JP2023032158A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紙間期間での定着部材の加熱量を効果的に制御する。【解決手段】定着装置１は、定着部材としての定着ベルト３１と加圧ローラ３２との間のニップ部を通過する用紙を加熱して、用紙に形成されたトナー像を定着させる。定着装置１には、定着ベルト３１を加熱する加熱部３６と、加熱部３６に供給される電力を調節する加熱調節部４１が含まれる。加熱調節部４１は、所定周期内における加熱部３６の通電状態の比率をデューティ比として、紙間期間でのデューティ比の上限値を、紙間期間に連続する通紙期間でのデューティ比の上限値よりも低減する低減制御を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、定着装置、およびその定着装置を備える画像形成装置に関する。

画像形成装置では、定着部材と加圧部材とが当接するニップ部において、用紙を加熱および加圧することで、用紙に形成されているトナー像を定着させる。この際、定着部材における定着温度が適温に制御されていなければ、定着不良などの問題が発生することがあった。定着温度の制御は、例えば加熱用のランプヒータの点灯と非点灯と繰り返して行い、設定温度に対して定着温度が一定の幅の温度差で保つように行われる。

例えば特許文献１には、定着温度が設定温度よりも高い場合に、定着ユニットへの電力供給を行わないように制御することが開示されている。しかしながら、電力供給を停止して待機中の余熱で定着を行うようにすると、ニップ部への通紙によって定着温度が急激に低下してしまい、再度の温度制御を行っても設定温度近くに到達するまでに時間がかかることとなる。

また、特許文献２には、省エネルギーでの定着を目的として、定着パッドと定着ベルトにより定着部材を構成し、前記定着ベルトの内側からヒータで加熱することが開示されている。

特開２００２－３０４０８６号公報 特開２００７－２３３０１１号公報

前記特許文献２に開示されるように、定着ベルトおよび定着パッドを備えたこの種の定着部材は、熱容量が比較的小さく、ウォーミングアップ時間を短縮できるメリットがある一方で、定着ベルトの蓄熱作用が小さいために、定着ベルトの表面温度が上下に振れやすいといった課題がある。

特に、用紙がニップ部を通過しているときと、そうでないときとで、定着ベルトへの熱供給量が異なるため表面温度が振れやすくなる。用紙がニップ部に存在しない紙間期間では定着ベルトから奪われる熱の量が小さく、定着ベルトの表面温度は上昇しやすい。そのため、紙間期間の後、最初の用紙に定着される画像は、回転する定着ベルトの１周目に相当する画像領域と、２周目以降に相当する画像領域とで定着温度が異なることとなり、２周目に相当する画像領域で定着性および光沢性が低下するおそれがあった。加えて、紙間期間に上昇した表面温度を抑えるために、定着ベルトの１周目のタイミングでランプヒータの点灯が停止される。その結果、定着ベルトの２周目以降に急激な温度低下が起こり、光沢むら等の画像不良を生じやすいといった問題もあった。

本発明は、前記のような問題にかんがみてなされたものであり、その目的とするところは、紙間期間での定着部材の加熱量を効果的に制御して、定着部材の表面温度の変動を抑制するとともに用紙に定着される画像に均一な光沢性を与えて良好な画像形成を行うことのできる定着装置および画像形成装置を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、定着部材と加圧部材との間のニップ部を通過する用紙を加熱して、用紙に形成されたトナー像を定着させる定着装置において、前記定着部材を加熱する加熱部と、前記加熱部に供給される電力を調節する加熱調節部とを備えさせ、前記加熱調節部は、所定周期内における前記加熱部の通電状態の比率をデューティ比として、用紙が前記ニップ部に存在しない紙間期間での前記デューティ比の上限値を、前記紙間期間に連続し、用紙が前記ニップ部を通過している通紙期間での前記デューティ比の上限値よりも低減する低減制御を行うことを特徴としている。

また、前記構成の定着装置において、前記ニップ部よりも用紙搬送方向の上流側で用紙の有無を判定する通紙判定部をさらに備えており、前記紙間期間は、前記通紙判定部が用紙の有から無を検知したタイミングから、用紙の無から有を検知したタイミングまでの期間であり、前記通紙期間は、前記通紙判定部が用紙の無から有を検知したタイミングから、用紙の有から無を検知したタイミングまでの期間とする。

また、前記構成の定着装置において、前記加熱調節部は、用紙の後端が前記ニップ部を通過する直前に、前記デューティ比の低減制御を開始することが好ましい。

また、前記構成の定着装置において、前記加熱調節部は、用紙の先端が前記ニップ部に到達する直前に、前記デューティ比の低減制御を解除することが好ましい。

また、前記構成の定着装置において、さらに、前記定着部材の温度である定着温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部によって検出された前記定着温度と、あらかじめ設定された設定温度との差分を算出する温度差判定部と、前記定着温度の変化に基づく温度勾配を判定する勾配判定部とを備えさせ、前記勾配判定部は、あらかじめ設定された比較時間をあけて検出された複数の前記定着温度から、前記定着温度の上昇傾向または低下傾向を判定し、前記加熱調節部は、前記温度差判定部および前記勾配判定部の判定結果に基づいて、前記デューティ比の上限値およびその低減量を決定するように構成されてもよい。

また、前記構成の定着装置において、さらに、前記紙間期間の長さを判定する時間判定部を備えさせ、前記時間判定部の判定結果に基づいて、前記紙間期間の長さが所定時間以下のときと前記所定時間を超えるときとで前記デューティ比の低減量を異ならせ、前記所定時間以下のときは前記低減量を少なくするように構成されてもよい。

また、前記構成の定着装置において、前記定着部材は軸線まわりに回転可能な定着ベルトを有し、前記加圧部材は加圧ローラを有し、前記定着ベルトには、ベルト内面に当接して摺動する摺動部材と、前記摺動部材を固定する定着パッドとが備えられ、前記加圧ローラは、前記定着ベルトを挟んで前記定着パッドと対向する位置に配置されていることが好ましい。

また、前記の各解決手段に係る定着装置を備える画像形成装置も本発明の技術的思想の範疇である。これにより、紙間期間でのデューティ比を制御して定着温度を安定化させ、定着部材の表面温度の変動を抑制することが可能となる。

本発明によれば、紙間期間での定着部材の加熱量を効果的に制御して、前記定着部材の表面温度の変動を抑制するとともに用紙に定着される画像の均一な光沢性を得ることが可能となる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略断面図である。 前記画像形成装置における定着装置の構成を示す概略断面図である。 前記画像形成装置の電気的構成を示す機能ブロック図である。 前記定着装置における加熱部の基本制御の概要を示す説明図である。 前記定着装置における加熱部のデューティ制御の例を示す説明図である。 前記定着装置のニップ部への用紙の到達時間を示す対応表である。 前記定着装置のニップ部への用紙の到達時間を示す対応表である。 前記画像形成装置における紙間期間と複数のテーブルＡ、Ｂとの対応関係を示す説明図である。 前記画像形成装置の種類と所定期間Ｔ５との対応関係を示す説明図である。 前記画像形成装置の種類と複数のテーブルＡ、Ｂとの対応関係を示す説明図である。 前記画像形成装置における紙間期間と複数のテーブルＡ～Ｃとの対応関係を示す説明図である。 前記画像形成装置の種類と所定期間Ｔ５、Ｔ６との対応関係を示す説明図である。 前記画像形成装置の種類と複数のテーブルＡ～Ｃとの対応関係を示す説明図である。 前記紙間期間とデューティ低減量との関係を示すグラフである。 前記定着装置におけるデューティ低減制御の処理例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る定着装置および画像形成装置について、図面を参照しつつ説明する。

（画像形成装置）
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１００の構成を模式的に示す概略断面図である。

画像形成装置１００は、コピー機能、スキャナ機能、ファクシミリ機能およびプリンタ機能を有する複合機であり、画像読取装置１０２で読み取った原稿の画像を外部に送信したり、画像読取装置１０２で読み取った原稿の画像または外部から受信した画像を、画像形成部１０１により用紙等の記録媒体上にカラーまたは単色で形成したりする。

画像読取部１３０の上側には、画像読取部１３０に対して開閉自在に支持された原稿送り装置１６０（自動原稿搬送装置：ＡＤＦ）が設けられている。原稿送り装置１６０は、１枚または複数枚の原稿を１枚ずつ順に搬送する。画像読取装置１０２は、原稿送り装置１６０により１枚ずつ搬送される原稿を読み取る。画像読取装置１０２は、原稿を載置する原稿載置台１３０ａと、原稿載置台１３０ａ上に載置された原稿を読み取る載置原稿読取機能とを備えている。画像読取部１３０は、走査光学系１３０ｂを走査して原稿載置台１３０ａに載置された原稿を読み取るか、または原稿送り装置１６０で搬送される原稿を読み取って画像データを生成する。

画像形成部１０１には、定着装置１、現像装置２、感光体ドラム３、ドラムクリーニング装置４、帯電器５、中間転写ベルト装置７、２次転写装置１１、光走査装置１２、給紙部１８等が設けられている。

画像形成部１０１では、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像、または、単色（例えば、ブラック）を用いたモノクロ画像に応じた画像データが扱われる。画像転写部５０には、４種類のトナー像を形成するための現像装置２、感光体ドラム３、ドラムクリーニング装置４および帯電器５が４つずつ設けられ、それぞれがブラック、シアン、マゼンタおよびイエローに対応付けられて、４つの画像ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが構成されている。

光走査装置１２は、感光体ドラム３の表面を露光して静電潜像を形成する。現像装置２は、感光体ドラム３の表面の静電潜像を現像して、感光体ドラム３の表面にトナー像を形成する。ドラムクリーニング装置４は、感光体ドラム３の表面の残留トナーを除去および回収する。帯電器５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させる。上述した一連の動作によって、各感光体ドラム３の表面に各色のトナー像が形成される。

中間転写ベルト装置７は、中間転写ローラ６、無端状の中間転写ベルト７１、中間転写駆動ローラ７２、中間転写従動ローラ７３およびクリーニング装置９を備えている。中間転写ローラ６は、各色に応じた４種類のトナー像を形成するようにそれぞれ４つずつ中間転写ベルト７１の内側に設けられている。中間転写ローラ６は、感光体ドラム３の表面に形成された各色のトナー像を、周回移動する中間転写ベルト７１に転写する。

中間転写ベルト７１は、中間転写駆動ローラ７２および中間転写従動ローラ７３に張架されている。画像形成装置１００では、各感光体ドラム３の表面に形成された各色のトナー像を順次転写して重ね合わせて、中間転写ベルト７１の表面にカラーのトナー像を形成する。クリーニング装置９は、用紙に転写されずに中間転写ベルト７１の表面に残った廃トナーを除去および回収する。

２次転写装置１１は、２次転写ローラ１１ａと中間転写ベルト７１との間の転写ニップ部ＴＮに、用紙搬送路２１を通じて搬送されてきた用紙を挟み込んで搬送する。用紙は、転写ニップ部ＴＮを通過する際に、中間転写ベルト７１の表面のトナー像が転写されて定着装置１に搬送される。

定着装置１は、軸線まわりに回転する定着ベルト３１および加圧ローラ３２を備えている。定着装置１は、定着ベルト３１および加圧ローラ３２の間に、トナー像が転写された用紙を挟み込んで加熱および加圧し、トナー像を用紙に定着させる。なお、図１においては図示を省略しているが、定着装置１は、定着ベルト３１および加圧ローラ３２以外の構成部材も有している。この定着装置１の詳細については、後述する。

給紙部１８は、画像形成に使用する記録媒体としての例えば用紙を積載する給紙カセットを備えており、光走査装置１２の下方に設けられている。用紙は、ピックアップローラ１６によって給紙部１８から引き出されて、用紙搬送路２１に搬送される。用紙搬送路２１に搬送された用紙は、２次転写装置１１や定着装置１を経由して、排出ローラ１７により排紙トレイ１９に排出される。

用紙搬送路２１には、搬送ローラ１３、レジストローラ１４および排出ローラ１７が配置されている。搬送ローラ１３は、用紙の搬送を促す。レジストローラ１４は、画像形成部１０１が用紙の画像形成を行うプロセススピードと等しい速度で、用紙を搬送する。このレジストローラ１４は、給紙部１８と２次転写装置１１との間に設けられ、２次転写装置１１でトナー像が用紙に転写されるように用紙の搬送タイミングを調節する。例えば、レジストローラ１４は、給紙部１８から搬送された用紙を挟持した状態で待機（一旦停止）させ、２次転写装置１１と同期させて一定速度での用紙の搬送を開始する。このとき、レジストローラ１４は、中間転写ベルト７１の周速度と等しい周速度で回転される。中間転写ベルト７１上のトナー像は、中間転写ベルト７１と２次転写ローラ１１ａとの間の転写ニップ部ＴＮにおいて用紙に転写される。

画像形成装置１００は、用紙の表面だけでなく、裏面に画像形成を行う場合には、排出ローラ１７で用紙の搬送方向が変えられ、反転搬送路２２へと用紙が搬送される。反転搬送路２２では、搬送ローラ１５により用紙は表裏が反転された状態でレジストローラ１４まで導かれる。画像形成装置１００は、レジストローラ１４に導かれた用紙を表面と同様にして裏面に画像形成し、排紙トレイ１９に排出する。

（定着装置）
図２は、本発明の実施形態に係る定着装置１の構成を示す概略断面図である。

定着装置１は、定着ベルト３１および加圧ローラ３２を備えている。図２に示すように、定着装置１は、さらに、定着ベルト３１の内側に、支持部材３３、定着パッド３４、摺動シート３５、加熱部３６、および反射板３７を備えている。また、定着装置１には、温度検出部としての定着温度センサ３８と、剥離板３９も備えられている。

定着ベルト３１は、無端状のフレキシブルなベルトであり、略環状に形成されている。定着ベルト３１は、例えば、ポリイミド等の合成樹脂またはニッケル等の金属によって形成された帯状の基材の表面に離型層を設けた構成を有する。定着ベルト３１は、図２において紙面に対して垂直方向に沿った軸線を中心に回転可能に設けられている。定着ベルト３１の内径は、例えば、３０ｍｍとされる。

定着パッド３４は、定着ベルト３１の軸線方向に沿って延びる長板状に形成され、例えば合成樹脂により構成されている。定着パッド３４の外周面（定着ベルト３１に近接する側の面）には摺動シート３５が設置されている。なお、定着パッド３４の長さは、定着ベルト３１の軸線方向の長さと略同等とされている。

摺動シート３５は定着ベルト３１の内周面と摺接するように設けられている。摺動シート３５の摺接面３５ａは、定着ベルト３１の内周と接触するように定着パッド３４が配置されている。定着ベルト３１は回転運動を行うが、これに対して定着パッド３４および摺動シート３５は固定されており、摺接面３５ａを定着ベルト３１が摺動する。摺動シート３５の摺接面３５ａには、定着ベルト３１との摩擦力を低減するための潤滑剤が塗布されていてもよい。

支持部材３３は、定着パッド３４および摺動シート３５を、定着ベルト３１の内周面に押し当てながら支持する部材である。支持部材３３は、例えば断面が略Ｌ字状に形成されており、定着パッド３４が固定される長板状の固定部３３ａと、固定部３３ａの端部から立設される長板状の立設部３３ｂとを有している。

加熱部３６は、定着ベルト３１を加熱する部材であって、定着ベルト３１の軸線方向（図２において紙面に対して垂直方向）に沿って延びるように設置されている。加熱部３６は、例えば、ハロゲンランプ等のランプヒータである。例示の形態では、加熱部３６は、定着ベルト３１の軸線方向中央部を加熱する第１ヒータ３６ａと、定着ベルト３１の軸線方向両端部を加熱する第２ヒータ３６ｂとを含む。第１ヒータ３６ａおよび第２ヒータ３６ｂのそれぞれの動作は、用紙Ｐのサイズ等に応じて決定される。定着ベルト３１は、これらの第１ヒータ３６ａおよび第２ヒータ３６ｂによって、例えば２００℃～２５０℃に加熱される。

反射板３７は、薄板状であって、支持部材３３の加熱部３６側の面を覆うように配置されている。定着ベルト３１は、この反射板３７により、効率よく加熱されるように構成されている。

加圧ローラ３２は、定着ベルト３１を挟んで定着パッド３４と対向する位置に配置されている。加圧ローラ３２は、定着ベルト３１の軸線方向に平行な回転軸を中心に回転し、定着ベルト３１と略平行に延びるように配置されている。加圧ローラ３２と定着ベルト３１との間のニップ部Ｎでは、定着パッド３４により定着ベルト３１が加圧ローラ３２に押圧される。加圧ローラ３２は、例えばアルミニウム等の金属によって形成される円筒状の芯材の表面を、ゴム等の弾性材によって覆った構成とすることができる。

加圧ローラ３２には、図示しないモータ等の駆動源からの駆動力が、ギア等を介して伝達される。加圧ローラ３２はこの駆動力を受けて回転駆動され、加圧ローラ３２の回転駆動に伴って、定着ベルト３１が加圧ローラ３２の回転方向とは逆方向に従動回転する。用紙Ｐは、加圧ローラ３２と定着ベルト３１との間のニップ部Ｎを用紙搬送方向Ｓに沿って通過するものとなる。

定着温度センサ３８は、定着ベルト３１の表面温度である定着温度を検出する。剥離板３９は、ニップ部Ｎよりも用紙搬送方向Ｓの下流側に配置され、定着ベルト３１に対する用紙Ｐの巻き付きを防止する。

（加熱部のデューティ制御）
図３は、画像形成装置１００の電気的構成を示す機能ブロック図である。

前記したように、画像形成装置１００は、給紙部１８から供給された用紙Ｐを、用紙搬送部２０（用紙搬送路２１および反転搬送路２２）を介して画像形成部１０１（特に２次転写装置１１や定着装置１）に搬送する構成とされている。定着装置１は、定着ベルト３１、加圧ローラ３２、加熱部３６、および定着温度センサ３８を含む。定着温度センサ３８は、周期的に定着ベルト３１の表面温度を検出する。

本実施形態に係る画像形成装置１００は、定着装置１における定着温度が設定温度に近づくように加熱部３６を制御することを基本制御としている。定着温度は、定着温度センサ３８の出力信号に基づいて取得される定着ベルト３１の表面温度である。設定温度は、定着温度の目標値であり、画像形成装置１００の動作に応じて適宜変更される。例えば、設定温度は、画像形成装置１００の待機状態では低い温度に設定され、印刷ジョブが入力されると画像形成に適した温度となるように待機状態よりも高い温度に設定される。

図４は、加熱部３６（第１ヒータ３６ａおよび第２ヒータ３６ｂ）の基本制御の概要を示す説明図である。定着温度センサ３８により検出された定着温度は、例えば図４に示すように、設定温度よりも上昇したり低下したりする温度変化を示す。

定着装置１では、加熱部３６の第１ヒータ３６ａおよび第２ヒータ３６ｂへの通電状態を、ＯＮまたはＯＦＦに切り替えることで、定着温度を調節する制御が行われる。例示の形態に係る定着装置１では、印刷ジョブ中の制御周期（例えば周期ｔ２）を１サイクルとし、１サイクル中のヒータＯＮとする期間をデューティ制御するように構成される。

図４では、例えばデューティ比４０％の場合のヒータＯＮ期間の例を示しており、１サイクル中の４０％の期間（時間０～ｔ１の間）で加熱部３６に電力を供給するよう制御される。このように、所定周期内における加熱部３６の通電状態の比率をデューティ比とし、このデューティ比を例えば２０％、４０％、６０％、８０％、１００％等と多様に切り替えることで、定着温度と設定温度との温度差を小さくするように制御している。

図２を参照して、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する際には、用紙Ｐはニップ部Ｎから熱を奪う。そのため、定着中には定着ベルト３１の表面温度が低下しやすい。特に、用紙Ｐに押し当てながら回転する定着ベルト３１の１周目と２周目以降とでは、定着ベルト３１の表面温度が変化しやすくなる。そのため、回転する定着ベルトの１周目に相当する画像領域と、２周目以降に相当する画像領域とで定着温度が異なることとなり、２周目に相当する画像領域で定着性および光沢性が低下して、画像不良の要因となることが考えられた。また、用紙Ｐがニップ部Ｎに存在しない紙間期間には、定着ベルト３１から奪われる熱の量は少なくなるため、定着ベルト３１の表面温度が上昇しやすくなる。

ここで、紙間期間とは、用紙Ｐの搬送中における用紙搬送方向Ｓにおいて、先行する用紙Ｐの後端が用紙搬送路２１の所定の箇所を通過した時点から、後続する用紙Ｐの先端が同じ箇所を通過するまでの期間をいう。用紙Ｐの連続搬送中は、画像形成装置１００は少なくとも２枚の用紙Ｐを所定の紙間期間（例えば紙間期間Ｔ）の時間スパンで搬送している。紙間期間Ｔは、特に、先行する用紙Ｐがニップ部Ｎを通過してから、後続する用紙Ｐがニップ部Ｎに到達するまでの時間となる。また、紙間期間Ｔと次の紙間期間Ｔとの間が、ニップ部Ｎを用紙Ｐが通過する通紙期間となる。

このような紙間期間Ｔと通紙期間の定着温度特性に対して、本実施形態に係る定着装置１では、紙間期間Ｔでの加熱部３６に供給する電力を制御することで、通紙期間の定着温度の急激な低下を抑制するように構成されている。

図３を参照して、定着装置１はＣＰＵ４０を備えている。ＣＰＵ４０は、加熱調節部４１、温度差判定部４２、勾配判定部４３、時間判定部４４、および通紙判定部４５を、あらかじめ組み込まれたプログラムとして記憶しており、記憶したプログラムを実行することにより後述する処理を実行する。なお、ＣＰＵ４０によって、画像形成装置１００を制御する構成としてもよい。すなわち、画像形成装置１００と定着装置１とで共通の制御部としてのＣＰＵを備えていてもよい。

加熱調節部４１は、加熱部３６に供給される電力を制御する。加熱調節部４１とともにＣＰＵ４０に設けられる通紙判定部４５は、ニップ部Ｎよりも用紙搬送方向Ｓの上流側での用紙Ｐの有無を判定する。用紙搬送路２１上には、用紙の通過を検知するための図示しない用紙検知センサが備えられている。用紙検知センサは、用紙搬送方向Ｓにおいて、用紙搬送路２１と反転搬送路２２との合流点よりも下流側であって、かつ２次転写装置１１よりも上流側の位置に配置されている。用紙検知センサは、検知箇所における用紙Ｐの有無に応じて異なる通紙判定信号を通紙判定部４５に出力する。

例えば、用紙検知センサは、レジストローラ１４の近傍に設置されることが好ましく、またはレジストローラ１４における用紙Ｐの搬送タイミングを調整するための他のセンサが用紙検知センサとして用いられてもよい。レジストローラ１４を通過した用紙Ｐは、ニップ部Ｎまで停止することなく一定速度で搬送されるので、ニップ部Ｎへの用紙Ｐの到達時間は、レジストローラ１４が用紙Ｐを搬送開始した時間から、ニップ部Ｎとレジストローラ１４の距離を用紙Ｐの搬送速度で割った時間後と、容易に算出することができる。

図５は、加熱部３６のデューティ制御の例を示す説明図である。図５の上段に示すように、通紙判定部４５が検知する通紙判定信号について、「ＯＮ」は用紙Ｐの「有り」を示し、「ＯＦＦ」は用紙Ｐの「無し」を示す。通紙判定信号がＯＮからＯＦＦとなるタイミングは紙間期間Ｔの開始時であり、ＯＦＦからＯＮとなるタイミングは紙間期間Ｔの終了時である。例示の形態では、期間Ｔ０１、Ｔ１２、Ｔ２３、Ｔ３４が紙間期間Ｔである。また、通紙期間は、通紙判定信号がＯＦＦからＯＮとなるタイミングから、ＯＮからＯＦＦとなるタイミングまでの期間（Ｔ０１とＴ１２との間、Ｔ１２とＴ２３との間、およびＴ２３とＴ３４との間の期間）である。

図３を参照して、温度差判定部４２は、定着温度センサ３８によって検出された定着温度と、あらかじめ設定された設定温度との差分を算出する。勾配判定部４３は、あらかじめ設定された比較時間をあけて定着温度センサ３８によって検出された複数の定着温度を比較して、定着温度の上昇傾向または低下傾向を判定する。比較時間は、印刷ジョブ中の制御周期（例えば図４に示す周期ｔ２）の整数倍（例えばｔ２×Ｎ、Ｎは整数）に相当する時間とされる。

定着装置１では、温度差判定部４２および勾配判定部４３の判定結果に基づいて加熱部３６のデューティ制御のデューティ比を決定する。例えば温度差判定部４２で判定された温度差（図４参照）が－３℃～０℃であり、勾配判定部４３が定着温度の低下傾向を判定した場合には加熱部３６のデューティ比を１００％とし、前記同様の温度差であっても定着温度の上昇傾向を判定した場合には加熱部３６のデューティ比を８８％に抑えるなどの制御を行う。また、温度差判定部４２で判定された温度差が－１℃～＋２℃であり、勾配判定部４３が定着温度の上昇傾向を判定した場合には加熱部３６のデューティ比を４８％とし、定着温度が上昇傾向にあっても、温度差が－４℃以上ある場合にはデューティ比を９６％に保つなどの制御を行う。これにより、加熱部３６の第１ヒータ３６ａおよび第２ヒータ３６ｂの通電状態を制御する。加熱部３６に対するヒータ加熱信号は、例えば図５の中段に示すように制御される。

画像形成装置１００は、入力された印刷ジョブに基づいて、給紙部１８から用紙Ｐの搬送を開始する。例えば、用紙Ｐを連続搬送するときには、所定の紙間期間Ｔをあけて複数枚の用紙Ｐを定着装置１へと送る。異なる印刷ジョブを跨ぐ場合には、先行する印刷ジョブの最後の用紙Ｐと、次の印刷ジョブの最初の用紙Ｐとの間の時間スパンが紙間期間Ｔとなる。ＣＰＵ４０の時間判定部４４は、このような紙間期間Ｔの長さを判定する。

図６および図７は、ニップ部Ｎへの用紙Ｐの到達時間を示す対応表である。図示するように、画像形成装置１００の単位時間当りの印刷枚数（ＣＰＭ：Copies Per Minute）、プロセス速度、用紙検知センサ（ＲＲＭ）からニップ部Ｎまでの距離に基づいて、図６では用紙Ｐの先端が用紙検知センサを通過するタイミングからニップ部Ｎに到達するまでに要する時間ＴＡが示され、図７では用紙Ｐの後端が用紙検知センサを通過するタイミングからニップ部Ｎに到達するまでに要する時間ＴＢが示されている。例えば、ＣＰＭ２６枚機の画像形成装置１００では、時間ＴＡが８０９ｍｓであるのに対し、ＣＰＭ６５枚機の高速の画像形成装置１００では、時間ＴＡが１２１ｍｓと短時間となる。時間判定部４４は、このような対応表に示される情報に基づき紙間期間Ｔを判定することができる。

前記のとおり、用紙Ｐがニップ部Ｎに存在しない紙間期間Ｔには、定着ベルト３１から奪われる熱の量は少なく、定着ベルト３１の表面温度が上昇しやすくなる。例えば、印刷ジョブの開始から１枚目の用紙Ｐの先端がニップ部Ｎに到達するまでの紙間期間Ｔ０１は定着温度が上昇しやすい。１枚目の用紙Ｐの通過後、２枚目以降の用紙Ｐについて、紙間期間Ｔ１２、Ｔ２３、Ｔ３４では、設定温度に対して定着温度が上がりすぎると温度低下のためのデューティ制御が必要となる一方で、低下しすぎると通紙期間での定着温度の追従性が悪くなるおそれがある。また、紙間期間Ｔが短い場合には、紙間期間Ｔが長い場合よりも、定着温度の低下を抑えて、後続する用紙Ｐの定着性を高めるようにすることが好ましい。

したがって、通紙期間における定着温度の温度リップルを抑制し、定着温度の低下による画像不良の発生を防止するには、紙間期間Ｔにおける加熱部３６のデューティ制御が重要となる。そこで、加熱調節部４１では、紙間期間Ｔにおける定着温度の過剰な上昇を抑制して通紙期間につなげるために、紙間期間Ｔでの加熱部３６の供給電力のデューティ比を低減する低減制御を行う。

例示の形態では、加熱調節部４１は、紙間期間Ｔでのデューティ比の上限値を、通紙期間でのデューティ比の上限値よりも低減する低減制御を行う構成とされている。図５の下段に示すように、低減制御がなされたヒータ加熱信号は、中段に示したヒータ加熱信号（低減制御なし）に対して、各紙間期間Ｔ（Ｔ０１、Ｔ１２、Ｔ２３、Ｔ３４）で、デューティ比が低減された状態を示している。また、デューティ比の低減制御に紙間期間Ｔの長さを反映させるために、時間判定部４４の判定結果に基づいて、紙間期間Ｔの長さが所定時間Ｔ５以下のときと、所定時間Ｔ５を超えるときとでデューティ比の低減値を異ならせ、所定時間Ｔ５以下であればデューティ比の低減量を少なくするように制御される。

ＣＰＵ４０は、デューティ比の低減制御に用いる複数のテーブルＡ、Ｂを記憶している。図８は、紙間期間Ｔと複数のテーブルＡ、Ｂとの対応関係を示す説明図であり、図９は、画像形成装置１００の種類と所定期間Ｔ５との対応関係を示す説明図であり、図１０は画像形成装置１００の種類とテーブルＡ、Ｂとの対応関係を示す説明図である。

デューティ比の低減制御には、テーブルＡまたはテーブルＢを参照して低減値が決められる。例えば、図８に示すように、時間判定部４４から得られた紙間期間Ｔ（例えばＴ１２、Ｔ２３、Ｔ３４）の長さが所定時間Ｔ５以下であれば、加熱調節部４１はテーブルＢを参照する。その紙間期間Ｔの長さが所定時間Ｔ５を超えるときは、加熱調節部４１はテーブルＡを参照する。また、印刷ジョブの開始から１枚目の用紙Ｐの先端がニップ部Ｎに到達するまでの紙間期間Ｔ０１については、所定時間Ｔ５にかかわらず、テーブルＡを参照する。

図９に示すように、例示の形態では所定時間Ｔ５は、ＣＰＭ２６枚機の画像形成装置１００では１８００ｍｓとされ、ＣＰＭ６５枚機の高速の画像形成装置１００では１２００ｍｓ等とされている。また、ＣＰＵ４０により取得された画像形成装置１００の印刷モードが厚紙モードであれば、所定時間Ｔ５は、２０００ｍｓとされる。この所定時間Ｔ５は、比較的、紙間期間Ｔが短い時間である場合を規定している。つまり、紙間期間Ｔがこのような所定時間Ｔ５以下の比較的短い時間であるとき、加熱調節部４１はテーブルＢを参照して低減値を算出することとなる。

図１０に示すように、例えばＣＰＭ２６枚機の画像形成装置１００であれば、紙間期間Ｔ０１についてテーブルＡを参照して、低減値（低減量）を７１％と読み出す。前記のとおり、温度差判定部４２および勾配判定部４３の判定結果に基づいて設定されたデューティ比に対して、加熱調節部４１は読み出された７１％の低減値を反映させる。図５に示すように、紙間期間Ｔ０１における加熱部３６へ供給する電力のデューティ比（図中の中段）の上限値を、デューティ比Ｄ１（図中の下段）に切り替えるデューティ制御を行う。

紙間期間Ｔにデューティ比を低減したことで、再び通紙期間に加熱部３６への通電を開始しても定着温度が上昇し始めるまでに多少の時間を要する。このような定着温度の追従性を考慮して、本実施形態に係る定着装置１ではデューティ比の低減制御の下限値も設定されており、例えばデューティ比の低減制御の下限値は１５％とされている。これにより、紙間期間Ｔの定着温度が低下しすぎることを抑制する。例えば、紙間期間Ｔ０１でデューティ比を７１％低減する結果、１５％を下回るデューティ比Ｄ１となる場合には、加熱調節部４１は、この紙間期間Ｔ０１のデューティ比Ｄ１を１５％として算出する。

また、図１０に示すように、例えばＣＰＭ２６枚機の画像形成装置１００で、紙間期間Ｔ１２については２枚目以降のテーブルＢを参照して、低減値（低減量）を５９％として読み出す。加熱調節部４１は、デューティ比を５９％低減し、かつデューティ比の下限値の１５％を考慮したデューティ比Ｄ２の上限値を算出する。紙間期間Ｔ２３のデューティ比Ｄ３、および紙間期間Ｔ３４のデューティ比Ｄ４の上限値についても、同様に、テーブルＢを参照して算出する。これにより、低減制御を行ったヒータ加熱信号は、図５の下段に示すように制御される。このようなデューティ比の低減制御は、連続して２枚以上の画像形成を行う印刷ジョブが入力されたとき、加熱調節部４１を含むＣＰＵ４０によって実行される。

加熱調節部４１によるデューティ比の低減制御は、前記のように２つのテーブルＡ、Ｂを参照して実行するに限られない。例えば図１１に示すように、テーブルＡ、Ｂに加えてテーブルＣを有する構成とされてもよい。

図１１は、紙間期間Ｔと複数のテーブルＡ～Ｃとの対応関係を示す説明図であり、図１２は、画像形成装置１００の種類と所定期間Ｔ５、Ｔ６との対応関係を示す説明図であり、図１３は、画像形成装置１００の種類とテーブルＡ～Ｃとの対応関係を示す説明図である。

この場合、例えば図１１に示すように、時間判定部４４から得られた紙間期間Ｔ（例えばＴ１２、Ｔ２３、Ｔ３４）の長さが、所定時間Ｔ５以下であれば加熱調節部４１はテーブルＢを参照し、所定時間Ｔ６以上であれば加熱調節部４１はテーブルＡを参照する。その紙間期間Ｔの長さが、所定時間Ｔ５を超えて所定時間Ｔ６未満であれば、加熱調節部４１はテーブルＣを参照する。また、印刷ジョブの開始から１枚目の用紙Ｐの先端がニップ部Ｎに到達するまでの紙間期間Ｔ０１については、所定時間Ｔ５、Ｔ６にかかわらず、テーブルＡを参照する。

図１２に示すように、所定時間Ｔ５は図９に示す構成と共通する。所定時間Ｔ６は、ＣＰＭ２６枚機の画像形成装置１００では３３００ｍｓとされ、ＣＰＭ６５枚機の高速の画像形成装置１００では２７００ｍｓ等とされている。すなわち、紙間期間Ｔが比較的長い場合についてテーブルＡを適用し、短い場合にはテーブルＢを適用する。対応するテーブルＡおよびテーブルＢは、図１３に示すように構成される。テーブルＣを適用することとなる、所定時間Ｔ５を超え所定時間Ｔ６未満（Ｔ６－Ｔ５）の時間は、図１２に示すように、例えばＣＰＭ２６枚機の画像形成装置１００では１５００ｍｓとされ、ＣＰＭ６５枚機の高速の画像形成装置１００では１５００ｍｓ等とされる。

図１４は、紙間期間とデューティ低減量との関係を示すグラフである。図１４では、画像形成装置１００の印刷モードが厚紙モードである場合を示している。紙間期間Ｔが比較的短い、所定時間Ｔ５までの間はテーブルＢが適用され、所定時間Ｔ５を超えるとテーブルＣが適用され、紙間期間Ｔが所定時間Ｔ６以上になるとテーブルＡを適用してデューティ比の低減値を読み出す。テーブルＣでは、テーブルＡとテーブルＢから次式（１）に基づいて算出した低減値を適用して、デューティ比の上限値を算出する。すなわち、テーブルＡによるデューティ比の低減値をＤａ、テーブルＢによるデューティ比の低減値をＤｂとし、テーブルＣで時間（Ｔ５＋ΔＴ）でのデューティ比の低減値をＤｃとすると、
Ｄｃ＝（Ｄｂ－Ｄａ）×（Ｔ６－Ｔ５－ΔＴ）／（Ｔ６－Ｔ５）＋Ｄａ…（１）
で表される。

加熱調節部４１は、前記の式（１）で得られたデューティ比の低減値Ｄｃによってデューティ比を低減し、かつ下限値（例えば１５％）を考慮して、デューティ比の上限値を算出する。算出したデューティ比の上限値により、加熱部３６の供給電力のデューティ比を変更する。このようにデューティ比の低減制御のテーブルＣを、テーブルＢとテーブルＡとの間に可変的に設けることができ、より細分化した制御を行うことができる。これによって、紙間期間Ｔで定着温度が上昇しすぎることを回避するとともに、定着温度が低下しすぎることを回避しうるデューティ制御を行うことができる。

このようなデューティ比の低減制御は、紙間期間Ｔの前後の所定のタイミングで開始および解除される。本実施形態では、加熱調節部４１は、用紙Ｐの後端がニップ部Ｎを通過する直前に、デューティ比の低減制御を開始し、用紙Ｐの先端がニップ部Ｎに到達する直前に、デューティ比の低減制御を解除する。用紙Ｐの後端がニップ部Ｎを通過する直前であるタイミングは、すなわち、紙間期間Ｔの開始直前のタイミングであり、図７に示す固定値を紙間期間Ｔの開始時間に適用することで算出される。また、用紙Ｐの先端がニップ部Ｎに到達する直前であるタイミングは、すなわち、紙間期間Ｔの終了直前のタイミングであり、図６に示す固定値を紙間期間Ｔの終了時間に適用することで算出される。

したがって、紙間期間Ｔの開始直前のタイミングでデューティ比の低減制御が開始されて、デューティ比の上限値が低減される。また、紙間期間Ｔの終了直前のタイミングでデューティ比の低減制御が解除されて、デューティ比の上限値が上げられる。これにより、定着温度の変化を紙間期間Ｔの開始および終了に追従させ、通紙期間での定着温度の均一化を図ることが可能となる。

図１５は、定着装置１における前記低減制御の処理例を示すフローチャートである。加熱調節部４１は、所定周期内における加熱部３６の通電状態の比率をデューティ比として、紙間期間Ｔでのデューティ比の上限値を、紙間期間Ｔに連続する通紙期間でのデューティ比の上限値よりも低減する低減制御を行う。

印刷ジョブが入力されると、印刷ジョブのジョブ情報に基づいて、印刷ジョブの開始から１枚目となる用紙Ｐの有無を判定する（ステップＳ１０１）。１枚目の用紙Ｐが「有り」と判定されると（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、制御はステップＳ１０２に移行する。そうでなければ、ステップＳ１０１が繰り返される。

ステップＳ１０２では、１枚目までの紙間期間Ｔ０１でのデューティ比の低減制御を行う。加熱調節部４１は、例えばデューティ比の低減制御のテーブルＡから低減値を読み出し、下限値の制限を反映させて、デューティ比の低減制御の上限値を算出し、出力する。そして、１枚目の用紙Ｐの先端がニップ部Ｎに到達する直前に、このデューティ比の低減制御を解除する。

ステップＳ１０３では、搬送される用紙Ｐが２枚目以降であるか否かを判定する。用紙Ｐが「有り」と判定されると（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、制御はステップＳ１０４に移行する。そうでなければ、印刷ジョブの終了と判断し、デューティ比の低減制御が終了する。

ステップＳ１０４では、紙間期間Ｔ（例えば２枚目の用紙Ｐまでの紙間期間Ｔ１２）を判定する。通紙判定部４５は、用紙検知センサからの通紙判定信号に基づいて用紙の有無を判定し、時間判定部４４は紙間期間Ｔの長さを判定する。

また、加熱調節部４１は、判定された紙間期間Ｔに基づいて、参照するテーブルを選択して読み出し、デューティ比の低減値を算出する（ステップＳ１０５）。また、算出された紙間期間Ｔに基づいて、固定値を含めた低減制御の開始および終了のタイミングを判定する（ステップＳ１０６）。

デューティ比の低減制御の開始のタイミングであると判定されると（ステップＳ１０６でＹＥＳ）、算出した低減値に基づいてデューティ比の上限値を出力する（ステップＳ１０７）。そうでなければ、ステップＳ１０７が繰り返される。

ステップＳ１０８では、引き続いて搬送される用紙Ｐの有無を判定する。用紙Ｐが「有り」と判定されると（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、ステップＳ１０４に移行し、ステップＳ１０４～Ｓ１０７の処理によりデューティ比の低減制御が行われる。搬送される用紙Ｐが「無し」と判定されると（ステップＳ１０８でＮＯ）、デューティ比の低減制御が終了する。

印刷ジョブが終了したと判断されると、ＣＰＵ４０は、加熱部３６への電力の供給を停止して、デューティ制御を終了する。なお、画像形成装置１００は、印刷の終了前にさらに次の印刷ジョブの入力を受け付けている場合には、加熱部３６への電力の供給を停止しなくてもよい。

以上のように構成されることで、画像形成装置１００および定着装置１は、紙間期間Ｔでの定着ベルト３１の加熱量を制御して、定着ベルト３１の表面温度が上昇しすぎたり低下しすぎたりする変動を抑えて、通紙期間の定着温度を安定化させることが可能となる。これにより、定着装置１で用紙Ｐに定着される画像に光沢むら等の画像不良が発生することを抑制でき、良好な画像形成を行うことが可能となる。

なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。例えば、画像形成装置１００は複合機であるに限られず、プリンタ、複写機、ＦＡＸ装置等、電子写真方式による画像形成機能を備えるものであれば適用可能である。また、カラー機であるに限られず、モノクロ機であってもよい。また、両面印刷が可能な画像形成装置１００であるに限られず、片面印刷専用の装置であってもよい。前記実施形態で示したデューティ比の低減制御のテーブルは例示した２種類または３種類であるに限られず、さらに細分化するなど多様に構成することが可能である。

今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 定着装置
１８ 給紙部
２０ 用紙搬送部
２１ 用紙搬送路
２２ 反転搬送路
３１ 定着ベルト（定着部材）
３２ 加圧ローラ（加圧部材）
３３ 支持部材
３４ 定着パッド
３５ 摺動シート（摺動部材）
３６ 加熱部
３７ 反射板
３８ 定着温度センサ（温度検出部）
４０ ＣＰＵ
４１ 加熱調節部
４２ 温度差判定部
４３ 勾配判定部
４４ 時間判定部
４５ 通紙判定部
１００ 画像形成装置
１０１ 画像形成部
Ｎ ニップ部
Ｓ 用紙搬送方向
Ｐ 用紙

Claims (8)

1. 定着部材と加圧部材との間のニップ部を通過する用紙を加熱して、用紙に形成されたトナー像を定着させる定着装置であって、
   前記定着部材を加熱する加熱部と、
   前記加熱部に供給される電力を調節する加熱調節部とを備え、
   前記加熱調節部は、所定周期内における前記加熱部の通電状態の比率をデューティ比として、用紙が前記ニップ部に存在しない紙間期間での前記デューティ比の上限値を、前記紙間期間に連続し、用紙が前記ニップ部を通過している通紙期間での前記デューティ比の上限値よりも低減する低減制御を行うことを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記ニップ部よりも用紙搬送方向の上流側で用紙の有無を判定する通紙判定部をさらに備え、
   前記紙間期間は、前記通紙判定部が用紙の有から無を検知したタイミングから、用紙の無から有を検知したタイミングまでの期間であり、
   前記通紙期間は、前記通紙判定部が用紙の無から有を検知したタイミングから、用紙の有から無を検知したタイミングまでの期間であることを特徴とする定着装置。
3. 請求項２に記載の定着装置において、
   前記加熱調節部は、用紙の後端が前記ニップ部を通過する直前に、前記デューティ比の低減制御を開始することを特徴とする定着装置。
4. 請求項２または３に記載の定着装置において、
   前記加熱調節部は、用紙の先端が前記ニップ部に到達する直前に、前記デューティ比の低減制御を解除することを特徴とする定着装置。
5. 請求項２～４のいずれか１つの請求項に記載の定着装置において、
   前記定着部材の温度である定着温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部によって検出された前記定着温度と、あらかじめ設定された設定温度との差分を算出する温度差判定部と、
   前記定着温度の変化に基づく温度勾配を判定する勾配判定部とをさらに備え、
   前記勾配判定部は、あらかじめ設定された比較時間をあけて検出された複数の前記定着温度から、前記定着温度の上昇傾向または低下傾向を判定し、
   前記加熱調節部は、前記温度差判定部および前記勾配判定部の判定結果に基づいて、前記デューティ比の上限値およびその低減量を決定することを特徴とする定着装置。
6. 請求項５に記載の定着装置において、
   前記紙間期間の長さを判定する時間判定部をさらに備え、
   前記時間判定部の判定結果に基づいて、前記紙間期間の長さが所定時間以下のときと前記所定時間を超えるときとで前記デューティ比の低減量を異ならせ、
   前記紙間期間の長さが前記所定時間以下のときは前記低減量を少なくすることを特徴とする定着装置。
7. 請求項１～６のいずれか１つの請求項に記載の定着装置において、
   前記定着部材は軸線まわりに回転可能な定着ベルトを有し、
   前記加圧部材は加圧ローラを有し、
   前記定着ベルトには、ベルト内面に当接して摺動する摺動部材と、前記摺動部材を固定する定着パッドとが備えられ、
   前記加圧ローラは、前記定着ベルトを挟んで前記定着パッドと対向する位置に配置されていることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１～７のいずれか１つの請求項に記載の定着装置を備える画像形成装置。

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