(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に形成された画像を記録材に加熱定着する定着部であって、
基板、前記基板の一方の面に設けられる第１発熱体、前記第１発熱体を覆うように前記一方の面に形成される第１保護層、前記第１発熱体とは前記基板の長手方向における長さが異なり前記基板の他方の面に設けられる第２発熱体、前記第２発熱体を覆うように前記他方の面に形成される第２保護層、を有するヒータと、前記ヒータが内面に接触する筒状のフィルムと、を有する加熱部材と、
前記フィルムを介して前記ヒータに圧接することにより前記フィルムの外面との間にニップ部を形成する加圧部材と、
を有し、通電により生じる前記第１発熱体または前記第２発熱体の熱を利用して、前記ニップ部で挟持した記録材に前記加熱定着を行う定着部と、
前記加熱部材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所定の目標温度に維持されるように前記第１発熱体への通電量及び前記第２発熱体への通電量をそれぞれ制御する通電制御部であって、通電比率を前記目標温度と前記検知温度との偏差に基づいてＰＩＤ制御により決定する通電制御部と、
を備える画像形成装置において、
前記通電制御部は、
前記第１発熱体および前記第２発熱体のうち前記温度検知素子への伝熱経路における熱抵抗および熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくＰＩＤ制御における比例ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記比例ゲインよりも小さくする、
前記熱抵抗および前記熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくＰＩＤ制御における積分ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記積分ゲインよりも大きくする、および、
前記熱抵抗および前記熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくＰＩＤ制御における微分ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記微分ゲインよりも小さくする、の少なくともいずれかの制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記ヒータは、前記第１保護層が前記フィルムの内面と接触し、
前記温度検知素子は、前記第２保護層の表面に当接し、
前記通電制御部は、前記第１発熱体の前記比例ゲインを、前記第２発熱体の前記比例ゲインよりも小さくする、
前記通電制御部は、前記第１発熱体の前記積分ゲインを、前記第２発熱体の前記積分ゲインよりも大きくする、および、
前記通電制御部は、前記第１発熱体の前記微分ゲインを、前記第２発熱体の前記微分ゲインよりも小さくする、の少なくともいずれかの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第１発熱体の熱は、前記基板、前記第２保護層を介して前記温度検知素子に伝わり、
前記第２発熱体の熱は、前記第２保護層を介して前記温度検知素子に伝わることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記ヒータは、前記第１保護層が前記フィルムの内面と接触し、
前記温度検知素子は、前記フィルムの内面に当接し、
前記通電制御部は、前記第２発熱体の前記比例ゲインを、前記第１発熱体の前記比例ゲインよりも小さくする、
前記通電制御部は、前記第２発熱体の前記積分ゲインを、前記第１発熱体の前記積分ゲ
インよりも大きくする、および、
前記通電制御部は、前記第２発熱体の前記微分ゲインを、前記第１発熱体の前記微分ゲインよりも小さくする、の少なくともいずれかの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記第１発熱体の熱は、前記第１保護層、前記フィルムを介して前記温度検知素子に伝わり、
前記第２発熱体の熱は、前記基板、前記第１保護層、前記フィルムを介して前記温度検知素子に伝わることを特徴とする請求項１または４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記通電制御部は、前記第１発熱体への通電量及び前記第２発熱体への通電量をそれぞれ位相制御、波数制御、位相制御と波数制御とを組み合わせたハイブリッド制御のいずれかで制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
記録材に形成された画像を記録材に加熱定着する定着部であって、
基板、前記基板の一方の面に設けられる第１発熱体、前記第１発熱体を覆うように前記一方の面に形成される第１保護層、前記第１発熱体とは前記基板の長手方向における長さが異なり前記基板の他方の面に設けられる第２発熱体、前記第２発熱体を覆うように前記他方の面に形成される第２保護層、を有するヒータと、前記ヒータが内面に接触する筒状のフィルムと、を有する加熱部材と、
前記フィルムを介して前記ヒータに圧接することにより前記フィルムの外面との間にニップ部を形成する加圧部材と、
を有し、通電により生じる前記第１発熱体または前記第２発熱体の熱を利用して、前記ニップ部で挟持した記録材に前記加熱定着を行う定着部と、
前記加熱部材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所定の目標温度に維持されるように前記第１発熱体への通電量及び前記第２発熱体への通電量をそれぞれ制御する通電制御部であって、通電比率を前記目標温度と前記検知温度との差に基づいて０％と１００％のいずれかで制御するオンオフ制御により決定する通電制御部と、
を備える画像形成装置において、
前記通電制御部は、前記第１発熱体および前記第２発熱体のうち前記温度検知素子への伝熱経路における熱抵抗および熱容量が大きい方の発熱体の前記オンオフ制御における温度検知のサンプリング周期を、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記サンプリング周期よりも長くす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、定着装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置には、記録材に形成されたトナー画像を記録材に加熱定着させる定着装置が搭載されている。また、定着装置として、オンデマンド性に優れたフィルム加熱方式の定着装置が広く用いられている（特許文献１）。利用可能なサイズのうち小サイズの記録材の複数に連続的に画像形成（連続プリント）を行うと、定着装置の記録材の通過可能領域において小サイズの記録材が通過しない領域（非通紙部）の温度が徐々に上昇する現象（非通紙部昇温）が発生する。非通紙部の温度が高くなり過ぎると、装置内の各パーツへダメージを与えることもあるので、非通紙部の温度が高くなり過ぎないような対策が必要となる。その対策として、例えば、小サイズの複数の記録材に連続的に加熱定着処理を行う場合において搬送の時間間隔を長めに設定し、加熱定着を部材の温度が下がるのを待ってから行う方法が考えられる。しかしながら、この方法では、装置の生産性が低下することが懸念される。
【０００３】
そこで、特許文献２には、長さの異なる発熱抵抗体をヒータ基板両面に配置する構成が開示されている。かかる構成によれば、記録材のサイズに応じて通電発熱させる発熱抵抗体を選択することにより、生産性を低下させることなく非通紙部昇温を抑制することが可能となる。また、長さの異なる発熱抵抗体を全てヒータ基板の片面に配置する構成と比べ、発熱抵抗体を基板表裏面に振り分けることで基板幅の拡大を抑制することができ、低コスト化を図ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献２】特開２００３−３３７４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に開示の構成は、ヒータ基板の裏面に配置したサーミスタにより温度を検知する構成であるため、裏面の発熱抵抗体を発熱させている場合は、発熱抵抗体から発生した熱は絶縁保護層を介して裏面のサーミスタに到達する。一方、表面の発熱抵抗体を発熱させている場合は、発熱抵抗体から発生した熱は裏面の発熱抵抗体を被覆している絶縁保護層に加えてヒータ基板を介して裏面のサーミスタに到達する。そのため、表面の発熱抵抗体を発熱させている場合は、発熱抵抗体で発生した熱に対するサーミスタの応答性が裏面の発熱抵抗体を発熱させている場合に比べて遅くなる。つまり、表面と裏面どちらの発熱抵抗体を発熱させるかによってサーミスタへの熱伝達時間が異なる。
【０００６】
ここで、フィルム加熱方式の温度制御方法は、サーミスタの検知温度情報に応じて、発熱抵抗体に供給する電力を所定の制御則から算出される値で制御することにより、加熱フィルムの温度を目標温度に制御する方法がとられている。通常、供給電力量を算出する際に用いる制御則のパラメータは、上記の熱伝達時間を考慮して決定する。しかし、表面と裏面のどちらの発熱抵抗体が発熱するかによって、制御則に用いる最適なパラメータがずれてしまい、正確な供給電力量を算出できない。したがって、裏面発熱と表面発熱とで同じように温度制御できず、フィルムの温度が目標温度に対し上下に振動してしまう問題があった。その結果、記録材の面内で均一なグロスやＯＨＰフィルム上での均一な透過性が
得られないという問題が引き起こされる。さらに、フィルム温度が目標温度を含む定着可能温度領域から外れると、ホットオフセットやコールドオフセットといった定着不良が発生する問題があった。
【０００７】
本発明は、基板の表裏両面に発熱抵抗体を備えるヒータを備えた定着装置において、より適切な温調制御を可能にする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に形成された画像を記録材に加熱定着する定着部であって、
基板、前記基板の一方の面に設けられる第１発熱体、前記第１発熱体を覆うように前記一方の面に形成される第１保護層、前記第１発熱体とは前記基板の長手方向における長さが異なり前記基板の他方の面に設けられる第２発熱体、前記第２発熱体を覆うように前記他方の面に形成される第２保護層、を有するヒータと、前記ヒータが内面に接触する筒状のフィルムと、を有する加熱部材と、
前記フィルムを介して前記ヒータに圧接することにより前記フィルムの外面との間にニップ部を形成する加圧部材と、
を有し、通電により生じる前記第１発熱体または前記第２発熱体の熱を利用して、前記ニップ部で挟持した記録材に前記加熱定着を行う定着部と、
前記加熱部材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所定の目標温度に維持されるように前記第１発熱体への通電量及び前記第２発熱体への通電量をそれぞれ制御する通電制御部であって、通電比率を前記目標温度と前記検知温度との偏差に基づいてＰＩＤ制御により決定する通電制御部と、
を備える画像形成装置において、
前記通電制御部は、
前記第１発熱体および前記第２発熱体のうち前記温度検知素子への伝熱経路における熱抵抗および熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくＰＩＤ制御における比例ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記比例ゲインよりも小さくする、
前記熱抵抗および前記熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくＰＩＤ制御における積分ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記積分ゲインよりも大きくする、および、
前記熱抵抗および前記熱容量が大きい方の発熱体の前記偏差に基づくＰＩＤ制御における微分ゲインを、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記微分ゲインよりも小さくする、の少なくともいずれかの制御を行うことを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に形成された画像を記録材に加熱定着する定着部であって、
基板、前記基板の一方の面に設けられる第１発熱体、前記第１発熱体を覆うように前記一方の面に形成される第１保護層、前記第１発熱体とは前記基板の長手方向における長さが異なり前記基板の他方の面に設けられる第２発熱体、前記第２発熱体を覆うように前記他方の面に形成される第２保護層、を有するヒータと、前記ヒータが内面に接触する筒状のフィルムと、を有する加熱部材と、
前記フィルムを介して前記ヒータに圧接することにより前記フィルムの外面との間にニップ部を形成する加圧部材と、
を有し、通電により生じる前記第１発熱体または前記第２発熱体の熱を利用して、前記ニップ部で挟持した記録材に前記加熱定着を行う定着部と、
前記加熱部材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所定の目標温度に維持されるように前記第１発熱体への通電量及び前記第２発熱体への通電量をそれぞれ制御する通電制御部であって、通電比率
を前記目標温度と前記検知温度との差に基づいて０％と１００％のいずれかで制御するオンオフ制御により決定する通電制御部と、
を備える画像形成装置において、
前記通電制御部は、前記第１発熱体および前記第２発熱体のうち前記温度検知素子への伝熱経路における熱抵抗および熱容量が大きい方の発熱体の前記オンオフ制御における温度検知のサンプリング周期を、前記熱抵抗および前記熱容量が小さい方の発熱体の前記サンプリング周期よりも長くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板の表裏両面に発熱抵抗体を備えるヒータを備えた定着装置において、より適切な温調制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例に係る画像形成装置の概略断面図
【図２】実施例１の定着装置の模式的断面図
【図３】実施例１のヒータの概略構成を示す図
【図４】実施例１および比較例の温度波形と通電比率を示す図
【図５】実施例２の定着装置の模式的断面図
【図６】実施例３の定着装置の模式的断面図
【図７】実施例３および比較例の温度波形と通電比率を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１２】
［実施例１］
図１は、本実施例における画像形成装置の一例であるレーザビームプリンタ（以下ではプリンタと記す）の概略構成図である。１は感光ドラムである。感光ドラム１は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯電される。次に、レーザスキャナ３によって画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームＬによる走査露光が施され、静電潜像が形成される。そして、現像装置４は、この静電潜像にトナーを付着させてトナー像（現像剤像）を感光ドラム１上に現像する。その後、感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写ローラ５と感光ドラム１との圧接部である転写ニップ部において、給紙カセット６から所定のタイミングで搬送された記録紙（記録材）Ｐに転写される。このとき、感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録紙の先端の書き出し位置が合致するように、搬送ローラ９によって搬送される記録紙の先端をトップセンサ８によって検知し、タイミングを合わせている。転写ニップ部に所定のタイミングで搬送された記録紙Ｐは感光ドラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。トナー像が転写された記録紙Ｐは定着部としての定着装置７へと搬送され、定着装置７においてトナー像は記録紙に加熱定着される。その後、記録紙Ｐは排紙トレイ上に排紙される。
【００１３】
図２を参照して、本実施例における定着装置７について説明する。図２は、定着装置７の断面図である。定着装置７は、互いに圧接して定着ニップ部Ｎを形成する加熱部材１０と、加圧部材としての加圧ローラ２０とからなる。加熱部材１０は、加熱用ヒータ１２（以下、ヒータ１２）と、これを固定するフィルムガイド１３と、フィルムガイド１３にルーズに外嵌させた円筒状の加熱フィルム１１からなる。
【００１４】
加熱フィルム（以下、フィルム）１１は、可撓性を有する耐熱性のフィルム部材であり、クイックスタートを可能にするために総厚８０μｍの低熱容量のフィルム部材が用いられる。基層としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂を使用することができ、本実施例は厚さ６５μｍの耐熱性樹脂のポリイミドを使用している。さらに、基層の外周面上には離型層として、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂やシリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合あるいは単独で被覆することができ、本実施例では厚さ１５μｍのフッ素樹脂のＰＦＡを被覆している。本実施例のフィルム１１の長手方向の長さ（図２における紙面に垂直な方向への長さ）はレターサイズ（幅２１６ｍｍ）まで通紙可能とするため２４０ｍｍとしており、外径は２４ｍｍである。
【００１５】
フィルムガイド１３は、ヒータ１２を支持する加熱体支持体であるとともに、フィルム１１が回動する際のガイド部材であり、フィルム１１が余裕をもってルーズに外嵌されていて、フィルム１１を矢印の方向に回転自在に案内する。また、ヒータ１２を保持し、ニップ部Ｎとは反対方向への放熱を防ぐための部材でもあり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成されている。
【００１６】
加圧ローラ２０は、ＳＵＳ、ＳＵＭ、Ａｌ等の金属製芯金２１の外側にシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層２２からなり、この上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性層を形成してある。本実施例における加圧ローラ２０の外径は２５ｍｍであり、弾性層には肉厚３．５ｍｍのシリコーンゴムを採用している。また、弾性層の長手方向長さは２３０ｍｍである。加圧ローラ２０は、上記の加熱部材１０に向かう方向に不図示の加圧手段により、長手方向両端部から加熱定着に必要なニップ部Ｎをフィルム１１外面との間に形成するべく十分に加圧されている。また、加圧ローラ２０の金属芯金２１の長手方向端部より、不図示の駆動手段により回転駆動される。この結果、フィルムガイド１３の外周面に余裕をもってルーズに外嵌されているフィルム１１は、回転する加圧ローラ２０との間の摩擦力で従動回転する。
【００１７】
加熱体としてのヒータ１２は、ヒータ基板と、ヒータ基板の両面に形成された発熱抵抗体パターンと、発熱抵抗体パターンを被覆する表面保護層からなり、フィルムガイド１３に保持されている。
【００１８】
図３（ａ）は、本実施例におけるヒータ１２の裏面（非フィルム摺動面）側の平面模式図である。図３（ｂ）は、ヒータ１２の表面（フィルム摺動面）側の平面模式図である。図３（ｃ）は、ヒータ１２を図３（ａ）、（ｂ）においてｘ−ｘ’の線で切断した場合の断面模式図である。
【００１９】
図３（ｂ）を用いて、ヒータ１２の表面側の構成について説明する。
ヒータ基板３０１は、耐熱性の絶縁材料であり、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＡｌＮ（窒化アルミ）等のセラミック材料より形成される。本実施例においては幅１０ｍｍ、長手方向長さ２７０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＡｌ２Ｏ３基板を使用している。そして、ヒータ基板３０１の一方の面としての表面側には第１発熱体としての大サイズ紙用の発熱抵抗体パターン３０９が形成されている。
【００２０】
発熱抵抗体パターン３０９は、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２（酸化ルテニウム）等の導電剤とガラス、ポリイミド等の成分からなる発熱抵抗体をスクリーン印刷することにより、厚み１０μｍ程度で塗工して形成される。発熱抵抗体パターン３０９は、長さ２２５ｍｍ、幅１．５ｍｍのものを３．０ｍｍの間隔を空けて２本横に並べて形成されている。この２本の発熱抵抗体の一方の端部同士を、発熱抵抗体より抵抗値が低い接続体
３０７により電気的に接続することで、全体としてＵ字の往復形状を持つ。本実施例では、発熱抵抗体パターン３０９の抵抗値を１２Ωとした。尚、本実施例で大サイズ紙用の発熱抵抗体の長さを２２５ｍｍとしているのは、装置が対応する最大幅の記録材サイズであるレターサイズ（２１６ｍｍ幅）やＡ４サイズ（２１０ｍｍ幅）の記録材上に形成されたトナー像を加熱できるようにするためである。
【００２１】
３１０は、発熱抵抗体パターン３０９に電力を供給する導電体であり、３２０は、電流を供給するコネクタ接点となる給電接点部である。接続体３０７、導電体３１０、および給電接点部３２０には、発熱抵抗体パターン３０９よりも抵抗値の低い材料が用いられる。本実施例では、接続体３０７、導電体３１０、および給電接点部３２０は、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）の混合粉末を含むペーストをスクリーン印刷することで形成されている。発熱抵抗体パターン３０９は表面保護層３０８により被覆されている。表面保護層３０８は、絶縁性とフィルムとの耐久摩耗性とを確保するために、厚さ６５μｍのガラスコーティング層からなる。
【００２２】
図３（ａ）を用いて、ヒータ１２の裏面側の構成について説明する。
ヒータ基板３０１の他方の面としての裏面側には第２発熱体としての小サイズ紙用の発熱抵抗体パターン３０５が形成されている。発熱抵抗体パターン３０５は、大サイズ紙と同様の発熱抵抗体をスクリーン印刷することにより形成されている。発熱抵抗体パターン３０５は、長さ１１５ｍｍ、幅１．５ｍｍの発熱抵抗体を３．０ｍｍの間隔を空けて２本に並べて形成している。この２本の発熱抵抗体の一方の端部同士を、発熱抵抗体より抵抗値の低い導電性の接続体３０４により電気的に接続することで、同様にＵ字形状の往復形状を持つ。本実施例では、発熱抵抗体パターン３０５の抵抗値を２５Ωとした。尚、発熱抵抗体パターン３０５の長さを１１５ｍｍとした理由は、官製はがき（１００ｍｍ幅）やＡ６サイズ紙（１０５ｍｍ幅）等の小サイズ紙上に形成されたトナー像を加熱できるようにするためである。
【００２３】
３０６は、小サイズ紙用の発熱抵抗体３０５に電力を供給する導電体であり、３２１は電流を供給するコネクタ接点となる給電接点部である。本実施例では、接続体３０４、導電体３０６、および給電接点部３２１は、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）の混合粉末を含むペーストをスクリーン印刷することで形成されている。３０２は、３０８同様の厚さ６５μｍのガラスコーティング層からなる表面保護層である。
【００２４】
次に、本実施例における温度制御について説明する。定着装置７は、ヒータ１２を所定の温度に維持して記録材に対するトナー像の定着に最適な加熱量を得る。ヒータ１２の温度制御はヒータ１２上に配された温度検知手段としての温度検知素子（以下、ヒータ裏サーミスタと称する）１４の検知温度が一定になるようにヒータ１２への通電量を制御することによって、間接的にフィルム１１の温度を制御している。ヒータ裏サーミスタ１４の出力信号は、通電制御部の操作量決定手段であるＣＰＵ５２に入力される。ＣＰＵ５２は、この入力信号に基づき、通電制御部の通電駆動手段としてのトライアック５０、５１を介してヒータ１２の発熱抵抗体パターン３０５、３０９への通電を選択的に制御し、ヒータ１２の温度を所定の制御目標温度になるように温調する。この際、発熱抵抗体パターン３０５、３０９への通電制御は、商用ＡＣ電源５４から供給されるＡＣ電圧をトライアック５０、５１によりＯＮ／ＯＦＦすることで行われる。この通電制御方式には波数制御あるいは位相制御が用いられ、通電比率を制御することで電力を細かく制御して、ヒータ１２の温度の振幅をできるかぎり小さくしている。
【００２５】
本実施例における通電制御方式は位相制御を採用している。その理由は以下の通りである。位相制御は、入力するＡＣ電圧の１波内の通電角を制御する方式であり、１半波内で細かく通電比率を制御するとともに、通電比率の更新は最小１全波とすることが可能であ
る。したがって、位相制御は、通電比率すなわち電力の更新を細かく行うことができ、制御にともなって生じるヒータ１２の温度リップルを小さくできる。ここで、位相制御の場合、下記表１のように通電比率Ｄ（％）に対応して位相角αが予め決められており、ＣＰＵ５２はこのような制御表に基づいてヒータ１２の制御を行う。
【００２６】
（表１）ヒータ通電比率と位相角の関係
0006614966.tif 000002
【００２７】
なお、通電制御方式として、波数制御や、位相制御と波数制御を組み合わせたハイブリッド制御を採用してもよい。
波数制御では、ヒータ１２のオンオフを交流電源の半波単位で行う、すなわち、所定の制御周期において通電をオンする波数とオフする波数との割合を、変化させることで、所定の通電比率によるヒータ１２の制御を行う。例えば、制御周期を８半波とし、通電比率Ｄが５０％の場合、通電をオンする半波の数とオフする半波の数はそれぞれ４半波ずつとなる。１制御周期である８半波のうちいずれの半波をオンあるいはオフとするかの通電パターンについては、複数のパターンを用意してよく、前後の制御周期における通電比率や通電パターンに応じて適宜選択するようにしてよい。このように、通電比率に対応した通電パターンが設定された制御表を用いて、ＣＰＵ５２はヒータ１２の制御を行う。波数制御では、半波ごとにヒータ１２をオンオフするために高調波電流が発生しにくいので、位相制御に比べて高調波電流を抑えるに有利である。逆に、位相制御は、波数制御よりも電流変動が小さく、照明機器のちらつきであるフリッカを抑えるに有利である。
ハイブリッド制御では、所定の制御周期において、波数制御によって通電がオンされる半波と、位相制御によって通電量が制御される半波と、を組み合わせた通電パターンを用いて、所定の通電比率によるヒータ１２の制御を行う。この場合も、通電比率に対応した通電パターンが設定された制御表を用いて、ＣＰＵ５２はヒータ１２の制御を行う。ハイブリッド制御によれば、位相制御だけの場合と比較すると、高調波電流やスイッチングノイズの発生を抑えることができる。さらに、波数制御だけの場合と比較すると、フリッカを低減することができ、ヒータへの電力制御をより多段階に制御することができる。
【００２８】
本実施例ではヒータ１２への通電比率の算出方法としてＰＩＤ制御を採用した。ＰＩＤ制御では、Ｄをヒータへの通電比率、ｅを目標温度とヒータ裏サーミスタ検知温度との偏差とすると、通電比率Ｄは、比例ゲインＫｐ、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄの３つのパラメータを含む以下の制御式で決定される。
Ｄ＝Ｋｐ（ｅ＋１／Ｔｉ・∫ｅｄｔ＋Ｔｄ・ｄｅ／ｄｔ）  …（１）
【００２９】
ここで、目標温度とサンプリングされたヒータ裏サーミスタ１４の検知温度の偏差を時間順にｅ（ｎ）、ｅ（ｎ−１）、ｅ（ｎ−２）、ヒータ裏サーミスタ１４のサンプリング時間をＴｓとする。そして、今回の通電比率をＤ（ｎ）、前回の通電比率をＤ（ｎ−１）として、式（１）を離散化すると制御式は以下のようになる。
Ｄ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）＋Ｋｐ｛ｅ（ｎ）−ｅ（ｎ−１）｝＋Ｋｐ・Ｔｓ／Ｔｉ・ｅ（ｎ）＋Ｋｐ・Ｔｄ／Ｔｓ・｛ｅ（ｎ）−２ｅ（ｎ−１）−ｅ（ｎ−２）｝  …（２）
【００３０】
さらに、式（２）について、Ｋｉ≡Ｋｐ・Ｔｓ／Ｔｉ、Ｋｄ≡Ｋｐ・Ｔｄ／Ｔｓと定義すると、制御式は以下のようになる。
Ｄ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）＋Ｋｐ｛ｅ（ｎ）−ｅ（ｎ−１）｝＋Ｋｉ・ｅ（ｎ）＋Ｋｄ｛ｅ（ｎ）−２ｅ（ｎ−１）−ｅ（ｎ−２）｝
【００３１】
すなわち、通電比率Ｄ（ｎ）は、以下の３つの要素を、前回の通電比率Ｄ（ｎ−１）に加算して決定される。
比例制御量：Ｋｐ｛ｅ（ｎ）−ｅ（ｎ−１）｝
積分制御量：Ｋｉ・ｅ（ｎ）
微分制御量：Ｋｄ｛ｅ（ｎ）−２ｅ（ｎ−１）−ｅ（ｎ−２）｝
【００３２】
本実施例において、定着装置の最大通紙幅と同じ用紙幅であるレターサイズ（幅２１６ｍｍ）を通紙する際、記録紙の搬送速度は１８０ｍｍ／ｓｅｃであり、１分間あたりのプリント枚数は３０ｐｐｍで一定である。この際、ヒータ１２の表面の発熱抵抗体パターン３０９のみが通電され、ヒータ裏サーミスタ１４の目標温度は、好適な定着性を満足する為に、２００℃に設定されている。一方、小サイズ紙（本実施例では１１０ｍｍ以下の記録紙）であるＡ６サイズ（幅１００ｍｍ）を通紙する際、記録材の搬送速度は１８０ｍｍ／ｓｅｃであり、１分間あたりのプリント枚数は２０ｐｐｍで一定である。この際、ヒータ１２の裏面の発熱抵抗体パターン３０５のみが通電され、ヒータ裏サーミスタ１４の目標温度は、２００℃に設定されている。
【００３３】
（本実施例の特徴）
次に、本実施例の特徴である電力制御手段への操作量の決定方式を第１発熱体への通電時と第２発熱体への通電時で変更する方法について説明する。本実施例では、ＰＩＤ制御のパラメータＫｐ、Ｋｉ、Ｋｄを、ヒータ１２の表面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合と、裏面の発熱抵抗体パターン３０５に通電している場合とで変更する。
【００３４】
ここで、ヒータ１２の表面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合の比例制御量に関するパラメータをＫｐ１、積分制御量に関するパラメータをＫｉ１、微分制御量に関するパラメータをＫｄ１とする。また、裏面の発熱抵抗体パターン３０５に通電している場合の比例制御量に関するパラメータをＫｐ２、積分制御量に関するパラメータをＫｉ２、微分制御量に関するパラメータをＫｄ２とする。本実施例では、上記パラメータを以下の関係を満たすように設定している。
Ｋｐ１＜Ｋｐ２
Ｋｉ１＞Ｋｉ２
Ｋｄ１＜Ｋｄ２
【００３５】
Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄは、ヒータ１２の表面および裏面の発熱抵抗体パターンからヒータ裏サーミスタ１４間の熱抵抗、熱容量、記録紙の搬送速度等によって決まる。したがって、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄは、制御目標温度に対してヒータ裏サーミスタ１４の検知温度がより早く収束するような値にすることが好ましい。
【００３６】
本実施例では、表面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合は、発熱抵抗体パターン３０９で発生した熱は、ヒータ基板３０１、表面保護層３０２を介してヒータ裏サーミスタ１４に到達する。一方、裏面の発熱抵抗体パターン３０５に通電している場合は、発熱抵抗体パターン３０５で発生した熱は表面保護層３０２を介してヒータ裏サーミスタ１４に到達する。したがって、表面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合の方が、裏面の発熱抵抗体パターン３０５へ通電している場合よりも、ヒータ基板３０１を介する分だけ発熱抵抗体とヒータ裏サーミスタ１４間の伝熱経路における熱抵抗及び熱容量が大きい。したがって、表面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合の方がヒータ裏サーミスタ１４への熱伝達時間が長くなる。このように、ヒータ裏サーミスタ１４への熱伝達時間が長くなると、通電比率Ｄを増してもヒータ裏サーミスタ１４がヒータ１２の温度上昇を検知するまでに時間が掛かり、供給電力の変化に対するヒータ裏サーミスタ１４の温度変化が大きくなる。このため、ヒータ裏サーミスタ１４への熱伝達時間が長い場合に、比例ゲインＫｐあるいは微分制御パラメータ（微分ゲイン）Ｋｄの値が大きいと、ＰＩＤ制御による通電比率Ｄの計算結果が振動しやすくなる。その結果、ヒータ裏サーミスタ１４の検知温度がオーバーシュートやアンダーシュートして、なかなか目標温度に収束しない傾向がある。また、ヒータ裏サーミスタ１４への熱伝達時間が長い場合に積分パラメータ（積分ゲイン）Ｋｉの値が小さいと、積分制御量の値がなかなか大きくならず、目標温度に到達するまでに時間が掛かる傾向がある。
【００３７】
上記のような傾向を考慮して、本実施例では、ＰＩＤ制御の各パラメータは次のように設定している。
Ｋｐ１＝２．０、Ｋｉ１＝１．０、Ｋｄ１＝１．０
Ｋｐ２＝３．０、Ｋｉ２＝０．６、Ｋｄ２＝２．０
【００３８】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に、本実施例の方法および比較例による方法で温度制御を行ったときのフィルム１１の温度と通電比率Ｄの変化の関係を示す。比較例の制御は、ヒータ１２の表面、裏面どちらの発熱抵抗体パターンに通電するかに関わらず、ＰＩＤ制御の各パラメータＫｐ、Ｋｉ、Ｋｄの値を固定したままヒータ裏サーミスタ１４の温度制御を行うものである。比較例では、Ｋｐ１＝Ｋｐ２＝３．０、Ｋｉ１＝Ｋｉ２＝０．６、Ｋｄ１＝Ｋｄ２＝２．０に設定している。
【００３９】
図４（ａ）は、ヒータ１２の裏面の発熱抵抗体パターン３０９に通電してＡ６サイズの記録紙（坪量８０ｇ／ｍ３）を通紙した場合である。
図４（ｂ）は、表面の発熱抵抗体パターン３０５に通電してレターサイズの記録紙（坪量８０ｇ／ｍ３）を通紙させたときの本実施例の場合である。
図４（ｃ）は、表面の発熱抵抗体パターン３０５に通電してレターサイズの記録紙させたときの比較例の場合である。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、裏面の発熱抵抗体パターン３０９に通電した場合では、通電比率Ｄに振動が見られず、ヒータ裏サーミスタ１４の温度が適切に制御されている。しかしながら、表面の発熱抵抗体パターン３０５に通電した場合、比較例では、図４（ｃ）に示すように通電比率Ｄが振動しており、そのためヒータ裏サーミスタ１４の温度も振動している。一方、本実施例では、図４（ｂ）に示すように、表面の発熱抵抗体パターン３０５に通電した場合においても、通電比率Ｄの振動は見られず、ヒータ裏サーミスタ１４の温度が適切に制御されている。
【００４１】
以上により、本実施例によれば、ヒータ１２の表面、裏面どちらの発熱抵抗体パターンに通電するかに関わらず、ヒータ裏サーミスタ１４の温度を上下に振動することを抑え、目標温度に精度よく保つことができる。したがって、ホットオフセットやコールドオフセ
ットといった定着不良を抑制することが可能となる。
【００４２】
尚、本実施例ではＰＩＤ制御を用いたが、フィルムの温度が安定して制御できれば、ＰＩ制御あるいはＰＤ制御としてもよい。すなわち、上述したＫｐ１＜Ｋｐ２、Ｋｉ１＞Ｋｉ２、Ｋｄ１＜Ｋｄ２の３つの関係式のうち、Ｋｐ１＜Ｋｐ２とＫｉ１＞Ｋｉ２、Ｋｐ１＜Ｋｐ２とＫｄ１＜Ｋｄ２の少なくともいずれかが成立すればよい。また、同様に、フィルムの温度が安定制御できるのであれば、上記３つの関係式のいずれか１つが成立するような制御でもよい。
【００４３】
また、本実施例は、温度制御の制御則として、ヒータへの通電比率をＰＩＤ制御により算出する方法を用いたが、必ずしもその方法に限定するものではない。ヒータの表面、裏面どちらの発熱抵抗体に通電するかに関わらず、フィルムの温度が安定して制御できる方法であればよい。例えば、温度制御の制御則として、オンオフ制御を用いてもよい。
【００４４】
オンオフ制御とは、通電比率の操作量が０％か１００％の何れかの状態しかなく、温度検知手段の温度が目標温度を上回っていれば通電せず、目標温度を下回っていれば通電比率１００％で通電して温度制御する方式である。オンオフ制御を用いる場合は、加熱ヒータ表面の発熱抵抗体に通電する時のように発熱抵抗体から温度検知手段への熱伝達時間が長い場合は、温度検知手段のサンプリング周期を長くとる。一方、加熱ヒータ裏面の発熱抵抗体に通電する時のように熱伝達時間が短い場合は、温度検知手段のサンプリング周期を短くする。このようにすることで、オンオフ制御を用いた場合でも、ヒータの表面、裏面どちらの発熱抵抗体に通電するかに関わらず、フィルムの温度が安定して制御できる。これらは、以降の実施例でも同様である。
【００４５】
［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係る画像形成装置について説明する。本実施例の定着装置の基本的な構成および動作は、実施例１の定着装置と同じである。したがって、実施例１の定着装置のものと同一またはそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略し、本実施例にて特徴的な点について説明する。
【００４６】
本実施例では、フィルム内面に温度検知素子がある場合においても、ヒータ１２の表面、裏面どちらの発熱抵抗体パターンに通電するかに関わらず、フィルムの温度を目標温度に精度よく保つことができる方法について説明する。
【００４７】
図５は、本実施例の定着装置７の断面図である。１５は、本実施例で用いる温度検知素子（以下、フィルム内面サーミスタと称する）である。このフィルム内面サーミスタ１５の位置は実施例１とは異なり、フィルム１７の内面において、ヒータ１２の中心から記録紙の通紙方向下流側２５ｍｍの位置に配置されている。フィルム内面サーミスタ１５は、フィルムガイド１３の上方において、フィルム１７の内面に弾性的に接触するように配置され、フィルム１７内面の温度を検知する機能を担っている。具体的には、フィルムガイド１３に固定支持させたステンレス製のアーム１６の先端にフィルム内面サーミスタ１５が取り付けられている。そして、アーム１６が弾性揺動することにより、フィルム内面サーミスタ１５がフィルム１７の内面に常に接する状態に保たれる。このようなフィルム内面サーミスタ１５を用いることで、フィルム１７の温度を直接的に適切な温度に制御することができるようになる。また、実施例１のヒータ１２上に温度検知素子を配置して温度制御を行う方式よりも精度良くフィルムの温度を制御できるため、通紙する紙の坪量やトナーの単位面積あたりの載り量の影響を受けにくくなる。そのため、本実施例ではフィルム１７の内面に当接したフィルム内面サーミスタ１５を用いて温度制御を行うことで、通紙中のフィルム１７の温度を一定に保つ構成とした。
【００４８】
また、本実施例のフィルム１７は、基層の材料にＳＵＳを用い、弾性層として基層の上にシリコーンゴムを被覆している。さらに、離型層として、ＰＦＡのチューブを用いている。このように、フィルム１７の基層としてＳＵＳを用いる理由は、フィルム内面サーミスタ１５を安定してフィルム１１の内面に当接させるためである。実施例１のようにフィルム１７の基層として、厚さ６５μｍのポリイミドを使用すると、フィルム１７の剛性は小さくなってしまう。したがって、フィルム内面サーミスタ１５をアーム１６でフィルム内面へ弾性加圧した場合、フィルムがアーム１６の加圧力により外側へ膨らんでしまいフィルム内面サーミスタ１５をフィルム内面へうまく接触させることができない恐れがある。一方、ＳＵＳはある程度の大きさの剛性があるので、アーム１６の弾性力によってフィルムの形状が変形しづらく、フィルム内面サーミスタ１５をフィルム内面に安定して接するようにすることができる。
【００４９】
本実施例のヒータ１２は、実施例１の図３で説明した構成とほとんど同じである。異なるのは、ヒータ基板３０１の厚みであり、熱伝導性を高めるために０．６ｍｍにしている。このようにヒータ基板３０１の厚みを薄くすることで、ヒータ１２の裏面の抵抗発熱パターン３０９で発生した熱が表面へ伝わりやすくなる。ただし、ヒータ基板３０１の厚みを小さくすると、ヒータ１２が異常昇温した場合に、熱応力によりヒータ基板３０１が割れやすくなる。したがって、ヒータ基板３０１の厚みは、熱伝導性と熱応力による割れを考慮して適宜設定する必要がある。
【００５０】
本実施例においても、実施例１と同様に、ＰＩＤ制御のパラメータＫｐ、Ｋｉ、Ｋｄを、ヒータ１２の表面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合と、裏面の発熱抵抗体パターン３０５に通電している場合とで変更する。
【００５１】
本実施例では、ＰＩＤ制御のパラメータを以下の関係を満たすように設定している。ここで、ヒータ１２の表面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合の比例制御量に関するパラメータをＫｐ３、積分制御量に関するパラメータをＫｉ３、微分制御量に関するパラメータをＫｄ３とする。また、裏面の発熱抵抗体パターン３０５に通電している場合の比例制御量に関するパラメータをＫｐ４、積分制御量に関するパラメータをＫｉ４、微分制御量に関するパラメータをＫｄ４とする。
Ｋｐ３＞Ｋｐ４
Ｋｉ３＜Ｋｉ４
Ｋｄ３＞Ｋｄ４
【００５２】
表面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合は、発熱抵抗体パターン３０９で発生した熱は、表面保護層３０８を介して、ヒータ１２の表面に到達する。そして、ヒータ１２によって加熱されたフィルム１７が回転移動することでフィルム内面サーミスタ１５に到達する。一方、裏面の発熱抵抗体パターン３０５に通電している場合は、発熱抵抗体パターン３０５で発生した熱はヒータ基板３０１および表面保護層３０８を介してヒータ１２の表面に到達する。そして、ヒータ１２によって加熱されたフィルム１１が回転移動することでフィルム内面サーミスタ１５に到達する。そのため、裏面の発熱抵抗体パターン３０５に通電している場合の方が、表面の発熱抵抗体パターン３０９へ通電している場合よりも、ヒータ基板３０１を介する分だけ発熱抵抗体とフィルム内面サーミスタ１５間の熱容量および熱抵抗が大きくなる。その結果、裏面の発熱抵抗体への通電時は、フィルム内面サーミスタ１５への熱伝達時間が長くなる。
【００５３】
したがって、本実施例では、ヒータ１２裏面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合の比例制御パラメータＫｐおよび微分制御パラメータＫｄを小さくし、積分制御パラメータＫｉを大きくすることが好ましい。そこで、本実施例のＰＩＤ制御の各パラメータの具体的な値は、次のように設定されている。
Ｋｐ３＝２．０、Ｋｉ３＝０．６、Ｋｄ３＝２．０
Ｋｐ４＝１．０、Ｋｉ４＝１．０、Ｋｄ４＝１．０
【００５４】
このようにＰＩＤ制御のパラメータを設定することで、フィルム内面に温度検知素子を配置した場合も、ヒータ表裏どちらの面の発熱体に通電するかに関わらず、温度検知素子の温度を目標温度に対して上下に振動することを抑えつつ精度よく保つことができる。したがって、ホットオフセットやコールドオフセットといった定着不良を抑制することが可能となる。
【００５５】
［実施例３］
本発明の実施例３に係る画像形成装置について説明する。本実施例の定着装置の基本的な構成および動作は、実施例２の定着装置と同じである。したがって、実施例２の定着装置のものと同一またはそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略し、本実施例にて特徴的な点について説明する。
【００５６】
図６は、本実施例の定着装置７の断面図である。本実施例は、フィルム内面サーミスタ１５に加えてヒータ裏サーミスタ１４を有している。本実施例では、ヒータ１２の表面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合は、フィルム内面サーミスタ１５を用いて目標温度になるように通電比率の制御を行う。一方、裏面の発熱抵抗体パターン３０５に通電している場合は、ヒータ裏サーミスタ１４を用いて目標温度になるように通電比率の制御を行う。
すなわち、本実施例は、第１発熱体としての発熱抵抗体パターン３０９を通電制御する場合に温度検知を行う第１温度検知素子としてフィルム内面サーミスタ１５を備えている。また、第２発熱体としての発熱抵抗体パターン３０５を通電制御する場合に温度検知を行う第２温度検知素子としてヒータ裏サーミスタ１４を備えている。第１温度検知素子は、第１発熱体との間の伝熱経路における熱抵抗および熱容量が、第２温度検知素子よりも小さく、第２温度検知素子は、第２発熱体との間の伝熱経路における熱抵抗および熱容量が、第１温度検知素子よりも小さい。使用する発熱体に合せて使用する温度検知素子を選択することで、精度の高い温調制御が可能となる。
【００５７】
実施例２で説明したように、フィルムの温度を精度よく制御するためには、ヒータ１２の表面および裏面どちらに通電している場合においても、フィルム内面サーミスタ１５を用いて温度制御することが望ましい。一方、ヒータ基板３０１の厚みが厚い場合などにおいては、フィルム内面サーミスタ１５への熱伝達時間が長くなることによって急激な温度変動への対応が困難になる。すなわち、ヒータ１２の裏面の発熱抵抗体パターン３０５への通電比率を増加／減少させても、フィルム内面サーミスタ１５で通電比率増加／減少分の温度上昇／低下を検知するまでに時間が掛かる。そのため、目標温度に対してフィルム温度が振動してしまい、画像不良が発生することが懸念される。
【００５８】
図７（ａ）〜（ｃ）は、本実施例および比較例による制御を行ったときのサーミスタの検知温度と通電比率Ｄの変化の関係を示したものである。これらは、ヒータ基板３０１の厚さを１ｍｍとした場合において、ヒータ１２の裏面の発熱抵抗体パターン３０５に通電しているときの温度および通電比率の波形である。
図７（ａ）は、本実施例において、ヒータ１２の表面の発熱抵抗体パターン３０５に通電している場合に、フィルム裏サーミスタ１５で温度制御したときのフィルム１７の温度と通電比率を示した図である。
図７（ｂ）は、本実施例において、ヒータ１２の裏面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合に、ヒータ裏サーミスタ１５で温度制御したときのフィルム１７の温度と通電比率を示した図である。
図７（ｃ）は、ヒータ１２の裏面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合に、
フィルム内面サーミスタ１５で温度制御したときのフィルム１７の温度と通電比率を比較例として示した図である。
【００５９】
図７（ａ）に示すように、ヒータ１２の表面の発熱抵抗体パターン３０５に通電し、フィルム裏サーミスタ１５で温度制御した場合は、通電比率Ｄに振動が見られず、フィルム１７の温度は適切に制御されている。しかしながら、裏面の発熱抵抗体パターン３０９に通電したときにフィルム内面サーミスタ１５で温度制御した比較例の場合は、図７（ｃ）に示すように、通電比率が振動しており、そのため、フィルム１７の温度も振動している。一方、本実施例では、図７（ｂ）に示すように、制御サーミスタをヒータ裏サーミスタ１４とすることで、通電比率に振動が見られず、フィルム１７の温度が適切に制御されている。
【００６０】
このように、ヒータ１２裏面の発熱体からフィルム内面サーミスタ１５への熱伝達時間が長い場合には、ヒータ１２裏面の発熱体からの熱伝達時間が短いヒータ裏サーミスタ１４を用いることで、ヒータ裏サーミスタ１４の温度を目標温度に保つことができる。その結果、フィルム１７の温度が上下に振動してしまう現象を抑えることができ、ホットオフセットやコールドオフセットといった定着不良を抑制することが可能となる。
【００６１】
［実施例４］
本発明の実施例４に係る画像形成装置について説明する。本実施例の定着装置の基本的な構成および動作は、実施例３の定着装置と同じである。したがって、実施例３の定着装置のものと同一またはそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略し、本実施例にて特徴的な点について説明する。これは以降の実施例も同様である。
【００６２】
実施例３において、ヒータ１２裏面の発熱抵抗体に通電している場合は、前述のようにフィルム１７の温度を目標温度に対して一定に制御するためには、ヒータ裏サーミスタ１４を用いて温度制御する方がよい。一方で、ヒータ１２裏面の発熱抵抗体に通電している場合に、フィルム内面サーミスタ１５を用いて温度制御を行うとフィルム１７の温度は目標温度に対して上下に振動しやすい。本実施例では、ヒータ裏サーミスタ１４が目標温度になるように通電比率を制御している場合において、フィルム内面サーミスタ１５の検知温度に応じてヒータ裏サーミスタ１４の目標温度を補正する。すなわち、第２発熱体としての発熱抵抗体パターン３０５を通電制御する場合に、第２温度検知素子としてのヒータ裏サーミスタ１４による温度検知に加えて、第１温度検知素子としてのフィルム内面サーミスタ１５による温度検知も行う。第２発熱体への通電制御は、第２温度検知素子の検知温度が、第２温度検知素子における目標温度を第１温度検知素子の検知温度と第１温度検知素子における目標温度との差分値で補正した補正後目標温度に、維持されるように行われる。この補正により、フィルムの温度をより精度よく制御しつつ、フィルム１７の温度が上下に振動することを抑える方法を説明する。
【００６３】
本実施例では、ヒータ裏サーミスタ１４が目標温度になるように通電比率を制御する場合に、フィルム内面サーミスタ１５の検知温度とフィルム内面サーミスタ用に設定された目標温度との差分値に応じて、ヒータ裏サーミスタ１４用の目標温度の補正を行う。尚、ヒータ裏サーミスタ１４用およびフィルム内面サーミスタ１５用の目標温度Ｔａ、Ｔｂは、不図示の不揮発性メモリに格納されており、ＣＰＵ５２が必要に応じてこれらのデータを読み出す構成になっている。
【００６４】
本実施例で小サイズ紙の通紙が開始されると、ヒータ１２の裏面の発熱抵抗体パターン３０５のみが通電され、ヒータ裏サーミスタ１４の目標温度はＴａに設定される。そして、ヒータ裏サーミスタ１４の検知温度が目標温度Ｔａになるように制御される。このとき
、フィルム内面サーミスタ１５でも温度検知を行い、目標温度Ｔｂとの差分温度Ｔｍｄを算出する。記録紙の後端が定着ニップＮを通過すると、差分温度Ｔｍｄと補正温度Ｔｃｏｎとの関係を定めるテーブル（表２）からＴｃｏｎを決定する。そして、新しい目標温度としてＴａをＴａ＋Ｔｃｏｎとなるように補正する。
【００６５】
（表２）差分温度Ｔｍｄと補正温度Ｔｃｏｎの関係
0006614966.tif 000003
【００６６】
尚、本実施例ではこの差分温度Ｔｍｄと補正温度Ｔｃｏｎとの関係を定めるテーブルは、上述した不揮発メモリに格納されており、ＣＰＵ５２が必要に応じてデータを読み出す構成となっている。また、差分温度Ｔｍｄと補正温度Ｔｃｏｎの値はこれに依らない。フィルム内面サーミスタ１５の検知温度を早く目標温度に近付けたい場合は、補正温度Ｔｃｏｎを大きくすればよく、定着装置の構成や通紙条件により適宜設定すればよい。
【００６７】
本実施例では、記録紙の面内での定着性の均一性を確保するために、目標温度Ｔ２の補正は定着ニップＮに記録紙が無い期間に行っている。すなわち、複数の記録紙に連続して画像形成を行う場合、先行の記録紙が定着ニップＮを通過した後から、後続の記録紙が定着ニップＮに到達するまでの期間に目標温度Ｔａの補正を行っている。
【００６８】
以上のように、ヒータ裏サーミスタ１４が目標温度になるように通電比率を制御している場合において、本実施例の温度制御方式を用いることで、フィルム１１の温度をより精度良く制御することが可能となる。
【００６９】
［実施例５］
本発明の実施例５では、記録紙の搬送速度および通電する発熱抵抗体に応じて、温度制御に使用するサーミスタを変更することにより、記録紙の搬送速度を変化させて通紙した場合でも適切な温度制御ができる方法について説明する。
【００７０】
本実施例の画像形成装置は、記録紙の搬送速度として、通常使用する１８０ｍｍ／ｓｅｃ（以下、全速と称す）と９０ｍｍ／ｓｅｃ（以下、半速と称す）の２つの速度を有している。半速は、坪量あるいは熱容量の大きい紙を通紙する際に使用され、単位時間当たりに記録紙に与える熱量を大きくすることで、坪量の大きい記録紙でもトナーを定着させることが可能となる。
【００７１】
ここで、ヒータ１２表面の発熱抵抗体に通電時のフィルム内面サーミスタ１５への熱伝達時間（以下、Ｔｆと称する）について考える。熱伝達時間Ｔｆは、表面保護層３０８を伝わる時間と、ヒータ１２表面に伝わった熱がフィルム１１の回転によって伝わる時間との和に凡そ等しくなる。その中でも、フィルム１１の回転によって伝わる時間が支配的である。したがって、熱伝達時間Ｔｆは、記録紙の搬送速度に大きく影響される。そのため、半速時の熱伝達時間Ｔｆは全速時の熱伝達時間Ｔｆの約２倍でとなる。一方、ヒータ１２表面の発熱抵抗体に通電時のヒータ裏サーミスタ１４への熱伝達時間（以下、Ｔｈと称
す）は、半速時の熱伝達時間Ｔｆの１／２程度である。そのため、半速度時は、ヒータ裏サーミスタ１４を用いる方が適している。
【００７２】
上記のような理由から、本実施例では、記録紙の搬送速度に応じて温度制御に使用するサーミスタを表３に示したように変更する。すなわち、加熱ヒータ１２表面の発熱抵抗体パターン３０９に通電している場合には、全速と半速で温度制御に使用するサーミスタを変更する。
【００７３】
（表３）記録紙の搬送速度と温度制御に使用するサーミスタの関係
0006614966.tif 000004
【００７４】
すなわち、本実施例は、記録材の搬送速度を第１搬送速度としての全速と、第１搬送速度よりも遅い第２搬送速度としての半速と、に切替可能な画像形成装置において、使用する発熱体と設定した搬送速度との組合せに応じて、使用する温度検知素子を決定する。第１発熱体である発熱抵抗体パターン３０９の通電時に搬送速度が全速に設定された場合、第１温度検知素子であるフィルム内面サーミスタ１５を用いて温度検知を行う。また、発熱抵抗体パターン３０９の通電時に搬送速度が半速に設定された場合には、第２温度検知素子であるヒータ裏サーミスタ１４を用いて温度検知を行う。一方、第２発熱体である発熱抵抗体パターン３０５の通電時には、搬送速度の速さにかかわらず第２温度検知素子であるヒータ裏サーミスタ１４を用いて温度検知を行う。すなわち、搬送速度が遅い第２搬送速度に切り替わったときに第１発熱体を通電制御するときだけ、使用する温度検知素子を、第１温度検知素子から第２温度検知素子に切り替える制御を行う。なお、本実施例では、搬送速度が約半分の速度に切り替わる場合について説明したが、あくまで一例であり、速度変化の程度等は特に限定されるものではない。定着性に影響を与えるような速度変化が生じうる構成の場合に、定着性を担保すべく温度検知素子を適宜切り替えるようにすればよい。
【００７５】
上記のように半速時の温度制御サーミスタをヒータ裏サーミスタ１５にすることで、ヒータ裏サーミスタ１４の温度を目標温度に保ち、その結果、フィルム１１の温度が上下に振動してしまう現象を抑えることができる。したがって、コールドオフセットやホットオフセットなどの画像不良を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００７６】
７…定着装置、１０…加熱部材、１１…加熱フィルム、１２…ヒータ、１３…フィルムガイド、１４…サーミスタ、２０…加圧ローラ、５２…ＣＰＵ、５４…商用ＡＣ電源、３０１…ヒータ基板、３０２、３０８…表面保護層、３０５、３０９…発熱抵抗体パターン
【図１】
0006614966.tif 000005
【図２】
0006614966.tif 000006
【図３】
0006614966.tif 000007
【図４】
0006614966.tif 000008
【図５】
0006614966.tif 000009
【図６】
0006614966.tif 000010
【図７】
0006614966.tif 000011