JP2014098782A - 定着制御方法、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷条件や記録媒体によらず定着後の記録媒体温度を所定の温度になるように制御することが可能で、定着品質の安定化と過剰なエネルギー消費を低減することのできる定着制御方法、定着装置ならびに画像形成装置を提供する。
【解決手段】加圧ローラ２の温度を検知する温度検知手段７による測定値と、ニップ部ｎを記録媒体２０が通過するニップ時間とに基づいて行う補正計算の結果を用いて、定着後の記録媒体温度が所定の温度になるように定着ヒータ５をフィードバック制御する際に、中央ヒータの補正計算には記録媒体幅方向中央部近傍のニップ時間を用い、端部ヒータの補正計算には端部近傍のニップ時間を用いて、定着後記録媒体の温度が５℃の温度範囲内となるように制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着制御方法、定着装置及び画像形成装置に関するものである。

従来より、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置においては、用紙等の記録材に形成されたトナー像を加熱溶融することにより、画像を定着させる定着装置を用いることが知られている。一般的に、トナー像として形成された電子写真画像を記録材に定着する定着装置は、定着熱源であるヒータに電力を供給して定着ローラ、定着ベルト等の定着部材を発熱させ、この熱でトナー像を加熱溶融して記録材に定着する処理を行う。

上記のような画像形成装置では、坪量の少ないものから多いもの、または塗工紙や非塗工紙などさまざまな記録媒体が使われる。また画像形成装置の使用され方も多様であり、印刷速度の遅い画像形成装置は少ない枚数を印刷して装置をオフされることが多く、印刷速度の速い画像形成装置は多くの枚数を連続的に印刷することが多い。

このような画像形成装置の使用形態に対応する定着制御方法として、例えば特開平６−３０１３３６６号公報（特許文献１）には、ユーザが入力などを行った記録媒体の情報に応じて、画像形成を行うための制御情報を変更することが記載されている。

また、特開２００６−１９５４２２号公報（特許文献２）には、記録媒体の表面性・厚さ・水分含有量という記録媒体情報を使用して、定着条件を変更することが記載されている。

ところで、近年は省エネルギーを目的として、定着装置は低熱容量かつ、加圧部材温度の温度制御を行わない構成をとるようになってきた。
このような定着装置は省エネルギーである反面、印刷中に温度制御を行わない加圧部材温度の影響により定着品質が左右されやすい。また、加圧部材の温度が低い場合でも定着品質が満足するように加熱部材温度が制御されているため、加圧部材温度が高くなり、その温度により記録媒体が十分に加熱される状態となると、必要以上の熱量を記録媒体に与えてしまう不具合がある。

このため、特許文献１および特許文献２に示されるような、記録媒体情報を用いるのみで加圧部材温度を同時に考慮しない方法では、記録媒体温度を所望の値に制御することは困難であり、必ずしも定着品質を一定にできず、また過剰なエネルギーを消費するという問題があった。

本発明は、従来の定着制御における上述の問題を解決し、印刷条件や記録媒体によらず定着後の記録媒体温度を所定の温度になるように制御することが可能で、定着品質の安定化と過剰なエネルギー消費を低減することのできる定着制御方法、定着装置ならびに画像形成装置を提供することを課題とする。

この課題を解決するため、本発明は、未定着画像を担持した記録媒体を加熱する定着部材と、該定着部材に圧接して該定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段とを有し、前記加熱手段が、記録媒体通紙方向と直交する方向における中央部を加熱する中央部加熱手段と端部を加熱する端部加熱手段からなる定着装置の制御方法であって、前記加圧部材の温度を検知する温度検知手段による測定値と、前記ニップ部を記録媒体が通過するニップ時間とに基づいて行う補正計算の結果を用いて、定着後の記録媒体温度が所定の温度になるように前記加熱手段をフィードバック制御する際に、前記中央部加熱手段の補正計算には前記中央部近傍のニップ時間を用い、前記端部加熱手段の補正計算には前記端部近傍のニップ時間を用いて、定着後記録媒体の温度が所定の温度範囲内となるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、印刷条件や記録媒体によらず、定着品質をほぼ一定にすることができる。また、トナーおよび記録媒体を過剰に加熱しなくなるため、定着装置で消費されるエネルギを低減することができる。

本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一例における概略構成を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の構成について説明する図である。 定着後の記録媒体温度の測定について説明する図である。 定着ローラ軸方向における記録媒体温度の測定位置を示す平面図である。 定着装置から排出される用紙の温度推移の一例を、定着装置断面図とともに示す模式図である。 温度測定器で定着後記録媒体温度を測定した後の数値の処理について示す図である。 定着強度ランクの測定方法を示す模式図である。 記録媒体を折り曲げる方法について説明する図である。 定着強度ランクの一例を示す図である。 定着強度ランクと定着後記録媒体温度との関係を示すグラフである。 定着後記録媒体温度とその時の定着後画像の光沢度の関係を示すグラフである。 加圧部材温度が制御されている場合の記録媒体温度の推移を示すグラフである。 加圧部材温度が制御されていない場合の記録媒体温度の推移を示すグラフである。 定着部材から熱を受けて記録媒体の温度が上昇する様子を示す図である。 従来構成における、定着設定温度が一定の場合の、加圧部材温度と定着後記録媒体温度の関係を示すグラフである。 本発明により定着部材設定温度を加圧部材温度に応じて補正した場合の定着後記録媒体温度を示すグラフである。 本発明を適用した場合と、非適用の場合における、連続印刷時の記録媒体温度を示すグラフであり、（ａ）図が非適用の場合、（ｂ）図が本発明を適用した場合である。 本発明の実施形態において、連続１００枚の印刷を行った場合の定着後記録媒体温度の推移を示すグラフである。 光沢度の異なるサンプルの評価結果を示すグラフである。 定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材温度と加圧部材温度の関係を示すグラフである。 ニップ時間と加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きと切片の関係を示すグラフである。 定着ローラ軸方向の位置におけるニップ幅とヒータの関係を示す図である。 記録媒体の坪量による、定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材設定温度と加圧部材温度の関係を示すグラフである。 記録媒体の熱伝導率による、定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材設定温度と加圧部材温度の関係を示すグラフである。 記録媒体の比熱による、定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材設定温度と加圧部材温度の関係を示すグラフである。 記録媒体の含水率による、定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材設定温度と加圧部材温度の関係を示すグラフである。 因子の組み合わせにより得られる特性値と、加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きと切片とを示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一例における概略構成を示す断面図である。図示の画像形成装置は、電子写真方式を採用するものであり、画像形成装置本体１００の上に画像読取装置２００を設置して複写装置として構成している。また、装置本体１００の右側面に両面ユニット３００を取り付けてなる。画像形成装置本体１００内には、中間転写装置１０を備える。中間転写装置１０は、複数のローラに掛けまわしてエンドレスの中間転写ベルト１１をほぼ水平に張り渡し、反時計まわりに走行するように設ける。

中間転写装置１０の下には、シアン、マゼンタ、イエロ、ブラックの作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋを、中間転写ベルト１１の張り渡し方向に沿って四連タンデム式に並べて設ける。各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋでは、図中時計まわりに回転するドラム状の像担持体のまわりに帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置などを設置して構成する。作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋの下には、露光装置１３を備える。

露光装置１３の下には、給紙装置１４を設ける。給紙装置１４には、記録媒体である用紙２０を収納する給紙カセット１５を、この例では二段に備えてなる。そして、各給紙カセット１５の右上には、各給紙カセット１５内の用紙２０を一枚ずつ繰り出して用紙搬送路１６に入れる給紙コロ１７を設けてなる。

用紙搬送路１６は、画像形成装置本体１００内の右側に下方から上方に向けて形成し、画像形成装置本体１００上に画像読取装置２００との間に形成する胴内排紙部１８へと通ずるように設ける。用紙搬送路１６には、搬送ローラ１９、中間転写ベルト１１と対向して二次転写装置２１、定着装置２２、一対の排紙ローラよりなる排紙装置２３などを順に設けてなる。搬送ローラ１９の上流には、両面ユニット３００から再給紙し、または両面ユニット３００を横切って手差し給紙装置３６から手差し給紙する用紙２０を用紙搬送路１６に合流する給紙路３７を設ける。また、定着装置２２の下流には、両面ユニット３００への再給紙搬送路２４を分岐して設けてなる。

そして、コピーを取るときは、画像読取装置２００で原稿画像を読み取って露光装置１３で書き込みを行い、各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋのそれぞれの像担持体上に各色トナー画像を形成し、そのトナー像を一次転写装置２５ｃ、２５ｍ、２５ｙ、２５ｋで順次転写して中間転写ベルト１１上にカラー画像を形成する。

一方、給紙コロ１７の１つを選択的に回転して対応する給紙カセット１５から用紙２０を繰り出して用紙搬送路１６に入れ、または手差し給紙装置３６から手差し用紙を給紙路３７に入れる。そして、用紙搬送路１６を通して搬送ローラ１９で搬送してタイミングを取って二次転写位置へと送り込み、上述したごとく中間転写ベルト１１上に形成したカラー画像を二次転写装置２１で用紙２０に転写する。画像転写後の用紙２０は、定着装置２２で画像定着後、排紙装置２３で排出して胴内排紙部１８上にスタックする。

用紙２０の裏面にも画像を形成するときには、再給紙搬送路２４に入れて両面ユニット３００で反転してから給紙路３７を通して再給紙し、別途中間転写ベルト１１上に形成したカラー画像を用紙２０に二次転写した後、再び定着装置２２で定着して排紙装置２３で胴内排紙部１８に排出する。

図２は、本発明に係る定着装置の構成について説明する図である。
この発明による定着装置２２は、ローラ形状の定着部材である定着ローラ１と、ローラ状の加圧部材である加圧ローラ２と、内部に加熱源５を備えた加熱ローラ４と、定着ローラ１と加熱ローラ４に架け回された定着ベルト３で構成され、定着ローラ１、加圧ローラ２のうちの一方のローラの回転軸は固定され、他方のローラの回転軸は移動自在として他方のローラが一方のローラに対して接離可能に支持され、かつ他方のローラが一方のローラに向けて図示しない付勢手段、例えばバネにより付勢されて、定着ローラ１と加圧ローラ２との間で定着ベルト３を介して定着ニップｎが形成される。定着ニップｎの長さ（用紙進行方向の長さ）がニップ幅Ｗである。加圧ローラ２には熱源を設けず、低熱容量のスポンジローラを用いた。また、加圧ローラ２には温度センサ７を設けた。

次に加熱源について説明する。
加熱ローラ４の内側にはハロゲンヒータ５が配置されており、定着ベルト３を加熱することができる。なお、ここでは加熱源としてハロゲンヒータの例を示したが、定着ベルト３を加熱する熱源はセラミックヒータや誘導加熱（ＩＨ）など、他の熱源でも構わない。また、図２ではローラ内部にヒータを配置する構成であるが、熱源から直接に定着ベルトを加熱する構成でも構わない。

次に、定着装置２２の温度制御方式について説明する。
図示の定着装置２２には、定着ベルト３に近接して定着ベルト３の温度を測定可能なように第１温度検知手段としての非接触式温度センサ６を設置する。また、定着装置２２には、この非接触式温度センサ６により、定着ベルト３の温度を検知し、指定された定着ベルト３の目標制御温度と検知された定着ベルト３の温度との間の温度偏差の情報を基にＰＷＭ駆動回路９２ｂを通してハロゲンヒータ５への印加電力を単位時間当たりの通電時間（＝デューティ）で制御する定着温度コントローラ９２ａが設けられている。

以上のような構成で、定着ニップｎを通過する用紙２０及びトナーへ与える熱量が所定の状態になるようにハロゲンヒータ５の電力を制御する。用紙２０が定着ニップｎを通過する際、定着ローラ１は用紙２０の未定着画像面に接して用紙２０を加熱し、加圧ローラ２は非画像面から用紙を加圧し、未定着画像は加熱・加圧されて用紙に定着される。

ここで、以下の説明で用いる「ニップ時間」という用語の定義について説明する。
ニップ時間とは「定着ニップ幅Ｗ／記録媒体の搬送速度」で定義される時間である。記録媒体上の一点を考えたとき、この一点にある記録媒体とトナーは定着ニップを通過するとき、ニップ時間だけ加熱され定着する。

次に定着後の記録媒体温度について説明する。
図３は、本発明を検証するため、図２の実施形態と同構成の装置に記録媒体温度測定センサを設置したものである。図３において、定着装置ニップ出口付近に、非接触式の温度測定器４０（記録媒体温度測定センサ）を設置し定着直後の用紙２０の温度を測定する。なお、後述するように、本発明は記録媒体温度測定センサを必要としない。

図４は、定着ローラ軸方向における記録媒体温度の測定位置を示す平面図である。この図に示すように、測定に使用する記録媒体としてはＡ４紙を使用し、長辺を先端として定着装置に通紙する。温度測定器４０の用紙幅方向（定着ローラ軸方向）の設置位置は、記録媒体の幅方向中央付近（図に点線で示す）を測定可能な位置とする。

図５は、定着装置２２から排出される用紙の温度推移の一例を、定着装置断面図とともに示す模式図である。この図に示すように、記録媒体２０は定着ニップで加熱され、ニップ通過後に外気によって冷却され、図中のグラフのような温度推移を示す。なお、図５において、時間Ａでの検知温度が、温度測定器４０による検知位置での検出温度である。

定着時の記録媒体温度を正確に知る上では、温度センサ測定位置は出来る限り定着ニップ部に近づけることが望ましいが、レイアウトの制約などを考慮して、具体的には定着ニップを出てから５０〜３００ｍｓｅｃ後、あるいは１０〜３０ｍｍの位置の記録媒体温度を測定できるように配置するとよい。

図６は、上記温度測定器４０で定着後記録媒体温度を測定した後の数値の処理について説明する図である。なお、測定のサンプリング周期は１０［ミリ秒］として定着後の記録媒体２０の温度測定を行う。その測定の結果、曲線Ｘのような温度波形が得られる。図では標示の簡素化のため、サンプリングポイントを１／１０程度に間引いている。次にこの波形から、実際に温度測定器４０が記録媒体温度を測定している部分のみを抽出する。なお温度センサ（温度測定器４０）にはスポット径があるので、抽出は記録媒体先端と後端でスポットが全て記録媒体上にのるＡ〜Ｂの範囲を抽出する。抽出を行った温度の平均値であるＹを得て、これを定着後記録媒体温度とする。

次に、上記のようにして測定された定着後記録媒体温度と、記録媒体とトナーとの定着性の関連について述べる。
まず、定着後記録媒体温度と定着強度の関係について述べる。

定着強度としては、用紙を折り曲げた際にトナーがどの程度用紙から剥離したかを持って評価し、剥離状態をランク付けする方法を用いる。
評価の手順を図７に示す。定着後の記録媒体２０をトナー面が内側となるように軽く曲げ、所定の重りを用いて折り目をつける。ここでは図８に示すように、円筒形の幅５０ｍｍ、重量１ｋｇの重り４１を用い、回転させながら記録媒体２０の折り曲げ部を一往復して折り目をつけた。

次に用紙を広げ、評価位置をウェスで軽く擦り、剥離したトナーを除去する。
そして、評価位置のトナー剥離状態を５段階のランク見本を用いてランク付けし、定着強度を判定する。ランク見本は図９のようなものとなっており、全域にわたって剥離するランク１からまったく剥離の無いランク５までが判定できる。

図１０は、上記の方法で評価した定着強度ランクと、定着後記録媒体温度との関係を示すグラフである。このグラフに示されるように、定着後記録媒体温度と定着強度ランクとは非常に強い相関を持っている。なお、評価時の環境条件は温度:２３℃、湿度：５０％であり、定着部材（本例では定着ベルト３）の設定温度は１８０℃、記録媒体２０の坪量は９０ｇである。

次に、定着画像品質の重要な評価指標の一つである画像の光沢度と、定着後記録媒体温度との関係について述べる。光沢度とは定着後画像の光沢性を表す指標であり、光沢度計という計測器により値が算出される。

実際に図３〜図６で説明した実験方法を用いて得られた定着後記録媒体温度とその時の定着後画像の光沢度の関係を図１１のグラフに示す。図１１のグラフに示されるように、定着後記録媒体温度と光沢度とは強い相関を持つ。また、この結果から得られた近似直線（図１１のグラフの直線）の傾きは、定着後記録媒体温度１０［℃］あたり光沢度１５［％］であった。

以上から、定着強度や光沢度といった定着品質を所望の値に制御するためには、定着後記録媒体の温度を狙いの温度に制御することが重要であることが判る。さらに、定着後記録媒体温度を一定にし、定着強度や光沢度を一定に保つことは省エネの観点からも好ましい。なぜなら、定着後記録媒体の温度が高いときには低い場合と比べるとより多くの熱エネルギーが記録媒体に消費されているためである。

ここで、従来の定着装置における、加圧部材温度による定着後記録媒体温度の変動について説明する。
加圧部材は、定着装置から記録媒体へ供給される熱量の一部を担っており、定着後記録媒体温度に対する影響が大きいが、従来装置においては加圧部材温度の定着部材温度への影響度が制御に反映されず、定着後記録媒体温度を変動させる要因となっていた。

図１２は、加圧部材温度が制御されている場合の記録媒体温度の推移を示すグラフである。加圧部材にヒータが設置されている熱定着装置においては、印刷条件によらず加圧部材温度が一定に制御可能なため、定着後記録媒体温度も一定になり、定着品質が一定に保たれる。

一方、近年の定着装置においては、省エネの観点から画像面側のみを温め、非画像面側の加圧部材に熱を溜め込まないようにするため、加圧部材にはヒータを設置しない、また設置された場合でも、印刷中には点灯しないといった手法が取られている。

さらに、このような定着装置では加圧部材の熱容量が小さく、使用状態によって加圧部材温度が容易に変化しやすくなってきている。図１３のグラフに、加圧部材温度が制御されていない場合の記録媒体温度の推移を示す。このような定着装置ではスリープモードに入ったり、連続通紙を行うといったことで、経時的な加圧部材の温度は容易に変化するため、記録媒体温度も容易に変化し、定着品質を落としたり、必要以上のエネルギを使用する原因となっている。

定着後記録媒体温度を加圧部材温度によらず一定に保つための最も単純な方法としては、図３に示したような温度センサを設置し、記録媒体温度を直接検知したうえでフィードバック制御を行うことである。しかし、この方法では高額なセンサの追加により、画像形成装置のコストアップが避けられない。

そこで、本発明においては、定着後記録媒体温度を検知する温度検知手段（記録媒体温度測定センサ）を設けずに、定着後記録媒体温度を一定に制御しようとするものである。
次に、本発明による定着後記録媒体温度を一定に制御する方法について述べる。

本発明では、定着後記録媒体温度を検出して制御に用いるのではなく、加圧部材温度に応じた補正計算により定着後記録媒体温度を一定にする。そのため、上記のようなセンサ追加によるコストアップは生じない。

まず、以下に説明する検討内容において使用した、シミュレーションの説明を行う。
熱定着装置に記録媒体を通した際の現象は、熱伝導が支配的な伝熱現象であり、この伝熱現象を模擬したシミュレーションを用いる必要がある。このシミュレーションは、図１４に示すように、定着ニップ部を記録媒体２０が通過し、定着部材から熱を受けて温度が上昇する様子を模擬する。

次にこのシミュレーションの原理について説明する。
定着部の温度は、次の熱伝導方程式を基礎式として求めることができる。

この式において、θは温度、ρは部材の密度、ｃは部材の比熱、λは部材の熱伝導率である。
熱伝導方程式は非線形のため、容易に解析解を求めることができない。本例では、差分法により近似し数値解を求めることで、定着後の紙温度のシミュレーションを行った。

次に、検知した加圧部材温度により定着後記録媒体温度を制御する方法について述べる。
図１５は、従来構成における、定着設定温度が一定の場合の、加圧部材温度と定着後記録媒体温度の関係を示すグラフである。グラフの横軸は加圧部材温度、縦軸は右側が定着部材設定温度、左側が定着後記録媒体温度である。このグラフに示されるように、従来の制御では加圧部材温度が高くなると、定着設定温度が一定でも、定着後の記録媒体温度も高くなり、望ましい定着後記録媒体温度（図中の破線）にすることはできない。加圧部材温度の影響度を用いなければ、定着後の記録媒体温度を常に望ましい値に保つことはできない。

一方、本発明では、定着後記録媒体温度に対して影響の大きい因子である加圧部材温度を用いて定着後記録媒体温度を一定に制御する。図１６のグラフに、定着部材設定温度を加圧部材温度に応じて補正した場合の定着後記録媒体温度を示す。このグラフから分かるように、加圧部材温度に応じて定着部材の設定温度を補正することによって、定着後の記録媒体温度を望ましい温度（ここでは１３０℃）維持できている。

上記の、加圧部材温度の影響度を用いなければ、定着後の記録媒体温度を常に望ましい値に保つことはできない、という課題に対する対策としては、定着部材温度を加圧部材温度に応じて制御する、ニップ時間を加圧部材温度に応じて制御する、といった方法が考えられるが、本発明では記録媒体温度に対して最も感度があり制御性の良い、定着部材温度の制御により行う。具体的には、加圧部材温度に応じて、定着部材の設定温度を変更することでこれを行えばよい。つまり、加圧部材温度が比較的高い場合には定着部材設定温度を下げることで、定着後記録媒体温度を望ましい温度に一定に制御することができる。

次に本発明を適用することにより得られる結果について述べる。
図１７は、本発明を適用した場合と、非適用の場合における、連続印刷時の記録媒体温度を示すグラフであり、（ａ）図が非適用の場合、（ｂ）図が本発明を適用した場合である。

連続印刷を行う機会が比較的高い中速機（Ａ４紙３０枚／分〜６０枚／分）では、連続印刷時において加圧部材温度の時間的変化が問題となる。本発明を適用しない場合には（ａ）図に示すように、連続印刷を行う際の通紙初期において加圧部材の蓄熱量は少なく、すなわち加圧部材温度が低いため、定着後記録媒体温度も低いが、連続印刷の終盤では加圧部材温度が上昇することで、定着後記録媒体温度も上昇し定着品質をばらつかせてしまう。

一方、本発明を適用した場合においては、（ｂ）図に示すように、連続印刷時に加圧部材温度が徐々に上昇しても、それに伴って定着部材温度が下げられるために、記録媒体温度は一定に保たれ、定着品質が所定の値に保たれるとともに、余計な熱量を使用しないで済む。

図１８は、本発明の実施形態において、連続１００枚の印刷を行った場合の記録媒体温度（定着後記録媒体温度）の推移を示すグラフである。
一般的なオフィス環境においては、数千枚もの記録媒体に対して印刷した結果により評価を行うことは意味がなく、通常使用される程度の枚数に対して評価を行う方がより正確な評価結果が得られる。またこのとき、定着後記録媒体温度の制御幅としては、５℃以内とすることが重要である。

まず、定着制御幅を５℃以内とする意味を述べる。
まず光沢度がどの程度変動すると人は、それを光沢度変動と感じるかの実験を行った。評価に用いる画像サンプルとしては以下の条件で印刷を行ったものを使用した。
［実験条件］
環境温度：２３℃
ニップ時間：４５ｍｓｅｃ
紙種：塗工紙／坪量１８０（ｇ／ｍ^２）
使用トナー：ポリエステル系重合トナー／ブラック
定着部材表面材料：ＰＦＡ

まず上記の実験条件で光沢度の異なる画像サンプルを作成した。画像サンプルの作り方としては定着部材の温度を設定し、約１５分間放置させて十分に定着装置全体に熱が蓄熱された状態にしておき、画像を記録媒体上に定着させた後、光沢度計により光沢度を求めた。光沢度計では画像の光沢度測定のために光を画像上に入射光を照射し反射光を測定している。今回は入射光の、入射角を６０°となるようにした。一般的なオフィスで使用される画像形成装置による画像の評価では６０°が広く使用されるためである。光沢度計にはＭＩＮＯＬＴＡ社のＵｎｉ＿Ｇｒｏｓｓ＿６０を使用した。また、定着部材の設定温度を徐々に変えていき、光沢度の異なるサンプルを作成した。光沢度差のサンプルとしては５％、７．５％、１０％の三つを用意し評価を行った。

次に、作成したサンプル２枚を主観評価者に比べてもらい、その差が気になるかどうかの意見を聞くという作業を複数人数に対して行い調査した。評価結果を、次の表１に表で、図１９にグラフで示す。

この実験から、７．５％と１０．０％との間で気になると答えた人数は大きく変動している。よって、閾値としては７．５％とすることが適切である。この閾値を下回る光沢度変動量とすることが、定着品質としては重要である。一方で、図１１の結果から光沢度変動量を閾値の７．５％以下とするには定着部材温度の変動量は５℃とすることが必要となる。

本発明においては、図１８のように１００枚通紙に対して定着後の記録媒体温度がほぼ一定となるように最適化を行った結果、１００枚通紙に対しては、定着後記録媒体温度の制御幅を５℃以内にすることができた。

次に、本発明における、加圧部材温度の影響度を補正する方法について説明する。
加圧部材温度の影響度はニップ時間により変化する。そのため、図１６に示した、定着後記録媒体温度を一定にするための加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きを、ニップ時間により補正することが望ましい。

まず、加圧部材温度の影響がニップ時間によりどのように変化するかを実験及びシミュレーションで検討した。
図２０は、定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材温度と加圧部材温度の関係を示すグラフである。用紙坪量は７０ｇ／ｍ^２ として検討した。このグラフに示すように、ニップ時間が長いほど、直線の傾きが大きいことがわかる。

直線の傾きの大きさは加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響度を示しており、ニップ時間が長いほど加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことを示す。ニップ時間が長い場合、加圧部材から記録媒体に伝わる熱量が大きくなるためであると考えられる。

次にこの結果から、図２１のニップ時間と加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きと切片の関係を得た。（ａ）図が傾き、（ｂ）図が切片である。
このグラフに示されるように、ニップ時間は傾き及び切片に対しては強い相関をもち、回帰分析により近似直線を描くことができる。上記二つの近似直線の係数を予め求めて、メモリ上に記憶しておく。

図２１より、加圧部材温度に対する定着部材設定温度の直線の傾きおよび切片は下記数式として得られたため、この２式の係数値をメモリ上に記憶しておく。
傾き：ｙ１＝−０．００２７＊ｘ−０．１８１２
切片：ｙ２＝０．１２８２＊ｘ＋１７６．７
ここで、ｘはニップ時間、ｙ１およびｙ２は加圧部材温度に対する定着部材設定温度の直線の傾きおよび切片を表す。

ニップ時間が得られると上記ｙ１とｙ２が決まるため、加圧部材温度に対する定着部材設定温度の直線が下記数式として得られる。
Ｙ＝ｙ１＊Ｘ＋ｙ２

上記手順により、図２０に示すような、あるニップ時間の場合の直線が得られる。センサなどにより加圧部材温度が分かると、この直線から定着部材の設定温度を決めることができる。

次に、定着装置の長手方向（定着ローラ１の軸方向＝用紙搬送方向と直交する方向）を考慮して定着装置の補正計算を行う方法について述べる。
この補正計算においては、定着装置の長手方向中央付近と端部付近でニップ時間が異なることから、それを考慮した補正を行う必要がある。理由は以下の通りである。

近年の定着装置においては記録媒体を定着装置に通紙した場合のシワ発生防止のために、図２２に示すように定着装置長手方向の中央付近のニップ幅Ｗ１と端部付近のニップ幅Ｗ２を変えている。中央付近に対して端部付近のニップ幅を増やすことで、通紙される記録媒体には長手外方向外側に引っ張られる力が働きシワを抑えることができるためである。一方で記録媒体の搬送速度は中央付近も端部付近も同じであり、そのためニップ時間は中央付近が短く端部付近が長くなる。

多くの定着装置には、小サイズの記録媒体を通紙したときに非通紙部のみが温度上昇することを防止するため、図２２に示すように、中央付近に発熱領域を有するヒータ７１と、端部付近に発熱領域を有するヒータ７２，７２が設置され、小サイズの記録媒体を通紙する場合にはヒータ７１のみが点灯し、小サイズでない記録媒体を通紙する場合にはヒータ７１とヒータ７２（７２，７２）を両方点灯させる。

小サイズでない記録媒体を通紙するとき、上述した通りＷ１とＷ２が異なるため、Ｗ２の領域の記録媒体温度が上がる傾向がある。ここで、Ｗ１の領域においてはＷ１のニップ幅を使用して補正計算を行いヒータ７１を点灯し、Ｗ２の領域においてはＷ２のニップ幅を使用して補正計算を行いヒータ７２を点灯することで、中央付近と端部付近両方に対して適切な補正を行うことができる。

なお、先の例ではニップ時間に対して、加圧部材温度による記録媒体温度への影響を計算し、定着部材設定温度を決定する例を示したが、ニップ時間に加えて他の因子も用いることでより精度よく補正を行うことができる。ニップ時間の他に、加圧部材温度が定着後記録媒体に及ぼす影響度を変える因子には、記録媒体の坪量、熱伝導率、比熱、記録媒体の含水率がある。

以下、各因子の影響について説明する。
まず、加圧部材温度の影響が記録媒体の坪量によりどのように変化するかを実験及びシミュレーションで検討した。図２３のグラフは、定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材設定温度と加圧部材温度の関係を示している。ニップ時間は５０ｍｓｅｃとして検討した。

図２３のグラフに示すように、坪量が小さいほど直線の傾きが大きいことがわかる。つまり、坪量が小さいほど加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことを示す。加圧部材から記録媒体に伝わる熱は坪量が小さければ速くに到達するためであると考えられる。

次に加圧部材温度の影響が記録媒体の熱伝導率によりどのように変化するかを実験及びシミュレーションで検討した。図２４のグラフは、定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材設定温度と加圧部材温度の関係を示している。ニップ時間は５０ｍｓｅｃ、記録媒体の坪量は７０ｇ／ｍ^２ として検討した。

図２４のグラフに示すように、熱伝導率が大きいほど、直線の傾きが大きいことがわかる。つまり、熱伝導率が大きいほど加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことを示す。加圧部材から記録媒体に伝わる熱は熱伝導率が大きいほど速くに到達するためであると考えられる。

次に加圧部材温度の影響が記録媒体の比熱によりどのように変化するかを実験及びシミュレーションで検討した。図２５のグラフは、定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材設定温度と加圧部材温度の関係を示している。ニップ時間は５０ｍｓｅｃ、記録媒体の坪量は７０ｇ／ｍ^２ として検討した。

図２５に示すように、若干ではあるが比熱が小さいと、直線の傾きが大きいことがわかる。つまり比熱が小さいほど加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことを示す。加圧部材から記録媒体に伝わる熱は比熱が小さいほど速くに到達するためであると考えられる。

次に加圧部材温度の影響が記録媒体の含水率によりどのように変化するかを実験及びシミュレーションで検討した。図２６のグラフは、定着後に同じ記録媒体温度となる為の定着部材設定温度と加圧部材温度の関係を示している。ニップ時間は５０ｍｓｅｃ、記録媒体の坪量は７０ｇ／ｍ^２ として検討した。

図２６のグラフに示すように、若干ではあるが含水率が小さいと、直線の傾きが大きいことがわかる。含水率が小さいほど記録媒体の見かけ上の熱伝導率が上がるためであると考えられる。

ここで、図２７の概念図を使って、加圧部材温度による記録媒体温度への影響度が、ニップ時間に加えて他の因子を組み合わせて補正する場合、これらの因子を組み合わせてある特性値を考える。この特性値は、加圧部材温度の影響度を変える因子の性質を考慮した上で、重回帰分析などにより得られる。つまり、加圧部材温度に対する定着部材設定温度の近似直線の傾きと切片をよく表現できるような、特性値を作り、この値により補正を行う。図２７の（ａ）図は傾き、（ｂ）図は切片である。

加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きを予め実験あるいはシミュレーションで取得しておき、それらを元に、加圧部材設定温度と定着部材設定温度の関係を示す直線の傾きと切片を求め、さらにその傾きと切片によって求まる加圧部材温度に応じた定着部材設定温度を求め、その定着部材設定温度で制御することにより、記録媒体温度をより狙いの温度に近づけることができる。

さらにこの例と同様に、３つ以上の因子の組み合わせにおいても、特性値を作り出すことによって対応することができる。
上記説明したように、本発明においては、加圧部材の温度を検知する温度検知手段による測定値と、定着ニップを記録媒体が通過するニップ時間とに基づいて行う補正計算の結果を用いて、定着後の記録媒体温度が所定の温度になるように定着部材を加熱する加熱手段（例えば定着ヒータ）をフィードバック制御し、中央部加熱手段（例えば中央ヒータ）の補正計算には長手方向（例えば定着ローラ軸方向）中央近傍のニップ時間を用い、端部加熱手段（例えば端部ヒータ）の補正計算には長手方向（例えば定着ローラ軸方向）端部近傍のニップ時間を用いることで、定着品質をほぼ一定にすることができる。また、トナーおよび記録媒体を過剰に加熱しなくなるため、定着装置で消費されるエネルギを低減することができる。

また、補正計算にさらに記録媒体の坪量か記録媒体の熱伝導率か記録媒体の比熱か記録媒体の含水率のいずれか一つ以上を用いることで、より正確な加熱手段への通電量（例えば定着ヒータ点灯量）を算出できるため、ほぼ一定の定着品質を得ることができ、同時に定着装置の消費エネルギを低減することができる。

以上、本発明を図示例に基づき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。
また、定着装置及び画像形成装置としては、本発明を適用可能であれば任意な構成を採用可能である。実施形態の説明中でも述べたが、定着部材を加熱する熱源（加熱手段）としては、実施例のハロゲンヒータに限らず、セラミックヒータや誘導加熱（ＩＨ）など適宜な加熱手段を用いることができる。また、図２では定着部材としてベルト（定着ベルト）を用いる形態を示したが、定着部材としてローラ（定着ローラ）を用いるヒートロール方式も可能である。また、画像形成装置としては複写機あるいはプリンタに限らず、ファクシミリや複数の機能を備える複合機であっても良い。

１ 定着ローラ（定着部材）
２ 加圧ローラ（加圧部材）
３ 定着ベルト（定着部材）
４ 加熱ローラ
５ ハロゲンヒータ（加熱手段）
６，７ 温度センサ（温度検知手段）
２０ 記録媒体
２２ 定着装置
１００ 画像形成装置本体
２００ 画像読取装置
３００ 両面ユニット

特開平６−３０１３３６６号公報 特開２００６−１９５４２２号公報

Claims (5)

1. 未定着画像を担持した記録媒体を加熱する定着部材と、該定着部材に圧接して該定着部材との間にニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段とを有し、前記加熱手段が、記録媒体通紙方向と直交する方向における中央部を加熱する中央部加熱手段と端部を加熱する端部加熱手段からなる定着装置の制御方法であって、
   前記加圧部材の温度を検知する温度検知手段による測定値と、前記ニップ部を記録媒体が通過するニップ時間とに基づいて行う補正計算の結果を用いて、定着後の記録媒体温度が所定の温度になるように前記加熱手段をフィードバック制御する際に、前記中央部加熱手段の補正計算には前記中央部近傍のニップ時間を用い、前記端部加熱手段の補正計算には前記端部近傍のニップ時間を用いて、定着後記録媒体の温度が所定の温度範囲内となるように制御することを特徴とする定着制御方法。
2. 前記所定の温度範囲が５℃であることを特徴とする、請求項１に記載の定着制御方法。
3. 前記補正計算を行う際に、記録媒体の坪量、記録媒体の熱伝導率、記録媒体の比熱、記録媒体の含水率のいずれか一つ以上の因子を加味することを特徴とする、請求項１又は２に記載の定着制御方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着制御方法を用いることを特徴とする定着装置。
5. 請求項４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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