JP4546036B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、複写機およびファクシミリ等の画像形成装置に関し、より詳細には、記録材上に形成担持させた未定着画像を定着する装置として加熱定着装置を用いた画像形成装置の改善に係る。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタ等の画像形成装置における定着装置（定着器という場合がある）として、従来から熱ローラ方式やフィルム加熱方式のものが知られている。
【０００３】
特に、特許文献１ないし４等に提案されているフィルム加熱方式の加熱定着装置は、スタンバイ時に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えることが可能な、省エネルギーかつオンデマンドの定着装置として有効である。
【０００４】
フィルム加熱方式の加熱定着装置は、基本的には支持体に固定支持させたヒータ（加熱部材、加熱体）と、ヒータと摺動する耐熱性・薄肉のフィルム（定着フィルム）とを有する定着部材と、フィルムを介してヒータと圧接して定着ニップを形成する加圧部材としての加圧ローラとを有している。そして、定着ニップ部で未定着画像が形成された記録材を挟持搬送し、フィルムを介したヒータからの熱で未定着画像を永久画像として加熱定着させる。
【０００５】
ヒータとしては、一般にセラミックヒータが使用される。例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）・窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板をヒータ基板とし、その面に銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ta2Ｎ等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷等で形成具備させ、さらに前記通電発熱抵抗層形成面を薄肉ガラス保護層で覆ったものが知られている。セラミックヒータは、通電発熱抵抗層に通電がなされることにより、通電発熱抵抗層が発熱して、セラミック基板・ガラス保護層を含むヒータ全体が急速昇温する。このヒータの昇温がヒータ背面に配置された温度検知手段としてのサーミスタにより検知されて、通電制御部へフィードバックされる。通電制御部はサーミスタで検知されるヒータ温度がほぼ所定温度（定着温度）に維持されるように、通電発熱抵抗層に対する通電を制御する。これにより、ヒータは所定の定着温度に加熱制御される。
【０００６】
ここで、ヒータの背面に配設されたサーミスタは、ＮＴＣサーミスタ等を用いるのが一般的である。耐熱性・絶縁耐圧性を有する構成としては、図５に示すように、耐熱性・断熱性・弾性を有するセラミック繊維層７６ｂ、いわゆるセラミックペーパー層等の面と、ポリイミド薄膜７６ｄ等との間にＮＴＣサーミスタ７６ｃを配設したものをサーミスタユニットとして、ヒータ背面に対して適度に押圧するものがある。あるいは、ヒータ背面に導電パターンを形成し、熱伝導性接着剤を介してサーミスタを導電接着配設した構成(不図示)等も知られている。
【０００７】
また、これらの定着装置を有する画像形成装置においては、特許文献５ないし７等に開示されるように、定着装置内に設けられたヒータに複数のサーミスタを配設し、それらを利用してヒータの電力制御を行うものが知られている。
【０００８】
この種の画像形成装置では、例えば通紙基準が定着装置の中央の場合、ヒータ背面の長手方向（すなわち搬送方向に直交する方向）の中央部に第１のサーミスタ（メインサーミスタ）を設け、さらに加熱体の長手端部に第２のサーミスタ（サブサーミスタ）を設け、メインサーミスタで検出した温度により、ヒータを目標温度に保つ電力制御を行う。
【０００９】
この画像形成装置を用いて、封筒やハガキ等、定着装置の長手加熱域に対して比較的幅の狭い記録材（以下、「小サイズ紙」と呼ぶ）を連続通紙した場合、通紙部と非通紙部とでは、ヒータから奪われる熱量が大きく異なる。従って、記録材に熱量が奪われない非通紙部の温度は通紙を続けるにしたがって徐々に上昇していく、いわゆる非通紙部昇温現象を生じる。過度の非通紙部昇温は定着装置の構成部材を熱損させて装置寿命を低下させる等の弊害を生じさせる。このため、非通紙部昇温状況を端部のサブサーミスタで検出し、その温度状況によって給送間隔を変更したり、搬送スピードを下げたり、あるいはヒータへの電力供給を一時中止するといった制御が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６３−３１３１８２号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平２−１５７８７８号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開平４−４４０７５号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開平４−２０４９８０号公報
【００１４】
【特許文献５】
特開平５−８０６０４号公報
【００１５】
【特許文献６】
特開平５−８０６０５号公報
【００１６】
【特許文献７】
特開平５−８０６６５号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サーミスタは本来、その配設位置付近の定着部材温度を推測するものである。したがって、サーミスタ検出温度が同じ場合であっても、定着装置の暖まり具合によってはサーミスタ配設位置まわりの各定着構成部材の温度が異なる場合があった。
【００１８】
具体的には、コールドスタート(すなわち定着装置の余熱がない、室温に近い状態からのプリント)時と、ホットスタート(すなわち定着構成部材が長時間加熱された後の、熱平衡状態に近い状態からのプリント)時とでは、小サイズ紙通紙時のサブサーミスタ検出温度に対する定着構成部材、特に加圧ローラの温度に差が生じていた。
【００１９】
従来の画像形成装置において、小サイズ紙としてcom10#582封筒(幅105mm×長さ241mm)を連続通紙したときの、サブサーミスタ検出温度推移と、サブサーミスタの長手方向配設位置にあたる加圧ローラ表面を非接触温度測定した加圧ローラ温度推移を図９に示す。図９において、（ａ）はコールドスタート時(サーミスタ初期温度Ta0=25℃)、（ｂ）はホットスタート時(同Ta0=100℃)の温度変化である。
【００２０】
ここで、従来の画像形成装置における通紙条件は、搬送スピードＶｐ＝150mm/sec、小サイズ紙通紙開始時の給送間隔Ｆ=F0(＝4秒[15ppm])、連続通紙中における給送間隔切り替え制御移行のためのサブサーミスタ温度しきい値Tth＝235℃である。また、制御設定においては、連続通紙中、サブサーミスタがTthを超える毎に次の給送間隔ＦをF0＝4秒(15ppm) から F1＝6秒(10ppm) → F2＝7.5秒(8ppm) → F3＝10秒(6ppm)のように順に切り替えるよう設定しており、図９にはプリント開始から最初にサブサーミスタ検出温度がTthに到達するまでの温度推移を記している。
【００２１】
図９からわかるように、サブサーミスタ検出温度がTthに達したときの加圧ローラ温度は、コールドスタート時においてはTb＝約195℃、ホットスタート時においてはTb＝約225℃に達している。この温度差は、先に説明したように定着装置の構成部材の熱抵抗に関わり、ヒータの発熱体からヒータ基板、ポリイミド層を介したサブサーミスタまでの熱抵抗と、上記発熱体からガラス保護層、フィルムを介した加圧ローラまでの熱抵抗とのバランスが、コールドスタート時とホットスタート時とで異なるがゆえに生じるものである。
【００２２】
定着ニップまわりの各構成部材の耐熱性について記すと、シリコーンゴム層とＰＦＡトップ層とで構成された加圧ローラは230℃、ポリイミド基層とフッ素系コート層で構成された定着フィルムは300℃、セラミック基板等で構成されたヒータは400℃、液晶ポリマー(ＬＣＰ)で構成されたヒータ支持部材は300℃を各々超えると、過熱による溶融、破損等の不具合を生じる。そして、上記部材の中で耐熱的に最もマージンが少ない定着部材は加圧ローラであるため、加圧ローラの表面温度を230℃以下に保つことは必須である。
【００２３】
従来の定着制御、特に封筒等の小サイズ紙通紙時におけるサブサーミスタ温度検出による制御切り替えでは、定着装置の各構成部材の熱抵抗を考慮しておらず、制御切り替えのためのサーミスタ温度しきい値は常時１つしか有していなかった。このため、加圧ローラの耐熱温度マージンを確保しようとした場合、小サイズ紙スループットの最大化が図れていないという問題があった。
【００２４】
より具体的に述べると、上記従来例では定着装置が暖まった状態においても各部材の耐熱温度を満足させる温度しきい値により、コールドスタート時において加圧ローラ耐熱温度に対して実際には余裕がある状態でスループットを落としてしまっていた。
【００２５】
上記課題は、ヒータ発熱体からサーミスタまでの熱抵抗と、このヒータ発熱体から加圧ローラまでの熱抵抗との抵抗差が大きいほど顕著に現れる。
【００２６】
本発明は、上記のような複数のサーミスタを有する定着装置を備えた画像形成装置における熱抵抗に関連する問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、定着装置構成部材の熱伝導率、熱容量、及びそれらの配設状態における熱抵抗を考慮し、そのうえで小サイズ紙通紙時における給送間隔制御切り替え等のためのサブサーミスタ温度しきい値を設定することにより、定着部材を熱破損させることなくスループットの最大化を図ることが可能な画像形成装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、筒形状の定着フィルムと、基板上に抵抗発熱体を有し前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムの外面に接触し前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ヒータの長手方向における前記ヒータの最小通紙幅内の温度を検知する第１の温度検知素子と、前記ヒータの長手方向における前記ヒータの最大通紙幅内且つ前記最小通紙幅外の温度を検知する第２の温度検知素子と、を有し、前記抵抗発熱体から前記第１及び第２の温度検知素子までの熱抵抗よりも前記抵抗発熱体から前記加圧ローラ表面までの熱抵抗が大きく、前記定着ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材上のトナー画像を記録材に加熱定着する定着部と、前記第１の温度検知素子の検知温度が目標温度を維持するように前記ヒータへ供給する電力を制御する電力制御部と、を有し、複数枚の小サイズの記録材に連続して画像形成する際に前記第２の温度検知素子の検知温度が所定のしきい値を超えた場合、記録材の搬送間隔を広げる制御を行う画像形成装置において、前記しきい値は連続して画像形成する記録材の枚数が増加するに連れて徐々に低い値に変更され、画像形成開始時の前記定着部の温まり度合いが基準温度以下の場合は前記基準温度より高い場合よりも前記しきい値の初期値を高く設定する。
ここで、前記画像形成開始時の前記定着部の温まり度合いは、前記画像形成開始時の前記第１の温度検知素子または前記第２の温度検知素子の検知温度によって判断されるものとすることができる。
また、連続して画像形成する記録材の枚数をカウントするカウンタを有し、前記初期値以降の、連続して画像形成する記録材の枚数が増加するに連れて徐々に低い値に変更される前記しきい値は、前記カウンタのカウント値が増加するに連れ徐々に低い値に変更されるものとすることができる。
また、前記初期値以降の、連続して画像形成する記録材の枚数が増加するに連れて徐々に低い値に変更される前記しきい値は、連続して画像形成している最中で前記定着ニップ部に記録材が存在しない時間帯に前記ヒータへの電力供給を所定時間遮断し、この時の前記ヒータの温度降下幅に応じて設定され、前記温度降下幅が小さいほど前記しきい値を低い値に変更するものとすることができる。
【００３５】
本発明による作用として、最大通紙幅より内側で最小通紙幅より外側に温度検知手段を有する定着装置を備える画像形成装置において、コールドスタート時の通紙中、及びホットスタート時の通紙中の各々について、温度検知手段まわりの熱抵抗を考慮した温度しきい値を最適設定することにより、加圧ローラの耐熱温度に対して一定のマージンを確保した状態で小サイズ紙のスループットを最大化することが可能である。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の好適な実施の形態について具体的に説明する。
【００３７】
（第１実施形態）
図１に本実施形態による画像形成装置を示す。この画像形成装置は、矢印a方向に回転する感光ドラム１を備え、その周囲に帯電ローラ２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、クリーニング装置６が配設されている。また、画像が形成される記録材Ｐの搬送方向上流側から順に、第１の給紙カセット１１、第１の給紙ローラ１２、中間搬送ローラ対１５、レジストローラ対１６、記録材センサ１７、定着装置７が配設されている。また、記録材Ｐの長手方向 (搬送方向に直交する方向) 幅について、本実施形態による画像形成装置の最大通紙幅は216mmであり、封筒やハガキ等、最大通紙幅に対して比較的狭い幅を有する記録材Ｐ(以下、小サイズ記録材という)においては、第２の給紙カセット１３から第２の給紙ローラ１４によってレジストローラ対１６へ搬送される。
【００３８】
次に、上記画像形成装置の画像形成動作について説明する。
【００３９】
画像形成時には、感光ドラム１は駆動手段（不図示）により矢印ａ方向に回転駆動され、帯電ローラ２によって所定電位、例えば−６００Ｖに帯電される。そして、露光装置３から画像信号に対応したレーザー光Ｌが感光ドラム１上に照射され、感光ドラム１上の電位はレーザー光Ｌが照射された部分が所定電位、例えば−１５０Vに減衰し、静電潜像が形成される。そして、現像装置４によって静電潜像のレーザー光Ｌが照射された部分にマイナス帯電極性のトナーが反転現像され、トナー像が形成される。
【００４０】
そして、第２の給紙カセット１３から第２の給紙ローラ１４によってレジストローラ対１６まで（または、第１の給紙カセット１１から給紙ローラ１２によって１枚ずつ給紙された記録材Ｐは、中継搬送ローラ対１５によってレジストローラ対１６まで）搬送し、記録材センサ１７を通過して感光ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部に給送される。この際、記録材センサ１７は記録材の搬送方向先端および後端の通過を検知し、各制御のタイミングをつかさどっている。
【００４１】
転写ローラ５に転写バイアス制御手段５１から所定の転写プラスバイアスが印加され、感光ドラム１から記録材Ｐ上にトナー像が転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは、感光ドラム１の曲率分離をもって分離され、転写部の直後に配置された除電針１８により余剰電荷が除去される。感光ドラム１から分離された記録材Ｐは、定着装置７へ搬送され、定着ニップ部Ｎにおいて加熱、加圧により転写トナー像が記録材Ｐ上に永久固着画像として定着されて排出される。
【００４２】
図２は、本発明に基づく画像形成装置中に搭載されるフィルム加熱方式の定着装置の概略断面図を示す。本実施形態の定着装置は加圧ローラ駆動式であり、加熱体７３を保持させたフィルム支持手段７１を、円筒状の耐熱性フィルム（定着フィルム）７２を介して加圧ローラ７４に所定の押圧力をもって圧接させ、加熱体７３との間に定着ニップ部Ｎを形成している。
【００４３】
加圧ローラ７４の回転駆動による該加圧ローラ７４と耐熱性フィルム７２の外面との摩擦力により耐熱性フィルム７２に回転力が作用して、該耐熱性フィルム７２が加熱体７３を保持させたフィルム支持手段７１の外回りを矢印ａの方向に回転する。
【００４４】
円筒状の耐熱性フィルム７２は、例えば厚み30μm〜100μm程度のポリイミドを基層とした薄膜筒で、基層の上に導電性プライマーを介してPFA、PTFE等のコートが施されており、トナーとの離型性を保っている。
【００４５】
加熱体７３は、図３にも示されているようにヒータ基板７３ａ、ヒータ基板７３ａの片面側に形成した抵抗発熱体（通電発熱体）パターン７３ｂ、抵抗発熱体パターン７３ｂを被覆する表面保護層７３ｃ、 給電電極パターン７３ｄ等よりなる。
【００４６】
ヒータ基板７３ａは、被加熱材としての記録紙Pの搬送移動方向Aに対して直交する方向を長手とする横長・薄肉の形状を有し、例えば、長さ270mm、幅8mm、厚さ1mmの、アルミナ等の耐熱性・電気絶縁性・低熱容量のセラミック基材よりなる。
【００４７】
また、加熱体７３への通電加熱は温度制御手段２０によって適宜に制御することができる。図４に示すように温度制御手段２０は2系統に分かれ、それぞれ、加熱体７３の抵抗発熱体パターン７３ｂが形成具備されている側を加熱体表面として、該加熱体７３の裏面の記録紙Ｐ中央部に当る部分に取り付けられた第1の温度検知素子７５（以下、「メインサーミスタ」という）と、加熱領域の端部に当る部分に取り付けられた第2の温度検知素子７６（以下、「サブサーミスタ」という）とを有する。サブサーミスタ７６は、最大通紙幅より内側かつ最小通紙幅より外側に設けられている。
【００４８】
また、温度制御手段２０は、メインサーミスタ７５が検知する温度に基づいて加熱体７３の通電制御（加熱体の発熱量の制御）を行うためのCPUを有する。
【００４９】
上記CPUによる加熱体７３への電力制御は、電源波形の半波ごとに通電の実行と停止を制御するゼロクロス波数制御や、電源波形の半波ごとに通電する位相角を制御する位相制御等の多段階電力制御方法を用いることができる。
【００５０】
加圧ローラ７４の回転により耐熱性フィルム７２の回転がなされ、温度制御手段２０によって加熱体７３に対する通電が制御される。そして、加熱体７３が所定の温度に昇温した状態において、耐熱性フィルム７２と加圧ローラ７４との間にある定着ニップ部Nに、被加熱材である未定着トナー像Tを担持した記録紙Pが投入される。これにより、加熱体１０の熱が耐熱性フィルム７２を介して記録紙Pに付与され、未定着トナー像Tが記録紙P面に熱定着される。定着ニップ部Nを通過した記録紙Pは、耐熱性フィルム７２の面から曲率分離されて排紙される。
【００５１】
このようにして、定着装置は、加熱体と加圧部材とを加圧接触させて形成される定着ニップ部により未定着画像を有する記録材を挟持搬送させて、加熱及び加圧により前記未定着画像を記録材に加熱定着させる。より具体的には、定着装置は、加熱体と摺動する薄膜フィルムを有する定着部材と、薄膜フィルムを介して加熱体と圧接して定着ニップを形成する加圧部材とを有し、定着ニップ部で未定着画像が形成された記録材を挟持搬送し、薄膜フィルムを介した加熱体からの熱により未定着画像を記録材上に永久画像として定着させるものである。
【００５２】
図５に、本実施形態におけるサブサーミスタ７６まわりの構成の概略的な断面図を示す。サブサーミスタ７６は、不図示の固定部材で固定されたサーミスタホルダ７６ａ、耐熱性・断熱性・弾性を有するセラミック繊維層７６ｂ、ＮＴＣサーミスタ７６ｃ、ポリイミド薄膜７６ｄをユニットとして構成し、加熱体７３の裏面を適度に押圧して加熱体７３の温度検知をつかさどっている。メインサーミスタ７５も同様の構成をとっている。
【００５３】
加圧ローラ７４は、図２にも示されているように芯金７４ａ上に基層としてのシリコーンゴム層７４ｂを設け、シリコーンゴム層７４ｂの上に不図示のプライマー層を介して10〜100μm程度の厚みを有するＰＦＡトップ層７４ｃを設けて構成され、トナーとの離型性を保っている。ここで、ＰＦＡトップ層７４ｃの耐熱温度は260℃、シリコーンゴム層７４ｂの耐熱温度は230℃である。ＰＦＡトップ層７４ｃがシリコーンゴム層７４ｂに対して熱抵抗となるため、加圧ローラ７４表面が長時間230℃を超えることがない限り、加圧ローラ７４全体としての性能は劣化しない。
【００５４】
また、図５において、加熱体７３中の抵抗発熱体パターン７３ｂからＮＴＣサーミスタ７６ｃまでの間には、ヒータ基板７３ａおよびポリイミド薄膜７６ｄによる熱抵抗Ｒａが介在している。そして、抵抗発熱体パターン７３ｂから加圧ローラ７４表面までの間には、表面保護層７３ｃおよび定着フィルム７２によって熱抵抗Ｒｂが介在しており、本実施形態においてはＲａ＜Ｒｂという関係を有する。このことは、サブサーミスタ検知温度をTa、加圧ローラ表面温度をTbとして、抵抗発熱体パターン７３ｂの加熱制御による各構成部材の温度変化に対して常時Ta≧Tbという関係を満たすことを意味し、熱平衡状態に近いほど上記TaとTbの値が近くなる。
【００５５】
本実施形態における画像形成装置を用いて小サイズ紙を通紙するときの本体制御を説明する。本実施形態における小サイズ紙給送方法は、連続通紙中のサブサーミスタ７６の温度Taをモニタし、サブサーミスタ温度しきい値Tthを超えた場合に次からの記録材Ｐの給送間隔Ｆを延長する方式を採用している。本実施形態では、給送間隔F0=4秒(15ppm)を初期値とし、Ta≧Tthという条件でF0→F1=6秒(10ppm)→F2=7.5秒(8ppm)→F3=10秒(6ppm)と、順に給送間隔Ｆが切り替わるよう設定している。
【００５６】
次に、図６のフローチャートを参照し、温度制御手段２０により実行される本体制御の詳細を説明する。まず、小サイズ紙プリント信号受信後、ＣＰＵはサブサーミスタ初期温度Ta0を検知し、その値によって、小サイズ紙給送間隔切り替えのためのサブサーミスタ温度しきい値Tthを決定する(Ｓ１〜Ｓ３)。すなわち、画像形成装置の作動命令受信から定着装置の加熱開始以前までの状態を発熱停止状態とし、この発熱停止状態におけるサブサーミスタ７６の温度を検知し、この検知温度に基づいて所定しきい値を決定する。
【００５７】
本実施形態の場合、プリント開始時のTa0に対応して表１に示すT1=260℃、T2=250℃、T3=240℃、T4=250℃のうちいずれかが選択されTthが決定される。
【００５８】
【表１】
【００５９】
その後、所定タイミングにおいて加熱体７３を通電加熱し(Ｓ４)、給送間隔Ｆ初期値F0 =4秒(15ppm)の給送間隔をもって、記録材Ｐの給送を開始する(Ｓ５)。
【００６０】
上記のように、本実施形態ではサブサーミスタ７６の初期温度Ta0によって温度しきい値Tthを決定する。これにより、前記Ta0からサブサーミスタ７６配設位置周辺の各構成部材の暖まり具合を推測でき、本実施形態の場合はTa0と加圧ローラ７４初期温度Tb0との温度差と通紙中の各部材の温度上昇を推測できる。結果として、加圧ローラ７４の耐熱温度230℃を超えないサブサーミスタ７６温度しきい値を最適設定できる。表１におけるTa0とTthとの関係は、事前検討により得られた、加圧ローラ７４の耐熱温度を超えない設定である。
【００６１】
次に、記録材Ｐの連続通紙中、転写ローラ５手前に設けた記録材センサ１７部を記録材Ｐが通過することにより、連続通紙枚数Cpをカウントする(Ｓ６)。そして、連続通紙枚数Cpが、枚数カウントしきい値Cthに到達する毎に、サブサーミスタ温度しきい値TthをT(n)からT(n+1)へ繰り替える制御を行う(Ｓ７，Ｓ８)。本実施形態では、Cthの具体的な値としてC0=30枚、C1=60枚、C2=100枚と設定し、連続通紙枚数が前記Cthに到達する毎にTthを繰り替える。例えばTth=T1からスタートした場合はCthを超える毎にT1→T2→T3→T4の順に繰り替える。Tth=T3からスタートした場合はC0を超えるとT3→T4と繰り替え、その後の連続通紙においてはTth=T4を継続する。このようにして、記録材の連続搬送枚数をカウントし、所定しきい値を、記録材の連続搬送枚数に応じて決定する。
【００６２】
上記の繰り替え制御を行う理由は、定着加熱が長時間にわたることにより定着装置７の各構成部材は高温側の熱平衡状態に近づき、サブサーミスタ温度Taと加圧ローラ温度Tbの温度差が小さくなることに対応して、サブサーミスタ温度しきい値Tthの補正が必要になるためである。
【００６３】
上記制御を連続通紙中に施し、記録材Ｐが定着装置７通過しているときのサブサーミスタ温度TaがTthを超えた場合は、次記録材の給紙から給送間隔Ｆを切り替える制御を施す(Ｓ１０，Ｓ１１)。このようにして、印刷終了まで処理を続ける(Ｓ１３)。
【００６４】
本実施形態の制御を備える画像形成装置において、com10#582封筒(幅105mm×長さ241mm)を連続通紙したときの、サブサーミスタ検知温度推移と、サブサーミスタの長手方向配設位置にあたる加圧ローラ表面を非接触温度測定した加圧ローラ温度推移を図７に示す。図７において、（ａ）はコールドスタート時(Ta0=25℃)、（ｂ）はホットスタート時(Ta0=100℃)の測定結果であり、プリント開始から最初にサブサーミスタ検知温度がTthに到達するまでの温度推移を記している。
【００６５】
図７からわかるように、コールドスタート時においてはサブサーミスタ検知温度がTthに達したときの加圧ローラ温度Tb＝約225℃、ホットスタート時においてもTb＝約225℃に達した時点において給送間隔Ｆが切り替わっており、本実施形態におけるサブサーミスタ７６の温度しきい値の設定は加圧ローラ７４の耐熱温度に対して従来よりも適正化されていることがわかる。
【００６６】
以上、本実施形態のように、プリント開始時のサブサーミスタ７６の初期温度によってその温度しきい値Tthを段階的に設定し、また連続通紙枚数によってサブサーミスタ７６の温度しきい値をそれぞれ段階的に設定することにより、定着装置７の各構成部材の耐熱性に対して一定のマージンを確保しながら小サイズ紙のスループットの拡大化を図ることが可能となった。
【００６７】
なお、サブサーミスタ７６初期温度の検知は、各定着部材の熱平衡に近い状態で作動させることが望ましい。したがって、ある印刷ジョブ終了から一定時間(例えば30秒)経過後の印刷ジョブに対して温度検知を作動させるほうが望ましい。この場合は、印刷ジョブ終了から一定時間までの間における印刷ジョブに対しては前回のサブサーミスタ温度しきい値を保存しておく等の処理を行えばよい。
【００７０】
そして、本実施形態においては、サブサーミスタ７６の初期温度によってサブサーミスタ７６の温度しきい値を決定したが、温度しきい値は加熱体の発熱停止状態におけるメインサーミスタ７５またはサブサーミスタ７６の検知温度により決定することができる。従って、メインサーミスタ７５の初期温度によっても定着装置７の暖まり度合いを推測できるため、この値の如何によってサブサーミスタ７６の温度しきい値を決定してもよい。
【００７２】
（第２実施形態）
上述の実施形態においては、小サイズ紙通紙中の枚数カウントによってサブサーミスタ７６の温度しきい値を切り替え、その連続通紙枚数カウントしきい値は固定していた。しかし、小サイズ紙の搬送方向長さ、長手方向幅、厚み、重送の有無などにより加熱体７３の発熱量、発熱時間が異なるため、紙種が異なるときは、同じ通紙枚数時であってもサブサーミスタ７６の昇温度合い、更には加圧ローラ７４の昇温度合いが異なる場合がある。したがって定着装置７の暖まり度合いを判断するのに、固定枚数しきい値では様々な小サイズ紙種に対してスループットの最大化を図るという点で不十分である。
【００７３】
そこで本実施形態においては、上記課題を解決するために、連続した小サイズ記録材ＰとＰ'との非通紙時間間隔(以下、紙間という)を利用して、サブサーミスタ７６まわりの暖まり具合を判断し、それに応じて前記サブサーミスタ７６の温度しきい値を再設定するという手法を用いる。すなわち、加熱体の発熱停止状態を、画像形成装置の作動命令受信から定着装置の加熱開始以前までの発熱停止状態、または定着装置の加熱開始以後でかつ定着ニップに記録材が挟持されない時間範囲における状態とし、所定しきい値を、発熱停止状態におけるメインサーミスタ７５またはサブサーミスタ７６の検知温度の経時変化量により決定する。
それ以外の制御は第１実施形態と共通である。
【００７４】
図８のフローチャートを参照し、本実施形態の温度制御手段２０による本体制御の詳細を説明する。小サイズ紙プリント信号受信後、ＣＰＵはサブサーミスタ初期温度Ta0を検知し、その値によって、小サイズ紙給送間隔切り替えのためのサブサーミスタ温度しきい値Tthを表１に基づいて決定する(Ｓ２１〜Ｓ２３)。その後、所定タイミングにおいて加熱体７３を通電加熱し(Ｓ２４)、給送間隔Ｆ初期値F0 =4秒(15ppm)の給送間隔をもって、記録材Ｐの給送を開始する(Ｓ２５)。ここまでは第１実施形態と同様である。
【００７５】
本実施形態の制御切り替えに関しては、連続通紙枚数カウントは特に行わず、記録材Ｐに対して通常の定着制御、印刷制御を施す (Ｓ２６，２７)。そして、記録材Ｐが定着装置７を通過しているときのサブサーミスタ７６の温度Taをモニタし、サブサーミスタ温度しきい値Tthを超えた場合に次記録材の給紙から給送間隔Ｆを切り替える制御を施す(Ｓ２８，２９)。
【００７６】
記録材Ｐが定着装置７を抜け、次に定着装置７に搬送される記録材までの紙間中の所定時間範囲(本実施形態では1秒間に設定)において、加熱体７３に対する通電加熱をOFFし、サブサーミスタ７６の立下り温度ΔTを計測する。ΔTの値により、表２に示すいずれかのサブサーミスタ温度しきい値Tthを再設定する(Ｓ３０)。その後の処理は、上記第１実施形態と同様である。
【００７７】
【表２】
【００７８】
上記制御における温度しきい値設定は、定着装置７が暖まっていない状態において発熱をOFFすると、サブサーミスタ７６まわりの放熱度合いが大きい、つまり立下り温度ΔTが大きく、逆に暖まっている場合は前記ΔTが小さいことを利用したものである。
【００７９】
本実施形態のような定着装置を用いることにより、紙サイズや厚み等によらずに定着装置７の暖まり度合いを見積もることが可能となり、サブサーミスタ７６の温度しきい値を最適に設定できる。このため、第１実施形態で述べた作用、効果が最適化される。
【００８０】
なお、本実施形態においては、記録材搬送中の紙間における立下り温度の計測・制御を説明したが、図８に示すように紙間での立下り温度の計測に加えて印刷ジョブ終了時の後回転制御中や印刷ジョブ終了後の駆動停止中など、加熱体７３が発熱しない状態で立下り温度を計測し（Ｓ２８からＳ２９、Ｓ３０、Ｓ３１、Ｓ３２へ続くフロー）、次のしきい温度Ｔｔｈを決定した状態でジョブを終了してもよい。
【００８１】
また、本実施形態では、紙間における加熱体通電OFF時の立下り温度計測について、サブサーミスタ７６の温度を計測したが、メインサーミスタ７５の温度を計測することによっても定着装置７の暖まり度合いを推測できるため、この値の如何によってサブサーミスタ７６の温度しきい値を決定してもよい。
【００８２】
なお、本発明は、前述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００８３】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００８４】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【００８５】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することによって、前述した実施の形態の機能が実現される他、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施の形態の機能が実現され得る。
【００８６】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施の形態の機能が実現され得る。
【００８７】
本発明は、前述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体からそのプログラムをパソコン通信など通信ラインを介して要求者にそのプログラムを配信する場合にも適用できることは言うまでもない。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コールドスタート時の通紙中、及びホットスタート時の通紙中の各々について、温度検知手段まわりの熱抵抗を考慮した温度しきい値を最適設定することができる。したがって、加圧ローラの耐熱温度に対して一定のマージンを確保した状態で小サイズ紙のスループットを最大化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による画像形成装置の概略断面図である。
【図２】本発明に基づくフィルム加熱方式の定着装置の概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態による定着装置中の加熱体表面（発熱体側）の一部切欠き概略図である。
【図４】本発明の実施形態による定着装置におけるサーミスタまわりの概略透過斜視図である。
【図５】本発明の実施形態による定着ニップ付近の構成概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態による画像形成装置における制御フローチャートである。
【図７】本発明の実施形態によるcom10封筒通紙時のサブサーミスタ検知温度推移および加圧ローラ表面温度推移を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による画像形成装置における制御フローチャートである。
【図９】従来におけるcom10封筒通紙時のサブサーミスタ検知温度推移および加圧ローラ表面温度推移を示す図である。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写ローラ
６ クリーニング装置
７ 定着装置
１０ 加熱体
１１ 給紙カセット
１２ 給紙ローラ
１３ 給紙カセット
１４ 給紙ローラ
１５ 中間搬送ローラ対
１６ レジストローラ対
１７ 記録材センサ
１８ 除電針
２０ 温度制御手段
５１ 転写バイアス制御手段
７１ フィルム支持手段
７２ 耐熱性フィルム
７３ 加熱体
７３ａ ヒータ基板
７３ｂ 抵抗発熱体パターン
７３ｃ 表面保護層
７３ｄ 給電電極パターン
７４ 加圧ローラ
７４ａ 芯金
７４ｂ シリコーンゴム層
７４ｃ ＰＦＡトップ層
７５ メインサーミスタ
７６ サブサーミスタ
７６ａ サーミスタホルダ
７６ｂ セラミック繊維層
７６ｃ サブサーミスタ
７６ｄ ポリイミド薄膜
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ 記録材
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、複写機およびファクシミリ等の画像形成装置に関し、より詳細には、記録材上に形成担持させた未定着画像を定着する装置として加熱定着装置を用いた画像形成装置の改善に係る。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタ等の画像形成装置における定着装置（定着器という場合がある）として、従来から熱ローラ方式やフィルム加熱方式のものが知られている。
【０００３】
特に、特許文献１ないし４等に提案されているフィルム加熱方式の加熱定着装置は、スタンバイ時に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えることが可能な、省エネルギーかつオンデマンドの定着装置として有効である。
【０００４】
フィルム加熱方式の加熱定着装置は、基本的には支持体に固定支持させたヒータ（加熱部材、加熱体）と、ヒータと摺動する耐熱性・薄肉のフィルム（定着フィルム）とを有する定着部材と、フィルムを介してヒータと圧接して定着ニップを形成する加圧部材としての加圧ローラとを有している。そして、定着ニップ部で未定着画像が形成された記録材を挟持搬送し、フィルムを介したヒータからの熱で未定着画像を永久画像として加熱定着させる。
【０００５】
ヒータとしては、一般にセラミックヒータが使用される。例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）・窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板をヒータ基板とし、その面に銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ta2Ｎ等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷等で形成具備させ、さらに前記通電発熱抵抗層形成面を薄肉ガラス保護層で覆ったものが知られている。セラミックヒータは、通電発熱抵抗層に通電がなされることにより、通電発熱抵抗層が発熱して、セラミック基板・ガラス保護層を含むヒータ全体が急速昇温する。このヒータの昇温がヒータ背面に配置された温度検知手段としてのサーミスタにより検知されて、通電制御部へフィードバックされる。通電制御部はサーミスタで検知されるヒータ温度がほぼ所定温度（定着温度）に維持されるように、通電発熱抵抗層に対する通電を制御する。これにより、ヒータは所定の定着温度に加熱制御される。
【０００６】
ここで、ヒータの背面に配設されたサーミスタは、ＮＴＣサーミスタ等を用いるのが一般的である。耐熱性・絶縁耐圧性を有する構成としては、図５に示すように、耐熱性・断熱性・弾性を有するセラミック繊維層７６ｂ、いわゆるセラミックペーパー層等の面と、ポリイミド薄膜７６ｄ等との間にＮＴＣサーミスタ７６ｃを配設したものをサーミスタユニットとして、ヒータ背面に対して適度に押圧するものがある。あるいは、ヒータ背面に導電パターンを形成し、熱伝導性接着剤を介してサーミスタを導電接着配設した構成(不図示)等も知られている。
【０００７】
また、これらの定着装置を有する画像形成装置においては、特許文献５ないし７等に開示されるように、定着装置内に設けられたヒータに複数のサーミスタを配設し、それらを利用してヒータの電力制御を行うものが知られている。
【０００８】
この種の画像形成装置では、例えば通紙基準が定着装置の中央の場合、ヒータ背面の長手方向（すなわち搬送方向に直交する方向）の中央部に第１のサーミスタ（メインサーミスタ）を設け、さらに加熱体の長手端部に第２のサーミスタ（サブサーミスタ）を設け、メインサーミスタで検出した温度により、ヒータを目標温度に保つ電力制御を行う。
【０００９】
この画像形成装置を用いて、封筒やハガキ等、定着装置の長手加熱域に対して比較的幅の狭い記録材（以下、「小サイズ紙」と呼ぶ）を連続通紙した場合、通紙部と非通紙部とでは、ヒータから奪われる熱量が大きく異なる。従って、記録材に熱量が奪われない非通紙部の温度は通紙を続けるにしたがって徐々に上昇していく、いわゆる非通紙部昇温現象を生じる。過度の非通紙部昇温は定着装置の構成部材を熱損させて装置寿命を低下させる等の弊害を生じさせる。このため、非通紙部昇温状況を端部のサブサーミスタで検出し、その温度状況によって給送間隔を変更したり、搬送スピードを下げたり、あるいはヒータへの電力供給を一時中止するといった制御が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６３−３１３１８２号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平２−１５７８７８号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開平４−４４０７５号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開平４−２０４９８０号公報
【００１４】
【特許文献５】
特開平５−８０６０４号公報
【００１５】
【特許文献６】
特開平５−８０６０５号公報
【００１６】
【特許文献７】
特開平５−８０６６５号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サーミスタは本来、その配設位置付近の定着部材温度を推測するものである。したがって、サーミスタ検出温度が同じ場合であっても、定着装置の暖まり具合によってはサーミスタ配設位置まわりの各定着構成部材の温度が異なる場合があった。
【００１８】
具体的には、コールドスタート(すなわち定着装置の余熱がない、室温に近い状態からのプリント)時と、ホットスタート(すなわち定着構成部材が長時間加熱された後の、熱平衡状態に近い状態からのプリント)時とでは、小サイズ紙通紙時のサブサーミスタ検出温度に対する定着構成部材、特に加圧ローラの温度に差が生じていた。
【００１９】
従来の画像形成装置において、小サイズ紙としてcom10#582封筒(幅105mm×長さ241mm)を連続通紙したときの、サブサーミスタ検出温度推移と、サブサーミスタの長手方向配設位置にあたる加圧ローラ表面を非接触温度測定した加圧ローラ温度推移を図９に示す。図９において、（ａ）はコールドスタート時(サーミスタ初期温度Ta0=25℃)、（ｂ）はホットスタート時(同Ta0=100℃)の温度変化である。
【００２０】
ここで、従来の画像形成装置における通紙条件は、搬送スピードＶｐ＝150mm/sec、小サイズ紙通紙開始時の給送間隔Ｆ=F0(＝4秒[15ppm])、連続通紙中における給送間隔切り替え制御移行のためのサブサーミスタ温度しきい値Tth＝235℃である。また、制御設定においては、連続通紙中、サブサーミスタがTthを超える毎に次の給送間隔ＦをF0＝4秒(15ppm) から F1＝6秒(10ppm) → F2＝7.5秒(8ppm) → F3＝10秒(6ppm)のように順に切り替えるよう設定しており、図９にはプリント開始から最初にサブサーミスタ検出温度がTthに到達するまでの温度推移を記している。
【００２１】
図９からわかるように、サブサーミスタ検出温度がTthに達したときの加圧ローラ温度は、コールドスタート時においてはTb＝約195℃、ホットスタート時においてはTb＝約225℃に達している。この温度差は、先に説明したように定着装置の構成部材の熱抵抗に関わり、ヒータの発熱体からヒータ基板、ポリイミド層を介したサブサーミスタまでの熱抵抗と、上記発熱体からガラス保護層、フィルムを介した加圧ローラまでの熱抵抗とのバランスが、コールドスタート時とホットスタート時とで異なるがゆえに生じるものである。
【００２２】
定着ニップまわりの各構成部材の耐熱性について記すと、シリコーンゴム層とＰＦＡトップ層とで構成された加圧ローラは230℃、ポリイミド基層とフッ素系コート層で構成された定着フィルムは300℃、セラミック基板等で構成されたヒータは400℃、液晶ポリマー(ＬＣＰ)で構成されたヒータ支持部材は300℃を各々超えると、過熱による溶融、破損等の不具合を生じる。そして、上記部材の中で耐熱的に最もマージンが少ない定着部材は加圧ローラであるため、加圧ローラの表面温度を230℃以下に保つことは必須である。
【００２３】
従来の定着制御、特に封筒等の小サイズ紙通紙時におけるサブサーミスタ温度検出による制御切り替えでは、定着装置の各構成部材の熱抵抗を考慮しておらず、制御切り替えのためのサーミスタ温度しきい値は常時１つしか有していなかった。このため、加圧ローラの耐熱温度マージンを確保しようとした場合、小サイズ紙スループットの最大化が図れていないという問題があった。
【００２４】
より具体的に述べると、上記従来例では定着装置が暖まった状態においても各部材の耐熱温度を満足させる温度しきい値により、コールドスタート時において加圧ローラ耐熱温度に対して実際には余裕がある状態でスループットを落としてしまっていた。
【００２５】
上記課題は、ヒータ発熱体からサーミスタまでの熱抵抗と、このヒータ発熱体から加圧ローラまでの熱抵抗との抵抗差が大きいほど顕著に現れる。
【００２６】
本発明は、上記のような複数のサーミスタを有する定着装置を備えた画像形成装置における熱抵抗に関連する問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、定着装置構成部材の熱伝導率、熱容量、及びそれらの配設状態における熱抵抗を考慮し、そのうえで小サイズ紙通紙時における給送間隔制御切り替え等のためのサブサーミスタ温度しきい値を設定することにより、定着部材を熱破損させることなくスループットの最大化を図ることが可能な画像形成装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、筒形状の定着フィルムと、基板上に抵抗発熱体を有し前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムの外面に接触し前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ヒータの長手方向における前記ヒータの最小通紙幅内の温度を検知する第１の温度検知素子と、前記ヒータの長手方向における前記ヒータの最大通紙幅内且つ前記最小通紙幅外の温度を検知する第２の温度検知素子と、を有し、前記抵抗発熱体から前記第１及び第２の温度検知素子までの熱抵抗よりも前記抵抗発熱体から前記加圧ローラ表面までの熱抵抗が大きく、前記定着ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材上のトナー画像を記録材に加熱定着する定着部と、前記第１の温度検知素子の検知温度が目標温度を維持するように前記ヒータへ供給する電力を制御する電力制御部と、を有し、複数枚の小サイズの記録材に連続して画像形成する際に前記第２の温度検知素子の検知温度が所定のしきい値を超えた場合、記録材の搬送間隔を広げる制御を行う画像形成装置において、前記しきい値は連続して画像形成する記録材の枚数が増加するに連れて徐々に低い値に変更され、画像形成開始時の前記定着部の温まり度合いが基準温度以下の場合は前記基準温度より高い場合よりも前記しきい値の初期値を高く設定する。
ここで、前記画像形成開始時の前記定着部の温まり度合いは、前記画像形成開始時の前記第１の温度検知素子または前記第２の温度検知素子の検知温度によって判断されるものとすることができる。
また、連続して画像形成する記録材の枚数をカウントするカウンタを有し、前記初期値以降の、連続して画像形成する記録材の枚数が増加するに連れて徐々に低い値に変更される前記しきい値は、前記カウンタのカウント値が増加するに連れ徐々に低い値に変更されるものとすることができる。
また、前記初期値以降の、連続して画像形成する記録材の枚数が増加するに連れて徐々に低い値に変更される前記しきい値は、連続して画像形成している最中で前記定着ニップ部に記録材が存在しない時間帯に前記ヒータへの電力供給を所定時間遮断し、この時の前記ヒータの温度降下幅に応じて設定され、前記温度降下幅が小さいほど前記しきい値を低い値に変更するものとすることができる。
【００３５】
本発明による作用として、最大通紙幅より内側で最小通紙幅より外側に温度検知手段を有する定着装置を備える画像形成装置において、コールドスタート時の通紙中、及びホットスタート時の通紙中の各々について、温度検知手段まわりの熱抵抗を考慮した温度しきい値を最適設定することにより、加圧ローラの耐熱温度に対して一定のマージンを確保した状態で小サイズ紙のスループットを最大化することが可能である。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の好適な実施の形態について具体的に説明する。
【００３７】
（第１実施形態）
図１に本実施形態による画像形成装置を示す。この画像形成装置は、矢印a方向に回転する感光ドラム１を備え、その周囲に帯電ローラ２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、クリーニング装置６が配設されている。また、画像が形成される記録材Ｐの搬送方向上流側から順に、第１の給紙カセット１１、第１の給紙ローラ１２、中間搬送ローラ対１５、レジストローラ対１６、記録材センサ１７、定着装置７が配設されている。また、記録材Ｐの長手方向 (搬送方向に直交する方向) 幅について、本実施形態による画像形成装置の最大通紙幅は216mmであり、封筒やハガキ等、最大通紙幅に対して比較的狭い幅を有する記録材Ｐ(以下、小サイズ記録材という)においては、第２の給紙カセット１３から第２の給紙ローラ１４によってレジストローラ対１６へ搬送される。
【００３８】
次に、上記画像形成装置の画像形成動作について説明する。
【００３９】
画像形成時には、感光ドラム１は駆動手段（不図示）により矢印ａ方向に回転駆動され、帯電ローラ２によって所定電位、例えば−６００Ｖに帯電される。そして、露光装置３から画像信号に対応したレーザー光Ｌが感光ドラム１上に照射され、感光ドラム１上の電位はレーザー光Ｌが照射された部分が所定電位、例えば−１５０Vに減衰し、静電潜像が形成される。そして、現像装置４によって静電潜像のレーザー光Ｌが照射された部分にマイナス帯電極性のトナーが反転現像され、トナー像が形成される。
【００４０】
そして、第２の給紙カセット１３から第２の給紙ローラ１４によってレジストローラ対１６まで（または、第１の給紙カセット１１から給紙ローラ１２によって１枚ずつ給紙された記録材Ｐは、中継搬送ローラ対１５によってレジストローラ対１６まで）搬送し、記録材センサ１７を通過して感光ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部に給送される。この際、記録材センサ１７は記録材の搬送方向先端および後端の通過を検知し、各制御のタイミングをつかさどっている。
【００４１】
転写ローラ５に転写バイアス制御手段５１から所定の転写プラスバイアスが印加され、感光ドラム１から記録材Ｐ上にトナー像が転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは、感光ドラム１の曲率分離をもって分離され、転写部の直後に配置された除電針１８により余剰電荷が除去される。感光ドラム１から分離された記録材Ｐは、定着装置７へ搬送され、定着ニップ部Ｎにおいて加熱、加圧により転写トナー像が記録材Ｐ上に永久固着画像として定着されて排出される。
【００４２】
図２は、本発明に基づく画像形成装置中に搭載されるフィルム加熱方式の定着装置の概略断面図を示す。本実施形態の定着装置は加圧ローラ駆動式であり、加熱体７３を保持させたフィルム支持手段７１を、円筒状の耐熱性フィルム（定着フィルム）７２を介して加圧ローラ７４に所定の押圧力をもって圧接させ、加熱体７３との間に定着ニップ部Ｎを形成している。
【００４３】
加圧ローラ７４の回転駆動による該加圧ローラ７４と耐熱性フィルム７２の外面との摩擦力により耐熱性フィルム７２に回転力が作用して、該耐熱性フィルム７２が加熱体７３を保持させたフィルム支持手段７１の外回りを矢印ａの方向に回転する。
【００４４】
円筒状の耐熱性フィルム７２は、例えば厚み30μm〜100μm程度のポリイミドを基層とした薄膜筒で、基層の上に導電性プライマーを介してPFA、PTFE等のコートが施されており、トナーとの離型性を保っている。
【００４５】
加熱体７３は、図３にも示されているようにヒータ基板７３ａ、ヒータ基板７３ａの片面側に形成した抵抗発熱体（通電発熱体）パターン７３ｂ、抵抗発熱体パターン７３ｂを被覆する表面保護層７３ｃ、 給電電極パターン７３ｄ等よりなる。
【００４６】
ヒータ基板７３ａは、被加熱材としての記録紙Pの搬送移動方向Aに対して直交する方向を長手とする横長・薄肉の形状を有し、例えば、長さ270mm、幅8mm、厚さ1mmの、アルミナ等の耐熱性・電気絶縁性・低熱容量のセラミック基材よりなる。
【００４７】
また、加熱体７３への通電加熱は温度制御手段２０によって適宜に制御することができる。図４に示すように温度制御手段２０は2系統に分かれ、それぞれ、加熱体７３の抵抗発熱体パターン７３ｂが形成具備されている側を加熱体表面として、該加熱体７３の裏面の記録紙Ｐ中央部に当る部分に取り付けられた第1の温度検知素子７５（以下、「メインサーミスタ」という）と、加熱領域の端部に当る部分に取り付けられた第2の温度検知素子７６（以下、「サブサーミスタ」という）とを有する。サブサーミスタ７６は、最大通紙幅より内側かつ最小通紙幅より外側に設けられている。
【００４８】
また、温度制御手段２０は、メインサーミスタ７５が検知する温度に基づいて加熱体７３の通電制御（加熱体の発熱量の制御）を行うためのCPUを有する。
【００４９】
上記CPUによる加熱体７３への電力制御は、電源波形の半波ごとに通電の実行と停止を制御するゼロクロス波数制御や、電源波形の半波ごとに通電する位相角を制御する位相制御等の多段階電力制御方法を用いることができる。
【００５０】
加圧ローラ７４の回転により耐熱性フィルム７２の回転がなされ、温度制御手段２０によって加熱体７３に対する通電が制御される。そして、加熱体７３が所定の温度に昇温した状態において、耐熱性フィルム７２と加圧ローラ７４との間にある定着ニップ部Nに、被加熱材である未定着トナー像Tを担持した記録紙Pが投入される。これにより、加熱体１０の熱が耐熱性フィルム７２を介して記録紙Pに付与され、未定着トナー像Tが記録紙P面に熱定着される。定着ニップ部Nを通過した記録紙Pは、耐熱性フィルム７２の面から曲率分離されて排紙される。
【００５１】
このようにして、定着装置は、加熱体と加圧部材とを加圧接触させて形成される定着ニップ部により未定着画像を有する記録材を挟持搬送させて、加熱及び加圧により前記未定着画像を記録材に加熱定着させる。より具体的には、定着装置は、加熱体と摺動する薄膜フィルムを有する定着部材と、薄膜フィルムを介して加熱体と圧接して定着ニップを形成する加圧部材とを有し、定着ニップ部で未定着画像が形成された記録材を挟持搬送し、薄膜フィルムを介した加熱体からの熱により未定着画像を記録材上に永久画像として定着させるものである。
【００５２】
図５に、本実施形態におけるサブサーミスタ７６まわりの構成の概略的な断面図を示す。サブサーミスタ７６は、不図示の固定部材で固定されたサーミスタホルダ７６ａ、耐熱性・断熱性・弾性を有するセラミック繊維層７６ｂ、ＮＴＣサーミスタ７６ｃ、ポリイミド薄膜７６ｄをユニットとして構成し、加熱体７３の裏面を適度に押圧して加熱体７３の温度検知をつかさどっている。メインサーミスタ７５も同様の構成をとっている。
【００５３】
加圧ローラ７４は、図２にも示されているように芯金７４ａ上に基層としてのシリコーンゴム層７４ｂを設け、シリコーンゴム層７４ｂの上に不図示のプライマー層を介して10〜100μm程度の厚みを有するＰＦＡトップ層７４ｃを設けて構成され、トナーとの離型性を保っている。ここで、ＰＦＡトップ層７４ｃの耐熱温度は260℃、シリコーンゴム層７４ｂの耐熱温度は230℃である。ＰＦＡトップ層７４ｃがシリコーンゴム層７４ｂに対して熱抵抗となるため、加圧ローラ７４表面が長時間230℃を超えることがない限り、加圧ローラ７４全体としての性能は劣化しない。
【００５４】
また、図５において、加熱体７３中の抵抗発熱体パターン７３ｂからＮＴＣサーミスタ７６ｃまでの間には、ヒータ基板７３ａおよびポリイミド薄膜７６ｄによる熱抵抗Ｒａが介在している。そして、抵抗発熱体パターン７３ｂから加圧ローラ７４表面までの間には、表面保護層７３ｃおよび定着フィルム７２によって熱抵抗Ｒｂが介在しており、本実施形態においてはＲａ＜Ｒｂという関係を有する。このことは、サブサーミスタ検知温度をTa、加圧ローラ表面温度をTbとして、抵抗発熱体パターン７３ｂの加熱制御による各構成部材の温度変化に対して常時Ta≧Tbという関係を満たすことを意味し、熱平衡状態に近いほど上記TaとTbの値が近くなる。
【００５５】
本実施形態における画像形成装置を用いて小サイズ紙を通紙するときの本体制御を説明する。本実施形態における小サイズ紙給送方法は、連続通紙中のサブサーミスタ７６の温度Taをモニタし、サブサーミスタ温度しきい値Tthを超えた場合に次からの記録材Ｐの給送間隔Ｆを延長する方式を採用している。本実施形態では、給送間隔F0=4秒(15ppm)を初期値とし、Ta≧Tthという条件でF0→F1=6秒(10ppm)→F2=7.5秒(8ppm)→F3=10秒(6ppm)と、順に給送間隔Ｆが切り替わるよう設定している。
【００５６】
次に、図６のフローチャートを参照し、温度制御手段２０により実行される本体制御の詳細を説明する。まず、小サイズ紙プリント信号受信後、ＣＰＵはサブサーミスタ初期温度Ta0を検知し、その値によって、小サイズ紙給送間隔切り替えのためのサブサーミスタ温度しきい値Tthを決定する(Ｓ１〜Ｓ３)。すなわち、画像形成装置の作動命令受信から定着装置の加熱開始以前までの状態を発熱停止状態とし、この発熱停止状態におけるサブサーミスタ７６の温度を検知し、この検知温度に基づいて所定しきい値を決定する。
【００５７】
本実施形態の場合、プリント開始時のTa0に対応して表１に示すT1=260℃、T2=250℃、T3=240℃、T4=250℃のうちいずれかが選択されTthが決定される。
【００５８】
【表１】
その後、所定タイミングにおいて加熱体７３を通電加熱し(Ｓ４)、給送間隔Ｆ初期値F0 =4秒(15ppm)の給送間隔をもって、記録材Ｐの給送を開始する(Ｓ５)。
【００６０】
上記のように、本実施形態ではサブサーミスタ７６の初期温度Ta0によって温度しきい値Tthを決定する。これにより、前記Ta0からサブサーミスタ７６配設位置周辺の各構成部材の暖まり具合を推測でき、本実施形態の場合はTa0と加圧ローラ７４初期温度Tb0との温度差と通紙中の各部材の温度上昇を推測できる。結果として、加圧ローラ７４の耐熱温度230℃を超えないサブサーミスタ７６温度しきい値を最適設定できる。表１におけるTa0とTthとの関係は、事前検討により得られた、加圧ローラ７４の耐熱温度を超えない設定である。
【００６１】
次に、記録材Ｐの連続通紙中、転写ローラ５手前に設けた記録材センサ１７部を記録材Ｐが通過することにより、連続通紙枚数Cpをカウントする(Ｓ６)。そして、連続通紙枚数Cpが、枚数カウントしきい値Cthに到達する毎に、サブサーミスタ温度しきい値TthをT(n)からT(n+1)へ繰り替える制御を行う(Ｓ７，Ｓ８)。本実施形態では、Cthの具体的な値としてC0=30枚、C1=60枚、C2=100枚と設定し、連続通紙枚数が前記Cthに到達する毎にTthを繰り替える。例えばTth=T1からスタートした場合はCthを超える毎にT1→T2→T3→T4の順に繰り替える。Tth=T3からスタートした場合はC0を超えるとT3→T4と繰り替え、その後の連続通紙においてはTth=T4を継続する。このようにして、記録材の連続搬送枚数をカウントし、所定しきい値を、記録材の連続搬送枚数に応じて決定する。
【００６２】
上記の繰り替え制御を行う理由は、定着加熱が長時間にわたることにより定着装置７の各構成部材は高温側の熱平衡状態に近づき、サブサーミスタ温度Taと加圧ローラ温度Tbの温度差が小さくなることに対応して、サブサーミスタ温度しきい値Tthの補正が必要になるためである。
【００６３】
上記制御を連続通紙中に施し、記録材Ｐが定着装置７通過しているときのサブサーミスタ温度TaがTthを超えた場合は、次記録材の給紙から給送間隔Ｆを切り替える制御を施す(Ｓ１０，Ｓ１１)。このようにして、印刷終了まで処理を続ける(Ｓ１３)。
【００６４】
本実施形態の制御を備える画像形成装置において、com10#582封筒(幅105mm×長さ241mm)を連続通紙したときの、サブサーミスタ検知温度推移と、サブサーミスタの長手方向配設位置にあたる加圧ローラ表面を非接触温度測定した加圧ローラ温度推移を図７に示す。図７において、（ａ）はコールドスタート時(Ta0=25℃)、（ｂ）はホットスタート時(Ta0=100℃)の測定結果であり、プリント開始から最初にサブサーミスタ検知温度がTthに到達するまでの温度推移を記している。
【００６５】
図７からわかるように、コールドスタート時においてはサブサーミスタ検知温度がTthに達したときの加圧ローラ温度Tb＝約225℃、ホットスタート時においてもTb＝約225℃に達した時点において給送間隔Ｆが切り替わっており、本実施形態におけるサブサーミスタ７６の温度しきい値の設定は加圧ローラ７４の耐熱温度に対して従来よりも適正化されていることがわかる。
【００６６】
以上、本実施形態のように、プリント開始時のサブサーミスタ７６の初期温度によってその温度しきい値Tthを段階的に設定し、また連続通紙枚数によってサブサーミスタ７６の温度しきい値をそれぞれ段階的に設定することにより、定着装置７の各構成部材の耐熱性に対して一定のマージンを確保しながら小サイズ紙のスループットの拡大化を図ることが可能となった。
【００６７】
なお、サブサーミスタ７６初期温度の検知は、各定着部材の熱平衡に近い状態で作動させることが望ましい。したがって、ある印刷ジョブ終了から一定時間(例えば30秒)経過後の印刷ジョブに対して温度検知を作動させるほうが望ましい。この場合は、印刷ジョブ終了から一定時間までの間における印刷ジョブに対しては前回のサブサーミスタ温度しきい値を保存しておく等の処理を行えばよい。
【００７０】
そして、本実施形態においては、サブサーミスタ７６の初期温度によってサブサーミスタ７６の温度しきい値を決定したが、温度しきい値は加熱体の発熱停止状態におけるメインサーミスタ７５またはサブサーミスタ７６の検知温度により決定することができる。従って、メインサーミスタ７５の初期温度によっても定着装置７の暖まり度合いを推測できるため、この値の如何によってサブサーミスタ７６の温度しきい値を決定してもよい。
【００７２】
（第２実施形態）
上述の実施形態においては、小サイズ紙通紙中の枚数カウントによってサブサーミスタ７６の温度しきい値を切り替え、その連続通紙枚数カウントしきい値は固定していた。しかし、小サイズ紙の搬送方向長さ、長手方向幅、厚み、重送の有無などにより加熱体７３の発熱量、発熱時間が異なるため、紙種が異なるときは、同じ通紙枚数時であってもサブサーミスタ７６の昇温度合い、更には加圧ローラ７４の昇温度合いが異なる場合がある。したがって定着装置７の暖まり度合いを判断するのに、固定枚数しきい値では様々な小サイズ紙種に対してスループットの最大化を図るという点で不十分である。
【００７３】
そこで本実施形態においては、上記課題を解決するために、連続した小サイズ記録材ＰとＰ'との非通紙時間間隔(以下、紙間という)を利用して、サブサーミスタ７６まわりの暖まり具合を判断し、それに応じて前記サブサーミスタ７６の温度しきい値を再設定するという手法を用いる。すなわち、加熱体の発熱停止状態を、画像形成装置の作動命令受信から定着装置の加熱開始以前までの発熱停止状態、または定着装置の加熱開始以後でかつ定着ニップに記録材が挟持されない時間範囲における状態とし、所定しきい値を、発熱停止状態におけるメインサーミスタ７５またはサブサーミスタ７６の検知温度の経時変化量により決定する。
それ以外の制御は第１実施形態と共通である。
【００７４】
図８のフローチャートを参照し、本実施形態の温度制御手段２０による本体制御の詳細を説明する。小サイズ紙プリント信号受信後、ＣＰＵはサブサーミスタ初期温度Ta0を検知し、その値によって、小サイズ紙給送間隔切り替えのためのサブサーミスタ温度しきい値Tthを表１に基づいて決定する(Ｓ２１〜Ｓ２３)。その後、所定タイミングにおいて加熱体７３を通電加熱し(Ｓ２４)、給送間隔Ｆ初期値F0 =4秒(15ppm)の給送間隔をもって、記録材Ｐの給送を開始する(Ｓ２５)。ここまでは第１実施形態と同様である。
【００７５】
本実施形態の制御切り替えに関しては、連続通紙枚数カウントは特に行わず、記録材Ｐに対して通常の定着制御、印刷制御を施す (Ｓ２６，２７)。そして、記録材Ｐが定着装置７を通過しているときのサブサーミスタ７６の温度Taをモニタし、サブサーミスタ温度しきい値Tthを超えた場合に次記録材の給紙から給送間隔Ｆを切り替える制御を施す(Ｓ２８，２９)。
【００７６】
記録材Ｐが定着装置７を抜け、次に定着装置７に搬送される記録材までの紙間中の所定時間範囲(本実施形態では1秒間に設定)において、加熱体７３に対する通電加熱をOFFし、サブサーミスタ７６の立下り温度ΔTを計測する。ΔTの値により、表２に示すいずれかのサブサーミスタ温度しきい値Tthを再設定する(Ｓ３０)。その後の処理は、上記第１実施形態と同様である。
【００７７】
【表２】
上記制御における温度しきい値設定は、定着装置７が暖まっていない状態において発熱をOFFすると、サブサーミスタ７６まわりの放熱度合いが大きい、つまり立下り温度ΔTが大きく、逆に暖まっている場合は前記ΔTが小さいことを利用したものである。
【００７９】
本実施形態のような定着装置を用いることにより、紙サイズや厚み等によらずに定着装置７の暖まり度合いを見積もることが可能となり、サブサーミスタ７６の温度しきい値を最適に設定できる。このため、第１実施形態で述べた作用、効果が最適化される。
【００８０】
なお、本実施形態においては、記録材搬送中の紙間における立下り温度の計測・制御を説明したが、図８に示すように紙間での立下り温度の計測に加えて印刷ジョブ終了時の後回転制御中や印刷ジョブ終了後の駆動停止中など、加熱体７３が発熱しない状態で立下り温度を計測し（Ｓ２８からＳ２９、Ｓ３０、Ｓ３１、Ｓ３２へ続くフロー）、次のしきい温度Ｔｔｈを決定した状態でジョブを終了してもよい。
【００８１】
また、本実施形態では、紙間における加熱体通電OFF時の立下り温度計測について、サブサーミスタ７６の温度を計測したが、メインサーミスタ７５の温度を計測することによっても定着装置７の暖まり度合いを推測できるため、この値の如何によってサブサーミスタ７６の温度しきい値を決定してもよい。
【００８２】
なお、本発明は、前述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００８３】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００８４】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【００８５】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することによって、前述した実施の形態の機能が実現される他、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施の形態の機能が実現され得る。
【００８６】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施の形態の機能が実現され得る。
【００８７】
本発明は、前述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体からそのプログラムをパソコン通信など通信ラインを介して要求者にそのプログラムを配信する場合にも適用できることは言うまでもない。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コールドスタート時の通紙中、及びホットスタート時の通紙中の各々について、温度検知手段まわりの熱抵抗を考慮した温度しきい値を最適設定することができる。したがって、加圧ローラの耐熱温度に対して一定のマージンを確保した状態で小サイズ紙のスループットを最大化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による画像形成装置の概略断面図である。
【図２】本発明に基づくフィルム加熱方式の定着装置の概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態による定着装置中の加熱体表面（発熱体側）の一部切欠き概略図である。
【図４】本発明の実施形態による定着装置におけるサーミスタまわりの概略透過斜視図である。
【図５】本発明の実施形態による定着ニップ付近の構成概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態による画像形成装置における制御フローチャートである。
【図７】本発明の実施形態によるcom10封筒通紙時のサブサーミスタ検知温度推移および加圧ローラ表面温度推移を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による画像形成装置における制御フローチャートである。
【図９】従来におけるcom10封筒通紙時のサブサーミスタ検知温度推移および加圧ローラ表面温度推移を示す図である。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写ローラ
６ クリーニング装置
７ 定着装置
１０ 加熱体
１１ 給紙カセット
１２ 給紙ローラ
１３ 給紙カセット
１４ 給紙ローラ
１５ 中間搬送ローラ対
１６ レジストローラ対
１７ 記録材センサ
１８ 除電針
２０ 温度制御手段
５１ 転写バイアス制御手段
７１ フィルム支持手段
７２ 耐熱性フィルム
７３ 加熱体
７３ａ ヒータ基板
７３ｂ 抵抗発熱体パターン
７３ｃ 表面保護層
７３ｄ 給電電極パターン
７４ 加圧ローラ
７４ａ 芯金
７４ｂ シリコーンゴム層
７４ｃ ＰＦＡトップ層
７５ メインサーミスタ
７６ サブサーミスタ
７６ａ サーミスタホルダ
７６ｂ セラミック繊維層
７６ｃ サブサーミスタ
７６ｄ ポリイミド薄膜
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ 記録材
Claims (4)
- 記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、
筒形状の定着フィルムと、基板上に抵抗発熱体を有し前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムの外面に接触し前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ヒータの長手方向における前記ヒータの最小通紙幅内の温度を検知する第１の温度検知素子と、前記ヒータの長手方向における前記ヒータの最大通紙幅内且つ前記最小通紙幅外の温度を検知する第２の温度検知素子と、を有し、前記抵抗発熱体から前記第１及び第２の温度検知素子までの熱抵抗よりも前記抵抗発熱体から前記加圧ローラ表面までの熱抵抗が大きく、前記定着ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材上のトナー画像を記録材に加熱定着する定着部と、
前記第１の温度検知素子の検知温度が目標温度を維持するように前記ヒータへ供給する電力を制御する電力制御部と、
を有し、複数枚の小サイズの記録材に連続して画像形成する際に前記第２の温度検知素子の検知温度が所定のしきい値を超えた場合、記録材の搬送間隔を広げる制御を行う画像形成装置において、
前記しきい値は連続して画像形成する記録材の枚数が増加するに連れて徐々に低い値に変更され、画像形成開始時の前記定着部の温まり度合いが基準温度以下の場合は前記基準温度より高い場合よりも前記しきい値の初期値を高く設定することを特徴とする画像形成装置。 - 前記画像形成開始時の前記定着部の温まり度合いは、前記画像形成開始時の前記第１の温度検知素子または前記第２の温度検知素子の検知温度によって判断されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
- 連続して画像形成する記録材の枚数をカウントするカウンタを有し、前記初期値以降の、連続して画像形成する記録材の枚数が増加するに連れて徐々に低い値に変更される前記しきい値は、前記カウンタのカウント値が増加するに連れ徐々に低い値に変更されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
- 前記初期値以降の、連続して画像形成する記録材の枚数が増加するに連れて徐々に低い値に変更される前記しきい値は、連続して画像形成している最中で前記定着ニップ部に記録材が存在しない時間帯に前記ヒータへの電力供給を所定時間遮断し、この時の前記ヒータの温度降下幅に応じて設定され、前記温度降下幅が小さいほど前記しきい値を低い値に変更することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
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