JP2005352389A

JP2005352389A - 定着装置

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Publication number: JP2005352389A
Application number: JP2004175629A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fujino; 猛藤野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-12-22
Also published as: US20050276624A1; US7263305B2; CN1716126A; CN100465816C; US20070242970A1

Abstract

【課題】連続的に定着処理工程を行うタンデム定着装置１００において、定着速度を変えることなく、均一な所望の光沢度を持った画像を出力させる。
【解決手段】タンデム定着装置１００において、第１の定着ユニットＡの温度変化を補償するように第２の定着ユニットＢの目標温調温度を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式の複写機、レーザービームプリンター等の画像形成装置に用いられる定着装置に関するものである。

従来、電子写真装置の出力した画像についてユーザーの印象を左右する要因の一つに光沢度がある。ユーザーの好む光沢度はユーザー毎に異なり、また出力画像によっても違う。一般に、文章等のテキスト画像は光沢度が低い方が好まれ、写真等のグラフィック画像では光沢度が高い方が好まれる。しかしながら、従来の定着後の画像の光沢度は装置毎固有のものでユーザーが細かな選択をすることはできなかった。

ここで、光沢度は定着後のトナー画像の表面性で決まるのだが、従来の画像形成装置では、その表面性はトナーの材質、定着装置の構成等で決まってしまう。詳しく説明すると、定着後のトナー画像の表面性は、定着分離時に決まる。即ち、定着時に充分に溶かされたトナーは定着ローラの表面性と同等の表面性を持って分離し、光沢度は高くなる。また、定着時に完全には溶かされない状態で分離した場合には表面が粗く、光沢度も低くなる。しかし、定着時に充分に溶かすようにすると高温オフセットが生じやすく、また完全には溶かさないようにすると定着不良が生しやすい。

一般に定着性を決める要因は、定着温度、ニップ幅（定着ニップ部の被記録材搬送方向に幅寸法）、定着速度等がある。従って、定着不良と高温オフセットが生じないように定着装置を設定すると、それに応じて光沢度も決まってしまう。実際には定着不良と高温オフセットが生じないような定着装置の設定幅は非常に狭く、例えば定着温度については１０℃程度しかないため、この範囲で変えても光沢度はほとんど変わらない。

また、従来には定着速度を切り替えることにより異なる光沢度を選択できる画像形成装置もある。しかし、この場合には選択できる光沢度の数は定着速度の数のみであり、定着速度が２種類の場合には光沢度の選択も２種類となる。そして、その２種類についてもあらかじめ装置構成で決められた２種類の光沢度を選択するしかない。また、定着速度を遅くした場合には、出力までの時間がかかってしまうという問題も生じる。

このような問題に対応するため、本出願人は特許文献１で示される、所謂タンデム定着と呼ばれる構成を提示している。これは、第１の加熱部材と第１の加圧部材により構成され第１のニップ部を形成する第１の定着ユニットと、該第１の定着ユニットの下流に位置し、第２の加熱部材と第２の加圧部材により構成され第２のニップ部を形成する第２の定着ユニットと、前記第１及び第２の定着ユニットの温度を制御する温調手段と、を有し前記被記録材を前記ニップ部に順次搬送させることにより前記被記録材上のトナー画像を定着する定着装置と、を有する画像形成装置において、前記第２の定着ユニットの温調目標温度を変えることにより定着後の画像の光沢度を変えることを特徴とするものである。

詳しく説明すると、特許文献１の発明においては、図１４に示すように、２つの定着ユニットＡ、Ｂを被記録材Ｐの搬送方向の上流側と下流側に順に縦列（タンデム）に配置し、上流に配置された第１の定着ユニットＡにおいて被記録材Ｐ上のトナー画像ｔを定着させ、下流に配置された第２の定着ユニットＢにおいて画像の光沢度を調整する。光沢度の調整は、温調目標温度を変えることにより実行される。即ち、まず第１の定着ユニットＡは定着することを目的とし、上述した高温オフセットや定着不良が生じないような設定をする。従って、第１の定着ユニットＡを被記録材Ｐが通過することによりトナー画像ｔは既に定着されている。この時の表面性、光沢度は常にある値になっている。

そして、第２の定着ユニットＢは光沢度を調整することを目的とし、再定着させる。この時、温調目標温度を変えることにより、再定着時の定着性を変えることができ、目標温度を低く設定した場合には表面性をあまり変えずに再定着し、目標温度を高く設定すれば再定着後の表面性は高くなる。これにより、定着スピードを変えることなく光沢度を変えることができる。

第１の定着ユニットＡの加熱部材としての定着ローラ１は、外径３６ｍｍ、内径３２ｍｍのアルミニウムの芯金１１の上に厚み２．０ｍｍのシリコンゴムの弾性層１２を設け、更にその上に厚み５０μｍのＰＥＡの離型層１３を設けたものを用いた。また、加圧部材としての加圧ローラ２も定着ローラ１と同様、外径３６ｍｍ、内径３２ｍｍのアルミニウムの芯金２１の上に厚み２．０ｍｍのシリコンゴムの弾性層２２を設け、更にその上に厚み５０μｍのＰＦＡの離型層２３を設けたものを用い、従来公知の加圧手段（不図示）により総圧４０ｋｇ重で定着ローラ１に加圧されている。

そして、定着ローラ１、加圧ローラ２は、熱源としてローラ内部に４５０Ｗのハロゲンヒータ１４、２４が配置される。また、それぞれサーミスタ１５、２５により検出された温度に基づいて不図示の温調手段により温調制御される。

また、第２の定着ユニットＢの加熱部材としての定着ローラ３は、外径１８ｍｍ、内径１４ｍｍのアルミニウムの芯金３１の上に厚み１．０ｍｍのシリコンゴムの弾性層３２を設け、更にその上に厚み５０μｍのＰＦＡの離型層３３を設けたものを用いた。また、加圧部材としての加圧ローラ４は外径１８ｍｍ、内径１４ｍｍのアルミニウムの芯金４１の上に厚み５０μｍのＰＦＡの離型層４３を設けたものを用い、従来公知の加圧手段（不図示）により総圧２０ｋｇ重で定着ローラ３に加圧されている。

そして、定着ローラ３、加圧ローラ４は、熱源としてローラ内部に４５０Ｗのハロゲンヒータ３４、４４が配置される。また、それぞれサーミスタ３５、４５により検出された温度に基づいて不図示の温調手段により温調制御される。
特開２００２−３６５９６７号公報

本出願人の先の提案発明である特許文献１の発明によれば、第１の定着ユニットＡにおいてトナーの被記録材に対する固着力を維持しつつ、第２の定着ユニットＢにおいてトナーのグロスを任意に制御することが画像形成速度を低下させることなく可能となった。このようなタンデム定着装置を備えた画像形成装置は、均一なグロス特性と、より高速化可能な利点を利用して、現在では電子写真方式を採用したより低コストかつ高画質な印刷装置の代替機として市場に提供されつつある。

本発明はこの先の提案発明の更なる改善発明であり、連続的に定着処理工程を行うタンデム定着装置において、定着速度を変えることなく、均一な所望の光沢度を持った画像を出力させることを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る定着装置の代表的な構成は、第１の加熱部材と第１の加圧部材により構成され第１のニップ部を形成する第１の定着ユニットと、該第１の定着ユニットの下流に位置し、第２の加熱部材と第２の加圧部材により構成され第２のニップ部を形成する第２の定着ユニットと、前記第１及び第２の定着ユニットをそれぞれ加熱する加熱源と、前記第１及び第２の定着ユニットの各々の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知結果を用いて前記第１及び第２の定着ユニットの各々の加熱源を制御することにより前記第１及び第２の定着ユニットの各々の温度を制御する温調手段と、を有し、被記録材を前記ニップ部に順次搬送させることにより被記録材上のトナー画像を定着する定着装置において、前記第１の定着ユニットの温度変化を補償するように第２の定着ユニットの目標温調温度を制御することを特徴とする定着装置、である。

本発明により、連続的に定着処理するタンデム定着装置において、第１の定着ユニットの温度変化を補償するように第２の定着ユニットの温度を制御することで、第１の定着ユニットの温度が低下した場合でも、その逆に上昇した場合でも、定着速度を変えることなく、均一な所望の光沢度を持った画像を出力させることが可能となる。

また、第１の定着ユニットの温度変化を補償するように第２の定着ユニットの外部加熱部材の温度を制御することで、より早い温度変化に対しても対応することが可能となる。

更に、前記温度制御テーブルが、被記録材の坪量、含水分量、被記録材のグロス値、等の属性情報を元に制御動作を行うことにより、より高精度に、定着速度を変えることなく、均一な所望の光沢度を持った画像を出力させることが可能となる。

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明における最良の実施の形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。

（１）画像形成装置例
図１は画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセスを用いたカラーレーザプリンタである。

この画像形成装置内には第１、第２、第３、第４の４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが併設され、各々異なった色のトナー像（シアントナー像、マゼンタトナー像、イエロートナー像及びブラックトナー像）が潜像、現像、転写のプロセスを経て形成される。

各画像形成部Ｐａ・Ｐｂ・Ｐｃ・Ｐｄは、それぞれ専用の像担持体、本例では電子写真感光ドラム７１ａ・７１ｂ・７１ｃ・７１ｄを具備し、各感光ドラム上に各色のトナー像が形成される。各感光ドラムに隣接して中間転写体（中間転写ベルト）７７が設置され、感光ドラム上に形成された各色のトナー像が、中間転写体７７上に各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ１の１次転写ニップ部Ｔ１にて順次に重畳転写され、２次転写ニップ部Ｔ２で被記録材Ｐ上に一括して２次転写される。さらにトナー像が転写された記録材Ｐは、定着装置１００に導入されてトナー像の定着処理を受けてカラー画像形成物として装置外の排紙トレイ８７に排出される。定着装置１００は第１と第２の２つの定着ユニットＡとＢを有するタンデム定着装置である。この定着装置１００については後述する。

感光ドラム７１ａ・７１ｂ・７１ｃ・７１ｄの外周には、それぞれドラム帯電器７２ａ・７２ｂ・７２ｃ・７２ｄ、レーザスキャナ７３ａ・７３ｂ・７３ｃ・７３ｄ、現像器７４ａ・７４ｂ・７４ｃ・７４ｄ、１次転写帯電器７５ａ・７５ｂ・７５ｃ・７５ｄ及びクリーナ７６ａ・７６ｂ・７６ｃ・７６ｄが設けられている。

感光ドラム７１ａ・７１ｂ・７１ｃ・７１ｄは矢印の反時計方向に回転駆動され、その周面がドラム帯電器７２ａ・７２ｂ・７２ｃ・７２ｄにより所定の極性・電位に一様に１次帯電される。その各感光ドラムの一様帯電面に対してレーザスキャナ７３ａ・７３ｂ・７３ｃ・７３ｄから出力される、画像信号に応じて変調されたレーザ光Ｌａ・Ｌｂ・Ｌｃ・Ｌｄによる走査露光がなされて、各感光ドラム上に画像信号に応じた潜像が形成される。すなわち、レーザスキャナは、それぞれ、光源装置、ポリゴンミラー等が設置されていて、光源装置から発せられたレーザ光をポリゴンミラーを回転して走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって偏向し、ｆθレンズにより感光ドラムの母線上に集光して露光することにより、感光ドラム上に画像信号に応じた潜像が形成される。

現像器７４ａ・７４ｂ・７４ｃ・７４ｄには、現像剤としてそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナーが供給装置により所定量充填されている。現像器７４ａ・７４ｂ・７４ｃ・７４ｄは、それぞれ感光ドラム７１ａ・７１ｂ・７１ｃ・７１ｄ上の潜像を現像して、シアントナー像、マゼンタトナー像、イエロートナー像及びブラックトナー像として可視化する。

中間転写体７７は３本の並行ローラ７８・７９・８０間に懸回張設したエンドレスベルト部材であり、矢示の時計方向に感光ドラム７１ａ・７１ｂ・７１ｃ・７１ｄと同じ周速度をもって回転駆動されている。

第１の画像形成部Ｐａの感光ドラム７１ａ上に形成担持された上記第１色のイエロートナー画像は、感光ドラム７１ａと中間転写体７７とのニップ部である１次転写ニップ部Ｔ１を通過する過程で、１次転写器７５ａから中間転写体７７に印加される１次転写バイアスにより形成される電界と圧力により、中間転写体７７の外周面に１次転写されていく。

以下、同様に、第２、第３、第４の画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの感光ドラム７１ｂ・７１ｃ、７１ｄ上に形成担持された、第２色のマゼンタトナー画像、第３色のシアントナー画像、第４色のブラックトナー画像が１次転写ニップ部Ｔ１において順次に中間転写体７７上に重畳転写され、中間転写体７７上に目的のカラー画像に対応した合成カラートナー画像が形成される。

８１は２次転写ローラであり、中間転写体５７を懸回張設させた３本のローラ７８・
７９・８０のうちのローラ７９に対して中間転写体５７を挟ませて圧接させて中間転写体７７との間に２次転写ニップ部Ｔ２を形成している。

一方、給紙カセット８２から被記録材Ｐが１枚分離給紙されて、シートパス８３、シートパス８４、レジストローラ８５を通過して中間転写体７７と２次転写ローラ８１との当接部である２次転写ニップ部Ｔ２に所定のタイミングで給送され、同時に２次転写バイアスがバイアス電源からに印加される。これにより、中間転写体７７上に重畳転写された合成カラートナー画像の被記録材Ｐへの２次転写がなされる。

２次転写ニップ部Ｔ２にて合成カラートナー画像の転写を受けた被記録材Ｐは中間転写体７７から分離されて、定着装置１００に導入され、先ず第１の定着ユニットＡに、次いで第２の定着ユニットＢに導入され、該直列２つの定着ユニットＡと定着ユニットＢを順次に通ることで被記録材にトナー像が熱圧定着される。

１次転写が終了した感光ドラム７１ａ・７１ｂ・７１ｃ・７１ｄは、それぞれのクリーナ７６ａ・７６ｂ・７６ｃ・７６ｄにより転写残トナーをクリーニング、除去され、引き続き次の潜像の形成以下に備えられる。

転写ベルト７７上に残留したトナー及びその他の異物は、転写ベルト７７の表面にウエブクリーニング装置７６のクリーニングウエブ（不織布）を当接して、拭い取るようにしている。

両面コピーモードが選択されている場合には、定着装置１００を出た第１面側画像形成済みの被記録材Ｐがフラッパ８８により再循環搬送機構側のシートパス８９側に導入され、さらにスイッチバックシートパス９０内に入り、次いで該シートパス９０から引き出されて再搬送シートパス９１に誘導され、該シートパス９１から、シートパス８４、レジストローラ８５を通過して２次転写ニップ部Ｔ２に表裏反転状態で所定のタイミングで再導入される。これにより、被記録材Ｐの第２面側に対して、中間転写体７７上のトナー画像の２次転写がなされる。２次転写ニップ部Ｔ２にて第２面に対するトナー画像の２次転写を受けた被記録材Ｐは中間転写体７７から分離されて定着装置１００へ再導入され、トナー画像の定着処理を受けて両面コピーとして装置外の排紙トレイ８７に排出される。

（２）定着装置１００
図２は定着装置１００部分の拡大模式図である。この定着装置１００は、第１の加熱部材と第１の加圧部材により構成され第１ニップ部ＮＡを形成する第１の定着ユニットＡと、該第１の定着ユニットＡの下流に位置し、第２の加熱部材と第２の加圧部材により構成され第２のニップ部ＮＢを形成する第２の定着ユニットＢと、第１及び第２の定着ユニットＡとＢの温度を制御する温調手段（図３）と、を有し、被記録材Ｐを前記第１と第２のニップ部ＮＡとＮＢに順次搬送させることにより被記録材Ｐ上のトナー画像ｔを定着する、タンデム定着方式の定着装置である。

１）第１の定着ユニットＡ
第１の定着ユニットＡにおいて、第１の加熱部材は、厚み１．０ｍｍのアルミニウムの芯金１１の上に厚み５００ｕｍのシリコンゴムの弾性層１２を設け、更にその上に厚み２０ｕｍのＰＦＡチューブの離型層１３を設けた直径４５ｍｍの第１定着ローラ１と、該第１定着ローラ１の内部に配置された加熱源であるハロゲンヒータ１４と、該第１定着ローラ１の表面の温度を検知する検知手段であるサーミスタ１５によって構成される。

また、第１の加圧部材は、厚み１．０ｍｍのアルミニウムの芯金２１の上に厚み５００ｕｍのシリコンゴムの弾性層２２を設け、更にその上に厚み２０ｕｍのＰＦＡチューブの離型層２３を設けた直径３０ｍｍの第１加圧ローラ２と、該第１加圧ローラ２の内部に配置された加熱源であるハロゲンヒータ２４と、該第１加圧ローラ２の表面の温度を検知する検知手段であるサーミスタ２５によって構成される。

第１定着ローラ１と第１加圧ローラ２を従来公知の加圧手段（不図示）により圧接させ、第１の定着ユニットＡ側の第１の定着ニップ部ＮＡを形成させる。第１定着ローラ１と第１加圧ローラ２は矢印の方向に駆動機構（不図示）により回転駆動される。

図３において、１０は温調回路であり、この温調回路１０は、上記のサーミスタ１５・２５と、電源回路１６・２６を介してハロゲンヒータ１４・２４と電気的に接続され、通常時は、サーミスタ１５の検知結果をもってハロゲンヒータ１４を、サーミスタ２５の検知結果をもってハロゲンヒータ２５をそれぞれ制御し、第１定着ローラ１と第１加圧ローラ２の温度制御を行う。

ハロゲンヒータ１４・２４のＡＣ１００Ｖ印加時のワッテージは、ハロゲンヒータ１４は８００Ｗ、ハロゲンヒータ２４は４００Ｗのものを用いた。

２）第２の定着ユニットＢ
第２の定着ユニットＢにおいて、第２の加熱部材３は、厚み１．０ｍｍのアルミニウムの芯金３１の上に厚み５００ｕｍのシリコンゴムの弾性層３２を設け、更にその上に厚み２０ｕｍのＰＦＡチューブの離型層３３を設けた第２定着ローラ３と、該第２定着ローラ３の内部に配置された加熱源であるハロゲンヒータ３４と、該第２定着ローラ３の表面の温度を検知する検知手段であるサーミスタ３５によって構成される。

また、第２の加圧部材４は、厚み１．０ｍｍのアルミニウムの芯金４１の上に厚み５００ｕｍのシリコンゴムの弾性層４２を設け、更にその上に厚み２０ｕｍのＰＦＡチューブの離型層４３を設けた第２加圧ローラ４と、該第２加圧ローラ４の内部に配置された加熱源であるハロゲンヒータ４４と、該第２加圧ローラ４の表面の温度を検知する検知手段であるサーミスタ４５によって構成される。

上記第２の定着ユニットＢ側の第２定着ローラ３と第２加圧ローラ４の径は、第１の定着ユニットＡ側の第１定着ローラ１と第１加圧ローラ２の径と同様に直径４５ｍｍと直径３０ｍｍである。

第２定着ローラ３と第２加圧ローラ４を従来公知の加圧手段（不図示）により圧接させ、第２の定着ユニットＢ側の第２の定着ニップ部ＮＢを形成させる。第２定着ローラ３と第２加圧ローラ４は矢印の方向に駆動機構（不図示）により回転駆動される。

温調回路１０は、サーミスタ３５・４５と、電源回路３６・４６を介してハロゲンヒータ３４・４４と電気的に接続され、通常時は、サーミスタ３５の検知結果をもってハロゲンヒータ３４を、サーミスタ４５の検知結果をもってハロゲンヒータ４５をそれぞれ制御し、第２定着ローラ３と第２加圧ローラ４の温度制御を行う。

ハロゲンヒータ３４・４４のＡＣ１００Ｖ印加時のワッテージは、ハロゲンヒータ３４は８００Ｗ、ハロゲンヒータ４４は４００Ｗのものを用いた。

第１の定着ユニットＡと第２の定着ユニットＢは縦列に配置され、各々の定着ユニットＡ・Ｂの間には従来公知の紙搬送ガイド部材（不図示）が存在し、第１の定着ユニットＡの第１の定着ニップ部ＮＡを挟持搬送されて通過した被記録材Ｐはガイド部材にそって第２の定着ユニットＢの第２の定着ニップ部ＮＢを挟持搬送されて通過し、その後排出されるようになっている。

３）第１と第２の定着ユニットＡ・Ｂの温度制御
ここで、第１の定着ユニットＡの温調と、第２の定着ユニットＢの温調をそれぞれ独立して１９０℃になるように制御させた場合の第１定着ローラ１と第２定着ローラ３の温度推移を図４に示す。また、通紙させた画像のトナー部の光沢度推移のグラフを図５に示す。

定着処理条件は、Ａ４サイズの坪量１００ｇの普通紙を被記録材とし、その被記録材の上にシアン色のトナーを縦２ｃｍ・横５ｃｍの色パッチとして形成させた。そのトナー画像をプロセススピード１２０ｍｍ／ｓ、３０ＰＰＭで連続通紙させた。実験は室温２０℃、相対湿度５５％の温湿度環境下で行った。光沢度は定着処理後の画像のシアントナーのパッチ部を、（株）日本電色のグロス計ＰＧ−１Ｍ（７５°）を用いて計測した。

図４のグラフからわかるように、第１定着ローラ１の温度は、通紙開始直後から急激に低下し始め、通紙７，８枚目で最下点に達し、その後徐々に復帰して最終的に１９０℃前後で推移するようになる。また、第２定着ローラ３の温度は、第１定着ローラ１の温度に比べると温度変動が少なく、ほぼ１９０℃近辺で推移する。

その結果、図５のグラフから、１枚目の光沢度に比べて、第１定着ローラ１の温度の最下点近傍付近では約５程度低下し、その後徐々に光沢度約２０〜２２の範囲に収束していくことが分かる。すなわち、第１定着ローラ１の温度が約１９０℃前後に収束した後の状態ではレンジで約２程度の変動幅で済むのに対し、収束する前の状態では、光沢度の変動幅が倍以上あるのである。

このような光沢度の変化が、第１定着ローラ１と第２定着ローラ３の温度変動に応じていることを示すグラフが図４である。

図４は、第１定着ローラ１と第２定着ローラ３の温度を任意に変え、タンデム定着させた場合の光沢度を表したグラフで、グラフの各線が第１定着ローラ１の温度を、横軸が第２定着ローラ３の温度、縦軸が光沢度を示している。

逆に考えると、この図６のグラフから、既に説明した条件下において、第１定着ローラ１の温度を１７０℃から２３０℃まで変化させた場合に、第２定着ローラ３の温度が何度であればある所望の光沢度（本実施例では、第１定着ローラ１が１９０℃、第２定着ローラ３が１９０℃の場合の光沢度である約２１．５）となるかが判明するわけである。

このようなグラフから、基準グロスを２１．５としたときの、第１定着ローラ１の温度と第２定着ローラ３の温度の関係を導き出したものが図７のグラフである。

図７のグラフから近似すると、光沢度２１．５を導き出すための変換式は、以下のように求められる。

（第２定着ローラ温度）＝−０．４２×（第１定着ローラ温度）＋２６９．８（℃）
・・・・式１
すなわち、第１定着ローラ１の温度推移に対して、式１で求められる第２定着ローラ３の温度になるように温度制御を行うことで、第１定着ローラ１の温度によらず、一定の光沢度となる画像を提供することが可能となるのである。

ここで、本発明の特徴である、第１の定着ユニットＡの温度変動を補償するように第２定着ユニットＢの温度を制御する方法について述べる。図８はこの制御する方法のフロー図である。今後、本発明の制御状態を「グロス補正温調モード」と呼称する。

温調回路１０は、サーミスタ１５によって検知した第１定着ローラ１の表面温度をＴ１、第１定着ローラ１の目標温調温度をＴ２とすると、その差分を第１定着ローラ１の温度変動値「α＝Ｔ１−Ｔ２」として求める機能を持つ。

次に、第１定着ローラ１の温度変動値αが第１定着ローラ１の非通紙時の通常温調状態で持つ温度リップルを超えた場合、グロス補正温調モードに入る。ここで、温度リップルが大きい装置の場合、その分だけグロス補正温調モードに入るかどうかの温度マージンが必要となる。逆に言えば、グロス変動の最大振れ幅の目標値から、最大許容し得る温度リップルを算出し、それ以内に温度リップルが入るような定着装置構成を設計する必要がある。ここで、一般的に温度リップルは定着ローラの熱容量および熱伝導率に大きく依存するため、より低熱容量な構成を採る事が望ましく、またより高い熱伝導率であることが望ましい。本発明では一般的な定着ローラのゴム厚みよりも更に薄い５００ｕｍのシリコンゴムを用い、アルミニウムの芯金も１．０ｍｍに抑えることで、通常状態での温度リップルを３℃以下に抑えることで、結果としてグロス補正モード時でのグロス変動の最大振れ幅を目標値以下に抑えることが可能になっている。また、本発明では具体的な構成について述べないが、例えばハロゲンヒータを熱応答性の優れたＩＨヒータ（電磁誘導加熱）にすることや、温度検知手段であるサーミスタをより応答性の高い非接触式の赤外線検知センサーを用いることや、より低熱量化するために加圧ローラをエンドレスベルトにすることで、本発明の効果を得ることが可能であることは当然である。

本実施例では、αが絶対値で３℃以上になった場合、すなわちαが−３℃以下か３℃以上となった場合に、グロス補正温調モードに入ることにする。また、グロス補正温調モードに入った後、連続した定着処理が終了するか、第１定着ローラ温度変動値αが１．５℃以下になった場合、速やかに通常モードに復帰する。

ここで、第２定着ローラ３の通常状態での目標温調温度をＴ４とすると、グロス補正温調モードにおいては、第２定着ローラ３の本来の目標温調温度Ｔ４に第２定着ローラ３の温度補正値βを加算した値（Ｔ４＋β）℃で第２定着ローラ３の温調制御を行う。

すなわち、式１を補正値α、βで表すと、本実施例においては以下の式となる
Ｔ４＋β＝−０．４２×Ｔ１＋２６９．８
Ｔ４＋β＝−０．４２×（α＋Ｔ２）＋２６９．８
ここで、本実施例ではα＝１９０℃、β＝１９０℃であるため、
β＝−０．４２×α・・・・式２
ここで、温調回路１０は温度制御の関係上、１℃刻みの整数値で計算されるため、実際の制御では小数点以下は四捨五入される。

温調回路１０は、第１定着ローラ１の温度推移をチェックし、連続通紙時の目標温調温度Ｔ２とサーミスタ１５によって検知した温度Ｔ１との差分である温度変動値αの絶対値が３以上になった場合に、第２定着ローラ３の通常状態での目標温調温度Ｔ４と、換算式β＝−０．４２αで求められる補正値から、第２定着ローラ３の温度が（Ｔ４＋β）となるように温度制御を行うことで、第１定着ローラ１の温度によらず、一定の光沢度となる画像を提供することが可能となるのである。

ここで、換算式のβとαの関係を表す係数である−０．４２は、第１定着ローラ１と第２定着ローラ３の各々の温調温度やニップ幅、被記録材の光沢度、被記録材の坪量、トナーの溶融性などの様々な要因の複合により決定される係数であり、所定の条件で実験することにより得られる固有の値、すなわち条件係数ｋである。

すなわち、これを式で表現すると
β＝ｋ・α＋Ｌ・・・・式３
ここでＬは近似化する際の誤差を調整する係数である。

よって、例えば被記録材の坪量のみを変え、他の条件を固定化させて条件係数ｋを導き出し、被記録材の坪量毎に最適化してフィードバックすることにより、異なる坪量を持つ被記録材を用いて連続で定着処理を行っても、それぞれ均一な所望の光沢度をもった画像を出力させることが可能となる。

以上の制御によって、実際の第１定着ローラ１と第２定着ローラ３の温度推移や、光沢度の変動の実験結果がどのようになるかを以下に説明する。

第１の定着ユニットＡの通常状態での目標温調温度Ｔ２を１９０℃、第２の定着ユニットＢの通常状態での目標温調温度Ｔ４を１９０℃として、グロス補正温調モードを実施した場合の、第１と第２の定着ローラ１・３の温度推移Ｔ１とＴ３を図９のグラフに示す。また、グロス補正温調モードを実施した場合の通紙させた画像のトナー部の光沢度推移のグラフを図１０に示す。

図９から分かるように、第２定着ローラ３の表面温度Ｔ３は、第１定着ローラ１の表面温度Ｔ１が下がった場合に、最終的な光沢度を維持するために通常状態の目標温調温度Ｔ４よりも温度補正値βだけ高い温度を維持しようとする。また、本実施例では説明しないが、逆にオーバーシュートで第１定着ローラ１の表面温度Ｔ１が目標温調温度Ｔ２よりも高くなった場合は、通常状態の目標温調温度Ｔ４よりも温度補正値βだけ低い温度を維持しようとする。

但し、より厳密には第２定着ローラ３の持つ熱時定数による温度上昇の遅れや、被記録材が通紙されることによって若干表面温度が低下するため、グロス補正温調モードでの目標温調温度（Ｔ４＋β）と表面温度Ｔ３には若干のズレがあるが、既に説明した条件係数Ｌ（本実施例では０という値）を微調整することにより最適化することが可能である。

ここで、図１０から分かるように、既に説明したグロス補正温調モード制御を行うことで、本発明の制御を行っていない場合の光沢度の推移である図３に比べて、安定した所望の光沢度、本実施例では約２１．５±０．７、が得られた。

以上説明したように、本実施例で説明した、第１の定着ユニットＡの温度変動を補償するように第２の定着ユニットＢの温度を制御する方法である「グロス補正温調モード」を用いることで、連続定着処理の間において、各々のトナー画像のグロスがほぼ均一とすることが可能となった。

また、本実施例では詳しく説明しないが、光沢度だけではなく、被記録材に対するトナーの定着性も同様に安定した所望の状態を維持できている。これは、グロス補正温調モードにより最終的に被記録材とトナーに与えられる熱量が常にほぼ同等であることから得られる当然の結果である。

本実施例では、加熱部材、加圧部材をそれぞれ回転体として構成したが、例えばいずれか一方、もしくは両方ともエンドレスベルトを用いたベルト定着部材、もしくはベルト加圧部材であっても良い。また、加熱部材もしくは加圧部材のいずれか、もしくは両方に外部加熱部材を接触させて加熱させる構成をとっても良い。また、本実施例では加熱源としてハロゲンヒータで構成されているが、いかなる種類の加熱源であったとしてもほぼ同様の効果を得ることが可能である。

図１１は本実施例における定着装置１００の拡大模式図である。図１２はこの定着装置の温調系のブロック図である。本実施例における定着装置１００は、前述の図２の定着装置１００において、第１定着ローラ１と第２定着ローラ３に対してそれぞれ更に第１外部加熱装置５と第２外部加熱装置６を具備させたものである。

第１外部加熱装置５は、第１定着ローラ１を外部から加熱する装置であり、厚み２．０ｍｍのアルミニウムの円筒状基体からなる第１外部加熱ローラ５１と、この第１外部加熱ローラ５１の内部に配置された６００Ｗのハロゲンヒータ５２と、第１外部加熱ローラ５１の表面温度を検知して温調回路１０に電気的に接続されるサーミスタ５３から構成される。

また、第２外部加熱装置６は、第２定着ローラを外部から加熱する装置であり、厚み２．０ｍｍのアルミニウムの円筒状基体からなる第２外部加熱ローラ６１と、この第２外部加熱ローラ６１の内部に配置された６００Ｗのハロゲンヒータ６２と、第２外部加熱ローラ６１の表面温度を検知して温調回路１０に電気的に接続されるサーミスタ６３から構成される。

それ以外の部材の説明に関しては、特に記載が無い限り前記実施例１に倣う。また、第１外部加熱装置５および第２外部加熱装置６は、第１定着ローラ１および第２定着ローラ３に対して、不図示の加圧機構を用いて離脱状態と接触状態に可変可能となるように構成されている。また、各々の外部加熱装置５・６と定着ローラ１・３によって形成される外部加熱ニップ部は、接触状態においてはある所定の幅を持つように構成されている。

本実施例の特徴は、第１定着ローラ１の表面温度Ｔ１と通常状態の目標温調温度Ｔ２の差分である第１定着ローラ温度変動値αと所定の変換式から温度補正値βを算出し、第２定着ローラ３の目標温調温度Ｔ４と、第２外部加熱ローラ６１の目標温調温度Ｔ８にそれぞれフィードバックすることで、連続定着処理の間で均一なグロスを持った画像を出力することにある。

ここで、外部加熱装置５・６が必要な理由を詳しく説明すると、前記実施例１においては、第１定着ローラ１および第２定着ローラ３の加熱源が、ローラ内部にあるハロゲンヒータ１４および３４のみで構成されている。ここで、市場のニーズに対応するため、より定着処理を高速化させようとした場合、被記録材によって奪われる熱量は速度に応じて増大するため、定着ローラ１・３の表面温度を維持するためには、加熱量を上げる必要がある。よって、定着ローラ１・３の内部だけではなく、外部からも加熱することにより、より効率的に加熱量の増加を図ることが望ましい。また、定着ローラ内部の発熱量を処理速度に応じて単純に上げても、定着ローラの弾性層が持つ熱容量や熱時定数により、表面の温度は速やかには回復しない。更に、内部の発熱量が高すぎると、定着ローラの芯金の温度が高温となり、定着ローラの芯金と弾性層を架橋しているプライマー層が破壊されて定着ローラの寿命が短くなるといった弊害もある。

一方で、従来の外部加熱装置を用いたタンデム定着装置においては、第１の定着ユニットと第２の定着ユニットの温度制御がそれぞれ独立であるため、実施例１で既に説明したように、連続した定着処理を施す場合に第１定着ローラ１の温度変動があるため、所望の均一なグロスを持った画像を出力するには問題がある。

そこで、本実施例においては、まず実施例１と同様に、所定の定着処理速度、所定の被記録材の種類、第１定着ローラ１の表面温度Ｔ１、第２定着ローラ３の表面温度Ｔ３、等の条件において、所望の光沢度を得ることが可能な第１定着ローラ温度変動値αと温度補正値βの条件係数ｋを導きだす。

更に、温調回路１０が、第１定着ローラ１の温度推移をチェックし、連続通紙時の目標温調温度Ｔ２とサーミスタ１５によって検知した温度Ｔ１との差分である温度変動値αの絶対値が所定の値以上になった場合に、第２定着ローラ３の通常状態での目標温調温度Ｔ４と、換算式β＝ｋ・αで求められる補正値から、第２定着ローラ３の表面温度が（Ｔ４＋β）となるように、第２外部加熱ローラ６１の目標温調温度を（Ｔ８＋β）、第２定着ローラ２の目標温調温度を（Ｔ４＋β）で温度制御を行うことで、第１定着ローラ１の温度によらず、一定の光沢度となる画像を提供することが可能となるのである。

本実施例の特徴は、前記実施例２において、第１の定着ユニットＡの第１定着ローラ（加熱部材）１、第１外部加熱ローラ（外部加熱装置）５１、第１加圧ローラ（加圧部材）２の少なくとも一つの温度変化を補償するように、前記第２の定着ユニットＢの第２定着ローラ（加熱部材）３、第２外部加熱ローラ（外部加熱装置）６１、第２加圧ローラ（加圧部材）４の少なくとも一つの目標温調温度を制御する際に必要とされる条件係数ｋ、Ｌを、被記録材の坪量、含水分量、被記録材の光沢度、等の属性情報を元に作られた温度制御テーブルから導き出し、画像形成装置にそれらの情報が入力された場合に、適切な条件係数ｋ、Ｌから作成された温調制御テーブルをもって温度制御を行うことにある。

詳しく説明すると、既に実施例１で説明したように、第１定着ローラ１の表面温度Ｔ１と第２定着ローラ３の表面温度Ｔ３に応じた画像の光沢度の関係は、図５で示されるようなグラフで導くことが可能である。更に、図５のグラフから、ある所定の光沢度を得る場合に必要な第１定着ローラ１と第２定着ローラ３の温度は、図６で示されるような近似式である
β＝ｋ・α＋Ｌ・・・・式３
から導くことが可能となる。

よって、例えば被記録材の坪量を８０ｇ/ ｍ²、１００ｇ/ｍ²、１６０ｇ/ｍ²、２００ｇ/ｍ²と４段階に振り、既に説明した方法を用いて図５および図６のような特性グラフを作成することで、各々の坪量毎の条件係数ｋ１〜ｋ４、Ｌ１〜Ｌ４を得ることが可能である。

実際に、実施例１において説明した構成において、光沢度２１．５の画像を得る場合の、被記録材の４段階の坪量と、被記録材の３段階の含水分量から導かれた条件係数ｋ、Ｌのテーブルを図１３に示す。

このような条件係数ｋ、Ｌのテーブルを、あらかじめ画像形成装置が所望の光沢度や被記録材の坪量、被記録材の光沢度、含水分量毎に持ち、更に画像形成装置がそれらの情報を検知する機能を持ってフィードバックしたり、またはユーザーが所望の光沢度を入力したり、使用する被記録材の情報を入力または選択する等の方法によって、常に最適の条件を導き出し、定着装置が温度制御処理を行うことによって、様々な条件下においても、連続した定着処理を施す際に、常に一定の所望の光沢度をもった画像を出力することが可能となる。

以上説明したように、連続的に定着処理工程を行うタンデム定着装置において、第１の定着ユニットの温度変動を補償するように第２定着ユニットの目標温調温度を制御することによって、定着速度を変えることなく、均一な所望の光沢度を持った画像を得ることが可能となる。

より多様化する市場のニーズに対応するため、印刷機と同等の機能を目指して、画像形成速度を向上させて被記録材を連続的に定着処理させる、または、坪量の異なる被記録材（薄紙と厚紙など）を混在させて連続で定着処理させようとすると、第１の定着ユニットＡは最低限の定着性を確保するために、室温から例えば１４０℃以上（画像形成速度やトナーの融点によってこの値は変わる）にまで加熱する必要があるため、多大な加熱力が必要となる。ここで、定着ユニットＡが常にいかなる状態でも一定の温度を維持できれば良いが、実際には連続して定着処理を施した場合の温度変化を抑制することは、より高速化、連続化されればされるほど困難になっていく。すなわち、第１の定着ユニットＡは、画像形成を行わない、いわゆるスタンバイ状態においては、内部の熱源は加熱力をあまり必要せず、熱源は常時点灯していないため、蓄熱量は低い。その一方で、画像形成が行われ連続的に通紙されている状態においては、加熱部材の表面温度を維持するために加熱源が連続的に点灯しており、加熱部材の表面温度がスタンバイ状態と同じであっても定着ローラ内部の蓄熱量は高くなる。この状態変化に応じた蓄熱量の差は、より高速化・連続化することにより顕著になっていく。

そのため、スタンバイ状態から画像形成状態に移行し、被記録材によって第１の定着ユニットに蓄熱されていた熱が奪われ始めると、加熱源がフル点灯し始めてその熱が加熱部材表面に達する一定時間の間は、第１の定着ユニットＡはその蓄熱量差分だけ温度降下するため、第１定着ユニットＡの加熱部材の表面温度は目標温調温度を一時的に下回ってしまう。これを回避するためには、加熱部材のスタンバイ状態の蓄熱量を連続通紙状態の蓄熱量と同じにする必要があるが、当然ながらスタンバイ状態では加熱部材の熱を奪う被記録材が存在しないため、加熱部材表面の温度が上昇し過ぎてしまい、最初に通紙させる被記録材のトナーが過溶融されて、ホットオフセットや溶けすぎによるグロス変動が大きくなってしまい、本来の目的を達成することが不可能となる。

これとは反対に、一時的に通紙工程が停止した場合（例えば、画像調整処理など）、定着ローラ表面の熱を奪う被記録材が無いため、定着ローラの温度が温調温度を超えて上昇する所謂オーバーシュートが発生してしまい、通紙工程が再度スタートした時点でオーバーシュートが回復していないと、第１の定着ユニットＡの加熱部材の表面温度は目標温調温度を一時的に上回ってしまう場合もある。これを回避するためには、例えばオーバーシュートが完全に回復するまで通紙工程を停止させ続けるといった方法があるが、この方法は当然ながら画像形成装置の生産性が低下し、ユーザーの利益を損なうことに繋がる。

また、坪量の異なる被記録材（厚紙と薄紙など）が混在して定着処理を行う場合、定着ユニットＡの維持温度はそのような被記録材の状態（紙の重量や含水分量等）に応じて上下することは自明である。そのため、坪量の異なる被記録材が混在した場合においては、第１の定着ユニットＡにおいて一回定着処理を施された被記録材を、第２の定着ユニットＢで一定の温度で通紙させると、実際には第１定着ユニットＡの温度変化に応じてグロスや定着性が変化してしまうという問題が発生する。この問題を解決するためには、例えば連続して定着処理を施す被記録材の坪量や含水分量を均一にして定着ユニットＡの温度変化を少なくすることが最も簡単な解決策であるが、坪量の異なる被記録材を混在させない場合、例えば製本加工処理（本やカタログ、マニュアル等の坪量の異なる被記録材を一括して画像形成する）において、表紙を坪量の大きな光沢紙を用い、仲挿しの被記録材を坪量の低くてページのめくりやすいものを用いるといった複雑な画像形成を一括で行えなくなり、印刷装置として製本加工処理機能を使用したいユーザーの要求を満たせなくなる。

本発明によれば、連続的に定着処理工程を行うタンデム定着装置において、定着速度を変えることなく、均一な所望の光沢度を持った画像を出力させることが可能である。このような本発明の優れた効果は、タンデム定着装置以外の手段では達成することが困難であり、また第１定着ユニットと第２定着ユニットの温度制御を関連づける手段を持たないタンデム定着装置においても達成することが困難である。

画像形成装置の一例の概略構成模型図。定着装置部分の拡大模型図。定着装置の温調系のブロック図。従来のタンデム定着装置における第１定着ローラと第２定着ローラの表面温度推移を表すグラフ。従来のタンデム定着装置における出力画像の光沢度の推移を表すグラフ。実施例１の第１定着ローラと第２定着ローラの表面温度を変化させた場合の光沢度の特性を表すグラフ。実施例１の所定の光沢度を得る場合の第１定着ローラ温度と第２定着ローラ温度と条件係数ｋ、Ｌの関係を導いたグラフ。第１の定着ユニットの温度変動を補償するように第２定着ユニットの温度を制御する方法方法のフロー図。実施例１のグロス補正温調モードをＯＮした場合の第１定着ローラと第２定着ローラの表面温度推移を表すグラフ。本発明に関わる実施例１のグロス補正温調モードをＯＦＦした場合とＯＮした場合の光沢度の推移を表したグラフ。実施例２の定着装置部分の拡大模型図。実施例２の定着装置の温調系のブロック図。実施例１において説明した構成において、光沢度２１．５の画像を得る場合の、被記録材の４段階の坪量と、被記録材の３段階の含水分量から導かれた条件係数ｋ、Ｌのテーブル。従来のタンデム定着装置概略構成模型図。

符号の説明

Ａ・・第１の定着ユニット、Ｂ・・第２の定着ユニット、１・・第１定着ローラ、２・・第１加圧ローラ、３・・第２定着ローラ、４・・第２加圧ローラ、５・・第１の外部加熱装置、６・・第２の外部加熱装置、１０温調回路、１１，２１，３１，４１・・・芯金、１２，２２，３２，４２・・・弾性層、１３，２３，３３，４３・・・離型層、１４，２４，３４，４４・・・ハロゲンヒータ、１５，２５，３５，４５・・・サーミスタ、５１，６１・・・外部加熱ローラ、５２，６２・・・ハロゲンヒータ、５３，６３・・・サーミスタ

Claims

第１の加熱部材と第１の加圧部材により構成され第１のニップ部を形成する第１の定着ユニットと、該第１の定着ユニットの下流に位置し、第２の加熱部材と第２の加圧部材により構成され第２のニップ部を形成する第２の定着ユニットと、前記第１及び第２の定着ユニットをそれぞれ加熱する加熱源と、前記第１及び第２の定着ユニットの各々の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知結果を用いて前記第１及び第２の定着ユニットの各々の加熱源を制御することにより前記第１及び第２の定着ユニットの各々の温度を制御する温調手段と、を有し、被記録材を前記ニップ部に順次搬送させることにより被記録材上のトナー画像を定着する定着装置において、
前記第１の定着ユニットの温度変化を補償するように第２の定着ユニットの目標温調温度を制御することを特徴とする定着装置。
前記第１の定着ユニットの目標温調温度に対して第１の温度検知手段で検知した温度が所定の値だけ下回った場合に、前記第１の定着ユニットの目標温調温度と検知温度との差分を補償するように、前記第２の定着ユニットの温度を上げることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記第１の定着ユニットの目標温調温度に対して第１の温度検知手段で検知した温度が所定の値だけ上回った場合に、前記第１の定着ユニットの目標温調温度と検知温度との差分を補償するように、前記第２の定着ユニットの温度を下げることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
第１及び第２の定着ユニットの少なくとも一方が、各々の加熱部材を外部から加熱する外部加熱手段を有し、第１の加熱部材もしくは第１の外部加熱手段の少なくとも一方の温度変化を補償するように、第２の加熱部材もしくは第２の外部加熱手段の少なくとも一方の目標温調温度を制御することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の定着装置。
前記第１の定着ユニットの加熱部材、外部加熱手段、加圧部材の少なくとも一つの温度変化を補償するように、前記第２の定着ユニットの加熱部材、外部加熱手段、加圧部材の少なくとも一つの目標温調温度を制御することを可能とする温度制御テーブルを持つことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の定着装置。
前記温度制御テーブルが、被記録材の坪量、含水分量、被記録材のグロス値、等の属性情報を元に制御動作を行うことを特徴とする請求項５記載の定着装置。