(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源と、
芯金の外周に弾性層が形成されてなる定着ローラと、
前記熱源に対して前記定着ローラよりも離れた位置に配置され、前記定着ローラの弾性層に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、
前記加圧部材を前記定着ローラに対して接離する方向に移動させる移動手段と、
前記加圧部材の温度を検知する第１の温度検知手段と、
前記移動手段が前記加圧部材を前記定着ローラから離れた位置から前記定着ローラ側へと移動させている間に前記第１の温度検知手段により検知される前記加圧部材の温度の変化率が基準値を超えた時点における前記加圧部材の位置を、該加圧部材が前記定着ローラの弾性層に対して接触を開始した接触開始位置として検知する接触開始位置検知手段と、
前記移動手段が前記加圧部材を前記接触開始位置から前記定着ローラ側に移動させる量を制御することで、前記ニップ部の幅を調整するニップ幅調整手段と、を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
定着装置が熱的過渡状態にあるか熱的平衡状態にあるかを判定する判定手段をさらに備え、
前記接触位置検知手段は、前記判定手段により定着装置が熱的過渡状態にあると判定された場合に、前記接触開始位置の検知を繰り返し行って新たな検知結果により前記接触開始位置の情報を更新し、前記判定手段により定着装置が熱的平衡状態になったと判定された場合に、前記接触開始位置の検知を停止することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記定着ローラの芯金の温度を検知する第２の温度検知手段をさらに備え、
前記第２の温度検知手段により検知される前記定着ローラの芯金の温度が所定温度以下であれば定着装置が熱的過渡状態にあると判定し、前記定着ローラの芯金の温度が前記所定温度を超えた場合に定着装置が熱的平衡状態にあると判定することを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記所定温度は、前記熱源の発熱量を制御することで一定温度となるように制御される定着温度に対して前記定着ローラの熱抵抗により定まる温度差を減算した値であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に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。
【請求項６】
熱源と、
芯金の外周に弾性層が形成されてなる定着ローラと、
前記熱源に対して前記定着ローラよりも離れた位置に配置され、前記定着ローラの弾性層に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、
前記加圧部材を前記定着ローラに対して接離する方向に移動させる移動手段と、
前記加圧部材の温度を検知する第１の温度検知手段と、を備える定着装置の制御方法であって、
前記移動手段が前記加圧部材を前記定着ローラから離れた位置から前記定着ローラ側へと移動させている間に前記第１の温度検知手段により検知される前記加圧部材の温度の変化率が基準値を超えた時点における前記加圧部材の位置を、該加圧部材が前記定着ローラの弾性層に対して接触を開始した接触開始位置として検知するステップと、
前記移動手段が前記加圧部材を前記接触開始位置から前記定着ローラ側に移動させる量を制御することで、前記ニップ部の幅を調整するステップと、を含むことを特徴とする定着装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体上のトナー像を加熱溶融して記録媒体に定着させる定着装置、該定着装置を備えた画像形成装置、および定着装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置では、記録媒体上に転写されたトナー像を加熱溶融して記録媒体に定着させる定着装置が備えられている。画像形成装置の定着装置としては、定着ベルトの熱で記録媒体上のトナー像を加熱溶融するベルト定着方式の定着装置や、定着ローラの熱で記録媒体上のトナー像を加熱溶融するローラ定着方式の定着装置などが広く知られている。
【０００３】
ベルト定着方式を例に挙げると、この定着装置は、定着ローラや加熱ローラ等の複数のローラ部材に張架・支持された定着ベルトと、定着ベルトを介して定着ローラに圧接してニップ部を形成する加圧ローラと、加圧ローラを定着ローラに対して接離する方向に移動させる移動機構などを備える。そして、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとの間に形成されるニップ部に記録媒体を挟み込んで送り出す過程で、加熱ローラを熱源とする定着ベルトの熱により記録媒体上のトナー像を加熱溶融し、圧力を加えることによって、トナー像を記録媒体に定着させる。
【０００４】
このような定着装置においては、ニップ部を通過する記録媒体上のトナー像に最適な熱量を与えて安定した定着性能を得るために、ニップ部の幅（以下、ニップ幅という。）を適切に制御することが重要となる。ここで、最適なニップ幅はニップ部を通過する記録媒体の種類によっても異なるため、特に複数の種類の記録媒体を使用する画像形成装置の定着装置では、ニップ幅を記録媒体の種類に応じて可変制御することも行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ニップ幅の可変制御を行う従来の定着装置では、画像形成装置製造時の調整値を基準としてニップ幅の可変制御を行っている。具体的には、画像形成装置の製造時に実施される調整作業において、定着装置の定着ローラと加圧ローラとの中心間距離を求め、その中心間距離をその画像形成装置の定着装置に固有のニップ幅制御の基準値としてメモリに格納しておく。そして、実際に画像形成装置が記録媒体に画像を形成する際には、メモリに格納されている基準値を基準として加圧ローラの位置を制御することで、使用する記録媒体ごとに最適なニップ幅が得られるようにしている。
【０００６】
しかしながら、画像形成装置の起動から定着装置全体が熱的平衡状態に達するまでの間の熱的過渡状態においては、定着ローラの弾性層が温度上昇に伴って膨張することの影響により、定着ローラと加圧ローラとの中心間距離が変化しない場合でもニップ幅が変動する。このため、従来の定着装置のように、画像形成装置の製造時に実施される調整作業において求めた定着装置の定着ローラと加圧ローラとの中心間距離を基準値としてニップ幅の制御を行うようにすると、ニップ幅を適切に制御できない場合があり、安定した定着性能を維持することが難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ニップ幅の制御を適切に行って安定した定着性能を維持することができる定着装置、画像形成装置、定着装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる定着装置は、熱源と、芯金の外周に弾性層が形成されてなる定着ローラと、前記熱源に対して前記定着ローラよりも離れた位置に配置され、前記定着ローラの弾性層に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、前記加圧部材を前記定着ローラに対して接離する方向に移動させる移動手段と、前記加圧部材の温度を検知する第１の温度検知手段と、前記移動手段が前記加圧部材を前記定着ローラから離れた位置から前記定着ローラ側へと移動させている間に前記第１の温度検知手段により検知される前記加圧部材の温度の変化率が基準値を超えた時点における前記加圧部材の位置を、該加圧部材が前記定着ローラの弾性層に対して接触を開始した接触開始位置として検知する接触開始位置検知手段と、前記移動手段が前記加圧部材を前記接触開始位置から前記定着ローラ側に移動させる量を制御することで、前記ニップ部の幅を調整するニップ幅調整手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる画像形成装置は、本発明にかかる定着装置を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる定着装置の制御方法は、熱源と、芯金の外周に弾性層が形成されてなる定着ローラと、前記熱源に対して前記定着ローラよりも離れた位置に配置され、前記定着ローラの弾性層に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、前記加圧部材を前記定着ローラに対して接離する方向に移動させる移動手段と、前記加圧部材の温度を検知する第１の温度検知手段と、を備える定着装置の制御方法であって、前記移動手段が前記加圧部材を前記定着ローラから離れた位置から前記定着ローラ側へと移動させている間に前記第１の温度検知手段により検知される前記加圧部材の温度の変化率が基準値を超えた時点における前記加圧部材の位置を、該加圧部材が前記定着ローラの弾性層に対して接触を開始した接触開始位置として検知するステップと、前記移動手段が前記加圧部材を前記接触開始位置から前記定着ローラ側に移動させる量を制御することで、前記ニップ部の幅を調整するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加圧部材の温度の変化率から該加圧部材が定着ローラの弾性層に対して接触を開始した接触開始位置を検知し、この接触開始位置から加圧手段を定着ローラ側に移動させる量を制御することでニップ部の幅を調整するようにしているので、ニップ幅の制御を適切に行って安定した定着性能を維持することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、カラーレーザプリンタの概略構成図である。
【図２】図２は、定着装置の詳細を示す構成図である。
【図３】図３は、ニップ幅の調整に関わる制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、加圧ローラを定着ローラから離れた位置から定着ローラ側へと徐々に移動させたときの加圧ローラの温度変化を示すグラフ図である。
【図５】図５は、定着装置における温度制御を説明するグラフ図である。
【図６】図６は、カラーレーザプリンタの起動時から定着装置が熱的平衡状態に達するまでの間に実施される接触開始位置検知に関わる一連の処理を示すフローチャートである。
【図７】図７は、印刷に使用される記録媒体の種類に応じてニップ幅を調整する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる定着装置、画像形成装置、定着装置の制御方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下では、本発明を適用した画像形成装置の一例としてタンデム方式のカラーレーザプリンタ、本発明を適用した定着装置の一例としてベルト定着方式の定着装置を例示して説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態にかかるカラーレーザプリンタ１００の概略構成図である。このカラーレーザプリンタ１００は、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンダ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の４色分の画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを備えており、これら画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが転写ベルト１０の走行方向（図中矢印Ｂ方向）に沿って順次配置された、タンデム方式のカラーレーザプリンタである。
【００１５】
画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、それぞれ感光体２ａ〜２ｄ、ドラム帯電器３a〜３ｄ、露光装置４ａ〜４ｄ、現像器５ａ〜５ｄ、転写器６ａ〜６ｄ、清掃装置７ａ〜７ｄを備えている。感光体２ａ〜２ｄはドラム状に構成され、図中矢印Ａ方向に回転操作される。ドラム帯電器３a〜３ｄは、回転操作される感光体２ａ〜２ｄを一様に帯電させる。露光装置４ａ〜４ｄは、ドラム帯電器３a〜３ｄにより帯電された感光体２ａ〜２ｄの表面にレーザ光を走査し、画像データに基づく静電潜像を形成する。現像器５ａ〜５ｄは、露光装置４ａ〜４ｄの露光により感光体２ａ〜２ｄに形成された静電潜像をトナーにより現像する。転写器６ａ〜６ｄは、現像器５ａ〜５ｄの現像により感光体２ａ〜２ｄ上に形成されたトナー像を転写ベルト１０に転写する。清掃装置７ａ〜７ｄは、感光体２ａ〜２ｄの表面を清掃する。
【００１６】
カラーレーザプリンタ１００では、画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにより形成されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ４色のトナー像が転写ベルト１０上に重ね合わせて転写されることで、転写ベルト１０上には４色フルカラーのトナー像が形成される。転写ベルト１０上に形成されたトナー像は、用紙転写器９に到達すると同時に用紙転写器９に印加された高電圧の作用により、図中矢印Ｈの方向に搬送されて転写ベルト１０と用紙転写器９との間を通過する記録媒体Ｐ上に転写される。転写ベルト１０上の未転写トナーはベルト清掃装置１２で回収される。記録媒体Ｐ上に転写されたトナー像は、定着装置１１によって記録媒体Ｐに定着される。
【００１７】
図２は、定着装置１１の詳細を示す構成図である。この定着装置１１は、定着部材として定着ベルト１３を用いたベルト定着方式の定着装置であり、定着ベルト１３のほか、加熱ローラ１４、定着ローラ１５、テンションローラ１６、加圧ローラ（加圧部材）１７、加圧ローラ移動機構（移動手段）１８、定着ベルト温度センサ１９、加圧ローラ温度センサ（第１の温度検知手段）２０、定着ローラ芯金温度センサ（第２の温度検知手段）２１、制御部２２、メモリ２３等を備えている。
【００１８】
ここで、定着部材としての定着ベルト１３は、樹脂材料からなるベース層上に、弾性層、離型層が順次積層された多層構造の無端ベルトである。定着ベルト１３の弾性層は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料で形成されている。定着ベルト１３の離型層は、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等で形成されている。定着ベルト１３の表層に離型層を設けることにより、トナー像Ｔに対する離型性（剥離性）が担保されることになる。定着ベルト１３は、２つのローラ部材（加熱ローラ１４、定着ローラ１５）に張架・支持されている。テンションローラ１６は、２つのローラ部材に張架された定着ベルト１３に一定のテンションを与える役割を持つ。
【００１９】
加熱ローラ１４は、金属材料からなる薄肉の円筒体であって、その円筒体の内部にはヒータ２４（熱源）が固定して設けられている。ヒータ２４は、ハロゲンヒータやカーボンヒータであって、その両端部が定着装置１１の側板に固定されている。また、加熱ローラ１４は、その両端軸部が定着装置１１の側板に軸受を介して回転自在に取り付けられている。ヒータ２４は、カラーレーザプリンタ１００の電源部（交流電源）から出力制御された電力が供給されることで発熱する。このヒータ２４からの輻射熱によって加熱ローラ１４が加熱されて、さらに加熱ローラ１４からの熱伝導により加熱された定着ベルト１３の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。定着ベルト１３の表面温度は、定着ベルト１３表面に対向して配置されたサーモパイル等の定着ベルト温度センサ１９によって検知され、定着ベルト１３の表面温度が所望の制御温度（定着温度）で一定となるように、ヒータ２４の出力が制御される。
【００２０】
定着ローラ１５は、ステンレススチール（例えば、ＳＵＳ３０４）等からなる芯金１５ａ上に、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性層１５ｂが形成されたローラ部材である。定着ローラ１５は、その両端軸部が定着装置１１の側板に軸受を介して回転自在に取り付けられており、図示しない定着ローラ駆動部によって時計回り（図中矢印Ｃ方向）に回転駆動され、これにより、定着ベルト１３が駆動されて図中矢印Ｄ方向に走行する。
【００２１】
加圧ローラ１７は、定着ローラ１５とほぼ同じ構成であり、ステンレススチール（例えば、ＳＵＳ３０４）等からなる芯金１７ａ上に、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性層１７ｂが形成されたローラ部材である。
【００２２】
定着装置１１では、加圧ローラ１７が定着ベルト１３を介して定着ローラ１５に圧接してニップ部を形成している。定着装置１１は、ニップ部を形成させるために、定着ローラ１５の弾性層１５ｂを、加圧ローラ１７の弾性層１７ｂよりも厚くしている。例として、加圧ローラ１７の弾性層１７ｂは３ｍｍあるのに対して、定着ローラ１５の弾性層１５ｂは１５ｍｍである。
【００２３】
加圧ローラ移動機構１８は、揺動アーム１８ａを備えている。加圧ローラ１７の両端軸受けは、この揺動アーム１８ａに回転自在な状態で支持されている。揺動アーム１８ａは、その一端側に設けられた揺動軸１８ｂを中心として揺動可能とされている。揺動アーム１８ａの他端側にはベアリング１８ｃが固定されている。そして、このベアリング１８ｃの図中下方に接触する位置に、円の中心から外れた位置に回転軸を有する偏芯カム１８ｄが設けられている。この偏心カム１８ｄは、図示しないモータにより駆動される。また、偏芯カム１８ｄには遮蔽板１８ｅが備えられ、偏芯カム位置検出手段１８ｆが遮蔽板１８ｅの位置を検出することで偏芯カム１８ｄの基準位置を把握できるようになっている。
【００２４】
偏芯カム１８ｄは、揺動アーム１８ａに接続された揺動アームスプリング１８ｇの張力によって、常にベアリング１８ｃに接触した状態に保たれている。そして、モータの駆動により偏芯カム１８ｄが図中矢印Ｅ方向に回転すると、ベアリング１８ｃが図中矢印Ｆ方向に移動する。これにより、揺動アーム１８ａに支持された加圧ローラ１７が図中矢印Ｇ方向、つまり定着ローラ１５に近づく方向に移動することとなる。一方、モータの駆動により偏芯カム１８ｄが図中矢印Ｅ’方向に回転すると、ベアリング１８ｃが図中矢印Ｆ’方向に移動する。これにより、揺動アーム１８ａに支持された加圧ローラ１７が図中矢印Ｇ’方向、つまり定着ローラ１５から離間する方向に移動することとなる。
【００２５】
記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔを加熱溶融して記録媒体Ｐに安定的に定着させるには、定着ローラ１５と加圧ローラ１７との間で記録媒体Ｐを挟み込む部分であるニップ部の幅（ニップ幅）を、使用する記録媒体Ｐの種類に応じて適切に設定してトナー像Ｔに最適な熱量を与えるようにする必要がある。ニップ幅は、上記の加圧ローラ移動機構１８を利用して加圧ローラ１７を定着ローラ１５に接離する方向に移動させ、定着ローラ１５に対する加圧ローラ１７の位置を制御することによって調整できる。しかしながら、定着ローラ１５の弾性層１５ｂが温度上昇に伴って膨張することの影響により、定着ローラ１５に対する加圧ローラ１７の位置を所定位置に設定してもニップ幅に変動が生じ、結果として定着性のばらつきを招いてしまう場合がある。そこで、本実施形態にかかる定着装置１１では、ニップ幅の調整を行う際に、加圧ローラ１７が定着ローラ１５の弾性層１５ｂに対して接触を開始した位置（接触開始位置）を検知し、検知した接触開始位置を基準として、加圧ローラ移動機構１８が加圧ローラ１７を定着ローラ１５側に移動させる量を制御することで、使用する記録媒体Ｐの種類に応じた最適なニップ幅が得られるようにしている。
【００２６】
具体的には、加圧ローラ１７の温度を検知するサーモパイル等の加圧ローラ温度センサ２０を、例えば加圧ローラ１７の表面に対向した位置に設ける。そして、この加圧ローラ温度センサ２０により検知される加圧ローラ１７の温度の変化率から、加圧ローラ１７が定着ローラ１５の弾性層１５ｂに対して接触を開始した接触開始位置を検知する。つまり、加圧ローラ１７が定着ローラ１５から離れた位置から定着ローラ１５側に移動し、定着ローラ１５の弾性層１５ｂに接触すると、定着ローラ１５から加圧ローラ１７への熱伝導が生じ、加圧ローラ１７に急峻な温度上昇が表れる。したがって、加圧ローラ１７を定着ローラ１５側に移動させている間に加圧ローラ温度センサ２０により検知される加圧ローラ１７の温度を監視し、加圧ローラ１７の温度の変化率が基準値を超えた時点における加圧ローラ１７の位置を上記の接触開始位置として検知することができる。そして、この検知した接触開始位置を基準として、加圧ローラ移動機構１８が加圧ローラ１７を定着ローラ１５側に移動させる量を制御することで、使用する記録媒体Ｐの種類に応じた最適なニップ幅を得ることができる。
【００２７】
また、カラーレーザプリンタ１００が十分に暖機されていない状態からの起動では、定着装置１１における定着ベルト１３の温度がトナー像Ｔの固着溶融に必要な温度に達するのに数分を要する。しかし、定着ベルト１３が制御温度に到達しても定着装置１１内部も含めた全体では熱的過渡状態にある。高速のフルカラーのカラーレーザプリンタ１００のように、定着装置１１に対する負荷が大きくなると定着装置１１自体も大型化するため、定着装置１１内部も含めて熱的平衡状態に達するのに数十分要する場合もある。定着装置１１が印刷可能な状態になってもその内部では熱平衡に達していない状態であるため、例えばカラーレーザプリンタ１００がクールダウン状態から起動した後のニップ幅は、定着装置１１が熱的過渡状態にある間に特に変動する。
【００２８】
そこで、本実施形態にかかる定着装置１１では、定着装置１１が熱的過渡状態にあることを検知するため、定着ローラ１５の芯金１５ｂの温度を検知する定着ローラ芯金温度センサ２１を設けている。定着ローラ芯金温度センサ２１は、定着装置１１内部のヒータ（熱源）２４からの影響が小さく、その温度変化がニップ幅変動への影響が大きい部位に設けるものとする。例えば、定着ローラ芯金温度センサ２１としては、定着ローラ１５の芯金１５ｂに圧接して設置され、芯金１５ｂの表面温度を直接検知するサーミスタ等を用いることができる。
【００２９】
本実施形態にかかる定着装置１１では、定着ベルト温度センサ１９、加圧ローラ温度センサ２０、定着ローラ芯金温度センサ２１が、それぞれ制御部２２に接続されている。制御部２２は、上述したように、定着ベルト温度センサ１９によって検知された定着ベルト１３の表面温度が所定の制御温度で一定となるように、ヒータ２４の出力制御を行う。また、制御部２２は、上述したように、加圧ローラ温度センサ２０によって検知された加圧ローラ１７の温度に基づいて、加圧ローラ１７が定着ローラ１５の弾性層１５ｂに接触を開始した接触開始位置を検知する。そして、検知した接触開始位置の情報（具体的には、加圧ローラ１７が接触開始位置にあるときの加圧ローラ移動機構１８の偏心カム１８ｄの位置情報等）を接触開始位置情報２５として、制御部２２からアクセス可能なメモリ２３に格納する。
【００３０】
また、制御部２２は、定着ローラ芯金温度センサ２１によって検知された定着ローラ１５の芯金１５ｂの温度に基づいて、定着装置１１が熱的過渡状態にあるか否かを判定する。ここで、熱的過渡状態とは以下のような状態をいう。すなわち、カラーレーザプリンタ１００が長時間非稼動状態にあるとき、その内部にある定着装置１１は周囲環境温度に等しい状態にある。そして、カラーレーザプリンタ１００を印刷可能状態にする過程で、定着ベルト１３の表面温度がトナー像Ｔを定着可能な所定の制御温度（定着温度）まで加熱されると印刷可能状態となるが、印刷可能状態となっても定着装置１１の内部、特に熱源であるヒータ２４から離れた位置にある部材は温度上昇し続けている。このような状態を熱的過渡状態といい、熱的過渡状態では定着ローラ１５の弾性層１５ｂが膨張してニップ幅の変動を招く要因となる。このため、定着装置１１が熱的過渡状態にある場合には、制御部２２が接触開始位置の検知を繰り返し行い、メモリ２３に格納した接触開始位置情報２５を新たに得られた情報で随時更新する。なお、定着装置１１内部の部材の温度上昇が収まった状態を熱的平衡状態といい、定着装置１１が熱的平衡状態になった場合には、制御部２２による接触開始位置の検知を停止する。
【００３１】
図３は、ニップ幅の調整に関わる制御系の構成を示すブロック図である。この制御系は、定着ベルト温度センサ１９と、加圧ローラ温度センサ２０と、定着ローラ芯金温度センサ２１と、制御部２２と、メモリ２３と、加圧ローラ移動機構１８と、ヒータ２４とにより構成される。制御部２２には、機能的な構成として、ヒータ出力制御部１０１と、判定部１０２と、接触開始位置検知部１０３と、ニップ幅調整部１０４とが設けられる。なお、制御部２２は、例えば、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを用いて構成され、ＣＰＵがＲＡＭをワークエリアとして利用してＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することによって、上記のヒータ出力制御部１０１としての機能、判定部１０２としての機能、接触開始位置検知部１０３としての機能、ニップ幅調整部１０４としての機能がそれぞれ実現される。
【００３２】
ヒータ出力制御部１０１は、定着ベルト温度センサ１９によって検知される定着ベルト１３の表面温度が所定の制御温度（定着温度）で一定となるように、ヒータ２４の出力を制御する。
【００３３】
判定部１０２は、定着装置１１が熱的過渡状態にあるか熱的平衡状態にあるかを判定する。具体的には、判定部１０２は、定着ローラ芯金温度センサ２１によって検知される定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が芯金温度飽和値以下であれば、定着装置１１が熱的過渡状態にあると判定する。一方、定着ローラ芯金温度センサ２１によって検知される定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が後述する芯金温度飽和値を超えていれば、定着装置１１が熱的平衡状態にあると判定する。なお、芯金温度飽和値とは、ヒータ出力制御部１０１によって一定温度に制御される定着温度に対して、定着ローラ１５の熱抵抗により定まる温度差を減算して求まる値である。
【００３４】
接触開始位置検知部１０３は、定着装置１１が熱的過渡状態にある場合に、加圧ローラ温度センサ２０によって検知される加圧ローラ１７の温度に基づいて、加圧ローラ１７が定着ローラ１５の弾性層１５ｂに対して接触を開始した接触開始位置を検知し、検知した接触開始位置の情報を接触開始位置情報２５としてメモリ２３に格納する。具体的には、接触開始位置検知部１０３は、加圧ローラ移動機構１８の動作を制御して、加圧ローラ１７を定着ローラ１５から離れた位置から定着ローラ１５側へと徐々に移動させながら、加圧ローラ温度センサ２０の出力を一定間隔でサンプリングする。そして、前回のサンプリング値と今回のサンプリング値との差分から加圧ローラ１７の温度変化率を求め、加圧ローラ１７の温度変化率が基準値を超えた時点における加圧ローラ１７の位置を接触開始位置として検知し、その位置情報を接触開始位置情報２５としてメモリ２３に格納する。なお、定着装置１１が熱的過渡状態にある間は、接触開始位置検知部１０３は以上の処理を繰り返し行い、メモリ２３の接触開始位置情報２５を最新の情報に更新する。
【００３５】
図４は、加圧ローラ１７を定着ローラ１５から離れた位置から定着ローラ１５側へと徐々に移動させたときの加圧ローラ１７の温度変化を示すグラフ図である。図の縦軸が加圧ローラ１７の温度、横軸が時間（時間が経過するほど加圧ローラ１７が定着ローラ１５側に移動している）を示している。また、図中の上向きの矢印は、制御部２２の接触開始位置検知部１０３が加圧ローラ温度センサ２０の出力を一定間隔でサンプリングしている様子を示している。
【００３６】
加圧ローラ１７は内部に熱源を持たないため、定着ローラ１５からの熱伝導による影響がなければ、温度上昇は輻射熱によるもののみとなり、その影響は小さいため温度上昇が緩やかになる。ここで、加圧ローラ１７が定着ローラ１５に近づいて、定着ローラ１５から加圧ローラ１７への熱伝導が生じると、加圧ローラ１７の温度上昇が大きくなり、特に加圧ローラ１７が定着ローラ１５の弾性層１５ｂに接触すると、定着ローラ１５から加圧ローラ１７に対して熱が直接伝達されるため、加圧ローラ１７の温度上昇が急峻になる。
【００３７】
図４中の上向きの矢印の間の加圧ローラ１７の温度変化率をΔとすると、このΔの値がある基準値ｋを超えたときに、加圧ローラ１７が定着ローラ１５の弾性層１５ｂに接触したと判定することができる。図４では、時刻Ｔ０の時点でΔの値が基準値ｋを超えているので、この時刻Ｔ０の時点における加圧ローラ１７の位置を接触開始位置として検知する。
【００３８】
ニップ幅調整部１０４は、実際に記録媒体Ｐに対して印刷を行う際に、加圧ローラ移動機構１８の動作を制御して、加圧ローラ１７を接触開始位置から記録媒体Ｐの種類に応じて最適なニップ幅が得られる位置まで定着ローラ１５側へと移動させることによって、ニップ幅を調整する。具体的には、ニップ幅調整部１０４は、実際に記録媒体Ｐに対して印刷を行う際に、メモリ２３から接触開始位置情報２５を読み出して、現在の定着ローラ１５の弾性層１５ｂの状態（熱膨張の状態）に対応した加圧ローラ１７の接触開始位置を把握する。そして、印刷に使用される記録媒体Ｐの種類に応じて、最適なニップ幅を得るために必要な加圧ローラ１７の接触開始位置からの移動量を算出し、加圧ローラ１７が接触開始位置から算出した移動量分だけ定着ローラ１５側に移動するように、加圧ローラ移動機構１８の動作を制御する。なお、印刷に使用される記録媒体Ｐの種類に応じた最適な加圧ローラ１７の移動量は、例えば、カラーレーザプリンタ１００が対応している記録媒体Ｐの種類と最適ニップ幅を得るための加圧ローラ１７の接触開始位置からの移動量とを対応付けたテーブルを予め作成してメモリ２３などに保持しておき、このテーブルを参照して求めることができる。
【００３９】
図５は、定着装置１１における温度制御を説明するグラフ図であり、図の縦軸が温度、横軸が時間、図中の実線のグラフが定着ベルト１３の表面温度の温度変化、破線のグラフが定着ローラ１５の温度変化、一点鎖線のグラフが加圧ローラ１７の温度変化をそれぞれ示している。
【００４０】
ヒータ出力制御部１０１は、定着ベルト１３の表面温度が制御温度に達すると、ヒータ２４をオンオフし、定着ベルト１３の表面温度が制御温度に維持されるように制御する。このような制御状態（以下、定着温度一定値制御という。）になると、接触開始位置検知部１０３が、上述した接触開始位置を検知する処理を実施する。ここで、加圧ローラ１７が定着ローラ１５の弾性層１５ｂに接触すると、定着ローラ１５から加圧ローラ１７への熱伝導により、加圧ローラ１７の温度に急峻な温度勾配Ｍが検知される。接触開始位置検知部１０３は、この加圧ローラ１７の温度勾配Ｍが検知された時点での加圧ローラ１７の位置を接触開始位置として検知する。
【００４１】
接触開始位置が検知された後も、定着ローラ１５の芯金１５ａの温度は該温度が飽和状態になるまで緩やかに上昇を続ける。ここで、定着ローラ１５の熱抵抗をＲｔｈ、定着ローラ１５の放熱量をＱとすると、定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が飽和状態となるのは、制御温度に対してＣ＝Ｒｔｈ×Ｑで規定される温度差Ｃを減算した温度に達したときである。定着ローラ１５の熱抵抗Ｒｔｈは、定着ローラ１５を構成する材料により定まる固定値である。また、定着ローラ１５の放熱量Ｑは、周囲の温度環境の影響を受けるが、カラーレーザプリンタ１００の使用環境条件によりその上限値は固定値となる。したがって、温度差Ｃの最小値であるＣ（ｍｉｎ．）も固定値として規定される。
【００４２】
本実施形態では、固定値として規定される温度差Ｃの最小値Ｃ（ｍｉｎ．）に対して所定のマージンΔＣを加算した値を温度差Ｃとして、制御温度から温度差Ｃを減算した値を芯金温度飽和値とする。判定部１０２は、定着ローラ１５の芯金１５ａの温度がこの芯金温度飽和値以下の間は、定着装置１１が熱的過渡状態にあると判定し、定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が芯金温度飽和値を超えると、定着装置１１が熱的平衡状態に達したと判定する。
【００４３】
図６は、カラーレーザプリンタ１００の起動時から定着装置１１が熱的平衡状態に達するまでの間に実施される接触開始位置検知に関わる一連の処理を示すフローチャートである。また、図７は、印刷に使用される記録媒体Ｐの種類に応じてニップ幅を調整する処理を示すフローチャートである。以下、これら図６および図７を参照して、定着装置１１の動作について具体的に説明する。
【００４４】
図６のフローチャートで示す一連の処理は、カラーレーザプリンタ１００の電源が投入されると開始される。まずステップＳ１０１において、定着ローラ１５を回転駆動するモータへの通電が開始され、定着ベルト１３の駆動が開始される。また、ステップＳ１０２において、加熱ローラ１４内のヒータ２４への通電が開始され、加熱ローラ１４の加熱が開始される。
【００４５】
次に、ステップＳ１０３において、定着ベルト温度センサ１９により検知される定着ベルト１３の表面温度が所定の制御温度に到達したかどうかが判定される。この判定の結果、定着ベルト１３の表面温度が制御温度に達していなければ（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、加熱ローラ１４の加熱が継続され、定着ベルト１３の表面温度が制御温度に達すると（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、次のステップＳ１０４において、制御部２２のヒータ出力制御部１０１による定着温度一定値制御が開始される。定着温度一定値制御が開始されると、その後は、定着ベルト１３の表面温度が制御温度に維持されるように、ヒータ２４の出力が制御される。
【００４６】
次に、ステップＳ１０５において、制御部２２の接触開始位置検知部１０３により、加圧ローラ移動機構１８の動作が制御され、加圧ローラ１７が定着ローラ１５から離れた位置から定着ローラ１５側へと徐々に移動する。そして、ステップＳ１０６において、加圧ローラ温度センサ２０により加圧ローラ１７の温度が検知され、ステップＳ１０７において、加圧ローラ１７の温度変化率が基準値を超えたかどうかが判定される。
【００４７】
ステップＳ１０７の判定の結果、加圧ローラ１７の温度変化率が基準値以下であれば（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１０５の加圧ローラ１７の移動およびステップＳ１０６の加圧ローラ１７の温度検知が繰り返され、加圧ローラ１７の温度変化率が基準値を超えると（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、次のステップＳ１０８において、その時点における加圧ローラ１７の位置が接触開始位置として検知され、接触開始位置情報２５がメモリ２３に格納される。また、ステップＳ１０９において、加圧ローラ移動機構１８の動作が制御され、加圧ローラ１７が定着ローラ１５から離間した位置へと移動する。
【００４８】
以上のステップＳ１０１からステップＳ１０９までの処理が終了すると、カラーレーザプリンタ１００は記録媒体Ｐに画像を形成する印刷処理が実行可能となる。そして、印刷実行の指示が入力されると、図６のフローチャートで示す処理に対する割り込み処理として、制御部２２のニップ幅調整部１０４により、図７のフローチャートで示すニップ幅調整処理が実行される。なお、ニップ幅調整処理については後述する。
【００４９】
次に、ステップＳ１１０において、定着ローラ芯金温度センサ２１により定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が検知され、ステップＳ１１１において、制御部２２の判定部１０２により、定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が規定値以上変化したかどうかが判定される。そして、定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が規定値以上変化している場合には（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、定着ローラ１５の弾性層１５ｂが熱膨張して接触開始位置が変動している可能性が高いため、ステップＳ１０５に戻って、接触開始位置を検知する処理が繰り返される。一方、定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が規定値以上変化していなければ（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、次のステップＳ１１２において、定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が芯金温度飽和値を超えたかどうかが判定される。
【００５０】
ステップＳ１１２の判定の結果、定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が芯金温度飽和値以下であれば（ステップＳ１１２：Ｎｏ）、定着装置１１は熱的過渡状態にあるため、ステップＳ１１０およびステップＳ１１１の処理が繰り返される。一方、定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が芯金温度飽和値を超えると（ステップＳ１１２：Ｙｅｓ）、定着装置１１は熱的平衡状態に達したため、図６のフローチャートで示す一連の処理が終了する。
【００５１】
カラーレーザプリンタ１００に印刷実行の指示が入力されると、制御部２２のニップ幅調整部１０４により図７のフローチャートで示す処理が開始され、まずステップＳ２０１において、印刷に使用される記録媒体Ｐの種類が識別される。この記録媒体Ｐの種類の識別は、例えば、ユーザが設定した印刷条件の設定情報を入力することで実現できる。
【００５２】
次に、ステップＳ２０２において、メモリ２３に格納されている接触開始位置情報２５が読み出される。そして、ステップＳ２０３において、印刷に使用される記録媒体Ｐの種類に応じて最適なニップ幅を得るための加圧ローラ１７の接触開始位置からの移動量が算出される。
【００５３】
次に、ステップＳ２０４において、加圧ローラ移動機構１８の動作が制御され、加圧ローラ１７が接触開始位置からステップＳ２０３で算出した移動量分だけ定着ローラ１５側に移動するように制御されて、図７のフローチャートで示す処理が終了する。これにより、定着ローラ１５の弾性層１５ｂが熱膨張している状態であっても、印刷に使用される記録媒体Ｐの種類に応じた最適なニップ幅に調整することが可能となり、定着装置１１の定着性能を安定化させることができる。
【００５４】
以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態にかかる定着装置１１によれば、制御部２２の接触開始位置検知部１０３が、加圧ローラ１７が定着ローラ１５から離れた位置から徐々に定着ローラ１５側に近づくように加圧ローラ移動機構１８の動作を制御し、その間に加圧ローラ温度センサ２０により検知される加圧ローラ１７の温度の変化率が基準値を超えた時点における加圧ローラ１７の位置を、加圧ローラ１７が定着ローラ１５の弾性層１５ｂに対して接触を開始した接触開始位置として検知するようにしている。そして、制御部２２のニップ幅調整部１０４が、接触開始位置検知部１０３により検知された接触開始位置から、印刷に使用される記録媒体Ｐの種類に応じて最適なニップ幅が得られる移動量を算出し、この算出した移動量分だけ加圧ローラ１７が定着ローラ１５側へ移動するように、加圧ローラ移動機構１８の動作を制御するようにしている。したがって、定着ローラ１５の弾性層１５ｂが熱膨張している状態であっても、印刷に使用される記録媒体Ｐの種類に応じた最適なニップ幅が得られるようにニップ幅を適切に調整することができ、安定した定着性能を維持することができる。
【００５５】
また、本実施形態にかかる定着装置１１によれば、制御部２２の判定部１０２が、定着ローラ芯金温度センサ２１により検知される定着ローラ１５の芯金１５ａの温度が芯金温度飽和値を超えているか否かにより、定着装置１１が熱的過渡状態にあるか熱的平衡状態にあるかを判定し、定着装置１１が熱的過渡状態にある場合には、接触開始位置検知部１０３が接触開始位置の検知処理を繰り返し行って、メモリ２３に格納した接触開始位置情報２５を随時更新するようにしている。したがって、定着装置１１が熱的過渡状態にある間に定着ローラ１５の弾性層１５ｂが徐々に熱膨張して接触開始位置が変動しても、ニップ幅の調整を適切に行うことができ、安定した定着性能を維持することができる。
【００５６】
なお、本発明は、上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で様々な変形や変更を加えて具体化することができる。例えば、上記の実施形態は、本発明をベルト定着方式の定着装置１１に適用した例であるが、本発明は、ローラ定着方式等、他の方式の定着装置に対しても有効に適用可能である。また、上記の実施形態は、本発明をタンデム方式のカラーレーザプリンタ１００に適用した例であるが、本発明は、定着装置を備えるあらゆる画像形成装置に対して有効に適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１１  定着装置
１５  定着ローラ
１７  加圧ローラ（加圧部材）
１８  加圧ローラ移動機構（移動手段）
２０  加圧ローラ温度センサ（第１の温度検知手段）
２１  定着ローラ芯金温度センサ（第２の温度検知手段）
２２  制御部
２４  ヒータ（熱源）
１００  カラーレーザプリンタ（画像形成装置）
１０２  判定部（判定手段）
１０３  接触開始位置検知部（接触開始位置検知手段）
１０４  ニップ幅調整部（ニップ幅調整手段）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５８】
【特許文献１】特開２００１−１５４５２５号公報
【図１】
0005482567.tif 000002
【図２】
0005482567.tif 000003
【図３】
0005482567.tif 000004
【図４】
0005482567.tif 000005
【図５】
0005482567.tif 000006
【図６】
0005482567.tif 000007
【図７】
0005482567.tif 000008