(57)【要約】  【課題】  複数のヒータを内蔵する定着ローラを有する定着装置を備えた画像形成装置において、定着ローラの非通紙領域に設けられた温度検知手段を用いて定着ローラの表面を一定温度に制御し、定着ローラの表面温度の不均一をなくす。  【解決手段】  定着ローラ６１はメインヒータＨ１とサブヒータＨ２を内蔵する。メインヒータＨ１は定着ローラ６１の中央部、サブヒータＨ２は定着ローラ６１の両端部を主として加熱する。定着ローラ６１の表面の非通紙領域にサーミスタ６３（温度検知手段）が接触する。サーミスタ６３の検知温度が基準温度Ｔｈ未満になると、定着ローラ中のサブヒータＨ２の通電を開始し、その後メインヒータＨ１の通電を開始し、検知温度が基準温度Ｔｈ以上になるとサブヒータＨ２の通電を終了し、その後メインヒータＨ１の通電を終了する。再び検知温度が基準温度Ｔｈ未満になると、以上の動作を繰り返す。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラ軸方向の中央部を主として加熱する第１の発熱体と、ローラ軸方向の両端部を主として加熱する第２の発熱体とを内蔵した定着ローラと、前記定着ローラに圧接した加圧ローラと、前記定着ローラ表面の非通紙領域に設けられた温度検知手段と、前記温度検知手段による検知温度に基づき前記第１の発熱体及び前記第２の発熱体への通電を制御する制御部とを有し、
前記制御部が、前記第１の発熱体および前記第２の発熱体への通電を制御して前記定着ローラの表面温度を一定温度に維持する場合、前記検知温度が前記一定温度に対応した基準温度未満になるといずれかの発熱体への通電を開始し、その後にもう一方の発熱体への通電を開始する一方、前記検知温度が前記基準温度以上になると先に通電を開始した発熱体への通電を終了し、その後または同時に、後に通電を開始した発熱体への通電を終了することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
先に通電を開始する発熱体が第１の発熱体であることを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
【請求項３】
先に通電を開始する発熱体が第２の発熱体であることを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ローラと加圧ローラとを有する定着装置を備えた画像形成装置に関し、より詳細には非通紙領域に設けられた温度検知手段を用いて定着ローラの温度制御を行う画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた画像形成装置において、ヒータを内蔵した定着ローラと加圧ローラとを圧接させ、このローラ間に、未定着トナー画像を担持した用紙を通過させてトナーを用紙に定着させる熱ローラ方式の定着装置がこれまで広く用いられている。
【０００３】
この熱ローラ方式の定着装置において、省エネルギーの観点から、２つ以上のヒータを定着ローラに内蔵させて、定着ローラの表面温度を部分的に上げることができるようにし、用紙が通過する領域だけローラ表面温度を上げて定着することも行われている。例えば、原稿位置合わせを原稿載置台中央で行う装置の場合、定着ローラの軸方向中央部を主として加熱するヒータと、軸方向両端部を主として加熱するヒータとを定着ローラに内蔵させて、用紙が縦方向（幅の狭い方向）で搬送されるときには中央部を主として加熱するヒータのみを通電させてトナーの定着処理を行い、節電を図っている。
【０００４】
また、定着ローラの表面温度を一定に維持するために、サーミスタ温度計（以下、「サーミスタ」と略すことがある）などの温度検知手段を定着ローラ表面に取り付け、サーミスタの検知温度に基づき定着ローラに内蔵されたヒータの通電を制御することが一般的に行われている。定着ローラの表面温度を精度よく検知するには用紙が通過する領域にサーミスタを取り付けるのがよい。しかし、サーミスタを定着ローラ表面に取り付けると、サーミスタとの摺擦によって定着ローラ表面に傷がつき、定着ローラの離型性が低下したり、あるいはサーミスタに未定着トナーが付着し、コピー画像の汚れが発生したり、温度検知精度が低下することがあった。そこでこのような不具合を防止するため、定着ローラにおいて用紙が通過しない領域（以下、非通紙領域という）に温度検知手段を設けることが行われつつある（例えば特許文献１、特許文献２）。
【特許文献１】特開平９−３１１５８１号公報（特許請求の範囲、図１）
【特許文献２】特許２６４１２９４号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、昨今の省エネルギーに対応する必要性から、定着ローラにおいて、ウォームアップにかかる時間の短縮のために低熱容量化を進め、その一方で加圧ローラの圧接荷重による撓みを防止するため、薄肉の鉄管を使用したシステムを構成する必要が生じてきた。
【０００６】
薄肉の鉄管は熱容量が小さく、電源投入からの立ち上がりが早くできる反面、熱伝導性が悪く、従来以上に精度よく温度制御を行う必要がある。具体的には、軸方向の熱の移動が小さいため、少しの発熱源の発熱ムラがそのまま定着ローラの表面の温度ムラとして表れる。さらに、非通紙領域に設けた温度検知手段を用いて定着ローラに内蔵されたヒータの通電による温度制御を行う場合は、温度検知位置と熱を消費する位置が離れているため、温度の変化を感知するのが遅れ、定着ローラ中央部の表面温度が適温の範囲から外れる可能性がある。これらの理由により、定着不良を起こしやすいという問題がある。
【０００７】
また、２つ以上のヒータを定着ローラに内蔵させた定着装置では、メインヒータとサブヒータとに同時に通電すると突入電流が流れ、電源電圧が一時的に低下することとなり、他の部分にフリッカーなどの悪影響が出るおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明では、金属管を用い、複数の発熱体を内蔵した定着ローラがどのような温度分布状態であっても、非通紙領域に設けた温度検知手段を用いて所定の温度分布に制御できるようにし、省エネルギーのために定着ローラを薄肉の鉄管を用いた構成とする場合でも、定着ローラの表面温度不均一により定着不良をおこす問題を解決し、併せて突入電流を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明の画像形成装置では、ローラ軸方向の中央部を主として加熱する第１の発熱体と、ローラ軸方向の両端部を主として加熱する第２の発熱体とを内蔵した定着ローラと、この定着ローラに圧接した加圧ローラと、前記定着ローラ表面の非通紙領域に設けられた温度検知手段と、前記温度検知手段による検知温度に基づき第１の発熱体および第２の発熱体への通電およびそのタイミングを制御する制御部とを有し、前記制御部が前記第１の発熱体および前記第２の発熱体への通電を制御して前記定着ローラの表面温度を一定温度に維持する場合、前記検知温度が前記一定温度に対応した基準温度未満になるといずれかの発熱体への通電を開始し、その後にもう一方の発熱体への通電を開始する一方、前記検知温度が前記基準温度以上になると先に通電を開始した発熱体への通電を終了し、その後または同時に、後に通電を開始した発熱体への通電を終了する構成とする。
【００１０】
また、本発明の画像形成装置では、定着ローラ中央部の表面温度が低下するのを一層確実に防止するために、先に通電を開始する発熱体が第１の発熱体である構成とする。
【００１１】
また、本発明の画像形成装置では、定着ローラ両端部の表面温度の低下および定着ローラ中央部の表面温度の過上昇を一層確実に防止するために、先に通電を開始する発熱体が第２の発熱体である構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、先に通電を開始した発熱体の通電終了を、後に通電を開始した発熱体の通電終了以前に行うので、第１の発熱体による加熱領域と第２の発熱体による加熱領域との間の温度差が極端に開かないようにすることができる。
【００１３】
また、第１の発熱体と第２の発熱体への通電量を通電時間の制御により自由に配分できるため、定着ローラ中央部の表面温度が両端部よりも高いと推定される場合には、第１の発熱体への通電を先に開始したときには第１の発熱体の通電終了から第２の発熱体の通電終了までのタイミングのずれを大きくすること、一方、第２の発熱体への通電を先に開始したときには第１の発熱体への通電開始のタイミングを遅らせることにより、第２の発熱体への通電量を第１の発熱体よりも多くすることで定着ローラ全体の温度を均一に一定温度にでき、突入電流の防止もできる。
【００１４】
また、定着ローラ中央部の表面温度が両端部よりも低いと推定される場合には、第１の発熱体への通電を先に開始したときには第２の発熱体への通電開始のタイミングを遅らせること、一方、第２の発熱体への通電を先に開始したときには第２の発熱体の通電終了から第１の発熱体の通電終了までのタイミングのずれを大きくすることにより、第１の発熱体への通電量を第２の発熱体よりも多くすることで定着ローラ全体の温度を均一に一定温度にでき、突入電流の防止もできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図１は、本発明の画像形成装置の実施形態の一つである複写機の概略構成図である。本体ハウジング１は、上ハウジング１１と下ハウジング１３と、その間に位置する連結ハウジング１２とを有し、上ハウジング１１の上には原稿搬送部２が載置される。原稿搬送部２は紙面の奥側を支点として開閉自在に取り付けられている。
【００１６】
原稿搬送部２は、原稿給紙トレイ２１と原稿搬送部本体２２、原稿排紙トレイ２３、原稿カバー２４とを備える。原稿排紙トレイ２３は、原稿カバー２４上面の一部として一体に形成されている。原稿搬送路ｄの延長上の上流端に原稿給紙トレイ２１が配設され、下流端に原稿排紙トレイ２３が配設されている。原稿搬送部本体２２内の原稿搬送路ｄには、原稿搬送方向上流側から順にピックアップローラ２２ａ、搬送ローラ対２２ｂ、レジストローラ対２２ｃ、排出ローラ対２２ｄが設けられている。そして、レジストローラ対２２ｃと排出ローラ対２２ｄとの間に画像読取り部２５が設けられている。原稿給紙トレイ２１に画像面を上向きにセットされた画像原稿（不図示）は、コピー開始ボタン（不図示）がオンされると、前記各ローラによって搬送路ｄを搬送され、途中画像読取り部２５で露光部３によって画像が読み取られる。
【００１７】
露光部３は上ハウジング１１に内蔵されている。露光部３は、露光ランプ３１と反射板３２、第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６、イメージセンサ（例えばライン型のＣＣＤ）３７を備える。露光ランプ３１と第１ミラー３３は第１キャリッジ（不図示）上に搭載され、第２ミラー３４、第３ミラー３５は第２キャリッジ（不図示）上に搭載されている。いわゆるシートスルー方式で原稿画像を読み取る場合には、第１キャリッジが画像読取り部２５の直下に移動し、露光ランプ３１からの光照射光が移動中の原稿を露光する。照射光は第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６を通じてＣＣＤ３７に到達して光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。他方、原稿固定方式で原稿画像を読み取る場合には、原稿載置板２６上に載置された原稿画像は露光部３による読取走査を受けることにより、ＣＣＤ３７上に縮小結像され、光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。
【００１８】
下ハウジング１３内には、給紙部４と画像形成部５、定着装置６とが内蔵されている。給紙部４についてまず説明する。下ハウジング１３の下部には用紙Ｐが収容された給紙カセット４１が配設され、用紙Ｐはここからコロ４２により１枚ずつ搬送路へ送り出される。また、下ハウジング１３の左側下部には開閉可能な給紙トレイ４３が備えられており、ここに用紙Ｐを載置しておくことにより、前記と同様に用紙はコロ４４により１枚ずつ搬送路へ送り出される。
【００１９】
次に画像形成部５について説明する。画像形成部５は、感光体ドラム５１と、その周囲に配設された帯電器５２、光走査ユニット５３、現像器５４、転写ローラ５５、クリーニング器５６とを備える。感光体ドラム５１は時計回りに回転し、まず帯電器５２により感光体ドラム５１の表面は均一に帯電される。次に、光走査ユニット５３から感光体ドラム５１の表面にレーザ光が照射されて、用紙Ｐに形成される画像の部分又は前記画像以外の部分に相当する電荷が消去され、感光体ドラム５１の表面に静電潜像が形成される。そして現像器５４によって感光体ドラム５１上の静電潜像にトナーが供給され静電潜像が顕像化する。
【００２０】
感光体ドラム５１がさらに回転し、トナー画像が転写ローラ５５と対向する位置に来たときに、それに合わせて、感光体ドラム５１と転写ローラ５５との間に用紙Ｐが搬送されてくる。このとき転写ローラ５５に、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されることにより、感光体ドラム５１上のトナー画像が用紙Ｐ上に転写される。感光体ドラム５１上の転写されなかった残留トナーはクリーニング器５６によって感光体ドラム５１上から除去される。一方トナー画像が転写された用紙Ｐは後述する定着装置６に搬送され、ここでトナー画像は加熱・加圧されて用紙に定着し、排紙経路を通って排紙トレイ７ａ、７ｂに排出される。
【００２１】
次に定着装置６について説明する。定着装置６は、定着ローラ６１と加圧ローラ６２とが圧接してなる。図２に定着装置６の拡大構成図を示す。定着ローラ６１の非通紙領域には定着ローラ６１の表面温度を検知するためのサーミスタ６３（温度検知手段）が設けられている。また、定着ローラ６１にはメインヒータＨ１（第１の発熱体）とサブヒータＨ２（第２の発熱体）が内蔵されている。
【００２２】
本発明において、定着ローラ本体６１ａは、省エネルギーの観点からウォームアップタイムを短縮するために熱容量を減らすことと加圧ローラとの圧接により撓みが生じることとを勘案して、用いる金属管の材質、寸法を決定する。例えば、肉厚が０．３ｍｍ、外径が３１．４ｍｍの鉄管といった材質、寸法を採用できる。
【００２３】
また、加圧ローラは、トナーの定着に要するニップ幅、荷重を確保し、省エネルギーの観点からできるだけ熱容量を減らすことを勘案して、用いる材料の材質、寸法を決定する。例えば、外径が１２ｍｍの鉄棒６２ａに、弾性層６２ｂとしてＪＩＳ  Ａ硬度５°のシリコーンゴムを設け、表面離型層として膜厚５０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、外径を２５ｍｍといった材質、寸法を採用できる。
【００２４】
本発明で使用する発熱体としては従来公知のものを使用できるが、中でも瞬暖性が得られることからハロゲンヒータが好ましい。また本発明で使用する温度検知手段としては従来公知のものを使用できる。
【００２５】
図３に、これらのヒータＨ１、Ｈ２の配熱パターン例を示す。この図から理解されるように、メインヒータＨ１は定着ローラ６１の中央部を主として加熱し、サブヒータＨ２は定着ローラ６１の両端部を主として加熱するように設定されている。また、メインヒータＨ１とサブヒータＨ２の両方を通電したときには定着ローラの軸方向の表面温度分布が一定となるように配熱パターンが組み合わされている。サブヒータＨ２の消費電力は、メインヒータＨ１とサブヒータＨ２の両方を通電した場合でも、装置の総消費電力内に収まるように設定してある。
【００２６】
この定着装置における定着ローラ中央部の長さは約２１０ｍｍとされ、Ａ４用紙（２９７ｍｍ×２１０ｍｍ）が縦方向に搬送されてきた場合の通紙領域と一致させてある。またメインヒータＨ１とサブヒータＨ２の全長はどちらも３１０ｍｍとされ、Ａ４用紙が横方向で搬送されてきた場合でもその通紙領域をカバーさせてある。なお、図３において左側が画像形成装置の正面側、右側が画像形成装置の背面側である。
【００２７】
図２において、サーミスタ６３によって検知された定着ローラ６１の表面温度は制御部６４に送られ、この検知温度に基づいてメインヒータＨ１とサブヒータＨ２の入切制御がなされる。具体的には制御部６４は、通紙領域が定着ローラ６１の中央部よりも広い場合には、メインヒータＨ１とサブヒータＨ２へ通電され、所定の定着用温度を維持するように制御される。図４に、画像形成処理中のメインヒータＨ１とサブヒータＨ２の入切制御のタイミングチャートの一例を示す。
【００２８】
図４において、サーミスタによる検知温度が画像形成処理中の基準温度Ｔｈ１未満になると、まずサブヒータＨ２への通電が開始される。そしてＴ１秒後にメインヒータＨ１へ通電が開始される。これにより突入電流およびフリッカーの発生が防止される。通電開始時期のずれ時間Ｔ１は、定着ローラを迅速に加熱する観点から、突入電流およびフリッカーが発生しない範囲でできる限り短い時間とするため、０．３〜１．５秒が好ましく、０．３秒程度に短縮できればより好ましい。
【００２９】
メインヒータＨ１とサブヒータＨ２とによる加熱で定着ローラの表面温度が上昇し、サーミスタの検知温度がＴｈ１以上になると、まずサブヒータＨ２へ通電が終了され、Ｔ２秒後にメインヒータＨ１の通電が終了される。定着状態では、定着ローラの通紙領域は用紙に熱を奪われ、温度が下がりやすく、その一方、非通紙領域は用紙に熱を奪われることがなく、主に両端部から放熱されるだけなので温度が下がりにくい。そのため、定着ローラの通紙領域の表面温度の変化とサーミスタの検知温度の変化にずれが生じる。また、通過する用紙の幅が広い場合と狭い場合とでは、定着ローラ上の通紙領域が異なることから定着ローラ中央部の熱の奪われ方が異なるため、前記ずれも異なる。本発明では、サブヒータＨ２の通電終了の後でメインヒータＨ１の通電を終了させることによって、メインヒータＨ１とサブヒータＨ２の発熱量を調整することにより、定着前記温度の変化のずれを補正および定着処理中の定着ローラ中央部の表面温度の低下、ムラを防止している。
【００３０】
通電開始時期のずれ時間Ｔ１および通電終了時期のずれ時間Ｔ２は、定着ローラの軸方向長さや材質、通過する用紙の大きさ、厚さ、通紙速度などによって各々について適当な値を設定し、これらの設定値で使用条件に合致するものを制御部６４で選択すればよい。例えば、通過する用紙の幅が狭くなるほど、通電終了時期のずれ時間Ｔ２を長くする。通過する用紙の幅が狭いと、通紙領域とサーミスタ設置位置との距離が長くなるため前記温度変化のずれが大きくなり、中央部の温度を上げる必要があるからである。
【００３１】
また、用紙の厚さが異なる場合、具体的には、国内紙（６４ｇ／ｍ２）Ａ３サイズにおいては、サブヒータＨ２通電開始０．６秒後にメインヒータＨ１通電開始、サブヒータＨ２通電終了０．３秒後にメインヒータＨ１通電終了、ヨーロッパ紙（８０ｇ／ｍ２）Ａ３サイズにおいては、サブヒータＨ２通電開始０．３秒後にメインヒータＨ１通電開始、サブヒータＨ２通電終了０．３秒後にメインヒータＨ１通電終了、のように、制御することによりいずれの用紙についても定着不良の発生を防止できた。
【００３２】
一方、省エネルギーの観点から、制御部は画像形成処理が終了すると定着ローラ表面が定着用温度よりも低い待機用温度を維持するようにメインヒータＨ１およびサブヒータＨ２への通電を制御する。
【００３３】
このような待機状態においては、用紙が通紙されないため定着ローラ中央部の熱は蓄積される一方、定着ローラ端部の熱は外部へ放熱されやすくなる。このため、定着ローラ端部の非通紙領域に設けられたサーミスタの検知温度に基づいて定着処理時と同じ通電制御を行うと、定着ローラ中央部の温度が上がりすぎるおそれがある。そこで、待機状態においては、メインヒータＨ１とサブヒータＨ２への通電を次のように制御するのが好ましい。図５に、待機状態のメインヒータＨ１とサブヒータＨ２の入切制御のタイミングチャートの一例を示す。
【００３４】
図５において、サーミスタによる検知温度が待機用温度に対応した基準温度Ｔｈ２未満になると、まずメインヒータＨ１への通電が開始される。そしてＴ３秒後にサブヒータＨ２へ通電が開始される。これにより前記と同様に突入電流およびフリッカーの発生が防止される。通電開始時期のずれ時間Ｔ３としては、ずれ時間Ｔ１と同じ好適範囲が適用される。
【００３５】
メインヒータＨ１とサブヒータＨ２とによる加熱で定着ローラの表面温度が上昇し、サーミスタの検知温度が基準温度Ｔｈ２以上になると、まずメインヒータＨ１への通電が終了され、Ｔ４秒後にサブヒータＨ２の通電が終了される。待機状態では定着ローラの中央部よりも端部の方が放熱量が多いので、定着ローラ中央部の表面温度の変化とサーミスタの検知温度の変化とでずれが生じるおそれがあるが、上記のようにメインヒータＨ１の通電終了に遅れてサブヒータＨ２の通電を終了させることによって、サブヒータＨ２の通電時間を調整して前記温度変化のずれを補正して、待機状態の定着ローラ中央部の表面温度の過上昇を防止する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図。
【図２】図１の画像形成装置で使用する定着装置の概略構成図。
【図３】定着ローラのヒータの配熱分布と用紙の通過領域とを示す図。
【図４】画像形成中のメインヒータおよびサブヒータの通電開始・終了のタイミングを示す図。
【図５】待機状態のメインヒータおよびサブヒータの通電開始・終了のタイミングを示す図。
【符号の説明】
【００３７】
６１    定着ローラ
６２    加圧ローラ
６３    サーミスタ（温度検知手段）
６４    制御部
Ｈ１    メインヒータ（第１の発熱体）
Ｈ２    サブヒータ（第２の発熱体）
Ｔ１    通電開始時期のずれ時間
Ｔ２    通電終了時期のずれ時間
Ｔ３    通電開始時期のずれ時間
Ｔ４    通電終了時期のずれ時間
【図１】
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【図２】
2005227418.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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