JP2013164439A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低熱容量の定着部材を用いる定着装置でソフトスタートストップ制御を行った場合でも定着不良を起こすことがなく、また、温度の暴走を防ぎ、適正な状態を維持する。
【解決手段】フィードバック制御による点灯要求ｄｕｔｙに基づいて実点灯ｄｕｔｙを計算する際に、補正テーブル又は補正換算式を用いて、点灯要求ｄｕｔｙ（斜線部分の面積）と実点灯ｄｕｔｙ（斜線部分の面積）を一致させるように、すなわちソフトスタートストップ制御で減らされる点灯分を補完するようにｄｕｔｙを補正し、該補正した実点灯ｄｕｔｙにしたがって定着ヒータを制御する。
【選択図】図８

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着する定着装置、及び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各種画像形成装置においては、用紙などの記録媒体上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することにより複写物や記録物を得ることができる。

定着に際しては、未定着画像を担持している記録媒体を、定着部材及び加圧部材によって挟持搬送しながら未定着画像を加熱することにより、未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーの溶融軟化及び記録媒体への浸透が行われ、記録媒体にトナーが定着される。

従来より、定着ヒータの制御方法として、ソフトスタートストップ制御が知られており、例えば特許文献１に記載されている。ソフトスタート制御はヒータ点灯を始めるときに突入電流を抑えるように徐々にヒータ点灯時間を長くしていき、ある程度ヒータのフィラメントが温まったら一定時間の点灯を開始するという制御方法である。ソフトストップ制御は逆にヒータを消灯するときに徐々に消灯時間を長くしていき、最終的に消灯するという制御である。ソフトスタートとソフトストップを合わせてソフトスタートストップ制御と呼んでいる。

ところで、定着部材を熱源によって所定の温度へ加熱する際に、所定温度までの加熱時間が十分に短ければ、スタンバイ状態における予熱工程を省いたとしてもユーザーの使いやすさに大きく影響せずに、大幅に消費エネルギーを低減できる。これらを達成するために、近年、定着部材に薄肉のローラや、金属基材と弾性ゴム層で構成される薄肉ベルトなどの低熱容量の部材などを使用する例が増えている。また、熱源も、輻射熱で定着部材を加熱するハロゲンヒータのほか、セラミックヒータや、加熱効率が高いＩＨ方式などを用いることで、急速加熱を実現している。これらの構成を有する定着装置は、例えば特許文献２〜５に開示されている。

上記のような低熱容量の定着部材を用いる定着装置では、定着部材に蓄えられる熱量が少ないことで、トナーを定着させる際に、定着部材表面の温度が変化しやすい。つまり、用紙が通過する瞬間のヒータ点灯状態がそのまま定着部材の温度状態として現れる傾向が極めて強い。そのため、従来の定着装置において許容できていたソフトスタートストップによるヒータの要求ｄｕｔｙと実点灯ｄｕｔｙの差が、（低熱容量の定着部材を用いる定着装置では）許容できないものとなる場合があり、コールドオフセットやホットオフセット等の定着不良が起きるという問題があった。なお、本明細書では、「デューティ比」を「ｄｕｔｙ」と記す。

また、温度検知手段で検知した定着部材の温度情報に基づくｄｕｔｙ計算による要求ｄｕｔｙと実点灯ｄｕｔｙが異なるため、実点灯が多すぎた場合などには安全装置が作動する温度にまで上昇してしまうといった問題もある。安全装置が作動するとユーザー解除できないため、サービスマン対応となりいわゆるダウンタイムが発生して、生産性が低下してしまう。

本発明は、低熱容量の定着部材を用いる定着装置における上述の問題を解決し、ソフトスタートストップ制御を行った場合でも定着不良を起こすことがなく、また、温度の暴走を防ぎ、適正な状態を維持できる定着装置、および該定着装置を備えた画像形成装置を提供することを課題とする。

前記の課題は、本発明により、回転可能な定着部材と、該定着部材に圧接されてニップ部を形成する回転可能な加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段から入力される温度情報に基づいて前記加熱源への通電を制御する温度制御部を備え、未定着画像を担持した記録媒体を搬送して当該記録媒体に未定着画像を定着する定着装置であって、前記加熱源への通電開始時及び通電終了時にソフトスタートストップ制御を行なっている定着装置において、前記定着部材を所定の温度に制御するために計算上必要な熱量と、前記加熱源の出力が不安定な微小時間の点灯制御による実点灯時間とのズレ分を補正する補正テーブルもしくは補正換算式を具備し、前記温度情報に基づいて計算された必要熱量または要求ｄｕｔｙを、前記補正テーブルもしくは補正換算式によって補正して前記加熱源への通電制御を行うことにより解決される。

本発明によれば、温度検知手段で検知した定着部材の温度情報に基づいて計算した要求ｄｕｔｙと実際に点灯するｄｕｔｙが等価となるため温度制御が安定し、コールドオフセットやホットオフセットなどの定着不良を防止することができる。また、温度の暴走を防ぎ適正な状態を維持できるため、生産性を低下させることもない。

本発明に係る画像形成装置の実施の一形態を示す概略構成図である。 そ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。 定着装置の加熱源（ハロゲンヒータ）と温度検知手段（サーモパイル、サーミスタ）を概念的に示す図である。 定着装置の温度制御回路を示す図である。 従来の定着制御の一例を示すフローチャートである。 従来制御によるヒータ点灯状態を示す模式図である。 本発明の定着制御を示すフローチャートである。 本発明制御によるヒータ点灯状態を示す模式図である。 定着装置の第２実施例を示す断面構成図である。 定着装置の第３実施例を示す断面構成図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図１に示す画像形成装置１は、タンデム型カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤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、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８などを備えている。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋの感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに符号を付しており、その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃにおいては符号を省略している。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４、ベルトクリーニング装置３５とを備えている。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にも図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。このベルトクリーニング装置３５から伸びた図示しない廃トナー移送ホースは、図示しない廃トナー収容器の入り口部に接続されている。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した４つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと上記各現像装置７との間には、図示しない補給路が設けてあり、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１等が設けてある。ここで、記録媒体には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けてある。

続いて、図１を参照して、本実施形態に係るプリンタ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、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５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、マゼンタ、シアン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。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７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。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１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。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５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。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、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、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０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３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。その後、図示しない除電装置によって各感光体５の表面が除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られて、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき、二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０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。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、上記二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３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーは図示しない廃トナー収容器へと搬送され回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上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つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ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つの作像部を使用して、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。

次に、図２に基づき、定着装置２０の構成について説明する。
図２に示すように、定着装置２０は、回転可能な定着部材としての定着ベルト２１と、定着ベルト２１に対向して回転可能に設けられた加圧部材としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を加熱する加熱源としてのハロゲンヒータ２３と、定着ベルト２１の内側に配設された支持部材としてのニップ形成部材２４及びステー２５と、ハロゲンヒータ２３から放射される光を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６と、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段としてのサーモパイル２７と、加圧ローラ２２の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ２９と、定着ベルト２１から用紙を分離する分離部材２８と、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する図示しない加圧手段等を備えている。

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。詳しくは、定着ベルト２１は、ニッケルもしくはＳＵＳ等の金属材料又はポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料で形成された内周側の基材と、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などで形成された外周側の離型層によって構成されている。また、基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。

加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等から成る弾性層２２ｂと、弾性層２２の表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥ等から成る離型層２２ｃによって構成されている。加圧ローラ２２は、図示しない加圧手段によって定着ベルト２１側へ加圧され定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４に当接している。この加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押しつぶされることで、所定の幅のニップ部Ｎが形成されている。また、加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられた図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転するようになっている。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中空のローラとしているが、中実のローラであってもよい。また、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を配設してもよい。また、弾性層が無い場合は、熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着トナーを押しつぶして定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に光沢ムラが生じる可能性がある。これを防止するには、弾性層を設けることが望ましい。弾性層の弾性変形により微小な凹凸を吸収することができるので、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。弾性層２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２の内部に加熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。また、定着部材と加圧部材は、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。

本実施形態において、ハロゲンヒータ２３は２本のハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂで構成されており、各ハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂはそれぞれの両端部が定着装置２０の側板（不図示）に固定されている。各ハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂは、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、上記サーモパイル２７による定着ベルト２１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ２３Ａ，２３Ｂの出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。尚、また、定着ベルト２１を加熱する加熱源は、ハロゲンヒータ以外の発熱体、例えばセラミックヒータやＩＨ方式のヒータであってもよい。

ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の軸方向又は加圧ローラ２２の軸方向に渡って長手状に配設され、ステー２５によって固定支持されている。これにより、加圧ローラ２２からの圧力を支持し、ニップ形成部材２４に撓みが生じるのを防止して、加圧ローラ２２の軸方向に渡って均一なニップ幅が得られるようにしている。なお、ステー２５は、ニップ形成部材２４の撓み防止機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが望ましい。さらに、ステー２５を、加圧ローラ２２の加圧方向に延在する横長の断面を有するように形成することで、断面係数が大きくなり、ステー２５の機械的強度を向上させることが可能である。

また、ニップ形成部材２４は、耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材で構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材２４の変形を防止し、安定したニップ部Ｎの状態を確保して、出力画質の安定化を図っている。ニップ形成部材２４には、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの一般的な耐熱性樹脂を用いることが可能である。

また、ニップ形成部材２４は、その表面に低摩擦シート２４０を有している。定着ベルト２１が回転する際、この低摩擦シート２４０に対し定着ベルト２１が摺動することで、定着ベルト２１に生じる駆動トルクが低減され、定着ベルト２１への摩擦力による負荷が軽減される。

反射部材２６は、ステー２５とハロゲンヒータ２３との間に配設されている。このように反射部材２６を配設していることにより、ハロゲンヒータ２３からステー２５側に放射された光が定着ベルト２１へ反射される。これにより、定着ベルト２１に照射される光量を多くすることができ、定着ベルト２１を効率良く加熱することが可能となる。また、ハロゲンヒータ２３からの輻射熱がステー２５等に伝達されるのを抑制することができるので、省エネルギー化も図れる。

また、本実施形態に係る定着装置２０は、さらなる省エネ性及びファーストプリントタイムなどの向上のために、種々の構成上の工夫が施されている。
具体的には、ハロゲンヒータ２３によって定着ベルト２１をニップ部Ｎ以外の箇所において直接加熱できるようにしている（直接加熱方式）。本実施形態では、ハロゲンヒータ２３と定着ベルト２１の図２の左側の部分の間に何も介在させないようにし、その部分においてハロゲンヒータ２３からの輻射熱を定着ベルト２１に直接与えるようにしている。

また、定着ベルト２１の低熱容量化を図るために、定着ベルト２１を薄くかつ小径化している。具体的には、定着ベルト２１を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さを、例えば２０〜５０μｍ、１００〜３００μｍ、１０〜５０μｍの範囲に設定し、全体としての厚さを１ｍｍ以下に設定している。また、定着ベルト２１の直径は、２０〜４０ｍｍに設定している。さらに低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．２ｍｍ以下にするのがよく、さらに望ましくは、０．１６ｍｍ以下の厚さとするのがよい。また、定着ベルト２１の直径は、３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

なお、本実施形態では、加圧ローラ２２の直径を２０〜４０ｍｍに設定しており、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ２２の直径を同等となるように構成している。ただし、この構成に限定されるものではない。例えば、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ２２の直径よりも小さくなるように形成してもよい。その場合、ニップ部Ｎにおける定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ２２の曲率よりも小さくなるため、ニップ部Ｎから排出される記録媒体が定着ベルト２１から分離されやすくなる。

また、上記のように、定着ベルト２１を小径化した結果、定着ベルト２１の内側のスペースが小さくなるが、本実施形態では、ステー２５を両端側において折り曲げられた凹状に形成し、その凹状に形成した部分の内側にハロゲンヒータ２３を収容することで、小さいスペース内でもステー２５やハロゲンヒータ２３の配設を可能にしている。

また、小さいスペース内でもステー２５をできるだけ大きく配設するために、ニップ形成部材２４を反対にコンパクトに形成している。具体的には、ニップ形成部材２４の用紙搬送方向の幅を、ステー２５の用紙搬送方向の幅よりも小さく形成している。さらに、図２において、ニップ形成部材２４の用紙搬送方向上流側端部２４ａ及び下流側端部２４ｂにおけるそれぞれのニップ部Ｎ（又はその仮想延長線Ｅ）に対する高さをｈ１，ｈ２とし、上流側端部２４ａ及び下流側端部２４ｂ以外のニップ形成部材２４の部分におけるニップ部Ｎ（又はその仮想延長線Ｅ）に対する最大高さをｈ３とすると、ｈ１≦ｈ３、ｈ２≦ｈ３となるように構成している。このように構成することで、ニップ形成部材２４の上流側端部２４ａと下流側端部２４ｂは、ステー２５の用紙搬送方向上流側及び下流側の各折り曲げ部と定着ベルト２１との間に介在しないので、各折り曲げ部を定着ベルト２１の内周面に近づけて配設することができる。これにより、定着ベルト２１内の限られたスペース内でステー２５をできるだけ大きく配設できるようになり、ステー２５の強度を確保することができるようになる。その結果、加圧ローラ２２によるニップ形成部材２４の撓みを防止でき、定着性の向上を図れる。

以下、図２を参照しつつ、本実施形態に係る定着装置の基本動作について説明する。
プリンタ本体の電源スイッチが投入されると、ハロゲンヒータ２３に電力が供給されると共に、加圧ローラ２２が図２中の時計回りに回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト２１は、加圧ローラ２２との摩擦力によって、図２中の反時計回りに従動回転する。

その後、上述の画像形成工程により未定着のトナー画像Ｔが担持された用紙Ｐが、ガイド板３７に案内されながら図２の矢印Ａ１方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ２２のニップ部Ｎに送入される。そして、ハロゲンヒータ２３によって加熱された定着ベルト２１による熱と、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間の加圧力とによって、用紙Ｐの表面にトナー画像Ｔが定着される。

トナー画像Ｔが定着された用紙Ｐは、ニップ部Ｎから図２中の矢印Ａ２方向に搬出される。このとき、用紙Ｐの先端が分離部材２８の先端に接触することにより、用紙Ｐが定着ベルト２１から分離される。その後、分離された用紙Ｐは、上述のように、排紙ローラによって機外に排出され、排紙トレイにストックされる。

図３は、ハロゲンヒータ２３の発熱分布等を説明するための模式図である。
図３において、下側のハロゲンヒータ２３Ａを第１ハロゲンヒータ、上側のハロゲンヒータ２３Ｂを第２ハロゲンヒータと称すると、第１ハロゲンヒータ２３Ａと第２ハロゲンヒータ２３Ｂとでは、それぞれの発熱部の位置が異なっている。

具体的に、第１ハロゲンヒータ２３Ａは、その長手方向中央部から所定範囲に渡って配設された発熱部（発光部）２３Ａ１を有する。本実施形態では、発熱部２３Ａ１は、第１ハロゲンヒータ２３Ａの長手方向中央部を対称軸として２００〜２２０ｍｍの範囲に設けられている。

一方、第２ハロゲンヒータ２３Ｂは、その長手方向両端部にそれぞれ発熱部（発光部）２３Ｂ１を有する。本実施形態では、発熱部２３Ｂ１は、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの長手方向中央部を対称軸として２００〜２２０ｍｍの位置から、３００〜３３０ｍｍの位置までの範囲に設けられている。ここで、Ａ３サイズの用紙や、Ａ４ヨコサイズの用紙の通紙幅は２９７ｍｍであるが、第１ハロゲンヒータ２３Ａの中央部に位置する発熱部２３Ａ１の長さと、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの両端部に位置する発熱部２３Ｂ１の長さとの合計長さを３００〜３３０ｍｍとし、上記の通紙幅よりも長くしている。発熱部２３Ｂ１の外端部は発熱量が少なくなり（発光強度が弱くなり）、温度落ち込みが発生するため、通紙領域は発熱量（発熱強度）が所定以上の部分を使用する必要があるためである。

本実施形態では、定着ベルト２１の温度を検知するサーモパイル２７を２つ設けている。図３において、右側のサーモパイル２７Ａを第１サーモパイル、左側のサーモパイル２７Ｂを第２サーモパイルと称すると、第１サーモパイル２７Ａは、第１ハロゲンヒータ２３Ａの発熱部２３Ａ１に対応して、定着ベルト２１の中央領域の温度を検知し、第２サーモパイル２７Ｂは、第２ハロゲンヒータ２３Ｂの発熱部２３Ｂ１に対応して、定着ベルト２１の端部領域の温度を検知するように設置されている。

図４は、定着装置２０の温度制御回路の一構成例を示している。電源部５１から供給された電力は、リレー５２、トライアック５３Ａ，５３Ｂを介して、ハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂにそれぞれ供給される。リレー５２は、ウォームアップ時、印刷ジョブ実行時、レディ待機時等にオン（閉）され、それ以外の電源オフ時、オフモード時、省エネモード時、急停止時等にはオフ（開）される。トライアック５３Ａ，５３Ｂは、第１ハロゲンヒータ２３Ａ，第２ハロゲンヒータ２３Ｂへの通電量を制御し、第１サーモパイル２７Ａ，第２サーモパイル２７Ｂによって検知される定着ベルト２１の温度情報をフィードバックして、定着ベルト２１を所定の温度に維持する。

温度制御部５４は、リレー５２を制御するリレー制御部５４Ａと、トライアック５３Ａ，５３Ｂを制御するトライアック制御部５４Ｂと、定着部材２１の過昇温時に異常停止信号を出力する過昇温保護回路５４Ｃとを含む。温度制御部５４には、第１サーモパイル２７Ａと第２サーモパイル２７Ｂで検知された定着ベルト２１の中央領域と端部領域の温度情報が温度情報値（電圧値）Ｄ１，Ｄ２として入力される。本実施形態では、リレー制御部５４Ａは、温度情報値Ｄ１，Ｄ２に基づいて、リレー５２にＯＮ・ＯＦＦ制御信号Ｓ１を出力すると共に、加圧ローラ２２の駆動制御部６０に駆動制御信号Ｓ２を出力し、トライアック制御部５４Ｂは、温度情報値Ｄ１，Ｄ２に基づいて、トライアック５３Ａ，５３Ｂに通電制御信号Ｓ３を出力し、過昇温保護回路５４Ｃは、温度情報値Ｄ１，Ｄ２に基づいて、リレー制御部５４Ａに異常停止信号Ｓ４を出力するように構成されている。ただし、この構成に限定されるものではない。例えば、トライアック制御部５４Ｂは、リレー５２に通電制御信号Ｓ３を出力するように構成してもよく、過昇温保護回路５４Ｃは、リレー５２及び駆動制御部６０に異常停止信号Ｓ４を直接出力するように構成してもよい。また、過昇温保護回路５４Ｃは、定着ベルト２１のみならず、加圧ローラ２２の過昇温時にも異常停止信号Ｓ４を出力するように構成してもよい（この場合、加圧ローラ２２の温度を検知するサーミスタ２９の温度検知信号も過昇温保護回路５４Ｃに入力する）。

リレー制御部５４Ａは、リレー５２がオフで、電源部５１からハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂへの電力供給が停止され、かつ、定着ベルト２１及び加圧ローラ２２が回転を停止した所定状態で、所定の外部操作があったときに、該所定の外部操作があった時点における第１サーモパイル２７Ａと第２サーモパイル２７Ｂからの温度情報値Ｄ１，Ｄ２の一方又は双方が所定の第１基準値Ｒ１以上である場合（Ｄ１≧Ｒ１ｏｒ／ａｎｄＤ２≧Ｒ１）、リレー５２のオフ状態を維持し、第１サーモパイル２７Ａと第２サーモパイル２７Ｂからの温度情報値Ｄ１，Ｄ２の双方が第１基準値Ｒ１よりも低い所定の第２基準値Ｒ２以下（Ｄ１≦Ｒ２ａｎｄＤ２≦Ｒ２）になった時点で、リレー５２にオン・オフ制御信号Ｓ１を出力し、リレー５２をオンに切り換えて、電源部５１からハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂへの電力供給が可能な状態にする。ここで、上記の所定状態には、画像形成装置１の電源をオフにして起動を停止した状態、定着装置２０のオフモード状態や省エネモード状態、用紙Ｐのジャムやその他の事由により画像形成装置１が急停止した状態が含まれる。また、上記の所定の外部操作には、画像形成装置１の電源をオンにして再起動する操作、画像形成装置１に画像形成（印刷ジョブ）を指令する操作、および画像形成装置１を急停止状態から復帰させる操作が含まれる。

本実施形態では、リレー制御部５４Ａにおいて、第１サーモパイル２７Ａと第２サーモパイル２７Ｂから入力される電圧値としての温度情報値Ｄ１，Ｄ２を、温度値に換算処理することなくそのまま使用し、この温度情報値Ｄ１，Ｄ２を、基準とする温度に対応した電圧値である第１基準値Ｒ１及び第２基準値Ｒ２と比較判定して上記の処理を行わせることにより、リレー制御部５４Ａにおける処理の簡素化と迅速化を図っている。ただし、この構成に限定されず、第１サーモパイル２７Ａと第２サーモパイル２７Ｂから入力される温度情報値Ｄ１，Ｄ２を温度値に換算し、これらの温度値を、基準とする温度と比較判定して、リレー制御部５４Ａによる制御を行うようにしても良い。

また、本実施形態では、上記の条件（Ｄ１≧Ｒ１ｏｒ／ａｎｄＤ２≧Ｒ１）で、リレー制御部５４Ａは、リレー５２のオフ状態を維持すると共に、駆動制御部６０に駆動制御信号Ｓ２を出力して、定着ベルト２１及び加圧ローラ２２を回転（空回転）させるようにしている。これにより、定着ベルト２１の局部的な過昇温を拡散させて、電源部５１からハロゲンヒータ２３Ａ，２３Ｂへの電力供給が可能な状態（Ｄ１≦Ｒ２ａｎｄＤ２≦Ｒ２）になるまでの時間を短縮することができる。ここで、定着ベルト２１及び加圧ローラ２２を空回転させる際、定着ベルト２１と加圧ローラ２２とが、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐに対する加圧力と同じ又は同程度の圧力で相互に接触するように加圧力を調整することが好ましい。これにより、定着ベルト２１の局部的な過昇温をより早く拡散させることができる。

ここで、従来の定着制御について図５、６を参照して説明する。
従来の定着制御では、温度検知手段による検出情報を元にフィードバック制御を行っており、制御周期（400ms〜1000ms程度）毎に温度情報を参照し、その周期にヒータを点灯する時間を計算した後、ソフトスタートストップ制御による点灯を行っていた。従来のソフトスタートストップ制御を用いると、フィードバック制御による点灯要求ｄｕｔｙ（図６上段のフィードバック制御による要求ｄｕｔｙ斜線部分の面積）と実際の点灯ｄｕｔｙ（図６実点灯ｄｕｔｙ斜線部分の面積）が一致せず、低熱容量の定着部材を用いる定着装置においては定着不良や温度の暴走といった問題が起こる。定着ヒータは一般的に、計算上必要な発熱量を得るためには一定の通電時間を要する。従ってソフトスタートストップ制御の微小な通電時間においては、制御に必要な熱量を得にくい状態となっているため、点灯要求ｄｕｔｙと実点灯ｄｕｔｙが一致しない。ハロゲンヒータの場合、ヒータに通電を開始してからヒータの出力が安定するまで、フィラメントやガラス管の昇温する時間があるため、およそ１．５秒必要である。この時間以下の点灯を行う制御では計算上の点灯要求ｄｕｔｙと実点灯ｄｕｔｙにズレが起きる。しかし従来の定着装置においては、定着部材が十分な熱容量を持っているため、微小な発熱量の差は定着部材の表面温度に現れにくく、問題とはならなかった。

しかし近年、省エネ性能の向上やウォームアップ短縮といった観点から低熱容量の定着装置が望まれている。本実施形態のような低熱容量タイプの定着装置は、定着部材の熱容量が少ないために蓄えられている熱量が少ないことで、トナーを定着させる際に、定着部材表面の温度が変化しやすい。つまり、用紙が通過する瞬間のヒータ点灯状態がそのまま定着部材の温度状態として現れる傾向が極めて強い。そのため、従来の定着装置においては許容できていた（問題とならなかった）ソフトスタートストップによるヒータの要求ｄｕｔｙと実点灯ｄｕｔｙの差が、許容できない定着装置の構成となっている。具体的な問題としてはコールドオフセットやホットオフセット等の定着不良が起きる。また、温度情報に基づくｄｕｔｙ計算による要求ｄｕｔｙと実点灯ｄｕｔｙが異なるため、実点灯が多すぎた場合などには安全装置が作動する温度にまで上昇ししまうといった不具合が起きる。安全装置が作動するとユーザー解除できないため、サービスマン対応となりいわゆるダウンタイムが発生して生産性が低下してしまう。

そこで、本発明においては、上記のようなフィードバック制御による点灯要求ｄｕｔｙとソフトスタートストップ制御による実点灯ｄｕｔｙの差に起因する定着不良や温度暴走を防止するために、点灯要求ｄｕｔｙと実点灯ｄｕｔｙを一致させるように制御する。

すなわち、フィードバック制御による点灯要求ｄｕｔｙを計算した後に、ソフトスタートストップ制御で減らされる点灯分を補完するように補正表で変換した後に、実際の点灯を行う（補正した実点灯ｄｕｔｙにしたがって定着ヒータへの通電を制御する）制御方法である。補正表とはフィードバック制御による点灯要求ｄｕｔｙがいくつのときに実点灯をいくつにすればソフトスタートストップ制御で減らされる点灯分をキャンセルできるかというのを表（テーブル）にしたものであり、例えば点灯要求ｄｕｔｙが３０％のときに実点灯ｄｕｔｙを３２％、点灯ｄｕｔｙが４０％のときに実点灯ｄｕｔｙを４３％というように、各点灯要求ｄｕｔｙに対して実点灯ｄｕｔｙを指定するものである。もちろん表（テーブル）でなくても、換算式（補正式）を用いてもよい。

なお、点灯要求ｄｕｔｙと実点灯ｄｕｔｙの関係は制御周期あるいは加熱源に入力される電圧や周波数（交流電源の周波数）によって異なるため、これらによって補正表もしくは補正式を変えることが望ましい。

本発明の制御フローを図７に、ヒータの点灯状態を図８に示す。
本発明の制御が従来制御と異なる点は、要求ｄｕｔｙに基づいて実点灯ｄｕｔｙを計算する際に、上記したように、ソフトスタートストップ制御で減らされる点灯分を補完する補正を行う点である。図７の制御フローでは、Ｓ３の「点灯ｄｕｔｙ計算」の次にＳ４「増減分を上乗せ」を追加する形で示している。このような制御により、図８の模式図に示すように、実点灯ｄｕｔｙの斜線部分の面積（の合計）が要求ｄｕｔｙの斜線部分の面積と等しくなり、制御が安定する。これにより、コールドオフセットやホットオフセット等の定着不良が防止され、また、温度の暴走を防ぎ適正な状態を維持できるため、生産性を低下させることもない。

以下に、定着装置の第２及び第３実施例について図９,１０を参照して説明するが、図２の定着装置と同等の部分には同じ符号を付すとともに、重複する説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図９は、定着装置の第２実施例を示す断面構成図である。この図に示す第２実施例の定着装置が備える加熱源は、定着ベルト２１の通紙領域を全体に亘って所定温度に加熱可能な１本の１本のハロゲンヒータ２３で構成されている。ハロゲンヒータ２３から放射される光を反射する反射部材２６は、本例では略半円形状となっている。ニップ形成部材２４は、ベースパッド２４１と、ベースパッド２４１の表面に設けられた摺動シート（低摩擦シート）２４０とを有する。

図１０は、定着装置の第３実施例を示す断面構成図である。この図に示す第３実施例の定着装置が備える加熱源は、発熱領域が異なる３本のハロゲンヒータ２３で構成されており、中心寄りに１本、外側に２本のヒータを配置している。そのヒータ配置に対応するよう、ステー２５及び反射部材２６は、外側部分がハの字状に開いている。また、ニップ形成部材２４を囲むように板金２５０が設けられており、この板金２５０を介してニップ形成部材２４はステー２５に支持されている。

以上本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、定着ローラと加熱ローラとの間に定着ベルトを架設すると共に、定着ベルトを介して加圧ローラを定着ローラに圧接させるベルト方式の定着装置や、ニップ部のみをセラミックヒータ等で局部的に加熱するサーフ定着装置など、他の方式の定着装置にも本発明を適用可能である。熱源もハロゲンヒータに限らず適宜な熱源を採用可能である。定着ベルト（フィルムを含む）の材質や加圧部材の構成等も適宜なものを採用可能である。温度検知手段である温度センサとしては、サーモパイルやサーミスタなど、適宜なものを使用可能である。

また、画像形成装置の構成も任意であり、４色トナーを用いるものに限らず、３色のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーによる多色機、あるいはモノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

１ カラーレーザープリンタ（画像形成装置）
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着部材）
２２ 加圧ローラ（加圧部材）
２３ ハロゲンヒータ（加熱源）
２４ ニップ形成部材
２５ ステー
２７ サーモパイル（温度検知手段）
５４ 温度制御部
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）

特開２００２−１８２５２１号公報 特開２００７−７９０４０号公報 特開２０１０−３２６２５号公報 特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００８−１２９５１７号公報

Claims (6)

1. 回転可能な定着部材と、該定着部材に圧接されてニップ部を形成する回転可能な加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段から入力される温度情報に基づいて前記加熱源への通電を制御する温度制御部を備え、未定着画像を担持した記録媒体を搬送して当該記録媒体に未定着画像を定着する定着装置であって、
   前記加熱源への通電開始時及び通電終了時にソフトスタートストップ制御を行なっている定着装置において、
   前記定着部材を所定の温度に制御するために計算上必要な熱量と、前記加熱源の出力が不安定な微小時間の点灯制御による実点灯時間とのズレ分を補正する補正テーブルもしくは補正換算式を具備し、
   前記温度情報に基づいて計算された必要熱量または要求ｄｕｔｙを、前記補正テーブルもしくは補正換算式によって補正して前記加熱源への通電制御を行うことを特徴とする定着装置。
2. 前記要求ｄｕｔｙを計算する制御周期に応じて、前記補正テーブルもしくは補正換算式を変えることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱源に入力される交流電源の周波数に応じて、前記補正テーブルもしくは補正換算式を変えることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
4. 前記加熱源に入力される電圧によって、前記補正テーブルもしくは補正換算式を変えることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
5. 前記定着部材が無端状の定着ベルトであり、該定着ベルトの内側に配設され定着ベルトを挟んで前記加圧部材と圧接するニップ形成部材を備え、
   前記加熱源は、前記ニップ部以外の個所で前記定着ベルトを直接加熱することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
   

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