JP7121478B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、定着装置および画像形成装置に関する。

従来の定着装置ではヒータにより用紙を加熱させトナーを定着させる。同幅の用紙を連続印刷した場合、搬送される用紙端の外側に位置するヒータ領域、およびヒータが当接する定着ベルトの温度が極端に上昇する過昇温という現象を生じる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

この非通紙領域の過昇温が部材の耐熱温度を超えると、ヒータの反り、定着ベルトの劣化、および搬送・加圧ローラの膨張等の不可逆的な性能劣化が生じるため、これを防止するとともに発火などの安全性対策についても考慮する必要がある。

特開２０１７－２７０１５号公報 特開２０１４－２５９６５号公報

本発明が解決しようとする課題は上記問題を解決し、ヒータの反り、定着ベルトの劣化、および搬送・加圧ローラの膨張等の性能劣化を防止するとともに、高い精度で安全制御を行うことができる定着装置、および画像形成装置を提供することにある。

上記課題を達成するために、本実施形態の定着装置および画像形成装置は、回転する無端状のベルトと、前記ベルト内側に当接して配置され、前記ベルトの回転軸方向に複数のヒータブロックに分割され、前記ヒータブロック毎に制御される発熱領域を有するヒータと、前記ベルトを挟んで前記ヒータと対向する位置に、搬送する用紙を加圧するように配置された加圧体と、前記ヒータブロックそれぞれに配置された高温度センサと、前記用紙の用紙幅と搬送位置に基づいて発熱対象のヒータブロックを１つ以上選択し、発熱ブロックを形成するヒータブロック選択部と、前記発熱ブロック上の通紙領域を所定の温度範囲に制御する定着温度制御部と、前記発熱ブロックのうち、非通紙領域を有するヒータブロックに配置された前記高温度センサを選択し、非通紙領域の過昇温を制御する高温制御部と、を備える。高温度センサは、第１の幅の用紙を印刷する際の非通紙領域の温度と、第１の幅と異なる第２の幅の用紙を印刷する際の非通紙領域の温度と、が同じ温度となる位置の温度を検知する。

実施形態に係る定着装置を含む画像形成装置の構成図。 実施形態に係る画像形成装置の制御系を示すブロック図。 実施形態に係る定着装置の一例を示す構成図。 実施形態に係るヒータの一例を示す平面図。 実施形態に係るヒータの一例を示す断面図。 実施形態に係る定着装置の構御系を示すブロック構成図。 第１ヒータブロックが選択される時の説明図。 第１ヒータブロック端での温度低下を示す説明図。 第１ヒータブロックと第２ヒータブロックが選択される時の説明図。 第２ヒータブロック端での温度低下を示す説明図。 第１ヒータブロックが選択される場合の高温度センサ位置を示す説明図。 第１ヒータブロックの最大用紙幅に対する高温度センサ位置を示す説明図。 最大用紙幅に対する非通紙領域の温度上昇を示す説明図。 最大用紙幅より狭い用紙幅に対する非通紙領域の温度上昇を示す説明図。 ベルト幅中央の両側に配置する高温度センサ位置を示す説明図。 ベルト幅中央の片側に配置する高温度センサ位置を示す説明図。 同実施形態における画像形成装置の制御動作を示すフローチャート。

以下、実施形態について図１から図１７を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１において、画像形成装置１０は、例えば複合機であるＭＦＰ（Multi-Function Peripherals）、プリンタ、および複写機等である。以下の説明ではＭＦＰを例に説明する。

画像形成装置１０の本体１１の上部には透明ガラスの原稿台１２があり、原稿台１２上にはＡＤＦ（Auto Document Feeder）１３が開閉自在に設けられている。また、本体１１の上部には入出力制御部１４が設けられている。入出力制御部１４は、画像形成装置１０を操作するための各種キーを有する操作パネル１４ａとタッチパネル式の表示部１４ｂを有している。

本体１１内のＡＤＦ１３の下部には、読取装置であるスキャナ部１５が設けられている。スキャナ部１５は、ＡＤＦ１３によって送られる原稿または原稿台上に置かれた原稿を読み取って画像データを生成するもので、例えば密着型イメージセンサ１６（以下、単にイメージセンサと称する）を備えている。イメージセンサ１６は、主走査方向に配置されている。

イメージセンサ１６は、原稿台１２に載置された原稿の画像を読み取る場合は原稿台１２に沿って移動しながら、原稿画像を１ライン分ずつ読み取る。これを原稿サイズ全体にわたって実行し、１ページ分の原稿の読み取りを行う。また、ＡＤＦ１３によって送られる原稿の画像を読み取る場合、イメージセンサ１６は、固定位置（図示の位置）にある。尚、主走査方向は、イメージセンサ１６が原稿台１２に沿って移動するときの移動方向と
直交する方向（図１では奥行方向）である。

更に、本体１１内の中央部にはプリンタ部１７を有している。プリンタ部１７は、スキャナ部１５で読み取った画像データや、パーソナルコンピュータなどで作成された画像データを処理して、記録媒体（例えば用紙）に画像を形成する。また本体１１の下部には、各種サイズの用紙を収容する複数の給紙カセット１８を備えている（図１では、２つの給紙カセット１８ａ、１８ｂを示す）。尚、画像を形成する記録媒体としては、用紙のほかにＯＨＰシート等があるが、以下の説明では、用紙に画像を形成する例を説明する。

プリンタ部１７は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色用の露光器としてＬＥＤまたはレーザを含む走査ヘッド１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋを有し、露光器の各走査ヘッド１９からの光線を走査して感光体に画像を生成する。このプリンタ部１７は、例えパターンデム方式によるカラーレーザプリンタであり、各色の画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋで構成される。この画像形成部２０Ｙ～２０Ｋは、中間転写ベルト２１の下側に上流から下流側に沿って並列に配置される。

中間転写ベルト２１は、駆動ローラ３１及び従動ローラ３２に張架され、循環的に移動する。また中間転写ベルト２１は感光体ドラム２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋに対向して接触している。

各色の画像形成部２０Ｙ～２０Ｋは同じ構成であるので、画像形成部２０Ｋを例に説明すると、感光体ドラム２２Ｋの周囲には、帯電器２３Ｋ、現像器２４Ｋ、一次転写ローラ２５Ｋ等を配置している。感光体ドラム２２Ｋの露光位置には、走査ヘッド１９Ｋから光を照射し、感光体ドラム２２Ｋ上に静電潜像を形成する。

帯電器２３Ｋは、感光体ドラム２２Ｋの表面を一様に帯電する。現像器２４Ｋは、現像バイアスが印加される現像ローラによりブラックのトナーを感光体ドラム２２Ｋに供給し、静電潜像の現像を行う。

また、画像形成部２０Ｙ～２０Ｋの上部には、各現像器２４Ｙ～２４Ｋにトナーを供給する図示しないトナーカートリッジを設けている。中間転写ベルト２１の感光体ドラム２２Ｋに対向する位置には、一次転写ローラ２５Ｋに より一次転写電圧が印加され、感光体ドラム２２Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト２１に 一次転写する。

中間転写ベルト２１を張架する駆動ローラ３１は、二次転写ローラ３３を対向して配置される。用紙Ｐが駆動ローラ３１と二次転写ローラ３３間を通過する際には、二次転写ローラ３３により二次転写電圧が用紙Ｐに印加される。そして中間転写ベルト２１上のトナー像を用紙Ｐに二次転写する。中間転写ベルト２１の従動ローラ３２付近には、ベルトクリーナ３４が設けられている。

また、給紙カセット１８から二次転写ローラ３３に至る搬送路には、給紙カセット１８内から取り出した用紙Ｐを搬送するための給紙ローラ３５が設けられている。更に、二次転写ローラ３３の下流には加熱装置である定着装置３６を設けている。さらに、定着装置３６の下流には搬送ローラ３７を設け、この搬送ローラ３７によって用紙Ｐを排紙部３８に排出する。また画像形成装置１０は、システム制御部３９によって統合的に制御される。

また、通紙領域に配置されるラインセンサ４０を用いて、搬送される用紙のサイズと位置をリアルタイムで判定できる。

本実施形態の定着装置３６については、詳しく後述する。尚、図１は実施形態の一例であって、この例に限定するものではなく、公知の電子写真方式画像形成装置の構造を用いることができる。

図２は、実施形態における画像形成装置１０の制御系の構成例を示すブロック図である。画像形成装置１０の制御系は、システム制御部３９、入出力制御部１４、給紙・搬送制御部１３０、画像形成制御部１４０、および定着制御部１５０によって形成され、バスライン１１０で相互に接続されている。

システム制御部３９は、例えば、画像形成装置１０全体を制御するＣＰＵ１００、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１２０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２１、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１２２で構成される。

ＣＰＵ１００は、ＲＯＭ１２０或いはＲＡＭ１２１に記憶されたプログラムを実行することにより画像形成制御、定着温度制御をはじめとする装置全体の制御を実現する。ＲＯＭ１２０は、画像形成制御、および定着温度制御などの制御プログラム及び制御データなどを記憶する。ＲＡＭ１２１は、主として装置全体の制御を実行するためのワーキングメモリとして使用する。

ＲＯＭ１２０（或いはＲＡＭ１２１）は、例えば、画像形成部２０や定着装置３６等の制御プログラムと、制御プログラムが使用する各種の制御データを記憶する。Ｉ／Ｆ１２２は、ユーザ端末やファクシミリ等の各種装置との通信を行う。

入出力制御部１４は、入出力制御回路１２３に接続された操作パネル１４ａと、表示部１４ｂ、およびスキャナ部１５を制御する。操作者は操作パネル１４ａを操作して、たとえば用紙サイズや、原稿のコピー部数、等を指定することができる。表示部１４ｂは画像形成装置１０の動作状態等を表示する。

給紙・搬送制御部１３０は、給紙・搬送制御回路１３１、モータ群１３２、センサ群１３３で構成され、給紙、用紙搬送の制御を実行する。給紙・搬送制御回路１３１は、搬送路上の給紙ローラ３５或いは搬送ローラ３７等を駆動するモータ群１３２等を制御する。また、給紙・搬送制御回路１３１は、ＣＰＵ１００からの制御信号に基づいて、給紙カセット１８近傍、あるいは搬送路上の各種センサ群１３３の検知結果に応じてモータ群１３２等を制御する。

画像形成制御部１４０は、ＣＰＵ１００からの制御信号に基づいて感光体ドラム２２、帯電器２３、露光器（走査ヘッド）１９、現像器２４、転写器（転写ローラ）２５をそれぞれ制御する画像形成制御回路１４１で構成され、画像形成の制御を実行する。

定着制御部１５０は、定着装置３６を構成するモータ１５１、加熱のためのヒータ１５２、温度検知を行う各種温度センサ１５３、定着温度制御、および安全制御を行う定着制御回路１５４で構成され、定着制御を実行する。

図３は定着装置の一例を示す構成図である。図３に示すように、定着装置３６はベルト表面５１およびベルト裏面５２を有する無端状のベルト５３と、ベルト５３に対向する加圧ローラ（加圧体）５４とを備えている。加圧ローラ５４は、図示しないモータによって駆動力が伝達され矢印Ｔ方向に回転する。

無端状のベルト５３は、例えば厚さ５０μｍのＳＵＳ（Stainless Used Steel）、あるいは７０μｍのポリイミド耐熱樹脂の基材外側に、厚さ２００μｍ程度のシリコンゴム層が形成され、再外周は、ＰＦＡ（Perfluoroalkoxy）等の保護層で被膜されている。加圧ローラ５４は、例えばφ１０ｍｍの鉄棒表面に厚さ５ｍｍ程度のシリコンスポンジ層が形成され、再外周は、ＰＦＡ等の保護層で被膜されている。

また定着装置３６は、ベルト５３の回転軸方向に、ベルト裏面５２に当接して昇温のためのヒータ１５２が配置されている。無端状のベルト５３は、矢印Ｓ方向に加圧ローラ５４との間に定着ニップＮを形成しながら回転する。矢印Ａの方向に用紙Ｐが定着ニップＮを通過する際に、ヒータ１５２で発熱する熱と定着ニップＮでの圧力により用紙Ｐ上のトナー像５５は用紙Ｐに定着される。

定着温度を検知する各種温度センサ１５３については種々の方法がある。図３では、ヒータ１５２の裏面に配置する温度センサ５６、ベルト裏面５２に配置しベルト裏面の温度を検知する温度センサ５７、ベルト表面５１に配置しベルト表面の温度を検知する温度センサ５８を示している。

温度センサ５６はヒータ１５２の裏面に位置するために、ベルト５３の回転の影響を受けにくく、用紙Ｐが定着ニップＮの領域を通過する時を除いて概ね一定温度が検知可能である。

温度センサ５７はベルト裏面側に位置するため、ヒータ１５２が当接された定着ニップＮの領域の温度が一番高く、ベルト５３が回転するに従って温度降下が観測される。

温度センサ５８は、ベルト５３を傷付けないように非接触のものが好ましい。温度センサ５７、５８は、定着ニップＮとは離れたベルト５３の周回上に配置する必要があるため、ベルト５３の周回に伴う温度補正が必要である。定着装置３６は、定着制御回路１５４により制御される。

本実施形態では、これらの温度センサ５６、５７，５８を適宜選択、あるいは複数のタイプを併用することが可能である。

図４はヒータの一例を示す平面図、図５はその断面図である。ヒータ１５２は、２点鎖線で示すヒータ中央線（Ｂ－Ｂ’）に対して対称に複数のヒータブロックに分かれている。本実施形態では７分割されている例を示す。もちろんこの分割数は任意数である。また、用紙Ｐの搬送位置をヒータ中央にしない場合は、ヒータブロックを対称に配置しなくてもよい。

ベルト５３の回転軸方向（ヒータ１５２の長手方向）に、複数のヒータブロックに分割されたヒータ１５２では、ヒータブロックの分割数が多い方が様々な用紙幅に対して発熱領域幅を適宜変えられるという利点を有する。ただし制御用の温度センサの個数の増加によるコスト増や制御の複雑さなどを考慮するとトレードオフの関係がある。従って、例えば給紙カセット１８に収容されうる用紙サイズや主にユーザが使用する何種類かの紙サイズの用紙幅に応じて最適となる分割数を設定する。

画像形成装置１０のアイドリング時など、用紙が搬送されない状態では、最も外側に位置するヒータブロックの最外側端部の温度低下が生じる。このヒータブロック端部の温度低下領域を使用すると定着不良を生じるため、分割されるヒータブロックのブロック幅は、ヒータブロック端部の温度低下を見越して用紙幅より広くなるように設定される。

このようにヒータ１５２を複数のヒータブロックに分割し、用紙サイズに応じて定着に必要なヒータブロックのみを使用することで消費電力を低減させることができる。

中央部にあるヒータブロック４１を第１ヒータブロック、ヒータブロック４１の両側に位置するヒータブロック４２ａ、４２ｂを第２ヒータブロック、その両隣に位置するヒータブロック４３ａ、４３ｂを第３ヒータブロック、さらにその両隣に位置するヒータブロック４４ａ、４４ｂを第４ヒータブロックと呼ぶことにする。ヒータブロック４１～４４は、ヒータブロック毎に温度制御するための給電経路（図示しない）が形成され、ヒータブロック間には、離間（絶縁）されるよう所定のギャップΔＧが形成される。

図５に示すように、ヒータ１５２は、必要に応じグレーズ層が形成されたセラミック系基板６１上に抵抗層６２を形成し、その抵抗層６２上に電極６３ａ、電極６３ｂが形成される。さらにガラス系の保護層６４が形成される。定着制御回路１５４からヒータ１５２の長手方向と直交する方向に、すなわち、電極６３ａ、電極６３ｂに電流を流すことによって、発熱体である抵抗層６２を発熱させ、当接するベルト５３を昇温させることができる。各ヒータブロック４１～４４の断面は、同様の構造を有する。

基板６１下に温度センサ５６を用いる場合には、ベルト回転軸方向すなわち基板６１長手方向の温度検知すべき発熱領域の直下に、温度センサ５６が適宜付加される。この温度センサ５６は、サーミスタ等が用いられる。

図６は、定着装置の構御系を示すブロック構成図である。図２に示したブロック構成図より詳細な構成を示す。定着制御部１５０は、用紙幅取得部６５、ヒータブロック選択部６６、定着温度制御部６７、高温制御部６８、定着制御回路１５４、モータ１５１、ヒータ１５２、通紙領域を所定の定着温度範囲に制御するための温度センサ１５３、非通紙領域の過昇温を防止するための高温度センサ５６ｈを有している。高温度センサ５６ｈは、温度センサ５６と同じデバイスである。

用紙幅取得部６５では、搬送される用紙Ｐの用紙幅と搬送位置についての情報を取得する。用紙Ｐのサイズは、通常ユーザが操作パネル１４ａを使用して、複数の給紙カセット１８内に収容された用紙の種類と用紙の搬送方向を指定する。これにより指定された用紙Ｐの搬送方向と直交する方向（ベルト５３回転軸方向）の用紙幅を判別する。また、非定型サイズの用紙Ｐに対する手差印刷などの場合にもユーザが操作パネル１４ａを使用して入力してもよい。またはラインセンサ４０を用いて、搬送される用紙の用紙幅と搬送位置をリアルタイムで判定してもよい。

ヒータブロック選択部６６では、図４に示したヒータ１５２の複数のヒータブロック４１～４４のうち、用紙幅取得部６５で取得した、搬送される用紙の用紙幅と搬送位置情報からどのヒータブロックを選択するかを決定し、選択されたヒータブロックに対して通電し昇温させる。この選択・通電されたヒータブロックを発熱ブロックとし、この発熱ブロックに対して温度制御がなされる。用紙Ｐが定着装置の中心（Ｂ－Ｂ’）上を通過する場合には、第１ヒータブロックは必ず選択される。

定着温度制御部６７では、発熱ブロックに対応する位置に配置された温度センサ１５３の温度検出値を用いて、定着装置３６の定着ニップＮ上の通紙領域温度を定着に最適な温度範囲になるように定温制御する。本実施形態では、定着温度制御に用いる温度センサ１５３の配置位置、種別（５６，５７，５８）は規定せず、発熱ブロックに対する通紙領域が定着温度に制御されればよい。

高温制御部６８では、発熱ブロック上の非通紙領域の過昇温を検知し制御する。ヒータ１５２を構成する各ヒータブロック４１～４４のそれぞれには、過昇温検知用の高温度センサ５６ｈが配置されている。以下、過昇温検出用の温度センサについては、ヒータ１５２の裏面に位置する高温度センサ５６ｈを例に説明する。高温制御部６８では、ヒータブロック選択部６６で選択された発熱ブロックを形成するヒータブロックのうち、非通紙領域を有するヒータブロックに配置された高温度センサ５６ｈを選択して、発熱ブロックの過昇温を制御する。非通紙領域の温度上昇が規定の温度に達する前に、過昇温を生じているヒータブロックへの通電制御、印刷速度の低下もしくは停止を行うなどの安全制御を行う。
以上説明した用紙幅取得部６５、ヒータブロック選択部６６、定着温度制御部６７、高温制御部６８は、主としてシステム制御部３９から定着制御回路１５４に対する制御・命令に基づくソフトウエアで構成される。

一方定着制御回路１５４は、主としてモータ１５１、ヒータ１５２、温度センサ１５３、高温度センサ５６ｈなどのハードウエア制御を受け持つものとして構成される。

以下、より具体的な例を用いて定着制御部１５０の動作を説明する。以下、用紙Ｐはヒータ１５２の中央を基準にして搬送されるものとして説明を行うが、用紙Ｐがヒータ中央からオフセットされた位置を搬送される場合にも対称性から一般性は失われない。

図７は、第１ヒータブロック４１が選択される時の説明図である。第１ヒータブロック４１のブロック幅をＷｈ１とし、搬送される用紙の用紙幅をＷｐ１とする。

また図８は、第１ヒータブロック４１が選択された時のヒータブロック端部での温度低下曲線を示している。尚、縦軸は温度、横軸はヒータ中央からの距離を示している。温度低下開始点Ｔ１からヒータブロック端までの距離をＷｄ１とする。

図７に示すように、第１ヒータブロック幅Ｗｈ１より小さい用紙幅Ｗｐ１を持つ用紙Ｐが搬送される場合、ヒータブロック端での温度低下幅Ｗｄ１を考慮して、第１ヒータブロック４１が選択される。

すなわち、図８に示すように、第１ヒータブロック４１が選択される最大の用紙幅Ｗｐ１ｍａｘは、温度低下開始点Ｔ１で決定されるため、第１ヒータブロック４１が選択される用紙幅Ｗｐ１は、（１）式を満足する。

Ｗｐ１≦Ｗｈ１－２×Ｗｄ１ ・・・（１）
図９は、第１ヒータブロック４１と第２ヒータブロック４２が選択される時の説明図である。第２ヒータブロック４２のブロック幅をＷｈ２とし、搬送される用紙の用紙幅をＷｐ２とする。第１ヒータブロック４１と第２ヒータブロック４２の間のギャップをΔＧとする。

また図１０は、第１ヒータブロック４１と第２ヒータブロック４２が選択された時の第２ヒータブロック端部での温度低下曲線を示している。温度低下開始点Ｔ２からヒータブロック端までの距離をＷｄ２とする。

図９に示すように、用紙幅Ｗｐ２を持つ用紙Ｐが搬送され、第１ヒータブロック４１と第２ヒータブロック４２が選択される場合、第１ヒータブロック幅Ｗｈ１、２つの第２ヒータブロック幅（２×Ｗｈ２）と２つのギャップ（２×ΔＧ）を足した領域が発熱する発熱ブロックである。第２ヒータブロック端部での温度低下幅Ｗｄ２を考慮し、最大用紙幅Ｗｐ２ｍａｘが決定される。

図１０に示すように、第１ヒータブロック４１と第２ヒータブロック４２が選択される用紙幅Ｗｐ２は、（２）式を満足する。

Ｗｐ２≦Ｗｈ１＋２×（Ｗｈ２＋ΔＧ－Ｗｄ２） ・・・（２）
（Ｗｐ２＞Ｗｐ１ｍａｘの時）
なお、ヒータブロック間のギャップΔＧは、このギャップで生じる温度低下が定着特性には影響しないように、さらにはヒータブロック間での絶縁特性が満足するように決定される。

ここでは説明を省略するが、第１ヒータブロック４１～第３ヒータブロック４３までが選択される場合、および第１ヒータブロック４１～第４ヒータブロック４４までが選択される場合も上記と同様の方法を用いて搬送される用紙幅に応じたヒータブロックの選択がなされる。

画像形成装置１０において同一用紙幅の用紙を用いて連続印刷を実行した場合には、搬送される用紙による吸熱が顕著となる。定着温度制御部６７は、通紙領域の温度を一定の温度範囲内に制御しようとするため、その結果、非通紙領域の温度が上昇する。

本実施形態では、この過昇温を検知するために各ヒータブロックの最適な位置に高温度センサ５６ｈを設ける。図１１は第１ヒータブロックが選択される場合の高温センサ位置を示す説明図である。図１１に示すように、用紙幅Ｗｐ１に対して第１ヒータブロック４１が選択された場合、非通紙領域において最大温度となるＳ１の位置に高温度センサ５６ｈを配置することが好ましい。

同様に、図１２に示すように、用紙幅Ｗｐ１ｍａｘに対しては非通紙領域の最大温度となるＳ１ｍａｘの位置に高温度センサ５６ｈを配置することが好ましい。このように一般的には用紙幅Ｗｐ１に対して最適な高温度センサ５６ｈの位置は異なるため、本実施形態では用紙幅ｗｐ１が変化しても高精度な高温検出が可能な高温度センサの配置を求める。

（第１の設置方法）
図１３は最大用紙幅に対する非通紙領域の温度上昇曲線を示す説明図である。今最大用紙幅Ｗｐ１ｍａｘを有する用紙の用紙端が、図８のＴ１点と等しい時を考えるとする。

ヒータ中央を原点とすると、用紙端Ｗｐ１ｍａｘ／２までは通紙領域であり、略一定の制御温度Ｔｃに制御される。しかし非通紙領域では、用紙端Ｗｐ１ｍａｘ／２からＷｓ１離れた点にて温度ピーク点Ｔｐ１ｍａｘを生じる。この時、温度ピーク点Ｔｐ１ｍａｘは、第１ヒータブロック４１の端部温度低下幅Ｗｄ１内に生じ、最適な高温度センサ５６ｈの位置はＳ１ｍａｘの位置である。

図１４は、最大用紙幅より狭い用紙幅Ｗｐ１に対する非通紙領域の温度上昇曲線を示す説明図である。図１３と同様に、用紙端Ｗｐ１／２までは通紙領域であるため、ほぼ一定の制御温度Ｔｃに制御される。非通紙領域では用紙端Ｗｐ１／２からＷｓ１離れた点（Ｓ１点）にて過昇温のピーク点Ｔｗｐ１となり、Ｓｄ１点から発熱ブロック端部における温度低下が生じる。

このＳｄ１点は、第１ヒータブロック４１の端部Ｗｈ１／２から温度低下幅Ｗｄ１だけ離れた点である。したがって用紙幅Ｗｐ１に対する最適な高温度センサ５６ｈの位置はＳ１からＳｄ１の間の位置である。なお、用紙端から過昇温のピークまでの距離Ｗｓ１は、同一発熱ブロックであれば、用紙幅Ｗｐ１に関わらず略一定であることが実験で確認されている。

用紙幅Ｗｐ１がさらに狭くなれば、Ｓ１の位置は図１４において、左方向に移動するが、Ｓｄ１の位置は概ね変化しない。図１３と図１４の両方において過昇温を検出できる高温センサ５６ｈの位置は、Ｓｄ１からＳ１ｍａｘの間のＷの範囲、好ましくは実線と点線で示す２つの温度上昇曲線の交点Ｓｈ１に配置すればよいことがわかる。

しかし交点Ｓｈ１の場合は、高温度センサ５６ｈは過昇温のピーク点に配置されないため、高温度センサ５６ｈの検知温度、検知位置、制御温度Ｔｃ、用紙幅Ｗｐ、用紙端から過昇温のピーク点までの距離Ｗｓ１、端部温度低下幅Ｗｄ１などのパラメータを用いて予想される温度上昇曲線を求め、予想される過昇温のピーク温度を算出する。または、Ｗの範囲内に複数の高温度センサ５６ｈを配置し、複数の検知温度から過昇温のピーク温度の予想値を外挿して算出してもよい。この設置方法では、発熱ブロック端部の温度低下開始点Ｔ１まで最大用紙幅を有効に使用することが可能となる。

（第２の設置方法）
最大用紙幅Ｗｐ１ｍａｘを発熱ブロック端部の温度低下開始点Ｔ１まで最大限使用しないならば、図１４の温度上昇曲線（実線）に示したように、高温センサ５６ｈの位置は、第１ヒータブロック４１端部の温度低下が始まるＳｄ１の位置に設置すればよい。この方法によれば、用紙幅Ｗｐ１が変化してもピーク点の温度を高温センサ５６ｈで検知可能である。

（第３の設置方法）
図１５は、ベルト幅中央（Ｂ－Ｂ’）を基準として高温度センサ５６ｈを両側に配置する場合の説明図である。以上では、第１ヒータブロック４１のみが選択される場合について説明したが、第２ヒータブロック４２から第４ヒータブロック４３においても同様の方法で高温度センサ５６ｈを配置する。すなわち、用紙幅Ｗｐを変化させ、対応するヒータブロックを変更し、新たな発熱ブロックを形成する。この発熱ブロックのうち、定着可能な最大用紙に対する非通紙領域を有するヒータブロックの非通紙領域に、高温センサ５６ｈを順次配置していけば、各ヒータブロックに過昇温検知用の温度センサ５６ｈを配置することができる。

図１５に示すように、高温度センサ５６ｈは、第１ヒータブロック４１については両端のＳｈ１の位置、第２ヒータブロック４２から第４ヒータブロックについては、それぞれＳｈ２、Ｓｈ３、およびＳｈ４の位置に配置される。

発熱ブロックの温度制御時には、発熱ブロック内の高温度センサ５６ｈのうち、発熱ブロックの非通紙領域にある高温度センサ５６ｈのみが選択されて、過昇温を防止する高温制御に使用される。この時、過昇温検知として使用しない高温度センサ５６ｈは、発熱ブロック内のギャップΔＧ近辺の温度を検出できるため、これらを定着温度制御のための温度センサ１５３として使用すれば、ギャップΔＧにおける定着ムラなどを低減することが可能となる。

（第４の設置方法）
図１６は、ベルト幅中央（Ｂ－Ｂ’）に対して片側に高温度センサを配置する場合の説明図である。用紙Ｐがベルト中央を搬送される場合は、ベルト幅中央に対して対称な温度特性となるため、高温度センサ５６ｈはベルト幅中央に対してどちらか片方に配置すればよい。この配置方法によれば、高温度センサ５６ｈの個数を減らすことが可能となり、制御の簡便化と低価格化に貢献できる。

（第５の設置方法）
以上の第１から第４の高温度センサ５６ｈの設置方法は、ヒータ１５２の裏面に配置する構成で説明したが、ベルト表面５１の温度を検出する温度センサ５８、ベルト裏面５２の温度を検出する温度センサ５７を用いても同様に実施可能である。

（制御のフローチャート）
次に上記のように構成された画像形成装置１０の印刷時の動作を図１７のフローチャートを用いて説明する。

先ず、Ａｃｔ１（動作１）において、スキャナ部１５が画像データを読込むと、ＣＰＵ１００は、画像形成部２０における画像形成制御プログラムと定着装置３６における定着温度制御プログラムを並列して実行する。

画像形成処理のプログラムが開始されると、Ａｃｔ２では、読込んだ画像データを処理し、Ａｃｔ３では、感光体ドラム２２の表面に静電潜像が書込まれる。またＡｃｔ４で、現像器２４は、静電潜像を現像する。

他方、Ａｃｔ５において、定着温度制御プログラムの処理が開始されると、ＣＰＵ１００は、搬送される用紙Ｐの用紙幅と搬送位置を判定する。上述したように、この用紙幅判定は、例えばラインセンサ４０の検出信号や、操作パネル１４ａを使用したユーザによる用紙選択情報に基づくことができる。

またＡｃｔ６では、定着制御部１５０は、搬送される用紙Ｐの用紙幅と搬送位置に対応するヒータブロックを選択し、その選択されたヒータブロックを発熱対象とした発熱ブロックを形成する。ヒータブロック選択方法については、例えば、図７から図１０において説明した方法に基づいて選択される。

次にＡｃｔ７では、選択されたヒータブロックで形成された発熱ブロックの温度制御が開始される。選択されたヒータブロックへの通電が行われ、温度が上昇するとともに、定着温度制御部６７により発熱ブロックは、定着温度範囲に温度制御される。

Ａｃｔ８では、発熱ブロックのうち、非通紙領域を有するヒータブロックの最も外側に位置する（あるいは非通紙領域に位置する）高温度センサ５６ｈが高温制御に用いるために選択される。例えば、第１ヒータブロック４１と第２ヒータブロック４２が選択されて発熱ブロックが形成されている場合には、第２ヒータブロック４２ａ、４２ｂのＳｈ２の位置に配置された高温度センサ５６ｈのうち、どちらか一方または両方の高温度センサ５６ｈが選択される。そして高温制御部６８は、この選択された高温度センサ５６ｈで温度検知を行い、非通紙領域の端部温度上昇を監視する高温制御を行う。

Ａｃｔ９では、選択された高温度センサ５６ｈの検知温度Ｔｈが、部品の性能、および安全を確保するのに十分な所定の温度Ｔｔｈより低いかどうかを判定する。ここで、検知温度Ｔｈが所定の温度Ｔｔｈ以下であれば、Ａｃｔ１０へ進む。一方、検知温度Ｔｈが温度Ｔｔｈより高ければ（Ａｃｔ９：Ｎｏ）、は、Ａｃｔ１１へ進む。

Ａｃｔ１１では、非通紙領域の端部温度上昇を防ぐために、高温になったヒータブロックを冷却する。具体的には、ＣＰＵ１００は、（１）印刷スピードを低下させる。（２）高温になったヒータブロックの通電を一時的に停止する。（３）印刷処理を一時停止するなどの処理を行い、Ａｃｔ８に戻り、再度非通紙領域の温度検出により端部温度上昇が改善されるまでこのループが処理される。

次にＡｃｔ１０では、ＣＰＵ１００は、非通紙領域の端部上昇温度が所定の温度Ｔｔｈ以下の状態で、用紙Ｐを転写部に搬送する。

Ａｃｔ１２では、Ａｃｔ４で現像されたトナー像を用紙Ｐに転写する。そして用紙Ｐにトナー像を転写した後、用紙Ｐを定着装置３６内に搬送する。

次に、Ａｃｔ１３で、定着装置３６は用紙Ｐにトナー像を定着させる。

Ａｃｔ１４では、ＣＰＵ１００は、画像データの印字処理を終了するか否かを判定する。ここで、印字処理を終了すると判定した場合（Ａｃｔ１４：Ｙｅｓ）は、Ａｃｔ１５で、全てのヒータブロック４１～４４への通電をＯＦＦにし、処理を終了する。一方、画像データの印字処理を未だ終了しないと判定した場合（Ａｃｔ１４：Ｎｏ）、すなわち、印刷対象の画像データが残っている場合には、Ａｃｔ１へ戻り、終了するまで同様の処理を繰り返す。

以上、本実施形態によれば、用紙を定着するためのヒータが複数のヒータブロックに分割されており、用紙の搬送位置と用紙幅に応じて、必要最低限のヒータブロックを選択して発熱ブロックを形成することが可能である。これにより、省エネルギー動作が達成できる。

また、各ヒータブロックには、それぞれ過昇温検知用の温度センサが配置されており、発熱ブロックの非通紙領域にあたるヒータブロックに配置された温度センサを用いて、非通紙領域の過昇温を防止できる。すなわち、用紙幅に応じて発熱ブロックのブロック幅を変更するとともに、非通紙領域の過昇温を検出する高温度センサを切り替えて選択できるため、様々な用紙幅を有する用紙に対して高精度な高温制御が可能となる。

また、高温度センサを各ヒーブロックの最適な位置に配置することによって同一発熱ブロックを使用する様々な用紙幅を有する用紙に対して高精度な高温制御が可能となる。

また、発熱ブロック内で使用しない高温度センサを定着温度制御に使用することができ、ヒータブロック間のギャップに起因する定着ムラを防止することが可能である。

尚、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…画像形成装置
３６…定着装置
５３…定着ベルト
５４…加圧体
５６ｈ…高温度センサ
１５２…ヒータ
１５３、５６，５７、５８…温度センサ

Claims (5)

1. 回転する無端状のベルトと、
   前記ベルト内側に当接して配置され、前記ベルトの回転軸方向に複数のヒータブロックに分割され、前記ヒータブロック毎に制御される発熱領域を有するヒータと、
   前記ベルトを挟んで前記ヒータと対向する位置に、搬送する用紙を加圧するように配置された加圧体と、
   前記ヒータブロックそれぞれに配置された高温度センサと、
   前記用紙の用紙幅と搬送位置に基づいて発熱対象のヒータブロックを１つ以上選択し、発熱ブロックを形成するヒータブロック選択部と、
   前記発熱ブロック上の通紙領域を所定の温度範囲に制御する定着温度制御部と、
   前記発熱ブロックのうち、非通紙領域を有するヒータブロックに配置された前記高温度センサを選択し、非通紙領域の過昇温を制御する高温制御部と、
   を備え、
   前記高温度センサは、第１の幅の用紙を印刷する際の非通紙領域の温度と、第１の幅と異なる第２の幅の用紙を印刷する際の非通紙領域の温度と、が同じ温度となる位置の温度を検知する定着装置。
2. 前記高温度センサは、前記発熱ブロックにて定着可能な最大用紙に対する非通紙領域内の温度を検知し、前記高温制御部は、少なくとも前記高温度センサの検知温度を用いて、前記非通紙領域の最大温度を算出する請求項１記載の定着装置。
3. 前記高温度センサは、前記ヒータの裏面あるいは、前記ベルト裏面、ベルト表面に配置される請求項１または請求項２記載の定着装置。
4. 前記高温度センサは、前記ベルトの幅中央に対して対称に配置される、もしくは片方のみに配置される請求項１または請求項２記載の定着装置。
5. 前記請求項１から４のいずれか一項に記載の定着装置を有する画像形成装置。

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