JP5909474B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、シートにトナー像を定着する定着装置、及び該定着装置が適用された画像形成装置に関する。

画像形成装置の定着装置は、定着ローラーと加圧ローラーとが圧接されることにより形成される定着ニップ部を備える。未定着のトナー像が転写されたシートは、前記定着ニップ部にニップされ、回転する定着ローラー及び加圧ローラーによって下流側へ搬送される。シートが定着ニップ部を通過する際に当該シートが加圧及び加熱されることにより、前記トナー像がシートに定着される。一般に、定着ローラーには、定着処理に必要な熱を生成する電気ヒーターやＩＨヒーター等の熱源が付設される。この熱は、定着ニップ部を介して加圧ローラーに与えられる。加圧ローラーは回転駆動され、定着ローラーは従動回転する。

定着ニップ部を通過するシートの搬送速度を一定速度とすることが、良好な画質の画像形成のために必要である。しかし、ローラー温度の変動に伴うローラー径の変化等の要因によって、定着ニップ部におけるシート搬送特性が変化する。この問題の解消のため、特許文献１には、ローラーの表面温度を検知する温度センサーを検知し、検知温度に基づいてローラー回転速度をフィードバック制御する定着装置が開示されている。

特開平６−４３７８３号公報

特許文献１の定着装置によれば、例えば加圧ローラーの表面温度に基づいて当該加圧ローラーの熱膨張量を予測し、加圧ローラーの回転駆動速度を調整することになる。しかしながら、ローラー表面温度とローラー芯付近の温度とは同じであるとは限らない。画像形成装置が休止状態から稼働状態に移行した直後などでは、ローラー表面温度が定着処理に十分な温度に達したことを温度センサーが検知しても、ローラー芯付近の温度が当該温度まで昇温していないことが起こり得る。つまり、温度センサーの検知温度と実際の加圧ローラーの熱膨張度合いとが一致しないことが生じる。この場合、シートの搬送速度が所期の通りにフィードバック制御できないという問題がある。

本発明の目的は、定着装置におけるシート搬送速度の変動を可及的に抑制することができる技術を提供することにある。

本発明の一局面に係る定着装置は、シートにトナー像を定着させる定着装置であって、熱源が付設された加熱回転体と、前記加熱回転体に圧接されて定着ニップ部を形成すると共に、前記加熱回転体から熱を与えられる熱膨張性の加圧回転体と、前記加圧回転体を回転駆動する駆動部と、前記駆動部を制御することで、前記加圧回転体の回転速度を制御する制御部と、前記加熱回転体から前記加圧回転体に与えられた熱量を求める熱量検知部と、を備え、前記制御部は、当該定着装置が機能停止状態から動作状態に移行する基準時を起点として、前記熱量検知部が、前記加熱回転体から前記加圧回転体に予め定められた規定熱量が与えられたことを検知した後は、所定の第１回転速度で前記加圧回転体を回転させ、前記熱量検知部が、前記規定熱量が与えられたことを検知する前は、前記第１回転速度を求められた熱量に応じて補正した第２回転速度で前記加圧回転体を回転させる、第１回転制御を実行するものであって、前記加熱回転体が、支持ローラーで支持された定着ベルトであって、前記熱源として前記定着ベルトを誘導加熱するＩＨヒーターを含み、前記熱量検知部は、前記基準時からの前記ＩＨヒーターを動作させるために与えられた電流の総和に基づいて前記熱量を求める。

この構成によれば、熱量検知部が、前記加熱回転体から前記加圧回転体に与えられた熱量を求める。このため、前記熱量に基づき、表面温度のような局所的な温度状態ではなく、加圧回転体全体が実際にどのような温度状態にあるかを把握することが可能となる。制御部は、前記規定熱量に至った後の加圧回転体の回転速度を第１回転速度とする場合に、前記規定熱量に至るまでは、前記第１回転速度を求められた熱量に応じて補正した第２回転速度で前記加圧回転体を回転させる。従って、加圧回転体の実際の温度状態に応じて、定着ニップを通過するシートの搬送速度を設定することができる。また、ＩＨヒーターから定着ベルトに与えられた熱量は、前記ＩＨヒーターを動作させるために与えられた電流の総和に比例する。従って、上記構成によれば、ＩＨヒーター方式の定着装置において、定着ベルトから加圧回転体に与えられた熱量を容易に求めることができる。

上記構成において、前記第２回転速度を得るための補正値を記憶する記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記記憶部の補正値に基づいて前記第１回転制御を実行するものであって、前記補正値は、前記第２回転速度を前記第１回転速度より増速させるための補正値であって、前記熱量が第１熱量であるときの増速度は、前記第１熱量よりも大きい第２熱量であるときの増速度よりも大きいことが望ましい。

この構成によれば、前記加圧回転体に与えられている熱量が比較的小さい段階（第１熱量）のとき、前記第１回転速度に対する増速度が比較的大きい第２回転速度が設定され、前記熱量が比較的大きい段階（第２熱量）のとき、前記第１回転速度に対する増速度が比較的小さい第２回転速度が設定される。すなわち、前記加圧回転体の熱膨張度合いに応じて、適正な第２回転速度を設定することができる。

上記構成において、前記加熱回転体が、前記熱源として電気ヒーターを内部に備えた定着ローラーであり、前記熱量検知部は、前記基準時からの前記電気ヒーターのＯＮ時間に基づいて前記熱量を求める構成とすることができる。

この構成によれば、電気ヒーター方式の定着装置において、定着ローラーから加圧回転体に与えられた熱量を容易に求めることができる。

上記構成において、前記加熱回転体が、支持ローラーで支持された定着ベルトであって、前記熱源として前記定着ベルトを誘導加熱するＩＨヒーターを含み、前記熱量検知部は、前記基準時からの前記ＩＨヒーターを動作させるために与えられた電流の総和に基づいて前記熱量を求める構成とすることができる。

ＩＨヒーターから定着ベルトに与えられた熱量は、前記ＩＨヒーターを動作させるために与えられた電流の総和に比例する。従って、上記構成によれば、ＩＨヒーター方式の定着装置において、定着ベルトから加圧回転体に与えられた熱量を容易に求めることができる。

記構成において、前記熱量検知部は、前記基準時からの経過時間に基づいて前記熱量を求める構成とすることができる。

加熱回転体から一定の規則性をもって熱が加圧回転体に与えられている場合、単純に前記基準時からの経過時間に基づき前記熱量を推定できるようになる。従って、上記構成によれば、熱量検知部おける処理を簡素化することができる。

上記構成において、前記加圧回転体の表面温度を計測する第１温度センサーをさらに備え、前記制御部は、前記基準時において、前記第１温度センサーが所定の基準温度を下回る温度を検出しているとき、前記第１回転制御を実行し、前記基準時において、前記第１温度センサーが所定の基準温度を超える温度を検出しているとき、前記第１温度センサーの検出温度に基づき前記加圧回転体の回転速度を制御する第２回転制御を実行することが望ましい。

加圧回転体の表面温度が所定の基準温度に維持されている場合、前記加圧回転体の表面温度に基づいた回転速度制御を行って差し支えない場合がある。上記構成によれば、前記基準時における加圧回転体の表面温度に応じて、第１又は第２回転制御を選択させることができる。

上記構成において、前記定着装置の周囲の湿度を計測する湿度センサーをさらに備え、前記制御部は、前記湿度センサーが所定の補正基準湿度を超過する湿度を検出しているとき、前記第２回転速度を減速させる補正を行うことが望ましい。

高湿度の環境下では、シートの剛性が低下し、シートに捻れやシワ等が発生し易くなる。上記構成によれば、前記補正基準湿度を超過する場合に前記第２回転速度を減速させる補正が行われるので、定着ニップ部の上流側においてシートを多く撓ませることができる。これにより、シートに前記捻れやシワ等が発生しても、これらを前記撓みによって吸収させることができる。

上記構成において、前記定着装置の周囲の温度を計測する第２温度センサーをさらに備え、前記制御部は、前記第２温度センサーが所定の補正基準温度を下回る温度を検出しているとき、前記第２回転速度を増速させる補正を行うことが望ましい。

低温環境下では、シートの電気抵抗及び空気の誘電率が低下する。このため、未定着のトナー像が転写されたシートにおいて、トナーの静電飛散が起こり易い状態となる。上記構成によれば、前記補正基準温度を下回る場合に前記第２回転速度を増速させる補正が行われるので、定着ニップ部の上流側におけるシートの撓み度合いを小さくすることができる。これにより、シートが定着ニップ部の上流側に配置されている搬送ガイド等に当接しないようにすることができるので、上記静電飛散の発生を未然に防止できる。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、シートにトナー像を転写する画像形成部と、前記トナー像をシートに定着させる、上記の定着装置と、を備える。

本発明によれば、定着装置におけるシート搬送速度の変動を可及的に抑制することができ、良好な画質の画像形成を行うことが可能な定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。 前記画像形成装置に組み込まれている定着ユニットの概略断面図である。 他の実施形態に係る定着ユニットの概略断面図である。 さらに他の実施形態に係る定着ユニットの概略断面図である。 画像形成装置のブロック図である。 加圧ローラーの回転速度制御テーブルを示す表形式の図である。 加圧ローラーの表面温度、与えられた熱量及び回転速度の関係を示すグラフである。 周囲温度・湿度に対する回転速度の補正テーブルを示す表形式の図である。 （Ａ）は低温時のシートの搬送態様を、（Ｂ）は高湿時のシート搬送態様を示す模式的な図である。 画像形成装置の動作を示すフローチャートである。 画像形成装置の動作を示すフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳述する。図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１の内部構造を示す断面図である。ここでは、画像形成装置１として、モノクロプリンターを例示している。画像形成装置１は、箱形の本体ハウジング１０と、本体ハウジング１０の内部に収容された給紙ユニット１１、画像形成ユニット２０（画像形成部）及び定着ユニット３０（定着装置）とを含む。本体ハウジング１０の上面には、印刷処理後のシートが排紙される排紙トレイ１０１が形成されている。

給紙ユニット１１は、シートＰの束を収容する給紙カセット１１０と、給紙カセット１１０内のシートＰを１枚ずつ送り出すためにピックアップローラー１１２及び給紙ローラー１１３を含む。給紙カセット１１０内のシートＰはリフト板１１１の上に載置され、シートＰの搬送方向先端側がピックアップローラー１１２に当接するように持ち上げられる。また、本体ハウジング１０の側壁には手差し給紙用の手差しトレイ１２が設けられている。手差しトレイ１２に載置されたシートは、手差し給紙ローラー１２１にて送り出される。

本体ハウジング１０内において給紙ユニット１１のシート搬送方向下流側には、上下方向に延びるシート搬送路１３が連設されている。シート搬送路１３は、画像形成ユニット２０及び定着ユニット３０を経由して、排紙トレイ１０１に対向するシート排出口に至る搬送路である。シート搬送路１３の画像形成ユニット２０よりも上流側には、シートを搬送する中間ローラー対１１５と、シートを一旦停止させて所定のタイミングで画像形成ユニット２０へ送り出すレジストローラー対１５とが配置されている。また、前記シート排出口の近傍には、シートを本体ハウジング１０内から排紙トレイ１０１に送り出す排出ローラー対１７が配置されている。さらに、両面印刷時にシートを逆送するための反転搬送路１８が、シート搬送路１３と略平行に配置されている。

画像形成ユニット２０は、シートにトナー像を転写する。画像形成ユニット２０は、感光体ドラム２１と、その周囲に配置された帯電器２２、露光装置２３、現像装置２４、トナーコンテナ２５、転写ローラー２６、搬送ベルト１６、及びクリーニング装置２７とを備えている。

感光体ドラム２１は、その軸回りに回転し、静電潜像及びトナー像が形成される周面を備える。帯電器２２は、感光体ドラム２１の前記周面を均一に帯電する。露光装置２３は、静電潜像を形成するために、感光体ドラム２１の前記周面にレーザー光を照射する。現像装置２４は、感光体ドラム２１上に形成された静電潜像を現像するために、感光体ドラム２１の周面にトナーを供給する現像ローラー２４Ａを含む。この現像装置２４にはトナーコンテナ２５からトナーが補給される。転写ローラー２６は、搬送ベルト１６を挟んで感光体ドラム２１と転写ニップ部を形成し、感光体ドラム２１上のトナー像をシートに転写する。搬送ベルト１６は、表面にシートを担持して前記転写ニップ部にシートＰを搬送する無端ベルトであり、駆動ローラー１６１と張架ローラー１６２とに架け渡されている。クリーニング装置２７は、トナー像転写後の感光体ドラム２１の周面を清掃する。

定着ユニット３０は、熱源が付設された定着ローラー３１（加熱回転体）と、定着ローラー３１に圧接されて定着ニップ部を形成する加圧ローラー３２（加圧回転体）とを含む。加圧ローラー３２は熱膨張性のローラーであり、定着ローラー３１から熱を与えられる。定着ユニット３０は、前記転写ニップ部においてトナー像が転写されたシートを、定着ニップ部において加熱及び加圧することで、トナー像をシートに溶着させる定着処理を施す。

定着ユニット３０の近傍には、周囲温度センサー４１（第２温度センサー）と周囲湿度センサー４２（湿度センサー）とが配置されている。周囲温度センサー４１は、定着ユニット３０の周囲の温度を計測する。周囲湿度センサー４２は、定着ユニット３０の周囲の湿度を計測する。

図２は、定着ユニット３０の構成を示す概略断面図である。定着ユニット３０は、上述の定着ローラー３１及び加圧ローラー３２と、定着ローラー３１を誘導加熱方式で加熱するＩＨヒーター３３と、駆動モーター５（駆動部）と、制御部６とを含む。

定着ローラー３１は回転中心となる回転軸３１Ｓを有し、加圧ローラー３２は回転軸３１Ｓと平行に延びる回転軸３２Ｓを有する。本実施形態では、加圧ローラー３２が駆動ローラーであり、定着ローラー３１が従動ローラーである。駆動モーター５は、加圧ローラー３２の回転軸３２Ｓに対して回転駆動力を与える。前記回転駆動力により加圧ローラー３２は回転軸３２Ｓの軸回りに時計方向に回転駆動され、定着ローラー３１は反時計方向に従動回転する。制御部６は、駆動モーター５を制御することで、加圧ローラー３２の回転速度、つまり定着ニップ部ＦＮを通過するシートの線速を制御する。

定着ローラー３１は、弾性を有する支持ローラー３１２と、この支持ローラー３１２の上に所定のクリアランスをもって支持される定着ベルト３１１（加熱回転体）とを含む。支持ローラー３１２としては、軸心となるＳＵＳ等の金属芯金の周囲にシリコンスポンジ等の弾性層が形成されてなるローラーを例示できる。定着ベルト３１１としては、誘導加熱が可能なニッケル等の磁性体金属基材、シリコンゴム等の弾性層、及びフッ素系樹脂等で形成された表面離形層を含む、多層構造の無端ベルトを例示できる。

加圧ローラー３２は、定着ローラー３１よりも高い剛性を有する。加圧ローラー３２としては、軸心となるアルミニウム等の非磁性金属芯金の周囲にシリコンゴム等の弾性層が形成され、最外層に表面離形層を有するローラーを例示できる。前記弾性層が、熱膨張性の層である。加圧ローラー３２は定着ローラー３１に所定の圧力で圧接され、これにより定着ローラー３１（定着ベルト３１１）の周面が凹の円弧状に加圧変形した状態で加圧ローラー３２の周面に当接している。この当接部分が定着ニップ部ＦＮである。定着処理が施されるシートは、定着ニップ部ＦＮでニップされ、定着ローラー３１及び加圧ローラー３２の回転軸３１Ｓ、３２Ｓ回りの回転によって搬送される。シートは、定着ニップ部ＦＮでの搬送される際に加熱加圧され、定着処理が施される。

ＩＨヒーター３３は、定着ベルト３１１を誘導加熱する熱源である。ＩＨヒーター３３は、定着ローラー３１の外周面形状に沿った湾曲形状を備え定着ローラー３１に対向して配置されるボビン３３１と、このボビン３３１に巻回され誘導加熱のための高周波電圧が印加されるコイル３３２と、磁路を形成する磁性コア３３３とを含む。コイル３３２に高周波電圧が印加されると、定着ベルト３１１を通過する磁路が形成され、前記磁性体金属基材に渦電流が流れる。これによって定着ベルト３１１が熱を帯びるようになる。

加圧ローラー３２は、定着ニップ部ＦＮを介して、定着ベルト３１１から熱を与えられる。つまり、加圧ローラー３２は、ローラー芯部からではなく、ローラー表層部からローラー内芯部に向けて加熱される。従って、画像形成装置１の電源が投入されて間もない期間や、スリープモードやジャム処理モードから復帰して間もない期間などの始動期間においては、ローラー表層部が加熱された状態である一方、ローラー内芯部付近が十分に加熱されていない状態が発生することがある。

加圧ローラー３２の表面に対向して、ローラー温度センサー４３（第１温度センサー）が配置されている。ローラー温度センサー４３は、加圧ローラー３２の表面温度を計測する。制御部６は、加圧ローラー３２の全体が十分に加熱された状態においては、ローラー温度センサー４３の検出温度に基づき、加圧ローラー３２の回転速度を制御する。つまり、制御部６は、定着ニップ部ＦＮを通過するシートの線速を一定に保つために、前記検出温度から加圧ローラー３２の外径（熱膨張度合い）の変動を推定し、この推定された外径に応じた回転数で加圧ローラー３２が回転するよう、駆動モーター５を制御する。

一方、制御部６は、前記始動期間においては、ローラー温度センサー４３の検出温度に基づいた加圧ローラー３２の回転制御は行わず、特別な回転制御（第１回転制御）を実行する。これは、前記始動期間においては、ローラー温度センサー４３の検出温度と実際の加圧ローラー３２の熱膨張度合いとが一致せず、前記検出温度に依拠した回転制御を行っても、シートの搬送速度が想定の通りにフィードバック制御できないことによる。この特別な回転制御については、図５以下を参照して後記で詳述する。

図３は、他の実施形態に係る定着ユニット３０Ａの概略断面図である。定着ユニット３０Ａは、熱源として電気ヒーター３４を内部に備えた定着ローラー３１Ａ（加熱回転体）を含む。電気ヒーター３４としては、例えばハロゲンヒーターが用いられる。電気ヒーター３４は、定着ローラー３１Ａのローラー芯付近に配置され、当該定着ローラー３１Ａを内芯部から加熱する。定着ユニット３０Ａは、さらに加圧ローラー３２、駆動モーター５及び制御部６を含む。これらは、先に説明した定着ユニット３０のものと同様である。このような定着ユニット３０Ａを、図２に示す定着ユニット３０に代替して画像形成装置１に適用することができる。

図４は、さらに他の実施形態に係る定着ユニット３０Ｂの概略断面図である。定着ユニット３０Ｂは、ＩＨ加熱方式の定着ローラーユニット３１Ｂを含む。定着ローラーユニット３１Ｂは、支持ローラー３４１と、加熱ローラー３４２と、これらローラー３４１、３４２に架け渡される定着ベルト３４３（加熱回転体）とを含む。支持ローラー３４１及び定着ベルト３４３は、図２の定着ユニット３０において説明した定着ベルト３１１及び支持ローラー３１２と実質同じである。加熱ローラー３４２に対向して、熱源としてのＩＨヒーター３３Ａが配置されている。ＩＨヒーター３３Ａにより、定着ベルト３４３は誘導加熱される。このような定着ユニット３０Ｂも、画像形成装置１に適用することができる。なお、ＩＨヒーター３３Ａに代えて、加熱ローラー３４２の内部に電気ヒーターを内蔵させる構成としても良い。

図５は、制御部６の機能構成を含む、画像形成装置１のブロック図である。制御部６は、画像形成装置１の各種動作を制御するマイクロコンピューターであり、所定のプログラムを読み出すことによって、画像形成制御部６１、モード変更部６２、タイマー６３、熱量検知部６４、制御モード設定部６５、記憶部６６、モーター制御部６７及び速度補正部６８を機能的に有するように動作する。

画像形成制御部６１は、画像形成装置１にパーソナルコンピューター等の外部機器から印刷指示が与えられた場合に、画像形成ユニット２０や定着ユニット３０を動作させて、シートにトナー像を形成する処理を実行する。

モード変更部６２は、画像形成装置１（定着ユニット３０）の動作モードを切り替える制御を行う。例えば、画像形成装置１の電源スイッチ１０２がＯＮとされたとき、モード変更部６２は、動作モードを画像形成制御部６１が画像形成処理を行う画像形成モードに設定する。また、画像形成装置１に対して動作指示が与えられない状態が所定時間継続した場合に、モード変更部６２は、動作モードをスリープモードに設定する。あるいは、シートジャム等のトラブルが発生した場合、モード変更部６２は、動作モードをトラブル処理モードに設定する。

さらに、モード変更部６２は、前記スリープモードの継続中に前記動作指示が与えられた場合、若しくは、前記トラブル処理モードにおいて処理が完了した場合、動作モードを前記画像形成モードに復帰させる。モード変更部６２が動作モードを変更するタイミングのいくつかが、本実施形態では「基準時」として利用される。ここで利用されるのは、電源スイッチ１０２がＯＦＦの状態、若しくは、前記スリープモード又は前記トラブル処理モードのような機能停止状態から、前記画像形成モードに移行するタイミング（以下、「基準時」というときは、これらのいずれかのタイミングを指す）である。

タイマー６３は、制御部６における各種制御に必要となる時間カウントを行う。特に本実施形態では、タイマー６３は、基準時からの経過時間をカウントする。

熱量検知部６４は、基準時を起点として、定着ローラー３１から加圧ローラー３２に与えられた熱量を求める処理を行う。前記熱量を求める手法としては、例えば次の（１）〜（３）の手法を例示することができる。

（１）ＩＨ加熱方式の定着ユニット３０（図２）の場合、基準時からＩＨヒーター３３のコイル３３２に通電された電流の積算値に基づき、前記熱量を求めることができる。これは、ＩＨヒーター３３から定着ベルト３１１に与えられた熱量は、ＩＨヒーター３３（コイル３３２）を動作させるために与えられた電流の総和に比例するからである。この場合、熱量検知部６４は、コイル３３２に通電される高周波電流の電流値及びＤｕｔｙ比の情報を取得し、そのＯＮ周期の期間を積算することで、コイル３３２に通電された電流の総和を求める。この電流の総和が求められれば、ＩＨヒーター３３の誘導加熱によって定着ベルト３１１に与えられた熱量を推定することができる。さらに、伝熱効率等を考慮して、定着ベルト３１１から加圧ローラー３２に与えられた熱量を推定することができる。

（２）電気ヒーター内蔵方式の定着ユニット３０Ａ（図３）の場合、基準時からの電気ヒーター３４のＯＮ時間に基づき、前記熱量を求めることができる。この場合、熱量検知部６４は、電気ヒーター３４の定格出力と通電時間とから、電気ヒーター３４が発生した熱量を求める。この発生熱量が求められれば、伝熱効率等を考慮して、定着ローラー３１Ａから加圧ローラー３２に与えられた熱量を推定することができる。

（３）定着ローラー３１（３１Ａ、３１Ｂ）から一定の規則性をもって熱が加圧ローラー３２に与えられている場合、例えばＩＨヒーター３３（電気ヒーター３４）が一定の熱量を発生し加圧ローラー３２に与えられる熱量が線形に増加する場合には、単純に基準時からの経過時間に基づき前記熱量を推定できる。この場合、熱量検知部６４は、タイマー６３の計時機能を利用し、基準時からの経過時間のカウント値に基づき、定着ローラー３１から加圧ローラー３２に与えられた熱量を算出する。この構成によれば、熱量検知部６４おける処理をもっとも簡素化することができる。

制御モード設定部６５は、基準時において、ローラー温度センサー４３から加圧ローラー３２の表面温度データを取得する。そして、制御モード設定部６５は、取得した温度が所定の基準温度を超過しているか否かに基づき、加圧ローラー３２の回転制御方式を、次述の（Ａ）第１回転制御、又は（Ｂ）第２回転制御のいずれかに設定する。ここで、定着ユニット３０において、加圧ローラー３２が十分に加熱された通常運転時における、所定のシート搬送速度（線速）を得るために必要な加圧ローラー３２の回転速度をＶ１（第１回転速度）とする。

（Ａ）第１回転制御
熱量検知部６４が、基準時を起点として、定着ローラー３１から加圧ローラー３２に予め定められた規定熱量が与えられたことを検知する前は、第１回転速度Ｖ１を、熱量検知部６４が逐次求める熱量に応じて補正した第２回転速度Ｖ２で加圧ローラー３２を回転させる（第１回転制御の前段制御Ａ１）。前記規定熱量は、加圧ローラー３２を、そのローラー内芯部を含めて十分に加熱することができる熱量として、予め算出された熱量である。その後、熱量検知部５４が、前記規定熱量が加圧ローラー３２に与えられたことを検知した後は、第１回転速度Ｖ１で加圧ローラー３２を回転させる（第１回転制御の後段制御Ａ２）。ここでのポイントは、加圧ローラー３２の表面温度に依拠せず、加圧ローラー３２が実際にどれだけの熱量を受け取ったかに依拠している点である。なお、後段制御Ａ２の状態に入ると、ローラー温度センサー４３が検出する加圧ローラー３２の表面温度に基づき、所定のシート搬送速度を維持できるように第１回転速度Ｖ１を微調整するフィードバック制御が実行される。

（Ｂ）第２回転制御
ローラー温度センサー４３の検出温度に基づき、所定のシート搬送速度を維持できるように第１回転速度Ｖ１を微調整するフィードバック制御を行う。つまり、上述の第１回転制御の後段制御Ａ２と同じ制御である。

基準時において、加圧ローラー３２の表面温度が所定の基準温度（例えば７０℃）を超過している場合、加圧ローラー３２は全体的に加熱された状態が維持されていると言うことができる。すなわち、熱が逃げやすい表面部分の温度が基準温度以上に維持されている以上、ローラー内芯部も基準温度以上に維持されていると推定できる。このようなケースは、例えば短時間でジャム処理が完了した等、機能停止状態が比較的短い場合が想定される。このような場合、ローラー温度センサー４３の検知温度と実際の加圧ローラー３２の熱膨張度合いとがほぼ一致する。従って、このようなケースでは、制御モード設定部６５は、第２回転制御を基準時から実行させる。

これに対し、加圧ローラー３２の表面温度が前記基準温度を下回っている場合、ローラー内芯部の温度が低下している可能性が高い。この場合、ローラー温度センサー４３の検知温度と加圧ローラー３２の熱膨張度合いとの間にミスマッチが生じる可能性が高い。従って、このようなケースでは、制御モード設定部６５は、第１回転制御を基準時から実行させる。

記憶部６６は、前記第１回転速度Ｖ１を補正して前記第２回転速度Ｖ２を得るための前記補正値を記憶する。図６は、記憶部６６に記憶される、加圧ローラー３２の回転速度制御テーブル（補正値）の一例を示す表形式の図である。ここでは、単純に基準時からの経過時間に基づき加圧ローラー３２が受け取った熱量を推定する、上記（３）の制御手法に用いられるテーブルを例示している。

図６に示されている補正値は、第２回転速度Ｖ２を第１回転速度Ｖ１より増速させるための補正値である。ここでは、ローラー温度センサー４３が検出する加圧ローラー３２の表面温度が４５℃以下の場合と、同表面温度が４６℃〜７０℃の場合とに分け、それぞれの補正値を第１回転速度Ｖ１に対する増速率として示している。増速率は、基準時からの時間経過が早い段階であるとき、つまり加圧ローラー３２に与えられた熱量が小さい段階であるとき（第１熱量）の方が、基準時から比較的時間が経過しているとき、つまり加圧ローラー３２に与えられた熱量が比較的大きい段階であるとき（第２熱量）よりも大きく設定されている。

例えば、表面温度が４５℃以下の場合、基準時〜６０ｓｅｃの範囲では増速率は２．２８％であり、基準時から２４０ｓｅｃ〜３００ｓｅｃ経過した期間の増速率は０．７４％である。これは、前者の期間は、定着ユニット３０が機能停止状態から動作状態に移行してから間もない期間であって、加圧ローラー３２がその内芯部まで十分加熱されておらず、加圧ローラー３２の熱膨張度合いが不十分なことによる。この熱膨張の不十分さに伴うローラー外径の不足分を補うため、増速率が比較的大きく設定されている。これに対し、後者の場合は、基準時から相当の時間が経過し、加圧ローラー３２にも不十分ではあるものの相応の熱量が与えられた段階である。従って、加圧ローラー３２の熱膨張も相当進行していることから、増速率は抑制されている。基準時における加圧ローラー３２の表面温度が高い場合（４６℃〜７０℃）は、表面温度が低い場合（４５℃以下）に比べて全体的に増速率が抑制されているのも、同様の理由による。なお、加圧ローラー３２の表面温度が７０℃以上の場合は、加圧ローラー３２が熱飽和していると見なされる。この場合、図６のテーブルを用いた第１回転制御は適用されず、基準時より上記第２回転制御が実行されることになる。

本実施形態では、基準時〜６００ｓｅｃまでの期間を上記第１回転制御の前段制御Ａ１の期間とし、６００ｓｅｃ以降を上記第１回転制御の後段制御Ａ２の期間としている。つまり、基準時から６００ｓｅｃだけ経過した時点をもって、定着ローラー３１から加圧ローラー３２に規定熱量が与えられたものと推定し、制御方式を前段制御Ａ１から後段制御Ａ２に切り替えるようにしている。

ここで、図７を参照する。図７は、加圧ローラー３２の表面温度及び与えられた熱量（上段）と、加圧ローラー３２の回転速度（下段）との関係を示すグラフである。グラフ横軸の時刻ｔ０が上記の基準時であり、時刻ｔ１が、ここでは基準時から６００ｓｅｃだけ経過した時刻である。時刻ｔ０〜ｔ１の期間に上記前段制御Ａ１が実行され、時刻ｔ１以降に上記後段制御Ａ２が実行される。

時刻ｔ０〜ｔ１の期間では、加圧ローラー３２の表面温度は比較的早く上昇する。しかし、上述の通り、加圧ローラー３２に与えられた熱量は小さく、熱膨張度合い不十分な状態である。時間の経過と共に、加圧ローラー３２に与えられる熱量も多くなってゆき、熱膨張も進行する。従って、基準時からの時間が経過するほど、増速率が低くなってゆく傾向の補正値で第１回転速度Ｖ１が補正され、第２回転速度Ｖ２が設定される。つまり、時刻ｔ０〜ｔ１の期間において、加圧ローラー３２の回転速度は徐々に低下してゆく。従って、加圧ローラー３２の熱膨張度合いに応じて、適正な第２回転速度Ｖ２が設定される。

時刻ｔ１は、加圧ローラー３２に規定熱量が与えられたと推定される時点である。なお、上記（１）の制御手法（コイル３３２への通電電流の積算値から前記熱量を求める）または、上記（２）の制御手法（ヒーター３４のＯＮ時間に基づき前記熱量を求める）が採用される場合は、時刻ｔ１は、演算により求められる熱量が規定熱量に達する時点である。このような時刻ｔ１以降は、加圧ローラー３２は熱飽和しており、その回転速度を増速させる必要が無い。従って時刻ｔ１以降は、第１回転速度Ｖ１で加圧ローラー３２を回転させるものとし、加圧ローラー３２の表面温度に基づいて第１回転速度Ｖ１がフィードバック制御されるものである。

図５に戻って、モーター制御部６７は、駆動モーター５の動作を制御することによって、加圧ローラー３２の回転速度を制御する。モーター制御部６７は、記憶部６６に格納された回転速度制御テーブル（図６）の補正値に基づいて上述の第１回転制御を実行し、ローラー温度センサー４３の検知温度に基づいて、上述の第２回転制御を実行する。

速度補正部６８は、定着ユニット３０の周囲環境の状況に応じて、図６の回転速度制御テーブルの補正値（増速率）を補正する処理を行う。図８は、速度補正部６８が用いる周囲環境補正テーブルを示す表形式の図である。該周囲環境補正テーブルも、記憶部６６に予め格納されている。ここでは、定着ユニット３０の周囲温度又は周囲湿度が一定の条件を満たす場合に、図６に示されている増速率に加算される速度補正値を示している。前記周囲温度は周囲温度センサー４１の計測値により、前記周囲湿度は周囲湿度センサー４２の計測値により、各々取得される。

具体的には、周囲温度が１５℃（所定の補正基準温度）以下の低温環境の場合、速度補正部６８は「０．３０％」の速度補正値を、図６に示されている各増速率にそれぞれ加算する。つまり、第２回転速度Ｖ２を増速させる補正が行われる。例えば、表面温度が４５℃以下の場合、基準時〜６０ｓｅｃの範囲の増速率は２．２８％であるが、周囲温度センサー４１の計測値が１５℃以下である場合、速度補正部６８は、２．２８％＋０．３０％＝２．５８％に増速率を補正する。６０ｓｅｃの増速率も、同様に補正される。モーター制御部６７は、この補正された増速率に基づいて、上述の第１回転制御を実行する。

また、周囲湿度が６０％（所定の補正基準湿度）以上の高湿環境の場合、速度補正部６８は「−０．３０％」の速度補正値を、図６に示されている各増速率にそれぞれ加算する。つまり、第２回転速度Ｖ２を減速させる補正が行われる。例えば、表面温度が４５℃以下の場合、基準時〜６０ｓｅｃの範囲の増速率は２．２８％であるが、周囲湿度センサー４２の計測値が６０％以上である場合、速度補正部６８は、２．２８％−０．３０％＝１．９８％に増速率を補正する。６０ｓｅｃの増速率も、同様に補正される。モーター制御部６７は、この補正された増速率に基づいて、上述の第１回転制御を実行する。

これに対し、周囲温度が１５℃以上で、且つ、周囲湿度が６０％以下である場合、速度補正部６８は増速率の補正を行わない。また、周囲温度が１５℃以下で、且つ、周囲湿度が６０％以上である場合も、速度補正率が相殺されることになるので、速度補正部６８は結果的に増速率の補正を行わない。

定着ユニット３０の周囲環境の状況に応じた増速率の補正を行う理由を、図９に基づき説明する。図９（Ａ）は低温時のシートの搬送態様を、図９（Ｂ）は高湿時のシート搬送態様を示す模式的な図である。低温環境下では、シートＰの電気抵抗及び空気の誘電率が低下する。このため、画像形成ユニット２０にて未定着のトナー像が転写されたシートＰを、定着ニップ部ＦＮの上流側のシート搬送路１３Ａの搬送ガイド１３１に積極的に沿わせると、シートＰと搬送ガイド１３１との間の電位差によって、トナーの静電飛散（トナー散り）が起こり易い状態となる。

そこで、前記補正基準温度（１５℃）を下回る低温環境下では、前記第２回転速度を増速させる補正を行う。これにより、図９（Ａ）に示すように、定着ニップ部ＦＮの搬送力によってシートＰを引っ張り気味となる。シートＰの撓みは、定着ニップ部ＦＮと転写ニップ部ＴＮとの間で少なくなるので、シートＰは搬送ガイド１３１から離間するようになる。従って、前記トナー散りの発生を未然に防止できる。

高湿度環境下では、シートの剛性が低下し、シートに捻れやシワ等が発生し易くなる。このため、シート搬送路１３Ａを搬送されるシートに捻れやシワが入りやすい状態となり、画像不良が発生する虞が高くなる。

そこで、前記補正基準湿度（６０％）を超過する高湿環境下では、前記第２回転速度を減速させる補正を行う。これにより、図９（Ｂ）に示すように、定着ニップ部ＦＮによるシート搬送が転写ニップ部ＴＮによるシート搬送より遅れ気味となる。従って、定着ニップ部ＦＮと転写ニップ部ＴＮとの間におけるシートＰの撓みは多くなり、結果としてシートＰは搬送ガイド１３１に沿うように搬送されるようになる。これにより、シートＰの搬送捻れが生じても、前記シートＰの撓みによってこれを吸収させることができる。従って、画像不良の発生を未然に防止できる。

続いて、制御部６による制御動作を、図１０及び図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。制御部６は、モード変更部６２より特定の動作モードの設定が行われるまで待機する（ステップＳ１）。すなわち、定着ユニット３０が機能停止状態から動作状態に移行するモード変更が発生するまで、具体的には電源スイッチ１０２がＯＦＦからＯＮの状態とされ画像形成モードが設定されるまで、或いは、スリープモード又はトラブル処理モードから画像形成モードに復帰されるまで、制御部６の加圧ローラー３２の速度制御に拘わる機能部は待機する。これら画像形成モードの設定、復帰のタイミングが、前記速度制御の基準時となる。

上記画像形成モードの設定、復帰が生じたら（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御モード設定部６５は、ローラー温度センサー４３から加圧ローラー３２の表面温度データを取得する（ステップＳ２）。次いで制御モード設定部６５は、前記表面温度が所定の基準温度（上記実施形態では７０℃）以下であるか否かを判定する（ステップＳ３）。基準温度以下である場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、加圧ローラー３２へ十分な熱量が与えられていないので、モーター制御部６７は、上述の第１回転制御（前段制御Ａ１）を実行する（ステップＳ４）。

前記第１回転制御（前段制御Ａ１）を実行しつつ、熱量検知部６４は、基準時を起点として、加圧ローラー３２に与えられた熱量が予め定められた規定熱量に到達したか否かを確認する（ステップＳ５）。規定熱量に到達していない場合（ステップＳ５でＮＯ）、第１回転制御（前段制御Ａ１）が継続される。一方、規定熱量に到達した場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、モーター制御部６７は、上述の第２回転制御（第１回転制御の後段制御Ａ１）を実行する（ステップＳ６）。加圧ローラー３２の表面温度が基準温度を超過している場合は（ステップＳ３でＮＯ）、基準時から第２回転制御が実行される（ステップＳ６）。

上記第２回転制御において、モーター制御部６７は、ローラー温度センサー４３の検出温度に基づき、所定のシート搬送速度を維持できるように第１回転速度Ｖ１を微調整するフィードバック制御を行う。このフィードバック制御は汎用されている制御手法であるため、ここでは詳細なフローの説明は省略する。ステップＳ６を実行しつつ、画像形成モードが終了するか否かが確認され（ステップＳ７）、モード変更部６２が画像形成モードから他のモード（例えばスリープモード又はトラブル処理モード）に変更した場合、又は電源スイッチ１０２がＯＦＦとされた場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、制御部６は処理を終える。

図１１は、図１０のステップＳ４の第１回転制御（前段制御Ａ１）の詳細を示すフローチャートである。ここでは、単純に基準時からの経過時間に基づき加圧ローラー３２が受け取った熱量を推定する、上記（３）の制御手法のフローチャートを示している。

モーター制御部６７は、記憶部６６にアクセスし、図６に示されているような回転速度制御テーブルを読み出す（ステップＳ１１）。また、速度補正部６８は、周囲温度センサー４１から定着ユニット３０の周囲温度データを、周囲湿度センサー４２から周囲湿度データを取得する（ステップＳ１２）。

続いて速度補正部６８は、取得された周囲温度と所定の補正基準温度（１５℃）との比較、及び取得された周囲湿度と所定の補正基準湿度（６０％）とを比較して、ステップＳ１１で読み出した回転速度制御テーブルの増速率の補正が必要か否かを判定する（ステップＳ１３）。そして、速度補正部６８は、周囲温度が１５℃以下の低温環境の場合は、第２回転速度Ｖ２を増速させるよう、周囲湿度が６０％以上の高湿環境の場合は、第２回転速度Ｖ２を減速させるよう、回転速度制御テーブルの増速率を補正する（ステップＳ１４）。上記の低温環境又は高湿環境に当て嵌まらない場合は（ステップＳ１３でＮＯ）、ステップＳ１４をスキップする。これらの処理により、モーター制御部６７が第１回転制御（前段制御Ａ１）の期間において、どのようなシーケンスで加圧ローラー３２の回転速度を制御するかが確定される（ステップＳ１５）。

上記の処理に並行して、タイマー６３が基準時からの経過時間のカウントを開始する（ステップＳ１６）。本実施形態では、基準時からの経過時間に基づき加圧ローラー３２が受け取った熱量を推定する手法を取るので、タイマー６３の計時スタートは、上述のステップＳ５の熱量検知部６４による規定熱量の判定処理にリンクすることになる。すなわち、熱量検知部６４は、基準時からの経過時間のカウント値に基づき、規定熱量に到達したか否かの判定（ステップＳ５）を行う。

しかる後、モーター制御部６７は、駆動モーター５を始動させて、加圧ローラー３２の回転駆動を開始する（ステップＳ１７）。そして、モーター制御部６７は、ステップＳ１５で確定したシーケンスに応じて、加圧ローラー３２の回転速度を時間経過に伴い変化させる（ステップＳ１８）。

以上説明した通り、本実施形態に係る定着ユニット３０及び画像形成装置１によれば、制御部６の熱量検知部６４が、定着ローラー３１から加圧ローラー３２に与えられた熱量を求める。このため、前記熱量に基づき、表面温度のような局所的な温度状態ではなく、加圧ローラー３２全体が実際にどのような温度状態にあるかを把握することが可能となる。モーター制御部６７は、加圧ローラー３２に与えられた熱量が前記規定熱量に至るまでは、第１回転速度Ｖ１を、前記熱量に応じて補正した第２回転速度Ｖ２で加圧ローラー３２を回転させる。従って、加圧ローラー３２の実際の温度状態に応じて、すなわち加圧ローラー３２の熱膨張度合いや定着ニップ部ＦＮにおける摩擦係数の変化を加味して、定着ニップ部ＦＮを通過するシートの搬送速度を設定することができる。このため、定着ユニット３０におけるシート搬送速度の変動を可及的に抑制することができ、良好な画質の画像形成を行うことができる。

１ 画像形成装置
２０ 画像形成ユニット（画像形成部）
３０ 定着ユニット（定着装置）
３１、３１Ａ 定着ローラー（加熱回転体）
３１Ｂ 定着ローラーユニット（加熱回転体）
３１１ 定着ベルト（加熱回転体）
３１２ 支持ローラー
３２ 加圧ローラー（加圧回転体）
３３ ＩＨヒーター（熱源）
３４ 電気ヒーター
４１ 周囲温度センサー（第２温度センサー）
４２ 周囲湿度センサー（湿度センサー）
４３ ローラー温度センサー（第１温度センサー）
５ 駆動モーター（駆動部）
６ 制御部
６３ タイマー
６４ 熱量検知部
６６ 記憶部
６７ モーター制御部（制御部）
６８ 速度補正部
ＦＮ 定着ニップ部

Claims (6)

1. シートにトナー像を定着させる定着装置であって、
   熱源が付設された加熱回転体と、
   前記加熱回転体に圧接されて定着ニップ部を形成すると共に、前記加熱回転体から熱を与えられる熱膨張性の加圧回転体と、
   前記加圧回転体を回転駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御することで、前記加圧回転体の回転速度を制御する制御部と、
   前記加熱回転体から前記加圧回転体に与えられた熱量を求める熱量検知部と、を備え、
   前記制御部は、
   当該定着装置が機能停止状態から動作状態に移行する基準時を起点として、
   前記熱量検知部が、前記加熱回転体から前記加圧回転体に予め定められた規定熱量が与えられたことを検知した後は、所定の第１回転速度で前記加圧回転体を回転させ、
   前記熱量検知部が、前記規定熱量が与えられたことを検知する前は、前記第１回転速度を求められた熱量に応じて補正した第２回転速度で前記加圧回転体を回転させる、第１回転制御を実行するものであって、
   前記加熱回転体が、支持ローラーで支持された定着ベルトであって、前記熱源として前記定着ベルトを誘導加熱するＩＨヒーターを含み、
   前記熱量検知部は、前記基準時からの前記ＩＨヒーターを動作させるために与えられた電流の総和に基づいて前記熱量を求める、定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   前記第２回転速度を得るための補正値を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、前記記憶部の補正値に基づいて前記第１回転制御を実行するものであって、
   前記補正値は、前記第２回転速度を前記第１回転速度より増速させるための補正値であって、前記熱量が第１熱量であるときの増速度は、前記第１熱量よりも大きい第２熱量であるときの増速度よりも大きい、定着装置。
3. シートにトナー像を定着させる定着装置であって、
   熱源が付設された加熱回転体と、
   前記加熱回転体に圧接されて定着ニップ部を形成すると共に、前記加熱回転体から熱を与えられる熱膨張性の加圧回転体と、
   前記加圧回転体を回転駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御することで、前記加圧回転体の回転速度を制御する制御部と、
   前記加熱回転体から前記加圧回転体に与えられた熱量を求める熱量検知部と、
   前記加圧回転体の表面温度を計測する第１温度センサーと、を備え、
   前記制御部は、
   当該定着装置が機能停止状態から動作状態に移行する基準時を起点として、
   前記熱量検知部が、前記加熱回転体から前記加圧回転体に予め定められた規定熱量が与えられたことを検知した後は、所定の第１回転速度で前記加圧回転体を回転させ、
   前記熱量検知部が、前記規定熱量が与えられたことを検知する前は、前記第１回転速度を求められた熱量に応じて補正した第２回転速度で前記加圧回転体を回転させる、第１回転制御を実行するものであって、
   前記制御部は、
   前記基準時において、前記第１温度センサーが所定の基準温度を下回る温度を検出しているとき、前記第１回転制御を実行し、
   前記基準時において、前記第１温度センサーが所定の基準温度を超える温度を検出しているとき、前記第１温度センサーの検出温度に基づき前記加圧回転体の回転速度を制御する第２回転制御を実行する、定着装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置において、
   前記定着装置の周囲の湿度を計測する湿度センサーをさらに備え、
   前記制御部は、前記湿度センサーが所定の補正基準湿度を超過する湿度を検出しているとき、前記第２回転速度を減速させる補正を行う、定着装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置において、
   前記定着装置の周囲の温度を計測する第２温度センサーをさらに備え、
   前記制御部は、前記第２温度センサーが所定の補正基準温度を下回る温度を検出しているとき、前記第２回転速度を増速させる補正を行う、定着装置。
6. シートにトナー像を転写する画像形成部と、
   前記トナー像をシートに定着させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置と、
   を備える画像形成装置。

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