JP2009053677A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着不良やホットオフセットが生じない、予熱動作時間が必要以上に長くなることを抑制した定着装置を提供する。
【解決手段】 定着装置は、ウォームアップを開始する時、第一の温度検知部が検知する温度が第一の目標温度に到達するように第一のヒータへの通電を制御し、第二の温度検知部が検知する温度が第二の目標温度に到達するように第二のヒータへの通電を制御する制御回路を有し、ウォームアップを開始する時の定着ローラの初期温度が所定温度より低い場合、第一の目標温度を定着ローラの初期温度が所定温度以上の時に設定する第一の目標温度より高く設定し、第二の目標温度を定着ローラの初期温度が所定温度以上の時に設定する第二の目標温度より低く設定する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、画像形成装置に搭載される定着装置に関するものである。

従来の画像形成装置について、電子写真プリンターを例にして説明する。

電子写真プリンターにおいて、画像形成動作は、次のように行われる。まず感光層を有する感光体表面を均一に帯電し、ホストコンピュータから送られた画像信号に従って感光体を露光して潜像を形成する。そして、これを現像剤（トナー）で可視化像として現像した後、記録材に転写し、定着装置に未定着トナー像を担持する記録材を搬送させて未定着トナー像を加熱して固定し定着画像を形成する。一般的に、定着装置は、熱源であるヒータと、ヒータにより加熱される回転部材と、その回転部材と接触してニップ部を形成する加圧部材と、ヒータの温度を検出する温度検出部と、ヒータへの通電を制御する制御手段とを有するものがある。

定着装置には、画像形成開始前にウォームアップをする必要がある。即ち、記録材を必要十分に加熱するために回転部材を昇温させて、具体的には、回転部材の温度を目標温度に到達するまで昇温させた後に、定着動作を実行している。以後、記録材を必要十分に加熱するために予め回転部材を昇温させておく動作を予熱動作とする。予熱動作を行う定着装置では、回転部材の温度が目標温度に達したことを予熱動作終了、即ち、画像形成開始の条件にすることが望ましい。

低温状態からの予熱動作を前提とした場合、定着装置の周囲に熱が奪われることを想定して目標温度を高めに設定することが望ましい。しかしながら、定着装置の周囲の温度が温まっている場合には、目標温度を高めに設定したままでは回転部材から記録材に対して熱供給過多となってしまう。その結果、ホットオフセットなどの問題を発生したり、予熱動作時間が必要以上に延びたりするという問題が発生する。

特許文献１には、画像形成装置の周囲環境の変動に対応するために、加熱開始前の回転部材の温度（以下、初期温度）に基づいて、初期温度が高温である場合に目標温度を低く、初期温度が低温である場合には目標温度を高く設定する構成が開示されている。

特許文献２には、回転部材の中央域を加熱する中央域ヒータと、回転部材の端部域を加熱する端部域ヒータと、回転部材の中央域の温度を検知するメインサーミスタと、回転部材の端部域の温度を検知するサブサーミスタと、を有する定着装置が開示されている。特許文献２では、メインサーミスタの検知温度に基づいて中央域ヒータへの通電を制御し、サブサーミスタの検知温度に基づいて端部域ヒータへの通電を制御している。メインヒータとサブサーミスタがそれぞれ目標温度に到達するように中央域ヒータと端部域ヒータを加熱する際に、メインサーミスタとサブサーミスタの検知する温度が所定温度差以上になった場合は、温度が高い領域を加熱しているヒータの温度を更に上昇させる。さらに、温度が低い領域を加熱しているヒータの温度を下げることで、回転部材の温度の長手方向均一化を測っている。
特開平１０−２６９０１号公報 特開２００２−１７４９８９号公報

しかしながら、前述の改善にもかかわらず次のような問題が発生していた。

特許文献１の構成では、予熱動作終了後の定着動作を実行する際に、回転部材の中央域の温度は記録材を必要十分に加熱可能な温度に到達しているにも関わらず端部の温度が到達していないため、記録材の端部側で定着不良を起こす場合があった。また、回転部材の端部域の温度が記録材を必要十分に加熱可能な温度に到達した際に、回転部材の中央域の温度は昇温し過ぎてしまい、ホットオフセットを発生させる要因となる場合があった。

特許文献２の構成では、複数のヒータやサーミスタを有することにより定着中の均一性は図られるが、予熱動作においても、開始時の温度に拘わらずメインサーミスタと、サブサーミスタが同じ目標温度に到達するようにしていた。そのため、特許文献２の構成では、メインサーミスタとサブサーミスタの検知する温度が所定温度差以上になるまでは、メインサーミスタとサブサーミスタの目標温度が同じ温度に設定されているため、必要以上に予熱動作時間が長くなる場合があった。

即ち、本発明は、回転部材の初期温度に関わらず予熱動作終了後の定着動作を実行する際に、定着不良やホットオフセットが生じない温度分布にしつつ、且つ、予熱動作時間が必要以上に長くなることのない定着装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の定着装置は
未定着トナー像を担持する記録材と接触する回転部材と、前記回転部材の内部に配置されており、単位長さあたりの発熱量が長手方向両端領域より長手方向中央領域のほうが大きい第一のヒータと、前記回転部材の内部に配置されており、単位長さあたりの発熱量が長手方向中央領域より長手方向両端領域のほうが大きい第二のヒータと、前記回転部材と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成す加圧部材と、前記回転部材の長手方向中央領域の温度を検知する第一の温度検知部と、所定の最大幅の記録材を通紙した時の非通紙領域に相当する前記回転部材の温度を検知する第二の温度検知部と、前記第一のヒータと前記第二のヒータへの通電を制御する制御回路と、を有し、記録材に担持された未定着トナー像を前記ニップ部で加熱定着する定着装置において、
前記制御回路は、前記装置のウォームアップを開始する時、前記第一の温度検知部が検知する温度が第一の目標温度に到達するように前記第一のヒータへの通電を制御し、前記第二の温度検知部が検知する温度が第二の目標温度に到達するように前記第二のヒータへの通電を制御し、前記ウォームアップを開始する時の前記回転部材の初期温度が所定温度より低い場合、前記第一の目標温度を前記初期温度が前記所定温度以上の時に設定する前記第一の目標温度より高く設定し、前記第二の目標温度を前記初期温度が前記所定温度以上の時に設定する前記第二の目標温度より低く設定すること
を特徴とする。

本発明によれば、回転部材の初期温度に関わらず予熱動作終了後の定着動作を実行する際の回転部材の長手方向温度分布を定着不良やホットオフセットが生じない温度分布にすることが可能である。さらに、予熱動作時間が必要以上に長くなることのない定着装置を提供することが可能である。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

（実施例１）
（１）画像形成装置（図１）
図１は画像形成装置の一例を示す概略構成断面図である。本実施例の画像形成装置は、インライン電子写真フルカラープリンターであり、Ａ３サイズのフルカラー画像を毎分２０枚形成することができる。

本構成は感光体としてイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックそれぞれの色トナーに対応した感光ドラム１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ（以下、１１ａ〜１１ｄのように記す）を有している。そして、転写ベルト２０は、各感光ドラム１１ａ〜１１ｄにそれぞれの転写部（順番に転写部Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ）で接触している。

転写ベルト２０の抵抗としては、ポリイミド樹脂にカーボンを分散させて体積抵抗率を１０^８Ω・ｃｍに調整した厚み０．１ｍｍのものを用いている。

各転写部Ｉ〜ＩＶには、中抵抗（５００Ｖ印加時のニップ形成での実抵抗が１０^６〜１０^１０Ω）の弾性材を芯金に被覆した転写ローラ１５ａ〜１５ｄが感光ドラム１１ａ〜１１ｄとともに転写ベルト２０を挟む形で配置してある。

なお、１２ａ〜１２ｄは一次帯電器、１３ａ〜１３ｄはスキャナー、１４ａ〜１４ｄは現像器、１６ａ〜１６ｄはクリーニング装置、１７ａ〜１７ｄは電源である。１８は電流検知回路、１９は制御装置である。２０ａは駆動ローラ、２０ｂは従動ローラである。ｔ_Ｙ，ｔ_Ｍ，ｔ_Ｃ，ｔ_Ｋは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー（現像剤）である。Ｐは記録材である。また、１０は定着装置（定着手段）であり、（３）定着装置で説明する。

（２）画像形成動作
感光ドラム１１ａは図１に示す矢印方向に回転し、一次帯電器１２ａにより一様に帯電される。そして、ホストコンピュータより送られた画像データを画像データ処理によりレーザー発光強度や時間に変換し、スキャナー１３ａからのレーザー光で感光ドラム１１ａ上に静電潜像を作成する。レーザー光の強度及び照射スポット径は画像形成装置の解像度及び所望の画像濃度によって適正に設定されている。感光ドラム１１ａ上の静電潜像はレーザー光が照射された部分は明部電位Ｖ_Ｌ（約−１００Ｖ）に、そうでない部分は一次帯電器１２ａで帯電された暗部電位Ｖ_Ｄ（約−７００Ｖ）に保持されることによって形成する。静電潜像は感光ドラム１１ａの回転により、現像器１４ａとの対向部に達し、同一極性（本実施例ではマイナス極性）に帯電されたトナーが供給されて顕像化される。フルカラー画像形成においては各色に対応した感光ドラム１１ａ〜１１ｄについて同様にトナー像が形成され、各転写ニップにおいて転写ベルト２０とともに搬送される記録材Ｐ上に順次転写されトナー像を合成する。転写ベルト２０と感光ドラム１１ａ〜１１ｄのなす各転写ニップでは、転写ローラ１５ａ〜１５ｄに印加されたトナーと逆極性の電圧（＋５００〜＋４０００Ｖ）によって転写ニップ域に形成された電界によりトナー像は転写される。記録材Ｐが感光ドラム１１ｄとの転写ニップを通過した段階でフルカラー画像が記録材Ｐ上に担持され、転写工程は完了する。

一方、トナー像の転写を終えた感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面はクリーニング装置１６ａ〜１６ｄによりそれぞれ表面を清掃された後、次の画像形成工程に備える。転写ローラ１５ａ〜１５ｄに供給される電圧（転写電圧）は、次のようにして決定する。すなわち、記録材Ｐが供給される前に、転写ローラ１５ａに所定電圧を印加したときの電流を電流検知回路１８により計測し、制御装置１９により転写部材（転写ローラ１５ａ及び転写ベルト２０）の抵抗を演算して決定する（Ｖｏ_１，Ｖｏ_２，Ｖｏ_３，Ｖｏ_４）。この制御により、記録材のおかれている環境、特に吸湿による記録材の抵抗変化を吸収し、一定の転写電荷を供給することができて、安定した画質を維持することができる。

転写工程を終えた記録材Ｐは駆動ローラ２０ａの曲率によって転写ベルト２０から分離される。その後、記録材Ｐは定着装置１０に挟持搬送され、記録材Ｐに担持された未定着トナー像をニップ部で加熱定着する。

（３）定着装置１０
図２は定着装置１０の一部切り欠き側面模型図である。
なお、Ｐは記録材、Ｍは定着ローラ１を駆動する駆動モータ（駆動手段）、ｔはトナー、Ｎは定着ニップ部である。

１は、回転部材である定着ローラである。中空構造の厚み１．５ｍｍの鉄製の芯金１ｄに、厚さ２．１ｍｍのシリコーンゴム（熱伝導率０．６Ｗ／ｍ・Ｋ）で被覆して弾性層１ｅを形成し、さらに表層１ｆに５０μｍのＰＦＡ樹脂からなるチューブを設けた直径５０ｍｍのものとした。３は、加圧部材である加圧ローラで、定着ローラ１に対して約７００Ｎで加圧されて定着ニップ部Ｎを形成する。加圧ローラ３は直径２４ｍｍの鉄芯金３ａに厚み３ｍｍのシリコーンゴムで被覆し弾性層３ｂを設け、その表層３ｃを５０μｍの厚みのＰＦＡチューブで形成している。

定着ローラ１は、内部にヒータとしてハロゲンヒータを２本内包していて、メインヒータ２ｃ（補助加熱源以外のヒータ）は中央振り分けで２００ｍｍの幅の領域に発熱量の９０％をもつ出力５００Ｗのヒータである。即ち、メインヒータ２ｃは単位長さあたりの発熱量が長手方向両端領域より長手方向中央領域のほうが大きい第一のヒータである。メインヒータ２ｃは、主に回転部材の長手方向主要部を加熱する。もう一つのサブヒータ２ｄは両端部７０ｍｍの幅に発熱量の９０％を持つ出力３００Ｗのヒータである。即ち、サブヒータ２ｄは、単位長さあたりの発熱量が長手方向中央領域より長手方向両端領域のほうが大きい第二のヒータである。サブヒータ２ｄは、主に回転部材の長手方向端部を加熱する。これらのヒータは個別に駆動することが可能で、制御回路１００（制御手段）により出力を調整される。

なお、本実施例では、回転部材の長手方向主要部とは、長手方向中央域を指す。より詳しくは、長手方向主要部とは、少なくとも画像形成装置に、通紙可能な所定の最小の幅（記録材の搬送方向に対して垂直な方向の長さ）の記録材が、定着装置１０に搬送されるときの、記録材の通過する領域（通紙部領域）を全て含んだ領域である。本実施例の回転部材の長手方向端部とは、画像形成装置が通紙可能な最大の幅の記録材が定着装置１０に搬送されるときの、記録材が通過しない領域（非通紙部領域）を示す。本実施例のメインヒータと、サブヒータに制御回路１００によってそれぞれ同電圧を印加した場合の、回転部材長手方向のヒータの発熱分布を図３に示す。

５ｃは定着ローラ１の長手方向中央領域の温度を検知するサーモパイル、即ち、第一の温度検知部で、非接触状態で定着ローラ１に対向して配置してある。５ｄは定着ローラ１の端部域の温度を検知するサーミスタ、即ち、第二の温度検知部で、所定の最大幅の記録材を通紙した時の非通紙領域に相当する定着ローラ１に接触当接させてある。図４に、本発明の実施例１に係る定着装置の長手方向における模式図を示す。サーモパイル５ｃ及びサーミスタ５ｄはそれぞれ信号線により制御回路１００に接続されていて、基本的にサーモパイル５ｃはメインヒータ２ｃに対する制御に参照され、サーミスタ５ｄはサブヒータ２ｄに対する制御に参照される。トライアック６ｃは、制御回路１００によって、メインヒータ２ｃへの電力供給を導通状態、非導通状態に切り換えることができる駆動部材である。トライアック６ｄは、制御回路１００によって、サブヒータ２ｄへの電力供給を導通状態、非導通状態に切り換えることができる駆動部材である。

（４）画像形成準備（図５）
本実施例では熱容量の大きなローラを用いて定着装置を構成しており、画像形成開始前にウォームアップをする必要がある。即ち、記録材を必要十分に加熱するために定着ローラ１を昇温させて、具体的には、定着ローラ１の温度を目標温度に到達するまで昇温させた後に、定着動作を実行している。

本実施例では、記録材を必要十分に加熱するために定着ローラ１を昇温させておく動作のことを、以下、予熱動作とする。本実施例の予熱動作は、サーモパイル５ｃ及びサーミスタ５ｄの検知温度が、両方共に目標温度に到達した時に終了する。予熱動作が終了した後は、直ちに画像形成を開始できるように回転部材の温度を維持するスタンバイ温調を行う。

本実施例では発熱分布の異なる２本のヒータを用いて定着ローラ１の加熱を行うため、予熱動作を行う際にも、定着ローラ１の長手方向主要部と長手方向端部を個別に加熱することができるという特徴がある。

図５は画像形成準備の予熱動作のフローを示したものである。予熱動作に入る前にサーモパイル５ｃによって定着ローラ１の温度を検知し、検知した定着ローラ１の温度を初期温度Ｔ_０とする。（ステップＳ１９９、以下「ステップ」を省略する）、初期温度Ｔ_０によってサーモパイル５ｃとサーミスタ５ｄに対するそれぞれの画像形成可能温度（目標温度）を変更する（Ｓ２０１）。具体的には初期温度Ｔ_０が１２０℃（所定温度）未満の場合には、制御回路１００はサーモパイル５ｃに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部目標温度）を１９０℃、サーミスタ５ｄに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）を１４０℃に設定する。すなわち、制御回路１００は第一の目標温度を１９０℃、第二の目標温度を１４０℃に設定する。一方、初期温度Ｔ_０が１２０℃以上の場合には、制御回路１００は、サーモパイル５ａに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部目標温度）を１７５℃、サーミスタ５ｂに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）を１５０℃に設定する。すなわち、制御回路１００は第一の目標温度を１７５℃、第二の目標温度を１５０℃に設定する。

そして、サーモパイル５ｃによるメインヒータ２ｃの検知温度Ｔ_Ｍが画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ未満であるときは（Ｓ２０２ Ｎｏ）、メインヒータ２ｃをオン（ＯＮ）にする（Ｓ２０３）。次に、サーモパイル５ｃの検知温度Ｔ_Ｍが画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍに達した場合は（Ｓ２０２ Ｙｅｓ）、メインヒータ２ｃへの通電を停止する（ＯＦＦ）（Ｓ２０４）。次に、サーミスタ５ｄによるサブヒータ２ｄの検知温度Ｔ_Ｓが画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓに達するまでは（Ｓ２０６ Ｎｏ）、サブヒータ２ｄをオン（ＯＮ）に（Ｓ２０７）し、画像形成準備動作を続ける。サブヒータ２ｄの検知温度Ｔ_Ｓが画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓに達した場合は、サブヒータ２ｄへの通電を停止する。サーモパイル５ｃとサーミスタ５ｄの検知温度がそれぞれ画像形成可能温度に達した時点で（Ｓ２０６ Ｙｅｓ）画像形成を開始し（Ｓ２０８）、画像形成の終了後スタンバイ温調（Ｓ２０９）を行う。尚、本実施例の予熱動作は、サーモパイル５ｃとサーミスタ５ｄがそれぞれ目標温度に到達した時に終了となればよい。即ち、本実施例の予熱動作のフローは図５に開示したフローに限定されるものではない。例えば、メインヒータ２ｃとサブヒータ２ｄへ同時に通電し、それぞれの目標温度に到達した時に、それぞれのヒータへの通電を停止する構成であってもよい。

本実施例における予熱動作は電源投入時だけでなく、ジャム（ＪＡＭ）（搬送不良）処理後や感光ドラムなどの消耗品交換後の復帰動作時にも行われる。復帰動作においては、既に定着ローラ１が高温になっている場合があり、そのような場合には、Ｓ２０１で画像形成可能温度が再設定される。

図６は本実施例で用いた定着装置１０の定着ローラ１の表層１ｆの温度推移を示したものである。ここで、定着ローラ１の主要部の温度はサーモパイル５ｃの検知した温度であり（実線）、端部の定着ローラ１の温度はサーミスタ５ｄの検知温度で示してある（破線）。 室温（時間ｔ_０に対応）からの昇温動作中に主要部、端部とも、ほぼ直線状に温度は上昇するものの、端部の上昇勾配は主要部よりも緩やかとなっている。これは、端部は低温時から昇温において周囲に熱を奪われて、温度が上昇しにくいことを表している。時間ｔ_１で画像形成動作を行った後に、次の画像形成までメインヒータ、サブヒータへの電力供給を停止すると、両者の温度は下降し始める。しかしながら、下降しながら両者の差は縮小する。これは、回転部材の長手方向に大きな温度勾配が生じ、温度の高い中央部から温度の低い端部へ熱が流れて、定着ローラ１の長手方向全体で均一化が図られているためと考えられる。時間ｔ_２で再び昇温動作を行うと両者の温度は上昇するものの、低温状態からの昇温動作の場合と比較すると、端部の温度上昇勾配が大きくなっている点、及び、時間ｔ_３で昇温動作を行う時点で両者の温度差が小さい点、で異なっている。なお、前者については、図６中、直線ｌ（時間ｔ_１までの端部温度の温度上昇勾配）と、直線ｍ（時間ｔ_２から時間ｔ_３までの端部温度の温度上昇勾配）とを比較するとわかる。これは、時間ｔ_２のように既に一度定着ローラ１が昇温した状態では、定着装置の周囲環境も温まっており周囲から熱が奪われにくい為と考えられる。そのため、定着ローラ１の端部の温度も上昇しやすい。

よって、定着ローラ１がある程度温まっている場合では、周囲環境も温まっているため定着ローラ１の端部から熱が放熱し難い。そのため、両者の温度差が小さくなり、主要部から端部への伝熱量は縮小する。つまり、定着ローラ１が冷えている場合に比べて、メインヒータが発熱した熱は主要部に、サブヒータが発熱した熱は端部に供給されやすい。

本実施例では定着ローラ１がある程度温まっている場合、即ち、初期温度が所定温度以上（１２０℃以上）の場合の予熱動作では、制御回路はサーモパイル５ｃに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部目標温度）を１７５℃に設定する。さらに、サーミスタ５ｄに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）を１５０℃に設定する。この設定により効率良く定着ローラ１を温めることが可能になるため、不必要に予熱動作時間を延長することがない。

しかしながら、上記のように定着ローラ１の温度が低い場合では、周囲環境も冷えているため、回転部材の端部の温度は主要部の温度に比べて上昇し難い。定着装置の周囲環境が冷えている時に、初期温度が所定温度以上（１２０℃以上）の場合と同じ目標温度に設定して予熱動作を行うと、端部が端部目標温度に到達するまでの時間が長くなってしまう。そのため、既に主要部は主要部目標温度に到達しているにも関わらず、端部が端部目標温度に到達するまでの時間が長いため、結果的に予熱動作時間が長くなってしまう。

よって、本実施例では定着ローラ１が冷えている場合、即ち、初期温度が所定温度未満（１２０℃未満）の場合の予熱動作では、制御回路１００は、サーモパイル５ｃに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部目標温度）を１９０℃に設定する。さらに、サーミスタ５ｄに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）を１４０℃に設定する。定着ローラ１の長手方向に温度勾配ができれば、熱は温度の高い方から低いほう分散する。この設定により、端部を加熱するサブヒータを、定着ローラ１の端部が定着する為に必要となる温度に到達する前にオフしてしまうが、足りない熱量は温度上昇し易い主要部から回すことが可能になる。その結果、予熱動作時間を短縮することができる。

仮に、初期温度が所定温度以上（１２０℃以上）の場合に、主要部目標温度を１９０℃、端部目標温度を１４０℃に設定したまま予熱動作を行うと、主要部の温度が、熱の逃げ場が少ないため高く成りすぎてしまう。主要部の温度が、熱の逃げ場が少ないため高く成りすぎてしまうと、場合によっては、ホットオフセットを発生させる可能性がある。上記の主要部目標温度を１７５℃、サーミスタ５ｄに対する端部目標温度を１５０℃の設定であれば、主要部を加熱するメインヒータを早い段階でオフすることが可能になるので、ホットオフセット等の発生を抑制できる。また、初期温度が所定温度以上の場合は所定温度未満の場合よりも主要部から端部への伝熱量が少なくなるが、端部の目標温度を１４０℃から１５０℃に設定するので、端部での熱量が足りないことに起因する定着不良を防ぐことが可能になる。

図７は、初期温度が１２０℃未満の場合、初期温度が１２０℃以上の場合の予熱動作時間終了時点での、定着ローラ１表面の温度分布を示している。

図８は画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部目標温度）と画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）との組み合わせにおいて、ホットオフセットも定着不良も発生しない領域を表したものである（図中、「適正定着領域」と記す）。主要部温度が高いときは端部温度を低く設定可能で、また端部温度が高いときは、主要部の温度を低く設定できることがわかる。

（５）比較例
本実施例では定着ローラ１の主要部の初期温度Ｔ_０に応じて、異なる領域の温度を検知している温度検知部に対する画像形成可能温度を前述のように変更し、且つそれぞれの温度検知部の検知温度に基づいて個別に駆動できるヒータを有している。

本構成に対する比較例として、端部目標温度を図５で説明したＳ２０１で変更しない場合、即ち、初期温度Ｔｏに拘らず画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）の設定を変更しない場合を比較例１とした。さらに、均等発熱分布をもつ単独のヒータ（出力１２００Ｗ）を用いる定着装置を、比較例２とした。いずれの場合も、低温時、即ち初期温度が１２０℃未満の場合は２５℃（室温）からの予熱動作による画像形成動作の結果は同様にホットオフセットも定着不良も発生しないことを確認した。

高温時、即ち初期温度が１２０℃以上の場合であるサーモパイル５ｃが１２０℃を検知している状態からの予熱動作による画像形成動作の結果を調べた。

表１に示すように、本実施例では初期温度が高温の場合にもホットオフセットや定着不良の発生が無く、記録材への熱供給が適正であることが判る（表１中の「○」）。一方、比較例１では、端部の画像形成開始温度を低く設定したままなので、主要部からの熱の回り込みが期待されない状態で端部での熱供給が不足して定着不良が発生した（表１中の「×」）。また、比較例２では端部の画像形成温度が高く再設定されると、端部加熱のために主要部に対しても画像形成準備動作で加熱が続いて、主要部の熱供給が過多となりホットオフセットが発生した（表１中の「×」）。

さらに比較例３として、比較例１において端部の画像形成可能温度を予め高く設定（１５０℃）した場合も実験した。比較例３では、ホットオフセットや定着不良の問題は解決されるものの、低温時からの画像形成準備においても端部温度が上昇するのを待つ必要があるため、予熱動作時間が４分以上に延びるという好ましくない結果となった。

以上のように、本実施例では、高温時からのホットオフセットや定着不良を防止するとともに、低温時からの予熱動作時間の短縮という点で優位性が得られた。

次に、初期温度Ｔｏに応じた画像形成可能温度の切り替えに注目して比較した。

比較例４は、初期温度Ｔ_０に関わらず常に、サーモパイル５ｃに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部目標温度）を１９０℃、サーミスタ５ｄに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）を１４０℃に設定した。

比較例５は、初期温度Ｔ_０に関わらず常に、サーモパイル５ｃに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部目標温度）を１７５℃、サーミスタ５ｄに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）を１５０℃に設定した。

比較例６は、初期温度Ｔ_０が１２０℃（所定温度）未満の場合には、サーモパイル５ｃに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部目標温度）を１７５℃、サーミスタ５ｄに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）を１６０℃に設定する。一方、初期温度Ｔ_０が１２０℃以上の場合にはサーモパイル５ａに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部目標温度）を１７５℃、サーミスタ５ｂに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）を１５０℃に設定する。

比較例７は、初期温度Ｔ_０が１２０℃（所定温度）未満の場合には、サーモパイル５ｃに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部目標温度）を１８０℃、サーミスタ５ｄに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）を１８０℃に設定する。一方、初期温度Ｔ_０が１２０℃以上の場合にはサーモパイル５ａに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部目標温度）を１８０℃、サーミスタ５ｂに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部目標温度）を１８０℃に設定する。

結果を表２に示す。ホットオフセット、定着不良ともに発生しない場合を○、発生した場合を×としている。予備動作時間は、４分以上に延びた場合を×と評価している。

実施例１は、ホットオフセット、定着不良を防ぎつつ予熱動作時間も最適であった。

比較例４では、予熱動作時間は初期温度に関わらず最適だったものの、初期温度が１２０℃以上の場合に、ホットオフセットを発生する場合があった。

比較例５では、ホットオフセットと定着不良の発生を抑制するものの、初期温度が１２０℃未満の場合に、予熱動作時間の評価が×であった。

比較例６も、初期温度が１２０℃未満の場合に、予熱動作時間の評価は×である。初期温度が１２０℃未満の場合の予熱動作時間は、比較例５よりも長くなっている。

比較例７は、ホットオフセットと定着不良の発生を抑制することができない場合があった。更に、初期温度が１２０℃未満の場合の予熱動作時間の評価は×であった。

以上のように、本実施例１の定着装置が、定着ローラ１の初期温度Ｔ_０に関わらず定着不良やホットオフセットが生じない、且つ、予熱動作時間が必要以上に長くなることのない定着装置であることが理解できる。

尚、第２の温度検知部を非通紙部領域に複数配置する構成であってもよい。図９では、定着ローラ１の一端部域の温度を検知するサーミスタ５ｄ、定着ローラ１の他端部域の温度を検知するサーミスタ５ｅを、配置している。サーミスタ５ｄ及びサーミスタ５ｅはそれぞれ信号線により制御回路１００に接続されていて、基本的にサブヒータ２ｃに対する制御に参照される。予熱動作時は、サーミスタ５ｄ及びサーミスタ５ｅのどちらも目標温度に到達した場合に、サブヒータ２ｃへの通電を停止する。この構成により、より確実に定着ローラ１の両端部での定着不良を抑制する効果がある。

（実施例２）
本実施例の装置は実施例１の装置との対比において、図１０に示す定着装置１０を用いている点、及び、図１０の定着装置１０に対応する画像形成可能温度（目標温度）の設定を行っている点を除いて同じである。このため、これまで説明に使用した符号を用いて説明する。

（１）定着装置１０（図１０）
１は回転部材であるところの定着ローラ１で、中空構造の厚み１．５ｍｍの鉄芯金１ｄに、厚さ２．１ｍｍのシリコーンゴム（熱伝導率０．６Ｗ／ｍ・Ｋ）で被覆して弾性層１ｅを形成した。さらに表層１ｆに５０μｍのＰＦＡ樹脂からなるチューブを設けた直径５０ｍｍのものとした。３はもう一つの回転体であるところの加圧ローラ３で、定着ローラ１に対して約７００Ｎで加圧されて定着ニップ部Ｎを形成する。加圧ローラ３は直径５０ｍｍの中空の鉄芯金３ａに厚み２．１ｍｍのシリコーンゴム（熱伝導率０．６Ｗ／ｍ・Ｋ）で被覆して弾性層３ｂを設け、その表層３ｃを５０μｍの厚みのＰＦＡチューブで形成している。

定着ローラ１及び加圧ローラ３は、内部にヒータとしてそれぞれハロゲンヒータを内包していて、メインヒータ２ｃ（補助加熱源以外のヒータ）は通紙部領域の全域に均等発熱分布を持つ出力９００Ｗのヒータで定着ローラ１を加熱する。本実施例では熱容量の大きなローラを用いており、予熱動作時間を短縮するために出力が大きいヒータをメインヒータ２ｃとして用いている。サブヒータ２ｄ（補助ヒータ）は両端部７０ｍｍの幅に発熱量の９０％を持つ出力４００Ｗのヒータであり、加圧ローラ３の主に端部を加熱する。これらのヒータは個別に駆動することが可能で、制御回路１００により出力を調整される。

５ｃは定着ローラ１の主要部の温度を検知する第一の温度センサーであるところのサーモパイル（第一の温度検知部）で、非接触状態で定着ローラ１に対向して配置してある。５ｄは加圧ローラ３の端部の温度を検知する第二の温度センサーであるところのサーミスタ（第二の温度検知部）で、通紙可能な記録材Ｐの最大幅外側領域で加圧ローラ３に接触当接させてある。サーモパイル５ｃ及びサーミスタ５ｄはそれぞれ信号線により制御回路１００に接続されていて、基本的にサーモパイル５ｃはメインヒータ２ｃに対する制御に参照され、サーミスタ５ｄはサブヒータ２ｄに対する制御に参照される。なお、Ｐは記録材、Ｍは定着ローラ１を駆動する駆動モータ（駆動手段）、ｔはトナーである。

（２）画像形成準備（図１１）
本実施例でも実施例１での説明と同様に、画像形成準備を行った後にスタンバイ温調を行う。スタンバイ温調では、メインヒータ２ｃにより定着ローラ１はほぼ均一な温度に保たれるのに対し、画像形成準備における予熱動作では、サブヒータ２ｄを動作させることで、予熱動作時間の短縮と端部の定着不良防止を図っている。

また、サーミスタ５ｄの検知温度に定着ローラ１の端部温度を反映させるために、画像形成準備中は所定速度で定着ローラ１を回転させて、加圧ローラ３との熱伝達を確保するようにする。

図１１は画像形成準備の予熱動作のフローを示したものである。画像形成準備に入る前にサーモパイル５ｃによって初期温度Ｔ_０を測定し（ステップＳ２９９、以下「ステップ」を省略する）、初期温度Ｔ_０によってサーモパイル５ｃとサーミスタ５ｄに対するそれぞれの画像形成可能温度を設定する（Ｓ３０１）。具体的には初期温度Ｔ_０が１２０℃（所定温度）未満の場合には、サーモパイル５ｃに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ（主要部画像形成可能温度）は１９０℃、サーミスタ５ｄに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓ（端部画像形成可能温度）は１４０℃に設定する。一方、初期温度Ｔ_０が１２０℃以上の場合にはサーモパイル５ａに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍは１７５℃、サーミスタ５ｂに対する画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓは１５０℃に設定する。

そして、サーモパイル５ｃによるメインヒータ２ｃの検知温度Ｔ_Ｍが画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ未満であるときは（Ｓ３０２ Ｎｏ）、メインヒータ２ｃをオン（ＯＮ）にする（Ｓ３０３）。次に、サーモパイル５ｃの検知温度Ｔ_Ｍが画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍに達した場合は（Ｓ３０２ Ｙｅｓ）、メインヒータ２ｃの出力を停止する（ＯＦＦ）（Ｓ３０４）。次に、サーミスタ５ｄによるサブヒータ２ｄの検知温度Ｔ_Ｓが画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓに達するまでは（Ｓ３０６ Ｎｏ）サブヒータ２ｄをオン（ＯＮ）に（Ｓ３０７）し、画像形成準備動作を続ける。サーモパイル５ｃとサーミスタ５ｄの検知温度がそれぞれ画像形成可能温度に達した時点で（Ｓ３０６ Ｙｅｓ）画像形成を開始し（Ｓ３０８）、終了後スタンバイ温調（Ｓ３０９）を行う。尚、本実施例の予熱動作は、サーモパイル５ｃとサーミスタ５ｄがそれぞれ目標温度に到達した時に終了となればよい。即ち、本実施例の予熱動作のフローは図１１に開示したフローに限定されるものではない。

本画像形成準備は電源投入時だけでなく、ＪＡＭ処理後や感光ドラムなどの消耗品交換後の復帰動作時にも行われる。復帰動作においては、既に加熱部材が高温になっている場合があり、そのような場合には、Ｓ３０１で画像形成可能温度が再設定される。

本実施例は、実施例１と同様な効果が得られると同時に、加圧ローラ３の温度を積極的に管理することができて、記録材の表裏に与える熱量を制御しやすく、カール状変形に対しても良好な結果が得ることができる。

（実施例３）
本実施例の装置は実施例１の装置との対比において、図２に示す定着装置１０の定着ローラ１の弾性層１ｅに高熱伝導率シリコーンゴム（熱伝導率０．８Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いている点を除いて同じである。このため、実施例２と同じ符号を使用できるものについては、同じ符号を用いて説明する。

本実施例の画像形成準備において、図５のステップＳ２０１における最適な画像形成可能温度として、初期温度Ｔ_０が１２０℃未満の場合には、画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍを１８０℃、画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓを１２０℃に設定する。一方、初期温度Ｔ_０が１２０℃以上の場合には画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍを１７５℃、画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｓを１５０℃に設定することで、ホットオフセットや定着不良の発生を防止することができる。

この設定は、実施例１に比較して、初期温度Ｔ_０が１２０℃未満の場合の画像形成可能温度Ｔ_ＳＨ−Ｍ及びＴ_ＳＨ−Ｓを下げることができ、予熱動作時間をより短縮できるという優位性がある。

上記設定が何に起因しているか調べるために、定着不良が発生しない主要部温度と端部温度との関係をシリコーンゴムの厚みと熱伝導率を変えて実験を行ったところ図１２に示すような結果を得た。

ここで、図１２中ａは熱伝導率０．６Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴムによる厚み２ｍｍの弾性層、図１２中ｂは熱伝導率０．４Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴムによる厚み１ｍｍの弾性層である。一方、図１２中ｃは熱伝導率１．６Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴムによる厚み０．３ｍｍの弾性層、図１２中ｄは熱伝導率０．８Ｗ／ｍ・Ｋのシリコーンゴムによる厚み２ｍｍの弾性層で本実施例に近い構成である。

図１２の結果を考察すると、熱伝導率λに弾性層の厚みＬを乗じた値に応じて、主要部温度を高くした場合に、端部温度を下げられる傾向が強くなることが見出された。また、Ｌ・λが４×１０^−４Ｗ／Ｋ以上であれば、主要部からの端部への熱補填が得られることが確認された。

上記考察に基づけば、本実施例はより大きなＬ・λを得ることができているために、初期温度Ｔ_０が１２０℃未満の場合の主要部から端部へ多くの熱を確保しやすく、予熱動作時間をより短縮する効果がある。

本発明の実施例１における画像形成装置の一例を示す概略構成断面図 本発明の実施例１における定着装置の一部切り欠き側面模型図 本発明の実施例１における定着装置のメインヒータ、サブヒータそれぞれに同電圧を印加した場合の発熱分布 本発明の実施例１における定着装置の長手方向のヒータと温度検知部の関係を表した模式図 本発明の実施例１における画像形成準備フローを説明するフローチャート 本発明の実施例１における定着装置の定着ローラ１の表層１ｆの温度推移を示す図 本発明の実施例１における初期温度が１２０℃未満の場合、初期温度が１２０℃以上の場合の予熱動作時間終了時点での、定着ローラ１の温度分布 本発明の実施例１における主要部温度と端部温度の適正定着領域を示す図 本発明の実施例１における定着装置の長手方向のヒータと複数の温度検知部の関係を表した模式図 本発明の実施例２における定着装置の一部切り欠き側面模型図 本発明の実施例２における画像形成準備フローを説明するフローチャート 本発明の実施例３における定着不良が発生しない主要部温度と端部温度との関係をシリコーンゴムの厚みと熱伝導率を変えて行った実験結果を示す図

符号の説明

１ 定着ローラ（回転部材）
２ａ ヒータ（加熱源）
２ｃ メインヒータ
２ｄ サブヒータ
３ 加圧ローラ
５ｃ サーモパイル（第一の温度検知部）
５ｄ サーミスタ（第二の温度検知部）
１０ 定着装置（定着手段）
１００ 制御回路（制御手段）

Claims (6)

1. 未定着トナー像を担持する記録材と接触する回転部材と、前記回転部材の内部に配置されており、単位長さあたりの発熱量が長手方向両端領域より長手方向中央領域のほうが大きい第一のヒータと、前記回転部材の内部に配置されており、単位長さあたりの発熱量が長手方向中央領域より長手方向両端領域のほうが大きい第二のヒータと、前記回転部材と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧部材と、前記回転部材の長手方向中央領域の温度を検知する第一の温度検知部と、所定の最大幅の記録材を通紙した時の非通紙領域に相当する前記回転部材の温度を検知する第二の温度検知部と、前記第一のヒータと前記第二のヒータへの通電を制御する制御回路と、を有し、記録材に担持された未定着トナー像を前記ニップ部で加熱定着する定着装置において、
   前記制御回路は、前記装置のウォームアップを開始する時、前記第一の温度検知部が検知する温度が第一の目標温度に到達するように前記第一のヒータへの通電を制御し、前記第二の温度検知部が検知する温度が第二の目標温度に到達するように前記第二のヒータへの通電を制御し、前記ウォームアップを開始する時の前記回転部材の初期温度が所定温度より低い場合、前記第一の目標温度を前記初期温度が前記所定温度以上の時に設定する前記第一の目標温度より高く設定し、前記第二の目標温度を前記初期温度が前記所定温度以上の時に設定する前記第二の目標温度より低く設定することを特徴とする定着装置。
2. 前記第二のヒータの長手方向両端領域は、前記所定の最大幅の記録材を通紙した時の前記回転部材の非通紙領域を加熱することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記初期温度は、前記第一の温度検知部によって検知される温度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記制御回路は、前記第一の温度検知部が検知する温度が前記第一の目標温度に到達し、かつ、前記第二の温度検知部が検知する温度が前記第二の目標温度に到達した時に、前記ウォームアップを終了することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 前記第二の温度検知部は、前記所定の最大幅の記録材を通紙した時の前記回転部材の非通紙領域に複数配置されており、前記制御回路は、前記第一の温度検知部が検知する温度が前記第一の目標温度に到達し、かつ、全ての前記第二の温度検知部が検知する温度が前記第二の目標温度に到達した時に、前記ウォームアップを終了することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の定着装置。
6. 前記回転部材は弾性層を有し、前記弾性層の厚みをＬ、前記弾性層の熱伝導率をλとした時、Ｌ・λ≧４×１０^−４（Ｗ／Ｋ）であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の定着装置。

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