(57)【要約】【課題】画像領域どうしの間隔が狭い箇所でも定着部材温度を低い温度まで下げ、省エネルギー性を向上させる。【解決手段】未定着画像に接触して回転する定着部材２８，３８と、定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材３０と、電源４０からの電力により定着部材を加熱する、記録材搬送方向と直交方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱手段５６と、加熱手段を制御する外部加熱制御手段４２とを有し、定着ニップ部ＳＮに未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置１２において、外部加熱制御手段は、定着部材を通常のプロセス線速より遅い線速に制御しながら、記録材上の非画像領域に対応する定着部材の部位を画像領域に対応する定着部材の部位よりも低い温度に維持する加熱モードを有し、記録材上の画像情報に基づき加熱モードにより各加熱領域を選択的に制御することにより解決される。【選択図】図１３
2014157175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着画像に接触して回転する定着部材と、該定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、電源からの電力により該定着部材を加熱する、記録材搬送方向と直交方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱手段と、該加熱手段を制御する外部加熱制御手段とを有し、該定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置であって、
該外部加熱制御手段は、該定着部材を通常のプロセス線速より遅い線速に制御しながら、該記録材上の非画像領域に対応する該定着部材の部位を画像領域に対応する該定着部材の部位よりも低い温度に維持する加熱モードを有し、該記録材上の画像情報に基づき該加熱モードにより各加熱領域を選択的に制御する、ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記外部加熱制御手段は、前記定着部材を通常のプロセス線速より遅い第一の線速に制御しながら、前記記録材上の画像領域に対応する前記定着部材の部位を定着温度である第一の目標温度に維持し、非画像領域に対応する前記定着部材の部位を該第一の目標温度以下である第二の目標温度に維持する第一の加熱モードを有し、前記記録材上の画像情報に基づき該第一の加熱モードによって各加熱領域を選択的に制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記外部加熱制御手段は、前記定着部材を通常のプロセス線速より遅い第一の線速に制御しながら、前記記録材上の画像領域に対応する前記定着部材の部位を定着温度である第一の目標温度に維持し、非画像領域に対応する前記定着部材の部位を通常のプロセス線速時の第二の目標温度より低い第三の目標温度に維持する第二の加熱モードを有し、前記記録材上の画像情報に基づき該第二の加熱モードによって各加熱領域を選択的に制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記外部加熱制御手段は、前記定着部材を通常のプロセス線速より遅い第一の線速より遅い第二の線速に制御しながら、前記記録材上の画像領域に対応する前記定着部材の部位を定着温度である第一の目標温度に維持し、非画像領域に対応する前記定着部材の部位を通常のプロセス線速時の第二の目標温度より低い第三の目標温度に維持する第三の加熱モードを有し、前記記録材上の画像情報に基づき該第三の加熱モードによって各加熱領域を選択的に制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
前記外部加熱制御手段は、前記記録材上の画像情報を記録材搬送方向の単位領域に分割し、該画像情報のある該単位領域を加熱部分と判断し、該画像情報のない該単位領域を非加熱部分と判断する、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】
前記外部加熱制御手段は、前記記録材上の画像情報を参照して記録材搬送方向での画像領域の間隔が所定の距離以上あるとき、前記定着部材を通常のプロセス線速で制御しながら、前記記録材上の画像領域に対応する前記定着部材の部位を定着温度である第一の目標温度に維持し、非画像領域に対応する前記定着部材の部位を該第一の目標温度以下である第二の目標温度に維持する通常加熱モードを有し、該記録材上の画像情報に基づき該通常加熱モードにより各加熱領域を選択的に制御する、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１〜６のいず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、電子写真方式の画像形成装置における熱方式の定着装置、及びこの定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体上に画像情報に基づいてトナー像を形成し、該トナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力によりトナー像を記録材上に固定する。
【０００３】
熱ローラ方式の定着装置は、ハロゲンヒータや誘導加熱のコイルなどの加熱源により加熱される定着ローラと加圧ローラでニップ部を形成し、画像を担持した記録材をニップ部に通すことで、熱と圧力によりトナーを溶融させて定着させる。定着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、定着ローラの芯金が金属製であり熱容量が大きいため、所定の定着温度に達するまでに数分の時間がかかる。このため、非使用時でも定着ローラをある程度の温度に維持する待機時余熱が必要であるため、消費エネルギーが多いという問題があった。
【０００５】
省エネルギーを実現する定着装置としては、ベルト及びフィルム方式が頻繁に用いられており、断熱ローラを外部から加熱する方式や、さらに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。
【０００６】
省エネルギーな定着方式としてフィルム方式がある。
これは例えば特許文献１に記載されているように、薄肉円筒状の耐熱性フィルムに接触する板状加熱体と加圧ローラでフィルムと記録材を密着させるように挟み込み、熱エネルギーを記録材に与える構成である。フィルムが約１００μｍ程度と薄いため、実質的に立ち上げ時間は熱容量の小さい板状加熱体の温度を上昇させるだけで済む。このため、立ち上がり時間を短縮し、予熱電力を削減することができる。
【０００７】
さらに、記録材上に形成された画像に合わせ、加熱体の制御温度、加熱域を変化させ、非画像領域（画像形成領域における画像が存在しない部分）へのエネルギー供給を削減することで、省エネルギーを可能とする構成が開示されている。
【０００８】
特許文献２では、サーマルヒータの発熱体の素子ごとの温度を測定して適正な熱を供給することで、周囲温度の影響も考慮し、かつ紙面上のトナー部分にのみ熱を加える構成が開示されている。
【０００９】
特許文献３は、ローラを外部から加熱する定着方式を採用している。外部から加熱することで定着ローラ表層近傍に蓄熱した熱でトナー溶融を行うことができる。よって、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がり時間が短く、エネルギーロスが少ないという利点がある。特許文献１，２と同様に画像領域だけを選択的に加熱すると共に、定着設定温度よりも低い第二の設定温度を有する構成が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来、記録材全面に画像が形成されている場合でも十分な定着が可能なように、定着装置に対して最大のエネルギー供給量が設定され、機器の定格電力を超えないようにベルトやフィルム又はローラなどの定着部材の定格電力が設定されている。これは画像領域を選択的に加熱する特許文献１，２，３における構成でも同様である。
【００１１】
さて、画像領域を選択的に加熱する構成において省エネルギー性を向上させる１つの方法は、非画像領域に対応する定着部材の温度をできるだけ低くすることである。特許文献３では、非画像領域に対応する定着部材温度を、画像領域のトナーを溶融するための第一の設定温度より低い第二の設定温度に設定しているが、省エネルギー性を向上するためには第二の設定温度をさらに低い温度にすればよい。
【００１２】
定着部材の或る箇所が、初めの記録材の非画像領域に接触し、一回転してから次の記録材の画像領域に接触するとき、当該箇所を第二の設定温度から第一の温度まで急速に上昇させる必要がある。この際、どの程度急速に定着部材を昇温させられるかによって第二の設定温度が決まり、ひいては省エネルギー性が決まる。
【００１３】
しかし、用紙搬送方向の画像領域どうしの間隔が狭い箇所では、本来は定着部材温度を第二の設定温度として低くすべきでも、第一の設定温度に維持し続ける必要があり、大きな省エネルギー性を得難いという課題があった。
【００１４】
そこで本発明は、画像領域どうしの間隔が狭い箇所でも定着部材温度を低い温度まで下げ、省エネルギー性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この課題を解決するため、本発明は、未定着画像に接触して回転する定着部材と、該定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、電源からの電力により該定着部材を加熱する、記録材搬送方向と直交方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱手段と、該加熱手段を制御する外部加熱制御手段とを有し、該定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置であって、該外部加熱制御手段は、該定着部材を通常のプロセス線速より遅い線速に制御しながら、該記録材上の非画像領域に対応する該定着部材の部位を画像領域に対応する該定着部材の部位よりも低い温度に維持する加熱モードを有し、該記録材上の画像情報に基づき該加熱モードにより各加熱領域を選択的に制御する、ことを特徴とする定着装置を提案する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、より間隔の短い非画像領域においても加熱手段の加熱温度を低減し及び／又はより間隔の短い非画像領域以外の非画像領域における加熱手段の加熱温度をさらに低減することができるため、従来よりも加熱電力を低減し、省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】画像形成装置の断面の模式図である。
【図２】定着装置の断面の模式図である。
【図３】定着装置の概略斜視図である。
【図４】用紙上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。
【図５】用紙上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。
【図６】別な定着装置の断面の模式図である。
【図７】１０個に分割されたヒータの模式図である。
【図８】別な定着装置の断面の模式図である。
【図９】別な定着装置の断面の模式図である。
【図１０】外部加熱方式の定着装置の模式図である。
【図１１】用紙上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。
【図１２】定着部材の目標温度と位置の関係を示す図である。
【図１３】省エネルギー性を高めるための第１の実施形態を示す図である。
【図１４】省エネルギー性を高めるための第２の実施形態を示す図である。
【図１５】省エネルギー性を高めるための第３の実施形態を示す図である。
【図１６】省エネルギー性を高めるための第４の実施形態を示す図である。
【図１７】予備加熱領域ｄでの定着部材の表面温度変化を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１に、画像形成装置の断面の模式図を示す。図示のように、本実施形態に係る画像形成装置の一例としてのプリンタ２は、給紙手段４、レジストローラ対６、像担持体としての感光体ドラム８、転写手段１０、定着装置１２等を有している。
【００１９】
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。その後用紙Ｐは、感光体ドラム８の回転に同期するタイミングで、すなわち、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。
【００２０】
感光体ドラム８の周りには、矢印で示す回転方向順に、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。帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、感光体ドラム８上の露光部２６にミラー２０を介して露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。
【００２１】
プリンタ２における画像形成動作は従来と同様に行われる。すなわち、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。
【００２２】
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静電潜像は可視像化され、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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
図２及び図３に示すように、実施形態１としての定着装置１２は外部加熱方式である。定着装置１２は、未定着画像に接触して回転する定着部材としての定着ローラ２８、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、商用電源からの電力により定着ローラを加熱する加熱手段としてのサーマルヒータ５６などを有している。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。
【００２５】
サーマルヒータ５６は、用紙Ｐの幅方向に等間隔で配置された複数（本実施形態では７つ）のヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇを有している。各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇは、各加熱領域に対応し、それぞれ独立に加熱可能となっている。
【００２６】
定着ローラ２８の定着ニップ部ＳＮの下流であってヒータ５６の上流に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、ヒータ５６の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ３６、ヒータ５６に電力を供給する電源４０、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が設けられている。
【００２７】
ここで、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。
【００２８】
定着ローラ２８は、外径が５０ｍｍで厚みが３ｍｍ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はシリコンゴムで形成されており厚みは４ｍｍである。断熱層２８ｂは、その断熱機能をより高めるために、熱の拡散が少ない発泡シリコンゴムで形成してもよい。
【００２９】
定着ローラ２８の断熱層２８ｂの上にはニッケルからなる良熱伝導層２８ｃが形成されている。しかし、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でもよく、熱伝導性が少なくとも断熱層２８ｂより高ければよい。
【００３０】
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。各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇ間の発熱しない領域でも熱が迅速に伝わることにより、画像の定着むらが低減される。
【００３１】
また、良熱伝導層２８ｃの作用によって、サーマルヒータ５６が加熱する領域よりもやや広い領域の温度が上昇するため、画像との若干のずれを補償することができるという利点もある。換言すれば、サーマルヒータ５６を構成する各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇの大きさや間隔等の設定において設計自由度が大きいという利点がある。
【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、断熱層２８ｂの表面にＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが２０〜８０μｍの離型層を形成してもよい。
【００３３】
加圧ローラ３０は、外径が５０ｍｍで厚みが４ｍｍ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。弾性層３０ｂはシリコンゴムで形成されており厚みは５ｍｍである。弾性層３０ｂの表面には、離型性を高めるために厚みが５０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成するのが望ましい。
【００３４】
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。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る。
【００３５】
以下に述べるとおり、画像情報に応じて各ヒータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇを制御することにより、省エネルギー化を実現することができる。
【００３６】
サーマルヒータ５６による加熱効率が低く、定着ローラ２８の表面温度を所定の定着温度に昇温させることが困難である場合には、定着温度よりやや低い温度まで定着ローラ２８内部のハロゲンヒータ５８で加熱しておき、画像領域に対応した部位をサーマルヒータ５６により昇温させることで、エネルギー消費を低減することができる。
【００３７】
用紙Ｐ上の画像形成領域全体に画像が形成される場合には定着ローラ２８全体を加熱するため、画像情報に基づいた加熱制御は必要ないが、このような場合には、ハロゲンヒータ５８のみで定着温度に立ち上げてもよい。また、立ち上げ時のみハロゲンヒータ５８とサーマルヒータ５６の両方に同時に通電して立ち上げ時間をより短くしてもよい。
【００３８】
次に、加熱制御について説明する。
外部加熱制御手段４２は、用紙Ｐ上に画像を形成するための画像情報に基づいて、サーマルヒータ５６の加熱割合を変化させる。
【００３９】
先ず、図４は、用紙Ｐ上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。図４（ａ）は、用紙Ｐの搬送方向の先端側から順に、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。定着対象のトナーが存在する画像領域ａと画像領域ａ’は定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｂでは定着の必要はない。
【００４０】
図４（ｂ）は、用紙Ｐの搬送方向の先端側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂが存在する画像形成パターンを示したものである。定着対象のトナーが存在する画像領域ａは定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｂでは定着の必要はない。
【００４１】
図５は、用紙Ｐ上に形成された画像領域と非画像領域を示す図である。図５（ａ）は、用紙Ｐの搬送方向と直交方向（定着ローラの長手方向）に、画像領域ｃ、非画像領域ｄが存在する画像形成パターンを示したものである。定着対象のトナーが存在する画像領域ｃは定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｄでは定着の必要はない。
【００４２】
図５（ｂ）は、用紙Ｐの搬送方向の画像領域ｇ、ｈとｅで囲まれる画像領域、ｈとｆで囲まれる非画像領域が存在する画像形成パターンを示したものである。定着対象のトナーが存在する画像領域ｅ，ｆは定着を必要とするが、トナーが存在しない非画像領域ｈでは定着の必要はない。
【００４３】
図４（ａ）において、図示しない画像処理装置から上記パターンの画像情報が外部加熱制御手段４２へ入力されると、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、外部加熱制御手段４２は電源４０及びヒータ５６を制御する。
【００４４】
ここで、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に密着する定着ローラ２８の部位という意味である。すなわち、用紙幅全体にわたって分布している画像領域ａに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｇの全域に電力を供給する一方、非画像領域ｂに対応するローラ部位では供給電力を低減する。そして、紙後端の画像領域ａ’に対応するローラ部位が定着温度に達するように、再びヒータ５６ａ〜ｇに電力を供給する。
【００４５】
図４（ｂ）においても同様に、画像領域ａに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｇの全域に電力を供給する一方、非画像領域ｂに対応するローラ部位では供給電力を低減する。
【００４６】
図５（ａ）では、用紙幅半分にわたって分布している画像領域ｃに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｇに電力を供給する。具体的には、外部加熱制御手段４２は、非画像領域ｄに対応する定着ローラ２８の部位の温度が、画像領域ｃ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、例えばヒータ５６ｅ〜ｇの供給電力をヒータ５６ａ〜ｄの供給電力より小さくする。
【００４７】
図５（ｂ）では、略用紙幅全体に分布している画像領域ｇに対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、ヒータ５６ａ〜ｄの全域に電力を供給する。その後は、略用紙幅半分にわたって分布しているｈとｅで囲まれる画像領域に対応するローラ部位が所定の定着温度を得られるように、例えばヒータ５６ａ〜ｄの供給電力をヒータ５６ｅ〜ｇの供給電力より大きくする。
【００４８】
加熱制御としては、非画像領域ｂ，ｄ及びｈとｆで囲まれる非画像領域に対応する部位で電力供給を完全に停止してもよいが、温度が下がり過ぎると、次の画像領域（図４（ａ）では画像領域ａ’）での定着温度への立ち上がり応答性が悪くなる。そのため、ヒータを点滅させ又はヒータに低電力を供給することで、定着ローラ２８の温度を所定値以上に保つことが望ましい。
【００４９】
このように、非画像領域ｂ，ｄ及びｈとｆで囲まれる非画像領域に対応するローラ部位でもヒータへの給電は行なわれるが、供給電力は削減されるため、省エネルギー化が可能となる。
【００５０】
本実施形態では、ヒータ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、外部加熱制御手段４２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よい。励磁コイルは、例えば絶縁被覆を施したφ０．０５〜０．２ｍｍ程度の導線を５０〜５００本程度撚り合わせたリッツ線を５〜１５回巻き回したものである。この方式においても画像情報に基づいて定着ローラ２８の温度を制御することができるため、上記と同様に省エネルギー化が実現される。
【００５１】
次に、図６及び図７に基づいて実施形態２としての定着装置１２を説明する。
本実施形態における定着装置１２では、ヒータ５６が、板状基体に発熱抵抗体を載置したサーマルヒータやセラミックヒータなどで構成されている。ヒータ５６は、ベルト（フィルム）の内部に配置され、その熱でベルト（フィルム）の温度を上昇させることで、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する。
【００５２】
サーマルヒータ５６は定着ニップ部ＳＮよりも上流側に配置されている。これは、ベルト（フィルム）の内部に配置されたヒータ５６からの熱が定着ローラ２８の表面に達するまでに多少時間がかかることを考慮したものである。しかしながら、ヒータ５６は定着ニップ部ＳＮの近傍に配置されてもよい。これは外部加熱方式の場合も同様である。
【００５３】
図７に示すように、板状加熱手段であるヒータ５６は、用紙搬送方向と直角方向に分割された複数の加熱領域を有しており、各ヒータ５６は独立に加熱制御が可能である。本実施形態では、ヒータは１０個に分割されている。
【００５４】
定着部材としての定着ベルト３８は、外径が５０ｍｍ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、シリコンゴムで形成されており厚みは１００μｍである。
【００５５】
定着ベルト３８の表面には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが２０〜８０μｍの離型層３８ｃが形成されている。また、定着ベルトの基体３８ａはポリイミドとしてもよい。
【００５６】
定着ベルト内部には、支持部材６１があり、ニップ部ＳＮの箇所には押圧部材６０が設置され、図示しない外部部材と接続されて定着部材を支持している。
【００５７】
図８は、実施形態３としての定着装置１２を示している。図示のように、板状加熱手段であるヒータ５６は定着ニップ部ＳＮの箇所に配置されてもよく、これによりヒータ５６は押圧部材としての機能を兼有することができる。他の構成は図６と同様である。
また図示はしないが、図６に示すベルトやフィルム構成を図２に示す外部加熱方式により加熱してもよい。
【００５８】
図９は、実施形態４としての定着装置１２を示す断面図である。
図に示すように、定着装置１２は、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ＳＮ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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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、押圧部材としてのニップ形成部材６０が配設されている。ニップ形成部材６０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６０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ＳＮ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。
【００６２】
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ＳＮ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。
【００６３】
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３５が配設されており、このステー３５によって、ヒータ５６が、ニップ部ＳＮ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４０が接続されており、電源４０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４０の出力は、外部加熱制御手段４２によって制御される。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で構成されている。
【００６４】
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３６，３４で検知された温度情報は、外部加熱制御手段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、外部加熱制御手段４２は電源４０の出力を制御するように構成されている。
【００６５】
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３９が配設されている。この押圧ローラ３９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３９は、外径が１５ｍｍ乃至３０ｍｍであり、外径が８ｍｍの鉄製の芯金３９ａと、この芯金３９ａの外周面を被覆する厚さ３．５ｍｍ乃至１１ｍｍのシリコンゴム製の弾性層３９ｂとで構成されている。また、離型性を高めるために、弾性層３９ｂ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３９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。
【００６６】
図９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４０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。
【００６７】
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ＳＮ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ＳＮから搬出された後、機外に排出される。
【００６８】
上述のように、ヒータ５６の各加熱領域は独立に加熱される。すなわち、ヒータの各加熱領域により、用紙Ｐの搬送方向と直交する用紙Ｐの幅方向における画像領域に対応する定着部材３８の各部位を独立に加熱可能である。
【００６９】
次に、前記実施形態における制御動作を説明する。
図７に示すヒータ５６を用いて図５に示す画像形成パターンを定着する場合、ヒータ５６の複数の加熱領域のうち、画像領域ｃ，ｅに対応する定着部材３８の部位はヒータ５６Ａであり、非画像領域ｄ，ｈに対応する定着部材の部位はヒータ５６Ｂである。
【００７０】
図示しない画像処理装置から図５に示すパターンの画像情報が外部加熱制御手段４２へ入力されると、外部加熱制御手段４２は、ヒータ５６Ａには定着温度が得られる電力を供給し、ヒータ５６Ｂへの電力供給を停止又は削減する。非画像領域ｄ，ｈに対応する定着部材３８の部位の温度が、画像領域ｃ，ｅに対応する定着部材３８の部位の温度よりも低くなるように、外部加熱制御手段４２はヒータの各加熱領域を制御する。
【００７１】
ヒータ５６の加熱領域は直線上に配置される必要なく、用紙Ｐの幅方向において一部重なるように千鳥状に配置してもよい。このような配置により、用紙Ｐの幅方向において直線上に位置されたヒータとヒータの隙間で生じ得る熱量不足は、定着部材２８，３８の周方向にずれたヒータにより補われ、加熱温度のむらが少なくなる。
【００７２】
プリンタ２の図示しない操作パネルから用紙Ｐのサイズや画像情報が設定されると、外部加熱制御手段４２は、その情報に基づいて、非画像領域に対応する定着部材２８，３８の部位に対応するヒータへの電力供給を停止又は削減する。
【００７３】
このように、画像情報に基づいて非画像領域に対応する部位の温度を低くする制御により、省エネルギー化を図ることができる。さらに、この種の定着装置で問題となる非通紙領域での異常高温による定着部材２８，３８や加圧ローラ３０の耐久性の低下、周辺部材への熱的悪影響を防止することができる。
【００７４】
上述した各実施形態では、非画像領域への投入電力を低減することで省エネルギー化を図っているが、高速機などではプロセス線速が速く、十分な電力を得られないことがある。この場合には省エネルギーの効果が低くなってしまう。
【００７５】
ここで、図１０〜１２に基づいて省エネルギーの効果が低くなる理由を説明する。
図１０は外部加熱方式の定着装置の模式図であり、Ｘは定着ローラ、Ｙは加圧ローラ、Ｚは外部加熱手段であるヒータを示している。なお、定着装置１２は、図６に示すように定着ベルト３８を内部から加熱する構成であってもよい。
【００７６】
図１１は、用紙搬送方向の先端側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂ又は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。
【００７７】
図１２は、通常のプロセス線速時の定着ローラの目標温度と位置の関係を示す図である。
横軸は定着ローラＸの表面位置であり、縦軸はその位置の制御目標温度を示している。図１２（ａ）の定着ローラＸの位置ａ，ｂ，ａ’は、図１１（ａ）の画像領域ａ，ｂ，ａ’にそれぞれ対応し、図１２（ｂ）の定着ローラＸの位置ａ，ｂ’，ａ’は図１１（ｂ）の非画像領域ａ，ｂ’，ａ’にそれぞれ対応している。
【００７８】
図１２（ａ）において、領域Ｐは電力を供給する領域であり、画像領域ａよりも広くなっている。これは、図１０に示すヒータの幅Ｈやヒータが昇温するまでの応答時間のために、画像領域ａに対応して定着ローラや定着ベルトの表面温度（位置ａ，ａ’の温度）を十分に上げておくには予備的に加熱するための予備加熱領域ｄが必要だからである。ここで、Ｐ＝ａ＋ｄ＝ａ’＋ｄが成立している。図１１には図示していないが、予備加熱領域ｄは、画像領域ａの前、及び非画像領域ｂ，ｂ’内であって画像領域ａ’の前に位置している。
【００７９】
図１１（ａ）に示すように非画像領域ｂが十分広い場合は、図１２（ａ）に示すように、画像領域ａ，ａ’のために第一の目標温度を維持しながら、非画像領域ｂのために第一の目標温度より低く室温より高い第二の目標温度まで下げることができる。定着部材の表面温度を第一の目標温度よりも低い第二の目標温度に制御することで、電力消費が抑えられる。例えば、第一の目標温度は１２０℃、第二の目標温度は９０℃である。
【００８０】
しかし、図１１（ｂ）に示すように非画像領域ｂ’が十分広くない場合は、図１２（ｂ）に示すように、非画像領域ｂ’においても第一の目標温度又はこれよりも少し低い温度を維持する必要があるため、この領域で消費電力を削減すること難しくなる。
【００８１】
次に、図１３に基づいて省エネルギー性を高めるための第１の実施形態を説明する。
本実施形態では、外部加熱制御手段４２は、定着部材２８，３８を通常のプロセス線速より遅い第一の線速に制御しながら、複数に分割されたヒータの各加熱領域を選択的に定着温度である第一の目標温度又はこれ以下の第二の目標温度に加熱する第一の加熱モードを有している。これにより、図１１（ｂ）に示す画像を定着する際でも省エネルギー効果が得られる。
【００８２】
図１３は、このときの定着部材２８，３８の表面温度（目標温度）を示している。図１２（ａ），（ｂ）と図１３を比較すると、予備加熱領域ｄの大きさが異なっている。定着部材２８，３８が通常のプロセス線速で制御される図１２に示す場合よりも、定着部材２８，３８が通常のプロセス線速より遅い第一の線速に制御される図１３に示す場合に、予備加熱領域ｄは小さくなっている。図１７は、予備加熱領域ｄでの定着部材の表面温度変化を示す拡大図である。本実施形態の温度変化は点Ｃ，Ｂ，Ａに沿うラインとなる。これは、予備加熱領域の大きさが線速に略比例するためである。
【００８３】
すなわち、距離（位置）＝線速×時間であり、時間を一定とすると、線速が小さくなれば距離（位置）も小さくなる。例えば、通常の線速が２００ｍｍ／ｓである場合、第一の線速を１００ｍｍ／ｓにすることで予備加熱領域の大きさは略半分の長さになる。言い換えれば、線速が遅くなるため、第一の目標温度まで上昇させるのに必要な距離も短くなる。なお、従来の温度変化は点Ｃ，Ａに沿うラインである。
【００８４】
図１３に示すように、線速を遅くすると予備加熱領域ｄが小さくなるため、非画像領域ｂ’の大きさがより小さい場合でも第二の目標温度まで下げることが可能となり、全体の消費エネルギーを下げられる。なお外部加熱制御手段４２は、プリント命令が緊急の命令かどうかを判別し、低速で良い場合は低速を選択してもよい。
【００８５】
図１４は、省エネルギー性を高めるための第２の実施形態を示す。本実施形態は、画像領域と非画像領域を認識して、加熱領域と非加熱領域を判断するものであり、他の実施形態と独立して又は併用して適用可能である。
【００８６】
図１４（ａ）に示すように、本実施形態では、ヒータ５６は６つに分割されている。先ず、外部加熱制御手段４２は、用紙搬送方向と直交方向の一部の領域（軸方向単位領域）において、用紙上の画像情報を用紙搬送方向に所定のサイズに分割する。次いで、外部加熱制御手段４２は、分割領域毎に未定着画像が形成されているかどうか判断し、未定着画像が形成されている分割領域を加熱部分、形成されていない分割領域を非加熱部分と判断する。
【００８７】
加熱領域・非加熱領域の判断は、定着部材２８，３８が一回転するまでの加熱応答時間によって決定され、ベルト定着の場合にはベルト熱容量、発熱部材の昇温時間、供給電力、線速などに影響される。
【００８８】
図１４（ｂ）では、線速はより遅く、前記第一の加熱モードに特に有利に適用できる。線速が遅いため定着部材の昇温が間に合うので、加熱分解能も高い。よって、図示のように、用紙搬送方向の分割領域のサイズは図１４（ａ）の場合よりも小さくすることができる。図１４（ａ）では未定着画像のない非加熱領域Ｂとしての分割領域は１つしかないが、分解能の高い図１４（ｂ）では非加熱領域Ｄ，Ｆとしての分割領域は３つに増えている。非加熱領域ではヒータ５６への供給電力が削減又は停止されるため、電力の削減効果が大きくなる。なお、Ａ，Ｃ，Ｅは加熱領域である。
【００８９】
このように、線速が遅く、定着部材２８，３８の加熱応答性が十分高くなる場合には、分割領域のサイズをより細かくすることができ、省エネルギー化が可能となる。これに代えて、供給電力を高くでき定着部材の加熱応答性が高い場合は、分解能を上げてもよい。
【００９０】
次に、図１５に基づいて省エネルギー性を高めるための第３の実施形態を説明する。
図１５は定着部材２８，３８の表面温度を示している。本実施形態では、図１１（ｂ）に示す画像を定着する際に、第１の実施形態と同様にプロセス線速を通常の線速よりも遅くするが、非画像領域ｂ’以外の非加熱領域（領域Ｐ以外の領域）に対応する定着部材温度を第二の目標温度よりも低い第三の目標温度に設定している。ここでは、外部加熱制御手段４２は、定着部材２８，３８を通常のプロセス線速より遅い第一の線速に制御しながら、複数に分割されたヒータの各加熱領域を選択的に定着温度である第一の目標温度又は通常のプロセス線速時の第二の目標温度よりも低い第三の目標温度に加熱する第二の加熱モードを有している。
【００９１】
図１２（ｂ）と図１５を比較すると、電力を供給する領域Ｐのサイズは同じである。図１５での予備加熱領域ｄのサイズは図１２（ｂ）の場合と同じであるが、線速を遅くした図１５の場合の方が画像領域のための第一の目標温度と非画像領域のための第三の目標温度の差を大きくすることができる。これは、同じ予備加熱領域での温度差が線速に略比例するためである。図１７において、本実施形態の温度変化は点Ｅ，Ｂ，Ａに沿うラインとなる。
【００９２】
図１５に示すように、線速を遅くすると定着部材の昇温が間に合うので、非画像領域ｂ’以外の非画像領域において第三の目標温度まで温度を下げられるため、全体の消費エネルギーを従来より下げることができる。
【００９３】
次に、図１６に基づいて省エネルギー性を高めるための第４の実施形態を説明する。
図１６は定着部材２８，３８の表面温度を示している。本実施形態では、図１１（ｂ）に示す画像を定着する際に、第１の実施形態（図１３）における第一の線速よりさらに遅い第二の線速に設定し、さらに非画像領域ｂ’に対応する定着部材温度を第二の目標温度よりも低い第三の目標温度に設定している。ここでは、外部加熱制御手段４２は、定着部材２８，３８を第一の線速より遅い第二の線速に制御しながら、複数に分割されたヒータの各加熱領域を選択的に定着温度である第一の目標温度又は通常のプロセス線速時の第二の目標温度よりも低い第三の目標温度に加熱する第三の加熱モードを有している。
【００９４】
図１３と図１６を比較すると、電力を供給する領域Ｐのサイズは同じである。図１６での予備加熱領域ｄのサイズは図１３の場合と同じであるが、図１６の場合の方が画像領域のための第一の目標温度と非画像領域のための第三の目標温度の差を大きくとれることが分かる。図１７において、本実施形態の温度変化は点Ｄ，Ａに沿うラインとなる。
【００９５】
図１６に示すように、線速をさらに遅くしたことで、非画像領域において第三の目標温度まで温度を下げるとともに、第三の目標温度まで下げられる領域（非画像領域ｂ’に対応する領域）を増やすことができ、全体の消費エネルギーをさらに下げることができる。
【００９６】
図示しないが、第５の実施形態では、ＣＰＵなどの外部加熱制御手段４２に入力される画像情報に基づいて、用紙搬送方向での画像領域の間隔が所定の距離以上あるとき、第１の実施形態から第４の実施形態での定着部材２８，３８の線速低減動作を行わない。
【００９７】
すなわち、ユーザが前記加熱モードの１つを選択して線速が遅くなる省エネルギー動作を行っても、非画像領域が殆ど無いベタ画像の場合には目標温度まで下げられないことがある。この場合、省エネルギー効果は限定的となり、通紙速度が減少するために生産性まで低下してしまう。よって、外部加熱制御手段４２は、画像情報を参照して前記加熱モードによって得られるメリットよりも生じるデメリットが大きいと判断したら、これらの加熱モードに移行せず、生産性を維持する動作を行う。
【００９８】
つまり、外部加熱制御手段４２は、用紙搬送方向での画像領域の間隔が所定の距離以上あるとき、定着部材２８，３８を通常のプロセス線速で制御し、画像領域に対応する定着部材の部位を定着温度である第一の目標温度に維持し、非画像領域に対応する定着部材の部位を第一の目標温度以下である第二の目標温度に維持する通常加熱モードを有する。外部加熱制御手段４２は、この通常加熱モードにより各加熱領域を選択的に制御する。
【００９９】
このようにして、各加熱モードへの移行によっても電力削減が見込めないときには、加熱モードの切り替えを抑制することで、生産性とユーザの利便性を確保することができる。
【０１００】
以上、本発明を図示例により説明したが、本発明の構成部品はこれに限定されず、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１２  定着装置
２８  定着ローラ（定着部材）
３０  加圧ローラ（加圧部材）
３８  定着ベルト（定着部材）
４０  電源
４２  外部加熱制御手段
５６  ヒータ（加熱手段）
Ｐ  用紙（記録材）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０２】
【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
【図１】
2014157175.tif 000003
【図２】
2014157175.tif 000004
【図３】
2014157175.tif 000005
【図４】
2014157175.tif 000006
【図５】
2014157175.tif 000007
【図６】
2014157175.tif 000008
【図７】
2014157175.tif 000009
【図８】
2014157175.tif 000010
【図９】
2014157175.tif 000011
【図１０】
2014157175.tif 000012
【図１１】
2014157175.tif 000013
【図１２】
2014157175.tif 000014
【図１３】
2014157175.tif 000015
【図１４】
2014157175.tif 000016
【図１５】
2014157175.tif 000017
【図１６】
2014157175.tif 000018
【図１７】
2014157175.tif 000019