JP4362995B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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を構成する加熱ローラの温度制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真用の複写機などには、記録媒体である記録紙ないし転写材などのシート上に転写されたトナー像を熱によって溶解して当該シートに定着させる定着装置が設けられている。定着装置には、ヒートローラ定着装置や、フィルム定着装置などの種々の形態があり、ヒートローラ定着装置は、シート上のトナーを熱溶融させる定着ローラと、当該定着ローラに圧接してシートを挟持する加圧ローラとが構成として用いられている。
【０００３】
定着ローラは、内部にハロゲンヒーターなどの加熱源を有する金属製回転体等が種々用いられており、その回転体の表面には、トナーに対する離型性を有する離型層等が設けられていることがある。
【０００４】
また、特開平２−１５４２８４号には、フィルム定着装置として、搬送される定着フィルムと、定着フィルムを介してシート上のトナーを熱溶融させる発熱抵抗体を備えた加熱体と、定着フィルムを介して加熱体に圧接してシートを挟持する加圧ローラとを有する構成が開示されている。
【０００５】
定着装置では、トナーを軟化、溶融させてシートに確実に定着させると共に、いわゆる高温オフセットが生じないようにするために、定着ローラや加熱体の温度を、定着に適した温度に維持する制御をすることが好ましいとされる。
【０００６】
このため、ヒートローラ定着装置にあっては、サーミスタなどからなる温度検知手段を用いて、定着ローラの表面温度を検知し、検知した温度に基づいて、加熱源への給電をオン、オフ制御することが行われている。
【０００７】
一方、上記公報に示されるフィルム定着装置にあっては、低熱容量の発熱抵抗体を用いて昇温速度が速くなるようにしているので、発熱抵抗体自身の温度は、わずかな電力変動などによって大きく変化しやすいという問題点がある。
【０００８】
このため、フィルム定着装置の加熱体では、良熱伝導性を有する基板の一の面に発熱抵抗体を、他の面に温度検知手段を配置し、この温度検知手段をガラス・セラミックなどの保護皮膜層を介して定着フィルムの裏面側に接触させ、このように良熱伝導性の基板を介して温度検知手段を配置することにより、発熱抵抗体の大きな温度変化をなだらかな状態にして、定着フィルムに対して摺接する部位の温度を検知し、検知した温度に基づいて、発熱抵抗体への給電をオン、オフ制御するなどの工夫がなされている。
【０００９】
また、特開平１０−６９１８７号には、誘電加熱する磁束発生手段を加熱ローラの内部に有し、加熱ローラに発生する誘導電流の量が密となる部分に当接する測温素子を備えた温度検知手段を有する定着装置が開示されている。
【００１０】
しかしながら、上記記載のような技術を用いても、特に省エネの観点からの消費電力の低減は充分ではなかった。
【００１１】
更に、最近、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、且つ、画像形成装置の電源スイッチがオン（スタートアップともいう）された後の待機状態（装置が使用されていない状態）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省資源、省エネの観点から要望されていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、スタートアップ時（画像形成装置の立ち上げ時ともいう）や待機状態（画像形成装置が使われていない状態）において、省エネルギー適性を有し、且つ、運転コストが低減された画像形成装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は下記の項目１によって達成された。
【００１４】
１．記録材に転写されたトナー像を加熱する加熱ローラと該記録材を該加熱ローラに圧接させる加圧ローラを有し、該加熱ローラの表面温度を検知する表面温度検知手段を備えた定着装置と、
前記定着装置に電力を供給する電力供給手段と、
前記定着装置に供給された電力の供給時間を計測する手段と、を有する画像形成装置において、
スタートアップ時、前記定着装置に前記電力供給手段から電力供給が行われたとき、前記表面温度検知手段によって検知された前記加熱ローラの表面温度と、前記電力の供給時間を計測する手段によって計測された前記電力の供給時間と、から前記加熱ローラの温度上昇率を予測する手段と、
画像形成装置が待機状態にある時の前記加熱ローラの設定温度を、前記加熱ローラの温度上昇率を予測する手段により算出された温度上昇率の値に基づいて、所定の時間内に前記トナー像を定着可能な温度にまで到達できるように調整する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る定着装置を有する画像形成装置の全体構成を示す概略図である。図１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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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またはプラテンガラス２５上に載置された原稿を読み取るモードで読取を行う。
【００２７】
次に、実施形態１による画像形成装置に係る定着装置について図２を用いて詳細に説明する。
【００２８】
図２は、本発明に係る定着装置の構成の一例を示す概略図であり、図２（ａ）は、加熱体４ａ、耐熱性弾性層４ｂ、離型層４ｃから構成される剛性ローラである加熱ローラ４と内部に加熱体３ｃを含む加圧ローラ３とから構成される加熱定着装置の一例を示す概略図である。図２（ｂ）はＡ−Ａ′に沿った概略の断面図である。図２（ｃ）は図２（ａ）の定着装置を構成する各部材の関係を示す概略のブロック図である。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、定着装置は、記録材７上に保持されたトナーを加熱溶融して当該記録材７に定着させるものであり、トナーに対する離型性を有する離型層４ｃを表面に備え、加熱体４ａと耐熱性弾性層４ｂを構成層として有する加熱ローラ４と、加熱体４ａに電力を供給する電力供給手段２と、未定着トナーを保持した記録材７を加熱ローラ４との間に挟持しつつ、加熱ローラ４とともに回転する加圧ローラ３と、加熱ローラ４及び加圧ローラ３の各々の表面温度を検知するために配設された温度検知手段６、６ａと、該温度検知手段６、６ａからの温度情報を元に供給電力量を制御する制御手段１から構成されている。
【００３０】
図２（ａ）及び（ｂ）に各々示すように、本発明に係る加圧ローラ３としては、加熱体３ｃ（ここで、ハロゲンランプ、ニクロム線などの熱発生源が好ましく用いられ）、シリコンゴムのスポンジ、即ち、発泡シリコンゴム等を含む耐熱性低硬度弾性層３ｄ、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離型層３ｅを構成層として有する加圧回転体が好ましく用いられる。また、加圧ローラ３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好ましい。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４も同様な理由から熱容量が小さくなるような構成が好ましく用いられる。
【００３１】
即ち、加圧ローラ３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４と加圧ローラ３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。
【００３２】
以下、定着装置を構成している各部材の関係に付き図２（ｃ）に示すブロック図を用いて説明する。
【００３３】
図２（ｃ）において、加熱ローラ４の表面温度を検知するために配設された温度検知手段６からの情報と加圧ローラ３の表面温度を検知するために配設された温度検知手段６ａからの情報が制御手段１のＣＰＵ（中央演算処理装置）に送られ、該ＣＰＵ（中央演算処理装置）は、加熱ローラ４及び／または加圧ローラ３の表面温度情報に基づき、電力供給手段２に加熱体４ａ及び／または３ｃに電力供給を促す。
【００３４】
実施形態１による画像形成装置の特徴は、待機状態において、ローパワーモードを有し、該ローパワーモードにおける加熱ローラ温度の設定を、加圧ローラの表面温度検知手段によって検知された加圧ローラの表面温度に応じて変更する制御手段を有することである。
【００３５】
待機状態では、画像形成装置は、自動的にローパワーモードに移行し、前記制御手段１のＣＰＵ（中央演算処理装置）は、リアルタイムで加圧ローラ３の表面温度を検知し、加圧ローラ３の表面温度にたいして予め設定されている加熱ローラ４の制御温度をメモリーから読み取り、電力供給手段２からの電力供給量を制御し、ローパワーモード時の加熱ローラ４の温度制御が行われる。ここで、ローパワーモードとは、本発明の画像形成装置が待機状態にある時、即ち、定着装置が未使用での温度設定状態から３０秒以内にトナーが熱定着可能な温度設定状態にまで復帰するように画像形成装置が調整されていることを表す。
【００３６】
実施形態１による画像形成装置は、上記のローパワーモードにおける加熱ローラ４の温度設定が常時固定された温度に調整するのではなく、制御手段１のＣＰＵ（中央演算処理装置）が、加熱ローラ４と対向している加圧ローラ３の表面温度の変化をリアルタイムで検知し、検知された加圧ローラの表面温度の変化に応じて、加熱ローラ４のローパワーモードでの温度設定を自動的に変更出来る態様である。
【００３７】
その結果、定着時に記録材上への温度調整に、加圧ローラ４の表面温度の寄与を盛り込むことが出来るので、従来のように加熱ローラの設定温度が固定されている場合に比べて、待機状態における加熱ローラ４の温度保持の為に余分な電力供給をすることがなくなり、更に、熱定着時に必要以上の加熱が行われることによる熱オフセット現象をも効果的に防止することができるようになった。
【００３８】
以下、加熱ローラ４の各部を詳述すると、加熱体４ａとしては、ハロゲンランプ、ニクロム線などの熱発生源が好ましく用いられ、加熱体の周囲には、セラミック、耐熱樹脂等の剛体基材に耐熱性が高いシリコンゴムまたはフッ素ゴム等よりなる耐熱性弾性層４ｂが設けられ、離型層４ｃとしては、トナーに対して良好な離型性と耐熱性とを有する材料との観点から、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素樹脂等が好ましく用いられる。離型層の肉厚は、１０μｍ〜３０μｍの範囲が好ましく用いられる。
【００３９】
本発明に係る加熱ローラ４、加圧ローラ３に配設された温度検知手段６、６ａとしては一般に用いられている温度検知手段で有れば特に限定はしない。例えば、表面温度計、サーミスタ、熱電対、非接触赤外温度計等が用いられる。
【００４０】
また、温度検知手段６、６ａは、通常、各々、加熱ローラ４、加圧ローラ３の外面に設けるが、更に、内面の温度を検知できるように温度検知手段を配設することも出来る。
【００４１】
実施形態２、実施形態３〜５による画像形成装置に係る定着装置について図３を用いて詳細に説明する。
【００４２】
図３は、本発明に係る定着装置のその他の構成の一例を示す概略図であり、図３（ａ）は、加熱体４ａ、耐熱性弾性層４ｂ、離型層４ｃから構成される剛性ローラである加熱ローラ４と、内部に軸芯３ａと前記軸芯３ａの周囲に形成された耐熱性低硬度弾性層３ｄ、離型層３ｅとを有する加圧ローラ３とから構成される加熱定着装置の一例を示す概略図である。
【００４３】
但し、電力供給時間計測手段９は、実施形態３、４による画像形成装置に設置する。図３（ｂ）はＢ−Ｂ′に沿った概略の断面図である。
【００４４】
加熱ローラ４としては、上記の図２に記載の加熱ローラと同様の構成、同様の材料を用いることができる。
【００４５】
加圧ローラ３は、軸芯３ａと、軸芯３ａの周囲に形成された耐熱性低硬度弾性層３ｄ、離型層３ｅとから構成され、離型層３ｅとしては、表面から記録材７が離れ易い離型性を有すると共に、耐熱性を有するシリコンゴム、フッ素ゴム等が好ましく使用される。
【００４６】
尚、加圧ローラ３の両端には、スベリ軸受部が形成され、定着装置ユニットフレームに回転自在に取り付けられており従動される。
【００４７】
実施形態２による画像形成装置に係る定着装置の特徴は、定着装置の動作履歴（スタートアップ時から、運転状態、待機状態等に亘る、定着装置の稼働状態の履歴である）が制御手段１のメモリーに記録、保存され、制御手段１のＣＰＵ（中央演算処理装置）がメモリーから前記動作履歴の情報を読み出し、予め組み込まれたプログラム処理を行い、加圧ローラ３の表面温度を推定することである。
【００４８】
具体的には、推定された、加圧ローラ３の表面温度情報に基づき、ローパワーモードにおける加熱ローラ４の温度設定が調整され、加熱ローラ４の温度保持に余分な電力供給をする必要がなくなり、また、熱定着時に必要以上の加熱が行われることによる熱オフセット現象をも効果的に防止することができる。また、加圧ローラの温度検出手段が不用になるため、その分、コスト低減が出来る。
【００４９】
実施形態３による画像形成装置に係る定着装置の特徴は、定着装置に供給された電力の供給時間を計測する手段を有する画像形成装置において、スタートアップ時、定着装置に電力供給手段から電力供給が行われたとき、加熱ローラの表面温度の上昇と電力の供給時間との情報が制御手段１のメモリーに記録され、制御手段１のＣＰＵ（中央演算処理装置）が予め組み込まれていたプログラム処理を行い、加熱ローラの温度上昇率を予測することである。
【００５０】
実施形態４による画像形成装置に係る定着装置の特徴は、前述の実施形態３に記載されている、加熱ローラの温度上昇率の予測により算出された値に基づき、制御手段１のＣＰＵ（中央演算処理装置）がローパワーモード時の加熱ローラの設定温度を自動調整することにより、使用時に定着装置に必要な電力のみを供給し、しかも、短時間内に使用可能な状態とすることが可能となる。
【００５１】
実施形態５による記載の画像形成装置に係る定着装置の特徴は、加熱ローラの表面温度検知手段と表面温度制御手段とを有する定着装置を有する画像形成装置において、定着時における加熱ローラの設定温度Ａを設定温度Ｂに変更したとき、ローパワーモード時における加熱ローラの設定温度が、設定温度Ｂに対して予め設定されていた設定温度Ｃに自動調整されることが特徴である。
【００５２】
これにより、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可能になり、且つ、現像剤の変化、画像形成装置の置かれている環境変化時におけるローパワーモードの条件設定が迅速、正確に且つ、柔軟に行うことができるようになった。
【００５３】
【発明の効果】
本発明により、スタートアップ時（画像形成装置の立ち上げ時ともいう）や待機状態（画像形成装置が使われていない状態）において、省エネルギー適性を有し、且つ、運転コストが低減された画像形成装置を提供することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置を有する画像形成装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る定着装置の構成の一例を示す概略図である。
【図３】本発明に係る定着装置のその他の構成の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 制御手段
２ 電力供給手段
３ 加圧ローラ
３ａ 軸芯
３ｃ 加熱体
３ｄ 耐熱性低硬度弾性層
３ｅ 離型層
４ 加熱ローラ
４ａ 加熱体
４ｂ 耐熱性弾性層
４ｃ 離型層
６、６ａ 温度検知手段
７ 記録材
８ ニップ部
９ 電力供給時間計測手段

Claims (1)

1. 記録材に転写されたトナー像を加熱する加熱ローラと該記録材を該加熱ローラに圧接させる加圧ローラを有し、該加熱ローラの表面温度を検知する表面温度検知手段を備えた定着装置と、
   前記定着装置に電力を供給する電力供給手段と、
   前記定着装置に供給された電力の供給時間を計測する手段と、を有する画像形成装置において、
   スタートアップ時、前記定着装置に前記電力供給手段から電力供給が行われたとき、前記表面温度検知手段によって検知された前記加熱ローラの表面温度と、前記電力の供給時間を計測する手段によって計測された前記電力の供給時間と、から前記加熱ローラの温度上昇率を予測する手段と、
   画像形成装置が待機状態にある時の前記加熱ローラの設定温度を、前記加熱ローラの温度上昇率を予測する手段により算出された温度上昇率の値に基づいて、所定の時間内に前記トナー像を定着可能な温度にまで到達できるように調整する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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