JP7313835B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機やプリンタ等の電子写真方式を採用する画像形成装置に搭載される定着装置、及びこの定着装置を備える画像形成装置に関する。
従来、画像形成装置には、異なる長さの発熱体を複数備える定着装置が搭載されている場合がある。切り替えリレーにより電力の供給が行われる発熱体を排他的に切り替えることで、用紙のサイズに応じた長さの発熱体を選択的に用いて非通紙部昇温を防止する構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。ここで、非通紙部昇温とは、発熱体の長手方向の長さよりも短い幅の用紙Pに定着処理を行っている場合に、発熱体と用紙とが接しない非通紙部において温度が上昇する現象をいう。
切り替えリレーにより電力の供給を行う発熱体を選択する構成では、切り替えリレーの接点溶着を回避するために、ヒータに供給される電力を遮断してから接点を切り替えることが望ましい。このため、プリント中に発熱体の切り替えを行うと、発熱体の切り替え動作中は定着装置の各種構成部材の温度が低下してしまう。これに対し、連続プリント動作中の発熱体の切替えを、用紙と用紙との間(以下、紙間という)で行うことで、発熱体の切り替え動作時の電力遮断の影響を軽減することができる。長さの異なる複数の発熱体を有する定着装置や画像形成装置においては、記録材の幅に応じて発熱体を選択することで、非通紙部の昇温を軽減することが可能である。
特開2001-100558号公報
幅の小さい記録材の印刷を行うときに、定着装置が十分に温まった(暖気されている)状態であれば、幅の小さい発熱体によって記録材を加熱することで定着処理が可能となる。しかし、定着装置が温まっていない状態では、幅の小さい記録材に定着処理を行う場合であっても、定着フィルムの変形を防止する観点から幅の大きい発熱体の使用が必要な場合がある。この場合、幅の大きい発熱体を用いて幅の小さい記録材に定着処理を行った直後に幅の広い記録材に定着処理を行うと、直前に定着処理が行われていた幅の狭い記録材の非通紙部領域において、高温オフセットが発生するおそれがある。
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、定着ニップ部における通紙部と非通紙部との温度差を小さくし、画像不良の発生を低減することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
(1)第1の記録材又は前記第1の記録材よりも長手方向の長さが短い第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第1の発熱体と、前記第1の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第2の発熱体であって、前記第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第2の発熱体と、を含むヒータと、前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体により加熱される第1の回転体と、前記第1の回転体とともにニップ部を形成する第2の回転体と、前記第1の発熱体、又は前記第2の発熱体を用いて定着処理を行うように制御する制御手段と、を備える定着装置であって、前記制御手段は、電力を供給する発熱体を前記第1の発熱体から前記第2の発熱体に切り替えて複数の第2の記録材に定着処理を行い、前記複数の第2の記録材への定着処理が終了した後で、前記第1の回転体及び前記第2の回転体が回転している、且つ前記ニップ部に記録材がない状態において、前記第2の発熱体を発熱させる第1の動作を行い、前記第1の動作において前記第2の発熱体を発熱させる期間は、前記ニップ部における前記長手方向の端部が暖められる度合いが大きいほど長く決定されることを特徴とする定着装置。
(2)第1の記録材又は前記第1の記録材よりも長手方向の長さが短い第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第1の発熱体と、前記第1の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第2の発熱体であって、前記第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第2の発熱体と、を含むヒータと、前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体により加熱される第1の回転体と、前記第1の回転体とともにニップ部を形成する第2の回転体と、前記第1の発熱体、又は前記第2の発熱体を用いて定着処理を行うように制御する制御手段と、を備える定着装置であって、前記制御手段は、電力を供給する発熱体を前記第1の発熱体から前記第2の発熱体に切り替えて複数の第2の記録材に定着処理を行い、前記複数の第2の記録材への定着処理が終了した後で、前記第1の回転体及び前記第2の回転体が回転している、且つ前記ニップ部に記録材がない状態において、前記長手方向における端部よりも中央部の方が、発熱量が多くなるように発熱させる第1の動作を行い、前記第1の動作において前記第2の発熱体を発熱させる期間は、前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体が用いられることにより前記ニップ部における前記長手方向の端部が暖められる期間が長いほど長く決定されることを特徴とする定着装置。
(3)記録材に未定着のトナー像を形成する画像形成手段と、記録材上の未定着のトナー像を定着する前記(1)又は前記(2)に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
本発明によれば、定着ニップ部における通紙部と非通紙部との温度差を小さくし、画像不良の発生を低減することができる。
実施例1~3の画像形成装置の構成図 実施例1~3の画像形成装置のブロック図 実施例1~3の定着装置の長手方向の中央部付近の断面模式図 実施例1~3のヒータの模式図、実施例1、3の電力制御回路の模式図 実施例1~3の発熱体切り替え制御のフローチャート 実施例1~3の定着ニップ部の長手方向における温度分布を示すグラフ 実施例1の均熱化制御のフローチャート 実施例1の加圧ローラの温度推移を示すグラフ 実施例1の印刷画像を示す図 実施例2の電力制御回路の模式図 実施例2の紙間均熱化動作のタイミングチャート 実施例3の均熱化制御のフローチャート 実施例4の3種類の発熱体54bを設けたヒータの模式図 実施例4の3種類の発熱体54bに対する3通りの電流経路を示す模式図
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。以下の実施例において、記録紙を定着ニップ部に通すことを、通紙するという。また、発熱体が発熱している領域で、記録紙が通紙していない領域を非通紙領域(又は非通紙部)といい、記録紙が通紙している領域を通紙領域(又は通紙部)という。更に、非通紙領域が通紙領域に比べて温度が高くなってしまう現象を、非通紙部昇温という。
[全体構成]
図1は実施例1の定着装置を搭載した一例の画像形成装置である、インライン方式のカラー画像形成装置を示す構成図である。図1を用いて電子写真方式のカラー画像形成装置の動作を説明する。なお、第1ステーションをイエロー(Y)色のトナー画像形成用のステーション、第2ステーションをマゼンタ(M)色のトナー画像形成用のステーションとしている。また、第3ステーションをシアン(C)色のトナー画像形成用のステーション、第4ステーションをブラック(K)色のトナー画像形成用のステーションとしている。
第1ステーションで、像担持体である感光ドラム1aは、OPC感光ドラムである。感光ドラム1aは金属円筒上に感光して電荷を生成するキャリア生成層、発生した電荷を輸送する電荷輸送層等からなる機能性有機材料が複数層積層されたものであり、最外層は電気的導電性が低くほぼ絶縁である。帯電手段である帯電ローラ2aが感光ドラム1aに当接され、感光ドラム1aの回転に伴い、従動回転しながら感光ドラム1a表面を均一に帯電する。帯電ローラ2aには直流電圧又は交流電圧を重畳した電圧が印加され、帯電ローラ2aと感光ドラム1a表面とのニップ部から、回転方向の上流側及び下流側の微小な空気ギャップにおいて放電が発生することにより感光ドラム1aが帯電される。クリーニングユニット3aは、後述する転写後に感光ドラム1a上に残ったトナーをクリーニングするユニットである。現像手段である現像ユニット8aは、現像ローラ4a、非磁性一成分トナー5a、現像剤塗布ブレード7aからなる。感光ドラム1a、帯電ローラ2a、クリーニングユニット3a、現像ユニット8aは、画像形成装置に対して着脱自在な一体型のプロセスカートリッジ9aとなっている。
露光手段である露光装置11aは、レーザー光を多面鏡によって走査させるスキャナユニット又はLED(発光ダイオード)アレイから構成され、画像信号に基づいて変調された走査ビーム12aを感光ドラム1a上に照射する。また、帯電ローラ2aは、帯電ローラ2aへの電圧供給手段である帯電高電圧電源20aに接続されている。現像ローラ4aは、現像ローラ4aへの電圧供給手段である現像高電圧電源21aに接続されている。1次転写ローラ10aは、1次転写ローラ10aへの電圧供給手段である1次転写高電圧電源22aに接続されている。以上が第1ステーションの構成であり、第2、第3、第4ステーションも同様の構成をしている。他のステーションについて、第1ステーションと同一の機能を有する部品は同一の符号を付し、符号の添え字にステーションごとにb、c、dを付している。なお、以下の説明において、特定のステーションについて説明する場合を除き、添え字a、b、c、dを省略する。
中間転写ベルト13は、その張架部材として2次転写対向ローラ15、テンションローラ14、補助ローラ19の3本のローラにより支持されている。テンションローラ14のみバネで中間転写ベルト13を張る方向の力が加えられており、中間転写ベルト13に適当なテンション力が維持されるようになっている。2次転写対向ローラ15はメインモータ(不図示)からの回転駆動を受けて回転し、外周に巻かれた中間転写ベルト13が回動する。中間転写ベルト13は感光ドラム1a~1d(例えば、図1では反時計回り方向に回転)に対して順方向(例えば、図1では時計回り方向)に略同速度で移動する。また、中間転写ベルト13は、矢印方向(時計回り方向)に回転し、1次転写ローラ10は中間転写ベルト13をはさんで感光ドラム1と反対側に配置されて、中間転写ベルト13の移動に伴い従動回転する。中間転写ベルト13をはさんで感光ドラム1と1次転写ローラ10とが当接している位置を1次転写位置という。補助ローラ19、テンションローラ14及び2次転写対向ローラ15は電気的に接地されている。なお、第2~第4ステーションも1次転写ローラ10b~10dは第1ステーションの1次転写ローラ10aと同様の構成としているので説明を省略する。
次に実施例1の画像形成装置の画像形成動作(印刷処理)を説明する。画像形成装置は待機状態時に印刷指令を受信すると、画像形成動作をスタートする。感光ドラム1や中間転写ベルト13等はメインモータ(不図示)によって所定のプロセススピードで矢印方向に回転を始める。感光ドラム1aは、帯電高電圧電源20aにより電圧が印加された帯電ローラ2aによって一様に帯電され、続いて露光装置11aから照射された走査ビーム12aによって画像情報(画像データともいう)に従った静電潜像が形成される。現像ユニット8a内のトナー5aは、現像剤塗布ブレード7aによって負極性に帯電されて現像ローラ4aに塗布される。そして、現像ローラ4aには、現像高電圧電源21aより所定の現像電圧が供給される。感光ドラム1aが回転して感光ドラム1a上に形成された静電潜像が現像ローラ4aに到達すると、静電潜像は負極性のトナーが付着することによって可視化され、感光ドラム1a上には第1色目(例えば、Y(イエロー))のトナー像が形成される。他の色M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の各ステーション(プロセスカートリッジ9b~9d)も同様に動作する。各色の1次転写位置間の距離に応じて、一定のタイミングでコントローラ(不図示)からの書き出し信号を遅らせながら、露光による静電潜像が各感光ドラム1a~1d上に形成される。それぞれの1次転写ローラ10a~10dにはトナーと逆極性の直流高電圧が印加される。以上の工程により、順に中間転写ベルト13にトナー像が転写されていき(以下、1次転写という)、中間転写ベルト13上に多重トナー像が形成される。
その後、トナー像の作像に合わせて、カセット16に積載されている記録材である用紙Pは、給紙ソレノイド(不図示)によって回転駆動される給紙ローラ17により給送(ピックアップ)される。給送された用紙Pは搬送ローラによりレジストレーションローラ(以下、レジストローラという)18に搬送される。レジストローラ18の下流側にはレジストレーションセンサ(以下、レジセンサという)103が配置されている。レジセンサ103は、用紙Pの先端が到着してから用紙Pの「有り」を検知し、用紙Pの後端が通過すると用紙Pの「無し」を検知する。用紙Pは、中間転写ベルト13上のトナー像に同期して、レジストローラ18によって中間転写ベルト13と2次転写ローラ25との当接部である転写ニップ部へ搬送される。2次転写ローラ25には2次転写高電圧電源26により、トナーと逆極性の電圧が印加され、中間転写ベルト13上に担持された4色の多重トナー像が一括して用紙P上(記録材上)に転写される(以下、2次転写という)。用紙P上に未定着のトナー像が形成されるまでに寄与した部材(例えば、感光ドラム1等)は画像形成手段として機能する。一方、2次転写を終えた後、中間転写ベルト13上に残留したトナーは、クリーニングユニット27によって清掃される。2次転写が終了した後の用紙Pは、定着手段である定着装置50へと搬送され、トナー像の定着を受けて画像形成物(プリント、コピー)として排出トレー30へと排出される。画像形成動作が開始されてから用紙Pが定着ニップ部に至るまでの時間は約9秒であり、用紙Pが排出されるまでの時間は約12秒である。定着装置50のフィルム51、ニップ形成部材52、加圧ローラ53、ヒータ54については後述する。
複数枚の用紙Pに連続して画像を印刷する印刷モードを、以下、連続印刷や連続ジョブという。連続印刷において、先行して印刷が行われる用紙P(以下、先行紙という)の後端と先行紙に続いて印刷が行われる後続の用紙P(以下、後続紙)という)の先端との間を紙間という。実施例1では、連続印刷において、紙間の距離が例えば30mmになるように、中間転写ベルト13上のトナー像と用紙Pとが同期して搬送され、印刷が行われる。実施例1の画像形成装置は、各部材と用紙Pとの搬送方向に直交する方向(後述する、長手方向)における中央の位置を一致させて印刷動作を行う中央基準の画像形成装置である。したがって、搬送方向に直交する方向の長さが大きい用紙Pの印刷動作であっても、搬送方向に直交する方向の長さが小さい用紙Pの印刷動作であっても、各用紙Pの中央位置は一致する。
[画像形成装置のブロック図]
図2は画像形成装置の動作を説明するブロック図であり、この図を参照しながら画像形成装置の印刷動作について説明する。ホストコンピュータであるPC110は、画像形成装置の内部にあるビデオコントローラ91に対して印刷指令を出力し、印刷画像の画像データをビデオコントローラ91に転送する役割を担う。
ビデオコントローラ91はPC110から入力された画像データを露光データに変換し、エンジンコントローラ92内にある露光制御装置93に転送する。露光制御装置93はCPU94から制御され、露光データのオンオフ、露光装置11の制御を行う。制御手段であるCPU94は印刷指令を受信すると画像形成シーケンスをスタートさせる。
エンジンコントローラ92にはCPU94、メモリ95等が搭載されており、予めプログラムされた動作を行う。高電圧電源96は上述の帯電高電圧電源20、現像高電圧電源21、1次転写高電圧電源22、2次転写高電圧電源26から構成される。また、電力制御部97は双方向サイリスタ(以下、トライアックという)56、電力を供給する電力供給路を切り替えることによって発熱体を切り替える切替手段である発熱体切り替え器57等から構成される。電力制御部97は、定着装置50において発熱する発熱体を選択し、供給する電力量を決定する。実施例1において、発熱体切り替え器57は、例えばC接点リレーである。また、駆動装置98はメインモータ99、定着モータ100等から構成される。またセンサ101は定着装置50の温度を検知する定着温度センサ59、フラグを有し用紙Pの有無を検知する紙有無センサ102等からなり、センサ101の検知結果はCPU94に送信される。なお、レジセンサ103は紙有無センサ102に含まれる場合もある。CPU94は画像形成装置内のセンサ101の検知結果を取得し、露光装置11、高電圧電源96、電力制御部97、駆動装置98を制御する。これにより、CPU94は、静電潜像の形成、現像されたトナー像の転写、用紙Pへのトナー像の定着等を行い、露光データがトナー像として用紙P上に印刷される画像形成工程の制御を行う。なお、本発明が適用される画像形成装置は、図1で説明した構成の画像形成装置に限定されるものではなく、異なる幅の用紙Pを印刷することが可能で、後述するヒータ54を有する定着装置50を備える画像形成装置であればよい。
[定着装置]
次に、実施例1における定着装置50の構成について図3を用いて説明する。ここで、長手方向とは、後述する用紙Pの搬送方向と略直交する加圧ローラ53の回転軸方向のことである。また、搬送方向に略直交する方向(長手方向)の用紙Pの長さや発熱体の長さを幅という。図3は、定着装置50の断面模式図である。
図3左側から未定着のトナー像Tnを保持した用紙Pが、ニップ部(以下、定着ニップ部Nという)において図中左から右に向けて搬送されながら加熱されることにより、トナー像Tnが用紙Pに定着される。実施例1における定着装置50は、円筒状のフィルム51と、フィルム51を保持するニップ形成部材52と、フィルム51とともに定着ニップ部Nを形成する加圧ローラ53と、用紙Pを加熱するためのヒータ54とにより構成されている。
第1の回転体であるフィルム51は加熱回転体としての定着フィルムである。実施例1では、フィルム51は、基層51a、弾性層51b、離型層51cの3層からなる。基層51aには、例えばポリイミドを用いている。基層51aの上に、シリコーンゴムからなる弾性層51b、PFAからなる離型層51cを用いている。基層51aの厚みは50μm、弾性層51bの厚みは200μm、離型層51cの厚みは20μmである。フィルム51の外径は18mmである。フィルム51の外周長を外周長Mとする。フィルム51の回転によるニップ形成部材52及びヒータ54とフィルム51との間に生じる摩擦力を低減するために、フィルム51の内面には、グリスが塗布されている。
ニップ形成部材52はフィルム51を内側からガイドするとともに、フィルム51を介して加圧ローラ53との間で定着ニップ部Nを形成する役割を果たす。ニップ形成部材52は剛性・耐熱性・断熱性を有する部材であり、液晶ポリマー等により形成されている。フィルム51はこのニップ形成部材52に対して外嵌されている。第2の回転体である加圧ローラ53は加圧回転体としてのローラである。加圧ローラ53は、鋼からなる芯金53a、シリコーンゴムからなる弾性層53b、PFA材料からなる離型層53c、からなる。芯金53aの直径は例えば12mm、弾性層53bの厚みは例えば3mm、離型層53cの厚みは例えば50μmである。加圧ローラ53の直径(外径)は例えば20mmである。加圧ローラ53の外周長を外周長Kとする。加圧ローラ53は、両端を回転可能に保持されており、定着モータ100(図2参照)によって回転駆動される。また、加圧ローラ53の回転により、フィルム51は従動回転する。加熱部材であるヒータ54は、ニップ形成部材52に保持され、フィルム51の内面と接している。基板54a、発熱体54b1、54b2、保護ガラス層54eについては後述する。
(ヒータ)
ヒータ54について、図4(a)、図4(b)を用いて詳しく説明する。ヒータ54は、アルミナからなる基板54a、銀ペーストからなる発熱体54b1、54b2、導体54c、接点54d1~54d3、ガラスからなる保護ガラス層54e、からなる。基板54a上に、発熱体54b1、54b2、導体54c、接点54d1~54d3が形成され、その上に発熱体54b1、54b2とフィルム51との絶縁を確保するために保護ガラス層54eが形成されている。発熱体54b1と発熱体54b2を区別なく発熱体54bと表記することもある。基板54aの長さ(長手方向の長さ)は例えば250mm、幅(短手方向の長さ)は例えば7mm、厚みは例えば1mmである。発熱体54b、導体54cの厚みは例えば10μm、接点54dの厚みは例えば20μm、保護ガラス層54eの厚みは例えば50μmである。
第1の発熱体である発熱体54b1と第2の発熱体である発熱体54b2とは、長手方向の長さ(以下、サイズともいう)が異なっている。実施例1のヒータ54は、発熱体54b1、54b2を少なくとも有している。具体的には、発熱体54b1の長手方向の長さがL1であり、発熱体54b2の長手方向の長さがL2であり、長さL1と長さL2は、L1>L2の関係になっている。発熱体54b1の長手方向における長さL1は、例えばL1=222mmである。発熱体54b2の長手方向における長さL2は、例えばL2=185mmである。発熱体54b1は導体54cを介して接点54d1、54d3に電気的に接続されており、発熱体54b2は導体54cを介して接点54d2、54d3に電気的に接続されている。すなわち、接点54d3は、発熱体54b1、54b2に共通して接続されている接点である。
定着温度センサ59は、基板54aに対して保護ガラス層54eと反対の面に位置し、かつ発熱体54b1、54b2の長手方向における中心位置a(一点鎖線)に設置され、基板54aに200gf(グラム重)で押圧されている。定着温度センサ59は例えばサーミスタであり、ヒータ54の温度を検知し、検知結果をCPU94に出力する。定着温度センサ59により検知された温度は、定着ニップ部N、具体的には加圧ローラ53の温度と相関があり、定着温度センサ59による検知結果を定着ニップ部N(加圧ローラ53)の温度とみなすことができる。CPU94は、定着温度センサ59の検知結果に基づいて、定着処理時の温度が目標温度(定着温度)となるように温度制御を行う。実施例1では、電力制御部97は、例えば180℃で定着装置50の温度制御を行う。
(電力制御部)
図4(c)は定着装置50の制御回路である電力制御部97の模式図である。定着装置50の電力制御部97は、発熱体54b1、54b2(ヒータ54)、交流電源55、トライアック56、発熱体切り替え器57からなる。トライアック56は、交流電源55から電力供給路を介して発熱体54b1、54b2へ電力を供給する際に導通(ON)し、交流電源55から発熱体54b1、54b2への電力の供給を遮断する際に非導通(OFF)となる。トライアック56は、電力のヒータ54への供給を接続(接続状態)又は遮断(非接続状態)する接続手段として機能する。CPU94は定着温度センサ59の検知結果である温度情報に基づいて、発熱体54b1、54b2を目標温度(例えば上述した180℃)に制御するために必要な電力を算出し、トライアック56を導通又は非導通に制御する。
また、発熱体切り替え器57は、実施例1では例えばC接点リレーである。具体的には、発熱体切り替え器57は、交流電源55に接続された接点57aと、接点54d1に接続された接点57b1と、接点54d2に接続された接点57b2と、を有する。発熱体切り替え器57は、CPU94の制御によって、接点57aと接点57b1とが接続された状態と、接点57aと接点57b2とが接続された状態と、のいずれか一方の状態となる。発熱体切り替え器57の切替えによって、発熱体54b1に電力を供給するための電力供給路と発熱体54b2に電力を供給するための電力供給路とが、いずれか一方に切り替えられる。これにより、発熱体54b1、54b2のどちらに電力を供給するかを排他的に選択する。すなわち、発熱体切り替え器57は、ヒータ54を発熱体54b1及び発熱体54b2のいずれか一方に切り替える。以下、発熱体切り替え器57によって電力供給路が切り替えられることを、発熱体54b1、発熱体54b2が切り替えられる(又は選択される)とも表現する。発熱体切り替え器57はCPU94からの信号を受けて切替えを行う。C接点リレーである発熱体切り替え器57の接点溶着を防止するため、発熱体切り替え器57の切替えは、トライアック56が非導通となっている状態(発熱体54b1又は発熱体54b2への電力供給が遮断されている状態)で行われる。実施例1では、CPU94が切替えの信号を出力してから発熱体切り替え器57による切替えがなされるまでに、200msの時間を要する。
ここで、発熱体54b2より幅が短い用紙Pを第2の記録材である小サイズ紙といい、発熱体54b2より幅が長い用紙Pを第1の記録材である大サイズ紙という。大サイズ紙に印刷が行われる場合には、定着処理には発熱体54b1が使用される。小サイズ紙に印刷が行われる場合には、フィルム51の変形を防止する観点から、印刷枚数に応じて、発熱体54b1と発熱体54b2とが所定の頻度で交互に切り替えられ、定着処理に使用される。なお、実施例1では、連続印刷中の発熱体54bの切り替え動作は、例えば小サイズ紙の連続印刷で行われる。
[大サイズ紙の連続印刷と小サイズ紙の連続印刷]
図5を用いて大サイズ紙に連続印刷を行う場合と小サイズ紙に連続印刷を行う場合とを例にして説明する。図5は、実施例1の発熱体54bの切り替え制御を示すフローチャートである。実施例1では、用紙Pの幅によらず、印刷動作終了時に、発熱体切り替え器57を用いて幅が最も長い発熱体54b1に電力供給可能な状態に切替えて処理を終了する。そのため、印刷動作の開始時には、常に発熱体切り替え器57によって発熱体54b1が選択されており、発熱体54b1が発熱する状態となっている。
まず、大サイズ紙と小サイズ紙の連続印刷時に共通する動作として、印刷命令(印刷指令)がなされると、CPU94は、ステップ(以下、Sとする)101以降の処理を開始する。なお、上述したとおり、CPU94が印刷命令を受信したとき、発熱体切り替え器57によって、電力供給路は発熱体54b1に電力供給するように切り替えられている。S101でCPU94は、定着モータ100の起動(ON)により加圧ローラ53の回転を開始するとともに、トライアック56によってヒータ54の発熱体54b1への電力供給を開始(ON)する。これによりフィルム51が従動回転しながら昇温する。S102でCPU94は、印刷を行う用紙Pが大サイズ紙か否かを判断する。S102でCPU94は、印刷を行う用紙Pが大サイズ紙であると判断した場合、処理をS103に進める。S103でCPU94は、発熱体54b1を用いて定着処理を行う。すなわち、大サイズ紙の連続印刷を開始するときには、発熱体54の切り替え動作は行われない。
S104でCPU94は、印刷を行った用紙Pの枚数が、印刷命令で指定された印刷枚数(指定印刷枚数)に到達したか否かを判断する。なお、CPU94は、印刷枚数をカウントするカウンタ(不図示)を有し、印刷枚数をカウンタによって管理しているものとする。S104でCPU94は、指定された印刷枚数に到達していないと判断した場合、処理をS103に戻す。
S102でCPU94は、印刷を行う用紙Pが大サイズ紙ではなく小サイズ紙であると判断した場合、処理をS108に進める。S108でCPU94は、受信した印刷ジョブが3枚以上の用紙Pに印刷を行うジョブであるか否かを判断する。S108でCPU94は、3枚以上の用紙Pに印刷を行うジョブであると判断した場合、処理をS109に進める。S109でCPU94は、発熱体54b1を用いて定着処理を行う。S110でCPU94は、印刷枚数が3枚に到達したか否かを判断する。S110でCPU94は、印刷枚数が3枚に到達していないと判断した場合、処理をS109に戻し、印刷枚数が3枚に到達したと判断した場合、処理をS111に進める。
S111でCPU94は、トライアック56によって発熱体54b1への電力供給を遮断する(OFF)。S112でCPU94は、発熱体切り替え器57によって発熱体54b2に電力が供給されるように電力供給路を切り替える(発熱体54b2を選択)。S113でCPU94は、トライアック56によって発熱体54b2への電力供給を開始する(ON)。すなわち、小サイズ紙の3枚以上の連続印刷が行われる場合、最初の3枚(所定の枚数)の用紙Pに対しては発熱体54b1が用いられ、用紙Pの3枚目と4枚目との間で、発熱体54bを発熱体54b1から発熱体54b2に切り替える動作が行われる。このように、用紙Pのサイズによらず、最初の数枚(所定の枚数)(上述した例では、最初の3枚)は、発熱体54b1を用いて定着動作が行われる。ここで、トライアック56による電力供給を遮断するのは、C接点リレーである発熱体切り替え器57の接点溶着を防止するためである。
(フィルムの変形について)
ここで、小サイズ紙であっても、最初の数枚を幅の長い発熱体54b1を用いて定着処理を行う理由は、次のとおりである。すなわち、定着ニップ部N内の長手方向全体に均一に熱を伝え、フィルム51内面のグリスを均一に軟化させることで、フィルム51の変形を防止するためである。
フィルム51の変形が発生する理由について詳細を説明する。定着装置50が冷えた状態から幅の短い発熱体54b2を用いて定着動作を行った場合、発熱体54b2の長手方向の外側と内側の領域でグリスの粘度に差が生じる。これにより、フィルム51に捻じれる力が加わり、フィルム51に変形が生じる場合がある。定着ニップ部Nの長手方向で発熱体54b2が存在する領域では、発熱体54b2への電力供給により温度が上昇する。これにより、グリスの粘度が低下することでフィルム51とヒータ54との間の摺動負荷は低下する。一方、定着ニップ部Nの長手方向で発熱体54b2が存在せず、発熱体54b1のみが存在する領域では、発熱体54b2に電力を供給しても定着ニップ部N内の温度は大きく上昇しない。したがって、グリスの粘度は高いまま維持されており、摺動負荷は高いままで低下しない。以上のことから、フィルム51が加圧ローラ53によって従動回転するときに、発熱体54b2が存在する長手方向における中央部と存在しない長手方向における両端部とでは、フィルム51の回転速度に差を生じさせるような力が加わる。これによって、フィルム51の強度が十分に高くない場合には、フィルム51は捻じれて変形してしまうおそれがある。実施例1の構成では、小サイズ紙の連続印刷において、最初の3枚は発熱体54b1を用いて定着処理を行い、4枚目以降は発熱体54b2を用いて定着処理を行った場合には、フィルム51に変形が生じることはなかった。
図5の説明に戻る。大サイズ紙の場合には、S104までの処理で、すべての用紙Pの印刷における定着処理は発熱体54b1を用いて行われる。S104でCPU94は、指定された印刷枚数に到達したと判断した場合、処理をS105に進める。印刷終了後、S105でCPU94は、トライアック56によって発熱体54b1への電力供給を遮断する(OFF)。S106でCPU94は、定着モータ100を停止する(OFF)。S107でCPU94は、発熱体切り替え器57によって発熱体54b1を選択した状態にして、処理を終了する。
小サイズ紙の場合には、S108でCPU94は、指定された印刷枚数が3枚未満であると判断した場合、処理をS119に進める。S119でCPU94は、発熱体54b1を用いて定着処理を行う。S120でCPU94は、指定された印刷枚数(すなわち、3枚未満の枚数)に到達したか否かを判断する。S120でCPU94は、指定された印刷枚数に到達していないと判断した場合、処理をS119に戻し、指定された印刷枚数に到達したと判断した場合、処理をS121に進める。このように、指定された印刷枚数が3枚未満の場合には、すべての印刷における定着処理は、用紙Pの幅によらず発熱体54b1を用いて行われる。印刷終了後、S121でCPU94は、トライアック56によって発熱体54b1への電力供給を遮断し(OFF)、処理をS116に進める。
3枚以上の小サイズ紙に印刷を行う場合の、4枚目以降の処理について説明する。S114でCPU94は、発熱体54b2を用いて用紙Pへの定着処理を行う。S115でCPU94は、指定された印刷枚数に到達したか否かを判断する。S115でCPU94は、指定された印刷枚数に到達していないと判断した場合、処理をS122に進め、指定された印刷枚数に到達したと判断した場合、処理をS116に進める。S116でCPU94は、均熱化制御を実施する。均熱化制御については後述する。S117でCPU94は、トライアック56によって発熱体54b2への電力供給を遮断する(OFF)。S118でCPU94は、発熱体切り替え器57によって発熱体54b1に電力供給がなされるように電力供給路を切り替えて(発熱体54b1を選択)、処理をS106に進める。なお、S117、S118の処理は、実施例1では、例えば印刷が終了した後にまだ定着モータ100が駆動されている定着装置50の後処理動作(以下、後回転ともいう)中に行われる。
実施例1では、発熱体54bを切り替えずに行う連続印刷では用紙間の距離(紙間)は30mmである。発熱体54bを切り替える動作が行われる場合の紙間も30mmである。実施例1のプロセス速度(プロセススピード)では、紙間の距離に相当する時間300msがC接点リレーの切り替え時間200msより長いため、紙間を延長する必要はない。プロセス速度が速い画像形成装置や、紙間が短い画像形成装置では、発熱体54bの切り替え動作のために紙間を延長する制御が必要になる場合がある。
S122でCPU94は、発熱体54b2に切り替えてからの印刷枚数が10枚に到達したか否かを判断する。S122でCPU94は、印刷枚数が10枚に到達していないと判断した場合、処理をS114に戻す。すなわち、発熱体54b2に切り替えられてからの印刷枚数が10枚未満の場合、そのまま発熱体54b2を用いて用紙Pに定着処理が行われる。S122でCPU94は、印刷枚数が10枚に到達したと判断した場合、処理をS123に進める。
S123でCPU94は、トライアック56によって発熱体54b2への電力供給を遮断する(OFF)。S124でCPU94は、発熱体切り替え器57によって発熱体54b1に電力供給がなされるように電力供給路を切り替える(発熱体54b1を選択)。S125でCPU94は、トライアック56によって発熱体54b1への電力供給を開始(ON)する。S126でCPU94は、発熱体54b1を用いて定着処理を行う。
S127でCPU94は、印刷命令で指定された印刷枚数に到達したか否かを判断する。S127でCPU94は、指定された印刷枚数に到達していないと判断した場合、処理をS128に進める。S128でCPU94は、発熱体54b1に切り替えてからの印刷枚数が3枚に到達したか否かを判断する。S128でCPU94は、印刷枚数が3枚に到達していないと判断した場合、処理をS126に戻し、印刷枚数が3枚に到達したと判断した場合、処理をS111に戻す。
このように、10枚以上の用紙Pに印刷が行われる場合、10枚の用紙Pに対して発熱体54b2を用いた定着処理が行われた後、3枚の用紙Pに対して発熱体54b1を用いた定着処理が行われる制御が繰り返される。すなわち、CPU94は、小サイズ紙に対しては発熱体54b2を用いた定着処理を行うが、所定の頻度で発熱体54b1を用いて小サイズ紙に対する定着処理を行うように制御する。なお、図5では、10枚の小サイズ紙に発熱体54b2を用いて定着処理を行った後、3枚の小サイズ紙に発熱体54b1を用いて定着処理を行ったが、これらの枚数はこの値に限定されない。これらの値は、発熱体54b1を用いて定着処理を行ったときの小サイズ紙の枚数と、発熱体54b2を用いて定着処理を行っときの小サイズ紙の枚数と、定着ニップ部Nにおける長手方向の中央部と端部との温度差と、等に応じて決定される。S127でCPU94は、指定された印刷枚数に到達したと判断した場合、処理をS116に進める。
[均熱化制御]
以下、図5のS116の均熱化制御について説明する。実施例1では、小サイズ紙の印刷終了後の定着部材の長手方向において発生する温度ムラに応じて印刷終了後の後回転時に発熱体54b2を発熱させて温度ムラを緩和する温度ムラの解消動作を行うことを特徴としている。以下、温度ムラを解消する動作を第1の動作である均熱化動作という。S116の均熱化制御も、印刷が終了した後にまだ定着モータ100が回転している定着装置50の後回転中に行われる。
S116の均熱化制御における均熱化動作の詳細を、図6を用いて説明する。図6は実施例1の構成の場合に、発熱体54b1を発熱させている間に小サイズ紙に定着処理を行ったときの加圧ローラ53の長手方向における温度分布(温度プロファイル)を示すグラフである。図6は、横軸に加圧ローラ53の長手方向における位置(長手方向位置)を示し、縦軸に温度を示す。発熱体54b1が選択されているため、定着ニップ部Nは、通紙領域の全域にわたって発熱体54b1から加熱されている。図6中のAの領域(以下、領域Aという)は小サイズ紙(例えばB5用紙)が通紙される領域である。領域Aの熱は用紙Pにと共に運びされられるために、領域Aにおける加圧ローラ53の温度は低い。一方、領域Aの両側のBの領域(以下、領域Bという)では、実施例1のように小サイズ紙の印刷動作の開始時や、小サイズ紙の連続印刷中において、発熱体54b1で小サイズ紙を通紙した後には、加圧ローラ53の温度が高くなっている。
小サイズ紙の印刷によって加圧ローラ53の両端部の温度が高くなっている状態で、小サイズ紙のプリント終了直後に、例えばレターサイズやA4サイズといった大サイズ紙を通紙すると、画像不良が発生するおそれがある。具体的には、大サイズ紙に対して高温オフセットが発生するおそれがある。高温オフセットとは、加圧ローラ53の熱容量が大きいために、小サイズ紙の通紙領域の両端の加圧ローラ53の高温部でトナーが融けすぎてフィルム51に付着し、フィルム51の1回転後にフィルム51に付着したトナーが用紙P上に転写される現象である。
実施例1の特徴である均熱化動作は、小サイズ紙の印刷後に発生する図6中のフィルム51及び加圧ローラ53の長手方向における温度ムラ、具体的には領域Aの温度が領域Bの温度よりも低くなっている温度ムラを緩和するための動作である。具体的には、印刷動作が終了した後(上述した後回転中)に、発熱体54b2を発熱させることで、領域Bよりも温度が低くなっている領域Aのみを加熱する動作である。
均熱化動作の動作時間は、小サイズ紙の非通紙部領域の加圧ローラ53の昇温の程度(加熱状態、昇温の度合い)を印刷枚数から予測して決定される。均熱化動作の実行時間は、加圧ローラ53が1回転する時間(以下、1周期という)を単位として整数倍を回転する時間に相当する時間だけ行われる。具体的には、小サイズ紙の非通紙部領域の加圧ローラ53の昇温具合を端部暖気指数として指数化し、端部暖気指数に基づいて均熱化動作の時間が決定される。
[端部暖気指数の計数処理]
図7は小サイズ紙に印刷を行う場合の端部暖気指数の計数方法について説明するフローチャートである。CPU94は、小サイズ紙を含む印刷動作を開始すると、S301以降の処理を実行する。S301でCPU94は、発熱体54b1を用いて定着処理を行う。S302でCPU94は、端部暖気指数WIに例えば10を加算する(WI=WI+10)。S303でCPU94は、印刷命令で指定された印刷枚数に到達したか否かを判断する。S303でCPU94は、指定された印刷枚数に到達していないと判断した場合、処理をS304に進める。S304でCPU94は、発熱体54b2に切り替えるか否かを判断する。S304でCPU94は、発熱体54b2に切り替えないと判断した場合、処理をS301に戻す。このように、CPU94は、小サイズ紙の連続印刷中、発熱体54b1によって小サイズ紙に定着処理を行う度に、端部暖気指数に10の値を加算していく。
S304でCPU94は、発熱体54b2に切り替えると判断した場合、処理をS305に進める。S305でCPU94は、発熱体54b2を用いて定着処理を行う。S306でCPU94は、端部暖気指数WIから例えば3を減算する(WI=WI-3)。S307でCPU94は、指定された印刷枚数に到達したか否かを判断する。S307でCPU94は、指定された印刷枚数に到達していないと判断した場合、処理をS308に進める。S308でCPU94は、発熱体54b1に切り替えるか否かを判断する。S308でCPU94は、発熱体54b1に切り替えないと判断した場合、処理をS305に戻す。このように、CPU94は、小サイズ紙の連続印刷中、発熱体54bを発熱体54b1から発熱体54b2に切り替えた後、発熱体54b2によって定着処理を行う度に、端部暖気指数から3の値を減算する。
S308でCPU94は、発熱体54b1に切り替えると判断した場合、処理をS301に戻す。S303又はS307でCPU94は、指定された印刷枚数に到達したと判断した場合、処理をS309に進める。S309でCPU94は、端部暖気指数WIを参照する。S310でCPU94は、S309で参照した端部暖気指数WIが0であるか否かを判断する。S309でCPU94は、端部暖気指数WIが0であると判断した場合、処理を終了し、端部暖気指数WIが0ではないと判断した場合、処理をS311に進める。
S311でCPU94は、S309で参照した端部暖気指数WIに応じて、後述する表1で示す所定の時間である均熱化時間(秒)を取得する。S312でCPU94は、S311で取得した均熱化時間だけ発熱体54b2を発熱させる。なお、図5のS127(YES)やS121の処理の後に均熱化制御を行う場合、CPU94は、予め発熱体54bを発熱体54b2に切り替える制御を行うものとする。また、CPU94はタイマ(不図示)を有し、発熱体54b2への電力供給を開始してからの時間の経過を管理するものとする。更に、CPU94は、発熱体54b2を発熱させている間の温度制御においては、定着温度センサ59が指定の設定温度Tとなるように、用紙Pを通紙させない状態で加圧ローラ53を回転させる(以下、空回転という)均熱化動作を行う。
S313でCPU94は、タイマを参照することにより、S311で取得した均熱化時間が経過したか否かを判断する。S313でCPU94は、均熱化時間が経過していないと判断した場合、処理をS313に戻し、均熱化時間が経過したと判断した場合、処理をS314に進める。S314でCPU94は、端部暖気指数WIと表1とから決定される均熱化補正後温度を取得する。均熱化補正後温度については後述する。S315でCPU94は、端部暖気指数WIを初期化(0にクリア)し、処理を終了する。
なお、実施例1では、端部暖気指数WIの計数処理を行う際に、発熱体54b1が使用された場合は端部暖気指数WIに10を加算し、発熱体54b2が使用された場合は端部暖気指数WIから3を減算している。しかし、加算する値や減算する値は他の値であってもよく、発熱体54b1の幅と発熱体54b2の幅又は大サイズ紙の幅と小サイズ紙の幅に応じた値であればよい。
CPU94は、均熱化動作中、定着温度センサ59の設定温度Tが例えば固定の温度である150℃となるように温度制御を行う。上述した均熱化動作を行った後、直後に行う印刷動作においては、均熱化動作を行わなかった場合に比べて表1の均熱化補正後温度に記載するように、定着装置50の温度制御の目標温度を下げる。均熱化動作は、加圧ローラ53の長手方向における中央部の温度を相対的に上げることによって、長手方向に発生した温度のムラを少なくする動作である。このため、均熱化動作後、加圧ローラ53の全体の温度が均熱化動作を行わなかった場合に比較して高くなっている。このため、均熱化動作後は、定着装置50の目標温度を均熱化後補正温度の分下げることで補正する。なお、均熱化補正後温度を用いた定着処理は、均熱化動作が終了してから例えば2分の間だけ行う。
Figure 0007313835000001
表1は、端部暖気指数と均熱化時間(秒)、均熱化後補正温度(℃)を示す表である。例えば、図7の端部暖気指数WIの計数処理の結果、S309で参照した端部暖気指数WIが7であったとする。この場合、CPU94は、表1を参照することにより、均熱化時間を0.65秒と取得する(S311)。また、CPU94は、表1を参照することにより、均熱化制御後の温度制御の温度を均熱化制御前の温度制御の温度から3℃下げる(S314)。表1に示す通り、端部暖気指数WIが大きくなるほど、図5の領域Aの温度は領域Bに比べて低くなっているため、均熱化時間は長く設定され、均熱化後補正温度の下げ幅は大きくなる。
発熱体54b1が用いられているとき、定着ニップ部(又は加圧ローラ53)の中央部及び端部の全体が加熱されるため、中央部と端部との温度差は小さい。一方、発熱体54b2が用いられているとき、定着ニップ部Nの長手方向における中央部は加熱されるが、端部は加熱されないため、自然放熱により端部の温度は下がっていく。このため、発熱体54b2が連続して用いられると、定着ニップ部Nの長手方向における中央部と端部との温度差が大きくなる。端部暖気指数は、発熱体54b1が用いられることによる端部の温度が上昇することと、発熱体54b2が用いられることによる端部の温度が低下することとに基づいて、定着ニップ部N(又は加圧ローラ53)の端部が暖められる度合いを表す指数ともいえる。
<効果>
図8に、15枚の小サイズ紙に連続印刷を行っている間の、図6中の領域A及び領域B部分のフィルム51及び加圧ローラ53の平均温度の推移を示す。図8は、横軸に印刷枚数を示し、縦軸に加圧ローラ53の温度を示す。図8中の白丸は領域A(通紙領域)の温度を示し、黒丸は領域B(非通紙部領域)の温度を示す。図8の温度推移は、温度23℃、湿度50%の環境において、プロセス速度100mm/sec(スループット:1分間に20枚)の普通紙印刷用の画像形成モードにて印刷したときのものである。用紙PとしてはB5サイズ、坪量68g/mの用紙(キヤノン製CS-680)を用いた。
図8中のaの領域は、発熱体54b1を用いてB5サイズの用紙Pに定着処理を行っている領域である。図8中のbの領域は、発熱体54b2を用いてB5サイズの用紙Pに定着処理を行っている領域である。図8中のcで示す点線の白丸は、均熱化動作後の領域A(通紙領域)の温度を示す。aの領域は、発熱体54b1を用いて加熱しているタイミングであり、加圧ローラ53の端部温度は上昇していく。上述したように、最初の3枚、又は10枚印刷した後の3枚は、発熱体54b1が使用される。その後、発熱体54bを発熱体54b2に切り替えると、bの領域に示すように、印刷枚数が進むにつれて加圧ローラ53の端部の温度は徐々に下がり、領域A(中央部)の温度に近づいていく。15枚目の用紙Pへの定着処理が終了したタイミングでは、領域A(白丸)の温度は領域B(黒丸)に対して低くなっている。しかし、均熱動作後、領域A(点線白丸c)の温度が発熱体54b2によって加熱されたために上昇し、領域Bの温度に近づいている。このように、均熱化動作が入ることによって中央部(小サイズ紙の通紙部)の温度が上昇し、加圧ローラ53の長手方向に生じた温度ムラが軽減された。
次に実施例1と比較例とを用いて、上述の効果について説明する。比較例は実施例1と同じ構成で小サイズ紙の印刷終了後の均熱化動作を行わない画像形成装置である。評価方法を説明する。実施例1、比較例において、B5サイズ、坪量68g/mの用紙(キヤノン製CS-680)を所定の枚数印刷した直後に、A4の同紙種を1枚印刷する評価をB5サイズ紙の印刷枚数を変えながら行った。B5サイズ紙の印刷画像としては、印字率5%の文字画像を用いた。A4サイズ紙の印刷画像としては、図9に示すように、用紙Pの先端58mmにブラック(Bk)単色の50%濃度のハーフトーン画像を印刷し、先端58mm以後にイエロー(Y)単色の印字率100%のベタ画像を印刷した。A4サイズ紙の印刷画像の両端部(B5サイズ紙の非通紙部)に高温オフセット画像が発生した場合を×、発生しなかった場合を○として評価した。表2に評価結果を示す。
Figure 0007313835000002
実施例1の構成においては、いずれのB5サイズ紙の印刷枚数(1~16枚)であっても、後続するA4サイズ紙に高温オフセット画像は発生しなかった。一方、比較例の構成では、2枚から9枚、15枚及び16枚のB5サイズ紙の連続印刷後のA4サイズ紙の印刷において、B5サイズの外側にあたる領域で高温オフセット画像が発生した。
以上、説明したように、実施例1では、複数の発熱体を有し小サイズ紙の連続印刷動作中に発熱体を切り替える構成において、均熱化動作を行う。均熱化動作とは、小サイズ紙の印刷終了後の定着部材の長手方向における温度ムラに応じて印刷終了後の後回転に発熱体54b2を発熱させて温度ムラを緩和する動作である。つまり、小サイズ紙の印刷中においては、用紙Pにトナーを定着するために必要な熱を供給した結果として、長手方向の中央部の加圧ローラ53の温度はほぼ維持される。その一方で、フィルム51の変形を抑制するために、長手方向の端部の加圧ローラ53の温度は中央部よりも高くするという制御が行われる。小サイズ紙の印刷終了後の均熱化動作においては、長手方向の中央部の加圧ローラ53を幅の小さい発熱体54b2で加熱することで、中央部の加圧ローラ53の温度を端部の温度に近づける一方で、端部は加熱せずに自然放熱により温度を下げる。これにより、小サイズ紙を通紙した直後の加圧ローラ53やフィルム51の通紙部と非通紙部との温度差を小さくすることができるため、高温オフセットの発生を軽減することができる。
実施例1では、実施例1の構成において実施される印刷速度中、最高の印刷速度で印刷を行う普通紙モードにおける均熱化動作について説明した。すなわち、実施例1では、印刷時のプロセス速度と均熱化動作時の動作速度は、共に実施例1の構成の最高のプロセス速度である100mm/sである。例えば、厚紙に印刷を行うためにプリント速度を最高のプロセス速度よりも遅くする低速モードにおいても、均熱化制御を適用することができる。低速モードにおいては、印刷動作を行った速度よりも均熱化動作中の速度を速くすることで、均熱化動作に要する時間を短くし、ユーザビリティの低下を抑えることができる。
実施例1では、C接点リレーである発熱体切り替え器57を用いて発熱体54b1と発熱体54b2との切り替えを行う構成を説明した。しかしながら、発熱体54b間の切り替えはこれに限るものではない。例えば、図10に示すように、発熱体54b1と発熱体54b2のそれぞれにトライアック56a、トライアック56bを接続し、それぞれを独立に制御する構成であってもよい。つまり、図10の場合、トライアック56aとトライアック56bをそれぞれ断続することによって発熱体54b間の切り替えを行う切り替え器として作用する。また、実施例1では、均熱化動作を実行するか否か、及び均熱化動作時間を印刷履歴から小サイズ紙の非通紙部領域の加圧ローラ53の昇温の程度を予測することで決定する構成について説明した。しかしながら、例えば小サイズ紙の非通紙部領域の加圧ローラ53やフィルム51、ヒータ54の温度を検知する温度検知素子を非通紙部に配置し、非通紙部領域の加圧ローラ53の温度に応じて均熱化動作時間を決定する構成であってもよい。また、実施例1では、中央基準で通紙を行う画像形成装置を例として説明したが、サイズの異なる用紙Pを印刷する場合に、用紙Pの一方の端部の位置を揃えて(片側基準)で通紙を行う画像形成装置の構成であってもよい。
以上、実施例1によれば、定着ニップ部における通紙部と非通紙部との温度差を小さくし、画像不良の発生を低減することができる。
[電力制御部]
実施例2で適用する画像形成装置の構成において、実施例1と同様のものには、同一符号を付し、説明を省略する。また、実施例2においても、小サイズ紙に連続印刷する場合には、例えば最初の3枚の用紙Pには発熱体54b1が用いられる。また、小サイズ紙に連続印刷している途中であっても、例えば10枚の用紙Pに発熱体54b2を用いて定着処理が行われた後は、例えば3枚の用紙Pに発熱体54b1を用いて定着処理が行われる制御が実施される。
実施例2では、図10に示すように発熱体54b1に第1の接続手段であるトライアック56aを接続し、発熱体54b2に第2の接続手段であるトライアック56bを接続し、それぞれを独立に制御する構成である。発熱体54b間の切り替えを、C接点リレーを用いて行う構成に比べて、実施例2のようにトライアック56で行う構成では、発熱体54bの切り替えに要する時間を30msに短くすることができる。実施例2では、実施例1で説明した印刷動作終了後の後回転で行う均熱化動作に加えて、次のタイミングでも均熱化動作を行う。すなわち、発熱体54b1に電力を供給して小サイズ紙の印刷を行ったときの先行する小サイズ紙と後続紙との間の紙間においても、均熱化動作を実行することを特徴としている。実施例1の後回転時に行う均熱化動作を後回転均熱化動作(第1の動作)といい、実施例2の紙間における均熱化動作を紙間均熱化動作(第2の動作)といい、区別する。
[紙間均熱化動作時の発熱体切り替え]
図11を用いて実施例2の紙間均熱化動作のための発熱体切り替え動作の詳細を説明する。図11(a)は用紙Pとして小サイズ紙であるB5用紙の5枚連続印刷を行った場合のタイミングチャートである。図11(a)の(i)は定着装置50の動作(前回転、定着、後回転均熱化、後回転)を示し、(ii)は画像形成動作のタイミングの基準となるTOP信号(ON、OFF)を示す。(iii)は画像形成のタイミングを示し、画像形成が行われていることをONで示し、画像形成が行われていないことをOFFで示す。(iv)はレジセンサ103の出力信号を示し、用紙Pを検知しているときにハイレベルの信号(ON)が出力され、用紙を検知していないときにローレベルの信号(OFF)が出力される。(v)は定着ニップ部における用紙Pの有無を示し、用紙Pを挟持搬送し定着処理が行われているときをONで示し、用紙Pが存在せず定着処理が行われていないときをOFFで示す。(vi)はトライアック56a、(vii)はトライアック56bの、導通状態(ON)(接続状態)、非導通状態(OFF)(非接続状態)をそれぞれ示す。すなわち、トライアック56がONの状態は、発熱体54bに電力を供給している状態を示す。
図11(b)は図11(a)のAB間を拡大した発熱体54bの切り替え動作の詳細なタイミングチャートである。(i)は(a)の(i)に対応し、(ii)は用紙の枚数(1枚目、2枚目)又は紙間を示す。(iii)の定着ニップ部(紙)は、ONの状態は用紙Pが定着ニップ部Nで挟持搬送されている状態であり、OFFの状態は用紙Pがない状態である。(iv)、(v)はそれぞれ(a)の(vi)、(vii)に対応し、(vi)は選択されている発熱体54bを示す。実施例2では、発熱体54b1による小サイズ紙の定着処理を終了した後、後続紙までの紙間においても、発熱体54bを発熱体54b1から発熱体54b2に切り替えて、発熱体54b2を発熱させる。
実施例2では、CPU94は、1枚目の用紙Pの後端が定着ニップ部Nの搬送方向における最も下流の位置(以下、最下流位置とする)に到達したタイミングよりも後の時刻t1で、トライアック56aを用いて発熱体54b1への電力の供給が遮断される。CPU94は、TOP信号を基準として時刻t1を決定する。実施例2では、1枚目の用紙Pの後端が定着ニップ部Nの最下流位置に到達したタイミングよりも後の時刻t1でトライアック56aにより電力を遮断したが、これらの動作を同時に行ってもよい。
時刻t1から30ms経過した後の時刻t2で、CPU94はトライアック56bを用いて発熱体54b2への電力の供給を開始する。CPU94は、紙間が終了し2枚目の用紙Pの先端が定着ニップ部Nの搬送方向における最も上流の位置(以下、最上流位置とする)に到達するより30ms前の時刻t3で、トライアック56bを用いて発熱体54b2への電力供給を遮断する。CPU94は、2枚目の用紙Pの先端が定着ニップ部Nの最上流位置に到達する時刻t4で、トライアック56aを用いて発熱体54b1に電力を供給する。
このように印刷開始から最初の3枚の間は、通紙時(定着動作時)は発熱体54b1に電力を供給し、紙間では発熱体54b2に電力を供給する。4枚目及び5枚目は印刷中でも紙間でも、発熱体54b2のまま定着動作を行う。5枚目の定着動作終了後は、後述する端部暖気指数WIに応じて後回転均熱動作を実行する。なお、図11の構成では最初の3枚の発熱体54b1を用いた定着処理の紙間均熱化動作を説明した。連続印刷の枚数が更に多い場合、連続印刷中の発熱体54b1を用いた定着処理中(図5 S122~S127 NO)においても同様に、紙間において発熱体54b2を用いた紙間均熱化動作が実行される。なお、最初の3枚と連続印刷中の少なくとも一方に紙間均熱化動作を行う構成としてもよい。
[後回転均熱化動作]
実施例2の後回転均熱化動作の動作時間は、実施例1と同様に小サイズ紙の非通紙部領域の加圧ローラ53の昇温の程度を印刷枚数から予測して決定される。実施例2では、小サイズ紙の連続印刷中に、発熱体54b1で小サイズ紙を通紙する度に、端部暖気指数WIに10の値を加算する。その後の発熱体54bを発熱体54b1から発熱体54b2に切り替えている紙間では、端部暖気指数WIから3の値を減算する。また、発熱体54b2で用紙Pを通紙する度に、端部暖気指数WIから3の値を減算する。指定された枚数の小サイズ紙の定着動作が終了したタイミングで、CPU94は、計数されている端部暖気指数WIに応じて、表3に示す動作時間だけ、後回転均熱化動作を行う。後回転均熱化動作を実行した後には、端部暖気指数WIを0にクリアする。CPU94は、後回転均熱化動作中は、定着温度センサ59が150℃となるように温度制御を行う。CPU94は、後回転均熱化動作を行った後、直後の印刷動作時には後回転均熱化動作を行わなかった場合に比べて表3に記載するように制御対象となる温度を下げる。
Figure 0007313835000003
表3は、端部暖気指数と均熱化時間(秒)、均熱化後補正温度(℃)を示す表である。表1と同様に、表3でも、端部暖気指数WIが大きくなるほど、均熱化時間は長く設定され、均熱化後補正温度の下げ幅は大きくなる。なお、実施例2では、発熱体54b1を用いた定着処理中に紙間均熱化動作を実施するため、印刷動作が終了したときの図6の領域Aと領域Bとの温度差が、紙間均熱化動作を行わなかった場合よりも小さい。このため、同じ端部暖気指数でも、表2に比べて均熱化時間が短く、また、均熱化補正温度の下げ幅が小さい。
以上説明したように、実施例2では、複数の発熱体54bを有し小サイズ紙の連続印刷動作中に発熱体54bを切り替える構成において、小サイズ紙と後続紙との間の紙間で、発熱体54b2に切り替えて、紙間においても均熱化動作を行う。これにより、小サイズ紙を通紙した直後の加圧ローラ53やフィルム51の通紙部と非通紙部との温度差を小さくできる。したがって、非通紙部が高温になっていることによる後続紙での高温オフセットが軽減できるとともに、紙間で紙間均熱化動作を行うことによって印刷終了後の後回転均熱化動作の時間を短縮することができる。
以上、実施例2によれば、定着ニップ部における通紙部と非通紙部との温度差を小さくし、画像不良の発生を低減することができる。
実施例3で適用する画像形成装置の構成において、実施例1と同様のものには、同一符号を付し、説明を省略する。実施例3では、実施例1で説明した印刷動作終了後の後回転で行う均熱化動作において、小サイズ紙の印刷終了後の端部暖気指数WIに応じて均熱化動作時の温度制御に用いる設定温度Tを変更することを特徴としている。
均熱化動作時の温度制御は、小サイズ紙の非通紙部領域の加圧ローラ53の昇温の程度を印刷枚数から予測して決定される。具体的には、小サイズ紙の非通紙部領域の加圧ローラ53の昇温具合を端部暖気指数WIとして指数化し、端部暖気指数WIに基づいて均熱化動作時の設定温度Tを決定する。均熱化動作の実行時間は加圧ローラ53を1周回転させる時間に相当する時間(例えば0.65秒)だけ行われる。
[端部暖気指数の計数処理]
図12を用いて小サイズ紙を印刷する際の実施例3の端部暖気指数WIの計数方法について説明する。図12のS401~S410の処理は、図7のS301~S310の処理と同様であり、説明を省略する。実施例3でも、CPU94は、小サイズ紙の連続印刷中に、発熱体54b1を選択して電力を供給し小サイズ紙を通紙する度に、端部暖気指数に10の値を加算する(S402)。また、CPU94は、小サイズ紙の連続印刷が進み、発熱体54bを発熱体54b1から発熱体54b2に切り替えたのち、発熱体54b2を用いて小サイズ紙を通紙する度に、端部暖気指数WIから3の値を減算する(S406)。
端部暖気指数WIが0でない場合、S411でCPU94は、端部暖気指数WIと表4とに基づいて、所定の温度である均熱化温度(設定温度T)を取得する。S312でCPU94は、トライアック56により発熱体54b2に電力を供給し、加圧ローラ53の回転し、タイマ(不図示)をリセットしてスタートさせる。このとき、CPU94は、定着温度センサ59により検知した温度がS411で取得した均熱化温度(設定温度T)になるように温度制御を行い、加圧ローラ53を空回転する均熱化動作を行う。
S413でCPU94は、タイマを参照することにより、均熱化時間を経過したか否かを判断する。実施例3では、所定の時間である均熱化時間は、加圧ローラ53が1回転する時間(固定の時間(例えば0.65秒))である。S413でCPU94は、均熱化時間が経過していないと判断した場合、処理をS413に戻し、均熱化時間が経過したと判断した場合、処理をS414に進める。S414でCPU94は、端部暖気指数WIを0にリセット(クリア)し、処理を終了する。なお、CPU94は、均熱化動作を行った後、直後の印刷動作時には、実施例1と同様に端部暖気指数WIに応じて均熱化補正温度を参照し、温度制御に用いる温度を下げる。
Figure 0007313835000004
表4は、端部暖気指数と均熱化温度(℃)を示す表である。例えば、端部暖気指数WIの計数処理の結果、端部暖気指数WIが7であったとする。この場合、CPU94は、表4を参照することにより、均熱化温度を160℃と取得する。表4に示す通り、端部暖気指数WIが大きくなるほど、図5の領域Aの温度は領域Bに比べて低くなっているため、均熱化温度は高く設定される。
以上、説明したように実施例3では、複数の発熱体54bを有し小サイズ紙の連続印刷動作中に発熱体54bを切り替える構成において、後回転時に発熱体54b2を発熱させて長手方向の温度ムラを緩和する均熱化動作を行う。更に、均熱化動作時の温度制御の設定温度Tを定着部材の温度ムラの程度に応じて変更する。これにより、小サイズ紙を通紙した直後の加圧ローラ53やフィルム51の通紙部と非通紙部との温度差を短時間で小さくすることができるため、高温オフセットの発生を軽減できる。
以上、実施例3によれば、定着ニップ部における通紙部と非通紙部との温度差を小さくし、画像不良の発生を低減することができる。
さらに、発熱体54bの長さや本数は、上述した実施例で記載された数値に限定されるものではない。例えば図13に示すように異なる3種類の長さの発熱体54b1、54b2および54b3をそれぞれ2本、1本および1本設けたヒータ54であってもよい。例えば、発熱体54b1、発熱体54b2および発熱体54b3の長さは、それぞれレターサイズの幅215.9mm、B5サイズの幅182mmおよびA5サイズの幅148mmよりも数mm程度長く設定される。このように発熱体54bを複数設けておくことにより、より様々なサイズの用紙に対応することができるようになる。
次に発熱体54b1と発熱体54b2、および発熱体54b1と発熱体54b3を交互に切り替えて通電させる方法を説明する。図14に、3種類の長さの発熱体54b1、54b2および54b3を設けたヒータ54、発熱体54b1~54b3への3通りの電流経路(電気的な経路であり電力供給経路でもある)を示す。尚、図14に示す電流経路はほんの一例であり、その他の電流経路構成でも構わない。
(発熱体54b1への電力供給)
交流電源55から発熱体54b1に電力供給する場合の電流は、図14(a)の太線で示すルートで流れる。ヒータ54の温度をサーミスタ等の温度検知素子(不図示)で検知し、その温度情報に基づいてマイクロコンピュータ(不図示)からの指示に基づきトライアック56aが動作することで発熱体54b1が所定温度になるように制御される。発熱体54b1への電力供給はトライアック56b、56c及びa接点構成の電磁リレー57aに依らない。すなわち、発熱体54b1に電力供給する場合には、発熱体切り替え器57aは開放状態であっても短絡状態であってもよい。なお、図14(a)では、一例として発熱体切り替え器57aは開放状態となっている。
(発熱体54b2への電力供給)
交流電源55から発熱体54b2に電力供給する場合の電流は、図14(b)の太線で示すルートで流れる。発熱体54b2に電力供給を行う場合には、a接点構成の発熱体切り替え器57aの接点を開放状態に設定する。開放状態のa接点構成の発熱体切り替え器57aの接点インピーダンスは発熱体54b2より十分に大きいため、a接点構成の発熱体切り替え器57aにはほぼ電流が流れず発熱体54b2のみを発熱させることができる。発熱体54b2に供給される電力はトライアック56bにより制御される。
(発熱体54b3への電力供給)
交流電源55から発熱体54b3に電力供給する場合の電流は、図14(c)の太線で示すルートで流れる。発熱体54b3に電力供給を行う場合には、a接点構成の発熱体切り替え器57aの接点を短絡状態に設定することで、電流はほぼ全て発熱体54b3に流れる。短絡状態のa接点構成の発熱体切り替え器57aの接点インピーダンスは発熱体54b2より十分に小さいため、発熱体54b2に電流がほぼ流れず発熱体54b3のみを発熱させることができる。発熱体54b3に供給される電力はトライアック56cにより制御される。
[電力供給経路の切り替え]
発熱体54b1への電力供給経路(図14(a))と発熱体54b2への電力供給経路(図14(b))との切り替えは、予めa接点構成の発熱体切り替え器57aの接点を開放状態にしておく。これにより、トライアック56aとトライアック56bの無接点スイッチのみによって独立して制御することができる。したがって、電力供給経路(図14(a))と電力供給経路(図14(b))との間をシームレスに状態遷移したり、電力供給経路(図14(a))とともに電力供給経路(図14(b))を使用したりすることが可能である。
発熱体54b1への電力供給経路(図14(a))と発熱体54b3への電力供給経路(図14(c))も同様である。上述したように、電力供給経路(図14(a))では、発熱体切り替え器57aは開放状態でも短絡状態でもよい。このため、予めa接点構成の発熱体切り替え器57aの接点を短絡状態にしておけば、以下のようなことが可能である。すなわち、電力供給経路(図14(a))と電力供給経路(図14(c))との間をシームレスに状態遷移したり、電力供給経路(図14(a))とともに電力供給経路(図14(c))を使用したりすることが可能である。
一方、発熱体54b2の電力供給経路(図14(b))と発熱体54b3の電力供給経路(図14(c))とを切り替える際には、a接点構成の発熱体切り替え器57aの状態を切り替えなければならない。このため、電力供給経路(図14(b))とともに発熱体54b3への電力供給経路(図14(c))は使用できない。すなわち、電力供給経路(図14(b))及び電力供給経路(図14(c))のいずれか一方しか使用できず、これらは排他的である。
しかし電力供給経路(図14(b))と電力供給経路(図14(c))の間を遷移させたい場合は、次のように実施すればよい。例えば、電力供給経路(図14(b))→電力供給経路図(図14(a))→電力供給経路(図14(c))や、電力供給経路(図14(c))→電力供給経路(図14(a))→電力供給経路(図14(b))というように状態遷移させればよい。いずれも、電力供給経路(図14(b))と電力供給経路(図14(c))との間に、電力供給経路(図14(a))を経由させればよい。電力供給経路(図14(a))が使用されている間に、a接点構成の発熱体切り替え器57aの状態を開放状態から短絡状態へ、又は短絡状態から開放状態へ切り替えておく。これにより、a接点構成の発熱体切り替え器57aの接点の状態が安定するまで待つために、ヒータ54への電力供給が停止されて用紙Pに必要な熱量を供給できないというような事態を防ぐことができる。
発熱体切り替え器57aは、a接点構成の電磁リレーを例に説明した。しかしながら、これに限らず、b接点構成の電磁リレー、c接点構成の電磁リレー等、有接点スイッチを用いても構わない。更に、発熱体切り替え器57aは、ソリッドステートリレー(SSR)、フォトモスリレー、トライアック等の無接点スイッチを用いても構わない。
51 フィルム
53 加圧ローラ
54b1、54b2 発熱体
94 CPU

Claims (13)

  1. 第1の記録材又は前記第1の記録材よりも長手方向の長さが短い第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第1の発熱体と、前記第1の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第2の発熱体であって、前記第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第2の発熱体と、を含むヒータと、
    前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体により加熱される第1の回転体と、
    前記第1の回転体とともにニップ部を形成する第2の回転体と、
    前記第1の発熱体、又は前記第2の発熱体を用いて定着処理を行うように制御する制御手段と、
    を備える定着装置であって、
    前記制御手段は、電力を供給する発熱体を前記第1の発熱体から前記第2の発熱体に切り替えて複数の第2の記録材に定着処理を行い、前記複数の第2の記録材への定着処理が終了した後で、前記第1の回転体及び前記第2の回転体が回転している、且つ前記ニップ部に記録材がない状態において、前記第2の発熱体を発熱させる第1の動作を行い、
    前記第1の動作において前記第2の発熱体を発熱させる期間は、前記ニップ部における前記長手方向の端部が暖められる度合いが大きいほど長く決定されることを特徴とする定着装置。
  2. 第1の記録材又は前記第1の記録材よりも長手方向の長さが短い第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第1の発熱体と、前記第1の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第2の発熱体であって、前記第2の記録材に定着処理を行う場合に用いられる第2の発熱体と、を含むヒータと、
    前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体により加熱される第1の回転体と、
    前記第1の回転体とともにニップ部を形成する第2の回転体と、
    前記第1の発熱体、又は前記第2の発熱体を用いて定着処理を行うように制御する制御手段と、
    を備える定着装置であって、
    前記制御手段は、電力を供給する発熱体を前記第1の発熱体から前記第2の発熱体に切り替えて複数の第2の記録材に定着処理を行い、前記複数の第2の記録材への定着処理が終了した後で、前記第1の回転体及び前記第2の回転体が回転している、且つ前記ニップ部に記録材がない状態において、前記長手方向における端部よりも中央部の方が、発熱量が多くなるように発熱させる第1の動作を行い、
    前記第1の動作において前記第2の発熱体を発熱させる期間は、前記第1の発熱体及び前記第2の発熱体が用いられることにより前記ニップ部における前記長手方向の端部が暖められる期間が長いほど長く決定されることを特徴とする定着装置。
  3. 前記第1の動作において前記第2の発熱体を発熱させる温度は、固定の温度であることを特徴とする請求項又は請求項に記載の定着装置。
  4. 前記第1の動作において前記第2の発熱体を発熱させる期間は、前記第2の回転体が1回転する時間であることを特徴とする請求項又は請求項に記載の定着装置。
  5. 前記制御手段は、前記複数の第2の記録材に定着処理を行う場合に、前記定着処理が開始されてから所定の枚数の前記第2の記録材に対して前記第1の発熱体を用いて前記定着処理を行うことを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の定着装置。
  6. 前記制御手段は、前記第2の記録材に前記第1の発熱体を用いて定着処理を行っている間に、先行する記録材の後端と前記先行する記録材に連続して定着処理が行われる後続の記録材の先端との間の紙間において、前記第2の発熱体を発熱させる第2の動作を行うことを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の定着装置。
  7. 前記第1の発熱体に電力を供給するときに接続状態となり、前記第1の発熱体への電力の供給を遮断するときに非接続状態となる第1の接続手段と、
    前記第2の発熱体に電力を供給するときに接続状態となり、前記第2の発熱体への電力の供給を遮断するときに非接続状態となる第2の接続手段と、
    を備えることを特徴とする請求項に記載の定着装置。
  8. 前記第1の接続手段及び前記第2の接続手段は、双方向サイリスタであることを特徴とする請求項に記載の定着装置。
  9. 前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体に電力を供給するときに接続状態となり、前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体への電力の供給を遮断するときに非接続状態となる接続手段と、
    前記第1の発熱体又は前記第2の発熱体に電力を供給するための電力供給路を切り替える切替手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記接続手段を前記非接続状態とした後で前記切替手段により前記電力供給路を切り替え、その後、前記接続手段を前記接続状態とすることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の定着装置。
  10. 前記制御手段は、前記複数の第2の記録材への定着処理が終了した後、前記切替手段により前記電力供給路を切り替えることにより前記第1の発熱体に切り替えることを特徴とする請求項に記載の定着装置。
  11. 前記第1の回転体は、フィルムであることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の定着装置。
  12. 前記ヒータは、前記フィルムの内部空間に配置されており、前記ヒータと前記第2の回転体により前記フィルムを挟持しており、
    記録材上の画像は、前記フィルムと前記第2の回転体との間に形成されたニップ部で前記フィルムを介して加熱されることを特徴とする請求項11に記載の定着装置。
  13. 記録材に未定着のトナー像を形成する画像形成手段と、
    記録材上の未定着のトナー像を定着する請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の定着装置と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
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