(57)【要約】【課題】定着部の累積動作量に応じた適温の定着温度を設定することで、定着性能を維持する。【解決手段】画像形成装置１００は、定着ベルト４３を挟んで互いに圧接状態で対向配置された定着ローラ４１と加圧ローラ４４とを有する。定着ローラ４１の周面にはスポンジ４１２が周設され、かつ定着ローラ４１側を加熱する加熱ローラ４２のランプヒータ４２１を備えた定着部４０を有する。さらに、定着ローラ４１の回転数を累積して積算回転数を取得する定着ローラ回転数積算部９３１と、積算回転数に応じた、適温の定着温度をランプヒータ４２１に設定する定着温度設定部９４とを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周面にスポンジ層を有する第１のローラと、前記第１のローラと圧接する位置関係を有して対向配置された第２のローラと、定着熱源とを備えた定着部を有する画像形成装置において、
前記定着部の動作量を累積的に取得する累積動作量取得手段と、
印刷命令を受け付ける度に、前記定着部の累積動作量に応じた定着温度を前記定着熱源に設定する定着温度設定手段とを備えた画像形成装置。
【請求項２】
前記累積動作量は、前記第１のローラの積算回転数である請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記累積動作量は、前記定着部で定着された積算印刷枚数である請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記定着温度設定手段は、予め準備された複数の定着温度領域から、１つの定着温度領域を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記定着温度設定手段は、印刷用紙の種類に応じた定着温度を設定するものである請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記印刷用紙の種類は、厚さであることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記印刷用紙の種類は、坪量であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記定着部は、前記第１のローラと第３のローラとの間に張架されて周回する定着ベルトを有し、前記第２のローラは、前記定着ベルトを挟んで前記第１のローラと対向配置されている請求項１〜７のいずれか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、トナー像が転写された用紙を圧接状態で加熱してトナーを用紙に溶融定着する定着部を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の定着部は、トナー像が転写された用紙を加熱ローラで加熱してトナーを溶融し、用紙面に定着する。トナーの定着性能は定着温度に左右される。例えば、定着温度が低ければ用紙との定着性が弱く、逆に高ければ溶け過ぎて加熱ローラ面に付着した溶融トナーが次回転で用紙に２度書きのように転写されるといった問題がある。従って、従来、定着温度は一定値に維持制御されるのが一般的であった。また、特許文献１には、連続印刷を行う場合には、連続印刷によって装置が充分に暖まってくることから、印刷枚数に従って定着温度を順次低下させるようにして、温度上昇による加熱手段へのトナーの付着を防止するようにした画像形成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２１８６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、定着部は、一般的に加熱ローラと加圧ローラとが圧接状態で対向配置され、両ローラの圧接位置に搬入される用紙に所定の圧接力を付与した状態で加熱することで、用紙に転写されているトナーを溶融すると共に、溶融されたトナーを紙面に定着させる。従って、定着性能は、定着温度の他、所定の圧接力を維持することで維持される。従来、所定の圧接力を生成するものとしてローラの周面にスポンジを周設したものが多用されている。今回、発明者等は、定着熱の付与や圧接回転が繰り返されることによって、スポンジを構成する発泡セルの破砕が進行し、硬度が漸次低下して用紙との面圧が低下するという現象を見つけた。面圧が低下すると、定着の強さなどを示す定着性能が低下することから、印刷された画像の画質が低下する。従って、スポンジの硬度低下に対して定着性能が低下しない対策を講じる必要がある。特許文献１は、連続印刷時における装置の暖まり分を考慮して、定着温度を漸次低下させるように温度制御を行うものであって、スポンジの硬度低下を考慮したものではない。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、定着部の累積動作量に応じた適温の定着温度を設定することで定着性能が維持できる画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、周面にスポンジ層を有する第１のローラと、前記第１のローラと圧接する位置関係を有して対向配置された第２のローラと、定着熱源とを備えた定着部を有する画像形成装置において、前記定着部の動作量を累積的に取得する累積動作量取得手段と、印刷命令を受け付ける度に、前記定着部の累積動作量に応じた定着温度を前記定着熱源に設定する定着温度設定手段とを備えたものである。
【０００７】
本発明によれば、第１、第２のローラが少なくとも回転駆動されるような定着部の所定の動作に関する累積動作量が、装置設置後の稼働開始時点から取得される。そして、印刷命令が受け付けられると、その都度、累積動作量を参照して、対応する定着温度が適温として定着熱源に設定される。従って、累積動作量の増加に応じてスポンジ発泡のセルの破砕が進行し、硬度が漸次低下して用紙との面圧が低下しても、好ましい定着温度が設定されることになるので、適温で定着動作が行われて、定着性能が維持される。
【０００８】
また、前記累積動作量は、前記第１のローラの積算回転数である。この構成によれば、スポンジ発泡のセルの破砕の進行に応じた積算情報が得られるので、より適温の定着温度が設定可能となる。
【０００９】
また、前記累積動作量は、前記定着部で定着された積算印刷枚数である。この構成によれば、積算印刷枚数と積算回転数とは相関性を有することから、積算印刷部数に基づいて適温の定着温度を設定することが可能となる。
【００１０】
また、前記定着温度設定手段は、予め準備された複数の定着温度領域から、１つの定着温度領域を設定することを特徴とする特徴とする。この構成によれば、予め複数の定着温度領域を準備しておけば、その中から最も適温となる定着温度の領域を選出することで、温度設定を行うことが可能となる。
【００１１】
また、前記定着温度設定手段は、印刷用紙の種類に応じた定着温度を設定するものである。また、前記印刷用紙の種類は、厚さ、あるいは坪量であることを特徴としている。かかるパラメータを更に使用することで、適温の設定精度を上げることが可能となる。
【００１２】
また、前記定着部は、前記第１のローラと第３のローラとの間に張架されて周回する定着ベルトを有し、前記第２のローラは、前記定着ベルトを挟んで前記第１のローラと対向配置されているものである。この構成によれば、第１、第２のローラ間に定着ベルトを介在させる構造の定着部にも適用可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、定着部の累積動作量に応じた適温の定着温度を設定することで、定着性能を維持可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】画像形成装置の第１実施形態である概略構成を示す正面図である。
【図２】定着装置の第１実施形態の概略を示す正面断面図である。
【図３】画像形成装置の定着に関連する構成部分を示すブロック図である。
【図４】定着ローラの回転数と硬度低下との関係の試験結果を示す図である。
【図５】定着ローラの硬度と定着温度との関係の試験結果を示す図表である。
【図６】定着装置の第２実施形態の概略を示す正面断面図である。
【図７】定着ローラの回転数と印字枚数との関係の相関を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、画像形成装置１００は、画像形成部１０、中間転写部２０、二次転写部３０、定着部４０、給紙部５０、用紙搬送路６０及び読取部７０を備えると共に、装置本体の上部に自動原稿搬送装置８０が搭載されている。画像形成装置１００は、読取部７０を介して読み取ったカラー又はモノクロ画像データあるいは図外の外部装置から入力されたカラー又はモノクロ画像データを用紙にカラー又は単色で画像形成処理を行う。
【００１６】
画像形成部１０は、光ビーム走査ユニット１及びそれぞれ同様な構造を有する各色の画像形成部１０Ａ〜１０Ｄを備えている。光ビーム走査ユニット１は、半導体レーザを備え、読取部７０で読み取られた、カラー原稿に対応するＲ、Ｇ、Ｂ色の各画素の画像データをブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の濃度データに変換し、変換後の各濃度データに対応したデューティ比で変調されたレーザ光で画像形成部１０Ａ〜１０Ｄの感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの表面を軸方向（主走査方向）に沿って露光走査して、それぞれの静電潜像を形成する。代表して説明する画像形成部１０Ａは、像担持体としての感光体ドラム２Ａを備え、その周囲に回転方向（副走査方向）に沿って帯電器３Ａ、現像器４Ａ及びクリーナ部５Ａを備えている。
【００１７】
中間転写部２０は、中間転写ベルト２１、駆動ローラ２２、従動ローラ２３、一次転写ローラ２４Ａ〜２４Ｄを備えて、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの周面に形成されたトナー像（現像剤像）を、像担持体としての中間転写ベルト２１の表面に一次転写する。二次転写部３０は、中間転写ベルト２１の表面のトナー像を用紙に二次転写する。
【００１８】
定着部４０は、用紙に転写されたトナー像を加熱して定着し、排紙トレイに排出する。定着部４０の構成は、図２で説明する。給紙部５０は、給紙カセット５１や手差しトレイ５２を備えており、選択された用紙を、対応する給紙カセット等から用紙搬送路６０に給紙する。
【００１９】
定着部４０は、図２に示すように、定着ローラ４１、加熱源であるランプヒータ４２１を内蔵する加熱ローラ４２、及び両ローラ４１，４２間に張架された無端状の定着ベルト４３を有する。加圧ローラ４４は、定着ベルト４３を挟んで定着ローラ４１と対向配置されている。なお、加圧ローラ４４は、公知のように付勢部材（図略）によって所定の圧力で定着ベルト４３に圧接している。
【００２０】
加熱ローラ４２の近傍には、定着温度を計測する温度センサ４５が配置されている。ローラ４１，４２の一方は、定着モータ４６（図３参照）によって回転駆動される。これによって、定着ベルト４３が周回駆動され、次いで加圧ローラ４４が従動回転される。なお、加圧ローラ４４も図略のギア等を挟んで同期回転させてもよい。
【００２１】
定着ローラ４１は、例えばステンレス等の合金からなる芯金４１１の周面に、弾性層として所定厚さ、例えば数ｍｍを有するスポンジ４１２が周設されている。スポンジ４１２は、例えばシリコンスポンジゴム等の合成樹脂に発泡材を練り込んで発泡形成したもので、内部に細かな孔が無数に空いた多孔質の柔らかい物質である。定着ローラ４１の周囲にスポンジ４１２を設けることで、定着ベルト４３と加圧ローラ４４とは、軸方向について所定かつ均一の圧接力で当接される。なお、加圧ローラ４４は、公知のように、中心側から芯金、シリコンソリッドゴム等の弾性層、さらに離型層を有する。定着ベルト４３は、本実施形態ではシリコンゴム等の樹脂材が採用されている。
【００２２】
かかる構造において、トナーＴｏが転写された用紙Ｐａが下方（搬送方向上流側）から搬送されてくると、用紙Ｐａは、定着モータ４６によって回転している定着ベルト４３と加圧ローラ４４との間で所定の圧接力で挟持されながら上方（搬送方向下流側）へ送られる。この間、トナーＴｏは、ランプヒータ４２１からの定着熱によって溶融され、所定の圧接力によって用紙Ｐａ上に定着される。
【００２３】
図３のブロック図に示すように、画像形成装置１００は、作業者からの入力操作、例えば印刷指令を受け付けるタッチパネル等で構成された操作部１０１と、画像形成部１０〜用紙搬送路６０を含む画像形成機能部１１０を有するとともに、制御系としての制御部９０と記憶部９１０とを有する。また、定着部４０は、ランプヒータ４２１を点灯させる定着ヒータ電源部４２２を備えている。
【００２４】
記憶部９１０は、制御プログラムを記憶する制御プログラム記憶部９１１、制御プログラムを実行する上で参照する各種の参照データを記憶する参照データ記憶部９１２、及びワークエリアを有する。
【００２５】
制御部９０は、例えばマイクロコンピュタで構成され、制御プログラムを実行することで、画像形成処理部９１、定着モータ回転制御部９２、累積動作量取得部９３及び定着温度設定部９４として機能する。
【００２６】
画像形成処理部９１は、画像形成機能部１１０の各部の動作を制御すると共に、原稿画像に補正、加工及びフィルタ処理等を施して光ビーム走査ユニット１に導く画像処理部の動作を制御する。
【００２７】
定着モータ回転制御部９２は、操作部１０１からの印刷指令に基づく回転駆動、電源オン時の初期回転駆動や、及びランプヒータ予熱温度等に応じた適宜のタイミングでの回転駆動の制御を行う。
【００２８】
累積動作量取得部９３は、画像形成装置１００の設置後の稼働開始からの定着部４０の動作量を累積的に取得し、記憶部９１０に更新的に記憶するもので、第１実施形態では、定着ローラ回転数積算部９３１を採用している。定着ローラ回転数積算部９３１は、定着モータ回転制御部９２から定着モータ４６へ出力される回転駆動信号を利用して、例えば回転駆動用パルスをカウントするなどによって回転量を取得する。なお、回転量は、定着ローラ４１の回転量に換算されて、定着部４０の累積動作量として得られる。なお、定着モータ４６の回転数を直接計測して定着ローラ回転数積算部９３１に出力する態様でもよい。例えば、定着モータ４６の回転軸に取付けられたロータリエンコーダ等を利用した定着モータ回転センサ４６１を採用したものである。
【００２９】
定着温度設定部９４は、印刷指令を受ける毎に、後述するようにして定着ヒータ電源部４２２に対して好適な定着温度を設定すると共に、設定温度を維持するべくランプヒータ４２１を点灯制御するものである。
【００３０】
図４の試験結果に示すように、定着ローラ４１は回転数の増大に応じて硬度が漸次低下する。これは定着ローラ４１の周面に周設されたスポンジ４１２が対向する加圧ローラ４４で圧接変形されながら回転駆動されることで、スポンジ４１２を構成する発泡セルの破砕が進行して硬度が漸次低下するものである。図４において、材質Ａのスポンジ４１２の場合の硬度変化特性（Ａ）では、当初、硬度３９．０°であったものが、その後、定着ローラ４１の回転数の増大にほぼ比例して変化し、回転数１５００辺りで、硬度２９．０までほぼ一定の変化率で低下している。また、回転数１５００より大きい領域では、前記よりも低い（緩やかな）一定の変化率で低下していることが分かる。また、材質Ｂのスポンジ４１２の場合の硬度変化特性（Ｂ）（Ｃ）では、同様な減少傾向を示している。すなわち、当初、硬度３９．０°であったものが、その後、定着ローラ４１の回転数の増大に従って、緩やかな一定の変化率で低下して、１５００回辺りで硬度３８．０°程度、４０００回近くで硬度３５．０°に低下していることが分かる。このようにスポンジ４１２の材質によって硬度の低下率が異なることが分かる。なお、市場調査分である黒丸、白丸のプロットについても、同様にある変化率で減少する傾向を示している。図４に示す硬度変化特性から、定着ローラ４１の積算回転数に対応して定着ローラ４１の硬度を設定することが可能となる。
【００３１】
図５は、定着ローラ４１の硬度と定着温度との関係を調べた試験結果を示している。定着部４０において、用紙Ｐａ上で溶融したトナーＴｏは定着ベルト４３と加圧ローラ４４間の圧接力を受けて用紙Ｐａ上に転写し定着される。従って、圧接力が低いと、用紙Ｐａとの定着力が弱くなり、例えば擦ると剥がれるコールドオフセット（ＣＯ）の現象を示す。一方、圧接力が強すぎると、溶融したトナーＴｏが定着ベルト４３側にも付着し、周回後に再度用紙Ｐａに付着（いわゆる２度書き）するホットオフセット（ＨＯ）の現象を示し、いずれも好ましくない。また、図中、用紙の種類を示す６０ｇ紙、８０ｇ紙は、用紙の重量を示す単位（ｇ／ｍ２）で坪量という。
【００３２】
図５では、用紙の重量を表す単位である坪量６０ｇ紙という紙種類において、硬度が高い状態にある場合、例えば硬度４３°では、定着温度１４５℃でＣＯ現象が見られ、定着温度１９５℃でＨＯ現象が見られた。そして、定着温度１５０℃〜１８０℃で定着性良好を有し、１６５℃が良好中心温度（好適な定着温度）であった。一方、（累積運動量が増大して）硬度が低下し、例えば硬度３０°となった状態では、定着温度１５０℃でＣＯ現象が見られ、定着温度２０５℃でＨＯ現象が見られた。そして、定着温度１６０℃〜１８５℃で定着性良好を有し、１７０℃〜１７５℃が良好中心温度であった。
【００３３】
また、坪量８０ｇ紙という紙種類において、硬度が高い状態にある場合、例えば４３°では、定着温度１５０℃でＣＯ現象が見られ、定着温度２００℃でＨＯ現象が見られた。そして、定着温度１５５℃〜１８５℃で定着性良好を有し、１７０℃が良好中心温度であった。一方、硬度が低下して、例えば３０°となった場合では、定着温度１５５℃でＣＯ現象が見られ、定着温度２１０℃でＨＯ現象が見られた。そして、定着温度１７０℃〜１９０℃で定着性良好を有し、１８０℃が良好中心温度であった。
【００３４】
このように、定着ローラ４１の硬度が低下するにつれて、相対的に高い定着温度を適温として設定する必要がある。また、定着温度は、用紙種別としての坪量が大きい程、用紙への熱吸収が多くなることから、坪量が小さい用紙と比べて相対的に高い定着温度が適温となる。
【００３５】
図４及び図５から、定着ローラ４１の積算回転数と好適な定着温度との関係を設定し、参照データ記憶部９１２として記憶する。制御部９０は、操作部１０１から印刷命令を受け付けると、参照データ記憶部９１２を参照して、積算回転数に対応する定着温度を読み出す。定着温度設定部９４は、読み出された定着温度に基づいて定着ヒータ電源部４２２の動作を制御し、温度センサ４５の計測温度が設定温度となるように制御する。これによって、定着ローラ４１の積算回転数に応じた適温の定着温度が設定されるため、定着ローラ４１の積算回転数の推移に関わらず、常時、最適な定着性能での定着動作が行われる。なお、定着ローラ４１の積算回転数としては、比例関係にある加熱ローラ４２や定着ベルト４３の積算回転数で代用してもよい。
【００３６】
前記実施形態では、定着温度を参照データ記憶部９１２から得るようにしたが、積算回転数と適温の定着温度との特性に基づいて予め回帰直線（曲線）式を作成して記憶部９１０に記憶しておき、この式を介して定着温度を算出するようにしてもよい。
【００３７】
前記実施形態では、定着ベルト４３を採用した定着部４０で説明したが、図６に示す第２実施形態のように、定着ベルトを用いない定着部４０ａを採用してもよい。定着部４０ａは、定着ローラ４１ａと加熱側のローラ４４ａとを直接対向圧接させるもので、定着ローラ４１ａの周面にスポンジ４１２ａが周設されている。ローラ４４ａは、内部にランプヒータ４４１ａを備えた加熱ローラとして機能している。また、ランプヒータ４４１ａを、ローラ４４ａではなく、定着ローラ４１ａ側に内蔵させるようにしてもよい。これらの場合に、両ローラ間に圧接力を付与する付勢部材（図略）は、定着ローラ４１ａ側に設けてもよい。
【００３８】
前記実施形態では、定着ローラ４１（４１ａ）の積算回転数から定着温度への置換を行ったが、第３実施形態として、用紙種類、例えば坪量や用紙厚さのパラメータも考慮して適温の定着温度を設定するようにしてもよい。すなわち、用紙種類に対応した参照データ（回帰式）をそれぞれ作成し、操作部１０１を介して印刷指令を受けた際に、これらの種類情報を識別して、対応する参照データ等を選択使用するようにすればよい。これによれば、より細かく適温の定着温度の設定が可能となる。
【００３９】
前記実施形態では、累積動作量取得部９３として、定着ローラ回転数積算部９３１を採用したが、第４実施形態として、印刷枚数積算部９３２を採用してもよい。印刷枚数積算部９３２は、印刷指令に基づいて、印刷された枚数を定着部４０の累積動作量として取得する。図７は、定着ローラ４１の積算回転数と印字枚数との関係を示しており、参考のため１枚毎に印刷した場合（Ａ）から１０枚単位で印刷した場合（Ｄ）までの各特性線を示している。一方、市場調査分をそれぞれ観察すると、それぞれ特徴のある印刷態様を示している。例えば、特性（Ａ）に近い傾向を示すもの、特性（Ａ）と（Ｂ）の中間の傾向を示すもの、特性（Ｄ）に近い傾向を示すが見られる。市場においては有る程度の傾があることから、積算回転数と印刷枚数とが、高い相関を有することが認められる。従って、定着部の累積動作量として、積算回転数の他、積算印刷枚数を適用してもよいことが分かる。
【００４０】
また、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４１】
１００  画像形成装置
４０  定着装置
４１，４１ａ  定着ローラ（第１のローラ）
４１２，４１２ａ  スポンジ
４２  加熱ローラ（第３のローラ）
４２１，４４１ａ  ランプヒータ（定着熱源）
４３  定着ベルト
４４  加圧ローラ（第２のローラ）
４４ａ  ローラ（第２のローラ）
９２  定着モータ回転制御部
９３  累積動作量取得部
９３１  定着ローラ回転数積算部
９３２  印刷枚数積算部
９４  定着温度設定部
【図１】
2016191806.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図５】
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