JP3837027B2 - 定着装置・画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルト定着方式の定着装置及び該定着装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばフルカラー複写機は、熱と圧力で記録材としての用紙上にトナー画像を定着する定着装置を有している。定着装置としては、熱ローラ方式の定着装置と、ベルト定着方式の定着装置がある。
熱ローラ方式の定着装置は、内部にハロゲンヒータを有し、トナー画像に直接接触する定着ローラと、同じく内部にハロゲンヒータを有し、該定着ローラに圧接する加圧ローラを備えている。定着ローラと、加圧ローラは、それぞれ芯金の表面にゴム層が設けられた構成を有している。
各ゴム層は、熱伝達率の低下を防止するために、２ｍｍ程度の厚みに設定されている。このような薄いゴム層で用紙に熱を与えるのに必要なニップ部（圧接部）を形成するためには、定着ローラ、加圧ローラ間において大きな加圧力が必要となる。そして、この加圧力に耐えうるためには、ローラ径（芯金径）を大きく、すなわち、金属部の厚みを大きくする必要があった。
そのため、ローラの熱容量が大きく、立ち上がり時間（ウォームアップ時間）が長いという問題がある。
【０００３】
６ｃｐｍの機能を有するフルカラー複写機における熱ローラ方式の定着装置の構成例を以下に示す。
定着ローラ：外径５５ｍｍ（シリコーンゴム層の厚み２ｍｍ）
定着ローラのヒータ：６５０Ｗ
定着ローラのコピー可能温度までの立ち上がり時間：８分（無回転）
加圧ローラ：外径５５ｍｍ（シリコーンゴム層の厚み２ｍｍ）
加圧ローラのヒータ：５００Ｗ
加圧ローラのコピー可能温度までの立ち上がり時間：７分（無回転）
カラー複写機の立ち上がり時間（＝定着ローラの立ち上がり時間）：８分
【０００４】
このような熱ローラ方式の定着装置における問題点を解消するものとしてベルト定着方式の定着装置が開発されている。
これは、内部にヒータを有しない定着ローラと、これとは別に内部にヒータを有する加熱ローラを設け、この２本のローラ間に定着ベルトを張架し、該定着ベルトを介して定着ローラに加圧ローラを圧接する構成となっている。
定着ベルトは、ポリイミド樹脂ベルトの表層にシリコーンゴムをコーティングしたものが使用されている。
ベルト定着方式では、定着ローラにはヒータが存在しないため、熱伝達率を考慮する必要がなく、ゴム層を厚くすることができる。このため、比較的小さい加圧力で必要なニップ幅を得ることができ、定着ローラ、加圧ローラ共に従来より小径化、すなわち、低熱容量化が可能となっている。
【０００５】
また、画像面と接する定着ベルトを加熱する加熱ローラは、定着ローラ、加圧ローラのように圧接する必要性はないため、小径化、薄肉化とすることができる。さらにゴム層も必要ないため、定着ローラ、加圧ローラよりさらに熱容量は小さい。
このような構成では、加熱ローラと加圧ローラの立ち上がり時間に大きな差が生じるため、立ち上がり中に一定時間の回転動作を追加し、加熱ローラ、定着ローラ、加圧ローラを同時に温度上昇させる方式（制御）が採られている。
【０００６】
６ｃｐｍの機能を有するフルカラー複写機におけるベルト定着方式の定着装置の構成例を以下に示す。
加熱ローラ：外径３０ｍｍ
加熱ローラのヒータ：６５０Ｗ
加熱ローラのコピー可能温度までの立ち上がり時間：１分（無回転）
定着ローラ：外径４０ｍｍ（シリコーンゴム層の厚み５ｍｍ）
加圧ローラ：外径４０ｍｍ（シリコーンゴム層の厚み２ｍｍ）
加圧ローラのヒータ：５００Ｗ
加圧ローラのコピー可能温度までの立ち上がり時間：５．５分（無回転）
カラー複写機の立ち上がり時間（回転動作を含む）：４分
【０００７】
この例では、加熱ローラが立ち上がる直前（約５０秒後）から回転動作を行っている。回転動作を行うと、加熱ローラの温度が定着ベルトを介して定着ローラ、加圧ローラに移行するため、加熱ローラの温度が低下する。このとき、加熱ローラのヒータは点灯を続けるので、加熱ローラが立ち上がり時間の遅い加圧ローラを同時に加熱する状態となる。
再び加熱ローラがその設定温度近くまで温度が上がったときに回転動作を停止する。このとき、加圧ローラも加熱ローラからの加熱によって設定温度近くまで温度が上昇している。回転動作停止後はそのまま各ローラとも各ヒータによって加熱されて設定温度に達し、立ち上がり終了となる。このとき、立ち上がり時間は上記のように４分となり、熱ローラ方式の半分に短縮される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
熱ローラ方式のように、立ち上がりにおいてローラが無回転の場合には、温度が１次式的に上昇するため、ローラの初期温度から立ち上がり終了までの残時間を容易に算出することができる。通常、定着性に大きく寄与する定着ローラ（画像面に対向するローラ）の温度から算出を行う。
複写機等の画像形成装置では、画像品質の安定化のために、作像部でのセルフチェック動作が自動的に行われる場合がある。熱ローラ方式では残時間を高精度に把握できるため、該残時間によって、作像部のセルフチェック動作の有無を決定することができる。すなわち、残時間と、セルフチェック動作に要する時間とを比べ、セルフチェック動作時間より立ち上がり残時間が長い場合にはセルフチェック動作を行い、そうでない場合にはセルフチェック動作は行わない。
また、立ち上がり途中の定着ローラ温度から、立ち上がり終了までの残時間を常に算出することができるため、画像形成装置の操作パネルに残時間を表示してユーザーが容易に残時間を確認することが可能である。
【０００９】
しかしながら、立ち上がり途中に回転動作が行われるベルト定着方式の定着装置では、加熱ローラ、定着ローラ、加圧ローラ共１次式的な温度上昇とならないため、残時間の検出が困難であった。
このため、ユーザーに正確な残時間を認識させることができなかったり、立ち上がり動作におけるセルフチェック動作の投入の判断が困難であるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、立ち上げ時の残時間を高精度に算出できるベルト定着方式の定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置の提供を、その目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、熱源を有する加熱ローラと、定着ローラと、該加熱ローラと定着ローラ間に張架された定着ベルトと、熱源を有しているとともに該定着ベルトを介して該定着ローラに圧接し、上記加熱ローラよりも熱容量が大きく且つその熱源の出力が上記加熱ローラの熱源の出力よりも小さい加圧ローラを有し、装置の立ち上がり途中に回転動作を行うベルト定着方式の定着装置において、装置の立ち上がり終了までの残時間を、装置の立ち上がり開始時における上記加圧ローラの温度に基づいて決定する手段を有している、という構成を採っている。
【００１２】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の定着装置において、上記残時間を元に立ち上がり終了までの該残時間のカウントを行い、且つその結果を表示する、という構成を採っている。
【００１３】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の定着装置において、上記残時間に基づいて作像部でのセルフチェックが可能かどうかを判断する手段を有している、という構成を採っている。
【００１４】
請求項４記載の発明では、像担持体に形成された静電潜像を現像手段によりトナー像として可視像化し、該トナー像を記録材に転写し、該トナー像を保持した記録材をベルト定着方式の定着装置に通して定着を行う画像形成装置において、上記定着装置が、請求項１乃至３のうちの一つに記載のものである、という構成を採っている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図４に基づいて、本実施形態における画像形成装置としてのカラー複写機の全体構成及び動作について概略的に説明する。
露光手段としての書き込み光学ユニット４００は、カラースキャナ２００からのカラー画像データを光信号に変換して原稿画像に対応した光書き込みを行い、像担持体である感光体４０２上に静電潜像を形成する。該書き込み光学ユニット４００は、レーザーダイオード４０４、ポリゴンミラー４０６とその回転用モータ４０８、ｆ／θレンズ４１０や反射ミラー４１２等により構成されている。
感光体４０２は、矢印で示すように反時計回りの向きに回転され、その周囲には、感光体クリーニングユニット４１４、除電ランプ４１６、電位センサ４２０、回転式現像装置４２２のうちの選択された現像器（図４では現像器４３８）、現像濃度パターン検知器４２４、中間転写ベルト４２６等が配置されている。
【００１６】
回転式現像装置４２２は、ブラック用現像器４２８、シアン用現像器４３０、マゼンタ用現像器４３２、イエロー用現像器４３４と、角現像器を回転させる図示しない回転駆動部を有している。各現像器は、静電潜像を可視像化するために、現像剤の穂を感光体４０２の表面に接触させて回転する現像スリーブや、現像剤を汲み上げて攪拌するために回転する現像パドル等を有している。
待機状態では、回転式現像装置４２２は、ブラック現像の位置にセットされており、コピー動作が開始されると、カラースキャナ２００で所定のタイミングからブラック画像のデータの読み取りがスタートし、この画像データに基づいてレーザ光による光書き込み・静電潜像（ブラック潜像）の形成が始まる。
【００１７】
このブラック潜像の先端部から現像するために、ブラック用現像器４２８の現像位置に潜像先端部が到達する前に、現像スリーブを回転開始してブラック潜像をブラックトナーで現像する。
そして、以後、ブラック潜像領域の現像動作を続けるが、潜像後端部がブラック現像位置を通過した時点で、速やかにブラックのための現像位置から次の色んお現像位置まで、回転式現像装置４２２が回転する。当該動作は、少なくとも、次の画像データによる潜像先端部が到達する前に完了させる。
像形成サイクルが開始されると、まず、感光体４０２は矢印で示すように反時計回りの向きに、中間転写ベルト４２６は時計回りの向きに、図示しない駆動モータによって回転させられる。中間転写ベルト４２６の回転に伴って、ブラックトナー像形成、シアントナー像形成、マゼンタトナー像形成、イエロートナー像形成が行われ、最終的にブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に、中間転写ベルト４２６上に重ねられ、トナー像が形成される。
【００１８】
中間転写ベルト４２６は、駆動ローラ４４４、転写対向ローラ４４６ａ、４４６ｂ、クリーニング対向ローラ４４８及び従動ローラ群に張架されており、図示しない駆動モータにより駆動制御されるようになっている。
感光体４０２に順次形成されるブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像が中間転写ベルト４２６上で正確に順次位置合わせされ、これによって４色重ねのベルト転写画像が形成される。このベルト転写画像は転写コロナ放電器４５４により記録材（用紙）に一括転写される。
【００１９】
給紙バンク４５６内の各記録紙カセット４５８、４６０、４６２には装置本体内のカセット４６４に収容された用紙のサイズとは異なる各種サイズの用紙が収容されており、これらのうち、指定されたサイズ紙の収容カセットから、該指定された用紙が給紙コロ４６６によってレジストローラ対４７０方向に給紙・搬送される。図４において、符号４６８はＯＨＰ用紙や厚紙等のための手差し給紙トレイを示す。
像形成が開始される時期に、用紙は上記いずれかのカセットの給紙口から給送され、レジストローラ対４７０のニップ部で待機する。そして、コロナ放電器４５４に中間転写ベルト４２６上のトナー像の先端がさしかかるときに、丁度用紙先端がこの像先端に一致するようにレジストローラ対４７０が駆動され、用紙と像のレジスト合わせが行われる。
【００２０】
このようにして、用紙が中間転写ベルト４２６と重ねられて、正電位につながれたコロナ放電器４５４の上を通過する。このとき、コロナ放電電流で用紙が正電荷で荷電され、トナー画像が用紙に転写される。続いて、コロナ放電器４５４の図上左側に配置された図示しない除電ブラシの箇所を通過するときに用紙は除電され、中間転写ベルト４２６から剥離して紙搬送ベルト４７２に移る。
中間転写ベルト４２６から４色重ねトナー像を一括転写された用紙は、紙搬送ベルト４７２によりベルト定着方式の定着装置１へ搬送され、この定着装置１で熱と圧力によりトナー像を定着される。定着を終えた用紙は排出ローラ対４８０で機外へ排出され、図示しないトレイにスタックされる。これにより、フルカラーコピーが得られる。
【００２１】
次に、ベルト定着方式の定着装置１について詳細に説明する。
図１に示すように、定着装置１は、定着ローラ２と、内部に熱源としてのハロゲンヒータ４を有する加熱ローラ６と、定着ローラ２と加熱ローラ６間に張架された定着ベルト８と、定着ローラ２に対向して配置され、定着ベルト８を挟んで該定着ローラ２に図示しない圧縮スプリングの付勢力により圧接され、内部に熱源としてのハロゲンヒータ１０を有する加圧ローラ１２と、加熱ローラ６側の定着ベルト８の温度を検知するサーミスタ１４と、加圧ローラ１２の温度を検知するサーミスタ１６と、加熱ローラ６側において定着ベルト８にオイルを塗布するオイル塗布手段１８と、定着ベルト８の表面を清掃するクリーニングローラ２０等を有している。
【００２２】
加熱ローラ６は、熱伝導率の良好なアルミニウム製のパイプ（厚みが２ｍｍで外径が３０ｍｍ）で形成されており、長手方向の温度ムラを防止している。該パイプの表面には、定着ベルト８との摩擦による摩耗を抑制するためにアルマイト処理が施されている。
サーミスタ１４による検知情報は図示しない制御手段に入力される。該制御手段は、該検知情報に基づいてハロゲンヒータ４（６５０Ｗ）のオン・オフ制御を行い、加熱ローラ６の温度を１６０℃に制御している。
【００２３】
定着ベルト８は加熱ローラ６によって加熱される。加熱ローラ６と定着ベルト８の巻き付け角を十分にとっているため、回転時も定着ベルト８は加熱ローラ６とほぼ同程度に加熱される。
定着ベルト８は、耐熱性の高いポリイミド樹脂（厚み０．０５〜０．２ｍｍ）の表層に離型層としてシリコーンゴム（厚み０．１〜０．２ｍｍ）をコーティングした構成となっている。定着ベルト８の材質としてはこれに限らず、ステンレスやニッケル等の金属やゴムを採用することができる。
定着ベルト８は、定着ローラ２の両端部に設けた図示しない寄り止めリングによって、寄りを規制されている。
【００２４】
定着ローラ２は、金属製（鋼製）のパイプで形成された芯金２ａと、該芯金２ａの外周面に設けられたシリコーンゴム層２ｂを有している。定着ローラ２の外径は４０ｍｍで、シリコーンゴム層２ｂの厚みは５ｍｍである。
加圧ローラ１２は、金属製（鋼製）のパイプで形成された芯金１２ａと、該芯金１２ａの外周面に設けられたシリコーンゴム層１２ｂを有している。加圧ローラ１２の外径は４０ｍｍで、シリコーンゴム層１２ｂの厚みは２ｍｍである。サーミスタ１６による検知情報は上記制御手段に入力される。該制御手段は、該検知情報に基づいてハロゲンヒータ１０（５００Ｗ）のオン・オフ制御を行い、加圧ローラ１２の温度を１５０℃に制御している。
【００２５】
オイル塗布手段１８は、外周面をシリコーンゴムでコーティングされた供給ローラ２２と、図示しないオイル供給装置から供給されるオイルを保持（含浸）し、供給ローラ２２に塗布するフェルト２４と、供給ローラ２２上のオイルを一定量に規制するブレード２６と、外周面をシリコーンゴムでコーティングされ、供給ローラ２２から供給されたオイルを定着ベルト８に塗布する塗布ローラ２８を有している。
ブレード２６で規制された余剰オイルは、オイル受３０に溜まるようになっている。
トナー画像を保持した用紙Ｐは、入口上ガイド３２ａと入口下ガイド３２ｂにガイドされてニップ部に進入する。定着を終了した用紙Ｐは、出口ガイド３４ａと出口ガイド３４ｂにガイドされ、排紙コロ対３６により定着装置外へ排出される。
【００２６】
次に、該定着装置１の室温時からの立ち上がり時の動作を説明する。
カラー複写機の電源をオンすると、加熱ローラ６（設定温度１６０℃）のハロゲンヒータ４と、加圧ローラ１２（設定温度１５０℃）のハロゲンヒータ１０が点灯する。加熱ローラ６が１５０℃に達した時点で回転動作を開始する。このとき、加熱ローラ６の温度は９０℃程度まで落ち込む。
回転動作を続けながら、再び加熱ローラ６が１５０℃に達した時に回転動作を停止する。このとき、加圧ローラ１２の温度は１４０℃程度に達している。回転動作後、加熱ローラ６、加圧ローラ１２は各々のハロゲンヒータ４，１０によって加熱され、設定温度に達する。立ち上がり終了時間は４分である。
【００２７】
このようなベルト定着方式の定着装置では、ローラが室温時には残時間４分と推測される。しかし、電源オフ後、一定時間が経過した後（定着装置が冷めない間）の電源オン時や、ミスフィードした用紙を処理した後のリカバリー時など、ローラが室温からの立ち上がりでない場合には、立ち上がり中の加熱ローラ６、加圧ローラ１２の温度が１次式のようには上昇しないため、残時間を推測することができない。
そこで、電源オフ後、一定時間放置した後の加熱ローラ６の温度、加圧ローラ１２の温度、及びその状態からの立ち上がり時間を測定したところ、表１のような結果となった。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１に示す結果に基づいて、加熱ローラ６の温度と立ち上げ時間（立ち上がり時間）の関係を示したのが図２のグラフであり、加圧ローラ１２の温度と立ち上がり時間の関係を示したのが図３のグラフである。
図２から、加熱ローラ６の場合には１００℃付近で立ち上がり時間がばらつくことが判る。これに対して、図３に示すように、加圧ローラ１２の場合にはほぼ比例する関係にある。
この実験結果から、ベルト定着方式の定着装置においては、立ち上がり時の加圧ローラの温度から精度よく立ち上がり時間を算出することができることが判明した。
【００３０】
この実験事実を踏まえ、本実施形態では、上記制御手段は、立ち上がり終了までの残時間を、立ち上がり開始時における加圧ローラ１２の温度に基づいて決定する。
また、制御手段は、決定された残時間とセルフチェック動作の時間を比較してセルフチェック動作を実行するかどうかを判断する。例えば、セルフチェック動作に２分の時間が必要であるとすると、図３から、制御手段は、電源投入時の加圧ローラ１２の温度が約１００℃以下の時、セルフチェック動作を実行する制御を行う。制御手段の図示しないＲＯＭには予め加圧ローラ１２と立ち上がり時間の関係データテーブルが記憶されている。補正係数により演算するようにしてもよい。
また、本実施形態では、制御手段は、立ち上がり時間の残時間をカウントダウンし、その結果を図示しない操作パネルの液晶表示部に出力する構成を有している。オペレータは、表示されて刻々変化する残時間を見て、立ち上がり終了までの時間を認識することができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１又は４記載の発明によれば、立ち上がり終了までの残時間を、立ち上がり開始時における加圧ローラの温度に基づいて決定する手段を有している構成としたので、残時間を高精度に算出ないし決定することができる。
【００３２】
請求項２又は４記載の発明によれば、残時間を元に立ち上がり終了までのカウントを行い、且つその結果を表示する構成としたので、オペレータは、立ち上がり終了までの時間を正確に認識することができ、使用性の向上を図ることができる。
【００３３】
請求項３又は４記載の発明によれば、残時間に基づいて作像部でのセルフチェックが可能かどうかを判断する手段を有している構成としたので、セルフチェック動作を投入する機会を正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る定着装置の概要正面図である。
【図２】加熱ローラと立ち上がり時間の関係を示すグラフである。
【図３】加圧ローラと立ち上がり時間の関係を示すグラフである。
【図４】画像形成装置としてのカラー複写機の概要正面図である。
【符号の説明】
２ 定着ローラ
４ 熱源としてのハロゲンヒータ
６ 加熱ローラ
８ 定着ベルト
１２ 加圧ローラ
Ｐ 記録材としての用紙
４０２ 像担持体としての感光体
４２２ 現像手段としての回転式現像装置

Claims (4)

1. 熱源を有する加熱ローラと、定着ローラと、該加熱ローラと定着ローラ間に張架された定着ベルトと、熱源を有しているとともに該定着ベルトを介して該定着ローラに圧接し、上記加熱ローラよりも熱容量が大きく且つその熱源の出力が上記加熱ローラの熱源の出力よりも小さい加圧ローラを有し、装置の立ち上がり途中に回転動作を行うベルト定着方式の定着装置において、
   装置の立ち上がり終了までの残時間を、装置の立ち上がり開始時における上記加圧ローラの温度に基づいて決定する手段を有していることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   上記残時間を元に立ち上がり終了までの該残時間のカウントを行い、且つその結果を表示することを特徴とする定着装置。
3. 請求項１記載の定着装置において、
   上記残時間に基づいて作像部でのセルフチェックが可能かどうかを判断する手段を有していることを特徴とする定着装置。
4. 像担持体に形成された静電潜像を現像手段によりトナー像として可視像化し、該トナー像を記録材に転写し、該トナー像を保持した記録材をベルト定着方式の定着装置に通して定着を行う画像形成装置において、
   上記定着装置が、請求項１乃至３のうちの一つに記載のものであることを特徴とする画像形成装置。

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