JP4795039B2

JP4795039B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4795039B2
Application number: JP2006027002A
Authority: JP
Inventors: 将塚田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2026-02-03
Also published as: JP2007206510A; US20070183805A1; US7831163B2; CN101013296A; CN101013296B

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に搭載される加熱定着器として用いれば好適な定着装置に関する。

複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に搭載される加熱装置（画像加熱定着装置）としては、熱ローラ方式やフィルム加熱方式の加熱装置を用いる例が多い。

熱ローラ方式の加熱装置は、ハロゲンヒータ（加熱源）を内包する定着ローラ（定着部材）と、この定着ローラと接してニップ部を形成する加圧ローラ（加圧部材）と、を有する。そしてニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材上の未定着トナー像（現像像）を加熱定着するものである。

フィルム加熱方式の加熱装置は、特許文献１〜４などに提案されている。すなわち、セラミックス製のヒータ（加熱源）に耐熱性の定着フィルム（定着部材）を加圧ローラ（加圧部材）で密着させて摺動搬送させ、この定着フィルムを挟んでヒータと加圧ローラとで圧接ニップ部を形成している。そしてニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材上の未定着トナー像（現像像）を加熱定着するものである。

ところで、上記の熱ローラ方式やフィルム加熱方式の加熱装置を搭載する画像形成装置でヒータの発熱領域よりも小サイズの記録材に連続プリントすると、ヒータの記録材が通過しない領域（非通紙部領域）が過度に昇温することが知られている。ヒータの非通紙部領域が過昇温すると、加熱装置の構成部材に熱的損傷を与える恐れがあった。

そこで、上記画像形成装置において、小サイズの記録材を連続プリントする場合、ヒータの非通紙部領域の過昇温を抑えるためには、プリント間隔を広げる制御を行い単位時間当たりの出力枚数（スループット）を大きく低下させなければならなかった。

また、小サイズの記録材を連続プリントした直後に大サイズの記録材をプリントした場合、ヒータの非通紙部昇温が発生した領域でホットオフセット等の定着不良が発生する恐れがあった。この現象を防止するためには、小サイズの記録材を連続プリントしたあと、非通紙部領域の温度が十分に低くなるまで休止時間を設けなければならなかった。

そこで、従来、小サイズの記録材を連続プリントときは、ヒータの非通紙部領域での発熱量を記録材が通過する領域（通紙部領域）に対して小さくする加熱装置が、熱ローラ方式およびフィルム加熱方式のそれぞれの加熱装置で提案されている（特許文献５、６）。
特開昭６３−３１３１８２号公報特開平２−１５７８７８号公報特開平４−４４０７５号公報特開平４−２０４９８０号公報特開平０５−１３４５７５号公報特開平１０−１７７３１９号公報

上記の特許文献５、６で提案されている加熱装置は、何れも小サイズ記録材用のヒータ８ｂ１と大サイズ記録材用のヒータの２つのヒータを備え、それぞれ独立に通電制御され、点灯duty比を変えることができる。これによって、記録材のサイズに適した発熱分布を形成することができる。

本発明は、上記従来の加熱装置をさらに発展させたものである。

本発明の目的は、小サイズの記録材（小幅記録材）の定着を開始する際に、ヒータの発熱量不足による定着不良の発生を抑制できる定着装置を提供することにある。

本発明に係る定着装置の代表的な構成は、筒状のフィルムと、前記フィルムの内周面と接触し、記録材の搬送方向に直交する方向で端部よりも中央部の発熱量が大きい第１の発熱体と、記録材の搬送方向で直交する方向で中央部よりも端部の発熱量が大きい第２の発熱体と、を有するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと接触してニップ部を形成する加圧手段と、前記ヒータの温度を検知する温度検知手段と、目標温度と前記検知温度の差分に応じてＰＩ制御を行い、前記温度検知手段の検知温度を目標温度に維持するための発熱量を算出し、前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体の発熱量を独立に制御することが可能な制御手段と、を備え、トナー像を担持する記録材を前記ニップ部で搬送してトナー像を記録材に定着する定着装置において、記録材の搬送方向に直交する方向の幅が所定の幅以下の記録材の定着を開始する際に、前記第１の発熱体に対する前記第２の発熱体の発熱比率は、第１の発熱比率に設定され、前記検知温度を前記目標温度に維持するために必要な発熱量が、記録材を定着している期間で小さくなると、前記第１の発熱体に対する前記第２の発熱体の発熱比率は、前記第１の発熱比率よりも小さい第２の発熱比率に変更されることを特徴とする。

本発明によれば、小サイズの記録材（小幅記録材）の定着を開始する際に、ヒータの発熱量不足による定着不良の発生を抑制できる定着装置を提供することができる。

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。

（第一実施形態）
（１）画像形成装置例
図４は本発明に係る加熱装置を搭載できる画像形成装置の一例の概略構成模型図である。

本実施形態の画像形成装置は電子写真方式を用いたレーザービームプリンタである。このプリンタは、記録材（転写紙）の使用可能な最大サイズがＡ３サイズのプリンタである。記録材の搬送基準は、記録材の搬送方向と直交する幅方向において記録材幅の中心と加熱源の長手方向長さの中心を一致させた状態に記録材を搬送する中央基準搬送である。

プリンタは、ホストコンピュータ（不図示）からプリント信号を制御部（不図示）で取り込むと、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１が駆動手段（不図示）によって矢印方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転される。

帯電ローラ（帯電手段）２はその感光ドラム１の外周面（表面）を所定の極性、所定の電位に一様に帯電する。その感光ドラム１表面に対しレーザースキャナユニット（露光手段）３によって画像信号に基づいた画像露光Ｌがなされ、感光ドラム１表面に画像信号に応じた静電潜像が形成される。

静電潜像は現像装置（現像手段）４によって選択的にトナー（現像剤）が付着されてトナー像として可視化され、感光ドラム１の回転にともない感光ドラム１と転写ローラ（転写手段）５間の転写部Ｔへ搬送される。

一方、転写部Ｔには給送機構（不図示）から記録材Ｐが搬送される。記録材Ｐが転写部Ｔに搬送されると、転写部Ｔでは転写ローラ５に感光ドラム１表面のトナー像と逆極性の電界が印加される。これにより感光ドラム１表面のトナー像が用紙Ｐ上に転写される。

トナー像が転写された記録材Ｐは、画像加熱定着装置（加熱装置）６へと搬送され、ここで未定着トナー像（現像像）が加熱・加圧されて記録材Ｐ面に定着される。

未定着トナー像の定着処理を受けた記録材Ｐは外部の排紙トレー（不図示）上に画像形成物（プリント、コピー）として排出される。

記録材Ｐに転写されないで感光ドラム１表面に残った転写残トナはクリーニング装置（クリーニング手段）７によって除去され、感光ドラム１は次の画像形成に供される。

以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。

（２）定着装置６
図５は定着装置６の一例の横断面側面模型図である。この定着装置６はフィルム加熱方式の定着装置である。

定着装置６は、セラミック製のヒータ（加熱源）８を保持させたガイド部材（支持部材）９を加圧ステイ（不図示）によって可撓性を有するスリーブ状の定着フィルム（定着部材）１０を介して加圧ローラ（加圧部材）１１に所定の押圧力をもって圧接させている。これによって、フィルム１０と加圧ローラ１１との間にニップ部（圧接ニップ部、定着ニップ部）Ｎを形成している。

フィルム１０は、定着処理の高速化の一環としての熱容量低減のために、耐熱性のＰＴＦＥ、ＰＦＡ又はＦＥＰ等を主成分とする無端状の単層で構成され、全層厚が１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以上８０μｍ以下に採られている。或いは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ又はＰＰＳ等を主成分とする無端状の基体の外周面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ又はＦＥＰ等をコーティングした複合層に構成され、全層厚が１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以上８０μｍ以下に採られている。

ガイド部材９は、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂材等により横断面略半円形樋型に形成してある。このガイド部材９は、ヒータ８を支持するとともにフィルム１０の内面を長手方向全域にわたってガイドする機能をもつ。

加圧ローラ１１は、アルミニウムや鉄の芯金１１ａの外周面に、耐熱性のシリコーンゴムやフッ素ゴム、あるいは発泡シリコーンゴムの弾性層１１ｂを形成し、さらに表面にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどの離型性層１１ｃを形成することで構成したものである。この加圧ローラ１１は、芯金１１ａの一端部に設けた駆動ギア（不図示）が定着モータＭから回転力を受けることによって矢印方向へ回転されるようになっている。

図６はヒータ８の概略構成模型図である。

８ａはアルミナ、窒化アルミなどを主成分にした良熱伝導性セラミック基板（以下、基板と称す）であり、記録材Ｐの搬送方向と直交する方向を長手とする細長い部材である。本実施形態では、基板８ａは、厚み１．０ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ３３０ｍｍの寸法に形成してある。８ｂ１は小サイズ記録材用の抵抗発熱体（以下、小サイズ用発熱体と称す（第一発熱体））である。８ｂ２は大サイズ記録材用の抵抗発熱体（以下、大サイズ用発熱体と称す）（第二発熱体））である。小サイズ用発熱体８ｂ１と、大サイズ用発熱体８ｂ２は、基板８ａの片面に例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ _２、Ｔａ _２Ｎなどの抵抗ペーストをスクリーン印刷法によって印刷・焼成することで形成されている。小サイズ用発熱体８ｂ１と、大サイズ用発熱体８ｂ２は、それぞれ基板８ａの長手方向に沿って形成してある。８ｃ１，８ｃ２，８ｃ３は基板８ａの片面上で小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２の両端に設けられた導電パターンであり、ＡｇもしくはＡｇ／Ｐｄなどの良導体ペーストをスクリーン印刷法によって印刷・焼成することで形成されている。導電パターン８ｃ１は小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２の共通電極である。導電パターン８ｃ２は小サイズ用発熱体８ｂ１の給電電極である。導電パターン８ｃ３は大サイズ用発熱体８ｂ２の給電電極である。さらに、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２を覆うように耐圧ガラスをスクリーン印刷法によって印刷・焼成して、保護ガラス層（絶縁保護層）８ｄを形成している。

このヒータ８はガラス層８ｄを設けた側が表面側であり、ガラス層８ｄの面にフィルム１０の内面が摺動する。このヒータ８を、ガイド部材９の下面に長手に沿って形成した溝９ａ内にヒータ８表面側を外側にして嵌め込んで耐熱性接着剤で接着して保持させてある。ヒータ８の基板８ａの裏面には、サーミスタ（温度検知手段）１２が小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２に跨るように当接もしくは近接して配置されている。

図６において、ＣＰＵ（制御手段）１５はサーミスタ１２の出力値（温度情報）を取り込む。ＣＰＵ１５はその出力値に基づいてサーミスタ１２の温度が所定の定着目標温度になるように、交流電源波形に対してトライアック１４ａ，１４ｂの点灯時間を駆動制御する、いわゆる位相制御や波数制御を用いている。またＣＰＵ１５は、トライアック１４ａ，１４ｂの点灯ｄｕｔｙ比（発熱比率）を切り換えることができる。ＣＰＵ１５による点灯ｄｕｔｙ比の切り換えについては追って説明する。

本実施形態の定着装置６は、図５に示すように、加圧ローラ１１が矢印方向に回転されると、加圧ローラ１１の回転によるフィルム１０表面との摺動摩擦力により、フィルム１０に回転力が作用してフィルム１０がガイド部材９の外回りを矢印方向に回転する。そしてサーミスタ１２の出力値に基づいてＣＰＵ１５がトライアック１４ａ，１４ｂの点灯時間を駆動制御することによってヒータ８が定着目標温度に温調制御される。この状態において、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐをニップ部Ｎで挟持搬送することにより、ヒータ８の熱がフィルム１０を介して記録材Ｐに付与され、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ面に熱定着される。その記録材Ｐはフィルム１０表面から曲率分離されてニップ部Ｎから排出される。

（３）ヒータ８の発熱分布、及び、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２の点灯duty比の説明
ヒータ８において、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２は、それぞれ電源１３からトライアック１４ａ，１４ｂを介してそれぞれ独立に通電されて発熱する。本実施形態では、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２は、基板８ａの長手方向において、記録材Ｐの搬送方向における発熱体幅が両端から中央部にかけて連続的に変化するように形成した。これによって、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ発熱体８ｂ２の発熱分布が図７に示すものになるように形成した。すなわち、小サイズ用発熱体８ｂ１は、長手中央において対称であって中央部で発熱量を大きくなるようにした。一方、大サイズ用発熱体８ｂ２は、長手中央において対称であって両端部で発熱量を大きくなるようにした。ここで、本実施形態では小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２の長手寸法はそれぞれ３０５ｍｍ、最大発熱量はそれぞれ１００Ｖで６００Ｗとなるようしている。

本実施形態では、記録材Ｐのサイズに応じて、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２との点灯duty比はＣＰＵ１５によって表１のように切り換えられるものとしている。

そして、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ発熱体８ｂ２は、それぞれ対応するトライアック１４ａ，１４ｂにより独立に通電制御されて点灯duty比を変えることで、図８のように、記録材Ｐのサイズに適した発熱分布を形成することができる。すなわち、Ａ３などの大サイズの記録材Ｐをニップ部Ｎで挟持搬送する場合は、点灯duty比を１：１として、ヒータ８長手方向全体で均一な発熱分布とすることで、Ａ３サイズの記録材Ｐが通過する通紙部領域で均一な定着性を得ることができる。一方、Ａ４縦サイズなどの小サイズの記録材Ｐをニップ部Ｎで挟持搬送する場合は、点灯duty比を１：０.５として大サイズ用発熱体８ｂ２の発熱量を低減し、Ａ４縦サイズの記録材Ｐが通過しない非通紙部領域の発熱を抑制する。これによって非通紙部領域の非通紙部昇温を緩和することができる。

本実施形態の定着装置６において、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２との点灯duty比を換えたときの最大可能発熱量を表２に示す。

点灯duty比を１：１とすると、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２の最大可能発熱量の和は１２００Ｗであり、このとき最も大きな発熱量を得ることが可能である。従がって、プリントジョブスタートに定着装置６の温度を定着可能温度まで昇温させるときは、点灯duty比を１：１にすることで可能な限り早い昇温を行うことができる。すなわち、最も早いウエイトタイムを達成することができる。

一方、点灯duty比を１：０.５にすると、小サイズの記録材Ｐのプリント時においては非通紙部昇温が小さくなるものの、最大可能発熱量の和が小さくなってしまう。従がって、昇温が遅くなり、ウエイトタイムが長くなる。

さらに、昇温時は点灯duty比を１：１とし、昇温後に１：０.５に切り換える制御をおこなうと、最大可能発熱量の和が小さくなる。そのため、例えば定着装置６が温まっていない状態など定着可能温度を保つために大きな電力を必要とする状態では、電力が不足して未定着トナー像Ｔに定着不良が発生する恐れがある。

あるいは、厚紙や、搬送方向に長い縦長の記録材Ｐのように熱容量の大きな記録材Ｐをプリントする場合に、最大可能発熱量の和が小さくなる方向に点灯duty比を切り換えると、電力が不足して未定着トナー像Ｔに定着不良が発生する恐れがある。

（４）小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２との点灯duty比の切り換え制御の説明
本実施形態においては、小サイズ用発熱体８ｂ１は、サーミスタ１２の出力値が目標定着温度となるように、ＣＰＵ１５によってトライアック１４ａを駆動することで電力供給量を調整されるものとしている。一方、大サイズ用発熱体８ｂ２は、小サイズ用発熱体８ｂ１に対して所定の点灯duty比になるようにＣＰＵ１５によってトライアック１４ａを駆動することで電力供給量を調整されるものとしている。

次に、本実施形態の定着装置６の特徴について詳細に説明する。

本実施形態の定着装置６の特徴は、記録材の連続搬送中（以下、連続通紙中と称す）に小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２の点灯duty比を切り換える際に条件を設けることにある。

図１はＣＰＵ１５によって実行される点灯duty比の切り換え制御のアルゴリズムである。図１に示す制御は、上記の定着装置６を用いてＡ４縦サイズの記録材Ｐを連続通紙する場合の例である。さらに、スタート直後の昇温時では小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２の点灯duty比を１：１とし、連続通紙中に前記点灯duty比を１：０.５に切り換えるものである。

Ｓ１においてプリントジョブをスタートする。本実施形態の制御では、目標温度を１９０℃とし（Ｓ２）、小サイズ用発熱体８ｂ1と大サイズ用発熱体８ｂ２の点灯duty比＝１：１（Ｓ３）、点灯率１００％一定の定電圧制御（Ｓ４）で昇温させている。

このように、点灯duty比を１：１、点灯率１００％とすると、ヒータ８の最大可能発熱量が得られるので、可能な限り早い昇温を行うことができる。すなわち、最も早いウエイトタイムを達成することができる。

さらに本実施形態では、オーバーシュートによる温調制御の発散を防止するために、サーミスタ温度が１８０℃に到達したとき（Ｓ５のＹＥＳ）に、点灯率Ｘｎ＝８０％としてＰＩ制御を開始する（Ｓ６）。

ここでＰＩ制御について説明する。

ＰＩ制御は、比例制御（以下、Ｐ制御と称する）と、積分制御（以下、Ｉ制御と称する）からなる。すなわち、制御されているヒータ１２の温度を所定周期ごとにサーミスタ１２で検出する。そして、この出力値（検出値）と、その出力値の目標とする値との差分に応じて、Ｐ制御によって操作される変数と、Ｉ制御によって操作される変数とを決定し、制御値をこの２つの変数によって調整する。

具体的に、本実施形態でのＰＩ制御を説明する。

まず、Ｉ制御によって操作される変数Ｉｎの初期値を、ＰＩ制御の初期の点灯率である８０％とする（Ｘｎ＝Ｉｎ０＝８０％）。次に、サーミスタ１２の出力値Ｖを１００ｍｓｅｃごとに検知する。目標とする１９０℃となるときの出力値と出力値Ｖとの差分ΔＶを算出し、差分ΔＶの積算値Ｖｎを算出する。積算値Ｖｎに応じて表３によって積分制御による変数量ΔＩを決定し、変数量ΔＩによってＩ制御によって操作された変数Ｉｎ＋１を決定する（Ｉｎ＋１＝Ｉｎ＋ΔＩ）。

さらにＰ制御をおこなう。前記差分ΔＶに応じて表４によって比例要素による変数量ΔＰ決定する。

以上のように求められたＩｎ＋１、ΔＰから、次の制御値としての点灯率Ｘｎ＋１を決定する（Ｘｎ＋１＝Ｉｎ＋１＋ΔＰ）。最後に、変数Ｉｎと小サイズ発熱体８ｂ１の点灯率Ｘｎは更新される（Ｉｎ＝Ｉｎ＋１、Ｘｎ＝Ｘｎ＋１）。

本実施形態では、以上のような点灯率Ｘｎの調整を１００ｍｓｅｃ周期で行っている。

本実施形態ではＰＩ制御としたが、微分制御（Ｄ制御）による制御値の操作をおこなってもよい。また、表３、表４のパラメータは、良好な温調制御が行われるものであれば異なるものでもよい。

図１のＳ７で記録材Ｐの給紙をおこなう。給紙のタイミングは、記録材Ｐの未定着トナー像Ｔが良好に定着させるのであればＰＩ制御開始のタイミングＳ６よりも先に行ってもよい。

給紙された記録材Ｐの後端がニップ部Ｎから排出されたら（Ｓ８のＹＥＳ）、点灯duty比がすでに1：０.５に切り換えられているか否かを判断する（Ｓ９）。Ｓ９において切り換えられていない場合（ＮＯ）には、Ｉ制御によって操作される変数Ｉｎを所定値Ｙ１と比較する（Ｓ１０）。Ｓ１０においてＩｎ＜Ｙ１である場合は点灯duty比を１：０.５に切り換える（Ｓ１１）。Ｉｎ≧Ｙ１の場合は点灯duty比の変更は行わない。Ｓ９において点灯duty比がすでに１：０.５に切り換えられている場合（ＹＥＳ）は、Ｓ１０、Ｓ１１を行わない。

ここで、本実施形態では所定値Ｙ＝７５％としている。

Ｓ１３で、全てのプリント処理が終了していなければ、Ｓ７〜１２の処理を繰り返す。全てのプリント処理が終了していれば、制御を終了する（Ｓ１３）。

ここで、本実施形態の定着装置６の上記制御の特徴はＳ８〜Ｓ１１にある。すなわち、記録材Ｐの連続通紙中に、小サイズ用発熱体と大サイズ用発熱体との点灯duty比を最大可能発熱量が小さくなる方向に切り換える場合は、記録材Ｐがニップ部Ｎから排出されるときの変数Ｉｎが所定値よりも小さいことを条件とすることにある。

本実施形態の効果を、以下に紹介する比較例を用いて説明する。

図２に比較例としての制御のアルゴリズムを示す。

図２においてＳ２８以外のＳ２１〜Ｓ２７、Ｓ２９、Ｓ３０は本実施形態の上記アルゴリズムと同じである。すなわち、本実施形態の上記アルゴリズムに対する違いは、小サイズ用発熱体と大サイズ用発熱体との点灯duty比を切り換えることに対して条件が設けられていないことにある（Ｓ２８参照）。

本実施形態の制御の効果を図３に示す。

図３において、実線は本実施形態の制御で動作させたときのサーミスタ温度、点線は比較例の制御で動作させたときのサーミスタ温度を示す。図３に示すサーミスタ温度のデータは、本実施形態の定着装置６および画像形成装置を温度１５℃湿度１０％の環境で十分に冷却し、１００Ｖの電圧環境で動作させ、坪量９０ｇ／ｍ２の記録材Ｐを連続通紙したものである。

同図において、比較例の制御でのサーミスタ温度は、点灯duty比が変更されたタイミングで温度が低下している。これは、温調温度を保つために大きな電力を必要とする状態で、最大可能発熱量の和が小さくなる方向に点灯duty比を切り換えたために、電力が不足して温調できなくなったためである。

一方、本実施形態の制御でのサーミスタ温度は、目標温度である１９０℃をほぼ保っている。これは、Ｉ制御によって操作される変数Ｉｎの値が大きいときは大きな電力を必要とするために点灯duty比を切り換えず、変数Ｉｎが所定値Ｙ１＝７５％よりも小さくなったときに点灯duty比を切り換えたことによる。この点灯duty比の切り換えは、必要電力が小さくなり点灯duty比を切り換えても電力が足りると判断したことによる。より詳しくは、次のａ），ｂ）の２つの点を把握した上で点灯duty比を切り換えることによる。ａ）変数ＩｎがＹ１よりも小さいことから、小サイズ用発熱体８ｂ１の発熱量が最大可能発熱量に対して十分に小さい状態にあり、大サイズ用発熱体８ｂ２の電力が制限された後は小サイズ用発熱体８ｂ１の電力を増加することが可能であること。ｂ）これによって温調に必要な電力が確保できること。

さらに表５に、本実施形態と比較例（従来例）とで記録材Ｐを連続通紙したときの未定着トナー像Ｔの定着性を比較したデータを示す。

定着性の評価は、記録材Ｐに６ｍｍ^２のべた黒画像を印字して、所定の圧力で擦った前後での濃度の変化率（以下、濃度低下率と称する）を見ることでおこなった。濃度低下率は値が大きいほど定着性が悪いことを意味する。ここで、濃度低下率が２０％以下のときを○とし、０.２０％以上となったときを×とした。

濃度低下率＝（初期画像濃度−擦り後画像濃度）／初期画像濃度×１００（％）

表５において、従来例は１〜４枚目で×となった。１〜４枚目は図３でサーミスタ温度が目標温度よりも低下しているときである。一方、本実施形態ではつねに○となった。

以上のように本実施形態によれば、連続通紙中に、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２の点灯duty比を最大可能発熱量が小さくなる方向に切り換えるときには、Ｉ制御によって操作される変数が所定値以下であることを条件としている。そして、大サイズ用発熱体８ｂ２の電力が制限されても小サイズ用発熱体８ｂ１の電力を増加することが可能であること、これによって温調に必要な電力が確保できることを把握して点灯duty比を切り換えている。これによって、未定着トナー像Ｔの定着不良を防止することができる。

本実施形態においては、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２の長手寸法を同寸法、最大可能発熱量を同じ値とした。さらに発熱分布を長手方向で連続的に変化するように規定した。しかし、小サイズ用発熱体８ｂ１の発熱分布が長手中央で高く、大サイズ用発熱体８ｂ２の発熱分布は長手端部で高く、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２とがそれぞれ独立に駆動することが可能であれば、異なる構成を有してもよい。さらに、発熱体の数は２本に限らず、２本以上の複数でも良い。

（第二実施形態）
第一実施形態の定着装置６では、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２の点灯duty比を連続通紙中に１：１から１：０．５に切り換えられるようにした。そして、上記のように点灯duty比を切り換えるときは記録材Ｐがニップ部Ｎから排出されるときのＩ制御によって操作される変数Ｉｎが所定値よりも小さいことを条件とした。

第二実施形態の定着装置６では、ＣＰＵ１５によって実行される点灯duty比の切り換え制御のアルゴリズムにおいて、切り換えられる点灯duty比が１：０．５以外にも複数設けられている。そして、切り換えられる点灯duty比に応じて、上記の条件となる変数としてそれぞれ異なる値が設定されていることを特徴とする。

非通紙部昇温は、ヒータ８の長手方向において記録材Ｐの幅が狭いほど高温になる。従がって、小サイズ用発熱体８ｂ１に対する大サイズ用発熱体８ｂ２の点灯duty比は、記録材Ｐが通過するニップ部Ｎの領域（通紙部領域）幅によって複数設定される方が好ましい。しかし前述のように、点灯duty比を最大可能発熱量が小さくなる方向に切り換えると、前記点灯duty比を切り換えた直後で電力が不足し、定着可能な温度が保たれずに定着不良が発生する恐れがあった。

ここで、表６に示すように、最大可能発熱量は点灯duty比によって決定される。従がって、点灯duty比の変更を許可する条件となる所定値も、複数の点灯duty比に応じてそれぞれ異なる値を設定されていることが好ましい。

以上のようにすることで、連続通紙中にどのような点灯duty比に切り換えても、第一実施形態と同様に、電力が不足することなく良好な定着性を得ることができる。

（第三実施形態）
第三実施形態の定着装置６では、第一実施形態の点灯duty比を切り換える条件にさらにもう一つの条件を加える。すなわち、ＣＰＵ１５によって実行される点灯duty比の切り換え制御のアルゴリズムにおいて、１枚の記録材Ｐがニップ部Ｎを通過している間での変数Ｉｎの増加量ΔＩｎが所定値Ｙ２以下であることとする条件を加える。

第一実施形態における条件は、定着装置６が十分に温まっておらず、定着可能温度を保つための必要電力が大きい状態では点灯duty比を切り換えないようにする条件であった。

第三実施形態における条件は、厚紙や、搬送方向に長い縦長の記録材Ｐのような熱容量の大きな記録材Ｐを連続通紙する場合などでは、最大可能発熱量の和が小さくなる方向に点灯duty比を切り換えないようにする条件である。

図９に第三実施形態のアルゴリズムを示す。

同図において、Ｓ３１〜Ｓ４０は第一実施形態のＳ１〜Ｓ１０と同じである。本実施形態の特徴はＳ４１の条件を更に加えたことにある。

Ｓ４１で、1枚の記録材Ｐがニップ部Ｎを通過する区間での変数Ｉｎの増加量ΔＩｎを把握し、所定値Ｙ２と比較する。増加量ΔＩｎが所定値Ｙ２よりも大きい場合（ＹＥＳ）は点灯duty比の切り換えは行わず、増加量ΔＩｎが所定値Ｙ２よりも小さい場合（ＮＯ）は点灯duty比を切り換える（Ｓ４２）。

本実施形態では、Ｙ２＝１０％とした。すなわち、１枚の記録材Ｐがニップ部Ｎの通過中に変数Ｉｎが１０％増加するほど熱容量の大きな記録材である場合は、点灯duty比の切り換えは行わないこととしている。

以上のように、連続通紙中に、小サイズ用発熱体８ｂ１と大サイズ用発熱体８ｂ２の点灯duty比を最大可能発熱量が小さくなる方向に切り換えるときには、次のことを条件とする。すなわち、１枚の記録材Ｐがニップ部Ｎを通過している間での変数Ｉｎの増加量ΔＩｎが所定値よりも小さいことを条件とする。これにより、熱容量の大きな記録材Ｐが通紙されていること、これによって点灯duty比を最大可能発熱量が小さくなる方向に切り換えると定着不良が発生する可能性があることを判断し、点灯duty比の切り換えを行わないことで、定着不良を防止することができる。

第一実施形態に係る制御のアルゴリズム比較例としての制御のアルゴリズム第一実施形態に係る制御の効果本発明に係る加熱装置を搭載できる画像形成装置の一例の概略構成模型図定着装置の一例の横断面側面模型図ヒータの概略構成模型図小サイズ発熱体と大サイズ発熱体の発熱分布点灯duty比と発熱分布の関係第三実施形態に係る制御のアルゴリズム

符号の説明

８‥‥ヒータ、８ａ‥‥ヒータ基板、８ｂ１‥‥小サイズ用発熱体、
８ｂ２‥‥大サイズ用発熱体、１０‥‥定着フィルム、１１‥‥加圧ローラ、
１２‥‥サーミスタ、１３‥‥電源、１４ａ，１４ｂ‥‥トライアック、
１５‥‥ＣＰＵ

Claims

筒状のフィルムと、
前記フィルムの内周面と接触し、記録材の搬送方向に直交する方向で端部よりも中央部の発熱量が大きい第１の発熱体と、記録材の搬送方向で直交する方向で中央部よりも端部の発熱量が大きい第２の発熱体と、を有するヒータと、
前記フィルムを介して前記ヒータと接触してニップ部を形成する加圧手段と、
前記ヒータの温度を検知する温度検知手段と、
目標温度と前記検知温度の差分に応じてＰＩ制御を行い、前記温度検知手段の検知温度を目標温度に維持するための発熱量を算出し、前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体の発熱量を独立に制御することが可能な制御手段と、
を備え、トナー像を担持する記録材を前記ニップ部で搬送してトナー像を記録材に定着する定着装置において、
記録材の搬送方向に直交する方向の幅が所定の幅以下の記録材の定着を開始する際に、前記第１の発熱体に対する前記第２の発熱体の発熱比率は、第１の発熱比率に設定され、
前記検知温度を前記目標温度に維持するために必要な発熱量が、記録材を定着している期間で小さくなると、前記第１の発熱体に対する前記第２の発熱体の発熱比率は、前記第１の発熱比率よりも小さい第２の発熱比率に変更されることを特徴とする定着装置。