(57)【要約】【課題】ユーザが使用する様々な用紙に対し、比較的簡単な構成で適切な定着条件を自動的に設定可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】記録媒体上に形成されたトナー像に接触する定着ローラと、前記定着ローラに対向配置されているとともに、前記定着ローラとの接触により形成される定着ニップ部の幅を可変できるように構成された加圧ローラを備え、前記記録媒体上に形成された前記トナー像に、前記ニップ部において熱と圧力を与えることで定着を行う定着装置を備えた画像形成装置において、前記記録媒体の一方の面に、あらかじめ決められた温度の熱を加える加熱手段１００を備えるとともに、前記記録媒体を介して前記加熱手段１００からの熱を検出する温度検出手段１０２を備える。【選択図】図３
2013224992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上に形成されたトナー像に接触する定着ローラと、前記定着ローラに対向配置されているとともに、前記定着ローラとの接触により形成される定着ニップ部の幅を可変できるように構成された加圧ローラを備え、前記記録媒体上に形成された前記トナー像に、前記ニップ部において熱と圧力を与えることで定着を行う定着装置を備えた画像形成装置において、前記記録媒体の一方の面に、あらかじめ決められた温度の熱を加える加熱手段を備えるとともに、前記記録媒体を介して前記加熱手段からの熱を検出する温度検出手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記加熱手段が加熱を開始してから、前記温度検出手段によって検出された温度が初期温度（Ｔ０）からあらかじめ決められた温度分（ΔＴ）上昇するまでの時間（t）を計測するとともに、前記時間（ｔ）に基づいて前記定着装置の定着条件を決定することを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記時間（ｔ）に基づいて決定される前記定着条件は、定着温度、定着ニップ長さ、定着速度（ニップ通過時間）のうち、少なくとも１つ以上であることを特徴とする、請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記時間（ｔ）が長いほど、前記定着温度を高く設定することを特徴とする、請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記時間（ｔ）が長いほど、前記定着ニップ長さが長くなるように設定することを特徴とする、請求項３又は４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記時間（ｔ）が長いほど、前記定着速度を遅くする（前記記録媒体がニップを通過する時間が長くなる）ように設定することを特徴とする、請求項３から５のいずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記加熱手段による加熱及び前記温度検出手段による検出を、画像形成装置の電源が入った直後に行うことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記加熱手段による加熱及び前記温度検出手段による検出を、用紙が格納されているトレイの開閉動作があった直後に行うことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項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、記録媒体上に形成された画像に対して加熱及び加圧して像定着を行う定着装置を搭載する複写機、ファクシミリ、レーザープリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、電子写真式の画像形成装置においては、感光体、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段等から成る作像部において、感光体上のトナー像を転写紙上に転写した後で、この転写紙を定着装置に通紙することにより、加熱及び加圧してトナー像の定着を行っている。記録材上の未定着トナー像を定着させるために、例えば内部にヒータランプよりなる加熱源が設けられた加熱ローラと、この加熱ローラに圧着されて定着ニップ部（定着領域）が形成されるよう配置された加圧ローラとを備えてなる定着装置による熱ローラ定着方式が広く利用されている。
【０００３】
また、画像形成動作に用いられる記録材としては、用途や目的に応じた種々の紙種（材質）のもの、例えば普通紙、光沢紙（コート紙）、はがき、封筒、ラベル紙などが提供されており、それぞれの紙種に対して薄紙から厚紙まで厚さも様々なものが使用される。画像形成装置は、このような材質や厚さが異なる多種多様の用紙においても、常に一定の画像品質が求められる。特に、トナー画像を定着する定着プロセスにおいては、様々な種類・厚さの記録材であっても十分な定着性を確保する必要がある。そこで、一般的な画像形成装置では、ユーザが使用する用紙の種類及び厚さ（坪量）の情報を、あらかじめユーザ自身が画像記録装置の操作画面で指定し、印刷することが広く行われている。画像形成装置は、指定された紙種・紙厚の情報から、その条件の紙に適正な定着条件になるように、あらかじめ決められた定着温度、ニップ幅（圧力）、速度（ニップ通過時間）等の定着条件が自動的に設定される。
【０００４】
しかしながら、実際には同じ種類・坪量の紙であっても、その他の用紙物性（例えば、密度、コート剤の種類、表面粗さなど）が異なる紙が多数存在する。このような種類・坪量以外の用紙物性が異なった場合でも、適正な定着条件が異なることが知られている。
【０００５】
従って、上記のように紙種と紙厚のみを指定する方法では、紙の銘柄によっては十分な定着強度が得られなかったり、過度な定着条件になりトナーが定着ローラ側に付着したりするといった不具合も起こりうる。
【０００６】
このような問題を解決するために、特許文献１では、ユーザが用紙の銘柄を選択することにより、インターネットを介してサーバからその用紙の銘柄に対応する用紙データを転送させるようにし、その用紙データに基づいて、プリンタを制御する方法が提案されている。
【０００７】
また、特許文献２では、用紙の物性情報を入力し、その物性情報に基づいて当該使用する用紙の物性に最適のプロセス条件を自動的に設定する方法が提案されている。
【０００８】
更に特許文献３及び特許文献４では、用紙の種類・坪量以外の用紙物性である透気度や平滑度を測定し、その測定結果により定着プロセス条件を制御する方法が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献１及び特許文献２の方法では、市場に無数に存在している用紙の銘柄について、あらかじめ定着条件を決めるための評価をそれぞれ行う必要があり、効率的ではない。また、使用する用紙の情報はユーザ自らが行うため、入力を誤ったり、実際に用紙トレイに入っている紙と入力した情報が一致していないといった状況も起こりうる。また、特許文献３及び特許文献４のように、画像形成装置に用紙物性を測定する手段を設けたものは、装置の複雑化・大型化を招き、メンテナンスも大変になるといったデメリットがある。
【００１０】
本発明の目的は、ユーザが使用する様々な用紙に対し、比較的簡単な構成で適切な定着条件を自動的に設定可能な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】
この目的を達成するためになされた本発明は、下記の構成を特徴とするものである。
【００１２】
（１）記録媒体上に形成されたトナー像に接触する定着ローラと、前記定着ローラに対向配置されているとともに、前記定着ローラとの接触により形成される定着ニップ部の幅を可変できるように構成された加圧ローラを備え、前記記録媒体上に形成された前記トナー像に、前記ニップ部において熱と圧力を与えることで定着を行う定着装置を備えた画像形成装置において、前記記録媒体の一方の面に、あらかじめ決められた温度の熱を加える加熱手段を備えるとともに、前記記録媒体を介して前記加熱手段からの熱を検出する温度検出手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００１３】
（２）前記加熱手段が加熱を開始してから、前記温度検出手段によって検出された温度が初期温度（Ｔ０）からあらかじめ決められた温度分（ΔＴ）上昇するまでの時間（t）を計測するとともに、前記時間（ｔ）に基づいて前記定着装置の定着条件を決定することを特徴とする、（１）記載の画像形成装置。
【００１４】
（３）前記時間（ｔ）に基づいて決定される前記定着条件は、定着温度、定着ニップ長さ、定着速度（ニップ通過時間）のうち、少なくとも１つ以上であることを特徴とする、（２）記載の画像形成装置。
【００１５】
（４）前記時間（ｔ）が長いほど、前記定着温度を高く設定することを特徴とする、（３）記載の画像形成装置。
【００１６】
（５）前記時間（ｔ）が長いほど、前記定着ニップ長さが長くなるように設定することを特徴とする、（３）又は（４）記載の画像形成装置。
【００１７】
（６）前記時間（ｔ）が長いほど、前記定着速度を遅くする（前記記録媒体がニップを通過する時間が長くなる）ように設定することを特徴とする、（３）から（５）のいずれか１項記載の画像形成装置。
【００１８】
（７）前記加熱手段による加熱及び前記温度検出手段による検出を、画像形成装置の電源が入った直後に行うことを特徴とする、（１）から（６）のいずれか１項記載の画像形成装置。
【００１９】
（８）前記加熱手段による加熱及び前記温度検出手段による検出を、用紙が格納されているトレイの開閉動作があった直後に行うことを特徴とする、（１）から（７）のいずれか１項記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ユーザが使用する様々な用紙に対し、比較的簡単な構成で適切な定着条件を自動的に設定可能な画像形成装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による実施形態の画像形成装置を示す模式図である。
【図２】上記実施形態の定着装置の全体構成を示す断面図である。
【図３】上記実施形態における加熱手段及び温度検出手段の一例を示す図である。
【図４】上記温度検出手段による温度検出結果について示す図である。
【図５】上記実施形態における、温度（Ｔ１）に到達するまでの時間と、最適定着設定温度の関係を示す図である。
【図６】上記実施形態における、温度（Ｔ１）に到達するまでの時間と最適ニップ幅の関係を示す図である。
【図７】上記実施形態における、温度（Ｔ１）に到達するまでの時間と最適ニップ通過時間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００２３】
図１に、本発明を適用した定着装置を有する画像形成装置の概略を示す。画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ等周知のものであり、本実施形態の画像形成装置はカラー画像の形成が可能である。
【００２４】
画像形成装置２０は、原稿画像に応じて各色の画像を形成する作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋと、作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋに対向して配置された中間転写ベルト２５と、転写ローラ２９と中間転写ベルト２５とが対向する転写領域に各種シート状媒体を供給するシート状媒体供給手段としての給紙カセット２８と、給紙カセット２８からピックローラ２７によって１枚ずつ搬送されてきたシート状媒体を作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋによる作像のタイミングにあわせて供給するレジストローラ２６と、転写領域において転写後のシート状媒体の定着を行う定着装置１を有している。
【００２５】
画像形成装置２０は、一般にコピー等に用いられる普通紙（以下単に普通紙という）と、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（以下単に特殊シートという）、表面にコート剤を塗布して高光沢な画像が得られるコート紙等、何れもシート状媒体として用いることが可能である。
【００２６】
各作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋはそれぞれイエロー、マゼンタ、イエロー、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、その構成はほぼ同様であるから、作像装置２１Ｙの構成を各作像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋの代表として説明する。
【００２７】
作像装置２１Ｙは、静電潜像担持体としての感光体ドラム３０Ｙ、感光体ドラム３０Ｙの回転方向において順に配置されている帯電装置３１Ｙ、現像装置２３Ｙ、クリーニング装置３２Ｙ等を有し、帯電装置３１Ｙと現像装置２３Ｙとの間で図示しない周知のポリゴンミラーを備えた走査手段による露光光２２Ｙを受ける周知の構成である。静電潜像担持体はドラム状でなく、ベルト状としても良い。
【００２８】
作像装置Ｙによって形成されたトナー像は、１次転写ローラ３３Ｙによって中間転写ベルト２５上に転写される。以降、作像装置Ｍ、作像装置Ｃ、作像装置Ｋのトナー像を順番に中間転写ベルト２５上に重ね合わせ、それを一括して２次転写ローラ２９によって記録媒体上に転写し、フルカラー画像を得る。記録媒体上に転写されたトナー像は、定着装置１へ搬送され、定着装置１によって熱と圧力が加えられて記録媒体上にトナーが融着される。
【００２９】
次に、本実施形態における定着装置の一例を説明する。図２は、定着装置１の断面図である。定着装置１は、トナーを定着されるシート状記録媒体を搬送するための無端の定着ベルト２０４と、定着ベルト２０４を巻き掛けられた加熱ローラ２０５及び定着ローラ２０８と、定着ベルト２０４を介して定着ローラ２０８に対向して接触し、ニップ部を形成する加圧ローラ２０７と、加熱ローラ２０５に対向し当接するよう配置され加熱ローラ２０５の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ２０６と、定着ベルト２０４を介して定着ローラ２０８に対向して配置されたクリーニングユニット２１０、離型剤供給手段としての塗布ローラ２１８と、ケーシング２０１などを有している。
【００３０】
また、加熱ローラ２０５の内部にはヒータ２１７、加圧ローラ２０７の内部にはそれぞれヒータ２０９及びサーミスタ２２０が備えられている。定着ベルト２０４には適当な所定の張力を与えるため、加熱ローラ２０５と定着ローラ２０４とは、バネなどの図示しない弾性体により、互いに離間する向きに付勢されている。定着ローラ２０８は、芯金２１９と、この芯金２１９を被覆する耐熱多孔質の弾性体層とを有し、芯金２１９が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２０８が回転駆動され、加熱ローラ２０１の従動回転により定着ベルト２０４が駆動される。ケーシング２０１は、２次転写ローラ２９に対向する位置に設けられ２次転写ローラ２９によって搬送されてくるシート状媒体を受け入れるための開口２０２と、開口２０２の反対側に設けられ定着済みのシート状媒体を排出する開口２０３とを有している。
【００３１】
ヒータ２１７は、加熱ローラ２０５及び加熱ローラ２０５を介して定着ベルト２０４を加熱するものであり、ヒータ２１７の温度はサーミスタ２０６による検知信号として図示しない制御手段に入力され、目標の定着温度と比較され、検知温度が定着温度より低い場合にはヒータ２１７への通電が行われ、検知温度が定着温度より高い場合にはヒータ２１７への通電が停止される。このようにサーミスタ２０６の検知信号がフィードバックされることで定着温度が約１５０〜２５０℃の間で制御される。
【００３２】
塗布ローラ２１８に対し、定着ベルト２０４の移動方向における上流側には、シート状媒体から定着ベルト２０４に転移したオフセットトナーを清掃するためのクリーニングユニット２１０が設けられている。
【００３３】
クリーニングユニット２１０と塗布ローラ２１８は定着ベルト２０４の周上に配設されており、塗布ローラ１８は定着ベルト２０４にシリコーンオイルを主成分とする離型剤を塗布するものであり、定着ベルト２０４に従動回転するようになっている。塗布ローラ２１８には図示しない離型剤供給部材とブレードとが当接しており、離型剤共有手段によって塗布ローラ２１８に供給された離型剤の層厚がブレードにより均一になされる。これにより、定着ベルト２０４には常に適量の離型剤が塗布されるようになっている。
【００３４】
加圧ローラ２０７の両端には、ベアリング２２１が圧入されており、ベアリング２２１には、加圧ローラ２０７の軸位置を移動させるための手段であるアーム２２２が接触している。アーム２２２は、カム２２３の回転によって軸２２４を中心に上下に移動させる構成となっており、印刷中及び予備加熱動作中は定着ローラ２０８に圧接され、ニップを形成した状態で回転し、印刷動作が終了すると離間して停止する。加圧ローラ２０７内部に設置されたヒータ２０９の温度は、サーミスタ２２０による検知信号として図示しない制御手段に入力され、目標の定着温度と比較され、検知温度が設定温度より低い場合にはヒータ２０９への通電が行われ、検知温度が設定温度より高い場合にはヒータ２０９への通電が停止される。このようにサーミスタ２２０の検知信号がフィードバックされることで加圧ローラ温度が約５０〜２００℃の間で制御される。定着ベルト２０４は、ニッケル製の厚さ１００μｍの基体上に２００μｍのシリコンゴム製の離型層が形成されたものであり、熱容量が小さく、熱応答性を良好にされている。基体はＳＵＳ製、ポリイミド製でもよく、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。
【００３５】
次に、本実施形態に係る定着条件決定方法について説明する。図３は、本実施形態における用紙への加熱手段及び温度検出手段の構成を示す図である。まず、ユーザは、使用したい任意の用紙３０２を、画像形成装置に備えられた図示しない用紙トレイ内にセットする。用紙トレイにセットされた用紙３０２は、ピックローラ２７の回転によって１枚だけピックされ、矢印３０１の方向に移動し、用紙加熱手段１００と対抗の位置に備えられた温度検出ローラ１０１によって挟まれる位置まで搬送されて停止する。用紙３００が、用紙加熱手段１００と温度検出ローラ１０１に挟まれると、用紙加熱手段１００内に備えられたヒータランプ３０３が点灯し、用紙３００を加熱する。
【００３６】
このときの加熱温度は、外気温度よりも低い場合は用紙を加熱できないため温度上昇を検出できず、高すぎる値に設定すると温度上昇までの時間が多くかかるうえ、検出精度が落ちる。したがって、加熱温度の範囲は、外気温度＋１０℃〜１００℃の範囲であることが好ましい。用紙加熱手段１００と温度検出ローラ１０１を設けるのに好ましい位置は、用紙トレイからピックされた直後の少なくとも用紙の先端を挟むことができる位置である。定着装置の下流でできるだけ用紙トレイに近い位置が好ましい。温度検出ローラ１０１の温度は、用紙加熱手段１００による加熱開始と同時に温度検出手段１０２によって温度が記録される。
【００３７】
図４に、加熱手段１００による加熱開始直後から温度検出手段１０２によって検出された温度の推移の一例を示す。温度検出手段１０２によって検出された温度は、初期温度Ｔ０から徐々に上昇していき、いずれ加熱手段１００の温度と同じとなる。このときの温度上昇の傾きは、用紙の厚さ、種類、密度、吸水度、平滑度、周囲の環境など、様々なパラメータの違いによって異なる。加熱手段１００が加熱を開始してから、温度検出手段１０２によって検出された温度が初期温度（Ｔ０）からあらかじめ決められた温度分（ΔＴ）上昇して温度（Ｔ１）に到達するまでの時間（ｔ）を計測するとともに、記録し、画像形成装置の制御部に伝え、前記時間（ｔ）に基づいて定着装置１の定着条件を画像形成装置の制御部が決定する。図４の例では、用紙Ａ（実線）の方が、用紙Ｂ（破線）よりも（Ｔ１）に到達するまでの時間が短いため、温度上昇しやすいことを示している。
【００３８】
トナーを用紙に十分に定着するには、トナーはもちろんのこと、用紙も十分に加熱する必要がある。トナーが定着ローラの熱によって溶融しても、用紙にも十分に熱が加えられなければ、十分な定着強度が得られない。そのため、温度上昇しにくい用紙Ｂは、用紙Ａよりも定着時に多くの熱量が得られるように、定着装置１を制御する。
【００３９】
図５は、温度（Ｔ１）に到達するまでの時間と、最適定着設定温度の関係を示す一例である。図４における用紙Ａ及び用紙Ｂの、それぞれ温度（Ｔ１）に到達するまでの時間をそれぞれｔ１、ｔ２とすると、ここから、用紙Ａの定着温度は１４０℃、用紙Ｂの最適定着温度は１５０℃にヒータを制御することで、それぞれの用紙の最適な定着性を得ることができる。
【００４０】
図６には、温度（Ｔ１）に到達するまでの時間と最適ニップ幅の関係を示す。図５の例と同様に、ここからそれぞれ最適な定着性を得るためのニップ幅を得ることができる。したがって、最適なニップ幅になるように定着装置１のカム２２３の回転を制御することで、それぞれの用紙に対して最適な定着性を得ることができる。
【００４１】
図７には、温度（Ｔ１）に到達するまでの時間と最適ニップ通過時間の関係を示す。図５と図６の例と同様に、ここからそれぞれ最適な定着性を得るためのニップ通過時間を得ることができる。したがって、最適なニップ時間になるように図示しない駆動モーターの回転速度を制御することで、それぞれの用紙に対して最適な定着性を得ることができる。
【００４２】
加熱手段１００による加熱及び温度検出手段１０２による検出は、画像形成装置の電源が入った直後、もしくは用紙が格納されているトレイの開閉動作があった直後に行うことが好ましい。これにより、ユーザが自分自身で用紙の種類や物性を入力することなく、自動的にユーザが使用しようとしている用紙の最適な定着条件を設定することが可能となるとともに、入力間違えや用紙の入れ間違え等によって定着条件が不一致となることを防止できる。
【００４３】
以上述べたような方法により、ユーザが煩わしい操作を行うことなく、任意の用紙の定着条件を常に最適に設定することが可能な画像形成装置を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１    定着装置
２７    ピックローラ
１００    用紙加熱手段
１０１    温度検出ローラ
１０２    温度検出手段
２０４    定着ベルト
２０５    加熱ローラ
２０６    サーミスタ
２０７    加圧ローラ
２０８    定着ローラ
２０９    ヒータ
２１０    クリーニングユニット
２１７    ヒータ
２１８    塗布ローラ
２２０    サーミスタ
３００    用紙
３０１    矢印
３０２    用紙
３０３    ヒータランプ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４５】
【特許文献１】特開２００２−７３２９１号公報
【特許文献２】特開平６−２０２４２２号公報
【特許文献３】特開平４−３１５１８８号公報
【特許文献４】特開２００４−１２６２９７号公報
【図１】
2013224992.tif 000003
【図２】
2013224992.tif 000004
【図３】
2013224992.tif 000005
【図４】
2013224992.tif 000006
【図５】
2013224992.tif 000007
【図６】
2013224992.tif 000008
【図７】
2013224992.tif 000009