(57)【要約】【課題】装置を大型化することなく定着品質を安定させた定着装置、及びそれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】定着装置であって、加熱手段は、定着部材の温度に応じて制御される第一の加熱部と、記録材の搬送方向と直交する長手方向に複数の領域に分割され、定着部材の温度によらず画像領域の位置情報に応じて制御される第二の加熱部と、を有し、加熱制御手段は、未定着画像が記録材上に形成される位置情報に応じて各加熱部を独立して定着部材の温度を制御するとともに、未定着画像が存在しない非画像領域の加熱温度を、未定着画像が存在する画像領域より低く制御する。【選択図】図２
2014109600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着画像に接触して回転する定着部材と、
前記定着部材との間でニップ部を形成する加圧部材と、
前記未定着画像を担持した記録材が前記ニップ部を通る際に前記記録材を加熱して前記未定着画像の定着を行う加熱手段と、
前記加熱手段を制御する加熱制御手段と、を有する定着装置であって、
前記加熱手段は、前記定着部材の温度に応じて制御される第一の加熱部と、前記記録材の搬送方向と直交する長手方向に複数の領域に分割され、前記定着部材の温度によらず画像領域の位置情報に応じて制御される第二の加熱部と、を有し、
前記加熱制御手段は、前記未定着画像が前記記録材上に形成される位置情報に応じて各加熱部を独立して前記定着部材の温度を制御するとともに、前記未定着画像が存在しない非画像領域の加熱温度を、前記未定着画像が存在する画像領域より低く制御することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置であって、
前記第一の加熱部及び前記第二の加熱部は、前記定着部材の未定着画像と接しない面に対し加熱することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の定着装置であって、
前記加熱手段は、未定着画像が前記ニップ部を通過する以前に加熱を開始することを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項記載の定着装置であって、
前記加熱手段は、未定着画像の単位面積当たりの重量が多いと長く加熱し、前記未定着画像の単位面積当たりの重量が少ないと短く加熱することを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１から３の何れか一項記載の定着装置であって、
前記加熱手段は、未定着画像の単位面積当たりの重量が多いと加熱体に印加する電圧を大きくし、前記未定着画像の単位面積当たりの重量が少ないと加熱体に印加する電圧を小さくすることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１から３の何れか一項記載の定着装置であって、
前記加熱手段は、未定着画像が文字の部分より、写真の部分の温度が高くなるように制御することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１から１から６の何れか一項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置、及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に電子写真方式の画像形成装置における熱方式の定着装置、及びこの定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体上に画像情報に基づいてトナー像を形成し、トナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力によりトナー像を記録材上に固定する。尚、ＯＨＰは、Over Head Projectorの略である。
【０００３】
「熱ローラ方式」
熱ローラ方式の定着装置は、ハロゲンヒータや誘導加熱のコイル等の加熱源により加熱される定着ローラと加圧ローラとでニップ部を形成し、画像を担持した記録材をニップ部に通すことで、熱と圧力とでトナーを溶融させて定着させる。
定着ローラ方式は、高速機への対応性等の観点から広く用いられている。
しかしながら、定着ローラの芯金が金属製であり熱容量が大きいため、所定の定着温度に達するまでに数分の時間が係る。このため、非使用時でも定着ローラをある程度の温度に維持する待機時余熱により、消費エネルギーが多いという問題があった。
【０００４】
省エネルギーを実現する定着装置としては、ベルト及びフィルム方式がよく用いられており、断熱ローラを外部から加熱する方式や、さらに画像情報を基に画像領域のみを選択的に加熱する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００５】
「フィルム方式での画像域選択加熱」
省エネルギー定着の構成としてはフィルム方式がある。
このフィルム方式は、例えば特許文献１に記載されているように、薄肉円筒状の耐熱性フィルムに接触する板状加熱体と、加圧ローラでフィルムと記録材とを密着させるように挟み込み、熱エネルギーを記録材に与える構成である。フィルムが約１００μｍ程度と薄いため、実質的に立ち上げ時間は熱容量の小さい板状加熱体の温度を上昇させるだけで済むため、立ち上がり時間を短縮でき、予熱電力を削減できる。
さらに記録材上に形成された画像にあわせ、加熱体の制御温度、加熱域を変化させ、非画像領域のへのエネルギー供給を削減することで、省エネルギーを可能とする構成が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、サーマルヘッドの発熱体の素子ごとの温度を測定して適正な熱を供給することで、周囲温度の影響も考慮し、かつ紙面上のトナー部分にのみ熱を加える構成が開示されている。
【０００７】
「外部加熱ローラ方式での画像域選択加熱」
特許文献３に記載の発明は、ローラを外部から加熱する定着構成である。これは、外部から加熱することで定着ローラ表層近傍に蓄熱した熱でトナー溶融を行うことで、定着ローラ全体を加熱する内部加熱方式に比べて立ち上がり時間が短く、エネルギーロスが少ないという利点がある。
特許文献３には、特許文献１、２に記載の発明と同様に画像域だけを選択的に加熱するとともに、定着設定温度よりも低い第二の設定温度を有する構成が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
画像域を選択して加熱する定着装置において、画像部を狙って加熱をする熱源は特許文献２に記載の発明のように急激な温度上昇をするサーマルヘッド等が用いられる。
このような熱源はトナー部をすばやく加熱することに向く一方、温度上昇が急激すぎて狙った温度に安定制御することが困難であり、その温度バラツキで定着品質が安定しないという問題があった。
【０００９】
上述した問題への対策としては、特許文献３に記載の発明のように、安定して加熱する熱源と、画像部を狙って加熱する熱源を分けることは有効な手段である。
しかし、特許文献３のように画像部を狙って加熱する熱源が画像面側にあると、熱源の接触によりトナー定着面にキズが発生したり、熱源が外にあるために装置が大型化したりする等の課題があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、装置を大型化することなく定着品質を安定させた定着装置、及びそれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、未定着画像に接触して回転する定着部材と、前記定着部材との間でニップ部を形成する加圧部材と、前記未定着画像を担持した記録材が前記ニップ部を通る際に前記記録材を加熱して前記未定着画像の定着を行う加熱手段と、前記加熱手段を制御する加熱制御手段と、を有する定着装置であって、前記加熱手段は、前記定着部材の温度に応じて制御される第一の加熱部と、前記記録材の搬送方向と直交する長手方向に複数の領域に分割され、前記定着部材の温度によらず画像領域の位置情報に応じて制御される第二の加熱部と、を有し、前記加熱制御手段は、前記未定着画像が前記記録材上に形成される位置情報に応じて各加熱部を独立して前記定着部材の温度を制御するとともに、前記未定着画像が存在しない非画像領域の加熱温度を、前記未定着画像が存在する画像領域より低く制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、装置を大型化することなく定着品質を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る画像形成装置の断面の模式図である。
【図２】一実施形態に係る定着装置の一例を示す図である。
【図３】画像無し部ａと画像有り部ｂとを有する用紙Ｐａの一例である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、用紙Ｐａの画像無し部ａと、画像有り部ｂと、ニップ部の温度との関係を示す図である。
【図５】用紙Ｐａに文字と写真とが混在したトナー画像が形成される状態を示す図である。
【図６】用紙Ｐａの写真有り部と、文字有り部と、画像無し部と、ニップ部の温度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
＜実施形態１＞
ローラ外部加熱構成
［画像形成装置全体構成］
図１に、一実施形態に係る画像形成装置の断面の模式図を示す。
図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置の一例としてのプリンタは、給紙手段４、レジストローラ対、像担持体としての感光体ドラム８、転写手段１０、及び定着装置１２を有する。
【００１５】
給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４、及び給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐａを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６を有する。
給紙コロ１６が送り出した用紙Ｐａは、レジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれが矯正される。用紙Ｐａは、姿勢ずれが矯正されると、感光体ドラム８の回転に同期するタイミングで転写部位Ｎへ送られる。すなわち、用紙Ｐａは、感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐａの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。
【００１６】
感光体ドラム８の周囲には、矢印方向に、帯電手段としての帯電ローラ１８、図示しない露光手段用のミラー２０、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２、転写手段１０、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４が配置されている。
【００１７】
帯電ローラ１８と現像手段２２との間において、ミラー２０を介して感光体ドラム８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。
プリンタにおける画像形成動作は一般の画像形成動作と同様に行われる。
【００１８】
すなわち、感光体ドラム８が回転すると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８で均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射され、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。
この静電潜像は、感光体ドラム８の回転により現像手段２２へ移動し、現像手段２２でトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。
感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｐａ上に転写手段１０による転写バイアス印加により転写される。
トナー像を担持した用紙Ｐａは、定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出され、スタックされる。
【００１９】
転写部位Ｎで転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、このクリーニング手段２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。
清掃後、感光体ドラム８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。
【００２０】
［定着装置］
一実施形態に係る定着装置の一例を図２に示す。
図２に示す定着装置の加熱装置は、加熱制御手段１、加熱制御手段２、電源Ａ、電源Ｂ、加圧ローラ３０、加熱源３１、定着部材としての定着ベルト３８、及び板状加熱手段５６を有する。
加熱制御手段１は、センサ３４からの信号に基づいて第一の加熱部としての加熱源３１の電源Ａの電圧を制御する手段である。
加熱制御手段２は、画像情報に基づいて第二の加熱部としての板状加熱手段５６の電源Ｂの電圧を制御する手段である。
第一の加熱部及び第二の加熱部は、定着部材の未定着画像と接しない面に対し加熱してもよい。
【００２１】
電源Ａ及び電源Ｂは、日本国内向けでは例えば１００Ｖ５０Ｈｚ、１００Ｖ６０Ｈｚ、２００Ｖ５０Ｈｚ、２００Ｖ６０Ｈｚの商用電源であるが、外国向けの場合にはこれに限定されるものではない。すなわち、国や地域により１１０Ｖ、１１５Ｖ、１２０Ｖ、１２７Ｖ、２２０Ｖ、２３０Ｖ、２４０Ｖの５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚのいずれかに対応できるように公知の電圧変換回路を備えていてもよい。
加熱源３１は、定着ベルト３８の表面温度を測定するセンサ３４の温度を元に制御される。加熱源３１としてはハロゲンランプを用いた。
加熱源３１で発生した熱は、ベルト支持部材６１に吸収され拡散し、定着ベルト３８の基材３８ａに対し広い範囲で熱を与える構成とした。
【００２２】
加熱制御手段１は、センサ３４の温度を元にＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御を行う制御装置とし、定着ベルト３８を安定した温度に制御できる構成とした。但し、加熱制御手段１の制御目標温度はトナーが融解する温度よりも約４０℃低く制御する。
【００２３】
加熱制御手段２は、未定着画像が用紙Ｐａ上に形成される位置情報に応じて各加熱部を独立して定着部材の温度を制御するとともに、非画像領域の加熱温度を画像領域より低く制御する。
加熱制御手段２は、用紙Ｐａのある面積に対しＹＭＣＫの各色で書き込みレーザーが照射して形成した画素を表すドットの数をカウントし、４色の画素カウント値を合計して、用紙Ｐａ上の単位面積あたりの重量としてのトナー量を算出する。尚、Ｙはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｋはブラックを意味する。
板状加熱手段５６は、用紙Ｐａの搬送方向と直交する長手方向に配置されており、板状基体に抵抗発熱体を形成したサーマルヘッドやセラミックヒータ等である。
板状加熱手段５６は、フィルムの内部に配置してその熱でフィルムやベルトの温度を約４０℃上昇させ、ニップ部ＳＮに搬送される未定着画像を加熱して定着させる。
板状加熱手段５６は、図では一つしか示されていないが、紙搬送方向と直角な方向、すなわち本明細書の図面に垂直な方向に複数に分割された領域を有しており、各領域は独立に加熱制御が可能である。
この板状加熱手段５６は、画像位置情報及びその画像位置のトナー量情報から加熱量及び加熱タイミングが決定される。
【００２４】
定着部材としての定着ベルト３８は、例えば外径が４０ｍｍで、厚みが４０μｍのＳＵＳ（ステンレス鋼）製の基体３８ａと、この基体３８ａの表面に被覆された弾性層３８ｂとを有する。弾性層３８ｂは、シリコーンゴムで形成されており、厚みは１００μｍである。定着ベルト３８は、未定着画像に接触して回転する。
定着ベルト３８の表面には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５〜５０μｍの離型層３８ｃが形成されている。
尚、ＰＦＡは、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂であり、ＰＴＦＥは、ポリテトラフルオロエチレン（四フッ素化樹脂とも言う）である。
【００２５】
定着ベルト３８の基体３８ａはポリイミドとしてもよい。
定着ベルト３８の内部には、ベルト支持部材６１があり、ニップ部ＳＮの箇所には押圧部材と加圧部材３０とが設置され、図示しない外部部材と接続されて定着部材を支持する。
尚、図２に示す通り板状加熱手段５６は押圧部材として機能するためニップ部ＳＮの箇所に配置されている構成でもよい。
上述したように、加熱部材の各加熱部は独立に加熱され、画像情報に応じて加熱制御されることは前述した通りである。
【００２６】
＜実施形態２＞
実施形態２について述べる。
図３は、画像無し部ａと画像有りｂとを有する用紙Ｐａの一例である。
図４（ａ）、（ｂ）は、用紙Ｐａの画像無し部ｂと、画像有り部ａと、ニップ部の温度との関係を示す図である。
【００２７】
図３に示すような画像有り部ｂと、画像無し部aとが矢印の方向に図示しないニップ部に進入する場合について述べる。尚、画像無し部ａは未定着画像が存在しない非画像領域であり、画像有り部ｂは未定着画像が存在する画像領域を含む領域である。
図４（ａ）に示すように、ニップ部に画像有り部ｂが到達するタイミングでヒータ制御を行うと、実際の温度は定着ベルト３８を通過する分だけ遅れて到達し、画像有り部ｂと温度ピーク部との間にズレが生じてしまう。
【００２８】
そこで、図４（ｂ）に示すように、目標とする位置よりも早く画像情報を印加することで、画像の有り無しと、ニップ部温度の変化との位相を調節する。すなわち、加熱手段は、未定着画像がニップ部を通過する以前に加熱を開始する。これにより、画像有り部ｂと温度ピーク部との間のズレが解消され、装置を大型化することなく定着品質を安定させることができる。
【００２９】
＜実施形態３＞
実施形態３について述べる。
図５は、用紙Ｐａに文字と写真とが混在したトナー画像が形成される状態を示す図である。図６は、用紙Ｐａの写真有り部と、文字有り部と、画像無し部と、ニップ部の温度との関係を示す図である。
【００３０】
図５に示すように文字と写真とが混在した画像の場合、画像位置情報の他に、画像種類情報を用いて写真の位置を認識し、図６に示すように該当部の加熱温度を文字部より高くなるよう、電圧又は加熱体通電時間を増やす。
【００３１】
加熱手段は、未定着画像の単位面積当たりの重量としてのトナー量が多いと長く加熱し、未定着画像の単位面積当たりのトナー量が少ないと短く加熱するようになっている。
ここで、トナー量の多い、少ないとは、トナー量の相対関係を意味しており、例えばトナーが１色分と２色分とでは２色分の方が１色分より加熱時間が長いという意味である。
また、加熱手段は、未定着画像が文字の部分より、写真の部分の温度が高くなるように電源Ａ及び電源Ｂの電圧を制御するようになっている。これにより、写真部光沢度の高い画像が得られる。
【００３２】
＜作用効果＞
本実施形態によれば、定着部材の温度によって制御される加熱体と、画像部を目標として加熱する分割加熱体の２つをもつ方式としたことにより、分割加熱体のみの場合よりも安定した定着品質とすることができる。
【００３３】
本実施形態によれば、上記構成に加え、２つの加熱体ともに定着ローラ内に配置する方式としたことにより、定着ローラの画像面に対するキズを防止することができる。
【００３４】
本実施形態によれば、上記構成に加え、画像部を目標として加熱する部分加熱体の熱が定着ローラを通り抜けて画像面に出てくるまでに時間が係るため、予め加熱する方式とすることにより、部分加熱体の加熱遅れが防止できる。
【００３５】
本実施形態によれば、上記構成に加え、部分加熱体の発する熱量をトナーが多い部分では多く、少ない部分では少なくするための制御方法を示した。トナー部でもその量が少ない場合には加熱量を少なくすることができ、より省エネルギー化できる。
【００３６】
本実施形態によれば、上記構成に加え、写真部の温度を文字部よりも高くする。写真部は文字部より高い光沢度であることを求められるため、文字部を高い温度とすることで光沢度を増すことができる。
【００３７】
すなわち、本実施形態によれば、省エネルギーであり、定着品質の安定した定着装置を得ることができる。
本実施形態によれば、定着ローラの画像面に対するキズがなく、省エネルギーな定着装置とすることができる。
本実施形態によれば、省エネルギーであり、定着品質の安定した定着装置とすることができる。
本実施形態によれば、トナー部でもその量が少ない場合には加熱量を少なくすることができ、より省エネルギーな定着装置とすることができる。
本実施形態によれば、省エネルギーでありながら、写真部光沢度の高い定着装置とすることができる。
本実施形態によれば、省エネルギーな画像形成装置とすることができる。
【００３８】
＜その他＞
尚、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１、２    加熱制御手段
４    給紙手段
６    レジストローラ対
８    感光体ドラム
１０    転写手段
１２    定着装置
１４    給紙トレイ
１６    給紙コロ
１８    帯電ローラ
２０    ミラー
２２    現像手段
２２ａ    現像ローラ
２４    クリーニング手段
２４ａ    クリーニングブレード
２８    加熱ローラ
３０    加圧ローラ
３１    加熱源
３４    センサ
３８    定着ベルト
３８ａ    基材
３８ｂ    弾性層
３８ｃ    離型層
４０    電源Ｂ
５６    板状加熱手段
６１    ベルト支持部材
Ｐａ    用紙
ＳＮ    ニップ部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】特開平６−９５５４０号公報
【特許文献２】特開２００５−１８１９４６号公報
【特許文献３】特開２００１−３４３８６０号公報
【図１】
2014109600.tif 000003
【図２】
2014109600.tif 000004
【図３】
2014109600.tif 000005
【図４】
2014109600.tif 000006
【図５】
2014109600.tif 000007
【図６】
2014109600.tif 000008