JP2021189275A

JP2021189275A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2021189275A
Application number: JP2020093508A
Authority: JP
Inventors: 正志田中; Masashi Tanaka; 真吾伊藤; Shingo Ito
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2021-12-13
Also published as: US11402799B2; US20210373491A1; US11693361B2; US20220308524A1

Abstract

【課題】加圧ローラの結露による記録材の搬送不良を抑制すると共に記録材のカールも抑制できる画像形成装置を提供する。【解決手段】連続して搬送される複数枚の記録材にトナー画像を形成する連続プリントの時、送風ユニットが停止しており、且つ先行する記録材と後続の記録材のインターバルが連続プリントの途中で広がるファン停止区間と、送風ユニットが動作しており、且つインターバルがファン停止区間のインターバルより狭いファン動作区間と、が設定されている。【選択図】図６

Description

本発明は、レーザプリンタ、ＬＥＤプリンタ等のプリンタ、デジタル複写機等の、電子写真方式や静電記録方式を用いて記録材にトナー画像を形成する画像形成装置に関する。

電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置には、トナー画像を記録材に定着する定着ユニットが搭載されている。定着ユニットの種類の一つとして、筒状の定着フィルムを用いたフィルム加熱方式の定着ユニットがある。フィルム加熱方式の定着ユニットは、筒状の定着フィルムと、定着フィルムの内部空間に配置したヒータと、ヒータと共にフィルムを挟み込むことによって定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有する。フィルム加熱方式の定着ユニットは熱容量が小さいため、トナー画像を定着可能な温度まで立ち上げるのに要する時間を短縮できる。また立ち上がり時間が短いため、スタンバイ時に定着ユニットを暖めておく必要がなく、消費電力を低く抑えることが可能である。

フィルム加熱方式の定着ユニットの多くは、加圧ローラの回転に従動して定着フィルムが回転する構成となっている。そのため、加圧ローラの搬送力がヒータと定着フィルム内面の摩擦抵抗よりも弱くなると定着フィルムがスリップし、記録材の搬送不良が生じる。特に、ウォームアップによりヒータは定着可能な温度まで昇温しているが加圧ローラが十分に暖まっていない状態で、高湿環境で吸湿した記録材上のトナー画像を定着処理する場合、定着ニップ部で記録材から発生した水蒸気が加圧ローラの表面に結露する。この結露により加圧ローラの搬送力が低下しスリップが発生しやすい。加圧ローラの結露によるスリップを結露スリップと呼ぶ。特に定着ユニットが冷えた状態から連続プリントする場合、加圧ローラは紙に熱を奪われやすく温度が低下するため、結露スリップが発生しやすい。

この結露スリップを防止するため、特許文献１は、加圧ローラの温度が低い場合、連続プリント時の先行する記録材と後続の記録材の間（以下、インターバルと記す）を広くしている。これにより、インターバルの期間で加圧ローラを定着フィルム側からの熱で温めて温度を上げ、結露を抑制している。しかしながら、結露スリップを防止するためにインターバルを広くすると、プリントの生産性が低下してしまう。特許文献２のものは、冷却ファンにより加圧ローラ周囲の湿度を低減させ、加圧ローラの結露を防いでいる。

特開２００６−３１７５１２号特許第５８５８６１１号

画像形成装置の高性能化に伴うプリント速度のアップが進むと、その対策の一つとして、定着フィルムや加圧ローラの外径を大きくすることが考えられる。これにより定着ニップ部の幅を広くして高速化に対応するのであるが、定着フィルムとヒータの摩擦抵抗は増加してしまう。更に加圧ローラ等の部品が大きくなることで熱容量が増加し、加圧ローラ温度が上がり難くなってしまう。そのため、上述のように高湿環境で結露スリップが発生しないように、更にインターバルを広く設定する必要がある。

更に連続プリントでは加圧ローラ温度が下がらないようにインターバルを広くし続ける必要があり、プリントの生産性を向上させるには更に高速に動作させる必要がある。

一方で出来るだけプリント動作を高速化させずにプリントの生産性を向上させるため、上述のように冷却ファンにより加圧ローラの周囲を除湿して結露を防ぐ方法がある。しかしながら、冷却風により加圧ローラの温度が低下するため、定着後の紙のカール量が大きくなる場合がある。加圧ローラが冷えた状態でファンによる除湿を行うと加圧ローラの温度が下がり、定着フィルムの温度と加圧ローラの温度の差が大きくなってしまう。記録材は加熱定着で水分が蒸発する際に僅かに収縮するが、記録材の表裏で温度差が大きいと表裏で記録材の収縮率が異なってしまい、記録材のカール量が大きくなってしまう。一般的に温度が低い方に水分が移動するため、記録材の厚み方向で、温度が高いフィルム側よりも温度の低い加圧ローラ側の記録材の含水率が高くなる。そのため、加熱定着後の記録材は加圧ローラ側の水分の蒸発量が多いため、加圧ローラ側が縮むようにカールが発生する。連続プリントする場合、カールが大きいと排紙部で記録材の積載性や整列性が悪くなってしまい、記録材を取り扱いづらくなってしまう。

本発明の目的は、加圧ローラの結露による記録材の搬送不良を抑制すると共に記録材のカールも抑制できる画像形成装置を提供することである。

上述の課題を解決するための本発明は、筒状のフィルムと、前記フィルムの内部空間に配置されている加熱部材と、前記フィルムを介して前記加熱部材と共に定着ニップ部を形成するローラと、を有し、記録材に形成されたトナー画像を前記定着ニップ部で記録材に加熱定着する定着ユニットと、前記ローラの周囲に送風する送風ユニットと、を有し、記録材にトナー画像を形成する画像形成装置において、前記ローラの表面温度が所定温度よりも低い状態で、連続して搬送される複数枚の記録材にトナー画像を形成する連続プリントの時、前記送風ユニットが停止しており、且つ先行する記録材と後続の記録材のインターバルが前記連続プリントの途中で広がるファン停止区間と、前記送風ユニットが動作しており、且つ前記インターバルが前記ファン停止区間のインターバルより狭いファン動作区間と、が設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、加圧ローラの結露による記録材の搬送不良を抑制すると共に記録材のカールも抑制できる画像形成装置を提供できる。

定着ユニットの断面図。加圧ローラの表面温度の推移を示す図。加圧ローラの表面の最下点温度の推移を示す図。カール量の測定方法の説明図。ファンの駆動制御の推移を示す図。画像形成装置の構成図。

［実施例１］
本発明の第１の実施例を以下に説明する。本実施例の画像形成装置は、定着可能な温度まで昇温するのに要する時間が短いフィルム加熱方式の定着ユニットを搭載した画像形成装置である。また、冷却ファンを搭載しており、連続プリント時のインターバルと冷却ファンの動作を制御することで、加圧ローラの結露による搬送不良を抑制するとともに、記録材のカールの抑制と、印刷物の生産性を向上させている。まず、本実施例における画像形成装置の本体構成を説明し、次いで、本発明に関わる記録材のインターバルと冷却ファンの制御について詳しく説明する。

（画像形成装置の全体構成）
図６は、本実施例の画像形成装置５０の断面図である。画像形成装置５０は電子写真方式を採用したレーザビームプリンタである。画像形成装置５０は、感光ドラム１を有する。感光ドラム１の周面には、回転方向（矢印Ｒ１方向）に沿って順に、帯電器２、レーザスキャナ３、現像器５、転写ローラ１０、及びクリーナ１６が配置されている。

感光ドラム１は、その表面が帯電器２によってマイナス極性に帯電される。次に、帯電された感光ドラム１は、画像情報に応じたレーザ光Ｌを出射するレーザスキャナ３により走査され、その表面に静電潜像が形成される（露光された部分は表面電位が上がる）。画像形成装置５０が使用するトナーはマイナス極性に帯電する。ブラックトナーが入った現像器５によって、感光ドラム１上の静電潜像の部分にのみマイナストナーが付着し、感光ドラム１上に画像情報に応じたトナー画像が形成される。一方、記録材Ｐは、感光ドラム１上への静電潜像の形成プロセスに先立って給紙ローラ４により給紙される。給紙制御手段３３０は、感光ドラム１上のトナー画像の先端が転写ニップＮに到達するタイミングと記録材Ｐの先端が転写ニップＮに到達するタイミングが合うように、給紙タイミングを制御する。

転写ニップＮに記録材Ｐが到達すると、転写ローラ１０に不図示の電源からトナーの帯電極性とは逆の極性であるプラス極性の転写バイアスが印加される。これにより、感光ドラム１上のトナー画像は、転写ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐに転写される。転写後の感光ドラム１は、クリーナ１６によって清掃される。トナー画像が形成された記録材Ｐは定着ユニット１００に搬送され、加熱定着処理される。トナー画像の定着が完了した記録材Ｐは排紙ローラ７により排紙トレイ４５上に排紙される。

連続して搬送される複数枚の記録材Ｐにトナー画像を形成する連続プリントの時、先行する記録材Ｐに感光ドラム１上のトナー画像が転写されている最中に、次の記録材Ｐの給紙が開始される。

後続紙の先端が転写ニップＮに到達するタイミングに先立って、感光ドラム１表面への静電潜像の形成プロセスも開始され、感光ドラム１上に後続紙のトナー画像が形成される。そして、後続紙の先端が転写ニップＮへ到達すると後続紙へのトナー画像の転写が行われ、これを繰り返すことで連続プリントが行われる。

本実施例の画像形成装置のプリント速度は、感光ドラム１の表面移動速度が約２５８ｍｍ／ｓｅｃであり、連続プリントを行った場合のＬＴＲサイズの用紙を１分間で最大５０枚プリント可能である。

（冷却ファン（送風ユニット））
本実施例の画像形成装置には、クリーナ１６や感光ドラム１の温度を低下させる目的と、上述のように定着ユニットの周囲の湿度を低下させる目的で冷却ファン６０が設けられている。プリント動作を繰り返すと定着ユニットの熱でクリーナ１６や感光ドラム１の温度が上昇する。そして、トナーの軟化点を超えるとクリーナ１６内の廃トナーが固まったり、現像器５の中のトナーが融着する場合もある。このような事態が生ずると、感光ドラム１のクリーニング不良や現像不良が発生する。

そこで本実施例の画像形成装置５０は、プリント動作が繰り返され、画像形成装置５０内の温度が上昇した場合、ファン制御手段６１により冷却ファン６０を動作させ、クリーニング不良や現像不良の発生を抑える。

また、本実施例の冷却ファン６０は、上述のように加圧ローラの結露を抑制するために、加圧ローラの周囲に気流を発生させる風路を有する。そして、ファン制御手段６１により冷却ファン６０を動作させると、加圧ローラの周囲から加熱定着処理により発生した水蒸気を移動させられる。これにより加圧ローラの表面への結露を抑制でき、結露スリップを防止できるようになっている。

本実施例の冷却ファン６０は、ファン制御手段６１により動作させると、感光ドラム１の表面に０．１２ｍ／ｓｅｃ、加圧ローラの表面に０．０６ｍ／ｓｅｃの風量の風が当たるようになっている。大量にプリント動作を行うと感光ドラム１の温度が高くなるため、冷却ファン６０を動作させ感光ドラム１の周辺の冷却を行いクリーニング不良や現像不良の発生を抑えている。また本発明の特徴である加圧ローラが冷えた状態での冷却ファンの制御については後に詳しく説明する。

（定着ユニット）
次いで、定着ユニット１００について概要を説明する。定着ユニット１００は、立ち上げ時間の短縮や低消費電力化を目的としたフィルム加熱方式の定着ユニット１００である。図１に本実施例の定着ユニット１００の断面図を示す。

図１に示すように、定着ユニット１００は、ヒータ１１３がヒータホルダ１３０に保持され、この周囲に筒状の定着フィルム１１２が回転可能に設けられた構成となっている。ヒータホルダ１３０の材質は、ヒータ１１３の熱を奪い難いように低熱容量の材料が好ましく、本実施例では耐熱性樹脂である液晶ポリマー（ＬＣＰ）を用いた。ヒータホルダ１３０は、強度を持たせるために鉄製のステイ１２０でヒータ１１３とは反対側から支えられている。定着フィルム１１２の内部空間に配置されている加熱部材は、ヒータ１１３、ヒータホルダ１３０、ステイ１２０を有している。図１に示すように、ステイ１２０は、加圧ローラ１１０の軸線方向（＝図１の紙面に垂直な方向＝定着ユニットの長手方向）の両端部から加圧バネ（不図示）によって図中矢印Ａ２方向に加圧されている。図１に示すように、ヒータ１１３は定着フィルム１１２の内面に接触し内面ニップ部Ｎｉを形成し、定着フィルム１１２を内側から加熱する。加圧ローラ１１０は、定着フィルム１１２を介して加熱部材と共に定着ニップ部Ｎｏを形成している。加圧ローラ１１０は、不図示の駆動源から動力をもらい矢印Ｒ１方向に駆動される。加圧ローラ１１０が矢印Ｒ１方向に駆動されると、定着フィルム１１２は定着ニップ部Ｎｏで加圧ローラ１１０から動力をもらい矢印Ｒ２方向に従動回転する。

トナー画像Ｔが形成された記録材Ｐが、矢印Ａ１方向から搬送され定着ニップ部Ｎｏに送り込まれると、定着ユニット１００は、記録材Ｐに形成されたトナー画像Ｔを定着ニップ部Ｎｏで記録材Ｐに加熱定着する。

（定着フィルム）
定着フィルム１１２は、円筒状の状態で外径がφ２０ｍｍであり、多層構成となっている。定着フィルム１１２は、フィルムの強度を保つための基層１２６と、表面への汚れ付着低減のための離型層１２７を有する。基層１２６はヒータ１１３の熱を受けるため耐熱性が必要であり、またヒータ１１３と摺動するため強度も必要である。そのため、材質としてＳＵＳ（ＳｔａｉｎｌｅｓｓＵｓｅｄＳｔｅｅｌ：ステインレス鋼）やニッケルなどの金属やポリイミドなどの耐熱性樹脂を用いると良い。金属は樹脂に比べると強度があるため薄肉化でき、また熱伝導率も高いため、ヒータ１１３の熱を定着フィルム１１２表面へ伝達しやすい。樹脂は金属に比べると比重が小さいため熱容量が小さく温まりやすい利点がある。また樹脂は塗工成型により薄肉のフィルムが成型できるため安価に成型できる。本実施例では、定着フィルム１１２の基層１２６の材質としてポリイミドを用い、熱伝導率と強度を向上させるためカーボン系のフィラーを添加してある。基層１２６の厚さは、薄いほどヒータ１１３の熱を加圧ローラ１１０表面に伝達しやすいが強度が低下するため１５μｍ〜１００μｍ程度が好ましく、本実施例では５０μｍとした。

定着フィルム１１２の離型層１２７の材質は、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（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂を用いると好ましい。本実施例ではフッ素樹脂の中でも離型性と耐熱性に優れるＰＦＡを用いた。離型層１２７は、チューブを被覆させたものでも良いが、表面を塗料でコートしたものでも良く、本実施例では、薄肉成型に優れるコートにより離型層１２７を成型した。離型層１２７は薄いほどヒータ１１３の熱を定着フィルム１１２表面に伝達しやすいが、薄すぎると耐久性が悪化するため、５μｍ〜３０μｍ程度が好ましく、本実施例では１０μｍとした。

（加圧ローラ）
加圧ローラ１１０は外径φ２０ｍｍであり、φ１２ｍｍの鉄製の芯金１１７の周囲に、シリコーンゴムを発泡した厚さ４ｍｍの弾性層１１６（発泡ゴム）を有する。加圧ローラ１１０は、熱容量が大きく、熱伝導率が大きいと、加圧ローラ１１０表面の熱が内部へ吸収され易く、加圧ローラ１１０の表面温度が上昇しにくくなる。すなわち、できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、加圧ローラ１１０表面温度の立ち上がり時間を短縮できる。シリコーンゴムを発泡した発泡ゴムの熱伝導率は０．１１〜０．１６Ｗ／ｍ・Ｋであり、０．２５〜０．２９Ｗ／ｍ・Ｋ程度のソリッドゴムよりも熱伝導率が低い。また、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが約１．０５〜１．３０であるのに対して、発泡ゴムが約０．４５〜０．８５であり、低熱容量でもある。従って、この発泡ゴムは、加圧ローラ１１０表面温度の立ち上がり時間を短縮できる。

加圧ローラ１１０の外径は小さい方が熱容量を抑えられるが、小さ過ぎると定着ニップ部Ｎｏの幅が狭くなってしまうので適度な径が必要であり、本実施例では、外径をφ２０ｍｍとした。弾性層１１６の肉厚に関しても、薄過ぎれば金属製の芯金に熱が逃げるので適度な厚みが必要であり、本実施例では、弾性層１１６の厚さを４ｍｍとした。弾性層１１６の上には、トナーの離型層として、ＰＦＡからなる離型層１１８が形成されている。離型層１１８は定着フィルム１１２の離型層１２７同様、チューブを被覆させたものでも表面を塗料でコートしたものでも良いが、本実施例では、耐久性に優れるチューブを使用した。離型層１１８の材質としては、ＰＦＡの他に、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂や、離型性の良いフッ素ゴムやシリコーンゴム等を用いても良い。加圧ローラ１１０の表面硬度は、低いほど軽圧で定着ニップ部Ｎｏの幅が得られるが、低すぎると耐久性が悪化するため、本実施例では、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度（４．９Ｎ荷重）で、４０°とした。加圧ローラ１１０は、不図示のモータにより、矢印Ｒ１方向に、感光ドラム１の表面移動速度と同じ約２５８ｍｍ／ｓｅｃで回転するようになっている。

（ヒータ）
ヒータ１１３はフィルム加熱方式の定着ユニットで用いられる一般的なヒータであり、セラミックス製の基板上に発熱抵抗体を印刷したものである。ヒータ１１３は、記録材搬送方向Ａ１における幅Ｗｈ＝６ｍｍ、厚さＨ＝１ｍｍのアルミナの基板を有する。そして基板の表面に、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）の発熱抵抗体をスクリーン印刷により１０μｍ塗工し、その上に発熱体保護層としてガラスを５０μｍの厚さで覆ったものである。不図示の電極部から電力を供給すると発熱抵抗体が発熱する。

ヒータ１１３の背面には、発熱抵抗体の発熱に応じて昇温したセラミック基板の温度を検知するための温度検知素子１１５が配置されている。電力制御手段３２０は、温度検知素子１１５の信号に応じて発熱抵抗体に供給する電力を制御することによって、ヒータ１１３の温度がトナーの定着に適した温度を維持するように調整している。

温度検知素子１１５は定着ユニットの温まり具合を検知する役割も担っている。定着ユニットは、一度のプリント動作に伴い加熱定着処理が実行されると温まり、温度検知素子１１５の温度も高くなる。その後、しばらくプリント動作が無いと定着ユニットは冷えていき、温度検知素子１１５の温度も下がっていく。このため、温度検知素子１１５で定着ユニットの温まり具合を把握することが出来る。特にプリント動作がしばらくない場合は、熱平衡状態となるため、温度検知素子１１５の検知温度と加圧ローラ１１０の温度が近くなる。そのためプリント動作前に温度検知素子１１５の温度を検知することで、加圧ローラが冷えて結露スリップが発生しやすい状態であるかどうかを確認することが出来る。

（インターバルの設定とファンの制御）
次いで、連続プリントの時の先行する記録材と後続の記録材の間のインターバルの設定と、ファンの制御、について詳しく説明する。連続プリント時のインターバルの設定は、生産性の観点では可能な限り狭くするほど生産性が高くなるが、結露スリップの観点ではインターバルは広いほど加圧ローラ温度が温まりやすいため有利である。

本実施例では、結露スリップが発生しない加圧ローラが温まった状態である時、のインターバルの設定を可能な限り狭い設定（３０ｍｍ）にしている。連続プリント時にはインターバルが３０ｍｍになるように給紙制御手段３３０により給紙タイミングが制御されている。本実施例の画像形成装置の構成では、プリント動作前の加圧ローラの温度が所定温度（６５℃）以上であれば、結露スリップが発生しない。このため、プリント動作前の温度検知素子１１５の温度が６５℃以上の場合のインターバルは、生産性の観点で最も狭い３０ｍｍになるように設定している。

一方で、加圧ローラ温度が所定温度（６５℃）を下回った状態から連続プリントを行うと、先行紙の加熱定着時に発生した水蒸気により加圧ローラが結露しやすい。この場合、上述のように冷却ファンを動作させ加圧ローラ周囲の水蒸気を減らしても良いが、加圧ローラ温度が低下するため紙の表裏面で温度差が大きくなり記録材のカールが悪化する。そのため、本実施例では、温度検知素子１１５の温度が６５℃を下回った場合、加圧ローラを温めるためにインターバルを広げる制御を行う。この場合、インターバルは加圧ローラ１１０の１周以上の距離を設けると加圧ローラ全周で温まりやすく結露を防止でき、カールも発生しにくい。本実施例では温度検知素子１１５の温度が６５℃を下回った場合、インターバルを加圧ローラ１１０の約１周の長さ（１周期）である６３ｍｍに広げる制御を行う。こうすることでカールが悪化せず結露スリップを防止することができる。

ここで図２に定着ユニットが冷えた状態から連続プリントを行った時の加圧ローラ温度の推移を示す。点線はインターバルが狭い３０ｍｍの時の温度であり、実線はインターバルが加圧ローラの１周期（６３ｍｍ）の時の温度である。どちらのインターバルの場合も加圧ローラは１枚目の紙が来るまで温まるが、１枚目の紙が通紙されると加圧ローラは紙に熱を奪われるため、温度が大きく低下する。そして、インターバルで再び加圧ローラの温度が上昇するが、次の通紙によって、再度、温度が低下する。

連続プリント時は、この通紙による温度低下とインターバルでの温度上昇を繰り返すが、加圧ローラの結露は通紙により加圧ローラ温度が最も低下した温度（図２中の最低温度）によって発生の有無が決まる。速度や加圧力、その他構成の違いによって結露スリップの発生する加圧ローラ温度は異なるが、本実施例の構成では、気温によらず相対湿度７０％以上の環境下で、通紙により加圧ローラ最低温度が６５℃を下回ると結露スリップが発生する。定着ユニットが冷えた状態から連続プリントを行う場合、インターバルが加圧ローラ１周の長さである６３ｍｍの設定では２枚目の通紙以降、加圧ローラ温度が上昇し続けるが、一方でインターバルが３０ｍｍの設定では、加圧ローラの温度が５〜６枚通紙するまで低下し続け、７枚目以降から徐々に上昇に向かう。本実施例の構成では、相対湿度７０％以上の環境下で、定着ユニットが冷えた状態から連続プリントを行う場合、インターバルが３０ｍｍの設定では加圧ローラ温度が低下し、３枚目以降で加圧ローラの最低温度が６５℃を下回るため結露スリップが発生してしまう。一方で、インターバルが加圧ローラ１周の長さである６３ｍｍの設定では、加圧ローラ温度が低下せずに６５℃以上を保つため、結露スリップの発生は無い。

本実施例の構成では上記の通り、温度検知素子１１５の温度が６５℃以下で連続プリントを行う場合、インターバルを３０ｍｍから６３ｍｍに広げて加圧ローラ温度を上昇させて結露スリップを防止するが、インターバルを広げ続けると印刷物の生産性が落ちてしまう。

そのため、本実施例では５枚目までのインターバル（４枚目と５枚目の間のインターバル）は６３ｍｍに設定するが、６枚目以降のインターバルを３０ｍｍに狭くし、且つファンを回転させることで生産性の改善と結露スリップ及びカールの悪化を抑えている。図３は、以下の四つのケースにおける、定着ユニットが冷えた状態から連続プリントを行った時の加圧ローラの最低温度の推移を示す。一つ目及び二つ目は、インターバルが３０ｍｍの場合と６３ｍｍの場合（いずれもファンは停止）である。三つ目は、インターバルが３０ｍｍで且つファンを駆動した場合である。四つ目は、本実施例の構成であり、連続プリントの５枚目までのインターバルが６３ｍｍ、６枚目以降を３０ｍｍに狭くし且つファンを駆動させた場合である。

相対湿度が７０％以上の環境下では、インターバルが３０ｍｍの設定では上述の通り、加圧ローラ温度が低下し、６５℃以下になる３枚目以降で結露スリップが発生してしまう。一方でインターバルを加圧ローラ１周分の６３ｍｍにした設定では、加圧ローラ温度は上昇し、結露スリップの発生は抑えられるが印刷物の生産性が低下してしまう。インターバル３０ｍｍの設定で結露を防止するためファンを駆動すると加圧ローラ温度が低下してしまうため上述の通りカールが悪化してしまう。

本実施例の構成では、５枚目までインターバルを加圧ローラ１周分開けるため、加圧ローラ温度が上昇し結露スリップの発生を抑制するとともにカールも抑制できる。６枚目以降はインターバルを３０ｍｍに狭くするため生産性を上げることができるが、インターバルを狭くしたことで加圧ローラ温度は低下してしまう。５枚目までの加熱定着の繰り返しで、画像形成装置内の水蒸気量が多くなっているため、加圧ローラ温度が低下すると加圧ローラの結露が始まってしまう。そのため、本実施例ではインターバルを狭くすると同時にファンを駆動することで結露スリップを防止している。連続的にプリントする場合、最初に排紙トレイに排紙された紙のカールが悪いと後続紙もその先行紙のカールの形状に倣ってしまい全体的にカールが悪化してしまう。そのため、本実施例のように前半のプリント時の加圧ローラ温度を上げることで、最初に排出される紙のカールを抑制でき、後続紙のカールの悪化を抑えることが出来る。

すなわち、定着ユニットが冷えた状態から連続プリントを行う場合、プリントの前半はインターバルを広げることで加圧ローラを温め、その後、ファンを動作させてインターバルを狭くすることで、結露スリップとカールを抑制するとともに印刷物の生産性を確保することができる。

（本実施例の効果）
結露スリップが発生しやすく、カールが発生しやすい高温高湿度の環境下で、図３の四つのケースにおける、結露スリップとカール、及び印刷物の生産性の比較試験を行った。比較試験は室温３０℃で湿度を８０％に設定した環境で行い、各ケースで定着ユニットが冷えた状態から印字率２０％のハーフトーン画像を５０枚連続プリントして比較した。紙はＸｅｒｏｘ社のＶｉｔａｌｉｔｙＢｕｓｉｎｅｓｓ４２００（坪量７５ｇ／ｍ２）を室温３０℃湿度８０％の環境に４８時間放置したものを用いた。結露スリップの発生の有無は、スリップで紙の搬送が遅れることによるハーフトーン画像の乱れの有無、及び搬送不良の有無を基準とした。５０枚のプリント中、結露スリップによる画像の乱れや搬送不良が１枚でもあった場合は×、１枚も画像不良や搬送不良の発生が無かったケースを〇とした。

また、図４に示すように印字後に排紙トレイ４５に排紙された５０枚の紙を平らな床に置き、床からのカールしている高さＨをカール量とした。印刷物の生産性は、１枚目の紙が排紙トレイに排出されてから５０枚目の紙が排紙トレイに排出するまでの時間を測定し、これを生産性とした。インターバルが３０ｍｍの場合とインターバルが加圧ローラ１周分の６３ｍｍの場合、インターバルが３０ｍｍで且つファンを駆動した構成、及び本実施例の構成である５枚目までのインターバルが６３ｍｍ、６枚目以降を３０ｍｍに狭くし且つファンを駆動させた場合、の試験結果を下表に示す。なお、表１には、後述する実施例２及び３も記載してある。

比較例１では、加圧ローラ温度が低下するため３枚目以降で５０枚のプリント中２５枚で結露スリップによる画像の乱れが発生した。比較例２では、加圧ローラ温度が高いため結露スリップの発生は無く、カール量も低く良好であったが、生産性に時間がかかってしまい５０枚プリントするのにインターバル３０ｍｍに比較して６秒以上遅くなってしまった。比較例３では、加圧ローラ周囲の水蒸気を移動できるため結露スリップの発生は無いが、加圧ローラの温度が低下するためカール量が最も悪い結果となった。

実施例１では、プリントの前半はインターバルを広げることで加圧ローラを温めるためカール量を抑え、６枚目以降でインターバルを狭くすると共にファンを駆動することで生産性の低下と結露スリップを抑えることが出来る。このように、実施例１の制御として、加圧ローラの表面温度が所定温度よりも低い状態で、連続して搬送される複数枚の記録材にトナー画像を形成する連続プリントの時、次の二つの区間が設けられている。一つは、送風ユニットが停止しており、且つ先行する記録材と後続の記録材のインターバルが連続プリントの途中で広がるファン停止区間である。もう一つは、送風ユニットが動作しており、且つインターバルがファン停止区間のインターバルより狭いファン動作区間である。ファン停止区間は、ファン動作区間よりも時間的に前に設定されている。

このように、定着ユニットが冷えた状態から連続プリントを行う場合、プリントの前半はインターバルを広げることで加圧ローラを温め、その後、ファンを動作させてインターバルを狭くすることで、結露スリップとカールを抑制するとともに印刷物の生産性を確保することができる。

［実施例２］
本発明の実施例２を以下に説明する。本実施例では実施例１と同様に、定着ユニットが冷えた状態から連続プリントを行う場合、プリントの前半はインターバルを広げることで加圧ローラを温め、その後、ファンを動作させてインターバルを狭くする構成であるが、ファンの風量を極力抑えることでカールを改善することを特徴としている。以下に説明する。

本実施例において、画像形成装置のメカ構成については実施例１と同じである。そのため、同じ部材については、同一の符号で示し説明を省略する。

（実施例２のファンの制御）
本実施例の画像形成装置のファン制御手段６１は、任意にファンによる風量を調整できるようになっている。実施例１と同様、実施例２もクリーナ１６や感光ドラム１の温度を低下させる目的と、定着ユニット周囲の湿度を低下させる目的で冷却ファン６０が設けられている。間欠的にプリント動作を行うと、紙の給紙前の空回転時や排紙後の空回転時に、クリーナ１６の摩擦で感光ドラム１の温度が上がってしまう。また、定着ユニットの熱によりクリーナ１６や感光ドラム１の温度が上昇しやすい。連続プリントの場合は、この空回転動作が少ないこと及び冷えた紙が連続的に通紙されるため、感光ドラム１は紙に熱を奪われ温度が上昇しにくい。そのため、間欠プリントが繰り返されクリーナ１６や感光ドラム１の温度が上昇した場合は、上述のようにクリーニング不良や現像不良が発生しないように冷却ファンを駆動する。この場合、出来るだけクリーナ１６や感光ドラム１を冷却したいため、ファン制御手段６１により冷却ファンの回転速度を最大にして冷却する制御を行う。ファンの風量としては、実施例１と同様で、感光ドラム表面に対して０．１２ｍ／ｓｅｃ、加圧ローラ表面に対して０．０６ｍ／ｓｅｃである。

一方で、画像形成装置や定着ユニットが冷えた状態から連続プリントを行う場合、実施例１同様に、結露スリップとカールを抑制するため、５枚目までのインターバルを加圧ローラ１周分の６３ｍｍに広げ、６枚目以降でインターバルを３０ｍｍに狭めると同時にファンを回転させる。本実施例では６枚目以降に回転させるファンの風量を、昇温したクリーナ１６や感光ドラム１を冷却する時よりも低く抑えることでカールを更に改善している。結露スリップが発生しないようにファンの風量を極力抑えることで、加圧ローラの温度低下を抑えることができるため、カールが改善される。本実施例では、加圧ローラ表面に０．０２ｍ／ｓｅｃ以上の風量の風が当たれば、結露スリップの発生を抑えることができる。そのため、本実施例では、定着ユニットが冷えた状態から連続プリントを行う場合、６枚目以降に回転させるファンの風量は、感光ドラム表面に０．０４ｍ／ｓｅｃ、加圧ローラ表面に０．０２ｍ／ｓｅｃとなるようにファンの最大風量の１／３に制御している。このように、ファン駆動区間における送風ユニットの風量は、送風ユニットの最大風量よりも少なく設定されている。

（本実施例の効果）
上述した表１に、実施例２における結露スリップの発生有無、カール量と生産性の結果を示す。

本実施例の構成では、結露スリップの発生は無く、実施例１と同じ生産性を確保しつつ、実施例１よりもカール量を低減している。本実施例のように結露スリップが発生しない程度にファンの風量を抑えることで、カールを改善することが出来る。

［実施例３］
本発明の実施例３を以下に説明する。実施例２では、カールを改善するためにファンの風量を極力抑える構成について説明した。本実施例では、ファンを間欠駆動することで実施例２と同様の効果を得ている。以下に説明する。

本実施例では、ファンを駆動すると、実施例１同様に感光ドラム表面に０．１２ｍ／ｓｅｃ、加圧ローラ表面に０．０６ｍ／ｓｅｃの風速で風が当たるようになっている。本実施例では定着ユニットが冷えた状態から連続プリントを行う場合、実施例１及び２と同様に結露スリップとカールを抑制するために、５枚目までのインターバルを加圧ローラ１周分の６３ｍｍに広げ、６枚目以降でインターバルを３０ｍｍに狭めると同時にファンを回転させる。しかし、本実施例では６枚目以降に回転させるファンを間欠的に動作させることで、実施例２と同様にカールを改善している。

図５は、実施例１〜３におけるファンの回転出力の推移を示した図である。実施例１（点線）は６枚目からファンを１００％の出力で回転させるのに対して、実施例２（細実線）ではカール改善のためにファンの風量を１／３に落として制御している。実施例３（太実線）では、実施例１と同様に６枚目からファンを回転させるが、通紙１枚分だけ回転させて、７枚目と８枚目の２枚分はファンの駆動を停止する。そして９枚目以降は６枚目から８枚目同様に３枚の通紙に１枚分だけファンを１００％の出力で回転させ、２枚分はファンを停止する制御を繰り返し行うことで、実施例２同様に、全体的な風量として実施例１対して１／３になるようにしている。このように、ファン駆動区間における送風ユニットの動作は、間欠的な動作である。

（本発明の効果）
上述した表１に、実施例３における結露スリップの発生有無、カール量と生産性の結果を示す。

本実施例においても、結露スリップの発生は無く、実施例１と同じ生産性を確保しつつ、実施例２と同等にカール量を低減している。本実施例のように結露スリップが発生しない程度にファンの風量を間欠的に制御して全体的な風量を抑えることで、カールを改善することが出来る。

（その他）
実施例１〜３で説明した構成では、定着ユニットが冷えた状態から連続プリントを行う場合、前半のインターバルを加圧ローラ１周分の６３ｍｍに広げる制御を行った。また、６枚目以降でインターバルを狭くする制御を行った。しかしながら、この数値に限らず、加圧ローラの径、加圧ローラの温度や加圧ローラの周囲の湿度などに応じて、広げるインターバルやタイミングを最適に調整すると良い。

例えば、加圧ローラの構成として発泡させていないソリッドのシリコーンゴムを用いる場合は熱容量が大きく加圧ローラ表面温度が上がりにくい。この場合は連続プリントの前半のインターバルを更に広く設定しても良い。またインターバルを狭くするタイミングも６枚目に限らず、加圧ローラの熱容量など定着ユニットの構成に合わせて調整すると良い。また連続プリントを続けた場合、加圧ローラ温度が高くなると結露スリップが発生しなくなるため、加圧ローラ温度に応じて回転させていたファンを停止させても良い。ファンを停止させることで、更に加圧ローラ温度を上昇させることが出来るため、カールや積載性が改善できる。

また図１に示した定着ユニットの構成では、加圧ローラ表面に０．０２ｍ／ｓｅｃ以上の風量の風が当たれば結露スリップが発生しないため、実施例２及び実施例３ではファンの最大風量（加圧ローラへの風量０．０６ｍ／ｓｅｃ）の１／３の風量に設定したがこれに限らない。ファンの能力やファンから加圧ローラへの風路設計によって加圧ローラへの風量が異なるだけでなく、使用するトナーの種類によっても異なってくる。トナーの融点が異なると紙を加熱定着させる温度が異なり、紙から発生する水蒸気量も異なってくる。紙から発生する水蒸気量に応じて加圧ローラ周囲の湿度が異なり結露スリップを発生させない風量も異なってくるため、トナーやファンの構成、及び定着ユニットの構成に応じて結露スリップが発生しないように風量を最適化すると良い。

また画像形成装置５０は、クリーナ１６や感光ドラム１の冷却と定着ユニットの除湿を１つのファンで行う構成について説明してきたが、定着ユニットの除湿に専用のファンを設けても良い。クリーナ１６や感光ドラム１の冷却と独立して制御できるため、定着ユニットの除湿を適切に制御することが可能になる。また結露スリップは低湿環境下では発生しにくい。そのため、画像形成装置に外湿度を検知する湿度センサを設けることで、結露スリップの発生しない低湿環境を検知できるため、必要に応じて本発明の制御を設けることが可能となる。

以上説明した画像形成装置はモノクロの構成について説明してきたが、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラック等の複数色を重ねて印字するカラー画像形成装置に本発明の構成を適用しても同様の作用効果が得られる。

５０画像形成装置本体
６０冷却ファン
１００定着ユニット
１１０加圧ローラ
１１２定着フィルム

Claims

筒状のフィルムと、前記フィルムの内部空間に配置されている加熱部材と、前記フィルムを介して前記加熱部材と共に定着ニップ部を形成するローラと、を有し、記録材に形成されたトナー画像を前記定着ニップ部で記録材に加熱定着する定着ユニットと、
前記ローラの周囲に送風する送風ユニットと、
を有し、記録材にトナー画像を形成する画像形成装置において、
前記ローラの表面温度が所定温度よりも低い状態で、連続して搬送される複数枚の記録材にトナー画像を形成する連続プリントの時、
前記送風ユニットが停止しており、且つ先行する記録材と後続の記録材のインターバルが前記連続プリントの途中で広がるファン停止区間と、
前記送風ユニットが動作しており、且つ前記インターバルが前記ファン停止区間のインターバルより狭いファン動作区間と、
が設定されていることを特徴とする画像形成装置。
前記ファン停止区間は、前記ファン動作区間よりも時間的に前に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記ファン駆動区間における前記送風ユニットの風量は、前記送風ユニットの最大風量よりも少なく設定されてい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。
前記ファン駆動区間における前記送風ユニットの動作は、間欠的な動作であることを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の画像形成装置。
前記連続プリントによって前記ローラの表面温度が前記所定温度よりも高くなった場合、前記送風ユニットが停止することを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載の画像形成装置。
湿度が所定の湿度よりも低い場合、前記連続プリントの時に、前記送風ユニットを動作させず、前記インターバルを変更しないことを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載の画像形成装置。
前記加熱部材は、前記フィルムの内面に接触するヒータを有することを特徴とする請求項１乃至６何れか一項に記載の画像形成装置。