JP6040458B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関し、より特定的には、加熱処理及び加圧処理により印刷媒体にトナー画像を定着させる定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置に関する発明としては、例えば、特許文献１に記載の画像形成装置が知られている。該画像形成装置は、金属からなる加熱ローラ及び弾性体からなる定着ローラにより構成されている定着装置及び制御部を備えている。制御部は、加熱ローラと定着ローラとのニップ部に転写紙がない期間に、加圧ローラに与えられる熱量を推定し、その蓄熱量の推定値に基づいて、加熱ローラの温度を切り換えている。更に、制御部は、印字給紙中の加圧ローラの放熱を予測して、加圧ローラの蓄熱量の推定値を補正する。特許文献１に記載の画像形成装置によれば、適切に加熱ローラの温度を切り換えることができるので、紙にしわが発生すること及び定着不良が発生することを抑制できる。

ところで、弾性体を含んだ加熱ローラを備えた定着装置が知られている。例えば、誘導加熱により発熱する金属層を有する薄いベルトの内側に熱伝導率の低いスポンジローラをはめこんだ加熱ローラが考えられる。このような弾性体を含んだ加熱ローラへの蓄熱は、金属からなる加熱ローラへの蓄熱よりもはるかに時間がかかる。そのため、特許文献１に記載の画像形成装置のように、制御部は、加圧ローラの蓄熱量のみを推定して、弾性体を含んだ加熱ローラの制御温度を切り換える制御方法では、加熱ローラの温度を加熱ローラの蓄熱量を推定して定着性能のために最適となるような温度に精度よく制御することが困難である。その結果、加熱ローラの温度が高くなりすぎて消費電力が増大したり、加熱ローラの温度が低くなりすぎて定着不良が発生したりする。

特開平８−１４６８１４号公報

そこで、本発明の目的は、加熱回転体の温度を精度よく制御できる画像形成装置を提供することである。

本発明の一形態に係る画像形成装置は、無端状の加熱ベルト及び該加熱ベルトの内周面に接している第１の弾性体により構成されている加熱回転体、該加熱ベルトに圧接している加圧回転体、及び、該加熱ベルトを加熱する加熱手段を含み、該加熱回転体と該加圧回転体との間を通過する印刷媒体にトナー画像を定着させる定着手段と、前記加熱回転体に蓄えられている熱量を示す第１の蓄熱量の推定を行うとともに、前記第１の蓄熱量に基づいて前記加熱手段を制御する制御手段と、を備える画像形成装置であって、前記制御手段は、該画像形成装置によるプリントの完了の度、及び、待機状態の完了の度に前記第１の蓄熱量の推定を行うものであり、前記プリントの完了の度に行われる第１の蓄熱量の推定が、プリント動作での蓄熱量を算出し、該蓄熱量を前回算出した蓄熱量に加算して新たな蓄熱量とするもので、前記待機状態の完了の度に行われる第１の蓄熱量の推定が、待機状態での蓄熱量を算出し、該蓄熱量を前回算出した蓄熱量に加算して新たな蓄熱量とするものであること、を特徴とする。

本発明によれば、定着性を確保するのに必要最小限な値に加熱回転体の温度を精度よく制御できる。

画像形成装置の全体構成を示した図である。 定着装置の構成図である。 制御部が行う動作を示したフローチャートである。

以下に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について説明する。

（画像形成装置の全体構成）
以下に、本発明の実施形態に係る画像形成装置について図面を参照しながら説明する。図１は、画像形成装置１の全体構成を示した図である。

画像形成装置１は、電子写真方式によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム式で４色（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）のトナー画像を合成して用紙に印刷する。該画像形成装置１は、スキャナにより読み取った画像データに基づいて、用紙に画像を形成する機能を有し、図１に示すように、印刷部２、給紙部１５、タイミングローラ対１９、定着装置２０、排紙ローラ対２１、排紙トレイ２３及び制御部３０を備えている。

制御部３０は、画像形成装置１の全体を制御し、例えば、ＣＰＵにより構成される。

給紙部１５は、用紙を１枚ずつ供給する役割を果たし、用紙トレイ１６及び給紙ローラ１７を含む。用紙トレイ１６には、印刷前の状態の用紙が複数枚重ねて載置される。給紙ローラ１７は、用紙トレイ１６に載置された用紙を１枚ずつ取り出す。

タイミングローラ対１９は、給紙ローラ１７により搬送されてきた用紙にトナー画像が印刷部２において２次転写されるように、タイミングを調整しながら用紙を搬送する。

印刷部２は、給紙部１５から供給されてくる用紙にトナー画像を形成し、光走査装置６、転写部８（８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ）、中間転写ベルト１１、駆動ローラ１２、従動ローラ１３、２次転写ローラ１４及び作像ユニット２２（２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ）を含んでいる。また、作像ユニット２２（２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ）は、感光体ドラム４（４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）、帯電器５（５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ）、現像装置７（７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ）及びクリーナー９（９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｋ）を含んでいる。

感光体ドラム４（４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）は、円筒形状をなしており、図１において時計回りに回転させられる。帯電器５（５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ）は、感光体ドラム４（４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）の周面を帯電させる。光走査装置６は、感光体ドラム４（４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）の周面に対してビームＢ（ＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫ）を走査する。これにより、感光体ドラム４（４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）の周面には静電潜像が形成される。

現像装置７（７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ）は、感光体ドラム４（４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）に静電潜像に基づくトナー画像を現像する。

転写ベルト１１は、駆動ローラ１２と従動ローラ１３との間に張り渡されている。転写部８は、中間転写ベルト１１の内周面に対向するように配置されており、感光体ドラム４に形成されたトナー画像を中間転写ベルト１１に１次転写する役割を果たす。クリーナー９は、１次転写後に感光体ドラム４の周面に残存しているトナーを回収する。駆動ローラ１２は、中間転写ベルト駆動部（図１には記載せず）により回転させられることにより、中間転写ベルト１１を矢印αの方向に駆動させる。これにより、中間転写ベルト１１は、トナー画像を２次転写ローラ１４まで搬送する。

２次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１１と対向し、ドラム形状をなしている。そして、２次転写ローラ１４は、転写電圧が印加されることにより、中間転写ベルト１１との間を通過する用紙に対して、中間転写ベルト１１が担持しているトナー画像を２次転写する。

トナー画像が２次転写された用紙は、定着装置２０に搬送される。定着装置２０は、用紙に対して加熱処理及び加圧処理を施すことにより、トナー画像を用紙に定着させる。定着装置２０の詳細については後述する。排紙ローラ対２１は、定着装置２０から搬送されてきた用紙を排紙トレイ２３に排出する。排紙トレイ２３には、印刷済みの用紙が載置される。

以下に、定着装置２０の詳細について図面を参照しながら説明する。図２は、定着装置２０の構成図である。

定着装置２０は、加熱ローラ（加熱回転体）２０ａ、加圧ローラ（加圧回転体）２０ｂ及び加熱部（加熱手段）２０ｃを備えている。

加熱ローラ２０ａは、芯金４１、スポンジゴム（弾性体）４２及びベルト（加熱ベルト）４３により構成されており、４０ｍｍの直径を有している。芯金４１は、直径２０ｍｍの金属からなる円筒である。スポンジゴム４２は、芯金４１の周囲に接着されており、１０ｍｍの厚みを有している。スポンジゴム４２は、例えば、シリコーンゴムにより作製されている。

ベルト４３は、スポンジゴム４２の周囲に巻き付けられており、無端状をなしている。これにより、スポンジゴム４２は、ベルト４３の内周面に接している。ベルト４３は、Ｎｉ層４３１、シリコーンソリッドゴム４３２及び離型層４３３により構成されている。

Ｎｉ層４３１、シリコーンソリッドゴム４３２及び離型層４３３は、加熱ローラ２０ａの内周面側から外周面側へとこの順に積層されている。Ｎｉ層４３１は、後述する加熱部２０ｃにより強度の変化する磁力線の影響を受けて渦電流が発生し自己発熱し、４０μｍの厚みを有する。シリコーンソリッドゴム４３２は、０．２ｍｍの厚みを有している。離型層４３３は、ベルト４３の表面にトナーが付着することを防止するための層であり、例えば、ＰＦＡにより作製されている。離型層４３３は、３０μｍの厚みを有している。

加圧ローラ２０ｂは、芯金５１及びシリコーンソリッドゴム５２により構成されており、４０ｍｍの直径を有している。加圧ローラ２０ｂは、ベルト４３に対して圧接している。

芯金５１は、直径３２ｍｍの金属からなる円筒（例えば、ＳＴＫＭパイプ）である。シリコーンソリッドゴム５２は、芯金５１の周囲に接着されており、４ｍｍの厚みを有している。なお、図示しないが、シリコーンソリッドゴム５２の表面には、加圧ローラ２０ｂにトナーが付着することを防止するためのＰＦＡからなる離型層が設けられている。

また、加圧ローラ２０ｂには、動力源が設けられており、加熱ローラ２０ａには、動力源が設けられていない。よって、加熱ローラ２０ａは、加圧ローラ２０ｂが動力源によって回転させられることによって、回転させられる。

加熱部２０ｃは、励磁コイル６１、フェライトコア６２，６２ａ，６２ｂにより構成されており、励磁コイル６１に高周波交流電流を流すことにより、ベルト４３を加熱する。加熱部２０ｃは、加熱ローラ２０ａの外部に設けられている。

励磁コイル６１は、導線が巻かれることにより作製されているコイルであり、交流電流が供給されることによって、周期的に向きが変動する磁束を発生する。フェライトコア６２，６２ａ，６２ｂは、励磁コイル６１が発生した磁束をベルト４３に導く。これにより、周期的に向きが変動する磁束がＮｉ層４３１を通過するようになる。その結果、Ｎｉ層４３１に渦電流が発生し、Ｎｉ層４３１が発熱する。

定着装置２０は、加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとの間を通過する用紙Ｐにトナー画像を定着させる。具体的には、トナー画像は、図２に示すように、加熱ローラ２０ａと対向する用紙Ｐの主面に形成されている。これにより、加熱ローラ２０ａによりトナー画像が加熱されて溶融する。そして、加熱ローラ２０ａ及び加圧ローラ２０ｂからの圧力により、トナー画像は、用紙Ｐに押し付けられて定着させられる。

また、画像形成装置１は、図２に示すように、センサ２８を更に備えている。センサ２８は、ベルト４３の温度を検知する。制御部３０は、センサ２８が検知した温度に基づいて、加熱部２０ｃのフィードバック制御を行う。

更に、制御部３０は、加熱ローラ２０ａに蓄えられている熱量である蓄熱量ΣＸを推定し、該蓄熱量ΣＸに基づいて、加熱部２０ｃを制御して、用紙Ｐにトナー画像を定着させる際（すなわち、プリント時）のベルト４３の温度Ｔ１を決定するとともに、待機状態におけるベルト４３の温度Ｔ２を決定する。待機状態とは、画像形成装置に印刷ジョブの指令がなされた際に、ユーザに不快な待ち時間を生じさせることなくプリントアウトを開始できる程度に、定着装置２０を予熱している状態である。以下に、蓄熱量ΣＸの推定及び温度Ｔ１，Ｔ２の決定について説明する。

蓄熱量ΣＸは、プリント時において加熱ローラ２０ａに蓄えられた熱量（以下、蓄熱量Ｘｐ）と待機状態において加熱ローラ２０ａに蓄えられた熱量（以下、蓄熱量Ｘｓ）との総和である。そして、蓄熱量Ｘｐ，Ｘｓは、以下の式（１）及び式（２）により示される。

Ｘｐ＝１−ｅｘｐ（−（Ｗｃ−Ｗｃ×０．６×（Ｄ／８０）^1/2×（Ｆ／６５）×（τ／Ｖ／３．２×１０^-2）^1/3×（Ｅ／２９７）^1/4）×ｔ）／２０００００） ・・・（１）
Ｘｓ＝１−ｅｘｐ（−（Ｗｃｓ×０．４×ｔ）／２０００００） ・・・（２）

τ：加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとが接触しているニップ部の搬送方向のニップ幅（ｍｍ）
Ｖ：ベルト４３の回転速度（ｍｍ／秒）
ｔ：プリントにかかった時間又は待機状態の時間（秒）
Ｗｃ：プリント時における励磁コイル６１への平均供給電力（Ｗ）
Ｄ：用紙Ｐの斤量（ｇ／ｍ²）
Ｅ：搬送方向に直交する方向における用紙Ｐの幅（ｍｍ）
Ｆ：定着装置２０による用紙Ｐの単位時間当たりの出力枚数（枚／分）
Ｗｃｓ：待機状態における励磁コイル６１への平均供給電力（Ｗ）

なお、式（１）及び式（２）における２０００００等の数値については、実験経験に基づいて求めた値である。

蓄熱量Ｘｐは、加熱部２０ｃから与えられた熱量、及び、加熱ローラ２０ａから用紙Ｐへと移動する熱量によって定まる。具体的には、式（１）に示すように、平均供給電力Ｗｃが大きくなれば、加熱部２０ｃから与えられた熱量が多くなるので、蓄熱量Ｘｐは大きくなる。一方、用紙Ｐがニップ部を通過するのにかかるニップ時間（＝τ／Ｖ）が長くなれば、蓄熱量Ｘｐは小さくなる。これは、ニップ時間が長くなれば、加熱ローラ２０ａから用紙Ｐに移動する熱量が多くなるためである。同様の理由によって、用紙Ｐの斤量Ｄが大きくなれば、蓄熱量Ｘｐは小さくなり、用紙Ｐの幅Ｅが大きくなれば、蓄熱量Ｘｐは小さくなる。

また、蓄熱量Ｘｓは、加熱部２０ｃから与えられた熱量によって定まる。具体的には、式（２）に示すように、平均供給電力Ｗｃｓが大きくなれば、加熱部２０ｃから与えられた熱量が多くなるので、蓄熱量Ｘｐは大きくなる。

なお、式（１）に示すように、パラメータＦ，Ｄ，τ／Ｖ，Ｅの順に蓄熱量Ｘｐに影響する。加熱ローラ２０ａから用紙Ｐに移動する熱量は、出力枚数Ｆに比例する。一方で、加熱ローラ２０ａから用紙Ｐに移動する熱量は、用紙の斤量Ｄには比例しない。用紙の斤量Ｄが増えた場合も定着性能を維持するためには用紙Ｐ表面の温度を確保することは必要であるが、用紙Ｐ全体を暖める必要はないからである。したがって、用紙の斤量Ｄの影響度は、出力枚数Ｆの影響度よりも小さい。

また、加熱ローラ２０ａから用紙Ｐに移動する熱量は、ニップ時間τ／Ｖには比例しない。ニップ時間τ／Ｖが長くなると、ニップ途中での用紙Ｐとベルト４３との温度差が縮まるので、ニップ部上流よりニップ部下流の方で熱移動が抑制されるからである。

また、式（１）では、幅Ｅの影響度が最も低い。用紙Ｐが通過しない非通紙部において、ベルト４３が発熱した熱が用紙Ｐに奪われないので、通紙部よりもスポンジゴムに熱が移動し易くなる。ただし、スポンジゴムには空隙が存在するので、長手方向の熱の移動が少なく、スポンジゴム全体への熱蓄積は少ない。そのため、幅Ｅの影響度は他パラメータより小さい。

制御部３０は、式（１）及び式（２）を用いて、プリントの完了の度に蓄熱量Ｘｐを推定し、待機状態の完了（待機状態の完了とは、プリントジョブ指令が画像形成装置に送信され、プリント状態に移行したことを示す）の度に蓄熱量Ｘｓを推定する。そして、制御部３０は、前回のプリント完了時又は待機状態の完了時に推定した蓄熱量ΣＸに対して蓄熱量Ｘｐ，Ｘｓを加算することによって、新たな蓄熱量ΣＸを推定する。更に、制御部３０は、新たな蓄熱量ΣＸに基づいて、式（３）及び式（４）を用いて、プリント時のベルト４３の温度Ｔ１を決定するとともに、待機状態におけるベルト４３の温度Ｔ２を決定する。

Ｔ１＝１８０−（ΣＸ×１５） ・・・（３）
Ｔ２＝１８０−３０−（ΣＸ×１５） ・・・（４）

なお、式（１）では、初期状態における温度Ｔ１が１８０℃（以下、初期温度Ｔ０１）であることを意味しており、式（２）では、初期状態における温度Ｔ２が１５０℃（以下、初期温度Ｔ０２）であることを意味している。そして、時間の経過とともに、温度Ｔ１，Ｔ２の温度が低くなっている。これは、加熱ローラ２０ａの蓄熱量ΣＸが大きくなっていくので、加熱ローラ２０ａの温度Ｔ１，Ｔ２が初期温度Ｔ０１，Ｔ０２よりも低く設定されても、トナー画像が用紙Ｐに定着されることを意味している。

（画像形成装置の動作）
以上のように構成された画像形成装置１の動作について以下に図面を参照しながら説明する。図３は、制御部３０が行う動作を示したフローチャートである。

本処理は、プリント指示が制御部３０に対してなされることによって開始される。制御部３０は、プリント指示があった場合には、加熱部２０ｃに所定期間以上にわたって通電がなされていないか否かを判定する（ステップＳ１０）。所定期間以上にわたって通電がなされていないとは、所定期間以上にわたって、定着装置２０が動作しないスリープ状態にあったことを意味する。そして、ステップＳ１０では、加熱ローラ２０ａの蓄熱量ΣＸが十分に小さいか否かを判定している。通電がなされていない場合には、本処理はステップＳ２０に進む。一方、通電がなされた場合には、本処理はステップＳ３０に進む。

通電がなされていない場合、制御部３０は、蓄熱量ΣＸを０にセットし、温度Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ初期温度Ｔ０１，Ｔ０２にセットする（ステップＳ２０）。この後、本処理はステップＳ３０に進む。

前記ステップＳ３０において、制御部３０は、プリント動作を行う（ステップＳ３０）。プリント動作では、制御部３０は、ベルト４３の温度が温度Ｔ１となるように、加熱部２０ｃを制御する。また、制御部３０は、プリント動作において、プリントにかかった時間ｔを計測する。

次に、制御部３０は、式（１）、式（３）及び式（４）に基づいて、蓄熱量ΣＸ及び温度Ｔ１，Ｔ２を計算する（ステップＳ４０）。より詳細には、制御部３０は、ステップＳ３０におけるプリント動作での蓄熱量Ｘｐを算出し、前回に算出した蓄熱量ΣＸに蓄熱量Ｘｐを加算することにより、新たな蓄熱量ΣＸを算出する。更に、制御部３０は、新たな蓄熱量ΣＸに基づいて、温度Ｔ１，Ｔ２を算出する。

次に、制御部３０は、新たなプリント指示があったか否かを判定する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０では、制御部３０は、画像形成装置１を待機状態に移行させるか否かを判定している。プリント指示があった場合には、本処理はステップＳ１０に戻る。一方、プリント指示がなかった場合には、本処理はステップＳ６０に進む。

プリント指示がなかった場合、制御部３０は、画像形成装置１を待機状態に移行させる（ステップＳ６０）。この際、制御部３０は、待機状態の時間ｔを計測する。

次に、制御部３０は、新たなプリント指示があったか否かを判定する（ステップＳ７０）。ステップＳ７０では、制御部３０は、待機状態を終了させるか否かを判定している。プリント指示があった場合には、本処理はステップＳ８０に進む。一方、プリント指示がなかった場合には、本処理はステップＳ７０に戻る。この場合、プリント指示があるまで、ステップＳ７０が繰り返される。

次に、制御部３０は、式（２）、式（３）及び式（４）に基づいて、蓄熱量ΣＸ及び温度Ｔ１，Ｔ２を計算する（ステップＳ８０）。より詳細には、制御部３０は、ステップＳ６０における待機状態での蓄熱量Ｘｓを算出し、前回に算出した蓄熱量ΣＸに蓄熱量Ｘｓを加算することにより、新たな蓄熱量ΣＸを算出する。更に、制御部３０は、新たな蓄熱量ΣＸに基づいて、温度Ｔ１，Ｔ２を算出する。この後、本処理はステップＳ１０に戻る。以上で、画像形成装置１の動作の説明を終了する。

（効果）
本実施形態に係る画像形成装置１によれば、変化している加熱ローラ２０ａの蓄熱量を求めることにより、ある時点で定着性を確保するために必要な加熱ローラ２０ａの温度を精度よく制御できる。より詳細には、画像形成装置１では、加熱ローラ２０ａが熱伝導率の低いスポンジゴム４２を含んでいるので、加熱ローラ２０ａが蓄えている蓄熱量が徐々に変化している。加熱ローラが特許文献１のように略金属のような熱伝導のよい材料で構成されている場合は、定着装置の立ち上げ時に蓄熱が完了する場合とは異なる。そこで、制御部３０は、加熱ローラ２０ａに蓄えられている蓄熱量ΣＸを推定し、蓄熱量ΣＸに基づいて、加熱部２０ｃを制御している。これにより、制御部３０は、定着性を確保するのに必要最小限の値に加熱ローラ２０ａの温度を精度よく制御できるようになる。その結果、加熱ローラ２０ａの温度が高くなりすぎて消費電力が増大したり、加熱ローラ２０ａの温度が低くなりすぎて定着不良が発生したりすることが抑制される。

（実験）
本願発明者は、画像形成装置１が奏する効果をより明確にするために、以下に説明する実験を行った。具体的には、以下に説明する第１の実施例と比較例とを作成し、温度Ｔ１，Ｔ２と定着率を計測した。第１の実施例は、本実施形態に係る画像形成装置１であり、以下の各ステップにおいて蓄熱量ΣＸを推定し、蓄熱量ΣＸに基づいて次のステップにおける温度Ｔ１，Ｔ２を決定した。一方、比較例は、温度Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ１８０℃，１５０℃とした。

本願発明者は、第１の実施例及び比較例において、以下の比較検証モードの動作を実行させた。

第１のステップ：第１の実施例及び比較例を一晩にわたって電源をＯＦＦの状態にした。第２のステップ：ウォームアップ動作を行わせた。
第３のステップ：１３０枚の横向きのＡ４の普通紙（Ｄ＝８０ｇ／ｍ²）をモノクロプリントした。
第４のステップ：２分間にわたって待機状態とした。
第５のステップ：６５枚の横向きＡ４の厚紙（Ｄ＝１７０ｇ／ｍ²）をカラープリントした。
第６のステップ：２分間にわたって待機状態とした。
第７のステップ：４０枚の長形３号の封筒をモノクロプリントした。
第８のステップ：２分間にわたって待機状態とした。
第９のステップ：１３０枚の横向きのＡ４の普通紙（Ｄ＝８０ｇ／ｍ²）をモノクロプリントした。

第２のステップにおけるウォームアップ動作では、加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとを軽圧接状態とし、ベルト４３を３１０ｍｍ／秒で回転させた。そして、制御部３０は、ベルト４３の温度が１８０℃になるまで加熱ローラ２０ａを加熱部２０ｃに加熱させる。ベルト４３の温度が１８０℃に到達したら、制御部３０は、ウォームアップ動作を終了する。なお、加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとを軽圧接状態とする理由は、ウォームアップ動作において、加熱ローラ２０ａの熱が加圧ローラ２０ｂに移動する量が増えてウォームアップ時間が長くなることを抑制するためである。

第３のステップにおけるプリント動作では、加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとを強圧接状態とし、ベルト４３を３１０ｍｍ／秒で回転させた。そして、第１の実施例では、制御部３０は、ベルト４３の温度が温度Ｔ１になるように加熱部２０ｃを制御した。また、比較例では、制御部は、ベルトの温度が１８０℃になるように加熱部を制御した。横向きとは、普通紙の長辺が先端に位置するように搬送されることを意味する。出力枚数Ｆは、６５枚／分である。

第４のステップにおける待機状態では、加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとを軽圧接状態とし、ベルト４３を１０３ｍｍ／秒で回転させた。そして、第１の実施例では、制御部３０は、ベルト４３の温度が温度Ｔ２になるように加熱部２０ｃを制御した。また、比較例では、制御部は、ベルトの温度が１５０℃になるように加熱部を制御した。

第５のステップにおけるプリント動作では、加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとを強圧接状態とし、ベルト４３を１５５ｍｍ／秒で回転させた。そして、第１の実施例では、制御部３０は、ベルト４３の温度が温度Ｔ１になるように加熱部２０ｃを制御した。また、比較例では、制御部は、ベルトの温度が１８０℃になるように加熱部を制御した。縦向きとは、普通紙の短辺が先端に位置するように搬送されることを意味する。出力枚数Ｆは、３２.５枚／分である。

第６のステップにおける待機状態では、加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとを軽圧接状態とし、ベルト４３を１０３ｍｍ／秒で回転させた。そして、第１の実施例では、制御部３０は、ベルト４３の温度が温度Ｔ２になるように加熱部２０ｃを制御した。また、比較例では、制御部は、ベルトの温度が１５０℃になるように加熱部を制御した。

第７のステップにおけるプリント動作では、加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとを強圧接状態とし、ベルト４３を３１０ｍｍ／秒で回転させた。そして、第１の実施例では、制御部３０は、ベルト４３の温度が温度Ｔ１になるように加熱部２０ｃを制御した。また、比較例では、制御部は、ベルトの温度が１８０℃になるように加熱部を制御した。長形３号の封筒とは、１２０ｍｍ×２３５ｍｍの封筒の短辺が先端に位置するように搬送されることを意味する。出力枚数Ｆは、１９.９枚／分である。

第８のステップにおける待機状態では、加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとを軽圧接状態とし、ベルト４３を１０３ｍｍ／秒で回転させた。そして、第１の実施例では、制御部３０は、ベルト４３の温度が温度Ｔ２になるように加熱部２０ｃを制御した。また、比較例では、制御部は、ベルトの温度が１５０℃になるように加熱部を制御した。

第９のステップにおけるプリント動作では、加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとを強圧接状態とし、ベルト４３を３１０ｍｍ／秒で回転させた。そして、第１の実施例では、制御部３０は、ベルト４３の温度が温度Ｔ１になるように加熱部２０ｃを制御した。また、比較例では、制御部は、ベルトの温度が１８０℃になるように加熱部を制御した。横向きとは、普通紙の長辺が先端に位置するように搬送されることを意味する。出力枚数Ｆは、６５枚／分である。

なお、第３のステップ、第５のステップ、第７のステップ及び第９のステップでは、紙間を７６．２ｍｍとした。また、第１の実施例及び比較例のプリント時における消費電力の上限値は、１５００Ｗに制限され、第１の実施例及び比較例の定着装置のプリント時における消費電力の最大値は、１０００Ｗに制限されている。よって、ベルトの温度が目標の温度に到達することが困難な場合には、定着装置の平均供給電力Ｗｃは、１０００Ｗであり、ベルトの温度が目標の温度に到達している場合には、定着装置の平均供給電力Ｗｃは、１０００Ｗ以下である。

定着率とは、トナー画像の用紙Ｐへの定着度合いを示したパラメータである。定着率の測定は、以下の手順により行う。

用紙Ｐに対して複数種類の濃度のパッチ画像（ＩＤ約０．５）を形成する。次に、パッチ画像の反射濃度Ｄ０を測定する。測定器として、マクベス社製反射濃度計ＲＤ−９１８を用いた。

次に、反射濃度が０．５程度であるパッチ画像に、不織布を２２ｇ／ｃｍ²の荷重で押し付ける。そして、不織布にパッチ画像上を１４往復させる。

次に、不織布によってこすられたパッチ画像の反射濃度Ｄ１を測定する。測定器として、マクベス社製反射濃度計ＲＤ−９１８を用いた。

次に、式（５）を用いて定着率を算出した。

Ｄ１／Ｄ０×１００ ・・・（５）

なお、反射濃度が０．５程度のパッチ画像が存在しない場合には、０．５よりも反射濃度が低いパッチ画像の定着率Ａと、０．５よりも反射濃度が高いパッチ画像の定着率Ｂに基づいて、直線近似によって、定着率を推定する。

以下に、実験結果を示す。表１は、比較例の実験結果であり、表２は、第１の実施例の実験結果である。

表１に示すように、比較例では、ベルトの温度が１８０℃又は１５０℃に設定されているので、時間の経過とともに定着率が８０％よりも大幅に高くなっていく。定着率は、８０％程度より高ければよい（定着率は約８０％以上であれば多くのユーザが満足する品質である）ので、比較例では、必要以上にベルトを加熱していることが分かる。すなわち、比較例では、加熱ローラの温度が高くなりすぎて消費電力が増大している。

一方、表２に示すように、第１の実施例では、温度Ｔ１，Ｔ２が低下しているにもかかわらず、定着率が約８０％を維持していることが分かる。したがって、第１の実施例では、温度Ｔ１，Ｔ２を低下させて消費電力が低減されていると共に、トナー画像の定着不良が発生することが抑制されていることが分かる。

（変形例）
以下に、変形例に係る画像形成装置１'について説明する。画像形成装置１'の全体構成、及び、画像形成装置１'の定着装置２０'の構成は、画像形成装置１の全体構成、及び、画像形成装置１の定着装置２０の構成と同じであるので、図１及び図２を援用する。

画像形成装置１'では、制御部３０は、加圧ローラ２０ｂに蓄えられている熱量である蓄熱量ΣＹ及び蓄熱量ΣＸを推定し、該蓄熱量ΣＸ，ΣＹに基づいて、加熱部２０ｃを制御して、プリント時のベルト４３の温度Ｔ１を決定するとともに、待機状態におけるベルト４３の温度Ｔ２を決定する。以下に、蓄熱量ΣＹの推定について説明する。

蓄熱量ΣＹは、プリント時において加圧ローラ２０ｂに蓄えられた熱量（以下、蓄熱量Ｙｐ）と待機状態において加圧ローラ２０ｂに蓄えられた熱量（以下、蓄熱量Ｙｓ）との総和である。そして、蓄熱量Ｙｐ，Ｙｓは、以下の式（６）及び式（７）により示される。

Ｙｐ＝１−ｅｘｐ（−（Ｗｃ−Ｗｃ×０．５×（Ｆ／６５）^3/2×（Ｅ／２９７）^1/3）×（Ｖ／３１０）×（τ／１０）×ｔ）／２０００００） ・・・（６）
Ｙｓ＝１−ｅｘｐ（−（Ｗｃｓ×０．３×ｔ）／２０００００ ・・・（７）

τ：加熱ローラ２０ａと加圧ローラ２０ｂとが接触しているニップ部の搬送方向のニップ幅（ｍｍ）
Ｖ：ベルト４３の回転速度（ｍｍ／秒）
ｔ：プリントにかかった時間又は待機状態の時間（秒）
Ｗｃ：プリント時における励磁コイル６１への平均供給電力（Ｗ）
Ｅ：搬送方向に直交する方向における用紙Ｐの幅（ｍｍ）
Ｗｃｓ：待機状態における励磁コイル６１への平均供給電力（Ｗ）

なお、式（６）及び式（７）における２０００００等の数値については、実験経験に基づいて求めた値である。

制御部３０は、式（６）及び式（７）を用いて、プリントの完了の度に蓄熱量Ｙｐを推定し、待機状態の完了の度に蓄熱量Ｙｓを推定する。そして、制御部３０は、蓄熱量Ｙｐ，Ｙｓの総和である蓄熱量ΣＹを推定する。更に、制御部３０は、蓄熱量ΣＸ，ΣＹに基づいて、式（８）及び式（９）を用いて、プリント時のベルト４３の温度Ｔ１を決定するとともに、待機状態におけるベルト４３の温度Ｔ２を決定する。

Ｔ１＝１８０−（ΣＸ＋ΣＹ）×７．５ ・・・（８）
Ｔ２＝１８０−３０−（ΣＸ＋ΣＹ）×７．５ ・・・（９）

なお、変形例に係る画像形成装置１'の制御部３０が行う動作は、画像形成装置１の制御部３０が行う動作と基本的に同じであるが、以下の点において、相違する。具体的には、制御部３０は、ステップＳ２０において、蓄熱量ΣＹを０に設定する。また、制御部３０は、ステップＳ４０，Ｓ８０において蓄熱量ΣＸ，ΣＹに基づいて、温度Ｔ１，Ｔ２を決定する。

以上のように構成された画像形成装置１'では、加圧ローラ２０ｂの蓄熱量ΣＹも考慮して、温度Ｔ１，Ｔ２が決定される。変形例に係る画像形成装置１'によれば、加熱ローラ２０ａの温度をより定着性を確保するのに必要最小限な値に精度よく制御できる。

また、画像形成装置１'では、制御部３０は、加熱ローラ２０ａの蓄熱量ΣＸ及び加圧ローラ２０ｂの蓄熱量ΣＹを推定し、蓄熱量ΣＸ，ΣＹに基づいて、温度Ｔ１，Ｔ２を決定している。これにより、加圧ローラ２０ｂの温度を検知するためのセンサが不要である。その結果、画像形成装置１'では、制御部３０は、１つのセンサ２８のみで、加熱部２０ｃの制御を行うことができる。よって、画像形成装置１'では、加圧ローラ２０ｂ側に温度センサーを設け、加圧ローラの蓄熱量を推定する場合に比べて、複数のセンサが不要となり、製造コストが低減される。

本願発明者は、画像形成装置１'が奏する効果をより明確にするために、以下に説明する実験を行った。具体的には、以下に説明する第２の実施例を作成し、温度Ｔ１，Ｔ２と定着率を計測した。第２の実施例は、比較例に係る画像形成装置１'であり、蓄熱量ΣＸ，ΣＹを推定し、蓄熱量ΣＸ，ΣＹに基づいて温度Ｔ１，Ｔ２を決定した。なお、その他の条件は、第１の実施例と同じであるので説明を省略する。

以下に、実験結果を示す。表３は、第２の実施例の実験結果である。

表３に示すように、第２の実施例では、温度Ｔ１，Ｔ２が低下しているにもかかわらず、定着率が約８０％を維持していることが分かる。したがって、第２の実施例では、温度Ｔ１，Ｔ２を低下させて消費電力が低減されていると共に、トナー画像の定着不良が発生することが抑制されていることが分かる。また、第１の実施例よりも第２の実施例の方が、定着率維持の精度が高い。

（その他の実施形態）
本発明に係る画像形成装置は、前記実施形態に係る画像形成装置１，１'に限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。

なお、定着装置２０，２０'において、ベルト４３は、芯金４１に接着されたスポンジゴム４２の表面にはめられている。しかしながら、ベルト４３の構成はこれに限らない。具体的には、ベルト４３は、芯金４１とスポンジゴム４２とからなるローラとは別のローラと芯金４１とスポンジローラ４２からなるローラとに貼り渡されていてもよい。

以上のように、本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、定着性を確保するのに必要最小限な値に加熱回転体の温度を精度よく制御できる点において優れている。

１，１' 画像形成装置
２０，２０'定着装置
２０ａ 加熱ローラ
２０ｂ 加圧ローラ
２０ｃ 加熱部
２８ センサ
３０ 制御部
４１ 芯金
４２ スポンジゴム
４３ ベルト
５１ 芯金
５２ シリコーンソリッドゴム
６１ 励磁コイル
６２，６２ａ，６２ｂ フェライトコア

Claims (8)

1. 無端状の加熱ベルト及び該加熱ベルトの内周面に接している第１の弾性体により構成されている加熱回転体、該加熱ベルトに圧接している加圧回転体、及び、該加熱ベルトを加熱する加熱手段を含み、該加熱回転体と該加圧回転体との間を通過する印刷媒体にトナー画像を定着させる定着手段と、
   前記加熱回転体に蓄えられている熱量を示す第１の蓄熱量の推定を行うとともに、前記第１の蓄熱量に基づいて前記加熱手段を制御する制御手段と、
   を備える画像形成装置であって、
   前記制御手段は、該画像形成装置によるプリントの完了の度、及び、待機状態の完了の度に前記第１の蓄熱量の推定を行うものであり、
   前記プリントの完了の度に行われる第１の蓄熱量の推定が、プリント動作での蓄熱量を算出し、該蓄熱量を前回算出した蓄熱量に加算して新たな蓄熱量とするもので、
   前記待機状態の完了の度に行われる第１の蓄熱量の推定が、待機状態での蓄熱量を算出し、該蓄熱量を前回算出した蓄熱量に加算して新たな蓄熱量とするものであること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記第１の蓄熱量に基づいて、前記印刷媒体にトナー画像を定着させる際の前記加熱ベルトの温度を決定すること、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記印刷媒体の斤量、前記加熱手段への平均供給電力、前記定着手段による前記印刷媒体の単位時間当たりの出力枚数、前記加熱回転体と前記加圧回転体とが接触しているニップ部の搬送方向の幅、該加熱ベルトの回転速度、及び、搬送方向に直交する方向における前記印刷媒体の幅の少なくとも１以上の情報に基づいて、前記第１の蓄熱量を推定すること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記第１の蓄熱量に基づいて、印刷ジョブに応じて前記印刷媒体にトナー画像を定着させるために待機している待機状態における前記加熱ベルトの温度を決定すること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記待機状態の時間及び該待機時間における前記加熱手段への平均供給電力の少なくとも１以上の情報に基づいて、前記第１の蓄熱量を推定すること、
   を特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記加圧回転体に蓄えられている熱量を示す第２の蓄熱量の推定を行うものであり、
   前記制御手段は、前記第１の蓄熱量及び前記第２の蓄熱量に基づいて、前記加熱手段を制御すること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、前記第１の蓄熱量及び前記第２の蓄熱量に基づいて、前記印刷媒体にトナー画像を定着させる際の前記加熱ベルトの温度を決定すること、
   を特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、前記第１の蓄熱量及び前記第２の蓄熱量に基づいて、印刷ジョブに応じて前記印刷媒体にトナー画像を定着させるために待機している待機状態における前記加熱ベルトの温度を決定すること、
   を特徴とする請求項６又は請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。

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