(57)【要約】【課題】  用紙の画像形成され易い位置に応じて、定着ローラの各位置の温度を変化させることで、省エネを図る定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】  定着部材と定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と定着部材を加熱する加熱手段と加熱手段を制御する加熱制御手段とを有し、未定着画像を担持した記録材を定着ニップ部に通して定着を行う定着装置において、加熱手段は、定着部材の長手方向に分割された加熱領域を有し、加熱制御手段は、定着維持モードと低温維持モードと昇温モードとを有し、加熱制御手段は、各加熱領域を独立して制御可能であり、低温維持モードにおいて少なくとも１つの加熱領域に対応する定着部材の部位の温度は、その他の加熱領域に対応する定着部材の部位の温度より低く、昇温モードにおいて、少なくとも１つの加熱領域は、その他の加熱領域より高い発熱量の高発熱領域とする。【選択図】図２
2014157176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材と、
前記定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、
前記定着部材を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段を制御する加熱制御手段と、を有し、
未定着画像を担持した記録材を前記定着ニップ部に通して定着を行う定着装置において、
前記加熱手段は、前記定着部材の長手方向に分割された加熱領域を有し、
前記加熱制御手段は、前記定着部材を定着温度に維持する定着維持モードと、前記定着部材を前記定着維持モードより低い温度に維持する低温維持モードと、前記定着部材を昇温する昇温モードと、を有し、
前記加熱制御手段は、各加熱領域を独立して制御可能であり、
前記低温維持モードにおいて、少なくとも１つの加熱領域に対応する前記定着部材の部位の温度は、その他の加熱領域に対応する前記定着部材の部位の温度より低く、
前記昇温モードにおいて、前記少なくとも１つの加熱領域は、前記その他の加熱領域より高い発熱量の高発熱領域であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加熱制御手段は、画像領域以外に対応する前記定着部材の部位の温度を前記画像領域に対応する前記定着部材の部位の温度より低い温度に制御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】
前記高発熱領域は、前記記録材搬送方向に垂直な方向の前記記録材の両端部近傍であり、かつ該両端部よりも内側に対応する前記加熱領域の部位であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記高発熱領域は、前記記録材搬送方向に垂直な方向の２以上の前記記録材の幅に対応する前記加熱領域の部位であることを特徴する請求項１〜３の何れか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記高発熱領域は、２以上の値の発熱量の部位であることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の定着装置を有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に設置される定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の主に電子写真方式の画像形成装置は、画像情報に基づいてトナー像を像担持体上に形成し、このトナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像が担持された記録材を定着装置に通し、熱と圧力によりこのトナー像を記録材上に定着する構成が知られている。
【０００３】
そして、定着方式としては、熱ローラ方式が知られている。この熱ローラ方式は、ハロゲンヒータや誘導加熱のコイル等の加熱源により加熱される定着ローラと加圧ローラとでニップ部を形成し、トナー像を担持した記録材がこのニップ部に通され、熱と圧力が与えられることでトナー像を溶融させて定着させる。そして、この熱ローラ方式は、安全性や高速機への対応性等の観点から広く用いられている。
【０００４】
しかしながら、この熱ローラ方式は、定着ローラの芯金が金属製であり熱容量が大きい。そのため、所定の定着温度に達するまでに多くの時間がかかる問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するために、定着装置の不使用時でも定着ローラをある程度の温度に維持するように、待機時に余熱する方法が知られている。しかしながら、この待機時に予熱する方法は、消費エネルギーが多いという問題があった。
【０００６】
一方、消費エネルギーの問題を解決しようとするベルト及びフィルム方式が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。また、このような方式では、断熱ローラを外部から加熱する方式や画像情報を基に画像領域のみを選択的に加熱する技術が提案されている。
【０００７】
特許文献１に記載のフィルム方式の定着装置は、薄肉の耐熱性フィルムに接触する板状加熱体を有し、記録材を耐熱性フィルムに密着させるように加圧ローラで挟み込み、熱エネルギーを記録材に与える構成である。そして、このフィルムは、１００μｍ程度と薄い。そのため、立ち上げ時間は、実質的に熱容量の小さい板状加熱体の温度を上昇させるだけの時間で済む。その結果、立ち上げ時間を短縮でき、予熱電力を削減できる。
【０００８】
また、記録材上に形成されたトナー像に合わせ、加熱体の制御温度や加熱領域を変化させ、画像が存在しない領域である非画像領域へのエネルギー供給を削減することで、消費エネルギーの問題を解決しようとする定着装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
特許文献２に記載の定着装置は、サーマルヘッドの発熱体の素子毎の温度を測定して、周囲温度の影響も考慮し、適正な熱を紙面上のトナー像に供給する。そのため、紙面上のトナー部分にのみ熱を加えることができ、省エネを図ることができる。
【００１０】
また、定着ローラを外部から加熱することで、消費エネルギーの問題を解決しようとする定着装置も知られている（例えば、特許文献３）。
【００１１】
特許文献３に記載の定着装置は、定着ローラを外部から加熱する構成であり、定着ローラ表層近傍に蓄熱した熱でトナー溶融を行う。そのため、定着ローラ全体を加熱する内部加熱方式に比べて、立ち上げ時間を短くでき、エネルギーロスを少なくできる。更に、画像領域だけを選択的に加熱し、定着設定温度よりも低い第２の設定温度を有する定着装置も知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の定着装置は、記録材における画像が形成され易い領域と画像が形成され難い領域とを区別することなく、同じ電力量を供給し、定着ローラを加熱している。そのため、省エネの観点から問題がある。
【００１３】
具体的には、画像域を選択的に加熱する特許文献１〜３に記載の定着装置の加熱手段は、用紙の搬送方向と垂直な方向に複数の加熱領域を有している。そして、この加熱手段は、図１４に示すように、全ての加熱領域の発熱量が均一に設定されている。そして、画像のある領域は、図１５、１６に示ように、未定着画像が形成された用紙を加熱する際に、トナー像が十分溶融する高温の定着目標温度で、加熱される。一方、画像のない領域は、この定着目標温度よりも低い非画像部維持温度に加熱制御される。そのため、通紙時の消費電力を多少は低減できる。
【００１４】
しかしながら、この定着装置は、非画像部の維持温度をどの位置でもほぼ同じ温度に制御している。即ち、画像が形成され易い領域と画像が形成され難い領域の非画像部における維持温度が同じ温度である。そのため、特に低温に維持される時間が短く画像が形成されやすい領域は、省エネに大きく貢献していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、用紙の画像形成され易い位置に応じて、定着ローラの各位置の温度を変化させることで、省エネを図る定着装置及び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】
【００１６】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の定着装置は、
定着部材と、
前記定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、
前記定着部材を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段を制御する加熱制御手段と、を有し、
未定着画像を担持した記録材を前記定着ニップ部に通して定着を行う定着装置において、
前記加熱手段は、前記定着部材の長手方向に分割された加熱領域を有し、
前記加熱制御手段は、前記定着部材を定着温度に維持する定着維持モードと、前記定着部材を前記定着維持モードより低い温度に維持する低温維持モードと、前記定着部材を昇温する昇温モードと、を有し、
前記加熱制御手段は、各加熱領域を独立して制御可能であり、
前記低温維持モードにおいて、少なくとも１つの加熱領域に対応する前記定着部材の部位の温度は、その他の加熱領域に対応する前記定着部材の部位の温度より低く、
前記昇温モードにおいて、前記少なくとも１つの加熱領域は、前記その他の加熱領域より高い発熱量の高発熱領域であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、用紙の画像形成され易い位置に応じて、定着ローラの各位置の温度を変化させることで、省エネを図る定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を概略的に示す構成図である。
【図２】図１に示した画像形成装置の定着装置を概略的に示す断面図である。
【図３】図１に示した画像形成装置の定着装置を概略的に示す斜視図である。
【図４】図１に示した画像形成装置の定着ローラの加熱を制御する過熱制御手段を説明する説明図であり、図４（ａ）は第１の加熱制御手段を説明する説明図であり、図４（ｂ）は第２の加熱制御手段を説明する説明図である。
【図５】図１に示した画像形成装置の定着ローラの加熱を制御する第２の過熱制御手段を説明する説明図である。
【図６】図１に示した画像形成装置の定着ローラの加熱を制御する第２の過熱制御方法を説明する説明図である。
【図７】図１に示した画像形成装置の定着ローラの加熱を制御する第２の過熱制御方法を説明する説明図である。
【図８】図１に示した画像形成装置の定着ローラの加熱を制御する第３の過熱制御方法を説明する説明図である。
【図９】図１に示した画像形成装置の定着ローラの加熱を制御する第４の過熱制御方法を説明する説明図である。
【図１０】図１に示した画像形成装置の定着ローラの加熱を制御する第４の過熱制御方法を説明する説明図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る画像形成装の定着装置を概略的に示す断面図である。
【図１２】図１１に示した画像形成装の加熱手段を概略的に示す断面図である。
【図１３】図１１に示した画像形成装置の他の態様の定着装置を概略的に示す断面図である。
【図１４】従来の定着装置を説明する説明図である。
【図１５】従来の定着装置を説明する説明図である。
【図１６】従来の定着装置を説明する説明図である。
【図１７】図１１に示した画像形成装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して以下に説明する。本実施形態に係る画像形成装置は、図１に示すように、一例であるプリンタ１として説明する。このプリンタ１は、給紙手段４と、レジストローラ対（位置合わせローラ対）６と、像担持体としての感光体ドラム８と、転写手段１０と、定着装置１２等を有している。
【００２０】
給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６等を有している。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐは、レジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれを矯正される。そして、感光体ドラム８の回転に同期するタイミング、即ち、感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。
【００２１】
感光体ドラム８は、図１中矢印で示す方向に回転する。そして、その周りには、回転方向の順に、帯電手段としての帯電ローラ１８と、図示しない露光手段の一部を構成するミラー２０と、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２と、転写手段１０と、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４等が配置されている。
【００２２】
帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、ミラー２０を介して感光体ドラム８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。
【００２３】
次に、上記プリンタ１の動作を説明する。プリンタ１における画像形成動作は、従来と同様に行われる。即ち、感光体ドラム８が回転を始めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。
【００２４】
この静電潜像は、感光体ドラム８の回転により現像手段２２へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｐ上に転写手段１０による転写バイアス印加により転写される。
【００２５】
トナー像を担持した用紙Ｐは、定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。転写部位Ｎで転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、このクリーニング手段２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体ドラム８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。
【００２６】
次に、定着装置１２の構成・動作について図２及び図３を参照して以下に説明する。定着装置１２は、外部加熱方式であり、図２及び図３に示すように、定着ローラ２８と、この定着ローラ２８との間で定着ニップ部ＳＮを形成する加圧部材としての加圧ローラ３０と、加熱手段としてのサーマルヒータ５６を有している。そして、このサーマルヒータ５６と電源４０とにより外部加熱手段が構成されている。
【００２７】
サーマルヒータ５６は、図３に示すように、定着ローラ２８の長手方向に配置された１４つのヒータ（加熱領域）５６ａを有している。そして、各ヒータ５６ａは、独立に定着ローラ２８を加熱可能となっている。また、サーマルヒータ５６は、図示しない付勢手段により定着ローラ２８の表面に押し当てられていても良い。なお、ヒータ５６ａの数は、この１４つに限定されないことは言うまでもない。
【００２８】
定着ローラ２８の表面温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ３４は、図２に示すように、定着ニップ部ＳＮの下流側で加熱手段５６の上流側に備わる。また、サーマルヒータ５６の温度を検知する加熱部材温度検知手段としてのサーミスタ３６と、サーマルヒータ５６に電力を供給する電源４０と、サーミスタ３４，３６の検知情報に基づいて電源４０を制御する外部加熱制御手段４２とは、ここでは詳細に図示していないが、定着装置１２に備わる。外部加熱制御手段４２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータを意味する。
【００２９】
定着ローラ２８は、外径が４０ｍｍで厚みが１ｍｍのアルミニウム製の芯金２８ａと、この芯金２８ａの表面に被覆された断熱層２８ｂを有している。
断熱層２８ｂは、厚みが３ｍｍのシリコーンゴムで形成されている。なお、断熱層２８ｂは、断熱機能をより高めるために、シリコーンゴムに代えて発泡シリコーンゴムで形成されても良い。
【００３０】
定着ローラ２８の断熱層２８ｂの表面には、ニッケルからなる良熱伝導層２８ｃが形成されている。定着ローラ２８に良熱伝導層２８ｃを形成することで、サーマルヒータ５６の発熱むらによる定着ローラ２８の表面温度の局部的な温度むらが低減される。なお、この良熱伝導層２８ｃは、ニッケルに限らず、ステンレスなどの鉄系合金、アルミニウムや銅などの金属系、グラファイトシート等、熱伝導性が少なくとも断熱層２８ｂより高ければ良い。
【００３１】
また、この良熱伝導層２８ｃを有することで、サーマルヒータ５６が定着ローラ２８を加熱する加熱領域よりも広い領域で定着ローラ２８の温度を上昇させることができる。そのため、加熱領域と画像との間の位置ずれを填補することができる。即ち、サーマルヒータ５６を構成する各ヒータの大きさや間隔等の設定において、設計の自由度が増し、柔軟な設計に対応できる。
【００３２】
また、定着ローラ２８の耐久性を高め、離型性を確保するために、良熱伝導層２８ｃの表面にＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５〜３０μｍの離型層２８ｄを形成しても良い。なお、良熱伝導層２８ｃを設けないで、弾性層２８ｂの表面にこの離型層２８ｄを形成しても良い。
【００３３】
加圧ローラ３０は、外径が４０ｍｍで厚みが２ｍｍの鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの表面に被覆された弾性層３０ｂを有している。そして、加圧ローラ３０は、図示しない付勢手段により定着ローラ２８に圧接されている。弾性層３０ｂは、厚み５ｍｍのシリコーンゴムで形成されている。そして、弾性層３０ｂの表面には、離型性の向上を図るために厚み４０μｍ程度のフッ素樹脂層（図示せず）を形成する。
【００３４】
そして、トナー像Ｔが転写された用紙Ｐが定着ニップ部ＳＮに通され、トナー像Ｔは加圧及び過熱され用紙Ｐに定着される。
【００３５】
本実施形態では、加熱手段５６を定着ローラ２８の表面に接触させて加熱する構成としたが、この態様に限定されず、外部加熱手段をコイルとインバータで構成し、ＩＨ方式による非接触加熱方式としても良い。なお、ＩＨ方式では、加熱用のコイルを多数配置する構成でも、磁束をキャンセルする部材を多数配置して加熱領域や加熱量を制御する構成でも構わない。
【００３６】
次に、本実施形態の画像形成装置に備わった定着ローラの様々な加熱制御方法について以下に説明する。なお、画像領域以外の領域を以下便宜的に非画像領域（非画像部）とし、紙間等の領域を含む概念とする。また、画像領域又は非画像領域に対応する定着ローラ２８の部位とは、画像領域又は非画像領域が定着ローラ２８に密着する位置を意味する。また、第１〜３の領域に対応するヒータ５６ａとは、図３に示すように、第１〜３の領域が密着する定着ローラ２８の位置を加熱する各ヒータ５６ａを意味する。また、第１〜３の領域に対応する発熱量とは、図６に示すように、第１〜３の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量を意味する。また、第１〜３の領域に対応する非画像部維持温度とは、非画像部における第１〜３の領域に密着する定着ローラの維持温度を意味し、その他「対応する」という表現は、例えば第１〜３の領域、画像領域、非画像領域等と定着ローラ２８、サーマルヒータ５６、ヒータ５６ａ等との上述と同様の対応関係において使用する。
【００３７】
先ず、本実施形態の画像形成装置に備わった定着ローラの第１の加熱制御方法について以下に説明する。図４（ａ）は、用紙Ｐ上に用紙搬送方向の下流側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂ、画像領域ａ’が存在する画像形成パターンを示したものである。画像領域ａと画像領域ａ’には、定着対象のトナー像が存在するため定着が必要である。一方、非画像領域ｂには、定着対象のトナー像が存在しないため定着が必要でない。
【００３８】
ここで、用紙Ｐ上にトナー像が転写されると、公知の画像検知手段（図示せず）によって用紙Ｐ上の画像情報が検知され、その画像情報が画像処理装置（図示せず）から外部加熱制御手段４２へ入力される。そうすると、外部加熱制御手段４２は、非画像領域ｂに対応する定着ローラ２８の部位の温度が画像領域ａ、ａ’に対応する定着ローラ２８の部位の温度よりも低くなるように、電源４０を介してサーマルヒータ５６を制御する。
【００３９】
画像領域ａに対応する定着ローラ２８の部位では、サーマルヒータ５６の全域のヒータ５６ａに定着温度が得られる電力を供給する。即ち、加熱制御手段４２は、昇温モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を昇温するように制御する。そして、定着ローラ２８の表面温度が定着温度になると、加熱制御手段４２は、定着維持モードに切り換り定着ローラ２８の表面温度を定着温度に維持する。一方、非画像領域ｂに対応する定着ローラ２８の部位では、サーマルヒータ５６の全域のヒータ５６ａに定着温度が得られる電力より低い電力を供給する。即ち、加熱制御手段４２は、低温維持モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を定着温度より低い温度に維持するように制御する。
【００４０】
そのため、供給電力は、図５に示すように、非画像領域ｂの低温維持モード時Ｒに削減され、省エネを図れる。なお、非画像領域に対応する定着ローラ２８の部位では、電力供給を完全に停止（オフ）しても良い。
【００４１】
次に、本実施形態の画像形成装置に備わった定着ローラの第２の加熱制御方法について以下に説明する。図４（ｂ）は、用紙Ｐの用紙搬送方向に垂直な方向で用紙中央部近傍の画像の形成され易い（画像の形成される確率の高い）第１の領域と、用紙Ｐの用紙搬送方向に垂直な方向で用紙Ｐの両端近傍の画像が形成され難い（画像の形成される確率の低い）第２の領域と、が存在する画像形成パターンを示したものである。第１の領域には、定着対象のトナー像が存在する確率が高いため定着する確率が高い。そして、第１の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量は、従来のものと何ら変わりはない。一方、第２の領域には、定着対象のトナー像が存在しない確率が高いため定着する確立が低い。そして、第２の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量は、第１の領域より高い。そのため、第２の領域に対応するヒータ５６ａは、高発熱量領域となっている。
【００４２】
ここで、作業者から上述のような画像形成パターンであることを画像形成装置（図示せず）に入力されると、その画像形成パターンが画像処理装置から外部加熱制御手段４２へ入力される。そうすると、外部加熱制御手段４２は、非画像領域において、第１の領域に対応する定着ローラ２８の部位の温度と、第２の領域に対応する定着ローラ２８の部位の温度と、を後述する所定の温度になるように、電源４０を介してサーマルヒータ５６を制御する。即ち、サーマルヒータ５６の各ヒータ５６ａは、独立して制御される。
【００４３】
非画像領域における第１の領域に対応する定着ローラ２８の部位では、図７に示すように、定着目標温度である１２０℃よりも低く、室温よりも高い９０℃に保つように制御される。即ち、加熱制御手段４２は、低温維持モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を定着温度１２０℃より低く、室温よりも高い９０℃に維持するように制御する。そのため、非画像領域における第１の領域に対応する定着ローラ２８の温度が極端に下がり過ぎて、次の画像領域での定着温度への立ち上がりに間に合わなくなる虞はなくなる。
【００４４】
一方、非画像領域における第２の領域に対応する定着ローラ２８の部位では、第１の領域に対応する定着ローラ２８の部位の非画像部維持温度である９０℃よりも低く、室温よりも高い８０℃に保つように制御される。即ち、加熱制御手段４２は、低温維持モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を第１の領域に対応する定着ローラ２８の部位の非画像部維持温度９０℃より低く、室温よりも低い８０℃に維持するよう制御する。
【００４５】
そのため、非画像領域における第２の領域に対応するサーマルヒータ５６への供給電力は、削減される。具体的には、非画像領域における第２の領域に対応する定着ローラ２８の部位においては、非画像領域における第１の領域に対応する定着ローラ２８の部位より低い温度に維持されることで、省エネを図れる。なお、第２の領域に対応するヒータ５６ａでは、図６に示すように、発熱量が第１の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量より高い。即ち、加熱制御手段４２は、昇温モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を第１の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量より高い発熱量で定着温度に昇温するよう制御する。そのため、非画像領域において定着ローラ２８を第１の領域に対応する定着ローラ２８の温度より低い温度に維持していても、次の画像領域での定着温度への立ち上がりに十分に対応できる。
【００４６】
次に、本実施形態の画像形成装置に備わった定着ローラの第３の加熱制御方法について以下に説明する。図８は、Ａ３サイズの用紙とＡ４サイズの用紙の用紙搬送方向に垂直な方向の用紙両端近傍の箇所を第２の領域とし、その他の箇所を第１の領域と設定した画像形成パターンを示したものである。第１の領域には、定着対象のトナー像が存在する確率が高いため定着する確率が高い。そして、第１の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量は、従来のものと何ら変わりはない。一方、第２の領域には、定着対象のトナー像が存在しない確率が高いため定着する確立が低い。そして、第２の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量は、第１の領域より高い。そのため、第２の領域に対応するヒータ５６ａは、高発熱量領域となっている。
【００４７】
ここで、作業者から上述のような画像形成パターンであることを画像形成装置（図示せず）に入力される、その画像形成パターンが画像処理装置から外部加熱制御手段４２へ入力される。そうすると、外部加熱制御手段４２は、非画像領域において、第１の領域に対応する定着ローラ２８の部位の温度と、第２の領域に対応する定着ローラ２８の部位の温度と、を後述する所定の温度になるように、電源４０を介してサーマルヒータ５６を制御する。即ち、サーマルヒータ５６の各ヒータ５６ａは、独立して制御される。
【００４８】
非画像領域における第１の領域に対応する定着ローラ２８の部位では、図７に示すように、定着目標温度である１２０℃よりも低く、室温よりも高い９０℃に保つように制御される。即ち、加熱制御手段４２は、低温維持モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を定着温度１２０℃より低く、室温よりも高い９０℃に維持する。そのため、非画像領域における第１の領域に対応する定着ローラ２８の温度が極端に下がり過ぎて、次の画像領域での定着温度への立ち上がりに間に合わなくなる虞はなくなる。
【００４９】
一方、非画像領域における第２の領域に対応する定着ローラ２８の部位では、第１の領域に対応する定着ローラ２８の非画像部維持温度である９０℃よりも低く、室温よりも高い８０℃に保つように制御される。即ち、加熱制御手段４２は、低温維持モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を非画像部維持温度９０℃より低く、室温よりも低い８０℃に維持するように制御する。
【００５０】
そのため、非画像領域における第２の領域に対応するサーマルヒータ５６への供給電力は、削減される。具体的には、非画像領域における第２の領域に対応する定着ローラ２８の部位においては、非画像領域における第１の領域に対応する定着ローラ２８の部位より低い温度に維持されることで、省エネを図れる。なお、第２の領域に対応するヒータ５６ａでは、図８に示すように、発熱量が第１の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量より高い。即ち、加熱制御手段４２は、昇温モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を高い発熱量で定着温度に昇温するように制御する。そのため、非画像領域において定着ローラ２８を第１の領域に対応する定着ローラ２８の温度より低い温度に維持していても、次の画像領域での定着温度への立ち上がりに十分に対応できる。
【００５１】
また、Ａ３サイズとＡ４サイズの用紙は、一般的に特に使用頻度の高く、用紙のサイズをＡ３サイズからＡ４サイズへ又はＡ４サイズからＡ３サイズへ変更することは通常頻繁に行われることが想定される。
【００５２】
そのため、そのような用紙の変更を伴う場合においても、非画像領域における供給電力は、第２の領域に対応する定着ローラ２８の部位で削減され、省エネを図れる。
【００５３】
なお、用紙のサイズは、Ａ３サイズとＡ４サイズに限定されず、Ｂ３サイズやＢ４サイズ等の他のサイズであっても良い。また、図示しないが、サーマルヒータの長手方向で左右対称にする必要は無く、片側だけ第２の領域に設定する構成であっても構わない。
【００５４】
次に、本実施形態の画像形成装置に備わった定着ローラの第４の加熱制御方法について以下に説明する。図９は、用紙搬送方向に垂直の方向にそれぞれ発熱量が異なる第１〜３の領域を設定した画像形成パターンを示したものである。第１の領域には、定着対象のトナー像が存在する確率が高いため定着する確率が高い。そして、第１の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量は、従来のものと何ら変わりはない。一方、第２の領域には、定着対象のトナー像が存在しない確率が高いため定着する確立が低い。そして、第２の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量は、第１の領域に対応するヒータ５６ａより高い。そのため、第２の領域に対応するヒータ５６ａは、高発熱量領域となっている。第３の領域には、定着対象のトナー像が存在する確率が第１の領域と第２の領域との間の確率であり、定着する確立も第１の領域と第２の領域との間の確率となる。そして、第３の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量は、第１の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量より高い。そのため、第３の領域に対応するヒータ５６ａは、高発熱量領域となっている。
【００５５】
ここで、作業者から上述のような画像形成パターンであることを画像形成装置（図示せず）に入力されると、その画像形成パターンが画像処理装置から外部加熱制御手段４２へ入力される。そうすると、外部加熱制御手段４２は、非画像領域において、第１〜３の領域に対応する定着ローラ２８の部位の温度を後述する所定の温度になるように、電源４０を介してサーマルヒータ５６を制御する。即ち、サーマルヒータ５６の各ヒータ５６ａは、独立して制御される。
【００５６】
非画像領域における第１の領域に対応する定着ローラ２８の部位では、図１０に示すように、定着目標温度である１２０℃よりも低く、室温よりも高い９０℃に保つように制御される。即ち、加熱制御手段４２は、低温維持モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を定着温度１２０℃より低く、室温よりも高い９０℃に維持する。そのため、非画像領域における第１の領域に対応する定着ローラ２８の温度が極端に下がり過ぎて、次の画像領域での定着温度への立ち上がりに間に合わなくなる虞はなくなる。
【００５７】
一方、非画像領域における第２の領域に対応する定着ローラ２８の部位では、第１の領域に対応する定着ローラ２８の非画像部維持温度である９０℃よりも低く、室温よりも高い８０℃に保つように制御される。即ち、加熱制御手段４２は、低温維持モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を非画像部維持温度９０℃より低く、室温よりも低い８０℃に維持するように制御する。
【００５８】
更に、非画像領域における第１の領域と第２の領域との間にある第３の領域に対応する定着ローラ２８の部位では、第１の領域に対応する定着ローラ２８の部位の非画像部維持温度である９０℃よりも低く、第２の領域に対応する定着ローラ２８の部位の非画像部維持温度である８０℃よりも高い温度を保つように制御される。即ち、加熱制御手段４２は、低温維持モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を非画像部維持温度９０℃より低く、第２の領域に対応する定着ローラ２８の部位の非画像部維持温度８０℃よりも高い温度に維持する。
【００５９】
そのため、非画像領域における第２及び第３の領域に対応するサーマルヒータ５６への供給電力は、削減される。具体的には、非画像領域における第２及び第３の領域に対応する定着ローラ２８の部位においては、非画像領域における第１の領域に対応する定着ローラ２８の部位より低い温度に維持されることで、省エネを図れる。なお、第２及び第３の領域に対応するヒータ５６ａでは、図１４に示すように、発熱量が第１の領域に対応するヒータ５６ａの発熱量より高い。即ち、加熱制御手段４２は、昇温モードとなり、定着ローラ２８の表面温度を高い発熱量で定着温度に昇温するように制御する。そのため、非画像領域において定着ローラ２８を第１の領域に対応する定着ローラ２８の温度より低い温度に維持していても、次の画像領域での定着温度への立ち上がりに十分に対応できる。
【００６０】
なお、上述の全ての加熱制御手段において、全面画像域に対応する、全加熱領域に電力を供給する事になる場合でも、電源の定格を超える事がないように設定されることは当然である。即ち、第２又は第３の領域として発熱量を上げた分だけ第１の領域の発熱量を下げる事で全体としての供給電力は所定の値を超えないようにしている。また、上述の定着目標温度、第１〜第３の領域の非画像部維持温度は、この態様に限定されるものではない。また、画像形成パターンの入力は、作業者によらず、公知の画像検知センサ（図示せず）によって読み込み、メモリ（図示せず）と演算手段（図示せず）によって、このパターンを自動的に算出し、入力する方法であっても良い。
【００６１】
次に、本実施形態に係る画像形成装置の作用について説明する。
【００６２】
サーマルヒータ５６が定着ローラ２８の長手方向に分割されたヒータ５６ａを有し、加熱制御手段４２が３つの制御モードを有することで、非画像領域における第２の領域に対応する定着ローラ２８の維持温度を第１の領域に対応する定着ローラ２８の維持温度より低くできる。そのため、余分な待機電力を必要とせず、省エネを図れる。また、第１の領域に対応するヒータ５６ａは、高発熱領域であることで、非画像領域から画像領域に変わる場合において、目標の定着温度にすることができ、安定した定着性を図ることができる。
【００６３】
また、加熱制御手段４２が各ヒータ５６ａを独立して制御することで、簡易な構成で非画像領域に対応する定着ローラ２８の維持温度と高発熱領域を制御できる。
【００６４】
また、加熱制御手段４２が非画像領域の加熱温度を画像領域の加熱温度より低く維持する制御をすることで、非画像領域と画像領域の区別をすることなく一律に同じ加熱温度とする従来の定着装置と比較して、余熱電力を減らすことができる。そのため、省エネを図れる。
【００６５】
また、高発熱領域が用紙搬送方向に垂直な方向の両端部近傍に対応する位置に設定できる。そのため、この非画像領域となることが多い部分の非画像領域に対応する定着部材の位置の温度を非画像領域と画像領域の区別をすることなく一律に同じ加熱温度とする従来の定着装置と比較して、余熱電力を減らすことができる。その結果、省エネを図れる。
【００６６】
また、高電力量領域が複数の通紙幅に対応していることで、複数のサイズの用紙に対して定着装置を作動させる場合でも、非画像領域と画像領域の区別をすることなく一律に同じ加熱温度とする従来の定着装置と比較して、余熱電力を減らすことができる。そのため、省エネを図れる。
【００６７】
また、高発熱領域が値の異なる発熱量の複数の領域を有することで、画像形成のされ易さに応じて、これに対応するヒータ５６ａの発熱量を制御することができる。そのため、従来の定着装置に比較して省エネを図れる。
【００６８】
続いて、第２実施形態の画像形成装置について説明する。なお、上述した第１実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６９】
本実施形態の画像形成装置は、図１１に示すように、定着ベルト３８をその内側から加熱する構成である。本実施形態における定着装置１２’では、加熱手段が板状基体に抵抗発熱体を形成したサーマルヒータ５６である。
【００７０】
サーマルヒータ５６は、図１２に示すように、紙搬送方向と垂直方向であり、定着ローラ２８の長手方向に複数個に分割された加熱領域５６ａを有しており、各加熱部材は独立に加熱制御が可能である。そのため、画像情報に応じて加熱制御できる。そして、定着ベルト３８の内側に配置され、定着ベルト３８の温度を上昇させる。そして、温度上昇をした定着ベルト３８は、定着ニップ部ＳＮに搬送される未定着画像を加熱して定着させる。なお、加熱手段は、この態様に限定されずセラミックヒータ等であっても良い。
【００７１】
定着ベルト３８は、外径が４０ｍｍで厚みが４０μｍのＳＵＳ製の基体３８ａと、この基体３８ａの表面に被覆された弾性層３８ｂを有している。弾性層３８ｂは、厚み１００μｍのシリコーンゴムで形成されている。なお、定着ベルトの基体は、ポリイミドとしても良い。
【００７２】
離型層３８ｃは、厚みが５〜５０μｍのＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂により、耐久性を高めて離型性を確保するために、定着ベルト３８の表面に形成されている。
【００７３】
定着ベルトの内側には、支持部材６１と、ニップ部ＳＮ近傍の押圧部材６０と加熱部材５６が設置され、図示しない外部部材と接続されて定着ベルト３８を支持している。
【００７４】
外部加熱制御手段４２は、用紙Ｐの画像情報に基づいて、加熱部材５６の加熱割合を変化させる。
【００７５】
なお、加熱手段５６は、図１３に示すように、押圧部材として機能するためニップ部ＳＮの箇所に配置されている構成でも良く、また、加熱効率を考慮し、定着ニップ部の上流側に設けても良い。また、図示はしないが、図６のベルトやフィルム構成を、図２の外部加熱部材で加熱する構成であっても良い。
【００７６】
次に、本実施形態の画像形成装置の変形例について説明する。なお、上述した第１実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７７】
図１７は、本実施形態の変形例に係る定着装置の基本構成例を示す断面図である。
定着装置１２は、図１７に示すように、定着回転体としての定着ベルト３８と、定着ベルト３８に当接してニップ部Ｎを形成する対向部材（又は対向回転体）としての加圧ローラ３０と、定着ベルト３８を加熱する加熱部材としてのヒータ５６とを備える。ヒータ５６は定着ベルト３８と略平面で接触している。
【００７８】
定着ベルト３８は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。具体的に、定着ベルト３８は、外径４０ｍｍで厚さ４０μｍのＳＵＳ製の基材３８ａと、この基材３８ａの外周面を被覆する厚さ１００μｍのシリコーンゴム製の弾性層３８ｂと、この弾性層３８ｂの外周面を被覆する厚さ５〜５０μｍのＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂製の離型層３８ｃとで構成されている。なお、定着ベルト３８の基材３８ａを、ポリイミド等の樹脂材料で構成してもよい。
【００７９】
加圧ローラ３０は、外径４０ｍｍで厚さ２ｍｍの鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの外周面を被覆する弾性層３０ｂとで構成されている。加圧ローラ３０の弾性層３０ｂは、シリコーンゴムで構成されており、その厚さは５ｍｍである。また、離型性を高めるため、弾性層３０ｂの外周面に厚さ４０μｍ程度のフッ素系樹脂から成る離型層を配設してもよい。
【００８０】
定着ベルト３８の内周側の加圧ローラ３０と対向する位置には、ニップ形成部材７０が配設されている。ニップ形成部材７０は、その両端部において、定着装置１２の図示しない側板に支持されている。このニップ形成部材７０に対し、加圧ローラ３０が加圧レバー等の加圧手段によって圧接せしめられることで、定着ベルト３８と加圧ローラ３０との圧接部において所定幅のニップ部Ｎが形成されている。なお、定着回転体と対向部材とを加圧を行わず単に当接させるだけの構成としてもよい。
【００８１】
また、加圧ローラ３０は、図示しないモータ等の駆動源によって図の矢印Ｂ方向に回転駆動するように構成されている。そして、加圧ローラ３０が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト３８に伝達され、定着ベルト３８が図の矢印Ｃ方向に従動回転するようになっている。また、定着ベルト３８の内周側には、定着ベルト３８を支持するベルト支持部材６１が配設されている。
【００８２】
ヒータ５６は、サーマルヒータやセラミックヒータ等の面状又は板状の発熱体で構成されている。定着ベルト３８の内周側には、支持部材としてのステー６１が配設されており、このステー６１によって、ヒータ５６が、ニップ部Ｎよりも用紙搬送方向Ａの上流側で、定着ベルト３８の内周面に対向するように支持されている。また、ヒータ５６には電源７５が接続されており、電源７５からヒータ５６に電力が供給されるようになっている。この電源７５の出力は、加熱制御手段４２によって制御される。加熱制御手段４２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータで構成されている。
【００８３】
また、定着装置１２は、ヒータ５６の温度を検知するヒータ温度検知手段としての第１のサーミスタ３６と、定着ベルト３８の温度を検知するベルト温度検知手段としての第２のサーミスタ３４とを備える。第１のサーミスタ３６は、ヒータ５６に直接接触するように配設され、第２のサーミスタ３４は、定着ベルト３８の外周面に対し、ヒータ５６よりもベルト回転方向Ｃの上流側で対向するように配設されている。各サーミスタ３４，３６で検知された温度情報は、加熱制御手段４２に入力されるようになっており、この入力情報に基づいて、加熱制御手段４２は電源７５の出力を制御するように構成されている。
【００８４】
また、定着ベルト３８の外周側でヒータ５６と対向する位置には、定着ベルト３８を加圧する押さえ部材としての押圧ローラ８０が配設されている。この押圧ローラ８０によって、定着ベルト３８が外周側からヒータ５６に向けて加圧されることで、定着ベルト３８がヒータ５６に接触するようになっている。押圧ローラ８０は、外径が１５ｍｍ乃至３０ｍｍであり、外径が８ｍｍの鉄製の芯金８０ａと、この芯金８０ａの外周面を被覆する厚さ３．５ｍｍ乃至１１ｍｍのシリコーンゴム製の弾性層３０ｂとで構成されている。そして、押圧ローラ８０の押圧力によるヒータ５６の変形を防止するために、ヒータを固定する固定部材７１が備わっている。また、離型性を高めるために、弾性層８０ｂの外周面に厚さ４０μｍ程度のフッ素系樹脂から成る離型層を配設してもよい。ここでは、押圧ローラ８０が図示しない加圧手段によって定着ベルト３８に圧接されているが、加圧手段による加圧を行わず、単に当接させるだけの構成としてもよい。
【００８５】
図を参照しつつ定着装置の基本動作について説明する。
画像形成装置本体の電源スイッチが投入されると、電源７５からヒータ５６に電力が供給されると共に、加圧ローラ３０が図の矢印Ｂ方向に回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト３８は、加圧ローラ３０との間の摩擦力によって、図の矢印Ｃ方向に従動回転する。
【００８６】
その後、上述の画像形成工程を経て未定着のトナー画像Ｇが担持された用紙Ｐが、定着ベルト３８と加圧ローラ３０との間のニップ部Ｎに搬送されると、用紙Ｐが加熱及び加圧され、用紙Ｐ上のトナー画像Ｇが定着される。そして、用紙Ｐはニップ部Ｎから搬出された後、機外に排出される。
【００８７】
本実施形式においても、第１の実施形式と同様に用紙の画像形成され易い位置に応じて、定着ローラの各位置の温度を変化させることで、省エネを図る画像形成装置を提供することができる。
【００８８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８９】
なお、上述の実施形態で紹介した各構成の材質、寸法はあくまで一例であり、本発明の作用を発揮し得る範囲内で様々な材質や寸法を選択可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９０】
１      プリンタ（画像形成装置の一例）
１２      定着装置
２８      定着ローラ（定着部材の一例）
２９      予備加熱領域
３０      加圧ローラ（加圧部材の一例）
４２      加熱制御手段
５６      サーマルヒータ（加熱部材の一例）
５６ａ      加熱領域
Ｐ      用紙（記録材の一例）
Ｔ      未定着画像
ＳＮ      定着ニップ部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９１】
【特許文献１】特開平６−９５５４０号公報
【特許文献２】特開２００５−１８１９４６号公報
【特許文献３】特開２００１−３４３８６０号公報
【特許文献４】特開２００８−２８１７６２号公報
【特許文献５】特開２００３−３０７９６４号公報
【図１】
2014157176.tif 000003
【図２】
2014157176.tif 000004
【図３】
2014157176.tif 000005
【図４】
2014157176.tif 000006
【図５】
2014157176.tif 000007
【図６】
2014157176.tif 000008
【図７】
2014157176.tif 000009
【図８】
2014157176.tif 000010
【図９】
2014157176.tif 000011
【図１０】
2014157176.tif 000012
【図１１】
2014157176.tif 000013
【図１２】
2014157176.tif 000014
【図１３】
2014157176.tif 000015
【図１４】
2014157176.tif 000016
【図１５】
2014157176.tif 000017
【図１６】
2014157176.tif 000018
【図１７】
2014157176.tif 000019