JP5630705B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置を備えたＦＡＸ、プリンタ、複写機などの画像形成装置に関するものである。

従来、この種の画像形成装置として、像担持体としての感光体の表面を一様に帯電し、帯電後の感光体に、印刷データに基づいて露光パターンを照射して静電潜像を形成し、感光体上の静電潜像にトナーを付与して現像することによりトナー像を形成する電子写真方式の画像形成装置が知られている。感光体上のトナー像は、用紙（転写紙）等の記録媒体に転写された後、定着装置で圧力及び熱が加えられて溶融固着されることにより記録媒体上に定着される。

近年、電子写真方式の画像形成装置の利用が広まり、用紙（転写紙、シート）等の記録媒体の種類やサイズの多様な変化にも対応するようになってきている。このように多様なサイズの記録媒体に対応する画像形成装置に用いられる定着装置では、小サイズの記録媒体を通紙した際に、定着部材の表面の記録媒体が通過しない非通紙領域の温度が上昇しやすい。このような非通紙領域の温度上昇が生じると、その熱によって定着部材が破損したり、定着部材の軸方向における温度偏差によって定着部材の径の熱膨張に差が生じて線速の差）による記録媒体の搬送品質が低下するおそれがある。また、小サイズの記録媒体から大サイズの記録媒体に変更した際の光沢度の偏差やホットオフセットの発生等の課題がある。

特許文献１には、ヒータを内蔵する定着ローラと、定着ローラに圧接する加圧ローラとの間にトナー像を担持した用紙（転写紙、シート）等の記録媒体を通過させてトナー像を記録媒体に定着させる定着装置であって、小サイズの記録媒体に対応する配光分布を有する第１ヒータと、それ以外の端部に対応する配光分布を有する第２ヒータとを、通紙範囲内で分割して設置したものが開示されている。この定着装置では、小サイズ通紙時に第１ヒータで定着部材表面の温度を制御することにより、非通紙領域の温度上昇を抑制することができるが、ヒータの本数が増えて定着装置が大きくなるため、コストの上昇や定着装置の拡大による熱容量（消費電力）の増大を招く。

また、近年の省エネルギーの背景の下、熱源から定着部材への熱伝達効率を高めた省エネタイプの定着装置の開発が進んでいる。このような省エネタイプの定着装置では、定着部材の幅方向の熱の拡散量が少なくなり、記録媒体が通過しない非通紙領域の温度上昇が顕著になっている。非通紙領域の過度な温度上昇に対しては、記録媒体を搬送する間隔である通紙間隔を長くし、定着部材への熱の供給を抑えるとともに定着部材や加圧部材の通紙領域に熱を拡散させる対策が一般的に採用されている。この通紙間隔の切り換えは、例えば非通紙領域の最高温度に基づいて行われる。非通紙領域の最高温度の位置は転写紙のサイズによって異なるが、コストアップを抑えるため、定着部材の幅方向端部の任意の位置に設けた端部温度センサの温度検出結果に基づいて、非通紙領域の最高温度を予測する構成が提案されている。非通紙領域の最高温度の位置と端部温度センサの温度検出位置とでは昇温速度が異なり、最高温度の位置の方が感度が高い。すなわち、端部温度センサの温度検出位置よりも最高温度の位置の方が昇温速度が大きい。そのため、非通紙領域の温度上昇が顕著な省エネタイプの定着装置では、通紙間隔を変更するタイミングを規定する端部温度センサ出力の閾値が低めに設定されている。ところが、この端部温度センサ出力の閾値を低く設定すると、通紙前で非通紙領域の温度上昇が発生していないにもかかわらず、印刷開始時の温度変化のオーバーシュートにより、端部温度センサが閾値以上の温度を検出してしまい、通紙間隔を変更して生産性を低下させてしまうという課題がある。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、定着装置のコスト上昇を抑制しつつ、トナー像が定着された記録媒体の生産性を低下させることなく、記録媒体の搬送間隔の変更を適切に行い、定着部材の記録媒体非通過領域における過度な温度上昇を防止することができる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、請求項１の発明は、記録媒体上のトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着させる定着装置とを備え、前記定着装置は、表面移動可能な無端状の定着部材と、前記定着部材に対向するように設けられた回転駆動可能な加圧部材と、定着ニップ部を加熱する熱を発生する熱源とを有する画像形成装置であって、前記定着部材の表面の移動方向に交差する幅方向における端部の温度を検出する端部温度検出手段と、前記端部温度検出手段の検出値と予め設定した閾値との比較結果に基づいて、前記定着ニップ部へ搬送する記憶媒体の搬送間隔を変更する制御手段と、を備え、前記制御手段は、画像形成ジョブの指令に基づいて該画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、前記端部温度検出手段による前記定着部材の端部の温度の検出を実行し、その検出結果に基づいて、前記定着ニップ部への記憶媒体の搬送間隔の変更の要否の判断タイミングを決定することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、記録媒体上のトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着させる定着装置とを備え、前記定着装置は、表面移動可能な無端状の定着部材と、前記定着部材に対向するように設けられた回転駆動可能な加圧部材と、定着ニップ部を加熱する熱を発生する熱源とを有する画像形成装置であって、前記定着部材の表面の移動方向に交差する幅方向における端部の温度を検出する端部温度検出手段と、前記端部温度検出手段の検出値と予め設定した閾値との比較結果に基づいて、前記定着ニップ部へ搬送する記憶媒体の搬送間隔を変更する制御手段と、を備え、前記制御手段は、画像形成ジョブの指令に基づいて該画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、前回の画像形成ジョブの終了後から経過した時間に基づいて、前記定着ニップ部への記憶媒体の搬送間隔の変更の要否の判断タイミングを決定することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、前記制御手段は、前記熱源で加熱する目標温度に基づいて前記閾値を変更することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、前記制御手段は、前記記録媒体の厚さに基づいて前記閾値を変更することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、前記制御手段は、前記画像形成手段におけるトナー消費量に基づいて前記閾値を変更することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの画像形成装置において、前記定着部材は、可撓性を有する部材であり、前記定着装置は、前記定着部材を介して前記加圧部材からの加圧を受ける加圧受け部材を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、端部温度検出手段の検出値と予め設定した閾値との比較結果に基づいて、定着ニップ部へ搬送する記憶媒体の搬送間隔を変更するように制御することにより、定着部材の記録媒体非通過領域における過度な温度上昇を抑制する。そして、画像形成ジョブの指令に基づいてその画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、定着ニップ部への記憶媒体の搬送間隔の変更の要否の判断タイミングを決定するように制御する。例えば、上記画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、端部温度検出手段による定着部材の端部の温度の検出を実行し、その検出結果に基づいて、定着ニップ部への記憶媒体の搬送間隔の変更の要否の判断タイミングを決定する。または、上記画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、前回の画像形成ジョブの終了後から経過した時間に基づいて、定着ニップ部への記憶媒体の搬送間隔の変更の要否の判断タイミングを決定する。このような搬送間隔の変更の要否の判断タイミングの決定により、前回の画像形成動作から時間が経過し定着部材の温度のオーバーシュートが発生するおそれがある場合には、端部温度検出手段による定着部材の端部の温度の検出結果や、前回の画像形成ジョブの終了後から経過した時間に基づいて、前記記憶媒体の搬送間隔の変更を行わないように制御できる。これにより、画像形成動作開始時における定着部材の温度のオーバーシュートによる記録媒体非通過領域の温度上昇の誤検出に基づいて記憶媒体の搬送間隔が変更されるのを防止できる。一方、前回の画像形成動作から時間が経過しておらず定着部材の温度のオーバーシュートが発生するおそれがない場合には、記録媒体非通過領域における端部温度検出手段の温度検出位置の温度が高い状態から画像形成動作を開始することになる。この場合には、端部温度検出手段による定着部材の端部の温度の検出結果や、前回の画像形成ジョブの終了後から経過した時間に基づいて、前記記憶媒体の搬送間隔の変更を継続して行うように制御できる。これにより、前回の画像形成動作からの経過時間にかかわらず画像形成動作開始時において記録媒体非通過領域の温度上昇をオーバーシュートの影響を受けることなくに高い精度で検出することができる。よって、記録媒体非通過領域の温度の検出値と閾値との比較結果に基づいて記憶媒体の搬送間隔を変更する制御を適切に行うことができ、定着部材の記録媒体非通過領域における過度な温度上昇を防止することができる。
しかも、記録媒体のサイズに応じて変化する記録媒体非通過領域における最高温度の発生位置それぞれに対応させて複数の温度検出手段を設ける必要がないので、定着装置のコスト上昇を抑制することができる。また、記憶媒体の搬送間隔の変更を不必要に行うことがないので、トナー像が定着された記録媒体の生産性が低下しない。

本発明の一実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成図。 同画像形成装置の定着装置の一構成例を示す概略構成図。 同定着装置の内部を上方から見た図であり、定着ベルトにおける通紙領域及び非通紙領域を示す説明図。 非通紙領域の最高温度及び端部温度センサの温度検出位置の温度それぞれ時間推移の一例を示すグラフ。 本実施形態の定着装置を制御する制御系の要部の一例を示すブロック図。 本実施形態の定着装置において端部温度センサの出力に応じて通紙間隔を変更した際の温度推移を示すグラフ。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態における画像形成装置１はタンデム型のカラープリンタである。画像形成装置本体１の上方にあるボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。その中間転写ユニット８５の中間転写体としての中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。これらの作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ及び中間転写ユニット８５、並びに後述の露光部３、第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２及び２次転写ローラ８９等により、記録媒体Ｐ上のトナー像を形成するトナー像形成手段が構成される。

各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、像担持体としての感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電手段としての帯電部７５、現像手段としての現像部７６、像担持体クリーニング手段としてのクリーニング部７７、除電手段としての除電部（不図示）等が配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われることにより、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像（トナー像）が形成される。

感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、不図示の駆動モータによって図１中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５の位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程）。その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光手段としての露光部３から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。静電潜像が形成された感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像装置７６との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程）。トナー像が形成された感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び一次転写手段としての第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程）。最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で行われる一連の作像プロセスが終了する。現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像は、中間転写ベルト７８上に重ねて転写される。以上により、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。

中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写体クリーニング手段としての中間転写クリーニング部８０、等で構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端移動される。４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。そして、中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された用紙（転写紙）等の記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。その後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。こうして、中間転写ベルト７８上で行われる一連の転写プロセスが終了する。

２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、画像形成装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８等を経由して搬送されたものである。詳しくは、給紙部１２には、用紙（転写紙）等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。レジストローラ対９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対９８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着装置２０による定着位置に搬送される。そして、この位置で、定着ベルト２１及び加圧ローラ３１による熱と圧力とにより、感光体ドラムから転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９によって装置外に排出された記録媒体Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。こうして、画像形成装置１における、一連の画像形成プロセスが完了する。

図２は、画像形成装置１に設置された定着装置２０の一構成例を示す概略構成図である。図２に示すように、定着装置２０は、表面移動可能な無端状の定着部材としての定着ベルト２１、加圧部材としての回転駆動可能な加圧回転体である加圧ローラ３１、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１からの加圧を受ける加圧受け部材等を備えている。

加圧ローラ３１は、定着ベルト２１に対向するように設けられ、図示しないスプリングや板バネ等の加圧手段により定着ベルト２１の外周面に対して加圧される。加圧ローラ３１は、例えば、直径が２５〜３０ｍｍであって中空もしくは中実構造の芯金上に弾性層を形成したものである。加圧ローラ３１の弾性層は、例えば、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層の表層にＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン）等の樹脂からなる薄肉の離型層を設けることもできる。加圧ローラ３１は定着ベルト２１に圧接して、双方の部材間に所望の定着ニップ部を形成する。また、加圧ローラ３１には駆動機構の駆動ギアに噛合するギアが設置されていて、加圧ローラ３１は矢印方向（時計方向）に回転駆動される。また、加圧ローラ３１は、その幅方向の両端部が定着装置２０の側板に軸受を介して回転自在に支持されている。なお、中空の芯金を用いた加圧ローラであれば、芯金内部にハロゲンヒータ（ハロゲンランプ）等の熱源を設けることもできる。

上記加圧受け部材は、加圧ローラ３１からの加圧を受けて、定着ベルト２１と加圧ローラ３１とを圧接させることにより、定着ニップ部を形成する。加圧受け部材は、定着ベルト２１の内周面に対向するニップ形成部材２２と、定着ニップ部とは反対側からニップ形成部材２２を支持する支持部材としての支持ステー２３とを備えている。ニップ形成部材２２は、例えば、フッ素ゴム等をＰＴＦＥ（４フッ化エチレン）樹脂からなるシート等で巻いた部材で構成される。また、支持ステー２３は、加圧受け部材の強度を高める補強部材としても機能する。

上記ニップ形成部材２２と支持ステー２３とを含む加圧受け部材は、熱伝達部材としての熱伝導パイプ２４及び熱源としてのヒータ２５とともに、定着ベルト２１の内部に配設されている。

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図中矢印方向（反時計方向）に回転（走行）する。定着ベルト２１は、基材上に弾性層及び離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが所定厚さ（例えば、１ｍｍ）以下に設定されている。定着ベルト２１の基材は、例えば、層厚が２０〜７０μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成される。

定着ベルト２１の弾性層は、例えば、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることにより、定着ニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。

定着ベルト２１の離型層は、例えば、層厚が５〜５０μｍであって、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）樹脂、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン）樹脂、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が確保される。また、定着ベルト２１の直径は、例えば１５〜１２０ｍｍの範囲内に設定されている。なお、本実施形態では、定着ベルト２１の直径は３０ｍｍに設定されている。

定着ベルト２１の内部（内周面側）には、ヒータ２５、支持ステー２３等が固設されている。定着ベルト２１は、支持ステー２３に押圧されて加圧ローラ３１との間に定着ニップ部を形成する。また、定着ベルト２１の内周面には、ヒータ２５からの輻射熱を吸収しやすい黒色系の耐熱コーティングを施すことが望ましい。

熱伝導パイプ２４は、定着ベルト２１の内周面に接するように設けられ、ヒータ２５の熱を定着ベルト２１に伝える。熱伝導パイプ２４は、例えば、ＳＵＳやＮｉ等の基材で構成され、長手方向（幅方向）に延在する軸に垂直な断面における形状がＣ形円弧状をしている。また、熱伝導パイプ２４の加圧ローラ側の端部は、ニップ形成部材２２を収容するように成形され、その熱伝導パイプ２４の端部を介して支持ステー２３がニップ形成部材２２を支持するように構成されている。なお、熱伝導パイプ２４の定着ベルト２１と接する外周面には、フッ素系の摺動塗装を施すのが望ましい。

ヒータ２５は、定着ニップ部を加熱する熱を発生する熱源である。本実施形態では、ヒータ２５としてハロゲンヒータ（ハロゲンランプ）からなる赤外線ヒータを用いているが、カーボンヒータ等の赤外線ヒータで構成してもよい。また、ヒータ２５は、その両端部が定着装置２０の側板に固定され、画像形成装置１の本体の電源部やコントローラにより出力制御される。このヒータ２５からの輻射熱によって定着ベルト２１が加熱され、加熱された定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。

ヒータ２５の出力制御は、例えば、定着ベルト２１の表面（外周面）に対向するサーモパイル等の温度センサを配置し、その温度センサによるベルト表面温度の検出結果に基づいて行う。また、ヒータ２５の出力制御は、支持ステー２３によってヒータ２５からの光が遮断された定着ベルト２１の内側の領域に、接触式のサーミスタ等の温度センサを定着ベルト２１の内周面に当接させるように配置し、その温度センサの温度検出結果に基づいて行ってもよい。このようなヒータ２５の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の目標温度に設定することができる。また、ヒータ２５で定着ベルト２１を直接加熱することで、熱容量が削減され、更なるウォームアップ短縮と省エネルギー化が可能となる。

上記構成の定着装置２０において、ヒータ２５が発熱すると熱伝導パイプ２４が加熱され、熱伝導パイプ２４に接触している定着ベルト２１に熱が伝わる。熱伝導パイプ２４から定着ベルト２１へ熱を効率良く伝えるには、熱伝導パイプ２４と定着ベルト２１の接触性が重要となる。熱伝導パイプ２４と定着ベルト２１が局部的に非接触になると空気層により断熱され、定着ベルト２１への熱供給が不足するため、更に加熱する必要があり、省エネ性の低下に繋がる。また、熱伝導パイプ２４が過熱するため、表面の塗膜の耐久性にも影響を及ぼす。従って、熱伝導パイプ２４の形状が省エネ性や耐久性を決める重要な要素となる。

定着ベルト２１は加圧部材１１とニップ形成部材２２とに挟まれており、図示していない駆動源により加圧部材１１が回転すると、摩擦力の反作用力によって定着ベルト２１も回転する。この摩擦力が小さいと定着ベルト２１がスリップし、回転による熱の拡散がなくなることで局所的に熱が供給され、発火の原因となる。また、記録媒体Ｐの搬送性が低下し、熱の供給量に偏差が生じて定着不良や光沢偏差等の画質異常を生じる。前述したように、熱伝導パイプ２４から定着ベルト２１へ熱を効率良く伝えるには、熱伝導パイプ２４と定着ベルト２１との接触性が重要となるが、接触性を上げたことで定着ベルト２１の回転負荷が大きくなるとスリップの問題が生じる。

そこで、本実施形態では、定着ベルト２１のスリップ防止のため、定着ベルト２１の内面にグリースを塗布し、摩擦抵抗を低減している。また、定着ベルト２１の内面と熱伝導パイプ２４の外面に低摺動塗膜をコートすることで摩擦抵抗を低減している。なお、定着ベルト２１を接線方向に引っ張り回転する際の荷重は２０００ｇ以下であることが望ましい。

また、上記構成の定着装置２０において、トナーＴによって画像が形成された記録媒体Ｐは、定着ニップ部で加圧部材１１による圧力と定着ベルト２１の熱により定着される。定着動作により温度が下がった定着ベルト２１は再びヒータ２５で加熱され、目標温度で安定するように、ヒータ２５のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。

なお、本実施形態では熱源としてハロゲンヒータ等の赤外線ヒータ２５を利用しているが、熱伝導パイプ２４の定着ニップ部の記録媒体搬送方向上流側を加熱することができる構成であれば、誘導加熱、抵抗発熱体等の加熱手段を用いてもよい。

また、定着装置２０は、ベルト定着方式（定着ローラ及び加熱ローラに掛け回されたベルトと加圧ローラとが接触対向するように構成された方式）、ローラ・ローラ定着方式（定着ローラと加圧ローラとが接触対向するように構成される方式）であってもよい。また、省エネの観点から上記各ローラは小径および薄肉であることが望ましい。

図３は、本実施形態の定着装置２０の内部を上方から見た図であり、定着ベルト２１における通紙領域（記録媒体通過領域）及び非通紙領域（記録媒体非通過領域）を示す説明図である。本実施形態の定着装置２０において、定着ベルト２１に内蔵されているヒータ２５は、定着ベルト２１の幅方向の中央部を部分発熱部２５ａ’で加熱する中央ヒータ２５ａと、定着ベルト２１の幅方向の両端部それぞれを部分発熱部２５ｂ’で加熱する端部ヒータ２５ｂとを用いて構成されている。また、定着ベルト２１の温度を検出する温度検出手段として、定着ベルト２１の幅方向の中央部の温度を検出する中央部温度検出手段としての中央温度センサ２６と、定着ベルト２１の幅方向の端部の温度を検出する端部温度検出手段としての端部温度センサ２７とを備える。本実施形態の定着装置２０は、中央ヒータ２５ａと端部ヒータ２５ｂをそれぞれ制御するツインヒータ方式を採用しており、大サイズ通紙時は中央ヒータ２５ａと端部ヒータ２５ｂの両方を点灯し、小サイズ通紙時は中央ヒータ２５ａのみを点灯して温度制御を行う。

なお、図中の通紙領域は、小サイズの中でも使用頻度の高いＡ４サイズの記録媒体Ｐを長手方向（縦方向）に搬送するように通紙（以下、「Ａ４縦通紙」という。）する場合に記録媒体Ｐが対向する領域を示している。また、図中の非通紙領域は、Ａ４縦通紙の場合に記録媒体Ｐが対向しない領域を示している。中央ヒータ２５ａのヒータ長Ｌｃは、小サイズの中でも使用頻度の高いＡ４縦通紙、またはＬＴ縦通紙を基準に設定しており、ヒータ端部の温度ダレによる定着性の低下を防止するため、Ａ４縦通紙、またはＬＴ縦通紙よりも若干長く設定している。ここで、ＬＴ縦通紙は、レターサイズの記録媒体Ｐを長手方向（縦方向）に搬送する通紙である。

中央ヒータ２５ａは中央温度センサ２６の出力に応じて制御され、端部ヒータ２５ｂは端部温度センサ２７の出力に応じて制御される。また、端部温度センサ２７は非通紙領域の温度上昇を検出する機能も有している。また、本実施形態では、中央温度センサ２６に非接触式のサーモパイル、端部温度センサ２７に非接触式のサーミスタを採用している。

また、小サイズ通紙時は、中央ヒータ２５ａのみを点灯しており、図示しているように非通紙領域で紙サイズよりも若干長いヒータ部分の温度が最も高くなる。この最高温度部に温度センサを設ければ過度な温度上昇を直接検出することができるが、紙サイズ毎に温度センサを設けることになるため、コストの上昇を招く。そこで、本実施形態では、非通紙領域の最高温度と端部温度センサ２７の検出温度との相関を予め実験で測定しておき、端部温度センサ２７の検出温度から非通紙領域の温度上昇を予測・検出することで、コストの上昇を抑えている。端部温度センサ２７が非通紙領域の過度な温度上昇を検出した場合、通紙間隔を長くし、定着ベルト２１への熱の供給を抑えるとともに、定着ベルト２１や加圧ローラ３１における通紙領域に熱を拡散させる方式が一般的に採用されている。

図４は、定着ベルト２１の非通紙領域の最高温度及び端部温度センサの検出温度それぞれの時間推移を示したグラフである。図中のＬ１は従来の定着装置における端部温度センサの検出温度の時間推移を示し、Ｌ２は本実施形態で採用している省エネタイプの定着装置２０における端部温度センサの検出温度の時間推移を示している。また、図中のＬ３は従来の定着装置における非通紙領域の最高温度部の温度の時間推移を示し、Ｌ４は本実施形態で採用している省エネタイプの定着装置２０における非通紙領域の最高温度部の温度の時間推移を示している。

図４に示すように、本実施形態の省エネタイプの定着装置２０の場合、定着ベルト２１の幅方向の熱の拡散量が少なくなり、非通紙領域の温度上昇が顕著となる。また、非通紙領域の最高温度部と端部温度センサ２７の温度検出位置では昇温速度が異なり、最高温度部の方が感度が高い。すなわち、非通紙領域の最高温度部のほうが昇温しやすい。そのため、従来の定着装置と本実施形態の省エネタイプの定着装置２０で非通紙領域の最高温度が同じＴ１であっても、端部温度センサ２７の検出温度は、従来の定着装置の場合はＴ２となり、本実施形態の省エネタイプの定着装置２０の場合はＴ３となり、互いに異なる。そのため、通紙間隔を変更するタイミングの判断に用いる端部温度センサ２７の出力に対する閾値は、省エネタイプの定着装置２０の方が小さくなる。

図５は、本実施形態の定着装置を制御する制御系の要部の一例を示すブロック図である。制御手段としてのコントローラ２００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどで構成され、前述の露光部３、作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、中間転写ベルト７８の回転駆動部などを含む中間転写ユニット８５、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８等を駆動する記録媒体搬送部２０１、外部のホストコンピュータ装置などと通信するための通信インターフェース部２０２などに接続されている。また、コントローラ２００は、定着装置２０のヒータ２５ａ，２５ｂ、温度センサ２６，２７、及び加圧ローラ３１の回転等を駆動する加圧ローラ駆動部２８に接続されている。コントローラ２００は、通信インターフェース部２０２を介して外部のホストコンピュータ装置などから印刷ジョブ（画像形成ジョブ）の指令や画像データを受信し、予め組み込まれている制御プログラムを実行することにより、記録媒体Ｐにカラー画像を形成して出力する画像形成動作を制御する。

また、コントローラ２００は、予め組み込まれている制御プログラムを実行することにより、定着装置２０について次のような制御を行う。例えば、コントローラ２００は、端部温度センサ２７の検出値と予め設定した閾値との比較結果に基づいて、定着ニップ部へ搬送する記憶媒体Ｐの搬送間隔である通紙間隔を変更するように制御する。また、コントローラ２００は、画像形成ジョブ（印刷ジョブ）の指令に基づいてその画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、端部温度センサ２７による定着ベルト２１の端部の温度の検出を実行し、その検出結果に基づいて、定着ニップ部への記憶媒体Ｐの通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを決定する。また、コントローラ２００は、画像形成ジョブの指令に基づいてその画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、前回の画像形成ジョブの終了後から経過した時間に基づいて、定着ニップ部への記憶媒体Ｐの通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを決定することもできる。更に、コントローラ２００は、ヒータ２５で加熱する定着ベルト２１の目標温度に基づいて前記閾値を変更したり、画像形成対象の記録媒体Ｐの厚さに基づいて前記閾値を変更したり、各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにおけるトナー消費量に基づいて前記閾値を変更したりするように、制御することができる。

図６は、本実施形態の定着装置２０において端部温度センサの出力に応じて通紙間隔を変更した際の温度推移を示したグラフである。図中のＬ５は端部温度センサ２７の検出温度の時間推移を示し、Ｌ６は非通紙領域の最大温度部の温度の時間推移を示している。また、図中のＬ７は通紙間隔を変更するタイミングの判断に使用される端部温度センサ２７の出力に対する閾値である。端部温度センサ２７の出力が閾値Ｌ７以上になった場合に通紙間隔を長くし、端部温度センサ２７の出力が閾値Ｌ７よりも小さくなった場合に通紙間隔を短く（初期のデフォルト状態）する。このように端部温度センサ２７の出力と閾値Ｌ７とに基づいて通紙間隔を変更することにより、図７に示すように、非通紙領域の最高温度部の温度推移Ｌ６を任意の温度以下に制御することができる。

本実施形態で採用しているような省エネタイプの定着装置２０の場合、前述したように通紙間隔を変更するタイミングを判断するときに用いられる端部温度センサ２７の出力に対する閾値が、従来の定着装置よりも低く設定される（図４参照）。閾値が低い場合、図６中のＡの領域に示すように、通紙前で非通紙領域の温度上昇が発生していないにも係らず、画像形成動作の開始時のオーバーシュートにより端部温度センサ２７が閾値以上の温度を検出し、通紙間隔を長くして生産性を低下させてしまう。

そこで、本実施形態では、端部温度センサ２７の温度検出結果に基づく通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを遅らせるように制御することにより、画像形成動作開始時のオーバーシュートによる非通紙領域の温度上昇の誤検出を防止し、生産性の低下を抑制している。また、連続通紙後で非通紙領域の最高温度部と端部温度センサ２７の検出温度が高い状態から画像形成動作を開始した場合は、端部温度センサ２７の温度検出結果に基づく通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを遅らせることなく、継続して非通紙領域の温度上昇を検出する。具体的には、画像形成ジョブの指令を受けた後であって画像形成動作を開始する前の端部温度センサ２７の出力が予め設定した所定の基準値よりも小さい場合は、端部温度センサ２７の温度検出結果に基づく通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを遅らせるように制御する。更に、画像形成動作開始前の端部温度センサ２７の出力が上記所定の基準値以上の場合は、端部温度センサ２７の温度検出結果に基づく通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを遅らせないよう制御する。例えば、画像形成動作開始前の端部温度センサ２７の出力が、通紙間隔を変更する端部温度センサ出力の閾値未満であれば１頁目が定着装置２０を通過した後に通紙間隔の変更の要否を検出し、上記閾値以上であれば通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを遅らせないように制御している。以上のように制御することにより、非通紙領域の温度上昇を高精度で検出し、印刷済みの記録媒体Ｐの生産性の低下や部材寿命の短縮を抑制できる。

なお、上記実施形態の定着装置２０において、上記端部温度センサ２７の温度検出結果に基づく通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを遅らせるか否かは、前回の画像形成ジョブ（印刷ジョブ）の終了後から経過した時間に基づいて制御してもよい。この場合は、経過時間に基づいて制御しているため、非通紙領域の温度上昇の検出精度は上記端部温度センサ２７の出力と基準値とに基づいて制御する場合よりも低いが、端部温度センサ２７の検出誤差等を考慮すると制御の安全面で上記実施形態よりも優れる。上記通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを遅らせるか否かを制御するときの経過時間に対する基準時間は、例えば５秒に設定する。

また、上記実施形態の定着装置２０において、定着ベルト２１の目標温度を変更した場合、非通紙領域の最高温度部と端部温度センサ２７の検出温度も変化するが、前述したように最高温度部と端部温度センサ２７の温度検出位置では昇温速度が異なり、最高温度部の方が感度が高い。そのため、非通紙領域の温度上昇に検出誤差が生じ、生産性の低下や部材寿命の短縮が生じるおそれがある。そこで、定着ベルト２１の目標温度に応じて、通紙間隔を変更する端部温度センサ２７の出力に対する閾値を変更するように制御してもよい。この制御により、目標温度を変更した場合でも、非通紙領域の温度上昇を高精度で検出し、生産性の低下や部材寿命の短縮を抑制することができる。

また、上記実施形態の定着装置２０において、記録媒体Ｐの厚さ（以下「紙厚」という。）を変更した場合、記録媒体Ｐによって定着ベルト２１から奪われる熱量が変化するため、定着ベルト２１へ供給する必要がある熱の供給量も変化する。そのため、非通紙領域の最高温度部と端部温度センサ２７の温度検出位置の温度が変化し、非通紙領域の温度上昇に検出誤差が生じて生産性の低下や部材寿命の短縮が生じるおそれがある。そこで、画像形成ジョブに用いる紙厚に応じて、通紙間隔を変更する端部温度センサ２７の出力に対する閾値を変更するように制御してもよい。この制御により、紙厚が変化する場合でも、非通紙領域の温度上昇を高精度で検出し、生産性の低下や部材寿命の短縮を抑制することができる。

また、上記実施形態の定着装置２０において、トナーが付着している画像密度（印刷密度）が変化した場合、トナー像が転写されている記録媒体Ｐによって定着ベルト２１から奪われる熱量が変化するため、定着ベルト２１へ供給する必要がある熱の供給量も変化する。そのため、非通紙領域の最高温度部と端部温度センサ２７の温度検出位置の温度が変化し、非通紙領域の温度上昇に検出誤差が生じて生産性の低下や部材寿命の短縮が生じるおそれがある。そこで、上記画像密度によって増減するトナー消費量に応じて、通紙間隔を変更する端部温度センサ２７の出力に対する閾値を変更するように制御してもよい。この制御により、画像密度（トナー消費量）が変化する場合でも、非通紙領域の温度上昇を高精度で検出し、生産性の低下や部材寿命の短縮を抑制することができる。

以上、本実施形態によれば、端部温度検出手段としての端部温度センサ２７の検出値と予め設定した閾値との比較結果に基づいて、定着ニップ部へ搬送する記憶媒体Ｐの通紙間隔（搬送間隔）を変更するように制御することにより、定着部材としての定着ベルト２１の非通紙領域（記録媒体非通過領域）における過度な温度上昇を抑制する。そして、画像形成ジョブの指令に基づいてその画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、定着ニップ部への記憶媒体Ｐの通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを決定するように制御する。例えば、上記画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、端部温度センサ２７による定着ベルト２１の端部の温度の検出を実行し、その検出結果に基づいて、定着ニップ部への記憶媒体Ｐの通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを決定する。または、上記画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、前回の画像形成ジョブの終了後から経過した時間に基づいて、定着ニップ部への記憶媒体Ｐの通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを決定する。このような通紙間隔の変更の要否の判断タイミングの決定により、前回の画像形成動作から時間が経過し定着ベルト２１の温度のオーバーシュートが発生するおそれがある場合には、端部温度センサ２７による定着ベルト２１の端部の温度の検出結果や、前回の画像形成ジョブの終了後から経過した時間に基づいて、前記記憶媒体Ｐの通紙間隔の変更を行わないように制御できる。これにより、画像形成動作開始時における定着ベルト２１の温度のオーバーシュートによる非通紙領域の温度上昇の誤検出に基づいて記憶媒体Ｐの通紙間隔が変更されるのを防止できる。一方、前回の画像形成動作から時間が経過しておらず定着ベルト２１の温度のオーバーシュートが発生するおそれがない場合には、非通紙領域における端部温度センサ２７の温度検出位置の温度が高い状態から画像形成動作を開始することになる。この場合には、端部温度センサ２７による定着ベルト２１の端部の温度の検出結果や、前回の画像形成ジョブの終了後から経過した時間に基づいて、前記記憶媒体Ｐの通紙間隔の変更を継続して行うように制御できる。これにより、前回の画像形成動作からの経過時間にかかわらず画像形成動作開始時において非通紙領域の温度上昇をオーバーシュートの影響を受けることなくに高い精度で検出することができる。よって、非通紙領域の温度の検出値と閾値との比較結果に基づいて記憶媒体Ｐの通紙間隔を変更する制御を適切に行うことができ、定着ベルト２１の非通紙領域における過度な温度上昇を防止することができる。
しかも、記録媒体Ｐのサイズに応じて変化する非通紙領域における最高温度の発生位置それぞれに対応させて複数の温度検出手段を設ける必要がないので、定着装置２０のコスト上昇を抑制することができる。また、記憶媒体Ｐの通紙間隔の変更を不必要に行うことがないので、トナー像が定着された記録媒体Ｐの生産性が低下しない。
また、本実施形態によれば、端部温度センサ２７の温度検出結果を用いずに、前回の画像形成ジョブの終了後から経過した時間に基づいて、定着ニップ部への記憶媒体Ｐの通紙間隔の変更の要否の判断タイミングを決定する場合には、端部温度センサ２７の誤検出によって通紙間隔の変更の要否の判断タイミングの決定が不適切に行われる危険性を回避できる。
また、本実施形態によれば、熱源としてのヒータ２５で加熱する定着ベルト２１の目標温度に基づいて、端部温度センサ２７の検出値と比較する閾値を変更することにより、定着ベルト２１の目標温度を変更した場合でも、定着ベルト２１の非通紙領域の温度上昇を高精度で検出し、生産性の低下や部材寿命の短縮を抑制することができる。
本実施形態によれば、記録媒体Ｐの紙厚に基づいて、端部温度センサ２７の検出値と比較する閾値を変更することにより、記録媒体Ｐの紙厚が変化した場合でも、定着ベルト２１の非通紙領域の温度上昇を高精度で検出し、生産性の低下や部材寿命の短縮を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにおけるトナー消費量に基づいて前記閾値を変更することにより、トナーが付着している画像密度（印刷密度）が変化しトナー消費量が変化した場合でも、定着ベルト２１の非通紙領域の温度上昇を高精度で検出し、生産性の低下や部材寿命の短縮を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、可撓性を有する定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１からの加圧を受ける加圧受け部材（ニップ形成部材２２、支持ステー２３）と、定着ベルト２１の内周面に接するように設けられヒータ２５の熱を定着ベルト２１に伝える熱伝達部材としての熱伝導パイプ２４とを備えることにより、定着ベルト２１と加圧手段としての加圧ローラ３１との間に定着ニップ部を安定して形成できるとともに、ヒータ２５の熱を定着ベルト２１に効率よく伝えることができる。

以上、本発明を好適な実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態で説明したものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１ 画像形成装置
３ 露光部
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ 作像部
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ ニップ形成部材
２３ 支持ステー（補強ステー）
２４ 熱伝導パイプ
２５ ヒータ
２５ａ 中央ヒータ
２５ｂ 端部ヒータ
２６ 中央温度センサ
２７ 端部温度センサ
３１ 加圧ローラ
７８ 中間転写ベルト
７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ 第１転写バイアスローラ
８２ ２次転写バックアップローラ
８５ 中間転写ユニット
８９ ２次転写ローラ
２００ コントローラ
２０１ 記録媒体搬送部
２０２ 外部通信インターフェース
Ｔ トナー
Ｐ 記録媒体（転写紙）

特開平８−２２０９３２号公報

Claims (6)

1. 記録媒体上のトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着させる定着装置とを備え、前記定着装置は、表面移動可能な無端状の定着部材と、前記定着部材に対向するように設けられた回転駆動可能な加圧部材と、定着ニップ部を加熱する熱を発生する熱源とを有する画像形成装置であって、
   前記定着部材の表面の移動方向に交差する幅方向における端部の温度を検出する端部温度検出手段と、
   前記端部温度検出手段の検出値と予め設定した閾値との比較結果に基づいて、前記定着ニップ部へ搬送する記憶媒体の搬送間隔を変更する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、画像形成ジョブの指令に基づいて該画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、前記端部温度検出手段による前記定着部材の端部の温度の検出を実行し、その検出結果に基づいて、前記定着ニップ部への記憶媒体の搬送間隔の変更の要否の判断タイミングを決定することを特徴とする画像形成装置。
2. 記録媒体上のトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着させる定着装置とを備え、前記定着装置は、表面移動可能な無端状の定着部材と、前記定着部材に対向するように設けられた回転駆動可能な加圧部材と、定着ニップ部を加熱する熱を発生する熱源とを有する画像形成装置であって、
   前記定着部材の表面の移動方向に交差する幅方向における端部の温度を検出する端部温度検出手段と、
   前記端部温度検出手段の検出値と予め設定した閾値との比較結果に基づいて、前記定着ニップ部へ搬送する記憶媒体の搬送間隔を変更する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、画像形成ジョブの指令に基づいて該画像形成ジョブの画像形成動作を開始する前に、前回の画像形成ジョブの終了後から経過した時間に基づいて、前記定着ニップ部への記憶媒体の搬送間隔の変更の要否の判断タイミングを決定することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記熱源で加熱する目標温度に基づいて前記閾値を変更することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１又は２の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記記録媒体の厚さに基づいて前記閾値を変更することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１又は２の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記画像形成手段におけるトナー消費量に基づいて前記閾値を変更することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかの画像形成装置において、
   前記定着部材は、可撓性を有する部材であり、
   前記定着装置は、前記定着部材を介して前記加圧部材からの加圧を受ける加圧受け部材を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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