JP6213218B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置における熱方式の定着装置、及びこの定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体上に画像情報に基づいてトナー像を形成し、該トナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力によりトナー像を記録材上に固定する。

熱ローラ方式の定着装置は、ハロゲンヒータや誘導加熱のコイルなどの加熱源により加熱される定着ローラと加圧ローラでニップ部を形成し、画像を担持した記録材をニップ部に通すことで、熱と圧力によりトナーを溶融させて定着させる。定着ローラ方式は安全性や高速機への対応性等の観点から広く用いられている。

しかしながら、定着ローラの芯金が金属製であり熱容量が大きいため、所定の定着温度に達するまでに数分の時間がかかる。このため、非使用時でも定着ローラをある程度の温度に維持する待機時余熱が必要であるため、消費エネルギーが多いという問題があった。

省エネルギーを実現する定着装置としては、ベルト及びフィルム方式が頻繁に用いられており、断熱ローラを外部から加熱する方式や、さらに画像情報を基に画像領域のみを選択的に加熱する技術が提案されている。

省エネルギーな定着方式としてフィルム方式がある。
これは例えば特許文献１に記載されているように、薄肉円筒状の耐熱性フィルムに接触する板状加熱体と加圧ローラでフィルムと記録材を密着させるように挟み込み、熱エネルギーを記録材に与える構成である。フィルムが約１００μｍ程度と薄いため、実質的に立ち上げ時間は熱容量の小さい板状加熱体の温度を上昇させるだけで済む。このため、立ち上がり時間を短縮し、予熱電力を削減することができる。

さらに、記録材上に形成された画像に合わせ、加熱体の制御温度、加熱域を変化させ、非画像領域（画像形成領域における画像が存在しない部分）へのエネルギー供給を削減することで、省エネルギーを可能とする構成が開示されている。

特許文献２では、サーマルヒータの発熱体の素子ごとの温度を測定して適正な熱を供給することで、周囲温度の影響も考慮し、かつ紙面上のトナー部分にのみ熱を加える構成が開示されている。

特許文献３は、ローラを外部から加熱する定着方式を採用している。外部から加熱することで定着ローラ表層近傍に蓄熱した熱でトナー溶融を行うことができる。よって、定着ローラ全体を加熱する内部加熱方式に比べて立ち上がり時間が短く、エネルギーロスが少ないという利点がある。特許文献１，２と同様に画像領域だけを選択的に加熱すると共に、定着設定温度よりも低い第二の設定温度を有する構成が開示されている。

しかし、従来提案されている画像領域を選択的に加熱する定着装置では、記録材の搬送方向と直交方向に複数の加熱領域を有している。この場合、製造に起因して初期的に又は経時的変化によって加熱領域の加熱性能のばらつきが発生して、加熱のための電力密度が高い領域や低い領域などが発生することがある。

未定着画像と接触するベルト等の温度がある領域では高すぎたり又は低すぎたりすると、画質のむらが生じ、画像品質が低下してしまうことがある。そこで、本発明は、このような温度のむらを抑えて画像品質を向上させると共に、余分な電力供給を抑制して省エネルギー性を向上させることを目的としている。

この課題を解決するため、本発明は、未定着画像に接触して回転する定着部材と、該定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、電源からの電力により該定着部材を加熱する、記録材搬送方向と直交方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱手段と、該加熱手段の各加熱領域の加熱性能を検出する加熱性能検知手段と、該加熱手段を制御する外部加熱制御手段とを有し、該定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置であって、該記録材上の非画像領域に対応する該定着部材の部位の温度が画像領域に対応する該定着部材の部位の温度より低くなるように、該外部加熱制御手段は各加熱領域を独立して制御し、該外部加熱制御手段は、該加熱性能検知手段による各加熱領域の加熱性能の検知結果に基づいて各加熱領域の維持温度を制御することを特徴とする定着装置を提案する。

各加熱領域の加熱性能のばらつきに起因する定着部材表面の温度むらを抑え、画像品質を向上させるとともに、余分な電力供給を抑制して省エネルギー性を向上させることができる。

画像形成装置の断面の模式図である。 定着装置の断面の模式図である。 定着装置の概略斜視図である。 用紙上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。 用紙上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。 別な定着装置の断面の模式図である。 １０個に分割されたヒータの模式図である。 別な定着装置の断面の模式図である。 別な定着装置の断面の模式図である。 定着部材の目標温度と時間の関係を示す図である。 定着部材の目標温度と時間の関係を示す図である。 非画像領域のための目標温度を決定するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１に、画像形成装置の断面の模式図を示す。図示のように、本実施形態に係る画像形成装置の一例としてのプリンタ２は、給紙手段４、レジストローラ対６、像担持体としての感光体ドラム８、転写手段１０、定着装置１２等を有している。

給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６等を有している。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐはレジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれを矯正される。その後用紙Ｐは、感光体ドラム８の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングで、レジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。

感光体ドラム８の周りには、矢印で示す回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ１８と、図示しない露光手段の一部を構成するミラー２０と、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２と、転写手段１０と、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４等が配置されている。帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、感光体ドラム８上の露光部２６にミラー２０を介して露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。

プリンタ２における画像形成動作は従来と同様に行われる。すなわち、感光体ドラム８が回転を始めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。

この静電潜像は感光体ドラム８の回転により現像手段２２へ移動し、ここでトナーが供給されて静電潜像は可視像化され、トナー像が形成される。感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｐ上に転写手段１０による転写バイアス印加により転写される。トナー像を担持した用紙Ｐは定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。

転写部位Ｎで転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、このクリーニング手段２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体ドラム８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

図２及び図３に示すように、実施形態１としての定着装置１２は外部加熱方式である。定着装置１２は、未定着画像に接触して回転する定着部材としての定着ローラ２８、この定着ローラ２８との間で定着ニップ部ＳＮを形成する加圧部材としての加圧ローラ３０、商用電源からの電力により定着ローラを加熱する加熱手段としてのサーマルヒータ５６、サーマルヒータの各加熱領域の加熱性能を検出する加熱性能検知手段７０などを有している。このサーマルヒータ５６と電源４０とにより外部加熱手段が構成されている。

サーマルヒータ５６は、用紙Ｐの幅方向に等間隔で配置された複数（本実施形態では７つ）のヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇを有している。各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇは、各加熱領域に対応し、それぞれ独立に加熱可能となっている。

定着ローラ２８の定着ニップ部ＳＮの下流であってヒータ５６の上流に表面温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ３４、ヒータ５６の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ３６、ヒータ５６に電力を供給する電源４０、サーミスタ３４，３６の検知情報に基づいて電源４０を制御する外部加熱制御手段４２が設けられている。

ここで、外部加熱制御手段４２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータを意味する。

定着ローラ２８は、外径が４０ｍｍで厚みが１ｍｍのアルミニウム製の芯金２８ａと、この芯金２８ａの表面に被覆された断熱層２８ｂを有している。断熱層２８ｂはシリコンゴムで形成されており厚みは３ｍｍである。断熱層２８ｂは、その断熱機能をより高めるために、熱の拡散が少ない発泡シリコンゴムで形成してもよい。

定着ローラ２８の断熱層２８ｂの上にはニッケルからなる良熱伝導層２８ｃが形成されている。しかし、この良熱伝導層２８ｃは、ニッケルに限らず、ステンレスなどの鉄系合金、アルミニウムや銅などの金属系、グラファイトシート等でもよく、熱伝導性が少なくとも断熱層２８ｂより高ければよい。

定着ローラ２８に良熱伝導層２８ｃを形成することで、サーマルヒータ５６の発熱むらによる定着ローラ２８の表面温度の局部的な温度むらが低減される。各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇ間の発熱しない領域でも熱が迅速に伝わることにより、画像の定着むらが低減される。

また、良熱伝導層２８ｃの作用によって、サーマルヒータ５６が加熱する領域よりもやや広い領域の温度が上昇するため、画像との若干のずれを補償することができるという利点もある。換言すれば、サーマルヒータ５６を構成する各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇの大きさや間隔等の設定において設計自由度が大きいという利点がある。

また、定着ローラ２８の耐久性を高め、離型性を確保するために、断熱層２８ｂの表面にＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５〜３０μｍの離型層を形成してもよい。

加圧ローラ３０は、外径が４０ｍｍで厚みが２ｍｍの鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの表面に被覆された弾性層３０ｂを有している。弾性層３０ｂはシリコンゴムで形成されており厚みは５ｍｍである。弾性層３０ｂの表面には、離型性を高めるために厚みが４０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成するのが望ましい。

加圧ローラ３０は図示しない付勢手段により定着ローラ２８に圧接されている。ヒータ５６は図示しない付勢手段により定着ローラ２８の表面に押し当てられている。

以下に述べるとおり、画像情報に応じて各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇを制御することにより、省エネルギー化を実現することができる。

サーマルヒータ５６による加熱効率が低く、定着ローラ２８の表面温度を所定の定着温度に昇温させることが困難である場合には、定着温度よりやや低い温度まで定着ローラ２８内部のハロゲンヒータ５８で加熱しておき、画像領域に対応した部位をサーマルヒータ５６により昇温させることで、エネルギー消費を低減することができる。

用紙Ｐ上の画像形成領域全体に画像が形成される場合には定着ローラ２８全体を加熱するため、画像情報に基づいた加熱制御は必要ないが、このような場合には、ハロゲンヒータ５８のみで定着温度に立ち上げてもよい。また、立ち上げ時のみハロゲンヒータ５８とサーマルヒータ５６の両方に同時に通電して立ち上げ時間をより短くしてもよい。

次に、加熱制御について説明する。
外部加熱制御手段４２は、用紙Ｐ上に画像を形成するための画像情報に基づいて、サーマルヒータ５６の加熱割合を変化させる。

先ず、図４は、用紙Ｐ上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。図４（ａ）は、用紙Ｐの搬送方向の先端側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂ、画像領域ａ’が存在する画像形成パターンを示したものである。定着対象のトナーが存在する画像領域ａと画像領域ａ’は定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｂでは定着の必要はない。

図４（ｂ）は、用紙Ｐの搬送方向の先端側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂが存在する画像形成パターンを示したものである。定着対象のトナーが存在する画像領域ａは定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｂでは定着の必要はない。

図５は、用紙Ｐ上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。図５（ａ）は、用紙Ｐの搬送方向と直交方向（定着ローラの長手方向）に、画像領域ｃ、非画像領域ｄが存在する画像形成パターンを示したものである。定着対象のトナーが存在する画像領域ｃは定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｄでは定着の必要はない。

図５（ｂ）は、用紙Ｐの搬送方向の直交方向の画像領域ｅ、用紙Ｐの搬送方向の先端側の画像領域ｆ、用紙Ｐの搬送方向の非画像領域ｈが存在する画像形成パターンを示したものである。定着対象のトナーが存在する画像領域ｅ，ｆは定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｈでは定着の必要はない。

図４（ａ）において、図示しない画像処理装置から上記パターンの画像情報が外部加熱制御手段４２へ入力されると、非画像領域ｂに対応する定着ローラ２８の部位の温度が、画像領域ａ，ａ’に対応する定着ローラ２８の部位の温度よりも低くなるように、外部加熱制御手段４２は電源４０及びヒータ５６を制御する。

ここで、画像領域又は非画像領域に対応する定着ローラ２８の部位とは、画像領域又は非画像領域に密着する定着ローラ２８の部位という意味である。すなわち、用紙幅全体にわたって分布している画像領域ａに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｇの全域に電力を供給する一方、非画像領域ｂに対応するローラ部位では供給電力を低減する。そして、紙後端の画像領域ａ’に対応するローラ部位が定着温度に達するように、再びヒータ５６ａ〜ｇに電力を供給する。

図４（ｂ）においても同様に、画像領域ａに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｇの全域に電力を供給する一方、非画像領域ｂに対応するローラ部位では供給電力を低減する。

図５（ａ）では、用紙幅半分にわたって分布している画像領域ｃに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｇに電力を供給する。具体的には、外部加熱制御手段４２は、非画像領域ｄに対応する定着ローラ２８の部位の温度が、画像領域ｃに対応する定着ローラ２８の部位の温度よりも低くなるように、例えばヒータ５６ｅ〜ｇの供給電力をヒータ５６ａ〜ｄの供給電力より小さくする。

図５（ｂ）では、用紙幅全体にわたって分布している画像領域ｇに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｄの全域に電力を供給する。その後は、用紙幅半分にわたって分布している画像領域ｅに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、例えばヒータ５６ａ〜ｄの供給電力をヒータ５６ｅ〜ｇの供給電力より大きくする。

この際、実際の供給電力は図中の斜線部で投入される。この斜線部は、ヒータ５６ａ〜ｄの各加熱領域を予備的に加熱するための予備加熱領域であり、画像領域がニップ部に入る前に供給電力が投入される。この予備加熱領域は、主にヒータの周方向の長さや、ヒータ自身にも昇温時間が必要となることを考慮した領域である。予備加熱領域は、省エネルギーの観点からできるだけ小さいことが望ましい。

加熱制御としては、非画像領域ｂ，ｄ，ｈに対応する部位で電力供給を完全に停止してもよいが、温度が下がり過ぎると、次の画像領域（図４（ａ）では画像領域ａ’）での定着温度への立ち上がり応答性が悪くなる。そのため、ヒータを点滅させ又はヒータに低電力を供給することで、定着ローラ２８の温度を所定値以上に保つことが望ましい。

図１０は、図４（ａ）の画像形成パターンの場合の、定着部材の目標温度と時間の関係を示す図である。実線が示すように、画像領域ａ，ａ’では定着部材温度を第一の目標温度に設定しているが、非画像領域ｂでは定着部材温度を、室温より高く第一の目標温度より低い第二の目標温度に保つように制御している。図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）の画像形成パターンの場合にも、同様に各ヒータ５６ａ〜ｇを制御することにより、画像領域では定着部材温度を第一の目標温度に設定し、非画像領域では定着部材温度を第二の目標温度に設定することができる。

このように、非画像領域ｂ，ｄ，ｈに対応する部位でもヒータへの給電は行なわれるが、供給電力は削減される。すなわち、図１０の実線部分において、領域Ｐでの供給電力よりも領域Ｐ’での供給電力が小さくなるため、第一の目標温度のみを使用せずに第二の目標温度を使用することによって、省エネルギー化が可能となる。

本実施形態では、ヒータ５６を定着ローラ２８の表面に接触させて加熱する構成としたが、外部加熱制御手段４２をコイルとインバータで構成し、ＩＨ方式による非接触加熱方式としてもよい。励磁コイルは、例えば絶縁被覆を施したφ０．０５〜０．２ｍｍ程度の導線を５０〜５００本程度撚り合わせたリッツ線を５〜１５回巻き回したものである。この方式においても画像情報に基づいて定着ローラ２８の温度を制御することができるため、上記と同様に省エネルギー化が実現される。

次に、図６及び図７に基づいて実施形態２としての定着装置１２を説明する。
本実施形態における定着装置１２では、ヒータ５６が、板状基体に発熱抵抗体を載置したサーマルヒータやセラミックヒータなどで構成されている。ヒータ５６は、ベルト（フィルム）の内部に配置され、その熱でベルト（フィルム）の温度を上昇させることで、定着ニップ部ＳＮに搬送される未定着画像を加熱して定着する。

サーマルヒータ５６は定着ニップ部ＳＮよりも上流側に配置されている。これは、ベルト（フィルム）の内部に配置されたヒータ５６からの熱が定着ローラ２８の表面に達するまでに多少時間がかかることを考慮したものである。しかしながら、ヒータ５６は定着ニップ部ＳＮの近傍に配置されてもよい。これは外部加熱方式の場合も同様である。

図７に示すように、板状加熱手段であるヒータ５６は、紙搬送方向と直交方向に分割された複数の加熱領域を有しており、各ヒータ５６は独立に加熱制御が可能である。本実施形態では、ヒータは１０個に分割されている。

定着部材としての定着ベルト３８は、外径が４０ｍｍで厚みが４０μｍのＳＵＳ製の基体３８ａと、この基体３８ａの表面に被覆された弾性層３８ｂを有している。弾性層３８ｂは、シリコンゴムで形成されており厚みは１００μｍである。

定着ベルト３８の表面には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５〜５０μｍの離型層３８ｃが形成されている。また、定着ベルトの基体３８ａはポリイミドとしてもよい。

定着ベルト内部には、支持部材６１があり、ニップ部ＳＮの箇所には押圧部材６０が設置され、図示しない外部部材と接続されて定着部材を支持している。

図８は、実施形態３としての定着装置１２を示している。図示のように、板状加熱手段であるヒータ５６は定着ニップ部ＳＮの箇所に配置されてもよく、これによりヒータ５６は押圧部材としての機能を兼有することができる。他の構成は図６と同様である。
また図示はしないが、図６に示すベルトやフィルム構成を図２に示す外部加熱方式により加熱してもよい。

図９は、実施形態４としての定着装置１２を示す断面図である。
図に示すように、定着装置１２は、定着回転体としての定着ベルト３８と、定着ベルト３８に当接してニップ部ＳＮを形成する対向部材（又は対向回転体）としての加圧ローラ３０と、定着ベルト３８を加熱する加熱部材としてのヒータ５６とを備える。ヒータ５６は定着ベルト３８と略平面で接触している。

定着ベルト３８は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。具体的に、定着ベルト３８は、外径４０ｍｍで厚さ４０μｍのＳＵＳ製の基材３８ａと、この基材３８ａの外周面を被覆する厚さ１００μｍのシリコンゴム製の弾性層３８ｂと、この弾性層３８ｂの外周面を被覆する厚さ５〜５０μｍのＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂製の離型層３８ｃとで構成されている。なお、定着ベルト３８の基材３８ａを、ポリイミド等の樹脂材料で構成してもよい。

加圧ローラ３０は、外径４０ｍｍで厚さ２ｍｍの鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの外周面を被覆する弾性層３０ｂとで構成されている。加圧ローラ３０の弾性層３０ｂは、シリコンゴムで構成されており、その厚さは５ｍｍである。また、離型性を高めるため、弾性層３０ｂの外周面に厚さ４０μｍ程度のフッ素系樹脂から成る離型層を配設してもよい。

定着ベルト３８の内周側の加圧ローラ３０と対向する位置には、押圧部材としてのニップ形成部材６０が配設されている。ニップ形成部材６０は、その両端部において、定着装置１２の図示しない側板に支持されている。このニップ形成部材６０に対し、加圧ローラ３０が加圧レバー等の加圧手段によって圧接せしめられることで、定着ベルト３８と加圧ローラ３０との圧接部において所定幅のニップ部ＳＮが形成されている。なお、定着回転体と対向部材とを加圧を行わず単に当接させるだけの構成としてもよい。

また、加圧ローラ３０は、図示しないモータ等の駆動源によって図の矢印Ｂ方向に回転駆動するように構成されている。そして、加圧ローラ３０が回転駆動すると、その駆動力がニップ部ＳＮで定着ベルト３８に伝達され、定着ベルト３８が図の矢印Ｃ方向に従動回転するようになっている。また、定着ベルト３８の内周側には、定着ベルト３８を支持するベルト支持部材６１が配設されている。

ヒータ５６は、サーマルヒータやセラミックヒータ等の面状又は板状の発熱体で構成されている。定着ベルト３８の内周側には、支持部材としてのステー３５が配設されており、このステー３５によって、ヒータ５６が、ニップ部ＳＮよりも用紙搬送方向Ａの上流側で、定着ベルト３８の内周面に対向するように支持されている。また、ヒータ５６には電源４０が接続されており、電源４０からヒータ５６に電力が供給されるようになっている。この電源４０の出力は、外部加熱制御手段４２によって制御される。外部加熱制御手段４２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータで構成されている。

また、定着装置１２は、ヒータ５６の温度を検知するヒータ温度検知手段としての第１のサーミスタ３６と、定着ベルト３８の温度を検知するベルト温度検知手段としての第２のサーミスタ３４とを備える。第１のサーミスタ３６は、ヒータ５６に直接接触するように配設され、第２のサーミスタ３４は、定着ベルト３８の外周面に対し、ヒータ５６よりもベルト回転方向Ｃの上流側で対向するように配設されている。各サーミスタ３６，３４で検知された温度情報は、外部加熱制御手段４２に入力されるようになっており、この入力情報に基づいて、外部加熱制御手段４２は電源４０の出力を制御するように構成されている。

また、定着ベルト３８の外周側でヒータ５６と対向する位置には、定着ベルト３８を加圧する押さえ部材としての押圧ローラ３９が配設されている。この押圧ローラ３９によって、定着ベルト３８が外周側からヒータ５６に向けて加圧されることで、定着ベルト３８がヒータ５６に接触するようになっている。押圧ローラ３９は、外径が１５ｍｍ乃至３０ｍｍであり、外径が８ｍｍの鉄製の芯金３９ａと、この芯金３９ａの外周面を被覆する厚さ３．５ｍｍ乃至１１ｍｍのシリコンゴム製の弾性層３９ｂとで構成されている。また、離型性を高めるために、弾性層３９ｂの外周面に厚さ４０μｍ程度のフッ素系樹脂から成る離型層を配設してもよい。ここでは、押圧ローラ３９が図示しない加圧手段によって定着ベルト３８に圧接されているが、加圧手段による加圧を行わず、単に当接させるだけの構成としてもよい。

図９を参照しつつ定着装置の基本動作について説明する。
画像形成装置本体の電源スイッチが投入されると、電源４０からヒータ５６に電力が供給されると共に、加圧ローラ３０が図の矢印Ｂ方向に回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト３８は、加圧ローラ３０との間の摩擦力によって、図の矢印Ｃ方向に従動回転する。

その後、上述の画像形成工程を経て未定着のトナー画像Ｇが担持された用紙Ｐが、定着ベルト３８と加圧ローラ３０との間のニップ部ＳＮに搬送されると、用紙Ｐが加熱及び加圧され、用紙Ｐ上のトナー画像Ｇが定着される。そして、用紙Ｐはニップ部ＳＮから搬出された後、機外に排出される。

上述のように、ヒータの各加熱領域は独立に加熱され、画像情報に応じて加熱制御される。しかしながら、各加熱領域は製造に起因して初期的に又は経時的変化によって加熱性能のばらつきを有し、加熱のための電力密度が高い領域や低い領域が存在することがある。

図１０を参照して、点線は、ヒータ５６のうちのある加熱領域の加熱性能が他の加熱領域の加熱性能（実線）よりも高い場合を示している。立ち上げ時（画像形成装置の電源ＯＮ時）には、ヒータを室温から第一の目標温度まで略１００％の電力で昇温させる。しかし、加熱性能が高い領域は第一の目標温度に早く到達すると共に、非画像領域の目標温度である第二の目標温度から第一の目標温度へも早く到達する。さらには、この第一の目標温度よりも高い温度で画像領域を加熱してしまうことになる。

このように、加熱性能のばらつきが発生すると、未定着画像と接触するベルト等の温度がある領域では高くなりすぎ、画質のむらが生じて画像品質を低下させてしまう。
また、加熱性能が高い場合だけでなく、加熱性能が低い場合には第一の目標温度よりも低い温度にしかベルト温度を上げられない。このとき、その加熱領域の定着性が他の加熱領域とは異なって画質のむらが発生したり、場合によっては定着性の不十分な領域が発生したりすることもある。

次に、図１１を用いて本発明に係る定着部材の目標温度と時間の関係を説明する。この加熱制御は、前記実施形態１〜３の定着装置１２に共通に適用可能である。
定着装置１２は、ヒータ５６の複数の加熱領域毎の加熱性能を検出する加熱性能検知手段７０を備えている。加熱性能検知手段７０は、画像形成装置の立ち上げなどに伴い定着装置が昇温動作を行う際に、未定着トナーを加熱溶融してこれを定着することができる第一の目標温度まで定着部材の表面温度が到達する昇温時間を、複数の加熱領域毎に検出する手段である。外部加熱制御手段４２は、加熱性能検知手段７０による各加熱領域の加熱性能の検知結果に基づき各加熱領域の維持温度を制御する。

あるヒータ５６が図中の実線で示すように第一の目標温度まで昇温する場合、このときの昇温時間は所定時間に略一致し、このヒータは標準的な加熱性能を有すると判断される。この場合、このヒータ５６による定着部材２８，３８の目標温度は図１０と同様に制御される。つまり、画像領域のために第一の目標温度が維持され、非画像領域のために第二の目標温度が維持される。

一方、あるヒータ５６が図中の点線で示すように第一の目標温度まで昇温する場合、このときの昇温時間は所定時間よりも短く、このヒータ５６は高めの加熱性能を有すると判断される。この場合、非画像領域のために第二の目標温度よりも低い第三の目標温度が維持される。高めの加熱性能を有するこのヒータ５６は、用紙Ｐ上の画像領域が定着ニップ部ＳＮに達するまでに、定着部材２８，３８を第三の目標温度から第一の目標温度まで昇温させることができ、低温による定着不良が生じることはない。例えば、第一の目標温度は１２０℃、第二の目標温度は９０℃、第三の目標温度は８０℃である。

このようにして、定着部材表面の温度むらを抑制し、画像品質を向上させるとともに、余分な電力供給を抑制して省エネルギー性を向上させることができる。

逆に、ある加熱領域の昇温時間が所定時間よりも長い場合、そのヒータ５６の加熱性能は低いと判断される。このとき、その加熱領域が第一の目標温度まで上昇しない恐れがある。よって、この場合には第三の目標温度を標準的な加熱性能のための第二の目標温度より高い温度に設定し（不図示）、非画像領域に対応する定着部材温度を制御すればよい。
これにより、定着部材表面の温度低下を抑え、光沢むらや定着むらのない高い画像品質を得ることができる。

図１２は、非画像領域のための目標温度を決定するためのフローチャートである。
ここでは、ヒータ５６ａ〜ｇはヒータ５６_ｉ（ｉ＝１〜７）に対応する。当初、ヒータ５６_１〜５６_７の全てに対して、画像領域のために第一の目標温度１２０℃、非画像領域のために第二の目標温度９０℃が設定されている。装置立ち上げ時にヒータ５６_１〜５６_７全てを同じ温度（例えば、第一の目標温度）まで同じ電力で昇温させ、加熱性能検知手段７０がこのときかかった各ヒータ５６_ｉでの昇温時間Ｔ_ｉ（ｉ＝１〜７）をそれぞれ検知する。

その後、外部加熱制御手段４２は、Ｔ_ｉ（ｉ＝１〜７）を取得し（Ｓ１）、先ずｉ＝１として（Ｓ２）、ヒータ５６_１の昇温時間を判断する。昇温時間Ｔ_１と所定時間Ｔとの差分が閾値αより小さい場合（Ｓ３，Ｎｏ）、外部加熱制御手段４２は、予め設定された第二の目標温度９０℃を維持する。これは、昇温時間Ｔ_１と所定時間Ｔとの差分が小さいため、第二の目標温度を変更する必要がない場合である。一方、前記差分が閾値α以上の場合（Ｓ３，Ｙｅｓ）、外部加熱制御手段４２は非画像領域のための第二の目標温度を第三の目標温度に書き換える（Ｓ４）。そして、Ｔ_１が所定時間Ｔ以上の場合は（Ｓ５，Ｙｅｓ）、ヒータ５６_１の加熱性能が低いと判断されるため、外部加熱制御手段４２は第三の目標温度を１００℃に設定する（Ｓ６）。一方、Ｔ_１が所定時間Ｔより小さい場合（Ｓ５，Ｎｏ）は、ヒータ５６_１の加熱性能が大きいと判断されるため、外部加熱制御手段４２は第三の目標温度を８０℃に設定する（Ｓ７）。次いで、ｉ＝２として（Ｓ８，Ｓ９）、外部加熱制御手段４２はヒータ５６_２の昇温時間を判断する（Ｓ３）。以上のステップＳ３〜Ｓ９を繰り返し、ヒータ５６_１〜７の全てについて画像領域と非画像領域の目標温度を設定し、終了する。

上記の例では、各加熱領域の加熱性能を把握するために定着装置１２の昇温時間を計測したが、この手段に限られない。例えば、ヒータ５６は各加熱領域に発熱抵抗体を有し、加熱性能検知手段７０は、発熱抵抗体に所定電圧を印加した際に流れる電流を検出してもよい。加熱性能検知手段７０は、この検出電流が所定の電流値よりも大きい場合にはその加熱領域では大きめの電力が消費されていて加熱性能が高いと判断し、検出電流が所定の電流値よりも小さい場合にはその加熱性能が低いと判断してもよい。

さらに、加熱手段がＩＨ方式による加熱手段である場合でも、加熱性能検知手段７０は、ＩＨ用励磁コイルに所定の電圧を印加した際に流れる電流を検知することで、各発熱部の加熱性能を検知してもよい。励磁コイルは、例えば絶縁被覆を施したφ０．０５〜０．２ｍｍ程度の導線を５０〜５００本程度撚り合わせたリッツ線を５〜１５回巻き回したものである。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明の構成部品はこれに限定されず、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１２ 定着装置
２８ 定着ローラ（定着部材）
３０ 加圧ローラ（加圧部材）
３８ 定着ベルト（定着部材）
４０ 電源
４２ 外部加熱制御手段
５６ ヒータ（加熱手段）
７０ 加熱性能検知手段
Ｐ 用紙（記録材）

特開平６−９５５４０号公報 特開２００５−１８１９４６号公報 特開２００１−３４３８６０号公報

Claims (8)

1. 未定着画像に接触して回転する定着部材と、該定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、電源からの電力により該定着部材を加熱する、記録材搬送方向と直交方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱手段と、該加熱手段の各加熱領域の加熱性能を検出する加熱性能検知手段と、該加熱手段を制御する外部加熱制御手段とを有し、該定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置であって、
   該記録材上の非画像領域に対応する該定着部材の部位の温度が画像領域に対応する該定着部材の部位の温度より低くなるように、該外部加熱制御手段は各加熱領域を独立して制御し、
   該外部加熱制御手段は、該加熱性能検知手段による各加熱領域の加熱性能の検知結果に基づいて各加熱領域の維持温度を制御することを特徴とする定着装置。
2. 前記外部加熱制御手段は、加熱性能の高い加熱領域の前記維持温度を加熱性能の低い加熱領域の前記維持温度よりも低くすることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記外部加熱制御手段は、加熱性能の低い加熱領域の前記維持温度を加熱性能の高い加熱領域の前記維持温度よりも高くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 画像形成装置の立ち上げにより定着装置が昇温動作を行う際に、前記加熱性能検知手段は、前記定着部材が所定温度まで到達する昇温時間を各加熱領域で検出し、該昇温時間が所定時間より短い場合に加熱性能が高いと判断し、該昇温時間が所定時間より長い場合に加熱性能が低いと判断することを特徴する請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記加熱手段は各加熱領域に発熱抵抗体を有し、前記加熱性能検知手段は該発熱抵抗体に所定電圧を印加した際に流れる電流を各加熱領域で検出し、検出電流が所定の電流値よりも大きい場合にその加熱領域の加熱性能が高いと判断し、検出電流が所定の電流値よりも小さい場合にその加熱領域の加熱性能が低いと判断することを特徴する請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 前記加熱手段はＩＨ方式の加熱手段であり、前記加熱性能検知手段はＩＨ用励磁コイルに所定電圧を印加した際に流れる電流を検知することで各発熱部の加熱性能を検知することを特徴する請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 前記加熱手段は前記定着部材の回転方向に対して前記定着ニップ部よりも上流側に配置されていることを特徴する請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に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。

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