JP5659624B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に未定着画像を定着する定着装置、及び前記定着装置を有する画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機等の画像形成装置においては、記録媒体上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することにより複写物や記録物を得ることができる。定着に際しては、未定着画像を担持している記録媒体を挟持搬送しながら未定着画像を加熱することにより、未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーの溶融軟化及び記録媒体への浸透を行わせる。これにより、記録媒体にトナーを定着することができる。

このような画像形成装置において、ウォームアップ時間の短縮や、消費エネルギーを抑えるために、温度制御の高精度化が求められ、それに伴い温度センサの検知精度も要求されるようになった。一般的に定着ローラ温度を検知する温度センサには精度の高いサーモパイルが使われるが、加圧ローラ温度を検知する温度センサにはそれより精度の低い非接触型サーミスタが使われる場合がある。画像形成装置における温度制御は、様々な方法で行われているが、以下に一例を示す。

例えば、特許文献１では、非接触温度センサの内部にサーモパイルとセンサ自身の温度を検知するサーミスタを備えており、サーミスタの昇温とサーモパイルの温度上昇を比較して非接触温度センサの表面の汚れ具合を検知し、温度補正を実施している。

又、特許文献２では、サーミスタが定着ローラの表面に接触する接触位置と、それから離間する非接触位置とを切り替える手段を備えている。定着ローラが回転しないウォームアップ時や待機時には、サーミスタは定着ローラに接触して温度検知を行っている。定着ローラが回転する通紙時には、サーミスタは定着ローラと非接触で温度検知を行っている。このような動作を行うことで、定着ローラ表面にサーミスタによる傷がつくことを防止している。

又、特許文献３では、定着ローラの通紙部に非接触型のメイン温度センサを設け、非通紙部に接触型のサブ温度センサを設けている。非通紙部のサブ温度センサでウォームアップ完了の判断を行い、通紙時には通紙部のメイン温度センサで制御している。ウォームアップ時には、非接触型のメイン温度センサ表面の汚れによる検知ずれによる影響がないため、ウォームアップ時間の延長を防止できる。

又、特許文献４では、温度特性の異なる複数のセンサを定着ローラに近接して設け、使用温度に応じて選択して使用することで、どの温度領域でも高精度な温度検知を可能としている。

しかしながら、上記特許文献１〜４の技術では、記録媒体の両面の温度を精度良く検知できないという問題がある。そのため、定着時の熱量過多や熱量不足を正確に捉え、温度補正することにより、画質向上や省エネルギーを実現することは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、記録媒体の両面の温度を精度良く検知することが可能な定着装置、及び前記定着装置を有する画像形成装置を提供することを課題とする。

本定着装置は、ニップを形成する回転体対と、前記回転体対を構成する一方の回転体の温度を検知する複数の温度検知手段と、前記回転体対を構成する他方の回転体の温度を検知する複数の温度検知手段と、を有する定着装置であって、前記一方の回転体の温度を検知する前記複数の温度検知手段のうちの少なくとも２つと、前記他方の回転体の温度を検知する前記複数の温度検知手段のうちの少なくとも２つとは、前記回転体対の軸方向の位置が略一致するように配置された少なくとも２組の温度検知手段対を構成し、前記少なくとも２組の温度検知手段対は、前記回転体対の通紙領域に配置された非接触型の温度検知手段対と、前記回転体対の非通紙領域に配置された接触型の温度検知手段対と、を含み、
前記非通紙領域に配置された接触型の温度検知手段の温度検知結果に基づいて、前記通紙領域に配置された非接触型の温度検知手段の温度検知結果を、使用温度領域を前記接触型の温度検知手段と前記非接触型の温度検知手段の検知誤差に基づいて予め定めた複数の領域に分割し、前記領域毎に補正することを要件とする。

開示の技術によれば、記録媒体の両面の温度を精度良く検知することが可能な定着装置、及び前記定着装置を有する画像形成装置を提供できる。

本実施の形態に係る画像形成装置を例示する図である。 本実施の形態に係る定着装置を例示する図である。 図２の定着ローラ及び定着スリーブの一部を拡大して例示する図である。 定着スリーブ及び加圧ローラのそれぞれの温度を検知する温度検知手段の配置を例示する図である。 温度制御中の異常検出についてのフローチャートである。 非接触型サーミスタの検知誤差について説明するための図である。 非接触型サーミスタの検知誤差補正についてのフローチャートである。 第２の接触型サーミスタと非接触型サーミスタの検知温度を複数の温度で測定した例を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［画像形成装置の構成・動作］
始めに、本実施の形態に係る画像形成装置の構成及び動作について説明する。図１は、本実施の形態に係る画像形成装置を例示する図である。図１を参照するに、画像形成装置１０は、露光部１１と、プロセスカートリッジ１２と、転写部１３と、排紙トレイ１４と、給紙部１５及び１６と、レジストローラ１７と、手差し給紙部１８と、感光体ドラム１９と、定着装置２０と、制御部（図示せず）とを有する。画像形成装置１０は、例えばレーザプリンタである。

露光部１１は、画像情報に基づいた露光光Ｌを感光体ドラム１９上に照射する機能を有する。プロセスカートリッジ１２は、作像部としての機能を有し、画像形成装置１０に着脱自在に設置される。転写部１３は、感光体ドラム１９上に形成されたトナー像を転写紙等の記録媒体Ｐに転写する機能を有する。排紙トレイ１４は、出力画像（トナー像が定着された記録媒体）を載置する機能を有する。給紙部１５及び１６は、記録媒体Ｐを収納する機能を有する。レジストローラ１７は、記録媒体Ｐを転写部１３に搬送する機能を有する。手差し給紙部１８は、主として給紙部１５及び１６に収納された記録媒体Ｐとは異なるサイズの記録媒体を給紙する機能を有する。定着装置２０は、定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３を含んで構成され、記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する機能を有する。

画像形成装置１０における通常の画像形成時の動作について説明する。まず、露光部１１（書込部）から、画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、プロセスカートリッジ１２の感光体ドラム１９上に向けて出射される。感光体ドラム１９は反時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程等）を経て、感光体ドラム１９上に画像情報に対応したトナー像が形成される。その後、感光体ドラム１９上に形成されたトナー像は、転写部１３で、レジストローラ１７により搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。

一方、転写部１３に搬送される記録媒体Ｐは、次のように動作する。まず、画像形成装置１０の複数の給紙部１５及び１６のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙部１５が選択されたものとする）。なお、複数の給紙部１５及び１６には、それぞれ、異なるサイズの記録媒体Ｐや、搬送方向の異なる同一サイズの記録媒体Ｐが、収納されている。

そして、給紙部１５に収納された記録媒体Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送される。その後、記録媒体Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラ１７の位置に達する。そして、レジストローラ１７の位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム１９上に形成されたトナー像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部１３に向けて搬送される。

そして、転写工程後の記録媒体Ｐは、転写部１３の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間に送入される。そして、定着スリーブ２２から受ける熱と加圧ローラ２３から受ける圧力とにより、記録媒体Ｐにトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体Ｐは、定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間から送出された後に、出力画像（トナー像が定着された記録媒体）として画像形成装置１０から排出されて、排紙トレイ１４上に載置される。

なお、制御部（図示せず）は、各種の温度センサ（温度検知手段）を用いた定着装置２０の制御を含む画像形成装置１０に関する様々な制御を行う機能を有する。制御部（図示せず）は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリなどを含み、制御部（図示せず）の各種機能は、ＲＯＭ等に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現される。ただし、制御部（図示せず）の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御部（図示せず）は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。

このようにして、一連の画像形成プロセスが完了する。なお、ここでは、画像形成装置１０として単色の印刷用の装置を例示した。しかし、プロセスカートリッジ１２に代えて、ＫＣＭＹの４色に対応するプロセスカートリッジを設置して像を形成することで、フルカラーの印刷が可能となる。

［定着装置の構成・動作］
次に、本実施の形態に係る定着装置の構成及び動作について説明する。図２は、本実施の形態に係る定着装置を例示する図である。図３は、図２の定着ローラ及び定着スリーブの一部を拡大して例示する図である。図２及び図３を参照するに、定着装置２０は、定着ローラ２１、定着スリーブ２２、加圧ローラ２３、誘導加熱部３０、サーモパイル３４、第１の接触型サーミスタ３５、非接触型サーミスタ３６、第２の接触型サーミスタ３７等を含んで構成されている。なお、Ｔは未定着画像であるトナー像（トナー）を示している（以降、トナー像Ｔとする）。

定着スリーブ２２は、記録媒体Ｐのトナー像Ｔ（未定着画像）が形成された側と接し、記録媒体Ｐにトナー像Ｔを加熱定着させる機能を有する。定着スリーブ２２は、厚さが例えば３０〜５０μｍの金属材料からなる基材２２a上に弾性層２２ｂ及び離型層２２ｃを順次形成したものである。定着スリーブ２２の外径は、例えば４０ｍｍとすることができる。基材２２aを形成する材料としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、又は、これらの合金等の磁性金属材料を用いることができる。弾性層２２ｂは、シリコーンゴム等の弾性材料からなり、その厚さは例えば１５０μｍとすることができる。これにより、熱容量がそれ程大きくなく、定着ムラのない良好な定着画像を得ることができる。離型層２２ｃは、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素化合物をチューブ状に被覆したものであって、その厚さは例えば５０μｍとすることができる。離型層２２ｃは、トナー像（トナー）Ｔが直接的に接する定着スリーブ２２表面のトナー離型性を高めるためのものである。

定着ローラ２１は、定着スリーブ２２を保持する機能を有する。定着ローラ２１は、ステンレス鋼等の金属材料からなる円筒状の芯金２１a上に、例えばシリコーン発泡体からなる耐熱性の弾性層２１ｂが形成されたものである。定着ローラ２１の外径は、例えば４０ｍｍとすることができる。弾性層２１ｂは、例えば、肉厚が９ｍｍで軸上におけるアスカー硬度が３０〜５０度となるように形成されている。定着ローラ２１は、定着スリーブ２２の内周面に当接して、薄肉の定着スリーブ２２をローラ状に保持している。

加圧ローラ２３は、記録媒体Ｐのトナー像Ｔ（未定着画像）が形成されていない側と接し、記録媒体Ｐを定着スリーブ２２側に加圧する機能を有する。なお、一方の面に既に画像が形成された（定着済）記録媒体Ｐの他方の面に未定着画像を定着する場合（両面印刷の場合）は、一方の面の定着済の画像が加圧ローラ２３と接し他方の面の未定着の画像が定着スリーブ２２と接するように、記録媒体Ｐが定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間に送入される。

加圧ローラ２３は、アルミニウム、銅等の高熱伝導性金属材料からなる芯金２３a上に、シリコーンゴム等の耐熱性の弾性層２３ｂ、離型層（図示せず）が順次形成されたものである。加圧ローラ２３の外径は、例えば４０ｍｍとすることができる。弾性層２３ｂは、例えば、肉厚が２ｍｍとなるように形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブを被覆したものであって、例えば、厚さが５０μｍになるように形成されている。加圧ローラ２３は、定着スリーブ２２を介して定着ローラ２１に圧接していて、その圧接部にニップ部を形成している。そして、このニップ部に、記録媒体Ｐが搬送される。なお、定着ローラ２１及び定着スリーブ２２と、加圧ローラ２３とは、本発明に係る回転体対の代表的な一例である。

誘導加熱部３０は、励磁コイル３１、コア部３２、消磁コイル部３３等で構成される。励磁コイル３１は、定着スリーブ２２の外周の一部を覆うように配設されたコイルガイド上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向（図２の紙面垂直方向である）に延設したものである。消磁コイル部３３は、記録媒体Ｐの幅方向に対称に配置され、励磁コイル３１上に重なって配置されている。コア部３２は、フェライト等の強磁性体（比透磁率が２５００程度である）からなり、定着スリーブ２２に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコア３２ｂやサイドコア３２ａ、アーチコア３２ｃが設けられている。コア部３２は、幅方向に延設された励磁コイル３１に対向するように設置されている。なお、誘導加熱部３０は、本発明に係る加熱手段の代表的な一例である。

サーモパイル３４は、定着スリーブ２２の通紙領域の温度を検知する温度検知手段であって、定着スリーブ２２の幅方向の略中央部に配置されている。サーモパイル３４は、被測定対象物の温度を極めて高精度で検知可能な非接触型の温度センサである。なお、サーモパイル３４は、本発明に係る非接触型の温度検知手段の代表的な一例である。

第１の接触型サーミスタ３５は、定着スリーブ２２の非通紙領域の温度を検知する温度検知手段であって、定着スリーブ２２の幅方向の最大通紙領域外に配置されている。ここで、最大通紙領域とは、定着装置２０が複数の幅の記録媒体（例えばＡ３ＴとＡ５Ｔ等）を通紙可能である場合、定着スリーブ２２の幅方向において、最大幅の記録媒体を通紙する領域よりも外側の領域を指す。なお、Ａ３Ｔとは、Ａ３サイズの記録媒体を縦に（長手方向が通紙方向と一致するように）通紙する場合を指す。同様に、Ａ５Ｔとは、Ａ５サイズの記録媒体を縦に（長手方向が通紙方向と一致するように）通紙する場合を指す。

第１の接触型サーミスタ３５を定着スリーブ２２の幅方向の最大通紙領域外に配置することにより、定着スリーブ２２の通紙領域の損傷を避けることができる。第１の接触型サーミスタ３５は、サーモパイル３４よりも安価である。但し、第１の接触型サーミスタ３５は、サーモパイル３４よりも検知精度は劣る。なお、第１の接触型サーミスタ３５は、本発明に係る接触型の温度検知手段の代表的な一例である。

非接触型サーミスタ３６は、加圧ローラ２３の通紙領域の温度を検知する温度検知手段であって、加圧ローラ２３の幅方向の略中央部に配置されている。非接触型サーミスタ３６は加圧ローラ２３に対して所定のギャップをあけて配設されているので、加圧ローラ２３に当接する接触型温度センサを用いる場合に比べて耐久性が高く、又、加圧ローラ２３の表面を傷つける不具合等も生じない。又、非接触型サーミスタ３６は、サーモパイル３４よりも安価である。非接触型サーミスタ３６は、本発明に係る非接触型の温度検知手段の代表的な一例である。

第２の接触型サーミスタ３７は、加圧ローラ２３の非通紙領域の温度を検知する温度検知手段であって、加圧ローラ２３の幅方向の最大通紙領域外に配置されている。第２の接触型サーミスタ３７を加圧ローラ２３の幅方向の最大通紙領域外に配置することにより、加圧ローラ２３の通紙領域の損傷を避けることができる。第２の接触型サーミスタ３７は、サーモパイル３４よりも安価である。但し、第２の接触型サーミスタ３７は、サーモパイル３４よりも検知精度は劣る。なお、第２の接触型サーミスタ３７は、本発明に係る接触型の温度検知手段の代表的な一例である。

このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。駆動モータ（図示せず）によって、加圧ローラ２３が図２の時計方向に回転駆動されると、定着スリーブ２２は反時計方向に回転する。そして、定着スリーブ２２は、誘導加熱部３０との対向位置で、誘導加熱部３０から発生される磁束によって加熱される。

詳しくは、電源部（図示せず）から励磁コイル３１に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚである）の高周波交番電流を流すことで、励磁コイル３１に対向する定着スリーブ２２の近傍に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、定着スリーブ２２の基材２２ａ（発熱層）に渦電流が生じて、基材２２ａはその電気抵抗によってジュール熱が発生して誘導加熱される。こうして、定着スリーブ２２は、自身の基材２２ａの誘導加熱によって加熱される。誘導加熱部３０によって加熱された定着スリーブ２２の表面は、加圧ローラ２３とのニップ部に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上の、未定着のトナー像Ｔ（トナー）を加熱して溶融する。

詳しくは、所定の作像プロセスを経てトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが、ガイド板２４に案内されながら定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間に送入される（矢印Ｙ１の方向に搬送される）。そして、定着スリーブ２２から受ける熱と加圧ローラ２３から受ける圧力とによってトナー像Ｔが記録媒体Ｐに定着され、定着分離板２５、加圧分離板２６によって定着スリーブ２２から分離されながら、記録媒体Ｐはニップ部から送出される。ニップ部を通過した定着スリーブ２２表面は、その後に再び誘導加熱部３０との対向位置に達する。

記録媒体Ｐとして小サイズ紙（例えばＡ５Ｔ等）が連続通紙された場合には、消磁コイル部３３は、制御回路によってリレーが短絡（ＯＮ）され、励磁コイル３１とは逆向きの磁場が発生し、消磁コイル部３３が配置された領域の磁場が減少し、非通紙領域での定着スリーブ２２でのジュール熱の発生が抑制される。なお、連続通紙とは、複数の記録媒体Ｐが略一定の間隔で連続して定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間を通過するような通紙の形態を指す。

このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。

定着装置２０は、加圧ローラ２３の加圧力を変更できる機構を備えている。具体的には、加圧ローラ２３の軸部に係合する圧接レバー４４が、一端側の中心軸を中心に回動自在に構成されており、圧接レバー４４の他端側にはカム４１が係合されている。このような構成により、駆動部（図示せず）によってカム４１が回転駆動されることにより、圧接レバー４４が水平方向に動き、定着スリーブ２２に対する加圧ローラ２３の加圧力（圧接力）が可変される。ここで、駆動部は、例えばステッピングモータと、減速ギア等により構成される。

以下、本実施の形態の定着装置の特徴的な構成・動作について詳述する。始めに、各温度検知手段の配置について説明する。図４は、定着スリーブ及び加圧ローラのそれぞれの温度を検知する温度検知手段の配置を例示する図である。図４において、グラフの横軸は軸方向位置、縦軸は温度である。又、ＡはＡ３Ｔ通紙時の定着スリーブ２２の軸方向温度分布、ＢはＡ３Ｔ通紙時の加圧ローラ２３の軸方向温度分布である。又、破線は、Ａ３Ｔの通紙幅（２９７ｍｍ；軸方向中心から１４８．５ｍｍ）及びＡ５Ｔの通紙幅（１４８ｍｍ；軸方向中心から７４ｍｍ）である。

図４に示すように、本実施の形態では、定着スリーブ２２の温度を検知するサーモパイル３４及び第１の接触型サーミスタ３５と、加圧ローラ２３の温度を検知する非接触型サーミスタ３６及び第２の接触型サーミスタ３７とは、定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３の軸方向の位置が略一致するように配置された２組の温度検知手段対を構成している。つまり、サーモパイル３４及び非接触型サーミスタ３６は１組の温度検知手段対を構成し、第１の接触型サーミスタ３５及び第２の接触型サーミスタ３７は、他の１組の温度検知手段対を構成している。

このように、２組の温度検知手段対を構成することにより、記録媒体Ｐのトナー像Ｔが形成されている側（定着スリーブ２２）とその反対側（加圧ローラ２３）との温度差（図４のＡとＢの差）を精度良く検知することができる。そのため、定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３の通紙前や通紙中の熱量過多や熱量不足を正確に捉えて温度補正することが可能となり、画質向上や省エネルギーを実現することができる。なお、ここでいう略一致とは、軸方向の位置ずれが１０ｍｍ以内の範囲内にあることを指す。

なお、非接触型サーミスタ３６に代えてサーモパイルを用いても良いし、第１の接触型サーミスタ３５及び第２の接触型サーミスタ３７に代えて非接触型サーミスタやサーモパイルを用いても良い。又、３組以上の温度検知手段対を設けても良い。このようにすれば、コストアップにはなるが、記録媒体Ｐの両面の温度差を更に精度良く検知することができる。

以下、温度補正の一例について説明する。厚紙や印画紙、光沢紙等の記録媒体に未定着画像を定着する画質優先モードでは、画質を向上させるために、定着時の定着スリーブ２２の温度と加圧ローラ２３の温度（定着スリーブ２２の温度＞加圧ローラ２３の温度）の差が２０℃程度以下であることが好ましい。そこで、記録媒体Ｐの通紙を開始する前に、温度検知手段対を構成するサーモパイル３４と非接触型サーミスタ３６との検知温度差（検知温度差１とする）、及び、温度検知手段対を構成する第１の接触型サーミスタ３５と第２の接触型サーミスタ３７との検知温度差（検知温度差２とする）を検知する。そして、検知温度差１及び２が何れも２０℃以下であれば、記録媒体Ｐの通紙を開始する。

又、検知温度差１及び２の少なくとも一方が２０℃を超えていれば、検知温度差１及び２が何れも２０℃以下になるように誘導加熱部３０を制御し、検知温度差１及び２が何れも２０℃以下になってから記録媒体Ｐの通紙を開始する。又、通紙中においても、検知温度差１及び２の少なくとも一方が２０℃を超えれば、検知温度差１及び２が何れも２０℃以下になるように誘導加熱部３０を制御する。その際、通紙を一時中断しても良い。

一方、白黒モードや速度優先モードのように画質を優先しないモードの場合には、定着時の定着スリーブ２２の温度と加圧ローラ２３の温度の差はあまり問題とならない。そこで、画質を優先しないモードの場合には、検知温度差１及び２の少なくとも一方が２０℃を超えていても、誘導加熱部３０を制御せず、そのまま記録媒体Ｐの通紙を開始して構わない。

なお、例えばＡ５Ｔのような小サイズ紙を通紙する場合には、定着スリーブ２２の幅方向の略中央部に配置されているサーモパイル３４の検知温度と、加圧ローラ２３の幅方向の略中央部に配置されている非接触型サーミスタ３６の検知温度との差のみに基づいて、上述の温度補正を行っても良い。

画質を向上させるためには、定着時の定着スリーブ２２の温度と加圧ローラ２３の温度の差が２０℃程度以下であれば、両者の温度が一致していても構わない。しかしながら、省エネルギーの観点からすれば、画質が劣化しない範囲内で加圧ローラ２３の温度を下げることが好ましい。そこで、定着時の定着スリーブ２２の温度と加圧ローラ２３の温度の差が適切な範囲内（例えば、１５℃以上２０℃以下）に入るように誘導加熱部３０を制御することにより、画質向上と同時に省エネルギー（熱エネルギーの削減）も実現することができる。

次に、温度制御における異常検出について説明する。接触型サーミスタは、断線等により故障する場合がある。本実施の形態では、第１の接触型サーミスタ３５の軸方向の位置と第２の接触型サーミスタ３７の軸方向の位置は略一致している。従って、第１の接触型サーミスタ３５の検知温度と第２の接触型サーミスタ３７の検知温度とは、常に略一定の差（検知温度が一致する場合も含めて）に保たれている。そこで、印刷中に第１の接触型サーミスタ３５と第２の接触型サーミスタ３７のうちの一方が異常を示した場合（故障した場合等）にも、他方を用いて温度制御を継続することができる。

図５は、温度制御中の異常検出についてのフローチャートである。図５を参照して、具体的な異常検出の例について説明する。なお、図５は定着スリーブ２２の温度制御に関するフローチャートであるが、加圧ローラ２３の温度制御に関しても同様のフローチャートで実現可能である。

始めにステップＳ１００では、周知の方法で第１の接触型サーミスタ３５の抵抗値を測定する。次いでステップＳ１１０では、Ｓ１００で測定した第１の接触型サーミスタ３５の抵抗値が異常であるか否かを判定する。例えば、抵抗値の測定結果が予め設定した所定の範囲外であれば異常と判定する。又、所定時間内（例えば１秒以内）の抵抗値変化率が予め設定した所定の範囲外（例えば５０％以上）であれば異常と判定する。ステップＳ１１０で異常と判定した場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ１２０に移行する。ステップＳ１１０で異常と判定しなかった場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１００に移行する。

ステップＳ１２０では、定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３が回転中又は印刷中であるか否かを判定する。判定は、定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３に設けられた回転検出センサ（フォトインタラプタ等）を用いて行うことができる。ステップＳ１２０で回転中又は印刷中と判定した場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ１３０に移行する。

ステップＳ１３０では、周知の方法で第２の接触型サーミスタ３７の抵抗値を測定する。次いでステップＳ１４０では、Ｓ１３０で測定した第２の接触型サーミスタ３７の抵抗値が異常であるか否かを判定する。判定の方法はステップＳ１１０と同様とすることができる。ステップＳ１４０で異常と判定した場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ１５０に移行する。又、ステップＳ１２０で回転中又は印刷中と判定しなかった場合（ＮＯの場合）にも、ステップＳ１７０でステップＳ１４０と同様な処理を行い、異常と判定した場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ１５０に移行する。

ステップＳ１５０では、画像形成装置１０の所定の表示部に定着部の異常を表示する。そして、ステップＳ１６０では、画像形成装置１０の動作を停止する。なお、ステップ１５０及び１６０で印刷を継続しないのは、第１の接触型サーミスタ３５と第２の接触型サーミスタ３７の両方が異常な抵抗値を示しているからである。つまり、第１の接触型サーミスタ３５と第２の接触型サーミスタ３７の両方が同時に故障するケースは希であり、第１の接触型サーミスタ３５と第２の接触型サーミスタ３７の両方が異常な抵抗値を示している場合は第１の接触型サーミスタ３５と第２の接触型サーミスタ３７以外の部分の故障（誘導加熱部３０等の故障）により、実際に異常な温度状態になっていると考えられるからである。このように、速やかに画像形成装置１０の動作を停止することにより、発煙や発火等を防止できる。

ステップＳ１７０で異常と判定しなかった場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１８０に移行する。ステップＳ１８０では、画像形成装置１０の所定の表示部に第１の接触型サーミスタ３５の異常を表示する。その後、ステップＳ１６０に移行する。

ステップＳ１４０の説明に戻り、ステップＳ１４０で異常と判定しなかった場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１９０に移行する。ステップＳ１９０では、第２の接触型サーミスタ３７の温度検知結果に基づいて、定着スリーブ２２の温度制御を継続する。定着スリーブ２２と加圧ローラ２３の温度差を正常時にどの程度の値に制御していたかは既知なので、正常時の温度差を考慮した制御目標温度を設定することにより、第２の接触型サーミスタ３７の温度検知結果のみに基づいた定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３の温度制御が可能となる。

次いでステップＳ２００では、ステップＳ１２０と同様にして、定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３が回転中又は印刷中であるか否かを判定する。ステップＳ２００で回転中又は印刷中と判定した場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ１９０に移行する。ステップＳ２００で回転中又は印刷中と判定しなかった場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ１８０に移行する。

このような温度制御を行うことによって、印刷中に第１の接触型サーミスタ３５が異常を示した場合（故障した場合等）にも、第２の接触型サーミスタ３７を用いて温度制御を継続できるので、印刷が中断することがなく、使用者の使い勝手を向上できる。なお、印刷終了後、画像形成装置１０の所定の表示部に異常である旨を表示することにより、速やかに使用者に異常を知らせることができる。なお、前述のように、印刷中に第２の接触型サーミスタ３７が異常を示した場合（故障した場合等）にも、第１の接触型サーミスタ３５を用いて同様に温度制御を継続できる。又、印刷中に第１の接触型サーミスタ３５と第２の接触型サーミスタ３７の両方が異常を示した場合（故障した場合等）には、速やかに画像形成装置１０の動作を停止し異常を表示することにより、発煙や発火等を防止できる。

次に、非接触型サーミスタ３６の検知誤差を補正する方法について説明する。図６は、非接触型サーミスタの検知誤差について説明するための図である。図６において、グラフの横軸は加圧ローラ２３表面の実温度Ｔであり、縦軸は非接触型サーミスタ３６の検知温度Ｔ'である。又、Ｃは検知誤差（実温度Ｔと検知温度Ｔ'との差分）がない場合（検知温度Ｔ'＝実温度Ｔ）を、Ｄは検知誤差の上限を、Ｅは検知誤差の下限を示している。

図６に示すように、非接触型サーミスタ３６の検知誤差は一定ではなく、使用する温度領域に応じて異なる。図６の例では、実温度Ｔが１６０℃付近で検知誤差が最も小さくなり、±５℃である。１６０℃から離れると検知誤差が大きくなり、実温度Ｔが６０℃付近では、検知誤差が±１０℃となる。これに対して、第２の接触型サーミスタ３７の検知誤差は、全使用温度範囲において±３℃程度である。そこで、第２の接触型サーミスタ３７の検知温度に基づいて非接触型サーミスタ３６の検知温度を補正する。

図７は、非接触型サーミスタの検知誤差補正についてのフローチャートである。図７を参照して、非接触型サーミスタ３６の検知誤差を補正する方法の例について説明する。なお、本制御は第２の接触型サーミスタ３７近傍と非接触型サーミスタ３６近傍が略同一温度の時に行う必要がある。従って、例えば、非通紙時やウォームアップ中に行うことができる。特にウォームアップ中は定着装置２０が室温から高温まで昇温していくので、複数の温度における検知誤差データが取得しやすい点で好適である。

始めにステップＳ３００では、第２の接触型サーミスタ３７の検知温度をチェックする。ここでは、検知温度＝Ｔ１であったとする。なお、第２の接触型サーミスタ３７の検知温度は、例えば以下のようにしてチェックできる。すなわち、例えば、第２の接触型サーミスタ３７の両端の電圧値をＡＤコンバータに入力してデジタル信号に変換し、ＣＰＵ等に入力する。そして、ＣＰＵ等でデジタル信号を温度テーブルによって検知温度に変換することによりチェックできる。

次いでステップＳ３１０では、非接触型サーミスタ３６の検知温度をチェックする。ここでは、検知温度＝Ｔ２であったとする。なお、チェック方法は、ステップＳ３００と同様とすることができる。次いでステップＳ３２０では、検知温度差Ｔ３＝Ｔ１−Ｔ２を計算する。次いでステップＳ３３０では、Ｔ２'＝Ｔ２＋Ｔ３により補正温度Ｔ２'を計算する。このようにして、第２の接触型サーミスタ３７の検知温度に基づいて非接触型サーミスタ３６の検知温度を補正することができる。

なお、図６に示したように、非接触型サーミスタ３６の検知誤差は一定ではなく、使用する温度領域に応じて異なるため、実際には、使用温度領域を複数の領域に分割し、温度領域毎に図７に示した処理を行い補正値を算出すると好適である。図８に一例を示す。図８は、第２の接触型サーミスタと非接触型サーミスタの検知温度を複数の温度で測定した例を示す図である。図８において、横軸は第２の接触型サーミスタ３７の検知温度、縦軸は非接触型サーミスタ３６の検知温度である。なお、図８の例では、複数の温度を２０℃（室温）、５０℃、１００℃、１５０℃、及び２００℃としたが、これに限定されず、複数の温度は適宜決定することができる。

図８の例では、第２の接触型サーミスタ３７の検知温度Ｔ１＝２０℃のとき非接触型サーミスタ３６の検知温度Ｔ２＝３０℃であるから、検知温度差Ｔ３＝Ｔ１−Ｔ２＝−１０℃となる。そこで、例えば０℃から３５℃の温度範囲では、補正温度Ｔ２'＝Ｔ２−１０を用いるようにする。同様に、第２の接触型サーミスタ３７の検知温度Ｔ１＝５０℃のとき非接触型サーミスタ３６の検知温度Ｔ２＝５８℃であるから、検知温度差Ｔ３＝Ｔ１−Ｔ２＝−８℃となる。そこで、例えば３５℃から７５℃の温度範囲では、補正温度Ｔ２'＝Ｔ２−８を用いるようにする。１００℃、１５０℃、及び２００℃についても同様である。

このようにして、非接触型サーミスタ３６の検知誤差を補正することができる。なお、例えば、２０℃の検知温度差Ｔ３（２０）と５０℃の検知温度差Ｔ３（５０）を測定し、２０℃〜５０℃の温度範囲では検知温度差Ｔ３（２０）及びＴ３（５０）に基づいて直線近似した補正温度Ｔ２'を用いるようにしても良い。

次に、定着装置２０に用いられる各温度検知手段の検知誤差を補正する方法について説明する。定着装置２０では、サーモパイル３４、第１の接触型サーミスタ３５、非接触型サーミスタ３６、第２の接触型サーミスタ３７の各温度検知手段を用いている。各温度検知手段の検知誤差を補正するには、定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３から最も遠い位置に配置された温度検知手段の出力に基づいて他の温度検知手段の出力を補正することが好ましい。

定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３から最も遠い位置に配置された温度検知手段は、トナーや記録媒体Ｐ（紙等）からの揮発物による汚染に影響され難いため、信頼性の高い基準データを提供できる。従って、この基準データに基づいて他の温度検知手段の出力を補正することにより、各温度検知手段において経時で安定した温度検知が可能となる。なお、補正は、前述の図７のフローチャートに従って行うことができる。

定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３から最も遠い位置に配置された温度検知手段の具体例を挙げれば、図２に示す定着装置２０におけるサーモパイル３４である。そこで、サーモパイル３４の検知温度を基準として他の温度検知手段の出力を補正することにより、各温度検知手段において経時で安定した温度検知が可能となる。その結果、定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３に適正な熱量を与えることができ、画質向上や省エネルギーに寄与することができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施の形態では、定着ローラ、加圧ローラ、ＩＨコイル等により構成される定着装置について示したが、本発明はこれに限定されることなく、定着ローラと加熱ローラに張架された定着ベルトで構成された定着装置に適用してもよい。

又、上述した実施の形態では、画像形成装置の例としてレーザプリンタを示したが、画像形成装置はレーザプリンタには限定されず、複写機、レーザプリンタ以外のプリンタ、ファクシミリ、印刷機等であってもよい。

１０ 画像形成装置
１１ 露光部
１２ プロセスカートリッジ
１３ 転写部
１４ 排紙トレイ
１５、１６ 給紙部
１７ レジストローラ
１８ 手差し給紙部
１９ 感光体ドラム
２０ 定着装置
２１ 定着ローラ
２１ａ、２３ａ 芯金
２１ｂ、２３ｂ 弾性層
２２ 定着スリーブ
２２ａ 基材
２２ｂ 弾性層
２２ｃ 離型層
２３ 加圧ローラ
３０ 誘導加熱部
３１ 励磁コイル
３２ コア部
３２ａ センターコア
３２ｂ サイドコア
３２ｃ アーチコア
３３ 消磁コイル部
３４ サーモパイル
３５ 第１の接触型サーミスタ
３６ 非接触型サーミスタ
３７ 第２の接触型サーミスタ
Ａ Ａ３Ｔ通紙時の定着スリーブの軸方向温度分布
Ｂ Ａ３Ｔ通紙時の加圧ローラの軸方向温度分布
Ｃ 検知誤差
Ｄ 検知誤差の上限
Ｅ 検知誤差の下限
Ｋ 搬送経路
Ｌ 露光光
Ｐ 記録媒体
Ｔ トナー像
Ｙ１ 矢印

特許３４７８７６１号 特許２９６８０５４号 特許３７７７７２２号 特開２０００―１９４２２８号公報

Claims (7)

1. ニップを形成する回転体対と、
   前記回転体対を構成する一方の回転体の温度を検知する複数の温度検知手段と、
   前記回転体対を構成する他方の回転体の温度を検知する複数の温度検知手段と、を有する定着装置であって、
   前記一方の回転体の温度を検知する前記複数の温度検知手段のうちの少なくとも２つと、前記他方の回転体の温度を検知する前記複数の温度検知手段のうちの少なくとも２つとは、前記回転体対の軸方向の位置が略一致するように配置された少なくとも２組の温度検知手段対を構成し、
   前記少なくとも２組の温度検知手段対は、
   前記回転体対の通紙領域に配置された非接触型の温度検知手段対と、前記回転体対の非通紙領域に配置された接触型の温度検知手段対と、を含み、
   前記非通紙領域に配置された接触型の温度検知手段の温度検知結果に基づいて、前記通紙領域に配置された非接触型の温度検知手段の温度検知結果を、使用温度領域を前記接触型の温度検知手段と前記非接触型の温度検知手段の検知誤差に基づいて予め定めた複数の領域に分割し、前記領域毎に補正することを特徴とする定着装置。
2. 前記回転体対を加熱する加熱手段を更に有し、
   画質を優先するモードでは、
   各温度検知手段対を構成する２つの温度検知手段の温度差が、何れの温度検知手段対においても所定値以下になるように、前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記画質を優先するモードでは、前記温度差が何れの前記温度検知手段対においても所定値以下になった場合に、記録媒体に未定着画像を定着することを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記回転体対が回転中に、何れかの温度検知手段対を構成する温度検知手段の一方が異常を示した場合には、前記回転体対の回転を維持しながら、他方の温度検知手段のみを用いて前記回転体対の温度を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の定着装置。
5. 前記回転体対が回転中に、何れかの温度検知手段対を構成する温度検知手段の両方が異常を示した場合には、前記回転体対の回転を停止し、異常を示す表示を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の定着装置。
6. 前記回転体対から最も遠い位置に配置された温度検知手段の温度検知結果に基づいて、他の温度検知手段の温度検知結果を補正することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の定着装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項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。

Images