JPH07319318A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーフ定着器を具備する画像形成装置におい
て、１枚の画像中の各部分の画像濃度に応じて加熱体の
温調温度を制御し、定着性の向上やエネルギロスの低減
を図ること。 【構成】 記録材面に未定着のトナー像を形成する手
段、加熱体により定着フィルムを介して未定着トナー画
像を記録材面に加熱定着する手段等を有する画像形成装
置において、前記加熱体（３）は、定着フィルム横断方
向を長手とする発熱部を有し、該発熱部の温調温度を出
力画像情報に応じて変化させるように発熱させる通電発
熱制御手段（６９）を有する構成とし、温調温度を画像
濃度の薄い領域程高くして定着性を向上したり、白色部
では低くしてエネルギロスを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像形成装置に関する。

【０００２】特に、定着フィルムと、該定着フィルムの
走行駆動手段と、該定着フィルムを中にしてその一方面
側に配置された加熱体と、他面側に配置され、前記加熱
体に対して該定着フィルムを介して記録材の未定着トナ
ー画像担持側の面を密着させる加圧部材を備え、前記画
像形成手段側から搬送されてくる未定着トナー画像を担
持した記録材の搬送速度と同一速度で同一方向に走行駆
動させた定着フィルムと前記加圧部材との間に該記録材
を導入して未定着トナー画像を記録材面に加熱定着する
トナー画像加熱定着手段を具備する画像形成装置に関す
る。

【０００３】

【従来の技術】画像形成装置の代表例としては電子写真
方式が挙げられる。この方式の場合、トナー像を記録材
に定着する手段を必要とする。一般にその定着手段とし
ては、ローラー定着手段と、定着フィルムと、該定着フ
ィルムの走行駆動手段と、該定着フィルムを中にしてそ
の一方面側に配置された加熱体と、他面側に配置され、
前記加熱体に対して該定着フィルムを介して記録材の未
定着トナー画像担持側の面を密着させる加圧部材を備
え、前記画像形成手段側から搬送されてくる未定着トナ
ー画像を担持した記録材の搬送速度と同一速度で同一方
向に走行駆動させた定着フィルムと前記加圧部材との間
に該記録材を導入して未定着トナー画像を記録材面に加
熱定着するトナー画像加熱定着手段とがある。両者とも
それぞれに特徴を生かすために、前者は中高速機に、後
者は低速機に使用されていることが多い。

【０００４】両者共に、定着に必要な温度で安定するよ
うな制御手段を用いて定着を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、トナー像が記
録材全面にわたり均等にある場合以外は、１枚の画像中
で均等に温調すること、つまり何も像がない部分に熱を
与えることはエネルギーのロスにつながる。また、画像
濃度に応じて、定着に必要な温度も異なりその画像に応
じて１枚の記録材の定着中にも温度を可変にする必要性
がある。また、定着性を確保するために温調温度を上げ
て一定にすると、端部昇温等の問題や熱耐久性に対する
問題も生じる。

【０００６】本発明は上記のような定着性やエネルギー
ロス等の問題を解決した画像形成装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、記録
材面に加熱溶融性の樹脂等によりなるトナーを担持させ
て目的の画像情報に対応した未定着のトナー画像を形成
する画像形成手段と、定着フィルムと、該定着フィルム
の走行駆動手段と、該定着フィルムを中にしてその一方
面側に配置された加熱体と、他面側に配置され、前記加
熱体に対して該定着フィルムを介して記録材の未定着ト
ナー画像担持側の面を密着させる加圧部材を備え、前記
画像形成手段側から搬送されてくる未定着トナー画像を
担持した記録材の搬送速度と同一速度で同一方向に走行
駆動させた定着フィルムと前記加圧部材との間に該記録
材を導入して未定着トナー画像を記録材面に加熱定着す
るトナー画像加熱定着手段と、を有し、該トナー画像加
熱定着手段の加熱体は定着フィルムとの接触面側に定着
フィルム横断方向を長手とする発熱部を有し、該発熱部
の温調温度を出力画像情報に応じて変化させるように発
熱させる通電発熱制御手段を有する画像形成装置を提供
するものである。

【０００８】本発明は、出力画像検知手段を具備するこ
とにより、１枚の記録材中の画像の定着に必要な温度を
知ることが出来、同一記録材面上で定着温度を変化させ
て、各出力画像に適正な定着をすることができる。

【０００９】

【実施例】次に本発明の１実施例（デジタル＆ハーフト
ーン部温調アップ＆メモリ取り込み）につき説明する。

【００１０】実施例１ １）画像形成装置例 図１は本発明に従う後述する定着装置６０を用いた画像
形成装置の１例の概略構成を示している。

【００１１】本例の画像形成装置はデジタル方式の電子
写真複写装置である。

【００１２】固定の原稿台ガラス２０上に原稿１９を所
要に載置し、所要の複写条件を設定した後、コピースタ
ートキーを押すと、感光体ドラム３９が矢印の時計方向
に所定の周速度で回転移動される。

【００１３】また光源２１（２２は反射笠）と第１ミラ
ー２３が原稿台ガラス２０の下面に沿ってガラス左辺側
のホームポジションからガラス右辺側へ所定の速度Ｖで
往動し、第２ミラー、第３ミラー２４，２５が同方向に
Ｖ／２の速度で往動することで原稿台ガラス２０上の載
置原稿１９の下向き画像面が左辺側から右辺側に照明照
射され、その照明走査光の原稿面反射光が結像レンズ２
９、固定第４ミラー２６を介してＣＣＤ６１上に結像照
射され、図４のＡ／Ｄ変換装置６２によりデジタル信号
に変換される。

【００１４】デジタル信号化された画像情報を後述する
図４に記載の画像処理装置６３を通過させることで画像
処理を施し、更にＤ／Ａ変換装置６５によって再びアナ
ログ信号に変換し、その信号により半導体レーザー６７
を点灯させる。

【００１５】そのレーザー光は、高速定速回転している
ポリゴンミラー４０とＦθレンズ４１を介することによ
って長手方向に展開され固定ミラー２７，２８を介して
回転感光体ドラム３９面に結像露光される。

【００１６】回転感光体ドラム３９の表面は、この露光
前に１次帯電器３０により正または負の所定電位に一様
に帯電処理されており、この帯電面に対して上記の露光
がなされることで、感光体ドラム３９面に原稿画像に対
応したパターンの静電潜像が順次形成されていく。感光
体ドラム３９面の形成静電潜像は、現像装置３１の現像
ローラ３２でトナー像として顕画される。

【００１７】一方、給紙ローラ６１により記録材として
の転写材シートＰが給送され、ガイド３３を通って所定
のタイミングで感光体ドラム３９と転写帯電器３４との
間の転写部へ導入されて転写コロナを受けることで感光
体ドラム３９に接し感光体ドラム３９面側のトナー顕画
像がシートＰ面に順次転写されていく。

【００１８】像転写部を通過したシートＰは除電針３５
によって背面電荷の除去を受けつつ、感光体ドラム３９
面から順次に分離され、搬送部３８、入り口ガイド１０
で定着装置６０へ導入され、後述するようにトナー画像
定着を受け、画像形成物として機外へ放出される。

【００１９】転写後の感光体ドラム３９面はクリーニン
グ器３６のクリーニングブレード３７で残りトナー等の
汚れが除去され、繰り返して像形成に供される。

【００２０】往動移動した移動光学部材２１〜２５は所
定の往動終点に到達すると復動移動に転じられて、始め
のホームポジションへ戻り、次のコピーサイクルの開始
まで待機する。解像度は、入出力共に４００ｄｐｉとす
る。

【００２１】２）定着装置６０の構成 図２は本発明に従う加熱装置の一例であるところの、電
子写真複写機の定着装置６０の側断面図である。６はエ
ンドレスベルト状の定着フィルムであり、左側の駆動ロ
ーラ７と、右側の従動ローラ８と、この両ローラ７，８
間の下方に固定配設した、低熱容量線状ヒータ１の、３
部材７，８，１間に懸回張設してある。従動ローラ８は
定着フィルム６を外側に張る方向にテンションを印加す
るテンションローラを兼ねており、定着フィルムは表面
にシリコンゴム等を被覆して摩擦係数を高めた駆動ロー
ラ７の時計方向の回転駆動に伴い時計方向に所定の周速
度をもってシワや蛇行、速度遅れなく回転駆動される。

【００２２】９は加圧手段としての、シリコンゴム等の
離形性のよいゴム弾性層を有する加圧ローラであり、前
記のエンドレスベルト状定着フィルム６の下行側フィル
ム部分をヒーター１との間に挟ませて、ヒーター１の下
面に対してバネ等の付勢手段により、例えば総圧５〜１
０ｋｇの当接圧をもって対向圧接させてあり、シートｐ
の搬送方向に順方向の反時計方向に回転する。

【００２３】回転駆動されるエンドレス状の定着フィル
ム６は、繰り返してトナー画像の加熱定着を供されるの
で、耐熱性、離形成、耐久性に優れ、一般的には１００
μ以下、好ましくは４０μ以下の薄肉のものを使用す
る。一例としては、厚さ２０μのポリイミド、ポリエー
テルイミド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテル、エ
ーテルケトン等の高耐熱樹脂や、ニッケル、ＳＵＳ等の
金属の薄肉エンドレスベルトの外周面に、ＰＴＦＥ（４
フッ化エチレン樹脂）、ＰＦＡ（４フッ化エチレン、パ
ーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）等の
低表面エネルギーの樹脂、またはこれらの樹脂にカーボ
ンブラック等の導電材を添加した、離形コート層を１０
μ厚に施した、総厚３０μのエンドレスベルトである。

【００２４】低熱容量のヒーター１は、エンドレスフィ
ルム６の横断方向を長手として伸びており、例えば厚さ
１．０ｍｍ、幅１０ｍｍ、長手長３４０ｍｍのアルミナ
基盤２に、ギンパラジウムや酸化ルテニウム等の抵抗材
料を厚さ１０μ、幅１．０ｍｍに塗工して発熱層３を形
成し、さらにその上に厚さ１０μのフィルム６との摺動
を考慮したガラス等の保護層４を形成したものであり、
ヒータ支持体１１に取り付け保持させて固定支持させ
る。

【００２５】ヒータ支持体１１は、ヒータ１を定着装置
６０及び画像形成装置に対し断熱支持する、断熱性、高
耐熱性、剛性を有するもので、例えばＰＰＳ（ポリフェ
ニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテ
ルケトン）、液晶ポリマ等の高耐熱性樹脂や、これらの
樹脂とセラミックス、金属等との複合材料などで構成さ
れる。

【００２６】ヒータの発熱層３には、長手方向両端から
通電される。通電は交流１００Ｖであり、基板２の裏面
に熱伝導性シリコン接着剤等で接着または圧接または一
体的に形成された、ＮＴＣサーミスタ等の検温素子５の
検知温度に応じマイクロコンピュータＭＰＵ６９（図
３）により通電制御される。

【００２７】図３はヒータ１を給紙側から見た側面図で
ある。発熱層３は、基板２の下面の中央部に基板長手に
沿って一直線状に形成してある。３ａと３ｂはこの発熱
層３の左端部と右端部に設けた銀等の良導電材質の通電
用電極（入力端子）である。ｅはこの電極３ａ，３ｂ間
の発熱層３の有効全長域であり、本例の場合は装置に供
給して使用できる最大サイズ転写材シートをＡ３版（幅
２９７ｍｍ）とし、そのシート幅に対応する長さ寸法に
設計してある。

【００２８】３）定着ヒータの制御 ＣＣＤ６１から入力された画像信号をＡ／Ｄ変換装置６
２によりデジタル信号に変換する。そのデジタル信号
を、操作部等から入力された設定条件に基づき、画像処
理装置６３によってガンマ変換処理、エッジ強調等の画
像処理を施す。その処理された信号をページメモリ６４
に取り込んで、ハーフトーン領域検知装置６８により画
像中のハーフトーン領域を検知する。そして、シートＰ
が定着器６０に入り、ハーフトーン領域を定着する際に
同期して定着温度が上がるようにＭＰＵ６９にて定着器
のヒーター１の制御を行う。ここで温調温度は長手方向
には変えられないので、長手方向における画像部の平均
濃度を取り、その濃度によって紙送り方向に対してヒー
ターの制御を行う。

【００２９】実際の温度制御の例を、間欠コピー１枚目
について述べる。

【００３０】図５に示すように、シートｐの先端が定着
機６０に突入するときと同期してヒータ１に通電し１０
０度温調とする。レーザー出力信号がＦＦＨの時には温
調温度を１５０度に上げる。次に濃度３０Ｈの領域がく
ると、温調温度を１８０度に上げる。さらに、９０Ｈが
来たら１６０度に温調温度を制御する。ベタ白部には本
来通電したくはないのであるが、ヒーターを安定に制御
するために１００度で温調を行う。ここで、ＦＦＨ，９
０Ｈ，３０Ｈ等はレーザーの出力制御信号の値であり、
００ＨからＦＦＨまでの２５６値で制御している。レー
ザー出力信号と、出力画像濃度との関係は図６に示す通
りである。

【００３１】一般に加圧ローラ９等の温まり具合いに応
じて、温調温度は変える必要があるので、それに応じて
ＦＦＨの温調温度を変更し制御するが、その温度に応じ
て同様にハーフトーン領域の温調温度を変更し制御する
が、その温度に応じて同様にハーフトーン領域の温調温
度も変化させるような制御を行う。つまり、ＦＦＨの温
調温度に対して相対的に温度を上げることが必要なわけ
である。そのために、レーザー出力信号と、温調温度の
関係を図７に示すような一つのテーブルに記憶させてお
く。

【００３２】図７に示すような制御を行ったときと、行
わずにべたグロの適性温度で温調した場合の定着性の依
存性を図８に示す。図８の（ｂ）は従来例として、べた
グロの定着性を満たす適性の温度で定着温度を一定にし
て温調した場合の定着性を示している。図８の（ａ）は
本発明を適用した場合であり、図７に示すような濃度と
温度の関係で制御した場合の定着性を示している。ここ
で、定着性とは、ある濃度の出力画像に対して、ウェス
を重ね、その上から一定荷重をかけて擦った時の前後で
の反射光量から計算した濃度の低下率を示している。

【００３３】実施例２ 画像形成装置は、実施例１の場合と同様であり、ページ
メモリを具備していないものとする。

【００３４】定着ヒーターの制御：コピーボタンが押さ
れてから、スキャナー部が動作し、ＣＣＤ６１より画像
信号が入力される。その入力画像信号に対して、図９に
記載の画像処理装置６３によって画像処理を施す。その
画像処理を施された画像信号がどの様な濃度であるか
を、出力画像濃度検知装置７１によって検知する。

【００３５】ここで、あらかじめ、画像信号が、回転感
光体ドラム３９面上に静電潜像として記録されてから、
現像装置３１によって顕画化されシートｐに転写され定
着装置に突入するまでの時間ｔ１を設定しておく。ま
た、定着機の温度はヒーターに制御信号を送ってから応
答するまでに時間ｔ２の遅延を生じる。これらを考慮し
て、定着ヒーターの温度は半導体レーザーの発光に時間
（ｔ１−ｔ２）だけの遅延を掛けることによって制御を
行う。このようにすることで、画像濃度と、その画像を
定着する際の定着温度とをうまく一致させることが出来
る。

【００３６】制御温度と画像濃度との関係は実施例１に
示したものと同様である。

【００３７】本実施例の構成にすることで、ページメモ
リを持たない画像形成装置に於ても、定着ヒータの制御
を適性に行うことにより逐次的に温調を可変にすること
が出来る。

【００３８】実施例３ １）画像形成装置例 実施例１にほぼ準じるが、定着ヒータの構成を異なるも
のとする。

【００３９】２）定着装置の構成 実施例１の定着器より加熱体の構成を以下のように変更
する。

【００４０】図１０はヒーター１の層構成を示す模式図
であり、加熱体の下面側を上向きにし、かつその長手一
端側を切り欠いた斜視図として表してある。

【００４１】本例のヒーター１は、アルミナ等の耐熱性
がありかつ電気絶縁性の基材よりなる基盤１０１と、そ
の上面に形成されたガラス等の断熱性の材質よりなるグ
レース層１０２と、その上面に形成されたＴａ２Ｎ等よ
りなる抵抗発熱体層１０３と、この抵抗発熱体層を長手
方向に分割して発熱させるよう配置したＡｇ等の導電材
よりなる分離電極１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ……及
び共通電極１０５と、抵抗発熱層１０３と電極１０４・
１０５の上面に形成されたＴａ１０５等の耐熱性があり
かつ耐摩耗性のある材質よりなる摺動保護層１０６より
なっている。

【００４２】図１１は通電加熱制御の構成ブロック図を
示している。このような構成にすることで、分割電極と
共通電極の間の微少な部分が発熱するため、ヒーター全
体としては微細な抵抗発熱部の集合として働くことにな
る。

【００４３】本実施例に於ては、発熱体の密度を２００
ｄｐｉになるようにヒーターを作成する。

【００４４】３）定着加熱部の制御方法 図１１に示すように、ページメモリ６４に取り込まれた
画像信号に応じて適切な定着温度に制御するために制御
信号発生装置７２を必要とする。これは、画像の各発熱
層に対応する領域の濃度に応じて、定着温度を決定し、
その温度で制御するための電圧量が得られるような信号
を発生させる装置である。対応領域の２画素（記録画素
密度は４００ｄｐｉでヒーターの密度が２００ｄｐｉな
のでヒーター１個に対して２画素が対応する。）の平均
濃度と、定着温度とは、例えば図７に示すようなテーブ
ルに記憶させておく。各発熱体毎にこのテーブルに基づ
いた温度になるよう電圧印加装置７３より電圧を供給し
制御を行う。制御のタイミング等は実施例１と同様であ
る。

【００４５】本実施例のような構成にすることで、長手
方向と、紙送り方向の２次元的に定着温度が制御できる
ので、より効率のよい定着が可能となる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、１枚の画像中で画像濃
度によって温調温度を可変にし、濃度が薄く定着しにく
くなるにしたがって温調温度を上げるようにすること
で、画像濃度に応じた効率のよい定着を行うことが出来
る。これにより、全ての濃度で定着性を満足でき、しか
も昇温を抑えられ、消費電力も少なくできるというメリ
ットの多い画像形成装置を実現できる。また、ヒーター
や、定着器及びその周辺の昇温が抑えられることによ
り、系全体の熱耐久性も向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例１，２，３における画像形
成装置の概略図である。

【図２】本発明による実施例１の画像形成装置における
定着装置の側断面図である。

【図３】本発明による実施例１の定着ヒーターの側断面
図である。

【図４】本発明による実施例１の画像形成装置におけ
る、画像信号と制御信号の流れを表したブロック図であ
る。

【図５】本発明による実施例１における定着ニップ部通
過時のレーザー出力信号とヒーターの温調温度の関係を
示した図である。

【図６】本発明による実施例１，２，３におけるレーザ
ー出力信号と出力画像濃度の関係を示した図である。

【図７】本発明による実施例１，２，３におけるレーザ
ー出力信号と温調温度の変換テーブル図である。

【図８】本発明による実施例１に於けるレーザー出力信
号と定着性の関係を示した図である。

【図９】本発明による実施例２の画像形成装置におけ
る、画像信号と制御信号の流れを表したブロック図であ
る。

【図１０】本発明による実施例３の画像形成装置におけ
る、定着加熱体の模式図である。

【図１１】本発明による実施例３の画像形成装置におけ
る、画像信号と制御信号の流れを表したブロック図であ
る。

【符号の説明】

１…ヒーター ２…基板 ３…発熱層 ４…保護層 ５…サーミスタ ６…定着フィル
ム ７…駆動ローラ ８…従動ローラ ９…加圧ローラ １０…入口ガイ
ド １１…ヒータ支持体 １２…排紙ガイ
ド １９…原稿 ２０…原稿台ガ
ラス ２１…光源 ２２…反射傘 ２３〜２８…ミラー ２９…結像レン
ズ ３０…１次帯電器 ３１…現像装置 ３２…現像ローラ ３４…転写帯電
器 ３５…除電針 ３６…クリーニ
ング器 ３７…クリーニングブレード ３８…搬送部 ３９…感光体ドラム ４０…ポリゴン
ミラー ４１…Ｆθレンズ ６１…ＣＣＤ ６２…Ａ／Ｄ変換装置 ６３…画像処理
装置 ６４…ページメモリ ６５…Ｄ／Ａ変
換装置 ６６…ＬＤドライバー ６７…半導体レ
ーザー ６８…ハーフトーン領域検知装置 ６９…ＭＰＵ ７０…操作部 ７１…出力画像
濃度検出装置 ７２…制御信号発生装置 ７３…電圧印加
装置 １０１…基材 １０２…グレー
ズ層 １０３…抵抗発熱体層 １０４…分割電
極 １０５…共通電極 １０６…摺動保
護層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録材面に加熱溶融性の樹脂等よりなる
   トナーを担持させて、目的の画像情報に対応した未定着
   のトナー画像を形成する画像形成手段と、 定着フィルムと、該定着フィルムの走行駆動手段と、該
   定着フィルムを中にしてその一方面側に配置された加熱
   体と、他面側に配置され、前記加熱体に対して該定着フ
   ィルムを介して記録材の未定着トナー画像担持側の面を
   密着させる加圧部材を備え、前記画像形成手段側から搬
   送されてくる未定着トナー画像を担持した記録材の搬送
   速度と同一速度で同一方向に走行駆動させた定着フィル
   ムと前記加圧部材との間に該記録材を導入して未定着ト
   ナー画像を記録材面に加熱定着するトナー画像加熱定着
   手段と、 を有し、該トナー画像加熱定着手段の加熱体は、定着フ
   ィルムとの接触面側に定着フィルム横断方向を長手とす
   る発熱部を有し、該発熱部の温調温度を出力画像情報に
   応じて変化させるように発熱させる通電発熱制御手段を
   有する、 ことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の画像形成装置におい
   て、出力画像検知手段を具備していることを特徴とする
   画像形成装置。
3. 【請求項３】 請求項１，２のいずれかに記載の画像形
   成装置において、出力画像の位置、濃度等を検知しその
   出力画像濃度分布に応じて定着温調温度を１枚の画像中
   で変化させて制御することを特徴とする画像形成装置。
4. 【請求項４】 請求項１，２，３のいずれかに記載の画
   像形成装置において、１枚の画像中で定着する温調温度
   は濃度の薄い領域ほど高くする一方で、べた白部では温
   調温度を低くすることを特徴とする画像形成装置。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３，４のいずれかに記載
   の画像形成装置において、定着発熱部は、長手方向に配
   列された微細な抵抗発熱部の集合構成であり、該加熱発
   熱部の個々の微細抵抗発熱部毎にパルス状に通電して選
   択的に発熱させる通電発熱制御手段を有することを特徴
   とする画像形成装置。