JP3759102B2

JP3759102B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3759102B2
Application number: JP2002367869A
Authority: JP
Inventors: 敏行浜田; 孝前川
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: JP2004198772A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着ローラと加圧ローラとを有する定着装置を備えた画像形成装置に関し、より詳細には非通紙領域に設けられた温度検知手段を用いて定着ローラの温度制御を行う画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を用いた画像形成装置において、ヒータを内蔵した定着ローラと加圧ローラとを圧接させ、このローラ間に、未定着トナー画像を担持した用紙を通過させてトナーを用紙に定着させる熱ローラ方式の定着装置がこれまでから広く用いられている。
【０００３】
このような定着装置において、定着ローラの表面温度を一定に維持させるために、サーミスタ温度計（以下、「サーミスタ」と略すことがある）などの温度検知手段を定着ローラ表面に取り付け、サーミスタの検知温度に基づき定着ローラに内蔵されたヒータの入切を制御することが一般的に行われている。定着ローラの表面温度を精度よく検知するには用紙が通過する領域にサーミスタを取り付けるのがよい。しかしながら、サーミスタを定着ローラ表面に取り付けると、サーミスタとの摺擦によって定着ローラ表面に傷がつき、定着ローラの離型性が低下したり、あるいはサーミスタに未定着トナーが付着し、コピー画像の汚れが発生したり、温度検知精度が低下することがあった。そこでこのような不具合を防止するため、定着ローラにおいて用紙が通過しない通紙領域（非通紙領域）にサーミスタを設けることが行われつつある（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３１１５８１号公報（特許請求の範囲、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
定着ローラの非通紙領域にサーミスタを設けた定着装置では、通紙領域とサーミスタの設置位置との間の距離に起因して通紙領域の表面温度を精度よく制御できないという問題がある。例えば、定着ローラ表面温度が定着用温度に維持される定着処理状態（第１状態）と、定着用温度よりも低い待機用温度に維持される待機状態（第２状態）とを設けて、定着処理状態が終了した後は待機状態として省エネルギーを図る画像形成装置において、定着処理状態が終了した後わずかな待機状態を挟んで次の定着処理が開始されることが何度も繰り返されると、サーミスタでの検知温度は設定温度を維持しているにも拘わらず、定着ローラ中央部の表面温度が次第に上昇し、最悪の場合には高温オフセットが発生するという問題がある。
【０００６】
図６に、従来の定着ローラの温度制御例を示す。図６は、サーミスタの設定温度の変化を示す図である。定着装置が第１状態（定着処理状態）のときには、サーミスタの検知温度が１８０℃となるようにヒータへの通電制御が行われる。定着処理が終了すると（コピー終了）、制御状態は第２状態（待機状態）となりサーミスタの検知温度が１６５℃となるようにヒータへの通電制御が行われる。そして、第２状態となってからＴ秒後にコピースイッチがオンされて制御状態が第１状態となると、再びサーミスタの検知温度が１８０℃となるようにヒータへの通電制御が行われる。
【０００７】
このような制御が繰り返し複数回行われ、さらに時間Ｔが３０秒以下といった非常に短い時間である場合、定着ローラの表面温度が高くなり過ぎて高温オフセットが発生することがある。図７に、図６の温度制御を用いて定着処理を実際に行った場合の定着ローラ中央部の表面温度およびサーミスタの検知温度の経時変化例を示す。図７によれば、サーミスタの検知温度は１８０℃前後で安定しているの対し、定着ローラ中央部の表面温度は定着処理状態が繰り返されるに従って徐々に上昇し、ついには２２０℃を超えて高温オフセットが発生した。
【０００８】
本発明は、温度検知手段が定着ローラの非通紙領域に設けられたことに起因するこのような問題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、定着処理終了後、わずかの待機状態を経た後、再び定着処理という一連の流れが複数回繰り返された場合であっても、定着ローラの表面温度を所定温度に維持し、高温オフセットが発生しないようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の画像形成装置では、発熱体を内蔵した定着ローラと、この定着ローラに圧接した加圧ローラと、前記定着ローラ表面の非通紙領域に設けられた、前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段による検知温度に基づき前記発熱体への通電を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記検知温度が第１設定温度を維持するように前記発熱体への通電を制御し、定着ローラ表面温度を定着温度に維持する第１状態と、前記検知温度が第２設定温度を維持するように前記発熱体への通電を制御し、定着ローラ表面温度を定着温度よりも低い待機用温度に維持する第２状態とを備え、制御状態が、第１状態から第２状態に変更された後短時間の内に、第２状態から第１状態に再び変更されたとき、温度検知手段の設定温度を、第２設定温度よりも低い温度とした後、第２設定温度と第１設定温度との間の温度とし、そして第１設定温度とすることによって、定着ローラ中央部の表面温度を高温オフセットを発生しない温度とする構成とした。
【００１０】
ここで、省エネルギーの観点から、前記発熱体として２つの発熱体を用い、一方の発熱体が定着ローラの中央部を主として加熱し、もう一方の発熱体が定着ローラの両端部を主として加熱するようにし、前記第１状態および前記第２状態では前記２つの発熱体への通電制御によって所定の設定温度を維持するようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の画像形成装置の大きな特徴は、制御状態が短時間の待機状態（第２状態）を経て再び定着処理状態（第１状態）に変更された場合、検知手段の設定温度を第２設定温度から、それよりも低い温度とした後、第２設定温度と第１設定温度の間の温度とし、そして第１設定温度とすることにある。かかる温度制御によれば、定着処理状態が短時間の待機状態を挟んで複数回繰り返されても、定着ローラ中央部の表面温度が高くなり過ぎることが効果的に防止される。
【００１２】
以下、本発明の画像形成装置を図に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態である複写機の概略構成図である。本体ハウジング１は、上ハウジング１１と、下ハウジング１３と、その間に位置する連結ハウジング１２とを有する。そして上ハウジング１１の上には開閉自在に載置された原稿搬送部２が取り付けられている。
【００１４】
原稿搬送部２は、原稿給紙トレイ２１と原稿搬送部本体２２、原稿排紙トレイ２３、原稿カバー２４とを備える。原稿排紙トレイ２３は、原稿カバー２４上面の一部として一体に形成されている。原稿搬送路ｄの延長上の上流端に原稿給紙トレイ２１が配設され、下流端に原稿排出トレイ２３が配設されている。原稿搬送部本体２２内の原稿搬送路ｄには、原稿搬送方向上流側から順にピックアップローラ２２ａ、搬送ローラ対２２ｂ、レジストローラ対２２ｃ、排出ローラ対２２ｄが設けられている。そして、レジストローラ対２２ｃと排出ローラ対２２ｄの間に画像読取り部２５が設けられている。原稿給紙トレイ２１に画像面を上向きにセットされた画像原稿（不図示）は、コピー開始ボタン（不図示）がオンされると、前記各ローラによって搬送路ｄを搬送され、途中画像読取り部２５で露光部３によって画像が読みとられる。
【００１５】
露光部３は上ハウジング１１に内蔵されている。露光部３は、露光ランプ３１と反射板３２、第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６、イメージセンサ（例えばライン型のＣＣＤ）３７を備える。露光ランプ３１と第１ミラー３３は第１キャリッジ（不図示）上に搭載され、第２ミラー３４、第３ミラー３５は第２キャリッジ（不図示）上に搭載されている。いわゆるシートスルー方式で原稿画像を読み取る場合には、第１キャリッジが画像読取り部２５の直下に移動し、露光ランプ３１からの光照射光が移動中の原稿を露光する。照射光は第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６を通じてＣＣＤ３７に到達して光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。他方、原稿固定方式で原稿画像を読み取る場合には、原稿載置板２６上の載置された原稿画像は露光部３による読取走査を受けることにより、ＣＣＤ３７上に縮小結像され、光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。
【００１６】
下ハウジング１３内には、給紙部４と画像形成部５、定着装置６とが内蔵さている。給紙部４についてまず説明すると、下ハウジング１３の下部には用紙Ｐが収容された給紙カセット４１が配設され、用紙Ｐはここからコロ４２により１枚ずつ搬送路へ送り出される。また、下ハウジング１３の左側下部には開閉可態な給紙トレイ４３が備えられており、ここに用紙Ｐを載置しておくことにより、前記と同様に用紙はコロ４４により１枚ずつ搬送路へ送り出される。
【００１７】
次に画像形成部について説明する。画像形成部５は、感光体ドラム５１と、その周囲に配設された帯電器５２、光走査ユニット５３、現像器５４、転写ローラ５５、クリーニング器５６とを備える。感光体ドラム５１は時計回りに回転し、まず帯電器５２により感光体ドラム５１の表面は均一に帯電される。次に、光走査ユニット５３から感光体ドラム５１の表面にレーザ光が照射されて、画像部分又は背景部分に相当する電荷が消去され、感光体ドラム５１の表面に静電潜像が形成される。そして現像器５４によって感光体ドラム５１上の静電潜像にトナーが供給され静電潜像が顕像化する。
【００１８】
感光体ドラム５１がさらに回転し、トナー画像が転写ローラ５５と対向する位置に来たときに、それに合わせて、感光体ドラム５１と転写ローラ５５との間に用紙Ｐが搬送され来る。このとき転写ローラ５５に、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されることにより、感光体ドラム５１上のトナー画像が用紙Ｐ上に転写される。感光体ドラム５１上の転写されなかった残留トナーはクリーニング器５６によって感光体ドラム５１上から除去される。一方、トナー画像が転写された用紙Ｐは後述する定着部６に搬送され、ここでトナー画像は加熱・加圧されて用紙に定着し、排紙経路を通って排紙トレイ７ａ，７ｂに排出される。
【００１９】
定着装置について次に説明する。定着装置６は、定着ローラ６１と加圧ローラ６２とが圧接してなる。図２に定着装置６の拡大構成図を示す。定着ローラ６１の非通紙領域には定着ローラ６１の表面温度の検知するためのサーミスタ（温度検知手段）６３が設けられている。また、定着ローラ６１にはメインヒータＨ₁（第１の発熱体）とサブヒータＨ₂（第２の発熱体）が内蔵されている。なお、定着ローラ６１及び加圧ローラ６２の具体的構成については後段で説明する。
【００２０】
図３に、これらのヒータＨ₁，Ｈ₂の配熱パターン例を示す。この図から理解されるように、メインヒータＨ₁は定着ローラ６１の中央部を主として加熱し、サブヒータＨ₂は定着ローラ６１の両端部を主として加熱するように設定されている。また、メインヒータＨ₁とサブヒータＨ₂の両方を点灯したときには定着ローラの軸方向の表面温度分布が一定となるように発熱パターンが組み合わされている。この定着装置における定着ローラ中央部の長さは約２１０ｍｍとされ、Ａ４用紙（２９７ｍｍ×２１０ｍｍ）がタテ方向に搬送されてきた場合の通紙領域と一致させてある。またメインヒータＨ₁とサブヒータＨ₂の全長はどちらも３１０ｍｍとされ、Ａ４用紙がヨコ方向で搬送されてきた場合でもその通紙領域をカバーさせてある。なお、図３において左側が画像形成装置の正面側、右側が画像形成装置の背面側である。
【００２１】
図２おいて、サーミスタ６３によって検知された定着ローラ６１の表面温度は制御部６４に送られ、この検知温度に基づいてメインヒータＨ₁とサブヒータＨ₂の入切制御がなされる。具体的には制御部６４は、用紙の通紙領域が定着ローラ６１の中央部よりも広い場合には、サーミスタ６３による検知温度が第１設定温度を維持するようにメインヒータＨ₁とサブヒータＨ₂への通電を制御する（第１状態）。一方、省エネルギーの観点から制御部６４は、画像形成処理が終了すると、第１設定温度よりも低い第２設定温度を維持するようにメインヒータＨ₁とサブヒータＨ₂への通電を制御する（第２状態）。
【００２２】
なお、用紙の通紙領域が定着ローラ６１の中央部と同じ又はそれよりも狭い場合には、サーミスタ６３による検知温度が第１設定温度よりも低く第２設定温度よりも高い第３設定温度を維持するように、サブヒータＨ₂への通電を停止させた状態でメインヒータＨ₁への通電を制御する（第３状態）。第１状態と第３状態とで定着ローラ中央部の目標温度は同じであるが、サーミスタ６３による検知温度の設定温度は変える。これは、サーミスタ６３の設置位置とヒータ加熱部との距離を考慮したものであって、定着ローラ６１の中央部のみを加熱する場合には、サーミスタ６３の設置位置まで伝導する熱量が少ないため第３設定温度を第１設定温度よりも低い温度としたのである。
【００２３】
このような定着装置の制御において、制御状態が第１状態から第２状態に変更された後、直ちに第１状態に変更された場合、すなわち、定着処理が終了した後、すぐにコピースタートボタンが押された場合、本発明では、サーミスタの設定温度を、一旦第２設定温度よりも低い温度とした後、第２設定温度と第１設定温度との間の温度とし、そして第１設定温度とする。図４に、制御状態とサーミスタの設定温度との関係を示す。
【００２４】
まず第１状態（定着処理状態）のときサーミスタの設定温度は１８０℃（第１設定温度ａ₁）となる。このとき定着ローラ中央部はおおよそ１９０℃となる。次に、コピー処理が終了すると直ちに第２状態（待機状態）となり、サーミスタの設定温度は１６５℃（第２設定温度ａ₂）となる。このとき定着ローラ中央部はおおよそ１８０℃となる。そして第２状態となってからＴ秒後にコピー開始ボタンがオンされると、サーミスタの設定温度はａ₃＝１６０℃となった後、ａ₄＝１７５℃となり第１設定温度ａ₁（１８０℃）となる。
【００２５】
ここで本発明の効果は時間Ｔが短い場合に奏され、時間Ｔが３０秒以下の場合に特に奏される。またサーミスタの設定温度をａ₂（１６０℃）にしておく時間ｔ₁及びサーミスタの設定温度をａ₃（１７０℃）としておく時間ｔ₂は、ヒータの電力や定着ローラの長さや熱容量などから適宜決定すればよいが、一般的にはｔ₁は１〜５秒の範囲が好ましく、ｔ₂は５〜１０秒の範囲が好ましい。さらに、「第２設定温度より低い温度」であるａ₃としては、第２設定温度ａ₂よりも１〜７℃程度低い温度が好ましく、「第２設定温度と第１設定温度との間の温度」ａ₄としては、第１設定温度ａ₁よりも１〜７℃程度低い温度が好ましい。
【００２６】
図４に示した定着ローラの温度制御を用いて実際に定着処理を行った結果を図５に示す。図５は、Ｔ＝１５秒、ｔ₁＝２秒、ｔ₂＝６秒として、短時間の待機状態を挟んで定着処理を複数回繰り返したときの定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度の経時変化を示した図である。この実験で使用した定着ローラ６１（図２参照）は、外径３７ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミニウム製のローラ本体６１ａの表面に、厚さ２５μｍのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）層６１ｂが形成されたものである。加圧ローラ６２は、外径２０ｍｍの鉄製の芯金６２ａの表面に厚さ５ｍｍの弾性層６２ｂが形成され、さらにその表面に厚さ５０μｍのＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パー−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブ層６２ｃが形成されたものである。弾性層６２ｂはアスカＣ硬度が５５度のシリコンゴムの発泡体である。定着ローラ６１は感光体ドラム５１（図１に図示）と等速の１７８ｍｍ／ｓｅｃの周速度で駆動回転し、加圧ローラ６２は定着ローラ６１に圧接しているので従動回転する。
【００２７】
この図から明らかなように、サーミスタの検知温度は１６７〜１８５℃の範囲で安定していた。また、定着ローラ中央部の表面温度は単発の定着処理が繰り返されても１７２〜２０５℃の範囲で安定し、高温オフセットは発生しなかった。
【００２８】
なお、本発明において、定着ローラ本体６１ａとしてはアルミニウムの他、鉄や銅、ニッケル、ステンレスなどの金属材料を使用できる。また、定着ローラ本体の肉厚としては特に限定はないが０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好ましい。定着ローラ本体の表面に離型性層６１ｂを設ける場合には、ＰＴＦＥの他、ＰＦＡ層やＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）などのフッ素樹脂などを用いることができる。この離型性層の肉厚としては、１０〜１００μｍの範囲から好ましい。
【００２９】
また本発明で使用する加圧ローラとしては、芯金６２ａの表面に弾性層６２ｂを設けたものが好ましく、弾性層６２ｂの厚さとしては２〜１５ｍｍの範囲が好ましい。弾性層６２ｂはアスカＣ硬度が５〜９０度の弾性ゴムが好適である。弾性層６２ｂの表面に離型性層６２ｃを設ける場合には、ＰＴＦＥの他、ＰＶＦやＥＣＴＦＥなどのフッ素樹脂などを用いることができる。また、この離型性層６２ｃの肉厚としては２０〜１００μｍの範囲が好ましい。
【００３０】
本発明で使用する発熱体としては従来公知のものを使用できるが、中でも瞬暖性が得られることからハロゲンヒータが好ましい。また本発明で使用する温度検知手段としては従来公知のものを使用できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の画像形成装置では、制御状態が、定着処理状態から待機状態に変更された後短時間の内に、待機状態から定着処理状態に再び変更されたとき、サーミスタの設定温度を、第２設定温度からそれよりも低い温度に変更した後、第２設定温度と第１設定温度との間の温度とし、そして第１設定温度とするので、定着処理終了後、わずかの待機状態を経て再び定着処理という一連の流れが複数回繰り返された場合であっても、定着ローラの表面温度を所定温度に維持でき、高温オフセットが発生することがない。
【００３２】
発熱体として２つの発熱体を用い、一方の発熱体が定着ローラの中央部を主として加熱し、もう一方の発熱体が定着ローラの両端部を主として加熱するようにし、定着処理状態および待機状態では前記２つの発熱体への通電制御によって所定の設定温度を維持するようにすると省エネルギー化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置で使用する定着装置の概略構成図である。
【図３】定着ローラのヒータの配熱分布と用紙の通紙領域とを示す図である。
【図４】定着ローラの温度制御を示す図である。
【図５】図４に示した温度制御を用いて定着処理を行ったときの定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度の経時変化を示す図である。
【図６】従来の定着ローラの温度制御を示す図である。
【図７】図６の温度制御を用いて定着処理を行ったときの定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
Ｈ₁ メインヒータ（第１の発熱体）
Ｈ₂ サブヒータ（第２の発熱体）
ａ₁ 第１設定温度
ａ₂ 第２設定温度
６１定着ローラ
６２加圧ローラ
６３サーミスタ（温度検知手段）
６４制御部

Claims

発熱体を内蔵した定着ローラと、この定着ローラに圧接した加圧ローラと、前記定着ローラ表面の非通紙領域に設けられた、前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段による検知温度に基づき前記発熱体への通電を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記検知温度が第１設定温度を維持するように前記発熱体への通電を制御し、定着ローラ表面温度を定着温度に維持する第１状態と、前記検知温度が第２設定温度を維持するように前記発熱体への通電を制御し、定着ローラ表面温度を定着温度よりも低い待機用温度に維持する第２状態とを備え、
制御状態が、第１状態から第２状態に変更された後短時間の内に、第２状態から第１状態に再び変更されたとき、
温度検知手段の設定温度を、第２設定温度よりも低い温度とした後、第２設定温度と第１設定温度との間の温度とし、そして第１設定温度とすることによって、定着ローラ中央部の表面温度を高温オフセットを発生しない温度とすることを特徴とする画像形成装置。
前記発熱体として２つの発熱体を用い、一方の発熱体が定着ローラの中央部を主として加熱し、もう一方の発熱体が定着ローラの両端部を主として加熱し、前記第１状態および前記第２状態では前記２つの発熱体への通電制御によって前記設定温度を維持する請求項１記載の画像形成装置。