JP4095394B2 - 像加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱体の熱をフィルムを介して転写材に与え、未定着画像を熱定着させる加熱定着装置において、発熱体の発熱分布の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は自動両面印字機能を有する電子写真方式の画像（白黒）形成装置の断面図である。通例、電子写真方式における画像形成は、以下のプロセスにて行われる。すなわち、給紙カセットから紙が給紙されたのち、搬送路途中に設けられたトップセンサー２０にて紙の先端が認識され、これに同期して感光体ドラム２上に画像が形成される。
【０００３】
感光体ドラム２上には、帯電ローラ３によって一様な帯電がなされる。この後レーザー光学系からの光によって、紙の搬送に同期して、感光体ドラム２上に潜像が形成され、これが現像器４でネガトナーを選択的に付着させることで、顕像となる。感光体ドラム２上のトナー像は、紙を介して転写ローラからネガトナーと逆の極性のプラス電圧を印加することで、紙上に転写される。
【０００４】
感光体ドラム２上に残ったトナーと紙粉は、クリーナー５によって除去される。紙上に転写されたトナー像は、定着装置１４で熱と圧をかけられることで紙上に固着される。
【０００５】
電子写真プロセスにおいて、感光体から転写材に静電転写された未定着画像は、電気的な弱い結合をしている。これを永久的な画像にするためには、これより更に転写材と強く結合させる必要がある。一般的に未定着画像は、トナーにより形成されていて、このトナーは熱を加えると半溶融するという特徴がある。この特徴を利用し、永久画像を形成させる方式として加熱定着方式が上げられる。
【０００６】
この加熱定着方式には、熱エネルギーのみを利用するラジアントフラッシュ定着やオーブン定着方式、熱エネルギーと圧力を利用する熱ローラー方式、フィルム加熱定着方式などがある。現在は、高速性と安全性から、熱圧力定着方式を用いたフィルム加熱定着方式が主流である。
【０００７】
図９はフィルム加熱定着装置の概略図である。（３７）はヒーターであり、裏面にて断熱性部材であるフィルムガイド（３３）により支持されている。さらに、この周りをエンドレス形状、耐熱性の（定着フィルム（３４））で覆い、フィルムを介してヒーター面に弾性ローラー（加圧ローラー（２９））を密接させることでニップを形成している。加圧ローラー回転時の定着フィルムは、ニップ部での加圧ローラー表面、もしくは転写材表面との摩擦力により従動回転している。この時の定着フィルムは、薄肉で熱容量が小さく、かつ熱応答性が良いため、ヒーターの熱応答を、ほぼそのままニップ内に反映する事ができる。よって、ヒーターオン時より短時間の定着温度到達が達成され、これに伴う省電力が実現される。
【０００８】
トナー（３０）を載せた転写材（３１）は、ヒータ（３７）が定着温調温度に達したのちに、上記のニップに突入する。この際スムーズに定着ニップに突入するために定着器入り口には、入り口ガイド（３８）が設けてある。ニップを通過することで、転写材（３１）上のトナー（３０）は熱と圧力をうけ，転写材（３１）に固着される。
【０００９】
ニップを抜けた転写材（３１）の先端部は排紙上ガイド（３２ａ）および排紙下ガイド（３２ｂ）により規制され、排紙センサー（３５）及び排紙ローラー対をなす排紙コロ（３６ａ）、排紙ローラ（３６ｂ）に導かれる。排紙センサー（３５）は通例、定着器内を転写材が所定の時間で通過するかをモニターすることでジャム発生の有無を監視するために設けてある。また通例、排紙ローラ対は転写材を、次のステップである排紙口（不図示）もしくは自動両面機（不図示）などへ、安定して搬送するために設けてある。
【００１０】
図４はフィルム定着器に使われているヒーターの概略図である。ヒーター表面は、厚み数百μｍ〜１ｍｍ程度のアルミナ等の基板（２１）に銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）等の発熱抵抗体（２２ａ）（２２ｂ）が２本並列に独立通電可能なように共通電極（２２ｃ）、抵抗体電極（２６）とともにヒータ基板上にスクリーン印刷されている。このような複数の発熱体を並列に配置するのは、おもに高速プリントを行うプリンターのフリッカー対策として用いられ、通例１面目と自動両面２面目で発熱比率を変化させることはせず、それぞれが均等の発熱になるように制御する。またこれら発熱抵抗体（２２ａ）（２２ｂ）、および共通電極（２２ｃ）上には数十μｍ程度のガラス等（２３）でオーバーコートされている。
【００１１】
共通電極（２２ｃ）はスルーホール（２７）を介して背面電極（２８）とつながっており、背面電極（２８）は、不図示のＡＣケーブルと接続されている。またヒータの背面にはサーミスター（２４）を設けている。サーミスタ（２４）は、電極（２５ａ）に接続しており、また電極（２５ａ）はスルーホールを介して基板の反対側の電極（２５ｂ）に接続してある。サーミスタ（２４）の温度は、電極（２５ｃ）を介して、電圧値としてＣＰＵ（不図示）でモニターされ、これによりヒーターへの通電電力の制御が行われる。
【００１２】
代表的な温度制御方式としてはＰＩ制御が用いられる。また電力の制御法としては、波数制御や位相制御などがあるが、ここではとりあえず位相制御を用いて説明する。
【００１３】
図２は、ヒータ制御回路の概略構成図である。ヒータ（３８）への通電はトライアック（４０）を通じて行われる。すなわちサーミスタ（４１）の温度をＣＰＵ（４２）が２μｓｅｃごとに検知し、ＣＰＵ内で所望の温調温度に制御するようにＰＩ制御にてヒータへの電力供給量を決定する。
【００１４】
たとえば電力の指定を５％刻みで行うには、一般に電源から供給される交流波形の１半波にたいして５％刻みの通電角を用いて行われる。通電角はゼロクロス発生回路（４３）にてゼロクロス信号を検知したときを起点にトライアック（４０）をＯＮするタイミングとしてもとめられる。具体的に５０％通電の時のヒータへの通電を図３に示しておく。
【００１５】
両面への印字は上記のプロセスを転写材の表裏にそれぞれ１回ずつ行うことでできる。すなわち図１に示すように１面目の定着が終わった紙が、自動両面機反転部１８に入って紙の先後端が反転したのち、自動両面機底板部１９を通って再び画像形成部のある本体へ裏返しされた状態で入っていくことにより両面画像形成ができる構成になっている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電子写真方式のプリンターの市場は世界規模になり、多種多様な紙が使われるようになった。またプリンターの使用環境として高温多湿環境下で使用される機会が増えた。高温多湿環境では、紙の吸湿に伴い紙のコシが弱くなり紙皺が発生しやすく、さらには従来には無かった紙皺が発生しやすい紙も増えた。またとくに自動両面２面目印字や手差し２面目の印字など２面目印字の紙は、１面目定着の際に熱と圧力を受け、紙にうねりが生じるため、紙しわが発生しやすい。本発明はかかる状況を鑑みなされたものであり、高温多湿環境下で、コシのない紙の２面目印字を行っても紙皺の発生と紙皺の前兆現象である紙表面の微細なしわ（以降紙表面の波うちと言う）をなくす事にある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の構成を有する。
【００１８】
すなわち第一の発明は、
加熱手段と、この加熱手段を内包する回転体を有し、該回転体は未定着画像を担持した転写材と等速で移動し、該回転体に加圧圧接してニップを形成するための加圧ローラを有し、該加熱手段は各々独立駆動可能な複数本の発熱体からなり、これら複数の発熱体はニップ内で紙搬送方向に配列されている構成において、紙１面目加熱時の該複数発熱体各々の発熱分布と、２面目加熱時の発熱分布が異なりかつ２面目の発熱分布の方が発熱ピークが１面目よりも下流側に来るような発熱分布に調整することを特徴とする像加熱装置である。
【００１９】
また第二の発明は、
該複数の発熱体は上流側と下流側に配置された並列接続の２本の発熱体であることを特徴とする第一の発明に記載の像加熱装置である。
【００２０】
また第三の発明は、
第一又は第二の発明に記載の像加熱装置を有することを特徴とする画像形成装置である。
【００２１】
また第四の発明は、
２面目の印字は、１面目の印字終了後に自動的に紙が搬送され行われる機構を有する第三の発明に記載の画像形成装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本実施例で用いる画像形成装置、及び加熱定着装置の構成は従来例に同じである。すなわち本実施例の定着装置としてはフィルム加熱方式の定着装置であり、ヒータは基板内に同抵抗値の２本の抵抗体を並列接続に配置している。制御方式としては位相制御を用いている。本実施例が従来例と異なるのはヒータの発熱分布（プロファイル）を１面目と２面目で変えるその制御方法だけにおいてである。
【００２３】
具体的に本実施例のヒータの発熱分布の変化の仕方を表わしたのが、図５であり、これをもとに説明する。まず本実施例では、図５に示すように排紙センサー（３５）からの信号に合わせて発熱分布の変更を行っている。一面目はその前回転時も含めて、上流と下流の発熱体の発熱量を等しくしている。これは１面目の紙から下流側の発熱量を多くしてしまうと、同じ出力（発熱量）の均等発熱に比べて、定着性のマージンが減ってしまうからである。なぜなら同じ発熱量でも発熱中心が下流側にくるほど紙がニップ通過中にもらう熱量が減り、熱効率が悪くなるからである。
【００２４】
位相制御の方法は、従来例で述べた通りであるが、通電量の制御において従来例と異なるのは、上下流のヒータの発熱比率を１、２面目それぞれで変える事である。
【００２５】
具体的な通電量は、図６、及び図７に従って行う。図６は１面目、図７は２面目の各ヒータへの通電量をしめす。それぞれの図中の通電量は、フル通電を１０とした場合の各ヒータへの通電量を示す。先ず１面目は図６に従い通電される。ここで発熱体Ａ，Ｂとは上流もしくは下流の発熱体をしめす。Ａ，Ｂへの割り当ては、一方が上流側の発熱体の時、他方は下流側の発熱体をさし、１半波ごとにそれぞれ上流ヒータ、下流ヒータと交互に入れ替わるため、結果的に各ヒータの発熱量が等しくなるように制御される。
【００２６】
つぎに１面目の紙後端が排紙センサー（３５）を切ってからは、下流側の発熱量を多くする２面目の制御を開始する。このように２面目が来る前に下流側大の発熱分布にすることで、２面目の紙先端から下流側大の発熱分布にて定着を行うことができ、以下に述べるように紙先端から紙シワが発生しやすいケースに対して効果を上げることが出来る。
【００２７】
一般に１度定着器を通過している２面目の紙は、１面目の定着が終わってから２面目の定着が行われるまでの搬送中に、紙表面が不均一な吸湿をしてしまう。そのため紙のうねりや、次の定着時に部分的に収縮の違いが出来るため、しわになりやすい。しかし本発明では２面目定着時のニップ内の発熱分布を調整することで、部分的な吸湿やうねりが矯正でき、２面目の紙シワ発生が抑制できる。
【００２８】
すなわち２面目の定着時に下流側の発熱量を多くすることで、フィルムの温度を上昇させることが出来、定着ニップ手前での紙中の水分の気化を促進させることが出来る。これにより２面目の紙が定着ニップに突入する時には、紙表面の水分が十分飛ばされ均一化され、しわになりにくくする効果を発揮できる。また紙先端部のうねりもこのように突入前の紙表面の水分の均一化により、ならされるため、２面目の紙シワが抑制される。
【００２９】
ここで２面目の紙先端が排紙センサーを切ってから下流側の発熱量を多くすることでも紙シワに効果があるが、センサーが定着ニップ下流にあるために、センサーを紙先端が切ってから、切り替えると紙先端の排紙センサーからニップまでの距離の領域は下流側大の発熱が行われなくなり、紙シワの抑止効果が下がってしまう。
【００３０】
具体的な下流大の発熱制御は通電パターンを図７に従い制御することで出来る。上流側発熱体と下流側発熱体の出力割合は、１：２〜１：３になるように各発熱体の通電量を設定してある。この図中に示すように出力が大きい場合には、必ずしもこの範囲に入る下流側大の通電にならないし、極端に少ない１０％通電のときなどは上下流均等発熱が行われてしまうが、これらの出力値は、極端に大きい若しくは小さい値なので、自動両面プリントの場合にはまず定常的に使われることはない。また出力の調整が２μｓｅｃごとに行われるため、一時的に入ることはあっても、すぐに変更されるため、結果として秒単位で見た場合には不均一発熱が実現される。
【００３１】
このように通電パターンテーブルを排紙センサーのタイミングにあわせて変えることで、１面目は２本の発熱体の均等発熱、２面目は上流発熱量：下流発熱量＝１：２〜１：３の発熱が実現できる。
【００３２】
実際に本実施例を用いて紙シワと紙表面のなみうちの発生を比較した結果を以下の表１に載せておく。
【００３３】
なおこの比較テストは、Ａ３サイズの６４ｇ紙を高温多湿環境（３０℃、７５％）に３日間放置したものを同環境にて５００枚連続通紙して行ったものである。
【００３４】
【表１】

【００３５】
上記のように本実施例を用いることで、紙シワは全く発生せず、紙シワの前兆である紙表面のなみうちが従来例よりも大幅に減少していることがわかる。
ちなみにここでいう従来例とは、上下流均等発熱を１面目および２面目ともに行った場合である。
【００３６】
また１、２面目ともに上記の下流側大の発熱を行った場合との１面目の定着性を比較した結果を以下にしめす。
【００３７】
【表２】

【００３８】
なお定着性のデータは、低温環境（１０℃／１５％）にてＰｌｏｖｅｒ Ｂｏｎｄ７５ｇ紙に５×５ミリ角のベタ黒画像を印字し、ちり紙（商品名；キムワイプ）で擦る前後の濃度低下率をマクベス濃度計で測って調べたものである。このように１面目の定着性が上がっていることがわかる。
【００３９】
以上のように本実施例により１面目の定着性を損ねることなく、２面目の紙シワ抑制が出来る。本実施例では特に位相制御を用いた例を示したが、波数制御でも同様の効果が得られることは言うまでもない。また定着方式として、電磁誘導加熱方式などでも同様であることは言うまでもない
（実施例２）
本実施例で用いる加熱定着装置はフィルム定着装置で、実施例１で述べた通りである。本実施例２が実施例１と異なるのはヒータの下流側発熱量増加の調整を２面目の紙先端のみに行うことにある。
【００４０】
このような制御は大きめの紙の場合で、紙シワの抑止とともに紙後端の定着性を重視するような場合に有効である（Ａ３紙、ＬＤＲ紙やフルブリード紙など）。
【００４１】
具体的にプリント中の端部ヒーターへの通電割合を示したのが図８である。下流側大発熱から均等発熱への移行は紙先端が排紙センサーを通過してから１８０ｍｍの位置（紙先端からは２１０ｍｍの位置）で行われる。２面目の紙シワの発生は、２面目の紙のうねりの中でもとくに紙先端部のうねりにより発生することが多いので、先端部のみ下流側大発熱をすることでも紙シワに対して抑止効果がある。また紙後半では、均等発熱にするため定着性に対してマージンを上げることが出来る。
【００４２】
本実施例２を用いた場合と従来例、及び本実施例１のシワ発生を比較したものを以下の表２に示す。なお本比較は、６４ｇのＡ３紙を高温多湿環境（３０℃、７５％）に３日間放置したものを各５００枚連続通紙して行った。
【００４３】
【表３】

【００４４】
上記のように本実施例を用いることで、紙シワの前兆現象である紙表面のなみうちは実施例１よりも多く発生するものの、紙シワは全く発生しなかった。
次に、実際にＬＤＲ紙の後端部の定着性を比較した結果を以下に示す。
【００４５】
【表４】

【００４６】
以上のように紙後端部の定着性が良化していることがわかる。なお定着性のデータは、低温環境（１０℃／１５％）にてＬＤＲサイズの９０ｇ紙に５×５ミリ角のベタ黒画像を印字し、ちり紙（商品名；キムワイプ）で擦る前後の濃度低下率をマクベス濃度計で測って調べたものである。
【００４７】
以上のように本実施例により２面目の定着性を実施例１よりも向上させつつ、２面目の紙シワ抑制が出来る。本実施例では特に位相制御を用いた例を示したが、波数制御でも同様の効果が得られることは言うまでもない。また定着方式として電磁誘導加熱方式などでも同様であることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１面目定着時と２面目定着時の発熱分布を変え、２面目定着時においてヒータの発熱分布の発熱中心を下流側にずらすことで、１面目の定着性確保が出来るとともに、２面目の紙しわの発生、及びしわの前兆である紙表面のなみうちを抑制出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の自動両面印字機付の画像形成装置の概略構成図
【図２】 従来例および本発明に用いられるヒータ制御回路の概略構成図
【図３】 従来例および本発明に用いられる位相制御の５０％通電パターンを示した図
【図４】 従来例および本発明に用いられるヒータを示した図
【図５】 本発明第一の実施例の定着排紙センサー信号と上下流ヒータへの各通電量を示した図
【図６】 本発明の１面目印字時の出力値毎の上下流各ヒータへの通電量を示した図
【図７】 本発明の２面目印字時の出力値毎の上下流各ヒータへの通電量を示した図
【図８】 本発明第二の実施例の定着排紙センサー信号と上下流ヒータへの各通電量を示した図
【図９】 従来例および本発明に用いられるフィルム加熱方式の定着器の概略断面図
【符号の説明】
２ 感光ドラム
３ 帯電ローラ
４ 現像器
５ クリーナー

Claims (4)

1. 加熱手段と、この加熱手段を内包する回転体を有し、該回転体は未定着画像を担持した転写材と等速で移動し、該回転体に加圧圧接してニップを形成するための加圧ローラを有し、該加熱手段は各々独立駆動可能な複数本の発熱体からなり、これら複数の発熱体はニップ内で紙搬送方向に配列されている構成において、紙１面目加熱時の該複数発熱体各々の発熱分布と、２面目加熱時の発熱分布が異なりかつ２面目の発熱分布の方が発熱ピークが１面目よりも下流側に来るような発熱分布に調整することを特徴とする像加熱装置。
2. 該複数の発熱体は上流側と下流側に配置された並列接続の２本の発熱体であることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 請求項１又は２に記載の像加熱装置を有することを特徴とする画像形成装置。
4. ２面目の印字は、１面目の印字終了後に自動的に紙が搬送され行われる機構を有する請求項３に記載の画像形成装置。

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