JP2006330252A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録材の幅、装置の作動状態等に対して温度分布の不均一が起こる事無く、均一な温度分布を維持する。
【解決手段】 記録材の幅の情報の他に、ａ．温度制御状態にはいる前か後又は画像形成開始からの経過時間、ｂ．前記加圧部材の温度との少なくとも一つを組み合わせって複数加熱手段への権力供給比を変える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子写真プロセスにより記録材上に画像を形成する画像形成装置に関し、特に、トナー像を記録材に定着する定着装置であって、誘導加熱方式の定着装置を備えた画像形成装置に関する。

近年、省エネルギー型の画像形成装置の開発が強く要望されている。電子写真方式の画像形成装置では、消費電力のかなりの割合を定着装置により消費される電力が占めるために、定着装置の消費電力を引き下げる技術の開発が画像形成装置の省エネルギー化の主な課題となっている。

定着装置は、コピー釦が押されたり、ネットワーク機器からのプリント指令があったときに、短時間内に立ち上がり作動する必要から、待機時においても定着温度又は定着温度に近い温度に昇温されていることが必要であり、このために待機時においても、定着装置による電力消費があって、この待機時の消費電力が画像形成装置の消費電力の大きな割合を占めていた。

従って、待機時において、定着装置への電力供給を無くするか少なくし、しかも短時間で定着可能温度にまで立ち上がる定着装置が必要であり、開発努力は、短時間に立ち上がる定着装置の開発に向けられている。

誘導加熱方式では、ハロゲンランプを熱源とする場合のように、輻射熱による加熱ではなく、物体内での発熱による加熱であり、物体自身が発熱し熱源となるので、発熱効率が大きく、短時間で加熱部材を定着温度にまで加熱することができる。

一方、記録材のサイズ、即ち、定着装置に通紙される記録材の搬送方向に直交する方向の幅が様々であることから、加熱部材の記録材幅方向の温度分布が不均一になるという問題がある。

特許文献１では、記録材のサイズに応じて複数の熱源への通電を制御する定着装置が提案されている。また、特許文献２では、誘導加熱方式の定着装置において、記録材の幅の違いにより生ずる温度の不均一を解決する手段として、複数のコイルを用い、第１のコイルへの供給電力量に応じて、他のコイルへの電力供給量を変える制御を行うことが提案されている。
特開２００５−９３３５１号公報 特開２０００−２０６８１３号公報

記録材の幅方向における加熱部材の温度分布は、定着装置に通紙される記録材の幅により変わるとともに、画像形成装置の様々な状態により変化するために、特許文献１の発明のように、記録材のサイズの情報のみによる制御では温度の不均一は十分には解消されない。

また、特許文献２の発明の場合も同様であり、特許文献２のような単一モードでの制御によっては十分に、前記温度分布を均一に維持することができない。

熱容量を小さくするために、薄肉化された加熱部材を用いて定着装置においては、加熱部材の温度分布が不均一になりやすく、特許文献１や特許文献２のような対策では加熱部材の温度を均一に維持することが特に困難である。

本発明は、従来技術における前記のような問題を解決し、常に前記温度分布の十分な均一性を保持し、適正な定着が安定して維持される画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的は、下記の発明により達成される。
（請求項１）
トナー像を加熱し、記録材に定着する加熱部材、加圧部材及び記録材の搬送方向に直角な方向に関して複数に分割されたコイルを有し、該コイルに流れる誘導電流による加熱で加熱した前記加熱部材と前記加圧部材とで記録材を挟持・搬送して、トナー像を記録材に定着する定着装置を備えた画像形成装置であって、記録材の幅に応じて、前記複数のコイルへの通電を各別に制御する画像形成装置において、
前記コイルへの通電を制御する制御手段は、次のａ及びｂの少なくともいずれか一つの情報と、記録材の幅の情報との組み合わせに基づいて前記複数のコイルへの供給電力の比αを変える制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
ａ．温度制御状態にはいる前か後又は画像形成開始からの経過時間
ｂ．前記加圧部材の温度
（請求項２）
前記複数のコイルは中央部コイル及び端部コイルを有し、前記比α＝（前記中央部コイルへの供給電力量／前記端部コイルへの供給電力量）であり、前記端部コイルに供給される電力が前記中央部コイルに供給される電力以下となるように前記制御手段が制御するとともに、前記比αを、狭い幅の記録材の場合に、広い幅の記録材の場合よりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
（請求項３）
前記複数のコイルは中央部コイル及び端部コイルを有し、前記比α＝（前記中央部コイルへの供給電力量／前記端部コイルへの供給電力量）であり、前記制御手段は、前記温度制御状態に入る前において、前記温度制御状態に入った後よりも前記比αを大きくする制御を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
（請求項４）
前記複数のコイルは中央部コイル及び端部コイルを有し、前記比α＝（前記中央部コイルへの供給電力量／前記端部コイルへの供給電力量）であり、前記制御手段は、前記画像形成開始の時間から所定時間経過後に、経過前に比較して前記比αを小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
（請求項５）
前記複数のコイルは中央部コイル及び端部コイルを有し、前記比α＝（前記中央部コイルへの供給電力量／前記端部コイルへの供給電力量）であり、前記制御手段は、前記加圧部材の温度が高いときは、前記比αを小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
（請求項６）
前記制御手段は、前記加熱部材の中央部の温度と前記加熱部材の端部の温度との差に基づいて、前記比αを変える制御を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
（請求項７）
前記加熱部材は厚さ０．４〜２．０ｍｍのローラからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

請求項１〜７のいずれかの発明により、記録材の幅の違いだけでなく、画像形成装置の種々の状態に応じて、複数コイルへの供給電力の比を変えるので、加熱部材の温度を常に安定して均一に維持することが可能となる。

請求項２の発明により、種々の幅の記録材に対して、均一な定着が行われる。

画像形成開始直後の画像形成初期においては、記録材が通過する領域、即ち、中央部において温度が低下する傾向があるが、請求項３又は請求項４の発明により、このような温度低下傾向が良好に防止される。また、画像形成開始からかなりの時間が経過したときは、端部からの熱の放出割合が大きくなるが、請求項３又は請求項４の発明により、端部における熱の放出に対して良好な温度補正が行われる。

加圧部材の温度が大きくなると、加圧部材の熱容量が大きくなって温度低下が起こり難くなる。請求項５の発明により、加熱部材の温度が上昇したときに加熱部材中央部の温度の過度な上昇が防止される。

請求項７の発明により、均一な温度分布のもとで定着が行われ、しかも、立ち上がり時間の短い画像形成装置が実現される。

図示の実施の形態により本発明を説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置であって、画像形成装置本体Ａ、画像読取装置ＳＣ、自動原稿送り装置ＤＦから成る画像形成装置の全体図である。

図示の画像形成装置本体Ａは、ドラム状の感光体１、帯電装置２、露光装置（画像書込手段）３、現像装置４、転写装置５、分離装置６、クリーニング装置８等から成る画像形成部と、定着装置２０と、用紙搬送系と、から構成されている。

用紙搬送系は、給紙カセット１０、第１給紙手段１１、第２給紙手段１２、搬送手段１３、排紙手段１４、及び手差し給紙手段１５から成る第１搬送部と、用紙Ｐを循環再給紙する循環再給紙部とから構成されている。

給紙カセット１０及び第１給紙手段１１は、複数の給紙手段（図示の３段）により形成され、複数種のサイズの用紙Ｐを収容して給紙する。用紙サイズは、オペレータによる設定、又は用紙サイズ検知手段による自動用紙サイズ設定によって入力される。

搬送手段１３を通過して定着装置２０によって定着処理された用紙Ｐは、搬送路切換手段１６により、ストレート排紙パスの搬送路ｒ１、反転排紙パスの搬送路ｒ２、両面循環パスの搬送路ｒ３の何れかに選択されて搬送される。

搬送路ｒ１を通過する用紙Ｐは、画像形成面を上にして（フェースアップ）排出される。搬送路ｒ２を通過する用紙Ｐは、両面循環パスの搬送路ｒ３、ｒ４に進行した後、逆転搬送されて搬送路ｒ２を通過して、画像形成面を下にして（フェースダウン）排出される。

第２搬送部は、画像形成部により画像形成された用紙Ｐを搬送路切換手段１６により排紙手段１４の手前で分岐させ、用紙Ｐを循環再給紙路に沿って搬送し、循環再給紙路途中で反転搬送ローラ１７により用紙Ｐを反転した後に第２給紙手段１２を経て画像形成部に再給紙する。

自動原稿送り装置ＤＦの原稿台上に載置された原稿ｄは給紙手段により搬送され、画像読取装置ＳＣの光学系により原稿ｄの片面又は両面の画像が読みとられ、イメージセンサＣＣＤにより読み込まれる。イメージセンサＣＣＤにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部（図示せず）において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、露光装置３に画像信号を送る。

露光装置３においては、半導体レーザからの出力光が画像形成部の感光体１に照射され、潜像を形成する。画像形成部においては、帯電、露光、現像、転写、分離、クリーニング等の処理が行われる。給紙カセット１０、手差し給紙手段１５から給送された用紙Ｐは転写装置５により画像が転写される。画像を担持した用紙Ｐは、定着装置２０により定着され、排紙手段１４から排出される。

或いは搬送路切換手段１６により循環再給紙部に送り込まれた片面画像処理済みの用紙Ｐは反転搬送ローラ１７により反転された後に再び画像形成部において両面画像処理された後、定着装置２０によって定着処理され、排紙手段１４により排出される。

図２は誘電加熱方式の定着装置２０をを示す図、図３は加熱ローラの軸に沿った断面図である。

２１は加熱部材としての加熱ローラであり、鉄又はステンレスなど、後に説明するようにローラ内に発生する誘導電流によりジュール熱を発生する金属からなる。加熱ローラの表面にはフッ素樹脂等の離型層が形成されることが好ましい。また、耐熱弾性層を形成した加熱ローラを用いることもできる。

熱容量を小さくするために、加熱ローラ１は厚さ０．４〜２．０ｍｍ程度の薄肉であることが望ましい。なお、０．４ｍｍよりも薄いと機械強度が低下する。また、加熱部材としては、ローラに代えて金属ベルト又はポリイミド等の樹脂からなる樹脂ベルトを用いることもできる。なお例えば、特開２００２−１４８９８２号公報で開示されているようなベルトを加熱部材として用いることもできる。

２２は加熱ローラ１に圧接する加圧部材としての加圧ローラであり、図示しないバネにより加熱部材２１に圧接する。加圧ローラ２２は金属からなる軸２２ａ及びその上に形成されたシリコンゴム等の耐熱弾性体層２２ｂを有する。耐熱弾性層２２ｂの上に離型層を形成してもよい。加圧部材として、ローラに代えてベルトを用いることもできる。

２３は加熱ローラ２１内に誘導電流を発生させる磁界を発生するコイルである。

本実施の形態は複数のコイルを有し、該コイルは幅方向の中央部を加熱する中央部コイル２３Ａと端部を加熱する端部コイル２３Ｂとは別々に通電制御される。

記録材Ｐは、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とにより挟持・搬送され、加熱ローラ２１の加熱で定着が行われるが、搬送される記録材Ｐの搬送方向に直交する方向、即ち、記録材Ｐの幅方向Ｘに分割されたコイルの中央部コイル２３Ａは記録材Ｐの幅方向中央部を加熱し、端部コイル２３Ｂは記録材Ｐの幅方向端部を加熱する。なお、以下において、幅方向とは、記録材Ｐの搬送方向に直交する方向、言い換えると、加熱ローラ２１の軸方向（図２における方向Ｘ）を言う。

そして、後に説明する説明するように、中央部コイル２３Ａに供給される電力と端部コイル２３Ｂに供給される電力との比α＝（中央部コイル２３Ａに供給される電力／端部コイル２３Ｂに供給される電力）は記録材Ｐの幅等に応じて変更される。

２４は進入上ガイド板、２５は進入下ガイド板、２６は排紙上ガイド板、２７は排紙下ガイド板である。２８は加熱ローラ２１から記録材Ｐを分離する上分離爪、２９は加圧ローラ２から記録材Ｐを分離する下分離爪である。

３０は加熱ローラ２１の表面をクリーニングするクリーニングウェブであり、元巻き軸３１から繰り出され、巻き取り軸３２に巻き取られ、押圧ローラ３３により加熱ローラ２１に押圧する。

ＳＥ１は加圧加熱ローラ１の幅方向中央部の表面温度を検知する温度センサ、ＳＥ２は加熱ローラ１の幅方向端部の表面温度を検知する温度センサ、ＳＥ３は加圧部材の温度を検知する温度センサである。

加熱ローラ１は図示しない軸受けにより軸受けされ、図示しないモータにより駆動されて回転する。加圧ローラ２は加熱ローラ１に圧接し、加熱ローラ１に従動して回転する。

未定着のトナー像を担持する記録材Ｐは加熱ローラ２１と加圧ローラ２２間のニップを通過し、通過の際に、トナー像が加熱されて記録材Ｐに定着される。

加熱ローラ２１の表面温度は温度センサＳＥ１の検知温度に基づいた制御手段ＣＲにより制御され適正な定着温度に維持されるが、このような温度制御は中央部コイル２３Ａに供給する電力と、コイル２３Ｂに供給する電力とを別々に制御するものであり、これにより、幅方向に均一な温度分布が維持される。

また、制御手段ＣＲは周知のように、瞬間電力を抑制するために中央部コイル２３Ａと２３Ｂとに時分割で交互通電を行い、交互通電における分割時間の比を制御することにより、中央部コイル２３Ａと２３Ｂとに供給する供給電力の比αを制御する。

加熱ローラ２１は、最大サイズ、即ち、幅方向に最大の長さを有する記録材Ｐ、たとえば、Ａ３又はＡ４縦の記録材Ｐを通紙できる長さを有する。

Ａ４サイズ横、Ｂ５サイズ横のような幅の狭い記録材Ｐを通紙した場合には、中央部コイル２３Ａに対する通電時間とコイル２３Ｂに対する通電時間との比αをより大きくすることにより、記録材Ｐにより奪われる熱による中央部の温度低下が補正される。

制御手段ＣＲは記録材の幅の情報に基づいて、中央部コイル２３Ａへの通電時間と端部コイル２３Ｂへの通電時間との比αを記録材のサイズ情報に基づいて制御するが、記録材のサイズ情報に次の情報ａ、ｂの少なくとも１以上を組み合わせて制御に用いる。
ａ．温度制御状態に入る前か後か、又は画像形成開始からの経過時間
ｂ．加圧部材の温度
図４を用いて、制御手段ＣＲによる制御を説明する。

図４は定着温度制御のタイムチャートである。

時間ｔ１においてコピー釦が押されるか又は外部機器からの画像形成信号によりスターと信号ＳＴが生成され、スタート信号ＳＴにより主電源及び定着電源ＥＡ、ＥＢが立ち上がる。

定着電源ＥＡ、ＥＢのＯＮにより加熱ローラ２１の温度が上昇し、所定の定着温度に到達した時間ｔ２から、加熱ローラ２１の温度により定着電源ＥＡ、ＥＢがＯＮ−ＯＦＦする温度制御状態に入る。温度制御状態においては、加熱部材温度センサＳＥ１の検知温度に基づいたフィードバック制御により、制御手段ＣＲが定着電源ＥＡ、ＥＢをＯＮ−ＯＦＦする制御を行う。

画像形成が完了すると、主電源が時間ｔ４でＯＦＦする。定着電源ＥＡ、ＥＢは温度制御によるＯＦＦが時間ｔ３であった場合、その直後に画像形成が終了するとＯＦＦのまま終了する。

全サイズの記録材が通過する幅方向の中央部においては、記録材により奪われ熱量が幅方向の端部に比較して大きいので、端部よりも温度が小さくなる傾向がある。また、幅の狭い記録材を通紙した場合には、中央部の温度低下傾向が強くなる。従って、基本的に、中央部コイル２３Ａへの通電時間とコイル２３Ｂへの通電時間との比α＝（中央部コイル２３Ａへの通電時間／コイル２３Ｂへの通電時間）を１より高し、且つ、幅の狭い記録材に対しては前記比αをより大きくする制御が行われる。

前記情報「ａ．温度制御に入る前か後かは」は、画像形成開始時間ｔ１後において、温度センサＳＥ１の検知温度に基づいて定着電源ＥＡ、ＥＢをＯＮ−ＯＦＦするフィードバック制御により最初に定着熱源ＥＡ、ＥＢがＯＦＦする時間ｔ２を基準にしてその前か後かである。

前記情報「ｂ．画像形成開始からの経過時間」は、スタート信号ＳＴの立ち上がり時間ｔ１からの時間長である。

前記情報「ｃ．加熱部材の温度」は加圧ローラ２２の温度を検知する温度センサＳＥ３が検知した温度である。

画像形成開始直後の画像形成初期においては、温度低下が起こりやすい。従って、前記に説明したように、中央部においては、端部に比較して温度低下が起きやすい。画像形成初期におけるこの傾向を補正するために、前記比αをより大きく設定する。即ち、温度制御状態に入る時間ｔ２の前においては、前期比αをより大きく設定し、また、画像形成開始時間ｔ１からの経過時間が短い初期においては、前記比αを大きく設定し、該時間が長くなるのに従って、前記比を小さくする制御が行われる。

更に、加圧ローラ２２の温度が高い場合、加熱部材２１の温度が低下し難くなる。従って、加熱ローラ２２の温度が低い場合に前記比αをより大きく設定し、低い場合に前記比αをより小さく設定することによって、中央部の温度低下を抑制し、加熱ローラ２１の温度分布を均一にすることができる。

更に、中央部の温度と端部の温度との差、即ち、温度センサＳＥ１の検知温度と温度センサＳＥ２の検知温度との差に基づいて、前期比αを制御することが行われ、中央部の温度が端部の温度に比較して低下している場合に、前期比αを上げることにより、温度分布が均一化される。

表１〜３に（中央部コイル２３Ａへの通電時間／コイル２３Ｂへの通電時間）の比αの制御例を示す。表２、３に示すＴａｂｌｅ １〜８を、表１のように、記録材の各サイズについて、温度制御状態に入る前と後に対して割り当てて適用した。表１〜３に示す制御により、１枚乃至小数枚の画像形成ジョブが繰り返される間欠画像形成、連続画像形成、両面画像形成及びこれらの混成モードでの画像形成や種々のサイズの記録材を用いた画像形成において、良好な定着を安定して行うことができた。

なお、表１，２における加圧ローラ温度ＴＰは温度センサＳＥ３により検知された温度であり、通電時間比率αは図３における中央部コイル２３Ａの電源Ｅ２Ａへの供給電力量とコイル２３Ｂの電源Ｅ２Ｂへの供給電力量の比αに相当し、中−端温度差ΔＴは温度センサＳＥ１の検知温度と温度センサＳＥ２の検知温度との差であり、正（＋）は中央部の方が端部よりも高温であり、負（−）は中央部が端部よりも低温でることを示す。

なお、表１においては、温度制御に入る前か後かの情報を用いているが、該情報に代えて、画像形成開始からの経過時間の情報を用いることによっても、温度分布を均一化することができる。

画像形成装置の全体図である。 誘電加熱方式の定着装置を示す図である。 加熱ローラの軸に沿った断面図である。 定着温度制御のタイムチャートである。

符号の説明

２０ 定着装置
２１ 加熱ローラ
２２ 加圧ローラ
２３、２３Ａ、２３Ｂ コイル
ＣＲ 制御手段
ＥＡ、ＥＢ 定着電源
ＳＥ１、ＳＥ２、ＳＥ３ 温度センサ

Claims (7)

1. トナー像を加熱し、記録材に定着する加熱部材、加圧部材及び記録材の搬送方向に直角な方向に関して複数に分割されたコイルを有し、該コイルに流れる誘導電流による加熱で加熱した前記加熱部材と前記加圧部材とで記録材を挟持・搬送して、トナー像を記録材に定着する定着装置を備えた画像形成装置であって、記録材の幅に応じて、前記複数のコイルへの通電を各別に制御する画像形成装置において、
   前記コイルへの通電を制御する制御手段は、次のａ及びｂの少なくともいずれか一つの情報と、記録材の幅の情報との組み合わせに基づいて前記複数のコイルへの供給電力の比αを変える制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
   ａ．温度制御状態に入る前か後、又は画像形成開始からの経過時間
   ｂ．前記加圧部材の温度
2. 前記複数のコイルは中央部コイル及び端部コイルを有し、前記比α＝（前記中央部コイルへの供給電力量／前記端部コイルへの供給電力量）であり、前記端部コイルに供給される電力が前記中央部コイルに供給される電力以下となるように前記制御手段が制御するとともに、前記比αを、狭い幅の記録材の場合に、広い幅の記録材の場合よりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記複数のコイルは中央部コイル及び端部コイルを有し、前記比α＝（前記中央部コイルへの供給電力量／前記端部コイルへの供給電力量）であり、前記制御手段は、前記温度制御状態に入る前において、前記温度制御状態に入った後よりも前記比αを大きくする制御を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記複数のコイルは中央部コイル及び端部コイルを有し、前記比α＝（前記中央部コイルへの供給電力量／前記端部コイルへの供給電力量）であり、前記制御手段は、前記画像形成開始の時間から所定時間経過後に、経過前に比較して前記比αを小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記複数のコイルは中央部コイル及び端部コイルを有し、前記比α＝（前記中央部コイルへの供給電力量／前記端部コイルへの供給電力量）であり、前記制御手段は、前記加圧部材の温度が高いときは、前記比αを小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記加熱部材の中央部の温度と前記加熱部材の端部の温度との差に基づいて、前記比αを変える制御を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記加熱部材は厚さ０．４〜２．０ｍｍのローラからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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