JP2011158576A

JP2011158576A - 定着装置および画像形成装置

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Publication number: JP2011158576A
Application number: JP2010018390A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Takahashi; 良春高橋; Toshio Ogiso; 敏夫小木曽
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: JP5366016B2; US20110188874A1; US8588639B2

Abstract

【課題】印字後の待機移行時のオーバーシュートが小さく、エネルギー消費を抑えることが可能な定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着装置は、トナー像を溶解して記録媒体９に定着する定着回転体５０と、定着回転体５０を加熱する熱源５と、熱源５を制御する制御手段３０と、定着回転体５０の温度を検知する温度検知手段６とを備える。制御手段３０は、印字時制御と待機時制御と強制オン制御とを備える。印字時制御は温度検知手段６の検知結果に基づいて熱源への単位時間当たりのオン比率を可変とする。待機時制御は温度検知手段６の検知結果に基づいてオンオフ制御を行う。強制オン制御は、印字動作の終了した後における温度検知手段６の検知結果が待機目標温度よりも低い場合には、オンオフ制御を開始する前に熱源５を強制的にオンさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真技術を利用した複写機やプリンタ等の画像形成装置およびこのような画像形成装置に用いられる定着装置に関する。

従来、例えば電子写真方式を用いた画像形成装置では、像担持体上にトナー画像を形成し、そのトナー画像を記録媒体に転写し、その画像転写後の記録媒体を定着装置に入れて定着装置で熱と圧力とを加え、記録媒体上の未定着トナー画像を記録媒体上に定着して排出するものである。

定着装置は、一般的には、図６に示すように、定着ローラ５３と、内部に熱源５５を有する加熱ローラ５４とに定着ベルト５２を掛け回し、その定着ベルト５２を挟んで定着ローラ５３と加圧ローラ５１とを圧接し、それらのニップ部間に記録媒体（用紙）５９を通して定着を行うものである。定着ローラ５３と加圧ローラ５１で構成されるニップ部よりも上流側には用紙５９をニップ部へ案内する入り口ガイド５７が設けられ、ニップ部よりも下流側にはニップ部からの用紙５９の排出を案内する出口ガイド５８が設けられている。すなわち、定着ローラ５３が矢印Ａ１方向に回転して定着ベルト５２が矢印Ａ２方向に走行する。この際、定着ベルト５２を介して定着ローラ５３に圧接する加圧ローラが矢印Ａ３方向に回転する。そして、用紙５９が、矢印Ｂ方向に沿って入り口ガイド５７にガイドされつつニップ部を通過して、出口ガイド５８にガイドされつつこのニップ部から搬出される。

定着装置においては、加熱の温度を狙いの温度に維持して安定した定着性を確保する必要がある。そのため、従来には温度検知手段５６によって検知した定着ベルト５２の温度に基づいて、加熱ローラ５４を加熱する熱源（ヒータ）５５をオンオフ制御する技術があった。具体的に、温度検知手段５６による検知温度が所定値・目標制御温度よりも低い場合には熱源（ヒータ）に対する通電のデューティを１００％にし、通電をオンして、温度検知手段による検知温度が所定値よりも高い場合には熱源（ヒータ）に対する通電のデューティを０％にし、通電をオフしている。このような温度制御方式を特許文献１で知られる、オンオフ制御方式という。

このようなオンオフ制御方式を用いた定着装置は、そのままでは目標制御温度に対する温度リップルが大きくなるために、特許文献２では、制御アルゴリズムに比例(Proportional)、積分(Integral)、微分（Derivative）を組み合わせて検知温度と目標制御温度との偏差に応じて複数のパラメータを最適化するＰＩＤ制御がおこなわれる。ＰＩＤ制御では、ヒータ（熱源）に対する通電のデューティを０〜１００％の範囲で可変している。

一方、特許文献３では、オンオフ制御からＰＩＤ制御に切り替わるときに、温度リップルを小さく立上げ時間を安定的に短縮することを目的としている。この場合、所定のアルゴリズムに基づいて温度検知手段の検知結果から算出される値になるように通電のDutyが可変される制御技術が開示されている。

前記特許文献２に記載のように、ＰＩＤ制御のみを用いた定着装置では、温度リップルが小さくなる。しかしながら、待機中においてもヒータ（熱源）を頻繁にＯＮ・ＯＦＦさせるため、オンオフ制御を用いたものに比べてエネルギー消費が大きくなる。

これに対して、印字後にオンオフ制御からPID制御に切り替えた場合は、印字後の定着部内の温度によって、オーバーシュートが大きくなって、出力画像の定着性を確保する為に時間がかかることになる。

このように、従来の定着装置は、温度リップルを大きくすることなく、印字後の待機に移行するときのオーバーシュートを抑えることが難しかった。

本発明は、斯かる事情に鑑み、印字後の待機移行時のオーバーシュートが小さく、エネルギー消費を抑えることが可能な定着装置及び画像形成装置を提供しようとするものである。

本発明の第１の定着装置は、トナー像を溶解して記録媒体に定着する定着回転体と、この定着回転体を加熱する熱源と、この熱源を制御する制御手段と、前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段とを備える定着装置において、前記制御手段は、印字中において、印字目標温度に維持するように前記温度検知手段の検知結果に基づいて熱源への単位時間当たりのオン比率を可変とする印字時制御と、前記印字動作が終了した後の待機時においては、待機目標温度に維持するように前記温度検知手段の検知結果に基づいてオンオフ制御をおこなう待機時制御と、前記印字動作の終了した後における前記温度検知手段の検知結果が前記待機目標温度よりも低い場合には、前記オンオフ制御を開始する前に前記熱源を所定時間だけ強制的にオンさせる強制オン制御を行うものである。

本発明の第２の定着装置は、トナー像を溶解して記録媒体に定着する定着回転体と、この定着回転体を加熱する熱源と、この熱源を制御する制御手段と、前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段とを備える定着装置において、前記制御手段は、印字中において、印字目標温度に維持するように前記温度検知手段の検知結果に基づいて熱源への単位時間当たりのオン比率を可変とする印字時制御と、前記印字動作が終了した後の待機時においては、待機目標温度に維持するように前記温度検知手段の検知結果に基づいてオンオフ制御をおこなう待機時制御と、前記印字動作終了後の所定時間の間、前記熱源をオンさせずに前記定着回転体を回転させる回転制御と、前記所定時間経過後に回転を停止した前記定着回転体の温度が前記待機目標温度よりも低い場合には、前記オンオフ制御を開始する前に前記熱源を所定時間だけ強制的にオンさせる強制オン制御を行うものである。

本発明の第１及び第２の定着装置は、印字中において、温度検知手段の検知結果に基づいて熱源への単位時間当たりのオン比率を可変とするものであり、温度リップを小さくできる。また、印字動作が終了した後の待機時においては、目標温度を下回った場合に電源をオンさせ、目標温度より上の場合は電源をオンさせないオンオフ制御を行うことになる。

ところで、制御が切り替わるタイミングは、印字から待機に移るときに同時におこなわれるが、この制御が変わるときに、オーバーシュートが大きくなる問題がある。この場合、印字温度が待機温度より高い場合と印字温度が待機温度より低い場合とがある。

印字温度が待機温度より高い場合には、定着回転体に熱が蓄積し、オーバーシュートが大きくなる。このようにオーバーシュートが大きい場合、温度が下がるまでに時間がかかる。そこで、印字後定着回転体を一定時間回転させることにより、熱を放出し、このオーバーシュートを抑えることができる。

印字温度が待機温度より低い場合には、待機温度より低いと判断して熱源がオンし（オン状態となり）、目標の温度になるまで熱源が入った状態となる。このため、オーバーシュートが大きくなる。そこで、制御が切り替わる間に、熱源をオフ状態として定着回転体を回転させて急激な温度上昇を抑制するとともに、その後回転を停止させ、停止させた状態の温度上昇勾配から熱源のオン時間（オン時間）を決定、そして熱源を前記決定した時間だけ強制的にオンさせる制御を挟むことによって、オンオフ制御によるオーバーシュートを抑えることができる。

強制オン制御による熱源の強制的なオンは、定着回転体が前記待機中の目標温度に達する前にオフさせるのが好ましい。

熱源を強制的にオンさせる所定時間は、印字動作が終了した後において熱源がオフしている状態であってかつ回転を停止している定着回転体の所定時間内における温度上昇勾配と、待機中の目標温度と前記温度検知手段の検知結果との差と、から算出されるのが好ましい。

前記印字動作中の目標温度は、記録媒体の紙種に応じて変更される。前記単位時間当たりのオン比率を変更する制御は、PID制御、PI制御、I-PD制御、I-P制御、PI-D制御のいずれかである。ＰＩＤ制御は、Ｐ：Proportional（比例）、Ｉ：Integral（積分）、Ｄ：Derivative（微分）の３つの組み合わせで制御するものであり、目標値と現在値の偏差に応じ、複数のパラメータを最適化することにより制御を行うものである。このＰＩＤ制御は、オン−オフ制御に比較して温度リップルの低減を図ることができる。ＰＩ制御は、比例(Proportion)+積分(Integral)+微分(Differential)=PID制御の簡易型、比例(P)+積分(I)=PI制御を指す。Ｉ−ＰＤ制御は比例微分先行型制御であり、Ｉ−Ｐ制御は積分比例制御であり、ＰＩ−Ｄ制御微分先行型制御である。

印字目標温度は、記録媒体の紙種に応じて変更されように設定できる。

本発明の画像形成装置は、前記記載の定着装置を備えたものである。

本発明の定着装置では、印字中において温度リップを小さくできる。また、印字動作が終了した後の待機時においては、目標温度を下回った場合に電源をオンさせ、目標温度より上の場合は電源をオンさせないオンオフ制御を行うので、エネルギー消費を抑えることができる。また、オンオフ制御を開始するときは、目標温度よりも測定温度が高くなっているため、制御切り替えによる熱源点灯の無駄を省き、エネルギー消費を抑え、部品の消耗を抑えることで部品寿命が延び印字後の待機移行時のオーバーシュートを小さくすることができる。

また、印字温度が待機温度より高い場合であっても、印字温度が待機温度より低い場合であっても、オーバーシュートを安定して抑えることができる。

単位時間当たりのオン比率を変更する制御は、PID制御等の種々の制御方法を採用することができ、制御手段の複雑化を防止でき、しかも、安定したものとすることができる。印字目標温度を記録媒体の紙種に応じて変更するものでは、その記録媒体に対して安定した印字の定着が可能となる。

本発明の画像形成装置では、印字後の待機移行時のオーバーシュートが小さく、エネルギー消費を抑えることが可能な画像形成装置を提供できる。

本発明の画像形成装置の定着装置の簡略図である。本発明の画像形成装置の全体簡略図である。印字中と待機中とにおける目標温度と温度検知手段による測定温度波形との関係を示すグラフ図である。印字中と待機中とにおける目標温度と温度検知手段による測定温度波形との関係、及び定着回転体のオンオフとの関係を示し、印字温度が待機温度より高い場合のグラフ図である。印字中と待機中とにおける目標温度と温度検知手段による測定温度波形との関係、及び定着回転体のオンオフとの関係を示し、印字温度が待機温度より低い場合のグラフ図である。従来の画像形成装置の定着装置の簡略図である。

以下、図に示す実施例による本発明を実施するための形態を説明する。

図２は本発明の一実施形態における画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置は、装置中央部に転写ベルト装置１８が配置されており、転写ベルト装置１８の上面には、トナーを封入した作像装置２２Ｋ、２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃが配置されている。作像装置２２Ｋ、２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃには、それぞれ感光体１９と帯電ローラ２０と現像ローラ２１が一体状に配置されている。転写ベルト装置１８は、一対の支持ローラ２５，２６と、支持ローラ２５，２６に掛け回される中間転写ベルト２７とを備える。この支持ローラ２５，２６のうち一方が駆動ローラとして機能し、この駆動ローラの回転軸には駆動源としての図示しない駆動モータが連結されている。この駆動モータを駆動させると、中間転写ベルト２７が支持ローラ２５，２６に掛け回された状態で走行（回転）する。

作像装置の上方には露光手段２３が配置され、転写ベルト装置１８の下流（図２の左方）には定着装置１５と用紙排出手段２４が配置されている。電子写真装置下部には、記録媒体（用紙）９（図１参照）を溜めておく用紙保持手段１６、用紙供給手段１７が配置されている。

このような構成において、帯電ローラ２０は各作像装置２２Ｋ〜２２Ｃごとに感光体１９の表面を一様に帯電させる。次にパソコン、イメージスキャナなどによる画像、文字の情報を露光手段２３によりドット単位で露光が行われ、感光体１９の表面に静電潜像を形成させる。その後、静電潜像は、現像ローラ２１によりトナーが供給、現像されることでそれぞれの感光体上にトナー像として可視化される。

一方、そのトナー像形成にあわせて、用紙（記録媒体）９が用紙供給手段１７によって用紙保持手段１６から転写ベルト装置１８に搬送されるとともに、各作像装置２２Ｋ、２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃの感光体１９と順次接触することで、各感光体１９上に形成された各色のトナー像が用紙９に転写される。これによって、用紙上で４色のカラートナー像が形成される。トナー像が転写された用紙９は、転写ベルト装置１８から定着装置１５に運ばれ、トナー像が用紙９に定着され、用紙排出手段２４を介して装置外へ排出される。

定着装置１５は、図１に示すように、定着部材としての定着ローラ３と、加熱部材としての加熱ローラ４の少なくとも２つのローラに巻き掛けられて回転駆動される定着ベルト２と、この定着ベルト２の表面に圧接する加圧部材（加圧ローラ）１とを具備している。また、加熱ローラ４は熱源５を有する。このため、定着ローラ３と加熱ローラ４と定着ベルト２とをもって定着回転体５０と呼ぶことができる。なお、この定着回転体５０には加圧ローラを含めてもよい。そして、定着回転体５０の温度、この場合定着ベルト２の表面は、温度検知手段６によって温度が検出（検知）される。

加圧ローラ１は、芯部材１ａと、この芯部材１ａを被覆する被覆層１ｂとからなる。例えば、芯部材１ａは、厚さ４．５ｍｍ、直径２３ｍｍの炭素鋼芯金からなり、被覆層１ｂは、シリコンゴム厚層と、ＰＦＡ（四弗化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合）層とを備える。シリコンゴム厚層は３．５ｍｍであり、ＰＦＡ層は３０μｍである。この加圧ローラ１は、用紙９を定着ベルト２に押し付け、図示していないギヤにより矢印a方向へ回転し、この回転駆動力によって定着ベルト２が従動回転する。

定着ベルト２は、例えば、ポリイミド、シリコンゴム、ＰＦＡ（四弗化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）の三層構造で構成される。さらに、具体的には、厚さ７０μｍ、外径φ４５ｍｍの無端状のポリイミド基材があり、その表面にトナー画像の画質向上と画質安定化するために、弾性層として厚さ１５０μｍのシリコンゴムを設け、さらにトナーとの離型性を確保するため、厚さ３０μｍのＰＦＡ（四弗化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）である。定着ベルト２は、内接される定着ローラ３と加熱ローラ４で支持される。

定着ローラ３は、定着ベルト２を介して、加圧ローラ１に向かい合う位置に配置され、用紙上に形成されたトナー像１０を定着させるためのニップ部を形成する。加熱ローラ４はアルミニウムや鉄等の中空体からなり、定着ベルト２を回転可能に支持するように配置される。また、定着ベルト２が加熱ローラ４に対して少なくとも１００°巻きつくことで、定着ベルト２を安定して搬送できる。

加熱ローラ４内部には前記したように熱源５が配置されている。熱源５は例えばハロゲンヒータで構成できる。ハロゲンヒータは、ハーネス等により制御手段３０を構成する制御基盤に接続される。このため、熱源（ヒータ）５は、制御手段３０によって制御され、用紙９にトナーを定着させるための必要な熱エネルギーを供給している。制御手段３０は例えば、マイクロコンピュータにて構成できる。

また、制御手段３０による電源５の制御を行うために加熱ローラ４上に定着ベルト２を介して温度検知手段６を配置している。温度検知手段６によって検知した温度を基にハロゲンヒータからなる熱源５の制御を行う。なお、温度検知手段６に接触式サーミスタを用いることができる。このように、接触式サーミスタを用いれば安価な構成とすることができる利点がある。

また、加熱ローラ４上に温度検知手段６を配置することにより用紙９との接触をさけることができる。このため、破損、故障を減少でき、温度検知手段６を定着ベルト２に確実に接触させることができ、接触ふらつきによる温度誤差を小さくし画質を安定させることができる。

用紙９と接して加圧ローラ１と定着ローラ３により形成されるニップ部よりも用紙搬送方向（走行方向）上流側には入り口ガイド７が設けれ、入り口ガイド７によって、ニップ部に用紙９が案内される。入り口ガイド７により加圧ローラ１と定着ローラ３の間のニップ部に用紙９を案内することで、用紙挙動を安定化させ、確実に用紙９を搬送するように構成する。ニップ部よりも用紙搬送方向（走行方向）下流側には出口ガイド８が配置されている。

画像形成装置には、印字状態（印字中）と待機状態（待機中）とがあり、図３に示すように、加熱ローラ４の印字目標温度と待機目標温度とを相違させている。目標温度に対して、温度検知手段６により定着ベルト２の温度を測定して、測定温度を基に印字中では、ＰＩＤ制御、待機中ではオンオフ制御により電源５のDutyを制御する。

ここで、ＰＩＤ制御とは、Ｐ：Proportional（比例）、Ｉ：Integral（積分）、Ｄ：Derivative（微分）の３つの組み合わせで制御するものであり、目標値と現在値の偏差に応じ、複数のパラメータを最適化することにより制御を行うものである。この場合、印字目標温度に維持するように前記温度検知手段６の検知結果に基づいて熱源５への単位時間当たりのオン比率を可変とする。

このように、前記制御手段３０は、印字中において、印字目標温度に維持するように温度検知手段６の検知結果に基づいて熱源５への単位時間当たりのオン比率を可変とする印字時制御と、印字動作が終了した後の待機時においては、待機目標温度に維持するように温度検知手段６の検知結果に基づいてオンオフ制御を行う待機時制御を備える。

このため、印字中は、可変制御であるＰＩＤ制御により、Ｐ比例、積分Ｉ、微分Ｄを組み合わせて検知温度と目標制御温度との偏差に応じて複数のパラメータを最適化して、ヒータ（熱源５）のDutyを制御することになる。これによって、目標温度に対して、温度リップルを小さく画像品質を安定させることができる。また、可変制御は、ＰＩＤ制御だけでなく、ＰＩ制御、Ｉ−ＰＤ制御、Ｉ−Ｐ制御、ＰＩ−Ｄ制御のいずれかであればよい。ＰＩ制御は、比例(Proportion)+積分(Integral)+微分(Differential)=PID制御の簡易型、比例(P)+積分(I)=PI制御を指す。Ｉ−ＰＤ制御は比例微分先行型制御であり、Ｉ−Ｐ制御は積分比例制御であり、ＰＩ−Ｄ制御微分先行型制御である。

印字後における印字時のＰＩＤ制御から待機時のＯＮ・ＯＦＦ制御に切り替わるときに、図３の一点鎖線内に示すように、オーバーシュートが大きくなる。これは、ＰＩＤ制御によりヒータ（熱源５）をＯＮしてニップに熱を供給しているが、印字中において用紙９に熱が奪われていく為、印字が終了すると熱を奪われないからである。また、印字中は、加圧ローラ１及び定着ローラ３の両ローラが回転することにより記録媒体（用紙）９を搬送する必要がある。しかしながら、印字終了とともにこれらの回転が停止する。このように停止すれば、回転による熱の放出が無くなり、定着回転体５０に熱が留まる。このように記録媒体（用紙）９にトナーを定着するときに定着性を確保するために制御を行っているため、ヒータ（熱源５）が点灯していなくても（オン状態となっていなくても）熱が定着回転体５０に留まることにより、温度波形が安定しないのである。このため、印字枚数や印字温度、用紙９の厚み・種類、印刷モードによってオーバーシュート量がバラバラとなる。

ところで、ＰＩＤ制御では、常に温度を検知し、検知した温度と目標温度による演算を行い、ヒータDutyを決定している。このため、温度リップルを小さくできる利点がある。しかしながら、頻繁にヒータ（熱源５）をＯＮ・ＯＦＦさせて温度を一定に保つ為、エネルギー消費が大きい。したがって、印字中は、定着性を確保するため適しているが、待機においては、不向きである。そこで、待機中は、目標温度を下回った場合にヒータ（熱源５）を点灯させ、目標温度より上の場合は、ヒータは点灯させない、ＯＮ・ＯＦＦ制御をおこなうことで、エネルギー消費を抑えることができる。

この場合、制御が切り替わるタイミングは、印字から待機に移るときに同時におこなわれる。しかしながら、この制御が変わるときに、オーバーシュートが大きくなる問題がある。１つは、印字温度が待機温度より高い場合、２つ目は、印字温度が待機温度より低い場合である。ここで、２つの場合について簡単に説明する。

まず印字温度は、紙種、坪量によりそれぞれの紙種に対応した印字モードが設けられている。これは、各紙種によりトナーを用紙９に定着させるために必要なエネルギーに違いがあるため、紙種ごとに設定を変えることで、適切なエネルギーを与え、画像を安定した品質で印字するためである。

印字モードの一例を挙げると、薄紙モードは、坪量６０〜６５ｇ/ｍ²の用紙９に適用され、印字温度、１５０℃である。普通紙モードは、坪量が６６〜７４ｇ/ｍ²の用紙９で、印字温度、１６０℃である。中厚口モードは、坪量７５〜９０ｇ/ｍ²の用紙９で、印字温度、１７０℃である。また、待機温度は、１６０℃で、待機から印字までの時間を短時間にするように設定されている。よって、１つ目の印字温度が待機温度より高い場合とは、中厚口モードで印字の場合で、印字温度１７０℃、待機温度１６０℃で印字温度が待機温度より高くなっている。2つ目の印字温度が待機温度より低い場合とは、薄紙モードで印字の場合で、印字温度１５０℃、待機温度１６０℃で印字温度が待機温度より低くなっている。

次に、図４のように印字温度が待機温度より高い場合について説明する。印字中に、定着回転体５０に熱が蓄積し、オーバーシュートが大きくなる。これを図４の点線の波形で示している。印字後にＰＩＤ制御からオンオフ制御に切り替わったとき、目標温度より温度が高いため、ヒータ（熱源５）は、ＯＦＦで待機するが、オーバーシュートが大きい場合には、温度が下がるまでに時間がかかる。そのため、印字要求がきた場合に温度が下がるまで待たなくてはいけないため、使い勝手が悪い装置となる。また、高温になりすぎることで、部品へのダメージがあり、繰り返し起こると部品寿命が短くなる問題がある。

そこで、定着回転体５０を印字後に一定時間回転させることにより、熱を放出しオーバーシュートを抑え図４の実線の波形にすることができる。これは、部品を追加することなく、簡単に制御動作により安価に解決する方法として定着回転体５０を回転させる方法である。なお、図４の下部に定着回転体回転の動作を示している。

ここでは、定着回転体５０の印字後、回転時間は、５秒間としている。空転時間設定は、回転時間の長い方がオーバーシュートを抑えることができるが、印字が少なく蓄熱していないときでは、温度が大きく下回る。そこで、この場合、中厚口モードで印字した後に待機温度まで（170℃から160℃まで）の温度差１０℃に対して、１０枚印字した後の定着ベルト温度を１０℃さげることができるローラの回転時間で設定している。本構成では、定着ベルト温度を１０℃下げるため、必要な回転時間は、約５秒であるため、空転時間を５秒と設定した。

次に印字温度が待機温度より低い場合について図５を用いて説明する。図５の点線で示したオーバーシュート時の温度波形は、制御の入れ替わった直後に待機温度より低いと判断しヒータ（熱源５）が点灯する（オン状態となる）波形である。この場合、目標の温度になるまでヒータ（熱源５）がオン状態となるため、オーバーシュートが大きくなる。このときのヒータDutyを点線で図５の下部に示す。

ここで、オーバーシュートを抑えるため前記したように定着回転体５０の回転動作が入ってくる。ただし、印字から待機への切り替わり直後では、目標温度より低いため、そのまま回転だけを入れると、ヒータ（熱源５）がついた状態で各ローラが回転する。このように、熱を放出してオーバーシュートを抑えるための動作が、熱を貰いながら動作することになり、昇音を鈍らせる動作となり、回転停止後のオーバーシュートが大きくなる。そのため、回転中は、温度によらずヒータを強制的にＯＦＦ（０％）として制御することで、本来のオーバーシュート抑制を行う。連続印字後の場合では、定着部材の温度が高温になり、部品寿命が短くなる。このため、印字要求がきても高温のためすぐに印字できず、時間がかかることになる。

そこで、印字中のＰＩＤ制御と待機中のオンオフ制御との間に、ヒータ（熱源５）をオフして空回転させて急激な温度上昇を抑制するようにする。その後回転を停止させ、停止させた状態の温度上昇勾配からヒータ（熱源５）の点灯時間（オン時間）を決定する。そしてヒータ（熱源５）を上記決定した時間だけ強制的にオンさせる制御を挟むことによって、オンオフ制御によるオーバーシュートを抑制することが可能になる。

このPID制御とオンオフ制御の間におけるヒータ（熱源５）の点灯時間（オン時間）決定について説明する。PID制御（印字）後にオーバーシュートを抑制する為空回転が行われる。その後、回転体静止状態で1秒間に何度温度が上がるか定着回転体の温度上昇勾配を測定し、目標温度と測定温度の差を検知する。そして、表１に示すような制御テーブルを予め設けておき、温度上昇勾配と目標温度と測定温度の差の関係からヒータ（熱源５）の点灯時間（オン時間）を決定する。

たとえば、温度上昇勾配が−１０℃/s〜１０℃/sの範囲である5℃/sで、目標温度と測定温度の差が−２０deg〜−１０degの範囲である−15degのときは、ヒータ（熱源５）の点灯時間（オン時間）は、1秒となる。

また、図５のように印字中の設定温度よりも待機中の設定温度の方が十分高く、数枚程度の印字で機内に熱が蓄積していない、印字動作終了後において定着回転体５０を回転させなくても、待機目標温度に到達しない場合も考えられる。この場合には、印字動作終了後において定着回転体５０を回転させる必要はない。しかしながら、図４に示すように、記録媒体の紙種によっては、待機目標温度が印字目標温度よりも低い場合もあり得る。従って、印字動作終了後に定着回転体５０を回転させる制御を必ず行うようにすれば、待機中の設定温度が印字中の設定温度に対して高い場合も低い場合も共に同様の制御によりオーバーシュートを抑制することができる。

本発明では、印字中において、温度検知手段６の検知結果に基づいて熱源５への単位時間当たりのオン比率を可変とするものであり、温度リップを小さくできる。また、印字動作が終了した後の待機時においては、目標温度を下回った場合に電源をオンさせ、目標温度より上の場合は電源をオンさせないオンオフ制御を行うことになる。

このように、印字中において温度リップを小さくできる。また、印字動作が終了した後の待機時においては、目標温度を下回った場合に電源をオンさせ、目標温度より上の場合は電源をオンさせないオンオフ制御を行うので、エネルギー消費を抑えることができる。また、オンオフ制御を開始するときは、目標温度よりも測定温度が高くなっているため、制御切り替えによるヒータ点灯の無駄を省き、エネルギー消費を抑え、部品の消耗を抑えることで部品寿命が延び印字後の待機移行時のオーバーシュートが小さくすることができる。

単位時間当たりのオン比率を変更する制御は、PID制御等の種々の制御方法を採用することができ、制御手段３０の複雑化を防止でき、しかも、安定したものとすることができる。印字目標温度を記録媒体の紙種に応じて変更するものでは、その記録媒体９に対して安定した印字の定着が可能となる。

なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。本発明に係る画像形成装置は、電子写真複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ装置等がある。熱源５としてハロゲンヒータ以外のもの、例えば誘導加熱を用いるものであっても、セラミックヒータを用いた構成としてもかまわない。温度検知手段６としてもサーミスタに限るものではなく、熱電対、赤外線温度検知装置等の種々のものを用いることができ、接触式であっても非接触式であってもよい。

５熱源
６温度検知手段
９記録媒体（用紙）
３０制御手段
５０定着回転体

特許第３７４６９１３号公報特開昭６０−１６３１０２号公報特開２００８−１２２７５７号公報

Claims

トナー像を溶解して記録媒体に定着する定着回転体と、この定着回転体を加熱する熱源と、この熱源を制御する制御手段と、前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段とを備える定着装置において、
前記制御手段は、印字中において、印字目標温度に維持するように前記温度検知手段の検知結果に基づいて熱源への単位時間当たりのオン比率を可変とする印字時制御と、前記印字動作が終了した後の待機時においては、待機目標温度に維持するように前記温度検知手段の検知結果に基づいてオンオフ制御を行う待機時制御と、前記印字動作の終了した後における前記温度検知手段の検知結果が前記待機目標温度よりも低い場合には、前記オンオフ制御を開始する前に前記熱源を所定時間だけ強制的にオンさせる強制オン制御を行うことを特徴とする定着装置。
トナー像を溶解して記録媒体に定着する定着回転体と、この定着回転体を加熱する熱源と、この熱源を制御する制御手段と、前記定着回転体の温度を検知する温度検知手段とを備える定着装置において、
前記制御手段は、印字中において、印字目標温度に維持するように前記温度検知手段の検知結果に基づいて熱源への単位時間当たりのオン比率を可変とする印字時制御と、前記印字動作が終了した後の待機時においては、待機目標温度に維持するように前記温度検知手段の検知結果に基づいてオンオフ制御を行う待機時制御と、前記印字動作終了後の所定時間の間、前記熱源をオンさせずに前記定着回転体を回転させる回転制御と、前記所定時間経過後に回転を停止した前記定着回転体の温度が前記待機目標温度よりも低い場合には、前記オンオフ制御を開始する前に前記熱源を所定時間だけ強制的にオンさせる強制オン制御を行うことを特徴とする定着装置。
強制オン制御による熱源の強制的なオンは、定着回転体が前記待機目標温度に達する前にオフされ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。
熱源を強制的にオンさせる所定時間は、印字動作が終了した後において熱源がオフしている状態であってかつ回転を停止している定着回転体の所定時間内における温度上昇勾配と、待機中の目標温度と前記温度検知手段の検知結果との差と、から算出されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
前記印字目標温度は、記録媒体の紙種に応じて変更されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
前記単位時間当たりのオン比率を変更する制御は、PID制御、PI制御、I-PD制御、I-P制御、PI-D制御のいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の定着装置。
前記温度検知手段は、サーミスタであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の定着装置。
前記請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。