JP2013195502A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷条件や記録媒体の種類によらず、定着画像の品質を保ちつつ省エネを実現する。
【解決手段】加熱源によって加熱され、記録媒体上の未定着トナー像に接する定着回転部材と、定着回転部材に圧接して定着ニップ部を形成する加圧回転部材と、これら回転部材を収容する筐体を有し、定着ニップ部に記録媒体を通して加熱・加圧作用で定着処理する定着装置であって、記録媒体搬送経路の筐体における入口と出口の少なくとも一方に開閉可能な遮蔽板を設け、定着ニップ部通過直後の記録媒体の温度が所定の温度になるように温度制御される。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機あるいはこれらの少なくとも２つの機能を有する複合機など、画像形成装置に搭載される定着装置に関し、特に、定着品質を高い水準で保ちつつ、省エネを実現する定着装置の改良に関するものである。

画像形成装置においては、坪量の少ないものから多いもの、あるいは塗工紙や非塗工紙など様々な記録媒体が用いられる。また、画像形成装置の用いられ方も多様であり、印刷速度の遅い画像形成装置では少ない枚数を印刷した後に電源オフにされることが多く、印刷速度の速い画像形成装置では多くの枚数を連続的に印刷することが多い。

そのような中で、電子写真プロセスの中で最も電力エネルギーを消費する定着装置の省エネ（低消費電力）化技術が求められている。その流れにおいて、定着装置の定着ローラや加圧ローラといった蓄熱可能部材は低熱容量化されつつあり、また加圧ローラ自体では温度制御を行わない構成をとるようになってきている。このような装置構成は省エネである反面、印刷中に温度制御を行わない加圧ローラ温度の影響により、記録媒体における定着トナー像の定着品質が左右され易いという問題がある。そして、加圧ローラの温度が低い場合であっても、定着品質を満足させることができるように定着ローラ温度が制御されているため、印刷中に定着ローラ側からの影響で加圧ローラの温度が高くなり過ぎる場合があり、その高い温度で記録媒体が加熱される状態となると、必要以上の熱量を記録媒体に与えてしまうという不具合がある。

また省エネのため、例えば特許文献１や特許文献２では、定着装置の通紙開口部（主に定着出口）に遮蔽板を設け、通紙時（作像時）以外、主に待機中に遮蔽板を閉じることで加熱部材の熱を装置外部へ放出しないようにする構成も提案されている。

このような構成によれば、通紙（作像）時に加熱された定着装置内の部材、主に定着ローラや定着ベルトの定着部材、加圧ローラや加圧ベルトの加圧部材の熱を定着装置内に効率良く蓄えることができる。これにより待機状態から新たな画像形成を開始する時に加熱する際の所要時間を短くすることができ、その分の電力低減を図ることができる。

しかしながら、従来の定着温度制御方式であると、開閉式の遮蔽板を用いても、定着立ち上げ以外、その後に大きな電力を必要とする連続作像（通紙）中の電力を低減できなかった。

上記の問題点に鑑み、本発明は、印刷条件や記録媒体の種類によらず、定着画像の品質を保ちつつ省エネを実現することを目的とする。

本発明によれば、上記目的を達成するために、加熱源によって加熱され、記録媒体上の未定着トナー像に接する定着回転部材と、定着回転部材に圧接して定着ニップ部を形成する加圧回転部材と、これら回転部材を収容する筐体を有し、定着ニップ部に記録媒体を通して加熱・加圧作用で定着処理する定着装置であって、記録媒体搬送経路の筐体における入口と出口の少なくとも一方に開閉可能な遮蔽板を設け、定着ニップ部通過直後の記録媒体の温度が所定の温度になるように温度制御される。

本発明では、記録媒体搬送経路の筐体における入口と出口の少なくとも一方に開閉可能な遮蔽板を設け、定着ニップ部通過直後の記録媒体の温度が所定の温度になるように温度制御され、これらの組み合わせによって、定着立ち上げ以外でも供給電力低減を図ることができるようになる。

電子写真方式の画像形成装置の一例を概略で示した断面図である。 本発明に係る定着装置の一例を概略で示した断面図である。 加圧ローラと定着装置筐体での検知温度の変化を示すグラフである。 ジョブ４における定着ローラと加圧ローラでの検知温度の変化と積算電力量を示すグラフである。 図４の一部を拡大して示すグラフである。 ジョブ４において最終用紙排出の用紙後端に時間軸を合わせて遮蔽板有無での電力量の差をプロットしたグラフである。

図１は、一般的な電子写真方式の画像形成装置における内部構成の一例を概略で示した断面図である。この画像形成装置の構成は、後述する本発明に係る定着装置の構成と温度制御方法以外については公知であるので、その構成と作用とについて先ず概略で説明する。

画像形成装置本体１００の上には画像読取装置２００が設置され、側面には両面ユニット３００が取り付けられている。画像形成装置本体１００内には、複数のローラに掛け回され、ほぼ水平に張り渡されたエンドレスベルト状の中間転写ベルト１１が配され、反時計回りに走行するように構成されている。中間転写ベルト１１の下方には、シアン、マゼンタ、イエロ、ブラックの各色トナー用の作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋが、中間転写ベルト１１の走行方向に沿って四連タンデム式に並べて設けられている。各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋは、図中時計回りに回転するドラム状の像担持体の周囲に帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置などを設置することで構成される。さらに、作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋの下方には、露光装置１３が設けられている。

露光装置１３の下方には、記録媒体Ｐを積層して収納する給紙カセット１５を有する給紙装置１４が設けられていて、当該給紙装置１４は、図示の例では二段構成となっている。そして、各給紙カセット１５の図面右上には、各給紙カセット１５内の記録媒体Ｐを一枚ずつ繰り出して記録媒体搬送路１６に入れる給紙コロ１７がそれぞれ設けられる。図示の例における記録媒体搬送路１６は、画像形成装置本体１００内部における右側方で、垂直上方に向けて形成されていて、画像形成装置本体１００と画像読取装置２００の間に形成された胴内排紙部１８へと通じている。記録媒体搬送路１６には、搬送ローラ１９、中間転写ベルト１１に対向する二次転写装置２１、定着装置１１９及び一対の排紙ローラよりなる排紙装置２３などが、記録媒体搬送の順に設けられている。搬送ローラ１９の記録媒体搬送方向上流側には、一旦画像を表面に形成・定着された記録媒体Ｐを両面ユニット３００から再度記録媒体搬送経路１６へ再給紙するために、あるいは、両面ユニット３００を横切って手差し給紙装置３６から記録媒体Ｐを手差し給紙するために設けられる給紙路３７が設けられ、記録媒体搬送路１６に合流している。また、定着装置１１９の記録媒体搬送方向下流側には、両面ユニット３００への再給紙搬送路２４が分岐されて設けられている。

この画像形成装置でコピーを取るときは、画像読取装置２００で原稿画像を読み取り、読み取った画像の各色トナー像に対応した潜像を、帯電装置を用いて一様に帯電された各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋの像担持体上に、露光装置１３を用いて書き込む。さらに、各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋの像担持体上における各色トナー潜像に現像装置から各色トナーを付与することで、トナー画像を形成して、そのトナー画像を一次転写装置２５ｃ、２５ｍ、２５ｙ、２５ｋを用いて、順次中間転写ベルト１１上に一次転写することで、中間転写ベルト１１上に所望のカラー画像を形成する。

一方で、二段構成の給紙カセットにおける給紙コロ１７の一方を選択的に回転させて、対応する給紙カセット１５から記録媒体Ｐを繰り出して記録媒体搬送路１６に入れる（あるいは、手差し給紙装置３６から手差し記録媒体を給紙路３７に入れることもある）。そして、記録媒体搬送路１６を通して搬送ローラ１９まで搬送された記録媒体Ｐは、搬送ローラ１９により、中間転写ベルト１１上に形成されたトナー画像とタイミングを取って二次転写装置２１の二次転写位置へと送り込まれ、その際に、中間転写ベルト１１上のカラー画像が二次転写装置２１で記録媒体Ｐに転写される。画像が転写された後の記録媒体Ｐは、定着装置１１９で熱と圧力とを受けることで画像を定着され、その後、排紙装置２３により胴内排紙部１８上に排紙され、スタックされることで画像形成動作が完了する。

記録媒体Ｐの裏面にも画像を形成する場合には、一旦記録媒体Ｐの表面に画像を定着させた後の記録媒体Ｐを、搬送経路を切り替える切替爪（図示せず）を利用して、再給紙搬送路２４に入れて、両面ユニット３００に導入させる。この両面ユニット３００を通過する際、記録媒体Ｐは、その表面と裏面とを反転させられて給紙路３７に導入され、当該給紙路３７を通して、記録媒体搬送経路１６に再給紙される。その後、別途中間転写ベルト１１上に形成された裏面用のカラー画像を、表面の場合と同様に記録媒体Ｐに二次転写して、再び定着装置１１９で定着し、排紙装置２３で胴内排紙部１８に排出する。

次に定着装置１１９の構成を説明する。ちなみに、定着装置としては本例の所謂熱ローラ形式のものに限らず、所謂ベルト形式の構成のものであってもよいのは当然である。
図２に示すように、定着装置１１９は、誘導加熱部１２５（磁束発生手段）、この誘導加熱部１２５に対向する定着回転部材としての定着ローラ１２０、この定着ローラ１２０に圧接する加圧回転部材としての加圧ローラ１３０、入口ガイド板１４１、拍車１４２、分離板１４３、ガイド部材１５０、遮蔽板１５５などで構成される。ここで、定着ローラ１２０は、鉄やステンレス鋼などからなる芯金１２３上に、発泡シリコーンゴムなどからなる断熱弾性層１２２、スリーブ層１２１を順次積層したものであって、その外径が４０ｍｍ程度に形成されている。定着ローラ１２０のスリーブ層１２１は、内周面側から基材層、第一酸化防止層、発熱層、第二酸化防止層、弾性層、離型層を順次積層した多層構造体である。さらに詳しく述べれば、基材層は層厚が４０μｍ程度のステンレス箔で形成されたものであり、第一酸化防止層及び第二酸化防止層は層厚が１μｍ以下のニッケルをストライクめっき処理にて形成したものであり、発熱層は層厚が１０μｍ程度の銅で形成されたものであり、弾性層は層厚が１５０μｍ程度のシリコーンゴムで形成されたものであり、離型層は層厚が３０μｍ程度のＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）で形成されたものである。

このように構成された定着ローラ１２０は、誘導加熱部１２５から発せられる磁束によってスリーブ層１２１の発熱層が電磁誘導加熱されることになる。なお、定着ローラ１２０の構成は、本例のものに限定されることなく、例えば、スリーブ層１２１（定着スリーブ）を断熱弾性層１２２（定着補助ローラ）に接着しないで別体化することもできる。ただし、スリーブ層１２１を別体化した場合には、稼動中にスリーブ層１２１が幅方向（スラスト方向）に移動するのを抑止するための部材を設置することが好ましい。

また、定着ローラ１２０に対向する位置であって、定着ニップ部の上流側（記録媒体搬送方向上流側）には、複数の拍車１４２が記録媒体の幅方向に並設されている。拍車１４２は、定着ニップ部に送入される記録媒体Ｐを定着ニップ部に確実に案内するものである。拍車１４２は、記録媒体Ｐ上の未定着画像に接触してもその画像に擦れ跡が生じないように、その周面がノコ歯状に形成されている。

定着ローラ１２０に対向する位置であって、定着ニップ部の下流側（記録媒体搬送方向下流側）には、分離板１４３が設置されている。分離板１４３は、定着ニップ部から送出された定着工程後の記録媒体Ｐが、定着ローラ１２０に巻き付く不具合を防止するためのものである。すなわち、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ローラ１２０に吸着してしまった場合に、記録媒体Ｐの先端に分離部材１４３が干渉して、記録媒体Ｐを定着ローラ１２０から強制的に分離させる。

また、定着ローラ１２０には、表面温度を検知するためのサーミスタ（接触型温度センサ、温度プローブ）１５７が配設されている。サーミスタに代えて、サーモパイル（非接触型温度センサ）を配置してもよい。そして、このような温度センサによる検知結果に基いて、誘導加熱部１２５による加熱量が調整される。

また、定着ローラ１２０に圧接して定着ニップ部を形成する加圧ローラ１３０は、アルミニウム、銅などからなる円筒部材１３２上に、シリコーンゴムなどからなる弾性層１３１、ＰＦＡなどからなる離型層（図示せず）を形成したものである。加圧ローラ１３０の弾性層１３１は、肉厚が１〜５ｍｍとなるように形成されている。また、加圧ローラ１３０の離型層は、層厚が２０〜５０μｍとなるように形成されている。なお、本例では、定着ローラ１２０の加熱効率を高めるために、加圧ローラ１３０の内部にハロゲンヒータなどのヒータ１３３が設されていてもよい。ヒータ１３３に電力が供給されることにより、ヒータ３１３の輻射熱によって加圧ローラ１３０が加熱され、定着ローラ１２０の表面が加圧ローラ１３０を介しても加熱されることになる。加圧ローラ１３０の表面温度を検知するためのサーミスタ（接触型温度センサ、温度プローブ）１５６も配設されている。ただ、省エネを目的に、加圧ローラ１３０側のヒータ３１３は立ち上げ時以外はオフとされ、加圧ローラ独自で温度制御を行うようになっていない。

加圧ローラ１３０に対向する位置であって、定着ニップ部の上流側には、入口ガイド板１４１が設置されている。入口ガイド板１４１は、定着ニップ部に送入される記録媒体Ｐを案内するものである。また、加圧ローラ１３０に対向する位置であって、定着ニップ部の下流側（定着ニップ部から送出される記録媒体Ｐのトナー載置面の裏面に対向する側）には、ガイド部材１５０が設置されている。ガイド部材１５０は、定着ニップ部から送出された定着工程後の記録媒体Ｐを定着工程後の搬送経路に向けて案内するためのものである。

また、誘導加熱部１２５は、コイル部１２６（励磁コイル）、コア部１２７（励磁コイルコア）、コイルガイド１２８などで構成される。コイル部１２６は、定着ローラ１２０の外周面の一部を覆うように配設されたコイルガイド１２８上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向（図２の紙面垂直方向）に延設したものである。コイルガイド１２８は、耐熱性の高い樹脂材料などからなり、定着ローラ１２０との対向面の側でコイル部１２６を保持する。コア部１２７は、フェライトなどの強磁性体（比透磁率が２５００程度）からなり、定着ローラ１２０の発熱層に向けて効率のよい磁束を形成するためのものであり、アーチコア、センターコア、サイドコアなどで構成されている。なお、誘導加熱部１２５は、定着装置１１９の主部（図２に示された定着装置のうち誘導加熱部を除くユニット）から分離できるように構成されている。そして、定着装置１１９の主部は、画像形成装置本体１のカバー（図示せず）が開放された状態で、誘導加熱部１２５から分離されて画像形成装置本体１から取り出されることになる。つまり、加熱部材である誘導加熱部を残して（寿命部品である定着ローラやベルトなどの交換で）ユニット交換できるので、高価で耐久性の高い加熱部材を繰り返し使うことができ、効率的である。

以上、誘導加熱部１２５が定着装置１１９の主部から分離される構成について述べたが、このような構成に限定されず、誘導加熱部１２５が定着装置１１９と一体で構成されてもよい。一体構成であれば、両者の位置決め精度が高くなり、加熱効率を高めることができる。誘導加熱部１２５が廉価になったり、定着ローラなどの寿命が長くなれば、一体構成は有効な方式である。また、加熱方式についても誘導加熱に限られるものでなく、面状発熱体などの熱応答性の良い加熱手段に置き換えても、同様の効果を発揮できる。

そして、遮蔽板１５５は、記録媒体Ｐが搬送されている間、図２に示した位置で待機し、記録媒体搬送路を開放して、記録媒体Ｐを排紙経路へ導く。一方、例えば連続通紙でない場合に定着工程が完了して次の記録媒体Ｐが搬送されるまでの間は不図示の開閉機構（左右スライド機構）により図中右側に移されて記録媒体Ｐの排出口を塞ぐ。このような制御（閉じ動作）は、記録媒体排出後、一定時間経過して所謂スリープモードに移行した時に行うようにしてもよい。本例の定着装置では、記録媒体搬送が下から上に向かって概ね鉛直方向に行われるものなので、遮蔽版は定着装置の上部にのみ設けられているが、水平搬送タイプのものであれば、記録媒体搬送経路の出口側だけでなく、入口側にも遮蔽板を設けるのが合理的である。

定着装置１１９の主部から分離できるように誘導加熱部１２５が構成されている場合には特に、定着装置１１９の主部と誘導加熱部１２５の間に十分なクリアランス（隙間）が必要となり（垂直搬送の場合には特に誘導加熱部と定着ローラ１３０、分離板１４３の間Ａ）、従来公知の構成においては、この隙間から蓄えられた熱が逃げていたが、遮蔽板１５５はこの隙間をも同時に覆って（塞いで）、外側への放熱を防ぐことができる。

遮蔽板１５５と不図示の開閉機構は、誘導加熱部１２５の側、つまりは定着ユニットの側とは分かれた本体側に設けられている。これによって定着ユニット交換の際、無駄な部品を交換することなく必要な耐久部品周りのユニットだけを交換できて、環境、コストにおいて有利な方式となる。

定着装置１１９の内部で加圧ローラ１３０の近傍には定着装置内の気温を検出する温度センサ１５９が設けられている。機内の温度が高くなり過ぎると入口ガイド板１４１やガイド部材１５０など、用紙案内部材が結露してジャムが発生したり、用紙の腰が弱くなって先端巻き付きジャムが増えたり、定着後の用紙カールが大きくなったりする悪影響がでるので、温度センサ１５９の検出温度が一定以上の場合（例えば５５℃以上の時）は遮蔽板１５９を開放して、装置内の温度を下げるように制御する。これによって上記不具合を抑制することができる。

以上のように構成された定着装置１１９は、次のように動作する。不図示の駆動モータによって定着ローラ１２０が図２の反時計方向に回転駆動され、それに伴い加圧ローラ１３０が時計方向に回転する。そして、定着ローラ１２０のスリーブ層１２１（発熱層）は、誘導加熱部１２５との対向位置で、誘導加熱部１２５で発生する磁束によって加熱される。詳しく述べれば、発振回路が周波数可変の電源部（図示せず）からコイル部１２６に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚ）の高周波交番電流を流すことで、コイル部１２６から定着ローラ１２０のスリーブ層１２１に向けて磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、スリーブ層１２１の発熱層に渦電流が生じて、発熱層はその電気抵抗によってジュール熱が発生して誘導加熱される。こうして、スリーブ層１２１（定着ローラ１２０）は、自身の発熱層の誘導加熱によって加熱される。

その後、誘導加熱部１２５によって加熱された定着ローラ１２０の表面は、ローラ回転によって加圧ローラ１３０との当接部（定着ニップ部）に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔ（トナー）を加熱して溶融する。詳しく述べれば、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが、入口ガイド板１４１（又は拍車１４２）に案内されながら定着ローラ１２０と加圧ローラ１３０との間に送入される（矢印Ｙ１）。そして、定着ローラ１２０から受ける熱と加圧ローラ１３０から受ける圧力とによってトナー像Ｔが記録媒体Ｐに定着されて、記録媒体Ｐは定着ローラ１２０と加圧ローラ１３０との間から送出される（矢印Ｙ２）。定着ニップ部を通過した定着ローラ１２０の表面は、その後、再び誘導加熱部２５との対向位置に達する。このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。

次に、定着装置１１９の温度制御方式について説明する。既述のように、定着ローラ１２０の周囲には、サーミスタ（接触型温度センサ）１５７が配設され、このような温度センサによって定着ローラ１２０の温度が検知される。そして、実際に検知された定着ローラ１２０の温度と、指定された定着ローラ１２０の目標制御温度との間の温度偏差の情報を基に、温度センサに繋がった不図示の定着温度コントローラを介して、単位時間当たりの誘導加熱部１２５への通電時間（＝ＤＵＴＹ）を制御して、すなわち誘導加熱部１２５への印加電力を制御して、不図示のＰＷＭ駆動回路を通して定着ローラ１２０の温度を制御する。以上のような形態で、記録媒体Ｐ及びトナー画像へ与える熱量が所定の状態になるように誘導加熱部１２５の電力が制御される。

一方、本例の定着装置においては、省エネの観点から、非画像面側の加圧ローラに熱を溜め込まないようにするため、加圧ローラ１３０側のヒータ３１３は立ち上げ時以外はオフとされ、加圧ローラ自体の温度制御は行われていない。そして、それにもかかわらず、定着装置を通過直後の記録媒体の温度を所定の一定値で、あるいは少なくとも一定の温度幅に保つように制御している。これによって、定着強度や光沢度といった画像定着後の画像品質を一定にすることができる。本発明者らの実験によれば、定着後記録媒体温度の温度幅を５℃以内に制御するのが好ましい。

このような構成の定着装置において、定着後記録媒体温度を印刷条件や使用する記録媒体によらず一定に保つための最も単純なやり方は、定着ニップ部の出口近傍に記録媒体温度測定器としての非接触式の温度センサを設置し、定着直後の記録媒体の先端から後端まで例えば１０ｍｓｅｃの測定周期において温度検知し、その平均値をもって定着後の記録媒体温度とし、この結果に基づいてフィードバック制御を行うことである。ただ、このような温度センサは従来設置されておらず、比較的高価な部材の追加となるし、フィードバック制御を、検知された定着後記録媒体温度に良好に追随させるためには、加熱源の加熱性能や定着ローラの熱伝達性能がより高性能な部材を、すなわち、高スピードで検知結果温度に達することが可能な加熱・放熱性能を有する部材を必要とし、画像形成装置のコストアップにつながる。そこで、定着後の記録媒体温度を直接測定せず、加圧ローラ側に設けられたサーミスタ（温度センサ）１５６による検知結果に基づいて定着後記録媒体温度を予測演算し、演算によって得られた定着後記録媒体温度が所定温度幅に収まるように定着ローラ温度を制御することが推奨される。

なお、定着後記録媒体温度を一定に制御するためには、加圧ローラ温度による制御の他にも、ニップ時間を制御することも考えられる。しかしながら、本発明者らの実験から得られた結果から、加圧ローラ温度は、定着後記録媒体温度に対して最も感度があり、且つ、制御性の高いことが分かっており、このような加圧ローラ温度に基いた定着後記録媒体温度制御を採用することが好ましいと思われる。

さらに、加圧ローラ温度は、定着装置で記録媒体へ供給される熱量の一部を担っており、定着後記録媒体温度に対する影響が非常に大きいので、加圧ローラの蓄熱状態に応じて定着ローラの温度を制御する。すなわち、加圧ローラの温度が低い場合には、定着部材に対する制御温度を高温に設定し、加圧部材の温度が上昇してきた際には、定着部材に対する制御温度を低く変更することで、定着後記録媒体の温度を一定にする。

別の言い方をすれば、加圧ローラ温度が異なる場合に定着ローラ温度をどの程度の設定温度にすれば、定着後記録媒体温度が一定になるかといった関係を予め求めておいて、加圧ローラ温度に応じて、定着ローラ温度の目標設定値を定め、定着後記録媒体温度を一定の温度制御幅に収める。なお、このような関係は、定着ローラ設定温度と加圧ローラ温度とを振り分けた実験室での実験や実機での実験を繰り返すことで得ることが可能である。

ところで、加圧部材温度の変動による定着後記録媒体温度への影響度は、ニップ時間、坪量、熱伝導率、比熱、含水率などの記録媒体情報により変化する。したがって、ニップ時間、坪量、熱伝導率、比熱、含水率などの記録媒体情報を考慮して、加圧部材温度の違いと定着部材温度設定値の関係に手を加えることで、より正確に定着後記録媒体温度を一定にすることが可能である。

例えばニップ時間（定着ニップ幅を記録媒体の搬送速度で割った値として定義される時間）により定着部材温度設定値を補正することを考えると、定着部材や加圧部材は、蓄熱されていくと熱膨張することにより、定着ニップ幅ｗ（図２参照）が変化するため、定着装置の蓄熱状態に応じて変化するので、加圧部材温度の影響が、ニップ時間によりどのように変化するかを実機や実験室での実験やシミュレーションにより評価しておく。本発明者らの実験では、ニップ時間が長いほど、加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことが分かっている。したがって、定着ローラ設定温度を割り出しは、加圧ローラサーミスタ（温度センサ）１５６による加圧ローラ温度の検知結果に基くだけでなく、ニップ時間という記録媒体情報によって補正し、ひいては、定着後記録媒体温度をニップ時間によって補正するのが一層好ましい。このようにして定着後記録媒体温度が補正されれば、より狙いの定着後記録媒体温度に近い温度制御が可能になる。

また記録媒体の坪量に関しても、本発明者らの実験を通して、坪量が小さいほど加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことが分かっている。記録媒体の熱伝導率に関しても、本発明者らの実験を通して、熱伝導率が大きいほど加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことが分かっている。記録媒体の比熱に関しても、本発明者らの実験を通して、比熱が小さければ比較的僅かではあるが加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことが分かっている。記録媒体の含水率に関しても、本発明者らの実験を通して、含水率が小さければ比較的僅かであるが加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことが分かっている。

さらに、ニップ時間、坪量、熱伝導率、比熱、含水率といった記録媒体情報を組み合わせて、すなわち、これら記録媒体情報の少なくとも２つを用いて、定着後記録媒体温度を補正すれば、さらに精度良く定着後記録媒体温度を演算することができ、その結果、定着後記録媒体温度の温度制御幅をより小さくできる。

以上のように、定着後記録媒体温度の制御を行い、合わせて遮蔽板による放熱抑制を行う定着装置における遮蔽板開・閉での消費電力、さらには遮蔽板なしでの消費電力と各部温度を計測比較した例を以下に記載する。

定着装置の消費電力量を理解するためにはに定着部の各温度の関係を把握する必要があるので、定着装置における既述の加圧ローラ用温度センサ、定着ローラ用温度センサのほか、定着装置上部カバーにも温度プローブ（図示せず）を接触配置した。遮蔽板１５５は、記録媒体排出後にスリープモードに移行してから、スライド移動させることで開閉させた。

ジョブ１は画像形成装置を１時間放置した後、ジョブスタートした時の消費エネルギーで、これは遮蔽板の有無で条件が変わらない。このため消費エネルギーは同じ値となっている。以下、一定時間毎に３回繰り返すジョブにつれて両者のエネルギー消費量の差が開いていく。

後述する図３に示すジョブ間では一定時間のインターバル中に定着ローラや加圧ローラの熱が機内の大気中に放出されて冷やされる。遮蔽板を設けた構成の場合、機外へ熱が逃げず、定着装置内部に熱が留まることで、定着ローラや加圧ローラの高い温度で維持されるようになる（機内に熱が留まることで放熱量自体が抑えられる）。

加圧ローラ１３０に対する温度プローブ１５６と定着装置上部カバーに接触させた温度プローブで検出された温度変化を図３に示す。ジョブが増える毎に蓄熱量の差が顕著になり、ジョブ４では加圧ローラで３．３℃、上部カバーで６．２℃の差が現れている。シミュレーションによっても両者の差は明らかで、特に垂直搬送タイプの場合、遮蔽板を上側に設けると効果が大きく、本例で計測された温度結果とほぼ一致した結果を得た。

遮蔽板の有無の差が一番顕著になるジョブ４における定着ローラ対の温度と消費電力量の推移を図４に示す。昇温開始時刻で時間軸を揃えるとジョブ４の立ち上りからしばらくは、電力量に差が現れない。昇温時は最大電力を投入して定着ローラ対の温度上昇（＝立ち上げ）を図る。このため、たとえ上記のようにジョブ開始時のローラ温度に差があったとしても電力量推移は同じになる。ジョブの連続通紙の途中から、定着後記録媒体温度を加圧ローラ温度に基づいて制御する本例での定着温度制御が効いて、電力量に差が出始める。

ここで加圧ローラ１３０の温度変化について述べる。加圧ローラ１３０は通紙によって熱が奪われ、用紙１枚が通過する毎にローラ表面の温度が下がる。図４のグラフでは通紙枚数分の温度下降（温度上下の山）が認められ、これが用紙通過タイミングと一致しているため、加圧ローラ温度を見れば通紙タイミングを推測することができる。

このような事実を踏まえて、図５のグラフのように一部を拡大してみると、遮蔽板１５５を閉じた場合の方が定着ローラ１２０の立ち上がり時間が早くなっていて、結果的には最終用紙を約０．５秒、早く排出している。そこで、最終用紙排出の用紙後端に時間軸を合わせ、さらに遮蔽板１５５の有無での電力量の差（遮蔽板無し−遮蔽板あり）をプロットしたのが図６のグラフである。遮蔽板を開閉する方が定着ローラ１２０の立ち上がりが約０．５秒早く、その分だけ省エネとなって約０．１３Ｗｈの効果を得ている。

さらに、本例での定着温度制御を用いることで、この制御が効いてから用紙最終枚までに約０．５Ｗｈのさらなる効果が得られている。つまり、定着ローラ対の蓄熱により、少ない電力で定着ローラ１２０と加圧ローラ１３０の温度を維持できるようになる。これは定着ローラ１２０温度の振れ幅が小さいことからも推察することができる。

以上のように定着後記録媒体温度基準の定着温度制御と遮蔽板を組み合わせることで定着ローラ対の温度立ち上げ以外に連続通紙中の供給電力低減を図ることができ、従来の定着温度制御方式やハロゲンランプのような熱応答性の低い熱源とは異なる新たな（特有の）省エネ効果を得られることが分かった。

１１９ 定着装置
１２０ 定着ローラ
１２５ 誘導加熱部
１２６ コイル部（励磁コイル）
１２７ コア部（励磁コイルコア）
１３０ 加圧ローラ
１３３ ヒータ
１４１ 入口ガイド板
１４２ 拍車
１４３ 分離板
１５０ ガイド部材
１５５ 遮蔽板
１５６ 加圧ローラ用サーミスタ
１５７ 定着ローラ用サーミスタ
Ｐ 記録媒体

特開２００３−２４１５５１号公報 特開２００７−０８６４５３号公報

Claims (7)

1. 加熱源によって加熱され、記録媒体上の未定着トナー像に接する定着回転部材と、定着回転部材に圧接して定着ニップ部を形成する加圧回転部材と、これら回転部材を収容する筐体を有し、定着ニップ部に記録媒体を通して加熱・加圧作用で定着処理する定着装置であって、記録媒体搬送経路の筐体における入口と出口の少なくとも一方に開閉可能な遮蔽板を設け、定着ニップ部通過直後の記録媒体の温度が所定の温度になるように温度制御された、定着装置。
2. 加圧回転部材用の温度検知手段が備えられ、前記定着ニップ部通過直後の記録媒体の温度が、前記温度検知手段の検知結果に基づいて演算されることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ニップ部通過直後の記録媒体の温度を演算するのに際して、ニップ時間、記録媒体の坪量、記録媒体の熱伝導率、記録媒体の比熱及び記録媒体の含有率の少なくとも一つを用いて補正することを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
4. 前記加熱源が誘導加熱方式のものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記記録媒体搬送経路が下方から上方へほぼ鉛直方向に形成され、前記遮蔽板が筐体における記録媒体搬送経路出口側に設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 前記筐体内の温度を検知するための更なる温度検知手段が備えられ、この更なる温度検知手段によって検知される筐体内温度が規定の温度異常の場合には前記遮蔽板が開放されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

Images