(57)【要約】      （修正有）【課題】定着部材の温度差を小さくし、記録媒体（用紙）のカールを防止し、定着部材の熱の分散を防ぎ、ウォームアップ時間を短くする。【解決手段】記録媒体Ｐ上に形成された未定着画像を少なくとも２つ以上の定着部材２、４、５で形成された定着ニップを通過させて加熱、加圧することにより定着させ、回転体である定着部材２、４、５のうちの少なくとも１つは加圧ローラ５で形成され、かつ、加圧ローラ５の回転速度を任意に調整する制御機構を有する定着装置において、制御機構は、近傍の環境湿度を検知する湿度検知手段を有し、この湿度検知手段によって検知した湿度に基づいて、ウォームアップ動作中の加圧ローラ５の回転速度を変化させるようにした。【選択図】図２
2009037077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上に形成された未定着画像を少なくとも２つ以上の定着部材で形成された定着ニップを通過させて加熱、加圧することにより定着させ、回転体である前記定着部材のうちの少なくとも１つは加圧ローラで形成され、かつ、前記加圧ローラの回転速度を任意に調整する制御機構を有する定着装置において、前記制御機構は、近傍の環境湿度を検知する湿度検知手段を有し、該湿度検知手段によって検知した湿度に基づいて、ウォームアップ動作中の前記加圧ローラの回転速度を変化させることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記湿度検知手段によって検知した湿度が高い時には、前記加圧ローラの回転速度を、湿度が低い時の回転速度に比べて速く設定することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記加圧ローラのウォームアップ動作中の回転速度を、印刷動作中の回転速度よりも速く設定することを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
【請求項４】
前記制御機構は、近傍の環境温度を検知する温度検知手段を有し、該温度検知手段によって検知した環境温度と、前記湿度検知手段によって検知した環境湿度とによって、ウォームアップ動作中の前記加圧ローラの回転速度を変化させることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項５】
ウォームアップ中の前記加圧ローラの回転速度は、環境温度が高く、かつ、環境湿度が高い時に、最も早い回転速度となるように設定することを特徴とする請求項４記載の定着装置。
【請求項６】
加熱用ヒータを内蔵する加熱ローラと、該加熱ローラとともに無端状の定着ベルトが架け渡される定着ローラと、前記定着ベルトを介在して前記定着ローラと対向しかつ加熱用ヒータを内蔵している加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成される定着ニップを記録媒体搬送経路として記録媒体を搬送することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の定着装置。
【請求項７】
作像部の像担持体上に形成された静電潜像をトナーで現像して可視化し、トナー像を転写装置上に転写し、給紙部から搬送された記録媒体上に前記トナー像を転写し、該トナー像を前記記録媒体上に定着させる画像形成装置において、前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる定着装置として、請求項１乃至６の何れか１項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、トナーを熱と圧力とで記録媒体上に定着する定着装置、及び、この定着装置を搭載する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
定着ニップ部を形成する２以上の定着部材のうち１つの定着部材にのみ加熱部材が設けられている定着装置、あるいは、他の定着部材にも加熱部材が設けられてはいるが、定着部材の熱容量や加熱部材の加熱能力に差がある定着装置にあっては、ウォームアップ終了時に、上記定着部材間において大きな温度差が生じることがある。
例えば、加熱部材を有する定着ローラに熱源を有しない加圧ローラが圧接されている定着装置にあっては、加圧ローラは主として定着ローラとの圧接部（定着ニップ部）を通じてのみ加熱されるので、ウォームアップ終了時、加圧ローラは定着ローラに比べて低温であり、両ローラ間には大きな温度差が生じる。
また、加圧ローラに熱源を有していても、加圧ローラのゴムが厚い場合には熱伝導が悪く、ウォームアップのような急速昇温時には加圧ローラの表面温度は高くならない。
このような状況下において、高湿環境下に置かれていて多くの水分を吸収した記録媒体（転写紙）が定着ニップ部を通過すると、記録媒体の表裏における乾き具合に差が生じ、記録媒体のカールを発生させ、搬送性及び積載能力を低下させる。
【０００３】
このような現象に対し、従来から温湿度情報に基づいてウォームアップを行なう方法、温湿度センサ情報の演算結果によって温度補正を行なう方法、圧接力及び回転速度を変更する方法等の技術が各種提案されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。
特許文献１では、湿度情報に基づいて、ウォームアップ方法を変更する技術を開示している。この技術では、湿度が高い時にはウォームアップ時間を長くする、もしくは、昇温速度が遅い方の定着部材が所定の温度になるまでウォームアップ動作を継続することによって、加圧ローラと定着ローラの温度差を小さくし、用紙のカールを防止するようにしている。
また、特許文献２では、温湿度情報によって、加圧ローラの温度を高くし、定着ローラの温度を低くすることによって、加圧ローラと定着ローラの温度差を小さくし、記録媒体のカールを防止する技術を開示している。
特許文献３では、複数個の温湿度センサ情報の演算結果によって、温度補正を行なう技術が開示されており、そして、特許文献４では、定着待機時に、熱源を持たない定着部材の温度を設定温度まで早く上げるために、圧接力及び回転速度を変更する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−０９９３７３公報
【特許文献２】特開２００５−３４５４８８公報
【特許文献３】特開２００６−２０８５０９公報
【特許文献４】特開２００１−０８３８３３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術は追加のウォームアップを規定温度まで行なうか、又は規定時間まで行なう技術であり、特許文献２、３、４は、基本的には、定着ニップに通紙中の設定温度に関する技術である。
前記のようにウォームアップ時、加圧ローラは主として定着ローラとの圧接部（定着ニップ部）を通じてのみ加熱されるので、加圧ローラの温度を上昇させるには時間が掛かるという課題がある。
このことは、定着ローラと加圧ローラを早く回転させることによって、加圧ローラの温度を速く上げることができるが、記録媒体がカールしない環境下では、逆に、加圧ローラの温度を高くする必要はなく、定着ローラの温度上昇が遅くならないように、遅い速度で回転させる必要がある。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、温湿度情報に基づいて、ウォームアップ中の加圧ローラの回転速度を変更することによって、着部材の温度差を小さくし、記録媒体（用紙）のカールを防止し、定着部材の熱の分散を防ぎ、ウォームアップ時間を短くする定着装置およびこれを搭載する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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、記録媒体上に形成された未定着画像を少なくとも２つ以上の定着部材で形成された定着ニップを通過させて加熱、加圧することにより定着させ、回転体である前記定着部材のうちの少なくとも１つは加圧ローラで形成され、かつ、前記加圧ローラの回転速度を任意に調整する制御機構を有する定着装置において、前記制御機構は、近傍の環境湿度を検知する湿度検知手段を有し、該湿度検知手段によって検知した湿度に基づいて、ウォームアップ動作中の前記加圧ローラの回転速度を変化させる定着装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記湿度検知手段によって検知した湿度が高い時には、前記加圧ローラの回転速度を、湿度が低い時の回転速度に比べて速く設定する請求項１記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記加圧ローラのウォームアップ動作中の回転速度を、印刷動作中の回転速度よりも速く設定する請求項１又は２記載の定着装置を特徴とする。
【０００６】
また、請求項４に記載の発明は、前記制御機構は、近傍の環境温度を検知する温度検知手段を有し、該温度検知手段によって検知した環境温度と、前記湿度検知手段によって検知した環境湿度とによって、環境湿度によって、ウォームアップ動作中の前記加圧ローラの回転速度を変化させる請求項１記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、ウォームアップ中の前記加圧ローラの回転速度は、環境温度が高く、かつ、環境湿度が高い時に、最も早い回転速度となるように設定する請求項４記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、加熱用ヒータを内蔵する加熱ローラと、該加熱ローラとともに無端状の定着ベルトが架け渡される定着ローラと、前記定着ベルトを介在して前記定着ローラと対向しかつ加熱用ヒータを内蔵している加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成される定着ニップを記録媒体搬送経路として記録媒体を搬送する請求項１乃至５の何れか１項記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、作像部の像担持体上に形成された静電潜像をトナーで現像して可視化し、トナー像を転写装置上に転写し、給紙部から搬送された記録媒体上に前記トナー像を転写し、該トナー像を前記記録媒体上に定着させる画像形成装置において、前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる定着装置として、請求項１乃至６の何れか１項記載の定着装置を備える画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、画像形成装置が設置された近傍の環境湿度を検知する湿度検知手段を有し、検知した湿度によって、ウォームアップ中の回転体の回転速度を変化させる制御機構を有することで、湿度が高い時には、回転体の回転速度を早くすることによって、定着部材の温度差を小さくし、記録媒体のカールを防止することができる。また、逆に、湿度が低い時には、回転体の回転速度を遅くすることによって、定着部材の熱の分散を防ぎ、ウォームアップ時間を短くすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明を適用し得る画像形成装置の構成を示す概略図である。図１の画像形成装置Ａにおいて、定着装置（定着ユニット）１はこの画像形成装置Ａの内部で略鉛直に上向きに延びる記録媒体搬送経路２２の最終端部を形成している。
図１の定着装置１は定着ローラ２、加熱ローラ３、定着ベルト４、加圧ローラ５を含んでいる。定着装置１の下方には、作像部２７が配置され、この作像部２７では、像担持体上に形成された静電潜像をトナーで現像して可視化し、トナー像を転写装置である転写ベルト２８上に転写する。
転写ベルト２８上に転写されたトナー像は、給紙トレイ２１から給紙ローラ２３により画像形成装置Ａの下流側にレジストローラ２５、記録媒体搬送経路２２を通して搬送されている記録媒体（転写紙）Ｐ上に転写ベルト２８と２次転写ローラ２６とのニップで２次転写されて定着装置１へ搬送される。
続いて、定着装置１内で未定着トナー像を加熱、加圧しながら定着し、かつ搬送され、排紙ローラ２９で搬送されて、排紙トレイ３０に排紙される。この画像形成装置Ａには手差しトレイ２４も配置されている。
図１のように記録媒体Ｐを、記録媒体搬送経路２２を通して略鉛直に上向きに搬送する方式では、記録媒体Ｐが給紙トレイ２１から排紙トレイ３０に到達するまでの距離を短くできるため、印刷１枚目が排紙トレイ３０に出るまでの時間を短くできるメリットがある。
画像形成装置本体側面には、温湿度センサ３１が取り付けられており、この温湿度センサ３１によって画像形成装置Ａ近傍の環境温度、及び、環境湿度を測定することができる。
【０００９】
図２は図１の定着装置を拡大して詳細に示す部分断面図である。図２の定着装置１において、定着ローラ２及び加熱ローラ３には、トナーを定着されるシート状媒体、すなわち、記録媒体Ｐを搬送するための無端状の定着ベルト４が張架されている。
定着装置（定着ユニット）１は、この定着ベルト４を介して定着ローラ２に対向して配置される加圧ローラ５と、加熱ローラ３及び加圧ローラ５の内部にそれぞれ備えられたヒータ６、７と、定着ベルト４を介して加熱ローラ３に対向して配置されかつ定着ベルト４の温度を検知する温度検知手段としての非接触型のサーミスタ１０とを有している。
また、加圧ローラ５の温度を検知する温度検知手段としてサーミスタ１５を有している。定着ベルト４は適宜な位置に配置されかつこの定着ベルト４を外側に押し付けるようにしている、ベルト張架部材８と加圧ばねである付勢部材９によって、所定の張力を有するようになっている。
【００１０】
加熱ローラ３内の加熱用ヒータ６に１０００Ｗ（定格電圧入力時）、加圧ローラ５内の加熱用ヒータ７に３００Ｗ（定格電圧入力時）を用いている。加熱ローラ３内の加熱用ヒータ６に発熱量の多いものを用いることで、定着ベルト４の温度上昇を早くし、ウォーミングアップ時間を短縮することができる。
像担持体上の静電潜像を可視化するのに用いるトナーは粘弾性を有する樹脂であるため、定着ニップで溶融して排出される際に、定着ベルト４に巻き付いて排出されジャムとなる危険性があるため、分離部材１２を設ける必要がある。
この分離部材１２としては、定着ベルト４と接触して機能する分離爪の他に、定着ベルト４と０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の微小のギャップを持って保持される分離板を使用することができる。図２には、さらに、記録媒体Ｐ上の未定着トナーＴ、入り口ガイド板１１、記録媒体搬送経路２２を示している。
一般的に、定着ニップで未定着トナーを加熱、加圧して定着させる場合、定着強度はトナーと直接接触する側の部材（本発明では定着ベルト４）の温度が支配的である。そのため、定着ベルト４の温度を急速に上昇させるために、定着ベルト４の回転速度は比較的遅くすることが多い。
従って、定着ベルト４の温度を急速に上昇させることによってウォームアップ時間を短縮している。結果的に、ウォームアップ直後の定着ベルト４と加圧ローラ５の温度差は大きくなる。低熱容量の定着ベルトを用いた定着方式を組み合わせることで、省エネルギかつ安定した定着装置を提供することができる。
しかし、高湿環境下に置かれていて多くの水分を吸収した記録媒体（転写紙）が定着ニップを通過する時に、定着ベルト４と加圧ローラ５の温度差が大きい場合には、記録媒体の表裏における乾き具合に差が生じ、記録媒体Ｐのカールを発生させ、この記録媒体Ｐの搬送性、積載能力を低下させる。
【００１１】
図３は本発明による定着装置の制御機構を示す概略ブロック図である。図３の制御機構には、画像形成装置近傍の温湿度センサ３１、ＣＰＵ、演算装置等を含む制御装置３３、非接触型のサーミスタ１０、サーミスタ１５、加圧ローラ駆動装置３４、加圧ローラ５が示されている。
この制御機構３２では、温湿度センサ３１からの温湿度情報（ここでは湿度情報）に基づいて、制御装置３３で図２の定着ベルト４と加圧ローラ５の温度差を判断して、加圧ローラ駆動装置３４を駆動して、加圧ローラ５を適切な回転速度で駆動させる。
上述したように、回転体である定着部材のうち少なくとも１つは加圧ローラ５で形成され、かつ、この加圧ローラ５の回転速度を制御機構３２で任意に調整する。この場合、画像形成装置Ａ（図１）が設置された近傍の環境湿度を検知する湿度検知手段である温湿度センサ３１を有し、この温湿度センサ３１によって検知した湿度によって、ウォームアップ動作中の加圧ローラ５の回転速度を所望の範囲に変化させる。
環境湿度によって回転速度を変化させることによって、定着部材の熱の配分を任意に変えることができる。湿度が高い時には、定着ニップを形成する部材間の温度差を小さくし、記録媒体のカールを小さくすることができる。
【００１２】
また、制御機構３２は、加圧ローラ５の回転速度を、湿度が低い時の回転速度に比べて、湿度が高い時に速く設定する。このように、湿度が高い時には、定着ニップを形成する部材間の温度差を小さくし、記録媒体のカールを小さくすることができる。
前記制御機構３２は、本発明による定着装置１を搭載する画像形成装置の近傍の環境温度を検知する温度検知手段である温湿度センサ３１を有し、この温湿度センサ３１によって検知した環境温度と環境湿度によって、ウォームアップ動作中の前記加圧ローラ５の回転速度を変化させる。
環境温度と環境湿度によって回転速度を変化させることによって、定着部材の熱の配分を任意に変えることができる。環境温度、環境湿度が高い時には、定着ニップを形成する部材間の温度差を小さくし、記録媒体のカールを小さくすることができる。
【００１３】
図４は本発明の定着装置における制御フローを示すフローチャートである。上述したような状況を踏まえて、図２乃至図４を参照して、本発明の制御方法を示す。電源オン（Ｓ１）された後、まず、画像形成装置本体側面に取り付けられた温湿度センサ３１（図１）によって画像形成装置Ａ（図１）近傍の環境温度及び環境湿度を検知する（Ｓ２）。
表１により定まる回転速度で加圧ローラ５を回転駆動する（Ｓ３）。加圧ローラ５の回転速度は、表１より、環境温度２０°Ｃ以上、環境湿度７５％以上の時、回転速度を１５０ｍｍ／ｓとし、それ以外の時は前記よりも遅い回転速度１００ｍｍ／ｓで回転駆動する。
［表１］
2009037077.tif 000003
表１には、所定の環境温度及び環境湿度におけるウォームアップ中の加圧ローラ５の回転速度を示している。
加熱ローラ３内の加熱用ヒータ６を点灯し（Ｓ４）、加熱ローラ３を通して、定着ベルト４を加熱する。制御装置３３によって、非接触型のセンサであるサーミスタ１０により検知した定着ベルト４の温度がレディー（Ｒｅａｄｙ）温度に達しているかどうか判断し（Ｓ５）、レディー温度に達した時点で、ウォーミングアップ終了とし、印刷動作又は待機動作へ移行する（Ｓ６）。
ウォーミングアップ動作中に印刷要求が行なわれていた場合は、レディー温度到達後すぐに印刷動作を開始する。ウォーミングアップ終了時点で印刷要求が行なわれていない場合には、待機状態へ移行する。本発明ではレディー温度は１６０°Ｃである。
本発明では、非接触型のサーミスタ１０により検知した定着ベルト４の温度のみによって、ウォーミングアップ終了（完了）を判断するが、サーミスタ１５により加圧ローラ５の温度を検知し、定着ベルト４と加圧ローラ５の温度によってウォームアップ終了を判断することもできる。
また、本発明では、加熱ローラ３内の加熱用ヒータ６のみを点灯させて、ウォーミングアップを行ったが、加熱用ヒータ６と加圧ローラ５内の加熱用ヒータ７に電力を配分して、両方でウォーミングアップを行なうこともできる。
【００１４】
図５は加圧ローラの各回転速度における定着ベルトと加圧ローラの温度推移をグラフで示す図である。図５には、加圧ローラ５（図２）の回転速度１００ｍｍ／ｓの場合と回転速度１５０ｍｍ／ｓの場合でウォーミングアップを行なった時の、定着ベルト４と加圧ローラ５の温度推移を示している。
加圧ローラ５の回転速度１００ｍｍ／ｓの時は、定着ベルト４の昇温速度が速く、加圧ローラ５の昇温速度が遅くなっている。非接触のサーミスタ１０により検知した定着ベルト４の温度のみによって、ウォーミングアップ終了（完了）を判断するため、ウォームアップ時間は短い。また、定着ベルト４と加圧ローラ５の温度差は大きいが、環境温度及び環境湿度が比較的低いため、記録媒体のカールは大きくならない。
加圧ローラ５の回転速度１５０ｍｍ／ｓの時は、定着ベルト４の昇温速度が遅く、加圧ローラ５の昇温速度が速くなっている。非接触のサーミスタ１０により検知した定着ベルト４の温度のみによって、ウォーミングアップ終了（完了）を判断するため、ウォームアップ時間は回転速度１００ｍｍ／ｓの場合と比べて長い。
また、定着ベルト４と加圧ローラ５の温度差は回転速度１００ｍｍ／ｓの場合と比べて小さく、環境温度及び環境湿度が比較的高い環境下でも、記録媒体のカールを抑制することができる。
本発明によれば、低熱容量の定着ベルト４を用いた定着装置とすることで、環境温度及び環境湿度が比較的高い環境下でも、省エネルギかつ高信頼の画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用し得る画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の定着装置を拡大して詳細に示す部分断面図である。
【図３】本発明による定着装置の制御機構を示す概略ブロック図である。
【図４】本発明の定着装置における制御フローを示すフローチャートである。
【図５】加圧ローラの各回転速度における定着ベルトと加圧ローラの温度推移をグラフで示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
Ａ…画像形成装置、Ｐ…記録媒体、１…定着装置（定着ユニット）、２…定着部材（定着ローラ）、３…定着部材（加熱ローラ）、４…定着部材（定着ベルト）、５…定着部材（加圧ローラ）、６…加熱用ヒータ（加熱ローラ内の）、７…加熱用ヒータ（加圧ローラ内の）、１０…非接触型のサーミスタ、非接触型のセンサ、１５…サーミスタ、２１…給紙部（給紙トレイ）、２２…記録媒体搬送経路、２６…２次転写ローラ、２７…作像部、２８…転写装置（転写ベルト）、３１…温度・湿度検知手段（温湿度センサ）、３２…制御機構、３３…制御装置、３４…加圧ローラ駆動装置
【図１】
2009037077.tif 000004
【図２】
2009037077.tif 000005
【図３】
2009037077.tif 000006
【図４】
2009037077.tif 000007
【図５】
2009037077.tif 000008