JP2010008526A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱ローラの記録紙通過域全体の温度が一定になるように、短時間でウォームアップを行うことができ、かつ突入電流、消費電力を小さくできる定着装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】加熱ローラ４１は軸方向に分割された２以上のヒータ６を有する。ヒータ６は、記録紙が通過する通過域内に配置された通過域内ヒータと、通過域外に配置された通過域外ヒータとに区別され、加熱ローラ４１の温度を検出する温度センサ５１は、通過域内の温度を検出する通過域内センサと、通過域外の温度を検出する通過域外センサとに区別される。温度制御部は、ウォーミングアップ時に通過域内センサが検出する温度に基づいて通過域外ヒータの目標温度を決定し、目標温度が決定された後に、通過域外ヒータを目標温度となるように加熱する。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリンタ装置、ファクシミリ装置、複写機、複合機など、ヒータで加熱された定着手段によって記録紙に転写されたトナー画像を定着する画像形成装置に関する。

加熱された定着手段により、記録紙に転写されたトナー画像を定着する画像形成装置は、上記定着手段の温度を検出する温度センサと、温度センサにより検出された定着手段の温度に基づいてヒータの駆動を制御する制御手段とを有している。

また、上記定着手段としては、ヒータが内蔵される加熱ローラと、この加熱ローラに圧接する加圧ローラとにより構成されたものがある（例えば特許文献１を参照）。このような定着手段は、加熱ローラ及び加圧ローラにより記録紙を挟持して、上記加熱ローラの熱で記録紙に転写されたトナー画像を定着させるようになっている。

ところで、定着手段となる上記加熱ローラ及び上記加圧ローラは、記録紙の搬送方向と直交する方向である記録紙の幅方向に延びるように配置されており、これらローラは、記録紙の大きさによって、記録紙が通過する領域と、記録紙が通過しない領域とが生じる。

このように、定着手段に、記録紙が通過する領域と、記録紙が通過しない領域域とが形成される場合、上記加熱ローラが軸方方向全長に渡って加熱するように温度制御が行われると、上記加熱ローラの記録紙が通過しない部分の温度が、記録紙が通過する部分の温度よりも上昇し、加熱ローラの一部が溶けて溶着したり、変形したりする虞がある。また、加熱ローラ全体が加熱された状態で、サイズが小さい記録紙のトナー画像の定着を行うと、記録紙が通過しない部分の全てを加熱することになるので、無駄な消費電力が発生する。

そこで、記録紙の幅方向に複数のヒータを配置させて、記録紙の大きさに合わせて、ヒータを個別に駆動制御を行うようにしたものが提案されている（例えば特許文献２を参照）。
特開平１０−３０１４４０号公報 特開平１１−１１５１７５号公報

しかしながら、記録紙の大きさに合わせて、個々のヒータを駆動させる場合、上記加熱ヒータにおける記録紙の通過域の端部は、低温状態の通過域外の部分から熱が奪われる。そのため、上記加熱ヒータは、通過域内のヒータの駆動開始によるウォーミングアップ時において、通過域の端部の温度が定着温度に至るまでに時間を要してしまう。

図５は、加熱ローラにおける通過域の境界部付近の温度変化を示すグラフと、ヒータのオン・オフ制御を示した説明図である。

図５のグラフにおいて、点線（Ｘ１，Ｙ１）が、加熱ローラの通過域の端部において熱の漏れが生じた場合の温度変化を示しており、二点破線（Ｚ）が熱の漏れが生じない理想の温度変化を示している。加熱ローラは、ヒータの駆動開始から一定の温度上昇で定着温度に至るのが好ましい。

しかしながら、二点破線（Ｚ）に示すように、加熱ローラが理想の温度変化をする場合には、時間ｔ３で定着温度に達するが、点線（Ｘ１，Ｙ１）に示すように、加熱ローラの通過域の端部において熱の漏れが生じた場合には、時間ｔ３を過ぎて定着温度に至り、定着温度に至るまでに時間を要する。特に、点線Ｘ１で示すように熱の漏れ量が大きい場合には、定着温度に至るまでに非常に時間を要する。

また、加熱ローラにおける通過域中央部の温度が定着温度となっていても、通過域の端部の温度が定着温度より低いまま定着を行ってしまうと、定着ムラが生じる虞がある。

そこで、通過域全体の温度が一定となるように定着手段のウォーミングアップを行おうとすると、ウォーミングアップの時だけ全てのヒータを駆動させることが考えられるが、同時に全てのヒータを駆動すると突入電流が非常に大きくなってしまう。

本発明は、上記問題を解決するものであって、短時間で記録紙の通過域全体の温度が一定になるようにウォームアップを行える画像形成装置を提供することを目的とする。また、本発明は、突入電流をできるだけ低減でき、消費電力もできるだけ少なくできる画像形成装置を提供することを目的とする。

第１の本発明による画像形成装置は、記録紙の搬送方向と直交する方向に分割された２以上のヒータを有し、上記記録紙に転写されたトナー画像を加熱して定着させる定着手段と、上記定着手段の温度を検出する温度検出手段と、上記温度検出手段による検出結果に基づいて、上記ヒータの温度制御を行う温度制御手段とを備えるように構成されている。さらに、上記定着手段は、上記ヒータとして、上記記録紙が通過する通過域内に配置された通過域内ヒータと、上記通過域外に配置された通過域外ヒータとを有する。上記温度検出手段は、上記通過域内の温度を検出する通過域内センサと、上記通過域外の温度を検出する通過域外センサとを有する。そして、上記温度制御手段は、上記通過域内の温度を常温から定着可能温度へ変化させるウォーミングアップ時に上記通過域内センサが検出する温度に基づいて上記通過域外ヒータの目標温度を決定する目標温度決定手段を備え、上記目標温度決定手段により上記目標温度が決定された後に、上記通過域外ヒータの発熱量を増大させて上記目標温度となるように上記通過域外ヒータの温度を制御するように構成されている。

本発明の画像形成装置は、上記ウォーミングアップ時に、上記通過域内の温度を検出し、この検出結果に基づいて、上記通過域外ヒータの目標温度を決定して、この目標温度となるように上記通過域外ヒータの発熱量を増大させる。その結果、上記定着手段における上記通過域内の熱が上記通過域外に漏れても、上記通過域外ヒータの発熱量を増大させることにより、直ぐに上記通過域全体を定着可能温度にすることが可能となる。

さらに、本発明の画像形成装置によれば、上記通過域外ヒータの発熱量を増大させるタイミングは、上記通過域内の温度を検出して上記目標温度を決定した後になるので、上記通過域外ヒータの消費電力を極力少なくすることができる。しかも、上記目標温度は、上記定着手段の熱の漏れ量に応じて決定されるので、上記通過域外ヒータは無駄な消費電力が発生することがなく、通過域全体を定着温度に維持するための消費電力を最小限にすることができる。また、上記通過域内の温度を検出して上記目標温度を決定した後に、上記通過域外ヒータを駆動させるようにすれば、上記通過域内ヒータの駆動開始時の突入電流を小さくすることができる。

第２の本発明による画像形成装置は、上記各構成に加えて、上記温度制御手段は、上記ウォーミングアップ時における上記通過域外センサにより検出した温度変化の傾きを閾値と比較する比較手段と、上記比較手段の比較結果に基づき、上記定着手段の上記通過域内から上記通過域外へ熱が漏れている基準となる基準点を決定する基準点決定手段とを備え、上記目標温度決定手段は、上記基準点の前後において上記通過域内センサによる検出温度の変化の傾きを比較して上記目標温度を決定するように構成している。

本発明の画像形成装置は、上記通過域外センサによる検出温度の傾きを上記閾値と比較して、上記定着手段の上記通過域内から上記通過域外へ熱が漏れている基準となる上記基準点を決定し、この基準点の前後の上記通過域内センサによる検出温度の変化の傾きを比較して上記目標温度を決定する。その結果、上記通過域内から上記通過域外への熱の漏れを上記通過域外での温度変化に基づいて検出するので、確実に熱の漏れを検出できる。しかも、熱の漏れを検出した時点を基準にして、上記目標温度を決定するので、上記通過域外ヒータを適正な発熱量で増大させることができる。

第３の本発明による画像形成装置は、上記各構成に加えて、上記目標温度決定手段は、上記基準点から一定時間内に上記目標温度を決定し、上記温度制御手段は、上記基準点から一定時間経過後に上記目標温度となるように上記通過域外ヒータの発熱量を増大させる制御を行うように構成している。本発明の画像形成装置は、上記基準時から一定時間内の上記通過域内の温度変化を検出することにより、上記目標温度を適正に決定することができる。

本発明の画像形成装置によれば、上記通過域の端部付近における上記通過域内と上記通過域外の温度変化に基づいて上記通過域外ヒータの目標温度を決定し、この目標温度となるように上記通過域外ヒータの発熱量を増大させるので、上記通過域内の熱に漏れが生じても、直ぐに上記通過域全体を定着可能温度にすることができる。

しかも、本発明の画像形成装置によれば、上記通過域外ヒータの発熱量を増大させるタイミングは、上記通過域内の温度を検出して上記目標温度を決定した後になるので、上記通過域外ヒータの消費電力を極力少なくすることができる。また、本発明の画像形成装置は、突入電流を小さくすることが可能となる。さらに、上記目標温度は、上記定着手段の熱の漏れ量に応じて決定されるので、上記通過域外ヒータは無駄な消費電力が発生することがなく、消費電力を最小限にすることができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態による画像形成装置の一構成例を示したブロック図であり、画像形成装置の一例として複合機１が示されている。この複合機１は、スキャナ１４を用いて紙原稿から画像を読み取ることができ、画像データに対して様々な加工処理を行うことができ、そして、プリンタ１５を用いて画像を紙媒体に印刷することができる。

複合機１は、ＭＰＵ(Micro Processing Unit)からなる制御部１０と、この制御部１０に対してパラレル通信路１１を介してそれぞれ接続されたＲＯＭ(Read-Only Memory)１２、ＲＡＭ(Random Access Memory)１３、スキャナ１４、プリンタ１５、コーデック１６、画像メモリ１７、操作部１８、通信部１９、印刷制御部２０、温度検出部５を備えている。

制御部１０は、この装置を構成する各部を制御する。ＲＯＭ１２には、制御部１０が実行するコンピュータプログラムが記憶されており、制御部１０のプログラム処理に基づいて、必要なデータがＲＡＭ１３に格納される。スキャナ１４は、原稿に向けて光を照射し、原稿からの反射光を受光することにより、その受光量に応じた信号を出力する。

プリンタ１５は、感光ドラム３１、露光器３２、帯電器３３、現像装置３４及び転写ローラ３５などから構成されるトナー画像形成部３と、定着装置４とを備えており、画像データに基づいて記録紙に画像を印刷する。例えば、コピーモードでは、スキャナ１４で読み取った原稿の画像データに基づいて、プリンタ１５で記録紙に画像が印刷される。

コーデック１６は、ファクシミリ送受信又は電子メール送受信の際、送信する画像データを符号化したり、受信画像データを複合化したりする。画像メモリ１７には、ファクシミリや電子メールにより受信した受信画像データや、スキャナ１４で読み取った画像データなどの各種画像データが格納される。操作部１８は、ユーザが入力操作を行うための複数の操作キー及びタッチパネルを備えており、各種モードを選択する操作や、各種設定操作を行うことができる。

通信部１９は、図示していないが、電話回線などの公衆通信回線を介して他のファクシミリ装置と接続され、ＷＡＮ（広域通信網）を介してメールサーバに接続され、ＬＡＮ(Local Area Network)を介して他の端末装置と接続される。通信部１９は、図示していないが、公衆通信回線、ＷＡＮ、ＬＡＮにそれぞれ接続されるインターフェースを備えている。このように複合機１は、公衆通信回線を介して他のファクシミリ装置との間でファクシミリ送受信を行うことができるし、ＷＡＮ及びメールサーバを介して電子メールを送受信することができる。また、通信部１９は、ＬＡＮを介して、複数の端末装置との間でデータ通信を行うことができる。

印刷制御部２０は、プリンタ１５により記録紙に画像データを印刷する際の印刷制御を行う。印刷制御部２０は、プリンタ１５の感光ドラム３１、露光器３２、帯電器３３、現像装置３４、転写ローラ３５及び定着装置４などの各部の駆動制御を行う。印刷制御部２０は、記録紙の大きさに合わせて、定着装置４の加熱制御を行う。

温度検出部５は、プリンタ１５における定着装置４の加熱ローラ４１の温度を検出する。温度検出部５は、２以上の温度センサ５１により構成されており、加熱ローラ４１の記録紙の搬送方向と直交する方向の２箇所以上の温度を検出する。

図２は、本実施の形態に係る複合機１におけるプリンタ１５の一構成例を示すブロック図である。記録紙の搬送方向上流側に感光ドラム３１が配置され、この感光ドラム３１の下流側に定着装置４が配置されている。

感光ドラム３１は、外周面に光導電膜を有しており、モータにより回転するようになっている。この感光ドラム３１の周囲には、帯電器３３、露光器３２、現像装置３４、転写ローラ３５が配置されている。

帯電器３３は、非接触型放電方式のコロトロン型及びスコロトロン型や、接触方式の帯電ローラや帯電ブラシにより構成することができる。本実施の形態では、非接触型放電方式の帯電器３３を用いている。帯電器３３は、感光ドラム３１の外周面を所定の電圧に一様に帯電させる。

露光器３２は、レーザや、ＬＥＤを用いて構成することができる。本実施の形態では、露光器３２は、記録紙の搬送方向と直交する方向に、複合機１において印刷可能な最も大きなサイズの記録紙全幅に至るように多数のＬＥＤを並設して構成されている。露光器３２は、入力された画像情報に基づき感光ドラム３１の外周面に光を照射し、この感光ドラム３１の外周面に画像情報に対応する静電潜像を形成する。

現像装置３４は、供給ローラ３４ａ及び現像ローラ３４ｂを備える。供給ローラ３４ａは、トナーを収容するトナーケース（図示せず）からトナーを帯電させた状態で現像ローラ３４ｂに供給する。供給ローラ３４ａには、所定のバイアス電圧が印加される。現像ローラ３４ｂは、供給ローラ３４ａと感光ドラム３１との間に、これらローラに接触して配置される。現像ローラ３４ｂは、所定のバイアス電圧が印加されて、感光ドラム３１にトナーを載せる。

転写ローラ３５は、感光ドラム３１の外周面に接触するように配置され、この転写ローラ３５と感光ドラム３１との間を記録紙が通過するようになっている。転写ローラ３５は、モータにより回転し、所定のバイアス電圧が印加される。バイアス電圧が印加された転写ローラ３５により、感光ドラム３１上のトナーによる鏡像を記録紙へ移すようになっている。

定着装置４は、２以上のヒータ６を有する加熱ローラ４１と、加圧ローラ４２とを備える。加熱ローラ４１は、ガラス又はアルミニウムからなる円筒４１ａの内面側にポリイミドなどの絶縁材料を塗布し、更にその内面側に抵抗発熱体を塗布することにより形成されている。本実施の形態では、この抵抗発熱体がヒータ６となる。ヒータ６は、電源供給されることにより、抵抗により発熱し、円筒４１ａを加熱するようになっている。

円筒４１ａを構成する材料としてガラスを用いることにより、保温性を良好にできる。このように、円筒４１ａをガラスで形成することにより、定着温度まで上昇した加熱ローラ４１は、ヒータによる加熱を停止しても、定着温度をしばらくの間は維持することができる。

図３は、本実施の形態の定着装置４を示した概略斜視図であり、ヒータ６は、円筒４１ａの軸方向を分割するように円筒４１ａ内部に５つのヒータ６が設けられている。それぞれのヒータ６は、相互に重なり合わないように配置されている。各ヒータ６は、印刷制御部２０により、それぞれ個別に加熱制御される。

円筒４１ａの軸方向中央部に配置する第１ヒータ６１の軸方向長さは、葉書サイズの記録紙の大きさに対応させた長さ（ａ）となっている。また、第１ヒータ６１に隣接する第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３は軸方向長さが等しく、第１ヒータ６１、第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３を含む軸方向の全長（ｂ）がＡ４サイズの記録紙の短幅の長さとなるように第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３が形成されている。そして、円筒４１ａの軸方向端部に配置する第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５は軸方向長さが等しく、第１ヒータ６１から第５ヒータ６５の全てを含む軸方向の全長（ｃ）がＡ３サイズの記録紙の長幅の長さよりも少し長くなるように第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５が形成されている。

定着装置４は、転写ローラ３５によってトナー画像が感光ドラム３１から転写された記録紙を加熱ローラ４１と加圧ローラ４２により加熱圧接して、記録紙上のトナー画像を定着させるようになっている。なお、加熱ローラ４１の円筒４１ａをガラスにより形成することにより、加熱ローラ４１の保温性を良好にでき、定着を良好に行える。

また、図３に示すように、加熱ローラ４１の加圧ローラ４２とは反対側の外周面の近くには、温度検出部５を構成する８つの温度センサ５１が配置されている。加熱ローラ４１における第１ヒータ６１、第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５が設けられている部分には、これらヒータの軸方向両端部に対応させて温度センサ５１が配置されている。また、加熱ローラ４１における第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３が設けられている部分には、これらヒータの軸方向中央部に対応させて温度センサ５１が配置されている。各温度センサ５１により検出した温度は、印刷制御部２０に入力される。

本実施の形態では、幅の大きい第１ヒータ６１、第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５に対しては、幅方向端部に温度センサ５１を設けているので、通過域の境界部分の温度変化を良好に検出することができる。

なお、図示していないが、プリンタ１５には、給紙側に、給紙カセット記録紙を１枚ずつ取り出すための給紙機構が設けられている。

図４は、印刷制御部２０、プリンタ１５及び温度検出部５の構成を示すブロック図である。印刷制御部２０は、記録紙サイズ指定部７１と、トナー画像形成制御部７２と、定着制御部７３を備える。

記録紙サイズ指定部７１は、ユーザにより操作部１８を操作して記録紙のサイズが指定された場合には、この指定操作により記録紙サイズを指定し、また、スキャナ１４で原稿の画像を自動で読み取る場合には、その画像が印刷されている原稿を複合機１にセットしたときに、自動的に印刷する記録紙のサイズを検出して記録紙サイズを指定する。記録紙サイズ指定部７１において指定された記録紙のサイズのデータは、トナー画像形成制御部７２と、定着制御部７３の温度制御部８における通過域内ヒータ選択部８１、通過域内温度検出部５ａ及び通過域外温度検出部５ｂとに入力される。

トナー画像形成制御部７２は、プリンタ１５におけるトナー画像形成部３の感光ドラム３１、帯電器３３、露光器３２及び現像装置３４などを駆動制御する。

定着制御部７３は、温度制御部８と加圧ローラ制御部９とを備えている。温度制御部８は、各ヒータ６の加熱温度を制御し、加圧ローラ制御部９は、記録紙のトナー画像の状態に応じて加圧ローラ４２が記録紙を押圧する力を制御する。

温度制御部８は、さらに、通過域内温度検出部５ａ、通過域外温度検出部５ｂ、通過域内ヒータ選択部８１、印刷される記録紙が通過する通過域内の温度の変化の傾きを演算する通過域内温度傾き演算部８２、印刷される記録紙が通過しない通過域外の温度の変化の傾きを演算する通過域外温度傾き演算部８３、第１比較部８４、第２比較部８５、基準点決定部８６、目標温度決定部８７、通過域内ヒータ駆動部８８及び通過域外ヒータ駆動部８９を備える。

温度検出部５の８つの温度センサ５１で検出される温度は、通過域内温度検出部５ａ及び通過域外温度検出部５ｂの双方に入力される。通過域内温度検出部５ａは、記録紙サイズ指定部７１で指定された記録紙のサイズに基づいて、８つの温度センサ５１の中から、印刷される記録紙が通過する通過域内に配置される温度センサ５１を選択して、通過域内の温度を検出する。通過域外温度検出部５ｂは、記録紙サイズ指定部７１で指定された記録紙のサイズに基づいて、８つの温度センサ５１の中から、印刷される記録紙が通過しない通過域外に配置される温度センサ５１を選択して、通過域外の温度を検出する。通過域内の検出温度は、通過域内温度傾き演算部８２及び通過域内ヒータ駆動部８８に入力される。また、通過域外の検出温度は、通過域外温度傾き演算部８３及び通過域外ヒータ駆動部８９に入力される。

通過域内ヒータ選択部８１は、記録紙サイズ指定部７１において指定された記録紙のサイズに合わせて、記録紙に載せられているトナー画像を定着させるヒータ６を５つのヒータ６の中から選択する。通過域内ヒータ選択部８１において選択されたヒータ６が、印刷される記録紙が通過する通過域内に配置された通過域内ヒータ６ａとなる。また、通過域内ヒータ６ａに選択されなかった残りのヒータ６が通過域外ヒータ６ｂとなる。

また、通過域内ヒータ選択部８１において選択された通過域内ヒータ６ａ及び通過域外ヒータ６ｂの情報は、通過域内ヒータ駆動部８８及び通過域外ヒータ駆動部８９に入力される。

例えば、葉書サイズの記録紙を定着させる場合には、加熱ローラ４１の軸方向中央部に配置される第１ヒータ６１を加熱ローラ４１の円筒４１ａ表面が定着温度になるまで加熱する通過域内ヒータ６ａとして選択される。このとき、第１ヒータ６１に対応して設けられる温度センサ５１が、通過域内の温度センサとなり、残りの温度センサ５１が通過域外の温度センサとなる。

また、Ａ４サイズ又はＢ５サイズの記録紙を定着させる場合には、加熱ローラ４１の軸方向中央部に配置される第１ヒータ６１と、この第１ヒータ６１に隣接する第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３が通過域内ヒータ６ａとして選択される。このとき、第１ヒータ６１、第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３に対応して設けられる温度センサ５１が、通過域内の温度センサとなり、残りの温度センサ５１が通過域外の温度センサとなる。

また、Ｂ４サイズ又はＡ３サイズの記録紙を定着させる場合には、全てのヒータ６が通過域内ヒータ６ａとなる。このとき、全ての温度センサ５１が、通過域内の温度センサとなる。

通過域内温度傾き演算部８２は、通過域内温度検出部５ａで検出した通過域内の温度に基づいて、記録紙の通過域内の温度の変化の傾きを演算する。この演算結果は、通過域内の温度を常温から定着可能温度へ変化させるウォーミングアップ時において、第２比較部８５に入力される。なお、通過域内の温度検出結果は通過域内ヒータ駆動部８８にも入力される。

通過域外温度傾き演算部８３は、通過域外温度検出部５ｂで検出した通過域外の温度に基づいて、記録紙が通過しない通過域外の温度の変化の傾きを演算する。この演算結果は、ウォーミングアップ時において、第１比較部８４に入力される。なお、通過域外の温度検出結果は通過域外ヒータ駆動部８９にも入力される。

第１比較部８４は、ウォーミングアップ時に検出した通過域外の温度に基づいて通過域外温度傾き演算部８３により演算された温度の変化の傾きを閾値と比較する。本実施の形態では、加熱ローラ４１における通過域内の熱が、通過域外に漏れ出したとみなされる温度変化の傾きを閾値として決定している。本実施の形態では、第１比較部８４は、検出した通過域外の温度の変化の傾きが閾値となったか否かを比較する。この比較結果は、基準点決定部８６に入力される。

例えば、図５のグラフは、点線で示す線（Ｘ１，Ｙ１）が、加熱ローラの通過域内の端部において熱の漏れが生じた場合の温度変化を示し、点線（Ｘ１）に対応する通過域外に配置される温度センサ５１が検出した温度変化を実線（Ｘ３）で示し、点線（Ｙ１）に対応する通過域外に配置される温度センサ５１が検出した温度変化を実線（Ｙ３）で示している。

図５のグラフにおいて、時間ｔ１から加熱ローラ４１の通過域の端部において熱が漏れ始めたとすると、時間ｔ１から時間ｔ２までの間に実線（Ｘ３，Ｙ３）の傾きが時間の経過と共に大きくなっており、実線（Ｘ３，Ｙ３）は、時間の経過と共に漏れた熱の量が多くなっていることを示している。

基準点決定部８６は、第１比較部８４の比較結果に基づき、定着装置４の加熱ローラ４１において通過域内から通過域外へ熱が漏れていると判断される基準となる基準点を決定する。本実施の形態では、検出した通過域外の温度の変化の傾きが閾値となった時点を基準点として決定している。図５のグラフでは、時間ｔ１が基準点となっている。基準点決定部８６において決定された基準点は、第２比較部８５に入力される。

第２比較部８５は、ウォーミングアップ時に検出した通過域内の温度に基づいて通過域内温度傾き演算部８２により演算された温度の変化の傾きを基準点の前後において比較する。第２比較部８５は、基準点の前後において、検出した通過域内の温度の変化の傾きが変化したかどうかを比較する。この比較結果は、目標温度決定部８７に入力される。

図５のグラフでは、基準点である時間ｔ１から時間ｔ２までの間において、点線（Ｘ１，Ｙ１）及び実線（Ｘ２，Ｙ２）の傾きが時間の経過と共に小さくなっており、この基準点から熱の漏れが生じていることを示している。

目標温度決定部８７は、第２比較部８５による比較結果に基づいて目標温度を決定する。加熱ローラ４１における通過域内の熱が通過域外に漏れた場合には、図５のグラフにも示すように、基準点より後の温度変化の傾きが、基準点より前の温度変化の傾きよりも小さくなる。本実施の形態では、目標温度決定部８７は、基準点前後での温度変化の傾きに基づき、基準点より後の温度変化の傾きが基準点より前の温度変化の傾きよりも小さくなればなるほど、目標温度が高くなるように目標温度を決定する。

本実施の形態では、目標温度決定部８７は、目標温度を定着温度よりも低くなるように決定している。目標温度を定着温度よりも低くすることにより、加熱ローラ４１における通過域外の温度が、通過域内の温度よりも上昇し、加熱ローラ４１の一部が溶けて溶着したり、変形したりすることを阻止できる。

通過域内ヒータ駆動部８８は、ウォーミングアップ時は、検出した通過域内の温度に基づいて、加熱ローラ４１の円筒４１ａの表面の温度が定着温度に至るように通過域内ヒータ６ａを加熱制御する。また、印刷運転時には、検出した通過域内の温度に基づいて、通過域内のヒータ６ａが位置する円筒４１ａの表面の温度が定着温度を維持するように通過域内のヒータ６を加熱制御する。

通過域外ヒータ駆動部８９は、ウォーミングアップ時は、検出した通過域外の温度に基づいて、通過域外ヒータ６ｂが位置する円筒４１ａの表面の温度が目標温度決定部８７により決定された目標温度に至るように通過域外ヒータ６ｂを加熱制御する。また、印刷運転時には、検出した通過域外の温度に基づいて、通過域外ヒータ６ｂが位置する円筒４１ａの表面の温度が目標温度を維持するように通過域外ヒータ６ｂを加熱制御する。通過域外ヒータ６ｂを目標温度で加熱する場合には、定着温度で加熱するときよりも駆動電流を絞って温度調整を行う。

本実施の形態の複合機１は、トナー画像形成部３において、帯電器３３により感光ドラム３１が所定の電圧に帯電され、その感光ドラム３１に露光器３２により画像情報に対応する静電潜像が形成され、現像装置３４により感光ドラム３１上の静電潜像にトナーが吸着されて、感光ドラム３１上にトナー画像が形成される。そして、転写ローラ３５により感光ドラム３１上のトナー画像が記録紙に転写される。

トナー画像が記録紙に転写されると、定着装置４においてトナー画像が定着される。定着装置４では、加熱ローラ４１と加圧ローラ４２により記録紙が加熱・加圧され、記録紙にトナー画像が定着される。加熱ローラ４１は、ウォーミングアップ時においては、通過域内の熱の漏れ量に応じて、通過域外ヒータ６ｂを目標温度まで加熱する。このように通過域外ヒータ６ｂを加熱することにより、加熱ローラ４１の通過域に対応する部分の温度変化を図５の実線（Ｘ２，Ｙ２）に示すような温度変化とすることができる。

次に、記録紙のサイズに合わせて加熱ローラ４１のヒータ６を加熱制御する具体例について、図面に基づいて説明する。

図６は、加熱ローラ４１の全幅を定着温度に加熱した状態を示している。図６において、第１ヒータ６１〜第５ヒータ６５の下部に示している三角形が温度センサ５１である。図６では、温度センサ５１には、左端から１〜８の番号を付している。また、図６における第１ヒータ６１〜第５ヒータ６５の上部に示している実線は、加熱ローラ４１の軸方向の温度分布を示している。尚、図７及び図８も同様にしてヒータの上部と下部に温度分布及び温度センサ５１を示している。また、図６から図８において、定着温度に加熱されるヒータは細かいクロスハッチングで示し、目標温度で加熱されるヒータは大きなクロスハッチングで示している。

図６によれば、加熱ローラ４１の軸方向端部において、温度が低下していることがわかる。本実施の形態では、加熱ロール４１は、温度が低下していない端部が記録紙の端部となるように記録紙を通過させる構成となっている。その結果、記録紙は、定着ムラが生じることなく、均一な定着を行うことができる。

図７は、加熱ローラ４１の第１ヒータ６１、第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３に対向する部分を定着温度に加熱した状態を示している。図７（ａ）は、従来のように、第１ヒータ６１、第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３だけを定着温度に加熱し、第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５は駆動していない状態を示している。また、図７（ｂ）は、第１ヒータ６１、第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３を定着温度に加熱し、第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５は目標温度で加熱している状態を示している。

図７（ａ）によれば、第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５は加熱されていないので、加熱ローラ４１における第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３の端部に対応する部分の温度が低下している。従って、この状態で、Ａ４サイズの記録紙を定着させると、端部において定着ムラが生じる虞がある。

図７（ｂ）によれば、第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５は目標温度に加熱されているので、加熱ローラ４１における第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３の端部に対応する部分の温度は低下していない。従って、この状態で、Ａ４サイズの記録紙を定着させると、均一に定着を行うことができる。しかも、通過域外ヒータ６ｂである第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５により、通過域内ヒータ６ａに対して補助加熱することができるので、ウォーミングアップ時に、加熱ローラ４１の通過域内の表面温度を短時間で定着温度まで上げることができる。

また、第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５の目標温度は定着温度よりも低く決定されているので、記録紙が非通過であっても、加熱ローラ４１の部材は変形したりしない。また、第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５を目標温度で加熱しておけば、加熱ローラ４１の全幅を定着温度で加熱する際に、第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５を定着温度まで速く上昇させることができる。

図８は、加熱ローラ４１の第１ヒータ６１に対向する部分を定着温度に加熱した状態を示している。図８（ａ）は、従来のように、第１ヒータ６１だけを定着温度に加熱し、第２ヒータ６２、第３ヒータ６３、第４ヒータ６４及び第５ヒータ６５は駆動していない状態を示している。また、図８（ｂ）は、第１ヒータ６１を定着温度に加熱し、第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３を目標温度で加熱している状態を示している。

図８（ａ）によれば、第１ヒータ６１以外のヒータは加熱されていないので、加熱ローラ４１における第１ヒータ６１の端部に対応する部分の温度が低下している。従って、この状態で、葉書サイズの記録紙を定着させると、端部において定着ムラが生じる虞がある。

図８（ｂ）によれば、第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３は目標温度に加熱されているので、加熱ローラ４１における第１ヒータ６１の端部に対応する部分の温度は低下していない。従って、この状態で、葉書サイズの記録紙を定着させると、均一に定着を行うことができる。しかも、通過域外ヒータ６ｂである第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３により、通過域内ヒータ６ａに対して補助加熱することができるので、ウォーミングアップ時に、加熱ローラ４１の通過域内の表面温度を短時間で定着温度まで上げることができる。

また、第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３の目標温度は定着温度よりも低く決定されているので、記録紙が非通過であっても、加熱ローラ４１の部材は変形したりしない。また、第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３を目標温度で加熱しておけば、処理回数が多いＡ４サイズの記録紙の定着処理に移ったときに、第２ヒータ６２及び第３ヒータ６３を定着温度まで速く上昇させることができる。

次に、複合機１においてＡ４サイズの記録紙に画像データを印刷する場合の定着装置における加熱ローラの制御について図９に示すフローチャートを用いて説明する。

印刷制御部２０における記録紙サイズ指定部７１において、画像データを印刷する記録紙のサイズが指定されると（ステップＳ１０１）、記録紙のサイズの情報が、印刷制御部２０の温度制御部８における通過域内ヒータ選択部８１と、通過域内温度検出部５ａと、通過域外温度検出部５ｂとに送られる。

通過域内ヒータ選択部８１は、記録紙のサイズに基づいて、定着温度で加熱を行う通過域内ヒータ６ａ及び通過域外ヒータ６ｂを選択する（ステップＳ１０２）。通過域内ヒータ６ａ及び通過域外ヒータ６ｂが選択されると、通過域内ヒータ駆動部８８により、通過域内ヒータ６ａが駆動されて、室温から定着温度になるまで加熱するように制御される（ステップＳ１０３）。

さらに、通過域内ヒータ６ａの駆動開始から所定時間経過する毎に温度センサ５１が検出した温度に基づいて通過域内温度検出部５ａ及び通過域外温度検出部５ｂにより通過域内の温度と通過域外の温度が検出される。これら通過域内及び通過域外の検出温度に基づいてウォーミングアップ時の通過域内の温度変化の傾き及び通過域外の温度変化の傾きを求める（ステップＳ１０４）。各温度変化の傾きの演算結果は、ＲＡＭ１３に一時保存される。

次に、通過域外の温度変化の傾きを閾値と比較する（ステップＳ１０５）。通過域外の温度変化の傾きが閾値となった場合には（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、その時点を基準点として決定する（ステップＳ１０６）。通過域外の温度変化の傾きが閾値になっていない場合には(ステップＳ１０５でＮｏ)、ステップＳ１０４に戻り、通過域外の温度変化の傾きが閾値となるまでステップＳ１０４からステップＳ１０５を繰り返す。

次に、基準点の前後における通過域内の温度変化の傾きを比較する（ステップＳ１０７）。比較結果に基づき、通過域外ヒータ６ｂの目標温度を決定する（ステップＳ１０８）。所定の目標温度が決定された後、通過域外ヒータ駆動部８９により、通過域外ヒータ６ｂを駆動して、通過域外の検出温度に基づいて、加熱ローラ４１を目標温度まで加熱する（ステップＳ１０９）。

従来の加熱ヒータ６は、図５に示すように、加熱ヒータ６における通過域の幅方向端部の温度変化は点線（Ｘ１，Ｙ１）を描くように変化し、時間ｔ３に至っても定着温度に達しない。本実施の形態では、点線（Ｘ１，Ｙ１）に示すように通過域内の熱の漏れが発生した場合には、基準点（時間ｔ１）を通過域内の熱の漏れが始まった時点として、基準点前後の通過域内の温度変化に基づき、通過域外ヒータ６ｂの目標温度（Ａ１，Ａ２）を決定し、この目標温度となるように、通過域外ヒータ６ｂの駆動を開始する（時間ｔ２）。

図５では、熱の漏れ量が大きい点線（Ｘ１）の温度変化に対しては目標温度（Ａ２）を熱の漏れ量を補うために高くしている。このときの通過域外ヒータ６ｂの温度変化は実線（Ｘ３）で示し、通過域内ヒータ６ａの温度変化は実線（Ｘ２）で示している。また、点線（Ｙ１）の温度変化に対しては、熱の漏れ量が点線（Ｘ１）の温度変化の場合よりも少ないので、目標温度（Ａ２）より低い目標温度（Ａ１）にしている。このときの通過域外ヒータ６ｂの温度変化は実線（Ｙ３）で示し、通過域内ヒータ６ａの温度変化は実線（Ｙ２）で示している。なお、図５では、通過域外ヒータ６ｂを目標温度で加熱制御するときには、時間ｔ２に通過域外ヒータ６ｂの駆動を開始し、時間ｔ３において駆動停止する制御を示している。

以上のように、本実施の形態に係る加熱ヒータ６は、ウォームアップ時に、通過域外ヒータ６ｂを駆動させていないのにも拘らず、通過域外の温度が上昇してきた場合には、通過域内の熱が通過域外に漏れていると判断して、目標温度となるように通過域外ヒータ６ｂを駆動させるように制御する。その結果、加熱ローラ４１における通過域に対応する部分の熱が通過域外に漏れても、直ぐに通過域全体を定着温度にすることができる。

さらに、本実施の形態に係る加熱ヒータ６の通過域外ヒータ６ｂを駆動させるタイミングは、通過域内の温度を検出して目標温度を決定した後になるので、通過域外ヒータの消費電力を極力少なくすることができる。しかも、目標温度は、加熱ローラ４１の熱の漏れ量に応じて決定するので、通過域外ヒータは無駄な消費電力が発生することがなく、通過域全体を定着温度に維持するための消費電力を最小限にすることができる。また、通過域内の温度を検出して目標温度を決定した後に、通過域外ヒータ６ｂを駆動させるので、通過域内ヒータ６ａの駆動開始時の突入電流を小さくすることができる。

なお、本実施の形態では、目標温度を決定した後に、通過域外ヒータ６ｂを駆動させるようにしたが、通過域内ヒータ６ａの駆動開始時に同時に制御温度をかなり低くして通過域外ヒータ６ｂを駆動させるようにしても本発明を適用できる。

また、上記実施の形態では、画像形成装置としてプリント、ファクシミリ送信及び電子メール送信を行う複合機を用いた場合について説明したが、本発明の画像形成装置は、複合機には限定されず、画像データのプリント処理を行っている種々の画像形成装置に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置としての複合機の一構成例を示したブロック図である。 本発明の実施の形態に係る複合機におけるプリンタの一構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るプリンタの定着装置を示した概略斜視図である。 本発明の実施の形態に係る複合機の印刷制御部、プリンタ及び温度検出部の構成を示すブロック図である。 加熱ローラにおける通過域の境界部付近の温度変化を示すグラフと、ヒータのオン・オフ制御を示す説明図である。 加熱ローラの全幅を定着温度に加熱した状態を示した説明図である。 加熱ローラの第１ヒータ、第２ヒータ及び第３ヒータに対向する部分を定着温度に加熱した状態を示した説明図である。 加熱ローラの第１ヒータに対向する部分を定着温度に加熱した状態を示した説明図である。 本発明の実施の形態に係る複合機の定着装置における加熱ヒータの駆動制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 複合機
１０ 制御部
１１ パラレル通信路
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ スキャナ
１５ プリンタ
１６ コーデック
１７ 画像メモリ
１８ 操作部
１９ 通信部
２０ 印刷制御部
３ トナー画像形成部
３１ 感光ドラム
３２ 露光器
３３ 帯電器
３４ 現像装置
３４ａ 供給ローラ
３４ｂ 現像ローラ
３５ 転写ローラ
４ 定着装置
４１ 加熱ローラ
４１ａ 円筒
４２ 加圧ローラ
５ 温度検出部
５ａ 通過域内温度検出部
５ｂ 通過域外温度検出部
５１ 温度センサ
６ ヒータ
６ａ 通過域内ヒータ
６ｂ 通過域外ヒータ
６１ 第１ヒータ
６２ 第２ヒータ
６３ 第３ヒータ
６４ 第４ヒータ
６５ 第５ヒータ
７１ 記録紙サイズ指定部
７２ トナー画像形成制御部
７３ 定着制御部
８ 温度制御部
８１ 通過域内ヒータ選択部
８２ 通過域内温度傾き演算部
８３ 通過域外温度傾き演算部
８４ 第１比較部
８５ 第２比較部
８６ 基準点決定部
８７ 目標温度決定部
８８ 通過域内ヒータ駆動部
８９ 通過域外ヒータ駆動部
９ 加圧ローラ制御部

Claims (3)

1. 記録紙の搬送方向と直交する方向に分割された２以上のヒータを有し、上記記録紙に転写されたトナー画像を加熱して定着させる定着手段と、
   上記定着手段の温度を検出する温度検出手段と、
   上記温度検出手段による検出結果に基づいて、上記ヒータの温度制御を行う温度制御手段とを備え、
   上記定着手段は、上記ヒータとして、上記記録紙が通過する通過域内に配置された通過域内ヒータと、上記通過域外に配置された通過域外ヒータとを有し、
   上記温度検出手段は、上記通過域内の温度を検出する通過域内センサと、上記通過域外の温度を検出する通過域外センサとを有し、
   上記温度制御手段は、
   上記通過域内の温度を常温から定着可能温度へ変化させるウォーミングアップ時に上記通過域内センサが検出する温度に基づいて上記通過域外ヒータの目標温度を決定する目標温度決定手段を備え、
   上記目標温度決定手段により上記目標温度が決定された後に、上記通過域外ヒータの発熱量を増大させて上記目標温度となるように上記通過域外ヒータの温度を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 上記温度制御手段は、
   上記ウォーミングアップ時における上記通過域外センサにより検出した温度変化の傾きを閾値と比較する比較手段と、
   上記比較手段の比較結果に基づき、上記定着手段の上記通過域内から上記通過域外へ熱が漏れている基準となる基準点を決定する基準点決定手段とを備え、
   上記目標温度決定手段は、
   上記基準点の前後において上記通過域内センサによる検出温度の変化の傾きを比較して上記目標温度を決定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 上記目標温度決定手段は、上記基準点から一定時間内に上記目標温度を決定し、
   上記温度制御手段は、上記基準点から一定時間経過後に上記目標温度となるように上記通過域外ヒータの発熱量を増大させる制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

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