JP2013125256A

JP2013125256A - 画像形成装置

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Publication number: JP2013125256A
Application number: JP2011275781A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Suzuki; 達也鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-24

Abstract

【課題】加熱ローラの温度勾配に基づいた加圧力を定着装置のニップ部に与える。
【解決手段】ヒータ１０３を有する加熱ローラ１００と、加熱ローラ１００の温度を検知するサーミスタ１０５と、加熱ローラ１００に当接してニップ部を形成する加圧ローラ１０６と、加圧ローラ１０６が加熱ローラ１００に加える圧力を変化させるための加圧モータ６と、加圧モータを制御するＣＰＵ１１１と、を備えた画像形成装置であって、ＣＰＵ１１１は、画像形成装置の立ち上げ時に、加圧モータ６を制御して加圧ローラ１０６が加熱ローラ１００に加えた所定の圧力と、サーミスタ１０５が検知した温度から算出された加熱ローラ１００の温度勾配に基づいて算出された加圧ローラ１０６が加熱ローラ１００に加えた圧力に基づいて、加圧ローラ１０６が加熱ローラ１００に加える圧力の補正値を算出する（Ｓ２１５、２１６）。
【選択図】図６

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ等の画像形成装置において、厚みのある用紙に対して定着処理が行われた際、用紙の端部（エッジ）が定着部材に強く押し付けられ、定着部材にキズなどが発生する場合がある。定着部材にキズが発生すると、定着画像にムラができたり、筋が入ったりして、画像不良を招いてしまう。そこで、画像のムラや筋などの画像不良を解決するために、例えば特許文献１では、加圧ベルトの内部の剥離パッドを押すバネとして、バネ定数の違うバネを２つ備えた定着装置が提案されている。普通紙が通紙されるときは、バネ定数の高いバネにより、剥離パッドが加圧ベルト内側から押され、厚紙が通紙されるときは、バネ定数の低いバネにより、剥離パッドが後退することで、加圧ベルトの加圧力が下がり、キズが生じにくくなる。

特開２００８−１７５９０８号公報

特許文献１で提案された手法により、厚紙が通紙されるときは、バネ定数の低いバネにより剥離パッドが後退することで、加圧ベルトの加圧力が下がり、従来よりも定着部材にキズが生じにくくなり、画像不良を解決することができる。

しかしながら、定着装置の組み立てに際し、経時変化による定着部の加熱ローラや加圧ローラのたわみや、バネの経時変化によりニップ部の圧力低下を考慮して、最適な加圧力よりもさらに強くニップ部に圧力をかけられる定数のバネを選定しなければならない。そのため、用紙を定着装置に通紙すると、用紙の端部により定着部材の加熱ローラや加圧ローラにキズが生じてしまう場合がある。特に、通紙枚数が多い高速機などに用いられる定着装置では、加熱ローラと加圧ローラとの当接部であるニップ部にキズが発生しやすく、そのため、定着装置の寿命も縮まり、ランニングコストが高くなってしまう。

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、加熱ローラの温度勾配に基づいた加圧力を定着装置のニップ部に与えることを目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明では次のとおりに構成する。

（１）ヒータを有する加熱ローラと、前記加熱ローラの温度を検知する温度検知手段と、前記加熱ローラに当接してニップ部を形成する加圧ローラと、前記加圧ローラが前記加熱ローラに加える圧力を変化させるための加圧モータと、前記加圧モータを制御する制御手段と、を備えた画像形成装置であって、前記制御手段は、前記画像形成装置の立ち上げ時に、前記加圧モータを制御して前記加圧ローラが前記加熱ローラに加えた所定の圧力と、前記温度検知手段が検知した温度から算出された前記加熱ローラの温度勾配に基づいて算出された前記加圧ローラが前記加熱ローラに加えた圧力に基づいて、前記加圧ローラが前記加熱ローラに加える圧力の補正値を算出する画像形成装置。

本発明によれば、加熱ローラの温度勾配に基づいた加圧力を定着装置のニップ部に与えることができる。

実施例の画像形成装置の要部の構成を概略的に示した構成図実施例の定着装置の要部と、定着装置を制御する制御系を示すブロック図実施例の加熱ローラと加圧ローラとのニップ幅の大小と加熱ローラが加圧ローラに奪われる熱量の関係を示す図、及び、ニップ幅と加熱ローラの温度勾配の関係、加熱ローラの温度による温度勾配の違いを示す図実施例の正常な加圧力時と経時変化による加圧力の低下時における、ウォームアップ段階でのサーミスタの出力波形を示す図実施例の正常な加圧力時と経時変化による加圧力の低下時における、スタンバイ段階でのサーミスタの出力波形を示す図実施例の定着装置の加圧力調整の処理シーケンスを示すフローチャート

以下、本発明を実施するための形態について、実施例により詳しく説明する。

［画像形成装置の概要］
図１は、本実施例の画像形成装置の要部の構成を概略的に示した構成図である。画像形成装置２００は、カラー画像形成装置であり、画像制御部３８と、画像制御部３８で生成された画像信号に基づいてレーザ光を変調し、このレーザ光を走査しながら感光ドラム１上に照射する露光装置８と、を備える。像担持体である感光ドラム１は、不図示のモータにより図中の矢印Ａの方向に回転駆動される。感光ドラム１の周囲には、前露光ランプ（不図示）、帯電装置７、露光装置８、回転現像体１３、濃度センサ（不図示）、一次転写装置１０、クリーナ装置１２が配置されている。

回転現像体１３は、フルカラー現像のための４色分の現像装置１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋを内蔵する。モータ（Ｍｔｒ）４２は、回転現像体１３を回転駆動するステッピングモータである。ソレノイド４３は、回転現像体１３の位置固定のロック機構を動作させる。ロック検知センサ７２は、ロック機構の動作を検知するフォトインタラプタである。位置検知フラグ７３は、回転現像体１３の位置を検知するために、回転現像体１３に取り付けられた位置検知フラグである。回転現像体ホームポジションセンサ６０は、位置検知フラグ７３の検知を行うことにより、回転現像体１３の位置検知を行う。トナー濃度検知センサ（不図示）は、現像装置１３Ｙ〜１３Ｋの現像スリーブ（不図示）上に担持されたトナー（現像剤）のトナー濃度を光学的に検知する。

現像装置１３Ｙ〜１３Ｋは、感光ドラム１上の静電潜像をそれぞれＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナーで現像する。各色のトナーで現像する場合、まず、モータ４２の駆動によって、回転現像体１３を矢印Ｒ方向に回転させる。そして、位置検知フラグ７３を回転現像体ホームポジションセンサ６０で検知することにより、回転現像体１３の基準位置を検知し、更に、回転現像体を所定の回転位置まで回転させ、当該色の現像装置が感光ドラム１に当接するように位置合わせをする。

感光ドラム１上の現像された各色のトナー像は、一次転写装置１０によって中間転写体としてのベルト２に順次転写されて、４色のトナー像が重ね合わされる。ベルト２はローラ１７、１８、１９に張架されている。ローラ１７は、ベルト２を駆動する駆動ローラとして機能し、ローラ１８はベルト２の張力を調節するテンションローラとして機能し、ローラ１９は二次転写装置としての二次転写ローラ２１のバックアップローラとして機能する。ベルト２を挟んでローラ１７と対向する位置には、ベルトクリーナ２２が当接又は離間可能に設けられていて、二次転写後のベルト２上の残留トナーがクリーナブレードで掻き落とされる。

記録紙カセット２３内に収容された記録紙は、リフタモータ４０の動作により、ピックアップローラ２４に当接する位置まで引き上げられる。記録紙カセット２３からピックアップローラ２４で搬送路に引き出された記録紙は、ローラ対２５、２６によってニップ部、すなわち二次転写ローラ２１とベルト２との当接部に給送される。ベルト２上に形成されたトナー像は、ニップ部で記録紙上に転写され、定着装置５で熱定着処理がなされる。そして、定着装置５で処理された記録紙は、外排紙ローラ５９を通り、装置外へ排出される。記録紙の両面に画像形成を行う場合には、フラッパ３２が動作して、記録紙は搬送ローラ２７の方向へ搬送される。搬送ローラ２８は、フラッパ３３を越えるまで記録紙の搬送を行った後、搬送ローラ２８は逆回転し、フラッパ３３を動作させて、記録紙を搬送ローラ２９の方向へ搬送する。更に、搬送ローラ３０、３１が、搬送された記録紙を記録紙カセット２３からの搬送路に合流させることにより、１面目とは反対の面への画像形成が可能になる。

図１において、紙面高さセンサ５０は、記録紙カセット２３内での紙面高さを検知し、搬送センサ５１〜５８は、記録紙の搬送路上に配置された搬送センサであり、各ポイントでの記録紙の有無又は記録紙の搬送タイミングを検知する。センサ８０は、搬送路を搬送される記録紙の水分量を測定する。カセット着脱センサ７０は、記録紙カセット２３の着脱を検知する。

次に、画像形成装置２００における画像形成動作について説明する。まず、操作部１１０（後述する図２）より画像形成を行う記録紙が選択されると、加圧モータ（図１にはＭと図示）６が動作して、選択された記録紙に適切な定着圧力となるように、定着装置５の加圧力調整が行われる。次に、帯電装置７に電圧が印加されて、帯電装置７により感光ドラム１の表面が所定の帯電部電位で一様にマイナス帯電される。続いて、帯電された感光ドラム１上の画像部分が所定の露光部電位になるように、レーザースキャナからなる露光装置８が露光を行い、静電潜像が形成される。露光装置８は、画像制御部３８で生成された画像信号に基づいて、露光をオン／オフすることにより、画像に対応した潜像を形成する。

画像形成装置２００における画像形成タイミングは、ベルト２上の所定位置を基準とする信号ＩＴＯＰを基準に制御されている。ローラ１８とローラ１９の間には、ベルト２上の基準位置を検知するための反射型位置センサ３６が配置されている。現像装置１３Ｙ〜１３Ｋの現像スリーブ（不図示）に、色毎に予め設定された現像電圧が印加されると、感光ドラム１上に形成された静電潜像が、現像装置１３Ｙ〜１３Ｋ上を通過時にトナーで現像され、トナー像として可視化される。トナー像は、一次転写装置１０でベルト２に転写され、更に、二次転写ローラ２１で記録紙に転写された後、記録紙は定着装置５に給送される。フルカラープリント時は、ベルト２上で４色のトナーが重ね合わされた後、記録紙に転写される。感光ドラム１上に残留したトナーは、クリーナ装置１２で除去・回収される。その後、感光ドラム１は、前露光ランプ（不図示）で一様に０ボルト付近まで除電されて、次の画像形成サイクルに備える。

［定着装置の制御］
図２は、本実施例の定着装置５の要部と、定着装置５を制御する制御系を示すブロック図である。図２において、ＣＰＵ１１１は、操作部１１０から入力された記録紙の種類に基づいて、画像形成動作の制御を行ったり、タイマ機能を用いて時間計測を行ったりする。記憶装置１０９は、ＲＯＭとＲＡＭを有し、ＲＯＭには、ＣＰＵ１１１が実行する制御プログラムやデータが保持され、ＲＡＭは、ＣＰＵ１１１が実行する制御プログラムが一時的に情報を保持するために使用される。定着装置５の内部には、記録紙を搬送するため、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６がある。ＣＰＵ１１１から駆動信号を与えられた定着モータの駆動回路１０２により、定着モータ１０１が駆動されて、加熱ローラ１００が回転する。記録紙上のトナーを熱により記録紙に定着させるために、加熱ローラ１００内には、加熱ローラ１００を加熱する加熱ヒータ１０３が設けられている。そして、加熱ローラ１００の表面の温度検知をするために、サーミスタ１０５が加熱ローラ１００付近に配置されている。ＣＰＵ１１１は、サーミスタ１０５により検知された加熱ローラ１００の温度に基づいて、ヒータ制御信号をヒータ制御回路１０４に出力して、不図示の交流電源から加熱ヒータ１０３への給電を制御し、加熱ローラ１００の表面温度を調整する。また、定着装置５では、通紙される記録紙の種類により、加熱ローラ１００との当接部（ニップ部）において、加圧ローラ１０６が加熱ローラ１００に加える圧力（加圧力）を調整する必要がある。ＣＰＵ１１１は、操作部１１０から入力された記録紙の種類に応じた加圧力を発生させるため、加圧モータ駆動回路１０８に駆動信号を出力する。加圧モータ駆動回路１０８は、加圧ローラ１０６が加熱ローラ１００に加えるべき圧力を指示するＣＰＵ１１１からの駆動信号に応じたパルス信号を加圧モータ６に送出する。加圧モータ６は、加圧モータ駆動回路１０８からのパルス信号に応じて回転し、加圧ローラ１０６を押し上げて加熱ローラ１００との当接部に圧力を加える加圧調整部材１０７を動作させる。

［加圧ローラの加圧力と加熱ローラの温度勾配との関係］
図３を用いて、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６が当接することにより形成されるニップ部の幅（ニップ幅）の違いにより、サーミスタ１０５により検知される加熱ローラ１００の昇温スピードを示す温度勾配の波形について説明する。図３（ａ）は、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の当接部における圧力が小さいときの状態を示した模式図である。加圧ローラ１０６からの加圧力が小さいため、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の当接部であるニップ幅は狭くなる。このとき、加熱ローラ１００を加熱すると、ニップ幅が狭いため、加熱ローラ１００が加圧ローラ１０６によって奪われる熱量は少ない。図３（ｂ）は、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の当接部における圧力が大きいときの状態を示した模式図である。加圧ローラ１０６からの加圧力が大きいため、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の当接部であるニップ幅は広くなる。このとき、加熱ローラ１００を加熱すると、ニップ幅が広いため、加熱ローラ１００が加圧ローラ１０６により奪われる熱量が多くなる。

図３（ｃ）は、加熱ヒータ１０３に一定電力Ｗを供給したときの、加熱ローラ１００の温度を検知するサーミスタ１０５の出力波形（温度波形）を示した図であり、出力波形は加熱ローラ１００の温度勾配を示している。また、図３（ｃ）において、横軸は時間（単位：秒（ｓ））を示し、左側の縦軸は電力（単位：ワット（Ｗ））を、右側の縦軸は温度（単位：℃）を示し、Ｔｉは室温を表している。図３（ｃ）において、一点鎖線の波形は、ニップ幅が狭い場合のサーミスタの出力波形を示し、二点鎖線の波形は、ニップ幅が広い場合のサーミスタの出力波形を示している。また、実線の波形は、加熱ヒータ１０３に供給される電力波形であり、時間ｔ０において一定電力Ｗが供給されていることを示している。図３（ｃ）に示すように、ニップ幅が狭い場合は、広い場合に比べ、加圧力が小さいために、加圧ローラにより奪われる熱が少ないので、加熱ローラ１００の温度勾配は急峻となる。更に、電力供給の開始から一定時間経過後の加熱ローラ１００の到達温度についても、ニップ幅が狭い場合の到達温度Ｔ（ａ）は、ニップ幅が広い場合の到達温度Ｔ（ｂ）に比べ、高くなる。このことから、ニップ幅と加熱ローラ１００の温度勾配の間には比例関係が存在することが分かる。また、ニップ幅は、加圧ローラ１０６が加熱ローラ１００を押し上げる加圧力により決定されるので、加圧力と温度勾配の間に比例関係が存在することになる。加圧ローラ１０６による加圧力は、ＣＰＵ１１１からの駆動信号に応じて、加圧モータ駆動回路１０８が加圧モータ６に送出するパルス信号（パルス数）により決定される。そこで、工場出荷時等に、加熱ローラ１００の温度勾配とそのときの加圧力（例えば、加圧モータ６に送出するパルス信号（パルス数））を測定して、温度勾配と加圧力の対応関係を、例えば表形式のデータとしてまとめ、記憶装置１０９に保存しておく。これにより、ＣＰＵ１１１は、サーミスタ出力に基づいて求められた温度勾配と、記憶装置１０９に保存された温度勾配と加圧力の対応関係を示すデータから、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６間の加圧力を算出することができる。

図３（ｄ）は、加熱ローラ１００の温度が高いときと低いときに、加熱ヒータ１０３に一定電力Ｗを供給したときのサーミスタ１０５の出力波形（温度波形）を示した図であり、出力波形は加熱ローラ１００の温度勾配を示している。また、図３（ｄ）において、横軸は時間（単位：秒（ｓ））を示し、左側の縦軸は電力（単位：ワット（Ｗ））を、右側の縦軸は温度（単位：℃）を示し、Ｔｉは室温を表している。また、実線の波形は、加熱ヒータ１０３に供給される電力波形であり、時間ｔ０において一定電力Ｗが供給されていることを示している。図３（ｄ）において、一点鎖線の波形は、加熱ローラ１００の温度が高い場合のサーミスタの出力波形を示し、二点鎖線の波形は、加熱ローラ１００の温度が低い場合のサーミスタの出力波形を示し、加圧ローラ１０６とのニップ幅は、どちらの場合も同一である。一点鎖線で示される温度波形は、電力立ち上げ時（時間ｔ０）において、既に温度Ｔ（ｅ）であるため、加熱ローラ１００の目標温度Ｔｈに到達するまでの温度勾配は緩やかになってしまう。一方、二点鎖線で示される温度波形は、電力立ち上げ時（ｔ０）において、室温である温度Ｔｉから立ち上がるため、加熱ローラ１００の目標温度Ｔｈに到達するまでの温度勾配は急峻となる。このように、加熱ローラ１００の電力立ち上げ時の温度により、温度勾配に差ができてしまうため、加熱ローラ１００の温度を考慮せず、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６間の加圧力を算出しようとすると誤検知してしまうことがある。そのため、本実施例では、加熱ヒータ１０３に電力供給したときの加熱ローラ１００の温度が温度Ｔｓ未満の場合は、画像形成装置のウォームアップ時の温度勾配に基づいて、温度Ｔｓ以上の場合は、スタンバイ時の温度勾配に基づいて加圧力を算出することとする。

［画像形成装置のウォームアップ時の温度勾配］
次に、図４を用いて、画像形成装置の電源オンにより開始されるウォームアップ時におけるサーミスタの出力波形（温度波形）について説明する。図４（ａ）は、画像形成装置の電源がオンされて開始されるウォームアップ段階と、加熱ローラ１００が所定の温度に達した後のスタンバイ段階における、加熱ヒータ１０３への電力供給と加熱ローラの温度勾配を示すサーミスタ１０５の出力波形を示した図である。図４（ａ）において、横軸は時間（単位：秒（ｓ））を示し、左側の縦軸は電力（単位：ワット（Ｗ））を、右側の縦軸は温度（単位：℃）を示し、Ｔｉは室温、Ｔｈは加熱ローラ１００の目標温度を表している。また、図４（ａ）において、実線の波形は、加熱ヒータ１０３に供給された電力波形を示し、太い破線の波形は、加熱ローラ１００の温度勾配を示すサーミスタ１０５の出力波形を示している。

画像形成装置の電源がオンされると、画像形成装置をできるだけ早く印刷可能な状態に移行させるため、加熱ヒータ１０３への電力供給が開始されると（時間ｔ０）、ウォームアップ中に大電力が供給される。これにより、定着装置５の加熱ローラ１００は冷えている状態から所定の目標温度Ｔｈまで温められ、画像形成装置はスタンバイモードへと切り替わる。そして、ウォームアップ時における温度勾配は、時間ｔ１時のサーミスタ出力値である温度Ｔ１と時間ｔ２時のサーミスタ出力値である温度Ｔ２から算出することができる。また、前述したように、ウォームアップ時における加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６間の加圧力は工場出荷時に調整され、調整された加圧力値とそのときの温度勾配を対応付けたデータは、記憶装置１０９に保存されている。そのため、ウォームアップ時に算出された温度勾配と、記憶装置１０９に保存されたデータから、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６間の加圧力を算出することができる。

続いて、図４（ｂ）を用いて、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の経時変化により加圧力が低くなった場合のウォームアップ時のサーミスタ出力波形（温度波形）について説明する。図４（ａ）に示したサーミスタ１０５の出力波形は、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の経時変化が生じていない通常の加圧力の場合の波形である。一方、図４（ｂ）は、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の経時変化により加圧力が低くなった場合のサーミスタ１０５の出力波形を示した図である。図４（ｂ）における横軸、左右の縦軸は、図４（ａ）と同じなので、説明を省略する。また、図４（ｂ）においても、実線の波形は、加熱ヒータ１０３に供給された電力波形を示し、太い破線の波形は、加熱ローラ１００の温度勾配を示すサーミスタ１０５の出力波形を示している。

図４（ｂ）においても、図４（ａ）と同様に、画像形成装置の電源がオンされると、画像形成装置をできるだけ早く印刷可能な状態に移行させるため、加熱ヒータ１０３への電力供給が開始されると（時間ｔ０）、ウォームアップ中に大電力が供給される。ところが、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の加圧力が低いと、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の当接部であるニップ部の幅が狭くなる。その結果、定着装置としての熱容量が少なくなるため、電力供給が開始されてから加熱ローラが目標温度Ｔｈに達するまでの時間が、図４（ａ）の通常時の加圧力の場合と比べ、図４（ｂ）では短くなる。前述したように、ウォームアップ時における温度勾配は、時間ｔ１時のサーミスタ出力値である温度Ｔ１と時間ｔ２時のサーミスタ出力値である温度Ｔ２から算出することができる。そして、算出された温度勾配と、前述した記憶装置１０９に保存された加圧力値と温度勾配を対応付けたデータから、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６間の加圧力を算出することができる。算出された加圧力と、ウォームアップ時にＣＰＵ１１１が加圧モータ６を介して加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６にかけた所定の加圧力とを比較し、算出された加圧力が低ければ、ＣＰＵ１１１は、経時変化等により加圧力が低いと判断し、加圧力の調整を行う。即ち、ＣＰＵ１１１は、所定の加圧力となるように補正値を算出し、画像形成時の加圧力の補正に用いる値として記憶装置１０９に保存する。

そして、画像形成時には、ＣＰＵ１１１は、画像形成を行う記録紙に対応した加圧力に、記憶装置１０９に保存された補正値を加え、加圧ローラ１０６が加熱ローラ１００に加えるべき加圧力を算出する。ＣＰＵ１１１は、算出した加圧力を発生させるため、加圧モータ駆動回路１０８に駆動信号を出力し、加圧モータ駆動回路１０８は、駆動信号に応じたパルス信号を加圧モータ６に送出する。そして、加圧モータ６は、加圧モータ駆動回路１０８からのパルス信号に基づいて、加圧ローラ１０６を押し上げて加熱ローラ１００との当接部に圧力を加える加圧調整部材１０７を動作させる。

［画像形成装置のスタンバイ時の温度勾配］
次に、図５を用いて、画像形成装置のスタンバイ時におけるサーミスタの出力波形（温度波形）について説明する。画像形成装置の電源がオフされて間もないときに、再度、電源がオンされると、加熱ローラ１００の温度が下がっていないために、サーミスタ１０５の出力値は高い状態のままである。その結果、サーミスタ１０５の出力値から算出された加熱ローラ１００の温度が高く、設定された目標温度との温度差が小さいために、有効な温度勾配を求めることができず、電源オン直後のウォームアップ時には加圧力を検知することが難しい。そのため、画像形成装置は、ウォームアップ終了後、一旦、加熱ヒータ１０３への電力供給を遮断して、スタンバイ状態に移行し、有効な温度勾配が算出できるように、加熱ローラ１００の温度が所定温度Ｔｓまで下がるのを待つ。そして、温度が所定温度Ｔｓまで下がると、画像形成装置は、再度、加熱ヒータ１０３への電力供給を開始すると共に、加熱ローラ１００の目標温度Ｔｈを一時的に高く設定することにより、加熱ローラ１００の有効な温度勾配を得ることができる。

図５（ａ）は、画像形成装置がスタンバイ段階における、加熱ヒータ１０３への電力供給と加熱ローラ１００の温度勾配を示すサーミスタ１０５の出力波形を示した図である。図５（ａ）において、横軸は時間（単位：秒（ｓ））を示し、左側の縦軸は電力（単位：ワット（Ｗ））を、右側の縦軸は温度（単位：℃）を示し、Ｔｓは加熱ヒータ１０３への電力供給を開始する所定温度、Ｔｈは加熱ローラ１００の目標温度を表している。また、図５（ａ）において、実線の波形は、加熱ヒータ１０３に供給された電力波形を示し、太い破線の波形は、加熱ローラ１００の温度勾配を示すサーミスタ１０５の出力波形を示している。なお、図５（ａ）において、２つ目の電力波形の山の立下りから、サーミスタ１０５の出力波形が下り方向となっているのは、加熱ローラ１００の温度を下げるため、加熱ヒータ１０３への電力供給を遮断したためである。そして、スタンバイ時における温度勾配は、時間ｔ３時のサーミスタ出力値である温度Ｔ３と時間ｔ４時のサーミスタ出力値である温度Ｔ４から算出することができる。また、スタンバイ時における加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６間の加圧力は工場出荷時に調整され、調整された加圧力値とそのときの温度勾配を対応付けたデータが、記憶装置１０９に保存されている。そのため、スタンバイ時に算出された温度勾配と、記憶装置１０９に保存されたデータから、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６間の加圧力を算出することができる。

続いて、図５（ｂ）を用いて、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の経時変化により加圧力が低くなった場合のスタンバイ時のサーミスタ出力波形について説明する。図５（ａ）に示したサーミスタ１０５の出力波形は、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の経時変化が生じていない通常の加圧力の場合の波形である。一方、図５（ｂ）は、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の経時変化により加圧力が低くなった場合のサーミスタ１０５の出力波形を示した図である。図５（ｂ）における横軸、左右の縦軸は、図５（ａ）と同じなので、説明を省略する。また、図５（ｂ）においても、実線の波形は、加熱ヒータ１０３に供給された電力波形を示し、太い破線の波形は、加熱ローラ１００の温度勾配を示すサーミスタ１０５の出力波形を示している。

図５（ｂ）においても、図５（ａ）と同様に、スタンバイ時に、加熱ヒータ１０３への電力供給が開始されると（時間ｔ０）、加熱ローラ１００の温度を示すサーミスタの出力波形は、図５（ｂ）のように上昇していく。ところが、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の加圧力が低いと、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６の当接部であるニップ部の幅が狭くなる。そのため、加圧ローラ１０６に奪われる熱量が少なくなり、電力供給が開始されてから加熱ローラが目標温度Ｔｈに達するまでの時間が、図５（ａ）の通常時の加圧力の場合と比べ、短くなる。スタンバイ時における温度勾配は、ウォームアップ時と同様に、時間ｔ３時のサーミスタ出力値である温度Ｔ３と時間ｔ４時のサーミスタ出力値である温度Ｔ４から算出することができる。そして、算出された温度勾配と、前述した記憶装置１０９に保存された加圧力値と温度勾配を対応付けたデータから、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６間の加圧力を算出することができる。算出された加圧力と、ウォームアップ時にＣＰＵ１１１が加圧モータ６を介して加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６にかけた所定の加圧力とを比較し、算出された加圧力が低ければ、ＣＰＵ１１１は、経時変化等により加圧力が低いと判断し、加圧力の調整を行う。即ち、ＣＰＵ１１１は、所定の加圧力となるように補正値を算出して、画像形成時の加圧力の補正に用いる補正値として記憶装置１０９に保存する。

［定着装置の加圧力調整の処理シーケンス］
本実施例における定着装置の加圧力調整の処理シーケンスについて、図６のフローチャートを用いて説明する。図６に示す処理は、記憶装置１０９のＲＯＭに格納された制御プログラムに基づいて、ＣＰＵ１１１により実行される。また、記憶装置１０９のＲＯＭは、画像形成装置がウォームアップ時とスタンバイ時に測定された加熱ローラ１００の温度勾配と加圧ローラ１０６の加圧力の対応関係を示すデータと、記録紙の紙種に対応した加圧ローラ１０６の加圧力を示すデータを有している。

まず、画像形成装置の電源がオンされて、ＣＰＵ１１１が立ち上がると、ステップ２００（以下、Ｓ２００のように記す）では、ＣＰＵ１１１は、サーミスタ１０５の出力より、加熱ローラ１００の現在の温度Ｔを検知する。Ｓ２０１では、ＣＰＵ１１１は、Ｓ２００で検知された加熱ローラの温度Ｔが所定の温度Ｔｓ以上かどうか判断し、所定の温度以上であればＳ２０７に進み、所定の温度未満であればＳ２０２に進む。

Ｓ２０２では、ＣＰＵ１１１は、時間測定用のタイマをリセットし、スタートさせると共に、定着装置５のウォームアップを開始する。即ち、ＣＰＵ１１１は、加圧モータ６を駆動させるために、加圧モータ駆動回路１０８に駆動信号を送出し、所定の温度勾配が算出されるように、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６により形成されるニップ部に所定の加圧力を加える。そして、ＣＰＵ１１１は、ヒータ制御信号をヒータ制御回路１０４に出力して、不図示の交流電源から加熱ヒータ１０３へ電力供給し、加熱ローラ１００の温度を目標温度Ｔｈまで昇温させる制御を行う。

Ｓ２０３では、ＣＰＵ１１１は、タイマのタイマ値を読み出し、ウォームアップの開始からｔ１時間が経過したかどうか判断し、経過していなければＳ２０３の処理を繰り返し、経過していればＳ２０４に進む。Ｓ２０４では、ＣＰＵ１１１は、サーミスタ１０５の出力より、加熱ローラ１００の現在（時間ｔ１）の温度を検知し、記憶装置１０９に時間ｔ１における温度Ｔ１として保存する。Ｓ２０５では、ＣＰＵ１１１は、タイマのタイマ値を読み出し、ウォームアップの開始からｔ２時間が経過したかどうか判断し、経過していなければＳ２０５の処理を繰り返し、経過していればＳ２０６に進む。Ｓ２０６では、ＣＰＵ１１１は、サーミスタ１０５の出力より、加熱ローラ１００の現在（時間ｔ２）の温度を検知し、記憶装置１０９に時間ｔ２における温度Ｔ２として保存し、Ｓ２１５に進む。

Ｓ２１５では、ＣＰＵ１１１は、記憶装置１０９より、加熱ローラ１００の時間ｔ１における温度Ｔ１と、時間ｔ２における温度Ｔ２のデータを読み出し、時間ｔ１と時間ｔ２間における加熱ローラ１００の温度勾配（単位時間当たりの温度変化率）を算出する。

Ｓ２１６では、ＣＰＵ１１１は、予め記憶装置１０９に保存されている、ウォームアップ時における加熱ローラ１００の温度勾配と加圧ローラ１０６の加圧力との対応関係を示すデータより、Ｓ２１５で算出した温度勾配に対応した加圧力を算出する。そして、ＣＰＵ１１１は、Ｓ２０２のウォームアップ開始時にＣＰＵ１１１の制御により加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６のニップ部に加えた所定の加圧力と、Ｓ２１６で算出した加圧力とが同じ値かどうか判断する。経時変化等により、Ｓ２１６で算出した加圧力がＳ２０２における所定の加圧力の誤差範囲を外れていた場合には、ＣＰＵ１１１は、加圧力と温度勾配との比例関係に基づいて、加圧力の調整を行う際に用いる加圧力の補正値を算出し、記憶装置１０９に保存する。ＣＰＵ１１１は、加熱ローラ１００の温度が目標温度Ｔｈまで昇温されると、加熱ローラ１００の温度を下げるため、不図示の交流電源から加熱ヒータ１０３への給電を遮断して加熱ヒータをオフし、画像形成装置をスタンバイ状態に設定してＳ２１７の処理に進む。

Ｓ２０７では、ＣＰＵ１１１は、定着装置５のウォームアップを開始する。ＣＰＵ１１１は、加圧モータ６を駆動させるために、加圧モータ駆動回路１０８に駆動信号を送出し、加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６により形成されるニップ部に所定の加圧力を加える。そして、ＣＰＵ１１１は、ヒータ制御信号をヒータ制御回路１０４に出力して、不図示の交流電源から加熱ヒータ１０３へ電力供給し、加熱ローラ１００の温度を目標温度Ｔｈまで昇温させる制御を行う。

Ｓ２０８では、ＣＰＵ１１１は、加熱ローラ１００の温度が目標温度Ｔｈまで昇温されると、加熱ローラの温度を下げるため、不図示の交流電源から加熱ヒータ１０３への給電を遮断して、加熱ヒータをオフし、画像形成装置をスタンバイ状態に設定する。そして、ＣＰＵ１１１は、サーミスタ１０５の出力より、加熱ローラ１００の現在の温度Ｔを検知する。Ｓ２０９では、ＣＰＵ１１１は、加熱ローラ１００の温度Ｔが所定の温度Ｔｓまで下がったかどうかを判断し、所定の温度Ｔｓまで下がってＳ２１０の処理に進むまでは、Ｓ２０９の処理を繰り返す。

Ｓ２１０では、ＣＰＵ１１１は、ヒータ制御信号をヒータ制御回路１０４に出力して、不図示の交流電源から加熱ヒータ１０３への給電を再開すると共に、時間測定用のタイマをリセットし、スタートさせる。Ｓ２１１では、ＣＰＵ１１１は、タイマのタイマ値を読み出し、Ｓ２１０でヒータをオンしてからｔ３時間が経過したかどうか判断し、経過していなければＳ２１１の処理を繰り返し、経過していればＳ２１２に進む。Ｓ２１２では、ＣＰＵ１１１は、サーミスタ１０５の出力より、加熱ローラ１００の現在（時間ｔ３）の温度を検知し、記憶装置１０９に時間ｔ３における温度Ｔ３として保存する。Ｓ２１３では、ＣＰＵ１１１は、タイマのタイマ値を読み出し、ヒータをオンしてからｔ４時間が経過したかどうか判断し、経過していなければＳ２１３の処理を繰り返し、経過していればＳ２１４に進む。Ｓ２１４では、ＣＰＵ１１１は、サーミスタ１０５の出力より、加熱ローラ１００の現在（時間ｔ４）の温度を検知し、記憶装置１０９に時間ｔ４における温度Ｔ４として保存し、Ｓ２１５に進む。

Ｓ２１５では、ＣＰＵ１１１は、記憶装置１０９より、加熱ローラ１００の時間ｔ３における温度Ｔ３と、時間ｔ４における温度Ｔ４のデータを読み出し、時間ｔ３と時間ｔ４間における加熱ローラ１００の温度勾配（単位時間当たりの温度変化率）を算出する。

Ｓ２１６では、ＣＰＵ１１１は、予め記憶装置１０９に保存されている、スタンバイ時における加熱ローラ１００の温度勾配と加圧ローラ１０６の加圧力との対応関係を示すデータより、Ｓ２１５で算出した温度勾配に対応した加圧力を算出する。そして、ＣＰＵ１１１は、Ｓ２０７のウォームアップ時にＣＰＵ１１１の制御により加熱ローラ１００と加圧ローラ１０６のニップ部に加えた所定の加圧力と、Ｓ２１６で算出した加圧力とが同じ値かどうか判断する。経時変化等により、Ｓ２１６で算出した加圧力がＳ２０７における所定の加圧力の誤差範囲を外れていた場合には、ＣＰＵ１１１は、加圧力と温度勾配との比例関係に基づいて、加圧力の調整を行う際に用いる加圧力の補正値を算出し、記憶装置１０９に保存する。ＣＰＵ１１１は、加熱ローラ１００の温度が目標温度Ｔｈまで昇温されると、加熱ローラ１００の温度を下げるため、再度、加熱ヒータ１０３への給電を遮断して、加熱ヒータ１０３をオフし、画像形成装置をスタンバイ状態に設定して、Ｓ２１７の処理に進む。

Ｓ２１７では、ＣＰＵ１１１は、ユーザが操作部１１０から画像形成に使用する記録紙の種類を設定したかどうかを判断し、設定された場合にはＳ２１８に進み、設定されていなければＳ２１７の処理を繰り返す。Ｓ２１８では、ＣＰＵ１１１は、設定された記録紙の紙種に対応した加圧力を、記憶装置１０９に予め保存された記録紙の紙種と対応する加圧力を示すデータから算出する。そして、ＣＰＵ１１１は、算出された記録紙の紙種に対応した加圧力に対し、経時変化等により加圧力の補正が必要な場合には、Ｓ２１６で算出した補正値を記憶装置１０９より読み出し、加圧力の補正を行う。ＣＰＵ１１１は、記録紙に対応した圧力が加圧ローラ１０６から加熱ローラ１００にかかるように、加圧モータ駆動回路１０８に対して、駆動信号を送出し、加圧力の調整を行う。Ｓ２１９では、ＣＰＵ１１１は、画像形成動作を行う。

Ｓ２２０では、ＣＰＵ１１１は、画像形成が終了したかどうかを判断し、終了していなければＳ２２０の処理を繰り返し、画像形成が終了していれば、Ｓ２２１に進む。Ｓ２２１では、ＣＰＵ１１１は、画像形成装置の電源オフ操作が行われたどうかを判断し、行われていなければＳ２１７の処理に戻り、電源オフ操作が行われていれば、画像形成装置の電源オフ時の処理を行う。

以上説明したように、本実施例によれば、加熱ローラの温度勾配に基づいた加圧力を定着装置のニップ部に与えることができる。特に、本実施例では、専用のセンサを用いることなく、画像形成装置の電源オン時に、サーミスタの出力値から、加熱ローラ表面の温度勾配を検知して、加圧ローラの加圧力を算出する。そして、画像形成時に、加圧モータにより加圧ローラを制御して最適な加圧力をニップ部に与えることで、経時変化による定着不良、経時変化を考慮した過圧が引き起こす加熱ローラのキズの発生を減少させることができる。更に、加熱ローラキズが減少することにより、定着装置の長寿命化や良好な定着性、グロスムラの均一化が実現され、ランニングコストが低く、定着性の高い画像形成装置を提供することができる。

なお、本実施例では、加熱ローラを用いた定着装置について説明をした。定着装置には、例えば、定着部材としての定着ベルトユニット及び加圧部材としての加圧ベルトユニットを用いたベルト式定着装置や、加熱ローラの代わりに、円筒状の定着フィルムを用いたフィルム加熱方式の定着装置がある。これらの定着装置においても、定着ベルトや定着フィルムにおける温度勾配とニップ部の圧力（加圧力）間に比例関係があれば、本実施例と同様の制御を適用することができる。

６加圧モータ
１００加熱ローラ
１０３加熱ヒータ
１０５サーミスタ
１０６加圧ローラ
１０９記憶装置
１１１ＣＰＵ

Claims

ヒータを有する加熱ローラと、
前記加熱ローラの温度を検知する温度検知手段と、
前記加熱ローラに当接してニップ部を形成する加圧ローラと、
前記加圧ローラが前記加熱ローラに加える圧力を変化させるための加圧モータと、
前記加圧モータを制御する制御手段と、
を備えた画像形成装置であって、
前記制御手段は、前記画像形成装置の立ち上げ時に、
前記加圧モータを制御して前記加圧ローラが前記加熱ローラに加えた所定の圧力と、
前記温度検知手段が検知した温度から算出された前記加熱ローラの温度勾配に基づいて算出された前記加圧ローラが前記加熱ローラに加えた圧力に基づいて、
前記加圧ローラが前記加熱ローラに加える圧力の補正値を算出することを特徴とする画像形成装置。
前記画像形成装置のウォームアップ時における前記加熱ローラの温度勾配と前記ニップ部における圧力との対応関係を示すデータと、前記画像形成装置のスタンバイ時における前記加熱ローラの温度勾配と前記ニップ部における圧力との対応関係を示すデータと、を記憶した記憶手段を有し、
前記制御手段は、前記画像形成装置の立ち上げ時において、
前記加熱ローラの温度が所定の温度より低い場合には、前記画像形成装置のウォームアップ時における前記データに基づいて、前記加熱ローラの温度勾配に対応した、前記加圧ローラが前記加熱ローラに加えた圧力を算出し、
前記加熱ローラの温度が所定の温度以上の場合には、前記画像形成装置のスタンバイ時における前記データに基づいて、前記加熱ローラの温度勾配に対応した、前記加圧ローラが前記加熱ローラに加えた圧力を算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記記憶手段は、更に、画像形成される記録紙の紙種と前記ニップ部における圧力との対応関係を示すデータを有し、
前記制御手段は、画像形成時に、前記記憶手段に記憶された画像形成される記録紙の紙種と前記ニップ部における圧力との対応関係を示す前記データより算出した記録紙の紙種に対応した、前記加圧ローラが前記加熱ローラに加えた圧力を、前記補正値に基づいて補正し、補正された圧力を前記加圧ローラが前記加熱ローラに加えるよう、前記加圧モータを制御することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。