特許 7513956 加熱装置及び画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-02

(45)【発行日】2024-07-10

(54)【発明の名称】加熱装置及び画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20240703BHJP

【ＦＩ】

G03G15/20 555

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020190838

(22)【出願日】2020-11-17

(65)【公開番号】P2022079949

(43)【公開日】2022-05-27

【審査請求日】2023-09-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100182453

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 英明

(72)【発明者】

【氏名】白倉 俊哉

(72)【発明者】

【氏名】足立 知哉

【審査官】市川 勝

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１１３３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８１４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１９３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２４３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１６７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１２６１３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｇ １５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに接触する複数の回転体と、
通電により発熱する抵抗発熱体と前記抵抗発熱体が設けられた基材とを有し、前記複数の回転体のうちの少なくとも１つを加熱する加熱源と、
前記加熱源の温度を検知する温度センサと、
を備える加熱装置であって、
前記複数の回転体のうちの少なくとも１つの温度が、前記温度センサによって検知される前記加熱源の検知温度と、前記加熱源に供給される供給電力とから算出され、
前記加熱源は、前記回転体の算出温度に基づいて制御され、
前記回転体の算出温度をＴ、前記加熱源の検知温度をＴｈ、前記加熱源に供給される供給電力をＷ、前記加熱源の検知温度変化量をΔＴｈ、所定の係数をａ１、ａ２とした場合、下記の式（１）を用いて算出される前記回転体の算出温度Ｔが、所定の上限値を超える場合、又は所定の下限値を下回る場合に、前記加熱源の目標温度を変更することを特徴とする加熱装置。

【数1】

【請求項2】

前記所定の係数ａ１、ａ２は、前記回転体同士が接触するニップ部を通過するシートのサイズ及び厚さのうち少なくとも一方に基づいて決定される請求項１に記載の加熱装置。

【請求項3】

前記電力Ｗは、前記加熱源の検知温度Ｔｈが検知されるタイミングよりも前に供給される電力である請求項１又は２に記載の加熱装置。

【請求項4】

前記加熱源は、前記回転体同士が接触するニップの位置において少なくとも１つの前記回転体の内周面に接触するように配置され、
前記温度センサは、前記ニップ部を通過する最小幅シートの通過幅領域内であって、前記加熱源の前記ニップ部側とは反対側に配置される請求項１から３のいずれか１項に記載の加熱装置。

【請求項5】

前記温度センサは、前記加熱源に対して接触するように配置される請求項１から４のいずれか１項に記載の加熱装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の加熱装置と、
前記加熱源に供給される供給電力を検知する供給電力検知部と、
前記温度センサによって検知される前記加熱源の検知温度と、前記供給電力検知部によって検知される供給電力とから、前記複数の回転体のうちの少なくとも１つの温度を算出する温度算出部と、
前記温度算出部によって算出される前記回転体の算出温度に基づいて前記加熱源を制御する加熱源制御部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。

【請求項7】

前記温度算出部によって算出される前記回転体の算出温度とあらかじめ設定された所定の上限値及び所定の下限値と比較し、前記回転体の算出温度が、前記所定の上限値を超える場合、又は前記所定の下限値を下回る場合に、前記加熱源の目標温度を補正する目標温度補正部を備え、
前記加熱源制御部は、前記目標温度補正部によって補正される前記目標温度に基づいて前記加熱源を制御する請求項６に記載の画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加熱装置及び画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プリンタ又は複写機などの画像形成装置が備える加熱装置として、例えば、熱によって用紙にトナーを定着する定着装置が知られている。

【0003】

この種の定着装置においては、用紙に対するトナーの定着性を良好に確保するため、用紙を挟んで加熱するローラ及びベルトなどの回転体の温度が所定の目標温度に維持されるように制御されている。

【0004】

例えば、用紙が一対の回転体の間を通過すると、用紙が回転体から熱を奪うことにより、回転体の温度が低下する。そのため、特許文献１（特開２０２０－７１４５４号公報）においては、用紙によって奪われる回転体の熱量に相当する剥奪電力と、加熱源を制御温度に維持するための維持電力とを合わせた合計電力を、加熱源に供給する方法が提案されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、定着装置などの加熱装置において、用紙などの加熱対象物を適正に加熱するには、加熱対象物に熱を付与する回転体の温度を検知し、検知された温度に基づいて加熱源の発熱量を制御することが好ましい。一方で、回転体の温度を適正温度に維持するために回転体の温度を検知する温度センサを設けると、製造コストが高くなったり、装置が大型化したりする問題がある。このため、回転体の温度を検知する温度センサを用いずに、回転体の温度を適正に維持したい要望がある。

【0006】

しかしながら、従来の加熱装置において、回転体の温度を検知する温度センサを用いずに、回転体の温度を適正に維持することは困難であった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため本発明は、互いに接触する複数の回転体と、通電により発熱する抵抗発熱体と前記抵抗発熱体が設けられた基材とを有し、前記複数の回転体のうちの少なくとも１つを加熱する加熱源と、前記加熱源の温度を検知する温度センサと、を備える加熱装置であって、前記複数の回転体のうちの少なくとも１つの温度が、前記温度センサによって検知される前記加熱源の検知温度と、前記加熱源に供給される供給電力とから算出され、前記加熱源は、前記回転体の算出温度に基づいて制御され、前記回転体の算出温度をＴ、前記加熱源の検知温度をＴｈ、前記加熱源に供給される供給電力をＷ、前記加熱源の検知温度変化量をΔＴｈ、所定の係数をａ１、ａ２とした場合、下記の式（１）を用いて算出される前記回転体の算出温度Ｔが、所定の上限値を超える場合、又は所定の下限値を下回る場合に、前記加熱源の目標温度を変更することを特徴とする加熱装置。

【数1】

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、回転体の温度を検知する温度センサを用いなくても回転体の温度を適正に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

【図2】本実施形態に係る定着装置の概略構成図である。

【図3】本実施形態に係るヒータの平面図である。

【図4】前記ヒータの分解斜視図である。

【図5】前記ヒータにコネクタが接続された状態を示す斜視図である。

【図6】前記ヒータを制御する制御装置のブロック図である。

【図7】定着ベルトの算出温度、適正温度範囲、上限値及び下限値の関係を説明するための図である。

【図8】前記ヒータの制御方法を示すフローチャートである。

【図9】温度センサの好ましい配置を説明するための図である。

【図10】本発明を適用可能な他のヒータの平面図である。

【図11】本発明を適用可能な他の定着装置の概略構成図である。

【図12】本発明を適用可能なさらに別の定着装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明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及び構成部品など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。このため、一度説明した構成要素については、その説明を省略する。

【0011】

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

【0012】

図１に示す画像形成装置１００は、画像形成部２００と、転写部３００と、定着部４００と、記録媒体供給部５００と、記録媒体排出部６００と、を備えている。

【0013】

画像形成部２００には、４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋと、露光装置６と、が設けられている。各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは、画像形成装置本体に対して着脱可能な作像ユニットである。各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの異なる色のトナー（現像剤）を収容している以外、基本的に同じ構成である。具体的に、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは、感光体２と、帯電部材３と、現像装置４と、クリーニング部材５と、を備えている。

【0014】

感光体２は、表面に画像を担持する像担持体である。本実施形態においては、感光体２として、ドラム状の感光体（感光体ドラム）が用いられている。また、感光体２として、ベルト状の感光体（感光体ベルト）を用いることも可能である。帯電部材３は、感光体２の表面を帯電させる部材である。本実施形態においては、帯電部材として、感光体２の表面に接触するローラ状の帯電部材が用いられている。ただし、帯電部材は、接触式のものに限らず、コロナ帯電などの非接触式のものでもよい。現像装置４は、感光体２の表面に現像剤としてのトナーを供給して可視画像（トナー画像）を形成する装置である。クリーニング部材５は、感光体２の表面に残留するトナー及びその他の異物を除去する部材である。クリーニング部材５としては、感光体２の表面に接触するブレード状の部材又はローラ状の部材などが用いられる。

【0015】

転写部３００には、用紙などの記録媒体に画像を転写する転写装置８が設けられている。記録媒体は、普通紙、厚紙、薄紙、コート紙、ラベル紙、又は封筒などの紙製のシートのほか、ＯＨＰなどの樹脂製のシートであってもよい。転写装置８は、中間転写ベルト１１と、４つの一次転写ローラ１２と、二次転写ローラ１３と、を有している。中間転写ベルト１１は、複数のローラによって張架された無端状のベルト部材である。各一次転写ローラ１２は、中間転写ベルト１１を介して感光体２に接触している。これにより、中間転写ベルト１１と各感光体２との間に、中間転写ベルト１１と各感光体２とが接触する一次転写ニップが形成されている。一方、二次転写ローラ１３は、中間転写ベルト１１を介して中間転写ベルト１１を張架する複数のローラの１つに接触している。これにより、中間転写ベルト１１との間には、二次転写ニップが形成されている。

【0016】

定着部４００には、用紙に画像を定着させる定着装置９が設けられている。定着装置９の詳しい構成については後述する。

【0017】

記録媒体供給部５００には、記録媒体としての用紙Ｐを収容する給紙カセット１４と、給紙カセット１４から用紙Ｐを送り出す給紙ローラ１５と、が設けられている。

【0018】

記録媒体排出部６００には、用紙を画像形成装置外に排出する一対の排紙ローラ１７と、排紙ローラ１７によって排出された用紙を載置する排紙トレイ１８と、が設けられている。

【0019】

次に、図１を参照しつつ本実施形態に係る画像形成装置１００の印刷動作について説明する。

【0020】

画像形成装置１００において印刷動作が開始されると、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋの感光体２及び中間転写ベルト１１が回転を開始する。また、給紙ローラ１５が、回転を開始し、給紙カセット１４から用紙Ｐを送り出す。送り出された用紙Ｐは、一対のタイミングローラ１６に接触して一旦停止される。

【0021】

各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋにおいては、まず、帯電部材３が、感光体２の表面を均一な高電位に帯電する。次いで、原稿読取装置によって読み取られた原稿の画像情報、あるいは端末からプリント指示されたプリント画像情報に基づいて、露光装置６が、各感光体２の表面（帯電面）に露光する。これにより、露光された部分の電位が低下して各感光体２の表面に静電潜像が形成される。そして、この静電潜像に対して現像装置４がトナーを供給し、各感光体２上にトナー画像が形成される。各感光体２上に形成されたトナー画像は、各感光体２の回転に伴って一次転写ニップ（一次転写ローラ１２の位置）に達すると、回転する中間転写ベルト１１上に順次重なり合うように転写される。かくして、中間転写ベルト１１上にフルカラーのトナー画像が形成される。なお、画像形成装置１００は、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋのいずれか一つを使用して単色画像を形成したり、いずれか２つ又は３つのプロセスユニットを用いて２色又は３色の画像を形成したりすることもできる。また、感光体２から中間転写ベルト１１へトナー画像が転写された後は、クリーニング部材５によって各感光体２上の残留トナーなどが除去され、各感光体２は次の静電潜像の形成に備える。

【0022】

中間転写ベルト１１上に転写されたトナー画像は、中間転写ベルト１１の回転に伴って二次転写ニップ（二次転写ローラ１３の位置）へ搬送され、タイミングローラ１６によって搬送されてきた用紙Ｐ上に転写される。そして、用紙Ｐは定着装置９へ搬送され、定着装置９によってトナー画像が用紙Ｐに定着される。その後、用紙Ｐは排紙ローラ１７によって排紙トレイ１８へ排出され、一連の印刷動作が終了する。

【0023】

続いて、本実施形態に係る定着装置９の構成について説明する。

【0024】

図２に示すように、本実施形態に係る定着装置９は、定着ベルト２０と、加圧ローラ２１と、ヒータ２２と、ヒータホルダ２３と、ステー２４と、温度センサ１９と、を備えている。

【0025】

定着ベルト２０は、用紙Ｐの未定着トナー担持面側（画像形成面側）に配置され、未定着トナーを用紙Ｐに定着させる定着部材として機能する回転体（第１回転体）である。本実施形態に係る定着ベルト２０は、その両端の内側に挿入される一対の回転支持部材によって、いわゆるフリーベルト方式で（少なくとも非回転時においては張力が付与されない状態で）支持される。定着ベルト２０は、例えば、ポリイミドから成る基材を有する。基材の材料は、ポリイミドに限らず、ＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂、ニッケル、又はＳＵＳなどの金属材料であってもよい。また、耐久性を高めると共に離型性を確保するため、基材の外周面に、ＰＦＡ又はＰＴＦＥなどのフッ素樹脂から成る離型層が設けられてもよい。さらに、基材と離型層との間に、ゴムなどから成る弾性層が設けられてもよい。また、基材の内周面に、ポリイミド又はＰＴＦＥなどから成る摺動層が設けられてもよい。

【0026】

加圧ローラ２１は、定着ベルト２０とは別の回転体（第２回転体）であって、定着ベルト２０の外周面に対向するように配置された対向部材である。加圧ローラ２１は、金属製の芯金と、芯金の外周面に設けられたシリコーンゴムなどから成る弾性層と、弾性層の外周面に設けられたフッ素樹脂などから成る離型層と、を有している。

【0027】

定着ベルト２０と加圧ローラ２１は、バネなどの付勢部材によって互いに加圧（圧接）されている。これにより、定着ベルト２０と加圧ローラ２１との間にニップ部Ｎが形成されている。また、加圧ローラ２１には、画像形成装置本体に設けられた駆動源から駆動力が伝達される。このため、加圧ローラ２１が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎにおいて定着ベルト２０に伝達され、定着ベルト２０が従動回転する。そして、図２に示すように、未定着画像を担持する用紙Ｐが、回転する定着ベルト２０と加圧ローラ２１との間（ニップ部Ｎ）に進入すると、定着ベルト２０と加圧ローラ２１によって用紙Ｐが搬送されながら加熱及び加圧される。これにより、用紙Ｐ上の未定着画像が用紙Ｐに定着される。

【0028】

ヒータ２２は、定着ベルト２０を加熱する加熱源である。本実施形態では、ヒータ２２が、板状の基材５０と、基材５０上に設けられた第１絶縁層５１と、第１絶縁層５１上に設けられた導体層５２と、導体層５２を被覆する第２絶縁層５３と、を有している。また、導体層５２には、通電により発熱する抵抗発熱体６０が含まれている。

【0029】

本実施形態においては、ヒータ２２による定着ベルト２０の加熱効率を高めるため、ヒータ２２が定着ベルト２０の内周面に直接接触するように配置されている。また、ヒータ２２は、定着ベルト２０に対して非接触又は低摩擦シートなどを介して間接的に接触してもよい。また、定着ベルト２０に対するヒータ２２の接触箇所として、定着ベルト２０の外周面を選択することも可能である。ただし、その場合、ヒータ２２と定着ベルト２０との接触によって定着ベルト２０の外周面に傷が生じ、これに起因して定着品質が低下する虞がある。そのため、ヒータ２２の接触箇所は、定着ベルト２０の外周面よりも内周面であることが好ましい。

【0030】

ヒータホルダ２３は、定着ベルト２０の内側に配置されて、ヒータ２２を保持する加熱源保持部材である。ヒータホルダ２３は、ヒータ２２の熱によって高温になりやすいため、耐熱性の材料によって形成されることが好ましい。特に、ヒータホルダ２３が、ＬＣＰ又はＰＥＥＫなどの低熱伝導性の耐熱性樹脂によって形成される場合は、ヒータホルダ２３の耐熱性を確保しつつ、ヒータ２２からヒータホルダ２３への伝熱が抑制されるので、定着ベルト２０を効率良く加熱できる。

【0031】

ステー２４は、定着ベルト２０の内側に配置されて、ヒータ２２及びヒータホルダ２３を支持する支持部材である。ステー２４がヒータホルダ２３のニップ部Ｎ側の面とは反対の面を支持することにより、加圧ローラ２１の加圧力によるヒータホルダ２３の撓みが抑制される。これにより、定着ベルト２０と加圧ローラ２１との間に均一な幅のニップ部Ｎが形成される。ステー２４は、その剛性を確保するため、ＳＵＳ又はＳＥＣＣなどの鉄系金属材料によって形成されることが好ましい。

【0032】

温度センサ１９は、ヒータ２２の温度を検知する温度検知部材である。温度センサ１９としては、サーモパイル、サーモスタット、サーミスタ、又はＮＣセンサなどの公知の温度センサを適用可能である。また、温度センサ１９は、ヒータ２２に対して接触するように配置される接触型の温度センサでもよいし、ヒータ２２に対して間隔をあけて対向するように配置される非接触型の温度センサでもよい。本実施形態においては、温度センサ１９がヒータ２２のニップＮ側とは反対側の面に接触するように配置されている。

【0033】

図３は、本実施形態に係るヒータの平面図、図４は、当該ヒータの分解斜視図である。

【0034】

図３及び図４に示すように、ヒータ２２は、板状の基材５０を有している。基材５０の上には、第１絶縁層５１と、導体層５２と、第２絶縁層５３と、が積層されている。基材５０は、定着ベルト２０の長手方向又は加圧ローラ２１の回転軸方向である図３中の矢印Ｚ方向へ長手状に伸びるように配置される。

【0035】

基材５０は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）、鉄、又はアルミニウムなどの金属材料によって形成される。また、基材５０の材料は、金属材料に限らず、セラミック、又はガラスなどであってもよい。基材５０がセラミックなどの絶縁材料によって形成される場合は、基材５０と導体層５２との間の第１絶縁層５１を省略できる。一方、金属材料は、急速加熱に対する耐久性に優れ、加工もしやすいため、ヒータの低コスト化を図るのに好適である。金属材料の中でも、特にアルミニウム又は銅は、熱伝導性が高く、温度ムラが発生しにくい点で好ましい。また、ステンレスは、アルミニウム又は銅と比べて基材５０を安価に製造できる。

【0036】

導体層５２は、抵抗発熱体６０のほか、電極部６１と、給電線（導電部）６２と、を有している。抵抗発熱体６０は、基材５０の長手方向（矢印Ｚ方向）に伸び、長手方向と交差する方向に２つ並んで配置されている。また、各抵抗発熱体６０は、基材５０の長手方向の一端側（図３における左端側）に設けられた２つの電極部６１に対し、複数の給電線６２を介して接続されている。詳しくは、各抵抗発熱体６０の一端（図３における左端）が、それぞれ給電線６２を介して異なる電極部６１に電気的に接続され、さらに、各抵抗発熱体６０の他端（図３における右端）同士が、別の給電線６２を介して互いに電気的に接続されている。

【0037】

抵抗発熱体６０は、例えば、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）及びガラス粉末などを調合したペーストを基材５０上にスクリーン印刷し、その後、当該基材５０を焼成することによって形成される。抵抗発熱体６０の材料としては、前述の材料以外に、銀合金（ＡｇＰｔ）又は酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）などの抵抗材料が用いることができる。

【0038】

電極部６１及び給電線６２は、抵抗発熱体６０よりも小さい抵抗値の導体によって形成される。具体的に、電極部６１及給電線６２は、銀（Ａｇ）又は銀パラジウム（ＡｇＰｄ）などの材料を基材５０上にスクリーン印刷することによって形成される。

【0039】

また、図３に示すように、各抵抗発熱体６０の全体及び各給電線６２の少なくとも一部は、第２絶縁層５３によって覆われ、絶縁性が確保されている。一方、各電極部６１は、給電部材としての後述のコネクタが接続される部分であるため、第２絶縁層５３によって覆われておらず露出している。

【0040】

第１絶縁層５１及び第２絶縁層５３は、例えば、耐熱性ガラスなどの絶縁性を有する材料によって形成される。具体的に、各絶縁層５１，５３の材料としては、セラミック又はポリイミドなどが用いられる。また、第１絶縁層５１及び第２絶縁層５３が設けられる基材５０の面とは反対側の面に、第３絶縁層が設けられていてもよい。

【0041】

本実施形態においては、抵抗発熱体６０が、基材５０のニップ部Ｎ側に配置されているため、抵抗発熱体６０の熱が基材５０を介さずに定着ベルト２０に伝わり、定着ベルト２０を効率良く加熱できる。また、抵抗発熱体６０が、基材５０のニップ部Ｎ側とは反対側に配置されてもよい。ただし、その場合は、抵抗発熱体６０の熱が基材５０を介して定着ベルト２０に伝わるため、基材５０は窒化アルミニウムなどの熱伝導率の高い材料により形成されることが好ましい。

【0042】

図５は、ヒータにコネクタが接続された状態を示す斜視図である。

【0043】

図５に示すように、コネクタ７０は、樹脂製のハウジング７１と、複数のコンタクト端子７２と、を有している。各コンタクト端子７２は、板バネなどの導電性を有する弾性部材である。各コンタクト端子７２は、ハウジング７１に設けられている。また、各コンタクト端子７２には、それぞれ給電用のハーネス７３が接続されている。

【0044】

図５に示すように、コネクタ７０は、ヒータ２２及びヒータホルダ２３を一緒に挟むようにして取り付けられる。これにより、ヒータ２２及びヒータホルダ２３は、コネクタ７０によって保持される。また、この状態で、各コンタクト端子７２の先端（接触部７２ａ）が、対応する電極部６１に弾性的に接触（圧接）することにより、各コンタクト端子７２と各電極部６１とが電気的に接続される。この状態で、画像形成装置本体に設けられた電源から各抵抗発熱体６０へ給電可能な状態となり、コネクタ７０を介して各抵抗発熱体６０へ電力が供給されると、各抵抗発熱体６０が発熱する。

【0045】

ところで、本実施形態に係る定着装置９においては、万が一、ヒータ２２が過剰に温度上昇しそうになったとしても、温度センサ１９によってヒータ２２の温度を検知できるため、ヒータ２２の過剰な温度上昇を未然に防止することが可能である。

【0046】

一方で、画像定着品質を良好に維持する観点からすると、定着ベルト２０の温度を適正に維持するために、一般的には定着ベルト２０の温度を検知可能な温度センサが設けられていることが好ましい。しかしながら、ヒータ２２の温度を検知する温度センサ１９に加えて、定着ベルト２０の温度を検知する温度センサを用いることは、定着装置の高コスト化又は大型化につながる。

【0047】

また、別の対策として、定着ベルト２０の温度を検知する温度センサによってヒータ２２の温度上昇を間接的に検知する方法もある。ただし、定着ベルト２０のニップ部Ｎに対向する位置には加圧ローラ２１が配置されているため、温度センサはニップ部Ｎ以外の位置（例えば、ニップ部Ｎとはベルト回転方向に１８０°反対側の位置）に配置されなければならない制約がある。従って、万が一、定着ベルト２０の回転が停止した状態で、ヒータ２２の温度が過剰に上昇すると、ニップ部Ｎの熱が定着ベルト２０によって回転方向に運ばれないため、温度センサによってはヒータ２２の温度上昇を応答性良く検知できない問題がある。

【0048】

斯かる事情から、本実施形態においては、ニップ部Ｎにおける温度上昇を応答性良く検知できるように、ヒータ２２の温度を検知する温度センサ１９を用いている。しかしながら、その場合、定着ベルト２０の温度を検知できない問題がある。

【0049】

そこで、本実施形態に係る定着装置及び画像形成装置においては、定着ベルト２０の温度を直接検知する温度センサを用いなくても定着ベルト２０の温度を適正に維持できるように、以下のような構成を採用している。

【0050】

まず、図６に基づいて、本実施形態に係る制御装置の構成について説明する。

【0051】

図６に示すように、制御装置３０は、供給電力検知部３１と、温度算出部３２と、記憶部３３と、目標温度補正部３４と、加熱源制御部３５と、を有している。制御装置３０は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などを有するマイクロコンピュータである。制御装置３０は、定着装置に設けられていてもよいし、画像形成装置本体に設けられていてもよい。

【0052】

供給電力検知部３１は、ヒータ２２に供給される供給電力を検知する部分である。

【0053】

温度算出部３２は、温度センサ１９によって検知されるヒータ２２の検知温度と、供給電力検知部３１によって検知される供給電力などから、定着ベルト２０の温度を算出する部分である。具体的に、温度算出部３２は、下記式（１）を用いて定着ベルト２０の温度を算出する。

【0054】

【数1】

【0055】

上記式（１）において、Ｔは定着ベルト２０の算出温度、Ｔｈはヒータ２２の検知温度、Ｗはヒータ２２に供給される供給電力、ΔＴｈはヒータ２２の検知温度変化量、ａ１及びａ２は所定の係数である。検知温度変化量ΔＴｈは、あるタイミングにおいて検知される検知温度Ｔｈ（ｎ）から、これより１つ前のタイミング（例えば、０．１秒前）において検知される検知温度Ｔｈ（ｎ－１）を減算して得られる値である。

【0056】

ここで、定着ベルト２０の温度を算出するための要素として、ヒータ２２に供給される供給電力Ｗを用いるのは、ヒータ２２に供給される電力が定着ベルト２０の温度上昇に影響を与えるからである。すなわち、供給電力Ｗの大きさによってヒータ２２の発熱量が変化し、その発熱量の変化によって定着ベルト２０に付与される熱量が変化する。また、ヒータ２２に電力が供給されてから、その電力の影響が定着ベルト２０の温度に反映されるまでには多少の時間差があるので、供給電力Ｗは、検知温度Ｔｈが検知されるタイミングよりも少し前のタイミングにおいて検知される電力であることが好ましい。

【0057】

また、上記式（１）中の各係数ａ１，ａ２は、定着ベルト２０の温度に影響を与えるその他の要素によって決定される係数である。例えば、定着ベルト２０の温度は、ニップ部を通過する用紙によって奪われる熱量の影響を受けるので、本実施形態においては、各係数ａ１，ａ２が、用紙のサイズ（Ａ３又はＡ４など）と、用紙の厚さ（普通紙、厚紙、又は薄紙など）に基づいて決定されている。なお、各係数ａ１，ａ２は、用紙のサイズ及び厚さのいずれか一方の情報のみに基づいて決定されてもよいし、用紙のサイズ及び厚さ以外の要素に基づいて決定されてもよい。各係数ａ１，ａ２は、式（１）を用いて算出される定着ベルト２０の温度（算出温度）と、定着ベルト２０の実際の温度（実測温度）とを比較し、算出温度と実測温度の平均誤差が小さくなるように決定される。

【0058】

記憶部３３は、あらかじめ決定された上記（１）の各係数ａ１，ａ２を記憶する部分である。本実施形態の場合、記憶部３３は、用紙のサイズ及び厚さに基づいて決定された複数種類の各係数ａ１，ａ２をあらかじめ記憶している。

【0059】

目標温度補正部３４は、定着ベルト２０の算出温度に基づいてヒータ２２の目標温度を補正（変更）する部分である。本実施形態においては、目標温度補正部３４が、定着ベルト２０の算出温度を所定の上限値及び所定の下限値と比較し、定着ベルト２０の算出温度が、所定の上限値を超える場合、又は所定の下限値を下回る場合に、ヒータ２２の目標温度を補正する。

【0060】

所定の上限値及び所定の下限値は、定着ベルト２０の温度を適正温度の範囲内に維持するための閾値である。すなわち、図７に示す温度域Ａを、良好な定着画像を得るための定着ベルトの適正温度範囲とすると、上限値α及び下限値βは、定着ベルトの算出温度Ｂが適正温度範囲Ａから外れないように、適正温度範囲Ａよりも狭い温度域内において設定される。また、定着ベルトの算出温度Ｂには算出誤差が含まれるので、上限値α及び下限値βは、少なくともその算出誤差分の余裕をもって設定される。

【0061】

加熱源制御部３５は、定着ベルト２０の算出温度に基づいてヒータ２２を制御する部分である。すなわち、加熱源制御部３５は、定着ベルト２０の算出温度に基づいて目標温度補正部３４がヒータ２２の目標温度を補正した場合、補正された目標温度に基づいてヒータ２２を制御する。具体的に、加熱源制御部３５は、ヒータ２２の目標温度に基づいてヒータ２２へ供給される電力の大きさ、及び単位時間（制御周期）あたりのヒータ２２への通電時間の割合（デューティ）などを変更することにより、ヒータ２２の発熱量を制御する。

【0062】

続いて、図６のブロック図及び図８のフローチャートを参照しつつ、本実施形態に係る定着装置の制御方法について説明する。

【0063】

図８に示すように、本実施形態においては、ヒータ２２への通電が開始されると、まず、ヒータ２２の温度が所定の目標温度に到達するまで、後述の制御（図８のＳｔｅｐ２以降の制御）とは異なる制御によってヒータ２２が制御される（図８のＳｔｅｐ１）。そして、ヒータ２２の温度が所定の目標温度に到達すると、温度算出部３２が、温度センサ１９によって検知されるヒータ２２の検知温度と、供給電力検知部３１によって検知される供給電力から、上記式（１）を用いて定着ベルト２０の温度を算出する（図８のＳｔｅｐ２）。また、このとき、温度算出部３２は、記憶部３３によって記憶されている各係数ａ１，ａ２の中から、プリンタドライバなどにより設定された用紙のサイズ及び厚さに対応した係数ａ１，ａ２を読み出し、式（１）に適用して温度を算出する。

【0064】

次に、目標温度補正部３４が、算出された定着ベルト２０の算出温度をあらかじめ設定された所定の上限値及び所定の下限値と比較する（図８のＳｔｅｐ３）。その結果、図７中の符号Ｘで示す箇所ように、定着ベルト２０の算出温度Ｂが所定の上限値αを超える場合、あるいは、同図中の符号Ｙで示す箇所のように、定着ベルト２０の算出温度Ｂが所定の下限値βを下回る場合は、ヒータ２２の目標温度を補正する（図８のＳｔｅｐ４）。すなわち、定着ベルト２０の算出温度Ｂが所定の上限値αを超える場合は、ヒータ２２の目標温度を下げ、反対に、定着ベルト２０の算出温度Ｂが所定の下限値βを下回る場合は、ヒータ２２の目標温度を上げる。そして、加熱源制御部３５が、補正後の目標温度に基づいてヒータ２２を制御する。一方、定着ベルト２０の算出温度が、所定の上限値を超えない場合、又は所定の下限値を下回らない場合は、ヒータ２２の目標温度を変更せず（図８のＳｔｅｐ５）、変更が無い目標温度に基づいて加熱源制御部３５がヒータ２２を制御する。

【0065】

その後、印刷ジョブが終了するまで、上述の定着ベルト２０の温度算出工程からヒータ２２の目標温度補正工程までの制御（図８のＳｔｅｐ２～Ｓｔｅｐ５）が繰り返し行われる（図８のＳｔｅｐ６）。

【0066】

以上のように、本実施形態においては、温度算出部３２が、ヒータ２２の温度情報に加え、供給電力の情報も用いて定着ベルト２０の温度を算出することにより、定着ベルト２０の温度を的確に予測することが可能である。このように、本実施形態によれば、定着ベルト２０の温度を検知する温度センサを用いなくても定着ベルト２０の温度を的確に予測できるため、装置の低コスト化及び小型化を図りつつ、定着ベルト２０の温度（実測値）を適正に維持できる。

【0067】

さらに、本実施形態においては、温度算出部３２が、用紙のサイズ及び厚さに基づいて決定される各係数ａ１，ａ２を用いて定着ベルト２０の温度を算出するので、より高精度な温度の予測が可能である。

【0068】

また、定着ベルト２０の温度を精度良く算出するには、図９に示すように、温度センサ１９が、最小通紙幅領域（最小幅シートの通過幅領域）Ｗｐ内に配置されることが好ましい。ここで、「最小通紙幅領域」とは、画像形成装置において通紙可能な最小幅の用紙（シート）が通過する幅領域である。また、「幅領域」とは、用紙面（シート面）と平行で通紙方向（シート通過方向）とは交差又は直交する方向をいう。

【0069】

また、本実施形態においては、温度センサ１９がヒータ２２のニップＮ側とは反対側の面に接触するように配置されているため（図２参照）、ヒータ２２の温度を正確に検知でき、定着ベルト２０の温度を精度良く算出することが可能である。

【0070】

なお、本発明は、上述の定着装置に適用される場合に限らない。

【0071】

例えば、定着装置が備えるヒータは、図３に示すようなヒータ２２に限らず、図１０に示すような複数の抵抗発熱体６０が基材５０の長手方向（矢印Ｚ方向）に配列されたヒータ２２であってもよい。図１０に示す例においては、両端の各抵抗発熱体６０と、両端以外の各抵抗発熱体６０とが、それぞれ異なる電極部６１に接続されているため、用紙サイズに応じて独立して発熱可能である。また、ヒータは、定着ベルト２０のほか、加圧ローラ２１を加熱するものであってもよい。

【0072】

また、本発明は、図１１に示すような定着装置９、又は図１２に示すような定着装置９にも適用可能である。

【0073】

図１１に示す定着装置９は、図２に示す定着装置とは異なり、用紙Ｐを通過させる定着用のニップ部Ｎ１と、ヒータ２２によって定着ベルト２０を加熱する加熱用のニップ部Ｎ２が、それぞれ別の位置に設定されている。具体的には、定着ベルト２０の回転方向における互いに１８０°反対側に、ヒータ２２とニップ形成部材９０が配置されている。そして、ヒータ２２及びニップ形成部材９０に対して、回転体としての異なる加圧ローラ９１，９２が定着ベルト２０を介して押し当てられ、定着用のニップ部Ｎ１と加熱用のニップ部Ｎ２とが形成されている。

【0074】

図１２に示す定着装置９は、ローラ９３の両側にそれぞれベルト９４，９５が配置された例である。この場合も、図１１に示す例と同様、定着用のニップ部Ｎ１と、加熱用のニップ部Ｎ２が、それぞれ別の位置に設定されている。すなわち、図の右側における一方のベルト９４がニップ形成部材９０によって中央のローラ９３に押し当てられ、図の左側における他方のベルト９５がヒータ２２によって中央のローラ９３に押し当てれれることにより、各ニップ部Ｎ１，Ｎ２が形成されている。

【0075】

図１１又は図１２に示すような定着装置９においては、上述の実施形態に係る定着装置と同様に、ヒータ２２が配置される箇所においてベルト２０又はベルト９５の温度を直接検知する温度センサを配置できない制約がある。そのため、このような定着装置９においては、本発明の構成を適用することが好ましい。すなわち、ヒータ２２の温度を検知する温度センサを配置し、ヒータ２２の検知温度と供給電力とに基づいて図１１に示されるベルト２０又は図１２に示されるローラ９３の温度を算出する。これにより、ベルト２０又はローラ９３の温度を検知する温度センサを用いなくてもベルト２０又はローラ９３の温度を予測でき、定着ベルト２０又はローラ９３の温度を適正に維持できるようになる。なお、本発明において算出される温度は、ヒータによって直接的に加熱される回転体の温度に限らない。本発明によれば、ヒータによって直接的には加熱されない回転体（例えば、図１２に示されるローラ９３）の温度を算出することも可能である。

【0076】

また、本発明は、画像形成装置が備える加熱装置の一例である定着装置に適用される場合に限らない。本発明は、例えば、インクジェット式の画像形成装置に搭載され、用紙を加熱して用紙上のインク（液体）を乾燥させる乾燥装置（加熱装置）にも適用可能である。

【符号の説明】

【0077】

９ 定着装置（加熱装置）
１９ 温度センサ
２０ 定着ベルト（第１回転体）
２１ 加圧ローラ（第２回転体）
２２ ヒータ（加熱源）
３０ 制御装置
３１ 供給電力検知部
３２ 温度算出部
３３ 記憶部
３４ 目標温度補正部
３５ 加熱源制御部
５０ 基材
６０ 抵抗発熱体
１００ 画像形成装置
Ｎ、Ｎ１、Ｎ２ ニップ部
Ｐ 用紙（シート）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0078】

【文献】特開２０２０－７１４５４号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】