JP2007065383A - 定着装置及びその駆動方法、並びに制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストなステッピングモータを定着器のローラの駆動源に使用しつつ、モータの駆動開始時に十分なトルクを実現した定着装置を提供する。
【解決手段】 プリント要求に従い、ヒータをＯＮした後（ステップＳ５０１）、モータ駆動開始可能な基準温度に到達しているかを検出するまで待つ（ステップＳ５０２）。基準温度を検出した後、モータを目標ステップ数Ｓ１で駆動開始する（ステップＳ５０３）。モータ駆動後、所定時間内にヒータの所定時間内の温度上昇勾配を検出する（ステップＳ５０４）。前記温度上昇勾配から、モータの目標ステップ数をＳ２に切り替えるタイミングを算出する（ステップＳ５０５）。算出した切り替えタイミングに従い、目標ステップ数をＳ２に切り替える（ステップＳ５０６）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置及びその駆動方法、並びに制御プログラムに関する。

従来、画像形成装置における定着ローラの駆動源には、ＤＣブラシレスモータを用いるのが一般的である。定着ローラは負荷トルクが大きく、負荷変動も大きいため、ＤＣブラシレスモータはこうした用途に適しているが、コスト的には高価である。

一方、低コスト化を図るため、駆動モータとしてステッピングモータを用いると、低温時には定着ヒータと定着フィルムとの間に塗られたグリース、及び各駆動ギヤに塗布されたグリースが固化し、負荷トルクが重くなるという問題がある。この点が、低コストなステッピングモータの使用を実現する上で支障となっていた。

このような問題を解決し、低コストなステッピングモータの使用を実現するため、従来、以下のような提案がなされている。

特許文献１では、モータの制御パタンを二つ有し、定着ヒータをオンした後、その温度上昇勾配によってモータの制御パタンを決定し、低温時には、通常よりもトルクの高いスローアップ制御パタンを使用するものである。

また、特許文献２では、定着モータを駆動開始する第１の定着ローラ温度と、定着モータの速度変更を行う第２の定着ローラ温度を有し、定着ローラの温度によって定着モータの駆動速度を切り替え、低温時のトルク不足を補うものである。
特開平１０−１６１４６７号公報 特開２００３−３０７９６７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、モータを回転させる前、即ち定着ローラの回転前に一定時間、定着ヒータをオンし、その温度上昇勾配を検出している。その為、定着ローラの一部のみを加熱することになり、例えば、定着フィルムの薄い系では、定着フィルムの不均一な劣化を招くことになる。

さらに、温度上昇勾配の検出中は定着ローラが回転していないため、検出温度はローラの一部のみを検出することになる。その為、不規則な電源のオン／オフなどにより温度上昇勾配の検出中に制御の中断がなされると、定着ローラ全体は低温にかかわらず、定着ローラの小範囲（定着ヒータと定着ローラが接している部分）のみが高温という現象が発生する。その結果、温度上昇勾配の検出が不正確になり、モータの制御パターンを正確に切り替えることができず、トルク不足によるモータの脱調が発生する、という問題がある。特に、オンデマンド定着といわれるヒータと薄肉のフィルムで構成される定着器では、ヒータ温度は急速に上昇するが、近接する定着ローラは温まるのに時間がかかるため、このような問題が顕著になる。

特許文献２の技術では、定着ローラの温度によって定着モータの駆動速度の切り替えを行う構成であり、この切り替えの際には定着ローラの動作時間は無視されている。このように定着ローラの駆動時間を考慮せずに、例えば定着ローラの温度が所定温度になったら直ちに駆動速度を切り替える、という制御を行うと、以下の問題がある。例えば、温度を検出するポイントが一点である場合には、前述と同様に、定着ヒータと定着ローラが接している部分は所定温度以上であるにも拘わらず、その他の部分が所定温度以下である状態が発生し得る。このような場合に、定着モータの駆動速度の切り替えを行うと、トルク不足によるモータの脱調が発生する。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、低コストなステッピングモータを定着器のローラの駆動源に使用しつつ、モータの駆動開始時に十分なトルクを実現した定着装置及びその駆動方法、並びに制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置において、前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる駆動制御手段と、前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出手段と、前記上昇勾配算出手段の算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するタイミングを決定する決定手段とを有し、前記駆動制御手段は、前記決定手段で決定されたタイミングでに、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させることを特徴とする。

また、本発明は、シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置において、前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる駆動制御手段と、
前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出手段と、前記上昇勾配算出手段の算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するための温度を決定する温度決定手段とを有し、前記駆動制御手段は、前記温度決定手段で決定された温度に前記ローラの温度が到達したときに、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させることを特徴とする。

また、本発明は、シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置の駆動方法において、前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる第１の駆動制御工程と、前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出工程と、前記上昇勾配算出工程の算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するタイミングを決定する決定工程と、前記決定工程で決定されたタイミングで、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させる第２の駆動制御工程とを実行することを特徴とする。

また、本発明は、シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置の駆動方法において、前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる第１の駆動制御工程と、前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出工程と、前記上昇勾配算出工程の算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するための温度を決定する温度決定工程と、前記温度決定工程で決定された温度に前記ローラの温度が到達したときに、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させる第２の駆動制御工程とを実行することを特徴とする。

また、本発明は、シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置の駆動方法を実行するための、コンピュータで読み取り可能な制御プログラムであって、前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる第１の駆動制御ステップと、
前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出ステップと、前記上昇勾配算出ステップの算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するタイミングを決定する決定ステップと、前記決定ステップで決定されたタイミングで、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させる第２の駆動制御ステップとを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置の駆動方法を実行するための、コンピュータで読み取り可能な制御プログラムであって、前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる第１の駆動制御ステップと、前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出ステップと、前記上昇勾配算出ステップの算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するための温度を決定する温度決定ステップと、前記温度決定ステップで決定された温度に前記ローラの温度が到達したときに、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させる第２の駆動制御ステップとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、例えば低コストなステッピングモータを定着装置のローラの駆動手段に使用しても、該駆動手段の駆動開始時に十分なトルクを実現することが可能になるので、トルク不足による駆動手段の脱調を回避することができる。

本発明の定着装置及びその駆動方法、並びに制御プログラムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

［第１の実施の形態］
＜画像形成装置のハード構成＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置のハード構成を示す断面図である。

本実施の形態の画像形成装置は、例えばフルカラープリンタとして構成されている。即ち、イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１Ｍと、シアン色の画像を形成する画像形成部１Ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１Ｂｋとの４つの画像形成部（画像形成ユニット）を備えている。

各画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは一定の間隔で一列に配置される。それぞれの画像形成部には、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムという）２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設置されている。各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの周囲には、一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、転写手段としての転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと、ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄとがそれぞれ配置されている。一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとの間の下方には、レーザー露光装置７が設置されている。各現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄには、それぞれイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー、ブラックトナーが収納されている。

各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、負帯電のＯＰＣ感光体でアルミニウム製のドラム基体上に光導電層を有しており、駆動装置（不図示）によって時計回り方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。

一次帯電手段としての一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、帯電バイアス電源（不図示）から印加される帯電バイアスによって各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面を負極性の所定電位に均一に帯電する。現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、トナーを内蔵し、それぞれ各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上に形成される各静電潜像に各色のトナーを付着させてトナー像として現像（可視像化）する。

一次転写手段としての転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、各一次転写部３２ａ〜３２ｄにて中間転写ベルト８を介して各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに当接可能に配置されている。ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、感光ドラム２上で一次転写時の残留した転写残トナーを、該感光ドラム２から除去するためのクリーニングブレード等を有している。

中間転写ベルト８は、各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上面側に配置されて、二次転写対向ローラ１０とテンションローラ１１との間に張架されている。該二次転写対向ローラ１０は、二次転写部３４において、中間転写ベルト８を介して二次転写ローラ１２と当接可能に配置されている。この中間転写ベルト８は、ポリカーボネートや、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィルム等のような誘電体樹脂によって構成されている。

また、この中間転写ベルト８は、感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとの対向面側に形成された一次転写面（８ｂ）を、二次転写ローラ１２側を下方にして傾斜配置してある。即ち、中間転写ベルト８は、感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上面に移動可能に対向配置されて該感光ドラム２との対向面側に形成された一次転写面、即ち下部平面８ｂを、二次転写部３４側が下方となるように傾斜配置されている。具体的には、この傾斜角度は約１５°に設定されている。また、中間転写ベルト８は、二次転写部３４側に配置されて中間転写ベルト８に駆動力を付与する二次転写対向ローラ１０と、一次転写部３２ａ〜３２ｄを挟んで対向側に配置され中間転写ベルト８に張力を付与するテンションローラ１１との二本で張架されている。

二次転写対向ローラ１０は、二次転写部３４にて中間転写ベルト８を介して二次転写ローラ１２と当接可能に配置されている。また、無端状の中間転写ベルト８の外側で、テンションローラ１１の近傍には、該中間転写ベルト８の表面に残った転写残トナーを除去して回収するベルトクリーニング装置１３が設置されている。また、二次転写部３４よりも転写材Ｐの搬送方向の下流側には、定着ローラ１６ａと加圧ローラ１６ｂを有する定着器１６が縦パス構成で設置されている。

露光装置７は、与えられる画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応した発光を行うレーザー発光手段、ポリゴンレンズ、及び反射ミラー等で構成されている。露光装置７は、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに露光をすることによって、各一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄで帯電された各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面に画像情報に応じた各色の静電潜像を形成する。

＜画像形成装置の画像形成動作＞
次に、上記した画像形成装置による画像形成動作について説明する。

画像形成開始信号が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される各画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋの各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、それぞれ一次帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによって一様に負極性に帯電される。そして、露光装置７は、外部から入力されるカラー色分解された画像信号をレーザー発光素子から照射し、ポリゴンレンズ、反射ミラー等を経由し各感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上に各色の静電潜像を形成する。

そして、まず感光ドラム２ａ上に形成された静電潜像に、感光ドラム２ａの帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａにより、イエローのトナーを付着させてトナー像として可視像化する。このイエローのトナー像は、感光ドラム２ａと転写ローラ５ａとの間の一次転写部３２ａにて、一次転写バイアス（トナーと逆極性／正極性）が印加された転写ローラ５ａにより、駆動されている中間転写ベルト８上に一次転写される。

イエローのトナー像が転写された中間転写ベルト８は、画像形成部１Ｍ側に移動される。そして、画像形成部１Ｍにおいても、前記と同様にして、感光ドラム２ｂに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト８上のイエローのトナー像上に重ね合わせて、一次転写部３２ｂにて転写される。この時、各感光体ドラム２上に残留した転写残トナーは、ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに設けられたクリーナブレード等により掻き落とされ、回収される。

以下、同様にして、中間転写ベルト８上に重畳転写されたイエロー、マゼンタのトナー像上に画像形成部１Ｃ，１Ｂｋの感光ドラム２ｃ，２ｄで形成されたシアン、ブラックのトナー像を各一次転写部３２ａ〜３２ｄにて順次重ね合わせられる。この結果、フルカラーのトナー像が中間転写ベルト８上に形成される。

そして、転写材（用紙）Ｐが給紙カセット１７又は手差しトレイ２０から選択されて搬送パス１８を通してレジストローラ１９まで給紙される。そして、中間転写ベルト８上のフルカラーのトナー像先端が、二次転写対向ローラ１０と二次転写ローラ１２間の二次転写部３４に移動されるタイミングに合わせて、転写材Ｐがレジストローラ１９により二次転写部３４に搬送される。二次転写部３４に搬送された転写材Ｐに、二次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された二次転写ローラ１２により、フルカラーのトナー像が一括して二次転写される。

フルカラーのトナー像が形成された転写材Ｐは、定着器１６に搬送されて、定着ローラ１６ａと加圧ローラ１６ｂとの間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像が加熱、加圧されて転写材Ｐの表面に熱定着される。転写材Ｐはその後に、排紙ローラ２１によって本体上面の排紙トレイ２２上に排出されて、一連の画像形成動作を終了する。なお、中間転写ベルト８上に残った二次転写残トナー等は、ベルトクリーニング装置１３によって除去されて回収される。

以上が片面画像形成時の画像形成動作である。続いて、両面画像形成動作について説明する。

定着器１６に搬送されるところまでは片面画像形成動作と同様であり、定着ローラ１６ａと加圧ローラ１６ｂとの間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像が加熱、加圧されて転写材Ｐの表面に熱定着される。転写材Ｐはその後に、排紙ローラ２１によって本体上面の排紙トレイ２２上に転写材Ｐの大部分を排出された状態で、排紙ローラ２１の回転を停止する。その際、転写材Ｐの後端位置が反転可能位置４２に到達しているように、停止している。

続いて、排紙ローラ２１の回転を停止させたことで搬送が停止された転写材Ｐを両面ローラ４０、４１を備えた両面パスへと送り込むべく、排紙ローラ２１を通常回転とは逆回転させる。排紙ローラ２１を逆回転させることにより、反転可能位置４２に位置していた転写材Ｐの後端側を先端側とし、両面ローラ４０に到達させる。

その後、転写材Ｐは、両面ローラ４０、４１によりレジストローラ１９に向かって搬送される。画像形成開始信号が発生されると、中間転写ベルト８上のフルカラーのトナー像先端が、二次転写対向ローラ１０と二次転写ローラ１２との間の二次転写部３４に移動されるタイミングに合わせてレジストローラ１９により二次転写部３４へと転写材Ｐを移動させる。

二次転写部３４にてトナー像先端と転写材Ｐの先端とを一致させ、トナー像を転写させた以降は、片面画像形成動作と同様である。即ち、定着器１６にて転写材Ｐ上の画像が定着され、再度排紙ローラ２１によって搬送され、最終的に排紙トレイ２２上に排出されて、一連の画像形成動作を終了する。

＜画像形成装置の制御構成＞
図２は、図１に示した画像形成装置内の制御構成を示すブロック図である。

図中の１７１は画像形成装置の基本制御を行うＣＰＵである。ＣＰＵ１７１は制御プログラムが書き込まれたＲＯＭ１７４と、処理を行うためのワークＲＡＭ１７５と、入出力ポート１７３とにアドレスバス及びデータバスを介して接続されている。入出力ポート１７３には、モータ及びクラッチ等の各種負荷（不図示）や、紙の位置を検知するセンサ等の入力（不図示）が接続されている。

ＣＰＵ１７１は、ＲＯＭ１７４内の制御プログラムに従い、入出力ポート１７３を介して順次入出力の制御を行い、画像形成動作を実行する。また、ＣＰＵ１７１には操作部１７２が接続されており、操作部１７２の表示パネル、キー入力部を制御する。

操作者は、キー入力部を通して画像形成動作モードや、表示の切り替えをＣＰＵ１７１に指示し、ＣＰＵ１７１は画像形成装置１００の状態や、キー入力による動作モード設定の表示を行う。ＣＰＵ１７１には、外部Ｉ／Ｆ処理部４００、画像メモリ部３００、画像形成部２００が接続されている。ここで、外部Ｉ／Ｆ処理部４００は、パソコンなど外部機器からの画像データ・処理データなどを送受信する。画像メモリ部３００は、画像を伸張処理や一時的に蓄積処理などをする。画像形成部２００は、画像メモリ部３００から転送されたライン画像データを露光装置７に露光させるべく処理を行う。

＜定着器の構成＞
図３は、図１中の定着器１６の詳細な構成を示す断面図である。

図中の２０２は定着ベルトユニットである。この定着ベルトユニット２０２は、横断面略半円弧状の樋型のヒータホルダ２０７、定着ヒータ２０４、エンドレスベルト状（円筒状）の弾性層の定着ベルト２０３などからなるアセンブリである。定着ヒータ２０４はヒータホルダ２０７の下面にヒータホルダ長手（図面に垂直方向）に沿って固定して配設されている。定着ベルト２０３は定着ヒータ２０４付きのヒータホルダ２０７にルーズに外嵌されている。

２０５は弾性加圧ローラ（以下、定着ローラと記す）であり、ステッピングモータで駆動する。その芯金の両端部を定着器の側板間に回転自由に軸受させて配設してある。定着ベルトユニット２０２は、定着ヒータ２０４側を定着ローラ２０５と接する向きにして定着ローラ２０５に並行に配列し、ヒータホルダ２０７の両端部側を不図示の付勢部材で所定の押圧力で押圧した状態にしてある。これにより、定着ヒータ２０４の面が定着ベルト２０３を挟んで定着ローラ２０５の弾性に抗して圧接させて所定幅の定着ニップ部２０６を形成させている。

定着ローラ２０５は、不図示の駆動機構により反時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。この定着ローラ２０５の回転駆動により、定着ニップ部２０６において定着ローラ２０５と定着ベルト２０３の外面との摩擦力で定着ベルト２０３に回転力が作用する。定着ベルト２０３は、その内周面が定着ニップ部２０６において定着ヒータ２０４の下面に密着して摺動しながら時計方向に定着ローラ２０５の周速度にほぼ対応した周速度をもってヒータホルダ２０７の外回りを従動回転状態になる。

定着ベルト２０３内にはグリースが塗布され、ヒータホルダ２０７と定着ベルト２０３との摺動性を確保している。定着ヒータ２０４は、セラミック基板上に抵抗発熱体を形成したものである。定着ベルト２０３は、熱伝導率の高いゴム層で形成される弾性層を持つ。定着ヒータ２０４にはサーミスタ２０８が当接されている。このサーミスタ２０８によって定着ヒータ２０４の温度が検知され、定着ヒータ２０４の温度が所望の温度になるように定着ヒータ２０４に対する供給電力が制御されて温調制御される。

定着ローラ２０５が回転駆動されると、定着ベルト２０３が従動回転し、定着ヒータ２０４が所定温度に温調制御される。温調制御された状態において、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが定着ニップ部２０６の定着ベルト２０３と定着ローラ２０５との間に導入される。その記録材Ｐは、未定着トナー像担持面が定着ベルト２０３の外面に密着して定着ベルト２０３と一緒に定着ニップ部２０６を挟持搬送されていく。

その挟持搬送過程において、記録材Ｐに対して定着ヒータ２０４の熱が定着ベルト２０３を介して付与され、また定着ニップ部２０６の加圧力を受け、未定着トナー像ｔが記録材Ｐ上に永久固着画像として熱と圧力で定着される。記録材Ｐは定着ニップ部２０６を通過して定着ベルト２０３の面から曲率分離して排出される。

＜ステッピングモータ駆動処理＞
図４は、第１の実施の形態に係る、定着ローラの駆動源であるステッピングモータの駆動処理を示すフローチャートである。この処理を実行するための制御プログラムは、ＲＯＭ１７４に格納され、ＣＰＵ１７１によって実行される。図５は、第１の実施の形態に係るステッピングモータ駆動処理時における定着ヒータ２０４の温度とモータの駆動制御の関係を示すグラフである。また、図６は、第１の実施の形態に係るモータステップ数の切り替え基準を示すテーブル図である。

図５中の６００は、定着ヒータ２０４の温度が低温状態から徐々に上昇していく状態を示し、６１０は、定着ローラ２０５を駆動するステッピングモータのステップ数の遷移を示している。

まず、プリント要求に従い定着ヒータ２０４が点灯されたタイミングでは、定着ヒータ２０４の温度がまだ低温状態のＴ０にある（時刻Ｎ１以前、ステップＳ５０１）。その後、定着ヒータ２０４の温度は低温状態からＴ１，Ｔ２，…と徐々に上昇していく。定着ヒータ２０４の温度がＴ１より低い状態では、定着ベルト２０３内に塗布されているグリースの溶解が不十分であり、モータはトルク負荷が高いために動作を停止している。

定着ヒータ２０４の温度がＴ１を超えたタイミングで（時刻Ｎ１、ステップＳ５０２）、定着ベルト２０３内に塗布されているグリースが溶解し、負荷トルクが低くなるため、ステッピングモータの駆動を開始する（ステップＳ５０３）。この時、図５に示すようにモータの駆動ステップは目標ステップ数Ｓ２よりも少ないステップ数Ｓ１であり、速度の関係は「Ｓ２＞Ｓ１」であり、トルクの関係は「Ｓ２＜Ｓ１」である。

ステッピングモータの駆動を開始した時刻Ｎ１から所定時間を経過した時刻Ｎ２のタイミングで、その時の定着ヒータ２０４の温度Ｔ２とモータ起動時の温度Ｔ１とを比較し、単位時間当たりの温度上昇勾配（６１５）を求める（ステップＳ５０４）。

ここで、サーミスタ２０８は定着ヒータ２０４に当接しているため、サーミスタ２０８が検出した温度は、定着ベルト２０３の裏面、即ち定着ヒータ２０４の温度である。従って、検出温度と弾性層を介する定着ベルト２０３の温度との差が数十度程度ある。また、画像形成装置の朝一番の立上げ時など、定着ベルト２０３及び定着ローラ２０５の温度が低いときは、通常のプリント時に比べて更に−１０℃程度の開きがある。

定着ヒータ２０４の温度に対する定着ベルト２０３の温度の追従性は、朝一番の立上げ時では数十秒、通常時では数秒という開きがある。その為、定着ヒータ２０４の温度を検出するサーミスタ２０８でのポイント的な温度検出では、実際に定着ニップ部２０６を形成する定着ベルト２０３の温度を正確に検出することができない。つまり、ステッピングモータのトルクが十分となるように、定着ベルト２０３内の温度が均一化しているかは不明である。

そこで、この定着ベルト２０３と定着ヒータ２０４との温度差を考慮し、温度上昇勾配６１５を求める。即ち、温度上昇勾配６１５を求める間、定着ヒータ２０４は回動する定着ベルト２０３の蓄熱温度の影響を受ける。定着ベルト２０３が十分に温まっていれば、温度上昇勾配６１５は高くなり、十分に温まっていない場合には、温度上昇勾配６１５は低くなる。

温度上昇勾配６１５を検出した後は、図６のテーブルを用いて、ステッピングモータのステップ数Ｓ１を目標ステップ数Ｓ２に切り替えるための速度切り替え時間（ＷＴ＝Ｎ３−Ｎ２）を求める（ステップＳ５０５）。即ち、図６のテーブルにおいて、例えば、定着ヒータ２０４の初期温度が０〜７９℃で、且つ時刻Ｎ１から時刻Ｎ２までの上昇温度（Ｔ２−Ｔ１）が３〜４℃であった場合には、速度切り替え時間ＷＴ＝５００ｍｓｅｃとなる。

そして、時刻Ｎ２から更に継続して、前記求めた速度切り替え時間ＷＴ分、ステッピングモータをステップ数Ｓ１で動作させ、時刻Ｎ３後に目標ステップ数Ｓ２に切り替えて加速する（ステップＳ５０６）。

前記速度切り替え時間ＷＴの条件としては、紙が定着器に突入する前に、ステップ数Ｓ２の切り替えに間に合うような時間内であればよい。但し、ステップ数Ｓ２よりも低速なステップ数Ｓ１でモータを駆動した方が、定着ヒータ２０４への供給出力に対する定着ベルト２０３の蓄熱量が大きくなる。定着ヒータ２０４への供給出力は定着ヒータ２０４の温度に応じて制御されるため、この蓄熱量の大きい時の制御は、ステッピングモータがステップ数Ｓ１で動作している時として制御される。

前述したように、定着ヒータ２０４の温度に対して定着ベルト２０３の温度の追随性は最短でも数秒かかる。そのため、未定着紙の突入直前にステッピングモータのステップ数をＳ２に切り替えた場合、ステップ数Ｓ１の速度に対応した定着ヒータ２０４への供給出力によって定着がなされる。従って、２枚の紙の定着性に差異が現れる。その為、前記速度切り替え時間ＷＴは、最大値をとるのではなく、状況に応じて、図６のテーブルを用いて可変としている。

＜本実施の形態の利点＞
本実施の形態によれば、定着ローラが基準温度に達したところで、定着ローラを半速で駆動し、定着ヒータ２０４の所定時間内の温度上昇勾配を検出した後、定着ローラの駆動を等速に切り替えるタイミングを決定し、必要であれば、等速に切り替える。即ち、定着ヒータ２０４をオンした後（ステップＳ５０１）、定着ローラがグリース溶解温度（基準温度）になるまで待ち、グリース溶解温度に達すると（ステップＳ５０２）、半速（目標ステップ数Ｓ１）でモータの駆動を開始する（ステップＳ５０３）。これにより、定着ベルト２０３内に塗布されているグリースが溶解して負荷トルクが低くなってから、定着ローラの駆動モータを始動することができる。したがって、駆動モータとして安価なステッピングモータを使用しても、低温時における定着ローラの回転駆動に十分なトルクを提供することができる。

モータの駆動開始後は、定着ヒータ２０４の所定時間内の温度上昇勾配を検出し（ステップＳ５０４）。その温度上昇勾配から、モータの駆動を等速（目標ステップ数Ｓ２）に切り替えるタイミング（速度切り替え時間ＷＴ）を算出する（ステップＳ５０５）。そして、算出した速度切り替え時間ＷＴに従い、必要であればモータの駆動を等速に切り替える（ステップＳ５０６）。このように本実施の形態では、温度上昇勾配の検出中において定着ローラを半速で回転して定着ローラの周囲温度の均一化を実行している。従って、前述した従来技術のように、検出温度が定着ローラの一部のみを検出することにはならず、温度上昇勾配の検出が正確に行われる。

さらに、図５に示した時刻Ｎ１から時刻Ｎ２までの時間分、定着ローラを回転してから、モータの駆動を等速に切り替えるタイミングを決めるので、必ず、定着ローラの周囲温度が均一化するのを待って、モータの駆動を等速に切り替えることができる。つまり、定着ローラ全体がグリース溶解温度に達していることを確認してから、モータの駆動速度の切り替えを行うことになるので、トルク不足によるモータの脱調を確実に防止することが可能になる。

また、定着ローラを回転する前に定着ヒータ２０４をオンするが、このときは前述の特許文献１の技術のように温度上昇勾配の検出を行わない。従って、一点集中加熱を最小限の時間に抑えることができ、定着フィルムの不均一な劣化を招くといった不具合を軽減することができる。

［第２の実施の形態］
上記第１の実施の形態では、ステッピングモータのステップ数をＳ１からＳ２に切り替えるタイミングを、温度上昇勾配より求めた速度切り替え時間ＷＴとした。これに対し、本実施の形態では、温度上昇勾配の検出後、所定温度の到達をもってステッピングモータのステップ数を切り替える。第２の実施の形態について、図７、図８及び図９を参照して説明する。

図７は、第２の実施の形態に係る、定着ローラの駆動源であるステッピングモータの駆動処理を示すフローチャートである。この処理を実行するための制御プログラムは、ＲＯＭ１７４に格納され、ＣＰＵ１７１によって実行される。図８は、第２の実施の形態に係るステッピングモータ駆動処理時における定着ヒータ２０４の温度とモータの駆動制御の関係を示すグラフである。また、図９は、第２の実施の形態に係るモータステップ数の切り替え基準を示すテーブル図である。

図７において、ステップＳ５１１からステップＳ５１４までの処理は、上記第１の実施の形態における図４のステップＳ５０１からステップＳ５０４までの処理と同様である。

ステップＳ５１４で単位時間当たりの温度上昇勾配６１５を検出した後、ステップＳ５１５へ進んで、温度上昇勾配６１５から、図９のテーブルを用いてステッピングモータのステップ数Ｓ１を目標ステップ数Ｓ２に切り替えるための速度切り替え温度Ｔ３を求める。例えば、図９のテーブルにおいて、時刻Ｎ１から時刻Ｎ２までの上昇温度（Ｔ２−Ｔ１）が３〜４℃であった場合には、切り替え温度Ｔ３は１６０℃となる。

そして、求めた速度切り替え温度Ｔ３に定着ヒータ２０４の温度が到達するまで、ステッピングモータをステップ数Ｓ１で動作させる。定着ヒータ２０４の温度が前記速度切り替え温度Ｔ３に到達した後（ステップＳ５１６）、目標ステップ数Ｓ２へ切り替えて加速する（ステップＳ５１７）。

ここで、図９のテーブルを用いてＳ１からＳ２へのステップ数の切り替えを可変とする理由は、前述の第１の実施の形態での説明と同様、定着ヒータ２０４に対する定着ベルト２０３の温度の追従性を考慮するためである。

なお、上記第１及び第２の実施の形態においては、ステッピングモータの目標ステップ数をＳ１からＳ２に切り替えている。しかし、未定着紙が定着される際の目標ステップ数がＳ１である場合は、ステップ数をＳ２に切り替えることなく、Ｓ１のままでよいことは言うまでもない。

なお、本発明の目的は、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。又は、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

この場合、上記プログラムは、該プログラムを記憶した記憶媒体から直接、又はインターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続された不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることにより供給される。

第１の実施の形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置のハード構成を示す断面図である。 図１に示した画像形成装置内の制御構成を示すブロック図である。 図１中の定着器の詳細な構成を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る、定着ローラの駆動源であるステッピングモータの駆動処理を示すフローチャートである。 第１の実施の形態に係るステッピングモータ駆動処理時における定着ヒータ２０４の温度とモータの駆動制御の関係を示すグラフである。 第１の実施の形態に係るモータステップ数の切り替え基準を示すテーブル図である。 第２の実施の形態に係る、定着ローラの駆動源であるステッピングモータの駆動処理を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係るステッピングモータ駆動処理時における定着ヒータ２０４の温度とモータの駆動制御の関係を示すグラフである。 第２の実施の形態に係るモータステップ数の切り替え基準を示すテーブル図である。

符号の説明

１６ 定着器
１７１ ＣＰＵ
１７４ ＲＯＭ
１７５ ＲＡＭ
２０４ ヒータ
２０８ サーミスタ
２０３ 定着ベルト
２０５ 定着ローラ

Claims (7)

1. シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置において、
   前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる駆動制御手段と、
   前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出手段と、
   前記上昇勾配算出手段の算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するタイミングを決定する決定手段と、
   を有し、前記駆動制御手段は、前記決定手段で決定されたタイミングでに、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させることを特徴とする定着装置。
2. シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置において、
   前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる駆動制御手段と、
   前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出手段と、
   前記上昇勾配算出手段の算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するための温度を決定する温度決定手段と、
   を有し、前記駆動制御手段は、前記温度決定手段で決定された温度に前記ローラの温度が到達したときに、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させることを特徴とする定着装置。
3. 前記駆動制御手段による前記第１の速度から前記第２の速度への切り替えは、定着速度として前記第２の速度が要求される場合のみ行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置の駆動方法において、
   前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる第１の駆動制御工程と、
   前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出工程と、
   前記上昇勾配算出工程の算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するタイミングを決定する決定工程と、
   前記決定工程で決定されたタイミングで、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させる第２の駆動制御工程とを実行することを特徴とする定着装置の駆動方法。
5. シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置の駆動方法において、
   前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる第１の駆動制御工程と、
   前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出工程と、
   前記上昇勾配算出工程の算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するための温度を決定する温度決定工程と、
   前記温度決定工程で決定された温度に前記ローラの温度が到達したときに、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させる第２の駆動制御工程とを実行することを特徴とする定着装置の駆動方法。
6. シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置の駆動方法を実行するための、コンピュータで読み取り可能な制御プログラムであって、
   前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる第１の駆動制御ステップと、
   前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出ステップと、
   前記上昇勾配算出ステップの算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するタイミングを決定する決定ステップと、
   前記決定ステップで決定されたタイミングで、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させる第２の駆動制御ステップとを備えたことを特徴とする制御プログラム。
7. シート上の未定着画像を熱定着する加熱手段と、前記加熱手段に帯同するローラを回転駆動する駆動手段と、前記ローラの温度を検出する温度検出手段とを備えた定着装置の駆動方法を実行するための、コンピュータで読み取り可能な制御プログラムであって、
   前記加熱手段による加熱時に、前記温度検出手段による検出温度が所定温度に到達したときに、前記駆動手段を第１の速度で駆動させる第１の駆動制御ステップと、
   前記駆動手段の駆動開始後、前記ローラの所定時間内の温度上昇勾配を前記温度検出手段の検出結果に基づいて算出する上昇勾配算出ステップと、
   前記上昇勾配算出ステップの算出結果に基づいて、前記駆動手段を前記第１の速度から該第１の速度よりも高速な第２の速度へ変更するための温度を決定する温度決定ステップと、
   前記温度決定ステップで決定された温度に前記ローラの温度が到達したときに、前記駆動手段を前記第１の速度から前記第２の速度に変更して駆動させる第２の駆動制御ステップとを備えたことを特徴とする制御プログラム。

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