JP4250426B2 - 定着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば複写機・プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
画像形成装置に搭載される定着装置は、従来から熱ローラ方式、フィルム加熱方式等の接触加熱方式が広く用いら、ローラやフィルムを介してトナー像の加熱を行っている。
【０００４】
フィルム加熱方式の定着装置は、セラミックの基板上に抵抗発熱体のパターンを設けた加熱体（セラミックヒータ）と、加圧部材としての弾性加圧ローラとの間に、薄い耐熱性フィルムを挟ませて加熱部としての定着ニップ部を形成させ、定着ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に未定着画像を形成担持させた被加熱材としての記録材（以下、紙と記す）を導入してフィルムと一緒に挟持搬送させることで、フィルムを介した加熱体からの熱により未定着画像を紙上に加熱定着させる方式のもので（例えば、特許文献１参照）、装置の小型化、クイック立ち上げ（ファーストプリントアウトタイム短縮）等が可能である。
【０００５】
また、その加熱体の制御は、非通紙部昇温対策として装置が冷えている場合でも常に紙間では発熱を抑えるといった方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
加熱体の温度制御は、加熱体上に設けられた温度検知素子としてのサーミスターの出力をＡ／Ｄ変換しＣＰＵに取り込み、その情報をもとにトライアックにより加熱体に通電するＡＣ電圧を位相、波数制御等により、加熱体通電電力を制御することで行う。
【０００７】
図１０は、従来の加熱体通電電力の制御を行っているときの定着制御温度を示したものである。５〜６時間本体を動作させていない場合、定着装置はほぼ室温まで冷え切っている。Ｔａ〔℃〕はその冷え切っている時の定着装置の温度である。
【０００８】
プリントを始めると加熱体は温度上昇をはじめていく。加熱体は被加熱材としての紙（記録材）が定着装置の加熱部である定着ニップ部に入る直前ｅに未定着画像を固着させるために必要な定着温度Ｔｄに温度上昇している。本体が冷え切っている場合、温調温度は高い位置に制御される。
【０００９】
時間ｅからｆの間に一枚目のプリントの未定着画像は定着ニップ部で固着されている。未定着画像が固着された紙が定着ニップ部から抜け出る時間がｆである。そして紙間ｆからｇで一旦加熱体の発熱を抑え、再び未定着画像をのせた紙（二枚目のプリント）が定着ニップ部に突入する寸前ｅ’に定着可能温調温度Ｔｄへ加熱体を立ち上げる。
【００１０】
紙間ｆからｇで加熱体の発熱をおさえている理由として、封筒やショートメディア等通紙領域の狭い紙を通紙した際に発生する通紙域外の極端な温度上昇を防止するためである。
【００１１】
またプリント枚数を重ねていくに伴って、定着ニップ部の熱で加圧ローラの温度も上昇していく。これに伴って加熱体の温調温度も低めの定着可能温調温度へと変化させる必要がある。この場合（低めの温調温度）もさきと同様の理由で紙間ｆからｇで加熱体の発熱をおさえている。
【００１３】
ここで、加熱体通電電力を制御する波数制御の「波数」という言葉の意味を簡単に説明する。例えば装置に入力している電圧圏が１１０Ｖ／６０Ｈｚであった場合、これは図１１の（ａ）の様に正弦波のＡＣ波形であり、この正弦波の＋側ピークが＋１１０Ｖ、正弦波の−側ピークが−１１０Ｖである。さらにこの正弦波の周期は１／６０ｓｅｃ（＝０．０１６７ｓｅｃ）の正弦波形をしていることを意味する。ここで、本件で使用している波数制御とは、図１１の（ｂ）に有るように正弦波の０Ｖから０Ｖまでを１波とする最小単位を持ち、図１２に示すように、例えば１５／１５波入力とは、１５波全てを通電した場合を示し、例えば１５波の内２波を入力した場合を２／１５波（２波）入力という。
【００１４】
図１２は１波入力から１５波入力の様子を示している。図の中の１波入力を参考にすると、ここでは、１５波の内１波だけが斜線に塗られているが、この斜線に塗られている部分のみを出力／通電して加熱体を加熱している。同様に、３波の部分を見ると、１波の時と同様に１５波の内、３波だけ斜線に塗られている。この斜線に塗られた部分のみを加熱体へ出力／通電して発熱させているといった制御を行っている。
【００１５】
次に、これらの波数入力テーブルをベースにして、従来行ってきた制御について図１０を用いて説明する。従来では、タイミングｆつまり、紙後端での出力波数ＦをＣＰＵへ一度ストックしておく。次に、この波数Ｆを規準にして紙間へ温度を下げる為の出力波数を決める。例えば、紙後端の出力波数から２波少なく（＝Ｆ−２波）して紙間温調を行う。こうすることで、高い温調温度からすばやく温度を下げることが可能となり、紙間での温度上昇を少なくすることができる。特にこの様に低くする理由としては、小サイズの紙を通紙した際に発生する非通紙部昇温を軽減させる目的がある。紙間での温調制御は、このＦ−２を元にして紙間温調制御を行っていく。次に、タイミングｇでは、先の紙後端での出力波数Ｆを規準として、紙間で出力していたＦ−２近辺（紙間温調制御をしている為、Ｆ−２波とは限っていない為）から例えば一気にＦ波を出力して紙先端から適切な波数を入力していた。つまり、先発（ｎ−１枚目）の紙後端での出力波数と後発（ｎ枚目）の紙先端での出力波数は同じものを使用していた。
【００１６】
従来では、紙の後端側の定着性を満足させる必要があったため紙先端での定着温度は一定温調とし、紙後端の定着性を満足させるために紙先端側では少々高めの温調温度に設定していた。また、小型化、クイック立ち上げ（ファーストプリントアウトタイム短縮）のためにフィルム及び加圧ローラを小型にしている。これらの弊害として、小型化にすることで加圧ローラの熱容量が小さくなり、紙の通紙によって加圧ローラの熱が紙へ奪われていき、温度の下がった部分での紙（主に紙後端）での定着性が悪くなることがあった。そのため、一枚の紙内で紙先端から後端にかけて定着温調温度を上昇させるといったものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】
特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】
特開平６−１４９１０３号公報
【特許文献３】
特開平２００１−１００５８８号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこれら従来の制御では幅の狭い紙を通紙した際に発生する非通紙部昇温が早かったり、目標温調温度に対してオーバーシュートやアンダーシュートが発生したりしてしまい安定させて制御させることが難しかった。そのため、ホットオフセットや定着不良が発生したりすることがあった。
【００１８】
その他の問題点として、先端側での温調温度を比較的高くしているために、薄い紙を通紙した際、トナーが溶けすぎてしまいホットオフセットが発生することがあった。
【００１９】
本発明は上記従来技術の更なる改善に係り、短い期間内で、オーバーシュートや立上げ不足といった事態を招くことなく、最適な立ち上げが可能な定着装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、定着フィルムと、前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ヒータの温度を検知する温度検知素子と、前記温度検知素子の検知温度が制御温度を維持するように前記ヒータへ供給する交流波のデューティ比を制御する制御手段と、を有し、前記定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を定着処理する第１の期間の前記制御温度よりも、複数枚の記録材を連続して定着処理する時の先行する記録材と後続の記録材の間の第２の期間の前記制御温度が低く設定される定着装置において、前記第２の期間から前記第１の期間へ移行する移行過程で前記ヒータへ供給する交流波のデューティ比を、前記移行過程の直前の前記第２の期間で前記ヒータに供給されている交流波のデューティ比に基づき決定することを特徴とする定着装置、である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
（１）画像形成装置例
図１は、本発明に係る定着装置を搭載した画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。
【００２２】
１は像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラム）である。この感光ドラム１は、装置本体Ｍに回転自在に支持されており、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、帯電装置（帯電ローラ）２、露光手段３、現像装置４、転写装置（転写ローラ）５、クリーニング装置６が配設されている。また、装置本体Ｍの下部には、紙等のシート状の記録材Ｐを収納した給紙カセット７が配置されており、記録材Ｐの搬送経路に沿って上流側から順に、給紙ローラ１５、搬送ローラ８、トップセンサ９、搬送ガイド１０、定着装置１１、排紙センサ１６、搬送ローラ１２、排紙ローラ１３、排紙トレイ１４が配置されている。
【００２３】
駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に回転駆動された感光ドラム１は、帯電装置２によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。
【００２４】
帯電後の感光ドラム１は、その表面に対しレーザー光学系等の露光手段３によって画像情報に基づいた画像露光Ｌがなされ、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。
【００２５】
静電潜像は、現像装置４によって現像される。現像装置４は、現像ローラ４ａを有しており、この現像ローラ４ａに現像バイアスを印加して感光ドラム１上の静電潜像にトナーを付着させトナー像として現像（顕像化）する。トナー像は、転写装置５によって紙等の記録材Ｐに転写される。
【００２６】
記録材Ｐは、給紙カセット７に収納されており、給紙ローラ１５によって給紙され、搬送ローラ８によって搬送され、トップセンサ９を介して、感光ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部に搬送される。このとき記録材Ｐは、トップセンサ９によって先端が検知され、感光ドラム１上のトナー像と同期がとられる。転写ローラ５には、転写バイアスが印加され、これにより、感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐ上の所定の位置に転写される。
【００２７】
転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録材Ｐは、搬送ガイド１０に沿って定着装置１１に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱、加圧されて記録材Ｐ表面に定着される。
【００２８】
トナー像定着後の記録材Ｐは、搬送ローラ１２によって搬送され、排出ローラ１３によって装置本体Ｍ上面の排紙トレイ１４上に排出される。
【００２９】
一方、トナー像転写後の感光ドラム１は、記録材Ｐに転写されないで表面に残ったトナーがクリーニング装置６のクリーニングブレード６ａによって除去され、次の画像形成に供される。
【００３０】
（２）定着装置１１
図２は定着装置１１の概略構成図である。本例の定着装置は、例えば特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報等に開示されている、加圧回転体駆動方式(テンションレスタイプ)のフィルム加熱方式の加熱装置である。
【００３１】
２１は加熱体としてのとしてのセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）である。このヒータ２１は図面に垂直方向を長手とする細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた通電発熱抵抗体層を基本構成とするもので、通電発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する、低熱容量のヒータである。
【００３２】
２２は上記のヒータ２１を固定支持させた加熱体支持体である。この加熱体支持体２２は横断面略半円弧状樋型で、図面に垂直方向を長手とする耐熱樹脂製部材である。ヒータ２１はこの加熱体支持体２２の下面に長手に沿って形成具備させた溝部にヒータ表面側を下向きに露呈させて嵌め入れて耐熱性接着剤等により固定して配設してある。
【００３３】
２３は円筒状（エンドレス）の耐熱性フィルムであり、上記のヒータ２１を含む加熱体支持体２２に外嵌させてある。この円筒状のフィルム２３の内周長とヒータ２１を含む加熱体支持体２２の外周長はフィルム２３の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、したがってフィルム２３は加熱体支持体２２に対し周長が余裕をもってルーズに外嵌している。近年、プリンタの小型化傾向にあり、この円筒状のフィルム２３の外径はφ２４⇒φ１８とし、さらなる小型化、クイック立ち上げを行ってきている。
【００３４】
フィルム２３は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例ではポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。
【００３５】
２４は加圧部材としての弾性加圧ローラであり、芯金２４ａとシリコンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム層２４ｂからなり、芯金２４ａの両端部を回転自由に軸受け支持させて配設してある。この加圧ローラ２４も小型化のため、φ２０→φ１８へと変更している。こうすることで、熱容量を少なくし、ヒータ２１の温度をクイックに立ち上げることが可能となる。
【００３６】
この加圧ローラ２４の上側に上記のヒータ２１・加熱体支持体２２・フィルム２３のアセンブリを、ヒータ２１側を下向きにして加圧ローラ２４に並行に配置し、加熱体支持体２２を不図示の付勢部材で下方に押圧させることで、ヒータ２１の下面をフィルム２３を介して加圧ローラ２４の上面にローラ弾性層の弾性に抗して圧接させて加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。
【００３７】
加圧ローラ２４は不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に所定の回転周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ２４の回転駆動による加圧ローラ２４とフィルム２３との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により円筒状のフィルム２３に回転力が作用して該フィルム２３がヒータ２１の下向き面に密着して摺動しながら加熱体支持体２２の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。加熱体支持体２２は円筒状フィルム２３の回転ガイド部材でもある。
【００３８】
加圧ローラ２４が回転駆動され、それに伴って円筒状フィルム２３が従動回転状態になり、またヒータ２１に通電がなされて該ヒータが迅速に昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｎのフィルム２３と加圧ローラ２４との間に未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが導入され、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐのトナー像担持側面がフィルム２３の外面に密着してフィルム２３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程においてヒータ２１で加熱されたフィルム２３の熱により記録材Ｐが加熱され、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐはフィルム２３の面から曲率分離して排出搬送されていく。
【００３９】
図３は加熱体としてのセラミックヒータ２１の一例の構造図である。（ａ）はヒータ表面側の一部切欠き平面模型図、（ｂ）はヒータ裏面側の平面模型図、（ｃ）は（ｂ）における（ｃ）−（ｃ）線に沿う拡大横断面模型図である。
【００４０】
このヒータ２１は
▲１▼．記録材Ｐの搬送方向と直交する方向を長手とする横長のアルミナ・窒化アルミニウム・炭化ケイ素等のセラミックスでできたセラミック基板（高絶縁性・高熱伝導性基板）ａ、
▲２▼．上記セラミック基板ａの表面側の基板幅方向中央部に基板長手に沿ってスクリーン印刷等により、厚み約１０μm程度、幅１〜３ｍｍ程度の線状もしくは細帯状に塗工し焼成して形成した、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ2、Ｔａ2Ｎ等の抵抗発熱体層（通電発熱体、電気抵抗材料）ｂ、
▲３▼．上記抵抗発熱体層ｂの長手方向両端部に電気的に導通させて設けた、Ａｇ／Ｐｔ（銀・白金）で形成された電極部ｃ・ｃ、
▲４▼．抵抗発熱体層ｂの表面に設けた、電気的に絶縁し、フィルム２３との摺擦に耐えることが可能な薄層のガラスコートやフッ素樹脂コート等の絶縁保護層ｄ、
▲５▼．セラミック基板ａの裏面側に設けた温度検出素子としてのサーミスターＴＨ、
等からなる。
【００４１】
本例のヒータ２１は、（ｃ）図のように、ヒータ幅中心に対して発熱体ｂの幅中心をほぼ一致させて発熱体ｂをセラミック基板ａの表面側に形成具備させてある。このヒータ２１を、加熱体支持体２２の下面に長手に沿って形成したヒータ嵌合溝内にヒータ表面側を外側にして嵌め込んで耐熱性接着剤で接着して保持させてある。
【００４２】
上記ヒータ２１の電極部ｃ・ｃは給電コネクタ２５・２５を介してヒータ駆動回路であるトライアック２６に接続されており、トライアック２６から抵抗発熱体層ｂの両端より通電されることで基板ａ・保護層ｄを含むヒータ２１の全体が急速昇温する。
【００４３】
サーミスターＴＨはヒータ２１の温度を検知し、その出力がＡ／Ｄコンバータ２７を介して制御回路部（ＣＰＵ）２８に取り込まれる。
【００４４】
制御回路部２７はサーミスターＴＨからのヒータ温度情報をもとにトライアック２６によりヒータ２１に通電するＡＣ電圧を位相、波数制御等により、加熱体通電電力を制御してヒータ２１の温度が所定の制御目標温度（設定温度）に維持されるように制御する。
【００４６】
（３）ヒータ２１の温調温度制御
１）先ず、従来系と本実施例の目標温調温度（定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を定着処理する第１の期間の制御温度）について比較する。表１は従来系と本実施例との比較表である。なお、この表１は、プロセススピードが８０ｍｍ／ｓｅｃで、定着装置までに紙（記録材）が突入するまでの時間を７．０ｓｅｃのものを比較する。
【００４７】
【表１】
【００４８】
上記表１中で、枚数とはコールドスタート（装置が冷えている状態）から連続プリントした場合の通紙枚数を示している。
【００４９】
次に、従来機における温調温度は、それらの枚数に応じて１７０℃一定温調、１６５℃一定温調、１６０℃一定温調としている。
【００５０】
それに対して、本実施例ではそれらの枚数に応じて一枚の中で１６５→１６６→１６７→１６８℃と紙後端に行くにしたがって制御温度を徐々に高くしている。この温度を上げるタイミングは加圧ローラの周方向で比較的温度差の発生しやすい周方向周期で温度を高くすることが望ましいが、本実施例では後端の定着性を良くするために加圧ローラ周周期ではなく、短い周期で温度を上昇させている。
【００５１】
この表１から判るように、本実施例では従来機と比べて温調温度が低く設定できている。従来機では、加圧ローラの温度低下を見越して紙後端の定着性を満足させる為に紙先端側をあえて高くすることで紙後端側の定着性を確保していた。その制御を行うことによって、紙先端側のホットオフセット（トナーが溶けすぎてフィルムに融着してしまい、オフセット画像として出る問題）にマージンの少ない制御となることがあった。本実施例のように紙の先端から後端にかけて必要最小限の温調温度制御をすることで、問題を発生させず、消費電力も少なくなるような無駄のない温調制御を行うことができる。
【００５２】
２）次に、紙間での温調温度（複数枚の記録材を連続して定着処理する時の先行する記録材と後続の記録材の間の第２の期間の制御温度）を表２に示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】
上記表２中で、枚数は先と同じように通紙枚数を示す。ここで、上記表１から一枚少ない枚数で紙間温調温度が切り替わっているが、これは、《紙間温調温度＋通紙中温調温度》をセットにしている為、表１中の１１枚通紙後の次の紙間温調温度は一枚前である１０枚目の紙間温調温度と認識される為このような表になっている。この表では、従来機と本実施例との際はあえてつけていない。ただ一つ、紙通紙中の温調温度を低く設定している為に紙間においても、立ち上げに必要な温調温度も若干低くすることは可能である。これも、先と同様、不必要な電力を使用することが無い為、低消費電力を実現させる一つである。
【００５５】
３）上記表に基づいて、実際の制御を行った時のサーミスターＴＨの出力（温度に換算した値）を比較例を用いて説明する。
【００５６】
（比較例１）−図４
《立ち上げ時のオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》まず、室温（２５℃）からヒータを立ち上げる。その際の出力波数は、一枚目の紙が突入するまでにヒータを立ち上げる必要があるため１５／１５波とフルパワーで立ち上げる。
【００５７】
次に、温調温度である１７０℃へ移行する直前の少し手前（本件では、紙が定着ニップに入る約１０ｍｍ付近）で出力波数を１４／１５波と落とし、一枚目が突入する際に発生しやすいオーバーシュート（ヒータ温度が目標温調温度よりも一時期高くなってしまう現象）を防止する。制御自体は、安定しておりよいものであるが、極端に薄い紙（例えば坪量５０ｇ／ｍ2など）を通紙したときにはホットオフセットが発生してしまうことがある。これは、後端の定着性を満足させる為に紙先端での温調温度を高めに設定している為である。
【００５８】
《定着性について》
次に、一枚目の通紙最中は、５〜９／１５波とばらつきを持ちながら紙の温度や定着器の温まり具合で一定温調温度になるよう制御を行う。本実施例での温調制御は、波数制御を用いているが、装置の構成や規格などで位相制御を用いても構わない。このような制御をおこなうことで、定着性を確保することができる。
【００５９】
《紙間でのオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》
次に、紙間温調へ移行する際には、一枚目の紙後端の出力波数から−２波（シーケンス上この数値にしている。装置の構成によってこの数値以外でも構わない）を行うことによって、紙間温調を一定に保つことができる。紙間温調時における出力波数は３〜５／１５波と比較的安定した波数を出力させることができる。これは、紙間においては、紙の通紙は無く、不安定要素が少なくなるために、出力波数としては安定する為である。
【００６０】
次に、二枚目の紙が定着装置（定着ニップ部）に入る際の出力波数は、先に通紙した一枚目の紙後端に出力していた波数をそのまま用いてヒータの立ち上げを行う。こうすることで、オーバーシュートもアンダーシュート（オーバーシュートの反対の状態）もなく、比較的安定した立ち上げを行うことができる。
【００６１】
《次の紙の定着性について》
次に、二枚目を通紙している最中の出力波数は、二枚目ということもあり、定着装置自体があまり温まっていないため、一枚目と同じ出力波数である５〜９／１５波で一定温調を保っている。なお、通紙枚数を重ねるにしたがって定着器自体も温まってくる為、通紙中や紙間での出力波数は徐々に少なくなってくるものである。
【００６２】
《非通紙部昇温について》
従来の制御の場合、紙を通紙中の出力波数は記録材後端部の定着性を満足させる為に１７０℃と高い温度を維持する必要があるため５〜９／１５波と（比較は後述する）若干大目の波数を出力している。消費電力としても少々大目となり、さらに、小サイズ紙を通紙した際に発生する非通紙部における昇温速度もその分早く、高くなってしまっている（非通紙部昇温比較は後述）。
【００６３】
（本実施例）−図５
《立ち上げ時のオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》まず、室温（２５℃）からヒータを立ち上げる。その際の出力波数は、一枚目の紙が突入するまでにヒータを立ち上げる必要があるため１５／１５波とフルパワーで立ち上げる。
【００６４】
次に、温調温度である１６５℃へ移行する直前の少し手前で出力波数を１４／１５波と落とし、一枚目が突入する際に発生しやすいオーバーシュート（ヒータ温度が目標温調温度よりも一時期高くなってしまう現象）を防止する。
【００６５】
《定着性について》
次に、一枚目の通紙最中は、４〜８／１５波とばらつきを持ちながら紙の温度や定着装置の温まり具合を検知しながら、表１中に示したようなステップ温調になるよう制御を行う。紙を通紙しているときの波数において、比較例１の出力波数の５〜９／１５波よりも少し少ない出力波数となっているのは、目標温調温度が低い為である。
本実施例での温調制御は、波数制御を用いているが、装置の構成や規格などで位相制御を用いても構わない。
【００６６】
《紙間でのオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》
次に、紙間温調へ移行する際には、一枚目の紙後端の出力波数から−２波（シーケンス上この数値にしている。装置の構成によってこの数値以外でも構わない）を行うことによって、確実に定着温調温度よりも温度を下げることができ、紙間温調を一定に保つことができる。紙間温調時における出力波数は３〜５／１５波と比較的安定した波数を出力させることができる。これは比較例１と同様に紙間においては、紙の通紙は無く、不安定要素が少なくなるために、出力波数としては安定する為である。
【００６７】
《次の紙の定着性について》
次に、二枚目の紙が定着装置に入る際の立ち上げ出力波数は、先に示した安定した出力波数を行っている紙間での出力波数を規準にしてヒータの立ち上げを行う。この本実施例の場合紙間に通電している波数に＋２波を行うことで二枚目のオーバーシュート、アンダーシュートを防止し、安定した温調制御を行うようにしている。
【００６８】
次に、二枚目を通紙している最中の出力波数は、二枚目ということもあり、定着装置自体があまり温まっていないため、一枚目と同じ出力波数である４〜８／１５波で一定温調を保っている。なお、通紙枚数を重ねるにしたがって定着装置自体も温まってくる為、通紙中や紙間での出力波数は徐々に少なくなってくるのは比較例１と同じである。
【００６９】
本実施例の場合、紙を通紙中の出力波数は比較例１と比較して目標温調に対して１６５℃スタートから１６８℃と低い温度から徐々に高くする制御であるため４〜８／１５波と比較例１よりも少ない波数を出力しながら正確に温調制御を行うことが可能となっている。つまり、このような制御にすることによって、波数が少なくなるために消費電力としても少なくなり、紙中の定着性も先端から後端にかけて一定の定着性を確保することが可能となる。
【００７０】
《非通紙部昇温について》
さらに、図６に記載しているように小サイズ紙（ｅｘ．葉書）を通紙した際に発生する非通紙部における昇温速度も、比較例１の様に紙先端から過剰な電力を出力して紙を通紙することが無い為、遅いカーブを描くものとなり、単位時間当たりの出力枚数を増やすことが可能になる。すなわち、小サイズを通紙した場合、非通紙部昇温が定着器周辺の耐熱温度を超え部品の破損を起す前に給紙間隔を広げることで非通紙部昇温を抑えている。
【００７１】
また、この制御を用いることで高湿環境で見られるトナーの後端への尾引き画像も、行き過ぎた温度を与えることがなくなるため軽減することが可能となる。
【００７２】
（比較例２）−図７
《立ち上げ時のオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》まず、室温（２５℃）からヒータを立ち上げる。その際の出力波数は、一枚目の紙が突入するまでにヒータを立ち上げる必要があるため１５／１５波とフルパワーで立ち上げる。
【００７３】
次に、温調温度である１６５℃へ移行する直前の少し手前で出力波数を１４／１５波と落とし、一枚目が突入する際に発生しやすいオーバーシュート（ヒータ温度が目標温調温度よりも一時期高くなってしまう現象）を防止する。
【００７４】
《定着性について》
次に、一枚目の通紙最中は、４〜８／１５波とばらつきを持ちながら紙の温度や定着装置の温まり具合を検知しながら、表１中に示したようなステップ温調になるよう制御を行う。比較例１に説明した制御におけるこの時の出力波数の５〜９／１５波よりも少し少ない出力波数となっているのは、目標温調温度が低い為である。
【００７５】
本実施例での温調制御は、波数制御を用いているが、装置の構成や規格などで位相制御を用いても構わない。
【００７６】
《紙間でのオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》
次に、紙間温調へ移行する際には、一枚目の紙後端の出力波数から−２波（シーケンス上この数値にしている。装置の構成によってこの数値以外でも構わない）を行うことによって、紙間温調を一定に保つことができる。紙間温調時における出力波数は３〜５／１５波と比較的安定した波数を出力させることができる。
【００７７】
《次の紙の定着性について》
次に、二枚目の紙が定着装置に入る際の出力波数を比較例１と同様に一枚目の紙後端での出力波数を規準に行う。その場合、一枚目の紙後端での出力波数は、紙が通紙されている状態や、定着装置の不安定要素が絡み合い５〜９／１５波とばらついたものである為、例えば紙後端で５／１５波を出力していた場合には、二枚目の立ち上げ波数を５／１５波としてしまう為電力が足りない状況が発生しアンダーシュートとなる。また一枚目の紙後端での出力波数が９／１５波の場合などでは、二枚目の立ち上げ波数が９／１５波となる為図に示すように目標温調温度の１６５℃に対し、図７の様にいきなり１７０℃近辺から制御が行われることとなり、定着過多や小サイズ通紙時における非通紙部昇温の悪化をもたらしたりする。
【００７８】
《非通紙部昇温について》
本比較例２の場合も、従来例の様に紙先端から過剰な電力を出力して紙を通紙することが無い為、遅いカーブを描くものとなり、単位時間当たりの出力枚数を増やすことが可能になる。すなわち、小サイズを通紙した場合、非通紙部昇温が定着装置周辺の耐熱温度を超え部品の破損を起す前に給紙間隔を広げることで非通紙部昇温を抑えている。
【００７９】
また、この制御を用いることで高湿環境で見られるトナーの後端への尾引き画像も、行き過ぎた温度を与えることがなくなるため軽減することが可能となる。（図７に記載）
以上の（比較例１）、（本実施例）、（比較例２）の結果のまとめを表３に示す。
【００８０】
【表３】
【００８１】
以上の結果より、本実施例ではオーバーシュート、アンダーシュート、定着性、非通紙部昇温が良好なものとなる。
【００８２】
［実施例２］
本実施例では、紙の種類や坪量、紙サイズによって通紙中に温度上昇させていく量を変更するものである。具体的に示したものを下記表４に記載する。
【００８３】
【表４】
【００８４】
このように、坪量の大きい紙は自身の熱容量が大きくなる為、加圧ローラの熱を紙に持っていかれやすくなるとともに、ヒータからの熱量が紙を通過して加圧ローラ側に伝わりにくくなる。そのため、加圧ローラから紙への熱量が不足しがちになるため、加圧ローラの表面温度上昇速度が遅くなり、ヒータ側の熱量をステップ状にあげていく量を多くする必要がある。薄めの紙（実施例１に示した物は１ｄｅｇステップ）とは違い、上記表では、ステップごとに３ｄｅｇ毎や４ｄｅｇ毎温度を上昇させている。
【００８５】
こうすることで、定着性は確実に確保することができる。他にも、適切な電力を供給することも可能となるため、オフセットの発生も抑えることが可能となる。
【００８６】
［実施例３］
上記実施例２とは別の方法として、紙が定着装置に突入した際のサーミスターＴＨの検知する温度変化に基づいて、実施例２で述べた制御温度を変更するものである。
【００８７】
本実施例の加熱定着装置において、紙の先端が一定温度Ｔ１に制御された定着装置に突入すると、紙に熱を奪われるため、ヒータ２１の裏面に設置されたサーミスターＴＨの検知する温度は図８に示すようにＴＸまで一時的に低下する。このＴ１とＴＸの差として計算される低下量ΔＴは、紙の坪量あるいは紙の温度等によって異なり、坪量の大きい場合、または紙の温度が低い場合には熱をより多く奪うため大きくなる。
【００８８】
つまり低下量ΔＴの大きさから、ヒータ２１に供給している電力量及び目標温調温度が適切なものか判断できると共に、不足する電力量が予測できる。
【００８９】
図９に本実施例の制御を示すフローチャートを記載する。
【００９０】
先に述べたΔＴを検出し、そのΔＴの大きさから、紙後端へ何度毎ステップ状に上げていけばよいのかを示すものである。簡単に説明すると、ΔＴを検出する。そのΔＴが１ｄｅｇ未満の場合、ステップ温調は１ｄｅｇと決定し、後端に向かって１ｄｅｇ毎温度を上昇させていき制御を行う。Δの下がり量が少ない、つまり記録材の温度が比較的高く、また坪量の少ない紙であるためにこのような制御を行うことができる。
次に、ΔＴが１≦ΔＴ＜３の場合、ステップ温度は２ｄｅｇとして制御を行う。同様にΔＴが３≦ΔＴの場合はステップ温調を３ｄｅｇとして制御を行う。
【００９１】
このように制御することで、紙先端から紙後端までの全域で定着性が良好となり、適切な電力で通紙を行うことが可能になるため、小サイズ通紙後の非通紙部昇温に関しても従来の技術を用いた制御よりも低く抑えることが可能となる。また、先端側に供給している電力量も適切である為オフセットの発生なども抑えることが可能となる
［その他］
加熱体２１としては例示のセラミックヒータに限られるものではなく、その他、例えば、ＳＵＳヒータ、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ、電磁誘導発熱性部材などを用いることもできる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、短い期間内で、オーバーシュートや立上げ不足といった事態を招くことなく、最適な立ち上げが可能なフィルム加熱方式の定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１における画像形成装置例の概略構成図
【図２】 定着装置の要部の構成模型図
【図３】 加熱体としてのセラミックヒータの一例の構成説明図
【図４】 従来の技術を使用したときの比較例１の制御説明図
【図５】 実施例１に用いた定着制御の説明図
【図６】 実施例１に用いた非通紙部昇温のプロファイル
【図７】 比較例２の制御説明図
【図８】 実施例３に用いた定着制御の説明図
【図９】 実施例３の定着制御のフロー図
【図１０】 従来装置の定着制御例の説明図
【図１１】 波数制御の説明図（その１）
【図１２】 波数制御の説明図（その２）
【符号の説明】
１１・・定着装置（加熱装置）、２１・・加熱体（セラミックヒータ）、ＴＨ・・サーミスター（温度検知素子）、２８・・制御回路部（ＣＰＵ）、Ｐ・・記録材（被加熱材）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば複写機・プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
画像形成装置に搭載される定着装置は、従来から熱ローラ方式、フィルム加熱方式等の接触加熱方式が広く用いら、ローラやフィルムを介してトナー像の加熱を行っている。
【０００４】
フィルム加熱方式の定着装置は、セラミックの基板上に抵抗発熱体のパターンを設けた加熱体（セラミックヒータ）と、加圧部材としての弾性加圧ローラとの間に、薄い耐熱性フィルムを挟ませて加熱部としての定着ニップ部を形成させ、定着ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に未定着画像を形成担持させた被加熱材としての記録材（以下、紙と記す）を導入してフィルムと一緒に挟持搬送させることで、フィルムを介した加熱体からの熱により未定着画像を紙上に加熱定着させる方式のもので（例えば、特許文献１参照）、装置の小型化、クイック立ち上げ（ファーストプリントアウトタイム短縮）等が可能である。
【０００５】
また、その加熱体の制御は、非通紙部昇温対策として装置が冷えている場合でも常に紙間では発熱を抑えるといった方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
加熱体の温度制御は、加熱体上に設けられた温度検知素子としてのサーミスターの出力をＡ／Ｄ変換しＣＰＵに取り込み、その情報をもとにトライアックにより加熱体に通電するＡＣ電圧を位相、波数制御等により、加熱体通電電力を制御することで行う。
【０００７】
図１０は、従来の加熱体通電電力の制御を行っているときの定着制御温度を示したものである。５〜６時間本体を動作させていない場合、定着装置はほぼ室温まで冷え切っている。Ｔａ〔℃〕はその冷え切っている時の定着装置の温度である。
【０００８】
プリントを始めると加熱体は温度上昇をはじめていく。加熱体は被加熱材としての紙（記録材）が定着装置の加熱部である定着ニップ部に入る直前ｅに未定着画像を固着させるために必要な定着温度Ｔｄに温度上昇している。本体が冷え切っている場合、温調温度は高い位置に制御される。
【０００９】
時間ｅからｆの間に一枚目のプリントの未定着画像は定着ニップ部で固着されている。未定着画像が固着された紙が定着ニップ部から抜け出る時間がｆである。そして紙間ｆからｇで一旦加熱体の発熱を抑え、再び未定着画像をのせた紙（二枚目のプリント）が定着ニップ部に突入する寸前ｅ’に定着可能温調温度Ｔｄへ加熱体を立ち上げる。
【００１０】
紙間ｆからｇで加熱体の発熱をおさえている理由として、封筒やショートメディア等通紙領域の狭い紙を通紙した際に発生する通紙域外の極端な温度上昇を防止するためである。
【００１１】
またプリント枚数を重ねていくに伴って、定着ニップ部の熱で加圧ローラの温度も上昇していく。これに伴って加熱体の温調温度も低めの定着可能温調温度へと変化させる必要がある。この場合（低めの温調温度）もさきと同様の理由で紙間ｆからｇで加熱体の発熱をおさえている。
【００１３】
ここで、加熱体通電電力を制御する波数制御の「波数」という言葉の意味を簡単に説明する。例えば装置に入力している電圧圏が１１０Ｖ／６０Ｈｚであった場合、これは図１１の（ａ）の様に正弦波のＡＣ波形であり、この正弦波の＋側ピークが＋１１０Ｖ、正弦波の−側ピークが−１１０Ｖである。さらにこの正弦波の周期は１／６０ｓｅｃ（＝０．０１６７ｓｅｃ）の正弦波形をしていることを意味する。ここで、本件で使用している波数制御とは、図１１の（ｂ）に有るように正弦波の０Ｖから０Ｖまでを１波とする最小単位を持ち、図１２に示すように、例えば１５／１５波入力とは、１５波全てを通電した場合を示し、例えば１５波の内２波を入力した場合を２／１５波（２波）入力という。
【００１４】
図１２は１波入力から１５波入力の様子を示している。図の中の１波入力を参考にすると、ここでは、１５波の内１波だけが斜線に塗られているが、この斜線に塗られている部分のみを出力／通電して加熱体を加熱している。同様に、３波の部分を見ると、１波の時と同様に１５波の内、３波だけ斜線に塗られている。この斜線に塗られた部分のみを加熱体へ出力／通電して発熱させているといった制御を行っている。
【００１５】
次に、これらの波数入力テーブルをベースにして、従来行ってきた制御について図１０を用いて説明する。従来では、タイミングｆつまり、紙後端での出力波数ＦをＣＰＵへ一度ストックしておく。次に、この波数Ｆを規準にして紙間へ温度を下げる為の出力波数を決める。例えば、紙後端の出力波数から２波少なく（＝Ｆ−２波）して紙間温調を行う。こうすることで、高い温調温度からすばやく温度を下げることが可能となり、紙間での温度上昇を少なくすることができる。特にこの様に低くする理由としては、小サイズの紙を通紙した際に発生する非通紙部昇温を軽減させる目的がある。紙間での温調制御は、このＦ−２を元にして紙間温調制御を行っていく。次に、タイミングｇでは、先の紙後端での出力波数Ｆを規準として、紙間で出力していたＦ−２近辺（紙間温調制御をしている為、Ｆ−２波とは限っていない為）から例えば一気にＦ波を出力して紙先端から適切な波数を入力していた。つまり、先発（ｎ−１枚目）の紙後端での出力波数と後発（ｎ枚目）の紙先端での出力波数は同じものを使用していた。
【００１６】
従来では、紙の後端側の定着性を満足させる必要があったため紙先端での定着温度は一定温調とし、紙後端の定着性を満足させるために紙先端側では少々高めの温調温度に設定していた。また、小型化、クイック立ち上げ（ファーストプリントアウトタイム短縮）のためにフィルム及び加圧ローラを小型にしている。これらの弊害として、小型化にすることで加圧ローラの熱容量が小さくなり、紙の通紙によって加圧ローラの熱が紙へ奪われていき、温度の下がった部分での紙（主に紙後端）での定着性が悪くなることがあった。そのため、一枚の紙内で紙先端から後端にかけて定着温調温度を上昇させるといったものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】
特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】
特開平６−１４９１０３号公報
【特許文献３】
特開平２００１−１００５８８号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこれら従来の制御では幅の狭い紙を通紙した際に発生する非通紙部昇温が早かったり、目標温調温度に対してオーバーシュートやアンダーシュートが発生したりしてしまい安定させて制御させることが難しかった。そのため、ホットオフセットや定着不良が発生したりすることがあった。
【００１８】
その他の問題点として、先端側での温調温度を比較的高くしているために、薄い紙を通紙した際、トナーが溶けすぎてしまいホットオフセットが発生することがあった。
【００１９】
本発明は上記従来技術の更なる改善に係り、短い期間内で、オーバーシュートや立上げ不足といった事態を招くことなく、最適な立ち上げが可能な定着装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、定着フィルムと、前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ヒータの温度を検知する温度検知素子と、前記温度検知素子の検知温度が制御温度を維持するように前記ヒータへ供給する交流波のデューティ比を制御する制御手段と、を有し、前記定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を定着処理する第１の期間の前記制御温度よりも、複数枚の記録材を連続して定着処理する時の先行する記録材と後続の記録材の間の第２の期間の前記制御温度が低く設定される定着装置において、前記第２の期間から前記第１の期間へ移行する移行過程で前記ヒータへ供給する交流波のデューティ比を、前記移行過程の直前の前記第２の期間で前記ヒータに供給されている交流波のデューティ比に基づき決定することを特徴とする定着装置、である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
（１）画像形成装置例
図１は、本発明に係る定着装置を搭載した画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。
【００２２】
１は像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラム）である。この感光ドラム１は、装置本体Ｍに回転自在に支持されており、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、帯電装置（帯電ローラ）２、露光手段３、現像装置４、転写装置（転写ローラ）５、クリーニング装置６が配設されている。また、装置本体Ｍの下部には、紙等のシート状の記録材Ｐを収納した給紙カセット７が配置されており、記録材Ｐの搬送経路に沿って上流側から順に、給紙ローラ１５、搬送ローラ８、トップセンサ９、搬送ガイド１０、定着装置１１、排紙センサ１６、搬送ローラ１２、排紙ローラ１３、排紙トレイ１４が配置されている。
【００２３】
駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に回転駆動された感光ドラム１は、帯電装置２によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。
【００２４】
帯電後の感光ドラム１は、その表面に対しレーザー光学系等の露光手段３によって画像情報に基づいた画像露光Ｌがなされ、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。
【００２５】
静電潜像は、現像装置４によって現像される。現像装置４は、現像ローラ４ａを有しており、この現像ローラ４ａに現像バイアスを印加して感光ドラム１上の静電潜像にトナーを付着させトナー像として現像（顕像化）する。トナー像は、転写装置５によって紙等の記録材Ｐに転写される。
【００２６】
記録材Ｐは、給紙カセット７に収納されており、給紙ローラ１５によって給紙され、搬送ローラ８によって搬送され、トップセンサ９を介して、感光ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部に搬送される。このとき記録材Ｐは、トップセンサ９によって先端が検知され、感光ドラム１上のトナー像と同期がとられる。転写ローラ５には、転写バイアスが印加され、これにより、感光ドラム１上のトナー像が記録材Ｐ上の所定の位置に転写される。
【００２７】
転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録材Ｐは、搬送ガイド１０に沿って定着装置１１に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱、加圧されて記録材Ｐ表面に定着される。
【００２８】
トナー像定着後の記録材Ｐは、搬送ローラ１２によって搬送され、排出ローラ１３によって装置本体Ｍ上面の排紙トレイ１４上に排出される。
【００２９】
一方、トナー像転写後の感光ドラム１は、記録材Ｐに転写されないで表面に残ったトナーがクリーニング装置６のクリーニングブレード６ａによって除去され、次の画像形成に供される。
【００３０】
（２）定着装置１１
図２は定着装置１１の概略構成図である。本例の定着装置は、例えば特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報等に開示されている、加圧回転体駆動方式(テンションレスタイプ)のフィルム加熱方式の加熱装置である。
【００３１】
２１は加熱体としてのとしてのセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）である。このヒータ２１は図面に垂直方向を長手とする細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた通電発熱抵抗体層を基本構成とするもので、通電発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する、低熱容量のヒータである。
【００３２】
２２は上記のヒータ２１を固定支持させた加熱体支持体である。この加熱体支持体２２は横断面略半円弧状樋型で、図面に垂直方向を長手とする耐熱樹脂製部材である。ヒータ２１はこの加熱体支持体２２の下面に長手に沿って形成具備させた溝部にヒータ表面側を下向きに露呈させて嵌め入れて耐熱性接着剤等により固定して配設してある。
【００３３】
２３は円筒状（エンドレス）の耐熱性フィルムであり、上記のヒータ２１を含む加熱体支持体２２に外嵌させてある。この円筒状のフィルム２３の内周長とヒータ２１を含む加熱体支持体２２の外周長はフィルム２３の方を例えば３ｍｍ程度大きくしてあり、したがってフィルム２３は加熱体支持体２２に対し周長が余裕をもってルーズに外嵌している。近年、プリンタの小型化傾向にあり、この円筒状のフィルム２３の外径はφ２４⇒φ１８とし、さらなる小型化、クイック立ち上げを行ってきている。
【００３４】
フィルム２３は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例ではポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。
【００３５】
２４は加圧部材としての弾性加圧ローラであり、芯金２４ａとシリコンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム層２４ｂからなり、芯金２４ａの両端部を回転自由に軸受け支持させて配設してある。この加圧ローラ２４も小型化のため、φ２０→φ１８へと変更している。こうすることで、熱容量を少なくし、ヒータ２１の温度をクイックに立ち上げることが可能となる。
【００３６】
この加圧ローラ２４の上側に上記のヒータ２１・加熱体支持体２２・フィルム２３のアセンブリを、ヒータ２１側を下向きにして加圧ローラ２４に並行に配置し、加熱体支持体２２を不図示の付勢部材で下方に押圧させることで、ヒータ２１の下面をフィルム２３を介して加圧ローラ２４の上面にローラ弾性層の弾性に抗して圧接させて加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。
【００３７】
加圧ローラ２４は不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に所定の回転周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ２４の回転駆動による加圧ローラ２４とフィルム２３との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により円筒状のフィルム２３に回転力が作用して該フィルム２３がヒータ２１の下向き面に密着して摺動しながら加熱体支持体２２の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。加熱体支持体２２は円筒状フィルム２３の回転ガイド部材でもある。
【００３８】
加圧ローラ２４が回転駆動され、それに伴って円筒状フィルム２３が従動回転状態になり、またヒータ２１に通電がなされて該ヒータが迅速に昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｎのフィルム２３と加圧ローラ２４との間に未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが導入され、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐのトナー像担持側面がフィルム２３の外面に密着してフィルム２３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程においてヒータ２１で加熱されたフィルム２３の熱により記録材Ｐが加熱され、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐはフィルム２３の面から曲率分離して排出搬送されていく。
【００３９】
図３は加熱体としてのセラミックヒータ２１の一例の構造図である。（ａ）はヒータ表面側の一部切欠き平面模型図、（ｂ）はヒータ裏面側の平面模型図、（ｃ）は（ｂ）における（ｃ）−（ｃ）線に沿う拡大横断面模型図である。
【００４０】
このヒータ２１は
▲１▼．記録材Ｐの搬送方向と直交する方向を長手とする横長のアルミナ・窒化アルミニウム・炭化ケイ素等のセラミックスでできたセラミック基板（高絶縁性・高熱伝導性基板）ａ、
▲２▼．上記セラミック基板ａの表面側の基板幅方向中央部に基板長手に沿ってスクリーン印刷等により、厚み約１０μm程度、幅１〜３ｍｍ程度の線状もしくは細帯状に塗工し焼成して形成した、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ2、Ｔａ2Ｎ等の抵抗発熱体層（通電発熱体、電気抵抗材料）ｂ、
▲３▼．上記抵抗発熱体層ｂの長手方向両端部に電気的に導通させて設けた、Ａｇ／Ｐｔ（銀・白金）で形成された電極部ｃ・ｃ、
▲４▼．抵抗発熱体層ｂの表面に設けた、電気的に絶縁し、フィルム２３との摺擦に耐えることが可能な薄層のガラスコートやフッ素樹脂コート等の絶縁保護層ｄ、
▲５▼．セラミック基板ａの裏面側に設けた温度検出素子としてのサーミスターＴＨ、
等からなる。
【００４１】
本例のヒータ２１は、（ｃ）図のように、ヒータ幅中心に対して発熱体ｂの幅中心をほぼ一致させて発熱体ｂをセラミック基板ａの表面側に形成具備させてある。このヒータ２１を、加熱体支持体２２の下面に長手に沿って形成したヒータ嵌合溝内にヒータ表面側を外側にして嵌め込んで耐熱性接着剤で接着して保持させてある。
【００４２】
上記ヒータ２１の電極部ｃ・ｃは給電コネクタ２５・２５を介してヒータ駆動回路であるトライアック２６に接続されており、トライアック２６から抵抗発熱体層ｂの両端より通電されることで基板ａ・保護層ｄを含むヒータ２１の全体が急速昇温する。
【００４３】
サーミスターＴＨはヒータ２１の温度を検知し、その出力がＡ／Ｄコンバータ２７を介して制御回路部（ＣＰＵ）２８に取り込まれる。
【００４４】
制御回路部２７はサーミスターＴＨからのヒータ温度情報をもとにトライアック２６によりヒータ２１に通電するＡＣ電圧を位相、波数制御等により、加熱体通電電力を制御してヒータ２１の温度が所定の制御目標温度（設定温度）に維持されるように制御する。
【００４６】
（３）ヒータ２１の温調温度制御
１）先ず、従来系と本実施例の目標温調温度（定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を定着処理する第１の期間の制御温度）について比較する。表１は従来系と本実施例との比較表である。なお、この表１は、プロセススピードが８０ｍｍ／ｓｅｃで、定着装置までに紙（記録材）が突入するまでの時間を７．０ｓｅｃのものを比較する。
【００４７】
【表１】
上記表１中で、枚数とはコールドスタート（装置が冷えている状態）から連続プリントした場合の通紙枚数を示している。
【００４９】
次に、従来機における温調温度は、それらの枚数に応じて１７０℃一定温調、１６５℃一定温調、１６０℃一定温調としている。
【００５０】
それに対して、本実施例ではそれらの枚数に応じて一枚の中で１６５→１６６→１６７→１６８℃と紙後端に行くにしたがって制御温度を徐々に高くしている。この温度を上げるタイミングは加圧ローラの周方向で比較的温度差の発生しやすい周方向周期で温度を高くすることが望ましいが、本実施例では後端の定着性を良くするために加圧ローラ周周期ではなく、短い周期で温度を上昇させている。
【００５１】
この表１から判るように、本実施例では従来機と比べて温調温度が低く設定できている。従来機では、加圧ローラの温度低下を見越して紙後端の定着性を満足させる為に紙先端側をあえて高くすることで紙後端側の定着性を確保していた。その制御を行うことによって、紙先端側のホットオフセット（トナーが溶けすぎてフィルムに融着してしまい、オフセット画像として出る問題）にマージンの少ない制御となることがあった。本実施例のように紙の先端から後端にかけて必要最小限の温調温度制御をすることで、問題を発生させず、消費電力も少なくなるような無駄のない温調制御を行うことができる。
【００５２】
２）次に、紙間での温調温度（複数枚の記録材を連続して定着処理する時の先行する記録材と後続の記録材の間の第２の期間の制御温度）を表２に示す。
【００５３】
【表２】
上記表２中で、枚数は先と同じように通紙枚数を示す。ここで、上記表１から一枚少ない枚数で紙間温調温度が切り替わっているが、これは、《紙間温調温度＋通紙中温調温度》をセットにしている為、表１中の１１枚通紙後の次の紙間温調温度は一枚前である１０枚目の紙間温調温度と認識される為このような表になっている。この表では、従来機と本実施例との際はあえてつけていない。ただ一つ、紙通紙中の温調温度を低く設定している為に紙間においても、立ち上げに必要な温調温度も若干低くすることは可能である。これも、先と同様、不必要な電力を使用することが無い為、低消費電力を実現させる一つである。
【００５５】
３）上記表に基づいて、実際の制御を行った時のサーミスターＴＨの出力（温度に換算した値）を比較例を用いて説明する。
【００５６】
（比較例１）−図４
《立ち上げ時のオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》まず、室温（２５℃）からヒータを立ち上げる。その際の出力波数は、一枚目の紙が突入するまでにヒータを立ち上げる必要があるため１５／１５波とフルパワーで立ち上げる。
【００５７】
次に、温調温度である１７０℃へ移行する直前の少し手前（本件では、紙が定着ニップに入る約１０ｍｍ付近）で出力波数を１４／１５波と落とし、一枚目が突入する際に発生しやすいオーバーシュート（ヒータ温度が目標温調温度よりも一時期高くなってしまう現象）を防止する。制御自体は、安定しておりよいものであるが、極端に薄い紙（例えば坪量５０ｇ／ｍ2など）を通紙したときにはホットオフセットが発生してしまうことがある。これは、後端の定着性を満足させる為に紙先端での温調温度を高めに設定している為である。
【００５８】
《定着性について》
次に、一枚目の通紙最中は、５〜９／１５波とばらつきを持ちながら紙の温度や定着器の温まり具合で一定温調温度になるよう制御を行う。本実施例での温調制御は、波数制御を用いているが、装置の構成や規格などで位相制御を用いても構わない。このような制御をおこなうことで、定着性を確保することができる。
【００５９】
《紙間でのオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》
次に、紙間温調へ移行する際には、一枚目の紙後端の出力波数から−２波（シーケンス上この数値にしている。装置の構成によってこの数値以外でも構わない）を行うことによって、紙間温調を一定に保つことができる。紙間温調時における出力波数は３〜５／１５波と比較的安定した波数を出力させることができる。これは、紙間においては、紙の通紙は無く、不安定要素が少なくなるために、出力波数としては安定する為である。
【００６０】
次に、二枚目の紙が定着装置（定着ニップ部）に入る際の出力波数は、先に通紙した一枚目の紙後端に出力していた波数をそのまま用いてヒータの立ち上げを行う。こうすることで、オーバーシュートもアンダーシュート（オーバーシュートの反対の状態）もなく、比較的安定した立ち上げを行うことができる。
【００６１】
《次の紙の定着性について》
次に、二枚目を通紙している最中の出力波数は、二枚目ということもあり、定着装置自体があまり温まっていないため、一枚目と同じ出力波数である５〜９／１５波で一定温調を保っている。なお、通紙枚数を重ねるにしたがって定着器自体も温まってくる為、通紙中や紙間での出力波数は徐々に少なくなってくるものである。
【００６２】
《非通紙部昇温について》
従来の制御の場合、紙を通紙中の出力波数は記録材後端部の定着性を満足させる為に１７０℃と高い温度を維持する必要があるため５〜９／１５波と（比較は後述する）若干大目の波数を出力している。消費電力としても少々大目となり、さらに、小サイズ紙を通紙した際に発生する非通紙部における昇温速度もその分早く、高くなってしまっている（非通紙部昇温比較は後述）。
【００６３】
（本実施例）−図５
《立ち上げ時のオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》まず、室温（２５℃）からヒータを立ち上げる。その際の出力波数は、一枚目の紙が突入するまでにヒータを立ち上げる必要があるため１５／１５波とフルパワーで立ち上げる。
【００６４】
次に、温調温度である１６５℃へ移行する直前の少し手前で出力波数を１４／１５波と落とし、一枚目が突入する際に発生しやすいオーバーシュート（ヒータ温度が目標温調温度よりも一時期高くなってしまう現象）を防止する。
【００６５】
《定着性について》
次に、一枚目の通紙最中は、４〜８／１５波とばらつきを持ちながら紙の温度や定着装置の温まり具合を検知しながら、表１中に示したようなステップ温調になるよう制御を行う。紙を通紙しているときの波数において、比較例１の出力波数の５〜９／１５波よりも少し少ない出力波数となっているのは、目標温調温度が低い為である。
本実施例での温調制御は、波数制御を用いているが、装置の構成や規格などで位相制御を用いても構わない。
【００６６】
《紙間でのオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》
次に、紙間温調へ移行する際には、一枚目の紙後端の出力波数から−２波（シーケンス上この数値にしている。装置の構成によってこの数値以外でも構わない）を行うことによって、確実に定着温調温度よりも温度を下げることができ、紙間温調を一定に保つことができる。紙間温調時における出力波数は３〜５／１５波と比較的安定した波数を出力させることができる。これは比較例１と同様に紙間においては、紙の通紙は無く、不安定要素が少なくなるために、出力波数としては安定する為である。
【００６７】
《次の紙の定着性について》
次に、二枚目の紙が定着装置に入る際の立ち上げ出力波数は、先に示した安定した出力波数を行っている紙間での出力波数を規準にしてヒータの立ち上げを行う。この本実施例の場合紙間に通電している波数に＋２波を行うことで二枚目のオーバーシュート、アンダーシュートを防止し、安定した温調制御を行うようにしている。
【００６８】
次に、二枚目を通紙している最中の出力波数は、二枚目ということもあり、定着装置自体があまり温まっていないため、一枚目と同じ出力波数である４〜８／１５波で一定温調を保っている。なお、通紙枚数を重ねるにしたがって定着装置自体も温まってくる為、通紙中や紙間での出力波数は徐々に少なくなってくるのは比較例１と同じである。
【００６９】
本実施例の場合、紙を通紙中の出力波数は比較例１と比較して目標温調に対して１６５℃スタートから１６８℃と低い温度から徐々に高くする制御であるため４〜８／１５波と比較例１よりも少ない波数を出力しながら正確に温調制御を行うことが可能となっている。つまり、このような制御にすることによって、波数が少なくなるために消費電力としても少なくなり、紙中の定着性も先端から後端にかけて一定の定着性を確保することが可能となる。
【００７０】
《非通紙部昇温について》
さらに、図６に記載しているように小サイズ紙（ｅｘ．葉書）を通紙した際に発生する非通紙部における昇温速度も、比較例１の様に紙先端から過剰な電力を出力して紙を通紙することが無い為、遅いカーブを描くものとなり、単位時間当たりの出力枚数を増やすことが可能になる。すなわち、小サイズを通紙した場合、非通紙部昇温が定着器周辺の耐熱温度を超え部品の破損を起す前に給紙間隔を広げることで非通紙部昇温を抑えている。
【００７１】
また、この制御を用いることで高湿環境で見られるトナーの後端への尾引き画像も、行き過ぎた温度を与えることがなくなるため軽減することが可能となる。
【００７２】
（比較例２）−図７
《立ち上げ時のオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》まず、室温（２５℃）からヒータを立ち上げる。その際の出力波数は、一枚目の紙が突入するまでにヒータを立ち上げる必要があるため１５／１５波とフルパワーで立ち上げる。
【００７３】
次に、温調温度である１６５℃へ移行する直前の少し手前で出力波数を１４／１５波と落とし、一枚目が突入する際に発生しやすいオーバーシュート（ヒータ温度が目標温調温度よりも一時期高くなってしまう現象）を防止する。
【００７４】
《定着性について》
次に、一枚目の通紙最中は、４〜８／１５波とばらつきを持ちながら紙の温度や定着装置の温まり具合を検知しながら、表１中に示したようなステップ温調になるよう制御を行う。比較例１に説明した制御におけるこの時の出力波数の５〜９／１５波よりも少し少ない出力波数となっているのは、目標温調温度が低い為である。
【００７５】
本実施例での温調制御は、波数制御を用いているが、装置の構成や規格などで位相制御を用いても構わない。
【００７６】
《紙間でのオーバーシュート・アンダーシュート・オフセットについて》
次に、紙間温調へ移行する際には、一枚目の紙後端の出力波数から−２波（シーケンス上この数値にしている。装置の構成によってこの数値以外でも構わない）を行うことによって、紙間温調を一定に保つことができる。紙間温調時における出力波数は３〜５／１５波と比較的安定した波数を出力させることができる。
【００７７】
《次の紙の定着性について》
次に、二枚目の紙が定着装置に入る際の出力波数を比較例１と同様に一枚目の紙後端での出力波数を規準に行う。その場合、一枚目の紙後端での出力波数は、紙が通紙されている状態や、定着装置の不安定要素が絡み合い５〜９／１５波とばらついたものである為、例えば紙後端で５／１５波を出力していた場合には、二枚目の立ち上げ波数を５／１５波としてしまう為電力が足りない状況が発生しアンダーシュートとなる。また一枚目の紙後端での出力波数が９／１５波の場合などでは、二枚目の立ち上げ波数が９／１５波となる為図に示すように目標温調温度の１６５℃に対し、図７の様にいきなり１７０℃近辺から制御が行われることとなり、定着過多や小サイズ通紙時における非通紙部昇温の悪化をもたらしたりする。
【００７８】
《非通紙部昇温について》
本比較例２の場合も、従来例の様に紙先端から過剰な電力を出力して紙を通紙することが無い為、遅いカーブを描くものとなり、単位時間当たりの出力枚数を増やすことが可能になる。すなわち、小サイズを通紙した場合、非通紙部昇温が定着装置周辺の耐熱温度を超え部品の破損を起す前に給紙間隔を広げることで非通紙部昇温を抑えている。
【００７９】
また、この制御を用いることで高湿環境で見られるトナーの後端への尾引き画像も、行き過ぎた温度を与えることがなくなるため軽減することが可能となる。（図７に記載）
以上の（比較例１）、（本実施例）、（比較例２）の結果のまとめを表３に示す。
【００８０】
【表３】
以上の結果より、本実施例ではオーバーシュート、アンダーシュート、定着性、非通紙部昇温が良好なものとなる。
【００８２】
［実施例２］
本実施例では、紙の種類や坪量、紙サイズによって通紙中に温度上昇させていく量を変更するものである。具体的に示したものを下記表４に記載する。
【００８３】
【表４】
このように、坪量の大きい紙は自身の熱容量が大きくなる為、加圧ローラの熱を紙に持っていかれやすくなるとともに、ヒータからの熱量が紙を通過して加圧ローラ側に伝わりにくくなる。そのため、加圧ローラから紙への熱量が不足しがちになるため、加圧ローラの表面温度上昇速度が遅くなり、ヒータ側の熱量をステップ状にあげていく量を多くする必要がある。薄めの紙（実施例１に示した物は１ｄｅｇステップ）とは違い、上記表では、ステップごとに３ｄｅｇ毎や４ｄｅｇ毎温度を上昇させている。
【００８５】
こうすることで、定着性は確実に確保することができる。他にも、適切な電力を供給することも可能となるため、オフセットの発生も抑えることが可能となる。
【００８６】
［実施例３］
上記実施例２とは別の方法として、紙が定着装置に突入した際のサーミスターＴＨの検知する温度変化に基づいて、実施例２で述べた制御温度を変更するものである。
【００８７】
本実施例の加熱定着装置において、紙の先端が一定温度Ｔ１に制御された定着装置に突入すると、紙に熱を奪われるため、ヒータ２１の裏面に設置されたサーミスターＴＨの検知する温度は図８に示すようにＴＸまで一時的に低下する。このＴ１とＴＸの差として計算される低下量ΔＴは、紙の坪量あるいは紙の温度等によって異なり、坪量の大きい場合、または紙の温度が低い場合には熱をより多く奪うため大きくなる。
【００８８】
つまり低下量ΔＴの大きさから、ヒータ２１に供給している電力量及び目標温調温度が適切なものか判断できると共に、不足する電力量が予測できる。
【００８９】
図９に本実施例の制御を示すフローチャートを記載する。
【００９０】
先に述べたΔＴを検出し、そのΔＴの大きさから、紙後端へ何度毎ステップ状に上げていけばよいのかを示すものである。簡単に説明すると、ΔＴを検出する。そのΔＴが１ｄｅｇ未満の場合、ステップ温調は１ｄｅｇと決定し、後端に向かって１ｄｅｇ毎温度を上昇させていき制御を行う。Δの下がり量が少ない、つまり記録材の温度が比較的高く、また坪量の少ない紙であるためにこのような制御を行うことができる。
次に、ΔＴが１≦ΔＴ＜３の場合、ステップ温度は２ｄｅｇとして制御を行う。同様にΔＴが３≦ΔＴの場合はステップ温調を３ｄｅｇとして制御を行う。
【００９１】
このように制御することで、紙先端から紙後端までの全域で定着性が良好となり、適切な電力で通紙を行うことが可能になるため、小サイズ通紙後の非通紙部昇温に関しても従来の技術を用いた制御よりも低く抑えることが可能となる。また、先端側に供給している電力量も適切である為オフセットの発生なども抑えることが可能となる
［その他］
加熱体２１としては例示のセラミックヒータに限られるものではなく、その他、例えば、ＳＵＳヒータ、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ、電磁誘導発熱性部材などを用いることもできる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、短い期間内で、オーバーシュートや立上げ不足といった事態を招くことなく、最適な立ち上げが可能なフィルム加熱方式の定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１における画像形成装置例の概略構成図
【図２】 定着装置の要部の構成模型図
【図３】 加熱体としてのセラミックヒータの一例の構成説明図
【図４】 従来の技術を使用したときの比較例１の制御説明図
【図５】 実施例１に用いた定着制御の説明図
【図６】 実施例１に用いた非通紙部昇温のプロファイル
【図７】 比較例２の制御説明図
【図８】 実施例３に用いた定着制御の説明図
【図９】 実施例３の定着制御のフロー図
【図１０】 従来装置の定着制御例の説明図
【図１１】 波数制御の説明図（その１）
【図１２】 波数制御の説明図（その２）
【符号の説明】
１１・・定着装置（加熱装置）、２１・・加熱体（セラミックヒータ）、ＴＨ・・サーミスター（温度検知素子）、２８・・制御回路部（ＣＰＵ）、Ｐ・・記録材（被加熱材）
Claims (1)
- 定着フィルムと、前記定着フィルムの内面に接触するヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ヒータの温度を検知する温度検知素子と、前記温度検知素子の検知温度が制御温度を維持するように前記ヒータへ供給する交流波のデューティ比を制御する制御手段と、を有し、前記定着ニップ部で未定着トナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー像を定着処理する第１の期間の前記制御温度よりも、複数枚の記録材を連続して定着処理する時の先行する記録材と後続の記録材の間の第２の期間の前記制御温度が低く設定される定着装置において、
前記第２の期間から前記第１の期間へ移行する移行過程で前記ヒータへ供給する交流波のデューティ比を、前記移行過程の直前の前記第２の期間で前記ヒータに供給されている交流波のデューティ比に基づき決定することを特徴とする定着装置。
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