(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表面が無端移動し、加熱手段を備えた定着部材と、
その表面が無端移動し、該定着部材に接触して該定着部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、
該定着部材の温度を検知する定着温度検知手段と、
該加熱手段の加熱量を制御する上で目標とする目標温度と該定着温度検知手段の検知結果である検知温度とに基づいて該加熱手段の加熱量を制御する制御手段とを有し、
該定着ニップに記録媒体を通過させ、熱と圧力とによって該記録媒体上のトナー像を該記録媒体に定着させる定着装置において、
該定着部材の該定着温度検知手段による検知位置における所望の温度（以下、所望温度と呼ぶ）が変更されたときに、上記加熱手段の加熱量の制御に用いる該目標温度を、変更前の該所望温度である初期目標温度から変更後の該所望温度である最終目標温度まで複数段階に設定する制御を行い、
該定着装置を通過する記録媒体の通紙枚数に対して上記目標温度が所定の変化量となるように、該目標温度を所定の通紙枚数毎に所定の温度ずつ設定する制御を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１の定着装置において、
上記制御手段は、上記検知温度と上記目標温度とを用いて、上記定着部材の上記検知位置での温度を該目標温度にするために適した加熱量を演算出力する演算出力手段を備え、
該演算出力手段の出力値に基づいて該加熱手段の加熱量を制御することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項２の定着装置において、
上記演算出力手段はＰＩＤ制御によって演算出力を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の定着装置において、
上記所定の変化量は、１［℃］／５［ｐｒｉｎｔ］以上、２［℃］／１［ｐｒｉｎｔ］以下であることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の定着装置において、
上記目標温度を上記初期目標温度から上記最終目標温度まで移行する間に、
上記所定の変化量を複数回段階とする制御を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項５の定着装置において、
上記所定の変化量を次の段階に移行するときは、移行前の該所定の変化量で該目標温度を設定し直す時間よりも長い時間を空けた後に、移行後の該所定の変化量で目標温度を設定する制御を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項５または６の定着装置において、
複数段階である上記所定の変化量は、上記最終目標温度に達する最後の該所定の変化量が最も絶対値が小さい変化量となる制御を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７の定着載置において、
上記所望温度の変更が連続通紙中に行われることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６、７または８の定着載置において、
上記定着部材は、複数の張架部材に張架される定着ベルトと、該定着ベルトを張架し、加熱するベルト加熱ローラと、上記加圧部材と該定着ベルトを挟んで対抗する定着ローラとから構成されることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
像担持体と、像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体上の潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、該像担持体上のトナー像を転写材上に転写する転写手段と、該転写手段により転写材に転写されたトナー像を定着する定着手段とを備える画像形成装置において、
該定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の定着装置を用い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、定着部材と、加圧部材と、定着部材の温度を検知する定着温度検知手段とを有する定着装置、これを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式によって記録媒体上に形成されたトナー像を加熱し、溶融または軟化することにより、画像を定着させる定着装置を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置が知られている。
電子写真方式による記録媒体上のトナー像を記録媒体へ定着する定着装置としては、電力を供給して加熱手段であるヒータを発熱し、この熱をトナー像に伝熱することで定着を行うものがある。この定着装置では、ヒータに電力を供給し、トナー像を溶融または加熱する定着部材の温度を狙いの温度に昇温維持した上で、定着部材とそれに対向する表面移動体とによって形成する定着ニップ部に記録媒体を通過させ、トナー像の定着を行う。
このような定着装置において画像品質を損なうことなく転写紙へトナー像を定着するためには、定着ニップ部でトナー像へ熱量を供給する定着部材の温度を狙いの温度に一定に維持する必要があり、温度が狙いよりも高すぎても低すぎても、オフセットや定着不良と呼ばれる画像不良を誘発する恐れがある。よって定着部材の温度を定着に適した温度に維持することは重要な課題である。
【０００３】
定着装置の定着部材の温度を制御する方法として、定着部材の温度を検知する温度センサを設け、温度センサの検知結果である検知温度と、制御する上で目標となる目標温度とに基づいて、ヒータによる加熱量を制御するものがある。通常、目標温度は、定着部材の定着ニップでの温度が定着に適した温度となるように決定される検知位置での所望の温度である。これは、ヒータへの供給電力を制御することで検知温度が目標温度になるように制御するためである。
【０００４】
ヒータへの供給電力の制御としては、検知温度と目標温度との比較結果に応じて、供給電力をＯＮ・ＯＦＦするＯＮ・ＯＦＦ制御法がある。これは、検知温度が目標温度よりも低いときはヒータへの通電をＯＮし、目標温度より高いときはＯＦＦするという方法である。
【０００５】
また、ヒータの供給電力を制御したときの検知温度の変化量と、検知温度と目標温度の差分とに基づいて、制御対象であるヒータへの供給電力量を演算出力する補償器（供給電力量演算手段）による制御がある。補償器を用いた制御としてはＰ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ）、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御により供給電力量を演算するものである。ＰＩＤ制御を用いて定着部材の温度を制御する定着装置としては、特許文献１等に記載されたものがある。このような補償器を用いる制御では、検知温度が目標温度となるようなヒータへの供給電力量を演算出力して、目標温度と検知温度との偏差を少なくする制御を行うため、定着部材の検知位置での温度を目標温度に近い温度に維持することができるようになる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２８２３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、定着装置では、次のような理由により上記目標温度が変更されることがある。
装置の電源をオンにしたばかりの状態では、定着部材の周辺及び加圧部材が冷えた状態であるので、定着ニップでの熱量不足が発生し易い。そのため連続通紙後の温度よりも高い温度を目標温度とする。
そして、連続通紙などにより定着部材の周辺がかかえる熱量が増え、熱の逃げ場が少なくなると、定着ニップでの定着に適した温度よりも高い温度を目標温度としたまま、加熱し続けることは熱量の無駄である。よって、このような場合、目標温度を定着ニップでの定着に適した温度に近い値に変更する。
また、紙種が変わった場合や、形成される画像がモノクロからカラーに変わった場合など、定着ニップでの定着に適した温度が変わる場合は、目標温度を変更する。
【０００８】
このように定着装置では目標温度が変更される場合があり、目標温度が急激に変更されたときには、以下の理由により、検知温度と目標温度とに基づいた制御で、温度リップルが生じる場合がある。温度リップルとは、目標温度に対して実際の温度が上方に大きく外れるオーバーシュートや、目標温度に対して実際の温度が下方に大きく外れるアンダーシュートのことをいう。
【０００９】
定着装置は、ヒータによる定着部材の加熱位置から温度センサによる検出位置まで定着部材及び熱が移動する伝熱時間、温度センサの検出時間等、その構造に起因して、制御による出力から定着温度検知手段による検出までに遅延時間が生じる。
【００１０】
目標温度が低く変更されたときは、ヒータへの電力供給をＯＦＦにして、定着部材及びヒータを冷却する。冷却された定着部材が目標温度に到達して、すぐにヒータへの電力供給をＯＮにしても、定着部材はすぐには温度上昇を始めない。これは、ヒータへの電流突入からヒータ発熱までの発熱時間、及びヒータから定着部材表層までの伝熱時間を要するからである。なお、定着部材表層の温度が同じであっても、加熱時、保温時、及び冷却時ではヒータから定着部材表層までが備える熱量が異なる。加熱時は保温時よりも熱量が大きく、冷却時は保温時よりも熱量が小さい状態となっているので、冷却から加熱に転じるには多くの熱量を必要とし、発熱時間及び伝熱時間も長くなる。
また、ヒータが定着部材を加熱している状態では、定着部材よりもヒータのほうが高温となっているが、ヒータへの電力供給をＯＦＦにするとその定着部材の温度に対するヒータの温度は時間が経つ程低くなる。これは、熱が加えられない状態であれば、定着部材とヒータとの温度が平均化され、温度差が小さくなるように放熱するためである。目標温度が急激に下げられると、目標温度が緩やかに下げられたものよりも連続冷却時間が長くなり、定着部材の温度に対するヒータの温度は目標温度を緩やかに下げたものよりも低い状態となる。ヒータの温度が低い状態は、ヒータが備える熱量が小さい状態であるため、冷却から加熱に転じるまでに必要な熱量が大きくなり、加熱が始まるまでは温度が下がり続けるため、目標温度に対して実際の温度が下方に大きく外れるアンダーシュートになりやすい。
そして、定着部材が目標温度に到達して、すぐにヒータへの電力供給がなされるものではなく、上記遅延時間が生じるものであれば、目標温度に到達してからヒータへの電力供給がなされるまでの間も冷却され続けるため、さらにアンダーシュートとなりやすくなる。
【００１１】
一方、目標温度が高く変更されたときは、ヒータへの電力供給をＯＮにして、ヒータを発熱させ定着部材を加熱する。加熱された定着部材が目標温度に到達して、すぐにヒータへの電力供給をＯＦＦにしても、定着部材はすぐには温度下降を始めない。これは、定着部材表層の温度が同じであっても、加熱時、保温時、及び冷却時ではヒータから定着部材表層までが備える熱量が異なるためである。加熱時は保温時よりも熱量が大きく、冷却時は保温時よりも熱量が小さい状態となっているので、加熱から冷却に転じるには多くの熱量を放出する必要があり、熱量が少なくなるまでの放熱時間が必要となる。
また、ヒータが定着部材を加熱している状態では、定着部材よりもヒータのほうが高温となっているが、加熱すればするほど定着部材の温度に対するヒータの温度は高くなる。これは、定着部材の温度が高くなればなるほど、放熱する熱量が多くなり、これを補うためには、より大きな温度差で加熱する必要があるためである。目標温度が急激に上げられると、目標温度が緩やかに上げられたものよりも連続加熱時間が長くなり、定着部材の温度に対するヒータの温度は目標温度を緩やかに上げたものよりも高い状態となる。ヒータの温度が高い状態は、ヒータが備える熱量が大きい状態であるため、加熱から冷却に転じるために放熱すべき熱量も多くなり、冷却が始まるまでは温度が上がり続けるため、目標温度に対して実際の温度が上方に大きく外れるオーバーシュートになりやすい。
そして、定着部材が目標温度に到達して、すぐにヒータへの電力供給がＯＦＦにされるものではなく、上記遅延時間が生じるものであると、目標温度に到達してからヒータへの電力供給がＯＦＦにされるまでの間も加熱され続けるため、さらにオーバーシュートとなりやすくなる。
【００１２】
特に、ヒータへの供給電力量を演算出力する補償器による制御は、以下の理由により、温度リップルが生じる場合がある。
補償器による制御では、目標温度と検知温度との偏差を少なくするため、その温度差が大きいほど、目標温度に近づくように、時間当りの変化量が大きくなる制御を行い、温度差が小さくなれば時間当りの変化量が小さくなる制御を行う。
ここで、遅延時間としては温度センサによる検知時間のみを考慮に入れ、その遅延時間をｔ秒とすると、制御に用いられる検知温度はｔ秒前の定着部材の検知位置の温度となる。
【００１３】
補償器による制御では、目標温度が検知温度よりも低い場合は、その温度差が大きいほど、時間当りに下降する温度が大きくなるように制御する。そして、目標温度が低く変更された時は、ヒータへ供給する電力量を少なくすることで定着部材を冷却し、冷却された定着部材が目標温度に到達したとしても、それが検知されるのは目標温度に到達したｔ秒後以降となる。定着部材が目標温度に到達してから検知されるまでの少なくともｔ秒間は冷却され続けることになり、定着部材の温度は下がり続ける。ここで、目標温度が急激に低くされると、検知温度と目標温度との温度差が大きくなり、時間辺りに下降する温度が大きくなるように制御される。時間当りに下降する温度が大きいとｔ秒間に下がる温度も大きくなり、目標温度に対して実際の温度が下方に大きく外れるアンダーシュートとなる。
なお、ヒータへ供給する電力量を少なくする方法としては、ヒータへの電力供給のＯＮ・ＯＦＦのｄｕｔｙ比でのＯＦＦの比率を多くしたり、ヒータへの供給電力を小さくしたりするものがある。
【００１４】
補償器による制御では、目標温度が検知温度よりも高い場合は、その温度差が大きいほど、時間当りに上昇する温度が大きくなるように制御する。そして、目標温度が高く変更された時は、ヒータへ供給する電力量を多くすることで定着部材を加熱し、加熱された定着部材が目標温度に到達したとしても、それが検知されるのは目標温度に到達したｔ秒後となる。定着部材が目標温度に到達してから検知されるまでのｔ秒間は加熱され続けることになり、定着部材の温度は上がり続ける。ここで、目標温度が急激に高くされると、検知温度と目標温度との温度差が大きくなり、時間辺りに上昇する温度が大きくなるように制御される。時間当りに上昇する温度が大きいとｔ秒間に上がる温度も大きくなり、目標温度に対して実際の温度が上方に大きく外れるオーバーシュートとなる。
なお、ヒータへ供給する電力量を多くする方法としては、ヒータへの電力供給のＯＮ・ＯＦＦのｄｕｔｙ比でのＯＮの比率を多くしたり、ヒータへの供給電力を大きくしたりするものがある。
そして、アンダーシュート、オーバーシュートといった温度リップルは、オフセットや定着不良を誘発させる。
【００１５】
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、定着部材の検知位置での所望の温度の変更がなされたときの温度リップルの発生を抑制し、画像品質を維持することができる定着装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、その表面が無端移動し、加熱手段を備えた定着部材と、その表面が無端移動し、該定着部材に接触して該定着部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、該定着部材の温度を検知する定着温度検知手段と、該加熱手段の加熱量を制御する上で目標とする目標温度と該定着温度検知手段の検知結果である検知温度とに基づいて該加熱手段の加熱量を制御する制御手段とを有し、該定着ニップに記録媒体を通過させ、熱と圧力とによって該記録媒体上のトナー像を該記録媒体に定着させる定着装置において、該定着部材の該定着温度検知手段による検知位置における所望の温度（以下、所望温度と呼ぶ）が変更されたときに、上記加熱手段の加熱量の制御に用いる該目標温度を、変更前の該所望温度である初期目標温度から変更後の該所望温度である最終目標温度まで複数段階に設定する制御を行い、該定着装置を通過する記録媒体の通紙枚数に対して上記目標温度が所定の変化量となるように、該目標温度を所定の通紙枚数毎に所定の温度ずつ設定する制御を行うことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の定着装置において、上記制御手段は、上記検知温度と上記目標温度とを用いて、上記定着部材の上記検知位置での温度を該目標温度にするために適した加熱量を演算出力する演算出力手段を備え、該演算出力手段の出力値に基づいて該加熱手段の加熱量を制御することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の定着装置において、上記演算出力手段はＰＩＤ制御によって演算出力を行うことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の定着装置において、上記所定の変化量は、１［℃］／５［ｐｒｉｎｔ］以上、２［℃］／１［ｐｒｉｎｔ］以下であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の定着装置において、上記目標温度を上記初期目標温度から上記最終目標温度まで移行する間に、上記所定の変化量を複数回段階とする制御を行うことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の定着装置において、上記所定の変化量を次の段階に移行するときは、移行前の該所定の変化量で該目標温度を設定し直す時間よりも長い時間を空けた後に、移行後の該所定の変化量で目標温度を設定する制御を行うことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項５または６の定着装置において、複数段階である上記所定の変化量は、上記最終目標温度に達する最後の該所定の変化量が最も絶対値が小さい変化量となる制御を行うことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７の定着載置において、上記所望温度の変更が連続通紙中に行われることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７または８の定着載置において、上記定着部材は、複数の張架部材に張架される定着ベルトと、該定着ベルトを張架し、加熱するベルト加熱ローラと、上記加圧部材と該定着ベルトを挟んで対抗する定着ローラとから構成されることを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、像担持体と、像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体上の潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、該像担持体上のトナー像を転写材上に転写する転写手段と、該転写手段により転写材に転写されたトナー像を定着する定着手段とを備える画像形成装置において、該定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の定着装置を用いることを特徴とするものである。
【００１７】
上記請求項１乃至１０の定着装置においては、定着部材の定着温度検知手段による検知位置における所望の温度の変更が行われたとき、加熱手段の加熱量を制御する上での目標となる目標温度を、複数段階に設定するので、検知位置における所望の温度が急激に変更されたとしても、目標温度の設定は段階的に行われる。
これにより、目標温度の設定が緩やかに行われるため、所望の温度が低く変更されたときの連続冷却時間を短くすることができ、定着部材が目標温度に到達したときの加熱手段及び定着部材が備える熱量の減少を抑制し、アンダーシュートとなることを抑制することができる。一方、所望の温度が高く変更されたときの連続加熱時間を短くすることができ、定着部材が目標温度に到達したときの加熱手段及び定着部材が備える熱量の増加を抑制し、オーバーシュートとなることを抑制することができる。
また、目標温度の設定が緩やかに行われるため、検知温度と目標温度との温度差を小さくすることができ、温度差が大きいほど、目標温度に近づくように時間当りの温度の変化量が大きくなる制御であっても、時間当りの温度の変化量を小さくすることができる。よって、目標温度に到達した後さらに遅延時間分、加熱または冷却されても目標温度と実際の温度との偏差を抑制することができ、オーバーシュートやアンダーシュートの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１乃至１０の発明によれば、オーバーシュートやアンダーシュートといった温度リップルの発生を抑制できるため、オフセットや定着不良の発生を抑制し、画像品質を維持することができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を画像形成装置としてのプリンタ１００に適用した実施形態について説明する。
まず、図１を用いてこのプリンタ１００の概略について説明する。プリンタ１００は、原稿を走査して読み取り、デジタル化して記録体に複写する、いわゆるデジタルカラー複写機としての機能を有している。また、原稿の画像情報を遠隔地と送受信するファクシミリの機能や、コンピュータが扱う画像情報を用紙上に印刷するいわゆるプリンタの機能も有している。
【００２０】
図１において、プリンタ１００の略中央に画像形成部１が設けられている。この画像形成部１の下方には、多段状の給紙部２が配置されている。この給紙部２の各段には、記録体としての普通紙や、ＯＨＰシート、第２原図などのシート束を積載した給紙装置としての給紙トレイ２１が配設されている。この給紙部２は、必要に応じて別の給紙装置２２を増設することができるように構成されている。画像形成部１の図中右側には開閉可能な手差しトレイ１２０も設けられている。図示のように上部が本体から離れるように移動して開いた状態で、この手差しトレイ１２０上にシート束を積載可能である。画像形成部１の上方には、原稿を読み取る読取部３が配設されている。また、画像形成部１の左側には、画像が形成されたシートを排紙収納するための排紙収納部４が配設されている。
【００２１】
画像形成部１には、４色のトナー像を個別に形成するための各色の作像部６が、無端状の中間転写ベルト５の外周面に対向するように並列に配置されている。各作像部６は、ドラム状の感光体６１を備えている。各感光体６１の周囲には、感光体６１の表面に帯電処理を行う帯電装置６２、画像情報を感光体表面にレーザ光で照射する露光装置７が配置されている。また、感光体６１の表面に露光されて形成された静電潜像を可視化するための現像装置６３、及び、感光体６１上の残留トナーを除去回収するクリーニング装置６４が配置されている。
【００２２】
読取部３には、コンタクトガラス３１上に載置された原稿（不図示）の読み取り走査を行うための、原稿照明用光源とミラーよりなる読み取り走行体３２、３３が往復移動自在に配設されている。この読み取り走行体３２、３３により走査された画像情報は、レンズ３４の後方に設置されているＣＣＤ３５に画像信号として読み込まれる。この読み込まれた画像信号は、デジタル化され画像処理される。画像処理された信号に基づいて、露光装置７内のレーザダイオードＬＤ（不図示）の発光により、感光体６１の表面に静電潜像が形成される。ＬＤからの光信号は、公知のポリゴンミラーやレンズを介して感光体６１に至る。読取部３の上方には、原稿を自動的にコンタクトガラス３１上に搬送するための自動原稿搬送装置３６が取り付けられている。
【００２３】
中間転写ベルト５の周囲には、中間転写ベルト５上に形成されたフルカラートナー像を記録体に転写するための転写装置５１が配置されている。また、この転写装置５１によりフルカラートナー像が記録体に転写された後の、中間転写ベルト５表面に残留しているトナーを除去回収するための中間転写クリーニング装置５２が配置されている。
【００２４】
次に、この画像形成装置の作像プロセスについて説明する。図１において、各作像部６では、周知の電子写真プロセスにより、中間転写ベルト５の回転に合せて、各感光体６１上に所定のタイミングで４色のトナー像が形成される。まず、イエロー作像部６Ｙでは、左端の感光体上に形成されたイエロートナー像が中間転写ベルト５に転写される。
マゼンタ作像部６Ｍでは、次の感光体上に形成されたマゼンタトナー像がイエロートナー像の上に重ね合わされて中間転写ベルト５に転写される。シアン作像部６Ｃでは、更に次の感光体上に形成されたシアントナー像がマゼンタトナー像の上に重ね合わされて中間転写ベルト５に転写される。ブラック作像部６Ｋでは、右端の感光体上に形成されたブラックトナー像がシアントナー像の上に重ね合わされて中間転写ベルト５に転写される。このように、各感光体上に形成された４色のトナー像が順次重ね合わされて転写されることにより、中間転写ベルト５にフルカラートナー像が形成される。
【００２５】
一方、中間転写ベルト５上へのフルカラートナー像の画像形成動作に平行して、給紙部２の選択された給紙トレイ２１から記録体が順次１枚ずつ分離給紙される。すなわち、図示の給紙部２においては、給紙トレイ２１に回動可能に支持された底板２４上に記録体束が積載されている。この底板２４の回動により記録体束の最上位の記録体がピックアップローラ２５に当接可能な位置まで上昇する。この最上位の記録体は、ピックアップローラ２５の回転により給紙されて、リバースローラ２７により１枚に分離される。そして、１枚に分離された最上位の記録体は、給紙ローラ２６の回転により、給紙トレイ２１から送り出されて、その搬送経路下流側に配置されているレジストローラ２３へと搬送される。
【００２６】
上述のようにして分離搬送された記録体は、レジストローラ２３のニップに突き当たることにより搬送が一時止められて待機される。レジストローラ２３は、中間転写ベルト５上に形成されたフルカラートナー像と、記録体の先端との位置関係が所定の位置になるよう、タイミングをとって回転を開始するように制御される。このレジストローラ２３の回転により、待機されている記録体が再び給紙される。これにより、この記録体の所定位置に、転写装置５１によって中間転写ベルト５上に形成されたフルカラートナー像が転写される。
【００２７】
このようにしてフルカラートナー像が転写された記録体は、その搬送経路の下流側の定着装置８に送り込まれる。この定着装置８は、転写装置５１により転写されたフルカラートナー像をシート上に定着する。定着装置８についての詳細は後述する。フルカラートナー像が定着された記録体は、排紙ローラ４１により排紙収納部４に排紙収納される。
ここで、記録体の両面に画像形成を行うときは、分岐部９１にて記録体を分岐し、両面装置９を経由させることにより、記録体の表裏を反転させる。この表裏が反転された記録体は、レジストローラ２３のニップに突き当たることで、そのスキューが補正された後、上述の片面への画像形成時と同様にして裏面への画像形成が行われる。
【００２８】
次に、定着装置８について説明する。図２は本実施形態に係る定着装置８の概略構成図である。
定着装置８では図２に示すように加圧支持部材である定着ローラ８１と加熱ローラ８２とに定着部材である定着ベルト８０が張架されている。定着ローラ８１と対向する位置に、定着ベルト８０を挟んで定着ローラ８１に当接し定着ニップＮを形成する加圧部材としての加圧ローラ８３が有り、加圧ローラ８３は適正な加圧力で定着ローラ８１に加圧している。
定着ローラ８１は不図示の駆動源によって回転駆動され、定着ベルト８０を図中の矢印Ａ方向に無端移動し、これによって加熱ローラ８２が従動回転する。また上述の駆動源による回転は不図示のギアを介して加圧ローラ８３に伝達され、加圧ローラ８３が図中の矢印Ｂ方向に回転駆動される。
【００２９】
加熱ローラ８２の回転軸中心は中空に形成されており、その内部には加熱手段としての加熱ヒータ８２Ｈが内蔵されている。加熱ヒータ８２Ｈによって加熱ローラ８２が加熱され、定着ローラ８１と加熱ローラ８２とにより張架される定着ベルト８０が加熱される。また、第２ヒータ８３Ｈによって加圧ローラ８３が加熱される。また、定着温度を管理するために定着ベルト８０の表面温度を検知する定着温度検知手段であるサーミスタ８５を備えており、詳細は後述するがサーミスタ８５の検知結果の基づいて加熱ヒータ８２Ｈの動作が制御され、定着ベルト８０の温度が定着に適した温度となる。
【００３０】
定着ベルト８０としては、例えばポリイミド樹脂などからなる基体層と、この基体上に設けられたシリコンゴムからなる弾性層と、この弾性層上に設けられたＦＰＡ（テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＰＦＡ及びＰＦＴＥなどのフッ素樹脂からなる表面層とを有する多層構造ベルトを用いることができる。
【００３１】
定着ローラ８１及び加圧ローラ８３は、金属からなる芯金部と、芯金部表面に設けられたシリコンゴムからなる弾性層と、弾性層の表面に積層されたＦＰＡやフッ素樹脂からなる表面層とによって構成されている。
【００３２】
また、加熱ローラ８２は、アルミニウム等の金属性の加熱ローラ芯金部８２ａと、フッ素樹脂からなる表層（不図示）により構成されている。加熱ローラ芯金部８２ａの材質は、比熱が小さく、熱伝導率が大きいものが好ましく、他にも鉄、銅、ステンレス等の金属を使用することができる。表層をフッ素樹脂より構成しているのは、ベルトの寄り防止、及び加熱ローラ８２表面の耐磨耗性を向上させるためである。また、加熱ローラ芯金部８２ａをアルミニウムにより構成した場合には、その外面にあるまいと処理により参加アルミニウム層を形成することが好ましい。
【００３３】
このように、弾性層を有する加圧ローラ８３と定着ローラ８１とが定着ベルト８０を介して、圧接することにより、定着ベルト８０と加圧ローラ８３との当接部である定着ニップ部Ｎを比較的広く形成することができる。
また、定着装置８には、定着される記録体を定着ニップＮに向けて案内するガイド部材８４等が設けられている。さらに、定着ベルト８０上には、図示は省略するがオフセット防止用のオイルを塗布するオイル塗布部材、トナーがベルト上に付着した場合に備えてクリーニング部材等を備えるようにしてもよい。
なお、定着装置８では定着ベルト８０が定着ローラ８１と加熱ローラ８２との２つのローラによって張架されているが、それら以外のローラや支持部材を用いて３つ以上の支持部材で張架してもよい。
また、定着ベルト８０に適当な所定の張力を与えるため、加熱ローラ８２はバネなどの図示しない弾性体によって定着ローラ８１から離間させる方向に付勢されている。
【００３４】
定着装置８のようなヒータを用いた定着装置において、画像品質を損なうことなく、記録体にトナー像を定着するためには、定着ニップ部でトナー像へ熱量を供給する定着部材の温度を狙いの温度に一定に維持する必要がある。温度が狙いよりも高すぎても低すぎても、オフセットや定着不良と呼ばれる画像不良を誘発する恐れがある。よって定着部材の温度を一定に維持することは重要な課題である。
また、特に朝一など長時間使用停止後でユーザーが電源をオンしてから、装置が使用可能になるまでには定着部材が狙いの温度に早く到達する必要がある。定着装置の使用可能までのウォームアップ時間の短縮はユーザーのお待たせ時間の短縮に繋がるために重要な課題となっている。
この課題を達成するために定着部材の熱容量を低減することで、定着装置のウォームアップ時間を短縮する定着装置が開発され広く使用されている。その中には、たとえば、シームレス構造のニッケルからなる厚さ５０［μｍ］程度の円筒状の芯金の外側に離型層を配置した定着ローラを用いた定着装置がある。また、熱容量の小さな定着フィルムと対向する回転体によりニップを形成するものがある。また定着部材としてベルトを用い、ベルトを二つ以上の回転体により張架し、そのうち一方は定着ニップを形成する目的で熱伝導性の低い回転体を用い、対向する回転体とニップを形成し、ベルトを張架する他方の回転体に熱源を儲けるものが見られる。熱源としてもヒータ以外にも、熱容量の小さな定着部材を誘導加熱により直接発熱させるものが見受けられるようになってきている。なお、本実施形態の定着装置８では、定着部材として定着ベルト８０を用いている。
【００３５】
しかし、このように定着部材の熱容量が小さくなったことで温度制御は更なる高精度化が要求されてきている。
定着装置の温度制御に関して、例えばヒータへのパワー駆動（加熱制御）はヒータへの供給電力を制御するものがある。ヒータへの供給電力の制御としては、定着装置に設けられたサーモパイル、サーミスタ等の温度センサにより温度を検出し、目標温度との差に応じて、検知温度が目標温度よりも低いときはヒータへの通電をＯＮし、目標温度より高いときはＯＦＦするというＯＮ・ＯＦＦ制御法がある。しかし、ＯＮ・ＯＦＦ制御法による温度制御では、目標温度に対して温度リップルが発生するため高精度な温度制御が困難である。
このため、ヒータの供給電力を制御したときの制御前の検知温度と制御後の検知温度との変化量と目標温度とに基づいて、制御対象に対して操作量を演算出力する補償器（操作量演算手段）による制御がある。例えば補償器としてはＰＩ、ＰＩＤ操作量を演算するものである。これを用いた場合にも、ヒータへの電流突入からヒータ発熱までの発熱遅れ、ヒータから定着部材表層までの伝熱遅れ、温度センサの遅い応答性（大きい時定数）による検出遅れ、さらにはヒータ駆動部から温度センサまでのむだ時間により温度リップルは発生する。
【００３６】
加えて熱容量の小さな定着部材を用いる系では、朝一に電源ＯＮされた状態ではユニットの保有している熱量が小さいため定着部材からの放熱が大きいので、定着温度を検知する位置と定着ニップとの温度差が大きくなる場合がある。よって、トナー像を定着させるために十分な温度を確保するために、定着温度検知手段で検知される位置での所望の温度である所望温度を連続通紙時よりも上昇させる制御がある。この制御ではユニットの保有する熱量が上昇した時点で、例えば、所定の枚数を通紙した後に所望温度を下げることになる。これを行わないと、所定の枚数を通紙する前は、狙いの熱量がトナー像に供給されず、オフセットや定着不良の発生が懸念される。
【００３７】
しかし連続通紙時の温度変更のタイミングにおいては、例えば５［℃］の急激な温度変更に対し制御系が操作量を減少させても、むだ時間の影響から温度センサが反応するまでに遅延時間が発生する。よって制御誤差が発生し大きなリップル（目標温度に対して上側に大きく外れる＝オーバーシュート、目標温度に対して下側に大きく外れる＝アンダーシュート）が発生しオフセットや定着不良を誘発させるという問題があった。
これは連続通紙時の紙種変更や通紙モード変更による所望温度の変更にも当てはまる課題である。特に本実施形態の定着装置８のように、加熱位置から、定着ニップまで熱量を運ぶベルト定着では、むだ時間が大きくさらに温度リップルは発生し易い。
【００３８】
次に、定着温度検知手段であるサーミスタ８５の検知結果である検知温度に基づき、定着部材である定着ベルト８０の検知温度を所望温度にするための加熱手段の加熱量を制御する構成について説明する。
図３は、加熱ヒータ８２Ｈの制御を行う制御手段のブロック図である。図３に示すように、サーミスタ８５での検知出力は、制御手段である制御部８６に送信される。制御部８６が受信した検知出力と定着部材である定着ベルト８０の目標温度とのデータが、制御部８６から演算出力手段としてのＰＩＤ補償器である操作量演算部８７に送信される。操作量演算部８７では、受信した検知出力と目標温度とに基づいて、加熱手段である加熱ヒータ８２Ｈによる加熱量を決める演算結果を制御部８６に出力する。
演算結果の基づくデータは、図３では不図示の加熱ヒータ８２Ｈへの電源供給を制御するＰＷＭ駆動回路に送信される。
図４は、代表的なＰＷＭ駆動回路を示した説明図である。ＰＩＤ補償器の演算結果からＰＷＭ駆動回路の操作量（Ｄｕｔｙ）が決定される。このＰＷＭ駆動回路の操作量が加熱ヒータ８２Ｈへの電源供給量となり、加熱ヒータ８２Ｈによる加熱量が決定される。図中、コントローラが本実施形態での制御部８６であり、ヒータが加熱ヒータ８２Ｈである。
なお、図２に示す加熱手段としての加熱ヒータ８２Ｈは定着部材である定着ベルト８０を内部から加熱するものであるが、加熱手段の位置としては、定着部材の外部から表面を加熱するものであっても良く、今回の発明は加熱手段の位置に制約を与えるものではない。
【００３９】
図５は、定着ベルト８０の温度制御の説明図である。
図５に示すように、加熱手段である加熱ヒータ８２Ｈを駆動し、定着ベルト８０の温度制御を行う。加熱ヒータ８２Ｈとしては、ハロゲンランプヒータ、ＩＨヒータなどを用いることができる。なお、操作量演算部８７にはＰＩＤ補償器が対応する。
図５では、サーミスタ８５によって、定着ベルト８０の温度を検出して、フィードバックする制御系の、サーミスタ８５がある位置の温度が検出され、検出結果がサーミスタ８５の設置位置で反映されるまでの遅延時間（むだ時間）ｄ３で示している。この例では加熱ヒータ８２ＨのＯＮ−ＯＦＦ制御（一定基本周期をもつＰＷＭ制御）による時間遅れ分（むだ時間）ｄ１、加熱ヒータ８２Ｈへの電流突入からヒータ発熱までの時間であるヒータ時定数τ２がある。さらに加熱ヒータ８２Ｈで発熱した熱エネルギーを定着ベルト８０で伝達するため発熱部からサーミスタ８５の検知位置までの熱伝達時間によるむだ時間ｄ２、サーミスタ８５の検出時間であるセンサ検出時定数τ１によるむだ時間が存在する。
このような制御系では、加熱ヒータ８２Ｈに電流を突入し、サーミスタ８５の検知出力が目標より大きくなったとき、加熱ヒータ８２Ｈを停止しても以前むだ時間分サーミスタ８５の出力は低下しない。このことからも制御誤差が発生し温度リップルが起きることが想像できる。
【００４０】
特に連続通紙時の所望温度の変更においては、ベルト定着系ではむだ時間が大きく熱容量が小さいため、目標温度が５［℃］など急激に変わるように設定された場合に、オーバーシュート、アンダーシュートが発生しやすい。
通常、ＰＩＤ補償器のパラメータ設計は連続通紙中に目標温度を維持するようにチューニングされており、外乱に対する安定性性を確保するためにゲインを小さく設定して扱う。それでも目標温度が急激に変わるような設定に対してはむだ時間により大きな制御誤差が発生し温度リップルが大きくなる。
【００４１】
定着装置８では、このようなベルト定着系において、加熱ヒータ８２Ｈの操作量演算がＰＩＤ補償器によって行われる状態で、連続通紙時に所望温度を変更するときには、演算に用いる目標温度を変更前の所望温度である初期目標温度から変更後の所望温度である最終目標温度まで複数段階で連続的に設定する制御を行っている。また、複数段階としては、目標温度が経過時間に対して所定の変化量となるように、所定の時間毎に所定の温度ずつ連続的に設定するようにしている。なお、目標温度を連続的に設定するときの経過時間に対する変化量は、１［℃］／５［ｓｅｃ］以上、２［℃］／１［ｓｅｃ］以下とする。
【００４２】
ここで目標温度の経過時間に対する変化量が２［℃］／１［ｓｅｃ］以上では依然として変化量が大きく、オーバーシュート、アンダーシュート量が大きく定着不良やオフセットの発生が懸念される。また、１［℃］／５［ｓｅｃ］以下では通常想定される５［℃］の所望温度の変更に対し、２５［秒］以上の時間が掛かかる結果、狙い以上の熱量が用紙に投入されることになり好ましくない。さらに、これは例えば用紙変更による所望温度の変更の場合にはお待たせ時間を増加させることにも繋がる。
よって、目標温度を連続的に設定するときの経過時間に対する変化量は、１［℃］／５［ｓｅｃ］以上、２［℃］／１［ｓｅｃ］以下とすることが望ましい。
【００４３】
［参考構成例１］
図６は、連続通紙時に所望温度を１６０［℃］から１５５［℃］まで変更したときの、参考構成例１の定着装置８の目標温度の推移と、従来の定着装置の目標温度の推移とを示すグラフである。図に示すように、従来の定着装置では、温度変更タイミングで１６０［℃］から１５５［℃］まで目標温度を急に変わるように設定している。一方、定着装置８では、１［℃］／１［ｓｅｃ］の変化量で、目標温度を連続的に設定している。
【００４４】
なお、温度リップルは、加熱手段としての加熱ローラ８２と定着部材である定着ベルト８０とが備える熱量に起因するものと、ＰＩＤ制御等の補償器を用いたもので遅延時間が生じることに起因するものとではその発生メカニズムが異なる。
まず、加熱手段としての加熱ローラ８２と定着部材である定着ベルト８０とが備える熱量に起因する温度リップルについて説明する。
【００４５】
図７は、図６に記載の従来の目標温度と参考構成例１の目標温度とについて、ＯＮ・ＯＦＦ制御が２［℃］／１［ｓｅｃ］の速さで、温度が上昇または下降するもので、加熱ローラ８２及び定着ベルト８０の熱量を考慮に入れた温度推移の概略を示すグラフである。なお、検知タイミングは１［秒毎］であり、加熱制御は検知と同時に行われるものとし、加熱位置と検知位置との時間差は考慮に入れないものとする。また、図中縦軸は温度を示し、横軸は所望温度を変更してからの経過時間である。
図中実線が参考構成例１の目標温度の設定を行った場合の温度推移であり、図中破線は従来の目標温度設定を行った場合の温度推移である。従来の温度設定では、１６０［℃］から１５５［℃］を目標温度として急激に温度が下降する。そして、図中Ａ点に到達した３［秒後］に、目標温度に到達したことが検知される。一方、参考構成例１の温度設定では、１６０［℃］から目標温度を一度ずつ降下していくのにあわせて、冷却の途中で一度加熱され、再度冷却がなされて図中Ｂ点に到達した６［秒後］に目標温度に到達したことが検知される。
【００４６】
Ａ点やＢ点に到達して、すぐに加熱ヒータ８２Ｈへの電力供給をＯＮにしても、加熱ヒータ８２Ｈの発熱時間、定着ベルト８０の表層までの伝熱時間を要するため、定着ベルト８０はすぐには温度上昇を始めない。Ａ点とＢ点とでは、冷却時の同じ温度となっているが、Ａ点のほうが連続して冷却された時間が長いため、加熱ローラ８２及び定着ベルト８０に備えられた熱量が小さい状態となっている。よって、Ａ点の状態から電力供給をＯＮにし、定着ベルト８０が温度上昇し始めるまでに要する時間は、Ｂ点の状態から電力供給をＯＮにし、定着ベルト８０が温度上昇し始めるまでに要する時間よりも多くかかる。この間、定着ベルト８０の温度は下降し続けるため、従来の目標温度の設定でアンダーシュートとなりやすくなる。Ｂ点の状態では、Ａ点の状態に比べて加熱ローラ８２及び定着ベルト８０に備えられた熱量が大きい状態となっているので、定着ベルト８０が温度上昇し始めるまでに要する時間が短縮される。これにより、定着ベルト８０の温度が下降し続ける時間も短くなり、アンダーシュートの発生を抑制することができる。
【００４７】
次に、ＰＩＤ制御等の補償器を用いたもので遅延時間が生じることに起因する温度リップルについて説明する。
図８は、図６に記載の従来の目標温度について、検知温度に対して、１［秒］後に目標温度に到達する変化量となるように補償器により加熱ヒータ８２Ｈへの供給電力が演算出力されるもので、検知時間ｔ［秒］による遅延時間を考慮に入れた温度推移の概略を示すグラフである。なお、検知時間ｔ［秒］＝０．５［秒］であり、検知タイミングは１［秒毎］、加熱制御は検知と同時行われるものとし、加熱位置と検知位置との時間差、加熱ローラ８２及び定着ベルト８０の備える熱量は考慮に入れないものとする。また、図中、実線は定着ベルト８０の検知位置での実際の温度であり、破線は検知温度である。
【００４８】
図８における制御では、１６０［℃］の状態から１［秒後］に目標温度（１５５［℃］）に到達する変化量（−５［℃］／１［ｓ］）となっているので、１［秒後］の定着ベルト８０の検知位置の実際温度は１５５［℃］となっている。しかし、検知時間ｔを要するため、１［秒後］の検知温度は、その０．５［秒］まえの定着ベルト８０の実際の温度である１５７．５［℃］となる。検知温度が１５７．５［℃］であるので、この１［秒後］に目標温度である１５５［℃］に到達する変化量（−２．５［℃］／１［ｓ］）で加熱量が制御される。しかし、実際の定着ベルト８０の温度は目標温度である１５５［℃］であるので、−２．５［℃］／１［ｓ］の変化量で目標温度よりもさらに温度が下降することになる。図中の１．５［秒］で検知温度は目標温度に到達するが、１［秒毎］の検知タイミングではないので、検知されない。検知温度が目標温度に到達してから最初の検知タイミングである２［秒後］の検知によって、検知温度が目標温度を下回ったことが検知され、定着ベルト８０の温度が上昇するように制御がなされる。目標温度に到達した後、１［秒］の間、−２．５［℃］／１［ｓ］の変化量で冷却されつづけ、所望の温度よりも２．５［℃］も低い温度リップルとなり、アンダーシュートとなる。
さらに、このとき実際の定着ベルト８０の温度は１５２．５［℃］であるのに対して、検知温度はそれよりも高い１５７．７５［℃］となり、この検知温度と目標温度との偏差に応じて加熱制御されるため、３［秒後］も実際の温度が目標温度を下回った状態となる。
【００４９】
図９は、図６に記載の参考構成例１の目標温度について、検知温度に対して、１［秒］後に目標温度に到達する変化量となるように補償器により供給電力が演算出力されるもので、検知時間ｔ［秒］による遅延時間を考慮に入れた温度推移の概略を示すグラフである。なお、検知時間ｔ［秒］＝０．５［秒］であり、検知タイミングは１［秒毎］、加熱制御は検知と同時行われるものとし、加熱位置と検知位置との時間差、加熱ローラ８２及び定着ベルト８０の備える熱量は考慮に入れないものとする。また、図中、実線は定着ベルト８０の検知位置での実際の温度であり、破線は検知温度である。
図９における制御では、１６０［℃］の状態から１［秒後］に目標温度（１５９［℃］）に到達する変化量（−１［℃］／１［ｓ］）となっているので、１［秒後］の定着ベルト８０の検知位置の実際温度は１５９［℃］となっている。しかし、検知時間ｔを要するため、１［秒後］の検知温度は、その０．５［秒］前の定着ベルト８０の実際の温度である１５９．５［℃］となる。１［秒後］には目標温度が１５８［℃］に設定しなおされ、検知温度が１５９．５［℃］であるので、この１［秒後］に目標温度である１５８［℃］に到達する変化量（−１．５［℃］／１［ｓ］）で加熱量が制御される。
このような制御を行うことにより、検知温度が所望温度に到達する前、加熱量制御による時間あたりの変化量（−１［℃］／１［ｓ］）を小さくすることができる。そして、目標温度に到達した４．５［秒］の後、さらに遅延時間分の０．５［秒］冷却されても目標温度と実際の温度との偏差は０．５［℃］である。このように、目標温度と実際の温度との偏差を抑制することにより、所望温度を低く変更したときのアンダーシュートの発生を抑制することができる。
なお、図８及び図９で示す、補償器を用いた制御はＰ制御のものであるが、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御であってもグラフの概要はＰ制御の場合と同様である。
【００５０】
図１０は、図７〜図９を用いて説明した目標温度と検知温度との関係を鑑み、図６で示した従来の定着装置と参考構成例１の定着装置８との目標温度の制御での、定着温度検知手段によって検知される検知温度の推移を示すグラフである。
通常、所望温度の変更がなされた場合、変更後の所望温度である最終目標温度になった時点で、温度が所望の温度となった判断される。このとき、従来の目標温度を設定する制御であれば、最終目標温度である１５５［℃］に到達した後、連続通紙時の制御誤差温度であるＴよりも、さらにＴ１だけ温度が下がりアンダーシュートの温度リップルとなる。このときすでに一度１５５［℃］となったことが検知されているため、通紙が開始されている。このアンダーシュートの状態の定着装置を通過した記録紙のトナー像は、定着温度不足に起因するコールドオフセットや定着不良となる可能性が高くなる。
さらに、アンダーシュートの後最終目標温度である１５５［℃］に到達した後に連続通紙時の制御誤差温度であるＴよりも、さらにＴ２だけ温度が上がりオーバーシュートの温度リップルとなる。このオーバーシュートの状態の定着装置を通過した記録紙のトナー像は、定着温度過剰に起因するホットオフセットや定着不良となる可能性が高くなる。
【００５１】
一方、参考構成例１の目標温度の制御であれば、定着温度が１６０［℃］から１５５［℃］まで変更されたとき、目標温度を、１［秒］毎に、１［℃］ずつ、複数段階に下げていく制御を行っている。これにより、所望温度が急激に変更されたとしても目標温度の設定は段階的に行われるため、制御誤差を抑制し、温度リップルの発生を抑制することができ、オフセットや定着不良の発生を抑制することができ、画像品質を維持することができる。
【００５２】
図６、図７、図８、図９及び図１０では、制御周期１［ｓｅｃ］の場合を記載している。また、これは必ずしも制御周期単位で行う必要はなく、例えば、制御周期２００［ｍｓｅｃ］に対して、１［ｓｅｃ］ごとの温度設定としても、目標温度を複数段階に設定することの効果は実現する。
なお、通常のヒータ制御は一定の制御周期において駆動されているため、目標温度の設定は、制御周期単位のステップ状の設定となる。そして、図６及び図１０で示すように、微小ステップの制御について制御周期を短くしていくことで、目標温度を連続的に設定していると捉えることが可能となる。
なお、参考構成例１に適用した本発明は、制御周期に特徴をもたせるものではなく所望温度の変更時の時間に対する温度の変化量に特徴を規定し、これまで一段階で急激な変更を行っていたため発生していた温度リップルを抑制するものである。また、制御周期が無限に大きくなってしまっては効果が無く、よって制御周期は１［秒］以内で適用されることが望ましい。
【００５３】
［参考構成例２］
図６及び図１０で示す参考構成例１は、目標温度を初期目標温度から最終目標温度まで一つの所定の変化量で変更する制御について説明した。次に、参考構成例２として、目標温度が初期目標温度から最終目標温度まで推移する間、所定の変化量が一定ではなく、複数段階で変更する構成について説明する。図１１は、参考構成例１の所定の変化量が一定の制御の目標温度の推移と、所定の変化量を二段階とした制御の目標温度の推移を示したものである。目標温度の変化量を二段階以上設けることで、一段階時に比べ設計自由度が上昇するため、詳細な温度チューニングが可能となる。
【００５４】
［参考構成例３］
また、目標温度の変化量が二段階以上の変更する場合、所定の変化量の変更がなさるとき、所定の変化量の変更前の目標温度を変更する時間よりも長い時間を空けた後に、次の変化量の温度変更を行ってもよい。以下、参考構成例３として、変化量の変更がなされたときに、所定の時間を経過させる制御について説明する。図１２は、参考構成例３に係る制御の目標温度の推移を示すグラフである。図１２に示すように、目標温度の変化量を二段階で変更しており、一段階目の目標温度の変更と二段階目の目標温度の変更との間に一段階目の目標温度を変更する時間よりも長い、所定の時間を空けている。
このように所定の時間を経過させる間に温度が安定するため、オーバーシュートやアンダーシュートが抑制される。ただしお待ち時間を増加させる恐れもあるため、１［ｓｅｃ］以上、５［ｓｅｃ］以下であることが望ましい。
【００５５】
［参考構成例４］
また、目標温度の変化量が二段階以上の変更する場合、最後の変化量を最も絶対値の小さな変化量としても良い。以下、参考構成例４として、最後の変化量を最も絶対値の小さな変化量とする制御について説明する。図１３は、参考構成例１と参考構成例４とに係る制御の目標温度の推移を示すグラフである。
図１３に示すように、所望温度を１６０［℃］から１５５［℃］に変更したときに、参考構成例４では、初期目標温度からの変更当初は、３［℃］／３［ｓｅｃ］の変化量で目標温度を変化させる。そして、最終目標温度に達する最後の変化量は、２［℃］／１０［ｓｅｃ］の変化量で目標温度を変化させている。
このように、最後の変化量を小さくすることで、所望温度の変更終了後１枚目の温度制御が安定する。
【００５６】
［実施例］
参考構成例１〜参考構成例４では、経過時間あたりの目標温度の変化量を規定して、目標温度を変更する制御であった。目標温度を変更する基準は経過時間に限らず、通紙枚数であってもよい。以下、実施例として、定着装置を通過する記録媒体の通紙枚数に対して、目標温度が所定の変化量となるように、目標温度を所定の通紙枚数毎に所定の温度ずつ変更する制御について説明する。
図１４は、実施例に係る制御の目標温度の推移を示したグラフである。
実施例では、連続通紙中の紙間で温度が変更されることになるため、温度リップルが画像に現れにくい。
このとき、通紙枚数に対する目標温度の変化量が、１［℃］／５［ｐｒｉｎｔ］以上、２［℃］／１［ｐｒｉｎｔ］以内とする。１［ｐｒｉｎｔ］当たり２［℃］以上以上では依然として変化量が大きく、オーバーシュート、アンダーシュート量が大きく定着不良やオフセットの発生が懸念される。また、１［℃］／５［ｐｒｉｎｔ］以下では通常想定される５［℃］の温度変更に対し、２５枚通紙時間が掛かかる結果、狙い以上の熱量が用紙に投入されることになり好ましくない。これは例えば用紙変更による所望温度の変更の場合にはお待たせ時間を増加させることにも繋がる。
【００５７】
［参考構成例５］
参考構成例１〜参考構成例４では、経過時間あたりの目標温度の変化量を規定して、目標温度を変更する制御であった。また、実施例の目標温度を変更する基準は通紙枚数であった。以下、参考構成例５として、目標温度を変更する基準が定着温度検知手段のサーミスタの検知結果である場合について説明する。
図１５は、参考構成例１と参考構成例５とに係る制御の目標温度の推移と、それぞれの定着温度検知手段によって検知される検知温度の推移を示すグラフである。図１５中参考構成例５の目標温度の推移は、二重線にて示す。参考構成例５では、初期目標温度と最終目標温度との間に、複数の目標温度となる値を定め、定着温度検知手段によって検知された定着部材の表面温度が目標温度に到達していると、目標温度を次の段階の目標温度に変更する制御を行うものである。
【００５８】
具体的には、所望温度が１６０［℃］から１５５［℃］に変更されたときには、複数の目標温度が、１５９［℃］、１５８［℃］、１５７［℃］、１５６［℃］、及び１５５［℃］と１［℃］ずつ推移していくものとし、検知タイミングは０．５［ｓｅｃ］とする。図１５に示すように、温度変更タイミングで、目標温度が１５９［℃］に変更されると参考構成例１と同様に、温度推移も下がっていく。図１５に示すように、温度変更タイミングから最初の０．５［秒］経過時には検知温度が１５９［℃］に到達していないので、目標温度の変更は行われない。次の０．５［秒後］（図中Ａ１）では、検知温度が１５９［℃］に到達しているので、目標温度を１５８［℃］に変更する。その０．５［秒後］（図中Ａ２）では、検知温度が１５８［℃］を下回っているため、目標温度を１５７［℃］に変更する。また、その０．５［秒後］（図中Ａ３）では、検知温度が１５７［℃］を下回っているため、目標温度を１５６［℃］に変更する。そして、その０．５［秒後］では、検知温度が１５６［℃］に到達していないのでそのままとなり、次の０．５［秒後］では、検知温度が１５６［℃］に到達しているので目標温度を最終目標温度である１５５［℃］に変更する。
このように、検知温度が、現状の目標温度に到達すると、目標温度を次の値に変更する制御を行うことによって、定着装置の応答性にあわせた定着温度制御ができるようになる。定着装置はその設置環境等により、検知に対するフィードバックの時間が異なってくることが考えられる。そして、むだ時間が長く、応答性が悪い状態では、１［秒］毎の温度変化で合っても急激となる可能性がある。また、むだ時間が短く、応答性が良い状態では、１［秒］ごとでしか目標温度の変更が行われないことは制御時間の無駄となる可能性がある。
このような、定着装置の検知に対する応答性の変化が生じても、検知温度が目標温度に到達したか否かにより目標温度を変更することで定着装置の応答性にあわせた目標温度の変更を行うことができるようになる。
【００５９】
参考構成例１〜参考構成例５及び実施例では、変更前の所望温度よりも変更後の所望温度のほうが低くなる温度変更について説明したが、変更後の所望温度のほうが高くなる温度変更にも適用可能である。また、プリンタ１００を長時間使用停止後、電源をオンにしてから、装置が使用可能になるように、定着部材を狙いの温度に到達させるウォームアップ時にも適用可能である。ウォームアップ時のように変更前の所望温度と、変更後の所望温度とに大きな開きがある場合は、初期目標温度に近い状態から複数段階で目標温度を変更していくと、最終目標温度に到達するまでに時間がかかりすぎることになる。このような場合、所望温度の変更直後から最終目標温度に近い温度を目標温度とし、その目標温度から最終目標温度まで複数段階で目標温度を変更していくことが望ましい。
例えば、プリンタ１００が停止状態から定着ベルト８０を１６０［℃］まで昇温させるときには、最初の目標温度を１５０［℃］とし、そこから複数段階で目標温度を変更していくようにする。これにより、ウォームアップ時の最初の定着温度を安定させて画像品質を維持することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、定着ベルト８０を用いた定着装置８について説明した。ベルト定着を採用した定着装置では、加熱部から温度検出部までの熱量運搬時間が必ず存在する。これは、ＰＩＤ補償器を用いて、むだ時間を考えたときに非常に支配的なヒータ点灯と温度検出部材との間のフィードバックの遅れになる。特に、半速モードなどにおいて運搬時間は２倍となるため、更にむだ時間は顕著になる。これは温度検出時定数の短い定着温度検知手段を用いても取り除くことができないむだ時間である。
【００６１】
ここで、検知時間や加熱伝熱時間による遅延時間を考慮に入れず、ベルトを用いた場合の、ベルトに熱を加える加熱位置から検知位置までの熱の移動時間による遅延時間をｔとしたものについて考える。このとき、図８及び図９における実線を加熱位置における定着ベルトの温度、破線を加熱位置から熱移動時間によりｔ秒の遅延時間が生じている検知位置の温度とみなすことができる。このように、加熱位置と検知位置とが異なる場合は、熱の移動時間が遅延時間となり制御誤差が生じ、温度リップルを生じるおそれがある。
【００６２】
また、ＩＨを使って表層加熱する構成であっても、制御周期を短くしても、ベルトシステムを用いている限りは、このむだ時間を取り除くことができない。よって、参考構成例１〜参考構成例５及び実施例に記載の制御を用いることが有効である。
【００６３】
［変形例］
上述の実施形態では、定着手段として定着ベルト８０を備えたベルト定着方式の定着装置８について説明した。定着装置としては、定着ベルトを用いたものでなくても制御誤差となる遅延時間は発生するため、上述の参考構成例１〜参考構成例５及び実施例の制御を適用することができる。
以下、変形例として、定着部材が加熱ヒータを内部に備えた定着ローラを用いた定着装置について説明する。
図１６は、変形例に係る定着装置８の概略説明図である。実施形態の定着装置８と異なる点は、定着部材が定着ベルトではなく、定着ローラ８１のみで構成される点である。よって、実施形態と共通する構成についての説明は省略し、相違点についてのみ説明する。
【００６４】
定着ローラ８１の回転軸中心は中空に形成されており、その内部にはそれぞれ定着ヒータ８１Ｈが内蔵されている。定着ヒータ８１Ｈによって定着ローラ８１が加熱される。定着ローラ８１は、金属からなる中空の芯金としての定着ローラ芯金部８１ａと、定着ローラ芯金部８１ａの表面に設けられたシリコンゴムからなる定着ローラ弾性層８１ｂと、定着ローラ弾性層８１ｂの表面に積層されたＦＰＡやフッ素樹脂からなる定着ローラ表面層８１ｃとによって構成されている。
また、加圧ローラ８３は、金属からなる芯金部と、芯金部表面に設けられたシリコンゴムからなる弾性層と、弾性層の表面に積層されたＦＰＡやフッ素樹脂からなる表面層とによって構成されている
このように、弾性層を有する加圧ローラ８３と定着ローラ８１とが定着ベルト８０を介して、圧接することにより、定着ベルト８０と加圧ローラ８３との当接部である定着ニップ部Ｎを比較的広く形成することができる。また、定着温度検知手段である定着ローラ８１の表面にはサーミスタ８５が接触している。
【００６５】
このような、加熱手段を備えた定着ローラ８１を用いた定着装置８でも、サーミスタ８５がある位置の温度が検出され、検出結果がサーミスタ８５の設置位置で反映されるまでの遅延時間（むだ時間）が生じる。詳しくは、定着ヒータ８１ＨのＯＮ−ＯＦＦ制御による時間遅れ、定着ヒータ８１Ｈへの電流突入からヒータ発熱までの時間であるヒータ時定数、さらに定着ヒータ８１Ｈで発熱した熱エネルギーを定着ローラ８１の表面までの熱伝達時間、サーミスタ８５の検出時間であるセンサ検出時定数τ１等によって遅延時間が生じる。また、ヒータ温度を制御する制御周期内では、定着ヒータ８１Ｈの出力はホールドされるため、所望温度を変更したときには、温度リップルが生じるおそれがある。
よって、図１６に示す加熱部材を備えた定着ローラを有する定着装置８でも、参考構成例１〜参考構成例５及び実施例に記載の制御を適用することは有効である。
【００６６】
また、熱容量の小さな定着フィルムを用いた超薄肉ローラでは内部ヒータが点灯すれば、伝熱遅れを発生させる弾性層もないため、大きな遅れも無く表層に温度は伝熱する。ただし、定着温度検知手段は通常コストの観点から時定数の長いサーミスタを使用するためむだ時間が存在することになる。言い換えれば、サーモパイルのような高応答の温度検出器をモノクロシステムに用いるとむだ時間は低減される。しかし制御駆動回路で制御周期をもってヒータの加熱量を制御しているため、制御周期分ヒータの加熱量がホールドされることによる応答遅れなどがある。
このような定着装置で従来の制御を行うと、伝熱遅れによる時間遅れを考慮からはずした図８の状態となる。よって、このよう超薄肉ローラを用いた定着装置であっても参考構成例１の制御を行うことにより図９のように温度リップルを抑制することができる。また、同様に参考構成例２〜参考構成例５及び実施例に記載の制御を行うことも有効である。
【００６７】
以上、本実施形態によれば、定着部材である定着ベルト８０の表面温度の所望温度が１６０［℃］から１５５［℃］まで変更されたとき、演算出力に用いる目標温度を、初期目標温度である１６０［℃］から最終目標温度である１５５［℃］まで、１［秒］毎に１［℃］ずつ、複数段階に下げていく制御を行っている。これにより、目標温度の設定が緩やかに行われる。
特に、定着部材及び加熱手段の備える熱量を考慮に入れる場合、所望の温度が低く変更されたときの連続冷却時間を短くすることができ、定着部材が目標温度に到達したときの加熱手段及び定着部材が備える熱量の減少を抑制し、アンダーシュートとなることを抑制することができる。一方、所望の温度が高く変更されたときの連続加熱時間を短くすることができ、定着部材が目標温度に到達したときの加熱手段及び定着部材が備える熱量の増加を抑制し、オーバーシュートとなることを抑制することができる。
また、演算出力手段として、ＰＩＤ補償器を用いることにより、定着ベルト８０の表面温度を所望温度に近づけることができ、偏差が少ない適切な制御を行うことができるようになる。特に、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御の場合、目標温度と検知温度との偏差が大きいと、時間当りの温度の変化量が大きくなるような制御が行われるが、目標温度の設定が緩やかに行われるため、時間当りの温度の変化量が小さくなる。よって、目標温度に到達した後さらに遅延時間分、加熱または冷却されても目標温度と実際の温度との偏差を抑制することができ、オーバーシュートやアンダーシュートの発生を抑制することができる。
また、目標温度の経過時間に対する値が所定の変化量となることで、連続的目標温度を変化させることができ、急激な目標温度の変化を防止し、温度リップルを防止することができ、画像品質を維持することができる。
また、目標温度を連続的に変更するときの経過時間に対する変化量を、１［℃］／５［ｓｅｃ］以上、２［℃］／１［ｓｅｃ］以下とすることにより、温度リップルの発生を防止しつつ、お待たせ時間を増加させることも抑制することができる。
また、目標温度を初期目標温度の１６０［℃］から最終目標温度１５０［℃］まで変更する間に、目標温度の所定の変化量を２回段階とする制御を行うことことにより、変化量が一定の制御を行うものに比べて設計自由度が上昇するため、詳細な温度チューニングが可能となる。
また、目標温度の変化量を二段階で変更するとき、一段階目の目標温度の変更と二段階目の目標温度の変更との間に一段階目の目標温度を変更する時間よりも長い、所定の時間を空けることにより、所定の時間を経過させる間に温度が安定するため、オーバーシュートやアンダーシュートが抑制される。
また、複数回変更する所定の変化量は、最終目標温度に達する最後の所定の変化量が最も絶対値が小さい変化量となる制御を行うことにより、所望温度の変更終了後１枚目の温度制御が安定する。
また、所望温度の変更が連続通紙中に行われたものであっても、温度リップルの発生を抑制するため、連続通紙される記録体上のトナー像の乱れを抑制し、画像品質を維持することができる。
また、目標温度の通紙枚数に対する値が所定の変化量となるように、所定の通紙枚数毎に所定の温度ずつ目標温度を変更することにより、連続通紙中の紙間で温度が変更されることになるため、温度リップルが画像に現れにくい。
また、目標温度を連続的に変更するときの通紙枚数に対する変化量を、１［℃］／５［ｐｒｉｎｔ］以上、２［℃］／１［ｐｒｉｎｔ］以下とすることにより、温度リップルの発生を防止しつつ、お待たせ時間を増加させることも抑制することができる。
また、検知温度が、現状の目標温度に到達すると、目標温度を次の値に変更する制御を行うことによって、定着装置の応答性にあわせた所望温度の制御ができるようになる。
また、一回の変更での上記目標温度の変化量を上記最終目標温度に近いほど小さくする制御を行うことにより、所望温度の変更終了後１枚目の温度制御が安定する。
また、定着ベルト８０を備えた定着ベルトにおいて、ベルトシステムを用いている限りは、遅延時間を取り除くことができないが、遅延時間に起因する制御誤差を抑制し、温度リップルの発生を抑制することによって、画像品質を維持することができる。
また、画像形成装置であるプリンタ１００が、定着手段として定着装置８を有することにより、安定した画像品質を維持することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施形態１に係るプリンタの概略構成図。
【図２】同プリンタに係る定着装置の概略構成図。
【図３】加熱ヒータの制御を行う制御手段のブロック図。
【図４】ＰＷＭ駆動回路を示した説明図。
【図５】定着ベルトの温度制御の説明図。
【図６】参考構成例１の目標温度の推移と、従来の目標温度の推移とを示すグラフ。
【図７】ＯＮ・ＯＦＦ制御で、加熱ローラ及び定着ベルトの熱量を考慮に入れた従来と参考構成例１との目標温度設定による温度推移の概略を示すグラフ。
【図８】従来の目標温度設定における補償器によりヒータ供給電力が演算出力されるもので、検知時間による遅延時間を考慮に入れた温度推移の概略を示すグラフ。
【図９】参考構成例１の目標温度設定における補償器によりヒータ供給電力が演算出力されるもので、検知時間による遅延時間を考慮に入れた温度推移の概略を示すグラフ。
【図１０】参考構成例１と従来との定着温度検知手段によって検知される検知温度の推移を示すグラフ。
【図１１】参考構成例１と参考構成例２との目標温度の推移を示すグラフ。
【図１２】参考構成例３の目標温度の推移を示すグラフ。
【図１３】参考構成例１と参考構成例４との目標温度の推移を示すグラフ。
【図１４】実施例に係る制御の目標温度の推移を示したグラフ。
【図１５】参考構成例１と参考構成例５との目標温度と検知温度との推移を示すグラフ。
【図１６】変形例に係る定着装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００６９】
１      画像形成部
２      給紙部
３      読取部
４      排紙収納部
５      中間転写ベルト
６      作像部
７      露光装置
８      定着装置
９      両面装置
２１    給紙トレイ
２２    給紙装置
２３    レジストローラ
２４    底板
２５    ピックアップローラ
２６    給紙ローラ
２７    リバースローラ
３１    コンタクトガラス
４１    排紙ローラ
５１    転写装置
５２    中間転写クリーニング装置
６１    感光体
６２    帯電装置
６３    現像装置
６４    クリーニング装置
８０    定着ベルト
８１    定着ローラ
８２    加熱ローラ
８３    加圧ローラ
８４    ガイド部材
８５    サーミスタ
８６    制御部
８７    操作量演算部
１００  プリンタ
１２０  手差しトレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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