JP2007163591A - 定着装置およびそれを備えてなる画像形成装置、定着装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無端状の接触面を有し、未定着トナーを担持して順次搬送される複数の記録部材に前記接触面を順次接触させて前記記録部材に熱を供給し担持された未定着トナーを前記記録部材に定着させる定着部材と、通電により前記定着部材を加熱して前記接触面に熱を供給する加熱部と、前記接触面の温度を検知する接触面温度検知部と、検知された接触面温度が所定温度になるように前記加熱部への通電電力を制御する通電制御部とを備え、前記通電制御部は、前記加熱部から前記接触面に供給される熱量が前記接触面から各記録部材へ供給される熱量を上回り前記接触面温度が前記所定温度に向けて上昇するときに前記所定温度と前記接触面温度との差が少なくなるにつれて前記加熱部への通電電力を小さくするよう制御することを特徴とする定着装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、定着装置およびそれを備えてなる画像形成装置、定着装置の制御方法に関する。

近年、画像形成装置の処理速度の高速化に伴って定着装置の高効率化、長寿命化が重視されている。
画像形成装置は、それが設置されるオフィス等のコンセントから電力供給を受けるものが大半である。一つのコンセントから供給可能な電力には限りがあり、その定格電圧は１００Ｖ、定格電流は１５Ａである。従って、画像形成装置は、この制限範囲内で作動するものでなければならない。ところが、その一方で、画像形成装置の多機能化、システム化が進み、画像形成装置本体に、自動原稿読取装置（ＡＤＦ）、後処理装置（ステープル、パンチ等の機能を提供するフィニッシャ）、大容量給紙カセット（ＬＣＣ）等の周辺装置が装着されるものが多い。これらの周辺装置にも本体と同じコンセントから電力を供給して動作する必要がある。限られた電力で記録部材にトナーを定着させるように定着装置の効率的な制御が求められている。

また、定着装置内の部品は高温下で使用されるために劣化し、寿命がくれば交換するのが通例である。しかし、処理速度を高速化したからといって交換周期を縮めることは許されない。むしろ、ユーザーは処理の効率化を求めており、部品交換に伴うダウンタイムの短縮が求められる。さらに、メンテナンス・コスト低減の側面からも部品の長寿命化が求められている。部品の材質を検討改良することも必要であるが、それと並行して部品の劣化を抑制し寿命を延ばす制御が求められている。

即ち、前述のような高速の画像形成装置における定着装置は、周辺装置を含めたシステムへの供給電力が上記の１００Ｖ、１５Ａに制限され、定着装置としての高高率な加熱手法、すなわち、複数配置される加熱熱源の電力分配を効率良く行い、加熱、加圧ローラの表面を素早く、設定温度とする事が必要となる。
このような背景にあって、従来の熱源への通電制御は、印字処理が開始すると加熱ローラおよび／または加圧ローラの表面温度が定着設定温度に到達するまで、常にＯＮ（Ｄｕｔｙ：１００％）状態を保持し、設定温度に到達する事で通電をＯＦＦする制御となっている。このような制御では、印字処理が終了した直後の待機状態で加熱ローラの“オーバーシュート”が大きく、定着ローラの寿命を縮める要因となっている。オーバーシュートによってローラの耐熱劣化が大きくなり、ローラの耐久性に悪影響を与える。

定着装置を効率化し、部品の長寿命化を図るための一つのアプローチとして、定着装置の温度制御におけるオーバーシュートの抑制がある。定着装置において、記録部材にトナーを定着させる定着部材は、所定の温度に保つべく制御されるが、定着部材を加熱するヒーターのオン／オフ制御に伴って目標温度の周辺で実際の温度が変動する温度リップルがある。さらに、記録部材を順次搬送して定着を行うと、記録部材に熱が奪われて定着部材の温度が降下する。これを検知してヒーターをオンしても、定着部材の熱容量に伴う応答遅れのためにしばらくの間温度降下が続く。やがて、加熱の効果によって定着部材の温度が上昇に転じる。その間温度が降下しても、最下点の温度で十分にトナーが定着するよう、目標温度は定着可能な最低温度から、温度降下分を見越した高めの温度に設定する必要がある。

さらに、記録部材が順次搬送される状態では、奪われる熱量とヒーターから供給される熱量が平衡するようにヒーターを加熱制御し、定着部材の温度を目標温度付近で推移させる。この状態から記録部材の搬送が停止すると定着部材から熱が奪われなくなり、やがて定着部材の温度が上昇するが、定着部材の熱容量に伴う応答遅れのためにしばらく定着部材の温度上昇が続き、温度オーバーシュートの状態が発生する。

従って、定着部材は、定着動作開始後の温度効果の最下点から、定着動作終了後のオーバーシュートのピークまでの温度幅に耐えなければならない。これが、定着作動時の温度リップルの最大幅であるが、部品にとって過酷な条件となる。

理解を助けるために具体的な定着装置を一例に挙げて説明する。ローラ定着方式は、定着装置の代表的なものである。一般的なローラ定着方式の定着装置は、トナーを加熱・溶融して記録部材に定着させるための熱を記録部材に供給する定着ローラと、前記記録部材を定着ローラと共に挟持搬送する加圧ローラ、定着ローラの内部に配置されて定着ローラの表面を内部からの熱伝導により加熱するヒーター、定着ローラの周面の温度を検知する温度検知センサから構成される。定着ローラは、芯金の表面にトナーの離形性をよくするフッ素樹脂がコーティングされたものや、表面に弾性を持たせて加圧ローラとのニップ幅を広くするためにゴムが被覆されたものが用いられる。これらの部材は、温度のオーバーシュートによって定着ローラの接触面温度が高くなりすぎると劣化が早まり、極端な場合は高温に耐えきれずに芯金から剥離することもある。

一例では、制御目標温度は１８０℃、最下点の温度は１５５℃であり、オーバーシュートのピーク温度は１９５℃である。最下点とピーク温度の温度幅は４０℃ある。

そこで、この温度オーバーシュートを抑制するために、定着作動中に定着ローラの温度の最下点温度を検知した後は、最下点温度検知時点から定着動作終了までに定着ローラに与える総熱量を、定着動作開始から最下点温度検知時点までに定着ローラに与える総熱量よりも減少させるようにヒーターを制御するものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開平８−３２８４２５号公報

前記特許文献１では、コピーをスタートして定着動作が開始されてローラ接触面温度が低下する期間はヒーターをＯＮし続け、その後ローラ接触面温度が上昇に転じたらヒーターを所定のｄｕｔｙ比でオン・オフさせることが開示されている。また、そのｄｕｔｙ比を紙種、ローラの回転スピード、紙間の距離、装置の周りの温度に応じて決定してもよいことが記載されている。しかし、その具体的な決定方法は開示されていない。

前述のように、定着ローラの温度オーバーシュートを抑制できれば、定着ローラを長寿命化し、あるいは定着装置を高効率化することができる。定着ローラの熱容量に起因して、検出温度に応答遅れが生じることは避けがたいが、検出温度の推移を判断して応答遅れの影響を抑制するように制御すれば、温度オーバーシュートの改善が期待される。

この発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、定着部材を加熱する加熱部への通電を制御し、温度オーバーシュートを抑制することにより定着ローラの長寿命化、定着装置の高効率化を図るものである。

この発明は、（１）記録部材に接触する無端状の接触面と前記接触面に連なり記録部材に接触しない非接触面とを有し、順次搬送される複数の記録部材に熱を前記接触面から供給し未定着トナーを記録部材に定着させる定着部材と、通電により前記接触面に熱を供給する加熱部と、前記接触面の温度を検知する接触面温度検知部と、前記接触面からの熱伝導により上昇する前記非接触面の温度を検知する非接触面温度検知部と、検知された接触面温度が所定温度になるように前記加熱部への通電電力を制御する通電制御部とを備え、前記通電制御部は、前記加熱部から前記接触面に供給される熱量が前記接触面から各記録部材へ供給される熱量を上回り前記接触面温度が前記所定温度に向けて上昇するときに前記非接触面温度と前記接触面温度との差が少なくなるにつれて前記加熱部への通電電力を小さくするように制御することを特徴とする定着装置を提供する。
また、この発明は、前記の定着装置を備えてなる画像形成装置を提供する。

さらに、この発明は、（２）記録部材に接触する無端状の接触面を有し、順次搬送される複数の記録部材に熱を前記接触面から供給し未定着トナーを記録部材に定着させる定着部材と、通電により前記定着部材を加熱して前記接触面に熱を供給する加熱部と、前記接触面の温度を検知する接触面温度検知部と、検知された接触面温度が所定温度になるように前記加熱部への通電電力を制御する通電制御部とを備え、前記通電制御部は、前記加熱部から前記接触面に供給される熱量が前記接触面から各記録部材へ供給される熱量を上回り前記接触面温度が前記所定温度に向けて上昇するときに前記所定温度と前記接触面温度との差が少なくなるにつれて前記加熱部への通電電力を小さくするよう制御することを特徴とする定着装置を提供する。
さらに異なる観点から、この発明は、記録部材に接触する無端状の接触面と前記接触面に連なり記録部材に接触しない非接触面とを有する定着部材を用い、順次搬送される複数の記録部材に熱を前記接触面から供給し未定着トナーを記録部材に定着させ、加熱部を用いて通電により前記定着部材を加熱して前記接触面に熱を供給し、接触面温度検知部を用いて前記接触面の温度を検知し、非接触面温度検知部を用いて前記接触面からの熱伝導により上昇する前記非接触面の温度を検知し、通電制御部を用いて前記加熱部への通電電力を制御して検知された接触面温度が所定温度になるようにし、かつ前記加熱部から前記接触面に供給される熱量が前記接触面から各記録部材へ供給される熱量を上回り前記接触面温度が前記所定温度に向けて上昇するときに前記非接触面温度と前記接触面温度との差が少なくなるにつれて前記加熱部への通電電力を小さくするよう制御する定着装置の制御方法を提供する。

この発明の前記（１）の定着装置は、前記通電制御部が、前記加熱部から前記接触面に供給される熱量が前記接触面から各記録部材へ供給される熱量を上回り前記接触面温度が前記所定温度に向けて上昇するときに前記非接触面温度と前記接触面温度との差が少なくなるにつれて前記加熱部への通電電力を小さくするように制御するので、前記接触面温度が上昇して前記所定温度を超えた後のオーバーシュートを抑制することができる。

前記接触面の温度降下を検知して定着部材を加熱する場合、定着部材の熱容量のために応答遅れがある。温度降下を補償するため、各記録部材への熱供給量を上回る加熱量で前記接触面へ熱を供給すると、やがて前記接触面の温度が上昇するが、前記接触面の温度が所定温度に達したことを検知して加熱をやめても、応答遅れのために温度オーバーシュートの状態が発生する。しかし、この発明によれば、前記非接触面温度と前記接触面温度との差が少なくなるにつれて前記加熱部への通電電力を小さくするように制御するので、前記接触面温度が上昇して前記所定温度を超えた後のオーバーシュートを抑制することができる。

通電制御部が、加熱部への通電をオンまたはオフし、当該オンの期間とオフの期間との比を変えることにより通電電力を変えるように制御するものであってもよい。

また、前記定着部材が、定着ローラであってもよい。あるいは、前記定着部材が、ベルト状のものであってもよい。

さらに、前記加熱部が、前記加熱部が、定着部材としての定着ローラの略軸心部に配置されるヒーターであってもよい。あるいは、ベルト状の定着部材の表面に対抗して配置され、前記定着部材を加熱するヒーター、あるいはベルト状の定着部材を駆動するローラの内部に配置され前記駆動ローラを介してベルト状の定着部材を加熱するヒーターであってもよい。

さらにまた、前記定着部材が定着ローラであって、その軸方向において記録部材の幅よりも広い幅の周面を有し、前記接触面が、前記軸方向において前記周面の略中央部を通過する記録部材と接触する周面であり、前記接触面温度検知部が、前記接触面の少なくとも一部と対向もしくは接触して配置されるものであってもよい。
あるいは、前記定着部材がベルト状の部材であって、その軸方向において記録部材の幅よりも広い幅の周面を有し、前記接触面が、前記軸方向において前記周面の略中央部を通過する記録部材と接触する周面であり、前記接触面温度検知部が、前記接触面の少なくとも一部と対向もしくは接触して配置されるものであってもよい。

また、前記定着部材が定着ローラであって、その軸方向において記録部材の幅よりも広い幅の周面を有し、前記非接触面が、前記軸方向において前記周面の略中央部を通過する記録部材と接触する部分を除く周面であり、前記非接触面温度検知部が、前記非接触面の少なくとも一部と対向もしくは接触して配置されるものであってもよい。
あるいは、前記定着部材がベルト状の部材であって、その軸方向において記録部材の幅よりも広い幅の周面を有し、前記非接触面が、前記軸方向において前記周面の略中央部を通過する記録部材と接触する部分を除く周面であり、前記非接触面温度検知部が、前記非接触面の少なくとも一部と対向もしくは接触して配置されるものであってもよい。
さらに、前記接触面温度検知部が、前記接触面に対向して配置され、前記非接触面温度検知部が、前記非接触面に接触して配置されるものであってもよい。

また、この発明の前記（２）の定着装置は、前記通電制御部が、前記加熱部から前記接触面に供給される熱量が前記接触面から各記録部材へ供給される熱量を上回り前記接触面温度が前記所定温度に向けて上昇するときに前記所定温度と前記接触面温度との差が少なくなるにつれて前記加熱部への通電電力を小さくするよう制御するので、前記接触面温度が上昇して前記所定温度を超えた後のオーバーシュートを抑制することができる。

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。以下の説明により、この発明をよりよく理解することが可能であろう。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、限定的なものではないと考えられるべきである。

（装置全体の動作説明）
図３は、この発明に係る画像形成装置の構成を示す説明図である。本画像形成装置３０は、外部から伝達された画像データに応じて、所定のシート（記録用紙）に対して多色および単色の画像を形成するものである。そして、図示すように、露光ユニット１、現像器２、感光体ドラム４、帯電器５、クリーナユニット４、中間転写ベルトユニット８、定着ユニット１２と、用紙搬送路Ｓ、給紙トレイ１０および排紙トレイ１５等より構成されている。

なお、本画像形成装置において扱われる画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、現像器２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）、感光体ドラム３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、帯電器５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）、クリーナユニット４（４ａ、４ｂ、４ｃ、３ｄ）は各色に応じた４種類の潜像を形成するようにそれぞれ４個ずつ設けられ、それぞれａがブラックに、ｂがシアンに、ｃがマゼンタに、ｄがイエローに設定され４つの画像ステーションが構成されている。

感光体ドラム３は、本画像形成装置の上部に配置（装着）されている。帯電器５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させるための、帯電手段であり図３に示すように接触型のローラ型やブラシ型の帯電器のほかチャージャー型の帯電器が用いられる事もある。露光ユニット１は、図３に示すようにレーザ照射部および反射ミラーを備えた、レーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）を用いる手法のほかに、発光素子をアレイ状に並べた例えばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドを用いる手法もある。そして帯電された感光体ドラム３を入力された画像データに応じて露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有するものである。現像器２はそれぞれの感光体ドラム３上に形成された静電潜像を（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）のトナーにより顕像化するものである。クリーナユニット４は、現像・画像転写後における感光体ドラム３上の表面に残留したトナーを、除去・回収するものである。

感光体ドラム３の上方に配置されている中間転写ベルトユニット８は、中間転写ベルト７、中間転写ベルト駆動ローラ７１、中間転写ベルトテンション機構７３、中間転写ベルト従動ローラ７２、中間転写ローラ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）、および中間転写ベルトクリーニングユニット９を備えている。

中間転写ベルト駆動ローラ７１、中間転写ベルトテンションローラ７３、中間転写ローラ６、中間転写ベルト従動ローラ７２等は、中間転写ベルト７を張架し、矢印Ｂ方向に回転駆動させるものである。

中間転写ローラ６は、中間転写ベルトユニット８の中間転写ベルトテンション機構７３の中間転写ローラ取付部に回転可能に支持されており、感光体ドラム３のトナー像を、中間転写ベルト７上に転写するための転写バイアスを与えるものである。

中間転写ベルト７は、それぞれの感光体ドラム３に接触するように設けられている、そして、感光体ドラム３に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト７に順次的に重ねて転写することによって、中間転写ベルト７上にカラーのトナー像（多色トナー像）を形成する機能を有している。この中間転写ベルト７は、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されている。

感光体ドラム３から中間転写ベルト７へのトナー像の転写は、中間転写ベルト７の裏側に接触している中間転写ローラ６によって行われる。中間転写ローラ６には、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加されている。中間転写ローラ６は、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）軸をベースとし、その表面は、導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）により覆われているローラである。この導電性の弾性材により、中間転写ベルトに対して均一に高電圧を印加することができる。本実施例では転写電極としてローラ形状を使用しているが、それ以外にブラシなども用いる事が可能である。

上述の様に各感光体３上で各色相に応じた顕像化された静電像は中間転写ベルト７で積層され、装置に入力された画像情報となる。このように、積層された画像情報は中間転写ベルト７の回転によって、後述の用紙と中間転写ベルト７の接触位置に配置される転写ローラ１１によって用紙上に転写される。

この時、中間転写ベルト７と転写ローラ１１は所定ニップで圧接されると共に、転写ローラ１１にはトナーを用紙に転写させるための電圧が印加される（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）。さらに、転写ローラ１１は上記ニップを定常的に得るために、転写ローラ１１もしくは前記中間転写ベルト駆動ローラ７１の何れか一方を硬質材料（金属等）とし、他方を弾性ローラ等の軟質材料（弾性ゴムローラ、または発泡性樹脂ローラ等々）が用いられる。

また、上記のように、感光体ドラム３との接触により中間転写ベルト７に付着したトナー、若しくは、転写ローラ１１によって用紙上に転写が行われず中間転写ベルト７上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるために、中間転写ベルトクリーニングユニット９によって除去・回収されるように設定されている。中間転写ベルトクリーニングユニット９には、中間転写ベルト７に接触する例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられており、クリーニングブレードが接触する中間転写ベルト７は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ７２で支持されている。

給紙トレイ１０は、画像形成に使用するシート（記録用紙）を蓄積しておくためのトレイであり、本画像形成装置３０の画像形成部および露光ユニット１の下側に設けられている。また、本画像形成装置３０の上部に設けられている排紙トレイ１５は、印刷済みのシートをフェイスダウンで載置するためのトレイである。

また、本画像形成装置３０には、給紙トレイ１０のシートを転写部１１や定着ユニット１２を経由させて排紙トレイ１５に送るための、略垂直形状の用紙搬送路Ｓが設けられている。さらに、給紙トレイ１０から排紙トレイ１５までの用紙搬送路Ｓの近傍には、ピックアップローラ１６，レジストローラ１４、転写部１１、定着部１２、シートを搬送する搬送ローラ２５等が配されている。

搬送ローラ２５は、シートの搬送を促進・補助するための、小型のローラであり、用紙搬送路Ｓに沿って複数設けられている。ピックアップローラ１６は、給紙トレイ１０の端部に備えられ、給紙トレイ１０から、シートを１枚毎に用紙搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。

また、レジストローラ１４は、用紙搬送路Ｓを搬送されているシートをいったん保持するものである。そして、感光体ドラム３上のトナー像の先端とシートの先端を合わせるタイミングでシートを転写部に搬送する機能を有している。
定着ユニット１２は、ヒートローラ３１，加圧ローラ３２，等を備えており、ヒートローラ３１および加圧ローラ３２は、シートを挟んで回転するようになっている。

また、ヒートローラ３１は、図示しない温度検出器からの信号に基づいて制御部によって所定の定着温度となるように設定されており、加圧ローラ３２とともにシートを熱圧着することにより、シートに転写された多色トナー像を溶融・混合・圧接し、シートに対して熱定着させる機能を有している。

なお、多色トナー像の定着後のシートは、搬送ローラ２５…によって用紙搬送路Ｓの反転排紙経路に搬送され、反転された状態で（多色トナー像を下側に向けて）、排紙トレイ１５上に排出されるようになっている。

次に、シート搬送経路を詳細に説明する。本画像形成装置には予めシートを収納する給紙カセット１０が配置されている。
給紙トレイ１０の端部には、各々前記のピックアップローラ１６が配置され、1枚ずつを搬送路に導くようになっている。

給紙カセット１０から搬送されるシートは搬送路中の搬送ローラ２５−１によってレジストローラ１４まで搬送され、シートの先端と中間転写ベルト７上の画像情報の先端を整合するタイミングで転写ローラ１１に搬送され、シートうえに画像情報が書き込まれる。その後、シートは定着部１２を通過する事によってシート上の未定着トナーが熱で溶融・固着され搬送ローラ２５−２を経て排紙ローラ２５−３から排紙トレイ１５上に排出される。

この時、印字要求内容が両面印字要求の時は、上記のように片面印字が終了し定着部１２を通過したシートの後端が前記排紙ローラ２５−３でチャックされ、排紙ローラが逆回転する事によって搬送ローラ（２５−７、２５−８）に導かれた後レジストローラ１４を経て裏面印字が行われた後に排紙トレイ１５に排出される。

排紙トレイ１５の下方には、制御基板４０が配置されている。制御基板４０は、画像形成装置５０の各部の動作を制御するためのマイクロコンピュータ、マイクロコンピュータが実行する制御プログラムを格納するＲＯＭ、マイクロコンピュータの処理のためのワークエリアおよび画像データの記憶領域を提供するＲＡＭを有する。後述する定着の制御も、前記マイクロコンピュータがＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することによって実現される。また、制御基板は、各部のセンサ、たとえばヒートローラ３１あるいは加圧ローラ３２の温度を検知するサーミスタからの信号が入力され、マイクロコンピュータが入力された信号を用いて処理を行うようにするための入力回路、各部の負荷駆動、たとえば、ヒートローラ３１や加圧ローラ３２を加熱するためのヒーターへの通電をスイッチング駆動するための出力回路を有している。

（定着ユニットの説明）
図４は、図３の定着ユニット１２の主要構成部の配置を示すための用紙材搬送方向の断面図である。図４で、矢印は用紙の通過箇所と方向を示している。ヒートローラ３１と加圧ローラ３２とは、図示しない駆動機構によって用紙を矢印方向に搬送するように駆動される。また、図５は、図３の定着ユニット１２のヒートローラ３１と加圧ローラ３２との軸心を通る平面の断面図である。図４に示すように、ヒートローラ３１は、円筒状の芯金部８１の外周にシリコンゴム８２を被覆してなり、芯金部８１の内部には、ヒートローラ３１を加熱するためのメインヒーター８３とサブヒーター８４とが配置されている。図５に示すように、メインヒーター８３は、ヒートローラ３１の略中央部を加熱するヒーターである。サブヒーター８４は、メインヒーター８３で加熱される略中央部よりも左右の端にある領域を加熱するヒーターである。

メインヒーター８３とサブヒーター８４の２種類を用いてヒートローラ３１を加熱するのは、次の理由による。たとえば、最大通紙幅がＡ４サイズ横送り（Ａ３サイズ縦送りに同じ）の場合、最大幅の用紙が通過するときは、メインヒーター８３とサブヒーター８４とを用いてヒートローラ３１の表面を加熱し、用紙に奪われる熱を供給する。しかし、幅の狭い用紙、たとえば、Ａ４縦送りあるいはＡ５サイズ横送りの用紙を連続して通紙する場合は、メインヒーター８３のみを用いてヒートローラ３１の表面を加熱する。これは、ヒートローラ３１の表面のうち、用紙が通過する中央部の熱が多く奪われ、通紙に伴って用紙幅より外側の領域と温度差が拡大し、外側の領域の温度が不要に上昇するのを抑制するためである。前述のように、ヒートローラの温度が上昇しすぎると、その領域の劣化が進んで寿命が短くなったり、表層のシリコンゴム８２が芯金部８１から剥離したりするのを防ぐためである。

この温度の不均衡は、特に印字速度が速い装置で顕著である。印字速度が高速化すると、時間当たりに通過する用紙、即ちヒートローラ３１の表面から奪われる熱が低速の装置に比べて多くなり、用紙幅より外側の領域からの熱伝導による表面温度の均一化が追いつけないからである。

ヒートローラ３１の表面には、表面の温度を検知するためのサーミスタ９５が配置されている。より詳細には、図５に示すように、メインヒーター８３によって加熱される略中央部の表面温度を検知する非接触型のメインヒーター制御用サーミスタ９５ａ、サブヒーター８４によって加熱される領域の表面温度を検知する非接触型のサブヒーター制御用サーミスタ９５ｂが配置されている。さらに、ヒートローラ３１の表面のうち最大用紙幅より外側の領域に接触型のサーミスタ９５ｃが配置されている。サーミスタ９５ｃは、用紙が通過しない端部領域が、サブヒーター８４で加熱された部分からの熱伝導によって熱せされ、高温になり過ぎる状態を検知してヒートローラ３１を保護するために設けられる。
通紙領域の温度を検知するサーミスタ９５ａおよび９５ｂは、用紙からヒートローラ３１の表面にトナーや汚れが転写し、それがサーミスタに付着することを回避するために比接触型が好ましい。一方、非通紙部のサーミスタは構造が単純で安価な接触型であってもよい。

また、ヒートローラ３１の表面に接触してクリーニングローラ９８が設けられ、ヒートローラ３１に付着したトナー等の汚れを除去する。また、加圧ローラ３２の表面に付着した汚れを除去するためにクリーニングローラ９６が設けられている。クリーニングローラ８６、９６は、芯金部の周に不織布が巻かれたローラである。

ヒートローラ３１と加圧ローラ３２が接触するニップ部の下流側には、用紙剥離爪９９が配置されている。用紙剥離爪９９は、爪先がヒートローラ３１に当接する部材と、爪先が加圧ローラ３２に当接する部材からなり、ニップ部を通過した用紙の先端がヒートローラ３１あるいは加圧ローラ３２に密着している場合、爪先で用紙をローラから機械的に剥離させるものである。

（定着制御の説明）
以下に、定着装置の温度制御についての詳細な説明をする。温度制御は、前述のマイクロコンピュータが制御プログラムを実行することによって実現される。

≪ウォームアップ≫
図６は、図３の装置において、ウォームアップを開始してヒートローラ３１の表面が予め定められた定着設定温度（所定温度）の１８０℃に達し、その後の待機状態で前記所定温度近辺に制御される様子を示すグラフである。図６（ａ）は、メインヒーター制御用サーミスタ９５ａの温度推移を示すグラフである。図６（ｂ）は、メインヒーター８３の通電制御信号、図６（ｃ）は、サブヒーター８４の通電制御信号、図６（ｄ）は、定着ローラの駆動信号をそれぞれ示している。

前記マイクロコンピュータは、ウォームアップおよび待機状態において、メインヒーター制御用サーミスタ９５ａの検知温度Ｔｍに基づいてメインヒーター８３とサブヒーター８４を制御する。両者の通電制御は一致している。

ウォームアップ開始時点で、前記検知温度Ｔｍは、室温に近く、定着設定温度を下回っているので、前記マイクロコンピュータは、メインヒーター８３とサブヒーター８４との通電制御信号をいずれもオンし、ヒートローラ８１を加熱する。加熱に伴って検知温度Ｔｍは上昇し、やがて予め定められたローラ回転開始温度に達すると、前記マイクロコンピュータは、定着ローラ駆動信号をＯＮしてヒートローラ３１を回転させる。さらに、検知温度Ｔｍが上昇して定着設定温度に達すると、前記マイクロコンピュータは、定着の駆動を停止し、メインヒーター８３とサブヒーター８４との通電をオフする。

その後、待機中において、検知温度Ｔｍが定着設定温度を下回るとメインヒーター８３とサブヒーター８４との通電をオンし、検知温度Ｔｍが定着設定温度を上回るとメインヒーター８３とサブヒーター８４との通電をオフする。ヒーターのオン／オフしてから検知温度がそれに応答して上昇、下降するまでには、ヒートローラ３１に熱容量に起因する時間的な遅れがある。

なお、ウォームアップ中のサブヒーター８４の温度制御を、メインヒーター８３の温度制御と独立して行ってもよい。即ち、細部ヒーター８４の通電制御を、サブヒーター制御用サーミスタ９５ｂの検知温度に基づいて行ってもよい。

≪連続印字中の制御≫
図１は、この発明の定着装置において、待機状態から複数枚の用紙に連続印字を行った後、再び待機状態に移行する間の温度制御の様子を示すグラフである。
図１（ａ）は、メインヒーター制御用サーミスタ９５ａ、サブヒーター制御用サーミスタ９５ｂ、非通紙部サーミスタ９５ｃの温度推移を示すグラフである。図１（ｂ）は、印字中の検知温度ＴｅとＴｍとの差を示すグラフである。また、図１（ｃ）は、メインヒーター８３の通電制御信号ｄｕｔｙ比を、図１（ｄ）は、サブヒーター８４の通電制御信号ｄｕｔｙ比を、図１（ｅ）は、定着ローラの駆動信号をそれぞれ示している。

なお、図１は、最大用紙幅であるＡ４サイズ横送りで通紙される場合を示している。この場合、前記マイクロコンピュータは、検知温度Ｔｅと検知温度Ｔｍとの差に基づいてメインヒーター８３の通電を制御し、検知温度Ｔｅと検知温度Ｔｓとに基づいてとサブヒーター８４を制御する。図１では、図を簡単にするためにＴｍとＴｓとが一致するように示しているが、これは一例であって、ＴｍとＴｓには差異があってもよい。

印字中、前記マイクロコンピュータは、定着設定温度とメインヒーター制御用サーミスタ９５ａの検知温度Ｔｍと非通紙部サーミスタ９５ｃの検知温度Ｔｅとに基づいてメインヒーター８３の通電を制御し、定着設定温度とメインヒーター制御用サーミスタ９５ａの検知温度Ｔｍと非通紙部サーミスタ９５ｃの検知温度Ｔｅとに基づいてとサブヒーター８４を制御する。

印字を開始すると、用紙に熱が奪われて検知温度Ｔｍが降下する。前記マイクロコンピュータは、Ｔｍが通紙に伴って降下している間（期間Ｓ１）は、メインヒーター８３を１００％の通電ｄｕｔｙ比に制御する。即ち、メインヒーター８３は、常に通電される。やがてメインヒーター８３から供給された熱がヒートローラ３１の通紙領域の表面に伝わり、検知温度Ｔｍが上昇に転じる。その後、加熱により供給される熱量が通紙によって奪われる熱量を上回り、検知温度Ｔｍは上昇を続ける（期間Ｓ２）。

前記マイクロコンピュータは、検知温度Ｔｍが上昇する期間Ｓ２においては、メインヒーター８３への通電ｄｕｔｙ比を検知温度Ｔｅと検知温度Ｔｍとの差に応じた値に制御する。

印字が完了すると、通紙が停止するので、ヒートローラ３１の熱が用紙に奪われることがなくなる。しかし、検知温度Ｔｍは、いまだ定着設定温度を下回っているのでメインヒーター８３には依然として通電が行われる。しかし、この実施の形態によれば、検知温度Ｔｍが非通紙部の検知温度Ｔｅに接近するにつれてメインヒーター８３への通電電力が抑制されるので、印字終了時点でヒートローラ３１に蓄積された過剰な熱量によるオーバーシュートが抑制される。即ち、印字完了後、検知温度Ｔｍが上昇する最初のピーク温度が抑制される。

図２は、この発明の定着装置において、印字中に前記マイクロコンピュータが実行する定着温度制御の処理の手順を示すフローチャートである。図２の処理は、サンプリング時刻がくるごとに繰り返し実行される。サンプリング時刻の間隔は、一定の周期であってもよいが、それに限定されず、ばらつきがあってもよい。

図２に示すように、前記マイクロコンピュータは、予め定められたサンプリング時刻が到来するのを待って（ステップＳ１１）、現在の検知温度Ｔｍ［ｎ］とＴｅ［ｎ］とを取得する（ステップＳ１３）。取得した検知温度Ｔｍ［ｎ］は、将来のサンプリング時刻においても使用するので、ＦＩＦＯ構造のバッファに保存する。ここで、ｎは、現在のサンプリング時刻を示す。そして、取得された検知温度Ｔｍ［ｎ］が、定着設定温度を下回っているか否かを判断し（ステップＳ１５）、下回っていなければ、メインヒーターへの通電をオフし（ステップＳ１７）、後述するステップＳ２９へ進む。

一方、取得された検知温度Ｔｍ［ｎ］が、定着設定温度を下回っている場合は、過去の検知温度Ｔｍ［ｎ−１］、Ｔｍ［ｎ−２］、…を取得して温度推移が降下中か否かを判定する（ステップＳ１９）。ここで、取得する過去の検知温度の数は、短い周期のリップル成分やノイズ成分を除去して温度推移の傾向を正しく判断できる程度の数が適宜選択される。

前記マイクロコンピュータは、検知温度Ｔｍの推移が降下中であると判断した場合、メインヒーター８３への通電ｄｕｔｙ比を１００％に設定し（ステップＳ２３）、設定されたｄｕｔｙ比でメインヒーターを通電制御する（ステップＳ２７）。一方、前記ステップＳ２１における温度推移の判定で、温度が降下中でないと判断した場合は、メインヒーター８３への通電ｄｕｔｙ比を以下の式に基づいて決定する（ステップＳ２５）。
Ｄ＝ｂ×（Ｔｅ［ｎ］−Ｔｍ［ｎ］） （１）
ただし、Ｄ：通電ｄｕｔｙ比、ｂ：定数
（１）式によれば、検知温度Ｔｍ［ｎ］が検知温度Ｔｅ［ｎ］に近づくほど、通電ｄｕｔｙ比を小さくし、検知温度Ｔｍ［ｎ］が検知温度Ｔｅ［ｎ］に等しい場合は、通電ｄｕｔｙ比が０％、即ち通電オフにする。これは、ヒートローラ３１の通紙部の表面温度（Ｔｍ［ｎ］に対応）が端部の表面温度（Ｔｅ［ｎ］に対応）に比べて均一に近づくほど通紙部を加熱するヒーターの通電ｄｕｔｙ比を小さくすることを意味する。

ただし、この発明はこの式によって限定されず、たとえば、通電ｄｕｔｙ比が検知温度Ｔｅ［ｎ］と検知温度Ｔｍ［ｎ］との差の変化分をさらに考慮して決定されてもよく、あるいは通電ｄｕｔｙ比が検知温度Ｔｅ［ｎ］と検知温度Ｔｍ［ｎ］との差に対して２次式で示される関係や、単純な式で表現できないためにデータテーブル等を用いて関係が定義されるものであってもよい。

そして、前記マイクロコンピュータは、（１）式で決定した通電ｄｕｔｙ比でメインヒーターを通電制御する（ステップＳ２７）。

その後、前記マイクロコンピュータは、次のサンプリング時刻をセットし（ステップＳ２９）、処理を終了する。

図７は、図１と異なる温度制御によるヒートローラ３１の温度推移を示すグラフである。図１に係る制御は、印字中、検知温度Ｔｍが定着設定温度よりも低く、かつ通紙に伴って検知温度Ｔｍが上昇する期間Ｓ１、前記マイクロコンピュータは、検知温度Ｔｍ［ｎ］と定着設定温度との差に応じてメインヒーター８３への通電ｄｕｔｙ比を制御したが、図７に係る制御は、非通紙部サーミスタ９５ｃの検知温度Ｔｅと前記検知温度Ｔｍとの差に応じてメインヒーター８３への通電ｄｕｔｙ比を制御するものである。
図７（ａ）は、メインヒーター制御用サーミスタ９５ａ、サブヒーター制御用サーミスタ９５ｂ、非通紙部サーミスタ９５ｃの温度推移を示すグラフである。図７（ｂ）は、メインヒーター８３の通電制御信号ｄｕｔｙ比、図７（ｃ）は、サブヒーター８４の通電制御信号ｄｕｔｙ比、図７（ｄ）は、定着ローラの駆動信号をそれぞれ示している。

図７は、最大用紙幅のＡ４サイズ横送りよりも幅の狭いＡ５サイズ横送りの用紙が通紙される場合を示している。実線で示した曲線は、メインヒーター制御用サーミスタ９５ａの検知温度Ｔｍの推移であり、破線で示した曲線のうちＴｓは、サブヒーター制御用サーミスタ９５ｂの検知温度の推移であり、Ｔｅは、非通紙部サーミスタ９５ｃの検知温度の推移である。

図８は、図７に係る温度制御の処理手順を示すフローチャートである。図８で、ステップＳ３１は図２のステップＳ１１に対応し、ステップＳ３５〜Ｓ４３は、図２のステップＳ１５〜２３にそれぞれ対応し、図８のステップＳ４７、Ｓ４９は、図２のステップＳ２７、Ｓ２９にそれぞれ対応する。従って、ここでは、主に図２に対応部分のないステップＳ３３とＳ４５の処理について説明する。

前記マイクロコンピュータは、サンプリング時刻が到来すると（ステップＳ３１）、現在の検知温度Ｔｍ［ｎ］を取得する（ステップＳ３３）。

そして、取得された現在及び過去の検知温度Ｔｍから温度推移が降下中か否かを判定する（ステップＳ３９）。ここで、取得する過去の検知温度の数は、短い周期のリップル成分やノイズ成分を除去して温度推移の傾向を正しく判断できる程度の数を適宜選択することは、図２と同様である。

前記マイクロコンピュータは、温度が降下中でないと判断した場合は、メインヒーター８３への通電ｄｕｔｙ比を以下の式に基づいて決定する（ステップＳ４５）。
Ｄ＝ａ×（定着設定温度−Ｔｍ［ｎ］） （２）
ただし、Ｄ：通電ｄｕｔｙ比、ａ：定数
（２）式によれば、検知温度Ｔｍ［ｎ］が定着設定温度に近づくほど、通電ｄｕｔｙ比を小さくし、検知温度Ｔｍ［ｎ］が定着設定温度に等しい場合は、通電ｄｕｔｙ比が０％、即ち通電オフにする。

ただし、この発明はこの式によって限定されず、たとえば、通電ｄｕｔｙ比が定着設定温度と検知温度Ｔｍ［ｎ］との差の変化分をさらに考慮して決定されてもよく、あるいは通電ｄｕｔｙ比が定着設定温度と検知温度Ｔｍ［ｎ］との差に対して２次式で示される関係や、単純な式で表現できないためにデータテーブル等を用いて関係が定義されるものであってもよいのは、図１に係る制御と同様である。

前記マイクロコンピュータは、（２）式で決定した通電ｄｕｔｙ比でメインヒーターを通電制御する（ステップＳ４７）。

最後に、前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得ることは明らかである。そのような変形例は、この発明の特徴及び範囲に属さないと解釈されるべきものではない。本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更とが含まれることが意図される。

この発明の定着装置において、待機状態から複数枚の用紙に連続印字を行った後、再び待機状態に移行する間の温度制御の様子を示すグラフである。 この発明の定着装置において、印字中に前記マイクロコンピュータが実行する定着温度制御の処理の手順を示すフローチャートである。 この発明に係る画像形成装置の構成例を示す説明図である。 図３の定着ユニット１２の主要構成部の配置を示すための用紙材搬送方向の断面図である。 図３の定着ユニット１２のヒートローラ３１と加圧ローラ３２との軸心を通る平面の断面図である。 図３の装置において、ウォームアップを開始してヒートローラ３１の表面が定着設定温度に達し、その後の待機状態で前記所定温度近辺に制御される様子を示すグラフである。 図１と異なる温度制御によるヒートローラ３１の温度推移を示すグラフである。 図７に係る温度制御の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 露光ユニット
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 現像器
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 感光体ドラム
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ クリーナユニット
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 帯電器
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 中間転写ローラ
７ 中間転写ベルト
８ 中間転写ベルトユニット
９ ベルトクリーニングユニット
１０ 給紙トレイ
１１ 転写ローラ
１２ 定着ユニット
１４ レジストローラ
１５ 排紙トレイ
１６ ピックアップローラ
２５ 搬送ローラ
３１ ヒートローラ
３２ 加圧ローラ
４０ 制御基板
５０ 画像形成装置
７１ 転写ベルト駆動ローラ
７２ 中間転写ベルト従動ローラ
７３ 中間転写ベルトテンション機構
８１、９１ 芯金部
８２、９２ 表層（ＳｉＯ₂ゴム）
８３ メインヒーター
８４ サブヒーター
８５、９５ サーミスタ
９５ａ メインヒーター制御用サーミスタ
９５ｂ サブヒーター制御用サーミスタ
９５ｃ 非通紙部サーミスタ
８６、９６ クリーニングローラ
９３ ヒーター
９９ 用紙剥離爪
Ｓ 給紙搬送路

Claims (10)

1. 記録部材に接触する無端状の接触面と前記接触面に連なり記録部材に接触しない非接触面とを有し、順次搬送される複数の記録部材に熱を前記接触面から供給し未定着トナーを記録部材に定着させる定着部材と、
   通電により前記接触面に熱を供給する加熱部と、
   前記接触面の温度を検知する接触面温度検知部と、
   前記接触面からの熱伝導により上昇する前記非接触面の温度を検知する非接触面温度検知部と、
   検知された接触面温度が所定温度になるように前記加熱部への通電電力を制御する通電制御部とを備え、
   前記通電制御部は、前記加熱部から前記接触面に供給される熱量が前記接触面から各記録部材へ供給される熱量を上回り前記接触面温度が前記所定温度に向けて上昇するときに前記非接触面温度と前記接触面温度との差が少なくなるにつれて前記加熱部への通電電力を小さくするように制御することを特徴とする定着装置。
2. 通電制御部が、加熱部への通電をオンまたはオフし、当該オンの期間とオフの期間との比を変えることにより通電電力を変えるように制御する請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着部材が、定着ローラである請求項１に記載の定着装置。
4. 前記加熱部が、定着部材としての定着ローラの略軸心部に配置されるヒーターである請求項１に記載の定着装置。
5. 前記定着部材が定着ローラであって、その軸方向において記録部材の幅よりも広い幅の周面を有し、
   前記接触面が、前記軸方向において前記周面の略中央部を通過する記録部材と接触する周面であり、
   前記接触面温度検知部が、前記接触面の少なくとも一部と対向もしくは接触して配置される請求項１に記載の定着装置。
6. 前記定着部材が定着ローラであって、その軸方向において記録部材の幅よりも広い幅の周面を有し、
   前記非接触面が、前記軸方向において前記周面の略中央部を通過する記録部材と接触する部分を除く周面であり、
   前記非接触面温度検知部が、前記非接触面の少なくとも一部と対向もしくは接触して配置される請求項１に記載の定着装置。
7. 前記接触面温度検知部が、前記接触面に対向して配置され、
   前記非接触面温度検知部が、前記非接触面に接触して配置される請求項６に記載の定着装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一つに記載の定着装置を備えてなる画像形成装置。
9. 記録部材に接触する無端状の接触面を有し、順次搬送される複数の記録部材に熱を前記接触面から供給し未定着トナーを記録部材に定着させる定着部材と、
   通電により前記定着部材を加熱して前記接触面に熱を供給する加熱部と、
   前記接触面の温度を検知する接触面温度検知部と、
   検知された接触面温度が所定温度になるように前記加熱部への通電電力を制御する通電制御部とを備え、
   前記通電制御部は、前記加熱部から前記接触面に供給される熱量が前記接触面から各記録部材へ供給される熱量を上回り前記接触面温度が前記所定温度に向けて上昇するときに前記所定温度と前記接触面温度との差が少なくなるにつれて前記加熱部への通電電力を小さくするよう制御することを特徴とする定着装置。
10. 記録部材に接触する無端状の接触面と前記接触面に連なり記録部材に接触しない非接触面とを有する定着部材を用い、順次搬送される複数の記録部材に熱を前記接触面から供給し未定着トナーを記録部材に定着させ、
    加熱部を用いて通電により前記定着部材を加熱して前記接触面に熱を供給し、
    接触面温度検知部を用いて前記接触面の温度を検知し、
    非接触面温度検知部を用いて前記接触面からの熱伝導により上昇する前記非接触面の温度を検知し、
    通電制御部を用いて前記加熱部への通電電力を制御して検知された接触面温度が所定温度になるようにし、かつ前記加熱部から前記接触面に供給される熱量が前記接触面から各記録部材へ供給される熱量を上回り前記接触面温度が前記所定温度に向けて上昇するときに前記非接触面温度と前記接触面温度との差が少なくなるにつれて前記加熱部への通電電力を小さくするよう制御する定着装置の制御方法。

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