JP5443143B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

従来、電子写真プリンタ等では、印刷画像に対応したトナーを紙に転写させ、熱と圧力により紙に定着させている。このような電子写真プリンタに用いられる従来の定着装置においては、複数のヒータと複数の温度検知手段を定着部材の長手方向の異なる位置に配設しており、それぞれの温度検知手段による温度検知結果を基に複数のヒータを独立して制御することで、定着部材の長手方向の温度安定化を行っていた。その為、複数のヒータを排他駆動させて最大消費電力を抑える場合、それぞれの温度検知手段による温度検知結果を基に、複数のヒータを交互に駆動して制御することで、定着部材の長手方向の温度安定化を行うこととなる。

ここで、特許文献１では、各ランプの軸方向における発熱量が大である部分に対応して加熱ロールの表面に、それぞれ、２つの温度検出センサを備えるとともに、２つの温度検出センサによる温度検出結果に基づいて、２本のランプへの電力供給量を可変制御する電力制御回路を備えた定着装置が開示されている。

特開平８−２８６５５２号公報

しかしながら、上記従来技術では、加熱手段の切り替えが多いため、定着制御が複雑になるという問題があった。

そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、定着制御を単純化することを目的とする。

上述技術的な課題を解決するため、本発明の一つの態様によれば、記録媒体に現像剤を定着させる定着部材と前記定着部材を加熱する複数の加熱手段とを備える定着装置であって、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、前記加熱手段の駆動の切替温度を記憶する第１記憶手段と、前記定着部材の目標となる設定温度を記憶する第２記憶手段と、前記切替温度と前記温度検知手段により検知した定着部材の温度とに基づいて前記複数の加熱手段のうち、駆動させる加熱手段を選択する選択手段と、前記選択手段により選択されている加熱手段を選択駆動させる加熱制御手段とを備え、前記選択手段は、前記設定温度と前記温度検知手段により検知した加熱前の前記定着部材の温度との温度差を算出し、当該温度差に基づいて、前記切替温度を算出することを特徴とする定着装置が提供される。

本発明に係る定着装置及び画像形成装置によれば、定着制御を単純化することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る定着装置を採用した画像形成装置の構成図。 本発明の第１の実施形態に係る定着装置を採用した画像形成装置の制御ブロック図。 本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置における定着装置の構成を示す斜視図。 （ａ）は定着ヒータとヒータ電源の詳細な構成を示す図、（ｂ）はスイッチの制御信号と定着ヒータの発熱量との関係を示す図。 （ａ）は定着装置の長手方向断面図、（ｂ）は定着装置の長手方向に垂直な方向での断面図、（ｃ）は定着ヒータの発熱量分布を示す図。 （ａ）の上段は定着装置が室温まで冷却されてから定着可能となるまでウォームアップにより加熱する場合の定着ヒータの温度の時間変化を示す図、下段は定着ヒータのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図、（ｂ）は定着ローラの長手方向温度分布を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置における定着装置の特徴的な動作について説明するフローチャート。 （ａ）の上段は定着装置が室温まで冷却されてから定着可能となるまでウォームアップにより加熱する場合の定着ヒータの温度の時間変化を示す図、下段は定着ヒータのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図、（ｂ）は定着ローラの長手方向温度分布を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る定着装置を採用した画像形成装置の制御ブロック図。 定着ローラの温度変化と回転状態を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の特徴的な動作について説明するフローチャート。 （ａ）の上段は定着装置が室温まで冷却されてから定着可能となるまでウォームアップにより加熱する場合の定着ヒータの温度の時間変化を示す図、下段は定着ヒータのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図、（ｂ）は定着ローラの長手方向温度分布を示す図。

以下、本発明の定着装置及び画像形成装置に係る好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の定着装置及び画像形成装置は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。

図１には本発明の第１の実施形態に係る定着装置を採用した画像形成装置の構成を示し説明する。同図に示されるように、画像形成装置は、用紙を搬送する用紙搬送部４、記録光露光部材としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）ヘッド３、記録光に応じたトナー像を形成するトナー像形成部５、用紙上にトナー像を定着させる定着装置６からなる。用紙搬送順に、トナー像形成部５、定着装置６の順番で配置されている。そして、ＬＥＤヘッド３は、トナー像形成部５に隣接して配置されている。

このような構成において、ここでは不図示の印刷制御部が印刷指示を受けると、用紙搬送部４によって画像形成のタイミングに合わせて用紙をトナー像形成部５へ搬送する。ＬＥＤヘッド３は、印刷情報に応じた記録光をトナー像形成部５へ照射し、トナー像形成部５は照射された記録光に応じたトナー像を用紙上に形成する。その後、用紙搬送部４によって定着装置６へ用紙が搬送されると、定着装置６の熱と圧力によって用紙上のトナー像が定着された後に用紙搬送部４により排出される。

次に図２には本発明の第１の実施形態に係る定着装置を採用した画像形成装置のブロック図を示し説明する。同図に示されるように、全体の制御を司る印刷制御部１は、ＬＥＤヘッド３、トナー像形成部電源７、モータ電源８、サーミスタ２、ヒータ電源１０に接続されており、トナー像形成部電源７はトナー像形成部５に接続され、モータ電源８は用紙搬送モータ９に接続され、ヒータ電源１０は定着ヒータ１１を内蔵した定着装置６に接続されている。更に、印刷制御部１は、温度検知部１００、ヒータ選択部１０１、加熱制御部１０２、記憶部１０３、ＲＡＭ１０４（Random Access Memory）を内蔵している。温度検知部１００とサーミスタ２とが温度検知手段として機能する。

このような構成において、印刷制御部１は、印刷動作を制御する。ＬＥＤヘッド３は記録光露光部材として機能し、トナー像形成部５は該ＬＥＤヘッド３から露光された記録光に応じたトナー像を形成する。トナー像形成部電源７は、このトナー像形成部５に電圧を印加する。用紙搬送モータ９は、用紙を搬送する駆動力を発生するものであり、モータ電源８からの電力供給を受けて駆動する。定着装置６は、不図示の定着ローラを加熱する定着ヒータ１１を内蔵しており、ヒータ電源１０からの電力供給を受けて駆動する。サーミスタ２は、定着装置６の温度を検知する。

更に印刷制御部１において、温度検知部１００は、サーミスタ２の温度を検知する。ヒータ選択部１０１は、後述する切替温度Ｔslcと定着部材の温度とに基づいて、複数の定着ヒータから駆動すべき定着ヒータを選択する。即ち、ヒータ選択部１０１は、後述するように、設定温度Ｔspと加熱前の定着部材の温度との温度差を算出し、当該温度差に基づいて、切替温度Ｔslcを算出する。加熱制御部１０２は、温度検知部１００の検知結果を基にして、定着ローラを後述する設定温度Ｔspに加熱制御するためにヒータ電源１０を駆動制御し、定着ヒータ１１を選択駆動させる。即ち、加熱制御手段としての加熱制御部１０２は、定着部材の温度が設定温度Ｔspに達するまで、加熱手段としての定着ヒータ１１を選択駆動させる。第２の記憶手段としての記憶部１０３は、定着装置６のウォームアップ完了の目標となる設定温度Ｔsp等を記憶する。そして、第１の記憶手段としてのＲＡＭ１０４は、後述するヒータ駆動の切替温度Ｔslc等を記憶する。

図３には本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置における定着装置６の構成を示す斜視図である。同図に示されるように、この定着装置６は、定着部材としての定着ローラ１３と、当該定着ローラ１３と接触する加圧ローラ１２と、当該定着ローラ１３の内部に非接触に設置されている加熱手段としての定着ヒータ１１と、当該定着ローラ１３の表面に接触しているサーミスタ２を少なくとも備えている。尚、定着ヒータ１１は、定着ローラ１３に接触するように設置してもよく、サーミスタ２は表面を定着ローラ１３の表面に対して非接触に設置してもよい。

このような構成において、定着ローラ１３は、用紙に熱を供給し、さらに該用紙を搬送するためのものである。この定着ローラ１３は、例えば、外形が３０ｍｍで、鉄製の素管によって構成されている基体としての芯金と、この芯金を被覆するシリコンゴム製の厚さ１ｍｍの弾性層を有している。更に、定着ローラ１３は、不図示のギアを有しており、このギアが用紙搬送部（図１の符号４に相当）により回転駆動されることで定着ローラ１３が回転駆動される。この定着ローラ１３は、加熱手段としての複数の定着ヒータ１１により加熱されるようになっている。

加圧部材としての加圧ローラ１２は、ばね等の図示しない弾性体により、定着ローラ１３に圧接する向きに押し付けられている。さらに、この加圧ローラ１２は、定着ローラ１３に当接しており、これによりニップ部が形成されている。

サーミスタ２は、定着ローラ１３の表面温度を検知する温度検知部材として機能するものである。即ち、サーミスタ２は、温度に応じて自身の抵抗値が変化する素子であり、印刷制御部１の温度検知部１００は、該抵抗値を検知してサーミスタ２の温度を検知することになる。第１の実施形態では、温度の増加に従って抵抗値が減少する特性の素子を用いている。サーミスタ２は、定着ローラ１３の長手方向の中央部に配設されるが、これに限定されないことは勿論である。

図４（ａ）には定着ヒータ１１とヒータ電源１０の詳細な構成を示し説明する。

同図に示されるように、定着ヒータ１１は、発熱体としてのフィラメント１１１、封入ガスとフィラメント１１１を保持する保持部材としてのガラス管１１２、図示しない定着ローラ内部に定着ヒータ１１を保持する保持部材と電気的に絶縁するための絶縁体１１３と、交流電源１１６からフィラメント１１１へ供給される電力を送電するためのヒータ配線１１４からなる。ヒータ電源１０は、交流電源１１６と、該交流電源１１６からヒータ１１への供給電力を制御するためのスイッチ１１５を備える。

より詳細には、フィラメント１１１はガラス管１１２内部に封入されている。絶縁体１１３は、ガラス管１１２の両端部に配置され、フィラメント１１１とヒータ配線１１４とが該絶縁体１１３内において接続される。各ヒータ配線１１４の他端は、それぞれ交流電源１１６とスイッチ１１５とに接続されている。フィラメント１１１には、例えばタングステンフィラメント等が使用される。ガラス管１１２内には、アルゴン、クリプトン等の不活性ガスと共に、臭素、塩素等を有機ハロゲン化物の状態で封入し、加熱・冷却を行う場合に、これらから生ずるハロゲンとタングステンとの間にハロゲンサイクルを生じさせることで定着装置６の寿命に亘り加熱機能を提供できるようにしている。そして、絶縁体１１３には、例えばセラミック等の絶縁体が使用される。

スイッチ１１５は、制御信号に基づいて出力の導通状態が制御されるが、この制御信号はここでは不図示の印刷制御部１から出力される。またスイッチ１１５の一端は交流電源１１６に接続され、他端はヒータ配線１１４の一端に接続される。スイッチ１１５はトライアック等の大電流を流すことができる半導体スイッチが使用される。ここで、トライアックとは、順逆いずれの方向に流れる電流でも、１つのゲート電極で同様に制御してスイッチングを行える二方向三端子サイリスタである。

このような構成の下、スイッチ１１５は、ここでは不図示の印刷制御部１からの制御信号に応じて定着ヒータ１１へ電力を供給・遮断することで、印刷制御部１からの指示により定着ヒータ１１への供給電力を制御可能としている。交流電源１１６から供給された電力は、配線１１４を通してフィラメント１１１へ送られ、その電力によってフィラメント１１１が発熱する。ガラス管１１２は透光性であり、フィラメント１１１の発熱により発生した熱を透過し、ここでは不図示の定着ローラの芯金内面に熱を伝達する。定着ヒータ１１へ印加される電圧は例えば１００Ｖであり、定着ヒータ１１の出力は例えば各６００Ｗとする。但し、これには限定されないことは勿論である。

図４（ｂ）には、スイッチ１１５の制御信号と定着ヒータ１１の発熱量との関係を示し説明する。なお、図４（ｂ）の上段は定着ヒータ１１の発熱量と時間との関係を示しており、下段はスイッチ１１５のＯＮ／ＯＦＦ状態を示している。同図に示されるように、ヒータ電源１０では、スイッチ１１５により交流電源１１６の交流電力の供給・遮断の２つの状態しか作ることができない。そのため、定着ローラ１３の加熱量の調整は所定期間内の加熱時間を調整することで制御される。

次に、図５（ａ）には定着装置６の長手方向断面図を示し、図５（ｂ）には定着装置６の長手方向に垂直な方向での断面図を示し、図５（ｃ）には定着ヒータ１１の発熱量分布を示し、該発熱量分布について詳細に説明する。尚、図５（ｃ）の上段はサブヒータ１１ｂの発熱量分布を示しており、下段はメインヒータ１１ａの発熱量分布を示している。いずれも、縦軸がヒータ発熱量（％）、横軸が位置を示している。

この図５（ａ），（ｂ）に示されるように、定着ローラ１３の内部には、２本の加熱手段としての定着ヒータ１１、即ちメインヒータ１１ａとサブヒータ１１ｂとが設置されている。ここでは、連続印刷のときに主に使用される中央部の発熱量が端部よりも多いヒータをメインヒータ１１ａ、逆に端部の発熱量が中央部よりも多いヒータをサブヒータ１１ｂとする。また、図５（ｃ）に示されるように、両ヒータ（メインヒータ１１ａ，サブヒータ１１ｂ）の長手方向発熱量分布は、複数の定着ヒータ１１ａ，１１ｂ間で異ならせている。これは、以下の理由による。

即ち、定着ローラ１３は、用紙を搬送する必要があるために回転可能となっており、回転可能な支持部材１３１によって定着ローラ１３の端部にて定着装置６の不図示のシャーシに保持されている。そのため、定着ヒータ１１の発熱によって定着ローラ１３に伝達された熱の一部は、前記支持部材１３１を通してシャーシへ伝熱される。シャーシは、強度が必要なため大きくする必要があり、そのため、自身の温度が上昇するためにはより多くの熱量が必要となり、その熱量は定着ローラ１３よりも非常に多い。

以上のことから、特に定着装置６全体が室温まで冷却された状態から定着ローラ１３を加熱開始すると、定着ローラ１３の中央部は温度が上昇しても、定着ローラ１３の長手方向端部の温度はシャーシへ伝熱（放熱）されることで温度が十分に上昇せずに定着不良が発生する可能性がある。

さらに、連続的に印刷を行う場合では、室温と同等の温度である紙が連続的に定着装置６を通過することとなり、熱を奪っていく。印刷制御部１の加熱制御部１０２は、定着ローラ１３の温度を一定に保とうとするために、定着ヒータ１１の加熱量は多くなる。しかしながら、印刷する紙の幅は千差万別であり、例えば定着ヒータ１１の加熱幅よりも幅の狭い紙を印刷する場合では、定着ローラ１３の長手方向端部では紙が熱を奪われないために過熱されることとなる。

印刷速度が向上すると、単位時間当たりに定着装置６を通過する紙の量が増えることとなり、紙が奪う熱量も増えることとなる。そのため、定着ヒータ１１の発熱量も増えることとなり、前記の端部過熱量は更に増加することとなる。

そのため、複数の定着ヒータ１１のうち一方であるメインヒータ１１ａは中央部の発熱量を端部の発熱量よりも多く設定し、他方であるサブヒータ１１ｂでは端部の発熱量を中央部の発熱量よりも多く設定する。そして、状況に応じて両ヒータ１１ａ，１１ｂを選択的に駆動することで、定着ローラ１３の温度が低下することによる定着不良や定着ローラ１３の端部の過熱による損傷等を防止している。

次に図６（ａ）の上段には定着器６が室温まで冷却されてから定着可能となるまでウォームアップにより加熱する場合の定着ヒータ１１の温度の時間変化を示し、下段には定着ヒータ１１（メインヒータ１１ａ、サブヒータ１１ｂ）のＯＮ／ＯＦＦ状態を示し、さらに図６（ｂ）には定着ローラ１３の長手方向温度分布を示し、以下、ハロゲンヒータからなる定着ヒータ１１の長手方向発熱量の基本的な設定方法について説明する。

印刷制御部１は定着ローラ１３の温度を上昇させるため、ヒータ電源１０へ加熱指示を出す（図６（ａ）下段中のＯＮ）。通常は画像形成装置がより早く画像形成動作を開始できるようにするため、両定着ヒータ１１ａ，１１ｂを同時に駆動させて最大の加熱量を発生させる。このときの消費電力は、定着ヒータ１１ａ，１１ｂだけで６００×２＝１２００Ｗとなり、その他画像形成部の分も合わせると１３００Ｗ程度となる。

印刷制御部１では、温度検知部１００が、サーミスタ２により定着ローラ１３の温度が設定温度Ｔspまで到達したことを検知し、加熱制御部１０２により、定着ヒータ１１ａ，１１ｂの駆動を停止させる（図６（ａ）下段中のＯＦＦ）。このときの定着ローラ１３の温度分布を示す図が図６（ｂ）である。

このように、印刷動作が可能となったウォームアップ終了時点での定着ローラ６４の長手方向温度分布が、定着不良を発生させない下限温度Ｔlimitよりも高くなるように定着ヒータ１１（メインヒータ１１ａ，サブヒータ１１ｂ）の発熱量分布を設定することで生産性を落とすことなくかつ定着不良の発生を防止することができる。

以下、図７のフローチャートを参照して、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置における定着器６の特徴的な動作について説明する。ここでは、図２の構成図、図８の制御・温度変化説明図を適宜参照しつつ説明を進める。

尚、図８（ａ）の上段には定着器６が室温まで冷却されてから定着可能となるまでウォームアップにより加熱する場合の定着ヒータ１１の温度の時間変化を示し、下段には定着ヒータ１１（メインヒータ１１ａ、サブヒータ１１ｂ）のＯＮ／ＯＦＦ状態を示し、さらに図８（ｂ）には定着ローラ１３の長手方向温度分布を示している。

特徴的な動作を説明する前に、前提となる基本動作について概説すると、印刷制御部１が印刷指示を受けると、用紙搬送部４により図示しないギアを介して定着ローラ１３を回転させる。さらに、定着装置６のサーミスタ２で検知した温度が、予め決定しておいた印刷可能温度範囲内であるかを判断し、範囲内であれば用紙の搬送を開始する。

ここで、「印刷可能温度範囲」とは、用紙へトナーを定着させることができる温度範囲であり、下限温度としてのＴlimitと上限温度としてのＴ２をもつ。Ｔlimit、Ｔ２は記憶部１０３に予め格納されている。Ｔlimitは例えば１６０℃であり、Ｔ２は例えば２００℃である。但し、これには限定されない。

検出された温度が、上限温度Ｔ２よりも高い温度であった場合は、加熱制御部１０２はヒータ電源１０から定着ヒータ１１への電力供給を停止して定着ローラ１３の温度を低下させる（クールダウン）。一方、検出された温度が下限温度Ｔlimitよりも低い温度であった場合は、加熱制御部１０２はヒータ電源１０から定着ヒータ１１への電力供給を行うことで定着ローラ１３の温度を上昇させる（ウォームアップ）。

それでは、以下に特徴的な動作を詳細に説明する。

動作を開始すると、印刷制御部１は、ウォームアップを開始するか否かを判断し（Ｓ１０１）、ウォームアップを開始すると（Ｓ１０１をＹに分岐）、温度検知部１００はサーミスタ２から現在の定着ローラ１３の温度を検知し、これを現在温度Ｔupとする。更に、定着ヒータ１１の加熱制御を開始する前のサーミスタ２の温度をＴ０とする。また、予め設定された設定温度Ｔspを取得する。この設定温度Ｔspは、記憶部１０３に予め格納されており、例えば１８０℃である（Ｓ１０２）。

続いて、印刷制御部１では、ヒータ選択部１０１が、加熱前温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔsp−Ｔ０）を算出し（Ｓ１０３）、更に切替温度Ｔslc（Ｔslc＝Ａ×ΔＴ＋Ｔ０）を算出する（Ｓ１０４）。ここで、切替温度Ｔslcを算出する係数Ａは実験的に求められる値であり、記憶部１０３に予め格納されており、例えば０．４５である。

次いで、印刷制御部１では、ヒータ選択部１０１が、定着ローラ１３の現在温度Ｔupと切替温度Ｔslcとを比較する（Ｓ１０５）。このＳ１０５にて、Ｔup≦Ｔslcである場合（図８（ａ）上段の図における区間Ａ）は、図８（ａ）の下段の図に示されるように、サブヒータ１１ｂのみを駆動する（Ｓ１０６）。一方、Ｓ１０５にて、Ｔup＞Ｔslcである場合（図８（ａ）上段の図における区間Ｂ）は、図８（ａ）の下段の図に示されるように、メインヒータ１１ａのみを駆動する（Ｓ１０７）。

その後、印刷制御部１では、温度検知部１００がサーミスタ２の温度を検出して、現在の定着ローラ１３の温度を検知し、現在温度Ｔupを更新する（Ｓ１０８）。

続いて、印刷制御部１では、ヒータ選択部１０１が、現在温度Ｔupと設定温度Ｔspとを比較し（Ｓ１０９）、Ｔup＜Ｔspである場合は（Ｓ１０９をＮに分岐）、定着ローラ１３の温度はまだ十分に加熱されていないために定着不良を起こすと判断できるため、Ｓ１０５に戻りウォームアップ処理を継続する。一方、Ｔup≧Ｔspである場合は（Ｓ１０９をＹに分岐）、定着ローラ１３の温度が定着不良を起こさない温度まで十分加熱されたと判断できるため、ウォームアップ処理を終了する。

以上の処理によれば、例えば、ウォームアップ開始時温度Ｔ０が２５℃で設定温度Ｔspが１８０℃の場合を考えると、切替温度Ｔslc＝０．４５×（１８０−２５）＋２５＝９５℃となる。その為、９５℃以下の場合はサブヒータ１１ｂのみを駆動し、９５℃よりも高温の場合はメインヒータ１１ａを駆動することとなる。

図８（ｂ）は本実施形態の効果を示す図である。駆動する定着ヒータ１１（メインヒータ１１ａ，サブヒータ１１ｂ）を排他的に駆動しても、第１の実施形態によれば、各ヒータ１１ａ，１１ｂを駆動する時間が同じとなる。そのため、長手方向に亘って各ヒータ１１ａ，１１ｂが定着ローラ６４へ与える熱量の分布は、両ヒータ１１ａ，１１ｂを同時に駆動して設定温度まで温度を上昇させたときと同じとすることができるため、ウォームアップ終了時の温度分布も同じとすることができ、定着不良の発生を防止できる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、記録媒体に現像剤を定着させる定着部材としての定着ローラ１３と前記定着部材を加熱する複数の加熱手段としての定着ヒータ１１を備える定着装置であって、定着部材の温度を検知する温度検知手段としての温度検知部１００及びサーミスタ２と、加熱手段の駆動の切替温度を記憶する第１記憶手段としてのＲＡＭ１０４と、切替温度と温度検知手段により検知した定着部材の温度とに基づいて複数の加熱手段のうち、駆動させる加熱手段を選択する選択手段としてのヒータ選択部１０１と、選択手段により選択されている加熱手段を選択駆動させる加熱制御手段としての加熱制御部１０２とを備える定着装置が提供される。

さらに、定着部材の目標となる設定温度を記憶する第２記憶手段としての記憶部１０３をさらに備え、選択手段は、設定温度と温度検知手段としての温度検知部１００とサーミスタ２とにより検知した加熱前の定着部材の温度との温度差を算出し、当該温度差に基づいて、切替温度を算出することを特徴としてよい。そのため、最大消費電力を抑える場合の定着制御を単純化することが可能となる。

また、加熱制御手段は、定着部材の温度が設定温度に達するまで、加熱手段を選択駆動させるようにしてよい。

さらに、前記複数の加熱手段は、中央部の発熱量を端部の発熱量よりも多く設定したメインヒータ１１ａと端部の発熱量を中央部の発熱量よりも多く設定したサブヒータ１１ｂからなり、前記選択手段としてのヒータ選択部１０１は、前記温度検知手段としての温度検知部１００及びサーミスタ２により検知した定着部材としての定着ローラ１３の温度が前記切替温度以下である場合にはサブヒータ１１ｂのみを選択し、前記温度検知手段により検知した定着部材の温度が前記切替温度より大きい場合にはメインヒータ１１ａのみを選択することとしてもよい。

従って、ウォームアップ終了時点の定着ローラ長手方向の温度を定着良好温度範囲内に収めることができ、サーミスタの数を増やすことなく、最大消費電力を抑えても印刷不良の発生を防止することができる。

また、メインヒータ／サブヒータで異なる出力（例えば８００Ｗ／４００Ｗ）の場合でも、先の切替温度を算出する係数であるＡを実験的に求めることで、同様の制御で同様の効果を得ることができる。

しかるに、従来技術では、最大消費電力を抑える場合、温度検知手段を長手方向の複数の場所に備える必要があるため、部品点数が増加してしまうといった問題が生じていたが、本実施形態によれば、最大消費電力を抑えるために複数のヒータを選択駆動する場合でも、一点のサーミスタのみで印刷不良の発生を防止することができるため部品点数の削減が可能となる。

さらに、ウォームアップ時における加熱手段としての定着ヒータ１１の切替を一度だけ行えばよいので、周辺機器のフリッカを防ぐことができる。

（第２の実施形態）

図９には、本発明の第２の実施形態に係る定着装置を採用した画像形成装置の制御ブロック図を示し説明する。尚、第１の実施形態（図２）と同一構成については同一符号を用いて、重複した説明は省略する。本実施形態の画像形成装置は、印刷制御部２０１が、回転制御部２０２を備え、ヒータ選択部２０３が第１の実施形態のヒータ選択部１０１と異なっているが、その他の構成は第１の実施形態と同様である。定着装置６の構成は、図３と同様であるので、以下、適宜同図面の符号を用いて説明を進める。

ここで、例えば、印刷中に用紙搬送に異常が発生したことを検知して画像形成動作を停止させた場合には、定着装置６の内部にトナーが残ってしまう場合がある。安全性を確保する為、その状態では定着ヒータ１１の加熱を禁止しているため、例えば長時間そのまま放置した場合では定着ローラ１３の温度は室温（略常温）まで下がることとなる。その状態で定着ローラ１３を回転させると、該定着ローラ１３の表面の強度によっては、トナーは低温（常温）状態では固体であるために、該定着ローラ１３の表面に固着したトナーによって定着ローラ１３が破損する可能性がある。このような問題に鑑みて、定着ローラ１３の表面温度を所定温度まで上昇させて、トナーを溶解させてから、定着ローラ１３を回転させる画像形成装置がある。

図１０には、そのような画像形成装置での定着ローラ１３の温度変化と回転状態を示し基本的な動作を説明する。ここでも、図３、図９の構成図を適宜参照する。

図１０に示されるように、定着ローラ１３の表面温度が回転開始温度（トナーが十分溶解する温度、Ｔstart）よりも低温の場合では、定着ローラ１３は停止状態とする。前記回転開始温度Ｔstart以上の温度となると、回転制御部２０２はモータ電源８へ指示を出して用紙搬送モータ９を回転させて、定着ローラ１３を回転させる。その状態で定着ローラ１３の温度が設定温度Ｔsp以上となるとウォームアップを終了し、ヒータ駆動及び定着ローラ１３の回転を停止させる。

定着ローラ１３を回転させると、定着ローラ１３と加圧ローラ１２とは圧力を受けて接触しているため、定着ローラ１３が回転すると加圧ローラ１２も回転する。加圧ローラ１２の内部にはヒータ等の熱源を持たないため、例えば定着装置６全体が低温の状態から加熱を開始した場合には、回転を開始するときの加圧ローラ１２の温度は、ほとんど上昇しておらず、略低温状態のままとなっている。その状態で定着ローラ１３を回転させると加圧ローラ１２も従属して回転するため、ニップ部にて定着ローラ１３と接触する加圧ローラ１２の位置が回転によって移動し、回転を続けることで加圧ローラ１２の表面全体が温められることとなる。つまり、定着ヒータ１１で発生した熱量が定着ローラ１３に伝わり更に回転することで加圧ローラ１２へも伝わることになる。

この場合、図１０で示したように、定着ローラ１３の回転状態に関わらず、メインヒータ１１ａ及びサブヒータ１１ｂは常に発熱状態となっているために、ヒータ１１ａ，１１ｂの発熱量は最大となっている。そのため、定着ローラ１３を回転させると前記のように加圧ローラ１２へ熱が移動するために、定着ローラ１３の温度上昇速度は低下する。

以上の問題に鑑みて、この第２の実施形態に係る定着装置及びそれを採用した画像形成装置では、さらに工夫を施し、上記のように定着ローラ１３の回転状態の有無によって定着ローラ１３の温度上昇速度の変化する画像形成装置においても、前記ローラの回転有無に応じてヒータ切替方法を変えることで、最大消費電力を抑えて、且つ長手方向温度を所定範囲内に収めることとした。

以下、図１１のフローチャートを参照して、本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の特徴的な動作について説明する。

動作を開始すると、印刷制御部２０１は、ウォームアップを開始するか否かを判断し（Ｓ２０１）、ウォームアップを開始すると（Ｓ２０１をＹに分岐）、温度検知部１００はサーミスタ２から現在の定着ローラ１３の温度を検知し、これを現在温度Ｔupとする。更に定着ヒータ１１の加熱制御を開始する前のサーミスタ２の温度をＴ０とする。また、予め設定された設定温度Ｔspを取得する。この設定温度Ｔspは、記憶部１０３に予め格納されており、例えば１８０℃である（Ｓ２０２）。続いて、印刷制御部２０１は、ヒータ選択部２０３にて加熱前温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔsp−Ｔ０）を算出する（Ｓ２０３）。

こうしてヒータ選択部２０３において加熱前温度差ΔＴを算出した後、印刷制御部２０１は予め設定された回転開始温度Ｔstartを取得し、Ｔ０とＴstartとを比較する（Ｓ２０４）。この回転開始温度Ｔstartは、記憶部１０３に予め格納されている。

このＳ２０４において、Ｔ０＜Ｔstartである場合には、ヒータ選択部２０３は、次式によって切替温度を算出する（Ｓ２０５）。
Ｔslc1＝Ｂ×（Ｔstart−Ｔ０）＋Ｔ０
Ｔslc2＝Ｃ×（Ｔsp−Ｔstart）＋Ｔstart
一方、Ｔ０≧Ｔstartである場合はヒータ選択部２０３は、次式によって切替温度を算出する（Ｓ２０６）。
Ｔslc1＝Ｔ０
Ｔslc2＝Ｃ×ΔＴ＋Ｔ０
ここで、係数Ｂ，Ｃは記憶部１０３に予め格納されている、実験的に求められる値であり、例えばＢ＝０．４，Ｃ＝０．３である。

続いて、印刷制御部２０１では、ヒータ選択部２０３が、現在温度Ｔupと切替温度Ｔslc2とを比較し（Ｓ２０７）、Ｔup＞Ｔslc2の場合は加熱制御部１０２がメインヒータ１１ａのみを駆動する（図１２（ａ）の区間Ｂ２）（Ｓ２１１）。一方、Ｔup≦Ｔslc2の場合でＴup＞Ｔstartの場合は、印刷制御部２０１は、加熱制御部１０２によりサブヒータ１１ｂのみを駆動する（図１２（ａ）の区間Ａ２）（Ｓ２１０）。そして、Ｔup≦Ｔslc2で且つＴup≦Ｔstartの場合で、Ｔup≦Ｔslc1の場合は加熱制御部１０２によりサブヒータ１１ｂを駆動し（図１２（ａ）の区間Ａ１）（Ｓ２１０）、Ｓ２０９にてＴup＞Ｔslc1の場合は加熱制御部１０２によりメインヒータ１１ａのみを駆動する（図１２（ａ）の区間Ｂ１）（Ｓ２１１）。

以上のＳ２０７〜Ｓ２０９の判定処理を表にまとめると以下のようになる。

その後、印刷制御部２０１は、温度検知部１００がサーミスタ２の温度を検出して、現在の定着ローラ１３の温度を検知し、現在温度Ｔupを更新する（Ｓ２１２）。

続いて、印刷制御部２０１では、ヒータ選択部２０３が、現在温度Ｔupと設定温度Ｔspとを比較し（Ｓ２１３）、Ｔup＜Ｔspである場合は（Ｓ２１３をＮに分岐）、定着ローラ１３の温度はまだ十分に加熱されていないために定着不良を起こすと判断できるため、Ｓ２０７に戻りウォームアップ処理を継続する。一方、Ｔup≧Ｔspである場合は（Ｓ２１３をＹに分岐）、定着ローラ１３の温度が定着不良を起こさない温度まで十分加熱されたと判断できるため、ウォームアップ処理を終了する。

図１２（ａ），（ｂ）は本実施形態の効果も示しており、Ｔ０＜Ｔstartの場合を記載している。

例えば、Ｔ０＝２５℃、Ｔstart＝１００℃、Ｔsp＝１８０℃の場合を考えると、
Ｔslc1＝０．４×（１００−２５）＋２５＝５５℃
Ｔslc2＝０．３×（１８０−１００）＋１００＝１２４℃
つまり、２５〜５５℃の場合はサブヒータ１１ｂを駆動し（図１２（ａ）上段の図の区間Ａ１に相当）、５６〜１００℃はメインヒータ１１ａを駆動する（図１２（ａ）上段の図の区間Ｂ１に相当）。１０１〜１２４℃の場合はサブヒータ１１ｂを駆動し（図１２（ａ）上段の図の区間Ａ２に相当）、１２５〜１８０℃はメインヒータ１１ａを駆動する（図１２（ａ）上段の図の区間Ｂ２に相当）。

この第２の実施形態によれば、図１２（ａ）の下段の図に示されるように、駆動する定着ヒータ１１ａ，１１ｂを排他的に駆動しても、各ヒータ１１ａ，１１ｂを駆動する時間が同じとなる（図中のｔ１１、ｔ１２）。そのため、図１２（ｂ）に示されるように、長手方向に亘って各ヒータ１１ａ，１１ｂが定着ローラ１３へ与える熱量の分布は、両ヒータ１１ａ，１１ｂを同時に駆動して設定温度まで温度を上昇させたときと同じとすることができるため、定着不良の発生を防止することができる。

以上のような動作を行うことにより、定着ローラ１３の温度に応じて定着ローラ１３の回転有無が変化する画像形成装置でも、中央部、端部共に所定温度範囲内に収めることができるため、定着不良を防止することができる。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態では、定着部材としての定着ローラ１３の回転駆動を制御する回転制御手段としての回転制御部２０２を更に備え、選択手段としてのヒータ選択部２０３は、回転制御手段による制御状態に応じて、複数の切替温度を算出する定着装置が提供される。

更に、複数の加熱手段は、中央部の発熱量を端部の発熱量よりも多く設定したメインヒータ１１ａと端部の発熱量を中央部の発熱量よりも多く設定したサブヒータ１１ｂからなり、複数の切替温度は第１及び第２の切替温度Ｔslc1，Ｔslc2からなり、選択手段としてのヒータ選択部２０３は、回転制御手段としての回転制御部２０２が定着部材としての定着ローラ１３の回転を停止するよう制御している場合において、温度検知手段としての温度検出部１００とサーミスタ２により検知した定着部材の温度が第１の切替温度Ｔslc1以下である場合にはサブヒータ１１ｂのみを選択し、第１の切替温度Ｔslc1より大きい場合にはメインヒータ１１ａのみを選択し、一方、回転制御手段としての回転制御部２０２が定着部材としての定着ローラ１３が回転をするよう制御している場合において、温度検知手段としての温度検出部１００とサーミスタ２により検知した定着部材としての定着ローラ１３の温度が第２の切替温度Ｔslc2以下である場合にはサブヒータ１１ｂのみを選択し、第２の切替温度Ｔslc2より大きい場合にはメインヒータ１１ａのみを選択することとしてもよい。

したがって、従来は、最大消費電力を抑える場合、温度検知手段を長手方向の複数の場所に備える必要がある為、部品点数が増加してしまうといった問題が生じていたが、第２の実施形態によれば、定着ローラ１３の温度に応じて定着ローラ１３の回転状態が変化する画像形成装置において、最大消費電力を抑えるために複数の定着ヒータ１１を排他的に駆動しても、中央部のサーミスタ２のみで印刷不良の発生を防止することができるため、部品点数の削減が可能となる。

さらに、ウォームアップ時における加熱手段としての定着ヒータ１１の切替を定着ローラ１３の回転状態下で一度、停止状態下で１度だけ行えばよいので、周辺機器のフリッカを防ぐことができる。

上述の各実施形態では、プリンタとして使用したが、ＭＦＰやファクシミリ、複写装置にも利用できる。

１ 印刷制御部
２ サーミスタ
３ ＬＥＤヘッド
４ 用紙搬送部
５ トナー像形成部
６ 定着装置
７ トナー像形成部電源
８ モータ電源
９ 用紙搬送モータ
１０ ヒータ電源
１１ 定着ヒータ
１１ａ メインヒータ
１１ｂ サブヒータ
１２ 加圧ローラ
１３ 定着ローラ
１００ 温度検知部
１０１ ヒータ選択部
１０２ 加熱制御部
１０３ 記憶部
１０４ ＲＡＭ
２０１ 印刷制御部
２０２ 回転制御部
２０３ ヒータ選択部

Claims (13)

1. 記録媒体に現像剤を定着させる定着部材と前記定着部材を加熱する複数の加熱手段とを備える定着装置であって、
   前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、
   前記加熱手段の駆動の切替温度を記憶する第１記憶手段と、
   前記定着部材の目標となる設定温度を記憶する第２記憶手段と、
   前記切替温度と前記温度検知手段により検知した定着部材の温度とに基づいて前記複数の加熱手段のうち、駆動させる加熱手段を選択する選択手段と、
   前記選択手段により選択されている加熱手段を選択駆動させる加熱制御手段と、
   を備え、
   前記選択手段は、前記設定温度と前記温度検知手段により検知した加熱前の前記定着部材の温度との温度差を算出し、当該温度差に基づいて、前記切替温度を算出すること
   を特徴とする定着装置。
2. 記録媒体に現像剤を定着させる定着部材と前記定着部材を加熱する複数の加熱手段とを備える定着装置であって、
   前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、
   前記加熱手段の駆動の切替温度を記憶する第１記憶手段と、
   前記切替温度と前記温度検知手段により検知した定着部材の温度とに基づいて前記複数の加熱手段のうち、駆動させる加熱手段を選択する選択手段と、
   前記選択手段により選択されている加熱手段を選択駆動させる加熱制御手段と、
   前記定着部材の回転駆動を制御する回転制御手段と、を更に備え、
   前記選択手段は、前記回転制御手段による制御状態に応じて、複数の切替温度を算出すること
   を特徴とする定着装置。
3. 前記定着部材の目標となる設定温度を記憶する第２記憶手段を更に備え、
   前記選択手段は、前記設定温度と前記温度検知手段により検知した加熱前の前記定着部材の温度との温度差を算出し、当該温度差に基づいて、前記切替温度を算出すること
   を特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記加熱制御手段は、前記定着部材の温度が前記設定温度に達するまで、前記加熱手段を選択駆動させること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
5. 前記加熱手段における前記定着部材の長手方向の加熱分布がそれぞれ異なること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 前記温度検知手段の個数は一つであること
   を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記定着部材は、ローラであること
   を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記加熱手段は、ハロゲンヒータであること
   を特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 前記温度検知手段は、前記定着部材の長手方向の中央部に配設されるサーミスタを有し、当該サーミスタを介して前記定着部材の温度を検知すること
   を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 前記加熱手段の個数は二つであり、
    前記加熱制御手段は、前記加熱手段を排他駆動させること
    を特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の定着装置。
11. 前記複数の加熱手段は、中央部の発熱量を端部の発熱量よりも多く設定したメインヒータと端部の発熱量を中央部の発熱量よりも多く設定したサブヒータからなり、
    前記選択手段は、前記温度検知手段により検知した定着部材の温度が前記切替温度以下である場合にはサブヒータのみを選択し、前記温度検知手段により検知した定着部材の温度が前記切替温度より大きい場合にはメインヒータのみを選択すること
    を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
12. 前記複数の加熱手段は、中央部の発熱量を端部の発熱量よりも多く設定したメインヒータと端部の発熱量を中央部の発熱量よりも多く設定したサブヒータからなり、
    前記複数の切替温度は第１及び第２の切替温度からなり、
    前記選択手段は、前記回転制御手段が前記定着部材の回転を停止するよう制御している場合において、前記温度検知手段により検知した定着部材の温度が第１の切替温度以下である場合にはサブヒータのみを選択し、第１の切替温度より大きい場合にはメインヒータのみを選択し、一方、前記回転制御手段が前記定着部材を回転するように制御している場合において、前記温度検知手段により検知した定着部材の温度が第２の切替温度以下である場合にはサブヒータのみを選択し、第２の切替温度より大きい場合にはメインヒータのみを選択すること
    を特徴とする請求項２に記載の定着装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項記載の定着装置を有する画像形成装置。