JP4714895B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、表面に弾性層を有する加熱ローラと、該加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって記録材上のトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体に形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録紙（記録材）上に転写し、この後、記録紙上に転写されたトナー像を定着している。

このようなトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンヒータ等を内蔵した加熱ローラと、加熱ローラを加圧する加圧ローラとによって、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であると共に記録紙上への定着性が良好であるため、広く利用されている。

なお、加熱ローラは芯金の内部にヒータを内蔵し、芯金の表面がシリコーンゴム等の弾性層にて被覆されている。同様に、加圧ローラも芯金の表面がシリコーンゴム等の弾性層にて被覆されている。

ここで、ウオーミングアップ中には加圧ローラは加熱ローラに圧接しているが、共に非回転状態である。従って、ニップ部では加熱ローラの熱が加圧ローラに伝導されるが、加圧ローラは熱容量が大きく、弾性層のシリコーンゴムは熱伝導性が悪いので、ニップ部以外の加圧ローラの表面はあまり昇温せず、略常温のまま保たれる。

従って、加熱ローラのみが所定の定着温度に上昇したことを検知して画像形成を開始すると、加熱ローラの回転に伴って加圧ローラも回転を開始するが、加熱ローラの熱は加圧ローラの温度上昇に費やされて記録紙上のトナー像の溶融には有効に使われない。このために、画像形成の初期においては、定着温度が低く、定着不良が発生する。

そこで、ウオーミングアップ中に加熱ローラと共に加圧ローラを回転させる予備回転を実施する定着装置が知られている。

例えば、加熱ローラの表面温度が定着可能な温度（レディ温度）に達すると、加熱ローラに従動して加圧ローラを予め設定した時間、例えば１０〜１５秒間だけ予備回転（空回転）させる定着装置がある（特許文献１参照）。

また、加熱ローラの表面温度が定着許可範囲の上限を超えている場合には、加熱ローラを予備回転（空回転）させてクールダウンさせ、加熱ローラの表面温度が定着許可範囲内に入った時点でコピー開始表示を行う定着装置がある（特許文献２参照）。
特開平１０−１４２９９９号公報 特開２００１−５６６２２号公報

しかしながら、特許文献１においては、定着可能な温度に達してから予備回転を行って加圧ローラを温度上昇させているが、予備回転が終了した直後には加熱ローラの表面温度が上昇し過ぎる可能性があって、この状態で画像形成を行うと、光沢ムラ等の画像不良が発生する虞がある。

また、特許文献２においては、加熱ローラの熱源をオフにした後でも加熱ローラの表面温度が上昇し、所定温度を超えるオーバーシュート現象が発生することを防止するものであり、加圧ローラの温度により定着を制御するものではない。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、ウオーミングアップ終了後に加圧ローラの表面温度が低温で定着不良が発生することを防止し、且つ、加圧ローラの表面温度が上昇し過ぎて定着不良が発生することを防止した定着装置を備えた画像形成装置を提案することを目的とする。

上記目的は下記の構成によって達成される。

加熱ローラと、前記加熱ローラを加熱する加熱手段と、前記加熱ローラに圧接する加圧ローラと、前記加熱ローラを回転駆動させる駆動手段と、を有し、回転駆動される前記加熱ローラ及び前記加圧ローラにより形成されるニップ部において記録材上の未定着トナーを定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
前記加熱手段を作動させて前記加熱ローラを前記未定着トナーが定着可能な温度まで加熱した後、前記加熱手段による前記加熱ローラの加熱に並行して前記駆動手段を駆動させて前記加圧ローラを従動駆動することにより前記加熱ローラの熱を前記加圧ローラ全体に伝達し、前記加圧ローラを前記未定着トナーが定着可能な温度以上の所定温度まで加熱した後に前記駆動手段を停止させ、前記加熱ローラを一定温度に保持する制御手段と、
画像形成が可能であることを示す表示を行う表示手段と、
前記駆動手段を停止させてからの時間を計時する計時手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記計時手段が計時した時間が所定の時間に達したとき、画像形成が可能であることを前記表示手段に表示させるべく前記表示手段を制御することを特徴とする画像形成装置。

本発明の画像形成装置によれば、加圧ローラの表面温度が低温であったり、高温であったりして、定着不良が発生することを防止できる。

本願発明の定着装置に関する実施の形態を説明する。

先ず、本発明に係わる定着装置を用いた画像形成装置について、図１の基本構成図を参照して説明する。

図１において、１は電子写真感光体である感光体ドラムであって、感光体ドラム１は矢示の方向に所定の周速度で回転駆動され、その表面が帯電器２によってマイナスの所定の電位ＶＨに一様帯電される。

３は露光装置で、不図示の画像読取装置やコンピュータ等から入力される画像情報の時系列デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力する。一様帯電された感光体ドラム１の表面は、このレーザビームによって走査露光される。これにより、感光体ドラム１の露光部分は電位絶対値が低下して電位ＶＬとなり感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。

現像器４は回転駆動される現像ローラ４ａを備えている。現像ローラ４ａは感光体ドラム１と対向して配置されており、その外周面にマイナスに帯電したトナーの薄層が形成される。現像ローラ４ａには、その絶対値が感光体ドラム１の電位ＶＨよりも小さく、電位ＶＬよりも大きい現像バイアス電圧が印加されており、これにより現像ローラ４ａ上のトナーが感光体ドラム１の電位ＶＬ部分にのみ付着して反転現像が行われ、トナー像が形成される。

一方、不図示の給紙部から給送される転写材である記録紙Ｐはレジストローラ９を経て、感光体ドラム１の回転と同期した適切なタイミングで感光体ドラム１と帯電転写極５とで形成される転写領域へ送られる。そして、感光体ドラム１上のトナー像は転写バイアスが印加された帯電転写極５により記録紙Ｐに転写される。

６は定着用ガイドであって、トナー像が転写された記録紙Ｐは定着装置７へ搬送され、記録紙Ｐ上に転写されたトナー像の定着がなされる。定着装置７を通過してトナー像の定着を終えた記録紙Ｐは不図示の排紙トレイ上に排出される。

一方、記録紙Ｐが分離された後の感光体ドラム１は、その表面に付着した転写残トナー等の残留物がクリーニング装置８によって除去され、クリーニングされた感光体ドラム１は繰り返し次の画像形成に供される。

なお、上述の画像形成装置はモノクロ画像を形成する装置であるが、本発明の定着装置はカラー画像を形成する装置に対しても適用される。

次に、本発明に係わる定着装置の実施の形態を図２に基づいて説明する。図２は定着装置の断面図である。

図２において、定着装置７は、トナー像を熱定着するために加熱手段としてのハロゲンヒータＨ１を内蔵する加熱ローラ７１、加熱ローラ７１に下方より圧接する加圧ローラ７２、加熱ローラ７１の表面温度を測定する温度センサ７５、及び加圧ローラ７２の表面温度を測定する温度センサ７６等から構成されている。

加熱ローラ７１は、中央に設けたハロゲンヒータＨ１と、アルミニュウム、鉄若しくは銅、又はこれらの合金から円筒状に形成された芯金７１ａと、芯金７１ａの外表面に位置してシリコーンゴムやフッ素ゴム等から形成された耐熱性弾性層７１ｂと、耐熱性弾性層７１ｂを被覆してＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から形成された離型層７１ｃとから構成される。

加圧ローラ７２は、例えばステンレスからなる芯金７２ａと、芯金７２ａの外周面に位置してシリコンゴムの発泡体からなる弾性層７２ｂと、弾性層７２ｂの外周面を被覆してＰＦＡチューブから形成された離型層７２ｃとから構成されている。そして、加圧ローラ７２は不図示の付勢部材によって付勢されて、加熱ローラ７１に下方より圧接している。

温度センサ７５，７６はサーミスタや熱電対等からなる。

ここで、不図示のモータによって駆動されて加熱ローラ７１が時計方向に回転すると、加圧ローラ７２が反時計方向に回転する。従って、例えば図１に示した画像形成装置によってトナー画像が形成された記録紙Ｐは、加熱ローラ７１と加圧ローラ７２とにより構成されたニップ部Ｎで挟持され、加熱及び加圧されることにより記録紙Ｐ上のトナー像が定着される。

なお、場合によっては加熱ローラ７１の加熱手段を誘導加熱方式にしてもよい。

次に、ウオーミングアップから画像形成までの経過時間に対する加熱ローラ７１と加圧ローラ７２の温度変化を図３に基づいて説明する。

図３において、横軸はウオーミングアップ開始からの時間（秒）を示し、縦軸は加熱ローラ７１と加圧ローラ７２の温度（℃）を示し、Ｒ１は加熱ローラ、Ｒ２は加圧ローラのグラフである。

定着装置における加熱ローラ７１のハロゲンヒータＨ１をオンにすると、加熱ローラ７１の温度は室温から次第に上昇するが、加圧ローラ７２は殆ど温度上昇がなく略室温に維持される。加熱ローラ７１の温度が例えば１８０℃に達したとき、加熱ローラ７１のモータをオンにして、加熱ローラ７１を回転駆動すると共に、加圧ローラ７２を従動回転させて、予備回転を開始する。この結果、加熱ローラ７１の熱が加圧ローラ７２に伝導される。そして、加圧ローラ７２の温度が例えば１７０℃に達したときに、加熱ローラ７１のモータをオフにして予備回転を終了する。すると、加圧ローラ７２の温度は漸次低下して、約７５℃で一定になる。

このようにウオーミングアップ時に予備回転を行う定着装置を用い、予備回転終了後に放置した時間に応じてベタ黒画像の定着を行い、その定着性能を評価する実験を行った。この結果を表１に示す。

表１の評価は下記の通りである。

○：ムラが全くない。

△：一部ムラがあるが実用上問題ない。

×：ムラが目立って、実用にならない。

表１によれば、予備回転終了後の放置時間を長くすればする程、定着性能が向上することが分かり、放置時間を６０秒以上とすることが望ましい。無論、定着装置の各ローラの形状、寸法、材質等により定着性能が良好になる放置時間は変化するが、少なくとも予備回転終了直後には定着せず、所定の時間が経過してから定着することが望ましい。そこで、用いる定着装置において定着性能が良好になる放置時間を予め実験により求めておき、その放置時間に達したときに、画像形成が可能であることを所定の表示手段に表示させればよい。表示手段としては、画像形成装置において各種の画像形成条件を設定する操作パネルにある液晶表示部でよい。

なお、加圧ローラ７２の温度は漸次低下した後、約７５℃で一定になるので、あまり長い放置時間は好ましくなく、最大でも１２０秒に設定することが望ましい。

以上の構成を図４のブロック図に示す。

制御手段１０１はＣＰＵからなり、各手段を制御する。加熱ローラ用温度センサ１０２は図２の温度センサ７５に相当し、加圧ローラ用温度センサ１０３は図２の温度センサ７６に相当する。加熱ローラ用モータ１０４は加熱ローラ７１を駆動するモータである。計時手段１０５は予備回転が終了してからの放置時間を計時する。表示手段１０６は操作パネルにある液晶表示部である。

そして、制御手段１０１は加熱ローラ用温度センサ１０２の温度情報により加熱ローラ用モータ１０４を回転させて予備回転を開始させ、加圧ローラ用温度センサ１０３の温度情報により加熱ローラ用モータ１０４を停止させて予備回転を終了させる。そして、予備回転が終了してからの時間を計時手段１０５が計時して、その時間が所定の時間に達したことを制御手段１０１が検出すると、制御手段１０１は表示手段１０６に画像形成が可能であることを表示させる。

以上は、予備回転が終了した後の時間を計時して画像形成が可能であることを表示したが、予備回転が終了した後の温度を測定して、その温度が定着許容内の温度になったならば、画像形成が可能であることを表示するようにしてもよい。

例えば図３において、予備回転が終了した後に加圧ローラ用温度センサ１０３が測定した加圧ローラ７２の表面温度が６０秒の放置時間に対応する１２５℃に低下したときに、制御手段１０１が表示手段１０６に画像形成が可能であることを表示させるようにしてもよい。

また、予備回転が終了した後に加熱ローラ用温度センサ１０２が測定した加熱ローラ７１の表面温度と、加圧ローラ用温度センサ１０３が測定した加圧ローラ７２の表面温度との温度差が、６０秒の放置時間に対応する９５℃以上になったとき、制御手段１０１が表示手段１０６に画像形成が可能であることを表示させるようにしてもよい。

画像形成装置の基本構成図である。 定着装置の断面図である。 ウオーミングアップから画像形成までの経過時間に対する加熱ローラと加圧ローラの温度変化を示すグラフである。 本発明に係わるブロック図である。

符号の説明

７ 定着装置
７１ 加熱ローラ
７２ 加圧ローラ
７５，７６ 温度センサ
１０１ 制御手段
１０２ 加熱ローラ用温度センサ
１０３ 加圧ローラ用温度センサ
１０４ 加熱ローラ用モータ
１０５ 計時手段
１０６ 表示手段
Ｐ 記録紙
Ｈ１ ハロゲンヒータ

Claims (2)

1. 加熱ローラと、前記加熱ローラを加熱する加熱手段と、前記加熱ローラに圧接する加圧ローラと、前記加熱ローラを回転駆動させる駆動手段と、を有し、回転駆動される前記加熱ローラ及び前記加圧ローラにより形成されるニップ部において記録材上の未定着トナーを定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
   前記加熱手段を作動させて前記加熱ローラを前記未定着トナーが定着可能な温度まで加熱した後、前記加熱手段による前記加熱ローラの加熱に並行して前記駆動手段を駆動させて前記加圧ローラを従動駆動することにより前記加熱ローラの熱を前記加圧ローラ全体に伝達し、前記加圧ローラを前記未定着トナーが定着可能な温度以上の所定温度まで加熱した後に前記駆動手段を停止させ、前記加熱ローラを一定温度に保持する制御手段と、
   画像形成が可能であることを示す表示を行う表示手段と、
   前記駆動手段を停止させてからの時間を計時する計時手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記計時手段が計時した時間が所定の時間に達したとき、画像形成が可能であることを前記表示手段に表示させるべく前記表示手段を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記所定の時間は、前記加圧ローラの温度が定着に適切な温度まで低下する時間であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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