(57)【要約】【課題】熱容量が小さい定着ベルトを使用した誘導加熱定着においてエネルギ供給の安定化を図る。【解決手段】誘導加熱手段２０６を備え、転写紙上に形成された画像を定着する定着装置において、ニップ部の通紙前後の温度を検出する第１及び第２の温度検出センサ１１０，１２０と、前記第１及び第２の温度検出センサ１１０，１２０によって検出された温度差に基づいて前記誘導加熱手段２０６に供給する加熱用の電力を決定する。【選択図】図２
2009075251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱手段を備え、転写紙上に形成された画像を定着する定着装置において、
ニップ部の通紙前後の温度を検出する第１及び第２の温度検出手段と、
前記第１及び第２の温度検出手段によって検出された温度差に基づいて前記誘導加熱手段に供給する加熱用の電力を決定する制御手段と、
を備えていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、
前記第１及び第２の温度検出手段によって検出された温度データの履歴を記録する記録手段を備えていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の定着装置において、
前記温度の検出が通紙方向に直交する方向に対して中央部と端部で行われることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の定着装置において、
前記温度を検出するタイミングが一定時間間隔であることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の定着装置において、
温度検出のタイミングが定着ベルトを駆動するモータの回転に同期していることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の定着装置において、
温度検出のタイミングが商用電源電圧のゼロクロス信号の検出タイミングと同期していることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の定着装置を備えてい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、誘導加熱方式の定着装置、及びこの定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの機能を複合して有するデジタル複合機などの画像形成装置に係り、特に、誘導加熱方式の加熱制御に特徴のある定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、画像形成後定着する必要がある。定着方式としては、加熱・加圧定着が一般的であり、この定着方式では、加熱ヒータを備えた加熱ローラと加圧ローラを使用するものが多い。しかし、昨今では、省エネルギ性と立ち上がり性を考慮して誘導加熱方式の定着装置が注目されている。
【０００３】
このような誘導加熱方式の定着装置として例えば特許文献１記載の発明が公知である。この発明は、定着離型性に優れることのみならず、定着装置の簡易化、小型で高生産性、高画質を維持することを目的とし、少なくとも発熱層及び離型層で形成された定着ベルトを介して、定着ローラと加圧ローラとが圧接してニップを形成し、該ニップに未定着トナーを担持した用紙を通過させて定着を行うと共に、ニップ以外の領域で該定着ベルトを加熱する誘導加熱源で構成された定着装置において、定着ベルトを低熱容量のものとし、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤からなり、１／２流出温度が１１５〜１４５℃、１９０℃での貯蔵弾性率が２００Ｐａ以上であるトナーを用いたことを特徴としている。
【特許文献１】特開２００６−３０２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１記載の発明では、特に定着離型性を考慮して前記構成を採用し、その中で定着ベルトに低熱容量のものを用いている。このような低熱容量の定着ベルトを使用した場合、当然、温度の立ち上がり特性は向上するが、安定した定着温度を維持するのは難しく、加熱ローラを発熱させるためにコイルユニットに供給するエネルギ（電力供給）も不安定になる。
【０００５】
そこで、本発明が解決すべき課題は、熱容量が小さい定着ベルトを使用した誘導加熱定着においてエネルギ供給の安定化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、第１の手段は、誘導加熱手段を備え、転写紙上に形成された画像を定着する定着装置において、ニップ部の通紙前後の温度を検出する第１及び第２の温度検出手段と、前記第１及び第２の温度検出手段によって検出された温度差に基づいて前記誘導加熱手段に供給する加熱用の電力を決定する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
第２の手段は、第１の手段において、前記第１及び第２の温度検出手段によって検出された温度データの履歴を記録する記録手段を備えていることを特徴とする。
【０００８】
第３の手段は、第１又は第２の手段において、前記温度の検出が通紙方向に直交する方向に対して中央部と端部で行われることを特徴とする。
【０００９】
第４の手段は、第１ないし第３のいずれかの手段において、前記温度を検出するタイミングが一定時間間隔であることを特徴とする。
【００１０】
第５の手段は、第１ないし第３のいずれかの手段において、温度検出のタイミングが定着ベルトを駆動するモータの回転に同期していることを特徴とする。
【００１１】
第６の手段は、第１ないし第３のいずれかの手段において、温度検出のタイミングが商用電源電圧のゼロクロス信号の検出タイミングと同期していることを特徴とする。
【００１２】
第７の手段は、第１ないし第６のいずれかの手段に係る定着装置を画像形成装置が備えていることを特徴とする。
【００１３】
なお、後述の実施形態において、誘導加熱定着手段は電磁誘導により加熱される加熱ローラ２０１と、加熱ローラ２０１、定着ローラ２０２及び定着ベルト２０３に、第１及び第２の温度検出手段は第１及び第２の温度検出センサ１１０，１２０に、制御手段は制御部１００のＣＰＵに、記録手段は制御部１００の履歴ＤＢ１３０に、それぞれ対応する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ニップ部の通紙前後の温度を検出する第１及び第２の温度検出手段によって検出された温度差に基づいて誘導加熱定着手段に供給する加熱用の電力を決定するので、熱容量が小さい定着ベルトを使用した誘導加熱定着においてエネルギ供給の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成を示す図である。この実施形態に係るカラー画像形成装置は、図１に示すように搬送ベルトに沿って画像形成部が並び、転写紙に直接画像を形成する直接転写方式のタンデムタイプと言われるカラー画像形成装置である。図１に示すように、各々異なる色（イエロー：Ｙ、マゼンタ：Ｍ、シアン：Ｃ、ブラック：Ｋ）の画像を形成する画像形成部が、転写紙１を搬送する搬送ベルト２に沿って一列に配置されている。搬送ベルト２は、一方が駆動ローラ、他方が従動ローラである搬送ローラ３、４間に張架されており、搬送ローラ３，４の回転により矢印方向に回転駆動される。搬送ベルト２の下部には、転写紙１が収納された給紙トレイ５が備えられている。給紙トレイ５に収納された転写紙１のうち最上位置にある転写紙が画像形成時には給紙され、静電吸着によって搬送ベルト１上に吸着される。吸着された転写紙１は、第１の画像形成部Ｙ（イエロー）に搬送され、ここでイエローの画像形成が行われる。
【００１７】
この第１の画像形成部Ｙは、感光体ドラム６Ｙとこの感光体ドラム６Ｙの周囲に配置された帯電器７Ｙ、露光装置８、現像器９Ｙ、感光体クリーナ１０Ｙから構成されている。感光体ドラム６Ｙの表面は、帯電器７Ｙで一様に帯電された後、露光装置８によりイエローの画像に対応したレーザ光１１Ｙで露光され、静電潜像が形成される。
【００１８】
形成された静電潜像は現像器９Ｙで現像され、感光体ドラム６Ｙ上にトナー像が形成される。このトナー像は感光体ドラム６Ｙと搬送ベルト２上の転写紙１と接する位置（転写位置）で転写器１２Ｙによって転写され、転写紙上に単色（イエロー）の画像を形成する。転写が終わった感光体ドラム６Ｙは、ドラム表面に残った不要なトナーを感光体クリーナ１０Ｙによってクリーニングされ、次の画像形成に備えることとなる。
【００１９】
このようにして、第１の画像形成部Ｙ（イエロー）で単色（イエロー）のトナー画像が転写された転写紙１は、搬送ベルト２によって第２の画像形成部Ｍ（マゼンタ）に搬送され、マゼンタの画像形成が行われる。第２の画像形成部Ｍも、第１の画像形成部Ｙと同様に、感光体ドラム６Ｍとこの感光体ドラム６Ｍの周囲に配置された帯電器７Ｍ、露光装置８、現像器９Ｍ、感光体クリーナ１０Ｍとから構成されている。ここでも、イエローの画像形成と同様にして、感光体ドラム６Ｍ上に形成されたトナー像（マゼンタ）を転写紙１上に重ねて転写される。
【００２０】
その後転写紙１は、第３の画像形成部Ｃ（シアン）そして第４の画像形成部Ｋ（ブラック）に搬送され、同様に形成されたトナー像が転写紙１に転写され、各色トナーを重畳してカラー画像を形成してゆく。なお、第３及び第４の画像形成部Ｃ，Ｋも、第１及び第２の画像形成部Ｙ，Ｍと同様の構成になっている。そこで、各構成部材を示す参照番号の後に、シアンの場合はＣを、ブラックの場合はＫを付けて、詳細な説明は省略する。また、以下の説明においても各部の参照番号の後に付されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック用のものであることを示している。
【００２１】
第４の画像形成部Ｋを通過し、４色のトナーからなるカラー画像が形成された転写紙１は、搬送ベルト２から剥離され、定着器１３で定着された後、排紙される。検知センサ１４，１５，１６は搬送ベルト２上に形成された位置合わせ用のマークを検知するためのものである。マークを検出した結果から、基準色に対する各色の各種ずれ量（スキュー、主副レジスト、倍率）を算出し、補正する。マークは検出が終了すると、クリーニングブレード１８によりクリーニングされる。
【００２２】
図２は本実施形態に係るカラー画像形成装置に使用されている誘導過熱方式の定着器（装置）１３の構成を示す図である。図１において、定着装置は誘導加熱手段２０６の電磁誘導により加熱される加熱ローラ２０１と、加熱ローラ２０１と平行に配置された定着ローラ２０２と、加熱ローラ２０１と定着ローラ２０２とに掛け渡され、加熱ローラ２０１により加熱されるとともに少なくともこれらのいずれかのローラの回転により回転する無端帯状の定着ベルト（トナー加熱媒体）２０３と、定着ベルト２０３を介して定着ローラ２０２に圧接されるとともに定着ベルト２０３に対して順方向に回転する加圧ローラ２０４とから構成されている。
【００２３】
加熱ローラ２０１は例えば鉄、コバルト、ニッケル又はこれら金属の合金等の中空円筒状の磁性金属部材からなり、外径を例えば２０〜４０ｍｍ、肉厚を例えば０．３〜１．０ｍｍとして、低熱容量で昇温の速い構成となっている。
【００２４】
定着ローラ２０２は、例えばステンレススチール等の金属製の芯金と、耐熱性を有するシリコンゴムをソリッド状又は発泡状にして芯金を被覆した弾性部材とからなる。そして、加圧ローラ２０４からの押圧力でこの加圧ローラ２０４と定着ローラ２０２との間に所定幅の接触部を形成するために外径を２０〜４０ｍｍ程度として加熱ローラ２０１より大きくしている。弾性部材はその肉厚を４〜６ｍｍ程度、硬度を１０°〜５０°（ＡｓｋｅｒＣ硬度）程度としている。この構成により、加熱ローラ２０１の熱容量は定着ローラ２０２の熱容量より小さくなるので、加熱ローラ２０１が急速に加熱されてウォームアップ時間が短縮される。
【００２５】
加熱ローラ２０１と定着ローラ２０２とに張り渡されたベルト２０３は、誘導加熱手段２０６により加熱される加熱ローラ２０１との接触部位で加熱される。そして、加熱ローラ２０１及び定着ローラ２０２の回転によって定着ベルト２０３の内面が連続的に加熱され、結果としてベルト全体に渡って加熱される。
【００２６】
加圧ローラ２０４は、例えば銅又はアルミニウム等の熱伝導性の高い金属製の円筒部材からなる芯金と、この芯金の表面に設けられた耐熱性及びトナー離型性の高い弾性部材とから構成されている。芯金には上記金属以外にＳＵＳを使用しても良い。加圧ローラ２０４は定着ベルト２０３を介して定着ローラ２０２を押圧して定着ニップ部Ｎを形成しているが、本実施形態では、加圧ローラ２０４の硬度を定着ローラ２０２に比べて硬くすることによって、加圧ローラ２０４が定着ローラ２０２（及び定着ベルト２０３）へ食い込む形となり、この食い込みにより、記録材は加圧ローラ２０４表面の円周形状に沿うため、記録材がベルト２０３表面から離れ易くなる効果を持たせている。この加圧ローラ２０４の外径は定着ローラ２０２と同じ２０〜４０ｍｍ程度であるが、肉圧は０．５〜２．０ｍｍ程度で定着ローラ２０２より薄く、また硬度は８０〜１００°（ＡｓｋｅｒＣ硬度）程度で前述したとおり定着ローラ２０２より硬く構成されている。
【００２７】
電磁誘導により加熱ローラ２０１を加熱する誘導加熱手段２０６は、磁界発生手段である励磁コイルと、この励磁コイルが巻き回されたコイルガイド板とを有している。コイルガイド板は加熱ローラ２０１の外周面に近接配置された半円筒形状をしており、励磁コイルは長い一本の励磁コイル線材をこのコイルガイド板に沿って加熱ローラ２０１の軸方向に交互に巻き付けたものである。なお励磁コイルは、発振回路が周波数可変の駆動電源に接続されている。励磁コイルの外側には、フェライト等の強磁性体よりなる半円筒形状の励磁コイルコアが、励磁コイルコア支持部材に固定されて励磁コイルに近接配置されている。
【００２８】
なお、励磁コイルコアとしては例えば比透磁率が２５００のものが使用される。励磁コイルには駆動電源から１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電され、これにより交番磁界を発生する。そして、加熱ローラ２０１と定着ベルト２０３との接触領域及びその近傍部においてこの交番磁界が加熱ローラ２０１及び定着ベルト２０３の発熱層に作用し、これらの内部では交番磁界の変化を妨げる方向に渦電流が流れる。この渦電流が加熱ローラ２０１及び発熱層２０３ａの抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として加熱ローラ２０１とベルト２０３との接触領域及びその近傍部において加熱ローラ２０１及び発熱層を有するベルト２０３が電磁誘導加熱される。
【００２９】
このようにして加熱された定着ベルト２０３は、定着ニップ部Ｎの出口側近傍と入口側近傍に前記定着ベルトに正対させて配置されたサーミスタなどの熱応答性の高い感温素子からなる第１及び第２の温度検出センサ１１０、１２０により、ベルト表面温度が検知される。
【００３０】
すなわち、第１の温度検出センサ１１０が通紙後、第２の温度検出センサ１２０が通紙前の定着ベルト２０３の温度を検出している。第１の温度検出センサ１１０で検出される温度は通紙されること等により温度が低下し、第２の温度検出センサ１２０で検出される温度より低く検出される。この温度差から定着するのに必要な電力を求め、その電力を定着装置に供給することにより定着に必要なエネルギを安定的に供給できる。
【００３１】
また、一定時間間隔で検出温度の履歴を記録し、後の制御に使用することができる。すなわち、図３に示すように第１の温度検出センサ１１０で検出した温度と第２の温度検出センサ１２０で検出した温度を第１及び第２の変換部１１１，１２１でそれぞれデジタル変換して制御部１００の履歴ＤＢ１３０にそれぞれ格納しておく。なお、履歴ＤＢ１３０は入力データをＨＤなどの大容量メモリに設定される。このようにすれば、検出温度を時間差で比較することができるので、定着ベルト２０３の線速から第２の温度検出センサ１２０が検出した個所と同じ個所を第１の温度検出センサ１１０で温度検出でき、より正確に定着に必要な電力を見積もることができる。なお、制御部１００はＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含み、ＣＰＵはＲＯＭに格納したプログラムコードをＲＡＭに展開し、ＲＡＭをワークエリアとして前記プログラムコードで定義された制御を実行する。
【００３２】
また、履歴ＤＢ２０では、データは先入れとなっており、最新データＴ１＿ｎ、Ｔ２＿Ｎが一番後に位置している。
【００３３】
また、紙間となり紙に熱を奪われなかった個所を避けて温度検出を行うことも可能となり、より安定して定着に必要な電力を見積もることができる。
【００３４】
さらに、温度検出センサ１１０，１２０の特性の違い、例えば、サーミスタの熱時定数の違い等があった場合でも、それを考慮して定着に必要な電力を見積もることができる。
【００３５】
温度検出タイミングとしては定着を駆動するモータが、ステッピングモータの場合には、図４のステッピングモータの励磁タイミングのタイミングチャートに示すようにそれを駆動するパルス信号をカウントして温度検出タイミングとすれば、精度良いタイミングで検出することができるとともに、タイマ数の削減が可能である。
【００３６】
また、温度検出タイミングを図５のように商用電源電圧のゼロクロス信号とすれば、商用電源の周波数周期で供給電力が変化することによる温度変動の影響を排して、より安定的に定着に必要な電力を見積もることができる。この場合もタイマ数の削減が可能となる。
【００３７】
一方、図６に示すように定着中央と端部の温度を温度検出センサで検出すれば、中央部と端部の定着温度の状況の違いを把握することができ、この違いに応じた加熱制御が可能となる。例えば、中央、端部への加熱のオン／オフが独立している定着装置であるなら、定着に供給する電力を中央部と端部側とで調整することが可能となり、定着の安定性を高め、省エネルギ化を促進することができる。
【００３８】
なお、
１）線速毎に定着に供給する電力を求めるための関係式
２）紙種毎に定着に供給する電力を求めるための関係式
３）温度検出手段の配置の中央、端部それぞれに定着に供給する電力を求めるための関係式
の各関係式を求めて演算することにより、安定して定着を行うことが可能な電力を見積もることができる。
【００３９】
なお、１）については、定着ベルトの線速によって定着に必要な電力は異なるので、線速毎に定着に供給する電力を求めるための関係式が必要となる。また、２）については、紙種によって定着に必要な電力は異なるので、紙種毎に定着に供給する電力を求めるための関係式が必要となる。さらに、３）については、定着装置の中央、端部では状況が異なり、さらに通紙される紙幅等により大きく変化するので、温度検出手段の配置の中央、端部それぞれに定着に供給する電力を求めるための関係式が必要となる。
【００４０】
また、装置の状態は変化するので、前記関係式は、それぞれ経時的に更新され、あるいは、通紙時以外で定着に電力を供給しながら定着を回転させて定着温度を観測して定着の状態を把握し、定着に供給する電力を求める関係式を更新される。更新した式は前記制御１００に格納され、ＣＰＵによって演算時に使用される。なお、前記各関係式は予め実験的に求めておき、環境変化、内部変化、使用態様の変化などに応じて更新され、常に、現在の画像形成装置の使用状況に最も即応した関係式が使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るカラー画像形成装置に使用されている誘導過熱方式の定着装置の構成を示す図である。
【図３】本実施形態に係る定着装置の制御構成を示す図である。
【図４】温度検出タイミングとステッピングモータの励磁タイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】温度検出タイミングと商用電源電圧の電圧変動と商用電源電圧のゼロクロス信号を示す図である。
【図６】温度検出センサで検出する位置を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００  制御部
１１０  第１の温度検出センサ
１２０  第２の温度検出センサ
１３０  履歴ＤＢ
２０１  加熱ローラ
２０２  定着ローラ
２０３  定着ベルト
２０４  加圧ローラ
２０６  誘導加熱手段
【図１】
2009075251.tif 000003
【図２】
2009075251.tif 000004
【図３】
2009075251.tif 000005
【図４】
2009075251.tif 000006
【図５】
2009075251.tif 000007
【図６】
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