JP4064393B2 - 定着装置およびそれを備える画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に好適に用いられる定着装置およびそれを備える画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いる画像形成においては、一様な電位に帯電された感光体を画像情報に応じた光で露光して静電潜像を形成し、形成された静電潜像を現像剤で現像して可視像化し、可視像化された画像を記録紙などに転写し、転写された記録紙上の現像剤を定着装置で定着させて堅牢な記録画像を形成する。

このような画像形成に用いられる定着装置は、一般的に、加熱ローラと加圧ローラとで構成され、加熱ローラに対して加圧ローラを圧接させることによって形成される両ローラの接触領域(以後、ニップ部と呼ぶことがある)へ、可視像を形成する現像剤の転写された記録紙を通過させる際、加熱ローラによる加熱と加圧ローラによる加圧とによって、未定着現像剤を溶融し固着するように構成される。

定着装置における定着動作時には、前記両ローラによるニップ部で溶融された現像剤が、記録紙上にすべて固着されずに、その一部がローラの表面に付着する、いわゆるホットオフセットの発生することがある。たとえば加熱ローラに付着した現像剤は、後続して定着される記録紙上の本来白地であるべき部分に転写されて画像欠陥を発生させる。

また、加圧ローラでは、たとえば両面印字のように、搬送される記録紙の裏面にすでに固着している現像剤が、ニップ部を通過するときに熱で再溶融し、その一部が転移し付着することがある。このように加圧ローラに付着した現像剤も画像欠陥の原因となり、また記録紙裏面汚染の原因となる。

定着装置におけるホットオフセットによる画像欠陥は、モノクロ印字の場合、形成画像の白地かぶりまたは記録紙裏面汚れなど許容し得る範囲の欠陥にとどまることもあるけれども、フルカラー印字の場合、所定の色とは異なる色の現像剤が前記両ローラから転写されるので実用上許容し得ない欠陥になることが多い。

このような問題を解決する従来技術に、定着装置に備わる前記両ローラにローラクリーニング手段を設けるものがある(特許文献1参照)。

図11は従来技術の定着装置に備わるローラクリーニング手段1の構成を簡略化して示す図である。この図11では、定着装置のうち加熱ローラ2に設けられるローラクリーニング手段1を図示する。

ローラクリーニング手段1は、予め巻きまわされた帯状の清掃部材3を送出す送出ローラ4と、送出ローラ4から送出される清掃部材3を巻取る巻取ローラ5と、送出ローラ4と巻取ローラ5との間に清掃部材3を加熱ローラ2に対して押圧するように設けられる圧接ローラ6(ウェブ圧接ローラとも呼ばれる)とを含む構成である。

ローラクリーニング手段1は、巻取ローラ5および送出ローラ4と圧接ローラ6とを回転させずに静止させた状態で清掃部材3を矢符7方向に回転駆動する加熱ローラ2に対して押圧し、加熱ローラ2と清掃部材3とを摺擦させることによって、加熱ローラ2の外周面に溶融状態で付着した現像剤8aを除去し、除去した現像剤8bをほぼ溶融状態のまま圧接ローラ6と巻取ローラ5との間に位置する清掃部材3と加熱ローラ2の表面とで形成される間隙に貯留する。

前記間隙に貯留される現像剤8bが過剰に蓄積されると、清掃能力が低下するので、貯留される現像剤8bがある程度の量に達したとき、ローラクリーニング手段1は、送出ローラ4を矢符10方向に回転させて清掃部材3を送出すとともに、圧接ローラ6を矢符11方向に回転させ、さらに巻取ローラ5を矢符9方向に巻取動作させて清掃部材3を巻取り、現像剤8bを清掃部材3に付着させた状態で加熱ローラ2表面から離脱させる。

この送出ローラ4による清掃部材3の送出量が少ないと、清掃部材3のクリーニングに1度使用した部分を清浄な部分に更新しきることができないので、清掃部材3を送出すにも関らず清掃能力を充分に回復することができない。また清掃部材3の送出量が多すぎると、不要に清浄な清掃部材3を消費することになるので、ランニングコストがかさむことになる。

また送出ローラ4による清掃部材3の送出量に対して、巻取ローラ5による巻取量が少ないと、送出された清掃部材3が、送出ローラ4と巻取ローラ5との間でたるむことになり充分な清掃能力を発揮することができなくなる。逆に送出ローラ4による清掃部材3の送出量に対して、巻取ローラ5による巻取量が多いと、清掃部材3に過度の張力が負荷されることになり、甚だしい場合、清掃部材3の破断に至ることがある。

このように、クリーニング手段1においては、清掃部材3の送出量および巻取量の制御は極めて重要であるにも関らず、特許文献1には、これらについて全く開示も示唆もされていない。

特開2003−107952号公報

本発明の目的は、帯状の清掃部材を定着ローラ(加熱ローラもしくは加圧ローラ)に圧接してクリーニングするに際し、清掃部材の送出量および巻取量が好適になるように制御することのできる定着装置およびそれを備える画像形成装置を提供することである。

本発明は、未定着現像剤による画像が形成された記録媒体を、一対の回転体である定着ローラで形成される圧接部に通過させることによって、未定着現像剤を記録媒体上に溶融し固着する定着装置において
着ローラの少なくともいずれか一方に当接するように設けられて定着ローラの表面を清掃する帯状の清掃部材と
掃部材が当接される定着ローラに対して清掃部材を押圧し、押圧部であるニップ部を形成するように設けられる圧接ローラと
めコイル状に巻きまわされた帯状の清掃部材を送出す送出ローラと、
出ローラから送出されて定着ローラ表面を清掃した清掃部材を巻取る巻取ローラと、
圧接ローラと巻取ローラとの間および送出ローラと圧接ローラとの間に、清掃部材に当接するようにそれぞれ設けられ、少なくとも清掃部材に当接する部分が、金属から成るガイドローラと、
巻取ローラの外周部に設けられて巻取られる清掃部材の表面上に存在する現像剤を除去する現像剤除去手段と、
送出ローラが1回の送出し機会に清掃部材を送出す送出量と、巻取ローラが1回の巻取り機会に清掃部材を巻取る巻取量との和が、圧接ローラの周方向におけるニップ部の長さの2倍以上になるように、送出ローラおよび巻取ローラの回転動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする定着装置である。

また本発明は、制御手段は、
送出ローラが1回の送出し機会に清掃部材を送出す送出量と、巻取ローラが1回の巻取り機会に清掃部材を巻取る巻取量とを、送出ローラと巻取ローラとの回転時間をそれぞれ制御することによって設定することを特徴とする。

また本発明は、制御手段は、
送出ローラが1回の送出し機会に清掃部材を送出す送出量と、巻取ローラが1回の巻取り機会に清掃部材を巻取る巻取量とが等しくなるように、送出ローラおよび巻取ローラの回転時間をそれぞれ制御することを特徴とする。

また本発明は、制御手段は、
巻取ローラの回転時間が、1回の送出し機会に送出ローラによって送出される清掃部材の送出量に等しい量を1回の巻取り機会で巻取るために要する回転時間よりも、短くなるように巻取ローラの回転動作を制御することを特徴とする。

また本発明は、電子写真方式で印字画像を形成する画像形成装置であって、前記いずれか1つの定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、定着装置に備わる制御手段は、送出ローラが1回の送出し機会に清掃部材を送出す送出量と、巻取ローラが1回の巻取り機会に清掃部材を巻取る巻取量との和が、圧接ローラの周方向におけるニップ部の長さの2倍以上になるように、送出ローラおよび巻取ローラの回転動作を制御する。このことによって、1回の送出し/巻取りの機会ごとに、ニップ部の長さ以上の清掃部材が送出されかつ巻取られるので、充分な長さの清浄な清掃部材をニップ部に供給して、清掃能力を確実に回復することが可能になる。
さらに、巻取ローラの外周部に設けられて巻取られる清掃部材の表面上に存在する現像剤を除去する現像剤除去手段が含まれる。巻取られる清掃部材に付着する現像剤を現像剤除去手段で除去クリーニングすることによって、清掃部材自体を清浄な状態にすることができるので、巻取量の精度を向上することができるとともに清掃部材を繰返し利用することが可能になる。

また本発明によれば、制御手段は、回転時間を制御することによって、送出ローラが1回の送出し機会に清掃部材を送出す送出量と、巻取ローラが1回の巻取り機会に清掃部材を巻取る巻取量とを設定する。ローラの回転速度を一定にするとき、上記のようにローラの回転時間を制御することによって、清掃部材の送出量および巻取量を高い精度で設定することが可能になる。

また本発明によれば、制御手段は、送出ローラが1回の送出し機会に清掃部材を送出す送出量と、巻取ローラが1回の巻取り機会に清掃部材を巻取る巻取量とが等しくなるように、送出ローラおよび巻取ローラの回転時間をそれぞれ制御するので、送出量と巻取量とを高い精度で一致させることが可能になる。

また本発明によれば、制御手段は、巻取ローラの回転時間が、1回の送出し機会に送出ローラによって送出される清掃部材の送出量に等しい量を1回の巻取り機会で巻取るために要する回転時間よりも、短くなるように巻取ローラの回転動作を制御する。このことによって、巻取られる清掃部材に現像剤が付着して清掃部材の見掛けの厚さが増加、すなわち巻取ローラの巻取半径が清掃部材の厚さのみによる増加分を超えて増加する場合であっても、送出量と見掛け上等しい量の清掃部材を巻取ることができるので、清掃部材に過度の張力が負荷されることを防止できる。

また本発明によれば、上記いずれか1つの定着装置が備えられるので、長期にわたってホットオフセットによる画像不良を生じることなく画像形成することのできる画像形成装置が実現される。

図1は本発明の実施の一形態である定着装置20の構成を簡略化して示す図であり、図2は図1に示す定着装置20の加熱ローラ21付近の拡大図である。

定着装置20は、1対の回転体から成り定着ローラを構成する加熱ローラ21および加圧ローラ22と、加熱ローラ21および加圧ローラ22のそれぞれに当接するように設けられて定着ローラの表面を清掃する帯状の清掃部材23と、清掃部材23が当接される定着ローラに対して清掃部材23を押圧し、押圧部であるニップ部32を形成するように設けられる圧接ローラ24と、予めコイル状に巻きまわされた帯状の清掃部材23を送出す送出ローラ25と、送出ローラ25から送出されてローラ表面を清掃した清掃部材23を巻取る巻取ローラ26と、送出ローラ25を回転駆動させる送出ローラ駆動部83と、巻取ローラ26を回転駆動させる巻取ローラ駆動部84と、送出ローラ25が1回の送出し機会に清掃部材23を送出す送出量と、巻取ローラ26が1回の巻取り機会に清掃部材23を巻取る巻取量との和が、清掃部材23の送出方向におけるニップ部32の長さLnの2倍以上になるように、送出ローラ25および巻取ローラ26の回転動作、より厳密には送出ローラ駆動部83および巻取ローラ駆動部84の動作を制御する制御手段54と、さらに圧接ローラ24と巻取ローラ26との間に清掃部材23に当接するように設けられる第1ガイドローラ27と、送出ローラ25と圧接ローラ24との間に清掃部材23に当接するように設けられる第2ガイドローラ28とを含む。

定着装置20には、不図示であるけれども、加熱ローラ21に備わる熱源である加熱ヒータ29a,29bに電力を供給するヒータ制御電源、加熱ローラ21の温度を検出する温度センサ、加圧ローラ22を加熱ローラ21に対して押圧する押圧手段、加熱ローラ21および加圧ローラ22を回転駆動させる駆動手段など、公知の定着装置に備えられるのと同様の各部が備えられる。

定着装置20は、たとえば電子写真方式の画像形成装置に搭載されて、未定着現像剤による画像が形成された記録媒体を、加熱ローラ21と加圧ローラ22とで形成されるニップ部に通過させることによって、未定着現像剤を記録媒体上に溶融し固着する定着に用いられる。

上記の定着装置20を構成する各部のうち、清掃部材23と、送出ローラ25と、圧接ローラ24と、巻取ローラ26と、送出ローラ駆動部83と、巻取ローラ駆動部84と、第1および第2ガイドローラ27,28とは、定着ローラの表面に付着する現像剤を除去清掃する定着ローラクリーニング手段30を構成する。

本実施形態の定着装置20では、定着ローラクリーニング手段30が、加熱ローラ21側と加圧ローラ22側との両方に設けられるけれども、その構成を同じくするので、加熱ローラ21側に設けられる定着ローラクリーニング手段30を代表例として構成を説明し、加圧ローラ22側に設けられる定着ローラクリーニング手段30については説明を省略する。

清掃部材23は、帯状の巻取り巻戻し可能な長い部材であり、加熱ローラ21の表面に溶融状態で付着している現像剤31aを、微細な空間である空気層および/または空気間隙内に含浸(吸引)することができるような構造を有し、定着温度である200℃程度の温度における耐熱性を備えるものが用いられ、たとえばノーメックスペーパ(商品名)などが好適である。

圧接ローラ24は、加熱ローラ21に押圧される際にある程度変形し、加熱ローラ21との間にニップ部32が形成されるように、少なくとも最外層が耐熱性を有する弾性素材によって形成される。圧接ローラ24は、その軸線が加熱ローラ21の軸線と平行になるように、かつ加熱ローラ21との間に介在させる清掃部材23を、不図示の押圧手段によって加熱ローラ21の表面に押圧するように設けられる。

送出ローラ25は、リール状の部材であり、予め定める長さの清掃部材23が巻きまわされている。送出ローラ25は、送出ローラ駆動部83に接続され、送出ローラ駆動部83によって、可逆回転可能に構成される。送出ローラ駆動部83は、たとえばステッピングモータなどのように回転量が高精度で制御可能な電動機によって構成され、本実施の形態では回転速度が一定で、制御部54からの動作指令によって回転時間制御されて送出ローラ25の回転量(回転角度)を定める。

巻取ローラ26は、送出ローラ25と同様のリール状の部材であり、送出ローラ25から送出され、圧接ローラ24で加熱ローラ21に押圧されて現像剤31aを清掃した清掃部材23を巻取る。巻取ローラ26は、巻取ローラ駆動部84に接続され、巻取ローラ駆動部84によって、可逆回転可能に構成される。なお、巻取ローラ駆動部84も送出ローラ駆動部83と同様に構成される。

制御手段54である制御部は、たとえば中央処理装置(CPU)を備える処理回路である。この制御部54は、定着装置20の専用処理回路として設けられる構成であってもよく、また定着装置20が搭載される後述の画像形成装置50の制御部が兼用されてもよい。図3は、定着装置20が画像形成装置50に搭載され、画像形成装置50に備わる制御部54が定着装置20の制御部をも兼ねる場合について、電気的構成を示すブロック図である。

制御部54には、メモリ31と計時部32とが備わり、メモリ31には定着装置20の全体動作を制御するためのプログラムが予め格納されるとともに、送出ローラ25および巻取ローラ26を回転駆動制御するための後述するテーブルデータが格納される。また計時部32は、制御部54に接続される送出ローラ駆動部83および巻取ローラ駆動部84を回転時間制御するための時間を計測して出力する。

図1および図2に戻って、第1および第2ガイドローラ27,28は、たとえば鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などの熱伝導性に優れる金属製のローラであることが好ましい。第1および第2ガイドローラ27,28が熱伝導性に優れる金属から成ることによって、加熱ローラ21の表面を清掃した清掃部材23がガイドローラに接して通過する際、清掃部材23に付着している溶融または軟化状態にある現像剤31bを、ガイドローラへ伝熱損失させることによって容易に固化することができるからである。

第1および第2ガイドローラ27,28は、圧接ローラ24と巻取ローラ26との間、また圧接ローラ24と送出ローラ25との間に張架される清掃部材23をさらに張出すことができるような位置に配置され、好ましくは加熱ローラ21の軸線に垂直な断面において、第1ガイドローラ27と第2ガイドローラ28とに張架される清掃部材23の形成する直線が、加熱ローラ21の外周面に対する接線方向に延びるような位置に配置される。

このように、清掃部材23が、加熱ローラ21の接線方向に延びるように、第1および第2ガイドローラ27,28を配置することによって、清掃部材23に加えられる張力の安定性が向上し、巻取動作中の清掃部材23の振動が抑制されるので、清掃部材23によって除去された現像剤31bが、巻取始動時に清掃部材23から離脱して加熱ローラ21に再付着することが防止されて優れたクリーニング性能が発現される。

以下定着ローラクリーニング手段30の動作について簡単に説明する。送出ローラ25から清掃部材23を送出し、第2ガイドローラ28に張架させた後、圧接ローラ24と加熱ローラ21との間で形成されるニップ部32を通過させ、第1ガイドローラ27に張架させて清掃部材23の先端部を巻取ローラ26に噛込ませて巻取る。

清掃部材23に若干の張力が加えられた状態で送出ローラ25の送出動作と巻取ローラ26の巻取動作とを停止し、清掃部材23が静止した状態で、加熱ローラ21が回転動作することによって加熱ローラ21表面と清掃部材23とが摺接し、清掃部材23が加熱ローラ21の表面を清掃する。ある程度の現像剤31aを清掃したとき、送出ローラ25から清掃部材23を矢符35方向に送出し、巻取ローラ26が清掃部材23を矢符36方向に巻取る。すなわち送出ローラ25および巻取ローラ26は、間欠回転駆動する。

この間欠回転駆動において、制御部54が、送出ローラ25が1回の送出し機会に清掃部材23を送出す送出量と、巻取ローラ26が1回の巻取り機会に清掃部材23を巻取る巻取量との和が、圧接ローラ24の周方向におけるニップ部32の長さLnの2倍以上になるように、送出ローラ25および巻取ローラ26の回転動作を制御する。ここで、清掃部材23の送出量および巻取量とは、清掃部材23が送出される方向および巻取られる方向の長さのことを言う。

本発明の定着装置では、1回の送出し/巻取り機会における送出量と巻取量との和が、ニップ部32の長さLnの2倍以上であり、かつ送出量と巻取量とが基本的に等しくなるように制御される。したがって、送出量と巻取量とは、それぞれ前記長さLn以上になるので、送出し/巻取り機会ごとに、清掃部材23の未使用部分を確実にニップ部32へ送ることが可能であり、清掃部材23による清掃性能を確実に回復することができる。

送出ローラ25による送出量と巻取ローラ26による巻取量とをそれぞれニップ部長さLn以上にする制御は、制御部54が、送出ローラ25と巻取ローラ25との回転時間を制御することによって実現される。

図4は、制御部54による送出ローラ25および巻取ローラ26の回転時間制御の概要を示す図である。以下図4を参照して制御部54による送出ローラ25および巻取ローラ26の回転時間制御について説明する。

定着装置20に設けられる送出ローラ25および巻取ローラ26の半径rが常に一定とし、初期状態すなわち未使用状態の清掃部材23が巻きまわされた送出ローラ25の半径をR1とし、清掃部材23も常に同一のものを使用しその厚さをtとする。

このような設定下で、1回の機会における送出量および巻取量をそれぞれL(≧Ln)とすると、たとえば清掃部材23が巻きまわされた送出ローラ25を交換した場合のような初期状態では、第1回目(n=1)の送出し/巻取り機会において送出量Lを送出すために必要な送出ローラ25の回転角度θ1は、式[θ1=360度×L/(2πR1)]によって与えられ、巻取量Lを巻き取るために必要な巻取ローラ26における不図示の回転角度θは、式[θ=360度×L/(2πr)]で与えられる。

たとえば図4(b)に示すような任意の第n回目における送出ローラ25の回転角度θ2および巻取ローラ26の回転角度θ3は、送出し/巻取りの実行回数nの関数として定めることができる。

仮に、初期状態における送出ローラ25の回転角度θ1=60度とすると、送出し/巻取りを回数n=6回実行することによって送出ローラ25が1回転し、清掃部材23が1周分だけ送出された状態になるので、送出ローラ25の半径が(R1−t)になる。一方、巻取ローラ26側では、巻取ローラ26の半径が、[r+t・2πR1/(2πr)]に増加する。

同様にして、任意の第n回目における送出ローラ25の半径R2も送出し/巻取りの実行回数nの関数f(n)として求めることができ、巻取ローラ26の半径R3も送出し/巻取りの実行回数nの関数F(n)として求めることができる。送出ローラ25の半径R2および巻取ローラ26の半径R3が、求まることによって、送出量Lおよび巻取量Lをそれぞれ送出し/巻取りするために必要な回転角度θ2は、[360度×L/(2πR2)]で与えられ、回転角度θ3は、[360度×L/(2πR3)]で与えられる。上記のように半径R2,R3がそれぞれ送出し/巻取りの実行回数nの関数として与えられるので、回転角度θ2,θ3もnの関数として得られる。

定着装置20では、送出ローラ駆動部83および巻取ローラ駆動部84を構成する電動機の回転速度を一定にし、制御部54が計時部32による計時に従って、送出ローラ25および巻取ローラ26がそれぞれ所望の回転角度θ2,θ3になるように回転時間で制御する。前述したメモリ31に格納されるテーブルデータは、送出ローラ25と巻取ローラ26とのそれぞれについて、実行回数nと、回転角度および該角度だけ回転させるための所要回転時間に関するテーブルデータである。

図5は、メモリ31に格納されるテーブルデータを例示する図である。図5では、送出ローラ25および巻取ローラ26の基準径r=6mm、初期状態の送出ローラ25の巻きまわし径R1=20mm、ニップ幅Ln=10mm、送出量および巻取量=10.5mmの場合についてのテーブルデータを例示する。

実行回数1回目のnでは、送出ローラ25の回転角度が60度で回転駆動時間が1.0秒であり、巻取ローラ26の回転角度が200度で回転駆動時間が3.33秒である。同様にして、送出ローラ25と巻取ローラ26との巻きまわし径がほぼ等しくなる実行回数n回目では、送出ローラ25および巻取ローラ26のいずれも回転角度が93度で回転駆動時間が1.55秒であり、送出ローラ25がほとんどすべての清掃部材23を送出した状態の実行回数n回目では、送出ローラ25の回転角度が200度で回転駆動時間が3.33秒であり、巻取ローラ26の回転角度が60度で回転駆動時間が1.0秒である。

図5に示す回転時間は、あくまでも例示であり、送出ローラ駆動部83および巻取ローラ駆動部84として用いる電動機が設定される回転速度に応じて変化することは言うまでもない。また、送出ローラ25および巻取ローラ26の回転角度の制御を、送出ローラ駆動部および巻取ローラ駆動部の回転時間を一定にして回転速度を変化させて制御することも可能である。しかしながら、回転速度制御は、電動機に流す電流値を変化させて行うのが一般的であるが、回転速度を一定にして回転時間制御するのに比べて制御精度が低いので、本実施形態の定着装置20のように回転時間制御することが好ましい。

上記では、送出した清掃部材23と定着ローラをクリーニングした後に巻取られる清掃部材23との厚さが同じ場合の回転駆動時間制御について例示したが、定着装置20の実操業においては、定着ローラをクリーニングした後巻取られる清掃部材23に現像剤31bが付着し、清掃部材23の見掛けの厚さが増加することがある。

清掃部材23の見掛け厚さが増加すると、清掃部材23の厚さtが変化しない状態で巻取りを継続する場合の巻取半径に比べて、巻取ローラ26の巻取半径が清掃部材23の厚さのみによる増加分を超えて大きくなる。したがって、たとえば図5に示すようなテーブルデータに従って得られる回転角度だけ巻取ローラ26を回転させると、送出ローラ25による送出量を超えて清掃部材23が巻取られるので、清掃部材23に過度の張力が負荷されるようになり好ましくない。

このような清掃部材23に対する過度の張力負荷を防止するために本発明では以下の変形が許される。制御部54は、巻取ローラ26の回転時間が、1回の送出し機会に送出ローラ25によって送出される清掃部材23の送出量に等しい量を1回の巻取り機会で巻取るために要する回転時間よりも、短くなるように巻取ローラ26の回転動作を制御する。

このことによって、巻取られる清掃部材23に現像剤が付着して清掃部材23の見掛けの厚さが増加、すなわち巻取ローラ26の巻取半径が清掃部材23の厚さ増加分を超えて増加する場合であっても、送出量と見掛け上等しい量の清掃部材23を巻取ることができるので、清掃部材23に過度の張力が負荷されることを防止できる。

巻取ローラ26の回転時間を短縮する制御は、使用する現像剤の種類、定着設定温度などに基づいて、現像剤の付着による清掃部材23の見掛けの厚さ増加量を経験的に求め、たとえば図5のテーブルデータに類似のテーブルデータを予め作成しておくことによって実現できる。

また、巻取ローラ26の回転時間を短縮する制御に代えて、巻取られる清掃部材23に付着している現像剤31bを除去することによって、清掃部材23の見掛けの厚さ増加を防止することもできる。

図6は、本発明の実施の第2形態である定着装置40の構成を簡略化して示す図である。本実施の形態の定着装置40は、実施の第1形態の定着装置20に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。

定着装置40において注目すべきは、定着ローラクリーニング手段30の巻取ローラ26の外周部に、巻取られる清掃部材23の表面上に存在する現像剤31bを除去する現像剤除去手段41が設けられることである。

現像剤除去手段41は、巻取ローラ26に巻取られる清掃部材23にその一端部が当接するように設けられるブレード部材42と、ブレード部材42が清掃部材23の表面から除去した現像剤を回収する回収容器43とを含んで構成される。

ブレード部材42は、弾性を有する金属または樹脂などから成る板状部材であり、巻取ローラ26の軸線方向に延びて、前記軸線に直交する方向の一端部が、巻取ローラ26に巻取られる清掃部材23に当接し、他端部が定着装置40の本体に装着される。回収容器43は、外形が略直方体状であって一面に開口部の形成される中空の容器であり、前記ブレード部材42によって清掃部材23の表面から除去された現像剤が開口部を通して回収されるように配置されて定着装置40の本体に装着される。

このような本実施形態の定着装置40によれば、加熱ローラ21(加圧ローラ22でも同様)の表面から清掃部材23によって除去された溶融状態の現像剤31bは、清掃部材23が巻取ローラ26で巻取られるとき、第1ガイドローラ27に摺接して巻取られるので、第1ガイドローラ27への伝熱損失によって容易に固化する。現像剤除去手段41は、固化状態の現像剤31bを清掃部材23から清掃除去するので、極めて容易に除去することができる。このように、巻取ローラ26に巻取られる清掃部材23は、現像剤除去手段41で付着している現像剤31bを除去されるので、その厚さがtのままで維持される。

したがって、巻取ローラ26は、巻取られる清掃部材23の巻取形状を、その厚さtによって算出できる正確な円筒状にすることができる。すなわち、清掃部材23上の現像剤31bが除去されないまま巻取られると、現像剤31bを巻込むことによって、清掃部材23の見掛け厚さが増加し、巻取ローラ26の巻取半径が清掃部材23の厚さのみによる増加分を超えて大きくなるけれども、現像剤除去手段41を設けることによって、このような問題を解決することが可能であり、前述の図5のようなテーブルデータに従って回転駆動時間制御を行うことができる。

図7は、本発明の他の実施形態である画像形成装置50の構成を簡略化して示す図である。画像形成装置50には、実施の第2形態の定着装置40が備えられる。本実施の形態において例示される画像形成装置50は、電子写真方式のプリンタである。なお、図7では、定着装置40が小さく図示されるので、現像剤除去手段41については図示を省略する。

画像形成装置50は、大略、画像形成装置50の各部に電力を供給する電源装置51と、画像が形成記録される記録媒体である記録紙を供給する用紙供給部52と、画像形成ユニット53と、定着装置40と、外部機器からの画像情報を受入れるとともに画像形成装置50の全体動作を制御する制御部54と、排紙部55と、用紙供給部52から排紙部55へ至る記録紙の搬送をつかさどる用紙搬送系56とを含む構成である。

用紙供給部52は、記録紙を収容する供給トレイ61と、供給トレイ61に収容される記録紙を一枚ずつ用紙搬送系56に送出すためのピックアップローラ62とを備える。なお、用紙供給部52の下方であって画像形成装置本体の下方に、周辺装置として多段用紙トレイを含む用紙供給装置および大量の用紙を収容できる大容量用紙供給装置などが配設されてもよい。このような周辺装置が設けられる場合、周辺装置からの記録紙は、用紙受入部63および拡張用紙受入部64から画像形成装置本体へ供給される。

画像形成ユニット53は、用紙供給部52の上方に配置され、感光体65と、感光体65の外周面に沿って配設される帯電装置66と、光走査ユニット67と、現像ユニット68と、転写装置69と、クリーニングユニット70と、除電ランプ71とを含む。

帯電装置66は、光走査ユニット67によって露光される前の感光体65の表面を均一に帯電させる。光走査ユニット67は、均一に帯電された感光体65上に画像情報に応じた光を走査して静電潜像を形成する。現像ユニット68は、感光体65の表面に形成された静電潜像に対して現像剤供給容器72内の現像剤を供給して可視化された現像剤像を形成する。

転写装置69は、用紙搬送系56における感光体65の上流側に設けられるレジストローラ73によって、感光体65上の現像剤像形成位置に整合するようにタイミングを調整して供給される記録紙に、現像剤像を転写する。

クリーニングユニット70は、記録紙に転写されることなく感光体65に残留する残留現像剤を除去する。除電ランプ71は、感光体65表面の電荷を除去することによって、次に帯電装置66によって均一に帯電することに備える。

用紙搬送系56における転写装置69の下流側に定着装置40が設けられ、記録紙上に転写された現像剤像が定着されて堅牢な記録画像が形成される。

用紙搬送系56における定着装置40のさらに下流側には、搬送ローラ74と切換ゲート75とが配設される。搬送ローラ74は、定着装置40を通過した記録紙を用紙搬送系56のさらに下流側に搬送する。切換ゲート75は、搬送ローラ74によって搬送される記録紙が搬送されるべき搬送路を選択的に開放する。排紙部55は、用紙搬送系56における切換ゲート75のさらに下流側に設けられる排紙ローラ76と、排紙ローラ76によって画像形成装置本体の外方に排出される記録紙を載置する排紙トレイ77とを含む。

制御部54は、前述のように画像形成装置50の制御部かつ定着装置40の制御部でもあり、記憶手段であるメモリ31、計時部32、また不図示の外部機器からの画像情報を受入れるインタフェースなどが付帯される。制御部54は、定着装置40の動作制御も含めて画像形成装置50の全体動作を制御する。制御部54のメモリ31には、画像形成装置50の全体動作を制御するためのプログラムおよび動作制御条件が予めストアされる。

以下画像形成装置50における画像形成動作について説明する。たとえばパーソナルコンピュータなどの外部機器によって生成された画像情報が、インタフェースを介して制御部54に与えられ、該画像情報は制御部54のメモリ31に格納される。制御部54は、メモリ31から画像情報を読出し、変換処理などの画像処理を行った後、光走査ユニット67に送る。光走査ユニット67は、帯電装置66によって一様な電位に帯電された感光体65の表面を、画像情報に応じた光で露光し、静電潜像を形成する。

感光体65表面に形成された静電潜像は、現像ユニット68で現像されて現像剤像となる。転写装置69は、用紙供給部52から供給されてレジストローラ73でタイミング調整して送込まれる記録紙上に、感光体65に形成された現像剤像を転写させる。現像剤像が転写された記録紙は、定着装置20で定着され、その後排紙ローラ76によって排紙トレイ77へ排出される。

一方、転写装置69によって現像剤像が離脱された感光体65は、クリーニングユニット70で残留現像剤がクリーニングされ、除電ランプ71で除電される。画像形成装置50は、上記の画像形成動作を繰返すことができる。

画像形成装置50に搭載される定着装置40は、記録紙上の現像剤を溶融軟化させて定着させるように動作するけれども、複数の記録紙に対する定着動作の繰返しによって、定着ローラに現像剤が付着するので、前述のように定着ローラクリーニング手段30の清掃部材23で定着ローラを清掃する。さらに清掃によって清掃部材23と定着ローラとの間隙に、定着ローラから除去した現像剤がある程度蓄積されると、送出ローラ25および巻取ローラ26が、前述の時間制御によって回転駆動される。送出ローラ25および巻取ローラ26それぞれの回転時間によって定まる送出量および巻取量だけ、清掃部材23が送出されかつ巻取られることによって、清掃部材23の清浄な部分が定着ローラに新たに摺接される。このことによって、清掃部材23の清掃能力が回復し、定着ローラの清掃を長期にわたって継続することができる。このように、送出ローラ25および巻取ローラ26が時間制御によって回転駆動される動作は、間欠回転動作である。

送出ローラ25と巻取ローラ26とが、間欠回転動作を開始するタイミング、すなわち送出および巻取動作を間欠的に実行するタイミングは、清掃部材23と定着ローラとの間隙に蓄積される現像剤量に依存する。蓄積される現像剤量は、定着装置40を通過して定着される記録紙上の現像剤量にほぼ比例するので、記録紙のサイズと該記録紙に対する印字比率とによって求めることができる。

したがって、定着装置40が搭載される画像形成装置50では、記録紙のサイズと該記録紙に対する印字比率とを指標として、定着装置40の清掃部材23を巻取るタイミングを定めて送出ローラ25と巻取ローラ26とを時間制御で回転駆動させる。

図3に戻って、画像形成装置50に搭載される定着装置40の間欠回転動作について説明する。図3は、定着装置40の間欠回転動作に係る電気的構成をも示す。定着装置40を備える画像形成装置50では、形成される印字画像の印字比率を検出する印字比率検出手段81と、印字画像が記録される記録紙の大きさを検出するサイズ検出手段82とが、設けられる。制御部54は、印字比率検出手段81およびサイズ検出手段82の検出出力に応答し、定着装置40に備わる巻取ローラ26および送出ローラ25の間欠回転の回転動作開始のタイミングと、回転時間とを制御する。なお、制御部54には、図3に示す各部以外に、画像形成装置50を動作させるための各種の入力系と出力系とが接続されるけれども、図の煩雑さを避けるために省略する。

画像形成装置50では、画像情報が、たとえばパーソナルコンピュータなどの外部機器からデジタルデータとして制御部54に与えられ、画像の印字比率は該画像情報に含まれるので、画像情報を受信した制御部54が、画像情報の印字比率を検出することができる。したがって、本実施の形態では、制御部54が印字比率検出手段81をも兼ねる。

また、パーソナルコンピュータから、画像情報が印字指令を伴って制御部54に与えられるときには、印字指令に係る情報に画像を形成するべき記録紙の大きさが含まれるので、同じく制御部54で記録紙の大きさを検出することができる。また、制御部54のメモリ31に一旦ストアした画像情報を画像形成装置50側で読出して画像形成するとき、たとえば操作者が画像形成装置50の操作部から印字要求を入力して画像形成するときには、入力される印字要求情報には記録紙の大きさが含まれるので、該印字要求情報を受信する制御部54が記録紙の大きさを検出することができる。したがって、本実施の形態では、制御部54がサイズ検出手段82をも兼ねる。

制御部54が兼ねる印字比率検出手段81とサイズ検出手段82とが検出する画像情報の印字比率と画像形成されるべき記録紙のサイズとに基づいて、制御部54が、送出ローラ25と巻取ローラ26との回転動作開始のタイミングを決定し、かつ前述の図5に示すテーブルデータに基づいて送出ローラ25と巻取ローラ26とを回転駆動させるべき時間を決定し、計時部32から出力される計測時間に従って送出ローラ駆動部83と巻取ローラ駆動部84とに対して、回転動作指令を出力する。

なお、画像形成装置50における定着装置40の動作に係る電気的構成には、定着ローラに設けられる温度センサ85と、加熱ローラ21の熱源29a,29bに対する電力供給をON/OFFするヒータ制御電源86とが含まれる。温度センサ85による定着ローラの温度検出結果が、制御部54に入力され、制御部54が、ヒータ制御電源86の動作を制御することによって、定着ローラの温度が所望の温度になるようにする。

以下、制御部54による回転動作開始のタイミングを決定する1手法について例示する。本実施形態の画像形成装置50では、印字比率と、該印字比率で印字される記録紙の大きさとを指標として、送出ローラ25および巻取ローラ26の回転動作を開始するタイミングを決定する。

前述のように定着ローラに当接される清掃部材23に蓄積される現像剤量は、定着装置40を通過して定着される記録紙上の現像剤量にほぼ比例するので、記録紙の大きさが同じ場合、印字比率の高い方が早く現像剤が蓄積される。また印字比率が同じ場合、記録紙の大きい方が早く現像剤が蓄積される。

したがって、記録紙の大きさと、該記録紙に対する印字比率とに対して、重み付けのための係数を乗算し、標準サイズの記録紙に対して標準の印字比率で印字した場合に換算することによって、現像剤の蓄積量、換言すれば清掃部材23の汚れの程度を知る指標とすることができる。この指標値を積算し、該積算値が、清掃部材23の清掃限界として予め定める基準値以上になったとき、清掃部材23を送出しかつ巻取ることによって、清掃部材23の清浄な部分を新たに定着ローラに当接させて清掃能力を回復させることができる。

画像形成装置50では、制御部54に備わるメモリ31に、記録紙の大きさと該記録紙に対する印字比率とを、標準サイズの記録紙に対して標準の印字比率で印字した場合に換算するためのテーブルデータが予めストアされている。制御部54は、サイズ検出手段82で検出した記録紙の大きさと、印字比率検出手段81で検出した印字比率とに応じ、上記テーブルデータに基づいて標準指標値を求め、次いで標準指標値を積算して積算値を求め、さらに積算値を予め定める基準値と比較して、積算値が基準値以上になるとき、送出ローラ駆動部83と巻取ローラ駆動部84とに動作指令を出力して、送出ローラ25と巻取ローラ26とを時間制御して回転駆動させて清掃部材23を送出しかつ巻取る。

図8および図9は記録紙のサイズと印字比率とを標準指標値に換算するテーブルデータを例示する図である。本実施の形態の画像形成装置50においては、日本工業規格(JIS)P0138に規定されるA4サイズの紙を横搬送して定着する場合を標準としている。

図8では、種々のサイズの紙に対する印字を、標準指標とするA4サイズ横搬送に換算するための換算率を示し、図9では、A4サイズ横搬送に換算された値を、さらにA4サイズ横搬送内において、標準として選択する印字比率5%以下に換算するための換算率を示す。

以下制御部54における積算値の演算について例示する。たとえば、まさに定着装置40を通過させる記録紙が、サイズA3で印字比率が8〜12%であるとき、これを標準指標値に換算する。まずA3サイズの紙は、図8に示すテーブルデータに基づいて、換算率:2.00を乗算してA4横搬送における印字比率8〜12%の記録紙2枚に換算される。次に、図9に示すデーブルデータに基づいて、A4横搬送における印字比率8〜12%を、A4横搬送で印字比率5%以下に換算する換算比率:2.00を乗算して、記録紙4枚に換算される。このようにして、A3で印字比率が8〜12%の記録紙1枚が定着されるとき、標準指標値であるA4横搬送で印字比率が5%以下の記録紙4枚に換算される。

このようにして定着装置40で記録紙が1枚定着されるごとに、制御部54では標準指標値に換算し、該換算値を積算する演算を行って積算値を求める。この積算値が前記基準値以上になるとき、制御部54が、送出ローラ駆動部83と巻取ローラ駆動部84とに動作指令を出力し、送出ローラ25と巻取ローラ26とが、清掃部材23の送出しおよび巻取り動作をそれぞれ実行する。

図10は、清掃部材23の送出および巻取動作を説明するフローチャートである。図10を参照して清掃部材23の送出および巻取動作を説明する。

ステップs0のスタートでは、たとえば先にパーソナルコンピュータなどで創生された画像情報が、画像形成装置50に与えられ、画像形成装置の制御部54のメモリ31にストアされ、画像形成装置50に印字要求が入力されることによって、メモリ31から読み出される画像を印字および定着することができる状態である。

ステップs1では、画像形成装置50の主電源が操作者によってONされる。ステップs2では、制御部54が、画像形成装置50の初期化を行う。ここで画像形成装置50の初期化とは、感光体65の残留電位の除去、定着ローラの所定温度への昇温など、画像形成装置50が画像形成を行うための一連の準備動作を言う。ステップs3では、操作者によって、画像形成装置50に備わる入力部から印字要求が入力される。この印字要求には、メモリ31内にストアされる画像情報のうち印字するべき画像情報の指定と、該画像情報を記録する記録紙のサイズの指定と、印字枚数とが含まれる。

ステップs4では、制御部54が、清掃部材23の清掃限界として予め定められてメモリ31に予めストアされている基準値(X)と、前回の印字動作時に標準指標値に換算して得られる値を積算して得られた積算値(Y1)とをメモリ31から読出す。ステップs5では、印字するべき画像情報の指定と、該画像情報を記録する記録紙のサイズの指定とに応じ、印字比率検出手段81であり、かつサイズ検出手段82でもある制御部54が、指定された画像情報から印字比率を検出し、記録紙のサイズを検出する。さらに制御部54は、検出した印字比率と記録紙サイズとに応答し、図8および図9に示すテーブルデータに基づいて、該印字するべき画像情報について、A4横搬送、印字比率5%以下に換算した標準指標値(Yr)を演算する。

ステップs6では、画像形成装置50の画像形成ユニット53において印字処理が行われ、定着装置40において定着処理が行われる。ステップs7では、制御部54が、標準指標値(Yr)を、積算値(Y1)に加算((Y2)=(Y1)+(Yr))して、積算値(Y2)を得る。

ステップs8では、制御部54が、積算値(Y2)と、基準値(X)とを比較する。積算値(Y2)が基準値(X)以上であるとき、ステップs9へ進み、積算値(Y2)が基準値(X)未満であるとき、ステップs11へ進む。

ステップs9では、積算値(Y2)が清掃限界として予め定める基準値(X)以上であるので、制御部54は、送出ローラ駆動部83と巻取ローラ駆動部84とに動作指令を出力し、送出ローラ25と巻取ローラ26とを、たとえば前述の図5に示すテーブルデータに従って時間制御で回転駆動させる。このとき送出ローラ25および巻取ローラ26がそれぞれ回転駆動する時間は、送出ローラ25の送出量がL(≧ニップ部長さLn)、巻取ローラ26の巻取量がL(≧ニップ部長さLn)になる時間である。ステップs10では、清掃部材23を巻取って清浄部分で清掃できる状態にしたので、制御部54が、清掃部材23の汚れの指標とも言える積算値(Y2)を初期化(本実施形態では0枚)にする。

ステップs11では、次の印字処理があるか否かが判断される。この判断は制御部54が行う。さきの印字要求には、印字枚数の情報も含まれるので、制御部54が印字処理回数を計数することによって次印字の有無を判断することができる。次の印字処理が無いとき、ステップs12へ進み、次の印字処理があるとき、ステップs6へ戻り以降のステップを繰返す。ステップs12では、積算値(Y2)を積算値(Y1)に置換えてメモリ31にストアし、ステップs13のエンドに進む。

ステップs13のエンドでは、画像形成装置50の主電源をOFFにして、画像形成動作を終了することができる。この場合、次の画像形成動作は、ステップs1から再開される。またステップs13のエンドでは、印字処理をしないけれども、主電源をOFFにもしない、待機状態にすることもできる。この場合、次の画像形成動作は、ステップs3の印字要求から再開される。

本発明の実施の一形態である定着装置20の構成を簡略化して示す図である。 図1に示す定着装置20の加熱ローラ21付近の拡大図である。 画像形成装置の制御と兼用される場合についての定着装置20の制御に係る電気的構成を示すブロック図である。 制御部54による送出ローラ25および巻取ローラ26の回転時間制御の概要を説明する図である。 メモリ31に格納されるテーブルデータを例示する図である。 本発明の実施の第2形態である定着装置40の構成を簡略化して示す図である。 本発明の他の実施形態である画像形成装置50の構成を簡略化して示す図である。 記録紙のサイズと印字比率とを標準指標値に換算するテーブルデータを例示する図である。 記録紙のサイズと印字比率とを標準指標値に換算するテーブルデータを例示する図である。 清掃部材23の送出および巻取動作を説明するフローチャートである。 従来技術の定着装置に備わるローラクリーニング手段1の構成を簡略化して示す図である。

符号の説明

20,40 定着装置
21 加熱ローラ
22 加圧ローラ
23 清掃部材
24 圧接ローラ
25 送出ローラ
26 巻取ローラ
27 第1ガイドローラ
28 第2ガイドローラ
29 加熱ヒータ
30 定着ローラクリーニング手段
31 メモリ
32 計時部
41 現像剤除去手段
42 ブレード部材
43 回収容器
50 画像形成装置
54 制御部
81 印字比率検出手段
82 サイズ検出手段
83 送出ローラ駆動部
84 巻取ローラ駆動部

Claims (5)

  1. 未定着現像剤による画像が形成された記録媒体を、一対の回転体である定着ローラで形成される圧接部に通過させることによって、未定着現像剤を記録媒体上に溶融し固着する定着装置において
    着ローラの少なくともいずれか一方に当接するように設けられて定着ローラの表面を清掃する帯状の清掃部材と
    掃部材が当接される定着ローラに対して清掃部材を押圧し、押圧部であるニップ部を形成するように設けられる圧接ローラと
    めコイル状に巻きまわされた帯状の清掃部材を送出す送出ローラと、
    出ローラから送出されて定着ローラ表面を清掃した清掃部材を巻取る巻取ローラと、
    圧接ローラと巻取ローラとの間および送出ローラと圧接ローラとの間に、清掃部材に当接するようにそれぞれ設けられ、少なくとも清掃部材に当接する部分が、金属から成るガイドローラと、
    巻取ローラの外周部に設けられて巻取られる清掃部材の表面上に存在する現像剤を除去する現像剤除去手段と、
    送出ローラが1回の送出し機会に清掃部材を送出す送出量と、巻取ローラが1回の巻取り機会に清掃部材を巻取る巻取量との和が、圧接ローラの周方向におけるニップ部の長さの2倍以上になるように、送出ローラおよび巻取ローラの回転動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする定着装置。
  2. 制御手段は、
    送出ローラが1回の送出し機会に清掃部材を送出す送出量と、巻取ローラが1回の巻取り機会に清掃部材を巻取る巻取量とを、送出ローラと巻取ローラとの回転時間をそれぞれ制御することによって設定することを特徴とする請求項1記載の定着装置。
  3. 制御手段は、
    送出ローラが1回の送出し機会に清掃部材を送出す送出量と、巻取ローラが1回の巻取り機会に清掃部材を巻取る巻取量とが等しくなるように、送出ローラおよび巻取ローラの回転時間をそれぞれ制御することを特徴とする請求項2記載の定着装置。
  4. 制御手段は、
    巻取ローラの回転時間が、1回の送出し機会に送出ローラによって送出される清掃部材の送出量に等しい量を1回の巻取り機会で巻取るために要する回転時間よりも、短くなるように巻取ローラの回転動作を制御することを特徴とする請求項2記載の定着装置。
  5. 電子写真方式で印字画像を形成する画像形成装置であって、前記請求項1〜4のいずれか1つの定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
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