(57)【要約】【課題】環境温度の変化などによる定着温度のずれを未然に防止して最適温度に制御可能な定着装置、その制御方法、及び、画像形成装置を得る。【解決手段】ヒータ５２を備えた加熱ローラ５１と加熱ベルト５５と、ヒータ６２を備えた加圧ローラ６１とからなる定着装置。加圧ローラ６１には非接触式のサーミスタ６３が設置され、サーミスタ６３の温度がローラ６１の表面検出温度Ｔに補正係数Ｒを乗じた補正後温度Ｔ’となるようにヒータ６２の出力を制御する。この補正係数Ｒは、累積稼働時間、累積画像形成枚数、環境温度の少なくとも一つをパラメータとして変更される。【選択図】図２
2007163884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出部に対して非接触に設置された温度検出手段と、
前記温度検出手段による検出温度の補正を行う補正制御手段と、
前記補正制御手段により補正された補正後の温度を入力として前記被検出部の加熱源への電力供給を制御する加熱制御手段と、を備え、
前記補正制御手段は、累積稼働時間、累積画像形成枚数、環境温度の少なくとも一つに基づいて検出温度の補正係数を変化させること、
を特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記被検出部は加熱源を内蔵した加圧ローラであ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】
被検出部に対して非接触に設置された温度検出手段と、
前記温度検出手段による検出温度の補正を行う補正制御手段と、
前記補正制御手段により補正された補正後の温度を入力として前記被検出部の加熱源への電力供給を制御する加熱制御手段と、を備えた定着装置の制御方法であって、
前記補正制御手段は、累積稼働時間、累積画像形成枚数、環境温度の少なくとも一つに基づいて検出温度の補正係数を変化させること、
を特徴とする定着装置の制御方法。
【請求項４】
前記被検出部は加熱源を内蔵した加圧ローラであることを特徴とする請求項３に記載の定着装置の制御方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の定着装置を備えた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、定着装置、特に、電子写真方式の複写機やプリンタなどに搭載される定着装置、その制御方法、及び、該定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真方式による画像形成装置では、転写材上に転写されたトナー画像を加熱定着する際、ローラやベルトなどの定着用回転体の表面温度を所定値に制御する必要があり、その前提として定着回転体の表面温度を温度センサを用いて検出している。温度センサとしては接触式と非接触式とがあり、接触式では、定着回転体の表層とセンサの接触面が磨耗するという不具合を有し、センサの接触面が磨耗すると検出温度が変化し、回転体が磨耗すると画像にノイズが発生する問題点を生じる。さらに、紙粉やトナーなどの異物が回転体とセンサとの間に堆積、固化し、回転体を傷付けたり、異物が画像面に付着する問題点をも有している。
【０００３】
そこで、特許文献１には、定着装置において非接触式のサーミスタを用いることが開示されている。また、特許文献２には、非接触式温度センサを用いた温度制御が開示されていおり、ここでは、転写材のサイズ、ウォームアップからの経過時間、機内温度などの情報に基づいて設定温度を補正している。
【０００４】
ところで、非接触式の温度センサであっても、累積稼働時間や累積プリント枚数の増加につれて温度センサの測定面と定着回転体表面との距離が変動することで温度検出具合が変化し、環境温度の変動によっても温度検出具合が変化する。しかしながら、特許文献２を含めて従来の非接触式温度センサによる温度制御では、種々の補正要因に基づいて設定温度を補正しているが、補正量が一定であるため、温度センサの温度検出具合が変化した場合、定着回転体の表面温度にずれが生じてしまうという問題点を有していた。温度ずれが生じると、定着画像性能の安定性が劣化したり、定着後における転写材のカール量、積載性能が悪化する。また、ウォームアップの終了を検出するタイミングがずれるなどの問題点が生じる。
【特許文献１】特開２００３−２６３０６６号公報
【特許文献２】特開２０００−３９８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、環境温度の変化などによる定着温度のずれを未然に防止して最適温度に制御可能な定着装置、その制御方法、及び、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】
【０００６】
以上の目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、
被検出部に対して非接触に設置された温度検出手段と、
前記温度検出手段による検出温度の補正を行う補正制御手段と、
前記補正制御手段により補正された補正後の温度を入力として前記被検出部の加熱源への電力供給を制御する加熱制御手段と、を備え、
前記補正制御手段は、累積稼働時間、累積画像形成枚数、環境温度の少なくとも一つに基づいて検出温度の補正係数を変化させること、
を特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る定着装置の制御方法は、
被検出部に対して非接触に設置された温度検出手段と、
前記温度検出手段による検出温度の補正を行う補正制御手段と、
前記補正制御手段により補正された補正後の温度を入力として前記被検出部の加熱源への電力供給を制御する加熱制御手段と、を備えた定着装置の制御方法であって、
前記補正制御手段は、累積稼働時間、累積画像形成枚数、環境温度の少なくとも一つに基づいて検出温度の補正係数を変化させること、
を特徴とする。
【０００８】
本発明に係る定着装置及び制御方法によれば、温度検出手段は非接触式であるため、被検出部と温度検出手段とが磨耗する不具合はない。そして、温度検出手段による温度検出具合は、累積稼働時間、累積画像形成枚数、環境温度などの変動要因によって変化するが、本発明に係る定着装置及び制御方法においては、累積稼働時間、累積画像形成枚数、環境温度の少なくとも一つに基づいて検出温度の補正係数を変化させて得た補正後温度に基づいて被検出部の温度制御を行うため、被検出部の温度にずれが生じることはなく、常時確実に所定の温度で定着動作を実行することができる。このように、定着温度の変動を抑えることで、定着画像が安定し、定着後における転写材のカール量、積載性能が安定する。また、ウォームアップの終了を検出するタイミングのずれもなくなる。
【０００９】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記定着装置を備えたことを特徴とするものであり、良好な定着性能を備えた画像形成装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る定着装置、その制御方法、及び、画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００１１】
（画像形成装置の概略構成、図１参照）
図１に示す画像形成装置１０は、電子写真方式によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム式で４色の画像を合成するように構成したものである。
【００１２】
その概略を説明すると、感光体ドラム２１、帯電装置２２、画像露光装置２３、現像装置２４、残留トナーのクリーニング装置２５などを含むＹＭＣＫ（イエロー、マゼンタ、シアン及びブラック）の画像を形成するプリントヘッド２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋが中間転写ベルト１１の直下に並置されている。
【００１３】
画像データは図示しない画像読取り装置（スキャナ）あるいはコンピュータなどからＹＭＣＫごとの画像データとして制御部４０に送信され、これらの画像データに基づいて露光制御部４１にて画像露光装置２３を駆動し、感光体ドラム２１上に静電潜像を形成し、該潜像を現像することでトナー画像を形成する。このような電子写真プロセスは周知であり、その説明は省略する。
【００１４】
中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１２及び支持ローラ１３，１４に無端状に張り渡され、矢印Ａ方向に回転駆動され、駆動ローラ１２を設置した部分の中間転写ベルト１１に対向する部分（２次転写部１５）には転写ローラ１６が配置されている。
【００１５】
画像形成装置１０の下段には、積載されている転写材を１枚ずつ給紙する自動給紙部３０が設置されている。また、２次転写部１５の直上には加熱ローラ５１と加熱ベルト５５と加圧ローラ６１とからなる定着装置５０が設置されている。なお、定着装置５０の構成及び温度制御については後に詳述する。
【００１６】
各感光体ドラム２１上に形成されたトナー画像は矢印Ａ方向に回転駆動される中間転写ベルト１１上に１次転写ローラ２６から付与される電界にて順次１次転写され、４色の画像が合成される。一方、転写材は１枚ずつ給紙部３０から上方に給紙され、２次転写部１５で転写ローラ１６から付与される電界にて中間転写ベルト１１から合成画像が２次転写される。その後、転写材は定着装置５０に搬送されてトナーの加熱定着が施され、排出ローラ３８からトレイ３９上に排出される。
【００１７】
（定着装置の構成、図２及び図３参照）
定着装置５０は、図２及び図３に示すように、概略、加熱ローラ５１と、加熱ベルト５５と、バックアップ部材５７と、加圧ローラ６１とで構成されている。加熱ローラ５１は、外径３０ｍｍのアルミニウムの芯金からなり、中心部に７００Ｗのヒータ５２を備え、軸受７１を介してフレーム７０に回転自在に取り付けられている。加熱ベルト５５は、外径５０ｍｍのエンドレスベルトで、厚さ７０μｍのポリイミドシートを基材とし、厚さ２００μｍのシリコンゴム層、厚さ２０μｍのフッ素系樹脂表層から構成されている。
【００１８】
バックアップ部材５７は、樹脂材からなり、厚さ４ｍｍ、加圧ローラ６１との接触円弧面を半径１５．４ｍｍとしたもので、加圧ローラ６１に対向してステンレス製の補強部材５８に取り付けられている。加圧ローラ６１は、外径３０ｍｍの鉄製芯金に厚さ５〜１０ｍｍのシリコンゴム層を介して厚さ３０μｍのフッ素系樹脂表層を設けたもので、中心部に３００Ｗのヒータ６２を備えている。
【００１９】
加熱ベルト５５は加熱ローラ５１とバックアップ部材５７とにばね７２によってテンションを付与した状態で張り設けられている。また、加圧ローラ６１はフレーム７５に軸受７６を介して取り付けられ、ばね７７にてバックアップ部材５７の円弧面に加熱ベルト５５を介して所定のニップ圧１００〜５３０Ｎを付与されて圧接している。ニップ部の延面長さ（転写材の通過長さ）は約９ｍｍであり、ニップ部の軸方向長さ（転写材の搬送方向に直交する方向の長さ）は約２４０ｍｍである。
【００２０】
加圧ローラ６１はギア７８から回転力を伝達されて図２中矢印Ｂ方向に回転駆動され、加熱ベルト５５は矢印Ｂ’方向に従動回転し、さらに、加熱ローラ５１も同方向に従動回転する。転写材は矢印Ｃ方向から加熱ベルト５５と加圧ローラ６１とのニップ部に、トナー画像面を加圧ローラ６１に向けて導入され、該ニップ部を通過する間にトナーの加熱定着を施され、矢印Ｃ’方向に搬送される。
【００２１】
ところで、加熱ローラ５１には接触式の加熱側サーミスタ５３が設置され、加圧ローラ６１には非接触式の加圧側サーミスタ６３が所定の距離を設けて設置されている。これらのサーミスタ５３，６３の検出温度は前記制御部４０に入力され、制御部４０によって以下に説明する制御が行われる。ちなみに、加熱側サーミスタ５３を使用して加熱ローラ５１の表面温度が１９０℃になるようにヒータ５２が制御され、加圧側サーミスタ６３を使用して加圧ローラ６１の表面温度が１２０℃になるようにヒータ６２が制御される。
【００２２】
（非接触式サーミスタ、図４及び図５参照）
加圧側に設けられた非接触式サーミスタ６３は、図４及び図５に示すように、保持枠６４に設けた保持部材６５上に感熱素子６６を取り付け、該素子６６を固定用シート６７で被覆したものである。保持部材６５は厚さ２５μｍのポリイミドフィルムであり、保持部材６５の裏面が素子６６による温度検出面に相当する。固定用シート６７は１０×３ｍｍのアルミニウムテープである。このサーミスタ６３は、前記加圧ローラ６１の表面に近接して配置されており、ローラ６１の表面から保持部材６５の裏面までの距離Ｄを設置距離と称する。
【００２３】
非接触式サーミスタ６３においては、被検出部である加圧ローラ６１の表面とは設置距離Ｄだけ離れているため、その間の放熱により加圧ローラ６１の表面温度を直接に測定することはできない。しかし、実験的にサーミスタ６３の検出信号から実際上の加圧ローラ６１の表面温度を検出することができる。従来では、加圧ローラ６１の目標とする表面温度に設置距離Ｄに応じた一定の補正係数を乗じて得た温度をサーミスタ６３が検出したか否かを基準として温度制御を行っていた。
【００２４】
これに対して、本実施例において、加圧側サーミスタ６３による温度制御は、サーミスタ６３による加圧ローラ６１の表面検出温度Ｔに補正係数Ｒを乗じて補正を行う。この補正係数Ｒは、装置１０の累積稼働時間、累積プリント枚数、装置１０内に設置された温度センサ４２（図１参照）により検出された環境温度のうちの一つ、あるいは二つの組合せ、さらにこれらの三つの組合せに基づいて変更される。即ち、加圧側サーミスタ６３での温度が、
補正後温度Ｔ’＝Ｔ×Ｒ    …（式１）
となるようにヒータ６２の出力が制御される。
【００２５】
ここで、累積稼働時間とは、画像形成装置１０のメインモータの駆動時間に相当し、加圧ローラ６１の駆動時間も原則的にメインモータの駆動時間に相当する。定着温度制御においては、累積プリント枚数と累積稼働時間とは実質的に同じ意義を有し、制御のパラメータとしてはいずれか一方を使用することができる。但し、累積プリント枚数を時間に換算した場合、累積プリント枚数は累積稼働時間よりも小さな数値となる。
【００２６】
（定着温度制御例、図６及び図７参照）
以下に、定着温度制御の具体例を示す。
【００２７】
装置１０の電源が投入されてから、加熱ローラ５１、加熱ベルト５５及び加圧ローラ６１の表面を定着適正温度にまで上昇させる動作をウォームアップと称し、この動作が完了するまでの時間をウォームアップタイムと称する。電源が投入し直されたときや、紙詰まり処理などからの復帰時、装置１０のカバーを閉じたとき、スリープモードからの復帰時などにもウォームアップが実行される。
【００２８】
ウォームアップでは、定着適正温度にまで上昇させるため、まず、ヒータ５２，６２を点灯し、加圧ローラ６１を駆動、加熱ローラ５１及び加熱ベルト５５を従動回転させる。加圧ローラ６１は芯金と弾性層が厚く、回転停止状態でヒータ６２のみでは短時間で加圧ローラ６１の表面まで温度上昇させることはできない。また、加熱ローラ５１及び加熱ベルト５５もヒータ５２のみでは一部分しか加熱することはできない。ローラ５１，６１及びベルト５５を回転させることで、加熱ローラ５１の温度を加熱ベルト５５の全体と加圧ローラ６１の全表面に伝える。このように、ヒータ５２，６２の点灯と、ローラ５１，６１及びベルト５５の回転により、短時間でのウォームアップを可能としている。
【００２９】
そして、制御部４０は、加熱側サーミスタ５３により検出された温度と、加圧側サーミスタ６３により検出された加圧ローラ６１の表面検出温度Ｔに補正係数Ｒを乗じた補正後温度Ｔ’が所定の温度になれば、プリント可能であると判断する。
【００３０】
プリント信号が発生されるまでは待機状態を維持し、プリント信号が発生するとプリント動作を開始する。待機状態は、通常、ローラ５１，６１、ベルト５５の回転を停止させ、所定の設定温度を維持するようにヒータ５２，６２の出力が制御される。ここでは、加熱側サーミスタ５３の検出温度が１９０℃、加圧側サーミスタ６３の温度が補正後温度Ｔ’を維持するように制御される。
【００３１】
プリント動作時には、プリント開始から転写材が定着装置５０に突入する前にローラ５１，６１、ベルト５５を回転させ、加熱ローラ５１の熱を加熱ベルト５５や加圧ローラ６１に伝導させて加熱ベルト５５及び加圧ローラ６１の全体的な表面温度を上昇させる。
【００３２】
補正係数Ｒの値は、予め実験により理想的な値を求めておく。即ち、サーミスタ６３での実際上の温度Ｔ”、サーミスタ６３による表面検出温度Ｔとの関係で、理想的な補正係数Ｒが、
Ｒ＝Ｔ”／Ｔ    …（式２）
として求められる。ここでの温度Ｔ”は前記式１で示した補正後温度Ｔ’と等価である。
【００３３】
制御部４０は、加圧側サーミスタ６３によって常時検出される加圧ローラ６１の表面検出温度Ｔに補正係数Ｒを乗じて補正後温度Ｔ’を演算し、加圧側サーミスタ６３の温度が補正後温度Ｔ’となるようにヒータ６２をオン／オフ制御する。しかし、サーミスタ６３の加圧ローラ６１に対する設置距離Ｄや画像形成装置１０の機内環境温度によって理想的な補正係数Ｒの値が変動することになる。そこで、制御部４０では、設置距離Ｄや機内環境温度の変化に対して理想的な補正係数Ｒの値を変更する。
【００３４】
理想的な補正係数Ｒについて、図６及び図７に示すグラフを参照して説明する。図６は、管理された環境空間に定着装置５０を設置し、前記式２により理想的な補正係数Ｒを求めたグラフである。特性Ｔ１は環境温度が１０℃のとき、特性Ｔ２は環境温度が２０℃のとき、特性Ｔ３は環境温度が３０℃のときのそれぞれの設置距離Ｄに対する補正係数Ｒを示している。例えば、設置距離Ｄが５．０ｍｍで温度が２０℃のとき、補正係数Ｒは２．０を採用する。
【００３５】
また、累積稼働時間や累積プリント枚数の増加に伴って、加圧側サーミスタ６３の保持枠６４が加圧ローラ６１側に徐々に倒れ、設置距離Ｄが変動する。図７は、累積プリント枚数に対するこのような設置距離Ｄの変動を示したグラフであり、この設置距離Ｄの変動に基づいて補正係数Ｒを変化させればよい。
【００３６】
具体的な定着温度の制御としては、装置１０内に設置した温度センサ４２による検出温度を用いて環境温度を判定し、例えば、温度センサ４２による検出温度が１５℃未満、１５℃以上で２５℃未満、２５℃以上の場合に分けて補正係数Ｒを変更するように制御する。設置距離Ｄが５．０ｍｍである場合、温度センサ４２による機内温度が１５℃未満であれば補正係数Ｒを２．２、１５℃以上で２５℃未満であれば補正係数Ｒを２．０、２５℃以上であれば補正係数Ｒを１．８に設定する。そして、加圧側サーミスタ６３による加圧ローラ６１の表面検出温度Ｔにこれらの補正係数Ｒを乗じて補正後温度Ｔ’を算出し、加圧側サーミスタ６３の温度がこの補正後温度Ｔ’になるようにヒータ６２をオン／オフ制御する。制御部４０は、図６に示すグラフを予めテーブル化して、あるいは、数式化して保持していればよい。
【００３７】
さらに、制御部４０は図７に示すグラフをテーブル化又は数式化して保持し、累積プリント枚数をパラメータとして設置距離Ｄを求める。ここで求めた設置距離Ｄをパラメータとして図６に示すグラフから適切な補正係数Ｒを算出する。累積プリント枚数に代えて累積稼働時間をパラメータとしてもよい。補正係数Ｒの算出には、累積プリント枚数、累積稼働時間、環境温度の少なくとも一つを用いればよく、いずれか二つ、あるいは、三つを併せて用いてもよい。
【００３８】
以上説明した定着温度の制御方法においては、累積プリント枚数（累積稼働時間）、環境温度に基づいて補正係数Ｒを変化させて得た補正後温度Ｔ’に基づいて加圧ローラ６１の温度制御を行うため、加圧ローラ６１の表面温度にずれが生じることはなく、常時確実に所定の温度で定着動作を実行することができる。このように、定着温度の変動を抑えることで、定着画像が安定し、定着後における転写材のカール量、積載性能が安定する。また、ウォームアップの終了を検出するタイミングのずれもなくなる。
【００３９】
環境温度の検出には温度センサ４２を例示したが、定着装置５０の近傍、サーミスタ６３の近傍、画像形成装置１０の近傍の温度を検出するようにしてもよい。また、累積稼働時間の増加による設置距離Ｄの変動は、サーミスタ６３の保持枠６４の変形以外にも、加圧ローラ６１の外径の削れなどによる変動、汚れの付着などによっても生じる。理想的な補正係数Ｒはそれ以外にも様々な要因によって変動する場合があるので、それらの変動要因をパラメータとして補正係数Ｒを算出してもよい。
【００４０】
（他の実施例）
なお、本発明に係る定着装置、その制御方法、及び、画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００４１】
例えば、本発明は前記実施例に示したタンデム式のカラープリンタに限らず、モノクロプリンタやカラー／モノクロ複写機、ファクシミリなど種々の画像形成装置に適用することができる。また、定着部材としては、前記実施例に示したローラとベルトとの組合せ以外に、ローラとローラの組合せであってもよい。また、ヒータも種々の発熱体を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】前記画像形成装置に搭載されている定着装置の要部を示す断面図である。
【図３】前記定着装置の平面図である。
【図４】前記定着装置に設けた非接触式サーミスタを示す平面図である。
【図５】前記非接触式サーミスタを示す断面図である。
【図６】ローラの表面と非接触式サーミスタとの設置距離に対する補正係数を環境温度ごとに示すグラフである。
【図７】累積プリント枚数に対する設置距離の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１０…画像形成装置
４０…制御部
５０…定着装置
５１…加熱ローラ
５５…加熱ベルト
６１…加圧ローラ
６２…ヒータ
６３…非接触式サーミスタ
【図１】
2007163884.tif 000003
【図２】
2007163884.tif 000004
【図３】
2007163884.tif 000005
【図４】
2007163884.tif 000006
【図５】
2007163884.tif 000007
【図６】
2007163884.tif 000008
【図７】
2007163884.tif 000009