JP2010072124A - 定着装置、及び、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材を第１ヒータによって加熱するとともに加圧部材を第２ヒータによって加熱する場合であっても、装置のウォームアップタイムの短縮化を鈍化させることなく、定着温度のフィードバック制御の高精度化と、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象の防止と、が両立される、定着装置、及び、画像形成装置を提供する。
【解決手段】第１ヒータ２５によって加熱される定着部材２１と、第２ヒータ３４によって加熱される加圧部材３１と、を備える。そして、第１ヒータ２５はＰＩＤコントローラ５１によって制御され、第２ヒータ３４はオンオフコントローラ５３によって制御される。
【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、定着部材と加圧部材とのそれぞれにヒータが設置された定着装置、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における定着装置では、ウォームアップタイム（立ち上がり時間）の短縮化を目的として、加圧ローラ等の加圧部材をヒータによって直接的に加熱する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
詳しくは、このような定着装置には、定着ベルトや定着ローラ等の定着部材を加熱するヒータ（第１ヒータ）の他に、加圧ローラ等の加圧部材を加熱するヒータ（第２ヒータ）が設置されている。そして、定着部材や加圧部材がそれぞれ所望の温度になるように、定着部材の温度（定着温度）を検知する温度センサによる検知温度に基いてそれぞれのヒータが制御される。

一方、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２参照。）。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（Differential）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２参照。）。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。

また、特許文献２等には、画像形成装置と同一の電源ライン上の他の電気機器の不具合（特に、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象（フリッカー現象））を抑止することを目的として、定着部材を加熱するヒータに対して特定パターンの電力供給をおこなう技術が開示されている。
さらに、特許文献３等には、定着部材を加熱するヒータに突入電流が入力されるのを回避することを目的として、交流電流のゼロクロス点でヒータを点灯又は消灯させて通電時の位相角を変化させる位相制御方式（このような制御方式を、ソフトスタート又はソフトストップとも呼ぶ。）が開示されている。

特開２００７−３１６５４４号公報 特許第３７４６９１３号公報 特許第３８３３３９２号公報

上述した従来の定着装置は、定着部材をヒータによって加熱するとともに加圧部材を別のヒータによって加熱する場合に、装置のウォームアップタイムの短縮化を鈍化させることなく、定着温度のフィードバック制御の高精度化と、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象の防止と、を両立させることが難しかった。

詳しくは、定着温度のフィードバック制御を高精度化するために、定着部材のヒータ（第１ヒータ）とともに加圧部材のヒータ（第２ヒータ）に対してＰＩＤ制御をおこなってしまうと、制御周期が短くなるほど制御周期ごとに生じる突入電流が多くなって、画像形成装置と同一の電源ライン上に接続された照明機器のチラツキ現象が悪化してしまう。

このような突入電流の発生を抑止するために、特許文献３等に開示された技術を応用して、上述した２つのヒータに対するＰＩＤ制御に対してソフトスタート又はソフトストップをおこなう方策も考えられる。しかし、その場合、２つのヒータに対する単位時間あたりの通電時間が、ソフトスタート又はソフトストップが実行されている時間分だけ短くなってしまうために、ヒータのデューティと単位時間あたりのヒータ発熱量との線形性が保てなくなってしまう。ヒータの制御周期が一定であるとき、ソフトスタート又はソフトストップを実行する時間を長く設定すればするほど、その傾向は顕著になる。
特に、装置のウォームアップタイムをさらに短縮化するために定着部材として熱容量の小さな定着ベルト等を用いた定着装置においては、ヒータの制御周期を短くしつつ、チラツキ現象を生じさせないためにソフトスタート又はソフトストップを充分におこなってしまうと、ソフトスタート又はソフトストップを実行する時間の制御周期に占める割合が大きくなって、ヒータのデューティと単位時間あたりのヒータ発熱量との線形性へ与える影響は大きくなり、ウォームアップタイムの短縮化を鈍化させることなく、定着温度のフィードバック制御を高精度化することが難しくなる。

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、定着部材を第１ヒータによって加熱するとともに加圧部材を第２ヒータによって加熱する場合であっても、装置のウォームアップタイムの短縮化を鈍化させることなく、定着温度のフィードバック制御の高精度化と、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象の防止と、が両立される、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、第１ヒータによって加熱されるとともに、トナー像を溶融して記録媒体に定着する定着部材と、前記定着部材に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成するとともに、第２ヒータによって加熱される加圧部材と、を備え、前記第１ヒータはＰＩＤ制御され、前記第２ヒータはオンオフ制御されるものである。

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、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段を備え、前記第１ヒータは、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と予め定められた目標温度との偏差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ＰＩＤ制御がおこなわれ、前記第２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％となるようにオンオフ制御がおこなわれるものである。

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又は請求項２に記載の発明において、前記第１ヒータ又は／及び前記第２ヒータは、制御周期ごとにソフトスタート又はソフトストップが実行されるものである。

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、前記第１ヒータの制御周期が、前記第２ヒータの制御周期よりも短くなるように構成されたものである。

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、前記第１ヒータの定格ワット数が、前記第２ヒータの定格ワット数よりも大きくなるように構成されたものである。

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、前記第１ヒータを、１つのハロゲンヒータとしたものである。

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５のいずれかに記載の発明において、前記第１ヒータは、複数のハロゲンヒータであって、前記複数のハロゲンヒータのうち少なくとも１つは、その定格ワット数が前記第２ヒータの定格ワット数よりも大きくなるように構成されたものである。

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、前記第１ヒータ及び前記第２ヒータは、記録媒体の通紙時にそれぞれ通電されるものである。

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、この発明の請求項１０記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項９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、定着部材を加熱する第１ヒータをＰＩＤ制御して、加圧部材を加熱する第２ヒータをオンオフ制御しているため、装置のウォームアップタイムの短縮化を鈍化させることなく、定着温度のフィードバック制御の高精度化と、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象の防止と、が両立される、定着装置、及び、画像形成装置を提供することができる。

実施の形態．
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。

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タンデム型カラー複写機の装置本体、２は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、３は原稿Ｄを原稿読込部４に搬送する原稿搬送部、４は原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部、７は転写紙等の記録媒体Ｐが収容される給紙部、９は記録媒体Ｐの搬送タイミングを調整するレジストローラ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像が形成される感光体ドラム、１２は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上を帯電する帯電部、１３は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成される静電潜像を現像する現像部、１４は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐ上に重ねて転写する転写バイアスローラ（１次転写バイアスローラ）、１５は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。

また、１６は中間転写ベルト１７を清掃する中間転写ベルトクリーニング部、１７は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、１８は中間転写ベルト１７上のカラートナー像を記録媒体Ｐ上に転写するための２次転写バイアスローラ、２０は記録媒体Ｐ上のトナー像（未定着画像）を定着する定着装置、を示す。

以下、画像形成装置における、通常のカラー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３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４のコンタクトガラス５上に載置される。そして、原稿読込部４で、コンタクトガラス５上に載置された原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。

詳しくは、原稿読込部４は、コンタクトガラス５上の原稿Ｄの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Ｄにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Ｄのカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号をもとにして画像処理部で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。

そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部２に送信される。そして、書込み部２からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（露光光）が、それぞれ、対応する感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に向けて発せられる。

一方、４つの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫは、それぞれ、図１の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫの表面は、帯電部１２との対向部で、一様に帯電される（帯電工程である。）。こうして、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部２において、４つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。

イエロー成分に対応したレーザ光は、紙面左側から１番目の感光体ドラム１１Ｙ表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラーにより、感光体ドラム１１Ｙの回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部１２にて帯電された後の感光体ドラム１１Ｙ上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。

同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、紙面左から２番目の感光体ドラム１１Ｍ表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、紙面左から３番目の感光体ドラム１１Ｃ表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、紙面左から４番目の感光体ドラム１１ＢＫ表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、現像部１３との対向位置に達する。そして、各現像部１３から感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、中間転写ベルト１７との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、中間転写ベルト１７の内周面に当接するように転写バイアスローラ１４が設置されている。そして、転写バイアスローラ１４の位置で、中間転写ベルト１７上に、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される（１次転写工程である。）。

そして、転写工程後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、それぞれ、クリーニング部１５との対向位置に達する。そして、クリーニング部１５で、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫにおける一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の各色のトナーが重ねて転写（担持）された中間転写ベルト１７は、図中の時計方向に走行して、２次転写バイアスローラ１８との対向位置に達する。そして、２次転写バイアスローラ１８との対向位置で、記録媒体Ｐ上に中間転写ベルト１７上に担持されたカラーのトナー像が転写される（２次転写工程である。）。
その後、中間転写ベルト１７表面は、中間転写ベルトクリーニング部１６の位置に達する。そして、中間転写ベルト１７上に付着した未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部１６に回収されて、中間転写ベルト１７における一連の転写プロセスが終了する。

ここで、中間転写ベルト１７と２次転写バイアスローラ１８との間（２次転写ニップである。）に搬送される記録媒体Ｐは、給紙部７からレジストローラ９等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、記録媒体Ｐを収納する給紙部７から、給紙ローラ８により給送された記録媒体Ｐが、搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ９に導かれる。レジストローラ９に達した記録媒体Ｐは、タイミングを合わせて、２次転写ニップに向けて搬送される。

そして、フルカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、搬送ベルトによって定着装置２０に導かれる。定着装置２０では、定着ベルトと加圧ローラとのニップにて、カラー画像（トナー）が記録媒体Ｐ上に定着される。
そして、定着工程後の記録媒体Ｐは、排紙ローラによって、装置本体１外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２〜図４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及び図３に示すように、定着装置２０は、定着部材としての定着ベルト２１、定着補助ローラ２２、加熱ローラ２３、第１ヒータ２５（第１加熱手段）、温度検知手段としての第１温度センサ４０Ａ、温度検知手段としての第２温度センサ４０Ｂ、加圧部材としての加圧ローラ３１、第２ヒータ３４（第２加熱手段）、分離板３７、ガイド板３５、等で構成されている。

ここで、定着部材としての定着ベルト２１は、ポリイミド等の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状ベルト（周長が７０ｍｍ程度に設定されている。）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）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、発泡性シリコーンゴム等の発泡材料からなる弾性層２２ｂが形成されたローラ部材（外径が５２ｍｍ程度に設定されている。）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を介して圧接してニップ部を形成する。弾性層２２ｂを発泡材料で形成することで、ニップ部におけるニップ幅（ニップ量）を比較的大きく設定できるとともに、定着ベルト２１の熱が定着補助ローラ２２に移行しにくくなる。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、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料からなる中空構造のローラ部材（円筒体）であって、その円筒体の内部には第１加熱手段としての第１ヒータ２５（熱源）が固設されている。
加熱ローラ２３の肉厚を１ｍｍ以下に設定することで、加熱体の熱容量が低下して装置の昇温特性が向上する（立ち上がり時間が短縮化される。）。ここで、本実施の形態における加熱ローラ２３は、アルミニウムで形成され、肉厚が０．６ｍｍ、外径が３５ｍｍに設定されている。

加熱ローラ２３の第１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（不図示である。）に固定されている。そして、画像形成装置本体１のメインスイッチがオンされた状態で、商用電源から画像形成装置本体１の制御部５０を介して第１ヒータ２５に電力が供給される。そして、制御部５０により出力制御された第１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。
第１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２つの温度センサ（第１温度センサ４０Ａと第２温度センサ４０Ｂとである。）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４０Ａ、４０Ｂ（サーモパイル）の検知結果に基づいて定められる通電時間だけ、第１ヒータ２５に交流電圧が印加される。このような第１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。なお、第１ヒータ２５の出力制御については、第２ヒータ３４の出力制御とともに、後でさらに詳しく説明する。

ここで、本実施の形態では、第１ヒータ２５として、定格ワット数が１０００ワットのものを用いている。このように、第１ヒータ２５の総ワット数を大きくすることで、装置の立ち上がり時間（ウォーミングアップ時間）を短くすることができる。
また、本実施の形態では、第１温度センサ４０Ａが幅方向中央部に配設され、第２温度センサ４０Ｂが幅方向端部に配設されている。そして、２つの温度センサ４０Ａ、４０Ｂの温度検知結果から定着ベルト２１上の幅方向の平均温度や温度偏差を求め、それに基いて第１ヒータ２５の出力制御をおこなっている。
なお、本実施の形態では、２つの温度センサ４０Ａ、４０Ｂ（温度検知手段）の温度検知結果に基いて第１ヒータ２５の出力制御をおこなったが、１つの温度センサ（例えば、第１温度センサ４０Ａ）の温度検知結果のみに基いて第１ヒータ２５の出力制御をおこなうこともできる。
また、本実施の形態では、２つの温度センサ４０Ａ、４０Ｂ（温度検知手段）を定着ベルト２１に直接的に対向させたが、２つの温度センサ４０Ａ、４０Ｂ（温度検知手段）を伝熱板を介して定着ベルト２１に間接的に対向させることもできる。
また、本実施の形態では、温度センサ４０Ａ、４０Ｂ（温度検知手段）としてサーモパイルを用いたが、温度センサ４０Ａ、４０Ｂ（温度検知手段）としてサーミスタを用いることもできる。

また、加圧部材としての加圧ローラ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、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、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、上述の加圧機構は加圧解除（又は減圧）ができるように構成されている。

また、本実施の形態では、定着ベルト２１の加熱効率を向上させるために、加圧ローラ３１に第２ヒータ３４（定格ワット数が２５０ワット程度のハロゲンヒータである。）が内設されている。記録媒体Ｐの通紙時に、第１ヒータ２５に加えて第２ヒータ３４に対しても通電することで、定着ベルト２１の加熱効率が向上するとともに、連続通紙時に加圧ローラ３１の温度が低下して記録媒体Ｐにカールが生じたり定着不良画像が生じる不具合が抑止される。
第２ヒータ３４の出力制御は、制御部５０によって、温度センサ４０Ａ、４０Ｂの検知結果に基いておこなわれる。なお、第２ヒータ３４の出力制御については、第１ヒータ２５の出力制御とともに、後でさらに詳しく説明する。
なお、本実施の形態では、定着ベルト２１に対向する温度センサ４０Ａ、４０Ｂの検知結果に基いて第２ヒータ３４の出力制御をおこなったが、加圧ローラ３１の表面温度を直接的に検知する温度センサを設置して、その温度センサの検知結果に基いて第２ヒータ３４の出力制御をおこなってもよい。

図２を参照して、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、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３７が配設されている。分離板３７を設置することで、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軽減することができる。

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のメインスイッチが投入されると、２つのヒータ２５、３４に交流電圧が印加（給電）される。なお、記録媒体Ｐの通紙時（通紙モード時）には、第１ヒータ２５及び第２ヒータ３４のそれぞれへの通電が続けておこなわれる。
そして、プリント指令が入力されると、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７から記録媒体Ｐが給送されて、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の各色のトナーが記録媒体Ｐ上に未定着画像として担持される。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、本実施の形態の定着装置２０において特徴的な構成・動作について、詳しく説明する。
本実施の形態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、制御部（制御回路）５０によって、温度検知手段としての温度センサ４０Ａ、４０Ｂ（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、３４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。その際、定着ベルト２１を加熱する第１ヒータ２５はＰＩＤ制御されて、加圧ローラ３１を加熱する第２ヒータ３４はオンオフ制御される。
詳しくは、第１ヒータ２５は、所定のアルゴリズムに基づいて温度センサ４０Ａ、４０Ｂの検知結果と予め定められた目標温度（目標制御温度）との偏差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ＰＩＤ制御がおこなわれる。これに対して、第２ヒータ３４は、温度センサ４０Ａ、４０Ｂ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、温度センサ４０Ａ、４０Ｂ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、オンオフ制御がおこなわれる。

図４は、定着ベルト２１の第１ヒータ２５と、加圧ローラ３１の第２ヒータ３４と、を制御する制御部（制御回路）５０を示すブロック図である。
図４に示すように、制御回路５０には、第１ヒータ２５のＰＩＤ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、第２ヒータ３４の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、が設けられている。

ＰＩＤコントローラ５１は、第１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。）を制御する。詳しくは、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４０Ａ、４０Ｂによって検知された定着ベルト２１の温度と、の温度偏差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を通じて第１ヒータ２５が点灯される。詳しくは、第１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。
なお、本実施の形態では、第１ヒータ２５の制御周期を２００〜１０００〔ｍｓ〕に設定している。第１ヒータ２５の制御周期を１００〔ｍｓ〕程度に設定してしまうと、定着温度のフィードバック制御が高精度化される反面、突入電流の発生が多くなって蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象が悪化してしまう。具体的に、第１ヒータ２５の制御周期を１００〔ｍｓ〕程度に設定して、周波数が５０Ｈｚの商用電源を用いた場合には、第１ヒータ２５の制御周期内のゼロクロス点が１０回になってしまい、第１ヒータ２５をデューティ１０％刻みでしか制御できなくなる。

一方、オンオフ制御コントローラ５３は、温度センサ４０Ａ、４０Ｂ（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４０Ａ、４０Ｂ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、第２ヒータ３４に対する通電を制御（オンオフ制御）する。
なお、本実施の形態では、第２ヒータ３４の制御周期を２００〜２０００〔ｍｓ〕に設定している。第２ヒータ３４を制御する温度コントローラはオンオフコントローラ５３であるため、ＰＩＤ制御をおこなう場合に比べて、当然に温度リップルが大きくなる（１０〜２０ｄｅｇ程度の温度リップルである。）。しかし、第２ヒータ３４による加圧ローラ３１の加熱は、加圧ローラ３１から定着ベルト２１へ補助的に熱供給することが目的であるため、カラー用のトナーを定着する場合であっても、加圧ローラ３１の温度制御に１０〜２０ｄｅｇ程度の温度リップルが生じても、定着画像の品質にはほとんど影響しない。したがって、定着画像の良好な品質を得られることが可能な加圧ローラ３１の温度リップルの上限を予め定めておき、その温度リップルを生じさせる制御周期を選択することで、加圧ローラ３１の第２ヒータ３４を制御する温度コントローラとしてオンオフコントローラ５３を不具合なく用いることができる。

このように、本実施の形態では、定着ベルト２１を加熱する第１ヒータ２５に加えて、加圧ローラ３１を加熱する第２ヒータ３４を設置しているために、定着装置２０のウォームアップタイムを短縮化することができる。また、定着ベルト２１を加熱する第１ヒータ２５に対してＰＩＤ制御をおこなうことにより、定着温度のフィードバック制御の高精度化が達成されて、良好な定着画像を提供することができる。さらに、加圧ローラ３１を加熱する第２ヒータ３４に対しては、フィードバック制御を高精度化しないオンオフ制御を用いることにより、大きな突入電流が制御周期ごとに発生するのを軽減することができるため、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象の発生を抑止することができる。

なお、本実施の形態では、定着ベルト２１（加熱ローラ２３）を加熱する第１ヒータ２５として、定格ワット数が比較的大きな１つのハロゲンヒータ（定格ワット数１０００ワット程度である。）を用いている。定格ワット数が大きなハロゲンヒータを用いる場合には、発生する突入電流の電流値の水準が大きくなる傾向があるためチラツキ現象に関しては不利であるが、本実施の形態では第２ヒータ３４をオンオフ制御することで突入電流の発生を充分に抑えているため、第１ヒータ２５で生じる突入電流の上限値に余裕ができることになる。したがって、定着装置２０の低コスト化、少部品点数化を目的として比較的定格の大きなハロゲンヒータを１つ用いた場合であっても、上述した本実施の形態における効果が充分に達成されることになる。

ここで、本実施の形態において、第１ヒータ２５又は／及び第２ヒータ３４は、制御周期ごとにソフトスタート又はソフトストップが実行されてもよい。すなわち、第１ヒータ２５のＰＩＤ制御と第２ヒータ３４のオンオフ制御とのうち、少なくとも一方の制御において、ソフトスタート又はソフトストップ（交流電流のゼロクロス点でヒータを点灯又は消灯させて通電時の位相角を変化させる位相制御方式である。）をおこなうことができる。その場合、全体の温度制御系における入力電力と出力温度との伝達関数の線形性に影響を及ぼさない程度にソフトスタート又はソフトストップがおこなわれることになり、全体の突入電流の発生を低減することができてチラツキ現象がさらに軽減されることになる。

また、第１ヒータ２５の制御周期は、第２ヒータ３４の制御周期よりも短くなるように設定することが好ましい。
オンオフ制御の制御周期がＰＩＤ制御の制御周期よりも長くなることで、ソフトスタート又はソフトストップの実行の有無に係らず、オンオフ制御における突入電流の発生を低減することができるため、チラツキ現象がさらに軽減されることになる。また、ソフトスタート又はソフトストップを実行した場合であっても、高調波の発生が軽減されるとともに、入力（電力供給）と出力（温度センサの検知結果）との線形性を確保することができる。

また、本実施の形態では、第１ヒータ２５の定格ワット数が、第２ヒータ３４の定格ワット数よりも大きくなるように設定されている。
これにより、トナーの溶融に必要な充分な熱量が定着ベルト２１に供給されて、エネルギー効率の良い定着装置２０を提供することができる。そして、本実施の形態では、定格ワット数が大きい第１ヒータ２５を短い制御周期にてＰＩＤ制御しても、第２ヒータ３４側でオンオフ制御しているため、チラツキ現象の発生が充分に軽減されることになる。

なお、本実施の形態では定着ベルト２１（加熱ローラ２３）を加熱する第１ヒータ２５として１つのハロゲンヒータを用いたが、第１ヒータ２５として複数のハロゲンヒータを用いることもできる。
図５は、２つの第１ヒータ２５（ハロゲンヒータ）を設置した、別形態の定着装置２０を示す構成図である。ここで、２つの第１ヒータ２５のうち、一方の第１ヒータ２５は定着ベルト２１の幅方向中央部を加熱するものであって、他方の第１ヒータ２５は定着ベルト２１の幅方向両端部を加熱するものである。このように、第１ヒータ２５を幅方向に分割して、記録媒体Ｐのサイズに応じて通電する第１ヒータ２５の組み合わせを可変することで、幅方向のサイズが小さな記録媒体（小サイズ紙）が連続通紙されたときに、定着ベルト２１の幅方向両端部（非通紙領域）が過昇温する不具合が抑止される。

ここで、複数の第１ヒータ２５を設置する場合、そのうち１つの第１ヒータ２５の定格ワット数を第２ヒータ３４の定格ワット数よりも大きく設定することが好ましい。これにより、トナーの溶融に必要な充分な熱量が定着ベルト２１に供給されて、エネルギー効率の良い定着装置２０を提供することができる。
具体的に、図５に示す定着装置２０では、一方の第１ヒータ２５（ハロゲンヒータ）の定格ワット数が７００ワットに、他方の第１ヒータ２５（ハロゲンヒータ）の定格ワット数が５００ワットに、第２ヒータ３４（ハロゲンヒータ）の定格ワット数が２５０ワットに設定されている。また、２つの第１ヒータ２５はともにＰＩＤ制御（制御周期は４００〔ｍｓ〕である。）され、第２ヒータ３４はともにオンオフ制御（制御周期は１０００〔ｍｓ〕である。）されている。２つの第１ヒータ２５の制御周期のズレは２００〔ｍｓ〕に設定されている（第２ヒータ３４の制御周期のズレは任意に設定されている。）。すべてのヒータ２５、３４のソフトスタートの区間は制御周期の開始から１２０〔ｍｓ〕に設定されている。また、定着ベルト２１と加圧ローラ３１の目標温度は、約１６０℃に設定されている。また、記録媒体Ｐの搬送速度（プロセス線速）は１４０ｍｍ／秒程度に設定されている。

図５に示す定着装置２０では、定格ワット数が比較的大きい２本のハロゲンヒータ２５の点灯開始タイミングを僅か（制御周期の１／２である。）にずらしているために、双方のヒータ２５に突入電流が同時に発生しない。したがって、第１ヒータ２５の定格ワット数の合計が同じであれば、第１ヒータ２５の本数を増やしたほうが、第１ヒータ２５が1本のものよりも、チラツキ現象に関しては有利となる。
本願発明者が実験をおこなったところ、２つの第１ヒータ２５に加えて第２ヒータ３４についてもＰＩＤ制御をおこなってしまうと、チラツキ現象が生じてしまうことを確認した。これに対して、第１ヒータ２５を複数設けて突入電流の発生を少なくして、さらに第２ヒータ３４をオンオフ制御することで、第１ヒータ２５に生じる突入電流の上限値に余裕ができてチラツキ現象が確実に低減されることを確認した。

以上説明したように、本実施の形態では、定着ベルト２１（定着部材）を加熱する第１ヒータ２５をＰＩＤ制御して、加圧ローラ３１（加圧部材）を加熱する第２ヒータ３４をオンオフ制御しているため、定着装置２０のウォームアップタイムの短縮化を鈍化させることなく、定着温度のフィードバック制御の高精度化と、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象の防止と、を両立することができる。

なお、本実施の形態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、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では定着部材として定着ベルト２１を用いた定着装置２０に対して本発明を適用したが、定着部材として定着ローラや定着フィルムや定着パッドを用いた定着装置に対しても、当然に本発明を適用することができる。そして、これらの場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が本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、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本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、形状等は本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。 定着装置を幅方向にみた概略図である。 定着装置を制御する制御回路を示すブロック図である。 別形態の定着装置を示す構成図である。

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、
２３ 加熱ローラ、
２５ 第１ヒータ、
３１ 加圧ローラ（加圧部材）、
３４ 第２ヒータ、
４０Ａ 第１温度センサ（温度検知手段）、
４０Ｂ 第２温度センサ（温度検知手段）、
５１ ＰＩＤコントローラ、
５３ オンオフコントローラ、 Ｐ 記録媒体。

Claims (10)

1. 第１ヒータによって加熱されるとともに、トナー像を溶融して記録媒体に定着する定着部材と、
   前記定着部材に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成するとともに、第２ヒータによって加熱される加圧部材と、
   を備え、
   前記第１ヒータはＰＩＤ制御され、前記第２ヒータはオンオフ制御されることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着部材の温度を検知する温度検知手段を備え、
   前記第１ヒータは、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と予め定められた目標温度との偏差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ＰＩＤ制御がおこなわれ、
   前記第２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％となるようにオンオフ制御がおこなわれることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記第１ヒータ又は／及び前記第２ヒータは、制御周期ごとにソフトスタート又はソフトストップが実行されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記第１ヒータの制御周期が、前記第２ヒータの制御周期よりも短くなるように構成された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. 前記第１ヒータの定格ワット数が、前記第２ヒータの定格ワット数よりも大きくなるように構成された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. 前記第１ヒータは、１つのハロゲンヒータであ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. 前記第１ヒータは、複数のハロゲンヒータであって、
   前記複数のハロゲンヒータのうち少なくとも１つは、その定格ワット数が前記第２ヒータの定格ワット数よりも大きくなるように構成された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。
8. 前記第１ヒータ及び前記第２ヒータは、記録媒体の通紙時にそれぞれ通電される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８のいずれかに記載の定着装置。
10. 請求項１〜請求項９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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