(57)【要約】【課題】定着部材の温度バラツキをなくし、定着品質を安定的に維持することのできる定着装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】定着部材３１の回転方向における発熱手段３３の上流側で定着部材３１の温度を検出する温度検出手段３８と、該温度検出手段３８の検出結果に基づいて発熱手段３３への投入電力を算定する電力算定手段（図示せず）とを有し、前記温度検出手段３８により定着部材３１の移動方向における温度履歴を検出し、該検出された温度履歴を消去するように発熱手段３３へ投入する電力を電力算定手段で算定して定着部材履歴補正電力とし、該補正電力を前記発熱手段３３へ投入する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する発熱体を有する発熱手段と、該発熱手段との接触により加熱される被加熱部材である定着部材と、該定着部材に圧接されてニップ部を形成する加圧部材とを備え、前記ニップ部に未定着トナー画像を担持する記録材を通過させて未定着トナー画像を記録材に定着する定着装置において、
前記定着部材の移動方向における前記発熱手段の上流側で前記定着部材の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて前記発熱手段への投入電力を算定する電力算定手段とを有し、
前記温度検出手段により前記定着部材の移動方向における温度履歴を検出し、該検出された温度履歴を消去するように前記発熱手段へ投入する電力を前記電力算定手段で算定して定着部材履歴補正電力とし、該補正電力を前記発熱手段へ投入することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加圧部材の温度を検出する加圧部材温度検出手段を設け、該加圧部材温度検出手段により前記加圧部材の移動方向における温度履歴を検出し、該検出された温度履歴を消去するように前記発熱手段へ投入する電力を前記電力算定手段で算定して加圧部材履歴補正電力とし、該補正電力を前記発熱手段へ投入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】
前記定着部材がトナー画像に奪われる熱量を画像情報に基づいて算出し、該算出された熱量を補うように前記発熱手段へ投入する電力を前記電力算定手段で算定してトナー画像補正電力とし、該補正電力を前記発熱手段へ投入す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】
前記定着部材が用紙に奪われる熱量を用紙情報に基づいて算出し、該算出された熱量を補うように前記発熱手段へ投入する電力を前記電力算定手段で算定して用紙補正電力とし、該補正電力を前記発熱手段へ投入することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着部材を所定の目標温度に維持するために前記発熱手段へ投入する電力を温度維持電力とし、該温度維持電力に前記各補正電力を加算して前記発熱手段へ投入することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置を備え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、未定着画像を記録媒体上に定着させる定着装置および定着装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置においては、近年、省エネルギー化及び高速化の市場要求が強くなってきている。
上記画像形成装置では、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより形成したトナー画像（未定着トナー像）を、直接もしくは中間転写体を介して記録材シート・印刷紙・感光紙・静電記録紙などの記録媒体に転写し、このトナー像を担持した記録媒体を定着装置に通してトナー像を記録媒体上に定着している。
【０００３】
未定着トナー画像を定着させる定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。このような定着装置の一例として、ベルト方式の定着装置（例えば特許文献１）やセラミックヒータを用いたサーフ定着（フィルム定着）の定着装置（例えば特許文献２）が知られている。
【０００４】
ベルト方式の定着装置では、近年、さらなるウォームアップ時間（電源投入時など、常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）までに要する時間）やファーストプリント時間（印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間）の短縮化が望まれている。
【０００５】
そこで、セラミックヒータを用いたサーフ定着が提案されており、この方式により、ベルト方式の定着装置に比べ、低熱容量化，小型化が可能となり、立ち上がり時間を短縮でき，予熱電力を削減できる。
【０００６】
特許文献３には、立ち上がり時間を短縮し予熱電力を削減する目的で、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を備え、厚さ約１００μｍ程度の低熱容量フィルムによる急速立ち上げを実現する構成が開示されている。
【０００７】
また特許文献４には、加熱領域を分けて熱効率を高める目的で、サーマルヘッドを用いる構成が開示されている。
また特許文献５には、サーミスタの定着ベルト温度検知情報に基づいて電源を制御することが記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の定着装置では、記録媒体上の各領域の画像がそれぞれ異なっていても、同一の画像として各加熱領域の制御温度を決めていた。そのため加熱領域の制御温度は、最も定着エネルギを要する記録材上領域で十分な定着が可能なように決められる。このため、比較的定着エネルギを要しない記録材上領域では、記録材とトナーに過剰に熱量を与えており、無駄なエネルギを消費するという問題があった。
【０００９】
その対策として、画像に応じて各記録材上領域に適切な熱量を供給できる接触式の分割ヒータを用いることが提案されている。無端ベルトを分割ヒータで直接加熱する構成なので、省エネ性が高く、加熱待機時からのファーストプリントタイムを更に短縮することが可能となった。しかし、画像情報を取得して、その情報に基づいてヒータを点灯させてベルトを加熱するため、定着装置の使用状況によっては、画像部のベルト温度が十分に上がらない場合があったり、上がり過ぎる場合があって、温度ばらつきが発生するという問題があった。ベルト温度が所定温度に達しない場合は、定着不良が発生することもあった。
【００１０】
そこで本発明は、分割ヒータを用いた定着装置における上述の問題を解決し、定着部材の温度バラツキをなくし、定着品質を安定的に維持することのできる定着装置および画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題を解決するため、本発明は、通電により発熱する発熱体を有する発熱手段と、該発熱手段との接触により加熱される被加熱部材である定着部材と、該定着部材に圧接されてニップ部を形成する加圧部材とを備え、前記ニップ部に未定着トナー画像を担持する記録材を通過させて未定着トナー画像を記録材に定着する定着装置において、前記定着部材の移動方向における前記発熱手段の上流側で前記定着部材の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて前記発熱手段への投入電力を算定する電力算定手段とを有し、前記温度検出手段により前記定着部材の移動方向における温度履歴を検出し、該検出された温度履歴を消去するように前記発熱手段へ投入する電力を前記電力算定手段で算定して定着部材履歴補正電力とし、該補正電力を前記発熱手段へ投入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発熱手段の上流側に配置した温度検出手段により定着部材の移動方向における温度履歴（温度偏差）を検出し、その温度履歴を消去するのに必要な電力を電力算定手段で算定して発熱手段へ投入するので、定着部材に記録された温度履歴を消去することができる。そのため、定着部材の温度偏差をなくして、より精度良く定着部材温度を制御することができる。また、定着品質を安定的に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置の一例であるプリンタの概略を示す構成図である。
【図２】サーフ定着方式による定着装置の基本構成について説明する図である。
【図３】定着装置の実施形態を示す図である。
【図４】定着装置の第２実施例を示す構成図である。
【図５】用紙上に画像領域と非画像領域とが存在する画像形成パターンと、それに対応する予備加熱領域を示す模式図である。
【図６】用紙上に画像領域と非画像領域とが存在する画像形成パターンと、それに対応する予備加熱領域を示す模式図である。
【図７】定着ベルトの温度制御の様子を示すチャートである。
【図８】従来の定着制御における問題点を説明するための模式図である。
【図９】定着部材と加圧部材それぞれに温度センサを備える構成を示す図である。
【図１０】定着制御における供給電力算出について説明するフローチャートである。
【図１１】用紙の坪量に応じた「紙ＦＦ電力」の算出方法を説明するためのグラフである。
【図１２】用紙の平滑度に応じた「紙ＦＦ電力」の算出方法を説明するためのグラフである。
【図１３】「トナーＦＦ電力」の算出方法を説明するためのグラフである。
【図１４】「トナーＦＦ電力」の別の算出方法を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置の一例であるプリンタの概略を示す構成図である。このプリンタは、直接転写方式によるモノクロプリンタとして構成されたものであるが、画像形成装置としては図示例に限らず、中間転写方式や、フルカラーあるいは多色画像の形成が可能な構成であってもよい。
【００１５】
図１に示すプリンタは、像担持体である感光体ドラム８の周囲に、図に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、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。
【００１６】
感光体ドラム８を中心とする作像部の下方には、給紙手段４が配置されている。給紙手段４は、記録材としてのシート状用紙Ｓ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Ｓ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Ｓ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た後、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Ｓ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。
【００１７】
本プリンタにおける画像形成動作は、従来周知の電子写真方式によるものと同様に行われる。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感光体上に形成される。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。そして、感光体ドラム８上のトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｓ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。
【００１８】
トナー像を担持した用紙Ｓは定着装置３０へ向けて搬送され、定着装置３０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。
【００１９】
ここで、サーフ定着（フィルム定着）方式による定着装置の基本構成について図２を参照して説明する。
図２に示す定着装置１３０は、被加熱部材としての定着ベルト（定着フィルム）１３１と、加圧部材としての加圧ローラ１３２とを有しており、例えばセラミックヒータやサーマルヘッド等の発熱手段１３３により、定着ベルト１３１が内周側から直接加熱される。
【００２０】
定着ベルト１３１はニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（もしくはフィルム）とする。ベルトの表層はＰＦＡまたはＰＴＦＥ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。ベルトの基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００［μｍ］以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。定着ベルト１３１の内部にはニップ部を支持するための支持部材（ステー）１３５を発熱手段１３３に設け、加圧ローラ１３２により圧力を受けるニップ形成部材の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。
【００２１】
加圧ローラ１３２は芯金１３２ａ上に弾性ゴム層１３２ｂが積層され、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）１３２ｃが設けてある。加圧ローラ１３２は画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ１３２は図示しないスプリングなどにより定着ベルト１３１側に押し付けられており、弾性ゴム層が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を形成する。加圧ローラは中空のローラであっても良く、加圧ローラにハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。加圧ローラの弾性ゴム層はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。
【００２２】
定着ベルト１３１は加圧ローラ１３２により連れ回り回転する。図２の場合は加圧ローラ１３２が図示しない駆動源により回転し、ニップ部Ｎで定着ベルトに駆動力が伝達されることにより定着ベルト１３１が回転する。定着ベルト１３１はニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、ニップ部以外では長手方向両端部で図示しない保持部材（フランジ）にガイドされ、走行する。このような構成により、安価でウォームアップが速い定着装置を実現することができる。
【００２３】
図３は、本発明による定着装置の実施形態を示す図である。
図３に示す定着装置３０は、図２で説明した定着装置１３０と基本的な構成は同様である。発熱手段３３は、板状基体に抵抗発熱体を形成したサーマルヘッドやセラミックヒータなどである。その発熱手段３３を定着ベルト（定着フィルム）３１のループ内部に配置し、その熱でベルト（又はフィルム）の温度を上昇させることで、ニップ部を通過する未定着画像を担持した記録材（以下、用紙とも記す）を加熱して、未定着画像を用紙上に定着させる。
【００２４】
本実施形態における発熱手段３３は、長手方向（用紙搬送方向に直交する方向）に複数分割された加熱領域を有しており、各加熱領域は独立して加熱制御可能となっている。
定着ベルト３１は、外径が３０ｍｍで厚みが２０〜４０μｍのＳＵＳ製の基体と、この基体の表面に被覆された弾性層を有している。弾性層は、シリコンゴムで形成されており厚みは５０〜１００μｍ程度である。定着ベルト３１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５〜３０μｍの離型層が形成されている。また、定着ベルトの基体はポリイミドとしてもよい。
【００２５】
定着ベルト３１の内部には、支持部材３５があり、ニップ部にはニップ形成部材３６と加圧部材３７が設置され、図示しない外部部材と接続されて上記定着部材（定着ベルト３１）を支持している。
【００２６】
さらに、発熱手段３３と被加熱部材である定着ベルト３１の接触状態を良好に保つため、定着ベルト３１を挟んで発熱手段３３に圧接するように押圧部材３４を設置している。ローラ状の押圧部材３４は、外径がφ８ｍｍの鉄製の芯金３４ａと、この芯金の表面に被覆された弾性層３４ｂを有しており、ローラ外径がφ１５ｍｍないし３０ｍｍである。 弾性層３４ｂはシリコーンゴムで形成されており厚みは３．５ｍｍないし１１ｍｍである。 弾性層３４ｂの表面には、離型性を高めるために厚みが４０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成するのが望ましい。 
【００２７】
加圧部材である加圧ローラ３２の構成は、図２の加圧ローラ１３２と同様である。
なお、本実施形態では、発熱手段３３をニップ部以外の場所に配置しているが、板状加熱手段（発熱手段３３）は加圧部材に対する押圧部材として機能することができるため、発熱手段３３をニップ部に配置する構成（すなわち図２の定着装置）でもかまわない。また、図示はしないが、定着部材（ベルトやフィルム）を、定着部材の外部に配置した外部加熱手段で加熱する構成であっても良い。
【００２８】
図４は、定着装置の第２実施例を示す構成図である。本発明はこの図に示すような装置構成にも適用可能である。
図４の定着装置３０Ｂは、ローラ状のニップ形成部材３６と支持ローラ３９とに被加熱部材である定着ベルト（又はフィルム）３１を張架し、その定着ベルト３１に接触するようにセラミックヒータやサーマルヘッド等の面状（板状）の加熱手段である発熱手段３３を配置した構成となっている。本例では、発熱手段３３は、ニップ部の上流側に配置している。また、定着ベルト３１の回動方向において発熱手段３３の上流側に位置して、定着ベルト３１の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ３８が設けられている。
【００２９】
次に、画像情報に基づいた発熱手段（加熱手段）の発熱制御（加熱制御）について説明する。
図５及び図６は、用紙上に画像領域と非画像領域とが存在する画像形成パターンと、それに対応する予備加熱領域を示す模式図である。
【００３０】
図５は、用紙幅方向の全域（画像形成範囲の全域）にわたる画像領域と非画像領域が用紙搬送方向に並んだ場合を示している。図５（ａ）は、用紙Ｓ上に、そ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’が並んだ画像形成パターンである。また、図５（ｂ）は、用紙Ｓ上に、その搬送方向の先端側から順に画像領域ａと非画像領域ｂが並んだ画像形成パターンである。
【００３１】
図５（ａ），（ｂ）の画像形成パターンでは、画像領域は用紙幅方向の全域（画像形成範囲の全域）にわたっているため、発熱手段３３は長手方向の全域を発熱させる。なお、図５のような画像形成パターンの場合には、分割された加熱領域を有していない発熱手段であっても対応可能である。
【００３２】
さて、図５（ａ），（ｂ）の画像形成パターンにおいて、画像領域ａ及び画像領域ａ’には定着すべきトナー（未定着トナー像）が存在するので定着が必要であるが、非画像領域ｂでは定着対象のトナーが存在しないので定着の必要はない。
【００３３】
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定着制御手段４０へ入力されると、定着制御手段４０は、非画像領域ｂに対応する定着ベルト３１の部位（定着ニップにおいて非画像領域ｂと重なるベルト部分）の温度が、画像領域ａ，ａ’に対応する定着ベルト３１の部位（定着ニップにおいて画像領域ａ，ａ’と重なるベルト部分）の温度よりも低くなるように、発熱手段３３を制御する。
【００３４】
ここで、画像領域又は非画像領域に対応する部位とは、定着ベルト３１が密着する位置という意味であり、以下、適宜密着とも表現する。
すなわち、画像領域ａに対応する部位では発熱手段３３の全域で定着温度が得られるように電力を供給し、非画像領域ｂに対応する部位では発熱手段３３への供給電力を低減する。図５（ａ）のパターンでは用紙後端に画像領域ａ’が有るので、その画像領域ａ’に対応する部位では再び定着温度が得られる電力を供給する。 
【００３５】
この際，実際の電力供給は、図中の斜線部で示す様に、用紙上の画像領域がニップ部に入るよりも前のタイミングで予備的に加熱するように投入されており、斜線部を「予備加熱領域」と称する。この予備加熱領域は、主に発熱手段３３の周方向の発熱長さや、発熱手段自身にも昇温時間が必要となることから必要とされる領域である。予備加熱領域は省エネの観点からはできるだけ小さい（予備加熱する時間ができるだけ短い）ことが望ましい。
【００３６】
予備加熱に引き続き、画像形成パターンの情報に基づいて、上記したように、画像領域ａ，ａ’あるいは非画像領域ｂに対応するベルト温度（定着ベルト３１の温度）となるように発熱手段３３が制御され、定着動作が行なわれる。
【００３７】
図６は、用紙上に、用紙搬送方向と直交する方向に、画像領域と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。 
この場合にも図５の場合と同様に、定着制御手段４０は、非画像領域に対応する定着ベルト３１の部位の温度が、画像領域に対応する定着ベルト３１の部位の温度よりも低くなるように発熱手段３３を制御する。すなわち、画像領域に対応する部位では発熱手段３３に定着温度が得られる電力を供給し、非画像領域に対応する部位では供給電力を低減する。こちらも，図５の場合と同様に斜線部の予備加熱領域が必要となる。
【００３８】
図６（ａ）のパターンでは、用紙幅方向の一方側のみに画像領域ｃが有り、幅方向の反対側は非画像領域ｃとなっている。このパターンの場合、予備加熱領域も用紙幅方向の一方側（画像領域ｃがある側）のみに設定される。
【００３９】
また、図６（ｂ）のパターンは、用紙先端側の“ｇ”の部分では用紙幅方向の全域（画像形成範囲の全域）に画像領域（ｅ＋ｆ）が有り、“ｇ”に引き続いた部分である“ｈ”の部分では用紙幅方向の一方側のみに画像領域ｅが有り、幅方向の反対側は非画像領域となっている。このパターンの場合、予備加熱領域は用紙幅方向の全域に設定される。
【００４０】
図７は、定着ベルト３１の温度制御の様子を示すチャートである。ここでは、図５（ａ）のパターンに対応する制御で示してある。
このチャートにおいて、定着ベルト３１を第二の目標温度に維持する電力Ｐ’が発熱手段３３に供給されている。そして、ｙ１の位置で電力Ｐを発熱手段３３に供給し（Ｐ＞Ｐ’）、予備加熱を開始する。画像領域ａを定着している間は発熱手段３３には電力Ｐが供給される。供給電力Ｐは、定着ベルト３１を、定着可能な温度である第一の目標温度に維持できる電力である。そして、画像領域ａが過ぎる時点で供給電力をＰからＰ’に下げ、ｙ２の位置で再び電力Ｐを発熱手段３３に供給して予備加熱を開始する。画像領域ａ’を定着している間は発熱手段３３には電力Ｐが供給される。画像領域ａ’が終了したら供給電力はＰ’に下げられる。
【００４１】
ここで、非画像領域に対応する部位での発熱手段３３への電力供給を完全に停止（オフ）することも可能であるが、定着ベルト３１の温度が極端に下がり過ぎると次の画像領域での定着温度への立ち上がりが間に合わないことがある。このため、図７のチャートに示すように、画像領域に対応する第一の目標温度よりも低いが，室温よりは所定温度以上の第二の目標温度に定着部材温度を保つように制御することが望ましい。
【００４２】
なお、図７では図５（ａ）の画像形成パターンに対応する制御で説明したが、他の画像形成パターンの場合も同様の制御で対応可能である。また、紙間（用紙と用紙の間）においても、発熱手段３３への供給電力をＰ’とし、定着ベルトの温度維持と省電力とを図っている。
【００４３】
このように、本実施形態においては、非画像領域に対応する部位でも給電は行なわれるが、発熱手段３３への供給電力は削減（画像領域に対応する部位での供給電力よりも削減）される。すなわち、図７のチャートの最上段において領域Ｐでの供給電力よりも領域Ｐ’での供給電力が小さくなるため、省エネルギー化が可能となる。
【００４４】
図８は、従来の定着制御における問題点を説明するための模式図である。
従来の定着制御では、図８（ａ）に示すように非画像部に対応する部位のベルト温度が“非画像部目標温度”になっている場合は供給電力を上げてベルト温度を上昇させたときに、画像部に対応する部位のベルト温度を“画像部目標温度”とすることができた。しかし、図８（ｂ）に示すように非画像部に対応する部位のベルト温度が“非画像部目標温度”を超えている場合は、供給電力を上げてベルト温度を上昇させたときに画像部に対応する部位のベルト温度が“画像部目標温度”を超えてしまった。また、図８（ｃ）に示すように非画像部に対応する部位のベルト温度が“非画像部目標温度”に達していない場合は、供給電力を上げてベルト温度を上昇させても画像部に対応する部位のベルト温度が“画像部目標温度”を下回ってしまうという問題があった。
【００４５】
これに対し、本発明に係る定着装置おいては、図９に示すように、発熱部材３３の上流側に温度検出手段（温度センサ３８）を配置して、定着部材（実施例では定着ベルト３１）の温度を検知している。温度センサ３８としては、例えばサーミスタやサーモパイルを使用することができる。定着ベルト回動方向は、図９において反時計回りである。
【００４６】
そして、上記温度センサ３８で検出した温度を基に、図示しない電力算定手段で現在のベルト温度Ｔｂから画像部目標温度Ｔ２（図７における第二の目標温度）に上げるために必要な電力を予め計算し、発熱手段３３への通電時間を制御する。これにより、画像部に対応するベルト部位の温度を一定にすることができる。なお、電力算定手段は、例えば画像形成装置の制御手段を用いることができる。あるいは図３,４に示す定着制御手段４０でも良い。
【００４７】
また、本実施形態では、加圧ローラ３２の温度を検出する温度センサ３９を設けている。温度センサ３９としては、例えばサーミスタやサーモパイルを使用することができる。この温度センサ３９は、加圧部材（加圧ローラ３２）の温度履歴（温度偏差）を求めるために配置している。
【００４８】
図１０は、定着制御における供給電力算出について説明するフローチャートである。
このフローチャートにおいて、まず、温度センサ３８で定着ベルト３１の温度を検知する（Ｓ１）。この検知した温度を基に、定着ベルト３１の現在の温度Ｔｂから画像部目標温度Ｔ２に維持するために必要な電力、すなわちベルト温度維持電力を計算する（Ｓ２）。
【００４９】
そして、定着部材（定着ベルト３１）に回転方向の温度履歴（温度偏差）があるかどうかを判断する（Ｓ３）。ベルトに温度履歴が有ると判断された場合は、その履歴を消すような電力を計算して「ベルトＦＦ電力（定着部材履歴補正電力）」と定める（Ｓ４）。ここで算出した「ベルトＦＦ電力」は、用紙（記録材）が定着ニップに入る前に予め発熱手段３３に供給（電力投入）される。Ｓ３でベルトに温度履歴が無いと判断された場合はＳ５に進む。
【００５０】
なお、定着ベルト回転方向の温度履歴（温度偏差）は温度センサ３８により検出する。そして、温度履歴を消す電力とは、発熱手段３３で加熱後の定着ベルトに温度履歴（温度偏差）が無くなるように、検出した定着ベルト温度が目標温度より高い場合は発熱手段３３に供給する電力を低減し、検出した定着ベルト温度が目標温度より低い場合は発熱手段３３に供給する電力を増加させるように制御する。このようにして算出した「ベルトＦＦ電力」を発熱手段３３に供給することで、定着ベルトの温度履歴（温度偏差）を消去する。
【００５１】
図１０のフローに戻り、加圧部材（加圧ローラ３２）に回転方向の温度履歴（温度偏差）があるかどうかを判断する（Ｓ５）。加圧ローラに温度履歴が有ると判断された場合は、その履歴を消すような電力を計算して「加圧ＦＦ電力（加圧部材履歴補正電力）」と定める（Ｓ６）。ここで算出した「加圧ＦＦ電力」は、用紙（記録材）が定着ニップに入る前に予め発熱手段３３に供給（電力投入）される。Ｓ５で加圧ローラに温度履歴が無いと判断された場合はＳ７に進む。
【００５２】
加圧ローラ３２の温度履歴は加圧温度センサ３９により検出する。加圧ローラの温度履歴を消す電力は、上記した定着ベルトの温度履歴の場合と同様、加圧ローラ温度が閾値より高い場合は発熱手段３３に供給する電力を低減し、加圧ローラ温度が閾値より低い場合は発熱手段３３に供給する電力を増加させるように制御する。
【００５３】
図１０のフローに戻り、発熱手段３３により加熱される定着ベルト３１の加熱部位がニップ部で用紙と接触するかどうかを判定する（Ｓ７）。
ここで、ベルトの加熱部位が用紙と接触する場合は、紙に奪われる熱量を補う必要電力を計算して「紙ＦＦ電力（用紙補正電力）」と定める（Ｓ８）。次に、上記ベルトの加熱部位がニップ部で画像部と接触するかどうかを判定し（Ｓ９）、ベルトの加熱部位が画像部と接触する場合は、画像部のトナー（用紙上のトナー）に奪われる熱量を補う必要電力を計算して「トナーＦＦ電力（トナー画像補正電力）」と定める（Ｓ１０）。
【００５４】
また、Ｓ７にてベルトの加熱部位が用紙と接触しないと判定された場合、およびＳ９にてベルトの加熱部位が画像部と接触しないと判定された場合は、「紙ＦＦ電力」あるいは「トナーＦＦ電力」は不要なので、投入電力の調整は行わず、Ｓ１１に進んでヒータ投入電力すなわち発熱手段３３に供給する電力を決定する。
【００５５】
このように、必要に応じた電力補正を行った後に、発熱手段３３に投入する電力を決定している。したがって、ヒータ投入電力＝ベルト温度維持電力＋ベルトＦＦ電力＋加圧ＦＦ電力＋紙ＦＦ電力＋トナーＦＦ電力、となる。そしてこの決定されたヒータ投入電力が、用紙がニップ部に進入する前に予め発熱手段３３に供給される。
【００５６】
本実施形態における定着制御の基本動作は、定着ベルトを所定の温度に保つように制御し、定着ベルト３１に温度履歴（温度偏差）がある場合はその温度履歴を消すように発熱手段に電力投入する。また、加圧ローラ３２に温度履歴（温度偏差）がある場合はその温度履歴を消すように発熱手段に電力投入する。さらに、定着ベルトが記録材やトナー画像と密着する部位の場合は、記録材やトナー画像に必要な電力を加算する。記録材に必要な電力は記録材情報（用紙情報）から得られる坪量や平滑度から算出し、トナー画像に必要な電力は画像面積率や諧調から算出する。
【００５７】
図１１は、用紙の坪量に応じた「紙ＦＦ電力（紙ＦＦ）」の算出方法を説明するためのグラフである。
定着ニップで用紙に奪われる熱量は、用紙の坪量におおよそ比例するため、その分の電力を前もって定着ベルトに（定着ベルト３１を加熱する発熱手段３３に）投入しておけばよい。
【００５８】
定着装置に通紙される用紙の坪量は、コピーや印刷時に、画像形成装置あるいは外部装置において設定されているので、その設定情報に基づき、通紙される用紙の坪量を図１１（ａ）または（ｂ）のようにして算出する。
【００５９】
すなわち、図１１（ａ）に示す例では、所定の傾き“ｋ１”を有する一次関数に当てはめて（用紙坪量に所定の係数“ｋ１”を乗じて）紙ＦＦ電力を算出する。
また、図１１（ｂ）に示す例では、用紙坪量を段階的に区分けしてその坪量区分ごとに投入電力を定めておき、通紙される用紙が属する坪量区分から紙ＦＦ電力を決定する方法でも良い。
【００６０】
図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、用紙の坪量が大きくなれば紙ＦＦ電力は大きくなり、用紙の坪量が小さくなれば紙ＦＦ電力も小さくなる。
このように、「紙ＦＦ電力」の算出に用紙坪量を用いることで、様々な坪量の用紙に対して安定的に定着ベルト３１を所定温度に制御することができる。
【００６１】
図１２は、用紙の平滑度に応じた「紙ＦＦ電力（紙ＦＦ）」の算出方法を説明するためのグラフである。
定着ニップ部で定着部材（定着ベルト）及び加圧部材（加圧ローラ）から用紙に移動する熱量は、紙の平滑度に依存して変わる。平滑度が高い用紙は定着ベルトや加圧ローラとの密着性が良く、熱抵抗が小さいため、用紙への熱移動量が大きくなる。一方、平滑度が低い用紙は定着ベルトや加圧ローラとの密着性が悪く、熱抵抗が大きいため、用紙への熱移動量が小さくなる。したがって、用紙の平滑度を考慮した紙ＦＦ電力は、次の関係式となる。なお“ｋ３”は所定の定数である。
紙ＦＦ電力＝坪量×平滑係数×ｋ3
【００６２】
このように、紙ＦＦ電力の算定に、用紙平滑度を用いることで、様々な用紙の外乱に対して安定的に定着ベルト３１を所定温度に制御できる。
図１３は、「トナーＦＦ電力」の算出方法を説明するためのグラフである。
【００６３】
定着ニップ部で定着部材（定着ベルト）及び加圧部材（加圧ローラ）からトナーに移動する熱量は、紙面に付着したトナー量に依存して変わる。付着したトナー量が多いほど定着ベルトの熱が奪われやすく、トナーへの熱移動量が大きくなる。一方、付着したトナー量が少ないと定着ベルトの熱が奪われにくく、トナーへの熱移動量が小さくなる。したがって、紙面に付着するトナー量を考慮したトナーＦＦ電力は、以下の関係式となる。なお“ｋ４”は所定の定数である。
トナーＦＦ電力＝トナー量×ｋ4
図１３（ａ）にこの関係式をグラフにて示す。
【００６４】
このように、トナーＦＦ電力の算定に、上式のような紙面に付着するトナー量との関係式を用いることで、様々な画像（ベタ画像や網点画像、線画や文字画像など）に対して安定的に定着ベルトを所定温度に制御できる。
【００６５】
また、トナーＦＦ電力の算定は、図１３（ｂ）に示すようにトナー量区分毎に投入する電力を定め、紙面に付着するトナー量が属する区分からトナーＦＦ電力を決定する方法でもよい。
【００６６】
図１４は、「トナーＦＦ電力」の別の算出方法を説明するためのグラフである。
定着ニップ部で定着部材（定着ベルト）及び加圧部材（加圧ローラ）からトナーに移動する熱量は、紙面に付着したトナーの面積率（画像面積率）に依存して変わる。トナーの付着面積（画像面積）が多いほど定着ベルトの熱が奪われやすく、トナーへの熱移動量が大きくなる。一方、トナーの付着面積（画像面積）が少ないと定着ベルトの熱が奪われにくく、トナーへの熱移動量が小さくなる。したがって、紙面に付着するトナー付着面積（画像面積）を考慮したトナーＦＦ電力は、以下の関係式となる。なお“ｋ５”は所定の定数である。
トナーＦＦ電力＝画像面積率×ｋ5
図１４（ａ）にこの関係式をグラフにて示す。
【００６７】
このように、トナーＦＦ電力の算定に、上式のような紙面に付着するトナーの面積率（画像面積率）との関係式を用いることで、様々な画像（ベタ画像や網点画像、線画や文字画像など）に対して安定的に定着ベルトを所定温度に制御できる。
【００６８】
また、トナーＦＦ電力の算定は、図１４（ｂ）に示すように画像面積率の区分毎に投入する電力を定め、画像面積率が属する区分からトナーＦＦ電力を決定する方法でもよい。
なお、紙面に付着するトナー量あるいは紙面に付着するトナーの面積率（画像面積率）は、記録材に形成する画像情報（像担持体上に静電潜像を形成する画像情報）に基づいて算出することができる。
【００６９】
上記説明したように、本発明においては、発熱手段の上流側に配置した温度検出手段により定着部材の移動方向における温度履歴（温度偏差）を検出し、その温度履歴を消去するのに必要な電力を電力算定手段で算定して発熱手段へ投入するので、定着部材に記録された温度履歴を消去することができる。そのため、定着部材の温度偏差をなくして、より精度良く定着部材温度を制御することができる。また、定着品質を安定的に維持することができる。
【００７０】
また、加圧温度検知手段により加圧部材の移動方向における温度履歴（温度偏差）を検出し、その温度履歴を消去するのに必要な電力を電力算定手段で算定して発熱手段へ投入するので、加圧部材に記録された温度履歴を消去することができる。そのため、加圧部材の温度偏差が定着部材に影響することがなく、定着部材と加圧部材の温度履歴が同時に消去されることで更に精度良く定着部材温度を制御することができ、定着品質をより安定的に維持することができる。
【００７１】
また、定着部材がトナー画像に奪われる熱量を画像情報に基づいて算出し、その熱量を補うトナー画像補正電力を発熱手段へ投入することで、画像パターンや画像濃度など、トナー量に関わらず安定的に定着部材温度を所定温度に制御することができる。
【００７２】
また、定着部材が用紙に奪われる熱量を紙種情報に基づいて算出し、その熱量を補うトナー画像補正電力を発熱手段へ投入することで、様々な用紙に対して安定的に定着部材温度を所定温度に制御することができる。
【００７３】
以上、本発明を図示例に基づき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。
また、定着装置及び画像形成装置としては、本発明を適用可能であれば任意な構成を採用可能である。画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリあるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。
【符号の説明】
【００７４】
８              感光体ドラム（像担持体）
３０            定着装置
３１            定着ベルト（定着部材）
３２            加圧ローラ（加圧部材）
３３            発熱手段
３４            押圧部材
３５            支持部材
３８            温度センサ
３９            加圧温度センサ
４０            定着制御手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７５】
【特許文献１】特開２００４−２８６９２２号公報
【特許文献２】特許第２８６１２８０号公報
【特許文献３】特開平６−９５５４０号公報
【特許文献４】特開２００５−１８１９４６号公報
【特許文献５】特開２００１−３４３８６０号公報
【図１】
2015045802.tif 000003
【図２】
2015045802.tif 000004
【図３】
2015045802.tif 000005
【図４】
2015045802.tif 000006
【図５】
2015045802.tif 000007
【図６】
2015045802.tif 000008
【図７】
2015045802.tif 000009
【図８】
2015045802.tif 000010
【図９】
2015045802.tif 000011
【図１０】
2015045802.tif 000012
【図１１】
2015045802.tif 000013
【図１２】
2015045802.tif 000014
【図１３】
2015045802.tif 000015
【図１４】
2015045802.tif 000016