JP2017227664A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置のベルトが発熱体群毎に選択加熱する構成では、発熱体群毎のベルト表面温度を把握できず、ベルト表面温度を均一に揃えられない。【解決手段】一実施形態によれば、ベルト表面およびベルト裏面を有する無端状のベルトと、このベルトの幅方向に平行な前記ベルト裏面側の基板、この基板上に前記幅方向に設けられそれぞれ前記ベルト裏面に当接する複数の発熱体、およびそれぞれ前記発熱体を複数個含む複数の発熱体群を選択駆動する駆動部を有するヒータと、前記基板の裏面であって且つ前記発熱体群のうち少なくとも１つに対応した箇所、この基板の位置よりも前記ベルトの周回方向下流の前記ベルト表面、およびその反対側の前記ベルト裏面の何れかに設けられた温度センサと、を備えた定着装置が提供される。【選択図】図１

Description

一実施形態は定着装置および画像形成装置に関する。

トナーには定着温度域が存在するため、トナー像の定着では温度センサによりベルト表面の温度を監視して、定着ベルトの温度を目標温度に合わせる（例えば特許文献１参照）。

従来、セラミック基板上で複数の発熱体を基板長手方向に配置したヒータが知られており（例えば特許文献２参照）、このヒータを使った定着装置は複数個の発熱体を基板長手方向にグループ化してそれぞれ複数個の発熱体からなる複数の発熱体群毎に加熱駆動する。

印字範囲の大きさに応じて発熱体群を選択駆動する場合、ヒータ表面上の温度は複数の発熱体群の間で均一にする必要がある。ヒータ表面上の温度が均一である場合、ニップ部での加熱によってトナーが用紙に接触するトナー界面での温度は数秒で８０℃以上の定着可能温度に到達する（例えば特許文献３参照）。定着ベルトのベルト裏面温度はニップ部においてヒータにより急激に上昇し、その反対側のベルト表面温度はニップ部で熱交換により急激に下降する。ベルト表面温度はベルト裏面よりヒータから熱を供給されるため、定着ベルトが下流側を周回してニップ部の上流に戻ってくる間に上昇する。画像品質を保つ上で、ベルト部位がニップ部の上流に戻ってくる度にベルト表面温度が目標温度になっていることを監視する必要がある。

特開２０１０−１９９０６号公報 特開２０１５−２１９４１７号公報 特開２０１５−２１９４１９号公報

しかし、従来、定着装置が発熱体群毎に選択加熱する構成を有する場合、発熱体群毎のベルト表面温度を把握できず、ベルト表面温度を主走査方向で均一に揃えることができない。

このような課題を解決するため、一実施形態によれば、ベルト表面およびベルト裏面を有する無端状のベルトと、このベルトの幅方向に平行な前記ベルト裏面側の基板、この基板上に前記幅方向に設けられそれぞれ前記ベルト裏面に当接する複数の発熱体、およびそれぞれ前記発熱体を複数個含む複数の発熱体群を選択駆動する駆動部を有するヒータと、前記基板の裏面であって且つ前記発熱体群のうち少なくとも１つに対応した箇所、この基板の位置よりも前記ベルトの周回方向下流の前記ベルト表面、およびその反対側の前記ベルト裏面の何れかに設けられた温度センサと、を備えた定着装置が提供される。

また、別の一実施形態によれば、感光体ドラムと、この感光体ドラム上に潜像を形成する潜像形成部と、前記潜像の現像器と、この現像器により可視化されたトナー像を用紙に転写する転写器と、前記転写器により転写出力された前記用紙の前記トナー像側のベルト表面およびベルト裏面を有する無端状のベルトと、このベルトの幅方向に平行な前記ベルト裏面側の基板、この基板上に前記幅方向に設けられそれぞれ前記ベルト裏面に当接する複数の発熱体、およびそれぞれ前記発熱体を複数個含む複数の発熱体群を選択駆動する駆動部を有するヒータと、前記基板の裏面であって且つ前記発熱体群のうち少なくとも１つに対応した箇所、この基板の位置よりも前記ベルトの周回方向下流の前記ベルト表面、およびその反対側の前記ベルト裏面の何れかに設けられた温度センサと、を備えた画像形成装置が提供される。

実施の形態に係る定着装置の構成図を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は実施の形態に係る定着装置のヒータの上面図である。 実施の形態に係る画像形成装置の構成例を示す図である。 実施の形態に係る定着装置のベルトのベルト表面温度、ベルト裏面温度を含む時間温度特性を示す線図である。 図４の時間温度特性情報のうち一部を抜き出して示す線図である。 図４の時間温度特性情報のうち一部を抜き出して示す別の線図である。 （ａ）〜（ｃ）は実施の形態に係る定着装置のメモリに記憶されたベルト材質に応じた時間温度特性を示す線図である。

以下、実施の形態に係る画像形成装置について、図１乃至図７を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

図１は実施の形態に係る定着装置の構成例を示す図である。図２（ａ）は実施の形態に係る定着装置のヒータの上面図であり、駆動部無しのヒータ６４単体を示している。図２（ｂ）は駆動部とともにヒータ６４を示している。図２（ｃ）は発熱体群を示す上面図である。これらの図中、同じ符号は互いに同じ要素を表す。

定着装置５０は、ベルト表面５１およびベルト裏面５２を有する無端状のベルト５３と、ベルト５３に対向する加圧ローラ６８とを備えている。また、定着装置５０は、ベルト５３の幅方向（ベルト幅方向）に平行なベルト裏面５２側の基板５４、この基板５４上に幅方向に設けられそれぞれベルト裏面５２に当接する複数の発熱体５５、およびそれぞれ発熱体５５を複数個含む７つの発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２（図２）を選択駆動するスイッチングドライバＩＣ６３（駆動部）を有するヒータ６４を備えている。更に定着装置５０は基板５４の裏面（図１左方）であって且つ発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２に対応した箇所にそれぞれ設けられた７個の温度センサ６５と、基板５４の位置よりもベルト５３の周回方向下流のベルト表面５１に発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２に対応した箇所にそれぞれ設けられた７個の温度センサ６７と、その反対側のベルト裏面５２に発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２に対応した箇所にそれぞれ設けられた７個の温度センサ６６とを備えている。

ベルト５３は定着ベルトであり、矢印Ｓ方向（ベルト周回方向Ｓ）に周回駆動される。ベルト５３は多層構造を有する。基層は耐熱層であり、例えばポリイミド（ＰＩ）、Ｎｉ、ステンレスが用いられる。基層の上には断熱性のシリコーンゴム層が形成される。

加圧ローラ６８は、ベルト５３の方向に押圧され、ベルト表面５１を介してヒータ６４との間にニップ部（Ｎを付した部分参照）を形成する。加圧ローラ６８は、例えば鉄芯６９と、シリコンスポンジ層７０と、保護層７１との層構造を有する。

ヒータ６４は、ベルト裏面５２からベルト表面５１側に熱を供給する。ヒータ６４は基板５４及び発熱体５５を備えている。基板５４はセラミック基板である。基板５４の長手方向がベルト５３の周回中心に平行に支持されている。図２（ａ）に示すように基板５４上に７つの薄膜状の発熱抵抗層７２（破線参照）が基板長手方向に一例に形成されており、隣接する発熱抵抗層７２どうしは互いに非接触である。７つの発熱抵抗層７２にはパターンニング用のアルミ層が成膜され、パターンニングの開口部から露出した発熱抵抗層７２の上面が発熱体５５を形成する。パターンニングにより基板短手方向両端部に残ったアルミ層の島部は一つの発熱体５５の電極７３、７４として機能する。

また、図２（ｂ）に示す配線例のように、発熱体５５の一方の電極７３はそれぞれスイッチング素子７５に接続され、発熱体５５の他方の電極７４は全てスイッチングドライバＩＣ６３に収容される。スイッチング素子７５は例えばＦＥＴゲートであり、スイッチングドライバＩＣ６３（駆動部）によるオン又はオフによって導通又は切断が駆動される。スイッチングドライバＩＣ６３は発熱体５５を個別に選択して駆動する。スイッチングドライバＩＣ６３は各スイッチング素子７５の切替え駆動によって１つ以上の発熱体５５を個別に通電又は切断し、ベルト５３の幅方向の発熱全領域を複数例えば７つの加熱領域に分割する。

図２（ｃ）には７つに分割駆動された発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２の配置例と、用紙サイズＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４との関係が示されている。用紙サイズＷ１〜Ｗ４は最小サイズのはがきサイズ、ＣＤジャケットサイズ、Ｂ５Ｒサイズ、Ａ４ＲサイズあるいはＡ４サイズ長辺などに対応する。発熱体群（発熱体群）５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２はそれぞれ抵抗値２００Ω、２００Ω、１６０Ω、３０Ω、１６０Ω、２００Ω、２００Ωの直流抵抗を持ってもよい。スイッチングドライバＩＣ６３はこれらの抵抗値を変更できるようにスイッチング回路内に内部抵抗を持つ。

また、図１において温度センサ６５、６６、６７は何れもサーミスタであり、測定結果を定着装置５０内のコントローラ７６へ出力する。同図の例では、温度センサ６５、６６、６７は、７つに分割された各加熱領域の数だけそれぞれベルト５３内に設けられており、一組の温度センサ６５、６６、６７だけが表示されている。一つの加熱領域について着目すると、ベルト５３の用紙との加熱接触部位が、基準となるニップ位置から周回を開始して、ニップ位置から下流へ周回し何秒か経過した後の周位置のベルト裏面５２及びベルト表面５１がそれぞれ何℃になっているかをコントローラ７６は測定している。ニップ位置とはニップ部Ｎの位置であり、ベルト５３及び加圧ローラ６８どうしが圧接されるベルト範囲を指す。「基準となるニップ位置」とは全周上で任意にとったベルト範囲の開始位置を指す。コントローラ７６は各温度センサ６５、６６、６７から検出温度を収集する。

また、予め経過時間と温度との関係（図４）をシミュレーション又は実験等によりサンプリング取得しておき、この関係を表す時間温度特性情報をメモリ８２（図１）に記憶してコントローラ７６が参照可能にされている。図４に示すように、ベルト表面温度はニップ位置（ニップと図示されている）の通過中、目標温度約１７０℃から急激に下降する。また、ベルト表面温度はニップ位置で一旦下がり、その下がった温度から目標温度に向かって上昇するという推移曲線で表される。ベルト５３の表面に設けられた温度センサ６７は、ベルト表面温度がこの推移曲線上で最大となる周位置に７つ分設けられている。周位置は例えば半周に至る手前である。コントローラ７６はベルト５３の周回速度、ベルト５３の周回径、温度センサ６６、６７の周位置および時間温度特性情報からベルト表面温度を予測する。つまり、コントローラ７６は、ベルト５３の加熱接触部位がニップ部位置から下流方向へ周回し、半周に到達する前の周位置において温度センサ６６、６７が実測した温度と、図４の温度推移曲線の変化の度合いとによって、そのベルト部位が一周して再度ニップ部の上流位置に戻ってきたときの温度を予測する。コントローラ７６は温度センサ６５によってニップ位置の基板５４の裏面の温度を見ることで、ヒータ６４の温度異常を検知する。

また、図１の定着装置５０は、主走査方向の発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２についてそれぞれ温度センサ６５、６６、６７を設けている。温度センサ６６、６７によって、コントローラ７６は各発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２直下のベルト部位が周回後ニップ部に戻ってきたときのベルト裏面５２の温度及びベルト表面５１の温度を予測可能になっている。コントローラ７６は温度センサ６５によって各発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２直下のヒータ６４の温度異常を検知可能になっている。

また、コントローラ７６は時間温度特性情報をベルト材質毎に予め記憶してもよい。ベルト５３は、ベルト表面温度がニップ位置の通過後、一旦下がりその下がった温度から目標温度に向かって上昇するという推移曲線を持ちベルト材質に応じた時間温度特性を有する。メモリ８２はこの時間温度特性を表す時間温度特性情報をベルト材質毎に予め記憶している。温度センサ６７は、ベルト５３のニップ位置からの周回開始後、ニップ位置から下流側に所定時間経過した後の周位置に設けられている。コントローラ７６は、これらの時間温度特性情報および検出温度により、ベルト材質によりベルト表面温度の最大値を予測してベルト表面温度を制御してもよい。

また、定着装置５０は、図２（ｃ）の発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２の７群分の各加熱領域のうちの幅方向の中央領域（第１の発熱体群５９）において温度センサ６５が基板５４の裏面の温度を常時測定している。つまり中央領域の温度センサ６５は、発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２のうち、幅方向の中央領域に位置する第１の発熱体群５９に対応して設けられている。この中央の第１の発熱体群５９は常時加熱されるため、搬送される用紙のサイズの種別によらず、温度の過昇温あるいは温度不足を検出可能になっている。

また、図２（ｃ）のようにヒータ６４が７群分の各加熱領域のうち幅方向中央領域（第１の発熱体群５９）およびこの中央領域について互いに幅方向で対称に設けられた一対の加熱領域（第２の発熱体群５８、６０）を駆動する場合、一対の第２の発熱体群５８、６０のうちの一方に設けられた温度センサ６５、６６、６７の検知出力を使って制御を簡略化してもよい。

また、図２（ｃ）のようにヒータ６４は、基板５４の長手方向の両端部分の温度をそれぞれ測定する別の温度センサ７７、７８を設けてもよい。印字範囲をはみ出るサイズの用紙あるいは印字範囲の寸法にぴったり収まらない用紙が定着装置５０に搬送された際のベルト５３の端部の異常が検出可能になっている。

図３は本実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。実施形態に係る画像形成装置はＭＦＰ（Multi-Function Peripherals）１０であり、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラム２２Ｙ、マゼンタ（Ｍ）用の感光体ドラム２２Ｍ、シアン（Ｃ）用の感光体ドラム２２Ｃ及びブラック（Ｋ）用の感光体ドラム２２Ｋと、感光体ドラム２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋ上に潜像を形成する色毎の潜像形成部２８とを備えている。各色の潜像形成部２８はそれぞれ帯電器２３と、露光器１９とを備える。更にＭＦＰ１０は、色毎の潜像の現像器２４と、各現像器２４により可視化されたトナー像を用紙に転写する一次転写器２７（転写器）と、二次転写器２６と、定着装置５０とを備える。この定着装置５０は各一次転写器２７により転写出力された用紙７９（図１）のトナー像８０側のベルト表面５１およびベルト裏面５２を有する上記ベルト５３と、上記ヒータ６４と、上記温度センサ６５、６６、６７とを備えている。ベルト幅方向が各潜像形成部２８の主走査方向になるように、定着装置５０はＭＦＰ１０に設けられる。

図３においてＭＦＰ１０は本体１１の上部にオペレーションパネル１４を有し、本体１１内の中央部にプリンタ部１７を有し、本体１１の下部に、給紙カセット１８を備えている。プリンタ部１７は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋを含む。画像形成部２０Ｙは、感光体ドラム２２Ｙ、帯電器２３、現像器２４、一次転写器２７から構成されており、感光体ドラム２２Ｙの感光面上には、露光器１９からＬＥＤ光又はレーザ光が照射され、この感光体ドラム２２Ｙ上に静電潜像が形成される。帯電器２３は、感光体ドラム２２Ｙの表面を一様に帯電する。現像器２４はイエロートナーおよびキャリアを含む二成分現像剤を感光体ドラム２２Ｙに供給し、静電潜像を現像する。画像形成部２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋの構成は画像形成部２０Ｙの構成と実質同じである。

ＭＦＰ１０は、駆動ローラ３１および従動ローラ３２に張架された中間転写ベルト２１を有し、二次転写器２６により中間転写ベルト２１上のトナー像を用紙Ｐに二次転写する。二次転写器２６は、駆動ローラ３１と、この駆動ローラ３１に対向する二次転写ローラ３３を有する。ＭＦＰ１０は二次転写ローラ３３から見て用紙搬送方向下流側に定着装置５０を有する。ＭＦＰ１０はメインコントローラ３６を有する。メインコントローラ３６は、画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ及び定着装置５０の制御プログラム及び各種の制御データを記憶する。制御プログラムの具体例は、例えば給紙カセット１８内の用紙の紙質、用紙サイズ、環境温度に対応する定着装置５０の目標温度等である。制御データの具体例は、用紙サイズ毎の主走査方向の印字範囲の寸法と、選択的に加熱駆動する７つの発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２との対応関係等である。

次に上述の構成の定着装置５０による温度測定動作について説明する。

ＭＦＰ１０にはオペレーションパネル１４から、用紙サイズ情報が入力される。ＭＦＰ１０は帯電および露光により静電潜像を感光体ドラム２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋ上に形成する。ＭＦＰ１０は静電潜像を各色のトナーにより現像し、４色のトナー像を中間転写ベルト２１に転写する。ＭＦＰ１０はＡ４サイズの短辺が用紙搬送方向に平行に給紙カセット１８から引っ張り上げて、この用紙上にトナー像を二次転写する。ＭＦＰ１０は定着装置５０にタイミング信号を送り、定着装置５０はウォーミングアップを開始する。

定着装置５０のヒータ６４はスイッチングドライバＩＣ６３によって例えばＡ４長辺というサイズ情報により図２（ｃ）のように７つの発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２の全てを選択して発熱駆動する。印字範囲の発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２が発熱する。ハガキサイズの短辺幅というサイズ情報が入力された場合、スイッチングドライバＩＣ６３は基板長手方向中央部の第１の発熱体群５９を発熱させる。あるいはハガキよりも大きいサイズ情報の用紙が搬送された場合、定着装置５０は第１の発熱体群５９と、この第１の発熱体群５９の外側の第２の発熱体群５８、６０とを発熱させる。その次に大きいサイズ情報に対しては、同様にヒータ６４は第１の発熱体群５９、第２の発熱体群５８、６０及び第３の発熱体群５７、６１を発熱させる。

図４はベルト表面温度、ベルト裏面温度を含む時間温度特性を示す線図である。同図のグラフは本発明者がシミュレーションによって取得した値を表示している。図５、図６に図４と同じ内容を拡大して示す。図４には、７つの加熱領域のうちの何れか一箇所において、ヒータ裏面、ヒータ表面、ベルト裏面、ベルト表面、トナー上面（ベルト側）、トナー下面（紙側）及び加圧ローラ表面のそれぞれの時間温度特性が示されている。ニップ部分になると、ベルト裏面温度は１８４℃になり、ベルト表面温度は一時的に１７０℃程度まで低下する。ベルト裏面温度は、ニップ部を過ぎると、すぐに１９０℃程度まで上昇する。ベルト表面温度は、一旦はニップ部において１４０℃台まで低下するが、ベルト裏面がヒータ６４と接触しているので、ベルト裏面温度はヒータ表面温度と同じような履歴を持つ。トナー上面は１４０℃程度まで上昇し、トナー下面は９０℃程度にしかならない。これはトナー層により熱が伝わりにくいからである。

ここで横軸の経過時間（秒）は、ニップ部よりも周回方向上流のニップ部手前位置を開始時点として、ニップ部を通過し、さらにニップ部よりも周回方向下流を一周して元のニップ部に戻るまでの時間範囲を表す。縦軸の温度は、ニップ部手前の開始位置においてほぼ一定の目標温度である目標温度を保っており、ニップ部に突入後、ニップ部で加熱及び熱交換によって温度が変動し、ニップ部を通過しさらにニップ部から離れて一周して元のニップ部に戻るまでの温度変化を表す。また、ヒータ６４は熱容量が大きいため、ヒータ裏面の温度変化はほとんど無い。

ベルト５３がニップ部位置から下流方向へ周回する最中、ベルト表面温度とベルト裏面温度とは同図の縦線で表される時点において均衡する。この均衡する時点はベルト部位がニップ部を離れてから、半周に到達する前の周位置であることを本発明者らは鋭意シミュレーションや実験によって見出した。この均衡する時点に対応する周位置に温度センサ６６、６７を設置して温度をモニタすることによって、そのベルト部位が一周して再度ニップ部の上流位置に戻ってきたときに目標温度に達するかどうかを予測することが可能となった。温度センサ６６、６７を、各加熱領域に設けることよって、温度センサ６６、６７が実測した温度と、図４の温度変化の度合い（プロポーション）とから、各加熱領域のベルト表面温度がニップ部に突入する前に目標温度になっているかどうかを確認できる。

また、第２の発熱体群５８、６０のように左右対称の加熱領域を駆動する場合、左右何れか一方の加熱領域に設けられた温度センサ６６、６７の測定結果を取得することで足り、７つの加熱領域の全てに温度センサ６６、６７を設ける必要がなくなる。

また、定着装置５０の熱容量を計算上又はシミュレーションによって取得することで、図４の温度変化を記憶したときの温度センサ６６、６７の測定結果が高温である場合、ベルト５３は既に暖まっていることを把握できる。あるいはヒータ６４が加温を続けているにもかかわらず、測定結果が低温である場合、ベルト５３は冷めていることを把握できる。ベルト５３の発熱領域が分割された構成であっても、用紙の坪量や外気温によってベルト５３の温度が変動したことを検知できる。

図５は図４の時間温度特性情報のうち一部を抜き出して示す線図である。ベルト裏面、ベルト表面、トナー上面（ベルト５３側）及びトナー下面（用紙側）のそれぞれの各温度推移を同図は示す（ヒータ６４の熱容量が大きいため、温度変化がほとんど無いヒータ裏面の温度変化を省略する）。図６は図４の時間温度特性情報のうち一部を抜き出して示す線図である。ヒータ表面、ヒータ裏面、ベルト表面及びベルト裏面のそれぞれの温度推移を同図は示す。

そしてコントローラ７６は、メモリ８２から、時間温度特性情報、ベルト５３の周回速度、周回径、温度センサ６５、６６の周位置、温度センサ６７の周位置（（図４〜図６の推移曲線上で最大となる周位置）を読出し、決められた周位置のベルト部位がニップ部の上流位置に戻ってきたときのベルト表面温度を予測する。

また、コントローラ７６はベルト材質毎にベルト表面温度を予測する。この場合、メモリ８２から、ベルト材質に応じた時間温度特性情報を読出す。図７（ａ）〜図７（ｃ）はメモリ８２に記憶されたベルト材質に応じた時間温度特性を示す線図である。図７（ａ）はベルト５３の基層の材質が層厚７０μｍのポリイミドである条件（第１の条件）での時間温度特性である。図７（ｂ）はベルト５３の基層の材質が層厚７０μｍのニッケルである条件（第２の条件）での時間温度特性である。図７（ｃ）はベルト５３の基層の材質が層厚７０μｍのニッケル層とシリコーンゴム層（通常の熱伝導率の１００倍の熱伝導率を持つ）とからなる条件（第３の条件）での時間温度特性である。図７（ｂ）、図７（ｃ）中の曲線の凡例は図７（ａ）中のそれらと同じである。

コントローラ７６は起動時に、ハードウェア設定又はソフトウェア設定の読込みによってメモリ８２からベルト材質に応じた時間温度特性を読む。図７の例では第１〜第３の条件の何れかをコントローラ７６は選択する。コントローラ７６は、ベルト材質により異なる時間温度特性情報と、温度センサ６５、６６、６７からの検出温度情報と、定着条件とにより、ベルト表面温度の最大値を予測する。コントローラ７６は予め保持する閾値をベルト表面温度の最大値が超えると、例えばヒータ６４の加熱動作の停止、ベルト５３の速度を下げる等定着装置５０及びＭＦＰ１０を制御する。ベルト５３の異常発熱やベルト５３の破壊を防止でき、無駄な加熱をなくすことができる。

図４〜図７を総括すると、ヒータ６４をベルト裏面５２に接触させ、ベルト表面５１上で用紙をニップする構成では、冷たい用紙がニップ部の通過によりベルト表面５１から熱が逃げる。一方、ベルト裏面５２からは用紙がニップ部を通過中もベルト５３に熱が供給され続けるため、ベルト裏面温度が１９０℃近くにまで上昇する。ベルト裏面温度が高温になった頃、トナー粒子が溶解し始め、ベルト表面５１側の熱が奪われる。目標温度に達していたベルト表面温度は１４５℃まで落ちる。用紙がニップ部を抜けた直後では、ベルト表面温度とベルト裏面温度との温度差が大きい。

用紙がニップ部を抜けた後、用紙と加熱接触していたベルト部位はヒータ６４から離れる。このベルト部位は周回し、ベルト表面温度は１４５℃から徐々に上昇し、ベルト裏面温度は１８５℃から徐々に下降する。ベルト５３の加熱接触部分が半周ほど周回するまでの間に、ベルト表面温度とベルト裏面温度とは均衡し、元の設定温度に戻る。

ベルト表面５１にはトナー及び用紙が接触するため、このベルト表面５１に直接温度センサ６６、６７を設置することができない。温度センサ６６、６７をベルト表面５１に設置することはベルト表面５１が傷ついてしまうからである。複数の加熱領域間で共通する同じ位置に温度センサ６６、６７を設置することは物理的な制約によりできないが、定着装置５０によれば、これらの加熱領域毎にベルト表面温度を把握することができる。

このように、本実施形態に係る定着装置および画像形成装置によれば、発熱体群５６〜６２毎に選択加熱する構成を有する定着システムにおいて、ベルト５３の幅方向の全ての加熱領域で発熱体群５６〜６２毎にベルト表面温度を監視することが可能となる。定着装置５０が消費する熱エネルギーを削減できる。印字範囲への集中的な加熱が可能となり、定着品質を高めることもできる。

なお図１、図２において、７つの温度センサ６５、７つの温度センサ６６、７つの温度センサ６７は、発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２に対応した箇所にそれぞれ設けられていたが、温度センサ６５、６６、６７は何れも、基板５４の裏面側に発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２のうち何れか１つに対応した箇所に設けられていればよい。定着装置５０は、基板５４の裏面側に中央の第１の発熱体群５９の対応箇所に一つの温度センサ６５と、この第１の発熱体群５９の対応箇所に一つの温度センサ６７と、その反対側のベルト裏面５２に発熱体群５９の対応箇所に一つの温度センサ６６とを設け、これらの温度センサ６５、６６、６７が第１の発熱体群５９に対応した箇所の温度をそれぞれ測定することで上記実施形態の効果を得られる。また温度センサ６５、６６、６７の基板長手方向の位置は、第２の発熱体群５８、第２の発熱体群６０、第３の発熱体群５７、第３の発熱体群６１、第４の発熱体群５６及び第４の発熱体群６２のうち何れか一つに対応した箇所でもよい。

なお図２の７つの発熱体群と用紙サイズとの関係は種々変更可能であり、発熱体群の分割数とそれぞれの幅は上記説明での例に限定はされるものではない。ＭＦＰ１０が５つの媒体サイズに対応していた場合には、発熱体群を５分割してもよい。各発熱体群の幅を拡大又は縮小することがある。発熱体群５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２の全てを保護層によって覆ってもよい。上記説明では、ニップ位置はベルト周回方向Ｓにとったベルト５３の範囲と定義したが、ニップ位置をベルト５３の周位置の一点と定義してもよい。これらの変更をして実施したに過ぎない実施品に対して実施形態に係る定着装置の優位性は何ら損なわれるものではない。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…ＭＦＰ（画像形成装置）、５０…定着装置、５１…ベルト表面、５２…ベルト裏面、５３…ベルト、５４…基板、５５…発熱体、５６〜６２…発熱体群、６３…スイッチングドライバＩＣ（駆動部）、６４…ヒータ、６５、６６、６７…温度センサ、８２…メモリ。

Claims (8)

1. ベルト表面およびベルト裏面を有する無端状のベルトと、
   このベルトの幅方向に平行な前記ベルト裏面側の基板、この基板上に前記幅方向に設けられそれぞれ前記ベルト裏面に当接する複数の発熱体、およびそれぞれ前記発熱体を複数個含む複数の発熱体群を選択駆動する駆動部を有するヒータと、
   前記基板の裏面であって且つ前記発熱体群のうち少なくとも１つに対応した箇所、この基板の位置よりも前記ベルトの周回方向下流の前記ベルト表面、およびその反対側の前記ベルト裏面の何れかに設けられた温度センサと、
   を備えた定着装置。
2. 前記温度センサは、前記複数の発熱体群のうち、前記幅方向の中央領域に位置する発熱体群に対応して設けられる請求項１記載の定着装置。
3. 前記ヒータが前記発熱体群の数分の各加熱領域のうち前記幅方向の中央領域およびこの中央領域について互いに前記幅方向で対称に設けられた一対の加熱領域を駆動する場合、
   前記一対の発熱体群のうちの一方に設けられた前記温度センサの出力が使われる請求項１記載の定着装置。
4. 前記基板の長手方向の両端部分の温度をそれぞれ測定する別の温度センサを更に備えた請求項１〜請求項３の何れか一項記載の定着装置。
5. 前記ベルトは、ベルト表面温度がニップ位置の通過後、一旦下がりその下がった温度から目標温度に向かって上昇するという推移曲線で表される時間温度特性を有し、
   前記ベルト表面に設けられた温度センサは、前記ベルト表面温度がこの推移曲線上で最大となる周位置に設けられた請求項１記載の定着装置。
6. 前記時間温度特性を表す時間温度特性情報を予め記憶したメモリと、
   前記温度センサから検出温度を収集するコントローラとを更に備え、
   前記コントローラは、前記ベルトの周回速度、前記ベルトの周回径、前記温度センサの周位置および前記時間温度特性情報から前記ベルト表面温度を予測する請求項５記載の定着装置。
7. 前記ベルトは、ベルト表面温度がニップ位置温度の通過後、一旦下がりその下がった温度から目標温度に向かって上昇するという推移曲線を持ちベルト材質に応じた時間温度特性を有し、
   前記時間温度特性を表す時間温度特性情報を前記ベルト材質毎に予め記憶したメモリと、
   前記温度センサから検出温度を収集するコントローラとを更に備え、
   前記ベルト表面に設けられた温度センサは、前記ベルトが基準となるニップ位置からの周回の開始後、前記ニップ位置から下流側に所定時間経過した後の周位置に設けられ、
   前記コントローラは、前記時間温度特性情報および前記検出温度により、前記ベルト材質により前記ベルト表面温度の最大値を予測して前記ベルト表面温度を制御する請求項１記載の定着装置。
8. 感光体ドラムと、
   この感光体ドラム上に潜像を形成する潜像形成部と、
   前記潜像の現像器と、
   この現像器により可視化されたトナー像を用紙に転写する転写器と、
   前記転写器により転写出力された前記用紙の前記トナー像側のベルト表面およびベルト裏面を有する無端状のベルトと、
   このベルトの幅方向に平行な前記ベルト裏面側の基板、この基板上に前記幅方向に設けられそれぞれ前記ベルト裏面に当接する複数の発熱体、およびそれぞれ前記発熱体を複数個含む複数の発熱体群を選択駆動する駆動部を有するヒータと、
   前記基板の裏面であって且つ前記発熱体群のうち少なくとも１つに対応した箇所、この基板の位置よりも前記ベルトの周回方向下流の前記ベルト表面、およびその反対側の前記ベルト裏面の何れかに設けられた温度センサと、
   を備えた画像形成装置。

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