(57)【要約】【課題】  立ち上がりの速い定着装置においても温度リップルを低減させることができ、しかも定着ローラ温度を狙いの範囲内に制御できる定着ローラ温度制御方法と、この制御方法を実施可能な定着装置、この定着装置を備える画像形成装置を提供する。【解決手段】  定着ヒータ８を有する定着ローラ９と、この定着ローラ９の温度を検出する温度検出手段１９と、この温度検出手段１９で検出した前記定着ローラ９の温度を基に前記定着ヒータ８のオン・オフ制御を温度制御テーブルに基づいて決定する画像形成装置における定着ローラの温度を制御する定着ローラ温度制御方法において、テーブル制御において制御周期内の点灯・消灯の順序が選択されたテーブルにより決定される。【選択図】        図２
2006106630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材の温度制御を行う定着部材の温度制御方法であって、前記定着部材の現在温度と目標温度との温度差及び一定時間における温度変化量とに基づいて、点灯時間と消灯時間に関するデータを選択すると共に、前記定着部材の点灯、消灯の順序を選択して前記定着ヒータの制御を行うことを特徴とする定着部材の温度制御方法。
【請求項２】
定着部材を加熱する定着ヒータと、前記定着部材の温度を検出する温度検出手段と、前記定着ヒータの制御周期内における点灯時間と消灯時間に関するデータを記憶した記憶手段と、前記定着部材の現在温度と目標温度との温度差及び一定時間における温度変化量とに基づいて、前記記憶手段から点灯時間と消灯時間に関するデータを選択すると共に、前記定着部材の点灯、消灯の順序を選択して前記定着部材の制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記定着部材の温度が前記目標温度より高い場合には消灯を先行させ、前記定着部材の温度が前記目標温度より低い場合には点灯を先行させるように制御することを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記定着部材の温度状態に基づき決定される点灯率により点灯、消灯の順序を制御することを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記制御周期内の点灯・消灯の順序を直前に選択したテーブルの終了時のヒータ点灯・消灯を考慮して決定することを特徴とする請求項２記載の定着装置。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置に備えられる定着装置と、その温度制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置に搭載される定着装置では、定着ローラ等の定着部材の温度リップルを小さくするために、定着ローラ近傍に配設した温度検出手段の検出温度と定着温度の温度差、及び一定時間における温度検出手段の変化量を判断要素として、定着ローラ内蔵のヒータの点灯時間と消灯時間を設定し、設定した点灯時間と消灯時間に基づいてヒータへの通電を制御して定着部材を設定温度に制御するという制御が行われている。
例えば特許文献１には、低コストで入力電圧の変化に応じて点灯／消灯時間を設定することが可能な定着装置が提案されている。このような定着装置は、電源投入時、定着ヒータへの通電によって、定着ローラの温度が所定の温度差分だけ上昇するのに要した時間に基づいて、ＲＯＭに記憶された複数種類のオン・オフデューティタイプ（点灯／消灯時間タイプテーブル）からいずれかを定着ヒータへの入力電圧の変化に応じて選択・設定する。そして、そのオン・オフデューティタイプを用い、定着部材の現在温度と定着温度の温度差及び一定時間における検出温度の変化量（現在温度−前回温度）に基づいて定着ヒータをオン・オフ制御するようにしたものである。
【特許文献１】特開２０００−３３０４１８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている定着装置は、定着ローラの昇温速度を速くすると、立ち上がりは速くなるが、それに伴って通常印字制御中の昇温速度、または温度下降速度も速くなってしまう。その結果、温度リップルが増大し、狙いの温度制御範囲内に温度を制御できなくなり、例えば定着ローラの温度が低すぎる場合には定着不良やコールドオフセットが発生し、また温度が高すぎる場合にはホットオフセットやシワが発生するといった不具合があった。
そこで、本発明の目的は、定着ローラの昇温速度や温度下降速度が速い定着装置においても、温度リップルを低減することができ、定着ローラ温度を狙いの範囲内に制御できる定着装置、その温度制御方法、及びそのような定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、定着部材の温度制御を行う定着部材の温度制御方法であって、前記定着部材の現在温度と目標温度との温度差及び一定時間における温度変化量とに基づいて、点灯時間と消灯時間に関するデータを選択すると共に、前記定着部材の点灯、消灯の順序を選択して前記定着ヒータの制御を行うことを特徴とする。
また請求項２に記載の発明は、定着部材を加熱する定着ヒータと、前記定着部材の温度を検出する温度検出手段と、前記定着ヒータの制御周期内における点灯時間と消灯時間に関するデータを記憶した記憶手段と、前記定着部材の現在温度と目標温度との温度差及び一定時間における温度変化量とに基づいて、前記記憶手段から点灯時間と消灯時間に関するデータを選択すると共に、前記定着部材の点灯、消灯の順序を選択して前記定着部材の制御を行う制御手段と、を備える定着装置を特徴とする。
また請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、前記定着部材の温度が前記目標温度より高い場合には消灯を先行させ、前記定着部材の温度が前記目標温度より低い場合には点灯を先行させるように制御する請求項２に記載の定着装置を特徴とする。
また請求項４に記載の発明は、前記制御手段は、前記定着部材の温度状態に基づき決定される点灯率により点灯、消灯の順序を制御する請求項２に記載の定着装置を特徴とする。
また請求項５に記載の発明は、前記制御手段は、前記制御周期内の点灯・消灯の順序を直前に選択したテーブルの終了時のヒータ点灯・消灯を考慮して決定する請求項２記載の定着装置を特徴とする。
また請求項６に記載の発明は、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、制御周期内の点灯・消灯の順序は選択されたテーブルにより決定しているので温度リップルの低減ができ、定着ローラ温度を狙いの範囲内に制御できるので、ウォームアップタイムの短縮と定着不良、コールドオフセット、あるいはホットオフセット、シワといった不具合のない良質な画像を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明を使用する画像形成装置の実施の形態を示す略中央断面図である。図１において、感光体１のまわりには、帯電手段２、クリーニング手段３、レーザ光学系４、トナーを供給して感光体１上の静電潜像を顕像化する現像手段６、及び転写手段７が配置されている。
また、図１の下側に配置され着脱可能な第１給紙手段１０内の用紙は、底板１１で給紙ローラ１２に押し付けられ（加圧手段は図示しない）、給紙ローラ１２が回転すると用紙（図示せず）の最上紙は分離パッド１３で一枚ずつに分離されながらレジストローラ１６まで搬送され、感光体１上の画像と同期するようにタイミングが取られて、さらに記録紙は転写手段７に送り出される。
転写手段７によって感光体１から画像を得た記録紙はさらに定着手段５に搬送され、定着ヒータ８を内蔵した定着ローラ（定着部材）９と圧接対向する加圧ローラ１４との間を通り、トナー像が定着される。その後、画像形成の終わった記録紙は排紙ローラ対１５により画像面を下にして、排紙トレイ１７の上に排出される。
図２は本発明を実施する画像形成装置を電気回路とともに示す概略構成図である。画像形成装置１８はＣＰＵ２６、ＲＯＭ２７、ＲＡＭ２８、通信部２９、読取部３０、操作表示部３１、タイマ２４等から構成される。
また、温度検知手段（サーミスタ）１９、Ａ／Ｄ変換部２０、定着ヒータ８、出力ポート２１、駆動制御部２２、レーザ制御部２３等が記録部２５を構成している。
ＲＯＭ２７は画像形成装置１８の基本処理プログラムや定着ヒータ８の温度制御プログラム及びこれらのプログラムを実行するのに必要なデータ、とくに定着ヒータ８の通電制御処理に使用する点灯時間と消灯時間に関する各種テーブルデータを格納している。なお、各テーブルデータは予め実験等を行って得られたものである。
【０００７】
図３は本実施の形態による通電制御処理に使用する点灯時間と消灯時間に関するデータテーブルを示した図である。以下、このようなデータテーブルを利用した温度制御方法について説明する。
この図３に示すデータテーブルは、所定の制御周期の中で定着ヒータ８の点灯／消灯の割合が示されている。このような定着ヒータ８の点灯／消灯の割合は、温度検知手段（サーミスタ）１９から得られた定着ローラ９の現在温度及び現在から１周期前に得られた温度により次周期の点灯割合が選択される。
なお、所定の制御周期は定着ローラ９の外径、肉厚、定着ヒータ８の出力等、機種により最適値が異なる。一般的に、周期は短い方が細かく制御できるが、周期が短すぎると、関連部品の寿命、温度検知手段１９が追従できない等の不具合が発生するので、概ね０．５秒〜２秒程度が多く用いられる。
以下、本実施の形態では、説明を分かり易くするため制御周期を１秒周期として仮の温度を想定し説明する。
先ず、温度検知手段１９により、前回温度が０（目標温度）、現在温度が−２を検出した場合、温度変化は−２、目標温度と現在温度の差−２となるので、図３に示すデータテーブルからは点灯割合７０％が選択される。これにより、次周期１秒間のうちの７０％、即ち０．７秒間だけ定着ヒータ８を点灯し、残り０．３秒は消灯することになる。なお、このような定着ヒータ８のオン・オフ制御は特許文献１と同じである。
そのうえで、本実施の形態では、定着ローラの目標温度と現在の温度との温度差から定着ヒータ８のオン・オフの順序を入れ替えるように制御した点に特徴がある。
これは一般的に定着ヒータ８は高出力であるため、点灯するときには大きな突入電流が生じる。その結果、定着ヒータ８のオン・オフが煩雑にあるとその突入電流の影響で蛍光灯のちらつきなどに代表される不具合が生じるため、定着ヒータ８の点灯時には徐々に電流を上げていく制御が広く行われている（位相制御、ソフトスタート等）。そのためトータルの点灯時間が等しくても途中にオン・オフが煩雑に入る場合の方がヒータ総出力は小さくなるのを利用したものである。
【０００８】
以下、上記図３及び図４を参照して本実施の形態の特徴的な動作について説明する。
図４は定着ローラの温度上昇時における温度推移の一例を示した図である。
この図４に示す制御１のタイミングにおいては、定着ローラ温度は目標温度−５度以下であるため、図３に示すデータテーブルからわかるように、制御１期間における定着ヒータ８は１００％点灯状態となる。その結果、定着ローラ温度は上昇し、制御２のタイミングにおいて、定着ローラ温度が＋４度になったとする。すると定着ローラの温度上昇は５度以上であることから図３のデータテーブルより定着ヒータ８は３０％点灯が選択される。
ここで、図４に示すように制御２期間の定着ヒータ８の点灯（オン）を先行させた場合の温度変化は実線にて示すようになる。即ち、この場合の定着ヒータ８は制御１からの連続点灯となるため、制御２期間の点灯率３０％であるが、温度上昇が大きく、狙いの温度範囲（＋５以下）を大幅に超えてしまうことになる。
これに対して、図４に示すように制御２期間の定着ヒータの消灯（オフ）を先行させた場合の温度変化は破線にて示すようになる。即ち、この場合の定着ヒータ８の点灯率は３０％であるが、制御１からの点灯動作はオン・オフ動作となるため、突入電流防止の緩やかな点灯となることもあいまって温度上昇が抑えられ、結果として狙いの温度範囲（＋５以下）を僅かに超える程度のほぼ適正な温度範囲に収めることができるようになる。
【０００９】
次に、図５は定着ローラの温度下降時における温度推移の一例を示した図であり、この図５に示す制御１のタイミングにおいては、定着ローラ温度は目標温度＋５度以上であるため、制御１期間は消灯状態となる。その結果、定着ローラ温度は下降し、制御２のタイミングにおいて、定着ローラ温度が−４度になったとすると、定着ローラの温度下降は５度以上でることから図３のテーブルより定着ヒータ８は９０％点灯が選択される。
ここで、制御２期間の定着ヒータ８の点灯（オン）を先行させた場合の温度変化は破線にて示すようになり、この場合は即座に点灯となるので、実線にて示す消灯（オフ）を先行させた場合に比べて温度落ち込みは小さくなっている。
このように本実施の形態では、目標温度よりも定着ローラ温度が高い場合には消灯を先行させ、低い場合には点灯を先行させることで温度リップルを小さくするようにしている。
また同様に定着ローラ温度状態に基づき決定されている点灯率によりオン・オフ順序を決定しても温度リップルを小さくすることができる。
さらに、点灯・消灯の順序を決定する要因として前段階制御終了時が点灯か消灯かを考慮することも有効であると考えられる。前述のようにオフ・オンの動作となると突入電流防止の緩やかな点灯となることがあるので立ち上がりが速く温度勾配の大きい装置においては安定状態を維持するのには有効と考えられる。
図６は本実施の形態による通電制御処理に使用する点灯時間と消灯時間に関するデータの一例を示した図である。この図６に示すデータテーブルにおいて温度が安定していると考えられる網掛けにより示した中央部（−３−１から１〜３）では、必ず前段階制御終了時と逆、即ち点灯・消灯を繰り返すように選択すれば、リップルを低減することができ、温度の安定化を図ることが可能になる。
図７は、消灯先行及び点灯先行とローラ温度、温度変化、前段階との関係を示した図であり、この図７に示すように、ローラ温度、温度変化、前段階の点灯消灯を条件とし、例えば３条件のうち点灯・消灯を優先させる条件が多い方に従うようにしても安定した温度制御が得られる。また、点灯先行が有利な場合と消灯先行が有利な条件分けを実施し、その組み合わせによりどちらを先行させるか決定することも可能である。
したがって、本実施の形態によれば、制御周期内の点灯・消灯の順序は選択された点灯デューティにより決定しているので、ウォームアップタイムの短縮と定着不良、コールドオフセット、あるいはホットオフセット、シワといった不具合のない良質な画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を使用する画像形成装置の実施の形態を示す略中央断面図。
【図２】本発明を実施する画像形成装置を電気回路とともに示す概略構成図。
【図３】本実施の形態による通電制御処理に使用する点灯時間と消灯時間に関するデータテーブルを示した図。
【図４】定着ローラの温度上昇時における温度推移の一例を示した図。
【図５】定着ローラの温度下降時における温度推移の一例を示した図。
【図６】通電制御処理に使用する点灯時間と消灯時間に関するデータの一例を示した図。
【図７】消灯先行及び点灯先行とローラ温度、温度変化、前段階との関係を示した図。
【符号の説明】
【００１１】
５  定着装置（定着手段）、８  定着ヒータ、９  定着ローラ、１８  画像形成装置、１９  温度検出手段（サーミスタ）
【図１】
2006106630.tif 000003
【図２】
2006106630.tif 000004
【図３】
2006106630.tif 000005
【図４】
2006106630.tif 000006
【図５】
2006106630.tif 000007
【図６】
2006106630.tif 000008
【図７】
2006106630.tif 000009