(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の加熱手段と定着ローラの長手方向端部に設置された温度検知手段を有す定着装置において、定着不良やオーバーシュートを無くす。【解決手段】定着ローラ１の長手方向端部の温度を検知するための温度検知手段３および前記定着ローラ１を加熱するために複数の加熱手段４Ａ、４Ｂ、４Ｃを有す定着装置において、前記複数の加熱手段４Ａ、４Ｂ、４Ｃの配熱分布が異なり、プリント動作中は通紙範囲の中央部に配熱量が集中している加熱手段から順番に非動作状態から動作状態へ移行し、プリント動作中以外は前記定着ローラの端部に配熱量が集中している加熱手段から順番に、非動作状態から動作状態へ移行する。【選択図】図２
2005221851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラの長手方向端部の温度を検知するための温度検知手段と前記定着ローラを加熱するために複数の加熱手段とを有し、該複数の加熱手段が同時に非動作状態から動作状態へ移行せず、また同時に動作状態から非動作状態へ移行しないか、もしくは、同時に非動作状態から動作状態へ移行せず、かつ同時に動作状態から非動作状態へ移行しない定着装置において、前記複数の加熱手段の配熱分布が異なり、プリント動作中は通紙範囲の中央部に配熱量が集中している加熱手段から順番に非動作状態から動作状態へ移行し、プリント動作中以外は前記定着ローラの端部に配熱量が集中している加熱手段から順番に、非動作状態から動作状態へ移行することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記プリント動作中は前記定着ローラの端部に配熱量が集中している前記加熱手段から順番に、動作状態から非動作状態へ移行し、プリント動作中以外は通紙範囲の中央部に配熱量が集中している前記加熱手段から順番に、動作状態から非動作状態へ移行することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
請求項１および２記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度制御が可能である定着装置およびこれを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱ローラ定着装置は、定着ローラに加圧ローラを押し当て、ニップ部と呼ばれる一定幅の押し付け領域を形成し、さらに定着ローラをヒータにより加熱し、トナーを載せた転写紙をニップ部に通過させることで、トナーを溶融し、転写紙内に圧力で押し込む方式である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
定着ローラの温度は、定着ローラ近傍に設けられたサーミスタ等の温度検知手段の出力により制御される。一般的に、設定温度には幅があり、検知温度が予め設定した温度まで低下するとヒータを点灯し、検知温度が予め設定した温度まで高くなるとヒータを消灯することにより、定着するのに適した温度（温度領域）に制御される。
定着ローラの温度の推移は、待機状態（画像形成の準備段階）では、２秒から１２０秒間隔程度でヒータが点灯と消灯を繰り返し、設定温度（ヒータを点灯する温度と消灯する温度の範囲）を上下動しており、熱を奪われるのは空気中への放熱のみで安定しているため、必要電力を設定し易い。
定着ユニットの部品構成（熱容量や熱伝達量）が固定しているので、計算もしくは実験により、待機中の必要電力を求めておけば適切な電力量を得るために予め点灯するヒータの本数や電力量を設定し易い。
しかし画像形成中は、画像形成条件（転写紙のサイズ、画像量、画像形成スピード）がさまざまで、必要電力が場合により大きく異なり、各ケースによってのヒータの本数や電力量をあらかじめ設定するのは不可能である。
したがって画像形成中においては、最も電力が必要な場合を想定し、その場合の必要電力量を求め、それに対応する構成（ヒータ本数、電力量）を選定する。こうしておけば、画像形成中も、温度が下降すれば、ヒータを点灯し、十分加熱した温度でヒータを消灯する制御を行なえば、適切な定着温度が得られる。
【０００４】
ところが、画像形成は通常では、最大電力で行われるとは限らず、普段の使用では、ヒータの点灯により温度が回復、ヒータを消灯、消灯中に温度が低下し、また点灯ということを繰り返すことになる。
その度にヒータ電極間にはオン／オフの負荷がかかり、元の電源装置を介して、画像形成装置を設置した部屋の他の電気製品に影響を出す可能性がある（顕著な物は突入電流の発生で、電源の電圧を落とし、蛍光灯などが一時的に電力不足になってちらつく）。
突入電流の低減および、ヒータの点灯、消灯回数の低減を目的として、複数本のヒータを設け（電力を分散させ）、条件によって点灯本数を変更したり、点灯、消灯タイミングをずらしたりする方法が開発された。
サーミスタの設置位置（測温位置）は、通紙範囲の中央部に設けることが一般的である。定着ローラの温度を測定するためには、サーミスタを定着ローラに接触させる必要がある。
定着ローラは回転するため、経時でサーミスタが接触する箇所の離型層が摩耗（キズや最悪は離型層が無くなったり）することで、画像の光沢むらや、画像抜けといった不具合が生じた。
また、サーミスタ接触部には、オフセットトナーや紙粉等の汚れが経時で堆積し、貯えられた汚れは接触部で保持できなくなった時点から脱落しはじめ、ニップ部を通過する転写紙が汚れる不具合が発生した。
そのため、サーミスタの設置位置を定着ローラ端部もしくは通紙範囲外に設けることが提案された。ただし、通紙範囲の温度を直接検知することができないため、上記測温位置より応答性が劣る。
例えば、通紙範囲が最大でＡ４横通紙である場合、Ａ４横（大サイズ）通紙時に対し、小サイズ通紙（Ｂ５横、Ａ４縦、Ｂ５縦等）になればなる程、通紙位置に対するサーミスタ位置での温度応答性が劣る。
【０００５】
小サイズ連続通紙時、サーミスタ位置での定着ローラ温度は設定温度に保たれていても、通紙範囲の定着ローラ温度はニップ部を通過する転写紙やトナーによって熱を奪われることで低下し、定着性が劣化する。さらに、単位時間当たりの通紙枚数が早い方が上記温度低下は顕著である。
近年の省エネルギー対応の流れで定着ローラの熱容量を低減するために定着ローラ薄肉化が図られてきた。薄肉化することの不具合はヒータ点灯、消灯時の定着ローラ温度のオーバーシュートが大きくなることである。
定着ローラの端部には定着ローラを支持するための軸受（スベリ軸受、玉軸受等）や、回転を伝達するためのギヤが配置されているため、定着ローラ端部に比べ、定着ローラ中央部の前記オーバーシュートが大きい。
定着ローラ中央より、端部の熱容量が大きい。定着ローラ温度が過昇するとトナーのホットオフセット温度に達したり、さらには定着ローラ表層（離型層）の耐熱温度をオーバーする。また、温度低下し過ぎると定着性不良、コールドオフセットが発生する。
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、複数の加熱手段を有し、プリント動作中は通紙範囲の中央部に配熱量が集中している加熱手段から順番に非動作状態から動作状態へ移行し、プリント動作中以外は定着ローラの端部に配熱量が集中している加熱手段から順番に、非動作状態から動作状態へ移行する定着装置およびこれを備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、定着ローラの長手方向端部の温度を検知するための温度検知手段および前記定着ローラを加熱するために複数の加熱手段を有し、これら複数の加熱手段が同時に非動作状態から動作状態へ移行せず、また同時に動作状態から非動作状態へ移行しないか、もしくは、同時に非動作状態から動作状態へ移行せず、かつ同時に動作状態から非動作状態へ移行しない定着装置において、前記複数の加熱手段の配熱分布が異なり、プリント動作中は通紙範囲の中央部に配熱量が集中している加熱手段から順番に非動作状態から動作状態へ移行し、プリント動作中以外は前記定着ローラの端部に配熱量が集中している加熱手段から順番に、非動作状態から動作状態へ移行する定着装置を特徴とする。
請求項２記載の発明は、プリント動作中は前記定着ローラの端部に配熱量が集中している前記加熱手段から順番に、動作状態から非動作状態へ移行し、プリント動作中以外は通紙範囲の中央部に配熱量が集中している前記加熱手段から順番に、動作状態から非動作状態へ移行する請求項１記載の定着装置を特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１および２記載の定着装置を備える画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、定着ローラの温度を検知するためにサーミスタ等の温度検知手段を定着ローラ長手方向端部に設置し、定着ローラを加熱するために複数本の赤外線ヒータを設け、これら複数の赤外線ヒータは同時に点灯せず、また同時に消灯しないか、もしくは、複数の赤外線ヒータは同時に点灯せず、かつ同時に消灯しない。
したがって、配熱（配光）分布が異なる複数の赤外線ヒータを設け、これらの赤外線ヒータ点灯時（プリント動作中）は、通紙範囲の中央部に配熱量が集中している赤外線ヒータから順番に点灯するので、熱応答性が劣る（定着ローラ薄肉化によりさらに顕著）ために起こる定着ローラ中央部の温度低下（オーバーシュート）を低減し、定着性劣化（コールドオフセット）を防止できる。
一方、赤外線ヒータ点灯時（プリント動作中以外）は、定着ローラの端部に配熱量が集中している加熱手段から順番に点灯するので、熱応答性が劣る（定着ローラ薄肉化によりさらに顕著）ために起こる定着ローラ中央部の温度過昇（オーバーシュート）を低減し、定着性劣化（ホットオフセット）や、定着ローラ表層（離型層）の耐熱温度を超えることによる離型層劣化を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタル複写機の概略構成図である。この構成は、画像処理装置としての複写機１００であり、この複写機１００の上面にはコンタクトガラス２０６が設けられている。また、複写機１００の上部には自動原稿送り装置（以下、単にＡＤＦという）２０１が設けられており、このＡＤＦ１はコンタクトガラス２０６を開閉するように複写機１００に図示しないヒンジ等を介して連結されている。このＡＤＦ２０１は、複数の原稿からなる原稿束を載置可能な原稿載置台としての原稿トレイ２０２と、原稿トレイ２０２に載置された原稿束から原稿を１枚ずつ分離してコンタクトガラス２０６に向かって搬送する分離・搬送手段と、分離・搬送手段によってコンタクトガラス２０６に向かって搬送された原稿をコンタクトガラス２０６上の読取位置に搬送・停止させるとともに、コンタクトガラス２０６の下方に配設された複写機１００の読取手段（公知の露光ランプ２５１、ミラー２５２、２５５、２５６、レンズ２５３、ＣＣＤ２５４等）２５０により読み取りが終了した原稿をコンタクトガラス２０６から搬出する。給紙モータはコントローラからの出力信号によって駆動されるようになっており、コントローラは複写機１００から給紙スタート信号が入力されると、給紙モータを正・逆転駆動するようになっている。給紙モータが正転駆動されると、給送ローラ２０３が時計方向に回転して原稿束から最上位に位置する原稿が給紙され、コンタクトガラス２０６に向かって搬送される。この原稿の先端が原稿セット検知センサ２０７によって検知されると、コントローラは原稿セット検知センサ２０７からの出力信号に基づいて給紙モータを逆転駆動させる。これにより、後続する原稿が進入するのを防止して分離されないようになっている。
また、コントローラは原稿セット検知センサ２０７が原稿の後端を検知したとき、この検知時点からの搬送ベルトモータの回転パルスを計数し、回転パルスが所定値に達したときに、給送ベルト２０４の駆動を停止して給送ベルト２０４を停止することにより、原稿をコンタクトガラス２０６読取位置に停止させる。また、コントローラは原稿セット検知センサ７によって原稿の後端が検知された時点で、給紙モータを再び駆動し、後続する原稿を上述したように分離してコンタクトガラス２０６に向かって搬送し、この原稿が原稿セット検知センサ２０７によって検知された時点からの給紙モータのパルスが所定パルスに到達したときに、給紙モータを停止させて次原稿を先出し待機させる。そして、原稿がコンタクトガラス２０６の読取位置に停止したとき、複写機１００によって原稿の読み取りおよび露光が行なわれる。この読み取りおよび露光が終了すると、コントローラには複写機１００から信号が入力されるため、コントローラはこの信号が入力すると、搬送ベルトモータを正転駆動して、搬送ベルト２１６によって原稿をコンタクトガラス２０６から排送ローラ２０５に搬出する。
【０００９】
上記のように、ＡＤＦ２０１にある原稿トレイ２０２に原稿の画像面を上にして置かれた原稿束は、操作部上のプリントキーが押下されると、一番上の原稿からコンタクトガラス２０６上の所定の位置に給送される。給送された原稿は、読み取りユニット２５０によってコンタクトガラス２０６上の原稿の画像データを読み取り後、給送ベルト２０４および反転駆動コロによって排出口Ａ（原稿反転排出時の排出口）に排出される。さらに、原稿トレイ２０２に次の原稿が有ることを検知した場合、前原稿と同様にコンタクトガラス２０６上に給送される。
第１トレイ２０８、第２トレイ２０９、第３トレイ２１０に積載された転写紙は、各々第１給紙ユニット２１１、第２給紙ユニット２１２、第３給紙ユニット２１３によって給紙され、縦搬送ユニット２１４によって感光体２１５に当接する位置まで搬送される。読み取りユニット２５０にて読み込まれた画像データは、書き込みユニット２５７からのレーザによって感光体２１５に書き込まれ、現像ユニット２２７を通過することによってトナー像が形成される。そして、転写紙は感光体２１５の回転と等速で搬送ベルト２１６によって搬送されながら、感光体２１５上のトナー像が転写される。その後、定着ユニット２１７にて画像を定着させ、排紙ユニット２１８に搬送される。排紙ユニット２１８に搬送された転写紙は、ステープルモードを行わない場合は、排紙トレイ２１９に排紙される。
【００１０】
図２は本発明による定着装置２１７の第１の実施の形態を示す概略図である。図２の構成において、定着ローラ１内には赤外線ヒータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを内蔵し、定着ローラ１表面に当接したサーミスタ等の温度検知素子３により温度を測定するようにしている。
測定した温度を、図示してないが、その温度を判断し、赤外線ヒータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃの点灯と消灯を制御する制御部により、定着ローラ１の表面温度を定着に適した温度範囲に保つよう構成している。
すなわち、予め設定された温度に比較して、温度検知素子３が測定した温度が高ければ、赤外線ヒータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃへの通電を止め、定着ローラ１の温度が上昇することを抑制する。
また、定着ローラ１の温度が設定された温度に比較して、温度検知素子３の測定した温度より低ければ、赤外線ヒータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃへ通電し、定着ローラ１の温度が低下するのを防ぐことによって、適切な温度範囲に定着ローラ１を保つようにする。
また、定着ローラ１には、表面をシリコーンゴムで被覆した加圧ローラ２が圧接され、定着ローラ１とともに回転するように設置されている。入口ガイド板５近傍で転写紙６上に形成された未定着トナー７は、この定着ローラ１と加圧ローラ２により形成されるニップ部Ｎを通過するときに熱を与えられ、溶融し、圧力を加えられることで転写紙に押し込まれ定着する。
定着ローラ１は芯金肉厚５ｍｍ以下の薄肉ローラである。通紙時の定着ローラ１の表面温度は、転写紙とトナーにより熱を奪われていくことによって、低下する傾向にある。
温度が低下し、予め設定された温度になったことを検知すると、赤外線ヒータへ通電が開始され、定着ローラ温度が前記設定温度より低下しないようにする。また、赤外線ヒータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃへ通電されることにより、定着ローラ１の温度が上昇する場合、予め設定された温度になったことを検知すると、赤外線ヒータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃへの通電を止める。
３本の赤外線ヒータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ配光分布は、赤外線ヒータ４Ａは配光分布が通紙範囲中央に集中している。赤外線ヒータ４Ｂは配光分布が端部に集中しているか、赤外線ヒータ４Ａに比べ通紙範囲中央に集中していない。赤外線ヒータ４Ｃの配光分布は赤外線ヒータ４Ｂに比べ端部に集中している。
【００１１】
図３は本発明の第１の実施の形態を説明するタイミングチャートを示す図である。図４は本発明の第２の実施の形態を説明するタイミングチャートを示す図である。第３の実施の形態のタイミングチャートは図３と図４の組合せであるので図示しない。
図３において、配光分布の異なる赤外線ヒータを３本装備した定着装置で、通紙中、定着ローラ１の温度（サーミスタ３位置）が低下し、設定温度Ｌに達した時点で赤外線ヒータ４Ａ→４Ｂ→４Ｃの順序で赤外線ヒータが点灯する。
配光分布の異なる赤外線ヒータを３本装備した定着装置で、通紙中以外、定着ローラ１の温度（サーミスタ３位置）が低下し、設定温度Ｌに達した時点で赤外線ヒータ４Ｃ→４Ｂ→４Ａの順序で赤外線ヒータが点灯する。これらの赤外線ヒータ点灯間隔は同間隔とした。
図４において、配光分布の異なる赤外線ヒータを３本装備した定着装置で、通紙中に定着ローラ１の温度（サーミスタ３位置）が上昇し、設定温度Ｈに達した時点で赤外線ヒータ４Ｃ→４Ｂ→４Ａの順序で赤外線ヒータが消灯する。
配光分布の異なる赤外線ヒータを３本装備した定着装置で、通紙中以外、定着ローラ１の温度（サーミスタ３位置）が上昇し、設定温度Ｈに達した時点で赤外線ヒータ４Ａ→４Ｂ→４Ｃの順序でヒータが消灯する。これらの赤外線ヒータ消灯間隔は同間隔とした。
【００１２】
図示しない第３の実施の形態において、配光分布の異なる赤外線ヒータを３本装備した定着装置で、通紙中に定着ローラ１の温度（サーミスタ３位置）が低下し、設定温度Ｌに達した時点で赤外線ヒータ４Ａ→４Ｂ→４Ｃの順序で赤外線ヒータが点灯する。
さらに、通紙中に定着ローラ１の温度（サーミスタ３位置）が上昇し、設定温度Ｈに達した時点で赤外線ヒータ４Ｃ→４Ｂ→４Ａの順序にこれらの赤外線ヒータが消灯する。
配光分布の異なる赤外線ヒータを３本装備した定着装置で、通紙中以外、定着ローラ１の温度（サーミスタ３位置）が低下し、設定温度Ｌに達した時点で赤外線４Ｃ→４Ｂ→４Ａの順序でヒータが点灯する。
さらに、配光分布の異なる赤外線ヒータを３本装備した定着装置で、通紙中以外、定着ローラ１の温度（サーミスタ３位置）が上昇し、設定温度Ｈに達した時点で赤外線ヒータ４Ａ→４Ｂ→４Ｃの順序でこれらの赤外線ヒータヒータが消灯する。赤外線ヒータ点灯間隔および消灯間隔は同間隔とした。
本発明によれば、定着ローラの温度を検知するためにサーミスタ等の温度検知手段を定着ローラ長手方向端部に設置し、定着ローラを加熱するために複数本の赤外線ヒータを設け、これら複数の赤外線ヒータは同時に点灯せず、また同時に消灯しないか、もしくは、複数の赤外線ヒータは同時に点灯せず、かつ同時に消灯しない。
したがって、配熱（配光）分布が異なる複数の赤外線ヒータを設け、これらの赤外線ヒータ消灯時（プリント動作中）は、通紙範囲の中央部に対し、定着ローラの端部に配熱量が集中しているヒータから順番に消灯するので、熱応答性が劣る（定着ローラ薄肉化によりさらに顕著）ために起こる定着ローラ中央部の温度低下を低減し、定着性劣化（コールドオフセット）を防止できる。
【００１３】
一方、ヒータ消灯時（プリント動作中以外）は、通紙範囲の中央部に配熱量が集中している加熱手段から順番に消灯するので、熱応答性が劣る（定着ローラ薄肉化によりさらに顕著）ために起こる定着ローラ中央部の温度過昇（オーバーシュート）を低減し、定着性劣化（ホットオフセット）や、定着ローラ表層（離型層）の耐熱温度を超えることによる離型層劣化を防止できる。
また、本発明によれば、配熱（配光）分布が異なる複数の赤外線ヒータを設け、プリント動作中のヒータ点灯時は、通紙範囲の中央部に配熱量が集中している赤外線ヒータから順番に点灯するので、熱応答性が劣る（定着ローラ薄肉化によりさらに顕著）ために起こる定着ローラ中央部の温度低下（オーバーシュート）を低減する。
さらに、赤外線ヒータ消灯時は、通紙範囲の中央部に対し、定着ローラの端部に配熱量が集中している赤外線ヒータから順番に消灯するので、熱応答性が劣る（定着ローラ薄肉化によりさらに顕著）ために起こる定着ローラ中央部の温度低下を低減する効果がさらに向上し、定着性劣化（コールドオフセット）を防止する効果もさらに向上する。
一方、プリント動作中以外のヒータ点灯時は、定着ローラの端部に配熱量が集中している赤外線ヒータから順番に点灯するので、熱応答性が劣る（定着ローラ薄肉化によりさらに顕著）ために起こる定着ローラ中央部の温度過昇（オーバーシュート）を低減する。
また、赤外線ヒータ消灯時は、通紙範囲の中央部に配熱量が集中している加熱手段（赤外線ヒータ）から順番に消灯するので、熱応答性が劣る（定着ローラ薄肉化によりさらに顕著）ために起こる定着ローラ中央部の温度過昇（オーバーシュート）を低減する効果がさらに向上する。
さらに、定着性劣化（ホットオフセット）や、定着ローラ表層（離型層）の耐熱温度を超えることによる離型層劣化を防止する効果もさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタル複写機の概略構成図。
【図２】本発明による定着装置の第１の実施の形態を示す概略図。
【図３】本発明の第１の実施の形態を説明するタイミングチャートを示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態を説明するタイミングチャートを示す図。
【符号の説明】
【００１５】
１    定着ローラ
２    加圧ローラ
３    温度検知手段（サーミスタ）
４Ａ  加熱手段（赤外線ヒータ）
４Ｂ  加熱手段（赤外線ヒータ）
４Ｃ  加熱手段（赤外線ヒータ）
６    転写紙
【図１】
2005221851.tif 000003
【図２】
2005221851.tif 000004
【図３】
2005221851.tif 000005
【図４】
2005221851.tif 000006