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発明の名称 定着装置と画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−17675(P2007−17675A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−198659(P2005−198659)
出願日 平成17年7月7日(2005.7.7)
代理人 【識別番号】100091867
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 アキラ
発明者 山口嘉紀 / 岡本潤
要約 課題
薄肉化によって熱容量が小さくなった定着回転体を用いても、通紙が始まった直後の温度落ち込みを小さくすることができ、画像形成装置に許容される消費電力を効率良く利用して定着性を確保できるようにする。

解決手段
定着回転体(57A)と、当該定着回転体に圧接して定着ニップを形成する加圧体(57B)及び定着回転体を加熱する熱源(57C)を備えて成る定着装置であって、立ち上げ時に熱源を最大出力で稼動させ、立ち上げ完了後に出力を引き下げる制御部を有する定着装置において、定着装置以外の画像形成に関わるユニットの稼動タイミングをずらすことで、立ち上げ後の上記熱源に対する出力低下を多段階化する。
特許請求の範囲
【請求項1】
定着回転体と、当該定着回転体に圧接して定着ニップを形成する加圧体及び定着回転体を加熱する熱源を備えて成る定着装置であって、立ち上げ時に熱源を最大出力で稼動させ、立ち上げ完了後に出力を引き下げる制御部を有する定着装置において、定着装置以外の画像形成に関わるユニットの稼動タイミングをずらすことで、立ち上げ後の上記熱源に対する出力低下を多段階化することを特徴とする定着装置。
【請求項2】
定着装置の用紙搬送下流側に位置すべき稼動部材の駆動開始を順番に遅らせることで、立ち上げ後の前記熱源に対する出力低下を多段階化することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
【請求項3】
立ち上げ完了を、定着回転体が設定温度Ta以上になった時か、所定時間t経過時のいずれかとし、設定温度Taは定着回転体の表面温度が最初の通紙直後に温度落ち込みがあっも定着性を確保できるレベルであることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【請求項5】
フィニッシャーを備えた請求項4に記載の画像形成装置。
【請求項6】
定着装置の用紙搬送下流側に位置する複数の用紙搬送手段の駆動を順次オンにして、これに対応させて熱源出力を段階的に引き下げることを特徴とする請求項4又は5に記載の画像形成装置。
【請求項7】
立ち上げ完了後の最初の出力引き下げを所定時間t継続し、次いで更に出力引き下げを行うものであり、その際、所定時間tが給紙部先端から定着装置の用紙搬送下流側に位置した稼動部材までの搬送距離L、用紙搬送線速をvとするときのL/vと等しいか、それ以下であることを特徴とする請求項4又は5に記載の画像形成装置。
【請求項8】
所定時間tを、通紙開始時から、N枚目の用紙後端が定着ニップを通過後からN+1枚目の用紙先端が定着ニップに到達するまでの間に設定することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
【請求項9】
所定時間tを、通紙開始時から、最初の最大サイズ用紙の後端が定着ニップを通過後から同サイズの2枚目の用紙の先端が定着ニップに到達するまでの間に設定することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
【請求項10】
フィニッシャー内の用紙搬送手段と、フィニッシャーより用紙搬送上流側の装置本体内の用紙搬送手段を異なる駆動源で稼動させることを特徴とする請求項5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、複写機、プリンタ、ファックス等の湿式プロセス(電子写真、インクジェット等)の画像形成装置に用いられる定着装置及び当該定着装置を装着する画像形成装置に関するものである。その発明骨子は、一般の用紙乾燥・加熱装置に応用可能なものである。
【背景技術】
【0002】
【特許文献1】特開2004−54225号公報
【特許文献2】特開2000−267481号公報
【特許文献3】特開2003−122183号公報
【0003】
画像形成装置では、記録媒体上に転写された未定着画像を加熱定着して複写物や印刷出力を得るようになっている。定着装置として代表的な構成は、加熱ローラと加圧ローラを互いに対向当接させて記録媒体を挟持搬送しながら定着する熱ローラ定着方式である。熱源により加熱される加熱ローラの温度の立ち上がりを早めて迅速な定着準備を行うことが好ましく、そのために加熱ローラの薄肉化で対応しているものが多くあるが、その分、加熱ローラの熱容量も小さいため、記録媒体の挟持搬送(通紙)が始まった直後の温度落ち込みも大きい。これを解決するために、例えば特許文献1では、加熱ローラの表面に接触することにより加熱ローラの表面を加熱する加熱部材を備えると共に、加熱ローラと加熱部材とが接触する部分では、加熱ローラ側を凸形状とし、加熱部材側を上記凸形状に倣った凹形状とすることが提案されている。これにより定着装置の温度立ち上がりを迅速に行うことができ、発火の危険等を招くこともなく定着装置での表面温度を所定温度に維持することができるとなっている。
【0004】
省エネルギーとウォーミングアップタイムを短縮したクイックスタートを両立する際に起こり得る低温定着オフセットの問題を解決するために、特許文献2では、熱線照射手段を中心に配設された円筒状透光性基体と、当該透光性基体の外側に熱線を吸収する熱線吸収層を設けたローラ状熱線定着用回転部材とを備え、画像形成装置の出力形態に応じて熱線定着用回転部材のウォームアップ時間を変更することが開示されている。
【0005】
定着部の温度変動であるリップルを生じないように、あるいはウォームアップタイムを短縮し、あるいは突入電流に起因するフリッカーを生じさせないために、特許文献3では、AC/DCコンバータを用い、AC/DCコンバータの出力を定着ヒータに供給し、当該出力を連続的に又は段階的に変化させることが提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
定着装置での温度立ち上がりの高速化を実現しつつ、それに伴う不具合を回避するための工夫が以上のように様々な構成においてなされているが、加熱ローラに代表される定着回転体を薄肉化させた場合に、定着回転体の低熱容量化に起因して、通紙が始まった直後の温度落ち込みが大きくなるという事態を回避しつつ、熱源たるヒータの出力に伴う消費電力を実用上容認される範囲に抑制することについては、更に工夫の余地がある。
【0007】
本発明は、薄肉化によって熱容量が小さくなった定着回転体を用いても、通紙が始まった直後の温度落ち込みを小さくすることができ、画像形成装置に許容される消費電力を効率良く利用して定着性を確保することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題は、本発明により、定着回転体と、当該定着回転体に圧接して定着ニップを形成する加圧体及び定着回転体を加熱する熱源を備えて成る定着装置であって、立ち上げ時に熱源を最大出力で稼動させ、立ち上げ完了後に出力を引き下げる制御部を有する定着装置において、定着装置以外の画像形成に関わるユニットの稼動タイミングをずらすことで、立ち上げ後の上記熱源に対する出力低下を多段階化することで解決させる。
【0009】
定着装置の用紙搬送下流側に位置すべき稼動部材の駆動開始を順番に遅らせることで、立ち上げ後の前記熱源に対する出力低下を多段階化するのが好適である。立ち上げ完了を、定着回転体が設定温度Ta以上になった時か、所定時間t経過時のいずれかとし、設定温度Taは定着回転体の表面温度が最初の通紙直後に温度落ち込みがあっも定着性を確保できるレベルであれば、好都合である。
【0010】
定着装置の用紙搬送下流側に位置する複数の用紙搬送手段の駆動を順次オンにして、これに対応させて熱源出力を段階的に引き下げるようになっているのが好適である。立ち上げ完了後の最初の出力引き下げを所定時間t継続し、次いで更に出力引き下げを行うものであり、その際、所定時間tが給紙部先端から定着装置の用紙搬送下流側に位置した稼動部材までの搬送距離L、用紙搬送線速をvとするときのL/vと等しいか、それ以下であるのがよい。所定時間tを、通紙開始時から、N枚目の用紙後端が定着ニップを通過後からN+1枚目の用紙先端が定着ニップに到達するまでの間に設定する。あるいは所定時間tを、通紙開始時から、最初の最大サイズ用紙の後端が定着ニップを通過後から同サイズの2枚目の用紙の先端が定着ニップに到達するまでの間に設定する。フィニッシャーを備える場合、フィニッシャー内の用紙搬送手段と、フィニッシャーより用紙搬送上流側の装置本体内の用紙搬送手段を異なる駆動源で稼動させるのがよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、定着装置以外の画像形成に関わるユニットの稼動タイミングをずらすことで、立ち上げ後の熱源に対する出力低下を多段階化し、定着性の確保と電力利用の効率化の両立を図ることができる。
【0012】
立ち上げ完了後の最初の出力引き下げを所定時間t継続し、次いで更に出力引き下げを行うものであり、その際、所定時間tが給紙部先端から定着装置の用紙搬送下流側に位置した稼動部材までの搬送距離L、用紙搬送線速をvとするときのL/vと等しいか、それ以下であることで、該当稼動部材の稼動をぎりぎりまで遅らせて、定着装置の出力に利用することができる。所定時間tを、通紙開始時から、N枚目の用紙後端が定着ニップを通過後からN+1枚目の用紙先端が定着ニップに到達するまでの間に設定することで、紙間にtが設定されることになり、定着ニップに紙がある最中に熱源出力が変わる事態を回避でき、特に最大サイズ用紙では有利である。
【0013】
フィニッシャー内の用紙搬送手段と、フィニッシャーより用紙搬送上流側の装置本体内の用紙搬送手段を異なる駆動源で稼動させることで、制御が簡単となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明を電子写真方式画像形成装置であるレーザープリンタ(以下、プリンタという)に適用した実施の形態として説明する。まず、本形態に係るプリンタ全体の構成及び動作について説明する。本プリンタは、潜像担持体としての感光体ドラム1を有している。感光体ドラム1は、図中矢印A方向に回転駆動されながら、一様帯電手段としての帯電ローラ50により、その表面を一様に帯電される。その後、潜像形成手段である光書込ユニット51により画像情報に基づき走査露光され、感光体ドラム1の表面に静電潜像が形成される。なお、一様帯電手段及び潜像形成手段としては、帯電ローラ50及び光書込ユニット51とは異なるものを用いることもできる。感光体ドラム1上に形成された静電潜像は、現像装置2により現像され、感光体ドラム1上にトナー像が形成される。感光体ドラム1上に形成されたトナー像は、転写ローラ53を備えた転写手段としての転写ユニットにより、給紙カセット54から給紙ローラ55及びレジストローラ対56を経て搬送される記録媒体としての転写紙52上に転写される。転写終了後の転写紙52は、定着手段である定着装置57によりトナー像を定着され、排紙ローラ60を介して機外の空間部Sに排出される。空間部Sには、転写紙52を収容する排紙トレイ61が配置されている。なお、転写されずに感光体ドラム1上に残留した転写残トナーは、クリーニング手段としてのクリーニングユニット58により感光体ドラム1の表面から除去される。また、感光体ドラム1上の残留電荷は、除電手段としての除電ランプ59で除去される。
【0015】
定着装置57は装置筐体内に、定着回転体である加熱ローラ57A、加圧ローラ57B及び熱源たるヒータ57Cがそれぞれ配置されている。加熱ローラ57Aは、転写紙に担持されたトナー像に接触する側に配置された熱良導体から成る材質の中空円筒と、この中空円筒の表面に離型層を有したローラであり、内部にヒータ57Cが配置されている。加圧ローラ57Bは芯金の表面に弾性体層を有したローラ部材であり、加熱ローラ57Aと圧接しながら連動して回転することで転写紙を挟持搬送する際の定着ニップ部を構成するようになっている。転写紙に担持されたトナー像は、加熱ローラ57A及び加圧ローラ57Bで挟持搬送される際に熱・圧力の作用により加熱定着される。
【0016】
上記構成において、画像形成装置全体として考える場合、画像形成が必要となってスイッチオンする際など画像形成装置の立ち上がり/再立ち上がりから立ち上がり完了までは、定着装置とコントローラー以外は稼動していない。そのため、定着装置ではヒータの最大出力で加熱ローラを加熱することができる。そして、立ち上がり完了と共に、給紙系、排紙系、読み取り系の各ユニットを稼動するので、定着装置に入力できる電力を縮小せざるを得ないが、定着装置より用紙搬送下流側に位置する排紙系ユニットについては、用紙が定着装置に到達・通過するまでは、他の給紙系や読み取り系と同じタイミングで稼動を開始する必要性がない。つまり、立ち上がり完了直後の通紙では、画像形成装置の各ユニットがすべてフル稼働するまでに、マシンダウンを引き起こすリミットの電力に対して多少余裕がある。それと同時に、定着装置の温度落ち込みが最下点に達し、定着性がもっとも厳しいのがこの時間帯である。
【0017】
そこでこの時間帯に着目してヒータ出力の下げ幅を小さくし、定着性を確保するのである。本例では、ヒータ出力段階下げ実行の起点を、立ち上げ中に信号入力して、立ち上げ完了直後に通紙を開始したときとする。そして、この立ち上げ完了の判断を経過時間と到達温度の2つで行うこととし、予め設定された復帰開始からの経過時間と、必要到達温度のどちらか一方でも満たせば立ち上げ完了とする。一方、ヒータ出力段階下げの制御は、経過時間による立ち上げ完了時にのみ適用することとする。必要到達温度(Ta℃)が所定経過時間(t秒)よりも先に実現して立ち上げ完了した場合は、加熱ローラの表面温度が定着性を十分に確保できる温度になっており、消費電力を可能な限り上げた上で多段階下げを行っても、定着性向上に寄与する程度が少ない。しかしながら、復帰開始からの所定経過時間が先にきて立ち上げ完了となった場合は、加熱ローラの表面温度が十分でなく、定着開始直後の温度低下のために定着性が不十分となることが予想される。したがって、ヒータ出力多段階下げを適用して、通紙初期での定着性を確保する。
【0018】
これを図2のフローに基づいて説明すると、マシン立ち上げで定着装置のヒータは最大出力J(w)で稼動開始し、起動後から所定経過時間(t秒)経過した段階で、給紙系ユニット、読み取り系ユニット、更には排紙系の搬送ローラ62の駆動に要する出力Δαに相当する分だけヒータ出力を落とし、それに合わせてこれらユニット及び搬送ローラ62の駆動を始める。そして更に所定時間t(秒)経過後には、排紙ローラ60駆動に要する出力Δβに相当する分もヒータ出力を落とし、それに合わせて排紙ローラ60の駆動を始める。所定時間tは紙種に応じて変更され得るものである。所定時間に代えて、各ローラ手前近傍にセンサを配して、出力下げを実行してもよい。以上の制御による加熱ローラでの温度変化を図3に示す。従来の制御では、立ち上げ完了後に給紙系、排紙系、読み取り系の各ユニットの稼動に必要な出力の相当する分を定着ヒータ出力下げとしていたのに対して、本発明では排紙ローラ60の駆動をt経過後として、その駆動分を定着ヒータ出力に利用するのである。定着装置の用紙搬送下流側にある搬送ローラ62の駆動も、給紙系ユニットや読み取り系ユニットの稼動開始より遅らせて、転写紙52が定着装置57に到達後、あるいは搬送ローラ到達直前で開始するようにしてもよい。
【0019】
経過前に必要到達温度(Ta℃:加熱ローラの表面温度が最初の通紙直後に温度落ち込みがあっも定着性を確保できるレベル)に達している場合には、排紙系ユニットを稼動させることとして定着ヒータの出力をその分下げる。「t(秒)」経過しても、この「必要到達温度Ta℃」に達していない場合には、最初の通紙の際の温度落ち込みが定着性の点で問題を発生し得るので、マシン立ち上げの高速化を維持しつつ、通紙初期でも十分な定着性も確保できるように、給紙系や読み取り系を稼動開始する一方で定着装置への電力供給をできる限り減らさないように、排紙ローラの稼動を遅らせるのである。
【0020】
そして、通紙を数枚程度行うと、加圧ローラ温度も上昇し、転写紙が通過しても温度落ち込みは定着不良を引き起こさなくなり、この段階でヒータへの入力は定着性に対し過剰なものとなるので、最大消費電力及び総平均消費電力の観点からは不利となる。そこで、更にヒータの出力を下げ(Δβ)、排紙ローラ60の駆動に切り替える。その切り替えのタイミングは、例えば、最大サイズ紙を通紙する場合の、通紙開始後から最初の用紙の終端が定着ニップを通過後であって、次の用紙の先端が定着ニップに到達するまでの間において設定することが好ましい。但し、定着済み転写紙が排紙ローラ60に到達するまでには排紙ローラ60の駆動を開始する必要があるので、通紙開始地点(給紙ローラ55)から排紙ローラ60までの搬送距離をLとし、線速をvとする場合のL/v(秒)経過後には排紙ローラ60の駆動を開始し、ヒータ出力をΔβだけ下げることが必要である。
【0021】
以上のように排紙系駆動の稼動分をぎりぎりまで定着での温度上昇に利用することのメリットは特にソート・スタックといった仕分けをする外部排紙装置(いわゆるフィニッシャー)が装着されている場合に顕著である。図4に示すように、画像形成装置本体側にある用紙排紙搬送路に設けられた排紙搬送ローラを「上流側排紙ローラ」と、外部排紙装置70側の排紙搬送ローラを「下流側排紙ローラ」として、上流側排紙ローラを本体側動力で行い、下流側排紙ローラを外部排紙装置側動力で行って、これらを共通の制御部で制御する。このような搬出搬送路が長いマシンにおいて、始めに定着ヒータ(更にはコントローラー)に集中的に電力を供給して、立ち上がり完了のタイミングに合わせて、給紙系ユニットと読み取り系ユニットの稼動させ、これらの稼動に必要な電力分だけ下げて定着ヒータへの電力供給を行う。画像形成装置中の排紙系ユニットは、転写紙が例えば定着装置に到達した時点で稼動開始する。上記第1例のように、定着装置に近い側の搬送ローラは給紙系、読み取り系ユニットと同時に駆動開始させることもできる。そして、画像形成装置がフルシステムで稼動しているとき、外部排紙装置70の稼動タイミングは最初の転写紙が外部排紙装置70に到達する前とする。最初の転写紙が外部排紙装置70に到達していなければ外部排紙装置70を稼動させる必要はない。例えば、最初の転写紙後端が定着ニップを通過してから2枚目の転写紙の先端が定着ニップに到達までの間とする。これによって紙搬送性を損なうことなく、無駄な電力消費を抑えることができ、その間に定着ヒータの出力を高めることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明に係る複写機の概略図である。
【図2】本発明での制御を示すフロー図である。
【図3】本発明を説明するための加熱ローラの温度変化を示すグラフである。
【図4】フィニッシャーを取り付けた画像形成装置の概略図である。
【符号の説明】
【0023】
1 感光体ドラム
52 転写紙
57 定着装置
57A 加熱ローラ(定着回転体)
57B 加圧ローラ(加圧体)
57C ヒータ(熱源)
60 排紙ローラ
62 搬送ローラ
70 外部排紙装置




 

 


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