JP6299462B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着する定着装置及び定着装置を備えた画像形成装置に関する。

プリンタ・複写機・ファクシミリ等の画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化・高速化についての市場要求が強くなってきている。
画像形成装置では、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式又は直接方式によって未定着トナー画像が記録媒体シート・印刷紙・感光紙・静電記録紙等の記録媒体に形成される。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。

このような定着装置の一例として、ベルト方式の定着装置（例えば特許文献１）やセラミックヒータを用いたサーフ定着（フィルム定着）の定着装置（例えば特許文献２）が知られている。

ベルト方式の定着装置における近年の課題としては、以下のものがある。
・ウォームアップ時間（電源投入時等に、定着装置が常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）まで昇温するのに要する時間）や、ファーストプリント時間（印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間）の短縮化が望まれている（課題１）。
・また、画像形成装置の高速化に伴い、単位時間あたりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷の初めに熱量が不足する、いわゆる温度落ち込みが問題となっている（課題２）。

前記の課題１を解決する方法として、セラミックヒータを用いたサーフ定着が提案されており、この方式により、低熱容量化・小型化が可能となったが、ニップ部のみを局所加熱しているため、その他の部分では加熱されておらず、ニップ部の入口において定着部材（フィルム）が最も冷えた状態にあり、定着不良が発生しやすくなるという問題がある。特に、高速機においては（定着部材の回転が速く、ニップ部以外での定着部材の放熱が多くなるため）、より定着不良が発生しやすくなるという問題がある（課題３）。

以上のような課題１〜３を解決するために、定着部材として無端ベルトを用いる構成において、そのベルト全体を温めることを可能にし、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消して、高生産の画像形成装置に搭載されても、良好な定着性を得ることができるようにした定着装置が提案されている（特許文献３）。

図１７は特許文献３に記載された定着装置の概略図である。無端ベルト８１の内部にパイプ状の金属熱伝導体８２を、無端ベルトの移動をガイドすることが可能に固定し、金属熱伝導体内の熱源８３により金属熱伝導体を介して無端ベルトを加熱する。さらに無端ベルトを介して金属熱伝導体に接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ８４を備え、該加圧ローラの回転に連れ回りするようにして無端ベルトを周方向に移動させる。この構成により、定着装置を構成する無端ベルト全体を温めることを可能にし、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することが可能となっている。

しかしながら、更なる省エネ性およびファーストプリントタイム向上のためには熱効率を更に向上させる必要があり、無端ベルトを金属熱伝導体を介して間接的に加熱する構成ではなく、無端ベルトを（金属熱伝導体を介さずに）直接加熱する構成が考案された。この構成では伝熱効率が大幅に向上することにより消費電力を低減できるとともに、加熱待機時からのファーストプリントタイムを更に短縮することが実現できる。また、金属熱伝導体が不要なことによるコストダウンが可能となる。

上記のように、無端ベルトを直接加熱する構成とすることで、省エネ性が高く、加熱待機時からのファーストプリントタイムを更に短縮することが可能となった。
しかし定着部材の低熱容量化を図った定着装置においては、非通紙部の端部温度上昇がより顕著に悪化するようになる。熱容量が小さくなったために、同じ熱量を与えた場合、温度がより高温にまで上昇するためである。非通紙部の端部温度上昇抑制のための手段としては、従来より用いられている、端部温度上昇を検知した場合には、通紙中の紙間を開けて放熱を行いながら通紙を行う制御（端部温度上昇抑制制御）が知られている（例えば、特許文献４〜７）。

また、非通紙部の端部温度上昇は、例えば低温環境でさらに悪化することも知られている。紙に与える電力（熱量）が増加するため、その分非通紙部にも大きな熱量が供給され、温度が上がるためである。そのため端部温度上昇抑制制御においては、紙が冷えている場合（低温環境）を想定して紙間を規定してきた。この場合、紙が温かい場合（通常環境、高温環境）においては、必要以上に紙間を開けることになる。

従来のローラ定着装置やベルト定着装置においては、それ自身の熱容量に対して、紙温度違いによる熱量の違いが相対的に小さかったため、例えば紙が冷えた場合で規定した紙間に対して、紙が温かい場合で規定した紙間との違いが殆どない。結果として実質紙が冷えた場合（低温環境想定）で紙間を規定したとしても、紙が温かい場合（標準環境、高温環境）でも端部温度上昇時の最高到達温度はほぼ限界付近で推移し、生産性をほぼ限界まで伸ばすことが出来ていた。

しかしながら、より定着部材の低熱容量化を図った定着装置においては、従来のような端部温度上昇抑制制御を行っていたのでは、多くのユーザーが使用すると想定される紙が温まっている場合（標準環境、高温環境）において、本来出せるはずの生産性が全く出なくなってしまうことが明らかになった。

定着ユニットの熱容量に対して、紙温度による熱量の増減が相対的に大きくなったことで、紙が冷えている場合（低温環境下）を想定して端部温度上昇抑制可能な紙間を規定すると、紙が温かい場合（通常環境下、若しくは、高温環境下）で必要となる紙間に対して、紙間が大幅に長くなってしまうためである。

具体的には、紙が冷えている場合（低温環境）で規定した紙間では、紙が温まっている場合（標準環境、高温環境）で紙間を開けすぎになり、放熱ばかりが促進され、端部温度上昇の最高到達温度が低い。つまり紙が温まっている場合（標準環境、高温環境）では、より紙間を短くして生産性を上げることが出来るはずであるが、その本来出せるはずの生産性が出せなくなってしまっている。結果として、ユーザーの使い勝手を損ねてしまっているという問題があった。

そこで、本発明は、定着部材の低熱容量化を図った構成において端部温度上昇を抑制するとともに様々な環境下で最適な生産性を得られる定着装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するため、本発明は、定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材の内側に配設されたニップ形成部材と、前記定着部材を挟んで前記ニップ形成部材に圧接されて定着ニップを形成する加圧部材とを備え、未定着画像を担持する記録媒体を前記定着ニップに通過させることにより記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置において、非通紙領域の温度を検知する温度検知手段と、通紙される記録媒体の温度を検知する記録媒体温度検知手段とを有し、前記温度検知手段により非通紙領域における温度上昇を検知した場合に、前記記録媒体温度検知手段の検知結果に基づき、予め規定された記録媒体と記録媒体の間の間隔である紙間時間と、該紙間時間を変更する予め規定された紙間時間変更タイミングとを制御することを特徴とする。

また、定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材と共に定着ニップを形成する加圧部材と、前記加圧部材内部で前記定着部材に対向しニップを形成するニップ形成部材とを備え、未定着画像を担持する記録媒体を前記定着ニップに通過させることにより記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置において、非通紙領域の温度を検知する温度検知手段と、通紙される記録媒体の温度を検知する記録媒体温度検知手段とを有し、前記温度検知手段により非通紙領域における温度上昇を検知した場合に、前記記録媒体温度検知手段の検知結果に基づき、予め規定された記録媒体と記録媒体の間の間隔である紙間時間と、該紙間時間を変更する予め規定された紙間時間変更タイミングとを制御してもよい。

本発明の定着装置によれば、紙温度に応じて、端部温度上昇検知後の紙間を変更（制御）するとともに、紙間変更タイミングを変更（制御）することにより、端部温度上昇を規定値以下に抑えつつ、必要な分の放熱時間を確保することができるため、様々な環境において省エネルギー性を向上させ、かつ、生産性を最大限出すことが可能になる。

本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置の一例を示す断面構成図である。 実施形態に係る定着装置の概略構成図である。 可動遮光板を示す平面図である。 非通紙領域での端部温度上昇を説明するための模式図である。 用紙の温度による端部温度上昇を示すグラフである。 従来の制御における温度推移を説明するためのグラフである。 本発明の制御を説明するためのグラフである。 本発明を適用した場合の温度推移を示すグラフである。 紙温度センサ及び環境温湿度センサの配置場所を示す、画像形成装置の正面方向からの概略図である。 紙温度センサ及び環境温湿度センサの配置場所を示す、画像形成装置の側面方向からの概略図である。 定着装置の実施例２を示す概略構成図である。 定着装置の実施例３を示す概略構成図である。 第２実施形態の定着装置の実施例１を示す断面図である。 非通紙領域での端部温度上昇を説明するための模式図である。 第２実施形態の定着装置の実施例２を示す断面図である。 第２実施形態の定着装置の実施例３を示す断面図である。 特許文献３に記載された定着装置の概略図である。

先ず、図１を用いて本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置の一例を説明する。
図示の画像形成装置は、複数の色画像を形成する作蔵部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式を用いるカラープリンタあるが、本発明はこの方式に限られず、プリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置などを対象とすることも可能である。

画像形成装置１００では、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋを並設したタンデム構造が採用されている。

図示の構成では、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像が、１次転写行程の実行により、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能な無端ベルトが用いられる中間転写体（以下、転写ベルトという）１１に対して重畳転写される。その後、中間転写体上の画像は記録シートなどが用いられる記録材Ｓに対して２次転写行程の実行により一括転写される。

各感光体ドラムの周囲には、感光体ドラムの回転に従い画像形成処理するための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを例として説明すると、感光体ドラム２０Ｂｋの回転方向に沿って、画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋ、現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１２Ｂｋ及びクリーニング装置５０Ｂｋが配置されている。感光体ドラムの帯電後に行われる書き込みには、光書込装置８が用いられる。

転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写されるように、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対向して配設された１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。

各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。

画像形成装置１００は、色毎の画像形成処理を行う４つの画像ステーションと、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋの上方に対向して配設され、転写ベルト１１及び１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋを備えた転写ベルトユニット１０と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に従動し、連れ回りする転写部材としての転写ローラである２次転写ローラ５と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１上をクリーニングするクリーニング装置１３と、これら４つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置としての光書込装置８とを有している。

光書込装置８は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラー及び偏向手段としての回転多面鏡などを装備している。光書込装置８は、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂを出射して感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに静電潜像を形成するように構成されている。書き込み光Ｌｂに関して、図１では便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号が付けてあるが、その他の画像ステーションも同様である。

画像形成装置１００には、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋと転写ベルト１１との間に向けて搬送される記録材Ｓを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置６１と、シート給送装置６１から搬送されてきた記録材Ｓを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋと転写ベルト１１との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対４と、記録材Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことを検知する図示しないセンサとが設けられている。

また、画像形成装置１００には、トナー像が転写された記録材Ｓにトナー像を定着させるための定着装置２００と、トナー像の定着済みの記録材Ｓを画像形成装置１００の本体外部に排出する排紙ローラ７と、画像形成装置１００の本体上部に配設されて排紙ローラ７により画像形成装置１００の本体外部に排出された記録材Ｓを積載する排紙トレイ１７と、排紙トレイ１７の下側に位置し、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｂｋとが備えられている。

転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋの他に、転写ベルト１１が掛け回されている駆動ローラ７２及び従動ローラ７３を有している。

従動ローラ７３は、転写ベルト１１に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このために、従動ローラ７３にはスプリングなどを用いた付勢手段が設けられている。このような転写ベルトユニット１０と、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋと、２次転写ローラ５と、クリーニング装置１３とで、転写装置７１が構成されている。

シート給送装置６１は、画像形成装置１００の本体下部に配設され、最上位の記録材Ｓの上面に当接する給送ローラ３を有しており、給送ローラ３が反時計回りに回転駆動されることにより、最上位の記録材Ｓをレジストローラ対４に向けて給送する。

転写装置７１に装備されているクリーニング装置１３は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト１１に対向、当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有している。そして、転写ベルト１１上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト１１をクリーニングするようになっている。クリーニング装置１３はまた、転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための図示しない排出手段を有している。

図２は実施形態に係る定着装置を示す断面図である。
本実施形態の定着装置は、加圧回転体２０３（図２の構成の場合は加圧ローラ）と定着ベルト２０１を有し、加熱源２０２（図２の例ではハロゲンヒータ）により定着ベルト２０１が内周側から直接加熱される。

定着ベルト２０１のループ内（定着部材の内側）には、定着ベルトを介して対向する加圧ローラ２０３に圧接されてニップを形成するニップ形成部材２０６があり、定着ベルト内面と直接（もしくは、図示しない摺動シートを介して間接的に）摺動するようになっている。図２ではニップ部Ｎの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状であっても良い。（ニップの形状は凹形状の方が、記録紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される）。

定着ベルト２０１はニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（もしくはフィルム）とする。ベルトの表層はＰＦＡまたはＰＴＦＥ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。ベルトの基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００［μｍ］以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

定着ベルト２０１の内部にはニップ形成部材２０６を支持するための支持部材２０７（ステー）を設け、加圧ローラ２０３により圧力を受けるニップ形成部材２０６の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。この支持部材２０７は両端部で保持部材２０８（フランジ）に保持固定され位置決めされている。また、加熱源２０２と支持部材２０７の間に反射部材２０９を備え、熱源２０２からの輻射熱などにより支持部材２０７が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制している。ここで反射部材２０９を備える代わりに支持部材２０７表面に断熱もしくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることか可能となる。熱源２０２は、図示したハロゲンヒータでも良いが、誘導加熱装置であっても良いし、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であっても良い。なお、符号２１０は可動遮光板である。可動遮光板２１０については後述する。

加圧ローラ２０３は芯金２０５に弾性ゴム層２０４があり、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）が設けてある。加圧ローラ２０３は画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ２０３はスプリングなどにより定着ベルト２０１側に押し付けられており、弾性ゴム層２０４が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。加圧ローラ２０３は中空のローラであっても良く、加圧ローラ２０３にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層２０４はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ２０３内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。

定着ベルト２０１は加圧ローラ２０３により連れ回り（従動）回転する。本実施形態の場合は加圧ローラ２０３が図示しない駆動源により回転し、ニップ部Ｎでベルトに駆動力が伝達されることにより定着ベルト２０１が回転する。定着ベルト２０１はニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、ニップ部以外では両端部で保持部材２０８（フランジ）にガイドされ、走行する。

このような構成により安価で、ウォームアップが速い定着装置を実現することが可能となる。
図３は可動遮光板２１０を示す平面図、図４は非通紙領域での端部温度上昇を説明するための模式図である。

本例の定着装置で用いる可動遮光板２１０は、図３に示すように、用紙サイズに応じた開口（非遮光部）を有する形状であり、遮光部（遮光板）でヒータの熱を遮ることにより、端部温度上昇を防止している。

なお、可動遮光板２１０は、図２からわかるように定着ベルト２０１の内周面に沿った円弧状の断面形状に形成して構成され、必要に応じて定着ベルト２０１の周方向に移動可能となっている。本実施形態では、ハロゲンヒータ２０２が定着ベルト２０１に直接対向して加熱する直接加熱領域と、反射部材２０９等が介在する非直接加熱領域とがあるが、熱遮蔽する必要がある場合は、可動遮光板２１０を直接加熱領域側の遮蔽位置に配設する（図２の状態）。一方、熱遮蔽の必要がない場合は、可動遮光板２１０を非直接加熱領域側の退避位置へ移動させる。また、可動遮光板２１０は耐熱性を要するため、その素材には、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属材料、又はセラミックを用いることが好ましい。

図２に示す定着装置では、熱源としてのハロゲンヒータ２０２は２本で構成されており、図４に示されるように、中央ヒータ２０２Ａと端部ヒータ２０２Ｂからなっている。本実施形態の装置では用紙搬送基準が中央基準であり、中央ヒータ２０２Ａは用紙幅方向（用紙搬送方向に直交する方向）の中央部に発熱領域を有しており、所定サイズ（本例ではレター縦）以下の用紙を通紙する場合には中央ヒータ２０２Ａのみを使用する。端部ヒータ２０２Ｂは用紙幅方向の両外側部分に発熱領域を有しており、所定サイズ（本例ではレター縦）よりも幅の広い用紙を通紙する場合に（中央ヒータ２０２Ａと共に）使用する。

通常、図２に示すような２本ヒータ構成の定着装置においては、Ａ３通紙およびＬＴ（Ａ４）縦通紙では非通紙部温度上昇が起こらないように上記のようにヒータが分割される（中央ヒータのみで定着する）。しかし、Ｂ４やハガキの場合はその使用頻度が高いために、非通紙部温度上昇による生産性低下が起こらないように可動遮光板２１０を用いて非通紙部温度上昇が起こらないような対策を行っている。

しかしながら、上記構成の定着装置において、例えばＡ５縦通紙を行った場合、図４に「長手方向温度分布」として示すように非通紙領域において端部温度上昇が発生する。この端部温度上昇は、図５のグラフに示すように、紙温度が冷えているほど、より温度がより急峻に、より高く上昇するようになる。すなわち、図５において、通紙が開始された後の温度推移は、通紙領域内の温度推移に比べて非通紙領域での温度はかなり高くなり、時間の経過により定着部材の使用可能温度上限を超える。

従来通りの制御を行っていた（紙温度が低い場合には定着設定温度（目標温度）を上げるとともに、紙間を大きくして時間当たり通紙枚数を下げる）場合には、図６に示すように紙が温まった状態（標準環境・高温環境）では定着部材の使用可能温度上限まで使用できず、無駄に放熱ばかりが促進され、生産性を確保できない。

そこで本発明では、図７のグラフに示すように、紙温度に応じて必要な紙間時間（記録媒体と記録媒体の間の間隔）および紙間時間変更タイミングを適宜変更制御することにより、図８のグラフに示すような非通紙部の端部温度カーブを得ることが出来、紙が温かい状態（標準環境、高温環境）での生産性をより向上させることができる。

なお、図７（ａ）は放熱に必要な紙間時間を示すグラフであり、横軸は用紙温度、縦軸は紙間時間である。また、図７（ｂ）は紙間時間変更のタイミングを示すグラフであり、横軸は用紙温度、縦軸は端部温度上昇検知から紙間時間を変更するまでの時間である。

図８は、本発明を適用した場合の温度推移を示すグラフであり、通紙開始後、非通紙領域の温度は通紙領域内よりも高くなるが、ある時間以降、紙の温度（環境温度）によらず非通紙領域の温度は一定であり、使用可能温度上限に近い温度で推移する。すなわち、紙が温かい状態（標準環境、高温環境）での生産性をより向上させることができる。

本発明の制御について更に詳細に説明する。
まず、紙温度に応じて予め規定された紙間時間を変更することについて説明する。
予め規定された紙間時間とは、基準となる紙間時間を示すので、図７（ａ）において、どのポイントの紙間時間を取っても良い。その予め規定された紙間時間にたいして、紙温度が低い場合は紙間時間を長くし、紙温度が高い場合は紙間時間を短くする。例えば標準的な紙温度を２３℃とし、その時の紙間時間２秒が予め規定された紙間時間と定義すると、紙温度が１０℃の場合は紙間時間を３秒にする、または、紙温度が３２℃の場合は、紙間時間を１秒にする、等、紙間時間を変更する。ここで示した値は例であって、対象となる定着装置固有の値になるので、適宜設定することが必要となる。

次に、紙温度に応じて予め規定された紙間時間変更タイミングを変更することについて説明する。
予め規定された紙間時間変更タイミングとは、基準となる紙間時間変更タイミングを示すので、図７（ｂ）において、どのポイントの紙間時間変更タイミングを取っても良い。その予め規定された紙間時間変更タイミングにたいして、紙温度が低い場合は紙間時間変更タイミングを短くし、紙温度が高い場合は紙間時間変更タイミングを長くする。例えば標準的な紙温度を２３℃とし、その時の紙間時間変更タイミング１０秒が予め規定された紙間時間変更タイミングと定義すると、紙温度が１０℃の場合は紙間時間変更タイミングを０秒にする、または、紙温度が３２℃の場合は、紙間時間変更タイミングを１５秒にする、等、紙間時間変更タイミングを変更する。ここで示した値は例であって、対象となる定着装置固有の値になるので、適宜設定することが必要となる。

上記紙間時間と、紙間時間変更タイミングは、両方変更することが望ましいが、必要に応じて何れか一方のみ変更する、としても良い。

次に、非通紙部の温度上昇検知手段について説明する。
非通紙部の温度上昇は、温度を適正に検知できればどのような手段を用いても良いが、具体的な例として下記に記載する。

温度センサにより、非通紙部温度上昇を検知する場合
この方法は従来より用いられている非通紙部端部温度上昇検知方法で、加熱源による加熱領域内、若しくは加熱領域近傍、かつ、非通紙領域に設置された温度センサ（図示せず）により端部温度上昇を検知する方法である。

用いられる温度センサは広く使用されている接触式温度センサや非接触式温度センサを用いることが出来る。
測定個所は定着部材側、若しくは加圧部材側の温度を測定することが可能であるが、定着部材側の温度を検知させる場合には非接触温度センサを用いることが望ましい。接触式温度センサを用いると、定着部材表面に磨耗傷を与え、その個所で光沢スジとして異常画像が発生するためである。

非通紙部温度上昇を予測した結果を用いて非通紙部の温度上昇検知手段としても良い。
非通紙部の温度上昇は、実際に測定せずとも、その時々のヒータ点灯Ｄｕｔｙ（供給電力）等から予測することが可能である。そのため、この予測結果を用いて非通紙部の温度上昇検知結果として扱っても問題は無い。

非通紙部の端部温度上昇予測は、事前に作ったモデル式に対して、その通紙中の定着ユニット内の温度と点灯Ｄｕｔｙ（供給電力）を入力することで、逐次非通紙部の端部温度上昇を予測することが可能となる。

また非通紙部温度上昇は、その時々の画像形成装置の使われ方からも予測することが可能となる。例えば、その時の紙厚、点灯Ｄｕｔｙ、プロセス線速等から予測することが可能で、その結果を非通紙部温度上昇検知結果として使用しても良い。

より確実に非通紙部の温度上昇を検知するためには温度センサにより直接監視することが望ましいが、非通紙部の温度上昇予測結果を用いれば、温度センサを省略することが出来るため、コストダウンが可能となる。

次に、用紙温度検知手段について説明する。
・温度センサを用いる場合
紙温度の検知個所は、紙温度は、定着装置に進入する直前の紙温度を直接測定することが望ましい。

測定方法としては、接触式温度センサ、非接触式温度センサ等が挙げられる。
接触式温度センサを用いる場合は、温度センサの接触により紙搬送に影響を及ぼすことが考えられるため、接触個所にはその裏当て部材を合わせて設置することが望ましい。このとき、温度センサと紙とが摩擦するため、発生する摩擦熱による影響を考慮して制御に用いることが必要となる。接触式温度センサとしては、従来より使用している接触式温度センサが使用可能である。

紙搬送への影響をなくし、且つ摩擦熱の影響を取り除けるため、非接触式温度センサがより望ましい。非接触式温度センサとしては、放射温度センサや、検知温度と温度センサ自身の温度を測定することにより測定対象物の温度を検知する温度センサ等がある。熱応答性や検知誤差を考慮すると、放射温度センサを用いることがより望ましい。

紙温度検知個所は、給紙トレイ、もしくは手差しトレイに設置された紙の温度を直接測定しても良い。この場合の測定方法は、上記同様接触式温度センサ、もしくは、非接触式温度センサ等が挙げられる。接触式温度センサを用いる場合は、紙搬送中に測定すると摩擦熱の影響があるために、トレイにセットされ、給紙されていない状態で紙温度を測定することが望ましい。

・環境温度を用いて紙温度を間接的に求める場合
通常、使用される用紙は給紙トレイに入っており、画像形成装置の設置環境温度と紙温度は殆どの場合同じ温度になっている。そのため画像形性装置の設置環境温度を測定することで、間接的に紙温度を測定することが可能となる。したがって、専用の用紙温度検知手段を省略し、環境温度検知手段を用紙温度検知手段として用いることができる。この構成の場合、用紙温度検知手段を省略できることからコストダウンを図ることができる。

・ヒータ点灯Ｄｕｔｙ（デューテイ比）から間接的に紙温度を求める場合
紙の温度に応じて紙が奪う熱量が変動し、結果として点灯Ｄｕｔｙが変動するため、実際に紙が冷えていた場合には、紙が温かい場合に比べて通紙中の点灯Ｄｕｔｙが高くなる。逆の場合は低くなる。そのため事前に紙が冷えていた場合と温かい場合に応じて点灯Ｄｕｔｙを確認しておくことで、その時の点灯Ｄｕｔｙとその結果を比較し、紙温度がどの程度かをある程度予測可能になる。この予測された紙温度を用いて、紙間と紙間変更タイミングを適宜変更しても本発明の狙いとする効果を得ることが出来る。この構成の場合、用紙温度検知手段を省略できることからコストダウンを図ることができる。

但し点灯Ｄｕｔｙは、紙が奪う熱量は一定であるため、ヒータの出力バラつきや、その時に電源電圧（ヒータに供給される電圧）がどの程度かにも影響される。そのため、より正確に紙温度を予測するに当たっては、事前にそのヒータの出力が何Ｗか、定着装置組みつけの段階で測定し、画像形成装置に記憶させ、その値を考慮して実際の点灯Ｄｕｔｙ結果を補正し、紙温度を予測することが望ましい。また、電源電圧（ヒータに供給される電圧）がどの程度か、を検知し、その結果を紙温度算出に考慮することが望ましい。電源電圧検知方法は、従来より使用されている電源電圧検知手段を用いることができ、その結果を用いる。

具体的には、ヒータ電力が狙い値よりも大きかった場合は点灯Ｄｕｔｙは低くなるために、点灯Ｄｕｔｙを高く補正し、紙温度予測に使用する。ヒータ電力が狙い値よりも小さかった場合は、点灯Ｄｕｔｙは高くなるため、点灯Ｄｕｔｙを低く補正し、紙温度予測に使用する。一方ヒータに掛かる電圧においても同じことが言え、電源電圧が低かった場合は、点灯Ｄｕｔｙは高くなるために、点灯Ｄｕｔｙを低くなるように補正し、紙温度算出に使用する。電源電圧が高かった場合は、点灯Ｄｕｔｙは低くなるために点灯Ｄｕｔｙを高く補正し、紙温度算出に使用する。

ここでは紙温度検知方法として３つ挙げたが、紙の温度をより適正に測定することが出来れば、上述の方法にとらわれない。また、これらの方法を全て用いても良い。
図９及び図１０に、実施形態の画像形成装置における用紙温度検知手段と環境条件検知手段の配置場所を示す。図９は画像形成装置の正面方向から見た断面図、図１０は側面方向から見た断面図である。なお、画像形成装置各部の構成要素は、図１に対応するものを模式的に示してある。

記録媒体温度検知手段としての紙温度センサ３０１は、定着装置の上流側に配置されるものであり、定着装置進入前の用紙温度を検知するように配置される。また、図示例では、給紙トレイ６１の用紙最上面で温度を測定するように配置している。画像形成装置の奥行き方向では、中央よりも手前側の位置に紙温度センサ３０１を配置している。環境温度検知手段としての温湿度センサ３０２は、図示例では、画像形成装置本体の下部の隅部に配置している。なお、記録媒体温度検知手段および環境温度検知手段の配置場所は一例であり、ここで図示した場所に限るものではない。

図１１は、定着装置の実施例２を示す断面図である。この実施例２では加熱源２０２がハロゲンヒータ３本で構成されており、実施例１（図２）とは異なり可動遮光板は備えていない。３本のハロゲンヒータの各発熱領域は、本実施例ではＡ３幅、ＬＴ（Ａ４）幅、ハガキ幅にそれぞれ最適化されており、それらの用紙の通紙時には非通紙部の温度上昇は発生しない。

しかし、例えばＡ５サイズなどの通紙時に、従来通りの制御を行っていた場合には、非通紙部の温度上昇が発生してしまう。そこで、実施例１の定着装置と同様に本発明を適用することで、図８のグラフに示すような非通紙部の端部温度カーブを得ることが出来、紙が温かい状態（標準環境、高温環境）での生産性をより向上させることができる。

図１２は、定着装置の実施例３を示す断面図である。この実施例３は加熱源２０２がハロゲンヒータ１本で構成されている。１本のヒータはＬＴ（Ａ４）幅に最適化されており、その紙幅の用紙を通紙するときには非通紙部の温度上昇は発生しないが、例えばＡ５サイズなどの通紙時に、従来通りの制御を行っていた場合には、非通紙部の温度上昇が発生してしまう。そこで、本実施例の定着装置においても実施例１と同様に本発明を適用することで、図８のグラフに示すような非通紙部の端部温度カーブを得ることが出来、紙が温かい状態（標準環境、高温環境）での生産性をより向上させることができる。

なお、実施例３ではヒータが１本しかないために、通紙初期の端部の温度ダレ（温度低下）を防止するためにＡ４縦（ＬＴ縦）幅に対してヒータを長く設計していることが多い。その場合、連続通紙時においては、Ａ４縦（ＬＴ縦）幅通紙においても、非通紙部温度上昇が発生してしまう場合がある。しかしこのような場合においても実施例１で詳細に説明した本発明を適用することで、図８に示すような非通紙部の端部温度カーブを得ることが出来、紙が温かい状態（標準環境、高温環境）での生産性をより向上させることができる。

次に、加圧部材の内部にニップ形成部材を配設した実施形態（第２実施形態）について説明する。
図１３は、第２実施形態の定着装置の実施例１を示す断面図である。本実施形態の定着装置は、定着部材としての定着ローラ３０１と、加圧部材としての加圧ベルト３０３を有し、加熱源３０２（図１３の例ではハロゲンヒータ）により定着ローラ３０１が内周側から直接加熱される。

定着ローラ３０１は金属からなるローラ形状で構成される。その表層には弾性ゴム層３０４があり、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）が設けてある。符号３０５は芯金である。弾性ゴム層３０４はシリコーンゴムで構成されることが望ましい。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときに定着ローラ３０１表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００［μｍ］以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

定着ローラ３０１は画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、定着ローラ３０１はスプリングなどにより加圧ベルト３０３側に押し付けられており、弾性ゴム層３０４が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。

加圧ベルト３０３はニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（もしくはフィルム）とする。定着ローラ３０１と同様、その表層に弾性層やＰＦＡまたはＰＴＦＥ層などの離型層を有しても良い。これらを持たせることにより、トナーが付着しないように離型性を持たせることができる。基材とＰＦＡの間に弾性ゴム層を設ける場合には、弾性ゴム層はソリッドゴムでも良いが、スポンジゴムを用いることで、より加圧ベルト３０３への伝熱を少なくすることが出来る。

図１３の加圧ベルト３０３内には、加圧ベルト３０３を介して対向する定着ローラ３０１１とニップを形成するニップ形成部材３０６があり、加圧ベルト３０３内面と直接（もしくは、図示しない摺動シートを介して間接的に）摺動するようになっている。図１３ではニップ部Ｎの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状であっても良い。

また、加圧ベルト３０３の内部には、ニップ形成部材３０６を支持するための支持部材３０７（ステー）を設け、不図示の加圧部材支持機構により、定着ローラ３０１からの加圧を支持している。支持部材３０７は圧力を受けるニップ形成部材３０６の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。

また、本実施例では定着ローラ３０１をスプリングなどにより加圧ベルト３０３側に押し付けているが、上記支持部材３０７をスプリングなどにより加圧力を与え、ニップ形成部材３０６を定着ローラに押し付ける方式を用いても良い。

加圧ベルト３０３は定着ローラ３０１により連れ回り（従動）回転する。本実施形態の場合は定着ローラ３０１が図示しない駆動源により回転し、ニップ部Ｎでベルトに駆動力が伝達されることにより加圧ベルト３０３が回転する。加圧ベルト３０３はニップ部Ｎで挟み込まれて回転する。

熱源３０２は、図示したハロゲンヒータでも良いが、誘導加熱装置であっても良いし、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であっても良い。
このような構成により安価で、ウォームアップが速い定着装置を実現することが可能となる。

図１３に示すように、熱源としてのハロゲンヒータ３０２は２本で構成されており、図１４に示すように、中央ヒータ３０２Ａと端部ヒータ３０２Ｂからなっている。本実施形態では用紙搬送基準が中央基準であり、中央ヒータ３０２Ａは用紙幅方向（用紙搬送方向に直交する方向）の中央部に発熱領域を有しており、所定サイズ（本例ではレター縦）以下の用紙を通紙する場合には中央ヒータ３０２Ａのみを使用する。端部ヒータ３０２Ｂは用紙幅方向の両外側部分に発熱領域を有しており、所定サイズ（本例ではレター縦）よりも幅の広い用紙を通紙する場合に（中央ヒータ３０２Ａと共に）使用する。

通常、図１３に示すような２本ヒータ構成の定着装置においては、Ａ３通紙およびＬＴ（Ａ４）縦通紙では非通紙部温度上昇が起こらないように上記のようにヒータが分割される（中央ヒータのみで定着する）。

しかしながら、上記構成の定着装置において、例えばＡ５縦通紙を行った場合、図１４に「長手方向温度分布」として示すように非通紙領域において端部温度上昇が発生する。この端部温度上昇は、図５のグラフに示すように、紙温度が冷えているほど、より温度がより急峻に、より高く上昇するようになる。従来通りの制御を行っていた（紙温度が低い場合には定着設定温度（目標温度）を上げるとともに、紙間を大きくして時間当たり通紙枚数を下げる）場合には、図６に示すように紙が温まった状態（標準環境・高温環境）では定着部材の使用可能温度上限まで使用できず、無駄に放熱ばかりが促進され、生産性を確保できない。

そこで第１実施形態と同様、図７のグラフに示すように、紙温度に応じて必要な紙間時間（記録媒体と記録媒体の間の間隔）および紙間時間変更タイミングを適宜変更制御することにより、図８のグラフに示すような非通紙部の端部温度カーブを得ることが出来、紙が温かい状態（標準環境、高温環境）での生産性をより向上させることができる。

本第２実施形態における定着制御は、紙温度に応じて予め規定された紙間時間を変更する点、および、紙温度に応じて予め規定された紙間時間変更タイミングを変更する点、いずれも上記説明した第１実施形態の場合と同じであり、説明が重複するので省略する。

また、非通紙部の温度上昇検知手段についても同様であり、説明が重複するので省略する。さらに、用紙温度検知手段も第１実施形態の場合と同じであり、説明が重複するので省略する。

図１５は、第２実施形態の定着装置の実施例２を示す断面図である。この実施例２では加熱源３０２がハロゲンヒータ３本で構成されている。３本のハロゲンヒータの各発熱領域は、本実施例ではＡ３幅、ＬＴ（Ａ４）幅、ハガキ幅にそれぞれ最適化されており、それらの用紙の通紙時には非通紙部の温度上昇は発生しない。

しかし、例えばＡ５サイズなどの通紙時に、従来通りの制御を行っていた場合には、非通紙部の温度上昇が発生してしまう。そこで、実施例１の定着装置と同様に本発明を適用することで、図８のグラフに示すような非通紙部の端部温度カーブを得ることが出来、紙が温かい状態（標準環境、高温環境）での生産性をより向上させることができる。

図１６は、第２実施形態の定着装置の実施例３を示す断面図である。この実施例３は加熱源３０２がハロゲンヒータ１本で構成されている。１本のヒータはＬＴ（Ａ４）幅に最適化されており、その紙幅の用紙を通紙するときには非通紙部の温度上昇は発生しないが、例えばＡ５サイズなどの通紙時に、従来通りの制御を行っていた場合には、非通紙部の温度上昇が発生してしまう。そこで、本実施例の定着装置においても実施例１と同様に本発明を適用することで、図８のグラフに示すような非通紙部の端部温度カーブを得ることが出来、紙が温かい状態（標準環境、高温環境）での生産性をより向上させることができる。

ところで、先にも説明したように、定着装置における端部温度上昇は、環境温度、より具体的には、通紙される用紙の温度により増減する。一般に紙温度が低い場合には、通紙中の定着目標温度を上げ、かつ、紙が奪う熱量が多くなるために、その分端部温度上昇も大きくなる。逆に紙温度が高い場合には、通紙中の温度を下げるために、その分端部温度上昇は低い。

従来の定着装置では、端部温度上昇を検知した場合、紙温度が低い場合を想定して紙間を規定するが、それでは紙温度が高い場合に必要以上に紙間が長くなってしまい、放熱ばかりが促進される。結果、ユーザの使い勝手を損ねてしまうことになる。

その点、本発明では、紙温度に応じて、端部温度上昇検知後の紙間を変更（制御）するとともに、紙間変更タイミングを変更（制御）することにより、端部温度上昇を規定値以下に抑えつつ、必要な分の放熱時間を確保することができるため、様々な環境において省エネルギー性を向上させ、かつ、生産性を最大限出すことが可能になる。

紙温度は、検知結果をより適正に得る必要があるため、用紙が定着装置に進入する前に紙温度を測定するのが望ましい。
紙温度を検出するための記録媒体温度検知手段を設けることで、紙温度を正確に判定することができる。

あるいは、環境温度を検知する環境温度検知手段の検知結果を、紙温度として代用することで、紙温度を間接的に得ることができ、コストを抑えることができる。
また、通紙時における定着ヒータ等の加熱源へ供給する電力のデューティ比に基づいて予測される紙温度を用いることもできる。この場合もコストを抑えることができる。

さらに、記録媒体温度検知手段の検知結果、環境温度検知手段の検知結果、加熱源へ供給する電力のデューティ比に基づく予測結果のいずれか、または複数の結果に基づき、記録媒体の温度を判断するようにしてもよい。このばあい、装置構成あるいは設置環境等に即して、適正な紙温度を得ることができる。

以上、本発明を図示例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能なものである。
例えば、定着装置の加熱源の数や配置場所などは任意であり、また、加熱源もハロゲンヒータに限らず、誘導加熱手段を含め適宜な熱源を採用可能である。定着部材としてベルトやフィルムの材質、あるいは加圧部材の構成等も適宜なものを採用可能である。

また、画像形成装置の構成も任意であり、４色トナーを用いるものに限らず、３色のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーによる多色機、あるいはモノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

２０ 感光体ドラム
１００ 画像形成装置
２００ 定着装置
２０１ 定着ベルト（定着部材）
２０２ ハロゲンヒータ（加熱源）
２０３ 加圧ローラ（加圧部材）
２０４ 弾性ゴム層
２０６ ニップ形成部材
２０９ 反射部材
２１０ 可動遮光板
３０１ 紙温度センサ（記録媒体温度検知手段）
３０２ 温湿度センサ
Ｎ 定着ニップ

特開２００４−２８６９２２号公報 特許第２８６１２８０号公報 特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００９−７５４４３号公報 特開２００２−１６９４１３号公報 特開２００１−１８３９２９号公報 特開２００２−２３５５６号公報

Claims (8)

1. 定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材の内側に配設されたニップ形成部材と、前記定着部材を挟んで前記ニップ形成部材に圧接されて定着ニップを形成する加圧部材とを備え、未定着画像を担持する記録媒体を前記定着ニップに通過させることにより記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置において、
   非通紙領域の温度を検知する温度検知手段と、通紙される記録媒体の温度を検知する記録媒体温度検知手段とを有し、
   前記温度検知手段により非通紙領域における温度上昇を検知した場合に、前記記録媒体温度検知手段の検知結果に基づき、予め規定された記録媒体と記録媒体の間の間隔である紙間時間と、該紙間時間を変更する予め規定された紙間時間変更タイミングとを制御することを特徴とする定着装置。
2. 定着部材と、前記定着部材を加熱する加熱源と、前記定着部材と共に定着ニップを形成する加圧部材と、前記加圧部材内部で前記定着部材に対向しニップを形成するニップ形成部材とを備え、未定着画像を担持する記録媒体を前記定着ニップに通過させることにより記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置において、
   非通紙領域の温度を検知する温度検知手段と、通紙される記録媒体の温度を検知する記録媒体温度検知手段とを有し、
   前記温度検知手段により非通紙領域における温度上昇を検知した場合に、前記記録媒体温度検知手段の検知結果に基づき、予め規定された記録媒体と記録媒体の間の間隔である紙間時間と、該紙間時間を変更する予め規定された紙間時間変更タイミングとを制御することを特徴とする定着装置。
3. 前記記録媒体温度検知手段による検知結果が所定値以上の場合、前記紙間時間を短く、前記紙間時間変更タイミングを遅くするように制御し、
   前記記録媒体温度検知手段による検知結果が所定値よりも低い場合、前記紙間時間を長く、前記紙間時間変更タイミングを早くするように制御する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記記録媒体温度検知手段は、定着装置進入前の記録媒体の温度を検知することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記記録媒体温度検知手段が、環境温度を検知する環境温度検知手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 前記記録媒体温度検知手段が、記録媒体通紙時における前記加熱源へ供給する電力のデューティ比に基づいて予測される記録媒体温度を算出する手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 環境温度を検知する環境温度検知手段を有し、
   前記記録媒体温度検知手段の検知結果と、前記環境温度検知手段の検知結果と、記録媒体通紙時における前記加熱源へ供給する電力のデューティ比に基づく記録媒体温度の予測結果のいずれか、または複数の結果に基づき、記録媒体の温度を判断することを特徴とする請求項１〜４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搭載することを特徴とする画像形成装置。
   
   

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