JP5593973B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に未定着画像を定着する定着装置、及び前記定着装置を有する画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機等の画像形成装置においては、記録媒体上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することにより複写物や記録物を得ることができる。定着に際しては、未定着画像を担持している記録媒体を挟持搬送しながら未定着画像を加熱することにより、未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーの溶融軟化及び記録媒体への浸透を行わせる。これにより、記録媒体にトナーを定着することができる。

このような画像形成装置において、ウォームアップ時間の短縮や、消費エネルギーを抑えるために、温度制御の高精度化が求められ、それに伴い温度センサの検知精度も要求されるようになった。一般的に定着ローラ温度を検知する温度センサには精度の高いサーモパイルが使われるが、加圧ローラ温度を検知する温度センサにはそれより精度の低い非接触型サーミスタが使われる場合がある。画像形成装置における温度制御は、様々な方法で行われているが、以下に一例を示す。

例えば、特許文献１では、非接触温度センサの内部にサーモパイルとセンサ自身の温度を検知するサーミスタを備えており、サーミスタの昇温とサーモパイルの温度上昇を比較して非接触温度センサの表面の汚れ具合を検知し、温度補正を実施している。

又、特許文献２では、サーミスタが定着ローラの表面に接触する接触位置と、それから離間する非接触位置とを切り替える手段を備えている。定着ローラが回転しないウォームアップ時や待機時には、サーミスタは定着ローラに接触して温度検知を行っている。定着ローラが回転する通紙時には、サーミスタは定着ローラと非接触で温度検知を行っている。このような動作を行うことで、定着ローラ表面にサーミスタによる傷がつくことを防止している。

又、特許文献３では、定着ローラの通紙部に非接触型のメイン温度センサを設け、非通紙部に接触型のサブ温度センサを設けている。非通紙部のサブ温度センサでウォームアップ完了の判断を行い、通紙時には通紙部のメイン温度センサで制御している。ウォームアップ時には、非接触型のメイン温度センサ表面の汚れによる検知ずれによる影響がないため、ウォームアップ時間の延長を防止できる。

又、特許文献４では、温度特性の異なる複数のセンサを定着ローラに近接して設け、使用温度に応じて選択して使用することで、どの温度領域でも高精度な温度検知を可能としている。

ところで、定着装置にはウォームアップモード、通紙モード、待機モード等の動作モードがあるが、これらの動作モードを切り替えるためには、どの温度領域でも高精度に温度検知できることが要求される。

又、通紙モードにおいて定着を行うためには、定着ローラの蓄熱状態が十分であるか否かを判断する必要がある。例えば、定着ローラの表面温度が所定値に達していても内部まで十分な熱が伝わっていない状態（定着ローラの蓄熱状態が十分でない状態）で定着を開始すると、定着ローラの熱は記録媒体に奪われ、定着ローラの表面温度が下がってしまうため、正しく定着を行うことができない。従って、定着ローラの蓄熱状態が十分であることを検知や予測等し、それに基づいてウォームアップモードから通紙モードに切り替える必要がある。

しなしながら、上記特許文献１〜４の例では、定着ローラの蓄熱状態が十分であることを検知や予測等していない。又、上記特許文献１〜４の例では、どの温度領域でも高精度に温度検知できるようには構成されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、どの温度領域でも高精度に温度検知できる定着装置、及び前記定着装置を有する画像形成装置を提供することを課題とする。

本定着装置は、記録媒体の未定着画像が形成された側と接し、前記記録媒体に前記未定着画像を加熱定着させる定着回転体と、前記記録媒体の前記未定着画像が形成されていない側と接し、前記記録媒体を前記定着回転体側に加圧する加圧回転体と、前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段と、前記加圧回転体の温度を検知する複数の温度検知手段と、を有する定着装置であって、幅が異なる複数種類の記録媒体を通紙可能に構成され、前記複数の温度検知手段は、最大通紙領域外に配置された接触型サーミスタと、最大幅の記録媒体に対して通紙領域となり、かつ、最小幅の記録媒体に対して非通紙領域となる領域に配置された非接触型サーミスタと、を含み、前記定着装置の動作モードに応じて、前記複数の温度検知手段の中から所定の温度検知手段を選択し、選択した前記所定の温度検知手段を用いて前記加圧回転体の温度を検知することを要件とする。

開示の技術によれば、どの温度領域でも高精度に温度検知できる定着装置、及び前記定着装置を有する画像形成装置を提供できる。

本実施の形態に係る画像形成装置を例示する図である。 本実施の形態に係る定着装置を例示する図である。 図２の定着ローラ及び定着スリーブの一部を拡大して例示する図である。 非接触型サーミスタの回路構成を例示する図である。 非接触型サーミスタの実温度と検知温度との関係について例示する図である。 本実施の形態に係る定着装置の動作モードについて説明するための図である。 本実施の形態に係る温度検知手段の配置等について説明するための図である。 定着スリーブの加熱幅制御について説明するための図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［画像形成装置の構成・動作］
始めに、本実施の形態に係る画像形成装置の構成及び動作について説明する。図１は、本実施の形態に係る画像形成装置を例示する図である。図１を参照するに、画像形成装置１０は、露光部１１と、プロセスカートリッジ１２と、転写部１３と、排紙トレイ１４と、給紙部１５及び１６と、レジストローラ１７と、手差し給紙部１８と、感光体ドラム１９と、定着装置２０と、制御部（図示せず）とを有する。画像形成装置１０は、例えばレーザプリンタである。

露光部１１は、画像情報に基づいた露光光Ｌを感光体ドラム１９上に照射する機能を有する。プロセスカートリッジ１２は、作像部としての機能を有し、画像形成装置１０に着脱自在に設置される。転写部１３は、感光体ドラム１９上に形成されたトナー像を転写紙等の記録媒体Ｐに転写する機能を有する。排紙トレイ１４は、出力画像（トナー像が定着された記録媒体）を載置する機能を有する。給紙部１５及び１６は、記録媒体Ｐを収納する機能を有する。レジストローラ１７は、記録媒体Ｐを転写部１３に搬送する機能を有する。手差し給紙部１８は、主として給紙部１５及び１６に収納された記録媒体Ｐとは異なるサイズの記録媒体を給紙する機能を有する。定着装置２０は、定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３を含んで構成され、記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する機能を有する。

画像形成装置１０における通常の画像形成時の動作について説明する。まず、露光部１１（書込部）から、画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、プロセスカートリッジ１２の感光体ドラム１９上に向けて出射される。感光体ドラム１９は反時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程等）を経て、感光体ドラム１９上に画像情報に対応したトナー像が形成される。その後、感光体ドラム１９上に形成されたトナー像は、転写部１３で、レジストローラ１７により搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。

一方、転写部１３に搬送される記録媒体Ｐは、次のように動作する。まず、画像形成装置１０の複数の給紙部１５及び１６のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙部１５が選択されたものとする）。なお、複数の給紙部１５及び１６には、それぞれ、異なるサイズの記録媒体Ｐや、搬送方向の異なる同一サイズの記録媒体Ｐが、収納されている。

そして、給紙部１５に収納された記録媒体Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送される。その後、記録媒体Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラ１７の位置に達する。そして、レジストローラ１７の位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム１９上に形成されたトナー像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部１３に向けて搬送される。

そして、転写工程後の記録媒体Ｐは、転写部１３の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間に送入される。そして、定着スリーブ２２から受ける熱と加圧ローラ２３から受ける圧力とにより、記録媒体Ｐにトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体Ｐは、定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間から送出された後に、出力画像（トナー像が定着された記録媒体）として画像形成装置１０から排出されて、排紙トレイ１４上に載置される。

なお、制御部（図示せず）は、各種の温度センサ（温度検知手段）を用いた定着装置２０の制御を含む画像形成装置１０に関する様々な制御を行う機能を有する。制御部（図示せず）は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリなどを含み、制御部（図示せず）の各種機能は、ＲＯＭ等に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現される。ただし、制御部（図示せず）の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御部（図示せず）は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。

このようにして、一連の画像形成プロセスが完了する。なお、ここでは、画像形成装置１０として単色の印刷用の装置を例示した。しかし、プロセスカートリッジ１２に代えて、ＫＣＭＹの４色に対応するプロセスカートリッジを設置して像を形成することで、フルカラーの印刷が可能となる。

［定着装置の構成・動作］
次に、本実施の形態に係る定着装置の構成及び動作について説明する。図２は、本実施の形態に係る定着装置を例示する図である。図３は、図２の定着ローラ及び定着スリーブの一部を拡大して例示する図である。図２及び図３を参照するに、定着装置２０は、定着ローラ２１、定着スリーブ２２、加圧ローラ２３、誘導加熱部３０、サーモパイル３４、接触型サーミスタ３５、非接触型サーミスタ３６等を含んで構成されている。なお、Ｔは未定着画像であるトナー像（トナー）を示している（以降、トナー像Ｔとする）。

定着スリーブ２２は、記録媒体Ｐのトナー像Ｔ（未定着画像）が形成された側と接し、記録媒体Ｐにトナー像Ｔを加熱定着させる機能を有する。定着スリーブ２２は、厚さが例えば３０〜５０μｍの金属材料からなる基材２２a上に弾性層２２ｂ及び離型層２２ｃを順次形成したものである。定着スリーブ２２の外径は、例えば４０ｍｍとすることができる。基材２２aを形成する材料としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、又は、これらの合金等の磁性金属材料を用いることができる。弾性層２２ｂは、シリコーンゴム等の弾性材料からなり、その厚さは例えば１５０μｍとすることができる。これにより、熱容量がそれ程大きくなく、定着ムラのない良好な定着画像を得ることができる。離型層２２ｃは、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素化合物をチューブ状に被覆したものであって、その厚さは例えば５０μｍとすることができる。離型層２２ｃは、トナー像（トナー）Ｔが直接的に接する定着スリーブ２２表面のトナー離型性を高めるためのものである。

定着ローラ２１は、定着スリーブ２２を保持する機能を有する。定着ローラ２１は、ステンレス鋼等の金属材料からなる円筒状の芯金２１a上に、例えばシリコーン発泡体からなる耐熱性の弾性層２１ｂが形成されたものである。定着ローラ２１の外径は、例えば４０ｍｍとすることができる。弾性層２１ｂは、例えば、肉厚が９ｍｍで軸上におけるアスカー硬度が３０〜５０度となるように形成されている。定着ローラ２１は、定着スリーブ２２の内周面に当接して、薄肉の定着スリーブ２２をローラ状に保持している。なお、定着ローラ２１及び定着スリーブ２２は、本発明に係る定着回転体の代表的な一例である。

加圧ローラ２３は、記録媒体Ｐのトナー像Ｔ（未定着画像）が形成されていない側と接し、記録媒体Ｐを定着スリーブ２２側に加圧する機能を有する。なお、一方の面に既に画像が形成された（定着済）記録媒体Ｐの他方の面に未定着画像を定着する場合（両面印刷の場合）は、一方の面の定着済の画像が加圧ローラ２３と接し他方の面の未定着の画像が定着スリーブ２２と接するように、記録媒体Ｐが定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間に送入される。

加圧ローラ２３は、アルミニウム、銅等の高熱伝導性金属材料からなる芯金２３a上に、シリコーンゴム等の耐熱性の弾性層２３ｂ、離型層（図示せず）が順次形成されたものである。加圧ローラ２３の外径は、例えば４０ｍｍとすることができる。弾性層２３ｂは、例えば、肉厚が２ｍｍとなるように形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブを被覆したものであって、例えば、厚さが５０μｍになるように形成されている。加圧ローラ２３は、定着スリーブ２２を介して定着ローラ２１に圧接していて、その圧接部にニップ部を形成している。そして、このニップ部に、記録媒体Ｐが搬送される。なお、加圧ローラ２３は、本発明に係る加圧回転体の代表的な一例である。

誘導加熱部３０は、励磁コイル３１、コア部３２、消磁コイル部３３等で構成される。励磁コイル３１は、定着スリーブ２２の外周の一部を覆うように配設されたコイルガイド上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向（図２の紙面垂直方向である）に延設したものである。消磁コイル部３３は、記録媒体Ｐの幅方向に対称に配置され、励磁コイル３１上に重なって配置されている。コア部３２は、フェライト等の強磁性体（比透磁率が２５００程度である）からなり、定着スリーブ２２に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコア３２ｂやサイドコア３２ａ、アーチコア３２ｃが設けられている。コア部３２は、幅方向に延設された励磁コイル３１に対向するように設置されている。なお、誘導加熱部３０は、本発明に係る加熱手段の代表的な一例であり、定着スリーブ２２の温度制御を行う機能を有する。

サーモパイル３４は、定着スリーブ２２の温度を検知するために、定着スリーブ２２の幅方向の略中央部に配置されている。サーモパイル３４は、被測定対象物の温度を極めて高精度で検知可能な非接触型の温度センサである。なお、サーモパイル３４は、本発明に係る定着回転体の温度を検知する温度検知手段の代表的な一例である。

接触型サーミスタ３５は、加圧ローラ２３の非通紙領域の温度を検知する温度検知手段であって、加圧ローラ２３の幅方向の最大通紙領域外に配置されている。ここで、最大通紙領域とは、定着装置２０が複数の幅の記録媒体（例えばＡ３ＴとＡ５Ｔ等）を通紙可能である場合、加圧ローラ２３の幅方向において、最大幅の記録媒体が通紙する領域よりも外側の領域を指す。接触型サーミスタ３５を加圧ローラ２３の幅方向の最大通紙領域外に配置することにより、加圧ローラ２３の通紙領域の損傷を避けることができる。接触型サーミスタ３５は、サーモパイル３４よりも安価である。但し、接触型サーミスタ３５は、サーモパイル３４よりも検知精度は劣る。

非接触型サーミスタ３６は、加圧ローラ２３の通紙領域の温度を検知する温度検知手段であって、接触型サーミスタ３５よりも加圧ローラ２３の幅方向の中心部に近い側に配置されている。但し、定着装置２０が複数の幅の記録媒体（例えばＡ３ＴとＡ５Ｔ等）を通紙可能である場合、幅の狭い方の記録媒体（例えばＡ５Ｔ等）に対しては非通紙領域、幅の広い方の記録媒体（例えばＡ３Ｔ等）に対しては通紙領域となる位置に配置される場合がある（後述の図７参照）。つまり、接触型サーミスタ３５が何れの記録媒体に対しても非通紙領域となる最大通紙領域外に配置されているのに対して、非接触型サーミスタ３６は少なくとも最大幅の記録媒体に対して通紙領域となる領域に配置されている。なお、Ａ３Ｔとは、Ａ３サイズの記録媒体を縦に（長手方向が通紙方向と一致するように）通紙する場合を指す。同様に、Ａ５Ｔとは、Ａ５サイズの記録媒体を縦に（長手方向が通紙方向と一致するように）通紙する場合を指す。

非接触型サーミスタ３６は加圧ローラ２３に対して所定のギャップをあけて配設されているので、加圧ローラ２３に当接する接触型温度センサを用いる場合に比べて耐久性が高く、又、加圧ローラ２３の表面を傷つける不具合等も生じない。又、非接触型サーミスタ３６は、サーモパイル３４よりも安価である。但し、非接触型サーミスタ３６は、サーモパイル３４や接触型サーミスタ３５よりも検知精度は劣る。なお、接触型サーミスタ３５及び非接触型サーミスタ３６は、本発明に係る加圧回転体の温度を検知する複数の温度検知手段の代表的な一例である。

加圧ローラ２３の温度を検知するために接触型サーミスタ３５と非接触型サーミスタ３６の２つの温度検知手段を設ける理由は、通紙する記録媒体のサイズや動作モードにより加圧ローラ２３の温度分布は一様とは言えず、加圧ローラ２３の温度を正確に検知する上では、少なくとも最大通紙領域の内側と外側のそれぞれの温度を計測する事が望まれるからである。なお、最大通紙領域の内側に非接触型サーミスタ３６に加えて、更に他の非接触型の温度検知手段を配置しても構わない。加圧ローラ２３の軸方向の各部の温度をより精度よく検知することができる。

このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。駆動モータ（図示せず）によって、加圧ローラ２３が図２の時計方向に回転駆動されると、定着スリーブ２２は反時計方向に回転する。そして、定着スリーブ２２は、誘導加熱部３０との対向位置で、誘導加熱部３０から発生される磁束によって加熱される。

詳しくは、電源部（図示せず）から励磁コイル３１に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚである）の高周波交番電流を流すことで、励磁コイル３１に対向する定着スリーブ２２の近傍に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、定着スリーブ２２の基材２２ａ（発熱層）に渦電流が生じて、基材２２ａ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、定着スリーブ２２は、自身の基材２２ａの誘導加熱によって加熱される。誘導加熱部３０によって加熱された定着スリーブ２２の表面は、加圧ローラ２３とのニップ部に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上の、未定着のトナー像Ｔ（トナー）を加熱して溶融する。

詳しくは、所定の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、ガイド板２４に案内されながら定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間に送入される（矢印Ｙ１の方向に搬送される）。そして、定着スリーブ２２から受ける熱と加圧ローラ２３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、定着分離板２５、加圧分離板２６によって定着スリーブ２２から分離されながら、記録媒体Ｐはニップ部から送出される。ニップ部を通過した定着スリーブ２２表面は、その後に再び誘導加熱部３０との対向位置に達する。

記録媒体Ｐとして小サイズ紙（例えばＡ５Ｔ等）が連続通紙された場合には、消磁コイル部３３は、制御回路によってリレーが短絡（ＯＮ）されると、励磁コイル３１とは逆向きの磁場を発生させる。これにより、消磁コイル部３３が配置された領域の磁場が減少し、非通紙領域での定着スリーブ２２でのジュール熱の発生が抑制される。消磁コイル部３３は、例えば、図８に示すような外側消磁コイル３３ａ、中側消磁コイル３３ｂ、及び内側消磁コイル３３ｃを有する。消磁コイル部３３の詳しい動作については後述する。なお、連続通紙とは、複数の記録媒体Ｐが略一定の間隔で連続して定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間を通過するような通紙の形態を指す。

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。

定着装置２０は、加圧ローラ２３の加圧力を変更できる機構を備えている。具体的には、加圧ローラ２３の軸部に係合する圧接レバー４４が、一端側の中心軸を中心に回動自在に構成されており、圧接レバー４４の他端側にはカム４１が係合されている。このような構成により、駆動部（図示せず）によってカム４１が回転駆動されることにより、圧接レバー４４が水平方向に動き、定着スリーブ２２に対する加圧ローラ２３の加圧力（圧接力）が可変される。ここで、駆動部は、例えばステッピングモータと、減速ギア等により構成される。

以下、本実施の形態の定着装置の特徴的な構成・動作について詳述する。始めに、図４を参照して、非接触型サーミスタ３６の回路構成について説明する。非接触型サーミスタ３６は、検知用サーミスタ３６ａと補償用サーミスタ３６ｂとを含んで構成されている。検知用サーミスタ３６ａは加圧ローラ２３表面からの赤外線放射を検知し、補償用サーミスタ３６ｂは検知用サーミスタ３６ａ自身の温度を検知する。

検知用サーミスタ３６ａ及び補償用サーミスタ３６ｂの一端は、それぞれＧＮＤ（基準電位）に接続されている。検知用サーミスタ３６ａ及び補償用サーミスタ３６ｂの他端は、それぞれ抵抗Ｒ１及びＲ２を介して電源に接続されている。本実施の形態では、一例として、検知用サーミスタ３６ａ及び補償用サーミスタ３６ｂには、それぞれ抵抗Ｒ１及びＲ２を介して＋３．０Ｖの電圧が印加されている。

検知用サーミスタ３６ａ及び補償用サーミスタ３６ｂがそれぞれ検知した温度が変化すると、検知用サーミスタ３６ａの抵抗Ｒ１側の電圧Ｖ１と、補償用サーミスタ３６ｂの抵抗Ｒ２側の電圧Ｖ２が変化する。電圧Ｖ１及びＶ２は差動アンプ３７に入力され、差動アンプ３７で増幅された差動電圧Ｖ１−Ｖ２がＡＤコンバータ３８に入力される。又、電圧Ｖ２もＡＤコンバータ３８に入力される。差動電圧Ｖ１−Ｖ２及び電圧Ｖ２（補償電圧と称する場合がある）は、ＡＤコンバータ３８でデジタル信号に変換され、ＣＰＵ３９に入力される。更に、ＣＰＵ３９に入力された差動電圧Ｖ１−Ｖ２及び電圧Ｖ２は、温度テーブルによって検知温度に変換される。

次に、図５を参照して、加圧ローラ２３表面の実温度と非接触型サーミスタ３６の検知温度との関係について説明する。図５において、グラフの横軸は加圧ローラ２３表面の実温度Ｔであり、縦軸は非接触型サーミスタ３６の検知温度Ｔ'である。又、Ａは検知誤差（実温度Ｔと検知温度Ｔ'との差分）がない場合（検知温度Ｔ'＝実温度Ｔ）を、Ｂは検知誤差の上限を、Ｃは検知誤差の下限を示している。

図５に示すように、非接触型サーミスタ３６の検知誤差は一定ではなく、使用する温度領域に応じて異なる。図５の例では、実温度Ｔが１６０℃付近で検知誤差が最も小さくなり、略±５℃である。１６０℃から離れると検知誤差が大きくなり、実温度Ｔが６０℃付近では、検知誤差が略±１０℃となる。これに対して、接触型サーミスタ３５の検知誤差は、全使用温度範囲において略±３℃程度である。

次に、図６を参照して、本実施の形態に係る定着装置の動作モードについて説明する。定着装置２０の動作モードは、ウォームアップモード、通紙モード、待機モードを含むものである。図６に示すグラフは定着装置２０に１３００Ｗの電力を入力して冷間（３０℃以下）から立ち上げたときの、定着スリーブ２２と加圧ローラ２３の温度上昇プロフィールである。本例では、接触型サーミスタ３５は加圧ローラ２３の軸方向中心から１５０ｍｍの位置に配置され、非接触型サーミスタ３６は加圧ローラ２３の軸方向中心から９０ｍｍの位置に配置されている（図７参照）。接触型サーミスタ３５の位置は全ての記録媒体に対して非通紙領域となるが、非接触型サーミスタ３６の位置は大サイズ紙に対しては通紙領域となり小サイズ紙に対しては非通紙領域となる。なお、大サイズ紙とはＡ４Ｔ以上の記録媒体、小サイズ紙とはＡ５Ｔ以下の記録媒体を指す。又、Ａ４Ｔとは、Ａ４サイズの記録媒体を縦に（長手方向が通紙方向と一致するように）通紙する場合を指す。

図６において、Ｄはサーモパイル３６の検知温度、Ｅ１は小サイズ紙連続通紙時の非接触型サーミスタ３６の検知温度、Ｅ２は大サイズ紙連続通紙時の非接触型サーミスタ３６の検知温度、Ｆは接触型サーミスタ３５の検知温度を示している。

始めに、ウォームアップモードにおける温度プロフィールについて説明する。ウォームアップモードでは、誘導加熱部３０を用いて定着スリーブ２２の温度制御を行う。冷間（３０℃以下）からのウォームアップにおいて、加圧ローラ２３の軸方向の温度偏差は小さく、接触型サーミスタ３５と非接触型サーミスタ３６の検知温度差は１０℃程度に収まっている（図６のＥ１、Ｅ２、Ｆを参照）。ウォームアップモードが完了すると、印刷ジョブが来ている場合には通紙モードに移行し、印刷ジョブが開始される（通紙可能な状態となる）。又は、印刷ジョブが来ていない場合には待機モードに移行する。

次に、ウォームアップモードが完了し、通紙モードが開始されたときの温度プロフィールについて説明する。大サイズ紙が連続通紙されたとき、非接触型サーミスタ３６の検知温度は、紙に熱が奪われるため通紙初期には温度が落ち込むが、その後は定着スリーブ２２からの伝熱により徐々に上昇していく（図６のＥ２を参照）。接触型サーミスタ３５は非通紙領域にあるため、紙に熱が奪われず温度が大きく上昇していく（図６のＦを参照）。Ａ５Ｔ以下の小サイズ紙が連続通紙された場合には、非接触型サーミスタ３６の位置は非通紙領域となるため、紙に熱が奪われず温度が大きく上昇していく（図６のＥ１を参照）。

次に、通紙モードが終了し、待機モードに移行したときの温度プロフィールについて説明する。定着スリーブ２２及び加圧ローラ２３の温度は徐々に低下していき、軸方向の温度偏差も小さくなっていく（図６のＤ、Ｅ１、Ｅ２、Ｆを参照）。

次に、ウォームアップモード、通紙モード、及び待機モードのそれぞれにおける温度制御について説明する。本実施の形態では、一例として、定着スリーブ２２の温度が１６０℃になり、かつ、非接触型サーミスタ３６の位置における加圧ローラ２３の温度が９０℃になったときにウォームアップ動作完了の判断を行う。

図５を参照して説明したように、１００℃以下の低温度領域では非接触サーミスタ３６の温度検知誤差が大きいため、ウォームアップモードでは接触型サーミスタ３５で加圧ローラ２３の温度を検出することが望ましい。ウォームアップモードにおいては通紙領域と非通紙領域との温度差は小さく、加圧ローラ２３の端部（接触型サーミスタ３５の位置）の温度が８０℃のとき、加圧ローラ２３の中央部近傍部（非接触型サーミスタ３６の位置）は９０℃となることが予めわかっている。つまり、接触型サーミスタ３５の検知結果により、加圧ローラ２３の全体の温度を予測できるため、本実施の形態では、接触型サーミスタ３５の検知温度に基づいてウォームアップ動作完了の判断（動作モード切替えの判断）を行う。

このように、ウォームアップモードでは接触型サーミスタ３５で加圧ローラ２３の温度を検知し、接触型サーミスタ３５の検知温度に基づいて定着スリーブ２２の温度制御（誘導加熱部３０の制御）及びウォームアップ動作完了の判断（動作モード切替えの判断）を行う。１００℃以下の低温度領域で非接触サーミスタ３６よりも温度検知誤差の小さい接触型サーミスタ３５の検知結果を用いることにより、定着スリーブ２２の温度制御（誘導加熱部３０の制御）及びウォームアップ動作完了の判断（動作モード切替えの判断）を正しく行うことができる。

一方、印刷ジョブを頻繁に受信し、ウォームアップ開始前の加圧ローラ２３の温度が１００℃以上の熱間になっている場合には、軸方向の温度偏差が小さいとは限らないため、通紙領域にある非接触型サーミスタ３６で検知することが望ましい。１００℃以上であれば、非接触型サーミスタの検知誤差は±５℃以内に収まる。このように、非接触型サーミスタ３６の検知温度に応じて、加圧ローラ２３の温度を接触型サーミスタ３５と非接触型サーミスタ３６のどちらで検知するかを選択して使用することもできる。

なお、その時点での温度を知るために最初に用いる温度検知手段は、接触型サーミスタ３５でも非接触型サーミスタ３６でも構わない。例えば加圧ローラ２３の温度が１００℃未満の場合は接触型サーミスタ３５の検知温度に基づいて温度制御や動作モード切替えの判断を行い、１００℃以上の場合は非接触型サーミスタ３６の検知温度に基づいて温度制御や動作モード切替えの判断を行う場合を考える。このとき、その時点での温度が１００℃以上であるか否かを知るために非接触型サーミスタ３６を用いたとする。実際の温度が１００℃未満であったとすると、非接触型サーミスタ３６の検知温度には比較的大きな検知誤差が含まれていることになるが、その後は検知誤差が比較的小さな接触型サーミスタ３５を用いた制御に切り替わるので問題はない。

通紙モードにおいては、非接触型サーミスタ３６で加圧ローラ２３の温度を検知し、非接触型サーミスタ３６の検知温度に基づいて定着スリーブ２２の温度制御（誘導加熱部３０の制御）及び動作モード切替えの判断を行う。通紙モードでは、通紙領域と非通紙領域の温度が大きく異なり、非通紙領域に配置された接触式サーミスタ３５では加圧ローラ２３の温度を正しく検知できないからである。通紙モードでは、加圧ローラ２３の温度が高くなり非接触式サーミスタ３６の検知誤差が小さくなる温度領域に入るため、非接触式サーミスタ３６により精度よく温度検知することが出来る。

次に、通紙モードにおける、記録媒体のサイズに対応した温度制御について説明する。通紙モードにおいては、Ａ５Ｔ以下の小サイズ紙が通紙された場合と、Ａ４Ｔ以上の大サイズ紙が通紙された場合で制御が異なる。

定着装置２０は、制御部（図示せず）内に、通紙される記録媒体の幅を検出する検出手段（図示せず）を有し、誘導加熱部３０は検出手段が検出した幅に対応する定着スリーブ２２の領域を加熱する。検出手段（図示せず）は、例えば、制御部（図示せず）のＣＰＵ（図示せず）からの情報により、現在のＪＯＢの通紙範囲（通紙される記録媒体の幅）を検出できる。

例えば、検出手段が、通紙される記録媒体の幅がＡ５Ｔ以下のサイズであることを検出したとする。Ａ５Ｔ以下のサイズが通紙された場合には、非接触型サーミスタ３６の位置が非通紙領域となる。そこで、非接触型サーミスタ３６の検知温度が上昇したとき、図８に示す外側消磁コイル３３ａ及び中側消磁コイル３３ｂに通電する。これにより、定着スリーブ２２の非通紙領域（外側消磁コイル３３ａ及び中側消磁コイル３３ｂが配置された領域に対応する部分）の過昇温を抑制し、検出手段が検出した幅（通紙領域）に対応する定着スリーブ２２の領域のみを加熱することができる。

検出手段が、通紙される記録媒体の幅がＡ４Ｔのサイズであることを検出したとする。Ａ４Ｔのサイズが通紙された場合には、接触型サーミスタ３５の検知温度が上昇したとき、外側消磁コイル３３ａに通電する。これにより、定着スリーブ２２の非通紙領域（外側消磁コイル３３ａが配置された領域に対応する部分）の過昇温を抑制し、検出手段が検出した幅（通紙領域）に対応する定着スリーブ２２の領域のみを加熱することができる。

検出手段が、通紙される記録媒体の幅がＡ３Ｔ（Ａ４Ｙ）のサイズであることを検出したとする。Ａ３Ｔ（Ａ４Ｙ）のサイズが通紙された場合には、外側消磁コイル３３ａ、中側消磁コイル３３ｂ、及び内側消磁コイル３３ｃは何れも通電されない。つまり、定着スリーブ２２の軸方向の全体が誘導加熱部３０により加熱される。なお、Ａ４Ｙとは、Ａ４サイズの記録媒体を横に（短手方向が通紙方向と一致するように）通紙する場合を指す。

又、Ａ３Ｔ（Ａ４Ｙ）のサイズが通紙された場合には、接触型サーミスタ３５の検知温度が上昇したら、加圧ローラ２３の中央部温度も上昇していると判断し、定着スリーブ２２の温度を２℃下げる（図６のＧを参照）。加圧ローラ２３の通紙領域の温度が高くなると、必要以上の熱量がトナーに与えられるため、定着スリーブ２２の温度を下げることで消費エネルギーを抑えられる。

つまり、トナーを定着させるために定着スリーブ２２は通紙中常に温度制御されているが、加圧ローラ２３の蓄熱量の大小により、定着スリーブ２２が必要とされる温度は変化する。そこで、通紙履歴に係わることなく常に安定して加圧ローラ２３の蓄熱量を検知可能である非通紙領域に配置された接触式サーミスタ３５により、加圧ローラ２３の蓄熱量を検知する。検知した加圧ローラ２３の蓄熱量が大きい時には定着スリーブ２２の制御温度を下げてもトナーを定着させることが可能であるため、このような場合には定着スリーブ２２の制御温度を下げることにより省エネルギーに貢献できる。

このように、誘導加熱部３０は、検出手段が検出した記録媒体の幅が所定値未満である場合（例えばＡ４Ｔの幅を所定値とし、Ａ５Ｔの幅が検出された場合）には非接触型サーミスタ３６の検知温度に基づいて外側消磁コイル３３ａ、中側消磁コイル３３ｂ、及び内側消磁コイル３３ｃの一部または全部を適宜通電することにより、記録媒体の幅に対応する定着スリーブ２２の領域を加熱する。又、誘導加熱部３０は、検出手段が検出した記録媒体の幅が所定値以上である場合（例えばＡ４Ｔの幅を所定値とし、Ａ４ＴやＡ３Ｔ等の幅が検出された場合）には接触型サーミスタ３５の検知温度に基づいて外側消磁コイル３３ａ、中側消磁コイル３３ｂ、及び内側消磁コイル３３ｃの一部または全部を適宜通電することにより、記録媒体の幅に対応する定着スリーブ２２の領域を加熱する。

この方法では、定着スリーブ２２における通紙端部での局地的温度上昇を検知する事が困難である場合でも、定着スリーブ２２からの伝熱で局地的に上昇した加圧ローラ２３の温度を通紙領域に配置された非接触式サーミスタ３６又は非通紙領に配置された接触式サーミスタ３５により検知できる。その結果、記録媒体の幅に対応する定着スリーブ２２の領域を加熱する加熱幅制御に必要な温度情報を加圧ローラ２３側から得ることが可能となり、適切な加熱幅制御を行うことができる。

待機モードにおいては、加圧ローラ２３の目標温度は７０℃であり、非接触型サーミスタ３６の検知誤差が大きい温度領域のため、接触型サーミスタ３５で加圧ローラ２３の温度制御及び動作モード切替えの判断を行う。加圧ローラ２３の温度制御は、加圧ローラ２３内部のハロゲンヒータ（図示せず）を用いて行う。待機モードでは、加圧ローラ２３の軸方向の温度偏差は小さくなっているため、端部の接触型サーミスタ３５で温度検知しても問題は無い。なお、待機モードでは、定着スリーブ２２の温度制御は行わない。

以上のように、本実施の形態では、定着装置２０の動作モードに応じて、加圧ローラ２３の温度を検知する接触型サーミスタ３５及び非接触型サーミスタ３６（これ以外の温度検知手段を有しても良い）の中から所定の温度検知手段を選択し、選択した所定の温度検知手段を用いて加圧ローラ２３の温度を検知する。ここで、本実施の形態において、従来例（定着ローラ２１側の温度を検知して動作モード切替えの判断等を行う）とは異なり、加圧ローラ２３の温度を検知し検知結果に基づいて動作モード切替えの判断等を行う理由について説明する。

加圧ローラ２３は定着スリーブ２２からの熱が伝導することにより表面温度が上昇する。又、定着スリーブ２２の熱は定着ローラ２１にも伝導し、定着ローラ２１に蓄熱される。定着スリーブ２２の表面温度が所定値に達していたとしても、定着ローラ２１の蓄熱状態が十分でない場合には、加圧ローラ２３の表面温度は所定値まで上昇しない。換言すれば、加圧ローラ２３の表面温度が所定値まで上昇していれば、定着ローラ２１の蓄熱状態が十分であると判断できる。そこで、本実施の形態では、加圧ローラ２３の表面温度を検知することで定着ローラ２１の蓄熱状態を予測する。そして、加圧ローラ２３の表面温度の検知結果に基づいて、動作モード切替えの判断等を行う。その結果、動作モード切替えの判断等を適切に行うことが可能となる。すなわち、定着ローラ２１が十分に蓄熱した状態で通紙モードに移行し定着動作を開始できるようになる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施の形態では、定着ローラ、加圧ローラ、ＩＨコイル等により構成される定着装置について示したが、本発明はこれに限定されることなく、定着ローラと加熱ローラに張架された定着ベルトで構成された定着装置に適用してもよい。又、ニップ形成部材と摺動する定着ベルトで構成された定着装置において、加圧ローラに複数のサーミスタを備える構成に対して本発明を適用してもよい。

又、上述した実施の形態では、画像形成装置の例としてレーザプリンタを示したが、画像形成装置はレーザプリンタには限定されず、複写機、レーザプリンタ以外のプリンタ、ファクシミリ、印刷機等であってもよい。

１０ 画像形成装置
１１ 露光部
１２ プロセスカートリッジ
１３ 転写部
１４ 排紙トレイ
１５、１６ 給紙部
１７ レジストローラ
１８ 手差し給紙部
１９ 感光体ドラム
２０ 定着装置
２１ 定着ローラ
２１ａ、２３ａ 芯金
２１ｂ、２３ｂ 弾性層
２２ 定着スリーブ
２２ａ 基材
２２ｂ 弾性層
２２ｃ 離型層
２３ 加圧ローラ
３０ 誘導加熱部
３１ 励磁コイル
３２ コア部
３２ａ センターコア
３２ｂ サイドコア
３２ｃ アーチコア
３３ 消磁コイル部
３３ａ 外側消磁コイル
３３ｂ 中側消磁コイル
３３ｃ 内側消磁コイル
３４ サーモパイル
３５ 接触型サーミスタ
３５ａ 温度検知部
３６ 非接触型サーミスタ
３６ａ 検知用サーミスタ
３６ｂ 補償用サーミスタ
３７ 差動アンプ
３８ ＡＤコンバータ
３９ ＣＰＵ
４１ カム
４４ 圧接レバー
Ａ 検知誤差
Ｂ 検知誤差の上限
Ｃ 検知誤差の下限
Ｄ サーモパイルの検知温度
Ｅ１ 小サイズ紙連続通紙時の非接触型サーミスタの検知温度
Ｅ２ 大サイズ紙連続通紙時の非接触型サーミスタの検知温度
Ｆ 接触型サーミスタの検知温度
Ｇ 通紙モード時のサーモパイルの検知温度の一部
Ｈ Ａ３Ｔ通紙時の軸方向温度分布
Ｉ Ａ５Ｔ通紙時の軸方向温度分布
Ｋ 搬送経路
Ｌ 露光光
Ｐ 記録媒体
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｔ トナー像
Ｖ１、Ｖ２ 電圧
Ｙ１ 矢印

特許第３４７８７６１号 特許第２９６８０５４号 特許第３７７７７２２号 特開２０００−１９４２２８号公報

Claims (8)

1. 記録媒体の未定着画像が形成された側と接し、前記記録媒体に前記未定着画像を加熱定着させる定着回転体と、
   前記記録媒体の前記未定着画像が形成されていない側と接し、前記記録媒体を前記定着回転体側に加圧する加圧回転体と、
   前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段と、
   前記加圧回転体の温度を検知する複数の温度検知手段と、を有する定着装置であって、
   幅が異なる複数種類の記録媒体を通紙可能に構成され、
   前記複数の温度検知手段は、
   最大通紙領域外に配置された接触型サーミスタと、
   最大幅の記録媒体に対して通紙領域となり、かつ、最小幅の記録媒体に対して非通紙領域となる領域に配置された非接触型サーミスタと、を含み、
   前記定着装置の動作モードに応じて、前記複数の温度検知手段の中から所定の温度検知手段を選択し、選択した前記所定の温度検知手段を用いて前記加圧回転体の温度を検知することを特徴とする定着装置。
2. 検知温度が所定の温度未満の場合は、前記接触型サーミスタの検知温度に基づいて、前記定着回転体の温度制御、前記加圧回転体の温度制御、及び動作モード切替えの判断を行い、検知温度が所定の温度以上の場合は、前記非接触型サーミスタの検知温度に基づいて、前記定着回転体の温度制御、前記加圧回転体の温度制御、及び動作モード切替えの判断を行うことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記動作モードは、ウォームアップモード及び通紙モードを含み、
   前記ウォームアップモードでは、前記接触型サーミスタの検知温度に基づいて、前記定着回転体の温度制御及び動作モード切替えの判断を行い、
   前記通紙モードでは、前記非接触型サーミスタの検知温度に基づいて、前記定着回転体の温度制御及び動作モード切替えの判断を行う事を特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記動作モードは、更に待機モードを含み、
   前記待機モードでは、前記接触型サーミスタの検知温度に基づいて、前記加圧回転体の温度制御及び動作モード切替えの判断を行う事を特徴とする請求項３記載の定着装置。
5. 通紙される前記記録媒体の幅を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した前記幅に対応する前記定着回転体の領域を加熱する加熱手段と、を有し、
   前記加熱手段は、前記非接触型サーミスタが非通紙領域となる記録媒体の場合には、
   前記非接触型サーミスタの検知温度に基づいて前記領域を加熱することを特徴とする請求項請求項１乃至４の何れか一項記載の定着装置。
6. 通紙される前記記録媒体の幅を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した前記幅に対応する前記定着回転体の領域を加熱する加熱手段と、を有し、
   前記加熱手段は、前記非接触型サーミスタが非通紙領域となる記録媒体の場合には前記非接触型サーミスタの検知温度に基づいて前記領域を加熱し、前記非接触型サーミスタが通紙領域となる記録媒体の場合には前記接触型サーミスタの検知温度に基づいて前記領域を加熱することを特徴とする請求項請求項１乃至４の何れか一項記載の定着装置。
7. 前記加圧回転体の非通紙領域に配置された前記接触型サーミスタにより、前記加圧回転体の蓄熱量を検知し、検知した前記蓄熱量により前記定着回転体に対する加熱量を制御することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の定着装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一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。

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