JP5617431B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に未定着画像を定着する定着装置、及び前記定着装置を有する画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機等の画像形成装置においては、記録媒体上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することにより複写物や記録物を得ることができる。定着に際しては、未定着画像を担持している記録媒体を挟持搬送しながら未定着画像を加熱することにより、未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーの溶融軟化及び記録媒体への浸透を行わせる。これにより、記録媒体にトナーを定着することができる。

定着動作を行うためには、定着部材を所定温度まで加熱しなければならない。つまり、定着動作を行うためには、ウォームアップ動作が必要である。ウォームアップ動作完了の判断は、様々な方法で行われているが、以下に一例を示す。

例えば、特許文献１では、定着ローラの通紙部に非接触型のメイン温度センサを設け、非通紙部に接触型のサブ温度センサを設けている。そして、非通紙部のサブ温度センサでウォームアップ動作完了の判断を行い、通紙時には通紙部のメイン温度センサで定着ローラの温度制御をしている。このように、特許文献１では、定着ローラの温度に基づいてウォームアップ動作完了の判断を行っている。

ところで、ウォームアップ動作完了の判断を行うためには、定着ローラの蓄熱状態が十分であるか否かを判断する必要がある。例えば、定着ローラの表面温度が所定値に達していても内部まで十分な熱が伝わっていない状態（定着ローラの蓄熱状態が十分でない状態）で定着を開始すると、定着ローラの熱は記録媒体に奪われ、定着ローラの表面温度が下がってしまうため、正しく定着を行うことができない。従って、定着ローラの蓄熱状態が十分であることを検知や予測等し、それに基づいてウォームアップ動作完了の判断を行う必要がある。

上記特許文献１の例では、定着ローラの非通紙部に配置された接触型のサブ温度センサでウォームアップ動作完了の判断を行っているので、定着ローラの表面温度のみしか検知できず、定着ローラの蓄熱状態（定着ローラの内部まで十分な熱が伝わっているか否か）は検知できない。そのため、特許文献１の技術では、ウォームアップ動作完了の判断を適切に行うことができないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、不要な待ち時間が発生することなく、ウォームアップ動作完了の判断を適切に行うことが可能な定着装置、及び前記定着装置を有する画像形成装置を提供することを課題とする。

本定着装置は、記録媒体の未定着画像が形成された側と接し、前記記録媒体に前記未定着画像を加熱定着させる定着回転体と、前記記録媒体の前記未定着画像が形成されていない側と接し、前記記録媒体を前記定着回転体側に加圧する加圧回転体と、前記加圧回転体の温度を検知する温度検知手段と、を有する定着装置であって、前記加圧回転体の通紙領域の温度を検知する非接触型サーミスタと、前記加圧回転体の非通紙領域の温度を検知する接触型サーミスタと、を備え、前記温度検知手段は、前記接触型サーミスタであり、前記定着装置への入力電圧率が所定値以上、かつ、外気温度が所定値以上の場合において、前記温度検知手段の検知温度が所定の温度以上になる前にウォームアップ動作の開始から所定の時間が経過したとき、又は、前記ウォームアップ動作の開始から前記所定の時間が経過する前に前記温度検知手段の検知温度が前記所定の温度以上になったときに、前記ウォームアップ動作が完了したと判断することを要件とする。

開示の技術によれば、不要な待ち時間が発生することなく、ウォームアップ動作完了の判断を適切に行うことが可能な定着装置、及び前記定着装置を有する画像形成装置を提供できる。

本実施の形態に係る画像形成装置を例示する図である。 本実施の形態に係る定着装置を例示する図である。 図２の定着ローラ及び定着スリーブの一部を拡大して例示する図である。 非接触型サーミスタの回路構成を例示する図である。 非接触型サーミスタの実温度と検知温度との関係について例示する図である。 ウォームアップ時の動作について説明するための図である。 小サイズ紙の連続通紙時の動作について説明するための図である。 加圧ローラの加圧位置と脱圧位置について説明するための図（その１）である。 加圧ローラの加圧位置と脱圧位置について説明するための図（その２）である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［画像形成装置の構成・動作］
始めに、本実施の形態に係る画像形成装置の構成及び動作について説明する。図１は、本実施の形態に係る画像形成装置を例示する図である。図１を参照するに、画像形成装置１０は、露光部１１と、プロセスカートリッジ１２と、転写部１３と、排紙トレイ１４と、給紙部１５及び１６と、レジストローラ１７と、手差し給紙部１８と、感光体ドラム１９と、定着装置２０と、制御部（図示せず）とを有する。画像形成装置１０は、例えばレーザプリンタである。

露光部１１は、画像情報に基づいた露光光Ｌを感光体ドラム１９上に照射する機能を有する。プロセスカートリッジ１２は、作像部としての機能を有し、画像形成装置１０に着脱自在に設置される。転写部１３は、感光体ドラム１９上に形成されたトナー像を転写紙等の記録媒体Ｐに転写する機能を有する。排紙トレイ１４は、出力画像（トナー像が定着された記録媒体）を載置する機能を有する。給紙部１５及び１６は、記録媒体Ｐを収納する機能を有する。レジストローラ１７は、記録媒体Ｐを転写部１３に搬送する機能を有する。手差し給紙部１８は、主として給紙部１５及び１６に収納された記録媒体Ｐとは異なるサイズの記録媒体を給紙する機能を有する。定着装置２０は、定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３を含んで構成され、記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する機能を有する。

画像形成装置１０における通常の画像形成時の動作について説明する。まず、露光部１１（書込部）から、画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、プロセスカートリッジ１２の感光体ドラム１９上に向けて出射される。感光体ドラム１９は反時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程等）を経て、感光体ドラム１９上に画像情報に対応したトナー像が形成される。その後、感光体ドラム１９上に形成されたトナー像は、転写部１３で、レジストローラ１７により搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。

一方、転写部１３に搬送される記録媒体Ｐは、次のように動作する。まず、画像形成装置１０の複数の給紙部１５及び１６のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙部１５が選択されたものとする）。なお、複数の給紙部１５及び１６には、それぞれ、異なるサイズの記録媒体Ｐや、搬送方向の異なる同一サイズの記録媒体Ｐが、収納されている。

そして、給紙部１５に収納された記録媒体Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送される。その後、記録媒体Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラ１７の位置に達する。そして、レジストローラ１７の位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム１９上に形成されたトナー像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部１３に向けて搬送される。

そして、転写工程後の記録媒体Ｐは、転写部１３の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間に送入される。そして、定着スリーブ２２から受ける熱と加圧ローラ２３から受ける圧力とにより、記録媒体Ｐにトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体Ｐは、定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間から送出された後に、出力画像（トナー像が定着された記録媒体）として画像形成装置１０から排出されて、排紙トレイ１４上に載置される。

なお、制御部（図示せず）は、各種の温度センサ（温度検知手段）を用いた定着装置２０の制御を含む画像形成装置１０に関する様々な制御を行う機能を有する。制御部（図示せず）は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリなどを含み、制御部（図示せず）の各種機能は、ＲＯＭ等に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現される。ただし、制御部（図示せず）の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御部（図示せず）は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。

このようにして、一連の画像形成プロセスが完了する。なお、ここでは、画像形成装置１０として単色の印刷用の装置を例示した。しかし、プロセスカートリッジ１２に代えて、ＫＣＭＹの４色に対応するプロセスカートリッジを設置して像を形成することで、フルカラーの印刷が可能となる。

［定着装置の構成・動作］
次に、本実施の形態に係る定着装置の構成及び動作について説明する。図２は、本実施の形態に係る定着装置を例示する図である。図３は、図２の定着ローラ及び定着スリーブの一部を拡大して例示する図である。図２及び図３を参照するに、定着装置２０は、定着ローラ２１、定着スリーブ２２、加圧ローラ２３、誘導加熱部３０、サーモパイル３４、接触型サーミスタ３５、非接触型サーミスタ３６等を含んで構成されている。なお、Ｔは未定着画像であるトナー像（トナー）を示している（以降、トナー像Ｔとする）。

定着スリーブ２２は、記録媒体Ｐのトナー像Ｔ（未定着画像）が形成された側と接し、記録媒体Ｐにトナー像Ｔを加熱定着させる機能を有する。定着スリーブ２２は、厚さが例えば３０〜５０μｍの金属材料からなる基材２２a上に弾性層２２ｂ及び離型層２２ｃを順次形成したものである。定着スリーブ２２の外径は、例えば４０ｍｍとすることができる。基材２２aを形成する材料としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、又は、これらの合金等の磁性金属材料を用いることができる。弾性層２２ｂは、シリコーンゴム等の弾性材料からなり、その厚さは例えば１５０μｍとすることができる。これにより、熱容量がそれ程大きくなく、定着ムラのない良好な定着画像を得ることができる。離型層２２ｃは、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素化合物をチューブ状に被覆したものであって、その厚さは例えば５０μｍとすることができる。離型層２２ｃは、トナー像（トナー）Ｔが直接的に接する定着スリーブ２２表面のトナー離型性を高めるためのものである。

定着ローラ２１は、定着スリーブ２２を保持する機能を有する。定着ローラ２１は、ステンレス鋼等の金属材料からなる円筒状の芯金２１a上に、例えばシリコーン発泡体からなる耐熱性の弾性層２１ｂが形成されたものである。定着ローラ２１の外径は、例えば４０ｍｍとすることができる。弾性層２１ｂは、例えば、肉厚が９ｍｍで軸上におけるアスカー硬度が３０〜５０度となるように形成されている。定着ローラ２１は、定着スリーブ２２の内周面に当接して、薄肉の定着スリーブ２２をローラ状に保持している。なお、定着ローラ２１及び定着スリーブ２２は、本発明に係る定着回転体の代表的な一例である。

加圧ローラ２３は、記録媒体Ｐのトナー像Ｔ（未定着画像）が形成されていない側と接し、記録媒体Ｐを定着スリーブ２２側に加圧する機能を有する。なお、一方の面に既に画像が形成された（定着済）記録媒体Ｐの他方の面に未定着画像を定着する場合（両面印刷の場合）は、一方の面の定着済の画像が加圧ローラ２３と接し他方の面の未定着の画像が定着スリーブ２２と接するように、記録媒体Ｐが定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間に送入される。

加圧ローラ２３は、アルミニウム、銅等の高熱伝導性金属材料からなる芯金２３a上に、シリコーンゴム等の耐熱性の弾性層２３ｂ、離型層（図示せず）が順次形成されたものである。加圧ローラ２３の外径は、例えば４０ｍｍとすることができる。弾性層２３ｂは、例えば、肉厚が２ｍｍとなるように形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブを被覆したものであって、例えば、厚さが５０μｍになるように形成されている。加圧ローラ２３は、定着スリーブ２２を介して定着ローラ２１に圧接していて、その圧接部にニップ部を形成している。そして、このニップ部に、記録媒体Ｐが搬送される。なお、加圧ローラ２３は、本発明に係る加圧回転体の代表的な一例である。

誘導加熱部３０は、励磁コイル３１、コア部３２、消磁コイル部３３等で構成される。励磁コイル３１は、定着スリーブ２２の外周の一部を覆うように配設されたコイルガイド上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向（図２の紙面垂直方向である）に延設したものである。消磁コイル部３３は、記録媒体Ｐの幅方向に対称に配置され、励磁コイル３１上に重なって配置されている。コア部３２は、フェライト等の強磁性体（比透磁率が２５００程度である）からなり、定着スリーブ２２に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコア３２ｂやサイドコア３２ａ、アーチコア３２ｃが設けられている。コア部３２は、幅方向に延設された励磁コイル３１に対向するように設置されている。

サーモパイル３４は、定着スリーブ２２の温度を検知するために、定着スリーブ２２の幅方向の略中央部に配置されている。サーモパイル３４は、被測定対象物の温度を極めて高精度で検知可能な非接触型の温度センサである。

接触型サーミスタ３５は、加圧ローラ２３の非通紙領域の温度を検知する温度検知手段であって、加圧ローラ２３の幅方向の最大通紙領域外に配置されている。ここで、最大通紙領域とは、定着装置２０が複数の幅の記録媒体（例えばＡ３ＴとＡ５Ｔ等）を通紙可能である場合、加圧ローラ２３の幅方向において、最大幅の記録媒体が通紙する領域よりも外側の領域を指す。接触型サーミスタ３５を加圧ローラ２３の幅方向の最大通紙領域外に配置することにより、加圧ローラ２３の通紙領域の損傷を避けることができる。接触型サーミスタ３５は、サーモパイル３４よりも安価である。但し、接触型サーミスタ３５は、サーモパイル３４よりも検知精度は劣る。

非接触型サーミスタ３６は、加圧ローラ２３の通紙領域の温度を検知する温度検知手段であって、接触型サーミスタ３５よりも加圧ローラ２３の幅方向の中心部に近い側に配置されている。但し、定着装置２０が複数の幅の記録媒体（例えばＡ３ＴとＡ５Ｔ等）を通紙可能である場合、幅の狭い方の記録媒体（例えばＡ５Ｔ等）に対しては非通紙領域、幅の広い方の記録媒体（例えばＡ３Ｔ等）に対しては通紙領域となる位置に配置される場合がある（後述の図７参照）。つまり、接触型サーミスタ３５が何れの記録媒体に対しても非通紙領域となる最大通紙領域外に配置されているのに対して、非接触型サーミスタ３６は少なくとも最大幅の記録媒体に対して通紙領域となる領域に配置されている。なお、Ａ３Ｔとは、Ａ３サイズの記録媒体を縦に（長手方向が通紙方向と一致するように）通紙する場合を指す。同様に、Ａ５Ｔとは、Ａ５サイズの記録媒体を縦に（長手方向が通紙方向と一致するように）通紙する場合を指す。

非接触型サーミスタ３６は加圧ローラ２３に対して所定のギャップをあけて配設されているので、加圧ローラ２３に当接する接触型温度センサを用いる場合に比べて耐久性が高く、又、加圧ローラ２３の表面を傷つける不具合等も生じない。又、非接触型サーミスタ３６は、サーモパイル３４よりも安価である。但し、非接触型サーミスタ３６は、サーモパイル３４や接触型サーミスタ３５よりも検知精度は劣る。

このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。駆動モータ（図示せず）によって、加圧ローラ２３が図２の時計方向に回転駆動されると、定着スリーブ２２は反時計方向に回転する。そして、定着スリーブ２２は、誘導加熱部３０との対向位置で、誘導加熱部３０から発生される磁束によって加熱される。

詳しくは、電源部（図示せず）から励磁コイル３１に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚである）の高周波交番電流を流すことで、励磁コイル３１に対向する定着スリーブ２２の近傍に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、定着スリーブ２２の基材２２ａ（発熱層）に渦電流が生じて、基材２２ａはその電気抵抗によってジュール熱が発生して誘導加熱される。こうして、定着スリーブ２２は、自身の基材２２ａの誘導加熱によって加熱される。誘導加熱部３０によって加熱された定着スリーブ２２の表面は、加圧ローラ２３とのニップ部に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上の、未定着のトナー像Ｔ（トナー）を加熱して溶融する。

詳しくは、所定の作像プロセスを経てトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが、ガイド板２４に案内されながら定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間に送入される（矢印Ｙ１の方向に搬送される）。そして、定着スリーブ２２から受ける熱と加圧ローラ２３から受ける圧力とによってトナー像Ｔが記録媒体Ｐに定着され、定着分離板２５、加圧分離板２６によって定着スリーブ２２から分離されながら、記録媒体Ｐはニップ部から送出される。ニップ部を通過した定着スリーブ２２表面は、その後に再び誘導加熱部３０との対向位置に達する。

記録媒体Ｐとして小サイズ紙（例えばＡ５Ｔ等）が連続通紙された場合には、消磁コイル部３３は、制御回路によってリレーが短絡（ＯＮ）され、励磁コイル３１とは逆向きの磁場が発生し、消磁コイル部３３が配置された領域の磁場が減少し、非通紙領域での定着スリーブ２２でのジュール熱の発生が抑制される。なお、連続通紙とは、複数の記録媒体Ｐが略一定の間隔で連続して定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間を通過するような通紙の形態を指す。

このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。

定着装置２０は、加圧ローラ２３の加圧力を変更できる機構を備えている。具体的には、加圧ローラ２３の軸部に係合する圧接レバー４４が、一端側の中心軸を中心に回動自在に構成されており、圧接レバー４４の他端側にはカム４１が係合されている。このような構成により、駆動部（図示せず）によってカム４１が回転駆動されることにより、圧接レバー４４が水平方向に動き、定着スリーブ２２に対する加圧ローラ２３の加圧力（圧接力）が可変される。ここで、駆動部は、例えばステッピングモータと、減速ギア等により構成される。

以下、本実施の形態の定着装置の特徴的な構成・動作について詳述する。始めに、図４を参照して、非接触型サーミスタ３６の回路構成について説明する。非接触型サーミスタ３６は、検知用サーミスタ３６ａと補償用サーミスタ３６ｂとを含んで構成されている。検知用サーミスタ３６ａは加圧ローラ２３表面からの赤外線放射を検知し、補償用サーミスタ３６ｂは検知用サーミスタ３６ａ自身の温度を検知する。

検知用サーミスタ３６ａ及び補償用サーミスタ３６ｂの一端は、それぞれＧＮＤ（基準電位）に接続されている。検知用サーミスタ３６ａ及び補償用サーミスタ３６ｂの他端は、それぞれ抵抗Ｒ１及びＲ２を介して電源に接続されている。本実施の形態では、一例として、検知用サーミスタ３６ａ及び補償用サーミスタ３６ｂには、それぞれ抵抗Ｒ１及びＲ２を介して＋３．０Ｖの電圧が印加されている。

検知用サーミスタ３６ａ及び補償用サーミスタ３６ｂがそれぞれ検知した温度が変化すると、検知用サーミスタ３６ａの抵抗Ｒ１側の電圧Ｖ１と、補償用サーミスタ３６ｂの抵抗Ｒ２側の電圧Ｖ２が変化する。電圧Ｖ１及びＶ２は差動アンプ３７に入力され、差動アンプ３７で増幅された差動電圧Ｖ１−Ｖ２がＡＤコンバータ３８に入力される。又、電圧Ｖ２もＡＤコンバータ３８に入力される。差動電圧Ｖ１−Ｖ２及び電圧Ｖ２（補償電圧と称する場合がある）は、ＡＤコンバータ３８でデジタル信号に変換され、ＣＰＵ３９に入力される。更に、ＣＰＵ３９に入力された差動電圧Ｖ１−Ｖ２及び電圧Ｖ２は、温度テーブルによって検知温度に変換される。

次に、図５を参照して、加圧ローラ２３表面の実温度と非接触型サーミスタ３６の検知温度との関係について説明する。図５において、グラフの横軸は加圧ローラ２３表面の実温度Ｔであり、縦軸は非接触型サーミスタ３６の検知温度Ｔ'である。又、Ａは検知誤差（実温度Ｔと検知温度Ｔ'との差分）がない場合（検知温度Ｔ'＝実温度Ｔ）を、Ｂは検知誤差の上限を、Ｃは検知誤差の下限を示している。

図５に示すように、非接触型サーミスタ３６の検知誤差は一定ではなく、使用する温度領域に応じて異なる。図５の例では、実温度Ｔが１６０℃付近で検知誤差が最も小さくなり、略±５℃である。１６０℃から離れると検知誤差が大きくなり、実温度Ｔが６０℃付近では、検知誤差が略±１０℃となる。これに対して、接触型サーミスタ３５の検知誤差は、全使用温度範囲において略±３℃程度である。

次に、非接触型サーミスタ３６の検知誤差を補正する方法について説明する。工場での組み付け直後に電源オンした直後や、３時間以上電源オフの状態（つまり、定着装置２０を加熱していない状態）から電源オンした直後では、定着装置２０の全体の温度が室温と等しくなっている。ここでは、２０℃〜２５℃を室温とする。このとき、サーモパイル３４の検知温度は２０℃〜２５℃である。ここで、精度の良いサーモパイル３４の検知温度と非接触型サーミスタ３６の検知温度とを比較し、検知温度差がΔＴであったとき、非接触型サーミスタ３６の検知温度に補正値ΔＴを常に加算して補正する。ただし、非接触型サーミスタ３６の検知誤差は図５に示すように一定ではないため、補正値ΔＴの上限を設定するか、定格温度１６０℃に近づくに従って、補正値ΔＴを小さくしていくことが望ましい。

又、検知温度差ΔＴが所定値以上の場合には、抵抗Ｒ１及びＲ２、差動アンプ３７、非接触型サーミスタ３６等の部品精度が公差内に入っていない場合や、これらの部品の故障等が考えられる。そこで、検知温度差ΔＴが所定値以上の場合には、非接触型サーミスタ３６を含む温度検知系の異常と判断して、定着装置２０の動作を停止する。所定値は適宜設定できるが、一例として１０℃程度とすることができる。このような制御を行うことにより、非接触型サーミスタ３６の断線等を含む温度検知系の異常を判断して定着装置２０の動作を安全に停止することができる。なお、非接触型サーミスタ３６を含む温度検知系とは、非接触型サーミスタ３６と、抵抗Ｒ１及びＲ２や差動アンプ３７等の周辺回路を含む部分を指す。

次に、図６を参照して、ウォームアップ時の動作について説明する。図６に示すグラフは定着装置２０に１３００Ｗの電力を入力して立ち上げたときの、定着スリーブ２２と加圧ローラ２３の温度上昇プロフィールである。図６において、Ｄは定着スリーブ２２の実温度、Ｅは加圧ローラ２３の実温度、Ｆは接触型サーミスタ３５の検知温度を示している。図６では、接触型サーミスタ３５が加圧ローラ２３の実温度を３℃低く検知した場合を例示している。なお、サーモパイル３４は検知精度が高いので、定着スリーブ２２の実温度Ｄはサーモパイル３４の検知温度と略一致する。

始めに、接触型サーミスタ３５のみでウォームアップ動作完了の判断をする場合を考える。前述のように、接触型サーミスタ３５の検知誤差は±３℃程度である。図６の例は、定着装置２０が、定着スリーブ２２の実温度Ｄが１６０℃になり、かつ、加圧ローラ２３の実温度Ｅが８０℃となったとき、ウォームアップ動作が完了したと判断することを前提としている。図６において、加圧ローラ２３の実温度Ｅと接触型サーミスタ３５の検知温度Ｆが等しい場合（検知誤差＝０℃の場合）にはウォームアップ時間は２０ｓｅｃとなる。しかし、図６に示すように、接触型サーミスタ３５が加圧ローラ２３の実温度を３℃低く検知した場合（検知誤差＝−３℃の場合）には、２５ｓｅｃでウォームアップ動作が完了となり、不要な待ち時間が５ｓｅｃ発生することになる。

そこで、本実施の形態では、接触型サーミスタ３５の検知温度及びウォームアップ動作開始からの経過時間の両方に基づいてウォームアップ動作完了の判断を行う。ここでは、予め検知誤差が既知の接触型サーミスタ３５等を用いて加圧ローラ２３の実温度が８０℃に到達する平均的な時間を求めておき、求めた時間を既定ウォームアップ時間とする（図６の例では、既定ウォームアップ時間＝２０ｓｅｃである）。そして、実際に使用する接触型サーミスタ３５（検知誤差は既知でない）の検知温度Ｆが８０℃に到達していなくても、ウォームアップ動作開始から既定ウォームアップ時間（＝２０ｓｅｃ）が経過したときには、加圧ローラ２３の実温度が８０℃に到達していると判断し、ウォームアップ動作が完了したと判断する。これにより、接触型サーミスタ３５の検知誤差が−３℃の場合でも、接触型サーミスタ３５のみでウォームアップ動作完了の判断をする場合のような不要な待ち時間が発生することがなくなる。

又、接触型サーミスタ３５の検知誤差が＋３℃の場合には、既定ウォームアップ時間が経過する前に接触型サーミスタ３５の検知誤差が８０℃に達するので、この場合にも不要な待ち時間が発生することはない。

このように、接触型サーミスタ３５のみでウォームアップ動作完了の判断をすると、加圧ローラ２３の実温度が７７〜８３℃の時にウォームアップ動作が完了したと判断され、実温度が８３℃のときにウォームアップ完了と判断する場合にはウォームアップ完了時間が長くなる。一方、本実施の形態のように、接触型サーミスタ３５の検知温度及びウォームアップ動作開始からの経過時間の両方に基づいてウォームアップ動作完了の判断をすると、加圧ローラ２３の実温度が７７〜８０℃の時にウォームアップ動作が完了したと判断され、ウォームアップ完了時間が所定値（例えば２０秒）よりも長くなることを防止できる。

なお、接触型サーミスタ３５の＋側の検知誤差を考慮し、ウォームアップ動作完了の判断条件をシフトしても良い。例えば、定着スリーブ２２の実温度Ｄが１６０℃になり、かつ、加圧ローラ２３の実温度Ｅが８３℃となったとき、ウォームアップ動作が完了したと判断するようにしても良い。この場合には、加圧ローラ２３の実温度が８０〜８３℃の時にウォームアップ動作が完了したと判断される。

又、本実施の形態において、定着装置２０が熱間からウォームアップ開始された場合のように、既定ウォームアップ時間（＝２０ｓｅｃ）が経過するよりも前に接触型サーミスタ３５の検知温度が８０℃に到達すれば、その時点でウォームアップ動作が完了したと判断する。

本制御は、定着装置２０への入力電圧率が９５％以上、かつ、外気温度が２０℃以上の条件でのみ実施する。それ以外の条件では、既定ウォームアップ時間（＝２０ｓｅｃ）が経過しても加圧ローラ２３の実温度が８０℃に到達していない場合があり得るので、既定ウォームアップ時間（＝２０ｓｅｃ）が経過したとしても、接触型サーミスタ３５の検知温度が８０℃に到達するまでは、ウォームアップ動作が完了したと判断しない。つまり、この場合には、既定ウォームアップ時間は無視し、接触型サーミスタ３５の検知温度のみに基づいてウォームアップ動作完了の判断を行う。

なお、入力電圧率とは、定格電圧に対して、電源にどれだけの電圧が来ているかの割合である。例えば定格が１００Ｖの場合に電源電圧が９５Ｖであれば、入力電圧率は９５％となる。欧州のように定格が２００Ｖの場合に電源電圧が１８０Ｖであれば、入力電圧率は９０％となる。定着装置２０では、入力電圧率が低い場合には、入力電圧率に比例して定着が使える電力も低くなる。

このように、本実施の形態では、従来例（定着ローラ２１側の温度を検知してウォームアップ動作完了の判断を行う）とは異なり、加圧ローラ２３の温度を検知し検知結果に基づいてウォームアップ動作完了の判断を行う。この理由について説明する。加圧ローラ２３は定着スリーブ２２からの熱が伝導することにより表面温度が上昇する。又、定着スリーブ２２の熱は定着ローラ２１にも伝導し、定着ローラ２１に蓄熱される。定着スリーブ２２の表面温度が所定値に達していたとしても、定着ローラ２１の蓄熱状態が十分でない場合には、加圧ローラ２３の表面温度は所定値まで上昇しない。換言すれば、加圧ローラ２３の表面温度が所定値まで上昇していれば、定着ローラ２１の蓄熱状態が十分であると判断できる。そこで、本実施の形態では、加圧ローラ２３の表面温度を検知することで定着ローラ２１の蓄熱状態を予測する。そして、加圧ローラ２３の表面温度の検知結果に基づいて、ウォームアップ動作完了の判断を行う。その結果、ウォームアップ動作完了の判断を適切に行うことが可能となる。すなわち、定着ローラ２１が十分に蓄熱した状態で定着動作を開始できるようになる。

又、前述のように、本実施の形態では、ウォームアップ動作開始から既定ウォームアップ時間が経過したときには、加圧ローラ２３の実温度が所定値に到達していると判断し、ウォームアップ動作が完了したと判断する。その結果、接触型サーミスタ３５の検知誤差に起因して不要な待ち時間が発生することを防止できる。

図６において、Ｇは接触型サーミスタ３５が加圧ローラ２３と接触していない等、異常時の温度プロフィールである。ウォームアップ動作が完了すると、印刷ジョブ又は待機モードに移行するため、加圧ローラ２３の温度を予測することが難しく、接触型サーミスタ３５の異常を判断することは難しい。よって、既定ウォームアップ時間（＝２０ｓｅｃ）が経過する前に異常判断をする必要がある。そこで、本実施の形態では、ウォームアップ動作の開始から所定の時間（＜既定ウォームアップ時間）が経過する前に、接触型サーミスタ３５の検知温度が所定の異常検知温度に到達しない場合は、接触型サーミスタ３５の異常と判断し、定着装置２０の動作を停止する。このような制御を行うことにより、接触型サーミスタ３５の接触不良や断線等を含む温度検知系の異常を判断して定着装置２０の動作を安全に停止することができる。なお、接触型サーミスタ３５を含む温度検知系とは、接触型サーミスタ３５やその周辺回路を含む部分を指す。

本実施の形態では、一例として所定の時間を１８秒、異常検知温度を６０℃とし、ウォームアップ開始から１８ｓｅｃで６０℃以上にならなかった場合に異常と判断する。図６の例では、ウォームアップ開始から所定時間（＝１８ｓｅｃ）経過後に、異常検知温度（＝６０℃）よりも低い４０℃を検知しているため、接触型サーミスタ３５を含む温度検知系に異常があると判断し、定着装置２０の動作を停止する。

なお、ウォームアップ動作が完了すると、印刷ジョブが来ている場合には印刷ジョブが開始される（通紙可能な状態となる）。又、印刷ジョブが来ていない場合には待機モードに移行する。

次に、図７を参照して、小サイズ紙連続通紙時の動作について説明する。図７の例では、温度センサとして、定着スリーブ２２（定着ローラ２１）の軸方向中央の位置にサーモパイル３４、加圧ローラ２３の軸方向中央から１５０ｍｍの位置に接触型サーミスタ３５、加圧ローラ２３の軸方向中央から９０ｍｍの位置に非接触型サーミスタ３６が配置されている。図７において、グラフの横軸は軸方向位置、縦軸は加圧ローラ２３の温度である。

図７において、ＨはＡ３Ｔ通紙時の軸方向温度分布であり、ＩはＡ５Ｔ通紙時の軸方向温度分布である。図７のＩに示すように、本実施の形態に係る定着装置２０では、Ａ５Ｔ通紙幅より外側の５〜１５ｍｍの位置の温度が最も高くなる。Ａ３Ｔの通紙幅は２９７ｍｍ（軸方向中心から１４８．５ｍｍ）であるため、接触型サーミスタ３５で非通紙部の温度上昇を検知する。一方、Ａ５Ｔの通紙幅は１４８ｍｍ（軸方向中心から７４ｍｍ）であるため、非接触型サーミスタ３６で非通紙部の温度上昇を検知する。

定着ローラ２１の耐熱温度が約２２０℃である場合を考える。ここで、定着ローラ２１の軸方向の所定の場所の温度が約２２０℃であるとき、定着スリーブ２２及び定着ローラ２１からの伝熱により、定着ローラ２１が約２２０℃となっている場所と軸方向の同じ場所の加圧ローラ２３の温度は約１７０℃となることが予め分かっているとする。非接触型サーミスタ３６の検知温度が１７０℃のとき、検知誤差は±５℃であるから（図５参照）、比較的精度良く加圧ローラ２３の温度を検知できる。そこで、定着ローラ２１が耐熱温度を超えて劣化することを防止するため、Ａ５Ｔの記録媒体Ｐを連続通紙され、非接触型サーミスタ３６の検知温度が所定値（例えば１６５℃）以上となったときは、Ａ５Ｔの記録媒体Ｐの通紙速度を下げるように制御する。例えば、Ａ５Ｔの記録媒体Ｐの通紙速度を５０枚／分から４０枚／分に下げるように制御する。

又、Ａ５Ｔの記録媒体Ｐを所定枚数（ここでは、一例として１００枚とする）連続通紙すると、定着ローラ２１の非通紙部の温度は約２２０℃に到達することが予め分かっているとする。非接触型サーミスタ３６の異常等により加圧ローラ２３の温度が誤検知されると、定着ローラ２１が耐熱温度を超えて劣化する虞がある。そこで、Ａ５Ｔの記録媒体Ｐの連続通紙枚数が所定枚数（例えば１００枚）となったときは、非接触型サーミスタ３６の検知温度が所定値（例えば１６５℃）未満であっても加圧ローラ２３の実温度は１７０℃に到達していると判断し、Ａ５Ｔの記録媒体Ｐの通紙速度を下げるように制御する。例えば、Ａ５Ｔの記録媒体Ｐの通紙速度を５０枚／分から４０枚／分に下げるように制御する。

このような制御を行うことにより、定着ローラ２１の温度を下げることが可能となり、定着ローラ２１が耐熱温度を超えて劣化することを防止できる。

又、Ａ５Ｔの記録媒体Ｐの連続通紙枚数が所定枚数（例えば１００枚）となっても、非接触型サーミスタ３６の検知温度が所定値（例えば１４０℃）以下の場合には、非接触型サーミスタ３６を含む温度検知系の異常と判断して、定着装置２０の動作を停止する。このような制御を行うことにより、非接触型サーミスタ３６を含む温度検知系の異常を判断して定着装置２０の動作を安全に停止することができる。

次に、定着装置２０が、加圧ローラ２３の加圧力を変更できる機構を備えている場合の例を示す。定着装置２０は、定着ローラ２１と加圧ローラ２３との軸間距離を広げることにより、加圧ローラ２３の加圧力を変更できる機構を備えている。このような機構を備え、加圧が不要なときは加圧ローラ２３を脱圧位置に移動させることにより、定着ローラ２１や加圧ローラ２３の塑性変形を防止できる。

図８Ａは加圧ローラ２３が加圧位置にある場合を示しており、図８Ｂは加圧ローラ２３が脱圧位置にある場合を示している。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、３５ａは接触型サーミスタ３５の温度検知部を示している（以降、温度検知部３５ａとする）。図８Ａに示す加圧位置にある場合は加圧ローラ２３と温度検知部３５ａが接触しているが、図８Ｂに示す脱圧位置にある場合は加圧ローラ２３と温度検知部３５ａが接触していない。そのため、加圧ローラ２３が脱圧位置にある場合には、加圧位置にある場合と比べて、実温度よりも低い温度を検知する。

ここでは、加圧ローラ２３が脱圧位置にある場合には、加圧位置にある場合と比べて、実温度よりも約１０℃低く検知することが予め分かっているとする。この場合には、加圧ローラ２３が加圧位置のときと脱圧位置のときの接触型サーミスタ３５の検知温度を比較し、加圧位置の検知温度と脱圧位置の検知温度の差が所定値（１０℃）以上の場合に接触型サーミスタ３５を含む温度検知系の異常と判断して、定着装置２０の動作を停止する。このような制御を行うことにより、接触型サーミスタ３５を含む温度検知系の異常を判断して定着装置２０の動作を安全に停止することができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施の形態では、定着ローラ、加圧ローラ、ＩＨコイル等により構成される定着装置について示したが、本発明はこれに限定されることなく、定着ローラと加熱ローラに張架された定着ベルトで構成された定着装置に適用してもよい。又、ニップ形成部材と摺動する定着ベルトで構成された定着装置において、加圧ローラに複数のサーミスタを備える構成に対して本発明を適用してもよい。

又、上述した実施の形態では、画像形成装置の例としてレーザプリンタを示したが、画像形成装置はレーザプリンタには限定されず、複写機、レーザプリンタ以外のプリンタ、ファクシミリ、印刷機等であってもよい。

１０ 画像形成装置
１１ 露光部
１２ プロセスカートリッジ
１３ 転写部
１４ 排紙トレイ
１５、１６ 給紙部
１７ レジストローラ
１８ 手差し給紙部
１９ 感光体ドラム
２０ 定着装置
２１ 定着ローラ
２１ａ、２３ａ 芯金
２１ｂ、２３ｂ 弾性層
２２ 定着スリーブ
２２ａ 基材
２２ｂ 弾性層
２２ｃ 離型層
２３ 加圧ローラ
３０ 誘導加熱部
３１ 励磁コイル
３２ コア部
３２ａ センターコア
３２ｂ サイドコア
３２ｃ アーチコア
３３ 消磁コイル部
３４ サーモパイル
３５ 接触型サーミスタ
３５ａ 温度検知部
３６ 非接触型サーミスタ
３６ａ 検知用サーミスタ
３６ｂ 補償用サーミスタ
３７ 差動アンプ
３８ ＡＤコンバータ
３９ ＣＰＵ
４１ カム
４４ 圧接レバー
Ａ 検知誤差
Ｂ 検知誤差の上限
Ｃ 検知誤差の下限
Ｄ 定着ローラの実温度
Ｅ 加圧ローラの実温度
Ｆ 接触型サーミスタの検知温度
Ｇ 異常時の温度プロフィール
Ｈ Ａ３Ｔ通紙時の軸方向温度分布
Ｉ Ａ５Ｔ通紙時の軸方向温度分布
Ｋ 搬送経路
Ｌ 露光光
Ｐ 記録媒体
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｔ トナー像
Ｖ１、Ｖ２ 電圧
Ｙ１ 矢印

特許３７７７７２２号

Claims (7)

1. 記録媒体の未定着画像が形成された側と接し、前記記録媒体に前記未定着画像を加熱定着させる定着回転体と、
   前記記録媒体の前記未定着画像が形成されていない側と接し、前記記録媒体を前記定着回転体側に加圧する加圧回転体と、
   前記加圧回転体の温度を検知する温度検知手段と、を有する定着装置であって、
   前記加圧回転体の通紙領域の温度を検知する非接触型サーミスタと、前記加圧回転体の非通紙領域の温度を検知する接触型サーミスタと、を備え、
   前記温度検知手段は、前記接触型サーミスタであり、
   前記定着装置への入力電圧率が所定値以上、かつ、外気温度が所定値以上の場合において、前記温度検知手段の検知温度が所定の温度以上になる前にウォームアップ動作の開始から所定の時間が経過したとき、又は、前記ウォームアップ動作の開始から前記所定の時間が経過する前に前記温度検知手段の検知温度が前記所定の温度以上になったときに、前記ウォームアップ動作が完了したと判断することを特徴とする定着装置。
2. 前記ウォームアップ動作の開始から前記所定の時間が経過する前に、前記接触型サーミスタの検知温度が所定の異常検知温度に到達しない場合は、前記接触型サーミスタを含む温度検知系の異常と判断し、定着装置の動作を停止することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 所定の幅の第１の記録媒体と、前記第１の記録媒体よりも幅の広い第２の記録媒体とを含む、幅の異なる複数の記録媒体が通紙可能に構成されており、
   前記非接触型サーミスタは、前記第１の記録媒体に対しては非通紙領域となり、かつ、前記第２の記録媒体に対しては通紙領域となる領域に配置され、
   前記第１の記録媒体が連続通紙され、前記非接触型サーミスタの検知温度が所定の温度以上となったとき、又は、連続通紙枚数が所定の枚数以上となったとき、前記第１の記録媒体の通紙速度を下げることを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記連続通紙枚数が所定の枚数以上となったとき、前記非接触型サーミスタの検知温度が所定の異常検知温度以上とならない場合には、前記非接触型サーミスタを含む温度検知系の異常と判断し、定着装置の動作を停止することを特徴とする請求項３記載の定着装置。
5. 前記加圧回転体の加圧力を変更できる機構を備えており、
   前記加圧回転体が加圧位置のときと脱圧位置のときの前記接触型サーミスタの検知温度を比較し、前記加圧位置の検知温度と前記脱圧位置の検知温度の差が所定値以上の場合には前記接触型サーミスタを含む温度検知系の異常と判断し、定着装置の動作を停止することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の定着装置。
6. 前記定着回転体の中央部の温度を検知するサーモパイルを備え、
   前記サーモパイルで検知された温度が室温であり、かつ、定着装置を加熱していない状態のとき、前記サーモパイルの検知温度と前記非接触型サーミスタの検知温度とを比較し、検知温度差が所定値以上の場合には前記非接触型サーミスタを含む温度検知系の異常と判断し、定着装置の動作を停止することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の定着装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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