JP2019207337A

JP2019207337A - 定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2019207337A
Application number: JP2018102947A
Authority: JP
Inventors: 康二加藤; Koji Kato
Original assignee: Oki Data Corp
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2019-12-05

Abstract

【課題】加熱ローラを、複数に分割されたヒータにより温度制御する定着装置では、記録用紙の非通過領域のローラ表面温度が低くなりすぎ、負荷トルクの増大とそれに伴って異音が発生するという問題があった。【解決手段】定着ベルト７１と、これとニップ部を形成する加圧ローラ７２と、定着ベルト７１の内側においてその幅方向に複数配列され、それぞれが定着ベルト７１の対向する領域を加熱するヒータ８２，８３，８４と、これ等のヒータ温度を検出するサーミスタ７５，７６，７７と、各ヒータに電力供給して、加熱制御する通電駆動制御部（１０１，１０３〜１０６）とを備え、通電駆動制御部は、通紙領域に対向しないヒータが所定温度未満とならないように、且つ通紙領域に対向しないヒータが所定温度以上の場合、通紙領域に対向しないヒータに対し、通紙領域に対向するヒータに対するより電力供給量を小さく制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成装置における定着装置の構成と制御方法に関する。

従来、この種の装置として、加熱ローラ内部に長手方向において、複数に分割されたヒータを備え、印刷画像領域に応じて対応するヒータを温度制御するものがあった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１２５１６５号公報（第１４頁、図８）

しかしながら従来の装置では、用紙のサイズに応じて、複数に分割されたヒータの端部側ヒータの温度を制御すると温度が低くなりすぎてしまい、定着器ニップ部の内面に塗布されるグリスの摺動性が悪くなり、負荷トルクの増大とそれに伴って異音が発生するという問題があった。一方で、端部側ヒータを高温に制御しすぎると、幅狭の媒体を連続通紙する際の非通紙部の温度上昇が問題となる。

本発明による定着装置は、無端状の定着部材と、前記定着部材とニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材の内側において該定着部材の幅方向に複数配列され、それぞれが該定着部材の対向する領域を加熱する複数の部分ヒータと、前記部分ヒータの温度を検出する温度センサと、前記複数の部分ヒータに電力供給して、加熱制御する通電駆動制御部とを備え、
前記通電駆動制御部は、前記幅方向において、記録媒体の通紙領域に対向しない前記部分ヒータが、所定温度未満とならないように制御すると共に、
前記通紙領域に対向しない前記部分ヒータが、所定温度以上の場合、前記通紙領域に対向しない前記部分ヒータに対する電力供給量の割合を、前記通紙領域に対向する前記部分ヒータに対する電力供給量の割合より小さくなるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、非通紙領域のベルトの温度を、通紙領域のベルトの温度に対して低くし、且つ必要な温度以下に低下させることがないため、良好な定着環境を維持することが可能となる。

本発明に基づく定着装置を採用する実施の形態１の画像形成装置の要部構成を示す要部構成図である。定着器の内部構成を概略的に示す要部構成図であり、（ａ）は、記録用紙を受け入れる用紙搬入側から見た正面図であり、（ｂ）はその左側面図である。定着器の面状ヒータの通電駆動制御部を示す回路図である。表２の補正値α１、α２をグラフ化した図である。画像形成装置の駆動制御系の要部構成を示すブロック図である。回転駆動中の定着ベルトの表面温度とトルクの関係を測定した値をグラフ化した図である。定着制御部が、ウォームアップ完了後の印刷動作中に行う、中間ヒータの温度維持制御の流れを示すフローチャートである。定着制御部が、ウォームアップ完了後の印刷動作中に行う、端部ヒータの温度維持制御の流れを示すフローチャートである。Ａ５縦サイズの記録用紙に印刷する印刷ジョブが発生したときの、メインヒータ、中間ヒータ、端部ヒータ、及び転写ベルトの各検出温度の推移を示すタイミングチャートである。Ａ５縦サイズの記録用紙の印刷後の定着ベルトの表面の温度分布を、面状ヒータのメインヒータ、中間ヒータ、及び端部ヒータと対応させて示した温度分布図である。

実施の形態１．
図１は、本発明に基づく定着装置を採用する実施の形態１の画像形成装置の要部構成を示す要部構成図である。

同図に示すように、画像形成装置１は、例えばタンデム型カラー電子写真式プリンタとしての構成を備え、給紙カセット１０は、内部に記録媒体としての記録用紙４０が積層され、画像形成装置１に着脱自在に装着される。ピックアップローラ２１は、接触した状態で対に配設された給紙ローラ２２及び分離ローラ２３と共に給紙部２０を構成している。ピックアップローラ２１及び給紙ローラ２２は、給紙モータ２０２（図５参照）によって回転駆動され、分離ローラ２３は、図示しないトルク発生手段によって、反回転方向にトルクを発生している。

従って、ピックアップローラ２１は、給紙カセット１０内から当接した最上部の記録用紙４０を引き出し、給紙ローラ２２及び分離ローラ２３は、例えば、記録用紙４０が複数同時に引き出されたような場合にも、一枚ずつこの記録用紙を順次搬送経路に繰出す。

記録用紙４０の搬送方向における、給紙部２０の下流側の搬送路には、順に、レジストローラ３１、搬送ローラ３２が配置されている。レジストローラ３１は、このレジストローラ３１を加圧して搬送力を生み出す連れ回りのプレッシャローラ３３と対をなし、搬送ローラ３２は、この搬送ローラ３２を加圧して搬送力を生み出す連れ回りのプレッシャローラ３４と対をなしている。レジストローラ３１のローラ対は記録用紙４０の斜行を強制し、搬送ローラ３２のローラ対は画像形成部に記録用紙４０を送り込む。

画像形成部は、着脱自在に直列に並べられた４つの現像ユニット５０Ｋ，５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ（特に区別する必要がない場合には５０と付す）と、現像ユニット５０により形成されたトナー現像を、記録用紙４０の上面にクーロン力により転写する転写部６０からなる。直列に並べられた４つの現像ユニット５０は、構成的には全て同じであり、使用されるトナーの色、即ちブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）と、その動作タイミングのみが異なる。ここでは用紙搬送方向の上流側から順に、ブラック（Ｋ）用の現像ユニット５０Ｋ、イエロー（Ｙ）用の現像ユニット５０Ｙ、マゼンタ（Ｍ）用の現像ユニット５０Ｍ、及びシアン（Ｃ）用の現像ユニット５０Ｃが配列されている。

従って、ここでは代表してブラック（Ｋ）の現像ユニット５０Ｋの内部構成について以下に説明する。

現像ユニット５０Ｋは、着脱自在なトナーカートリッジ５１Ｋを備え、更に、トナー現像を担持する感光体ドラム５２Ｋ、感光体ドラム５２Ｋの表面を帯電させる帯電ローラ５３、ＬＥＤヘッド５７Ｋによる露光によって感光体ドラム５２Ｋの帯電した表面に形成された静電潜像に、摩擦帯電によりトナー現像を形成する現像ローラ５４、現像ローラ５４にトナーを供給するトナー供給ローラ５５、転写後に感光体ドラム５２Ｋの表面に残る残トナーを掻き落とすクリーニングブレード５６などを備える。尚、各現像ユニット５０に用いられているドラムやローラには、ＩＤモータ２０４（図５参照）からギアなどを経由して動力が伝達される。

転写部６０は、記録用紙４０を静電吸着して矢印Ａ方向に搬送する転写ベルト６１、転写ベルト６１を駆動するドライブローラ６２、ドライブローラ６２と対を成して転写ベルト６１を張架するテンションローラ６３、現像ユニット５０の各感光体ドラム５２Ｋ，５２Ｙ，５２Ｍ，５２Ｃ（特に区別する必要がない場合には５２と付す）にそれぞれが対向して圧接するよう配置され、トナー現像を記録用紙４０に転写するよう電圧を印加する転写ローラ６７Ｋ，６７Ｙ，６７Ｍ，６７Ｃ（特に区別する必要がない場合には６７と付す）等を備える。ドライブローラ６２は、ベルトモータ２０３（図５参照）によって回転駆動される。

現像ユニット５０と転写ベルト６１は同期して駆動され、転写ベルト６１に静電吸着された記録用紙４０に各色のトナー現像を順次重ね合わせて転写する。このようにして画像形成部で各色のトナー現像を転写された記録用紙４０は、トナー現像を熱と圧力で記録用紙に融着させる定着器７０へ送り出される。

定着器７０は、後述する面状ヒータを備えて記録用紙４０に上方から接する定着部材としての定着ベルト７１と定着モータ２０５（図５参照）によって駆動されて回転する加圧ローラ７２を備え、回転する加圧ローラ７２とこれに従動する加熱した定着ベルト７１とで記録用紙４０を矢印Ｂ方向（通紙方向）に搬送する間に加熱及び加圧を実行し、記録用紙４０に付着したトナーを融着して記録用紙４０にトナー画像を定着させる。尚、定着器７０については、後で詳しく説明する。

記録用紙４０の搬送方向における、定着器７０の下流側の搬送路には、順に、排出ローラ対３６，３７が配置され、定着器７０から排出される定着済みの記録用紙４０を経路に沿って搬送し、排出トレイ３９へと排出する。

図２は、定着器７０の内部構成を概略的に示す要部構成図であり、同図（ａ）は、記録用紙４０を受け入れる用紙搬入側から見た正面図であり、同図（ｂ）はその左側面図である。尚、定着器７０を、記録用紙４０が搬入される側、即ち矢印Ｂ方向（通紙方向）からみて、前（手前側）後（奥側）左右を特定する場合がある。

同図に示すように、エンドレスで円筒状に形成された定着ベルト７１と、加圧部材としての加圧ローラ７２とは、図示しない付勢手段によって当接し、当接部にニップ部が形成されるように構成されている。このため、定着ベルト７１は、左右の両端部が、各端部に対向して配置された図示しないフランジに形成された溝に嵌入して円筒形状が保たれ、且つ長手方向移動が規制されている。

定着ベルト７１は、適度の剛性を得るため、ここでは、複数層からなる部材によって構成され、内周側の基材として、適度な剛性と可撓性を有するＳＵＳ等の弾性を有した金属が用いられ、その上層にシリコーンゴム等の弾性層が形成されている。弾性層上に更に離型層形成してもよい。加圧ローラ７２は、定着モータ（図５参照）によって、矢印Ｃ方向に回転駆動され、これに伴って定着ベルト７１が供回りする。尚、図２（ａ）では、定着ベルト７１の内側を明示するため、透視した図となっている。

定着ベルト７１のニップ部の内側には、定着ベルト７１の内側表面に接するようにステンレス製の熱拡散部材７３が配置され、その内側には、熱拡散部材７３の内側表面に接するように面状ヒータ８１が配設されている。熱拡散部材７３の、定着ベルト７１の内側に接する外側表面には、定着ベルト７１との摺動を円滑にするため、図示しない摺動性グリスが塗布されている。

面状ヒータ８１は、定着ベルト７１の幅方向（以後、長手方向と称す場合もある）に延在する面状発熱体であり、ステンレス基板上に、電気絶縁層、抵抗発熱体、電極と保護層が順に積層され、抵抗発熱体に電力を供給することにより発熱させることができる。面状ヒータ８１は、保護層側が熱拡散部材７３に接触して発熱を熱拡散部材７３に伝え、熱拡散部材７３は、その熱を定着ベルト７１に熱伝導する。これにより、長手方向における熱伝導のムラが抑制される。

面状ヒータ８１は、発熱部が長手方向において５分割されており、中央部に位置するメインヒータ８２、メインヒータ８２の左右両側に隣接配置された左中間ヒータ８３Ｌ及び右中間ヒータ８３Ｒ、左中間ヒータ８３Ｌに隣接して配置された左端部ヒータ８４Ｌ、そして右中間ヒータ８３Ｒに隣接して配置された右端部ヒータ８４Ｒを備える。これらの５分割された各ヒータは、長手方向において、メインヒータ８２の中心に対して左右対称に形成されている。左中間ヒータ８３Ｌ及と右中間ヒータ８３Ｒとは電気的に並列接続され、同時通電されて同時に発熱し、同じく、左端部ヒータ８４Ｌと右端部ヒータ８４Ｒとは電気的に並列接続され、同時通電されて同時に発熱する。尚、メインヒータ８２、左右の中間ヒータ８３Ｌ，８３Ｒ、及び左右の端部ヒータ８４Ｌ，８４Ｒが部分ヒータに相当する。

メインヒータ８２は、発熱部の長さが１３８ｍｍあり、Ｂ６縦サイズ（１２８ｍｍ）の幅に対応したヒータである。メインヒータ８２と、左右の中間ヒータ８３Ｌ，８３Ｒとの発熱部の合計長は２３０ｍｍあり、合せてＬｅｔｔｅｒ縦サイズ（２１５．９ｍｍ）の幅に対応したヒータとなる。メインヒータ８２と、左右の中間ヒータ８３Ｌ，８３Ｒと、左右の端部ヒータ８４Ｌ，８４Ｒとの合計長は３０６ｍｍであり、合せてＡ４横（２９７ｍｍ）の幅に対応したヒータとなる。これらの各ヒータは、後述するように、印刷する記録用紙４０のサイズに合わせてそれぞれの発熱量が調整され、非通紙領域の定着ベルト７１の温度上昇が抑制され、且つ非通紙領域の定着ベルト７１の温度が低下しすぎないように維持される。

メインヒータ８２、左中間ヒータ８３Ｌ、及び左端部ヒータ８４Ｌの各基板側の裏面には、それぞれの温度を検出するメインヒータ裏サーミスタ７５、中間ヒータ裏サーミスタ７６、端部ヒータ裏サーミスタ７７が配設されている。これらのサーミスタは、夫々が検出した温度情報を定着制御部１０１（図３参照）に送信し、後述するように、ヒータが異常な高温状態にならないように保護するため、そして幅狭媒体を印刷中において定着ベルト７１の端部側が低温になり過ぎないように温度制御するための温度センサとなる。尚、メインヒータ裏サーミスタ７５、中間ヒータ裏サーミスタ７６、及び端部ヒータ裏サーミスタ７７が温度センサに相当する。

赤外線温度センサ７８は、定着ベルト７１の表面温度を検出する。このため赤外線温度センサ７８は、通紙方向（矢印Ｂ方向）の入り口側にあって、定着ベルト７１の外側面に非接触に対向し、長手方向におけるメインヒータ８２の中央部に相当する位置に設置され、定着ベルト７１の外側面から発せられる赤外線を受光し温度に変換し、その温度情報を定着制御部１０１（図３参照）に送信する。尚、赤外線温度センサ７８は、長手方向と垂直な平面において、メインヒータ裏サーミスタ７５と同平面上となることが望ましい。

以上のように構成された定着器７０は、転写ベルト６１（図１）から搬送されてきた記録用紙４０をニップ部で挟むようにして矢印Ｂ方向に搬送する。その間に、記録用紙４０上に転写されて弱い静電気力で付着しているトナー画像を、熱によって溶解し、更に加圧して記録用紙４０に定着させる。

図３は、定着器７０の面状ヒータ８１の通電駆動制御部を示す回路図である。

同回路図に示すように、メインヒータ裏サーミスタ７５、中間ヒータ裏サーミスタ７６、端部ヒータ裏サーミスタ７７、及び赤外線温度センサ７８でそれぞれ検出された温度情報は、共に定着制御部１０１に送信される。

面状ヒータ８１の５つの各ヒータ８２，８３Ｌ，８３Ｒ，８４Ｌ，８４Ｒの一方の電極は商用電源１０２の一方の端子に接続され、メインヒータ８２の他方の電極はトライアック１０３の一方の端子に接続され、左中間ヒータ８３Ｌ及び右中間ヒータ８３Ｒの他方の電極は共にトライアック１０４の一方の端子に接続され、左端部ヒータ８４Ｌ及び右端部ヒータ８４Ｒの他方の電極は共にトライアック１０５の一方の端子に接続されている。

３つのトライアック１０３，１０４，１０５の各他方の端子は共に商用電源１０２の他方の端子に接続され、トライアック１０３のゲート端子はトライアック駆動回路１０６の第１駆動端子１０６ａに接続され、トライアック１０４のゲート端子はトライアック駆動回路１０６の第２駆動端子１０６ｂに接続され、トライアック１０５のゲート端子はトライアック駆動回路１０６の第３駆動端子１０６ｃに接続されている。

定着制御部１０１は、第１定着オン信号１０７をトライアック駆動回路１０６の第１入力端子１０６ｄに送信し、第２定着オン信号１０８をトライアック駆動回路１０６の第２入力端子１０６ｅに送信し、第３定着オン信号１０９をトライアック駆動回路１０６の第３入力端子１０６ｆに送信する。

トライアック駆動回路１０６は、第１定着オン信号１０７、第２定着オン信号１０８、及び第３定着オン信号１０９の各パルス幅に応じて、それぞれ対応するトライアック１０３、トライアック１０４、及びトライアック１０５の通電時間を変え、面状ヒータ８１への供給電力を制御する。尚、ここでは、面状ヒータ８１に商用電源を印加することを、通電と称す場合がある。尚、定着制御部１０１、トライアック駆動回路１０６、及びトライアック１０３〜１０５が通電駆動制御部に相当し、定着器７０と通電駆動制御部とが定着装置に相当する。

次に、定着制御部１０１による面状ヒータ８１の加熱制御方法について説明する。加熱制御方法は、後述するように、装置の動作タイミングや面状ヒータ８１の温度状況によって異なる態様をとるが、先ず、デューティ比補正制御について説明する。

定着制御部１０１は、赤外線温度センサ７８による検出温度と、印刷条件で決まる目標温度との差に基づいてＰＩＤ（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｇｒａｌＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御による計算を、温度の一制御周期である１００ｍｓｅｃ毎に行い、第１定着オン信号１０７のデューティ値（ｎ）を求める。

デューティ値（ｎ）は、下式（１）によって求められる。式（１）は、目標温度と現在の検出温度（赤外線温度センサ７８による）との偏差εに対する関数になっており、０〜１００の値に丸める。
デューティ値（ｎ）
＝Ｋｐ×ε＋Ｋｉ×Σ（ε）＋Ｋｄ×ｄ（ε）／ｄｔ
＋ＤｕｔｙＭｏｄ（ｎ−１）・・・（１）
ε：温度偏差（＝目標温度−赤外線温度センサ７８の検出温度）
Ｋｐ：比例ゲイン
Ｋｉ：積分ゲイン
Ｋｄ：微分ゲイン
ＤｕｔｙＭｏｄ（ｎ−１）：前回の制御周期で消費されなかったデューティ値の余り
例えば、前回の制御周期のデューティ値＝９８％の場合、９０％は出力に消費され、８％は余りとして次回のＰＩＤ計算時に加算される。

表１は、定着制御部１０１があらかじめ記憶して備えるヒータオンパターンのテーブルである。

式（１）によって算出されたデューティ値（ｎ）に基づいて、表１から第１定着オン信号１０７の、１００ｍｓｅｃ間の制御パターンを決定する。表１は、１００ｍｓｅｃ毎の、オン（１で示す）とオフ（０で示す）の制御パターンを記憶したもので、算出されたデューティ値（ｎ）が該当する範囲毎にその制御パターンが設定されている。

例えばデューティ値（ｎ）が２５％の場合、上から３段目の制御パターンが選択され、
０〜１０ｍｓｅｃの１０ｍｓｅｃがオン、
１０ｍｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃの４０ｍｓｅｃがオフ、
５０ｍｓｅｃ〜６０ｍｓｅｃの１０ｍｓｅｃがオン、
６０ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃの４０ｍｓｅｃがオン、
となり、
デューティ値が５５％の場合、上から６段目の制御パターンが選択され、
０〜１０ｍｓｅｃの１０ｍｓｅｃがオン、
１０ｍｓｅｃ〜２０ｍｓｅｃの１０ｍｓｅｃがオフ、
２０ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃの１０ｍｓｅｃがオン、
３０ｍｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃの２０ｍｓｅｃがオフ、
５０ｍｓｅｃ〜６０ｍｓｅｃの１０ｍｓｅｃがオン、
６０ｍｓｅｃ〜７０ｍｓｅｃの１０ｍｓｅｃがオフ、
７０ｍｓｅｃ〜９０ｍｓｅｃの２０ｍｓｅｃがオン、
９０ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃの１０ｍｓｅｃがオフ、
となり、
デューティ値が１００％の場合、上から１１段目の制御パターンが選択され、１００ｍｓｅｃ間連続でオンとなる。

以上のように、１００ｍｓｅｃ毎に、式（１）に基づいてデューティ値（ｎ）が算出され、算出されたデューティ値（ｎ）に基づいて制御パターンが選択され、選択された制御パターンに基づいてトライアック１０３，１０４，１０５のオン／オフ、即ち面状ヒータ８１への通電が制御される。例えば、第１定着オン信号１０７の場合、制御パターンがオンのとき対応するトライアック１０３がオン状態となって、対応するメインヒータ８２への通電が行われ、制御パターンがオフのときその通電が停止されるものである。

次に、デューティ比補正制御時の第２定着オン信号１０８と第３定着オン信号１０９について説明する。

定着制御部１０１は、デューティ比補正制御時に、印刷する記録用紙４０のサイズ設定に応じて、左中間ヒータ８３Ｌ及び右中間ヒータ８３Ｒ（特に左右を区別する必要がない場合には中間ヒータ８３と称す）用の第２定着オン信号１０８、及び左端部ヒータ８４Ｌ及び右端部ヒータ８４Ｒ（特に左右を区別する必要がない場合には端部ヒータ８４と称す）用の第３定着オン信号１０９の各デューティ値を、第１定着オン信号１０７のデューティ値（ｎ）に対して以下のように補正する。

メインヒータ８２用の第１定着オン信号１０７のデューティ比をメインデューティ値とし、中間ヒータ８３用の第２定着オン信号１０８のデューティ比を中間用デューティ値とし、端部ヒータ８４用の第３定着オン信号１０９のデューティ比を端部用デューティ値とした場合、
・メインデューティ値は、式（１）で算出したデューティ値（ｎ）であり、
・中間用デューティ値は、次式
中間用デューティ値
＝（メインデューティ値−１制御ステップ前のデューティ計算の余り［メインデューティ値算出時における］）×α１＋１制御ステップ前のデューティ計算の余り［中間用デューティ値算出時における］）・・・・・・（２）
で算出し、
・端部用デューティ値は、次式
端部用デューティ値
＝（メインデューティ値−１制御ステップ前のデューティ計算の余り［メインデューティ値算出時における］）×α２＋１制御ステップ前のデューティ計算の余り［端部用デューティ値算出時における］）・・・・・・（３）
で算出する。

補正値α１、α２は、用紙幅に対する次式（４）、（５）のような３次関数で計算され、３次関数の係数はあらかじめ記憶されている。
α１＝ａｌ×Ｌ^３＋ｂｌ×Ｌ^２＋ｃ１×Ｌ＋ｄ１・・・（４）
α２＝ａ２×Ｌ^３＋ｂ２×Ｌ^２＋ｃ２×Ｌ＋ｄ２・・・（５）
Ｌ：用紙幅設定値
ａｌ，ａ２，ｂｌ，ｂ２，ｃｌ，ｃ２，ｄ１，ｄ２：係数

表２は、種々の定型の用紙サイズを上式（４）、（５）に代入して得た、補正値α１、α２の計算結果の一覧表であり、図４は、表２の補正値α１、α２をグラフ化した図である。

従って、デューティ比補正制御時には、メインヒータ８２は、メインデューティ値（デューティ値（ｎ））に基づいて、表１で選択された制御パターンで通電制御され、中間ヒータ８３は、中間用デューティ値に基づいて、表１で選択された制御パターンで通電制御され、端部ヒータ８４は、端部用デューティ値に基づいて、表１で選択された制御パターンで通電制御される。この場合、定着ベルト７１の通紙領域に対向しないヒータに対する電力供給量の割合が、少なくとも通紙領域に対向するヒータに対する電力供給量の割合より小さくなるように設定されている。

図５は、画像形成装置１の駆動制御系の要部構成を示すブロック図である。

同図において、印刷制御部２０１は、画像形成装置１の印刷動作全般を駆動制御し、定着制御部１０１に対しては、記録用紙４０の幅情報の通知や、厚み、幅等の印刷条件に応じた目標温度を指令し、記録用紙４０の給紙、搬送を行うためのステッピングモータである給紙モータ２０２、転写ベルト６１を駆動するドライブローラ６２を回転駆動するためのベルトモータ２０３、各現像ユニット５０の各回転部を駆動するブラシレスＤＣモータであるＩＤモータ２０４、定着器７０の加圧ローラ７２、排出ローラ対３６，３７を駆動するブラシレスＤＣモータである定着モータ２０５を、それぞれの駆動タイミングに応じて回転駆動し、ＬＥＤヘッド５７に対しては、各ＬＥＤヘッド５７の露光タイミングを制御し、現像ユニット５０で行う帯電、現像、転写のための高電圧を生成する高圧回路２０６に対して、各電圧の出力タイミングを指令する。

以上の構成において、定着制御部１０１が行う、定着器７０の面状ヒータ８１の通電制御方法について説明するが、その前に、本実施の形態による定着装置が解決しようとする問題点について説明する。

図６は、回転駆動中の定着ベルト７１の表面温度とトルクの関係を測定した値をグラフ化した図である。同グラフに示すように、定着ベルト７１の表面温度が８０℃を下回ると、熱拡散部材７３に塗布されている摺動性グリスの粘度が低下し、加圧ローラ７２の軸トルクが、これを駆動するモータの出力限界である許容範囲、即ち負荷トルクＮＧラインを超えて負荷トルクＮＧ領域に達し、更に、それにより定着ベルト７１より異音が生じる。

これらの問題は、定着ベルト７１の表面温度を８０℃以上に保つため、熱伝導による温度低下を加味した上で、面状ヒータ８１の裏面温度を１００℃以上に保つことで回避できることが実験的に判明している。本実施の形態の定着器７０は、複数に分割したヒータからなる面状ヒータ８１において、これらの問題を回避するべく、温度制御されるものである。

画像形成装置１は、印刷開始前にウォームアップを行う。このウォームアップ時に、定着ベルト７１の温度を、印刷条件できまる目標温度に向けて加熱し、この目標温度より１５℃低い温度に達した段階で、ウォームアップ完了と判断し、ウォームアップ制御を終了する。このウォームアップ制御時、前記したメインヒータ８２は、式（１）で算出したデューティ値（ｎ）に基づく制御パターンで通電制御されるが、中間ヒータ８３及び端部ヒータ８４もまた、デューティ値（ｎ）に基づく制御パターンで通電制御される。

定着装置は、ウォームアップ完了後、前記したデューティ比補正制御に移行するが、中間ヒータ８３及び端部ヒータ８４に対しては、定着ベルト７１の対応する領域の表面温度が前記した許容範囲内（８０℃以上）を保つための温度維持制御が行われる。

図７は、定着制御部１０１が、ウォームアップ完了後の印刷動作中に行う、中間ヒータ８３の温度維持制御の流れを示すフローチャートであり、図８は、定着制御部１０１が、同じくウォームアップ完了後の印刷動作中に行う、端部ヒータ８４の温度維持制御の流れを示すフローチャートである。先ず図７のフローチャートに沿って、中間ヒータ８３の温度維持制御について説明する。

図７のフローでは、先ずヒータ制御が終了したか否かを判定し、終了していない場合（ステップＳ１０１、Ｎｏ）、中間ヒータ裏サーミスタ７６（図３）で検出される左中間ヒータ８３Ｌの温度が１００℃未満か否かを判定する（ステップＳ１０２）。１００℃未満の場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）、左右の中間ヒータ８３で加熱する個所の定着ベルト７１が低温になりすぎないように、強制的に左右の中間ヒータ８３に通電する。その際、デューティ値２０％に対応する制御パターン（表１参照）で通電制御する。

一方、１００℃以上の場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）、前記したデューティ比補正制御を行う（ステップＳ１０４）。その後、前記した一制御周期（１００ｍｓｅｃ）である１００ｍｓｅｃが経過した後、ステップＳ１０１に戻る。以後、ヒータ制御が終了するまで、ステップＳ１０１からステップＳ１０５までの一連の処理が繰り返される。

図８に示すフローは、端部ヒータ８４の温度維持制御のフローであるが、図７に示す中間ヒータ８３の制御と全く同じ処理を行うので、ここでの説明を省略する。

以上の温度維持制御により、面状ヒータ８１は、閾値１００°Ｃ以上にキープされ、定着ベルト７１の温度が端部においても低くなり過ぎないように制御される。尚、メインヒータ８２に対しては、上式（１）における目標温度が少なくとも１００℃以下に設定されることがないため、温度維持制御は行わない。

図９は、以上のように温度制御される定着器７０を備えた画像形成装置１において、Ａ５縦サイズの記録用紙４０に印刷する印刷ジョブが発生したときの、メインヒータ８２、中間ヒータ８３、端部ヒータ８４、及び転写ベルト６１の各検出温度の推移を示すタイミングチャートである。

同図に示すように、時刻ｔ１に印刷ジョブが入力されたため、ウォームアップが開始し、目標温度１６０℃に向けて面状ヒータ８１による加熱が開始する。このとき、中間ヒータ８３用の補正値α１及び端部ヒータ８４用の補正値α２は共に１００％とされ、面状ヒータ８１の５つの各ヒータ８２，８３Ｌ，８３Ｒ，８４Ｌ，８４Ｒが同一のデューティ値（ｎ）で制御される。

時刻ｔ２において、赤外線温度センサ７８による検出温度が１４５℃（目標温度１６０℃−１５℃）に到達したため、補正値α１，α２が用紙サイズＡ５用の値に変更されてデューティ比補正制御に移行すると共に、図７、図８で説明した中間ヒータ８３及び端部ヒータ８４に対する温度維持制御が開始される。Ａ５縦サイズの場合、補正値α１＝６０％、補正値α２＝０％となる（表２参照）。従って、端部ヒータ８４は、端部用デューティ値０（％）（式（３）参照）で制御されるため、端部ヒータ裏サーミスタ７７の検出温度が低下し始める。

時刻ｔ３において、端部ヒータ裏サーミスタ７７の検出温度が１００℃に達するが、左右の端部ヒータ８４は、前記した図８に示すフローに基づいて温度維持制御され、１００℃に達す毎にデューティ値２０％の制御パターン（表１参照）での通電が行われるため（図８のステップＳ２０３の処理）、時刻ｔ３以後においても、端部ヒータ裏サーミスタ７７の検出温度が１００℃未満となることはない。

図１０は、Ａ５縦サイズの記録用紙４０の印刷後の定着ベルト７１の表面の温度分布を、面状ヒータ８１のメインヒータ８２、中間ヒータ８３、及び端部ヒータ８４と対応させて示した温度分布図である。

同図に示すように、中間ヒータ８３での非通紙領域において温度ピークが生じるが、不必要に加熱することはなく、幅狭記録媒体の印刷スループットが低下することはない。一方、端部ヒータ８４に対応する定着ベルト７１の両端部の温度は、端部ヒータ８４に対する前記した温度維持制御によって８０℃以上に保たれるため、８０℃を下回ることによって、負荷トルクＮＧラインを超えたり、異音が発生するといった状態を回避している。

尚、同図には、記録用紙４０の通過領域に対応するヒータを同じ条件で温度制御し、記録用紙の非通過領域に対応するヒータには通電しない場合の温度分布例を点線で示しているが、この場合、ベルトの両端部の温度が８０℃以下に低下してしまう。

尚、本実施の形態では、中間ヒータ裏サーミスタ７６や端部ヒータ裏サーミスタ７７の検出温度が１００℃以下になった場合、対応する中間ヒータ８３や端部ヒータ８４をデューティ値２０％の制御パターンで通電し加熱するように制御したが、中間ヒータ裏サーミスタ７６や端部ヒータ裏サーミスタ７７の検出温度が１００℃以下になった場合、その検出温度の目標温度を１００℃とし、対応するヒータをＰＩＤ制御するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、面状ヒータ８１を、メインヒータ８２、左右の中間ヒータ８３、及び左右の端部ヒータ８４の３系統に５分割した例を示したが、これに限定されるものではなく、例えばメインヒータ８２及び左右の端部ヒータ８４の２系統に３分割してもよいなど種々の態様を取り得るものである。

以上のように、本実施の形態１の定着装置によれば、定着ベルトの幅方向に分割配置されたヒータを、通過する記録用紙のサイズに応じて個別に制御する場合においても、記録用紙の非通過領域のベルト温度が、必要温度、例えば８０℃以上に維持されるため、負荷トルクＮＧラインを超えたり、異音が発生するといった不都合状態を回避することができる。また記録用紙の非通過領域のベルト温度が必要以上に高温になるのも抑制できる。

また、前記した特許請求の範囲、及び実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」といった言葉を使用したが、これらは便宜上であって、画像形成装置を配置する状態における絶対的な位置関係を限定するものではない。

上記した実施の形態では、本発明を、カラープリンタとしての画像形成装置に採用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、定着器を備える、複写機、ファクシミリ、ＭＦＰ等の画像処理装置にも利用可能である。またカラープリンタについて説明したが、モノクロプリンタであってもよい。

１画像形成装置、１０給紙カセット、２０給紙部、２１ピックアップローラ、２２給紙ローラ、２３分離ローラ、３１レジストローラ、３２搬送ローラ、３３プレッシャローラ、３４プレッシャローラ、３６排出ローラ対、３７排出ローラ対、３９排出トレイ、４０記録用紙、５０現像ユニット、５１トナーカートリッジ、５２感光体ドラム、５３帯電ローラ、５４現像ローラ、５５トナー供給ローラ、５６クリーニングブレード、５７ＬＥＤヘッド、６０転写部、６１転写ベルト、６２ドライブローラ、６３テンションローラ、６７転写ローラ、７０定着器、７１定着ベルト、７２加圧ローラ、７３熱拡散部材、７５メインヒータ裏サーミスタ、７６中間ヒータ裏サーミスタ、７７端部ヒータ裏サーミスタ、７８赤外線温度センサ、８１面状ヒータ、８２メインヒータ、８３Ｌ左中間ヒータ、８３Ｒ右中間ヒータ、８４Ｌ左端部ヒータ、８４Ｒ右端部ヒータ、１０１定着制御部、１０２商用電源、１０３トライアック、１０４トライアック、１０５トライアック、１０６トライアック駆動回路、１０６ａ第１駆動端子、１０６ｂ第２駆動端子、１０６ｃ第３駆動端子、１０６ｄ第１入力端子、１０６ｅ第２入力端子、１０６ｆ第３入力端子、１０７第１定着オン信号、１０８第２定着オン信号、１０９第３定着オン信号、、２０１印刷制御部、２０２給紙モータ、２０３ベルトモータ、２０４ＩＤモータ、２０５定着モータ、２０６高圧回路。

Claims

無端状の定着部材と、
前記定着部材とニップ部を形成する加圧部材と、
前記定着部材の内側において該定着部材の幅方向に複数配列され、それぞれが該定着部材の対向する領域を加熱する複数の部分ヒータと、
前記部分ヒータの温度を検出する温度センサと、
前記複数の部分ヒータに電力供給して、加熱制御する通電駆動制御部と
を備え、
前記通電駆動制御部は、前記幅方向において、記録媒体の通紙領域に対向しない前記部分ヒータが、所定温度未満とならないように制御すると共に、
前記通紙領域に対向しない前記部分ヒータが、所定温度以上の場合、
前記通紙領域に対向しない前記部分ヒータに対する電力供給量の割合を、前記通紙領域に対向する前記部分ヒータに対する電力供給量の割合より小さくなるように制御することを特徴とする定着装置。
前記通電駆動制御部は、前記電力供給量を、前記複数の部分ヒータに対する通電のオン／オフ時間の比によって定めることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記通電駆動制御部は、前記比に対応する通電パターンを定めたテーブルを記憶し、前記通電パターンに基づいて前記複数の部分ヒータに対する通電を行うことを特徴とする請求項２記載の定着装置。
前記複数の部分ヒータは、前記幅方向で中心振り分けに配置されたメインヒータと、該メインヒータの両側に隣接して配置された一対の中間ヒータと、該一対の中間ヒータの前記メインヒータとは反対側のそれぞれの端部に隣接して配置された一対の端部ヒータと
であることを特徴とする請求項１から３までの何れかに記載の定着装置。
前記一対の中間ヒータは、同一条件で制御され、前記一対の端部ヒータは同一条件で制御されることを特徴とする請求項４記載の定着装置。
前記通電駆動制御部は、前記記録媒体の、前記幅方向におけるサイズに応じて、前記メインヒータに対する、前記中間ヒータ及び前記端部ヒータの前記電力供給量の割合を、演算によって求めることを特徴とする請求項５記載の定着装置。
前記複数の部分ヒータは、前記幅方向で中心振り分けに配置されたメインヒータと、該メインヒータの両側に隣接して配置された一対の端部ヒータと
であることを特徴とする請求項１から３までの何れかに記載の定着装置。
前記複数の部分ヒータと前記定着部材の間には熱拡散部材が配置され、該熱拡散部材には摺動性グリスが塗布されていることを特徴とする請求項１から７までの何れか１項に記載の定着装置。
請求項１から８までの何れかの定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
前記通電駆動制御部は、ウォームアップ時には、前記複数の部分ヒータを同一条件で制御することを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。