JP7210223B2 - 画像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に用いる画像加熱装置に関する。

近年はカタログ、ポスター、パンフレット等の商業用印刷物を必要部数に応じて印刷することや、各種請求書やダイレクトメール等の印刷の内容の一部を顧客毎に変更しながら連続印刷するオンデマンド印刷市場が大きくなっている。そのため、製版を必要とするオフセット印刷に代わってオンデマンド印刷市場においても電子写真方式の画像形成装置が脚光を浴びている。

そこで、電子写真方式の画像形成装置では、このようなオンデマンド印刷、つまり、高速化対応を図るべく、ベルト定着装置が採用されている。これは、定着ベルトと加圧ローラを用いることによって記録紙の搬送方向に長い定着ニップを形成することができるという利点があり、３００ｇ／ｍ^２を超える大坪量の記録紙でも高い生産性が達成できる。
それに加え、近年、坪量の異なる記録紙を混載した場合でも、記録紙の間で待ち時間なく定着搬送するような機能が強く求められている。この場合、３００ｇ／ｍ^２を超える記録紙の定着性を満足可能な定着温度において、６０ｇ／ｍ^２のような小坪量の記録紙も定着することになる。小坪量の記録紙において熱量が過剰になってしまうと、主に坪量の小さいコート紙等において、ブリスタという現象が生じる恐れがある。これは、過剰に熱せられることによって、コート紙中の原紙の水分が水蒸気となり、この水蒸気がコート層の弱い部位を突き破って出てしまう現象のことである。

また、６０ｇ／ｍ^２のような小坪量の記録紙に最適な定着温度に設定した場合、３００ｇ／ｍ^２を超える記録紙において熱量不足となりコールドオフセットが生じる恐れがある。よって、３００ｇ／ｍ^２を超える記録紙に与える熱量を維持しつつ、ブリスタを抑制するためには、定着ベルトの目標温度を高温に保ちつつ、加圧ローラ側から記録紙へ与える熱量を制御することが効果的である。

このような手段として、ウォームアップ時の加圧ローラの過昇温の抑制のために接触していた加圧ローラの接触圧を下げる、または、離間させる方法が提案されている（特許文献１）。

特開２０１４－１７４５０３号公報

しかしながら、ウォームアップ時に定着ベルトに低温の加圧ローラを圧接させると、定着ベルトのウォームアップ時間が長くなる。さらには、定着ベルトの表層の離形層は低温時に柔軟性が低いため、低温時に加圧ローラなどが接触すると離形層に傷が入る。特に、商業印刷の場合は高品質の画像を高速に出力するため、定着ニップ幅を広くする、もしくは、定着ニップの荷重を増やして定着性を工場させる必要があり、傷が特に出やすい。離形層の傷は、記録材上のトナー像を定着する際にトナー像の表面に転写されてしまい印刷物の画像キズとなって顕在化するため、ウォームアップ時などの低温時に定着ローラと加圧ローラが接触しない方が望ましい。

一方で、加圧ローラが加熱されていない状態で記録材を加熱することによる弊害も知られている。定着ベルトが高温であっても、加圧ローラが低温だと、記録材の定着時に、記録材の表裏の温度差が大きくなってしまう。通常、記録材には水分が含まれているので定着時に水分が蒸発してしまう。この水分蒸発に伴って記録材は収縮するため、定着時の記録材の表裏の温度差が大きくなると、記録材表裏の水分蒸発量に差が、記録材の表裏の収縮量の差につながり、記録材は変形（カールと呼ばれる現象）してしまう。

上記の課題を解決するために、本発明に係る画像加熱装置は、
加熱機構により加熱される回転可能な定着部材と、
定着部材と当接し定着ニップを形成する回転可能な加圧部材と、
定着部材と、加圧部材との距離を変える距離制御機構と、を有し、
前記定着部材および加圧部材はそれぞれ離間した状態において、前記加圧部材の主たる加熱源が、前記定着部材からの輻射熱であるとともに、前記定着部材からの輻射熱量を制御することで前記加圧部材の温度制御をすることを特徴とする。

本発明に係る画像加熱装置によれば、定着ベルトに接触させることなく、さらには、定着ベルトの温度の変更に影響されることなく、加圧ローラを自由に温度制御することが可能となり、ブリスタやカールなどを防ぐことができる。

画像形成装置の概略図 画像加熱装置の概略図 離間量を変えた場合の画像加熱装置の概略図 加圧部材温度を変えた場合のブリスタ、カールの発生 離間量を変えた場合の加圧部材温度例 離間量を変える場合の加圧部材温度の制御フローチャート例 離間量を変えて制御した時の加圧部材温度推移の概略図 定着部材および加圧部材温度を変えた時の離間量テーブル例

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、本実施例では、定着部材がベルト形状であってもローラ形状であっても同様の効果が得られるためローラ形状で代表しているが、定着部材、加圧部材の、一方あるいは両方がベルト形状であってもよい。

＜画像形成装置＞
本発明に係る画像形成装置の一実施例について説明する。図１は、本実施例の画像形成装置の全体概略構成図である。

図１において、本実施例の画像形成装置は、像担持体であるドラム状の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）１を備えている。感光ドラム１は、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。感光ドラム１は、矢印ｃの方向に回転駆動され、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様に帯電される。次に、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビーム３による走査露光が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４で現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。

給紙された記録材Ｐは、記録材の搬送方向にて転写ニップ部Ｎｔの下流側に設置されたトップセンサ８により先端が検知され、感光ドラム１上の可視化されたトナー像と同期がとられて転写ニップ部Ｎｔへと搬送される。

感光ドラム１の外周には、帯電器２、レーザースキャナ３、現像器４が設けられている。レーザースキャナ３から発信されたレーザー光は感光ドラム１の母線上に集光して露光することにより、感光ドラム１上に画像信号に応じた潜像が形成される。現像器４には、現像剤としてそれぞれトナーが、図示しない供給装置により所定量充填されている。現像器４は、感光ドラム１上の潜像を現像して、トナー像として可視化する。

感光ドラム１上のトナー像は、転写装置としての転写ローラ５により、転写ニップ部Ｎｔに搬送された記録材Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。このとき記録材Ｐは、感光ドラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。トナー像Ｔが転写された記録材Ｐは、定着装置６へと搬送され、固着画像として定着される。一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置７により感光ドラム１表面より除去される。

＜定着装置＞
次に図２を用いて本実施形態の定着部の構成についてさらに詳細に説明する。図２に示すように、記録材Ｐ上に二次転写された未定着トナー像Ｔは、画像面に接触させる定着ローラ（加熱定着部材）１０と加圧ローラ（加圧部材）２０の加熱ニップＮによって挟持搬送されて記録材Ｐに定着される。定着装置６は、加圧ローラ２０を総圧力１００ｋｇｆで定着ローラ１０に圧接して、記録材Ｐの加熱ニップＮを形成する。

定着ローラ１０はアルミニウム製円筒の芯金１０ａの外周面に厚さ３ｍｍの弾性層１０ｂ、そしてその外周面に画像面に接触させる５０μｍの離型層１０ｃを配置して直径８０ｍｍに構成されている。弾性層１０ｂはＨＴＶ（高温加硫型）シリコンゴム層であり、離型層１０ｃは四フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体（以下、ＰＦＡ）を主材料としたチューブで被覆されている。

加圧ローラ２０は、アルミニウム製円筒の芯金２０ａの外周面に厚さ１ｍｍの弾性層２０ｂと、その外周面に離型層２０ｃを配置して直径６０ｍｍに構成されている。弾性層２０ｂは定着ローラ４０と同様に、ＨＴＶシリコンゴム層であり、その離型層２０ｃはＰＦＡチューブで被覆されている。

定着ローラ１０と加圧ローラ２０の回転中心には各ローラを内側より加熱するためのハロゲンヒータ１１が非回転に配置される。本例においては、ハロゲンヒータ１１には定格電力１５００Ｗのハロゲンヒータを採用した。

ハロゲンヒータ１１は各ローラ表面温度を検知する温度検知素子ＴＨ１とＴＨ２の出力結果を元に所定の温度になるように、画像形成装置のＣＰＵによりＯＮ／ＯＦＦ制御される。

さらに、定着ローラ１０と加圧ローラ２０はそれぞれ両端がボールベアリングで支持されて回転自在である。定着ローラ１０は、それぞれ一方の軸端に固定された歯車が不図示の歯車機構によって相互に連結され、不図示の駆動系Ｍによって一体に回転駆動されることにより矢印の方向に回転する。また、加圧ローラ２０は着脱機構３０により着脱可能となっており、加圧ローラ２０の着脱状態、脱状態での離間量を変更可能である。図３に加圧ローラ２０の離間状態を示す模式図を示す。加圧ローラは図３（ａ）では離間量Ｐ１にいる状態を、図３（ｂ）では離間量Ｐ２にいる状態を示す。

＜ブリスタ、カール発生条件＞
ここでは、定着ベルトの温度を１８０℃と固定した場合に、加圧ローラの表面温度条件を変更して通紙した際のブリスタとカールの発生条件を確認した結果を説明する。確認した記録紙は、８５ｇ／ｍ２の坪量のコート紙である（王子製紙株式会社のＯＫトップコート＋を用いた）。

ブリスタは８５ｇ／ｍ２の坪量のコート紙では１００℃を超えると発生し、カールは６５℃を下回ると同一の用紙を積載した場合に自重で強制されない状態になったのでＮＧと判断した（図４）。ゆえに本実施例の画像加熱装置であれば加圧ローラ２０の温度を８０℃で制御すればブリスタもカールも発生しないで記録紙を定着することができることが分かる。

＜加圧ローラの温度制御＞
ここから、加圧ローラ２０の温度を所望の温度に制御する方法を説明する。まず、加圧ローラ２０の温度が、定着ベルト１０との離間量Ｐによって安定する加圧ローラ温度を図５に示す。例えば、定着ベルト１０の温調温度が１８０℃で、離間量Ｐ１が０．５ｍｍのとき加圧ローラ２０は９６℃で安定するが、離間量Ｐ２を４ｍｍにすると加圧ローラ２０の温度は７３℃まで低下した状態で安定することが分かる。

このとき、加圧ローラの温度制御を図６に示すフローチャートで説明する。ここでは加圧ローラの温度目標値を８０℃に設定する。画像形成装置から加圧ローラ２０の温調開始命令が出されたとき、ステップ１（Ｓ１）では加圧ローラを離間させ、定着ローラ１０、加圧ローラ２０を駆動させてから、定着ローラ１０の温度をハロゲンヒータ１１に通電することで温調を開始する。

次にステップ２、３（Ｓ２、Ｓ３）の判定に従って、加圧ローラの離間位置をＰ１、またはＰ２に移動する。加圧ローラ２０の離間量を決めるための加圧ローラ温度２０の値として、温調温度より低いＴ１、温調温度より高いＴ２を設定する。ここでは温調温度８０℃に対し、Ｔ１を７８℃、Ｔ２を８２℃に設定した。

温調温度に対して、Ｔ１、Ｔ２を別に設定する理由は、温度検知のＴＨ２の検知バラツキや外乱による瞬間的な温度変化で頻繁に離間状態が切り替わることを防止する目的である。ステップ２（Ｓ２）において加圧ローラ２０の温度がＴ１以下の場合は、ステップ４へ移行し、加圧ローラ２０の離間量Ｐ１へ近づける。ステップ（Ｓ３）において加圧ローラ２０の温度がＴ２以上のときは、ステップ５（Ｓ５）へ移行し加圧ローラ２０を離間量Ｐ２へ離す。また、加圧ローラ２０の温度がＴ１より大きく、Ｔ２より小さい場合は離間量をそのままとする（Ｓ３のＮｏへの分岐）。ステップ６（Ｓ６）で加圧部材の停止命令が来るまでは、制御をステップ２（Ｓ２）に戻すことで加圧ローラ２０の温度を温調温度に維持する。

以上の制御をした場合の、加圧ローラ２０の温度推移を図７に示す。図７の上のグラフは、横軸が時間経過であり、縦軸に加圧ローラ２０の検知温度（ＴＨ２の検知温度）をプロットしている。下のグラフは上のグラフと横軸は合わせてあり、同時刻における加圧ローラ２０の離間位置を示している。一例として加圧ローラの温度が室温である２３℃の場合、図６のステップ２（Ｓ２）の判定でＴ１である７８℃以下として判定されるので、加圧ローラ２０の離間量はＰ１である定着ローラ１０と０．５ｍｍの位置まで移動し、この状態は加圧ローラ２０の検知温度がＴ２である８２℃を超えるまで継続される。この状態を維持すると、加圧ローラ２０の温度は図５によると９６まで昇温するが、加圧ローラ２０の検知温度が２０を超えると、図６ステップ３（Ｓ３）の判定でＴ２である８２℃以上と判定され、加圧ローラ２０の離間量はＰ２である定着ローラ１０と４ｍｍの位置まで移動し、図５の７３℃になるまで加圧ローラ２０は徐々に温度が下がっていく。この温度低下の過程で再度Ｔ１である７８℃を下回ると、図６のステップ２（Ｓ２）の判定により加圧ローラ２０Ｐ１へ戻る。以上の動作を繰り返すことに寄り加圧ローラ２０の表面温度は所望の８０℃付近を維持することが可能である。

また図６の制御状態であれば、定着ローラ１０の温度を、例えば画像の光沢性制御したい等の理由で±２０℃変えたとしても、図５の関係によれば、離間量Ｐ１とＰ２での間に、所望の加圧ローラ２０温度（８０℃）があれば、加圧ローラ２０の温度は制御可能である。つまり、定着ローラ１０の温度と、加圧ローラ２０の温度を独立で設定することが可能である。

なお、本実施例で用いた数値は一例であり定着装置の構成などによって一意的に決まるものではない。また、ごく短時間だけ定着部材と加圧部材を接触させていても、温度制御の主たる状態が離間状態であれば本実施例と本質的に同じである。

実施例２の形態として、加圧ローラ２０の離間量Ｐを定着ローラ１０と、加圧ローラ２０のそれぞれの温調温度から固定値に決める方法を説明する。図８の表で示すような、定着ローラ１０の温度毎に、加圧ローラ２０の温度が所望の温度になるような離間量Ｐのテーブルを実験等で予め作成する。この画像加熱装置において、例えば定着ローラ１０が１８０℃に温調される場合、加圧ローラ２０を８０℃にしたい場合は、図８のテーブルに従って離間量Ｐは２．９ｍｍに変更される。また、定着ローラ１０の温調温度が１９０℃に変更されて、加圧ローラ２０の温調温度が８０℃を維持したい場合は、離間量Ｐは３．４ｍｍに変更される。

このように、定着ローラ１０と加圧ローラ２０の温調温度をそれぞれ独立に決めれば、加圧ローラの離間量Ｐは一意に決定することが可能である。

なお、本実施例で用いた数値は一例であり定着装置の構成などによって一意的に決まるものではない。また、定着部材と、加圧部材の温度からテーブルを参照することが本質ではなく、例えば計算式を用いて離間量Ｐを決めても設定することができる。

１０ 定着部材（定着ローラ）、１１ 加熱源（ハロゲンヒータ）、
２０ 加圧部材（加圧ローラ）、３０ 着脱機構、Ｐ 記録材、Ｔ トナー像、
ＴＨ１ 温度検知機構（定着部材用）、ＴＨ２ 温度検知機構（加圧部材用）

Claims (2)

1. 加熱機構により加熱される回転可能な定着部材と、
   前記定着部材と当接し定着ニップを形成する回転可能な加圧部材と、
   前記定着部材と、前記加圧部材との距離を変える距離制御機構と、を有し、
   前記定着部材および加圧部材はそれぞれ離間した状態において、前記加圧部材の主たる加熱源が、前記定着部材からの輻射熱であるとともに、前記定着部材からの輻射熱量を制御することで前記加圧部材の温度制御し、
   前記定着部材と前記加圧部材の目標温度がそれぞれ独立に変更可能であって、前記定着部材と前記加圧部材の前記目標温度によって離間時の前記定着部材と前記加圧部材の距離が変わることを特徴とする画像加熱装置。
2. 画像加熱装置は加圧部材の温度検知機構を有し、
   加圧部材の温度が所定の温度以下のとき、定着部材と加圧部材の距離をＰ１とし、加圧部材の温度が所定の温度を超えたとき、定着部材と加圧部材の距離をＰ１よりはなれたＰ２へ制御することで加圧部材の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。

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