JP5358122B2

JP5358122B2 - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP5358122B2
Application number: JP2008125587A
Authority: JP
Inventors: 利充武内
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-05-13
Also published as: JP2009276427A

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機・プリンタ・ファクシミリ、或いは、これらを機能的に備えた複合機等の画像形成装置に用いられて、転写紙に転写されたトナー画像を加熱・加圧することで定着する定着装置及びその定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来から、電子写真方式を用いた複写機・プリンタ・ファクシミリ、或いは、これらを機能的に備えた複合機等の画像形成装置においては、転写紙に転写されたトナー像は、ハロゲンヒータ等を熱源として加熱する加熱ローラ等の加熱部材と、この加熱部材に圧接する加圧ローラ等の加圧部材と、を用いて加熱・加圧定着する定着部材を備えたものが周知である。

この際、省電力化やウォームアップタイムの短縮化を狙って、加熱部材の低熱容量化を行った場合に、以下の問題が考えられる。

加熱部材の長手方向の加熱領域に対して狭い転写紙幅の転写紙をニップ部で挟持通紙する場合、転写紙が通過する際の熱伝導により、通紙領域と非通紙領域とでは加熱部材が奪われる熱量が大きく異なる。

従って、狭い転写紙幅の転写紙をニップ部で連続的に挟持通紙させると、非通紙領域では転写紙によって熱が奪われないため、転写紙の通紙枚数が増えるに従って温度が上昇する、いわゆる非通紙領域過昇温が発生する。

この現象がひどくなり、非通紙領域の温度が装置の耐熱温度を超えると、加熱部材としてのローラやベルト、或いは加熱部材周辺の軸受け等の各構成部品の溶融・破損が発生する虞がある。また、耐熱温度以下であっても高温オフセットや通紙シワ等の問題発生が懸念される。

このような現象を防止するために、様々な幅の転写紙に対応して、定着温度等の定着条件を変更したり、処理速度を遅くする等の処理を行ったりすることで、非通紙領域過昇温をある程度の温度以下に抑える制御が一般的に実施されている。

通常、転写紙の幅が狭くなるほど非通紙領域過昇温は発生しやすく、それらに対応して給紙、処理速度を遅くするような制御設定を行うことが一般的である。

ここで、転写紙幅の設定は、ユーザーがスイッチやパーソナルコンピュータからの入力等で切り換えたり、給紙カセットや手差トレイ等の給紙部に設けられた転写紙ガイドの位置を検知するセンサ出力より判断する等の構成・制御が公知である（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−０２６７２４号公報

ところが、上記の如く構成された画像形成装置にあっては、例えば、小型で画像形成処理速度が比較的遅い低速機においては、加熱部材表面の温度はコスト及び画質の観点から通紙領域外に設けられた温度検知センサによって制御されることが多い。

また、中速機以上になると定着性の観点から中央部に非接触の温度検知センサを追加して制御することが考えられる。

また、このような画像形成装置において、転写紙の搬送方向と直交する幅方向の中央を搬送基準とした定着装置では、例えば、転写紙ガイドを幅方向で任意に可変できるマルチトレイから給紙を行う場合、転写紙サイズに転写紙ガイドを合わせずに、実際に使用する転写紙幅よりも転写紙ガイド幅を広幅としたまま転写紙を片側の転写紙ガイドに沿わせて通紙を行うことも可能である。

このような場合、上述した転写紙幅を転写紙ガイドの幅で検知することで非通紙領域を設定する方式では、予期しない非通紙領域が存在してしまい、結果的に通紙枚数が増えるに従って加熱部材の温度が上昇し、最終的には、非通紙領域での温度が装置の耐熱温度を超えると、加熱部材としてのローラやベルト、或いは加熱部材周辺の軸受け等の各構成部品の溶融・破損が発生する虞がある。また、耐熱温度以下であっても高温オフセットや通紙シワ等の問題発生を抑制することができなかった。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、転写紙のサイズ混載や片寄せ状態での定着処理時における加熱部材の非通紙領域過昇温の発生を抑制することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、内部に熱源を備えた加熱部材と、該加熱部材に圧接されてニップ部を形成する加圧部材と、前記熱源による前記加熱部材の加熱温度を少なくとも待機温度と転写紙サイズに応じた定着温度とで切換制御する制御回路と、を備え、前記ニップ部に搬送された転写紙に転写されたトナー画像を転写紙サイズに応じた定着温度で加熱・加圧することで定着する定着装置において、前記制御回路は、定着温度よりも低く且つ待機温度よりも高い紙間温度への切換制御並びに連続搬送される転写紙の紙間距離又は搬送速度の少なくとも一方の切換制御を可能とすると共に、複数の転写紙を連続して定着している際に、転写紙サイズに応じて予め設定した一定枚数までは転写紙サイズに対応した定着温度とし且つ一定枚数経過後は紙間距離を長く又は搬送速度を遅くすると同時に転写紙が前記ニップ部に存在していない間は紙間温度に切り換えることを特徴とする。

この際、転写紙の許容最大サイズよりも小サイズを定着している際に前記加熱部材の非通紙領域の表面温度を検出する温度検知部材を備え、前記制御回路は、複数の転写紙を連続して定着している際に、前記温度検知部材の検知温度が所定温度以上を検知した場合に、紙間距離を長く又は搬送速度を遅くすると同時に転写紙が前記ニップ部に存在していない間は紙間温度に切り換えるのが好ましい。

また、前記制御回路は、転写紙サイズと厚さとに応じて転写紙サイズに対応した紙間温度に制御するのが好ましい。

さらに、前記制御回路は、異なる転写紙サイズの転写紙を連続して定着している際に、その転写紙サイズが最大転写紙サイズよりも小さいサイズを連続して一定枚数以上定着処理した場合に、紙間距離を長く又は搬送速度を遅くすると同時に転写紙が前記ニップ部に存在していない間は紙間温度に切り換えるのが好ましい。

また、前記制御回路は、転写紙を連続して定着している際に、転写紙サイズ情報よりも実際に使用している転写紙サイズが小さいサイズを連続して一定枚数以上定着処理した場合に、紙間距離を長く又は搬送速度を遅くすると同時に転写紙が前記ニップ部に存在していない間は紙間温度に切り換えても良い。

本発明は、上記した何れの定着装置を備えた画像形成装置とすることができる。

本発明の画像形成装置は、転写紙のサイズ混載や片寄せ状態での定着処理時における加熱部材の非通紙領域過昇温の発生を抑制することができる画像形成装置を提供する。

次に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置の説明図、図２は本発明の一実施形態に係る画像形成装置の要部の説明図、図３乃至図７は本発明の一実施形態に係る画像形成装置における加熱ローラの温度制御例の説明図である。

（複合機の全体構成）
図１において、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としての複合機１は、複合機本体２と、複合機本体２の前面から引き出し可能な複数段の給紙カセット３，４，５と、給紙カセット３，４，５とは別の転写紙の利用を可能とするために複合機本体２の一方の側面に開閉可能に設けられた手差トレイ（マルチトレイ）６と、複写機・ファクシミリ・スキャナの各種機能として原稿を読み取る際に使用する自動原稿送り装置（ＡＤＦ）７と、表示画面８を有すると共に各種機能等の設定・選択操作を行う操作部９とを備えている。尚、複合機１の形状や構成・機能等は図示例のものに限定されるものではない。

（複合機本体２の内部構成）
また、複合機本体２の内部には、収納手段としての給紙カセット３，４，５又は手差トレイ６に収納された転写紙（図示せず）を取り出して排紙トレイ１０に向けて通紙する通紙経路１１と、通紙経路１１のシート通紙方向上流側に配置されたレジストローラ対１２と、レジストローラ対１２よりも通紙経路１１のシート通紙方向下流側に配置された画像形成部１３と、画像形成部１３によって転写紙の表面に転写されたトナー像を転写紙の表面に定着させる定着部（定着装置）１４と、通紙経路１１の複合機本体２内での最下流部に配置された排出部１５と、を備えている。

さらに、通紙経路１１には、複数の経路が分岐・合流されており、本実施の形態では、定着部１４よりも通紙経路１１のシート通紙方向下流側に配置された分岐路１６と、分岐路１６に導かれた転写紙を表裏反転させるスイッチバック経路１７と、スイッチバック経路１７によって表裏反転した転写紙をレジストローラ対１２よりもシート通紙方向上流側の通紙経路１１へと戻す反転経路１８と、ＡＤＦ７にセットされた原稿が複数である場合に片面印刷処理後の転写紙の排出面を原稿順序に合わせた状態で排出部１５へと導く反転排出路１９と、を備えている。

（レジストローラ対１２の構成）
レジストローラ対１２は、給紙カセット３，４，５又は手差トレイ６から取り出された転写紙の通紙方向先端をレジストセンサ２０で検出することにより、転写紙の先端位置と感光体ドラム２１の表面に形成されたトナー像位置との同期を計るものである。

具体的には、レジストセンサ２０が転写紙の先端を検出してから所定時間経過後にレジストローラ対１２と感光体ドラム２１の回転駆動を開始させ、レジストセンサ２０が転写紙の後端を検出してから所定時間経過後にレジストローラ対１２と感光体ドラム２１の回転駆動を停止する。また、レジストセンサ２０は、給紙カセット３，４，５から通紙経路１１へと送り出された転写紙のシート通紙方向に沿うシート長を検出するもので、転写紙の先端を検出してから後端を検出するまでの時間によって転写紙の長さ（シート通紙方向に沿う方向）を検出する。

レジストローラ対１２は、モータ等の駆動源（図示せず）に連繋されている。そして、レジストローラ対１２は、静止状態において、転写紙の先端がニップされたときに瞬間的に転写紙の通紙を停止することで転写紙の斜め送りを矯正する。

（画像形成部１３の構成）
画像形成部１３は、感光体ドラム２１と、感光体ドラム２１の周囲に配置された帯電デバイス２２、露光デバイス２３、現像デバイス２４、転写デバイス２５、クリーニングデバイス２６、除電デバイス２７等を備えている。

これにより、画像形成部１３は、感光体ドラム２１が図示しない駆動手段によって所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動され、その表面が帯電デバイス２２によって所定の極性・電位に均一に帯電される。

帯電後の感光体ドラム２１は、その表面に露光デバイス２３によって静電潜像が形成される。ここで、露光デバイス２３は、例えば、複写機機能によりＡＤＦ７を利用してスキャナー部で読み取った印刷データ、ファクシミリ機能により電話回線を通じて受信した印刷データ、プリンタ機能によりネットワーク等の通信回線によって接続されたパーソナルコンピュータ等から出力された印刷データに基づいて、感光体ドラム２１の表面にレーザー光を照射し、感光体ドラム２１の表面のレーザー光照射部分の電荷を除去して画像情報に応じた静電潜像を形成する。

そして、感光体ドラム２１の表面に形成された静電潜像は、現像デバイス２４によって電荷を有するトナーが静電的に付着されて未転写トナー像として現像される。さらに、その未転写トナー像は、感光体ドラム２１と転写デバイス２５との協働によって転写紙の表面に未定着トナー像として転写される。

この際、転写紙の表面に未転写トナー像を転写した感光体ドラム２１は、クリーニングデバイス２６によって残留トナー等が除去されると共に次の画像形成時の帯電のために除電デバイス２７によって除電される。

（定着部１４の構成）
定着部１４は、画像形成部１３によって転写紙の表面に転写された未定着トナー像を定着させるために、転写紙の表面側、即ち、未定着トナー像側に配置された加熱部材としての加熱ローラ（又は加熱ベルト）２８と、通紙経路１１を挟んで加熱ローラ２８と対向する加圧部材としての加圧ローラ２９とを備え、この加圧ローラ２９を加熱ローラ２８に圧接することで転写紙をニップ搬送（ニップ部）する。

転写紙の表面に形成された未定着トナー像は、加熱ローラ２８に直接接触することによって溶融し、転写紙の裏面側から加圧ローラ２９で加圧されることによってそのまま転写紙の表面に溶融トナーが定着像として定着される。

尚、加熱ローラ２８の表面には、溶融トナーが付着しないように表面コーティング処理等がなされている。また、加熱ローラ２８の表面に付着してしまった溶融トナー等は図示を略するクリーニングデバイス等によって除去される。

（転写紙ガイド３０の構成）
一方、上述した収納手段としての給紙カセット３，４，５並びに手差トレイ６には、セット（収納）された転写紙が斜めに給紙されないよう、その通紙方向に沿う両縁部を支持する転写紙ガイドが設けられている。

ここで、例えば、手差トレイ６に設けられた転写紙ガイド３０は、図２に示すように、ギヤ３１と、ギヤ３１と噛み合って互いに逆方向（接近・離反）に同期して変位する一対のラック３２，３３と、一対のラック３２，３３に固定されたカーソル３４，３５と、を備えている。

尚、上述した転写紙ガイド３０は、給紙カセット３，４，５（又はＡＤＦ７）にも類似するもの、或いは、プレート状のものが設けられ、その位置によってセットされた転写紙（又は原稿）のサイズを検出するが、以下、本発明に係わる転写紙ガイド３０を手差トレイ６に設置した場合として説明する。

転写紙の通紙位置はカーソル３４，３５によって両縁部が規制される。また、カーソル３４，３５は、転写紙幅方向中央を通紙基準（ＰＣ）として転写紙幅方向左右対称となるように左右連動してスライド変位し、手差トレイ６にセットした転写紙の両縁部にカーソル３４，３５を突き合わせることで、転写紙が転写紙幅方向中央の通紙基準（ＰＣ）で通紙される。また、カーソル３４，３５は、公知の転写紙サイズ検知センサ３６により、その離間距離（又は位置）を検知することでセットされた転写紙のサイズが検知される。

一方、加熱ローラ２８は、その表面温度が３つの温度検知センサ３７，３８，３９によって検知される。この３つの温度検知センサ３７，３８，３９のうち、温度検知センサ３７は、加熱ローラ２８の通紙基準ＰＣ上に配置され、公知の温度検知センサと同様に、主として加熱ローラ２８の加熱温度管理用として使用される。また、温度検知センサ３８，３９は、通紙可能な最大サイズの転写紙（例えば、Ａ４規格紙）の非通紙領域又は非画像領域に配置され、主として本発明に係る転写紙混載状態又は片寄せ状態での加熱ローラ２８の過昇温検知用として使用される。

他方、転写紙サイズ検知センサ３６及び２つの温度検知センサ３７，３８の検知結果は、制御手段としての制御回路（ＣＰＵ）４０に入力される。

制御回路４０は、ＲＯＭ４１に格納された画像形成処理全般に係わる各種制御プログラム並びに本発明に係わる処理速度制御に関する制御プログラムが格納されている。これにより、制御回路４０とＲＯＭ４１とは、本発明に係わる処理速度制御を実行するマイクロコンピュータを構成している。また、制御回路４０には、定着部１４で定着処理する転写紙の連続枚数をカウントするカウンタ４２からのカウント枚数やレジストセンサ２０並びに定着後の転写紙を検知する排出センサ４３からの出力信号が入力される。

これにより、制御回路４０は、各センサ等からの検知結果に基づいて、転写紙を給紙・通紙（搬送）するための給紙ローラ（給紙モータ）４４等の回転速度並びに回転開始・停止タイミングを制御する。また、制御回路４０は、各センサ等からの検知結果に基づいて、ハロゲンヒータ等のヒータ回路４５を制御する。

具体的には、加熱ローラ２８は、画像形成装置毎に設定された最大転写紙サイズ（例えば、Ａ４縦長通紙）の転写紙が定着可能なように配熱特性が構成されている。

加熱ローラ２８の温度制御は、非画像域に設置された温度検知センサ３８，３９の検知温度によって制御回路４０がヒータ回路４５を制御することで行われる。

ここで、転写紙ガイド３０の幅を、設定最大転写紙サイズ（Ａ４）の転写紙をガイドする幅としたまま、手差トレイ６に片寄せ状態で小サイズ（例えば、Ａ５）の転写紙に定着処理を行う場合、加熱ローラ２８表面の温度は、図３に示すように推移する。尚、この例においては、１００枚目の通紙（定着）から３００枚目の通紙までの所要時間（＝処理速度）を５００秒としている。

ここで、手差トレイ６の転写紙ガイド３０が設定最大転写紙サイズ幅とされたまま片側寄せで通紙が行われた場合には、通常の温度制御では、加熱ローラ２８の表面温度は、図４に示すように推移する。

この際、転写紙は片寄せ状態であるため、加熱ローラ２８の非通紙領域の温度は印字枚数が増えるに従って上昇し、最終的にはユニットの破損及び機械の破損の要因となってしまう。

そこで、図４に示す実機レベルでは、制御回路４０は、片寄せ側と反対側に位置する温度検知センサ３８又は温度検知センサ３９の温度検知により、定着部１４の破損を防止するため、１３０枚の連続印字で画像形成処理を強制的に終了した。

尚、当然に、このまま印字処理を続けた場合には、加熱ローラ２８の非通紙領域の温度が上昇し、加熱ローラ２８の支持部等が耐熱温度を超えて破損してしまう。

そこで、このような、片寄せ状態での通紙時においても、加熱ローラ２８の非通紙領域に配置された温度検知センサ３８，３９の温度検知によって、基準値よりも加熱温度が高いと制御回路４０が判定した場合には、制御回路４０は、給紙ローラ４４の駆動タイミングを遅らせる等により、転写紙の紙間（通紙間隔）を開けて印字枚数を低下させる。

同時に、制御回路４０は、排出センサ４３の検知信号に基づいて加熱ローラ２８の加熱温度が定着温度よりも高く且つ待機温度よりも高い紙間温度となるようにヒータ回路４５を切り換え、レジストセンサ２０が次の転写紙を検知した際には、再度、紙間温度から定着温度にまで昇温するようにヒータ回路４５を切り換え制御する。この時の加熱ローラ２８の温度推移を図５に示す。尚、この例においては、１００枚目の通紙（定着）から３００枚目の通紙までの所要時間（＝処理速度）を、連続する転写紙の紙間距離、即ち、給紙ローラ４４による転写紙の給紙間隔を広げることによって、１０００秒としている。

ところで、図３乃至図５に示したグラフでは、実際には振幅の細かい折れ線グラフとなるが、説明の便宜上（図示の便宜上）、各線分を１本の線で示している。

このように、本発明の定着部１４にあっては、マルチトレイとしての手差トレイ６にセットされた転写紙が、サイズ混載を含めて、転写紙ガイド３０の設定幅よりも小さいサイズの転写紙を片寄せ状態で通紙した際に、加熱ローラ２８の非通紙領域の昇温による定着部１４の破損を抑制することができる。

尚、上述した実機レベルの実験に用いた画像形成装置は、線速３１０ｍｍのＡ４サイズ用であり、加熱ローラ２８はアルミの芯金にＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）のコート２５μｍを施して直径を３０ｍｍとしたものを用いた。また、ハロゲンランプ等の熱源には８５０Ｗのものを用いた。さらに、加熱ローラ２８は、中央部に設置された温度検知センサ３７（非接触サーミスタ）の検知信号に基づいて１７５℃で制御されており、連続印字時における紙間温度は１６０℃となるように制御した。さらに、加圧ローラ２９は、径が１２ｍｍの芯金に厚さ６．５ｍｍのゴムを巻回した２５ｍｍ径で、表面硬度はアスカ硬度の４６度のものを用いた。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の説明図である。本発明の一実施形態に係る画像形成装置の要部の説明図である、本発明の一実施形態に係る画像形成装置における定着温度変化のグラフ図である。本発明の一実施形態に係る画像形成装置における片寄せ通紙時の定着温度変化のグラフ図である。本発明の一実施形態に係る画像形成装置における温度制御時の定着温度変化のグラフ図である。

符号の説明

１…複合機
６…手差トレイ（収納手段）
１４…定着部（定着装置）
２８…加熱ローラ（加熱部材）
２９…加圧ローラ（加圧部材）
４０…制御回路
４２…カウンタ
４４…給紙ローラ
４５…ヒータ回路

Claims

内部に熱源を備えた加熱部材と、該加熱部材に圧接されてニップ部を形成する加圧部材と、前記熱源による前記加熱部材の加熱温度を少なくとも待機温度と転写紙サイズに応じた定着温度とで切換制御する制御回路と、を備え、前記ニップ部に搬送された転写紙に転写されたトナー画像を転写紙サイズに応じた定着温度で加熱・加圧することで定着する定着装置において、
転写紙の許容最大サイズよりも小サイズを定着している際に前記加熱部材の非通紙領域の表面温度を検出する温度検知部材を備え、
前記制御回路は、定着温度よりも低く且つ待機温度よりも高い紙間温度への切換制御並びに連続搬送される転写紙の紙間距離又は搬送速度の少なくとも一方の切換制御を可能とすると共に、複数の転写紙を連続して定着している際に、転写紙サイズに応じて予め設定した一定枚数までは転写紙サイズに対応した定着温度とし、且つ一定枚数経過後は、前記温度検知部材の検知温度が所定温度以上を検知した場合に、紙間距離を長く又は搬送速度を遅くすると同時に転写紙が前記ニップ部に存在していない間は紙間温度に切り換えることを特徴とする定着装置。
前記制御回路は、転写紙サイズと厚さとに応じて転写紙サイズに対応した紙間温度に制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記制御回路は、異なる転写紙サイズの転写紙を連続して定着している際に、その転写紙サイズが最大転写紙サイズよりも小さいサイズを連続して一定枚数以上定着処理した場合に、紙間距離を長く又は搬送速度を遅くすると同時に転写紙が前記ニップ部に存在していない間は紙間温度に切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
前記制御回路は、転写紙を連続して定着している際に、転写紙サイズ情報よりも実際に使用している転写紙サイズが小さいサイズを連続して一定枚数以上定着処理した場合に、紙間距離を長く又は搬送速度を遅くすると同時に転写紙が前記ニップ部に存在していない間は紙間温度に切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。