JP2010102109A - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱・加圧ローラの少なくとも一方のローラの端部領域と中央部領域の外径差を確保し、用紙シワの発生を防止する定着装置およびこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】制御部２１０は、第１の目標設定温度及び第２の目標設定温度を設定し（Ｓ１００）、メインヒータ２００及びサブヒータ２０１の通電を開始する（Ｓ１１０）。さらに、制御部２１０は、中央部領域の温度が第１の目標設定温度３１０に収束したか否かを判断し（Ｓ１４０）、収束したと判断した場合（ステップＳ１４０；Ｙｅｓ）、最終目標設定温度３００に目標設定値を変更し、温度制御を続行し、この目標設定値に収束させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真方式を利用した画像形成装置およびこの画像形成装置に用いる定着装置に関するものである。

一般に、複写機、プリンタおよびファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置にあっては、互いに圧接されて定着ニップ部を形成する定着用加熱回転体（加熱ローラ）および定着用加圧回転体（加圧ローラ）を備えており、シート（印刷用紙）上の未定着現像剤を加熱ローラと加圧ローラとの間のニップ部に対しその各ローラの軸線方向中央位置を基準に通紙させて定着させている。

通常、定着装置においては、上記ニップ部における長手方向の転写材搬送速度が不均一であるため、転写材の幅方向中央部において転写材の搬送方向に沿って伸びるシワが生じやすいという問題がある。

そこで、従来、加熱ローラおよび加圧ローラのすくなくとも一方の長手方向の端部領域の径を中央部領域の径より大きな径にすることによって、端部領域と中央部領域の外径差を確保し、用紙しわを防止する方法をとっている。

このために、定着装置の加熱ローラ及び加圧ローラのすくなくとも一方は、定着ニップ部における長手方向の圧接力分布を、中央部領域では中心位置から外方に向かうに従って圧接力が大きく、転写材の端縁が位置される端部領域では、外方に向かうに従って圧接力が小さくなるような外形形状を有している（特許文献１参照）。例えば、中央部領域が逆クラウン形状とし、端部領域がストレート形状とする外径形状を有するものであることが好ましい。

ところで、上記定着装置の加熱ローラの内部には、２つのコイル状のフィラメントを備えたヒータランプが設けられている。１つ目のヒータランプは、小サイズシートの通紙幅とほぼ同じ発熱幅を有しており、中央部領域を加熱するものであり、他方のヒータランプは、端部領域のみを加熱し、大サイズのシートが通紙した場合、１つ目のヒータランプと協働して、この大サイズシートを加熱するものである。この２つのヒータランプをＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、定着温度が制御される。

図５は、従来の２つのヒータランプによる加熱ローラ表面温度の制御を示した図である。

４３０が加熱ローラ中央領域の立ち上がり時の温度上昇を示すグラフであり、４２０が加熱ローラ端部領域の立ち上がり時の温度上昇を示すグラフである。また、４００が加熱ローラ中央部領域及び端部領域の目標設定温度であり、４１０は、加熱ローラが回転し始める温度である。さらに、４４０は、中央部領域の目標設定温度４００に対するオーバーシュート量である。

図５に示すように、加熱ローラは、ローラ回転開始温度４１０に到達すると回転を開始し、加圧ローラの温度を上昇させて定着性を確保するようにしている。

ここで、従来、中央部領域と端部領域において、目標設定温度４００を同一の温度に設定しているか、もしくは、中央部領域の目標設定温度４００を端部領域よりも高く設定している。

なお、中央部領域の温度上昇の時定数が、端部領域の温度上昇の時定数より小さい場合が多く、中央部領域がより早く目標温度に到達し、端部領域は遅れて目標温度に到達する場合が多い。
特開２００５−３５２２９７号公報

しかしながら、中央部領域のオーバーシュート量４４０によって、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、中央部領域の温度が端部領域の温度より高くなることによって加熱ローラ及び、加圧ローラの中央部領域の径が端部領域の径より当初の設定値以上に大きくなり、逆クラウン形状５１０から正クラウン形状５００になってしまう場合がある。

このように、中央部領域の径が端部領域の径より大きくなってしまうと、目標設定温度到達後に通紙をすると、端部領域と中央部領域の外径差が確保できないため、用紙しわが発生するという問題があった。

そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、加熱・加圧ローラの少なくとも一方のローラの端部領域と中央部領域の外径差を確保し、用紙シワの発生を防止する定着装置およびこれを備えた画像形成装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記の課題を解決するため下記のような構成とし、以下のような特徴を有する。

第１に係る発明は、シート上の未定着現像剤を定着する加熱ローラおよび加圧ローラを備えた定着装置であって、前記加熱ローラおよび前記加圧ローラの少なくとも一方のローラの中央部領域を加熱する第１のヒータと、該第１のヒータの温度を検知する第１の温度検知器と、前記加熱ローラおよび前記加圧ローラの少なくとも一方のローラの長手方向両端の端部領域を加熱する第２のヒータと、該第２のヒータの温度を検知する第２の温度検知器と、前記第１のヒータに対する第１の目標設定温度を前記第２のヒータに対する第２の目標設定温度よりも低く設定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１の温度検知器により測定した温度に基づき、前記第１のヒータの加熱開始時の温度から前記第１の目標設定温度に到達するように、前記第１のヒータを通電し制御することを特徴とする。

第２に係る発明において、前記第１のヒータに対する前記第１の目標設定温度、及び前記第２のヒータに対する前記第２の目標設定温度は、電源投入直後の加熱開始時に前記第１の温度検知器及び前記第２の温度検知器によって測定された温度に基づき、設定される温度であることを特徴とする。

第３に係る発明において、前記制御部は、前記第１のヒータに対する前記第１の目標設定温度に到達後、さらに、該第１の目標設定温度を前記第２の目標設定温度に設定変更し、該第２の目標設定温度に到達するように制御することを特徴とする。

第４に係る発明において、前記第１のヒータおよび前記第２のヒータは、前記加熱ローラおよび前記加圧ローラの少なくとも一方のローラ内の長手方向に並列して設けたことを特徴とする。

第５に係る発明において、前記第１の温度検知器および前記第２の温度検知器は、前記ローラの表面位置に各々設けられていることを特徴とする。

第６に係る発明は、上記第１から第５に係る発明に記載の定着装置を備えたことを特徴とする。

上記のように構成された本発明に係る定着装置およびこれを備えた画像形成装置によれば、以下に示す優れた効果を奏し得る。

本発明によれば、熱膨張を利用して、前記加熱ローラおよび前記加圧ローラの少なくとも一方のローラの端部領域の径を中央部領域の径よりも大きくすることにより、用紙のシワの発生を防止することが可能となる。

また、ウォームアップ立ち上がり時の前記加熱ローラおよび前記加圧ローラの少なくとも一方のローラの表面温度に応じて、第１、２のヒータに対して、それぞれ目標設定温度を設定し、制御するため、ウォームアップ直後の用紙のシワの発生を防止することが可能となる。

また、前記第１のヒータの検知温度が前記第１のヒータに対する目標設定温度に到達後、さらに、この目標設定温度より高い、第２のヒータに対して設定された目標設定温度に設定変更し、この目標設定温度に到達するように制御することにより、より定着性を確保することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１〜図４は、本発明に係る定着装置およびこれを備えた画像形成装置の実施形態の例を示す図であって、図中、図と同一の符号を付した部分は同一物を表わす。
＜画像形成装置の全体構成及び概略動作の説明＞
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略構成図である。

画像形成装置１は、プリンタ２を核に、スキャナ３、自動原稿搬送装置４、シート後処理装置５、多段給紙ユニット６及び中継搬送ユニット８が設置された多機能の複合装置である。スキャナ３は、その上部に配置された自動原稿搬送装置４と共に、システムラック７上に支持され、プリンタ２及びシート後処理装置５の上方に配置されている。

プリンタ２は、スキャナ３にて読み込まれた画像を記録出力することはもとより、パーソナルコンピュータなどの外部接続機器における画像処理装置からの画像データを記録出力するものである。プリンタ２において、装置本体の略中央右側に、電子写真プロセス部２０が配置されている。プリンタ２の下側には、シート供給部２１が配置されている。シート供給部２１は、シートを収容するシート収容トレイ２１０とシート収容トレイ２１０に収容されたシートを１枚ずつ分離供給する分離供給手段２１１とで構成されている。このシート供給部２１から１枚ずつ分離供給されたシートは、電子写真プロセス部２０の感光体と転写ユニットの間に順次供給され、現像された画像が感光体から転写される。

なお、このシート供給部２１の下方には、周辺機器として準備されている多段給紙ユニット６等から送られてくるシートを受け入れ、電子写真プロセス部２０の感光体と転写ユニットの間に向かって順次供給するためのシート受口２７が設けられている。

電子写真プロセス部２０の上方には定着装置２３が配置されており、画像が転写されたシートを順次受け入れて、シート上の現像剤を加熱定着して定着装置２３の外へシートを送り出す。画像が記録されたシートは、プリンタ２の排出ローラ２８からプリンタ２本体の上側の中継搬送ユニット８に受け渡される。

光走査ユニット２２の周囲の空間部には、図１に示すように、電子写真プロセスをコントロールするプロセスコントロールユニット（ＰＣＵ）基板２５が設けられ、さらに装置外部からの画像データを受け入れるインターフェイス基板およびこのインターフェイス基板から受け入れられた画像データおよびスキャナ３で読み込まれた画像データに対して所定の画像処理を施し、光走査ユニット２２により感光体上を走査させるためのイメージコントロールユニット（ＩＣＵ）基板を収容するプリンタ制御部２４、そして、これら各種基板、ならびにユニットに対して電力を供給する電源ユニット２６などが配置されている。

多段給紙ユニット６は、外付けのシート供給装置であって、シート収容トレイ６１０に収容したシートを、分離給送手段６１１により１枚ずつ分離し、該ユニット上面に設けられてプリンタ２のシート受口２７に連通しているシート排出口６２に向かって供給するものである。本実施形態では、シート供給部６１が３段積層されている。稼働時、所望するシートを収容したシート供給部６１が選択的に動作する。シート供給部６１へのシートの補給は、該ユニット本体の正面側にシート収容トレイ６１０を引き出して行う。

また、多段給紙ユニット６は、上部にプリンタ２と後処理装置５を載置するように構成されているが、この状態で移動し、システムラック７の間に固定して設置可能なように、下部に移動コロ６３及び固定部６４を備えている。移動時には、固定部６４を回転して上昇させることで固定部６４を床面から離間し、固定時には、固定部６４を回転して下降させることで固定部６４を床面に接触させて、多段給紙ユニット６を固定する。

シート後処理装置５は、該装置の上部で中継搬送ユニット８、プリンタ２から排出される画像の記録されたシートを搬入ローラ５０で導き入れて、シートに対して後処理を施すものである。

後処理としては、ステープル処理、ソート処理等あるが、ここに例示されている装置は、３つの排紙トレイ５１を備えた構成であって、必要に応じて、ゲート５２、５３により、シートを排出すべき排出トレイ５１を切り替えてシートを排出する。例えば、上段の排出トレイ５１ａをコピーモード時のシートの排出に使用し、中断の排出トレイ５１ｂをプリントモード時のシートの排出に使用し、下段の排出トレイ５１ｃをファクシミリ印字モード時のシートの排出に使用するといった具合に、用途別に区分けして排出できるようになっている。

スキャナ３は、シート状の原稿を自動原稿搬送装置４により自動的に供給して１枚ずつ順次露光走査して原稿画像を読み取る自動読み取りモードと、ブック状の原稿、もしくは自動原稿搬送装置４により自動供給が不可能なシート状の原稿をマニュアル操作によりセットして原稿画像を読み取る手動読み取りモードとを備えている。そして、透明な原稿載置台３０上にセットされた原稿の画像を、相互に所定の速度関係で原稿載置台３０に沿って移動する第１走査ユニット３１及び第２走査ユニット３２で露光走査して、ミラーや結像レンズ３３等の光学部品で導いて光電変換素子３４上に結像させることで、原稿画像を電気的信号に変換した上で出力するものである。

自動原稿搬送装置４は、原稿セットトレイ４０上に載置された原稿を原稿載置台３０上に向かって搬送し、走査後の原稿を原稿排出トレイ４２上に排出する原稿搬送手段４１を備えている。また、自動供給が不可能なシート物の原稿を原稿載置台３０上に載置して走査可能なように、装置奥側を支点にして上方に回動して、装置の手前側が開放するように構成されている。

中継搬送ユニット８は、プリンタ２の頂部に設けられた排紙トレイ２９の上部に装着され、プリンタ２から排出される画像記録済みのシートを、プリンタ２の下流側に位置するシート後処理装置５に向かって導入するための搬送ユニットである。

また、この中継搬送ユニット８のシート搬送経路８４の途中で、シートを該ユニットの上面８２とシート後処理装置５の上面５４とで形成された排出トレイ９にシートを導く別のシート搬送路８３が、分岐している。２つの排出先は、搬送路の分岐部に配置されたゲート８１の切換により、変更可能になっている。
＜定着装置の具体的構成の説明＞
図２は、本実施形態に係る定着装置の加熱ローラ内部に設けられているヒータランプの電気的制御系を示すブロック図である。

本実施形態に係る定着装置２３は、シート（印刷用紙）上の未定着現像剤を定着させる加熱ローラと、加圧ローラと、及び定着装置全体の制御を行う制御部２１０と、を含んでおり、この加熱ローラ内部には、小サイズシートの通紙幅域とほぼ同じ幅を有するコイル状のフィラメントを備えた第１のヒータランプ（メインヒータ）２００と、大サイズシートの通紙幅域とほぼ同じ幅を有するコイル状のフィラメントを備えた第２のヒータランプ（サブヒータ）２０１の２種類のヒータランプが設けられている。

これらの各ヒータランプのフィラメントは、いずれも発熱部と非発熱部とを有している。そして、メインヒータ２００におけるフィラメントの発熱部２０２がサブヒータ２０１におけるフィラメントの非発熱部２０３に対向するように配置されている。つまり、加熱ローラは、軸線方向中央部領域に配熱するメインヒータ２００と、軸線方向左右両側部領域に配熱し、軸線方向中央部領域には配熱しないサブヒータ２０１と、を備えている。

また、図２に示すように、メインヒータ２００及びサブヒータ２０１の発熱幅内に、温度検知器（温度センサ）２０４、２０５が設置されており、これら温度センサにより検出された信号は、入力回路２０６、２０７を経て制御部（以下、ＣＰＵという）２１０に取り込まれる。

ＣＰＵ２１０は、これら温度センサにより検出した加熱ローラ表面温度をもとに、ドライバ２０８、２０９を介してメインヒータ２００及びサブヒータ２０１を通電制御し、目標設定温度に達するように、制御処理する。

なお、メインヒータ２００及びサブヒータ２０１の消費電力は、例えば、それぞれ６００Ｗのものが使用されている。
＜定着装置の具体的動作の説明＞
図３は、本実施形態に係る定着装置２３の加熱ローラの表面温度の立ち上がり特性を示すグラフである。

本実施形態に係る定着装置２３の加熱ローラの表面温度制御方法は、図３に示すように、加熱ローラの端部領域の立ち上がり温度特性（３３０）が中央部領域の立ち上がり温度特性（３４０）と比較して緩やかでありオーバーシュート量が小さいことから、加熱ローラの端部領域の表面温度を直接、最終目標設定温度（第２の目標設定温度と呼ぶものとする）に到達するように制御する。

一方、加熱ローラの中央部領域の表面温度の制御は、立ち上がり温度特性が急峻でありオーバーシュート量が大きいことから、加熱ローラの端部領域の表面温度の最終目標設定温度である上記第２の目標設定温度よりも低く設定した第１の目標設定温度を設け、ウォームアップ立ち上がり時（現状温度がα℃以下の場合からの立ち上がり時）から、一旦、この第１の目標設定温度の到達するように制御させた後、上記最終目標設定温度である第２の目標設定温度に到達するように制御する。

こうすることによって、立ち上がり時の中央部領域の表面温度におけるオーバーシュート量（３６０）が少なくなり、中央部領域が端部領域より温度が高くなるのを防ぎ、中央部領域のローラ径の膨張を端部領域のローラ径の膨張に比べて大きくなることを防止することが可能である。したがって、図６（ａ）に示す逆クラウン形状５００になることはなく「しわ」の発生を回避することができる。

なお、加熱ローラのウォームアップ時間の長い場合は、加圧ローラが加熱ローラからの熱量を多く供給されるため、ローラ径の膨張の変化量が大きくなる。

従って、第２の目標設定温度は、ウォームアップ時間が短い場合よりも低く設定する必要がある。

この場合、第１の目標設定温度と第２の目標設定温度に１５℃以上の大きな差となる場合には、第３の目標設定温度を設けて、２段階に分けて制御することも必要である。

次に、加熱ローラの表面温度制御動作の処理について図４に示す動作フロー図を用いて説明する。

まず、ＣＰＵ２１０は、最終目標設定温度値である第１の目標設定温度及び第２の目標設定温度を設定し（ステップＳ１００）、メインヒータ２００及びサブヒータ２０１の通電を開始する（ステップＳ１１０）。温度センサ２０４により測定した温度が加熱ローラ回転温度に到達したか判断し（ステップＳ１２０）、到達した場合（ステップＳ１２０；Ｙｅｓ）、ローラの回転を開始する（ステップＳ１３０）。到達していない場合には（ステップＳ１２０；Ｎｏ）、温度測定を続行し、ステップＳ１２０の処理に戻る。

さらに、ＣＰＵ２１０は、中央部領域の温度が第１の目標設定温度３１０に収束したか否かを判断し（ステップＳ１４０）、収束したと判断した場合（ステップＳ１４０；Ｙｅｓ）、最終目標設定温度（第２の目標設定温度）３００に目標設定値を変更し、温度制御を続行し、この目標設定値に収束させる。収束した時点で、印刷可能指示を出力し、本処理を終了する（ステップＳ１５０）。収束していない場合には（ステップＳ１４０；Ｎｏ）、ステップＳ１４０に戻り、収束するまで処理を繰り返す。

尚、本発明の定着装置及びこれを用いた画像形成装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略構成図である。 本実施形態に係る定着装置の加熱ローラ内部に設けられているヒータランプの電気的制御系の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る定着装置の加熱ローラの表面温度の立ち上がり特性を示すグラフである。 加熱ローラの立ち上がり温度制御の動作フローを示す図である。 従来の定着装置のヒータランプによる加熱ローラ表面温度の制御を示した図である。 加熱ローラの温度上昇（立ち上がり時）における形状を示す図であり、（ａ）は、加熱ローラの正クラウン形状を示す図であり、（ｂ）は、加熱ローラの逆クラウン形状を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ プリンタ
３ スキャナ
４ 自動原稿搬送装置
５ シート後処理装置
６ 多段給紙ユニット
７ システムラック
８ 中継搬送ユニット
２３ 定着装置
２００ 第１のヒータランプ
２０１ 第２のヒータランプ
２０２ 発熱部
２０３ 非発熱部
２０４、２０５ 温度センサ
２０６，２０７ 入力回路
２０８，２０９ ドライバ
２１０ 制御部
３３０、４２０ 端部領域の立ち上がり温度特性
３４０、４３０ 中央部領域の立ち上がり温度特性
３６０、４４０ オーバーシュート量
５００ 逆クラウン形状
５１０ 正クラウン形状

Claims (6)

1. シート上の未定着現像剤を定着する加熱ローラおよび加圧ローラを備えた定着装置であって、
   前記加熱ローラおよび前記加圧ローラの少なくとも一方のローラの中央部領域を加熱する第１のヒータと、
   該第１のヒータの温度を検知する第１の温度検知器と、
   前記加熱ローラおよび前記加圧ローラの少なくとも一方のローラの長手方向両端の端部領域を加熱する第２のヒータと、
   該第２のヒータの温度を検知する第２の温度検知器と、
   前記第１のヒータに対する第１の目標設定温度を前記第２のヒータに対する第２の目標設定温度よりも低く設定する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１の温度検知器により測定した温度に基づき、前記第１のヒータの加熱開始時の温度から前記第１の目標設定温度に到達するように、前記第１のヒータを通電し制御することを特徴とする定着装置。
2. 前記第１のヒータに対する前記第１の目標設定温度、及び前記第２のヒータに対する前記第２の目標設定温度は、電源投入直後の加熱開始時に前記第１の温度検知器及び前記第２の温度検知器によって測定された温度に基づき、設定される温度であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記制御部は、前記第１のヒータに対する前記第１の目標設定温度に到達後、さらに、該第１の目標設定温度を前記第２の目標設定温度に設定変更し、該第２の目標設定温度に到達するように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
4. 前記第１のヒータおよび前記第２のヒータは、前記加熱ローラおよび前記加圧ローラの少なくとも一方のローラ内の長手方向に並列して設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記第１の温度検知器および前記第２の温度検知器は、前記ローラの表面位置に各々設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 請求項１から請求項５に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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