(57)【要約】 【課題】  定着器へ順次導入される記録材の時間間隔が延長された場合に、定着フィルムの温度が大きく変動してしまうのを抑制する。【解決手段】  そのため、時間間隔が所定時間よりも長い時間に延長される場合、その時間間隔と延長が繰り返される回数に応じて温調温度を低く設定する。これにより、定着フィルムの表面温度が大きく変動してしまうのを抑制することができる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に形成されたトナー像を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段に順次導入される記録材の時間間隔に応じて前記加熱手段の目標温度を制御する制御部と、を有し、
前記加熱手段に導入される記録材の時間間隔が所定時間よりも長い時間に延長される場合、前記制御部はその時間間隔と延長される回数に応じて前記加熱手段の目標温度を調整することを特徴とする画像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置において、電子写真プロセスや静電記録プロセス等の画像形成手段によって、記録材上に形成担持させたトナー画像を記録材面に加熱定着させる定着装置として、無端状のフィルムを用いた、フィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。
【０００３】
フィルム加熱方式の定着装置には、例えば加熱部材としてセラミックヒータを用い、その対向側に加圧部材としての加圧ローラを配置し、伝熱部材としての可撓性を有する薄肉の定着フィルムを狭持して定着ニップ部を形成する構成がある。未定着トナー画像を形成担持させた記録材は、定着フィルムと加圧ローラとの間に導入され、定着フィルムと一緒に挟持搬送される。その際、定着フィルムを介して伝熱されたセラミックヒータの熱と、定着ニップ部の加圧力で未定着トナー画像を記録材面に定着させている。
【０００４】
このようにフィルム加熱方式の定着装置は、薄肉で熱容量が小さく、かつ熱応答性が良いため、加熱部材の熱応答を効率良く定着ニップ部内に反映することができる。それにより、電力投入から短時間で定着温度に到達することができ、画像形成装置の省電力化に大きく寄与している。
【０００５】
ところで、記録材の後端が定着ニップ部を通過してから次の記録材の先端が通過するまでの時間（以後、紙間時間と呼ぶ）は定着ニップ部から熱を奪うものが無い。そのため、熱容量の小さいフィルム加熱方式の定着装置では、紙間時間が所定の時間以上になるとフィルム表面温度が所望の温度よりオーバーシュートしてしまう。すると、後続の記録材上のトナーには、過剰な熱量が加えられることになるので、印刷画像の品質が低下してしまうという問題が生じる。
【０００６】
紙間時間が所定の時間より広がる例としては、以下が挙げられる。継続的に紙間時間が広がる例としては、フィルム加熱方式の定着装置において、幅の小さい記録材を連続通紙すると記録材の通紙域以外の領域（以後、非通紙部領域と呼ぶ）で表面温度が過度に昇温するため、非通紙部領域が所定の温度以上を検知すると、長手温度の分布の均一化を図るために紙間時間を通常より広げて通紙を継続する。他にも、給紙口と排紙口の組み合わせによっては、搬送パスの影響で紙間を通常より広げて通紙する場合がある。
【０００７】
このような問題の対策として、特許文献１には、紙間時間を計測する手段を設け、所定の紙間時間より長い紙間時間を検知すると、定着手段の温度を印刷時の温度よりも低い温度に調整する方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2005-326595号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、紙間時間延長による蓄熱の効果は、所定の紙間時間からの延長時間だけではなく、紙間時間延長が繰り返された回数にも依存するため、特許文献１の方式では紙間時間延長が連続して起こる場合にはフィルム表面温度のオーバーシュートとアンダーシュートの防止の両立は困難である。すなわち、紙間時間延長が連続して起きてもフィルム表面温度のオーバーシュートが無いように温調温度を低く変更すると温調温度を低く変更した直後のフィルム表面温度は所望の温度よりアンダーシュートしてしまい定着性が保証出来ない。一方で、紙間時間延長を検知した直後の記録材の定着性を保証するために温調温度の下げ幅を小さく設定すると、連続して紙間時間延長が起こった場合にフィルム表面温度がオーバーシュートしてしまい印刷画像の品質が低下してしまう。
【００１０】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、紙間時間が長くなった場合においても、定着フィルムの表面温度を一定に保つことが出来る定着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】
【００１１】
記録材に形成されたトナー像を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段に順次導入される記録材の時間間隔に応じて前記加熱手段の目標温度を制御する制御部と、を有し、
前記加熱手段に導入される記録材の時間間隔が所定時間よりも長くなる場合、前記制御部はその時間間隔と連続回数に応じて前記加熱手段の目標温度を調整することを特徴とする画像加熱装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加熱手段に順次導入される記録材の時間間隔が所定時間よりも長くなる回数が連続して繰り返された場合においても、加熱手段の温度変動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る定着装置の断面図
【図２】本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略図
【図３】本発明の実施例１に係る定着装置の側面図
【図４】本発明の実施例１に係る定着装置のフランジ部における断面図
【図５】本発明の実施例１に係る紙間時間計測手段の動作説明図
【図６】本発明の実施例１に係る定着装置の機能ブロック図
【図７】本発明の実施例１に係る定着温調制御のフローチャート
【図８】本発明の実施例１に係る定着温調制御のフローチャート
【図９】（a）本発明の実施例１の効果確認時の温調設定一覧（b）本発明の実施例１の効果確認時の温度推移比較図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１５】
＜画像形成装置について＞
まず、カラー電子写真プリンタについて図２を用いて説明する。図２は本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、シートの搬送方向に直交した断面を示している。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。
【００１６】
図２に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成される。潜像は、現像器１５によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。
【００１７】
一方、記録材Ｐは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、記録材Ｐを一旦受け止めて斜行を補正する。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、記録材を中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である、例えば二次転写ローラ３５によって記録材Ｐに転写される。その後、記録材Ｐのトナー像は、記録材Ｐが定着装置４０によって、加熱加圧されることで記録材Ｐに定着される。
【００１８】
記録材Ｐの片面にトナー像を形成する場合、条件に応じて切り換えフラッパ６１で搬送経路を切り替える。フェイスアップ（トナー像が上側）で排出する場合は、排紙ローラ６３を介し画像形成装置１の側面に配置されている排紙トレイ６４に排出する。フェイスダウン（トナー像が下側）で排出する場合は、画像形成装置１の上面に配置されている排紙トレイ６４に排出する。
【００１９】
記録材Ｐの両面にトナー像を形成する場合、定着装置４０によってトナー像を定着された記録材Ｐは、フラッパ６１によって上方へ案内され、後端が反転ポイントRに達したとき、搬送路７３によってスイッチバック搬送されて表裏反転される。その後、記録材Ｐは、両面搬送路７０を搬送され、片面画像形成と同様の過程を経て他方の面にトナー像を形成されて、排紙トレイ６４または排紙トレイ６５上に排出される。なお、フラッパ６１、スイッチバック搬送路７３等で構成される部分は、反転手段の一例である。
【００２０】
＜定着装置について＞
次に定着装置４０について図１および図３を用いて説明する。図１は定着装置の断面図であり、図３は定着装置の側面図である。
【００２１】
本実施例１における定着装置４０は、フィルム加熱方式の定着装置の一例である。定着装置４０は、加圧部材としての加圧ローラ１０６と、加圧ローラ１０６に対向して配置された、加熱部材としてセラミックヒータ１００を含む、定着部材４１を有する。また、定着部材４１は、円筒状の定着フィルム１０１と、定着フィルム１０１を挟んで前記加圧ローラ１０６との間にニップ部Ｎを形成するガイド部材１０３を有する。また、定着フィルムの軌道を規制する定着フランジ１０４と、ガイド部材１０３の強度を確保する、定着フィルム１０１内面側に配置されたステー１０２を有する。以下、それぞれの部材について詳細に説明する。
【００２２】
まず、定着部材４１を構成する部品について説明する。定着フィルム１０１は、記録材Ｐに熱を伝達する円筒状の耐熱性の定着フィルムであり、ガイド部材１０３にルーズに外嵌させてある。定着フィルム１０１は、１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のある基材上に必要に応じて弾性層や離型層を設けている。例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の樹脂を主体とした材料に熱伝導フィラーを配合した基材上に、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の離型層をコーティングした複合層フィルムが用いられる。
【００２３】
また、基材として５０μｍ以下２０μｍ以上のＳＵＳ等の薄層金属フィルムを用いてもよい。また、ムラの少ないカラー画像を得るために基材と離型層の間に、熱伝導フィラーを添加したシリコーンゴムなどからなる弾性層を設けてもよい。
【００２４】
ガイド部材１０３は定着フィルム１０１の内側に設けられている耐熱性・断熱性のある材質で構成される。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＬＣＰ樹脂等の絶縁性及び耐熱性の良い材料が用いられている。ガイド部材１０３は、加圧ローラ１０６と圧接することで形成されるニップ部Ｎの加圧を補助すると共に、定着フィルム１０１の回転を安定させるガイドとしての機能を有する。
【００２５】
セラミックヒータ１００は、発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する低熱容量の加熱部材である。例えば、細長薄板状のセラミック基板に対し、通電発熱抵抗体層を具備したものである。また、ヒータ１００はガイド部材１０３の下面に長手に沿って設けられた嵌め込み溝に嵌め込まれて支持されている。
【００２６】
ステー１０２は、比較的柔軟な樹脂製のガイド部材１０３の裏面に押し当てることでガイド部材１０３に長手強度を持たせ、かつガイド部材１０３を矯正させるための部材である。
【００２７】
定着フィルム端部規制部材としての定着フランジ１０４は、ステー１０２の両端にはめ込まれ、定着フィルム１０１の周方向の軌道を規制すると共に、定着フィルム１０１の長手方向位置を規制するスラスト止めを兼ねた側壁部を有する。また、定着フランジ１０４は側板１０８に勘合保持され、定着部材４１の位置を保証している。
【００２８】
分離ガイド１２２は、ニップ部Nより搬送方向下流側の定着フィルム１０１に近接した位置に設置されている。分離ガイド１２２先端位置は、定着フィルム１０１の回転駆動時にも定着フィルム１０１と接触しないようにギャップを設けている。
【００２９】
次に、加圧部材である加圧ローラ１０６について説明する。加圧ローラ１０６は、芯金１０７と、芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層とで構成されており、表層に離型層を設けている。例えば、離型層はフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。芯金の両端部にＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂よりなる不図示の軸受部材を装着し、側板１０８に回転可能に保持させて配設している。また、加圧ローラ１０６は、長手方向端部に取り付けられたギア１０９を介して、制御部４５に制御されたモータMにより回転駆動する。その際、定着フィルム１０１は加圧ローラ１０６に対し従動回転する。
【００３０】
また、定着フィルム１０１とセラミックヒータ１００やガイド部材１０３間の摩擦力を低減し、定着フィルム１０１を円滑に回転させるために、定着フィルム１０１の内周面やセラミックヒータ１００やガイド部材１０３の表面に、不図示の潤滑剤を塗布してもよい。潤滑剤としては、耐熱性のあるオイルやグリースが望ましく、シリコーンオイル、PFPE（パーフルオロポリエーテル）、フッ素グリースなどが用いられる。
【００３１】
＜紙間時間計測と紙間延長時間の計算について＞
次に、紙間時間の計測について図４、図５および図６を用いて説明する。図４は、定着装置のフランジ１０４の側壁部における断面図である。図５は、紙間時間計測センサの動作説明図（定着入口センサ２０１の拡大図）である。図６は、定着装置の機能ブロック図である。
【００３２】
定着装置の搬送方向上流の通紙域中央部に、定着入口センサ２０１を配置し、記録材の有無を検知している。記録材の有無の検知方法（定着入口センサ２０１の拡大図）を図５に示す。センサ部に記録材が有る場合は、センサレバー２０３が記録材により矢印Ｄの方向に押される。駆動伝達軸２０４により連動する非通紙域に設置したレバー２０５がセンサの間を遮光することによってセンサ２０６が切れるようになっている。センサのOFF→ON（記録材の後端が抜けるタイミング）を検知した時間を紙間時間計測部２０２に記憶させ、次にON→OFF（後続紙の先端が突入するタイミング）を検知した時間との差分から紙間時間を計算する。
【００３３】
本実施例では、搬送速度120mm/s、A4サイズの用紙を連続印刷する場合の生産性が30枚/minの場合を考えると、基準紙間時間は0.25sとなる。紙間時間計測部２０２は実測した紙間時間と基準紙間時間の差分を計算し、計算結果を制御部４５に送る。なお、記録材の紙間時間の算出には、画像形成部の作像開始のタイミングの間隔を利用してもよい。
【００３４】
＜定着温調制御について＞
次に、本実施例の特徴である定着温調制御について図６、図７を用いて説明する。図７は通紙中の定着の温調温度を決定するためのフローチャートである。
【００３５】
セラミックヒータ１００の定着フィルム１０１と摺動しない側の面に、温度検知手段としてサーミスタ１１０を配置している。
【００３６】
制御部４５は、紙間計算手段と定着温調制御手段を含み、定着装置の動作を制御する機能を有する。また、セラミックヒータ１００にはAC電源およびAC制御回路１１１が接続されており、制御部４５によりセラミックヒータ１００の発熱体が通電制御される。一方、加圧ローラ１０６に取り付けられたギア１０９はモータMに接続されており、制御部４５によりモータMは回転制御される。
【００３７】
以下に、定着動作を説明する。定着動作開始の指示を制御部４５が受け付けると、制御部４５はAC制御回路１１１を作動させてセラミックヒータ１００に給電を開始する。サーミスタ１１０の検知温度が所定の目標温度T0（本実施例では、２００℃）に達するまで、セラミックヒータ１００に給電しつづける。
【００３８】
一方で、制御部４５はサーミスタ１１０の検知温度が目標温度より低いモータ駆動開始温度Tm（本実施例では、８０℃）に到達した時点でモータMを駆動させる。モータMの駆動により加圧ローラ１０６が回転駆動され、それに伴って定着フィルム１０１が従動回転する。サーミスタ１１０の検知温度が目標温度T0に達した時点で給紙動作を行い、定着ニップ部Ｎに未定着トナー像を担持した記録材Ｐが入り口ガイド（不図示）に沿って案内されて導入される。定着動作中は、サーミスタ１１０の検知温度が制御部４５により決定された目標温度近傍で安定するように、AC制御回路１１１から定着フィルム１０１へ供給する電力をサーミスタ１１０の検知温度に応じて制御する。定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐのトナー像担持面側が定着フィルム１０１の外面に密着し、記録材Ｐが定着フィルム１０１と共に移動する。定着ニップ部Ｎでの挟持搬送過程において、セラミックヒータ１００で発生した熱が記録材Ｐに付与され、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム１０１から曲率分離され、定着排紙ローラ（不図示）で排出される。
【００３９】
１枚目の記録材後端が定着ニップから排出されると、ジョブ入力部１２０に入力された枚数から後続紙の有無を判定する。（ステップＳ５０１）記録材後端が定着ニップから排出されるタイミングは、定着入口センサ２０１がOFF→ONになったタイミング、定着入口センサから定着ニップまでの距離、搬送速度から算出される。
【００４０】
後続紙が無い場合は、速やかにプリント動作を終了し、セラミックヒータ１００への通電を停止してモータMを停止させる（ステップＳ５０２）。
【００４１】
後続紙が有る場合は、紙間時間計測部２０２で紙間時間を計算し、基準紙間時間t0（本実施例では0.25s）からの延長時間を計算する（ステップＳ５０３）。
【００４２】
制御部に記憶されている図８のテーブルから、基準紙間時間t0からの延長時間に応じて温調温度のオフセット量ΔTと積算オフセット量の上限値ΔTlimitを算出する。（ステップＳ５０４）温調温度のオフセット量ΔTは、先行紙からの温調温度の下げ幅を意味する。積算オフセット量の上限値ΔTlimitは、紙間延長が連続して起こった場合でも、あるところで紙間延長による蓄熱効果が飽和するため、初期の目標温度からの下げ幅の上限を表している。図８に示すように、基準紙間時間からの延長時間が長くなるほど紙間時間でのオーバーシュートの影響が大きくなるので、延長時間が長くなるほど温調温度のオフセット量ΔTと積算オフセット量の上限値ΔTlimitは大きくなっている。
【００４３】
次に、積算オフセット量の上限値ΔTlimitと現在の総オフセット量（=T0-Told）を比較する。Toldは先行紙の温調温度を表している（ステップＳ５０５）。
【００４４】
積算オフセット量の上限値ΔTlimitが現在の総オフセット量より大きい場合は、以下の式により目標を再設定する（ステップＳ５０６）。
Tnow=MAX(Told-ΔT,T0-ΔTlimit)
すなわち、紙間時間が基準紙間時間より長い場合には、図８から算出されるオフセット量ΔTを先行紙の温調温度から減算するが、減算した場合においてもオフセット量の積算値が積算オフセット量の上限値ΔTlimitを超えないように設定する。
【００４５】
積算オフセット量の上限値ΔTlimitが現在の総オフセット量と等しい場合は、目標温度のオフセットは行わず、先行紙の温調設定を用いる（ステップＳ５０７）。
【００４６】
紙後端がニップOFFするたびに、上記の後続紙の温調温度の計算と変更を行う。以上が、定着温調制御の一連の流れである。
【００４７】
本実施例の効果を示すために、A4サイズの普通紙を通常紙間時間より2s長い15PPMで15枚通紙する動作を図９（a）に示す３種類の温調設定で行い、その際の通紙時のフィルム表面温度の温度推移と出力された画像の比較を行った。温調(i)は１枚目の温調温度を200℃、2枚目以降を191℃の設定で通紙した。温調(ii)は１枚目の温調温度を200℃、2枚目以降を198.5℃の設定で通紙した。温調(iii)は１枚目の温調温度を200℃、2枚目以降を本実施例と同様に1.5℃ずつ下げ、6枚以降は191℃の設定で通紙した。
【００４８】
図９（b）に３種類の温調設定それぞれのフィルム表面温度の推移を示す。温調(i)は最終的には狙いのフィルム表面温度で推移しているものの、温調温度を落とした２枚目で大きく温度低下し、定着性が低下している。温調(ii)は最初の数枚は良いが、6枚目以降はフィルム表面温度が狙いより常に高い状態で推移し、画像品質の低下を招いている。本実施例の温調(iii)は常に狙いのフィルム表面温度で推移し、定着性の低下もホットオフセットなどの画像品質低下も見られなかった。
【００４９】
以上に説明したように、本発明によれば、所定の紙間時間より長い紙間時間を検知すると、紙間時間の延長時間と紙間時間延長の繰り返された回数に応じて温調温度を低く設定する。これにより、紙間時間の延長が連続して繰り返された場合においても定着フィルムの表面温度を一定に保つことが可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１．  画像形成装置
１０．画像形成部
１１．感光ドラム
１２．帯電器
１３．レーザスキャナ
１４．現像器
１５．クリーナ
１７．一次転写ブレード
２０ａ．１段目給紙カセット
２０ｂ．２段目給紙カセット
２３．レジストローラ対
２５．マルチ給紙トレイ
２６．駆動手段
２７．中間転写ベルト
３５．二次転写ローラ
４０．定着装置
４１．定着部材
４５．制御部
１００．セラミックヒータ
１０１．定着フィルム
１０２．ステー
１０３．ガイド部材
１０４． 定着フランジ
１０６．加圧ローラ
１０７．芯金
１０８．側板
１０９．ギア
１１０．サーミスタ
１１１．AC制御回路
１２２．分離ガイド
２０１．定着入口センサ
【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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【図８】
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【図９】
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