JP2014098744A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通紙の開始時における端部の温度低下を抑制しつつ、連続通紙を行っているときの端部の温度上昇を抑えること。
【解決手段】互いに接触する２つのローラの間を通過する記録シートを加熱して定着させる定着装置であって、加熱ローラ５１を加熱するものであって、当該ローラの軸方向の発熱量の分布において中央部よりも端部の方が高い第１のヒータ５５ａと、全発熱量の最大値が第１のヒータ５５ａよりも小さく、当該ローラの軸方向の発熱量の分布において中央部よりも端部の方が高くかつ中央部に対する端部の発熱量の高い割合が第１のヒータ５５ａよりも大きい第２のヒータ５５ｂと、を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、互いに接触する２つのローラの間を通過する用紙などの記録シートを加熱して定着させる定着装置、およびそのような定着装置を備えた画像形成装置に関する。本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、およびこれらの複合機など種々の画像形成装置に利用される。

従来において、プリンタや複写機などの画像形成装置、および、複合機またはＭＦＰ（Multi Function Peripherals）と呼称される多機能の画像形成装置が用いられている。画像形成装置には、電子写真方式によって用紙などの記録シート上に形成された未定着のトナーを加熱して定着するための定着装置が備えられる。

定着装置は、軸方向に沿って内部にヒータが装着された加熱ローラ、および加熱ローラと接触して回転するように配置された加圧ローラが用いられ、これら２つのローラの接触部に形成されるニップ部を用紙などが通過するように構成される。

加熱ローラを加熱するためのヒータ（熱源）として、長さ方向の発熱量の分布が互いに異なる２つのヒータを設け、これら２つのヒータを選択して用いることが提案されている（特許文献１）。

つまり、特許文献１の装置では、メインヒータとサブヒータの２つのヒータを設け、これら２つのヒータの駆動のための切替温度を記憶しておき、その切替温度と定着ローラの温度とを比較し、その大小関係に応じてそれら２つのヒータのいずれかを選択して駆動する。また、ローラの回転の有無に応じてヒータの切替方法を変えることで、最大消費電力を抑えて、温度を所定範囲内に収める。

特開２０１１−１１８２６１号公報

ところで、加熱ローラの内側にヒータを１本のみ備えた定着装置では、通紙をしない待機モード時においても加熱ローラの軸方向の端部から熱が逃げるため、特に待機モード時において端部の温度が低下する傾向にある。そのため、待機モードから印字モードに切り替わって通紙が開始された直後において、端部の温度が低いため定着不良が発生するおそれがある。これに対処するためには、例えばヒータの端部の配光（発熱量）を高く設定し、端部の温度が低くならないようにする必要がある。

しかし、印字モードにおいて連続通紙を行った場合に、通紙幅に対応する部分においてはニップ部を通過する用紙に熱が移動して加熱ローラの温度が低下する。そのため、ヒータの点灯時間（オン時間）を長くして加熱ローラの温度が下がらないような制御（ヒータ制御）が行われる。このとき、通紙幅よりも外側の端部の付近は、用紙への熱の移動がなくしかも中央部からの熱の移動があるために温度が低下せず、さらにヒータの点灯時間が長くなることによって高温となる。

このような問題は、ヒータを１本のみ備えた定着装置に限らず、特許文献１に開示された定着装置のように用紙のサイズに対応して複数のヒータを備えた定着装置でも同様に起こりうる。

つまり、従来の定着装置においては、印字モードにおいて連続通紙を行った場合にローラの端部においては温度上昇が大きくなってかなりの高温となる。定着装置にシリコンゴムを使用している場合には、定着装置が高温になったときにＵＦＰ（１００ｎｍ以下の超微粒子）が発生し易くなるが、ＵＦＰの発生量をできるだけ抑制することが望まれている。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、通紙の開始時における端部の温度低下を抑制しつつ、連続通紙を行っているときの端部の温度上昇を抑えることのできる定着装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る定着装置は、互いに接触する２つのローラの間を通過する記録シートを加熱して定着させる定着装置であって、いずれかの前記ローラを加熱するものであって、当該ローラの軸方向の発熱量の分布において中央部よりも端部の方が高い第１の熱源と、いずれかの前記ローラを加熱するものであって、全発熱量の最大値が前記第１の熱源よりも小さく、当該ローラの軸方向の発熱量の分布において中央部よりも端部の方が高くかつ中央部に対する端部の発熱量の高い割合が前記第１の熱源よりも大きい第２の熱源と、を有する。

好ましくは、、前記第１の熱源および前記第２の熱源に対し電力を供給する電力供給部と、ウオームアップモード時においては前記第１の熱源および前記第２の熱源の両方を選択して電力を供給し、待機モード時においては前記第２の熱源のみを選択して電力を供給し、印字モード時においては前記第１の熱源または前記第２の熱源のいずれかを選択して電力を供給するように制御する、第１の制御部と、を有する。

さらに好ましくは、前記ローラのほぼ中央部における温度を検出する第１の温度センサーを備え、前記第１の制御部は、前記ウオームアップモードが開始された後に前記第１の温度センサーにより検出される第１の温度が第１のしきい値ｔｈ１以上となったときに前記待機モードに切り替え、前記印字モードとするための指令が入力されたことによって前記印字モードに切り替えられた状態において前記第１の温度が目標温度として設定された第２のしきい値ｔｈ２以上となるように、前記電力供給部を制御して前記第１の熱源または前記第２の熱源に対する電力の供給量を調整する。

本発明によると、通紙の開始時における端部の温度低下を抑制しつつ、連続通紙を行っているときの端部の温度上昇を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略の内部構成を示す図である。 定着装置に設けられた加熱ローラの内部を示す図である。 加熱ローラに設けられたヒータの温度分布の例を示す図である。 ヒータの構造の例を示す図である。 画像形成装置の制御系統の要部の構成の例を示すブロック図である。 ヒータの選択制御の例を示す図である。 画像形成装置における制御の概略の流れの例を示すフローチャートである。 ＷＵ制御の概略の流れの例を示すフローチャートである。 ＷＡ制御の概略の流れの例を示すフローチャートである。 ＰＴ制御の概略の流れの例を示すフローチャートである。 ヒータの選択制御の概略の流れの例を示すフローチャートである。 ヒータの選択制御の概略の流れの他の例を示すフローチャートである。

図１には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置ＧＫＳの概略の内部構成が示されている。ここでは、画像形成装置ＧＫＳとしてフルカラーのブリンタが例として示されているが、プリンタ以外に、ＦＡＸ、複写機、またはＭＦＰなど種々の機器であってもよい。

図１において、画像形成装置ＧＫＳは、ブラック（Ｂｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のトナー像を形成するための画像形成ユニット１Ｂｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃが、矢印Ｍ１で示される方向に走行して循環する中間転写ベルト１１に沿って、上流から順に配置されている。

各画像形成ユニット１Ｂｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃは、互いほぼに同じ構成であり、それぞれ、感光体ドラム２、感光体ドラム２を一様に帯電させるための帯電手段３、帯電した感光体ドラム２に画像露光を行うための露光手段９、および、露光によって形成された静電潜像に各色のトナーで現像を行うための現像手段４などが設けられている。

各画像形成ユニット１Ｂｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの感光体ドラム２上において現像されたトナー画像は、それぞれ、中間転写ベルト１１との接触位置で１次転写手段１２によって中間転写ベルト１１上に転写される。１次転写後に各感光体ドラム２に残留したトナーは、下流側に配置されたクリーニング手段５によって除去され、クリーニング手段５の下側から回収される。

中間転写ベルト１１上に転写されたトナー画像は、各画像形成ユニット１Ｂｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃのそれぞれを通過するごとに、各色がその上に重ねられ、最終的にフルカラーのトナー画像が中間転写ベルト１１上に形成される。

その後、中間転写ベルト１１上のトナー画像は、さらに下流側において２次転写手段１３によって用紙に一括して転写される。トナー画像が転写された用紙１４は、その上方に配置された定着装置３０を通過することによって、トナー画像が定着され、排紙トレー１６上に排紙される。

定着装置３０は、加熱ローラ５１、および加熱ローラ５１と接触して回転するように配置された加圧ローラ５４を備えており、これら加熱ローラ５１と加圧ローラ５４との接触部に形成されるニップ部ＮＢを用紙１４が通過するように構成される。なお、加圧ローラ５４に代えて加圧ベルトを用いることも可能である。

用紙１４は、最下部の用紙カセット１７に収納されており、そこから１枚ずつ転写手段１３にまで搬送される。２次転写後に中間転写ベルト１１上に残留したトナーは、クリーニングブレード１５によって中間転写ベルト１１上から除去され、図示しない搬送スクリューで搬送されて廃トナー容器に回収される。

制御装置１８は、画像形成装置ＧＫＳの全体を制御する。例えば、制御装置１８から露光制御装置１９に対して、画像に応じた信号が送られる。露光制御装置１９は、各色に応じて露光手段９のそれぞれを駆動する。

制御装置１８は、また、定着制御装置２０を介して定着装置３０を制御し、通紙の開始時における加熱ローラの端部の温度低下を抑制し、かつ連続通紙を行っているときの端部の温度上昇を抑える。詳細は後述する。

なお、本実施形態において、記録シートとして用紙１４が例に上げられているが、記録シートまたは用紙の材料は紙に限られない。また、寸法形状などについても、トナー画像が形成可能で定着可能なシート状のものであればよい。

図２（Ａ）（Ｂ）には、定着装置３０に設けられた加熱ローラ５１の内部構造の例とヒータの発熱領域の説明のための図が示されている。図３（Ａ）（Ｂ）には、各ヒータの軸方向の温度分布の例が示されている。

図２（Ａ）において、加熱ローラ５１の内部には、第１のヒータ５５ａおよび第２のヒータ５５ｂの２つのヒータが、ローラの軸方向に沿って装着されている。以降において、第１のヒータ５５ａおよび第２のヒータ５５ｂの両方またはいずれか一方を指して、「ヒータ５５」と記載することがある。

ヒータ５５は、いずれもハロゲンランプヒータであり、その発熱量は供給される電力にほぼ比例する。ただし、いずれのヒータも定格電力が決められており、定格電力を越えて電力の供給を受けることはできない。例えば各ヒータ５５に定格電力に等しい電力が供給されたときに、各ヒータ５５の全発熱量が最大値となる。

図２（Ｂ）に示すように、２つのヒータ５５の長さＬ１は互いに同じであるが、発熱長さＬＨ１，ＬＨ２が互いに異なる。すなわち、第１のヒータ５５ａの発熱長さＬＨ１よりも第２のヒータ５５ｂの発熱長さＬＨ２の方が若干長い。

本実施形態では、第１のヒータ５５ａの発熱長さＬＨ１は、例えば２００ｍｍであり、第２のヒータ５５ｂの発熱長さＬＨ２は例えば２１０ｍｍである。本実施形態の画像形成装置ＧＫＳで印刷可能な用紙の最大サイズはＡ４縦であり、これらの発熱長さＬＨ１，ＬＨ２は、Ａ４サイズの幅寸法である２１０ｍｍおよびレターサイズの幅寸法である２１５．９ｍｍに対応して決められている。

つまり、本実施形態では、第２のヒータ５５ｂは、用紙１４の最大幅サイズと同等の発熱領域を有し、第１のヒータ５５ａは、第２のヒータ５５ｂよりも若干狭い発熱領域を有する。しかし、これら２つのヒータ５５の発熱長さＬＨ１，ＬＨ２を同じ値としてもよい。

なお、本実施形態の画像形成装置ＧＫＳでは、用紙１４がＡ４サイズ以下、例えばＡ５縦であってもよい。用紙１４がＡ５縦であった場合に、ヒータ５５の発熱長さＬＨ１，２は用紙１４に比べて長いので、ヒータ５５を「ロングヒータ」という場合がある。

本実施形態において、これらヒータ５５は、いずれも、軸方向（長さ方向）の発熱量の分布が一様ではなく、しかもその分布状態が２つのヒータ５５で互いに異なっている。

すなわち、第１のヒータ５５ａは、軸方向の発熱量の分布において、中央部よりも端部の方が高くなっている。第２のヒータ５５ｂは、全発熱量の最大値（つまり定格電力）が第１のヒータ５５ａよりも小さく、軸方向の発熱量の分布において中央部よりも端部の方が高く、かつ中央部に対する端部の発熱量の高い割合が第１のヒータ５５ａよりも大きくなっている。

図３（Ａ）に示すように、第１のヒータ５５ａは、中央部における単位長さ当たりの発熱量の割合ＷＡを１００パーセントとすると、端部における割合ＷＡは、１１０パーセント、またはそれ以上である。端部における割合ＷＡを、１１０パーセント以外に、１０８パーセント、１１５パーセント、１２０パーセント、その他の種々の値とすることも可能である。なお、ここに示す例では、発熱量の分布が左右対称的であり、両方の端部の付近において、各端部から２０ｍｍの位置から端部に向かうにしたがって割合ＷＡが直線的に上昇するように示されている。

図３（Ｂ）に示すように、第２のヒータ５５ｂは、中央部における単位長さ当たりの発熱量の割合ＷＡを１００パーセントとすると、端部における割合ＷＡは、１２５パーセントまたはそれ以上である。端部における割合ＷＡを、１２５パーセント以外に、１２２パーセント、１２８パーセント、１３０パーセント、その他の種々の値とすることも可能である。なお、ここに示す例では、発熱量の分布が左右対称的であり、両方の端部の付近において、各端部から２５ｍｍの位置から端部に向かうにしたがって割合ＷＡが直線的に上昇するように示されている。

なお、発熱量の分布が端部において直線的に上昇するように示されているが、これは一例であり、曲線的または段階的に上昇するものであってもよい。

また、本実施形態において、第１のヒータ５５ａの定格電力は９００Ｗ、第２のヒータ５５ｂの定格電力は４００Ｗである。つまり、この場合は、第２のヒータ５５ｂの定格電力は第１のヒータ５５ａの定格電力の半分以下であるが、これに限らず、半分程度、３分の２程度、４分の３程度、８０パーセント程度など、第１のヒータ５５ａの定格電力よりも小さいものであれば可能である。

なお、本実施形態において、加熱ローラ５１の構成および寸法の例を挙げると、外径が２６ｍｍ、鉄中空芯金の厚さが０．４５ｍｍ、その表面のゴムの厚さが５６０μｍ、コーティングされたＰＦＡ（フッ素樹脂）の厚さが４０μｍである。また、加圧ローラ５４については、外径が３０ｍｍ、ＰＩ（ポリイミド樹脂）の厚さが８０μｍ、コーティングされたＰＦＡ（フッ素樹脂）の厚さが３０μｍである。

また、加熱ローラ５１のほぼ中央部における温度を検出する第１の温度センサー５６ａ、および端部における温度を検出する第２の温度センサー５６ｂを備えている。第１の温度センサー５６ａは、加熱ローラ５１の軸方向の中央である通紙基準位置ＴＫより１０ｍｍ離れた位置に配置され、第２の温度センサー５６ｂは、通紙基準位置ＴＫより９０ｍｍ離れた位置に配置されている。

これらの温度センサー５６ａ，ｂはいずれもサーミスタであり、加熱ローラ５１とは非接触の状態で設けられている。

図４にはヒータ５５の構造の例が示されている。

図４において、ヒータ５５は、両端にキャップ２１２ａ，ｂおよび電極２１３ａ，ｂが設けられたガラス管２１１の内部に、抵抗線からなる発熱コイル２１４ａ，ｂ，ｃ…が直列に接続され、図示しないサポータによって支持されて取り付けられている。両端部の発熱コイル２１４ａ，ｈは、他のコイル２１４ｂ，ｃ，ｇ…よりも巻き密度が高く、そのため発熱量が他よりも多くなっている。各コイルの長さおよび巻き密度を調整することにより、また１つのコイル自体における巻き密度を調整することにより、図３に示すような発熱量の分布のヒータ５５を得ることが可能である。

図５には、本実施形態の画像形成装置ＧＫＳの制御系統ＳＫの要部の構成の例が示されている。

図５において、制御系統ＳＫには、上に述べた制御装置１８および露光制御装置１９の他に、定着制御装置２０が設けられている。定着制御装置２０は、第１の制御部１１１、第２の制御部１１２、およびしきい値ｔｈ１〜４を記憶する記憶部１１３を有し、定着装置３０におけるヒータ５５の温度の制御、加熱ローラ５１および加圧ローラ５４の回転駆動の制御、その他の制御を行う。

図５において、第１ヒータドライバ１２１ａは、第１のヒータ５５ａに制御された電力を供給する。第２ヒータドライバ１２１ｂは、第２のヒータ５５Ｂに制御された電力を供給する。これら第１ヒータドライバ１２１ａおよび第２ヒータドライバ１２１ｂは、定着制御装置２０からの指令に基づいて、電源から供給される交流電力を位相制御し、第１のヒータ５５ａおよび第２のヒータ５５ｂに供給する電力を制御する。つまり、第１ヒータドライバ１２１ａおよび第２ヒータドライバ１２１ｂは、本発明における「電力供給部」の一例である。

なお、第１ヒータドライバ１２１ａおよび第２ヒータドライバ１２１ｂにおいて、電力の制御する方式として、交流電力をオンオフする位相（タイミング）を制御する位相制御の他に、オン時間またはオフ時間の幅を制御するパルス幅制御、単位時間内にオンする半波の個数を制御する波数制御など、種々の制御方式または制御回路を用いることが可能である。また、発熱源がヒータ５５ではなく誘導加熱方式における誘導コイルである場合には、周波数または電圧などを制御することも可能である。

また、第１の温度センサー５６ａにより検出される第１の温度Ｔ１ａ、および第２の温度センサー５６ｂにより検出される第２の温度Ｔ１ｂは、定着制御装置２０に入力される。

制御装置１８には画像処理部１８ａが設けられ、画像処理部１８ａによって、入力された画像データに対して種々の処理が施される。また、制御装置１８には操作パネル１８ｂが設けられ、ユーザの画像形成装置ＧＫＳに対する種々の指令や設定の入力、および画像形成装置ＧＫＳの状態やメッセージの表示に用いられる。

画像形成装置ＧＫＳには、大まかな動作モードとして、ウオームアップモード（ＷＵモード）、待機モード（ＷＡモード）、および印字モード（ＰＴモード）がある。これらの各モードの動作の例を以下に説明する。

ウオームアップモードは、画像形成装置ＧＫＳの電源が投入された後で、ヒータ５５の加熱、ＣＰＵなどの初期化、各部における異常の有無のチェック、画像形成のための各種設定値の取得のための準備処理などを行うモードである。ウオームアップモードでは、加熱ローラ５１の温度をできるだけ速やかに上昇させる。加熱ローラ５１の温度が、例えば第１のしきい値ｔｈ１である１７０℃程度に達し、他の準備処理も完了していれば、ウオームアップモードを終了し、待機モードまたは印字モードに移行する。

待機モードは、ウオームアップが完了した後、印字の指令が入力されるまで待機するモードである。待機モードでは、加熱ローラ５１の温度が１７０〜１９０℃程度の範囲に維持されるように、ヒータ５５の制御が行われる。

印字モードは、ユーザなどからの印字指令が入力されることによって用紙１４に印字（画像形成）を行うモードである。印字指令は、例えば、「スタート」キー、「コピー」キーなどをユーザが押したとき、またユーザ端末から通信回線を介して印字データが送信されたときなどに入力される。印字モードでは、加熱ローラ５１の温度が１９０℃程度以上となるように、ヒータ５５の制御が行われる。なお、待機モードから印字モードに移行するための初期条件として、例えば、加熱ローラ５１の温度が設定された値、例えば１８０℃程度以上であることを条件とすることも可能である。

なお、ウオームアップモードにおいて、加熱ローラ５１の温度の目標値（目標温度）を印字可能（定着可能）な温度である１９０℃程度とすることも可能である。この場合に、温度が例えば第１のしきい値ｔｈ１である１７０℃程度に達したときに、ウオームアップモードを終了するようにしてもよい。また、例えばウオームアップモードにおいて印字指令が入力された場合に、他の準備処理が完了していればウオームアップモードを終了して直接に印字モードに移行することも可能である。

それぞれのモードにおいて、上に述べた以外の種々の動作が行われるようにすることも可能である。

なお、これらの各モードにおける制御は、主として第１の温度センサー５６ａにより検出される第１の温度Ｔ１ａに基づいて行われるが、第２の温度センサー５６ｂにより検出される第２の温度Ｔ１ｂも、制御のために補助的に用いられる。

第１ヒータドライバ１２１ａおよび第２ヒータドライバ１２１ｂは、双方向サイリスタまたはトランジスタなどを用いたスイッチング回路を含んで構成することが可能であり、その回路自体は公知の回路および公知の素子などを用いることができる。

回転駆動部１２２は、加熱ローラ５１を含む種々のローラを回転駆動し、定着制御装置２０からの指令に基づいて、それらローラの回転、停止、回転方向、回転速度、回転タイミングなどを制御することができる。回転駆動部１２２は、例えば、モータ、モータを駆動制御する駆動制御回路、ギヤ、ベルト、およびクラッチなどから構成することが可能である。

第１の制御部１１１は、ウォームアップモード時においては第１のヒータ５５ａおよび第２のヒータ５５ｂの両方を選択して電力を供給し、待機モード時においては第２のヒータ５５ｂのみを選択して電力を供給し、印字モード時においては第１のヒータ５５ａまたは第２のヒータ５５ｂのいずれかを選択して電力を供給するように制御する（本発明の請求項２に対応）。

図６には、そのような第１の制御部１１１によるヒータの選択制御の例が示されている。

このように、ウォームアップモード時においては第１のヒータ５５ａおよび第２のヒータ５５ｂの両方を選択して電力を供給するので、ウオームアップに要する時間が短縮される。待機モード時においては、端部における単位長さ当たりの発熱量の割合ＷＡが高い第２のヒータ５５ｂを選択して加熱ローラ５１を加熱するので、加熱ローラ５１の端部の温度の低下が抑制される。

しかも、印字モードにおいて、第１のヒータ５５ａまたは第２のヒータ５５ｂのより適当なヒータ５５を選択して加熱ローラ５１を加熱するので、加熱ローラ５１の端部の温度上昇を抑えることができる。

なお、例えば「第１のヒータ５５ａを選択する」とは、第１のヒータ５５ａに対して電力の供給を行うことであり、その電力供給量は、そのときのモード、検出された温度Ｔ１ａ，ｂなどに応じて異なる。本明細書において、「第１のヒータ５５ａを選択する」ことを、「第１のヒータ５５ａをオンする」、または「第１のヒータ５５ａに電力を供給する」などと言うことがある。

したがって、「第１のヒータ５５ａを選択」したときには、第１のヒータ５５ａに対して、第１ヒータドライバ１２１ａから電力を供給し、第１ヒータドライバ１２１ａによる位相制御を行ってその電力供給量を制御することになる。この場合に、第１のヒータ５５ａへの電力供給量は、それぞれのモードに応じた温度が維持されるように、位相制御などによって調整されることとなる。

また、第１の制御部１１１は、ウォームアップモードが開始された後に第１の温度センサー５６ａにより検出される第１の温度Ｔ１ａが第１のしきい値ｔｈ１以上となったときに待機モードに切り替え、印字モードとするための指令が入力されたことによって印字モードに切り替えられた状態において第１の温度Ｔ１ａが目標温度として設定された第２のしきい値ｔｈ２以上となるように、第１ヒータドライバ１２１ａおよび第２ヒータドライバ１２１ｂを制御して第１のヒータ５５ａまたは第２のヒータ５５ｂに対する電力供給量を調整する（本発明の請求項３に対応）。

また、第１の制御部１１１は、印字モード時において、定常時には第１のヒータ５５ａを選択し、第２の温度センサー５６ｂにより検出される第２の温度Ｔ１ｂが第３のしきい値ｔｈ３以下となったとき（Ｔ１ｂ≦ｔｈ３）、または第２の温度Ｔ１ｂが第１の温度Ｔ１ａよりも低下してその差分ＳＢ（＝Ｔ１ａ−Ｔ１ｂ）が第４のしきい値ｔｈ４以上となったとき（ＳＢ≧ｔｈ４）に、第２のヒータ５５ｂを選択する（本発明の請求項４に対応）。

すなわち、印字モードにおける定常時には、端部における単位長さ当たりの発熱量の割合ＷＡの低い第１のヒータ５５ａが選択されるので、連続通紙を行っているときの加熱ローラ５１の端部の温度上昇を抑えることができる。これによって、ＵＦＰＵＦＰの発生を抑制することができる。

そして、加熱ローラ５１の端部の温度が低下したときに、端部における単位長さ当たりの発熱量の割合ＷＡの高い第２のヒータ５５ｂが選択されるので、端部の温度の低下が抑制される。

なお、第３のしきい値ｔｈ３は、例えば１７０〜１９０℃程度の範囲、例えば１８０℃程度とすることが可能である。また、第４のしきい値ｔｈ４は、５〜１５℃程度の値、例えば１０℃程度とすることが可能である。

また、第１の制御部１１１は、印字モード時において、定常時には第１のヒータ５５ａを選択し、ローラの間を通過する用紙１４の間隔が所定よりも大きくなった場合には第２のヒータ５５ｂを選択するように制御する（本発明の請求項５に対応）。

これによって、通紙間隔が大きくなることによる端部の温度の低下が抑制される。つまり、通紙間隔が大きくなると、加熱ローラ５１から用紙１４への熱の移動が少なくなり、ヒータ５５への電力供給量が低下するので端部の温度が低下し易くなる。しかし、第２のヒータ５５ｂを選択することによって、端部の発熱量が中央部に比べて多くなり、端部の温度の低下が抑制される。

また、第２の制御部１１２は、待機モード時に加熱ローラ５１などのローラを停止させかつ印字モード時にローラを回転させるとともに、印字モード時においてローラの間を最後の用紙１４が通過し終わって印字モードから待機モードに切り替えられた後は所定の時間が経過した後でローラを停止させるように制御する（本発明の請求項７に対応）。

これによって、加熱ローラ５１の回転停止による温度の上昇を防ぐことができる。

なお、第１〜第４のしきい値ｔｈ１〜４は、予め記憶部１１３に記憶されているが、ユーザまたはサービスマンが設定しまたは変更することが可能である。

次に、定着装置３０における動作について、上に述べた制御の例とは別の例も含めて説明する。

画像形成装置ＧＫＳの電源が投入されると、ウオームアップモードとなり、ヒータ５５の制御が行われて加熱ローラ５１の表面が所定の温度となるように加熱される。ウオームアップが完了するまでの時間がウオームアップタイムである。電源が再投入されたとき、ジャム処理からの復帰時、画像形成装置ＧＫＳの本体のカバーを閉めたとき、スリープモードからの復帰時などに、ウオームアップが行われる。

ウオームアップモードでは、加熱ローラ５１の温度を、印字可能温度（定着可能温度）、例えば１９０℃まで上昇させるために、第１のヒータ５５ａおよび第２のヒータ５５ｂの両方のヒータ５５を選択して点灯する。ウオームアップモードにおける加熱ローラ５１の設定温度、つまり第２のしきい値ｔｈ２は、例えば１９０℃であり、第１の温度センサー５６ａにより検出された第１の温度Ｔ１ａを入力としてヒータ５５を制御する。

また、第２の制御部１１２により回転駆動部１２２を制御して加熱ローラ５１を回転させ、加圧ローラ５４を従動回転させる。これにより、加熱ローラ５１の発熱を加圧ローラ５４の表面に伝える。このときの加熱ローラ５１の回転による用紙１４の線速度は、例えば１８５ｍｍ／ｓである。ヒータ５５の点灯（選択）と回転とにより、加熱ローラ５１と加圧ローラ５４の表面を印字可能温度までに上昇させる。

そして、第１の温度センサー５６ａにより検出された第１の温度Ｔ１ａが所定の温度（第２のしきい値ｔｈ２）になれば、印字可能（プリント可能）であることを示すレディフラグをたてる。この場合の第２のしきい値ｔｈ２は、例えば１９０℃であるが、これを例えば１７０℃とすることも可能である。印字指令があった場合には、印字モードとなり、印字動作（画像形成装動作）を開始する。印字指令がない場合には待機モードとなる。

待機モードでは、加熱ローラ５１の回転を停止する。待機モードでは、第２のヒータ５５ｂを選択して制御を行う。待機モードにおける下限の設定温度は、例えば１７０℃であり、第２ヒータドライバ１２１ｂを制御して第２のヒータ５５ｂに電力を供給する。

待機モードにおいて、加熱ローラ５１の温まり具合または定着装置３０または画像形成装置ＧＫＳの内部の温度によって、設定温度を変化させてもよい。加熱ローラ５１に熱源があるので、加熱ローラ５１の方が加圧ベルト５４よりも温度が高くなる。待機モードにおいては、加熱ローラ５１が停止しているので加圧ローラ５４への熱の移動が抑えられ、ヒータ５５への電力供給量は少なくなる。しかし、加熱ローラ５１の端部から熱が逃げていくので、加熱ローラ５１における端部の中央部に対する温度の差分ＳＢは、ローラの回転時と比較して低くなる。

印字モードにおいては、印字が開始されて用紙１４が加熱ローラ５１に突入する以前から加熱ローラ５１が回転を開始する。これにより、加熱ローラ５１の熱を加圧ローラ５４の表面に伝導させて温度を上昇させる。加熱ローラ５１の回転の開始時には、一時的に加熱ローラ５１の温度降下が発生する。用紙１４が普通紙である場合に、これにフルカラーで印字を行うとき、定着装置３０における用紙１４の線速度は、例えば１８５ｍｍ／ｓであり、設定温度（第２のしきい値ｔｈ２）は例えば１９０℃であり、第１ヒータドライバ１２１ａを制御して第１のヒータ５５ａに電力を供給する。

印字モードにおいて、加熱ローラ５１の温まり具合、または定着装置３０または画像形成装置ＧＫＳの内部の温度によって、設定温度を変化させてもよい。温度が低下した状態から復帰させるための電力供給と、通紙によって用紙１４に奪われる熱量を補うための電力供給とがあるので、待機モードよりも電力供給量（ヒータ点灯比率）が高くなる。

待機モードでのローラの回転停止状態と印字モードでのローラの回転状態とでは、加熱ローラ５１の端部の温度を同じ温度に維持しようとする場合に、待機モードの場合の方が必要な電力供給量が多くなる。

なお、定着制御装置２０における制御には、第１の温度センサー５６ａおよび第２の温度センサー５６ｂにより検出された温度Ｔ１（Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ）を用いるが、これに対して、補正された温度（補正後温度）を用いてもよい。

すなわち、温度調整用補正係数をＡ１とし、次の式（１）、
ＴＡ１＝Ａ１×Ｔ１ ……（１）
で示される補正後温度をＴＡ１（ＴＡ１ａ，ＴＡ１ｂ）を用いてもよい。このように補正された温度を用いて制御を行うこともできる。

次に、画像形成装置ＧＫＳにおける制御の概略の流れをフローチャートを参照して説明する。

図７において、画像形成装置ＧＫＳの電源が投入された後、第１の温度センサー５６ａにより検出される第１の温度Ｔ１ａが所定の温度（第１のしきい値ｔｈ１）に達するまで、ウオームアップモードにおける制御が行われる（＃１１，１２）。

第１の温度Ｔ１ａが第１のしきい値ｔｈ１に達すると（＃１１でイエス）、印字指令が入力されるまでは待機モードにおける制御が行われ（＃１３でノー、＃１５）、印字指令が入力されて受付られているときは、印字モードにおける制御が行われる（＃１３でイエス、＃１４）。

図８において、ウオームアップモードでは、ローラが適当なタイミングで回転するように回転制御を行い（＃２１）、第１のヒータ５５ａおよび第２のヒータ５５ｂの両方を選択し（＃２２）、加熱ローラ５１の温度を迅速に上昇させるように電力制御を行い（＃２３）、その他の準備処理を行う（＃２４）。

図９において、待機モードでは、ローラを停止させるように停止制御を行い（＃３１）、第２のヒータ５５ｂを選択し（＃３２）、加熱ローラ５１の温度が所定の範囲となるように電力制御を行い（＃３３）、その他の処理を行う（＃３４）。

図１０において、印字モードでは、ローラが適当なタイミングで回転するように回転制御を行い（＃４１）、第１のヒータ５５ａまたは第２のヒータ５５ｂを選択し（＃４２）、加熱ローラ５１の温度が目標温度となるように電力制御を行い（＃４３）、その他の処理を行う（＃４４）。

図１１において、印字モードにおけるヒータの選択制御では、第２の温度Ｔ１ｂが第３のしきい値ｔｈ３以下となったとき（＃５１でイエス）、または第２の温度Ｔ１ｂと第１の温度Ｔ１ａとの差分ＳＢ（＝Ｔ１ａ−Ｔ１ｂ）が第４のしきい値ｔｈ４以上となったとき（＃５２でイエス）、第２のヒータ５５ｂを選択する（＃５４）。それ以外の場合には第１のヒータ５５ａを選択する（＃５３）。

図１２において、印字モードにおける他のヒータの選択制御では、用紙１４の通紙間隔が所定よりも大きくなった場合に（＃６１でイエス）、第２のヒータ５５ｂを選択する（＃６２）。それ以外の場合には第１のヒータ５５ａを選択する（＃６３）。

なお、図１１と図１２のフローチャートのいずれかのみを採用してもよいし、いずれかを優先的に行うようにしてもよい。

上に述べたように、本実施形態の画像形成装置ＧＫＳにおいては、加熱ローラ５１の加熱のために２本のヒータ５５ａ，ｂが設けられており、第１のヒータ５５ａは軸方向の発熱量の分布において中央部よりも端部の方が高く、第２のヒータ５５ｂは全発熱量の最大値が第１のヒータ５５ａよりも小さく、軸方向の発熱量の分布において中央部よりも端部の方が高く、かつ中央部に対する端部の発熱量の高い割合が第１のヒータ５５ａよりも大きくなっている。

また、ウオームアップモードにおいては第１のヒータ５５ａおよび第２のヒータ５５ｂの両方を選択して電力を供給し、待機モードにおいては第２のヒータ５５ｂのみを選択して電力を供給し、印字モードにおいては第１のヒータ５５ａまたは第２のヒータ５５ｂのいずれかを選択して電力を供給するように制御が行われる。

これによって、ウオームアップに要する時間が短縮され、通紙の開始時における端部の温度低下を抑制しつつ、連続通紙を行っているときの端部の温度上昇を抑えることができる。

上に述べた実施形態の画像形成装置ＧＫＳの定着装置３０において、温度センサーとしてサーモパイルまたは熱電対などを用いてもよい。定着装置３０における各種の条件や設定は上に述べた例に限定されることはない。熱源としてヒータに限ることはない。例えば抵抗発熱体を用いてもよく、誘導加熱を行ってもよい。ローラ定着に代えてベルト定着でもよい。ヒータ５５の個数を３個以上としてもよい。温度センサー５６を３個以上用いてもよい。

その他、加熱ローラ５１、加圧ローラ５４、第１のヒータ５５ａ、第２のヒータ５５ｂ、第１の温度センサー５６ａ、第２の温度センサー５６ｂ、第１の制御部１１１、第２の制御部１１２、記憶部１１３、定着制御装置２０、または画像形成装置ＧＫＳの各部または全体の構成、構造、回路、形状、個数、配置、および、しきい値ｔｈ１〜４、定格電力、割合ＷＡ、長さの値などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。

１４ 用紙（記録シート）
１８ 制御装置
２０ 定着制御装置
３０ 定着装置
５１ 加熱ローラ（ローラ）
５４ 加圧ローラ（ローラ）
５５ａ 第１のヒータ（第１の熱源）
５５ｂ 第２のヒータ（第２の熱源）
５６ａ 第１の温度センサー
５６ｂ 第２の温度センサー
１１１ 第１の制御部
１１２ 第２の制御部
１１３ 記憶部
１２１ａ 第１ヒータドライバ
１２１ｂ 第２ヒータドライバ
１２２ 回転駆動部
ｔｈ１〜４ 第１〜第４のしきい値
ＷＡ 割合
ＧＫＳ 画像形成装置

Claims (11)

1. 互いに接触する２つのローラの間を通過する記録シートを加熱して定着させる定着装置であって、
   いずれかの前記ローラを加熱するものであって、当該ローラの軸方向の発熱量の分布において中央部よりも端部の方が高い第１の熱源と、
   いずれかの前記ローラを加熱するものであって、全発熱量の最大値が前記第１の熱源よりも小さく、当該ローラの軸方向の発熱量の分布において中央部よりも端部の方が高くかつ中央部に対する端部の発熱量の高い割合が前記第１の熱源よりも大きい第２の熱源と、 を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記第１の熱源および前記第２の熱源に対し電力を供給する電力供給部と、
   ウオームアップモード時においては前記第１の熱源および前記第２の熱源の両方を選択して電力を供給し、待機モード時においては前記第２の熱源のみを選択して電力を供給し、印字モード時においては前記第１の熱源または前記第２の熱源のいずれかを選択して電力を供給するように制御する、第１の制御部と、
   を有する請求項１記載の定着装置。
3. 前記ローラのほぼ中央部における温度を検出する第１の温度センサーを備え、
   前記第１の制御部は、
   前記ウオームアップモードが開始された後に前記第１の温度センサーにより検出される第１の温度が第１のしきい値ｔｈ１以上となったときに前記待機モードに切り替え、前記印字モードとするための指令が入力されたことによって前記印字モードに切り替えられた状態において前記第１の温度が目標温度として設定された第２のしきい値ｔｈ２以上となるように、前記電力供給部を制御して前記第１の熱源または前記第２の熱源に対する電力の供給量を調整する、
   請求項２記載の定着装置。
4. 前記ローラの端部における温度を検出する第２の温度センサーを備え、
   前記第１の制御部は、前記印字モード時において、定常時には前記第１の熱源を選択し、前記第２の温度センサーにより検出される第２の温度が第３のしきい値ｔｈ３以下となったときまたは前記第２の温度が前記第１の温度よりも低下してその差分が第４のしきい値ｔｈ４以上となったときには前記第２の熱源を選択する、
   請求項３記載の定着装置。
5. 前記第１の制御部は、前記印字モード時において、定常時には前記第１の熱源を選択し、前記ローラの間を通過する記録シートの間隔が所定よりも大きくなった場合には前記第２の熱源を選択する、
   請求項３記載の定着装置。
6. 前記中央部に対する前記端部の発熱量の高い割合が、前記第１の熱源については１１０パーセント以上であり、前記第２の熱源については１２５パーセント以上である、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記待機モード時に前記ローラを停止させかつ前記印字モード時に前記ローラを回転させるとともに、前記印字モード時において前記ローラの間を最後の記録シートが通過し終わって前記印字モードから前記待機モードに切り替えられた後は所定の時間が経過した後で前記ローラを停止させるように制御する、第２の制御部を有する、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記第１の温度センサーおよび前記第２の温度センサーは、いずれもサーミスタであり、前記ローラとは非接触の状態で設けられている、
   請求項４記載の定着装置。
9. 前記第２の熱源は、前記記録シートの最大幅サイズと同等の発熱領域を有し、
   前記第１の熱源は、前記第２の熱源よりも若干狭い発熱領域を有する、
   請求項１ないし８のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記第１の熱源および前記第２の熱源は、いずれかもハロゲンランプヒータであり、いずれか一方の前記ローラの内部に設けられている、
    請求項１ないし９のいずれかに記載の定着装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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