JP7103031B2 - 定着装置、画像形成装置、および画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置、画像形成装置、および画像形成方法に関する。

従来から、画像が形成された記録紙などの記録媒体に熱及び圧力を加えることで、画像を記録媒体に定着させる定着装置が知られている。定着装置には、例えば、定着に用いる温度を検出する温度センサが用いられる。

定着装置に非接触式の温度センサを用い、この温度センサによって検知された温度を補正する技術が知られている。具体的には、非接触式の温度センサの検出温度を接触式の温度センサにより補正する（特許文献１）。

しかしながら、非接触式の温度センサは、設置状態の違いから初期精度にばらつきが生じやすい。一方、接触式の温度センサは、汚れの付着等による継時変化が生じやすい。特許文献１の構成では、初期精度と経時的な精度とを両立することができない。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、温度センサにおける初期精度と経時精度とを両立することができる定着装置、画像形成装置、および画像形成方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ロール状の定着部材と、前記定着部材に近接する加圧部材と、前記定着部材を介して記録媒体を加熱するヒータと、前記定着部材の同一箇所の温度を検出する第１の温度センサ及び第２の温度センサと、前記第１の温度センサ及び前記第２の温度センサの初期の検出温度の差から、所定時間経過後の前記第１の温度センサの検出温度を補正する制御部と、を備え、前記第１の温度センサは接触式の温度センサであり、前記第２の温度センサは非接触式の温度センサである。

本発明によれば、温度センサにおける初期精度と経時精度とを両立することができる。

図１は、実施形態にかかる画像形成装置の構成例を示す図である。 図２は、実施形態にかかる定着装置の構成例を示す図である。 図３は、実施形態にかかる定着装置の温度センサにより検出された温度の補正について説明するグラフである。 図４は、実施形態にかかる画像形成装置における画像形成処理の手順の一例を示すフロー図である。 図５は、比較例にかかる定着装置の温度センサにより検出された温度の補正について説明するグラフである。 図６は、実施形態の変形例１にかかる定着装置の温度センサにより検出された温度の補正について説明するグラフである。 図７は、実施形態の変形例２にかかる定着装置の構成例を示す図である。

以下に、図１～図７を参照しながら、本発明にかかる定着装置、画像形成装置、および画像形成方法の実施形態を詳細に説明する。また、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。

（画像形成装置の構成例）
図１は、実施形態にかかる画像形成装置の構成例を示す図である。実施形態の画像形成装置は、例えば電子写真方式を採用している。

図１に示すように、実施形態の画像形成装置は、画像形成装置本体１００、画像読取装置２００、両面ユニット３００、および制御部４００を備える。画像形成装置本体１００の上に画像読取装置２００が設置され、画像形成装置本体１００の右側面に両面ユニット３００が設置されている。制御部４００は、例えば画像形成装置本体１００に内蔵されてもよく、画像形成装置本体１００から離れた位置に設置されてもよい。

画像形成装置本体１００内には、中間転写装置１０が設けられている。中間転写装置１０は、複数のローラに掛けまわされた中間転写ベルト１１が略水平に張り渡された構成を有する。中間転写ベルト１１は、例えば反時計まわりに走行する。

中間転写装置１０の下には、シアン、マゼンタ、イエロ、ブラックの作像装置１２ｃ，１２ｍ，１２ｙ，１２ｋが、中間転写ベルト１１の張り渡し方向に沿って四連タンデム式に並べて設けられている。各作像装置１２ｃ，１２ｍ，１２ｙ，１２ｋは、時計まわりに回転するドラム状の像担持体のまわりに帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置などが設置された構成を有する。

作像装置１２ｃ，１２ｍ，１２ｙ，１２ｋの下には、露光装置１３が設けられている。

露光装置１３の下には、給紙装置１４が設けられている。給紙装置１４には、記録媒体２０を収納する２段の給紙カセット１５が設けられている。ただし、給紙カセット１５は何段であってもよい。

各給紙カセット１５の右上には、各給紙カセット１５内の記録媒体２０を一枚ずつ繰り出して記録媒体搬送路１６に入れる給紙コロ１７が設けられている。

記録媒体搬送路１６は、画像形成装置本体１００内の右側に下方から上方に向けて形成されている。さらに、記録媒体搬送路１６は、画像形成装置本体１００上に画像読取装置２００との間に形成される胴内排紙部１８へと通じている。記録媒体搬送路１６には、搬送ローラ１９、一次転写装置２５ｃ，２５ｍ，２５ｙ，２５ｋ、中間転写ベルト１１と対向する二次転写装置２１、定着装置２２、一対の排紙ローラからなる排紙装置２３などが順に設けられている。

搬送ローラ１９の上流には給紙路３７が設けられている。記録媒体２０は、両面ユニット３００から再給紙され、または両面ユニット３００を横切って手差し給紙装置３６から手差し給紙され、給紙路３７により記録媒体搬送路１６に合流する。

定着装置２２の下流には、両面ユニット３００への再給紙搬送路２４が分岐して設けられている。

制御部４００は、実施形態の画像形成装置の各部を制御する。また、制御部４００は、温度補正部４００ａ及び記憶部４００ｂを備える。温度補正部４００ａは、後述する温度センサが検出した定着装置２２の温度の誤差を補正する。記憶部４００ｂは、温度センサが検出した定着装置２２の温度等を記憶する。これらの機能の詳細については後述する。

コピーを取るときは、画像読取装置２００が原稿画像を読み取って、露光装置１３が書き込みを行う。各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋのそれぞれの像担持体上には、各色トナー像が形成され、そのトナー像を一次転写装置２５ｃ，２５ｍ，２５ｙ，２５ｋが順次転写して中間転写ベルト１１上にカラー画像が形成される。

一方、給紙コロ１７の１つを選択的に回転して対応する給紙カセット１５からは、記録媒体２０が繰り出されて記録媒体搬送路１６に入る。または、手差し給紙装置３６から手差し記録媒体が給紙路３７に入る。そして、記録媒体搬送路１６を通して搬送ローラ１９で搬送され、タイミングを取って二次転写装置２１へと送り込まれ、中間転写ベルト１１上に形成されたカラー画像を二次転写装置２１が記録媒体２０に転写する。画像転写後の記録媒体２０は、定着装置２２で画像定着後、排紙装置２３で排出されて胴内排紙部１８上にスタックされる。

記録媒体２０の裏面にも画像を形成するときには、再給紙搬送路２４に入れて両面ユニット３００で反転してから給紙路３７を通して再給紙し、別途中間転写ベルト１１上に形成したカラー画像を記録媒体２０に二次転写した後、再び定着装置２２で定着して排紙装置２３で胴内排紙部１８に排出する。

（定着装置の構成例）
図２は、実施形態にかかる定着装置２２の構成例を示す図である。図２に示すように、定着装置２２は、定着部材４０、加圧補助部材４１、ヒータ４２、赤外光指向部材４３、加圧部材としての加圧ローラ４４、および温度センサ４５，４８を備える。

定着部材４０は、ヒータ４２を取り囲むよう、矢印４６のように回転可能にロール状に構成され、厚さは１ｍｍ未満である。ヒータ４２の近傍には、赤外光指向部材４３が設けられ、ヒータ４２が発する赤外線を所定方向に反射することが可能に構成される。

定着部材４０の外周部であって、ヒータ４２が発する赤外線が反射される方向には、温度センサ４５，４８が設けられている。２つの温度センサ４５，４８は、それぞれ、定着部材４０の同一箇所の温度を検出するよう配置されている。

温度センサ４５は接触式のセンサである。温度センサ４５は、温度センサ本体から伸び、定着部材４０の表面と接するよう設けられた板バネを有する。板バネの定着部材４０と接する位置には、図示しないサーミスタ素子が設けられている。これにより、温度センサ４５は、赤外線が反射される定着部材４０の表面温度を検出することができる。

温度センサ４８は非接触式のセンサである。温度センサ４８は、例えば赤外線による広い視野角を有し、図示しないサーミスタ素子を備える。温度センサ４８のサーミスタ素子は、定着部材４０の表面に対して１ｍｍ程度まで近接されて設置されている。これにより、温度センサ４８は、赤外線が反射される定着部材４０の表面温度を検出することができる。

定着部材４０の赤外線が反射される方向と異なる方向には、加圧ローラ４４が定着部材４０に近接して設けられている。定着部材４０の内面には、加圧ローラ４４と対向するよう加圧補助部材４１が設けられている。

記録媒体としての用紙４７は、定着部材４０および加圧ローラ４４の下方から、定着部材４０と加圧ローラ４４との間隙を上方へと通り抜けていく。このとき、用紙４７は、加圧ローラ４４と加圧補助部材４１とにより圧力を受け、赤外線の反射で加熱された定着部材４０に押し付けられる。これにより、中間転写ベルト１１から用紙４７に転写されたカラー画像が定着される。

（温度センサの温度検出例）
２つの温度センサ４５，４８には、それぞれ以下の特徴がある。

接触式の温度センサ４５は、設置する際の寸法公差がそれほどシビアでなく、初期における精度に優れる。しかし、温度センサ４５では経時的な温度検出誤差が生じやすい。温度センサ４５が接触する定着部材４０の表面には、オフセットトナーや紙粉等の微量の異物が付着している。これが、温度センサ４５と定着部材４０との間に溜まると、温度センサ４５の接触状態が悪化して検知感度が低下する。

非接触式の温度センサ４８ではこのような継時変化が起こりにくい。しかし、温度センサ４８は、設置する際の寸法公差がシビアであり、初期精度にばらつきが生じやすい。対象物との距離（ギャップ）により検出温度が変動するためである。初期精度のばらつきは、特に赤外線等を用いたセンサにおいて顕著である。

実施形態の定着装置２２では、それぞれ特徴の異なる２つの温度センサ４５，４８を用い、互いの誤差を補正し合うことで初期精度および経時的な精度の両立を図る。以下に具体的な手法について述べる。

図３は、実施形態にかかる定着装置２２の温度センサ４５，４８により検出された温度の補正について説明するグラフである。図３のグラフの横軸は時間である。縦軸は温度であり、温度が横軸に近いほど実際の温度からの誤差が少ないことを示す。

図３に示すように、温度センサ４５の検出温度は、その初期値において誤差が小さく、実際の温度に即している。一方、温度センサ４８の検出温度は、初期値において誤差が大きく、実際の温度から若干乖離している。

制御部４００の温度補正部４００ａは、最初期の温度センサ４５の検出温度を正しい温度とみなす。つまり、制御部４００は、最初期においては、温度センサ４５の検出温度をそのまま定着部材４０の温度調節に用いる。また、温度補正部４００ａは、最初期の温度センサ４５，４８の検出温度の差を初期誤差ΔＴ０として算出し、記憶部４００ｂに記憶させる。

時間が経過していくにつれ、温度センサ４５の検出温度は、次第に実際の温度からかい離していく。このような継時変化の要因は、ゴミ噛み等であるため、一般的には、温度センサ４５の検出温度は、実際の温度より下方へとドリフトしていく。一方、温度センサ４８の検出温度は、初期的な誤差を保ったまま、略一定値に留まっている。

制御部４００の温度補正部４００ａは、所定時間における温度センサ４５，４８の差を所定時における所定時誤差ΔＴとして算出する。この所定時誤差ΔＴが所定の閾値を超えた時点から、温度補正部４００ａは、温度センサ４５の検出温度は正しくないものとして補正をかける。温度センサ４５の検出温度の補正は、初期誤差ΔＴ０を用いることで行うことができる。すなわち、温度補正部４００ａは継時的な変化における継時誤差（ΔＴ－ΔＴ０）を算出し、この継時誤差（ΔＴ－ΔＴ０）による補正を温度センサ４５の検出温度に対して行う。

図３に破線で示すように、補正後の温度センサ４５の検出温度は実際の温度に即している。制御部４００は、所定時間経過後は、補正された温度センサ４５の検出温度を定着部材４０の温度調節に用いる。

（画像形成処理の例）
次に、図４を用いて、実施形態の画像形成装置における画像形成処理の例について説明する。図４は、実施形態にかかる画像形成装置における画像形成処理の手順の一例を示すフロー図である。

図４に示すように、制御部４００は、転写装置（一次転写装置２５ｃ，２５ｍ，２５ｙ，２５ｋ、二次転写装置２１、及び中間転写装置１０）にてトナー像を用紙４７に転写する（ステップＳ１１）。

一方、制御部４００は、定着装置２２において、温度センサ４５，４８に定着部材４０の表面温度を検出させる（ステップＳ１２）。制御部４００の温度補正部４００ａは、検出温度が最初期のものであるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

検出温度が最初期のものである場合は、温度補正部４００ａは、温度センサ４５，４８の検出温度の差、つまり、初期誤差ΔＴ０を記憶部４００ｂに記憶させ（ステップＳ１３ａ）、ステップＳ１６へと移行する。

検出温度が最初期のものでない場合は、温度補正部４００ａは、温度センサ４５，４８の検出温度の差、つまり、所定時誤差ΔＴが所定の閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１４）。

所定時誤差ΔＴが所定の閾値を超えていない場合はステップＳ１６へと移行する。

所定時誤差ΔＴが所定の閾値を超えている場合は、温度補正部４００ａは、継時誤差（ΔＴ－ΔＴ０）を算出し、温度センサ４５の検出温度を補正する（ステップＳ１５）。

制御部４００は、温度センサ４５の検出温度をそのまま用い、あるいは、継時誤差（ΔＴ－ΔＴ０）から補正した温度を用い、定着部材４０の温度調節を行う（ステップＳ１６）。定着部材４０の温度調節は、ヒータ４２の出力を変更すること等で行うことができる。

なお、温度センサ４５，４８による温度検出、及びヒータ４２等による定着部材４０の温度調節は、定着装置２２内に用紙４７のない状態で行われる。

制御部４００は、定着部材４０の表面が所望の温度となったら、トナー像が転写された用紙４７を定着装置２２へと送る。そして、制御部４００は、調整された温度下で、用紙４７へのトナー像の定着を行う（ステップＳ１７）。

以上により、実施形態の画像形成装置における画像形成処理が終了する。

（比較例）
例えば、特許文献１の定着装置においては、非接触式の第１温度センサによる第１温度Ｔ１が、接触式の第２温度センサによる第２温度Ｔ２に基づいて補正される。

しかしながら、上述のように、非接触式の温度センサと接触式の温度センサとでは、初期値および所定時間経過後の検出温度の精度に違いがある。すなわち、非接触式の温度センサは、経時的な検出誤差が小さいものの、設置状態の違いから初期精度にばらつきが生じやすい。接触式の温度センサは、初期精度に優れるものの、汚れの付着等による継時変化が生じやすい。したがって、特許文献１の構成では、初期精度と経時的な精度とを両立することは困難である。

比較例の定着装置として、実際に温度検出に用いられる温度センサと、補正用のリファレンスセンサと、を有する例について、図５を用いて説明する。図５は、比較例にかかる定着装置の温度センサにより検出された温度の補正について説明するグラフである。図５のグラフの横軸は時間である。縦軸は温度であり、温度が横軸に近いほど実際の温度からの誤差が少ないことを示す。

図５に示すように、温度検出に用いられる温度センサは、経時的な変化を起こす温度センサである。時々の要因によって、温度センサにより検出される温度は、実際の温度の下方あるいは上方へとドリフトしていく。補正に用いられるリファレンスセンサは、実際の温度に即した温度を検出する。時々において、リファレンスセンサを用いて温度センサの検出温度を補正することで、一時的には正しい補正値を得ることができる。しかし、それ以外の時点では、実際の温度から乖離した検出温度しか得ることはできない。リファレンスセンサによる補正ポイントを増やしていけば多少精度を向上させることができるが、それにも限界がある。

実施形態の定着装置２２においては、初期的には高精度な温度センサ４５と、経時的誤差が小さい温度センサ４８とにより定着部材４０の同一箇所の温度を検出することで、お互いの誤差をキャンセルし、最初期から所定時間経過後に亘って高い精度で温度を検出することができる。これにより、初期精度と経時精度とを両立することができる。

（変形例１）
次に、図６を用いて、実施形態の変形例１の定着装置について説明する。変形例１の定着装置は、１回の温度検出において定着部材の温度を異ならせて複数の温度を取得する点が、上述の実施形態とは異なる。

図６は、実施形態の変形例１にかかる定着装置の温度センサにより検出された温度の補正について説明するグラフである。図６のグラフの横軸は時刻であり、縦軸は温度である。

非接触式の温度センサの誤差は、対象物である定着部材の温度によって変動する。そこで、図６に示すように、変形例１の定着装置では、１回の温度検出の際に、定着部材の温度を徐々に変化させながら、接触式の温度センサ及び非接触式の温度センサの差分を複数取得し、上述と同様の補正を行う。これにより、幅広い温度帯域でより高精度に補正を実施できる。

（変形例２）
次に、図７を用いて、実施形態の変形例２の定着装置について説明する。変形例２の定着装置は、１つの温度センサ１４５を備える点が、上述の実施形態とは異なる。

図７は、実施形態の変形例２にかかる定着装置の構成例を示す図である。図７に示すように、変形例２の定着装置が備える温度センサ１４５は、温度センサ本体と、温度センサ本体から伸びる板バネとを備える。板バネの先端部は、定着部材４０に接触するよう配置される。

定着部材４０に接触する板バネの先端部には、サーミスタ素子１４５ａが設けられている。つまり、サーミスタ素子１４５ａは定着部材４０に接触する接触式の第１の温度センサとして機能する。

板バネにおける、サーミスタ素子１４５ａが設けられた先端部より温度センサ本体寄りには、サーミスタ素子１４５ｂが設けられている。つまり、サーミスタ素子１４５ｂは定着部材４０に接触しない非接触式の第２の温度センサとして機能する。

このように、変形例２の定着装置においては、１つの温度センサ１４５に、接触式のサーミスタ素子１４５ａと非接触式のサーミスタ素子１４５ｂとを設けることで、簡便かつ低コストに上記の実施形態と同様の効果を奏する。

図７に示すように、変形例２の定着装置では温度センサ本体を可動に構成してもよい。

温度センサ本体の駆動は、例えばソレノイド等により行う。温度センサ本体を可動に構成することで、非接触式のサーミスタ素子１４５ｂと定着部材４０との距離を変更することができる。このような構成において、サーミスタ素子１４５ａ，１４５ｂの検出温度の差を複数取得することで、より高精度に検出温度を補正することができる。

上述の実施形態および変形例の各々は、それぞれ任意に組み合わせることが可能である。

２１ 二次転写装置
２２ 定着装置
２５ｃ，２５ｋ，２５ｍ，２５ｙ 一次転写装置
４０ 定着部材
４１ 加圧補助部材
４２ ヒータ
４３ 赤外光指向部材
４４ 加圧ローラ
４５，４８，１４５ 温度センサ
１００ 画像形成装置本体
１４５ａ，１４５ｂ サーミスタ素子
２００ 画像読取装置
３００ 両面ユニット
４００ 制御部
４００ａ 温度補正部
４００ｂ 記憶部

特開２０１６－００４２４９号公報

Claims (4)

1. ロール状の定着部材と、
   前記定着部材に近接する加圧部材と、
   前記定着部材を介して記録媒体を加熱するヒータと、
   前記定着部材の同一箇所の温度を検出する第１の温度センサ及び第２の温度センサと、
   前記第１の温度センサ及び前記第２の温度センサの初期の検出温度の差から、所定時間経過後の前記第１の温度センサの検出温度を補正する制御部と、を備え、
   前記第１の温度センサは接触式の温度センサであり、
   前記第２の温度センサは非接触式の温度センサである、
   定着装置。
2. 前記第１の温度センサは、温度センサ本体から伸び前記定着部材に先端部が接触する板バネの前記先端部に設けられ、
   前記第２の温度センサは、前記板バネの前記先端部より前記温度センサ本体寄りに設けられている、
   請求項１に記載の定着装置。
3. 記録媒体上に画像を形成する画像形成装置であって、
   像担持体上に形成されたトナー像を前記記録媒体に転写する転写装置と、
   ヒータによる熱で前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる定着装置と、を備え、
   前記定着装置は、
   ロール状の定着部材と、
   前記定着部材に近接する加圧部材と、
   前記定着部材を介して前記記録媒体を加熱する前記ヒータと、
   前記定着部材の同一箇所の温度を検出する第１の温度センサ及び第２の温度センサと、
   前記第１の温度センサ及び前記第２の温度センサの初期の検出温度の差から、所定時間経過後の前記第１の温度センサの検出温度を補正する制御部と、を備え、
   前記第１の温度センサは接触式の温度センサであり、
   前記第２の温度センサは非接触式の温度センサである、
   画像形成装置。
4. 記録媒体上に画像を形成する画像形成方法であって、
   像担持体上に形成されたトナー像を前記記録媒体に転写する転写ステップと、
   ヒータによる熱で前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる定着ステップと、を含み、
   前記定着ステップでは、
   ロール状の定着部材の同一箇所の温度を検出する第１の温度センサ及び第２の温度センサの初期の検出温度の差から、所定時間経過後の前記第１の温度センサの検出温度を補正し、
   前記第１の温度センサは接触式の温度センサであり、
   前記第２の温度センサは非接触式の温度センサである、
   画像形成方法。

Images