JP6648494B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、未定着のトナー画像を定着させるための定着装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。

近年、プリンタ・複写機・ファクシミリ等の画像形成装置に対し、省エネルギー化・高速化についての市場要求が強くなってきている。上記の画像形成装置においては、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式や直接方式により未定着トナー画像が記録材シート・印刷紙・感光紙・静電記録紙等の記録媒体（以下、「用紙」という。）に形成される。

ところで、上記した画像形成装置においては、未定着のトナー画像を定着させるための定着装置が用いられている。このような定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式や電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式のものが採用されている。

上記した定着装置として特許文献１、２に開示された構成のものがある。特許文献１に開示された定着装置はベルト方式のものであり、さらなるウォームアップ時間やファーストプリント時間の短縮化が望まれている（課題１）。「ウォームアップ時間」とは、電源投入時等、常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）までに要する時間をいう。「ファーストプリント時間」とは、印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間をいう。

また、画像形成装置の高速処理化に伴い、単位時間あたりの用紙の通紙枚数が増え、必要熱量が増大している。このため、特に連続印刷の始めに熱量が不足する（所謂、温度落ち込み）ことが問題となっている（課題２）。

特許文献２に開示された定着装置は、セラミックヒータを用いたサーフ定着（フィルム定着）方式のものであり、このサーフ定着方式の採用によって上記したベルト方式の定着装置に比べ、低熱容量化、小型化が可能になる。しかしながら、サーフ定着方式では、ニップ部のみを局所加熱しているため、その他の部分が加熱されておらず、ニップの用紙等の入口においてベルトは最も冷えた状態にあり、定着不良が発生しやすくなるという問題がある。特に、ベルトの回転が速く、ニップ部以外でのベルトの放熱が多くなる高速処理においては、より定着不良が発生しやすくなるという問題がある（課題３）。

上記した課題１〜３の解決を目的として、加熱装置とした名称において特許文献３に開示された構成のものがある。図５は、特許文献３に開示された加熱装置の概略的な構成を示す概略断面図である。図５に示す加熱装置は、無端ベルト１の内部にパイプ状の金属熱伝導体２を、無端ベルト１の移動をガイドするように固定し、その金属熱伝導体２により、これの内部の熱源３により無端状ベルト１を間接的に加熱するようになっている。

また、無端ベルト１を介して金属熱伝導体２に接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ４を備えており、その加圧ローラ４の回転に連れ回りするようにして無端ベルト１を周方向に移動させる。なお、符号５は金属ローラ、符号６は弾性層である。

すなわち、特許文献３に開示された加熱装置は、無端状ベルト１を用いた構成において、その無端状ベルト１全体を温めるようにしたものである。この構成によれば、加熱待機時からのファーストプリント時間を短縮することができ、かつ、高速回転処理時の熱量不足を解消して、高生産の画像形成装置に搭載されても、良好な定着性を得ることができるものである。

しかしながら、特許文献３に開示された加熱装置においては、上記したファーストプリント時間の短縮等を図ることができるものの、さらなる省エネ性及びファーストプリント時間を向上させるためには、熱効率をさらに向上させる必要がある。

上記従来の各定着装置等においては、無端状ベルト１を直接加熱する構成とすることにより、省エネ性が高く、加熱待機時からのファーストプリント時間をさらに短縮することができるようになる。その一方、従来は問題とならなかった、ヒータを持たない加圧ローラ自体の温度により、温度制御性が悪化することが明らかになった。すなわち、加圧温度が高い時に用紙がニップを通過する場合、その直前までの定着部材への供給電力は少ない。この状態において用紙がニップ通過した場合、加圧ローラの温度は急激に大きく下がる。それによって制御している定着部材の温度も必要以上に下がってしまうため、落ち込みが発生する。このことが原因で温度リップルが発生し、その後数秒間の温度制御性が悪化してしまう。他方、加圧温度が低い場合、用紙が通過しても加圧温度の温度はあまり下がらず、また、その直前まで比較的大きな電力を供給しているため、落ち込みは発生しない。

そこで本発明は、低熱容量化、復帰時間短縮化とともに温度リップルの低減を図り、安定した画像品質を得ることができる定着装置及びこれを用いた画像形成装置の提供を目的としている。

上記課題を解決するための請求項１に記載した本発明は、未定着のトナーを記録媒体に定着させるための定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材との間において記録媒体を加圧する加圧部材と、前記加圧部材との間においてニップを形成するニップ形成部材と、前記加熱源への供給電力を制御する電力制御回路と、前記加圧部材の温度を検知する加圧温度検知センサとを有する定着装置において、前記加圧温度検知センサによって検知した加圧温度に応じて、加熱源への電力供給を増減補正し、かつ、所期の電力供給タイミングを遅早補正する供給電力補正手段を有することを特徴としている。

本発明によれば、低熱容量化、復帰時間短縮化とともに温度リップルの低減を図り、安定した画像品質を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る定着装置を用いた画像形成装置の構成を示す概略側断面図である。 同上の定着装置の主たる構成を示す拡大側正面図である。 加熱源への電力供給の補正をしない従来の構成における加圧温度の推移を示す模式図であり、（Ａ）は加圧温度が低い場合における温度推移を示す模式図、（Ｂ）は、加圧温度が高い場合における温度推移を示す模式図である。 加熱源への電力供給の補正をする本装置における加圧温度の推移を示す模式図であり、（Ａ）は加圧温度が低い場合における温度推移を示す模式図、（Ｂ）は、加圧温度が高い場合における温度推移を示す模式図である。 特許文献３に開示された加熱装置の概略的な構成を示す概略断面図である。

以下、本発明に係る定着装置及びこの定着装置を用いた画像形成装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る定着装置を用いた画像形成装置の概略構成を示す側断面図である。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付すことにより、それらの重複した説明を適宜に簡略化し又は省略する。

以下には、画像形成装置としてカラーレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）を一例として説明する。図１に示すプリンタ１０は、このプリンタ本体の中央部分に、４つの作像部１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋが設けられている。各作像部１１Ｙ等は、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。

各作像部１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋは、ドラム状の感光体１２、この感光体１２の表面を帯電させる帯電装置１３、現像装置１４、クリーニング装置１５等を備えている。現像装置１４は、感光体１２の表面にトナーを供給するものであり、また、クリーニング装置１５は感光体１２の表面を清掃するものである。

なお、図１においては、ブラックの作像部１１Ｋが備えている感光体１２、帯電装置１３、現像装置１４、クリーニング装置１５のみに符号を付しており、その他の作像部１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃについては省略している。

作像部１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの下方には、各感光体１２の表面を露光するための露光装置１６が配設されている。露光装置１６は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有しており、画像データに基づいて各感光体１２の表面にレーザー光を照射するようになっている。

作像部１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの上方には、転写装置１７が配設されている。転写装置１７は、中間転写ベルト１８、四つの一次転写ローラ１９、二次転写ローラ２０、二次転写バックアップローラ２１、クリーニングバックアップローラ２２、テンションローラ２３及びベルトクリーニング装置２４を有している。

中間転写ベルト１８は無端状に形成されており、二次転写バックアップローラ２１、クリーニングバックアップローラ２２及びテンションローラ２３によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ２１が回転駆動することによって、中間転写ベルト１８は図中矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

四つの一次転写ローラ１９は、それぞれ各感光体１２との間で中間転写ベルト１８を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ１９には、電源が接続されており、所定の直流電圧や交流電圧が印加されるようになっている。

二次転写ローラ２０は、二次転写バックアップローラ２１との間で中間転写ベルト１８を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ１９と同様に、二次転写ローラ２０にも電源が接続されており、所定の直流電圧や交流電圧が印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置２４は、中間転写ベルト１８に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有している。このベルトクリーニング装置２４から伸びた廃トナー移送ホースは、廃トナー収容器の入り口部に接続されている。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２５が設けられており、そのボトル収容部２５には補給用のトナーを収容した四つのトナーボトル２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｋが着脱可能に装着されている。

各トナーボトル２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｋと上記各現像装置１４との間には、補給路が設けられている。この補給路を介し、各トナーボトル２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｋから各現像装置１４にトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、用紙Ｐを収容した給紙トレイ２６や、この給紙トレイ２６から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ２７等が設けてある。ここで、用紙Ｐとしては、普通紙以外に厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、手差し給紙機構を設けてもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ２６から二次転写ニップを通過させてプリンタ本体外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ２０の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップに用紙Ｐを搬送するための一対のレジストローラ２８が配設されている。

また、二次転写ローラ２０の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置Ａが配設されている。さらに、定着装置Ａよりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐをプリンタ本体外へ排出するための一対の排紙ローラ２９が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、一対の排紙ローラ２９によってプリンタ本体外に排出された用紙Ｐをストックするための排紙トレイ９が設けてある。

次に、本発明の一実施形態に係る定着装置Ａについて図面を参照して説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る定着装置Ａの主たる構成を示す拡大正面図である。定着装置Ａは、加圧部材である加圧ローラ３０、定着部材である定着ベルト４０、加熱源５０及びニップ形成部材６０を主要の構成としたものである。

定着ベルト４０は無端状にして形成されており、これの内部に上記した加熱源５０、ニップ形成部材６０が配設されている。この構成においては、定着ベルト４０が内周側から加熱源５０によって直接加熱されるようになる。上記の定着ベルト４０は、ニッケルやＳＵＳ等の金属ベルトやポリイミド等の樹脂材料を用いた基材４１を用いている。また、この定着ベルト４０表層は、ＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型層４２を被覆形成されており、トナーが付着しないように離型性を有している。

定着ベルト４０の基材４１と離型層４２の間には、シリコーンゴムの層等で形成する弾性層があってもよい。また、シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなって定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するには、シリコーンゴム層を１００［μｍ］以上の厚みにして設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像を改善できる。

本実施形態において示す加熱源５０は、ハロゲンヒータを用いたものであるが、これに限るものではなく、例えばＩＨ、抵抗発熱体やカーボンヒータ等を採用することができる。ニップ形成部材６０は、定着ベルト４０を介して対向する上記加圧ローラ３０とニップを形成するようにして配置され、また、定着ベルト４０の内周面に直接的に摺接するようになっている。なお、摺動シートを介して間接的に摺動させるようにしてもよい。

本実施形態において示すニップ形成部材６０は、これのニップ部Ｎの形状を平坦面に形成したものを示しているが、凹形状やその他の形状にしてもよい。ニップを凹形状にした場合、用紙Ｐの先端の排出方向が加圧ローラ３０寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生を抑制できる。

定着ベルト４０の内部には、ニップ部Ｎを支持するための支持部材（ステー）６１が設けられており、加圧ローラ３０により圧力を受けるニップ形成部材６０の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。この支持部材６１は、これの両端部において保持部材（フランジ）６２に保持固定されて位置決めされている。この支持部材６１の内壁面側には、その内壁面に沿うようにして、加熱源５０からの輻射熱等を遮るための反射部材６３が配設されている。これにより、加熱源５０からの輻射熱等により支持部材６１が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制している。なお、反射部材６３の代わりに、支持部材６１の内面に断熱又は鏡面処理を行っても同様の効果を得ることができる。

上記した定着ベルト４０は、加圧ローラ３０により連れ回り回転するようになっている。すなわち、図２に示す加圧ローラ３０が駆動源により回動すると、ニップ部Ｎにおいて定着ベルト４０に駆動力が伝達されて従動回転する。また、定着ベルト４０は、ニップ部Ｎ以外では両端部で保持部材６２にガイドされて回動する。このような構成により、安価でウォームアップが速い定着装置Ａを実現できる。

加圧ローラ３０は、芯金３１の外周部に弾性ゴム層３２を形成したものであり、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡ又はＰＴＦＥ層）を設けている。この加圧ローラ３０は、プリンタ本体内に設けられたモータ等の駆動源からギヤを介して駆動力が伝達されて回動するようになっている。

また、加圧ローラ３０はスプリング等により定着ベルト４０側に押圧されており、弾性ゴム層３２が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。なお、この加圧ローラ３０を中空構造にしてよく、また、この加圧ローラ３０の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を設けた構成にしてもよい。弾性ゴム層３２はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ３０内部に加熱源を設けない場合は、スポンジゴムを用いてもよい。なお、スポンジゴムを用いたときには断熱性が高まり定着ベルト４０の熱が奪われにくくなるのでより好ましい。

ところで、上記の加圧ローラ３０には、これの温度を検知するための加圧温度検知センサＳ１が配設されているとともに、上記した加熱源５０には電力制御回路７０が接続されている。制御部８０は、所要のプログラムの実行により加熱源５０への供給電力を制御する機能を有するものである。この制御部８０の入力側には加圧温度検知センサＳ１が、また、出力側には加熱源５０が接続されている。本実施形態において示す制御部８０は、次の機能を有している。

上記した加圧温度検知センサＳ１によって検知した加圧温度に応じ、加熱源５０への電力供給を増減補正し、かつ、所期の電力供給タイミングを遅早補正する機能。この機能を「供給電力補正手段８０ａ」という。具体的には、所定のプロセス条件に従って決定される固定電力が設定されており、加圧温度検知センサＳ１によって得た加圧温度に応じて固定電力を増減補正する。「所定のプロセス条件」は、記録媒体の厚み、線速、カラーモード、プロセス線速等を含んでいる。「固定電力」は、所定のプロセス条件に従って定まるものであり、その所定のプロセス条件に応じて必要となる通紙モードに対して固定的に出力されるものであり、本実施形態においては制御部８０内のメモリに記憶されている。

供給電力補正手段８０ａは、加圧温度検知センサＳ１によって検知した加圧温度に応じて、固定電力を基準として増減補正する。また、所期の電力供給タイミングに対して、加圧温度検知センサＳ１によって検知した加圧温度に応じて、電力供給タイミングを遅早補正する。「所期の電力供給タイミング」は、用紙Ｐが定着ニップに突入したときである。具体的には、加圧温度の上昇に従って供給電力を増加させ、かつ、加圧温度の下降に伴って供給電力を低減させるように補正する。また、所期の電力供給タイミングから、加圧温度の上昇に従って電力供給タイミングを早め、かつ、加圧温度の下降に従って供給電力タイミングを遅くする。さらに、用紙Ｐが定着ニップに突入したときから既定の時間が経過していないときに補正を行っている。すなわち、回転が安定後の温度を検知することにより、定着装置Ａの適正な蓄熱状態を判定することができる。

図３は、加熱源への電力供給の補正をしない従来の構成における加圧温度の推移を示す模式図であり、（Ａ）は加圧温度が低い場合における温度推移を示す模式図、（Ｂ）は、加圧温度が高い場合における温度推移を示す模式図である。なお、図中、縦軸が温度、横軸が時間を示している。

図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、用紙Ｐの一枚目に向かって加圧温度が高い状態になっているところに一枚目が入ると、その一枚目によって落ち込みが発生し、その影響を受けてしばらく温度制御性が悪化してしまう。この問題は、それまでの使用態様において、加圧温度が高くなっているときにより顕著な問題として発生しやすい。また、例えば低速での通紙等、目標温度が低い場合においてはその影響は少ないが、同様の原因により温度制御性が悪化する。

図４は、加熱源への電力供給の補正をする本装置における加圧温度の推移を示す模式図であり、（Ａ）は加圧温度が低い場合における温度推移を示す模式図、（Ｂ）は、加圧温度が高い場合における温度推移を示す模式図である。

図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、固定出力に対して加圧温度の検知結果に応じて補正を行う。また、その固定出力を出力するタイミングを、加圧温度が高い程に早めに出力するようにする。これにより狙いの温度制御性を得ることができる。

すなわち、固定出力の電力について、プロセス線速，カラーモード，用紙Ｐの紙厚等の上記した所定のプロセス条件に応じて、通紙モードにおいて必ず必要となる固定電力を予め決定しておくことが必要となり、その固定電力を基準として供給電力の増減補正を行う。また、所期の電力供給のタイミングについては、それは用紙Ｐの先端縁がニップに突入するタイミングを基準として規定することが望ましい。ただし、補正のタイミングを早めすぎると、逆に通紙前に加熱しすぎる温度リップルによる制御性悪化につながるので、予め評価を行い、各画像形成装置や定着装置において最適な値を用いることが望ましい。

上述したように、加圧温度が高い状態からの通紙においては、用紙一枚目の温度落ち込みが顕著に発生するので、用紙一枚目の落ち込みによるオフセットを防止することが必要となる。そこで、加圧温度に応じて要求された点灯Ｄｕｔｙを補正する。これにより、一枚目の温度落ち込み、オフセットを防止し、低熱容量化，復帰時間短縮化を図りつつ、様々な使用状況においてユーザは安定した画像品質を得ることができる。

１０ 画像形成装置（プリンタ）
１１Ｙ〜１１Ｋ 各作像部
１２ 各感光体
１３ 帯電装置
１４ 各現像装置
１５ クリーニング装置
１８ 中間転写ベルト
１９ 一次転写ローラ
２１ 二次転写バックアップローラ
２４ ベルトクリーニング装置
２５ ボトル収容部
２５Ｙ〜２５Ｋ トナーボトル
２８ レジストローラ
２９ 排紙ローラ
３０ 加圧ローラ
３１ 芯金
４０ 定着ベルト
４１ 基材
５０ 加熱源
６０ ニップ形成部材
６１ 支持部材
６２ 保持部材
６３ 反射部材
８０ 制御部
８０ａ 供給電力補正手段
Ｐ 記録媒体（用紙）
Ｒ 搬送路
Ｓ１ 加圧温度検知センサ

特開２００４−２８６９２２号公報 特開平４−４４０３２号公報 特開２００７−３３４２０５号公報

Claims (8)

1. 未定着のトナーを記録媒体に定着させるための定着部材と、
   前記定着部材を加熱する加熱源と、
   前記定着部材との間において記録媒体を加圧する加圧部材と、
   前記加圧部材との間においてニップを形成するニップ形成部材と、
   前記加熱源への供給電力を制御する電力制御回路と、
   前記加圧部材の温度を検知する加圧温度検知センサと、を有する定着装置において、
   前記加圧温度検知センサによって検知した加圧温度に応じて、前記加熱源への電力供給を増減補正し、かつ、記録媒体が定着ニップに突入したときである所期の電力供給タイミングを補正する供給電力補正手段を有することを特徴とする定着装置。
2. 所定のプロセス条件に従って定まる固定電力が設定されており、
   前記供給電力補正手段は、前記加圧温度に応じて、前記固定電力を基準として増減補正することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記供給電力補正手段は、前記所期の電力供給タイミングに対して、前記加圧温度に応 じて、電力供給タイミングを補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の定着 装置。
4. 前記供給電力補正手段は、前記加圧温度の上昇に従って供給電力を増加させ、かつ、前記加圧温度の下降に伴って供給電力を低減させるように補正することを特徴とする請求項 １乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記所期の電力供給タイミングから、前記加圧温度の上昇に従って電力供給タイミングを早め、かつ、前記加圧温度の下降に従って供給電力タイミングを遅くすることを特徴とする請求項３又は４に記載の定着装置。
6. 前記供給電力補正手段は、記録媒体が前記定着ニップに突入したときから既定の時間が 経過していないときに補正を行うことを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 前記所定のプロセス条件は、記録媒体の厚み、線速、カラーモードを含むことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装 置。

Images