(57)【要約】【課題】  定着部材の温度が上がるまでの待ち時間を短縮し、印刷要求が入ってから印刷が終了するまでの時間を短縮することができる定着装置及び画像形成装置を提供すること。【解決手段】  記録媒体上に形成された未定着画像を少なくとも２つ以上の定着部材で形成された定着ニップ部を通過させて加熱、加圧することにより定着させる定着装置１において、前記定着部材のうち少なくとも１つの温度を検知する手段８を有し、かつジョブの印刷要求枚数と前記温度検知手段で検出した温度により定まる定着温度とニップ時間で前記未定着画像を定着することを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上に形成された未定着画像を少なくとも２つ以上の定着部材で形成された定着ニップ部を通過させて加熱、加圧することにより定着させる定着装置において、
前記定着部材のうち少なくとも１つの温度を検知する手段を有し、かつジョブの印刷要求枚数と前記温度検知手段で検出した温度により定まる定着温度とニップ時間で前記未定着画像を定着することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
ウォーミングアップ動作中、ジョブが入った時点で前記定着部材の温度を検知し、かつジョブの印刷要求枚数と前記温度検知手段で検出した温度により定まる定着温度とニップ時間で前記未定着画像を定着する請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
余熱モードからの復帰動作中、ジョブが入った時点で前記定着部材の温度を検知し、かつジョブの印刷要求枚数と前記温度検知手段で検出した温度により定まる定着温度とニップ時間で前記未定着画像を定着する請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
記録媒体を搬送するための無端の定着ベルトと、前記定着ベルトを巻きかけられた加熱ローラ及び定着ローラと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに対向して配置される加圧ローラとを具備し、前記記録媒体の搬送部材が前記定着ベルト及び／又は前記加圧ローラである請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置を具備し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】
この発明は、複写機・プリンタ・ファクシミリなど、トナーを熱と圧力とで転写紙など記録媒体上に定着する定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の複写機の省エネルギー化に伴い、長時間使用しない時は電源オフ、又は省電力モードで待機し、使用時にすばやく利用可能になることが要求されており、定着部材の低熱容量化を狙い、小型化、薄肉化が図られている。加えて、高生産であることも求められるため定着速度を早くする必要があるが、以下の課題がある。
【０００３】
すなわち、定着部材の小型化と定着プロセスの高速化に伴い、短いニップ時間で定着することができる高い温度が定着部材に求められるが、電源オフ、又は省電力モードで低い温度になった定着部材を定着できる温度まで暖めるには時間がかかり、使用したい時に待ち時間が生じる。
【０００４】
待ち時間の短縮を狙ったものとして、いくつかの発明が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００５】
特許文献１は、１枚、もしくは２，３枚程度の小数部印刷時の立上げ時間短縮を目的として、装置始動時に、入力された印刷枚数が小数部か否かを判断する手段を備え、小数部であると判断された場合に、転写定着部における加熱温度を通常時の加熱温度よりも十分に低い温度に止めるとともに、定着速度を通常時速度よりも十分に遅くするという技術であるが、ユーザーによる印刷ジョブを入れるタイミング、印刷する枚数が様々であるにも拘わらず、これらのタイミング、印刷枚数に対応できていない。
【０００６】
また、特許文献２は、定着部材の温度に対して定着速度を変化させることでユーザーの待ち時間を無くするという技術であるが、定着部材の温度にのみ依存しており、要求される印刷枚数を最短で対応できるものではない。さらに、特許文献３は、過去に処理した印刷ジョブの履歴に基づいて、特許文献４は、定着可能な温度範囲を超えた場合に、特許文献５は、光沢画像モードやＯＨＰモード等、特殊なモードが選択された場合に定着温度を補正するという技術であるが、いずれも限定された条件等を前提としており、ユーザーへの対応が十分されているとはいえない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３５６６１６号公報
【特許文献２】特開平７−１０４６０７号公報
【特許文献３】特開平１０−１４９０５１号公報
【特許文献４】特開平９−２２２８２３号公報
【特許文献５】特開２００１−２８２０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこでこの発明は、前記従来のものの問題点を解決し、定着部材の温度とジョブの印刷要求枚数に対して定着温度とニップ時間（通紙線速）を変化させることによって、定着部材の温度が上がるまでの待ち時間を短縮し、印刷要求が入ってから印刷が終了するまでの時間を短縮することができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、記録媒体上に形成された未定着画像を少なくとも２つ以上の定着部材で形成された定着ニップ部を通過させて加熱、加圧することにより定着させる定着装置において、前記定着部材のうち少なくとも１つの温度を検知する手段を有し、かつジョブの印刷要求枚数と前記温度検知手段で検出した温度により定まる定着温度とニップ時間で前記未定着画像を定着することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、ウォーミングアップ動作中、ジョブが入った時点で前記定着部材の温度を検知し、かつジョブの印刷要求枚数と前記温度検知手段で検出した温度により定まる定着温度とニップ時間で前記未定着画像を定着することを特徴とする。請求項３に記載の発明は、請求項１において、余熱モードからの復帰動作中、ジョブが入った時点で前記定着部材の温度を検知し、かつジョブの印刷要求枚数と前記温度検知手段で検出した温度により定まる定着温度とニップ時間で前記未定着画像を定着することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかにおいて、記録媒体を搬送するための無端の定着ベルトと、前記定着ベルトを巻きかけられた加熱ローラ及び定着ローラと、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに対向して配置される加圧ローラとを具備し、前記記録媒体の搬送部材が前記定着ベルト及び／又は前記加圧ローラであることを特徴とする。請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置を具備したことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、前記のようであって、ジョブの印刷要求枚数と温度検知手段で検出した定着部材の温度によって定着温度とニップ時間を決定するものであり、ジョブが入ってからの待ち時間を作ることなく、安定した画像を供給することができ、これにより生産性を上げ、かつ安定した画像品質を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態による定着装置を適用した画像形成装置の１つを示す図であり、同図に示す画像形成装置は、フルカラー画像を形成可能な複写機あるいはプリンタとして用いられる。画像形成装置には、この他に、受信した画像信号に基づき前記した複写機およびプリンタと同様な画像形成処理が可能なファクシミリ装置がある。なお、画像形成装置には、カラー画像を対象とするだけでなく、単一色の画像を対象とする装置も勿論含まれる。
【００１５】
図１において、２０は画像形成装置である。この画像形成装置２０は、色分解毎の画像を同一の中間転写体に順次転写し、転写紙などのシート状の記録媒体に対して中間転写体上に重畳された画像を一括転写する方式が用いられ、次に挙げる各装置を備えている。原稿画像に応じた各色毎の画像を形成する作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫに対向して配置された転写装置２２と、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと転写装置２２とが対向する転写領域に各種の記録媒体を供給する記録媒体供給手段としての手差しトレイ２３、給紙カセット２４、２４と、手差しトレイ２３、給紙カセット２４、２４から搬送されてきた記録媒体を作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫによる作像のタイミングに合わせて供給するレジストローラ３０と、転写領域において転写後の記録媒体の定着を行う定着装置１とが備えられている。
【００１６】
画像形成装置２０は、一般にコピー等に用いられる普通紙と、ＯＨＰシートや、カード、ハガキといった９０Ｋ紙、坪量約１００ｇ／ｍ２相当以上の厚紙や、封筒等の、用紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シートとのいずれをも記録媒体として用いることが可能である。
【００１７】
各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫは、それぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの各色の現像を行うものであり、用いるトナーの色が異なるが、その構成が同様であるから、作像装置２１Ｃの構成を各作像像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫの代表として説明する。作像装置２１Ｃは、静電潜像担持体としての感光体ドラム２５Ｃ、感光体ドラム２５Ｃの回転方向である、図中、時計方向の回転に沿って順に配置されている帯電装置２７Ｃ、現像装置２６Ｃ、クリーニング装置２８Ｃを有し、帯電装置２７Ｃと現像装置２６Ｃとの間で書き込み装置２９からの露光光を受ける周知の構成が用いられる。静電潜像担持体としては、ドラム状の他に、ベルト状とする場合もある。
【００１８】
図２において、１は定着装置である。この定着装置１は、トナーを定着される記録媒体を搬送するための無端状の定着ベルト２と、定着ベルト２を張架されて定着ベルト２を駆動する加熱ローラ３及び定着ローラ４と、定着ベルト２を介して定着ローラ４に対向して配置される加圧ローラ５と、加熱ローラ３、加圧ローラ５の内部に備えられたヒータ６、７と、定着ベルト２を介して加熱ローラ３に対向して配置され定着ベルト２の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ８とを有している。
【００１９】
加熱ローラ３は、バネなどの図示しない弾性体により、定着ローラ４から離間させる向きに付勢されることにより、定着ベルト２に所定の張力を与えるようになっている。定着ローラ４は、芯金９と、この芯金９を被覆する耐熱多孔質の弾性体層１０とを有し、芯金９が、その端軸１１により、図示しない駆動手段により回転駆動されることで、定着ローラ４が回転駆動され、加熱ローラ３の従動回転により定着ベルト２が駆動される。
【００２０】
加圧ローラ５は、バネなどの図示しない弾性体により、定着ローラ４に圧接する向きに付勢されている。加圧ローラ５は、定着ローラ４の軸心を頂点とし定着ローラ４の軸心と加熱ローラ３の軸心、加熱ローラ３の軸心と加圧ローラ５の軸心をそれぞれ結ぶ２本の直線によって挟まれる角が鋭角をなすように定着ローラ４に当接されている。これにより、加圧ローラ５が定着ローラ４に対向しない部位で定着ベルト２のみに当接する第１の定着部Ａと、加圧ローラ５が定着ベルト２を介して定着ローラ４に当接する第２の定着部Ｂとが形成され、記録媒体を挟持するとともに、加熱する範囲が構成されるようになっている。符号１２は定着される記録媒体を第１の定着部Ａに向けて案内するガイドを示している。なお、図２において符号３２は定着ローラ４に対してオフセット防止用オイルを塗布するためのローラである。
【００２１】
定着ベルト２は、図３に示すようにニッケル製あるいはステンレス製などの金属体を用いて厚さが５０〜１００μｍの基体１３と、基体１３上に積層された２００μｍのシリコンゴム製等の弾性体からなる離型層１４とを備えて構成されており、熱容量が小さく、熱応答性を良好にされている。
【００２２】
基体１３は前記した金属製に代えてポリイミド製等の樹脂製であってもよく、可撓性を考慮すると厚さは３０〜１５０μｍ程度であればよい。離型層１４は、シリコンゴムを用いる場合は厚さ５０〜３００程度が望ましく、フッ素樹脂系を用いる場合は厚さ１０〜５０μｍ程度が望ましい。また離型層１４はシリコンゴムの上にフッ素樹脂系を重ねた構成でもよい。定着ベルト２は瞬時に加熱され、かつ、ホットオフセットを生じない程度に、定着領域でベルト表面が自己冷却される特性が望まれるが、他方では、定着領域において、トナーを十分に溶かして定着させるのに必要な熱容量を有していなければならない。定着ベルト２の前記材質及びその厚さはこの条件を満たすものである。この場合の自己冷却とは、定着領域における記録媒体の未定着画像側に、加熱源がないことにより、定着工程においてベルトが冷える現象をいう。
【００２３】
定着ベルト２は、加熱ローラ３が定着ロ−ラ４から離れる向きに付勢されていることにより、３ｋｇｆ／片側の張力を与えられている。この張力は、前記付勢力を調整することにより設定でき、１ｋｇｆ（９．８Ｎ）〜３ｋｇｆ（２９．４Ｎ）の範囲で設定することが、良好な定着を行う上で好ましい。
【００２４】
加熱ローラ３と加圧ローラ５とは、それぞれ薄肉円筒状の芯金からなり低熱容量化が図られている。加熱ローラ３の芯金の径は２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下、かつ同芯金の肉厚は０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、加圧ローラ５の芯金の径は３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、かつ同芯金の肉厚は０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。これにより、加熱ローラ３の熱容量は２６ｃａｌ／℃以下、加圧ローラ５の熱容量は３６ｃａｌ／℃以下とされている。
【００２５】
本実施の形態において、加熱ローラ３の芯金は、鉄製であり、径を２０ｍｍ、肉厚を０．７ｍｍとされている。材質は、比熱が小さく、熱伝導率が大きいものが好ましく、他にもアルミニウム、銅、ステンレス等の金属を使用することができる。他にも、鉄製でローラ径が２０ｍｍのときは肉厚を０．７ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲、鉄製でローラ径が３０ｍｍのときは肉厚を０．３ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲、アルミニウム製でローラ径が３０ｍｍのときは肉厚を０．６ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲で設定することができる。径が大きいほど肉厚を薄くするのは、ローラの軸方向の曲がりを考慮したものである。
【００２６】
定着装置１は、内部に前記したベルトおよびローラを装備することができる空間を備えたケーシング１Ａに纏めて収容されたユニットとして構成されており、画像形成装置２０に対して着脱できるようになっている。着脱操作はベルトやその他の部材の寿命あるいは不具合が発生した際の交換時に行われる。このため、定着装置１のケーシング１Ａには、上面に起倒可能な把手１Ｂ（図２参照）が設けられており、把手１Ｂを持つことにより画像形成装置２０に対して出し入れすることができるようになっている。
【００２７】
本実施の形態において、定着ローラ４の外径は３０ｍｍ、加圧ローラ５の外径が４０ｍｍであり、これらのローラで形成される定着ニップ幅は７ｍｍである。この定着構成で定着ベルト２の温度に対して、安定した定着を行うために必要なニップ時間を表したものが図４である。このグラフは記録媒体として標準的な坪量（およそ６０ｇ／ｍ２〜８０ｇ／ｍ２程度）の転写紙を通紙した場合のデータである。
【００２８】
本実施の形態では電源オフの状態で定着部材が室温になった状態から電源が入り、定着ユニットがウォーミングアップしている途中にジョブが入った場合の制御について、以下説明する。
【００２９】
図５は、電源オフからのウォーミングアップ中のサーミスタ８の出力値を電源オンからの時間に対してプロットしたグラフである。本実施の形態では定着設定温度は１８０℃、その時の定着線速は２３０ｍｍ／ｓである。定着設定温度である１８０℃まで温度が上昇するのに９０秒かかり、温度上昇の勾配は約１．８℃／秒である。ウォーミングアップ中にジョブが入った場合、これまでの制御では定着設定温度の１８０℃に上昇するまでジョブは開始されず待ち時間となっていた。
【００３０】
本実施の形態ではウォーミングアップ動作中に印刷ジョブがはいった場合、図６のフローチャートに従い定着設定温度および定着線速を変更してジョブを開始する制御を行う。ウォーミングアップ動作中に印刷ジョブが入った時、その時点でサーミスタ８により定着ベルト２の温度を検出する。
【００３１】
サーミスタ８で検出した温度が１４０℃未満であった場合（図７でＡの領域の場合）、定着設定温度は印刷要求枚数によって１４０℃または１６０℃または１８０℃に設定する。また、図４のグラフより定着設定温度に対して定着速度が決まりそれぞれ、１１６ｍｍ／ｓｅｃ、１９０ｍｍ／ｓｅｃ、２３０ｍｍ／ｓｅｃとする。印刷要求枚数はＡ４ヨコ通紙（Ａ４転写紙の短軸が転写紙の搬送方向と平行になるように通紙することを意味する）した場合の連続して通紙される転写紙の枚数であり、連続通紙時の転写紙間の間隔は６０ｍｍである。このとき生産性（印刷要求が入ってから終了するまでの時間を指す）を高くするために、サーミスタ８で検出した温度が１４０℃未満で、かつ印刷要求枚数が１８枚以下の時は定着設定温度を１４０℃、定着線速を１１６ｍｍ／ｓｅｃとし、サーミスタ８で検出した温度が１４０℃未満で、かつ印刷要求枚数が１９枚以上４５枚以下の時は定着設定温度を１６０℃、定着線速を１９０ｍｍ／ｓｅｃとする。印刷要求枚数が４６枚以上の時は通常の設定値どおり定着温度を１８０℃、定着線速を２３０ｍｍ／ｓｅｃとして印刷する。この生産性の計算は、図５より求まる温度上昇の勾配１．８℃/秒、Ａ４の短軸の長さ２１０ｍｍ、転写紙間隔６０ｍｍとそれぞれの定着線速を用いて計算したものであり、定着ユニット構成に対してそれぞれ計算、決定されるものである。これらの条件をまとめたものが図８である。
【００３２】
ウォーミングアップ動作中に印刷ジョブが入った時、その時点でサーミスタ８により定着ベルト２の温度を検出し、つづいて印刷要求枚数を確認する。それらのデータをもとに、図８により定まる定着温度、定着線速に設定して印刷ジョブを開始する。印刷ジョブが終了した後は、ウォーミングアップ動作を再開し、デフォルトの定着温度設定である１８０℃まで昇温する。再開したウォーミングアップ動作中にジョブが入った場合も図６のフローチャートに従い定着設定値の変更を行い、ジョブを開始する。
【００３３】
次に、特許請求の範囲の請求項２以下に記載した発明の特有な効果について説明する。請求項２，３に記載の発明によれば、それぞれウォーミングアップ動作中、余熱モードからの復帰動作中に、定着部材の温度とジョブの印刷要求枚数に対して定着温度とニップ時間（通紙線速）を変化させることが可能となるので、定着部材が所定の温度になるまでの待ち時間を作ることなく、安定した画像を供給することが可能となり、生産性と画像品質を両立することができる。
【００３４】
請求項４に記載の発明によれば、定着装置として熱容量の小さい定着ベルトを用いることで省エネルギー化が図られ、定着部材の温度変化に対しては請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置で最適な画像品質、高い生産性を得ることができる。
【００３５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置を具備した画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の一実施の形態による定着装置を適用した画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】定着装置の概略構成図である。
【図３】定着ベルトの概略構成図である。
【図４】定着ベルト温度に対して安定した定着を行うために必要なニップ時間を表したグラフである。
【図５】サーミスタの出力値を電源オンからの時間に対してプロットしたグラフである。
【図６】ウォーミングアップ動作中に印刷ジョブがはいったときのフローチャートである。
【図７】図５で定着速度を決めるときの定着設定温度の各領域Ａ〜Ｃを示すグラフである。
【図８】ジョブが入った時点でのサーミスタ検出温度と印刷要求枚数に対する定着の設定値を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１  定着装置                                    ２  定着ベルト
３  加熱ローラ                                  ４  定着ローラ
５  加圧ローラ                                  ６、７  ヒータ
８  サーミスタ（温度検知手段）                  ２０  画像形成装置
２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫ  作像装置
２２  転写装置                                  ２３  手差しトレイ
２４  給紙カセット                              ２５Ｃ  感光体ドラム
２６Ｃ  現像装置                                ２７Ｃ  帯電装置
２８Ｃ  クリーニング装置                        ２９  書き込み装置
３０  レジストローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006235148.tif 000007
【図６】
2006235148.tif 000008
【図７】
2006235148.tif 000009
【図８】
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