JP2011257546A

JP2011257546A - 定着装置、画像形成装置及び定着装置の温度制御方法

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Publication number: JP2011257546A
Application number: JP2010131263A
Authority: JP
Inventors: Shota Kobashigawa; 翔太小橋川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-08
Also published as: JP5589573B2

Abstract

【課題】記録部材の種類ごとに温度を個別に設定しなくても、記録部材の種類に対応した温度制御を行うことが可能な定着装置を提供する。
【解決手段】加熱源３２によって加熱される定着部材３０と、当該定着部材３０との間で定着ニップＮを形成する対向部材３１とを備え、定着ニップＮに記録部材Ｐを通過させて記録部材Ｐ上の画像５０を定着する定着装置において、定着ニップＮを通過する記録部材Ｐの厚さを予測し、その予測した記録部材Ｐの厚さに基づいて定着ニップＮにおける記録部材Ｐとトナー５０の界面温度又はトナー５０の熱吸収量を算出する伝熱計算部と、伝熱計算部によって算出された界面温度又は熱吸収量に基づいて加熱源３２を制御する加熱制御部とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録部材に画像を定着させる定着装置、及びその温度制御方法、並びに定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置として、加熱源によって加熱される定着部材とそれに対向する対向部材（又は加圧部材）とが互いに接触して形成された定着ニップに、紙やＯＨＰ等の記録部材を通過させて、その記録部材上のトナー画像を熱と圧力によって定着するものが知られている。この種の定着装置は、サーミスタ等の温度検知手段によって定着部材の温度を検知して、定着部材が所定の目標温度（定着温度）となるように制御されている。

しかし、定着部材の温度は、記録部材の種類や環境温度、その他の様々な要因によって変化する。そのため、従来、記録部材の厚さや環境温度、記録部材の温度変化、あるいは加圧ローラの温度などに基づいて目標温度を制御する定着装置が提案されている（例えば特許文献１、２、３参照）。また、近年、トナーと記録部材との界面温度やトナーの熱吸収量がトナーの定着性に大きく影響することが分かってきており、トナーと記録部材との界面温度を予測し、その予測に基づいて定着後の画像を予測する方法が提案されている（特許文献４参照）。

しかしながら、上記従来の界面温度を予測する方法では、紙種ごとの条件変化に対応するために、使用する紙の厚さに応じて温度を個別に設定する必要がある。このため、温度制御の設定が非常に複雑化する。また、設定されていない紙種を用いた場合は、それに対応した温度制御が行えないといった問題もある。

本発明は、斯かる事情に鑑み、記録部材の種類ごとに温度を個別に設定しなくても、記録部材の種類に対応した温度制御を行うことが可能な定着装置、及びその温度制御方法、並びにその定着装置を備えた画像形成装置を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、加熱源によって加熱される定着部材と、当該定着部材との間で定着ニップを形成する対向部材とを備え、前記定着ニップに記録部材を通過させて当該記録部材上の画像を定着する定着装置において、前記定着ニップを通過する記録部材の厚さを予測し、その予測した記録部材の厚さに基づいて定着ニップにおける記録部材とトナーの界面温度又はトナーの熱吸収量を算出する伝熱計算部と、当該伝熱計算部によって算出された前記界面温度又は前記熱吸収量に基づいて前記加熱源を制御する加熱制御部とを備えたものである。

伝熱計算部によって記録部材の厚さを予測することができるので、記録部材の厚さを入力する必要がない。このため、記録部材の種類ごとに温度を個別に設定しなくても、記録部材の種類に対応した温度制御を行うことができ、安定した定着画像を得ることができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記定着部材の前記定着ニップの上流側と下流側で表面温度を検知する定着部材温度検知手段を備え、当該定着部材温度検知手段で検知した前記定着部材の前記定着ニップの上流側と下流側の温度に基づいて、前記伝熱計算部が前記界面温度又は前記熱吸収量を算出するように構成したものである。

定着部材温度検知手段によって定着部材の定着ニップの上流側と下流側の温度を検知することにより、その検知した温度に基づいて界面温度又は熱吸収量を算出することが可能である。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、前記対向部材の前記定着ニップの上流側と下流側で表面温度を検知する対向部材温度検知手段を備え、当該対向部材温度検知手段で検知した前記対向部材の前記定着ニップの上流側と下流側の温度に基づいて、前記伝熱計算部が前記界面温度又は前記熱吸収量を算出するように構成したものである。

対向部材温度検知手段によって対向部材の定着ニップの上流側と下流側の温度を検知することにより、その検知した温度に基づいて界面温度又は熱吸収量を算出することが可能である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置において、前記定着ニップにおける記録部材の有無を検知する記録部材有無検知手段を備え、当該記録部材有無検知手段の検知情報に基づいて、前記加熱制御部が前記加熱源を制御するように構成したものである。

定着ニップにおける記録部材の有無に基づいて加熱源を制御することにより、さらに省エネルギー化を促進することが可能となる。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置において、前記伝熱計算部が、記録部材の熱物性値を予測し、その予測した記録部材の熱物性値に基づいて記録部材の厚さを予測するように構成したものである。

予測した記録部材の熱物性値に基づいて記録部材の厚さを予測することにより、記録部材の種類に応じてより高精度に温度制御を行うことが可能となる。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置である。

画像形成装置が、請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置を備えているので、これらの定着装置による上記効果が得られる。

請求項７の発明は、加熱源によって加熱される定着部材と、当該定着部材との間で定着ニップを形成する対向部材とを備え、前記定着ニップに記録部材を通過させて当該記録部材上の画像を定着する定着装置の温度制御方法において、前記定着ニップを通過する記録部材の厚さを予測する工程と、その予測した記録部材の厚さに基づいて定着ニップにおける記録部材とトナーの界面温度又はトナーの熱吸収量を算出する工程と、その算出された前記界面温度又は前記熱吸収量に基づいて前記加熱源を制御する工程とを有する温度制御方法である。

上記本発明の温度制御方法は、記録部材の厚さを予測する工程を有しているので、記録部材の厚さを入力する必要がない。このため、記録部材の種類ごとに温度を個別に設定しなくても、記録部材の種類に対応した温度制御を行うことができ、安定した定着画像を得ることができる。

本発明によれば、定着装置の温度制御の設定にあたって、記録部材の厚さを入力する必要がないので、記録部材の種類（厚さ）ごとに温度を個別に設定しなくてもよくなり、温度制御設定の簡素化が図れる。また、従来のように、設定した種類の記録部材以外は対応できないといった制限も無いので、様々な種類の記録部材に対応して温度制御を行うことができ、安定した定着画像を得ることが可能となる。

本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。前記画像形成装置に搭載された定着装置の概略構成図である。定着装置の温度制御機構のブロック図である。定数記憶部に記憶されている情報を例示する図である。定着ニップを拡大した概念図である。定着ニップにおける各部材の温度分布図である。界面温度の時間変化を示す図である。本発明の温度制御方法のフローチャートを示す図である。記録部材の厚さ予測工程のフローチャートを示す図である。記録部材の厚さと、定着部材及び加圧部材のニップ下流側の温度との関係を示す図である。界面温度と記録部材の厚さとの関係を示す図である。加熱制御工程のフローチャートを示す図である。本発明の温度制御方法と従来の温度制御方法についてＴＥＣ値を比較した実験結果を示す図である。本発明のさらに別の実施形態に係る温度制御方法のフローチャートを示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。ただし、本発明に係る画像形成装置は、図１に示すものに限らず、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置とすることも可能である。

図１に示す画像形成装置は、画像形成ユニットとしての４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋを備えている。各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、画像形成装置本体１００に対して着脱可能に構成してある。また、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの異なる色のトナーを収容している以外は同様の構成となっている。

具体的には、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、静電潜像担持体（又は像担持体）としての感光体２と、感光体２の表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ３と、感光体２の表面にトナー像を形成する現像手段としての現像装置４と、感光体２の表面を清掃するクリーニング手段としてのクリーニングブレード５を備えている。なお、図１では、イエローのプロセスユニット１Ｙが備える感光体２、帯電ローラ３、現像装置４、クリーニングブレード５のみに符号を付しており、その他のプロセスユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋにおいては符号を省略している。

図１において、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの上方には、露光手段としての露光装置７が配設されている。露光装置７は、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの感光体２にレーザ光を照射するように構成されている。また、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの下方には、転写装置６が配設されている。転写装置６は、画像を転写する転写体として無端状のベルトから成る中間転写ベルト１０を有する。中間転写ベルト１０は、複数のローラ２１〜２４に掛け渡されており、それらローラ２１〜２４のうちの１つが駆動ローラとして回転することによって、中間転写ベルト１０は図の矢印に示す方向に周回走行可能に構成されている。

４つの感光体２に対向した位置に、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ１１が配設されている。各一次転写ローラ１１はそれぞれの位置で中間転写ベルト１０の内周面を押圧しており、中間転写ベルト１０の押圧された部分と各感光体２とが接触する箇所に一次転写ニップが形成されている。また、中間転写ベルト１０を張架するローラのうちの１つ（ローラ２４）に対向して、二次転写手段としての二次転写ローラ１２が配設されている。この二次転写ローラ１２は中間転写ベルト１０の外周面を押圧しており、二次転写ローラ１２と中間転写ベルト１０とが接触する箇所に二次転写ニップが形成されている。

画像形成装置本体１００の下部には、普通紙やＯＨＰ等のシート状の記録部材Ｐを収容した複数の給紙カセット１３が配設されている。各給紙カセット１３には、収容されている記録部材Ｐを送り出す給紙ローラ１４が設けてある。また、画像形成装置本体１００の図の左側の外面には、機外に排出された記録部材Ｐをストックする排紙トレイ２０が設けてある。

また、画像形成装置本体１００内には、記録部材Ｐを給紙カセット１３から二次転写ニップを通って排紙トレイ２０へ搬送するための搬送経路Ｒが配設されている。この搬送経路Ｒにおいて、二次転写ローラ１２の位置よりも記録部材搬送方向上流側にはレジストローラ１５が配設されている。また、二次転写ローラ１２の位置よりも記録部材搬の送方向下流側には、定着装置８が配設され、さらにその搬送方向下流側に一対の排紙ローラ１６が配設されている。

以下、図１を参照して上記画像形成装置の基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの感光体２が図の反時計回りに回転駆動され、帯電ローラ３によって各感光体２の表面が所定の極性に一様に帯電される。次いで、図示しない読取装置によって読み取られた原稿の画像情報に基づいて、露光装置７から帯電された各感光体２の表面にレーザ光が照射されて、各感光体２の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体２に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように感光体２上に形成された静電潜像に、各現像装置４によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

中間転写ベルト１０を張架するローラの１つが回転駆動し、中間転写ベルト１０を図の矢印の方向に周回走行させる。また、各一次転写ローラ１１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加されることによって、各一次転写ローラ１１と各感光体２との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。そして、各感光体２に形成された各色のトナー画像が、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト１０上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト１０はその表面にフルカラーのトナー画像を担持する。また、中間転写ベルト１０に転写しきれなかった各感光体２上のトナーは、クリーニングブレード５によって除去される。

また、作像動作が開始されると、給紙ローラ１４の回転を開始し、給紙トレイ１３に収容された記録部材Ｐが給紙ローラ１４によって搬送経路Ｒに送り出される。送り出された記録部材Ｐは、レジストローラ１５によって一旦停止され、スキューの補正が行われる。その後、レジストローラ１５の駆動を再開し、記録部材Ｐを、上記中間転写ベルト１０上のトナー画像とタイミングを合わせて、二次転写ローラ１２と中間転写ベルト１０との間の二次転写ニップに送る。このとき二次転写ローラ１２には、中間転写ベルト１０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより二次転写ニップに転写電界が形成されている。そして、記録部材Ｐと中間転写ベルト１０上のトナー画像とが二次転写ニップに到達した際、二次転写ニップに形成された転写電界によって、中間転写ベルト１０上のトナー画像が記録部材Ｐ上に一括して転写される。その後、記録部材Ｐは定着装置８に送り込まれ、定着装置８によってトナー画像が記録部材Ｐ上に定着された後、記録部材Ｐは一対の排出ローラ１６によって排紙トレイ２０に排出される。

以上の説明は、記録部材にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つのプロセスユニットを使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

図２は、上記本発明の画像形成装置に搭載された定着装置の概略構成図である。
図２に示すように、定着装置８は、定着部材３０と、定着部材３０との間で定着ニップＮを形成する対向部材としての加圧部材３１と、定着部材３０を加熱する加熱源としてのヒータ３２と、温度検知手段としての複数の温度センサ３３〜３８等を備える。

定着部材３０は、定着部材芯金３０ａの表面に定着部材表層３０ｂを設けたローラである。定着部材芯金３０ａはアルミで形成され、定着部材表層３０ｂはシリコンゴムで形成されている。ヒータ３２は、定着部材芯金３０ａ内に配設されており、ヒータ３２が内部で発熱することにより定着部材３０が加熱されるようになっている。

加圧部材３１は、加圧部材芯金３１ａの表面に加圧部材表層３１ｂを設けたローラである。加圧部材芯金３１ａはアルミで形成され、加圧部材表層３１ｂはシリコンゴムで形成されている。加圧部材３１は、図示しないスプリング等の付勢部材によって定着部材３０に圧接され、その圧接した箇所に定着ニップＮが形成されている。また、加圧部材３１は、図示しない駆動源によって回転可能に構成されており、定着部材３０は、回転する加圧部材３１に従動回転するようになっている。本実施形態では、前記駆動源は、ステッピングモータ、ＡＣモータ、ＤＣモータ等の速度を変更できる駆動モータで構成されている。

なお、定着部材３０及び加圧部材３１として、ローラ状のもの以外に、ベルト状や板状等の様々な形状のものを適用可能である。また、定着部材３０と加圧部材３１（対向部材）は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。また、上記ヒータ３２は、定着部材３０の外側にあってもよい。

複数の温度センサ３３〜３８は、定着部材３０の表面温度を検知する定着部材温度検知手段としての２つの定着部材温度センサ３３，３４と、加圧部材３１の表面温度を検知する加圧部材温度検知手段（又は対向部材温度検知手段）としての２つの加圧部材温度センサ３５，３６と、記録部材Ｐの温度を検知する記録部材温度検知手段としての２つの記録部材温度センサ３７，３８から構成される。各定着部材温度センサ３３，３４、各加圧部材温度センサ３５，３６、記録部材温度センサ３７，３８は、それぞれ、定着ニップＮの記録部材搬送方向の上流側と下流側に１つずつ配設されている。本実施形態では、定着部材温度センサ３３，３４及び加圧部材温度センサ３５，３６として、サーミスタ等の接触型の温度センサを採用しているが、赤外放射温度計等の非接触型の温度センサを適用することも可能である。また、記録部材温度センサ３７，３８は、非接触型の温度センサとしているが、接触型の温度センサであってもよい。

上記のように構成された定着装置８は、次のように動作する。
画像形成装置本体の電源スイッチが投入されると、交流電源からヒータ３２に交流電圧が印加（給電）されるとともに、不図示の駆動モータによって加圧部材３１が回転駆動され、それと同時に定着部材３０が従動回転する。その後、上記給紙カセット１３から記録部材Ｐが給送されて、二次転写ニップの位置で記録部材Ｐ上にトナー画像が担持される。そして、図２に示すように、未定着のトナー５０（トナー画像）が担持された記録部材Ｐが、定着装置８に搬送されて、定着ニップＮに送入される。そして、定着部材３０による加熱と、定着部材３０及び加圧部材３１の押圧力とによって、記録部材Ｐの表面にトナー５０が定着される。その後、記録部材Ｐは、回転する定着部材３０及び加圧部材３１によって定着ニップＮから送り出され、上記排紙ローラ１６によって排紙トレイ２０に排出される。

以下、本発明の特徴部分である定着装置の温度制御機構及びその方法について説明する。
図３のブロック図に示すように、上記定着装置８は、定数記憶部４０と、伝熱計算部４１と、加熱制御部４２を有する。

定数記憶部４０は、例えば図４の表に示すように、定着部材芯金３０ａ、定着部材表層３０ｂ、トナー５０、記録部材Ｐ、加圧部材表層３１ｂ、及び加圧部材芯金３１ａの、密度［ｋｇ／ｍ³］、比熱［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］、熱伝導率［Ｗ／ｍ・Ｋ］と、記録部材Ｐを除く前記各部材の厚さ［μｍ］との具体的な数値を記憶している。

伝熱計算部４１は、定着ニップＮを通過する記録部材Ｐの種類を予測し、その予測した記録部材Ｐの種類に基づいて熱伝導計算を行い、定着ニップＮにおける記録部材Ｐとトナー５０との界面温度（以下、単に「界面温度」と称する場合がある）を計算する。その熱伝導計算は、定着部材温度センサ３３，３４と、加圧部材温度センサ３５，３６と、記録部材温度センサ３７，３８との検知温度、及び定数記憶部４０に記憶された各情報に基づいて行う。そして、伝熱計算部４１で算出された界面温度に基づいて、加熱制御部４２がヒータ３２の発熱量を制御することにより定着温度を調整するように構成されている。

伝熱計算部４１における熱伝導計算は、図５の定着ニップ付近を拡大した概念図に示すように、記録部材Ｐに近接した深さを範囲とし、定着ニップにおける記録部材Ｐに直交するｘ方向（記録部材Ｐの厚さ方向）について行われる。熱伝導計算には、温度Ｔ、時間ｔ、熱伝統率λ、密度ρ、比熱ｃ、距離ｘを用いて表された下記式（１）の一次元の熱伝導方程式に基づき、距離ｘ、時間ｔについての温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）に関して空間離散化を行った差分方程式を使用する。この差分方程式は、各格子間の距離をΔｘ、微小時間をΔｔとすると、下記式（２）で表される。

伝熱計算部４１における計算方法としては、ｔ＝０で温度分布を初期温度とし、上記式（２）に従って各時間における温度分布Ｔ（ｘ，ｔ）を求める。例えば、厚さ１００［μｍ］の記録部材Ｐを用い、定着部材３０のニップ上流側の初期温度を１７０［℃］、加圧部材３１のニップ上流側の初期温度を１５０［℃］、トナー５０及び記録部材Ｐの初期温度を２５［℃］とすると、測定対象が定着ニップＮに到達した時点から０［ｍｓ］、２０［ｍｓ］、５０［ｍｓ］経過後の記録部材Ｐに直交するｘ方向の温度分布は、伝熱計算部４１によって図６のグラフのように求められる。図６において、菱形印でプロットしたグラフはニップ到達時点から０［ｍｓ］経過後の温度分布、三角印でプロットしたグラフは２０［ｍｓ］経過後の温度分布、丸印でプロットしたグラフは５０［ｍｓ］経過後の温度分布を示している。また、図７に示すように、伝熱計算部４１によって界面温度の時間変化を求めることもできる。

本発明の定着装置の温度制御方法は、図８に示すように、記録部材Ｐの厚さを予測する厚さ予測工程と、記録部材Ｐとトナー５０との界面温度を算出する界面温度の算出工程と、ヒータ３２の発熱を制御する加熱制御工程を有している。以下、各工程について詳しく説明する。

図９は、記録部材の厚さ予測工程のフローチャートを示す図である。
図９に示すように、記録部材の厚さ予測工程では、まず、定着部材３０と加圧部材３１のニップ上流側に配設した各温度センサ３３，３５によって温度を検知すると共に、記録部材温度センサ３７によって、定着ニップＮに進入する前の記録部材Ｐの温度を検知する（ＳＴＥＰ１）。そして、検知した記録部材Ｐの温度と、定着部材３０と加圧部材３１とのニップ上流側の温度とを、伝熱計算部４１に入力し、上述の伝熱計算部４１によって得られる温度分布情報（図６参照）を利用して、そのときの記録部材Ｐの厚さと、定着部材３０及び加圧部材３１のニップ下流側の温度との関係を求める（ＳＴＥＰ２）。例えば、定着部材３０のニップ上流側の温度が１７０［℃］、加圧部材３１のニップ上流側の温度が１５０［℃］であって、ニップ到達時点から５０［ｍｓ］経過後である場合、定着部材３０及び加圧部材３１のニップ下流側の温度と、記録部材Ｐの厚さは、図１０に示すような関係となる。なお、図１０において、菱形印でプロットしたグラフは定着部材３０のニップ下流側の温度との関係、四角印でプロットしたグラフは加圧部材３１のニップ下流側の温度との関係を示している。

その後、定着部材３０と加圧部材３１のニップ下流側に配設した各温度センサ３４，３６によって、記録部材Ｐが定着ニップＮに進入した後の定着部材３０と加圧部材３１のニップ下流側の温度を検知する（ＳＴＥＰ３）。そして、それらの検知した温度を伝熱計算部４１に入力し、上記求めた関係から記録部材Ｐの厚さを予測（算出）する（ＳＴＥＰ４）。例として、上記図１０を参照して説明すると、例えば、定着部材３０のニップ下流側の温度が１１５［℃］、加圧部材３１のニップ下流側の温度が１００［℃］と検出された場合、図１０のグラフより、この場合の記録部材Ｐの厚さは１４０［μｍ］と予測される。なお、図１０に示す定着部材３０と加圧部材３１のいずれか一方のグラフから、記録部材Ｐの厚さを予測することも可能である。

上記界面温度の算出工程では、上述の伝熱計算部４１によって得られる温度分布情報（図６参照）を利用して、トナーと記録部材の界面温度と記録部材の厚さとの関係が得られるので、これと上記予測した記録部材Ｐの厚さに基づき、伝熱計算部４１において界面温度Ｔ₁を算出する。例えば、定着部材３０のニップ上流側の初期温度を１７０[℃]、加圧部材３１のニップ上流側の初期温度を１５０[℃]、トナー５０及び記録部材Ｐの初期温度を２５[℃]とすると、トナーと記録部材の界面温度と記録部材の厚さとの関係は図１１に示すグラフのようになる。

上記加熱制御工程は、図１２に示すフローチャートに従って行う。
図１２に示すように、加熱制御部４２においてトナーと記録部材の界面温度の設定値Ｔ₀（目標値）を予め設定する（ＳＴＥＰ１１）。そして、上記算出した界面温度Ｔ₁と設定値Ｔ₀とを比較し、算出した界面温度Ｔ₁が設定値Ｔ₀未満となるか否かを判断する（ＳＴＥＰ１２）。その結果、算出した界面温度Ｔ₁が設定値Ｔ₀未満となっている場合は、ヒータ３２のスイッチをＯＮにする（ＳＴＥＰ１３）。一方、算出した界面温度Ｔ₁が設定値Ｔ₀未満となっていない（設定値Ｔ₀以上となっている）場合は、ヒータ３２のスイッチをＯＦＦにする（ＳＴＥＰ１４）。

以上のように、定着ニップＮにおける界面温度の予測値Ｔ₁が一定値（設定値Ｔ₀）となるように加熱制御を行うことにより、トナーの温度あるいはトナーの吸熱量が従来よりも安定した値をとることができる。本発明に係る温度制御方法によれば、トナーの定着に適した制御条件となるため、定着画像の高画質化、装置の設定温度の低下による省エネルギー化を実現できる。

本発明の温度制御方法と従来の温度制御方法について、一週間あたりの電力消費量モデル値であるＴＥＣ値を比較した実験結果を図１３に示す。図１３に示す実験結果では、１分間に３５枚通紙する複写機の定着装置において、本発明の温度制御方法は従来の温度制御方法に対し２％のＴＥＣ値が低減した。このことから、本発明の温度制御方法によって省エネルギー化を実現可能であることがわかる。また、本発明では、記録部材の厚さを予測することができるので、記録部材の厚さを入力する必要がない。このため、記録部材の種類ごとに温度を個別に設定しなくても、記録部材の種類に対応した温度制御を行うことができ、安定した定着画像を得ることができる。

また、上記実施形態では、トナーと記録部材との界面温度を予測する温度制御方法であるが、界面温度の代わりにトナーの熱吸収量を予測することによっても上記と同様に加熱制御を行うことが可能である。ここで、熱吸収量は熱容量に温度変化を乗算して得ることができるので、トナーの熱吸収量Ｑ₁は、上記伝熱計算部４１よって得られるトナーのニップ前後の温度変化（温度差）にトナーの熱容量を乗じて求めることができる。そして、上記加熱制御部４２において、予め設定した設定値Ｑ₀（目標値）と算出した熱吸収量Ｑ₁とを比較して、算出した熱吸収量Ｑ₁が設定値Ｑ₀未満となっている場合は、ヒータ３２のスイッチをＯＮにし、算出した熱吸収量Ｑ₁が設定値Ｑ₀未満となっていない（設定値Ｑ₀以上となっている）場合は、ヒータ３２のスイッチをＯＦＦにすればよい。

また、他の加熱制御方法として、予測値と設定値との差分の電力量を計算し、それに基づいてヒータ３２への電力供給を制御する方法も考えられる。具体的には、予測値と設定値の定着装置の温度差分ΔＴより供給する電力量ΔＱは、下記式（３）に示すように、体積Ｖによる積分により求めることができる。この方法を用いても加熱制御は可能である。

上記本発明の温度制御方法では、定着ニップＮに記録部材Ｐが存在する場合と、存在しない場合とで、場合分けをしない場合でも定着ニップＮで温度が一定となるように制御することが可能であるが、さらに温度制御の自由度を広げるために、定着ニップＮにおける記録部材Ｐの有無を考慮して温度制御することも可能である。具体的には、定着ニップＮにおける記録部材Ｐの有無を検知する記録部材有無検知手段として、図２に示す定着ニップＮの上流側と下流側とに設けた記録部材温度センサ３７，３８を用いる。各温度センサ３７，３８は、それぞれの下方に記録部材Ｐが存在する場合はその記録部材Ｐの温度を検知し、記録部材Ｐが存在しない場合は加圧部材３１の温度を検知する。記録部材Ｐの温度は常温付近であるが、加圧部材３１の温度は１００[℃]以上の高温であるので、この温度差により記録部材Ｐの有無を検知することができる。例えば、各温度センサ３７の検知温度が、５０[℃]未満の場合は記録部材Ｐが存在し、５０[℃]以上では記録部材Ｐが無いと判断することができる。また、本実施形態の場合、温度センサ３７，３８を定着ニップＮの上流側と下流側に配設しているので、記録部材Ｐが定着ニップＮの上流側に存在するか下流側に存在するかについても判断できる。

以上のように、定着ニップＮにおける記録部材Ｐの有無を判断することにより、各場合に応じて温度制御方法を変更することが可能である。例えば、図１４のフローチャートに示すように、ニップ上流側の温度センサ３７によって温度Ｔ_fを検知し（ＳＴＥＰ２１）、その温度Ｔ_fが５０[℃]未満か否かを判断する（ＳＴＥＰ２２）。その結果、検知した温度Ｔ_fが５０[℃]未満である場合は、定着ニップＮに記録部材Ｐが存在すると判断して、界面温度の設定値を通常の設定値Ｔ₀となるように制御する。一方、温度Ｔ_fが５０[℃]未満となっていない（５０[℃]以上となっている）場合は、定着ニップＮに記録部材Ｐが存在しないと判断して、界面温度の設定値を通常の設定値Ｔ₀よりも１０[℃]低い温度に設定する。このように、記録部材Ｐの有無に応じて異なる設定温度に設定することにより、さらに省エネルギー化を促進することが可能となる。

また、上記実施形態では、図１０に示す関係から記録部材Ｐの厚さの予測を行っているが、場合によっては、定着部材３０の温度と加圧部材３１の温度が同じ記録部材Ｐの厚さに対応していないことも考えられる。そこで、伝熱計算部４１において、図１０の関係を記録部材Ｐの厚さから熱物性値に変更して再構成することにより、定着部材３０の温度と加圧部材３１の温度を対応させるように熱物性値を予測（決定）することができ、その熱物性値の予測に基づいて、記録部材Ｐの厚さを予測することができる。これにより、記録部材Ｐの種類に応じてより高精度に温度制御を行うことが可能となる。

以上のように、本発明によれば、定着装置の温度制御の設定にあたって、記録部材の厚さを入力する必要がないので、記録部材の種類（厚さ）ごとに温度を個別に設定しなくてもよくなり、温度制御設定の簡素化が図れる。また、従来のように、設定した種類の記録部材以外は対応できないといった制限も無いので、様々な種類の記録部材に対応して温度制御を行うことができ、安定した定着画像を得ることが可能である。なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

８定着装置
３０定着部材
３１加圧部材
３２ヒータ（加熱源）
３３温度センサ（定着部材温度検知手段）
３４温度センサ（定着部材温度検知手段）
３５温度センサ（加圧部材温度検知手段）
３６温度センサ（加圧部材温度検知手段）
３７温度センサ（記録部材温度検知手段）
３８温度センサ（記録部材温度検知手段）
４１伝熱計算部
４２加熱制御部
５０トナー
Ｎ定着ニップ
Ｐ記録部材

特開２００８−１４５７７３号公報特開平１１−６５３５１号公報特開２００６−２６７９４１号公報特開２００６−１８９６２０号公報

Claims

加熱源によって加熱される定着部材と、当該定着部材との間で定着ニップを形成する対向部材とを備え、前記定着ニップに記録部材を通過させて当該記録部材上の画像を定着する定着装置において、
前記定着ニップを通過する記録部材の厚さを予測し、その予測した記録部材の厚さに基づいて定着ニップにおける記録部材とトナーの界面温度又はトナーの熱吸収量を算出する伝熱計算部と、当該伝熱計算部によって算出された前記界面温度又は前記熱吸収量に基づいて前記加熱源を制御する加熱制御部とを備えたことを特徴とする定着装置。
前記定着部材の前記定着ニップの上流側と下流側で表面温度を検知する定着部材温度検知手段を備え、当該定着部材温度検知手段で検知した前記定着部材の前記定着ニップの上流側と下流側の温度に基づいて、前記伝熱計算部が前記界面温度又は前記熱吸収量を算出するように構成した請求項１に記載の定着装置。
前記対向部材の前記定着ニップの上流側と下流側で表面温度を検知する対向部材温度検知手段を備え、当該対向部材温度検知手段で検知した前記対向部材の前記定着ニップの上流側と下流側の温度に基づいて、前記伝熱計算部が前記界面温度又は前記熱吸収量を算出するように構成した請求項１又は２に記載の定着装置。
前記定着ニップにおける記録部材の有無を検知する記録部材有無検知手段を備え、当該記録部材有無検知手段の検知情報に基づいて、前記加熱制御部が前記加熱源を制御するように構成した請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
前記伝熱計算部が、記録部材の熱物性値を予測し、その予測した記録部材の熱物性値に基づいて記録部材の厚さを予測するように構成した請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
加熱源によって加熱される定着部材と、当該定着部材との間で定着ニップを形成する対向部材とを備え、前記定着ニップに記録部材を通過させて当該記録部材上の画像を定着する定着装置の温度制御方法において、
前記定着ニップを通過する記録部材の厚さを予測する工程と、その予測した記録部材の厚さに基づいて定着ニップにおける記録部材とトナーの界面温度又はトナーの熱吸収量を算出する工程と、その算出された前記界面温度又は前記熱吸収量に基づいて前記加熱源を制御する工程とを有することを特徴とする定着装置の温度制御方法。