JP5151086B2

JP5151086B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5151086B2
Application number: JP2006211769A
Authority: JP
Inventors: 俊樹速水; 宏史船曵
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: JP2008039970A

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

定着ローラに加圧ローラを圧接した状態で定着に必要な温度まで加熱した場合、加圧ローラが必要以上に昇温してしまい、「トナーブリスタ」現象が生じることが知られている（例えば、特許文献１参照）。トナーブリスタは、記録媒体中の水分が定着熱により水蒸気となり、当該水蒸気の蒸気圧が記録媒体上のトナー画像に作用することにより、記録媒体上のトナー画像が乱れ、光沢ムラが発生する現象である。

普通紙等の非塗工紙では、当該水蒸気は記録媒体の内部を通して外部に放出することが可能であり、あまりトナーブリスタは発生しないが、塗工紙では、塗工層があるため記録媒体の内部を通して外部に放出することができず、記録媒体とトナー層との間に水蒸気が溜まり、トナーブリスタが発生しやすくなる。

特許文献１では、トナーブリスタが発生しないようにする為、加熱の途中で加圧ローラの圧接を解除し、その後は加圧ローラを独立で温度制御することにより加圧ローラが必要以上に昇温されないようにしている。
特開２００５−２１５５８０号公報

しかしながら、特許文献１の場合においても、プリント動作に伴って、加圧ローラを定着ローラに圧接することになり、あまり早くに加圧ローラを圧接してしまうと記録媒体が定着部を通過するまでに加圧ローラが必要以上に昇温してしまい、トナーブリスタが発生する可能性がある。

逆に、加圧ローラの圧接が遅すぎると、加圧ローラの圧接時に定着ローラが停止するような構成においては、加圧ローラを圧接した際に定着ローラ側のニップ部の熱量が加圧ローラに奪われ当該ニップ部の温度が局所的に低下し、その後の定着ローラの回転によっても十分に当該ニップ部の温度が回復しないうちに記録媒体が到達することになり、当該ニップ部の形状に対応した光沢度の低い帯状の部分（以下、ニップ跡と称する）が画像上に目立つようになる。図５参照。定着ローラと加圧ローラとの温度差が大きいほどニップ跡は発生しやすくなる。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、画像欠陥のない良質な画像を得ることが可能な画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、互いに圧接される回転駆動可能な加熱部材及び加圧部材のニップ部に記録媒体を通過させることにより定着を行う画像形成装置において、前記加熱部材を加熱する第１ヒータと、前記加圧部材を加熱する第２ヒータと、前記加熱部材及び加圧部材を回転駆動する駆動機構と、前記加熱部材及び加圧部材を互いに圧接解除する圧接解除機構と、前記第１ヒータ、前記第２ヒータ、前記駆動機構及び前記圧接解除機構を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記加熱部材の表面温度が第１の温度となるように前記第１ヒータを制御し、且つ前記加圧部材の表面温度が前記第１の温度より低い第２の温度となるように前記第２ヒータを制御し、プリント指示後、前記圧接解除機構により前記第１の温度まで加熱された前記加熱部材及び前記第２の温度まで加熱された前記加圧部材をそれぞれ停止した状態で互いに圧接し、その後、前記加熱部材が１回転より多く回転駆動された後に前記記録媒体が前記ニップ部に到達するように前記駆動機構及び前記圧接解除機構を制御することを特徴としている。

本発明によれば、加圧ローラを適正なタイミングで圧接するようにしたので、画像欠陥のない良質な画像を得ることができる。

本発明を図示の実施形態に基づいて説明するが、本発明は当該実施形態に限られない。

（装置全体構成）
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の構成図である。画像形成装置１は、原稿搬送部１０、画像読取部２０、画像形成部３０、給紙部４０、転写部５０、定着部６０、等から構成されている。

原稿搬送部１０は、載置された原稿Ｄを１枚ずつ画像読取部２０に向けて搬送する。

画像読取部２０は、原稿搬送部１０により搬送されてきた原稿Ｄの画像を読み取り画像データを出力する。

画像形成部３０は、４色の画像形成部３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋを有し、フルカラーの画像形成を行う。画像形成部３０Ｙは、感光体３１Ｙの周囲に帯電器３２Ｙ、露光器３３Ｙ、現像器３４Ｙ、クリーニング器３５Ｙ等を有している。感光体３１Ｙの表面を、帯電器３２Ｙにより帯電し、画像読取部２０から出力された画像データに基づき露光器３３Ｙにより露光し、現像器３４Ｙにより現像することにより、感光体３１Ｙの表面にトナー画像を形成する。当該トナー画像は、転写部５０により記録媒体に転写される。転写後の感光体３１Ｙ表面の残留トナーは、クリーニング器３５Ｙによりクリーニングされる。画像形成部３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋについても同様である。

給紙部４０は、転写部５０に向けて記録媒体Ｐを給紙する。

転写部５０は、画像形成部３０の感光体３１の表面に担持されたトナー画像を給紙部４０から給紙されてきた記録媒体Ｐに転写する。転写部５０は、中間転写ベルト５１、一次転写ローラ５２Ｙ，５２Ｍ，５２Ｃ，５２Ｋ、二次転写ローラ５３、クリーニング器５４等を有している。感光体３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋの表面に担持されたトナー画像は、一次転写ローラ５２Ｙ，５２Ｍ，５２Ｃ，５２Ｋにより中間転写ベルト５１に一次転写され、その後二次転写ローラ５３により記録媒体Ｐに転写される。

定着部６０は、転写部５０から搬送されてくるトナー画像が形成された記録媒体Ｐを加熱及び加圧し、トナー画像を記録媒体Ｐに定着させる。定着された記録媒体Ｐは、装置外に排出される。

（定着部６０の構成）
図２は、本実施形態に係る定着部６０の構成図である。定着部６０は、定着ベルト６１、加熱ローラ６２、定着ローラ６３、加圧ローラ６４、カム６５、圧縮バネ６６、ワンウェイクラッチ６７，６８，６９、定着モータ７０、等から構成されている。

定着ベルト６１は、加熱ローラ６２及び定着ローラ６３の周囲に巻き回され、トナー画像が形成された記録媒体Ｐと接触し記録媒体Ｐにトナー画像を定着させる。定着ベルト６１は、本発明の加熱部材に相当する。

加熱ローラ６２は、内部にヒータＨ１（本発明の第１ヒータに相当）を有し、定着ベルト６１を加熱する。ヒータＨ１は、定着ベルト６１の温度が所定温度（例えば、２００℃）に維持されるように制御される。

定着ローラ６３は、定着ベルト６１を内側から付勢し、定着ベルト６１を記録媒体Ｐに当接させる。

加圧ローラ６４は、内部にヒータＨ２（本発明の第２ヒータに相当）を有し、定着ベルト６１を介して定着ローラ６３に接離可能に設けられている。加圧ローラ６４を定着ベルト６１を介して定着ローラ６３に圧接させた状態で、トナー画像が形成された記録媒体Ｐを通紙することにより、記録媒体Ｐにトナー画像が定着される。ヒータＨ２は、加圧ローラ６４の表面温度が定着ベルト６１の温度よりも低い温度（例えば、１２０℃）に維持されるように制御される。加圧ローラ６４は、本発明の加圧部材に相当する。

カム６５は、回転することにより、加圧ローラ６４を定着ベルト６１を介して定着ローラ６３に圧接させる。

圧縮バネ６６は、加圧ローラ６４圧接時に、所定荷重（例えば、１０００Ｎ）で圧接する。

ワンウェイクラッチ６７，６８は、定着モータ７０の駆動を定着ローラ６３及び加圧ローラ６４に伝達するために設けられ、定着モータ７０が正回転する際に駆動を伝達する。定着モータ７０が逆回転する際には、駆動は伝達されない。また、ワンウェイクラッチ６７は、加圧ローラ６４圧接時において、仮に加圧ローラ６４の回転速度が定着ローラ６３の回転速度より速くなるような場合に、ギアの破損なく定着ローラ６３が加圧ローラ６４に追随して回転できるように設けられている。ワンウェイクラッチ６７，６８や不図示のギヤ等で本発明の駆動機構が構成される。

ワンウェイクラッチ６９は、定着モータ７０の駆動をカム６５に伝達するために設けられ、定着モータ７０が逆回転する際に駆動を伝達する。定着モータ７０が正回転する際には、駆動は伝達されない。つまり、カム６５による加圧ローラ６４の圧接時には、定着ローラ６３及び加圧ローラ６４は回転を停止する。ワンウェイクラッチ６９、カム６５、圧縮バネ６６等で本発明の圧接解除機構が構成される。

定着モータ７０は、正回転時に定着ローラ６３及び加圧ローラ６４に駆動が伝達され、逆回転時にカム６５に駆動が伝達される。定着モータ７０は、制御部１００に接続され、制御部１００からの指示に基づき、正回転、逆回転、停止の各動作を行う。定着モータ７０が本発明のモータに相当する。

制御部１００は、プログラムに従って定着モータ７０等の制御を実行するＣＰＵ、当該プログラムや必要なデータを記憶するＲＯＭ、ＣＰＵによりワークエリアとして利用されるＲＡＭ、等から構成される。

（制御）
図３は、本実施形態に係る加圧ローラ圧接制御の制御フロー図である。図４は、本実施形態に係る加圧ローラ圧接制御のタイムチャートである。以下、図３及び図４を用いて加圧ローラ圧接制御について説明する。一例であり、これに限定するものではない。

加圧ローラ圧接制御は、制御部１００が制御部１００のＲＯＭに記憶されているプログラムに基づいて実行する。図３の加圧ローラ圧接制御のフローは、不図示のプリントボタン、あるいはパーソナルコンピュータからの印刷指示等のプリント開始の指示により開始される（図４のｔ０）。尚、初期状態において、加圧ローラ６４は定着ローラ６３から離間し、定着モータ７０は正方向に回転して定着ローラ６３、加圧ローラ６４及び定着ベルト６１を駆動し、ヒータＨ１，Ｈ２はそれぞれ定着ベルト６１の表面温度及び加圧ローラ６４の表面温度が所定温度（例えば、定着ベルト６１の表面温度：２００℃、加圧ローラ６４の表面温度：１２０℃）になるように制御されているものとする。

まず、制御部１００は、時間Ｔ１が経過したか否かを判断する。即ち、プリント開始の指示から時間Ｔ１が経過したか否かを判断する（ステップＳ１）。

時間Ｔ１が経過したと判断すると（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、制御部１００は、正回転していた定着モータ７０を逆回転させ、カム６５を駆動する（ステップＳ２）（図４のｔ１）。これにより、定着ローラ６３、加圧ローラ６４及び定着ベルト６１が停止するとともに、加圧ローラ６４の圧接動作が開始される。

時間Ｔ１が経過していないと判断すると（ステップＳ１；Ｎｏ）、制御部１００は、定着ベルト６１が時間Ｔ１が経過するまで待機する。

次に、制御部１００は、カム６５が所定位置まで回転したか否か判断する。（ステップＳ３）。

カム６５が所定位置まで回転したと判断すると（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、制御部１００は、逆回転していた定着モータ７０を正回転させ、定着ローラ６３、加圧ローラ６４及び定着ベルト６１を駆動する（ステップＳ４）（図４のｔ２）。これにより、加圧ローラ６４の圧接動作が完了する。

カム６５が所定位置まで回転していないと判断すると（ステップＳ３；Ｎｏ）、制御部１００は、カム６５が所定位置まで回転するまで待機する。

その後、図４のｔ３において、定着ニップに記録媒体Ｐが到達する。

ここで、ｔ２からｔ３までの間に定着ベルト６１が少なくとも１回転（定着ベルト６１が１回転する時間をＴ２：図４参照）できるようになっている。つまり、ｔ２＋Ｔ２≦ｔ３となっている。このような条件を満足するように、プリント開始の指示から加圧ローラ６４の圧接動作の開始までの時間Ｔ１を設定する。

このように、加圧ローラ６４の圧接動作の完了後、定着ベルト６１を１回転以上加熱しながら回転させることで、圧接時に定着ローラ側のニップ部の熱量が加圧ローラに奪われ当該ニップ部の温度が局所的に低下しても、当該ニップ部の温度を回復させることができるのでニップ跡が発生することが抑制される。

また、ステップＳ１における時間Ｔ１は、トナーブリスタの発生も考慮して設定する。加圧ローラは、設定温度（例えば、１２０℃）に制御されているが、圧接時には、定着ローラ側から熱を受け取り、設定温度以上に表面温度が上昇する。圧接後、加圧ローラ６４の回転回数が増加する毎に階段状に上昇する。そして、加圧ローラ６４の回転回数が所定回転回数以上になり所定温度を超えると、トナーブリスタが発生するようになる。トナーブリスタの発生は、記録媒体の種類、定着部の構成、等によって発生状況が異なるので、時間Ｔ１の設定は使用状況を考慮し適宜設定する。

以上のように、本実施形態によれば、ニップ跡及びトナーブリスタが発生しないようにステップＳ１における時間Ｔ１を設定することにより、画像欠陥のない良質な画像を得ることが可能となる。

本実施形態のように、フルカラー画像形成装置では記録媒体上のトナー付着量が多くトナーブリスタが発生しやすいので、特に本実施形態の制御は有効である。

本実施形態では、加熱部材としてベルトを用いたが、ヒートローラを用い、当該ヒートローラに加圧ローラを圧接するようにしてもよい。

（定着部の構成）
図２に示す定着部を用いて試験を行った。以下に、定着ベルト６１、加熱ローラ６２、定着ローラ６３、加圧ローラ６４の構成を示す。

定着ベルト６１は、φ８０ｍｍであり、ＰＦＡチューブ（０．２ｍｍ）／シリコンゴム（０．２ｍｍ）／ポリイミド基材（０．１１ｍｍ）、の層構成をしている。

加熱ローラ６２は、φ５２ｍｍであり、ＰＦＡコーティング（０．３ｍｍ）／アルミ芯金、の層構成をしている。

定着ローラ６３は、φ４０ｍｍであり、シリコンゴム（７．５ｍｍ）／アルミ芯金、の層構成をしている。

加圧ローラ６４は、φ５０ｍｍであり、ＰＦＡコーティング（０．３ｍｍ）／シリコンゴム（２．０ｍｍ）／アルミ芯金、の層構成をしている。

加圧ローラ６４圧接時における、総荷重は１０００Ｎであり、このときの定着ローラ６３とのニップ幅は約１２ｍｍであった。

画像形成装置１のプロセス速度は、約３００ｍｍ／ｓｅｃである。

（試験条件）
定着ベルト６１の表面温度を２００℃、加圧ローラ６４の表面温度を１２０℃に維持するように設定し、記録媒体Ｐとして王子製紙社製の塗工紙であるＯＫ金藤（斤量１０４．７ｇ／ｍ²）を用いて以下の試験を行った。

画像形成装置１のコピーボタンを押してから加圧ローラ６４の圧接を開始するまでの時間（圧接開始タイミング）を変化させて、記録媒体Ｐ上にカラー写真画像を形成し、当該記録媒体Ｐ上に画像形成されたカラー写真画像を基づいて、トナーブリスタ及びニップ跡の発生状態を目視評価した。それぞれの圧接開始タイミングにおいて、圧接後の定着ベルト６１の回転回数（図４のｔ２からｔ３までの間に回転する回転回数）及び圧接後の加圧ローラ６４の回転回数（図４のｔ２からｔ３までの間に回転する回転回数）も示している。

また、記録媒体が定着ニップに到達する直前の加圧ローラ６４の表面温度も測定した。

測定結果を表１に示す。トナーブリスタ及びニップ跡において、良好の場合を○、わずかに不良が見られるが許容レベルを△、ＮＧレベルを×で示した。

トナーブリスタは、圧接開始タイミングが、２．６ｓｅｃ以上で○、１．５〜２．５ｓｅｃで△、１．０ｓｅｃ以下で×となった。圧接後の定着ベルト６１の回転回数で示すと、２．６回以下で○、２．７〜３．９回で△、４．５回以上で×となった。圧接後の加圧ローラ６４の回転回数で示すと４．２回以下で○、４．４〜６．３回で△、７．３回以上で×となった。加圧ローラ６４の温度で示すと、１３１℃以下で○、１３１〜１３５℃で△、１３９℃以上で×となった。

ニップ跡は、圧接開始タイミングが、３．２ｓｅｃ以下で○、３．３〜３．９ｓｅｃで△、４．０ｓｅｃ以上で×となった。圧接後の定着ベルト６１の回転回数で示すと、１．９回以上で○、１．１〜１．８回で△、１．０回以下で×となった。圧接後の加圧ローラ６４の回転回数で示すと３．１回以上で○、１．７〜２．９回で△、１．５回以下で×となった。加圧ローラ６４の温度で示すと、１２８℃以上で○、１２４〜１２７℃で△、１２３℃以下で×となった。

以上から、本実施例においては、圧接開始タイミングを１．５〜３．９ｓｅｃ、圧接後の定着ベルト６１の回転回数を１．１〜３．９回、圧接後の加圧ローラ６４の回転回数を１．７〜６．３回、又は加圧ローラ６４の温度を１２４〜１３５℃に設定すると、トナーブリスタ及びニップ跡の許容できる画像が得られる。

より好ましくは、圧接開始タイミングを２．６〜３．２ｓｅｃ、圧接後の定着ベルト６１の回転回数を１．９〜２．６回、圧接後の加圧ローラ６４の回転回数を３．１〜４．２回、又は加圧ローラ６４の温度を１２８〜１３１℃に設定すると、トナーブリスタ及びニップ跡の発生しない良好な画像が得られる。

本実施例では、記録媒体Ｐとして王子製紙製のＯＫ金藤（斤量１０４．７ｇ／ｍ²）を用いて試験を行い、トナーブリスタがＮＧになる加圧ローラ６４の表面温度が１３９℃であったが、他の記録媒体を用いた場合のトナーブリスタがＮＧになる加圧ローラ６４の表面温度を記録媒体の斤量とともに表２に示す。いずれの記録媒体も王子製紙社製の塗工紙である。記録媒体以外の他の試験条件は上記実施例と同様である。

記録媒体の斤量が小さいほど、トナーブリスタがＮＧになる加圧ローラ６４の表面温度は低くなっている。薄い記録媒体ほど熱容量が小さく記録媒体の温度が上昇しやすいため、記録媒体中の水分が蒸発しやすいからである。

本実施形態に係る画像形成装置の構成図である。本実施形態に係る定着部６０の構成図である。本実施形態に係る加圧ローラ圧接制御の制御フロー図である。本実施形態に係る加圧ローラ圧接制御のタイムチャートである。ニップ跡の説明図である。

符号の説明

１画像形成装置
６０定着部
６１定着ベルト
６２加熱ローラ
６３定着ローラ
６４加圧ローラ
６５カム
６６圧縮バネ
６７，６８，６９ワンウェイクラッチ
７０定着モータ
１００制御部
Ｐ記録媒体
Ｈ１，Ｈ２ヒータ

Claims

互いに圧接される回転駆動可能な加熱部材及び加圧部材のニップ部に記録媒体を通過させることにより定着を行う画像形成装置において、
前記加熱部材を加熱する第１ヒータと、
前記加圧部材を加熱する第２ヒータと、
前記加熱部材及び加圧部材を回転駆動する駆動機構と、
前記加熱部材及び加圧部材を互いに圧接解除する圧接解除機構と、
前記第１ヒータ、前記第２ヒータ、前記駆動機構及び前記圧接解除機構を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記加熱部材の表面温度が第１の温度となるように前記第１ヒータを制御し、且つ前記加圧部材の表面温度が前記第１の温度より低い第２の温度となるように前記第２ヒータを制御し、プリント指示後、前記圧接解除機構により前記第１の温度まで加熱された前記加熱部材及び前記第２の温度まで加熱された前記加圧部材をそれぞれ停止した状態で互いに圧接し、その後、前記加熱部材が１回転より多く回転駆動された後に前記記録媒体が前記ニップ部に到達するように前記駆動機構及び前記圧接解除機構を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記加熱部材は、ベルト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。
前記制御部は、前記圧接解除機構により前記加熱部材及び加圧部材を互いに圧接した後、前記加圧部材の表面温度が、許容できないトナーブリスタが発生する温度に達する前に、前記記録媒体が前記ニップ部に到達するように制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
前記制御部は、前記圧接解除機構により前記加熱部材及び加圧部材を互いに圧接した後、前記加圧部材の回転回数を、前記加圧部材の表面温度が許容できないトナーブリスタが発生する温度に達する前に、前記記録媒体が前記ニップ部に到達するような回転回数となるように制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
前記許容できないトナーブリスタが発生する温度は、前記記録媒体の斤量に基づいて設定された温度であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の画像形成装置。