JP3219518B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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- G03G15/20—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
- G03G15/2003—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat
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- Accessory Devices And Overall Control Thereof (AREA)
Description
像形成装置に関し、記録材上の顕画像を加熱定着する定
着手段を備えた画像形成装置に関する。
成装置では加熱ローラ定着装置が熱効率が良く、安全性
も高いことから広く採用されており、更に近年ではロー
ラの代わりに熱容量が非常に小さいフィルムを用いた加
熱フィルム定着装置が立上がりが早いことから近年採用
されてきている。
を行なう装置では、定着温度、圧力、ニップ幅等がトナ
ーの定着性、記録材のカール量を決める重要なファクタ
ーである。
が悪くなるという相反した関係を有する。具体的には定
着性を良くするためには加熱ローラの表面温度を高くす
る、圧力、ニップ幅を増すことが好ましく、これらは何
れもカールが大きくなる方向である。この中でも加熱ロ
ーラの表面温度を高くすることは特にカールを悪くして
しまう要因である。
定着性を実用レベルの範囲に収まるように定着温度、圧
力、ニップ幅を決めていた。
圧ローラの温度によって、定着性、記録材のカールが大
きく影響される。加圧ローラの温度は、画像形成装置の
電源を投入してからの経過時間や記録材の通紙モードに
よって影響を受けるために非常に変わりやすい。特に加
圧ローラの小径化がすすみ、その熱容量が小さくなると
温度変化も激しいために上記影響による定着性、記録材
のカール量の変化も大きくなる。例えば連続通紙時に
は、記録材が加圧ローラから熱を奪う量が、加熱ローラ
から加圧ローラに供給する熱量に比べて多くなり、加圧
ローラの温度が低下して定着性が悪化し易くなる。一
方、間欠プリント時には、逆に、加圧ローラが加熱ロー
ラから供給される熱量が、記録材に奪われる熱量に比べ
て大きくなるために、加圧ローラの温度は上昇し定着性
は良くなる。記録材のカールに関しては一般的に加熱定
着装置直後にカール補正手段を作用させるが連続プリン
ト時と間欠プリント時で記録材の受ける熱量が異なるた
め例えば連続プリント時のカールを矯正するようにカー
ル補正手段を作用させた場合(記録材のカール方向とは
逆方向に記録材を変形させる力を加える)、間欠プリン
ト時にはカール矯正効果が不十分となり易く、一方、間
欠プリント時のカールを十分矯正するように、カール補
正手段を作用させると、連続プリント時にはカール矯正
効果が強すぎ、記録材に逆方向のカールを与えてしまっ
たりする。
応して定着性を良好にし同時に記録材のカールを少なく
するということを両立させるのが非常に困難であった。
ローラとして、低硬度の弾性層を有する加圧ローラが使
用される傾向がある。これは比較的低い圧力で十分なニ
ップをかせぐためである。この種の加圧ローラは弾性層
の熱膨張率が大きいため、加圧ローラの温度によって外
径変化が大きくなる。このため例えば間欠プリント時な
どで加圧ローラが十分温められたとき多くの場合加熱ロ
ーラあるいは加熱フィルムの温度が長手方向で中央部が
両端部に比べて高いため、加圧ローラの温度も中央部が
高くなり易く、その結果中央部の外径が大きくなる。こ
の時加圧ローラの形状はいわゆるクラウン形状となり、
記録材に対して、常に中央部へ向かって寄せる力がはた
らく。この結果とくに高温高湿下に放置されたようなコ
シの弱い記録材はシワが発生し易くなる。
め中央部の外径が端部に比して小さいいわゆる逆クラウ
ン形状とすることは効果がある。しかしこの場合、加圧
ローラが十分に温まっていない時逆に中央部のニップが
不十分となり易く定着不良となり易い。
明は、記録材に画像を形成する画像形成手段と、制御温
度を維持するように制御され記録材上の画像を加熱する
加熱部材と、この加熱部材とニップを形成する加圧部材
と、を有する画像形成装置において、記録材がニップを
通過して上記加圧部材が回転停止するまでに記録材への
画像形成命令があった場合、その命令の入力タイミング
に応じて画像加熱時の上記制御温度が異なることを特徴
とする。
画像形成装置であるところのレーザービームプリンタの
略断面図を示す。本実施例のレーザービームプリンタ1
はパーソナルコンピュータやワークステーション等のホ
ストと接続されており、該ホストからの画像データを受
け取った後コントローラによりビットマップデータに展
開するようになっている。ビットマップデータに展開さ
れた画像情報はビデオインターフェースを介してレーザ
ービームプリンタ1のエンジン部に送られ、該エンジン
部は画像情報に基づいてレーザ光を変調しながらラスタ
ースキャンすることで所望の画像を形成する。このとき
コントローラとレーザービームプリンタ1のエンジン部
はビデオインターフェースを介して以下のような通信を
行っている。先ず、エンジン部はコントローラからの信
号により給紙が可能でプリンタを作動させることが可能
となったときレディ信号を送信する。次に、コントロー
ラはエンジン部からのレディ信号が送信されていること
を確認してエンジン部に対して給紙命令であるプリント
信号を送信する。エンジン部はこのプリント信号を受け
て直ちに記録材をカセット20等の記録材収納部から給
紙ローラ15により記録材Pを給紙し、レジストローラ
16へ搬送する。記録材Pはレジストローラ16で一旦
停止し、スキャナ、モータ(スキャナ21内に配設され
ている。図示せず)の立上がりや、感光ドラム11の電
位安定化のための準備回転(いわゆる前回転)の終了を
待ってエンジン部が画像書き込み可能な状態になるまで
待機する。この後エンジン部で画像を書き込める状態に
なったことを知らせる垂直同期要求信号(VSREQ)
をコントローラ部に送った後、それを受けてコントロー
ラ部では垂直同期信号(VSYNC)を送り、さらに一
定時間後に画像信号(VIDEO)をエンジン部に送
る。エンジン部ではVSYNCを受け取った後、レジス
トコントローラ16から記録材を転写部に搬送する。
成について説明する。有機光導電体(OPC)等の感光
層を有する感光ドラム11は帯電ローラ12等の帯電手
段により均一に負帯電された後上述の画像信号に応じて
変調されたレーザー光13が照射され所望の静電潜像が
得られる。この静電潜像は負帯電トナーを有する現像装
置14により現像されトナー像Tとして可視化される。
トナー像Tは転写部において転写ローラ17等の転写手
段により静電的に記録材Pに転写された後、記録材Pは
加熱ローラ定着装置19に搬送され、トナー像は永久定
着される。感光ドラム11上の転写残りトナーはクリー
ナ18によりクリーニングされ、再び同じ画像形成プロ
セスが繰り返される。上記画像形成部では現像装置1
4、帯電ローラ12、感光ドラム11、クリーナ18は
一体に構成され、本体に対して着脱自在のカートリッジ
となっている。
置の略断面図である。加熱ローラ21はAl、Sus等
の 芯金211の上にPTFE(四弗化エチレン)、P
FA(四弗化エチレン・パーフロロアルキルエーテル共
重合体)等の弗素樹脂212を被覆している。加圧ロー
ラ22は、Sus、鉄等の芯金221の上にシリコーン
ゴム、シリコーンスポンジ等の弾性層222を設け、そ
の上にPFAチューブ223を被覆している。加熱ロー
ラ21は内部に設けたハロゲンヒーター23等の発熱体
で加熱され、サーミスタ24等の温度検知素子が加熱ロ
ーラ21の表面に設けられている。サーミスタ24から
の信号はA/D変換器25を介してCPU26に送ら
れ、その信号に基づきCPU26はACドライバー27
を介して、ヒーター23のON/OFFを制御すること
で加熱ローラ21の表面温度を所定の温度に制御する。
めのフローチャートである。レーザービームプリンタ1
のエンジン部では電源投入後(S1)、加熱ローラの表
面温度TがT0 に達したかを検知し(S2)、T0 に達
した時いつでもプリント可能な状態になったことを知ら
せるレディ信号を送信する(S3)。その後プリント信
号を受信するまでの間は加熱ローラの温度をT0 に保っ
たまま、待機状態となる(S4)。プリント信号受信
(S5)後、エンジン部では記録材の給紙動作、印字動
作等を行なうと同時に、加熱ローラと加圧ローラの回転
を開始し、且つ、加熱ローラの表面温度TをT0 からT
1 に立上げ(S6)同時にプリント信号受信後からの時
間をカウントし始める(S7)。印字動作継続中では記
録材排出完了するまで次のプリント信号受信可能の状態
となっており(S8、S9)、次のプリント信号を加熱
ローラと加圧ローラの協動回転中である記録材の機外又
は加熱定着装置外の排出完了までに受信した場合、前回
のプリント信号受信時からの時間をモニターし(S1
0)、その時間tが、あらかじめ定めた第1の時間t1
よりも短い場合、加熱ローラTの表面温度TはT1 に維
持されたままとなり、同時にタイマーはリセットされ
(S11)、再び次のプリント信号を受信するまでの時
間tをカウントし始める(S7)。また、S10でプリ
ント信号受信の時間tがt1 よりも長い場合には加熱ロ
ーラ表面温度TはT1 よりも低いT2 に制御され、同時
にタイマーはリセットされ(S12)、再び次のプリン
ト信号を受信するまでの時間tをモニターし始める(S
7)。
記録材排出完了までプリント信号を受信しなかった場合
(S8)、加熱ローラの表面温度TはT0 に低下させら
れ待機状態となる(S13)。この後次のプリント信号
受信までの時間をモニターし続け(S14、S15)、
その時間tがt1 よりも長い第2の設定時間t2 より短
い場合加熱ローラの表面温度TをT2 に制御し、同時に
タイマーはリセットされ(S16)、再び次のプリント
信号を受信するまでの時間tをモニターし始める(S
7)。S14で次のプリント信号受信までの時間がt2
を超えた場合タイマーカウントは中止し再びレディ信号
送信直後の状態(S4)に戻る。
加熱ローラと加圧ローラの後回転中は、紙に熱を奪われ
温度低下した加圧ローラの温度が回復する。
かじめ定めた第1の設定時間t1 よりも短い時は連続プ
リントと同等で加圧ローラが十分温まっていないと判断
し加熱ローラの表面温度は高めのT1 に維持する。次
に、プリント信号受信までの時間tがt1 よりも長い場
合には間欠プリントと同等で加圧ローラが十分温まって
いると判断し、加熱ローラの表面温度Tを、T1 よりも
低いT2 に維持する。
の停止しているスタンバイ中は加圧ローラの温度が低下
していく。
までの時間tをモニターし続け、t1 よりも長い第2の
設定時間t2 までにプリント信号を受信した場合、加圧
ローラはまだ十分温まっていると判断し、加熱ローラの
表面温度TはT2 で制御される。時間tがt2 よりも長
い場合には加圧ローラの温度は冷えたと判断し、タイマ
ーのカウントは中止しレディ信号送信直後の初期状態に
戻る。
間隔をモニターし、その時間に応じて、加熱ローラの制
御温度を変えることで加圧ローラの温度を検知する手段
を設けずに、定着性が良好な間欠プリント時等の加圧ロ
ーラが温まっている時には加熱ローラの温度を低めに制
御できるため記録材のカールを小さくすることができ、
更に高温高湿下で発生し易い記録材のシワも防止でき
る。
例をもとに更に詳しく説明する。加熱ローラ21として
は、肉厚1mmのAlからなる芯金の上にPFA層を3
0μmコーティングした外径25mmのローラを用い、
加圧ローラ22としては外径10mmの鉄からなる芯金
の上にゴム硬度15度(JISA)のシリコーンゴムを
弾性層として肉厚5mm設計、その上にPFAチューブ
(50μm厚)を被覆した外径20mm、ローラ硬度5
0度(ASKERC硬度計500g荷重時)のものを用
いた。本加熱定着装置を適用するレーザービームプリン
ターは画像形成速度が50mm/secで毎分A4サイ
ズ8枚の出力が得られる。
T0 は170℃、高めのプリント時温度T1 は185
℃、低めのプリント時温度T2 は175℃に設定する。
更にプリント信号の間隔の第1の設定時間t1 は15
秒、第2の設定時間t2 は5分とする。
間隔が15秒以内においては、加熱ローラ21の表面温
度は185℃に制御されその時の定着性
り、こする前の濃度D0 、こすった後の濃度D1 とした
とき定着性を濃度低下率D0 −D1 /D0 ×100%で
あらわす)は、プリント信号間隔が短く通紙枚数が多く
なるにつれて若干悪くなるが10%以内に収まる。一方
この時の記録材のカール量は(プリンターの排紙トレイ
をでた直後に平らな面上におき記録材の平面部からの高
さが最大の点をカール量とする)プリント信号間隔が1
5秒のときが最も悪いが多くの紙種で15mm以内に収
まる。プリント信号間隔が15秒以上5分以内のとき
は、加熱ローラ21の温度は175℃に制御される。こ
のとき定着性は、プリント信号間隔が15秒あるいは5
分の時が最も悪いがその状態でも15%以内に収まる。
一方カール量はプリント信号間隔が25〜40秒以内の
ときが最も大きくなったが、多くの紙種で15mm以内
に収まる。
ローラ表面温度を185℃とした場合には、定着性はど
の通紙モードにも関わらず10%以内に収まるが、25
〜40秒毎にプリント信号がきた時のカール量は25m
mを超える。逆に、プリント時の加熱ローラの表面温度
を175℃とした場合にはカール量はどの通紙モードで
も15mm以内に収まるが、プリント間隔が9秒以下の
ときには定着性が20%を超える場合が生じた。定着性
は20%以下、カール量は20mm以下ならば実用上問
題がないとされており、本実施例の温度制御ならばどの
通紙モードでも従来の温度制御では困難だった定着性と
記録材のカール量の両立を達成することができることが
わかる。
も、本実施例の温度制御では35℃80%の環境下に2
4時間以上放置した紙を用いても、シワの発生はどの通
紙モードでも全くなかった。一方、従来の温度制御の様
に、185℃で常にプリント中の加熱ローラ表面温度を
制御した場合、プリント間隔が20〜50秒の場合にシ
ワが発生することがあった。
切替するための時間設定が重要となる。例えば第1の設
定時間t1 は短すぎる場合、温調温度が低めに切り替わ
ったときの定着性が悪くなり、長すぎる場合、温調温度
が高めのときのカール量が大きくなる。一方、第2の設
定時間t2 は短すぎる場合、温調温度が高めに切り替わ
ったときのカール量が大きくなり、長すぎる場合、温調
温度が低めのときの定着性が悪くなる。本発明者は鋭意
検討した結果、設定時間t1 、t2 は各々、画像形成装
置の画像形成速度Vp(mm/sec)と加圧ローラの
外径Dp(mm)によって最適範囲が決定されることが
わかった。
から、以下のような関係式を得ることができた。
主に比例し、 0.12・Dp<t2 <0.7Dp(分) を満たせば良いことがわかった。
の温度制御が特に顕著に効果のあらわれるのは、加圧ロ
ーラのローラ硬度が60度以下(ASKERC 500
g荷重時)であった。
温度制御により、記録材のカールと定着性の両立、シワ
と定着性の両立が得られる。更に本実施例のように、プ
リント信号を受けてから、印字動作中もその時間をモニ
ターし続け温調切替の判断を行なうことは、印字動作中
でも常に他のプリント信号を受け付けることを可能とす
るような、プリンターにとって、複数のユーザーからの
いろいろなタイミングでのプリント命令や、プリント枚
数指定に対して柔軟に温度制御切替が対応できるため、
ユーザーの使い勝手を損なうことなくカール、しわと定
着性の両方を満足できる。
ある温度制御について説明するためのフローチャートで
ある。本実施例を適用するレーザービームプリンター1
及び加熱定着装置に関しては第1の実施例と同様なので
説明は省略する。
熱ローラの温度制御を最も高めのT3 に温度制御するこ
とで、前記実施例で述べたような、プリント間隔が短
く、通紙枚数が多くなるにつれて定着性が低下する現象
を防止している。
と、S21からS30までは前記実施例と同様であり説
明は省略する。
字動作中に次のプリント信号を受けつけた時、プリント
間隔tが最も短い第3の設定時間t3 よりも短いときに
は加熱ローラの表面温度Tは最も高い制御温度T3 に切
替り、同時にタイマーはリセットされ(S31)、再び
次のプリント信号を受信するまでの時間tをモニターし
始める(S27)。またt3 より長くt1 より短い時間
のとき(S32)は第1の実施例と同様にT1 に温調さ
れる(S33)他のモードに関しては第1の実施例と同
様なので説明は省略する。
実施例で得られた効果はもちろんのこと上述したように
プリント間隔が短く、通紙枚数が多くなるにつれて定着
性が若干悪くなる現象も防止できる。更に、タイマーカ
ウント開始時の最初のプリント時の設定温度も低めにで
きるため、ユーザーが最も使う1枚プリント時のカール
量も、より小さくすることが可能となる。
に説明する。前記実施例と同じレーザービームプリンタ
ー、加熱定着装置に本温度制御を適用し、待機時温度T
0 は170℃、最初のプリント時温度T1 は180℃、
高めのプリント時温度T3 は190℃、低めのプリント
時温度T2 は170℃とした。またプリント信号間隔の
第1の設定時間は15秒、第2の設定時間t2 は5分と
し、最も短い第3の設定時間は10秒とする。
短いとき(10秒以下)の定着性は5%以内に収まる。
また記録材のカールもプリント間隔が10秒のとき最も
悪いが15mm以下であった。他のモードにおいても、
定着性は前記実施例と同様に、ほとんどの場合10%以
下で有、カール量も15mm以下であった。また、最初
のプリント時(プリント間隔が5分以上あいた時)のカ
ール量は10mm以下であり、前記実施例に比して小さ
くなっていた。
きめ細かに温調を切替えることにより定着性をより良く
しつつ、記録材のカールを小さくすることが可能とな
る。
説明するためのフローチャートである。
ター及び加熱定着装置は前記第1、第2の実施例と同じ
なので説明は省略する。
し、記録材のサイズとプリント間隔に応じて、温度制御
を切替えることにより、様々な記録材のサイズ、通紙モ
ードに対応してきめ細かな温度制御を実施することがで
きる。
る。S41からS44までは前記実施例と同様であり説
明は省略する。S45においてプリント信号を受信した
とき同時に記録材のサイズを確認する(例えば給紙カセ
ットのサイズ信号等を用いる)。この時加熱ローラ表面
温度TはT0 からT1 に上昇させ(S46)、同時にプ
リント間隔をモニターするためのタイマーをカウントし
はじめる(S47)、印字動作中に次のプリント信号を
受けたとき(S49)、タイマーによってカウントした
時間tに、記録材サイズに応じてあらかじめ決めておい
た補正時間tpを加え、この時間が第1の設定時間t1
よりも短いとき(S50)加熱ローラ表面温度TはT1
に維持され、同時にタイマーはリセットされ次プリント
の記録材サイズの確認を行ない(S51)、再びタイマ
ーカウントを始める(S47)。S50においてt+t
pが第1の設定時間t1 よりも長いときは加熱ローラ表
面温度TはT2 に低下し、タイマーはリセットされ、同
時に次プリントの記録材サイズの確認を行なう(S5
5)。印字動作終了後にプリント信号を受けつける場合
はS52からS55のフローチャートに従う。この時、
加熱ローラ表面温度Tは待機時の温度T0 に低下させる
よう制御されプリント間隔tと記録材サイズによる補正
時間tpの和t+tpが第2の設定時間t2 よりも短い
ときにプリント信号を受信した場合(S54)、加熱ロ
ーラ表面温度Tは、低めの温度T2 に立上げられるよう
制御され、プリントを行なう。上記、プリント時間t
と、記録材サイズによる補正時間tpの和t+tpが第
2の設定時間t2 よりも長い場合には、プリンターエン
ジン部が立上がった直後の待機状態1にもどり(S4
4)、次のプリント信号がくるまでタイマーのカウント
は中断する。なお、印字動作終了後においては、記録材
サイズによる補正時間tpはt2 に比べて十分小さいた
め、tpに関して補正を加えなくても実質的には問題な
い。
定の仕方について説明する。記録材サイズにより、加熱
定着装置内に記録材が存在する時間が異なり記録材サイ
ズの送り方向の長さが長いほど、加熱ローラと加圧ロー
ラが直接接触する時間が短くなるため、加圧ローラが与
えられる熱量は少なくなる。一方、記録材サイズの長さ
が短い場合は前記と逆のことがいえる。従って記録材サ
イズの長さに応じて補正時間tpを決定することによ
り、記録材サイズの長さに関わらず加熱ローラと加圧ロ
ーラが直接圧接しつつ回転する時間が実質的に一定とな
る。従って本実施例ではA4サイズ((幅)210×
(長さ)297mm)を基準とし、それに対して、記録
材のサイズLp(mm)、画像形成速度Vp(mm/s
ec)に応じて補正時間tpを決定する。例えばA5サ
イズ(148×210mm)ならば長さの差が297−
210=87mmで有、補正時間tpは、tp=87/
Vp(秒)となる。
で、例えば表1に示すように、各サイズ毎に補正時間を
決定しておき、その数値をCPU内のROMに格納して
おき、記録材のサイズ検出時に随時読み出してもよい。
に、加熱ローラと加圧ローラが互いに直接圧接しながら
回転している時間をみることができるため、加圧ローラ
の温度変化に対しよりきめ細かな温度制御が可能とな
り、記録材のサイズ、通紙モードに合わせて、最適な温
度制御ができるため定着性、カール、シワ等の問題を全
て互いに両立させることが可能となる。
ント間隔をモニターし更に記録材のサイズをモニターす
ることは、特に複数のユーザーが使用し、印字動作中も
次のプリント命令を受けその時に異なる記録サイズのプ
リント命令を受けるタイプのプリンター等においては、
特に有効な温度制御となる。
像形成終了後にどのようなタイミングで次の画像形成が
開始されても適正な温調温度をとることにより記録材の
カール、しわと定着性を両立させることができる。
る。
る。
である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 記録材に画像を形成する画像形成手段
と、制御温度を維持するように制御され記録材上の画像
を加熱する加熱部材と、この加熱部材とニップを形成す
る加圧部材と、を有する画像形成装置において、 記録材がニップを通過して上記加圧部材が回転停止する
までに記録材への画像形成命令があった場合、その命令
の入力タイミングに応じて画像加熱時の上記制御温度が
異なることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項2】 上記加圧部材が回転停止するまでに入力
した記録材への画像形成命令が所定タイミングより早い
入力の場合、遅い場合よりも上記制御温度が高いことを
特徴とする請求項1の画像形成装置。
Priority Applications (5)
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EP94300668A EP0609100B1 (en) | 1993-01-29 | 1994-01-28 | An Image Forming Apparatus |
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