JP2003229242A

JP2003229242A - 加熱装置、定着装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2003229242A
Application number: JP2002027840A
Authority: JP
Inventors: Yuji Toyomura; 祐士豊村; Keisuke Fujimoto; 圭祐藤本; Masaaki Nakano; 雅明中野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】インダクションヒータを用いた定着装置にお
いて、温度検出遅れを改善し、高精度な温度制御を行う
ことである。【解決手段】被加熱体を加熱する加熱部材と、電磁誘
導により前記加熱部材を加熱する電磁誘導加熱手段と、
前記加熱部材から放射される赤外線を検出し、前記加熱
部材の温度を検出する赤外線検出手段と、前記赤外線検
出手段の検出値に基づいて、前記電磁誘導加熱手段への
供給電力を制御して前記加熱部材の温度を制御する温度
制御手段とを有することを特徴とする加熱装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁誘導加熱手段
であるインダクションヒータを用いた加熱装置、特に記
録媒体上に形成されたトナー像を加熱して記録媒体に定
着する定着装置および前記定着装置を有する画像形成装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の加熱装置としての定着装
置の構造を示す断面図、図１３は加熱ローラの詳細な断
面図である。図１２および図１３において、１は加熱ロ
ーラであり、記録媒体１２上に転写された未定着トナー
像１３を加熱することで、未定着トナーを記録媒体に定
着し、定着トナー像１４を得る。加熱ローラ１は表面か
ら近い順に、発熱ベルト２、ゴムローラ３、芯材４から
構成されている。

【０００３】発熱ベルト２は３層構造を有するベルトで
あり、表面に近いほうから離型層５、シリコンゴム層
６、基材層７から構成される。離型層５は厚み約２０〜
３０μｍのフッ素樹脂からなり、加熱ローラ１に離型性
を付与する。シリコンゴム層６は約１７０μｍのシリコ
ンゴムで構成され、加圧ローラに適度な弾性を与える。
基材層７は鉄・ニッケル・クロム等の合金である磁性材
料によって構成されている。

【０００４】ゴムローラ３は、所定の弾性と共に断熱性
を高めるため発砲シリコンゴムなどで構成される。芯材
４にＳＵＳなどの磁性材料を用いた場合、加熱ローラ１
の外部から供給される磁力線によって芯材４が発熱し、
結果的に発熱効率が低下する場合があるため、芯材４に
は例えば樹脂などの非磁性材料を用いることが望まし
い。

【０００５】８は加圧手段としての加圧ローラである。
加圧ローラ８はシリコンゴムによって構成され、所定の
押圧力で加熱ローラ１に圧接してニップ部を形成してい
る。加熱ローラ１は図示しない駆動源に連結され、加熱
ローラ１の回転に伴って加圧ローラ８も回転する。

【０００６】９は励磁コイルである。励磁コイル９は表
面が絶縁された銅製の線材を所定本数束ねた線束を、加
熱ローラ１の回転軸方向に延伸し、かつ加熱ローラ１の
両端部において、加熱ローラ１の周方向に沿って周回し
て形成されている。１０は背面コアである。この励磁コ
イル９に半共振型インバータである励磁回路（図示せ
ず）から約３０ｋＨｚの交流電流を印加すると、背面コ
ア１０と加熱ローラ１の基材層７によって構成される磁
路に磁束が生じる。この磁束によって加熱ローラ１の発
熱ベルト２の基材層７に渦電流が形成され、基材層７が
発熱する。基材層７で生じた熱はシリコンゴム層６を経
て離型層５まで伝達され、加熱ローラ１の表面が発熱す
る。

【０００７】１１は加熱ローラ１の温度検出手段として
設けられているサーミスタ（ＴｈｅｒｍａｌｌｙＳｅ
ｎｓｉｔｉｖｅＲｅｓｉｓｔｏｒ）である。サーミス
タは金属酸化物を主原料とし、高温で焼結して得られる
セラミック半導体であり、温度に応じて負荷抵抗が変化
することを応用して、接触した対象物の温度を計測する
ことができる。サーミスタ１１の出力は図示しない制御
装置に入力され、制御装置はサーミスタ１１の出力に基
づいて励磁コイル９に出力する電力を制御し、加熱ロー
ラ１の表面温度が約１７０゜Ｃとなるよう制御する。

【０００８】この温度制御がなされた加熱ローラ１と加
圧ローラ８によって形成されるニップ部に、未定着トナ
ー像１２が形成された記録媒体としての記録紙１２を通
紙すると、記録紙１２上の未定着トナー像１２は、加熱
ローラ１と加圧ローラ８によって加熱／加圧され、定着
トナー像１４を得ることができる。

【０００９】次に、インダクションヒータを、加熱装置
たる定着装置に採用した場合のメリットについて説明す
る。インダクションヒータは励磁コイル９が巻かれた背
面コア１０に対向する、発熱ベルト２の基材層７（すな
わち磁性材料）が発熱し、これが発熱ベルト２の表面ま
で伝播するが、一般的に、例えばハロゲンランプ等の熱
源を内部に有する定着装置と比較して発熱ベルト２の熱
容量は非常に小さいため、発熱ベルト２そのものは非常
に高速に昇温する。より具体的にはハロゲンランプ等の
熱源を内部に有する定着装置が、室温から定着可能な温
度（約１７０゜Ｃ）に到達するのに数分オーダの時間を
要するのに対し、インダクションヒータを応用した定着
装置では、励磁コイル９に交流電流を連続通電すること
で、発熱ベルト２を１０秒オーダの時間で定着可能温度
に到達させることができる。

【００１０】さて、サーミスタ１１の周囲温度を変化さ
せたとき、サーミスタの温度が初期温度から最終温度の
温度差の６３．２％に到達するまでの時間は熱時定数τ
と定義される。一般的に高感度型と言われるサーミスタ
であっても、τ＝３秒程度である。サーミスタの温度が
最終温度の９５．０％に到達するのは３×τであり、こ
の例では約９秒の時間を要することになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたよう
に、従来のインダクションヒータを応用した定着装置は
熱容量の小さな（即ちインダクションヒータに電力を供
給すると急速に昇温するが、逆に電力を停止すると急速
に冷却する）被加熱体の温度を、サーミスタのような熱
時定数τの大きな温度検出手段によって検出しているた
め、サーミスタの出力に基づく温度検出値と実際の温度
との間に誤差が大きいという課題があった。

【００１２】このため、励磁コイル９や背面コア１０、
および発熱ベルト２が改良され、より高速な温度上昇速
度が実現されたとしても、検出誤差が大きいが故に、イ
ンダクションヒータへの投入電力を意図的に減少させ、
温度上昇速度を遅くすることで検出誤差を小さくするし
かなかった。これはインダクションヒータを応用した加
熱手段としての定着手段の本来性能を十分に活かしてい
ないことに他ならない。

【００１３】また、最近の画像形成装置は待機時の電力
をより小さくする方向にあり、熱定着手段を有する画像
形成装置においても、待機中は定着手段に電力は供給さ
れていない。このとき画像形成装置は、例えばネットワ
ークを介して画像データが外部のコンピュータ等から転
送されたのを検出すると、印字可能な状態への復帰を開
始するが、定着手段の昇温がボトルネックとなって、昨
今のユーザニーズである高速プリント、特に最初の１枚
目の印字の高速化、いわゆるファーストプリント時間を
短縮することは困難である。

【００１４】以降、具体的な例に基づき説明を続ける。

【００１５】本発明者らの知見によれば、インダクショ
ンヒータは発熱ベルト２の誘電率の最適化、ゴムローラ
３の断熱特性の改善等によって、加熱ローラ１の表面温
度を室温から定着可能な温度（約１７０゜Ｃ）まで約１
０秒以下でヒートアップすることができる（室温を２５
゜Ｃとすると温度上昇速度は約１５゜Ｃ／ｓ）。このよ
うに急激な温度上昇にはサーミスタは追随できず、サー
ミスタが仮に熱時定数τ（ここでは３秒と仮定する）だ
け遅れて正確な温度を検出するとしても、この間に５０
゜Ｃ近いオーバシュートが発生する。このとき、定着可
能温度である１７０゜Ｃに調温されているはずの加熱ロ
ーラの表面温度は約２２０゜Ｃとなっており、安全性の
上で問題がある。更に実際は熱時定数τの時点で検出さ
れるのは、最終温度の６３．２％である。サーミスタに
よる検出遅れは実質的には１０秒以上となるため、事態
はより深刻となる。

【００１６】またサーミスタは接触式のセンサであるた
め、加熱ローラ１とサーミスタ１１の接触状況によって
は、温度を実際より低く検出してしまうという危険性も
ある。

【００１７】さて、一般的に定着装置における温度制御
は、温度検出手段の出力によって加熱ローラ１の表面温
度を検出し、この検出結果に基づきヒータへの供給電力
を制御する。従来例のようにサーミスタ１１を使用する
場合では、温度検出に大きな時間的遅延が生ずるので、
加熱ローラ１の表面温度が安定しない、所謂温度リップ
ルのような現象もしばしば発生する。この温度リップル
によって定着温度が変動し、画像光沢が変わるという課
題もあった。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本発明
は、電磁誘導加熱手段であるインダクションヒータによ
って加熱される加熱ローラの温度を検出する赤外線検出
手段（サーモパイル）と、サーモパイルの出力に基づい
て、インダクションヒータへの投入電力を制御して、加
熱体を所定の温度に制御する温度制御手段とを有する構
成とした。

【００１９】サーモパイルの反応時間は一般に１０〜３
０ｍｓと非常に高速である。サーモパイルの反応時間を
３０ｍｓと遅く見積り、インダクションヒータを用いた
加熱ローラの温度上昇速度を３０゜Ｃ／秒と仮定した場
合でも、３０ｍｓ間の温度上昇は０．９゜Ｃにすぎな
い。これによって目標温度到達直後の大きなオーバシュ
ートを改善できると共に、加熱ローラを定温に制御する
にあたって、温度リップルを極めて小さくすることがで
きる。

【００２０】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、被加熱
体を加熱する加熱部材と、電磁誘導により前記加熱部材
を加熱する電磁誘導加熱手段と、前記加熱部材から放射
される赤外線を検出する赤外線検出手段と、前記赤外線
検出手段の検出値に基づいて、前記電磁誘導加熱手段へ
の供給電力を制御して前記加熱部材の温度を制御する温
度制御手段とを有することを特徴とする加熱装置であ
る。これによって急激に変化する加熱部材の温度を高速
に検出できるため、温度制御におけるオーバシュートや
温度リップルの発生を低減することができる。

【００２１】請求項２に記載の発明は、前記加熱部材か
ら放射される赤外線を前記赤外線検出手段に導くための
光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の加熱
装置である。一般的に赤外線検出手段は、温度検出対象
の温度に近づくにつれ、検出精度が低下するが、これに
よって、加熱部材と赤外線検出手段の距離を十分離間し
て配置可能となり、常に高精度な検出が可能となる。

【００２２】請求項３に記載の発明は、前記光学系が、
ミラーを有する構成とした加熱装置である。これによっ
て、赤外線検出手段と被加熱体のレイアウトの自由度を
向上させることができる。

【００２３】請求項４に記載の発明は、前記光学系が、
内面が略鏡面よりなる導波管を有する構成とした加熱装
置である。これによって、赤外線検出手段と被加熱体の
レイアウトの自由度を向上させることができる。

【００２４】請求項５に記載の発明は、前記加熱部材の
所定部分から放射される赤外線のみが前記赤外線検出手
段に達するように、前記加熱部材の所定部分から放射さ
れる赤外線以外の赤外線が前記赤外線検出手段に達する
のを遮断するための遮断手段を有する構成とした加熱装
置である。これによって、温度制御に寄与しない部分か
ら入射する赤外線を遮断することができる。

【００２５】請求項６に記載の発明は、被加熱体を加熱
する加熱部材と、電磁誘導により前記加熱部材を加熱す
る電磁誘導加熱手段と、前記加熱部材の複数の異なる部
分から放射される赤外線を別々に検出する複数の赤外線
検出手段と、前記複数の赤外線検出手段の検出値に基づ
いて、前記電磁誘導加熱手段への供給電力を制御して前
記加熱部材の温度を制御する温度制御手段とを有するこ
とを特徴とする加熱装置である。これによって、加熱部
材の表面汚染などに起因する温度検出誤差を小さくでき
る。

【００２６】請求項７に記載の発明は、記録媒体上に形
成されたトナー像を加熱して前記記録媒体に定着する定
着装置であって、請求項１〜５のいずれかに記載の加熱
装置を有することを特徴とする定着装置である。これに
よって急激に変化する加熱部材の温度を高速に検出でき
るため、温度制御におけるオーバシュートや温度リップ
ルの発生を低減することができる。

【００２７】請求項８に記載の発明は、記録媒体上に形
成されたトナー像を加熱して前記記録媒体に定着する定
着装置であって、請求項６に記載の加熱装置を有するこ
とを特徴とする定着装置である。これによって、加熱部
材の表面汚染などに起因する温度検出誤差を小さくでき
る。

【００２８】請求項９に記載の発明は、前記加熱部材を
加熱ローラまたは加熱ベルトとして配設した定着装置で
ある。これによって、簡易な構成で、記録媒体上に転写
されたトナー像を定着することができる。

【００２９】請求項１０に記載の発明は、前記複数の赤
外線検出手段のうち少なくとも１つは、使用する最小の
記録媒体の通過範囲における前記加熱ローラまたは加熱
ベルトから放射される赤外線を検出し、前記複数の赤外
線検出手段のうち少なくとも１つは、使用する最大の記
録媒体の通過範囲であって、前記最大の記録媒体の次に
大きい記録媒体の通過範囲外における前記加熱ローラま
たは加熱ベルトから放射される赤外線を検出することを
特徴とする請求項８に記載の定着装置である。これによ
って、使用する記録媒体の幅が最大でない場合に、記録
媒体の通過範囲外における加熱部材の温度検出結果に基
づいて、少なくとも定着動作を休止することで、定着装
置が異常高温となる事態を防止することができる。

【００３０】請求項１１に記載の発明は、記録媒体上に
トナー像を形成するトナー像形成手段と、請求項７に記
載の定着装置とを有することを特徴とする画像形成装置
である。これによって急激に変化する加熱部材の温度を
高速に検出できるため、温度制御におけるオーバシュー
トや温度リップルの発生を低減することができる。

【００３１】請求項１２に記載の発明は、記録媒体上に
トナー像を形成するトナー像形成手段と、請求項８〜１
０のいずれかに記載の定着装置とを有することを特徴と
する画像形成装置である。これによって、加熱部材の表
面汚染などに起因する温度検出誤差を小さくできる。

【００３２】請求項１３に記載の発明は、前記複数の赤
外線検出手段の検出値の差が所定の値より大きい場合
は、画像形成動作を中断することを特徴とする請求項１
２に記載の画像形成装置である。これによって、定着手
段の異常高温を防止することができる。

【００３３】請求項１４に記載の発明は、前記複数の赤
外線検出手段の検出値の差が所定の値より小さくなった
ことを検出して、画像形成動作を再開させることを特徴
とする請求項１３に記載の画像形成装置である。これに
よって、印字スピードを極端に低下させることなく画像
形成を継続することができる。

【００３４】請求項１５に記載の発明は、使用する前記
記録媒体のサイズを検出するサイズ検出手段を有し、前
記温度制御手段が、前記サイズ検出手段の検出結果に基
づいて、前記複数の赤外線検出手段の検出値のうちから
少なくとも１つを選択し、選択された前記赤外線検出手
段の検出値に基づいて、前記電磁誘導加熱手段への供給
電力を制御して前記加熱部材の温度を制御することを特
徴とする請求項１２に記載の画像形成装置である。これ
によって、記録紙サイズに応じてより最適な定着手段の
温度制御が可能となる。

【００３５】請求項１６に記載の発明は、前記サイズ検
出手段の検出結果に基づいて、前記記録媒体の通過範囲
幅が所定の値より大きいと判断された場合は、前記温度
制御手段は、前記複数の赤外線検出手段の検出値を平均
化し、この平均化された値に基づき前記加熱部材を所定
の温度に制御することを特徴とする請求項１５に記載の
画像形成装置である。これによって、記録紙幅が十分に
大きい場合は、加熱部材の広範囲から温度情報を収集で
きるため、温度制御性能が向上する。

【００３６】請求項１７に記載の発明は、前記サイズ検
出手段の検出結果に基づいて、前記記録媒体の通過範囲
幅が所定の幅より小さいと判断された場合は、前記温度
制御手段は、前記複数の赤外線検出手段の検出値のうち
から少なくとも１つを選択し、選択された赤外線検出手
段の検出値に基づき前記加熱部材を所定の温度に制御す
ることを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置で
ある。これによって、記録紙幅が小さく、記録紙の通紙
部分と非通紙部分で加熱部材に温度差が生じた場合で
も、精度良く加熱部材の温度を制御できる。

【００３７】請求項１８に記載の発明は、前記複数の赤
外線検出手段の検出値のうちから少なくとも１つを選択
する際に、前記記録媒体の通過範囲における前記加熱部
材から放射される赤外線を検出する赤外線検出手段の検
出値を選択することを特徴とする請求項１７に記載の画
像形成装置である。これによって、記録紙幅が小さい場
合でも、精度良く加熱部材の温度を制御できる。

【００３８】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態１について、図面を用いて説明する。

【００３９】図１は実施の形態１における、加熱装置と
しての定着装置の構造を示す断面図、図２は実施の形態
１における、加熱装置としての定着装置の構造を示す上
面図である。

【００４０】図１および図２において、１は加熱部材と
しての加熱ローラであり、記録媒体１２上に転写された
未定着トナー像１３を加熱することで、未定着トナーを
記録媒体に定着し、定着トナー像１４を得る。なお、加
熱ローラの構造は従来例と同等であるため説明を省略す
る。

【００４１】８は加圧手段としての加圧ローラである。
加圧ローラ８はシリコンゴムによって構成され、所定の
押圧力で加熱ローラ１に圧接してニップ部を形成してい
る。加熱ローラ１は図示しない駆動源に連結され、加熱
ローラ１の回転に伴って加圧ローラ８も回転する。

【００４２】９は励磁コイルである。励磁コイル９は表
面が絶縁された銅製の線材を所定本数束ねた線束を、加
熱ローラ１の回転軸方向に延伸し、かつ加熱ローラ両端
部において加熱ローラ１の周方向に沿って周回して形成
されている。１０は背面コアである。この励磁コイル９
に半共振型インバータである励磁回路（図示せず）から
約３０ｋＨｚの交流電流を印加すると、背面コア１０と
加熱ローラ１の基材層７によって構成される磁路に磁束
が生じる。この磁束によって加熱ローラ１の発熱ベルト
２の基材層７に渦電流が形成され、基材層７が発熱す
る。基材層７で生じた熱はシリコンゴム層６を経て離型
層５まで伝達され、加熱ローラ１の表面が発熱する。

【００４３】１７は赤外線検出手段として設けられてい
る赤外線センサ（サーモパイル）である。サーモパイル
１７は例えば、シリコン基板上にポリシリコン、アルミ
ニウムからなる複数の薄膜熱電対を直列に接続したもの
である（図示せず）。シリコン基板の直下に空洞部（図
示せず）を構成することで、熱電対の接点部（温接点
部）の熱容量を非常に小さくし、１０〜３０ｍｓの応答
性を実現する。サーモパイル１７に赤外線が入射する
と、直列接続された個々の熱電対（図示せず）が起電力
を生じ、サーモパイル１７からは出力電圧Ｅが得られ
る。

【００４４】ここで、測定対象物の絶対温度（ここでは
発熱ベルト２の表面温度）をＴ_x（Ｋ）、サーモパイル
自身の温度をＴ_a（Ｋ）とすると、出力電圧Ｅは、

【００４５】

【数１】

【００４６】となる。これより感度定数Ｃ₁、サーモパ
イル１７の出力電圧Ｅ、およびサーモパイル１７自身の
温度Ｔ_aが分かれば、測定対象物の温度Ｔ_xが計算でき
る。一般にサーモパイル１７自身の温度は、サーモパイ
ル１７の金属シャーシ（図示せず）に取り付けられたサ
ーミスタ等の別の温度検出センサ（図示せず）によって
測定される。既に説明したように、サーミスタの熱時定
数τは大きいが、サーモパイル１７自体の温度が急激に
変化するのを防ぐことで、サーミスタのように高速応答
が難しい温度検出センサを用いることができる。

【００４７】１８はサーモパイル１７の赤外線入射面に
配設された集光レンズである。集光レンズ１８は発熱ベ
ルト２の特定領域２１から照射される赤外線１６をサー
モパイル１７内部の温接点（図示せず）に導く。発熱ベ
ルト２における特定領域２１は、図示のごとく比較的大
きな面積を有している。従来例で温度検出手段として用
いてしたサーミスタと比較すると、より大面積の範囲の
温度を検出できるため、結果的に検出される温度は、特
定領域２１の温度の平均値となり、例えば発熱ベルト２
が汚れた場合や微小な傷が付いた場合などでも、より正
確な温度検出が可能となっている。

【００４８】１９は遮断手段であるアパーチャである。
アパーチャ１９は発熱ベルト２の特定領域２１以外から
照射された赤外線が、サーモパイル１７に入射するのを
防止するためのものである。

【００４９】励磁コイル９への通電によって、発熱ベル
ト２が効率的に昇温するとしても、例えば励磁コイル９
や背面コア１０は雰囲気温度にさらされており、温度上
昇は避けられない。更に、一般に集光レンズ１８の集光
範囲は特定の広がりを有しているため、アパーチャ１９
を配設しない場合、サーモパイル１７にこれら不要な熱
源からの赤外線が入射されることがあり、温度計測精度
を劣化させる要因となる。集光レンズ１８とアパーチャ
１９を設け、集光範囲を最適に調整することで、このよ
うな計測精度に影響を及ぼすノイズ成分を有効にカット
することができる。

【００５０】２０はミラーである。発熱ベルト２から照
射された赤外線１６は、ミラー２０によって折り返さ
れ、サーモパイル１７の方向に進行する。少なくともミ
ラー２０を有する光学系によって、サーモパイル１７に
赤外線１６を導くことで、発熱ベルト２に対するサーモ
パイル１７の配置上のレイアウトの自由度が向上すると
共に、熱源である発熱ベルト２とサーモパイル１７を熱
的に隔離することが容易になる。

【００５１】さて、発熱ベルト２の近傍に置かれたミラ
ー２０も雰囲気温度に晒され、温度上昇は避けられな
い。しかしミラー２０の温度が上昇したとしても、鏡面
は輻射率が非常に小さいので、サーモパイル１７による
測定精度には殆ど影響を与えない。

【００５２】さて、従来例で詳細に説明したように、現
在の発熱ベルト２の表面は、厚み約２０〜３０μｍのフ
ッ素樹脂から成る離型層であって鏡面ではない（フッ素
樹脂から構成される離型層は固有の輻射率を有し、既に
説明した感度定数Ｋを調整することで、絶対温度を検出
できる）ため、サーモパイル１７によって温度検出が可
能である。しかし、今後インダクションヒータの効率が
追求され、発熱ベルト２の表面を磁性材料とするような
構成が採用された場合であっても、赤外線を用いて温度
検出を行う以上、その表面は非鏡面状態とせねばならな
い。

【００５３】サーモパイル１７の出力は図示しない制御
装置に入力され、制御装置はサーモパイル１７の出力に
基づいて（数１）で示した式から発熱ベルト２の表面温
度Ｔｘを計算する。更に制御装置は検出された発熱ベル
ト２の表面温度に基づいて、公知のＰＩ演算等によって
フィードバック制御を行って、励磁コイル９に投入する
電力を加減し、発熱ベルト２の表面が約１７０゜Ｃの一
定温度となるよう制御する。

【００５４】この温度制御がなされた加熱ローラ１と加
圧ローラ８によって形成されるニップ部に、未定着トナ
ー像１２が形成された記録紙１２を通紙すると、記録紙
１２上の未定着トナー像１２は、加熱ローラ１と加圧ロ
ーラ８によって加熱／加圧され、定着トナー像１４を得
ることができる。

【００５５】さて、サーモパイル１７の反応時間は１０
〜３０ｍｓであり、サーミスタの熱時定数τ＝３（秒）
と比較すると１００倍以上の高速応答が可能である。サ
ーモパイルの反応時間を３０ｍｓと遅く見積り、インダ
クションヒータを用いた加熱ローラの温度上昇速度を３
０゜Ｃ／秒とした場合でも、３０ｍｓ間の温度上昇はた
かだか０．９゜Ｃにすぎない。これによって、制御上の
遅れ時間は大幅に短縮され、発熱ベルト２の表面温度を
より高精度に制御でき、加熱ローラ１の異常な高温状態
を有効に回避することが可能となる。更に、加熱ローラ
１を所定の温度に維持する際の温度リップルも極めて小
さく制御できる。

【００５６】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２について、図面を用いて説明する。

【００５７】図３は実施の形態２における、加熱装置と
しての定着装置の構造を示す断面図、図４は実施の形態
２における、加熱装置としての定着装置の構造を示す上
面図である。尚、上記実施の形態１と同一の機能、態様
を有する部材には同一の符号を付し、説明は省略する。

【００５８】実施の形態２では、赤外線１６をサーモパ
イル１７に導く部材として導波管を用いた点で、上記実
施の形態１と相違している。

【００５９】図３および図４において、２２は発熱ベル
ト２から照射される赤外線１６をサーモパイル１７に導
くための導波管である。導波管２２は、その内部が鏡面
加工された耐熱性樹脂で構成されており、発熱ベルト２
の特定領域２１の全域を覆う開口部２３を有している。

【００６０】開口部２３から導波管２２に入射された赤
外線１６は、導波管２２に沿って伝播し、実施の形態１
で示した集光レンズを経由せずサーモパイル１７に直接
入射する。発熱ベルト２において、開口部２３で覆われ
た領域以外から発せられる赤外線は、導波管２２に入射
しないため、導波管２２を設けることで、一般に高価な
集光レンズ（プラスティックレンズ）が不要になるため
コスト低減に寄与できる。また、導波管２２は赤外線１
６の伝播経路を完全に規制するため、温度計測上の様々
なノイズをカットできるというメリットもある。

【００６１】なお、導波管２２は加熱ローラ１のごく近
傍に配置されるため、周囲の雰囲気温度の影響を受け、
その温度が上昇する。しかしながら、内部が鏡面加工さ
れているため輻射率は非常に小さく、導波管２２自体の
温度が、特定領域２１の温度計測に影響を及ぼすことは
殆どない。

【００６２】（実施の形態３）以下、本発明の実施の形
態３について、図面を用いて説明する。

【００６３】図５は実施の形態３における、加熱装置と
しての定着装置の構造を示す上面図である。なお、上記
実施の形態１と同一の機能、態様を有する部材には同一
の符号を付し、説明は省略する。

【００６４】実施の形態３では、複眼型のサーモパイル
２４を用い、発熱ベルト２のそれぞれ異なる特定位置２
１ａ，２１ｂから照射される赤外線１６ａ、１６ｂを複
眼型のサーモパイル２４に導く点で、実施の形態１と相
違している。

【００６５】図５において、２４は複眼型サーモパイル
である。複眼型サーモパイル２４は内部に２つのサーモ
パイルチップを有し、異なる方向から入射される２つの
赤外線１６ａ、１６ｂを独立して検出可能に構成されて
いる。

【００６６】１８は複眼型サーモパイル２４の赤外線入
射面に配設された集光レンズである。集光レンズ１８は
発熱ベルト２の特定領域２１ａおよび２１ｂから照射さ
れる赤外線１６ａおよび１６ｂを、複眼型サーモパイル
２４内部の互いに異なる温接点（図示せず）に導く。加
熱ローラ１における特定領域２１ａと２１ｂは、図示の
ごとく所定の面積を有している。従来例で温度検出手段
として用いてしたサーミスタと比較すると、より大面積
の温度を検出できるため、結果的に検出される温度は、
特定領域２１ａと特定領域２１ｂの温度をそれぞれ独立
に平均したものとなり、例えば発熱ベルト２が汚れた場
合や微小な傷が付いた場合などでも、より正確な温度検
出が可能となっている。

【００６７】また、実施の形態３では、複眼型サーモパ
イル２４によって、その表面温度を検出する特定領域２
１ａは加熱ローラ１のほぼ中央部に相当し、特定領域２
１ｂは加熱ローラ１の少なくとも一方の周辺部に相当し
ている。

【００６８】１９はアパーチャである。アパーチャ１９
は発熱ベルト２の特定部位以外から照射された赤外線
が、複眼型サーモパイル２４に入射するのを防止するた
めのものである。

【００６９】励磁コイル９への通電によって、発熱ベル
ト２が効率的に昇温するとしても、例えば励磁コイル９
や背面コア１０は確実に影響を受け、温度上昇は避けら
れない。更に、一般に集光レンズ１８の集光範囲は特定
の広がりを有しているため、アパーチャ１９を配設しな
い場合、複眼型サーモパイル２４にこれら不要な熱源か
らの赤外線が入射されることがあり、温度計測精度を劣
化させる要因となる。集光レンズ１８とアパーチャ１９
を設け、集光範囲を調整することで、このような計測精
度に影響を及ぼすノイズ成分を有効にカットすることが
できる。またアパーチャ２４は、その中心にパーティシ
ョン２６を有し、赤外線１６ａと１６ｂのクロストーク
を抑制する。

【００７０】２０はミラーである。発熱ベルト２から照
射された赤外線１６ａおよび１６ｂは、ミラー２０によ
って折り返され、複眼型サーモパイル２４の方向に進行
する。少なくともミラー２０を有する光学系によって、
複眼型サーモパイル２４に赤外線１６ａと１６ｂを導く
ことで、発熱ベルト２に対する複眼型サーモパイル２４
の配置上のレイアウトの自由度が向上すると共に、熱源
である発熱ベルト２と複眼型サーモパイル２４を熱的に
隔離することが容易になる。

【００７１】図６は実施の形態３において、定着装置で
幅が異なる記録紙に定着を行った場合の状態を示す図で
ある。以降図６を用いて、実施の形態３の定着装置にお
ける温度検出過程を説明する。なお、図６（ａ）、
（ｂ）共に、図中の矢印は記録紙の搬送方向を示してい
る。

【００７２】図６（ａ）は加熱ローラ１と加圧ローラ８
間に、各ローラ幅とほぼ等しい幅の記録紙１２を通紙し
た状態を示している。加熱ローラ１が供給する熱は、未
定着トナー像１３を記録紙１２に定着するために使用さ
れるが、（ａ）のように記録紙１２の幅が加熱ローラ１
および加圧ローラ８とほぼ等しい場合は、加熱ローラ１
によって供給された熱の多くは記録紙１２に奪われる。
このため加熱ローラ１の表面温度は、加熱ローラ１の幅
方向全体にわたって低下する。

【００７３】一方、図６（ｂ）は加熱ローラ１と加圧ロ
ーラ８間に、各ローラ幅よりも幅の短い記録紙１２を通
紙した状態を示している。加熱ローラ１が供給する熱
は、未定着トナー像１３を記録紙１２に定着するために
使用されるが、（ｂ）のように記録紙１２の幅が加熱ロ
ーラ１および加圧ローラ８よりも短い場合は、供給され
た熱のうち通紙部分は記録紙１２に奪われるが、非通紙
部分２５ａと２５ｂに関しては加熱ローラ１に蓄熱され
る。

【００７４】もともとインダクションヒータを応用した
定着装置の加圧ローラ８は、熱容量の小さい加熱ローラ
１の熱を奪わないように断熱性を高めてある。このため
加熱ローラ１の表面温度は、記録紙１２が通紙された部
分は低下するが、記録紙を介さず加圧ローラ８に接触し
ている非通紙部２５ａおよび２５ｂでは殆ど低下しな
い。この結果、非通紙部２５ａ、２５ｂに対応する加熱
ローラ１の部位は、２３０゜Ｃ以上に加熱され安全性の
上で問題が出てくる。

【００７５】以降図５に戻って説明を続ける。

【００７６】実施の形態３では、記録紙の通紙部（ここ
では特定領域２１ａが相当する）と、少なくとも１つの
非通紙部（同様に特定領域２１ｂが相当する）の温度を
検出できるので、より精度の高い温度制御を実現でき
る。

【００７７】実施の形態３における加熱ローラ１の温度
制御では、例えば、通紙する記録紙のサイズを予め検出
しておき、記録紙のサイズが所定サイズ以上であれば、
特定領域２１ａと特定領域２１ｂで検出した温度を平均
化し、これに基づき加熱ローラ１の温度制御を行ってい
る。また、記録紙のサイズが所定サイズ未満であれば、
基本的に加熱ローラ１の中央部に対応する特定領域２１
ａの温度検出結果に基づき、加熱ローラ１の表面温度を
制御する。その一方で特定領域２１ａと特定領域２１ｂ
の温度差をモニターしておき、温度差が所定の範囲を越
えた場合は定着装置の駆動を一時的に中断する。その
後、記録紙が通紙されない部位に相当する特定領域２１
ｂの温度が低下し、所定の温度以下なったことを検出し
て、再度定着装置の駆動を開始している。

【００７８】以上説明してきたように、複眼型サーモパ
イル２４を用いることで、加熱ローラ１における複数の
特定領域２１ａと２１ｂの温度を独立かつ同時に検出で
きる。これにより記録紙サイズに基づき温度制御の際に
参照する特定領域を選択することで、最適な温度制御が
可能となる。

【００７９】さて、実施の形態３ではミラー２０を含む
光学系に基づいて説明したが、実施の形態２で示した導
波管を用いた光学系を採用することも可能である。この
場合は、特定領域２１ａと２１ｂから照射される赤外線
１６がクロストークしないように、導波管の中央部にパ
ーティション（図示せず）を設けることで、より高精度
な温度検出が可能となる。

【００８０】また、実施の形態３では、あらゆる幅の記
録紙でも、加熱ローラ１の中央部を通過する構成に基づ
いて説明したが、これは単に装置構成上の通紙経路がセ
ンター基準であるからにすぎない。装置構成上、あらゆ
る幅の記録紙が必ず加熱ローラ１の一方向に寄って搬送
される構成も考えられるが、この場合は、参照する特定
領域を変更することで簡単に対応できる。また特定領域
２１ｂを特定領域２１ａに対して対称の位置に移しかえ
ることも容易に可能である。

【００８１】即ち実施の形態３における加熱ローラ１の
温度管理では、記録紙サイズが小さい場合は、その通過
範囲に相当する部位の温度を検出すべく、複眼型サーモ
パイル２４から得られる温度計測値を選択することが本
質であり、装置構成に基づく、記録紙搬送経路の相違に
は依存しない。

【００８２】（実施の形態４）以下、実施の形態４につ
いて、図面を用いて説明する。

【００８３】画像形成装置の構成図７は実施の形態３で説明した定着装置を搭載した画像
形成装置の構成図である。

【００８４】図７において、画像形成装置４０は、装置
内にイエロー現像ステーション４１Ｙ、マゼンタ現像ス
テーション４１Ｍ、シアン現像ステーション４１Ｃ、ブ
ラック現像ステーション４１Ｋの４色の現像ステーショ
ンを縦方向に配列し、その下方には記録紙４２が収容さ
れる給紙カセット４３を配設すると共に、各現像ステー
ション（４１Ｙ〜４１Ｋ）に対応した箇所には給紙カ
セット４３からの記録紙の搬送路となる記録紙搬送路４
４を垂直方向に配置したものである。

【００８５】光学ユニット４５は各色用半導体レーザを
一体的に保持する筐体と、その各色レーザ光に各々異な
る角度を与えて一定速度で高速回転する単一のポリゴン
ミラー４６に入射させる光学素子とから構成される入射
用光学手段（図示せず）と、ポリゴンミラー４６で反射
された各色毎のレーザ光が通過する単一のＦθ特性を有
する結像レンズ４７と、結像レンズ４７を通過後、入射
方向と反対方向に反射させる第１反射ミラー４８と、さ
らに第１反射ミラー４８で反射された各々のレーザ光を
各色毎の作像ポジションに結像させるための複数の第２
反射ミラー（４９Ｙ〜４９Ｋ）から構成されている。

【００８６】現像ステーション（４１Ｙ〜４１Ｋ）は、
記録紙搬送路４４の上流側から順に、イエロー、マゼン
タ、シアン、ブラックのトナー像を形成するものであ
り、感光体（５０Ｙ〜５０Ｋ）、現像スリーブ（５１Ｙ
〜５１Ｋ）、帯電器（図示せず）等、一連の電子写真
方式における現像プロセスを実現する部材の集合体であ
る。

【００８７】各現像ステーション（４１Ｙ〜４１Ｋ）の
感光体（５０Ｙ〜５０Ｋ）に対して記録紙搬送路４４を
挟んで対向する位置には、各現像ステーションに対応し
た転写ローラ（５２Ｙ〜５２Ｋ）が配置されている。

【００８８】４３は記録紙４２を格納する給紙カセット
である。

【００８９】給紙カセット４３の近傍には記録紙４２を
所定のタイミングで送出する給紙ローラ５３が設けられ
ており、給紙ローラ５３を回転させることで、記録紙４
２は方向ｄ０に搬送される。また給紙カセット４３には
記録紙サイズ検出センサ（図示せず）が設けられてお
り、記録紙カセット４３に装填された記録紙４２のサイ
ズを判定できるようになっている。

【００９０】給紙ローラ５３と最上流現像ステーション
（イエロー：４１Ｙ）の転写部位との間に位置する記録
紙搬送路には、入口側のニップ搬送手段としてレジスト
ローラ５５、ピンチローラ５６対が設けられている。レ
ジストローラ５５、ピンチローラ５６対は、給紙ローラ
５３により搬送された記録紙４２を一時的に停止させ、
所定のタイミングで現像ステーションの方向に搬送させ
る。

【００９１】６０は記録紙通過センサである。記録紙通
過センサ６０は、記録紙搬送路を挟んで互いに対向する
位置に超音波送信および受信トランスデューサを配置し
たものであり、記録紙の先端を検出してレジストローラ
５５の回転開始タイミングを決定する機能と、搬送され
てきた記録紙４２がレジストローラ５５位置において瞬
間的に停止する時点に記録紙４２の厚みを検出する機
能、および記録紙の重送の有無を検出する機能を合わせ
持っている。記録紙の厚みや重送の有無の情報に基づい
て、実施の形態４の画像形成装置では転写ローラ（５２
Ｙ〜５２Ｋ）に印加する転写バイアスの設定値を制御し
ている。

【００９２】さて、レジストローラ５５の回転開始によ
って記録紙４２は記録紙搬送路４４に沿って現像ステー
ション４１Ｙの方向に搬送されるが、レジストローラ５
５の回転開始タイミングを起点として、各現像ステーシ
ョン（４１Ｙ〜４１Ｋ）に対する光学ユニット４５の静
電潜像の書き込みタイミングが独立して制御される。

【００９３】最下流現像ステーション（ブラック：４１
Ｋ）の更に下流側に位置する記録紙搬送路４４には出口
側のニップ搬送手段として定着器６２が設けられてい
る。定着器６２は既に実施の形態１〜３で説明したよう
に、インダクションヒータによって加熱ローラ１を加熱
するタイプのものである。

【００９４】実施の形態４における画像形成装置の定着
器６３は、励磁コイルによって加熱される加熱ローラ
１、加圧ローラ８を有すると共に、定着器周辺構成とし
て、表面温度検出手段として加熱ローラ１から照射され
る赤外線１６を検出する複眼型サーモパイル２４、赤外
線１６を複眼型サーモパイル２４に導く光学系としての
ミラー２０などを有する。

【００９５】更に定着器６２の下流側には排紙ローラ６
５が配置されている。排紙ローラ６５は定着後の記録紙
を画像形成装置４０外に排出するためのものである。

【００９６】７０はコントローラであり、外部のネット
ワークを介して図示しないコンピュータ等からの画像デ
ータを受信し、プリント可能な画像データを生成する。

【００９７】７１はエンジン制御部である。エンジン制
御部７１は画像形成装置４０のハードウェアやメカニズ
ムを制御し、コントローラ７０から転送された画像デー
タに基づいて記録紙４２にカラー画像を形成すると共
に、定着器６２の温度制御を含む画像形成装置の制御全
般を行っている。

【００９８】これまで説明してきたように、実施の形態
４の画像形成装置は、複数の現像ステーションを略線状
に配置し、１パスによって１枚の画像が形成される、い
わゆるタンデム型の画像形成装置である。

【００９９】コントローラの構成図８は実施の形態４の画像形成装置における、コントロ
ーラ７０の構成を示す図である。

【０１００】以降図８を用いてコントローラ７０の構成
と動作について説明する。

【０１０１】図８において、７３はコンピュータであ
る。コンピュータ７３はネットワーク７４経由でコント
ローラ７０に画像データやプリントジョブ情報を転送す
る。このプリントジョブ情報には、片面印字／両面印字
の指定等が含まれている。

【０１０２】７５はインタフェースである。コントロー
ラ７０はインタフェース７５を介して、コンピュータ７
３から転送されてきた画像データやプリントジョブ情報
を受信したり、逆に画像形成装置のエラー状況などのい
わゆるステータス情報をコンピュータ７３に送信するこ
とができる。

【０１０３】７６はＣＰＵであり、ＲＯＭ７７に格納さ
れたプログラムに基づきコントローラ７０の動作を制御
している。またＲＯＭ７７にはレジストパターンデータ
も記憶されている。

【０１０４】７８はＲＡＭであり、ＣＰＵ７６のワーク
エリアとして使用されると共に、インタフェース７５で
受信された画像データやプリントジョブ情報、およびペ
ージ単位に展開されたプリント可能な画像データ等が、
一時的に記憶される。

【０１０５】７９は操作ボタンである。操作ボタン７９
を用いることで、ユーザは所定のキーシーケンスに従っ
て画像形成装置の設定を行うことができる。

【０１０６】８０は表示パネルである。ユーザは表示パ
ネルの表示内容に基づき、プリントモード情報を始めと
する各種設定内容の確認や、エラー発生状況などを知る
ことができる。

【０１０７】８１は画像処理部である。画像処理部８１
ではコンピュータ７３から転送された画像データとプリ
ントジョブ情報（共に一時的にＲＡＭ７８に格納されて
いる）に基づき、ページ単位に画像処理（色補正、エッ
ジ補正、スクリーン生成等）を行ってプリンタで印字可
能な画像データを生成し、これを再度ＲＡＭ７８に格納
する。

【０１０８】８２はプリンタインタフェースであり、Ｒ
ＡＭ７８に格納されたページ単位の画像データは、プリ
ンタインタフェース８２を介してプリンタエンジン制御
部７１に転送される。

【０１０９】プリンタエンジン制御部の構成図９は実施
の形態４の画像形成装置における、プリンタエンジン制
御部７１の構成を示す図である。

【０１１０】以降図９に図７を併用して、プリンタエン
ジン制御部７１の構成と動作について説明する。

【０１１１】図９において９０はコントローラインタフ
ェースである。コントローラインタフェース９０は、コ
ントローラ７０から転送されるラスタ単位の画像デー
タ、およびプリントモード情報を受信する。プリントモ
ード情報とは画像データの転送に先立ちコントローラ７
０から転送される一種のコマンドであり、片面印字／両
面印字の指定等の情報が含まれている。

【０１１２】９１はＣＰＵであり、ＲＯＭ９２に格納さ
れたプログラムに基づきプリンタエンジンの動作を制御
している。コントローラインタフェース９０で受信され
たプリントモード情報もＣＰＵ９１によって認識され
る。

【０１１３】９３はＲＡＭであり、ＣＰＵ９１のワーク
エリアとして使用される。

【０１１４】９４はセンサ群およびセンサ出力の処理回
路群であり、例えば図７における記録紙通過センサ６０
や、記録紙カセット４３に設けられた記録紙サイズ検出
センサ（図示せず）等や、これらセンサ群が出力する信
号に対する処理回路が含まれる。図９に戻ってＣＰＵ９
１はセンサ出力の処理回路群の出力を入手し、画像形成
装置の状態を把握することができる。

【０１１５】９５はアクチュエータ群であり、図７に示
す給紙ローラ５３、感光体（５０Ｙ〜５０Ｋ）、定着器
の加熱ローラ１、排紙ローラ６５等を駆動するモータ類
や、レジストローラ５５に対する駆動力伝達を制御する
電磁クラッチ（図示せず）等、およびこれらのドライバ
が含まれる。図９に戻ってＣＰＵ９１はセンサ群９４か
ら得られる情報等に基づいてアクチュエータ群を制御
し、画像形成装置全体の動作をコントロールする。

【０１１６】９６は高圧電源制御部である。高圧電源制
御部９６はＣＰＵ９１から設定されたパラメータに応じ
て、電子写真プロセスの実行に必要な各高圧電位を制御
する。図７に示す記録紙通過センサ６０に超音波トラン
スデューサを用いることは既に述べたとおりだが、例え
ば、ＣＰＵ９１は記録紙通過センサ６０の出力に基づき
記録紙４２の厚みを推定し、推定結果に基づき高圧電源
制御部９６を制御して、各現像ステーションにおける転
写バイアス（転写ローラ５２Ｙ〜５２Ｋに印加される電
圧または電流値）を制御する。また記録紙通過センサ６
０の出力値が極端に低下した場合は、記録紙４２が重送
して搬送されたものと判断し、転写バイアスを最も厚手
の記録紙に対する設定と同等に制御する。

【０１１７】９９Ｙ，９９Ｍ，９９Ｃ，９９Ｋは各印字
色に対応した画像データに対する画像データ処理部であ
る。各画像データ処理部（９９Ｙ〜９９Ｋ）は、それぞ
れ独立した複数ライン分のラインメモリを有し（図示せ
ず）、予め設定された各色毎の画像形成タイミング情報
（これには各色のレジストレーション、即ち色ずれ補正
情報等も含まれる）に基づいて、ラインメモリ上で画像
データを操作すると共に、操作後の画像データの出力タ
イミングを調整する。

【０１１８】１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｋ
はレーザドライバであり、画像データ処理部（９９Ｙ〜
９９Ｋ）の出力に基づいてレーザダイオード（１０１
Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃ，１０１Ｋ）のＯＮ／ＯＦＦを
制御するものである。

【０１１９】２４は複眼型サーモパイルであり、実施の
形態３で詳細に説明したように、加熱ローラ１の複数の
領域の表面温度を独立に検出できる。ＣＰＵ９１はこの
検出結果を入手すると共に、検出結果に基づき加熱ロー
ラ１に投入すべき電力量を計算する。１０２は励磁回
路、９は励磁コイルである。励磁回路１０２は半共振型
のインバータであって、励磁コイル９に約３０ｋＨｚの
交流電流を印加する。

【０１２０】以降、図５を併用して説明を続ける。

【０１２１】さて、実施の形態４の画像形成装置におい
ては、励磁コイル９が電磁誘導によって加熱ローラ１を
発熱させる。励磁回路１０２から供給される交流電流に
よって励磁コイル９が発生する磁束は、加熱ローラ１の
有する磁性のために、加熱ローラ１内を円周方向に貫通
し、生成消滅を繰り返す。この磁束の変化によって加熱
ローラ１に発生する誘導電流は、表皮効果によって、そ
の殆どが加熱ローラ１の表面にのみ流れジュール熱を発
生させる。

【０１２２】ＣＰＵ９１は、複眼型サーモパイル２４で
得られた加熱ローラ１の表面温度情報に基づいて、励磁
コイル９に投入すべき電力量を計算し、励磁回路１０２
に対する制御信号を出力する。この制御信号は具体的に
は約３０ｋＨｚの周波数を有するパルス信号であって、
ＣＰＵ９１はこの制御信号におけるＯＮデューティ幅を
変化させることで、励磁コイル９に投入する電力量を制
御している。

【０１２３】画像形成装置の動作次に図７、図９を用いて実施の形態４の画像形成装置の
動作について説明する。

【０１２４】画像形成装置の電源が投入されると、プリ
ンタエンジン制御部７１のＣＰＵ９１は、現像ステーシ
ョン等作像に必要な構成要素の装着状態や、筐体のドア
状態等をチェックし、これらに異常がなければ初期化動
作を開始する。

【０１２５】初期化動作では、ＣＰＵ９１は画像形成装
置の制御可能な構成要素の動作をチェックする。初期化
動作でエラーが検出されなければ、ＣＰＵ９１はコント
ローラインタフェース９０を介してコントローラ７０に
画像形成が可能な状態になったこと（Ｒｅａｄｙ状態）
を通知する。

【０１２６】次に、図８を併用してコントローラ７０の
初期化および印字開始時の動作について説明する。

【０１２７】画像形成装置の電源が投入されると、コン
トローラ７０のＣＰＵ７６は、実装されているメモリの
チェックなどを行い、異常がない場合は、プリンタエン
ジン制御部７１からプリンタインタフェース８２を介し
てＲｅａｄｙ状態が通知されるまでウェイトする。

【０１２８】プリントエンジンのＲｅａｄｙ状態を確認
すると、ＣＰＵ７６はインタフェース７５の状態を監視
し、画像データ転送の有無を判定する。ＣＰＵ７６はイ
ンタフェース７５を介して画像データが転送されてくる
と、入力される画像データをＲＡＭ７８に順次格納する
と共に、画像処理部８１によって画像データの展開処理
（プリンタエンジンで印字可能なラスタデータへの変換
処理）を開始する。展開された画像データは再度ＲＡＭ
７８に格納され、少なくとも１ページ分の画像データが
揃うか、ＣＰＵ７６によって画像データの展開終了タイ
ミングが判明した場合に、プリンタインタフェース８２
を介してプリンタエンジン制御部７１にプリンタエンジ
ンの起動を要求する。

【０１２９】画像データの展開が完了すると、ＣＰＵ７
６はプリンタインタフェース８２を介して、プリンタエ
ンジン制御部７１にプリントモード情報を出力する。プ
リントモード情報には、画像データをプリントする際に
必要となる情報、例えば、片面／両面プリントの指定な
どが含まれる。

【０１３０】ＣＰＵ７６は上述したプリントモード情報
をプリンタエンジン制御部７１に転送した後、ＲＡＭ７
８に展開された画像データを、ＤＭＡ回路（図示せず）
を用いてＲＡＭ７８からプリンタインタフェース８２へ
転送する。プリンタエンジン制御部７１はプリンタイン
タフェース８２に対して、同期クロックを出力してお
り、同期クロックに同期して１ページ分の画像データが
コントローラ７０からプリントエンジン制御部７３に渡
される。

【０１３１】以降図７と図９を併用して説明を続ける。

【０１３２】プリンタエンジン制御部７１は、コントロ
ーラ７０からプリントモード情報を受信すると、ＣＰＵ
９１は直ちにアクチュエータ群９５を制御して、各現像
ステーション（４１Ｙ〜４１Ｋ）の感光体（５０Ｙ〜５
０Ｋ）およびポリゴンミラー４６の回転を開始すると共
に定着器６２への通電／温度管理等を開始する。

【０１３３】既に実施の形態１〜３で説明したように、
インダクションヒータを応用した定着器６２の加熱ロー
ラ１の昇温は非常に高速に行われる。ＣＰＵ９１は加熱
ローラ１の表面温度を定期的に監視し、その温度上昇カ
ーブから、少なくとも定着器６２に記録紙４２の先頭が
突入する際に、加熱ローラ１の表面温度が１７０゜Ｃと
なるタイミングを予測して、加熱ローラ１の表面温度が
定着可能温度となる前に、給紙ローラ５３を回転させて
記録紙４２を記録紙搬送路４４へ送出する。

【０１３４】ＣＰＵ９１は記録紙通過センサ６０の出力
を監視し、搬送された記録紙４２の先端を検出すると、
所定時間経過後にコントローラインタフェース９０を介
して同期クロック（図示せず）を出力する。

【０１３５】同期クロックに同期してコントローラ７０
から展開済みの画像データが転送されてくると、これら
のデータは各色単位にレーザドライバ（１００Ｙ〜１０
０Ｋ）に送られ、レーザダイオード（１０１Ｙ〜１０１
Ｋ）が駆動される。照射されたレーザ光線によって感光
体（５０Ｙ〜５０Ｋ）に潜像が形成され、各色の潜像は
順次、対応する現像ステーション（４１Ｙ〜４１Ｋ）に
よって現像され、記録紙４２上には未定着トナー像が形
成される。未定着トナー像が形成された記録紙４２は、
記録紙搬送路４４に沿って定着器６２に導かれ、記録紙
４２上に形成された未定着トナー像は記録紙に定着され
る。

【０１３６】定着器の温度管理さて、定着器６２において、加熱ローラ１が所定の温
度、例えば１７０゜Ｃに到達した後は、ＣＰＵ９１は複
眼型サーモパイル２４の出力に基づき、加熱ローラ１の
表面温度が一定となるようにフィードバック制御を行
う。

【０１３７】図１０は実施の形態４における、定着器温
度管理に関する制御信号の生成過程を示すフローチャー
トである。以降実施の形態４の画像形成装置で採用して
いるフィードバック制御について図１０に図５を併用し
て説明する。

【０１３８】実施の形態４の画像形成装置では、加熱ロ
ーラ１の温度制御にＰＩ制御を採用している。ＰＩ制御
とはＰ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ：比例）項とＩ（Ｉ
ｎｔｅｇｒａｌ：積分）項を用いた手法であり、比例積
分制御とも呼ばれる制御手法である。

【０１３９】まずステップＳ０００１で、加熱ローラ１
の中央部に設定された特定領域２１ａの温度を計測す
る。次にステップＳ０００２で、加熱ローラ１の周辺部
に設定された特定領域２１ｂの温度を計測する。

【０１４０】次にステップＳ０００３で、得られた２つ
の温度計測値を加工する。この加工処理には、特定領域
２１ａから得られた温度計測値と、特定領域２１ｂから
得られた温度計測値を平均化する処理などが含まれる
（後に詳しく説明する）。

【０１４１】次に最終的に得られた（制御に利用する）
温度情報に基づき、ＳＴＥＰ０００４で温度偏差Δｅを
（数２）の式に従って計算する。

【０１４２】

【数２】

【０１４３】ただし、目標温度および加熱ローラ温度は
絶対温度である。

【０１４４】次にステップＳ０００５で、（数３）の式
に従ってステップＳ０００４で得られた温度偏差Δｅを
累積（積分）する。

【０１４５】

【数３】

【０１４６】次にステップＳ０００６で、ステップＳ０
００４で得た温度偏差Δｅと、ステップＳ０００５で得
た偏差累積値を用いて、制御指令値を（数４）の式に従
って計算する。

【０１４７】

【数４】

【０１４８】比例積分制御にはＣ₂とＣ₃の２つの係数が
あり、Ｃ₂を比例係数、Ｃ₃を積分係数と呼称する。これ
らの係数は、制御系を構成するハードウェア（励磁回
路、励磁コイル等）に依存するもので、例えばＳＰＩＣ
Ｅ等によるアナログシミュレーションによって決定する
ことができる。

【０１４９】以降図９を併用して説明を続ける。

【０１５０】ＣＰＵ９１によって上記計算が実行され、
ステップＳ０００６で得られた制御指令値は、励磁回路
１０２に出力される。励磁回路１０２はＣＰＵ９１が出
力した制御指令値に基づき、励磁コイル９に供給する３
０ｋＨｚのパルス信号のＯＮデューティ幅を制御する。
これによって励磁コイル９に出力される交流電流のピー
ク値が変わるため、結果的に励磁コイル９に投入される
電力を制御することができる。

【０１５１】なお、実施の形態４では、励磁コイル９に
投入する電力を制御して、加熱ローラ１の表面温度を制
御しているが、例えば同一の電力を供給しつつ、これを
所定の時間単位でＯＮ／ＯＦＦ制御することも、もちろ
ん可能である。この場合は励磁コイル９への投入電力は
一定だが、投入時間を制御しており、結果的に励磁コイ
ル９に投入するエネルギーを制御することになる。

【０１５２】図１１は実施の形態４において、定着装置
の温度管理における温度情報の加工シーケンスを示すフ
ローチャートである。以降図１１に図５と図７を併用し
て、実施の形態４における温度情報の加工、特に温度検
出手段として複眼型サーモパイル２４を用いた場合につ
いて詳細に説明する。なお、このシーケンスは図１０の
ステップＳ０００３を詳細に説明するものである。

【０１５３】図１１において、まず、ステップＳ００１
１で記録紙カセット４３（図７参照）に装填されている
記録紙４２のサイズをチェックする。以降の説明を簡単
にするため、実施の形態４の画像形成装置が印字可能な
最大幅の記録紙は、レターサイズであると仮定する。

【０１５４】もし、記録紙幅がレターサイズまたはＡ４
サイズである場合は、ステップＳ００１２へと処理が移
る。ステップ００１２では、図１０のステップＳ０００
１およびステップＳ０００２で入手済みの、加熱ローラ
１の特定領域２１ａおよび特定領域２１ｂの温度計測値
に基づき、これらの平均温度を計算し、これを加熱ロー
ラ１の温度情報として選択し処理を終了する。

【０１５５】記録紙の幅が加熱ローラ１と比較してほぼ
同等の幅を有する場合、以上述べたように、温度情報は
より広範囲から収集する方が望ましい。これは、加熱ロ
ーラ１上に付着するゴミや微小な傷による温度計測誤差
をなるべく小さくするための措置である。

【０１５６】さて、一方ステップＳ００１１で、記録紙
幅がレター／Ａ４サイズよりも小さい（具体的にはＢ５
サイズやハガキサイズ）と判定された場合、処理はステ
ップＳ００１３に移る。ステップＳ００１３では、図１
０のステップＳ０００１およびステップＳ０００２で入
手済みの、加熱ローラ１の特定領域２１ａおよび特定領
域２１ｂの温度計測値のうち、特定領域２１ａ、即ち加
熱ローラの中央部の温度計測値を温度情報として選択す
る。

【０１５７】記録紙の幅が加熱ローラ１と比較して小さ
い場合、加熱ローラ１の中央部（特定領域２１ａ）は給
紙された記録紙の通紙経路に当たるため、記録紙に熱が
奪われる分の温度低下が発生する。一方、加熱ローラ１
の周辺部（特定領域２１ｂ）は、記録紙が通紙されてお
らず、加熱ローラ１の該当部位の表面温度はそれほど低
下しない。従って、この２つの領域の温度を平均化して
温度情報とすることはできない。このように実際に記録
紙が通紙されている領域である加熱ローラ１の中央部
（特定領域２１ａ）の温度計測値を温度情報として選択
することで、温度制御を正常に行うことができる。

【０１５８】しかしながら、記録紙の幅が加熱ローラ１
と比較して小さい場合は、画像形成装置で連続して印字
を行ううちに、加熱ローラ１の中央部（特定領域２１
ａ）と周辺部（特定領域２１ｂ）で温度差が拡大してい
く。

【０１５９】次にステップＳ０００１４で加熱ローラ１
の中央部（特定領域２１ａ）と周辺部（特定領域２１
ｂ）の温度差を計算する。実施の形態４では、この温度
差が７０゜Ｃを越えた場合は、加熱ローラ１の周辺部
（特定領域２１ｂ）の温度が異常高温状態と判断し、ス
テップＳ００１６に処理が移る。ステップＳ００１６で
はプリント待機フラグをＯＮにして、処理を終了する。

【０１６０】一方、ステップＳ００１４で加熱ローラ１
の中央部（特定領域２１ａ）と周辺部（特定領域２１
ｂ）の温度差が７０゜Ｃ未満と判断された場合は、ステ
ップＳ００１５に処理が移り、プリント待機フラグをＯ
ＦＦにして処理を終了する。

【０１６１】次に図９を併用して説明を進める。

【０１６２】さて、ステップＳ００１５でプリント待機
フラグがＯＮに操作された場合は、実施の形態４の画像
形成装置は、現在印字中のプリントジョブ（１ページ単
位）が完了すると加熱ローラ１のクールダウンを行う。
具体的にはＣＰＵ９１は、加熱ローラ１の回転を維持し
たままで、励磁回路１０２を制御して励磁コイル９への
電力供給を中止する。その後、加熱ローラ１の中央部
（特定領域２１ａ）および周辺部（特定領域２ｂ）の温
度計測値を監視しつづけ、これら２つの温度差が２０゜
Ｃ未満になった時点で、プリント待機フラグをＯＦＦに
書き換え、印字動作を再開する。

【０１６３】以上述べてきたように、実施の形態４で
は、加熱ローラ１の中央部（特定領域２１ａ）と周辺部
（特定領域２１ｂ）の温度差に基づき、以降の処理に用
いるフラグを操作しているが、実際の安全性の上で問題
となるのは、異常に温度上昇している部分であるため、
加熱ローラ１の周辺部（特定領域２１ｂ）の温度計測値
のみに基づいて、プリント待機フラグの操作を行うこと
ももちろん可能である。

【０１６４】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によっ
て、急激に変化する加熱部材の温度を高速で高精度に検
出できるため、温度制御におけるオーバシュートや温度
リップルの発生を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１における、加熱装置としての定着
装置の構造を示す断面図

【図２】実施の形態１における、加熱装置としての定着
装置の構造を示す上面図

【図３】実施の形態２における、加熱装置としての定着
装置の構造を示す断面図

【図４】実施の形態２における、加熱装置としての定着
装置の構造を示す上面図

【図５】実施の形態３における、加熱装置としての定着
装置の構造を示す上面図

【図６】（ａ）実施の形態３において、定着装置で幅が
大きい記録紙に定着を行った場合の状態を示す図（ｂ）実施の形態３において、定着装置で幅が大きい記
録紙に定着を行った場合の状態を示す図

【図７】実施の形態３で説明した定着装置を搭載した画
像形成装置の構成図

【図８】実施の形態４の画像形成装置における、コント
ローラ７０の構成を示す図

【図９】実施の形態４の画像形成装置における、プリン
タエンジン制御部７１の構成を示す図

【図１０】実施の形態４における、定着器温度管理に関
する制御信号の生成過程を示すフローチャート

【図１１】実施の形態４において、定着装置の温度管理
における温度情報の加工シーケンスを示すフローチャー
ト

【図１２】従来の加熱装置としての定着装置の構造を示す断面図

【図１３】加熱ローラの詳細な断面図

【符号の説明】

１加熱ローラ２発熱ベルト５離型層６シリコンゴム層７基材層８加圧ローラ９励磁コイル１０背面コア１２記録紙１３未定着トナー像１６赤外線１７サーモパイル１８集光レンズ１９アパーチャ２０ミラー２１特定領域２２導波管２３開口部２４複眼型サーモパイル４０画像形成装置４２記録紙６２定着器７０コントローラ７１プリンタエンジン制御部９１ＣＰＵ１０２励磁回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｇ 15/20 １０９Ｇ０３Ｇ 15/20 １０９ 21/00 ５００ 21/00 ５００ (72)発明者中野雅明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2G066 AC16 BA08 BA25 BA60 BB01 BC30 CB10 2H027 DA12 DC19 DE02 DE07 EA12 EC20 EH08 EH10 EK03 ZA03 2H033 AA03 AA18 AA24 BA11 BA25 BA32 BB18 BB28 BE06 CA07 CA27 CA38 CA44 3K059 AA08 AB19 AC33 AC42 AD02 AD04 CD06 CD18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加熱体を加熱する加熱部材と、電磁誘
導により前記加熱部材を加熱する電磁誘導加熱手段と、
前記加熱部材から放射される赤外線を検出する赤外線検
出手段と、前記赤外線検出手段の検出値に基づいて、前
記電磁誘導加熱手段への供給電力を制御して前記加熱部
材の温度を制御する温度制御手段とを有することを特徴
とする加熱装置。
【請求項２】前記加熱部材から放射される赤外線を前
記赤外線検出手段に導くための光学系を有することを特
徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】前記光学系が、ミラーを有することを特
徴とする請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】前記光学系が、内面が略鏡面よりなる導
波管を有することを特徴とする請求項２に記載の加熱装
置。
【請求項５】前記加熱部材の所定部分から放射される
赤外線のみが前記赤外線検出手段に達するように、前記
加熱部材の所定部分から放射される赤外線以外の赤外線
が前記赤外線検出手段に達するのを遮断するための遮断
手段を有することを特徴とする請求項１に記載の加熱装
置。
【請求項６】被加熱体を加熱する加熱部材と、電磁誘
導により前記加熱部材を加熱する電磁誘導加熱手段と、
前記加熱部材の複数の異なる部分から放射される赤外線
を別々に検出する複数の赤外線検出手段と、前記複数の
赤外線検出手段の検出値に基づいて、前記電磁誘導加熱
手段への供給電力を制御して前記加熱部材の温度を制御
する温度制御手段とを有することを特徴とする加熱装
置。
【請求項７】記録媒体上に形成されたトナー像を加熱
して前記記録媒体に定着する定着装置であって、請求項
１〜５のいずれかに記載の加熱装置を有することを特徴
とする定着装置。
【請求項８】記録媒体上に形成されたトナー像を加熱
して前記記録媒体に定着する定着装置であって、請求項
６に記載の加熱装置を有することを特徴とする定着装
置。
【請求項９】前記加熱部材が加熱ローラまたは加熱ベ
ルトであることを特徴とする請求項８に記載の定着装
置。
【請求項１０】前記複数の赤外線検出手段のうち少な
くとも１つは、使用する最小の記録媒体の通過範囲にお
ける前記加熱ローラまたは加熱ベルトから放射される赤
外線を検出し、前記複数の赤外線検出手段のうち少なく
とも１つは、使用する最大の記録媒体の通過範囲であっ
て、前記最大の記録媒体の次に大きい記録媒体の通過範
囲外における前記加熱ローラまたは加熱ベルトから放射
される赤外線を検出することを特徴とする請求項８に記
載の定着装置。
【請求項１１】記録媒体上にトナー像を形成するトナ
ー像形成手段と、請求項７に記載の定着装置とを有する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】記録媒体上にトナー像を形成するトナ
ー像形成手段と、請求項８〜１０のいずれかに記載の定
着装置とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】前記複数の赤外線検出手段の検出値の
差が所定の値より大きい場合は、画像形成動作を中断す
ることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１４】前記複数の赤外線検出手段の検出値の
差が所定の値より小さくなったことを検出して、画像形
成動作を再開させることを特徴とする請求項１３に記載
の画像形成装置。
【請求項１５】使用する前記記録媒体のサイズを検出
するサイズ検出手段を有し、前記温度制御手段が、前記
サイズ検出手段の検出結果に基づいて、前記複数の赤外
線検出手段の検出値のうちから少なくとも１つを選択
し、選択された前記赤外線検出手段の検出値に基づい
て、前記電磁誘導加熱手段への供給電力を制御して前記
加熱部材の温度を制御することを特徴とする請求項１２
に記載の画像形成装置。
【請求項１６】前記サイズ検出手段の検出結果に基づ
いて、前記記録媒体の通過範囲幅が所定の値より大きい
と判断された場合は、前記温度制御手段は、前記複数の
赤外線検出手段の検出値を平均化し、この平均化された
値に基づき前記加熱部材を所定の温度に制御することを
特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
【請求項１７】前記サイズ検出手段の検出結果に基づ
いて、前記記録媒体の通過範囲幅が所定の幅より小さい
と判断された場合は、前記温度制御手段は、前記複数の
赤外線検出手段の検出値のうちから少なくとも１つを選
択し、選択された赤外線検出手段の検出値に基づき前記
加熱部材を所定の温度に制御することを特徴とする請求
項１５に記載の画像形成装置。
【請求項１８】前記複数の赤外線検出手段の検出値の
うちから少なくとも１つを選択する際に、前記記録媒体
の通過範囲における前記加熱部材から放射される赤外線
を検出する赤外線検出手段の検出値を選択することを特
徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。