(57)【要約】【課題】  定着ローラの表面温度の変動幅を最小化して定着ローラの表面温度を安定して保つと共に，記録媒体上に画像を安定して定着するための画像形成装置の定着システム，及びその温度制御方法を提供する。【解決手段】  定着システム１００は，定着ユニット１０１と，定着温度制御ユニット１０２と，を備えており，定着ユニット１０１は，定着ローラ１１１と，定着ローラ１１１を加熱するヒータ１１２と，を有しており，定着温度制御ユニット１０２は，記録紙をピックアップするピックアップローラ１３３を備える給紙部１３０と，定着ローラの表面温度を感知するセンサ部１１４と，記録紙が給紙部１３０で給紙される度に，定着ローラ１１１を加熱するヒータ１１２を駆動するヒータ駆動開始時間になったか否かを判断し，ヒータ駆動開始時間になった時にヒータ１１２を駆動するコントローラと，を有している。【選択図】    図６
2005031633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置の定着システムにおいて；
定着ユニットと，
定着温度制御ユニットと，
を備えており，
前記定着ユニットは，
定着ローラと，
前記定着ローラを加熱するヒータと，
を有しており，
前記定着温度制御ユニットは，
記録紙をピックアップするピックアップローラ，または前記ピックアップローラの記録紙排出側に設置された記録紙ジャムセンサを備える給紙部と，
前記定着ローラの表面温度を感知するセンサ部と，
前記記録紙が前記給紙部で給紙される際に，前記定着ローラを加熱する前記ヒータを駆動するヒータ駆動開始時間であるか否かを判断し，ヒータ駆動開始時間である場合に前記ヒータを駆動するコントローラと，
を有していることを特徴とする画像形成装置の定着システム。
【請求項２】
前記コントローラは，
前記記録紙がピックアップされる際に，前記記録紙がピックアップされてから前記定着ローラに至るまでに要する第１の時間と，前記ヒータより発生した熱が前記定着ローラの表面に伝わるまでに要する第２の時間とを比較した比較結果，
またはピックアップされた前記記録紙の先端が前記記録紙ジャムセンサを動作させる際に，前記記録紙が前記記録紙ジャムセンサを動作させてから前記定着ローラに至るまでに要する第３の時間と，前記第２の時間とを比較した比較結果から，前記ヒータ駆動開始時間を決定し，
定着に必要な前記定着ローラの表面の目標温度，前記センサ部で感知した前記定着ローラの表面温度，または前記定着ローラの表面温度の加減勾配のいずれかから，ヒータを連続駆動させる時間であるヒータ駆動時間を決定し，
決定された前記ヒータ駆動開始時間から，前記ヒータ駆動時間の間，前記ヒータを駆動させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置の定着システム。
【請求項３】
前記ヒータ駆動開始時間は，前記第１の時間または前記第３の時間から前記第２の時間を差し引いた時間であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置の定着システム。
【請求項４】
前記ヒータ駆動時間は，前記ヒータ駆動時間をｔｈ，前記定着ローラの表面の目標温度をＴｔ，前記定着ローラの表面温度をＴｅｍｐ，前記定着ローラの表面温度の加減勾配をａ，比例係数をα，微分係数をβ，常数をγとした場合に，ｔｈ＝α×（Ｔｔ−Ｔｅｍｐ）−β×ａ＋γであることを特徴とする請求項２または３に記載の画像形成装置の定着システム。
【請求項５】
前記ヒータ駆動開始時間は，前記第１の時間または前記第３の時間から前記第２の時間を差し引いた時間より，所定の時間遅延した時間であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置の定着システム。
【請求項６】
画像形成装置の定着システムの温度制御方法において；
記録紙が給紙部から給紙される際に，定着ユニットの定着ローラを加熱するヒータの駆動を開始する，ヒータ駆動開始時間であるか否かを判断するステップと，
前記ヒータ駆動開始時間となった時には，前記ヒータを駆動するステップと，
を含むことを特徴とする画像形成装置の定着システムの温度制御方法。
【請求項７】
前記ヒータ駆動開始時間であるか否かを判断するステップは，
記録紙が前記給紙部から給紙されたか否かを判断するステップと，
前記記録紙が前記給紙部から給紙された時には，前記ヒータ駆動開始時間となったか否かを判断するステップと，
を含むことを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置の定着システムの温度制御方法。
【請求項８】
前記記録紙が前記給紙部から給紙されたか否かを判断するステップは，
前記記録紙をピックアップする前記給紙部のピックアップローラの駆動有無，または前記ピックアップローラの排出側に設置された記録紙ジャムセンサの動作有無を判断して行われることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置の定着システムの温度制御方法。
【請求項９】
前記ヒータ駆動開始時間であるか否かを判断するステップは，
前記記録紙が前記ピックアップローラでピックアップされてから前記定着ローラに至るまでに要する第１の時間及び前記ヒータから供給された熱が前記定着ローラの表面に伝わるまでに要する第２の時間，または前記記録紙が前記記録紙ジャムセンサを動作してから前記定着ローラに至るまでに要する第３の時間及び前記第２の時間を決めるステップと，
前記第１の時間と前記第２の時間との差時間，または前記第３の時間と前記第２の時間との差時間を計算し，前記第１の時間または前記第３の時間と前記第２の時間との差時間が経過したか否かを判断するステップと，
を含むことを特徴とする請求項６，７または８のいずれかに記載の画像形成装置の定着システムの温度制御方法。
【請求項１０】
前記ヒータ駆動開始時間は，前記第１の時間または前記第３の時間と，前記第２の時間との差時間よりも一定の時間遅延した時間から決められることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置の定着システムの温度制御方法。
【請求項１１】
前記第１の時間及び前記第２の時間，または前記第１の時間及び前記第３の時間を決めるステップの後，
前記第２の時間が，前記第１の時間または前記第３の時間より大きいか否かを判断するステップと，
前記第２の時間が，前記第１の時間または前記第３の時間以上である場合，前記ヒータを駆動するステップに進むステップと，
を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置の定着システムの温度制御方法。
【請求項１２】
前記ヒータ駆動開始時間を決めるステップの後，
前記定着ローラの表面温度が，前記定着ローラの表面の目標温度以上であるか否かを判断するステップと，
前記定着ローラの前記表面温度が前記目標温度以上である時に，前記ヒータの駆動を止めるステップと，
を更に含むことを特徴とする請求項９，１０または１１のいずれかに記載の画像形成装置の定着システムの温度制御方法。
【請求項１３】
前記ヒータ駆動開始時間を決めるステップの後，前記記録紙の印刷速度が所定の速度以上である時に，前記ヒータをオンまたはオフして制御するステップを更に含むことを特徴とする請求項９，１０，１１または１２のいずれかにに記載の画像形成装置の定着システムの温度制御方法。
【請求項１４】
前記記録紙の印刷速度は，予め入力された印刷速度情報，前記給紙部の前記ピックアップローラの駆動周期，または前記給紙部の搬送ローラで搬送される記録紙の搬送速度のいずれかから判断されることを特徴とする請求項１３に記載の画像形成装置の定着システムの温度制御方法。
【請求項１５】
前記ヒータを駆動するステップは，
定着に必要な温度に予め設定された前記定着ローラの表面の前記目標温度，前記センサ部で感知した前記定着ローラの前記表面温度，または前記定着ローラの前記表面温度の加減勾配のいずれかの要素から，ヒータ駆動時間を決めるステップと，
決められた前記ヒータ駆動時間の間，前記ヒータを駆動するステップと，
を含むことを特徴とする請求項６，７，８，９，１０，１１，１２，１３または１４のいずれかに記載の画像形成装置の定着システムの温度制御方法。
【請求項１６】
前記ヒータ駆動時間は，前記ヒータ駆動時間をｔｈ，前記定着ローラの表面の目標温度をＴｔ，前記定着ローラの表面温度をＴｅｍｐ，前記定着ローラの表面温度の加減勾配をａ，比例係数をα，微分係数をβ，常数をγとした際に，ｔｈ＝α×（Ｔｔ−Ｔｅｍｐ）−β×ａ＋γの数式から求められることを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置の定着システムの温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，レーザビームプリンタ，ファクシミリ，複写機等のような画像形成装置の定着システム，及びその温度制御方法に関し，特に，定着ローラの表面温度の変動幅を最小化して記録媒体上に画像を安定して定着するための画像形成装置の定着システム，及びその温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機，レーザビームプリンタ等のような一般の電子写真画像形成装置は，感光ドラムに隣接している帯電ローラを回転させて感光ドラムの表面を帯電させる帯電過程，レーザスキャニングユニット（ＬＳＵ：Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）より感光ドラムの表面にレーザビームを走査することで感光ドラムの表面に所望する静電潜像を形成する露光過程，感光ドラムの表面にトナーを供給することで感光ドラムの表面に形成された静電潜像を可視画像（Ｖｉｓｉｂｌｅ  Ｉｍａｇｅ）である粉末状のトナー画像に現像する現像過程，感光ドラムに所定の圧力で当接する転写ローラとトナー画像が形成された感光ドラムに所定の転写電圧を印加することで感光ドラムに形成されたトナー画像を転写ローラと感光ドラムとの間を通る記録紙に転写する転写過程，及び定着ローラを含む定着ユニットによりトナー画像が転写された記録紙を加熱することで粉末状のトナー画像を溶融し記録紙に融着させる定着過程等を経て，所望する画像を記録紙に印刷する。
【０００３】
一般に，定着過程の時には，定着システムの熱源としては，ハロゲンランプが使用され，ハロゲンランプは，定着ローラおよび／または定着バックアップローラの内側に設けられ，輻射熱により定着ローラの表面を設定された温度まで加熱する。
【０００４】
一般の電子写真画像形成装置の定着システム１０の一例が，図1に概略的に例示されている。従来の定着システム１０は，円筒体の定着ローラ１１，および定着ローラ１１の内部の中心に設けられるハロゲンランプ１２を備える。ハロゲンランプ１２は，定着ローラ１１の内部で発熱し，定着ローラ１１は，内部のハロゲンランプ１２からの輻射熱により加熱される。
【０００５】
定着ローラ１１の下方には，定着バックアップローラ１３が設けられる。定着バックアップローラ１３は，図３に示すように，ばね装置１３ａにより付勢され，定着ローラ１１と定着バックアップローラ１３との間を通る記録紙１４を定着ローラ１１に対し所定の圧力で押圧する。
【０００６】
従って，記録紙１４に形成された粉末状のトナー画像１４ａは，定着ローラ１１と定着バックアップローラ１３との間を通りながら，所定の圧力と熱により押圧および加熱される。その結果，トナー画像１４ａは，定着ローラ１１と定着バックアップローラ１３により加えられる所定の温度の熱と圧力により記録紙１４に融着される。
【０００７】
定着ローラ１１の一方には，定着ローラ１１の表面温度を電気的信号として感知するサーミスタ１５，定着ローラ１１の表面温度が与えられた臨界値を超えた時には，ハロゲンランプ１２への電源を遮断するサーモスタット１６，およびコントローラ２０からの信号によりハロゲンランプ１２へのＡＣ電源部１８からの電源の供給をスイッチングするサイリスタのような電源スイッチング部１９が設けられている。
【０００８】
サーミスタ１５は，定着ローラ１１の表面温度を感知してコントローラ２０に伝送し，コントローラ２０は，感知温度を設定温度と比較して電源スイッチング部１９でハロゲンランプ１２への電源の供給を制御することにより，定着ローラ１１の表面温度を記録紙１４への画像の定着に適した定着温度に制御する。
【０００９】
この時，図４に示すように，コントローラ２０は，通常，定着ローラ１１の表面温度を印刷待機温度まで加熱する初期加熱ステップＳ１，定着ローラ１１の表面温度を印刷待機温度にて保ちながら印刷命令を待つ印刷待機ステップＳ２，および印刷命令が入力されたかどうかを判断して（Ｓ３），印刷命令が入力された場合は，定着ローラ１１の表面温度と設定温度とを比較し（Ｓ４），表面温度が低い場合はヒータをオンし（Ｓ５），表面温度が高い場合はヒータをオフ（Ｓ６）して，定着ローラ１１の表面温度を制御する。
【００１０】
それぞれの温度制御ステップにおいて，コントローラ２０は，検出温度を設定温度と比較して検出温度が予め設定した目標温度より低い時は，電源スイッチング部１９でハロゲンランプ１２をオンにし，目標温度より高い時は，オフにする方式でハロゲンランプ１２への電源の供給を制御することで定着ローラ１１の表面温度を与えられた範囲内を保たせる。
【００１１】
また，サーモスタット１６は，サーミスタ１５およびコントローラ２０による定着ローラ１１の温度調節が失敗した時に，定着ローラ１１と周辺の構成部品を保護するための過熱防止手段として働く。
【００１２】
かかる従来の定着システム１０において，定着ローラ１１は，図２に示すように，通常，外表面に熱伝導性の低いゴム層１１ａをラミネートしたアルミニウム円筒体からなる。ゴム層１１ａは，記録紙１４が定着ローラ１１と定着バックアップローラ１３との間のニップを通る時に，定着ローラ１１との間に一定の接触面積を保ち，記録紙１４に熱が供給される十分な時間を有するようにすると共に，ランプ１２から供給された熱をキープして記録紙１４が通っても定着ローラ１１の表面温度が急激に落ちないように作用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし，定着ローラ１１のゴム層１１ａの低い熱伝導性のため，ハロゲンランプ１２から供給された熱は，定着ローラ１１のゴム層１１ａの表面までに伝わる時間を遅延させるという問題点を示す。より詳しく説明すると，定着の時にサーミスタ１５が定着ローラ１１のゴム層１１ａの表面温度が定着温度に達したと感知してハロゲンランプ１２をオフする場合，ゴム層１１ａの表面温度は，ゴム層１１ａの表面温度が定着温度に達するまでハロゲンランプ１２で加熱された定着ローラ１１のアルミニウム円筒体の熱により，定着温度以上に一定の時間更に上昇してしまう。
【００１４】
また，サーミスタ１５でゴム層１１ａの表面温度が定着温度以下に落ちたと感知した後，ハロゲンランプ１２をオンする場合には，定着ローラ１１のアルミニウム円筒体の温度がゴム層１１ａの表面温度より低くなっているため，ゴム層１１ａの表面温度は，アルミニウム円筒体がゴム層１１ａの表面温度を定着温度まで上昇できる温度に上昇するまで，一定の時間，更に下降する。
【００１５】
例えば，図５に示すように，ハロゲンランプ１２がオンしてから９０秒程度経過して，定着ローラ１１のゴム層１１ａの表面温度が定着温度，例えば，約１８０℃程度に達した時，ハロゲンランプ１２をオフすると，ゴム層１１ａの表面温度は，定着ローラ１１のアルミニウム円筒体の温度が２３０℃に加熱されているため，定着温度以上に更に上昇する。その反面，ゴム層１１ａの表面温度が定着ローラ１１のアルミニウム円筒体の温度により定着温度以上に更に上昇してから再び定着温度以下に落ちる時，ハロゲンランプ１２をオンすると，ゴム層１１ａの表面温度は，定着ローラ１１のアルミニウム円筒体に加熱された熱がゴム層１１ａの表面に伝わるまで一定の時間更に下降するようになる。
【００１６】
このように，ゴム層１１ａを有する定着ローラ１１は，アルミニウム円筒体だけからなる定着ローラに比べて表面温度を急激に変化させることはないが，表面温度の変化幅を更に増大させるという問題点がある。また，定着ローラ１１の表面温度の変動幅が大きくなると，定着温度が安定して制御できなくなり，その結果，記録紙が定着ローラを通る定着時に，画像の記録紙への定着が不安定になる。
【００１７】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，定着ローラの内部から供給された熱が表面までに伝わる時間の遅延を少なくし，定着ローラの表面温度の変化幅を小さくして表面温度を所望の定着温度に制御することにより，画像の安定した定着が可能な，画像形成装置の定着システム，及びその温度制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，定着ユニットと，定着温度制御ユニットと，を備えており，定着ユニットは，定着ローラと，定着ローラを加熱するヒータと，を有しており，定着温度制御ユニットは，記録紙をピックアップするピックアップローラを備える給紙部と，定着ローラの表面温度を感知するセンサ部と，記録紙が給紙部で給紙される度に，定着ローラを加熱するヒータを駆動するヒータ駆動開始時間であるか否かを判断し，ヒータ駆動開始時間である場合にヒータを駆動するコントローラと，を有していることを特徴とする画像形成装置の定着システムが提供される。給紙部には，ピックアップローラの記録紙の排出側に設置された記録紙ジャムセンサをさらに備えることもできる。
【００１９】
上記のように構成された画像形成装置の定着システムにより，ヒータを所定の時間間隔，またはサーミスタを使用して単純な制御を行うのではなく，定着ローラの表面温度の変化幅を勘案して，記録紙の給紙毎にヒータ駆動を制御することにより，定着ローラの表面温度の変動幅を低減して定着ローラの表面温度を安定に保つことができる。
【００２０】
ここで，コントローラは，記録紙がピックアップされた際に，ピックアップされてから定着ローラに至るまでに要する第１の時間と，ヒータの熱が定着ローラの表面に伝わるまでに要する第２の時間とを比較した比較結果，またはピックアップされた記録紙の先端が記録紙ジャムセンサを動作させる際に，記録紙ジャムセンサが動作してから定着ローラに至るまでに要する第３の時間と，第２の時間とを比較した比較結果から，ヒータ駆動開始時間を決定し，また，少なくとも定着ローラの表面の目標温度，センサ部で感知した定着ローラの表面温度，または定着ローラの表面温度の加減勾配のいずれかから，ヒータを連続駆動させる時間であるヒータ駆動時間を決定することができる。こうして決定されたヒータ駆動開始時間から，ヒータ駆動時間の間，ヒータを駆動させることにより，定着ローラの表面温度を安定に保つことができる。
【００２１】
ヒータ駆動開始時間は，第１の時間または第３の時間から，第２の時間を差し引いた時間とすることができる。この時，ヒータ駆動時間は，ヒータ駆動時間をｔｈ，定着ローラの表面の目標温度をＴｔ，定着ローラの表面温度をＴｅｍｐ，定着ローラの表面温度の加減勾配をａ，比例係数をα，微分係数をβ，常数をγとした際に，ｔｈ＝α×（Ｔｔ−Ｔｅｍｐ）−β×ａ＋γで表すことができる。
【００２２】
また，定着ローラの表面に伝わった熱は，記録紙が定着ローラに至った途端に記録紙に伝わるので，記録紙の先端は，目標の定着温度以上に上昇する可能性があり，これを防止するために，ヒータ駆動開始時間を，第１の時間または第３の時間から第２の時間を差し引いた時間より，所定の時間遅延した時間とすることもできる。
【００２３】
また，上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，記録紙が給紙部から給紙される際に，定着ユニットの定着ローラを加熱するヒータの駆動を開始する，ヒータ駆動開始時間であるか否かを判断するステップと，ヒータの駆動開始時間である時には，ヒータを駆動するステップと，を含むことを特徴とする画像形成装置の定着システムの温度制御方法が提供される。ヒータの駆動開始時間となっていない時には，例えば，ヒータの駆動開始時間であるか否かを判断するステップに戻ることができる。
【００２４】
ここで，ヒータ駆動開始時間であるか否かを判断するステップは，記録紙が給紙部から給紙されたか否かを判断するステップと，記録紙が給紙部から給紙された時には，ヒータ駆動開始時間となったか否かを判断するステップと，を含んでいる。記録紙が給紙部から給紙されていない時は，記録紙が給紙部から給紙されたか否かを判断するステップに戻ることができる。
【００２５】
この記録紙が給紙部から給紙されたか否かを判断するステップは，記録紙をピックアップする給紙部のピックアップローラの駆動有無，またはピックアップローラの排出側に設置された記録紙ジャムセンサの動作有無を判断して行われることが望ましい。
【００２６】
さらに，ヒータ駆動開始時間であるか否かを判断するステップは，記録紙がピックアップローラでピックアップされてから定着ローラに至るまでに要する第１の時間及びヒータから供給された熱が定着ローラの表面に伝わるまでに要する第２の時間，または記録紙が記録紙ジャムセンサを動作してから定着ローラに至るまでに要する第３の時間及び第２の時間を決めるステップと，第１の時間と第２の時間との差時間，または第３の時間と第２の時間との差時間が，経過したか否かを判断するステップと，を含むことができる。
【００２７】
ヒータ駆動開始時間は，先にも述べたように，記録紙の先端が目標の定着温度以上に上昇するのを防止するために，第１の時間または第３の時間と，第２の時間との差時間よりも一定の時間遅延した時間としてもよい。
【００２８】
ここで，第１の時間，第２の時間および第３の時間は，事前に測定して記憶装置内に格納しておくことが好ましいが，画像形成装置の動作時に直接測定するか，或いは画像形成装置の偏差を補正するために格納した値と測定した値とを比較して補正する方法を用いてもよい。
【００２９】
第１の時間または第３の時間と，第２の時間とを決めた後には，さらに，第２の時間が，第１の時間または第３の時間より大きいか否かを判断するステップと，第２の時間が，第１の時間または第３の時間以上である場合には，直ちにヒータを駆動するステップに進むステップと，第２の時間が，第１の時間または第３の時間より小さい場合には，第２の時間が，第１の時間または第３の時間より大きいか否かを判断するステップに戻るステップと，を更に含んでいることが好ましく，記録紙がピックアップされた時点またはセンサに感知され動作した時点から，定着ローラに至るまでの時間が，記録紙がヒータから供給された熱が定着ローラの表面に伝わるまでに要する時間よりも短い場合には，直ちにヒータの駆動が行われる。
【００３０】
こうして，第１の時間または第３の時間と，第２の時間とから，ヒータを駆動するヒータ駆動開始時間を決定することにより，記録紙が定着ローラに達する時に合わせて，定着ローラを定着温度にすることができる。
【００３１】
ヒータ駆動開始時間を決めるステップの後には，定着ローラの温度制御のために，さらに，定着ローラの表面温度が，定着ローラの表面の目標温度以上であるか否かを判断するステップと，定着ローラの表面温度が目標温度以上である時に，ヒータの駆動を止めるステップと，を含むことが望ましい。定着ローラの表面温度が目標温度より小さい時には，ヒータの駆動を続けることができる。
【００３２】
また，ヒータ駆動開始時間を決めるステップの後，記録紙の印刷速度が所定の速度以上である時には，ヒータをオンまたはオフして制御するステップを更に含むことが，好ましく，記録紙の印刷速度が所定の速度以上である時は，記録紙による定着ローラの表面温度の減少率が高いため，定着ローラの表面温度を目標温度に保つことができる。この記録紙の印刷速度は，予め入力された印刷速度情報，給紙部のピックアップローラの駆動周期，または給紙部の搬送ローラで搬送される記録紙の搬送速度のいずれかから判断することができる。
【００３３】
ヒータを駆動するステップは，定着に必要な温度に予め設定された定着ローラの表面の目標温度，センサ部で感知した定着ローラの表面温度，または定着ローラの表面温度の加減勾配のいずれかの要素から，ヒータ駆動時間を決めて，ヒータを駆動することができる。特に，ヒータ駆動時間をｔｈ，定着ローラの表面の目標温度をＴｔ，定着ローラの表面温度をＴｅｍｐ，定着ローラの表面温度の加減勾配をａ，比例係数をα，微分係数をβ，常数をγとした際に，ｔｈ＝α×（Ｔｔ−Ｔｅｍｐ）−β×ａ＋γの数式から求めることがより好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
以上詳述したように本発明による画像形成装置の定着システム，及びその温度制御方法によれば，記録紙の供給毎に，記録紙が定着ローラに至るのに要する時間と，ヒータより発生した熱が定着ローラの表面に伝わるのに要する時間を勘案し，ヒータ駆動開始時間，及びヒータ駆動時間を決定してヒータを駆動することにより，ヒータから供給された熱が定着ローラの表面までに伝わる時間の遅延を少なくし，定着ローラの表面温度の変動幅を最小化して定着ローラの表面温度を安定に保ち，記録媒体上に画像を安定して定着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３６】
（第1の実施の形態）
まず，レーザプリンタ，複写機，ファクシミリ等のような電子写真画像形成装置に適用された本発明の第１の実施の形態にかかる定着システム１００が図６に概略的に例示されている。この定着システム１００は，記録紙（図示せず）に転写されたトナー画像に熱と圧力を加えて定着させ，ヒータ１１２を備える定着ローラ１１１を含む定着ユニット１０１，及び記録紙が定着ローラ１１１に至る時点と予め加熱されたヒータ１１２の熱が定着ローラの表面に伝わる時点とを一致させるべく，記録紙の供給周期毎に定着ユニット１０１のヒータ１１２のヒータ駆動開始時間とヒータ駆動時間ｔｈを決め，決められたヒータ駆動時間ｔｈの間ヒータ１１２を駆動するように制御する定着温度制御ユニット１０２を含む。
【００３７】
定着ユニット１０１は，外表面にゴムベルトまたはゴム層１１１ａをラミネートしたアルミニウム円筒体からなる定着ローラ１１１と，定着ローラ１１１の内部の中心に設けられ，記録紙にトナー画像を定着するための定着熱を発生するハロゲンランプのようなヒータ１１２と，定着ローラ１１１の下方で定着ローラ１１１に対し一定の圧力を加えるように設けられた定着バックアップローラ１１３とを備える。
【００３８】
定着ローラ１１１，定着バックアップローラ１１３，およびヒータ１１２の構成と作用は，図１，図２，および図３を参照して説明した従来の定着システム１０と実質的に同一であるため，ここでその詳細な説明は省くことにする。
【００３９】
定着温度制御ユニット１０２は，記録紙をピックアップするピックアップローラ１３３，及び，好ましくはピックアップローラ１３３でピックアップした記録紙を搬送する搬送ローラ１３５を備える給紙部１３０と，定着ローラ１１１の表面温度を感知すべく定着ローラ１１１に対し配設されたサーミスタ１１５，及び定着ローラ１１１の表面温度が与えられた臨界値を越えた時には，ヒータ１１２への電源を遮断するサーモスタット１１６を備えるセンサ部１１４と，ヒータ１１２へのＡＣ電源部１１８からの電源の供給をスイッチングするサイリスタのような電源スイッチング部１１９を備えるコントローラ１２０と，を含んでいる。
【００４０】
給紙部１３０を構成するピックアップローラ１３３と搬送ローラ１３５とは，ギア列および／または動力切換装置（図示せず）を介して，コントローラ１２０により駆動する１つ，またはそれぞれ別個の駆動モーター１２５（１つだけを示す）に連結されている。
【００４１】
コントローラ１２０は，記録紙がピックアップ１３３でピックアップされる度に，記録紙がピックアップローラ１３３でピックアップされた時点から定着ローラ１１１に至るまでに要する第１の時間ｔ１とヒータ１１２より発生した熱が定着ローラ１１１の表面に伝わるまでに要する第２の時間ｔ２とに基づいてヒータ１１２を駆動するヒータ駆動開始時間になったか否かを判断し，ヒータ駆動開始時間になった時，定着に必要な温度に予め設定された定着ローラ１１１の表面の目標温度Ｔｔ，サーミスタ１１５で感知した定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐ，および定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐの加減勾配ａによってヒータ駆動時間ｔｈを算出して，ヒータ駆動時間ｔｈの間ヒータ１１２を駆動するように制御する。
【００４２】
この時，ヒータ駆動開始時間は，記録紙が定着ローラ１１１に至るまで予め加熱されたヒータ１１２の熱が定着ローラ１１１の表面に伝わるように，第１の時間ｔ１から第２の時間ｔ２を差し引いた時間と決めることができる。
【００４３】
或いは，ヒータ駆動開始時間は，定着ローラ１１１の方に給紙される記録紙の先端が目標温度Ｔｔ以上に上昇することを防止するために，第１の時間ｔ１から第２の時間ｔ２を差し引いた時間より定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐが記録紙により下降する所定の時間遅延するように決めてもよい。例えば，記録紙が定着ローラ１１１を通ることで定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐが２℃落ちるので，第１の時間ｔ１から第２の時間ｔ２を差し引いた時間よりも１秒間遅延にして決めることができる。
【００４４】
また，ヒータ駆動時間ｔｈは，定着ローラ１１１の表面の目標温度Ｔｔ，定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐ，定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐの加減勾配ａを用いて，
ｔｈ＝α×（Ｔｔ−Ｔｅｍｐ）−β×ａ＋γ…（数式１），
のように表すことができる。ここで，αは，比例係数を表し，βは微分係数を表し，γは常数を表し，比例係数α，微分係数β，および常数γの値は，定着ユニット１０１の構造と記録紙によって変わり，実験により求められる。
【００４５】
上述したように，定着システム１００は，記録紙の供給毎に，記録紙がピックアップされた時点から定着ローラ１１１に至るまでに要する第１の時間ｔ１から，ヒータ１１２より発生した熱が定着ローラ１１１の表面に伝わるまでに要する第２の時間ｔ２を差し引いた時間をヒータ駆動開始時間と決め，その時の定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐ，表面温度Ｔｅｍｐの加減勾配ａおよび目標温度Ｔｔによってヒータの駆動時間ｔｈを決めてヒータ１１２を制御するため，記録紙が定着ローラ１１１に至るまでに，予め加熱されたヒータ１１２の熱が定着ローラ１１１の表面に伝わり，適温にすることができ，これにより，ゴム層１１１ａを有する定着ローラ１１１の表面温度の変化幅が顕著に減少できる。
【００４６】
このように構成された第１の実施形態の定着システム１００の温度制御方法を，図７のフローチャートを参照して詳細に説明すると，次の通りである。
【００４７】
まず，定着システム１００に電源が供給されると，コントローラ１２０は，定着ローラ１１１が何時でも定着動作を行なうことができるようにヒータ１１２を駆動し，外部温度に保たれた定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐを定着に必要な目標温度Ｔｔの定着温度（例えば，１７０〜１８０℃）に近い印刷待機温度（例えば，１６５℃）まで上昇させた後（Ｓ１０），ヒータ１１２を従来の定着システム１０と同様に所定の周期でオン／オフすることで，印刷命令が入力されるまで，定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐを印刷待機温度に保つ（Ｓ２０）。
【００４８】
その後，ＰＣ等から印刷命令が入力されると（Ｓ３０），コントローラ１２０は，駆動モーター１２５を介して給紙部１３０のピックアップローラ１３３を駆動して記録紙をピックアップする。この時，印刷命令を受けたコントローラ１２０は，例えば，駆動モーター１２５に駆動信号を送信したか否かに基づいて記録紙のピックアップ有無を判断する（Ｓ４０）。記録紙がピックアップされていない場合は，印刷待機温度状態で，印刷命令の有無を判断するステップＳ３０に戻る。
【００４９】
記録紙のピックアップ有無を判断した際に，記録紙がピックアップされていると判断されれば，ヒータ駆動開始時間であるか否かを判断するために，コントローラ１２０は，記録紙のピックアップ時点から記録紙が給紙部１３０の搬送ローラ１３５により画像形成部（図示せず）を通って定着ユニット１０１の定着ローラ１１１に至るまでに要する第１の時間ｔ１とヒータ１１２がオンした後，ヒータ１１２の熱が定着ローラ１１１の表面まで伝わるのに要する第２の時間ｔ２を記憶装置（図示せず）から読み出す（Ｓ５０）。
【００５０】
ここで，第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ２は，コントローラ１２０に予め入力された先決の値を使用すると説明したが，記録紙のピックアップ有無を判断した時点から時間をカウントして，記録紙が定着ユニット１０１の定着ローラ１１１に至るまでに要する時間を算出して用いたり，算出した時間と予め入力しておいた値と比較し画像形成装置に適した値に補正して用いたりすることもできる。
【００５１】
ここで，コントローラ１２０は，第２の時間ｔ２が第１の時間ｔ１より大きい場合には，第１の時間ｔ１の全時間の間ヒータ１１２を駆動したとても，記録紙が定着ユニット１０１の定着ローラ１１１に至るまで，ヒータ１１２の駆動開始時点でヒータ１１２より発生した熱が定着ローラ１１１の表面に伝わらないことになるので，後述するヒータ１１２のヒータ駆動時間ｔｈを設定するステップＳ９０に直ちに進むか否かを決めるため，まず第２の時間ｔ２が第１の時間ｔ１より大きいか否かを判断する（Ｓ６０）。
【００５２】
ステップＳ６０での判断結果，第２の時間ｔ２が第１の時間ｔ１より大きい場合，ヒータ１１２の駆動時間ｔｈを決めるステップＳ９０に直ちに進み，第２の時間ｔ２が第１の時間ｔ１より小さい場合には，ヒータ駆動開始時間を決定すべく，第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ２との差時間ｔを計算する（Ｓ７０）。
【００５３】
その後，差時間ｔに基づいてヒータ駆動開始時間，即ち，ヒータの駆動開始タイミングになったか否かを判断する（Ｓ８０）。例えば，第１の時間ｔ１が４秒で第２の時間ｔ２が３秒である場合，コントローラ１２０は，記録紙がピックアップされた時間から，差時間ｔである１秒後をヒータ駆動開始時間と決めることができる。ヒータ駆動開始時間になるまでは，ヒータ駆動開始時間であるか否かの判断ステップＳ８０に戻り，ヒータ駆動開始時間であると判断されれば，ヒータ駆動時間設定ステップＳ９０に進む。
【００５４】
ここで，第２の時間Ｔ２の前，即ち，３秒前からヒータ１１２を駆動するようにヒータ駆動開始時間と決める場合には，３秒前から発熱して定着ローラ１１１の表面に伝わった熱は，記録紙が定着ユニット１０１の定着ローラ１１１に至った途端に記録紙に伝わり，このため，記録紙の先端は，目標温度Ｔｔの定着温度以上に上昇する可能性がある。
【００５５】
これを防止するために，ヒータの駆動開始タイミングは，一定の時間，例えば，記録紙が定着ローラ１１１を通ることで定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐが約２℃程下がる時間，例えば，１秒間遅延した時間とすることもできる。従って，上記の場合，ヒータ駆動開始時間は，記録紙のピックアップ有無を判断した時点から２秒後と決めることができる。
【００５６】
このように，ヒータ駆動開始時間になったことを判断した後，コントローラ１２０は，定着ローラ１１１の表面の目標温度Ｔｔ，センサ部１１４のサーミスタ１１５で感知した定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐ，および定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐの加減勾配ａに基づき，数式１によりヒータ駆動時間ｔｈを算出し（Ｓ９０），算出したヒータの駆動時間ｔｈの間ヒータ１１２を駆動する（Ｓ１００）。
【００５７】
例えば，定着ローラ１１１の表面の目標温度Ｔｔが１７０℃，サーミスタ１１５で感知した定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐが１６８℃，定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐが１０秒当たりに２℃ずつ下降しているとすれば，定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐの加減勾配ａは，−０．２となるので，ヒータの駆動時間ｔｈは，数式１より，
ｔｈ＝α×（１７０℃−１６８℃）−β×（−０．２）＋γとなる。
【００５８】
この時，算出されたヒータの駆動時間ｔｈが，ピックアップ周期の時間間隔以上と決められると，コントローラ１２０は，次の周期の定着動作時，ステップＳ９０で再びヒータ駆動時間ｔｈをアップデートしてヒータ１１２を駆動する。
【００５９】
また，ヒータの駆動時間ｔｈを決めるステップＳ９０において，記録紙の印刷速度が所定の速度以上である時は，記録紙による定着ローラ１１１の表面温度の減少率が高いため，定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐを目標温度Ｔｔである定着温度に保つために，記録紙が定着ローラ１１１を通る間継続してヒータ１１２をオンにすべく，ヒータ駆動時間ｔｈを記録紙のピックアップ周期とすることができる。
【００６０】
この時，記録紙の印刷速度は，予めコントローラ１２０に入力された速度情報，記録紙をピックアップするピックアップローラ１３３の駆動周期，または記録紙を搬送する搬送ローラ１３５の回転速度のいずれかにより判断される。
【００６１】
例えば，ピックアップローラ１３３の駆動周期が約３秒である２０ｐｐｍ（ｐａｇｅ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）以上の画像形成装置において，記録紙が定着ローラ１１１を通りながら定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐを１０℃落とし，ヒータ１１２が３秒間駆動して１３℃上昇させると仮定すると，約９秒間ヒータ１１２をオンにし，約３秒間ヒータ１１２をオフにすれば，定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐは，定着温度Ｔｔに対し約１℃の変動幅の範囲内で保たれるためである。
【００６２】
このように，算出されたヒータの駆動時間ｔｈの間，ヒータ１１２を駆動した後，コントローラ１２０は，再び印刷命令が入力されたか否かを判断するステップＳ３０に進み，前記過程を繰り返すように制御する。そして，印刷命令が所定の時間内になければ，印刷を終了し，印刷待機ステップＳ２０に進む。
【００６３】
こうして本実施の形態の定着システムは，記録紙がピックアップされてから定着ローラに至るまでに要する時間からヒータより発生した熱が定着ローラの表面に伝わるまでに要する時間を差し引いた時間をヒータ駆動開始時間と決め，その時の定着ローラの表面温度，表面温度の加減勾配ａおよび目標温度Ｔｔによってヒータ駆動時間を決めてヒータを制御するので，定着時の定着ローラを適温にすることができ，定着ローラの表面温度の変化幅を減少して，記録紙への画像の定着を良好に行うことができる。
【００６４】
（第２の実施の形態）
レーザプリンタ，複写機，ファクシミリ等のような電子写真画像形成装置に適用された第２の実施の形態にかかる定着システム１００’を図８に概略的に例示する。この定着システム１００’は，記録紙に転写されたトナー画像に熱と圧力を加えて定着させるヒータ１１２を備えた定着ローラ１１１を含む定着ユニット１０１，および記録紙の供給周期毎に定着ユニット１０１のヒータ１１２の駆動開始時間と駆動時間を決め，決められた駆動時間の間ヒータ１１２を駆動する定着温度制御ユニット１０２’を含む。
【００６５】
定着ユニット１０１は，図６に基づいて説明した第１の実施の形態の定着ユニットと同一であるため，その詳細な説明を省くことにする。定着温度制御ユニット１０２’は，記録紙をピックアップするピックアップローラ１３３’，好ましくはピックアップローラ１３３’でピックアップした記録紙を搬送する搬送ローラ１３５’，及びピックアップローラ１３３’の記録紙搬送方向の下流，即ち，ピックアップローラの排出側であり，ピックアップローラ１３３’と搬送ローラ１３５’または定着ローラ１１１との間に設けられて，記録紙の正常な給紙有無を感知する記録紙ジャムセンサ１３７を備える給紙部１３０’と，定着ローラ１１１の表面温度を感知すべく定着ローラ１１１に対し配設されたサーミスタ１１５，および定着ローラ１１１の表面温度が与えられた臨界値を越えた時には，ヒータ１１２への電源を遮断するサーモスタット１１６を備えるセンサ部１１４と，ヒータ１１２へのＡＣ電源部１１８からの電源の供給をスイッチングするサイリスタのような電源スイッチング部１１９を備えるコントローラ１２０’と，を含んでいる。
【００６６】
給紙部１３０’を構成するピックアップローラ１３３’及び搬送ローラ１３５’は，図６に基づいて説明した給紙部１３０を構成するピックアップローラ１３３及び搬送ローラ１３５と同様に，ギア列および／または動力切換装置（図示せず）を介して，コントローラ１２０’により駆動する１つ，またはそれぞれ別個の駆動モーター１２５（１つだけを示す）に連結されている。
【００６７】
コントローラ１２０’は，ピックアップローラ１３３’でピックアップした記録紙が記録紙ジャムセンサ１３７を動作する度に，記録紙が記録紙ジャムセンサ１３７を動作した時点から定着ローラ１１１に至るまでに要する第３の時間ｔ３とヒータ１１２より発生した熱が定着ローラ１１１の表面に伝わるまでに要する第２の時間ｔ２とに基づいてヒータ１１２を駆動するヒータ駆動開始時間になったか否かを判断し，ヒータ駆動開始時間になった時，定着に必要な温度に予め設定された定着ローラ１１１の表面の目標温度Ｔｔ，サーミスタ１１５で感知した定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐ，および定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐの加減勾配ａによってヒータ駆動時間ｔｈを算出し，算出されたヒータ駆動時間ｔｈの間，定着ユニット１０１のヒータ１１２を駆動するように制御する。
【００６８】
この時，ヒータ駆動開始時間は，第３の時間ｔ３から第２の時間ｔ２を差し引いた時間と決めることができる。或いは，第１の実施の形態と同様に，ヒータ駆動開始時間は，定着ローラ１１１に給紙される記録紙の先端が目標温度Ｔｔ以上に上昇することを防止するために，第３の時間ｔ３から第２の時間ｔ２を差し引いた時点より定着ローラ１１１の表面温度Ｔｅｍｐが記録紙により下降する所定の時間，遅延するようにして決めることもできる。
【００６９】
また，ヒータ駆動時間ｔｈは，第１の実施の形態の図６に基づいて説明した定着温度制御ユニット１０２と同様に，数式１により記録紙の供給周期の時間間隔の整数倍の範囲内で決められる。
【００７０】
このように構成された第２の実施の形態に係る定着システム１００’の温度制御方法では，記録紙がピックアップローラ１３３’でピックアップされる時に不具合が生じ，記録紙が給紙されないこともあるため，第１の実施の形態のように，記録紙がピックアップされた時点を感知するのではなく，図９に示すように，記録紙がピックアップローラ１３３’でピックアップされた後，記録紙ジャムセンサ１３７を動作する時に，コントローラ１２０’が記録紙ジャムセンサ１３７からオン信号を受信する。
【００７１】
記録紙が正常的にピックアップされたか否かを判断する（Ｓ４０’）ことを除いては，図７に基づいて説明した第１の実施形態の定着システム１００の温度制御方法のプロセスと実質的に同一に行われるため，これに対する詳細な説明を省くことにする。
【００７２】
こうして本実施の形態の定着システムは，記録紙が正常的にピックアップされた時点から定着ローラに至るまでに要する時間からヒータより発生した熱が定着ローラの表面に伝わるまでに要する時間を差し引いた時間を基にヒータの駆動開始時間と決め，定着ローラの表面温度，表面温度の加減勾配ａおよび目標温度Ｔｔによってヒータ駆動時間を決めるので，定着時の定着ローラをより確実に適温にすることができ，定着ローラの表面温度の変化幅を減少して，記録紙への画像の定着を良好に行うことができる。
【００７３】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は，レーザビームプリンタ，ファクシミリ，複写機等のような画像形成装置の定着システム，及びその温度制御方法に適用可能であり，特に，定着ローラの表面温度の変動幅を最小化して記録媒体上に画像を安定して定着するための画像形成装置の定着システム，及びその温度制御方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】一般の画像形成装置の定着システムの概略を示す説明図である。
【図２】一般の定着システムの定着ローラの断面図である。
【図３】一般の定着システムの定着動作を例示する説明図である。
【図４】一般の定着システムの温度制御方法を例示するフローチャートである。
【図５】ゴム層を有する一般の定着ローラの時間毎の温度分布を例示する説明図である。
【図６】第１の実施形態にかかる画像形成装置の定着システムの概略を示す説明図である。
【図７】第１の実施形態にかかる画像形成装置の定着システムの温度制御方法のプロセスを例示するフローチャートである。
【図８】第２の実施形態にかかる画像形成装置の定着システムの概略を示す説明図である。
【図９】第２の実施形態にかかる画像形成装置の定着システムの温度制御方法のプロセスを例示するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１００    定着システム
１０１    定着ユニット
１０２    定着温度制御ユニット
１１１    定着ローラ
１１１ａ  ゴム層
１１２    ヒータ
１１３    定着バックアップローラ
１１４    センサ部
１１５    サーミスタ
１１６    サーモスタット
１１８    ＡＣ電源部
１１９    電源スイッチング部
１２０    コントローラ
１３０    給紙部
１３３    ピックアップローラ
１３５    搬送ローラ
【図１】
2005031633.tif 000003
【図２】
2005031633.tif 000004
【図３】
2005031633.tif 000005
【図４】
2005031633.tif 000006
【図５】
2005031633.tif 000007
【図６】
2005031633.tif 000008
【図７】
2005031633.tif 000009
【図８】
2005031633.tif 000010
【図９】
2005031633.tif 000011