JP2004070041A

JP2004070041A - 定着装置および画像形成装置

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Publication number: JP2004070041A
Application number: JP2002229808A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Akizuki; 秋月　智雄; Atsutoshi Ando; 安藤　温敏; Riichi Tsuchiya; 土谷　利一; Shinro Umezawa; 梅澤　眞郎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】定着部材２０として弾性層を有する定着ベルトを用いた場合でも、立ち上げ温調時において定着部材の正確な温調制御を行い、その結果グロスなどの印字品質ムラのない高画質な画像を得ることができる定着装置、該定着装置を搭載した画像形成装置を提供する。
【解決手段】プリント開始時に定着装置を立ち上げる際に、所定タイミングで、加熱体１６に供給する加熱に必要な電力が所定電力で補正され、前記所定電力の値は、定着装置を所定の温度とするのに必要となる電力値と略等しいことを特徴としている。この所定電力の値は、定着装置の蓄熱具合等に従い必要に応じて電力決定する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
より詳しくは、少なくとも、加熱体と、前記加熱体に電力を供給する電力供給部（加熱手段）と、少なくとも１つ以上の温度検出手段と、記録材と共に移動する第一の回転体と、前記記録材と圧接部を形成し、かつ、前記記録材を搬送する第二の回転体と、を有し、前記温度検知手段の温度検知を行う場所は加熱体と異なる場所であり、前記温度検出手段によって検知された温度を基に前記電力供給部から前記加熱体に供給する電力をフィードバック制御することで前記第一の回転体の温度制御を行い、前記圧接部で画像を担持した記録材を挟持搬送させて加熱する定着装置、および該定着装置を備えた、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、プリンタや複写機等の画像形成装置におけるカラー化が進んできている。電子写真方式のカラーの画像形成装置として、各色毎に応じて感光ドラムを１列に複数配置し、各感光ドラム上に形成された各色のトナー像を転写媒体に順次重ね合わせてカラー画像を形成する、いわゆるインライン型の画像形成装置が提案されている。
【０００４】
このようなカラー画像形成装置に使用される定着装置としては、定着部材に弾性層を有する熱ローラ定着が良く知られている。弾性層を有する熱ローラ方式の定着方式においては、熱ローラ自体の熱容量が大きくなってしまい、定着ローラをトナー画像定着に適した温度までに昇温させるまでに必要な時間（ウォームアップタイム）が長いという問題があった。また、定着装置のコストも高価なものとなっていた。
【０００５】
ウォームアップタイムの短い定着装置として、白黒プリンタによく使用されるベルト定着方式の定着装置が良く知られている。このようなベルト定着装置の一例の概略構成模型図を図１３に示す。
【０００６】
２０１は本例のベルト定着装置の全体符号である。２０２は定着ベルトユニットであり、横断面略半円弧状樋型のヒータホルダ２０７、このヒータホルダ２０７の下面にヒータホルダ長手（図面に垂直方向）に沿って固定して配設した定着ヒータ２０４、この定着ヒータ付きのヒータホルダ２０７にルーズに外嵌させた、エンドレスベルト状（円筒状）の薄層の定着ベルト２０３などからなるアセンブリである。
【０００７】
２０５は弾性加圧ローラであり、その芯金の両端部を定着装置の側板間に回転自由に軸受させて配設してある。
【０００８】
定着ベルトユニット２０２は弾性加圧ローラ２０５の上側に、定着ヒータ２０４側を下向きにして加圧ローラ２０５に並行に配列し、ヒータホルダ２０９の両端部側を不図示の付勢手段で所定の押圧力で押し下げ状態にしてある。これにより、定着ヒータ２０４の下面を定着ベルト２０３を挟んで弾性加圧ローラ２０５の上面に加圧ローラの弾性に抗して圧接させて所定幅の定着ニップ部２０６を形成させている。
【０００９】
弾性加圧ローラ２０５は不図示の駆動機構により矢印の反時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。この弾性加圧ローラ２０５の回転駆動により、定着ニップ部２０６において弾性加圧ローラ２０５と定着ベルト２０３の外面との摩擦力でフィルム４に回転力が作用し、定着ベルト２０３はその内周面が定着ニップ部２０６において定着ヒータ２０４の下面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に弾性加圧ローラ２０５の周速度にほぼ対応した周速度をもってヒータホルダ２０７の外回りを従動回転状態になる。
【００１０】
定着ベルト２０３は、例えば、厚さ５０μｍ程度の耐熱性樹脂のエンドレスベルトを用い、その表面に厚さ１０μｍの離形層（フッ素コーティング樹脂など）を形成したものである。また、定着ベルト２０３の熱容量を小さくするため、定着ベルト２０３には弾性層を用いていない。
【００１１】
定着ヒータ２０４は、セラミック基板上に抵抗発熱体を形成したものである。定着ヒータ２０４には温度検知手段２０９が当接され、定着ヒータ２０４の温度が検知され、不図示の制御手段により定着ヒータ２０４の温度が所望の温度になるように定着ヒータ２０４に対する供給電力が制御されて温調制御される。
【００１２】
弾性加圧ローラ２０５が回転駆動され、定着ベルト２０３が従動回転し、定着ヒータ２０４が所定温度に立ち上がって温調制御された状態において、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが定着ニップ部２０６の定着ベルト２０３と弾性加圧ローラ２０５との間に導入される。その記録材Ｐは未定着トナー像担持面が定着ベルト２０３の外面に密着して定着ベルト２０３と一緒に定着ニップ部２０６を挟持搬送されていく。その挟持搬送過程において、記録材Ｐに対して定着ヒータ２０４の熱が定着ベルト２０３を介して付与され、また定着ニップ部２０６の加圧力を受け、未定着トナー像ｔが記録材Ｐ上に永久固着画像として熱と圧力で定着される。記録材Ｐは定着ニップ部２０６を通過して定着ベルト２０３の面から曲率分離して排出される。
【００１３】
このような構成の定着装置２０１では、定着ベルト２０３の熱容量が非常に小さくなっているので、定着ヒータ２０４に電力を投入した後、短時間で定着ニップ部２０６をトナー画像の定着可能温度まで昇温させることが可能である。
【００１４】
しかし、このような弾性層を設けていない定着ベルト２０３を使用しているベルト定着装置２０１をカラー画像形成装置の定着装置として使用すると、定着部材である定着ベルト２０３に弾性層が無いために、記録材Ｐの表面の凹凸やトナー層の有無による凹凸、そしてトナー層自体の凹凸などに定着ベルト２０３の表面が追従できず、凹部と凸部で定着ベルト２０３から加えられる熱に差ができてしまう。定着ベルト２０３とよく接触する凸部においては、定着ベルト２０３からよく熱が伝わり、定着ベルト２０３とあまりよく接触しない凹部においては、定着ベルト２０３からの熱が凸部に比べて伝わりにくい。このように、トナー層が凹凸による溶融状態の違いを反映することにより、定着後画像に影響をもたらしてしまう。
【００１５】
特に、カラー画像においては、複数色のトナー像を重ね、混色させて使用するため、トナー層の凹凸が白黒画像に比べて大きく、定着ベルト２０３に弾性層が無い場合、定着後の画像の光沢ムラが大きくなって画像品質を低下させる、また、記録材ＰがＯＨＰシートの場合には定着後画像を投影した場合、定着後の画像表面が微視的に見て均一でないことに起因する光の散乱が発生し、結果として透過性の低下を招いてしまう。
【００１６】
また、弾性層を有しない定着ベルト２０３と、記録材Ｐや未定着トナー像ｔの凹凸部分に満遍なくよく熱が伝わるようにシリコンオイル等を定着ベルト２０３に塗布すると、コストが高くなることや定着後画像および記録材Ｐがオイルでべとつくという問題があった。
【００１７】
そこで、特開平１１−１５３０３号公報（特許第３０５１０８５号）に開示されている定着ベルトのような、弾性層を有する定着ベルトをベルト定着装置に使用することで、低コストなカラーオンデマンド定着装置を構成する定着装置が提案されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
図１４は定着部材として弾性層を有する定着ベルト２０３を用いたベルト定着装置の概略構成模型図である。図１３の装置と共通する構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００１９】
この定着装置を用いる場合には、定着ベルト２０３の弾性層に用いられるシリコーンゴム層の熱伝導率が小さいことより定着ベルト２０３の温度応答性は悪く、定着ヒータ２０４の温度に対するスリーブ温度の追従は大きな遅れを伴ってしまう。さらに、定着ヒータ２０４の温度と定着ベルト２０３の温度差は定常状態においても数十℃と大変大きく、またその温度差は空回転時と、通紙時において大きく異なる。このため定着ベルト２０３の温度制御は非常に困難であった。
【００２０】
このため、図１３の装置のように定着ヒータ部ではなく、図１４の装置のように定着ベルト２０３の内面や表面に温度検知手段２０９を配置させて、定着ベルト２０３自身の温度を検出し、ＰＩＤ制御などのフィードバック制御により定着ヒータ２０４の温度を制御することにより定着ベルト２０３の温調を行う方法がある。
【００２１】
このような構成を用いることによって定着ベルト２０３の温度をより精度良く制御することが可能である。
【００２２】
この定着装置においては、立ち上げ温度制御シーケンスは、以下の二段階ａとｂから構成される。
【００２３】
ａ．「立上げ（固定）電力出力」
ｂ．「ＰＩＤ制御」
ａの「立ち上げ電力」は、定着装置温度を速やかに立上げ、オンデマンド性を確保する為に投入される電力であり、定着ヒータ２０４には１０００Ｗが投入される。
【００２４】
加圧ローラ２０５の回転に伴い、定着ベルト２０３は従動回転しながら定着ヒータ２０４により加熱される。
【００２５】
定着ベルト２０３の温度を検出する温度検知手段２０９の検知温度が所定温度（目標温度−２０℃：例えば、目標温度が１９０℃であれば、１９０℃−２０℃＝１７０℃）に達したときに、ｂの「ＰＩＤ制御」に移行し、以後はＰＩＤ制御により定着ベルト２０３の温度が目標温度に近づくように定着ヒータ２０４への投入電力は制御される。
【００２６】
しかしながら、従来の定着装置を用いて立ち上げを行った場合、以下のような問題点があった。
【００２７】
▲１▼．立ち上げ時のオーバーシュートが大きく、使用を重ねるとより高温での動作が繰り返されることにより、定着装置の寿命が短くなってしまう。
【００２８】
▲２▼．立ち上げ時の温度リップルが大きく、立ち上げ後の記録材突入時の温度ばらつきが大きくなってしまい、出力された印刷物のグロス（光沢度）がばらついてしまい、画質上好ましくない。また、記録材や印字パターンによっては温度が低下したポイントで定着不良が生じる。
【００２９】
本発明者らがこの現象について検討を行ったところ以下の理由によることがわかった。
【００３０】
１）定着ベルト２０３の弾性層に用いられるシリコーンゴム層の熱伝導率が小さく、定着ヒータ２０４から定着ベルト表面までに多くの部材があることにより定着ヒータ２０４へ通電してから定着ベルト温度が上昇するまでの、応答性が悪いこと。
【００３１】
２）定着ベルト２０３の温度を検出する温度検知手段２０９の位置が定着ニップ部２０６から離れていることによる検知タイミングの遅れがあること。
【００３２】
すなわち、ＰＩＤ制御に代表されるフィードバック制御は、制御量の変動を検知し、それに対応した操作量を加えることによって成り立っているため、ＰＩＤ制御を基調として立ち上げ温調を行おうとした場合、上記の２つの理由１）と２）によるむだ時間（タイムラグ）が大きくなり、オーバーシュートを起こしやすく、また、それとともにハンチング（温度リップル）を生じやすくなってしまう。
【００３３】
一方、小さな電力で緩やかに立ち上げることによってオーバーシュートを発生させない方法があるが、この場合にはオンデマンド性が損なわれてしまう。
【００３４】
このように、従来の定着装置の制御方法を用いた場合、オンデマンド性と、温調制御の安定性はトレードオフの関係にあった。
【００３５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、定着装置において定着部材として弾性層を有する定着ベルトを用いた場合においても定着装置の寿命が長く、また、定着部材の正確な温調制御を行い、その結果画像不良が無く、グロスなどの印字品質ムラのない高画質な画像を得ることができる定着装置、および該定着装置を搭載した画像形成装置を提供することである。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする定着装置および画像形成装置である。
【００３７】
（１）少なくとも、加熱体と、前記加熱体に電力を供給する電力供給部と、少なくとも１つ以上の温度検知手段と、記録材と共に移動する第一の回転体と、前記記録材と圧接部を形成し、かつ、前記記録材を搬送する第二の回転体と、を有し、前記温度検知手段の温度検知を行う場所は加熱体と異なる場所であり、前記温度検知手段によって検知された温度を基に前記電力供給部から前記加熱体に供給する電力をフィードバック制御することで前記第一の回転体の温度制御を行い、前記圧接部で画像を担持した記録材を挟持搬送させて加熱する定着装置において、
プリント開始時に定着装置を立ち上げる際に、前記フィードバック制御を禁止する領域を設け、
前記領域内において、少なくとも、定着装置温度をすみやかに立ち上げるための第一電力レベルと、定着装置温度を安定させるための第二電力レベルの二段階以上の電力レベルを有し、その後フィードバック制御に移行することを特徴とする定着装置。
【００３８】
（２）定着装置の蓄熱具合から前記第二電力レベル以降の電力レベルの値を決定することを特徴とする（１）に記載の定着装置。
【００３９】
（３）前記温度検知手段を第一の温度検知手段としたとき該第一の温度検知手段の他に、第二の温度検知手段を有し、前記第二の温度検知手段の温度検知を行う場所は前記第一の温度検知手段より前記加熱体に近い場所であり、画像形成動作開始時の定着装置の立ち上げ前に、前記第二の温度検知手段の検知温度から、前記第二電力レベル以降の電力レベルの値を決定することを特徴とする（２）に記載の定着装置。
【００４０】
（４）前記定着装置の印字枚数により前記第二電力レベル以降の電力レベルの値を決定することを特徴とする（２）または（３）に記載の定着装置。
【００４１】
（５）前記第一、第二の温度検知手段の他に、第三の温度検知手段を有し、前記第三の温度検知手段の温度検知を行う場所は加熱体と、第一の回転体を除く定着装置構成部の何れかであり、前記第三の温度検知手段の検知温度から、前記第二電力レベル以降の電力レベルの値を決定することを特徴とする（３）または（４）に記載の定着装置。
【００４２】
（６）前記第一の回転体の熱容量が１．０×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以上１．０ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下であることを特徴とする（１）ないし（５）の何れかに記載の定着装置。
【００４３】
（７）前記第一の回転体の熱容量が２．１×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以上４．５×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下であることを特徴とする（１）ないし（５）の何れかに記載の定着装置。
【００４４】
（８）前記第一の回転体として、ベルト状部材に弾性層を設けてなる、定着ベルトを用いたことを特徴とする（１）ないし（７）の何れかに記載の定着装置。
【００４５】
（９）前記定着ベルト基材が耐熱性樹脂よりなる事を特徴とする（８）に記載の定着装置。
【００４６】
（１０）前記定着ベルト基材が金属よりなることを特徴とする（８）に記載の定着装置。
【００４７】
（１１）前記定着ベルトの最表層に離型性層を設けることを特徴とする（８）ないし（１０）の何れかに記載の定着装置。
【００４８】
（１２）前記加熱体として線状発熱体を用いることを特徴とする（１）ないし（１１）の何れかに記載の定着装置。
【００４９】
（１３）前記加熱体としてセラミック基板上に抵抗発熱体を形成してなるセラミックヒータを用いることを特徴とする（１２）に記載の定着装置。
【００５０】
（１４）前記加熱体を保持する加熱体保持部材に樹脂材料を用いたことを特徴とする（１）ないし（１３）の何れかに記載の定着装置。
【００５１】
（１５）前記加熱体保持部材が液晶ポリマーよりなることを特徴とする（１４）に記載の定着装置。
【００５２】
（１６）前記（１）ないし（１５）の何れかに記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【００５３】
（１７）前記画像形成装置は、複数色のトナー像を重ねることによりカラー画像を形成するカラー画像形成装置であることを特徴とする（１６）に記載の画像形成装置。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００５５】
〈実施の形態１〉
（１）画像形成装置例
図１は、本発明の実施の形態１に係るカラー画像形成装置を示す概略構成図である。本例の画像形成装置は電子写真方式のタンデム型のフルカラープリンタである。
【００５６】
この画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１Ｍと、シアン色の画像を形成する画像形成部１Ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１Ｂｋの４つの画像形成部（画像形成ユニット）を備えており、これらの４つの画像形成部は一定の間隔をおいて一列に配置されている。
【００５７】
各画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋには、それぞれ感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが設置されている。各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの周囲には、帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、ドラムクリーニング装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄがそれぞれ設置されており、帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ間の上方には露光装置７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄがそれぞれ設置されている。各現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄには、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されている。
【００５８】
画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各１次転写部Ｎに、転写媒体としての無端ベルト状の中間転写体４０が当接している。中間転写ベルト４０は、駆動ローラ４１、支持ローラ４２、２次転写対向ローラ４３間に張架されており、駆動ローラ４１の駆動によって矢印方向（時計方向）に回転（移動）される。
【００５９】
１次転写用の各転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、各１次転写ニップ部Ｎにて中間転写ベルト４０を介して各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに当接している。
【００６０】
２次転写対向ローラ４３は、中間転写ベルト４０を介して２次転写ローラ４４と当接して、２次転写部Ｍを形成している。２次転写ローラ４４は、中間転写ベルト４０に接離自在に設置されている。
【００６１】
中間転写ベルト４０の外側の駆動ローラ４１近傍には、中間転写ベルト４０の表面に残った転写残トナーを除去して回収するベルトクリーニング装置４５が設置されている。
【００６２】
また、２次転写部Ｍの記録材Ｐの搬送方向下流側には定着装置１２が設置されている。
【００６３】
また、この画像形成装置内には環境センサ５０とメディアセンサ５１が設置されている。
【００６４】
画像形成動作開始信号（プリント開始信号）が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、それぞれ帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄによって一様に本実施の形態では負極性に帯電される。
【００６５】
そして、露光装置７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、入力されるカラー色分解された画像信号をレーザ出力部（不図示）にて光信号にそれぞれ変換し、変換された光信号であるレーザ光を帯電された各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ上にそれぞれ走査露光して静電潜像を形成する。
【００６６】
そして、まず静電潜像が形成された感光ドラム２ａ上に、感光ドラム２ａの帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａによりイエローのトナーを感光体表面の帯電電位に応じて静電吸着させることで静電潜像を顕像化し、現像像とする。このイエローのトナー像は、１次転写部Ｎにて１次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された転写ローラ５ａにより、回転している中間転写ベルト４０上に１次転写される。イエローのトナー像が転写された中間転写ベルト４０は画像形成部１Ｍ側に回転される。
【００６７】
そして、画像形成部１Ｍにおいても、前記同様にして感光ドラム２ｂに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト４０上のイエローのトナー像上に重ね合わせて、１次転写部Ｎにて転写される。
【００６８】
以下、同様にして中間転写ベルト４０上に重畳転写されたイエロー、マゼンタのトナー像上に、画像形成部１Ｃ、１Ｂｋの感光ドラム２ｃ、２ｄで形成されたシアン、ブラックのトナー像を各１次転写部Ｎにて順次重ね合わせて、フルカラーのトナー像を中間転写ベルト４０上に形成する。
【００６９】
そして、中間転写ベルト４０上のフルカラーのトナー像先端が２次転写部Ｍに移動されるタイミングに合わせて、レジストローラ４６により記録材（転写材）Ｐを２次転写部Ｍに搬送して、この記録材Ｐに、２次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された２次転写ローラ４４によりフルカラーのトナー像が一括して２次転写される。フルカラーのトナー像が形成された記録材Ｐは定着装置１２に搬送されて、定着ベルト２０と加圧ローラ２２間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像を加熱、加圧して記録材Ｐ表面に溶融定着した後に外部に排出され、画像形成装置の出力画像となる。そして、一連の画像形成動作を終了する。
【００７０】
尚、画像形成装置内には環境センサ５０を有しており、帯電、現像、１次転写、２次転写のバイアスや定着条件は画像形成装置内の雰囲気環境（温度、湿度）に応じて変更可能な構成となっており、記録材Ｐに形成されるトナー像濃度の調整のためや、最適な転写、定着条件を達成するために用いられる。また、画像形成装置内にはメディアセンサ５１を有しており、記録材Ｐの判別を行うことによって、転写バイアスや定着条件は記録材に応じて変更可能な構成となっており、記録材Ｐに対する最適な転写、定着条件を達成するため用いられる。
【００７１】
上記した１次転写時において、感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ上に残留している１次転写残トナーは、ドラムクリーニング装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄによって除去されて回収される。また、２次転写後に中間転写ベルト４０上に残った２次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置４５によって除去されて回収される。
【００７２】
（２）定着装置１２
図２は定着装置１２の概略構成模型図である。本例の定着装置１２は、定着ベルト加熱方式、加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）の加熱装置である。
【００７３】
１）装置１２の全体的構成
２０は第一の回転体（第一の定着部材）としての定着ベルトであり、ベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状（エンドレスベルト状、スリーブ状）の部材である。この定着ベルト２０は後記３）項で詳述する。
【００７４】
２２は第二の回転体（第二の定着部材）としての加圧ローラである。１７は加熱体保持部材としての、横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダ、１６は加熱体（熱源）としての定着ヒータであり、ヒータホルダ１７の下面に該ホルダの長手に沿って配設してある。定着ベルト２０はこのヒータホルダ１７にルーズに外嵌させてある。定着ヒータ１６は本実施例では後記２）項で詳述するようなセラミックヒータである。
【００７５】
ヒータホルダ１７は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、定着ヒータ１６を保持し、定着ベルト２０をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５の最大使用可能温度は、約２７０℃である。
【００７６】
加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ２２は芯金の両端部を装置フレーム２４の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ２２の上側に、前記のヒータ１６・ヒータホルダ１７・定着ベルト２０等から成る定着ベルトユニットをヒータ１６側を下向きにして加圧ローラ２２に並行に配置し、ヒータホルダ１７の両端部を不図示の加圧機構により片側９８Ｎ（１０ｋｇｆ）、総圧１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２２の軸線方向に附勢することで、定着ヒータ１６の下向き面を定着ベルト２０を介して加圧ローラ２２の弾性層に該弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部２７を形成させてある。加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、記録材Ｐの除去が容易な構成となっている。
【００７７】
１８と１９は第一と第二の温度検知手段としてのメインとサブの２つのサーミスタである。第一の温度検知手段としてのメインサーミスタ１８は加熱体である定着ヒータ１６に非接触に配置され、本実施例ではヒータホルダ１７の上方において定着ベルト２０の内面に弾性的に接触させてあり、定着ベルト２０の内面の温度を検知する。第二の温度検知手段としてのサブサーミスタ１９はメインサーミスタ１８よりも熱源である定着ヒータ１６に近い場所に配置され、本実施例では定着ヒータ１６の裏面に接触させてあり、定着ヒータ裏面の温度を検知する。
【００７８】
メインサーミスタ１８は、ヒータホルダ１７に固定支持させたステンレス製のアーム２５の先端にサーミスタ素子が取り付けられ、アーム２５が弾性揺動することにより、定着ベルト２０の内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着ベルト２０の内面に常に接する状態に保たれる。
【００７９】
図３に、本実施例の定着装置における、定着ヒータ１６、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の位置関係をあらわす斜視模型図を示す。メインサーミスタ１８は定着ベルト２０の長手中央付近に、サブサーミスタ１９は定着ヒータ１６の長手端部付近に配設され、それぞれ定着ベルト２０の内面、定着ヒータ１６の裏面に接触するよう配置されている。
【００８０】
メインサーミスタ１８、及びサブサーミスタ１９は、制御回路部（ＣＰＵ）２１に接続され、制御回路部２１は、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の出力をもとに、定着ヒータ１６の温調制御内容を決定し、電力供給部（加熱手段）としてのヒータ駆動回路部２８（図４）によって定着ヒータ１６への通電を制御する。
【００８１】
２３と２６は装置フレーム２４に組付けた入り口ガイドと定着排紙ローラである。入り口ガイド２３は、二次転写ニップを抜けた記録材Ｐが、定着ニップ部２７に正確にガイドされるよう、転写材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド２３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。
【００８２】
加圧ローラ２２は駆動手段（不図示）により矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２２の回転駆動による該加圧ローラ２２の外面と定着ベルト２０との、定着ニップ部２７における圧接摩擦力により円筒状の定着ベルト２０に回転力が作用して該定着ベルト２０はその内面側が定着ヒータ１６の下向き面に密着して摺動しながらヒータホルダ１７の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。定着ベルト２０内面にはグリスが塗布され、ヒータホルダ１７と定着ベルト２０内面との摺動性を確保している。
【００８３】
加圧ローラ２２が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト２０が従動回転状態になり、また定着ヒータ１６に通電がなされ、該定着ヒータ１６が昇温して所定の温度に立ち上げ温調された状態において、定着ニップ部２７の定着ベルト２０と加圧ローラ２２との間に未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが入り口ガイド２３に沿って案内されて導入され、定着ニップ部２７において記録材Ｐのトナー像担持面側が定着ベルト２０の外面に密着して定着ベルト２０と一緒に定着ニップ部２７を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ヒータ１６の熱が定着ベルト２０を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像が記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部２７を通過した記録材Ｐは定着ベルト２０から曲率分離され、定着排紙ローラ２６で排出される。
【００８４】
２）定着ヒータ１６
熱源としての定着ヒータ１６は、本実施例では、アルミナの基板上に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な厚さの膜状に塗布することで抵抗発熱体を形成した上に耐圧ガラスによるガラスコートを施した、セラミックヒータを使用している。
【００８５】
図４はそのようなセラミックヒータの一例の構造模型図であり、（ａ）は一部切欠き表面模型図、（ｂ）は裏面模型図、（ｃ）は拡大横断面模型図である。
【００８６】
この定着ヒータ１６は、
▲１▼．通紙方向と直交する方向を長手とする横長のアルミナ基板ａ、
▲２▼．上記のアルミナ基板ａの表面側に長手に沿ってスクリーン印刷により線状あるいは帯状に塗工した、電流が流れることにより発熱する銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）合金を含んだ導電ペーストの、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の抵抗発熱体層ｂ、
▲３▼．上記の抵抗発熱体層ｂに対する給電パターンとして、同じくアルミナ基板ａの表面側に銀ペーストのスクリーン印刷等によりパターン形成した、第１と第２の電極部ｃ・ｄ及び延長電路部ｅ・ｆ、
▲４▼．抵抗発熱体層ｂと延長電路部ｅ・ｆの保護と絶縁性を確保するためにそれ等の上に形成した、定着ベルト２０との摺擦に耐えることが可能な、厚み１０μｍ程度の薄肉のガラスコートｇ、
▲５▼．アルミナ基板ａの裏面側に設けたサブサーミスタ１９
等からなる。
【００８７】
上記の定着ヒータ１６は表面側を下向きに露呈させてヒータホルダ１７に固定して支持させてある。
【００８８】
上記定着ヒータ１６の第１と第２の電極部ｃ・ｄ側には給電用コネクタ３０が装着される。ヒータ駆動回路部２８から上記の給電用コネクタ３０を介して第１と第２の電極部ｃ・ｄに給電されることで抵抗発熱体層ｂが発熱して定着ヒータ１６が迅速に昇温する。ヒータ駆動回路部２８は制御回路部（ＣＰＵ）２１により制御される。
【００８９】
通常使用においては、加圧ローラ２２の回転開始とともに、定着ベルト２０の従動回転が開始し、定着ヒータ１６の温度の上昇とともに、定着ベルト２０内面温度も上昇していく。定着ヒータ１６への通電は、ＰＩＤ制御によりコントロールされ、定着ベルト２０の内面温度、すなわち、メインサーミスタ１８の検知温度が１９０℃になるように、入力電力が制御される。
【００９０】
３）定着ベルト２０
本実施の形態において、定着ベルト２０はベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状（エンドレスベルト状）の部材であり、具体的には、材質にＳＵＳを用い、厚み３０μｍの円筒状に形成したエンドレスベルト（ベルト基材）上に、厚み約３００μｍのシリコーンゴム層（弾性層）を、リングコート法により形成した上に、厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブ（最表面層）を被覆してなる。このような構成で作成した定着ベルト２０の熱容量を測定したところ、２．９×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃（定着ベルト１ｃｍ^２・あたりの熱容量）であった。
【００９１】
▲１▼．定着ベルトの基層
定着ベルト２０の基層にはポリイミドなどを用いることも出来るが、ポリイミドよりもＳＵＳのほうが、熱伝導率がおよそ１０倍と大きく、より高いオンデマンド性を得ることができることから、本実施の形態においては、定着ベルト２０の基層にはＳＵＳを用いた。
【００９２】
▲２▼．定着ベルトの弾性層
定着ベルト２０の弾性層には熱伝導率の高いゴム層を用いている。これはより高いオンデマンド性を得る為である。本実施の形態で用いた材質は比熱が約２．９×１０^−１　ｃａｌ／ｇ・℃である。
【００９３】
▲３▼．定着ベルトの離形層
定着ベルト２０の表面には、フッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、定着ベルト２０表面にトナーが一旦付着し、再度記録材Ｐに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。また、定着ベルト２０表面のフッ素樹脂層を、ＰＦＡチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。
【００９４】
▲４▼．定着ベルトの熱容量
一般に、定着ベルト２０の熱容量が大きくなると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。たとえば、定着装置の構成にも拠るが、スタンバイ温調無しで、１分以内での立ち上がりを想定した場合、定着ベルト２０の熱容量は約１．０　ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下である必要がある。
【００９５】
本実施の形態においては、朝一立ち上げの際に、定着ヒータ１６に１０００Ｗの電力を投入して、定着ベルト２０が１９０℃に２０秒以内に立ち上がる様に設計してある。シリコーンゴム層には、比熱が約２．９×１０^−１ｃａｌ／ｇ・℃の材質を用いており、このとき、シリコーンゴムの厚みは５００μｍ以下でなければならなく、定着ベルト２０の熱容量は約４．５×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下である必要がある。また、逆に、１．０×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下にしようとすると、定着ベルト２０のゴム層が極端に薄くなり、ＯＨＴ透過性やグロスムラなどの画質の点において、弾性層を持たないオンデマンド定着装置と同等になってしまう。
【００９６】
本実施の形態においては、ＯＨＴ透過性やグロスの設定など高画質な画像を得るために必要なシリコーンゴムの厚みは２００μｍ以上であった。この際の熱容量は２．１×１０^−２　ｃａｌ／ｃｍ^２・℃である。
【００９７】
つまりは、本実施の形態と同様の定着装置の構成における、定着ベルト２０の熱容量は１．０×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以上１．０ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下が一般的に対象となる。この中で、よりオンデマンド性と高画質の両立を図ることができる、２．１×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以上４．５×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下の定着ベルトを用いることとした。
【００９８】
（３）定着装置の立ち上げ温度制御
図９を用いて本実施の形態における定着装置の制御シーケンスについて説明する。本実施の形態においては、次のようにして立ち上げ温度制御を行っている。
【００９９】
すなわち、「立ち上げ（固定）電力出力」→「所定温度検知」→「一定電力投入」→「ＰＩＤ制御」、である。
【０１００】
「立ち上げ電力」には、オンデマンド性を確保する為に、定着ヒータ１６は電力１０００Ｗが投入される。加圧ローラ２２の回転に伴い、定着ベルト２０は従動回転しながら定着ヒータ１６により加熱される。本実施の形態においては「立ち上げ電力（１０００Ｗ）」投入後、すぐには「ＰＩＤ制御」に移行せず、メインサーミスタ１８の検知温度が所定温度（目標温度−２０℃：本実施の形態では、目標温度は１９０℃であることで、１９０℃−２０℃＝１７０℃）に達したときに、約１．５秒間、「第二の電力レベルである所定電力（約２００Ｗ）」を投入した後に「ＰＩＤ制御」に移行し、以後は「ＰＩＤ制御」により定着ヒータ１６への投入電力は制御するようにした。
【０１０１】
これにより、むだ時間（タイムラグ）が大きい定着装置においても図１０に示すように、オーバーシュートを小さくし、また、オーバーシュートに伴う温度リップルも小さくすることができる。
【０１０２】
次に、本実施の形態を用いた場合の実験結果を示す。本実験の内容は、次のとおりである。
【０１０３】
１）測定方法
定着装置の定着ベルト２０の表面の中央付近にアンリツ製Ｅ型熱電対５２９Ｅを接触させて配置し、キーエンス製ＰＣ用温度レコーダーＮＲ２５０にてＡ／Ｄ変換しＰＣに取り込むことにより測温を行った。
【０１０４】
また、電力についてはＹＯＫＯＧＡＷＡ製ＷＴ２００　ＤＩＧＩＴＡＬ　ＰＯＷＥＲ　ＭＡＴＥＲを介して電力値の出力を同じくキーエンス製ＰＣ用温度レコーダーＮＲ２５０にてＡ／Ｄ変換しＰＣに取り込むことにより測定した。
【０１０５】
定着後画像の光沢（グロス）については、次の方法を用いて測定を行った。測定器として、日本電色工業株式会社製の光沢計ＰＧ―３Ｄを使用し、ＪＩＳ　Ｚ　８７４１における７５度鏡面光沢測定方法により測定を行った。記録材上のトナー量としては、Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫのいわゆる１次色のべた画像部のトナー量が約０．５〜０．６ｍｇ／ｃｍ^２、Ｒ，Ｇ，Ｂのいわゆる２次色のべた部が約１．０〜１．２ｍｇ／ｃｍ^２の状態で定着を行い、定着後画像の光沢を測定した。
【０１０６】
２）実験条件
立ち上げ時に、室温状態である定着装置は、動作するのとほぼ同時に定着ヒータ１６に電力（１０００Ｗ）が投入され、メインサーミスタ１８の検知温度が目標温度１９０℃から２０℃を引いた１７０℃になるまでこの電力を投入した。
【０１０７】
メインサーミスタ１８の検知温度が１７０℃に達したときに約１．５秒間ＰＩＤ制御を行わず、所定電力（約２００Ｗ）を投入した後に、立ち上げの目標温度を１９０℃として、ＰＩＤ制御に移行した。そして、目標温度で一定になるように温調を行った。
【０１０８】
尚、投入した約２００Ｗの電力は空回転状態で１９０℃温調を行う為に必要な電力、つまりは目標温度での温度維持に必要な電力値である。
【０１０９】
また、耐久試験として、本実施の形態における定着装置を用い、２枚間欠の連続印字を１５０ｋプリント行い、耐久後の駆動ローラのトルクを測定した。
【０１１０】
３）実験結果
図６に本実施の形態を用いた場合の定着装置における立ち上げ温調での定着ヒータ１６に投入する電力と定着ベルト２０の温度を示す。
【０１１１】
図６に示すように立ち上げによるオーバーシュートも含めて安定した温調（温度リップル約７℃、目標温度に対して±３．５℃）を示した。
【０１１２】
温度リップルが約７℃の場合には、試験に用いたインライン型の電子写真方式カラー画像形成装置においては、出力された印刷物のグロスは単色で約４の変動幅であり、また、２次色では約６の変動幅と小さかった。さらに、目標温度に近いところで定着できる為、ホットオフセットなどの定着不良が生じることなく定着を行うことができた。
また、耐久試験後の、駆動トルクを測定したところ約３．０ｋｇｆ・ｃｍであった。このとき定着装置の不具合は見られなかった。
【０１１３】
（４）比較例
図１１を用いて比較例における定着装置の制御シーケンスについて説明する。比較例においては、次のような立ち上げ温調制御を行っている。
【０１１４】
すなわち、「立ち上げ電力（１０００Ｗ）出力」→「所定温度（１７０℃）検知」→「ＰＩＤ制御」、である。
【０１１５】
定着ヒータ１６に電力（１０００Ｗ）を投入し、メインサーミスタ１８の検知温度が１７０℃に達した後に、立ち上げの目標温度を１９０℃として、ＰＩＤ制御に移行する。
【０１１６】
このとき、図１２に示すように、オーバーシュートが発生し、また、オーバーシュートに伴う温度リップルも大きくなってしまう。
【０１１７】
比較例の定着装置を用いた場合における実験結果を示す。
【０１１８】
１）測定方法
本実施の形態を用いた場合の実験と同様にして行ったのでここでは省略する。
【０１１９】
２）実験条件
立ち上げ温調として、朝一状態である定着装置は、動作するのとほぼ同時に定着ヒータ１６に電力（１０００Ｗ）が投入され、メインサーミスタ１８の検知温度が目標温度１９０℃から２０℃を引いた１７０℃になるまでこの電力を投入した。その後、立ち上げの目標温度を１９０℃としてＰＩＤ制御に移行し、目標温度で一定になるように温調を行った。
【０１２０】
また、実施例１と同様の耐久試験を実施した。
【０１２１】
３）実験結果
図５に従来例における立ち上げ温調での定着ヒータ１６に投入する電力と定着ベルト２０の温度を示す。
【０１２２】
図５に示すように約９秒で所望の温度に立ち上がるものの、その後オーバーシュートを起こし、約２１０℃まで温度が上昇し、その後目標温度である１９０℃に落ち着くまでさらに１０秒程度を要した。
【０１２３】
このようなオーバーシュートを生じた場合、試験に用いたインライン型の電子写真方式カラー画像形成装置においては、出力された印刷物のグロスは単色で約８変動し、また、２次色では約１３変動し、画質の低下を招く（表１）。さらに、オーバーシュートの途中で紙が通紙された場合、画像パターンによっては、ホットオフセットなどの定着不良が生じてしまうという問題を生じた。
【０１２４】
【表１】

【０１２５】
また、耐久試験後の定着装置の駆動トルクを測定したところ約４．５ｋｇｆ・ｃｍであった。このとき、条件によっては定着装置の駆動中に定着ベルトのスリップが発生することがあった。
【０１２６】
（５）考察
まず、オーバーシュートと温度リップルについて述べる。
【０１２７】
本実施の形態を用いた場合に効果の得られる理由は次のようである。従来の定着装置においては、定着ベルト２０の弾性層に用いられるシリコーンゴム層の熱伝導率が小さく、ヒータから定着ベルト表面までに多くの部材があることにより応答性が悪い。また、メインサーミスタ１８の位置が定着ニップ部から離れていることによる検知タイミングの遅れがあることから、むだ時間（タイムラグ）が大きく、オーバーシュート／アンダーシュートを生じやすい。
【０１２８】
さらに本定着装置においては、温度の応答性が悪い定着ベルト２０を用いた状態でオンデマンド性を確保するべく、立ち上げ電力に大きな電力（１０００Ｗ）を用いる為に、その後すぐさまＰＩＤ制御などのフィードバック制御に戻った場合、温度変動の大きい不安定な制御となる。
【０１２９】
ここで、立ち上げ電力投入後、メインサーミスタ１８の検知温度が所定温度（目標温度−２０℃）に達したときに、約１．５秒間所定電力（約２００Ｗ）を投入することにより、比較的温度変動を緩やかにした後にＰＩＤ制御に移行することにより、オーバーシュートを小さくし、また、オーバーシュートに伴う温度リップルも小さくすることができる。
【０１３０】
次に、定着部材の耐久性について述べる。
【０１３１】
従来例のように立ち上げにおいてスリーブ表面温度が約２１０℃まで達する場合、トルク上昇により、定着ベルト２０のスリップが発生してしまうため、定着ベルト２０や加圧ローラ２２をはじめとする定着部材の耐久寿命が短くなってしまう。
【０１３２】
定着ベルト２０のスリップは、定着ベルト２０と、定着ヒータ１６をはじめとするベルト内部の構成物との動摩擦力が、加圧ローラ２２、もしくは記録材Ｐとの最大静止摩擦力を超えた場合に発生する。定着ベルト２０と、定着ヒータ１６をはじめとするベルト内部の構成物との動摩擦力は、特にグリスの状態に大きく影響され、グリスが不必要な部位に移動することにより量が減少した場合や、グリス自体が劣化した場合には、この動摩擦力が大きくなることが知られている。定着装置の耐久が進むにつれ、グリスは量が減少したりや劣化を生じたりする為、この動摩擦力は大きくなる。特に過度の高温駆動はグリスへのダメージが大きい。
【０１３３】
定着ベルト２０と、定着ヒータ１６をはじめとするベルト内部の構成物との動摩擦力は、定着装置の駆動時における、駆動手段への負荷のなかでも最も大きな要因である。即ち、定着装置の駆動トルクを測定値によって、代用することができる。
【０１３４】
この定着装置の初期状態における駆動トルクは約１．５ｋｇｆ・ｃｍであり、定着ベルト２０のスリップは、この駆動トルクが約４．０ｋｇｆ・ｃｍを超えたあたりで発生する場合があることが分かっている。
【０１３５】
本実施の形態における定着装置を用い、２枚間欠の連続印字を１５０ｋプリント行った場合の駆動ローラのトルクを測定したところ約３ｋｇｆ・ｃｍであった。このとき定着装置の不具合は見られなかった。
【０１３６】
このように立ち上げにおいてスリーブ表面温度のオーバーシュートがほとんど発生しないので、過度の高温駆動を課すことも無く耐久寿命を大幅に伸ばすことができる。
【０１３７】
ここでは、耐久寿命が短くなる顕著なものして、定着ベルト２０のスリップを例として上げたが、定着装置のオーバーシュートが大きい場合には、定着装置内の各部材に過度の負担を強いることから、本実施の形態を用いてオーバーシュートを防止することで、定着装置内の各部材の寿命を伸ばす効果があることは言うまでもない。
【０１３８】
尚、ここで用いる約２００Ｗは朝一の立ち上げ時に空回転状態で１９０℃温調を行う為に必要な電力であり、実験的に分かっているものである。ただし、ここで投入する電力は厳密に一致していなくても、略同一であればよい。これは、一定時間の所定電力投入後はＰＩＤ制御に戻ることによって、再び目標温度に近づくように制御されるからである。つまり、厳密に一致していない場合には、温度が目標温度から遠ざかることになるが、その後再び近づく様に制御されるわけである。そのときの温度変動が所望の温度リップル内であれば良い。
【０１３９】
以上、本実施の形態では、立ち上げ温調中にフィードバック制御を禁止する領域を設け、前記領域内において、定着ヒータ１６に投入される電力に、定着装置温度をすみやかに立ち上げるための第一電力レベルと、定着装置温度を安定させるための第二電力レベルと、の二段階の電力レベルを用い、立ち上げ温調中に所定電力を検知した後に切り替えることによって、オーバーシュートを生じることなく、より安定した温度制御を行うことができた。
【０１４０】
〈実施の形態２〉
本実施の形態では、立ち上げ温調中にフィードバック制御を禁止する領域を設け、前記領域内において、定着ヒータ１６に投入される電力に、定着装置温度をすみやかに立ち上げるための第一電力レベルと、定着装置温度を安定させるための第二電力レベルと、の二段階の電力レベルを用い、立ち上げ温調中に所定電力を検知した後に切り替える際に、第二電力レベルは、立ち上げ前のサブサーミスタ１９の検知温度を用いて、定着装置の蓄熱具合を考慮した必要電力値に補正することによって、オーバーシュートを生じることなく、より安定した温度制御を行う方法について説明する。
【０１４１】
本実施の形態では、定着装置の大まかな構成と制御は実施の形態１と同様である。しかし、定着ヒータ１６に投入される電力を補正する際に、定着装置の蓄熱具合を考慮した略必要電力に補正することが異なる。
【０１４２】
画像形成装置の構成は実施の形態１と同様であり、図１に示すとおりである。また、定着装置の構成は、実施の形態１と同様で図２〜４に示した通りである。よって重複する説明は省略する。
【０１４３】
本実施の形態では定着ヒータ１６に投入する電力を補正する際に、定着装置の蓄熱具合を考慮した略必要電力に補正することとした。
【０１４４】
つまりは、立ち上げ温調中に所定電力を検知した後において、目標温度での温度維持に必要な電力値である定着ヒータ１６に投入される電力の所定電力値を、蓄熱具合によって変動するものとした。例えば、朝一の定着装置の立ち上げ電力投入後、所定電力を検知した際に、立ち上げ直後の所定電力値を約２００Ｗ、また十分に温まった定着装置の所定電力値を約８０Ｗと定着装置の蓄熱具合を考慮し、定着装置の蓄熱具合によって定着ヒータ１６に投入する電力が異なる時に対応できるようにした。
【０１４５】
本実施の形態においては、通電開始時のサブサーミスタ１９の検知温度から定着装置の蓄熱具合を予想し、所定電力値を変更することとした。
【０１４６】
図７にヒータホルダ１７の温度と所定電力値の関係をプロットしたものを示す。このように、ヒータホルダ温度と必要となる所定電力値は再現良く図７に示すような関係を示すことが分かる。
【０１４７】
【表２】

【０１４８】
よって、本実施の形態においては、プリントジョブ終了後、定着装置に余熱が残った状態で再び立ち上げる場合には、通電開始時のサブサーミスタ１９の検知温度に応じて表２に示すように、立ち上げ後のヒータホルダ１７の温度を予想し、所定電力値を決定している。
【０１４９】
具体的には、通電開始時のサブサーミスタ１９の検知温度が４０℃以下であるときには立ち上げ後のヒータホルダ温度が５５℃以下であることが予想される為、立ち上げ１として、所定電力値約２００Ｗを用いる。
【０１５０】
以下同様にして、立ち上げ開始前の検知温度が４１〜５５℃であるときには立ち上げ２とし、検知温度が５６〜７５℃であるときには立ち上げ３であるとし、検知温度が７６〜９５℃であるときには立ち上げ４であるとし、検知温度が９６〜１２５℃であるときには立ち上げ５であるとし、検知温度が１２６℃以上であるときには立ち上げ６であるとして所定電力値を決定する。
【０１５１】
本実施の形態を用いた場合の効果については、原理的に実施の形態１と同様であるため、ここでは省略する。しかし、本実施の形態においては、定着装置の朝一状態から耐久中までの幅広い条件において立ち上げ時に投入する電力が精度良く決定できる為、さらに安定した温度制御を行うことができる。
【０１５２】
このようにして定着装置の蓄熱具合によらず安定した温度制御（温度リップル約７℃以内）が達成できた。
【０１５３】
以上、本実施の形態では、立ち上げ温調中にフィードバック制御を禁止する領域を設け、前記領域内において、定着ヒータ１６に投入される電力に、定着装置温度をすみやかに立ち上げるための第一電力レベルと、定着装置温度を安定させるための第二電力レベルと、の二段階の電力レベルを用い、立ち上げ温調中に所定電力を検知した後に切り替える際に、第二電力レベルは、立ち上げ前のサブサーミスタ１９の検知温度を用いて、定着装置の蓄熱具合を考慮した必要電力値に補正することによって、オーバーシュートを生じることなく、より安定した温度制御を行うことができた。
【０１５４】
また、ここでは立ち上げ前のサブサーミスタ１９の検知温度を用いて、ヒータホルダ温度を予測し、所定電力値を決定したが、サブサーミスタを使わず、印字枚数数からヒータホルダ温度を予測し、所定電力値を決定する方法を用いても良い。
【０１５５】
〈実施の形態３〉
本実施の形態では、立ち上げ温調中にフィードバック制御を禁止する領域を設け、前記領域内において、定着ヒータ１６に投入される電力に、定着装置温度をすみやかに立ち上げるための第一電力レベルと、定着装置温度を安定させるための第二電力レベルと、の二段階の電力レベルを用い、立ち上げ温調中に所定電力を検知した後に切り替える際に、第二電力レベルは、ヒータホルダ１７に当接させたサーミスタの検知温度を用い、定着装置の蓄熱具合を考慮した必要電力値に補正することによって、オーバーシュートを生じることなく、さらに安定した温度制御を行う方法について説明する。
【０１５６】
本実施の形態では、定着装置の大まかな構成と制御は実施の形態１と同様であるが、図８に示すように、ヒータホルダ１７内には第三の温度検知手段としての第三のサーミスタ２８がついている。定着ヒータ１６に投入される電力を補正する際に、第三のサーミスタ２８を利用して、定着装置の蓄熱具合を考慮した略必要電力値に補正することが異なる。
【０１５７】
画像形成装置の構成は実施の形態１と同様であり、図１に示すとおりである。また、定着装置の構成は、先述したように図３、４、７に示した通りである。よって重複する説明は省略する。
【０１５８】
本実施の形態では定着装置の蓄熱具合を考慮する際に、ヒータホルダ１７に当接した第三のサーミスタ２８を用いて蓄熱具合を直接測定することとした。
【０１５９】
このようにする事によって、定着装置の蓄熱具合をより精度よく求めることができる。
【０１６０】
図７にヒータホルダ１７の温度と所定電力値の関係をプロットしたものを示す。このように、ヒータホルダ温度と必要となる所定電力値は再現良く図７に示すような関係を示す。
【０１６１】
第三のサーミスタの検知温度から、図７において線形補間により決定された所定電力値を用いることによって、さらに精度よく必要電力値を求めることができる。
【０１６２】
本実施の形態を用いた場合の効果については、原理的に実施の形態１と同様であるため、ここでは省略する。しかし、本実施の形態においては、定着装置の朝一状態から耐久中までの幅広い条件において立ち上げ時に投入する電力がさらに精度良く決定できる為、非常に安定した立ち上げ温度制御を行うことができる。
【０１６３】
このようにすることによって、定着装置の蓄熱具合によらず安定した立ち上げ温度制御（温度リップル約７℃以内）が達成できた。
【０１６４】
〈その他〉
１）このように、上述した各実施の形態において、プロセススピードは８７ｍｍ／ｓｅｃ、温調温度は１９０℃、所定電力の投入時間はメインサーミスタ１８の検知温度が１７０℃（目標温度−２０℃）の後で、約１．５秒として説明した。しかし、記録材の種類や得たい画像の画質によっては、もしくはより良好な定着性を得る為などの条件によっては、プロセススピードやプリントスピード、温調温度、を異なる設定にしたほうが良い場合が考えられる。このような場合においても、本発明法を適用することによって、温度変動の小さい精度の良い温調を行うことが可能であり、同様の効果が得られる。このとき、補正される所定電力の値と所定電力の投入時間は、プロセススピード、温調温度によって異なることは言うまでもない。
【０１６５】
２）また、上述した各実施の形態において、温度制御を行う為の電力制御として基本的にＰＩＤ制御を用いる場合について説明した。これは目標温度に素早く近づけ、尚且つ外乱に対しても強い制御方法として用いたものである。よって、Ｐ制御、ＰＩ制御、またその他のフィードバック制御を用いても温度制御を行うことができ、同様の効果が得られる。
【０１６６】
３）また、上述した各実施の形態において、立ち上げ電力制御は２段階の制御として説明したが、これは制御を複雑にすることなく、オーバーシュートを小さくする為に用いたものであり、３段階以上の制御を用いても良く、同様の効果が得られる。
【０１６７】
４）また、上述した各実施の形態において、定着ベルト２０の熱容量は少なくとも１．０×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以上１．０ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下のもので構成される定着装置を用いて説明した。これは、定着ベルト２０の熱容量が１．０×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以上の場合にはメインサーミスタ１８の温度検知部の温度が定着ニップ位置の温度と近い為、温調の精度がより良いということと、定着ベルト２０の熱容量が１．０ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下の場合には、応答性が良いことから記録材Ｐの突入タイミングとあわせて電力を補正することがより効果的であることから、定着ベルト２０の熱容量が１．０×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以上１．０ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下の場合によりおおきな効果が得られるからであって、その範囲以外の熱容量を有する定着ベルトを有する定着装置であっても本発明を適用することができ、同様の効果が得られる。
【０１６８】
５）また、定着ベルト２０に弾性層を設けた定着装置において説明した。これはより高画質なカラー画質を得ることができることから弾性層を設けた定着装置を用いたからであり、金属ベルトなどの弾性層を有さない定着ベルト有する定着装置であっても本発明を適用することができ、同様の効果が得られる。
【０１６９】
６）また、加熱体としてセラミック基板上に抵抗発熱体を形成してなるセラミックヒータを用いる定着装置において説明した。これはローコストなカラー用オンデマンド定着装置の加熱体として用いる為であり、加熱体にハロゲンランプや電磁誘導発熱部材を用いることもでき、同様の効果が得られる。
【０１７０】
７）定着ニップを形成させる第一と第二の定着部材は実施の形態の定着ベルトや加圧ローラの形態に限られるものではない。第一と第二の定着部材の両方に加熱体（熱源）を具備させた形態の装置にすることもできる。
【０１７１】
８）加熱体は必ずしも定着ニップ部２７に位置していなくてもよい。例えば、熱源を定着ニップ部２７よりも定着ベルト移動方向上流側に位置させて配設することも出来る。
【０１７２】
９）実施例の定着装置は加圧用回転体駆動方式であるが、エンドレスの定着ベルトの内周面に駆動ローラを設け、定着ベルトにテンションを加えながら駆動する方式の装置であってもよい。
【０１７３】
１０）本発明において定着装置には、未定着画像を記録材上に永久画像として加熱定着させる定着装置ばかりでなく、未定着画像を記録材上に仮定着させる像加熱装置、画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する像加熱装置なども包含される。
【０１７４】
１１）画像形成装置の作像方式は電子写真方式に限られず、静電記録方式、磁気記録方式等であってもよいし、また転写方式でも直接方式でもよい。
【０１７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、定着装置において定着部材として弾性層を有する定着ベルトを用いた場合でも定着部材の正確な温調制御を行い、その結果グロスなどの印字品質ムラのない高画質な画像を得ることができ、また耐久性が高く高寿命な定着装置、および該定着装置を搭載した画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるカラー画像形成装置の概略構成図
【図２】本発明の第一または二の実施の形態における定着装置の断面模式図
【図３】本発明の第一ないし三の実施の形態における定着ヒータ・メインサーミスタ・サブサーミスタの位置関係を示す斜視模型図
【図４】加熱体としてのセラミックヒータの構成模式図
【図５】従来の定着装置における立ち上げ温調での定着ヒータに投入する電力と定着ベルトの温度を示す図
【図６】本発明の第一の実施の形態における定着装置における立ち上げ温調での定着ヒータに投入する電力と定着ベルトの温度を示す図
【図７】ヒータホルダの温度と所定電力値の関係をプロットした図
【図８】本発明の第三の実施の形態における定着装置の断面模式図
【図９】本発明の第一の実施の形態における定着装置の立ち上げ電力制御図
【図１０】本発明の実施の形態における定着装置の立ち上げ温度プロファイル図
【図１１】従来の定着装置の立ち上げ電力制御図
【図１２】従来の定着装置の立ち上げ温度プロファイル図
【図１３】従来のベルト定着方式の定着装置の断面模式図
【図１４】従来のベルト定着方式において定着ベルト内面当接型のサーミスタを用いた定着装置の断面模式図
【符号の説明】
１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１Ｂｋ　　　画像形成部
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ　　　　感光ドラム
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ　　　　帯電ローラ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　　　　現像装置
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ　　　　転写ローラ
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ　　　　ドラムクリーニング装置
１２　　　定着装置
１６　　　セラミックヒータ（加熱体）
１８　　　メインサーミスタ（第一の温度検知手段）
１９　　　サブサーミスタ（第二の温度検知手段）
２０　　　定着ベルト（第一の回転体）
２１　　　制御回路部（ＣＰＵ）
２２　　　加圧ローラ（第二の回転体）
２８　　　ヒータ駆動回路部（電力供給部、電源）
４０　　　中間転写ベルト
４４　　　２次転写ローラ
４５　　　ベルトクリーニング装置
４６　　　レジストローラ
５０　　　環境センサ
５１　　　メディアセンサ
Ｐ　　　　記録材
Ｎ　　　　（１次）転写部
Ｍ　　　　（２次）転写部
ｔ　　　　トナー

Claims

少なくとも、加熱体と、前記加熱体に電力を供給する電力供給部と、少なくとも１つ以上の温度検知手段と、記録材と共に移動する第一の回転体と、前記記録材と圧接部を形成し、かつ、前記記録材を搬送する第二の回転体と、を有し、前記温度検知手段の温度検知を行う場所は加熱体と異なる場所であり、前記温度検知手段によって検知された温度を基に前記電力供給部から前記加熱体に供給する電力をフィードバック制御することで前記第一の回転体の温度制御を行い、前記圧接部で画像を担持した記録材を挟持搬送させて加熱する定着装置において、
プリント開始時に定着装置を立ち上げる際に、前記フィードバック制御を禁止する領域を設け、
前記領域内において、少なくとも、定着装置温度をすみやかに立ち上げるための第一電力レベルと、定着装置温度を安定させるための第二電力レベルの二段階以上の電力レベルを有し、その後フィードバック制御に移行することを特徴とする定着装置。
定着装置の蓄熱具合から前記第二電力レベル以降の電力レベルの値を決定することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
前記温度検知手段を第一の温度検知手段としたとき該第一の温度検知手段の他に、第二の温度検知手段を有し、前記第二の温度検知手段の温度検知を行う場所は前記第一の温度検知手段より前記加熱体に近い場所であり、画像形成動作開始時の定着装置の立ち上げ前に、前記第二の温度検知手段の検知温度から、前記第二電力レベル以降の電力レベルの値を決定することを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
前記定着装置の印字枚数により前記第二電力レベル以降の電力レベルの値を決定することを特徴とする、請求項２または３に記載の定着装置。
前記第一、第二の温度検知手段の他に、第三の温度検知手段を有し、前記第三の温度検知手段の温度検知を行う場所は加熱体と、第一の回転体を除く定着装置構成部の何れかであり、前記第三の温度検知手段の検知温度から、前記第二電力レベル以降の電力レベルの値を決定することを特徴とする、請求項３または４に記載の定着装置。
前記第一の回転体の熱容量が１．０×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以上１．０ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下であることを特徴とする、請求項１ないし５の何れかに記載の定着装置。
前記第一の回転体の熱容量が２．１×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以上４．５×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２・℃以下であることを特徴とする、請求項１ないし５の何れかに記載の定着装置。
前記第一の回転体として、ベルト状部材に弾性層を設けてなる、定着ベルトを用いたことを特徴とする、請求項１ないし７の何れかに記載の定着装置。
前記定着ベルト基材が耐熱性樹脂よりなる事を特徴とする、請求項８に記載の定着装置。
前記定着ベルト基材が金属よりなることを特徴とする、請求項８に記載の定着装置。
前記定着ベルトの最表層に離型性層を設けることを特徴とする、請求項８ないし１０の何れかに記載の定着装置。
前記加熱体として線状発熱体を用いることを特徴とする、請求項１ないし１１の何れかに記載の定着装置。
前記加熱体としてセラミック基板上に抵抗発熱体を形成してなるセラミックヒータを用いることを特徴とする、請求項１２に記載の定着装置。
前記加熱体を保持する加熱体保持部材に樹脂材料を用いたことを特徴とする、請求項１ないし１３の何れかに記載の定着装置。
前記加熱体保持部材が液晶ポリマーよりなることを特徴とする、請求項１４に記載の定着装置。
請求項１ないし１５の何れかに記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
前記画像形成装置は、複数色のトナー像を重ねることにより、カラー画像を形成する、カラー画像形成装置であることを特徴とする、請求項１６に記載の画像形成装置。