(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１ローラを含む複数のローラにより張架されるベルト状回転体と、該ベルト状回転体を加熱する加熱手段と、該第１ローラに対向して配置される第２ローラとを備え、該ベルト状回転体を介して第１ローラと第２ローラとの間に形成されるニップ部で熱と圧力を加えることで被転写体上の未定着画像の定着を行う定着装置において、
該加熱手段として、該ベルト状回転体を張架している複数のローラのうち、該第１ローラとは異なるローラを直接加熱することで該ベルト状回転体を間接的に加熱するものを用い、
該第１ローラとして、芯金の周面上に弾性層を被覆したものを用い、
該第２ローラとして、芯金の周面上に該第１ローラの該弾性層よりも肉薄の弾性層を被覆したものを用い、
且つ、
該第１ローラの経時的な状態変化を検出するローラ状態検出手段と、該ローラ状態検出手段の検出結果に基づいて定着処理を開始するか否かを判定する判定手段とを設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
少なくとも第１ローラを含む複数のローラにより張架されるベルト状回転体と、該ベルト状回転体を加熱する加熱手段と、該第１ローラに対向して配置される第２ローラとを備え、該ベルト状回転体を介して第１ローラと第２ローラとの間に形成されるニップ部で熱と圧力を加えることで被転写体上の未定着画像の定着を行う定着装置において、
該加熱手段として、該ベルト状回転体を張架している複数のローラのうち、該第１ローラとは異なるローラを直接加熱することで該ベルト状回転体を間接的に加熱するものを用い、
該第１ローラの外径方向の変位量を検出するように該ベルト状回転体が張架される部分に対向して配設される径変位量検出手段と、該径変位量検出手段の検出結果に基づいて定着処理を開始するか否かを判定する判定手段とを設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１の定着装置において、
上記ローラ状態検出手段は、上記第１ローラの外径方向の変位量を検出する径変位量検出手段であることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１の定着装置において、
上記ローラ状態検出手段は、上記第１ローラの温度を検出する温度検出手段であることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項４の定着装置において、
上記温度検出手段は、上記第１ローラの表面温度を検出することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項４の定着装置において、
上記温度検出手段は、上記第１ローラの内部温度を検出することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項４の定着装置において、
上記温度検出手段は、上記第１ローラの表面温度及び内部温度に基づいた平均温度を検出することを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１の定着装置において、
上記ローラ状態検出手段は、上記加熱手段の消費電力を検出する電力検出手段からの検出結果に基づきローラの状態を検出することを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項１の定着装置において、
上記ローラ状態検出手段は、上記加熱手段の通電加熱時間の比率を検出する通電比率検出手段からの検出結果に基づきローラの状態を検出することを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項１の定着装置において、
上記判定手段は、上記ローラ状態検出手段からの検出結果に基づいてニップ部の接触面積或いは接触面積当たりの圧力の変化量を検出し、該変化量が所定値以上の場合に定着処理を開始するよう判定することを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
記録媒体に未定着画像を形成担持させる作像手段と、記録媒体上の未定着画像を定着させる定着手段とを備える画像形成装置において、
上記定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルト状回転体を介してニップ部を形成し、該ニップ部を通る被定着材に対して加熱及び加圧して像定着を行う定着装置及びこの定着装置を用いる画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、記録紙等の記録媒体に対してトナー像の定着処理を施す定着装置として、いわゆるローラ定着方式やベルト定着方式のものが広く知られている。ローラ定着方式では、定着ローラと加圧ローラとの当接によってニップ部を形成する。そして、そのニップ部に挟み込んだ記録紙を加熱及び加圧して記録紙上にトナー像を定着せしめる。定着ローラとして、中空の芯金の周面上にゴムなどの弾性体からなる弾性ローラ部を形成したものを用いている。その芯金の中には、ハロゲンランプ等の発熱源を配設しており、その発熱源の発熱で定着ローラを熱している。このような定着ローラを用いるローラ定着方式では、発熱源に対して電源を供給してから、定着ローラの弾性ローラ部を所定の温度まで昇温せしめるまでのいわゆるウオーミングアップ時間が長時間になってしまう不具合があった。
【０００３】
そこで、近年においては、例えば、特許文献１に記載されるようなベルト定着方式の定着装置を採用することが多くなってきた。ベルト定着方式の定着装置は、複数のローラに掛け回されて張架された状態で無端移動せしめられる定着ベルトと、これに当接してニップを形成している加圧ローラとを有している。定着ベルトのループ内には、少なくともループ外の加圧ローラとの間に定着ベルトを挟み込む定着ローラと、定着ベルトを加熱しながら回転する加熱ローラとを備えている。この加熱ローラは、一般に熱容量の小さい中空で薄厚の金属ローラからなるものであるため、その内部の発熱源に対して電源が供給されると、所定の温度まで迅速に昇温することが可能である。また、定着ベルトは、ローラ定着方式の定着ローラにおける弾性ローラ部よりも遙かに厚みの薄いシート状のものであるため、加熱ローラからの熱伝導によって迅速に所定の温度まで昇温することが可能である。そのため、ベルト定着方式の定着装置では、ローラ定着方式に比べてウォーミングアップ時間を大幅に短縮することができるという利点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したベルト定着装置において、その定着画像品質は、ニップ部のニップ幅やニップ圧（ニップ部に掛かる圧力をニップ部の面積で割った値）により大きく影響を受ける。ニップ幅やニップ圧の変化は、記録紙のニップ部通紙時における加圧・加熱状態を変えることになり、定着画像品質がばらつく要因となっている。
【０００５】
しかしながら、上述したベルト定着装置において、例えば、ウオーミングアップ直後、定着ベルトは加熱手段により迅速に昇温されるが、定着ベルトを張架する定着ローラは定着ベルトに比べ昇温するのに時間を要する。一般に定着ローラは、ニップ部に柔軟性を持たせて定着ベルトを記録紙に密着させる狙いから熱伝導率の低い肉厚の弾性層から構成されているからである。そのため、定着ベルトが所定の定着温度に到達していても、定着ローラは昇温途中で熱膨張により外径を上昇させている場合がある。そして、定着ローラの径変化の程度は、全く昇温していない状態から定着処理を開始する場合や、長時間定着処理を行った後に定着処理を再開する場合、また外気温が低い場合や高い場合等、画像形成装置で使用される使用環境によっても異なるものである。このような定着ローラの径変化や、それに伴う定着ベルトの張力変化による定着ローラの見かけ上の硬度変化や、定着ローラと加圧ローラ間の軸間距離変動による反発弾性力の変化は、ニップ幅やニップ圧の変化として現れてしまう。
【０００６】
なお、ここでは、定着ローラの弾性層の厚みを加圧ローラの弾性層よりも厚くして、定着ローラに加圧ローラを食い込ませる構成について説明したが、食い込みの関係を逆にしても同様にニップ幅やニップ圧の変化として現れてしまうのは言うまでもない。加圧ローラの弾性層の厚みを定着ローラの弾性層よりも厚くして、加圧ローラに定着ローラを食い込ませる構成では、加圧ローラの径変化の程度が大きくなり、やはりニップ幅やニップ圧を変化させてしまう。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、ニップ部の状態変化による定着画像品質のバラツキを抑制し安定化を図ることが可能な定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、少なくとも第１ローラを含む複数のローラにより張架されるベルト状回転体と、該ベルト状回転体を加熱する加熱手段と、該第１ローラに対向して配置される第２ローラとを備え、該ベルト状回転体を介して第１ローラと第２ローラとの間に形成されるニップ部で熱と圧力を加えることで被転写体上の未定着画像の定着を行う定着装置において、該加熱手段として、該ベルト状回転体を張架している複数のローラのうち、該第１ローラとは異なるローラを直接加熱することで該ベルト状回転体を間接的に加熱するものを用い、該第１ローラとして、芯金の周面上に弾性層を被覆したものを用い、該第２ローラとして、芯金の周面上に該第１ローラの該弾性層よりも肉薄の弾性層を被覆したものを用い、且つ、該第１ローラの経時的な状態変化を検出するローラ状態検出手段と、該ローラ状態検出手段の検出結果に基づいて定着処理を開始するか否かを判定する判定手段とを設けたことを特徴とするものである。
請求項２の発明は、少なくとも第１ローラを含む複数のローラにより張架されるベルト状回転体と、該ベルト状回転体を加熱する加熱手段と、該第１ローラに対向して配置される第２ローラとを備え、該ベルト状回転体を介して第１ローラと第２ローラとの間に形成されるニップ部で熱と圧力を加えることで被転写体上の未定着画像の定着を行う定着装置において、該加熱手段として、該ベルト状回転体を張架している複数のローラのうち、該第１ローラとは異なるローラを直接加熱することで該ベルト状回転体を間接的に加熱するものを用い、該第１ローラの外径方向の変位量を検出するように該ベルト状回転体が張架される部分に対向して配設される径変位量検出手段と、該径変位量検出手段の検出結果に基づいて定着処理を開始するか否かを判定する判定手段とを設けたことを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項１の定着装置において、上記ローラ状態検出手段は、上記第１ローラの外径方向の変位量を検出する径変位量検出手段であることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１の定着装置において、上記ローラ状態検出手段は、上記第１ローラの温度を検出する温度検出手段であることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項４の定着装置において、上記温度検出手段は、上記第１ローラの表面温度を検出することを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項４の定着装置において、上記温度検出手段は、上記第１ローラの内部温度を検出することを特徴とするものである。
請求項７の発明は、請求項４の定着装置において、上記温度検出手段は、上記第１ローラの表面温度及び内部温度に基づいた平均温度を検出することを特徴とするものである。
請求項８の発明は、請求項１の定着装置において、上記ローラ状態検出手段は、上記加熱手段の消費電力を検出する電力検出手段からの検出結果に基づきローラの状態を検出することを特徴とするものである。
請求項９の発明は、請求項１の定着装置において、上記ローラ状態検出手段は、上記加熱手段の通電加熱時間の比率を検出する通電比率検出手段からの検出結果に基づきローラの状態を検出することを特徴とするものである。
請求項１０の発明は、請求項１の定着装置において、上記判定手段は、上記ローラ状態検出手段からの検出結果に基づいてニップ部の接触面積或いは接触面積当たりの圧力の変化量を検出し、該変化量が所定値以上の場合に定着処理を開始するよう判定することを特徴とするものである。
請求項１１の発明は、記録媒体に未定着画像を形成担持させる作像手段と、記録媒体上の未定着画像を定着させる定着手段とを備える画像形成装置において、  上記定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０の定着装置を用いることを特徴とするものである。
本発明においては、ローラ状態検出手段がローラの外径変化等の状態変化を検出し、判定手段がこの検出結果に基づきニップ部の状態が定着処理を開始できる状態か否かを判定する。定着装置の使用環境が異なりニップ部の状態変化の程度が異なっても、ローラ状態検出手段によってニップ部の状態変化を検出できるため、判定手段はニップ部の状態が定着可能な状態にあるかを適正に判断できる。その結果、ニップ部の状態変化に起因する定着画像品質のバラツキを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ニップ部の状態変化による定着画像品質のバラツキを抑制し安定化を図ることが可能な定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る複写機の構成を説明する概略構成図。
【図２】同複写機の定着装置の構成を説明する概略構成図。
【図３】定着ローラの外径方向変位量とニップ幅との関係を示す特性図。
【図４】実施例１における定着装置において、定着処理を開始するか否かを判定する手順を示すフローチャート。
【図５】加熱時間に対する定着ローラの表面温度と外径方向の変位量との関係を示す特性図。
【図６】実施例２及び実施例３における定着装置において、定着処理を開始するか否かを判定する手順を示すフローチャート。
【図７】定着ローラ内部の芯金温度と、加圧ローラの定着ローラへの食込み量との関係を示す特性図。
【図８】定着ローラ内部の芯金温度とニップ部の面圧（面積当たりの圧力）との関係を示す特性図。
【図９】着ローラの平均温度と定着ローラの外径方向の変位量との関係を示す特性図。
【図１０】加熱時間と定着ローラの外径方向の変位量との関係を示す特性図。
【図１１】実施例５における定着装置において、定着処理を開始するか否かを判定する手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を画像形成装置としての電子写真方式の複写機に適用した一実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係る複写機の基本的な構成について説明する。図１は、本実施形態に係る複写機の構成を説明する概略構成図である。図１に示すように、この複写機は、装置本体の上方に、原稿Ｄを載置する原稿台、原稿Ｄを後述する原稿読取部２に搬送する原稿搬送部１を備えている。原稿搬送部１の下方には、原稿Ｄの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部２を備えている。原稿読込部２の下方には、原稿読込部２で読み込んだ画像情報に基いて露光光Ｌを感光体５に照射して静電潜像を形成する露光部３を備えている。また、この複写機は、装置本体中央部に感光体５へのトナー像を形成する作像部４、感光体５上のトナー像を記録紙に転写する転写部４を備えている。この作像部４は、ドラム状の感光体５の周囲に、感光体５を一様に帯電する帯電装置、感光体５上の静電潜像を現像する現像装置、トナー像転写後の感光体を清掃するクリーニング装置等を備えている。さらに、装置本体中央部には、記録紙Ｐ上の未定着トナー像を定着せしめる定着装置２０、記録紙Ｐを反転させる反転排紙ユニット７を備えている。さらに、この複写機は、装置本体下方に、収容する記録紙Ｐを転写部に供給する給紙部８、９、１０等を備えている。
【００１２】
上記構成の複写機において、原稿搬送部１の原稿台に載置された原稿Ｄは、搬送ローラによって図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部２の上を通過する。このとき、原稿読込部２では、上方を通過する原稿Ｄの画像情報を光学的に読み取る。原稿読込部２で読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部３に送信される。露光部３は、その電気信号の画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌを、作像部４の感光体５上に向けて発する。作像部４において、感光体５は図中の時計方向に回転しており、帯電装置、露光部、現像装置により、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体５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５上に形成されたトナー像は、転写部６で、給紙部８、９、１０の何れかによりレジストローラ対を経て搬送された記録紙Ｐ上に転写される。
【００１３】
一方、転写部６に搬送される記録紙Ｐは、次のように動作する。まず、給紙部の複数の給紙カセット８、９、１０のうち、１つの給紙カセットが自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙カセット８が選択されたものとする）。そして、給紙カセット８に収納された記録紙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、記録紙Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラの位置に達する。レジストローラの位置に達した記録紙Ｐは、感光体５上に形成された画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６に向けて搬送される。そして、転写工程後の記録紙Ｐは、転写部６の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に搬送され、未定着トナー像が定着せしめられ、装置本体から排出される。こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００１４】
次に、本複写機の特徴的な構成となる定着装置２０の構成について詳細に説明する。図２は、定着装置の構成を説明する概略構成図である。図２に示すように、定着装置２０では、ベルト状回転体たる定着ベルト２１が第１ローラたる定着ローラ２２と加熱ローラ２４とによって張架されている。定着ローラ２２は不図示の駆動源によって回転駆動され、定着ベルト２１が図中矢印方向に無端移動し、これによって加熱ローラ２４が従動回転する。加熱ローラ２４は、加熱手段たるヒータを内蔵し、自らに対する掛け回し位置で定着ベルト２１を加熱する。また、加熱ローラ２４は、定着ベルト２１に適当な所定の張力を与えるために付勢部材たる加圧バネ２５によって定着ローラ２２から離間させる方向に付勢されている。また、定着ローラ２２と対向する位置に定着ベルト２１を挟んで定着ローラ２２に当接しニップ部を形成する第２ローラたる加圧ローラ２６が配設されている。加圧ローラ２６は、定着ローラ２２と同一の駆動源によって不図示のギアを介して図中矢印方向に回転駆動され図示しない付勢手段によって適正な加圧力で定着ローラ２２に加圧されている。本実施形態では、装置の立ち上がり時間を短縮化するために、加圧ローラ２６の内部にヒータ２７が配設されている。
【００１５】
ここで、定着ベルト２１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２１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。定着ベルトの表層に離型層を設けることにより、トナー像に対する離型性（剥離性）が担保されることになる。
【００１６】
定着ローラ２２は、加圧ローラ２６との間のニップ部に柔軟性をもたせて記録紙Ｐと定着ベルト２１との密着性を高める狙いから、ステンレス（ＳＵＳ３０４）等の芯金からなるローラ基材の表面上に弾性体からなる弾性層が被覆されている。この弾性層は、良好な弾性を発揮させる狙いから肉厚に構成される。弾性層の材料としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等を用いることができる。
【００１７】
加熱ローラ２６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加熱手段としてヒータ２３が固設されている。ヒータ２３は、ハロゲンヒータやカーボンヒータであって、加熱ローラ２４に連れ回らないように、その長手方向の両端部が定着装置２０の側板に固定されている。ヒータ２３からの輻射熱によって加熱された加熱ローラ２４は、定着ベルト２１を自らに対する掛け回し位置で加熱する。加熱ローラ２４のヒータ２３に対する電源供給を入切する図示しない定着温度制御部は、定着ベルト２１表面に対向するサーモパイル等の温度センサ（図示せず）からの検出結果に基づいて、定着ベルト２１の表面温度を所定の定着温度範囲内に維持するようヒータ２３に対する電源供給を制御する。詳しくは、定着温度制御部は、温度センサの検出結果に基づいて定められる通電時間だけヒータに交流電圧を印加する。なお、本複写機では、加熱手段として、ヒータ２３を内蔵する加熱ローラ２４を用いたが、ローラの外側に誘電加熱部を備えた加熱ローラ等を用いてもよい。
【００１８】
また、この加熱ローラ２４は、その両端軸部が定着装置２０の側板に軸受を介して回転自在に設置されている。加熱ローラ２４を回転自在に受ける軸受は、定着装置２０の側板によってスライド移動可能に支持されながら、加圧バネ２５によってベルトループ外側に向けて付勢されている。これにより、加熱ローラ２４は、軸受を介して加圧バネ２５によってベルトループ外側に向けて付勢され、定着ベルトは所定のテンションをもって張架される。つまり、加熱ローラ２４は、定着ベルト２１にテンションを付与するテンションローラとしても機能している。
【００１９】
加圧ローラ２６は、主として芯金と、芯金の外周面に接着層を介して形成された弾性層とからなる。弾性層は、定着ベルト２１のスリップを防止するために設けられるものであり、定着ローラ２２の弾性層よりもかなり薄厚になっている。この弾性層は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の材料からなる層である。弾性層の表層にＰＦＡ等からなる薄肉の離型層を設けてもよい。
【００２０】
加圧ローラ２６は、その両端部が定着装置の側板に図示しない軸受を介してスライド可能に支持されながら、図示しない加圧機構によって定着ローラ２２に向けて付勢されている。これにより、加圧ローラ２６は、定着ベルト２１の表面に当接してニップ部を形成しつつ、定着ローラ２２に食い込んでいる。加圧ローラ２６の弾性層が薄厚であるため、定着ローラ２２の肉厚の弾性層に加圧ローラが食い込むのである。
【００２１】
上述した加熱ローラ２４は、熱容量の小さい中空で薄厚の金属ローラをローラ基材としているため、その内部のヒータ２３に対して電源が供給されると、所定の温度まで迅速に昇温することが可能である。また、定着ベルト２１は非常に厚みが薄いため、加熱ローラ２４からの熱伝伝導によって迅速に昇温することが可能である。これらの結果、ウオーミングアップ時間を大幅に短縮することができる。
【００２２】
しかしながら、上記ニップ部を形成する定着ローラ２２の弾性層は、定着ベルト２１に比べ熱伝導率が小さいため昇温が遅く、芯金部に比べ熱膨張率が大きく加熱により外径が変化しやすい。一般に定着ローラ２２の弾性層を構成するシリコーンゴムは、線膨張係数が２．５〜４．０×１０−４／℃程度で、芯金に使用されるＳＵＳ３０４等の金属材料と比較すると大きく、弾性層の厚さが加熱により変化しやすい。弾性層が厚い定着ローラ２２ほど、外径変化が大きくなる。この外径変化により、ニップ部のニップ幅やニップ圧が変化するために、定着性にバラツキが生じてしまう。
【００２３】
そこで、本実施形態では、定着ローラ２２の経時的な状態変化を検出する定着ローラ状態検出手段を設置し、この定着ローラ状態検出手段の検出結果に基づいて定着処理を開始するか開始しないかを判定する判定手段を設置した。
【００２４】
［実施例１］
まず、定着ローラ状態検出手段として、定着ローラ２２の外径方向の変位量を検出する径変位検出手段たるレーザ変位計２８を設置した実施例１について説明する。このレーザ変位計２８は、図２に示すように、定着ローラ２２による定着ベルト２１の張架部分に対向して配設されている。図３は、定着ローラの外径方向変位量とニップ幅との関係を示す特性図である。図３に示す測定で使用した定着ローラ２２には外径φ５２ｍｍ、弾性層の厚さが１５ｍｍ、ローラの軸上硬度が４５Ｈｓ（アスカーＣ硬度）のシリコーンゴムを用いている。図３に示す測定結果からわかるように、定着ローラ２２の加熱よる外径変化に応じて、ニップ幅は相関的に変化している。すなわち、定着ローラ２２の外径方向の変位量が小さければニップ幅は小さく、変位量が大きくなればニップ幅は大きくなる。
【００２５】
そこで、本実施例１では、上記レーザ変位計２８の検出結果を基に、定着処理を開始するか否かを判定する判定手段２９を設けている。図４は、レーザ変位計２８で検出した定着ローラの外径変位量を判定条件に使用して定着処理を開始するか否かを判定する手順を示すフローチャートである。図４に示すように、まず加熱ローラ２４（ヒータ２３）により定着ベルト２１の加熱を開始する（Ｓ１）。そして、レーザ変位計２８により定着ローラ２２の外径方向の変位量を測定する（Ｓ２）。この変位量が所定値以上になるかを判定し（Ｓ３）、所定値に達するまで加熱ローラ２４による加熱を継続する（Ｓ４）。定着ローラ２２の変位量が所定値以上に達した場合には（Ｓ３でＹｅｓ）、ニップ部が定着に適正な状態になったと判定して待機加熱を完了し（Ｓ５）、定着処理を開始する（Ｓ６）。全く昇温していない状態から定着処理を開始する場合や、長時間定着処理を行った後に定着処理を再開する場合、また外気温が低い場合や高い場合等、使用環境が異なる場合でも、定着に必要なニップ幅を確保してから定着処理を開始することができる。また、この判定基準となる所定値は、用紙の種類によって設定することができ、例えば薄紙のときは所定値を小さく、厚紙のときは所定値を大きくすることができる。
【００２６】
［実施例２］
次に、定着ローラ状態検出手段として、定着ローラ２２の表面温度を検出する温度検出手段たる温度センサを設置した実施例２について説明する。実施例２で用いる定着ローラは実施例１で用いたものと同じである。図５は、加熱時間に対する定着ローラの表面温度と外径方向の変位量との関係を示す特性図である。図５に示す測定では、２０℃の室温環境で１８５℃の定着温度まで加熱を継続して定着ベルト２１を回転し、温度センサには、非接触型の温度センサ（サーモパイル）を用いている。図５に示す測定結果からわかるように、定着ローラ２２の外径方向の変位量は、加熱開始から急速に変化しはじめ、定着ローラ２２の表面が１８５℃に到達するまで約５分を要する。ウォームアップ完了約５分間で総変位量１．１ｍｍの約７割に相当する０．７６ｍｍ程度の変形が完了する。定着ローラ２２の外径方向の変位量は定着ローラ２２の表面温度と相関があり、定着ローラ２２の表面温度を検出できれば、定着ローラ２２の外径変化を精度よく検出できる。
【００２７】
そこで、本実施例２では、上記定着ローラ２２の表面温度を基に、定着処理を開始するか否かを判定する判定手段を設けている。図６は、温度センサで検出した定着ローラの表面温度を判定条件に使用して定着処理を開始するかしないかを判定する手順を示すフローチャートである。図６に示すように、まず加熱ローラ２４（ヒータ２３）により定着ベルト２１の加熱を開始する（Ｓ１１）。そして、温度センサにより定着ローラ２２の表面温度を測定する（Ｓ１２）。この表面温度が所定値以上になるかを判定し（Ｓ１３）、所定値に達するまで加熱ローラ２４による加熱を継続する（Ｓ１４）。定着ローラ２２の表面温度が所定値以上に達した場合には（Ｓ１３でＹｅｓ）、ニップ部が定着に適正な状態になったと判定して待機加熱を完了し（Ｓ１５）、定着処理を開始する（Ｓ１６）。全く昇温していない状態から定着処理を開始する場合や、長時間定着処理を行った後に定着処理を再開する場合、また外気温が低い場合や高い場合等、使用環境が異なる場合でも、定着に必要なニップ幅を確保してから定着処理を開始することができる。また、この判定基準となる所定値は、用紙の種類によって設定することができ、例えば薄紙のときは所定値を小さく、厚紙のときは所定値を大きくすることができる。
【００２８】
［実施例３］
次に、定着ローラ状態検出手段として、定着ローラの内部温度を検出する温度検出手段たる温度センサを設置した実施例３について説明する。実施例３で用いた定着ローラは、実施例１で用いたものと同じである。図７は、定着ローラ内部の芯金温度と、加圧ローラの定着ローラへの食込み量との関係を示す特性図である。図８は、定着ローラ内部の芯金温度とニップ部の面圧（面積当たりの圧力）との関係を示す特性図である。図８に示す測定では、２０℃の室温環境から１８５℃の定着温度まで加熱を継続して定着ベルト２１を回転し、その後１８５℃の温度を維持し続けた場合の定着ローラ２２内部の芯金温度を測定している。定着ローラ２２内部の芯金温度を測定する温度センサには、接触型の温度センサ（サーミスタ）を用いている。図７に示す測定結果からわかるように、定着ローラ２２への食込み量は、芯金温度が約４０℃になるまでは大きく変化するが、４０℃を越えてからは然程変化せず、０．４ｍｍ〜０．４５ｍｍ程度で穏やかに変化している。また、図８に示す測定結果からもわかるように、ニップ圧の変化は、加圧ローラ２６の定着ローラ２２への食込み量に大きく依存しており、定着ローラ２２の内部温度を検出できれば、定着ローラへの食込み量の変化がわかり、ニップ部のニップ圧の変化を精度高く検出できるようになる。
【００２９】
そこで、本実施例３では、上記定着ローラの内部温度である芯金温度を基に、定着処理を開始するか否かを判定する判定手段を設けている。図６は、温度センサで検出した定着ローラの内部温度を判定条件に使用して定着処理を開始するか否かを判定する手順を示すフローチャートである。図６に示すように、まず加熱ローラ２４（ヒータ２３）により定着ベルトの加熱を開始する（Ｓ１１）。そして、温度センサにより定着ローラ２２の芯金温度を測定する（Ｓ１２）。この芯金温度が所定値以上になるかを判定し（Ｓ１３）、所定値に達するまで加熱ローラ２４による加熱を継続する（Ｓ１４）。定着ローラ２２の芯金温度が所定値以上に達した場合には（Ｓ１３でＹｅｓ）、ニップ部が定着に適正な状態になったと判定して待機加熱を完了し（Ｓ５）、定着処理を開始する（Ｓ６）。全く昇温していない状態から定着処理を開始する場合や、長時間定着処理を行った後に定着処理を再開する場合、また外気温が低い場合や高い場合等、使用環境が異なる場合でも、定着に必要なニップ幅を確保してから定着処理を開始することができる。また、この判定基準となる所定値は、用紙の種類によって設定することができ、例えば薄紙のときは所定値を小さく、厚紙のときは所定値を大きくすることができる。
【００３０】
［実施例４］
次に、定着ローラ状態検出手段として、定着ローラの平均温度を検出する温度検出手段たる温度センサを設置した実施例４について説明する。実施例４で用いる定着ローラは実施例１で用いたものと同じである。図９は、定着ローラの平均温度と定着ローラの外径方向の変位量との関係を示す特性図である。図９に示す測定では、２０℃の室温環境で１８５℃の定着温度まで加熱を継続して定着ベルトを回転し、その後１８５℃の温度を維持し続けた場合の定着ローラ内部の平均温度（表面温度と内部温度の平均値）を測定している。温度センサには、実施例２で用いた非接触型の温度センサ（サーモパイル）と実施例３で用いた接触型の温度センサ（サーミスタ）を用いている。図９に示す測定結果からわかるように、定着ローラの平均温度は、２０℃から１３０℃の範囲において、定着ローラ２２の外径方向の変位量に対してより相関がみられる。したがって、定着ローラ２２の平均温度を検出できれば、定着ローラ２２の外径変化を精度よく検出できる。
【００３１】
そこで、本実施例４では、上記定着ローラの平均温度を基に、定着処理を開始するか否かを判定する判定手段を設けている。まず加熱ローラ２４（ヒータ２３）により定着ベルトの加熱を開始する。そして、２つの温度センサにより定着ローラ２２の表面温度と芯金温度を測定し、平均温度（算術平均値）を求める。この平均温度が所定値以上になるかを判定し、所定値に達するまで加熱ローラ２４による加熱を継続する。定着ローラ２２の平均温度が所定値以上に達した場合には、ニップ部が定着に適正な状態になったと判定して待機加熱を完了し、定着処理を開始する。全く昇温していない状態から定着処理を開始する場合や、長時間定着処理を行った後に定着処理を再開する場合、また外気温が低い場合や高い場合等、使用環境が異なる場合でも、定着に必要なニップ幅を確保してから定着処理を開始することができる。また、この判定基準となる所定値は、用紙の種類によって設定することができ、例えば薄紙のときは所定値を小さく、厚紙のときは所定値を大きくすることができる。
【００３２】
［実施例５］
次に、定着ローラ状態検出手段として、加熱手段であるヒータの消費電力を検出する電力検出手段として電力計を設置した実施例５について説明する。実施例５で用いる加熱手段はハロゲンヒータである。図１０は、加熱時間と定着ローラの外径方向の変位量との関係を示す特性図である。図１０に示す測定では、定着装置を２０℃の室温環境から１８５℃の定着温度まで加熱を継続して定着ベルトを回転し、その後１８５℃の温度を維持し続けた場合において、ハロゲンヒータに供給される消費電力に対する定着ローラの外径方向の変位量を測定している。図１０に示す測定結果からわかるように、ウォームアップの間は、最大消費電力１，５００Ｗが消費されるが、定着ベルトが１８５℃に到達してからは、消費電力は次第に減少していき、３０分間で約５００Ｗ程度まで減少する。このように、ハロゲンヒータの消費電力を検出できれば、定着ローラ２２の加熱状態（温まり具合）を精度高く検出でき、定着ローラ２２の外径変化を精度よく検出できることがわかる。
【００３３】
そこで、本実施例５では、上記ハロゲンヒータの消費電力を基に、定着処理を開始できるか否かを判定する判定手段を設けている。図１１は、電力計で検出したハロゲンヒータ２３の消費電力を判定条件に使用して定着処理を開始するか否かを判定する手順を示すフローチャートである。図１１に示すように、まず加熱ローラ２４（ヒータ２３）により定着ベルト２１の加熱を開始する（Ｓ２１）。そして、電力計によりヒータの消費電力を測定する（Ｓ２２）。この消費電力が所定値以上になるかを判定し（Ｓ２３）、所定値に達するまで加熱ローラ２４による加熱を継続する（Ｓ２４）。上記消費電力が所定値以上に達した場合には（Ｓ２３でＹｅｓ）、ニップ部が定着に適正な状態になったと判定して待機加熱を完了し（Ｓ２５）、定着処理を開始する（Ｓ２６）。全く昇温していない状態から定着処理を開始する場合や、長時間定着処理を行った後に定着処理を再開する場合、また外気温が低い場合や高い場合等、使用環境が異なる場合でも、定着に必要なニップ幅を確保してから定着処理を開始することができる。また、この判定基準となる所定値は、用紙の種類によって設定することができ、例えば薄紙のときは所定値を小さく、厚紙のときは所定値を大きくすることができる。
【００３４】
［実施例６］
次に、定着ローラ状態検出手段として、加熱手段であるヒータの通電加熱時間の比率を検出する通電比率検出手段を設置した実施例６について説明する。実施例５で説明したように、ハロゲンヒータの通電加熱時間の比率を検出できれば、定着ローラの加熱状態（温まり具合）を精度高く検出でき、定着ローラの外径変化を精度よく検出できる。
【００３５】
そこで、本実施例６では、上記ハロゲンヒータの通電加熱時間の比率を基に、定着処理を開始できるか否かを判定する判定手段を設けている。この判定手段では、図１１に示すフローチャートを基に判定が行われる。図１１に示すように、まず加熱ローラ（ヒータ）により定着ベルトの加熱を開始する（Ｓ２１）。そして、電力計によりヒータの通電加熱時間の比率を測定する（Ｓ２２）。この消費電力が所定値以上になるかを判定し（Ｓ２３）、所定値に達するまで加熱ローラによる加熱を継続する（Ｓ２４）。上記比率が所定値以上に達した場合には（Ｓ２３でＹｅｓ）、ニップ部が定着に適正な状態になったと判定して待機加熱を完了し（Ｓ２５）、定着処理を開始する（Ｓ２６）。全く昇温していない状態から定着処理を開始する場合や、長時間定着処理を行った後に定着処理を再開する場合、また外気温が低い状態等、使用環境が異なる場合でも、定着に必要なニップ幅を確保してから定着処理を開始することができる。また、この判定基準となる所定値は、用紙の種類によって設定することができ、例えば薄紙のときは所定値を小さく、厚紙のときは所定値を大きくすることができる。
【００３６】
以上、本実施例１によれば、定着ローラ２２の外径方向の変位量の変化を検出できれば、ニップ幅の変化を精度高く検出できる。その結果、画像形成装置の使用環境や用紙の種類に関わらず、定着に必要なニップ幅を確保したうえで定着処理が行えるので、より安定した定着性を確保することが可能になる。
また、本実施例２によれば、定着ローラ２２の表面温度の変化を検出できれば、ニップ幅の変化を精度高く検出できる。その結果、画像形成装置の使用環境や用紙の種類に関わらず、定着に必要なニップ幅を確保したうえで定着処理が行えるので、より安定した定着性を確保することが可能になる。
また、本実施例３によれば、定着ローラ２２の内部温度の変化を検出できれば、ニップ圧の変化を精度高く検出できる。その結果、画像形成装置の使用環境や用紙の種類に関わらず、定着に必要なニップ圧を確保したうえで定着処理が行えるので、より安定した定着性を確保することが可能になる。
また、本実施例４によれば、定着ローラ２２の平均温度の変化を検出できれば、ニップ幅、ニップ圧の変化を精度高く検出できる。その結果、画像形成装置の使用環境や用紙の種類に関わらず、定着に必要なニップ幅、ニップ圧を確保したうえで定着処理が行えるので、より安定した定着性を確保することが可能になる。
また、本実施例５によれば、ヒータの消費電力の変化を検出できれば、複雑な機構・制御部を用いずにニップ幅、ニップ圧の変化を精度高く検出できる。その結果、画像形成装置の使用環境や用紙の種類に関わらず、定着に必要なニップ幅、ニップ圧を確保したうえで定着処理が行えるので、より安定した定着性を確保することが可能になる。
また、本実施例６によれば、ヒータの通電加熱時間の比率の変化を検出できれば、複雑な機構・制御部を用いずにニップ幅、ニップ圧の変化を精度高く検出できる。その結果、画像形成装置の使用環境や用紙の種類に関わらず、定着に必要なニップ幅、ニップ圧を確保したうえで定着処理が行えるので、より安定した定着性を確保することが可能になる。
なお、本実施例では、定着ローラ２２の弾性層の厚みを加圧ローラ２６の弾性層よりも厚くして、定着ローラ２２に加圧ローラ２６を食い込ませる構成について説明したが、食い込みの関係を逆にしてもよい。その場合には、加圧ローラ２６の弾性層の厚みが定着ローラ２２の弾性層よりも厚くなるので、加圧ローラ２６の径変化の程度が大きくなる。よって、判定手段は、加圧ローラの外径方向の変位量や温度変化等の検出結果を判定条件とする。
【符号の説明】
【００３７】
２０  定着装置
２１  定着ベルト
２２  定着ローラ
２３  ヒータ
２４  加熱ローラ
２５  加圧バネ
２６  加圧ローラ
２７  ヒータ
２８  変位センサ
２９  判定手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】特開２００５−１５６７６９号公報
【図１】
0005565688.tif 000002
【図２】
0005565688.tif 000003
【図３】
0005565688.tif 000004
【図４】
0005565688.tif 000005
【図５】
0005565688.tif 000006
【図６】
0005565688.tif 000007
【図７】
0005565688.tif 000008
【図８】
0005565688.tif 000009
【図９】
0005565688.tif 000010
【図１０】
0005565688.tif 000011
【図１１】
0005565688.tif 000012