JP2007148127A - 定着装置と画像形成装置及びその定着装置の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部が急峻に温度上昇する場合でも、その温度制御を安全且つ正確に行えるようにし、温度センサの一部には応答性の低い安価な温度センサも使用できるようにする。
【解決手段】定着ユニット６には、加熱ローラ２４内に軸方向の異なる部位を加熱する複数のヒータ３１，３２を備え、それに対応して応答性が異なる複数の温度センサ１１，１２を設け、温度制御手段１０は、急峻な温度上昇時には温度制御切換手段１８が第１の温度制御手段１６を動作させて、最も応答性が高い温度センサ１１によって検出される温度情報によって複数のヒータ３１，３２を温度制御し、定常状態では第２の温度制御手段１７を動作させて、各温度センサ１１，１２によって検出される各温度情報に基づいて複数のヒータ３１，３２を個別に温度制御する。

Description

この発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ装置、あるいはそれらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置において使用される定着装置と、その定着装置を備えた画像形成装置、およびその定着装置の温度制御方法に関する。

上述のような電子写真方式の画像形成装置に設けられる定着装置は、加熱される定着ローラと加圧ローラとのニップ部、あるいは定着ローラと別に設けられた加熱ローラとの間に張装された定着ベルトの定着ローラの外周に巻回された部分と加圧ローラとのニップ部を、未定着トナー像が転写された転写紙を通過させることによって、加熱及び加圧してトナー像を転写紙に定着させる装置である。
この定着装置の定着ローラあるいは加熱ローラ等のローラにはヒータが内蔵されており、そのヒータによる加熱温度を常に適正な定着温度に制御するための正確な温度制御が必要とされている。

また、省電力化を図るために、定着ローラあるいは加熱ローラ等のローラ内に軸方向の中央部にヒータをもつ中央部加熱ヒータと両端部にヒータをもつ端部加熱ヒータの２本を内蔵し、その２本のヒータを使用する転写紙のサイズと向きによって切り換えて使用するようにしたものもある。例えば、Ａ４横（搬送方向に直交する方向に長片を向ける）の転写紙に画像を形成する場合は両ヒータを用い、Ａ４縦（搬送方向に長片を向ける）の転写紙に画像を成するの場合は中央部加熱ヒータのみを用いるようにすることによって無駄な電力消費を省くことができる。

ところで、上述した定着装置の定着ローラあるいは定着ベルトの温度を適切な温度に維持するためには、それらの温度を正確に検出する必要がある。そのための温度センサとして、例えば特許文献１に見られるように、接触式温度センサであるサーミスタや、非接触式温度センサであるサーモパイルなどが用いられている。
サーモパイルは多数の熱電対が直列に接続されており、対象物体から放射される赤外線を集光してその温接点に受け、冷接点との温度差に応じた熱起電力を発生するものであり、非接触で正確な温度検知が可能であるが、コストが高く汚れに弱いという問題がある。

一方、サーミスタは安価で汚れにも強いが応答性が劣る。また、サーミスタは一般に温度検知の対象物体に接触させて使用するが、これを非接触で使用する場合、サーミスタ自身の周囲温度により検出温度が変化してしまうため、サーモパイルに比べると検出精度が劣っている。
そこで、主サーミスタの近傍にその周囲温度を検知する副サーミスタを配置して、その副サーミスタを使用して主サーミスタの温度を検出し、その検出温度によって主サーミスタによる検知温度を補正することにより、正確な温度検知が可能になることが知られている。
特開２００５−２４４３６号公報

しかしながら、このようにして主副のサーミスタ対を非接触で用いて温度検出しても、サーモパイル等の高価な赤外線温度センサに比べるとその応答性に難があり、急激な温度変化に追従することができず、その検出精度に問題があった。
また、従来から画像形成装置に用いられる定着装置のヒータは、画像形成装置の電源をオンした場合に、ユーザに対して待ち時間（ウオームアップ時間）を極力短くするために、所定温度に達するまでに時間がかかる定着装置のヒータに供給電力を集中させて、定着ローラあるいは加熱ローラがなるべく早く所定温度（例えば１７０℃前後）に達するように温度制御されている。

その場合、定着ローラあるいは加熱ローラ等のローラの温度の立ち上がりは急峻なプロファイルとなるため、上述したように応答性に難のあるサーミスタ対を用いて温度を検出し、その検出した温度に基づいて温度制御を行なうと、所定の設定温度を大幅に上回ってしまう恐れがあるなどの問題がじることは否めなかった。

この発明は、前述のように省電力化を図った定着装置及びそれを備えた画像形成装置において、例えば電源投入時や予熱（省電力）モードが解除されたときのように急峻な温度立ち上がりが想定される場合でも、定着装置の温度制御を安全且つ正確に行えるようにしながら、温度センサの一部には上述したサーミス対のような比較的応答性の低い安価な温度センサも使用できるようにしてコストダウンを図ることを目的とする。

この発明による定着装置は、上記の目的を達成するため、ローラ内にその軸方向のそれぞれ異なる部位を加熱する複数のヒータを備え、その複数のヒータによって加熱されるローラから供給される熱により、転写紙上に形成されたトナー像を定着する定着装置であって、上記複数のヒータに対応して上記ローラの軸方向のそれぞれ異なる部位の温度を非接触で検出する応答性が異なる複数の温度センサと、その複数の温度センサによって検出される温度情報に基づいて前記複数のヒータの温度制御を行う温度制御手段とを備えている。

そして、その温度制御手段は、上記複数の温度センサのうちで最も応答性が高い温度センサによって検出される温度情報に基づいて上記複数のヒータの温度制御を行う第１の温度制御手段と、上記複数の温度センサによってそれぞれ検出される各温度情報に基づいて上記複数のヒータの温度制御を行う第２の温度制御手段とを有し、急峻な温度上昇時には上記第１の温度制御手段を動作させる。

上記複数の温度センサのうち最も応答性が高い温度センサはサーモパイルであるのが望ましく、それ以外の温度センサはサーミスタ対であってもよい。
また、上記複数の温度センサのうち最も応答性が高い温度センサは、上記加熱ローラ又は定着ローラの軸方向の中央部近傍の温度を検出する位置に設けるとよい。

上記温度制御切換手段は、電源が投入されてから前記複数の温度センサのうちで最も応答性が低い温度センサによって検出される温度情報が所定温度に達するまでの間を、急峻な温度上昇時と判断する手段を有するとよい。
さらに、上記温度制御切換手段は、上記ローラの制御温度を定着温度より低い値に設定した予熱モードが解除されてから上記複数の温度センサのうちで最も応答性が低い温度センサによって検出される温度情報が所定温度に達するまでの間を、急峻な温度上昇時と判断する手段も有することができる。

また、上記複数の温度センサのうち最も応答性が高い温度センサ以外の温度センサによって検出される温度情報に基づいて異常状態を判別する異常判別手段を設けてもよい。
この発明による画像形成装置は、上記いずれかの定着装置を備えた電子写真方式の画像形成装置である。

この発明による定着装置の温度制御方法は、ローラ内にその軸方向のそれぞれ異なる部位を加熱する複数のヒータを備え、その複数のヒータによって加熱されるローラから供給される熱により、転写紙上に形成されたトナー像を定着するように構成され、上記複数のヒータに対応して上記ローラの軸方向のそれぞれ異なる部位の温度を非接触で検出する応答性が異なる複数の温度センサを設けた定着装置の温度制御方法であり、
急峻な温度上昇時には、上記複数の温度センサのうちで最も応答性が高い温度センサによって検出される温度情報に基づいて上記複数のヒータの温度制御を行い、
定常状態での温度制御時には、上記複数の温度センサによってそれぞれ検出される各温度情報に基づいて上記複数のヒータの温度制御を行う。

この発明によれば、定着装置の加熱ローラ又は定着ローラ等の複数のヒータを内蔵するローラが急峻な温度上昇をするときには、複数の温度センサのうちで最も応答性が高い温度センサによる検出温度に基づいて、上記ローラ内に設けた複数のヒータを全て温度制御するので、応答性の低いサーミスタ対等の温度センサの検出温度に基づいて温度制御して上記ローラを過熱させるような恐れはなくなり、安全且つ速やかに所定の定着温度に到達させることができる。

そして、上記ローラの温度が略目標温度に達して定常状態になった後は、全ての温度センサによる検出温度に基づいて対応する各ヒータを個別に温度制御することによって、上記ローラの各部位の温度を正確に目標温度に制御することができる。
しかも、複数の温度センサのうちの少なくとも一つが応答性の高い温度センサであればよいので、他の温度センサには安価なサーミスタ対などを使用することができ、定着装置および画像形成装置のコストダウンを図ることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
まず、この発明による定着装置を備えた電子写真方式の画像形成装置の一実施形態であるカラープリンタの概略構成を図２に示す。この図において、太線矢印は線転写紙の給紙からトナー像の転写、定着、排紙に至る搬送径路を示している。

この図２に示すカラープリンタ１は、筐体２内の下部に２段の給紙トレイ３Ａ、３Ｂを引き出し可能に装着し、そこに収納された転写紙Ｐを給紙ローラ対４Ａ又は４Ｂによって給紙できるようになっている。その上部に作像部５と定着ユニット６を備えている。さらに、筐体２の側面に手差しトレイ８を回動可能に設けている。また、筐体２の上面の一部Ｌ字型に窪んで排紙トレイ９を形成している。

作像部５は、水平方向に張装されて矢示方向に回動する中間転写ベルト５２と、その中間転写ベルト５２の下側に沿って、上流側から下流側に間隔を置いて順次配設されたイエロー作像ユニット５１Ｙ、マゼンタ作像ユニット５１Ｍ、シアン作像ユニット５１Ｃ、およびブラック作像ユニット５１Ｂと、転写紙に対する転写ローラ５３を備えている。
各、作像ユニット５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｂは、それぞれ中間転写ベルト５２を挟んで感光体ドラムと転写ローラが設けられ、その各感光体ドラムの周囲に帯電部、露光部、現像部等が配設され、その現像部のトナーの色が、それぞれ黄色、マゼンタ、シアン、黒と異なっている。

定着ユニット６は、筐体２内の上部に排紙トレイ８に近接して設けられており、内部に定着ローラ２１と加圧ローラ２２および定着ベルト２３と加熱ローラ２４等を備えているが、その詳細は図３によって後述する。
このカラープリンタ１による画像形成時には、給紙トレイ３Ａ、３Ｂ、または手差しトレイ８のいずれかが選択されてその転写紙が太線矢印で示すように給紙され、作像部５において中間転写ベルト５２の下面に、各作像ユニット５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｂによって黄色、マゼンタ、シアン、黒のトナー像が順次重ねて転写されたフルカラーのトナー画像を、中間転写ベルト５２と転写ローラ５３との間を転写紙Ｐが通過する際に転写し、それを定着ユニット６の定着ベルト２３を巻回した定着ローラ２１と加圧ローラ２２とのニップ部を通過させてトナー像をその転写紙に定着した後、排紙トレイ９上に排紙する。

ここで、定着ユニット６の詳細を図３に示す拡大構成図および図４乃至図６も用いて説明する。この図３に示す定着ユニット６は、複数のヒータを内蔵するローラとして定着ローラ２１とは別に加熱ローラ２４を備え、その加熱ローラ２４と定着ローラ２１との間に合成ゴム等の耐熱性弾性材からなる定着ベルト２３が張装され、矢示Ａ方向に回転する定着ローラ２１の外周に巻回された定着ベルト２３と矢示Ｂ方向に回転する加圧ローラ２２とでニップ部２５を形成している。
その定着ベルト２３の中間部内面にテンションローラが転接しており、付勢部材であるスプリング２７によって適切な張力が付与されている。

加熱ローラ２４内には、図４にも示すようにその軸線方向に沿って平行に、それぞれパイプ状の中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２とが内蔵されている。そして、図５に示すように、中央部加熱ヒータ３はその長手方向の中央部に発熱源であるヒータ抵抗３３を有し、端部加熱ヒータ３２はその長手方向の両端部付近に発熱源であるヒータ抵抗３４を有している。
一方、加圧ローラ２２は外周部に合成ゴム等の耐熱性弾性材が被覆されており、内部にヒータ抵抗３６を有する加熱用ヒータ３５を内蔵している。

また、ニップ部２５の入り口側には入口ガイド３７が、出口側には出口ガイド３８と分離部材３９が、転写紙Ｐの搬送径路に対してそれぞれ斜めに配設されている。
そして、図３の下側から未定着トナー像Ｔａが転写された転写紙Ｐが矢印方向に搬送されてニップ部２５に挟持され、そこでヒータ３１，３２，３６からニップ部２５に供給される熱による加熱と、加圧ローラ２２による加圧力とを受けて未定着トナー像Ｔａが転写紙Ｐに定着されて定着トナー像Ｔｂとなり、その転写紙Ｐが出口側から矢印方向に送出される。

加熱ローラ２４内の中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２は、省電力を図るために定着ユニット６に搬送される転写紙のサイズと向きによって切り換えて使用することができる。例えば、Ａ４横又はＢ５横あるいはＢ４サイズ以上の転写紙に画像を形成する場合は、中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２を両方を使用し、Ａ４縦又はＢ５縦あるいはＡ５サイズ以下の転写紙に画像を成する場合は中央部加熱ヒータ３１のみを使用するように切り換えることによって、無駄な電力消費を省くことができる。

また、加熱ローラローラ２４によって加熱される転写ベルト２３の温度を正確に制御するためにその加熱ローラ２３に内蔵する中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２の発熱体であるヒータ抵抗３３，３４に対応する外部位置に、図３及び図５に示すように、第１の温度センサ１１と第２の温度センサ１２を転写ベルト２３に対して非接触で配置している。図５は、図３及び図４に示す中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２内のヒータ抵抗３３，３４の位置と第１の温度センサ１１および第２の温度センサ１２との配置関係を示す。

第１の温度センサ１１は、応答性が高い赤外線センサであり、この例では多数の熱電対を冷接合部と温接合部との間に直列に接続して配置したサーモパイルである。そして、対象物体（この場合は転写ベルト２３あるいは加熱ローラ２４）から放射される赤外線がサーモパイル温接合部に入射すると、冷接合部との温度差にに応じた熱起電力が発生する。
この第１の温度センサ１１は、図５に示すように中央部加熱ヒータ３１のヒータ抵抗３３に対応する位置に配置され、加熱ローラ２４の軸方向の中央部付近の温度を検出する。

第２の温度センサ１２は、温度によって抵抗値が変化する主サーミスタ１２ａと副サーミスタ１２が図６に示すようにケース部材１３内に隣接して設けられたサーミスタ対であり、主サーミスタ１２ａによって対象物体（この場合は転写ベルト２３あるいは加熱ローラ２４）の温度を検出し、副サーミスタ１２が主サーミスタ１２ａの周囲温度を検出して、その検出値によって主サーミスタ１２ａによる検出温度を補正できるようになっている。このサーミスタ対はサーモパイルに比べると安価であるが応答性は劣る。

この第２の温度センサ１２は、図５に示すように端部加熱ヒータ３２のヒータ抵抗３４に対応する位置に配置され、加熱ローラ２４の軸方向の端部付近の温度を検出する。
図３において、第１の温度センサ１１および第２の温度センサ１２からそれぞれ転写ベルト２３の表面に延びる仮想線は、各温度センサによる転写ベルト２３の移動方向における温度検出範囲を示している。

次に、このカラープリンタにおける制御部の概構成を図７によって説明する。
図７に示す制御部７は、ＣＰＵ７０、ＲＯＭ７１、ＲＡＭ７２、およびＮＶ−ＲＡＭ７３が、内部バス７４を介して相互に接続されて、マイクロコンピュータを構成している。そして、図示を省略している入出力ポートを介して、操作部７５、電装制御部７６、画像メモリ７７、および画像処理部７８などが接続されている。

ＣＰＵ７０は、図２に示したカラープリンタ全体を統括制御する制御手段であり、ＲＯＭ７１に格納されている種々のプログラムを実行することにより、この発明による定着装置の温度制御手段としての機能を含む画像形成に係る種々の機能を実行する。ＲＯＭ７１はプログラムメモリであり、ＣＰＵ７０が実行する各種のプログラムや固定的なパラメータ等を記憶している。ＲＡＭ７２はデータメモリであり、一時的に使用するデータを記憶したり、ＣＰＵ７０のワークメモリとして使用される。ＮＶ−ＲＡＭ７３は画像形成装置の製品データまたは機器制御経過時間保持用のデータを記憶する不揮発性メモリである。

操作部７５は、利用者による操作を受け付けるためのキーやボタンと、このプリンタの動作状態や設定内容あるいは利用者へのメッセージ等を液晶ディスプレイや発光ダイオード等により表示する表示器を備えている。
電装制御部７６は、図２に示した給紙ローラ対４Ａ，４Ｂをはじめとする転写紙の搬送に係る各部、作像部５の各部、定着ユニット６の各部などの各種モータ、アクチュエータ、クラッチ、センサ等の電装品の制御に必要な駆動制御回路や検出回路等である。この電装制御部７６に接続される電装品の中で、特にこの発明に係わる定着ユニット６の要部である中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２を内蔵とた加熱ローラ２４、及び第１の温度センサ１１と第２の温度センサ１２だけを示している。

そして、第１の温度センサ１１と第２の温度センサ１２によって検出した温度情報を電装制御部７６に入力し、ＣＰＵ７０がそれを読み取って判別や演算等の処理を行い、制御情報を電装制御部７６に出力し、電装制御部７６によって中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２の通電のＯＮ／ＯＦＦ及び通電時にヒータ抵抗３３，３４（図５参照）に流す電流値を制御させてその発熱量を制御し、定着ベルトの温度が目標値になるように制御する。

画像メモリ７７は外部のパーソナルコンピュータ等から転送されてくる印刷用のデータを一時記憶し、画像処理部７８によって必要な画像処理を施された画像データが描画されるメモリである。ＣＰＵ７０はその画像データを電装制御部７６を介して、図２に示した作像部５の各色の作像ユニットのレーザ書き込み部に送出して画像形成を行うが、これらの画像形成に関する処理は従来のカラープリンタと同様であるから、詳細な説明は省略する。

この制御部７による定着ユニット６の温度制御に関する機能を、図１によってより詳細に説明する。
図１は、この発明による定着装置の基本的な実施形態を示す機能ブロック図である。この定着装置は、図７に示した定着ユニット６と、制御部７におけるＣＰＵ７０及び電装制御部７６等による定着ユニット６の温度制御に関する機能からなる温度制御手段１０とによって構成されている。

定着ユニット６は、前述したように加熱ローラ２４内にその軸方向のそれぞれ異なる部位を加熱する複数のヒータである中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２を備え、それらによって加熱される加熱ローラから供給される熱により、図３によって説明したように、定着ベルト２３及び定着ローラ２１と加圧ローラ２２とによって、転写紙Ｐ上に形成されたトナー像を定着する。

また、その加熱ローラ２４の軸方向のそれぞれ異なる部位の温度を非接触で検出する複数の温度センサとして、中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２による加熱部位に対応して、加熱ローラ２４の軸方向の中央部近傍の温度を検出するに第１の温度センサ１１と、端部近傍の温度を検出する第２の温度センサ１２をそれぞれ非接触で配置している。なお前述したように、第１の温度センサ１１には応答性の高いサーモパイルを使用し、第２の温度センサ１２には応答性がサーモパイルより劣るサーミスタ対を使用している。

温度制御手段１０は、この定着ユニット６の第１の温度センサ１１と第２の温度センサ１２によって検出される温度情報に基づいて、加熱ローラ２４に内蔵する中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２の温度制御すなわち定着温度の制御を行う。
この温度制御手段１０は、第２の温度センサ１２の主サーミスタ１２ａによって検出される温度情報を副サーミスタ１２ｂによって検出される温度情報によって補正する検出温度補正手段１５を有する。

さらに、複数の温度センサのうちで最も応答性が高い温度センサである第１の温度センサ１１によって検出される温度情報のみに基づいて、複数のヒータである中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２の両方の温度制御を行う第１の温度制御手段１６と、複数の温度センサである第１の温度センサ１１と第２の温度センサ１２によってそれぞれ検出される各温度情報（第２の温度センサ１２による温度情報は検出温度補正手段１５によって補正された温度情報）に基づいて、複数のヒータである中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２の温度制御を個別に行う第２の温度制御手段１７と、ウオームアップ期間のような急峻な温度上昇時には第１の温度制御手段１６を動作させ、定常状態での温度制御時には第２の温度制御手段１７を動作させる温度制御切換手段１８とを有する。

電源ＯＮ（電源投入）時点から検出温度が所定温度、例えば定着温度である１７０℃に到達するまでのウオームアップ期間の間は、図８に実線ａで示すように、通常は室温から所定温度までなるべく早く急峻に温度上昇させるように中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２に電力を集中して温度制御するため、この期間Ｓは温度制御切換手段１８が第１の温度制御手段１６を動作させ（第２の温度制御手段１７は非動作）、応答性の高い第1の温度センサ１１によって検出される温度情報に基づいて、中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２の両方を温度制御させる。

第1の温度センサ１１によって検出される温度情報が所定温度（ここでは１７０℃）に達した後の期間Ｃでは、第１の温度制御手段１６はその検出温度が定着温度である目標温度（この場合は所定温度と同じ１７０℃）になるように温度制御するので、検出温度は図８に実線ｂで示すように１７０℃を中心に多少の変動はあっても略一定温度の定常状態になり、大幅に高くなることはない。

そして、最も応答性が劣る第２の温度センサ１２によって検出されて検出温度補正手段１５によって補正された温度情報が所定温度に達した後は、上述のように急峻に温度上昇することはない定常状態になっているので、第２の温度制御手段１７を動作させて（第１の温度制御手段１６は非動作）、第１の温度センサ１１と第２の温度センサ１２によって検出される各温度情報に基づいて、それぞれれ対応する中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２の温度制御を個別に行わせる。

この温度制御切換手段１８による第１の温度制御手段１６と第２の温度制御手段１７の動作切換は、目標温度を定着温度より低い１００℃程度に設定して定着ユニット６を温度制御する予熱モード（省電力モード）での待機状態から、その予熱モードが解除され、目標温度を定着温度（１７０℃）に変更してから所定温度（例えば１７０℃）に達するまでの期間も、図８に一点鎖線ｃで示すように急峻に温度上昇するので、第１の温度制御手段１６を動作させ、所定温度に達した後は第２の温度制御手段１７を動作させるように切り換えるようにするとよい。

予熱モードは、定着ユニットが定着温度に制御されていてプリント可能なスタンバイ状態で予熱キーが押されたとき、あるいはプリント終了後次のプリント要求がないまま所定時間経過したときになり、予熱モードの待機状態で予熱キーが押されたときあるいは新たなプリント要求があったときに解除される。
上記所定温度は定着温度と同じでなく、それより少し低めに設定してもよい。
また、温度制御切換手段１８の切換動作を、電源投入後予め設定した時間（図８におけるｔ１を推定した時間）、あるいは予熱モードが解除された後予め設定した時間（図８におけるｔ２を推定した時間）経過するまでは第１の温度制御手段１６を動作させ、その時間が経過した後は第２の温度制御手段１７を動作させるようにしてもよい。

なお、図１に示した例では第２の温度センサ１２を加熱ローラ２４の一方の端部付近に対応する位置にのみ設けているが、図５に示したように加熱ローラ２４の両端部付近に対応する位置にそれぞれ設けてもよい。その場合は、その２個の第２の温度センサ１２によって検出される温度情報をそれぞれ補正して、第２の温度制御手段１７と温度制御切換手段１８に入力させ、その両方の温度情報の平均値あるいは低い方が所定温度に達するまでは温度制御切換手段１８が第１の温度制御手段１６を動作させ、それが所定温度に達した後は第２の温度制御手段１７を動作させるようにすればよい。

加熱ローラ２４に内蔵するヒータの数と温度センサの数や種類をさらに増加してもよい。最も応答性の高い温度センサとしてサーモパイルを使用したが、他の高応答の温度センサがあればそれを使用してもよい。それより応答性の低い温度センサとしてはサーミスタ対を使用したが、応答性が多少悪くても安価なサーモパイルやその他の温度センサがあれば、それを使用してもよい。

次に、図７に示したＣＰＵ７０を中心とする制御部７によるこの発明に係る定着装置の温度制御に関する処理、すなわち図１に示した温度制御手段１０の機能と、予熱モードに関する機能および異常検知に関する機能を実行する場合の処理の流れを、図９のフローチャートによって説明する。この一連の処理が、この発明による定着装置の温度制御方法の実施形態でもある。
この図９に示すフローチャートによる処理は、前述したカラープリンタ１の電源スイッチがＯＮになって電源が投入されたときにスタートし、図７に示した制御部７の主としてＣＰＵ７０により実行される。

まず、ステップＳ１１では加熱ローラ２４（定着ベルト２３同じ）の定着温度（１７０℃とする）を温度制御の目標温度及び所定温度として設定する。
次のステップＳ１２では、第１の温度センサ１１であるサーモパイルと第２の温度センサ１２であるサーミスタ対によりそれぞれ温度を検出する。
ステップＳ１３では、そのサーミスタ対の主サーミスタ１２ａによる検出温度を副サーミスタ１２ｂによる検出温度によって補正する。これは、正副サーミスタ１２ａ，１２ｂによる検出温度に基づいて所定の補正式で計算して補正温度を算出する。
このステップＳ１３による補正処理が、図１に示した検出温度補正手段１５の機能に相当する。

そして、ステップＳ１４では、ステップＳ１３で補正した第２の温度センサ１２による検出温度が異常であるか否かを判断する。この判断のための異常判別温度を、例えば定着の目標温度に安全性を考慮した一定温度を上乗せした値を予め設定しておく。この例では目標温度が１７０℃であり、それに例えば８０℃上乗せした２５０℃を異常判別温度として設定しておく。したがって、ステップＳ１４で補正した温度が２５０℃以上になっていた場合は異常であると判断する。この場合の異常判別温度を電源投入後の経過時間に基づいて細かく変更して設定してもよい。
ここで異常と判断した場合はステップＳ１５へ進んで異常処理を行った後、この温度制御の処理を終了する。その異常処理としては、例えばその異常状態を図７に示した操作部７５の表示器に表示させたり、ブザーを鳴動させるなどによって利用者に異常を知らせ、制御を中止する。

ステップＳ１４で異常でないと判断した場合はステップＳ１６へ進み、第２の温度センサ１２である応答性が低いサーミスタ対の検出値を補正した温度がステップ１１で設定された所定温度（１７０℃）に達したか否かを判断する。まだ所定温度に達していないと判断した場合はステップＳ１７へ進む。このときは、まだ急峻な温度上昇過程にあるので、ステップＳ１７では応答性が劣るサーミスタ対を用いた第２の温度センサ１２による検出温度は使用せず、第１の温度センサ１１である応答性の高いサーモパイルの検出温度によって、中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２の両方を検出温度が目標温度（１７０℃）になるように制御する。

その後、ステップＳ１２へ戻ってステップ上述したＳ１２〜Ｓ１７の処理を繰り返し、加熱温度を急速に上昇させて検出温度が目標温度（１７０℃）に到達するように制御する。
その過程で、ステップＳ１６において、第２の温度センサ１２であるサーミスタ対による検出値を補正した温度が設定された所定温度（１７０℃）に達したと判断すると、ステップＳ１８に進む。このステップＳ１６の判断が図１に示した温度制御切換手段１８の機能に相当し、ステップＳ１７の制御が第１の温度制御手段、ステップＳ１８の制御が第２の温度制御手段１７にそれぞれ相当する。

これ以後は、加熱ローラ２４を一定の目標温度（この例では所定温度と同じ１７０℃）に保持するように制御するので定常状態となり、急峻な温度上昇はしないため、ステップＳ１８においては、第１の温度センサ１１であるサーモパイルの検出温度に基づいて中央部加熱ヒータ３１を制御し、第２の温度センサであるサーミスタ対の検出温度（補正した温度）に基づいて端部加熱ヒータ３２を制御する。

その後ステップ１９へ進むが、以後のステップと２１までの判断と処理は予熱モードに関する。この予熱モードとは、前述したように所定時間以上プリント（画像形成）が行われないとき、あるいは図７に示した操作部７５に設けられた予熱キーが押されたときに、加熱ローラ２４の制御温度を定着温度よりかなり低い値（例えば１００℃程度）に下げて待機するようにして、待機中の電力消費を大幅に削減するとともに、再度予熱キーが押されるか新たなプリント（画像形成）要求があったときには、加熱ローラ２４の温度を速やかに定着温度に到達させて画像形成を開始できるようにして、待ち時間短縮するためのモードである。

そこで、ステップＳ１９では、予熱モード中に新規の画像形成要求（あるいは予熱キーのＯＮ）があった否かを判断する。電源が投入された直後は予熱モード中ではないから当然ＮＯになるが、予熱モード中であっても新規の画像形成要求（あるいは予熱キーのＯＮ）がなければＮＯとなり、ステップＳ２０へ進む。
ステップＳ２０では予熱モードに変更するか否かを判断する。これは、通常モードのときに予熱キーが押されるか、ウオームアップが完了してからあるいは画像形成動作が終了してから次の画像形成要求がないまま所定時間経過した場合に、予熱モードに変更すると判断する。

したがって、加熱ローラ２４の温度を急上昇させているウオームアップ中は当然ＮＯになり、画像形成中や予熱モード中もＮＯであり、その場合にはステップと１２へ戻って上述したステップＳ１２〜Ｓ２０の処理を繰り返す。
それによって、ウオームアップ時にはステップＳ１７で加熱ローラ２４の温度を急速に上昇させる制御を行い、ウオームアップ後の画像形成中や短時間の待機中等の定常状態ではステップＳ１８で加熱ローラ２４の温度を定着の目標温度に維持するように制御する。また、予熱モード中はステップＳ１８で加熱ローラ２４の温度を予熱モードの目標温度に維持するように制御する。

画像形成中は、定着ユニット６を通過してトナー像が定着される転写紙によって熱が多少奪われるので、ステップＳ１８における制御によってその熱を補うように、中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２の通電電流を制御する。
なお、ステップＳ１６の判断では、一旦検出温度が所定温度に達したと判断した後は、再度所定温度が設定し直されない限り、検出温度が所定温度より低くなってもＮＯと判断することはなく、常にＹＥＳと判断する。

ステップＳ２０で予熱モードに変更すると判断すると、ステップＳ２１で加熱ローラ２４の予熱温度（例えば１００℃）を温度制御の目標温度として設定する。そして、ステップＳ１２へ戻って上述したステップＳ１２〜S２０の処理を繰り返す。この場合、サーモパイルとサーミスタ対による検出温度がそれぞれ予熱の目標温度（例えば１００℃）になるまでは、ステップ１８の制御で中央部加熱ヒータ３１と端部加熱ヒータ３２に電流を流さず、加熱ローラ２４の温度を緩やかに下降させる。そして、予熱の目標温度になった後は、同じくステップ１８の制御で、サーモパイルの検出温度により中央部加熱ヒータ３１を制御し、サーミスタ対による検出温度により端部加熱ヒータ３２を制御して、その目標温度を維持するようにする。

この場合、ステップS１６の判断では、既にサーミスタ対の検出値を補正した温度が所定温度に達したと判断しており、その後所定温度が設定し直されていないので、ＮＯと判断することはなく、ステップＳ１７の制御を行うことはない。
また、目標温度が低くなっているので、ステップＳ１４で補正した温度が異常判別温度（例えば２５０℃）以上になることは殆どありえないから、常にＮＯと判断することになるが、万一ＣＰＵ７０の暴走などの予期しない原因で温度上昇して異常判別温度以上になった場合には、それを検知することができる。

この予熱モードの状態において、ステップＳ１９で新規の画像形成要求があった（あるいは予熱キーが押された）と判断した場合は、予熱モードを解除して通常モードに復帰するので、ステップＳ１１に戻って、加熱ローラ２４の定着温度を温度制御の目標温度及び所定温度として設定し直す。そして、以後のステップＳ１２〜S２０の処理を繰り返し、ステップS１４で異常温度の検出を行い、ステップ１６でサーミスタ対の検出を補正した温度が所定温度に達したか否かを判断し、達するまではステップＳ１７で急速に温度上昇させる制御を行ない、所定温度に達した後はステップＳ１８で定着の目標温度を維持するように制御する。

以上説明した実施形態では、定着ユニット６が複数のヒータを内蔵するローラとして定着ローラ２１とは別に加熱ローラ２４を有し、その熱を搬送する定着ベルト２３も備えており、その加熱ローラ２４に軸方向の異なる部位を加熱する複数のヒータ１１，１２を内蔵している。しかし、これに限るものではなく、加熱ローラと定着ベルトを有さず、定着ローラ又は加圧ローラあるはその両ローラに、その軸方向の異なる部位を加熱する複数のヒータを内蔵する定着ユニットを用いても、この発明を実施することができる。

その場合は、上述した実施形態の説明における加熱ローラを定着ローラ又は加圧ローラあるいはその両方のローラと読み替えればよい。そして、当然ながら第１の温度センサはそれらのローラの軸方向における中央部付近の温度を非接触で検出する位置に、第２の温度センサは定着ローラの軸方向における端部付近の温度を非接触で検出する位置に、それぞれ配設することになる。

また、上述した実施形態では、カラープリンタにこの発明を適用した場合の例について説明したが、これに限らず、モノクロのプリンタ、カラーあるいはモノクロの複写機、ファクシミリ装置、あるいはそれらの複合機など、電子写真方式の各種の画像形成装置における定着装置にこの発明を適用することができる。

この発明は、カラーあるいはモノクロのプリンタ、複写機、ファクシミリ装置、あるいはそれらの複合機など、電子写真方式の各種の画像形成装置における定着装置に利用することができる。そして、この発明を適用することによって、画像形成装置のウオームアップ時間を短縮して待ち時間を短くでき、画像形成時には定着装置の温度制御をヒータの発熱源ごとにきめ細かく制御して部分的な定着不良の発生を防ぎ、かつ安価な温度センサも使用できるのでコストダウンを図ることができる。

この発明による定着装置の基本的な実施形態を示す機能ブロック図である。 この発明による定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態であるカラープリンタの概略構成図である。 図２に示した定着ユニットの詳細を示す拡大構成図である。 図３に示した加熱ローラの模式的な斜視図である。 図３及び図４に示す加熱ローラに内蔵される２本のヒータ内のヒータ抵抗と第１，第２の温度センサとの配置関係を示す図である。

第２の温度センサであるサーミスタ対の一例を示す説明図である。 図1に示したカラープリンタの制御部の概構成を定着ユニットの要部と共に示すブロック図である。 電源投入後および予熱モード解除後の定着ユニットにおける検出温度の変化プロファイルを示す線図である。 図７に示した制御部によるこの発明に係る定着装置の温度制御に関する処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１：カラープリンタ（画像形成装置） ２：筐体 ３Ａ，３Ｂ：給紙トレイ
４Ａ，４Ｂ：給紙ローラ対 ５：作像部 ６：定着ユニット ７：制御部
８：手差しトレイ ９：排紙トレイ
１０：温度制御手段 １１：第１の温度センサ（サーモパイル）
１２：第２の温度センサ（サーミスタ対） １２ａ：主サーミスタ
１２ｂ：副サーミスタ １３：ケース部材
１５：検出温度補正手段 １６：第１の温度制御手段
１７：第２の温度制御手段 １８：温度制御切換手段

２１：定着ローラ ２２：加圧ローラ ２３：定着ベルト ２４：加熱ローラ
２５：ニップ部 ２６：テンションローラ ２７：スプリング
３１：中央部加熱ヒータ ３２：端部加熱ヒータ ３３，３４：ヒータ抵抗
３５：加熱用ヒータ ３６：ヒータ抵抗
７０：ＣＰ ７１：ＲＯＭ ７２：ＲＡＭ ７３：ＮＶ−ＲＡＭ
７４：内部バス ７５：操作部 ７６：電装制御部 ７７：画像メモリ
７８：画像処理部 Ｐ：転写紙 Ｔａ：未定着トナー像 Ｔｂ：定着トナー像

Claims (8)

1. ローラ内にその軸方向のそれぞれ異なる部位を加熱する複数のヒータを備え、該複数のヒータによって加熱される前記ローラから供給される熱により、転写紙上に形成されたトナー像を定着する定着装置であって、
   前記複数のヒータに対応して前記ローラの軸方向のそれぞれ異なる部位の温度を非接触で検出する応答性が異なる複数の温度センサと、
   該複数の温度センサによって検出される温度情報に基づいて前記複数のヒータの温度制御を行う温度制御手段とを備え、
   前記温度制御手段は、前記複数の温度センサのうちで最も応答性が高い温度センサによって検出される温度情報に基づいて前記複数のヒータの温度制御を行う第１の温度制御手段と、前記複数の温度センサによってそれぞれ検出される各温度情報に基づいて前記複数のヒータの温度制御を行う第２の温度制御手段とを有し、急峻な温度上昇時には前記第１の温度制御手段を動作させることを特徴とする定着装置。
2. 前記複数の温度センサのうち最も応答性が高い温度センサはサーモパイルであり、それ以外の温度センサはサーミスタ対であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記複数の温度センサのうち最も応答性が高い温度センサは、前記加熱ローラ又は定着ローラの軸方向の中央部近傍の温度を検出する位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記温度制御切換手段は、電源が投入されてから前記複数の温度センサのうちで最も応答性が低い温度センサによって検出される温度情報が所定温度に達するまでの間を、急峻な温度上昇時と判断する手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記温度制御切換手段は、前記ローラの制御温度を定着温度より低い値に設定した予熱モードが解除されてから前記複数の温度センサのうちで最も応答性が低い温度センサによって検出される温度情報が所定温度に達するまでの間を、急峻な温度上昇時と判断する手段を有す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. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着装置において、
   前記複数の温度センサのうち最も応答性が高い温度センサ以外の温度センサによって検出される温度情報に基づいて異常状態を判別する異常判別手段を設けたことを特徴とする定着装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の定着装置を備えた電子写真方式の画像形成装置。
8. ローラ内にその軸方向のそれぞれ異なる部位を加熱する複数のヒータを備え、該複数のヒータによって加熱される前記ローラから供給される熱により、転写紙上に形成されたトナー像を定着するように構成され、
   前記複数のヒータに対応して前記ローラの軸方向のそれぞれ異なる部位の温度を非接触で検出する応答性が異なる複数の温度センサを設けた定着装置の温度制御方法であって、
   急峻な温度上昇時には、前記複数の温度センサのうちで最も応答性が高い温度センサによって検出される温度情報に基づいて前記複数のヒータの温度制御を行い、
   定常状態での温度制御時には、前記複数の温度センサによってそれぞれ検出される各温度情報に基づいて前記複数のヒータの温度制御を行うことを特徴とする定着装置の温度制御方法。

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