JP6849447B2 - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式を利用した複写機やプリンタ等の画像形成装置に関する。また、画像形成装置に搭載されている定着器や、記録材に定着されたトナー画像を再度加熱することによりトナー画像の光沢度を向上させる光沢付与装置、等の像加熱装置に関する。

プリンタ・複写機等の画像形成装置には、定着部として像加熱装置である、記録材に担持された未定着トナー像を固着画像として加熱定着させる定着装置が備えられている。従来、定着装置には、熱ローラ方式や、ベルト加熱方式、フィルム加熱方式など種々の構成が知られている。ここで、フィルム加熱方式の定着装置では、定着フィルムは厚さが薄く、熱容量が小さいため、記録材の搬送方向に直交する方向（以下、長手方向と記す）における熱伝導が劣るという課題がある。定着ニップ部の長手方向長さに対して、幅の狭い記録材が通紙された場合には、通紙部は記録材によって熱が奪われる。それに対して、非通紙部は熱が奪われないため、非通紙部の温度は上昇してしまう（以下、この現象を非通紙部昇温と呼ぶ）。幅の狭い記録材は、いわゆる小サイズの記録材であり、例えば、Ｌｅｔｔｅｒサイズ、Ａ４サイズ縦搬送の画像形成装置であれば、Ａ５、Ｂ５サイズ幅以下の記録材である。

特許文献５には、従来のフィルム加熱方式の定着装置においては、記録材のサイズに応じてセラミックヒータの発熱分布を変えられる定着装置が開示されている。この定着装置のセラミックヒータは、セラミック基板上に長手方向中央の抵抗値が両端より大きい第１の発熱抵抗体と、両端の抵抗値が中央より大きい第２の発熱抵抗体と、を有しており、且つこの二本の発熱抵抗体への通電が個別に制御可能になっている。この場合、長手方向中央が全てのサイズの記録材が通過する記録材の搬送基準である。第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体への通電比率を種々設定することによりセラミックヒータの発熱分布を種々設定することができる。このようにすれば、小サイズの記録材が通紙された場合でも、非通紙部昇温を抑制することができる。

特開２００６−４７６３０号公報

近年、画像形成装置の高速化、大量の連続印刷にともなって、Ｌｅｔｔｅｒサイズ（紙幅２１６ｍｍ）機におけるＡ４サイズ紙（紙幅２１０ｍｍ）通紙時の場合の非通紙部昇温が問題となっている。ＬｅｔｔｅｒサイズとＡ４サイズの通紙幅の差は片側３ｍｍであり、たとえばＬｅｔｔｅｒサイズと小サイズ紙の通紙幅の差と比較すれば小さい値となっている。しかしながら、高速化によりヒータ温度を高く保つ必要があり、その結果、わずかな非通紙部であっても、多くの熱量が蓄積されてしまうのである。

また、記録材の、ヒータの長手方向における位置も常に一定であるとは限らない。プリンタの給紙口に記録材がセットされるとき、一般的に、記録材は位置規制のために設けられた規制板などで所定の位置にセットされる。この規制板は記録材のサイズに対応した複数のポジションを持っていることが一般的であり、使用する記録材のサイズによってユーザーにスライドされるなどして位置が移動される。これらの手順はすべてユーザーの手に
よって行われるため、毎回正しく記録材がセットされるとは限らない。特にＡ４サイズの記録材をセットする場合、紙幅がＬｅｔｔｅｒサイズと非常に近いため、規制板の位置がＬｅｔｔｅｒサイズの位置にセットされたまま、記録材が給紙口にセットされてしまう可能性がある。規制板の位置がＬｅｔｔｅｒサイズの位置のまま、Ａ４サイズの記録材が給紙口にセットされた場合、記録材が左右どちらかの規制板に寄せられた状態でプリントが行われる可能性がある。

このように、給紙口において、偏りをもってセットされた記録材が連続通紙された場合、定着装置内では、例えば、ヒータに対して、連続的に右側に偏って通紙される、あるいは逆に左側に偏って通紙されるといった場合が生じる。このような状態で連続通紙された場合、ヒータに対して通紙域が長手方向にシフトすることになり、左寄りで通紙された場合には右側の非通紙部が広くなる。逆に右寄りで通紙された場合には左側の非通紙部が広くなるといった状況が発生する。このような状況では、通常の位置にセットされた記録材を通紙した時と比較して、非通紙部昇温が非常に大きくなってしまう。そのため、ヒータの発熱分布を調整して、よりヒータ端部の発熱を小さくすることによって、非通紙部昇温を低減する必要がある。しかし、記録材が偏って通紙されているため、非通紙部昇温が発生している側とは逆側の記録材端部では熱量が足りない状況になってしまう。つまり、記録材が左右どちらかに寄せられて通紙された場合、非通紙部昇温に対応するために端部の発熱を小さくすると、非通紙部昇温が発生している側とは逆側の画像端部における定着性が損なわれてしまう、という状況となる可能性が有る。

本発明の目的は、非通紙部昇温を抑制しつつ定着不良の発生を抑制することができる像加熱装置を提供することである。

筒状の回転体と、
前記回転体の内部空間に設けられており前記回転体の母線方向に沿って細長いヒータであって、前記ヒータの長手方向の中央の発熱量に対する端部の発熱量の比率を制御可能なヒータと、
前記ヒータの前記長手方向の中央の温度を検知する第１温度検知素子と、
前記ヒータ又は前記回転体の内面の前記長手方向の端部の温度を検知する第２温度検知素子と、
前記第１温度検知素子の検知温度が目標温度になるように前記ヒータを制御する制御部と、
を備え、記録材に形成された画像を、前記回転体を介した前記ヒータの熱で加熱処理し、
前記制御部が、前記第２温度検知素子の検知温度が所定の閾値を超えた場合に、前記比率が小さくなるように前記ヒータを制御する像加熱装置において、
前記制御部は、前記閾値を像加熱装置の暖まり具合に応じて変更すると共に、
複数枚の記録材を連続して加熱処理する連続加熱処理の期間中であって前記暖まり具合が小さな前記連続加熱処理の初期の期間における前記閾値を、前記長手方向の幅が第１の幅の記録材を加熱処理する時よりも、前記長手方向の幅が前記第１の幅よりも狭い第２の幅の記録材を加熱処理する時のほうを高く設定することを特徴とする像加熱装置。

本発明によれば、非通紙部昇温を抑制しつつ定着不良の発生を抑制することができる。

画像形成装置の概略構成図 フィルム加熱方式の加熱装置の概略断面図 定着ヒータの断面図 定着ヒータの表面側を示す図および単位長さあたりの発熱量を示す図 定着ヒータの長手方向部品配置図 通電比率レベルに関する表 サブサーミスタと定着フィルムの非通紙部の温度の推移の説明図 記録材の種類に応じた通電比率レベル変更の閾値と通紙枚数のテーブル 記録材の種類に応じたサーミスタ温度推移および通電比率推移の説明図 実施例１における片寄せ通紙の内容の説明図 片寄せ通紙時のサーミスタ温度推移および通電比率推移の説明図 実施例２における暖機指数と通電比率レベル変更の閾値のテーブル

以下に図面を参照して本発明の実施形態を例示する。ただし、実施形態に記載されている構成部品の寸法や材質や形状やそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件などにより適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施形態に限定する趣旨ではない。

（実施例１）
（画像形成装置）
図１は、本発明の実施例に係る像加熱装置を搭載したカラー画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は電子写真方式のタンデム型のフルカラープリンタである。画像形成装置の構成は、４つの画像形成部（画像形成ユニット）を備えており、これらの４つの画像形成部は一定の間隔をおいて一列に配置されている。画像形成部は、イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１Ｍと、シアン色の画像を形成する画像形成部１Ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１Ｂｋである。

各画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋには、それぞれ感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが設置されている。各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの周囲には、帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、ドラムクリーニング装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが設置されている。帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ間の上方には、露光装置７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄがそれぞれ設置されている。各現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄには、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されている。

画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各１次転写部Ｎに、転写媒体としての無端ベルト状の中間転写体４０が当接している。中間転写ベルト４０は、駆動ローラ４１、支持ローラ４２、２次転写対向ローラ４３間に張架されており、駆動ローラ４１の駆動によって矢印方向（時計方向）に回転（移動）される。

１次転写用の各転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、各１次転写ニップ部２７にて中間転写ベルト４０を介して各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに当接している。２次転写対向ローラ４３は、中間転写ベルト４０を介して２次転写ローラ４４と当接して、２次転写部Ｍを形成している。中間転写ベルト４０の外側の駆動ローラ４１近傍には、中間転写ベルト４０表面に残った転写残トナーを除去して回収するベルトクリーニング装置４５が設置されている。

また、２次転写部Ｍの記録材Ｐの搬送方向下流側には定着装置１２が設置されている。画像形成動作開始信号が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが、それぞれ帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄによって一様帯電（本実施例では負極性）される。

露光装置７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、入力されるカラー色分解された画像信号をレーザ出力部（不図示）にて光信号にそれぞれ変換する。変換された光信号であるレーザ光を帯電された各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ上にそれぞれ走査露光し、静電潜像を形成する。

そして、静電潜像が形成された感光ドラム２ａ上に、感光ドラム２ａの帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａにより、イエローのトナーを感光体表面の帯電電位に応じて静電吸着させる。この静電吸着により静電潜像を顕像化し、現像像とする。このイエローのトナー像は、１次転写部Ｎにて１次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された転写ローラ５ａにより、回転している中間転写ベルト４０上に１次転写される。イエローのトナー像が転写された中間転写ベルト４０は、画像形成部１Ｍ側に回転される。

画像形成部１Ｍにおいても、前記同様にして感光ドラム２ｂに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト４０上のイエローのトナー像上に重ね合わせて、１次転写部Ｎにて転写される。以下、同様にして中間転写ベルト４０上に重畳転写されたイエロー、マゼンタのトナー像上に、画像形成部１Ｃ、１Ｂｋの感光ドラム２ｃ、２ｄで形成されたシアン、ブラックのトナー像を各１次転写部Ｎにて順次重ね合わせる。これにより、フルカラーのトナー像が中間転写ベルト４０上に形成される。そして、中間転写ベルト４０上のフルカラーのトナー像先端が２次転写部Ｍに移動されるタイミングに合わせて、レジストローラ４６により記録材（転写材）Ｐを２次転写部Ｍに搬送する。２次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された２次転写ローラ４４により、記録材Ｐにフルカラーのトナー像が一括して２次転写される。

フルカラーのトナー像が形成された記録材Ｐは、定着部としての定着装置１２に搬送される。定着装置１２は、加熱回動部材としての定着スリーブ２０と、駆動回転する加圧ローラ２２の間の定着ニップ部で、フルカラーのトナー像を加熱、加圧して記録材Ｐ表面に溶融定着させる。その後、外部に排出され、画像形成装置の出力画像となる。そして、一連の画像形成動作を終了する。

なお、上記した１次転写時において、感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ上に残留している１次転写残トナーは、ドラムクリーニング装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄによって除去されて回収される。また、２次転写後に中間転写ベルト４０上に残った２次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置４５によって除去されて回収される。

（像加熱装置）
図２は、像加熱装置としての定着装置１２の概略構成模型図である。定着装置１２は、トナー像を記録材上に加熱定着するもので、通電発熱抵抗層を有する加熱体としてのヒータ１６と、記録材とともに移動する第１の回転体としての定着スリーブ２０とを備えている。定着スリーブ２０は、回動可能であって回動方向に交差する長手方向に加熱可能に設けられる。定着装置１２は、更に定着スリーブ２０に圧接する第２の回転体としての加圧ローラ２２を備え、定着スリーブ２０と加圧ローラ２２とによって形成される定着ニップ２７において、記録材上のトナー像を加熱定着する構成となっている。

定着フィルム２０は、ベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状（エンドレスベルト状）の部材である。具体的には、材質にポリイミドを用い、厚み７０μｍの円筒状に形成したエンドレスベルト（ベルト基材）上に、厚み約２５０μｍのシリコンゴム層（弾性層）を形成してある。更にシリコンゴム層の上に厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブ（最表面層）を被覆してなる。

ヒータ１６はヒータホルダ１７に保持される。ヒータホルダ１７は、横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有する部材で、ヒータ１６は、ヒータホルダ１７の下面に該ホルダの長手方向に沿って配設されている。ヒータ１６とヒータホルダ１７はバックアップ部材を構成する。定着スリーブ２０は、このヒータホルダ１７にルーズに外嵌させてある。

ここで、加熱体としての定着ヒータ１６は、本実施例では、セラミックヒータを用いており、構成の詳細は後述する。ヒータホルダ１７は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、定着ヒータ１６を保持し、定着ヒータ１６と接触しつつ回転する定着フィルム２０をガイドする役割を果たす。

加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、シリコンゴム層を形成し、その上にＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ２２は芯金の両端部を装置フレーム２４の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ２２の上側に、前記のヒータ１６・ヒータホルダ１７・定着フィルム２０等から成る定着フィルムユニットをヒータ１６側を下向きにして加圧ローラ２２に並行に当接配置する。

ヒータホルダ１７の両端部を不図示の加圧機構により片側１２．５ｋｇｆ、総圧２５ｋｇｆの力で加圧ローラ２２の軸線方向に付勢する。このことで、定着ヒータ１６の下向き面（以下、表面と記す）を定着フィルム２０を介して加圧ローラ２２の弾性層に、該弾性層の弾性に抗して、所定の押圧力をもって圧接させる。これにより、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部２７を形成している。

本実施例では、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９ａ、１９ｂを記録材Ｐの搬送方向に対して直交する方向（長手方向）に関して異なる位置に配置し、ヒータ１６の温度を検出している。具体的な配置としては、ニップ部において長手方向の中心位置（中央部）に第１温度検知素子としてのメインサーミスタ１８を、その中心位置と等しい距離の端部付近にそれぞれ第２温度検知素子としてのサブサーミスタ１９ａ、１９ｂを配置する。

図２では、メインサーミスタ１８およびサブサーミスタ１９ａ、１９ｂは、同じ視線上にあるため、１つしか図示されていない。これらのサーミスタは熱源である定着ヒータ１６の図３及び図４における上向き面（以下、裏面と記す。）に接触させてあり、発熱抵抗層端部の位置での定着ヒータ裏面の温度を検出する。

本実施例ではメインサーミスタ１８およびサブサーミスタ１９ａ、１９ｂを定着ヒータ１６の裏面に接触するように配置し、定着ヒータ１６の裏面の温度を検出しているが、必ずしもこの位置に限定されるものではない。たとえば、定着フィルム２０の裏面に接触するように配置し、定着フィルム２０の裏面の温度を検出してもよい。

メインサーミスタ１８、及びサブサーミスタ１９ａ、１９ｂは、加熱制御手段（制御部）としての通電制御手段２１に接続される。通電制御手段２１は、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９ａ、１９ｂの検出結果をもとに、定着ヒータ１６の温調制御内容を決定する。温調制御内容の詳細については後述する。

図２の２３と２６は、装置フレーム２４に組付けた入り口ガイドと定着排紙ローラである。入り口ガイド２３は、二次転写ニップを抜けた記録材Ｐが、定着ニップ部２７に正確にガイドされるよう、転写材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド２３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。

加圧ローラ２２は、不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２２の回転駆動による、該加圧ローラ２２の外面と定着フィルム２０との定着ニップ部２７における圧接摩擦力により、円筒状の定着フィルム２０に回転力が作用する。そして、定着フィルム２０は、その内面側が定着ヒータ１６の下向き面に密着して摺動しながら、ヒータホルダ１７の外回りを矢印の時計方向に従動回転する。定着フィルム２０の内面にはグリースが塗布され、ヒータホルダ１７と定着フィルム２０内面との摺動性を確保している。

このようにして、加圧ローラ２２が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム２０が従動回転状態になり、また定着ヒータ１６に通電がなされる。定着ヒータ１６が昇温して所定の温度に立ち上げ温調された状態において、定着ニップ部２７に、未定着トナー像を担持した記録材Ｐが入り口ガイド２３に沿って案内されて導入される。そして、定着ニップ部２７において、記録材Ｐのトナー像担持面側が定着フィルム２０の外面に密着し、定着フィルム２０と一緒に定着ニップ部２７を挟持搬送されていく。

この挟持搬送過程において、定着ヒータ１６の熱が定着フィルム２０を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像が記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部２７を通過した記録材Ｐは、定着フィルム２０から曲率分離され、定着排紙ローラ２６で排出される。

（定着ヒータ１６）
図３に定着ヒータ１６の断面図を示す。定着ヒータ１６は、以下の〔１〕〜〔５〕等からなる。
〔１〕記録材Ｐの搬送方向すなわち通紙方向と直交する方向を長手方向とする横長長手方向に細長のセラミック基板である窒化アルミ基板４１。
〔２〕〔１〕の窒化アルミ基板４１の表面側に長手方向に沿ってスクリーン印刷により線状あるいは帯状に塗工した、厚み１０μｍ程度、幅１ｍｍ程度の抵抗発熱体層４２および４３（４３ａ、４３ｂ）。抵抗発熱体層４２、４３は、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）合金を含んだ導電ペーストを窒化アルミ基板４１上に印刷したものである。
〔３〕〔２〕の抵抗発熱体層４２および４３に対する給電パターンとして、窒化アルミ基板４１の表面側に銀ペーストのスクリーン印刷等によりパターン形成した、電極部４４（図４）。
〔４〕抵抗発熱体層４２および４３の保護と絶縁性を確保するための、厚み８０μｍ程度の薄肉のガラスコート４５。
〔５〕窒化アルミ基板４１と定着スリーブ２０の接触面に設けたガラスからなる摺動層４６。

図４（ａ）に定着ヒータ１６の表面側を示す図を、図４（ｂ）に定着ヒータ１６の単位長さあたりの発熱量のグラフを示す。図４に示すように、抵抗発熱体層は３本の発熱体４３（４３ａ、４３ｂ）、４２からなる。

発熱体４３が第１発熱体（以後、メインヒータ４３とする）であり、電極４４を通じて通電される抵抗発熱体であり、長手方向の長さ２２３ｍｍで形成されている。このメインヒータ４３は、長手中央から両端部にかけて連続的にパターン幅を広げることにより、長手方向における単位長さ当たりの発熱量を図４（ｂ）に示すように長手中央から両端部にかけて小さくしている。１２０Ｖを印加した時のメインヒータ４３の単位長さ当たりの発熱量は長手中央において４．９Ｗ／ｍｍ、長手中央から両端部±１１１．５ｍｍの位置において２．９Ｗ／ｍｍである。すなわち、単位長さあたりの発熱量が、相対的に長手方向の中央部において大きく端部において小さい構成となっており、両端部の単位長さあたり
の発熱量が中央部の０．６倍となるようにした放物線分布としている。

発熱体４２は、ヒータ長手方向中央部に対する端部の単位長さあたりの抵抗比がメインヒータ４３よりも大きい第２発熱体（以後、サブヒータ４２とする）である。サブヒータ４２は長手中央から端部にかけて連続的にパターンを狭めることにより、単位長さあたりの発熱量を図４（ｂ）に示すように長手中央から両端部にかけて大きくしている。１２０Ｖを印加した時のサブヒータ４２の単位長さ当たりの発熱量は長手中央において２．９Ｗ／ｍｍ、長手中央から両端部±１１１．５ｍｍの位置において４．９Ｗ／ｍｍである。すなわち、単位長さあたりの発熱量が、相対的に長手方向の中央部において小さく端部において大きい構成となっており、両端部の単位長さあたりの発熱量が中央部の１．６８倍となるようにした放物線分布としている。

メインヒータ４３とサブヒータ４２を合計した単位長さあたりの発熱量は長手方向に対する勾配がゼロとなり、長手全域で均一な発熱量となるようにしている。

定着ヒータ１６の電極部４４には、給電用コネクタが装着される。ヒータ駆動回路部から上記の給電用コネクタを介して電極部４４に給電されることで、メインヒータ４３およびサブヒータ４２が発熱して定着ヒータ１６が迅速に昇温する。

通常使用においては、加圧ローラ２２の回転開始とともに、定着フィルム２０の従動回転が開始し、定着ヒータ１６の温度の上昇とともに、定着フィルム２０の温度も上昇していく。定着ヒータ１６への通電は、ＰＩＤ制御によりコントロールされ、定着ヒータ１６の裏面側中央に配置されたメインサーミスタ１８の検知温度が目標値（目標温度）を維持するように、入力電力が制御される。

図５に定着ヒータ１６とサーミスタの位置関係を示す。本実施例では最大通紙幅よりも幅の狭い記録材を通紙した時の非通紙部昇温を検知するために、定着ヒータ１６の両端部にサブサーミスタ１９ａ、１９ｂを設けた構成となっている。メインサーミスタ１８は長手中央の位置に、サブサーミスタ１９ａ、１９ｂはそれぞれ長手中央から１０２ｍｍの位置に配置されている。

（通電比率制御）
次に通紙時のメインヒータ４３および、サブヒータ４２への通電比率制御について説明する。通紙が開始されると、非通紙部昇温により、サブサーミスタ１９ａおよび１９ｂの温度が上昇する。このサブサーミスタの温度を監視し、ある閾値を超えた場合に、サブヒータ４２への通電比率を下げる制御を行う。通電比率とは、メインヒータ４３とサブヒータ４２への供給電力の比である。サブヒータ４２は端部の発熱量が大きい発熱体であるため、通電比率が下がると、定着ヒータ１６の端部の発熱量が下がることになる。すなわち、複数の発熱体によって形成される定着ヒータ１６の加熱領域の、記録材の搬送方向と直交する長手方向の中央部における発熱量（第１発熱量）と、長手方向の端部における発熱量（第２発熱量）と、の比率を制御可能となっている。これによって、非通紙部昇温を抑制することができるようになる。

サブヒータ４２の通電比率を下げる判断を行う閾値には、サブサーミスタ１９ａもしくは１９ｂのうち、どちらか高い温度を検知している方の検知温度から、メインサーミスタ１８の検知温度を引いた、サブサーミスタとメインサーミスタの温度差を用いる。

メインサーミスタ１８の検知温度より、サブサーミスタ１９の温度が高くなり、その温度差がある所定の閾値を超えると、非通紙部昇温が発生したと判断し、メインヒータ４３とサブヒータ４２の通電比率を変えてサブヒータ４２の発熱量を小さくする。たとえばＬ
ＥＴＴＥＲサイズの通紙ではサブサーミスタ１９の高いほうの温度がメインサーミスタ１８の温度よりも１０℃高くなったらサブヒータ４２の通電比率を１０％下げ、メインヒータ４３：サブヒータ４２＝１００：９０の比率に変更する。これにより、サブヒータ４２の発熱量が下がり、非通紙部昇温が緩和される。

図６に示す通り本実施例では、この通電比率レベルを８段階設けている。１レベル毎にサブヒータ４２の通電比率が１０％ずつ下がり、最終的には３０％まで下げられるようにしている。Ｌｅｔｔｅｒサイズではサブサーミスタとメインサーミスタの温度差が閾値である１０℃を超える度に通電比率レベルを１つ進め、サブヒータ４２の発熱量を下げていく。このように非通紙部昇温に応じて端部の発熱量を順次下げていくことで、装置の破損を防止している。

（Ａ４サイズ紙をプリントする場合の通電比率制御）
本実施例では、第２の記録材としてのＡ４サイズの通紙において、通電比率レベル変更の閾値を、第１の記録材としてのＬｅｔｔｅｒサイズの通紙における閾値（第１閾値）とは異なる値（第２閾値）に設定している。

前述のとおり、高速化に伴い、Ａ４サイズ紙を連続通紙した場合の非通紙部昇温が問題となっている。さらに、Ａ４サイズ紙はＬｅｔｔｅｒサイズ紙よりも幅が狭いメディアであるため、給紙口に偏りをもってセットされる場合がある。Ａ４サイズ紙が左右どちらかに寄せられて通紙された場合（以下、この状態を「片寄せ」とする）、非通紙部昇温に対応するために端部の発熱を小さくすると、非通紙部昇温が発生している側とは逆側の画像端部における定着性が損なわれてしまう可能性がある。このため、Ａ４サイズ紙ではＬｅｔｔｅｒサイズ紙とは異なる通電比率制御を行う必要がある。

また、プリンタの高速化に伴う現象として、サブサーミスタの検知温度と、溶融を防ぎたい部材の温度の差が大きくなってきている、ということが挙げられる。フィルム加熱方式の加熱装置に用いられる部材のうち、最も耐熱温度が低いものは定着フィルムや加圧ローラの弾性層に用いられるゴムである。特に記録材の画像面と接触する定着フィルムのゴム層は、加圧ローラのゴム層よりも高い温度になるため、非通紙部昇温が発生した時、より溶融が発生しやすい。

サブサーミスタはヒータの定着フィルムとの接触面と反対側の面に接触しているため、ヒータからの熱の伝わりが速く、ヒータとの温度の差が小さい。一方、定着フィルムのゴム層は定着フィルムの基層と、ヒータと回転するフィルムの間に発生する接触熱抵抗、および摺動グリースを介してヒータからの熱が伝わるため、サブサーミスタと比較すると熱の伝わりが遅く、ヒータとの温度の差が大きくなる。このため、非通紙部昇温が発生した状態におけるサブサーミスタの検知温度と、定着フィルムのゴム層の温度には差があり、サブサーミスタの検知温度のほうが高い状態となる。

この温度差は加熱装置の暖まり具合によっても異なっており、プリント開始直後、すなわち加熱装置がまだ冷えている状態では、この温度差が大きくなる。これはまだ暖まっていない摺動グリースや定着フィルム基層、ヒータホルダなどの部材の昇温にヒータの熱が消費されるためであり、その分だけ定着フィルムのゴム層の昇温が遅くなるためである。

図７に加熱装置が冷えている状態からヒータへの通電を開始し、Ａ４サイズ紙の連続通紙を行った時の、サブサーミスタと定着フィルムの非通紙部の温度の推移を記録したグラフを示す。サブサーミスタの温度上昇と比較して定着フィルムの温度上昇が遅いため、通電開始直後のサブサーミスタと定着フィルムの温度差は大きい状態となる。その後通紙が進むと、サブサーミスタと定着フィルムの温度差は小さくなり、ある一定の差を保ったま
ま定常状態となる。

このように、非通紙部の温度を検知するサブサーミスタの温度と、実際の定着フィルムの温度の差は、常に一定ではない。このため、通電比率制御レベル変更の閾値が一定である場合、定着装置がまだ暖まりきっていない状態では、定着フィルムの非通紙部の温度が耐熱温度に達さない状態であるにも関わらず、サブヒータ４２の通電比率を下げてしまう可能性が有った。

定着装置がまだ暖まりきっていない状態では記録材端部のトナーの定着強度が低いことが一般的である。これは端部は放熱が大きいため、中央部と比較して定着装置の部材の温度が上がりにくいことが原因となっている。つまり、定着装置が冷えている状態からプリントがスタートした場合、記録材の端部におけるトナーの定着強度が低い傾向にあるにもかかわらず、サブヒータ４２の通電比率が必要以上に下げられてしまう可能性が有った。

さらに、Ａ４サイズの記録材ではこれまで述べてきたとおり、左右どちらかに寄せられて通紙されるリスクがある。したがって、非通紙部昇温に対応するために端部の発熱を小さくすると、通常の位置で通紙された場合よりも、さらに用紙端部における定着性が損なわれやすくなる可能性が有る。
以上を鑑み、本実施例ではＡ４サイズ紙における通電比率レベル変更の閾値をＬｅｔｔｅｒサイズ紙とは異なる値とし、さらに通紙枚数に応じて閾値を設定、変化させた。

図８にＬｅｔｔｅｒサイズ紙とＡ４サイズ紙の通電比率レベル変更の閾値と通紙枚数のテーブルをまとめたものを示す。ＬＥＴＴＥＲサイズの通電比率レベル変更の閾値は通紙枚数に寄らず一定とした。一方、Ａ４サイズ紙の通電比率レベル変更の閾値は通紙枚数によって値を変え、最初に１〜５枚では２５℃とし、６〜１０枚では２０℃、１１〜３０枚では１５℃、３１枚以降で１０℃とした。

図９に実際の通紙を行った時の定着フィルムの非通紙部の温度とサブサーミスタの通紙初期段階（１〜６０枚目）における温度推移を示す。実験ではＬｅｔｔｅｒサイズおよび、Ａ４サイズの普通紙をメインサーミスタによる温調温度２４０℃にて連続で通紙し、定着フィルムの非通紙部の温度とサブサーミスタの温度、およびメインヒータ４３、サブヒータ４２の通電比率をモニタした。用紙は５００枚の紙束を給紙カセットにセットし、給紙カセットからの通紙を行った。Ａ４サイズの通紙においては、用紙を給紙カセット内で正規の位置にセットした。用紙の搬送速度は３００ｍｍ／秒とし、用紙間隔は１０ｍｍに設定した。また、用紙に描く画像はマゼンタトナーとイエロートナーの全面ベタ画像を重ねたものとし、画像両端部における画像の欠けが無いかどうかも同時に確認した。

図９によると、Ｌｅｔｔｅｒ通紙においては２４０℃で推移するメインサーミスタの温度に対して、サブサーミスタの温度は２５０℃を推移している。図８で説明したとおり、Ｌｅｔｔｅｒ通紙時においては、非通紙部昇温によりサブサーミスタの温度がメインサーミスタよりも１０℃高くなった時に通電比率レベルを一つ上げ、サブヒータ４２の通電比率を１０％下げる制御を行っている。サブヒータ４２の通電比率は通紙とともに下がっていき、通紙枚数５０枚付近で５０％まで下げられている。この制御により、サブサーミスタはおおよそメインサーミスタよりも１０℃高い状態を保ちながら推移することになる。定着フィルム表面温度は２２５℃まで上昇したが、フィルム弾性層のシリコンゴムの連続使用可能温度が２３０℃であることを考えると、問題ない範囲に制御されているといえる。また、画像両端部における画像の欠けは見られず、トナーの用紙に対する定着強度も問題が無かった。

図９に示したＡ４通紙時のグラフでは、サブサーミスタの温度は１０枚目までは２６０
℃程度を推移し、その後通紙とともに徐々に低くなり、グラフの後半部分では２５０℃を推移した。これは、図８で説明した通り、通電比率変更の閾値を通紙枚数によって変えているからである。Ｌｅｔｔｅｒ通紙時よりもサブサーミスタの温度が高くなってしまうが、通紙初期段階においては定着フィルム温度が十分に低いため、フィルム弾性層のシリコンゴムの連続使用可能温度の２３０℃を超えてしまうことはない。従って、高いサブサーミスタ温度を許容しても問題がない。

一方、Ａ４サイズ紙はＬｅｔｔｅｒよりも両側３ｍｍ分、紙の幅が小さいため、通電比率変更の閾値を大きくしても、サブヒータ４２の通電比率が通紙とともに速い速度で下がっていく。図９に示すグラフによれば、通電比率が５０％となるのがおよそ３０枚目付近であり、Ｌｅｔｔｅｒの下がり方よりも速く通電比率が下がった。さらに３８枚目付近でサブヒータ４２の通電比率は４０％まで下がったが、両端部の画像の欠けはなく、トナーの定着強度に問題はなかった。

次に、本実施例におけるＡ４サイズ紙をプリントする場合の通電比率制御の効果を確かめるために、Ａ４サイズ紙を片寄せした状態でプリントを行った。Ａ４サイズ紙を片寄せするために、給紙カセット内で用紙左右の規制板の位置をＬｅｔｔｅｒの位置にセットし、Ａ４サイズ紙を用紙進行方向に対して左側の規制板に押し付けてセットした。これ以外の通紙条件は前述の条件と同じであるため説明を省く。

図１０に示すのは片寄せ状態におけるＡ４サイズ紙の通紙の内容であり、本実施例の効果を確かめるために行った比較例の内容も併せて記載してある。本実施例での通電比率レベル変更の閾値は図８で説明したものと同様であり、１〜５枚では２５℃、６〜１０枚では２０℃、１１〜３０枚では１５℃とし、３１枚以降で１０℃とした。一方、比較例では通電比率レベル変更の閾値を通紙枚数によって変更せず、１０℃一定とした。

図１１に実施例および比較例の制御におけるＡ４片寄せ通紙時の定着フィルムの非通紙部の温度とサブサーミスタの温度、およびメインヒータ４３、サブヒータ４２の通電比率をモニタした結果を示す。

実施例においては、片寄せ通紙であるため、非通紙部昇温が大きくなり、サブサーミスタの温度がこれまでよりも上昇した。通紙５枚程度でサブサーミスタ温度が２６５℃に到達したため、メインサーミスタ温度（２４０℃）とサブサーミスタ温度（２６５℃）の差が２５℃となり、サブヒータ４２の通電比率が１０％下げられた。その後も、早いタイミングでサブヒータ４２の通電比率が下がり、通紙２５枚程度で５０％となり、通紙３０枚程度で４０％、通紙３７枚程度で３０％となった。定着フィルムの温度は６０枚目付近で２２５℃程度であり、問題の無い温度であった。また、用紙を寄せた側の用紙端部における画像の欠けを確認したところ、欠けはなく、定着強度にも問題が無かった。

比較例においては、通紙初期段階から、通電比率レベル変更の閾値を１０℃一定としている。このため、メインサーミスタ温度が２４０℃一定の場合、通紙を通じてサブサーミスタが２５０℃程度となるように制御される。

図１１に示した実施例のサブサーミスタ温度の通り、Ａ４用紙が片寄せされた状態で通紙されているため、非通紙部昇温が非常に高くなり、実施例では５枚目で２６５℃までサブサーミスタ温度が上昇している。これに対し比較例では２５０℃に達するとサブヒータ４２の通電比率を下げるため、実施例よりも早いタイミングでサブヒータ４２に通電比率が下がることになる。図１３でのモニタ結果によると、通紙とともにサブヒータ４２の通電比率がどんどん下がり、１７枚目付近で４０％まで下がり、２５枚目付近で３０％まで下がってしまった。用紙を寄せた側の用紙端部における画像の欠けを確認したところ、５
枚目からベタ画像中に細かい白点がみられるようになった。これは用紙に定着できなかったトナーが定着フィルムに持ち去られることによって発生している現象で、トナーの用紙に対する定着強度が低いために発生するものである。通紙とともに白点の数が増えかつ大きくなり、１５枚目付近では画像の欠けとしてはっきりと視認できる状況となった。

本実施例によれば、Ａ４サイズ紙が正規の位置にセットされず、片寄せされた状態で通紙されたとしても、定着フィルムの部材が破損するリスクのある温度まで上昇してしまうのを防止しながら、画像端部までしっかりと用紙にトナーを定着させることができた。また、加熱装置の部材の温度を低減させることができた。

本実施例ではフィルム加熱方式の加熱装置について説明を行ってきたが、本発明の効果はフィルム加熱方式の加熱装置のみに限定されるわけではない。前述の熱ローラ方式の定着装置やベルト加熱方式の定着装置、ベルト内部にニップ板を有する構成の定着装置であっても本実施例で説明した構成の実施が可能である。
また、本実施例では、複数の発熱体が記録材の搬送方向に並んだ構成のヒータを用いたが、ヒータの構成はこれに限定されない。例えば、複数の発熱体が記録材の搬送方向と直交する長手方向に並んで配置（発熱体が長手方向に分割）され、複数の発熱体の通電を個別にオンオフ制御するような構成のヒータを用いてもよい。

以上、本実施例によれば、定着装置の暖まり具合に応じて通電比率の制御を行うことができるようになるため、適切な通電比率レベル変更の閾値の設定ができるようになる。これにより、長手方向の一方の端部側の非通紙部が異常に昇温することを防止しながら、逆側の端部の定着性も満足させること、すなわち、定着強度不足による画像端部の欠けを防ぎながら、部材の温度が危険な温度まで上がることを防止することができる。したがって、高速で大量に画像加熱を実行することが可能となり、装置の耐久性の向上とユーザーの利便性の両方を高めた像加熱装置、画像形成装置を提供することが可能となる。

（実施例２）
実施例１で説明した制御は、プリント枚数（画像を加熱した記録材の数）によって通電比率レベル変更の閾値を変化させている。プリント枚数とともに定着器が暖まっていくため、定着装置が冷えている通紙初期は通電比率レベル変更の閾値を大きくし、定着装置が暖まった通紙後半で通電比率レベル変更の閾値を小さくしている。しかしながら、プリント開始時における定着装置の暖まり具合は必ずしも同じではない。例えば前のプリントジョブから時間があまり経過していなければ、前ジョブの時の熱でまだ定着装置が暖まったままの状態の可能性がある。また、前ジョブのプリント枚数によっても定着装置の暖まり具合は影響を受けるものと考えられる。このため、プリント開始時における、定着装置の暖まり具合を把握し、それを考慮に入れることができれば、より幅広い状況に対応することのできる通電比率制御を行うことができる。

そこで実施例２では定着装置の暖まり具合を表す暖機指数を算出し、通電比率制御に使用する。暖機指数は、定着装置１２の蓄熱量と相関関係にある可変値である。暖機指数は、プリントの枚数に応じてカウントアップされ、プリントが休止している時間に応じてカウントダウンされるカウント値であり、加圧ローラ２２をはじめとした定着装置１２内の構造物の暖まり具合を数値化した可変値である。例えば、暖機指数の初期値は０であり、記録材に形成された画像の加熱を連続して行った場合の加熱の回数として、連続プリント３枚毎に１が加算され、加熱を行わない期間の長さとして、プリント終了後、休止期間３分経過毎に１が減算される。また、暖機指数は０〜３０範囲で設定される。

通電制御手段２１はプリント動作および、プリント休止期間において常に暖機指数の算出を行う。そしてＡ４サイズ紙の通紙における通電比率制御を図１２に示す閾値に基づい
て行う。暖機指数が０〜２の場合、すなわち、定着装置１２の蓄熱量が低く、暖まっていない状態では通電比率レベル変更の閾値を２５℃とする。暖機指数が３〜４の場合には通電比率レベル変更の閾値を２０℃、暖機指数が５〜１０の場合には通電比率レベル変更の閾値を１５℃、暖機指数が１１以上の場合には通電比率レベル変更の閾値を１０℃とした。このように、定着装置の暖まり具合を表す可変値によって通電比率レベル変更の閾値を変える方法によれば、プリント開始時の定着装置の暖まり具合が如何なる場合においても、適した通電比率レベルでプリントを行うことができる。そのため、より幅広い使用状況に対応することができる。

本実施例についても、本発明の効果はフィルム加熱方式の加熱装置のみに限定されるわけではない。前述の熱ローラ方式の定着装置やベルト加熱方式の定着装置、ベルト内部にニップ板を有する構成の定着装置であっても本実施例で説明した構成の実施が可能である。上記の構成によれば、プリント開始前の定着装置の暖まり具合が進んだ場合であってもそれに合わせた通電比率レベル変更の閾値を設けることができる。このため、より幅広い状況において、定着強度不足による画像端部の欠けを防ぎながら、部材の温度が危険な温度まで上がることを防止することができ、装置の耐久性の向上とユーザーの利便性の両方を高めた加熱装置を提供することができるようになる。

Ｐ…用紙（記録材）、１２…定着装置、１６…加熱ヒータ、１７…ヒータホルダ、４２…第２発熱体、４３…第１発熱体、１８…メインサーミスタ、１９…サブサーミスタ、２０…定着フィルム、２２…加圧ローラ、２３…入口ガイド、２４…装置フレーム、２６…定着排紙ローラ、２７…定着ニップ部

Claims (9)

1. 筒状の回転体と、
   前記回転体の内部空間に設けられており前記回転体の母線方向に沿って細長いヒータであって、前記ヒータの長手方向の中央の発熱量に対する端部の発熱量の比率を制御可能なヒータと、
   前記ヒータの前記長手方向の中央の温度を検知する第１温度検知素子と、
   前記ヒータ又は前記回転体の内面の前記長手方向の端部の温度を検知する第２温度検知素子と、
   前記第１温度検知素子の検知温度が目標温度になるように前記ヒータを制御する制御部と、
   を備え、
   記録材に形成された画像を、前記回転体を介した前記ヒータの熱で加熱処理し、
   前記制御部が、前記第２温度検知素子の検知温度が所定の閾値を超えた場合に、前記比率が小さくなるように前記ヒータを制御する像加熱装置において、
   前記制御部は、前記閾値を像加熱装置の暖まり具合に応じて変更すると共に、
   複数枚の記録材を連続して加熱処理する連続加熱処理の期間中であって前記暖まり具合が小さな前記連続加熱処理の初期の期間における前記閾値を、前記長手方向の幅が第１の幅の記録材を加熱処理する時よりも、前記長手方向の幅が前記第１の幅よりも狭い第２の幅の記録材を加熱処理する時のほうを高く設定することを特徴とする像加熱装置。
2. 前記制御部は、
   前記暖まり具合を、画像を加熱した記録材の数に基づいて判断し、
   前記第２の幅の記録材を加熱処理する時、画像を加熱した記録材の数が増えるほど、前記閾値を小さい値に設定することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 前記制御部は、
   前記暖まり具合を、少なくとも、前記連続加熱処理の時の加熱の回数に応じて加算され、加熱を行わない期間の長さに応じて減算されるカウント値に基づいて判断し、
   前記第２の幅の記録材を連続加熱処理する時、前記カウント値が大きくなるほど、前記閾値を小さい値に設定することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
4. 前記制御部は、
   前記閾値を、
   前記第１の幅の記録材を連続加熱処理する場合には、像加熱装置の暖まり具合によらず一定の閾値に設定し、
   前記第２の幅の記録材を連続加熱処理する場合には、像加熱装置の暖まり具合が大きくなるに連れて低い値に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の像加熱装置。
5. 前記ヒータは、
   板状の基板と、
   前記基板上に記録材の搬送方向に並ぶ複数の発熱体であって、
   前記長手方向における単位長さあたりの発熱量が、相対的に前記長手方向の中央において大きく端部において小さい第１発熱体と、
   前記長手方向における単位長さあたりの発熱量が、相対的に前記長手方向の中央において小さく端部において大きい第２発熱体と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記第１発熱体と前記第２発熱体との通電比率を制御することで、前記比率を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の像加熱装置。
6. 前記ヒータは、
   板状の基板と、
   前記基板上の前記長手方向の中央に設けられた第１発熱体と、
   前記基板上の前記長手方向の端部に設けられた第２発熱体と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記第１発熱体と前記第２発熱体との通電比率を制御することで、前記比率を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の像加熱装置。
7. 前記制御部は、
   前記第２温度検知素子の検知温度が所定の閾値を超えた場合に、前記第１発熱体の発熱量に対して前記第２発熱体の発熱量が小さくなるように前記通電比率を制御することを特徴とする請求項５または６に記載の像加熱装置。
8. 前記回転体はフィルムであり、
   前記像加熱装置は更に、前記フィルムを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧ローラを有し、
   前記ニップ部で記録材に形成された画像が前記フィルムを介して加熱されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の像加熱装置。
9. 記録材に画像を形成する画像形成部と、
   記録材に形成された画像を記録材に定着させる定着部として、請求項１〜８のいずれか１項に記載の像加熱装置と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
   

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