ）には、画像形成指示に対応する処理を終了する。

以上説明した本実施形態に係るプリンター１によれば、連続印刷時の定着処理済みのページ数が増えるにつれて、加熱ローラー２１の温度を上昇させるから、連続印刷の初期や、少量の印刷時など、加熱ローラー２１の帯電量が少ないときに熱や荷重が過剰になることによる画質や省エネルギー性の低下が抑制される。よって、本実施形態に係るプリンター１によれば、画質と省エネルギー性を低下させずに、連続印刷時のトナーオフセットを抑制することができる。

また、本実施形態に係るプリンター１によれば、シートＳの抵抗値が高いほど加熱ローラー２１の温度を上昇させるから、抵抗値が異なる種々のシートＳに対してトナーオフセットを抑制することができる。

上記実施形態は、以下のように変形されてもよい。

加熱ローラー２１の表層の帯電は、加熱ローラー２１とシートＳとの摩擦によって発生するため、面積の大きいシートＳほど加熱ローラー２１の表層の帯電量が多くなる。この点を考慮して、連続印刷時の定着処理量として、連続印刷時の定着処理済みのページの総面積が用いられてもよい。具体的には、図８に示される定着処理済みのページ数を入力値とするＬＵＴに代えて、定着処理済みのページの総面積を入力値とするＬＵＴが記憶部６に記憶される。また、図９に示される流れ図のステップＳ０６において、制御部４は、カウンターにページの面積値を加算する。ここで、ページの面積は、シートＳのサイズに応じた既知の値であり、画像形成指示が示すシートＳのサイズに応じた面積値がカウンターに加算される。この構成によれば、連続印刷時の定着処理量として定着処理済みのページ数を用いる構成と比べて、より適正に加熱ローラー２１の温度を調整することができる。

上記実施形態では、単独の画像形成指示に応じた連続印刷時の定着処理済みのページ数が増えるにつれて加熱ローラー２１の温度を上昇させる例が示されたが、バッファに格納された複数の画像形成指示を連続して処理する場合には、制御部４が画像形成指示毎にカウンターを初期化せずに複数の画像形成指示に応じた通算の定着処理済みのページ数を数えるように構成されてもよい。この構成によれば、制御部４が画像形成指示毎にカウンターを初期化する構成と比べて、トナーオフセットを抑制することができる。

加熱ローラー２１に代えて、円筒状の加熱ベルトと、加熱ベルトの内周面に対向し、加圧ローラー２７との間に加熱ベルトを挟持する押圧部材と、を備える定着装置９を備える画像形成装置に本発明が適用されてもよい。この場合、押圧部材は、面状ヒーターでもよい。

複写機能を備える画像形成装置に本発明が適用されてもよい。例えば、自動原稿送り装置を用いて複数ページの原稿を続けて複写する場合や、同一の原稿を複数のシートＳに複写する場合等に、上記実施形態と同様の効果が得られる。

１ プリンター（画像形成装置）
４ 制御部
９ 定着装置
１７ 抵抗測定部
２１ 加熱ローラー（加熱部材）
２３ メインヒーター（熱源）
２４ サブヒーター（熱源）
２７ 加圧ローラー

Claims (5)

1. 回転可能な円筒状の加熱部材と、前記加熱部材との間にシートが挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラーと、前記加熱部材を加熱する熱源と、を備え、トナーを前記シートに定着させる定着装置と、
   前記定着装置により複数の前記シートに連続的に定着処理が行われているときの定着処理量が増えるにつれて、前記加熱部材の温度を上昇させる制御部と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記シートの抵抗値を測定する抵抗測定部を備え、
   前記制御部は、測定された前記抵抗値が高いほど、前記加熱部材の温度を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記定着処理量は、定着処理済みのページ数であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記定着処理量は、定着処理済みのページの総面積であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、複数の画像形成指示に応じた画像形成が連続的に行われる場合に、複数の前記画像形成指示に応じた通算の前記定着処理量が増えるにつれて、前記加熱部材の温度を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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