(57)【要約】【課題】記録材上のトナー画像を加熱定着させるための熱量が足らなくなった場合においても定着不良を発生させないようにする。【解決手段】画像形成部Ａを制御する制御手段３１を有し、前記制御手段は、温度検知部材２４で検知した加熱体温度と記録材にトナー画像を加熱定着するための定着温度よりも高い目標温度との差分に応じて、トナー画像の記録材の単位面積あたりのトナー載り量を下げるように前記画像形成部を制御することを特徴とする。【選択図】図１
2011028010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材上にトナー画像を形成する画像形成部と、通電により発熱する加熱体と前記加熱体と接触しつつ移動する加熱回転体と前記加熱回転体を介して前記加熱体とニップ部を形成するバックアップ部材と前記加熱体の温度を検知する温度検知部材とを有する定着部と、を有し、ニップ部で記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着する画像形成装置において、前記画像形成部を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記温度検知部材で検知した加熱体温度と記録材にトナー画像を加熱定着するための定着温度よりも高い目標温度との差分に応じて、トナー画像の記録材の単位面積あたりのトナー載り量を下げるように前記画像形成部を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
記録材上にトナー画像を形成する画像形成部と、通電により発熱する加熱体と前記加熱体と接触しつつ移動する加熱回転体と前記加熱回転体を介して前記加熱体とニップ部を形成するバックアップ部材と前記加熱体に印加される電力を検知する電力検知部材とを有する定着部と、を有し、ニップ部で記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着する画像形成装置において、前記画像形成部を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記電力検知部材で検知した加熱体検知電力が記録材にトナー画像を加熱定着するために前記加熱体に印加される基準印加電力に満たない場合に、トナー画像の記録材の単位面積あたりのトナー載り量を下げるように前記画像形成部を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
記録材上にトナー画像を形成する画像形成部と、前記画像形成部に記録材を送り出す記録材送り部と、加熱回転体と通電により発熱し前記加熱回転体を加熱する加熱体と前記加熱体とともにニップ部を形成するバックアップ部材と前記加熱回転体の温度を検知する温度検知部材とを有する定着部と、を有し、ニップ部で記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着する画像形成装置において、前記画像形成部と前記記録材送り部とを制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記温度検知部材で検知した加熱回転体温度と記録材にトナー画像を加熱定着するための定着温度よりも高い目標温度との差分に応じて、トナー画像の記録材の単位面積あたりのトナー載り量を下げるように前記画像形成部を制御するとともに、記録材の送り出しタイミングの間隔を広げるように前記記録材送り部を制御す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、電子写真プリンタ、電子写真複写機などの画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンタには定着装置（定着器）が搭載されている。この定着装置として、セラミックス製の基板上に通電発熱抵抗層を有するヒータと、このヒータに接触しつつ移動する定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有するものがある。特許文献１、特許文献２、特許文献３には、このような構成のフィルム加熱方式の定着装置が記載されている。未定着トナー画像を担持する記録材は定着装置のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上の画像は記録材に加熱定着される。この定着装置は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温するのに要する時間が短いというメリットを有する。従って、この定着装置を搭載するプリンタは、プリント指令の入力後、一枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ  Ｐｒｉｎｔ  Ｏｕｔ  Ｔｉｍｅ）を短くできる。またこのタイプの定着装置は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。高速印刷可能な画像形成装置、或いはカラートナーを用いた画像形成装置に搭載される定着装置では、トナー画像の定着性を十分に満たし定着ムラを防止するために、定着フィルムに、シリコーンゴム等を材料とする弾性層を基層と離型層の間に設けている。特許文献４と特許文献５には、弾性層を有する定着フィルムが開示されている。定着フィルムに弾性層を設けることにより、記録材上のトナー画像がニップ部を通過する際に、弾性層がトナー画像に沿って変形することで、トナー画像が弾性層により包み込まれる。これによりトナー画像に均一に熱を与えることができ、定着ムラが無く高光沢で良質な画像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−３１３８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献４】特開平１０−１０８９３号公報
【特許文献５】特開平１１−１５３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、記録材上の単位面積あたりのトナー量（以下、トナー載り量と記す）とトナー画像の定着性には密接な関係がある。トナー載り量が小さいトナー画像の場合、記録材及びトナー画像の熱容量が小さく、トナー画像を定着させるための熱量が少なくて済むため、ヒータを所定の定着温度を維持するように温調した場合のトナー画像の定着性は良好である。言い換えれば、定着性を満足させるためのヒータの定着温度は低くなる。たとえ定着性に対して厳しい画像、例えばハーフトーン画像のようなトナー同士が接触していない、ドットが孤立しているようなパターンでも、上述した弾性層がトナー画像に沿って変形する特性のため、定着性を満足する。一方、トナー載り量が大きいトナー画像の場合、記録材及びトナー画像の熱容量が大きく、トナー画像を定着させるために多くの熱量を必要とするため、ヒータを所定の定着温度を維持するように温調した場合のトナー画像の定着性は厳しくなる。言い換えれば、定着性を満足させるためのヒータの定着温度は高くなる。画像形成装置において、所定の定着温度を維持するようにヒータの温調を行った場合でも、必ずしもヒータが所定の定着温度に一定に温調されるとは限らない。なぜなら、ヒータが発熱できる最大の熱量に比べて、記録材及び記録材上のトナー画像を定着させるために与えるべき熱量の方が、大きくなることがあるためである。この場合、ヒータの温度は所定の定着温度に到達できず、ヒータが発熱する熱量と、記録材及び記録材上のトナー画像が持ち出す熱量が均衡するところに温度が収束する。ヒータの温度が所定の定着温度に達しない場合、記録材上のトナー画像を定着させるための熱量が足りず、定着不良が発生することがある。本発明の目的は、記録材上のトナー画像を加熱定着させるための熱量が足らなくなった場合においても定着不良を発生させないようにした画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、記録材上にトナー画像を形成する画像形成部と、通電により発熱する加熱体と前記加熱体と接触しつつ移動する加熱回転体と前記加熱回転体を介して前記加熱体とニップ部を形成するバックアップ部材と前記加熱体の温度を検知する温度検知部材とを有する定着部と、を有し、ニップ部で記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着する画像形成装置において、前記画像形成部を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記温度検知部材で検知した加熱体温度と記録材にトナー画像を加熱定着するための定着温度よりも高い目標温度との差分に応じて、トナー画像の記録材の単位面積あたりのトナー載り量を下げるように前記画像形成部を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、記録材上のトナー画像を加熱定着させるための熱量が足らなくなった場合においても定着不良を発生させないようにした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】
【０００７】
【図１】（ａ）は実施例１の画像形成装置の一例の構成模式図である。（ｂ）は実施例１の定着装置の横断側面模式図である。
【図２】（ａ）は実施例１の画像形成装置の濃度設定の変更制御に係るハード構成ブロック図である。（ｂ）は実施例１の画像形成装置の現像ローラに印加する印加電圧と単位面積あたりの記録材上のトナー載り量の関係を表す図である。
【図３】（ａ）は実施例１の画像形成装置の単位面積あたりの記録材上のトナー載り量と定着温度の関係を表す図である。（ｂ）は実施例１の定着装置のニップ部に記録材を通紙させている通紙中におけるヒータの入力電圧とヒータ裏面温度の関係を表す図である。
【図４】（ａ）は実施例２の画像形成装置の３種類の像処理モードのレーザー点灯時間と、潜像パターンと、記録材上のトナー高さを表す図である。（ｂ）は実施例２の画像形成装置の単位面積あたりの記録材上のトナー載り量と定着温度の関係を表す図である。
【図５】（ａ）は実施例２の定着装置のニップ部に記録材を通紙させている通紙中におけるヒータの入力電圧とヒータ裏面温度との関係を表す図である。（ｂ）は実施例２の画像形成装置の画像処理モードの変更制御に係るハード構成ブロック図である。
【図６】（ａ）は実施例３の定着装置の横断面模式図である。（ｂ）は実施例３の画像形成装置の濃度設定・スループット設定の変更制御に係るハード構成ブロック図である。
【図７】（ａ）は実施例３の画像形成装置の３つのスループットにおける単位面積あたりの記録材上のトナー載り量と定着温度の関係を表す図である。（ｂ）は実施例３の定着装置のニップ部に記録材を通紙させている通紙中におけるヒータの入力電圧と定着ローラ表面の温度の関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[実施例１]画像形成装置全体の構成：図１の（ａ）は本実施例１に係る画像形成装置の一例の構成模式図である。この画像形成装置は、２７枚／分の速度で印刷可能なレーザープリンタである。本実施例１に示す画像形成装置は、大別して、記録材上にトナー画像を形成する画像形成部Ａと、画像形成部Ａに記録材を送り出す記録材送り部Ｂと、記録材上のトナー画像を記録材に加熱定着する定着部Ｃを有している。画像形成部Ａは、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１を有している。この感光ドラム１は、画像形成装置の筐体を構成する画像形成装置本体（以下、装置本体と記す）Ｍに回転自在に支持されており、ドラムモータ（不図示）によって矢印方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転される。感光ドラム１の外周面（表面）の周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電ローラ（帯電部材）２と、レーザースキャナ（露光手段）３と、現像装置（現像手段）４と、転写ローラ（転写部材）５と、クリーニング装置（クリーニング手段）６が配設されている。記録材送り部Ｂは、給送ローラ１１を有している。この給送ローラ１１は、給送モータ(不図示）によって矢印方向に所定のタイミングで回転され、給送カセット７に積載収納されている記録材Ｐを1枚ずつ分離して搬送ローラ８に送り出すようになっている。搬送ローラ８から、記録材Ｐの搬送経路に沿って順に、トップセンサ９と、搬送ガイド１０と、定着部Ｃとしての定着装置と、搬送ローラ１２と、排出ローラ１３と、排出トレイ１４が配設されている。
【０００９】
本実施例１の画像形成装置は、画像形成部Ａと記録材送り部Ｂと定着部Ｃなどを制御する制御部（制御手段）３１を有している。制御部３１はＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリからなり、メモリには画像形成に必要な各種プログラムが記憶されている。この制御部３１は、ホストコンピュータなどの外部装置からプリント信号を取り込み、そのプリント信号に基づいて所定の画像形成制御シーケンスを実行する。これによりドラムモータが回転駆動され、感光ドラム１は所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向に回転する。回転された感光ドラム１表面は、帯電ローラ２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。感光ドラム１表面の帯電面に対しレーザースキャナ３が画像情報に基づいてレーザー光Ｌを走査し、感光ドラム１表面を露光する。そしてこの露光によって露光部分の電荷が除去され、感光ドラム１表面に静電潜像が形成される。そして電位差を利用して現像装置４に設けられている現像スリーブ（現像剤担持体）４１からその潜像に対しトナー（現像剤）が供給され、感光ドラム１表面において潜像がトナー画像として現像される。感光ドラム１表面に形成されたトナー画像は、転写ローラ５によって記録材Ｐに転写される。また記録材送り部Ｂに設けられている給送モータ３６（図６の（ａ）参照）が回転駆動され、給送ローラ１１は給送カセット７から記録材Ｐを搬送ローラ８に送り出す。この記録材Ｐは搬送ローラ８によって搬送され、トップセンサ９を介して感光ドラム１表面と転写ローラ５の外周面（表面）との間の転写ニップ部に搬送される。このとき記録材Ｐはトップセンサ９によって先端が検知され、感光ドラム１表面に形成されたトナー画像の転写タイミングと同期が取られる。また、転写ローラ５には転写バイアスが印加され、これにより感光ドラム１表面のトナー画像が記録材Ｐ上の所定の位置に転写される。未定着のトナー画像が転写された記録材Ｐは搬送ガイド１０に沿って定着装置Ｃに搬送され、この定着装置Ｃで記録材Ｐ上のトナー画像が加熱及び加圧されて記録材Ｐ上に加熱定着される。定着装置Ｃでトナー画像が加熱定着された記録材Ｐは搬送ローラ１２、排出ローラ１３の順に搬送されて装置本体Ｍ上面の排出トレイ１４に排出される。トナー画像を記録材Ｐに転写した後の感光ドラム１表面は、感光ドラム１表面に残留している転写残トナーがクリーニング装置６のクリーニングブレード６１によって除去され、次の画像形成に供される。以上の動作を繰り返すことで順次プリントを行うようになっている。本実施例１の画像形成装置は、２２枚／分（プロセススピード１５０ｍｍ／ｓｅｃ）のプリント速度でプリントを行うことができるように構成されている。
【００１０】
画像形成部Ａの感光ドラム１、帯電ローラ２、レーザースキャナ３、現像スリーブ４１、トナーについて、更に詳しく説明する。感光ドラム１は、外径３０ｍｍで、アルミニウム製の円筒状基体の外周面に、ポリカーボネートをメインバインダーとした有機感光層を形成している。感光層は、表層として電荷輸送層と、その内層に電荷発生層とを備えており、電荷輸送層の体積抵抗率は１０１２〜１０１５Ωｃｍとする。
【００１１】
帯電ローラ２は、感光ドラム１表面に接触配置し、一次帯電電源（不図示）から帯電ローラ２に対してＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧を印加する。ＤＣ成分は、目標とするドラム電位に対して暗減衰１０Ｖを見込んで、帯電ローラ２への印加電圧（帯電バイアスＶｐｒｄｃ）を−６１０Ｖとして、感光ドラム１の電位（帯電ＶＤ）を−６００Ｖに収束させる。ＡＣ成分は、周波数１９００Ｈｚ、ピークトップからピークボトムまでの電位差（Ｖｐｐ）は１．８ｋＶの正弦波である。
【００１２】
レーザースキャナ３は入力される画像情報に応じて、レーザー光Ｌによる露光を、帯電処理を行った感光ドラム１表面の帯電面上に行って静電潜像を形成する。本実施例１では、感光後の感光ドラム１表面の未露光部分電位を−６００Ｖ、露光部分電位（Ｖｌ）を−１４０Ｖとなるようレーザー光Ｌの出力を設定した。
【００１３】
現像スリーブ４１は、現像スリーブ４１の外周面（表面）が感光ドラム１表面と対向するように配置され、感光ドラム１表面の帯電面に形成されている静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する。現像スリーブ４１の内部には、円筒形のマグネット部材が配設されている。現像スリーブ４１表面には、トナーへの電荷の付与、トナー搬送の安定のため、ブラストなどの方法で粗し処理を行っている。更に、スリーブゴースト防止のため、現像スリーブ４１表層をフェノール樹脂などの結着樹脂に、カーボン、グラファイトを分散したものをコーティングしている。
【００１４】
現像装置４に設けられているトナー容器（現像剤容器）内に収納されているトナーは、粒径約７μｍの粒子で、バインダーであるスチレンアクリルにマグネタイトなどの磁性体を混合したものである。現像スリーブ４１には上記マグネット部材によって磁性を付与させている。このように磁性を付与させることで、上述のマグネット部材の磁力により、現像スリーブ４１表面上に、均一にトナーをコートする。また、トナーは、表層にシリカなどの外添剤を付着させ、帯電特性を付与させる。現像スリーブ４１表面には、現像ブレードとしてのウレタンゴムブレード（不図示）を当接させている。トナーはウレタンゴムブレードと現像スリーブ４１表面間で摺擦することによって負に帯電する。本実施例１では、現像スリーブ４１に現像バイアスとして、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧を電源としての現像バイアス電源３２（図２の（ａ）参照）から印加する。ＤＣ成分は、現像スリーブ４１への印加電圧（現像Ｖｄｃ）を−４５０Ｖとし、ＡＣ成分は、周波数２５００Ｈｚ、ピークトップからピークボトムまでの電位差（Ｖｐｐ）は１．８ｋＶの矩形波とする。このように、現像スリーブ４１に電圧を印加することで、負に帯電したトナーを感光ドラム１表面の露光部分に静電吸着させ、静電潜像を顕像化する。
【００１５】
定着装置の構成：以下の説明において、定着装置及びこの定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。長さとは長手方向の寸法である。幅とは短手方向の寸法である。記録材に関し、幅方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。幅とは幅方向の寸法である。
【００１６】
図１の（ｂ）は本実施例１に係る定着装置の横断側面模式図である。本実施例１の定着装置Ｃは、加熱体としてのセラミックスヒータ２０と、支持部材としてのヒータホルダ２９と、加熱回転体としてのエンドレスの定着スリーブ２５と、加圧回転体（バックアップ部材）としての加圧ローラ２６などを有している。ヒータホルダ２９は、剛性を有する耐熱性材料によって横断面略樋形状に形成されている。そしてヒータホルダ２９の短手方向中央の下面に設けられた溝部２９ａでセラミックスヒータ（以下、ヒータと記す）２０を支持している。定着スリーブ２５は、ヒータ２０を支持させたヒータホルダ２９の外周にルーズに外嵌されている。加圧ローラ２６は、定着スリーブ２５の下方で定着スリーブ２５と平行に配置されている。そしてこの加圧ローラ２６とヒータ２０とで定着スリーブ２５をその状態に加圧ローラ２６を所定の加圧機構（不図示）によりヒータ２０側に加圧している。これにより加圧ローラ２６の外周面（表面）を定着スリーブ２５の外周面（表面）に加圧状態に接触させ後述の弾性層２６２を弾性変形させることによって定着スリーブ２５表面と加圧ローラ２６表面との間に所定幅の定着ニップ部（ニップ部）Ｎを形成している。
【００１７】
加圧ローラ２６、ヒータ２０、ヒータホルダ２９、定着スリーブ２５について、更に詳しく説明する。加圧ローラ２６は、芯軸部２６１の外周に弾性層２６２を有し、弾性層２６２の外周に離型層２６３を有している。加圧ローラ２６の外径は約１８ｍｍである。芯軸部２６１の材料は、アルミニウム、鉄などを用いてもよいし、或いは高強度、低熱容量で断熱効果の高いセラミックス多孔質体を用いてもよい。弾性層２６２は、シリコーンゴムを材料とするソリッドゴム層であってもよいし、或いは断熱効果を持たせるためにシリコーンゴムを発泡して形成されたスポンジ層であってもよい。また弾性層２６２は、より断熱効果を持たせるために、シリコーンゴム層内に中空フィラーや吸水性ポリマーおよび水を添加することで形成された多孔質を有する気泡ゴム層であっても良い。この際、加圧ローラ２６の熱容量が大きく、さらに熱伝導率が少しでも大きいと、定着スリーブ２５表面から熱を吸収しやすくなって定着スリーブ２５の表面温度が上昇しにくくなる。定着装置Ｃのクイックスタート性を向上させるためには、定着スリーブ２５の表面温度が速やかに上昇する構成が望まれる。すなわち加圧ローラ２６は、できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く断熱効果の高い材質の方が、定着スリーブ２５の表面温度の立ち上がり時間に有利である。一方で、定着装置Ｃをカラー画像形成装置や高速印刷可能な画像形成装置に搭載する場合には、加圧ローラ２６からの熱の供給がグロスや定着性の向上に必要であるため、加圧ローラ２６の熱容量・熱伝導率はある程度高いほうが望ましい。すなわち、加圧ローラ２６の熱容量、熱伝導率は、画像形成装置の印字スピードなどを考慮して適切な値に設定されるものである。離型層２５３はフッ素樹脂などから形成されている。また、加圧ローラ２６の長さは記録材Ｐの幅よりも長い。
【００１８】
ヒータ２０は、窒化アルミニウム、アルミナなどの細長い耐熱性のヒータ基板２１を有している。そしてこのヒータ基板２１の表面（定着ニップ部Ｎ側の面）に通電により発熱する通電発熱抵抗層としての抵抗体パターン２２を例えば印刷によってヒータ基板２１の長手方向に沿って形成している。そしてその抵抗体パターン２２表面を保護層としてのガラス層２３で被覆している。また、ヒータ基板２１の裏面（定着ニップ部Ｎと反対側の面）には、ヒータ２０の温度を検知する温度検知部材としてのサーミスタ２４が配設されている。また、ヒータ２０の長さは記録材Ｐの幅よりも長い。
【００１９】
ヒータホルダ２９の材料として、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂が用いられている。このヒータホルダ２９は、上述したように横断面略樋形状に形成されることによって、ヒータ２０を支持する支持部材として作用するとともに定着スリーブ２５の回転をガイドするガイド部材としても作用する。
【００２０】
定着スリーブ２５は、図１の（ａ）の定着スリーブ層構成図に示すように、内側から基層２５１、弾性層２５２、離型層２５３が設けられた複層構造を有するエンドレスのフィルム状の部材である。基層２５１は薄肉の可撓性を有するエンドレスのフィルムである。基層２５１の材料として、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の薄肉耐熱性樹脂が用いられている。またより熱伝導性を高めるために、ＳＵＳ、Ｎｉ等の薄肉金属を用いてもよい。本実施例１では、基層２５１の材料にＳＵＳを用いた。また、基層２５１は熱容量を小さくすることでクイックスタート性を満足させ、さらに一定の機械的強度も満足させる必要があるため、厚みは５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以上８５μｍ以下とすることが望ましい。本実施例１においては、基層２５１の厚さを３５μｍ±５μｍとした。基層２５１の外周にはシリコーンゴム等で形成される弾性層２５２が形成されている。弾性層２５２を設けることで、高光沢で定着ムラのない良質画像を得ることが可能になる。本実施例１では、弾性層３１として厚さ２００μｍのシリコーンゴムを基層２５１の外周に被覆した。すなわち、弾性層２５２が定着ニップ部Ｎで記録材Ｐ上のトナーや、記録材Ｐの紙繊維の形状に対して変形し、未定着のトナー画像を包み込むことによって、トナー画像に対して均一に熱を与えることができるようになる。特にハーフトーン画像などで定着ムラの発生を抑え、また、トナー画像を記録材Ｐ上に均一に定着させることで、高光沢な画像を得ることができる。弾性層２５２の厚みは薄すぎると弾性が十分に発揮できないため、高光沢で定着ムラのない画像を得ることができず、厚すぎると定着スリーブ２５の熱容量が大きくなってしまい、クイックスタート性が低下していしまう。そのため、弾性層２５２の厚みとしては、３０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上３００μｍ以下とすることが望ましい（本実施例１の弾性層２５２厚さの中心値は２００μｍで公差が±５０μｍ）。一方で、弾性層２５２はシリコーンゴム単体では熱伝導率が低い。熱伝導率が低いと、ヒータ２０から記録材Ｐに対して効果的に熱を伝えることが困難になり、加熱不足による定着ムラなどの画像不良を生じるおそれがある。そのため、本実施例１では、弾性層２５２の熱伝導率を上げるために、弾性層２５２に高熱伝導性フィラー（以下フィラーと称する）を混入させる構成とした。フィラーとしては、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯ、カーボン等が用いられる。また、これらのフィラーは単一で用いても良いし、２種類以上を混合物として使用してもよい。これらフィラーを弾性層２５２に混入させることで、弾性層２５２に導電性を付与することも可能である。弾性層２５２の外周には、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂から形成される離型層２５３が設けられている。本実施例１では、厚さ１５μｍ±５μｍのＰＦＡを弾性層２５２の外周にコーティングした。離型層２５３は、１〜５０μｍ程度の厚みであることが好ましく、チューブを被覆させたものでも、表面を塗料でコ���トしたものであってもよい。
【００２１】
定着装置の加熱定着動作：本実施例１の定着装置Ｃは、回転駆動部２８に設けられているＣＰＵ２８２がプリント信号に応じて定着駆動モータ２８１を回転駆動する。定着駆動モータ２８１の回転駆動により加圧ローラ２６の芯軸部２６１の長手方向一端部に設けられている駆動ギア（不図示）が回転され、これにより加圧ローラ２６は矢印方向へ所定の周速度（プロセススピード）で回転する。この加圧ローラ２６の回転は、定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ２６表面と定着スリーブ２５表面との摩擦力によって、定着スリーブ２５表面に伝わる。これにより定着スリーブ２５は定着スリーブ２５の内周面（内面）がヒータ２０のガラス層２３の表面と接触しながら加圧ローラ２６の回転に追従してヒータホルダ２９の周りを回転する。また、通電制御部２７に設けられているＣＰＵ２８２がプリント信号に応じてトライアック２７２をＯＮする。トライアック２７２がＯＮすることによりヒータ２０の抵抗体パターン２２に通電される。これにより抵抗体パターン２２が発熱しヒータ２０は急速に昇温する。ヒータ２０の熱は回転している定着スリーブ２５に伝わり、その熱によって定着スリーブ２５は加熱される。サーミスタ２４はヒータ基板２１の裏面温度を検知し信号を出力する。ＣＰＵ２８２はサーミスタ２４からの出力信号を取り込み、この出力信号に基づいてヒータ２０が所定の定着温度を維持するようにトライアック２７２を制御してヒータ２０の温調を行う。加圧ローラ２６と定着スリーブ２５が回転し、ヒータ２０を温調している状態において未定着のトナー画像ｔを担持する記録材Ｐがトナー画像担持面を上側にして定着ニップ部Ｎに通紙（導入）される。記録材Ｐは定着ニップ部Ｎで定着スリーブ２５表面と加圧ローラ２６表面とにより挟持搬送される。そしてこの搬送過程においてトナー画像ｔが定着スリーブ２５の熱と定着ニップ部Ｎの圧力を受けることによってトナー画像ｔは記録材Ｐ上に加熱定着される。
【００２２】
トナー載り量の設定の説明：本実施例１の画像形成装置は、現像ローラ４１に印加する印加電圧を設定することで、単位面積あたりの記録材Ｐ上のトナー載り量を変更するように構成されている。以下の説明において、印加電圧を現像バイアス又はＶｄｃと記す。またトナー載り量をトナー載り量又はＭ／Ｓと記す。図２の（ｂ）にＶｄｃとＭ／Ｓの関係を示す。ＶｄｃとＭ／Ｓの関係は比例関係にある。例えばＶｄｃを−４５０Ｖ、−４００Ｖ、−３５０Ｖに設定すると、Ｍ／Ｓをそれぞれ、９．０ｇ／ｍ２、８．５ｇ／ｍ２、８．５ｇ／ｍ２にすることができる。表１に、本実施例１の画像形成装置で採ることのできるトナー載り量設定（以下、濃度設定と記す）Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３と、そのときのＶｄｃ、Ｍ／Ｓを示す。濃度設定Ｄ１の方がトナー載り量は大きく、Ｄ３の方がトナー載り量は小さい。そして濃度設定Ｄ１を初期設定（デフォルト）とした。
【００２３】
【表１】
2011028010.tif 000003
【００２４】
トナー載り量と定着温度の関係の説明：本実施例１に示す画像形成装置において、トナー載り量とトナー画像を定着させることができる最低の温度（以下、定着温度と記す）には密接な関係がある。図３の（ａ）にＭ／Ｓと定着温度の関係を示す。トナー載り量が大きい場合は、トナーを溶かすための熱量が多く必要になり、定着温度は高くなる。一方、トナー載り量が小さい場合は、トナーを溶かすための熱量が少なくて済み、定着温度は低くなる。定着温度をヒータ裏面温度と見なせば、例えば濃度設定Ｄ１の場合は、Ｍ／Ｓが９．０ｇ／ｍ２であるため、定着温度が２００℃以上（図３の（ａ）参照）でトナー画像は記録材上に定着可能となる。一方、濃度設定Ｄ２、濃度設定Ｄ３の場合は、Ｍ／Ｓがそれぞれ、８．５ｇ／ｍ２、８．０ｇ／ｍ２であるため、定着温度がそれぞれ１９５℃以上（図３の（ａ）参照）、１９０℃以上（図３の（ａ）参照）でトナー画像は記録材上に定着可能になる。
【００２５】
目標温度とヒータ裏面温度の関係の説明：本実施例１の画像形成装置では、初期設定での記録材上のトナー画像の定着性を十分に満足させるために、定着装置Ｃのヒータ２０のヒータ裏面温度を目標温度２０５℃にするようにヒータ２０を温調している。しかし、目標温度２０５℃で温調していても、必ずしもヒータ裏面温度が２０５℃になるわけではない。ヒータ２０にフルで電力を投入しても、抵抗体パターン２２が発熱する熱量に対して、記録材及び記録材上のトナー画像に与える熱量が大きい場合、ヒータ裏面温度が目標温度に到達しないという現象が発生する。こういった現象が起こる原因はいくつかあるが、代表的な原因としては、ヒータ２０の入力電圧の低下、耐久に伴う抵抗体パターン２２の劣化、記録材Ｐの熱容量が大きいこと等が挙げられる。ここで、ヒータ２０の入力電圧が低下した場合に発生するトナー画像の定着不良ついて説明する。図３の（ｂ）に定着装置Ｃの定着ニップ部Ｎに記録材を通紙（導入）させている通紙中におけるヒータの入力電圧とヒータ裏面温度の関係を示す。本実施例１の画像形成装置では、図１の（ｂ）に示すように、通電制御部２７のトライアック２７２とヒータ２０の抵抗体パターン２２との間の通電回路中に電力検知部材として電圧計３３を設けている。そしてこの電圧計３３でトライアック２７２からヒータ２０に入力（印加）される入力電圧（印加電圧）を検知している。図３の（ｂ）に示すように、入力電圧が９８Ｖ以上であればヒータ裏面温度は目標温度の２０５℃に達するのに対し、入力電圧が９８Ｖ未満の場合はヒータ裏面温度は目標温度に達しない。例えば入力電圧が９０Ｖの場合、ヒータ裏面温度が１９７℃までしか達しない。また、入力電圧が８５Ｖの場合にはヒータ裏面温度が１９２℃までしか達しない。入力電圧が９８Ｖ未満で、かつ濃度設定が初期設定のＤ１である場合、ヒータ裏面温度は定着温度２００℃に達していないため、定着不良が発生するという問題があった。
【００２６】
濃度設定の変更制御の説明：この問題を解決するため、本実施例１の画像形成装置では、表２に示すテーブルを用いて濃度設定を変更する制御とした。図２の（ａ）に本実施例１の画像形成装置の濃度設定の変更制御に係るハード構成ブロック図を示す。図２の（ａ）において、制御部３１は、ヒータ裏面温度と目標温度との差分を求め、表２に示すテーブルに従って濃度設定を変更するように画像形成部Ａの現像バイアス電源３２を制御する。即ち、制御部３１は、電圧計３３で検知したヒータ２０の入力電圧が目標温度と対応する所定の基準入力電圧（９８Ｖ）よりも低い場合に、サーミスタ２４で検知したヒータ裏面温度を取り込み、このヒータ裏面温度と目標温度との差分を求める。そしてこの差分と対応する濃度設定を表２より求め、この濃度設定に対応する現像バイアスを現像ローラ４１に印加するように現像バイアス電源３２を制御する。つまり、制御部は、サーミスタで検知したヒータ温度（加熱体温度）と記録材にトナー画像を加熱定着するための定着温度よりも高い目標温度との差分に応じて、トナー画像の記録材の単位面積あたりのトナー載り量を下げるように現像バイアス電源を制御する。本実施例１では、印刷画像のバランスを保つため、濃度設定を変更するときの変更タイミングは記録材Ｐの先端で行うこととした。つまり、トップセンサ９で記録材Ｐの搬送方向の先端を検知したときのタイミングで濃度設定の変更を行うこととした。
【００２７】
【表２】
2011028010.tif 000004
【００２８】
本実施例１の画像形成装置における濃度設定を変更する制御では、濃度設定Ｄ２と濃度設定Ｄ３は初期設定の濃度設定Ｄ１に比べトナー載り量を低くして濃度設定を下げた設定にしてある。しかしながら、濃度設定Ｄ２と濃度設定Ｄ３では、多くのユーザーが用いる文字画像においては、初期設定と殆ど同等レベルの画質を提供することができる。
また、定着ニップ部Ｎに通紙させた記録材Ｐの通紙枚数が少ない通紙初期ではヒータ裏面温度と目標温度との差分が大きいが、通紙枚数の増加に伴ってヒータ裏面温度と目標温度との差分が小さくなる、といった場合でも、直ちに濃度設定を回復させる制御である。このため、トナー載り量の低い画像が印刷されることが極力少なくなるようにしている。
このようにヒータ裏面温度と目標温度との差分に基づいて濃度設定を変更する制御を行うことで、入力電圧が足りないなどの理由でヒータ裏面温度が目標温度を下回った場合でも、定着不良の発生を防止できる。また印刷速度（プリント速度）を下げることなく定着性を確保できるとともに多くのユーザーに対し良好な画質を提供することができる。
【００２９】
本実施例と従来例の画像形成装置の比較結果：表２に示すテーブルに従って濃度設定の変更制御を行った場合の効果を検証すべく、本実施例１の画像形成装置と従来例１の画像形成装置を用いてプリントを行った場合の定着レベルについて検討した。表３に、電源電圧（以下、入力電圧とも記す）が８５Ｖ、９０Ｖ、１００Ｖの各電源電圧で本実施例１の画像形成装置と従来例１の画像形成装置を用いてプリントを行った場合の定着性を比較した結果を示す。従来例１の画像形成装置は、ヒータ裏面温度と目標温度との差分の大小に係らず表１に示す初期設定の濃度設定Ｄ１を維持するように構成した点を除いて、本実施例１の画像形成装置と同じ構成としてある。表３に示す定着レベルにおいて、○は定着不良がなくトナー画像が良好である、×は定着不良が発生し実用上問題がある、ことを示す。本検証を行った条件を詳述する。本検証で用いた画像形成装置は、プリント速度２７枚／分、搬送スピード１４０ｍｍ／Ｓｅｃ、定着スリーブ２５の加圧ローラ２６への加圧力は約１３１．２Ｎ（１４ｋｇｆ）、ニップ幅は６ｍｍである。試験環境は外気温度２３℃、湿度５０％で、記録材ＰにはＸＥＲＯＸ４２００（普通紙、レターサイズ、坪量７５ｇ／ｍ２）を用いた。また、ヒータ２０はヒータ裏面温度が２０５℃になるように一定に温調した。また、電源電圧は８５Ｖ、９０Ｖ、１００Ｖの３種類を用いた。以上のような条件でプリントを行った場合、表３に示す結果となった。
【００３０】
【表３】
2011028010.tif 000005
【００３１】
表３に示すように、従来例１では、電源電圧（入力電圧）が１００Ｖの場合、ヒータ裏面温度が２０５℃になるため定着性を満たす。しかし一方で、電源電圧（入力電圧）が９０Ｖ、８５Ｖの場合、ヒータ裏面温度がそれぞれ１９７℃、１９２℃までしか達しない。電源電圧が９０Ｖ、８５Ｖの場合、濃度設定Ｄ１のトナー画像を定着させるために必要なヒータ裏面温度は前述したように２００℃であるため、定着不良が発生してしまう。これに対して、本実施例１の濃度設定の変更制御を行った場合、この問題は解決する。電源電圧（入力電圧）が９０Ｖの場合、ヒータ裏面温度は１９７℃になり、目標温度との差分は８℃となる。これは、表２のモードｂに相当するため、濃度設定はＤ２となる。表１に示される濃度設定Ｄ２のトナー画像を定着させるために必要なヒータ裏面温度は１９５℃（図３の（ａ）参照）であるため、定着性を満たす。また、電源電圧（入力電圧）が８５Ｖの場合、ヒータ裏面温度は１９２℃になり、目標温度との差分は１３℃となる。これは、表２のモードｃに相当するため、濃度設定はＤ３となる。表１に示される濃度設定Ｄ３のトナー画像を定着させるために必要なヒータ裏面温度は１９０℃（図３の（ａ）参照）であるため、この場合でも定着性を満たす。
【００３２】
本実施例１の画像形成装置は、ヒータ裏面温度と目標温度との差分に基づいて濃度設定を変更する制御を行うことで、ヒータの入力電圧が目標温度に対応する所定の基準入力電圧よりも低い場合でも定着不良を発生させないようにすることができる。従って、本実施例１の画像形成装置は、印刷速度の低下を最小限に抑えつつ、定着性を満たすことが可能になる。
【００３３】
本実施例１の画像形成装置では、濃度設定を変更する制御として現像バイアスを変化させる構成を採用したが、濃度設定を変更する制御として帯電バイアスＶｐｒｄｃと現像バイアスＶｄｃを共に変化させる構成を採用してもよい。この場合、制御部３１は、ヒータ温度（加熱体温度）と目標温度との差分に応じて、トナー画像の記録材の単位面積あたりのトナー載り量を下げるように画像形成部Ａの一次帯電電源と現像バイアス電源の双方を制御する。また濃度設定を変更する制御として感光ドラム表面の露光部分電位を変える構成を採用しもよい。この場合、制御部３１は、ヒータ温度（加熱体温度）と目標温度との差分に応じて、画像形成部Ａのレーザースキャナ３を制御する。本実施例１の画像形成装置は、仮にハーフトーン画像の画質などを重視する場合には、ユーザーが濃度設定の変更の有無を、プリンタドライバやプリンタのコントロールパネルで、任意に設定できるようにしてもよい。また、濃度設定の更新タイミングは記録材の後端で行うようにしてもよい。つまり、トップセンサ９で記録材Ｐの搬送方向の後端を検知したときのタイミングで濃度設定の変更を行うようにしてもよい。
【００３４】
[実施例２]
画像形成装置の他の例を説明する。本実施例２の画像形成装置全体の構成は実施例１の画像形成装置と同じであるため再度の説明を省略する。本実施例２に示す画像形成装置は、後述する画像処理技術を備えるとともに、ヒータへの入力電圧をモニタ可能な構成を備えるものである。本実施例２の画像形成装置では５５枚／分の高速印刷が可能である。このため、本実施例２の画像形成装置は、実施例１の画像形成装置と異なり、サーミスタ２４によって検知されるヒータ裏面温度の変化量が大きい。従って、実施例１の画像形成装置のように目標温度とヒータ裏面温度との差分に基づいてトナー載り量を制御する方法よりも、ヒータへの入力電圧を直接モニタしこれに基づいてトナー載り量を制御する方法の方が、より安定した制御が可能である。そこで、本実施例２の画像形成装置は、モニタした入力電圧によってトナー載り量の変更を行う構成とした。この構成を採用することで、高速印刷可能な画像形成装置においても安定したトナー載り量の変更制御を行うことができる。また、本実施例２の画像形成装置は、実施例１の画像形成装置で行っていた濃度設定を変更する代わりに、見た目の画像の印象を変えることなく、トナーの載り量を下げることができる画像処理技術を用いている。
【００３５】
画像処理技術の説明：本実施例２の画像形成装置で用いる画像処理技術について説明する。この画像処理技術は、特公昭６１−６０４８０号公報、特開平９−３００４２号公報、特開２０００−１７５０２９号公報などに開示されている。制御部３１は画像処理部（不図示）を有している。画像処理部３５は、画像メモリからの画像情報信号に同期して送られてくるクロックパルスに同期した、異なるパルス信号を発生するパルス信号発生回路を有している。そしてこの異なるパルス信号と画像メモリからの画像情報信号との論理積を取る条件を制御して、レーザースキャナ３のレーザーの点灯時間を短縮することで、潜像パターンにおける１画素のドット幅を細くする。潜像パターンの１画素のドット幅を細くすることにより、記録材Ｐ上のトナーの載り量を低減できる。
【００３６】
画像処理モードの設定の説明：制御部３１には、３種類の画像処理モードＴ１、Ｔ２、Ｔ３が設定されている。表４に、各画像処理モードＴ１、Ｔ２、Ｔ３の１ドット当たりのレーザー点灯時間、およびその時のＭ／Ｓを示す。また、図４の（ａ）に、各画像処理モードＴ１、Ｔ２、Ｔ３のレーザー点灯時間（ａ）−１、（ａ）−２、（ａ）−３と、潜像パターン（ｂ）−１、（ｂ）−２、（ｂ）−３と、記録材上のトナー高さ（ｃ）−１、（ｃ）−２、（ｃ）−３を示す。画像処理モードＴ１は上述の画像処理技術を施さないモードであって、１ドット当たりのレーザー点灯時間は３７ｎｓである。画像処理モードＴ２と画像処理モードＴ３は、それぞれ上述の画像処理技術を施したモードであって、１ドット当たりのレーザー点灯時間は３４ｎｓと３１ｎｓである。各画像処理モードＴ１、Ｔ２、Ｔ３で画像処理を行った場合、各画像処理モードＴ１、Ｔ２、Ｔ３における潜像パターンはそれぞれ（ｂ）−１、（ｂ）−２、（ｂ）−３に示すような潜像パターンとなる。各画像処理モードＴ１、Ｔ２、Ｔ３における記録材Ｐ上のトナー高さは（ｃ）−１、（ｃ）−２、（ｃ）−３に示すようにそれぞれ２０μｍ、１９μｍ、１８μｍであり、その時のＭ／Ｓは９．０ｇ／ｍ２、８．５ｇ／ｍ２、８．０ｇ／ｍ２である。本実施例２の画像形成装置では、画像処理モードＴ１を初期設定（デフォルト）としている。
【００３７】
画像処理モードと定着温度の関係の説明：本実施例２の画像形成装置においても、実施例１の画像形成装置と同様、トナー載り量と定着温度には密接な関係がある。図４の（ｂ）に本実施例２の画像形成装置におけるＭ／Ｓと定着温度の関係を示す。本実施例２の画像形成装置においても定着温度をヒータ裏面温度と見なせば、上述した画像処理モードＴ１の場合は、Ｍ／Ｓが９．０ｇ／ｍ２であるため、定着温度が２２０℃以上(表４参照）でトナー画像は記録材上に定着可能になる。一方、画像処理モードＴ２と画像処理モードＴ３の場合は、Ｍ／Ｓがそれぞれ、８．５ｇ／ｍ２、８．０ｇ／ｍ２であるため、定着温度がそれぞれ２１５℃以上（表４参照）、２１０℃以上（表４参照）でトナー画像は記録材上に定着可能になる。
【００３８】
【表４】
2011028010.tif 000006
【００３９】
入力電圧の低下に伴うヒータ裏面温度の低下の説明：本実施例２の画像形成装置においても、実施例１の画像形成装置の場合と同様、入力電圧の低下に伴ってヒータ裏面温度が低下するという問題が発生する。ここで、ヒータ２０の入力電圧が低下した場合に発生するトナー画像の定着不良ついて説明する。図５の（ａ）に、定着装置のニップ部に記録材を通紙させている通紙中におけるヒータの入力電圧とヒータ裏面温度との関係を示す。図５の（ａ）に示すように、入力電圧が９８Ｖ以上であればヒータ裏面温度は目標温度の２２５℃に達するのに対し、入力電圧が９８Ｖ未満の場合はヒータ裏面温度は目標温度に達しない。例えば入力電圧が９０Ｖの場合、ヒータ裏面温度が２１７℃までしか達しない。また、入力電圧が８５Ｖの場合には、ヒータ裏面温度が２１２℃までしか達しない。入力電圧が９８Ｖ未満で、かつ画像処理モードが初期設定のＴ１である場合、ヒータ裏面温度は定着温度２２０℃に達していないため、定着不良が発生するという問題があった。
【００４０】
画像処理モードの変更制御の説明：この問題を解決するため、本実施例２の画像形成装置では、表５に示すテーブルを用いて画像処理モードを変更する制御とした。図５の（ｂ）に、本実施例２の画像形成装置の画像処理モードの変更制御に係るハード構成ブロック図を示す。図５の（ｂ）において、制御部３１は、ヒータ２０に入力されている入力電圧をモニタし、表５に示すテーブルに従って画像処理モードを変更する制御を行う。即ち、制御部３１は、電圧計３３で検知したヒータ２０の入力電圧が定着温度に対応する所定の基準入力電圧（１００Ｖ（基準印加電力））よりも低い場合に、その入力電圧と対応する画像処理モードを表５に示すテーブルより求める。そしてその画像処理モードと対応する１ドット当たりのレーザー点灯時間で感光ドラム１表面に潜像パターンを形成するように
レーザースキャナ３を制御する。つまり、制御部は、電圧計で検知した入力電圧（加熱体検知電力）が記録材にトナー画像を加熱定着するためにヒータに印加される基準印加電力に満たない場合に、トナー画像の記録材の単位面積あたりのトナー量を下げるようにレーザースキャナを制御する。本実施例２においても、実施例１と同様、印刷画像のバランスを保つため、画像処理モードを変更するときの変更タイミングは記録材Ｐの先端で行うこととした。つまり、トップセンサ９で記録材Ｐの搬送方向の先端を検知したときのタイミングで画像処理モードの変更を行うこととした。
【００４１】
【表５】
2011028010.tif 000007
【００４２】
本実施例２の画像形成装置における画像処理モードの変更制御では、画像処理モードＴ２と画像処理モードＴ３は初期設定の画像処理モードＴ１に比べドット幅を狭くして画像濃度を下げた設定にしてある。このような画像処理モードＴ２と画像処理モードＴ３は、多くのユーザーが用いる文字画像においては、初期設定と殆ど同等レベルの良好な画質を提供することができる。このようにヒータ２０の入力電圧に基づいて画像処理モードを変更する制御を行うことで、入力電圧が足りない場合でも、印刷速度を下げることなく定着性を確保でき、また多くのユーザーに対し良好な画質を提供することができる。
【００４３】
本実施例と従来例の画像形成装置の比較結果の説明：表５に示すテーブルに従って画像処理モードの変更制御を行った場合の効果を検証すべく、本実施例２の画像形成装置と従来例２の画像形成装置を用いてプリントを行った場合の定着レベルについて検討した。表６に、電源電圧（以下、入力電圧とも記す）が８５Ｖ、９０Ｖ、１００Ｖの各電源電圧で本実施例２の画像形成装置と従来例２の画像形成装置を用いてプリントを行った場合の定着性を比較した結果を示す。従来例２の画像形成装置は、入力電圧の高低に係らず表４に示す初期設定の画像処理モードＤ１を維持するように構成した点を除いて、本実施例２の画像形成装置と同じ構成としてある。表６に示す定着レベルにおいて、○は定着不良がなく画像が良好である、×は定着不良が発生し実用上問題がある、ことを示す。本検証を行った条件を詳述する。本検証で用いた画像形成装置は、プリントスピード５５枚／分、搬送スピード３１１ｍｍ／Ｓｅｃ、定着スリーブ２５の加圧ローラ２６への加圧力は約１７６．４Ｎ（１８ｋｇｆ）、ニップ幅は８ｍｍである。試験環境は室温２３℃、湿度５０％で、記録材ＰにはＸＥＲＯＸ４２００（普通紙、レターサイズ、坪量７５ｇ／ｍ２）を用いた。また、ヒータ２０はヒータ裏面温度が２２５℃になるように一定に温調した。また、電源電圧は８５Ｖ、９０Ｖ、１００Ｖの３種類を用いた。以上のような条件でプリントを行った場合、表６に示す結果となった。
【００４４】
【表６】
2011028010.tif 000008
【００４５】
表６に示すように、従来例２では、電源電圧（入力電圧）が１００Ｖの場合、ヒータ裏面温度が２２５℃になるため定着性を満たす。しかし一方で、電源電圧（入力電圧）が９０Ｖ、８５Ｖの場合、ヒータ裏面温度がそれぞれ２１７℃、２２２℃までしか達しない。電源電圧が９０Ｖ、８５Ｖの場合、ヒータ裏面温度が画像処理モードＴ１のトナー画像を定着させるために必要なヒータ裏面温度である２２０℃（表４参照）を下回ってしまうため、定着不良が発生してしまう。これに対して、本実施例２の画像処理モードの変更制御を行った場合、この問題は解決する。電源電圧（入力電圧）が９０Ｖの場合、表５のモードｂに相当するため、画像処理モードはＴ２となる。画像処理モードＴ２の画像を定着させるために必要なヒータ裏面温度は２１５℃（表４参照）であるため、定着性を満たす。また、電源電圧（入力電圧）が８５Ｖの場合、表５のモードｃに相当するため、画像処理モードはＴ３となる。画像処理モードＴ３の画像を定着させるために必要なヒータ裏面温度は２１０℃（表４参照）であるため、この場合でも定着性を満たす。
【００４６】
本実施例２の画像形成装置は、ヒータ２０に入力される入力電圧に基づいて画像処理モードを変更する制御を行うことで、入力電圧が定着温度に対応する所定の基準入力電圧よりも低い場合でも定着不良を発生させないようにすることができる。従って、本実施例２の画像形成装置においても、実施例１の画像形成装置と同様、印刷速度の低下を最小限に抑えつつ、定着性を満たすことが可能になる。
【００４７】
本実施例２の画像形成装置では、ヒータの入力電圧に基づいて画像処理モードを変更する構成を採用したが、入力電圧に基づいて実施例１のように濃度設定を変更する構成を採用してもよい。この場合、制御部３１は、入力電圧に基づいてトナー画像の記録材の単位面積あたりのトナー載り量を下げるように画像形成部Ａの現像バイアス電源３２を制御する。また入力電圧に基づいて本実施例２の画像処理モードを変更する構成を採用してもよい。この場合、制御部３１は、入力電圧に基づいてトナー画像の記録材の単位面積あたりのトナー載り量を下げるようにレーザースキャナ３を制御する。また入力電圧の代わりに電流計などの電流検知部材（電力検知手段）で検知したヒータの入力電流に基づいて画像処理モードを変更する構成を採用してもよい。またこの入力電流に基づいて実施例１に記載の濃度設定を変更する構成を採用してもよい。またこの入力電流に基づいて本実施例２に記載の画像処理モードを変更する構成を採用してもよい。本実施例２の画像形成装置においても、仮にハーフトーン画像の画質などを重視する場合には、ユーザーが濃度設定の変更の有無を、プリンタドライバやプリンタのコントロールパネルで、任意に設定できるようにしてもよい。また、画像処理モードの更新タイミングは記録材の後端で行うようにしてもよい。つまり、トップセンサ９で記録材Ｐの搬送方向の後端を検知したときのタイミングで画像処理モードの変更を行うようにしてもよい。
【００４８】
[実施例３]
画像形成装置の他の例を説明する。本実施例３の画像形成装置全体の構成は定着装置を除き実施例１の画像形成装置と同じ構成であるため再度の説明を省略する。本実施例３に示す画像形成装置は、高耐久性能を要求されるレーザープリンタであり、定着装置として熱ローラ方式の定着装置を搭載している。また本実施例３の画像形成装置は、３０枚／分の印刷速度でプリント可能である。熱ローラ方式の定着装置は、加熱用回転体としてハロゲンヒータにより加熱される定着ローラを用いている。このため、熱ローラ方式の定着装置は、実施例１及び実施例２のフィルム加熱方式の定着装置とは異なり、加熱用回転体の熱容量が大きい。従って、ハロゲンヒータに入力される入力電圧が不足した場合、実施例１及び実施例２の定着装置に比べ不足する熱量が大きくなってしまい、画像のトナー載り量を下げるだけでは十分に定着性を満足することが困難であるという問題点があった。この問題を解決すべく、本実施例３の画像形成装置は、後述するように定着装置Ｃのハロゲンランプの目標温度と定着ローラの外周面（表面）の温度の差分に応じて、トナー載り量を下げ、かつスループットを下げる制御とした。
【００４９】
定着装置の構成：図６の（ａ）は熱ローラ方式の定着装置の横断面模式図である。この定着装置Ｃにおいて、定着ローラ６０は、中空芯金状の素管６４と、素管６４の外周を覆う弾性層６２と、弾性層６２の外周を覆う離型層６１と、を有している。素管６４は、アルミニウムや鉄等の金属材料からなる。本実施例３では、素管６４はアルミニウムで形成され、その厚さは２．５±０．１ｍｍである。弾性層６２はシリコーンゴム等で形成され、その厚さは２５０±５０μｍである。離型層６２はＰＦＡのチューブからなり、その厚さは５０±１０ｕｍである。定着ローラ６０の外径は３５ｍｍである。定着ローラ６０の素管６４の内部には加熱体としてのハロゲンランプ（以下、ランプと記す）６５が配置されている。定着ローラ６０の外周面（表面）には温度検知部材としてのサーミスタ６６が当接されており、このサーミスタ６６で定着ローラ６０表面の温度を検知する。加圧用回転体（バックアップ部材）としての加圧ローラ７０は、芯金７３と、芯金７３の外周を覆う弾性層７２と、弾性層７２の外周を覆う離型層７１と、を有している。芯金７３は所定の金属材料からなる。弾性層７２は、シリコーンゴム、あるいはシリコーンゴムを発泡することで得られるスポンジ弾性層で形成されている。離型層７１はフッ素樹脂等の材料からなる。加圧ローラ７０は、定着ローラ６０の下方で定着ローラ６０と平行に配置されている。そしてこの加圧ローラ７０を定着ローラ６０側に所定の加圧機構（不図示）により加圧するとともに、定着ローラ６０を加圧ローラ７０側に所定の加圧機構（不図示）により加圧している。加圧ローラ７０と定着ローラ６０の加圧力の総圧は約５３４Ｎ（６０ｋｇｆ）である。これにより加圧ローラ７０の外周面（表面）を定着ローラ６０の外周面（表面）に加圧状態に接触させそれぞれのローラの弾性層７１、６２を弾性変形させている。これにより定着ローラ６０表面と加圧ローラ７０表面との間に所定幅の定着ニップ部（ニップ部）Ｎを形成している。
【００５０】
定着装置の加熱定着動作：本実施例３の定着装置Ｃは、回転駆動部２８に設けられているＣＰＵ２８２がプリント信号に応じて定着駆動モータ２８１を回転駆動する。定着駆動モータ２８１の回転駆動により加圧ローラ７０の芯金７３の長手方向一端部に設けられている駆動ギア（不図示）が回転され、これにより加圧ローラ７０は矢印方向へ所定の周速度（プロセススピード）で回転する。この加圧ローラ７０の回転は、定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ７０表面と定着ローラ６０表面との摩擦力によって、定着ローラ６０表面に伝わる。これにより定着ローラ６０は加圧ローラ２６の回転に追従して回転する。また、通電制御部２７に設けられているＣＰＵ２８２がプリント信号に応じてトライアック２７２をＯＮする。トライアック２７２がＯＮすることによりランプ６５に通電される。これによりランプ６５が点灯して発熱しランプ６５は急速に昇温する。ランプ６５の熱は回転している定着ローラ６０に伝わり、その熱によって定着ローラ６０は加熱される。サーミスタ６６は定着ローラ６０の表面温度を検知し信号を出力する。ＣＰＵ２８２はサーミスタ６６からの出力信号を取り込み、この出力信号に基づいてランプ６５が所定の定着温度を維持するようにトライアック２７２を制御してランプ６５の温調を行う。加圧ローラ７０と定着ローラ６０が回転し、ランプ６５を温調している状態において未定着のトナー画像ｔを担持する記録材Ｐがトナー画像担持面を上側にして定着ニップ部Ｎに通紙される。記録材Ｐは定着ニップ部Ｎで定着ローラ６０表面と加圧ローラ７０表面とにより挟持搬送される。そしてこの搬送過程においてトナー画像ｔが定着ローラ６０の熱と定着ニップ部Ｎの圧力を受けることによってトナー画像ｔは記録材Ｐ上に加熱定着される。
【００５１】
濃度設定とスループットと定着温度の関係の説明：本実施例３の画像形成装置において、濃度設定とスループットと定着温度には密接な関係がある。表７に、濃度設定Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３とスループット３０枚／分、２５枚／分、２２枚／分での定着温度を示す。図７の（ａ）に、本実施例３の画像形成装置において、スループットがそれぞれ３０枚／分、２５枚／分、２２枚／分の場合の、Ｍ／Ｓと定着温度の関係を示す。表７に示す濃度設定Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、実施例１の画像形成装置の場合と同一である。即ち、濃度設定Ｄ２と濃度設定Ｄ３は初期設定の濃度設定Ｄ１に比べトナー載り量を低くして濃度設定を下げた設定にしてある。スループットについては、プロセススピードは一定であるが給紙のタイミングを遅くすることで、１分間の通紙枚数がそれぞれ３０枚、２５枚、２２枚になるように調整している。
【００５２】
表７に示すように、上述した濃度設定Ｄ１でスループットを３０枚／分にした場合は、定着ローラ６０表面温度が１７７℃以上でトナー画像は記録材上に定着可能になる。これに対し、濃度設定Ｄ２でスループットを３０枚／分にした場合は、定着ローラ６０表面温度が１７５℃以上でトナー画像は記録材上に定着可能になる。また濃度設定Ｄ３でスループットを３０枚／分にした場合は、定着ローラ６０表面温度が１７２℃以上でトナー画像は記録材上に定着可能になる。スループットを２５枚／分にした場合は、濃度設定Ｄ１と濃度設定Ｄ２と濃度設定Ｄ３の定着温度はそれぞれ１７３℃、１７０℃、１６７℃となる。スループットを２２枚／分にした場合は、濃度設定Ｄ１と濃度設定Ｄ２と濃度設定Ｄ３の定着温度はそれぞれ１７０℃、１６８℃、１６５℃となる。
【００５３】
【表７】
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【００５４】
入力電圧の低下に伴うヒータ裏面温度の低下の説明：本実施例３の画像形成装置は、定着装置６のランプ６５の入力電圧の低下に伴って定着ローラ６０の表面温度が低下するという現象が発生する。ここで、ランプ６５の入力電圧が低下した場合に発生するトナー画像の定着不良ついて説明する。図７の（ｂ）に、定着装置の定着ニップ部に記録材を通紙させている通紙中におけるヒータの入力電圧と定着ローラ表面の温度の関係を示す。図７の（ｂ）に示すように、入力電圧が９８Ｖ以上であれば定着ローラ６０の表面温度が定着温度１７７℃に達するのに対し、入力電圧が９０Ｖの場合は定着ローラ６０の表面温度が１７２℃までしか達しない。また、入力電圧が８５Ｖの場合にはヒータ裏面の温度が１６７℃までしか達しない。入力電圧が９８Ｖ未満で、かつ濃度設定が初期設定のＤ１である場合、定着ローラ６０の表面温度は定着温度１７７℃に達していないため、定着不良が発生するという問題があった。
【００５５】
濃度設定・スループットの変更制御の説明：この問題を解決するため、本実施例３の画像形成装置では、表８に示すテーブルを用いて濃度設定とスループットを変更する制御とした。図６の（ｂ）に、本実施例３の画像形成装置の濃度設定・スループット設定の変更制御に係るハード構成ブロック図を示す。図６の（ｂ）において、制御部３１は、定着ローラ表面温度と目標温度との差分を求め、表８に示すテーブルに従って濃度設定とスループットを変更する制御を行う。即ち、制御部３１は、電圧計３３で検知したハロゲンランプ６５の入力電圧が目標温度に対応する所定の基準入力電圧（９８Ｖ）よりも低い場合に、サーミスタ６６で検知した定着ローラ６０の表面温度を取り込み、定着ローラ表面温度と目標温度との差分を求める。そしてこの差分と対応する濃度設定とスループットを表８より求め、その濃度設定と対応する現像バイアスを現像ローラに印加するように現像バイアス電源３２を制御するとともに、そのスループットで記録材を給紙するように給送モータ３６の駆動を制御する。つまり、制御部は、サーミスタで検知した定着ローラ温度（加熱回転体温度）と記録材にトナー画像を加熱定着するため定着温度よりも高い目標温度との差分に応じて、現像バイアス電源と給送モータを制御する。即ちトナー画像の記録材の単位面積あたりのトナー量を下げるように現像バイアス電源を制御するとともに、記録材の送り出し間隔を広げるように給送モータを制御する。本実施例３においても、実施例１と同様、印刷画像のバランスを保つため、濃度設定とスループットを変更するときの変更タイミングは記録材Ｐの先端で行うものとする。つまり、トップセンサ９で記録材Ｐの搬送方向の先端を検知したときのタイミングで濃度設定とスループットの変更を行うようにしている。本実施例３の画像形成装置における濃度設定の変更制御においても、実施例１の画像形成装置と同様、濃度設定Ｄ２と濃度設定Ｄ３は初期設定の濃度設定Ｄ１に比べトナー載り量を低くして濃度設定を下げた設定にしてある。そのため、定着ローラ６０の表面温度が目標温度を下回った場合でも、定着性を満足させ、多くのユーザーに対し良好な画像を提供することができる。
【００５６】
【表８】
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【００５７】
本実施例と従来例の画像形成装置の比較結果：表８に示すテーブルに従って濃度設定とスループットの変更制御を行った場合の効果を検証すべく、本実施例３の画像形成装置と従来例３の画像形成装置を用いてプリントを行った場合の定着レベルについて検討した。表９に、電源電圧（以下、入力電圧とも記す）が８５Ｖ、９０Ｖ、１００Ｖの各電源電圧で本実施例３の画像形成装置と従来例３の画像形成装置でプリントを行った場合の定着性を比較した結果を示す。従来例３の画像形成装置は、定着ローラ表面温度と目標温度との差分の大小に係らず表７に示す初期設定の濃度設定Ｄ１を維持するように構成した点を除いて、本実施例３の画像形成装置と同じ構成としてある。表９に示す定着レベルにおいて、○は定着不良がなく画像が良好である、×は定着不良が発生し実用上問題がある、ことを示す。本検証で用いた画像形成装置は、搬送スピード１２０ｍｍ／Ｓｅｃ、定着ローラ６０の加圧ローラ７０への加圧力は約５８８Ｎ（６０ｋｇｆ）、ニップ幅は８ｍｍである。試験環境は室温２３℃湿度５０％で、記録材ＰにはＸＥＲＯＸ４２００（普通紙、レターサイズ、坪量７５ｇ／ｍ２）を用いた。また、定着ローラ６０は定着ローラ６０の表面温度が１８０℃になるように一定に温調した。以上のような条件でプリントを行った場合、表９に示す結果となった。
【００５８】
【表９】
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【００５９】
表９に示すように、従来例３では、電源電圧（入力電圧）が１００Ｖの場合、定着ローラ表面温度が１８０℃になるため定着性を満たす。しかし一方で、電源電圧（入力電圧）が９０Ｖ、８５Ｖの場合、定着ローラ６０の表面温度がそれぞれ１７２℃、１６７℃までしか達しない。電源電圧が９０Ｖ、８５Ｖの場合、濃度設定Ｄ１でスループットが３０枚／分の画像を定着させるために必要な定着ローラ表面温度である１７７℃（表７参照）を下回ってしまうため、定着不良が発生してしまう。これに対して、本実施例３の濃度設定・スループットの変更制御を行った場合、この問題は解決する。電源電圧（入力電圧）が９０Ｖの場合、定着ローラ表面温度は１７２℃になり、目標温度との差分は８℃となる。これは、表８のモードｄに相当するため濃度設定はＤ２、スループットは２５枚／分となる。表７に示される濃度設定Ｄ２、スループット２５枚／分の画像を定着させるために必要な定着ローラ表面温度は１７０℃であるため、定着性を満たす。また、電源電圧（入力電圧）が８５Ｖの場合、定着ローラ表面温度は１６７℃になり、目標温度との差分は１３℃となる。これは、表８のモードｆに相当するため、濃度設定はＤ３、スループットは２２枚／分となる。表７に示される濃度設定Ｄ３、スループット２２枚／分の画像を定着させるために必要な定着ローラ表面温度は１６７℃であるため、この場合でも定着性を満たす。
【００６０】
本実施例３の画像形成装置は、定着ローラ表面温度と目標温度との差分に基づいて濃度設定とスループットを変更する制御を行うことで、入力電圧が目標温度に対応する所定の基準入力電圧よりも低い場合でも定着不良を発生させないようにすることができる。従って、本実施例３の画像形成装置においても、印刷速度の低下を最小限に抑えつつ、定着性を満たすことが可能になる。
【００６１】
本実施例３の画像形成装置では、定着ローラ表面温度と目標温度との差分に基づいて濃度設定とスループットを変更する構成を採用したが、ランプの入力電圧に基づいて濃度設定とスループットを変更する構成を採用してもよい。また入力電圧の代わりに電流計などの電流検知部材（電力検知手段）で検知したランプの入力電流に基づいて濃度設定とスループットを変更する構成を採用してもよい。またこの入力電流に基づいて本実施例３の濃度設定とスループットを変更する構成を採用してもよい。本実施例３の画像形成装置においても、仮にハーフトーン画像の画質などを重視する場合には、ユーザーが濃度設定とスループットの変更の有無を、プリンタドライバやプリンタのコントロールパネルで、任意に設定できるようにしてもよい。また、濃度設定とスループットの更新タイミングは記録材Ｐの後端で行うようにしてもよい。つまり、トップセンサ９で記録材Ｐの搬送方向の後端を検知したときのタイミングで濃度設定とスループットの変更を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
２０：セラミックスヒータ、２４：サーミスタ、２５：定着スリーブ、２６：加圧ローラ、３１：制御部、３３：電圧計、６５：ハロゲンヒータ、６６：サーミスタ、７０：加圧ローラ、Ａ：画像形成部、Ｃ：定着装置、Ｎ：ニップ部、Ｐ：記録材、ｔ：トナー画像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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