JP2014178667A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置の検知情報を基に予備加熱領域を変更することで、省エネルギー性を向上させる。
【解決手段】定着部材２８，３８と、定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材３０と、電源からの電力により定着部材を加熱する、記録材搬送方向と直交方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱手段５６と、加熱手段の温度を検知する温度検知手段３６と、加熱手段を制御する外部加熱制御手段４２とを有し、定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置１２であって、記録材上の非画像領域に対応する定着部材の部位の温度が画像領域に対応する定着部材の部位の温度より低くなるように、制御手段４２は各加熱領域を独立して制御し、画像領域が定着ニップ部に入る前に各加熱領域を予備的に加熱するための予備加熱領域ｍ，ｍ’が設定され、制御手段４２は、温度検知手段の検知結果に応じて予備加熱領域の大きさを変更する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置における熱方式の定着装置、及びこの定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体上に画像情報に基づいてトナー像を形成し、該トナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力によりトナー像を記録材上に固定する。

熱ローラ方式の定着装置は、ハロゲンヒータや誘導加熱のコイルなどの加熱源により加熱される定着ローラと加圧ローラでニップ部を形成し、画像を担持した記録材をニップ部に通すことで、熱と圧力によりトナーを溶融させて定着させる。定着ローラ方式は安全性や高速機への対応性等の観点から広く用いられている。

しかしながら、定着ローラの芯金が金属製であり熱容量が大きいため、所定の定着温度に達するまでに数分の時間がかかる。このため、非使用時でも定着ローラをある程度の温度に維持する待機時余熱が必要であるため、消費エネルギーが多いという問題があった。

省エネルギーを実現する定着装置としては、ベルト及びフィルム方式が頻繁に用いられており、断熱ローラを外部から加熱する方式や、さらに画像情報を基に画像領域のみを選択的に加熱する技術が提案されている。

省エネルギーな定着方式としてフィルム方式がある。
これは例えば特許文献１に記載されているように、薄肉円筒状の耐熱性フィルムに接触する板状加熱体と加圧ローラでフィルムと記録材を密着させるように挟み込み、熱エネルギーを記録材に与える構成である。フィルムが約１００μｍ程度と薄いため、実質的に立ち上げ時間は熱容量の小さい板状加熱体の温度を上昇させるだけで済む。このため、立ち上がり時間を短縮し、予熱電力を削減することができる。

さらに、記録材上に形成された画像に合わせ、加熱体の制御温度、加熱域を変化させ、非画像領域（画像形成領域における画像が存在しない部分）へのエネルギー供給を削減することで、省エネルギーを可能とする構成が開示されている。

特許文献２では、サーマルヒータの発熱体の素子ごとの温度を測定して適正な熱を供給することで、周囲温度の影響も考慮し、かつ紙面上のトナー部分にのみ熱を加える構成が開示されている。

特許文献３は、ローラを外部から加熱する定着方式を採用している。外部から加熱することで定着ローラ表層近傍に蓄熱した熱でトナー溶融を行うことができる。よって、定着ローラ全体を加熱する内部加熱方式に比べて立ち上がり時間が短く、エネルギーロスが少ないという利点がある。特許文献１，２と同様に画像領域だけを選択的に加熱すると共に、定着設定温度よりも低い第二の設定温度を有する構成が開示されている。

従来、記録材全面に画像が形成された場合でも十分な定着が可能なように、定着装置に対して最大のエネルギー供給量が設定されている。

ところで、画像領域を選択的に加熱する場合、画像領域が定着ニップ部に入る前から電力を投入すること、すなわち予備加熱領域を設定する必要がある。これは、発熱体からなる加熱部材が昇温するのに所定の時間が必要になるからであるが、未定着画像のない非画像領域を加熱することになるため、予備加熱領域はできるだけ小さいことが望ましい。

そこで、本発明は、定着装置の検知情報を基に予備加熱領域を変更することで、省エネルギー性を向上させることを課題とする。

この課題を解決するため、本発明は、未定着画像に接触して回転する定着部材と、該定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、電源からの電力により該定着部材を加熱する、記録材搬送方向と直交方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱手段と、該加熱手段の温度を検知する温度検知手段と、該加熱手段を制御する外部加熱制御手段とを有し、該定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置であって、該記録材上の非画像領域に対応する該定着部材の部位の温度が画像領域に対応する該定着部材の部位の温度より低くなるように、該外部加熱制御手段は各加熱領域を独立して制御し、該画像領域が該定着ニップ部に入る前に各加熱領域を予備的に加熱するための予備加熱領域が設定され、該外部加熱制御手段は、該温度検知手段の検知結果に応じて該予備加熱領域の大きさを変更することを特徴とする定着装置を提案する。

本発明によれば、予備加熱領域を設定する場合でも予備加熱領域をできるだけ小さくすることができ、省エネルギー化を図ることができる。

画像形成装置の断面の模式図である。 定着装置の断面の模式図である。 定着装置の概略斜視図である。 用紙上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。 用紙上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。 別な定着装置の断面の模式図である。 １０個に分割されたヒータの模式図である。 別な定着装置の断面の模式図である。 別な定着装置の断面の模式図である。 外部加熱方式の定着装置の模式図である。 用紙上の画像領域、非画像領域、予備加熱領域を示す図である。 定着ローラの目標温度と位置の関係を示す図である。 予備加熱領域の付近を拡大した図である。 各ヒータの検知結果に基づいて予備加熱領域を設定する際のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１に、画像形成装置の断面の模式図を示す。図示のように、本実施形態に係る画像形成装置の一例としてのプリンタ２は、給紙手段４、レジストローラ対６、像担持体としての感光体ドラム８、転写手段１０、定着装置１２等を有している。

給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６等を有している。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐはレジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれを矯正される。その後用紙Ｐは、感光体ドラム８の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングで、レジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。

感光体ドラム８の周りには、矢印で示す回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ１８と、図示しない露光手段の一部を構成するミラー２０と、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２と、転写手段１０と、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４等が配置されている。帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、感光体ドラム８上の露光部２６にミラー２０を介して露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。

プリンタ２における画像形成動作は従来と同様に行われる。すなわち、感光体ドラム８が回転を始めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。

この静電潜像は感光体ドラム８の回転により現像手段２２へ移動し、ここでトナーが供給されて静電潜像は可視像化され、トナー像が形成される。感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｐ上に転写手段１０による転写バイアス印加により転写される。トナー像を担持した用紙Ｐは定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。

転写部位Ｎで転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、このクリーニング手段２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体ドラム８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

図２及び図３に示すように、実施形態１としての定着装置１２は外部加熱方式である。定着装置１２は、未定着画像に接触して回転する定着部材としての定着ローラ２８、この定着ローラ２８との間で定着ニップ部ＳＮを形成する加圧部材としての加圧ローラ３０、商用電源からの電力により定着ローラを加熱する加熱手段としてのサーマルヒータ５６などを有している。このサーマルヒータ５６と電源４０とにより外部加熱手段が構成されている。

サーマルヒータ５６は、用紙Ｐの幅方向に等間隔で配置された複数（本実施形態では７つ）のヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇを有している。各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇは、各加熱領域に対応し、それぞれ独立に加熱可能となっている。

定着ローラ２８の定着ニップ部ＳＮの下流であってヒータ５６の上流に表面温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ３４、ヒータ５６の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ３６、ヒータ５６に電力を供給する電源４０、サーミスタ３４，３６の検知情報に基づいて電源４０を制御する外部加熱制御手段４２が設けられている。

ここで、外部加熱制御手段４２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータを意味する。

定着ローラ２８は、外径が５０ｍｍで厚みが３ｍｍのアルミニウム製の芯金２８ａと、この芯金２８ａの表面に被覆された断熱層２８ｂを有している。断熱層２８ｂはシリコンゴムで形成されており厚みは４ｍｍである。断熱層２８ｂは、その断熱機能をより高めるために、熱の拡散が少ない発泡シリコンゴムで形成してもよい。

定着ローラ２８の断熱層２８ｂの上にはニッケルからなる良熱伝導層２８ｃが形成されている。しかし、この良熱伝導層２８ｃは、ニッケルに限らず、ステンレスなどの鉄系合金、アルミニウムや銅などの金属系、グラファイトシート等でもよく、熱伝導性が少なくとも断熱層２８ｂより高ければよい。

定着ローラ２８に良熱伝導層２８ｃを形成することで、サーマルヒータ５６の発熱むらによる定着ローラ２８の表面温度の局部的な温度むらが低減される。各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇ間の発熱しない領域でも熱が迅速に伝わることにより、画像の定着むらが低減される。

また、良熱伝導層２８ｃの作用によって、サーマルヒータ５６が加熱する領域よりもやや広い領域の温度が上昇するため、画像との若干のずれを補償することができるという利点もある。換言すれば、サーマルヒータ５６を構成する各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇの大きさや間隔等の設定において設計自由度が大きいという利点がある。

また、定着ローラ２８の耐久性を高め、離型性を確保するために、断熱層２８ｂの表面にＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが２０〜８０μｍの離型層を形成してもよい。

加圧ローラ３０は、外径が５０ｍｍで厚みが４ｍｍの鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの表面に被覆された弾性層３０ｂを有している。弾性層３０ｂはシリコンゴムで形成されており厚みは５ｍｍである。弾性層３０ｂの表面には、離型性を高めるために厚みが５０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成するのが望ましい。

加圧ローラ３０は図示しない付勢手段により定着ローラ２８に圧接されている。ヒータ５６は図示しない付勢手段により定着ローラ２８の表面に押し当てられている。

以下に述べるとおり、画像情報に応じて各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇを制御することにより、省エネルギー化を実現することができる。

サーマルヒータ５６による加熱効率が低く、定着ローラ２８の表面温度を所定の定着温度に昇温させることが困難である場合には、定着温度よりやや低い温度まで定着ローラ２８内部のハロゲンヒータ５８で加熱しておき、画像領域に対応した部位をサーマルヒータ５６により昇温させることで、エネルギー消費を低減することができる。

用紙Ｐ上の画像形成領域全体に画像が形成される場合には定着ローラ２８全体を加熱するため、画像情報に基づいた加熱制御は必要ないが、このような場合には、ハロゲンヒータ５８のみで定着温度に立ち上げてもよい。また、立ち上げ時のみハロゲンヒータ５８とサーマルヒータ５６の両方に同時に通電して立ち上げ時間をより短くしてもよい。

次に、加熱制御について説明する。
外部加熱制御手段４２は、用紙Ｐ上に画像を形成するための画像情報に基づいて、サーマルヒータ５６の加熱割合を変化させる。

先ず、図４は、用紙Ｐ上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。図４（ａ）は、用紙Ｐの搬送方向の先端側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂ、画像領域ａ’が存在する画像形成パターンを示したものである。定着対象のトナーが存在する画像領域ａと画像領域ａ’は定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｂでは定着の必要はない。

図４（ｂ）は、用紙Ｐの搬送方向の先端側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂが存在する画像形成パターンを示したものである。定着対象のトナーが存在する画像領域ａは定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｂでは定着の必要はない。

図５は、用紙Ｐ上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。図５（ａ）は、用紙Ｐの搬送方向と直交方向（定着ローラの長手方向）に、画像領域ｃ、非画像領域ｄが存在する画像形成パターンを示したものである。定着対象のトナーが存在する画像領域ｃは定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｄでは定着の必要はない。

図５（ｂ）は、用紙Ｐの搬送方向の直交方向の画像領域ｅ、用紙Ｐの搬送方向の先端側の画像領域ｆ、用紙Ｐの搬送方向の非画像領域ｈが存在する画像形成パターンを示したものである。定着対象のトナーが存在する画像領域ｅ，ｆは定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｈでは定着の必要はない。

図４（ａ）において、図示しない画像処理装置から上記パターンの画像情報が外部加熱制御手段４２へ入力されると、非画像領域ｂに対応する定着ローラ２８の部位の温度が、画像領域ａ，ａ’に対応する定着ローラ２８の部位の温度よりも低くなるように、外部加熱制御手段４２は電源４０及びヒータ５６を制御する。

ここで、画像領域又は非画像領域に対応する定着ローラ２８の部位とは、画像領域又は非画像領域に密着する定着ローラ２８の部位という意味である。すなわち、用紙幅全体にわたって分布している画像領域ａに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｇの全域に電力を供給する一方、非画像領域ｂに対応するローラ部位では供給電力を低減する。そして、用紙後端の画像領域ａ’に対応するローラ部位が定着温度に達するように、再びヒータ５６ａ〜ｇに電力を供給する。

図４（ｂ）においても同様に、画像領域ａに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｇの全域に電力を供給する一方、非画像領域ｂに対応するローラ部位では供給電力を低減する。

図５（ａ）では、用紙幅半分にわたって分布している画像領域ｃに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｇに電力を供給する。具体的には、外部加熱制御手段４２は、非画像領域ｄに対応する定着ローラ２８の部位の温度が、画像領域ｃに対応する定着ローラ２８の部位の温度よりも低くなるように、例えばヒータ５６ｅ〜ｇの供給電力をヒータ５６ａ〜ｄの供給電力より小さくする。

図５（ｂ）では、用紙幅全体にわたって分布している画像領域ｇに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｄの全域に電力を供給する。その後は、用紙幅半分にわたって分布している画像領域ｅに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、例えばヒータ５６ａ〜ｄの供給電力をヒータ５６ｅ〜ｇの供給電力より大きくする。

この際、実際の供給電力は図中の斜線部で投入される。この斜線部は、ヒータ５６ａ〜ｄの各加熱領域を予備的に加熱するための予備加熱領域であり、画像領域がニップ部に入る前に供給電力が投入される。この予備加熱領域は、主にヒータの周方向の長さや、ヒータ自身にも昇温時間が必要となることを考慮した領域である。予備加熱領域は、省エネルギーの観点からできるだけ小さいことが望ましい。

加熱制御としては、非画像領域ｂ，ｄ，ｈに対応する部位で電力供給を完全に停止してもよいが、温度が下がり過ぎると、次の画像領域（図４（ａ）では画像領域ａ’）での定着温度への立ち上がり応答性が悪くなる。そのため、ヒータを点滅させ又はヒータに低電力を供給することで、定着ローラ２８の温度を所定値以上に保つことが望ましい。

このように、非画像領域ｂ，ｄ，ｈに対応するローラ部位でもヒータへの給電は行なわれるが、供給電力は削減されるため、省エネルギー化が可能となる。

本実施形態では、ヒータ５６を定着ローラ２８の表面に接触させて加熱する構成としたが、外部加熱制御手段４２をコイルとインバータで構成し、ＩＨ方式による非接触加熱方式としてもよい。励磁コイルは、例えば絶縁被覆を施したφ０．０５〜０．２ｍｍ程度の導線を５０〜５００本程度撚り合わせたリッツ線を５〜１５回巻き回したものである。この方式においても画像情報に基づいて定着ローラ２８の温度を制御することができるため、上記と同様に省エネルギー化が実現される。

次に、図６及び図７に基づいて実施形態２としての定着装置１２を説明する。
本実施形態における定着装置１２では、ヒータ５６が、板状基体に発熱抵抗体を載置したサーマルヒータやセラミックヒータなどで構成されている。ヒータ５６は、ベルト（フィルム）の内部に配置され、その熱でベルト（フィルム）の温度を上昇させることで、定着ニップ部ＳＮに搬送される未定着画像を加熱して定着する。

サーマルヒータ５６は定着ニップ部ＳＮよりも上流側に配置されている。これは、ベルト（フィルム）の内部に配置されたヒータ５６からの熱が定着ローラ２８の表面に達するまでに多少時間がかかることを考慮したものである。しかしながら、ヒータ５６は定着ニップ部ＳＮの近傍に配置されてもよい。これは外部加熱方式の場合も同様である。

図７に示すように、板状加熱手段であるヒータ５６は、紙搬送方向と直角方向に分割された複数の加熱領域を有しており、各ヒータ５６は独立に加熱制御が可能である。本実施形態では、ヒータは１０個に分割されている。

定着部材としての定着ベルト３８は、外径が５０ｍｍで厚みが４０μｍのＳＵＳ製の基体３８ａと、この基体３８ａの表面に被覆された弾性層３８ｂを有している。弾性層３８ｂは、シリコンゴムで形成されており厚みは１００μｍである。

定着ベルト３８の表面には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが２０〜８０μｍの離型層３８ｃが形成されている。また、定着ベルトの基体３８ａはポリイミドとしてもよい。

定着ベルト内部には、支持部材６１があり、ニップ部ＳＮの箇所には押圧部材６０が設置され、図示しない外部部材と接続されて定着部材を支持している。

図８は、実施形態３としての定着装置１２を示している。図示のように、板状加熱手段であるヒータ５６は定着ニップ部ＳＮの箇所に配置されてもよく、これによりヒータ５６は押圧部材としての機能を兼有することができる。他の構成は図６と同様である。
また図示はしないが、図６に示すベルトやフィルム構成を図２に示す外部加熱方式により加熱してもよい。

図９は、実施形態４としての定着装置１２を示す断面図である。
図に示すように、定着装置１２は、定着回転体としての定着ベルト３８と、定着ベルト３８に当接してニップ部ＳＮを形成する対向部材（又は対向回転体）としての加圧ローラ３０と、定着ベルト３８を加熱する加熱部材としてのヒータ５６とを備える。ヒータ５６は定着ベルト３８と略平面で接触している。

定着ベルト３８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。具体的に、定着ベルト３８は、外径４０ｍｍで厚さ４０μｍのＳＵＳ製の基材３８ａと、この基材３８ａの外周面を被覆する厚さ１００μｍのシリコンゴム製の弾性層３８ｂと、この弾性層３８ｂの外周面を被覆する厚さ５〜５０μｍのＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂製の離型層３８ｃとで構成されている。なお、定着ベルト３８の基材３８ａを、ポリイミド等の樹脂材料で構成してもよい。

加圧ローラ３０は、外径４０ｍｍで厚さ２ｍｍの鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの外周面を被覆する弾性層３０ｂとで構成されている。加圧ローラ３０の弾性層３０ｂは、シリコンゴムで構成されており、その厚さは５ｍｍである。また、離型性を高めるため、弾性層３０ｂの外周面に厚さ４０μｍ程度のフッ素系樹脂から成る離型層を配設してもよい。

定着ベルト３８の内周側の加圧ローラ３０と対向する位置には、押圧部材としてのニップ形成部材６０が配設されている。ニップ形成部材６０は、その両端部において、定着装置１２の図示しない側板に支持されている。このニップ形成部材６０に対し、加圧ローラ３０が加圧レバー等の加圧手段によって圧接せしめられることで、定着ベルト３８と加圧ローラ３０との圧接部において所定幅のニップ部ＳＮが形成されている。なお、定着回転体と対向部材とを加圧を行わず単に当接させるだけの構成としてもよい。

また、加圧ローラ３０は、図示しないモータ等の駆動源によって図の矢印Ｂ方向に回転駆動するように構成されている。そして、加圧ローラ３０が回転駆動すると、その駆動力がニップ部ＳＮで定着ベルト３８に伝達され、定着ベルト３８が図の矢印Ｃ方向に従動回転するようになっている。また、定着ベルト３８の内周側には、定着ベルト３８を支持するベルト支持部材６１が配設されている。

ヒータ５６は、サーマルヒータやセラミックヒータ等の面状又は板状の発熱体で構成されている。定着ベルト３８の内周側には、支持部材としてのステー３５が配設されており、このステー３５によって、ヒータ５６が、ニップ部ＳＮよりも用紙搬送方向Ａの上流側で、定着ベルト３８の内周面に対向するように支持されている。また、ヒータ５６には電源４０が接続されており、電源４０からヒータ５６に電力が供給されるようになっている。この電源４０の出力は、外部加熱制御手段４２によって制御される。外部加熱制御手段４２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータで構成されている。

また、定着装置１２は、ヒータ５６の温度を検知するヒータ温度検知手段としての第１のサーミスタ３６と、定着ベルト３８の温度を検知するベルト温度検知手段としての第２のサーミスタ３４とを備える。第１のサーミスタ３６は、ヒータ５６に直接接触するように配設され、第２のサーミスタ３４は、定着ベルト３８の外周面に対し、ヒータ５６よりもベルト回転方向Ｃの上流側で対向するように配設されている。各サーミスタ３６，３４で検知された温度情報は、外部加熱制御手段４２に入力されるようになっており、この入力情報に基づいて、外部加熱制御手段４２は電源４０の出力を制御するように構成されている。

また、定着ベルト３８の外周側でヒータ５６と対向する位置には、定着ベルト３８を加圧する押さえ部材としての押圧ローラ３９が配設されている。この押圧ローラ３９によって、定着ベルト３８が外周側からヒータ５６に向けて加圧されることで、定着ベルト３８がヒータ５６に接触するようになっている。押圧ローラ３９は、外径が１５ｍｍ乃至３０ｍｍであり、外径が８ｍｍの鉄製の芯金３９ａと、この芯金３９ａの外周面を被覆する厚さ３．５ｍｍ乃至１１ｍｍのシリコンゴム製の弾性層３９ｂとで構成されている。また、離型性を高めるために、弾性層３９ｂの外周面に厚さ４０μｍ程度のフッ素系樹脂から成る離型層を配設してもよい。ここでは、押圧ローラ３９が図示しない加圧手段によって定着ベルト３８に圧接されているが、加圧手段による加圧を行わず、単に当接させるだけの構成としてもよい。

図９を参照しつつ定着装置の基本動作について説明する。
画像形成装置本体の電源スイッチが投入されると、電源４０からヒータ５６に電力が供給されると共に、加圧ローラ３０が図の矢印Ｂ方向に回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト３８は、加圧ローラ３０との間の摩擦力によって、図の矢印Ｃ方向に従動回転する。

その後、上述の画像形成工程を経て未定着のトナー画像Ｇが担持された用紙Ｐが、定着ベルト３８と加圧ローラ３０との間のニップ部ＳＮに搬送されると、用紙Ｐが加熱及び加圧され、用紙Ｐ上のトナー画像Ｇが定着される。そして、用紙Ｐはニップ部ＳＮから搬出された後、機外に排出される。

このように、画像機器情報に基づいて予備加熱領域と非画像領域に対応する定着ローラ部位の温度を低くする制御により、省エネルギー化を図ることができる。また、この種の定着装置で問題となる非画像領域での異常高温による定着ローラ２８や加圧ローラ３０の耐久性の低下、周辺部材への熱的悪影響を防止することができる。

上述した各実施形態では、非画像領域への投入電力を低減することで省エネルギー化を図っているが、前述のように、画像領域がニップに入る前の非画像領域内において、ヒータの各加熱領域を予備的に加熱するための予備加熱領域を設定する必要がある。よって、予備加熱領域においても省エネルギー化を図ることが望ましい。

図１０〜１２に基づいて予備加熱領域について詳細に説明する。
図１０は外部加熱方式の定着装置の模式図であり、Ｘは定着ローラ、Ｙは加圧ローラ、Ｚは外部加熱手段であるヒータを示している。なお、定着装置１２は、図６に示すように定着ベルトを内部から加熱する構成であってもよい。

図１１は、用紙搬送方向の先端側から順に、非画像領域ｂ、画像領域ａ、非画像領域ｂ’、画像領域ａ’が存在する画像形成パターンを示したものである。非画像領域ｂ，ｂ’には予備加熱領域ｍが存在している。

図１２は定着ローラの目標温度と位置の関係を示す図である。横軸は定着ローラＸの表面位置であり、縦軸はその位置の制御目標温度を示している。位置ａ，ａ’は、図１１の画像領域ａ，ａ’にそれぞれ対応し、位置ｂ，ｂ’は図１１の非画像領域ｂ，ｂ’にそれぞれ対応している。図示のように、画像領域ａ，ａ’のために第一の目標温度を維持し、非画像領域ｂ，ｂ’のために第一の目標温度より低く室温より高い第二の目標温度を維持する。

図１２における位置Ｐは電力を投入している領域であり、位置Ｐは画像領域ａよりも予備加熱領域ｍだけ広くなっている（Ｐ＝ａ＋ｍ）。これは、図１０に示すヒータＺの幅Ｈやヒータが昇温するまでに応答時間が必要なため、画像領域ａで十分に定着ローラや定着ベルトの表面温度を上げておくには予備加熱領域ｍが必要だからである。

図１３は、予備加熱領域に関連して省エネルギー性を高めるための第１実施形態を説明するための図である。
第１実施形態では、例えば図１１に示す画像を定着する際に、外部加熱制御手段４２が定着装置１２の各種検知結果に応じて設定すべき予備加熱領域の大きさを変更する。図１３は、非画像領域における予備加熱領域の付近を拡大した図である。図中実線は、例えば画像形成装置の立ち上げ時の初期状態を示している。このとき、定着ベルトなどは室温に近い又は定着温度より低い第三の目標温度を有しており、定着ベルトを第一の目標温度まで昇温させるには、十分な大きさの予備加熱領域ｍを設定する必要がある。

予備加熱領域の大きさは、画像領域がニップ部に入る前に適切な値に予め設定されている必要がある。予備加熱領域が小さすぎると、画像領域がニップ部に入ったときに定着ローラ温度が第一の目標温度に達せず、未定着状態が発生してしまうからである。

具体的には、外部加熱制御手段４２が、サーミスタ３６で検知した接触型のヒータ５６の温度に応じて予備加熱領域の大きさを適切に設定する。特に、初期状態にはヒータ５６は低温であるため、実線で示すように十分な予備加熱領域ｍ（標準値）を設定する。一方、定着ベルトが初期設定よりも迅速に昇温する場合には、破線で示すように予備加熱領域ｍ（標準値）よりも小さい予備加熱領域ｍ’を設定し、ヒータの加熱制御を行う。これは、例えば連続印刷などによりヒータ５６の温度が所定温度よりも高くなっている場合である。これにより、ヒータ温度が十分に上昇している連続通紙時などにおいて省エネルギー性を向上させることができる。

例えば、予備加熱領域ｍでは１００ Ｗ×２ ｓ＝２００ Ｗ・ｓの電力量が必要であるが、予備加熱領域ｍ’では１００ Ｗ×１ ｓ＝１００ Ｗ・ｓの電力量しか要しない。このようにして、良好な画像形成を実現しつつ、電力投入時間の短縮による省エネルギーを実現することが可能となる。なお、例えば、第一の目標温度は１２０℃、第二の目標温度は９０℃、第三の目標温度は室温又は８０℃である。

なお、図１１〜１３は、用紙搬送方向に垂直な軸方向全域に均一な画像が形成されている例であるが、画像が軸方向に複数領域に分割されていても、各ヒータ５６の検知結果を基にして領域毎に異なる予備加熱領域を設定してもよい。

また、各ヒータ５６の検知温度が所定温度よりも低かった場合には、外部加熱制御手段４２は予備加熱領域を標準値より大きく設定して、画像の良好な定着性を優先させてもよい。

図１４は、各ヒータの検知結果に基づいて予備加熱領域を設定する際のフローチャートである。
ここでは、ヒータ５６ａ〜ｇはヒータ５６_ｉ（ｉ＝１〜７）に対応する。当初、ヒータ５６_１〜５６_７の全てに対して、予備加熱領域ｍ（標準値）が設定されている。所定のタイミングでサーミスタ３６が各ヒータの温度ｔ_ｉ（ｉ＝１〜７）をそれぞれ検知する。

その後、外部加熱制御手段４２は、ｔ_ｉ（ｉ＝１〜７）を取得し（Ｓ１）、先ずｉ＝１として（Ｓ２）、ヒータ５６_１の温度を判断する。温度ｔ_１が閾値α以下であって（Ｓ３，Ｎｏ）、閾値β以上の場合（Ｓ４，Ｎｏ）、外部加熱制御手段４２は予め設定された予備加熱領域ｍ（標準値）を維持する（Ｓ５）。これは、温度ｔ_１と閾値αとの差分が小さいため、予備加熱領域ｍ（標準値）を変更する必要がない場合である。一方、温度ｔ_１が閾値αより大きい場合（Ｓ３，Ｙｅｓ）、ヒータ５６_１の温度が所定温度よりも高いため、外部加熱制御手段４２は予備加熱領域ｍ（標準値）よりも小さい予備加熱領域ｍ’を設定する（Ｓ６）。逆に、温度ｔ_１が閾値βより小さい場合（Ｓ４，Ｙｅｓ）、ヒータ５６_１の温度が所定温度よりも低いため、外部加熱制御手段４２は予備加熱領域ｍ（標準値）よりも大きい予備加熱領域ｍ’’を設定する（Ｓ７）。ここで、α＞βである。次いで、ｉ＝２として（Ｓ８，Ｓ９）、外部加熱制御手段４２はヒータ５６_２の温度を判断する（Ｓ３）。以上のステップＳ３〜Ｓ９を繰り返し、ヒータ５６_１〜７の全てについて画像領域と非画像領域の目標温度を設定することができる。このように全てのヒータについて温度を検知しても良く、適宜代表的なヒータを選択して上記設定を実施しても良い。

予備加熱領域に関連して省エネルギー性を高めるための第２実施形態としては、外部加熱制御手段４２は、図示しない商用電源電圧の検知手段の検知結果を基に、商用電源電圧が高いときには予備加熱領域を標準値より狭く設定する。例えば画像形成装置の立ち上げ時に、商用電源電圧の大きさを検知する。その他に、画像形成中以外で、一秒毎に商用電源電圧の大きさを検知してもよい。この制御は、ヒータが発熱抵抗体であり、商用電源の交流電圧を発熱抵抗体に直接印加する場合に特に有効である。例えば電圧が１００Ｖから１１０Ｖに上昇すると、約１２０％の電力が投入されるため、このとき予備加熱領域を小さくする。

これにより、例えば画像形成装置のまわりの他の機械が起動しておらず、商用電源の状態が良いときに省エネルギー化が可能となる。
なお、逆に商用電源電圧が低い場合には、予備加熱領域を大きくして画像の定着性確保を優先させてもよい。

前記第１実施形態では、サーミスタ３６の検知温度が所定温度よりも高い場合に、予備加熱領域を小さくする制御を行った。第２実施形態では、外部加熱制御手段４２が予備加熱領域を変化させるための閾温度を複数有し、サーミスタ３６の検知温度に応じて予備加熱領域の大きさを対応的に変更する。これによって、より広い動作条件で最適な加熱動作を行うことができ、省エネルギー性の向上と高画質化が可能となる。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明の構成部品はこれに限定されず、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１２ 定着装置
２８ 定着ローラ（定着部材）
３０ 加圧ローラ（加圧部材）
３６ サーミスタ（温度検知手段）
３８ 定着ベルト（定着部材）
４０ 電源
４２ 外部加熱制御手段
５６ ヒータ（加熱手段）
ｍ，ｍ’ 予備加熱領域
Ｐ 用紙（記録材）

特開平６−９５５４０号公報 特開２００５−１８１９４６号公報 特開２００１−３４３８６０号公報

Claims (6)

1. 未定着画像に接触して回転する定着部材と、該定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、電源からの電力により該定着部材を加熱する、記録材搬送方向と直交方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱手段と、該加熱手段の温度を検知する温度検知手段と、該加熱手段を制御する外部加熱制御手段とを有し、該定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置であって、
   該記録材上の非画像領域に対応する該定着部材の部位の温度が画像領域に対応する該定着部材の部位の温度より低くなるように、該外部加熱制御手段は各加熱領域を独立して制御し、
   該画像領域が該定着ニップ部に入る前に各加熱領域を予備的に加熱するための予備加熱領域が設定され、
   該外部加熱制御手段は、該温度検知手段の検知結果に応じて該予備加熱領域の大きさを変更することを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱手段は、前記定着部材と接触して定着部材温度を上昇させる発熱抵抗体であり、
   前記温度検知手段で検知される前記加熱手段の温度が所定温度より高いとき、前記外部加熱制御手段は前記予備加熱領域を標準値より小さくすることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記温度検知手段で検知される前記加熱手段の温度が所定温度以下であるとき、前記外部加熱制御手段は前記予備加熱領域を標準値以上にすることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記電源の電圧が所定値より高いとき、前記外部加熱制御手段は前記予備加熱領域を標準値より小さくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記外部加熱制御手段は、前記予備加熱領域を変化させるための閾温度を複数有し、前記温度検知手段での検知結果に応じて前記予備加熱領域の大きさを対応的に変更することを特徴する請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置を有する画像形成装置。

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