JP2008134332A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のヒータで加熱される定着ローラの表面温度を精度よく制御できる定着装置を提供する。
【解決手段】 検出エリア切換部６５により遮蔽部材６５における開口６５１１．６５１２を切り換えることにより、定着ローラ６２表面における異なる範囲の検出領域Ａと検出領域Ｂの温度Ｔａ、Ｔｂを赤外線センサ６４により検出する。この検出温度Ｔａと、検出温度ＴａとＴｂの差分ΔＴの値から、そのときの定着ローラ６２の長手方向全体における温度分布曲線を予測し、あらかじめ温度分布曲線ごとにメインヒータとサブヒータの制御量が設定された制御テーブルを参照しながら各ヒータへの通電制御を行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、記録シート上に転写されたトナー画像を当該記録シートに定着させる定着装置およびこれを備えた画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式の画像形成装置においては、感光体ドラムを露光走査して当該ドラム表面に形成された静電潜像を、現像装置で現像してトナー画像を形成し、これを記録シート上に転写した後、定着ローラで加熱圧接して定着するように構成されている。
定着ローラの加熱手段として、当該定着ローラの中空部にたとえばハロゲンランプヒータやセラミックヒータなどが内蔵されている。定着時において定着ローラの温度は、定着に必要な適当な温度域に維持される必要があるが、多数の記録シートを連続して定着する場合には、どうしても中央の通紙部分の温度がその両端部の温度より大きく低下してしまうので、通常、定着ローラの加熱手段は、その両端部を加熱するヒータと、頻繁に使用するサイズの用紙幅とほぼ同じ幅の中央部を加熱するヒータとを備えている。

従来、このような複数のヒータを備えた定着ローラの温度制御は、定着ローラ通紙部分である中央部と非通紙部分である端部の表面温度を別個に検出して、独立に個々のヒータへの通電を制御して、定着ローラがその長手方向全体にわたり所定の定着温度の範囲内に維持するように構成されている。
特開２００１−２６５１５６号公報

しかしながら、上述のような制御では、定着ローラの表面温度を精度よく制御できないという問題がある。
すなわち、熱伝導により相互のヒータによる定着ローラに与えられた熱量が他方のヒータの加熱領域まで伝わっていくので、従来のように単に中央部と両端部の温度を検出してそれぞれ独立に温度制御する方法では、定着ローラの長手方向全体の温度分布が考慮されていないため、定着ローラの長手方向において生じる温度むらを適正に是正するのが困難であり、また、特に中央部のヒータと両端部のヒータの加熱範囲の境界部はどうしても若干重なり合う部分があり、双方のヒータによる加熱により温度が異常に高くなって定着不良が生じるおそれがある。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、複数の加熱手段で加熱される定着ローラなどの圧接部材の表面温度を精度よく制御できる定着装置および当該定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、複数の加熱手段により加熱された圧接部材によりトナー像が転写された記録シートを圧接して定着させる定着装置であって、前記複数の加熱手段は、前記記録シートの搬送される第1の方向と直交する第２の方向に配列されており、前記圧接部材における、前記第２の方向において範囲の異なる２以上の検出領域の表面温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果に基づき、前記圧接部材の、前記第２の方向における表面温度分布を予測して前記複数の加熱手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、従来のように定着装置の圧接部材を加熱する複数の加熱手段を別個独立に制御するのではなく、複数の加熱手段の配列される第２の方向における圧接部材表面の温度分布を予測しながら各加熱手段を制御するようにしているので、きめ細かく、より精度の高い温度制御が可能となる。
ここで、前記制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づき予測される表面温度分布に応じて、各加熱手段の制御量を示すテーブルを記憶する記憶部を備え、当該テーブルを参照して前記各加熱手段を制御するようにしてもよい。

これにより、制御手段は、圧接部材の表面温度分布を予測して予め作成されたテーブルに基づき、容易に温度制御を実行できる。
また、前記温度検出手段は、記録シートの定着の結果、前記第２の方向において温度変化の生じる部分における範囲の異なる２以上の検出領域の表面温度を検出するようにしてもよい。

このように範囲の異なる少なくとも２以上の検出領域の表面温度を検出することにより、圧接部材の表面温度分布を予測することが可能となる。
また、ここで前記温度検出手段は、１個の赤外線センサと、前記赤外線センサによる検出領域を２以上に変更させる検出領域変更手段とを備え、前記変更された２以上の検出領域の温度をそれぞれ検出するようにしてもよい。

このようにすれば、赤外線センサが1個で済むので、装置のコストダウンが図れる。
さらに、ここで、前記検出領域変更手段は、前記赤外線センサのセンサ面と前記圧接部材との間に前記第２の方向において幅の異なる開口を２以上有する遮蔽部材を備え、当該遮蔽部材を移動させて開口を切り換えることにより赤外線センサの検出領域を変更させるようにしてもよい。

これにより異なる２以上の検出領域を容易に切り換えることができる。
ここで、また、前記検出領域変更手段は、前記赤外センサによる検出領域を、第1の検出領域と、当該第１の検出領域よりも前記第２の方向において幅が広い領域であって、かつ、その領域の前記第２の方向における中央部を除いた位置に前記第１の検出領域を含む第２の検出領域とに変更するようにしてもよい。

このようにすれば、検出領域が２種類であっても、表面温度分布の特徴を的確に把握できる。
また、さらに前記制御手段は、通紙される記録シートのサイズと、前記温度検出手段の検出結果とに基づき前記表面温度分布を予測することを特徴としてもよい。
これにより、通紙する記録シートのサイズに応じてきめ細かく表面温度分布を予測することができる。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記定着装置を備えているため、定着温度を高精度に制御でき、定着不良のない良好な画像を形成することができる。
ここで、前記制御手段は、現在実行されている動作モードと、前記温度検出手段の検出結果に基づき前記表面温度分布を予測して的確に定着温度を制御するようにしてもよい。
これにより、実行する動作モードに応じてきめ細かく表面温度分布を予測することができ、定着装置の温度制御の精度がより向上する。

以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態を、モノクロの電 子写真方式の複写機（以下、単に「複写機」という。）を例にして説明する。
（１）複写機の構成の概略
図１は、複写機１の全体の構成を示す概略図である。この複写機１は、原稿画像を読み取るイメージリーダ部１０と、読み取った画像を記録シート上にプリントして再現するプリンタ部２０とから構成される。

イメージリーダ部１０は、プラテンガラスに載置された原稿画像をスキャンし、これを電気信号に変換して画像データを得る周知のものである。
イメージリーダ部１０で得られた画像データは、制御部１００においてＡ／Ｄ変換されてデジタル信号となり、さらにシェーディング補正や濃度変換、エッジ強調など必要な処理を加えられた後、レーザダイオードの駆動信号として出力される。

プリンタ部２０は、電子写真方式により記録シート上に画像を形成するものであって、露光走査部３０と画像プロセス部４０と給紙部５０などからなる。
露光走査部３０は、レーザダイオード３１、ポリゴンミラー３２、走査レンズ３３などを備える。レーザダイオード３１は、上記制御部１００からの駆動信号を受けて光変調されたレーザ光を発光する。この発光されたレーザ光は、定速で回転駆動されるポリゴンミラー３２のミラー面で反射して偏向され、走査レンズ３３を通過して、画像プロセス部４０の感光体ドラム４１表面を露光走査する。

画像プロセス部４０は、当該感光体ドラム４１の周囲にクリーナ４２やイレーサランプ４３、帯電チャージャ４４および現像器４５などを配して構成される。感光体ドラム４１は、上記露光を受ける前にクリーナ４２で感光体表面の残留トナーを除去され、さらにイレーサランプ４３に照射されて除電された後、帯電チャージャ４４により一様に帯電されており、このように一様に帯電した状態で露光を受けると、感光体ドラム４１の表面の感光体に静電潜像が形成される。

当該静電潜像は、現像器４５により現像されてトナー像が形成される。このトナー像は、当該作像動作と同期して給紙部５０から給紙されてきた記録シート上に転写され、定着装置６０において熱定着された後、排紙トレイ６１上に排出され、これにより原稿の画像データに基づく画像形成が終了する。
図２は、定着装置６０とその制御系の概要を示す図である。

同図に示すように定着装置６０は、内部にメインヒータ６２１とサブヒータ６２２が内蔵された定着ローラ６６と圧接ローラ６３と、それらのローラ対を収納する保温用の筺体６１などを備える。なお、実際には、定着ローラ６２の表面を清掃するクリーニング部材なども設けられる場合もあるが、ここでは省略している。
この筺体６１の側面には定着ローラ６６の表面温度を検出するための赤外線センサ６４及び検出エリア切換部６５が設置されている。検出エリア切換部６５は、検出エリア切換制御部６７の制御を受けて、赤外線センサ６４の検出する領域を切り換えて、１個の赤外線センサ６４により定着ローラ６６表面の、記録シートＳの搬送方向と直交する方向（以下、単に「長手方向」という。）における異なる範囲の温度検出を可能ならしめる。

ＣＰＵ１１０は全体の制御部１００（図１）の中核をなすものであり、ＲＯＭ１１２から複写機１各部の制御に必要なプログラムやパラメータを読み出して、これに基づきイメージリーダ部１０やプリンタ部２０の動作を制御して円滑に画像形成動作を実行させるものであるが、図２では定着装置６０の温度制御の説明に必要な範囲で開示している。
なお、ＲＡＭ１１１は、各種の制御変数などを一時記憶すると共にプログラム実行時のワークエリアを提供するものである。

ＣＰＵ１１０は、赤外線センサ６４の検出出力に基づいて、現在の定着ローラ６２の長手方向における表面温度の分布を予測して、定着ヒータ電力供給部６６からメインヒータ６２１とサブヒータ６２２に供給される電力を制御し、これにより定着ローラ６２の表面温度が長手方向にわたり定着に最適な温度に維持されるようにする。詳しくは後述する。
図３は、定着ローラ６２および赤外線センサ６４による検出位置を示す概略図である。同図において定着ローら６２は、その内部のメインヒータ６２１、サブヒータ６２２の位置関係が看取できるようにローラ外周部を透かした状態で図示している。

当該図３に示すように定着ローラ６２内のメインヒータ６２１は、当該定着ローラ６２の長手方向における中央部を加熱するように配置されている。その加熱範囲は機種や仕様によって異なるが、たとえば、一般的に使用頻度の高いＡ４サイズの縦方向の長さよりわずかに広い範囲を加熱するように設定される。サブヒータ６２２は、当該メインヒータ６２１より外側の両端部を加熱する。

検出エリア切換部６５および赤外線センサ６４は、本実施の形態においては定着ローラ６２側に対して矢印で示す位置を検出するように配設される。
図４（ａ）（ｂ）は、上記赤外線センサ６４、および検出エリア切換部６５の構成を示す概略断面図である。
同図（ａ）に示すように赤外線センサ６４は、ベース６４４にサーモパイルチップ６４３を搭載して、これを覆うようにキャップ状のケース６４１がベース６４４に取着される。ケース６４１の頂部には赤外線が入射するための開口部６４５が設けられ、この開口部６４５には集光用のシリコンレンズ６４２が取着される。

このような赤外線センサ６４の前面（定着ローラ６２側）には、その検出範囲を切り換えるための検出エリア切換部６５が配設される。
当該検出エリア切換部６５は、異なる２種類の幅のスリット６５１１、６５１２を備えた遮蔽板６５１を、駆動機構６５２により定着ローラ６２の長手方向（図の左右方向）に移動させることにより、定着ローラ６２の表面における検出領域を変更するように構成されている。本実施の形態では、定着ローラ６２の例では検出領域Ａの幅は狭く、検出領域Ｂの幅は、この検出領域Ａを含む広い幅に設定し、それぞれの領域の表面温度Ｔａ、Ｔｂを検出する。

赤外線センサによる温度検出は、検出領域の単位面積あたりの赤外線放射量により求められるので、検出領域Ａ，Ｂのそれぞれにおける総検出面積、もしくは補正係数があらかじめ求められてＲＯＭ１１２に格納されており、ＣＰＵ１１０は各場合の赤外線センサ６４の出力値をその際の検出領域の面積の総和で除算し、あるいは補正係数を積算するなどの適当な演算を行うことにより、適正な温度検出が可能になっている。その結果、温度Ｔａ、Ｔｂは、それぞれ検出領域Ａ、Ｂの平均温度として検出されることになる。

また、検出領域Ａの範囲は、検出領域Ｂの範囲の長手方向中央部を除く位置にあることが望ましい（本実施の形態では、検出領域Ａは、検出領域Ｂの右端の方に位置するように設定される）。このようにすることにより、表面温度ＴａとＴｂの差がより明確になるし、また、当該差分の正負により検出範囲Ｂにおける曲線のおよその傾向（単純増加か単純減少）が判別できるからのである。詳しくは後述する。

なお、遮蔽板６５１を上述のように長手方向に移動させる駆動機構６５２は、公知のソレノイド、カム機構、ねじ送り機構など、特に限定されないが、コスト面と駆動速度の早さの観点からすれば、ソレノイドが望ましいであろう。
また、遮蔽板６５１は、本実施の形態では、たとえば、不透明な樹脂により形成しているが、もちろん赤外線を透過しない材料であれば特に限定されない。

以上のように範囲の異なる２つの検出領域の温度を検出することにより、定着ローラ６２の長手方向における温度分布を推測することができる。
図５は、最初、長手方向に温度分布が均一であった定着ローラ６２に高速処理（毎分プリント枚数（ＣＰＭ）がたとえば６０枚）により所定枚数通紙することにより、中央部の表面温度が１６６℃まで低下したときの当該定着ローラ６２表面の長手方向の温度分布曲線の例を示す図である。

同図において、横軸が定着ローラ６２の一端（本例では図３の左端）からの距離を示す）、縦軸が表面温度を示している。また、矢印Ｐは、図４における検出領域Ａの検出個所を示すものである。
通常、待機状態では、所定の温度（本例では１８２℃）で長手方向にほぼ均一な温度分布であるが、通紙を開始しだすと、その記録シートにより通紙部分の熱量が奪われて温度が低下するため、メインヒータ６２１により加熱する。

記録シートの定着枚数が増えるに連れて徐々に中央の通紙部分の温度は低下するが、メインヒータ６２１の加熱範囲の通紙されていない両端の部分は温度が高くなり、一方、このときサブヒータ６２２はＯＦＦの状態なので、自然放熱により外側にいくほど徐々に低くなり、図５のように中央に凹部が形成され、その両端が上方に盛り上がり、外側に向けて徐々に下がる温度分布曲線となる。

ここで、実線の曲線はＡ４サイズの記録シートを通紙したとき、破線の曲線はＡ５サイズの記録シートを通紙したとき、さらに点線の曲線はＡ６サイズの記録シートの通紙したときの温度分布をそれぞれ示しており（全て縦方向の通紙）、記録シートの幅が狭くなるに合わせて温度分布曲線の中央部の凹部の幅も狭くなっている。
なお、図５は、温度分布曲線の傾向を説明するための一例であって、同じ記録シートのサイズであっても、ヒータの加熱能力、連続定着枚数、ＣＰＭ、使用する記録シートの厚みなどによっても温度分布曲線が異なってくる。

このような温度分布曲線を参照して、メインヒータ６２１、サブヒータ６２２の通電量を細かに制御することにより、精度の高い温度制御が可能になる。定着ローラ６２の長手方向において、連続して温度検出するようにすれば、図５のような正確な温度分布曲線を求めることができるが、温度センサが多数必要になり多大なコストアップが避けられない。

そこで、本実施の形態では、上記図４に示した1個の赤外線センサ６４による検出領域Ａの検出温度Ｔａと検出領域Ｂの検出温度Ｔｂから、定着ローラ６２の長手方向全体における表面の温度分布を推測するようにしている。
すなわち、図５の温度分布曲線を見ても分かるように、中央の通紙部分を除き、他の個所では、長手方向に温度が変化する曲線を形成しており、その一部の範囲の曲線の形状は、その全体の温度分布に応じて異なっている。したがって、当該一部の範囲の温度分布曲線の特徴を把握すれば、およそ全体の温度分布曲線も推測できるのである。

図６は、異なる２つの温度分布曲線Ｄ１、Ｄ２における検出領域Ｂの範囲を拡大して摸式的に示す図である。
まず、検出領域Ａの温度Ｔａの値に着目すると、温度分布曲線Ｄ１の方が温度分布曲線Ｄ２より高い。また、検出領域Ｂの検出温度Ｔｂは、この範囲における平均温度を示すから、ＴａとのＴｂとの差分Ｔａ−Ｔｂ＝ΔＴを計算すると、減少率の大きい温度分布曲線Ｄ１の方がΔＴの値が大きくなることが分かる。したがって、Ｔａの値とΔＴの値により検出領域Ｂにおける温度分布曲線の特徴を把握することができ、これにより全体の温度分布曲線も予測することができるものである。

なお、図４に示したように検出領域Ａが、検出領域Ｂの端部分に設定されているため、中央部に設けられている場合よりもＴｂとの差分がより明確であるといえ、また、ΔＴの正負をみれば、温度分布曲線が、検出領域Ｂの範囲において中央方向に向けて減少しているか（ΔＴ＞０）、増加しているか（ΔＴ＜０）も推測することができるものである（たとえば、記録シートがＡ４サイズの場合の通紙時のΔＴの値は、必ず「正」になるが、Ａ５サイズの温度分布において検出領域Ａを示す矢印Ｐの位置よりも左側は増加しているので、ΔＴの値は「負」になる。）。

定着ローラ６２の長手方向全体の温度分布曲線が推測できれば、それに応じてメインヒータ６２１、サブヒータ６２２の望ましい通電制御量も、経験則や、あるいは、実験データの蓄積により決定することができる。
そこで、本実施の形態では、実験やコンピュータによる温度シミュレーションなどにより、記録シートのサイズごとにあらかじめ多数の温度分布曲線のデータを取得し、それぞれの検出領域Ｂにおける、ＴａとΔＴ（＝Ｔａ−Ｔｂ）とを求め、これらと、当該温度分布曲線を是正するのに必要なメインヒータ６２１、サブヒータ６２２の制御量とが関連付けられて、制御テーブルとしてＲＯＭ１１２内に格納されている。

図７、図８、図９、図１０は、それぞれ上記制御テーブルの一例を示すものであって、図７は記録シートのサイズがＡ４の場合の通紙時の温度制御に適用される制御テーブル１、図８は記録シートのサイズがＡ５の場合の通紙時の温度制御に適用される制御テーブル２、また、図９、図１０は、それぞれ待機状態における制御テーブル３、４を示す図である。

それぞれ温度Ｔａの値ごとにΔＴの値の大・中・小に応じて、メインヒータ６２１とサブヒータ６２２に供給する電力の制御量が記載されている。本実施の形態では、当該制御量として、微小の周期内で各ヒータへの通電時間を所定のデューティ比で間欠的に通電するデューティ制御を採用しており、上記制御量として当該デューティ比が記載されている。もっとも、他の制御方法たとえば位相制御方法を採用した場合には、それに応じた制御量が設定される。

なお、ここで求めているデューティ比は、ΔＴがほぼ０である場合（通常加熱時）にメインヒータ６２１、サブヒータ６２２に供給される場合を、それぞれ５０％、５０％と仮定した場合（メインヒータ６２１とサブヒータ６２２に微小周期内で等しい時間交互に通電される場合）として求められているものである。また、各制御テーブルにおいて制御量の一部しか表しておらず、他は表記を省略している。

まず、図７の通紙時の記録シートのサイズがＡ４である場合の制御テーブル１において、たとえば、Ｔａが１９４℃の場合において、ΔＴが「小」であれば、検出領域Ｂにおける温度分布曲線の変化が少なく、その結果温度分布曲線全体における中央の凹部が比較的浅いと考えられるので、メインヒータ６２１とサブヒータ６２２のデューティ比を７０％、３０％に設定する。ΔＴが「中」であれば、ΔＴが「小」の場合よりも温度分布曲線の中央の凹部が深くなり、より強く中央部を加熱する必要があるので、メインヒータ６２１のメインヒータ６２１とサブヒータ６２２のデューティ比を８０％、２０％に設定する。

ΔＴが「大」であれば、さらに温度分布曲線の中央の凹部が深くなるので、メインヒータ６２１とサブヒータ６２２のデューティ比を９０％、１０％に設定する。
また、Ｔａの温度が、たとえば上記１９４℃よりも低い１８６℃の場合には、経験的に１９４℃の場合よりも全般的に中央の凹部が浅くなることが分かっている。
これは、本実施の形態においては、温度Ｔａの検出領域は、ほぼメインヒータ６２１の端部に相当するため、通紙時において温度Ｔａがより低くなるということは、主に通紙時に中央の通紙部分の温度低下を補うためのメインヒータ６２１による加熱する必要が生じていない、すなわち通紙量もそれほど多くなく、中央部の温度低下も少ないと考えられるからである。

したがって、この場合には、ΔＴの小・中・大に応じて、メインヒータ６２１、サブヒータ６２２への電力供給のデューティ比は、（６０％、４０％）、（７０％、３０％）、（８０％、２０％）として、１９４℃の場合よりもメインヒータ６２１のデューティ比がそれぞれ１０％低下し、反対にサブヒータ６２２については、１０％ずつ増加させている。

図８は、記録シートのサイズがＡ５の場合の通紙時における制御テーブル２を示す。この場合には、検出位置Ｐ（図５）においては左肩上がりの曲線となっているので、上述したようにＴａ＜Ｔｂとなる。各制御量の傾向としては図７とほぼ同様に理解できるので、ここでの説明を省略する。
図９、１０は、待機時における制御テーブル３、４の例を示すものである。

通紙時には図５に示すように、定着ローラの温度分布曲線は、通紙部分だけが極端に凹の状態になりメインヒータ６２１の非通紙部分が山状に盛り上がって端部側にいくほど徐々に低下するという形状になったが、待機時においては、通紙がないので、むしろメインヒータ６２１とサブヒータ６２２の加熱量の不均衡に起因して温度分布曲線が平坦でなくなる場合がある。

このような場合における温度分布曲線としては、上記山状に盛り上がった部分が長手方向への熱伝導によりほとんどなくなり、（ａ）単純に中央に凹部が形成されている場合（メインヒータ６２１の加熱量がサブヒータ６２２の加熱量よりも少ない場合）、（ｂ）その反対に中央が上側に膨らんでいる場合（メインヒータ６２１の加熱量がサブヒータ６２２の加熱量よりも多い場合）の２種類考えられる。

したがって、検出位置Ｐ（図５参照）における検出結果がＴａ＞Ｔｂ（すなわちΔＴ＞０）となれば、（ａ）の場合であり、図９の制御テーブル３のようにメインヒータ６２１による加熱量をサブヒータ６２２の加熱量よりも多くする制御を行う。個々の制御量が、ＴａとΔＴの大きさに応じて異なることは、上述の図８、９の場合と同様に考えてよいが、通紙されていないので、メインヒータ６２１の制御量は、図８、図９の場合に比べて相対的に低くしている。

また、Ｔａ＜Ｔｂ（ΔＴ＜０）の場合には、上記（ｂ）のケースであるので、図１０の制御テーブル４のように各Ｔａの値、およびΔＴの区分にしたがってサブヒータ６２２の加熱量をメインヒータ６２１による加熱量をよりも多くする制御を行う。
なお、図７〜図１０の制御テーブルは、あくまでも一例に過ぎない。各制御量は、実際には、使用する機種のメインヒータ６２１、サブヒータ６２２の加熱能力、検出位置Ｐの位置、検出領域Ａ、Ｂそれぞれの幅およびそれらの相対的位置関係、ＣＰＭの値などに応じて実験やシミュレーションを介して当業者であれば適宜設定しうるものである。

また、各テーブルにおけるΔＴの大・中・小の区分は、たとえば、テーブルごとに、各温度分布曲線の取りうる最小のΔＴから最大のΔＴの範囲を予め求めてこれを３分し、そのいずれの範囲に属するかにより決定してもよい。さらに細かく各テーブルの各温度Ｔａごとに取り得る最大・最小ΔＴを求めて、この範囲を３分割して範囲を決定すれば、より精度の高い制御が可能である。

さらには、ΔＴの大きさを４段階以上に仕分けして、検出されたΔＴがどの範囲に該当するによって、温度分布曲線を推測し、それに応じて制御量を異ならせば、さらにきめ細かい温度制御が可能となる。
（２）温度制御の動作
次に、具体的な温度制御の動作についてフローチャートに基づき説明する。

図１１のフローチャートは、主にＣＰＵ１１０がＲＯＭ１１２から温度制御プログラムを読み出して実行するものであって、複写機全体の動作を制御するメインフローチャート（不図示）のサブルーチンとしてコールされ、一定の短い周期で繰り返し実行されるものである。
まず、ステップＳ１０１で、検出エリア切換部６５の遮光部材６５１を移動して、スリット６５１１が図４（ａ）の位置に来るように制御して定着ローラ６２表面における検出領域Ａにおける温度Ｔａを検出する。

引き続き、検出エリア切換部６５の遮光部材６５１を移動させてスリット６５１２が、図４（ｂ）の位置に来るようにして、定着ローラ６２表面の検出領域Ｂにおける温度Ｔｂを検出し（ステップＳ１０２）、ΔＴ＝Ｔａ−Ｔｂを算出する（ステップＳ１０３）。
そして、ΔＴ＝０であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。なお、ここでは厳密にΔＴが０に等しくなくてもよく、−α＜ΔＴ＜＋α（αはたとえば、１．０℃程度）であるか否かを判定するようにしてもよい。

もし、ステップＳ１０４で「ＹＥＳ」であれば、温度分布曲線は定着ローラ６２の長手方向全体にわたってほぼ平坦であると推測されるので、次に、Ｔａが所定の定着温度以上であるか否かを判定する。ここで、「所定の定着温度」として、たとえば待機状態の目標温度１８２℃（図５参照）が設定される。
Ｔａが、所定の定着温度に達していなければ（ステップＳ１０５：ＮＯ）、定着ローラ６２を全体的に上昇させる必要があるので、通常の温度制御としてメインヒータ６２１とサブヒータ６２２のそれぞれに供給する電力のデューティ比を５０％、５０％にして均等に加熱する（ステップＳ１０６）。また、Ｔａが、所定の定着温度に達していれば（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、両ヒータに通電せずにメインのフローチャートにリターンする。

一方、ステップＳ１０４においてΔＴ＝０でないと判定された場合には（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１０７に移動して、制御テーブルによる温度制御を実行する。
図１２は、この制御テーブルによる温度制御のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。
まず、現在の動作モードを判定する（ステップＳ２０１）。もし、画像を形成して定着動作を実行している状態（画像形成モード）であれば、次に、使用している記録シートのサイズを判定する（ステップＳ２０２）。

なお、画像形成動作や給紙カセットの選択（記録シートの選択）の制御は、ＣＰＵ自信が実行するものであり、当該制御に際し、たとえば動作モードや使用している記録シートサイズの情報を示すフラッグをＲＡＭ１１１等に一時的に格納しておき、これを随時参照することにより、上記ステップＳ２０１、２０２の判定を容易に行える。
また、上述したように画像形成モード時における温度分布曲線は、Ａ４サイズの場合には、ΔＴ＞０となり、Ａ５サイズの場合にはΔＴ＜０となるので、この２種類のサイズのみで判断する場合にはΔＴの正負によっても記録シートのサイズの判定が可能である。

そして、使用している記録シートのサイズがＡ４サイズの場合には、図７に示す制御テーブル１を選択し（ステップＳ２０４）、Ａ５サイズの場合には、図８に示す制御テーブル２を選択する（ステップＳ２０５）。
また、ステップＳ２０１において、現在の動作モードが、待機モード（定着ローラ６２を所定の定着温度以上に維持して、次の画像形成動作に待機している状態）であると判定された場合には、次にΔＴ＞０であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。そしてΔＴ＞０であれば、図９の制御テーブル３を選択し（ステップＳ２０３：ＹＥＳ、ステップＳ２０６）、また、ΔＴ＜０であれば、図１０の制御テーブル４を選択する（ステップＳ２０３：ＮＯ、ステップＳ２０７）。

なお、連続して多数枚の画像形成が実行された直後は、待機時といっても定着ローラ６２の温度分布曲線が図５のような形状を残している場合があり、この場合にはΔＴの大小より制御テーブル３、４から一義的に選択することは困難である。 図５の温度分布曲線を見ても分かるように、Ａ５サイズの場合、検出位置Ｐにおいて左上がりになっているため、ΔＴ＜０となるが、中央部には凹部が形成されているからである。この場合にもステップＳ２０７にしたがって制御テーブル４を選択して中央部よりも端部をより加熱するように制御すれば、ますます温度差が大きくなる。

したがって、たとえば、画像形成後の所定時間（この時間は一律の値（たとえば１０分）としてもよいし、画像形成直後のΔＴの大きさに応じて長さを変更してもよい。たとえば、ΔＴが０に近いほど上記所定時間を短くする）経過するまでは、温度制御の観点からは、いまだ「画像形成モード」中であると判断するか、あるいは、定着ローラ６２の中央部の表面温度Ｔｃも検出して、このＴｃとＴａを比較してどの制御テーブルを選択するか決定してもよい。この場合には、記録シートがＡ５サイズの場合に待機モードでΔＴ＜０であっても、ＴｃがＴａより低ければ、制御テーブル４は選択せず、制御テーブル２もしくは３を採用する。

さらには、とりあえずステップＳ２０７に基づいて、制御テーブル４を選択して温度制御を実行し、ルーチンが一巡したとき後のΔＴが前回よりも大きくなっていたときには、制御テーブル３もしくは４に切り換えるようにしてもよい。
以上のようにして選択された制御テーブルに基づき、ＴａとΔＴの値から各ヒータの制御量（デューティ比）を取得して温度制御を実行して図１１のフローチャートにリターンする。

メインフローチャートが所定の周期で一巡して、再び制御テーブルによる温度制御が繰り返され、その度、Ｔａ、ΔＴの大きさも変化して異なる制御量により制御されることになるので、温度分布曲線が次第に平坦化していき、ステップＳ１０４でΔＴ＝０となれば、Ｔａの温度に基づき通常の温度制御が実行される。
このように本実施の形態によれば、定着ローラの異なる２つの範囲の温度を検出して定着ローラの長手方向全体にわたる温度分布を予測し、これに基づいてメインヒータとサブヒータへの通電を制御しているので、より精度の高い温度制御が可能となる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明の内容が、上記実施の形態に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を考えることができる。
（１）上記実施の形態においては、検出エリア切換部６５は、幅の異なる開口６５１１、６５１２を有する遮蔽板６５１をスライドさせることにより赤外センサ６４の検出領域を異ならせたが、他の手段によってもよい。たとえば、赤外センサ６４の前面に配するレンズの種類を凸レンズから凹レンズに切り換えたり、同じ凸レンズであっても焦点距離の異なるレンズに切り換えるようにすることによっても、定着ローラの異なる範囲の温度検出は可能である。なお、この場合に、検出領域Ａが検出領域Ｂのどちらかの端部に片寄って位置するようにするためには、たとえば、それぞれ切り換えた後の２種類のレンズの光軸の位置が異なるように配置したり、左右非対称のレンズを使用したりするなどして適宜達成される。

（２）上記実施の形態においては、検出エリア切換部６５により範囲の異なる２つ検出領域を切り変えて、Ｔａ、Ｔｂを求めることにより、温度分布曲線を予測し温度制御を実行したが、３つ以上の検出範囲を切り換えてそれらの温度から、温度分布曲線を予測するようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、図５のＰの位置を検出範囲として設定したが、これに限らず、定着ローラの長手方向に温度変化が現れる範囲を含む個所（使用する最大サイズの記録シートの温度分布曲線における中央の底部分を除く個所）であればよい。当該検出範囲の温度分布曲線は、長手方向全体の温度分布曲線の形状によって多少なりとも異なるので、当該範囲内の異なる領域の温度を検出することにより、全体の温度分布曲線が予測できるからである。

また、各検出範囲は包含関係にある必要はなく、温度差の生じる異なる２以上の範囲の温度に基づいても全体の温度分布曲線の予測が可能である。
（３）上記実施の形態においては、検出エリア切換部６５により1個の赤外センサの検出領域を切換ることにより異なる２つの範囲の温度を検出するようにしたが、長手方向の異なる位置に２個以上の赤外センサを配して、それぞれの検出値に基づいて制御するようにしてもよい。ただし、赤外線センサは高価なので、コスト的な面からは、本実施の形態のようにするのが望ましい。

（４）上記実施の形態においては、参照すべき制御テーブルを決定するため、まず、画像形成モードが待機モードかの動作モードの判定を行っている（図１２のステップＳ２０１）。しかし、検出領域がたとえば中央部と、メインヒータとサブヒータの境界部の２個所である場合、これらの個所の温度とその大小関係から、特に待機モード時における中央の温度が端部の温度よりも高くなるような場合も予測位できるので、本願発明において必ずしも動作モードの判定は必須ではない。

その反面、たとえば、システムスピードを変更して画像形成速度（ＣＰＭ）を切換ることが可能な機種においては（たとえば、タンデム型のカラープリンタにおいて、カラー画像形成時における画像の再現性を向上するため、カラー画像を形成する際にモノクロ画像形成時のシステムスピードよりも遅くする場合）、メインヒータと通紙により奪われる熱量との関係が変化するので、連続して画像形成する場合には、システムスピードに応じて定着ローラの温度分布曲線の形状も変化する傾向にある。

図１３は、上記図５の場合よりも低いシステムスピードで動作する場合の定着ローラ６２表面の温度分布曲線の例を示すものである。同図に示すようにシステムスピードが低い場合には、単位時間に通過する記録シートの枚数が減少するので、その間に定着ローラから奪われる熱量も少なくなり、中央の凹部の深さが図５よりも浅い形状になっている。
そこで、このような場合には、システムスピードの変更も「動作モード」の判定の対象に加え（図１２、ステップＳ２０１参照）、そのスピードの大小に応じて予め設定された複数の制御テーブルから当該システムスピードに該当するものを選択するようにすればよい。

（５）また、上記実施の形態においては、図１２のステップＳ２０２における記録シートのサイズの判定において、Ａ４サイズとＡ５サイズしか判定していないが、これはあくまでも一例であって、当該機種において使用可能なその他のシートサイズについても判定し、当該シートサイズについて予め設定された制御テーブルを選択するようにしてもよいのはもちろんである。

その一方、使用する記録シートのサイズが1種類だけの小型の画像形成装置のような場合には記録シートのサイズの判定は不要である。また、使用できる記録シートのサイズが２種類であってもそれらのサイズが近い場合（たとえば、Ａ４サイズとＢ５サイズ）にも記録シートのサイズの判定を要件にしなくてもよい。この場合には、両サイズ間でそれほど温度分布曲線に相違はないので、シートサイズごとに制御テーブルを異ならせなくても、従来よりは精度の高い温度制御が可能であるからである。

（６）なお、上記図１１のフローチャートにおいては、ステップＳ１０４においてΔＴ＝０と判定された場合に、検出温度Ｔａと所定の定着温度とを比較し（ステップＳ１０５）、検出温度Ｔａが当該定着温度以上になった場合のみ、各ヒータへ通電せずにリターンするように構成している。そのため、ΔＴ＝０となるまで、ステップＳ１０７の制御テーブルによる温度制御が繰り返し実行されて各ヒータへの通電が継続することになる。

既述のように、制御テーブルによる温度制御では、その都度予測される温度分布曲線に基づき的確かつ動的に制御されるので、温度分布曲線が平坦に収束するまでにそれほど時間を要せずにステップＳ１０５に至り、当該判定結果にしたがって各ヒータへの通電が停止されるため、ステップＳ１０７の温度制御の途中で定着ローラが異常昇温するおそれはないと考えられるが、念のため、たとえば次のような対策を講じてもよい。

（ａ）各制御テーブルにおいて、検出温度Ｔａが定着温度域における比較的高い温度Ｔ１を超える場合には、メインヒータとサブヒータのデューティ比を、両者の相対比を維持しながら値が小さくなるように設定する。たとえば、上記Ｔ１を１９４℃に設定した場合、図７の制御テーブルにおいて、各デューティ比を半分にして、ΔＴが「小」「中」「大」に応じて、（メインヒータのデューティ比、サブヒータのデューティ比）が（３５％、１５％）、（４０％、１０％）、（４５％、５％）となるように制御する。

（ｂ）上記実施の形態の説明でも少し触れたが、図１１のステップＳ１０４における判定内容を −α＜ΔＴ＜αであるか否かであるかの判定に変更し、肯定の場合ステップＳ１０５に、否定の場合ステップＳ１０７に移行するように構成する。この場合、αの値を調整し（たとえば１．５℃に設定）、温度分布曲線が完全に平坦化しなくてもステップＳ１０５の温度判定を行うようにする。このようにすれば、ステップＳ１０７の循環により連続加熱される時間が短くなり、異常昇温に至ることはない。
（ｃ）図１２のステップＳ２０８の直前に、検出温度Ｔａと、良好な定着を維持するために許容できる最高温度Ｔ２（たとえば２１０℃）もしくは画像形成装置の安全性の規格で許容される最高温度Ｔ３（たとえば２５０℃）と比較するステップを設けて、Ｔａ＞Ｔ２またはＴａ＞Ｔ３であると判定された段階で、各ヒータへの通電を停止して図１１のフローチャートにリターンする（ステップＳ２０８をスキップする）。フローチャートを何回か循環するうちに、自然放熱と定着ローラ長手方向の熱伝導によりＴａ温度が低下し、制御テーブルに基づく制御に復帰する。

上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれか一つ、もしくは二つ以上を重畳して用いることにより上述の不都合は生じないと考えられる。
（７）上記実施の形態では、本発明をモノクロの複写機の定着装置に適用した場合の例について説明したが、その他カラー複写機や単なるプリンタ、ファクシミリ装置、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）など、およそ定着装置を有する画像形成装置であればどのようなものでも適用可能である。

本発明は、特に画像形成装置の定着装置における定着ローラなどの圧接部材の温度制御に好適である。

本発明の実施の形態に係る複写機１の構成を示す概略図である。 複写機１の定着装置６０と制御系の構成を示す概略図である。 定着ローラ６２および赤外線センサ６４による検出位置を示す概略図である。 （ａ）（ｂ）は、上記赤外線センサ６４、および検出エリア切換部６５の構成を示す概略断面図である。 所定量の記録シートを連続して通紙した後における、定着ローラ表面の長手方向の温度分布曲線の例を示す図である。 異なる２つの温度分布曲線Ｄ１、Ｄ２における検出領域Ｂの範囲を拡大して摸式的に示す図である。 記録シートのサイズがＡ４の場合の通紙時の温度制御に適用される制御テーブル１の例を示す図である。 記録シートのサイズがＡ５の場合の通紙時の温度制御に適用される制御テーブル２の例を示す図である。 複写機１が待機状態の場合に適用される制御テーブル３の例を示す図である。 複写機１が待機状態の場合に適用される別の制御テーブル４の例を示す図である。 制御部における温度制御の動作を示すフローチャートである。 図１１のフローチャートにおける制御テーブルによる温度制御ステップのサブルーチンを示すフローチャートである。 図５の場合よりも、低いシステムスピードで、記録シートを連続して通紙した後における、定着ローラ表面の長手方向の温度分布曲線の例を示す図である。

符号の説明

１ 複写機
１０ スキャナ部
２０ プリンタ部
６０ 定着装置
２０ 作像部
３０ 給紙部
４０ ２次転写部
６０ 定着部
６２ 定着ローラ
６４ 赤外線センサ
６５ 検出エリア切換部
６６ ヒータ電力供給部
６７ 検出エリア切換部
６２１ メインヒータ
６２２ サブヒータ

Claims (9)

1. 複数の加熱手段により加熱された圧接部材によりトナー像が転写された記録シートを圧接して定着させる定着装置であって、
   前記複数の加熱手段は、前記記録シートの搬送される第1の方向と直交する第２の方向に配列されており、
   前記圧接部材における、前記第２の方向において範囲の異なる２以上の検出領域の表面温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段の検出結果に基づき、前記圧接部材の、前記第２の方向における表面温度分布を予測して前記複数の加熱手段を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記制御手段は、
   前記温度検出手段の検出結果に基づき予測される表面温度分布に応じて、各加熱手段の制御量を示すテーブルを記憶する記憶部を備え、
   当該テーブルを参照して前記各加熱手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記温度検出手段は、
   記録シートの定着の結果、前記第２の方向において温度変化の生じる部分における範囲の異なる２以上の検出領域の表面温度を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記温度検出手段は、
   １個の赤外線センサと、
   前記赤外線センサによる検出領域を２以上に変更させる検出領域変更手段と
   を備え、
   前記変更された２以上の検出領域の温度をそれぞれ検出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記検出領域変更手段は、前記赤外線センサのセンサ面と前記圧接部材との間に前記第２の方向において幅の異なる開口を２以上有する遮蔽部材を備え、当該遮蔽部材を移動させて開口を切り換えることにより赤外線センサの検出領域を変更させることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記検出領域変更手段は、前記赤外センサによる検出領域を、第1の検出領域と、当該第１の検出領域よりも前記第２の方向において幅が広い領域であって、かつ、その領域の前記第２の方向における中央部を除いた位置に前記第１の検出領域を含む第２の検出領域と、に変更することを特徴とする請求項４または５に記載の定着装置。
7. 前記制御手段は、通紙される記録シートのサイズと、前記温度検出手段の検出結果とに基づき前記表面温度分布を予測することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の定着装置。
8. 請求項１から７までのいずれかに記載の定着装置を備える画像形成装置。
9. 前記制御手段は、現在実行されている動作モードと、前記温度検出手段の検出結果に基づき前記表面温度分布を予測することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。

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