JP2004309651A

JP2004309651A - 定着装置及びその定着装置を備えた画像形成機

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Publication number: JP2004309651A
Application number: JP2003100570A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamaji; 博之山地
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】定着ローラに対して接離可能な熱均一化部材を備えた定着装置に対し、定着ローラに対する熱均一化部材の接離動作の最適化を図る。
【解決手段】加圧ローラ３９ｂに対して接離可能な熱均一化ローラ３９ｄを備えた定着装置３９において、印刷に使用される記録用紙が最大サイズのもの以外である場合であって、且つその連続定着枚数が所定枚数（１０枚）以上である場合に限り、熱均一化ローラ３９ｄを加圧ローラ３９ｂに接触させて、この加圧ローラ３９ｂの非通紙部分の熱を熱均一化ローラ３９ｄによって奪う。これにより、加圧ローラ３９ｂに対する熱均一化ローラ３９ｄの接触時間を必要最小限に抑える。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ装置、ファクシミリ装置等の画像形成機に搭載される定着装置及びその定着装置を備えた画像形成機に係る。特に、本発明は、記録媒体（記録用紙）に形成される画像の品質向上を図るための対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機、プリンタ装置、ファクシミリ装置等の画像形成機や、これらの複合機にあっては、トナー像が転写された記録用紙を定着装置に通過させ、この定着装置において記録用紙上にトナー像を加熱定着させるようになっている。定着装置は、互いに対向配置された一対のローラ部材を備えており、少なくとも一方が定着用加熱源となる加熱ローラとして構成されている。つまり、一対のローラ部材間で記録用紙を挟持しながら搬送することによってトナー像を記録用紙上に加熱定着させるようになっている。
【０００３】
これまでの一般的な加熱ローラの構成としては、例えばアルミニウム等の中空芯金で構成されるローラ本体の内部にハロゲンヒータ等の加熱手段が収容されている。つまり、この加熱手段に対して通電を行い、ローラ本体を所定の定着温度（例えば２００℃程度）まで温度上昇させた状態で上記の定着動作を行うことになる。また、加熱手段に対する通電制御としては、ローラ本体の表面温度を温度センサによって検出し、その検出温度に基づいて通電のＯＮ，ＯＦＦを切り換えて、ローラ本体の表面温度を所定範囲内に維持するようにしている。
【０００４】
ところで、この種の定着装置では、熱容量が比較的大きな金属製のローラ本体を所定の定着温度まで加熱する必要があるため、省エネルギー性を十分に得ることができないといった課題があった。また、プリント開始時にローラ本体を定着温度まで加熱するのに要する時間（ウォームアップ時間）が長くかかり、その結果、プリント開始信号の入力時点からプリント終了までに要する時間が長くなってしまうといった課題もあった。
【０００５】
これらの課題を解決する手段として、ローラ本体を薄肉化してその熱容量を小さくすることが掲げられる。これによれば、装置の電源容量（供給電力）を大きくすることなしにウォームアップ時間を短縮化でき、且つ省エネルギー性を十分に向上させることができる。
【０００６】
ところが、このように薄肉化されたローラ本体を採用した場合、以下に述べる課題がある。つまり、薄肉化に伴ってローラ本体は、軸線方向の熱移動性が低下することになる。このため、ローラ本体の全体を均一な温度に維持することが困難となる。例えば、ローラ本体の加熱範囲よりも小さいサイズの記録用紙を通過させた場合、記録用紙の通過部分では記録用紙によって熱が奪われるのに対し、記録用紙が通過しない部分では熱が奪われないためこの部分においてローラ温度の過上昇（以下、非通紙部異常昇温と呼ぶ）が発生してしまう。この非通紙部異常昇温が発生している状況で、上記サイズよりも大きいサイズの記録用紙を通過させた場合、温度過上昇部分においてトナーの過定着が生じたり、記録用紙上のトナーの光沢性に変化が生じたり、過定着部分が高温オフセットを起こして加熱ローラにトナーが付着したりするおそれがある。また、このローラ温度の過上昇はローラのライフ特性の低下にも繋がってしまう。
【０００７】
図８及び図９は、各サイズの用紙に定着動作を行わせた場合の各ローラの軸線方向端部付近（ローラセンタよりも右側部分）の通紙部と非通紙部との温度変化の一例を示している。図８は大サイズ紙（例えば使用可能な最大用紙サイズであるＡ３サイズ紙）に対して定着動作を行った場合であり、図９は小サイズ紙（例えばＡ４縦サイズ紙）に対して定着動作を行った場合である。各図の丸数字は、連続通紙される用紙の通紙順である。
【０００８】
図８に示す大サイズ紙の場合、記録用紙の通過部分の領域が大きいため、加熱ローラ及び加圧ローラ共に広範囲に亘って記録用紙に熱が奪われることになり、ローラの略全体の温度が均一となっている。つまり、異常昇温となっている領域は加熱ローラ及び加圧ローラの端縁部近傍のみであり、その後に何れのサイズの用紙を通紙させたとしてもこの端縁部近傍を用紙が通過することはないため、過定着は発生しない。
【０００９】
一方、図９に示す小サイズ紙の場合、記録用紙の通過部分の領域が小さいため、加熱ローラ及び加圧ローラ共に温度が均一となっている範囲はローラ軸線方向の中央部分のみとなる。つまり、加熱ローラ及び加圧ローラのかなり広い領域で異常昇温が生じており、この状態で、その後に大サイズ紙を通過させた場合には、この大サイズ紙の一部（両端部）が異常昇温領域を通過し、トナーの過定着が生じてしまう。
【００１０】
この非通紙部異常昇温を回避する手段として、下記の特許文献１には、加熱範囲の異なる複数のヒータをローラ本体内に配設し、通過する記録用紙のサイズに応じて通電するヒータを選択することが開示されている。具体的には、センタ基準（記録用紙の幅方向の中心位置と加熱ローラの軸線方向の中心位置とを一致させた状態で通紙させるもの）の定着装置において、大サイズ紙に対応するべくローラ本体の軸線方向の略全体を加熱する第１ヒータと、小サイズ紙に対応するべくローラ本体の軸線方向の中央部のみを加熱する第２ヒータとを備えさせる。これにより、ローラ本体のうち記録用紙が通過する部分のみを加熱することができ、上記非通紙部異常昇温の発生に伴う不具合を回避することが可能である。
【００１１】
また、近年では、更なる省エネルギ化を図るために、上述したヒータランプ方式に代えて誘導加熱方式による定着装置が提案されている。この方式において、用紙サイズに応じてローラ本体の加熱領域を変更しようとすると、複数の加熱源（誘導コイル）をローラ本体の軸線方向に併設する必要がある。しかし、これでは製造コストの高騰を招いてしまうばかりでなく、大サイズ紙の場合には、個別の誘導コイルでローラ本体の各部を加熱することになるため、発熱分布の均一性が良好に得られなくなってしまう可能性もある。
【００１２】
発熱分布の均一性を良好に得るための手法として、下記の特許文献２には、加熱ローラに熱均一化部材を当接させ、この熱均一化部材によって加熱ローラ上の特に高温部分に対して吸熱することで加熱ローラの温度分布を均一化することが開示されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平８−２２０９３０号公報
【特許文献２】
特開平８−８７１９１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献２に示すような熱均一化部材を備えさせた構成に関し、加熱ローラに対して熱均一化部材を当接させるか否かを切り換える条件についての具体的な技術的思想は未だ提案されていない。
【００１５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、定着ローラに対して接離可能な熱均一化部材を備えた定着装置に対し、定着ローラに対する熱均一化部材の接離動作の最適化を図ることにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために、本発明は、定着ローラに対して接離可能な熱均一化部材を備えた定着装置に対し、記録用紙（記録媒体）のサイズやその連続定着枚数に応じて、定着ローラに対して熱均一化部材を接触させるか否かを判断し、これによって定着ローラに対する熱均一化部材の接触時間を必要最小限に抑えるようにしている。
【００１７】
−解決手段−
具体的には、互いに接触する第１及び第２の定着ローラ（例えば加熱ローラと加圧ローラ）を備え、表面に顕像化物質（例えばトナー）が付着した記録媒体（記録用紙）を定着ローラ間に通過させて加熱することにより記録媒体上に顕像化物質を定着させる定着装置を前提とする。この定着装置に対し、各定着ローラのうち少なくとも一方の近傍に、その定着ローラに対して接離可能な熱均一化部材を配設する。そして、複数サイズの記録媒体のうちサイズの小さい記録媒体に対する定着動作の連続定着枚数が所定枚数以上であるときにのみ、熱均一化部材を定着ローラに接触させる接離切り換え手段を備えさせている。ここでいう「サイズの小さい記録媒体」とは、定着ローラの軸線方向に沿った方向の寸法（以下、用紙幅寸法と呼ぶ）が互いに異なる複数サイズの記録媒体のうち、定着ローラの長さ寸法にほぼ等しい用紙幅寸法を有する記録媒体（最大サイズの記録媒体）よりも用紙幅寸法が小さい記録媒体をいう。
【００１８】
この特定事項により、定着装置のウォームアップ時や、サイズの大きい記録媒体に対して定着動作を行う場合や、サイズの小さい記録媒体に対する定着動作を行う場合であってもその連続定着枚数が所定枚数未満である場合には、定着ローラに対して熱均一化部材を接触させないことになる。つまり、これらの場合には定着ローラから熱を奪わないようにする。定着装置のウォームアップ時に、定着ローラに熱均一化部材を接触させないことで、ウォームアップ時間の短縮化が図れる。
【００１９】
サイズの大きい記録媒体に対して定着動作を行う場合に、定着ローラに熱均一化部材を接触させないことで、消費電力の削減を図ることができる。つまり、サイズの大きい記録媒体に対して定着動作を行う場合には、通過する記録媒体により定着ローラの略全体から熱が奪われるため、この定着ローラの略全体が均一な温度となり、上記温度過上昇部分は殆ど発生しない。このため、定着ローラに熱均一化部材を接触させてしまうと、この熱均一化部材によって奪われた熱量分だけ無駄な消費電力が発生してしまう。従って、サイズの大きい記録媒体に対して定着動作を行う場合には定着ローラに対して熱均一化部材を接触させないようにしている。
【００２０】
また、サイズの小さい記録媒体に対する定着動作を行う場合であってもその連続定着枚数が所定枚数未満である場合には、定着ローラに熱均一化部材を接触させないことで、熱均一化部材を接離するための機構の劣化を防止できる。つまり、サイズの小さい記録媒体に対する定着動作を行う場合であってもその連続定着枚数が少ない場合には非通紙部の異常昇温は殆ど発生しない。このため、この場合には熱均一化部材を接離するための機構を作動させないようにし、必要以上にこの機構を作動させることで機構の早期劣化を招くといったことを回避している。
【００２１】
また、上記熱均一化部材の熱容量として具体的には以下のものが掲げられる。先ず、定着ローラ間の記録媒体通過速度が１２０ｍｍ／ｓｅｃ未満である定着装置の場合には、熱均一化部材の熱容量を４０Ｊ／℃〜６００Ｊ／℃に設定している。一方、定着ローラ間の記録媒体通過速度が、１２０ｍｍ／ｓｅｃ以上、１８０ｍｍ／ｓｅｃ以下である定着装置の場合には、熱均一化部材の熱容量を１６０Ｊ／℃〜６００Ｊ／℃に設定している。
【００２２】
このように定着ローラ間の記録媒体通過速度（プロセス速度）に応じて熱均一化部材の熱容量を決定している。つまり、この記録媒体通過速度が高い場合に、熱均一化部材の熱容量が小さくなり過ぎないように設定している。これは、記録媒体通過速度が高い場合、単位時間当たりの通紙枚数が多いので、定着ローラの加熱量を大きく設定することになり、これに伴って非通紙部の異常昇温も顕著になる。このため、記録媒体通過速度が高い場合には熱均一化部材の熱容量を大きく設定しておき、この非通紙部から奪うことが可能な熱量を大きくして異常昇温を抑制し、定着ローラの熱均一化効果が十分に得られるようにしている。
【００２３】
また、複数サイズの記録媒体のうちサイズの小さい記録媒体が定着ローラ間を通過する場合に、定着ローラ上において記録媒体が接触しない領域の定着ローラ表面温度を検出する温度検出手段を設ける。そして、記録媒体に対する定着動作の連続定着枚数に拘わらず、上記温度検出手段によって検出された定着ローラ表面温度が所定値以上であるときには、熱均一化部材を定着ローラに接触させる構成としている。
【００２４】
この特定事項により、非通紙部分の温度を直接検知し、仮に、サイズの小さい記録媒体に対する定着動作の連続定着枚数が所定枚数以下であったとしても、非通紙部分の温度が異常昇温レベルに達しているときには熱均一化部材を定着ローラに接触させる。これにより、非通紙部分の異常昇温を確実に回避することが可能になる。
【００２５】
熱均一化部材の熱伝導率と定着ローラの熱伝導率との関係としては以下のものが掲げられる。つまり、熱均一化部材を、接離切り換え手段の作動によって接触する定着ローラよりも熱伝導率が大きいものとしている。
【００２６】
この特定事項により、熱均一化部材において、定着ローラの非通紙部分に対向する領域のみが熱飽和してしまって定着ローラの非通紙部分から熱が奪えなくなるといった状況を生じないようにすることができる。このため、サイズの小さい記録媒体に対する連続定着枚数が多数枚に及んだ場合であっても非通紙部分の異常昇温を抑制することができる。
【００２７】
また、上述した各解決手段に係る定着装置を備えた画像形成機も本発明の技術的思想の範疇である。つまり、記録媒体の表面に顕像化物質を付着させてこの顕像化物質による像が形成された状態で、この記録媒体を上記各解決手段に係る定着装置の定着ローラ間に通過させて加熱することにより記録媒体上に顕像化物質を定着させて画像形成を行うよう構成された画像形成機である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、コピー機能、プリント機能、ファクシミリ機能を兼ね備えた複合機に本発明を適用した場合について説明する。
【００２９】
−複合機の全体構成の説明−
図１は本形態に係る画像形成機としての複合機１の内部構成の概略を示している。この図１のように、本複合機１は、スキャナ部２、画像形成部としてのプリント部３及び原稿自動給紙部４を備えている。以下、各部について説明する。
【００３０】
＜スキャナ部２の説明＞
スキャナ部２は、透明なガラス等で成る原稿台４１上に載置された原稿の画像や原稿自動給紙部４により１枚ずつ給紙される原稿の画像を読み取って画像データを作成する部分である。このスキャナ部２は、露光光源２１、複数の反射鏡２２，２３，２４、結像レンズ２５、光電変換素子（ＣＣＤ：ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）２６を備えている。
【００３１】
上記露光光源２１は、原稿自動給紙部４の原稿台４１上に載置された原稿や原稿自動給紙部４を搬送される原稿に対して光を照射するものである。各反射鏡２２，２３，２４は、図１に一点鎖線Ａで光路を示すように、原稿からの反射光を一旦図中左方向に反射させた後、下方に反射させ、その後、結像レンズ２５に向かうように図中右方向に反射させるようになっている。
【００３２】
原稿の画像読取動作として、上記原稿台４１上に原稿が載置された場合（「シート固定方式」として使用する場合）には、露光光源２１及び各反射鏡２２，２３，２４が原稿台４１に沿って水平方向に走査して、原稿全体の画像を読み取ることになる。一方、原稿自動給紙部４を搬送される原稿を読み取る場合（「シート移動方式」として使用する場合）には、露光光源２１及び各反射鏡２２，２３，２４が図１に示す位置に固定され、後述する原稿自動給紙部４の原稿読取部４２を原稿が通過する際にその画像を読み取ることになる。
【００３３】
上記各反射鏡２２，２３，２４で反射されて結像レンズ２５を通過した光は光電変換素子２６に導かれ、この光電変換素子２６において反射光が電気信号（原稿画像データ）に変換されるようになっている。
【００３４】
＜プリント部３の説明＞
プリント部３は、画像形成系３１と用紙搬送系３２とを備えている。
【００３５】
画像形成系３１は、レーザスキャニングユニット３１ａ及びドラム型の像担持体としての感光体ドラム３１ｂを備えている。レーザスキャニングユニット３１ａは、上記光電変換素子２６において変換された原稿画像データに基づいたレーザ光を感光体ドラム３１ｂの表面に照射するものである。感光体ドラム３１ｂは、図１中に矢印で示す方向に回転し、レーザスキャニングユニット３１ａからのレーザ光が照射されることによってその表面に静電潜像が形成されるようになっている。
【００３６】
また、感光体ドラム３１ｂの外周囲には、上記レーザスキャニングユニット３１ａの他に、現像装置（現像機構）３１ｃ、転写機構を構成する転写ユニット３１ｄ、クリーニング装置（クリーニング機構）３１ｅ、図示しない除電器、帯電ユニット３１ｆが周方向に亘って順に配設されている。現像装置３１ｃは、感光体ドラム３１ｂの表面に形成された静電潜像をトナー（顕像化物質）により可視像に現像するものである。転写ユニット３１ｄは、感光体ドラム３１ｂの表面に形成されたトナー像を記録媒体としての画像形成用紙に転写するものである。クリーニング装置３１ｅは、トナー転写後において感光体ドラム３１ｂの表面に残留したトナーを除去するようになっている。除電器は、感光体ドラム３１ｂの表面の残留電荷を除去するものである。帯電ユニット３１ｆは、静電潜像が形成される前の感光体ドラム３１ｂの表面を所定の電位に帯電させるようになっている。
【００３７】
このため、画像形成用紙に画像を形成する際には、帯電ユニット３１ｆによって感光体ドラム３１ｂの表面が所定の電位に帯電され、レーザスキャニングユニット３１ａが原稿画像データに基づいたレーザ光を感光体ドラム３１ｂの表面に照射する。その後、現像装置３１ｃが感光体ドラム３１ｂの表面にトナーによる可視像を現像し、転写ユニット３１ｄによって、トナー像が画像形成用紙に転写される。更に、その後、感光体ドラム３１ｂの表面に残留したトナーはクリーニング装置３１ｅによって除去されると共に、感光体ドラム３１ｂの表面の残留電荷が除電器によって除去される。これにより、画像形成用紙への画像形成動作（印刷動作）の１サイクルが終了する。このサイクルが繰り返されることにより、複数枚の画像形成用紙に対して連続的に画像形成を行うことができるようになっている。
【００３８】
一方、用紙搬送系３２は、用紙収容部としての用紙カセット３３に収容された画像形成用紙を１枚ずつ搬送して上記画像形成系３１による画像形成を行わせると共に、画像形成された画像形成用紙を用紙排出部としての排紙トレイ３５へ排出するものである。
【００３９】
この用紙搬送系３２は、主搬送路３６と反転搬送路３７とを備えている。主搬送路３６は用紙カセット３３の排出側に対向していると共に他端が排紙トレイ３５に対向している。反転搬送路３７は、一端が転写ユニット３１ｄの配設位置よりも上流側（図中下側）で主搬送路３６に繋がっていると共に、他端が転写ユニット３１ｄの配設位置よりも下流側（図中上側）で主搬送路３６に繋がっている。
【００４０】
主搬送路３６の上流端（用紙カセット３３の排出側に対向する部分）には断面が半円状のピックアップローラ３６ａが配設されている。このピックアップローラ３６ａの回転により、用紙カセット３３に収容されている画像形成用紙を１枚ずつ間欠的に主搬送路３６に給紙できるようになっている。
【００４１】
この主搬送路３６における転写ユニット３１ｄの配設位置よりも上流側には、レジストローラ３６ｄ，３６ｄが配設されている。このレジストローラ３６ｄ，３６ｄは、感光体ドラム３１ｂ表面のトナー像と画像形成用紙との位置合わせを行いながら画像形成用紙を搬送するものである。主搬送路３６における転写ユニット３１ｄの配設位置よりも下流側には、画像形成用紙に転写されたトナー像を加熱により定着させるための一対の定着ローラ３９ａ，３９ｂを備えた定着装置３９が配設されている。この定着装置３９の詳細については後述する。更に、主搬送路３６の下流端には、画像形成用紙を排紙トレイ３５に排紙するための排出ローラ３６ｅが配設されている。
【００４２】
主搬送路３６に対する反転搬送路３７の上流端の接続位置には分岐爪３８が配設されている。この分岐爪３８は、図１に実線で示す第１位置とこの第１位置から図中反時計回り方向に回動して反転搬送路３７を開放する第２位置との間で水平軸回りに回動自在となっている。この分岐爪３８が第１位置にあるときには画像形成用紙が排紙トレイ３５に向けて搬送され、第２位置にあるときには画像形成用紙が反転搬送路３７へ供給可能となっている。反転搬送路３７には搬送ローラ３７ａが配設されており、画像形成用紙が反転搬送路３７に供給された場合（所謂スイッチバック搬送により画像形成用紙が反転搬送路３７に供給された場合）には、この搬送ローラ３７ａによって画像形成用紙が搬送され、レジストローラ３６ｄの上流側で画像形成用紙が反転されて再び転写ユニット３１ｄに向かって主搬送路３６を搬送されるようになっている。つまり、画像形成用紙の裏面に対して画像形成が行えるようになっている。
【００４３】
＜原稿自動給紙部４の説明＞
次に、原稿自動給紙部４について説明する。この原稿自動給紙部４は、所謂自動両面原稿搬送装置として構成されている。この原稿自動給紙部４は、シート移動式として使用可能であって、原稿載置部としての原稿トレイ４３、中間トレイ４４、原稿排出部としての原稿排紙トレイ４５及び各トレイ４３，４４，４５間で原稿を搬送する原稿搬送系４６を備えている。
【００４４】
上記原稿搬送系４６は、原稿トレイ４３に載置された原稿を、原稿読取部４２を経て中間トレイ４４または原稿排紙トレイ４５へ搬送するための主搬送路４７と、中間トレイ４４上の原稿を主搬送路４７に供給するための副搬送路４８とを備えている。
【００４５】
主搬送路４７の上流端（原稿トレイ４３の排出側に対向する部分）には原稿ピックアップローラ４７ａ及び捌きローラ４７ｂが配設されている。捌きローラ４７ｂの下側には捌き板４７ｃが配設されており、原稿ピックアップローラ４７ａの回転に伴って原稿トレイ４３上の原稿のうちの１枚がこの捌きローラ４７ｂと捌き板４７ｃとの間を通過して主搬送路４７に給紙されるようになっている。主搬送路４７と副搬送路４８との合流部分（図中Ｂ部分）よりも下流側にはＰＳローラ４７ｅ，４７ｅが配設されている。このＰＳローラ４７ｅ，４７ｅは、原稿の先端とスキャナ部２の画像読取タイミングとを調整して原稿を原稿読取部４２に供給するものである。つまり、このＰＳローラ４７ｅ，４７ｅは原稿が供給された状態でその原稿の搬送を一旦停止し、上記タイミングを調整して原稿を原稿読取部４２に供給するようになっている。
【００４６】
原稿読取部４２は、プラテンガラス４２ａと原稿押え板４２ｂとを備え、ＰＳローラ４７ｅ，４７ｅから供給された原稿がプラテンガラス４２ａと原稿押え板４２ｂとの間を通過する際に、上記露光光源２１からの光がプラテンガラス４２ａを通過して原稿に照射されるようになっている。この際、上記スキャナ部２による原稿画像データの取得が行われる。上記原稿押え板４２ｂの背面（上面）には図示しないコイルスプリングによる付勢力が付与されている。これにより、原稿押え板４２ｂがプラテンガラス４２ａに対して所定の押圧力をもって接触しており、原稿が原稿読取部４２を通過する際にプラテンガラス４２ａから浮き上がることを阻止している。
【００４７】
プラテンガラス４２ａの下流側には、搬送ローラ４７ｆ及び原稿排紙ローラ４７ｇが備えられている。プラテンガラス４２ａ上を通過した原稿が搬送ローラ４７ｆ及び原稿排紙ローラ４７ｇを経て中間トレイ４４または原稿排紙トレイ４５へ排紙される構成となっている。
【００４８】
原稿排紙ローラ４７ｇと中間トレイ４４との間には中間トレイ揺動板４４ａが配設されている。この中間トレイ揺動板４４ａは、中間トレイ４４側の端部が揺動中心とされて、図中実線で示すポジション１とこのポジション１から上方へ跳ね上げられたポジション２との間で揺動可能となっている。中間トレイ揺動板４４ａがポジション２にある場合には原稿排紙ローラ４７ｇから排紙された原稿は原稿排紙トレイ４５へ回収される。一方、中間トレイ揺動板４４ａがポジション１にある場合には原稿排紙ローラ４７ｇから排紙された原稿は中間トレイ４４へ排出されるようになっている。この中間トレイ４４への排紙時には、原稿の端縁が原稿排紙ローラ４７ｇ，４７ｇ間に挟持された状態となっており、この状態から原稿排紙ローラ４７ｇが逆回転することによって原稿が副搬送路４８に供給され、この副搬送路４８を経て再び主搬送路４７に送り出されるようになっている。この原稿排紙ローラ４７ｇの逆回転動作は、主搬送路４７への原稿の送り出しと画像読取タイミングとを調整して行われる。これにより、原稿の裏面の画像が原稿読取部４２によって読み取られるようになっている。
【００４９】
−複合機の基本動作説明−
以上の如く構成された複合機１の動作として、先ず、本複合機１が、プリンタとして機能する場合には、パーソナルコンピュータ等のホスト装置から送信された印刷データ（イメージデータやテキストデータ）を受信し、この受信した印刷データ（プリントデータ）を図示しないバッファ（メモリ）に一旦格納していく。このバッファへのプリントデータの格納と共に、バッファからのプリントデータの読み出しを順次行って、この読み出したプリントデータに基づき、上述したプリント部３の画像形成動作により画像形成用紙に画像形成が行われる。
【００５０】
また、本複合機１がスキャナとして機能する場合には、上記スキャナ部２によって読み取った原稿のスキャン画像データをバッファに一旦格納していく。このバッファへのスキャン画像データの格納と共に、バッファからホスト装置へのスキャン画像データの送信を順次行って、このホスト装置のディスプレイ等に画像表示する。
【００５１】
更に、本複合機１がコピー機として機能する場合には、上記スキャナ機能によって読み取った原稿画像データに基づきプリント部３の画像形成動作によって画像形成用紙に画像形成が行われることになる。
【００５２】
−定着装置３９の構成−
次に、本形態の特徴部分である定着装置３９の構成について説明する。図２は本実施形態に係る定着装置３９の断面図であり、図３は定着装置３９を用紙搬送方向から見た図（ローラの一部を省略した図）である。
【００５３】
この定着装置３９は、加熱回転体である第１定着ローラとしての加熱ローラ３９ａと、この加熱ローラ３９ａに対して略下側から当接する加圧回転体である第２定着ローラとしての加圧ローラ３９ｂと、加熱ローラ３９ａをローラ外部から誘導加熱するコイル３９ｃと、加圧ローラ３９ｂに接離可能な熱均一化部材（熱伝導部材）である熱均一化ローラ３９ｄとを主要構成部材として構成されている。
【００５４】
上記加熱ローラ３９ａと加圧ローラ３９ｂとの間には、これらローラ３９ａ，３９ｂの軸線方向（図２の紙面に直交する方向）に延びる帯状の定着ニップ部が形成されている。また、記録用紙搬送方向における上記定着ニップ部の上流側には図示しない定着入口ガイドが配設されている。以下、この定着装置３９の各構成部材について説明する。
【００５５】
上記加熱ローラ３９ａは、中心部から外周部に向けて基材３９ｅ、弾性断熱層３９ｆ、発熱層３９ｇ、離型層３９ｈを備えている。基材３９ｅは、外径が３０ｍｍで、肉厚が３ｔのアルミニウム製の素管により構成されている。弾性断熱層３９ｆは、肉厚が５ｍｍのシリコンスポンジにより構成されている。発熱層３９ｇは、肉厚が４０μｍのＮｉにより構成されている。離型層３９ｈは、肉厚が３０μｍのＰＦＡチューブ層により構成されている。尚、この離型層３９ｈと発熱層３９ｇとの間に、シリコンゴムから成る弾性層（厚さ１５０μｍ程度）を設けるようにしてもよい。また、弾性断熱層３９ｆから外周側部分の軸長（加熱領域）は３２０ｍｍに設定されている。また、この加熱ローラ３９ａは図示しない駆動手段からの駆動力を受けて回転駆動されるようになっている。
【００５６】
一方、上記加圧ローラ３９ｂは、外径が２０ｍｍの鉄製の芯金の外周面に、層厚さが５ｍｍの弾性層（シリコンゴム層）が設けられ、更に、その外周面を厚さ３０μｍのＰＦＡチューブで被覆した構成となっている（各層の構成は図示省略）。この加圧ローラ３９ｂにおいても、弾性層から外周側部分の軸長は３２０ｍｍに設定されている。この加圧ローラ３９ｂ全体は、図示しない付勢手段によって所定の当接圧で加熱ローラ３９ａに押圧されており、これにより、加熱ローラ３９ａと加圧ローラ３９ｂとの間には、両ローラ３９ａ，３９ｂの長手方向に沿って帯状の定着ニップ部が形成されることになる。本形態では、この定着ニップ部の幅が７ｍｍ程度となるように上記当接圧が調整されている。尚、加圧ローラ３９ｂは、加熱ローラ３９ａの回転に伴って従動回転するようになっている。
【００５７】
加熱源となる上記誘導加熱コイル３９ｃには、１０〜１００ｋＨｚの交流電流が印加されるようになっている。これにより、加熱ローラ３９ａの発熱層３９ｇに渦電流が発生し、ジュール熱の発生によって加熱ローラ３９ａの外周面の温度が上昇するようになっている。本形態では、線径が０．５ｍｍの絶縁被覆導線を１０〜２０程度撚ったリッツ線を巻き回して誘導加熱用のコイル３９ｃとしている。このコイル３９ｃをコイルユニット中に固定し、加熱ローラ３９ａの外周面に対向して配設することで、発熱層３９ｇの表面を高効率で発熱することが可能となり、高効率加熱、ウォームアップタイムの短縮を可能にしている。
【００５８】
加熱ローラ３９ａ表面の通紙領域の略中央（軸線方向の中央部）には図示しないサーミスタが当接配置されている。このサーミスタで取得した温度情報に基づいて上記誘導加熱コイル３９ｃへの供給電流を制御し、これによって定着温度が所定の範囲内に調整できるようになっている。また、この加熱ローラ３９ａ上の非通紙領域内には、非通紙部温度測定用のサーミスタが設置されている。尚、加圧ローラ３９ｂの非通紙領域内に、非通紙部温度測定用のサーミスタを設置してもよい。
【００５９】
図４は、この誘導加熱コイル３９ｃへの供給電流の制御によって定着温度を調整した場合の各ローラ３９ａ，３９ｂの温度変化状態を示している。つまり、複合機１の主電源をＯＮしてウォームアップ時間が経過した後、加熱ローラ３９ａの表面温度（通紙領域の略中央部のサーミスタによる検知温度）が所定の範囲内に調整されるように誘導加熱コイル３９ｃへの供給電流の制御を行っている。つまり、印刷動作を行っていない放置中にあっては加熱ローラ３９ａから自然放出される熱量分を補うように誘導加熱コイル３９ｃへの供給電流が制御される。一方、印刷動作中にあっては、この自然放出される熱量分と通過する用紙によって奪われる熱量分とを補うように誘導加熱コイル３９ｃへの供給電流が制御される。この図４における丸数字は連続通紙される用紙の通紙順を示している。
【００６０】
上記熱均一化部材としての熱均一化ローラ３９ｄは、加圧ローラ３９ｂの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するＡＬやＣｕ等の高熱伝導率材料で構成されている。本実施形態では、この材料をローラ形状に加工して熱均一化ローラ３９ｄを作製している。また、この熱均一化ローラ３９ｄの外側に２０μｍ程度のＰＦＡコート層を設けて、トナーの離型性を向上させるようにしてもよい。また、この熱均一化ローラ３９ｄは、加圧ローラ３９ｂの回転に伴って従動回転するが、駆動源からの駆動力を受けて回転駆動するようにしてもよい。また、この熱均一化ローラ３９ｄの軸長は加圧ローラ３９ｂと同じく３２０ｍｍに設定されている。この軸長は加圧ローラ３９ｂよりも長く設定してもよい。
【００６１】
そして、この熱均一化ローラ３９ｄを加圧ローラ３９ｂに対して接離可能とする接離切り換え手段７としては、図３に示すように、熱均一化ローラ３９ｄの軸線方向に平行に延びるシャフト７１を有し、このシャフト７１の両端部近傍位置に偏心カム７２，７２がそれぞれ回転一体に取り付けられている。これら偏心カム７２，７２は熱均一化ローラ３９ｄの両軸端部に対向する位置に配設されている。
【００６２】
また、上記シャフト７１の一端部には駆動モータ７３からの駆動力を受けるギア７４が取り付けられている。この構成により、駆動モータ７３が回転駆動すると、その駆動力がギア７４を介してシャフト７１に伝達されてこのシャフト７１が回動し、偏心カム７２，７２の回動に伴って熱均一化ローラ３９ｄが加圧ローラ３９ｂに対して接離方向（図３にあっては上下方向）に移動されるようになっている。つまり、図３に示す偏心カム７２，７２の回動位置では、偏心カム７２のカム高さが低い部分が熱均一化ローラ３９ｄの軸端部に当接しているため、熱均一化ローラ３９ｄは、加圧ローラ３９ｂから後退した位置にあり、この加圧ローラ３９ｂには接触しない。この状態から駆動モータ７３が回転駆動して偏心カム７２，７２が１８０°回動した状態になると、図２に示すように偏心カム７２のカム高さが高い部分が熱均一化ローラ３９ｄの軸端部に当接することになり、熱均一化ローラ３９ｄは、加圧ローラ３９ｂに向かって前進し、この加圧ローラ３９ｂに接触することになる。このようにして、熱均一化ローラ３９ｄが加圧ローラ３９ｂに接触する状態と接触しない状態とが切り換えられるようになっている。
【００６３】
そして、本形態の特徴としては、本複合機１に使用可能な複数サイズの記録用紙のうちサイズの小さい記録用紙（最大サイズの記録用紙以外のもの）に対する定着動作の連続定着枚数が所定枚数以上である場合にのみ、上記熱均一化ローラ３９ｄを加圧ローラ３９ｂに接触させるようにしている点にある。つまり、画像形成動作時に、その記録用紙のサイズの認識と、ユーザが要求した印刷枚数（連続定着枚数）を認識を行っておき、最大サイズの用紙以外の記録用紙に対して印刷を行う場合であって、しかも、その印刷枚数が所定枚数（例えば１０枚）以上である場合にのみ、上記熱均一化ローラ３９ｄを加圧ローラ３９ｂに接触させるようにしている。上記記録用紙のサイズ及び印刷枚数の認識動作としては、例えば受信した画像データ中に含まれる用紙サイズ情報及び印刷枚数情報を取得する。また、光学的な検知手段を利用して記録用紙のサイズを認識するようにしてもよい。尚、熱均一化ローラ３９ｄを加圧ローラ３９ｂに接触させるか否かを決定する条件としての印刷枚数は、上記数値に限るものではなく、任意に設定可能である。
【００６４】
上述の如く熱均一化ローラ３９ｄを加圧ローラ３９ｂに接触させることにより、上記非通紙部の熱を熱均一化ローラ３９ｄによって奪い、この非通紙部での異常昇温が発生しないようにしている。その結果、上記小サイズ紙の画像形成動作が終了した後に大サイズ紙に対する印刷動作が行われた場合であっても用紙両端部分でのトナーの過定着は発生せず、記録用紙上のトナーの光沢性に変化が生じたり、過定着部分が高温オフセットを起こして加熱ローラ３９ａにトナーが付着したりすることがなくなる。また、このローラ温度の過上昇が回避できるため、ローラのライフ特性の向上を図ることもできる。
【００６５】
尚、上記各ローラ３９ａ，３９ｂ，３９ｄの材料や形状は上述したものの限られることなく、必要に応じて任意に設定可能である。
【００６６】
図５及び図６は、小サイズ用紙に定着動作を行わせた場合の各ローラ３９ａ，３９ｂの軸線方向端部付近（ローラセンタよりも右側部分）の通紙部と非通紙部との温度変化の一例を示している。図５は加熱ローラ３９ａの温度変化を示しており、図６は加圧ローラ３９ｂの温度変化を示している。各図の丸数字は、連続通紙される用紙の通紙順である。
【００６７】
これら図から明らかなように、従来のもの（図９参照）に比べて非通紙部分での昇温は大幅に抑えられている。これは、熱均一化ローラ３９ｄが加圧ローラ３９ｂに接触して、この加圧ローラ３９ｂの非通紙部分の熱を熱均一化ローラ３９ｄが奪い、且つ、加熱ローラ３９ａの非通紙部分の熱を加圧ローラ３９ｂを介して熱均一化ローラ３９ｄが奪ったためである。
【００６８】
このように加熱ローラ３９ａ及び加圧ローラ３９ｂにおいて殆ど異常昇温が生じていないため、この状態で、その後に大サイズ紙を通過させた場合であっても、トナーの過定着が生じてしまうことはない。
【００６９】
−実験例−
次に、上記効果を確認するために行った実験例について説明する。上記形状でＡＬ基材を用いて、ローラ外径、肉厚等を変更して熱容量を変更した熱均一化ローラ（熱均一化ローラ）３９ｄを加圧ローラ３９ｂに接離可能に配置し、小サイズ紙の連続通紙を行った。そして、このときの非通紙部温度を測定した。尚、加圧ローラ３９ｂと熱均一化ローラ３９ｄの当接幅は約２ｍｍ程度とした。
【００７０】
先ず、初めにプロセス速度６０ｍｍ／ｓｅｃ（通紙速度は約１０ＰＰＭ）の条件下で、坪量約８０ｇ／ｍ２のＡ４用紙をＲ通紙（縦通紙）で連続通紙した。通紙枚数は約１００〜２００枚程度とした。
【００７１】
この状態で、ほぼ非通紙部分の温度は定常状態に達した。尚、このときの温調温度は１７０℃である。ここで、非通紙部分の温度測定は、用紙通紙領域中央部１３５ｍｍの位置にサーミスタを設置することにより行った。上記用紙を連続通紙した場合、上記領域が最も温度が上昇したからである。尚、非通紙部分の最大温度上昇部は用紙サイズやコイル形状等の発熱条件等によって必ずしも上記位置になるとは限らない。
【００７２】
更に、プロセス速度１２０ｍｍ／ｓｅｃ（通紙速度は約２０ＰＰＭ）、１８０ｍｍ／ｓｅｃ（通紙速度は約３０ＰＰＭ）においても、同様に実験を行った。以上の実験の結果を図７に示す。
【００７３】
一般的に、定着ローラの耐熱性は、発熱層である金属層やシリコンゴム層等の耐熱性等を考慮した場合、２３０℃程度である。そこで、各プロセス速度での検討結果を踏まえると、６０ｍｍ／ｓｅｃでは、熱均一化ローラ３９ｄの熱容量に拘わらず、この値を満足しているが、１２０ｍｍ／ｓｅｃにおいては、少なくとも４０Ｊ／℃以上必要であり、更に、１８０ｍｍ／ｓｅｃにおいては、少なくとも１６０Ｊ／℃以上必要であることが判った。つまり、プロセス速度の違いにより、熱均一化ローラ３９ｄの最適熱容量範囲が存在することが判った。熱容量が小さすぎると、ローラ軸方向の均一化効果が十分ではなく、加圧ローラ３９ｂや加熱ローラ３９ａの熱均一化効果が薄れてしまうためであると考えられる。更に、高速度化に伴い、この傾向は顕著になると考えられる。
【００７４】
熱均一化ローラ３９ｄは、非通紙部分と通紙部分との温度差をならす、つまり、高温度領域の熱量を低温度領域へ補充する効果もあり、その結果、通紙時の電力上昇は殆どない、もしくは電力低下効果もある場合があるが、あまりにも熱量が大きくなりすぎると、通紙初期での温度追従性が悪化する場合がある。
【００７５】
従って、１２０ｍｍ／ｓｅｃ未満のプロセス速度では、熱均一化ローラ３９ｄの熱容量は４０〜６００Ｊ／℃、１２０ｍｍ／ｓｅｃより大きく１８０ｍｍ／ｓｅｃ以下のプロセス速度では１６０Ｊ／℃〜６００Ｊ／℃とすればよい。
【００７６】
また、熱均一化ローラ３９ｄは、Ａ４サイズ（横通紙）やＡ３サイズ、もしくはＬｅｔｔｅｒサイズ（横通紙）等の大サイズ紙通紙時は、加圧ローラ３９ｂ若しくは加熱ローラ３９ａとは離間しており、それ以下の用紙幅サイズ紙通紙時のみ、例えば、Ａ４縦通紙、Ｌｅｔｔｅｒ縦通紙以下の通紙幅の場合は当接させるようにすればよい。
【００７７】
これら用紙サイズ紙が通紙される場合においても、その印字要求枚数が少ない場合は、あえて熱均一化ローラ３９ｄを当接させずに、非通紙部分に設置されたサーミスタの温度検知情報に基づき、当接するようにしてもよい。例えば、温調温度１７０℃設定時において、非通紙部分温度が１８５℃になった場合に当接するようにしてもよい。
【００７８】
更に、小サイズ紙通紙後の大サイズ紙通紙時において、冷却時間を設けて更に確実に非通紙部分と通紙部分との温度差を解消するようにしてもよく、このとき、熱均一化ローラ３９ｄは当接／離間のどちらの状態でもよいが、再立ち上げ時には、離間状態とする。上記制御により、ウォームアップタイムの遅延が防止できる。
【００７９】
−その他の実施形態−
上述した実施形態では、複写機、プリンタ装置及びファクシミリ装置としての機能を兼ね備えた多機能型の本画像形成機１に、本発明を適用した場合について説明した。本発明は、これに限らず、その他の画像形成機についても適用可能である。
【００８０】
また、上記実施形態では、熱均一化ローラ３９ｄを加圧ローラ３９ｂに対して接離可能な構成とした。本発明はこれに限るものではなく、熱均一化ローラ３９ｄを加熱ローラ３９ａに対して接離可能な構成としたり、２本の熱均一化ローラを備えさせ、一方を加圧ローラ３９ｂに対して接離可能とし、他方を加熱ローラ３９ａに対して接離可能な構成としてもよい。
【００８１】
また、本発明は、誘導加熱方式による定着装置に限らず、ヒータランプ方式による定着装置に対しても適用可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、定着ローラに対して接離可能な熱均一化部材を備えた定着装置に対し、記録媒体のサイズやその連続定着枚数に応じて、定着ローラに対して熱均一化部材を接触させるか否かを判断し、これによって定着ローラに対する熱均一化部材の接触時間を必要最小限に抑えるようにしている。このため、トナーの過定着の回避を確実に行うことができると共に、熱均一化部材を接離するための機構を必要以上に作動させないことによりこの機構の早期劣化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る複合機の内部構成の概略を示す図である。
【図２】定着装置の断面図である。
【図３】定着装置を用紙搬送方向から見た図である。
【図４】連続給紙時における加熱ローラ及び加圧ローラの温度変化状態を示す図である。
【図５】実施形態における加熱ローラの温度変化を説明するための図である。
【図６】実施形態における加圧ローラの温度変化を説明するための図である。
【図７】プロセス速度と熱均一化ローラの熱容量との関係を示す図である。
【図８】従来例において大サイズ紙を連続給紙した場合の加熱ローラ及び加圧ローラの温度変化を説明するための図である。
【図９】従来例において小サイズ紙を連続給紙した場合の加熱ローラ及び加圧ローラの温度変化を説明するための図である。
【符号の説明】
１複合機（画像形成機）
３９定着装置
３９ａ加熱ローラ
３９ｂ加圧ローラ
３９ｄ熱均一化ローラ（熱均一化部材）
７接離切り換え手段

Claims

互いに接触する第１及び第２の定着ローラを備え、表面に顕像化物質が付着した記録媒体を定着ローラ間に通過させて加熱することにより記録媒体上に顕像化物質を定着させる定着装置において、
上記各定着ローラのうち少なくとも一方の近傍にはその定着ローラに対して接離可能な熱均一化部材が配設されており、
複数サイズの記録媒体のうちサイズの小さい記録媒体に対する定着動作の連続定着枚数が所定枚数以上であるときに、上記熱均一化部材を定着ローラに接触させる接離切り換え手段を備えていることを特徴とする定着装置。
請求項１記載の定着装置において、
定着ローラ間の記録媒体通過速度が１２０ｍｍ／ｓｅｃ未満であるものにあっては、熱均一化部材の熱容量が４０Ｊ／℃〜６００Ｊ／℃に設定されていることを特徴とする定着装置。
請求項１記載の定着装置において、
定着ローラ間の記録媒体通過速度が、１２０ｍｍ／ｓｅｃ以上、１８０ｍｍ／ｓｅｃ以下であるものにあっては、熱均一化部材の熱容量が１６０Ｊ／℃〜６００Ｊ／℃に設定されていることを特徴とする定着装置。
請求項１、２または３記載の定着装置において、
複数サイズの記録媒体のうちサイズの小さい記録媒体が定着ローラ間を通過する場合に、定着ローラ上において記録媒体が接触しない領域の定着ローラ表面温度を検出する温度検出手段が設けられ、
記録媒体に対する定着動作の連続定着枚数に拘わらず、上記温度検出手段によって検出された定着ローラ表面温度が所定値以上であるときには、接離切り換え手段が熱均一化部材を定着ローラに接触させるよう構成されていることを特徴とする定着装置。
請求項１〜４のうち何れか一つに記載の定着装置において、
熱均一化部材は、接離切り換え手段の作動によって接触する定着ローラよりも熱伝導率が大きいものであることを特徴とする定着装置。
上記請求項１〜５のうち何れか一つに記載の定着装置を備えた画像形成機であって、
記録媒体の表面に顕像化物質を付着させてこの顕像化物質による像が形成された状態で、この記録媒体を上記定着装置の定着ローラ間に通過させて加熱することにより記録媒体上に顕像化物質を定着させて画像形成を行うよう構成されていることを特徴とする画像形成機。