(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ加熱源を有する定着ローラと加熱ローラとにより張架されて回転する定着ベルトと、
前記定着ベルトの定着ローラに対向し所定圧で付勢され、加熱源を有する加圧ローラと、
前記定着ベルトの速度を検知する定着ベルト速度検知部と、
前記加圧ローラの速度を検知する加圧ローラ速度検知部と、
前記加熱ローラの温度を検知する加熱ローラ温度検知部と、
前記加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ温度検知部と、
前記定着ベルト速度検知部および前記加圧ローラ速度検知部により検知した速度情報、前記加熱ローラ温度検知部による前前回、前回、今回の検知温度、目標定着温度にしたがって、前記各加熱源の加熱量をＰＩＤ演算によって算出し、この算出した加熱量に基づき加熱源の加熱量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記加熱ローラ温度検知部による現在の検知温度と、前記加熱ローラ温度検知部による過去の検知温度と、前記定着ベルトの速度を含む３つの情報に基づき、前記加熱ローラの加熱源の加熱量を算出し、算出した加熱量に前記加熱源を制御することを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加熱ローラの温度検知装置または加圧ローラの温度検知装置の検知出力で加熱ローラのヒータを制御する画像形成装置が知られている。ここでは、加圧ローラの温度に基づき加熱ローラのヒータを制御し、加熱ローラの温度に基づき加熱ローラのヒータを制御する。さらに、加圧ローラの温度変化に基づき加熱ローラのヒータを制御している（たとえば、特許文献１、図４、図５参照）。
【０００３】
また、目標加熱ローラ温度を加圧ローラ検知温度に基づき算定し、算定した目標加熱ローラ温度と加熱ローラ検知温度に基づき、加熱ローラの加熱源を制御している（たとえば、特許文献２、図３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２１８７１号公報
【特許文献２】特開２００２−１４９９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記に示されるような従来の技術にあっては、いずれも、加圧ローラの検知温度にしたがって加熱ローラの加熱源を制御している。しかしながら、加圧ローラの検知温度に基づいて加熱ローラの加熱源を単にオン、オフしているものであるため、緻密な温度制御を行なうことができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、一対の回転体を備える定着装置において、第１の回転体の温度および第２の回転体の温度を、回転体の動作による温度変動にも追従させることにより、緻密な温度制御を実現可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、それぞれ加熱源を有する定着ローラと加熱ローラとにより張架されて回転する定着ベルトと、前記定着ベルトの定着ローラに対向し所定圧で付勢され、加熱源を有する加圧ローラと、前記定着ベルトの速度を検知する定着ベルト速度検知部と、前記加圧ローラの速度を検知する加圧ローラ速度検知部と、前記加熱ローラの温度を検知する加熱ローラ温度検知部と、前記加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ温度検知部と、前記定着ベルト速度検知部および前記加圧ローラ速度検知部により検知した速度情報、前記加熱ローラ温度検知部による前前回、前回、今回の検知温度、目標定着温度にしたがって、前記各加熱源の加熱量をＰＩＤ演算によって算出し、この算出した加熱量に基づき加熱源の加熱量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記加熱ローラ温度検知部による現在の検知温度と、前記加熱ローラ温度検知部による過去の検知温度と、前記定着ベルトの速度を含む３つの情報に基づき、前記加熱ローラの加熱源の加熱量を算出し、算出した加熱量に前記加熱源を制御することを特徴とする。
【０００８】
この請求項１の発明によれば、それぞれ加熱源を有する定着ローラと加熱ローラとにより張架されて回転する定着ベルトと、前記定着ベルトの定着ローラに対向し所定圧で付勢され、加熱源を有する加圧ローラと、前記定着ベルトの速度を検知する定着ベルト速度検知部と、前記加圧ローラの速度を検知する加圧ローラ速度検知部と、前記加熱ローラの温度を検知する加熱ローラ温度検知部と、前記加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ温度検知部と、前記定着ベルト速度検知部および前記加圧ローラ速度検知部により検知した速度情報、前記加熱ローラ温度検知部による前前回、前回、今回の検知温度、目標定着温度にしたがって、前記各加熱源の加熱量をＰＩＤ演算によって算出し、この算出した加熱量に基づき加熱源の加熱量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記加熱ローラ温度検知部による現在の検知温度と、前記加熱ローラ温度検知部による過去の検知温度と、前記定着ベルトの速度を含む３つの情報に基づき、前記加熱ローラの加熱源の加熱量を算出し、算出した加熱量に前記加熱源を制御するので、定着ベルトの動作による温度変動も考慮して、緻密に制御することが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明（請求項１）にかかる定着装置は、それぞれ加熱源を有する定着ローラと加熱ローラとにより張架されて回転する定着ベルトと、前記定着ベルトの定着ローラに対向し所定圧で付勢され、加熱源を有する加圧ローラと、前記定着ベルトの速度を検知する定着ベルト速度検知部と、前記加圧ローラの速度を検知する加圧ローラ速度検知部と、前記加熱ローラの温度を検知する加熱ローラ温度検知部と、前記加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ温度検知部と、前記定着ベルト速度検知部および前記加圧ローラ速度検知部により検知した速度情報、前記加熱ローラ温度検知部による前前回、前回、今回の検知温度、目標定着温度にしたがって、前記各加熱源の加熱量をＰＩＤ演算によって算出し、この算出した加熱量に基づき加熱源の加熱量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記加熱ローラ温度検知部による現在の検知温度と、前記加熱ローラ温度検知部による過去の検知温度と、前記定着ベルトの速度を含む３つの情報に基づき、前記加熱ローラの加熱源の加熱量を算出し、算出した加熱量に前記加熱源を制御するので、定着ベルトの動作による温度変動も考慮して、緻密に制御することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる定着装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
（実施の形態）
本発明は、一対の回転体（定着ベルトと加圧ローラ）を備える定着装置において、定着ベルト（加熱ローラ）の温度および加圧ローラの温度を、回転体の動作による温度変動にも追従させることにより、緻密な温度制御を実現可能にするものである。以下、具体例をあげて説明する。
【００１８】
図１に本発明の実施の形態にかかる定着装置の構成例のブロック図を示す。図において、符号１０は第１の回転体たる定着ベルト、符号１１は定着ローラ、符号１２は加熱ローラ、符号１３は加圧ローラ、符号１４〜１６はハロゲンヒータ、符号１７は加圧サーミスタ、符号１８は加熱サーミスタ、符号２０はＰＳＵ（パワーサプライユニット）、符号２１，２２はエンコーダ、符号３１はＩ／Ｏ制御板、符号３０はシステム制御板である。
【００１９】
すなわち、無端状の定着ベルトを巻きつけた加熱ローラ１２および定着ローラ１１で構成される。また、定着ローラ１１と対向して配置される第２の回転体たる加圧ローラ１３と、加熱ローラ１２の表面温度を検出する端部で検知する加熱サーミスタ１８、加圧ローラ１３の表面温度を検出する加圧サーミスタ１７、定着ベルト１０の速度を検出するエンコーダ２１、加圧ローラ１３の速度を検出するエンコーダ２２を備えている。そして、この構成により、トナーの付着した記録紙が定着ローラ１１と加圧ローラ間１３を通過することで、熱と圧力の作用によりトナーを記録紙上に定着させる。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態にかかる定着装置が搭載される画像形成装置（デジタル複写機）の制御系の構成を示すブロック図である。図において、符号３０はシステム制御板、符号３１はＩ／Ｏ制御板、符号３２は読取制御板、符号３３は操作／表示部、符号３４は書込制御板、符号３５はＴ（トナー濃度）センサ、符号３６は各種画像形成用Ｉ／Ｏ、符号３７は高圧電源である。
【００２１】
読取制御板３２は、原稿情報を読み取るためのＣＣＤ、および、そのタイミング生成が主動作で、読み取った出力をデジタル信号としてシステム制御板３０に転送する。システム制御板３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発ＲＡＭ、カレンダー機能チップからなり、システム全体のタイミング制御、操作／表示部３３の入出力制御、その他のアプリケーション（ＦＡＸ、プリンタ、スキャナ）部（不図示）とのＩ／Ｆ（インターフェイス）や動作制御と、画情報データの画像処理（変倍、フィルタ、ガンマ補正など）、画像メモリを使用した画情報データの記憶／蓄積制御というシステム全体の制御を行う。書込制御板３４は、露光のためのＬＤ(レーザダイオード)とその駆動部からなり、システム制御板３０からの画像データにより、書き込み作業を行う。Ｉ／Ｏ制御板３１は、システム全体（スキャナ部、プリンタ部）の各種センサ、アクチュエータ等の入力信号、モータ、ソレノイド、クラッチ、高圧電源等の出力信号の集約部分であり、トナーセンサ出力や各サーミスタ出力はＡＤＣ（ＡＤコンバータ）に入力されており、このＩ／Ｏデータにより、システム制御部分が各種制御を実施する。給紙トレイ、手差しトレイの用紙有無情報、サイズ情報、転写紙搬送用のレジストセンサ等も含まれる。操作／表示部３３は、各種モード設定のためのキー入力、ＬＥＤ、ＬＣＤ、タッチパネル等を使用した表示部により構成されておりシステム制御板３０により、制御されている。
【００２２】
定着ヒータの駆動に関わるユニットを図３に示すブロック図を参照し説明する。ここでは加熱源としてハロゲンヒータ１４，１５，１６を使用する場合を例に説明する。ＰＳＵ２０上には電源生成のための回路と定着用のハロゲンヒータ１４，１５，１６を駆動するための回路が配置されている。ヒータ駆動はＡＣ電源遮断用のリレーと特定周期でＯＮ／ＯＦＦを行うトライアック、スナバ回路等で構成されている。
【００２３】
リレー、トライアックのＯＮ／ＯＦＦの処理はシステム制御板３０上のＣＰＵ（不図示）の判断により、Ｉ／Ｏ制御板３１のポートを介して実行される。それぞれの定着ヒータ（ハロゲンヒータ）は、それぞれのトライアックにより独立した駆動（ＯＮ／ＯＦＦ）が可能な構成となっている。加熱ローラ１２には、配光分布が中央に寄った中央ヒータと端部に寄った端部ヒータの２つが内在し、加圧ローラ１３には配光がフラットな１つのヒータを内在するものとする。
【００２４】
つぎに、以上のように構成された定着装置の制御例について説明する。記録紙にトナーを定着させるために、定着ニップ部（定着ローラ１１と加圧ローラ１３との接触部）の温度をトナー定着に必要な温度に保つ必要がある。この定着ニップ部の温度を最適に保つために、加熱ローラ１２、加圧ローラ１３の各々のターゲット温度Ｔを予め設定しておく。図１のベルト式定着装置には、加熱ローラ１２側だけでなく、加圧ローラ１３側にも、温度検出素子を有している。本例では温度検出素子として、サーミスタを使用する。
【００２５】
図４に示すブロック図において、ＰＩＤ（Ｐ；Ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ（比例）、Ｉ；Ｉｎｔｅｇｒａｌ（積分）、Ｄ；Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（微分））制御をするための下記演算式をあらかじめ作成しておき（各定数含む）、加熱サーミスタ１８で検出された温度から、エンコーダ２１で検出した速度情報を加味して、加熱ローラヒータ（ハロゲンヒータ１５）の点灯制御を行う。このＰＩＤ演算は、システム制御部３０内のＣＰＵ２５によって行われる。
【００２６】
ＰＩＤ１＝[（ＫＰＩ×（Ｂｕｆｆ１＋Ｂｕｆｆ０）＋ＫＤ１×（２×Ｂｕｆｆ１−Ｂｕｆｆ０−Ｂｕｆｆ２）＋ＫＩ１×（Ｔａｒｇｅｔ−Ｂｕｆｆ０）]×ＫＳ１×Ｓ１
ここで、
[１]ＫＰ１＝ＰＩＤ演算の比例定数
[２]ＫＴ１＝ＰＩＤ演算の積分定数
[３]ＫＤ１＝ＰＩＤ演算の微分定数
[４]Ｂｕｆｆ０＝今回の定着ヒータ温度
[５]Ｂｕｆｆ１＝前回の定着ヒータ温度
[６]Ｂｕｆｆ２＝前前回の定着ヒータ温度
[７]Ｔａｒｇｅｔ＝目標定着温度
[８]Ｓ１＝定着ベルトの動作速度
[９]ＫＳ１＝速度定数１
である。
【００２７】
上記の演算式中ＫＰ１，ＫＩ１，ＫＤ１は各々のＰＩＤの比例，積分，微分の定数、Ｂｕｆｆ０，Ｂｕｆｆ１，Ｂｕｆｆ２は各時系列的な加熱サーミスタ１８で検出された温度、Ｔａｒｇｅｔは目標温度、ＰＩＤ１は操作量を示す。
【００２８】
具体的な動作は以下の通りである。あらかじめ決められている制御周期、たとえば１秒ごとに、加熱サーミスタ１８で加熱ローラ１２の温度を検出する。２秒前、１秒前、現時点の加熱ローラ１２の温度およびターゲット温度との差分から上記ＰＩＤ演算式によって操作量を計算する。さらにその操作量に現時点の速度による補正を加えて、その操作量にて、制御周期間（１秒間）ヒータを制御する。
【００２９】
なお、図４では、ＰＩＤ演算式をこのように設定したが、この式に限定されるものではなく、Ｂｕｆｆ０〜２についての差分の算出、エンコーダ２１の動作速度Ｓ１による補正の重み付け複数手段が当然可能である。制御周期についても一例であり、この値に限定されるものではない。
【００３０】
つぎに、上記において、ＰＩＤ演算の要素にエンコーダ２の値を加える例について説明する。図５は、その制御ブロック図である。前述と同様に、加熱サーミスタ１８で加熱ローラ１２の温度を検出する。時系列のローラ温度とターゲット温度との差分からＰＩＤ演算式によって操作量を計算する。その操作量にてエンコーダ２１とエンコーダ２２によって検出した速度の補正を加えて、ハロゲンヒータ１５を制御する。
【００３１】
図５では、ＰＩＤ演算式をこのように設定したが、この式に限定されるものではなく、Ｂｕｆｆ０〜２についての差分の算出、速度Ｓ１，Ｓ２による補正の重み付けは複数手段が当然可能である。
【００３２】
つぎに、加圧ローラ１３に加熱源(ハロゲンヒータ１６)を追加する例について説明する。ここでの加熱ローラ１２の温度制御は、上述のいずれかの方法により制御される。
【００３３】
具体的な動作は以下の通りである。あらかじめ決められている制御周期、たとえば１秒ごとに、加圧サーミスタ１７で加圧ローラ１３の温度を検出する。２秒前、１秒前、現時点のローラ温度及びターゲット温度との差分から下記ＰＩＤ演算式によって操作量を計算する。さらにその操作量に現時点の速度による補正を加えて、その操作量にて、制御周期間（１秒間）ヒータを制御する。
【００３４】
ＰＩＤ＝ＰＩＤ１＋ＫＳ２×Ｓ２
ここで、
[１０]ＫＳ２＝速度定数２
[１１]Ｓ２＝エンコーダ２２による動作速度
である。
【００３５】
なお、ハロゲンヒータが加熱ローラ１２、加圧ローラ１３それぞれに１本づつ入っている場合について記載したが、たとえば、加熱ローラ１２にヒータが２本入っている場合、あるいは加熱ローラ１２と定着ローラ１４にヒータが内蔵されている場合にも応用することが可能である。
【００３６】
また、温度検知部としてサーミスタ、速度検知部としてエンコーダを使用する例を記載したが、もちろんサーミスタ、エンコーダに限定されるものではなく、他の温度検出素子、速度検出素子を使用することも当然可能である。
【００３７】
つぎに、上述した一連の定着装置の制御動作を図６−１、図６−２、図７に示すフローチャートを参照し、説明する。なお、これらの制御は、システム制御部３０のＣＰＵ２５が、Ｉ／Ｏ制御板３１を介してＰＵＳ２０を制御することにより実行される。
【００３８】
まず、図６−１において、加熱ローラ１２の加熱サーミスタ１８から現状（今回）の温度を検出し（ステップＳ１１）、前前回、前回、今回の値とターゲット温度から操作量を算出し、さらに速度補正（ＰＩＤ１）を実行する（ステップＳ１２）。続いて、この操作量にしたがってヒータ１（ハロゲンヒータ１５）の点灯制御を実行する（ステップＳ１３）。
【００３９】
図６−２において、加圧ローラ１３の加圧サーミスタ１７から現状（今回）の温度を検出し（ステップＳ２１）、前前回、前回、今回の値とターゲット温度から操作量を算出し、さらに速度補正（ＰＩＤ１）を実行する（ステップＳ２２）。続いて、この操作量にしたがってヒータ２（ハロゲンヒータ１６）の点灯制御を実行する（ステップＳ２３）。
【００４０】
図７において、加熱ローラ１２の加熱サーミスタ１８から現状（今回）の温度を検出し（ステップＳ３１）、前前回、前回、今回の値とターゲット温度から操作量を算出し、さらに速度補正（ＰＩＤ１）を実行する（ステップＳ３２）。続いて、加圧ローラ１３の速度による補正（ＰＩＤ）を行い（ステップＳ３３）、この操作量にしたがってヒータ２（ハロゲンヒータ１５）の点灯制御を実行する（ステップＳ３４）。
【００４１】
このように、以上説明してきた実施の形態によれば、第１の温度検知部（加熱サーミスタ１８）による現状の検知温度に基づき、加熱源（ハロゲンヒータ１５）のオンオフを制御するだけでなく、過去の検知温度、定着ベルト１０の速度に基づき、加熱源（ハロゲンヒータ１５）の加熱量を算出し、算出した加熱量になるように加熱源の加熱量を制御する。これにより、第１の回転体（定着ベルト１０）の温度を、ベルトの動作による温度変動も考慮して、緻密に制御することができる。
【００４２】
また、第１の温度検知部（加熱サーミスタ１８）による検知温度と定着ベルト１０の速度に基づき、加熱源（ハロゲンヒータ１５）のオンオフを制御するだけでなく、第２の速度検知部（加圧サーミスタ１７）による速度情報に基づき、加熱源（ハロゲンヒータ１６）の加熱量を算出し、算出した加熱量になるように加熱源（ハロゲンヒータ１６）の加熱量を制御する。これにより、第２の回転体（加圧ローラ１３）の温度、すなわち第１、第２の回転体間の伝熱を加味して、第１の回転体（定着ベルト１０）の温度を緻密に制御することができる。
【００４３】
また、第２の加熱源（ハロゲンヒータ１６）を制御することにより、第２の回転体（加圧ローラ１３）の温度を制御することができる。これにより、第１、第２の回転体間の伝熱を制御し、結果的に第１の回転体（定着ベルト１０）の温度を緻密に制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかる定着装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に搭載される定着装置に有用であり、特に、加熱ローラや加圧ローラのヒータ点灯制御を、そのローラ表面温度と走行速度との値により制御する定着装置を用いた画像形成装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態にかかる定着装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる定着装置が搭載される画像形成装置（デジタル複写機）の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】定着ヒータの駆動に関わるユニット構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる定着装置の制御動作１（ＰＩＤ１演算）を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる定着装置の制御動作２（ＰＩＤ演算）を示すブロック図である。
【図６−１】本発明の実施の形態にかかる定着装置の加熱ヒータの制御動作を示すフローチャートである。
【図６−２】本発明の実施の形態にかかる定着装置の加圧ヒータの制御動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態にかかる定着装置の加熱ヒータおよび加圧ヒータの制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１０  定着ベルト
１１  定着ローラ
１２  加熱ローラ
１３  加圧ローラ
１４，１５，１６  ハロゲンヒータ
１７  加圧サーミスタ
１８  加熱サーミスタ
２０  ＰＳＵ
２１，２２  エンコーダ
２５  ＣＰＵ
３０  システム制御板
３１  Ｉ／Ｏ制御板
【図１】
0005157048.tif 000002
【図２】
0005157048.tif 000003
【図３】
0005157048.tif 000004
【図４】
0005157048.tif 000005
【図５】
0005157048.tif 000006
【図６−１】
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【図６−２】
0005157048.tif 000008
【図７】
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