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JP4890821B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真式や静電記録方式等を採用した画像形成装置であって、記録材上の画像を加熱する画像加熱装置を備えた画像形成装置に関する。
この画像加熱装置としては、例えば、記録材上の未定着画像を定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢を増大させる光沢増大化装置等を挙げることができる。
近年、定着装置については、省エネルギー化への活動が活発になっており、立ち上がり時間の短縮が検討されている。
その一つとして、加熱回転体としてベルト状のエンドレスベルト(以下、定着ベルトと称す)を用い、ヒータにより熱せられた該ベルトを介して記録材上のトナーを加熱する、ベルト定着方式が提案されている。
ベルト定着装置は、例えば特許文献1〜4等に提案されている。この定着方式では、定着ベルトを直接加熱することになり、電源投入後、加熱部は短時間で所定の温度に達するので、電源投入後の待ち時間を大幅に短縮することができる。また、必要部分のみを加熱するので、電力消費も少ない利点がある。
ベルト定着装置は、加熱体としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に定着ベルトを挟ませて定着領域(定着ニップ部)を形成させる。その定着領域の定着ベルトと加圧ローラとの間に未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して定着ベルトと一緒に挟持搬送させる。これにより、定着ベルトを介してセラミックヒータの熱を与えながら定着ニップ部の加圧力で未定着トナー画像を記録材面に定着させるものである。
このベルト加熱方式の定着装置は、セラミックヒータ及び定着ベルトに低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画像形成実行時のみ熱源のセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させればよい。そのため、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く(クイックスタート性)、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい(省電力)等の利点がある。
一方、一般的に、幅方向の長さが最も大きな記録材(以下、最大サイズ記録材と称す)、例えばA4横紙(297mmサイズ)全域を定着するためには、加熱回転体表面の幅方向の温度をこの最大サイズ記録材の幅方向の長さ以上は均一にする必要がある。然しながら、最大サイズ記録材よりも幅方向の長さが小さい記録材(以下、小サイズ記録材と称す)、例えばA4縦紙(210mmサイズ)を連続通紙すると、加熱回転体の温度は非通紙領域が過度に上昇する。そのため、小サイズ記録材の連続通紙後に最大サイズ記録材を通紙すると、小サイズ記録材の非通紙部に相当する部分でホットオフセットが生じ画質を著しく低下させていた。若しくは、連続通紙を行った小サイズ記録材(例えばA4縦紙)よりも幅方向の長さが大きな小サイズ記録材(例えばB4縦紙)を通紙すると、前者の記録材の非通紙部に相当する部分でホットオフセットが生じ画質を著しく低下させていた。
上記の小サイズ記録材の連続通紙時に発生する加熱回転体の非通紙領域の過度の温度上昇は、省エネルギー化を目指すために加熱回転体の熱容量を低減したベルト定着方式で特に顕著である。
この定着ベルトの非通紙領域の過度の温度上昇に伴って発生するホットオフセットを防止するため、従来の定着装置では、小サイズ記録材の連続した通紙後に、所定時間自己放熱冷却を行う。若しくは、小サイズ記録材の連続した通紙後に、非通紙領域の加熱回転体若しくは加圧回転体温度を検出する検出手段の信号値が所定値となるまで自己放熱冷却を行う。そして、幅方向全域の温度分布がほぼ均一となった後に、最大サイズ用紙等の通紙を行っていた。
特開昭63−313182号公報 特開平2−157878号公報 特開平4−44075号公報 特開平4−204980号公報
然しながら、自己放熱冷却を行って幅方向全域の温度分布をほぼ均一にするには、数十秒から数分程度の冷却時間(以下ではダウンタイムと称す)が必要となる。つまり、ダウンタイムの分だけ次の通紙が出来なく、生産性の向上を妨げていた。
以上を鑑みて、本発明は、低熱容量の加熱回転体を用いる定着ベルト方式等の画像形成装置において、小サイズ記録材の連続した通紙後に加熱領域全域の温度分布を均一とするために必要としていたダウンタイムを大幅に低減することを目的とする。
上記の目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、記録材上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、記録材の搬送方向と直交する幅方向における前記加熱回転体の端部の領域を冷却するため送風口に向けて送風する送風手段と、前記送風口を開閉するシャッタと、前記端部の領域の温度を検知する温度検知部材と、前記幅方向において通紙可能な最大サイズの記録材の長さよりも小さい長さの記録材を連続して通紙するジョブの実行中に前記温度検知部材による検知温度が第一設定温度に達すると前記端部の領域の冷却を行うように前記送風手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、前記幅方向におけるサイズが予め設定したサイズよりも小さい記録材を連続通紙する第一ジョブの終了に引き続き第二ジョブを実行する際に、第一ジョブの画像加熱処理終了後もシャッタを開放させたまま、第二ジョブの記録材の幅方向のサイズが第一ジョブの記録材の幅方向のサイズよりも大きく、温度検知部材による検知温度が第一設定温度よりも低い温度である第二設定温度以上の場合には、送風手段による冷却動作後に第二ジョブの記録材の通紙を開始し、第二ジョブの記録材の幅方向のサイズが第一ジョブの記録材の幅方向のサイズ以下の場合には温度検知部材による検知温度に関わらず記録材の通紙を開始することを特徴とする。
小サイズ記録材を連続で通紙した後に、加熱回転体の非通紙部に冷却風を送風することで、非通紙部の温度を即座に下げることが可能となり、ダウンタイムの大幅な削減を行うことができる。
以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、実施例は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は実施例にて説明する各種構成にのみに限定されるものではない。即ち、本発明の思想の範囲内において実施例にて説明する各種構成を他の公知の構成に代替可能である。
〈第1の実施例〉
(1)画像形成部
図3は本発明に従う画像加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置の一例である電子写真フルカラープリンタの概略構成を示す縦断面模式図である。まず、画像形成部の概略を説明する。
このプリンタは、制御回路部(制御基板:CPU)100と通信可能に接続した外部ホスト装置200からの入力画像情報に応じて作像動作して、記録材上にフルカラー画像を形成して出力することができる。
外部ホスト装置200は、コンピュータ、イメージリーダー等である。制御回路部100は、外部ホスト装置200と信号の授受をする。また各種作像機器と信号の授受をし、作像シーケンス制御を司る。
8は無端状でフレキシブルな中間転写ベルト(以下、ベルトと略記する)であり、二次転写対向ローラ9とテンションロ−ラ10との間に張架されていて、ローラ9が駆動されることにより矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。11は二次転写ローラであり、上記の二次転写対向ローラ9に対してベルト8を介して圧接させてある。ベルト8と二次転写ローラ11との当接部が二次転写部である。
1Y・1M・1C・1Bkは第1〜第4の4つの画像形成部であり、ベルト8の下側においてベルト移動方向に沿って所定の間隔をおいて一列に配置されている。各画像形成部はレーザ露光方式の電子写真プロセス機構であり、それぞれ、矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される像担持体としてのドラム型の電子写真感光体(以下、ドラムと略記する)2を有する。各ドラム2の周囲には、一次帯電器3、現像装置4、転写手段としての転写ローラ5、ドラムクリーナ装置6が配置されている。各転写ローラ5はベルト8の内側に配置してあり、ベルト8の下行き側ベルト部分を介して対応するドラム2に対して圧接させてある。各ドラム2とベルト8との当接部が一次転写部である。7は各画像形成部のドラム2に対するレーザ露光装置であり、与えられる画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応した発光を行うレーザ発光手段、ポリゴンミラー、反射ミラー等で構成されている。
制御回路部100は外部ホスト装置200から入力されたカラー色分解画像信号に基づいて、各画像形成部を作像動作させる。これにより、第1〜第4の画像形成部1Y・1M・1C・1Bkにおいて、それぞれ回転するドラム2の面に対して所定の制御タイミングで、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色トナー像が形成される。なお、ドラム2にトナー像を形成する電子写真作像原理・プロセスは公知に属するからその説明は省略する。
各画像形成部のドラム2の面に形成される上記のトナー像はそれぞれ一次転写部にて、各ドラム2の回転方向と順方向に、かつ各ドラム2の回転速度に対応した速度で回転駆動されているベルト8の外面に対して順次に重畳転写される。これにより、ベルト8の面に上記の4つのトナー像の重ね合わせによる未定着のフルカラートナー像が合成形成される。
一方、所定の給紙タイミングにて、それぞれ大小各種幅サイズの記録材Pを積載収容させた上下多段のカセット給紙部13A・13B・13Cのうちの選択された段位の給紙カセットの給紙ローラ14が駆動される。これにより、その段位の給紙カセットに積載収納されている記録材Pが1枚分離給紙されて縦搬送パス15を通ってレジストローラ16に搬送される。手差し給紙が選択されているときには、給紙ローラ18が駆動される。これにより、手差しトレイ(マルチ・パーパス・トレイ)17上に積載セットされている記録材が1枚分離給紙されて縦搬送パス15を通ってレジストローラ16に搬送される。
レジストローラ16は、回転するベルト8上の上記のフルカラートナー像の先端が二次転写部に到達するタイミングに合わせて記録材Pの先端部が二次転写部に到達するように記録材Pをタイミング搬送する。これにより、二次転写部において、ベルト8上のフルカラーのトナー像が一括して記録材Pの面に順次に二次転写されていく。二次転写部を出た記録材は、ベルト8の面から分離され、縦ガイド19に案内されて、定着装置(定着器)20に導入される。この定着装置20により、上記の複数色のトナー像が溶融混色されて記録材表面に永久固着像として定着される。定着装置20を出た記録材はフルカラー画像形成物として搬送パス21を通って排紙ローラ22により排紙トレイ23上に送り出される。
二次転写部にて記録材分離後のベルト8の面はベルトクリーニング装置12により二次転写残トナー等の残留付着物の除去を受けて清掃され、繰り返して作像に供される。
モノ黒プリントモードの場合には、ブラックトナー像を形成する第4の画像形成部Bkのみが作像動作制御される。両面プリントモードが選択されている場合には、第1面プリント済みの記録材が排紙ローラ22により排紙トレイ23上に送り出されていき、後端部が排紙ローラ22を通過する直前時点で排紙ローラ22の回転が逆転に変換される。これにより、記録材はスイッチバックされて再搬送パス24に導入される。そして、表裏反転状態になって再びレジストローラ16に搬送される。以後は、第1面プリント時と同様に、二次転写部、定着装置20に搬送されて、両面プリント画像形成物として排紙トレイ23上に送り出される。
(2)定着装置20
以下の説明において、定着装置またはこれを構成している部材について長手方向とは記録材搬送路面内において記録材搬送方向に直交する方向に並行な方向である。定着装置に関して、正面とは記録材導入側の面、左右とは装置を正面から見て左または右である。記録材の幅とは記録材面において記録材搬送方向に直交する方向の記録材寸法である。
図2は本実施例における画像形成装置に搭載される画像加熱装置としての定着装置20の概略構成を示す横断面模式図である。この定着装置20は、大別して、ベルト(フィルム)加熱方式の定着機構部20Aと、送風冷却機構部20Bとからなる。図4は定着機構部20Aの正面模式図、図5はその縦断正面模式図である。
(2−1)定着機構部20A
まず、定着機構部20Aの概略を説明する。定着機構部20Aは基本的には特開平4−44075〜44083、4−204980〜204984号公報等に開示のベルト加熱方式・加圧回転体駆動方式(テンションレスタイプ)のオンデマンド定着装置である。
31は第1の定着部材(加熱部材)としてのベルトアセンブリ、32は第2の定着部材(加圧部材)としての弾性加圧ローラであり、両者の圧接により定着ニップ(通紙ニップ)部Nを形成させている。
ベルトアセンブリ31において、33は加熱回転体としての円筒状で可撓性を有する定着ベルト(定着フィルム、薄肉ローラ:以下、ベルトと略記する)である。34は横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するベルトガイド部材(以下、ガイド部材と略記する)である。35は加熱源としてのセラミックヒータ(以下、ヒータと略記する)であり、ガイド部材34の外面に、該部材の長手に沿って設けた凹溝部に嵌め入れて固定して配設してある。ベルト33はヒータ35を取り付けたガイド部材34に対してルーズに外嵌させてある。36は横断面コ字型の剛性加圧ステイ(以下、ステイと略記する)であり、ガイド部材34の内側に配設してある。37はステイ36の左右両端部の外方突出腕部36aにそれぞれ嵌着した端部ホルダ、37aはこの端部ホルダ37と一体のフランジ部である。
加圧ローラ32は、芯金32aに、シリコーンゴム等の弾性層32bを設けて硬度を下げたものである。表面性を向上させるために、さらに外周に、PTFE、PFA、FEP等のフッ素樹脂層32cを設けてもよい。加圧ローラ32は加圧回転体として、芯金32aの両端部を装置シャーシー(不図示)の左右の側板間に軸受部材を介して回転自由に軸受保持させて配設してある。
上記の加圧ローラ32に対して、ベルトアセンブリ31を、ヒータ35側を対向させて並行に配列し、左右の端部ホルダ37と左右の固定のばね受け部材39との間に加圧ばね40を縮設してある。これにより、ステイ36、ガイド部材34、ヒータ35が加圧ローラ32側に押圧付勢される。その押圧付勢力を所定に設定して、ヒータ35をベルト33を挟んで加圧ローラ32に対して弾性層32bの弾性に抗して圧接させて、ベルト33と加圧ローラ32との間に記録材搬送方向において所定幅の定着ニップ部Nを形成させている。
本実施例におけるベルト33は、図6の層構成模式図のように、内面側から外面側に順に、基層33a、弾性層33b、離型層33cの3層複合構造である。基層33aは、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、ベルト膜厚は100μm以下、好ましくは50μm以下20μm以上の耐熱性ベルトを使用できる。例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、PEEK、PES、PPS、PTFE、PFA、FEP等のベルトを使用できる。本例では、直径25mmの円筒状ポリイミドベルトを用いた。弾性層33bは、ゴム硬度10度(JIS−A)、熱伝導率4.18605×10−1W/m・℃(1×10−3[cal/cm.sec.deg])、厚さ200μmのシリコーンゴムを用いた。離型層203は厚さ20μmのPFAコート層を用いた。離型層33cは厚さ20μmのPFAコート層を用いた。PFAチューブを用いても良い。PFAコートは、厚さが薄く出来、材質的にもPFAチューブに比較してトナーをつつみ込む効果がより大きい点が優れている。一方、機械的及び電気的強度はPFAチューブがPFAコートよりも優っているので、場合により使い分けることが出来る。
本実施例におけるヒータ35は、ヒータ基板としてチッ化アルミニウム等を用いた、裏面加熱タイプのものであり、定着ベルト33・記録材Pの移動方向に直交する方向を長手とする低熱容量の横長の線状加熱体である。図7はそのヒータ35の横断面模式図と制御系統図である。このヒータ35はチッ化アルミニウム等でできたヒータ基板35aを有する。このヒータ基板35aの裏面側(定着ベルト対向面側とは反対面側)には長手に沿って設けた、例えばAg/Pd(銀/パラジウム)等の電気抵抗材料を約10μm、幅1〜5mmにスクリーン印刷等により塗工して設けた通電発熱層35bを有する。更にその上に設けたガラスやフッ素樹脂等の保護層35cを有する。本実施例においてはヒータ基板35aの表面側(ベルト対向面側)に摺動部材(潤滑部材)35dを設けている。
ヒータ35は、ガイド部材34の外面の略中央部にガイド長手に沿って形成具備させた溝部に、摺動部材35dを設けたヒータ基板表面側を露呈させて嵌入して固定支持させてある。定着ニップ部Nではこのヒータ35の摺動部材35dの面とベルト33の内面が相互接触摺動する。そして、回転する画像加熱部材であるベルト33がヒータ35により加熱される。
ヒータ35の通電発熱層35bの長手両端間に通電されることで、通電発熱層35bが発熱してヒータ35がヒータ長手方向の有効発熱幅Aの全域において急速に昇温する。そのヒータ温度がヒータ保護層35cの外面に接触させて配設した、サーミスタ等の第一の温度センサ(第一の温度検出手段:中央温度センサ)TH1により検出され、その出力(温度に関する信号値)がA/Dコンバータを介して制御回路部100に入力する。制御回路部100は、その入力する検出温度情報に基づいて、ヒータ温度を所定の温度に維持するように電源(電力供給部、ヒータ駆動回路部)101から通電発熱層35bに対する通電を制御する。すなわち、ヒータ35で加熱される加熱回転部材であるベルト33の温度が第一の温度センサTH1の出力に応じて所定の定着温度に温調制御される。本実施例は温度制御方式として比例制御方式を用いており、例えば図13に示すようにヒータ温度の設定値(本実施例では220℃)と第1の温度センサTH1で測定された温度の偏差に比例した電力をヒータ35に印加するような方式になっている。
加圧ローラ32はモータ(駆動手段)M1により矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ32の回転駆動による加圧ローラ32とベルト33の外面との定着ニップ部Nにおける摩擦力でベルト33に回転力が作用する。これにより、ベルト33が、その内面が定着ニップ部Nにおいてヒータ35に密着して摺動しながら矢示の反時計方向にガイド部材34の外回りを回転する(加圧ローラ駆動方式)。ベルト33は加圧ローラ32の回転周速度にほぼ対応した周速度をもって回転する。左右のフランジ部37aは、回転するベルト33がガイド部材34の長手に沿って左方または右方に寄り移動したとき寄り移動側のベルト端部を受け止めて寄り移動を規制する役目をする。定着ニップ部Nにおけるヒータ35とベルト33の内面との相互摺動摩擦力を低減させるために、定着ニップ部Nのヒータ面に摺動部材35dを配設し、ベルト33の内面との間に耐熱性グリスなどの潤滑剤を介在させる。
そして、プリントスタート信号に基づいて、加圧ローラ32の回転が開始され、またヒータ35のヒートアップが開始される。ベルト33の回転周速度が定常化し、ヒータ35の温度が所定に立ち上がった状態において、定着ニップ部Nにトナー画像tを担持させた記録材Pがトナー画像担持面側をベルト33側にして導入される。記録材Pは定着ニップ部Nにおいてベルト33を介してヒータ35に密着して定着ニップ部Nをベルト33と一緒に移動通過していく。その移動通過過程においてヒータ35で加熱されるベルト33により記録材Pに熱が付与されてトナー画像tが記録材P面に加熱定着される。定着ニップ部Nを通過した記録材Pはベルト33の面から分離されて排出搬送される。
本実施例では、記録材Pの搬送は記録材中心のいわゆる中央基準搬送で行なわれる。すなわち、装置に通紙使用可能な大小いかなる幅の記録材も、記録材の幅方向中央部が定着ベルト33の長手方向中央部を通過することになる。Sはその記録材中央通紙基準線(仮想線)である。
W1は装置に通紙可能な最大幅記録材の通紙幅(最大通紙幅)である。本実施例において、この最大通紙幅W1はA4横サイズ幅297mm(A4横送り)である。ヒータ長手方向の有効発熱領域幅Aはこの最大通紙幅W1よりも少し大きくしてある。W3は装置に通紙可能な最小幅記録材の通紙幅(最小通紙幅)である。本実施例において、この最小通紙幅W3はA4縦サイズ幅210mm(A4縦送り)である。W2は上記の最大幅記録材と最小幅記録材の間の幅の記録材の通紙幅である。本実施例において、通紙幅W2はB4縦サイズ幅257mm(B4縦送り)を示した。以下、最大通紙幅W1に対応する幅サイズの記録材を最大サイズ記録材、この記録材よりも幅の小さい記録材を小サイズ記録材と記す。
aは最大通紙幅W1と通紙幅W2との差幅部((W1−W2)/2)、bは最大通紙幅W1と最小通紙幅W3との差幅部((W1−W3)/2)である。すなわち、それぞれ小サイズ記録材であるB4縦またはA4縦の記録材を通紙したときに生じる非通紙部である。本実施例においては記録材通紙が中央基準であるから非通紙部aとbはそれぞれ通紙幅W2の左右両側端部、通紙幅W3の左右両側端部に生じる。この非通紙部の幅は通紙使用される小サイズ記録材の幅の大小により種々異なる。
第1の温度センサTH1は、最小通紙幅W3に対応する領域のヒータ温度(=通紙部温度)を検出するように配設してある。TH2はサーミスタ等の第2の温度センサ(第2の温度検出手段:端部温度センサ)であり、非通紙部の温度を検出する。その出力(温度に関する信号値)がA/Dコンバータを介して制御回路部100に入力する。本実施例においてはこの温度センサTH2は非通紙部aに対応する定着ベルト部分の基層内面に弾性的に接触させて配設してある。具体的には、この温度センサTH2は、ガイド部材34に基部が固定される板ばね形状の弾性支持部材38の自由端に配置されている。そして、この温度センサTH2を弾性支持部材38の弾性によりベルト33の基層33aの内面に弾性的に当接させて非通紙部aに対応するベルト部分の温度を検出させている。
なお、第1の温度センサTH1は、通紙部W3に対応するベルト部分の基層内面に弾性的に接触させて配設してもよい。逆に、第2の温度センサTH2は、非通紙部aに対応するヒータ温度を検出するように配設してもよい。
(2−2)送風冷却機構部20B
送風冷却機構部20Bは小サイズ記録材を連続通紙(小サイズジョブ)した際に生じる、加熱回転体であるベルト33の非通紙部の昇温を送風により冷却する冷却手段である。図8はこの送風冷却機構部20Bの外観斜視模式図である。図9は図8の(9)−(9)線に沿う拡大断面図である。
図2・図8・図9を参照して、本実施例における送風冷却機構部20Bを説明する。送風冷却機構部20Bは、送風手段である送風(冷却)ファン(以下、ファンと略記する)41と、このファン41で生じる風を導く送風ダクト42と、この送風ダクト42のベルト33に対向する部分に配置された送風口(ダクト開口部)43を有する。また、この送風口43の開口幅を通紙される記録材の幅に適した幅に調整するシャッタ(遮蔽板)44と、このシャッタを駆動するシャッタ駆動装置(開口幅調節手段、送風幅調節装置)45を有する。
上記のファン41、送風ダクト42、送風口43、シャッタ44はベルト33の長手方向左右部に対称に配置されている。49はファン41の吸気側に配設した吸気チャンネル部である。上記ファン41にはシロッコファン等の遠心ファンを使用することが可能である。
左右のシャッタ44は、送風口43を形成した、左右方向に延びている支持板46の板面に沿って左右方向にスライド移動可能に支持させてある。この左右のシャッタ44をラック歯47とピニオンギア48により連絡させ、ピニオンギア48をモータ(パルスモータ)M2で正転または逆転駆動する。これにより、左右のシャッタ44を連動してそれぞれに対応する送風口43に対して左右対称の関係で開閉動するようにしてある。上記の支持板46、ラック歯47、ピニオンギア48、モータM2によりシャッタ駆動装置45が構成されている。
左右の送風口44は、最小幅記録材を通紙したときに生じる非通紙部bよりも僅かに中央寄りの位置から最大通紙幅W1にかけて設けられている。左右のシャッタ44は支持板46の長手中央から外に向けて送風口44を所定量だけ閉める向きに配置されている。
制御回路部100には、ユーザによる使用記録材サイズの入力や、給紙カセット13や手差しトレイ17の記録材幅自動検出機構(不図示)といった情報に基づき通紙される記録材の幅情報W(図7)がインプットされる。そして、制御回路部100は、その情報に基づき、シャッタ駆動装置45を制御する。すなわち、モータM2を駆動してピニオンギア48を回転させ、ラック歯47によりシャッタ44を移動することで送風口43を所定量だけ開くことができる。
制御回路部100は、記録材の幅情報が最大サイズ記録材(A4横)であるときは、シャッタ駆動装置45を制御して、図10のように、シャッタ44を送風口43を完全に閉ざした全閉位置に移動する。また、A4縦サイズ幅の小サイズ記録材であるときは、図11のように、シャッタ44を送風口43を完全に開放した全開位置に移動する。また、B4縦サイズ幅の小サイズ記録材であるときは、図12のように、シャッタ44を、非通紙部aに対応する部分だけ送風口43を開放した位置に移動する。
即ち、シャッタ44は記録材の幅方向長さに応じて送風口43の開口幅を調整可能である。
なお、図には省略したけれども、通紙される小サイズ記録材がLTR−R、EXE、K8、LTR等である場合には、制御回路部100は、それらの場合に生じる非通紙部に対
応する分だけ送風口を開いた位置にシャッタ44を移動する。
ここで、本実施例における最小、最大および全用紙サイズとは、画像形成装置本体が保証する仕様紙のことであり、ユーザが独自に使用する不定形サイズ紙ではない。
シャッタ44の位置情報はシャッタ44の所定位置に配置されたフラグ50を支持板46上に配置されたセンサ51により検出する。具体的には、図10のように、送風口43を全閉したシャッタ位置でホームポジションを定め、開口量はモータM2の回転量から検出している。
シャッタ44の現在位置を直接検出する開口幅検出センサを具備させ、該センサによるシャッタ位置情報を制御回路にフィードバックして、通紙される記録材の幅に対応させてシャッタ44を適正な開口幅位置に移動制御するようにすることもできる。シャッタの停止位置はシャッタのエッジ位置をセンサで検出することで、小サイズ記録材の幅方向の長さに対応する位置を精度良く定められる。従って、全小サイズ記録材の非通紙領域に対してのみ冷却風の送風を行なうことができる。
(2−3)非通紙部の冷却シーケンス
以下に、本実施例の特徴的な部分である、小サイズ記録材を連続して通紙した後の、定着機構部20Aの非通紙部の冷却シーケンスについて述べる。
まず、図14(c)は、小サイズ記録材を連続して通紙する際の定着ベルト33の表面の温度推移について説明する図である。尚、本実施例では小サイズ記録材をA4縦紙、最大サイズ記録材をA4横紙としており、夫々の幅方向の長さはおよそ210mmおよびおよそ297mmである。また、図14(c)の測定点AおよびBは図15に示す通り、点Aが定着ベルト33の通紙領域中央近傍、点Bが非通紙領域の温度を検出する第2の温度センサTH2に略対応する位置である。
画像形成装置の画像形成スタートとほぼ同時に、モータM1が駆動され、またヒータ35の発熱層35bへの通電が始まり、発熱層35bが発熱して定着ベルト33及び加圧ローラ30が加熱される。
第1の温度センサTH1が検出する信号値が予め定められた信号値、本実施例の場合は220℃に相当する信号値になると、図13で説明した比例制御方式によりヒータ35は220℃近傍に維持される。
ヒータ35への通電開始(図14において0秒で示す)から所定時間T1後、本実施例ではほぼ10秒後に未定着トナー像を担持したA4縦紙の通紙が開始される。この時の定着ベルト33の表面の温度は点A、点Bともにほぼ175℃である。
通紙中に前述の比例制御方式によりヒータ35を220℃近傍で一定にすると、通紙領域の点Aでは記録材による除熱量とヒータ35からの加熱量が釣り合った状態となる。そのため、数℃程度のリップルが生じるものの、定着ベルト33の表面の温度はほぼ175℃で一定となる。しかし、記録材による除熱が生じない非通紙領域の点Bにおける定着ベルト33の表面の温度は上昇し、210℃程度まで達する。
A4縦紙の連続した通紙が終了し(時間T2)、即座にA4横紙を通紙すると、A4縦紙の非通紙領域に相当する部分でホットオフセットが生じる。これは定着ベルト33の表面の温度が190℃以上の場合、トナーがの粘弾性が著しく低下するために発生する現象である。
このホットオフセットを防止するため、従来のベルト定着装置においては定着ベルト33の非通紙領域が所定温度まで下がった後に大サイズ紙の通紙を行っていた。
図1(b)はその一例を示すフローチャートである。つまり、第1ジョブとしてA4縦紙を連続して通紙する場合は、複写モードの設定サイズから記録材がA4縦サイズであることを判断し(B2)、通紙を開始する(B3)。第1ジョブ終了後に第2ジョブとしてA4横紙を通紙する場合、複写モードの設定サイズから記録材がA4横サイズであることを判断する(B5、B6)。
そして、前ジョブの記録材サイズよりも大サイズ紙である場合、非通紙領域の温度を検出する第2の温度センサTH2の信号値から検出される温度が大サイズ紙通紙可能温度Thot以下である場合(B7)は、即座に最大サイズ紙の通紙を行う。第2の温度センサTH2の信号値から検出される温度を、以下、非通紙領域温度と称す。
しかし、非通紙領域温度が大サイズ紙通紙可能温度Thot以上の場合は、非通紙領域温度がTstart以下になった後にA4横紙の通紙を行う。尚、従来の定着装置においてThotはホットオフセットが発生する190℃、Tstartは定着ベルト33の幅方向温度が均一となる140℃である。
具体的な温度推移を図14(b)に示す。前述の通りA4縦紙の連続した通紙を行った後は定着ベルト33の表面の非通紙領域温度がThotよりも高い210℃となる。この時に、ヒータ35に通電すること無く、加圧ローラ32および定着ベルト33を駆動すると、やがて定着ベルト33の幅方向全域の温度が均一になる。これは、通紙領域(点A)に比べて非通紙領域(点B)は雰囲気との温度差が大きいため温度低下が速いからである。
本実施例の定着装置を備えた画像形成装置において、定着ベルト33の幅方向全域の温度が均一になるのは、A4縦紙の通紙を終えてから約45秒後(T2からT3)である。その後ヒータ35に通電を行い、定着ベルト33の表面温度が175℃程度まで上昇すると、A4横紙の通紙を開始する。この場合、ダウンタイムは45秒程度である。
次に、本実施例の定着装置を備えた画像形成装置における小サイズ記録材を連続して通紙した後の送風冷却について説明する。
図1(a)はその手順を示すフローチャートである。制御回路部100は、第1ジョブとしてA4縦紙を連続して通紙する場合は、複写モードの設定サイズから記録材がA4縦サイズであることを判断する(A2)。そして、送風冷却機構部20Bのシャッタ44の移動により送風幅をA4縦紙の非通紙領域に対応(図12)させた後に通紙を開始する(A5)。尚、シャッタ44の移動は第1ジョブの終了までに行われていれば良く、通紙中にシャッタ44の移動を行っても良い。
第1ジョブ終了後に第2ジョブとしてA4横紙を通紙する場合、複写モードの設定サイズから記録材がA4横サイズであることを判断する(A7、A8)。前ジョブの記録材サイズよりも大サイズ紙である場合、非通紙領域温度が大サイズ紙通紙可能温度Thot以下である場合(A9)は、即座に最大サイズ紙の通紙を行う。しかし、非通紙領域温度が大サイズ紙通紙可能温度Thot以上の場合は、即座に送風ファン41をオンし、定着機構部20AのA4縦サイズの非通紙領域に冷却風を送風して送風冷却を行う(A10・A11)。非通紙領域温度がTstart以下になった後、送風ファン41をオフし(A12)、A4横紙の通紙を行う。尚、本実施例の定着装置においてThotはホットオフセットが発生する190℃、Tstartは定着ベルト11の幅方向温度が均一となる160℃である。
具体的な温度推移と時間推移を図14(a)に示す。前述の通り、A4縦紙の連続した通紙を行った後は定着ベルト33の表面の非通紙領域温度がThotよりも高い210℃となる。この時に、ヒータ35に通電すること無く、加圧ローラ32および定着ベルト33を駆動させ、且つ、送風幅をA4縦紙の非通紙領域に設定し、送風冷却すると、非通紙領域温度は急速に下がり、やがて定着ベルト33の幅方向全域の温度が均一になる。
本実施例の定着装置を備えた画像形成装置において定着ベルト33の幅方向全域の温度が均一になるのは、A4縦紙の通紙を終えてから約10秒後である。その後ヒータ35に通電を行い、定着ベルト33の表面温度が175℃程度になるとA4横紙の通紙を開始する。この場合、ダウンタイムは10秒程度である。つまり、送風冷却を行うことにより35秒程度ダウンタイムの短縮が可能になった。
遅くとも小サイズ記録材の通紙中にシャッタ駆動装置(送風幅調節装置)45により送風幅を小サイズ記録材の非通紙領域に設定することで、連続した小サイズ記録材の通紙が終了した直後に、非通紙領域通過表面に冷却風を送風し冷却することが出来る。
つまり、遅くとも小サイズ記録材の通紙中にシャッタ駆動装置45により送風幅を小サイズ記録材の非通紙領域に設定することで、送風幅を変えるために必要となるダウンタイムを無くすことができる。
記録材の幅方向の長さに応じて送風口の幅方向の長さを調節するので、非通紙領域の定着ベルト表面のみを冷却することが可能である。したがって、通紙領域の定着ベルト表面を無駄に冷却することがなく、エネルギーの有効活用を行うことが可能となる。
非通紙領域通過表面の温度を検出する温度検出手段TH2が検出する信号値によって、送風ファンのオン/オフ制御を行うことにより、次の大サイズ幅紙で発生するホットオフセットを防止しつつ、ダウンタイムを最小化することができる。
尚、本実施例は本発明を限定するものでは無く、定着ベルト、発熱体、記録材サイズ等は一例に過ぎない。更に、大サイズ紙通紙可能温度等の各種温度は定着装置や使用するトナーの特性などにより適宜決定すれば良く、本実施例に限定されるものでは無い。加えて、本実施例では送風冷却機構20Bにより定着ベルトの冷却を行っているが、冷却方法はこれに限定されるものでは無く、加圧部材若しくは定着部材と加圧部材の両方を冷却する構成でも良い。更に、加圧部材が熱容量が小さなベルト材の場合、冷却効果が増し、更なるダウンタイムの低減を図ることができる。
また、本発明は小サイズ記録材を連続通紙した後に、それよりも大きな小サイズ記録材を通紙する場合、例えば、A4縦紙を連続通紙した後に、B4縦紙を通紙する場合にも同様の効果を得ることができる。
かくして、通紙される小サイズ記録材の幅に応じて送風口の開口幅を調整することにより非通紙部にのみ冷却風を送風して冷却できるので、通紙部を無駄に冷却することがなく、エネルギーの有効活用を行うことが可能となる。
連続した小サイズ記録材の通紙前若しくは通紙中に送風口の開口幅を調整することにより、連続した小サイズ記録材の通紙が終了した直後から、冷却手段により非通紙部のみを冷却することができる。これにより、送風口の開口幅を変えるために必要となるダウンタイムを更に削減することができる。
非通紙部の温度を検出する温度検出手段が検出する温度によって、冷却手段のオン/オフ制御を行うことにより、次の大サイズ記録材で発生するホットオフセットを防止しつつ、ダウンタイムを最小化することができる。
連続した小サイズ記録材の通紙中にも非通紙部にのみ冷却風を送風して、非通紙部の温度の上昇を低減することにより、連続した小サイズ記録材の通紙後の冷却時間を削減することができる。
以上説明したように、低熱容量の加熱回転体を用いる定着ベルト方式の装置においても、小サイズ記録材の連続した通紙後に加熱領域全域の温度分布を均一とするために必要としていたダウンタイムを大幅に低減することが可能となる。
〈第2の実施例〉
本実施例では、小サイズ記録材の連続通紙後に加えて、小サイズ記録材の連続通紙中においても送風冷却機構20Bにより定着機構部20Aの非通紙部の冷却を行う定着装置を備えた画像形成装置について説明する。
連続した小サイズ記録材の通紙中にも非通紙部にのみ冷却風を送風して、非通紙部の温度の上昇を低減することにより、連続した小サイズ記録材の通紙後の冷却時間を削減することができる。
つまり、本実施例の画像形成装置により、低熱容量の加熱回転体を用いる定着ベルト方式の装置においても、小サイズ記録材の連続した通紙後に加熱領域全域の温度分布を均一とするために必要としていたダウンタイムを大幅に低減することが可能となる。
尚、本実施例の画像形成装置は上記送風冷却機構20Bが定着機構部20Aの非通紙部を冷却するタイミングが異なる以外の定着装置の構成および制御方式等は実施例1で説明した定着装置と同様の定着装置を備える
本実施例の定着装置を備えた画像形成装置の特徴的な部分である小サイズ記録材の連続通紙中にも行う送風冷却について説明する。
図16(a)と図16(b)はその手順を示すフローチャートである。
制御回路部100は、第1ジョブとしてA4縦紙を連続して通紙する場合は、複写モードの設定サイズから記録材がA4縦サイズであることを判断する(C2)。そして、シャッタ44の移動により送風幅をA4縦紙の非通紙領域に対応(C4)させた後に通紙を開始する(C5)。
第1ジョブ中に非通紙領域温度が200℃よりも高くなると(C6)、送風ファン41をオンし、A4縦サイズの非通紙領域の定着ベルト33上に冷却風を送風して送風冷却を行う(C7)。非通紙領域温度が190℃よりも低くなると、送風ファン41をオフする(C9)。この送風ファン41のオフは非通紙領域表面温度が下がりすぎると通紙領域端部の温度も下がることに起因して発生する定着不良を防止為に行う。
第1ジョブ終了後に第2ジョブとしてA4横紙を通紙する場合、複写モードの設定サイズから記録材がA4横サイズであることを判断する(C12・C13)。前ジョブの記録材サイズよりも大サイズ記録材である場合、非通紙領域温度が大サイズ紙通紙可能温度Thot以下である場合(C14)は、即座に大サイズ紙の通紙を行う。しかし、非通紙領域温度が大サイズ紙通紙可能温度Thot以上の場合は、即座に送風ファン41をオンし、A4縦サイズの非通紙領域に定着ベルト33上に冷却風を送風して送風冷却を行う(C15)。非通紙領域温度がTstart以下になった後(C16)、送風ファン41をオフし(C17)、A4横紙の通紙を行う。尚、本実施例の定着装置を備えた画像形成装置においてThotはホットオフセットが発生する190℃、Tstartは定着ベルト11の幅方向温度が均一となる165℃である。
具体的な温度推移と時間推移を図17に示す。前述の通り本実施例の定着装置を備えた画像形成装置ではA4縦紙の連続した通紙を行った後の定着ベルト33の表面の非通紙部温度はThotよりも高い190℃から200℃であり、通紙中に送風冷却を行わない場合に比べ10℃から20℃低い。
従って、ヒータ35に通電すること無く、加圧ローラ32および定着ベルト33を駆動させ、且つ、送風幅をA4縦紙の非通紙領域に設定し、冷却風により定着ベルト33を送風冷却する場合、定着ベルト33の幅方向全域の温度が均一にまでの時間は短くなる。本実施例においては、A4縦紙の通紙を終えてから約7秒後(T2からT3)である。
その後、ヒータ35に通電を行い、定着ベルト33の表面温度が175℃程度になるとA4横紙の通紙を開始する。この場合、ダウンタイムは7秒程度である。つまり、実施例1で説明した従来の定着装置を備えた画像形成装置に比べ送風冷却を行うことにより38秒程度ダウンタイムの短縮が可能となる。
尚、本実施例では小サイズ記録材の連続通紙中における送風ファン41のオフ/オン温度を200℃としたが、これは定着装置の構成等により適宜定めれば良いことは言うまでも無い。
〈第3の実施例〉
本実施例は、同一幅の小サイズ記録材の連続した通紙が終了した後に、定着機構部20Aの非通紙領域の温度を検出する温度検出手段が検出する温度と、通紙領域の温度を検出する温度検出手段が検出する温度との差分が所定の温度以上である定着装置を備えた画像形成装置の場合である。この場合には、送風冷却機構部20Bで送風口の幅方向の長さを変えること無く、非通紙部を冷却するようにしたものである。
図18において、TH3は小サイズ記録材の連続した通紙が終了した後の定着ベルト33の通紙領域の温度を検出するサーミスタ等の第3の温度センサである。その出力(温度に関する信号値)がA/Dコンバータを介して制御回路部100に入力する。この第3の温度センサTH3は、定着ベルト33の通紙領域中央よりも第2の温度センサTH2側に45mm離した位置に、第2の温度センサTH2と同様にベルト部分の基層内面に弾性的に接触させて配設してある。小サイズ記録材の連続した通紙が終了した後の定着ベルト33の非通紙領域の温度は第2の温度センサTH2検出される。
図19は本実施例における制御フローチャートである。ステップA1〜A8までは実施例1の図1(a)の制御フローチャートと同じであるのでサイドの説明を省略する。
制御回路部100は、第1ジョブ終了後に第2ジョブとしてA4横紙を通紙する場合、複写モードの設定サイズから記録材がA4横サイズであることを判断する(A7、A8)。前ジョブの記録材サイズよりも大サイズ紙である場合、第2と第3の温度センサTH2・TH3が検出する温度の差分T2−T3が5℃以下である場合(A9)は、即座に最大サイズ紙の通紙を行う。しかし、5℃を超える場合は、即座に送風ファン41をオンし、定着機構部20AのA4縦サイズの非通紙領域に冷却風を送風して送風冷却を行う(A10・A11)。T2−T3が5℃以下になった後、送風ファン41をオフし(A12)、A4横紙の通紙を行う。
小サイズ記録材の連続した通紙時に非通紙部が通紙部に比べて温度上昇した後に、大サイズ記録材を通紙する場合において、ホットオフセットを防止するためには、定着ベルト3の長手方向の温度が均一になった後に大サイズ記録材の通紙を行えば良い。
本実施例の画像形成装置では定着ベルト3の非通紙部および通紙部の温度を検出する構成であるので、精度良く定着ベルト3の長手方向の温度差を検出することができ、更なるダウンタイムの低減を図ることが可能となる。
以上、3つの実施例によって本発明の実施の態様を説明したが、上記にあげた構成に限られるものではなく、本発明の提案に従ってさまざまな構成をとることが可能である。
上記においてファン41は定着部材を冷却する構成としたが、加圧部材を冷却する構成としても同様の効果が得られる。
上記において加熱回転体は低熱容量の薄肉ローラタイプであるとしたが、特にこれに限定されるものではなく、ベルトタイプの定着部材でも同様の効果が得られる。
定着機構部20Aは実施例のフィルム加熱方式の加熱装置に限られず、熱ローラ方式の加熱装置、その他の構成の加熱装置とすることができる。電磁誘導加熱方式の装置にすることもできる。
また、定着機構部20Aは記録材の通紙を片側搬送基準で行なう構成のものであっても同様の効果が得られる。
第1の実施例の冷却方法を説明するフローチャート 第1の実施例の冷却方法を説明するフローチャート 定着装置(画像加熱装置)の概略構成を示す横断面模式図 その定着装置を搭載した画像形成装置の一例の縦断面模式図 その定着装置の定着機構部の正面模式図 その定着機構部の縦断正面模式図 定着フィルムの層構成模型図 ヒータの横断面模型図と制御系統のブロック図 送風冷却機構部の外観斜視模式図 図8の(9)−(9)線に沿う拡大断面図 シャッタが送風口を完全に閉ざした全閉位置に移動した状態図 シャッタが送風口を完全に開いた全開位置に移動した状態図 シャッタが送風口を非通紙部aに対応する部分だけ開いた位置に移動した状態図 温度制御方式を説明する図 温度推移を説明する図(その1) 温度推移を説明する図(その2) 温度推移を説明する図(その3) 定着ベルト表面の温度測定位置を説明する図 第2の実施例の冷却方法を説明するフローチャート(その1) 同じくフローチャート(その2) 温度推移を説明する図
20・・定着装置(画像加熱装置)、20A・・定着機構部(画像加熱手段)、20B・・送風冷却機構部(冷却手段)、TH1・・第1の温度検出手段、TH2・・第2の温度検出手段、100・・制御回路部

Claims (4)

  1. 記録材上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、記録材の搬送方向と直交する幅方向における前記加熱回転体の端部の領域を冷却するため送風口に向けて送風する送風手段と、前記送風口を開閉するシャッタと、前記端部の領域の温度を検知する温度検知部材と、前記幅方向において通紙可能な最大サイズの記録材の長さよりも小さい長さの記録材を連続して通紙するジョブの実行中に前記温度検知部材による検知温度が第一設定温度に達すると前記端部の領域の冷却を行うように前記送風手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、
    前記幅方向におけるサイズが予め設定したサイズよりも小さい記録材を連続通紙する第一ジョブの終了に引き続き第二ジョブを実行する際に、第一ジョブの画像加熱処理終了後もシャッタを開放させたまま、第二ジョブの記録材の幅方向のサイズが第一ジョブの記録材の幅方向のサイズよりも大きく、温度検知部材による検知温度が第一設定温度よりも低い温度である第二設定温度以上の場合には、送風手段による冷却動作後に第二ジョブの記録材の通紙を開始し、第二ジョブの記録材の幅方向のサイズが第一ジョブの記録材の幅方向のサイズ以下の場合には温度検知部材による検知温度に関わらず記録材の通紙を開始することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記シャッタは記録材の幅方向長さに応じて前記送風口の開口幅を調整可能であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記加熱回転体の検出温度が所望の温度に低下した時点で冷却動作を停止させることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 画像加熱処理中において前記加熱回転体の検出温度が所定温度に到達した場合、前記シャッタを開放させた状態で前記送風手段を作動させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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