(57)【要約】【課題】  加熱ローラ温度検出手段による検出温度に基づいて、定着部と転写紙との接触長さ及び圧力を通紙中に変更することによって、生産性を損なうことなく定着性の確保を可能にする定着装置及びこれを使用する画像形成装置を提供する。【解決手段】  加圧ローラ２２、この加圧ローラ２２に接した状態で相対して位置しかつ内蔵するヒータ２３によって加熱される加熱ローラ２４、及び前記加熱ローラ２４の温度を検出する加熱ローラ温度検出手段２５を含む定着装置において、前記加熱ローラ温度検出手段２５による検出温度に基づいて、定着部と転写紙との接触長さ及び圧力を変更する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧ローラと、この加圧ローラに接した状態で相対して位置しかつ内蔵するヒータによって加熱される加熱ローラと、前記加熱ローラの温度を検出する加熱ローラ温度検出手段とを含む定着装置において、前記加熱ローラ温度検出手段による検出温度に基づいて、定着部と転写紙との接触長さ及び圧力を変更することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着部と転写紙との接触長さ及び圧力の変更は前記加熱ローラの前記加圧ローラ側への移動によって行なわれることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記定着部と転写紙との接触長さ及び圧力の変更は前記加熱ローラにも外接するベルトが外接している定着ローラの前記加圧ローラ側への移動によって行なわれることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
前記加圧ローラ側への前記加熱ローラ又は前記定着ローラの移動は、駆動手段として、ステッピングモータ使用することを特徴とする請求項２又は３記載の定着装置。
【請求項５】
前記加熱及び加圧ローラの位置調整をする基準温度が複数あり、通紙中に前記加熱ローラの検出温度がそれらの温度まで上昇した時、あるいはそれらの温度より下降した時、そのたびごとに前記加熱ローラを移動させることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
【請求項６】
前記加熱、加圧及び定着ローラの位置調整をする基準温度が複数あり、通紙中に前記加熱ローラの検出温度がそれらの温度まで上昇した時、あるいはそれらの温度より下降した時、そのたびごとに前記定着ローラを、前記加熱ローラのみが前記加圧ローラに接している状態と、前記定着ローラも前記加圧ローラに接している状態との間で段階的に移動させることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項記載の定着装置を使用する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、静電式複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に適用する温度制御装置を備えた定着装置及びこの定着装置を使用する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像形成装置、例えば複写機においては、感光体ドラムに形成した静電潜像をトナー像に顕像化し、このトナー像を用紙に転写した後、定着装置によって、加熱定着させるようにしている。この定着装置は、加圧ローラ及びヒータにより加熱される加熱ローラを含み、両ローラ間を通過する用紙にトナーを加熱定着させる。
加熱定着を行うためには、定着装置が所定の高温に達していることが必要である。ところが、連続的にコピーを実施する場合、通過する用紙によって熱が奪われることにより加熱ローラの温度が下がり、定着不良を発生する恐れがある。そこで、従来、通紙間隔を長くして単位時間辺りの通紙枚数（ＣＰＭ）を低下させ（いわゆる、ＣＰＭダウン）、用紙が通過していない時間を長くすることにより定着性を向上させている。
しかしながら、ＣＰＭダウンは、すなわち生産性の低下であり、定着性と生産性を両立することが困難となる。この場合、生産性をできるだけ保ち、かつ定着性をも保ちながらＣＰＭダウンを行なわなければならず、開発時も試行錯誤を繰り返すことによって、状況に応じて最適なＣＰＭおよび定着制御温度などを決めなければならない。
このような問題を解決するために、従来から幾つかの技術が開示されかつ知られている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
生産性を不必要に損なわずに定着性を保つような定着装置の例は、特許文献１及び２に開示されている。特許文献１は、多色画像を用紙に定着する場合に、異なるトナーの溶融温度の相違によっても、ダウンタイム、コールドオフセット又はホットオフセット現象を生ずることがない定着装置を開示している。
特許文献２は、温度勾配によりＣＰＭダウン開始温度および通紙間隔を変えることで、不必要な生産性低下を防ぎ、自動的に生産性の低下を最小限に抑えることができるＣＰＭダウンモードを実現することを開示している。
また、定着性を高めるために加熱ローラと加圧ローラの接する部分（いわゆるニップ）の面積を大きくする定着装置の例が特許文献３に開示されている。ここでは、接触面積が大きくなるようにローラに弾性のある材質を用いている。
【特許文献１】特開平１０−１７７３１３号公報
【特許文献２】特開平１０−２２２０１２号公報
【特許文献３】特開２００４−５２９９４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１及び２のいずれもＣＰＭダウンを行なっていることに変わりはなく、通紙開始時の生産性を保ちつつ連続通紙を継続できているわけではない。また、特許文献３では、通紙を繰り返した結果ローラ温度が下がったときの定着性を維持することはできない。
さらに、従来のプリンタや複写機で使用されているローラは、大半が金属及びシリコンゴムのために外周表面が硬く、２つのローラが記録紙を挟んで圧接する部位（ニップ）の面積が少なく、トナーの定着等に必要な時間及び圧力等が充分にとれない。そのために、画質向上や高速化に制約があるという問題も生じている。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、加熱ローラ温度検出手段による検出温度に基づいて、定着部と転写紙との接触長さ及び圧力を通紙中に変更することによって、生産性を損なうことなく定着性の確保を可能にする定着装置及びこれを使用す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】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、加圧ローラ、この加圧ローラに接した状態で相対して位置しかつ内蔵するヒータによって加熱される加熱ローラ、及び前記加熱ローラの温度を検出する加熱ローラ温度検出手段を含む定着装置において、前記加熱ローラ温度検出手段による検出温度に基づいて、定着部と転写紙との接触長さ及び圧力を変更する定着装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記定着部と転写紙との接触長さ及び圧力の変更が前記加熱ローラの前記加圧ローラ側への移動によって行なわれる請求項１記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記定着部と転写紙との接触長さ及び圧力の変更が前記加熱ローラにも外接するベルトが外接している定着ローラの前記加圧ローラ側への移動によって行なわれる請求項１記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記加圧ローラ側への前記加熱ローラ又は前記定着ローラの移動が、駆動手段として、ステッピングモータ使用する請求項２又は３記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記加熱及び加圧ローラの位置調整をする基準温度が複数あり、通紙中に前記加熱ローラの検出温度がそれらの温度まで上昇した時、あるいはそれらの温度より下降した時、そのたびごとに前記加熱ローラを移動させる請求項２記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記加熱、加圧及び定着ローラの位置調整をする基準温度が複数あり、通紙中に前記加熱ローラの検出温度がそれらの温度まで上昇した時、あるいはそれらの温度より下降した時、そのたびごとに前記定着ローラを、前記加熱ローラのみが前記加圧ローラに接している状態と、前記定着ローラも前記加圧ローラに接している状態との間で段階的に移動させる請求項３記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項記載の定着装置を使用する画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、用紙の定着部通過により、短い定着時間のみでは定着性が保てなくなった場合でも、定着部通過距離及びローラ間圧力を通紙中に調整することで、生産性を失うことなく定着性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明を適用する画像形成装置の一例を示す概略図である。図１の画像形成装置Ａにおいて、自動原稿送り装置（以後ＡＤＦ）１には原稿台２が設けられる。この原稿台２に画像面を上にして置かれた原稿束（図示せず）は、プリントキー（図示せず）が押下されると、一番下の原稿から給送ローラ３、給送ベルト４によってコンタクトガラス５上の所定の位置に給送される。
コンタクトガラス５上に給送された原稿は読み取り部６によって画像データを読み取られる。読み取り部６にて読み込まれた画像データは、書き込み部７からのレーザによって感光体８に書き込まれ、現像ユニット９を通過することによってトナー像が形成される。
搬送経路には図示してない転写紙Ｐが縦搬送ユニット１０によって感光体８に当接する位置まで搬送される。第１トレイ１１、第２トレイ１２、第３トレイ１３に積載された転写紙Ｐは、要求に応じて、各々第１給紙装置１４、第２給紙装置１５、第３給紙装置１６によって給紙される。
そして、転写紙Ｐは感光体８の回転と等速で搬送ベルト１７によって搬送されながら、これに感光体８上のトナー像が転写される。その後、転写された画像を定着ユニット１８にて定着させ、画像定着後の転写紙Ｐは排紙ユニット１９によって図示してない後処理装置のフィニシャに排出される。
転写紙Ｐの両面に作像する場合は、各給紙トレイ１１〜１３から給紙され、作像された転写紙（図示せず）を排紙トレイ（図示せず）側に導かないで、搬送経路切り換えのための分岐爪２０を上側にセットすることで、いったん両面給紙搬送ユニット２１にストックする。
その後、両面給紙搬送ユニット２１にストックされた転写紙（図示せず）は再び感光体８に作像されたトナー画像を転写するために、両面給紙搬送ユニット２１から再給紙され、経路切り換えのための分岐爪２０を下側にセットし、排紙トレイに導く。両面給紙搬送ユニット２１はこのように転写紙の両面に画像を作成する場合に使用される。
【０００７】
図２は画像形成装置の動作制御及び画像データの制御に関する制御回路を略示するブロック図である。制御部３０はＣＰＵ３１とこのＣＰＵ３１を動作させるためのプログラムを格納するＲＯＭ３２、プログラム用ワークＲＡＭ３３、制御、タイミングなどの調整値及び登録した複写モード設定を格納し、電源を切ってもデータを保持し続けることができる不揮発性ＲＡＭ３４、及び画像形成装置の各センサ４０の入力に基づき負荷４１などを制御するＩＯ制御３５などによって構成されている。
また、外部ホストと接続するためのネットワークコントロールユニット（ＮＣＵ）４２、公衆回線を介してファクシミリ機能を実現するためのファクシミリコントロールユニット（ＦＣＵ）４３を備えている。
かかる制御回路において、画像データは、ＡＤＦ１（図１）によって原稿がコンタクトガラス５（図１）上に供給されると、読み取り部６により読み取られる。読み取られた画像データは、操作部２８に設定されたモードに応じて画像処理３７によりＭＴＦ補正、変倍処理、画質補正などを行った後、画像データ用ＲＡＭ３８及びＨＤＤ３９を制御するためのＨＤＤコントローラ３６を介してＨＤＤ３９に蓄えられる。
ここで、画像データ用ＲＡＭ３８及びＨＤＤ３９の両方に画像データを蓄積するのは、画像用メモリ３８はＡ４原稿にして５枚程度の容量しかないが、コピー開始時には原稿の枚数はまだ解らないので、複数部のソートコピーを取る場合に原稿が５枚を超えてしまう場合には２部目以降のコピー動作を行なう時にＨＤＤ３９から画像データを画像データ用ＲＡＭ３８にコピーしてコピー動作を行なうことによりソート動作を実現する。
また、用紙がジャムしてしまった場合のリカバリ動作にも使用される。そして書き込み部７により給紙装置１４、１５、１６から給紙された用紙のタイミングに応じて書き込みを行なう。
【０００８】
図３は本発明による定着装置の第１の実施の形態を示す概略図である。図４は図３のローラ間の接触面積が大きい状態にある場合を示す概略図である。図５は図３の第１の実施の形態の動作を説明するフローチャートである。
以下、第１の実施の形態について図３乃至図５を参照して説明する。定着装置１８は加圧ローラ２２とヒータ２３により加熱される加熱ローラ２４とを含んでおり、これらの間を通過する転写紙にトナーを加熱定着させる。
加熱ローラ２４は金属製の小型の中空ローラからなっている。中空ローラからなる加熱ローラ２４の内部には、石英ガラス管ヒータ等からなるヒータ２３が収容され、加熱ローラ２４はこのヒータ２３によって加熱される。
加圧ローラ２２は小径のゴムローラからなり、移動手段は図示してないが、径方向に移動自在に支持されており、ばね部材（図示せず）によって加熱ローラ２４側へ所定の付勢力で付勢されている。
定着装置１８には、また、加熱ローラ２４の近傍にこの温度を検出するローラ温度検出センサ２５、定着装置１８の入口側に定着入口スイッチ２６、及び定着装置１８の出口側に排紙検出スイッチ２７が配置されている。
図３及び図４において、符号４６は定着した転写紙を案内かつ搬送するガイド板である。また、定着部は加熱ローラ２４と加圧ローラ２２の接触部（ニップ部）を指している。
【０００９】
本実施の形態において、定着装置１８は、通紙開始直後には、図３に示す状態にある。図５のフローチャートを参照しながら説明すると、既定のタイミングにおいて、加熱ローラ２４のローラ温度検出センサ２５による検出温度ｔと、加熱ローラ２４を加圧ローラ２２側に押し付けるか否かを判断する温度Ｔ（以降、この判断温度を定着部調整温度と呼ぶ）とを比較する（Ｓ１）。
ｔ＜Ｔで、かつ加熱ローラ２４が図３の状態、つまり定着部面積が大きい状態かどうかを判断し（Ｓ２）、加熱ローラ２４と加圧ローラ２２間の接触面積が小さい状態にある場合は、加熱ローラ２４を加圧ローラ２２側に所定距離移動させ（Ｓ３）、図４の状態にする。
ｔ＜Ｔで、かつすでに図４のようにローラ間の接触面積が大きい状態にある場合は、加熱ローラ２４の加圧ローラ２２方向への移動動作は行なわない。また、ｔ≧Ｔの場合で、かつ加熱ローラ２４が図４の状態、つまり２つのローラの接触面積が大きい状態にある（Ｓ４）場合は、加熱ローラ２４を加圧ローラ２２から離れる方向に所定距離移動し、図３の状態にする（Ｓ５）。
ｔ≧Ｔで、かつ定着部が、図３に示すように、ローラ間の接触面積が小さい状態にある場合は、加熱ローラ２４の加圧ローラ２２から離れる方向への動作は行なわない。加熱ローラ２４を加圧ローラ２２から離れる方向に所定距離移動するための加熱ローラ駆動手段は示していない。しかし、例えば、この駆動手段はステッピングモータであってもよい。
この定着装置１８は加熱ローラ２４と加圧ローラ２２間を通過する転写紙にトナーを加熱定着させる画像形成装置に適用され、通紙開始後、検出温度が一定まで低下したら、加熱ローラ２４を加圧ローラ２２側に押し付ける向きで所定の距離だけ平行移動させて加熱ローラ２４および加圧ローラ２２の接触面積を大きくし、再度検出温度が一定まで上昇したら再び加熱ローラ２４を元の位置に戻すように構成されている。
以上の制御により、図３の状態でローラ温度が低下し、この状態による定着では定着性が不十分な場合でも、定着部をより長くし、かつローラ間の圧力を増大させることで、生産性を落とさず定着性を確保することができる。
図６は本発明による定着装置の第２の実施の形態を示す概略図である。図７は図６のローラ間の接触面積が大きい状態にある場合を示す概略図である。図８は図６の第２の実施の形態の動作を説明するフローチャートである。
【００１０】
次に、第２の実施の形態について図６乃至図８を参照して説明する。定着装置１８は加圧ローラ２２とヒータ２３により加熱される加熱ローラ２４とを含んでおり、これらの間を通過する転写紙にトナーを加熱定着させるものである。
加熱ローラ２４は金属製の小型の中空ローラからなっている。中空ローラからなる加熱ローラ２４の内部には、石英ガラス管ヒータ等からなるヒータ２３が収容され、このヒータ２３によって加熱ローラ２４が加熱される。
加圧ローラ２２は小径のゴムローラからなり、移動手段は図示してないが、径方向に移動自在に支持されており、ばね部材（図示せず）によって加熱ローラ２４側へ所定の付勢力で付勢されている。
定着装置１８には、また、第１の実施の形態におけると同様に、加熱ローラ２４の近傍にこの温度を検出する加熱ローラ温度検出センサ２５、定着装置１８の入口側に定着入口スイッチ２６、及び定着装置１８の出口側に排紙検出スイッチ２７が配置されている。
第２の実施の形態において、加熱ローラ２４から見て排紙側に、定着ローラ２９が位置している。定着ローラ２９は加熱ローラ２４と同様な材質からなる。加熱ローラ２４及び定着ローラ２９から見て上方にさらに補助ローラ４４があり、それら３本のローラにベルト４５が外接している。ベルト４５は弛むことのないよう一定の張力が掛けられている。
定着ローラ２９は、定着装置１８内において、加圧ローラ２２に接するように移動させることができ、図７のように、加熱ローラ２４、定着ローラ２９間のベルト４５を加圧ローラ２２に巻き付けつつ、定着部を長くすることができる。
【００１１】
図６及び図７において、符号４６は定着した転写紙を案内かつ搬送するガイド板である。また、定着部は加圧ローラ２２、加熱ローラ２４及び定着ローラ２９の周部とベルトとの接触部（ニップ部）を指している。
この第２の実施の形態では、通紙開始直後においては、図６の状態にある。図８のフローチャートを参照しながら説明すると、既定のタイミングにおいて、加熱ローラ温度検出センサ２５による検出温度ｔと、定着ローラ２９を加圧ローラ２２に接するように移動するか否かを判断する温度Ｔ（以降、この判断温度を定着部調整温度と呼ぶ）とを比較する（Ｓ１０）。
次に、定着ローラ２９と加圧ローラ２２が接している状態かどうかを判断し（Ｓ１１）又は（Ｓ１３）、ｔ＜Ｔで、かつ定着ローラ２９が図６の状態、つまり定着ローラ２９と加圧ローラ２２が接していない状態にある場合は、定着ローラ２９を加圧ローラ２２側に図示してない移動手段によって所定距離移動させ、図７の状態にする（Ｓ１２）。
ステップ（Ｓ１０）で、ｔ＜Ｔでないならば、定着ローラ２９と加圧ローラ２２が接している状態かどうかを判断し（Ｓ１３）、定着ローラ２９と加圧ローラ２２が接している状態ならば、すなわち、ｔ＜Ｔでなく、かつすでに図７のように定着ローラ２９及び加圧ローラ２２が接している状態にある場合は、加圧ローラ２２から定着ローラ２９を離す（Ｓ１４）。
また、ｔ≧Ｔの場合で、かつ定着ローラ２９が図７の状態、つまり定着ローラ２９及び加圧ローラ２２の接触面積が大きい状態にある場合は、定着ローラ２９を加圧ローラ２２から離れる方向に所定距離移動し、図６の状態にする。
ｔ≧Ｔで、かつ定着部が図７のように定着ローラ２９及び加圧ローラ２２が接している状態にある場合は、定着ローラ２９の加圧ローラ２２から離れる方向への動作は行なわない。
以上の制御により、図６の状態で加熱ローラ温度が低下し、この状態による定着では定着性が不十分な場合でも、定着部をより長くすることで、生産性を落とさず定着性を確保することができる。
【００１２】
本実施の形態では、上述したように、加圧ローラ２２、この加圧ローラ２２に接した状態で相対して位置しかつヒータ２３によって加熱される加熱ローラ２４、加圧ローラ２２に接せずヒータ２３で加熱されない定着ローラ２９、それら３本のローラ２２、２４、２９の上方に位置する補助ローラ４４及びこの補助ローラ４４に外接するベルト４５を含んでいる。
本実施の形態の定着装置１８が加熱ローラ２４と加圧ローラ２２間を通過する用紙にトナーを加熱定着させる画像形成装置に適用されると、加熱ローラ２４の温度を検出する加熱ローラ温度検出手段（センサ）２５による検出温度に基づいて、必要に応じて加熱ローラ２４を、加圧ローラ２２に接した状態と接していない状態との間でベルト４５の張力を保ちつつ移動することができる。
また、加熱ローラ２４のみが加圧ローラ２２に接している状態と定着ローラ２９も接している状態との間でさらに段階的に移動を繰り返すことで、定着性を段階的に調整できる。なお、本発明は上記した２つの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でそれらに種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用する画像形成装置の一例を示す概略図。
【図２】画像形成装置の動作制御及び画像データの制御に関する制御回路を略示するブロック図。
【図３】本発明による定着装置の第１の実施の形態を示す概略図。
【図４】図３のローラ間の接触面積が大きい状態にある場合を示す概略図。
【図５】図３の第１の実施の形態の動作を説明するフローチャート。
【図６】本発明による定着装置の第２の実施の形態を示す概略図。
【図７】図６のローラ間の接触面積が大きい状態にある場合を示す概略図。
【図８】図６の第２の実施の形態の動作を説明するフローチャート。
【符号の説明】
【００１４】
Ａ  画像形成装置、１８  定着装置、２２  加圧ローラ、２３  ヒータ、２４  加熱ローラ、２５  加熱ローラ温度検出手段（センサ）、２９  定着ローラ、４５  ベルト
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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