(57)【要約】【課題】印刷条件や記録媒体によらず定着品質を良好に一定に保つことができる温度制御方法及び定着装置並びに画像形成装置を提供する。【解決手段】記録媒体の未定着画像面に接して電磁誘導加熱を用いて加熱する定着部材３と、非画像面から記録媒体を加圧する加圧部材２を有し、未定着画像を加熱及び加圧して記録媒体に定着させる定着装置の温度制御方法において、定着後記録媒体温度４１が所定の温度になるように前記電磁誘導加熱の誘導加熱コイル４への入力電圧を制御する。【選択図】図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体の未定着画像面に接して電磁誘導加熱を用いて加熱する加熱部材と、非画像面から記録媒体を加圧する加圧部材を有し、未定着画像を加熱及び加圧して記録媒体に定着させる定着装置の温度制御方法において、
定着後記録媒体温度が所定の温度になるように前記電磁誘導加熱の誘導加熱コイルへの入力電圧を制御することを特徴とする定着装置の温度制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置の温度制御方法において、連続印刷時に定着後記録媒体温度が一定になるように制御することを特徴とする定着装置の温度制御方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の定着装置の温度制御方法において、連続印刷による定着装置の蓄熱状態の変化を順次反映して温度制御を行い、定着後記録媒体温度の制御幅が５℃以内であることを特徴とする定着装置の温度制御方法。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の定着装置の温度制御方法において、前記加圧部材の温度を検知する温度検知手段からの測定値に基づいて、定着後の記録媒体温度が所定の温度になるように、前記加熱部材の温度をフィードバック制御することを特徴とする定着装置の温度制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載の定着装置の温度制御方法において、前記加圧部材の温度から得られた定着後記録媒体温度の補正演算に、ニップ時間、記録媒体の坪量、記録媒体の熱伝導率、記録媒体の比熱、定着前記録媒体温度、及び、記録媒体の含水率の何れか一つの記録媒体情報としての因子を用いることを特徴とする定着装置の温度制御方法。
【請求項６】
請求項４に記載の定着装置の温度制御方法において、前記加圧部材の温度から得られた定着後記録媒体温度の補正演算に、ニップ時間、記録媒体の坪量、記録媒体の熱伝導率、記録媒体の比熱、定着前記録媒体温度、及び、記録媒体の含水率の少なくとも二つの記録媒体情報としての因子を用いることを特徴とする定着装置の温度制御方法。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかに記載の定着装置の温度制御方法を使用することを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項７に記載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、トナー像を加熱及び加圧によって記録媒体に定着する定着装置の温度制御方法及び定着装置並びに画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置にあっては、用紙等の記録材に形成されたトナー像を加熱溶融することにより、画像を定着させる定着装置を用いることが知られている。一般的に、トナー像として形成された電子写真画像を記録材に定着する定着装置は、定着熱源であるヒータに電力を供給して定着ローラ、定着ベルト等の定着部材を発熱させ、この熱でトナー像を加熱溶融して記録材に定着する処理を行う。
【０００３】
上記のような画像形成装置に用いられる定着装置では、坪量の少ないものから多いもの、または塗工紙や非塗工紙などさまざまな記録媒体が使われる。また画像形成装置の使用され方も多様であり、印刷速度の遅い画像形成装置は少ない枚数を印刷して装置をオフされることが多く、印刷速度の速い画像形成装置は多くの枚数を連続的に印刷することが多い。このため、如何なる記録媒体であっても、また如何様な画像形成の使用形態であってもで定着品質をほぼ一定に保ちたいという要求がある。
【０００４】
この要求を満たすために、従来の定着装置においては、上記の課題に対する対策手段として、特許文献１にはユーザが入力などを行った記録媒体の情報に応じて、画像形成を行うための制御情報を変更する方法が述べられており、既に知られている。
【０００５】
また、特許文献２に記載の定着装置においては、記録媒体の表面性・厚さ・水分含有量という記録媒体情報を使用して定着条件を変更する方法が述べられており、既に知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年は省エネルギーを目的として、定着装置は低熱容量かつ、加圧部材温度の温度制御を行わない構成をとるようになってきた。
このような装置は省エネルギーである反面、印刷中に温度制御を行わない加圧部材温度の影響により定着品質が左右されやすい。また、加圧部材の温度が低い場合でも定着品質が満足するように加熱部材温度が制御されているため、加圧部材温度が高くなり、その温度により記録媒体が十分に加熱される状態となると、必要以上の熱量を記録媒体に与えてしまう不具合がある。
【０００７】
このため、記録媒体情報を用いるのみで、加圧部材温度を同時に考慮しない方法では、記録媒体温度を所望の値に制御することは困難であり、必ずしも定着品質を一定にできず、また過剰なエネルギーを消費するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記した従来の問題に鑑み、印刷条件や記録媒体によらず定着品質を良好に一定に保つことができる温度制御方法及び定着装置並びに画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、記録媒体の未定着画像面に接して電磁誘導加熱を用いて加熱する加熱部材と、非画像面から記録媒体を加圧する加圧部材を有し、未定着画像を加熱及び加圧して記録媒体に定着させる定着装置の温度制御方法において、定着後記録媒体温度が所定の温度になるように前記電磁誘導加熱の誘導加熱コイルへの入力電圧を制御することを特徴とする定着装置の温度制御方法を提案する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、入力電圧による出力制御を行う電磁誘導加熱方式において、定着後記録媒体温度を所定の温度になるように制御することで、定着品質をほぼ一定にすることができ、さらにトナーおよび記録媒体を過剰に加熱しなくなるため、定着装置で消費されるエネルギを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に用いられる定着装置を備える画像形成装置を示す全体概略構成図である。
【図２】本発明で使用される定着装置の概略構成を示す図である。
【図３】記録媒体測定方法の例を示す定着装置の説明図である。
【図４】温度センサによる記録媒体温度の軸方向の温度測定位置を示す説明図である。
【図５】記録媒体温度の送り方向の温度測定を説明する図である。
【図６】記録媒体温度の処理方法を示す説明図である。
【図７】折り曲げによる定着強度ランク測定方法を示す説明図である。
【図８】重りによる記録媒体の折り曲げ方法を示す説明図である。
【図９】定着強度ランクの見本を示す図である。
【図１０】定着後記録媒体温度と定着強度ランクとの関係を示すグラフである。
【図１１】定着後記録媒体温度と光沢度との関係を示すグラフである。
【図１２】加圧部材温度が制御されている場合の記録媒体温度を示すグラフである。
【図１３】加圧部材温度が制御されていない場合の記録媒体温度を示すグラフである。
【図１４】シミュレーション領域の位置の推移を示す説明図である。
【図１５】加圧部材温度変化に伴う定着後記録媒体温度との関係を示すグラフである。
【図１６】定着部材設定温度を加圧部材温度に応じて補正した場合の定着後記録媒体温度との関係を示すグラフである。
【図１７】（ａ）は従来の連続印刷時の記録媒体温度の推移を示すグラフ、（ｂ）は本発明による連続印刷時の記録媒体温度の推移を示すグラフである。
【図１８】本発明による連続印刷時の記録媒体温度の推移示すグラフである。
【図１９】サンプル間の光沢度差に対する主観評価実験の結果を示すグラフである。
【図２０】定着後記録媒体温度が一定となる、加圧部材温度と定着部材設定温度との関係を示すグラフである。
【図２１】ニップ時間と、加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きと切片の関係を示すグラフである。
【図２２】定着後記録媒体温度が一定となる、加圧部材温度と定着部材設定温度との関係を示すグラフである。
【図２３】定着後記録媒体温度が一定となる、加圧部材温度と定着部材設定温度との関係を示すグラフである。
【図２４】定着後記録媒体温度が一定となる、加圧部材温度と定着部材設定温度との関係を示すグラフである。
【図２５】定着後記録媒体温度が一定となる、加圧部材温度と定着部材設定温度との関係を示すグラフである。
【図２６】因子の組み合わせにより得られる特性値と、加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きと切片の関係を示すグラフである。
【図２７】組み合わせの特性値と、加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きと切片の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を用いて説明する。
図１は、本発明に用いられる定着装置を備える画像形成装置における内部機構の全体概略構成図である。
【００１３】
ここに示す画像形成装置は、電子写真方式を採用するものであり、画像形成装置本体１００の上に画像読取装置２００を設置し、右側面に両面ユニット３００を取り付けてなる。画像形成装置本体１００内には、中間転写装置１０を備える。中間転写装置１０は、複数のローラに掛けまわしてエンドレスの中間転写ベルト１１をほぼ水平に張り渡し、反時計まわりに走行するように設ける。
【００１４】
中間転写装置１０の下には、シアン、マゼンタ、イエロ、ブラックの作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋを、中間転写ベルト１１の下部走行辺に沿って四連タンデム式に並べて設ける。各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋでは、図中時計まわりに回転するドラム状の像担持体のまわりに帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置などを設置して構成する。作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋの下には、露光装置１３を備える。
【００１５】
露光装置１３の下には、給紙装置１４を設ける。給紙装置１４には、記録媒体２０を収納する給紙カセット１５を、この例では二段に備えてなる。そして、各給紙カセット１５の右上には、各給紙カセット１５内の記録媒体２０を一枚ずつ繰り出して記録媒体搬送路１６に入れる給紙コロ１７を設けてなる。
【００１６】
記録媒体搬送路１６は、画像形成装置本体１００内の右側に下方から上方に向けて形成し、画像形成装置本体１００上に画像読取装置２００との間に形成する胴内排紙部１８へと通ずるように設ける。記録媒体搬送路１６には、搬送ローラ１９、中間転写ベルト１１と対向して二次転写装置２１、定着装置２２、一対の排紙ローラよりなる排紙装置２３などを順に設けてなる。搬送ローラ１９の上流には、両面ユニット３００から再給紙し、または両面ユニット３００を横切って手差し給紙装置３６から手差し給紙する記録媒体２０を記録媒体搬送路１６に合流する給紙路３７を設ける。また、定着装置２２の下流には、両面ユニット３００への再給紙搬送路２４を分岐して設けてなる。
【００１７】
そして、コピーを取るときは、画像読取装置２００で原稿画像を読み取って露光装置１３で書き込みを行い、各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋのそれぞれの像担持体上に各色トナー画像を形成し、そのトナー像を一次転写装置２５ｃ、２５ｍ、２５ｙ、２５ｋで順次転写して中間転写ベルト１１上にカラー画像を形成する。
【００１８】
一方、給紙コロ１７の１つを選択的に回転して対応する給紙カセット１５から記録媒体２０を繰り出して記録媒体搬送路１６に入れ、または手差し給紙装置３６から手差し記録媒体を給紙路３７に入れる。そして、記録媒体搬送路１６を通して搬送ローラ１９で搬送してタイミングを取って二次転写位置へと送り込み、上述したごとく中間転写ベルト１１上に形成したカラー画像を二次転写装置２１で記録媒体２０に転写する。画像転写後の記録媒体２０は、定着装置２２で画像定着後、排紙装置２３で排出して胴内排紙部１８上にスタックする。
【００１９】
記録媒体２０の裏面にも画像を形成するときには、再給紙搬送路２４に入れて両面ユニット３００で反転してから給紙路３７を通して再給紙し、別途中間転写ベルト１１上に形成したカラー画像を記録媒体２０に二次転写して後、再び定着装置２２で定着して排紙装置２３で胴内排紙部１８に排出する。
【００２０】
図２は、本発明で使用される定着装置２２の概略構成を示す図である。
図２において、ここに示した定着装置２２は、未定着画像面側に配置された無端ベルト１と、前記無端ベルト内に配置され加圧部材２に対し圧力を加えニップＮを形成する定着部材３と、前記無端ベルト１内に配置され磁界の影響により発熱する発熱部材５と、該発熱部材５に作用する磁界を発生させるコイル４と、無端ベルト１の温度を検知する検知手段としてセンサ６と、前記加圧部材２の温度を検知するセンサ７と、コイル４に与える電力をコントロールする電力コントローラ９２ｂ、センサ６及びセンサ７の温度情報からに対し電力コントローラ９２ｂに対し指示を行う温度コントローラ９２ａとを有している。
【００２１】
未定着画像面側に配置された無端ベルトの温度を状況に応じてすばやく変化させる必要があるため、本発明の定着装置の加熱源は、温度応答性の速い誘導加熱方式が最適である。
【００２２】
また誘導加熱を入力電圧によって制御する方式では、ハロゲンヒータなど入力電圧を変更できない加熱源が用いるＤＵＴＹ制御（単位時間当たりの点灯時間制御）で発生しやすい、加熱源ＯＦＦ時間の温度ムラが発生しないため、本発明記載の記録媒体温度制御に最適な加熱制御方式である。
【００２３】
以上のような形態で、記録媒体２０およびトナーへ与える熱量が所定の状態になるように電力コントローラに入力する電力を制御する。
次に以下の説明で用いる「ニップ時間」という用語の定義について説明する。ニップ時間とは(定着ニップ幅ｗ／記録媒体の搬送速度)で定義される時間である。記録媒体上の一点を考えたとき、この一点にある記録媒体とトナーは定着ニップを通過するとき、ニップ時間だけ加熱され定着する。
【００２４】
次に、定着後の記録媒体の温度を、温度測定センサ（量産される装置には設置したい場合がある）を用いて温度測定する方法について説明する。
図３において、図２に示す定着装置２２のニップＮの出口付近に、非接触式の温度センサ４０を設置し、定着直後の記録媒体温度４１を測定する。この温度センサ４０としては、例えばキーエンス社製のＦＴ−Ｈ２０を用いると良い。
【００２５】
図４は、上記温度センサ４０は記録媒体温度の軸方向の温度測定位置を示す説明図である。
ここで、測定に使用した記録媒体はＡ４サイズの用紙を使用し、長辺を先頭として定着装置２２に通紙する。そして、温度測定位置は記録媒体の送り方向中央付近の点線で示すの位置を測定している。
【００２６】
図５において、記録媒体の送り方向における定着後記録媒体温度の変化について説明する。記録媒体温度は定着ニップＮで加熱され、ニップ通過後に外気によって冷却され、図示するように、時間の経過に合わせて記録媒体の温度が徐々に低下するように推移する。定着時の記録媒体温度を正確に知る上では、温度センサ測定位置は出来る限り定着ニップ部に近づけることが望ましいが、レイアウトの制約などを考慮して、具体的には定着ニップを出てから５０〜３００ｍｓｅｃ後、あるいは１０〜３０ｍｍの位置の記録媒体温度を測定できるように配置することが望ましい。
【００２７】
次に、図６を用いて測定した温度の処理方法を説明する。
図６は、記録媒体を測定した後の数値の処理について説明を行う図である。
測定のサンプリング周期は１０［ｍｓ］として定着後の記録媒体の温度測定を行う。
測定の結果、Ｘのように温度波形が得られる。次にこの波形から、実際に温度センサ４０が記録媒体温度を測定している部分のみを抽出する。なお、温度センサ４０にはスポット径があるので、抽出は記録媒体先端と後端でスポットが全て記録媒体上にのるＡ〜Ｂの範囲を抽出する。抽出を行った温度の平均値であるＹを得て、これを定着後記録媒体温度とする。
【００２８】
次に、上記の方法で測定された定着後記録媒体温度と、記録媒体とトナーとの定着性の関連について述べる
まず、定着後記録媒体温度と定着強度の関係について述べる。
【００２９】
定着強度としては、用紙を折り曲げた際にトナーがどの程度用紙から剥離したかを持って評価し、剥離状態をランク付けする方法を用いる。
その具体的な評価の手順を図７に示す。
【００３０】
図７に示すように、定着後の記録媒体をトナー面が内側となるように軽く曲げ、所定の重り４２を用いて折り目をつける。ここでは図８のとおり、円筒形の幅５０ｍｍ、重量１Ｋｇの重り４２を用い、回転させながら折り曲げ部を一往復して折り目をつけた。次に用紙を広げ、評価位置をウェスで軽く擦り、剥離したトナーを除去する。
【００３１】
評価位置のトナー剥離状態を５段階のランク見本を用いてランク付けし、定着強度を判定する。ランク見本は図９のようなものとなっており、折り曲げ全域にわたって剥離するランク１からまったく折り曲げても剥離の無いランク５までが判定できる。
【００３２】
ここで、上記の方法で評価した定着強度ランクと、定着後記録媒体温度との関係を表したのが図１０のグラフである。
図１０に示すように、定着後記録媒体温度と定着強度ランクとは非常に強い相関を持つ。すなわち、実験環境気温２３℃、湿度５０％、定着部材３の設定温度１８０℃、記録媒体である用紙の坪量９０［ｇ］において定着後記録媒体の温度が１２６℃〜１４４℃の間において温度が高いほど定着強度ランクが上になる関係にある。
【００３３】
次に、定着画像品質の重要な評価指標の一つである画像の光沢度と、定着後記録媒体温度との関係について述べる。光沢度とは定着後画像の光沢性を表す指標であり、光沢度計という計測器により値が算出される。
【００３４】
実際に図３〜図６で説明した実験方法を用いて得られた定着後記録媒体温度とその時の定着後画像の光沢度の関係を図１１に示す。図１１のとおり、定着後記録媒体温度と光沢度とは強い相関を持つ。
【００３５】
また、この結果から実験の条件は図１０と同じで、得られた図１１記載の近似直線の傾きは、定着後記録媒体温度１０[℃]あたり光沢度１５[％]であった。
以上から、図１０及び図１１に示す定着強度や光沢度といった定着品質を所望の値に制御するためには、定着後記録媒体の温度を狙いの温度に制御をすることが重要となる。さらに、定着後記録媒体温度を一定にし、定着強度や光沢度を一定に保つことは省エネの観点からも好ましい。なぜなら、定着後記録媒体の温度が高いときには低い場合と比べるとより多くの熱エネルギーが記録媒体に消費されているためである。
【００３６】
ところで、加圧部材２は、定着装置から記録媒体へ供給される熱量の一部を担っており、定着後記録媒体温度に対する影響が大きいが、従来、加圧部材温度の定着部材温度への影響度が制御に反映されず、このため定着後記録媒体温度を変動させる要因となっていた。
【００３７】
図１２に、加圧部材２にヒータ（図示せず）が設置される定着装置の温度制御による定着後記録媒体温度について示す。
加圧部材２にヒータが設置されている定着装置においては、印刷条件によらず加圧部材温度が一定に制御可能であり、加圧部材温度を一定にすると、図１２から明らかなように、定着後記録媒体温度も一定になり、定着品質が一定に保たれるが判った。
【００３８】
図１３において、加圧部材にヒータが設置されない定着装置の温度制御による定着後記録媒体温度について示す。
近年の定着装置においては、省エネの観点から画像面側のみを温め、非画像面側の加圧部材に熱を溜め込まないようにするため、加圧部材にはヒータを設置しない、また設置された場合でも、印刷中には点灯しないといった手法が取られている。
【００３９】
さらにこのような定着装置では加圧部材の熱容量が小さく、使用状態によって加圧部材温度が容易に変化しやすくなってきている。このような定着装置ではスリープモードに入ったり・連続通紙を行うといった経時的な加圧部材の温度変化は容易するため、記録媒体温度も容易に変化し、定着品質を落としたり、必要以上のエネルギを使用する原因となっている。
【００４０】
定着後記録媒体温度を加圧部材温度によらず一定に保つための最も単純な方法としては、図３で示したような温度センサ４０を設置し、記録媒体温度を直接検知したうえでフィードバック制御を行うことである。しかし、この方法では高額な温度センサ４０の追加により、画像形成装置のコストアップが避けられない。
【００４１】
次に本発明において定着後記録媒体温度を一定に制御する方法について述べる。本発明では、センシングした定着後記録媒体温度を制御に用いず、加圧部材温度に応じた補正計算により定着後記録媒体温度を一定にする。そのため、上記のような温度センサ４０の追加によるコストアップは生じない。
【００４２】
まず、以下説明する検討内容において使用した、シミュレーションの説明を行う。定着装置に記録媒体温度を通した際の現象は、熱伝導が支配的な伝熱現象であり、この伝熱現象を模擬したシミュレーションを用いる必要がある。このシミュレーションは、図１４に記載のとおり定着ニップ部を記録媒体が通過し、定着部材から熱を受けて温度が上昇する様子を模擬する。
図１４：シミュレーション領域の位置の推移
次にこのシミュレーションの原理について説明する。
定着部の温度は、次の熱伝導方程式を基礎式とし求めることができる。
【数１】
2014077873.tif 000003
【００４３】
ここで、θは温度、ρは画像面の部材である定着ベルトの密度、ｃは定着ベルトの比熱、λは定着ベルトの熱伝導率である。熱伝導方程式は非線形のため、容易に解析解を求めることができない。
【００４４】
本発明では、差分法により近似し数値解を求めることで、定着後の紙温度のシミュレーションを行った。
次に、検知した加圧部材温度により定着後記録媒体温度を制御する方法について述べる。
【００４５】
図１５に従来発明において、定着設定温度が一定の場合の、加圧部材温度と定着後記録媒体温度の関係を示す。
図１５に示すように、従来の制御では加圧部材温度が高くなると、定着設定温度が一定でも、定着後の記録媒体温度も高くなり、望ましい定着後記録媒体温度にすることはできない。加圧部材温度の影響度を用いなければ、定着後の記録媒体温度を常に望ましい値に保つことはできない。
【００４６】
図１６において、加圧部材温度に基づいて行う加熱部材温度を制御について示す。
本発明では定着後記録媒体温度に対して影響の大きい因子である加圧部材温度を用いて定着後記録媒体温度を一定に制御するものである。
【００４７】
これを達成する対策としては、定着部材温度の制御を加圧部材温度に応じて制御する、ニップ時間を加圧部材温度に応じて制御する、といった方法が考えられるが、本発明では記録媒体温度に対して最も感度があり制御性の良い、定着部材温度の制御により行う。具体的には、加圧部材温度に応じて、定着部材３の設定温度を変更することでこれを行えばよい。つまり、加圧部材温度が比較的高い場合には定着部材設定温度を下げることで、定着後記録媒体温度を望ましい温度に一定に制御することができる。
【００４８】
次に本発明を適用することにより得られる結果について述べる。
図１７（ａ）、（ｂ）において、連続印刷時の記録媒体温度について示す。
図１７（ａ）は従来の定着部材３の設定温度を一定に保つ方法による連続印刷時の記録媒体温度の推移を示し、（ｂ）は本発明の加圧部材温度に応じて、定着部材３の設定温度を変更することによる連続印刷時の記録媒体温度の推移を示している。
【００４９】
比較的連続印刷を行う中速機（Ａ４紙３０枚／分〜６０枚／分）については、連続印刷時において加圧部材温度の時間的変化が問題となる。
従来においては、図１７（ａ）に示すように、連続印刷を行う際、通紙初期において加圧部材の蓄熱量は少なく、すなわち加圧部材温度が低いため定着後記録媒体温度も低いが、連続印刷の終盤では加圧部材温度が上昇することで、定着後記録媒体温度も上昇し定着品質をばらつかせてしまう。
【００５０】
一方、本発明においては、図１７（ｂ）に示すように、連続印刷時に加圧部材温度が徐々に上昇しても、それに伴って定着部材温度が下げられるために、記録媒体温度は一定に保たれ、定着品質が所定の値に保たれると共に、余計な熱量を使用しないで済む。
【００５１】
図１８において、本発明において１００枚の連続印刷を行った結果について示す。
一般的なオフィス環境においては、数千枚もの記録媒体に対して印刷した結果により評価を行うことは意味がなく、通常使用される程度の枚数に対して評価を行うほうがより正確な評価結果が得られる。またこのとき、定着後記録媒体温度の制御幅としては、５℃以内とすることが重要である。
【００５２】
最初に、定着後記録媒体温度の定着制御幅を５℃以内とする意味を述べる。
まず、光沢度がどの程度変動すると、人はそれを光沢度変動と感じるかの実験を行った。評価に用いる画像サンプルとしては以下の条件で印刷を行ったものを使用した。
【表１】
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【００５３】
表１の実験条件で光沢度の異なる画像サンプルを作成した。画像サンプルの作り方としては定着部材３の温度を設定し、約１５分間放置させて十分に定着装置全体に熱が蓄熱された状態にしておき、画像を記録媒体上に定着させた後、光沢度計により光沢度を求めた。光沢度計では画像の光沢度測定のために光を画像上に入射光を照射し反射光を測定している。今回は入射光の、入射角を６０°となるようにした。一般的なオフィスで使用される画像形成装置による画像の評価では６０°が広く使用されるためである。光沢度計にはＭＩＮＯＬＴＡ社のＵｎｉ  ＧｒＯｓｓ  ６０  を使用した。また、定着部材の設定温度を徐々に変えていき、光沢度の異なるサンプルを作成した。次に作成したサンプル２枚を主観評価者に比べてもらい、その差が気になるかどうかの意見を聞くという作業を複数人数に対して行い調査した。評価結果を、表２及び図１９にグラフで示す。
【表２】
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【００５４】
図１９に示す光沢度差のサンプルとしては、５[％]、７.５[％]、１０[％]の三つを用意し評価を行った。
この実験から、７.５[％]と１０.０[％]との間で気になると答えた人数は大きく変動している。よって、閾値としては７.５[％]とすることが適切である。この閾値を下回る光沢度変動量とすることが、定着品質としては重要である。一方で、図１１の結果から光沢度変動量を閾値の７.５[％]以下とするには定着部材温度の変動量は５[℃]とすることが必要となる。
【００５５】
よって、本発明においては、図１８のように１００枚通紙に対して定着後の記録媒体温度が該一定となるように最適化を行った結果、１００枚通紙に対しては、定着後記録媒体温度の制御幅を５℃以内にすることができた。
【００５６】
次に、本発明の加圧部材温度の影響度を補正する方法について述べる。
加圧部材温度の影響度は、ニップ時間、坪量、熱伝導率、比熱、記録媒体の含水率により変化する。そのため、図１６に示した、定着後記録媒体温度を一定にするための加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きを、これら因子により補正することが望ましい。
【００５７】
具体的な補正方法について説明する。ここではニップ時間を例として図２０〜図２１により説明する。
ニップ時間は使用状態に応じても変化する。なぜなら、定着部材に蓄熱されていくと定着部材は熱膨張を起こし定着ニップ幅が変化するためである。
まず、加圧部材温度の影響がニップ時間によりどのように変化するかを実験及びシミュレーションで検討した。
【００５８】
図２０は定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材温度と加圧部材温度の関係を示している。
用紙坪量は７０ｍｇ／ｍ２として検討した。図２０に示すようにニップ時間が長いほど、直線の傾きが大きいことがわかる。
【００５９】
直線の傾きの大きさは加圧部材２の温度が記録媒体温度に与える影響度を示しており、ニップ時間が長いほど加圧部材２の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことを示す。ニップ時間が長い場合、加圧部材２から記録媒体に伝わる熱量が大きくなるためであると考えられる。
【００６０】
次にこの結果から、図２１のニップ時間と加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きと切片の関係を得た。
このようにニップ時間は傾き及び切片に対しては強い相関をもち、回帰分析により近似直線を描くことができる。
【００６１】
上記二つの近似直線の係数を予め求めて、メモリ上に記憶しておく。図２１より、加圧部材温度に対する定着部材設定温度の直線の傾きおよび切片は下記数式として得られたため、この２式の係数値をメモリ上に記憶しておく。
傾き：ｙ１  ＝  −０.００２７  ・  ｘ  −  ０.１８１２
切片：ｙ２  ＝    ０.１２８２  ・  ｘ  ＋  １７６.７
ここで、ｘはニップ時間、ｙ１およびｙ２は加圧部材温度に対する定着部材設定温度の直線の傾きおよび切片を表す。
【００６２】
ニップ時間が得られるとｙ１とｙ２が決まるため、加圧部材温度に対する定着部材設定温度の直線が下記数式として得られる。
Ｙ  ＝  ｙ１  ・  ｘ  ＋  ｙ２
【００６３】
ニップ時間はセンサで得てもよいし、蓄熱状態に応じた予測値を使用しても良い。
上記手順により、図２０に示すような、あるニップ時間の場合の直線が得られる。
センサなどに加圧部材温度が分かると、この直線から定着部材の設定温度を決めることができる。
【００６４】
ニップ時間以外の因子に対しても同様の方法を用いることができる。
以下では、坪量、熱伝導率、比熱、記録媒体の含水率に対して説明を行う。
図２２において、記録媒体の坪量により、加圧部材温度の影響度を補正する制御について示す。
【００６５】
加圧部材温度の影響が記録媒体の坪量によりどのように変化するかを実験及びシミュレーションで検討した。なお、図２２は坪量が１５０ｍｇ／ｍ２、１００ｍｇ／ｍ２、５４ｍｇ／ｍ２の記録媒体を用い、定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材温度と加圧部材温度の関係を示している。ニップ時間は５０ｍｓｅｃとして検討した。
【００６６】
その結果、図２２に示すように坪量が小さいほど、直線の傾きが大きいことがわかる。つまり坪量が小さいほど加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことを示す。加圧部材から記録媒体に伝わる熱は坪量が小さければ速くに到達するためであると考えられる。そこで、図２２のように坪量に応じて加圧部材温度の影響を予め実験あるいはシミュレーションで取得しておき、それらを元に加圧部材温度に応じて定着部材設定温度で制御することにより、記録媒体温度をより狙いの温度に近づけることができる。
【００６７】
図２３において、記録媒体の熱伝導率により、加圧部材温度の影響度を補正する制御について示す。
加圧部材温度の影響が記録媒体の熱伝導率によりどのように変化するかを実験及びシミュレーションで検討した。
【００６８】
図２３は定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材温度と加圧部材温度の関係を示している。なお、ニップ時間は５０ｍｓｅｃ、記録媒体の坪量は７０ｍｇ／ｍ２として検討した。
【００６９】
その結果、図２３に示すように熱伝導率が大きいほど、直線の傾きが大きいことがわかる。つまり熱伝導率が大きいほど加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことを示す。加圧部材から記録媒体に伝わる熱は熱伝導率が大きいほど速くに到達するためであると考えられる。そこで、図２３ように熱伝導率に応じて加圧部材温度の影響を予め実験あるいはシミュレーションで取得しておき、それらを元に加圧部材温度に応じて定着部材設定温度で制御することにより、記録媒体温度をより狙いの温度に近づけることができる。
【００７０】
図２４を用いて、記録媒体の比熱により、加圧部材温度の影響度を補正する制御について示す。
加圧部材温度の影響が記録媒体の比熱によりどのように変化するかを実験及びシミュレーションで検討した。図２４は定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材温度と加圧部材温度の関係を示している。なお、ニップ時間は５０ｍｓｅｃ、記録媒体の坪量は７０ｍｇ／ｍ２として検討した。
【００７１】
その結果、図２４に示すように若干ではあるが比熱が小さいと、直線の傾きが大きいことがわかる。つまり比熱が小さいほど加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことを示す。加圧部材から記録媒体に伝わる熱は比熱が小さいほど速くに到達するためであると考えられる。そこで、図２４のように比熱に応じて加圧部材温度の影響を予め実験あるいはシミュレーションで取得しておき、それらを元に加圧部材温度に応じて定着部材設定温度で制御することにより、記録媒体温度をより狙いの温度に近づけることができる。
【００７２】
図２５において、定着前記録媒体の含水率により、加圧部材温度の影響度を補正する制御について示す。
加圧部材温度の影響が記録媒体の比熱によりどのように変化するかを実験及びシミュレーションで検討した。図２５は定着後に同じ記録媒体温度となるための定着部材温度と加圧部材温度の関係を示している。なお、ニップ時間は５０ｍｓｅｃ、記録媒体の坪量は７０ｍｇ／ｍ２として検討した。
【００７３】
その結果、図２５に示すように若干ではあるが含水率が小さいと、直線の傾きが大きいことがわかる。含水率が小さいほど記録媒体の見かけ上の熱伝導率が上がるためであると考えられる。そこで、図２５のように含水率に応じて加圧部材温度の影響を予め実験あるいはシミュレーションで取得しておき、それらを元に加圧部材温度に応じて定着部材設定温度で制御することにより、記録媒体温度をより狙いの温度に近づけることができる。
【００７４】
定着前記録媒体の含水率が低いほど、加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響は高まる。
本発明では加圧部材温度に加えて、定着前記録媒体の含水率も考慮することで記録媒体温度をより狙いの温度に近づけることができる。
【００７５】
上記した例ではニップ時間、坪量、熱伝導率、比熱のそれぞれ１因子に対して、加圧部材温度による記録媒体温度への影響を計算し、定着部材設定温度を決定する例を示したが、それぞれの因子は２つ以上組み合わせて利用することで、より精度よく記録媒体温度が計算され、結果、記録媒体温度の制御幅を小さくすることができる。
【００７６】
図２６の概念図を使って、加圧部材温度による記録媒体温度への影響度が、２つ以上の因子により補正される場合についてその方法を説明する。２つ以上の因子により補正する場合、これらの因子を組み合わせてある特性値を考える。この特性値は、加圧部材温度の影響度を変える因子の性質を考慮した上で、重回帰分析などにより得られる。つまり、加圧部材温度に対する定着部材設定温度の近似直線の傾きと切片をよく表現できるような、特性値を作りだせばよい。
【００７７】
図２６は２つの因子として、記録媒体の坪量と記録媒体の熱伝導率を使用し、組み合わせた特性値を用いた例を示す。なお、ニップ時間は５０ｍｓｅｃ、記録媒体の比熱は１０１２ＫＪ／(ｍ２３・Ｋ)、含水率は４％として検討した。
【００７８】
熱伝導率と坪量により、特性値として（熱伝導率／坪量）を設定し、次のように得た。
熱伝導率：０.１    坪量：１００ｍｇ／ｍ２のとき、熱伝導率／坪量:０.００１００
熱伝導率：０.１    坪量：８０ｍｇ／ｍ２のとき、熱伝導率／坪量:０.００１２５
熱伝導率：０.１６  坪量：１００ｍｇ／ｍ２のとき、熱伝導率／坪量:０.００１６０
熱伝導率：０.１６  坪量：８０ｍｇ／ｍ２のとき、熱伝導率／坪量:０.００２００
熱伝導率：０.２５  坪量：１００ｍｇ／ｍ２のとき、熱伝導率／坪量:０.００２５０
熱伝導率：０.２５  坪量：８０ｍｇ／ｍ２のとき、熱伝導率／坪量:０.００３１３
この（熱伝導率／坪量）の値と加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きの関係を図２７に示す。
【００７９】
つまり(熱伝導率／坪量)が大きいほど、加圧部材の温度に対する定着部材設定温度の傾きが小さいことを示す。この関係は熱伝導率、坪量の各場合の結果から明らかである。このような方法により補正ができるため、図２７のように（熱伝導率／坪量）に応じて、加圧部材温度に対する定着部材設定温度の傾きを予め実験あるいはシミュレーションで取得しておき、それらを元に、加圧部材設定温度と定着部材設定温度の関係を示す直線の傾きを求め、さらにその傾きによって求まる加圧部材温度に応じた定着部材設定温度を求め、その定着部材設定温度で制御することにより、記録媒体温度をより狙いの温度に近づけることができる。
【００８０】
本発明は、他の影響因子２つの組み合わせについても同様の方法を用いて定着部材設定温度を制御することで、記録媒体温度をより狙いの温度に近づけることができる。さらにこの例と同様に、３つ以上の因子の組み合わせにおいても、特性値を作り出すことによって対応することができるものである。
【符号の説明】
【００８１】
１  無端ベルト
２  加圧部材
３  定着部材
４  コイル
５  発熱部材
６，７  センサ
２０  記録媒体
９２ａ  温度コントローラ
９２ｂ  電力コントローラ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８２】
【特許文献１】特開平８−１３７３４１号公報
【特許文献２】特開２００６−１９５４２２号公報
【図１】
2014077873.tif 000006
【図２】
2014077873.tif 000007
【図３】
2014077873.tif 000008
【図４】
2014077873.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014077873.tif 000012
【図８】
2014077873.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2014077873.tif 000015
【図１１】
2014077873.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2014077873.tif 000021
【図１７】
2014077873.tif 000022
【図１８】
2014077873.tif 000023
【図１９】
2014077873.tif 000024
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2014077873.tif 000027
【図２３】
2014077873.tif 000028
【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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