JP3739355B2

JP3739355B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3739355B2
Application number: JP2002364145A
Authority: JP
Inventors: 敏行浜田; 孝前川
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP2004198527A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着ローラと加圧ローラとを有する定着装置を備えた画像形成装置に関し、より詳細には非通紙領域に設けられた温度検知手段を用いて定着ローラの温度制御を行う画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を用いた画像形成装置において、ヒータを内蔵した定着ローラと加圧ローラとを圧接させ、このローラ間に、未定着トナー画像を担持した用紙を通過させてトナーを用紙に定着させる熱ローラ定着方式がこれまでから広く用いられている。このような熱ローラ定着方式では、ローラ対のニップ間を用紙が通過するわずかな間にトナーを加熱溶融させる必要があるため、定着ローラの温度は、トナーの結着樹脂の軟化温度より数十度程度高い温度（以下、「定着用温度」と記すことがある、一般的に１４０〜２１０℃）に制御されている。
【０００３】
一方、トナーの定着処理を行わない間も定着ローラをこのような高い定着用温度に保持しておくことは省エネルギーの観点から好ましくなかった。また定着ローラから放散される熱で装置内温度が上昇し、耐熱性の高くない部材に悪影響を及ぼすおそれもあった。そこで、トナーの定着処理を行わないときは、定着ローラの温度を定着用温度よりも低く維持し（いわゆる待機状態）、画像形成処理が開始されたときに定着ローラの温度を定着用温度にまで上げる温度制御が行われている。
【０００４】
また省エネルギーの観点から、２つ以上のヒータを定着ローラに内蔵させて、定着ローラの表面温度を部分的に上げることができるようにし、用紙が通過する領域のローラ表面温度だけを上げて定着することも行われている。例えば、原稿位置合わせを原稿載置台中央で行う装置の場合、定着ローラの軸方向中央部を主として加熱する第１ヒータと、軸方向両端部を主として加熱する第２ヒータとを定着ローラに内蔵させて、用紙がタテ方向（幅の狭い方向）で搬送されるときには第１ヒータのみを点けてトナーの定着処理を行い節電を図っている。
【０００５】
ところで、定着ローラの表面温度を一定に維持させるために、サーミスタ温度計（以下、「サーミスタ」と略すことがある）などの温度検知手段を定着ローラ表面に取り付け、サーミスタの検知温度に基づき定着ローラに内蔵されたヒータの入切の制御を行っている。定着ローラの表面温度を精度よく検知するには用紙が通過する領域にサーミスタを取り付けるのがよい。しかしながら、サーミスタを定着ローラ表面を取り付けると、サーミスタとの摺擦によって定着ローラ表面に傷がつき、定着ローラの離型性が低下したり、あるいはサーミスタに未定着トナーが付着し、コピー画像の汚れが発生したり、温度検知精度が低下することがあった。そこでこのような不具合を防止するため、定着ローラにおいて用紙が通過しない通紙領域（非通紙領域）に温度検知手段を設けることが行われつつある（例えば特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３１１５８１号公報（特許請求の範囲、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ヒータは定着ローラの通紙領域を専ら加熱するので、サーミスタが設置されている非通紙領域の表面温度は通紙領域に遅れて上昇することになる。特に、定着ローラの中央部のみを用いて定着を行う場合、定着ローラの中央部と非通紙領域との距離が長くなるため、前記中央部では所定の定着用温度に達しているにも拘わらず、サーミスタでは未だ所定温度に達していないと検知してしまう。このため、所定温度にまで上昇したことをサーミスタが検知した時点では、定着ローラ中央部の表面温度が設定温度を超えて上昇し、高温オフセットなどの不具合が発生することがあった。
【０００８】
加えて、定着部が待機状態から作動状態となり定着ローラと加圧ローラが駆動し始めると、待機状態の間に放熱などによって温度が低下した加圧ローラの表面が連続して定着ローラと接触するため定着ローラの表面から熱が奪われる。このため、ヒータからの熱の伝わりの遅い非通紙領域ではその表面温度が一時的に急低下する。これにより、定着ローラ中央部とサーミスタが配置された非通紙領域との温度差が一層拡大し、前記不具合がより発生しやすくなっていた。
【０００９】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、定着ローラの表面温度を検知する手段を非通紙領域に設けた画像形成装置において、待機状態から作動状態としたときに、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との温度変化のズレを防止し、定着ローラ中央部が設定温度を超えて過上昇するのを防止することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の画像形成装置では、ローラ軸方向の中央部を主として加熱する第１の発熱体と、ローラ軸方向の両端部を主として加熱する第２の発熱体とを内蔵した定着ローラと、この定着ローラに圧接した加圧ローラと、前記定着ローラ表面の非通紙領域に設けられた、前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段による検知温度に基づき第１の発熱体および第２の発熱体への通電を制御する制御部とを備え、定着ローラの設定温度を定着用温度よりも低くした待機状態から、前記定着ローラの中央部のみを用いて定着を行う作動状態としたとき、作動開始時から所定時間、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体とに通電して前記定着ローラを加熱した後、前記第１の発熱体のみで前記定着ローラを加熱する構成とした。
【００１１】
ここで、温度検知手段による温度検知をより精度よく行う観点から、作動開始時から定着ローラと加圧ローラとを回転駆動させるのが望ましい。また前記第１の発熱体と前記第２の発熱体とに通電する所定時間は１〜１０秒の範囲が好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の画像形成装置の大きな特徴は、待機状態から、定着ローラの中央部のみを用いて定着を行う作動状態する場合に、定着ローラの中央部を主として加熱する第１の発熱体のみならず、定着ローラの両端部を主として加熱する第２の発熱体にも通電し、これらの発熱体で定着ローラ全体を所定時間加熱することにある。かかる構成によれば、定着ローラ全体が加熱され、温度検知手段が設けられた非通紙領域の表面温度も速やかに上昇し、定着ローラ中央部と非通紙領域との温度変化のズレが小さく抑えられる。また、加圧ローラの回転によって定着ローラから加圧ローラに奪われる熱も発熱体から速やかに補充されるので、非通紙領域の表面温度がローラ回転直後に一時的に急低下する現象を防止できる。
【００１３】
以下、本発明の画像形成装置を図に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態である複写機の概略構成図である。本体ハウジング１は、上ハウジング１１と、下ハウジング１３と、その間に位置する連結ハウジング１２とを有する。そして上ハウジング１１の上には開閉自在に載置された原稿搬送部２が取り付けられている。
【００１５】
原稿搬送部２は、原稿給紙トレイ２１と原稿搬送部本体２２、原稿排紙トレイ２３、原稿カバー２４とを備える。原稿排紙トレイ２３は、原稿カバー２４上面の一部として一体に形成されている。原稿搬送路ｄの延長上の上流端に原稿給紙トレイ２１が配設され、下流端に原稿排出トレイ２３が配設されている。原稿搬送部本体２２内の原稿搬送路ｄには、原稿搬送方向上流側から順にピックアップローラ２２ａ、搬送ローラ対２２ｂ、レジストローラ対２２ｃ、排出ローラ対２２ｄが設けられている。そして、レジストローラ対２２ｃと排出ローラ対２２ｄの間に画像読取り部２５が設けられている。原稿給紙トレイ２１に画像面を上向きにセットされた画像原稿（不図示）は、コピー開始ボタン（不図示）がオンされると、前記各ローラによって搬送路ｄを搬送され、途中画像読取り部２５で露光部３によって画像が読みとられる。
【００１６】
露光部３は上ハウジング１１に内蔵されている。露光部３は、露光ランプ３１と反射板３２、第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６、イメージセンサ（例えばライン型のＣＣＤ）３７を備える。露光ランプ３１と第１ミラー３３は第１キャリッジ（不図示）上に搭載され、第２ミラー３４、第３ミラー３５は第２キャリッジ（不図示）上に搭載されている。いわゆるシートスルー方式で原稿画像を読み取る場合には、第１キャリッジが画像読取り部２５の直下に移動し、露光ランプ３１からの光照射光が移動中の原稿を露光する。照射光は第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６を通じてＣＣＤ３７に到達して光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。他方、原稿固定方式で原稿画像を読み取る場合には、原稿載置板２６上の載置された原稿画像は露光部３による読取走査を受けることにより、ＣＣＤ３７上に縮小結像され、光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。
【００１７】
下ハウジング１３内には、給紙部４と画像形成部５、定着装置６とが内蔵さている。給紙部４についてまず説明すると、下ハウジング１３の下部には用紙Ｐが収容された給紙カセット４１が配設され、用紙Ｐはここからコロ４２により１枚ずつ搬送路へ送り出される。また、下ハウジング１３の左側下部には開閉可態な給紙トレイ４３が備えられており、ここに用紙Ｐを載置しておくことにより、前記と同様に用紙はコロ４４により１枚ずつ搬送路へ送り出される。
【００１８】
次に画像形成部について説明する。画像形成部５は、感光体ドラム５１と、その周囲に配設された帯電器５２、光走査ユニット５３、現像器５４、転写ローラ５５、クリーニング器５６とを備える。感光体ドラム５１は時計回りに回転し、まず帯電器５２により感光体ドラム５１の表面は均一に帯電される。次に、光走査ユニット５３から感光体ドラム５１の表面にレーザ光が照射されて、画像部分又は背景部分に相当する電荷が消去され、感光体ドラム５１の表面に静電潜像が形成される。そして現像器５４によって感光体ドラム５１上の静電潜像にトナーが供給され静電潜像が顕像化する。
【００１９】
感光体ドラム５１がさらに回転し、トナー画像が転写ローラ５５と対向する位置に来たときに、それに合わせて、感光体ドラム５１と転写ローラ５５との間に用紙Ｐが搬送され来る。このとき転写ローラ５５に、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されることにより、感光体ドラム５１上のトナー画像が用紙Ｐ上に転写される。感光体ドラム５１上の転写されなかった残留トナーはクリーニング器５６によって感光体ドラム５１上から除去される。一方、トナー画像が転写された用紙Ｐは後述する定着部６に搬送され、ここでトナー画像は加熱・加圧されて用紙に定着し、排紙経路を通って排紙トレイ７ａ，７ｂに排出される。
【００２０】
定着装置について次に説明する。定着装置６は、定着ローラ６１と加圧ローラ６２とが圧接してなる。図２に定着装置６の拡大構成図を示す。定着ローラ６１の非通紙領域には定着ローラ６１の表面温度の検知するためのサーミスタ（温度検知手段）６３が設けられている。また、定着ローラ６１にはメインヒータＨ₁（第１の発熱体）とサブヒータＨ₂（第２の発熱体）が内蔵されている。なお、定着ローラ６１及び加圧ローラ６２の具体的構成については後段の実施例で説明する。
【００２１】
図３に、これらのヒータＨ₁，Ｈ₂の配熱パターン例を示す。この図から理解されるように、メインヒータＨ₁は定着ローラ６１の中央部を主として加熱し、サブヒータＨ₂は定着ローラ６１の両端部を主として加熱するように設定されている。また、メインヒータＨ₁とサブヒータＨ₂の両方を点灯したときには定着ローラの軸方向の表面温度分布が一定となるように発熱パターンが組み合わされている。この定着装置における定着ローラ中央部の長さは約２１０ｍｍとされ、Ａ４用紙（２９７ｍｍ×２１０ｍｍ）がタテ方向に搬送されてきた場合の通紙領域と一致させてある。またメインヒータＨ₁とサブヒータＨ₂の全長はどちらも３１０ｍｍとされ、Ａ４用紙がヨコ方向で搬送されてきた場合でもその通紙領域をカバーさせてある。なお、図３において左側が画像形成装置の正面側、右側が画像形成装置の背面側である。
【００２２】
図２おいて、サーミスタ６３によって検知された定着ローラ６１の表面温度は制御部６４に送られ、この検知温度に基づいてメインヒータＨ₁とサブヒータＨ₂の入切制御がなされる。また制御部６４は、用紙の通紙領域が定着ローラ６１の中央部よりも狭い場合には、メインヒータＨ₁のみを点灯させて温度制御する一方、用紙の通紙領域が定着ローラ６１の中央部よりも広い場合には、メインヒータＨ₁とサブヒータＨ₂を点灯させて温度制御する。また画像形成処理が終了すると、定着ローラ６１の設定温度を定着用温度よりも低くした待機状態とする。
【００２３】
このような定着装置の制御において、待機状態から画像形成処理を行う作動状態となった場合で、且つ通紙領域の狭い用紙（例えばＡ４用紙のタテ向き）が搬送される場合、本発明ではメインヒータＨ₁とサブヒータＨ₂の双方を所定時間点灯させて定着ローラ６１全体を一時的に加熱し、サーミスタ６３による検知温度と定着ローラ６１の中央部との温度変化のズレを小さく抑え、高温オフセットを効果的に防止する。以下、実施例に基づき本発明をより詳細に説明する。
【００２４】
図１及び図２に示した定着装置を用いて、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との経時変化を調べた。なお、定着ローラ中央部の表面温度はもう一つのサーミスタを用いて測定した。使用した定着ローラ６１は、外径３７ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミニウム製のローラ本体６１ａの表面に、厚さ２５μｍのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）層６１ｂが形成されたものである。加圧ローラ６２は、外径２０ｍｍの鉄製の芯金６２ａの表面に厚さ５ｍｍの弾性層６２ｂが形成され、さらにその表面に厚さ５０μｍの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）チューブ層６２ｃが形成されたものである。弾性層６２ｂはアスカＣ硬度が５５度のシリコンゴムの発泡体である。定着ローラ６１は感光体ドラム５１（図１に図示）と等速の１７８ｍｍ／ｓｅｃの周速度で駆動回転し、加圧ローラ６２は定着ローラ６１に圧接しているので従動回転する。
【００２５】
図４に、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との経時変化、及びメイン・サブヒータのオン・オフ、定着ローラの駆動回転のオン・オフのタイミングを示す図を示す。待機状態では、サーミスタの検知温度（図４の破線）が１６５℃となるようにメイン・サブヒータがオン・オフ制御される。これにより定着ローラ中央部の表面温度（同図の実線）は１６０〜１８０℃の範囲を維持する。そして、画像形成処理が開始（Ａ４用紙がタテ方向に給紙）されると、まずメイン及びサブヒータが５秒間点灯される。この間、定着ローラ全体が加熱されると同時に加圧ローラも加熱される。これにより定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との温度変化のズレが抑えられる。定着ローラ中央部の表面温度は２２０℃付近まで急上昇し、同様にサーミスタの検知温度も１９０℃付近まで急上昇した後、定着部に用紙が搬送されるので定着ローラ中央部は所定温度に下がる。これ以後は非通紙領域に取り付けられたサーミスタの検知温度に基づくメインヒータのみのオン・オフ制御で、定着ローラ中央部の表面温度を所望の温度幅にうまく制御された。
【００２６】
なお、メイン・サブヒータを同時に点灯させる時間は、定着ローラの中央部と非通紙領域との温度変化のズレを解消できる時間であれば特に限定はなく、ヒータの電力や定着ローラの長さや熱容量などから適宜決定すればよい。一般的には１〜１０秒の範囲が好ましい。
【００２７】
また、定着ローラと加圧ローラとを均一に速やかに加熱するには、画像形成処理が開始されメインヒータとサブヒータとが点灯されている間、定着ローラと加圧ローラとを回転駆動させるのが望ましい。
【００２８】
他方、前記と同じ定着装置を用いて、画像形成処理が開始（Ａ４用紙がタテ方向に給紙）されたときにメインヒータＨ₁のみを点灯させる以外は同じ条件で、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との経時変化を調べた。図５に、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との経時変化、及びメイン・サブヒータのオン・オフ、定着ローラの駆動のオン・オフのタイミングを示す図を示す。
【００２９】
図５から明らかなように、待機状態では、前記と同様に、サーミスタの検知温度（図５の破線）が１６５℃となるようにメイン・サブヒータがオン・オフ制御される。これにより定着ローラ中央部の表面温度（同図の実線）は１６０〜１８０℃の範囲を維持する。そして、画像形成処理が開始（Ａ４用紙がタテ方向に給紙）されると前記と異なりメインヒータのみが点灯される。これにより定着ローラ中央部の表面温度は急激に上昇する。一方、前記中央部から離れた位置にあるサーミスタでの検知温度は、定着ローラと加圧ローラとが回転開始することにより加圧ローラへ熱が奪われる結果、待機状態よりも下がってしまう。このため、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との温度変化に大きなズレが生じ、定着ローラ中央部が定着用温度に達しているにも拘わらずメインヒータは点灯し続けてしまい、定着ローラ中央部の表面温度は２２０℃を大きく超えて高温オフセットが生じた。
【００３０】
なお、本発明において、定着ローラ本体６１ａ（図２を参照）としてはアルミニウムの他、鉄や銅、ニッケル、ステンレスなどの金属材料を使用できる。また、定着ローラ本体の肉厚としては特に限定はないが０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好ましい。定着ローラ本体の表面に離型性層６１ｂを設ける場合には、ＰＴＦＥの他、ＰＦＡ層やＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）などのフッ素樹脂などを用いることができる。この離型性層の肉厚としては、１０〜１００μｍの範囲から好ましい。
【００３１】
また本発明で使用する加圧ローラとしては、芯金６２ａの表面に弾性層６２ｂを設けたものが好ましく、弾性層６２ｂの厚さとしては２〜１５ｍｍの範囲が好ましい。弾性層６２ｂはアスカＣ硬度が５〜９０度の弾性ゴムが好適である。弾性層６２ｂの表面に離型性層６２ｃを設ける場合には、ＰＴＦＥの他、ＰＶＦやＥＣＴＦＥなどのフッ素樹脂などを用いることができる。また、この離型性層６２ｃの肉厚としては２０〜１００μｍの範囲が好ましい。
【００３２】
本発明で使用する発熱体としては従来公知のものを使用できるが、中でも瞬暖性が得られることからハロゲンヒータが好ましい。また本発明で使用する温度検知手段としては従来公知のものを使用できる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の画像形成装置では、定着ローラの設定温度を定着用温度よりも低くした待機状態から、定着ローラの中央部のみを用いて定着を行う作動状態としたときに、作動開始時から所定時間、第１の発熱体と第２の発熱体に通電して定着ローラを加熱するので、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との温度変化のズレを防止でき、定着ローラ中央部の表面温度が設定温度を超えて上昇するのを防止できる。
【００３４】
作動開始時から定着ローラと加圧ローラとを回転駆動させるようにすると、定着ローラと加圧ローラとを発熱体により速やかに均一に加熱できる。
【００３５】
第１の発熱体と第２の発熱体とに通電する前記所定時間が１〜１０秒の範囲とすると、節電を図りながら、定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度との温度変化のズレを一層確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置で使用する定着装置の概略構成図である。
【図３】定着ローラのヒータの配熱分布と用紙の通紙領域とを示す図である。
【図４】定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度の経時変化、及びメイン・サブヒータのオン・オフ、定着ローラの駆動のオン・オフのタイミングを示す図である。
【図５】定着ローラ中央部の表面温度とサーミスタの検知温度の経時変化、及びメイン・サブヒータのオン・オフ、定着ローラの駆動のオン・オフのタイミングを示す図である。
【符号の説明】
Ｈ₁ メインヒータ（第１の発熱体）
Ｈ₂ サブヒータ（第２の発熱体）
６１定着ローラ
６２加圧ローラ
６３サーミスタ（温度検知手段）
６４制御部

Claims

ローラ軸方向の中央部を主として加熱する第１の発熱体と、ローラ軸方向の両端部を主として加熱する第２の発熱体とを内蔵した定着ローラと、この定着ローラに圧接した加圧ローラと、前記定着ローラ表面の非通紙領域に設けられた、前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段による検知温度に基づき第１の発熱体および第２の発熱体への通電を制御する制御部とを備え、
定着ローラの設定温度を定着用温度よりも低くした待機状態から、前記定着ローラの中央部のみを用いて定着を行う作動状態としたとき、作動開始時から所定時間、前記第１の発熱体と前記第２の発熱体に通電して前記定着ローラを加熱した後、前記第１の発熱体のみで前記定着ローラを加熱することを特徴とする画像形成装置。
前記作動開始時から前記定着ローラと前記加圧ローラとを回転駆動させる請求項１記載の画像形成装置。
前記第１の発熱体と前記第２の発熱体とに通電する前記所定時間が１〜１０秒の範囲である請求項１又は２記載の画像形成装置。