JP7353759B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関し、特に、レーザプリンタ、複写機、ファクシミリ等の電子写真記録方式を利用する画像形成装置における定着装置に関する。

従来、画像形成装置の定着装置は、電子写真プロセス等の画像形成手段により記録紙上に形成された未定着画像（トナー像）を記録紙上に定着させるものである。画像形成装置では、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式の定着装置やセラミックヒータを熱源とするフィルム加熱方式の定着装置が用いられている。このようなヒータを熱源とする定着装置を有する画像形成装置においては、発熱体の長さよりも短い幅の記録紙（以下、小サイズ紙という）を定着ニップ部に通す（以下、通紙するという）と、次のような現象が発生する場合がある。すなわち、発熱体が発熱している領域かつ記録紙が通紙していない領域（以下、非通紙領域という）において、記録紙が通紙している領域（以下、通紙領域という）に比べて温度が高くなってしまう現象（以下、非通紙部昇温という）が発生する場合がある。非通紙領域において温度が高くなりすぎると、ヒータを支持する部材等、周囲の部材に影響を及ぼす場合がある。従来、この影響を緩和するために、端部の温度を検知／予測して、又は記録紙の幅サイズに従ってスループットを低下させていた。このようなスループットの低下を抑えるために、長さの異なる複数の発熱体と、発熱する発熱体を排他的に切り替えることができる切り替えリレーとを備える定着装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この構成によって、通紙する記録紙の幅に合わせた長さの発熱体を選択的に用いることで非通紙部昇温を防止するとともに、スループットを低下させる制御も不要となる。これにより、小サイズ紙に関しても高い生産性を実現することが可能となる。しかし、このような構成では、装置の誤作動によって、いずれかの発熱体に過剰に電力が供給されて基板の一部分だけが過剰に昇温してしまった場合、次のような課題が生じる。すなわち、昇温した基板の一部だけが大きく伸び、昇温していない部分との伸びの差によって基板内にひずみ（応力）が発生し、基板が変形してしまうおそれがある。

そこで、例えば、次のような構成のヒータが検討されている。例えば、高い電力供給能力を必要とする発熱体は、長手方向における長さが略等しい大きさの発熱体を２つ用意して基板の短手方向において中央からの距離が略等しくなる位置に配置する。これにより、熱応力が発生しないようにする。一方、高い電力供給能力を必要としない発熱体は、発熱体の抵抗値を大きくすることで電力供給能力を小さくする。これにより、熱応力が小さくなるようにする。

特開２００１－１００５５８号公報

しかしながら、発熱体間の電力供給能力の差が大きい構成において、発熱体によらず同じ電力制御を継続していると、供給される電力の過不足が生じ、サーミスタにより検知された温度（以下、検知温度という）が目標温度に追従しなくなるおそれがある。そして、検知温度が目標温度に追従しなくなると、定着性が損なわれるおそれがある。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、安定した発熱体の温度制御を可能とし、定着性を向上させることを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。

（１）記録材に担持された未定着のトナー像を定着する定着装置であって、細長い基板と、第１の発熱体と、前記第１の発熱体と長手方向の長さが略同じ長さの第２の発熱体と、前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第３の発熱体と、前記第３の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第４の発熱体と、を含むヒータと、前記ヒータに電流を供給する、又は電流の供給を遮断する接続手段と、前記定着装置の温度を検知する検知手段と、前記検知手段により検知された検知温度が目標温度となるように前記接続手段を制御する制御手段と、を備え、短手方向において、前記第１の発熱体、前記第３の発熱体、前記第４の発熱体、前記第２の発熱体の順に前記基板上に配置され、前記第１の発熱体、及び前記第２の発熱体の合成抵抗値は第１の値であり、前記第３の発熱体の抵抗値は前記第１の値より大きい第２の値であり、前記第４の発熱体の抵抗値は前記第１の値より大きい第３の値であり、前記制御手段は、前記第１の発熱体、及び前記第２の発熱体に電力を供給する場合、前記検知温度が前記目標温度を維持するように、第１のデューティーで電流を前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体に供給させ、前記第３の発熱体に電力を供給する場合、前記検知温度が前記目標温度を維持するように、第２のデューティーで電流を前記第３の発熱体に供給させ、前記第２のデューティーは、前記第１のデューティーより大きいことを特徴とする定着装置。

（２）記録材に未定着のトナー像を形成する画像形成手段と、記録材上の未定着のトナー像を定着する前記（１）に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、安定した発熱体の温度制御を可能とし、定着性を向上させることができる。

実施例１～３の画像形成装置の全体構成図 実施例１～３の画像形成装置の制御ブロック図 実施例１～３の定着装置とヒータを示す図 実施例１～３のヒータを示す図 実施例１～３のヒータへの電力供給を示す図 実施例１との比較のための画像形成装置の動作を示すタイムチャート 実施例１の画像形成装置の動作を示すタイムチャート 実施例１の画像形成装置のトライアックの制御を示すフローチャート 実施例２の画像形成装置の動作を示すタイムチャート 実施例２の画像形成装置のトライアックの制御を示すフローチャート 実施例３の画像形成装置のトライアックの制御を示すフローチャート

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。以下の実施例において、用紙を定着ニップ部に通すことを、通紙するという。また、発熱体が発熱している領域で、用紙が通紙していない領域を非通紙領域（又は非通紙部）といい、用紙が通紙している領域を通紙領域（又は通紙部）という。更に、非通紙領域が通紙領域に比べて温度が高くなってしまう現象を、非通紙部昇温という。

［画像形成装置］
図１は実施例１の定着装置を搭載した一例の画像形成装置である、インライン方式のカラー画像形成装置を示す構成図である。図１を用いて電子写真方式のカラー画像形成装置の動作を説明する。なお、第１ステーションをイエロー（Ｙ）色のトナー画像形成用のステーション、第２ステーションをマゼンタ（Ｍ）色のトナー画像形成用のステーションとしている。また、第３ステーションをシアン（Ｃ）色のトナー画像形成用のステーション、第４ステーションをブラック（Ｋ）色のトナー画像形成用のステーションとしている。

第１ステーションで、像担持体である感光ドラム１ａは、ＯＰＣ感光ドラムである。感光ドラム１ａは金属円筒上に感光して電荷を生成するキャリア生成層、発生した電荷を輸送する電荷輸送層等からなる機能性有機材料が複数層積層されたものであり、最外層は電気的導電性が低くほぼ絶縁である。帯電手段である帯電ローラ２ａが感光ドラム１ａに当接され、感光ドラム１ａの回転に伴い、従動回転しながら感光ドラム１ａ表面を均一に帯電する。帯電ローラ２ａには直流電圧又は交流電圧を重畳した電圧が印加され、帯電ローラ２ａと感光ドラム１ａ表面とのニップ部から、回転方向の上流側及び下流側の微小な空気ギャップにおいて放電が発生することにより感光ドラム１ａが帯電される。クリーニングユニット３ａは、後述する転写後に感光ドラム１ａ上に残ったトナーをクリーニングするユニットである。現像手段である現像ユニット８ａは、現像ローラ４ａ、非磁性一成分トナー５ａ、現像剤塗布ブレード７ａからなる。感光ドラム１ａ、帯電ローラ２ａ、クリーニングユニット３ａ、現像ユニット８ａは、画像形成装置に対して着脱自在な一体型のプロセスカートリッジ９ａとなっている。

露光手段である露光装置１１ａは、レーザー光を多面鏡によって走査させるスキャナユニット又はＬＥＤ（発光ダイオード）アレイから構成され、画像信号に基づいて変調された走査ビーム１２ａを感光ドラム１ａ上に照射する。また、帯電ローラ２ａは、帯電ローラ２ａへの電圧供給手段である帯電高電圧電源２０ａに接続されている。現像ローラ４ａは、現像ローラ４ａへの電圧供給手段である現像高電圧電源２１ａに接続されている。１次転写ローラ１０ａは、１次転写ローラ１０ａへの電圧供給手段である１次転写高電圧電源２２ａに接続されている。以上が第１ステーションの構成であり、第２、第３、第４ステーションも同様の構成をしている。他のステーションについて、第１ステーションと同一の機能を有する部品は同一の符号を付し、符号の添え字にステーションごとにｂ、ｃ、ｄを付している。なお、以下の説明において、特定のステーションについて説明する場合を除き、添え字ａ、ｂ、ｃ、ｄを省略する。

中間転写ベルト１３は、その張架部材として２次転写対向ローラ１５、テンションローラ１４、補助ローラ１９の３本のローラにより支持されている。テンションローラ１４のみバネで中間転写ベルト１３を張る方向の力が加えられており、中間転写ベルト１３に適当なテンション力が維持されるようになっている。２次転写対向ローラ１５はメインモータ（不図示）からの回転駆動を受けて回転し、外周に巻かれた中間転写ベルト１３が回動する。中間転写ベルト１３は感光ドラム１ａ～１ｄ（例えば、図１では反時計回り方向に回転）に対して順方向（例えば、図１では時計回り方向）に略同速度で移動する。また、中間転写ベルト１３は、矢印方向（時計回り方向）に回転し、１次転写ローラ１０は中間転写ベルト１３をはさんで感光ドラム１と反対側に配置されて、中間転写ベルト１３の移動に伴い従動回転する。中間転写ベルト１３をはさんで感光ドラム１と１次転写ローラ１０とが当接している位置を１次転写位置という。補助ローラ１９、テンションローラ１４及び２次転写対向ローラ１５は電気的に接地されている。なお、第２～第４ステーションも１次転写ローラ１０ｂ～１０ｄは第１ステーションの１次転写ローラ１０ａと同様の構成としているので説明を省略する。

次に実施例１の画像形成装置の画像形成動作を説明する。画像形成装置は待機状態時に印刷指令を受信すると、画像形成動作をスタートする。感光ドラム１や中間転写ベルト１３等はメインモータ（不図示）によって所定のプロセススピードで矢印方向に回転を始める。感光ドラム１ａは、帯電高電圧電源２０ａにより電圧が印加された帯電ローラ２ａによって一様に帯電され、続いて露光装置１１ａから照射された走査ビーム１２ａによって画像情報に従った静電潜像が形成される。現像ユニット８ａ内のトナー５ａは、現像剤塗布ブレード７ａによって負極性に帯電されて現像ローラ４ａに塗布される。そして、現像ローラ４ａには、現像高電圧電源２１ａより所定の現像電圧が供給される。感光ドラム１ａが回転して感光ドラム１ａ上に形成された静電潜像が現像ローラ４ａに到達すると、静電潜像は負極性のトナーが付着することによって可視化され、感光ドラム１ａ上には第１色目（例えば、Ｙ（イエロー））のトナー像が形成される。他の色Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各ステーション（プロセスカートリッジ９ｂ～９ｄ）も同様に動作する。各色の１次転写位置間の距離に応じて、一定のタイミングでコントローラ（不図示）からの書き出し信号を遅らせながら、露光による静電潜像が各感光ドラム１ａ～１ｄ上に形成される。それぞれの１次転写ローラ１０ａ～１０ｄにはトナーと逆極性の直流高電圧が印加される。以上の工程により、順に中間転写ベルト１３にトナー像が転写されていき（以下、１次転写という）、中間転写ベルト１３上に多重トナー像が形成される。

その後、トナー像の作像に合わせて、カセット１６に積載されている記録材である用紙Ｐは、給紙ソレノイド（不図示）によって回転駆動される給紙ローラ１７により給送（ピックアップ）される。給送された用紙Ｐは搬送ローラによりレジストレーションローラ（以下、レジストローラという）１８に搬送される。用紙Ｐは、中間転写ベルト１３上のトナー像に同期して、レジストローラ１８によって中間転写ベルト１３と２次転写ローラ２５との当接部である転写ニップ部へ搬送される。２次転写ローラ２５には２次転写高電圧電源２６により、トナーと逆極性の電圧が印加され、中間転写ベルト１３上に担持された４色の多重トナー像が一括して用紙Ｐ上（記録材上）に転写される（以下、２次転写という）。用紙Ｐ上に未定着のトナー像が形成されるまでに寄与した部材（例えば、感光ドラム１等）は画像形成手段として機能する。一方、２次転写を終えた後、中間転写ベルト１３上に残留したトナーは、クリーニングユニット２７によって清掃される。２次転写が終了した後の用紙Ｐは、定着手段である定着装置５０へと搬送され、トナー像の定着を受けて画像形成物（プリント、コピー）として排出トレー３０へと排出される。定着装置５０のフィルム５１、ニップ形成部材５２、加圧ローラ５３、ヒータ５４については後述する。

［画像形成装置のブロック図］
図２は画像形成装置の動作を説明するブロック図であり、この図を参照しながら画像形成装置の印刷動作について説明する。ホストコンピュータであるＰＣ１１０は、画像形成装置の内部にあるビデオコントローラ９１に対して印刷指令を出力し、印刷画像の画像データをビデオコントローラ９１に転送する役割を担う。

ビデオコントローラ９１はＰＣ１１０からの画像データを露光データに変換し、エンジンコントローラ９２内にある露光制御装置９３に転送する。露光制御装置９３はＣＰＵ９４から制御され、露光データのオンオフ、露光装置１１の制御を行う。制御手段であるＣＰＵ９４は印刷指令を受信すると画像形成シーケンスをスタートさせる。

エンジンコントローラ９２にはＣＰＵ９４、メモリ９５等が搭載されており、予めプログラムされた動作を行う。高電圧電源９６は上述の帯電高電圧電源２０、現像高電圧電源２１、１次転写高電圧電源２２、２次転写高電圧電源２６から構成される。また、電力制御部９７は双方向サイリスタ（以下、トライアックという）５６、電力を供給する発熱体を排他的に選択する切替手段としての発熱体切り替え器５７等から構成される。電力制御部９７は、定着装置５０において発熱する発熱体を選択し、供給する電力量を決定する。また、駆動装置９８はメインモータ９９、定着モータ１００等から構成される。またセンサ１０１は定着装置５０の温度を検知する定着温度センサ５９、フラグを有し用紙Ｐの有無を検知する紙有無センサ１０２等からなり、センサ１０１の検知結果はＣＰＵ９４に送信される。ＣＰＵ９４は画像形成装置内のセンサ１０１の検知結果を取得し、露光装置１１、高電圧電源９６、電力制御部９７、駆動装置９８を制御する。これにより、ＣＰＵ９４は、静電潜像の形成、現像されたトナー像の転写、用紙Ｐへのトナー像の定着等を行い、露光データがトナー像として用紙Ｐ上に印刷される画像形成工程の制御を行う。なお、本発明が適用される画像形成装置は、図１で説明した構成の画像形成装置に限定されるものではなく、異なる幅の用紙Ｐを印刷することが可能で、後述するヒータ５４を有する定着装置５０を備える画像形成装置であればよい。

［定着装置］
次に、実施例１における定着装置５０の構成について図２を用いて説明する。ここで、長手方向とは、後述する用紙Ｐの搬送方向と略直交する加圧ローラ５３の回転軸方向のことである。また、搬送方向に略直交する方向（長手方向）の用紙Ｐの長さを幅という。図３は、定着装置５０の断面模式図である。

図３左側から未定着のトナー像Ｔｎを保持した用紙Ｐが、定着ニップ部Ｎにおいて図中左から右に向けて搬送されながら加熱されることにより、トナー像Ｔｎが用紙Ｐに定着される。実施例１における定着装置５０は、円筒状のフィルム５１と、フィルム５１を保持するニップ形成部材５２と、フィルム５１と共に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ５３と、用紙Ｐを加熱するためのヒータ５４と、により構成されている。

第１の回転体であるフィルム５１は加熱回転体としての定着フィルムである。実施例１では、基層として、例えばポリイミドを用いている。基層の上に、シリコーンゴムからなる弾性層、ＰＦＡからなる離型層を用いている。フィルム５１の回転によるニップ形成部材５２及びヒータ５４とフィルム５１との間に生じる摩擦力を低減するために、フィルム５１の内面には、グリスが塗布されている。

ニップ形成部材５２はフィルム５１を内側からガイドするとともに、フィルム５１を介して加圧ローラ５３との間で定着ニップ部Ｎを形成する役割を果たす。ニップ形成部材５２は剛性・耐熱性・断熱性を有する部材であり、液晶ポリマー等により形成されている。フィルム５１はこのニップ形成部材５２に対して外嵌されている。第２の回転体である加圧ローラ５３は加圧回転体としてのローラである。加圧ローラ５３は、芯金５３ａ、弾性層５３ｂ、離型層５３ｃからなる。加圧ローラ５３は、両端を回転可能に保持されており、定着モータ（不図示）によって回転駆動される。また、加圧ローラ５３の回転により、フィルム５１は従動回転する。加熱部材であるヒータ５４は、ニップ形成部材５２に保持され、フィルム５１の内面と接している。基板５４ａ、発熱体５４ｂ１～５４ｂ４、保護ガラス層５４ｅ、定着温度センサ５９については後述する。

［ヒータ］
図４に実施例１のヒータ５４の構成を示し、以下に詳細を説明する。基板５４ａはＡｌ２Ｏ３材等で形成された板状のセラミック基板であり、寸法は、例えば、厚みｔ＝１ｍｍ、幅Ｗ＝６．３ｍｍ、長さｌ＝２８０ｍｍである。基板５４ａ上に、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２、５４ｂ３、５４ｂ４、導電経路である導体５４ｃ、電力を供給するための接点５４ｄ１、５４ｄ２、５４ｄ３、５４ｄ４、が印刷プロセスによって形成される。以下、複数の発熱体５４ｂ１～５４ｂ４を発熱体５４ｂと総称することもある。図４において、発熱体５４ｂは白、導体５４ｃは斜線、接点５４ｄ１～５４ｄ４は黒で表す。

発熱体５４ｂは長手方向の長さ（以下、幅ともいう）の最も長い発熱体５４ｂ１、２番目に幅が長い発熱体５４ｂ３、３番目に幅が長い発熱体５４ｂ４、幅が最も長い発熱体５４ｂ２の順に、等間隔に配置する。発熱体５４ｂ１と発熱体５４ｂ２は、略同じ幅である。発熱体５４ｂ間の間隔は、実施例１では例えば０．７ｍｍである。発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の寸法は、実施例１では例えば、厚みｔ＝１０μｍ、幅Ｗ＝０．７ｍｍ、第１の長さである長さｌ＝２２２ｍｍである。発熱体５４ｂ３の寸法は、実施例１では例えば、厚みｔ＝１０μｍ、幅Ｗ＝０．７ｍｍ、第１の長さよりも短い第２の長さである長さｌ＝１８８ｍｍである。発熱体５４ｂ４の寸法は、実施例１では例えば、厚みｔ＝１０μｍ、幅Ｗ＝０．７ｍｍ、第１の長さよりも短い第２の長さである長さｌ＝１５４ｍｍである。

第１の発熱体である発熱体５４ｂ１、５４ｂ２は長さｌ＝２２２ｍｍであり、幅２１０ｍｍのＡ４用紙を印刷するときに使用される。第２の発熱体及び第３の発熱体である発熱体５４ｂ３は長さｌ＝１８８ｍｍであり、幅１８２ｍｍのＢ５用紙を印刷するときに使用される。第２の発熱体及び第４の発熱体である発熱体５４ｂ４は長さｌ＝１５４ｍｍであり、幅１４８．５ｍｍのＡ５用紙を印刷するときに使用される。

発熱体５４ｂは銀とパラジウムが主成分の導電材であり、導体５４ｃと接点５４ｄ１～５４ｄ４には銀が主成分の導電材を使用する。発熱体５４ｂの長手方向における両端間の電気抵抗は、最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２はどちらも２０Ω、２番目の長さの発熱体５４ｂ３は２０Ω、３番目の長さの発熱体５４ｂ４も２０Ωとする。最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の一方の端部は共通の接点５４ｄ１で電気的に接続され、他方の端部は共通の接点５４ｄ２で電気的に接続されている。接点５４ｄ１、５４ｄ２間における最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の合成抵抗値は、発熱体５４ｂ１と発熱体５４ｂ２とが並列に接続されているため１０Ωである。このように、発熱体５４ｂ１と発熱体５４ｂ２の合成抵抗値は１０Ωであり、発熱体５４ｂ３や発熱体５４ｂ４の抵抗値（２０Ω）よりも小さい。

以上のように、ヒータ５４は、発熱体５４ｂ１と、発熱体５４ｂ１と長手方向の長さが略同じ長さの発熱体５４ｂ２と、を有する。更に、ヒータ５４は、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２よりも長手方向の長さが短い発熱体５４ｂ３、５４ｂ４を備える。発熱体５４ｂ１は、基板５４ａの短手方向の一方の端部に設けられ、発熱体５４ｂ２は、基板５４ａの短手方向の他方の端部に設けられる。発熱体５４ｂ３、５４ｂ４は、基板５４ａの短手方向において発熱体５４ｂ１と発熱体５４ｂ２との間に設けられる。

また、実施例１では、第１の接点である接点５４ｄ１は、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の一方の端部が電気的に接続された接点である。第２の接点である接点５４ｄ２は、発熱体５４ｂ１、発熱体５４ｂ２及び発熱体５４ｂ３の他方の端部が電気的に接続された接点である。第３の接点である接点５４ｄ３は、発熱体５４ｂ３及び発熱体５４ｂ４の一方の端部が電気的に接続された接点である。第４の接点である接点５４ｄ４は、発熱体５４ｂ４の他方の端部が電気的に接続された接点である。

なお、実施例１では発熱体５４ｂの幅Ｗを全て０．７ｍｍと同一幅としたが、定着装置５０に要求される性能によっては、同一の幅Ｗの発熱体５４ｂを形成するためには導電材の材料選定が困難なケースがある。その場合は、定着装置５０に要求される性能に応じて発熱体５４ｂの幅Ｗを異ならせてもよい。

（発熱体５４ｂ１、５４ｂ２について）
前述したヒータ５４における最長の幅の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の特徴について以下に説明する。定着装置５０が十分に加熱された定着可能な状態（以下、通紙可能状態ともいう）にいち早く達することができれば、印刷物をユーザにいち早く提供できる。このため、どのサイズの用紙Ｐが選ばれてもよいように、長手方向の全域を加熱することが可能な最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の電力供給能力を最大とするのがよい。最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２よりも長手方向の長さが短い発熱体５４ｂ３、５４ｂ４は、最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２によって定着装置５０が十分に加熱された後に使用される。よって、通紙時にトナー像を用紙Ｐに固着するための電力量が補えればよいので、発熱体５４ｂ３、５４ｂ４が使用される場合には、最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の高い電力供給能力に比べ、低い電力供給能力にするのが好ましい。

すなわち、ＣＰＵ９４は、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に電力が供給されている場合は、定着温度センサ５９の検知温度が目標温度となるように発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に第１の電力を供給するように制御する。ＣＰＵ９４は、発熱体５４ｂ３（又は発熱体５４ｂ４）に電力が供給されている場合は、定着温度センサ５９の検知温度が目標温度となるように発熱体５４ｂ３（又は発熱体５４ｂ４）に第１の電力より多い第２の電力を供給するように制御する。

最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２が高い電力供給能力を持つということは、万が一の装置故障で最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に過剰に電力が供給された場合の基板５４ａの変形リスクが大きいということである。実施例１では、最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を２本で構成し、一方の発熱体５４ｂ１を基板５４ａの短手方向における一方の端部に配置し、他方の発熱体５４ｂ２を基板５４ａの短手方向における他方の端部に配置する。これにより、２つの最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を、基板５４ａの短手方向において対称となるように配置している。

更に、それぞれの発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を共通の接点５４ｄ１、５４ｄ２によって電気的に接続し、２本の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２は必ず略同時に電力が供給されるような構成としている。これにより、最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に電力が供給されるときは、常にヒータ５４の短手方向における両端部が発熱するので、供給される電力量を分散することができ、短手方向における基板５４ａの温度勾配を小さくすることができる。

以上より、定着装置５０を短時間で通紙可能状態に到達させるとともに、万が一の装置故障が発生し、過剰な電力供給状態に至ったとしても、基板５４ａの短手方向における温度勾配を小さくすることができ、基板５４ａの変形リスクを低減することができる。

（発熱体５４ｂ３、５４ｂ４について）
次に、最長でない２種類の発熱体５４ｂ３、５４ｂ４の特徴について以下に記す。発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４は、一方の端部は１つの接点５４ｄ３によって電気的に接続されている。一方、発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４は、他方の端部については、発熱体５４ｂ３は接点５４ｄ２に電気的に接続され、発熱体５４ｂ４は接点５４ｄ４に電気的に接続されている。すなわち、発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４は、どちらか一方が発熱するように構成されている。

前述した通り、発熱体５４ｂ３はＢ５用紙の印刷時、発熱体５４ｂ４はＡ５用紙の印刷時に使用される。用紙Ｐの幅（以下、用紙幅という）と発熱体５４ｂ３、５４ｂ４の長手方向の長さはほぼ同じ長さであり、発熱体５４ｂ３、５４ｂ４が発熱する領域（以下、発熱域ともいう）の大部分を用紙Ｐが通過する。このため、発熱体５４ｂ３、５４ｂ４から生じる熱の多くを用紙Ｐに与えることができるため、用紙Ｐが通過しない非通紙領域の昇温を抑制することができる。これにより、高い生産性を維持することが可能になる。また、定着装置５０を通紙可能状態まで加熱するのは最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２が担っているため、最長でない発熱体５４ｂ３、５４ｂ４では、通紙時にトナー像を用紙Ｐに固着するための電力量が補えればよい。それゆえ、最長でない発熱体５４ｂ３、５４ｂ４の電力供給能力を小さくすることができ、異常時の発熱体５４ｂ３、５４ｂ４の昇温の度合いを小さくすることができる。

また、最長の発熱体５４ｂ１と発熱体５４ｂ２の２本の間に、前述の２種類の発熱体５４ｂ３、５４ｂ４を配置し、可能な限り基板５４ａの短手方向の中央に寄せて発熱体５４ｂ３、５４ｂ４を配置する。これにより、基板５４ａの短手方向における一方の端部である第１の端部と他方の端部である第２の端部のどちらの端部においてもほぼ同等に昇温させることができ、短手方向における基板５４ａの温度勾配を小さくできる。

以上より、最長でない発熱体５４ｂ３、５４ｂ４の電力供給能力を小さくし、最長でない発熱体５４ｂ３、５４ｂ４を基板５４ａの短手方向において可能な限り対称に配置する。これにより、万が一の装置故障で過剰な電力供給状態に至ったとしても、基板５４ａの短手方向における温度勾配を小さくできるので、基板５４ａの変形リスクを低減できる。また、高い電力供給能力を必要とする最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２のみ２本、最長でない発熱体５４ｂ３、５４ｂ４は短手方向の対称性に配慮しつつも、最低限必要な１本とすることで、基板５４ａの寸法の小型化を両立することができる。

検知手段である定着温度センサ５９は、基板５４ａに対して保護ガラス層５４ｅと反対の面に配置され（図３参照）、かつ発熱体５４ｂの長手方向における中心位置に設置されており、基板５４ａと接している。定着温度センサ５９は例えばサーミスタであり、ヒータ５４の温度を検知し、検知結果をＣＰＵ９４に出力する。

（発熱体５４ｂの構成の狙い）
最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２が複数の発熱体５４ｂの中で最大の電力供給能力を有し、定着装置５０を短時間で通紙可能状態に加熱することが一般的であり、上述したように実施例１でもこの構成を採用している。一方で、電力供給能力が高いということは、装置の誤作動などによって、過剰な電力供給を受けやすいということを意味し、基板５４ａの変形のリスクが高い。実施例１では、高い電力供給能力と基板５４ａの変形リスクの低減とを両立するために、最長の発熱体を発熱体５４ｂ１と発熱体５４ｂ２の２本の構成とし、電力の分散、すなわち電力密度の低減をはかる。更に、一方の発熱体５４ｂ１を基板５４ａの短手方向の一方の端部に配置し、もう一方の発熱体５４ｂ２を基板５４ａの他方の端部（反対側の端部）に配置する。そして、２つの発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を共通の接点５４ｄ１、５４ｄ４で電気的に接続し、２本の最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２は必ず同時に電力が供給されるように構成する。これらによって、基板５４ａの短手方向の一方の端部（一部）のみが発熱することがなく、基板５４ａの温度分布を均一にすることができ、基板５４ａの変形リスクを低減できる。

また、実施例１では、最長でない発熱体を発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４の２水準、それぞれ１本ずつ備える。これにより、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に対応した最大サイズの用紙Ｐよりも幅の狭い複数のサイズの用紙（幅狭紙、小サイズ紙）に印刷を行う際の生産性を高める。なお、最長でない発熱体５４ｂ３、５４ｂ４は最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に対して電力供給能力を低く設定し、基板５４ａ上においては、２本の最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の間の短手方向における中央に配置する。これにより、基板５４ａの短手方向の一端に偏らせて配置する場合に比較して、比較的均一に基板５４ａを加熱することができ、基板５４ａの温度分布を緩やかにすることができるため、基板５４ａの変形リスクを低減できる。高い電力供給能力を必要とする最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を２本の構成とし、最長でない発熱体５４ｂ３、５４ｂ４は発熱体の長さ１水準につき最小の１本とする。これにより、基板５４ａの変形を抑え、複数の小サイズ紙に印刷する際の生産性を高めることを達成するとともに、基板５４ａの寸法の最小化を実現する。

［電力供給回路］
図５に実施例１の電力供給回路を示し、この回路を使用して実施例１と比較例１との比較検証を実施する。それぞれの電力供給回路について、以下に説明する。図５の実施例１において、接点５４ｄ１～５４ｄ４は、電力供給経路を切り替えるための発熱体切り替え器５７と接続されている。なお、発熱体切り替え器５７によって電力供給経路を切り替えることによって発熱する発熱体５４ｂが切り替わるため、電力供給経路を切り替えることを、発熱体５４ｂを切り替えるとも表現する。実施例１では、発熱体切り替え器５７は、具体的にはＣ接点構成の電磁リレー５７ａ、５７ｂである。

電磁リレー５７ａは、トライアック５６を介して交流電源５５に第１の極に接続された接点５７ａ１と、接点５４ｄ１に接続された接点５７ａ２と、接点５４ｄ３に接続された接点５７ａ３と、を有する。電磁リレー５７ａは、エンジンコントローラ９２の制御によって、接点５７ａ１と接点５７ａ２とが接続された状態と、接点５７ａ１と接点５７ａ３とが接続された状態と、のいずれか一方の状態となる。電磁リレー５７ｂは、交流電源５５に第２の極に接続された接点５７ｂ１と、接点５４ｄ２に接続された接点５７ｂ２と、接点５４ｄ４に接続された接点５７ｂ３と、を有する。電磁リレー５７ｂは、エンジンコントローラ９２の制御によって、接点５７ｂ１と接点５７ｂ２とが接続された状態と、接点５７ｂ１と接点５７ｂ３とが接続された状態と、のいずれか一方の状態となる。接続手段であるトライアック５６は、複数の発熱体５４ｂのうち所定の発熱体５４ｂに電流を供給し又は電流の供給を遮断する。

図５は電磁リレー５７ａ、５７ｂの無動作時を示しており、電磁リレー５７ａは接点５７ａ１と接点５７ａ２とが接続され、電磁リレー５７ｂは接点５７ｂ１と接点５７ｂ２とが接続されている。電磁リレー５７ａ、５７ｂの無動作時には、接点５４ｄ１と接点５４ｄ２との間に電力が供給されるので、最長の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２が発熱する。

電磁リレー５７ａ、５７ｂを動作させた場合、電磁リレー５７ａは接点５７ａ１と接点５７ａ３とが接続され、電磁リレー５７ｂは接点５７ｂ１と接点５７ｂ３とが接続される。電磁リレー５７ａ、５７ｂの動作時には、接点５４ｄ３と接点５４ｄ４との間に電力が供給されるので、発熱体５４ｂ４のみが発熱する。電磁リレー５７ａのみ動作させた場合、電磁リレー５７ａは接点５７ａ１と接点５７ａ３とが接続され、電磁リレー５７ｂは接点５７ｂ１と接点５７ｂ２とが接続された状態となる。電磁リレー５７ａのみの動作時には、接点５４ｄ３と接点５４ｄ２と間に電力が供給されるので、発熱体５４ｂ３のみが発熱する。電磁リレー５７ａ、５７ｂは、ａ接点構成の電磁リレー、ｂ接点構成の電磁リレーの有接点スイッチを用いても構わないし、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）、フォトモスリレー、トライアック等の無接点スイッチを用いても構わない。

［発熱体に流れる電流量（又は電力量）の制御（デューティーの制御）］
次に、図６、図７を用いて、実施例１の画像形成装置の利点に関して説明する。実施例１では、使用する発熱体５４ｂを切り替えたタイミングで、発熱体５４ｂに流れる電流量（電力量）を、変更する前の発熱体５４ｂ（第１の発熱体）に応じた電流量から変更した後の発熱体５４ｂ（第２の発熱体）に応じた電流量（電力量）に切り替える。発熱体５４ｂに供給される電流量（電力量）は、トライアック５６のデューティーによって制御されている。このため、具体的には、使用する発熱体５４ｂを切り替えたタイミングで、トライアック５６のデューティーを、変更された発熱体５４ｂに応じたデューティーに設定する。そして、これにより電力の過不足をなくし、発熱体５４ｂに対して安定した温度制御を可能とする。

（比較例の制御）
まず、比較例として、使用する発熱体５４ｂによらず、同じデューティーでトライアック５６を制御する例を、図６を用いて説明する。その後で、図７を用いて実施例１の画像形成装置の振る舞いに関して説明する。図６は、図１～図５の構成において、１つのジョブで、Ａ４幅の用紙α１、Ｂ５幅の用紙β１～β５の順に６枚の用紙Ｐに印刷を行うケースの図である。図６で、（ｉ）はビデオコントローラ９１とＣＰＵ９４間のコマンドの送受信を示し、（ｉｉ）は定着ニップ部Ｎに通紙される用紙Ｐを示す。（ｉｉｉ）は電磁リレー５７ａの状態を示し、電磁リレー５７ａによってトライアック５６が接点５４ｄ１に接続されている場合と接点５４ｄ３に接続されている場合を示す。（ｉｖ）は電磁リレー５７ｂの状態を示し、電磁リレー５７ｂによってトライアック５６が接点５４ｄ２に接続されている場合と接点５４ｄ４に接続されている場合を示す。（ｖ）はトライアック５６がどの発熱体５４ｂに接続されている状態かを示す。（ｖｉ）はＣＰＵ９４によって制御されるトライアック５６のデューティー（％）を示す。なお、トライアック５６が常時導通状態の場合を１００％、常時非導通状態の場合を０％とする。（ｖｉｉ）は定着温度センサ５９によって検知された温度（以下、サーミスタ温度という）を示し、ＴＥ２は定着温度の目標値（目標）を示す。なお、ＴＥ１は室温を示す。

印刷指示を受信する前の状態において、電磁リレー５７ａは接点５４ｄ１に、電磁リレー５７ｂは接点５４ｄ２に接続され、これによりトライアック５６は発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に接続されている。この状態で、タイミングｔ６０１に、ＣＰＵ９４はビデオコントローラ９１からＡ４幅の用紙α１、Ｂ５幅の用紙β１～β５の順に６枚の用紙Ｐに印刷を行うという印刷指示を受信する。ＣＰＵ９４は、タイミングｔ６０１でトライアック５６を導通状態（オン）にする（図６（ｖｉ））。ＣＰＵ９４は、サーミスタ温度が定着可能な温度である目標温度ＴＥ２にできるだけ早く到達するよう、印刷開始から目標温度ＴＥ２に到達するまでの間は、トライアック５６を１００％のデューティー（固定デューティー）でオンし続ける。

そして、サーミスタ温度が目標温度ＴＥ２に達したタイミングｔ６０２で、ＣＰＵ９４はＰＩ制御を開始する。ＣＰＵ９４は、ＰＩ制御を開始したとき（ｔ６０２）のトライアック５６のデューティーとして、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を用いて目標温度ＴＥ２を保つために最適なデューティーＸを設定する。デューティーＸは、第１の記憶手段であるメモリ９５に記憶されている。メモリ９５には、例えば、発熱体５４ｂ１と発熱体５４ｂ１に応じたトライアック５６のデューティーＸとが関連付けられて記憶されている。他の発熱体５４ｂ２～５４ｂ４についても同様に、他の発熱体５４ｂ２～５４ｂ４と他の発熱体５４ｂに応じたトライアック５６のデューティーＸとが関連付けられてメモリ９５に記憶されている。

用紙α１は、サーミスタ温度が目標温度ＴＥ２にある状態で定着ニップ部Ｎに到達するように給紙搬送される。そして、用紙α１の後端が定着ニップ部Ｎを通過すると、ＣＰＵ９４は、非通紙部昇温を発生させることなく用紙βに定着処理を行うことが可能な発熱体５４ｂ３を使用するために、次の制御を行う。すなわち、ＣＰＵ９４は、タイミングｔ６０３において、電磁リレー５７ａを接点５４ｄ３に接続させる。そして、ＣＰＵ９４は、発熱体５４ｂ３を用いて用紙β１～β５に対して定着処理を行っていく。

図４を用いて説明したように、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の合成抵抗値（１０Ω）に比べて、発熱体５４ｂ３の抵抗値（２０Ω）は大きい。そのため、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を用いたときのサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持するために最適なデューティーでは、発熱体５４ｂ３を用いる場合は不十分であり、電力が不足してしまう。そして、用紙β１が定着ニップ部Ｎを通過することで用紙β１に熱が奪われるため、タイミングｔ６０４以降は、顕著にサーミスタ温度が低下し始める。サーミスタ温度が低下し始めると、ＰＩ制御によりトライアック５６のデューティーは徐々に大きくなっていくため（図６（ｖｉ））、サーミスタ温度の低下は抑制される（図６（ｖｉｉ））。しかし、サーミスタ温度はなかなか目標温度ＴＥ２まで戻らず、結果として、用紙β１～β５においては、定着性が損なわれるおそれがある。

（実施例１の制御）
次に図７を用いて、実施例１の画像形成装置を説明する。図７（ｉ）～（ｖｉｉ）は図６（ｉ）～（ｖｉｉ）と同様の図であり、図の見方の説明は省略する。また、以下の説明にあたり、図６と重複する箇所に関しては、説明しない。なお、タイミングｔ７０１でＣＰＵ９４は印刷指示を受信し、タイミングｔ７０２で用紙α１の先端が定着ニップ部Ｎに到達する。図７では、タイミングｔ７０３で、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２から発熱体５４ｂ３に切り替えられる。実施例１の画像形成装置は、電磁リレー５７ａが接点５４ｄ３に接続され、発熱体５４ｂ３が接続されたタイミングｔ７０３で、ＣＰＵ９４は次のように制御する。すなわち、ＣＰＵ９４は、発熱体５４ｂ３を用いた場合にサーミスタ温度が目標温度ＴＥ２を維持するために最適なトライアック５６のデューティーであるデューティーＹに設定を変更する（図７（ｖｉ））。この点、比較例と異なる（図６（ｖｉ））。

各発熱体５４ｂを用いてサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持するために必要なトライアック５６のデューティーは、発熱体５４ｂの抵抗値に大きく起因する。発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の合成抵抗値が１０Ω、発熱体５４ｂ３の抵抗値が２０Ωの場合、トライアック５６のデューティーＹは、以下の式（１）に示す関係になる。
デューティーＹ＝デューティーＸ×（発熱体５４ｂ３の抵抗値÷発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の合成抵抗値）
＝デューティーＸ×（２０［Ω］÷１０［Ω］）
＝２×デューティーＸ…式（１）

ＣＰＵ９４がこのデューティーＹでトライアック５６を駆動することにより、実施例１の画像形成装置は、発熱体５４ｂ３を用いて定着処理を行う場合においても、電力が不足することがなくなる。このため、タイミングｔ７０４以降においても、サーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持することができる（図７（ｖｉｉ））。そして、用紙β１～β５においても定着性が損なわれることなく印刷を行うことができる。なお、このデューティーＹに関しても、デューティーＸと同様に、メモリ９５に記憶されている。すなわち、メモリ９５には、各発熱体５４ｂと各発熱体５４ｂに応じたトライアック５６のデューティーＹとが関連付けられて記憶されている。

以上、図６、図７を用いて説明したように、ＣＰＵ９４は、発熱体切り替え器５７によって発熱体５４ｂ１、５４ｂ２から発熱体５４ｂ３に切り替える際に、次のように制御する。すなわち、トライアック５６により発熱体５４ｂ３に供給される電流量（電力量）を発熱体５４ｂ３に応じた電流量（電力量）となるように制御する。メモリ９５には、例えば、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２とトライアック５６により発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に供給される電流量（電力量）とが関連付けられて記憶されている。他の発熱体５４ｂ３、５４ｂ４についても同様に、他の発熱体５４ｂ３、５４ｂ４とトライアック５６により他の発熱体５４ｂ３、５４ｂ４に供給される電流量（電力量）とが関連付けられてメモリ９５に記憶されている。このように、定着処理に使用される発熱体５４ｂが第１の発熱体から第２の発熱体に変更されたタイミングで、トライアック５６のデューティーを、変更された第２の発熱体に応じたデューティーに設定する。そして、これにより、実施例１の画像形成装置には、電力の過不足をなくし、安定した発熱体５４ｂの温度制御を可能とするという利点がある。

［実施例１の画像形成装置のトライアックの制御フローチャート］
図８は実施例１の画像形成装置のトライアック５６の制御フローチャートである。ＣＰＵ９４がビデオコントローラ９１より印刷指示を受信した後（図７のタイミングｔ７０１以降）の制御に関して説明する。ステップ（以下、Ｓとする）８０１でＣＰＵ９４は、デューティー１００％でトライアック５６を駆動する。Ｓ８０２でＣＰＵ９４は、サーミスタ温度が目標温度ＴＥ２以上になったか否かを判断する。Ｓ８０２でＣＰＵ９４は、サーミスタ温度が目標温度ＴＥ２未満であると判断した場合、処理をＳ８０２に戻し、サーミスタ温度が目標温度ＴＥ２以上であると判断した場合、処理をＳ８０３に進める。Ｓ８０３でＣＰＵ９４は、メモリ９５から発熱体５４ｂに応じたトライアック５６のデューティーＸを読み出して、読み出したデューティーＸでトライアック５６を駆動する。

Ｓ８０４でＣＰＵ９４は、用紙Ｐのサイズ（より詳細には、用紙Ｐの幅）が変わるタイミング（紙サイズ変更タイミング）になったか否かを判断する。Ｓ８０４でＣＰＵ９４は、用紙Ｐのサイズが変わるタイミングではないと判断した場合、処理をＳ８０６に進め、用紙Ｐのサイズが変わるタイミングであると判断した場合、処理をＳ８０５に進める。Ｓ８０５でＣＰＵ９４は、発熱体切り替え器５７によって用紙Ｐのサイズに適した発熱体５４ｂに切り替える。そして、ＣＰＵ９４は、メモリ９５から切り替えた発熱体５４ｂに応じたトライアック５６のデューティーＹを読み出して、読み出したデューティーＹでトライアック５６を駆動する。Ｓ８０６でＣＰＵ９４は、印刷が終了したか否かを判断する。Ｓ８０６でＣＰＵ９４は、印刷が終了していないと判断した場合、処理をＳ８０４に戻し、印刷が終了したと判断した場合、処理を終了する。

以上のように、実施例１の画像形成装置は、定着処理に使用される発熱体５４ｂが変更されたタイミングで、トライアック５６のデューティーを、変更された発熱体５４ｂに即したデューティーＹに設定する。そして、これにより電力の過不足をなくし、安定した発熱体５４ｂの温度制御を可能とする。

以上、実施例１によれば、安定した発熱体の温度制御を可能とし、定着性を向上させることができる。

実施例１の画像形成装置は、定着処理に使用される発熱体５４ｂが変更されたタイミングで、トライアック５６のデューティーを、変更された後の発熱体５４ｂに即したデューティーに再設定する。そして、これにより電力の過不足をなくし、安定した発熱体５４ｂの温度制御を可能にしている。実施例１では、図７で説明したように、連続印刷中に紙サイズが変わったことに伴って発熱体５４ｂを切り替えるケースを用いて説明した。一方、実施例２では、同一の紙サイズの連続印刷中に発熱体５４ｂを切り替えるケースを用いて、実施例２の画像形成装置について説明する。ＣＰＵ９４は、第１の発熱体５４ｂから第２の発熱体５４ｂに切り替える際に、接続手段であるトライアック５６により第１の発熱体５４ｂに供給されていた電流量（電力量）（具体的にはデューティー）をメモリ９５に記憶する。そして、ＣＰＵ９４は、発熱体切り替え器５７によって第２の発熱体５４ｂから第１の発熱体５４ｂに切り替える（戻す）際に、メモリ９５に記憶されている第１の発熱体５４ｂに供給されていた電流量（電力量）（具体的にはデューティー）を読み出す。そして、ＣＰＵ９４は、読み出した電流量（電力量）となるように、すなわち、読み出したデューティーでトライアック５６を制御する。

まず、同一の紙サイズの連続印刷であるにもかかわらず、発熱体５４ｂの切り替えを行う理由について説明する。例えば、Ａ５幅の用紙Ｐの連続印刷を行うケースにおいて、画像形成装置は、基本的にはＡ５幅の用紙Ｐを印刷するために最適な発熱体５４ｂ３を用いて定着処理を行う。ただし、発熱体５４ｂ３を使用し続けると、定着ニップ部Ｎの長手方向における端部の温度が制御されず、定着ニップ部Ｎの長手方向における端部と中央部との温度差が大きくなっていく。この温度差が所定の温度差以上になって、これにより定着装置５０の膨張具合にもある程度の差が生じると、定着装置５０が破損するおそれがある。そのため、画像形成装置では、Ａ５幅の用紙Ｐの連続印刷を行うケースにおいても、所定の頻度でＡ４幅の用紙Ｐの定着処理に用いられる発熱体５４ｂ１、５４ｂ２も用いる。発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を用いて非通紙部昇温を利用することで、定着ニップ部Ｎの端部を加熱し、定着ニップ部Ｎの長手方向における端部と中央部との温度差が小さくなるようにする。これが、Ａ５幅の用紙Ｐを連続印刷する場合であっても、発熱体５４ｂの切り替えを行う理由である。

そして、実施例２の画像形成装置は、このように特定の間隔（所定の頻度）で発熱体５４ｂを切り替えるケースにおいて、発熱体５４ｂを切り替える前のトライアック５６のデューティーをメモリ９５に記憶しておく。そして、発熱体５４ｂを切り替える前の発熱体５４ｂに戻す（例えば、Ａ５幅用の発熱体５４ｂ３に戻す）際に、メモリ９５に記憶しておいたデューティーでトライアック５６を駆動（オン）する。これにより、より安定してサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持し、十分な定着性を確保する。

（実施例２の制御）
以下にＡ５幅の用紙Ｐの連続印刷を行うケースを示した図９を用いて、実施例２の画像形成装置の動作を詳しく説明する。図９は、Ａ５幅の用紙γ１～γ１２まで、１２枚の用紙Ｐに定着処理を行う場合を示している。図９（ｉ）～（ｖｉｉ）は図７（ｉ）～（ｖｉｉ）と同様の図であり、図の見方についての説明を省略する。また、実施例２の画像形成装置は、実施例１の図１～図５と同じ構成の画像形成装置であり、説明を省略する。

ＣＰＵ９４は、タイミングｔ８０１で印刷指示を受信すると、定着ニップ部Ｎの長手方向における端部の非通紙部昇温を発生させることなくＡ５幅の用紙Ｐに定着処理を行うことが可能な発熱体５４ｂ３を使用するために、以下の制御を行う。すなわちＣＰＵ９４は、タイミングｔ８０１で電磁リレー５７ａを接点５４ｄ３に、電磁リレー５７ｂを接点５７ｄ４に接続する。

ＣＰＵ９４は、図７の説明と同様に、サーミスタ温度が目標温度ＴＥ２に達するまでは、１００％の固定デューティーでトライアック５６を駆動する。タイミングｔ８０２でサーミスタ温度が目標温度ＴＥ２に到達すると、ＣＰＵ９４はＰＩ制御を開始する。タイミングｔ８０２でＣＰＵ９４は、発熱体５４ｂ３を用いてサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持することが可能なデューティーＺにトライアック５６のデューティーを設定する。

デューティーＺは、式（１）で述べたデューティーＸとデューティーＹとの関係と同様に、発熱体５４ｂの抵抗値に大きく起因する。発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の合成抵抗値は１０Ω、発熱体５４ｂ３の抵抗値は２０Ωであり、デューティーＺは、以下の式（２）のような関係になる。
デューティーＺ＝デューティーＸ×（２０［Ω］÷１０［Ω］）
＝２×デューティーＸ …式（２）
デューティーＺは、実施例１と同様にメモリ９５に記憶されている。

ＣＰＵ９４は、発熱体５４ｂ３を用いて用紙γ１以降の用紙Ｐに対して定着処理を行っていく。用紙γ１は、サーミスタ温度が目標温度ＴＥ２に維持されている状態で定着ニップ部Ｎに到達するように給紙搬送され、その後用紙γ１０まで１０枚の用紙Ｐが搬送され、定着ニップ部Ｎを通過する。

ここで、上述した定着装置５０の破損を防止するために、所定の数枚、例えば実施例２では１０枚の用紙Ｐに連続印刷を行うと、ＣＰＵ９４は電磁リレー５７ａを接点５７ｄ１に、電磁リレー５７ｂを接点５７ｄ２に切り替える。これにより、ＣＰＵ９４は、本来、Ａ４幅の用紙Ｐ用の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２にトライアック５６を接続した状態にする。図９に示すように、用紙γ１０の後端が定着ニップ部Ｎを通過したタイミングｔ８０３において、発熱体５４ｂ３から発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に切り替わる（図９（ｖ））。

用紙γ１１は発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を用いて定着処理が行われ、このとき非通紙部昇温によって定着ニップ部Ｎの長手方向における端部が温められる。これにより、定着ニップ部Ｎの長手方向における端部と中央部との温度差が小さくなる。実施例２の画像形成装置おいては、所定の頻度を１０枚に一度の頻度とし、この頻度で発熱体５４ｂ３から発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に切り替えて、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を定着処理に用いる。これにより、定着ニップ部Ｎの長手方向における端部と中央部との温度差が所定の温度差以上にならないようにすることができる。所定の頻度は、定着ニップ部Ｎの長手方向における中央部と端部との温度差に応じて決定される。

また、図７を用いて説明した動作例と同様に、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に切り替わったタイミングｔ８０３で、ＣＰＵ９４は実施例１と同様の制御を行う。すなわち、ＣＰＵ９４は、メモリ９５から発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を用いてサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持するために最適なデューティーＸを読み出し、トライアック５６をデューティーＸで駆動する。これにより、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に切り替わった後も、サーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持することができる（図９（ｖｉｉ））。

そして、実施例２の動作例では、ＣＰＵ９４は、発熱体５４ｂ３から発熱体５４ｂ１、５４ｂ２に使用する発熱体５４ｂを切り替えたタイミングｔ８０３で、次のような動作を行う。すなわち、ＣＰＵ９４は、タイミングｔ８０３に、発熱体５４ｂ３に対して用いられていたトライアック５６のデューティーＰを第２の記憶手段であるメモリ９５に記憶する。デューティーＰは、デューティーＺからＰＩ制御により調整されたデューティーであり、切り替え時点（ｔ８０３）において、発熱体５４ｂ３を使用してサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持するための最適な電力量に応じたデューティーであると言える。サーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持するために最適な電力量が変化する要因の一例として、次のような要因が考えられる。例えば、連続印刷が進むにつれて、定着装置５０の部材が温まってくると、温まった部材の熱エネルギーを定着処理に使用することができ、結果として必要な電力量、つまりトライアック５６のデューティーが小さくなるといったことがあげられる。

そして、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２で、用紙γ１１を印刷した後、具体的には、用紙γ１１の後端が定着ニップ部Ｎを通過したタイミングｔ８０４で再び発熱体切り替え器５７によって発熱体５４ｂ３に切り替える。用紙γ１２に対しては発熱体５４ｂ３を使用するようにし、ＣＰＵ９４はメモリ９５に記憶しておいたデューティーＰを読み出して、トライアック５６のデューティーとしてデューティーＰを設定する。もし、この際に、デューティーＰではなくデューティーＺでトライアック５６を駆動してしまうと、電力が過剰になり、サーミスタ温度が目標温度ＴＥ２よりも高くなってしまうおそれがある。このため、発熱体５４ｂ１、５４ｂ２から発熱体５４ｂ３に戻す際には、トライアック５６をデューティーＰで駆動することで、よりサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持することが可能となる。なお、実施例２では、非通紙部昇温を利用するために発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を用いて１枚の用紙γ１１に定着処理を行った後、発熱体５４ｂ３に戻しているが、これに限定されない。発熱体５４ｂ１、５４ｂ２を用いて定着処理を行う用紙γの枚数は、定着ニップ部Ｎの端部と中央部との温度差が、定着装置５０に影響を及ぼさない範囲の温度差に到達するような枚数にすればよい。

以上、説明したように、実施例２の画像形成装置は、発熱体５４ｂを切り替える際に、変更前のトライアック５６のデューティーをメモリ９５に記憶しておく。そして、デューティーを記憶したときに使用していた発熱体５４ｂに戻す（再度使用する）際に、記憶しておいたデューティーでトライアック５６をオンする。これにより、より安定してサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持することが可能となる。

なお、実施例２の画像形成装置では、切り替え直前のデューティーの絶対値を記憶して使用したものの、切り替え前後のデューティーの相対値を記憶して使用してもよい。この場合、切り替え後の発熱体５４ｂから切り替え前の発熱体５４ｂへ再度切り替えを行う（元に戻す）際に、出力中のデューティーから記憶したデューティーの相対値を減算することでデューティーを算出する。具体的には、ＣＰＵ９４は、発熱体５４ｂ３に対するトライアック５６のデューティーＺとタイミングｔ８０３におけるトライアック５６のデューティーＰとの相対値ΔＤ（＝Ｚ－Ｐ）をメモリ９５に記憶しておく。そして、タイミングｔ８０４では、ＣＰＵ９４は、メモリ９５から相対値ΔＤを読み出し、発熱体５４ｂ３に対するトライアック５６のデューティーＺから相対値ΔＤを減算し、デューティーＰを算出する（Ｚ－ΔＤ＝Ｚ－（Ｚ－Ｐ）＝Ｐ）。

［実施例２の画像形成装置のトライアックの制御フローチャート］
図１０は実施例２の画像形成装置のトライアック５６の制御フローチャートである。ＣＰＵ９４がビデオコントローラ９１から印刷指示を受信した後（図９のタイミングｔ８０１以降）の制御に関して説明する。なお、Ｓ９０１～Ｓ９０３の処理は、図８のＳ８０１～Ｓ８０３の処理と同様であるため、説明を省略する。

Ｓ９０４でＣＰＵ９４は、発熱体５４ｂを切り替えるタイミング（発熱体切替タイミング）か否かを判断する。例えば、ＣＰＵ９４は、連続印刷中の用紙Ｐをカウントするカウンタを有し、カウンタにより印刷枚数を管理している。ＣＰＵ９４は、印刷枚数が所定の枚数（例えば１０枚）に到達したと判断した場合に、発熱体５４ｂを切り替えるタイミングになったと判断する。Ｓ９０４でＣＰＵ９４は、発熱体５４ｂを切り替えるタイミングになっていないと判断した場合、処理をＳ９０９に進め、切り替えるタイミングになったと判断した場合、処理をＳ９０５に進める。

Ｓ９０５でＣＰＵ９４は、トライアック５６を駆動するために現在用いているデューティーＰを、定着処理に現在使用している発熱体５４ｂ（切り替え前の発熱体５４ｂ）に紐づけてメモリ９５に記憶する。Ｓ９０６でＣＰＵ９４は、メモリ９５を参照し、切り替えた後の発熱体５４ｂに紐づいて記憶されているデューティーＰがあるか否かを判断する。Ｓ９０６でＣＰＵ９４は、メモリ９５にデューティーＰがあると判断した場合、処理をＳ９０７に進め、ないと判断した場合、処理をＳ９０８に進める。

Ｓ９０７でＣＰＵ９４は、メモリ９５に記憶されている、切り替え後の発熱体５４ｂに紐づいたデューティーＰを用いてトライアック５６を駆動する。Ｓ９０７の処理は、例えば、図９のタイミングｔ８０４の動作に対応する。Ｓ９０８でＣＰＵ９４は、切り替え後の発熱体５４ｂに応じたメモリ９５に格納されたデューティーＸを用いてトライアック５６を駆動し、処理をＳ９０９に進める。Ｓ９０８の処理は、例えば、図９のタイミングｔ８０３の動作に対応する。なお、Ｓ９０９の処理は図８のＳ８０６の処理と同様であり、説明を省略する。なお、Ｓ９０９の判断においてＮＯとなった場合は、処理をＳ９０４に戻す。

以上のように、実施例２の画像形成装置は、定着処理に使用される発熱体５４ｂが変更されたタイミングで、トライアック５６のデューティーを、変更された発熱体５４ｂに即したデューティーに再設定する。更に、変更時に変更前のデューティーを記憶しておき、変更前の発熱体５４ｂに戻す際に記憶したデューティーを用いてトライアック５６を駆動する。これにより、電力の過不足をなくし、安定した発熱体の温度制御を可能とする。

以上、実施例２によれば、安定した発熱体の温度制御を可能とし、定着性を向上させることができる。

実施例２の画像形成装置は、発熱体５４ｂを切り替える際に、その際のトライアック５６のデューティーをメモリ９５に記憶しておいた。そして、デューティーを記憶したときに使用していた発熱体５４ｂを再度使用する際に、メモリ９５に記憶しておいたデューティーを用いてトライアック５６を駆動（オン）することにより、安定してサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に保つことを可能とした。

実施例３の画像形成装置は、発熱体５４ｂを切り替える際に、切り替え前のトライアック５６のデューティーと、切り替え前後の発熱体５４ｂの抵抗値の比率と、に基づいて、切り替え後のトライアック５６のデューティーを算出する。そして、算出したデューティーを、発熱体５４ｂを切り替えた後のトライアック５６の駆動に使用する。実施例１、２で述べたように、発熱体５４ｂ毎にサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持するために必要なトライアック５６のデューティーは、発熱体５４ｂの抵抗値に大きく起因する。このことから、発熱体５４ｂの抵抗値に基づいてトライアック５６のデューティーを算出することが可能であり、算出したデューティーをトライアック５６の駆動に用いる。これにより、安定してサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持することを可能とする。特に、一種類の発熱体５４ｂ（例えば、発熱体５４ｂ３）を長時間使用した後で、他の発熱体５４ｂ（例えば発熱体５４ｂ１、５４ｂ２）に切り替えを行うようなケースにおいては、次のような課題が発生するおそれがある。すなわち、時間の経過によって記憶しておいたデューティーとのズレが大きくなるおそれがある。このようなおそれがある場合に、実施例３の画像形成装置が効果的となる。

すなわち、実施例３では、第１の発熱体５４ｂから第２の発熱体５４ｂに切り替える際に、ＣＰＵ９４は、次のように制御する。すなわち、ＣＰＵ９４は、トライアック５６により第１の発熱体５４ｂに供給されていた電流量と、第１の発熱体５４ｂの抵抗値及び第２の発熱体５４ｂの抵抗値と、に基づいて、第２の発熱体５４ｂに供給する電流量を求める。そしてＣＰＵ９４は、求めた電流量となるようにトライアック５６を制御する。ここで、実施例１、２と同様に、発熱体５４ｂに供給される電流量（電力量）は、具体的には、トライアック５６を制御するためのデューティーに言い換えることができる。

［実施例３の画像形成装置のトライアックの制御フローチャート］
実施例２の画像形成装置との違いは、切り替え後のトライアック５６のデューティーを算出して使用する点であることから、これに関して以下でフローチャートを用いて説明する。なお、実施例３の画像形成装置は、実施例１の図１～図５と同じ構成の画像形成装置である。また、実施例３のタイムチャートは、図９を援用する。図１１は実施例３の画像形成装置のトライアック５６の制御フローチャートである。ＣＰＵ９４がビデオコントローラ９１より印刷指示を受信すると、Ｓ１００１以降の処理を開始する。なお、Ｓ１００１～Ｓ１００４の処理は、図１０のＳ９０１～Ｓ９０４の処理と同様の処理であり、説明を省略する。Ｓ１００５でＣＰＵ９４は、発熱体５４ｂを切り替えた後のトライアック５６のデューティーを算出する。ＣＰＵ９４は、算出したデューティーで発熱体５４ｂを切り替えた後のトライアック５６を駆動する。

発熱体５４ｂを切り替えた後のトライアック５６のデューティーは、以下の式（３）を用いて算出することができる。
切り替え後のデューティー＝切り替え前のデューティー
×切り替え後の発熱体の抵抗値
÷切り替え前の発熱体の抵抗値…式（３）
なお、Ｓ１００６の処理は、図１０のＳ９０９の処理と同様の処理であり、説明を省略する。

以上で述べたように、実施例３の画像形成装置は、発熱体５４ｂを切り替える際に、次のようにして、発熱体５４ｂの切り替え後のデューティーを算出する。すなわち、切り替え前のトライアック５６のデューティーと、切り替え前の発熱体５４ｂの抵抗値と切り替え後の発熱体５４ｂの抵抗値との比率と、に基づいて切り替え後のトライアック５６のデューティーを算出する。ＣＰＵ９４は、算出したデューティーを用いてトライアック５６を駆動する。そして、これにより安定してサーミスタ温度を目標温度ＴＥ２に維持することを可能とする。

以上、実施例３によれば、安定した発熱体の温度制御を可能とし、定着性を向上させることができる。

５０ 定着装置
５４ｂ 発熱体
５６ 双方向サイリスタ
５７ 発熱体切り替え器
５９ 定着温度センサ
９４ ＣＰＵ

Claims (13)

1. 記録材に担持された未定着のトナー像を定着する定着装置であって、
   細長い基板と、第１の発熱体と、前記第１の発熱体と長手方向の長さが略同じ長さの第２の発熱体と、前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第３の発熱体と、前記第３の発熱体よりも前記長手方向の長さが短い第４の発熱体と、を含むヒータと、
   前記ヒータに電流を供給する、又は電流の供給を遮断する接続手段と、
   前記定着装置の温度を検知する検知手段と、
   前記検知手段により検知された検知温度が目標温度となるように前記接続手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   短手方向において、前記第１の発熱体、前記第３の発熱体、前記第４の発熱体、前記第２の発熱体の順に前記基板上に配置され、
   前記第１の発熱体、及び前記第２の発熱体の合成抵抗値は第１の値であり、前記第３の発熱体の抵抗値は前記第１の値より大きい第２の値であり、前記第４の発熱体の抵抗値は前記第１の値より大きい第３の値であり、
   前記制御手段は、前記第１の発熱体、及び前記第２の発熱体に電力を供給する場合、前記検知温度が前記目標温度を維持するように、第１のデューティーで電流を前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体に供給させ、前記第３の発熱体に電力を供給する場合、前記検知温度が前記目標温度を維持するように、第２のデューティーで電流を前記第３の発熱体に供給させ、
   前記第２のデューティーは、前記第１のデューティーより大きいことを特徴とする定着装置。
2. 前記制御手段は、前記第１の発熱体、及び前記第２の発熱体に電力を供給する場合、前記検知温度が前記目標温度を維持するように、前記第１のデューティーで電流を前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体に供給させ、前記第４の発熱体に電力を供給する場合、前記検知温度が前記目標温度を維持するように、第３のデューティーで電流を前記第４の発熱体に供給させ、
   前記第３のデューティーは、前記第１のデューティーより大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体の一方の端部が電気的に接続された第１の接点と、
   前記第１の発熱体、前記第２の発熱体及び前記第３の発熱体の他方の端部が電気的に接続された第２の接点と、
   前記第３の発熱体及び前記第４の発熱体の一方の端部が電気的に接続された第３の接点と、
   前記第４の発熱体の他方の端部が電気的に接続された第４の接点と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体を使用する場合の前記接続手段のデューティー、前記第３の発熱体を使用する場合の前記接続手段のデューティー、及び前記第４の発熱体を使用する場合の前記接続手段のデューティーの情報を記憶した第１の記憶手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体、又は前記第３の発熱体に電力を供給するための電力供給経路を切り替える切替手段を備え、
   前記制御手段は、前記切替手段によって電力供給経路を切り替える際に、切り替え後の発熱体を使用する場合のデューティーの情報を前記第１の記憶手段から読み出して、読み出した前記情報に応じたデューティーで前記接続手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体、又は前記第３の発熱体に電力を供給するための電力供給経路を切り替える切替手段と、
   第２の記憶手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記切替手段によって電力供給経路を切り替える際に、切り替え前の前記接続手段のデューティーの情報を前記第２の記憶手段に記憶し、
   前記切替手段によって電力供給経路を戻す際に、前記第２の記憶手段に記憶された前記デューティーの情報に応じたデューティーで前記接続手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
7. 前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体、又は前記第３の発熱体に電力を供給するための電力供給経路を切り替える切替手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記切替手段によって電力供給経路を切り替える際に、切り替え前の発熱体に供給されていた電力と、切り替え後の発熱体の抵抗値及び前記切り替え前の発熱体の抵抗値と、に基づいて、前記切り替え後の発熱体に供給する電力を求め、求めた電力となるように前記接続手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
8. 前記制御手段は、前記第３の発熱体を用いて連続して定着処理を行う場合に、所定の頻度で前記切替手段によって前記第３の発熱体から前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体に切り替えることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の定着装置。
9. 前記接続手段は、双方向サイリスタであり、
   前記制御手段は、前記双方向サイリスタのデューティーを制御することにより前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体、前記第３の発熱体、又は前記第４の発熱体に供給される電力を制御することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 前記ヒータにより加熱される第１の回転体と、
    前記第１の回転体とともにニップ部を形成する第２の回転体と、
    を備えることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の定着装置。
11. 前記第１の回転体は、フィルムであることを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
12. 前記ヒータは、前記フィルムの内部空間に配置されており、前記ヒータと前記第２の回転体により前記フィルムを挟持しており、
    記録材上の画像は、前記フィルムと前記第２の回転体との間に形成されたニップ部で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１１に記載の定着装置。
13. 記録材に未定着のトナー像を形成する画像形成手段と、
    記録材上の未定着のトナー像を定着する請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の定着装置と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。