JP2008122757A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目標制御温度に対して定着温度の温度リップルが小さく、立ち上げ時間が安定的かつ確実に短縮化される、定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着部材を加熱するヒータは、温度検知手段の検知結果が所定値（目標温度）よりも小さいときに通電のデューティが１００％となり温度検知手段の検知結果が所定値よりも大きいときに通電のデューティが０％となるように所定時間ｔだけオンオフ制御がおこなわれ、その後に所定のアルゴリズムに基づいて温度検知手段の検知結果から算出される値になるように通電のデューティが可変される可変制御がおこなわれる。
【選択図】図４

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置とそこに設置される定着装置とに関し、特に、温度検知手段の検知結果に基いてヒータへの通電のデューティを変化させる定着装置及び画像形成装置に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置では、定着装置における定着部材（加熱手段）の温度を狙いの温度に維持して安定した定着性を確保するために、温度検知手段（温度検出手段）によって検知した定着部材の温度に基づいて、定着部材を加熱するヒータをオンオフ制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。具体的に、温度検知手段による検知温度が所定値（目標制御温度）よりも低い場合にはヒータに対する通電のデューティを１００％にして（通電をオンして）、温度検知手段による検知温度が所定値よりも高い場合にはヒータに対する通電のデューティを０％にしている（通電をオフしている。）。このような温度制御方式を、オンオフ制御方式という。

このようなオンオフ制御方式を用いた定着装置は、そのままでは目標制御温度に対する温度リップルが大きくなってしまうために、制御アルゴリズムに比例(Proportional）、積分(Integral)、微分（Derevative）を組み合わせて検知温度と目標制御温度との偏差に応じて複数のパラメータを最適化するＰＩＤ制御がおこなわれる（例えば、特許文献１参照。）。ＰＩＤ制御では、ヒータに対する通電のデューティを０〜１００％の範囲で可変している。

一方、特許文献２等には、装置の立ち上げ時に定着部材の温度（定着温度）がオーバーシュートする不具合を抑止することを目的として、定着温度が目標値よりも低い閾値に達した時点で定着温度制御をＰＩＤ制御に切替える技術が開示されている。

特許第３７４６９１３号公報 特開昭６０−１６３１０２号公報

上述した従来の定着装置は、温度リップルを大きくすることなく、立ち上げ時間を安定的に短くすることが難しかった。
すなわち、オンオフ制御のみを用いた定着装置は、立ち上げ時間が短縮化されるものの、温度リップルが大きくなってしまって出力画像の定着性が安定しなかった。
これに対して、ＰＩＤ制御のみを用いた定着装置は、温度リップルが小さくなるものの、オンオフ制御を用いたものに比べて立ち上げ時間が長くなってしまっていた。

このような問題を解決するために、上述した特許文献２等の技術を応用して、定着温度が閾値（目標値よりも低く設定された値である。）よりも低い場合にはオンオフ制御をおこない、定着温度が閾値に達した時点で定着温度制御をＰＩＤ制御に切替える方策が考えられる。
しかし、その場合、温度検知手段によって検知される温度（出力値）が大きく変動するときに、定着温度が閾値に達したものと早いタイミングで検知（誤検知）されてしまい、実際の切替タイミングよりも早くＰＩＤ制御が開始されて立ち上げ時間が短縮化されなくなってしまう可能性がある。
特に、サーモパイル等のように応答性（感度）の高い温度検知手段を用いた場合や、定着ベルトのように周方向の温度偏差が大きくなる定着部材を用いた場合には、温度検知手段によって検知される温度（出力値）が大きく変動するために、上述の問題は無視できないものになる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、目標制御温度に対して定着温度の温度リップルが小さく、立ち上げ時間が安定的かつ確実に短縮化される、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる定着装置は、トナー像を溶融して記録媒体に定着する定着部材と、前記定着部材を加熱するとともに、通電のデューティが可変されるように構成されたヒータと、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、を備え、前記ヒータは、前記温度検知手段の検知結果が所定値よりも小さいときに通電のデューティが１００％となり前記温度検知手段の検知結果が所定値よりも大きいときに通電のデューティが０％となるように所定時間だけオンオフ制御がおこなわれ、その後に所定のアルゴリズムに基づいて前記温度検知手段の検知結果から算出される値になるように通電のデューティが可変される可変制御がおこなわれるものである。

また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記オンオフ制御から前記可変制御に切り替わるときの当該可変制御における通電のデューティの初期値は、前記オンオフ制御がおこなわれているときにも前記可変制御がおこなわれているものと仮定して前記アルゴリズムに基づいて前記温度検知手段の検知結果から算出される変動値であって前記オンオフ制御が終了した時点の値とするものである。

また、請求項３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記オンオフ制御から前記可変制御に切り替わるときの当該可変制御における通電のデューティの初期値は、１００％よりも小さく０％よりも大きな固定値とするものである。

また、請求項４記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記可変制御を、ＰＩＤ制御、ＰＩ制御、Ｉ−ＰＤ制御、Ｉ−Ｐ制御、ＰＩ−Ｄ制御のいずれかとしたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記定着部材を、複数のローラ部材に張架された定着ベルトとしたものである。

また、請求項６記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記ヒータは、輻射熱によって前記定着部材を加熱するものである。

また、請求項７記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明において、前記温度検知手段を、サーモパイルとするものである。

また、請求項８記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記オンオフ制御がおこなわれる前記所定時間は、１０秒以内に設定されたものである。

また、請求項９記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項８のいずれかに記載の発明において、前記オンオフ制御は、前記定着部材の温度が前記所定値よりも低い温度に維持された待機状態から稼動状態に装置を立ち上げるときに開始されるものである。

また、請求項１０記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項９のいずれかに記載の発明において、前記定着部材に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、前記加圧部材を冷却する冷却手段と、を備えたものである。

また、請求項１１記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項９のいずれかに記載の発明において、前記定着部材に圧接してニップ部を形成する加圧部材を備え、前記加圧部材は、当該加圧手段を直接的に加熱する加熱手段を有さないものである。

また、この発明の請求項１２記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。

本発明は、オンオフ制御を所定時間だけおこなった後にＰＩＤ制御等の可変制御をおこなっているために、目標制御温度に対して定着温度の温度リップルが小さく、立ち上げ時間が安定的かつ確実に短縮化される、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１〜図６にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としての複写機の装置本体、２は原稿Ｄの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部、３は原稿読込部２で読み込んだ画像情報に基いた露光光Ｌを感光体ドラム５上に照射する露光部、４は感光体ドラム５上にトナー像（画像）を形成する作像部、７は感光体ドラム５上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する転写部、１０はセットされた原稿Ｄを原稿読込部２に搬送する原稿搬送部、１２〜１４は転写紙等の記録媒体Ｐが収納された給紙部、２０は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置、２１は定着装置２０に設置された定着部材としての定着ベルト、３１は定着装置２０に設置された加圧部材としての加圧ローラ、を示す。

図１を参照して、画像形成装置における、通常の画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部１０の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部２上を通過する。このとき、原稿読込部２では、上方を通過する原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。
そして、原稿読込部２で読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部３（書込部）に送信される。そして、露光部３からは、その電気信号の画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、作像部４の感光体ドラム５上に向けて発せられる。

一方、作像部４において、感光体ドラム５は図中の時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体ドラム５上に画像情報に対応した画像（トナー像）が形成される。
その後、感光体ドラム５上に形成された画像は、転写部７で、レジストローラにより搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。

一方、転写部７に搬送される記録媒体Ｐは、次のように動作する。
まず、画像形成装置本体１の複数の給紙部１２、１３、１４のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙部１２が選択されたものとする。）。
そして、給紙部１２に収納された記録媒体Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送される。

その後、記録媒体Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラの位置に達する。そして、レジストローラの位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム５上に形成された画像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部７に向けて搬送される。

そして、転写工程後の記録媒体Ｐは、転写部７の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着ベルト２１と加圧ローラ３１との間に送入されて、定着ベルト２１から受ける熱と双方の部材２１、２４から受ける圧力とによって画像が定着される。画像が定着された記録媒体Ｐは、定着ベルト２１と加圧ローラ３１との間（ニップ部である。）から送出された後に、画像形成装置本体１から排出される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２にて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２に示すように、定着装置２０は、定着ベルト２１、定着補助ローラ２２、加熱ローラ２３、加圧ローラ３１、温度センサ４０、ガイド板３５、等で構成される。

ここで、定着部材としての定着ベルト２１は、樹脂材料からなるベース層上に、弾性層、離型層が順次積層された多層構造の無端ベルトである。定着ベルト２１の弾性層は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料で形成されている。定着ベルト２１の離型層は、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等で形成されている。定着ベルト２１の表層に離型層を設けることにより、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保されることになる。定着ベルト２１は、２つのローラ部材（定着補助ローラ２２と加熱ローラ２３とである。）に張架・支持されて、図２中の矢印方向に走行する。
定着部材として熱容量の低い定着ベルト２１を用いることで、装置の昇温特性が向上する。

定着補助ローラ２２は、ＳＵＳ３０４等の芯金２２ａ上に、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性層２２ｂが形成されたローラ部材であって、加圧部材としての加圧ローラ３１に定着ベルト２１を介して当接してニップ部を形成する。定着補助ローラ２２は、図２中の時計方向に回転する。

加熱ローラ２３は、金属材料からなる薄肉の円筒体であって、その円筒体の内部にはヒータ２５（熱源）が固設されている。
加熱ローラ２３のヒータ２５は、ハロゲンヒータであって、その両端部が定着装置２０の側板に固定されている。そして、装置本体１の電源部（交流電源）により出力制御されたヒータ２５からの輻射熱によって加熱ローラ２３が加熱されて、さらに加熱ローラ２３によって加熱された定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。ヒータ２５の出力制御は、定着ベルト２１表面に非接触で対向する温度検知手段としての温度センサ４０（サーモパイル）によるベルト表面温度の検知結果に基いておこなわれる。詳しくは、温度センサ４０の検知結果に基づいて定められる通電時間だけ、ヒータ２５に交流電圧が印加される。このようなヒータ２５の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度（目標制御温度）に調整制御することができる。

ここで、本実施の形態１では、温度センサ４０（温度検知手段）として応答性（感度）の高いサーモパイルが用いられている。これにより、定着温度制御の精度を高めることができる。
なお、本実施の形態１では、ヒータ２５の出力制御として、オンオフ制御を所定時間だけおこなった後にＰＩＤ制御等の可変制御をおこなっている。このヒータ２５の制御については、後で詳しく説明する。

また、加圧ローラ３１は、主として、芯金３２と、芯金３２の外周面に接着層を介して形成された弾性層３３と、からなる。加圧ローラ３１の弾性層３３は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。
そして、加圧ローラ３１は、不図示の加圧機構によって定着ベルト２１を介して定着補助ローラ２２に圧接する。こうして、加圧ローラ３１と定着ベルト２１との間に、所望のニップ部が形成される。
なお、本実施の形態１では、加圧ローラ３１を直接的に加熱するヒータ等の加熱手段を有していない。これにより、定着装置２０の高コスト化を防ぐとともに、装置全体の熱消費量が増加するのを防止することができる。

定着ベルト２１と加圧ローラ３１との当接部（ニップ部である。）の入口側と出口側には、それぞれ、記録媒体Ｐの搬送を案内するガイド板３５が配設されている。ガイド板３５は、定着装置２０の側板に固設されている。
また、図示は省略するが、定着ベルト２１の外周面に対向する位置であって、ニップ部の出口側近傍には、分離板が配設されている。分離板は、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１の走行に沿って定着ベルト２１に巻き付いてしまう不具合を抑止する。

上述のように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
装置本体１の電源スイッチが投入されると、交流電源からヒータ２５に交流電圧が印加（給電）されるとともに、定着ベルト２１（定着補助ローラ２２、加熱ローラ２３）及び加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始される。
その後、給紙部１２〜１４から記録媒体Ｐが給送されて、作像部４にて記録媒体Ｐ上に未定着画像が担持される。未定着画像Ｔ（トナー像）が担持された記録媒体Ｐは、図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ３１のニップ部に送入される。そして、定着ベルト２１による加熱と、定着ベルト２１（定着補助ローラ２２）及び加圧ローラ３１の押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、回転する定着ベルト２１及び加圧ローラ３１によってそのニップ部から送出された記録媒体Ｐは、矢印Ｙ１１方向に搬送される。

以下、本実施の形態１において特徴的な、定着温度制御（ヒータ制御）の方法について説明する。
本実施の形態１における画像形成装置は、ウォームアップ時、待機時、プリント時（通紙時）に、制御回路５０によって、温度検知手段としての温度センサ４０（サーモパイル）で測定した定着ベルト２１の温度に基づいてヒータ２５を制御して定着ベルト２１が最適の温度になるよう制御している。

図３は、その制御回路５０を示すブロック図である。
図３に示すように、制御回路５０には、オンオフ制御をおこなうためのオンオフコントローラ５３と、ＰＩＤ制御（可変制御）をおこなうためのＰＩＤコントローラ５１及びＰＷＭ駆動回路５２と、が設けられている。この制御回路５０によってヒータ２５に対する通電のデューティ（所定の通電時間（制御周期）あたりに点灯するヒータの点灯率である。）が制御される。
オンオフ制御コントローラ５３は、温度センサ４０（温度検知手段）の検知結果が目標制御温度（所定値）よりも小さいときにデューティが１００％となり、温度センサ４０の検知結果が目標制御温度よりも大きいときにデューティが０％となるように、ヒータ２５に対する通電を制御（オンオフ制御）する。
ＰＩＤコントローラ５１は、ＰＩＤ制御のアルゴリズム（所定のアルゴリズム）に基づいて、予め定められた目標制御温度と、温度センサ４０によって検知された定着ベルト２１の温度偏差と、からデューティを算出する。そして、算出されたデューティに基いて、ＰＷＭ駆動回路５２を通じてヒータ２５が点灯される。詳しくは、ヒータ２５（ハロゲンヒータ）の両端に、制御周期あたりの定格交流電圧を印加する割合が、制御されることになる。

画像形成装置では、定着部材が所定温度以上に達していないと、記録媒体に定着部材の熱が奪われて、定着部材が温度低下してトナー像に充分な熱量を与えられずに定着不良が生じてしまう。そのため、通紙開始時には定着部材が所定温度以上になっていることが通紙開始の必要条件となる。装置の主電源スイッチがオンされたときや、プリント前のウォーミングアップ動作時等には、少しでも早く装置を立ち上げるために、オンオフ制御がおこなわれる。ところが、上述したようにオンオフ制御は温度リップルが大きくなるため、画像形成装置のウォーミングアップ動作が完了した時点から、通電のデューティを可変（最適化）する可変制御をおこなうことが好ましい。

本実施の形態１では、図４及び図５を参照して、装置の立ち上げが開始されて所定時間ｔはオンオフ制御がおこなわれて、その後（所定時間ｔ経過後である。）にＰＩＤ制御（可変制御）がおこなわれる。すなわち、オンオフ制御が決められた時間だけ固定的におこなわれて、その後にＰＩＤ制御に切替えられる。
したがって、定着温度が閾値（目標値よりも低く設定された値である。）よりも低いときにはオンオフ制御をおこない定着温度が閾値に達した時点で定着温度制御をＰＩＤ制御に切替える場合と比較して、温度センサ４０によって検知される温度（出力値）が大きく変動しても、実際の切替タイミングよりも早くＰＩＤ制御が開始されて立ち上げ時間が短縮化されてしまうような不具合が発生しない。

図６は、定着温度が閾値に達したときにオンオフ制御からＰＩＤ制御に切替える場合の不具合を示すグラフである。
図６を参照して、実線に示すように、理想的には定着温度が上昇して定着温度が閾値に達した時点でＰＩＤ制御に切り替わり立ち上げ時間がＬ０になる。これに対して、一点鎖線に示すように温度センサによって検知される温度（出力値）が大きく変動してしまうと、定着温度が閾値に達したものと早いタイミングで検知（誤検知）されてしまう（位置Ｘでの検知である。）。したがって、実際の切替タイミングよりも早くＰＩＤ制御が開始されて、立ち上げ時間が理想の立ち上げ時間Ｌ０よりも長いＬ１となってしまう。

特に、本実施の形態１では、温度センサ４０（温度検知手段）として応答性（感度）の高いサーモパイルを用いていて、定着部材として周方向の温度偏差が大きくなる定着ベルト２１を用いているために、温度センサ４０によって検知される温度（出力値）が大きく変動する。したがって、目標制御温度に対して定着温度の温度リップルが小さく、立ち上げ時間が安定的かつ確実に短縮化される効果が顕著になる。
また、本実施の形態１における定着装置は、急速に定着部材を加熱する電磁誘導加熱方式（ＩＨ方式）のものとは異なり、ヒータ２５の輻射熱を利用して定着ベルト２１（定着部材）を加熱する加熱方式が用いられている。そのため、温度センサ４０によって検知される温度が大きく変動したときに、上述の不具合が特に生じやすい。したがって、目標制御温度に対して定着温度の温度リップルが小さく、立ち上げ時間が安定的かつ確実に短縮化される効果が顕著になる。

さらに、本実施の形態１における定着装置は、加圧ローラ３１を直接的に加熱する加熱手段が設置されていないために、定着ベルト２１の周方向の温度偏差が生じやすい。すなわち、ニップ部において加圧ローラ３１に熱が奪われるために、その位置における定着ベルト２１の温度が低くなりやすい。このような場合には、温度センサ４０によって検知される温度が大きく変動するために、本実施の形態１における定着温度制御をおこなうことで上述した効果が顕著になる。
なお、記録媒体としてコート紙等を用いるときにブリスタ（記録媒体の含有水分が熱膨張することで発生する火ぶくれ現象である。）や波打ちが生じるのを抑止するために加圧ローラ（加圧部材）を冷却する冷却手段を設置した場合には、ニップ部において加圧ローラ３１に熱がさらに奪われるために、その位置における定着ベルト２１の温度がさらに低くなりやすい。このような場合には、温度センサ４０によって検知される温度がさらに大きく変動するために、本実施の形態１における定着温度制御をおこなうことで上述した効果が顕著になる。

ここで、以上説明した定着温度制御（ヒータ制御）は、定着ベルト２１の温度が目標制御温度（所定値）よりも低い温度に維持された待機状態から稼動状態に装置を立ち上げるときにおこなう（オンオフ制御が開始される）ことが好ましい。すなわち、いわゆる朝一の立ち上げ時等よりも、省エネルギーモードからの復帰立ち上げ時におこなうことが好ましい。これは、朝一の立ち上げ時には定着ベルト２１の周方向の温度偏差が比較的小さい（一様に低い温度になっている。）のに対して、省エネルギーモードからの復帰立ち上げ時には定着ベルト２１の周方向の温度偏差が比較的大きいためである（加圧ローラに当接する部分の温度低下が大きい。）。このような場合には、温度センサ４０によって検知される温度が大きく変動するために、上述した効果が顕著になる。

なお、本実施の形態１では、オンオフ制御がおこなわれる所定時間ｔが１０秒以内に設定されている。これにより、オンオフ制御による温度リップルの変動の影響がほとんどなく立ち上げ時間が短くて、操作面、画像品質面からユーザーにとってストレスのない装置を提供することができる。

ここで、本実施の形態１では、図４及び図５に示すように、オンオフ制御からＰＩＤ制御（可変制御）に切り替わるときのＰＩＤ制御におけるデューティの初期値が、オンオフ制御がおこなわれているときにもＰＩＤ制御がおこなわれているものと仮定してそのアルゴリズムに基づいて温度センサ４０の検知結果から算出される変動値であってオンオフ制御が終了した時点の値となるように制御している。
なお、図４及び図５において、横軸は時間を示し、縦軸は定着温度とヒータのデューティとを示す。また、グラフＭは定着温度の変動を示し、グラフＮはヒータのデューティの変動を示す。

以下に、上述の制御の詳細について説明する。
まず、所定時間ｔが経過したらオンオフ制御からＰＩＤ制御（可変制御）に単純に切り替える場合の不具合について説明する。
ＰＩＤ制御（可変制御）は、目標温度（目標制御温度）と検知温度（現在値）との偏差に応じて、ある操作量を演算して制御周期ごとにその操作量を加減算させてデューティを決定していく。そのため、オンオフ制御からＰＩＤ制御に切り替わった時点でのＰＩＤ制御におけるデューティの初期値は最大値（１００％）か最小値（０％）となる。

具体的に、ＰＩＤ制御に切り替わった時点で定着温度が目標制御温度に達していれば、ＰＩＤ制御におけるデューティの初期値は最小値（０％）となる。これに対して、ＰＩＤ制御に切り替わった時点で定着温度が目標制御温度に達していなければ、ＰＩＤ制御におけるデューティの初期値は最大値（１００％）となる。
しかし、定着ベルト２１には一定の熱容量があり、入力（ヒータ２５に対しての入力電力）に対して出力（温度センサ２５の出力）に応答の遅れ（いわゆる、むだ時間である。）があるために、ＰＩＤ制御に切り替わった時点におけるデューティの初期値を最大値又は最小値とするのは好ましくない。

それは以下の理由による。
図４を参照して、オンオフ制御時において、定着温度が目標温度以下で、時間−温度の勾配が正値のとき、目標温度より極めて小さい偏差を有している状態でＰＩＤ制御に切り替わった場合のことを考える。その場合、上述したむだ時間があるものの、オンオフ制御からＰＩＤ制御に切り替わった瞬間の偏差がきわめて小さいために、制御が切り替わった直後に目標温度に達することになる。ＰＩＤ制御に切り替わったデューティの初期値は、定着温度が目標温度以下であったため最大値（１００％）となり、この初期値からＰＩＤ操作量が加減算されることになる。
オンオフ制御の場合には定着温度が目標温度に達した途端にデューティが最小値（０％）となるが、ＰＩＤ制御の場合にはデューティの初期値を最大値（１００％）としてその後のデューティを可変させていくため（破線ＮＱに示すデューティ変動になる。）、目標温度に対してオーバーシュートが生じてしまう（破線ＭＱに示す温度変動になる。）。

これに対して、図５を参照して、オンオフ制御時において、定着温度が目標温度以上で、時間−温度の勾配が負値のとき、目標温度より極めて小さい偏差を有している状態でＰＩＤ制御に切り替わった場合のことを考える。その場合も、上述したむだ時間があるものの、オンオフ制御からＰＩＤ制御に切り替わった瞬間の偏差がきわめて小さいために、制御が切り替わった直後に目標温度に達することになる。ＰＩＤ制御に切り替わったデューティの初期値は、定着温度が目標温度以上であったため最小値（０％）となり、この初期値からＰＩＤ操作量が加減算されることになる。
オンオフ制御の場合には定着温度が目標温度以下になった途端にデューティが最小値（１００％）となるが、ＰＩＤ制御の場合にはデューティの初期値を最小値（０％）としてその後のデューティを可変させていくため（破線ＮＱに示すデューティ変動になる。）、目標温度に対してアンダーシュートが生じてしまう（破線ＭＱに示す温度変動になる。）。

本実施の形態１における定着温度制御（ヒータ制御）は、このように所定時間ｔが経過したらオンオフ制御からＰＩＤ制御（可変制御）に単純に切り替える場合に生じるオーバーシュートやアンダーシュートを解消するものである。
具体的に、図４を参照して、オンオフ制御をおこなっているときも、温度センサ４０の出力値に基いてＰＩＤ演算をおこない、それによって求められた架空のデューティ（演算値）を装置本体１のメモリに随時更新しながら記憶しておく。図４において、実際に実行されるデューティは太線Ｎで示し、架空のＰＩＤ制御にて算出されるデューティ（演算値）は一点鎖線ＮＫで示す。
そして、オンオフ制御からＰＩＤ制御に切り替わるとき、ＰＩＤ制御に用いるデューティの初期値として架空のデューティの最終値を用いる。図４では、ＰＩＤ制御に切り替わったときのデューティの初期値が約６０％となっている。そして、この値を初期値として実際のＰＩＤ制御がおこなわれデューティの最適化がおこなわれる。これにより、目標温度に対してオーバーシュートが生じることなく、温度追従性が向上することになる。

同様に、図５を参照して、太線Ｎに示すようにオンオフ制御をおこなっているときも、一点鎖線ＮＫに示すように温度センサ４０の出力値に基いてＰＩＤ演算をおこない架空のデューティ（演算値）を装置本体１のメモリに随時更新しながら記憶しておく。そして、オンオフ制御からＰＩＤ制御に切り替わるとき、ＰＩＤ制御に用いるデューティの初期値として架空のデューティの最終値を用いる。図５では、ＰＩＤ制御に切り替わったときのデューティの初期値が約５０％となっている。そして、この値を初期値として実際のＰＩＤ制御がおこなわれデューティの最適化がおこなわれる。これにより、目標温度に対してアンダーシュートが生じることなく、温度追従性が向上することになる。

以上説明したように、本実施の形態１においては、オンオフ制御を所定時間ｔだけおこなった後にＰＩＤ制御等の可変制御をおこなっているために、目標制御温度に対して定着温度の温度リップルが小さく、立ち上げ時間を安定的かつ確実に短縮化することができる。

なお、本実施の形態１では、オンオフ制御から切り替える可変制御としてＰＩＤ制御を用いたが、その他の制御（例えば、ＰＩ制御、Ｉ−ＰＤ制御、Ｉ−Ｐ制御、ＰＩ−Ｄ制御等である。）を用いることもできる。
可変制御としてＰＩＤ制御を用いた場合には、目標制御温度に追従させるような最適な熱量を供給する制御系の構築が容易となる。
可変制御としてＰＩ制御を用いた場合には、ステップ状の目標制御温度に対して定常偏差を最小にした最適な熱量を供給する制御系の構築が容易となる。
可変制御としてＩ−ＰＤ制御を用いた場合には、目標温度に対しての過度応答の特性を抑制した最適な熱量を供給する制御系の構築が容易となる。
可変制御としてＩ−Ｐ制御を用いた場合には、入力外乱の影響を速やかに除去し、安定した最適な熱量を供給する制御系の構築が容易となる。
可変制御としてＰＩ−Ｄ制御を用いた場合には、入力外乱の影響を速やかに除去し、目標温度に素早く追従する最適な熱量を供給する制御系の構築が容易となる。

また、本実施の形態１では加圧部材として加圧ローラ３１を用いたが、加圧部材として加圧ベルトや加圧パッドを用いてもよい。その場合にも、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図７にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図７は、実施の形態２における定着装置でおこなわれる温度制御を示すグラフであって、前記実施の形態１における図４に相当する図である。本実施の形態２における定着温度制御は、ＰＩＤ制御（可変制御）における通電のデューティの初期値を固定値としている点が、前記実施の形態１のものとは相違する。

本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、オンオフ制御を所定時間ｔだけおこなった後にＰＩＤ制御等の可変制御をおこなっている。
ここで、本実施の形態２では、オンオフ制御からＰＩＤ制御に切り替わるときのＰＩＤ制御におけるデューティの初期値を、１００％よりも小さく０％よりも大きな固定値としている。

具体的に、装置本体１のメモリには、ＰＩＤ制御への切替えがおこなわれるときのＰＩＤ制御におけるデューティの初期値が固定値として記憶されている。この固定値は、１００％よりも小さく０％よりも大きな値である。本実施の形態２では、図７の破線を参照して、デューティの初期値（固定値）が約５０％に設定されている。
そして、オンオフ制御からＰＩＤ制御に切り替わるとき、この固定値をＰＩＤ制御に用いるデューティの初期値として、その後のＰＩＤ制御がおこなわれデューティの最適化がおこなわれる。これにより、目標温度に対してオーバーシュートやアンダーシュートが生じることなく、温度追従性が向上することになる。
なお、上述したデューティの固定値は、定着温度が目標温度近傍にて飽和するデューティを予め実験等によって確認しておき、その近傍に設定するのが望ましい。

以上説明したように、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、オンオフ制御を所定時間ｔだけおこなった後にＰＩＤ制御等の可変制御をおこなっているために、目標制御温度に対して定着温度の温度リップルが小さく、立ち上げ時間を安定的かつ確実に短縮化することができる。

なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。 定着装置を示す構成図である。 定着装置を制御する制御回路を示すブロック図である。 定着装置でおこなわれる温度制御を示すグラフである。 別の温度制御の形態を示すグラフである。 定着温度が閾値に達したときにＰＩＤ制御に切替える場合の不具合を示すグラフである。 この発明の実施の形態２における定着装置でおこなわれる温度制御を示すグラフである。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２０ 定着装置、
２１ 定着ベルト（定着部材）、
２２ 定着補助ローラ（ローラ部材）、
２３ 加熱ローラ（ローラ部材）、
２５ ヒータ、
３１ 加圧ローラ（加圧部材）、
４０ 温度センサ（温度検知手段）、
５０ 制御回路、
５１ ＰＩＤコントローラ、 ５２ ＰＷＭ駆動回路、
５３ オンオフコントローラ。

Claims (12)

1. トナー像を溶融して記録媒体に定着する定着部材と、
   前記定着部材を加熱するとともに、通電のデューティが可変されるように構成されたヒータと、
   前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、を備え、
   前記ヒータは、前記温度検知手段の検知結果が所定値よりも小さいときに通電のデューティが１００％となり前記温度検知手段の検知結果が所定値よりも大きいときに通電のデューティが０％となるように所定時間だけオンオフ制御がおこなわれ、その後に所定のアルゴリズムに基づいて前記温度検知手段の検知結果から算出される値になるように通電のデューティが可変される可変制御がおこなわれることを特徴とする定着装置。
2. 前記オンオフ制御から前記可変制御に切り替わるときの当該可変制御における通電のデューティの初期値は、前記オンオフ制御がおこなわれているときにも前記可変制御がおこなわれているものと仮定して前記アルゴリズムに基づいて前記温度検知手段の検知結果から算出される変動値であって前記オンオフ制御が終了した時点の値とすることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記オンオフ制御から前記可変制御に切り替わるときの当該可変制御における通電のデューティの初期値は、１００％よりも小さく０％よりも大きな固定値とすることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記可変制御は、ＰＩＤ制御、ＰＩ制御、Ｉ−ＰＤ制御、Ｉ−Ｐ制御、ＰＩ−Ｄ制御のいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記定着部材は、複数のローラ部材に張架された定着ベルトであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記ヒータは、輻射熱によって前記定着部材を加熱することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記温度検知手段は、サーモパイルであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記オンオフ制御がおこなわれる前記所定時間は、１０秒以内に設定されたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の定着装置。
9. 前記オンオフ制御は、前記定着部材の温度が前記所定値よりも低い温度に維持された待機状態から稼動状態に装置を立ち上げるときに開始されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記定着部材に圧接してニップ部を形成する加圧部材と、
    前記加圧部材を冷却する冷却手段と、
    を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の定着装置。
11. 前記定着部材に圧接してニップ部を形成する加圧部材を備え、
    前記加圧部材は、当該加圧手段を直接的に加熱する加熱手段を有さないことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の定着装置。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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