JP3797032B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真方式により画像を形成する画像形成装置に関し、特に該画像形成装置の定着装置における予備回転の制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、前記の定着装置として、省エネルギーという観点からウォームアップタイムの極めて短い定着装置が望まれている。即ち、画像形成装置の電源スイッチがオンされた後の使用されない待機状態における消費電力を抑制するために、待機状態での定着装置の加熱を中止ないしは極力抑制し、使用時のみ定着装置に必要な電力を供給して、短時間内に使用可能な状態とすることが要求される。
【0003】
このようにウォームアップ時間を短縮するための手段の一つとして、加熱手段の熱容量を小さくすることがある。加熱手段としては、基体としての金属ローラの表面にフッ素樹脂層等の離型性層を形成した加熱ローラが通常用いられるが、加熱手段の熱容量を小さくするために前記金属ローラの厚さを薄くする手段が採られる。しかるに、前記金属ローラを薄くした場合には荷重に対して変形し易くなり、定着に必要なニップを形成するために前記金属ローラに対して加圧ローラを圧接させた場合に、前記金属ローラがクリープ変形等の変形を生じ易くなる。このような変形を避けるためには、加圧ローラによる荷重を低くして、しかも必要な幅のニップを得るために、加圧ローラに弾性変形し易い低硬度弾性層を設けることが必要になる。
【0004】
かかる低硬度の弾性層を構成する材料としては低硬度、且つ耐熱性のシリコンゴム等、好ましくは耐熱性のスポンジ状シリコンゴムが用いられる。スポンジ状シリコンゴムは熱容量の小さな材料であり、加熱手段で発生する熱の損失を小さくすることが可能になるので、省エネルギーの目的に適した材料である。
【0005】
しかるに、加圧回転体として低硬度弾性層を用いた定着装置では、加圧回転体の特定の部分が加熱手段に圧接していることによって低硬度弾性層が変形し、異常音の発生、記録紙に皺の発生、定着不良等を起こすという問題がある。
【0006】
また、加圧回転体に低硬度弾性層を用いた場合にも荷重の低減には限度があるため前記のように加熱回転体の変形の問題がある。このような問題を解消するために、待機中に加熱回転体と加圧回転体の少なくとも一つに対して周期的な回転動作(予備回転)を与えることが行われている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来においては前記の回転動作を一定周期で行っており、例えば、定着温度が低く設定されて低硬度弾性層の変形の発生が少ない場合や加熱回転体の変形が少ない場合にも前記回転動作が行われ、回転駆動のためにエネルギーが消費されて、省エネルギー効果を減少させていた。また、不要な回転により騒音が増大するという問題も発生していた。更には、回転の周期を長く設定すると低硬度弾性層の変形が十分に是正されなかったり、加熱回転体の変形が十分に是正されない状態で定着が行われ、定着不良を起こす場合があった。
【0008】
本発明は、低硬度弾性層を有する加圧回転体の変形や加熱回転体の変形を防止する従来の技術における前記のような問題を解決することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下に示す発明のいずれかによって達成される。
【0010】
(1)記録材上のトナー像を加熱するための熱源、
該熱源が内側に配置された加熱回転体、
支持基体と該支持基体上に形成された低硬度弾性層を有し、記録材を前記加熱回転体に圧接させる加圧回転体、
前記加熱回転体又は前記加圧回転体の温度を検知する温度センサ、
前記加熱回転体と前記加圧回転体の少なくとも一方を回転駆動する駆動手段及び、
前記駆動手段を制御して、待機時において、加熱回転体及び前記加圧回転体の回転動作を行わせる制御手段を有する定着装置を備えた画像形成装置であって、
前記制御手段は、前記温度センサの検知出力に基づいて前記回転動作の周期を制御することを特徴とする画像形成装置。
【0011】
(2)前記加熱回転体の待機時における設定温度が複数段階に設定され、前記制御手段は前記複数段階の前記設定温度の各々に対応して前記周期を設定することを特徴とする前記(1)に記載の画像形成装置。
【0012】
(3)待機状態における前記温度センサの検知出力と回転停止状態での経過時間との両方の情報に基づいて前記周期を制御することを特徴とする前記(1)又は前記(2)に記載の画像形成装置。
【0013】
(4)待機時において回転した前記加圧回転体が回転前と位相が異なる位置で停止するように前記制御手段が制御することを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の画像形成装置。
【0014】
(5)前記熱源がハロゲンランプ又は抵抗発熱体からなることを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の画像形成装置。
【0015】
(6)前記加圧回転体の内側に熱源が設けられたことを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の画像形成装置。
【0016】
(7)前記加熱回転体が弾性層を有することを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の画像形成装置。
【0017】
(8)前記加熱回転体又は前記加圧回転体がその表面に離型性層を有することを特徴とする前記(1)〜(7)のいずれか1項に記載の画像形成装置。
【0056】
【発明の実施の形態】
(1)実施の形態1
図1は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。図において、10は電子写真方式により記録紙上に画像を形成する画像形成部、20は原稿の画像を読み取って、画像データを出力する原稿読取部、30は画像形成部10から排出された記録紙に対してソーティング、ステープリング、パンチング等の後処理をする後処理部である。
【0057】
画像形成部10は、感光体11を有し、帯電、露光、現像により感光体11上にトナー像を形成する画像形成手段12、感光体11上のトナー像を記録紙に転写する転写手段17、画像が形成される記録紙を収納し画像形成手段12に向けて記録紙を搬送する給紙部13a、13b、13c、13d、両面画像形成用の記録紙反転搬送部14及び記録紙上のトナー像を定着する定着装置40を有する。16は搬送される記録紙を一旦停止した後、感光体11上でのトナー像形成に同期して転写手段17に向けて記録紙を搬送するレジストローラである。
【0058】
帯電、露光及び現像により感光体11上に形成されたトナー像は転写手段17により記録紙に転写されて、トナー像が記録紙上に形成され、定着装置40により定着される。
【0059】
給紙部13aは給紙開始信号により作動し、カセット132aに収容された記録紙を一枚ずつ分離して、記録紙の搬送を開始する給紙手段131aを有する。給紙部13b、13cも同様に、給紙手段131bとカセット132b、給紙手段131cとカセット132cをそれぞれ有する。給紙部13dは大容量のカセット132dを備えており、給紙手段131dを有する。
【0060】
原稿読取部20は原稿が載置される原稿給紙台21、原稿を搬送し、読取位置を形成するプラテンローラ22、読取済み原稿が載置される原稿排紙台23、像光を受光し、画像信号に変換するイメージセンサ24及び原稿が載置されるプラテンガラス25を有する。
【0061】
原稿給紙台21には原稿を検知するセンサS1、S2が設けられている。これらセンサS1、S2は原稿サイズを検知するとともに、原稿給紙台21上に原稿があるか否かを検知する。
【0062】
原稿読取部20は、原稿給紙台21から原稿を搬送し、プラテンローラ22で原稿を搬送しながら原稿を読み取るモード又はプラテンガラス25上に載置された原稿を読み取るモードで読取を行う。
【0063】
図2は定着装置40の構成を示し、図2(a)は定着装置40の全体構成を、図2(b)は加圧ローラ42の部分をそれぞれ示す。
【0064】
定着装置40はハロゲンランプからなる熱源49が内部に設けられた加熱ローラ41、加熱ローラ41に対して記録材Pを圧接させる加圧回転体としての加圧ローラ42、加熱ローラ41の表面をクリーニングするクリーニングローラ43、定着部を通過した記録材Pを加熱ローラ41、加圧ローラ42から分離し案内する分離爪44、45、定着後の記録材Pを搬送する搬送ローラ46及び加熱ローラ41の温度を検知し、該温度を制御するための温度情報を出力する温度センサ48を有する。温度センサ48としては、加熱ローラ41の表面に接触又は非接触で設けられ、ローラ表面温度又は表面近傍の温度を検知するサーミスタ又はサーモカップルが用いられる。
【0065】
加熱ローラ41は駆動手段としてのモータMにより駆動され回転し、加圧ローラ42は加熱ローラ41に従動して回転する。加熱ローラ41を加圧ローラ42に従動させてもよい。未定着のトナー像を担持する記録材Pは矢印で示すように定着装置に進入し、加熱ローラ41と加圧ローラ42により形成されるニップNPを通過する過程で加熱され定着処理されるが、加熱ローラ41の表面温度はサーミスタからなる温度センサ48の出力に基づいて制御手段CPUが所定の定着温度範囲内なるようにハロゲンランプ49への通電を制御し、常に一定した定着が行われるように制御している。
【0066】
加熱手段としては、回転により記録紙を搬送しつつ記録紙に接触して加熱し、記録紙上のトナーを加熱定着する加熱回転体が望ましく、円筒状の金属基体411の表面にテフロンのようなフッ素樹脂等の離型性層412を形成した加熱ローラと熱源が用いられるが、図示の加熱ローラ41の他に固定された加熱部材と該加熱部材上を移動して記録材を搬送する薄い耐熱性フィルムで構成された搬送手段等で構成しても良い。加熱ローラ41の支持基体としての金属基体411はアルミニュウムやステンレス鋼等が用いられ、1.5mm以下の厚さが好ましい。金属基体の厚さの下限は材質により異なる。記録紙を加熱ローラ41圧接させ、且つ15msec以上の接触時間を確保するニップ幅を形成することができる条件を満足するように金属基体411の厚さが決定される。
【0067】
加圧回転体としての加圧ローラ42は支持基体としての芯金421、シリコンゴムのスポンジ、即ち発泡シリコンゴム等の耐熱性低硬度弾性層422、PFA(copolymer of tetrafluoroethylene and perfluorinated alkyl vinyl ether)等のフッ素樹脂、シリコンゴム等の耐熱性材料からなり平滑な面を有する表面層423で構成される。加圧ローラとしては、加熱開始時に温度上昇速度を高めるために熱容量の小さな材料で構成することが望ましい。スポンジは熱容量が比較的小さくこのような目的に適している。また、加熱ローラ41も同様な理由からその熱容量を小さくすることが望ましく、加熱ローラ41の基体を構成する金属の厚さを可能な限り薄くすることが望まれる。加熱ローラ41の基体を薄くした場合に、加熱ローラ41が変形しやすくなるために、変形を抑えるべく加熱ローラ41にかかる荷重を軽減するために、低硬度弾性層422が好都合である。低硬度弾性層422は荷重によって、定着時にトナーの溶融定着に必要なニップNPを形成する。加熱手段として、固定された加熱部材をフィルムを用いた場合にも加圧回転体の熱容量を小さくすることが望ましい。
【0068】
即ち、加圧ローラ42にスポンジ等の低硬度弾性層を用いることは加熱ローラ41と加圧ローラ42の熱容量を小さくするために極めて有力な手段である。低硬度弾性層の硬度としては1〜15°(JIS−A)が望ましい。15°を超えるとトナー像を定着するのに必要なニップを形成することが困難になる。1°未満の場合には、定着に必要なニップ圧が得られない場合がある。
【0069】
スポンジ状シリコンゴムからなる低硬度弾性層422を有する加圧ローラ42は前記のように、定着装置の熱容量を小さくする上でソリッド状シリコンゴムに比較して好ましいが、変形しやすいという問題がある。定着装置が画像形成が行われない待機期間では、加熱ローラ41に圧接した状態で停止している。そのために、画像形成工程に入って回転を開始しても加圧ローラ42に変形が残留して、定着不良等の原因になる。このような不具合に対する対策として、待機期間中に周期的に加圧ローラ42を回転することが行われる。本実施の形態においては、加熱ローラ41の温度に応じて加圧ローラ42の回転動作の周期を制御している。即ち、制御手段CPUが加熱ローラ41を駆動するモータMを制御することにより、加熱ローラ41に従動回転する加圧ローラ42の回転動作の周期を制御している。なお、加圧ローラ42にソリッド状シリコンゴムを用いた場合にも、前記回転動作の周期の制御は有効である。
【0070】
スポンジ状シリコンゴム又はソリッド状シリコンゴムの変形の程度は温度に依存し、高温になるほど変形が大きくなる。本実施の形態では、前記のように加熱ローラ41の温度に応じて変形を是正する加圧ローラ42の回転動作の周期を変える制御を行うことによって、常に変形のない状態で画像形成を行い、定着不良の発生を防止している。以下に、画像形成装置の待機期間中における加圧ローラ42の回転動作の周期、即ち予備回転動作の周期の制御について説明する。
【0071】
1) 待機中における加熱ローラ41の温度を表1に示すように、130〜200℃の範囲で4段階で設定することができるように、画像形成装置を構成する。そして、ユーザのニーズや画像形成装置が使用される環境等に応じて、待機中の温度が設定される。加圧ローラ42の予備回転動作の周期は表1に示すように各温度に対応して設定される。
【0072】
【表1】
【0073】
なお、1回の予備回転動作の回転時間は10秒以下が望ましく、1〜10秒が、特に望ましい。このように、加熱ローラ41の待機中の設定温度に対応して加圧ローラ42の予備回転動作の周期を変えることによって、必要最小限の加圧ローラ42の変形は防止されて常に良好な定着性能が確保される。前記回転時間は必要に応じて種の値に設定することができる。また表1の周期を可変とし、待機中における時間の経過に従って変わるように制御してもよい。
【0074】
▲2▼ 電源投入後のウォームアップ時には、加熱ローラ41の温度は時間とともに上昇する。また、画像形成終了後は、時間とともに降下する。加熱ローラ41の温度を温度センサ48により検知し、検知された温度xを用い、時間tと検知温度xの関数f(t,x)が所定の値に到達する毎に加圧ローラ42を回転させる。例えば、加圧ローラ42の前の予備回転の終了と同時に時間tの計時を開始し、計時された時間tと検知温度の積t×xが所定値に達した時点で次の回転を開始するという制御を繰り返すことによって、加熱ローラ41の温度に対応した適切な回転制御が行われて加圧ローラ42の凹凸の発生を防止することができる。
【0075】
3) 待機中における定着装置の電力消費モードを複数段階に設定する。例えば、短時間で画像形成可能な状態に復帰することができる待機モードと、該待機モードよりも消費電力を少なくして、加熱ローラ41の温度を低くするローパワーモードと、定着装置の熱源への電力供給を遮断した省エネルギーモードの3段階に設定する。そして各モードにおける加圧ローラ42の予備回転動作の周期を設定する。
【0076】
前記3種類の予備回転動作の周期に対する制御の他にも、加熱ローラ41の温度に対応した種々の制御が可能である。前記の制御によって、必要最小限の回転によって加圧ローラ42の変形が完全に取り除かれた状態で画像形成が行われ、常に一定した定着性能が維持される。
【0077】
4) 温度センサ48により待機中における加熱ローラ41の温度を検知し、種々の温度に対する加圧ローラ42の予備回転動作の周期を予め定めておき、検知結果に基づいた周期で加圧ローラ42の回転させる。
【0078】
更に、加圧ローラ42の加熱ローラ41に対する圧接位置が特定位置に集中しないように、加圧ローラ42の回転量を制御することが望ましい。このためには、1回の予備回転動作における回転量が加圧ローラ42の外周長の整数倍に等しくならないような制御が行われる。例えば、加圧ローラ42の1回転に要する時間がM1秒であるとすると、1回の予備回転動作における回転時間をW1秒とするとき、W1≠nM1(nは整数、又は整数分の1)となるように回転時間を設定することが行われる。
【0079】
なお、前記のように加圧ローラ42の低硬度弾性層422の変形が生ずるが、加熱ローラ41の基体411の厚さを薄くした場合には、図3に示すように加熱ローラ41がその回転軸方向に変形する現象も生ずる。前記した本実施の形態により、このような加熱ローラ41の変形も効果的に除去することができる。
【0080】
図3に示す回転軸方向の変形は金属の塑性変形、即ちクリープ変形であるが、該クリープ変形を防止するために加熱ローラ41の1回の予備回転動作における回転量を加熱ローラ41の外周長の整数倍に等しくならないような制御が行われる。例えば、1回の予備回転動作における加熱ローラ41の回転時間をW2秒とするとき、W2≠nM2となるような制御が行われる。但し、M2秒は加熱ローラ41の1回転に要する時間である。以上説明した構成により、加圧ローラ42の変形は有効に防止される。
【0081】
(2)実施の形態2
図4は本発明の実施の形態2における加熱ローラと加圧ローラの構成を示す。
【0082】
実施の形態2においては、加熱ローラ41は円筒状の金属基体411の外表面にテフロンのようなフッ素樹脂等の離型性層412を形成するとともに、金属基体411の内周面に定着用の熱源としての発熱抵抗体と発熱抵抗体を金属から絶縁する絶縁層からなる。抵抗発熱層413を設けている。
【0083】
(3)実施の形態3
図5は本発明の実施の形態3における加熱ローラと加圧ローラの構成を示す。
【0084】
実施の形態3においては、加熱ローラ41として、金属基体411の外周にシリコンゴム等の耐熱性弾性層414を形成し、耐熱性弾性層414の外周にテフロンのようなフッ素樹脂等からなる離型性層412を設ける。このように加熱ローラ41に弾性層を設けることにより、断面直線状のニップNPが形成されて、記録紙が定着装置40内で直線搬送される。加熱ローラ41及び加圧ローラ42の変形が効果的に防止される。
【0085】
(4)実施の形態4
図6は本発明の実施の形態4における加熱ローラと加圧ローラの構成を示す。
【0086】
実施の形態4においては、加熱ローラ41に定着用の熱源491が設けられるが、加圧ローラ42内に補助熱源492が設けられる。そして、加熱ローラ41の外周面の温度を検知する温度センサ481の他に加圧ローラ42の外周面の温度を検知する温度センサ482が設けられる。補助熱源492は連続画像形成における加熱ローラ41の温度低下を防止するために使用される。また、画像形成装置の待機時に補助熱源492に通電して加圧ローラ42の過度の温度低下防止するのに使用することもできる。また、記録紙を両側から加熱することにより、定着性が向上する。温度センサ482は加圧ローラ42の表面温度を検知して補助熱源492を制御するのに用いられる。また、温度センサ482の出力に基づいて、予備回転動作の周期を制御している。
【0087】
(5)実施の形態5
図7は実施の形態5における加熱ローラと加圧ローラの構成を示す。
【0088】
実施の形態5においては、トナーを定着するための熱源が493が設けられる。そして、加熱ローラ41にはシリコンゴムからなる弾性層414が設けられるとともに、加熱ローラ41の表面温度を検知する温度センサ48が設けられ、温度センサ48の出力に基づいて、待機時における予備回転動作の周期が制御される。
【0089】
実施例5においては加圧ローラ42に熱源493が設けられるが、記録紙上のトナー像を加熱し定着する作用は加熱ローラ41の表面であるので、図示の上ローラが加熱ローラ41として、下ローラが加圧ローラ42として作用する。本実施の形態においても、加圧ローラ42に温度センサを設け、該温度センサの出力に基づいて、予備回転動作の周期を制御することができる。
【0090】
(6)実施の形態6
図8は実施の形態6における加熱ローラと加圧ローラの構成を示す。
【0091】
図8においては、加熱ローラ41に対して、半径の小さな加圧ローラ42が用いられる。係るローラ構成においては、待機時における回転、即ち予備回転の量に関して目的によって異なった制御が行われる。
【0092】
低高度弾性層422の変形を防止するためには、加圧ローラ42の半径R2に対応して、例えばW1≠nM1となるような制御が行われ、金属基体411の変形を防止するためには、加熱ローラ41の半径R1に対応して、W2≠nM2となるような制御が行われる。
【0093】
【発明の効果】
本発明により、待機時において、必要最小限の予備回転により、加熱回転体又は加圧回転体の変形を防止することができるが、個々の請求項の発明による効果は下記のとおりである。
【0094】
請求項1に記載の発明により、待機中の加熱手段又は加圧回転体の温度の如何によらずに加圧回転体の凹凸の防止を確実に行うことが可能となる。
【0095】
また、請求項1に従属する各請求項に記載の発明については、上記効果に加えて、下記に記すような効果が得られる。
【0096】
請求項2に記載の発明により、ユーザニーズ等に応じて画像形成装置の待機中のモードを設定した場合にも、必要最小限の回転によって加圧ローラの変形が完全に取り除かれた状態で画像形成が行われ、常に一定した定着性能が維持される。また、請求項3に記載の発明により、加熱ローラの温度に対応した適切な回転制御が行われて加圧ローラの凹凸の発生を防止することができる。更に、請求項4に記載の発明により、低高度弾性層の変形が防止されて、騒音の発生や定着不良、記録紙の皺等が防止される。
【0097】
請求項5に記載の発明により、常に一定した定着が行われ、特に熱源が抵抗発熱体からなる場合には、ウォームアップタイムの極めて短い定着装置が実現される。また、請求項6に記載の発明により、加圧回転体の温度の制御が可能になって、待機時における定着装置の温度の制御や連続画像形成時における定着温度の制御を適正に行うことが可能になる。更に、請求項7に記載の発明により、定着装置内における記録紙の直線搬送が行われて、記録紙の皺の発生等の記録紙の変形が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る画像形成装置の構成を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る画像形成装置における定着装置の構成を示す図である。
【図3】加熱ローラの変形を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態2における加熱ローラと加圧ローラの構成を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態3における加熱ローラと加圧ローラの構成を示す図である。
【図6】本発明の実施の形態4における加熱ローラと加圧ローラの構成を示す図である。
【図7】本発明の実施の形態5における加熱ローラと加圧ローラの構成を示す図である。
【図8】本発明の実施の形態6における加熱ローラと加圧ローラの構成を示す図である。
【符号の説明】
40 定着装置
41 加熱ローラ
42 加圧ローラ
48、481、482 温度センサ
CPU 制御手段
Claims (8)
- 記録材上のトナー像を加熱するための熱源、
該熱源が内側に配置された加熱回転体、
支持基体と該支持基体上に形成された低硬度弾性層を有し、記録材を前記加熱回転体に圧接させる加圧回転体、
前記加熱回転体又は前記加圧回転体の温度を検知する温度センサ、
前記加熱回転体と前記加圧回転体の少なくとも一方を回転駆動する駆動手段及び、
前記駆動手段を制御して、待機時において、加熱回転体及び前記加圧回転体の回転動作を行わせる制御手段を有する定着装置を備えた画像形成装置であって、
前記制御手段は、前記温度センサの検知出力に基づいて前記回転動作の周期を制御することを特徴とする画像形成装置。 - 前記加熱回転体の待機時における設定温度が複数段階に設定され、前記制御手段は前記複数段階の前記設定温度の各々に対応して前記周期を設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。
- 待機状態における前記温度センサの検知出力と回転停止状態での経過時間との両方の情報に基づいて前記周期を制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
- 待機時において回転した前記加圧回転体が回転前と位相が異なる位置で停止するように前記制御手段が制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記熱源がハロゲンランプ又は抵抗発熱体からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記加圧回転体の内側に熱源が設けられたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記加熱回転体が弾性層を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記加熱回転体又は前記加圧回転体がその表面に離型性層を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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