JP4659205B2

JP4659205B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4659205B2
Application number: JP2000367272A
Authority: JP
Inventors: 雅彦鈴見
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: JP2002169412A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ・複写機・ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
より詳しくは、記録材上に形成担持させた未定着画像を定着する装置としてフィルム加熱方式の加熱定着装置（以下、定着器と記す）を用いている画像形成装置の改善に係る。
【０００３】
【従来の技術】
従来、電子写真方式・静電記録方式等の画像形成装置において、記録材上に形成担持させた未定着画像を加熱定着する定着器としては、熱ローラ方式やフィルム加熱方式の装置が広く用いられている。
【０００４】
フィルム加熱方式の定着器は、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号公報等に提案されており、スタンバイ時に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えることが可能な、省エネルギー・オンデマンド定着器として有効である。
【０００５】
基本的には、支持体に固定支持させたヒータ（加熱部材、加熱体）と、該ヒータと摺動する耐熱性・薄肉のフィルム（定着フィルム）と、該フィルムを介してヒータと圧接して定着ニップを形成する加圧部材としての加圧ローラと、を有し、定着ニップのフィルムと加圧ローラの間で未定着画像が形成された記録材を挟持搬送してヒータの熱で未定着画像を永久画像として加熱定着させるものである。
【０００６】
ヒータには一般にセラミックヒータが使用される。例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板をヒータ基板とし、その面に銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ｔａ₂Ｎ等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷等で形成具備させ、さらに該通電発熱抵抗層形成面を薄肉ガラス保護層で覆ってなるものである。このセラミックヒータは通電発熱抵抗層に通電がなされることにより該通電発熱抵抗層が発熱してセラミック基板・ガラス保護層を含むヒータ全体が急速昇温する。このヒータの昇温がヒータ背面に配置された温度検知手段により検知されて通電制御部へフィードバックされる。通電制御部は温度検知手段で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温度）に維持されるように通電発熱抵抗層に対する通電を制御する。すなわちヒータは所定の定着温度に加熱・温調される。
【０００７】
オンデマンド定着器である上記のようなフィルム加熱方式の定着器を用いた画像形成装置においては、プリント信号を受けた時点から前記定着器のヒータに通電を開始し、画像形成装置の前回転中にヒータの立ち上げを行い、所定温度に達してから定着動作を行う。この際、定着性向上及び加圧ローラ汚れ防止の観点からは、加圧ローラ温度をできるだけ高くすることが好ましい。その理由としては、▲１▼．加圧ローラ温度を高くすることにより、加圧ローラ側からの紙（記録材）の加熱効果が、紙とトナー間の接着力を増加させ、定着性が向上する、▲２▼．加圧ローラに付着したトナーが加圧ローラ温度が高いほど紙裏に転移しやすくなり、加圧ローラ表面に蓄積しずらくなるという２点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
加圧ローラを暖める方法としては、画像形成装置の前回転時間を長くする方法や、前回転時のヒータ温度を高くする方法がある。
【０００９】
前回転時間を長くする方法はＦＰＴ（ファーストプリントタイム）が極度に遅くなるため、前回転時の温度を定着温度より高く設定することが効率的に加圧ローラを暖める方法として有効である。
【００１０】
しかし、画像形成装置の高速化に伴って定着温度の高温化が進んでおり、画像形成装置の前回転時に定着器のヒータについて定着温度以上の温度に立ち上げるような急激な加熱を行うと、ヒータとして現在使用しているアルミナをヒータ基板としているものでは、ヒータ基板内熱応力によりヒータ割れが発生する場合があるという問題があった。
【００１１】
そこで本発明は、フィルム加熱方式の定着器を用いている画像形成装置について、画像形成装置の前回転時のヒータ温度をヒータ割れを生じさせることなく高くすることを可能にして加圧ローラ（加圧部材）の温度を高め、定着性の改善及び加圧ローラ汚れの防止を図ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする、フィルム加熱方式の定着器を用いている画像形成装置である。
【００１３】
窒化アルミニウムの基板上に発熱抵抗体を有するヒータと、内面が該ヒータと摺動する筒状のフィルムと、該フィルムを介して前記ヒータと圧接して定着ニップを形成する加圧ローラと、前記ヒータの温度を検知する温度検知素子と、を有し、前記加圧ローラを駆動することにより前記フィルムが従動回転し、前記定着ニップの前記フィルムと前記加圧ローラの間で未定着トナー画像が形成された記録材を挟持搬送して前記ヒータの熱で前記未定着トナー画像を前記記録材に加熱定着させる定着器と、前記温度検知素子の検知温度が目標温度を維持するように前記ヒータへの通電を制御する制御手段と、を有し、プリント開始信号が入力した後に前記ヒータへの通電を開始する画像形成装置において、装置の使用環境温度を検知する環境検知素子を有し、前記プリント開始信号が入力し前記ヒータへの通電を開始した時点から前記定着ニップで前記未定着トナー画像を定着処理する時の第１の目標温度に前記ヒータが達する時点までの期間に、前記検知温度が第２の目標温度を維持するように前記ヒータへの通電を制御し、前記環境検知素子により常温環境と検知される場合、前記プリント開始信号が入力した時の前記温度検知素子の検知温度が基準温度より高い場合は前記第２の目標温度を前記第１の目標温度より低く設定し、前記プリント開始信号が入力した時の前記温度検知素子の検知温度が前記基準温度より低い場合は前記第２の目標温度を前記第１の目標温度より高く設定し、前記環境検知素子により前記常温環境より温度が低い低温環境と検知される場合、前記プリント開始信号が入力した時の前記温度検知素子の検知温度に拘らず、前記第２の目標温度を前記第１の目標温度より高く設定し、前記環境検知素子により前記常温環境より温度が高い高温環境と検知される場合、前記プリント開始信号が入力した時の前記温度検知素子の検知温度に拘らず、前記第２の目標温度を前記第１の目標温度より低く設定することを特徴とする画像形成装置。
【００１８】
上記の特徴構成により、使用環境に応じた加圧ローラ温度コントロールが可能となり、定着器スリップを発生させることなく、定着性の改善及び加圧ローラ汚れ防止が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
〈第１の比較例〉
（１）画像形成装置例
図１は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成模型である。本例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセスを用いたレーザービームプリンタである。
【００２０】
１は像担持体たる感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料をアルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基盤上に形成して構成されている。
【００２１】
感光ドラム１は矢印の時計方向に所定の周速度をもって回転駆動され、その表面は、帯電装置としての帯電ローラ２によって一様に帯電される。
【００２２】
次に、画像露光装置であるレーザースキャナー３による像露光Ｌを受ける。レーザースキャナー３は画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオン／オフ変調制御されたレーザービームを出力して、回転する感光ドラム１の帯電処理面を走査露光Ｌする。この走査露光により感光ドラム１上に画像情報の静電潜像が形成される。
【００２３】
この静電潜像は現像装置４でトナー像として現像されて可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法等が用いられ、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。
【００２４】
一方、不図示の給紙機構部から記録材（転写材）Ｐが一枚宛給紙され、感光ドラム１と転写装置としての転写ローラ５との圧接部である転写ニップ部に所定の制御タイミングにて供給される。転写ニップ部において、感光ドラム１上のトナー像は不図示の電源による転写バイアスの作用で記録材Ｐに転写される。
【００２５】
転写ニップ部を通過した記録材Ｐは、感光ドラム１面から分離され、トナー像を保持して定着器６へ搬送され、定着器６の定着ニップ部で加熱・加圧されてトナー像が記録材Ｐ上に定着されて永久画像となり、機外へ排出される。
【００２６】
一方、記録材分離後の回転感光ドラム１はその表面に残る転写残留トナーがクリーニング装置（クリーナー）７により除去されて、繰り返して作像に供される。
【００２７】
（２）画像形成装置の動作シーケンス
図２は上記画像形成装置の動作シーケンス図である。
【００２８】
ａ．前多回転動作：画像形成装置の始動動作期間（起動動作期間、ウォーミング期間）である。メイン電源スイッチ−オンにより、装置のメインモータを駆動させて感光ドラム１を回転駆動させ、所定のプロセス機器の準備動作を実行させる。
【００２９】
ｂ．前回転動作：プリント前動作を実行させる期間である。この前回転動作は前多回転動作中にプリント開始信号であるプリント信号が入力したときには前多回転動作に引き続いて実行される。プリント信号の入力がないときには前多回転動作の終了後にメインモータの駆動が一旦停止されて感光ドラム１の回転駆動が停止され、画像形成装置はプリント信号が入力されるまでスタンバイ（待機）状態に保たれる。プリント信号が入力すると、前回転動作が実行される。
【００３０】
ｃ．プリント動作：所定の前回転動作が終了すると、引き続いて回転感光ドラム１に対する作像プロセスが実行され、回転感光ドラム面に形成されたトナー像の記録材Ｐへの転写、定着器６によるトナー像の定着処理がなされて画像形成物がプリントアウトされる。
【００３１】
連続プリントモードの場合は上記のプリント動作が所定の設定プリント枚数分繰り返して実行される。
【００３２】
ｄ．紙間：連続印字モードにおいて一の記録材の後端部が転写ニップ部を通過した後、次の記録材の先端部が転写ニップ部に到達するまでの間の、転写ニップ部における記録材の非通紙状態期間である。ｅ．後回転動作：最後の記録材のプリント動作が終了した後もしばらくの間メインモータの駆動を継続させて感光ドラム１を回転駆動させ、所定の後動作を実行させる期間である。
【００３３】
ｆ．スタンバイ：所定の後回転動作が終了すると、メインモータの駆動が停止され感光ドラム１の回転駆動が停止され、画像形成装置は次のプリントスタート信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。
【００３４】
１枚だけのプリントの場合は、そのプリント終了後、プリンタは後回転動作を経てスタンバイ状態になる。
【００３５】
スタンバイ状態においてプリントスタート信号が入力すると、プリンタは前回転動作に移行する。
【００３６】
ｃのプリント動作時が画像形成時であり、ａの前多回転動作、ｂの前回転動作、ｄの紙間、ｅの後回転動作が非画像形成時（非プリント時）になる。
【００３７】
（３）定着器６
図３は定着器６の拡大横断面模型図である。本例の定着器６は、特開平４−４４０７５〜４４０８３、４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示の、円筒状（エンドレスベルト状）の定着フィルムを用いた、フィルム加熱方式、加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）の定着器である。
【００３８】
１０は定着部材（定着ユニット）、２０は加圧部材としての加圧ローラであり、両者１０・２０の圧接により定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００３９】
定着部材１０は図面に垂直方向を長手とする部材であり、横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するフィルムホルダー（ステイホルダー）１２と、このフィルムホルダー１２の下面に、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た、通電により発熱するヒータ（加熱体）１１と、ヒータ１１を取り付けたフィルムホルダー１２にルーズに外嵌した円筒状の耐熱性の定着フィルム１３等からなる。
【００４０】
加圧ローラ２０は、芯金２１と、該芯金上に同心一体に形成具備させたシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層２２からなる弾性層とから成る回転体である。弾性層２２上にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂などから成る耐熱離型性層２３を形成しても良い。
【００４１】
加圧ローラ２０は芯金２１の両端部を装置シャーシー（不図示）の手前側と奥側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。
【００４２】
定着部材１０は、この加圧ローラ２０の上側に、ヒータ１１側を下向きにして加圧ローラ２０に並行に配置し、フィルムホルダー１２の両端部を不図示のバネ等の加圧附勢部材にて加圧ローラ２０の軸線方向に附勢することで、ヒータ１１の下向き面を定着フィルム１３を介して加圧ローラ２０の弾性層２２に該弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。加圧ローラ２０側を加圧附勢部材にて定着部材１０の下面に押し上げ附勢して所定幅の定着ニップ部Ｎを形成する装置構成にすることもできる。
【００４３】
加圧ローラ２０は駆動手段Ｍにより矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２０の回転駆動による該加圧ローラ２０の外面と定着フィルム１３との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により円筒状の定着フィルム１３に回転力が作用して該定着フィルム１３がその内面側がヒータ１１の下向き面に密着して摺動しながらフィルムホルダー１２の外周りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。
【００４４】
加圧ローラ２０が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム１３が従動回転状態になり、またヒータ１１に通電がなされ、該ヒータが昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが導入され、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐのトナー像担持面側が定着フィルム１３の外面に密着してフィルム１３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、ヒータ１１の熱が定着フィルム１３を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔが紙Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム１３から曲率分離される。
【００４５】
ａ）ヒータ１１
図４は定着ニップ部Ｎ部分の拡大横断面模型図、図５はヒータ１１の一部切り欠き背面模型図である。本例のヒータ１１は、ヒータ基板として窒化アルミニウムを用いた、背面加熱型のセラミックヒータである。
【００４６】
１１₁は高熱伝導である窒化アルミニウムを用いたヒータ基板であり、通紙方向を長手とする横長・薄肉板部材である。
【００４７】
１１₂・１１₃・１１₄はヒータ基板１１₁の背面側に基板長手に沿って並行に形成具備させた第１・第２・第３の３本の通電発熱抵抗層（以下、発熱体と記す）である。各発熱体１１₂・１１₃・１１₄は銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ｔａ₂Ｎ等の通電発熱抵抗体ペーストを用いてスクリーン印刷等でパターン形成し、焼成することで具備させている。
【００４８】
１１₅・１１₆・１１₇・１１₈はヒータ基板１１₁の背面側両端部面にそれぞれ２つずつ分けて形成具備させた第１・第２・第３・第４の給電用電極パターンである。第１、第３、第４の給電用電極パターン１１₅・１１₇・１１₈はそれぞれ第１、第２、第３の発熱体１１₂・１１₃・１１₄の一端部側と延長電路を介して電気的に導通させてある。また第２の給電用電極パターン１１₆は第１、第２、第３の発熱体１１₂・１１₃・１１₄の他端部側と延長電路を介して電気的に導通させてある。各給電用電極パターン１１₅・１１₆・１１₇・１１₈および延長電路は銀（Ａｇ）等の導電体ペーストを用いてスクリーン印刷等でパターン形成し、焼成することで具備させている。
【００４９】
１１₉は発熱体１１₂・１１₃・１１₄の保護と絶縁性を確保するためのガラスコーティング層である。
【００５０】
１４と１５はガラスコーティング層１１₉の面に接触させて設けた第１と第２のサーミスタ等の温度検知素子である。
【００５１】
上記のヒータ１１はヒータ基板１１₁の発熱体形成面側とは反対面側をヒータ表面側として、このヒータ表面側を外側にしてフィルムホルダー１２の下面に固定して配設してあり、このヒータ表面に対して定着フィルム１３の内面が密着して摺動する。
【００５２】
１６・１７は上記ヒータ１１の両端部にそれぞれ嵌着した第１と第２の給電コネクタである。第１の給電コネクタ１６により、ヒータ１１の第１と第３の給電用電極パターン１１₅・１１₇とＡＣドライバ１８とが電気的に連絡される。また第２の給電コネクタ１７により、ヒータ１１の第２と第４の給電用電極パターン１１₆・１１₈とＡＣドライバ１８とが電気的に連絡される。
【００５３】
１９は商用ＡＣ電源、３０は制御回路である。ＡＣドライバ１８は制御回路３０により制御される。第１及び第２の温度検知素子１４・１５の電気的な温度検知情報はそれぞれＡ／Ｄコンバータ３１・３２を介して制御回路３０に入力する。３３は画像形成装置本体の適所に設けた環境検知素子（温度・湿度検知素子）である。この素子３３の検知情報もＡ／Ｄコンバータ３４を介して制御回路３０に入力する。
【００５４】
制御回路３０はＡＣドライバ１８を制御してヒータ１１の第１・第２・第３の発熱体１１₂・１１₃・１１₄に選択的に通電して発熱させる。
【００５５】
第１と第３の発熱体１１₂・１１₄はＡ４、ＬＴＲ等の幅が広い記録材のための発熱体であり、長さ２２４．８ｍｍとしてある。第２の発熱体１１₃はｃｏｍ１０、ＤＬ等の封筒用（幅が狭い記録材）の発熱体であり、長さ１１２ｍｍとしてある。
【００５６】
制御回路３０は記録材搬送路内にある不図示の紙幅センサーにより通紙された記録材のサイズを検知し、その情報により第１・第３の発熱体１１₂・１１₄と第２の発熱体１１₃の切り替えを行う。但し、Ｂ５及びＡ５サイズ等の記録材サイズの場合は、第１・第３の発熱体１１₂・１１₄とを用いて加熱定着を行い、この際には、Ｂ５及びＡ５サイズの非通紙領域に設けた第２の温度検知素子（端部サーミスタ）１５により、非通紙部昇温を検知し、スループットの制御を行う。
【００５７】
上記のようにヒータ１１の第１・第２・第３の発熱体１１₂・１１₃・１１₄に選択的に通電がなされることで、発熱体の発熱でヒータ１１が迅速に昇温する。そのヒータの温度情報が第１及び第２の温度検知素子１４・１５からＡ／Ｄコンバータ３１・３２を介して制御回路３０に入力する。
【００５８】
制御回路３０はその入力温度情報を基にヒータ１１の通紙領域温度を所定の一定温度に制御すべくＡＣドライバ１８を制御する。即ちヒータ１１の発熱体へ電力制御されたＡＣ電流を流すことにより、ヒータ温度を目標温度（プリント温度）に温調制御する構成となっている。
【００５９】
ｂ）フィルムホルダー１２
フィルムホルダー１２は、定着フィルム１３の円滑な回転を促す案内部材の役割をしているとともに、ヒータ１を保持し、定着ニップ部Ｎと反対方向への放熱を防ぐ役目もする断熱部材でもあり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されており、定着フィルム１３が余裕をもってルーズに外嵌される。また、定着フィルム１３はその内面がヒータ１１およびフィルムホルダー１２に摺擦しながら回転するため、ヒータ１１およびフィルムホルダー１２と定着フィルム１３の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このためヒータ１１およびフィルムホルダー１２の表面に耐熱性グリース等の潤滑剤を少量介在させてある。これにより定着フィルム１３はスムーズに回転することが可能となる。
【００６０】
ｃ）定着フィルム１３
定着フィルム１３は熱容量の小さなフィルムであり、クイックスタートを可能にするために１００μｍ以下の厚みで、耐熱性、熱可塑性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフィルムである。また、長寿命の加熱定着装置を構成するために十分な強度を持ち、耐久性に優れたフィルムとして、２０μｍ以上の厚みが必要である。よって定着フィルム１３の厚みとしては２０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。さらにオフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独で被覆したものである。
【００６１】
（４）ヒータ制御温度
本比較例の画像形成装置のプロセススピードは１５１ｍｍ／ｓ、スループット２４ｐｐｍ（Ａ４）である。
【００６２】
本比較例では、定着性の向上及び加圧ローラ汚れ防止のために図６のように画像形成装置の前回転時（画像形成装置前回転時）における定着器６のヒータ温調温度を定着時の定着温度より高い２３０℃とした。定着温度は定着器の暖まり方及び使用環境によって変えているが、通常環境では２２０℃〜１９０℃程度である。
【００６３】
本比較例の制御を図７のフローチャートを用いて説明する。まず、プリント開始時の定着器の温度Ｔ_０℃を検知する（ＳＴＥＰ１）。この検知温度Ｔ_０℃に応じて定着温度Ｔ_１℃を決定し（ＳＴＥＰ２）、ヒータ１１に通電を開始する（ＳＴＥＰ３）。その後、前回転中は２３０℃で温度制御を行い（ＳＴＥＰ４）、前回転終了後、定着温度Ｔ_１℃に制御する（ＳＴＥＰ５）し、プリント指定枚数まで定着動作を行う（ＳＴＥＰ６、７）。
【００６４】
本比較例では、ヒータ立ち上げ時のヒータ基板１１_１内の熱応力を軽減するために、ヒータ基板として、従来のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３：熱伝導率約２０Ｗ／ｍ・Ｋ）より高熱伝導の窒化アルミニウム（ＡｌＮ：熱伝導率約１００Ｗ／ｍ・Ｋ）を使用した。
【００６５】
ヒータ１１を室温から２３０℃まで昇温速度を変えて立ち上げた時の熱応力をアルミナ基板と窒化アルミニウム基板で比較した結果を表１に示す。尚、熱応力の算出は、ヒータ裏面よりサーモビュワーによって測定した基板内通紙方向温度差データから以下の式を用いて行った。
【００６６】
σ＝Ｅ×β×△Ｔ
σ：熱応力
Ｅ：ヤング率（Ａｌ₂Ｏ₃：３．２×１０⁴ｋｇ／ｍ²、ＡｌＮ：２．４×１０⁴ｋｇ／ｍ²）
β：線膨張係数（Ａｌ₂Ｏ₃：７．２×１０^-6／℃、ＡｌＮ：４．５×１０^-6／℃）
△Ｔ：温度差
【００６７】
【表１】

【００６８】
表１からわかるように、ヒータ基板１１₁として窒化アルミニウムを使用することにより熱応力はアルミナの約１／１０程度に軽減される。また、ヒータの破壊強度を測定すると、アルミナの場合最低値が２０ｋｇ／ｍ²、窒化アルミニウムが１０ｋｇ／ｍ²程度であるため、アルミナ基板を用いたヒータで３０ｍｓ／℃以上の昇温速度で昇温させた場合、ヒータ立ち上げ時の熱応力によりヒータ割れが発生する可能性があることがわかる。
【００６９】
表２に本制御による定着性及び加圧ローラ汚れの評価結果を示す。尚、定着性及び加圧ローラ汚れの評価は、加圧ローラ温度が暖まり難いプリントモードで行った。即ち、定着器がコールド状態から２枚／１０分間欠プリントモードで行った。
【００７０】
【表２】

【００７１】
表２からわかるように本制御により、定着性が改善され、加圧ローラ汚れの発生が抑制されることがわかる。尚、本比較例の制御によりプリント時の加圧ローラ温度が５〜１０℃程度高くなり、この温度は前回転を５秒間延長した場合と同等の温度であった。
【００７２】
以上のように、定着器のヒータ制御温度を、前回転時の温度＞定着時の温度、とすることにより定着性の改善及び加圧ローラ汚れの改善が可能となった。
【００７３】
〈第２の比較例〉
本比較例では、プリント開始時の定着器の温度に応じて、前回転時の温度と定着時の温度の大小関係を変更する制御を行う。尚、その他の条件は前記第１の実施例と同様であり、再度の説明は省略する。
【００７４】
定着器６は、加圧ローラ２０により記録材（紙）を介して定着フィルム１３を回転駆動している。そのため、放置紙等の含水率の高い紙に印字率の高いパターンーンをプリントした場合、紙が定着ニップ部Ｎを通過する際に発生する水蒸気は主に加圧ローラ側に発生するため、紙と加圧ローラとの間の摩擦係数が低下し、紙搬送できずにジャムが発生する。
【００７５】
上記現象を解決するために、本比較例では前記比較例の制御に加えて、温度検知素子１４又は／及び１５で検知される定着器の温度が高い場合は、定着器スリップを防止するために、前回転時の温度＜定着時の温度（通常、給紙動作が始まって定着器に紙が突入するまでに定着温度になるように定着温度−２０℃程度に設定）とし、加圧ローラ温度が極力上昇しないように制御を行う。
【００７６】
本比較例の制御を図８のフローチャートを用いて説明する。まず、プリント開始時の定着器の温度Ｔ_０℃を検知する（ＳＴＥＰ１）。この検知温度Ｔ_０℃に応じて定着温度Ｔ_１℃、前回転温度Ｔ_１'℃を決定し（ＳＴＥＰ２）、ヒータ１１に通電を開始する（ＳＴＥＰ３）。その後、前回転中はＴ_１'℃で温度制御を行い（ＳＴＥＰ４）、前回転終了後、定着温度Ｔ_１℃に制御する（ＳＴＥＰ５）し、プリント指定枚数まで定着動作を行う
【００７７】
表３に本比較例の前回転時の温度と定着温度の関係を示す。
【００７８】
【表３】

【００７９】
表３の制御で、定着性、加圧ローラ汚れ及び定着器スリップの評価を行った結果を表４に示す。
【００８０】
【表４】

【００８１】
表４からわかるように定着器温度に応じて、前回転時の温度と定着温度の関係を変更させる制御を行うことにより、加圧ローラ汚れ及び定着器スリップを両立することができる。尚、定着器スリップの評価は、長期放置紙（含水率約７％）に全面ハーフトンパターンをプリントするという厳しいモードで行った。
【００８２】
以上に述べたように、プリント開始時の定着器温度に応じて、前回転時の温度と定着時の温度の大小関係を可変することにより、デリントモードによらず良好な定着性と加圧ローラ汚れ及び定着器スリップを防止できる。
【００８３】
〈第１の実施例〉
本実施例では、前記第１又は第２の比較例の制御に加えて、使用環境情報を検知する温度又は湿度検知部材（環境検知素子）を画像形成装置本体（プリンタ本体）に設け、検知環境情報に応じて、前回転時の温度と定着時の温度の大小関係を変更する制御を行う。図５において３３が環境検知素子であり、この素子３３の検知情報がＡ／Ｄコンバータ３４を介して制御回路３０に入力する。尚、その他の条件は前記比較例と同様であり、再度の説明は省略する。
【００８４】
前記実施例２で述べたように、放置紙等の含水率が高い紙で発生する定着器スリップは、画像形成装置の使用環境温度及び湿度が高くなればなるほど、顕著になる。また、定着性や加圧ローラ汚れに関係する加圧ローラ温度も低温環境では低く、高温環境では高くなる。
【００８５】
そこで、本実施例では使用環境の温度に応じて、前回転時の温度と定着温度の大小関係を制御し、定着性と加圧ローラ汚れ及び定着器スリップの両立を図った。
【００８６】
本実施例の制御を図９のフローチャートを用いて説明する。まず、プリント開始時の環境温度T'℃、定着器の温度T₀℃を検知する（STEP１、２）。この検知温度T'、T₀℃に応じて定着温度T₁℃、前回転温度T₁'℃を決定し（STEP３）、ヒータ11に通電を開始する（STEP４）。その後、前回転中はT₁'℃で温度制御を行い（STEP５）、前回転終了後、定着温度T₁℃に制御する（STEP６）し、プリント指定枚数まで定着動作を行う（STEP７、８）。
本実施例の定着温度T₁℃と前回転温度T₁'℃の関係を表５に示す。
【００８７】
【表５】

【００８８】
表５からわかるように、常温環境より温度が低い低温環境では、紙の含水率が低く（５〜６％）、定着器スリップは発生しないため、第２の目標温度である前回転時の温度＞第１の目標温度である定着温度とし、加圧ローラを暖めて定着性の改善と加圧ローラ汚れ防止を行った。また、常温環境より温度が高い高温環境では、紙の含水率が高く（７〜９％）、定着器スリップが発生しやすいが、定着性や加圧ローラ汚れには有利であるため、前回転の温度＜定着温度とし、必要以上に加圧ローラを上昇させるのを防ぎ、定着器スリップの防止を行った。通常環境である常温環境では、前記比較例と同様に定着器温度が低い場合、即ち基準温度より低い場合は、前回転時の温度＞定着温度、定着器が温まっている場合、即ち基準温度より高い場合は、前回転時の温度＜定着温度とし、定着性の改善と加圧ローラ汚れ防止及び定着器スリップの防止を行った。
【００８９】
表５の温度制御により定着性、加圧ローラ汚れ、定着器スリップの評価を行った結果を表６に示す。
【００９０】
【表６】

【００９１】
表６からわかるように、本制御により低温環境での定着性と加圧ローラ汚れと、高温環境での定着器スリップが改善された。尚、本実施例では、環境温度情報のみで制御を行ったが、湿度制御及びその両方で制御を行った場合も同様の効果が得られた。
【００９２】
以上に述べたように、使用環境情報に応じて、前回転時の温度と定着時の温度の大小関係を可変することにより、使用環境によらず良好な定着性と加圧ローラ汚れ及び定着器スリップを防止できる。
【００９３】
〈その他〉
１）フィルム加熱方式の定着器は、実施例のものは加圧用回転体駆動方式であるが、エンドレスの定着フィルムの内周面に駆動ローラを設け、フィルムにテンションを加えながら駆動する方式の定着器であってもよいし、フィルムをロール巻きの有端ウエブ状にし、これを走行駆動させる方式のフィルム型定着器であってもよい。
【００９４】
２）ヒータ１１は、ヒータ基板を窒化アルミニウムにすることを条件にして、他の構成形態は任意である。
【００９５】
図１０に、窒化アルミニウムをヒータ基板とする、表面加熱型のセラミックヒータ１１を用いた、フィルム加熱方式の定着器の一例を示した。（ａ）は定着ニップ部分の横断面模型図である。（ｂ）はヒータの一部切り欠き表面模型図、（ｃ）はヒータの背面模型図である。
【００９６】
ステイホルダー（支持体）１２に固定支持させたヒータ１１と、該ヒータ１１に定着フィルム１３を挟んで所定のニップ幅の定着ニップ部Ｎを形成させて圧接させた弾性加圧ローラ２０を有する。ヒータ１１は通電により所定の温度に加熱・温調される。定着フィルム１３は不図示の駆動手段あるいは加圧ローラ２０の回転力により、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ１１面に密着・摺動しつつ矢印ａの方向に搬送移動される、円筒状あるいはエンドレスベルト状、もしくはロール巻きの有端ウェブ状の部材である。
【００９７】
ヒータ１１を所定の温度に加熱・温調させ、定着フィルム１３を矢印の方向に搬送移動させた状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間に被加熱材としての未定着トナー像ｔを形成担持させた記録材Ｐを導入すると、記録材Ｐは定着フィルム１３の面に密着して該定着フィルム１３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送される。この定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐ・トナー像ｔがヒータ１１により定着フィルム１３を介して加熱されて記録材Ｐ上のトナー像ｔが加熱定着される。
【００９８】
加熱部材としてのヒータ１１は、窒化アルミニウムのヒータ基板１１ａの表面面（定着フィルム１３と対面する側の面）に基板長手（図面に垂直の方向）に沿って銀バラジューム（Ａｇ／Ｐｂ）・Ｔａ₂Ｎ等の通電発熱抵抗層１１ｂをスクリーン印刷等で形成具備させ、さらに該発熱抵抗層形成面を薄肉ガラス保護層１１ｃで覆ってなるものである。このセラミックヒータ１１は通電用電極１１ｄ・１１ｄに通電がなされることにより該通電発熱抵抗層１１ｂが発熱してヒータ基板１１ａ・ガラス保護層１１ｃのヒータ全体が急速昇温する。このヒータ１１の昇温がヒータ背面に配置された温度検知手段１４により検知されて、電路パターン１１ｅ・通電用スルーホール１１ｆを介して温度制御出力用電極部１１ｇ・１１ｇから不図示の通電制御部へフィードバックされる。通電制御部は温度検知手段１４で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温度）に維持されるように通電発熱抵抗層１１ｂに対する通電を制御する。すなわちヒータ１１は所定の定着温度に加熱・温調される。
【００９９】
ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂの長手方向の幅Ｗは定着フィルム１３を介して当接される加圧ローラ２０の弾性層２２の幅Ｄに比べ若干狭い幅で形成されている。これは、通電発熱抵抗層１１ｂが加圧ローラ２０よりはみ出ることによって、局所的に昇温し、その熱応力により破損するのを防止するためである。また、通電発熱抵抗層１１ｂはトナー像ｔを形成担持させた記録材Ｐの搬送領域より十分広い幅で形成されている。これにより、端部温度だれ（ヒータ１１端部の通電用電気接点及びコネクタ等への熱のリークによるもの）の影響をなくすことができ、これにより記録材Ｐ全面にわたって良好な定着性が得られる。更に、通紙域端部の通電発熱抵抗層１１ｂの幅を絞り、端部の発熱量を上げ、端部の定着性を補う場合もある。
【０１００】
これによりヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂに通電することで発した熱は、定着フィルム１３と加圧ローラ２０の間を搬送された記録材Ｐに与えられ、記録材Ｐ上のトナー像ｔを溶融し、固着するために作用する。
【０１０１】
また、Ｓは記録材搬送基準であり、この場合は画像形成装置本体の記録材搬送領域の長手方向中央に基準を設けた中央基準の装置である。
【０１０２】
さらにヒータ１１背面には、サーミスタ等の温度検知素子１４と暴走時にヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂへの通電をシャットダウンするための温度ヒューズ、あるいはサーモスイッチ等のサーモプロテクター３５を当接させてあり、これらは画像形成装置が搬送可能な最小幅の記録材Ｐの搬送域内に配置されている。
【０１０３】
ここで、温度検知素子１４については、画像形成装置本体が搬送可能な最小幅の記録材Ｐが搬送された場合であっても、記録材Ｐ上のトナー像ｔを定着不良、高温オフセット等の問題を起こさずに適度な定着温度で加熱定着するために、記録材最小搬送域内に設けられている。一方、サーモプロテクター３５についても、最小幅の記録材Ｐが搬送された場合に非搬送領域において、搬送領域よりも熱抵抗が小さい非搬送領域で過加熱されることにより、通常の搬送時であってもサーモプロテクター３５が誤動作して通電をシャットアウトする等の問題を引き起こさないために、記録材最小搬送域内に設けられている。ところでサーモプロテクター３５をヒータ１１背面に当接することにより、通電発熱抵抗層１１ｂで発生した熱量がサーモプロテクター３５に奪われて、記録材Ｐに十分な熱量が与えられなくなり、サーモプロテクター３５当接位置において定着不良を起こすことがある。これを防ぐために通電発熱抵抗層１１ｂのサーモプロテクター１５当接対応位置において、１１ｂ′のようにヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂの一部の幅を若干狭めて、該当接位置の抵抗値を他の部分より大きくすることで発熱量を確保している。これにより記録材Ｐへの給熱量を長手方向に渡って一定とし、定着むらのない良好な加熱定着を実現している。ここで温度検知素子１４も同様にヒータ１１背面に当接させているため、同様に通電発熱抵抗層によって発した熱が温度検知素子１４に奪われることが懸念されるが、チップサーミスタ等熱容量の小さい温度検知素子１４を用いることにより、ヒータ１１から奪われる熱量を小さく抑えることができる。このためサーモプロテクター３５と同様の上記対策を取らなくても、長手方向において記録材の定着均一性を損ねることなく均一な定着が可能となる。
【０１０４】
定着フィルム１３は、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ１１の熱を効率よく被加熱材としての記録材Ｐに与えるため、厚みは２０〜７０μｍとかなり薄くしている。この定着フィルム１３はフィルム基層、プライマー層、離型性層の３層構成で構成されており、フィルム基層側がヒータ側であり、離型性層側が加圧ローラ側である。フィルム基層はヒータ１１のガラス保護層１１ｃより絶縁性の高いポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等であり、耐熱性、高弾性を有している。また、フィルム基層により定着フィルム１３全体の引裂強度等の機械的強度を保っている。プライマー層は厚み２〜６μｍ程度の薄い層で形成されている。離型性層は定着フィルム１３に対するトナーオフセット防止層であり、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂を厚み１０μｍ程度に被覆して形成してある。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、フィルム加熱方式の定着器を用いている画像形成装置について、画像形成装置の前回転時のヒータ温度をヒータ割れを生じさせることなく高くすることを可能にして加圧ローラ（加圧部材）の温度を高め、定着性の改善及び加圧ローラ汚れの防止が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の画像形成装置の概略構成模型図
【図２】画像形成装置の動作シーケンス図
【図３】定着器の拡大模型図
【図４】定着ニップ部部分の拡大横断面模型図
【図５】ヒータの一部切り欠き背面模型図
【図６】ヒータ立ち上げ方法を表す図
【図７】第１の比較例の制御を表すフローチャート
【図８】第２の比較例の制御を表すフローチャート
【図９】第１の実施例の制御を表すフローチャート
【図１０】表面加熱型のセラミックヒータを用いた、フィルム加熱方式の
定着器の一例の構成説明図
【符号の説明】
１０・・定着部材、１１・・加熱部材（ヒータ）、１１₁・・セラミック基板（ヒータ基板）、１１₂〜１１₄・・通電発熱抵抗層（発熱体）、１１₅〜１１₈・・給電用電極パターン、１１₉・・薄肉ガラス保護層、１２・・フィルムホルダー、１３・・薄肉フィルム（定着フィルム）、１４，１５・・温度検知素子、２０・・加圧ローラ、２１・・加圧ローラ芯金、２２・・弾性層、２３・・離型性層

Claims

窒化アルミニウムの基板上に発熱抵抗体を有するヒータと、内面が該ヒータと摺動する筒状のフィルムと、該フィルムを介して前記ヒータと圧接して定着ニップを形成する加圧ローラと、前記ヒータの温度を検知する温度検知素子と、を有し、前記加圧ローラを駆動することにより前記フィルムが従動回転し、前記定着ニップの前記フィルムと前記加圧ローラの間で未定着トナー画像が形成された記録材を挟持搬送して前記ヒータの熱で前記未定着トナー画像を前記記録材に加熱定着させる定着器と、
前記温度検知素子の検知温度が目標温度を維持するように前記ヒータへの通電を制御する制御手段と、
を有し、プリント開始信号が入力した後に前記ヒータへの通電を開始する画像形成装置において、
装置の使用環境温度を検知する環境検知素子を有し、
前記プリント開始信号が入力し前記ヒータへの通電を開始した時点から前記定着ニップで前記未定着トナー画像を定着処理する時の第１の目標温度に前記ヒータが達する時点までの期間に、前記検知温度が第２の目標温度を維持するように前記ヒータへの通電を制御し、
前記環境検知素子により常温環境と検知される場合、前記プリント開始信号が入力した時の前記温度検知素子の検知温度が基準温度より高い場合は前記第２の目標温度を前記第１の目標温度より低く設定し、前記プリント開始信号が入力した時の前記温度検知素子の検知温度が前記基準温度より低い場合は前記第２の目標温度を前記第１の目標温度より高く設定し、
前記環境検知素子により前記常温環境より温度が低い低温環境と検知される場合、前記プリント開始信号が入力した時の前記温度検知素子の検知温度に拘らず、前記第２の目標温度を前記第１の目標温度より高く設定し、
前記環境検知素子により前記常温環境より温度が高い高温環境と検知される場合、前記プリント開始信号が入力した時の前記温度検知素子の検知温度に拘らず、前記第２の目標温度を前記第１の目標温度より低く設定することを特徴とする画像形成装置。