JP6056044B2 - 定着器およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート材上の画像を定着させる定着器およびこれを備えた画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。この画像形成装置は、定着器を構成するハロゲンヒータの点灯を制御することにより、定着温度を所定値に保つようにしている。具体的には、単位時間あたりの点灯時間が測定され、測定値の所定点灯時間に対するずれ量が求められる。このずれ量に基づき、シート材（例えば用紙）の種別が判断され、定着温度が適切な値に設定される。

特開２００２−３６５９７７号公報

しかしながら、定着器の蓄熱状態は様々であり、蓄熱量が多い場合もあれば、少ない場合もある。したがって、定着器の蓄熱状態によって、定着温度を所定値に維持するために必要な電力量も異なる。それゆえ、従来の画像形成装置には、適切な定着温度に制御することが難しいという問題点があった。

上記問題点に鑑み、本発明の目的は、シート種別に応じて適切な定着温度に設定可能な定着器およびこれを備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一局面は、定着器であって、交流電力を出力する電源回路と、前記電源回路の供給電力に基づき、磁束を発生する励磁コイルと、前記励磁コイルで発生した磁束により発熱する第一回転体と、シートに担持されたトナー像を定着するために、前記第一回転体に圧接されて定着ニップを形成する第二回転体と、前記定着ニップを通過しているシートの種別を判別するシート種別判別回路と、前記シート種別判別回路により判別されたシートの種別に基づき、前記電源回路が出力する交流電力を制御して、前記第一回転体の温度を変更する、温度制御回路と、を備えている。

前記シート種別判別回路は、印刷前の所定時間の間に、前記励磁コイルに供給された電力を、印刷前供給電力として測定する第二電力計測部と、印刷中に、前記定着ニップを所定枚数のシートが通過する間に、前記励磁コイルに供給された電力の枚数平均値を、平均供給電力として測定する第一電力計測部と、前記平均供給電力と前記印刷前供給電力との差を算出するΔＷ算出部と、を含んでおり、前記ΔＷ算出部により算出されたΔＷに基づき、前記シート種別を判別する。

上記局面によれば、シート種別に応じて適切な定着温度に設定可能な定着器およびこれを備えた画像形成装置を提供することが可能となる。

一実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。 図１の定着器をＺＸ平面で切断した時の断面図である。 図２Ａの定着器を矢印βの方向から見た時の図である。 定着温度制御のための構成を示すブロック図である。 定着温度制御の前半部分を示すフロー図である。 定着温度制御の後半部分を示すフロー図である。 ΔＴに対するΔＷを示すグラフである。 第一実験例における供給電力の経時変化を示す図である。 第二実験例における供給電力の経時変化を示す図である。 第三実験例における供給電力の経時変化を示す図である。 第四実験例における供給電力の経時変化を示す図である。 図７Ｂと同様、第四実験例における供給電力の経時変化を示す図である。 第五実験例における供給電力の経時変化を示す図である。 従来の定着器の構成を示す図である。

（はじめに）
まず、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の説明に先立ち、用語の定義を行う。図中、いくつかの構成には、参照符号の後に、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの添え字が付加されている。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）を意味する。例えば、作像ユニット５Ａは、Ｙ用の作像ユニット５を意味する。また、上記添え字を付加可能ではあるが、参照符号に付加されていない場合、この参照符号は各色用を総称していることを意味する。例えば、作像ユニット５は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各色用の作像ユニット５Ａ〜５Ｄを総称している。

（画像形成装置の構成・印刷動作）
まず、図１を参照して、画像形成装置の構成・印刷時の動作について説明する。図１において、画像形成装置は、電子写真方式を採用したＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）であり、大略的に、供給カセット１と、本体２と、排出トレイ３と、を備えている。

供給カセット１は、画像形成装置の下部に配置される。このカセット１の内部には、未印刷のシートＳ（例えば、用紙）が積載される。カセット１は、回転する供給ローラ等の作用により、積載されたシートＳを上から一枚ずつ取り出して、取り出したシートＳを搬送経路４に送り出す。

本体２は、カセット１の上方に配置される。本体２の右側には、一点鎖線で示す搬送経路４が形成されている。搬送経路４には、カセット１から送り出されたシートＳが導入される。シートＳは、搬送経路４内を排出トレイ３（つまり、下流）に向けて搬送される。

また、本体２は、搬送経路４内を搬送されるシートＳに画像を形成して、印刷物を作成する。より具体的には、本体２は、フルカラー印刷に対応するために、いわゆるタンデム方式を採用しており、四個の作像ユニット５Ａ〜５Ｄを備える。本体２は、他にも、光走査装置６、一次転写ローラ７Ａ〜７Ｄ、中間転写ベルト８、ローラ９，１０、二次転写ローラ１１、及び定着器１２、排出ローラ対１３、および、各構成を制御する制御回路１４を備える。

作像ユニット５Ａ〜５Ｄは、画像形成装置の左右方向に並ぶように配置される。図示した例では、作像ユニット５Ａが搬送経路４から横方向に最も遠くに配置され、以下、作像ユニット５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの順番で搬送経路４に近接するように、これらは配置される。また、各作像ユニット５は、周知の通り、少なくとも感光体ドラム１５を備え、これ以外にも、電子写真方式による画像形成に必要な各種構成を備えている。この構成としては、典型的には、帯電器および現像ユニット等が含まれる。

感光体ドラム１５は、画像形成装置の手前側から奥側に向かって、つまり奥行き方向に延在しており、図示しないモータにより生成された駆動力により回転する。

帯電器は、例えば、対応色の感光体ドラム１５と平行に延在する帯電ローラまたは帯電電極を有する。このような帯電器は、外部から帯電バイアス電圧が印加されると、回転する感光体ドラム１５の周面を帯電させる。

光走査装置６は、画像データに基づき変調された光ビームＢＡ〜ＢＤを生成する。その後、光走査装置６は、生成した光ビームＢＡ〜ＢＤを、帯電した感光体ドラム１５Ａ〜１５Ｄの表面に照射して、各表面に静電潜像を形成する。

各現像器は、現像ローラを備えている。現像ローラは、感光体ドラム１５における光ビームの照射位置と、後述の一次転写領域との間に、該感光体ドラム１５と平行に延在するよう配置される。現像器には、現像バイアス電圧が印加され、これによって、対応色の感光体ドラム１５との間に現像電界を形成する。現像器にはさらに、対応色のトナーが供給される。現像器は、感光体ドラムとの間に形成された現像電界により、現像ローラを介してトナーを感光体ドラム１５の表面に供給して、表面に形成された静電潜像を現像する。これによって、感光体ドラム１５の表面には、対応色のトナー画像が形成される。

中間転写ベルト８は、ローラ９，１０等に無端状に架け渡され、中間転写ベルト８の下端面が各感光体ドラム１５の表面に接するように配置される。この中間転写ベルト８は、図示しないモータから与えられる駆動力によって回転するローラ９，１０により、矢印αの方向に回転する。

各一次転写ローラ７は、上記中間転写ベルト８を挟んで、対応色の感光体ドラム１５の表面と対向するように配置されている。ここで、上記一次転写領域は、中間転写ベルト８において各感光体ドラム１５と対向する領域である。一次転写ローラ７は、対応色の感光体ドラム１５に担持されているトナー画像が一次転写領域に搬送されてくると、該トナー画像を矢印αの方向に回転する中間転写ベルト８の略同一位置に転写する（一次転写）。これにより、中間転写ベルト８の表面上には、各色のトナー画像が重ね合わせられた合成トナー画像が生成される。また、合成トナー画像は、中間転写ベルト８に担持された状態で転写ニップ（後述）の位置まで搬送される。

また、二次転写ローラ１１は、中間転写ベルト８を挟んで、ローラ１０と対向するように配置されている。二次転写ローラ１１と中間転写ベルト８とは互いに当接し、これによって、転写ニップが形成される。この転写ニップには、カセット１によって搬送経路４に導入されたシートＳが送り込まれる。また、二次転写ローラ１１には、転写バイアス電圧が印加されており、合成トナー画像は、該転写バイアス電圧により二次転写ローラ１１側へと引き寄せられ、転写ニップに導入されたシートＳに転写される（二次転写）。二次転写済みのシートＳは、転写ニップから定着器１２に向けて送り出される。

定着器１２は、転写ニップから送り出されたシートＳを加熱および加圧して、合成トナー画像をシートＳに定着させる。定着済みのシートＳは、印刷物として、排出ローラ対１３によって排出トレイ３に排出される。

（定着器の構成）
次に、上記定着器１２の詳細な構成について説明する。図２Ａは、定着器１２縦断面図である。また、図２Ｂは、図２Ａの矢印βの方向から定着器１２を見た時の図である。ここで、矢印βが示す方向は、加熱ローラ２１の回転中心および加圧ローラ２２の回転中心を結ぶ線に直交するとする。

図２Ａおよび図２Ｂにおいて、定着器１２は、電磁誘導加熱による定着方式を採用しており、大略的に、加熱ローラ２１と、加圧ローラ２２と、コイルユニット２３と、を備えている。加熱ローラ２１、加圧ローラ２２およびコイルユニット２３は、画像形成装置の奥行き方向に延在する。

加熱ローラ２１は、コイルユニット２３で発生した磁束により発熱して、定着ニップＮ（詳細は後述）を通過するシートＳを加熱する第一回転体の一例である。

加熱ローラ２１の一端（つまり、手前側端部）は、手前側支持板２４ａに、手前側断熱ブッシュ２５ａおよび手前側ベアリング２６ａを介して軸受けされる。加熱ローラ２１の他端（つまり、奥側端部）は、奥側支持板２４ｂに、奥側断熱ブッシュ２５ｂおよび奥側ベアリング２６ｂを介して軸受けされる。なお、支持板２４ａ，２４ｂ、断熱ブッシュ２５ａ，２５ｂおよびベアリング２６ａ，２６ｂに関しては、理解を容易にするために断面図としている。

上記加熱ローラ２１は、外径が約３５ｍｍで肉厚が０．２ｍｍの円筒形状を有する。加熱ローラ２１は、内側（つまり中心側）から外側（つまり外周側）に向けて順番に、芯金２１ａ、弾性層２１ｂ、発熱層となる導体層２１ｃおよび表層２１ｄからなる。芯金２１ａはステンレスからなり、弾性層２１ｂはシリコンスポンジゴムからなる。また、導体層２１ｃは、導電性材料からなり、ニッケルまたはステンレス等の両側から銅で挟んだ構成を有することが好ましい。銅のような低抵抗材料を用いることで、ニッケルまたはステンレスの層のみからなる場合と比較して、加熱ローラ２１の発熱効率を１５％〜３０％程度向上させることが可能となる。表層２１ｄは、厚さ３０μｍであり、トナーに対し離型性が良いＰＦＡ樹脂（パーフルオロアルコキシフッ素樹脂）からなる。

加圧ローラ２２は、上記加熱ローラ２１に圧接して、定着ニップＮを通過するシートＳを加圧する第二回転体の一例である。

加圧ローラ２２は、加熱ローラ２１と平行に延在し、加熱ローラ２１に左側から圧接するように設けられている。この加圧ローラ２２の一端（つまり、手前側端部）および他端（つまり、奥側端部）は、加圧ローラ用フレーム２７の手前側および奥側に、ベアリング２８ａ，２８ｂを介して軸受けされる。なお、フレーム２７は、理解を容易にするために断面図として示されている。また、加圧ローラ２２は、図示しない加圧機構により、加熱ローラ２１の左側より、耐熱弾性層２２ｂ（後述）の弾性に抗して押圧させられている。これによって、加圧ローラ２２は、加熱ローラ２１との間で、シートＳの搬送方向に沿って所定幅を有する定着ニップＮを形成する。

上記加圧ローラ２２は、外径が約３０ｍｍの円筒形状のソフトローラとして構成される。加圧ローラ２２は、内側から外側に向けて順番に、芯金２２ａ、耐熱弾性層２２ｂおよび離型層２２ｃからなる。芯金２２ａは、例えばアルミニウムからなり、肉厚１０ｍｍ程度の円筒形状を有する。耐熱弾性層２２ｂは、厚さ２ｍｍ〜３ｍｍ程度のシリコンゴム層からなる。また、離型層２２ｃは、厚さ５０μｍ程度であり、トナーに対し離型性の良いＦＰＡからなる。

コイルユニット２３の手前側端部は、手前側支持板２４ａに固定され、その奥側端部は、奥側支持板２４ｂに固定されている。この時、コイルユニット２３は、加熱ローラ２１に対し、下記（１）および（２）の配置関係を満たすように固定される。

（１）加熱ローラ２１と接触せず、コイルユニット２３および加熱ローラ２１の外周面の間には僅少な空隙があけられる。つまり、コイルユニット２３および加熱ローラ２１は接触しない。
（２）コイルの内周側および加熱ローラ２１の外周面が概ね平行となる。

コイルユニット２３は、少なくとも、励磁コイル２３ａを備えている。励磁コイル２３ａは、例えば、表面に融着層および絶縁層の両方を有する銅線を巻回することで構成される。銅線としては、リッツ線が用いられることが好ましい。

ここで、励磁コイル２３ａは、より具体的には、加熱ローラ２１の長手方向（つまり、奥行き方向）に沿って銅線を、略角丸長方形状に巻回したスパイラルコイルである。この励磁コイル２３ａは、加熱ローラ２１の長手方向の全エリアを覆うように配置される。

励磁コイル２３ａへの電力供給のために、定着器１２はさらに、電源回路２１０、温度制御回路２１１、およびローラ温度センサＴＣを備えている。

電源回路２１０は、温度制御回路２１１の制御下で、商用電源から供給された交流の商用電力から、高周波数の交流電力（以下、高周波電力という）を生成する。ここで、高周波電力の電圧は、温度制御回路２１１により指示される。電源回路２１０は、生成した高周波電力を励磁コイル２３ａに供給する。これによって、励磁コイル２３ａでは磁束が発生し、その結果、加熱ローラ２１の導体層２１ｃには渦電流が発生する。この渦電流により、加熱ローラ２１は自己発熱する。

ここで、温度センサＴＣは、加熱ローラ２１の長手方向の中央部分に設けられている。温度センサＴＣは、例えば、加熱ローラ２１の表面に接触するように配置されるサーミスタからなり、加熱ローラ２１の表面温度を検出して、制御回路２１２に出力する。制御回路２１２は、温度センサＴＣから表面温度を受け取ると、加熱ローラ２１の表面温度が所定の定着温度（つまり、画像加熱時の目標温度）に維持されるように、電源回路２１１から励磁コイル２３ａへの供給電力を制御する。

ここで、所定の定着温度は、ユーザが選択した印刷モードにより決定される。印刷モードとしては、シートＳが用紙の場合、例えば、普通紙モード、厚紙モードおよび薄紙モードがある。所定の定着温度は、詳細は後述するが、モード毎に適切な値に予め定められている。温度制御回路２１１は、画像形成装置の印刷モードを、画像形成装置の制御回路１４（図３参照）より取得する。温度制御回路２１１は、取得した印刷モードに対応する定着温度となるように、供給電力の制御を行う。詳細は後述するが、温度制御回路２１１は、シート温度センサ３１（図３参照）からシート温度Ｔｐを取得して、加熱ローラ２１の表面温度が定着温度となるように、供給電力の制御を行う。

また、加熱ローラ２１の後端近傍には、モータＭからの駆動力により回転する駆動ギアＧが固定されている。これにより、加熱ローラ２１は、例えば時計回りに回転する。また、加圧ローラ２２は、加熱ローラ２１に従動して回転する。両ローラ２１，２２が回転中、トナー像を担持したシートＳが、ガイド板によって案内されてきて、定着ニップＮに導入される。導入されたシートＳは、回転するローラ２１，２２によって定着ニップＮを搬送されていく過程で、シートＳ上のトナー像は、加熱ローラ２１による加熱と、定着ニップＮにおける加圧により定着される。

なお、多くの場合、励磁コイル２３ａの前後両端には消磁コイルが設けられ、両コイルを覆うように磁性体コアが設けられる。消磁コイルおよび磁性体コアに関しては、公知であり、かつ本実施形態の要部では無いため、それぞれの説明を省略している。

（詳細な定着温度の制御）
図３は、画像形成装置において定着温度制御のための構成を示すブロック図である。図３には、定着温度制御のための構成として、画像形成装置は、上記の温度制御回路２１１、制御回路１４および温度センサＴＣに加え、シート温度センサ３１と、シート種別判断回路３２とを備えている。

シート温度センサ３１は、定着ニップＮを通過する前のシートＳの温度を検出する。また、判断回路３２は、制御基板上に実装されたＣＰＵやメモリからなり、ソフトウエアとして実現される第一電力計測部３３、第二電力計測部３４、プリントカウント部３５、シート温度計測部３６、加熱ローラ温度計測部３７、ΔＷ算出部３８およびΔＴ算出部３９を含む。また、メモリには、種別テーブル３１０が格納されている。

また、図４Ａおよび図４Ｂは、定着温度制御の前半および後半を示すフロー図である。以下には、シート温度センサ３１の検知温度が２０℃で、シート種別が厚紙（横）で、普通紙向け定着温度で十枚連続印刷した時の制御について説明する。

本実施形態では、定着温度は、例示的に、下記の通りとされる。
（１）シート種別が普通紙の場合、印刷時における加熱ローラ２１の定着温度は１８０℃に制御される。ここで、普通紙とは、坪量が６０ｇ／ｍ²以上９０ｇ／ｍ²未満である用紙とする。
（２）厚紙の場合、印刷時の定着温度は２００℃に制御される。厚紙とは、普通紙よりも坪量が大きい用紙であり、例えば、坪量が９０ｇ／ｍ²以上２５６ｇ／ｍ²未満の用紙をいう。
（３）薄紙の場合、印刷時の定着温度は１６０℃に制御される。薄紙とは、普通紙よりも坪量が小さな用紙であり、例えば、坪量が５２ｇ／ｍ²以上６０ｇ／ｍ²未満の用紙をいう。

以下、図３、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、定着温度の詳細な制御について説明する。まず、図４Ａにおいて、画像形成装置の電源が入ると、温度制御回路２１１により、定着器１２のウォームアップが開始される。これにより、加熱ローラ２１が回転を開始して、温度制御回路２１１の制御下で、電源回路２１０は励磁コイル２３ａに高周波電力を供給する（Ｓ４０１）。

温度制御回路２１１は、温度センサＴＣの検知結果を周期的に受け取っている。この検知結果が例えば１８０℃になると、温度制御回路２１１は、定着器１２のウォームアップが完了する。その後、画像形成装置は、スタンバイ状態に移行し、印刷ジョブを受け付け可能になる（Ｓ４０２，Ｓ４０３）。スタンバイ状態では、加熱ローラ２１の表面温度は例えば１６０℃に維持される。

スタンバイ状態では、第二電力計測部３４は、励磁コイル２３ａへの供給電力の測定を開始する（Ｓ４０４）。ここで、電磁誘導加熱による定着方式の場合、加熱ローラ２１における発熱位置と、温度センサＴＣによる温度検出位置とが異なるため、スタンバイ状態中も加熱ローラ２１は回転し続ける。加圧ローラ２２も一緒に回転する。この回転中、加熱ローラ２１の熱量は加圧ローラ２２に移動するため、加熱ローラ２１の表面温度を１６０℃に維持するには（つまり、放熱分を補うためには）、ある程度の電力供給が必要となる。また、励磁コイル２３ａの通電時間が長くなると、両ローラ２１，２２の蓄熱量が増加するので、放熱量は減少する。その結果、必要な電力量は減少していく。

スタンバイ時に、両ローラ２１，２２を回転させつつ、第二電力計測部３４が励磁コイル２３ａへの供給電力を計測することで、定着器１２の蓄熱量を容易に精度良く把握することが可能となる。

次に、シート種別判別回路３２は、印刷ジョブの有無を判断し（Ｓ４０５）、無ければ再度Ｓ４０３に戻る。それに対し、印刷ジョブがあれば、第二電力計測部３４は、印刷ジョブが届く前の所定時間（例えば三秒）の間に励磁コイル２３ａに供給された電力の平均値を印刷前平均電力Ｐ０として導出する（Ｓ４０６）。今回、例えば、ウォームアップ完了から十秒後に印刷ジョブが届き、Ｐ０は３００Ｗとする。

印刷ジョブが届くと、制御回路１４から温度制御回路２１１には、印刷モードが普通紙モードであることが伝達され、その結果、温度制御回路２１１は、定着温度を１８０℃に初期的に設定する（Ｓ４０７）。この後、印刷動作が開始される。

印刷開始後、温度制御回路２１１は、シート温度センサ３１から、ｎ枚目のシートＳの温度の検知結果を、シート温度Ｔｐｎとして取得する（Ｓ４０８）。このシート温度Ｔｐｎは、シート種別判別回路３２のシート温度計測部３６にも送られる。今、ｎが１の場合、シート温度Ｔｐ１として、例えば２０℃が得られる。

ここで、温度制御回路２１１は、Ｓ４０８で得られたシート温度Ｔｐｎが下記の範囲であれば、対応する温度補正値を用いて、定着温度の補正を行う（Ｓ４０９）。

（１）Ｔｐｎ≦１０℃であれば、定着温度を１０℃上げる。
（２）１０℃＜Ｔｐｎ≦３０℃であれば、定着温度の変更無し。
（３）３０℃＜Ｔｐｎであれば、定着温度を１０℃下げる。

ここで、定着温度の補正の趣旨を説明する。シートＳに担持されたトナー像を定着させるには、シートＳの温度は所定範囲内である必要がある。したがって、シート温度Ｔｐｎが所定範囲外の場合には、加熱ローラ２１の定着温度が所定範囲内に収まるように補正される。

次に、シートＳが定着ニップＮに到達すると（Ｓ４１０）、第一電力計測部３３は、励磁コイル２３ａへの供給電力の計測を開始する（Ｓ４１１）。より詳細には、温度制御回路２１１は、設定された定着温度（つまり、１８０℃）を維持するように、励磁コイル２３ａに供給すべき電力を電源回路２１０に指示する。第一電力計測部３３は、指示された電力値をメモリし、一枚のシートＳが定着ニップＮを通過するまでの供給電力値の時間平均値（以下、単に、供給電力という）を導出する。

次に、ローラ温度計測部３７は、ローラ温度センサＴＣからの検知結果に基づき、一枚目のシートＳが定着ニップＮを通過する間の加熱ローラ２１の温度の時間平均値（以下、ローラ温度という）を導出する（Ｓ４１２）。

次に、枚数カウント部３５は、自身のカウント値ｎを１だけインクリメントする（Ｓ４１３）。

この後、シートＳの後端が定着ニップＮを通過する（Ｓ４１４）。それによって、ｎ枚目のシートＳについて、励磁コイル２３ａの平均供給電力Ｐｎと、加熱ローラ２１の平均温度Ｔｎとが確定する（Ｓ４１５，Ｓ４１６）。

次に、印刷動作を継続するか否かが判断される（Ｓ４１７）。印刷動作を継続しないのであれば、枚数カウント部３５はカウント値ｎをリセットし、シート温度計測部３６は、自身がメモリするシート温度Ｔｐｎをリセットする（Ｓ４１８，Ｓ４１９）。その後、画像形成装置はスタンバイ状態に戻る。

今、ｎは１であり、印刷ジョブは十枚連続印刷であるため、印刷動作は継続される。この場合、カウント値ｎが所定の基準値ｎ_thに到達したか否かが判断される（Ｓ４２０）。ここで、ｎ_thは、加熱ローラ２１がスタンバイ時の温度から所定の定着温度に変化して、この定着温度で安定するまでに必要とされる枚数により決定される。今、このｎ_thは２であるとする。このｎ_thは、シートＳのサイズ毎に異なる値であっても良い。

ｎがｎ_thに到達していなければ、次のシートＳを処理対象として、Ｓ４０８からＳ４１９までの一連の処理が実行される。

それに対し、ｎがｎ_thに到達していれば、第一電力計測部３３は、ｎ_th枚分の供給電力Ｐｎの枚数平均値（以下、平均供給電力という）Ｐｎ_thを求める（Ｓ４２１）。また、ローラ温度計測部３７は、ｎ_th枚分のローラ温度Ｔｎの枚数平均値（以下、平均ローラ温度という）Ｔｎ_thを求める（Ｓ４２２）。また、シート温度計測部３６は、ｎ_th枚分のシート温度Ｔｐの枚数平均値（以下、平均シート温度という）Ｔｐｎ_thを求める（Ｓ４２３）。今回、二枚分の平均供給電力Ｐｎ_thとして１２５０Ｗが、二枚分の平均ローラ温度Ｔｎ_thとして１８０℃が、二枚分の平均シート温度Ｔｐｎ_thとして２０℃が求められたとする。

次に、ΔＷ算出部３８はΔＷ＝Ｐｎ_th−Ｐ０を算出し（Ｓ４２４）、ΔＴ算出部３９は、ΔＴ＝Ｔｎ_th−Ｔｐｎ_thを算出する（Ｓ４２５）。今回の場合、ΔＷは９５０Ｗであり、ΔＴは１６０℃である。

次に、求められたΔＷおよびΔＴから、種別テーブル３１０を参照して、印刷中のシートＳの種別が決定される（Ｓ４２６）。

ここで、種別テーブル３１０には、ΔＷおよびΔＴの組み合わせ毎にシートＳの種別が記述される。この種別テーブル３１０は、例えば、以下の実験により画像形成装置の工場出荷前に作成される。すなわち、画像形成装置を用いて、既知の種別のシートＳに画像が印刷される。各シートＳについてΔＷおよびΔＴが求められる。その結果、図５に例示するようなグラフが得られる。図５のグラフでは、ΔＴが１５０℃で、ΔＷが５００Ｗであれば、シートＳは薄紙であることが例示される。このようなグラフに基づき、種別テーブル３１０は作成されている。今回の例では、上記の通り、ΔＷは９５０Ｗであり、ΔＴは１６０℃であるため、印刷中のシートＳは厚紙であると判別される。

ここで、上記シート材Ｓの種別判別方法の作用効果について説明する。

まず、図６Ａは、定着器１２のウォームアップ完了から十秒後に、定着温度１８０℃で厚紙、普通紙および薄紙に印刷した場合（以下、これを第一実験例という）における供給電力の経時変化を示す。

図６Ａに示すように、いずれの種別でも、シート温度Ｔｐは２０℃であった。また、印刷前平均電力Ｐ０は３００Ｗであった。

また、厚紙印刷時のＰｎ_th（以下、Ｐａと記す）、普通紙印刷時のＰｎ_th（以下、Ｐｂと記す）、および薄紙印刷時のＰｎ_th（以下、Ｐｃと記す）は下記の通りである。
Ｐａ：１２５０Ｗ
Ｐｂ：１１００Ｗ
Ｐｃ：９５０Ｗ

また、厚紙印刷時のΔＷａ、普通紙印刷時のΔＷｂおよび薄紙印刷時のΔＷｃは下記の通りである。
ΔＷａ：９５０Ｗ
ΔＷｂ：８００Ｗ
ΔＷｃ：７５０Ｗ

上記ΔＷａ〜ΔＷｃから分かるように、加熱ローラ２１の温度を１８０℃で固定した場合には、シートＳの坪量が大きくなるほど、励磁コイル２３ａへの供給電力量が多くなることが分かる。

また、図６Ｂは、第二実験例における供給電力の経時変化を示す。第二実験例は、第一実験例と比較すると、印刷開始が、定着器１２のウォームアップ完了から約一時間経過後である点でのみ相違する。

図６Ｂに示すように、いずれのシート種別でもＴｐは２０℃であり、Ｐ０は１００Ｗであった。

また、Ｐａ、ＰｂおよびＰｃは下記の通りである。
Ｐａ：１０５０Ｗ
Ｐｂ： ９００Ｗ
Ｐｃ： ７５０Ｗ

また、ΔＷａ、ΔＷｂおよびΔＷｃは下記の通りである。
ΔＷａ：９５０Ｗ
ΔＷｂ：８００Ｗ
ΔＷｃ：７５０Ｗ

図６Ａおよび図６Ｂは、定着器１２の蓄熱状態によって励磁コイル２３ａへの供給電力量を比較している。図６Ａおよび図６Ｂによれば、同じ種別のシートＳに同じ定着温度で印刷を行っても、定着器１２の蓄熱状態によって、励磁コイル２３ａへの供給電力量が異なることが分かる。具体的には、図６Ｂのように、定着器１２の蓄熱量が大きくなると、印刷中に励磁コイル２３ａに供給される電力量は小さくなる。しかし、それに伴いスタンバイ中に必要な電力量も小さくなるため、シート種別が同じであれば、印刷開始タイミングが異なっていても、ΔＷは一致する。このΔＷを用いることで、従来とは異なり、シートＳの種別を精度よく判別することが可能となる。

次に、定着ニップＮを通過中に加熱ローラ２１の温度を計測し、定着ニップＮの通過前にシートＳの温度を計測する技術的意義について説明する。

まず、図７Ａは、定着器１２のウォームアップ完了から約十秒後に、定着温度１８０℃で、Ｔｐが１０℃の各種用紙に印刷した場合（以下、これを第三実験例という）における供給電力の経時変化を示す。

また、図７Ｂは、第四実験例における供給電力の経時変化を示す。第四実験例は、第三実験例と比較すると、Ｔｐが２０℃である点でのみ相違する。

図７Ａおよび図７Ｂのいずれの場合でも、シート種別に関係なくＰ０は３００Ｗである。また、例えばＰｂ（Ｔ＝１０℃）は１１５０Ｗであるのに対し、Ｐｂ（Ｔｐ＝２０℃）は１１００Ｗであった。

Ｐ０はいずれの場合も３００Ｗであるため、同じ種別のシートＳであってもＴｐが異なれば、シートＳが加熱ローラ２１から奪う熱量が変化する。その結果、Ｔｐ＝１０℃の場合と、Ｔｐ＝２０℃の場合とではΔＷに違いが生じる。

次に、図８Ａは、図７Ｂと同じであり、定着器１２のウォームアップ完了から約十秒後に、定着温度１８０℃で、Ｔｐが２０℃の各種用紙に印刷した場合（第四実験例という）における供給電力の経時変化を示す。

また、図８Ｂは、第五実験例における供給電力の経時変化を示す。第五実験例は、第四実験例と比較すると、定着温度が２００℃である点でのみ相違する。

例えば、普通紙の場合、定着温度が１８０℃であれば、図８Ａに示すように、Ｐｂは１１００Ｗである。それに対し、普通紙で定着温度が２００℃であれば、図８Ｂに示すように、Ｐｂは１２００Ｗである。

Ｐ０はいずれの場合も３００Ｗであるため、同じ種別のシートＳであっても定着温度が異なれば、励磁コイル２３ａに供給される電力が異なる。具体的には、定着温度が高いほど、励磁コイル２３ａへの供給電力は多くなる。その結果、定着温度が１８０℃の場合と、２００℃の場合とではΔＷに違いが生じる。

以上説明した二つの観点から、ニップ通過中のシートＳのローラ温度Ｔｎと、ニップ通過前のシート温度Ｔｐｎとを考慮すべく、シート種別判別回路３２は、ΔＴを判別に用いることで、シート種別の判別精度を向上させている。

さて、ここで、再度図４Ｂを参照する。Ｓ４２６の後、シート種別判別回路３２は、Ｓ４２６で得られたシート種別を温度制御回路２１１に送る。温度制御回路２１１は、受け取ったシート種別に対応する定着温度に加熱ローラ２１の表面温度がなるように、電源回路２１０を制御する（Ｓ４２７）。今回の場合、Ｓ４２６で厚紙と判別されたため、ローラ温度が２００℃になるように制御される。

次に、枚数カウント部３５はカウント値ｎをリセットし、シート温度計測部３６は、自身がメモリするシート温度Ｔｐｎをリセットする（Ｓ４２８，Ｓ４２９）。その後、処理はＳ４０８に戻る。今回の場合、残りの八枚について、Ｓ４０８以降の処理が行われる。残りの八枚について処理が完了すると、スタンバイ状態となり、新たな印刷ジョブが送られてくることを待機する。

（従来技術との対比）
図９は、従来の定着器の構成を示す図である。図９の定着器は、図２Ａ等に示す定着器と比較すると、ハロゲンヒータ加熱による定着方式を採用している点で相違する。以下、この相違点について説明する。

図９において、加熱ローラ５０は、３５ｍｍ程度の外径で、０．７２ｍｍ程度の肉厚を有する中空の円筒形状の部材である。この加熱ローラ５０は、内側から外側へと順番に、芯金５０ａと、表層５０ｂとを含んでいる。芯金５０ａは、例えばアルミニウムからなり、表層５０ｂは、芯金５０ａの周囲にＰＦＡ樹脂を２０μｍ程度コーティングすることで形成される。

また、加圧ローラ５１は、基本的に、加圧ローラ２２と同様に配置され、同様の構成を有する。それゆえ、加圧ローラ５１の詳細な説明を省略する。

加熱ローラ５０の中空部分には、ハロゲンヒータ５２が配置される。ハロゲンヒータ５２は、点灯することで加熱ローラ５０を加熱させる。また、加熱ローラ５０の表面温度を検出するために、その長手方向の中心部分には、例えばサーミスタからなる温度センサＴＣが設けられている。

制御回路５３は、温度センサＴＣにより検出された温度が所定の定着温度を維持するように、電源回路５４内のトライアックをオン／オフすることで、ハロゲンヒータ５２への供給電力を制御する。供給電力は電圧波形の半波で制御される。ハロゲンヒータ５２のフル点灯時には１０半波に制御される。１０半波１サイクルで、温度センサＴＣの検知温度に応じて、制御回路５３は電源回路５４をフィードバック制御する。これにより、加熱ローラ５０の表面温度が所定の定着温度に制御される。

次に、従来の定着器５０による定着温度の制御について、詳細に説明する。定着器５０のウォームアップが開始されると、制御回路５３は、温度センサＴＣの検知結果が１８０℃になるまで、ハロゲンヒータ５２を点灯させる。温度センサＴＣの検知結果が１８０℃になると、ウォームアップが完了して、スタンバイ状態に移行する。

本願出願人は、ウォームアップ完了から十秒経過後に、印刷ジョブを与えた。この印刷ジョブは、印刷モードが普通紙で十枚連続印刷と指定されているとする。但し、実際には、Ａ４サイズの厚紙（横）が供給されたとする。

シートＳ（厚紙）が定着ニップＮに到達すると、加熱ローラ５０の定着温度が１８０℃を維持するのに必要な電圧波形の半波数が計測回路５４によって計測される。この計測は、一枚目のシートＳが定着ニップＮを通過し終えるまで行われる。二枚目についても同様の計測が行われる。

制御回路５３は、半波数の枚数平均値を計算して、ハロゲンヒータ５２に供給すべき電力を計算する。今回、例えば、定着器の蓄熱量も少なく、厚紙に対し定着処理を行ったため、ハロゲンヒータ５２への供給電力は、フル点灯時に対し９０％と算出されたとする。

例えば、普通紙に対し定着処理を行った場合、ハロゲンヒータ５２への供給電力は、フル点灯時に対し７０％〜８５％である。制御回路５３は、算出した供給電力が９０％と高いことから、処理対象が普通紙ではなく厚紙であると判断する。この判断結果を基に、制御回路５３は、三枚目以降に関しては、定着温度を２００℃に調整する。

ここで、二枚目までについては、一枚目のシートＳが定着ニップＮに到達するまで、時間に余裕があるため、加圧ローラ５１の温度も高めに推移する。したがって、定着温度が普通紙向けの１８０℃であっても、定着器は、厚紙に対して正常に定着処理を実行可能である。

しかし、電源回路５４のトライアックへの入力電圧が定格値よりも１６％以上高いと、ハロゲンヒータ５２を点灯させる半波数が低くなるように制御される。それゆえ、厚紙を普通紙向けの定着温度で処理しても、制御回路５３は、フル点灯時の８５％の供給電力と算出して、普通紙と判断してしまう。その結果、三枚目以降も加熱ローラ５０の温度は１８０℃で維持されてしまい、例えば五枚目以上で低温オフセットが発生する。

また、本願発明者は、ウォームアップ開始から１時間経過後に、従来の定着器に対し上記と同様の条件で定着処理を実行させた。上記同様、制御回路５３は、最初の二枚分の半波数の計測結果から、フル点灯に対し７０％で電力供給していると判断したとする。厚紙に対し定着処理が実行されているが、スタンバイ時の温度制御により、加圧ローラ５１の温度も上昇して、定着器の蓄熱量が飽和した。その結果、厚紙を普通紙向け定着温度で処理したにも関わらず、三枚目以降も、低い半波数で電力供給が続けられた。その結果、加圧ローラ５１の温度が低下していき、八枚目以降で低温オフセットが発生した。このように、従来の定着器では、印刷ジョブ実行中に、シート種別を判断して適切な定着温度に切り替えるのには限界があった。

それに対し、本実施形態では、上記の通り、シート種別判別回路３２がΔＷおよびΔＴを用いてシート種別を判断し、温度制御回路２１１が適切なタイミングで定着温度を切り替えている。その結果、上記のような低温オフセットを防ぐことが可能となる。このように、本実施形態に係る定着器によれば、電磁誘導加熱による定着方式を採用して、加熱ローラ２１の定着温度を維持するために、励磁コイル２３ａの消費電力量を精度よく検出することができる。

より具体的には、ΔＷは、定着器１２の蓄熱量に関わらず一定で、シート種別毎で異なる。したがって、ΔＷを基礎とすることで、精度良くシート種別を判別することが可能となる。この判別結果に基づき、適切な定着温度に設定することが可能となる。また、ΔＷに加えΔＴを考慮してシート種別を判別して、定着温度を適切に制御することが可能となる。以上の通り、本定着器によれば、シート種別に応じた適切な定着温度を自動的に設定することが可能となる。

本発明に係る定着器およびそれを備えた画像形成装置は、シート種別応じて適切な定着温度を自動的に設定でき、複合機等に有用である。

１２ 定着器
１４ 制御回路
２１ 加熱ローラ
２２ 加圧ローラ
２３ コイルユニット
２３ａ 励磁コイル
２１０ 電源回路
２１１ 温度制御回路
２１２ 制御回路
３１０ 種別テーブル
３１ シート温度センサ
３２ シート種別判別回路
３３ 第一電力計測部
３４ 第二電力計測部
３５ プリントカウント部
３６ シート温度計測部
３７ 加熱ローラ温度計測部
３８ ΔＷ算出部
３９ ΔＴ算出部

Claims (5)

1. 交流電力を出力する電源回路と、
   前記電源回路の供給電力に基づき、磁束を発生する励磁コイルと、
   前記励磁コイルで発生した磁束により発熱する第一回転体と、
   シートに担持されたトナー像を定着するために、前記第一回転体に圧接されて定着ニップを形成する第二回転体と、
   前記定着ニップを通過しているシートの種別を判別するシート種別判別回路と、
   前記シート種別判別回路により判別されたシートの種別に基づき、前記電源回路が出力する交流電力を制御して、前記第一回転体の温度を変更する、温度制御回路と、を備え、
   前記シート種別判別回路は、
   印刷前の所定時間の間に、前記励磁コイルに供給された電力を、印刷前供給電力として測定する第二電力計測部と、
   印刷中に、前記定着ニップを所定枚数のシートが通過する間に、前記励磁コイルに供給された電力の枚数平均値を、平均供給電力として測定する第一電力計測部と、
   前記平均供給電力と前記印刷前供給電力との差を算出するΔＷ算出部と、を含み、
   前記ΔＷ算出部により算出されたΔＷに基づき、前記シート種別を判別する、定着器。
2. 前記シート種別判別回路は、さらに、
   前記第一回転体および前記第二回転体の間に導入される前のシートの温度を測定するシート温度測定部と、
   印刷中に、前記定着ニップを所定枚数のシートが通過する際に、前記第一回転体の温度を測定する回転体温度測定部と、
   前記第一回転体の温度と前記シートの温度との差を算出するΔＴ算出部と、を含み、
   前記ΔＷ算出部により算出されたΔＷおよび前記ΔＴ算出部により算出されたΔＴに基づき、前記シート種別を判別する、請求項１に記載の定着器。
3. 前記温度制御回路は、前記シート温度測定部により測定されたシート温度に基づき、前記電源回路が出力する交流電力を制御して、前記第一回転体の温度を補正する、請求項２に記載の定着器。
4. 前記第二電力計測部は、印刷ジョブを受け付け可能な状態であるスタンバイ状態に移行した後であって、定着温度の設定前に前記印刷前供給電力を測定する、請求項１〜３のいずれかに記載の定着器。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の定着器を備えた、画像形成装置。

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