JP6019785B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ又はそれらの複合機等の画像形成装置と、そこに設置される定着装置に関するものである。

従来から、電子写真方式を利用した画像形成装置が考案され、公知技術となっている。その画像形成プロセスは、像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録媒体（以下、用紙とも言う）に転写して画像を担持させ、圧力や熱等を用いる定着装置によって用紙上のトナー画像を定着する過程を有している。

定着装置には、対向するローラ若しくはベルト若しくはそれらの組み合わせにより構成された定着回転体が配置されており、定着回転体で用紙を挟みこんで、熱及び圧力を加え、上記トナー像を用紙上に定着する方式が一般的である。

ところで、上記のように画像形成装置に用いられる定着装置では、印刷開始後のウォームアップ時間を短縮する、あるいは消費電力を低減する目的で、近年は定着ローラの小径化、薄肉化による低熱容量化を実現した定着装置が既に知られている。

しかし、従来連続通紙を行った際に、加圧ローラの温度低下に伴い、定着ローラの周方向に温度ムラが生じ、温度ムラの影響で１枚の用紙の定着性にムラが生じる問題があった。

例えば特許文献１は、画像のズレを発生させることなく、用紙の１枚中における定着ムラの発生を防止するために、用紙の搬送方向に対し周面が接触する熱ヒートローラの周長を、標準サイズ（Ａ４サイズ）の用紙の搬送方向の短手サイズの長さ以上に設定している。しかし、加圧ローラの温度低下に起因する定着ローラの温度ムラに対する措置は講じられていない。

そこで、本発明は、加圧部材の温度低下に起因する定着部材の温度ばらつきを低減して１枚の記録媒体中の温度ムラを低減し、均一な記録媒体の定着性を得ることを目的とする。

この課題を解決するため、本発明は、未定着画像を担持した記録媒体を加熱する回転可能な定着部材と、該定着部材に圧接して該定着部材との間にニップ部を形成する回転可能な加圧部材と、該定着部材を加熱する加熱源と、該定着部材の温度を検知する第１温度検知手段と、該加圧部材の温度を検知する第２温度検知手段と、該第１及び第２温度検知手段から入力される温度情報に基づいて、所定の制御周期で該加熱源へ通電する温度制御部とを備え、該記録媒体の先端が該ニップ部に達してから後端が該ニップ部を通過するまでの時間をＴ１、該記録媒体間の間隔に対応する時間をＴ２、該制御周期をＣ、Ｎを正の整数としたとき、Ｔ１＋Ｔ２＝Ｃ×Ｎの条件を満たし、且つ該記録媒体の該ニップ部への進入タイミングに合わせて該加熱源による熱量が該記録媒体に供給されるように、該制御周期又は該記録媒体間の間隔が設定される定着装置であって、通紙開始前に検知した該加圧部材の温度が閾値以上の場合、通紙開始後の１枚目の記録媒体の該ニップ部への進入時に対応する初めの制御周期の通電時間に該加圧部材の温度に応じた補正量を加算し、且つ、該補正量が該１枚目の記録媒体又は２枚目以降の記録媒体の通紙中に０となるように、該補正量を２つ目以降の制御周期において所定の率で段階的に減少させ、該加圧部材の温度が閾値未満の場合、該補正量の加算を実施しないことを特徴とする。

本発明によれば、「記録媒体＋記録媒体間」時間を制御周期の整数倍とし、記録媒体のニップ進入タイミングに合わせて熱量が供給されるようにヒータ制御周期がタイミングリセットされる定着装置において、記録媒体のニップ進入と同じタイミングで発生する加圧部材温度低下に合わせてヒータ点灯デューティを段階的に変化させるので、加圧部材温度低下に起因する定着部材上の温度ムラを低減し、省エネルギーを実現し、画像品質を改善することができる。また、加圧部材温度が閾値未満の場合にはヒータ点灯デューティに補正量を加算しないため、定着部材を過熱することもない。

本発明に係る定着装置を備える画像形成装置全体の内部機構の概略構成図である。 本発明に係る定着装置の構成について説明する図である。 ハロゲンヒータを用いた定着装置のヒータ点灯方法について説明する図である。 用紙・トナーの温度のばらつきの許容範囲について説明する図である。 従来の定着装置と本発明の定着装置における制御周期と温度について説明する図である。 本発明に従う用紙間長さの変動方法の一例について説明する図である。 従来の定着装置におけるヒータ点灯方法を示す図である。 本発明の定着装置におけるヒータ点灯方法を示す図である。 用紙坪量の違いにより異なる補正量が加算されるデューティ制御を示す図である。 線速の違いにより異なる補正量が加算されるデューティ制御を示す図である。 用紙長さと用紙間長さの違いにより異なる補正量が加算されるデューティ制御を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に従う定着装置を備える画像形成装置全体の内部機構の概略構成図である。図示の画像形成装置は、電子写真方式を採用するものであり、画像形成装置本体１００の上に画像読取装置２００を設置し、右側面に両面ユニット３００を取り付けてなる。画像形成装置本体１００内には、中間転写装置１０を備える。中間転写装置１０は、複数のローラに掛けまわしてエンドレスの中間転写ベルト１１をほぼ水平に張り渡し、反時計まわりに走行するように設ける。

中間転写装置１０の下には、シアン、マゼンタ、イエロ、ブラックの作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋを、中間転写ベルト１１の張り渡し方向に沿って四連タンデム式に並べて設ける。各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋでは、図中時計まわりに回転するドラム状の像担持体のまわりに帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置などを設置して構成する。作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋの下には、露光装置１３を備える。

露光装置１３の下には、給紙装置１４を設ける。給紙装置１４には、記録媒体である用紙２０を収納する給紙カセット１５を、この例では二段に備えてなる。そして、各給紙カセット１５の右上には、各給紙カセット１５内の用紙２０を一枚ずつ繰り出して用紙搬送路１６に入れる給紙コロ１７を設けてなる。

用紙搬送路１６は、画像形成装置本体１００内の右側に下方から上方に向けて形成し、画像形成装置本体１００上に画像読取装置２００との間に形成する胴内排紙部１８へと通ずるように設ける。用紙搬送路１６には、搬送ローラ１９、中間転写ベルト１１と対向して二次転写装置２１、定着装置２２、一対の排紙ローラよりなる排紙装置２３などを順に設けてなる。搬送ローラ１９の上流には、両面ユニット３００から再給紙し、または両面ユニット３００を横切って手差し給紙装置３６から手差し給紙する用紙２０を用紙搬送路１６に合流する給紙路３７を設ける。また、定着装置２２の下流には、両面ユニット３００への再給紙搬送路２４を分岐して設けてなる。

そして、コピーを取るときは、画像読取装置２００で原稿画像を読み取って露光装置１３で書き込みを行い、各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋのそれぞれの像担持体上に各色トナー画像を形成し、そのトナー像を一次転写装置２５ｃ、２５ｍ、２５ｙ、２５ｋで順次転写して中間転写ベルト１１上にカラー画像を形成する。

一方、給紙コロ１７の１つを選択的に回転して対応する給紙カセット１５から用紙２０を繰り出して用紙搬送路１６に入れ、または手差し給紙装置３６から手差し用紙を給紙路３７に入れる。そして、用紙搬送路１６を通して搬送ローラ１９で搬送してタイミングを取って二次転写位置へと送り込み、上述したごとく中間転写ベルト１１上に形成したカラー画像を二次転写装置２１で用紙２０に転写する。画像転写後の用紙２０は、定着装置２２で画像定着後、排紙装置２３で排出して胴内排紙部１８上にスタックする。

用紙２０の裏面にも画像を形成するときには、再給紙搬送路２４に入れて両面ユニット３００で反転してから給紙路３７を通して再給紙し、別途中間転写ベルト１１上に形成したカラー画像を用紙２０に二次転写した後、再び定着装置２２で定着して排紙装置２３で胴内排紙部１８に排出する。

図２は、本発明に係る定着装置２２の構成について説明する図である。
この発明による定着装置２２は、ローラ形状の定着部材である定着ローラ１と、ローラ状の加圧部材である加圧ローラ２と、内部に加熱源を備えた加熱ローラ４と、定着ローラ１と加熱ローラ４に架け回された定着ベルト３で構成され、定着ローラ１、加圧ローラ２のうちの一方のローラの回転軸は固定され、他方のローラの回転軸は移動自在として他方のローラが一方のローラに対して接離可能に支持され、かつ他方のローラが一方のローラに向けてばねで付勢されて、定着ローラ１と加圧ローラ２との間で定着ベルト３を介してニップ部ｎが形成される。用紙２０がニップ部ｎを通過する際、定着ローラ１は用紙２０の未定着画像面に接して用紙２０を加熱し、加圧ローラ２は非画像面から用紙を加圧し、未定着画像は加熱・加圧されて用紙に定着される。

次に加熱源について説明する。
加熱ローラ４の内側にはハロゲンヒータ５が配置されており、定着ベルト３を加熱することができる。なお、ここではハロゲンヒータの例を示したが、定着ベルト４を加熱する熱源はセラミックヒータや誘導加熱（ＩＨ）など、他の熱源でも構わない。

次に、定着装置２２の温度制御方式について説明する。
図示の定着装置２２には、定着ベルト３に近接して定着ベルト３の温度を測定可能なように第１温度検知手段としての非接触式温度センサ６を設置する。また、定着装置２２には、この非接触式温度センサ６により、定着ベルト３の温度を検知し、指定された定着ベルト３の目標制御温度と検知された定着ベルト３の温度との間の温度偏差の情報を基にＰＷＭ駆動回路９２ｂを通してハロゲンヒータ５への印加電力を単位時間当たりの通電時間（＝デューティ）で制御する定着温度コントローラ９２ａが設けられている。定着温度コントローラ９２ａは本発明の温度制御部である。また、加圧ローラ２には第２温度検知手段としての温度センサ７を設け、加圧ローラ２の温度を監視できるようになっている。
以上のような構成で、ニップ部ｎを通過する用紙２０及びトナーへ与える熱量が所定の状態になるようにハロゲンヒータ５の電力を制御する。

図３は、ハロゲンヒータを用いた定着装置のヒータ点灯方法について説明する図である。
図３（ｉ）に示されているように、ここでは一例として、下記の条件で動作する定着装置を用いて説明する。
・プロセス線速：１０５ｍｍ／ｓ
・用紙の長さ：２１０ｍｍ
・用紙間の長さ：１２６ｍｍ
・定着ヒータの電力：１２００［Ｗ］

図３（ｉｉ）に示されているように、これらの用紙長さ、用紙間長さ、線速の場合、用紙１枚が通過するまでに２．０ｓ、用紙間が通過するまでに１．２ｓかかる。

次に、図３（ｉｉｉ）を参照して、無駄のない理想的なヒータ点灯方法を考える。
理想的な温度波形は図３（ｉｉｉ）の下図に示すような波形である。つまり、省エネルギーや画像品質の観点から、定着ベルト３の温度は、狙いの温度に対して一定になることが望ましい。また、省エネルギーの観点から、用紙間部分ではヒータ５をなるべく消灯することが望ましい。

図３（ｉｉｉ）の上図に示すように、用紙・トナーを狙いの温度にするために必要な電力が３００Ｗの場合を仮定する。理想的な温度波形を実現するためには、用紙部分には３００Ｗを一定に出力し、用紙間部分には電力を使用しないようなヒータ点灯が理想的である。

定着装置２２で用いるハロゲンヒータ５は以下のような特徴を有する（図３（ｉｖ））。
・コスト・装置の簡素化のために、ＡＣ電源によりリレーを用いて直接ハロゲンヒータを点灯させる。また、リレーを使用して、ヒータのＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替えるデューティ制御を行う。
・電源ＯＮ後や待機状態からの復帰時間を短縮するめに大電力のヒータを使用する。定格１２００Ｗのハロゲンヒータを用いて、用紙に対して３００Ｗ相当の加熱を行うには、ＯＮ状態の時間がＯＦＦ状態の時間の１／３となるようにする。

このようにデューティ制御を行う際の理想的なヒータ点灯方法としては、ヒータのＯＮ状態とＯＦＦ状態をできるだけ高速に切り替える方法が良い。高速に切り替えることで、図３（ｉｉｉ）に示すように定着ベルト温度を狙いの温度に近づけることができる。

しかしながら、このような高速なＯＮ／ＯＦＦ点灯は以下の理由で現実的には困難である。
・高速なヒータのＯＮ／ＯＦＦ切り替えを繰り返すと、ハロゲンヒータ内部のフィラメントの温度が上がらず、タングステンの蒸発が進行するためにフィラメントが劣化し、破損する。
・電源に与える電圧変動により、照明等の明滅（フリッカー）が発生する。

このため、図３（ｖ）に示されているように、現実的にはヒータのＯＮ状態の時間とＯＦＦ状態の時間の周期（以下、制御周期という）を十分に長くとる必要がある。
図３（ｖ）の上図は制御周期が０．４ｓの場合を示している。この場合に用紙の部分に３００Ｗ相当の電力を与えるには、ＯＮ時間を０．１ｓ、ＯＦＦ時間を０．３ｓとし、これを５回繰り返せば良い。

しかし、このような制御周期でヒータ点灯を行うと、ヒータの高速なＯＮ／ＯＦＦ切り替えを行う場合に比べて、狙いの温度に対する定着ベルトの温度ばらつきが増加する。すなわち、ＯＮ部分では狙いの温度より高く、ＯＦＦ部分では狙いの温度よりも低くなってしまう（下図）。

図４は、用紙・トナーの温度のばらつきの許容範囲について説明する図である。
温度ばらつきは、省エネルギーと画像品質の観点から可能な限り小さいほうが良いが、狙いの温度から±１．５℃、つまり３℃以下であれば、所望の画像品質を実現することができる。

図５は、従来の定着装置と本発明の定着装置における制御周期と温度について説明する図である。
一方、近年の画像形成装置においては、定着装置を省エネルギー化するために、定着ベルト等の定着部材の低熱容量化が進み、ローラの小径化等が行われている。このような定着装置は省エネルギーを実現できる一方で、ヒータの点灯に対する定着部材の温度応答も早いため温度を一定に維持することが難しくなっている。

このように低熱容量化が進んだ定着装置においては、従来のようなヒータ点灯方法では定着ベルトの温度ばらつきを許容値である３℃以内に抑えることが困難である。
従来のヒータ点灯方法で定着ベルトの温度ばらつきを低減させることが困難な要因として、用紙と用紙間のタイミングに対して制御周期が独立になっていることが挙げられる。

図５（ｉ）は、定着ベルト温度の理想波形を示しており、用紙の先端から後端の間で狙いの温度が得られている。
図５（ｉｉ）は、従来の定着装置におけるヒータ点灯方法を示している。図示のように、制御周期は、用紙と用紙間のタイミングに関連しておらず独立している。そのため、加熱をしたい狙いのタイミングと実際の加熱のタイミングの間にずれが生じる。ここでは、定着ベルトの温度の落ち込みが発生する部分と、逆に過剰に加熱してしまう部分が生じる。具体的には、１枚目の用紙の後端、２枚目の用紙の先端、３枚目の用紙の先端では、定着ベルトの温度落ち込みが生じており、３枚目の用紙通過後の用紙間では過剰な加熱が生じている。

そこで本発明では、図５（ｉｉｉ）に示すように、「用紙＋用紙間」の時間と制御周期の関係が下記の式１を満たし又はそれに近い関係を満たし、且つ用紙のニップ部ｎへの進入タイミングに合わせてヒータによる熱量が用紙に供給されるように（ヒータへ通電が開始されてから、ちょうど用紙先端がニップ部ｎに達するときにヒータによる熱量が用紙に供給されるように）ヒータ点灯デューティを制御する。
Ｔ１＋Ｔ２ = Ｃ×Ｎ・・・（式１）

ここで、Ｔ１［ｓ］は（用紙長さ）／（プロセス線速）であって、用紙の先端から後端までがニップ部ｎを通過するまでの時間、Ｔ２［ｓ］は（用紙間長さ）／（プロセス線速）であって、用紙間に対応する時間、Ｃ［ｓ］は制御周期、Ｎは正の整数である。

図５（ｉｉｉ）では、上記の式１（一例としてＮ＝４）の条件を満たすように、ハロゲンヒータ５への通電サイクルの制御周期Ｃを設定しており、図５（ｉｉ）では、Ｔ１＋Ｔ２と無関係に制御周期を設定している。図５（ｉｉｉ）及び図５（ｉｉ）において、用紙長さ、用紙間長さ、プロセス線速、Ｔ１、Ｔ２は、いずれも連続画像形成ジョブの実行時に一定であり、また、これらの値は図５（ｉｉｉ）と図５（ｉｉ）とで同じである。また、図５（ｉｉｉ）及び図５（ｉｉ）ともに、ニップ部ｎに搬送されてくる用紙２０に対して、ハロゲンヒータ５を３回点灯させるように通電サイクルの各制御周期を設定している。各制御周期は、連続画像形成ジョブの実行時に一定である。用紙に対する通電のデューティは、実際には、温度センサ６からの温度情報に基づいて温度制御部により可変制御される。

図５（ｉｉ）では、通電サイクルの制御周期を、ニップ部ｎを通過する用紙２０の通過タイミングＴ１＋Ｔ２と関連付けて設定しておらず、Ｔ１＋Ｔ２が制御周期の整数倍になっていないため、連続画像形成ジョブの進行に伴い、ニップ部ｎに所定のタイミングで搬送されてくる用紙に対して、ヒータへの通電サイクルの開始タイミングのずれが起こる。そして、この通電サイクルの開始タイミングのずれが連続画像形成ジョブの進行に伴い、用紙ごとに重畳されてゆくと、ある枚数以降の用紙に対しては、ヒータの点灯回数（通電回数）が少なく又は多くなる現象が起こる。図５（ｉｉ）では、１枚目と２枚目の用紙に対して、ヒータは３回点灯するが、３枚目の用紙に対しては、２．５回程度しか点灯しない。そのため、３枚目の用紙がニップ部ｎを通過する初期の段階で、定着ベルト３のニップ部ｎの入口での温度が落ち込み、当該用紙の先端側部分で定着不足が生じて定着むらが発生する。また、ヒータの残りの０．５回程度の点灯に対応する定着ベルト３の領域は、当該用紙と接触することなくニップ部ｎを通過し、当該用紙によって熱量を奪われることがないので、過昇温の原因となる。なお、図５（ｉｉ）では、制御周期との関係で、１枚目と２枚目の用紙がニップ部ｎを通過する際にも、定着ベルト３のニップ部ｎでの温度に落ち込みが生じている。そのため、温度落ち込みの程度によっては、１枚目と２枚目の用紙についても、定着むらが発生する可能性がある。

これに対して、図５（ｉｉｉ）では、ニップ部ｎを通過する用紙の通過タイミングＴ１＋Ｔ２に対して、ヒータへの通電サイクルの制御周期Ｃを（式１）を満たすように設定しているので、連続画像形成ジョブの実行時に、全ての用紙に対して、各用紙の先端がニップ部ｎの入口に達した時点（Ｔ１の開始時点）でヒータへの通電サイクルが開始される。そのため、全ての用紙に対して、ヒータの点灯回数（通電回数）が同じになり、かつ、定着ベルト３のニップ部ｎの入口での温度推移も同じ傾向になるので、ニップ部の温度落ち込みによる定着むらの発生がなく、良好な定着品質の定着画像を形成することができる。また、ヒータの点灯によって加熱された定着ベルト３の領域が用紙と接触することなくニップ部ｎを通過して過昇温する現象も回避される。

式１を満たすために、第１の方法として制御周期Ｃを「用紙＋用紙間」の時間Ｔ１＋Ｔ２に合わせて変えることが考えられる。下記の表１に、線速の違いによりＰＰＭ（paper per minute）［枚／分］が異なる場合におけるそれぞれの制御周期Ｃの候補を示す。ここでは、「用紙＋用紙間」の時間Ｔ１＋Ｔ２は、少数点以下を四捨五入している。また、用紙２０としてＡ４横を使用する場合を示している。

Ｎに依存して複数の制御周期Ｃの候補が考えられる。図３において説明したように、Ｎが多い、すなわち制御周期Ｃが短いほど定着ベルト温度の制御性が良好になるが、ハロゲンヒータ５のフィラメントの劣化やフリッカーも考慮して十分に長い制御周期Ｃを設定する必要がある。例えば６００ｍｓ以上の制御周期Ｃが必要な場合、表１においてハッチングで示した制御周期Ｃを選択すると良い。

この例では式１に基づいて、線速が９０ｍｍ／ｓでは、Ｎは５、Ｃは６００ｍｓ、線速が１３５ｍｍ／ｓでは、Ｎは３、Ｃは６６７ｍｓ、線速が１８０ｍｍ／ｓでは、Ｎは２、Ｃは７５０ｍｓ、線速が２２５ｍｍ／ｓでは、Ｎは２、Ｃは６００ｍｓ、としている。

「用紙＋用紙間」の時間Ｔ１＋Ｔ２はＰＰＭによって決まるが、画像形成装置の同一機種でも用紙サイズの違いによってＰＰＭが異なる場合がある。この場合、各ＰＰＭに対してそれぞれ適切な制御周期Ｃを割り当てることが望ましいが、それが困難な場合には、Ａ４，Ａ３、レターサイズなどの使用頻度の高い用紙サイズに対してＣを最適化するだけも良い。

また、第２の方法として用紙間長さＬを制御周期Ｃに合わせて設定することが考えられる。
先ず、ＰＰＭを変更可能な場合、表２に、制御周期Ｃが６００ｍｓで線速が異なる場合のそれぞれの用紙間長さＬの候補を示す。ここでは、用紙２０としてＡ４横を使用する場合を示している。

例えば、表２でハッチングで示した用紙間長さＬを選択すると、式１の関係を満足させることができる。用紙間長さＬを変えるとＰＰＭも変わるが、これが可能な機種においては有効な方法である。なお、表２においてＬがマイナスの値になる部分は実現不可能な用紙間長さであるため、これらに相当する部分は除く。

この例では、線速が９０ｍｍ／ｓでは、Ｌが６０ｍｍ、Ｔ１＋Ｔ２が３．０ｓ、ＰＰＭが２０．０枚／ｍｉｎ、線速が１３５ｍｍ／ｓでは、Ｌが１１４ｍｍ、Ｔ１＋Ｔ２が２．４ｓ、ＰＰＭが２５．０枚／ｍｉｎ、線速が１８０ｍｍ／ｓでは、Ｌが１１４ｍｍ、Ｔ１＋Ｔ２が１．８ｓ、ＰＰＭが３３．３枚／ｍｉｎ、線速が２２５ｍｍ／ｓでは、Ｌが６０ｍｍ、Ｔ１＋Ｔ２が１．２ｓ、ＰＰＭが５０．０枚／ｍｉｎ、としている。

図６は、本発明に従う用紙間長さの変動方法について説明する図である。
ＰＰＭを変更できない場合、用紙の定着プロセス中における用紙間長さを変動させて「用紙＋用紙間」時間を変えることで、ＰＰＭを変更させることなく式１の関係を満足させることができる。

図６（ｉ）に示すように、従来では用紙間長さは一定であり、加熱をしたい狙いのタイミングである２，３枚目の用紙の先端と実際の加熱のタイミングの間にずれが生じている。一方、図６（ｉｉ）に示すように、本発明では１枚目と２枚目の用紙間長さＬを縮め、２枚目と３枚目の用紙間長さＬを広げることで、ＰＰＭを変えることなく、式１を満足させながら、加熱をしたい狙いのタイミングと実際の加熱のタイミングを一致させることができる。

このような制御により、定着ベルトの温度ばらつきを低減させることができる。しかしながら、このようなヒータ点灯方法では、加圧ローラ温度の急速な低下により定着ベルト温度が低下するという課題は考慮されていない。

図７は、従来の定着装置におけるヒータ点灯方法を示す。
従来発明においては、図７の左図に示すように加圧ローラ温度が低い場合、垂直方向の破線で示す通紙のタイミングで生じる加圧ローラ温度の低下は小さく、定着ローラ温度の低下も小さくなるため、従来のヒータ点灯方法で問題ない。しかし、右図に示すように加圧ローラ温度が高い場合、通紙開始とともに加圧ローラ温度は大きく低下し、それに伴い定着ローラ温度も大きく低下してしまう。

従って、加圧ローラ温度が高い場合には、制御周期Ｃを「用紙＋用紙間」の時間Ｔ１＋Ｔ２に合わせて設定するだけでなく、加圧ローラ温度低下を見越してそれに応じてヒータ点灯デューティを変更することが有効である。

加圧ローラ温度は、通紙前やプロセスコントロール実施時等、定着ベルトが所定の温度に維持されつつも、熱量が用紙に供給されない非通紙時に上昇しやすい。よって、通紙１枚目やプロセスコントロール実施後の通紙１枚目に、加圧ローラ温度低下に伴う定着ベルト温度低下が発生し易い。

また、加圧ローラ温度は、通紙前の加熱温度に影響を受けるだけでなく、用紙の坪量、用紙の温度、用紙長さと用紙間長さの比率に応じても変動する。これは、加圧ローラから用紙への供給熱量が変わるためである。
従って、用紙の通紙情報を用いて加圧ローラ温度変動を予測し、それに応じてヒータ点灯デューティを変更することが有効である。

図８は、本発明の定着装置におけるヒータ点灯方法を示す図である。
左図のように、通紙開始前に検知した加圧ローラ温度が低い場合には従来のヒータ点灯方法で問題ないが、通紙開始前に検知した加圧ローラ温度が高い場合に定着ローラ温度の低下を抑制する必要がある。そこで、本発明では、右図に示すように通紙開始前の加圧ローラ温度に応じて、通紙開始時の点灯デューティに補正量を加算する。つまり、各制御周期におけるヒータのＯＮ状態の時間（通電時間）に補正量を加算する。また、各制御周期における通電時間に加算すべき補正量を段階的に減少させる。

本実施例では、制御周期に対する通電時間の比率である点灯デューティは、通紙開始時では４０％である。そこで、初期加算率を１としたときの補正量４０％を、１つ目の制御周期の点灯デューティに加えている。また、２つ目以降の制御周期の点灯デューティには、この補正量４０％を減少率０．２５で減少させた値をそれぞれ加えている。つまり、２つ目の補正量は４０％×０．７５、３つ目の補正量は４０％×０．５、４つ目の補正量は４０％×０．２５、５つ目の補正量は４０％×０の値となる。本実施例では補正量を制御周期の４０％分としたが、これに限られず、加圧ローラ温度に応じた値に設定することができる。

また、通紙開始後の加圧ローラの温度低下がなくなる時間近辺で補正量の減算が終了するように（補正量が０となるように）、減少率は設定されることが望ましい。このとき、減算は通紙１枚目に限らず、用紙サイズによっては数枚にわたって実施されても良い。これは、低下した加圧ローラ温度が安定するまでに数枚の通紙が必要となることを意味する。

また図８の左図に示すように、通紙開始前に検知した加圧ローラ温度が低い場合には点灯デューティの加算を実施する必要はないため、加圧ローラ温度が閾値以上の場合にこれを行うことが有効である。加圧ローラ温度が閾値未満の場合に点灯デューティの補正加算を実施すると、定着ベルト温度のオーバーシュートが発生する恐れがあるからである。

例えば閾値Ｔは１２０℃に設定されるが、この数値に限らない。定着装置の構成に応じて閾値Ｔを設定し、加圧ローラ温度に応じて補正量を変更し、適切な補正量と減少率を設定して適切な点灯デューティ制御を行うことで、図８の右図に示すように定着ローラ温度の低下と温度ムラを低減することができる。

またこの加算は、通紙初期に行うことに限られず通紙開始前に加えて、前述のように通紙中のプロセスコントロール動作後に加圧ローラ温度が上昇した場合にも行うことができる。閾値Ｔは前述のように適宜設定されれば良い。

一方、通紙開始前に検知した定着ベルト温度が所望の目標温度をオーバーしている場合には、点灯デューティの補正加算は望ましくない。定着ベルト温度がＴ３℃以上オーバーシュートしている場合には、補正加算を実施しないことで定着ベルトの温度ムラを低減することができる。Ｔ３は例えば２０℃であるが、これは加圧ローラの温度低下量によるため、用紙種類、通紙条件により変更される。

また、加圧ローラに温度検知部材を有していて加圧ローラの温度検知が可能であれば、検知温度情報により補正加算の実施を決定できる。一方、加圧ローラに温度検知部材を有さない構成では、定着ベルト温度、回転線速、記憶部（不図示）に記憶された紙間時間Ｔ２から加圧ローラ温度を予測し、補正加算の実施を決定することができる。例えば５秒以上の紙間時間Ｔ２がプロセスコントロールや生産性調整などで発生した場合には、加圧ローラ温度が上昇するため、補正加算を実施する。ただし秒数の設定は定着装置により異なるため、これに限定されない。これにより、加圧ローラに温度センサが設けられていなくても、紙間時間Ｔ２から加圧ローラ温度の上昇を推定して補正加算を実施することができる。

以下では、本発明の点灯デューティの補正加算の具体的な方法について説明する。
本発明では、通紙に伴う加圧ローラ温度の低下量を予測し、補正量を事前に決定する。図９は、用紙坪量の違いにより異なる補正量が加算されるデューティ制御を示している。上図に示すように、坪量が６０ｇ、９０ｇ、１２０ｇと大きくなるに連れて用紙の熱容量も大きくなるため、ニップ部ｎで加圧ローラから奪われる熱量が増加し、加圧ローラ温度と定着ローラ温度の低下が大きくなる。

そこで表３に示すように、用紙坪量に応じて初期加算率、補正量を適切に変化させることで、図９の下図に示すように定着ローラ温度の低下を抑え、温度ムラを低減することができる。この例では、坪量６０ｇ／ｍ^２までは初期加算率を０．７５、坪量６１〜９０ｇ／ｍ^２では初期加算率を１、坪量９１〜１２０ｇ／ｍ^２では初期加算率を１．２５とし、減少率（ステップ）を０．２５としている。

また、補正量は、用紙坪量に代えて又は加えて、用紙温度又は環境温度に応じて変化させても良い。同様に用紙温度に対応する初期加算率を設けても良い。用紙温度が低い場合には加圧ローラ温度の低下も大きいため、初期加算率を高く設定する。

さらに図１０に示すように、初期加算率、補正量は線速（用紙送り速度）に応じて変更しても良い。用紙坪量、用紙温度に代えて又は加えて、線速情報に応じて初期加算率が変更されることが望ましい。上図に示すように、線速が１００ｍｍ／ｓ、２００ｍｍ／ｓ、３００ｍｍ／ｓと大きくなるに連れてニップ部ｎにおける単位時間当たりの用紙通過量が増加するため、加圧ローラ温度と定着ローラ温度が低下し易くなる。

従って、表４にも示すように、線速が大きいときは初期加算率及び補正量を高く設定する。この例では、線速１００ｍｍ／ｓでは初期加算率を０．７５、線速２００ｍｍ／ｓでは初期加算率を１、線速３００ｍｍ／ｓでは初期加算率を１．２５とし、減少率（ステップ）を０．２５としている。初期加算率は定着毎に適宜設定される。

また図１１に示すように、減少率（ステップ）は用紙長さ、用紙間長さの違いにより変更されることが望ましい。上図に示すように、用紙送り方向における用紙サイズが１４９ｍｍ、２１０ｍｍ、２９７ｍｍと大きくなるに連れて加圧ローラに奪われる熱量が増加するため、加圧ローラ温度と定着ローラ温度が低下し易くなるからである。

そこで、表５に示すように、用紙の先端から後端までがニップ部ｎを通過するまでの時間をＴ１、用紙間に対応する時間をＴ２としたとき、ＴＡ＝Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）の値に応じて減少率を変更する。ＴＡが小さければ減少率を大きくし、ＴＡが大きければ減少率を小さくする。用紙長さが小さく、用紙間長さが大きい場合に減少率が小さく設定されると、温度オーバーシュートが発生する恐れがあるためである。

図１１の下図は、ＴＡに応じて減少率（ステップ）を変更し、用紙間長さを同一にして用紙を連続通紙した際の補正量の変化量を示している。具体的には、表５にも示すように、ＴＡが０．６８では減少率を０．４、ＴＡが０．７５では減少率を０．２５、ＴＡが０．８１では減少率を０．１としている。これにより、図示のように定着ローラ温度の低下と温度ムラを低減することができる。

以上のように、「用紙＋用紙間」時間を制御周期の整数倍とし、用紙のニップ進入タイミングに合わせて定着部材の熱量が用紙に供給されるようにヒータの点灯タイミングが制御される定着装置において、加圧ローラ温度が高い場合に用紙のニップ進入と同じタイミングで発生する加圧ローラ温度低下に合わせてヒータの点灯デューティを段階的に変化させるため、加圧ローラ温度低下を抑えて定着ベルトの温度ムラを低減することができる。

２ 加圧ローラ（加圧部材）
３ 定着ベルト（定着部材）
６ 非接触式温度センサ（第１温度検知手段、温度検知手段）
７ 温度センサ（第２温度検知手段）
２０ 用紙（記録部材）
２２ 定着装置
９２ａ 定着温度コントローラ（温度制御部）
１００ 画像形成装置

特開２００２−０４９２６４号公報

Claims (7)

1. 未定着画像を担持した記録媒体を加熱する回転可能な定着部材と、該定着部材に圧接して該定着部材との間にニップ部を形成する回転可能な加圧部材と、該定着部材を加熱する加熱源と、該定着部材の温度を検知する第１温度検知手段と、該加圧部材の温度を検知する第２温度検知手段と、該第１及び第２温度検知手段から入力される温度情報に基づいて、所定の制御周期で該加熱源へ通電する温度制御部とを備え、
   該記録媒体の先端が該ニップ部に達してから後端が該ニップ部を通過するまでの時間をＴ１、該記録媒体間の間隔に対応する時間をＴ２、該制御周期をＣ、Ｎを正の整数としたとき、Ｔ１＋Ｔ２＝Ｃ×Ｎの条件を満たし、且つ該記録媒体の該ニップ部への進入タイミングに合わせて該加熱源による熱量が該記録媒体に供給されるように、該制御周期又は該記録媒体間の間隔が設定される定着装置であって、
   通紙開始前に検知した該加圧部材の温度が閾値以上の場合、通紙開始後の１枚目の記録媒体の該ニップ部への進入時に対応する初めの制御周期の通電時間に該加圧部材の温度に応じた補正量を加算し、且つ、該補正量が該１枚目の記録媒体又は２枚目以降の記録媒体の通紙中に０となるように、該補正量を２つ目以降の制御周期において所定の率で段階的に減少させ、該加圧部材の温度が閾値未満の場合、該補正量の加算を実施しないことを特徴とする定着装置。
2. 未定着画像を担持した記録媒体を加熱する回転可能な定着部材と、該定着部材に圧接して該定着部材との間にニップ部を形成する回転可能な加圧部材と、該定着部材を加熱する加熱源と、該定着部材の温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段から入力される温度情報に基づいて、所定の制御周期で該加熱源へ通電する温度制御部とを備え、
   該記録媒体の先端が該ニップ部に達してから後端が該ニップ部を通過するまでの時間をＴ１、該記録媒体間の間隔に対応する時間をＴ２、該制御周期をＣ、Ｎを正の整数としたとき、Ｔ１＋Ｔ２＝Ｃ×Ｎの条件を満たし、且つ該記録媒体の該ニップ部への進入タイミングに合わせて該加熱源による熱量が該記録媒体に供給されるように、該制御周期又は該記録媒体間の間隔が設定される定着装置であって、
   記録媒体間の間隔に対応する時間Ｔ２が所定時間以上になる場合に、通紙開始後の１枚目の記録媒体の該ニップ部への進入時に対応する初めの制御周期の通電時間に補正量を加算し、且つ、該補正量が該１枚目の記録媒体又は２枚目以降の記録媒体の通紙中に０となるように、該補正量を２つ目以降の制御周期において所定の率で段階的に減少させることを特徴とする定着装置。
3. 通紙中の前記加圧部材の温度を検知し、検知温度が閾値以上の場合、前記補正量の加算を実施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. 通紙開始前に検知した前記定着部材の温度情報によって前記補正量の加算の実施又は不実施を選択することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 通紙開始後に前記加圧部材の温度が低下しなくなる時点で前記補正量の減算が終了するように、前記補正量の減少率は設定され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. 記録媒体間の間隔に対応する時間Ｔ２の間は前記加熱源へ通電しないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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