JP2006023424A - 定着装置の制御方法および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、初動待ち時間が短く、消費エネルギーが小さい定着装置およびこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 未定着のトナーＴによって画像が形成された記録紙Ｐを、ヒータ７を有する加熱装置２と、ヒータを有しない加圧ローラ３との間に通紙し、加圧ローラ３の回転により記録紙Ｐを移動させながら加熱して記録紙Ｐに未定着のトナーＴを定着させる定着装置１の制御方法において、定着装置１が起動してからの加圧ローラ３の回転の累積値ｔｈによって、加圧ローラ３の回転手順を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、定着装置の制御方法および画像形成装置に関する。

未定着のトナーによって画像が形成された記録紙を、ヒータを有する加熱装置と加圧ローラとで狭持して、加熱装置および加圧ローラの回転により記録紙を移動させながら加熱して記録紙にトナーを定着させる定着装置が、コピー機やプリンタなどの画像形成装置に利用されている。

記録紙を狭持する加熱装置および加圧ローラは、それらの熱によりトナーおよび記録紙を加熱してトナーを記録紙に定着させるため、所定の温度以上である必要がある。このため、加熱装置および加圧ローラは、それぞれヒータにより加熱されていてもよいが、低コスト化のために、加圧ローラにはヒータを設けず、加熱装置から伝達される熱によって所定の温度を維持するようになっている場合が多い。

図４に従来の定着装置１１の構成を示す。従来の定着装置１１は、加熱装置１２と、加熱装置１２に圧接する加圧ローラ１３とからなっている。加熱装置１２は、エンドレスシート状の定着ベルト１４が加熱ローラ１５と定着ローラ１６とに掛け渡され、加熱ローラ１５には、内部にヒータ１７が設けられるとともに、外表面に接するようにサーミスタ１８が設けられている。また、加圧ローラ１３にも、外表面に接するようにサーミスタ１９が設けられている。

以上の構成からなる定着装置１１は、サーミスタ１８が加熱ローラ１５の温度を検出して、加熱ローラ１５が所定の温度を維持するようにヒータ１７をＯＮ／ＯＦＦ制御する。定着ベルト１４は、加熱ローラ１５と接触している部分が加熱ローラ１５によって加熱される。加圧ローラ１３は、矢印で示す方向に回転することで、定着ベルト１４を矢印で示す方向に周回させ、加熱ローラ１５および定着ローラ１６も回転させる。加圧ローラ１３および定着ローラ１６は、加熱ローラ１５によって加熱された定着ベルト１４から熱を受け取って間接的に加熱されるが、サーミスタ１９が所定の温度を検出すると加圧ローラ１３の回転が停止して熱の供給が断たれる。このようにして、定着装置１１では、定着ベルト１４と加圧ローラ１３の温度を所定の温度に保つことができる。

定着装置１１において、片面にトナーＴによって画像が形成された記録紙Ｐは、矢印方向に送り込まれて定着ベルト１４と加圧ローラ１３の間に狭持され、それらの回転によって送り出される。このとき、トナーＴは、定着ベルト１４によって加熱されて記録紙Ｐに定着される。

さらに、コストを削減するために、定着装置１１から、加圧ローラ１３の温度を検出するサーミスタ１９を省略したものが考えられている。加圧ローラ１３の温度が分からなくても、加圧ローラ１３の温度が、いかなる条件においても必要とされる温度以上となるように加熱ローラ１５の温度を高く設定したり、加熱装置１２と加圧ローラ１３との間に記録紙Ｐを通紙する直前に、加圧ローラ１３を加熱するために十分な定着前回転をすれば、記録紙ＰにトナーＴを問題なく定着することは可能である。しかし、その場合、待機状態から最初の定着（ファーストプリント）までの初動待ち時間が長くなったり、消費エネルギーが大きくなったり、定着装置１１の寿命が短くなるという問題がある。

このような問題を解決する制御方法が、下記特許文献１から３に記載されている。特許文献１には、定着前回転を行ったときの加熱ローラ１５の温度の低下を計測して、この温度低下が大きいほど定着前回転を長い時間行う制御方法が記載されている。また、特許文献２および３には、加圧ローラ１３の回転および停止の累積時間により、加圧ローラ１３の温度低下を推測して、それに合わせて加熱ローラ１５の設定温度を変更することで供給熱量を調節する制御方法が記載されている。
特許第３２５５２４７号 特許第３１２３２９１号 特許第３４２２３３９号

しかしながら、これらの制御方法では、サーミスタ１８で加熱ローラ１５の温度変化を詳細に検出したり、複数の設定温度を検出する必要があるために、加熱ローラ１５の温度制御が複雑になるという問題があった。

前記問題に鑑みて、本発明は、簡単な構成で、初動待ち時間が短く、消費エネルギーが小さい定着装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明者は鋭意実験を繰り返した結果、ある一定時間の回転の後に停止状態となった加圧ローラの温度は、ある最低温度になった後に加熱装置からの放熱により徐々に上昇すること、および、前述の最低温度は前述の回転時間に関係があることを見出した。

即ち、本願発明は、未定着のトナーによって画像が形成された記録紙を、ヒータを有する加熱装置と、ヒータを有しない加圧ローラとの間に通紙し、前記記録紙を移動させながら加熱して前記未定着のトナーを前記記録紙に定着させる定着装置において、前記定着装置の暖機が完了してからの前記加圧ローラの回転の累積値によって、前記加圧ローラの回転手順を変更するものとする。

この方法によれば、定着装置が起動してからの回転の時間が長いほど、加圧ローラは、加熱装置から多くの熱が伝達されて暖められているため、その回転の累積値から加圧ローラの温度を推測することができる。このため、定着装置は、加圧ローラの温度を検出するためのサーミスタ等を設けない簡単な構成でも、前記累積値によって回転手順を変更することにより、加圧ローラを最小限の回転によって、記録紙に未定着のトナーを定着させられる所定の温度に加熱できる。これにより、定着装置は、待機状態から最初の記録紙にトナーを定着するまでの初動待ち時間が短く、かつ、必要以上に加圧ローラを加熱しないので消費エネルギーが小さい。

本発明の定着装置の制御方法において、前記回転手順は、待機時に行う間欠回転を含んでもよく、また、前記加熱装置と前記加圧ローラとの間に前記記録紙を通紙する直前に行う定着前回転を含んでもよく、また、前記加熱装置と前記加圧ローラとの間に前記記録紙を通紙して前記記録紙に前記未定着のトナーを定着した直後に行う定着後回転を含んでもよい。

この方法によれば、前記間欠回転によって、待機時の加圧ローラの温度を所定の温度に保つことができ、また、待機時に加圧ローラの温度が低下しても前記定着前回転によって加圧ローラをほぼ所定の温度に加熱することができ、また、前記定着後回転により加圧ローラに供給する熱量を最適化して次の定着までに温度が下がりすぎないようにしながら放散する熱量を可能な限り少なくできる。これにより、定着装置は、待機状態から最初の記録紙にトナーを定着しようとするときに必要となる定着前回転を少なくできるので初動待ち時間が短く、かつ、加圧ローラに供給すべき熱量を少なくできるので消費エネルギーが小さい。

また、本発明の定着装置の制御方法において、前記累積値は、前記回転の累積時間であってもよく、前記回転の時間に回転速度を乗じた値の累積値であってもよく、さらに、前記累積値は、前記加熱装置と前記加圧ローラとの間に前記記録紙を通紙している時間を含まなくてもよい。

この方法によれば、定着装置の回転速度が一定であれば、加圧ローラの回転の累積時間によって加熱装置から加圧ローラに伝達した熱量を推測できる。また、定着装置の回転速度が高いほど加熱装置から加圧ローラに伝達される熱量も大きくなるが、回転の時間に回転速度を乗じた値の累積値によって加熱装置から加圧ローラに伝達した熱量を推測できる。さらに、記録紙を通紙している時間を除外すれば、記録紙が加圧ローラから奪う熱量による誤差を排除することができる。これにより、回転手順を適正に変更して初動待ち時間を短く、かつ、消費エネルギーを小さくできる。

また、本発明の定着装置の制御方法において、環境温度および／または環境湿度によって、前記回転手順が異なってもよい。

この方法によれば、環境湿度および環境湿度によって、加圧ローラからの熱の放散量が変化するので、環境湿度および環境湿度に合わせた適切な回転手順を選択して、初動待ち時間をより短く、消費エネルギーをより小さくできる。

また、本発明の定着装置の制御方法において、前記定着装置を再起動したときは、前記累積値を初期値に戻してもよい。

この方法によれば、電源遮断や紙詰まり処理のために加熱装置のヒータが動作していないときの加圧ローラの冷却により、定められた回転手順でも加圧ローラの温度が所定の温度に達しないというトラブルを防止できる。

また、本発明による画像形成装置は、前記制御方法よって制御する定着装置を有するものとする。

この構成によれば、定着装置の構成が簡単で、初動待ち時間が短く、消費エネルギーが小さい画像形成装置となる。

以上のように、本発明によれば、加圧ローラにヒータやサーミスタを有しない簡単な構成で、初動待ち時間が短く、消費エネルギーが小さい定着装置およびこれを用いた画像形成装置を提供できる。

以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１に本発明の実施形態の定着装置１の構成を示す。定着装置１は、加熱装置２と、加熱装置２に圧接する加圧ローラ３とからなっている。加熱装置２は、エンドレスシート状の定着ベルト４が回転可能な加熱ローラ５と回転不能に固定されたニップ形成部材６とに掛け渡され、加熱ローラ５は、内部にヒータ７と外表面に接するようにサーミスタ８とが設けられている。また、ニップ形成部材６は、補強部材９に支持されて、加圧ローラ３とともに定着ベルト４を挟み込んでいる。

続いて、以上の構成からなる定着装置１の動作を説明する。

定着装置１では、サーミスタ８が加熱ローラ５の温度を検出して、加熱ローラ５が例えば１９０℃を維持するようにヒータ７をＯＮ／ＯＦＦ制御する。定着ベルト４は、加熱ローラ５と接触している部分が加熱ローラ５によって加熱される。定着装置１は、加圧ローラ３を矢印で示す方向に回転することで、定着ベルト４を矢印で示す方向に周回させ、加熱ローラ５も回転させる。加圧ローラ３およびニップ形成部材６は、加熱ローラ５によって加熱された定着ベルト４から熱を受け取ることで間接的に加熱される。

加圧ローラ３が所定の温度以上であれば、片面に未定着のトナーＴによって画像が形成された記録紙Ｐを矢印方向に送り込んで定着ベルト４と加圧ローラ３の間に通紙して、加圧ローラ３の回転によって記録紙Ｐを送り出しながら定着ベルト４によってトナーＴを加熱して記録紙Ｐに定着することができる。このとき加圧ローラ３は、その温度が低いと記録紙ＰおよびトナーＴから熱を奪ってしまい、トナーＴの記録紙Ｐへの定着を阻害してしまう。そこで、加圧ローラ３の温度をその回転によって制御する方法として、定着装置１が記録紙Ｐの通紙を指示する定着信号を受信するまでの待機中に、間隔を置いて加圧ローラ３を短時間回転させて放散した熱を補う間欠回転と、記録紙を通紙する直前に加圧ローラ３を回転してトナーＴを定着できる温度まで上昇させる定着前回転と、記録紙を通紙した後に余分に加圧ローラ３を回転して待機中に放散するであろう熱をあらかじめ与えておく定着後回転とがある。

本実施形態の定着装置１では、定着前回転は常に例えば１１秒で一定であるが、この時間は、定着装置１を起動してから加熱ローラ５が１９０℃達した後すぐにトナーＴを記録紙Ｐに定着できる温度に加圧ローラ３を加熱するために必要な時間である。一方、加圧ローラ３の間欠回転と定着後回転とは、回転時間や回転の有無を含む回転手順が状況に応じて変更される。この回転手順の変更は、加圧ローラ３の回転の累積値として、定着装置１の暖機が完了してからの、定着のための回転を除いた回転時間を積算した累積時間ｔｈを使用し、このｔｈの値を基に行う。

定着装置１は、起動後すぐに定着を行わないときは、加熱ローラ５が１９０℃に達した直後に２５秒間の暖機後回転をしてから待機状態に入る。この待機時には、加圧ローラ３の温度が下がり過ぎないように、例えば６０秒ごとに５秒間の間欠回転を行って放散した熱を補う。これにより、加圧ローラ３は加熱と放熱とをくり返して中心部の温度が上昇するので、そのうち間欠回転を行わなくてもその温度を維持することができるようになる。定着装置１において、間欠回転を必要とするか否かは、次の表１に示すように、累積時間ｔｈと環境温度Ｔａとによって決定する。環境温度Ｔａは、定着装置を用いた画像形成装置などの機器であれば、通常、環境温度センサおよび環境湿度センサを備えているので、あらたな構成要素を追加せずとも得られる情報である。また、環境湿度も加圧ローラ３の熱放散に影響を与えるので、環境温度Ｔａと環境湿度とによって場合分けしてもよい。

また、定着ベルト４と加圧ローラ３との間に記録紙Ｐを通紙してトナーＴを定着した直後に行う定着後回転も、間欠回転と同様に、回転の累積時間ｔｈが大きくなると短い時間で済むようになる。定着装置１では、次の表２に示すように、累積時間ｔｈと環境温度Ｔａとによって定着後回転の時間を決定する。

累積時間ｔｈを積算するにあたり、定着ベルト４と加圧ローラ３との間に１枚目の記録紙Ｐを通紙し始めてから連続する最後の記録紙Ｐを通紙し終えるまでの時間は、累積時間ｔｈに加算しない。これは、定着装置１において、記録紙Ｐを通紙している間の加圧ローラ３は、定着ベルト４から伝えられる熱量と記録紙Ｐに奪われる熱量とがほぼ等しいからである。異なる条件においては、記録紙Ｐと次の記録紙Ｐとの間の紙間の回転時間を累積時間ｔｈに加算する方がよい場合もある。

ここで、例として、定着装置１で、環境温度Ｔａが２０のときに起動直後に定着を行ったときの回転手順を説明する。

定着装置１を起動すると、累積時間ｔｈは０にリセットされ、ヒータ７が通電して発熱しながら加圧ローラ３が回転して暖機を開始する。加熱ローラ５の温度が１９０℃に達する前に記録紙Ｐを通紙してトナーＴを定着すべきことを指示する定着指令信号を受け取った場合、サーミスタ８が加熱ローラ５が１９０℃に達したことを検出するとすぐに定着のための回転手順を開始する。

定着のための回転手順は、先ず、１１秒の定着前回転を行って、加圧ローラ３の温度を十分に上昇させるが、このとき、累積時間ｔｈは１１秒となる。続いて、記録紙Ｐを通紙してトナーＴを定着する通紙回転を行い、複数の記録紙Ｐを定着する場合は例えば６０ｍｍの紙間隔を開けるための紙間回転を挟んで次の通紙回転をくり返す。この定着のための通紙回転および紙間回転は、累積時間ｔｈに加算しない。最後の記録紙Ｐの通紙が終了したら、続いて、表２に従って所定の秒数の定着後回転を行う。ここでは累積時間ｔｈが１１秒で、環境温度Ｔａが２０℃なので１２秒の定着後回転を行う。この定着後回転が終了すると、ｔｈはこの１２秒を加算するので２３秒となり、定着装置１は加圧ローラ３を停止して待機状態となる。

待機時には、表１に従い６０秒ごとに５秒間の間欠回転を行うか否かを決定する。ここでは、累積時間ｔｈが２３秒で環境温度Ｔａが２０℃であるので間欠回転を行うことになる。間欠回転を行ったときは、その回転時間を累積時間ｔｈに加算する。定着装置１が待機状態になってから４回目の間欠回転を行ったときに、累積時間ｔｈは４３秒に達し、以降、表１に定めるように間欠回転を行わないことになる。

さらに、次の定着を行うときは、１１秒の定着前回転を行って累積時間ｔｈに１１秒を加算してから記録紙Ｐを通紙する。続けて、そのときの累積時間ｔｈが５３であるので表２に定められた１２秒の定着後回転を行い、累積時間ｔｈに定着後回転の１２秒を加える。その後、定着装置１は、再び待機状態となるが、累積時間ｔｈは６５秒となっており、表１に定めるようにもはや間欠回転は行わない。

以後、定着装置１が定着を行うときは、その都度、累積時間ｔｈに定着前回転の１１秒と表２で定めた定着後回転の時間を加算し、累積時間ｔｈは増加し続ける。しかし、定着装置１の電源が落とされたり、紙詰まり処理などのために画像形成装置の筐体が開放されたことを検知して定着装置１への動作電流を遮断したとき等は、加圧ローラ３の温度が低下してしまう。加圧ローラ３の温度が低下すると、トナーＴを記録紙Ｐに定着することができないので、余分に加熱ローラ５から熱を供給する必要があるが、このままでは必要な熱量を供給する回転手順を定めることができない。そこで、そのような場合には、一度、累積時間ｔｈを初期値であるゼロに戻して暖機からやり直す。このとき加圧ローラ３の温度は、通常より高くなることがあるが、トナーＴを記録紙Ｐに定着するのに問題はない。

以上のように、表１および２に従って回転手順を変更する制御方法の利点を、同じ回転手順で動作させる場合と比較して説明する。

仮に、定着装置１を不変の回転手順で動作させる場合は、環境温度Ｔａが低く、定着装置１を起動した直後の、加圧ローラ３が冷え切った状態でも定着を行える温度に加熱できるように、待機時には常に間欠回転を行い、通紙後には常に例えば１７秒の定着後回転を行う必要がある。これらの回転は、多くの動力エネルギーの消費と、加圧ローラ３が高温になって多くの熱を放散するのでヒータ７がより多くの発熱を要することによる余分なエネルギー消費がある。しかし、本実施形態では、累積時間ｔｈによって間欠回転を取りやめたり、定着後回転を例えば７秒にまで短縮しているので、エネルギー消費が少なくて済む。

また、定着後回転を短時間に固定すると、定着前回転を長くする必要があるので初動待ち時間が長くなってしまうが、本実施形態では、必要なときだけ定着後回転を長くするので定着前回転が常に１１秒と短時間であり、初動待ち時間が短い。

本実施形態において、定着装置１の加圧ローラ３の回転速度が一定であることを前提にした制御方法を説明したが、記録紙Ｐの厚さや材質に応じて、加圧ローラ３の回転速度を切り替える場合も考えられる。仮に、回転速度を２倍にすると、加圧ローラ３が定着ベルト４を介して加熱ローラ５から受け取る熱量もほぼ２倍になる。これに対応して、回転速度によって表１および表２の累積時間ｔｈの各境界値を変更してもよいが、累積時間ｔｈに代えて、回転時間に加圧ローラ３の回転速度を乗じた値の累積値（累積回転数または記録紙送り出し量に換算した累積距離としても表される）について表１および表２を定めておけば、異なる回転速度に対応でき、途中で回転速度を切り替えたときにも最適な制御を行うことができる。

また、定着装置１は、ニップ形成部材６と加圧部材３とで定着ベルト４を挟み込んでいるが、図２に示す定着装置１’のように、回転可能な定着ローラ１０と加圧ローラ３とで、加熱ローラ５と定着ローラ１０とに掛け渡した定着ベルト４を挟み込んだ装置であってもよい。また、図３に示す定着装置１”のように、直接に圧接し合う加熱ローラ５と加圧ローラ３との間に記録紙Ｐを通紙してトナーＴを定着する装置であってもよい。なお、図２および３では、図１の定着装置１と同じ構成要素に同じ符号を付しているので、その説明は省略する。

以上、説明したような制御方法によって制御する定着装置を構成要素とすることで、コピー機やプリンタなどの画像形成装置は、簡単な構成で、初動待ち時間が短く、消費エネルギーが小さいものにできる。

本発明の定着装置の概略図。 本発明の異なる構成の定着装置の概略図。 本発明のさらに異なる構成の定着装置の概略図。 従来の定着装置の概略図。

符号の説明

１ 定着装置
２ 加熱装置
３ 加圧ローラ
７ ヒータ
８ サーミスタ
Ｐ 記録紙
Ｔ トナー

Claims (10)

1. 未定着のトナーによって画像が形成された記録紙を、ヒータを有する加熱装置と、ヒータを有しない加圧ローラとの間に通紙し、前記記録紙を移動させながら加熱して前記未定着のトナーを前記記録紙に定着させる定着装置において、
   前記定着装置の暖機が完了してからの前記加圧ローラの回転の累積値によって、前記加圧ローラの回転手順を変更することを特徴とする定着装置の制御方法。
2. 前記回転手順は、待機時に行う間欠回転を含むことを特徴とする請求項１に記載の定着装置の制御方法。
3. 前記回転手順は、前記加熱装置と前記加圧ローラとの間に前記記録紙を通紙する直前に行う定着前回転を含むことを特徴とする請求項１に記載の定着装置の制御方法。
4. 前記回転手順は、前記加熱装置と前記加圧ローラとの間に前記記録紙を通紙して前記記録紙に前記未定着のトナーを定着した直後に行う定着後回転を含むことを特徴とする請求項１に記載の定着装置の制御方法。
5. 前記累積値は、前記回転の累積時間であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置の制御方法。
6. 前記累積値は、前記回転の時間に回転速度を乗じた値の累積値であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置の制御方法。
7. 前記累積値は、前記加熱装置と前記加圧ローラとの間に前記記録紙を通紙している時間を含まないことを特徴とする請求項５または６に記載の定着装置の制御方法。
8. 環境温度および／または環境湿度によって、前記回転手順が異なることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の定着装置の制御方法。
9. 前記定着装置を再起動したときは、前記累積値を初期値に戻すことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の定着装置の制御方法。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の制御方法によって制御する定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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