JP5578349B2 - 定着装置、画像形成装置及び定着装置の温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着させる定着装置、及びその温度制御方法、並びに定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置において、紙などの記録媒体に転写されたトナー画像を定着させる定着装置として、熱定着方式のものが主流となっている。この種の定着装置は、一般に、加熱源によって加熱される定着部材と、その定着部材に対向する対向部材とを有し、これらが互いに接触して形成される定着ニップに記録媒体を通過させることで、その記録媒体上の未定着トナー画像を熱と圧力で定着する。また、定着部材には、接触式又は非接触式の温度検知手段が設けられており、この温度検知手段で検知した温度に基づいて、定着部材の温度がトナー画像の定着に最適な温度を含む所定の温度範囲内に維持されるように、加熱源への通電・非通電が自動的に制御されている。

しかし、上記のように定着部材の温度を所定の範囲内に制御しても、外気温度や外気湿度の状態によって定着性能は左右される。すなわち、外気温度が低い場合には、記録媒体としての紙等の温度が低くなり、外気湿度が高い場合には紙等が吸湿して含水率が高くなるため、定着性能が悪化する傾向がある。これは加熱面の温度が同じであっても定着ニップでの記録媒体の温度上昇が異なってくるからである。

このような定着性能の悪化を防止するため、従来の画像形成装置では、外気温度及び外気湿度を検出する手段とその出力に応じて加熱面の温度を制御する定着装置や（例えば、特許文献１、２参照）、あるいは紙の含水率を検出して定着部材の温度を制御する画像形成装置等が種々提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また、紙の含水率が高くなると、温度の低い対向部材側に紙がカールしやすくなり、このような紙のカールは定着部材と対向部材の温度差が大きくなることにより顕著になることが知られている。特に、紙のカール量が増大すると、通紙性能が低下してジャムが生じたり、紙が排紙トレイ上に排出されても積載状態が悪くなったりする。

そのため、従来、定着後の紙のカールを低減させる手段として、例えば、定着部材及び対向部材の双方に加熱源を備え、定着部材と対向部材の温度差を小さくするようにした画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１、２、３、４参照）。

図５は、従来の定着装置の温度制御方法を説明するための図である。同図の（ａ）は定着部材の表面温度、（ｂ）は対向部材の表面温度、（ｃ）は対向部材の内部に設けた加熱源への通電のＯＮ・ＯＦＦのタイミングチャートを示す。定着部材と対向部材にはそれぞれ表面温度を検知するための温度検知手段が設けてあり、各温度検知手段が検知した温度に基づいて、定着部材と対向部材は所定の目標温度（定着目標温度、対向目標温度）に維持されるように制御される。また、図５において、対向部材の蓄熱量を一点鎖線で示す。

一般に、定着部材の温度は対向部材の温度よりも高く設定されている。このため、図５に示すｔ１の時点で定着部材と対向部材が回転を開始すると、定着ニップを介して定着部材から対向部材の周方向全体に熱が伝達され対向部材の表面温度が上昇する。その後、図５に示すｔ２からｔ３の間で定着ニップに通紙されると、紙によって対向部材の熱が奪われるため、対向部材の表面温度は低下する。そして、その紙が定着ニップを通過した図５のｔ３の時点から、次の紙が通紙される同図のｔ４までの間、対向部材は再び定着部材と接触し、定着部材から対向部材に熱が伝達され、対向部材の表面温度は上昇する。以降、連続して通紙する場合は、上記と同様に、対向部材における通紙時の温度低下と、非通紙時の温度上昇が繰り返される。

上記のように、図５のｔ１からｔ２の間で対向部材の表面温度が上昇すると、表面温度が目標温度を超えるので、加熱源がＯＦＦとなり、対向部材は加熱されない状態が続く。その結果、対向部材の表面温度が高くても、蓄熱量が不十分となる（図５の符号αで示す箇所を参照）。このため、その後、通紙が行われることにより紙によって熱が奪われると、対向部材の温度は急激に低下する。そして、対向部材の表面温度が目標温度を下回ると、加熱源はＯＮとなるが、加熱部材は定着ニップの幅を確保する目的からある程度の厚さの弾性層を有しているので熱容量が大きく、加熱された熱が表面に伝達されるまでに時間を要する。さらに、装置の使用可能電力の制限から対向部材に与える熱源の容量は小さくせざるを得ないので、対向部材の熱応答性は良くない。このため、対向部材の表面温度は低下し続ける（図５の符号βで示す箇所を参照）。

その後、熱が対向部材の表面に伝わって表面温度が上昇するが、この熱が表面温度に伝わった時点では、逆に蓄熱量が多くなりすぎており、対向部材の加熱源をＯＦＦにした後も表面温度は上昇して高くなりすぎてしまう（図５の符号γで示す箇所を参照）。以降、この繰り返しとなり、対向部材の温度はなかなか安定しない。

以上のように、従来の温度制御方法では、対向部材の表面が定着部材の熱により温度上昇した結果、その後の通紙による温度の落ち込みを見越して対向部材を必要なときに加熱できないので、対向部材の温度が安定せず、その結果、記録媒体のカールや定着不良などの不具合が発生する虞がある。

本発明は、斯かる事情に鑑み、対向部材の温度変動を抑制し、記録媒体のカール軽減や定着性の向上等と図れる定着装置、及びその温度制御方法、並びにその定着装置を備えた画像形成装置を提供しようとするものである。

本発明に係る定着装置は、定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置であって、前記対向部材の表面温度を所定の目標温度に制御するように構成した定着装置において、前記対向部材の目標温度として、画像の定着に適した対向部材の温度である第１目標温度と、その第１目標温度よりも高い第２目標温度を設定し、前記対向部材の表面温度が前記第１目標温度を超え、かつ、少なくとも前記定着ニップに記録媒体が存在しない所定の条件下のときに、前記第１目標温度から前記第２目標温度に変更して、前記対向部材加熱手段を発熱させると共に、前記定着部材の表面温度と前記対向部材の表面温度との温度差が大きい場合は、前記第２目標温度を高く設定し、前記温度差が小さい場合は、前記第２目標温度を低く設定するようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る定着装置は、定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置において、前記対向部材の定着ニップ上流側及び定着ニップ下流側の各表面温度を検知する対向部材温度検知手段を備え、前記対向部材のニップ下流側の表面温度からニップ上流側の表面温度を減算した温度差に基づいて、前記対向部材加熱手段の発熱による前記対向部材の表面温度上昇と、前記定着部材から供給される熱による前記対向部材の表面温度上昇との関係を予測し、この予測に基づき前記対向部材加熱手段を発熱させることを特徴とする。

また、本発明に係る定着装置は、定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置において、前記対向部材の定着ニップ上流側及び定着ニップ下流側の各表面温度を検知する対向部材温度検知手段を備え、前記定着ニップに記録媒体が存在しないときで、かつ、前記対向部材のニップ下流側の表面温度からニップ上流側の表面温度を減算した温度差が、所定の閾値以上となっている場合に、前記対向部材加熱手段を、前記温度差が前記閾値未満でかつ閾値直近のときに設定されている加熱デューティよりも大きい加熱デューティで発熱させることを特徴とする。

本発明に係る定着装置の温度制御方法は、定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置であって、前記対向部材の表面温度を所定の目標温度に制御する定着装置の温度制御方法において、前記対向部材の表面温度が、画像の定着に適した対向部材の温度である第１目標温度を超え、かつ、少なくとも前記定着ニップに記録媒体が存在しない所定の条件下のときに、前記第１目標温度から第１目標温度よりも高い第２目標温度に変更して、前記対向部材加熱手段を発熱させると共に、前記定着部材の表面温度と前記対向部材の表面温度との温度差が大きい場合は、前記第２目標温度を高く設定し、前記温度差が小さい場合は、前記第２目標温度を低く設定することを特徴とする。

また、本発明に係る定着装置の温度制御方法は、定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置の温度制御方法において、前記対向部材のニップ下流側の表面温度からニップ上流側の表面温度を減算した温度差に基づいて、前記対向部材加熱手段の発熱による前記対向部材の表面温度上昇と、前記定着部材から供給される熱による前記対向部材の表面温度上昇との関係を予測し、この予測に基づき前記対向部材加熱手段を発熱させることを特徴とする。

また、本発明に係る定着装置の温度制御方法は、定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置の温度制御方法において、前記定着ニップに記録媒体が存在しないときで、かつ、前記対向部材のニップ下流側の表面温度からニップ上流側の表面温度を減算した温度差が、所定の閾値以上となっている場合に、前記対向部材加熱手段を、前記温度差が前記閾値未満でかつ閾値直近のときに設定されている加熱デューティよりも大きい加熱デューティで発熱させることを特徴とする。

本発明によれば、記録媒体が定着ニップを通過することによる対向部材の表面温度の落ち込みを見越して対向部材加熱手段を発熱させることができる。これにより、対向部材を十分に蓄熱させることができるので、従来に比べて、記録媒体の通過による温度の落ち込みを抑制することができ、対向部材の表面温度を目標温度に近づけて安定させることが可能となる。その結果、定着部材と対向部材との温度差を小さくすることができ、記録媒体のカール軽減や定着性の向上等を図れるようになる。

本発明の実施の一形態に係るカラーレーザプリンタの概略構成図である。 前記プリンタに搭載された定着装置の概略構成図である。 本発明の定着装置の温度制御方法を説明するための図である。 決定テーブルの一例を示す図である。 従来の定着装置の温度制御方法を説明するための図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置であるカラーレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）の概略構成図である。ただし、本発明は、図１に示すプリンタに限らず、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置にも適用可能である。

図１に示すプリンタ１００は、画像形成ユニットとしての４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋを並べて配設したタンデム型の画像形成部を備える。各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、プリンタ本体に着脱可能に構成されており、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの異なる色のトナーを収容している以外は同様の構成となっている。具体的には、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体２と、感光体２の表面を帯電する帯電手段としての帯電装置３と、感光体２上にトナー画像を形成する現像手段としての現像装置４と、感光体２の表面上のトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置５を備えている。なお、図１では、イエローのプロセスユニット１Ｙが備える帯電ローラ３、現像装置４、クリーニング装置５のみに符号を付しており、その他のプロセスユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋにおいては符号を省略している。

プリンタ１００の上部には、各色のトナーを充填したトナーボトル６Ｙ，６Ｃ，６Ｍ，６Ｂｋが設けてある。各トナーボトル６Ｙ，６Ｃ，６Ｍ，６Ｂｋ内のトナーは、図示しないトナー移送管を介して対応する現像装置４へ移送されるようになっている。

各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの下方には、各感光体２の表面を露光する露光装置８が配設されている。露光装置８は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体２の表面へレーザ光を照射するようになっている。

各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋと各トナーボトル６Ｙ，６Ｃ，６Ｍ，６Ｂｋとの間には、転写装置９が配設されている。転写装置９は、転写体としての無端状のベルトから成る中間転写ベルト１１を有する。中間転写ベルト１１は、複数の支持ローラ１２，１３，１４，１５によって張架されている。複数の支持ローラ１２，１３，１４，１５のうちの１つが駆動ローラとなっており、その駆動ローラが回転することにより、中間転写ベルト１１は図の矢印に示す方向に走行するようになっている。

４つの感光体２に対向した位置に、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ１６が配設されている。各一次転写ローラ１６と各感光体２とによって中間転写ベルト１１を挟み込んだ箇所には、一次転写ニップが形成されている。また、中間転写ベルト１１の図の右側の外周面に、二次転写手段としての二次転写ローラ１７が当接している。この二次転写ローラ１７とこれに対向する支持ローラ１２とによって中間転写ベルト１１を挟み込んだ箇所には、二次転写ニップが形成されている。また、中間転写ベルト１１の図の左端の外周面には、中間転写ベルト１１の表面を清掃するベルトクリーニング装置１８が配設されている。

また、プリンタ１００の下部には、記録媒体としての記録用紙Ｐを収容した給紙トレイ１９や、給紙トレイ１９から記録用紙Ｐを搬出する給紙ローラ２０等が設けてある。また、プリンタ１００内には、給紙トレイ１９から上方へ記録用紙Ｐを案内するための搬送経路Ｒが形成されている。この搬送経路Ｒにおいて、給紙ローラ２０を配設した位置から二次転写ローラ１７を配設した位置に至る途中には、記録用紙Ｐの搬送タイミングを計るための一対のレジストローラ２１が配設されている。また、二次転写ローラ１７の配設位置の上方には、記録用紙Ｐ上の画像を定着させるための定着装置２２を配設している。さらに、定着装置２２の上方には、プリンタ１００の上面を凹ませて形成したストック部２３に記録用紙Ｐを排出するための一対の排紙ローラ２４が配設されている。

以下、図１を参照して上記画像形成装置の基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの感光体２が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体２の表面が帯電装置３によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体２の表面には、露光装置８からレーザ光がそれぞれ照射されて、それぞれの感光体２の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体２に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように感光体２上に形成された静電潜像に、各現像装置４によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視画像化）される。

中間転写ベルト１１を張架する駆動ローラが回転駆動することにより、中間転写ベルト１１が図の矢印で示す方向に走行する。また、各一次転写ローラ１６に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ１６と各感光体２との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。そして、各感光体２に形成された各色のトナー画像が、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト１１上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト１１はその表面にフルカラーのトナー画像を担持する。また、トナー画像の転写を終えた各感光体２の表面に、潤滑剤塗布装置６によって潤滑剤が塗布され、次いで、クリーニング装置５によって各感光体２の表面に残留するトナーが除去される。

また、作像動作が開始されると、給紙ローラ２０の回転を開始し、給紙トレイ１９に収容された記録用紙Ｐが搬送経路Ｒに送り出される。搬送経路Ｒに送り出された記録用紙Ｐは、レジストローラ２１によって一旦停止される。その後、レジストローラ２１の駆動を再開し、記録用紙Ｐを、上記中間転写ベルト１１上のトナー画像とタイミングを合わせて、二次転写ローラ１７と中間転写ベルト１１との間の二次転写ニップに送る。このとき二次転写ローラ１７には、中間転写ベルト１１上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより二次転写ニップに転写電界が形成されている。そして、記録用紙Ｐと中間転写ベルト１１上のトナー画像とが二次転写ニップに到達した際、二次転写ニップに形成された転写電界によって、中間転写ベルト１１上のトナー画像が記録用紙Ｐ上に一括して転写される。また、転写後の中間転写ベルト１１上に残留するトナーは、ベルトクリーニング装置１８によって除去される。トナー画像が転写された記録用紙Ｐは定着手段２２へと搬送され、そこでトナー画像が記録用紙Ｐに定着される。その後、記録用紙Ｐは排紙ローラ２４によってストック部２３へと排出される。

以上の説明は、記録用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つのプロセスユニットを使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

図２は、上記本発明のプリンタに搭載された定着装置の概略構成図である。
図２に示すように、定着装置２２は、定着部材としての定着ローラ３０と、定着ローラ３０に対向して設けられた対向部材としての加圧ローラ３１と、定着ローラ３０（定着部材）を加熱する定着部材加熱手段としてのヒータ３２と、加圧ローラ３１（対向部材）を加熱する対向部材加熱手段としてのヒータ３３と、定着ローラ３０（定着部材）の表面温度を検知する定着部材温度検知手段としての温度センサ３４と、加圧ローラ３１（対向部材）の表面温度を検知する対向部材温度検知手段としての２つの温度センサ３５，３６と、各温度センサ３４，３５，３６の検知温度に基づいて各ヒータ３２，３３の発熱を制御する加熱制御手段３７等を備える。

定着ローラ３０は、円筒状に形成された金属製の芯金３０ａによって構成されている。この芯金３０ａ内にヒータ３２が配設されており、ヒータ３２が発熱することにより定着ローラ３０が加熱されるようになっている。

加圧ローラ３１は、円筒状に形成された金属製の芯金３１ａと、その芯金３１ａの表面に設けられたシリコンゴム等から成る弾性層１３ｂとによって構成されている。加圧ローラ３１においても、芯金３１ｂ内にヒータ３３が配設されており、そのヒータ３３が発熱することによって加圧ローラ３１が加熱される。加圧ローラ３１は、図示しないスプリング等の付勢部材によって定着ローラ３０に圧接され、その圧接した箇所に定着ニップＮが形成されている。また、加圧ローラ３１は、図示しない駆動源によって回転可能に構成されており、定着ローラ３０は、回転する加圧ローラ３１に従動回転するようになっている。

なお、定着部材及び対向部材として、ローラ状のもの以外に、ベルト状や板状等の様々な形状のものを適用可能である。また、定着部材と対向部材は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わす単に接触させるだけの構成としてもよい。

定着ローラ３０の表面温度を検知する温度センサ３４は、定着ニップＮに対して記録媒体搬送方向（図２の矢印Ｘ方向）の上流側に配設されている。また、加圧ローラ３１の表面温度を検知する温度センサ３５，３６は、定着ニップＮに対して記録媒体搬送方向の上流側と下流側に配設されている。本実施形態では、各温度センサ３４，３５，３６は非接触式の温度センサとしているが、接触式の温度センサであってもよい。

加熱制御手段３７は、プリンタ本体に設けられたＣＰＵ等で構成される。加熱制御手段３７が、各温度センサ３４，３５，３６の検知温度に基づいて、各ヒータ３２，３３への通電・非通電を制御することにより、定着ローラ３０と加圧ローラ３１がそれぞれの所定の目標温度に加熱されるようになっている。

上記のように構成された定着装置２２は、次のように動作する。
プリンタ本体の電源スイッチが投入されると、交流電源から各ヒータ３２，３３に交流電圧が印加（給電）されるとともに、不図示の駆動モータによって加圧ローラ３１が回転駆動され、それと同時に定着ローラ３０が従動回転する。その後、上記給紙トレイ１９から記録用紙Ｐが給送されて、二次転写ニップの位置で記録用紙Ｐ上にトナー画像が担持される。そして、図２に示すように、未定着のトナーＴ（トナー画像）が担持された記録用紙Ｐは、定着装置２２に搬送されて、定着ニップＮに送入される。そして、定着ローラ３０及び加圧ローラ３１による熱と押圧力とによって、記録用紙Ｐの表面にトナーＴが定着される。その後、記録用紙Ｐは、回転する定着ローラ３０及び加圧ローラ３１によって定着ニップＮから送り出され、上記排紙ローラ２４によってストック部２３に排出される。

以下、図３に基づいて、本発明の特徴部分である定着装置の温度制御方法について説明する。
図３において、（ａ）は定着部材としての定着ローラ３０の表面温度、（ｂ）は対向部材としての加圧ローラ３１の表面温度、（ｃ）は加圧ローラ３１の内部に設けたのヒータ３３への通電のＯＮ・ＯＦＦのタイミングチャートを示す。

図３に示すように、本発明の温度制御方法では、加圧ローラ３１の目標温度として、第１目標温度と、それよりも高い第２目標温度を設定している。ここでいう第１目標温度は、画像の定着に適した加圧ローラ３１の表面温度である最終的な目標温度であり、第２目標温度は、加圧ローラ３１の表面温度を第１目標温度に近づけるための一時的な目標温度である。この第２目標値は、定着装置の熱容量、印刷速度、記録用紙の厚さ等によって決定される。

また、本発明のプリンタは、定着ニップＮに記録用紙Ｐが存在するか否か、すなわち通紙時か非通紙時かを判断する判断部を有する。通紙時・非通紙時の判断は、例えば、給紙トレイからの給紙タイミングと搬送速度、及び定着ニップＮまでの距離から容易に算出することが可能である。図３において、符号Ａで示す時間帯は通紙時を示し、符号Ｂで示す時間帯は非通紙時を示している。

図３を例に説明すると、同図のｔ１で示す時点より前では、定着装置は待機状態（即時印刷可能な状態）となっており、このとき、定着ローラ３０の表面温度は定着目標温度となるように維持され、加圧ローラ３１の表面温度は第１目標温度となるように維持されている。印刷動作が開始されると、まず、図のｔ１の時点で定着ローラ３０と加圧ローラ３１との回転が開始される。定着目標温度は第１目標温度よりも高く設定してあるので、定着ローラ３０と加圧ローラ３１との回転が開始されると、定着ニップＮを介して定着ローラ３０から加圧ローラ３１の周方向全体に熱が伝達されることにより、加圧ローラ３１の表面温度が上昇する。また、このとき、加圧ローラ３１の目標温度を第１目標温度から第２目標温度に変更する。

上記回転開始後の加圧ローラ３１の表面温度の上昇によって、加圧ローラ３１の表面温度は第１目標温度を超えるが、目標温度を第２目標温度に変更することにより、加圧ローラ３１の表面温度は、変更後の目標温度（第２目標温度）よりも低いと判断される。その結果、加圧ローラ３１内のヒータ３３への通電がＯＮとなり、加圧ローラ３１への蓄熱が行われる。

その後、図３に示すｔ２の時点で、記録用紙Ｐが定着ニップＮに到達すると、加圧ローラ３１の目標温度を第２目標温度から第１目標温度に戻す。その結果、加圧ローラ３１の表面温度が、変更後の目標温度（第１目標温度）よりも高いと判断され、ヒータ３３への通電がＯＦＦとなる。また、記録用紙Ｐが定着ニップＮを通過する図３のｔ２からｔ３の間、記録用紙Ｐによって加圧ローラ３１の熱が奪われ、加圧ローラ３１の表面温度は低下するが、それでもこの場合は、加圧ローラ３１の表面温度は第１目標温度を超えているため、ヒータ３３への通電はＯＦＦに維持される。

その後、図３のｔ３で示す、上記記録用紙Ｐが定着ニップＮから排出される時点で、加圧ローラ３１の目標温度を再び第１目標温度から第２目標温度に変更する。次の記録用紙Ｐが定着ニップＮに到達するまでの図３のｔ３からｔ４の間では、定着ニップＮに記録用紙Ｐは存在しないので、定着ローラ３０と加圧ローラ３１とが接触した状態となり、定着ローラ３０から加圧ローラ３１に熱が伝達され、加圧ローラ３１の表面温度が上昇する。この場合、加圧ローラ３１の表面温度が上昇しても、その表面温度は変更後の目標温度（第２目標温度）よりも低いので、加圧ローラ３１内のヒータ３３への通電がＯＮとなり、加圧ローラ３１への蓄熱が行われる。

そして、次の記録用紙Ｐが定着ニップＮに到達した時点（図３のｔ４の時点）で、加圧ローラ３１の目標温度を第２目標温度から第１目標温度に戻す。この場合、定着ローラ３１の表面温度は、記録用紙Ｐによって熱が奪われることにより低下するが、図３のｔ５で示す時点までは第１目標温度よりも高いので、ヒータ３３への通電はＯＦＦとなる。しかし、その後は、加圧ローラ３１の温度が第１目標温度を下回るため、ヒータ３３への通電がＯＮとなる。

そして、図３に示すｔ６の時点で、２枚目の記録用紙Ｐが定着ニップＮから排出されると、加圧ローラ３１の目標温度を第１目標温度から第２目標温度に変更する。以降、上記と同様に温度制御を行う。

以上のように、本発明の温度制御方法によれば、加圧ローラ３１の表面温度が第１目標温度を超え、かつ、定着ニップＮに記録用紙Ｐが存在しないとき、すなわち、図３においてｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ６〜ｔ７に示す斜線の時間帯において、加圧ローラ３１の目標温度を第２目標温度に変更することにより、加圧ローラ３１内のヒータ３３への通電をＯＮにすることを可能としている。この時間帯は、従来の制御方法では、加圧ローラ（対向部材）の表面温度が目標温度を超えているためヒータをＯＮにできなかった時間帯である。このように、本発明では、従来、ヒータ３３をＯＮにできなかった時間帯においても、ヒータをＯＮにすることができるので、図３の二点鎖線で示す本発明の制御方法による加圧ローラ３１の蓄熱量は、同図の一点鎖線で示す従来の制御方法による蓄熱量に比べて、増加する。そして、蓄熱量が増えた結果、図３の実線で示す本発明の加圧ローラ３１の表面温度は、同図の点線で示す従来の表面温度に比べて、通紙による温度の落ち込みが抑制され、最終目標値である第１目標温度に近づくように制御される。

なお、上記図３に示す例では、第１目標温度と第２目標温度との切り換えのタイミングを、通紙・非通紙のタイミングに対応させて行っているが、この切り換えのタイミングは通紙・非通紙のタイミングに厳密に対応させる必要はなく、個々の定着装置の実験等の結果により適宜調整可能である。

また、上記本発明の実施形態では、第１目標温度と第２目標温度を設定しているが、第２目標温度を設定せずに、加圧ローラ３１の表面温度が第１目標温度を超え、かつ、定着ニップＮに記録用紙Ｐが存在しないときに、ヒータ３３を強制的に発熱させるように構成してもよい。なお、この場合の強制的な発熱のタイミングや発熱時間などの条件については、定着装置ごとに個別に調整することが望ましい。

ところで、非通紙時における加圧ローラ３１の表面温度の上昇度合いは、加圧ローラ３１と定着ローラ３０との表面温度差の影響を受ける。すなわち、各ローラ３０，３１の表面温度差が小さい場合は、定着ローラ３０から加圧ローラ３１への熱伝達量が少ないので、加圧ローラ３１の表面温度上昇は小さいが、各ローラ３０，３１の表面温度差が大きい場合は、定着ローラ３０から加圧ローラ３１への熱伝達量が多くなるので、加圧ローラ３１の表面温度上昇は大きくなる。特に、加圧ローラ３１の表面温度が定着ローラ３０からの熱の影響で大きく上昇する場合、加圧ローラ３１の表面温度上昇が蓄熱量の上昇に比べて高くなるので、蓄熱不足が生じる可能性がある。

そこで、定着ローラ３０のニップ上流側の表面温度を温度センサ３４によって検知すると共に、加圧ローラ３１のニップ上流側の表面温度を温度センサ３５によって検知し、それぞれの表面温度差が大きい場合は、第２目標温度を高く設定する。これにより、加圧ローラ３１への蓄熱を十分かつ確実に行うことができるようになる。一方、上記表面温度差が小さい場合は、第２目標温度を低く設定する。これにより、加圧ローラ３１への不必要な蓄熱を防止し、その後の過剰な温度上昇を抑制することが可能となる。

次に、図４に示す決定テーブルを用いて定着装置の温度制御を行う方法について説明する。
図４に示す決定テーブルにおいて、縦軸は、加圧ローラ３１のニップ上流側の表面温度Ｔ１から目標温度Ｔ０を減算した値を示し、横軸は、加圧ローラ３１のニップ下流側の表面温度Ｔ２からニップ上流側の表面温度Ｔ１を減算した値を示す。ここで、目標温度Ｔ０とは、上記第１目標温度のことである。そして、本実施例では、決定テーブルの縦軸と横軸の値よって決定される加熱デューティがパーセンテージにて表示されている。

具体的には、加圧ローラ３１に設けた各温度センサ３５，３６によって制御周期ごとに温度を検知し、検知した温度を用いて決定テーブルの縦軸と横軸の値が算出される。そして、算出された値を決定テーブルの縦軸と横軸に当てはめて加熱デューティを決定し、その決定した加熱デューティに基づいて、加圧ローラ３１内のヒータ３３を発熱させる。例えば、加熱デューティが５０％の場合、制御周期中のうち５０％の時間、ヒータ３３を発熱させる。なお、上記決定テーブルの縦軸と横軸の値の算出や、その算出値の決定テーブルへの当てはめは、上記加熱制御手段３７によって行われる。

図４に示すように、本実施例では、縦軸の値が低いほど、加熱デューティが大きくなるように設定している。すなわち、加圧ローラ３１のニップ上流側の表面温度Ｔ１が低いほど、蓄熱量が少なくなるので、加熱デューティを大きくして蓄熱量を確保している。

また、図４において、横軸が＋３以上の場合を除いて、横軸の値が低いほど、加熱デューティを大きくなるように設定している。横軸中、特に、横軸の値がマイナスの場合は、加圧ローラ３１のニップ上流側の表面温度Ｔ１よりもニップ下流側の表面温度Ｔ２が低いので、この場合は、主として通紙によって加圧ローラ３１の熱が奪われた場合を示す。一方、横軸の値がプラスの場合は、加圧ローラ３１のニップ上流側の表面温度Ｔ１よりもニップ下流側の表面温度Ｔ２が高いので、この場合は、主として非通紙時に定着ローラ３０から加圧ローラ３１に熱が伝達された場合を示している。この横軸における通紙時及び非通紙時において、基本的に横軸の値が低いほど、加圧ローラ３１の蓄熱量が少なくなるので、加熱デューティを大きくして蓄熱量を確保している。

ただし、横軸が＋３以上の場合は、非通紙時に定着ローラ３０から加圧ローラ３１へ熱が伝達されることにより、加圧ローラ３１の表面温度が特に大きく上昇したと判断できる場合であり、このような場合、蓄熱量を多くしなければ、その後の通紙による温度の落ち込みを抑制することが困難となる。そこで、横軸が＋３以上の場合は、加熱デューティを、＋３未満の場合に設定された直近の加熱デューティ（横軸＋２の場合の加熱デューティ）以上となるように設定している。これにより、加圧ローラ３１の蓄熱量を増加させて通紙による温度の落ち込みを抑制することが可能となる。なお、このように加熱デューティを設定する閾値は、＋３以外の値であってもよく、種々の条件により変更可能である。

また、図４において、一点鎖線で囲んだ範囲Ｅは、加圧ローラ３１のニップ上流側の表面温度Ｔ１が目標温度Ｔ０を超えている場合を示している。従来、この範囲Ｅ内ではヒータをＯＮにできなかったが、本実施例においては、範囲Ｅ内の所定の条件下で加熱デューティを設定し、ヒータ３３を発熱可能にしている。このように、本実施例においても、従来ではヒータをＯＮにできなかった条件下でＯＮにすることができるので、加圧ローラ３１を所望のタイミングで蓄熱することができ、加圧ローラ３１の表面温度を従来に比べて目標温度に近づくように制御することが可能となる。なお、図４において、縦軸が＋２以上の場合は、加圧ローラ３１の温度が過剰に上昇しないように加熱デューティを０％に設定している。

また、上記図４に示す決定テーブルを用いた制御方法において、さらに定着ローラ３０の表面温度を考慮した制御を行うことも可能である。
具体的には、図４の決定テーブルにおける横軸が＋３以上である場合、縦軸の値を下記式（１）によって算出する。

上記式（１）中、Ｔ１は加圧ローラ３１のニップ上流側の表面温度、Ｔ２は加圧ローラ３１のニップ下流側の表面温度、Ｔ３は定着ローラ３０のニップ上流側の表面温度、Ｋは実験により定まる定数である。

この式（１）を用いて値を算出すると、定着ローラ３０のニップ上流側の温度Ｔ３と加圧ローラ３１のニップ下流側の温度Ｔ２との差が大きい場合に、図４の縦軸に当てはめる値が小さくなる方向に補正されるので、決定テーブルの下欄の加熱デューティを選択することになる。これにより、特に、加圧ローラ３１の表面温度が定着ローラ３０からの熱によって大きく上昇する場合（横軸が＋３以上の場合）において、大きな加熱デューティを選択することができ、加圧ローラ３１を十分に蓄熱して通紙による温度の落ち込みを抑制することができる。しかも、この場合、定着ローラ３０の表面温度を利用することで、より細かな制御が可能となる。

なお、図４の横軸が＋３未満である場合は、上記式（１）を用いず、上述の制御方法で過熱デューティを決定すればよい。また、式（１）を用いるか否かを判断する閾値は、＋３以外の値であってもよく、種々の条件により変更可能である。

以上のように、本発明によれば、通紙による加圧ローラの表面温度の落ち込みを見越して加圧ローラ内のヒータを発熱させることができる。これにより、加圧ローラを十分に蓄熱させることができるので、従来に比べて、通紙による温度の落ち込みを抑制することができ、加圧ローラの表面温度を目標温度に近づけて安定させることが可能となる。その結果、定着ローラと加圧ローラとの温度差を小さくすることができ、記録用紙のカール軽減や定着性の向上等を図れるようになる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

２２ 定着装置
３０ 定着ローラ（定着部材）
３１ 加圧ローラ（対向部材）
３２ ヒータ（定着部材加熱手段）
３３ ヒータ（対向部材加熱手段）
３４ 温度センサ（定着部材温度検知手段）
３５ 温度センサ（対向部材温度検知手段）
３６ 温度センサ（対向部材温度検知手段）
３７ 加熱制御手段
Ｎ 定着ニップ
Ｐ 記録用紙（記録媒体）

特許第４２０１１８１号公報 特開２００５−３４５４８８号公報 特許第３４４３７１６号公報 特開平１０−２５４２８１号公報

Claims (8)

1. 定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置であって、
   前記対向部材の表面温度を所定の目標温度に制御するように構成した定着装置において、
   前記対向部材の目標温度として、画像の定着に適した対向部材の温度である第１目標温度と、その第１目標温度よりも高い第２目標温度を設定し、前記対向部材の表面温度が前記第１目標温度を超え、かつ、少なくとも前記定着ニップに記録媒体が存在しない所定の条件下のときに、前記第１目標温度から前記第２目標温度に変更して、前記対向部材加熱手段を発熱させると共に、
   前記定着部材の表面温度と前記対向部材の表面温度との温度差が大きい場合は、前記第２目標温度を高く設定し、前記温度差が小さい場合は、前記第２目標温度を低く設定するようにしたことを特徴とする定着装置。
2. 定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置において、
   前記対向部材の定着ニップ上流側及び定着ニップ下流側の各表面温度を検知する対向部材温度検知手段を備え、
   前記対向部材のニップ下流側の表面温度からニップ上流側の表面温度を減算した温度差に基づいて、前記対向部材加熱手段の発熱による前記対向部材の表面温度上昇と、前記定着部材から供給される熱による前記対向部材の表面温度上昇との関係を予測し、この予測に基づき前記対向部材加熱手段を発熱させることを特徴とする定着装置。
3. 定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置において、
   前記対向部材の定着ニップ上流側及び定着ニップ下流側の各表面温度を検知する対向部材温度検知手段を備え、
   前記定着ニップに記録媒体が存在しないときで、かつ、前記対向部材のニップ下流側の表面温度からニップ上流側の表面温度を減算した温度差が、所定の閾値以上となっている場合に、前記対向部材加熱手段を、前記温度差が前記閾値未満でかつ閾値直近のときに設定されている加熱デューティよりも大きい加熱デューティで発熱させることを特徴とする定着装置。
4. 前記対向部材のニップ上流側の表面温度が低いほど前記対向部材加熱手段の加熱デューティが大きくなるように設定された定着装置であって、
   前記定着ニップに記録媒体が存在しないときで、かつ、前記対向部材のニップ下流側の表面温度からニップ上流側の表面温度を減算した温度差が、所定の閾値以上となっている場合に、そのときの前記対向部材のニップ上流側の表面温度を下記式（１）を用いて算出された温度とし、当該算出された温度に基づいて加熱デューティを決定する請求項３に記載の定着装置。
   

   

   前記式（１）中、Ｔ１は前記対向部材のニップ上流側の表面温度、Ｔ２は前記対向部材のニップ下流側の表面温度、Ｔ３は前記定着部材のニップ上流側の表面温度、Ｋは実験により定まる定数である。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
6. 定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置であって、
   前記対向部材の表面温度を所定の目標温度に制御する定着装置の温度制御方法において、
   前記対向部材の表面温度が、画像の定着に適した対向部材の温度である第１目標温度を超え、かつ、少なくとも前記定着ニップに記録媒体が存在しない所定の条件下のときに、前記第１目標温度から第１目標温度よりも高い第２目標温度に変更して、前記対向部材加熱手段を発熱させると共に、
   前記定着部材の表面温度と前記対向部材の表面温度との温度差が大きい場合は、前記第２目標温度を高く設定し、前記温度差が小さい場合は、前記第２目標温度を低く設定することを特徴とする定着装置の温度制御方法。
7. 定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置の温度制御方法において、
   前記対向部材のニップ下流側の表面温度からニップ上流側の表面温度を減算した温度差に基づいて、前記対向部材加熱手段の発熱による前記対向部材の表面温度上昇と、前記定着部材から供給される熱による前記対向部材の表面温度上昇との関係を予測し、この予測に基づき前記対向部材加熱手段を発熱させることを特徴とする定着装置の温度制御方法。
8. 定着部材と、当該定着部材に接触して定着ニップを形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する定着部材加熱手段と、前記対向部材を加熱する対向部材加熱手段とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて当該記録媒体上の画像を定着する定着装置の温度制御方法において、
   前記定着ニップに記録媒体が存在しないときで、かつ、前記対向部材のニップ下流側の表面温度からニップ上流側の表面温度を減算した温度差が、所定の閾値以上となっている場合に、前記対向部材加熱手段を、前記温度差が前記閾値未満でかつ閾値直近のときに設定されている加熱デューティよりも大きい加熱デューティで発熱させることを特徴とする定着装置の温度制御方法。

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