JP4636957B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファックス等の湿式プロセス（電子写真、インクジェット等）の画像形成装置に関するものである。その発明骨子は、一般の用紙乾燥・加熱装置に応用可能なものである。

特開２００４−５４２２５号公報 特開２０００−２６７４８１号公報 特開２００３−１２２１８３号公報

画像形成装置では、記録媒体上に転写された未定着画像を加熱定着して複写物や印刷出力を得るようになっている。定着装置として代表的な構成は、加熱ローラと加圧ローラを互いに対向当接させて記録媒体を挟持搬送しながら定着する熱ローラ定着方式である。熱源により加熱される加熱ローラの温度の立ち上がりを早めて迅速な定着準備を行うことが好ましく、そのために加熱ローラの薄肉化で対応しているものが多くあるが、その分、加熱ローラの熱容量も小さいため、記録媒体の挟持搬送（通紙）が始まった直後の温度落ち込みも大きい。これを解決するために、例えば特許文献１では、加熱ローラの表面に接触することにより加熱ローラの表面を加熱する加熱部材を備えると共に、加熱ローラと加熱部材とが接触する部分では、加熱ローラ側を凸形状とし、加熱部材側を上記凸形状に倣った凹形状とすることが提案されている。これにより定着装置の温度立ち上がりを迅速に行うことができ、発火の危険等を招くこともなく定着装置での表面温度を所定温度に維持することができるとなっている。

省エネルギーとウォーミングアップタイムを短縮したクイックスタートを両立する際に起こり得る低温定着オフセットの問題を解決するために、特許文献２では、熱線照射手段を中心に配設された円筒状透光性基体と、当該透光性基体の外側に熱線を吸収する熱線吸収層を設けたローラ状熱線定着用回転部材とを備え、画像形成装置の出力形態に応じて熱線定着用回転部材のウォームアップ時間を変更することが開示されている。

定着部の温度変動であるリップルを生じないように、あるいはウォームアップタイムを短縮し、あるいは突入電流に起因するフリッカーを生じさせないために、特許文献３では、ＡＣ／ＤＣコンバータを用い、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力を定着ヒータに供給し、当該出力を連続的に又は段階的に変化させることが提案されている。

定着装置での温度立ち上がりの高速化を実現しつつ、それに伴う不具合を回避するための工夫が以上のように様々な構成においてなされているが、加熱ローラに代表される定着回転体を薄肉化させた場合に、定着回転体の低熱容量化に起因して、通紙が始まった直後の温度落ち込みが大きくなるという事態を回避しつつ、熱源たるヒータの出力に伴う消費電力を実用上容認される範囲に抑制することについては、更に工夫の余地がある。

本発明は、薄肉化によって熱容量が小さくなった定着回転体を用いても、通紙が始まった直後の温度落ち込みを小さくすることができ、画像形成装置に許容される消費電力を効率良く利用して定着性を確保することを課題とする。

上記課題は、本発明により、定着回転体と、当該定着回転体に圧接して定着ニップを形成する加圧体及び定着回転体を加熱する熱源を有する定着装置を備えた画像形成装置であって、給紙系ユニット、読み取り系ユニット並びに前記定着装置の用紙搬送方向下流側に位置する排紙系ユニットを更に備え、立ち上げを開始してから所定経過時間ｔ_Ｒ内に、前記定着回転体の表面温度が最初の通紙直後に温度落ち込みがあっても定着性を確保できるレベルである設定温度Ｔａに達して通紙を開始する場合には通紙開始時に前記給紙系ユニット、前記読み取り系ユニットと共に前記排紙系ユニットを稼動させることができるように前記熱源の出力を引き下げて、立ち上げを開始してから前記所定経過時間ｔ_Ｒ内に前記設定温度Ｔａに達せず前記所定経過時間ｔ_Ｒ経過後に通紙を開始する場合には、通紙開始から用紙が定着装置の用紙搬送下流側に位置する排紙系ユニットに到達する時間に相当する更なる所定時間ｔ_１の間は前記排紙系ユニットの一部を稼動せずに、前記熱源の出力を、立ち上げ開始時よりも下げるが前記給紙系ユニット、前記読み取り系ユニットと共に前記排紙系ユニットを稼動させて通紙を開始する場合の前記熱源の出力よりも前記排紙系ユニットの一部を稼動させない分だけ高くして、前記定着回転体の温度が前記設定温度Ｔａになるよう稼動することで解決させる。

前記更なる所定時間ｔ_１が給紙部先端から排紙系ユニットの定着装置側に位置した最初の用紙搬送手段までの搬送距離Ｌ、用紙搬送線速をｖとするときのＬ／ｖと等しいか、それ以下であるのがよい。前記更なる所定時間ｔ_１を、通紙開始時から、Ｎ枚目の用紙後端が定着ニップを通過後からＮ＋１枚目の用紙先端が定着ニップに到達するまでの間に設定する。あるいは前記更なる所定時間ｔ_１を、通紙開始時から、最初の最大サイズ用紙の後端が定着ニップを通過後から同サイズの２枚目の用紙の先端が定着ニップに到達するまでの間に設定する。フィニッシャーを備える場合、フィニッシャー内の用紙搬送手段と、フィニッシャーより用紙搬送上流側の装置本体内の用紙搬送手段を異なる駆動源で稼動させるのがよい。

本発明によれば、定着性の確保と電力利用の効率化の両立を図ることができる。

前記更なる所定時間ｔ_１が給紙部先端から排紙系ユニットの定着装置側に位置した最初の用紙搬送手段までの搬送距離Ｌ、用紙搬送線速をｖとするときのＬ／ｖと等しいか、それ以下であることで、該当用紙搬送手段の稼動をぎりぎりまで遅らせて、定着装置の出力に利用することができる。所定時間ｔ_１を、通紙開始時から、Ｎ枚目の用紙後端が定着ニップを通過後からＮ＋１枚目の用紙先端が定着ニップに到達するまでの間に設定することで、紙間にｔ_１が設定されることになり、定着ニップに紙がある最中に熱源出力が変わる事態を回避でき、特に最大サイズ用紙では有利である。

フィニッシャー内の用紙搬送手段と、フィニッシャーより用紙搬送上流側の装置本体内の用紙搬送手段を異なる駆動源で稼動させることで、制御が簡単となる。

以下、本発明を電子写真方式画像形成装置であるレーザープリンタ（以下、プリンタという）に適用した実施の形態として説明する。まず、本形態に係るプリンタ全体の構成及び動作について説明する。本プリンタは、潜像担持体としての感光体ドラム１を有している。感光体ドラム１は、図中矢印Ａ方向に回転駆動されながら、一様帯電手段としての帯電ローラ５０により、その表面を一様に帯電される。その後、潜像形成手段である光書込ユニット５１により画像情報に基づき走査露光され、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。なお、一様帯電手段及び潜像形成手段としては、帯電ローラ５０及び光書込ユニット５１とは異なるものを用いることもできる。感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、現像装置２により現像され、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、転写ローラ５３を備えた転写手段としての転写ユニットにより、給紙カセット５４から給紙ローラ５５及びレジストローラ対５６を経て搬送される記録媒体としての転写紙５２上に転写される。転写終了後の転写紙５２は、定着手段である定着装置５７によりトナー像を定着され、排紙ローラ６０を介して機外の空間部Ｓに排出される。空間部Ｓには、転写紙５２を収容する排紙トレイ６１が配置されている。なお、転写されずに感光体ドラム１上に残留した転写残トナーは、クリーニング手段としてのクリーニングユニット５８により感光体ドラム１の表面から除去される。また、感光体ドラム１上の残留電荷は、除電手段としての除電ランプ５９で除去される。

定着装置５７は装置筐体内に、定着回転体である加熱ローラ５７Ａ、加圧ローラ５７Ｂ及び熱源たるヒータ５７Ｃがそれぞれ配置されている。加熱ローラ５７Ａは、転写紙に担持されたトナー像に接触する側に配置された熱良導体から成る材質の中空円筒と、この中空円筒の表面に離型層を有したローラであり、内部にヒータ５７Ｃが配置されている。加圧ローラ５７Ｂは芯金の表面に弾性体層を有したローラ部材であり、加熱ローラ５７Ａと圧接しながら連動して回転することで転写紙を挟持搬送する際の定着ニップ部を構成するようになっている。転写紙に担持されたトナー像は、加熱ローラ５７Ａ及び加圧ローラ５７Ｂで挟持搬送される際に熱・圧力の作用により加熱定着される。

上記構成において、画像形成装置全体として考える場合、画像形成が必要となってスイッチオンする際など画像形成装置の立ち上がり／再立ち上がりから立ち上がり完了までは、定着装置とコントローラー以外は稼動していない。そのため、定着装置ではヒータの最大出力で加熱ローラを加熱することができる。そして、立ち上がり完了と共に、給紙系、排紙系、読み取り系の各ユニットを稼動するので、定着装置に入力できる電力を縮小せざるを得ないが、定着装置より用紙搬送下流側に位置する排紙系ユニットについては、用紙が定着装置に到達・通過するまでは、他の給紙系や読み取り系と同じタイミングで稼動を開始する必要性がない。つまり、立ち上がり完了直後の通紙では、画像形成装置の各ユニットがすべてフル稼働するまでに、マシンダウンを引き起こすリミットの電力に対して多少余裕がある。それと同時に、定着装置の温度落ち込みが最下点に達し、定着性がもっとも厳しいのがこの時間帯である。

そこでこの時間帯に着目してヒータ出力の下げ幅を小さくし、定着性を確保するのである。本例では、ヒータ出力段階下げ実行の起点を、立ち上げ中に信号入力して、立ち上げ完了直後に通紙を開始したときとする。そして、この立ち上げ完了の判断を経過時間と到達温度の２つで行うこととし、予め設定された復帰開始からの経過時間と、必要到達温度のどちらか一方でも満たせば立ち上げ完了とする。一方、ヒータ出力段階下げの制御は、経過時間による立ち上げ完了時にのみ適用することとする。必要到達温度（Ｔａ℃）が所定経過時間（ｔ_Ｒ秒）よりも先に実現して立ち上げ完了した場合は、加熱ローラの表面温度が定着性を十分に確保できる温度になっており、消費電力を可能な限り上げた上で多段階下げを行っても、定着性向上に寄与する程度が少ない。しかしながら、復帰開始からの所定経過時間が先にきて立ち上げ完了となった場合は、加熱ローラの表面温度が十分でなく、定着開始直後の温度低下のために定着性が不十分となることが予想される。したがって、ヒータ出力多段階下げを適用して、通紙初期での定着性を確保する。

これを図２のフローに基づいて説明すると、マシン立ち上げで定着装置のヒータは最大出力Ｊ（ｗ）で稼動開始し、起動後から所定経過時間（ｔ_Ｒ秒）経過した段階で、給紙系ユニット、読み取り系ユニット、更には排紙系の搬送ローラ６２の駆動に要する出力Δαに相当する分だけヒータ出力を落とし、それに合わせてこれらユニット及び搬送ローラ６２の駆動を始める。そして更に所定時間ｔ_１（秒）経過後には、排紙ローラ６０駆動に要する出力Δβに相当する分もヒータ出力を落とし、それに合わせて排紙ローラ６０の駆動を始める。所定時間ｔ_１は紙種に応じて変更され得るものである。所定時間に代えて、各ローラ手前近傍にセンサを配して、出力下げを実行してもよい。以上の制御による加熱ローラでの温度変化を図３に示す。従来の制御では、立ち上げ完了後に給紙系、排紙系、読み取り系の各ユニットの稼動に必要な出力の相当する分を定着ヒータ出力下げとしていたのに対して、本発明では排紙ローラ６０の駆動をｔ_１経過後として、その駆動分を定着ヒータ出力に利用するのである。定着装置の用紙搬送下流側にある搬送ローラ６２の駆動も、給紙系ユニットや読み取り系ユニットの稼動開始より遅らせて、転写紙５２が定着装置５７に到達後、あるいは搬送ローラ到達直前で開始するようにしてもよい。

ｔ_Ｒ経過前に必要到達温度（Ｔａ℃：加熱ローラの表面温度が最初の通紙直後に温度落ち込みがあっも定着性を確保できるレベル）に達している場合には、排紙系ユニットを稼動させることとして定着ヒータの出力をその分下げる。「ｔ_Ｒ（秒）」経過しても、この「必要到達温度Ｔａ℃」に達していない場合には、最初の通紙の際の温度落ち込みが定着性の点で問題を発生し得るので、マシン立ち上げの高速化を維持しつつ、通紙初期でも十分な定着性も確保できるように、給紙系や読み取り系を稼動開始する一方で定着装置への電力供給をできる限り減らさないように、排紙ローラの稼動を遅らせるのである。

そして、通紙を数枚程度行うと、加圧ローラ温度も上昇し、転写紙が通過しても温度落ち込みは定着不良を引き起こさなくなり、この段階でヒータへの入力は定着性に対し過剰なものとなるので、最大消費電力及び総平均消費電力の観点からは不利となる。そこで、更にヒータの出力を下げ（Δβ）、排紙ローラ６０の駆動に切り替える。その切り替えのタイミングは、例えば、最大サイズ紙を通紙する場合の、通紙開始後から最初の用紙の終端が定着ニップを通過後であって、次の用紙の先端が定着ニップに到達するまでの間において設定することが好ましい。但し、定着済み転写紙が排紙ローラ６０に到達するまでには排紙ローラ６０の駆動を開始する必要があるので、通紙開始地点（給紙ローラ５５）から排紙ローラ６０までの搬送距離をＬとし、線速をｖとする場合のＬ／ｖ（秒）経過後には排紙ローラ６０の駆動を開始し、ヒータ出力をΔβだけ下げることが必要である。

以上のように排紙系駆動の稼動分をぎりぎりまで定着での温度上昇に利用することのメリットは特にソート・スタックといった仕分けをする外部排紙装置（いわゆるフィニッシャー）が装着されている場合に顕著である。図４に示すように、画像形成装置本体側にある用紙排紙搬送路に設けられた排紙搬送ローラを「上流側排紙ローラ」と、外部排紙装置７０側の排紙搬送ローラを「下流側排紙ローラ」として、上流側排紙ローラを本体側動力で行い、下流側排紙ローラを外部排紙装置側動力で行って、これらを共通の制御部で制御する。このような搬出搬送路が長いマシンにおいて、始めに定着ヒータ（更にはコントローラー）に集中的に電力を供給して、立ち上がり完了のタイミングに合わせて、給紙系ユニットと読み取り系ユニットの稼動させ、これらの稼動に必要な電力分だけ下げて定着ヒータへの電力供給を行う。画像形成装置中の排紙系ユニットは、転写紙が例えば定着装置に到達した時点で稼動開始する。上記第１例のように、定着装置に近い側の搬送ローラは給紙系、読み取り系ユニットと同時に駆動開始させることもできる。そして、画像形成装置がフルシステムで稼動しているとき、外部排紙装置７０の稼動タイミングは最初の転写紙が外部排紙装置７０に到達する前とする。最初の転写紙が外部排紙装置７０に到達していなければ外部排紙装置７０を稼動させる必要はない。例えば、最初の転写紙後端が定着ニップを通過してから２枚目の転写紙の先端が定着ニップに到達までの間とする。これによって紙搬送性を損なうことなく、無駄な電力消費を抑えることができ、その間に定着ヒータの出力を高めることができるのである。

本発明に係る複写機の概略図である。 本発明での制御を示すフロー図である。 本発明を説明するための加熱ローラの温度変化を示すグラフである。 フィニッシャーを取り付けた画像形成装置の概略図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
５２ 転写紙
５７ 定着装置
５７Ａ 加熱ローラ（定着回転体）
５７Ｂ 加圧ローラ（加圧体）
５７Ｃ ヒータ（熱源）
６０ 排紙ローラ
６２ 搬送ローラ
７０ 外部排紙装置

Claims (7)

1. 定着回転体と、当該定着回転体に圧接して定着ニップを形成する加圧体及び定着回転体を加熱する熱源を有する定着装置を備えた画像形成装置であって、給紙系ユニット、読み取り系ユニット並びに前記定着装置の用紙搬送方向下流側に位置する排紙系ユニットを更に備え、立ち上げを開始してから所定経過時間ｔ_Ｒ内に、前記定着回転体の表面温度が最初の通紙直後に温度落ち込みがあっても定着性を確保できるレベルである設定温度Ｔａに達して通紙を開始する場合には通紙開始時に前記給紙系ユニット、前記読み取り系ユニットと共に前記排紙系ユニットを稼動させることができるように前記熱源の出力を引き下げて、立ち上げを開始してから前記所定経過時間ｔ_Ｒ内に前記設定温度Ｔａに達せず前記所定経過時間ｔ_Ｒ経過後に通紙を開始する場合には、通紙開始から用紙が定着装置の用紙搬送下流側に位置する排紙系ユニットに到達する時間に相当する更なる所定時間ｔ_１の間は前記排紙系ユニットの一部を稼動せずに、前記熱源の出力を、立ち上げ開始時よりも下げるが前記給紙系ユニット、前記読み取り系ユニットと共に前記排紙系ユニットを稼動させて通紙を開始する場合の前記熱源の出力よりも前記排紙系ユニットの一部を稼動させない分だけ高くして、前記定着回転体の温度が前記設定温度Ｔａになるよう稼動することを特徴とする画像形成装置。
2. フィニッシャーを備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 排紙系ユニットにある複数の用紙搬送手段の駆動を順次オンにして、これに対応させて熱源出力を段階的に引き下げることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記更なる所定時間ｔ_１が給紙部先端から排紙系ユニットの定着装置側に位置した最初の用紙搬送手段までの搬送距離Ｌ、用紙搬送線速をｖとするときのＬ／ｖと等しいか、それ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記更なる所定時間ｔ_１を、通紙開始時から、Ｎ枚目の用紙後端が定着ニップを通過後からＮ＋１枚目の用紙先端が定着ニップに到達するまでの間に設定することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記更なる所定時間ｔ_１を、通紙開始時から、最初の最大サイズ用紙の後端が定着ニップを通過後から同サイズの２枚目の用紙の先端が定着ニップに到達するまでの間に設定することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
7. フィニッシャー内の用紙搬送手段と、フィニッシャーより用紙搬送上流側の装置本体内の用紙搬送手段を異なる駆動源で稼動させることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

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