JP6047855B2 - 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１〜３などには、記録媒体上の画像に応じて加熱領域を変更し、定着に必要な部分は加熱するが、定着に必要ない部分は加熱しないように構成された定着装置が提案されている。

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構成では、定着回転体の表面に高温領域と低温領域とが形成される。この場合、高温領域と低温領域が隣接していれば、高温領域から低温領域に向けて熱拡散が生じるため、高温領域が狙い温度よりも低下し、定着不良を招くおそれがある。また、高温領域同士が隣接している場合には、熱拡散がほとんど生じないために高温領域が過剰に昇温し、光沢ムラ等の画像異常を招くおそれがある。また、高温領域での過昇温はエネルギーロスにもつながる。

本発明は、かかる事情に鑑み、定着回転体の表面に狙いどおりの温度分布を形成することができる定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供するものである。

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、それぞれに給電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の未定着画像が画像領域と非画像領域とを有する時に、前記加熱制御手段により、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への電力供給が制御される定着装置において、加熱制御手段が、制御対象の発熱体に供給する電力を、隣接する発熱体の発熱量に応じて制御することを特徴とするものである。

本発明によれば、制御対象の発熱体に供給する電力を、制御対象の発熱体に隣接する発熱体の発熱量に応じて制御するので、各発熱体に供給する電力を、隣接領域からの熱拡散もしくは隣接領域への熱拡散を考慮した上で定めることができる。そのため、定着回転体の表面に狙いどおりの温度分布を形成することができ、エネルギーロスを抑えながら定着不良や異常画像を防止して画像品質の向上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。 画像パターンＡにおける供給電力と定着ベルトの温度分布を示す図である。 画像パターンＡにおける供給電力と定着ベルトの温度分布を示す図である。 画像パターンＡにおける供給電力と定着ベルトの温度分布を示す図である。 各画像パターンでの各発熱体の発熱量を示す表である。 定着装置の他の実施形態を示す要部斜視図である。 ヒータの他の実施形態を示す平面図である。 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。

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７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。

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、行えるようになっている。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、画像処理手段３３から得た画像情報に基づき、非画像領域ｂに対応する定着ベルト２１の部位の温度を、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。

以下、定着ベルトの温度制御について説明する。
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では、発熱体への電力供給を低減して、定着ベルトの温度が第１の目標温度よりも低い第２の目標温度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においては、発熱体３２への電力供給を完全に停止してもよいが、極端に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、該発熱体を第１の目標温度まで立ち上げることが困難となる。そのため、発熱体の出力として、第１の目標温度に対応する出力よりも小さい出力を設定し、画像領域の非通過時においては、小さい出力で加熱することにより、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の目標温度に対応する出力での立ち上げを、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の目標温度への昇温が間に合わない。そこで、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、所定時間の間、出力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、各画像領域ａ，ｃの定着温度は、同じ温度（第１の目標温度）に設定する他、画像領域に含まれる画像の種類に応じて目標温度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、画像パターンや処理方法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。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、目標温度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、目標温度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、目標温度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、目標温度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。

［第１の実施形態］
以下、本発明の特徴的構成を説明する。
本発明は、図５〜図７に示すように、用紙Ｐの幅方向に画像領域Ｘと非画像領域Ｙとが混在している場合（図４（ｂ）（ｃ）の態様）に適用される。以下では、用紙Ｐの幅方向中央に画像領域Ｘが形成され、その両側に非画像領域Ｙが形成されている場合を例に挙げて説明する。なお、ヒータ２３の発熱体３２の数は任意であるが、以下では、用紙Ｐの幅方向に５つの発熱体３２（ｈ１〜ｈ５）を配置したヒータ２３を使用する場合を例示している。

図５は、用紙Ｐの幅方向中央に、一つの発熱体ｈ３の長さに相当する画像領域Ｘが形成された画像パターンＡ、並びに画像パターンＡを定着させる際の定着ベルト２１の温度分布および各発熱体ｈ１〜ｈ５への供給電力を示している。

定着開始に伴い、画像処理手段３３から画像パターンＡの画像情報が加熱制御手段２６に入力される。加熱制御手段２６は、ヒータ２３の各発熱体３２のうち、画像領域Ｘに対応する発熱体ｈ３に電力Ｓａを供給し、定着ベルト２１の画像領域Ｘに対応する領域を温度Ｔａまで加熱する。また、非画像領域Ｙに対応する発熱体ｈ１、ｈ２、ｈ４、ｈ５に先の電力Ｓａより小さい電力Ｓ１を供給し、定着ベルト２１の画像領域Ｙに対応する領域をＴａより低い第２の目標温度Ｔbase（例えば１００℃）まで加熱する。

同図に示すように、加熱開始直後の時間ｔ０の時点では、定着ベルト２１に、画像領域Ｘに対応する領域が高温となり、非画像領域Ｙが低温となった矩形波状の温度分布が形成される。各発熱体ｈ１〜ｈ５への電力Ｓａ，Ｓ１の供給は、用紙がニップ部Ｎを脱出するまで継続されるが、定着ベルト２１上では時間の経過に伴って幅方向両側に熱が拡散するため、規定時間ｔ１（定着ベルト２１のヒータ２３で加熱された領域がニップ部Ｎに到達するまでの時間）が経過した後は、定着ベルト２１の温度分布が図示のような曲線形状(正規分布曲線)となり、かつ定着ベルト２１の発熱体ｈ３に加熱される領域の温度が当初の加熱温度Ｔａよりも低下する。

この時間ｔ１の経過後も、定着ベルト２１のうち、発熱体ｈ３によって加熱される領域の温度が狙い温度である第１の目標温度Ｔtarget（例えば１４０℃）以上であることが必要とされる。この条件を満たすように、時間ｔ０での加熱温度Ｔａが定められ（例えばＴａ＝１６０℃）、この加熱温度Ｔａが得られるように画像領域Ｘに対応する発熱体ｈ３への供給電力Ｓａが定められる。

図６は、用紙Ｐの幅方向の中央に、二つの発熱体ｈ２，ｈ３の長さに相当する画像領域Ｘが形成された画像パターンＢ、並びにこの画像パターンＢを定着させる際の定着ベルト２１各部の温度および各発熱体ｈ１〜ｈ５への供給電力を示している。

この場合も、定着開始に伴って画像処理手段３３から画像パターンＢの画像情報が加熱制御手段２６に入力される。加熱制御手段２６は、ヒータ２３の各発熱体３２のうち、画像領域Ｘに対応する二つの発熱体ｈ２，ｈ３に電力Ｓｂを供給し、定着ベルト２１の画像領域Ｘに対応する領域を温度Ｔｂまで加熱する。また、加熱制御手段２６は、非画像領域Ｙに対応する発熱体ｈ１、ｈ４、ｈ５に電力Ｓ１を供給し、定着ベルト２１の画像領域Ｙに対応する領域を第２の目標温度Ｔbaseまで加熱する。

加熱開始直後の時間ｔ０の時点では、定着ベルト２１には、画像領域Ｘに対応する領域が高温となり、非画像領域Ｙに対応する領域が低温となった矩形波状の温度分布が形成される。この場合も、時間の経過に伴って周囲に熱が拡散するため、時間ｔ１の経過後は、定着ベルト２１の温度分布が同図に示すような曲線形状となり、かつ発熱体ｈ３に加熱された領域の温度が当初の加熱温度Ｔｂよりも低下する。時間ｔ１の経過時点で定着ベルト２１の画像領域Ｘに対応する領域の温度が狙い温度である第１の目標温度Ｔtarget以上となるように、時間ｔ０での加熱温度Ｔｂが定められ(例えばＴｂ＝１５０℃)、この加熱温度Ｔｂが得られるように画像領域Ｘに対応する発熱体ｈ３に供給される電力Ｓｂが定められる。

この場合、定着ベルト２１のうち、二つの隣接する発熱体ｈ２，ｈ３に加熱される領域では、高温部が隣接しているため、一方の発熱体ｈ２に加熱された領域と他方の発熱体ｈ３に加熱された領域との境界間を跨ぐような熱拡散が生じない。従って、時間ｔ０からｔ１までの間の温度低下量は、非画像領域Ｙへの熱拡散を考慮しても、図５に示す画像パターンＡの場合に比べて小さくなる。そのため、画像パターンＢにおいては、時間ｔ０での加熱温度Ｔｂは、図５に示す画像パターンＡの場合の加熱温度Ｔａよりも低く設定し（Ｔｂ＜Ｔａ）、これに対応して発熱体ｈ２、ｈ３に供給する電力Ｓｂも、図５の場合の供給電力Ｓａよりも小さくする（Ｓｂ＜Ｓａ）。

図７は、用紙Ｐの幅方向の中央に、三つの発熱体ｈ２〜ｈ４の長さに相当する画像領域Ｘが形成された画像パターンＣ、並びに画像パターンＣを定着させる際の定着ベルト２１各部の温度および各発熱体ｈ１〜ｈ５への供給電力を示している。

この場合も、定着開始に伴って画像処理手段３３から画像パターンＣの画像情報が加熱制御手段２６に入力される。加熱制御手段２６は、ヒータ２３の各発熱体３２のうち、画像領域Ｘに対応する三つの発熱体ｈ２〜ｈ４に電力ＳｂおよびＳｃを供給し、定着ベルト２１の画像領域Ｘに対応する領域を温度ＴｂおよびＴｃまで加熱する。また、加熱制御手段２６は、非画像領域Ｙに対応する発熱体ｈ１，ｈ５に電力Ｓ１を供給し、定着ベルト２１の画像領域Ｙに対応する領域を第２の目標温度Ｔ_baseまで加熱する。

この場合も、加熱開始直後の時間ｔ０の時点では、定着ベルト２１には、画像領域Ｘに対応する領域が高温となり、画像領域Ｙに対応する領域が低温となった矩形波状の温度分布が形成されるが、時間ｔ１の経過後は、熱拡散により定着ベルト２１の温度分布が同図に示すような曲線形状となる。また、定着ベルト２１の画像領域Ｘに対応する領域の温度が当初の加熱温度Ｔｂ，Ｔｃよりも低下する。時間ｔ１の時点で定着ベルト２１の画像領域Ｘに対応する領域が狙い温度である第１の目標温度Ｔtarget以上となるように、時間ｔ０での加熱温度Ｔｂ，Ｔｃが定められ、この加熱温度Ｔｂ，Ｔｃが得られるように画像領域Ｘに対応する発熱体ｈ２〜４に供給される電力Ｓｂ、Ｓｃが定められる。

この場合、発熱体ｈ２〜ｈ４に加熱された三つの高温領域のうち、両端の領域は、それぞれ一方の側部が非画像領域Ｙに対応した低温領域に隣接しているため、図６に示す高温領域と同様の態様で熱拡散が生じる。そのため、両端の発熱体ｈ２，ｈ４に加熱された高温領域の温度は、図５に示す高温領域の温度Ｔｂと同じになる。その一方で、真ん中の高温領域では、両側が高温領域に挟まれているために両側への熱拡散が少なく、それ故に時間ｔ０からｔ１までの間の温度低下量も両側に隣接する高温領域より小さくなる。

以上から、時間ｔ０の高温加熱領域での加熱温度Ｔｂ，Ｔｃは、図５に示す高温加熱領域での加熱温度Ｔａよりも低く設定することができ（Ｔｂ＜Ｔａ、Ｔｃ＜Ｔａ）、真ん中の高温加熱領域での加熱温度Ｔｃ（例えば１４５℃）は、両側の高温加熱領域での加熱温度Ｔｂよりも小さくすることができる（Ｔｃ＜Ｔｂ）。これに対応して発熱体ｈ２〜ｈ４に供給する電力Ｓｂ、Ｓｃは、図６の発熱体ｈ３に供給する電力Ｓａよりも小さく設定し（Ｓｂ＜Ｓａ、Ｓｃ＜Ｓａ）、真ん中の発熱体ｈ３に供給する電力Ｓｃは、その両側に隣接する発熱体ｈ２，ｈ４に供給する電力Ｓｂよりも小さくする（Ｓｃ＜Ｓｂ）。以上をまとめると、Ｔｃ＜Ｔｂ＜ＴａおよびＳｃ＜Ｓｂ＜Ｓａとなっる。

図８に、図５〜図７に示す画像パターンＡ，Ｂ，Ｃでの各発熱体ｈ１〜ｈ５の具体的な発熱量を示す。表中の数値は、制御周期（５００ｍｓｅｃ）中の加熱割合である。１．０が１制御周期の間連続して加熱（通電）されることを意味する。表中の数値「０．４」はＳ１に対応し、「０．８５」がＳａに対応し、「０．７５」がＳｂに対応し、「０．６５」がＳｃに対応する。

なお、図８に記載した加熱割合の具体的数値は、ヒータ２３で加熱された定着ベルト２１の領域がニップ部Ｎに到達するまでの時間ｔ１や、定着ベルト２８の熱伝導率等に応じて適宜変更することができる。

このように本発明では、加熱制御手段２６が、制御対象の各発熱体３２（ｈ１〜ｈ５）に供給する電力を、制御対象の発熱体に隣接する発熱体の発熱量に応じて制御している。従って、各発熱体３２（ｈ１〜ｈ５）に供給する電力を、隣接する加熱領域への熱拡散を考慮した上で定めることができる。そのため、定着ベルト２１の表面に当初の目標どおりの温度分布を形成することができ、過剰加熱によるエネルギーロスを抑えると共に、定着不良や異常画像による画像品質の低下を防止することが可能となる。この効果は、定着ベルト２１の熱伝導率が大きくなるほど（例えばベルトが厚くなるほど）、隣接する加熱領域への熱拡散が増大するためにより顕著に得ることができる。後述のフルカラー形式の定着装置では、画質向上のために定着ベルト２１の表面にシリコーンゴム等からなる弾性層が形成されるので、より熱拡散が生じ易く、本発明の有用性が高まる。

具体的には、制御対象の発熱体（例えば図６の発熱体ｈ２や図７の発熱体ｈ３）の両側に隣接する発熱体のうち、何れか一方が画像領域Ｘに対応する高温状態である時（図６参照）、あるいは双方が画像領域Ｘに対応する高温状態である時（図７参照）は、制御対象の発熱体の両側に隣接する発熱体が何れも非画像領域Ｙに対応する低温状態である時（図５参照）よりも、制御対象の発熱体に供給する電力を少なくすることができる（Ｓｂ＜Ｓａ、Ｓｃ＜Ｓａ）。

また、制御対象の発熱体（例えば図７の発熱体ｈ３）の両側に隣接する発熱体が何れも画像領域に対応する高温状態である時（図７参照）は、制御対象の発熱体の両側に隣接する発熱体の一方が画像領域に対応する高温状態であり、他方が非画像領域に対応する低温状態である時（図６参照）よりも、制御対象の発熱体に供給する電力を少なくする（Ｓｃ＜Ｓｂ）。

本実施形態においては、発熱体３２（ｈ１〜ｈ５）の発熱量が、その発熱体に加熱された領域が画像領域Ｘに対応するものであるか、非画像領域Ｙに対応するものであるか、に基づいて判断されている。また、この判断は、画像処理手段３３から加熱制御手段２６に入力された画像情報に基づいて行われている。かかる構成であれば、発熱量を検知するためのセンサ等が基本的に不要となるので、低コスト化やレイアウトの容易化を図ることが可能となる。

以上の説明では、制御対象の発熱体３２が画像領域Ｘに対応する高温状態である場合を例示したが、これに限らず、制御対象の発熱体３２が非画像領域Ｙに対応する低温状態である場合にも本発明を適用することができる。例えば図６において、高温状態の発熱体ｈ３に隣接する低温状態の発熱体ｈ２に加熱される領域では、発熱体ｈ３に加熱された領域からの熱拡散で温度が上昇するため、発熱体ｈ２に供給する電力をＳ１より小さくなるように制御することもできる。

［第２の実施形態］
以上に述べた第１の実施形態では、発熱体３２の発熱量を、加熱制御手段２６に入力された画像情報から判断することで制御対象の発熱体に供給する電力を制御している。この他、定着ベルト２１各部の実際の温度を測定し、この温度情報を加熱制御手段２６にフィードバックして各発熱体３２に供給する電力を制御することも可能である。

図９は、この構成の具体例を示す斜視図である。
同図に示すように、この実施形態のヒータ２３は、七つの発熱体３２（ｈ１〜ｈ７）を具備している。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（Ｕ１〜Ｕ７）は、各発熱体ｈ１〜ｈ７に加熱される加熱領域（二点鎖線で区画されている）ごとに一つずつ配置されている。この第二のセンサ２８は例えば赤外線放射温度計等で構成することができ、その出力はそれぞれ加熱制御手段２６に入力される。

センサ２８はニップ部Ｎよりも定着ベルト２１の回転方向上流側に配置されている。この実施形態では、センサ２８から、対応する各発熱体ｈ１〜ｈ７の加熱箇所までの距離を定着ベルト２１の回転速度で割ることで時間を求め、この時間を発熱体ｈ１〜ｈ７の立ち上げ時間（加熱制御手段２６が加熱開始の信号を発信してから実際に加熱が開始されるまでの時間）と同じにしている。

例えば発熱体ｈ４を制御対象とした場合、隣接する発熱体ｈ３、ｈ５で加熱された定着ベルト２１の温度をセンサＵ３，Ｕ５で検知し、この温度情報に基づいて隣接する発熱体ｈ３、ｈ５の発熱量を判断する。すなわち、この温度が規定温度（例えば第１の目標温度Ｔtarget）以上であれば画像領域Ｘに対応し、規定温度を下回れば非画像領域Ｙに対応すると判断して、第１の実施形態で述べた規則に従って発熱体ｈ４に供給する電力を制御する。

また、以上に述べた温度情報による供給電力の制御と、第１の実施形態で述べた画像情報による供給電力の制御とを組み合わせることもできる。一例を挙げれば、図９のセンサ（例えばＵ４）で測定した温度と、画像情報に基づいて設定した加熱温度（図５のＴａ、図６および図７のＴｂ、図７のＴｃ）との差から発熱体ｈ４に対するベースとなる電力供給量を決定し、隣接する発熱体ｈ３、ｈ５の加熱領域でのセンサＵ３，Ｕ５の測定値が所定値（例えば１３０℃）より高い場合には、隣接する加熱領域への熱拡散が少ないとして発熱体ｈ４に対する電力供給量をベース値よりも少なくするような制御が考えられる。これとは逆に、隣接する加熱領域でのセンサＵ３，Ｕ５の測定値が所定値よりも低い場合には、何らかの事情で熱拡散量が増大していると判断して、発熱体ｈ４に対する電力供給量をベース値よりも多くするような制御を行うこともできる。

以上の各実施形態の説明では、ヒータ２３の各発熱体３２が同じ長さを有する場合を例示したが、図１０に示すように、一部の発熱体３２ａの長さを他より長くし、あるいは短くすることもできる。このように一部の発熱体３２ａの長さが他と異なる場合には、各発熱体３２（３２ａ）に供給する電力は、各発熱体の単位長さ当たりに供給される電力を基準とする。

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１１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１１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１１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１２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１３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１３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１３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）
Ｘ 画像領域
Ｙ 非画像領域

特開平６−９５５４０号公報 特開２００１−３４３８６０号公報 特開２００５−１８１９４６号公報

Claims (8)

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、それぞれに給電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の未定着画像が画像領域と非画像領域とを有する時に、前記加熱制御手段により、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への電力供給が制御される定着装置において、
   加熱制御手段が、制御対象の発熱体に供給する電力を、隣接する発熱体の発熱量に応じて制御することを特徴とする定着装置。
2. 加熱制御手段が、加熱制御手段に入力された画像情報から隣接する発熱体の発熱量を判断する請求項１記載の定着装置。
3. 定着回転体のうち、各発熱体で加熱される領域ごとに定着回転体の温度を測定する温度検知手段を設け、各温度検知手段で得た温度情報を加熱制御手段に入力し、その温度情報に基づいて隣接する発熱体の発熱量を判断する請求項１記載の定着装置。
4. 制御対象の発熱体が画像領域を加熱するものである請求項２または３記載の定着装置。
5. 制御対象の発熱体の両側に隣接する発熱体のうち、少なくとも何れか一方が高温状態であれば、双方が低温状態である時よりも制御対象の発熱体に供給する電力を減少させる請求項４記載の定着装置。
6. 制御対象の発熱体の両側に隣接する発熱体が何れも高温状態であれば、両側に隣接する発熱体のうち一方が高温状態で他方が低温状態である時よりも制御対象の発熱体に供給する電力を減少させる請求項４記載の定着装置。
7. 加熱部材の対向位置に、定着回転体と接触する押さえ部材を配置した請求項１〜６何れか１項に記載の定着装置。
8. 請求項１〜７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