JP2002169410A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着速度が変わっても定着フィルムの温度を
目標温度に安定して保つことができ、定着画像のグロス
むらや定着不良、ＯＨＰフィルム上定着画像の透過むら
を防止可能とすることである。 【解決手段】 定着装置の定着フィルムは導電層（発熱
層）を有し、フィルム内側のガイド部材内に配置した磁
場発生手段へ電力を供給して、電磁誘導方式で導電層を
発熱させ、その電力供給をＰＩＤ制御する。定着速度が
遅い場合、供給電力変化に対するフィルム温度変化が大
きく、比例ゲインＫが大きいと、ＰＩＤ制御によるスイ
ッチング素子操作量の計算結果が振動しやすくなって、
フィルム温度のオーバーシュート等で、なかなか目標温
度に収束せず、逆に定着速度が速い場合、比例ゲインＫ
が小さいと、外乱によるフィルム温度変化に追随できな
い。これをなくすために、比例ゲインＫを定着速度（定
着フィルムの回転速度）が遅いほど小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真、静電記
録、磁気記録等の適宜の画像形成プロセス手段により記
録材上に形成したトナー像を定着する定着装置、および
その定着装置を搭載した複写機、プリンタ、ファクシミ
リ等の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置では、電子写真方式等の適
宜の画像形成プロセス手段により記録材上にトナー像を
間接もしくは直接方式で形成し、ついでそのトナー像を
記録材に定着することを行っており、従来、この定着に
熱ローラ方式の定着装置が広く用いられていた。

【０００３】熱ローラ方式の定着装置は、ローラの一方
または他方に熱源、たとえばハロゲンヒータを内包し、
そのローラ同士を当接して回転することで、ローラの当
接ニップ部（定着ニップ部）に挟持させた記録材を搬送
しながら、記録材上のトナー像に熱と圧力をかけて定着
するものである。

【０００４】熱ローラ方式における温度制御は、ローラ
表面にサーミスタ等の温度検知素子を当接または近接さ
せ、温度検知素子による検知温度に応じてハロゲンヒー
タをオン・オフさせることで、ローラ温度を目標温度に
制御する方式がとられている。

【０００５】近年、クイックスタートや省エネルギーの
観点から、フィルム加熱方式の定着装置が実用化されて
いる。このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミック
ヒータ等を熱源として、小容量のフィルム（定着フィル
ム）を加熱するタイプが広く実施されている。さらに高
効率な装置として、金属製のフィルム自身を発熱させる
電磁誘導加熱方式の定着装置が提案されている。

【０００６】たとえば実開昭５１−１０９７３９号公報
には、電磁誘導加熱方式の定着装置として、交番磁場に
より定着フィルムの金属層に渦電流を誘導して、金属層
をジュール熱で発熱させる定着装置が開示されている。
これは、渦電流の発生を利用して直接フィルムを発熱さ
せているので、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ方
式の定着装置よりも入力電力を有効に利用でき、低消費
電力でウォームアップタイムの短縮が可能となる。

【０００７】フィルム加熱方式における温度制御方法
は、熱源のセラミックヒータ、もしくはフィルムが自己
発熱する場合はフィルムに、温度検知素子を当接または
近接させて、温度検知素子による検知温度に応じて、熱
源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、フィルム温度を目標温度に制御する
方式がとられている。

【０００８】この制御則として、ＰＩ制御、ＰＤ制御を
含むＰＩＤ制御（Ｐroportional（比例）、Ｉntegral
（積分）、Ｄerivative（微分））が一般に用いられて
いる。このＰＩＤ制御は、検知温度と目標温度との偏差
の増減の動向に基づいて、電力制御手段の操作量を偏差
に比例させるだけでなく、偏差の積分に比例する要素、
偏差の微分に比例する要素を加味して制御するものであ
る。温度検知素子からの温度情報は、ある周期（サンプ
リング周期）でサンプリングされ、制御則に取り込まれ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、定着画像の
グロス（光沢度）を上げたり、ＯＨＰ（Ｏver ＨeadＰ
rojector）フィルム上の定着画像の透過性を向上させる
ためには、一般に定着速度を通常時よりも減速させて定
着する。また厚紙のような定着に多くの熱量を必要とす
る記録材を使用する場合にも、定着速度を通常時よりも
減速して定着する。このように定着処理の対象に応じて
定着速度を変える必要がある。

【００１０】しかしながら、ＰＩＤ制御による温度制御
では、定着速度が変わると制御が不安定になる欠点があ
った。

【００１１】すなわち、加熱部材である定着フィルム
は、発熱域において熱量を供給され温度上昇する。しか
し定着速度が変わると、それに応じてフィルムが発熱域
を通過するのに要する時間も変わるので、発熱域で供給
される熱量も変わってくる。たとえば定着速度を１／２
とすれば、フィルムのある部分が発熱域で供給される熱
量は２倍になる。このため定着速度が遅くなると、同一
電力投入量でもフィルム温度の昇温速度が速くなる。

【００１２】さらに、ＰＩＤ制御の計算結果である電力
調整の実行から、その制御結果であるフィルム温度変化
を温度検知素子が検知するまでに、ある程度の時間を要
する。この時間を考慮して温度検知素子からの検知温度
情報のサンプリングタイムを決定するが、定着速度が変
わるとこのタイミングがずれてしまい、正確に制御結果
をフィードバックできなくなる。

【００１３】以上のように、定着速度が変わると、加熱
部材であるフィルムの昇温速度やサンプリングタイムが
変わるため、供給電力量のＰＩＤ制御が最適に行われ
ず、制御が振動し、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。

【００１４】その結果、このフィルム温度の振動によ
り、記録材の面内での画像の均一なグロスやＯＨＰフィ
ルム上での画像の均一な透過性が得られないといった問
題が引き起こされる。さら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。

【００１５】従って、本発明の目的は、定着速度が変わ
っても定着フィルムの温度を目標温度に安定して保つこ
とができ、定着画像のグロスむらや定着不良、ＯＨＰフ
ィルム上定着画像の透過むらを防止することを可能とし
た定着装置、およびその定着装置を搭載した画像形成装
置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
定着装置および画像形成装置にて達成される。要約すれ
ば、本発明は、互いに圧接してトナー像を担持した記録
材を加熱定着するニップ部を形成した回転する加熱部材
および加圧部材と、前記加熱部材を昇温する発熱手段
と、前記加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、前
記発熱手段への供給電力量を調整する電力制御手段と、
前記温度検知手段からの温度検知情報に基づいて前記電
力制御手段の操作量を決定する操作量決定手段とを有
し、前記加熱部材が複数の回転速度を有する定着装置に
おいて、前記操作量決定手段による前記電力制御手段の
操作量の決定方式を前記加熱部材の回転速度に応じて変
更することを特徴とする定着装置である。

【００１７】また本発明は、記録材上にトナー像を形成
する画像形成手段と、前記形成されたトナー像を担持し
た記録材を加熱定着する定着装置とを備えた画像形成装
置において、前記定着装置が上記の定着装置であること
を特徴とする画像形成装置である。

【００１８】本発明によれば、前記操作量決定手段は前
記電力制御手段の操作量を、前記温度検知手段からの温
度検知情報に基づき制御則にしたがって算出する。前記
制御則が、偏差の比例要素に加え、偏差の積分要素およ
び微分要素の少なくとも一方の要素を含むＰＩＤ制御で
ある。前記ＰＩＤ制御における制御則の定数のうち、比
例要素の比例ゲインＫ、積分要素の積分時間ＴIおよび
微分要素の微分時間ＴDの少なくとも一つを、前記加熱
部材の回転速度に応じて変更する。前記制御則における
前記温度検知手段からの温度検知情報のサンプリング時
間を、前記加熱部材の回転速度に応じて変更する。前記
加熱部材の複数の回転速度のうちのいずれか２つにおい
て、回転速度が遅い方で前記比例ゲインＫの値を小さく
設定する。前記加熱部材の複数の回転速度のうちのいず
れか２つにおいて、回転速度が遅い方で前記サンプリン
グ時間の値を大きく設定する。前記ＰＩＤ制御の制御則
において、制御開始時の前記電力制御手段の操作量の初
期値を０より大きい値とする。前記ＰＩＤ制御の制御則
において、前記比例ゲインの値を、電力供給開始から前
記加熱部材の温度が目標温度に到達するまでの間だけ、
目標温度到達後以降よりも大きく設定する。

【００１９】前記加熱部材が導電層を有する円筒状フィ
ルムからなり、前記発熱手段が励磁コイルを含む磁場発
生手段からなり、前記電力制御手段が、前記励磁コイル
の両端子間の電圧もしくは前記励磁コイルに流れる電流
を振動させるスイッチング回路からなり、前記導電層に
前記磁場発生手段からの交番磁場を作用させて渦電流を
発生させることにより、前記円筒状フィルムを発熱させ
るようになっており、前記スイッチング回路は、前記励
磁コイルの両端子間の電圧もしくは前記励磁コイルに流
れる電流を強制振動させるオン時間と自由振動させるオ
フ時間とを連続して生成し、前記スイッチング回路のオ
ン時間もしくはオフ時間を変更することにより前記発熱
手段へ供給する電力量を調整する。前記オフ時間を固定
し、前記オン時間を変更することにより、前記発熱手段
へ供給する電力量を調整する。前記加圧部材が弾性ロー
ラからなり、前記弾性ローラの回転に従動して前記円筒
状フィルムが回転する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る定着装置およ
び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

【００２１】実施例１ 図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構
成図であり、本画像形成装置は、電子写真方式のカラー
レーザビームプリンタに構成されている。

【００２２】本発明の大きな特徴は、画像形成装置に搭
載したフィルム加熱方式の定着装置１００の加熱部材の
温度を、定着速度が変わっても目標温度に安定に制御す
ることにより、定着画像のグロスむらや定着不良、ＯＨ
Ｐフィルム上定着画像の透過むらを防止したことにあ
る。まず、図１により、画像形成装置の概略構成につい
て説明する。

【００２３】図１に示すように、画像形成装置は、像担
持体としてドラム型の電子写真感光体、すなわち感光ド
ラム１０１を有し、この感光ドラム１０１は、有機感光
体やアモルファスシリコン感光体で形成され、矢印で示
す反時計方向に所定の周速度（記録材の搬送速度と同速
度）で回転駆動される。感光ドラム１０１は、その回転
過程で、帯電ローラ等の帯電装置１０２により外周表面
が所定の極性・電位に一様に帯電処理される。

【００２４】ついで、帯電処理された感光ドラム１０１
の表面にレーザスキャナ（レーザ光学箱）１１０からの
レーザ光１０３が走査露光され、表面に目的の画像情報
に対応した静電潜像が形成される。レーザスキャナ１１
０には、図示しない画像読み取り装置等の画像信号発生
装置から目的画像情報の時系列電気デジタル画像信号が
送信され、レーザースキャナ１１０は、レーザ光１０３
をその画像信号対応して変調（ＯＮ／ＯＦＦ）して出力
し、偏向ミラー１０９で感光ドラム１０１方向に偏向し
て、レーザ光１０３で感光ドラム１０１の表面を走査露
光する。

【００２５】フルカラー画像形成の場合は、目的のフル
カラー画像の第１の色分解成分画像、たとえばイエロー
成分画像についての走査露光、潜像形成がなされ、その
潜像が４色カラー現像装置１０４のイエロー現像１０４
Ｙにより現像され、イエロートナー像として可視化され
る。得られたイエロートナー像は、感光ドラム１０１と
中間転写ドラム１０５との接触部もしくは近接部である
一次転写部Ｔ１において、中間転写ドラム１０５の外周
表面に転写される（一次転写）。中間転写ドラム１０５
に対するトナー像転写後の感光ドラム１０１は、クリー
ナ１０７により表面の転写残りトナー等の付着残留物の
除去を受けて清掃されたのち、再度、画像形成に供され
る。

【００２６】上記のような帯電、走査露光、現像、一次
転写および清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラ
ー画像の第２の色分解成分画像（たとえばマゼンタ成分
画像、マゼンタ現像器１０４Ｍで現像）、第３の色分解
成分画像（たとえばシアン成分画像、シアン現像器１０
４Ｃで現像）、第４の色分解成分画像（たとえばブラッ
ク成分画像、ブラック現像器１０４Ｂｋで現像）の各色
分解成分画像について順次実行され、中間転写ドラム１
０５上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色
のトナー像を順次重畳したカラー画像が形成され、目的
のフルカラー画像に対応した合成カラー画像が得られ
る。

【００２７】中間転写ドラム１０５は、金属ドラム上に
中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を設けてなっており、感
光ドラム１０１に接触しもしくは近接して、感光ドラム
１０１と同速度で矢印の時計方向に回転駆動される。感
光ドラム１０１上のトナー像は、中間転写ドラム１０５
の金属ドラムにバイアス電位を与えることにより、感光
ドラム１０１と中間転写ドラム１０５との電位差で、中
間転写ドラム１０５の表面に転写される。

【００２８】中間転写ドラム１０５上に形成されたカラ
ー画像は、中間転写ドラム１０５と転写ローラ１０６と
の接触ニップ部である二次転写部Ｔ２において、紙等の
記録材Ｐの表面に転写される（二次転写）。記録材Ｐは
図示しない給紙部から所定のタイミングで二次転写部Ｔ
２に送り込まれ、転写ローラ１０６はこの記録材Ｐを挟
んで感光ドラム１０１の表面に当接し、転写ローラ１０
６に印加されたトナーと逆極性の電荷を記録材Ｐの背面
から供給することで、中間転写ドラム１０５上のカラー
画像を構成する４色のトナー像が記録材Ｐの表面に一括
して転写されていく。

【００２９】二次転写部Ｔ２を通過した記録材Ｐは、中
間転写ドラム１０５の表面から分離されて定着装置１０
０へ導入され、そこで４色のトナー像が加熱定着処理を
受けて４色フルカラーの定着画像とされた後、画像形成
装置機外の図示しない排紙トレイに排出される。一方、
記録材Ｐに対するトナー像転写後の中間転写ドラム１０
５は、クリーナ１０８により表面の転写残りトナー、紙
粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。

【００３０】このクリーナ１０８は、通常時は中間転写
ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写
ドラム１０５上のカラー画像を記録材Ｐに転写する二次
転写実行過程で、中間転写ドラム１０５に接触状態に保
持される。また転写ローラ１０６も、通常時は中間転写
ドラム１０５に非接触状態に保持されており、二次転写
実行過程で中間転写ドラム１０５に記録材Ｐを介して接
触状態に保持される。

【００３１】本実施例の画像形成装置は、記録材の搬送
速度、したがって定着速度として、通常使用する１００
ｍｍ／秒と、それ以外の５０ｍｍ／秒、２５ｍｍ／秒の
合計３つの速度を有している。本実施例では、感光ドラ
ム１０１上のトナー像をまず中間転写ドラム１０５上に
一次転写するので、その一次転写工程終了までは、現像
装置１０４、転写装置（中間転写ドラム１０５、転写ロ
ーラ１０６）等の各要素は、搬送速度１００ｍｍ／秒に
相当する周速度で回転駆動されるが、その後、記録材Ｐ
を給紙してから二次転写工程および定着工程終了まで、
所定の搬送速度および定着速度に切り替えられる。

【００３２】定着装置１００について、図２〜図５によ
り説明する。図２は定着装置の縦断面図、図３は図２の
Ｉ−Ｉ線に沿った断面を示す斜視図、図４は図２のＡ方
向から見た正面図、図５は図２のII−II線に沿った断面
図である。

【００３３】本発明では、定着装置１００は、円筒状の
定着フィルムを用いたフィルム加熱方式の装置とされ、
本実施例によれば、さらに定着フィルムに導電層を有す
る電磁誘導加熱方式とされている。

【００３４】定着装置１００は、図２に示すように、定
着フィルム１０を有する定着部と加圧ローラ３０からな
る加圧部とを備え、この定着フィルム１０と加圧ローラ
３０とが圧接して形成された定着ニップ部Ｎを、二次転
写部から送られてきた記録材Ｐを通過させて、記録材Ｐ
上のトナー像ｔを加熱定着する。

【００３５】定着部には、断面略半円弧状の樋型の大小
のフィルムガイド部材１６ｂ、１６ａが設けられ、この
ガイド部材１６ａ、１６ｂは、開口側が互いに向かい合
ってほぼ円筒体形状をなし、ガイド部材１６ａ、１６ｂ
のアセンブリ（円筒体）の外周面に、円筒状の定着フィ
ルム１０が緩く外装されている。本実施例によれば、定
着フィルム１０は、導電層を有する３層構造に形成され
ている。これについては後述する。

【００３６】フィルムガイド部材１６（１６ａ、１６
ｂ）は、定着ニップ部への加圧の支持、磁場発生手段の
励磁コイル１８等の支持、定着フィルム１０の回転時の
搬送安定性を図る役目を有するもので、フィルムガイド
部材１６のアセンブリの左右両端部には、図４、５に示
すように、フランジ部材２３ａ、２３ｂが外嵌され、こ
れにより、フランジ部材２３（２３ａ、２３ｂ）が、フ
ィルムガイド部材アセンブリの左右位置を固定しつつ、
アセンブリに回転自在に取り付けられている。フランジ
部材２３は、定着フィルム１０の回転時に定着フィルム
の端部を受けて、定着フィルムのフィルムガイド部材１
６の長手方向に沿った寄り移動を規制する。

【００３７】フィルムガイド部材１６は、磁束の通過を
妨げない絶縁性を有し、かつ高い荷重に耐えられる材料
で形成されている。たとえば、ポリイミド樹脂、ポリア
ミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルケトン
樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリフェニレンサ
ルファイド樹脂、液晶ポリマーなどが使用できる。

【００３８】その小さい方のフィルムガイド部材１６ａ
の内側には、磁性コア１７ａ、１７ｂ、１７ｃがＴ字状
に配置され、磁性コア１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよびフ
ィルムガイド部材１６ａに囲まれた空間に、上記の励磁
コイル１８が保持されている。大きい方のフィルムガイ
ド部材１６ｂの平面部内面には、断面コ字状で横長の加
圧剛性用ステイ２２が当接され、フィルムガイド部材１
６ｂの平面部外面には、図２の紙面の垂直方向と同方向
の摺動部材４０が設けられている。

【００３９】励磁コイル１８は、図３に示すように、給
電部１８ａ、１８ｂにより励磁回路２７が接続され、こ
れら磁性コア１７ａ〜１７ｃ、励磁コイル１８および励
磁回路２７により、磁場発生手段を構成している。励磁
回路２７は、２０ｋＨzから５００ｋＨzの高周波をスイ
ッチング電源により発生可能である。励磁コイル１８
は、励磁回路２７から供給される交番電流（高周波電
流）によって交番磁束を発生する。

【００４０】励磁コイル１８は、１本ずつ絶縁被覆され
た細い導線を複数本束ねた束線を複数回巻いて形成して
おり、本例では１０ターンの巻きとした。励磁コイル１
８の形状は、図２に示すように、定着フィルム１０の曲
面に沿うように形成される。励磁コイル１８と定着フィ
ルム１０の導電層との間の距離は約２ｍｍとした。

【００４１】束線の細線の絶縁被覆に使用する絶縁材
は、定着フィルム１０の発熱による熱伝導を考慮して、
耐熱性を有することが好ましく、たとえばアミドイミド
やポリイミドなどが好適である。線束の巻きは外部から
力を加えて密集度を高めてもよい。励磁コイル１８から
引き出されている給電部１８ａ、１８ｂについても、こ
れを構成する束線の外側にも絶縁被覆を施している。

【００４２】磁性コア１７ａ〜１７ｃは高透磁率の部材
からなり、フェライトやパーマライト等といったトラン
スのコアに用いられる材料が好ましく、１００ｋＨz以
上でも磁性の損失の少ないフェライトがより好ましく用
いられる。

【００４３】磁性コア１７ａ〜１７ｃとステイ２２との
間は、絶縁部材１９で絶縁される。絶縁部材１９として
は、優れた絶縁性の他に、高い耐熱性を併せ持つものが
好ましく、たとえばフェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリ
イミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、
ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹
脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ＰＦＡ樹脂、Ｐ
ＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＬＣＰ樹脂などが使用でき
る。

【００４４】磁性コア１７ａ〜１７ｃおよび励磁コイル
１８と定着フィルム１０との間の距離は、磁束の吸収の
観点からできるだけ近づけた方がよく、この距離が５ｍ
ｍ以下であれば、定着フィルム１０が高効率に磁束を吸
収することができ、距離が５ｍｍを超える場合は、磁束
の吸収効率が著しく低下する。ただし、距離は５ｍｍ以
下であればよく、特定の値である必要はない。

【００４５】摺動部材４０は、加圧ローラ３０の加圧力
に対して定着フィルム１０をその内周面側から支持する
部材であり、摺動部材４０と加圧ローラ３０とが定着フ
ィルム１０を介して所定の加圧力により圧接される。こ
れにより、定着フィルム１０は加圧ローラ３０と摺動部
材４０とに挟まれた状態となり、定着フィルム１０と加
圧ローラ３０との圧接部に、所定幅の定着ニップ部Ｎが
形成される。

【００４６】摺動部材４０の材料には、フッ素樹脂、ガ
ラス、窒化ホウ素、グラファイト等の潤滑性を有するも
のが挙げられる。潤滑性の他に、良好な熱伝導性を有す
る材料であるとさらによく、摺動部材４０を良熱伝導性
材料製とすれば、長手方向の温度分布を均一にする効果
がある。たとえば小サイズ記録材を通紙した場合、定着
フィルム１０での非通紙部の熱量が摺動部材４０に伝熱
し、摺動部材における長手方向の熱伝導により、非通紙
部の熱量が小サイズ記録材通紙部へ伝熱される。これに
より、小サイズ記録材通紙時の消費電力を低減させる効
果も得られる。

【００４７】このような良熱導電性材としては、鏡面研
磨したアルミニウムのような金属や、フッ素樹脂粒子、
窒化ホウ素樹脂もしくはグラファイト粒子等の潤滑剤を
分散させた金属などの複合材が挙げられる。また摺動部
材４０は、上記の良熱伝導性材上に潤滑性材料をコート
したような２層構造の部材、たとえば窒化アルミニウム
板上にガラスをコートしたものでもよい。本実施例で
は、摺動部材４０としてアルミナ板上にガラスをコート
した部材を使用した。

【００４８】導電性を有する摺動部材４０の場合、磁場
発生手段の励磁コイル１８から発生する磁場の影響を受
けないように、この磁場の外に摺動部材４０を配置する
ことが好ましい。具体的には、摺動部材４０を励磁コイ
ル１８に対して磁性コア１７ｃを隔てた位置に配置し、
励磁コイル１８による磁路の外側に配置させる。

【００４９】定着ニップ部Ｎにおける摺動部材４０と定
着フィルム１０との摺動摩擦力をさらに低減させるため
に、摺動部材４０と定着フィルム１０との間に耐熱性グ
リース等の潤滑剤を介在させることもできる。潤滑剤の
塗布により、さらなる摺動抵抗の低減と装置の長寿命化
を図ることができる。

【００５０】加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金
３０ａと、その芯金周りに同心にローラ状に一体に成型
被覆された、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂
などの耐熱性弾性材層３０ｂとで構成されている。この
加圧ローラ３０は、芯金３０ａの両端部を定着装置１０
０の図示しないシャーシの側板（板金）間に軸受けして
保持することにより、定着装置に回転自在に設置され
る。

【００５１】図４に示すように、装置シャーシ側のバネ
受け部材２９ａ、２９ｂには、加圧用剛性ステイ２２の
両端部との間に縮設した加圧バネ２５ａ、２５ｂが設け
られており、この加圧バネ２５ａ、２５ｂの伸張力によ
りステイ２２が下方に押し下げられて、フィルムガイド
部材１６ｂに設けられた摺動部材４０の下面と加圧ロー
ラ３０の上面とが定着フィルム１０挟んで圧接して、前
記したように、所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

【００５２】フルカラー画像形成装置では、定着装置の
定着ニップ部Ｎの幅は７．０ｍｍ以上あることが好まし
く、これにより、トナー乗り量の多いフルカラー画像の
定着性を十分に確保することができる。定着ニップＮの
幅が７．０ｍｍより狭いと、記録材Ｐとその上のトナー
に定着に十分な熱量を与えることができず、定着不良が
発生してしまう。

【００５３】また定着ニップ部Ｎの面圧は０．８ｋｇｆ
／ｃｍ²（７．８４×１０⁴Ｐａ）以上あることが好まし
く、この面圧によれば、記録材ＰとしてＯＨＰフィルム
を用いた場合にも、フルカラーの定着画像の光透過性を
十分に確保することができる。面圧が０．８ｋｇｆ／ｃ
ｍ²よりも小さいと、定着画像の表面を十分に平滑にす
ることができず、乱反射光が多くなり、またＯＨＰフィ
ルムでは定着画像の透過光量が少なくなくなってしま
う。

【００５４】以上の観点から、本実施例では、定着装置
の加圧ローラ３０と定着フィルム１０とを２１ｋｇｆ
（２０５．８Ｎ）で圧接させ、定着ニップ部Ｎの幅を約
８．０ｍｍ、面圧を１．２ｋｇｆ／ｃｍ²とした。定着
ニップ部Ｎの長手方向の長さは２２０ｍｍである。

【００５５】加圧ローラ３０は、図２の駆動手段Ｍによ
り矢印ａの反時計方向に回転駆動される。この加圧ロー
ラ３０の回転により、加圧ローラ３０の外面と定着フィ
ルム１０の外面との摩擦力が発生し、定着フィルムに回
転力が作用する。そして、定着フィルム１０は、その内
周面を摺動部材４０の下面に密着させながら、加圧ロー
ラ３０の周速度にほぼ対応した周速度で、図中矢印ｂの
時計方向にフィルムガイド部材１６ａ、１６ｂの外周を
回転する。つまり、定着フィルム１０は、加圧ローラ３
０との表面の摩擦力により、加圧ローラ３０の回転に従
って従動回転する。

【００５６】フィルムガイド部材１６ａの周面と定着フ
ィルム１０の内面との接触による摺動抵抗を低減させる
ために、フィルムガイド部材１６ａの周面には、図３に
示すように、複数の突状リブ１６ｅが、ガイド部材の長
手方向に所定の間隔をおいて設けられている。これによ
り、定着フィルム１０の回転負荷が少なくなる。このよ
うなリブはフィルムガイド部材１６ｂの周面にも設ける
ことができる。

【００５７】図６（ａ）は、磁場発生手段によって発生
される交番磁束の様子を模式的に示した図である。図６
（ａ）において、符号Ｃは発生した交番磁束で、図で
は、発生した交番磁束の一部を表している。この交番磁
束Ｃは、磁性コア１７ａ、１７ｂ、１７ｃに導かれて発
生し、磁性コア１７ａと１７ｂの間、１７ａと１７ｃの
間において、定着フィルム１０の導電層１０ａに渦電流
を発生させ、この渦電流は、導電層１０ａの固有抵抗に
よって導電層にジュール熱（渦電流損）を発生させる。

【００５８】導電層１０ａに発生する発熱量Ｑは、導電
層を通る磁束Ｃの密度によって決まり、図６（ｂ）に示
すグラフのような分布を持つ。図６（ｂ）の縦軸は、磁
性コア１７ａの中心を通る線に対する角度θで表した定
着フィルム１０の周方向上の位置を示し、横軸は、その
位置での導電層１０ａの発熱量Ｑを示す。図６（ｂ）の
グラフ中に示した発熱域Ｈは、最大発熱量をＱとしたと
きに、Ｑ／ｅ以上の発熱量が得られる領域と定義する
（ｅは自然対数の底）。この発熱域Ｈは、定着プロセス
に必要な熱量が得られる領域である。

【００５９】定着ニップ部Ｎの温度は、温度センサ２６
を含む温調系により、所定の温度が維持されるように制
御される。温度センサ２６は、定着フィルム１０の温度
を検知するサーミスタなどの温度検知素子で、定着フィ
ルム１０の適当な箇所、本例では、定着ニップ部Ｎ近傍
の定着フィルム１０とフィルムガイド部材１６ｂとの間
に設けられている。画像形成装置本体のＣＰＵ（図示せ
ず）は、温度センサ２６で検知した定着フィルム１０の
温度情報をもとに、励磁コイル１８への電流供給を制御
して、定着ニップ部Ｎを所定温度に制御する。本実施例
では、ＣＰＵにより、この制御温度を記録材搬送速度に
対応して切り替え可能にしている。温度制御に関しては
後述する。

【００６０】本実施例では、低軟化点物質を含有させた
トナーを使用しているので、定着装置１００にオフセッ
ト防止のためのオイル塗布機構を設けていない。もちろ
ん、低軟化点物質を含有させていないトナーを使用する
場合には、オイル塗布機構を設けてもよく、また、低軟
化点物質を含有させたトナーを使用する場合にも、オイ
ル塗布機構を設けてもよい。さらに冷却分離を行っても
よい。

【００６１】定着装置１００には、暴走時の励磁コイル
１８への給電を遮断するために、温度検知素子の一種で
あるサーモスイッチ５０が設置され、このサーモスイッ
チ５０は、定着フィルム１０の外面に発熱域Ｈに対向し
て非接触に配置されている。サーモスイッチ５０は、定
着フィルム１０への接触をなくし、長期間の使用にも定
着フィルムの傷つきによる定着画像の劣化を防止するた
めに、定着フィルム１０との間の距離を約２ｍｍにとっ
た。なお、サーモスイッチ５０の感熱部は定着フィルム
１０に接触させてもよい。

【００６２】本実施例では、定着ニップ部Ｎで発熱する
構成をとっていないので、温調制御の故障による定着装
置１００の熱暴走時に、定着装置が記録材Ｐを定着ニッ
プ部Ｎに挟持した状態で停止したまま、励磁コイル１８
への給電が遮断されずに定着フィルム１０の発熱が続く
ような事態が生じても、記録材Ｐが直接加熱されること
がない。

【００６３】熱暴走防止回路は、図７に示すように、サ
ーモスイッチ５０を組み込んで構成され、サーモスイッ
チ５０は、ＤＣ電源＋２４Ｖにリレースイッチ７０を介
して直列に接続されている。本実施例では、サーモスイ
ッチ５０の接点のオープン動作温度を２２０℃に設定し
た。したがって、サーモスイッチ５０は、２２０℃以上
の温度を感知すると接点が切れ、リレースイッチ７０が
給電を遮断されて動作し、励磁回路２７への給電の遮断
により励磁コイル１８への給電を遮断する。これによ
り、定着フィルム１０の発熱を停止することができ、紙
の発火点温度が約４００℃近辺であるため、記録材とし
ての紙が発火することがない。

【００６４】上記のサーモスイッチ５０は定着フィルム
１０との非接触式としたが、接触式のサーモスイッチを
設けてもよい。またサーモスイッチの代わりに温度ヒュ
ーズを用いてもよい。

【００６５】定着装置１００でトナー像を定着するに
は、加圧ローラ３０の回転により定着フィルム１０を回
転させ、励磁回路２７によって励磁コイル１８に給電し
て、定着フィルム１０を電磁誘導により発熱させて、定
着ニップ部Ｎを所定の定着温度に上昇し、温調制御によ
り定着温度に維持した状態で、二次転写部から搬送され
てきたトナー像が定着フィルム１０側になった記録材Ｐ
を定着ニップＮに導入する。記録材Ｐは、図２に示すよ
うに、トナー像ｔ側の面が定着フィルム１０の表面に密
着して、定着フィルム１０とともに挟持搬送され、定着
ニップ部Ｎを通過する間に、トナー像が記録材Ｐに加熱
定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、定
着フィルム１０の表面から分離されて排出されて行き、
定着トナー像ｔ’が冷却されて永久固着像となる。

【００６６】定着フィルム１０について説明する。定着
フィルム１０は、図８に示すように、金属フィルム等で
できたフィルム基層を兼ねた導電層１０ａと、その一方
の表面に積層した弾性層１０ｂと、弾性層１０ｂに積層
した離型層１０ｃの３層構造に形成されている。導電層
１０ａと弾性層１０ｂとの間、弾性層１０ｂと離型層１
０ｃとの間には、それぞれの間の接着を強化するため
に、図示しないプライマー層を設けてもよい。定着フィ
ルム１０は、導電層１０ａが摺動部材４０と接触する内
側、離型層１０ｃが加圧ローラ３０と接触する外側とな
る円筒体に形成される。

【００６７】前述したように、導電層１０ａに交番磁束
が作用することにより、導電層に渦電流が発生して発熱
し、その熱が弾性層１０ｂ、離型層１０ｃに伝達して、
定着フィルム１０全体が加熱される。

【００６８】導電層１０ａとしては、磁性および非磁性
の金属を用いることができるが、好ましくは磁性金属を
用いることがよく、そのような磁性金属としては、ニッ
ケル、鉄、強磁性ステンレス、ニッケル−コバルト合
金、パーマロイといった強磁性体金属が好ましい。定着
フィルムの回転時に屈曲応力を繰り返し受けることによ
る金属疲労を防ぐために、ニッケル中にマンガンを添加
した材料を用いることもできる。

【００６９】導電層１０ａの厚さは、次式（１）で表さ
れる表皮深さσより厚く、かつ２００μｍ以下にするこ
とが好ましく、この範囲の厚さとすれば、導電層１０ａ
が電磁波を効率よく吸収するため、発熱を効率よく起こ
させることができる。表皮深さσは、図９に示すよう
に、電磁誘導で使われる電磁波の強度が１／ｅに低下す
る発熱層深さ（導電層深さ）で、この深さσまでに電磁
エネルギーの大部分が吸収される。

【００７０】 σ（ｍ）＝５０３×（ρ／ｆμ）^1/2 ・・・（１） ただし、ｆ：励磁回路の周波数（Ｈz）、μ：透磁率、 ρ：導電層の固有抵抗（Ωｍ）。

【００７１】導電層１０ａの厚さがσよりも薄いと、電
磁エネルギーの吸収が少ないため、発熱効率が悪くな
り、２００μｍよりも厚いと、導電層１０ａの剛性が高
くなりすぎ、また屈曲性が悪くなって、回転体として使
用するには現実的でなくなる。より好ましくは１〜１０
０μｍである。

【００７２】弾性層１０ｂには、シリコーンゴム、フッ
素ゴム、フルオロシリコーンゴム等の耐熱性、熱伝導性
が良好な材料を好ましく用いることができる。

【００７３】弾性層１０ｂの厚さは、記録材の凹凸、ト
ナー像の凹凸に定着フィルム１０の加熱面（離型層１０
ｃ）に追随できるようにするために、１０〜５００μｍ
程度とすることが好ましく、より好ましくは５０〜５０
０μｍである。

【００７４】弾性層１０ｂの厚さが１０μｍより薄い
と、カラー画像のプリント、特に記録材上で大きな面積
にわたってベタ画像が形成されることがあるカラーの写
真画像等のプリントの場合に、加熱面が記録材やトナー
像の凹凸に追随できず、伝熱量が多い部分で光沢度が高
く、伝熱量が少ない部分で光沢度が低くなる光沢むらを
発生し、定着画像品質の保証が困難になる。弾性層１０
ｂの厚さが５００μｍより厚いと、弾性層の熱抵抗が大
きくなりすぎ、クイックスタートを実現するのが難しく
なる。

【００７５】弾性層１０ｂの硬度は高くすぎると、記録
材あるいはトナー像の凹凸に追随しきれず、画像に光沢
むらが発生するので、ＪＩＳ−Ａ硬度で６０゜以下、よ
り好ましくは４５゜以下がよい。

【００７６】弾性層１０ｂの熱伝導率λは、６×１０^-4
〜２×１０^-3ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・ｄｅｇ（２．５１×１
０^-5〜８．３７×１０^-5Ｗ／ｃｍ・ｄｅｇ）であること
が好ましく、λが６×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・ｄｅｇ
よりも小さい場合は、熱抵抗が大きすぎて、定着フィル
ム１０の表面（離型層１０ｃ）における温度上昇が遅く
なる。λが２×１０^-3ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・ｄｅｇよりも
大きい場合は、弾性層１０ｂの硬度が高くなりすぎた
り、圧縮永久歪みが発生しやすくなる。より好ましく
は、熱伝導率λは８×１０^-4〜１．５×１０^-3ｃａｌ／
ｃｍ・ｓ・ｄｅｇ（３．３５×１０^-5〜６．２９×１０
^-5Ｗ／ｃｍ・ｄｅｇ）である。

【００７７】離型層１０ｃには、フッ素樹脂、シリコー
ン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコ
ーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性、耐熱
性のよい材料を用いることが好ましい。離型層１０ｃ
は、これら材料の塗工層として形成することができる。

【００７８】離型層１０ｃの厚さは１〜１００μｍが好
ましく、１μｍよりも薄いと、離型層の塗りむらが生
じ、離型性の悪い部分が発生したり、耐久性が不足する
といった問題を起こす。離型層１０ｃが１００μｍより
も厚いと、熱伝導が悪化する。

【００７９】本発明における定着フィルムの温度制御に
ついて説明する。本実施例では、ＰＩＤで温度制御を行
った。まず、その周辺の技術事項について説明する。

【００８０】定着フィルム１０の導電層１０ａで発生す
る熱エネルギーは、渦電流の大きさの２乗に比例し、渦
電流の大きさは交番磁界（交番磁束）エネルギーの２乗
に比例する。定着フィルム１０の温度を上昇させるに
は、励磁コイル１８への磁界エネルギーを増加させ、逆
に温度を下げるには磁界エネルギーを減少させればよ
い。

【００８１】この磁界エネルギーの増減は、励磁コイル
１８に印加する電圧を増減してもよいし、流す電流を増
減してもよい。通常の家庭用電源は定電圧電源とみなし
てよいので、家庭用電源を利用して安価に定着用電源を
構成したい場合は、励磁コイル１８に流す電流を増減す
る方式とすることが好ましい。

【００８２】磁場発生手段および定着用電源からなる電
磁回路が共振条件を満たす範囲内において、電流の増減
は励磁コイル１８に与える電圧の印加時間の長短で制御
可能である。すなわち、電力制御手段として、ＩＧＢＴ
等のスイッチング素子を設け、これにより電磁回路にお
ける磁界の振動周期に同期して電流をスイッチングし、
電圧印加時間や開放時間を変化させることによって、定
着フィルムの温度を変えることができる。本例では、開
放時間を６μｓに固定し、電圧印加時間を１〜２０μｓ
の間で制御可能としている。

【００８３】画像形成装置には、スイッチング素子の操
作量決定手段であるＣＰＵ（図示せず）が設けられてい
る。このＣＰＵは、温度検知素子２６から得た定着フィ
ルム１０の温度情報を一定の間隔でサンプリングして、
以下に述べる制御則により上記の電圧印加時間を算出
し、算出された時間だけ矩形波発生回路より所定の電圧
をスイッチング素子へ出力させる。

【００８４】本実施例では、電圧印加時間の算出方法と
してＰＩＤ制御を採用した。ＰＩＤ制御では、ｍを操作
量、ｅを偏差とすると、操作量ｍは、比例ゲインＫ、積
算時間ＴI、微分時間ＴDの３つのパラメータを含む制御
則の式（２）： ｍ＝Ｋ（ｅ＋１／ＴI・∫ｅｄｔ＋ＴD・ｄｅ／ｄｔ） ・・・（２） により決定される。

【００８５】ここで、目標温度とサンプリングされた定
着フィルム温度の偏差を時間順にｅ（ｎ）、ｅ（ｎ-
１）、ｅ（ｎ-２）、サンプリング時間をＴｓ、今回の
電圧印加時間をｍ（ｎ）、前回の電圧印加時間をｍ（ｎ
-１）として、式（２）を離散化すると、式（３）： ｍ（ｎ）＝ｍ（ｎ-１）＋Ｋ（ｅ（ｎ）−ｅ（ｎ-１）） ＋ＫＴｓ／ＴI・ｅ（ｎ） ＋ＫＴD／Ｔｓ・｛（ｅ（ｎ）−ｅ（ｎ-１）） −（ｅ（ｎ-１）−ｅ（ｎ-２））｝ ・・・（３） のようになる。

【００８６】スイッチング素子の操作量ｍ（ｎ）は式
（３）の制御則より算出される。すなわち、今回の電圧
印加時間ｍ（ｎ）は、 比例制御量：Ｋ（ｅ（ｎ）−ｅ（ｎ-１）） ・・・（４） 積分制御量（比例ゲインを含む）：ＫＴｓ／ＴI・ｅ（ｎ） ・・・（５） 微分制御量（比例ゲインを含む）：＋ＫＴD／Ｔｓ・｛（ｅ（ｎ） −ｅ（ｎ-１））−（ｅ（ｎ-１）−ｅ（ｎ-２））｝・・・（６） の３つの要素を、前回の操作量ｍ（ｎ-１）に加算して
決定される。

【００８７】本実施例の特徴は、ＰＩＤ制御の比例ゲイ
ンＫの値を定着速度（記録材搬送速度と同速）に応じて
変えることである。積分時間ＴI、微分時間ＴDは定着速
度によらず不変としたが、これら積分時間ＴI、微分時
間ＴDを定着速度に応じて代えてもよい。またＰＩＤ制
御を用いたが、ＰＩ制御、ＰＤ制御としてもよい。

【００８８】比例ゲインＫは、定着速度すなわち定着フ
ィルム１０の回転速度が遅いほど、小さくする必要があ
る。定着速度が遅いほど、定着フィルムが発熱域Ｈを通
過する時間が長くなるため、供給電力の変化に対する定
着フィルムの温度変化が大きくなる。このため、定着速
度が遅い場合に比例ゲインＫの値が大きいと、ＰＩＤ制
御によるスイッチング素子の操作量の計算結果が振動し
やすくなり、その結果、定着フィルムの温度がオーバー
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。逆に定着速度が速い場合に比例
ゲインＫの値が小さいと、外乱による定着フィルムの温
度変化に追随できない傾向がある。

【００８９】本実施例では、前記したように、定着装置
には３つの定着速度（記録材搬送速度）が設定されてい
る。表１に示すように、この３つの定着速度ＶFに対し
それぞれ比例ゲインＫを設定した。この比例ゲインＫの
値は、定着装置の実機で調整して得られた値であり、定
着装置個々よって異なりうる値である。

【００９０】

【表１】

【００９１】したがって、本実施例によれば、画像形成
装置のＣＰＵが、定着装置の駆動速度信号に応じて表１
のテーブルから定着速度に対する比例ゲインＫを参照し
て、ＰＩＤ制御の制御則によりスイッチング素子のオン
時間を算出する。そしてスイッチング素子のオン／オフ
調整で励磁コイルへの電圧印加時間を調整することによ
り、定着フィルムの温度制御を行う。

【００９２】本実施例の方法および従来法による制御を
行ったときのフィルム温度とスイッチング素子操作量の
変化の関係を図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。従来法の制
御は、定着速度の低下に関係なく、ＰＩＤ制御の比例ゲ
インＫを固定したまま、定着フィルムの温度制御を行う
ものである。

【００９３】図１０（ａ）は、定着速度が１００ｍｍ／
ｓｅｃの場合、図１０（ｂ）は、定着速度を２５ｍｍ／
ｓｅｃに低下させたときの従来の場合、図１０（ｃ）
は、定着速度を２５ｍｍ／ｓｅｃに低下させたときの本
実施例の場合である。

【００９４】図１０（ａ）に示すように、定着速度１０
０ｍｍ／ｓｅｃでは、フィルム温度が目標温度に到達
後、スイッチング素子操作量ｍ（ｎ）に振動が見られ
ず、供給電力が適切に制御されているのが、定着速度を
２５ｍｍ／ｓｅｃに低下させた場合、従来法では、図１
０（ｂ）に示すように、スイッチング素子操作量ｍ
（ｎ）が振動してしまっていることが分かる。一方、本
実施例では、図１０（ｃ）に示すように、定着速度を２
５ｍｍ／ｓｅｃに低下させた場合、定着速度１００ｍｍ
／ｓｅｃのときと同様、定着フィルム温度が目標温度に
到達後、スイッチング素子操作量ｍ（ｎ）に振動は見ら
れず、供給電力が適切に制御されていることが分かる。

【００９５】本実施例によれば、以上により、定着速度
が異なっても、外乱による定着フィルム温度の目標温度
からのずれを最小限に抑制して、定着フィルム温度を目
標温度に精度よく保つことができ、したがって、定着画
像のグロスむらやＯＨＰフィルム上の定着画像の透過性
むら、定着不良を防止することができる。

【００９６】実施例２ 本実施例は、実施例１の制御に加え、ＰＩＤ制御の計算
におけるスイッチング素子の操作量の初期値ｍ（０）
を、０よりも大きい値としたことが大きな特徴である。

【００９７】実施例１で述べたように、定着速度が遅い
ほど比例ゲインＫの値を小さくした場合、外乱等による
温度変化に対する温調制御系の反応は鈍くなる。このた
め、定着装置が常温にまで冷えているときの立ち上げ時
のように、目標温度と定着フィルム温度の偏差が大き
く、最大電力の供給が要求される場合に、スイッチング
素子操作量の初期値ｍ（０）を０からＰＩＤ制御で計算
して増やし始めていたのでは、操作量を最大値まで変化
させるのに時間を要する。このため瞬時に最大電力を供
給できず、定着装置が目標温度まで規定時間内に立ち上
がらない場合がある。

【００９８】そこで、本実施例では、電力供給開始時の
スイッチング素子操作量の初期値ｍ（０）を、０より大
きな値に設定した。フィルム温度の俊敏な立ち上げを実
現するためには、初期値ｍ（０）は最大値に近いほど効
果を発揮する。しかし急峻な電力増加による電気回路へ
の負荷やノイズがあるので、初期値（０）はこれら負荷
やノイズ防止を考慮した値にすることが好ましい。本実
施例では、操作量の初期値ｍ（０）としてスイッチング
素子の最大オン時間である１５μｓｅｃに相当する値と
した。

【００９９】図１１は、定着速度２５ｍｍ／ｓｅｃモー
ドでの立ち上げ時のスイッチング素子の操作量ｍ（ｎ）
の変化を示した概念図である。本実施例のように、初期
値ｍ（０）を０より大きい値とすることにより、ｍ
（ｎ）の０からｍ（ｎ）maxまでの立ち上がり時間を短
くすることができる。

【０１００】本実施例によれば、実施例１と同様、ＰＩ
Ｄ制御のゲインを小さくした場合であっても、制御開始
時は瞬時に最大電力が入るので、定着フィルムの温度の
立ち上げが遅くなるようなことがない。

【０１０１】実施例３ 本実施例は、実施例１で述べた制御に加え、ＰＩＤ制御
開始から定着フィルム温度が目標温度に到達するまでの
間だけ、ＰＩＤ制御の制御則における比例ゲインの値を
大きく設定することが特徴である。

【０１０２】定着装置が常温に冷えているときの立ち上
げなどのように、現在のフィルム温度と目標温度の偏差
が大きい場合、瞬時に最大電力の供給を必要とする。し
かしながら、実施例１で述べたように、ＰＩＤ制御の比
例ゲインＫの値を小さくした場合、温度変化に対する温
調制御系の反応は鈍くなるため、供給電力を０から最大
まで変化させるのに時間を要し、瞬時に最大電力を供給
できない。したがって、定着装置が目標温度まで規定時
間内に立ち上がらない場合がある。

【０１０３】そこで、本実施例では、比例ゲインＫの値
を、制御開始から最初に定着フィルムが目標温度に到達
するまでの間だけ、目標温度到達以降よりも大きく設定
する。本実施例における比例ゲインＫの値は表２のよう
に設定した。

【０１０４】

【表２】

【０１０５】図１２は、定着速度２５ｍｍ／ｓｅｃでの
立ち上げ時のスイッチング素子操作量ｍ（ｎ）の変化を
示した概念図である。本実施例のように、立ち上げ時の
み比例ゲインＫを大きくとることにより、ｍ（ｎ）の０
からｍ（ｎ)maxまでの立ち上がり時間を短くすることが
できる。

【０１０６】本実施例によれば、実施例１と同様、ＰＩ
Ｄ制御のゲインを小さくした場合であっても、制御開始
時は瞬時に最大電力が入るので、定着フィルムの温度の
立ち上げが遅くなるようなことがない。

【０１０７】実施例４ 本実施例の特徴は、ＰＩＤ制御の制御則に用いる温度検
知素子２６からの情報のサンプリング時間Ｔｓを、定着
速度に応じて変えることである。

【０１０８】図１３に、本実施例における定着フィルム
の発熱域Ｈ１、Ｈ２と温度検知域Ｌの位置関係を示す。
本実施例の構成では、発熱域Ｈ１、Ｈ２は、励磁コイル
１８の対向部、温度検知域Ｌは定着ニップ部Ｎを抜けた
下流部に分かれる。このように発熱域と温度検知領域の
場所が離れていると、当然ながら、定着速度が変われ
ば、特に発熱域で昇温した定着フィルムの一部が温度検
知域Ｌに到達するタイミングが変わる。

【０１０９】たとえば発熱域Ｈ２で温度変化を受けた定
着フィルムの一部が、温度検知域Ｌに到達する時間をサ
ンプリング時間Ｔｓとし、このときの駆動速度をＶFと
する。発熱域Ｈ２から温度検知域Ｌまでの距離はＶF・
Ｔｓとなる。定着フィルムがＶF／２で駆動された場
合、定着フィルムの一部は、発熱域Ｈ２から時間Ｔｓの
間にＶF・Ｔｓ／２しか移動できず、温度検知域Ｌに達
しない。このような状態では、温調制御系は制御結果を
正確にフィードバックできないため、算出されるスイッ
チング素子の制御量が振動し、定着温度がオーバーシュ
ートやアンダーシュートを繰り返して振動してしまう。

【０１１０】そこで、本実施例では、定着速度の変化に
対するタイミングのずれを補正するために、サンプリン
グ時間Ｔｓを定着フィルムの回転速度に応じて変える。
サンプリング時間Ｔｓは、定着速度が遅いほど長くすれ
ばよい。

【０１１１】本実施例では、各定着速度に対するサンプ
リング時間Ｔｓをつぎのように設定した。定着装置が第
１の定着速度ＶF1で駆動されているときに、合わせ込ん
だサンプリング時間をＴs1とする。第２の定着速度をＶ
F2、このときのサンプリング時間をＴs2とすると、これ
らが、 Ｔs2＝Ｔs1×（ＶF1／ＶF2） ・・・（７） の関係を満たすように設定した。

【０１１２】本実施例における３種類の定着速度ＶFそ
れぞれに対するサンプリング時間Ｔｓを表３に示す。

【０１１３】

【表３】

【０１１４】上述の方法により、定着速度を変えてもサ
ンプリング時間を変えることにより、最適なＰＩＤ制御
を行うことができ、定着フィルムの温度を目標温度近傍
に安定させることができる。したがって、本実施例によ
っても、定着画像のグロスむらや定着不良、ＯＨＰフィ
ルム上の定着画像の透過性むらを抑制することができ
る。

【０１１５】以上、実施例１〜４ではＰＩＤ制御を例に
とって説明したが、本発明はＰＩＤ制御に限るものでは
なく、定着装置の発熱手段への供給電力を調整する制御
法であれば、同様に適用して同様な効果を得ることがで
きる。

【０１１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
定着速度が変わっても、定着フィルム等の加熱部材の温
度を目標温度に安定して保つことにより、定着画像のグ
ロスむらや定着不良、ＯＨＰフィルムの透過画像の透過
むらを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構
成図である。

【図２】図１の画像形成装置に搭載した定着装置を示す
縦断面図である。

【図３】図２のＩ−Ｉ線に沿った定着装置の断面を示す
斜視図である。

【図４】図２のＡ方向から見た定着装置の正面図であ
る。

【図５】図２のII−II線に沿った定着装置の断面図であ
る。

【図６】図２の定着装置の磁場発生手段の交番磁束と定
着フィルムの発熱量の関係を示す図である。

【図７】図２の定着装置に設置された熱暴走防止回路を
示す図である。

【図８】図２の定着装置の定着フィルムの層構成を示す
模式図である。

【図９】図８の定着フィルムの発熱深さと電磁波強度の
関係を説明図である。

【図１０】図１の実施例の方法および従来法による制御
を行ったときのフィルム温度とスイッチング素子操作量
ｍ（ｎ）の変化の関係を示す図である。

【図１１】本発明の他の実施例におけるスイッチング素
子の操作量ｍ（ｎ）の変化を示す図である。

【図１２】本発明のさらに他の実施例におけるスイッチ
ング素子の操作量ｍ（ｎ）の変化を示す図である。

【図１３】本発明のさらに他の実施例における定着フィ
ルムの発熱域と温度検知域との関係を示す図である。

【符号の説明】

１０ 定着フィルム １６ａ、１６ｂ フィルムガイド部材 １７ａ〜１７ｃ 磁性コア １８ 励磁コイル １８ａ、１８ｂ 給電部 ２６ 温度検知素子 ２７ 励磁回路 ３０ 加圧ローラ １００ 定着装置 Ｈ、Ｈ１、Ｈ２ 発熱域 Ｌ 温度検知域 Ｎ 定着ニップ部 Ｐ 記録材

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA03 BA08 BA25 BA30 BB01 BB18 BB29 BB33 BE03 BE06 CA07 CA13 CA20 CA23 CA27 CA40 CA45 3K059 AA03 AA08 AB19 AB23 AB28 AC03 AC09 AC33 AC35 AC44 AC47 AC73 AD15 AD28 AD34 BD02 BD05 CD06 CD44 CD75 CD77 5H323 AA36 BB03 CA08 CB06 DA01 KK05 LL01 LL02 LL27 LL29 MM06 MM09

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに圧接してトナー像を担持した記録
   材を加熱定着するニップ部を形成した回転する加熱部材
   および加圧部材と、前記加熱部材を昇温する発熱手段
   と、前記加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、前
   記発熱手段への供給電力量を調整する電力制御手段と、
   前記温度検知手段からの温度検知情報に基づいて前記電
   力制御手段の操作量を決定する操作量決定手段とを有
   し、前記加熱部材が複数の回転速度を有する定着装置に
   おいて、 前記操作量決定手段による前記電力制御手段の操作量の
   決定方式を前記加熱部材の回転速度に応じて変更するこ
   とを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 前記操作量決定手段は前記電力制御手段
   の操作量を、前記温度検知手段からの温度検知情報に基
   づき制御則にしたがって算出することを特徴とする請求
   項１の定着装置。
3. 【請求項３】 前記制御則が、偏差の比例要素に加え、
   偏差の積分要素および微分要素の少なくとも一方の要素
   を含むＰＩＤ制御であることを特徴とする請求項２の定
   着装置。
4. 【請求項４】 前記ＰＩＤ制御における制御則の定数の
   うち、比例要素の比例ゲインＫ、積分要素の積分時間Ｔ
   Iおよび微分要素の微分時間ＴDの少なくとも一つを、前
   記加熱部材の回転速度に応じて変更することを特徴とす
   る請求項３の定着装置。
5. 【請求項５】 前記制御則における前記温度検知手段か
   らの温度検知情報のサンプリング時間を、前記加熱部材
   の回転速度に応じて変更することを特徴とする請求項２
   〜４のいずれかの項に記載の定着装置。
6. 【請求項６】 前記加熱部材の複数の回転速度のうちの
   いずれか２つにおいて、回転速度が遅い方で前記比例ゲ
   インＫの値を小さく設定することを特徴とする請求項４
   の定着装置。
7. 【請求項７】 前記加熱部材の複数の回転速度のうちの
   いずれか２つにおいて、回転速度が遅い方で前記サンプ
   リング時間の値を大きく設定することを特徴とする請求
   項５の定着装置。
8. 【請求項８】 前記ＰＩＤ制御の制御則において、制御
   開始時の前記電力制御手段の操作量の初期値を０より大
   きい値とすることを特徴とする請求項３〜７のいずれか
   の項に記載の定着装置。
9. 【請求項９】 前記ＰＩＤ制御の制御則において、前記
   比例ゲインの値を、電力供給開始から前記加熱部材の温
   度が目標温度に到達するまでの間だけ、目標温度到達後
   以降よりも大きく設定することを特徴とする請求項３〜
   ８のいずれかの項に記載の定着装置。
10. 【請求項１０】 前記加熱部材が導電層を有する円筒状
    フィルムからなり、前記発熱手段が励磁コイルを含む磁
    場発生手段からなり、前記電力制御手段が、前記励磁コ
    イルの両端子間の電圧もしくは前記励磁コイルに流れる
    電流を振動させるスイッチング回路からなり、前記導電
    層に前記磁場発生手段からの交番磁場を作用させて渦電
    流を発生させることにより、前記円筒状フィルムを発熱
    させるようになっており、 前記スイッチング回路は、前記励磁コイルの両端子間の
    電圧もしくは前記励磁コイルに流れる電流を強制振動さ
    せるオン時間と自由振動させるオフ時間とを連続して生
    成し、前記スイッチング回路のオン時間もしくはオフ時
    間を変更することにより前記発熱手段へ供給する電力量
    を調整することを特徴とする請求項１〜９のいずれかの
    項に記載の定着装置。
11. 【請求項１１】 前記オフ時間を固定し、前記オン時間
    を変更することにより、前記発熱手段へ供給する電力量
    を調整することを特徴とする請求項１０の定着装置。
12. 【請求項１２】 前記加圧部材が弾性ローラからなり、
    前記弾性ローラの回転に従動して前記円筒状フィルムが
    回転する請求項１０または１１の定着装置。
13. 【請求項１３】 記録材上にトナー像を形成する画像形
    成手段と、前記形成されたトナー像を担持した記録材を
    加熱定着する定着装置とを備えた画像形成装置におい
    て、前記定着装置が請求項１〜１２のいずれかの項に記
    載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。