(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性層を有する定着部材と、
前記定着部材を加熱するための加熱手段と、
前記定着部材を押圧することで、前記定着部材と定着ニップ部を形成する加圧部材と、
前記加熱手段により加熱される定着部材の表面温度を検出するための非接触式温度センサであって、測定対象温度センサと雰囲気温度センサとを併せ持つ非接触式温度センサと、を備えて成り、
前記非接触式温度センサからの出力値を用いて前記加熱手段を制御して、前記定着部材の表面温度がトナーの溶融軟化温度以上となるように制御すると共に、定着ニップ部に挟持される記録媒体上の未定着トナーを、当該定着部材の熱と定着ニップ部における圧力とで前記記録媒体に定着させる定着装置において、
画像形成装置の環境温度を測定することのできる環境温度センサが設けられ、
前記環境温度センサの検出値をＴｄとし、前記雰囲気温度センサの検出値をＴａとし、前記非接触式温度センサの出力値をＴｍとし、前記定着部材の表面温度をＴｃとしたときに、
Ｔａ≒Ｔｄの場合には、前記出力値Ｔｍが前記表面温度Ｔｃよりも所定温度だけ低いと判断し、
Ｔａ≒Ｔｄ以外の場合には、前記出力値Ｔｍが前記表面温度Ｔｃと等しいと判断する、ように、
前記定着部材の温度制御をすることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記非接触式温度センサがサーモパイルであ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】
前記非接触式温度センサが非接触式サーミスタであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記非接触式温度センサを前記定着装置から個別に着脱可能に構成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。
【請求項５】
前記非接触式温度センサと前記定着部材との間の間隔を調整できるように構成す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。
【請求項６】
前記加熱手段が前記定着部材の異なる位置を加熱するように少なくとも２つ配置され、当該加熱手段の数に応じて、且つ、当該加熱手段の加熱位置に対応する位置にそれぞれ前記非接触式温度センサを設ける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。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【請求項８】
前記環境温度センサが前記画像形成装置の記録媒体積載部近傍に配置されることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式のプリンタ、ファクシミリ、複写機あるいはこれらの少なくとも２つの機能を有する複合機などの画像形成装置に搭載される定着装置であって、記録媒体上の未定着トナーを定着ニップ部で加熱及び加圧することによって定着させる定着装置の改良に関し、さらにはこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体から記録媒体に転写された未定着トナー像を定着装置で熱と圧力とを加えることで定着させることにより永久画像を得る構成が知られている。この種の定着装置における定着プロセスに際しては、未定着トナー像を担持している記録媒体を定着ニップ部で挟持して加圧しながら加熱することで、未定着トナー像に含まれるトナー（現像剤）の溶融軟化を行うと共に、当該溶融軟化したトナーを記録媒体へ浸透させて記録媒体にトナーを定着させている。これを達成するために、従来公知の定着装置においては、様々な方式、例えば熱ローラ方式や、ベルトもしくはフィルムを用いた方式の定着装置が知られているが、いずれの方式も、定着ローラや、あるいは、定着ローラにかけまわされる定着ベルトなど（以下では、これらを定着部材と総称する）を加熱した上で、当該定着部材と対向当接する加圧部材とで形成した定着ニップ部に記録媒体を通過させることにより、記録媒体上のトナー像を、当該記録媒体と共に加圧しつつ加熱することにより記録媒体の表面に定着させている。なお、定着部材の加熱手段としては、抵抗加熱ヒータ、ハロゲンヒータ、誘導加熱装置、磁気加熱装置などが用いられる。
【０００３】
ここで、良好な画像結果を得るためには、加熱手段によって加熱される定着部材の表面温度が、トナーの溶融軟化点温度よりも高い目標温度に維持されている必要があり、これを制御するために、定着装置には加熱される定着部材の表面温度を検知する温度センサが設けられていて、当該温度センサからの出力値を用いて定着部材の表面温度を監視すると共に、定着部材の表面温度を一定に保つように加熱手段の温度制御を行っている。この種の温度センサに関しては、温度検知素子が測定対象、すなわち定着部材に直接接触する接触方式のものと、直接には接触しない非接触方式のものとが知られているが、接触方式の温度センサでは、定着部材の表面を傷つける恐れがあることから、近年では、非接触式の温度センサを用いているものが採用される傾向がある。
【０００４】
この非接触式温度センサは、通常、温度測定対象の温度を検知する測定対象温度センサと、センサ周囲の温度を検知する雰囲気温度センサとで構成される。これは、特許文献１や特許文献２に記載されるように、測定対象温度センサと測定対象物との間にエアーギャップが存在していることや、測定対象温度センサとして用いられる例えばサーモパイルなどでは、センサの環境乃至雰囲気温度に対する依存性が高く、素子自身の温度が変化すると出力も変化してしまうということなどから、当該測定対象温度センサの出力値と実際の測定対象物表面温度との間で、センサの雰囲気温度に依存して差異が生じてしまうことによる。すなわち、測定対象温度センサの検出値は、非接触式温度センサが配置される雰囲気温度に応じて変化してしまうことから、当該検出値と実際の測定対象の表面温度との間に差異が生じてしまうことによる。したがって、この種の非接触式温度センサでは、雰囲気温度センサの検知値を利用して適宜適切な補正演算式を用いて、測定対象温度センサからの直接の検出値を補正することで、この補正値を非接触式温度センサの出力値とし、当該出力値に対して加熱手段の温度制御を実施するのが一般的である。
【０００５】
ここで、このような非接触式温度センサを用いて定着部材の表面温度を検知し、当該検知結果に基づいて定着部材の表面温度を制御することにより、適切な温度で記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着プロセスにおいては、立ち上げ直後や画像形成動作間隔が大きく開いた場合などの定着装置が冷えているときと、画像形成を既に行った直後などの定着装置が温まっているときとでは、定着部材を監視・制御するための非接触式温度センサから出力される出力値（補正後の出力値）が同じであっても、トナー像の定着性が異なるという現象が生じることがわかっている。具体的には、特に立ち上げ直後などの定着装置が冷えている状態では、トナー像の定着性が悪化乃至甘くなるという現象が生じていた。また、この定着性悪化の現象に加え、光沢度の変動も生じることもわかっている。
【０００６】
そこで、特許文献３では、この種の問題点を解決するために、定着可能温度の下限値を電源投入からの経過時間によって変更することが可能な定着装置を備えた画像形成装置を開示している。しかしながら、画像形成装置の使用乃至設置環境や画像形成動作を実行する時間間隔によっては、定着装置の温まり具合乃至状態はその都度異なるため、定着性の悪化を有効に防止乃至抑止する有効範囲条件が限定されてしまうという問題が残る。また、離型領域内での光沢度変動に対しては有効ではなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、非接触式温度センサを用いる定着装置において、当該非接触式温度センサの出力値に定着装置の雰囲気温度依存性を持たせることで、定着装置が温まった状態でも冷えている状態でも自動的に定着部材温度を適正に制御することにより、画像品質を安定化させて、定着不良及び光沢度変動に対する余裕度を向上させる定着装置を提供することを目的とし、さらには、当該定着装置を搭載した画像形成装置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】
上記の目的を達成するため、本発明は、
弾性層を有する定着部材と、
前記定着部材を加熱するための加熱手段と、
前記定着部材を押圧することで、前記定着部材と定着ニップ部を形成する加圧部材と、
前記加熱手段により加熱される定着部材の表面温度を検出するための非接触式温度センサであって、測定対象温度センサと雰囲気温度センサとを併せ持つ非接触式温度センサと、を備えて成り、
前記非接触式温度センサからの出力値を用いて前記加熱手段を制御して、前記定着部材の表面温度がトナーの溶融軟化温度以上となるように制御すると共に、定着ニップ部に挟持される記録媒体上の未定着トナーを、当該定着部材の熱と定着ニップ部における圧力とで前記記録媒体に定着させる定着装置において、
画像形成装置の環境温度を測定することのできる環境温度センサが設けられ、
前記環境温度センサの検出値をＴｄとし、前記雰囲気温度センサの検出値をＴａとし、前記非接触式温度センサの出力値をＴｍとし、前記定着部材の表面温度をＴｃとしたときに、
Ｔａ≒Ｔｄの場合には、前記出力値Ｔｍが前記表面温度Ｔｃよりも所定温度だけ低いと判断し、
Ｔａ≒Ｔｄ以外の場合には、前記出力値Ｔｍが前記表面温度Ｔｃと等しいと判断する、ように、
前記定着部材の温度制御をすることを特徴とする定着装置を提案する。
【０００９】
また、本発明において、前記非接触式温度センサがサーモパイルであると好適であり、あるいは、非接触式サーミスタであっても好適である。
【００１０】
さらにまた、本発明において、前記非接触式温度センサを前記定着装置から個別に着脱可能な構成を採用すると好適である。さらにまた、前記非接触式温度センサと定着部材との間の間隔を調整できるように構成すると好適である。
【００１１】
さらにまた、本発明において、前記加熱手段が前記定着部材の異なる位置を加熱するように少なくとも２つ配置され、当該加熱手段の数に応じて、且つ、当該加熱手段の加熱位置に対応する位置にそれぞれ前記非接触式温度センサを設けると好適である。
【００１２】
さらにまた、本発明において、上記目的を達成するために、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置を提案し、当該画像形成装置においては、前記環境温度センサが記録媒体積載部近傍に配置されると好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、非接触式温度センサを用いて定着部材の温度制御を行う定着装置において、画像形成装置の環境温度を測定することのできる環境温度センサを設け、当該環境温度センサの検出値をＴｄとし、前記非接触式温度センサが有する雰囲気温度センサの検出値をＴａとし、前記非接触式温度センサの出力値をＴｍとし、前記定着部材の表面温度をＴｃとしたときに、Ｔａ≒Ｔｄの場合には、前記出力値Ｔｍが前記表面温度Ｔｃよりも所定温度だけ低いと判断し、Ｔａ≒Ｔｄ以外の場合には、前記出力値Ｔｍが前記表面温度Ｔｃと等しいと判断するように、定着部材の温度制御を行うので、定着装置が冷えている状態と温まっている状態との状態における相違をも定着部材の温度制御に加味させることが可能となり、言い換えれば、定着装置の雰囲気温度依存性をも定着部材の温度制御に持たせることが可能となるので、加熱手段は一定の温度を目指すという当初の制御だけで、定着装置が冷えている状態では高めの温度制御を自動的に実行するようになるので、立ち上げ又は電源投入直後、あるいは、画像形成動作の間隔が開いた定着装置が冷えている状態であっても、トナーの定着性を低下させることなく、且つ、光沢度の変動を生じさせることなく、画像品質を安定化させて、定着不良及び光沢度変動に対する余裕度を向上させることが可能となる。また、画像形成装置には、通常的に、環境温度センサが設置されているので、専用のセンサを追加することがなく、部品点数の増加などによるコストアップを招くことがないので、定着装置が冷えている場合であっても、安価に一定の画像品質を維持することが可能になる。加えて、もともと検出乃至読み込んでいた環境温度検出値を、やはりもともと利用していた非接触式温度センサの出力値の補正演算式に加味するだけなので、複雑な制御を行う必要がなく、簡便に一定の画像品質を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかる定着装置が配置される画像形成装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかる定着装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかる定着装置の一例を示す概略斜視図である。
【図４】本発明にかかる定着装置の加熱手段と非接触式温度センサとの間の位置関係の一例を示す展開図である。
【図５】本発明にかかる定着装置における非接触式温度センサの間隔位置調整の一例を説明するための概略断面図であり、ａ）はスペーサを挿入した状態を、ｂ）はスペーサを取り除いた状態を示す。
【図６】本発明にかかる温度制御フローを示すフロー図である。
【図７】定着装置の雰囲気温度と、非接触式温度センサの出力値から減じるべき所定温度αとの関係を示すグラフであり、当該図では、横軸に定着装置の雰囲気温度を、縦軸に非接触式温度センサの出力値から減じるべき所定温度αを取っている。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１６】
図１は、本発明の定着装置が設けられる画像形成装置の一例を示す概略断面図であり、ここに図示した例では、カラープリンタの実施例を示している。まずは、この図１を用いて画像形成装置の概略構成を説明する。ここに示される画像形成装置は、後述する定着装置５０以外は当業者には良く知られている通常公知の電子写真方式の画像形成装置であり、その画像形成部には、複数の（図示した例では４つの）画像形成手段１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが設けられている。この第１乃至第４の画像形成手段１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄは、それぞれ同一の構成ではあるが、対応するトナー色だけが異なっており、これら画像形成手段において、例えばブラックトナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びイエロートナー像がそれぞれ形成される。なお、これら画像形成手段は現像剤（トナー）色の違い以外はそれぞれ同一の構成であるため、以下の説明では、参照符号におけるａ、ｂ、ｃ及びｄの添え字を適宜省略して説明する。
【００１７】
ここに図示した画像形成手段１には、静電潜像担持体であるドラム状の感光体２が配置されており、当該感光体２のまわりに、帯電部材３、現像装置４及びクリーニング手段５が設けられている。この感光体２は、時計回りに回転駆動することが可能であり、当該感光体２の表面には帯電部材３が圧接されていて、この帯電部材３は、感光体２の回転駆動に伴い従動回転させられる。また、この帯電部材３には、図示しない高圧電源により所定のバイアス電圧が印加され、回転駆動する感光体２の表面を一様に帯電できるようになっている。なお、ここに図示した帯電部材３は、感光体２に接触するローラ状部材を採用しているが、コロナ放電などを利用する非接触式のものを採用することも可能である。
【００１８】
また、図１に示される画像形成装置では、４つの画像形成手段に平行して、斜め下方に露光装置６が設けられている。この露光装置６は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラーなどの適宜適切な構成部材を有しており、各色トナーの画像データに応じて形成された画像情報に基づいて、帯電部材３により帯電させられた各感光体２を露光し、それぞれの感光体２上に静電潜像を作り出すために設けられる。この露光装置６を用いて感光体２上に形成された静電潜像は、感光体２の回転により、現像装置４を通るときに各色トナーが付与されることで現像され、顕像化される。なお、当該画像形成装置の内部における上方には、ブラック、マゼンタ、シアン及びイエローの各色トナーが充填されたトナーボトル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び２０ｄが配置されていて、このトナーボトル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び２０ｄから図示しない搬送経路を介して、所定補給量のトナーがそれぞれ各色現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄに補給されるようになっている。
【００１９】
さらに、この各画像形成手段の感光体２に対向して中間転写体として構成される、無端ベルト状の中間転写ベルト７が配置され、この中間転写ベルト７の表面には各感光体２が当接している。図１に示した中間転写ベルト７は、複数の支持ローラ（例えば、支持ローラ１５ａ、１５ｂなど）に巻きかけられて構成されており、図示した例では、支持ローラ１５ａが、図示しない駆動源としての駆動モータと連結されていて、この駆動モータを駆動させることで、中間転写ベルト７は、図中半時計回りに回転移動すると共に、従動回転可能な支持ローラ１５ｂが回転させられる。また、中間転写ベルト７の裏面には、そのベルトを挟んで感光体２に対向して位置する一次転写ローラ８が配置されている。この一次転写ローラ８に図示しない高圧電源から一次転写バイアスが印加され、現像装置４により顕像化されたトナー像が中間転写ベルト７に一次転写されるようになっている。なお、一次転写されずに感光体２上に残された一次転写残トナーは、感光体２による次の画像形成動作に備えるためにクリーニング装置５により除去され、感光体２上におけるトナーが完全に除去される。
【００２０】
さらにまた、図示した画像形成装置１では、一次転写ローラ８らの、中間転写ベルト７の駆動方向下流側に、二次転写装置としての二次転写ローラ１８が設けられている。この二次転写ローラ１８は、中間転写ベルト７を挟んで支持ローラ１５ｂと対向しており、当該二次転写ローラ１８と支持ローラ１５ｂとで中間転写ベルト７を介して二次転写ニップ部を形成している。また、当該画像形成装置は、記録媒体積載部としての給紙カセット３０、給送コロ３１に加え、レジストローラ対３５などを備えると共に、二次転写ローラ１８から見て、記録媒体の搬送方向下流側には、定着装置５０及び排紙ローラ対６０が設けられている。
【００２１】
次に、画像形成動作について説明する。この画像形成動作においても、各感光体２にトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルト７に転写する構成は、そのトナー像の色が異なるだけで、実質的に全て同一であるため、ａ，ｂ，ｃ及びｄの添え字は必要に応じて割愛する。
【００２２】
まず、上記した感光体２が図示しない駆動源により時計回り方向に回転駆動され、このとき感光体２表面にやはり図示しない除電装置からの光が照射されて表面電位が初期化される。この表面電位を初期化された感光体２の表面が、今度は帯電部材３によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された感光体２表面には、露光装置６からのレーザ光が照射され、これによって感光体２表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体２に露光される画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及び黒の各トナー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は、現像装置４を通る際に、現像装置４からの各色トナー（現像剤）が付与され、顕像化されたトナー像として可視化される。
【００２３】
また、中間転写ベルト７は、図中反時計回りに走行駆動させられるが、上記した一次転写ローラ８には、感光体１上に形成されたトナー像のトナー帯電極性と逆極性の一次転写電圧が印加される。これにより、感光体２と中間転写ベルト７との間に転写電界が形成され、感光体２上のトナー像が、その感光体２と同期して回転駆動される中間転写ベルト７上に静電的に一次転写される。このように、一次転写される各色トナー像は、中間転写ベルト７の搬送方向上流側から逐次タイミングを併せて中間転写ベルト７上に重ね合わされ、所望のフルカラー画像が形成される。
【００２４】
その一方で、画像を形成されるべき記録媒体は、給紙カセット３０に積載された記録媒体束から給送ローラ３１などの適宜適切な搬送部材の作用によりレジストローラ対３５まで一枚ごとに分離されて給送されるが、その際には、未だ回転駆動を開始していないレジストローラ対３５のニップ部に、搬送された記録媒体の先端が突き当たり、所謂ループを形成することで、記録媒体のレジストレーションが行われる。その後、中間転写ベルト７上に担持されたフルカラートナー像とのタイミングを図って、レジストローラ対３５の回転駆動が開始され、支持ローラ１５ｂと、これに中間転写ベルト７を介して対向する二次転写ローラ１８とで構成される二次転写ニップ部に向けて記録媒体が送出される。本実施例では、二次転写ローラ１８に中間転写ベルト７表面におけるトナー像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト７表面に形成されたフルカラートナー像が記録媒体上に一括して転写される。トナー像を転写された記録媒体は、定着装置５０までさらに搬送され、当該定着装置５０を通過するときに、この定着装置５０で熱と圧力とを加えられ、永久画像としてトナー像が記録媒体に定着させられる。画像を定着させられた画像形成後の記録媒体は、排紙ローラ対６０を介して排出トレイなどの記録媒体排出部に排出されることで画像形成動作が完了する。なお、二次転写ローラ１８が配置される二次転写ニップ部で転写されずに中間転写ベルト７上に残留した残留トナーは、中間転写ベルトクリーニング手段７０により取り除かれ回収される。
【００２５】
次に、図２〜図４を用いて定着装置５０の構成と作用についてさらに説明する。図２は、本発明の定着装置５０の一例を示す概略断面図であり、図３は、本発明にかかる定着装置５０の一例を加熱ローラ５４側から見た概略斜視図であり、図４は、本発明にかかる定着装置５０の加熱手段５３と非接触式温度センサ５６との間の位置関係の一例を示す展開図である。ここに示される定着装置５０は、定着部材としての定着ベルト５５と、当該定着ベルト５５が掛け回される定着ローラ５１及び加熱ローラ５４と、定着ローラ５１に定着ベルト５５を介して対向圧接する加圧部材としての加圧ローラ５２などを備えて成る。また、定着ベルト５５は、定着ローラ５１及び加熱ローラ５４だけに掛け回されるのではなく、さらにテンションローラ５７にも定着ベルト５５が掛け回され、当該テンションローラ５７が定着ベルト５５の内面から適度な押圧力で定着ベルト５５を押圧することで、定着ベルト５５に適当な張力を付与している。さらにまた、定着ローラ５１に定着ベルト５５を介して加圧ローラ５２が圧接することにより、当該定着ベルト５５と加圧ローラ５２とで定着ニップ部が形成されている。この定着ニップ部に記録媒体が挟持されながら搬送される際に、加圧ローラ５２からの押圧力と、加熱手段５３の加熱作用により加熱された加熱ローラ５４からの伝熱により加熱された定着ベルト５５の熱とにより、記録媒体に熱と圧力とを加えることで未定着トナー像を記録媒体に定着させている。なお、本実施形態では、加熱ローラ５４内部には、加熱手段としての抵抗加熱ヒータ５３が２本内蔵されていて、当該２本の抵抗過熱ヒータ５３は、中央部ヒータ５３ａと端部ヒータ５３ｂとで構成される。
【００２６】
ここで、定着ベルト５５は、一般的に、加熱されることから耐熱性を有しており、さらには、記録媒体の凹凸に対応乃至追従するための弾性層を有している。代表的な定着ベルト５５の構成としては、基材となるポリイミド樹脂８０μｍに、弾性層としてのシリコーンゴム２００μｍ、さらにＰＦＡ１０μｍを積層したものがあげられる。なお、弾性層に、トナーや紙粉などに対する離型性が優れているものを採用できる場合には、表面のＰＦＡ層を省略することも可能である。さらに、定着ローラ５１及び加圧ローラ５２は、適当な定着ニップ部を形成するために、言い換えれば、挟持搬送される記録媒体に適当な面圧とニップ幅を適用することが可能なように、ゴムのような弾性体かあるいはスポンジなどの発泡体を用いて構成されるのが一般的である。本実施形態では、定着ローラ５１には、硬度がおよそ３５Ｈｓ程度のスポンジローラを採用し、加圧ローラ５２には、表面に３ｍｍほどの厚みのゴムを用いて、硬度がおよそ６０Ｈｓ程度であるものを採用した。
【００２７】
さらに、定着ベルト５５が回転駆動させられる際に、これが掛け回される定着ローラ５１あるいは加熱ローラ５４の端部のどちらか一方に寄っていってしまい、これらローラの端部に乗り上げてしまうことを防止するために、サイドガイド（図示せず）を用いることも可能である。当該サイドガイドが設けられていれば、ローラの端部に定着ベルト５５が寄っていったとしても、サイドガイドと接触することで、それ以上のベルト寄りを規制することが可能である。
【００２８】
また、本実施例では、加熱ローラ５４内に配置される加熱手段の抵抗発熱ヒータ５３は、中央部ヒータ５３ａと端部ヒータ５３ｂとの２本で構成されており、これらヒータ５３ａ及び５３ｂは、それぞれ別の非接触式温度センサ５６ａ及び非接触式温度センサ５６ｂで制御される。中央部ヒータ５３ａと端部ヒータ５３ｂとの２つのヒータで加熱手段５３を構成するのは、記録媒体のサイズに応じて点灯ＤＵＴＹを異ならせることで、端部温度上昇を抑制し且つ無駄な消費電量を抑えるためであり、加えて、加熱手段を２本に分けることでフリッカー対策としても用いることにある。具体的には、大きな記録媒体サイズのときには、中央部ヒータ５３ａ及び端部ヒータ５３ｂを同じような点灯ＤＵＴＹで使用する一方で、小さな記録媒体サイズのときには、端部ヒータ５３ｂの点灯ＤＵＴＹを大きく下げ、加熱する必要のない部分の消費電力及び加熱を抑える。なお、本実施例では、加熱ローラ５４の異なる位置、ひいては定着部材５３の異なる位置を加熱できるように、加熱手段５３を２つのヒータで構成しているが、さらにヒータを増加させるかあるいは１つのヒータで加熱手段を構成することも可能であり、その際には、当該加熱手段５３の数に応じて非接触式温度センサ５６を設け、それぞれの加熱手段５３をそれぞれ制御するために、当該加熱手段５３の加熱位置に対応する位置にそれぞれ非接触式温度センサ５６を設けるとよい。さらに、本実施形態の加熱手段５３としては、加熱ローラ５４に内蔵された抵抗加熱ヒータにより定着ベルト５５の内側から加熱を行っているが、本発明の加熱手段５３はこれに限られることなく、例えば、ハロゲンヒータの輻射熱を用いて定着ベルト５５の外側から加熱を行うことも可能であるし、あるいは、誘導加熱装置、磁気加熱装置を採用することも可能である。
【００２９】
本実施形態における非接触式温度センサ５６ａ及び５６ｂは、中央部ヒータ５３ａと端部ヒータ５３ｂの発熱電気抵抗部５３ａω及び発熱電気抵抗部５３ｂωに対応する外部位置に配置され、非接触式温度センサ５６ａにはサーモパイルを、非接触式温度センサ５６ｂには、非接触式サーミスタを採用している。このように、加熱手段５３の加熱位置に対応する位置に非接触式温度センサ５６を配置することで、より正確に温度制御をすることが可能となるので好適である。
【００３０】
ここで、サーモパイルは、測定対象温度センサとして、温接合部と冷接合部とを備えたセンサであり、熱電対を多数直列につないだ温接合部に対象物から放射される赤外線を集光することにより、冷接合部との温度差に応じた起電力を発生させることで温度測定を行うものであって、当業者には比較的に時間応答性の良いセンサとしてよく知られたセンサである。サーモパイル自身の温度、特に冷接合部の温度によって測定結果が異なるため、すなわちセンサの雰囲気温度に測定結果が依存するため、その温度変化を補うためにセンサ周囲温度を測定する雰囲気温度センサを有している。また、非接触式サーミスタも当業者には良く知られたセンサであり、温度によって抵抗値が変化するサーミスタ対から成り、対象物の温度を検出する測定対象温度センサと、当該センサの周囲温度を検出する雰囲気温度センサから構成されていて、雰囲気温度センサの検出値によって測定対象温度センサの検出温度を補正している。非接触式サーミスタは、サーモパイルよりも応答性に関して劣るが安価であるという利点がある。
【００３１】
なお、本実施形態では、非接触式温度センサとして、サーモパイル５６ａと非接触サーミスタ５６ｂとの異なる種類のセンサを用いているが、本発明ではこれに限定されることなく同種の非接触式温度センサを用いることも可能である。また、非接触式温度センサとしては、測定対象の表面温度を測定するための測定対象温度センサとセンサの雰囲気温度を測定する雰囲気温度センサとを有していて、定着部材５５の表面温度を適切に監視・制御できるセンサであれば、言い換えれば、記録媒体へのトナーの適切な定着性を維持させるために、定着部材５５の表面温度を適切に監視・制御できるセンサであれば、サーモパイルや非接触サーミスタに限られるものではない。
【００３２】
また、本発明の非接触式温度センサ５６は、ネジなどの適宜適切な固締部材（図示せず）を用いて、定着装置５０とは個別に着脱可能であるように固定される。このように構成しておけば、非接触式温度センサ５６だけを定着装置５０とは個別に交換することが可能となるため、画像形成装置乃至定着装置のランニングコストの低減を図ることが可能となり好適である。また、非接触式温度センサ５６は、ネジなどの適宜適切な固締部材を用いて定着装置５０に固定する際に、非接触式温度センサ５６と定着部材５５との間隔を調整できるように構成されている（図２の両矢印参照）。この間隔調整は、本実施形態では、スペーサ５８を定着装置５０と非接触式温度センサ５６との間に挿入することで達成している。この非接触式温度センサ５６の間隔位置調整の一例を説明するための概略断面図が図５に示されていて、スペーサ５８を挿入した状態が図５ａ）に、スペーサ５８を取り除いた状態が図５ｂ）に示されている。このように、非接触式温度センサ５６と定着部材５５との間隔を調整可能なように構成しておけば、部品公差などによって、定着部材５５と非接触式温度センサ５６との間の間隔が変わってしまい、雰囲気温度の設定値からのズレが許容できないような場合に、この間隔を調整することで雰囲気温度が設定値に入るように非接触式温度センサ５６を位置調整することが可能となるため好適である。
【００３３】
これまで、本発明における定着装置５０の基本構成を説明してきたが、当該定着装置５０では、記録媒体上の未定着トナーを定着させるために、加熱手段５３からの熱を加熱ローラ５４を介した伝熱により定着部材である定着ベルト５５に伝えて加熱し、当該定着ベルト５５の熱により、未定着トナー像のトナーを溶融軟化させているので、未定着トナーの溶融軟化温度以上に定着ベルト５５の表面温度を維持する必要がある。したがって、当該定着ベルト５５の表面温度が監視・制御される必要があるが、本発明では、非接触式の温度センサ５６を用いて表面温度を監視し、この非接触式温度センサの出力値に基づいて、定着ベルト５５を加熱するための加熱手段５３の点灯率を制御することにより、定着ベルト５５の表面温度制御を行っている。
【００３４】
ここで、冒頭でも述べたように、この温度制御を実施するために非接触式温度センサ５６を用いるのは、比較的高価な定着ベルト５５に傷がつく恐れのある接触式の温度センサを用いないためであるが、当該非接触式の温度センサを用いる場合には、やはりこれまでに述べたように、非接触式の温度センサは雰囲気温度に対する依存性が高いため、測定対象の温度を実際に測定するための測定対象温度センサだけでなく、この測定対象温度センサからの出力値を補正するためのセンサ周囲の雰囲気温度を測定する雰囲気温度センサとで構成されていて、適宜適切な補正演算式を用いて図示しない制御部で測定対象温度センサからの出力値を補正し、当該補正値を非接触式温度センサからの出力値として加熱部材５３の点灯率を制御している。しかしながら、この雰囲気温度センサを用いて測定対象温度センサからの検出値を補正したとしても、定着装置５０の温まり方、言い換えれば、定着装置５０が冷えている場合と、温まっている場合とでは、当該補正値である非接触式温度センサからの出力値が同じ温度を示している場合であっても、トナーの定着性が異なるという現象が生じていた。具体的には、定着装置５０が冷えている状態ではトナーの定着性が悪化乃至甘くなるという現象が生じていた。また、光沢度が変動するという問題も生じていた。
【００３５】
そこで、本発明の発明者らは、鋭意研究した結果、画像形成装置の環境温度を測定する環境温度センサ５９と、非接触式温度センサ５６が有する雰囲気温度センサとの検出値を比較することで、定着装置が温まっているのか、冷えているのかを判断し、当該判断結果を用いて非接触式温度センサ５６からの出力値に雰囲気温度依存性を持たせて、定着部材である定着ベルト５５の温度制御を実施することを考え出した。ここで、当該環境温度センサは、昨今の画像形成装置においては画像形成装置の様々な構成部材の制御を実施するために、通常的に画像形成装置に設けられている構成部材であり、当該環境温度センサの出力値を利用することに対しては、新たなセンサを追加することなく実施が可能である。なお、本実施形態では、環境温度センサ５９が通常設置されることが多い給紙カセット３４の近傍に配置した（図１参照）。給紙カセット３４の近くに配置するのは、当該配置位置では、他の構成部材からの発熱による影響を受けづらいからであり、適切な設置環境温度を検出できるのであれば、画像形成装置のどの部分にでも配置することが可能である。
【００３６】
この温度制御を、まずは本発明にかかる温度制御フローを示すフロー図である図６を用いて説明する。なお、以下で述べられる参照符号Ｔｄ、Ｔａ、Ｔｍ及びＴｃは、それぞれ、Ｔｄは環境温度センサ５９の検出値であり、Ｔａは非接触式温度センサ５６が有する雰囲気温度センサの検出値であり、Ｔｍは非接触式温度センサ５６の出力値であり、Ｔｃは定着部材である定着ベルト５５の表面温度である。
【００３７】
まず、図６において、図示しない制御部に非接触式温度センサ５６の測定対象温度センサからの検出値及び雰囲気温度センサからの検出値Ｔａが送られる。ここで、当該制御部で、雰囲気温度センサの検出値Ｔａに基づいて、適宜適切な補正式を用いて測定対象温度センサからの検出値に補正をかけて、当該非接触式温度センサ５６の出力値Ｔｍを求めることまでは従来と同様である（ＳＴＥＰ１）。次いで、本発明では、画像形成装置の環境温度センサ５９からの出力値Ｔｄを検出する（ＳＴＥＰ２）。この環境温度センサ５９の出力値Ｔｄと、雰囲気温度センサの出力値Ｔａとの比較が行われる（ＳＴＥＰ３）。この際、Ｔａ≒Ｔｄであった場合には、定着装置５０の雰囲気温度が画像形成装置の環境温度とほぼ等しいことから、未だ定着装置５０が温まっていない状態であると判断し、非接触式温度センサからの出力値Ｔｍに対して所定温度αだけ温度を減じて、これを非接触式温度センサからの出力値とし（ＳＴＥＰ４）、当該補正された出力値で定着部材５５の温度制御を実施する（ＳＴＥＰ６）。Ｔａ≒Ｔｄでない場合には、定着装置の雰囲気温度が画像形成装置の環境温度よりも高いのであるから、定着装置５０が温まっている状態であると判断し、非接触式温度センサからの出力値Ｔｍをそのまま非接触式センサの出力値とし（ＳＴＥＰ５）、当該出力値で定着部材５５の温度制御を実施する（ＳＴＥＰ６）。なお、定着装置５０は、発熱する加熱手段５３を有しているので、非接触式温度センサ５６の雰囲気温度センサの温度、ひいては定着装置５０の雰囲気温度が画像形成装置の設置環境温度よりも低くなることは考慮しなくてよい。
【００３８】
ここで、上述の所定温度αを決定するに際しては、例えば実験室などで実験機を用いて定着装置５０の雰囲気温度を様々に振り分け、それらの振り分けられた状態で、非接触式温度センサ５６の出力値Ｔｍをどの程度減ずると、定着性が悪化しなくなるのかを見定める実験を繰り返すことで得ることができる。この定着装置５０の雰囲気温度と、非接触式温度センサ５６の出力値から減じるべき所定温度αとの関係を示したのが図７であり、図７では、横軸に定着装置５０の雰囲気温度を、縦軸に非接触式温度センサ５６の出力値から減じるべき所定温度αを取っている。この図７に示すグラフからも明らかなように、例えば、定着装置５０の雰囲気温度、言い換えれば非接触式温度センサ５６の雰囲気温度センサの検出値Ｔａが１０℃の場合に、環境温度センサ５９の検出値Ｔｄと当該検出値Ｔａとの間の関係がＴａ≒Ｔｄであれば、非接触式温度センサ５６からの出力値Ｔｍの値から４．５℃を減じた値を非接触式温度センサ５６からの出力値として加熱手段５３の点灯率を制御して、定着部材である定着ベルト５５の表面温度を制御する。また、図７のような関係が得られているのであれば、例えば一律に所定温度αを３乃至５℃程度に設定しておき、環境温度センサ５９の検出値Ｔｄと当該検出値Ｔａとの間の関係がＴａ≒Ｔｄである場合に、当該所定温度αを非接触式温度センサ５６から減じる制御も可能であるし、あるいは、環境温度センサ５９の検出値Ｔｄと当該検出値Ｔａとの間の関係がＴａ≒Ｔｄである場合であって、例えば、非接触式温度センサ５６の雰囲気温度センサからの検出値Ｔａが３０℃以下の場合には、所定温度αを５℃とし、３０℃〜６０℃の場合は３．５℃とし、６０℃以上の場合は０．５℃とするように、ある程度の温度範囲幅ごとに制御してもよい。
【００３９】
なお、当該雰囲気温度が高い場合には、若干低い温度を目指すように制御してもよい。これは、非接触式温度センサ５６の出力値Ｔｍに所定温度を加えることで対応が可能である。例えば、本発明の定着装置５０が搭載される画像形成装置において図７のような関係があった場合に、雰囲気温度が７０℃を超えると、所定温度αは０以下になるので、７０℃以上の場合には、若干の温度を出力値Ｔｍに加えた出力値で温度制御する。このような制御を行うことで、定着装置における消費電力を抑制することが可能になるだけでなく、加熱部材５３などの有効寿命にも効果的である。
【００４０】
ここで、雰囲気温度センサの検出値Ｔａと環境温度センサ５９の出力値Ｔｄとがほぼ等しいと判断する条件、すなわちＴａ≒Ｔｄと判断するに条件に関しては、これらセンサが有する検出公差及び誤差を考慮して、当該公差及び誤差の幅の範囲に入っている場合に、Ｔａ≒Ｔｄと判断することも可能であるし、あるいは、いくらかの温度設定幅を持たせてもよい。すなわち、雰囲気温度センサの検出値Ｔａの検出値が環境温度センサ５９の出力値Ｔｄとある程度ズレていたとしても、所定温度αを非接触式温度センサ５６の出力値Ｔｍから減ずるようにすることもできる。この温度設定幅も、実験室などで実験を繰り返すことで決定することが可能である。
【００４１】
上記したように定着部材５５の温度制御を行うことで、非接触式温度センサ５６の出力値に、定着装置５０の雰囲気温度依存性を持たせることが可能となるので、定着装置５０が冷えた状態でトナーの定着性が悪化するような、及び、光沢度が変動するような条件では、加熱手段５３は、当初から与えられている目標温度を目指すという単純な制御だけで、自動的に若干高い温度を目指して温度制御されるようになり、定着性の悪化及び光沢度のバラツキを効果的に防止乃至抑止することが可能となる。したがって、立ち上げ直後や画像形成動作に間隔が開いて一定時間待機させられた場合などで定着装置５０が冷えている場合であっても、定着性の余裕度を向上させ、光沢度のバラツキを抑止することが可能となる。
【００４２】
なお、先にも述べたが、環境温度センサ５９は通常的に画像形成装置に設けられている構成部材であることから、本発明のような制御を実施するに際して新たな専用センサを設ける必要はないので、部品点数増加などによるコスト上昇の問題も生じることはなく好適である。また、この環境温度センサ５９の出力値は、もともと画像形成装置の制御部に送られているものであり、また、非接触式温度センサ５６の雰囲気温度センサによる補正も制御部で本来的になされているものであり、したがって、制御部における制御では、もともと存在する補正式に、やはりもともと監視されている環境温度センサ５９の出力値を加味するだけで済むので、簡便に本発明の温度制御を実施することが可能である。
【００４３】
最後に、好適な実施形態として、これまで定着部材５５が定着ベルトである実施例を説明してきたが、本願発明は、これに限定されることなく、例えば、定着部材５５が加熱手段５３を内蔵する定着ローラとすることも可能である。この場合、定着ベルトは不要であり、加熱手段５３は、定着部材５５でもある定着ローラ５１を直接的に加熱すると共に、非接触式温度センサ５６は、当該加熱手段５３を内蔵する定着ローラ５１の表面温度を監視・制御するために用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、電子写真方式のプリンタ、ファクシミリ、複写機あるいはこれらの少なくとも２つの機能を有する複合機などの画像形成装置に搭載される定着装置であって、記録媒体上の未定着トナーを定着ニップ部で加熱及び加圧することによって定着させる定着装置に対して、さらには当該定着装置を備えた画像形成装置に対して、好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
５０      定着装置
５１      定着ローラ
５２      加圧ローラ
５３      加熱手段
５４      加熱ローラ
５５      定着部材（定着ベルト）
５６      非接触式温度センサ
５９      環境温度センサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４６】
【特許文献１】特開平０８−２７８７２１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４４３６号公報
【特許文献３】特開２０００−３９８００号公報
【図１】
0005397234.tif 000002
【図２】
0005397234.tif 000003
【図３】
0005397234.tif 000004
【図４】
0005397234.tif 000005
【図５】
0005397234.tif 000006
【図６】
0005397234.tif 000007
【図７】
0005397234.tif 000008