JP6569557B2 - 定着装置、画像形成装置、制御方法、および制御プログラム - Google Patents

Description

本開示は、画像形成装置の制御に関し、特に、電子写真方式の画像形成装置に備えられる定着装置の制御に関する。

電子写真方式の画像形成装置が普及している。電子写真方式の画像形成装置は、印刷工程として、入力画像に応じたトナー像を感光体上の形成する工程と、感光体上のトナー像を転写ベルト上に一次転写する工程と、転写ベルト上のトナー像を用紙に二次転写する工程と、定着装置によってトナー像を用紙に熱で定着させる工程とを実行する。

定着装置は、定着ローラーと加圧ローラーとを備える。定着ローラーの内部にはヒーターが設けられている。ヒーターは、定着ローラーを加熱する。加圧ローラーは、自身と定着ローラーとの間を通過する用紙を定着ローラーに圧接する。これにより、用紙は、加圧および加熱され、トナー像が用紙上に定着する。

定着装置は、トナー像を用紙に定着させるために、用紙を所定温度以上に加熱する必要がある。省エネルギー化のために、定着装置の加熱に必要なエネルギーを削減することが望まれている。このことを実現するための技術に関し、たとえば、特開２０１１−１２３４７９号公報（特許文献１）は、「省エネルギー化を図りつつ、通紙による加熱ローラーの温度落込みを低減させることができ、加熱ローラーのニップ部近傍を迅速に定着可能温度にすることができる」定着装置を開示している。

特開２０１１−１２３４７９号公報

特許文献１に開示される定着装置は、省エネルギー化のために、液相と固相との間で相変化する蓄熱材を利用する。当該蓄熱材は、印字終了後に固相から液相への相変化することで吸熱する。また、当該蓄熱材は、印刷開始時に衝撃が与えられることで、液相から固相に相変化し、この相変化により放熱する。定着装置は、蓄熱材の放熱を利用することにより定着装置の加熱に必要なエネルギーを削減する。しかしながら、液相に相変化する物質が蓄熱材として用いられると、液体が漏れないようにするなどの構成が必要となり、定着装置の構成が複雑になる。

本開示は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、より簡素な構成で省エネルギー化を実現することが可能な定着装置を提供することである。他の局面における目的は、より簡素な構成で省エネルギー化を実現することが可能な定着装置の制御方法を提供することである。さらに他の局面における目的は、より簡素な構成で省エネルギー化を実現することが可能な定着装置の制御プログラムを提供することである。

ある局面に従うと、トナーを熱で用紙に定着させる定着装置は、定着部材と、上記定着部材に接触して設けられており、上記定着部材との接触部分を通過する上記用紙を上記定着部材に加圧するための加圧部材と、上記定着部材および上記加圧部材の少なくとも一方を加熱し、上記接触部分を通過する上記用紙に熱を与えるための加熱部とを備える。上記定着部材および上記加圧部材の少なくとも一方は、蓄熱材を含む。上記蓄熱材は、外部エネルギーが加えられることで、第１固相から上記第１固相よりも内部エネルギーが高い第２固相に相変化する性質と、圧力が加えられることで、上記第２固相から上記第１固相に相変化し、当該相変化時に放熱する性質とを有する。上記第１固相から上記第２固相への相変化のために加えられる上記外部エネルギーは、上記加熱部によって加熱された上記定着部材および上記加圧部材の少なくとも一方の熱エネルギーを含む。上記第２固相から上記第１固相への相変化のために加えられる上記圧力は、上記定着部材と上記加圧部材との接触圧を含む。

好ましくは、上記定着装置は、上記用紙の印刷中には上記蓄熱材を上記第１固相から上記第２固相に相変化させない。

好ましくは、上記定着装置は、上記用紙の印刷終了後に、上記蓄熱材を上記第１固相から上記第２固相に相変化させる。

好ましくは、上記第１固相から上記第２固相への相変化のために加えられる上記外部エネルギーは、上記用紙の印刷終了後における、上記定着部材および上記加圧部材の少なくとも一方の残熱を含む。

好ましくは、上記定着装置は、上記用紙の印刷開始前に、上記蓄熱材を上記第２固相から上記第１固相に相変化させる。

好ましくは、上記加熱部は、上記用紙の印刷開始前において、上記トナーを上記用紙に定着させることが可能な第１温度まで上記定着部材の温度を上昇させるウォームアップを実行する。上記定着装置は、上記ウォームアップ時に、上記蓄熱材を上記第２固相から上記第１固相に相変化させる。

好ましくは、上記蓄熱材は、第２温度以上になると上記第１固相から上記第２固相に相変化する性質を有する。上記第２温度は、上記第１温度よりも高い。

好ましくは、上記定着装置は、上記用紙の印刷中に、上記蓄熱材を上記第２固相から上記第１固相に相変化させる。

好ましくは、上記定着装置は、上記用紙の印刷開始前における上記接触圧を上記用紙の印刷中および印刷終了後における上記接触圧よりも大きくする。

好ましくは、上記蓄熱材は、上記接触部分を形成する、上記定着部材および上記加圧部材の少なくとも一方に使用されている。

好ましくは、上記第１固相から上記第２固相への相変化のために加えられる上記外部エネルギーは、電気エネルギーを含む。

好ましくは、上記定着装置は、上記蓄熱材に電気的に接続されている熱電素子をさらに備える。上記熱電素子は、上記熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、当該電気エネルギーを上記外部エネルギーとして上記蓄熱材に供給する。

好ましくは、上記定着装置は、上記蓄熱材の相変化による上記蓄熱材の体積変化に基づいて、上記用紙が上記接触部分を通過するときにおける定着条件を変える。

好ましくは、上記定着条件は、上記用紙が用紙接触部分を通過するときにおける上記接触部分への加圧荷重を含む。上記定着装置は、上記蓄熱材の体積変化に基づいて、上記接触部分での接触圧が一定となるように上記加圧荷重を調整する。

好ましくは、上記定着条件は、上記用紙が上記接触部分を通過するときにおける上記用紙の搬送速度を含む。上記定着装置は、上記蓄熱材の体積が増加するほど、上記用紙の上記搬送速度を速くする。

他の局面に従うと、画像形成装置は、上記定着装置を備える。
さらに他の局面に従うと、トナーを熱で用紙に定着させる定着装置の制御方法が提供される。上記定着装置は、定着部材と、上記定着部材に接触して設けられており、上記定着部材との接触部分を通過する上記用紙を上記定着部材に加圧するための加圧部材とを備える。上記定着部材および上記加圧部材の少なくとも一方は、蓄熱材を含む。上記蓄熱材は、外部エネルギーが加えられることで、第１固相から上記第１固相よりも内部エネルギーが高い第２固相に相変化する性質と、圧力が加えられることで、上記第２固相から上記第１固相に相変化し、当該相変化時に放熱する性質とを有する。上記制御方法は、上記定着部材および上記加圧部材の少なくとも一方を加熱するステップと、上記蓄熱材を上記第１固相から上記第２固相に相変化させるために、上記加熱するステップで加熱された上記定着部材および上記加圧部材の少なくとも一方の熱エネルギーを上記外部エネルギーとして上記蓄熱材に加えるステップと、上記蓄熱材を上記第２固相から上記第１固相に相変化させるために、上記定着部材と上記加圧部材との接触圧を上記圧力として上記蓄熱材に加えるステップとを備える。

さらに他の局面に従うと、トナーを熱で用紙に定着させる定着装置の制御プログラムが提供される。上記定着装置は、定着部材と、上記定着部材に接触して設けられており、上記定着部材との接触部分を通過する上記用紙を上記定着部材に加圧するための加圧部材とを備える。上記定着部材および上記加圧部材の少なくとも一方は、蓄熱材を含む。上記蓄熱材は、外部エネルギーが加えられることで、第１固相から上記第１固相よりも内部エネルギーが高い第２固相に相変化する性質と、圧力が加えられることで、上記第２固相から上記第１固相に相変化し、当該相変化時に放熱する性質とを有する。上記制御プログラムは、上記定着装置に、上記定着部材および上記加圧部材の少なくとも一方を加熱するステップと、上記蓄熱材を上記第１固相から上記第２固相に相変化させるために、上記加熱するステップで加熱された上記定着部材および上記加圧部材の少なくとも一方の熱エネルギーを上記外部エネルギーとして上記蓄熱材に加えるステップと、上記蓄熱材を上記第２固相から上記第１固相に相変化させるために、上記定着部材と上記加圧部材との接触圧を上記圧力として上記蓄熱材に加えるステップとを実行させる。

ある局面において、より簡素な構成で省エネルギー化を実現することができる。
本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

第１の実施の形態に従う定着装置の内部構造を示す図である。 蓄熱材の相変化の態様を示す図である。 印刷処理に伴う蓄熱材の温度変化を示す図である。 蓄熱材を固相βから固相λに相変化させるための構成の一例を示す図である。 印刷開始前および印刷中における熱電素子の態様と、印刷終了後における熱電素子の態様とを示す図である。 熱電素子の駆動構造の一例を示す図である。 熱電素子の内部構造の一例を示す図である。 蓄熱材を固相λから固相βに相変化させるための構成の一例を示す図である。 用紙の印刷開始前における加圧ローラーの態様と、用紙の印刷終了後における加圧ローラーの態様とを示す図である。 定着部材の温度の時間的な変化を示す図である。 画像形成装置の内部構造の一例を示す図である。 画像形成装置が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。 画像形成装置の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態に従う定着装置の内部構造を示す図である。 第３の実施の形態に従う定着装置の内部構造を示す図である。 第４の実施の形態に従う定着装置の内部構造を示す図である。 体積情報の内容を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

＜第１の実施の形態＞
［定着装置５０］
電子写真方式の画像形成装置１００（図１１参照）は、印刷工程として、感光体上にトナー像を形成する工程と、感光体上のトナー像を中間転写ベルト上に一次転写する工程と、中間転写ベルト上のトナー像を用紙に二次転写する工程と、トナー像を熱で用紙に定着させる工程とを実行する。トナー像の定着工程は、画像形成装置１００に備えられる定着装置５０によって実行される。

以下では、図１を参照して、定着装置５０によるトナー像３２の定着工程について説明する。定着工程以外の印刷工程については後述する。図１は、定着装置５０の内部構造を示す図である。

図１に示されるように、定着装置５０は、定着部材６０と、加圧ローラー６５とを備える。定着部材６０は、定着ローラー５１と、芯金５２と、定着ベルト５３と、加熱ローラー５７とを含む。

加熱ローラー５７は、たとえば円筒形状を有する。加熱ローラー５７の内部には、ヒーターＨが設けられている。ヒーターＨの数は、任意である。一例として、図１に示されるように、２つのヒーターＨが加熱ローラー５７の内部に設けられる。ヒーターＨは、たとえば、ハロゲンヒーターである。

ヒーターＨ（加熱部）は、定着部材６０を加熱し、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触部分を通過する用紙Ｓに熱を与える。より具体的には、ヒーターＨは、加熱ローラー５７を加熱することで、定着ベルト５３に熱を伝える。加熱された定着ベルト５３は、回転することにより定着ローラー５１に熱を伝え、搬送経路４１上を搬送されている用紙Ｓに熱を伝える。用紙Ｓが加熱されることで、用紙Ｓ上のトナー像３２が融解する。その結果、トナー像３２は、用紙Ｓに定着する。なお、ヒーターＨは、定着部材６０および加圧ローラー６５の少なくとも一方を加熱すればよい。すなわち、ヒーターＨによる加熱対象は、定着部材６０ではなく、加圧ローラー６５であってもよい。この場合、ヒーターＨは、加圧ローラー６５の内部に設けられる。

加圧ローラー６５（加圧部材）は、定着部材６０に接触して設けられている。加圧ローラー６５は、加圧ローラー６５と定着部材６０との接触部分を通過する用紙Ｓを定着部材６０に加圧する。これにより、トナー像３２が用紙Ｓ上で加圧される。

定着ローラー５１は、たとえば円筒形状である。定着ローラー５１の内部には、芯金５２が設けられている。定着ローラー５１は、蓄熱材５４で構成されている。定着ローラー５１の一部が蓄熱材５４で構成されてもよいし、定着ローラー５１の全部が蓄熱材５４で構成されてもよい。以下では、定着ローラー５１が蓄熱材５４で構成されている例について説明するが、定着ベルト５３、加熱ローラー５７、または加圧ローラー６５が蓄熱材５４で構成されてもよい。すなわち、定着部材６０および加圧ローラー６５の少なくとも一方が蓄熱材５４を含めばよい。

図２を参照して、蓄熱材５４の性質について説明する。図２は、蓄熱材５４の相変化の態様を示す図である。

図２に示されるように、蓄熱材５４は、外部エネルギーが加えられることで、固相β（第１固相）から固相λ（第２固相）に相変化する性質を有する。固相βおよび固相λは、互いに結晶構造が異なる。蓄熱材５４は、固相βから固相λへの相変化時に吸熱する。蓄熱材５４に加えられた外部エネルギーは、潜熱として蓄熱材５４に蓄えられる。固相βから固相λへの相変化のために加えられる外部エネルギーは、たとえば、ヒーターＨによって加熱された定着部材６０および加圧ローラー６５の少なくとも一方の熱エネルギーを含む。

また、蓄熱材５４は、圧力が加えられることで、固相λから固相βに相変化し、当該相変化時に放熱する性質を有する。固相λから固相βへの相変化のために加えられる圧力は、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧を含む。

以上のように、蓄熱材５４は、ヒーターＨからの熱エネルギーを蓄熱する。その後、蓄熱材５４は、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧により、蓄熱された熱エネルギーを放熱し、用紙Ｓにトナー像を定着させるための熱エネルギーとして利用する。これにより、定着装置５０は、加熱時に必要な熱エネルギーを削減することができ、省エネルギー化を実現する。また、定着装置５０は、固相間の相変化を利用して蓄熱および放熱を行う。すなわち、定着装置５０は、蓄熱および放熱のために液相への相変化を利用しないので、液体が漏れないようにするための構成などが設けられる必要がない。そのため、定着装置５０の構成が簡素化される。

蓄熱材５４の一例として、Ｔｉ_３Ｏ_５（五酸化三チタン）が採用される。Ｔｉ_３Ｏ_５は、常温で安定なβ−Ｔｉ_３Ｏ_５とλ−Ｔｉ_３Ｏ_５との２つの状態間で相変化する。β−Ｔｉ_３Ｏ_５は、図２の固相βに対応する。λ−Ｔｉ_３Ｏ_５は、図２の固相λに対応する。β−Ｔｉ_３Ｏ_５およびλ−Ｔｉ_３Ｏ_５は、いずれも固体である。β−Ｔｉ_３Ｏ_５は、半導体と同様の性質を有する。λ−Ｔｉ_３Ｏ_５は、金属と同様の性質を有する。

β−Ｔｉ_３Ｏ_５は、温度が上昇すると、約２００℃で吸熱反応（２３０ｋＪ／ｍｏｌ）を伴いλ−Ｔｉ_３Ｏ_５に相変化する。なお、β−Ｔｉ_３Ｏ_５は半導体としての性質を有するため、β−Ｔｉ_３Ｏ_５からλ−Ｔｉ_３Ｏ_５への相変化は加熱以外の方法でも生じ得る。たとえば、β−Ｔｉ_３Ｏ_５は、電流や光によりλ−Ｔｉ_３Ｏ_５に相変化する。

λ−Ｔｉ_３Ｏ_５の温度が常温まで下がったとしても、λ−Ｔｉ_３Ｏ_５は、β−Ｔｉ_３Ｏ_５には戻らない。λ−Ｔｉ_３Ｏ_５は、６０ＭＰａ以上の圧力がかけられると、β−Ｔｉ_３Ｏ_５に相変化する。すなわち、λ−Ｔｉ_３Ｏ_５は、圧力がかけられない限り相変化を起こさない。そのため、λ−Ｔｉ_３Ｏ_５は、熱エネルギーを半永久的に保存することができる。

なお、蓄熱材５４は、Ｔｉ_３Ｏ_５に限定されず、その他の物質であってもよい。すなわち、Ｔｉ_３Ｏ_５と同様の性質を有する任意の物質が蓄熱材５４に採用され得る。

［蓄熱材５４の相変化のタイミング］
上述したように、蓄熱材５４は、固相βおよび固相λの間で相変化する。蓄熱材５４の相変化のタイミングは、たとえば、後述する制御装置１０１（図１３参照）によって制御される。

以下では、図３を参照して、制御装置１０１による蓄熱材５４の相変化のタイミングについて説明する。図３は、印刷処理に伴う蓄熱材５４の温度変化を示す図である。

時刻Ｔ_０において、画像形成装置１００（図１１参照）は、ユーザーから印刷指示を受け付けたとする。これにより、定着装置５０は、ウォームアップ処理を開始する。ウォームアップとは、印刷開始前に実行される前処理のことをいう。ウォームアップ処理により、ヒーターＨ（図１参照）は、トナー像を用紙に定着させることが可能な温度（第１温度）まで定着部材６０（図１参照）を加熱する。以下では、当該温度を「目標温度Ｕ１」ともいう。定着部材６０が加熱されることで蓄熱材５４も加熱される。ヒーターＨは、時刻Ｔ_０から時刻Ｔ_１までウォームアップ処理を実行する。

定着装置５０は、用紙の印刷開始前に、蓄熱材５４を固相λから固相βに相変化させる。用紙の印刷開始前とは、用紙が定着部材６０と加圧ローラー６５との接触部分を通過する前のことをいう。固相λから固相βへの相変化の方法については後述するが、定着装置５０は、時刻Ｔ_０から時刻Ｔ_１の間のいずれかのタイミングで定着部材６０を加圧することで、蓄熱材５４を固相λから固相βに相変化させる。

好ましくは、定着装置５０は、ウォームアップ時に蓄熱材５４を固相λから固相βに相変化させる。定着装置５０は、ウォームアップ時に固相λから固相βへの相変化に伴う放熱を利用することで、より速く定着装置５０を目標温度Ｕ１まで上昇させることができる。その結果、ウォームアップ処理に必要な電力が削減され、省エネルギー化が実現される。

なお、蓄熱材５４を固相βから固相λに相変化させるタイミングは、ウォームアップ時に限定されない。たとえば、定着装置５０は、用紙の印刷中に蓄熱材５４を固相βから固相λに相変化させてもよい。用紙の印刷中とは、用紙が定着部材６０と加圧ローラー６５との接触部分を通過しているタイミングのことをいう。

時刻Ｔ_１において、定着装置５０は、目標温度Ｕ１まで加熱されたとする。定着装置５０が目標温度Ｕ１まで加熱されると、画像形成装置１００は、印刷を開始し、印刷対象の用紙を定着装置５０に順次搬送する。好ましくは、定着装置５０は、用紙の印刷中には、蓄熱材５４を固相βから固相λに相変化させない。これにより、蓄熱材５４は、印刷中に吸熱しないので、ヒーターＨから発せられた熱が用紙に効率的に伝えられる。

時刻Ｔ_２において、印刷処理が終了したとする。定着装置５０は、印刷終了後に、蓄熱材５４を固相βから固相λに相変化させる。用紙の印刷終了後とは、用紙が定着部材６０と加圧ローラー６５との接触部分を通過した後のことをいう。定着装置５０は、印刷終了後の時刻Ｔ_２から時刻Ｔ_３までの間に外部エネルギーを蓄熱材５４に与える。このときに与えられる外部エネルギーは、たとえば、電気エネルギーである。電気エネルギーの供給方法については後述する。印刷終了後に電気エネルギーが加えられることで、蓄熱材５４の内部エネルギーが高くなり、蓄熱材５４は、固相βから固相λに相変化する。このように、蓄熱材５４は、ヒーターＨからの熱エネルギーや、電気エネルギーを蓄えることで相変化を起こし、次の印刷に備えて蓄熱する。なお、定着装置５０は、電気エネルギーを蓄熱材５４に与えずに熱エネルギーのみを蓄熱材５４に与えて、蓄熱材５４を固相βから固相λに相変化させてもよい。また、定着装置５０は、電気エネルギーの代わりに光を蓄熱材５４に照射して、蓄熱材５４を固相βから固相λに相変化させてもよい。

好ましくは、固相βから固相λへの相変化のために加えられる外部エネルギーは、用紙の印刷終了後における定着部材６０と加圧ローラー６５との少なくとも一方の残熱を含む。蓄熱材５４は、当該残熱を利用することで、省エネルギー化を実現することができる。

時刻Ｔ_３において、画像形成装置１００（図１１参照）は、低電力状態を維持するスリープ状態に移行したとする。蓄熱材５４の温度は低下する。この温度変化により、蓄熱材５４は、固相λから固相βに戻らない。そのため、蓄熱材５４は、次の新たな印刷処理まで蓄熱された状態を維持することができる。

［固相βから固相λへの相変化の実現方法］
上述したように、定着装置５０は、用紙の印刷終了後に蓄熱材５４を固相βから固相λに相変化させ、蓄熱材５４に蓄熱させる。以下では、図４および図５を参照して、蓄熱材５４を固相βから固相λに相変化させる方法について説明する。図４は、蓄熱材５４を固相βから固相λに相変化させるための構成の一例を示す図である。

図４に示されるように、定着ローラー５１の一端には電極６１Ａが設けられており、定着ローラー５１の他端には電極６１Ｚが設けられている。電極６１Ａ，６１Ｚには、導線５９の一端が接続されている。導線５９の他端には、熱電素子５８の電極６２Ａ，６２Ｚが接続されている。すなわち、熱電素子５８は、蓄熱材５４に電気的に接続されている。

熱電素子５８は、ゼーベック効果を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。熱電素子５８の両面間に温度差が生じると、当該温度差に応じて熱電素子５８の両面間に電位差が生じる。その結果、電流が導線５９を介して蓄熱材５４に流れる。この現象を利用して、定着装置５０は、蓄熱材５４を固相βから固相λに相変化させる。

図５は、印刷開始前および印刷中における熱電素子５８の態様と、印刷終了後における熱電素子５８の態様とを示す図である。図５に示されるように、熱電素子５８は、定着ベルト５３の内側に設けられる。定着装置５０は、用紙の印刷開始前および用紙の印刷中においては、熱電素子５８を定着ベルト５３に接触させない。このとき、熱電素子５８の両面間には温度差が生じないので、電気エネルギーは蓄熱材５４に供給されない。そのため、用紙の印刷開始前および用紙の印刷中においては、蓄熱材５４は、固相βから固相λに相変化しない。

定着装置５０は、用紙の印刷終了後において、熱電素子５８を定着ベルト５３の内面に接触させる。印刷終了直後においては、定着ベルト５３がヒーターＨによって加熱されているため、熱電素子５８の両面間に温度差が生じる。その結果、熱電素子５８の両面間に電位差が生じ、電流が芯金５２を通じて蓄熱材５４に流れる。これにより、蓄熱材５４の内部エネルギーが高まり、蓄熱材５４は、固相βから固相λに相変化する。固相βから固相λへの相変化のために加えられる外部エネルギーは、電気エネルギーを含む。

熱電素子５８は、定着ベルト５３から得られる熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、当該電気エネルギーを外部エネルギーとして蓄熱材５４に供給する。熱エネルギーだけでなく電気エネルギーが蓄熱材５４に加えられることで、蓄熱材５４は、より確実に固相βから固相λに相変化する。

［熱電素子５８の駆動方法］
図６を参照して、熱電素子５８の駆動方法の一例について説明する。図６は、熱電素子５８の駆動構造の一例を示す図である。

図６に示されるように、蓄熱材５４の駆動は、たとえばスイッチ７０によって実現される。スイッチ７０は、たとえばソレノイドなどのスイッチ素子である。スイッチ７０は、制御装置１０１からの制御信号に従って駆動される。

板金７２は、支点７１で支えられている。板金７２の一端は、熱電素子５８の一方の面に接着されている。板金７２の他端は、スイッチ７０に押される。板金７２は、スイッチ７０に押されると、支点７１を中心として熱電素子５８を持ち上げる。これにより、スイッチ７０は、熱電素子５８を定着ベルト５３から離す。

制御装置１０１は、用紙の印刷開始前および用紙の印刷中においては、スイッチ７０を制御して、熱電素子５８を定着ベルト５３から離す。このとき、熱電素子５８の両面間に温度差が生じないので、熱電素子５８に起電力が生じない。

制御装置１０１は、用紙の印刷終了後においては、スイッチ７０を制御して、熱電素子５８を定着ベルト５３に接触させる。熱電素子５８が高温の定着ベルト５３に接すると、熱電素子５８の両面間に温度差が生じ、熱電素子５８に起電力が生じる。これにより、電気エネルギーが蓄熱材５４に加えられ、蓄熱材５４は、固相βから固相λに相変化する。

なお、熱電素子５８の駆動手段は、スイッチ７０に限定されない。たとえば、スイッチ７０は、カムなどの駆動機構で代用されてもよい。

［熱電素子５８の内部構造］
図７を参照して、図４〜図６に示される熱電素子５８の内部構造について説明する。図７は、熱電素子５８の内部構造の一例を示す図である。

図７に示されるように、熱電素子５８は、シート状に構成されている。熱電素子５８は、絶縁基板７５Ａ，７５Ｂを備える。絶縁基板７５Ａと絶縁基板７５Ｂとの間には、複数のＮ型半導体と、複数のＰ型半導体と、複数の電極とが設けられている。各Ｎ型半導体および各Ｐ型半導体は、各電極によって直列に接続されている。絶縁基板７５Ａ側に設けられている電極は、絶縁基板７５Ｂ側に設けられている電極よりも高温の空間に配置される。熱電素子５８は、絶縁基板７５Ａ側に設けられている電極と絶縁基板７５Ｂ側に設けられている電極との温度差に応じて起電力を発生する。

より具体的には、Ｐ型半導体Ｐ１の一方の面は、電極６２Ａに接続されている。Ｐ型半導体Ｐ１の他方の面は、電極６２Ｂに接続されている。Ｎ型半導体Ｎ１の一方の面は、電極６２Ｂに接続されている。Ｎ型半導体Ｎ１の他方の面は、電極６２Ｃに接続されている。Ｐ型半導体Ｐ２の一方の面は、電極６２Ｃに接続されている。Ｐ型半導体Ｐ２の他方の面は、電極６２Ｄに接続されている。Ｎ型半導体Ｎ２の一方の面は、電極６２Ｄに接続されている。Ｎ型半導体Ｎ２の他方の面は、電極６２Ｅに接続されている。Ｐ型半導体Ｐ３の一方の面は、電極６２Ｅに接続されている。Ｐ型半導体Ｐ３の他方の面は、電極６２Ｆに接続されている。Ｎ型半導体Ｎ３の一方の面は、電極６２Ｆに接続されている。Ｎ型半導体Ｎ３の他方の面は、電極６２Ｇに接続されている。Ｐ型半導体Ｐ４の一方の面は、電極６２Ｇに接続されている。Ｐ型半導体Ｐ４の他方の面は、電極６２Ｈに接続されている。以降、同様に、Ｐ型半導体およびＮ型半導体は、電極６２Ｚまで直列に接続されている。

なお、図７には、熱電素子５８が複数のＰ型半導体と複数のＮ型半導体とで構成されている例が示されているが、熱電素子５８は１つのＰ型半導体と１つのＮ型半導体とで構成されてもよい。

［固相λから固相βへの相変化の実現方法］
上述したように、定着装置５０は、用紙の印刷開始前に蓄熱材５４を加圧することで蓄熱材５４を固相λから固相βに相変化させる。これにより、蓄熱材５４は、放熱し、定着装置５０の温度を上げる。

以下では、図８〜図９を参照して、蓄熱材５４を固相λから固相βに相変化させる方法について説明する。図８は、蓄熱材５４を固相λから固相βに相変化させるための構成の一例を示す図である。図９は、用紙の印刷開始前における加圧ローラー６５の態様と、用紙の印刷終了後における加圧ローラー６５の態様とを示す図である。

図８および図９に示されるように、制御装置１０１は、カム８２を回転駆動することで、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧を変える。一例として、カム８２は、モーター（図示しない）によって駆動される。制御装置１０１は、モーターを制御することでカム８２の回転を制御する。

加圧ローラー６５の回転軸６５Ａは、バネ８０の一端と繋がっている。バネ８０の他端は、スライド機構８１と繋がっている。スライド機構８１は、カム８２の回転方向に応じて左右方向にスライドする。カム８２の長径方向が加圧ローラー６５を向くようにカム８２が回転すると、カム８２は、スライド機構８１を押圧する。その結果、バネ８０が縮み、回転軸６５Ａが定着部材６０側に押され、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧が上がる。カム８２の短径方向が加圧ローラー６５を向くようにカム８２が回転すると、バネ８０が伸びる。その結果、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧が下がる。

定着装置５０は、用紙の印刷開始前における定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧を、用紙の印刷終了後における定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧よりも大きくする。より具体的には、定着装置５０は、用紙の印刷開始前にカム８２の長径方向を加圧ローラー６５側に回転する。これにより、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧が上がり、定着装置５０は、蓄熱材５４を固相λから固相βに相変化させる。その結果、蓄熱材５４は放熱し、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触部分の温度が上昇する。好ましくは、用紙の印刷開始前における定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧は、６０ＭＰａ以上である。

定着装置５０は、用紙の印刷終了後における定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧を、用紙の印刷開始前における当該接触圧よりも小さくする。より具体的には、定着装置５０は、用紙の印刷終了後においてカム８２の短径方向を加圧ローラー６５側に回転する。これにより、定着装置５０は、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧を下げ、用紙の印刷終了後に蓄熱材５４が固相λから固相βに相変化することを防ぐ。好ましくは、用紙の印刷終了後における定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧は、６０ＭＰａよりも小さい。

好ましくは、蓄熱材５４は、接触部分を形成する定着部材６０と加圧ローラー６５との少なくとも一方に使用されている。これにより、加圧ローラー６５からの圧力が蓄熱材５４に直接的に伝えられるので、固相λから固相βへの相変化がより確実に生じる。

［定着装置５０の目標温度］
上述したように、定着装置５０は、印刷処理の前処理としてウォームアップ処理を実行する。ウォームアップ処理により、定着部材６０は、トナー像を用紙に定着させることが可能な目標温度Ｕ１まで加熱される。

以下では、図１０を参照して、目標温度Ｕ１について説明する。図１０は、定着部材６０の温度の時間的な変化を示す図である。

蓄熱材５４は、相転移温度Ｕ２以上になると固相βから固相λに相変化する性質を有する。グラフ８５に示されるように、相転移温度Ｕ２が目標温度Ｕ１よりも低い場合、定着装置５０の温度を目標温度Ｕ１まで上げる間に、固相βから固相λへの相変化が生じる。その結果、蓄熱材５４に吸熱反応が生じ、定着装置５０が目標温度Ｕ１に達する時間がΔｔだけ遅れる。

そのため、グラフ８６に示されるように、相転移温度Ｕ２は、目標温度Ｕ１よりも高いことが好ましい。相転移温度Ｕ２が目標温度Ｕ１よりも高い蓄熱材５４が用いられることで、定着装置５０の昇温中に蓄熱材５４による吸熱反応が生じないので、定着装置５０は、効率的に昇温され得る。

なお、上述では、相転移温度Ｕ２が目標温度Ｕ１よりも高い蓄熱材５４を採用する例について説明を行ったが、目標温度Ｕ１が調整されてもよい。すなわち、相転移温度Ｕ２が目標温度Ｕ１よりも高いという相対的な温度関係が変わらなければ、相転移温度Ｕ２および目標温度Ｕ１のいずれが調整されてもよい。

［画像形成装置１００の内部構造］
図１１を参照して、上述の定着装置５０が搭載されている画像形成装置１００について説明する。図１１は、画像形成装置１００の内部構造の一例を示す図である。

図１１には、カラープリンタとしての画像形成装置１００が示されている。以下では、カラープリンタとしての画像形成装置１００について説明するが、画像形成装置１００は、カラープリンタに限定されない。たとえば、画像形成装置１００は、モノクロプリンタであってもよいし、ファックスであってもよいし、モノクロプリンタ、カラープリンタおよびファックスの複合機（ＭＦＰ：Multi-Functional Peripheral）であってもよい。

画像形成装置１００は、画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋと、中間転写ベルト３０と、一次転写ローラー３１と、二次転写ローラー３３と、カセット３７と、従動ローラー３８と、駆動ローラー３９と、タイミングローラー４０と、クリーニングブレード４２と、定着装置５０と、制御装置１０１とを備える。

画像形成ユニット１Ｙは、トナーボトル１５Ｙからトナーの供給を受けてイエロー（Ｙ）のトナー像を形成する。画像形成ユニット１Ｍは、トナーボトル１５Ｍからトナーの供給を受けてマゼンタ（Ｍ）のトナー像を形成する。画像形成ユニット１Ｃは、トナーボトル１５Ｃからトナーの供給を受けてシアン（Ｃ）のトナー像を形成する。画像形成ユニット１Ｋは、トナーボトル１５Ｋからトナーの供給を受けてブラック（ＢＫ）のトナー像を形成する。

画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト３０に沿って中間転写ベルト３０の回転方向の順に配置されている。画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、それぞれ、感光体１０と、帯電器１１と、露光部１２と、現像器１３と、クリーニングブレード１７とを備える。

帯電器１１は、感光体１０の表面を一様に帯電する。露光部１２は、制御装置１０１からの制御信号に応じて感光体１０にレーザー光を照射し、入力された画像パターンに従って感光体１０の表面を露光する。これにより、入力画像に応じた静電潜像が感光体１０上に形成される。

現像器１３は、現像ローラー１４を回転させながら、現像ローラー１４に現像バイアスを印加し、現像ローラー１４の表面にトナーを付着させる。これにより、トナーが現像ローラー１４から感光体１０に転写され、静電潜像に応じたトナー像が感光体１０の表面に現像される。

感光体１０と中間転写ベルト３０とは、一次転写ローラー３１を設けている部分で互いに接触している。一次転写ローラー３１は、ローラー形状を有し、回転可能に構成される。トナー像と反対極性の転写電圧が一次転写ローラー３１に印加されることによって、トナー像が感光体１０から中間転写ベルト３０に転写される。イエロー（Ｙ）のトナー像、マゼンタ（Ｍ）のトナー像、シアン（Ｃ）のトナー像、およびブラック（ＢＫ）のトナー像が順に重ねられて感光体１０から中間転写ベルト３０に転写される。これにより、カラーのトナー像が中間転写ベルト３０上に形成される。

中間転写ベルト３０は、従動ローラー３８と駆動ローラー３９とに張架されている。駆動ローラー３９はモーター（図示しない）に接続されている。当該モーターは、たとえば制御装置１０１によって制御される。当該モーターの制御方法としては、たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が採用される。制御装置１０１が当該モーターを制御することにより、駆動ローラー３９は回転する。中間転写ベルト３０および従動ローラー３８は、駆動ローラー３９に連動して回転する。これにより、中間転写ベルト３０上のトナー像が二次転写ローラー３３に搬送される。

クリーニングブレード１７は、感光体１０に圧接されている。クリーニングブレード１７は、感光体１０から中間転写ベルト３０へのトナー像の転写後に感光体１０の表面に残留するトナーを回収する。

カセット３７には、用紙Ｓがセットされる。用紙Ｓは、カセット３７から１枚ずつタイミングローラー４０によって搬送経路４１に沿って二次転写ローラー３３に送られる。制御装置１０１は、用紙Ｓが送り出されるタイミングに合わせて、二次転写ローラー３３に印加する転写電圧を制御する。

二次転写ローラー３３は、ローラー形状を有し、回転可能に構成される。二次転写ローラー３３は、トナー像と反対極性の転写電圧を搬送中の用紙Ｓに印加する。これにより、トナー像は、中間転写ベルト３０から二次転写ローラー３３に引き付けられ、中間転写ベルト３０上のトナー像が転写される。二次転写ローラー３３への用紙Ｓの搬送タイミングは、中間転写ベルト３０上のトナー像の位置に合わせてタイミングローラー４０によって制御される。その結果、中間転写ベルト３０上のトナー像は、用紙Ｓの適切な位置に転写される。

定着装置５０は、定着部材６０と加圧ローラー６５とを備える。定着装置５０は、定着部材６０と加圧ローラー６５との間を通過する用紙Ｓを加圧および加熱する。定着装置５０は、制御装置１０１からの制御信号に従って、定着部材６０の加熱度合いや、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧などを制御する。定着装置５０が用紙Ｓを加熱および加圧することで、トナー像が用紙Ｓに定着する。その後、用紙Ｓは、トレー４８に排紙される。

クリーニングブレード４２は、中間転写ベルト３０に圧接されている。クリーニングブレード４２は、中間転写ベルト３０から用紙Ｓへのトナー像の転写後に中間転写ベルト３０の表面に残留するトナーを回収する。回収されたトナーは、搬送スクリュー（図示しない）で搬送され、廃トナー容器（図示しない）に貯められる。

［画像形成装置１００の制御構造］
図１２を参照して、画像形成装置１００の制御構造について説明する。図１２は、画像形成装置１００が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。図１２の処理は、制御装置１０１がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。

ステップＳ１０において、制御装置１０１は、印刷指示を受け付けたか否かを判断する。制御装置１０１は、印刷指示を受け付けたと判断した場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御装置１０１は、ステップＳ１０の処理を再び実行する。

ステップＳ１２において、制御装置１０１は、定着部材６０（図１参照）と加圧ローラー６５（図１参照）との接触圧を蓄熱材５４（図１参照）に加え、蓄熱材５４を固相λから固相βに相変化させる。この相変化により、蓄熱材５４は放熱し、定着装置５０の温度が上昇する。なお、ステップＳ１２に示される処理は、ステップＳ１４に示されるウォームアップ処理の前に実行されてもよいし、ウォームアップ処理中に実行されてもよい。

ステップＳ１４において、制御装置１０１は、印刷処理の前処理として定着装置５０のウォームアップ処理を実行する。すなわち、制御装置１０１は、定着部材６０を加熱する処理を実行する。加熱対象は、加圧ローラー６５であってもよい。すなわち、制御装置１０１は、定着部材６０および加圧ローラー６５の少なくとも一方を加熱すればよい。

ステップＳ２０において、制御装置１０１は、定着装置５０が目標温度まで加熱されたか否かを判断する。制御装置１０１は、定着装置５０が目標温度まで加熱されたと判断した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ２２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御装置１０１は、ステップＳ１４に処理を戻す。

ステップＳ２２において、制御装置１０１は、印刷処理を開始する。これにより、用紙が定着装置５０に順次搬送される。

ステップＳ３０において、制御装置１０１は、印刷指示を受けた全ての用紙について印刷が終了したか否かを判断する。制御装置１０１は、印刷指示を受けた全ての用紙について印刷が終了したと判断した場合（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ３２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ３０においてＮＯ）、制御装置１０１は、ステップＳ２２に処理を戻す。

ステップＳ３２において、制御装置１０１は、ヒーターＨ（図１参照）によって加熱された定着部材６０および加圧ローラー６５の少なくとも一方の熱エネルギーを相変化のための外部エネルギーとして蓄熱材５４に加え、蓄熱材５４を固相βから固相λに相変化させる。この相変化により、蓄熱材５４は蓄熱する。好ましくは、固相βから固相λへの相変化のための外部エネルギーとして、電気エネルギーがさらに蓄熱材５４に加えられる。蓄熱材５４に蓄えられた熱エネルギーは、次の印刷処理時に利用される。

［画像形成装置１００のハードウェア構成］
図１３を参照して、画像形成装置１００のハードウェア構成の一例について説明する。図１３は、画像形成装置１００の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。

図１３に示されるように、画像形成装置１００は、制御装置１０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３と、ネットワークインターフェイス１０４と、操作パネル１０７と、記憶装置１２０とを含む。

制御装置１０１は、たとえば、少なくとも１つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも１つのＣＰＵ（Central Processing Unit）、少なくとも１つのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、少なくとも１つのＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはそれらの組み合わせなどによって構成される。

制御装置１０１は、本実施の形態に従う制御プログラム１２２などの各種プログラムを実行することで画像形成装置１００の動作を制御する。制御装置１０１は、制御プログラム１２２の実行命令を受け付けたことに基づいて、記憶装置１２０からＲＯＭ１０２に制御プログラム１２２を読み出す。ＲＡＭ１０３は、ワーキングメモリとして機能し、制御プログラム１２２の実行に必要な各種データを一時的に格納する。

ネットワークインターフェイス１０４には、アンテナ（図示しない）などが接続される。画像形成装置１００は、当該アンテナを介して、外部の通信機器との間でデータをやり取りする。外部の通信機器は、たとえば、スマートフォンなどの携帯通信端末、サーバーなどを含む。画像形成装置１００は、制御プログラム１２２をアンテナを介してサーバーからダウンロードできるように構成されてもよい。

操作パネル１０７は、ディスプレイとタッチパネルとで構成されている。ディスプレイおよびタッチパネルは互いに重ねられており、操作パネル１０７は、たとえば、画像形成装置１００に対する印刷操作やスキャン操作などを受け付ける。

記憶装置１２０は、たとえば、ハードディスクや外付けの記憶装置などの記憶媒体である。記憶装置１２０は、本実施の形態に従う制御プログラム１２２や体積情報１２４（図１７参照）などを格納する。制御プログラム１２２および体積情報１２４の格納場所は記憶装置１２０に限定されず、制御プログラム１２２および体積情報１２４は、制御装置１０１の記憶領域（たとえば、キャッシュなど）、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、外部機器（たとえば、サーバー）などに格納されていてもよい。

制御プログラム１２２は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、本実施の形態に従う制御処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う制御プログラム１２２の趣旨を逸脱するものではない。さらに、制御プログラム１２２によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも１つのサーバーが制御プログラム１２２の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態で画像形成装置１００が構成されてもよい。

［小括］
以上のようにして、定着装置５０は、印刷終了後において、ヒーターＨからの熱エネルギーや電気エネルギーなどを外部エネルギーとして蓄熱材５４に加える。これにより、蓄熱材５４は、固相βから固相λに相変化し、蓄熱される。定着装置５０は、印刷開始前のウォームアップ処理時に蓄熱材５４を加圧する。これにより、蓄熱材５４は、固相λから固相βに相変化し、蓄熱された熱エネルギーを放熱する。このように、印刷終了後に蓄えられた熱エネルギーが印刷開始前のウォームアップ時に利用されることで、省エネルギー化が実現される。また、蓄熱材５４は、蓄熱および放熱のために液相への相変化を利用しないので、液体が漏れないようにするための構成などが設けられる必要がない。そのため、定着装置５０の構成が簡素化される。

＜第２の実施の形態＞
図１４を参照して、第２の実施の形態に従う定着装置５０について説明する。図１４は、第２の実施の形態に従う定着装置５０の内部構造を示す図である。

第１の実施の形態に従う定着装置５０には、定着ローラー５１が設けられていた。これに対して、第２の実施の形態に従う定着装置５０においては、定着ローラー５１の代わりに、蓄熱材５４で構成されている摺動パッド５１Ａが設けられている。その他の点については第１の実施の形態に従う定着装置５０と同じであるので、それらの説明は繰り返さない。

摺動パッド５１Ａは、固定部材５５によって固定されている。蓄熱材５４は、ヒーターＨからの熱エネルギーを受けることで、固相βから固相λに相変化し蓄熱する。加圧ローラー６５が摺動パッド５１Ａを加圧することにより、蓄熱材５４は、固相λから固相βに相変化し放熱する。

＜第３の実施の形態＞
図１５を参照して、第３の実施の形態に従う定着装置５０について説明する。図１５は、第３の実施の形態に従う定着装置５０の内部構造を示す図である。

第１の実施の形態に従う定着装置５０においては、熱電素子５８が定着ベルト５３の内部に設けられていた（図５参照）。これに対して、第３の実施の形態に従う定着装置５０においては、熱電素子５８が定着装置５０の筐体６４に設けられている。その他の点については第１の実施の形態に従う定着装置５０と同じであるので、それらの説明は繰り返さない。

上述したように、温度差が熱電素子５８の両面に与えられると、電位差が熱電素子５８の両面間に生じる。第３の実施の形態に従う定着装置５０は、定着装置５０の内側と外側との温度差を利用して熱電素子５８に電位差を生じさせる。より具体的には、熱電素子５８は、定着装置５０の筐体６４に設けられている。熱電素子５８の一方の面が筐体６４の内側に位置している。熱電素子５８の他方の面が筐体６４の外側に位置している。

定着部材６０は、印刷中には加熱されているので、定着装置５０の内側の温度は、定着装置５０の外側よりも高くなっている。この温度差によって、熱電素子５８に電位差が生じる。熱電素子５８から得られる電気エネルギーは、熱電素子５８に接続されているバッテリー６７に蓄電される。バッテリー６７に蓄えられた電気エネルギーは、任意のタイミングで蓄熱材５４に供給される。一例として、バッテリー６７に蓄えられた電気エネルギーは、用紙の印刷終了後に蓄熱材５４に供給される。これにより、蓄熱材５４は、印刷終了後に固相βから固相λに相変化し、蓄熱する。

以上のように構成されることで、定着装置５０は、印刷終了後における熱エネルギーだけでなく、印刷中に生じる熱エネルギーを利用して蓄熱することができる。これにより、定着装置５０は、より効率的に省エネルギー化を実現することができる。

＜第４の実施の形態＞
［概要］
第１の実施の形態においては、定着装置５０の設定は、蓄熱材５４の相状態に依らず一定であった。これに対して、第４の実施の形態に従う定着装置５０は、蓄熱材５４の相状態に合わせて定着装置５０の設定を変える。その他の点については第１の実施の形態に従う定着装置５０と同じであるので、それらの説明は繰り返さない。

［定着装置５０］
図１６および図１７を参照して、第４の実施の形態に従う定着装置５０について説明する。図１６は、第４の実施の形態に従う定着装置５０の内部構造を示す図である。

上述したように、蓄熱材５４は、固相βと固相λとの間で相変化する。固相βの結晶構造と固相λの結晶構造とは異なるため、蓄熱材５４の体積は、蓄熱材５４の相状態に応じて変化する。蓄熱材５４の体積変化に伴って、印刷時における定着条件が変化する。定着条件は、たとえば、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧や、搬送中の用紙が定着部材６０と加圧ローラー６５との接触部分に接している時間などである。定着条件が異なると、定着性や光沢などの印刷品質にばらつきが生じる。印刷品質のばらつきを抑制するために、本実施の形態に従う定着装置５０は、蓄熱材５４の相変化による蓄熱材５４の体積変化に基づいて、用紙が定着部材６０と加圧ローラー６５との接触部分を通過するときにおける定着条件を変える。

図１６に示されるように、定着装置５０は、蓄熱材５４の体積変化を推定するための温度センサ６２を備える。温度センサ６２は、定着ローラー５１の近傍に設けられており、定着ローラー５１の表面温度を検知する。定着ローラー５１の温度と、蓄熱材５４の体積とは相関する。定着ローラー５１の温度が高くなると、蓄熱材５４は、固相βから固相λに相変化し、蓄熱材５４の体積は増加する。

一例として、蓄熱材５４の相状態に対する定着ローラー５１の体積は、体積情報１２４に予め規定されている。図１７は、体積情報１２４の内容を示す図である。定着ローラー５１の体積は、たとえば、定着ローラー５１の半径や、定着ローラー５１と加圧ローラー６５との間の距離（以下、「ローラー間距離」ともいう。）で表わされる。

体積情報１２４は、予め規定されている。図１７の例では、蓄熱材５４の相状態が固相βであるときに、定着ローラー５１の半径はｒ_βであり、ローラー間距離はＲである。蓄熱材５４の相状態が固相λであるときに、定着ローラー５１の半径はｒ_λであり、ローラー間距離はＲ−（ｒ_λ−ｒ_β）である。半径ｒ_λは、半径ｒ_βよりも長い。すなわち、蓄熱材５４が固相λである方が、蓄熱材５４が固相βであるときよりも、蓄熱材５４の体積は大きくなる。

定着装置５０は、温度センサ６２によって検知される温度に基づいて、蓄熱材５４の相状態を推定する。温度センサ６２から取得した温度が相転移温度Ｕ２（図１０参照）以下である場合に、定着装置５０は、蓄熱材５４が固相βであると判断する。相転移温度Ｕ２は、定着装置５０の製造時や設計時に予め設定されている。蓄熱材５４が固相βであると判断された場合、定着装置５０は、体積情報１２４を参照して、蓄熱材５４の半径がｒ_βである判断する。一方で、温度センサ６２から取得した温度が相転移温度Ｕ２よりも高い場合、定着装置５０は、蓄熱材５４が固相λであると判断する。この場合、定着装置５０は、体積情報１２４を参照して、蓄熱材５４の半径がｒ_λである判断する。

なお、図１６の例では、定着装置５０が温度センサ６２によって検知された温度に基づいて定着ローラー５１の体積を推定する例について説明を行ったが、定着装置５０は、定着ローラー５１の体積と相関するその他の指標に基づいて定着ローラー５１の体積を推定してもよい。たとえば、定着ローラー５１の近傍には、温度センサ６２の代わりに距離センサ（図示しない）が設けられている。当該距離センサは、自身と定着ローラー５１との間の距離を検知する。定着装置５０は、定着ローラー５１の体積に相関する指標として、距離センサによって検知された距離を用いる。

定着装置５０は、蓄熱材５４の相変化による定着ローラー５１の体積変化に基づいて、用紙が定着部材６０と加圧ローラー６５との接触部分を通過するときにおける定着条件を変える。ある局面において、定着条件は、用紙が定着部材６０と加圧ローラー６５との接触部分を通過するときにおける当該接触部分への加圧荷重を含む。蓄熱材５４の体積が増加するほど当該接触圧は高くなる。そのため、定着装置５０は、蓄熱材５４の体積変化に基づいて、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧が一定となるように上記加圧荷重を調整する。より具体的には、定着装置５０は、蓄熱材５４の体積が所定体積よりも大きくなった場合には上記加圧加重を小さくし、蓄熱材５４の体積が所定体積よりも小さくなった場合には上記加圧加重を大きくする。これにより、定着部材６０と加圧ローラー６５との接触圧は蓄熱材５４の相変化に依らず一定になる。その結果、印刷品質のばらつきが抑制される。

他の局面において、定着条件は、用紙が定着部材６０と加圧ローラー６５との接触部分を通過するときにおける用紙の搬送速度を含む。蓄熱材５４の体積が増加するほど用紙が定着部材６０に接触している時間が長くなる。そのため、定着装置５０は、蓄熱材５４の体積が増加するほど、用紙の搬送速度を速くする。異なる言い方をすれば、定着装置５０は、蓄熱材５４の体積が減少するほど、用紙の搬送速度を遅くする。これにより、用紙が定着部材６０に接触している時間は蓄熱材５４の相変化に依らず一定になる。その結果、印刷品質のばらつきが抑制される。

なお、上述では、定着装置５０が上記接触圧および上記搬送速度の一方を変える例について説明を行ったが、定着装置５０は、上記接触圧および上記搬送速度の両方を変えてもよい。すなわち、定着装置５０は、蓄熱材５４の体積に応じて、上記接触圧と上記搬送速度との少なくとも一方を変える。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１Ｃ，１Ｋ，１Ｍ，１Ｙ 画像形成ユニット、１０ 感光体、１１ 帯電器、１２ 露光部、１３ 現像器、１４ 現像ローラー、１５Ｃ，１５Ｋ，１５Ｍ，１５Ｙ トナーボトル、１７，４２ クリーニングブレード、３０ 中間転写ベルト、３１ 一次転写ローラー、３２ トナー像、３３ 二次転写ローラー、３７ カセット、３８ 従動ローラー、３９ 駆動ローラー、４０ タイミングローラー、４１ 搬送経路、４８ トレー、５０ 定着装置、５１ 定着ローラー、５１Ａ 摺動パッド、５２ 芯金、５３ 定着ベルト、５４ 蓄熱材、５５ 固定部材、５７ 加熱ローラー、５８ 熱電素子、５９ 導線、６０ 定着部材、６１Ａ，６１Ｚ，６２Ａ〜６２Ｈ，６２Ｚ 電極、６２ 温度センサ、６４ 筐体、６５ 加圧ローラー、６５Ａ 回転軸、６７ バッテリー、７０ スイッチ、７１ 支点、７２ 板金、７５Ａ，７５Ｂ 絶縁基板、８０ バネ、８１ スライド機構、８２ カム、８５，８６ グラフ、１００ 画像形成装置、１０１ 制御装置、１０２ ＲＯＭ、１０３ ＲＡＭ、１０４ ネットワークインターフェイス、１０７ 操作パネル、１２０ 記憶装置、１２２ 制御プログラム、１２４ 体積情報。

Claims (18)

1. トナーを熱で用紙に定着させる定着装置であって、
   定着部材と、
   前記定着部材に接触して設けられており、前記定着部材との接触部分を通過する前記用紙を前記定着部材に加圧するための加圧部材と、
   前記定着部材および前記加圧部材の少なくとも一方を加熱し、前記接触部分を通過する前記用紙に熱を与えるための加熱部とを備え、
   前記定着部材および前記加圧部材の少なくとも一方は、蓄熱材を含み、
   前記蓄熱材は、
   外部エネルギーが加えられることで、第１固相から前記第１固相よりも内部エネルギーが高い第２固相に相変化する性質と、
   圧力が加えられることで、前記第２固相から前記第１固相に相変化し、当該相変化時に放熱する性質とを有し、
   前記第１固相から前記第２固相への相変化のために加えられる前記外部エネルギーは、前記加熱部によって加熱された前記定着部材および前記加圧部材の少なくとも一方の熱エネルギーを含み、
   前記第２固相から前記第１固相への相変化のために加えられる前記圧力は、前記定着部材と前記加圧部材との接触圧を含む、定着装置。
2. 前記定着装置は、前記用紙の印刷中には前記蓄熱材を前記第１固相から前記第２固相に相変化させない、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着装置は、前記用紙の印刷終了後に、前記蓄熱材を前記第１固相から前記第２固相に相変化させる、請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記第１固相から前記第２固相への相変化のために加えられる前記外部エネルギーは、前記用紙の印刷終了後における、前記定着部材および前記加圧部材の少なくとも一方の残熱を含む、請求項３に記載の定着装置。
5. 前記定着装置は、前記用紙の印刷開始前に、前記蓄熱材を前記第２固相から前記第１固相に相変化させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記加熱部は、前記用紙の印刷開始前において、前記トナーを前記用紙に定着させることが可能な第１温度まで前記定着部材の温度を上昇させるウォームアップを実行し、
   前記定着装置は、前記ウォームアップ時に、前記蓄熱材を前記第２固相から前記第１固相に相変化させる、請求項５に記載の定着装置。
7. 前記蓄熱材は、第２温度以上になると前記第１固相から前記第２固相に相変化する性質を有し、
   前記第２温度は、前記第１温度よりも高い、請求項６に記載の定着装置。
8. 前記定着装置は、前記用紙の印刷中に、前記蓄熱材を前記第２固相から前記第１固相に相変化させる、請求項１に記載の定着装置。
9. 前記定着装置は、前記用紙の印刷開始前における前記接触圧を前記用紙の印刷中および印刷終了後における前記接触圧よりも大きくする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 前記蓄熱材は、前記接触部分を形成する、前記定着部材および前記加圧部材の少なくとも一方に使用されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の定着装置。
11. 前記第１固相から前記第２固相への相変化のために加えられる前記外部エネルギーは、電気エネルギーを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の定着装置。
12. 前記定着装置は、前記蓄熱材に電気的に接続されている熱電素子をさらに備え、
    前記熱電素子は、前記熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、当該電気エネルギーを前記外部エネルギーとして前記蓄熱材に供給する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の定着装置。
13. 前記定着装置は、前記蓄熱材の相変化による前記蓄熱材の体積変化に基づいて、前記用紙が前記接触部分を通過するときにおける定着条件を変える、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の定着装置。
14. 前記定着条件は、前記用紙が用紙接触部分を通過するときにおける前記接触部分への加圧荷重を含み、
    前記定着装置は、前記蓄熱材の体積変化に基づいて、前記接触部分での接触圧が一定となるように前記加圧荷重を調整する、請求項１３に記載の定着装置。
15. 前記定着条件は、前記用紙が前記接触部分を通過するときにおける前記用紙の搬送速度を含み、
    前記定着装置は、前記蓄熱材の体積が増加するほど、前記用紙の前記搬送速度を速くする、請求項１３または１４に記載の定着装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の定着装置を備える、画像形成装置。
17. トナーを熱で用紙に定着させる定着装置の制御方法であって、
    前記定着装置は、
    定着部材と、
    前記定着部材に接触して設けられており、前記定着部材との接触部分を通過する前記用紙を前記定着部材に加圧するための加圧部材とを備え、
    前記定着部材および前記加圧部材の少なくとも一方は、蓄熱材を含み、
    前記蓄熱材は、
    外部エネルギーが加えられることで、第１固相から前記第１固相よりも内部エネルギーが高い第２固相に相変化する性質と、
    圧力が加えられることで、前記第２固相から前記第１固相に相変化し、当該相変化時に放熱する性質とを有し、
    前記制御方法は、
    前記定着部材および前記加圧部材の少なくとも一方を加熱するステップと、
    前記蓄熱材を前記第１固相から前記第２固相に相変化させるために、前記加熱するステップで加熱された前記定着部材および前記加圧部材の少なくとも一方の熱エネルギーを前記外部エネルギーとして前記蓄熱材に加えるステップと、
    前記蓄熱材を前記第２固相から前記第１固相に相変化させるために、前記定着部材と前記加圧部材との接触圧を前記圧力として前記蓄熱材に加えるステップとを備える、制御方法。
18. トナーを熱で用紙に定着させる定着装置の制御プログラムであって、
    前記定着装置は、
    定着部材と、
    前記定着部材に接触して設けられており、前記定着部材との接触部分を通過する前記用紙を前記定着部材に加圧するための加圧部材とを備え、
    前記定着部材および前記加圧部材の少なくとも一方は、蓄熱材を含み、
    前記蓄熱材は、
    外部エネルギーが加えられることで、第１固相から前記第１固相よりも内部エネルギーが高い第２固相に相変化する性質と、
    圧力が加えられることで、前記第２固相から前記第１固相に相変化し、当該相変化時に放熱する性質とを有し、
    前記制御プログラムは、前記定着装置に、
    前記定着部材および前記加圧部材の少なくとも一方を加熱するステップと、
    前記蓄熱材を前記第１固相から前記第２固相に相変化させるために、前記加熱するステップで加熱された前記定着部材および前記加圧部材の少なくとも一方の熱エネルギーを前記外部エネルギーとして前記蓄熱材に加えるステップと、
    前記蓄熱材を前記第２固相から前記第１固相に相変化させるために、前記定着部材と前記加圧部材との接触圧を前記圧力として前記蓄熱材に加えるステップとを実行させる、制御プログラム。

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