(57)【要約】【課題】機内温度が著しく高くても高温オフセット現象を抑制して画像形成を行える画像形成装置の提供を図る。【解決手段】画像形成装置において、サーミスタ５３０Ｂによる機内温度を検出する。メモリ５２０は制御基準温度と加減算値を予め記憶している。加減算値は、機内温度に対して連続的に変化し、前記機内温度が機内基準温度のときにゼロ値を取る変数である。温度制御部５１０は制御基準温度と加減算値とに基づいて制御温度を設定し、ヒータ５５０への通電時間を調整する。サーミスタ５３０Ｂにより検出する機内温度が機内基準温度より高い場合に制御温度を低く設定し、サーミスタ５３０Ｂにより検出する機内温度が機内基準温度よりも低い場合に制御温度を高く設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを用紙に定着させる加熱ローラの周面温度を検出し、前記周面温度が制御温度になるように前記加熱ローラの熱源を制御する画像形成装置において、
装置内部の温度を検出する機内温度検出部と、
前記機内温度検出部により検出した機内温度に基づいて、前記周面温度が所定の上限温度を上回らないように前記制御温度を設定する温度制御部と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記温度制御部はさらに、前記機内温度に基づいて、前記周面温度が所定の下限温度を下回らないように前記制御温度を設定する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記機内温度が高くなるに従って前記制御温度が低くなる関係を表す加減算値データを記憶した記憶部を備え、
前記温度制御部は、印刷処理前の前記機内温度と、前記加減算値データとに基づいて、前記制御温度を設定する請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記加減算値データは、前記機内温度に応じて連続的かつ無段階に変化するものである請求項３に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、用紙上に転写したトナーを、加熱ローラにより用紙に定着させる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な画像形成装置に定着ローラ方式が採用されている。定着ローラ方式を採用した画像形成装置では、筐体内に転写ユニットと定着ユニットとが装備される。
【０００３】
転写ユニットは用紙上にトナー像を転写し、用紙を後段の定着ユニットに搬送する。定着ユニットは加熱ローラを備えている。加熱ローラは、その周面温度が制御温度付近になるように設定され、その熱によってトナーを溶融させる。
【０００４】
加熱ローラと用紙との接触により、加熱ローラからは熱が奪われる。近年の多量連続印刷技術の発展により、加熱ローラと接触する単位時間当たりの用紙搬送量は増加する傾向にあり、加熱ローラから用紙に奪われる熱も増加する傾向にある。そのため、多量連続印刷時に加熱ローラの周面温度が制御温度から低下して定着温度以下となってしまうことが問題となる。
【０００５】
そこで、多量連続印刷の場合に加熱ローラの周面温度が定着温度以下となることを抑制した画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この画像形成装置では、用紙との接触により加熱ローラの熱量が用紙に奪われることを見越して、画像形成処理の前に、周面温度を制御温度よりも昇温させておく。これにより多量連続印刷によっても、加熱ローラの周面温度が制御温度付近に留まり、加熱ローラの周面温度が定着温度以下にはならなくなる。
【特許文献１】特開平０５−２７３８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、加熱ローラに熱源（内蔵ヒータなど）から供給される熱は、機内温度とは関係なく定められていた。しかし、用紙及びトナーは装置内部に保有されていて装置内部の機内温度に準じる温度で保管されるので、加熱ローラから用紙に奪われる熱は機内温度に関係する。すなわち、加熱ローラの周面温度は用紙との接触によって変化し、その変化量は機内温度の高低に左右される。
【０００７】
機内温度が著しく高い場合、加熱ローラと用紙との温度差は小さく、加熱ローラから用紙に奪われる熱は小さなものである。したがって、用紙搬送量によっては、ヒータからの供給熱量が用紙に奪われる熱量よりも大きくなり、加熱ローラの周面温度が定着温度よりも高温になることがあった。
【０００８】
加熱ローラの周面温度が定着温度よりも高温の場合、用紙上のトナーが加熱ローラの周面に付着する高温オフセット現象が生じる虞がある。高温オフセット現象が生じると、加熱ローラにトナーが付着して定着性能が不安定化するとともに、定着機構に過負荷を与える。
【０００９】
そこで本発明の目的は、高温オフセット現象を回避して画像形成を行える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】
【００１０】
本発明の画像形成装置は、機内温度検出部と温度制御部とを備える。機内温度検出部は、筐体内の温度である機内温度を検出する。温度制御部は、検出した機内温度に基づいて、加熱ローラの周面温度が所定の上限温度を上回らないように制御温度を設定する。
【００１１】
温度制御部ではさらに、検出した機内温度に基づいて、加熱ローラの周面温度が所定の下限温度を下回らないように制御温度を設定してもよい。
【００１２】
画像形成装置は記憶部をさらに備え、この記憶部に、機内温度が高くなるに従って制御温度が低くなる関係を表す加減算値データを記憶しておいてもよい。この加減算値データと印刷処理前の機内温度とに基づいて、温度制御部で制御温度を設定すれば好適である。なお、加減算値データとしては、機内温度に応じて連続的かつ無段階に変化する値を用いてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の画像形成装置によれば、加熱ローラの周面温度が所定の上限温度を上回らないので、高温オフセット現象を回避して画像形成を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明をさらに詳述する。ここでは、セットされる原画像の画像データを読み取り、所定サイズの用紙にモノクロ画像を形成するコピー機を例に、本発明の第１の実施形態を説明する。なお、以下の説明は、すべての点でこの発明をよりよく理解するための例示であって、限定的なものではないと考えられるべきである。
【００１５】
最初に、画像形成装置の概略構成を断面略図である図１に基づいて説明する。
【００１６】
この画像形成装置１００は熱加熱ローラ方式を採用していて、スキャナ部２００、画像形成部３００、給紙部４００から構成されている。
【００１７】
スキャナ部２００の構成について説明すると、スキャナ部２００は、自動原稿搬送装置（ＡＤＦ:Automatic Document Feeder）２０１、第１原稿台２０２、第２原稿台２０３、第１ミラーベース２０４、第２ミラーベース２０５、レンズ２０６及び固体撮像素子（ＣＣＤ:Charge Coupled Device）２０７を備えている。
【００１８】
第１原稿台２０２及び第２原稿台２０３は、ともに硬質ガラス板によって構成されている。ＡＤＦ２０１は、原稿トレイ２１１から第２原稿台２０３を経由して排出トレイ２１２に至る間に原稿を１枚ずつ搬送する。ＡＤＦ２０１は、第１原稿台２０２の上面を開閉自在に被覆するように、背面側を支点に回動自在にされている。前面側が上方に移動するようにＡＤＦ２０１を回動させて第１原稿台２０２の上面を露出させることにより、手動操作によって第１原稿台２０２に原稿を載置することができる。
【００１９】
第１ミラーベース２０４及び第２ミラーベース２０５は、第１原稿台２０２及び第２原稿台２０３の下方において水平方向に移動自在にされている。第２ミラーベース２０５の移動速度は、第１ミラーベース２０４の移動速度の１／２にされている。第１ミラーベース２０４は、光源及び第１ミラーを搭載している。第２ミラーベース２０５は、第２ミラー及び第３ミラーを搭載している。
【００２０】
ＡＤＦ２０１によって搬送される原稿の画像を読み取る際には、第１ミラーベース２０４は、第２原稿台２０３の下方に停止している。光源の光は、第２原稿台２０３上を通過する原稿の画像面に向けて照射され、原稿の画像面における反射光が第１ミラーによって第２ミラーベース２０５に向けて反射される。
【００２１】
第１原稿台２０２に載置された原稿の画像を読み取る際には、第１ミラーベース２０４及び第２ミラーベース２０５は、第１原稿台２０２の下方を水平方向に移動する。光源の光は、第１原稿台２０２上に載置された原稿の画像面に向けて照射され、原稿の画像面における反射光が第１ミラーによって第２ミラーベース２０５に向けて反射される。
【００２２】
ＡＤＦ２０１を用いるか否かに拘らず、原稿の画像面における反射光は、光路長を一定にして、第２ミラー及び第３ミラーによってレンズ２０６を経由してＣＣＤ２０７に入射する。
【００２３】
ＣＣＤ２０７は、原稿の画像面における反射光の光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は、画像形成部３００に画像データとして入力される。
【００２４】
次に画像形成部３００について説明すると、画像形成部３００は、プロセス部３０を構成する感光体ドラム３１、帯電器３２、露光ユニット３３、現像装置３４、転写ベルト３５、クリーナ３６及び定着ユニット３７を備えている。
【００２５】
感光体ドラム３１は、周面に感光層が形成されており、矢印方向に回転する。帯電器３２は、感光体ドラム３１の周面を所定の電位に均一に帯電させる。帯電器３２は、チャージャによる非接触方式、又は、ローラもしくはブラシによる接触方式の何れを用いてもよい。
【００２６】
露光ユニット３３は、感光体ドラム３１の周面に画像データに基づく光を照射する。これによって、感光体ドラム３１の周面には、感光層における光導電作用によって静電潜像が形成される。露光ユニット３３は、画像データに基づいて変調されたポリゴンミラーを介してレーザ光を感光体ドラム３１の軸方向に走査する。これに代えて、ＥＬやＬＥＤ等の発光素子をアレイ状に配置した露光ユニットを用いることもできる。
【００２７】
現像装置３４は、感光体ドラム３１の周面にトナーを供給し、静電潜像をトナー像に顕像化する。
【００２８】
転写ベルト３５は、感光体ドラム３１の下方において複数のローラ間にループ状に張架されており、１×１０9 〜１×１０13Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有する。転写ベルト３５のループ状の移動経路の内側には、転写ベルトを挟んで感光体ドラム３１に圧接する転写ローラ３５Ａが備えられている。転写ローラ３５Ａには、所定の転写電圧が印加され、転写ベルト３５と感光体ドラム３１との間を通過する用紙に、感光体ドラム３１が担持するトナー像が転写される。
【００２９】
クリーナ３６は、用紙に対するトナー像の転写を終えた感光体ドラム３１の周面から、残留しているトナーを除去する。
【００３０】
定着ユニット３７はローラ対３７Ａ，３７Ｂを備え、ローラ対３７Ａ，３７Ｂの圧接部に用紙が搬送されると、用紙上のトナーを溶融可能な温度に加熱するとともに、用紙を所定圧力で加圧する。このようにして定着ユニット３７は、トナーを用紙に定着させる。定着ユニット３７を通過した用紙は、画像形成装置１００の一方の側面に装着された排紙トレイ３８に排出される。
【００３１】
給紙部４００について説明すると、給紙部４００は給紙カセット４０１，４０２，４０３，４０４及び手差しトレイ４０５を備えている。給紙カセット４０１，４０２，４０３，４０４のそれぞれには、同じサイズの複数枚の用紙が収納される。手差しトレイ４０５には、使用頻度の低いサイズや紙質の用紙が載置される。
【００３２】
給紙部４００は、給紙カセット４０１，４０２，４０３，４０４又は手差しトレイ４０５の何れかから１枚ずつ用紙を給紙する。給紙部４００から給紙された用紙は、後述する用紙搬送路１０を経由してプロセス部３０に搬送される。
【００３３】
次に、定着ユニット３７について、より詳細に説明する。図２は、定着ユニット３７の断面略図である。
【００３４】
定着ユニット３７は、加熱ローラ３７Ａと加圧ローラ３７Ｂとを主構成部材として構成される。加圧ローラ３７Ｂは、加熱ローラ３７Ａに対し所定の加圧力で圧接するようにその両端部（不図示）が保持される。この加圧ローラ３７Ｂと加熱ローラ３７Ａとの圧接部により用紙５４０は加圧されることになる。その際、加熱ローラ３７Ａの熱により溶融したトナーは、上記加圧力により、用紙５４０を構成する繊維分（セルロース等）に浸透する。この繊維分に浸透した溶融トナーが固化することにより、トナーは用紙５４０に対し投鋲作用を発揮して用紙５４０に定着することになる。
【００３５】
図２に矢印で示すように加熱ローラ３７Ａは半時計回りに回転し、加圧ローラ３７Ｂは時計回りに回転する。これにより加熱ローラ３７Ａと加圧ローラ３７Ｂとの圧接部に通紙される用紙５４０は、図右方向に搬送される。
【００３６】
加熱ローラ３７Ａ，３７Ｂそれぞれの回転方向における圧接部後段には、ローラ３７Ａ，３７Ｂそれぞれの周面に当接する剥離爪５７０Ａ，５７０Ｂを配している。剥離爪５７０Ａ，５７０Ｂは、用紙５４０が周面に接着してしまった場合に、用紙５４０をローラ３７Ａ，３７Ｂの周面から剥離する。
【００３７】
加熱ローラ３７Ａの回転方向における剥離爪５７０Ｂ後段には、クリーニング部材５８０を配している。クリーニング部材５８０は、ローラ周面に残存するトナーを除去する。なお、加圧ローラ３７Ｂにも、加熱ローラ３７Ａと同様にクリーニング部材を配置してもよい。クリーニング部材は、少なくとも用紙５４０の画像形成面側に設ける必要がある。
【００３８】
上記加熱ローラ３７Ａは、ヒータ５５０を内包する。ヒータ５５０は温度制御部５１０から通電を制御され、通電時の供給電力に基づき発熱する。
【００３９】
温度制御部５１０は画像形成処理時にヒータ５５０への通電をＯＮ−ＯＦＦ制御する。このＯＮ−ＯＦＦ制御においては、サーミスタ５３０Ａ，５３０Ｂの検出温度と、メモリ５２０に予め記憶されたデータとに基づいて、画像形成処理前の加熱処理時に設定する制御温度を算出し、その制御温度となるようにヒータ５５０への通電時間を調整する。
【００４０】
サーミスタ５３０Ａは加熱ローラ３７Ａの周面温度を計測する。
【００４１】
サーミスタ５３０Ｂは筐体内の標準の機内温度、例えば、トナーの保持部や用紙の保持部の温度を計測する。なお、サーミスタ５３０Ｂは、トナーや用紙の温度に準じる温度が計測される位置であれば、どのような位置に設けてもよい。
【００４２】
メモリ５２０には、加熱処理時に機内温度が機内基準温度（例えば、２５℃）と、機内基準温度で設定する制御基準温度（例えば、１８０℃）を記憶している。なお、制御基準温度はトナーの溶融温度に３０〜４０℃を加算した温度に設定すると好適であり、トナーの溶融温度が約１２０〜１７０℃であれば、制御温度は１６０〜２００℃の範囲内で設定するとよい。
【００４３】
また、メモリ５２０には、制御基準温度に変更を与えるための加減算値のテーブルを記憶している。この加減算値テーブルには、機内温度に対応づけられた加減算値が、予め装置の開発段階で登録され記憶されている。開発段階においては、機内温度の各温度における加熱ローラ３７Ａの周面温度の適正値が検討され、最適な加減算値が登録される。
【００４４】
画像形成処理前の加熱処理時には、温度制御部５１０はメモリ５２０から制御基準温度を読み取ると共に、サーミスタ５３０Ｂで検出する機内温度に対応する加減算値をメモリ５２０のテーブルから読み出し、制御基準温度に加減算値を加えた温度（制御温度）がサーミスタ５３０Ａにより検出されるまで、ヒータ５５０に対する通電をおこなう。
【００４５】
ここで、メモリ５２０に登録する加減算値のテーブルの設定例を図３に示す。
【００４６】
同図（Ａ）には加減算値を離散的に設定した場合の例を、同図（Ｂ）には加減算値を連続的かつ無段階に設定した場合の例を示している。
【００４７】
同図（Ａ），（Ｂ）いずれの場合も、加減算値は、機内温度が機内基準温度でゼロ値を取り、機内温度が低温であればプラスに、機内温度が高温であればマイナスに、機内温度に応じて漸次的に変化するように設定される。
【００４８】
したがって、機内温度が低温で加熱ローラ３７Ａから用紙に奪われる熱量が大きい場合には、加熱ローラ３７Ａの制御温度は高く設定される。また、機内温度が高温で加熱ローラ３７Ａから用紙に奪われる熱量が小さな場合には、加熱ローラ３７Ａの制御温度は低く設定される。このため多量連続印刷の途中に、加熱ローラ３７Ａにヒータ５５０から供給される熱と、加熱ローラ３７Ａから用紙５４０に奪われる熱とが均衡し、加熱ローラ３７Ａの周面温度がある程度の範囲内で安定化する。
【００４９】
ところで同図（Ａ）の場合、加減算値は所定階調（図中では６段階）に設定されていて、加熱ローラ３７Ａの周面温度はこの所定階調に補正される。この場合、機内温度が０．１℃変化する事で加減算値が１〜３変化することがある。例えば、機内温度が低温の（１２．４℃）と（１２．５℃）とでは加減算値が６と３であり、加減算値が３変化する。また、機内温度が高温の（３２．４℃）と（３２．５℃）とでは加減算値が−１と−３であり、加減算値が２変化する。
【００５０】
したがって、例えば機内温度が低温の１２．４℃の時には、多量連続印刷の途中に加熱ローラ３７Ａの周面温度が、定着温度（定着下限温度）を下回ることがなくても、機内温度が１２．５℃の時には、多量連続印刷の途中に加熱ローラ３７Ａの周面温度が定着下限温度を下回って定着不良が生じて、加熱ローラを再加熱する必要が生じる虞がある。
【００５１】
また、例えば機内温度が高温の３２．５℃の時には、多量連続印刷の途中に加熱ローラ３７Ａの周面温度が、定着温度（定着上限温度）を上回ることがなくても、機内温度が３２．４℃の時には、多量連続印刷の途中に加熱ローラ３７Ａの周面温度が定着上限温度を上回って高温オフセット現象が生じて、加熱ローラ３７Ａを冷却する必要が生じる虞がある。
【００５２】
一方、同図（Ｂ）の場合、加減算値は漸次的かつ連続的に変化し、加熱ローラ３７Ａの周面温度も漸次的かつ連続的に補正される。したがって、機内温度に０．１℃の相違があっても、加熱ローラ３７Ａの周面温度が大きく相違せず、定着性能がさらに安定したものになり、用紙に定着されたトナーの光沢性等が均一化する。
【００５３】
以上各例で示したように、加減算値を機内温度に応じて変化するように設定する場合には、加減算値を離散的に設定するよりも、加減算値を連続的に設定する方が望ましいことがわかる。加減算値を機内温度に応じて連続的に無段階で変化するように設定する事で、上記のように僅かな機内温度の相違によって加熱ローラ３７Ａの周面温度が大幅に変化する事が無くなり、さらに一定の定着性能が得られる。
【００５４】
このようにして温度制御部５１０では、加熱処理時に加熱ローラ３７Ａの周面温度の制御を行う。これにより、加熱処理時に機内温度が相違する様々な状況で、ヒータ５５０の発熱量が適切に制御され、画像形成処理時の、加熱ローラ３７Ａの周面温度が制御基準温度（例えば、１８０℃）を中心とした所定範囲に収まる。
【００５５】
機内温度が機内基準温度よりも高く、加熱ローラ３７の周面温度が定着温度以上となる危険性が高い場合であっても、ヒータの発熱量を抑制し、高温オフセット現象を回避できる。
【００５６】
また、機内温度が機内基準温度よりも低く、加熱ローラ３７の周面温度が定着温度以下となる危険性が高い場合であっても、ヒータの発熱量を増大させて定着不良を回避できる。
【００５７】
したがって、機内温度の違いにより加熱ローラ３７Ａから画像形成装置内部や用紙に対して放熱や吸熱が行われても、加熱ローラ３７Ａの周面温度が一定化し、用紙へのトナーの定着性能が維持される。このようにして、機内温度の相違を吸収した温度制御が常に可能となる。
【００５８】
このように本発明では、定着不良や高温オフセット現象を招来する事が無くなり、多量連続印刷であっても周面温度の再設定のために画像形成を停止する必要が無くなり、多量枚の画像を一定の定着品位のもとに連続形成することが可能になる。
【００５９】
また、温度管理が簡便化され処理負荷が低減する。また、両ローラの長寿命化が図れる。また、画像形成用紙の表裏汚れが解消する。また、ローラ周面のクリーニング部材の負荷が低減され、装置のコンパクト化、省電力化が可能となる。
【００６０】
以下、温度制御部における画像形成処理前の加熱処理について説明する。
【００６１】
図４は、温度制御部５１０の処理フローである。画像形成装置がユーザからの画像形成要求を取得すると、温度制御部は加熱処理を開始する。
【００６２】
まず温度制御部５１０は、サーミスタ５３０Ｂの出力電圧値から機内温度を把握する（Ｓ１）。
【００６３】
次に温度制御部５１０は、その検出温度に対応する加減算値をメモリ５２０から読み出す（Ｓ２）。
【００６４】
次に温度制御部５１０は、その加減算値を制御温度に加えて、加熱ローＲ３７Ａに設定する周面温度を算定する（Ｓ３）。
【００６５】
次に温度制御部５１０は、算定した周面温度になるまで、ヒータ５５０に通電を行う（Ｓ４）。
【００６６】
これによりヒータ５５０は、通電時間に供給される供給電力によって発熱し、加熱ローラ３７Ａは上記算定した周面温度にまで加熱される。その後、画像形成処理が行われ、加熱ローラ３７Ａと加圧ローラ３７Ｂとにより、用紙上へのトナーの定着が施される。
【００６７】
なお、上記実施形態では、加熱ローラにのみヒータを内包した構成を例に本発明を説明したが、加圧ローラにもヒータを内包してもよい。用紙温度が高いほど溶融トナーの投鋲作用は強くなるので、画像形成処理速度が高速な場合など加熱ローラだけでは用紙の加熱が不十分となる虞がある場合には、加圧ローラにもヒータを設けると好適である。その場合、加圧ローラの周面温度は加熱ローラの周面温度より低く、概ね１１０〜１５０℃位でコントロールするとよい。
【００６８】
また、加熱ローラ３７Ａの内部に複数のヒータを配置してもよい。近年のように画像形成処理速度が高速となった時には、単位時間当たりの通過用紙枚数が多くなり、用紙、トナーに奪われる熱量が増大する傾向にあるため、複数のヒータにより大きな熱量を供給すると好適である。
【００６９】
また、複数のヒータによる加熱位置を、ヒータごとに異ならせても好適であり、加熱位置を適切に組み合わせることで、用紙サイズが異なる多様な用紙を適切に加熱することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の断面略図である。
【図２】同画像形成装置の定着ユニットの断面略図である。
【図３】同温度制御部での算定に用いる加減算値を説明する図である。
【図４】同定着ユニットの温度制御部の処理フローである。
【符号の説明】
【００７１】
３７…定着ユニット
３７Ａ…加熱ローラ
３７Ｂ…加圧ローラ
５１０…温度制御部
５２０…メモリ
５３０Ａ，５３０Ｂ…サーミスタ
５４０…用紙
５５０…ヒータ
５７０Ａ，５７０Ｂ…剥離爪
５８０…クリーニング部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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