JP2008003326A - 定着装置およびそれを備えてなる画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録用紙を挟んで搬送しながら加熱する１対の加熱ローラおよび加圧ローラと、加熱ローラの周面に接する周面接触部材と、通電により周面接触部材を加熱する周面加熱用ヒータと、周面接触部材の温度を検知する接触部材温度センサと、周面接触部材の上限温度を、単位に時間当たりに搬送される記録用紙の枚数に応じて制御する温度制御部とを備えることを特徴とする定着装置。
【解決手段】複数の印字速度を有する画像形成装置において、外部加熱部への熱供給を適切に制御して低速印字における外部加熱部の劣化を抑制する。
【選択図】図１

Description

この発明は、加熱ローラの表面をする外部加熱部材を有する定着装置、および、それを備えてなる画像形成装置に関する。

近年、カラー画像形成装置の高速化が進んでいる。しかし、カラーの印字速度は、モノクロのいわゆる高速機の印字速度にまで至っていないのが現状である。カラー画像形成は、モノクロ画像形成に比べてそのプロセスが複雑であり、しかも、色合い、色ずれなどモノクロ印字にない画質決定要素を高次元で達成しなければ市場に受け入れられないことがその一因である。一方、モノクロの画像形成装置は、処理速度の高速化が求められている。

カラー印字の画質と、モノクロ印字の高速性を両立させるために、モノクロ画像形成（モノクロ印字モード）とカラー画像形成（カラー印字モード）とで、異なる印字速度を有するカラー画像形成装置が知られている。この場合、画像形成をおこなうときの感光体の移動速度、いわゆるプロセス速度も印字モードに応じて異なるものがある。当然のことながら、カラー印字モードよりもモノクロ印字モードのほうが速いプロセス速度で画像形成をおこなう。

このような画像形成装置の定着部において、定着ローラ（加熱ローラ）の表面温度の降下は、単位時間に通過する印字用紙の枚数に依存する。加熱ローラを通過する印字用紙によって、加熱ローラ表面部から熱が奪われるからである。ヒータから加熱ローラ表面部への供給熱量が、印字用紙に奪われる熱量に追従できなければ、加熱ローラの表面温度が次第に低下する。表面温度が許容範囲を超えて低下すると、トナーの定着が不十分になり、要求される画質および定着性が得られない。印字速度の速いものは、印字速度の遅いものに比較して用紙１枚あたりの熱補給時間が短い。その間に、加熱ローラから奪われた熱を補給しなければならない。更に、一般に、印字速度の速いものは、印字速度の遅いものに比べてプロセス速度が速い。即ち、印字用紙が定着ニップ部を通過する時間が短い。短い時間に印字用紙上に転写されたトナーを溶融させ、印字用紙に定着させる熱量を印字用紙ならびに印字用紙上のトナーに供給しなければならない。

このように、印字速度の速いものは、限られた時間内により多くの熱量を加熱ローラの表面に供給し、さらに加熱ローラ表面を介して、印字用紙ならびにトナーに供給する必要がある。そのためには、ヒータの制御温度を上げ、熱供給源と供給先の温度差を大きくしなければならない。加熱ローラ表面部に熱を供給するヒータは、一般に加熱ローラ内部に設けられる。ヒータからの輻射熱は、加熱ローラ内部の芯金とその周囲の弾性層を伝わって表面部に至る。この場合、加熱ローラの内部は、表面よりも温度が高く、ヒータの制御温度を高くしすぎると熱によって弾性層の内部がダメージをうけてしまう。

そこで、加熱ローラ内部の温度をあまり高くせず、かつ、印字用紙によって奪われた表面部の熱を迅速に供給するために、外部加熱部を用いるものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００４−８５６０１号公報 特開２００４−１９８６５９号公報

外部加熱部を有する定着装置において、より速い印字速度に対応するためには外部加熱部のヒータの制御温度をより高くして迅速に熱を供給すればよい。しかし、外部加熱部の制御温度にも上限がある。あまり温度を高くしすぎると、外部加熱部が熱によるダメージを受けてしまう。

前述のように印字速度の異なる印字モードを有する画像形成装置では、印字速度の速いモノクロ印字モードに対応できるように外部加熱部の上限温度を設定する必要がある。この場合、モノクロ印字モードよりも印字速度の遅いカラー印字モードでは、外部加熱部に必要以上の熱が供給されることになる。その結果、いたずらに外部加熱部の熱による劣化が進むおそれがある。とくに、モノクロ印字モードよりもカラー印字モードの比率が高い使用環境において顕著である。

複数の印字速度を有する画像形成装置において、外部加熱部への熱供給を適切に制御して低速印字における外部加熱部の劣化を抑制する手法が望まれている。

この発明は、記録用紙を挟んで搬送しながら加熱する１対の加熱ローラおよび加圧ローラと、加熱ローラの周面に接する周面接触部材と、通電により周面接触部材を加熱する周面加熱用ヒータと、周面接触部材の温度を検知する接触部材温度センサと、周面接触部材の上限温度を、単位に時間当たりに搬送される記録用紙の枚数に応じて制御する温度制御部とを備えることを特徴とする定着装置を提供する。

さらに、この発明は、前記定着装置を備え、カラー印字モードとモノクロ印字モードのいずれかのモードで選択的に印字を行い、カラー印字モードとモノクロ印字モードは、単位時間当たりの印字枚数が互いに異なり、前記温度制御部は、選択された印字モードに応じて周面接触部材の上限温度を制御することを特徴とする画像形成装置を提供する。

この発明の定着装置は、周面接触部材（外部加熱部）の上限温度を、単位に時間当たりに搬送される記録用紙の枚数に応じて制御する温度制御部を備えるので、周面接触部材への熱供給を適切に制御することができ、従って、印字枚数が少ない場合に周面接触部材の劣化を抑制することができる。
前記周面接触材は、複数のローラと各ローラ間に張り渡された無端ベルトであり、無端ベルトは、前記ローラ間に張り渡された部分が加熱ローラと接するように配置されてもよい。

また、周面加熱用ヒータは、無端ベルトが加熱ローラと接する部分より上流側にある一本目の前記ローラを少なくとも加熱し、当該ローラを介して無端ベルト表面へ熱を供給してもよい。

接触部材温度センサは、無端ベルトの表面温度を検知するものであってもよい。
また、接触部材温度センサは、周面加熱用ヒータによって加熱される前記ローラの周面に無端ベルトを介して配置されてもよい。

また、この発明の画像形成装置は、カラー印字モードとモノクロ印字モードは、単位時間当たりの印字枚数が互いに異なり、前記温度制御部は、選択された印字モードに応じて周面接触部材の上限温度を制御するので、周面接触部材への熱供給を適切に制御することができ、従って、印字枚数が少ない場合に周面接触部材の劣化を抑制することができる。
ここで、モノクロ印字モードは、カラー印字モードよりも単位時間当たりの印字枚数が多くてもよい。

モノクロ印字モードの前記上限温度は、カラー印字モードの前記上限温度よりも高い温度であってもよい。

また、加熱ローラの内部に配置される内部加熱ヒータと、加熱ローラの表面温度を検知する定着温度センサとをさらに備え、前記温度制御部は、定着温度センサにより検知される温度が予め定められた定着制御温度になるように内部加熱ヒータへの通電をさらに制御してもよい。

さらに、前記定着制御温度は、カラー印字モードとモノクロ印字モードで等しい温度であってもよい。

また、前記定着制御温度は、モノクロ印字モードの前記上限温度よりも低く、かつ、カラー印字モードの前記上限温度よりも低い温度であってもよい。

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。以下の説明により、この発明をよりよく理解することが可能であろう。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、限定的なものではないと考えられるべきである。

〔定着装置の構成〕
まず、定着装置４０の構成について説明する。図１は、この発明の一実施形態としての定着装置４０の断面構成を示す説明図である。図１に示すように、定着装置４０は、上述した加熱ローラ６０、加圧ローラ７０の他、外部加熱ユニット７５、及びウェブクリーニング装置９０を備えている。外部加熱ユニット７５は、前述の外部加熱部に相当する。

加熱ローラ６０及び加圧ローラ７０は、所定の荷重（ここでは６００Ｎ）で互いに圧接されており、それによって、二つのローラの圧接部に定着ニップ部Ｎ（加熱ローラ６０及び加圧ローラ７０が互いに当接する部分）が形成されている。本実施形態では、定着ニップ部Ｎのニップ幅（加熱ローラ６０の回転方向（図１のＫ方向）に沿った幅）は、約９ｍｍに設定されている。

加熱ローラ６０は、所定の温度（請求項にいう、定着制御温度。以下同じ）に加熱されて、定着ニップ部Ｎを通過する用紙（記録用紙）Ｐの表面に転写された未定着のトナー像を加熱するものである。この実施形態では、加熱ローラの定着制御温度は１８０℃である。加熱ローラ６０は、芯金の外周面に弾性層を有し、該弾性層の外周面に離型層が形成されてなる３層構造のローラ部材である。

芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属或いはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴムが用いられ、離型層にはＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が用いられる。

加熱ローラ６０の内部（芯金の内部）には、加熱ローラ６０を加熱する熱源であるヒータランプ（ハロゲンランプ）６１が配置されている。ヒータランプ６１は、請求項にいう内部加熱ヒータである。ヒータランプ６１は、図示しないスイッチ素子を介してＡＣ電源に接続されている。前記スイッチ素子は、ヒータランプ６１への電源供給をオンおよびオフするものである。具体的には、トライアックなどの電力半導体素子が適用可能である。スイッチ素子のオン動作およびオフ動作は、図示しない制御部（請求項にいう温度制御部）によって制御される。前記スイッチ素子がオンしてヒータランプ６１に電源が供給されると、ヒータランプ６１は、赤外線を放射する。放射された赤外線は、加熱ローラ６０の内周面に吸収され、それによって加熱ローラ６０全体が加熱される。従って、加熱ローラ６０の表面も加熱される。

前記制御部は、不揮発性記憶素子に記憶された制御プログラムをマイクロコンピュータが実行することにより、その機能が実現されるものであってもよい。また、前記制御部は、定着装置だけでなく、後述する画像形成装置１の各部の動作を制御するものであってもよい。しかし、マイクロコンピュータを用いず、ハードウェアで構成する手法も考えられる。

加圧ローラ７０は、その端部側に設けられた圧接機構（不図示）にて、加熱ローラ６０に対して圧接され、定着ニップ部Ｎに所定の圧を与えるものである。加圧ローラ７０も加熱ローラ６０と同様に、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属或いはそれらの合金等よりなる芯金の表面にシリコンゴム等の弾性層を有し、さらにその上にＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型層が形成された３層構造のローラ部材である。

また、本実施形態では、加圧ローラ７０においても、芯金の内部にヒータランプ７１が備えられている。そして、ヒータランプ７１は、上記制御部（不図示）によってその通電が制御され、オンされると赤外線を放射する。放射された赤外線を加圧ローラ７０の内周面が吸収し、加圧ローラ７０全体が加熱される。

外部加熱ユニット７５は、無端状の外部加熱ベルト（ベルト部材）８０と、該外部加熱ベルト８０が巻架される一対のベルト巻架ローラである加熱ローラ（加熱部材）８１、８２を有している。外部加熱ベルト８０は、請求項にいう無端ベルト、即ち、周面接触部材である。

外部加熱ベルト８０は、所定の温度に加熱された状態で加熱ローラ６０表面に接触して、加熱ローラ６０表面を加熱するものである。後述するように、外部加熱ベルト８０には、裏面に接触する外部加熱ローラ８１を介して熱が供給される。

外部加熱ベルト８０は、加熱ローラ６０の周囲において、定着ニップ部Ｎよりも加熱ローラ６０の回転方向（図１においてＫ方向）の上流側に配置され、後述する圧接機構により、所定の押圧力（ここでは４０Ｎ）をもって加熱ローラ６０に圧接されている。そして、加熱ローラ６０との間に、加熱ニップ部ｎが形成されている。本実施形態では、加熱ニップ部ｎのニップ幅（加熱ローラ６０の回転方向に沿った幅）は、約２０ｍｍである。

外部加熱ベルト８０は、ポリイミド等の耐熱樹脂或いはステンレスやニッケル等の金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、離型層として、耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された２層構成の無端ベルトよりなる。また、外部加熱ベルト８０の寄り力を低減するために、ベルト基材の内面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。

外部加熱ベルト８０は、その機能上、加熱ローラ６０に熱を供給し得る温度に加熱されるが、加熱しすぎるとダメージを受ける。また、加熱ニップ部ｎの温度が高すぎると、加熱ローラ６０もダメージを受ける。従って、外部加熱ベルト８０の表面温度を、所定温度以下に保つことが好ましい。

外部加熱ローラ８１、８２は、アルミニウムや鉄系材料等からなる中空円筒状の金属製芯材からなる。外部加熱ベルト８０の寄り力を低減するために、金属製芯材の表面に、フッ素樹脂等のコーティングを施してもよい。

外部加熱ローラ８１の内部には、熱源となるヒータランプ８３が配置されている。ヒータランプ８３は、請求項にいう周面加熱用ヒータである。ヒータランプ８３は、上記制御部（不図示）にてオンされると赤外線を放射する。放射された赤外線は、外部加熱ローラ８１の内周面に吸収される。これによって、外部加熱ローラ８１全体が加熱される。さらに、熱伝導により、外部加熱ローラ８１に巻架されている外部加熱ベルト８０も加熱される。

また、加熱ローラ６０の周面には温度検出手段としてのサーミスタ６２が配置され、加圧ローラ７０の周面にはサーミスタ７２が配置されている。また、外部加熱ベルト８０の表面側においては、外部加熱ローラ８３と対向する位置にサーミスタ８５が配置されている。サーミスタ６２は、請求項にいう定着温度センサである。サーミスタ８５は、請求項にいう接触部材温度センサである。図示したサーミスタ６２、７２および８５は、いずれも接触型のものであるが、非接触型のサーミスタを用いてもよい。

前記制御部（不図示）は、これらサーミスタ６２、７２、８５の出力に基づいて、加熱ローラ６０、加圧ローラ７０、及び外部加熱ベルト８０の２つの位置における表面温度をそれぞれ算出し、算出された各表面温度がそれぞれの目標温度に近づくように、対応するヒータランプ６１、７１、８３への通電を制御する。制御の詳細については、後述する。

なお、本実施形態では、ヒータランプ６１、７１、８３への通電等の制御を、後述する画像形成装置１の制御部にて行う構成としたが、定着装置４０が独立した制御部を具備する構成としてもよい。

また、図１では図示していないが、加熱ローラ６０の端部に設けられた回転軸には、駆動モータ（駆動源）からの駆動力が伝達され、図１においてＫ方向に回転駆動する。定着動作時等、加熱ローラ６０が回転駆動することで、加熱ローラ６０に圧接されている加圧ローラ７０は、その摩擦力に従動回転する。そのため、加圧ローラ７０の回転方向は、Ｋ方向とは逆方向となる。

外部加熱ユニット７５における外部加熱ベルト８０も、加熱ローラ６０と接触した部分の摩擦力で、加熱ローラ６０に従動回転する。したがって、外部加熱ベルト８０の回転方向は、Ｋ方向とは逆方向となる。そして、外部加熱ローラ８１、８２は、その表面が外部加熱ベルト８０の裏面と接触することで、外部加熱ベルト８０に従動回転する。

用紙Ｐは、定着ニップ部Ｎを、トナー像の形成面が加熱ローラ６０に当接し、裏面が加圧ローラ７０に当接するように搬送される。これにより、用紙Ｐ上に形成されているトナー像は、熱圧着され、用紙Ｐ上に定着する。用紙Ｐの定着ニップ部Ｎの通過速度である定着速度は、搬送ベルト３３の移動速度、即ち用紙搬送速度と同じである。本実施形態では、カラー印字モードの用紙搬送速度は２２５ｍｍ／秒、モノクロ印字モードの用紙搬送速度は３５０ｍｍ／秒である。

外部加熱ユニット７５が、外部加熱ベルト８０を加熱ローラ６０の表面に対して離接させる離接機構を有していてもよい。図３は、この発明の定着装置の異なる態様であって、外部加熱ユニット７５が離接機構を有する例を示す説明図である。図３に示すように、外部加熱ローラ８１、８２と外部加熱ベルト８０が一体のユニットに構成され、軸Ａを介してアーム１０４に対して揺動自在に取り付けられている。また、アーム１０４は、軸Ｂによって回動可能に支持されている。さらに、アーム１０４の軸Ａ付近には、スプリング１０５が取り付けられ、外部加熱ベルト８０を加熱ローラ６０の表面に当接させるようにアーム１０４を付勢している。軸Ｂを介したアーム１０４の反対側には、偏心カム１０６があって、アーム１０４の上面にその周面が当接している。偏心カム１０６は、図示しないカム駆動モータに連結されている。

カム駆動モータを回転させると、偏心カム１０６が回転し、偏心カムの回転に伴ってアーム１０４が軸Ｂを中心に回動する。アーム１０４が軸Ｂを中心に回動すると、外部加熱ベルト８０が加熱ローラ６０の周面に離接する。図３（ａ）は、偏心カム１０６の突起部が上死点にあり、外部加熱ベルト８０が加熱ローラ６０の周面に当接した状態を示している。図３（ｂ）は、偏心カム１０６の突起部が下死点にあり、外部加熱ベルト８０が加熱ローラ６０の周面から離れた状態を示している。偏心カム１０６の回動位置は、図示しないカム位置センサによって検知さる。前記制御部は、カム位置センサからの検知信号に基づいて、カム駆動モータの回転を制御する。なお、カム位置センサは、たとえば、偏心カム１０６の側面の所定位置にマークを付し、反射型のフォトセンサを用いて付されたマークを検知することで実現可能である。

〔定着温度の制御〕
前記制御部は、サーミスタ６２の検知温度に基づいて加熱ローラ６０内部のヒータランプ６１をオンおよびオフさせるようにその通電を制御する。また、前記制御部は、サーミスタ７２の検知温度に基づいて加圧ローラ７０内部のヒータランプ７１をオンおよびオフさせるようにその通電を制御する。さらに前記制御部は、サーミスタ６２とサーミスタ８５のそれぞれの検知温度に基づいて、外部加熱ローラ８１内部のヒータランプ８３をオンおよびオフさせるようにその通電を制御する。詳細は、以下のとおりである。

（１）画像形成処理中の温度制御
画像形成処理中、前記制御部は、サーミスタ６２の検知温度、即ち、加熱ローラ６０の表面温度が定着制御温度を下回ったら、ヒータランプ６１をオンさせる。さらに、ヒータランプ８３もオンさせる。ただし、サーミスタ８５の検知温度、即ち、外部加熱ベルト８０の表面温度が所定温度を上回っている場合、ヒータランプ８３のオフを維持する。これによって、加熱ニップ部ｎの温度が過剰に上昇し、加熱ローラが高温によりダメージを受けることを防止する。ここで、前記所定温度は、印字モードによって異なる。一例では、カラー印字モードの場合に２１０℃、モノクロ印字モードの場合に２２０℃よりサーミスタ８５の検知温度が高い場合、前記制御部は、ヒータランプ８３のオフ状態を継続させるように制御する。

モノクロ印字モードの用紙搬送速度は、カラー印字モードの用紙搬送速度より速い。即ち、モノクロ印字モードの用紙搬送の周期は、カラー印字モードの周期より短い。従って、印字用紙によって加熱ローラ６０が奪われる単位時間当たりの熱量は、モノクロ印字モード中の方が、カラー印字モード中よりも多い。モノクロ印字モード中に外部加熱ベルト８０に供給する熱量は、カラー印字モード中よりも多くする必要がある。この発明によれば、外部加熱ベルト８０の上限温度を、カラー印字モード時よりもモノクロ印字モード時に高く設定する。これによって、加熱ローラ６０表面との温度差をより大きくし、単位時間当たりの供給熱量が多くなる。なお、画像形成処理中、サーミスタ８５の検知温度が前記の上限温度に達し、ヒータランプ８３がオフされる程度に、ヒータランプ６１と８３との加熱量のバランスが設定されていることが好ましい。これは、設計段階で通紙実験をおこなって、各ヒータランプの適当な消費電力を決定することによって実現可能である。

前記制御部は、サーミスタ６２の検知温度が定着制御温度を上回ったら、ヒータランプ６１とヒータランプ８３をオフさせる。

さらに前記制御部は、サーミスタ７２の検知温度が所定温度（以下、加圧ローラ制御温度という）を下回ったら、ヒータランプ７１をオンさせ、前記所定温度を上回ったら、ヒータランプ７１をオフさせるように制御する。

（２）ウォームアップ中の温度制御
次に、電源投入後、待機状態に至るまでのウォームアップ中、前記制御部は、サーミスタ６２の検知温度が定着制御温度に達するまで、ヒータランプ６１をオンさせる。また、サーミスタ７２の検知温度が加圧ローラ制御温度に達するまで、ヒータランプ７１をオンさせる。ヒータランプ８３は、オフのままとする。継続的な加熱によって外部加熱ベルト８０の温度が過剰に上昇し、ダメージを受けることのないようにするためである。

また、外部加熱ユニット７５が、外部加熱ベルト８０を加熱ローラ６０の表面に対して離接させる離接機構を有している場合、前記制御部は、ウォームアップ中、外部加熱ベルト８０を加熱ローラ６０の表面から離間させるように前記離接機構を動作させてもよい。

（３）待機中、予熱モード中の温度制御
ウォームアップ完了後あるいは画像形成終了後、画像形成開始の指示を待つ待機中、前記制御部は、サーミスタ６２の検知温度が定着制御温度を維持するように、ヒータランプ６１をオンおよびオフさせる。また、サーミスタ７２の検知温度が加圧ローラ制御温度を維持するようにヒータランプ７１をオンおよびオフさせる。ヒータランプ８３は、オフのままとする。

また、外部加熱ユニット７５が離接機構を有する場合、前記制御部は、外部加熱ベルト８０を加熱ローラ６０の表面から離間させるように前記離接機構を動作させてもよい。
なお、所定期間待機状態が継続した場合、前記制御部は、待機中の電力を節減するために、加熱ローラ６０の制御温度を下げる。即ち、サーミスタ６２の検知温度が、定着制御温度よりも低い予熱温度を維持するように、ヒータランプ６１をオンおよびオフさせる。

（４）予熱モードからの復帰中
予熱モード中に画像形成開始の指示を受け、予熱モードからの復帰を行う場合、前記制御部は、サーミスタ６２の検知温度が定着制御温度に達するまで、ヒータランプ６１およびヒータランプ８３をオンさせる。ウォームアップ中と異なり、ヒータランプ８３をオンさせるのは、予熱モードからの復帰完了後、ただちに画像形成を開始するからである。
外部加熱ユニット７５が、離接機構を有している場合、前記制御部は、外部加熱ベルト８０を加熱ローラ６０の表面に接触させるように前記離接機構を動作させる。

図４は、この発明の定着装置において、待機中および画像形成処理中におけるヒータランプ６１および８３をオンおよびオフさせる制御の手順を示したフローチャートである。図４の処理は、前記制御部によって実行される。前記制御部は、その他にも、ヒータランプ７１のオンおよびオフをはじめとして、画像形成装置１内の各部の動作を制御する。図４のフローチャートは、時分割的に処理される複数のタスクからヒータランプ６１、８３を制御するためのタスクを抽出し、その実行手順を示したものである。

待機中、前記制御部は、加熱ローラ６０の表面温度、即ち、サーミスタ６２の検知温度が定着制御温度以上か否かを判断する（ステップＳ１１）。検知温度が定着制御温度未満の場合、加熱ローラ内部のヒータランプ６１をオンさせる（ステップＳ１３）。一方、検知温度が定着制御温度以上の場合、ヒータランプ６１をオフさせる（ステップＳ１５）。そして、印字要求があるかどうかを判定する（ステップＳ１７）。印字要求がなければ、ルーチンはステップＳ１１に戻り、ヒータランプ６１のオンおよびオフの制御を繰り返す。

印字要求があった場合、前記制御部は、画像形成の処理を開始すべく、画像形成装置１の各部の動作を制御する。加熱ローラ６０および外部加熱ユニット７５の制御に関しては、まず、外部加熱ベルト８０を加熱ローラ６０に当接させるべく、前記カム駆動モータを回転させる（ステップＳ１９）。

次に、前記制御部は、実行すべき印字モードが、カラー印字モードかモノクロ印字モードかを判断する（ステップＳ２１）。印字モードがモノクロ印字モードの場合は、外部加熱ユニットの上限温度としてモノクロ印字用の温度を選択する（ステップＳ２３）。この実施形態では、モノクロ印字用の温度は２２０℃である。印字モードがカラー印字モードの場合は、外部加熱ユニットの上限温度としてカラー印字用の温度を選択する（ステップＳ２５）。この実施形態では、カラー印字用の温度は２１０℃である。

続いて、前記制御部は、加熱ローラ６０の表面温度が定着制御温度以上か否かを判断する（ステップＳ２７）。検知温度が定着制御温度未満の場合、加熱ローラ内部のヒータランプ６１をオンさせる（ステップＳ２９）。さらに、前記制御部は、外部加熱ベルト８０の表面温度、即ち、サーミスタ８５の検知温度が前記ステップ２３あるいは２５で選択した上限温度以上か否かを判断する（ステップＳ３１）。外部加熱ユニットの表面温度が上限温度以下の場合は、外部加熱ユニットのヒータランプ８３をオンさせる（ステップＳ３３）。その後、ルーチンは、ステップＳ３９へ進む。一方、外部加熱ユニットの表面温度が上限温度以上の場合は、ヒータランプ８３をオフさせる（ステップＳ３４）。その後、ルーチンは、ステップＳ３９へ進む。

前記ステップＳ２７で、検知温度が定着制御温度以上の場合、ヒータランプ６１をオフさせ（ステップＳ３５）、さらに、ヒータランプ８３をオフさせる（ステップＳ３７）。続いて、ルーチンは、ステップＳ３９へ進む。

ステップ３９で、前記制御部は、画像形成処理を終了するかどうかを判定する。画像形成処理が未だ完了していなければ、ルーチンは、ステップＳ２７へ進み、以降の処理を繰り返す。一方、画像形成処理が終了した場合は、待機状態に戻るための処理を行う。即ち、前記制御部は、カム駆動モータを回転させて外部加熱ベルト８０を加熱ローラ６０の表面から離間させる（ステップＳ４１）。さらに、外部加熱ユニット７５のヒータランプ８３をオフする（ステップＳ４３）。その後、ルーチンは、ステップＳ１１へ進み、待機中の処理を行う。

図５は、図４に示す温度制御をおこなった場合の、待機中および画像処理中のサーミスタ６２および８５の検知温度の推移の例を示すグラフである。
画像形成処理の開始後、用紙が定着部を通過することによって加熱ローラ６０の表面温度が降下する。表面温度の降下に応じて、加熱ローラ６０内部のヒータランプ６１と外部加熱ユニットのヒータランプ８３が点灯する。加熱ローラ６０内部からの熱が弾性層の表面に伝わるまでに時間遅れがあるが、その間に外部加熱ベルト８０から加熱ローラ６０の表面部に熱が供給される。したがって、外部加熱ベルト８０を有していない定着装置に比べると、画像形成処理開始後の加熱ローラ６０の表面温度の落ち込みの程度は、抑制される。

モノクロ印字モードの場合、カラー印字モードに比べて単位時間当たりに通過する用紙の枚数が多い。従って、前記表面温度の降下が速い。しかし、外部加熱ベルト８０の上限温度がカラー印字モードよりも高く設定されているので、外部加熱ベルト８０の温度推移は、カラー印字モードのときよりも高い。このため、加熱ローラ６０への熱供給量がカラー印字モードのときよりも多くなる。その結果、前記表面温度の極小点の温度は、カラー印字モードと同じ程度にとどまる。

〔画像形成装置の構成〕
図２を参照して本実施形態の定着装置を備える画像形成装置について説明する。図２は、この発明に係る画像形成装置の内部構造を模式的に示す説明図である。

図２に示す画像形成装置１は、画像データに基づいて、カラー画像またはモノクロ画像を用紙Ｐに形成するものである。前記画像データは、ネットワークを介して送信されるものや、スキャナによって読み取られる。ここでは、乾式電子写真方式かつ４連タンデム方式のカラープリンタを例示する。

画像形成装置１は、可視像形成部５０、用紙搬送部３０、定着装置４０、及び供給トレイ２０を備えている。
可視像形成部５０は、イエロー可視像形成ユニット５０Ｙ、マゼンタ可視像形成ユニット５０Ｍ、シアン可視像形成ユニット５０Ｃ、ブラック可視像形成ユニット５０Ｂから構成される。具体的な配置としては、供給トレイ２０と定着装置４０との間において、供給トレイ側２０から、イエロー可視像形成ユニット５０Ｙ、マゼンタ可視像形成ユニット５０Ｍ、シアン可視像形成ユニット５０Ｃ、ブラック可視像形成ユニット５０Ｂがこの順に併設されている。

これら可視像形成ユニット５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、各々、実質的に同一の構成を有しており、画像データに基づいて、イエロー画像、マゼンタ画像、シアン画像、ブラック画像をそれぞれ形成し、後述する搬送ベルト３３にて搬送される用紙Ｐ上に転写するものである。

各可視像形成ユニット５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂはそれぞれ、感光体ドラム５１を備えている。そして、感光体ドラム５１の周囲には、感光体ドラム５１の回転方向（矢印Ｆ方向）に沿って、帯電ローラ５２、露光ユニット５３、現像ユニット５４、転写ローラ５５、及びクリーニング装置５６が配置されている。
感光体ドラム５１は、表面に感光性材料層を有し、矢印Ｆ方向に回転駆動する。帯電ローラ５２は、感光体ドラム５１の表面を一様（均一）に帯電する帯電器である。

露光ユニット５３は、帯電された感光体ドラム５１の表面を入力される画像信号に基づいて露光し、静電潜像を生成するものである。露光ユニット５３の一例は、ＬＥＤアレイである。あるいは、レーザビームをポリゴンミラーに反射させて偏向走査させるレーザビームスキャナユニットを用いてもよい。カラー印字モードのとき、可視像形成ユニット５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの各露光ユニット５３にはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの各色成分に対応する画素データが入力される。従って、各感光体ドラム５１上には、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの各色成分に対応する静電潜像がそれぞれ形成される。一方、モノクロ印字モードのとき、可視像形成ユニット５０Ｂの露光ユニット５３のみにブラック成分に対応する画素データが入力される。イエロー、マゼンタ及びシアン用の露光ユニットには、画像データが入力されない。従って、ブラック用の感光体ドラム５１上にのみ静電潜像が形成される。イエロー、マゼンタ、シアン用の感光体ドラム５１には静電潜像が形成されない。

現像ユニット５４は、トナーを含む現像剤によって、感光体ドラム５１表面に形成された静電潜像を現像し、トナー像（顕像）を形成するものである。可視像形成ユニット５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの各現像ユニット５４はそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの対応する現像剤を用いてトナー像を形成する。カラー印字モードのときは、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの静電潜像がそれぞれ形成されているので、各色成分のトナー像が形成される。モノクロ印字モードのときは、ブラックのトナー像のみが形成される。イエロー、マゼンタ及びシアンの各色成分については、静電潜像が形成されていないので、それらの色成分のトナー像は形成されない。用いられる現像剤としては、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナー及びキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）等の現像剤（以下、トナーとも称する）などがある。

転写ローラ５５は、後述する搬送ベルト３３の裏面側に配置されており、感光体ドラム５１上のトナー像を、搬送ベルト３３にて搬送される用紙Ｐ上に転写するものである。転写ローラ５５には、接地電位に対してトナーと逆極性のバイアス電圧が印加し得るように構成されている。用紙Ｐが転写ローラ５５を通過するタイミングで、前記バイアス電圧を転写ローラ５５に印加することによって、感光体ドラム５１上のトナー像が用紙Ｐ上に転写される。

クリーニング装置５６は、用紙Ｐへの画像転写後に感光体ドラム５１上に残留しているトナーを除去するものである。
用紙搬送部３０は、搬送ベルト３３と、該搬送ベルト３３を巻架する駆動ローラ３１及びアイドリングローラ３２よりなる。用紙搬送部３０は、供給トレイ２０から送り込まれた用紙Ｐを搬送ベルト３３に吸着保持し、可視像形成ユニット５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂによって形成されたトナー像が順に用紙Ｐ上に転写されるように、用紙Ｐを搬送するものである。駆動ローラ３１の回転により、搬送ベルト３３は、所定の周速度で回動する。

この実施形態において、搬送ベルト３３の周速度は、カラー印字モードのときは２２５ｍｍ／秒、モノクロ印字モードのときは３５０ｍｍ／秒である。トナー像が転写された用紙Ｐは、駆動ローラ３１の曲率によって搬送ベルト３３から剥離され、定着装置４０へと搬送されるようになっている（矢印Ｚは搬送方向を、一点鎖線は搬送経路を示す）。

定着装置４０は、少なくとも一方側が加熱されると共に、互いに圧接された加熱ローラ６０と加圧ローラ７０とを有しており、圧接部である定着ニップ部Ｎに、未定着のトナー像が転写された用紙Ｐを通過させることで、トナー像を用紙Ｐに熱定着させるものである。定着装置４０の詳細は、前述したとおりである。
定着装置４０によって表面にトナー像が定着された用紙Ｐは、画像形成装置１の外部の排紙トレイ（不図示）に排出され、これにて、画像形成処理が終了する。

また、画像形成装置１には、上述した各部に対する動作制御や画像データに対する画像処理を行うための制御部が搭載されている。制御部は、ＣＰＵ部及びＲＡＭ部を少なくとも含むマイクロコンピュータであり、図示しない不揮発性記憶素子、例えば、フラッシュＲＯＭに予め記録された制御プログラムに従って上記の動作制御および画像処理を実行する。

最後に、前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得ることは明らかである。そのような変形例は、この発明の特徴及び範囲に属さないと解釈されるべきものではない。本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更とが含まれることが意図される。

この発明の一実施形態としての定着装置４０の断面構成を示す説明図である。 この発明に係る画像形成装置の内部構造を模式的に示す説明図である。 この発明の定着装置の異なる態様であって、外部加熱ユニット７５が離接機構を有する例を示す説明図である。 この発明の定着装置において、待機中および画像形成処理中におけるヒータランプ６１および８３をオンおよびオフさせる制御の手順を示したフローチャートである。 図４に示す温度制御をおこなった場合の、待機中および画像処理中のサーミスタ６２および８５の検知温度の推移の例を示すグラフである。

符号の説明

１ 画像形成装置
２０ 給紙トレイ
３０ 用紙搬送部
３１ 駆動ローラ
３２ アイドリングローラ
３３ 搬送ベルト
４０ 定着装置
５０ 可視像形成部
５１ 感光体ドラム
５２ 帯電ローラ
５３ 露光ユニット
５４ 現像ユニット
５５ 転写ローラ
５６ クリーニング装置
５０Ｙ イエロー可視像形成ユニット
５０Ｍ マゼンタ可視像形成ユニット
５０Ｃ シアン可視像形成ユニット
５０Ｂ ブラック可視像形成ユニット
６０ 加熱ローラ
６１、７１、８３ ヒータランプ
６２、７２、８５ サーミスタ、温度検出手段
７０ 加圧ローラ
７５ 外部加熱ユニット、外部加熱部
８０ 外部加熱ベルト
８１、８２ 加熱ローラ
９０ ウェブクリーニング装置
１０４ アーム
１０５ スプリング
１０６ 偏心カム
Ｐ 用紙、記録用紙
Ｎ 定着ニップ部
ｎ 加熱ニップ部

Claims (11)

1. 記録用紙を挟んで搬送しながら加熱する１対の加熱ローラおよび加圧ローラと、
   加熱ローラの周面に接する周面接触部材と、
   通電により周面接触部材を加熱する周面加熱用ヒータと、
   周面接触部材の温度を検知する接触部材温度センサと、
   周面接触部材の上限温度を、単位に時間当たりに搬送される記録用紙の枚数に応じて制御する温度制御部とを備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記周面接触材は、複数のローラと各ローラ間に張り渡された無端ベルトであり、
   無端ベルトは、前記ローラ間に張り渡された部分が加熱ローラと接するように配置される請求項１記載の定着装置。
3. 周面加熱用ヒータは、無端ベルトが加熱ローラと接する部分より上流側にある一本目の前記ローラを少なくとも加熱し、当該ローラを介して無端ベルト表面へ熱を供給する請求項２記載の定着装置。
4. 接触部材温度センサは、無端ベルトの表面温度を検知する請求項２記載の定着装置。
5. 接触部材温度センサは、周面加熱用ヒータによって加熱される前記ローラの周面に無端ベルトを介して配置される請求項２記載の定着装置。
6. 請求項１に記載の定着装置を備え、
   カラー印字モードとモノクロ印字モードのいずれかのモードで選択的に印字を行い、
   カラー印字モードとモノクロ印字モードは、単位時間当たりの印字枚数が互いに異なり、
   前記温度制御部は、選択された印字モードに応じて周面接触部材の上限温度を制御することを特徴とする画像形成装置。
7. モノクロ印字モードは、カラー印字モードよりも単位時間当たりの印字枚数が多い請求項６記載の画像形成装置。
8. モノクロ印字モードの前記上限温度は、カラー印字モードの前記上限温度よりも高い温度である請求項６記載の画像形成装置。
9. 加熱ローラの内部に配置される内部加熱ヒータと、
   加熱ローラの表面温度を検知する定着温度センサとをさらに備え、
   前記温度制御部は、定着温度センサにより検知される温度が予め定められた定着制御温度になるように内部加熱ヒータへの通電をさらに制御する請求項６記載の画像形成装置。
10. 前記定着制御温度は、カラー印字モードとモノクロ印字モードで等しい温度である請求項９記載の画像形成装置。
11. 前記定着制御温度は、モノクロ印字モードの前記上限温度よりも低く、かつ、カラー印字モードの前記上限温度よりも低い温度である請求項９記載の画像形成装置。