(57)【要約】【課題】省エネルギー化を図るとともに、安定した定着性能を維持する。【解決手段】定着ベルト３８と、加圧ローラ３０と、定着ベルト３８を加熱する加熱手段５６と、定着ベルト３８の温度を検知する温度検知手段３４と、を備えた定着装置１２において、加熱手段５６は、用紙Ｐの用紙幅に複数分割された加熱領域を有するとともに、定着ニップ部Ｎの上流に設置され、温度検知手段３４は、加熱手段５６の下流かつ定着ニップ部Ｎの上流に設置され、画像領域に接触する定着ベルト３８の温度が定着温度となり、非画像領域に接触する定着ベルト３８の温度が定着温度よりも低い温度となるように、加熱手段５６を制御するととともに、温度検知手段３４の検知結果に基づいて、画像領域に接触する定着ベルト３８の温度が所定温度に満たない場合、加熱手段５６への供給電力を調整する加熱制御手段３７を備える。【選択図】図５
2016062007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着画像に接触して回転する定着部材と、
該定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、
前記定着部材を加熱する加熱手段と、
前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、を備え、
未定着画像を担持した記録材を前記定着ニップ部に通して定着を行う定着装置において、
前記加熱手段は、記録材の搬送方向と直交する長手方向に複数分割された加熱領域を有するとともに、前記定着部材の回転方向において前記定着ニップ部の上流に設置され、
前記温度検知手段は、前記定着部材の回転方向において前記加熱手段の下流かつ前記定着ニップ部の上流に設置され、
記録材上に形成される画像情報に応じて各加熱領域を制御して、画像領域に接触する前記定着部材の温度が定着温度となり、非画像領域に接触する前記定着部材の温度が前記定着温度よりも低い温度となるように、前記加熱手段を制御するととともに、
前記温度検知手段の検知結果に基づいて、画像領域に接触する前記定着部材の温度が所定温度に満たない場合、前記加熱手段への供給電力を調整する加熱制御手段を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記温度検知手段は、前記加熱手段での加熱後に前記定着部材の内周側と外周側の温度が略等しくなる位置にて前記定着部材の温度を検知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】
前記加熱手段は前記定着部材の内周側に設けられるとともに、
前記定着部材の外周側から前記定着部材を前記加熱手段側へ押圧する押圧手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記温度検知手段は、前記定着部材の内周面に接触して配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記温度検知手段を前記定着部材の内周面側に付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記加熱手段により前記定着部材が加熱される位置の下流側であって、前記温度検知手段の上流側に、前記定着部材から生じる摩耗粉を除去する清掃手段を備えていることを特徴とする請求項４または５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記温度検知手段は、前記定着部材の外周側に、該定着部材とは非接触で設置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記温度検知手段は、前記加熱手段の分割された各加熱領域にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
前記温度検知手段は、前記加熱手段の分割された加熱領域の２以上の加熱領域について検知するものであって、加熱領域数より少ない所定数設けられることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の定着装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか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、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ、またはそれらの複合機等の画像形成装置として、電子写真方式を利用した画像形成装置が種々考案されており公知技術となっている。その画像形成プロセスは、像担持体である感光体ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光体ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により紙やＯＨＰシート等の記録材（用紙、記録紙、記録媒体ともいう）に転写して画像を担持させ、熱と圧力を用いる定着装置によって記録材上の未定着トナー像を定着する過程により成立している。
【０００３】
定着装置としては、様々な方式のものが提案されており、例えば、熱ローラ方式の定着装置は、ハロゲンヒータや誘導加熱のコイルなどの加熱手段により加熱される定着ローラと加圧ローラとでニップ部を形成し、画像を担持した記録材をニップ部に通すことで、熱と圧力によりトナーを溶融させて定着させる。
【０００４】
また、画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化・高速化についての市場要求が強くなってきており、省エネルギーを実現する定着装置として、ベルト方式及びフィルム方式の定着装置がよく用いられている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、加熱されるエンドレスシート状の定着ベルトと、定着ベルトの内側に配置されたニップ形成部材と、ニップ形成部材に対して定着ベルトを挟んで圧接され、定着ベルトとの接触部が定着ニップになっている回転可能な加圧ローラと、定着ベルトの内側であって定着ニップから離れた位置に配置された定着ベルト加熱用のヒータランプと、を備えた定着装置が開示されている。
【０００６】
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。
【０００７】
また、例えば、特許文献２には、セラミックヒータを用いたサーフ定着（フィルム定着）の定着装置が開示されている。この方式によれば、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、予熱電力を削減することができる。
【０００８】
また、定着装置における定着部材の温度制御としては、定着部材の温度を検知する温度検知手段を設け、当該温度検知手段での検知に基づいて、定着部材を加熱する加熱手段を制御する構成が知られている。
【０００９】
例えば、特許文献３には、定着ニップ部の下流側に設置された第一温度検知部と定着ニップ部に設置された熱源の温度を検知する第二温度検知部との検知結果により熱源の温度制御をする加熱装置が開示されている。また、特許文献４には、定着ニップ外に面状ヒータを配置するとともに、ヒータでの加熱位置と定着ニップ部との間に温度検知手段を配置して、定着ベルトの温度を検知し、温度制御する定着装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献４の定着装置では、面状ヒータを用いるとともに、ヒータでの加熱位置と定着ニップ部との間に設置された温度検知手段の検知結果に基づいて適切な温度制御をすることで、省エネルギー化を図っているが、更なる省エネルギー化に検討の余地が残されていた。
【００１１】
また、従来の定着装置では、記録材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が決められていた。したがって、加熱領域の制御温度は、最も定着エネルギー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ととなる。このため、比較的、定着エネルギーを要しない画像域の記録材上領域では、記録材とトナーに過剰に熱量を与えており、エネルギーを消費してしまうという問題があった。
【００１２】
また、加熱手段の劣化により定着部材への供給熱量が低下すると、定着不良を起こす恐れがあった。
【００１３】
そこで本発明は、画像領域に応じて加熱を行うことで省エネルギー化を図るとともに、加熱手段から定着部材への供給熱量の変化に応じて加熱手段への供給電力を制御することにより、安定した定着性能を維持することができる定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、未定着画像に接触して回転する定着部材と、該定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段と、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、を備え、未定着画像を担持した記録材を前記定着ニップ部に通して定着を行う定着装置において、前記加熱手段は、記録材の搬送方向と直交する長手方向に複数分割された加熱領域を有するとともに、前記定着部材の回転方向において前記定着ニップ部の上流に設置され、前記温度検知手段は、前記定着部材の回転方向において前記加熱手段の下流かつ前記定着ニップ部の上流に設置され、記録材上に形成される画像情報に応じて各加熱領域を制御して、画像領域に接触する前記定着部材の温度が定着温度となり、非画像領域に接触する前記定着部材の温度が前記定着温度よりも低い温度となるように、前記加熱手段を制御するととともに、前記温度検知手段の検知結果に基づいて、画像領域に接触する前記定着部材の温度が所定温度に満たない場合、前記加熱手段への供給電力を調整する加熱制御手段を備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、画像領域に応じて加熱を行うことで省エネルギー化を図るとともに、加熱手段から定着部材への供給熱量の変化に応じて加熱手段への供給電力を制御することにより、安定した定着性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】画像形成装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】定着装置の基本構成例（１）を示す概略図である。
【図３】図２に示す定着装置における定着ベルトからの放熱の様子を模式的に付加した説明図である。
【図４】定着装置の基本構成例（２）を示す概略図である。
【図５】本発明に係る定着装置の一実施形態を示す概略図である。
【図６】加熱手段の構成例を示す模式図である。
【図７】加熱手段の配置例を示す模式図である。
【図８】画像領域と非画像領域からなる画像形成パターンの一例を示す説明図である。
【図９】画像領域と非画像領域からなる画像形成パターンの他の例を示す説明図である。
【図１０】画像領域と非画像領域に対応した定着ベルトの温度制御例を示すグラフである。
【図１１】図５に示す定着装置において、定着ベルトからの放熱の様子を模式的に付加した説明図である。
【図１２】加熱手段を通過する前後の定着ベルト位置と定着ベルト温度（表面／裏面）の関係を示すグラフである。
【図１３】画像領域と非画像領域に対応した定着ベルトの温度制御例を示すグラフであって、発熱量低下時の温度を併せて示すグラフである。
【図１４】定着ベルトの内周側に接触式の温度検知手段と付勢手段を設置した定着装置を示す説明図である。
【図１５】定着ベルトの内周側に接触式の温度検知手段と清掃手段を設置した定着装置を示す説明図である。
【図１６】定着ベルトの表面側に温度検知手段を設けた定着装置を示す説明図である。
【図１７】分割された加熱領域ごとに温度検知手段が設けられた定着装置を示す説明図である。
【図１８】分割された加熱領域に対し、サーモパイルアレイが設けられた定着装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る構成を図１から図１８に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態に係る定着装置は、未定着画像（トナー像Ｔ）に接触して回転する定着部材（定着ベルト３８）と、該定着部材との間で定着ニップ部（定着ニップ部Ｎ）を形成する加圧部材（加圧ローラ３０）と、定着部材を加熱する加熱手段（加熱手段５６）と、定着部材の温度を検知する温度検知手段（温度検知手段３４）と、を備え、未定着画像を担持した記録材（用紙Ｐ）を定着ニップ部に通して定着を行う定着装置（定着装置１２、図５）において、加熱手段は、記録材の搬送方向と直交する長手方向に複数分割された加熱領域を有するとともに、定着部材の回転方向において定着ニップ部の上流に設置され、温度検知手段は、定着部材の回転方向において加熱手段の下流かつ定着ニップ部の上流に設置され、記録材上に形成される画像情報に応じて各加熱領域を制御して、画像領域に接触する定着部材の温度が定着温度（第一の目標温度、図１０）となり、非画像領域に接触する定着部材の温度が定着温度よりも低い温度（第二の目標温度、図１０）となるように、加熱手段を制御するととともに、温度検知手段の検知結果に基づいて、画像領域に接触する定着部材の温度が所定温度に満たない場合、加熱手段への供給電力を調整する加熱制御手段（加熱制御手段３７）を備えるものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。
【００１９】
（画像形成装置）
図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態の全体構成を説明する概略構成図であ
る。図１を参照して、この画像形成装置の内部構成の概要及び動作について説明する。
【００２０】
図１に示すように、画像形成装置１は、給紙手段４と、レジストローラ対６と、像担持体としての感光体ドラム８と、転写手段１０と、定着装置１２等を有している。
【００２１】
給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐ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Ｐ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Ｐはレジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれが矯正された後、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Ｐ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１１へ送られる。
【００２２】
感光体ドラム８の周りには、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。
【００２３】
この画像形成装置１では、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。感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位１１に進入してきた用紙Ｐ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。
【００２４】
トナー像を担持した用紙Ｐは定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２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。定着装置１２の構成は後述する。
【００２５】
次に、転写部位１１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。
【００２６】
（定着装置）
［前提となる構成］
次に、画像形成装置が備える定着装置について説明する。本発明に係る定着装置の説明に先立って、図２を参照して、本発明に係る定着装置の前提となる構成（従来構成）について説明する。
【００２７】
図２に示す定着装置９０は、加圧ローラ９１と、定着ベルト９２と、を有し、加熱手段９３（セラミックヒータ、サーマルヘッドなど）により定着ベルト９２が内周側から直接加熱されるようになっている。トナー像Ｔを担持した用紙Ｐは定着装置９０の定着ニップ部Ｎへ搬送され、定着ニップ部Ｎにで定着動作がなされる。
【００２８】
定着ベルト９２は、金属や樹脂材料を用いた無端ベルト、またはフィルムである。定着ベルト９２の表層は離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。定着ベルト９２の基材と離型層の間には弾性層があっても良い。弾性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弾性層として、例えば、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。
【００２９】
定着ベルト９２の内部には定着ニップ部Ｎを支持するための支持部材９６（ステー）が設けられ、加圧ローラ９１により圧力を受けるニップ形成部材９７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。
【００３０】
加圧ローラ９１は芯金に弾性ゴム層があり、表面に離型層が設けてある。加圧ローラ９１は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９１はスプリングなどにより定着ベルト９２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、所定のニップ幅を有している。
【００３１】
加圧ローラ９１は中空のローラであっても良く、加圧ローラ９１にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ９１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。
【００３２】
定着ベルト９２は、加圧ローラ９１により連れ回り回転する。図２に示す定着装置９０では、加圧ローラ９１が回転し、定着ニップ部Ｎで定着ベルト９２に駆動力が伝達されることにより定着ベルト９２が回転する。定着ベルト９２は定着ニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、定着ニップ部Ｎ以外では両端部で保持部材（フランジ）にガイドされ、走行する。
【００３３】
また、定着装置９０では、定着ニップ部Ｎの下流の定着ベルト９２の内周面に配置された第１の温度検知手段９４と、加熱手段９３の近傍に設置された第２の温度検知手段９５の温度検知に基づいて、定着ベルト９２と加熱手段９３の温度を適切に制御する。このような定着装置９０により、低コストでウォームアップが速い定着装置を実現することが可能となっている。
【００３４】
図３は、図２に示した定着装置９０において、定着ベルト９２の表面からの放熱の様子を模式的に付加した説明図である。
【００３５】
図２に示す定着装置９０のように定着ベルト９２の裏面に設置された加熱手段９３を用いて、画像のある部分とない部分で温度差を付けるためには、定着ベルト９２の温度を急速に上げる必要があり、そのためには発熱部の幅を狭くし、熱流束をあげる必要がある。
【００３６】
しかしながら、図２に示す定着装置９０では、加熱手段９３から定着ベルト９２への熱供給を安定して行うために、加熱手段９３の発熱部の幅をニップ幅と同じ程度の幅にしているため、図２に示すような構成では、画像情報に応じて加熱手段９３への通電を制御して画像のない部分の加熱を減らすことは難しかった。
【００３７】
また、定着ニップ部Ｎに加熱手段９３が設置されるが、カラー機の場合、ゆず肌など定着不良を防止するためには、上記のようにシリコーンゴム層が１００ｕｍ程度必要となる。このシリコーン層は熱伝導率が低い。そのため、加熱手段９３の近傍に設置された第２の温度検知手段９５を用いてベルト表面温度を制御しても、加熱結果が反映されるのはニップを通過した後となる。そのため、図２に示す定着装置では、加熱手段９３とは離れた位置に第１の温度検知手段９４を設置し、その検知結果によってベルト温度を制御している。
【００３８】
図２に示す定着装置９０のように第１の温度検知手段９４を設置すると、図３に示すように、加熱位置から第１の温度検知手段９４、もしくは第１の温度検知手段９４から定着ニップ部Ｎまでの距離が長くなるため、加熱から定着ニップ部Ｎに侵入するまでに放熱や、熱拡散の影響が大きくなってしまう。そのため、画像情報に応じて加熱をすると放熱による温度低下や拡散により、所定の領域を必要な温度に保つことが難しい。さらに、放熱や拡散を考慮して温度を上昇させてしまうと、定着に必要な電力に加えて余分な電力を消費してしまう。
【００３９】
これに対し、例えば、図４に示す定着装置９０では、加熱位置から定着ニップ部Ｎまでの距離が短いため、上記で述べた放熱や熱拡散は起こりづらく、画像情報に応じた加熱には適した構成といえる。しかしながら、加熱手段９３の発熱体の劣化等により発熱量が低下してしまうと、画像領域に必要な熱量を供給することが難しくなってしまう。なお、符号９８はヒータホルダ、９９は定着ローラである。
【００４０】
［定着装置の構成］
本発明に係る定着装置の一実施形態を図５に示す。定着装置１２は、図５に示すように、定着ベルト３８（定着部材）、加圧ローラ３０（加圧部材）、加熱手段５６、押圧ローラ４０（押圧部材）を備えている。
【００４１】
定着ベルト３８は未定着画像に接触して回転し、加圧ローラ３０は定着ベルト３８の一部を押圧可能に配置され、定着ベルト３８との間に定着ニップ部Ｎを形成する。定着装置１２では、この定着ニップ部Ｎに、トナー像Ｔを担持した用紙Ｐを挿通させることにより加熱、定着が行われる。
【００４２】
定着ニップ部Ｎを挿通した用紙Ｐは、定着ベルト３８側、および／または加圧ローラ３０側に配置される分離板、分離爪などの図示しない分離手段によって先端部が分離されて、次工程に排出される。なお、分離版や分離爪等は画像品質への影響から、定着ベルト３８や加圧ローラ３０から微小ギャップを備えた非接触状態とするのが好ましい。
【００４３】
定着ベルト３８は、基体３８ａと、この基体３８ａの表面に被覆された弾性層３８ｂと、この弾性層３８ｃの表面に被覆された離型層３８ｃとを有する構成にすることができる。なお、定着ベルト３８は無端状のシームレスベルトであることが好ましい。
【００４４】
基体３８ａは、例えば外径が４０ｍｍで厚みが４０μｍのＳＵＳ製の基体とすることができるが、これに限られず、ポリイミド（ＰＩ）樹脂製、鉄、ニッケルなどの金属基体であってもよい。弾性層３８ｂは、例えば、層厚が１００μｍ程度のシリコーンゴム製である。なお、フッ素ゴム、発泡性シリコーンゴム等を用いることができる。
【００４５】
離型層３８ｃは、層厚が５〜５０μｍ程度であり、ＰＦＡ（４フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等を用いることができる。離型層３８ｃを形成することにより、耐久性を高めて、離型性を確保することができる。
【００４６】
加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、芯金３０ａの表面に被覆された弾性層３０ｂとを有する構成にすることができる。加圧ローラ３０は図示しない付勢手段により定着ベルト３８に圧接されている。
【００４７】
芯金３０ａは、例えば外径が４０ｍｍで厚みが２ｍｍの鉄などの金属材料からなる薄肉の円筒体とすることができ、その円筒体の内部にはヒータ等の熱源が固設されていてもよい。ヒータとしては、例えば、ハロゲンヒータやカーボンヒータ等を用いることができる。また、弾性層３０ｂは、例えばシリコーンゴムを用いることができ、厚みは５ｍｍである。弾性層３０ｂの表面に、離型性を高めるため厚みが４０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成することが好ましい。
【００４８】
定着ベルト３８の内周側には、ベルト支持部材６１が備えられ、また、定着ニップ部Ｎの箇所にはニップ形成部材６０が設置されている。ベルト支持部材６１、ニップ形成部材６０は、図示しない定着装置の側板と接続されて定着ベルト３８を支持している。
【００４９】
押圧ローラ４０は、外径が１５ｍｍ〜２０ｍｍで、芯金４０ｂとその表面に被覆された弾性層４０ａを有する構成とすることができる。芯金４０ｂは、例えば、鉄製の芯金、弾性層４０ａは、例えば、シリコーンゴムを用いることができる。また、弾性層４０ａの表面には、離型性を高めるためのフッ素樹脂層を形成してもよい。
【００５０】
押圧ローラ４０は図示しない付勢手段により定着ベルト３８に圧接されており、押圧ローラ４０により加熱手段５６と定着ベルト３８の接触性を維持して安定した加熱を実現することができる。
【００５１】
加圧ローラ３０および押圧ローラ４０は、定着装置１２の図示しない筐体の長手方向に回転可能に軸支され、図示しない各ローラの駆動手段等は、筐体に固定保持されている。
【００５２】
定着ベルト３８の内周側に、加熱手段５６が設けられる。加熱手段５６は、ステー状部材５９に取り付けられ、定着ベルト３８の内周に接触できる位置に配置される。加熱手段５６は、抵抗発熱体を形成したサーマルヒータなどの面状発熱体である。加熱手段５６は、電源部３９に接続されて、該電源部３９から電力が供給される。
【００５３】
面状発熱体の構成は、特に限られるものではないが、例えば、図６に示すように、絶縁性を有する基材５７上に、耐熱性樹脂中に導電性粒子が分散されてなる抵抗発熱体である発熱体５８と、が形成されてなる。なお、発熱体５８の幅は、例えば、３ｍｍ程度と狭いものが望ましい。
【００５４】
加熱手段５６は、図７に示すように用紙Ｐの幅方向に配置された複数（本実施形態では７つ）の加熱部５６ａ〜５６ｇからなり、各加熱部５６ａ〜５６ｇはそれぞれ発熱体５８を有し、加熱領域を形成する。各加熱部５６ａ〜５６ｇは独立に加熱制御が可能であり、それぞれ独立に定着ベルト３８を加熱することができる。
【００５５】
加熱手段５６は定着ニップ部Ｎの上流近傍に設置することが望ましい。これにより、定着ニップ部Ｎまでの定着ベルト３８からの放熱の影響を小さくできる。さらに、裏面（内周面ともいう）から表面への熱が伝わった状態で定着ニップ部Ｎに定着ベルト３８が搬送でき、画像に応じた加熱が可能となる。図５に示す例では、加熱手段５６は、定着ニップ部Ｎから回転方向において略９０°上流側に配置されている。
【００５６】
温度検知手段３４は、定着ベルト３８の定着ニップ部Ｎの上流であって、加熱手段５６の下流側において、定着ベルト３８の内周面もしくは外周面の温度を検知する。温度検知手段３４は、例えば、サーミスタである。図５の例では、内周側に設けられて定着ベルト３８の内周面の温度を検知している。
【００５７】
また、加熱手段５６の近傍に加熱温度検知手段３６を設け、加熱手段５６の温度を検知することも好ましい。加熱温度検知手段３６は、例えば、サーミスタである。
【００５８】
加熱制御手段３７は、温度検知手段３４の検知情報に基づいて電源部３９を制御し、電源部３９から加熱手段５６への電力供給量を制御する。また、加熱温度検知手段３６を備える場合は、温度検知手段３４および加熱温度検知手段３６の検知情報に基づいて電源部３９を制御する。この加熱制御手段３７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を有するマイクロコンピュータで構成される。
【００５９】
なお、加熱手段５６として、定着ベルト３８の外周側に設けられ、定着ベルト３８を外周側から加熱する電磁誘導加熱などの外部加熱手段を用いる構成であっても良い。
【００６０】
［加熱制御］
本実施形態に係る定着装置１２は、加熱制御手段３７により、用紙Ｐに画像を形成するための画像情報（画像データ）に基づいて、加熱手段５６の加熱割合を変化させて、加熱領域単位で加熱制御を行う。すなわち、画像情報から画像領域と非画像領域とに分け、用紙Ｐ上の未定着のトナー像Ｔを用紙Ｐ上に定着させる際、画像領域については所要の定着温度で定着させ、非画像領域についてはそれよりも低い温度とするようになっている。このように、画像情報に応じて発熱体５８を制御することにより、省エネルギー化を実現することが可能となっている。
【００６１】
図８（ａ）は、用紙Ｐ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ｃが存在する画像形成パターン、図８（ｂ）は、用紙Ｐ上に、その搬送方向Ｙの先端側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂが存在する画像形成パターンを示したものである。ここで、画像領域ａと画像領域ｃでは定着が必要となるが、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こととなる。
【００６２】
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加熱制御手段３７へ入力されると、加熱制御手段３７は、非画像領域ｂに対応する定着ベルト３８の部位の温度が、画像領域ａ，ｃに対応する定着ベルト３８の部位の温度よりも低くなるように加熱手段５６を制御する。なお、画像領域又は非画像領域に対応するとは、定着ベルト３８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。
【００６３】
すなわち、画像領域ａに対応する部位では加熱手段５６の全域に定着温度が得られる電力を供給し、非画像領域ｂに対応する部位では供給電力を低減する。また、図８（ａ）の場合、画像領域ｃ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。
【００６４】
この際，実際の供給電力は，図中の斜線部にて示すように、画像領域がニップ部に入るよりも前の部分を予備的に加熱するように投入されている。この予備加熱領域ｓ１は主に加熱手段５６の周方向の発熱長さや、発熱体５８自身にも昇温時間が必要となることから必要となる領域である。予備加熱領域ｓ１は省エネの観点からはできるだけ小さい事が望ましい。
【００６５】
図９（ａ）は、用紙Ｐ上に、搬送方向Ｙと直交する用紙幅方向Ｘに画像領域ｃ、非画像領域ｄが存在する画像形成パターンを示したものである。また、図９（ｂ）は、用紙幅方向Ｘに画像領域ｅ、非画像領域ｆが存在する画像形成パターンを示したものであるが、搬送方向Ｙ先端側には画像領域ｇが存在している。すなわち、非画像領域ｆの一部は画像領域ｇとなっている。
【００６６】
図９（ａ）の場合、加熱制御手段３７は、非画像領域ｄに対応する定着ベルト３８の部位の温度が、画像領域ｃに対応する定着ベルト３８の部位の温度よりも低くなるように加熱手段５６の加熱領域を制御する。
【００６７】
また、図９（ｂ）の場合、加熱制御手段３７は、非画像領域（ｆとｈの重複部）に対応する定着ベルト３８の部位の温度が、画像領域ｅ，ｇに対応する定着ベルト３８の部位の温度よりも低くなるように加熱手段５６の加熱領域を制御する。
【００６８】
すなわち、画像領域に対応する部位では加熱手段５６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。この場合も予備加熱領域ｓ１が必要となる。
【００６９】
このとき、加熱制御手段３７は、加熱手段５６に対し、あらかじめ所定の温度になるように決められた電力を発熱体５８に供給するフィードフォワード制御を実施する。
【００７０】
この場合の制御としては、非画像領域に対応する部位で電力供給を完全に停止（オフ）してもよいが、極端に温度が下がり過ぎると、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。
【００７１】
このため、図１０に示すように、非画像領域に対応する部位では、画像領域に対応する第一の目標温度（定着温度）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。
【００７２】
このように非画像領域に対応する部位でも給電は行なわれるが、供給電力は削減される。 すなわち、図１０の領域Ｐ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。
【００７３】
このように、加熱制御手段３７は、複数分割された発熱領域を制御して、用紙Ｐ上のトナー像Ｔの位置に応じて、トナー像Ｔが転写された画像領域を定着温度に加熱し、トナー像Ｔが転写されていない非画像領域を定着温度よりも低い温度にする。
【００７４】
ここで、温度検知手段３４は、上述のように、定着ベルト３８の定着ニップ部Ｎの上流であって、加熱手段５６の下流側において、定着ベルト３８の内周面もしくは外周面の温度を検知している。
【００７５】
図１１は、図５に示す定着装置１２において、定着ベルト３８からの放熱の様子を模式的に付加した説明図である。なお、一部を簡略化して示している。図１１に示すように、加熱手段５６を定着ニップ部Ｎ以外の位置に設置し、さらに、加熱手段５６の下流であって、定着ニップ部Ｎの上流の狭い領域に温度検知手段３４を設置することで、定着ベルト３８からの放熱の影響を小さくすることができるとともに、定着ニップ部Ｎに近い位置検知した定着ベルト３８の検知温度に基づいて、加熱制御をすることにより、雰囲気温度によらず定着に必要な熱量を正確に画像に供給できる。
【００７６】
また、加熱手段５６を図１１に示すように、定着ニップ部Ｎから略９０°上流側に設けているので、加熱手段５６から定着ニップ部Ｎまでの距離が短く、加熱した後の画像領域外への熱拡散が抑えられ、画像領域のみに必要な熱供給が可能となり、省エネルギー化を図ることができる。
【００７７】
図１２は、図１１に示す温度検知手段３４の配置位置で定着ベルト３８を加熱した際の、加熱手段５６（発熱体５８）による加熱位置を通過する前後のベルト位置とベルト温度の関係を示すグラフであって、定着ベルト３８の表面温度と、裏面温度とを示すものである。また、加熱手段５６と押圧ローラ４０を模式的に付加している。
【００７８】
図１２に示すように、定着ベルト３８の裏面温度は、加熱手段５６に接するため、当該接触面近傍で急速に温度が上昇する。一方、表面温度は、熱応答の遅れにより、加熱手段５６から下流側に離れた位置で温度が最大となる。
【００７９】
このため、定着ベルト３８の内周側に加熱手段５６を設け、定着ベルト３８を裏面から加熱する構成では、温度検知手段３４は定着ベルト３８の熱応答特性と加熱手段５６の加熱性能を考慮して、加熱手段５６からの熱が定着ベルト３８の裏面から表面に伝わる位置に設置することが好ましい。換言すれば、温度検知手段３４は、加熱手段５６での加熱後に定着ベルト３８の内周側と外周側の温度が略等しくなる位置に設置して、当該位置での定着ベルト３８の温度を検知することが好ましい。
【００８０】
また、加熱手段５６を定着ベルト３８の外周側から加熱する外部加熱手段を設け、定着ベルト３８を表面から加熱する構成では、図１２に示す表面／裏面の温度分布は、略逆の関係になる。すなわち、加熱手段５６の近傍ほど定着ベルト３８の表面温度が高く、定着ニップ部Ｎに近いほど温度が低下する。このため定着ニップ部Ｎの前の温度を正確に制御するには、定着ニップ部Ｎに近く、定着ベルト３８の裏面、表面の温度が略等しくなるような位置に温度検知手段３４を設置することが好ましい。
【００８１】
ところで、図１０を示して説明したように、本実施形態に係る定着装置１２では、画像領域に対応する部位では、第一の目標温度、非画像領域に対応する部位では第二の目標温度に定着部材温度を保つようにフィードフォワード制御されるが、発熱体５８は抵抗発熱体であり劣化により抵抗値が小さくなると、発熱量が低下してしまい、あらかじめ決められた電力を供給しても第一の目標温度に到達しないことが生じうる。
【００８２】
図１３は、図１０に示したグラフに、発熱体５８の劣化により、温度制御をしても第一の目標温度に到達しなくなった場合の定着ベルト３８の温度を点線で示すグラフである。このように既定の電力を供給した場合において発熱体５８の劣化等により当初の所望の発熱量とならない場合は、所望の定着温度とならず、定着性能が低下してしまう。
【００８３】
そこで、本実施形態に係る定着装置１２では、加熱制御手段３７は、加熱手段５６の下流かつ定着ニップ部Ｎの手前に設置された温度検知手段３４の検知結果が、所定温度以下となった場合、例えば、第一目標温度よりも所定温度以上小さくなった場合には、その低下分に応じて、発熱体５８に供給する電力を多くすることで、発熱体５８が劣化等により当初の所望の発熱量とならない場合であっても、安定した定着性を維持するようにしている。また、この時、加熱温度検知手段３６を備える場合は、加熱温度検知手段３６の検知結果を併せて用いてもよい。
【００８４】
以上説明したように本実施形態に係る定着装置１２によれば、画像領域に応じて加熱を行うことで省エネルギー化を図るとともに、加熱手段５６から定着ベルト３８への供給熱量の変化に応じて加熱手段５６への供給電力を制御することにより、安定した定着性能を維持することができる。
【００８５】
詳しくは、接触式かつ加熱領域ごとに分割され独立制御が可能な加熱手段５６を用いて、定着ベルト３８を直接加熱するとともに、記録材に形成される画像に応じて画像領域に適切な熱量を供給することで、非画像領域への熱の供給を抑制して省エネルギー化を図り、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することが可能となっている。
【００８６】
さらに、加熱手段５６の発熱体５８が経時により劣化し、供給熱量が低下した場合であっても、これを加熱手段５６の下流であって、定着ニップ部Ｎの上流に設置された温度検知手段３４による検知結果に応じて、加熱手段５６に供給する電力を調整することで、定着ベルト３８への供給熱量の低下による定着不良の発生を防止し、発熱体５８の劣化等により発熱量が変化しても、発熱量を常に一定に保ち、安定した定着性を維持することができる。
【００８７】
次に、温度検知手段３４の好ましい設置例について説明する。図１４は、定着ベルト３８の内周側に接触式の温度検知手段３４を設置した定着装置１２の例を示している。
【００８８】
ここまで説明した定着装置１２では、定着ベルト３８は回転する際、加圧ローラ３０に連れ回って回転するが、押圧ローラ４０があることで押圧ローラ４０と定着ニップ部Ｎとの間の定着ベルト３８は引っ張られ、定着ニップ部Ｎの手前でのベルト形状は円形ではなく、図１４の実線に示すように、加熱手段５６から定着ニップ部Ｎまで略直線に近い形状となるなど、定着ベルト３８の挙動は変化する。
【００８９】
このように定着ベルト３８の挙動が変化するため、定着ベルト３８の内周側に温度検知手段３４を配置する場合は、温度検知手段３４と定着ベルト３８との接触を維持するために、温度検知手段３４がベルト内周側に付勢されていることが好ましい。温度検知手段３４を定着ベルト３８の内周側に付勢させる付勢手段としては、例えば、図１４に示すように、板バネ７０を用いることができる。
【００９０】
板バネ７０のような可変式の付勢手段を用いて、温度検知手段３４を定着ベルト３８の内周側から外側に向けて付勢しておくことで、回転時にベルト変形が生じた場合であっても、十分な接触を維持することができる。
【００９１】
また、接触式の温度検知手段３４を定着ベルト３８の内周側に設置した場合には、摩耗粉などを除去する清掃手段を併せて設置することも好ましい。図１５は、定着ベルト３８の内周側に接触式の温度検知手段３４と、清掃手段としてのスクレーパー７１を設置した定着装置１２の例を示している。
【００９２】
ここまで説明した定着装置１２では、定着ベルト３８は、その内周面が加熱手段５６と接触しながら回転するため、定着ベルト３８の内周面が加熱手段５６で擦れ、定着ベルト３８の内周面から摩耗粉が発生する。この摩耗粉が接触式の温度検知手段３４に付着してしまうと、誤検知につながるおそれがある。
【００９３】
そこで、図１５に示すように、摩耗粉が温度検知手段３４に付着しないように温度検知手段３４の上流側にスクレーパー７１などの摩耗粉を除去する清掃手段を備えることで誤検知を未然に防止することが可能となる。
【００９４】
ここまで、温度検知手段３４を定着ベルト３８の内周側に設置する例について説明したが、温度検知手段３４は、定着ベルト３８の表面側に設けてもよい。図１６は、定着ベルト３８の表面側に温度検知手段３４を設けた定着装置１２の例を示している。
【００９５】
定着ベルト３８の表面側に温度検知手段３４を設ける場合、これを接触式の温度検知手段とすると、摩耗により定着ベルト３８にキズ等が発生し、定着不良を引き起こすため、表面側に温度検知手段３４を設置する場合は、非接触の温度検知手段とすることが必要となる。
【００９６】
ここまで説明した定着装置１２では、画像領域を独立して加熱制御を行うため、加熱手段５６は、複数の加熱部に分割されて、加熱領域を形成し、それぞれ発熱体５８ａ〜５８ｅを有している。図１７は、加熱手段５６が５つの発熱体５８ａ〜５８ｅを有する例を示している。
【００９７】
画像領域に応じた加熱制御に際しては、図１７に示すように、温度検知手段３４は、加熱手段５６の分割された加熱領域にそれぞれ対応して、合計５つ設けられ、それぞれの位置で対応する加熱領域の温度を検知している。
【００９８】
ここで、図１８に示すように、温度検知手段３４は、分割された２以上の加熱領域について検知するものであって、加熱領域数より少ない所定数設けられるものであってもよい。例えば、温度検知手段３４として、図１８に示すようなサーモパイルアレイを用いることで、分割された加熱領域毎に温度検知手段を設置する必要がなく、低コスト化を図ることができる。
【００９９】
なお、図１７、図１８の例では、温度検知手段３４は、定着ベルト３８の外周側に設けられているが、定着ベルト３８の内周側に設けられてもよいのは上述の通りである。
【０１００】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  画像形成装置
４  給紙手段
６  レジストローラ対
８  感光体ドラム
１０  転写手段
１１  転写部位
１２  定着装置
１４  給紙トレイ
１６  給紙コロ
１８  帯電ローラ
２０  ミラー
２２  現像手段
２２ａ  現像ローラ
２４  クリーニング手段
２４ａ  クリーニングブレード
２６  露光部
３０  加圧ローラ
３０ａ  芯金
３０ｂ  弾性層
３４  温度検知手段
３６  加熱温度検知手段
３７  加熱制御手段
３８  定着ベルト
３８ａ  基体
３８ｂ  弾性層
３８ｃ  離型層
３９  電源部
４０  押圧ローラ
４０ａ  弾性層
４０ｂ  芯金
５６  加熱手段
５６ａ〜５６ｇ  加熱部
５７  基材
５８  発熱体
５８ａ〜５８ｅ  発熱体
５９  ステー状部材
６０  ニップ形成部材
６１  ベルト支持部材
７０  板バネ
７１  スクレーパー
Ｌｂ  露光光
Ｎ  定着ニップ部
Ｐ  用紙
Ｔ  トナー像
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０２】
【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２００６−９８９９８号公報
【特許文献４】特開２０１２−１５９５４３号公報
【図１】
2016062007.tif 000003
【図４】
2016062007.tif 000004
【図８】
2016062007.tif 000005
【図９】
2016062007.tif 000006
【図１０】
2016062007.tif 000007
【図１３】
2016062007.tif 000008
【図２】
2016062007.tif 000009
【図３】
2016062007.tif 000010
【図５】
2016062007.tif 000011
【図６】
2016062007.tif 000012
【図７】
2016062007.tif 000013
【図１１】
2016062007.tif 000014
【図１２】
2016062007.tif 000015
【図１４】
2016062007.tif 000016
【図１５】
2016062007.tif 000017
【図１６】
2016062007.tif 000018
【図１７】
2016062007.tif 000019
【図１８】
2016062007.tif 000020