(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱材を直接加熱する移動可能な加熱部材と、
前記加熱部材を直接または間接的に加熱する発熱手段と、
前記加熱部材に当接する加圧手段と、
前記加熱部材の温度を検知する温度センサと、
前記温度センサによる検知温度に基づいて、前記加熱部材の温度が設定温度になるように前記発熱手段の発熱量を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記発熱手段による前記加熱部材に対する加熱を停止した後の冷却状態にあるときの冷却過程における前記加熱部材の検知温度の時間に対する変化量に基づいて、次の像加熱開始までの待機時における、前記加熱部材に対する予備加熱のモードを決定し、その後、決定したモードでの予備加熱を開始することを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記加熱部材は、少なくとも一部が導電性を有し、前記発熱手段は、電磁誘導を用いて前記加熱部材を直接加熱する励磁手段を含むことを特徴とする請求項１記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記発熱手段は、前記加熱部材に内接し、少なくとも一部が導電性を有し、前記加熱部材を間接的に加熱する回転可能な発熱部材と、電磁誘導を用いて前記発熱部材を加熱する励磁手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記加熱部材はベルト状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の像加熱装置。
【請求項５】
前記加熱部材は６０Ｊ／Ｋ以下の熱容量を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の像加熱装置。
【請求項６】
前記加熱部材は４０Ｊ／Ｋ以下の熱容量を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の像加熱装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記加熱部材の検知温度の時間に対する変化量が所定値よりも大きい場合、前記加熱部材を移動させている状態で、前記温度センサからの検知温度が第１の上限温度と第１の下限温度との間を行き来するように、前記発熱手段に対する通電／非通電制御を行う第１の予備加熱モードを選択して、開始する予備加熱のモードとして決定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の像加熱装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記加熱部材の移動状態を所定時間だけ継続させることを特徴とする請求項７記載の像加熱装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記加熱部材の検知温度の時間に対する変化量が所定値以下である場合、前記加熱部材を停止させた状態で、前記温度センサからの検知温度が第２の上限温度と第２の下限温度との間を行き来するように、前記発熱手段に対する通電／非通電制御を行う第２の予備加熱モードを選択して、開始する予備加熱のモードとして決定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の像加熱装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、環境条件に応じて前記第２の上限温度および前記第２の下限温度を異なる温度とすることを特徴とする請求項９記載の像加熱装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記加熱部材の検知温度の時間に対する変化量に応じて、前記発熱手段への通電時における投入電力の値を異なる値とすることを特徴とする請求項９または１０記載の像加熱装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記発熱手段への通電／非通電が繰り返される毎に、前記発熱手段への通電時における投入電力の波高値を一定の倍率で減少させることを特徴とする請求項９または１０記載の像加熱装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、環境条件に応じて、前記発熱手段への通電時における投入電力の値を異なる値とすることを特徴とする請求項９または１０記載の像加熱装置。
【請求項１４】
前記像加熱装置は、前記温度センサによる前記加熱部材の検知温度と前記温度センサの近傍における雰囲気温度とを略一致させるために、前記被加熱材の通過部を除いた、前記加熱部材の少なくとも一部、前記温度センサ、および前記加圧手段が占める空間を覆うカバーを備える請求項１から１３のいずれか一項記載の像加熱装置。
【請求項１５】
被加熱材である記録媒体上に未定着のトナー画像を形成担持させる画像形成手段と、
前記トナー画像を前記記録媒体に熱定着させる定着装置とを備えた画像形成装置であって、
前記定着装置が請求項１から１４のいずれか一項記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】
被加熱材である記録媒体上に未定着のトナー画像を形成担持させる画像形成手段と、
前記トナー画像を前記記録媒体に熱定着させる着脱可能な定着装置とを備えた画像形成装置であって、
前記定着装置が請求項１から１３のいずれか一項記載の像加熱装置であり、
当該画像形成装置は、前記定着装置が装着された際に、前記温度センサによる前記加熱部材の検知温度と前記温度センサの近傍における雰囲気温度とを略一致させるために、前記被加熱材の通過部を除いた、前記加熱部材の少なくとも一部、前記温度センサ、および前記加圧手段が占める空間を覆うカバーを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１７】
原稿画像を読み取る画像読取手段を備えた画像読取装置と、
前記画像読取装置により読み取った原稿画像に応じてトナー画像を記録媒体に熱定着して形成する請求項１５または１６記載の画像形成装置とを備えたことを特徴とする画像複写装置。
【請求項１８】
被加熱材を直接加熱する移動可能な加熱部材と、前記加熱部材を直接または間接的に加熱する発熱手段と、前記加熱部材に当接する加圧手段と、前記加熱部材の温度を検知する温度センサと、前記温度センサによる検知温度に基づいて、前記加熱部材の温度が設定温度になるように前記発熱手段の発熱量を制御する制御手段と、前記温度センサによる前記加熱部材の検知温度と前記温度センサの近傍における雰囲気温度とを略一致させるために、前記被加熱材の通過部を除いた、前記加熱部材の少なくとも一部、前記温度センサ、および前記加圧手段が占める空間を覆うカバーとを有する像加熱装置に適用される温度制御方法であって、
前記発熱手段による前記加熱部材に対する加熱を停止した後の冷却状態にある冷却過程における所定時間、前記加熱部材の温度を前記温度センサにより測定する加熱部材温度測定ステップと、
前記加熱部材温度測定ステップおいて測定された前記加熱部材の温度の時間に対する変化量に基づいて、次の像加熱開始までの待機時における、前記加熱部材に対する予備加熱のモードを決定する予備加熱モード決定ステップと、
前記予備加熱モード決定ステップにおいて決定された予備加熱のモードに応じて、前記加熱部材への予備加熱を開始する予備加熱ステップとを含むことを特徴とする温度制御方法。
【請求項１９】
被加熱材である記録媒体上に未定着のトナー画像を形成担持させる画像形成手段と、
前記記録媒体を直接加熱する移動可能な加熱部材と、前記加熱部材を直接または間接的に加熱する発熱手段と、前記加熱部材に当接する加圧手段と、前記加熱部材の温度を検知する温度センサと、前記温度センサによる検知温度に基づいて、前記加熱部材の温度が設定温度になるように前記発熱手段の発熱量を制御する制御手段とを有し、前記トナー画像を前記記録媒体に熱定着させる着脱可能な像加熱装置と、
前記像加熱装置が装着された際に、前記温度センサによる前記加熱部材の検知温度と前記温度センサの近傍における雰囲気温度とを略一致させるために、前記被加熱材の通過部を除いた、前記加熱部材の少なくとも一部、前記温度センサ、および前記加圧手段が占める空間を覆うカバーとを備えた画像形成装置に適用される温度制御方法であって、
前記発熱手段による前記加熱部材に対する加熱を停止した後の冷却状態にある冷却過程における所定時間、前記加熱部材の温度を前記温度センサにより測定する加熱部材温度測定ステップと、
前記加熱部材温度測定ステップおいて測定された前記加熱部材の温度の時間に対する変化量に基づいて、次の像加熱開始までの待機時における、前記加熱部材に対する予備加熱のモードを決定する予備加熱モード決定ステップと、
前記予備加熱モード決定ステップにおいて決定された予備加熱のモードに応じて、前記加熱部材への予備加熱を開始する予備加熱ステップとを含むことを特徴とする温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導により導電性ベルトを直接または金属ローラを介して間接的に加熱することで、未定着のトナー画像を定着する定着装置に好適な像加熱装置、およびかかる像加熱装置を用いた、電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置、かかる画像形成装置を用いた画像複写装置、およびかかる像加熱装置、画像形成装置および画像複写装置に適用される温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
定着装置に代表される像加熱装置としては、従来からローラ加熱方式、ベルト加熱方式等の接触加熱方式の像加熱装置が一般に用いられている。
【０００３】
近年、ウォームアップ時間の短縮や省エネルギなどの要望から、急速加熱、高効率加熱の可能性を有する電磁誘導加熱方式が注目されている。ベルト加熱方式では、ウォームアップ時間を短縮するために、より熱容量の小さい導電性のベルトが用いられる。そして、励磁コイルに高周波電流を流し、これにより生じた高周波磁界で導電性ベルトに誘導渦電流を発生させ、導電性ベルト自体をジュール発熱させる。この発熱した導電性ベルトを介して圧接される定着ローラと加圧ローラとのニップ部に、未定着のトナー画像が形成された記録媒体（用紙、ＯＨＰフィルム等）を通過させることにより、未定着のトナー画像を定着することができる。
【０００４】
また、ローラ加熱方式では、ウォームアップ時間を短縮するために、肉厚をより薄くした金属製のローラが用いられる。そして、励磁コイルに高周波電流を流し、これにより生じた高周波磁界で金属ローラに誘導渦電流を発生させ、金属ローラをジュール発熱させて、金属ローラと対向する加圧ローラとのニップ部に、または金属ローラから伝導された熱を搬送する耐熱性の樹脂ベルトを介した定着ローラと対向する加圧ローラとのニップ部に、未定着のトナー画像が形成された記録媒体（用紙、ＯＨＰフィルム等）を通過させることにより、未定着のトナー画像を定着することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１４９１０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ベルト方式（導電性ベルトまたは樹脂ベルトを用いた方式）の像加熱装置では、低熱容量の導電性ベルトを電磁誘導加熱する（ベルト直接加熱）か、または金属ローラを電磁誘導加熱して低熱容量の樹脂ベルトに熱伝導する（ベルト間接加熱）ため、ベルト自身は急速に温度が上昇するが、熱容量が大きい加圧ローラの昇温速度は遅いため、初期にはベルトが定着温度に達しても、加圧ローラの温度は低い状態にある。また、間欠印刷を続けて行うと、加圧ローラの温度が上昇し、結果的に加圧ローラの温度変動が大きくなり、先に定着させたトナー画像と後で定着させたトナー画像とで、光沢度の差が生じたり、悪くすると定着不良となってしまう。
【０００７】
このような不具合を解消するため、従来の像加熱装置では、定着温度の設定に際して加圧ローラの温度を考慮に入れるため、ベルトの温度を検知するベルト用温度センサに加えて、加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ用温度センサを設けて、両方の温度センサにより得られたベルトの検知温度と加圧ローラの検知温度とに基づいて、ベルトと加圧ローラとの圧接部において記録媒体に与えられる熱量が所定の基準値を維持するよう、発熱部材の加熱量を制御する必要があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、トナー画像を記録媒体に圧着することが本来の役割であり、記録媒体の加熱には直接関与せず、ベルトの熱量を奪う加圧ローラの温度を検知するために、余分な温度センサを設けることは、コストアップになるため、好ましい解決方法とは言えない。
【０００９】
また、加圧ローラは通紙による温度変動が大きいため、加圧ローラに温度センサを設置する場合、用紙幅範囲内に設置する必要があるが、温度センサにより加圧ローラの表面が傷ついた場合、両面印字時に裏面の画像に傷が入るおそれがある。この問題は、カラートナー画像を定着する場合、加圧ローラにも定着ローラと同様の離型性が要求され、フッ素樹脂など堅い表面を有する加圧ローラが多いため、特に顕著になる。
【００１０】
また、金属ローラを加熱して樹脂ベルトで熱を搬送する方式では、通常、ウォームアップ時間を短縮するために、金属ローラを所定の温度まで上昇させてから、金属ローラの回転動作を開始することが多い。しかし、電磁誘導加熱方式では昇温が速く、低熱容量化した像加熱装置において金属ローラを静止させた状態で加熱すると、部分的に急激な昇温が起こり、樹脂ベルトや、樹脂ベルト上に設けられた弾性体などが変質してしまうおそれがある。
【００１１】
特に、金属ローラに樹脂ベルトを巻き付けて加熱する方式においては、金属ローラが急速に加熱されて高温になり過ぎると、樹脂ベルトが金属ローラの曲率に応じて巻き付き、永久変形するという問題がある。これは、導電性ベルトでは起こりにくく、また導電性ベルトの直線部分を加熱する構成では発生することがない。すなわち、この問題は、金属ローラを加熱し、その熱を樹脂ベルトで搬送する構成に顕著なものである。
【００１２】
また、省エネルギの観点からは、発熱部材（導電性ベルトまたは金属ローラ）は、像加熱装置を使用するときにのみ加熱されることが望ましい。通常、ローラ加熱方式の場合には、ニップ部に発熱部材が存在する。しかし、発熱部材とニップ部とが離れた構成、すなわち導電性ベルトの発熱部とニップ部、または樹脂ベルトが巻き付けられた金属ローラとニップ部とが離れている構成のベルト方式の場合、導電性ベルトの発熱部または樹脂ベルトの被加熱部における温度変化とニップ部における温度変化とに時間遅延（温度勾配）が生じることになる。
【００１３】
また、ユーザの印字要求に瞬時に応えるためには、待機時にも予備加熱を行わなければならない。しかし、静止状態で加熱すると急速に高温になり過ぎることで発生するベルトの巻き付きや変質等の問題を解消し、導電性ベルトの発熱部または樹脂ベルトの被加熱部における温度変化とニップ部における温度変化との時間遅延をできる限り短縮するためには、待機時にも導電性ベルトまたは金属ローラの回転動作を継続しなければならない。これは、省エネルギやベルトの回転動作に伴う騒音の点で好ましくない。
【００１４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加圧ローラの温度を検知する温度センサを削除して低コスト化を図り、そのためにベルトの温度または温度変化量から加圧ローラの温度を推定し、次の像加熱時における最適な定着温度を設定することで、加圧ローラの温度変動による記録媒体毎の印刷画像の光沢度の差を解消し、また高温時のベルト巻き付き等を防止するとともに、次の像加熱開始までの待機時に、最小限のベルト回転動作しか必要としない予備加熱を行うことで、騒音の低減と省エネルギ化を考慮してファーストプリント時間を短縮することが可能な像加熱装置、かかる像加熱装置を用いた画像形成装置、かかる画像形成装置を用いた画像複写装置、およびかかる像加熱装置、画像形成装置、および画像複写装置に適用される温度制御方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
前記の目的を達成するため、本発明に係る像加熱装置は、被加熱材（記録用紙、ＯＨＰフィルム等）を直接加熱する移動可能な加熱部材（ベルト）と、加熱部材を直接または間接的に加熱する発熱手段と、加熱部材に当接する加圧手段と、加熱部材の温度を検知する温度センサと、温度センサによる検知温度に基づいて、加熱部材の温度が設定温度になるように発熱手段の発熱量を制御する制御手段とを備え、制御手段は、発熱手段による加熱部材に対する加熱を停止した後の冷却状態にあるときの冷却過程における加熱部材の検知温度の時間に対する変化量（以下の記載において「温度変化量」と呼ぶ）に基づいて、次の像加熱開始までの待機時における、加熱部材に対する予備加熱のモードを決定し、その後、決定したモードでの予備加熱を開始することを特徴とする。
【００３３】
この像加熱装置の構成によれば、加圧ローラ（加圧手段）の温度を検知する温度センサを削除して低コスト化を図るとともに、次の像加熱開始までの待機時に、ベルト（加熱手段）に対する最適な予備加熱のモードを選択してベルトを予備加熱することで、ファーストプリント時間を短縮することができる。
【００３４】
上記像加熱装置において、加熱部材は少なくとも一部が導電性を有し（導電性ベルト）、発熱手段は、電磁誘導を用いて加熱部材を直接加熱する励磁手段を含むか、あるいは発熱手段は、加熱部材に内接し、少なくとも一部が導電性を有し、加熱部材（例えば、耐熱性の樹脂ベルト）を間接的に加熱する回転可能な発熱部材（例えば、金属ローラ）と、電磁誘導を用いて発熱部材を加熱する励磁手段とを含んだ構成とすることができる。
【００３５】
また、上記像加熱装置において、加熱部材（ベルト）は６０Ｊ／Ｋ以下の熱容量を有することが好ましく、４０Ｊ／Ｋ以下の熱容量を有することが更に好ましい。
ベルトの熱容量を６０Ｊ／Ｋ以下にした場合、１０００Ｗの投入電力で発熱手段によりベルトを加熱すると、実際に加熱される部分は静止状態においてこれの１／１０以下であると考えられ、約１秒という短時間でベルトの温度を２００℃以上にすることができる。また、ベルトの熱容量を４０Ｊ／Ｋ以下にした場合、９００Ｗの投入電力で発熱手段によりベルトを加熱すると、約１秒という短時間でベルトの温度を数百℃以上にすることができる。
【００３６】
また、上記像加熱装置において、制御手段は、加熱部材（ベルト）の検知温度の時間に対する変化量が所定値より大きい（例えば、１５０℃から１２０℃までの冷却時間ｔｐが１０秒未満、すなわち温度の変化量が３ｄｅｇ／秒以上）である場合、加熱部材を移動させている状態で、温度センサからの検知温度が第１の上限温度（例えば、１３０℃）と第１の下限温度（例えば、１１０℃）との間を行き来するように、発熱手段に対する通電／非通電制御を行う第１の予備加熱モード（モード１）を選択して、開始する予備加熱のモードとして決定することが好ましい。この場合、制御手段は、加熱部材の移動状態を所定時間（例えば、５０ｍｍ／秒で１０回転）だけ継続させることが好ましい。
【００３７】
この構成によれば、前の像加熱終了からベルト温度が急速に低下している状態にある場合、加圧ローラは低温の状態にあると判断し、投入電力を最大にして且つベルトを所定回数だけ回転させて、第１の上限温度（例えば、１３０℃）と第１の下限温度（例えば、１１０℃）との間でベルトを予備加熱することで、必要最小限のベルト駆動で短時間に最適な予備加熱温度に設定することができる。
【００３８】
また、上記像加熱装置において、制御手段は、加熱部材（ベルト）の検知温度の時間に対する変化量が所定値未満（例えば、１５０℃から１２０℃までの冷却時間ｔｐが１０秒以上、すなわち温度の変化量が３ｄｅｇ／秒未満）である場合、加熱部材を停止させた状態で、温度センサからの検知温度が第２の上限温度（例えば、１００℃または９２℃）と第２の下限温度（例えば、９７℃または８７℃）との間を行き来するように、発熱手段に対する通電／非通電制御を行う第２の予備加熱モード（モード２、３、４）を選択して、開始する予備加熱のモードとして決定することが好ましい。この場合、制御手段は、環境条件（温度、湿度）に応じて第２の上限温度および第２の下限温度を異なる温度とし、加熱部材の検知温度の時間に対する変化量に応じて、発熱手段への通電時における投入電力の値を異なる値とすることが好ましい。
【００３９】
この構成によれば、前の像加熱終了からのベルト温度の低下量が小さい場合、加圧ローラはまだ温まった状態にあると判断し、投入電力を小さく（例えば、１３０Ｗ以下）し且つベルトを停止させたまま、第２の上限温度（例えば、１００℃または９２℃）と第２の下限温度（例えば、９７℃または８７℃）との間でベルトを予備加熱することで、急にベルト駆動音が発生することにより、ユーザに不要な懸念を抱かせることなく、省電力化とファーストプリント時間の短縮を両立させることができる。また、周囲環境が常温／常湿（ＮＮ環境）の場合、第２の上限温度を１００℃、第２の下限温度を９７℃に設定し、低温／低湿（ＬＬ環境）の場合、第２の上限温度を９２℃、第２の下限温度を８７℃と、ＮＮ環境の場合よりも低く設定することで、環境条件に応じた最適な予備加熱を行うことができる。また、加熱部材の検知温度の時間に対する変化量が大きい順に、第２の予備加熱モードをさらにモード２、３、４に区分し、モード２から４にかけて初期設定する投入電力（Ｐ０）をより小さくし、初期設定した投入電力Ｐ０が徐々に減少するように予備加熱制御を行うことで、さらなる省電力化を実現することができる。
【００４０】
また、上記像加熱装置において、制御手段は、発熱手段への通電／非通電が繰り返される毎に、発熱手段への通電時における投入電力の値を一定の倍率で減少させ、環境条件に応じて、発熱手段への通電時における投入電力の値を異なる値とすることが好ましい。
【００４１】
この構成によれば、上記第１の予備加熱モードと上記第２の予備加熱モードの中間として、第３の予備加熱モードを設定することで、より精度の高い予備加熱制御を行うことができる。また、周囲環境がＮＮ環境の場合とＬＬ環境の場合とで、第２の上限温度および第２の下限温度の設定を変更することで、環境条件に応じた最適な予備加熱を行うことができる。また、投入電力が徐々に減少するように予備加熱制御を行うことで、さらなる省電力化を実現することができる。
【００４２】
上記像加熱装置は、温度センサによる加熱部材の検知温度と温度センサの近傍における雰囲気温度とを略一致させるために、被加熱材の通過部を除いた、加熱部材の少なくとも一部、温度センサ、および加圧手段が占める空間を覆うカバーを備えることが好ましい。
【００４３】
この構成によれば、ベルトの検知温度とその雰囲気温度とを一致させることで、加圧ローラの温度がベルトの温度よりも高くなるのを防止することができ、加圧ローラの温度を適切に推定することができる。
【００４４】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の画像形成装置は、被加熱材である記録媒体上に未定着のトナー画像を形成担持させる画像形成手段と、トナー画像を記録媒体に熱定着させる定着装置とを備えた画像形成装置であって、定着装置が上記いずれかの構成の像加熱装置であることを特徴とする。
【００４５】
この第１の画像形成装置の構成によれば、上記像加熱装置の利点を有する、電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置を実現することができる。この場合、加熱部材の検知温度と温度センサの近傍における雰囲気温度とを略一致させるためのカバーは、像加熱装置側に設けられている。
【００４６】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の画像形成装置は、被加熱材である記録媒体上に未定着のトナー画像を形成担持させる画像形成手段と、トナー画像を前記記録媒体に熱定着させる着脱可能な定着装置とを備えた画像形成装置であって、定着装置がカバーを有しない上記いずれかの構成の像加熱装置であり、画像形成装置は、定着装置が装着された際に、温度センサによる加熱部材の検知温度と温度センサの近傍における雰囲気温度とを略一致させるために、被加熱材の通過部を除いた、加熱部材の少なくとも一部、温度センサ、および加圧手段が占める空間を覆うカバーを備えたことを特徴とする。
【００４７】
この第２の画像形成装置の構成によれば、上記像加熱装置の利点を有する、電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置を実現することができる。この場合、加熱部材の検知温度と温度センサの近傍における雰囲気温度とを略一致させるためのカバーは、像加熱装置を取り外した状態での画像形成装置側に設けられている。
【００４８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る画像複写装置は、原稿画像を読み取る画像読取手段を備えた画像読取装置と、画像読取装置により読み取った原稿画像に応じてトナー画像を記録媒体に熱定着して形成する第１または第２の画像形成装置とを備えたことを特徴とする。
【００４９】
【００５０】
【００５１】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の温度制御方法は、被加熱材（記録用紙、ＯＨＰフィルム等）を直接加熱する移動可能な加熱部材（ベルト）と、加熱部材を直接または間接的に加熱する発熱手段と、加熱部材に当接する加圧手段と、加熱部材の温度を検知する温度センサと、温度センサによる検知温度に基づいて、加熱部材の温度が設定温度になるように発熱手段の発熱量を制御する制御手段と、温度センサによる加熱部材の検知温度と温度センサの近傍における雰囲気温度とを略一致させるために、被加熱材の通過部を除いた、加熱部材の少なくとも一部、温度センサ、および加圧手段が占める空間を覆うカバーとを有する像加熱装置に適用される温度制御方法であって、発熱手段による加熱部材に対する加熱を停止した後の冷却状態にある冷却過程における所定時間、加熱部材の温度を温度センサにより測定する加熱部材温度測定ステップと、加熱部材温度測定ステップおいて測定された加熱部材の温度の時間に対する変化量に基づいて、次の像加熱開始までの待機時における、加熱部材に対する予備加熱のモードを決定する予備加熱モード決定ステップと、予備加熱モード決定ステップにおいて決定された予備加熱のモードに応じて、加熱部材への予備加熱を開始する予備加熱ステップとを含むことを特徴とする。
【００５２】
この第１の温度制御方法の構成によれば、カバーを有する上記像加熱装置に好適な温度制御方法を実現することができる。
【００５３】
【００５４】
【００５５】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の温度制御方法は、被加熱材である記録媒体上に未定着のトナー画像を形成担持させる画像形成手段と、記録媒体（記録用紙、ＯＨＰフィルム等）を直接加熱する移動可能な加熱部材（ベルト）と、加熱部材を直接または間接的に加熱する発熱手段と、加熱部材に当接する加圧手段と、加熱部材の温度を検知する温度センサと、温度センサによる検知温度に基づいて、加熱部材の温度が設定温度になるように発熱手段の発熱量を制御する制御手段とを有し、トナー画像を記録媒体に熱定着させる着脱可能な像加熱装置と、像加熱装置が装着された際に、温度センサによる加熱部材の検知温度と温度センサの近傍における雰囲気温度とを略一致させるために、被加熱材の通過部を除いた、加熱部材の少なくとも一部、温度センサ、および加圧手段が占める空間を覆うカバーとを備えた画像形成装置に適用される温度制御方法であって、発熱手段による加熱部材に対する加熱を停止した後の冷却状態にある冷却過程における所定時間、加熱部材の温度を温度センサにより測定する加熱部材温度測定ステップと、加熱部材温度測定ステップおいて測定された加熱部材の温度の時間に対する変化量に基づいて、次の像加熱開始までの待機時における、加熱部材に対する予備加熱のモードを決定する予備加熱モード決定ステップと、予備加熱モード決定ステップにおいて決定された予備加熱のモードに応じて、加熱部材への予備加熱を開始する予備加熱ステップとを含むことを特徴とする。
【００５６】
この第２の温度制御方法の構成によれば、カバーを有さない着脱可能な上記像加熱装置と、当該像加熱装置用のカバーとを含む画像形成装置に好適な予備加熱制御を実現することができる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
【００５８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る像加熱装置を定着装置として用いた画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。以下、この装置の構成と動作について説明する。
【００５９】
図１において、１７は装置本体の外装板、１は電子写真感光体（以下、感光ドラムと称する）である。感光ドラム１は、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動されながら、その表面が帯電器２によってマイナスの所定の暗電位Ｖ０に一様に帯電される。
【００６０】
３はレーザビームスキャナであり、図示しない画像読取装置やコンピュータ等のホスト装置から入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビーム４を出力する。上記のように一様に帯電された感光ドラム１の表面は、このレーザビーム４によって走査露光される。これにより、感光ドラム１の露光部分は電位絶対値が低下して明電位ＶＬとなり、感光ドラム１の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器５のマイナスに帯電したトナーによって反転現像され、顕像化される。
【００６１】
現像器５は、回転駆動される現像ローラ６を備えている。現像ローラ６は、感光ドラム１と対向して配置されており、その外周面にはトナーの薄層が形成される。現像ローラ６には、その絶対値が感光ドラム１の暗電位Ｖ０よりも小さく、明電位ＶＬよりも大きい現像バイアス電圧が印加されており、これにより現像ローラ６上のトナーが感光ドラム１の明電位ＶＬの部分にのみ転写されて、静電潜像が顕像化され、トナー像１１が形成される。
【００６２】
一方、給紙部７からは記録紙８が一枚ずつ給送され、レジストローラ対９を経て、感光ドラム１と転写ローラ１０とのニップ部へ、感光ドラム１の回転と同期した適切なタイミングで送られる。そして、感光ドラム１上のトナー像１１は、転写バイアスが印加された転写ローラ１０により、記録紙８に転写される。
【００６３】
１３は定着紙ガイドであり、この定着紙ガイド１３によって転写後の記録紙８の定着器１４への移動が案内される。トナー像１１が転写された記録紙８は、感光ドラム１から分離された後、定着器１４へ搬送され、これにより記録紙８上に転写されたトナー像１１が定着される。また、１５は排紙ガイドであり、この排紙ガイド１５によって定着器１４を通過した記録紙８が装置外部へ案内される。トナー像１１が定着された後の記録紙８は排紙トレイ１６へ排出される。１８は定着器１４の着脱や紙ジャムの処理を行うための定着扉であり、この定着扉１８はヒンジ１９を中心に回転して排紙トレイ１６と共に開閉される。そして、定着扉１８を開くことにより、定着器１４は装置本体に対して発熱ローラ２１（図２参照）の軸と直角な方向へ着脱可能となる。図１中の破線は定着器１４の脱着状態の位置を示し、実線は定着器１４の装着時の位置を示す。図１に示すように、後述する励磁コイル２５（図２参照）等の励磁手段２４を装置本体内に残して、定着器１４のみが着脱される。
【００６４】
記録紙８が分離された後の感光ドラム１は、その表面の転写残りトナー等の残留物がクリーニング装置１２によって除去され、繰り返し次の画像形成に供される。
【００６５】
図１３は、図１に示す画像形成装置を用いた画像複写装置の全体構成を示す概略断面図である。図１３において、９１は光源であり、原稿９５を露光する。非画像部から反射された光はミラー９２により反射されレンズ９３により集光されて、ＣＣＤ等の光電変換素子９４により読み取られた画像情報が、Ａ／Ｄ変換器（不図示）等により時系列のデジタル画像信号へと変換される。その後、画像信号は画像形成装置のレーザービームスキャナ３に入力され画像形成される。
【００６６】
次に、本実施形態の像加熱装置について、具体例を挙げてさらに詳細に説明する。
【００６７】
図２は、上記画像形成装置に用いられる像加熱装置としての定着装置の構成を示す断面図である。
【００６８】
図２において、２５は励磁手段２４の一部を構成する励磁コイルである。この励磁コイル２５は、細い線を束ねたリッツ線を用いて形成されており、発熱ローラ２１に巻き付いた定着ベルト２０を覆うような断面形状となっている。また、励磁コイル２５の中心と背面の一部には、フェライトからなる芯材２６が設けられている。芯材２６の材料としては、フェライトの他、パーマロイ等の高透磁率の材料を用いることもできる。励磁コイル２５は発熱ローラ２１の外側に設けられており、励磁回路７５から例えば２３ｋＨｚの励磁電流が印加される。これよって、発熱ローラ２１の一部が電磁誘導により加熱される。
【００６９】
なお、図２では、励磁コイル２５が発熱ローラ２１の外側に設けられているが、発熱ローラの内部に励磁コイルを配置しても良い。
【００７０】
定着ベルト２０の発熱ローラ２１との接触部を通り過ぎた部分には、定着ベルト２０の裏面に接触するように温度センサ４５が設けられており、これにより定着ベルト２０の温度が検知される。
【００７１】
７９は制御手段であり、制御手段７９は、温度センサ４５により検知した定着ベルトの温度および温度の時間に対する変化量（「温度変化量」と呼ぶ）に基づいて、最適な定着温度となるように、励磁回路７５を介して励磁コイル２５に供給する電力を制御し、これにより発熱ローラ２１の発熱量を制御する。この制御方法については、後ほど詳細に説明する。
【００７２】
２８は保持部材としてのコイルガイドである。このコイルガイド２８は、ＰＥＥＫ材やＰＰＳなどの耐熱温度の高い樹脂からなり、励磁コイル２５及び芯材２６と一体になっている。このようにコイルガイド２８を設けることにより、発熱ローラ２１から放射される熱が発熱ローラ２１と励磁コイル２５との間の空間に籠もって、励磁コイル２５が損傷を受けるのを回避することができる。
【００７３】
尚、図２においては、芯材２６の断面形状が半円形となっているが、芯材２６は必ずしも励磁コイル２５の形状に沿った形状とする必要はなく、その断面形状は、例えば、略Πの字状であってもよい。
【００７４】
薄肉の定着ベルト２０は、基材がガラス転移点３６０℃のポリイミド樹脂からなる直径５０ｍｍ、厚さ９０μｍのエンドレスのベルトである。定着ベルト２０の表面には、離型性を付与するために、フッ素樹脂からなる厚さ３０μｍの離型層（図示せず）が被覆されている。基材の材料としては、本実施例で用いたポリイミド樹脂の他、フッ素樹脂等の耐熱性を有する樹脂を用いることもできる。また、定着ベルト２０の基材のガラス転移点は、２００℃〜５００℃であるのが望ましい。また、定着ベルト２０の表面の離型層としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の離型性の良好な樹脂やゴムを単独であるいは混合して用いてもよい。定着ベルト２０をモノクロ画像の定着用として用いる場合には離型性のみを確保すればよいが、定着ベルト２０をカラー画像の定着用として用いる場合には弾性を付与することが望ましく、その場合にはさらに厚いゴム層を形成する必要がある。また、定着ベルト２０の熱容量は、６０Ｊ／Ｋ以下であるのが好ましく、さらに好ましくは、４０Ｊ／Ｋ以下である。
【００７５】
また、定着ベルト２０は、表面が低硬度（ＪＩＳＡ３０度）の弾力性を有する発泡体であるシリコーンゴムによって構成された直径２０ｍｍの低熱伝導性の定着ローラ２２と発熱ローラ２１とに所定の張力をもって懸架されており、矢印Ｂの方向に回転移動可能となっている。
【００７６】
発熱ローラ２１は、直径３０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円筒状のＳＵＳ４３０からなり、熱容量は５４Ｊ／Ｋである。尚、発熱ローラ２１の材料としては、ＳＵＳ４３０の他、鉄等の他の磁性金属を用いることもできる。また、発熱ローラ２１の熱容量は、６０Ｊ／Ｋ以下であるのが好ましく、さらに好ましくは、４０Ｊ／Ｋ以下である。
【００７７】
加圧ローラ２３は、硬度ＪＩＳＡ６５度のシリコーンゴムによって構成され、定着ベルト２０を介して定着ローラ２２に圧接してニップ部を形成している。そして、この状態で、加圧ローラ２３は、定着ローラ２２の回転に伴って回転するように支持されている。加圧ローラ２３の材料としては、他のフッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性樹脂やゴムを用いてもよい。また、耐摩耗性や離型性を高めるために、加圧ローラ２３の表面には、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の樹脂あるいはゴムを単独であるいは混合して被覆することが望ましい。また、熱の放散を防ぐため、加圧ローラ２３は、熱伝導性の小さい材料によって構成されることが望ましい。
【００７８】
加圧ローラ２３は、図示しない装置本体の駆動源によって回転駆動される。また、定着ローラ２２は、定着ベルト２０を介して加圧ローラ２３の回転に伴って回転する。また、発熱ローラ２１は、定着ベルト２０を介して定着ローラ２２の回転に伴って回転する。
【００７９】
９０は、定着ベルト２０および発熱ローラ２１の一部（励磁コイル２５に対向する部分以外）、定着ローラ２２、温度センサ４５、加圧ローラ２３が占める空間を覆うカバーであり、これにより、定着ベルト２０の温度とその雰囲気温度とを一致させることで、加圧ローラ２３の温度が定着ベルト２０の温度よりも高くなるのを防止することができ、加圧ローラの温度を適切に推定することができる。
【００８０】
なお、図２では、定着ベルト２０を発熱ローラ２１と定着ローラ２２で懸架しているが、チューブ状の定着ベルトを定着ローラ上に設けた１軸構成であっても良い。その場合も加圧ローラにより駆動されるが、定着ローラもしくは定着押圧部材は固定でチューブ状の定着ベルトのみ回転する構成や、定着ローラと定着ベルトが同時に回転する構成であっても良い。その場合の励磁コイルは、定着ベルトの外側であっても、内側であっても良い。
【００８１】
１軸構成の定着装置の一例を図１０、図１１および図１２に示す。なお、図１０〜図１２において、図２と同一の構成および機能を有する部分については、同一の符号を付している。
【００８２】
図１０は、１軸外部コイル方式定着装置の一構成例を示す断面図である。
【００８３】
図１０において、定着ローラは、軸心２０４上にフェライトからなる磁気シールド層２０３と、低硬度（Asker-C４０度）の弾力性ある発泡体のシリコーンゴム層２０２とを設け、その外側に金属性定着ベルト２０１を配した構造となっている。金属性定着ベルト２０１は、定着ベルト２０の基材が電鋳で製作したニッケル等のごく薄い金属であること以外は、定着ベルト２０と同等の構造となっている。
【００８４】
この構成では、見かけの熱容量が２軸構成よりも小さくなるため昇温時間も短くなるが、より加圧ローラ温度の影響を受けやすく、本発明の温度制御が必須となる。
【００８５】
図１１は、１軸内部コイル方式定着装置の一構成例を示す断面図である。
【００８６】
図１１において、定着ローラ３０１は直径３０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの円筒状のＳＵＳ４３０からなる。尚、定着ローラ３０１の材料としては、ＳＵＳ４３０の他、鉄等の他の磁性金属を用いることもできる。励磁コイル２５は、耐熱性樹脂からなるコイルホルダ３０２の上に巻かれ、定着ローラ３０１の内部から定着ローラ３０１を加熱する。
【００８７】
図１２は、１軸内部コイル方式ベルト定着装置の一構成例を示す断面図である。
【００８８】
図１２において、定着ベルト４０１は、基材を電鋳で製作したニッケル等のごく薄い金属からなり、弾性のあるシリコーンゴム層を挟んで表面に離型層を持つベルトである。離型層としては、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の離型性の良好な樹脂やゴムを単独であるいは混合して用いてもよい。
【００８９】
定着ベルト４０１は、耐熱性樹脂からなる押圧部材４０２と加圧ローラ２３の間で保持され、加圧ローラの回転に合わせ従動する。
【００９０】
本構成では、定着ベルト４０１の熱容量が小さいため、周囲温度の影響を受けやすく、定着性における加圧ローラ温度の依存性も強い。そのため、本発明の温度制御における改善効果が著しく発揮される。
【００９１】
上記のように構成された定着装置に、図１の画像形成装置でトナー像１１が転写された記録紙８を、トナー画像１１が転写された面を上側にして矢印Ｆの方向から突入させることにより、記録紙８上のトナー像１１を定着することができる。
【００９２】
図３は、本実施形態における定着ベルト２０の、印字終了時点からの経過時間ｔｐに対する閾値温度Ｔｆの冷却曲線を示す図である。この冷却曲線は、図４のフローチャートを参照して後述するが、ユーザにより印字要求が与えられた場合、前の印字終了時点から次の印字開始直前までの経過時間ｔｐにおける、温度センサ４５により検知した定着ベルト２０の温度Ｔｂ（実測値）と閾値温度Ｔｆ（基準値）との大小関係に基づいて、各種の定着温度が格納された複数の参照テーブルのうち１つを選択し、定着温度を最適に制御するために用いられる。
【００９３】
図３において、印字終了時点（ｔｐ＝０）からｔｐ＝ｔW（例えば、２秒）までは、温度センサ４５を例えばサーミスタにより構成した場合、定着ベルト２０の検知温度Ｔｂと閾値温度Ｔｆとの差がサーミスタの分解能以下となり、検知温度Ｔｂと閾値温度Ｔｆとの大小関係を正確に判定できないので、定着温度制御は行わず待機する。
【００９４】
時点ｔW（２秒）から時点ｔF12（例えば、１５秒）までの時間期間において、経過時間ｔｐをパラメータとした場合の閾値温度Ｔｆは、以下の数式Ｆ１で表される。
【００９５】
Ｔｆ＝０．００００２ｔｐ4−０．００２４ｔｐ3＋０．１０１７ｔｐ2
−２．５１１９ｔｐ＋１６７．６８          …（Ｆ１）
時点ｔF12（１５秒）から時点ｔF23（例えば、６０秒）までの時間期間において、経過時間ｔｐをパラメータとした場合の閾値温度Ｔｆは、以下の数式Ｆ２で表される。
【００９６】
Ｔｆ＝０．０００００２５ｔｐ4−０．０００５ｔｐ3
＋０．０３９０１ｔｐ4−１．５９０６ｔｐ＋１６２．５３
…（Ｆ２）
時点ｔF23（６０秒）から時点ｔF34（例えば、９０秒）までの時間期間において、経過時間ｔｐをパラメータとした場合の閾値温度Ｔｆは、以下の数式Ｆ３で表される。
【００９７】
Ｔｆ＝−０．１３１３ｔｐ＋１３９．８１          …（Ｆ３）
時点ｔF34（９０秒）から時点ｔF45（例えば、１２０秒）までの時間期間において、経過時間ｔｐをパラメータとした場合の閾値温度Ｔｆは、以下の数式Ｆ４で表される。
【００９８】
Ｔｆ＝−０．１ｔｐ＋１３６．９９                …（Ｆ４）
時点ｔF45（１２０秒）から時点ｔE（例えば、１８０秒）までの時間期間において、経過時間ｔｐをパラメータとした場合の閾値温度Ｔｆは、以下の数式Ｆ５で表される。
【００９９】
Ｔｆ＝−０．０８３１ｔｐ＋１３４．９６          …（Ｆ５）
なお、時点ｔE（１８０秒）以降は、閾値温度Ｔｆを用いずに、単純に定着ベルト２０の温度Ｔｂだけに基づいて、参照テーブルのうちの１つが選択される。これは、前の像加熱終了時点から１８０秒（ｔ１）が経過した場合、定着ベルト２０の温度Ｔｂは十分低くなっており、したがって加圧ローラ２３の温度も低いと判断できるためである。また、定着ベルト２０の温度Ｔｂが１２０℃以下となった場合も同様である。
【０１００】
次に、以上のような像加熱装置の構成および定着ベルト２０の冷却曲線を用いて定着温度を制御する方法について、図２および図３に加えて、図４、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃを参照して説明する。
【０１０１】
図４は、本実施形態による像加熱装置および画像形成装置に適用される定着温度制御ルーチンにおける処理工程を示すフローチャートである。図５Ａは、低温用の参照テーブル（テーブルＡ）の内容例を示す図で、図５Ｂは、中温用の参照テーブル（テーブルＢ）の内容例を示す図で、図５Ｃは、高温用の参照テーブル（テーブルＣ）の内容例を示す図である。
【０１０２】
図４において、まず、印字が終了した時点（ｔｐ＝０）で、タイマー（不図示）により、経過時間ｔｐの計時を開始する（Ｓ４０１）。印字を終了してから、ユーザによる印字要求があると（Ｓ４０２）、経過時間ｔｐがｔW（＝２秒）以上になるのを待った後（Ｓ４０３）、温度センサ４５により定着ベルト２０の温度Ｔｂを検知し測定する（Ｓ４０４）。
【０１０３】
次に、定着ベルト２０の温度（以下、ベルト温度と称する）Ｔｂが、図５Ｂに示す中温用のテーブルＢと図５Ｃに示す高温用のテーブルＣのいずれを選択するかの基準となる温度ＴBC（＝１２０℃）よりも高いか否かを判断する（Ｓ４０５）。ステップＳ４０５における判断の結果、ベルト温度Ｔｂが１２０℃以下であった場合（Ｎｏ）、ステップＳ４０６に分岐して、ベルト温度Ｔｂが、図５Ａに示す低温用のテーブルＡと図５Ｂに示す中温用のテーブルＢのいずれを選択するかの基準となる温度ＴAB（＝７０℃）よりも高いか否かを判断する。ステップＳ４０６における判断の結果、ベルト温度Ｔｂが７０℃よりも高い場合（Ｙｅｓ）、テーブルＢを選択し、テーブルＢに格納されている設定温度（１６０℃または１６７℃）に基づいて、定着温度の制御を行う（「テーブルＢによる温度制御」：Ｓ４０７）。逆に、ステップＳ４０６における判断の結果、ベルト温度Ｔｂが７０℃以下である場合（Ｎｏ）、テーブルＡを選択し、テーブルＡに格納されている、テーブルＢにおける設定温度よりも高い設定温度（１６５℃または１７０℃）に基づいて、定着温度の制御を行う（「テーブルＡによる温度制御」：Ｓ４０８）。
【０１０４】
一方、ステップＳ４０５における判断の結果、ベルト温度Ｔｂが１２０℃よりも高い場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４０９に進んで、タイマーにより計時している経過時間ｔｐがｔE（＝１８０秒）以下であるか否かを判断する。ステップＳ４０９における判断の結果、経過時間ｔｐが１８０秒を超えている場合（Ｎｏ）、ステップＳ４１３に進んで、テーブルＣを選択し、テーブルＢにおける設定温度よりも低い設定温度（１５５℃または１６３℃）に基づいて、定着温度の制御を行う（「テーブルＣによる温度制御」）。
【０１０５】
一方、ステップＳ４０９における判断の結果、経過時間ｔｐが１８０秒以内である場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４１０に進んで、経過時間ｔｐが、上記の数式Ｆ１とＦ２のいずれを選択するかの基準となる時間ｔF12（＝１５秒）以内（ただし、２秒以上）であるか否かを判断する。ステップＳ４１０における判断の結果、経過時間ｔｐが１５秒以内である場合（Ｙｅｓ）、数式Ｆ１に、印字を開始する直前までの経過時間ｔｐを代入し、閾値温度Ｔｆを求める（Ｓ４１１）。
【０１０６】
次に、ベルト温度Ｔｂが、ステップＳ４１１で求めた閾値温度Ｔｆよりも高いか否かを判断し（Ｓ４１２）、ベルト温度Ｔｂが閾値温度Ｔｆ以下である場合（Ｎｏ）、ステップＳ４０７に分岐して、中温用のテーブルＢによる温度制御を行う。一方、ステップＳ４１２における判断の結果、ベルト温度Ｔｂが閾値温度Ｔｆよりも高い場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４１３に進んで、高温用のテーブルＣによる温度制御を行う。
【０１０７】
一方、ステップＳ４１０における判断の結果、経過時間ｔｐが１５秒を超えている場合（Ｎｏ）、ステップＳ４１４に分岐して、経過時間ｔｐが、上記の数式Ｆ２とＦ３のいずれを選択するかの基準となる時間ｔF23（＝６０秒）以内であるか否かを判断する。ステップＳ４１４における判断の結果、経過時間ｔｐが６０秒以内である場合（Ｙｅｓ）、数式Ｆ２に、印字を開始する直前までの経過時間ｔｐを代入し、閾値温度Ｔｆを求める（Ｓ４１５）。
【０１０８】
次に、ベルト温度Ｔｂが、ステップＳ４１５で求めた閾値温度Ｔｆよりも高いか否かを判断し（Ｓ４１６）、ベルト温度Ｔｂが閾値温度Ｔｆ以下である場合（Ｎｏ）、ステップＳ４０７に分岐して、中温用のテーブルＢによる温度制御を行う。一方、ステップＳ４１６における判断の結果、ベルト温度Ｔｂが閾値温度Ｔｆよりも高い場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４１３に進んで、高温用のテーブルＣによる温度制御を行う。
【０１０９】
一方、ステップＳ４１４における判断の結果、経過時間ｔｐが６０秒を超えている場合（Ｎｏ）、ステップＳ４１７に分岐して、経過時間ｔｐが、上記の数式Ｆ３とＦ４のいずれを選択するかの基準となる時間ｔF34（＝９０秒）以内であるか否かを判断する。ステップＳ４１７における判断の結果、経過時間ｔｐが９０秒以内である場合（Ｙｅｓ）、数式Ｆ３に、印字を開始する直前までの経過時間ｔｐを代入し、閾値温度Ｔｆを求める（Ｓ４１８）。
【０１１０】
次に、ベルト温度Ｔｂが、ステップＳ４１８で求めた閾値温度Ｔｆよりも高いか否かを判断し（Ｓ４１９）、ベルト温度Ｔｂが閾値温度Ｔｆ以下である場合（Ｎｏ）、ステップＳ４０７に分岐して、中温用のテーブルＢによる温度制御を行う。一方、ステップＳ４１９における判断の結果、ベルト温度Ｔｂが閾値温度Ｔｆよりも高い場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４１３に進んで、高温用のテーブルＣによる温度制御を行う。
【０１１１】
一方、ステップＳ４１７における判断の結果、経過時間ｔｐが９０秒を超えている場合（Ｎｏ）、ステップＳ４２０に分岐して、経過時間ｔｐが、上記の数式Ｆ４とＦ５のいずれを選択するかの基準となる時間ｔF45（＝１２０秒）以内であるか否かを判断する。ステップＳ４２０における判断の結果、経過時間ｔｐが１２０秒以内である場合（Ｙｅｓ）、数式Ｆ４に、印字を開始する直前までの経過時間ｔｐを代入し、閾値温度Ｔｆを求める（Ｓ４２１）。
【０１１２】
次に、ベルト温度Ｔｂが、ステップＳ４２１で求めた閾値温度Ｔｆよりも高いか否かを判断し（Ｓ４２２）、ベルト温度Ｔｂが閾値温度Ｔｆ以下である場合（Ｎｏ）、ステップＳ４０７に分岐して、中温用のテーブルＢによる温度制御を行う。一方、ステップＳ４２２における判断の結果、ベルト温度Ｔｂが閾値温度Ｔｆよりも高い場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４１３に進んで、高温用のテーブルＣによる温度制御を行う。
【０１１３】
一方、ステップＳ４２０における判断の結果、経過時間ｔｐが１２０秒を超えている場合（Ｎｏ）、数式Ｆ５に、印字を開始する直前までの経過時間ｔｐを代入し、閾値温度Ｔｆを求める（Ｓ４２３）。
【０１１４】
次に、ベルト温度Ｔｂが、ステップＳ４２３で求めた閾値温度Ｔｆよりも高いか否かを判断し（Ｓ４２４）、ベルト温度Ｔｂが閾値温度Ｔｆ以下である場合（Ｎｏ）、ステップＳ４０７に分岐して、中温用のテーブルＢによる温度制御を行う。一方、ステップＳ４２４における判断の結果、ベルト温度Ｔｂが閾値温度Ｔｆよりも高い場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４１３に進んで、高温用のテーブルＣによる温度制御を行う。
【０１１５】
以上のような定着温度制御を行うことにより、加圧ローラ２３の温度を検知する温度センサを設けなくても、定着ベルト２０の温度または温度変化量から加圧ローラ２３の温度を推定し、次の像加熱時における最適な定着温度を設定することで、低コスト化を達成し、加圧ローラ２３の温度変動による定着画像の光沢ムラや高温時の定着ベルト２０の巻き付き等を防止することができる。
【０１１６】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態による像加熱装置の構成は、図２に示す第１の実施形態の構成と同じであるが、第１の実施形態では、定着ベルト２０の冷却曲線を用いて、定着温度制御を行うのに対して、本実施形態では、前の印字終了からの待機時において、定着ベルト２０の温度を１００℃前後に維持する予備加熱制御を行う点で異なる。
【０１１７】
以下、予備加熱温度を制御する方法について、図６、図７、図８Ａ、および図８Ｂを参照して説明する。
【０１１８】
図６は、本実施形態による像加熱装置および画像形成装置に適用される予備加熱制御ルーチンにおける処理工程を示すフローチャートである。
【０１１９】
図７は、図６のフローにおいて、温度の時間に対する変化量（温度変化量）に対応する(温度変化量の逆数）１５０℃から１２０℃までの冷却時間ｔｐに応じて選択される各予備加熱モード（モード１からモード４）における環境条件（ＮＮ環境、ＬＬ環境）に対応した投入電力の値Ｐ０、上限温度Ｔｈ、下限温度Ｔｌの具体的な値を示す図である。
【０１２０】
図８Ａは、図７のモード１による予備加熱温度制御を行った場合のベルト温度と投入電力の波形図で、図８Ｂは、図７のモード２、３による予備加熱温度制御を行った場合のベルト温度と投入電力の波形図である。
【０１２１】
印字が終了した時点で、図６の予備加熱制御ルーチンに入り、環境温度Ｔａが、ＮＮ環境とＬＬ環境のいずれを選択するかの基準となる温度ＴNL（＝１５℃）以上であるか否かを判断する（Ｓ６０１）。ステップＳ６０１における判断の結果、環境温度ＴａがＴNL以上である場合（Ｙｅｓ）、図７に示すＮＮ環境の上限温度Ｔｈおよび下限温度Ｔｌを設定する（Ｓ６０２）。一方、ステップＳ６０１における判断の結果、環境温度ＴａがＴNLよりも低い場合（Ｎｏ）、図７に示すＬＬ環境の上限温度Ｔｈおよび下限温度Ｔｌを設定する（Ｓ６０３）。
【０１２２】
次に、定着ベルト２０の温度が１５０℃から１２０℃まで低下するのに要する冷却時間ｔｐを測定し（Ｓ６０４）、冷却時間ｔｐがモード１とモード２のいずれを選択するかの基準となる冷却時間ｔM12（例えば、１０秒）よりも短いか否かを判断する（Ｓ６０５）。ステップ６０５における判断の結果、冷却時間ｔｐが１０秒よりも短い場合（Ｙｅｓ）、モード１による予備加熱制御を行う（Ｓ６０６）。
【０１２３】
図８Ａに示すように、定着ベルト２０の温度が１５０℃になった時点ｔ０から１２０℃に低下する時点ｔ１までの冷却時間ｔｐが１０秒未満の場合、モード１に入る。モード１では、定着ベルト２０を５０ｍｍ／秒で１０回転だけ回転移動させながら、時点ｔ１から時点ｔ２までの間は、励磁回路７５から励磁コイル２５（図２）に、図７に示すように、波高値が９００Ｗの電力で通電を行い、時点ｔ２から時点ｔ３までの間は、通電を停止させる動作を繰り返し行う。これにより、ベルト温度が、１３０℃の上限温度Ｔｈと１１０℃の下限温度Ｔｌとの間を行き来するように、予備加熱制御が行われる。
【０１２４】
再び、図６に戻って、モード１が終了した場合、モード２に移行し、モード２による予備加熱制御を行う（Ｓ６０８）。
【０１２５】
モード２では、定着ベルト２０の回転移動を停止した状態で、図７および図８Ｂに示すように、時点ｔ１から時点ｔ２までの間は、励磁回路７５から励磁コイル２５（図２）に、波高値が１３０Ｗの電力Ｐ０で通電を行い、時点ｔ２から時点ｔ３までの間は通電を停止させ、時点ｔ３から時点ｔ４の間は、波高値を１３０×０．９６Ｗに減少させた電力Ｐ１で通電を行い、時点ｔ４から時点ｔ５までの間は通電を停止させ、時点ｔ５では、波高値を１３０×（０．９６）2Ｗに減少させた電力Ｐ２で通電を行い、というように、通電／非通電サイクル毎に投入電力を減少させる動作を繰り返し行う。これにより、ベルト温度が、ＮＮ環境の場合、１００℃の上限温度Ｔｈと９７℃の下限温度Ｔｌとの間を行き来するように、ＬＬ環境の場合、９２℃の上限温度Ｔｈと８７℃の下限温度Ｔｌとの間を行き来するように、予備加熱制御が行われる。
【０１２６】
モード２において、検知温度が、通電時の投入電力（すなわち、制御手段が供給する電力）の値を１００Ｗ以下とするような温度になった場合、モード３へと移行し、モード３による予備加熱制御を行う（Ｓ６１０）。
【０１２７】
モード３では、定着ベルト２０の回転移動を停止した状態で、図７および図８Ｂに示すように、時点ｔ１から時点ｔ２までの間は、励磁回路７５から励磁コイル２５（図２）に、値が１００Ｗの電力Ｐ０で通電を行い、時点ｔ２から時点ｔ３までの間は通電を停止させ、時点ｔ３から時点ｔ４の間は、値を１００×０．９６Ｗに減少させた電力Ｐ１で通電を行い、時点ｔ４から時点ｔ５までの間は通電を停止させ、時点ｔ５では、値を１００×（０．９６）2Ｗに減少させた電力Ｐ２で通電を行い、というように、通電／非通電サイクル毎に投入電力を減少させる動作を繰り返し行う。これにより、ベルト温度が、ＮＮ環境の場合、１００℃の上限温度Ｔｈと９７℃の下限温度Ｔｌとの間を行き来するように、ＬＬ環境の場合、９２℃の上限温度Ｔｈと８７℃の下限温度Ｔｌとの間を行き来するように、予備加熱制御が行われる。
【０１２８】
モード３において、通電時の投入電力の値が６０Ｗ以下になった場合、モード４へと移行し、モード４による予備加熱制御を行う（Ｓ６１１）。
【０１２９】
モード４では、定着ベルト２０の回転移動を停止した状態で、図７に示すように、値が６０Ｗの電力での通電と非通電を交互に行う。これにより、ベルト温度が、ＮＮ環境の場合、１００℃の上限温度Ｔｈと９７℃の下限温度Ｔｌとの間を行き来するように、ＬＬ環境の場合、９２℃の上限温度Ｔｈと８７℃の下限温度Ｔｌとの間を行き来するように、予備加熱制御が行われる。
【０１３０】
再び、図６に戻って、ステップＳ６０５における判断の結果、冷却時間ｔｐが１０秒以上である場合（Ｎｏ）、ステップＳ６０７に進んで、冷却時間ｔｐがモード２とモード３のいずれを選択するかの基準となる冷却時間ｔM23（例えば、２０秒）よりも短いか否かを判断する。ステップ６０７における判断の結果、冷却時間ｔｐが２０秒よりも短い場合（Ｙｅｓ）、モード２による予備加熱制御を行う（Ｓ６０８）。
【０１３１】
一方、ステップ６０７における判断の結果、冷却時間ｔｐが２０秒以上である場合（Ｎｏ）、ステップＳ６０９に進んで、冷却時間ｔｐがモード３とモード４のいずれを選択するかの基準となる冷却時間ｔM34（例えば、３０秒）よりも短いか否かを判断する。ステップ６０９における判断の結果、冷却時間ｔｐが３０秒よりも短い場合（Ｙｅｓ）、モード３による予備加熱制御を行う（Ｓ６１０）。
【０１３２】
一方、ステップ６０９における判断の結果、冷却時間ｔｐが３０秒以上である場合（Ｎｏ）、モード４による予備加熱制御を行う（Ｓ６１１）。
【０１３３】
以上のような予備加熱制御を行うことにより、定着ベルト２０の温度変化量に基づいて（１５０℃から１２０℃までの冷却時間に応じて、モード１、２、３、４を選択）、次の像加熱開始までの待機時に、定着ベルト２０に対する最適な予備加熱モードを選択して定着ベルト２０および発熱ローラ２１を予備加熱することで、ファーストプリント時間を短縮することができる。
【０１３４】
なお、本実施形態において、図７にモード０が示されているが、これは、予備加熱を行って待機している時に、ユーザが画像形成装置のドアを開け、再びドアを閉めて復帰した場合に対する予備加熱モードである。このような場合、ドアを開けた際に、安全のため定着装置への通電を停止させることにより、また環境温度により、画像形成装置の機内温度が低下し、ベルト温度も低下する。ベルト温度が１００℃未満の場合、モード０による予備加熱制御が行われる。
【０１３５】
モード０においては、例えばＬＬ環境の場合、０．５秒間通電、３．５秒間非通電の４秒周期（１／８のデューティー比：６３Ｗ相当の投入電力）で、またＮＮ環境の場合、０．５秒間通電、４．５秒間非通電の５秒周期（１／１０のデューティー比：５０Ｗ相当の投入電力）で、ベルト温度が１００℃以上になるまで、定着ベルト２０が徐々に加熱される。ベルト温度が１００℃に達すれば、モード２へ移行して、上述したような予備加熱温度制御が行われる。
【０１３６】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態として、第１または第２の実施形態による像加熱装置を定着装置として用いたカラー画像形成装置の全体構成を示す断面図である。
【０１３７】
図９において、右側端部がこのカラー画像形成装置の前面であり、前面には前扉６７が設けられている。６８は転写ベルトユニットであり、中間転写ベルト６９と、中間転写ベルト６９を懸架する３本の支持軸７０と、クリーナ７１とにより構成されており、これらは一体化されてカラー画像形成装置に着脱自在に装着されている。この場合、図９に示すように、カラー画像形成装置の前扉６７を開けて、転写ベルトユニット６８を着脱することができる。
【０１３８】
カラー画像形成装置の内部の左側には、転写ベルトユニット６８に隣接してキャリッジ７３が設けられており、キャリッジ７３内には、ブラック（ＢＫ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）用の４個の断面略扇型の像形成ユニット７２ＢＫ、７２Ｃ、７２Ｍ、７２Ｙが円環状に収容されている。ここで、キャリッジ７３は矢印の方向に回転可能となっている。
【０１３９】
像形成ユニット７２は、感光ドラム１の周りにプロセス要素を配置して一体化されており、以下の部品によって構成されている。
【０１４０】
２は感光ドラム１をマイナスに一様に帯電するコロナ帯電器、９７はそれぞれブラック、シアン、マゼンタ、イエローのトナーを内蔵し、現像ローラ６から対向する感光ドラム１上の静電潜像にマイナス帯電性のトナーを付着させて各色ごとのトナー像を形成する現像器である。尚、図２０中、３は転写ベルトユニット６８の下方に設けられたレーザビームスキャナである。
【０１４１】
像形成ユニット７２ＢＫ〜７２Ｙは、カラー画像形成装置の上面の上面扉７４を開くことにより、カラー画像形成装置の内部への着脱が可能となっている。キャリッジ７３が回転すると、像形成ユニット７２ＢＫ、７２Ｃ、７２Ｍ、７２Ｙは回転しないミラー７６の周りを回転する。像形成時において、各像形成ユニット７２ＢＫ、７２Ｃ、７２Ｍ、７２Ｙは、順次中間転写ベルト６９に対向する像形成位置Ｐに位置する。
【０１４２】
次に、上記のように構成されたカラー画像形成装置の動作について説明する。
【０１４３】
まず、キャリッジ７３を回転させて、１色目のイエロー用の像形成ユニット７２Ｙを像形成位置Ｐに移動させる（図２０の状態）。この状態で、レーザビームスキャナ３からのレーザ光４が像形成ユニット７２Ｙとマゼンタ用の像形成ユニット７２Ｍとの間を通過し、ミラー７６で反射されて像形成位置Ｐの感光ドラム１に入射し、感光ドラム１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は対向する現像器９７の現像ローラ６に搬送されるイエロートナーによって現像され、感光ドラム１上にトナー像が形成される。次いで、感光ドラム１上に形成されたイエローのトナー像は、中間転写ベルト６９に１次転写される。
【０１４４】
イエローのトナー像の形成が完成したら、キャリッジ７３を矢印方向に９０゜回転移動させて、マゼンタ用の像形成ユニット７２Ｍを像形成位置Ｐへ移動させる。そして、先のイエローの場合と同じ動作を行い、中間転写ベルト６９上のイエローのトナー像の上にマゼンタのトナー像を重ね合わせる。同様の動作をさらにシアン、ブラックの順に行い、中間転写ベルト６９上に４色のトナー像を重ね合わせたトナー像を形成する。
【０１４５】
中間転写ベルト６９上の４色目のブラックのトナー像の先端位置にタイミングを合わせて、転写ローラ１０を中間転写ベルト６９に接触させる。そして、記録紙８を転写ローラ１０と中間転写ベルト６９との間のニップ部に搬送し、４色のトナー像を記録紙８に転写（２次転写）する。トナー像が転写された記録紙８は定着器１４を通過して定着された後、装置外に排出される。２次転写残りのトナーは、タイミングを合わせて中間転写ベルト６９へ離接するクリーナ７１によって除去される。
【０１４６】
１枚の画像形成が終了したら、像形成位置Ｐへイエロー用の像形成ユニット７２Ｙを移動させ、次の画像形成に備える。
【０１４７】
本実施の形態においては、定着ベルト２０は、厚み９０μｍのポリイミド樹脂からなる基材に厚み１５０μｍのシリコーンゴムを積層して構成されている。そして、定着ベルト２０の張設方向は、定着器１４の着脱方向に一致している。
【０１４８】
図９に示すように、定着器１４は、励磁手段２４を装置本体に残して、発熱ローラ２１と定着ローラ２２と加圧ローラ２３が一体のユニットとして、装置本体に着脱可能である。ここで、定着ベルト２０の張設方向と断面略半円形の励磁手段２４の開口方向とは、定着器１４の着脱方向と一致している。その結果、励磁手段２４と発熱ローラ２１とが干渉しないので、定着器１４を容易に着脱することができる。尚、定着器１４の着脱は、定着扉１８を開閉することによって行われる。
【０１４９】
なお、上記の各実施形態においては、電磁誘導によって発熱ローラ２１を発熱させ、定着ベルト２０を間接的に加熱するようにしているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、導電性を有する定着ベルト２０を用い、定着ベルト２０を電磁誘導によって直接加熱するようにしてもよい。この場合、導電性の定着ベルト２０としては、例えば厚さ３０μｍ、直径６０ｍｍのニッケル電鋳ベルト基材の表面に、カラー画像を定着するために１５０μｍのシリコーンゴムを被覆したものが用いられる。
【０１５０】
なお、上記の各実施形態においては、温度センサ４５による定着ベルト２０の検知温度と温度センサ４５の近傍における雰囲気温度とを略一致させるためのカバー９０は、像加熱装置側に装着されるものとして例示したが、像加熱装置を取り外した状態での画像形成装置側に設け、像加熱装置を装着した際に、定着ベルト２０の少なくとも一部、温度センサ４５、および加圧ローラ２３が占める空間を覆うように構成することもできる。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加圧ローラの温度を検知する温度センサを削除して低コスト化を図り、そのためにベルトの温度または温度変化量から加圧ローラの温度を推定し、次の像加熱時における最適な定着温度を設定することで、加圧ローラの温度変動による記録媒体毎の印刷画像の光沢度の差を解消し、また高温時のベルト巻き付き等を防止することが可能になる。
【０１５２】
また、次の像加熱開始までの待機時に、ベルトの温度変化量に基づいて、最小限のベルト回転動作しか必要としない最適な予備加熱を行うことで、騒音の低減と省エネルギ化を考慮してファーストプリント時間を短縮することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る像加熱装置を定着装置として用いた画像形成装置の全体構成を示す概略断面図
【図２】  第１の実施形態に係る像加熱装置の構成を示す断面図
【図３】  第１の実施形態における定着ベルト２０の、印字終了時点からの経過時間ｔｐに対する閾値温度Ｔｆの冷却曲線を示す図
【図４】  第１の実施形態による像加熱装置および画像形成装置に適用される定着温度制御ルーチンにおける処理工程を示すフローチャート
【図５Ａ】  低温用の参照テーブル（テーブルＡ）の内容例を示す図
【図５Ｂ】  中温用の参照テーブル（テーブルＢ）の内容例を示す図
【図５Ｃ】  高温用の参照テーブル（テーブルＣ）の内容例を示す図
【図６】  本発明の第２の実施形態に係る像加熱装置および画像形成装置に適用される予備加熱制御ルーチンにおける処理工程を示すフローチャート
【図７】  図６のフローにおいて、１５０℃から１２０℃までの冷却時間ｔｐに応じて選択される各予備加熱モード（モード１からモード４）における環境条件（ＮＮ環境、ＬＬ環境）に対応した投入電力の値Ｐ０、上限温度Ｔｈ、下限温度Ｔｌの具体的な値を示す図
【図８Ａ】  図７のモード１による予備加熱温度制御を行った場合のベルト温度と投入電力の波形図
【図８Ｂ】  図７のモード２、３による予備加熱温度制御を行った場合のベルト温度と投入電力の波形図
【図９】  本発明の第３の実施形態として、第１または第２の実施形態による像加熱装置を定着装置として用いたカラー画像形成装置の全体構成を示す断面図
【図１０】  図２に示す定着装置の他の構成例を示す断面図
【図１１】  図２に示す定着装置の他の構成例を示す断面図
【図１２】  図２に示す定着装置の他の構成例を示す断面図
【図１３】  図１に示す画像形成装置を用いた画像複写装置の全体構成を示す断面図
【符号の説明】
８  記録媒体（被加熱材）
１１  トナー画像
１４  定着器（像加熱装置）
２０  定着ベルト（加熱部材）
２１  発熱ローラ（発熱手段）
２２  定着ローラ
２３  加圧ローラ（加圧手段）
２４  励磁手段
２５  励磁コイル
４５  温度センサ
７５  励磁回路
７９  制御手段
９０  カバー
９１  光源
９２  ミラー
９３  レンズ
９４  光電変換素子
９５  原稿
２０１  金属性定着ベルト
２０２  シリコーンゴム層
２０３  磁気シールド層
２０４  軸心
３０１  定着ローラ
３０２  コイルホルダ
４０１  定着ベルト
４０２  押圧部材
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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