JP6210305B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着する定着装置、及び定着装置を備える画像形成装置に関する。

電子写真方式等の画像形成装置においては、記録媒体としての用紙にトナー画像を定着させる定着装置が設けられている。定着装置は、加熱部材によって加熱される定着回転体と、この定着回転体に当接する対向部材とを有し、定着回転体と対向部材との当接により形成されたニップ部を用紙が通過することにより、その用紙上のトナーが加熱溶融されて定着される。

一般的に、加熱部材は、通紙幅全体に渡って定着回転体を加熱するように構成されており、これによって用紙全体が加熱される。しかしながら、画像が用紙の一部の領域にしか存在しない場合は、画像の存在しない非画像領域において、熱エネルギーが無駄に消費されることになる。

そこで、非画像領域への無駄な熱エネルギー消費を削減するため、例えば、特許文献１（特に段落００５１、図１１、図１２）には、用紙の幅方向に等間隔にヒータが配置されたサーマルヒータを外部加熱手段として使用する定着装置が開示されている。この定着装置では、画像情報に応じて各ヒータを制御することにより、記録媒体上の画像領域と非画像領域の分布に応じて加熱領域を変更し、画像領域は加熱するが、非画像領域は加熱しないようにしている。

上記のように、画像中の画像領域と非画像領域の分布に応じて加熱領域を変更する定着装置では、非画像領域をデフォルトで設定された一定温度に保持するのが通例である。しかしながら、これでは用紙の幅方向に複数のヒータを配置した加熱部材を用いることの効果が限定的となる。この構成の加熱部材は、定着装置のさらなる多機能化を実現する可能性を秘めるものである。

本発明は、定着装置のさらなる多機能化を図ることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、定着回転体と、前記定着回転体との間にニップ部を形成する対向部材と、前記定着回転体を加熱する加熱部材と、加熱部材の出力を制御する加熱制御手段とを備え、加熱部材が、それぞれの出力を独立して制御可能でかつ記録媒体の幅方向に配置された複数の発熱体を具備し、ニップ部に供給された記録媒体が画像領域と非画像領域とを有する時に、前記加熱制御手段が、画像情報に基づいて、複数の発熱体のうち画像領域に対応する発熱体が高温となり、非画像領域に対応する発熱体が低温となるように各発熱体の出力を制御する定着装置において、前記画像情報以外の情報に基づいて、定着回転体の非画像領域に対応する領域を、一時的にその通常温度と異なる温度に移行させることを特徴とするものである。

本発明では、画像情報以外の情報に基づいて、定着回転体の非画像領域に対応する領域の一部または全部を、デフォルトとして設定された通常温度よりも一時的に低温または高温にしている。そのため、これまで得ることができなかった種々の効果が得られるようになり、定着装置の多機能化を図ることができる。

本発明を適用可能な画像形成装置の実施の一形態を示す概略構成図である。 定着装置の基本構成を示す断面図である。 定着装置の要部斜視図である。 画像形成パターンを示す平面図である。 通紙時のヒータの出力と定着ベルトの温度変化を示す図である。 定着装置の周辺構造を概略的に示す側面図である。 ヒータの正面図および用紙の平面図である。 センサの出力信号を示す図である。 定着ベルトの温度分布を示す図である。 （ａ）図はヒータの正面図、（ｂ）図は定着ベルトの用紙先端部に対応する領域の温度分布を示す図、（ｃ）図は定着ベルトの用紙中央部に対応する領域の温度分布を示す図、（ｄ）図は用紙Ｐの平面図である。 （ａ）図はヒータの正面図、（ｂ）図は定着ベルトの用紙先端部に対応する領域の温度分布を示す図、（ｃ）図は定着ベルトの用紙中央部に対応する領域の温度分布を示す図、（ｄ）図は用紙Ｐの平面図である。 定着装置の側面図である。 （ａ）図はヒータの正面図、定着ベルトの温度分布を示す図、および用紙の平面図であり、（ｂ）図は定着ベルトの温度分布を示す図、および用紙の平面図であり、（ｃ）図は定着ベルトの温度分布を示す図、および用紙の平面図である。 本発明を適用可能な他の定着装置の断面図である。 本発明を適用可能な他の定着装置の断面図である。 本発明を適用可能な他の画像形成装置の概略構成図である。 画像濃度センサの検知信号と画像情報とを対比してベルト温度を制御する具体例を示すフローチャートである。 （ａ）図は各発熱体で加熱された領域と用紙との位置関係を示す正面図、（ｂ）図は画像濃度センサの検知信号を示す図、（ｃ）図は第２のセンサの検知信号を示す図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
図１に示す画像形成装置は、モノクロ画像形成装置であり、その装置本体１の中央には、像担持体としての感光体２が配設されている。感光体２の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ３と、露光手段を構成する光源４及びミラー５と、現像ローラ６を備える現像手段７と、転写手段８と、クリーニングブレード９を備えるクリーニング手段１０等が配設されている。

また、装置本体１には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１１と、給紙トレイ１１から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１２と、タイミングローラとしての一対のレジストローラ１３と、用紙Ｐに画像を定着する定着装置１４と、用紙Ｐを装置外に排出する排紙ローラ１５とが設けられている。なお、記録媒体には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

続いて、図１を参照して、本実施形態に係る画像形成装置の基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、感光体２が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、感光体２の表面が帯電ローラ３によって所定の極性に一様に帯電される。次いで、図示しない画像読取装置やコンピュータ等からの画像情報に基づいて、光源４から照射された露光光Ｌがミラー５を介して走査され、感光体２の帯電面に照射される。これにより、感光体２の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像に対し、現像ローラ６からトナーが供給されることにより、静電潜像がトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、給紙ローラ１２が回転駆動を開始し、給紙トレイ１１から用紙Ｐが１枚ずつ分離して送り出される。送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１３によって搬送が一旦停止され、姿勢のずれが矯正される。その後、レジストローラ１３を感光体２の回転に同期して回転駆動させ、感光体２上のトナー画像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端の所定位置とが一致するタイミングで用紙Ｐを搬送する。そして、搬送される用紙Ｐ上に、感光体２上のトナー画像が、転写手段８によって形成された転写電界により転写される。トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置１４へと搬送され、定着装置１４によって用紙Ｐ上のトナー画像が定着される。その後、用紙Ｐは、排紙ローラ１５によって装置外へ排出される。

なお、用紙Ｐ上に転写されずに感光体２上に残った残留トナーは、感光体２の回転に伴ってクリーニングブレード９に至り、クリーニングブレード９によって掻き落とされ除去される。そして、感光体２の表面は、図示しない除電手段によって除電され、次の作像工程に備えられる。

図２は、本実施形態に係る定着装置の基本構成を示す断面図である。
図２に示すように、定着装置１４は、定着回転体としての定着ベルト２１と、定着ベルト２１に当接してニップ部Ｎを形成する対向部材（又は対向回転体）としての加圧ローラ２２と、定着ベルトを加熱する加熱部材としてのヒータ２３とを備える。

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。具体的に、定着ベルト２１は、外径４０ｍｍで厚さ４０μｍのＳＵＳ製の基材２１ａと、この基材２１ａの外周面を被覆する厚さ１００μｍのシリコーンゴム製の弾性層２１ｂと、この弾性層２１ｂの外周面を被覆する厚さ５〜５０μｍのＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂製の離型層２１ｃとで構成されている。なお、定着ベルト２１の基材２１ａを、ポリイミド等の樹脂材料で構成してもよい。

加圧ローラ２２は、外径４０ｍｍで厚さ２ｍｍの鉄製の芯金２２ａと、この芯金２２ａの外周面を被覆する弾性層２２ｂとで構成されている。加圧ローラ２２の弾性層２２ｂは、シリコーンゴムで構成されており、その厚さは５ｍｍである。また、離型性を高めるため、弾性層２２ｂの外周面に厚さ４０μｍ程度のフッ素系樹脂から成る離型層を配設してもよい。

定着ベルト２１の内周側の加圧ローラ２２と対向する位置には、ニップ形成部材２４が配設されている。ニップ形成部材２４は、その両端部において、定着装置１４の図示しない側板に支持されている。このニップ形成部材２４に対し、加圧ローラ２２が加圧レバー等の加圧手段によって圧接せしめられることで、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との圧接部において所定幅のニップ部Ｎが形成されている。なお、定着回転体と対向部材とを加圧を行わず単に当接させるだけの構成としてもよい。

また、加圧ローラ２２は、図示しないモータ等の駆動源によって図の矢印Ｂ方向に回転駆動するように構成されている。そして、加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が図の矢印Ｃ方向に従動回転するようになっている。また、定着ベルト２１の内周側には、定着ベルト２１を支持するベルト支持部材２９が配設されている。

ヒータ２３は、サーマルヒータやセラミックヒータ等の面状又は板状の発熱体で構成されている。定着ベルト２１の内周側には、支持部材としてのステー３１が配設されており、このステー３１によって、ヒータ２３が、ニップ部Ｎよりも用紙搬送方向Ａの上流側で、定着ベルト２１の内周面に対向するように支持されている。また、ヒータ２３には電源２５が接続されており、電源２５からヒータ２３に電力が供給されるようになっている。この電源２５の出力は、加熱制御手段２６によって制御される。加熱制御手段２６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータで構成されている。

また、定着装置１４は、ヒータ２３の温度を検知するヒータ温度検知手段としての第１のセンサ２７と、定着ベルト２１の温度を検知するベルト温度検知手段としての第２のセンサ２８とを備える。第１のセンサ２７は、ヒータ２３に直接接触するように配設され、第２のセンサ２８は、定着ベルト２１の外周面に対し、ヒータ２３よりもベルト回転方向Ｃの上流側で対向するように配設されている。各センサ２７，２８で検知された温度情報は、加熱制御手段２６に入力されるようになっており、この入力情報に基づいて、加熱制御手段２６は電源２５の出力を制御するように構成されている。

また、定着ベルト２１の外周側でヒータ２３と対向する位置には、定着ベルト２１を加圧する押さえ部材としての押圧ローラ３０が配設されている。この押圧ローラ３０によって、定着ベルト２１が外周側からヒータ２３に向けて加圧されることで、定着ベルト２１がヒータ２３に接触するようになっている。押圧ローラ３０は、外径が１５ｍｍ乃至３０ｍｍであり、外径が８ｍｍの鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの外周面を被覆する厚さ３．５ｍｍ乃至１１ｍｍのシリコーンゴム製の弾性層３０ｂとで構成されている。また、離型性を高めるために、弾性層３０ｂの外周面に厚さ４０μｍ程度のフッ素系樹脂から成る離型層を配設してもよい。ここでは、押圧ローラ３０が図示しない加圧手段によって定着ベルト２１に圧接されているが、加圧手段による加圧を行わず、単に当接させるだけの構成としてもよい。

図２を参照しつつ定着装置の基本動作について説明する。
画像形成装置本体の電源スイッチが投入されると、電源２５からヒータ２３に電力が供給されると共に、加圧ローラ２２が図の矢印Ｂ方向に回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト２１は、加圧ローラ２２との間の摩擦力によって、図の矢印Ｃ方向に従動回転する。

その後、上述の画像形成工程を経て未定着のトナー画像Ｇが担持された用紙Ｐが、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間のニップ部Ｎに搬送されると、用紙Ｐが加熱及び加圧され、用紙Ｐ上のトナー画像Ｇが定着される。そして、用紙Ｐはニップ部Ｎから搬出された後、機外に排出される。

以下、本実施形態に係る定着装置の構成について、さらに詳しく説明する。
図３に示すように、加熱部材としてのヒータ２３は、用紙Ｐの搬送方向と直交する幅方向に等間隔に配設された複数（図では９つ）の発熱体３２を有している。各発熱体３２は、それぞれに給電可能となるように電源４０に接続されており、各発熱体３２への供給電力は、加熱制御手段２６により互いに独立してコントロールされる。そのため、各発熱体３２の出力は独立して制御することができる。

具体的に、加熱制御手段２６は、複数の発熱体３２のうち、発熱させる発熱体３２を選択することによる用紙幅方向における加熱範囲の変更と、発熱体３２のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御することによる回転方向における加熱範囲の変更と、発熱体３２の発熱量を制御することによる単位時間当たりの発熱量（加熱温度）の変更とを行う。なお、発熱体３２の発熱量（出力）の制御は、各発熱体３２に供給する電力を変更することで行われる。この供給電力の変更は、電圧をアナログ的に変更し、あるいは、点灯デューティー（所定時間中のＯＮ時間の比率）を変更することなどによって行われる。

画像形成装置の図示しない画像読取装置や外部機器から送信された画像信号は、図２に示す画像処理手段３３に入力され、所定の画像処理が行われる。画像処理手段３３が作成した画像情報は加熱制御手段２６に入力され、この画像情報に基づいて加熱制御手段２６が電源２５を介して各発熱体３２の出力を制御する。

例えば、図４（ａ）に示すように、用紙搬送方向Ａの先端側から順に、画像領域ａ、非画像領域ｂ、画像領域ｃが存在するように画像形成された用紙Ｐの場合、画像領域ａ，ｃでは定着が必要であるが、非画像領域ｂでは定着の必要はない。このような場合、加熱制御手段２６は、画像情報に基づき、非画像領域ｂに対応する定着ベルト２１の部位の温度が、画像領域ａ，ｃに対応する定着ベルト２１の部位の温度よりも低くなるようにヒータ２３を制御する。すなわち、この場合、画像領域ａ，ｃに対応する箇所では、全発熱体３２への電力供給を通常通り行うが、非画像領域ｂに対応する箇所では、全発熱体３２への電力供給を低減又は停止する。このように、非画像領域ｂに対応する箇所では、発熱体３２への供給電力を低減又は停止することで、非画像領域ｂでの無駄な熱エネルギー消費を削減することができる。

また、図４（ｂ）に示すように、用紙Ｐの幅方向に渡って、画像領域ｄと非画像領域ｅとが混在する場合は、複数の発熱体３２のうち、非画像領域ｅに対応する位置（図の右側）にある発熱体３２への電力供給を低減又は停止する。これにより、非画像領域ｅでの無駄な熱エネルギー消費を削減できる。

また、図４（ｃ）に示す例では、画像領域と非画像領域とが用紙Ｐの幅方向と搬送方向に渡って混在している。この場合は、図中の符号ｇの範囲と符号ｉの範囲とが重なり合った箇所に形成される非画像領域に対応して、発熱体３２への電力供給を低減又は停止することにより、上記と同様に、非画像領域での無駄な熱エネルギー消費を削減することができる。

図５は、図４（ａ）に示す用紙をニップ部Ｎに通過させた場合のヒータ２３の出力と定着ベルト２１の温度変化を示す図である。以下、図５を参照しつつ、定着ベルト２１の温度制御について説明する。

図５に示すように、用紙上の画像領域ａ，ｃがニップ部を通過するタイミングＴａ，Ｔｃでは、定着ベルトの温度が、定着に必要な所定の第１の目標温度Ｑ１となるように、発熱体への供給電力を制御する。一方、非画像領域ｂがニップ部を通過するタイミングＴｂでは、各発熱体３２への電力供給を低減して、定着ベルトの温度が第１の目標温度Ｑ１よりも低い第２の目標温度Ｑ２となるように制御し、無駄な熱エネルギー消費を削減する。ここで、画像領域ａ，ｃがニップ部を通過しない時間Ｔｂ，Ｔ１，Ｔ２においては、発熱体への電力供給を完全に停止してもよいが、極端に定着ベルト２１の温度が下がり過ぎると、同じ用紙あるいは次の用紙の画像領域がニップ部に供給された時に、対応する発熱体を第１の目標温度Ｑ１まで立ち上げることが困難となる。そのため、図５に示す例のように、発熱体の出力として、第１の目標温度Ｑ１に対応する出力Ｗ１よりも小さい出力Ｗ２を設定し、画像領域の非通過時Ｔｂ，Ｔ１，Ｔ２においては、小さい出力Ｗ２で加熱することにより、定着ベルト２１を第１の目標温度Ｑ１よりも低いが室温よりは高い第２の目標温度Ｑ２に保つように制御することが望ましい。具体的な第２の目標温度Ｑ２は、ヒータ２３の性能や定着ベルト２１の熱容量等に応じて定められる。

また、一般的に、定着ベルトの加熱を開始してから、定着ベルトの温度が目標温度に達するまでには、一定の昇温時間を要する。従って、第１の目標温度Ｑ１に対応する出力Ｗ１での立ち上げを、画像領域ａの先端がニップ部に達した時点で開始した場合、第１の目標温度Ｑ１への昇温が間に合わない。そこで、図５に示す例のように、定着ベルトの昇温時間を考慮して、各画像領域ａ，ｃの先端がニップ部へ到達するよりも前のタイミングから、所定時間Ｔｘの間、出力Ｗ１による予熱を行うことが望ましい。ただし、省エネの観点から、予熱時間Ｔｘはできるだけ短い方が望ましい。また、定着ベルトの昇温時間は、定着ベルト自体の熱伝達率や回転方向の発熱長さなどによって異なるため、予め実験などにより特定しておくとよい。

なお、図５に示す例では、各画像領域ａ，ｃの定着温度を、同じ温度（第１の目標温度Ｑ１）に設定しているが、画像領域に含まれる画像の種類に応じて第１の目標温度Ｑ１を異ならせてもよい。

例えば、各画像領域の画像の種類が、文字、写真、図などで異なる場合に、画像の種類に応じて各画像領域に対応する目標温度を異ならせてもよい。特に、画像が写真の場合は、画像の光沢度を上げる必要がある場合があるので、写真の画像領域に対しては第１の目標温度を高く設定することで、所望の光沢度が得られる。

また、各画像領域の画像パターンが、ベタ画像、ハーフトーン画像、線画像、文字画像などで異なる場合や、画像パターンの処理方法が、ディザ法や誤差拡散法などで異なる場合には、画像パターンやその処理方法に応じて各画像領域に対応する第１の目標温度Ｑ１を異ならせてもよい。各種画像パターンによってトナー粒子同士の孤立度合い又は密集度合いが異なっており、孤立している場合の方が密集している場合よりもトナーが剥がれやすいことが知られている。そのため、トナーが孤立している画像パターンに対しては、第１の目標温度Ｑ１を上げて剥がれにくくし、反対に、トナーが密集している画像パターンに対しては、第１の目標温度Ｑ１を下げることで消費エネルギーを削減することが可能である。

また、各画像領域のトナー付着量が異なる場合、それぞれ、定着に必要な温度が異なるため、画像情報に基づきトナーの付着量を把握しておき、これに応じて画像領域ごとに第１の目標温度を異ならせてもよい。通常、トナーの付着量が多い画像では、トナーの溶融に多くの熱量が必要になるため、第１の目標温度Ｑ１を上げる必要がある。反対に、トナーの付着量が少ない画像では、第１の目標温度Ｑ１を下げて消費エネルギーの削減を図ることができる。

また、複数の色のトナーを用いるカラー画像形成装置においては、トナーの色によって定着に必要な熱量が異なる場合があるため、その場合、トナーの色に応じて第１の目標温度を異ならせてもよい。例えば、ブラックのトナーは、イエロー、シアン、マゼンタ等の他の色のトナーに比べて、定着に必要な熱量が少なくてよい場合が多いため、ブラックのトナーのみ使用される画像領域では、目標温度を下げることで消費エネルギーの削減を図れる。

このように画像領域Ｘを加熱する時の第１の目標温度Ｑ１は、画像の種類、画像パターン、画像パターンの処理方法、トナーの付着量、トナー色等に応じて変動させる。その一方で、非画像領域Ｙを加熱する時の第２の目標温度Ｑ２は、デフォルトとして設定され、基本時に一定の温度（通常温度）に保持される。

このように第２の目標温度Ｑ２は固定されるのが通例であるが、それだけでは、種々の不具合を生じることがある。以下では、問題となる課題およびその課題を解決するための技術手段を実施形態として説明する。

［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態を説明する。
画像形成装置では、現像工程や転写工程の異常等によりトナーが飛散し、用紙Ｐの非画像領域にトナーが付着する場合がある（地肌汚れ）。定着に伴って非画像領域は第２の目標温度Ｑ２で加熱されるが、この温度Ｑ２はトナーを定着させる第１の目標温度Ｑ１よりも低いため、非画像領域に付着したトナーが定着完了後も溶けずに用紙上に残存する。そのため、印刷後の用紙からトナーが脱落し、用紙を取り扱ったユーザの手指や衣装等を汚すおそれがある。

この課題を解決するため、第１の実施形態では、図６に示すように、画像形成装置の定着装置１４と、記録媒体にトナー画像を転写する転写ニップとの間に、用紙Ｐのトナー付着面に向けて画像濃度検知手段としての画像濃度センサ４０が配置される。このセンサ４０は、用紙全体でのトナーＧの付着量を検知するものであり、その出力は加熱制御手段２６に入力される。このような画像濃度センサ４０の一例として、例えば公知の鏡面反射型や拡散反射型等のトナー濃度センサを用紙Ｐの幅方向に走査させるもの、あるいはこのトナー濃度センサを用紙Ｐの幅方向に沿って複数配置したもの等を挙げることができる。

図７は、ヒータ２３と、画像領域Ｘおよび非画像領域Ｙを有する用紙Ｐとの位置関係を示している。図中の破線は画像濃度センサ４０によるセンシング領域を表す。同図に示すように、一方のセンシング領域（Ｉ）ではトナーの飛散が生じておらず、他方のセンシング領域（ＩＩ）ではトナーの飛散が生じた（散点模様で示す）と仮定する。

図８（ａ）（ｂ）は、図７に示すセンシング領域（Ｉ）と（ＩＩ）での検知信号を表しており、このうち図８（ａ）が領域（Ｉ）に対応し、図８（ｂ）がセンシング領域（ＩＩ）に対応している。このように、センシング領域（Ｉ）の検知信号は画像領域Ｘで閾値を超えているが、非画像領域Ｙでは閾値を下回る。その一方、センシング領域（ＩＩ）では、図８（ｂ）に示すように、画像領域Ｘおよび非画像領域Ｙの双方で検知信号が閾値を上回る。このように非画像領域Ｙでのセンサ４０の検知信号が閾値を上回ることで、非画像領域Ｙに地汚れとなるトナーの飛散が生じていることを検知することができる。この閾値は、トナー飛散量が、手指等にトナーが付着したことをユーザが認識できる程度の量であることを検知できるように設定するのが好ましい。

このように非画像領域Ｙでのトナーの飛散が検知されると、加熱制御手段２６は、非画像領域Ｙを加熱する発熱体３２の出力を上昇させ、定着ベルト２１の非画像領域Ｙに対応する領域の温度をＱ２’まで上昇させる。図９（ａ）（ｂ）は、二つの画像領域Ｘの間の非画像領域Ｙの一部にトナーの飛散が生じた時のベルト温度を示すものであり、図９（ａ）では、トナーの飛散が生じた領域を含む非画像領域Ｙの全体をＱ２’まで昇温させている。この他、同図（ｂ）に示すように、非画像領域Ｙの一部（トナーの飛散が生じている領域）だけをＱ２’まで昇温させることもできる。省エネルギーの面からは、最低限必要とされる領域のみを昇温させる同図（ｂ）の昇温形態が好ましい。

このように定着ベルト２１の非画像領域Ｙに対応する領域の温度を、デフォルトとして設定された通常温度（第２の目標温度Ｑ２）よりも上昇させることで、非画像領域Ｙ中のトナーの飛散が生じた領域が加熱されることになる。従って、飛散したトナーを溶融させて用紙に付着させることができ、印刷後のトナーの脱落による上記の弊害を防止することが可能となる。なお、画像領域Ｘに飛散したトナーは、画像領域Ｘが定着温度で加熱され、用紙に完全に固定されるので、上記の問題を生じることはない。

非画像領域Ｙに飛散したトナー粒子は用紙に完全に定着させる必要はなく、用紙から脱落しない程度の付着力が得られるように、その一部が溶融する程度まで加熱されていれば十分である。従って、トナーが飛散した非画像領域Ｙの温度も、画像領域Ｘのような定着温度まで上げる必要はなく、これよりも低い温度に上昇させれば足りる。これを受けて、図９（ａ）（ｂ）では、非画像領域Ｙ中のトナー飛散領域に対応する定着ベルト２１の領域を、第１の目標温度Ｑ１よりも低い温度Ｑ２’まで上昇させている。なお、熱エネルギーのロスがそれほど問題とならない場合には、トナー飛散領域に対応する定着ベルト２１の領域を画像領域Ｘと同等の温度まで上昇させても構わない。

以上に述べたように、本実施形態では、飛散したトナーの付着量が規定値以上である時に上記の制御を行う。この場合、付着量が規定値を超えているか否かを評価する手法として、図８（ａ）（ｂ）では、画像濃度センサ４０の検知信号が閾値を超えているか否かに基づいて判定する場合を例示したが、この他にも任意の手法を採用することができる。例えば画像濃度センサ４０の検知信号を加熱制御手段２６に入力された画像情報と対比し、本来、非画像領域Ｙであるべき部分でトナー濃度が高くなっていれば、トナーの飛散が生じている、と認識し、上記のように非画像領域Ｙの全体もしくは一部を昇温させる制御を行うことも可能である。

このようにセンサ４０の検知信号と画像情報とを対比してベルト温度を制御する具体的手法の一例を図１７のフローチャートに基づいて説明する。この手法は、用紙Ｐの対象領域を発熱体３２ごとに加熱される領域に分割し、先ず画像情報に基づき、分割した各領域が画像領域Ｘであるか、非画像領域Ｙであるかを判定してから、非画像領域Ｙでのトナー付着の有無を画像濃度センサ４０からの検知信号で判定するものである。なお、以下の説明では、図７と同様に、ヒータ２３として用紙Ｐの幅方向に９つの発熱体３２を並べたものを使用する場合を例示している。

先ず、加熱制御手段２６は、各発熱体３２で加熱される領域Ａｉ（ｉ＝１，２，・・・９）の画像情報を取得すると共に、画像濃度センサ４０で検知された、各領域Ａｉでのトナー付着量の検知信号Ｂｉ（ｉ＝１，２，・・・９）を取得する（Step１）。取得した画像情報に基づいて先ず領域Ａ１（Step２）が画像領域Ｘであるか非画像領域Ｙであるかが加熱制御手段２６で判定される（Step３）。画像領域Ｘであると判定されれば（No）、領域Ａ１の目標温度がＱ１に設定される（Step４）。非画像領域Ｙであると判定されれば（Yes）、領域Ａ１に対応するセンサ４０の検知信号Ｂ１が閾値Ｄよりも大きいか否かを判定するプロセスに移行する（Step５）。検知信号Ｂ１が閾値Ｄ以下であれば（No）目標温度がＱ２に設定され（Step６）、検知信号Ｂ１が閾値Ｄよりも大きければ（Yes）目標温度がＱ２’に設定される（Step７）。次いで、一つ繰り上がったＡ２の領域で同様のフローで目標温度が定められ（Step8、Step9）、以下、同様のフローを繰り返して、順次Ａ３・・・Ａ９の各領域で目標温度が定められる。Ａ９の領域で目標温度が定まったところで、処理を終了する。

図１８（ａ）は９つの発熱体３２で加熱される非画像領域Ｙのうち、用紙幅方向両端の領域Ａ１，Ａ９だけにトナーの飛散が生じている場合を例示している。この場合、図１８（ｂ）に示すように、両端の領域Ａ１，Ａ９での画像濃度センサ４０の検知信号Ｂ１，Ｂ９は何れも閾値Ｄよりも大きくなり、他の領域での検知信号は閾値Ｄよりも小さくなる。そのため、両端の領域Ａ１，Ａ９での目標温度がＱ２’に設定され、他の領域での目標温度がＱ２に設定される。図１８（ｃ）に示すように、各領域Ａｉ（ｉ＝１，２…９）では、第２のセンサ２８による検知温度Ｃｉ（ｉ＝１…９）が目標温度になるように、加熱制御手段２６が各発熱体３２を制御する。

［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態を説明する。
用紙Ｐがコシのない薄紙である場合、ニップ部Ｎを通過した用紙を分離爪等の分離部材４１（図２参照）で定着ベルト２１から分離させる際の分離性が低下し、用紙が分離部材４１に引っ掛かり、あるいは定着ベルト２１に巻きついたりしてジャムを発生する場合がある。用紙の分離不良が生じるか否かは、用紙の種類の他、環境温度や湿度によっても左右される。

図１０は、以上の課題を解決する第２実施形態を説明する図で、（ａ）図はヒータ２３の正面図、（ｂ）図は定着ベルト２１の用紙先端部に対応する領域の温度分布（同図（ｄ）の線Ｉに対応する領域での温度分布）を示す図、（ｃ）図は定着ベルト２１の用紙中央部に対応する領域の温度分布（同図（ｄ）の線IIに対応する領域での温度分布）を示す図、（ｄ）図は画像領域Ｘおよび非画像領域Ｙを有する用紙Ｐの平面図である。

上記課題を解決するため、本実施形態では、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、用紙Ｐの分離性が低下すると判断された場合、用紙Ｐの搬送方向の先端部Ｐ１を幅方向で間欠的に加熱している。ここでいう先端部Ｐ１は、先端から数ｍｍ程度の範囲、最大で１０ｍｍ程度の範囲である。

この先端部Ｐ１は通常は非画像領域Ｙであり、そのために定着ベルト２１の用紙先端部Ｐ１に対応する領域は、図１０（ｃ）に示す用紙中央部の非画像領域Ｙに対応する領域と同様に、第２の目標温度Ｑ２に加熱されるのが通例である。本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、定着ベルト２１の用紙先端部Ｐ１に対応する領域を、幅方向で間欠的に通常温度である第２の目標温度Ｑ２よりも高温Ｑｈに加熱することで、用紙先端部Ｐ１に間欠的に高温の領域を形成している。用紙先端部Ｐ１の高温領域では他の領域と比べて水分含有量が減少するため、用紙先端部Ｐ１を波型に変形させることができる。これにより、薄紙等の分離性が低い用紙Ｐであっても、先端部Ｐ１に剛性を持たせることが可能となり、分離部材４１による定着ベルト２１からの用紙Ｐの分離性を高めることができる。

かかる構成では、用紙先端部Ｐ１の高温領域の温度が１００℃を超えても実質的な意味はないので、この部分の温度が１００℃以下となるように定着ベルト２１の用紙先端部Ｐ１に対応する領域の加熱温度Ｑｈを設定するのが好ましい。

［第３の実施形態］
図１１（ａ）〜（ｄ）に、第２実施形態と同様の課題を解決する第３の実施形態を示す。図１１のうち、（ａ）図はヒータ２３の正面図、（ｂ）図は定着ベルト２１の用紙先端部に対応する領域の温度分布（同図（ｄ）の線IIIに対応する領域での温度分布）を示す図、（ｃ）図は定着ベルト２１の用紙中央部に対応する領域の温度分布（同図（ｄ）の線IVに対応する領域での温度分布）を示す図、（ｄ）図は画像領域Ｘおよび非画像領域Ｙを有する用紙Ｐの平面図である。

この第３の実施形態は、用紙Ｐの分離性が低下すると判断された際に、用紙先端部Ｐ１の幅方向全域を他の非画像領域よりも高温に加熱するものである。これを受けて、定着ベルト２１の用紙先端部Ｐ１に対応する領域の幅方向全体が通常温度である第２の目標温度Ｑ２より高温の温度Ｑｈまで加熱される。

このように用紙先端部Ｐ１の幅方向全体を他の非画像領域Ｙよりも高温にすることで、図１２に示すように、用紙先端部Ｐ１の幅方向全体が加圧ローラ２２に巻き付く方向に変形する。そのため、用紙Ｐが分離性の低い薄紙等である場合でも、ニップ部を脱出した直後の用紙に定着ベルト２１から離れる方向の分離力を発生させることができ、用紙Ｐの分離性を向上させてジャムの発生を防止することができる。

このように第２の実施形態および第３の実施形態では、用紙先端部Ｐ１を他の非画像領域Ｙよりも高温に加熱しているが、この制御は、加熱制御手段２６に入力された用紙の分離性を表す指標から、加熱制御手段２６が「分離性が低い」と判定した時に限って行われる。ここでいう「分離性を表す指標」としては、用紙Ｐの厚さ・種類・サイズ・坪量等の用紙情報や、温度・湿度等の外部環境情報を挙げることができる。分離性が低いか否かは、列挙した個々の指標の何れか単独から判断し、あるいは個々の指標の任意のもしくは全ての組み合わせから総合的に判断することができる。

［第４の実施形態］
以下、本発明の第４の実施形態を説明する。
図１３（ａ）に示すように、用紙Ｐの幅方向両端に余白がある画像では、画像領域Ｘとなる幅方向中央部は温度が高く、非画像領域Ｙとなる幅方向両端では温度が低くなる。この場合、ヒータ２３による加熱中は、定着ベルト２１の画像領域Ｘに対応する領域が第１の目標温度Ｑ１となり、非画像領域Ｙに対応する領域が第２の目標温度Ｑ２となる。

この画像を連続印刷（例えば５０枚程度）した場合、図１３（ｂ）に示すように、定着ベルト３２の画像領域Ｘに対応する領域の温度がＱ１’まで上昇し、非画像領域Ｙに対応する領域との間の温度差αが大きくなる場合がある。加圧ローラ２２は、用紙Ｐでのしわの発生を防止するため、長さ方向両端部の外径寸法が中央部の外径寸法よりも大きくなるように設計されているが、定着ベルト２１の温度差αが大きくなると、加圧ローラ２２でも温度差αに対応する温度差が生じ、熱膨張差によって加圧ローラ２２の外径寸法差が小さくなり、しわの発生等の搬送性低下を招く点が問題となる。

この課題を解決するため、本実施形態では、図２に示す第２のセンサ２８でこの温度差αを測定し、その検出値を加熱制御手段２６に入力している。温度差αが規定値を超えれば、非画像領域Ｙに対応する発熱体３２の出力を上げ、定着ベルト２１の非画像領域Ｙ全体を通常温度である第２の目標温度Ｑ２よりも高い温度Ｑ２’まで上昇させる。これにより、定着ベルト２１の画像領域Ｘに対応する領域と非画像領域Ｙに対応する領域との温度差α’を小さくすることができるので、熱膨張差による加圧ローラ２２の変形を抑えて、しわの発生等の搬送性低下を防止することが可能となる。

この実施形態の構成では、温度差α、α’を測定するため、用紙Ｐの幅方向全体で温度を測定する必要がある。そのため、第２のセンサ２８は、用紙幅方向の複数個所に配置し、より好ましくは定着ベルト２１の各発熱体３２に加熱される領域のそれぞれに配置する。

以上に述べた各実施形態では、加熱制御手段２６に入力された画像情報以外の情報、例えばトナー濃度（第１の実施形態）、用紙Ｐの分離性（第２および第３の実施形態）、および定着ベルト２１の温度差（第４の実施形態）に基づいて、定着ベルト２１の非画像領域Ｙに対応する領域を、一時的にその通常温度（第２の目標温度Ｑ２）よりも高い温度に移行させている。これにより、用紙の地汚れを防止する、ジャムの発生を防止する、加圧ローラ２２の搬送性低下を防止する等の種々の効果を得ることができ、定着装置１４の多機能化を図ることができる。定着ベルト２１の高温に移行させる領域は、定着ベルト２１の非画像領域に対応する領域の全部とする他、その一部だけとすることもできる（図９（ａ）（ｂ）参照）。

以上の実施形態では、定着ベルト２１の非画像領域Ｙに対応する領域を通常温度よりも高温に移行させる場合を例示したが、この他にも画像情報以外の前記情報に基づき、定着ベルト２１の非画像領域Ｙに対応する領域を通常温度よりも低温に移行させることもでき、これによって定着装置１４のさらなる多機能化を図ることが可能となる。

なお、上記各実施形態では、定着回転体として定着ベルト２１を用い、加熱手段として定着ベルト２１の内周側から加熱するヒータ２３を用いた場合を例に説明したが、本発明を適用可能な定着装置はこれに限らない。

例えば、本発明は、図１４に示すように、定着回転体として定着ローラ６０を用い、加熱手段として定着ローラ６０の外周側から加熱するヒータ２３を用いた構成にも適用可能である。この実施形態における定着ローラ６０は、外径４０ｍｍで厚さ１ｍｍのアルミニウム製の芯金６０ａと、この芯金６０ａの外周面を被覆する断熱層６０ｂと、この断熱層６０ｂの外周面を被覆する熱伝導層６０ｃと、この熱伝導層６０ｃの外周面を被覆する離型層６０ｄとで構成されている。

断熱層６０ｂは、シリコーンゴムで形成されており、厚さは３ｍｍである。また、断熱層６０ｂの断熱機能をより高めるために、熱の逃げが少ない発泡シリコーンゴムで断熱層６０ｂを形成してもよい。

熱伝導層６０ｃは、ニッケルで形成されている。ただし、熱伝導層６０ｃの材料は、ニッケルに限らず、ステンレスなどの鉄系合金、アルミニウムや銅などの金属系、グラファイトシートなど、熱伝導性が少なくとも断熱層６０ｂよりも高い材料であればよい。このような熱伝導性の良い熱伝導層６０ｃを設けることで、ヒータ２３の発熱ムラによる定着ローラ６０の表面温度の局部的な温度のばらつきを低減することができる。また、熱伝導層６０ｃによって、ヒータ２３を配設した領域よりもやや広い領域において温度上昇させることができるため、画像とのずれを補填することができるという利点もある。これにより、ヒータ２３を構成する複数の発熱体３２の大きさや間隔等の設定の自由度が広がる。

離型層６０ｃは、ＰＴＦやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂で形成されており、厚さが５〜３０μｍである。

また、図１４に示す定着装置１４は、ヒータ２３に電力を供給する電源２５と、画像処理手段３３から得られた情報に基づきヒータ２３を制御する加熱制御手段２６と、ヒータ２３の温度を検知する第１のセンサ２７と、定着ローラ６０の温度を検知する第２のセンサ２８とを備えているが、これらの構成は、基本的に上記実施形態と同様であるので説明を省略する。

なお、図１４では、ヒータ２３が定着ローラ６０の表面に接触する構成となっているが、コイルとインバータを用いたＩＨ方式による非接触式の加熱手段を用いてもよい。ＩＨ方式とした場合、加熱用のコイルを定着ローラ６０の軸方向に渡って複数配設したり、あるいは、磁束をキャンセルする部材を定着ローラ６０の軸方向に渡って複数配設したりすることで、加熱領域や加熱量を制御できるようになる。

また、図１５に示すように、図２に示す定着装置において、ヒータ２３を定着ベルト２１内部であって、ニップ部Ｎを形成する部位に配置することもできる。この場合、加熱部材２３をニップ形成部材２４としても機能させることになる。

また、本発明を適用可能な画像形成装置は、図１に示すようなモノクロ画像形成装置に限らない。

本発明は、例えば、図１６に示すようなカラー画像形成装置に搭載される定着装置にも適用可能である。
図１６に示すカラー画像形成装置は、装置本体１に対して着脱可能な４つのプロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋを備えている。各プロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。具体的に、各プロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、感光体２と、感光体２の表面を帯電させる帯電ローラ３と、現像ローラ６を備える現像手段７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング手段１０などを備える。

各プロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋの上方には、転写手段８として、中間転写ベルト１６と、複数の一次転写ローラ１７と、二次転写ローラ１８とが設けられている。また、各プロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋの下方には、露光装置１９が設けられている。

以下、図１６に示すカラー画像形成装置の基本的な作像動作について説明する。
作像動作が開始されると、各プロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋにおける各感光体２が回転駆動され、各感光体２の表面が帯電ローラ３によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体２の表面には、露光装置１９からレーザー光がそれぞれ照射されて静電潜像が形成される。このとき、各感光体２に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体２上に形成された静電潜像に、各現像手段７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、中間転写ベルト１６が図の矢印で示す方向に回転駆動される。そして、各感光体２の回転に伴い、感光体２上の各色のトナー画像が各一次転写ローラ１７の位置に達したときに、一次転写ローラ１７と感光体２との間に形成された転写電界によって、各感光体２上のトナー画像が中間転写ベルト１６上に順次重ね合わせて転写される。かくして、中間転写ベルト１６の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、転写後の各感光体２の表面は、クリーニング手段１０によってクリーニングされた後、図示しない除電装置によって除電される。

また、装置本体１の下部では、給紙ローラ１２が回転駆動を開始し、給紙トレイ１１から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１３によって搬送が一旦停止された後、所定のタイミングで二次転写ローラ１８と中間転写ベルト１６との間に搬送される。そして、二次転写ローラ１８と中間転写ベルト１６との間に形成された転写電界によって、中間転写ベルト１６上のトナー画像が転写ニップで用紙Ｐ上に一括して転写される。その後、用紙Ｐは定着装置１４へと搬送され、定着装置１４によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着された後、排紙ローラ１５によって用紙Ｐが装置外へ排出される。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つのプロセスユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

また、本発明を適用可能な画像形成装置は、上記のものに限らず、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等であってもよい。

１４ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着回転体）
２２ 加圧ローラ（対向部材）
２３ ヒータ（加熱部材）
２４ ニップ形成部材
２５ 電源
２６ 加熱制御手段
３０ 押さえ部材
３２ 発熱体
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）
Ｑ１ 第１の目標温度
Ｑ２ 第２の目標温度（通常温度）
Ｘ 画像領域
Ｙ 非画像領域

特開２００１−３４３８６０号公報

Claims (10)

1. 定着回転体と、前記定着回転体との間にニップ部を形成する対向部材と、前記定着回転体を加熱する加熱部材と、加熱部材の出力を制御する加熱制御手段とを備え、加熱部材が、それぞれの出力を独立して制御可能でかつ記録媒体の幅方向に配置された複数の発熱体を具備し、ニップ部に供給された記録媒体が画像領域と非画像領域とを有する時に、前記加熱制御手段が、画像情報に基づいて、複数の発熱体のうち画像領域に対応する発熱体が高温となり、非画像領域に対応する発熱体が低温となるように各発熱体の出力を制御する定着装置において、
   前記画像情報以外の情報に基づいて、定着回転体の非画像領域に対応する領域を、一時的にその通常温度と異なる温度に移行させることを特徴とする定着装置。
2. 前記情報が定着前の非画像領域に付着したトナーの付着量であり、この付着量が規定値を超えている時に、定着回転体の、当該非画像領域に対応する領域をその通常温度よりも高温に加熱する請求項１記載の定着装置。
3. 各発熱体で加熱される領域が画像領域であるか非画像領域であるかを画像情報に基づいて判定し、非画像領域である時に、トナーの付着量が規定値を越えているか否かを判定する請求項２記載の定着装置。
4. 前記情報が記録媒体の定着回転体からの分離性を表す指標であり、この指標が低分離性を表すものである時に、定着回転体の記録媒体の先端部に対応する領域を通常温度よりも高温に加熱する請求項１記載定着装置。
5. 定着回転体の通常温度よりも高温に加熱する領域を、記録媒体幅方向に沿って間欠的に設ける請求項４記載の定着装置。
6. 定着回転体の通常温度よりも高温に加熱する領域を、記録媒体幅方向の全体に設ける請求項４記載の定着装置。
7. 前記情報が画像領域と非画像領域の温度差であり、この温度差が規定値を上回った時に、定着回転体の非画像領域に対応する領域を通常温度よりも高温に加熱する請求項１記載の定着装置。
8. 前記温度差が複数の記録媒体の連続供給によって形成される請求項７記載の定着装置。
9. 通常温度が、定着回転体の非画像領域に対応する領域を発熱体で加熱する時にデフォルトとして設定された温度である請求項１〜８何れか１項に記載の定着装置。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載の定着装置を有する画像形成装置。

Images