JP4097406B2

JP4097406B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4097406B2
Application number: JP2001039741A
Authority: JP
Inventors: 泰久加藤; 恵三安田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: JP2002244481A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒータを内蔵した定着ローラを有する熱ローラ定着装置を備えたＰＰＣ複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昨今では、全世界的な環境対応として定着ローラの薄肉化による画像形成装置のウォームアップ短縮化が各機種にて対応されている。しかし、定着後の画像品質(具体的には定着性)は当然厚肉定着ローラと同等の品質を要求されるが、定着ローラの薄肉化により、定着ローラの強度が格段に低下するため、ニップ部の圧が低くなるに伴って、トナーを潰す作用が低下する。また、熱容量も非常に小さくなり、紙に熱を奪われると温度が大きく落ち込むので、定着性が低下してしまうという問題がある。そこで、近年においては定着ローラの薄肉化に伴いトナー自体の低温化／低圧化が進められていることから、ある程度の定着性は得られるようになったが、依然として低温環境下での定着温度立ち上り直後や厚紙の定着性は厚肉ローラを使用する定着に比べるとやや劣る状況である。このような問題を解決すべく、従来では、低温立ち上り時は定着ローラの温度を検知する、プレ回転を実施したり厚紙モードの設定等を行うことにより対応が行われている。
【０００３】
ここで、何故定着ローラの肉厚を薄肉にすると定着性が悪化するかを以下に簡単に説明する。すなわち、定着の原理を簡単に述べると、転写紙上のトナーに定着ローラより圧及び熱をかけてトナーを潰し、溶かして転写紙上に定着させるもので、最近主流となりつつある定着ローラの薄肉化により定着性が甘くなる理由は以下である。
▲１▼ 薄肉定着ローラは当然強度が弱い。また、所定のニップ幅を得るためには加圧ローラのゴム硬度を低くせざるを得ないので、当然ニップ部の圧力もかなり低くなる、従ってトナーを潰す力が弱くなるためトナー間に隙間が生じ、熱伝導が悪くなる。また、熱伝導の悪化により、トナーと紙との境界面温度が低くなるために定着性が悪くなる。更に、トナーを紙の繊維間に押し込む作用も弱くなるため定着性が甘くなる。
▲２▼ 薄肉定着ローラは熱容量が小さいため、紙がニップ部を通過する際に定着ローラの熱が紙に奪われ定着ローラの温度は大きく落ち込む。更に、低温環境時においては紙自体が冷えているために定着ローラから奪う熱量も大きく、結果的に定着ローラの温度落ち込みは非常に大きくなるため、定着性は甘くなる。このように薄肉定着ローラは圧及び熱容量の低下のため、従来の厚肉定着ローラに比べ定着性が低下するが、最近の低温/低圧トナーの開発により低圧化に関してはかなり改善されている。しかし、紙に熱を奪われる作用（特に低温環境で紙が冷えきった状態での通紙）に関しては依然課題を抱えたままである。
【０００４】
そして、上述の問題に対して従来の場合には、その対策として周囲の環境温度を検知するために、定着ローラの表面温度を検出するサーミスタなどの温度検出部材を利用することが行われている。具体的に説明すると、電源ＯＮ時の定着ローラ温度をサーミスタにより検出し、その温度を環境温度として代用する方式である。つまり、サーミスタにより検出された温度が低い場合、例えば１５℃以下の時は低温環境と判断し、この場合には定着ローラの制御温度を通常より高めに制御することにより低温環境時の定着性を確保している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来技術の場合には以下の問題がある。すなわち、前述したように、定着ローラ温度を制御するサーミスタの温度検出精度は、通常１６０〜２００℃近傍の精度を上げているものを使用している。ところが、室温レベルの検出精度は±１０以上と非常に低いため、誤検知をする可能性が非常に高い。すなわち、定着ローラ温度の検知は高温制御用サーミスタにて行っているため、室温レベルの検知精度が非常に低くなってしまい、このため誤検知による定着不良が多々発生すると共に、さらに、室温は低く更に転写紙も冷えているにも関わらず、定着ローラ温度が少しでも暖まっていると低温環境と判断できないので、当然のように定着不良を起こすという問題がある。
【０００６】
つまり、電源ＯＮ時の定着ローラ温度を環境温度に代用するので、装置の電源ＯＦＦ後、間もなく電源ＯＮされた場合は実際の環境は低いにもかかわらず、定着ローラ温度は高いのでアンマッチとなってしまう。しかも、最近は省エネのため、こまめに電源ＯＦＦする事も多く、さらには機械自身が所定時間使われていない場合には電源がＯＦＦするので、このような現象は頻繁に起きる。また、オフィス内の環境温度も冷暖房等によりその時間により大きく変動するのが事実であり、この方式では当然追従できない。従って、定着ローラの温度制御用のサーミスタで環境温度を代用する方法では薄肉定着ローラにて定着性を満足することは困難であり、常に環境温度を検出し定着条件を可変する必要があるという問題がある。そして、近年ではさらなるウォームアップ短縮による定着ローラの薄肉化の要求が高まっているため、薄肉定着ローラにおいても常に良好な定着画像を得ることが望まれている。
【０００７】
そこでこの発明の目的は、前記のような従来の画像形成装置のもつ問題点を解消し、室温検出専用の検知手段を機外に近いところに設け、環境温度に応じて定着温度条件等を変えることにより、低温環境下においても定着不良等が生じない良好な画像品質を維持することのできる画像形成装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヒータを内蔵した定着ローラと、この定着ローラに回動自在に圧接された加圧ローラと、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値に応じてヒータの点灯を制御する制御手段とを有し、定着ローラ及び加圧ローラとの圧接により形成されるニップ部にて未定着トナー像を転写紙に熱溶融定着せしめる定着装置と、電装部と、を装置本体内に備えた画像形成装置において、前記電装部に設けた電装基板の最下部であって、電装部に向けて外気を送風するために装置本体に設けた外気吸い込み口の近くには、外部周辺温度である室温を検知するための室温検知装置が実装されていることを特徴とするものである。また、室温検知装置の検出値に応じて、定着ローラの制御温度を変更する制御或は室温検知装置の検出値に応じて、通紙間隔を変更する制御を行う場合には、低温環境下においても定着不良等が生じない良好な画像品質を維持することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の画像形成装置の実施形態を示している。すなわち、図１は周辺機器を装着した状態の画像形成装置１の全体構成図を示しており、この周辺機器としてはＡＤＦ２、フィニッシャー３、両面トレイ４が装着されている。また、14は手差しトレイ、19は多量の転写紙を収納できる大容量トレイである。以下、その構成及び転写紙の搬送経路を詳しく説明する。５は給紙トレイで、この給紙トレイ５から給紙された転写紙は搬送ローラ６により搬送され、画像形成手段としての感光体７により所定の画像形成が行われた後、定着装置８により定着され中継ユニット９、フィニッシャー３を経由して排紙される。フィニッシャー３はステープラー10を内部に有し、このステープラー10によってステップルされた転写紙はジョガースタック部11内で所定枚数ステープル（綴じ動作）後に搬送ベルト12により排紙トレイ上に排紙される。
【００１０】
すなわち、画像形成動作開始信号により、給紙トレイ５より転写紙は給紙されレジスト部13にて一時待機する。また、スキャナ部15にて読み取られた原稿の画像情報は書き込み部16により感光体７上に潜像として形成され、この潜像は現像部17によりトナーが現像される。一方、レジスト部13により待機していた転写紙は、感光体７上に現像されたトナー画像とタイミングが合わされて再給紙され、転写部18にて転写紙上に感光体７上のトナー画像が転写される。次いで、未定着トナー画像を転写された転写紙は定着装置８にまで搬送され、この所定温度にて制御された定着装置８により熱溶融定着された後、排紙部を通じて機外に排紙される。
【００１１】
図２は定着装置の構成図を示している。すなわち、この定着装置８は定着ローラ20と、この定着ローラ20と圧接回転する加圧ローラ21と、この加圧ローラ21側に設けられた加圧スプリング22による加圧力を伝達する加圧アーム23とを具え、この加圧力による圧接及び定着ローラ20内部に設けられた定着ヒータ24，25による加熱を利用して転写紙上のトナーを定着させている。ここで、本例の定着装置８において定着ローラ20の外径はΦ40、芯金は鉄0．4ｍｍの薄肉ローラ、加圧ローラ21の外径はΦ30の発泡シリコーンによる低硬度ローラであり、45CPM機でウォームアップタイム15sec以下を達成する定着装置８の一例である。また、定着ヒータ24は中央発光長が約210ｍｍ（Ａ４Ｔ以下サイズ幅対応）、両端発光長が約210ｍｍ〜330ｍｍ（Ａ３サイズまで対応）である。中央発光ヒータ（700Ｗ）である定着ヒータ25と両端発光ヒータ（500Ｗ）である定着ヒータ24を内蔵した定着ローラ20は、定着ローラ20表面に設けられた表面温度を検知するサーミスタ26（温度検知手段）及び制御手段により各ヒータ24，25を独立制御する事により所定温度に制御される。また、本実施形態の定着装置８における定着ローラ20の温度上昇勾配はヒータフル点灯時で約15℃/secである。ちなみに、従来の定着ローラ20温度上昇勾配はせいぜい７〜８℃/secであり、定着ローラ20の熱容量がいかに小さいかがわかる。尚、本発明では定着ローラ20径がΦ39以上、且つ定着ローラ20の芯金厚みは0.5ｍｍ以下を対象としている。
【００１２】
また、27は温度過昇防止手段であるサーモスタット、28は定着分離爪、33は排紙ローラ、34は排紙センサ、35は排紙分岐爪、36は従動コロ、39は定着出口センサ、29は定着出口ガイド板、30はクリーニングローラをそれぞれ示している。
【００１３】
ここで、本発明は画像形成装置１を構成する構造体の外側且つ外装カバーの内側であって、装置本体１の内部には外部の周辺温度である室温を検知するための室温検知装置を設けたことに特徴がある。以下、この室温検知装置について、図３の機械本体の主用発熱部材及び気流経路を併記した図により説明する。すなわち、図３に示すように、定着装置８を冷却するための定着系冷却ファンとしての排風ファン41による送風経路はａ，ｂ，ｃ，ｄとなり、電装部42を冷却するための電装系冷却ファン43による送風経路はｌ，ｍ，ｆ，ｇ，ｈとなり、ＰＳＵ冷却ファン46による送風経路はｅ，ｆ，ｇ，ｈとなる。また、室内から吸い込み口44を通じて流れ込む自然対流気流の経路はｉ，ｊ，ｋとなる。そして、本発明の場合には電装部42の側面に設けた基板45上に室温検知装置40が実装されている。これにより、室温検知装置40を装置１内部に取り付けるハーネスなどが不要となるため、レイアウトの簡素化及びコスト削減が可能となる
【００１４】
また、ここで、図３に示すように装置１内で最も発熱する部位は当然定着装置８であり、その他主なものとしては各種電装基板があげられる。そして、今回の実施形態における室温検知装置40の設置場所は自然対流冷却の流通側である外装カバー寄りに設けている。理由としては、当然外気吸い込み口44の近くであるからである。また、装置１内部における各機器のレイアウト上、本実施形態のような位置に室温検知装置40を設置できない場合も有るが設置ポイントは、（１）熱源から離れていること、（２）暑い気流の近くには設置しないこと、（３）外気に最も近いところに設置することであり、実際の機械に当てはめて言うと、前後側板間には設置しないで外装のより近くに設置することである。次に、設置する室温検知装置40の検出温度精度であるが、従来技術の問題点として述べた様に検出精度が悪いと全く意味をなさない。従って、低温環境の検出精度が要求されるため、この室温検知装置40の仕様としては0℃〜40℃の範囲内で±3℃以下の精度のものを採用するものとする。尚、実際に本実施形態において、使用された室温検知装置40は石塚電子（株）の型式「103ＨＴ（テーピング品、使用温度範囲−50℃〜＋100℃、熱放散定数1.0ｍＷ／℃）」のサーミスタチップである。
【００１５】
図４は本発明の第１実施形態であるフローチャートを示している。
すなわち、図４に示すように、「画像形成動作信号」が入力されたらまず最初に室温検知装置40により室温の検出を行う。ここで室温がＸ℃以下、具体的には定着性が大きく変動する15℃以下かどうかを判断する（室温≧Ｘ℃）。そして、室温が15℃以上の時（Ｙ）は定着ローラ温度は通常のＺ℃ここでは185℃の温度制御（サーミスタ26による）にて画像形成動作を行う。一方、室温が15℃未満の場合（Ｎ）は、次に定着ローラ20の温度がＹ℃以上かどうかを判断する（室温≧Ｙ℃）。ここでの判断目的は定着ローラ20及び加圧ローラ21が冷えているかどうかを判断するもので、この判断により本実施例においてはＹ℃は60℃（実験より算出）とします。そして、定着ローラ20の温度が60℃以上のときはそのまま定着ローラ20の温度を上昇させ、通常の設定温度＋10℃、つまり195℃にて画像形成動作を行う。この一方、60℃未満の場合は、定着ローラ20の温度が設定温度＋10℃、つまり195℃になった時点で、プレ回転を所定時間行い加圧ローラ21を均一に暖めた状態より画像形成動作を行う。本第１実施形態の場合、上述のように環境温度に応じて定着温度の変更、更にはプレ回転を行う制御により、常に良好な定着画像を得ることができる。
【００１６】
図５は本発明の第２実施形態であるフローチャートを示している。すなわち、前記第１実施形態と同様、図５に示すように、「画像形成動作信号」が入力されたらまず最初に室温検知装置40により室温の検出を行う。ここで室温がＸ℃以下、具体的には定着性が大きく変動する15℃以下かどうかを判断する（室温≧Ｘ℃）。そして、室温が15℃以上の時（Ｙ）は定着ローラ20の温度を185℃制御にて「通常の紙間隔」にて画像形成動作を行う。一方、室温が15℃未満の場合（Ｎ）は、次に定着ローラ20が60℃以上か否かを判断する。そして、定着ローラ20の温度が60℃以上のときはそのまま定着ローラ20温度が185℃にて通常の紙間隔＋30ｍｍにて画像形成動作を行う。ここで、紙間隔をあける（大きくする）という動作は、定着ローラ20から転写紙が熱を奪わない時間が増えることであるため、これにより定着ローラ20の温度落ち込みを防止する効果があり、より定着性の向上を図ることができる。
【００１７】
一方、定着ローラ20の温度が60℃未満の場合は、この定着ローラ20の温度が185℃になった時点で、プレ回転を所定時間行い加圧ローラ20を均一に暖めた状態より「通常の紙間隔＋30ｍｍ」にて画像形成動作を行います。そして、上述のように環境温度に応じて紙間隔をあけての通紙、更にはプレ回転を行うので、常に良好な定着画像を得ることができる。当然、ある程度通紙を行えば各ローラ20，21は完全に暖まった状態になるので、途中から紙間隔を通常に戻すことも可能である。更に、上述した第１，２実施形態の制御内容を組み合わせたものでも当然実施可能であり、この場合にはより大きな効果を得ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は、前記のようであって、請求項１に記載の発明は、ヒータを内蔵した定着ローラと、この定着ローラに回動自在に圧接された加圧ローラと、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値に応じてヒータの点灯を制御する制御手段とを有し、定着ローラ及び加圧ローラとの圧接により形成されるニップ部にて未定着トナー像を転写紙に熱溶融定着せしめる定着装置と、電装部と、を装置本体内に備えた画像形成装置において、前記電装部に設けた電装基板の最下部であって、電装部に向けて外気を送風するために装置本体に設けた外気吸い込み口の近くには、外部周辺温度である室温を検知するための室温検知装置が実装されているので、低温環境下であっても定着不良等が生じない良好な画像品質を維持することができるという効果がある。また、室温検知装置は電装基板に実装されているので、室温検知装置を取り付けるハーネスなどが不要となるため、レイアウトの簡素化及びコスト削減が可能となるという効果がある。また、請求項２，３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、定着ローラの制御温度の変更、通紙間隔の変更を行うことにより、低温環境下であっても定着不良等が生じない良好な画像品質をより維持することができるという効果がある。また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、室温検知装置の検出値に応じて、定着ローラ温度が所定温度以上に達した後、定着ローラのプレ回転を実施することにより、今後、更に要求されるウォームアップ時間の短縮化の実現を可能とするという効果がある。また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明において、定着ローラの芯金の厚みが、 0.5 ｍｍ以下であることにより、低温環境下であっても定着不良等が生じない良好な画像品質を維持することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置を示す全体構成図である。
【図２】同定着装置を示す全体構成図である。
【図３】画像形成装置内での気流経路の状態を示す説明図である。
【図４】本発明における制御方法の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図５】本発明における制御方法の第２実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１画像形成装置
２ＡＤＦ
３フィニッシャー
４両面トレイ
５給紙トレイ
７感光体
８定着装置
９中継ユニット
10 ステープラー
11 ジョガースタック部
13 レジスト部
20 定着ローラ
21 加圧ローラ
22 加圧スプリング
23 加圧アーム
24，25 定着ヒータ
26 サーミスタ
27 サーモスタット
28 定着分離爪
34 排紙センサ
35 排紙分岐爪
40 室温検知装置
41 排風ファン
42 電装部
43 電装系冷却ファン
45 基板
46 ＰＳＵ冷却ファン

Claims

ヒータを内蔵した定着ローラと、この定着ローラに回動自在に圧接された加圧ローラと、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値に応じてヒータの点灯を制御する制御手段とを有し、定着ローラ及び加圧ローラとの圧接により形成されるニップ部にて未定着トナー像を転写紙に熱溶融定着せしめる定着装置と、
電装部と、
を装置本体内に備えた画像形成装置において、
前記電装部に設けた電装基板の最下部であって、電装部に向けて外気を送風するために装置本体に設けた外気吸い込み口の近くには、外部周辺温度である室温を検知するための室温検知装置が実装されていることを特徴とする画像形成装置。
室温検知装置の検出値に応じて、定着ローラの制御温度を変更する事を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
室温検知装置の検出値に応じて、通紙間隔を変更する事を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
室温検知装置の検出値に応じて、定着ローラ温度が所定温度以上に達した後、定着ローラのプレ回転を実施することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
定着ローラの芯金の厚みが、 0.5 ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。