JP4738924B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に利用される定着装置に関するものである。

従来、加熱ローラの温度検知装置または加圧ローラの温度検知装置の検知出力で加熱ローラのヒータを制御する画像形成装置が知られている。ここでは、加圧ローラの温度に基づき加熱ローラのヒータを制御し、加熱ローラの温度に基づき加熱ローラのヒータを制御する。さらに、加圧ローラの温度変化に基づき加熱ローラのヒータを制御している（たとえば、特許文献１、図４、図５参照）。

また、目標加熱ローラ温度を加圧ローラ検知温度に基づき算定し、算定した目標加熱ローラ温度と加熱ローラ検知温度に基づき、加熱ローラの加熱源を制御している（たとえば、特許文献２、図３参照）。

特開２００２−２２１８７１号公報 特開２００２−１４９９８７号公報

上記に示されるような従来の技術にあっては、いずれも、加圧ローラの検知温度にしたがって加熱ローラの加熱源を制御している。しかしながら、加圧ローラの検知温度に基づいて加熱ローラの加熱源を単にオン、オフしているものであるため、緻密な温度制御を行なうことができないという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、一対の回転体を備える定着装置において、第１および第２の加熱源により加熱される定着用回転体と第３の加熱源を有する加圧回転体の温度を緻密に制御することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、一対の回転体の間に記録媒体を通過させることにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において、少なくとも外側ローラと内側ローラとにより張架され回転する無端状ベルトの第１の回転体と、前記内側ローラに対して所定圧で付勢される第２の回転体と、前記外側ローラと内側ローラを加熱する第１および第２の加熱源と、前記第１の回転体の長手方向における前記外側ローラ側の端部の表面温度を検知する第１の温度検知部と、前記第１の回転体の長手方向における前記外側ローラ側の中央付近の表面温度を検知する第２の温度検知部と、前記第２の回転体を加熱する第３の加熱源と、前記第２の回転体の表面温度を検知する第３の温度検知部と、予め前記第１、第２、第３の温度検知部による目標温度を設定し、前記第２の回転体の目標温度と前記第２の回転体の検知温度との予め設定された複数の温度差に対し、前記第１、第２の温度検知部による目標温度およびこの目標温度との温度差とをそれぞれ組み合わせた場合の、前記第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の制御表を格納した制御データ格納手段と、前記第２の回転体の検知温度と前記第２の回転体の目標温度とを比較し、前記第２の回転体の検知温度と予め定めた目標温度と所定差がある場合、この所定差に該当する前記制御データ格納手段の制御表の前記第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の有無を参照して、前記第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の制御を行うとともに、当該加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量に基づき当該加熱源の加熱量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この請求項１に記載の発明によれば、従来のように第１の温度検知部による検知温度に基づき、第１の加熱源の点灯または消灯を制御し、第２の温度検知部による検知温度に基づき、第２の加熱源の点灯または消灯を制御するような個別に制御するだけでなく、第２の回転体の検知温度と第２の回転体の目標温度とを比較し、前記第２の回転体の検知温度と予め定めた目標温度と所定差がある場合、この所定差に該当する制御データ格納手段の制御表の第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の有無を参照して、前記第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の制御を行うとともに、当該加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量に基づき当該加熱源の加熱量を制御することにより、第２の回転体の温度、すなわち第１、第２の回転体間の伝熱を加味して、第１、第２の回転体の温度を緻密に制御することが可能になる。

また、請求項２にかかる発明は、前記制御手段は、前記外側ローラ側の前記第１の回転体の表面における長手方向の端部の目標温度と検知温度との温度差で前記制御データ格納手段の制御表の該当箇所を選択することを特徴とする。
この請求項２に記載の発明によれば、請求項１において、外側ローラの端部の目標温度と検知温度との温度差で前記制御データ格納手段の制御表の該当箇所を選択して前記第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の制御を行うとともに、当該加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量に基づき当該加熱源の加熱量を制御することにより、第２の回転体の温度、すなわち第１、第２の回転体間の伝熱を加味して、第１、第２の回転体の温度を緻密に制御することが可能になる。
また、請求項３にかかる発明は、前記制御手段は、前記加熱源を点灯または消灯するデューティー比を変化させることにより、前記加熱源の加熱量を変化させることを特徴とする。

この請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２において、加熱源のオンオフをデューティ制御することにより、第１、第２の回転体の温度をより緻密に制御することが可能になる。

また、請求項４にかかる発明は、前記制御手段は、前記第１、第２、第３の温度検知部による検知温度の変化にしたがって前記加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量になるように加熱源の加熱量を制御することを特徴とする。

この請求項４に記載の発明によれば、請求項１、２または３において、第１、第２の回転体の温度検知部による検知温度の変化にしたがって、第１、第２の回転体の温度を予測、すなわち第１、第２の回転体間の伝熱を予測して、第１、第２の回転体の温度を緻密に制御することが可能になる。

また、請求項５にかかる発明は、前記制御手段は、前記第１、第２、第３の温度検知部による検知温度の変化にしたがって加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量になるように加熱源の加熱量の分配制御を行うことを特徴とする。

この請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４の何れか一つにおいて、第１、第２の回転体の温度検知部による検知温度の変化にしたがって、第１、第２の回転体の温度を予測した上で、かつ供給すべき熱量を判断した上で、第１〜３の加熱源を制御することで、第１、第２の回転体の温度を緻密に制御することが可能になる。

また、請求項６にかかる発明は、前記制御手段は、前記第１、第２、第３の温度検知部による検知温度の変化にしたがって前記加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量になるように加熱源の加熱量の分配制御を行う定着装置であって、通紙する用紙サイズに応じて前記加熱源を点灯または消灯の制御を変更することを特徴とする。

この請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一つにおいて、用紙サイズが小サイズの場合、端部が上昇しにくいデータを使用することで、端部が異常に上昇し、定着装置にダメージを与えるようなことが回避され、また、用紙サイズあるいは厚みなどの条件で制御データを変更することにより、各々の用紙に最適な制御を行うことも可能となる。

また、請求項７にかかる発明は、前記制御手段は、前記第１、第２、第３の温度検知部による検知温度の変化にしたがって前記加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量になるように加熱源の加熱量の分配制御を行う定着装置であって、定着装置の状態に応じて制御を変更することを特徴とする。

この請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６の何れか一つにおいて、たとえば通紙状態では温度変化が極力少なくなるよう各ヒータを制御するような値とし、待機状態では省電力を考慮した制御になるような値にする、より柔軟に制御を行うことが可能になる。

また、請求項８にかかる発明は、前記第１の回転体は、熱容量が小さい材料で形成され、前記第２の回転体は、前記第１の回転体に対して熱容量の大きい材料で形成されることを特徴とする。

この請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜７の何れか一つにおいて、請求項１〜７に示した何れか一つの制御を行うことにより、第１の回転体、第２の回転体の熱容量が異なる場合でも、それを考慮した制御が可能となる。また、省電力化のため、第１の回転体には熱容量が小さく、直ぐに温まる材料を使用し、第２の回転体は熱容量が大きく、通紙されても冷めにくい材料を使用する場合であっても、良好な定着性を得ることが可能となる。

本発明（請求項１）にかかる定着装置は、従来のように第１の温度検知部による検知温度に基づき、第１の加熱源の点灯または消灯を制御し、第２の温度検知部による検知温度に基づき、第２の加熱源の点灯または消灯を制御するような個別に制御するだけでなく、第２の回転体の検知温度と第２の回転体の目標温度とを比較し、前記第２の回転体の検知温度と予め定めた目標温度と所定差がある場合、この所定差に該当する制御データ格納手段の制御表の第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の有無を参照して、前記第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の制御を行うとともに、当該加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量に基づき当該加熱源の加熱量を制御することにより、第２の回転体の温度、すなわち第１、第２の回転体間の伝熱を加味して、第１、第２の回転体の温度を緻密に制御することができるという効果を奏する。

また、本発明（請求項２）にかかる定着装置は、請求項１において、外側ローラの端部の目標温度と検知温度との温度差で前記制御データ格納手段の制御表の該当箇所を選択して前記第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の制御を行うとともに、当該加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量に基づき当該加熱源の加熱量を制御することにより、第２の回転体の温度、すなわち第１、第２の回転体間の伝熱を加味して、第１、第２の回転体の温度を緻密に制御することができるという効果を奏する。
また、本発明（請求項３）にかかる定着装置は、請求項１または２において、加熱源のオンオフをデューティ制御することにより、第１、第２の回転体の温度をより緻密に制御することができるという効果を奏する。

また、本発明（請求項４）にかかる定着装置は、請求項１、２または３において、第１、第２の回転体の温度検知部による検知温度の変化にしたがって、第１、第２の回転体の温度を予測、すなわち第１、第２の回転体間の伝熱を予測して、第１、第２の回転体の温度を緻密に制御することができるという効果を奏する。

また、本発明（請求項５）にかかる定着装置は、請求項１〜４の何れか一つにおいて、第１、第２の回転体の温度検知部による検知温度の変化にしたがって、第１、第２の回転体の温度を予測した上で、かつ供給すべき熱量を判断した上で、第１〜３の加熱源を制御することで、第１、第２の回転体の温度を緻密に制御することができるという効果を奏する。

また、本発明（請求項６）にかかる定着装置は、請求項１〜５の何れか一つにおいて、用紙サイズが小サイズの場合、端部が上昇しにくいデータを使用することで、端部が異常に上昇し、定着装置にダメージを与えるようなことが回避することができ、また、用紙サイズあるいは厚みなどの条件で制御データを変更することにより、各々の用紙に最適な制御を行うこともできるという効果を奏する。

また、本発明（請求項７）にかかる定着装置は、請求項１〜６の何れか一つにおいて、たとえば通紙状態では温度変化が極力少なくなるよう各ヒータを制御するような値とし、待機状態では省電力を考慮した制御になるような値にする、より柔軟に制御を行うことができるという効果を奏する。

また、本発明（請求項８）にかかる定着装置は、請求項１〜７の何れか一つにおいて、請求項１〜７に示した制御を行うことにより、第１の回転体、第２の回転体の熱容量が異なる場合でも、それを考慮した制御が可能となる。また、省電力化のため、第１の回転体には熱容量が小さく、直ぐに温まる材料を使用し、第２の回転体は熱容量が大きく、通紙されても冷めにくい材料を使用する場合であっても、良好な定着性を得ることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる定着装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
図１−１、図１−２に本発明の実施の形態にかかる定着装置の構成例のブロック図を示す。図において、符号１０は第１の回転体たる定着ベルト、符号１１は定着ローラ、符号１２は加熱ローラ、符号１３は加圧ローラ、符号１４〜１６はハロゲンヒータ、符号１７〜１９は温度検出素子、符号２５は後述する図４−１〜３、図６−１〜３、図８−１〜２、図９−１〜３、図１１、図１２、図１４に示すような制御データが格納されている制御データ格納メモリ、符号３０はＰＳＵ（パワーサプライユニット）、符号３１はＩ／Ｏ制御板である。

すなわち、無端状の定着ベルトを巻きつけた加熱ローラ１２および定着ローラ１１で構成される。また、定着ローラ１１と対向して配置される第２の回転体たる加圧ローラ１３と、加熱ローラ１２の表面温度を検出する端部で検知する温度検出素子１８、その中央部分で検出する温度検出素子１９、加圧ローラ１３の表面温度を検出する温度検出素子１７を備えている。そして、この構成により、トナーの付着した記録紙が定着ローラ１１と加圧ローラ間１３を通過することで、熱と圧力の作用によりトナーを記録紙上に定着させる。

図２は、定着装置が搭載される画像形成装置（デジタル複写機）の制御系の構成を示すブロック図である。図において、符号３０はシステム制御板、符号３１はＩ／Ｏ制御板、符号３２は読取制御板、符号３３は操作／表示部、符号３４は書込制御板、符号３５はＴ（トナー濃度）センサ、符号３６は各種画像形成用Ｉ／Ｏ、符号３７は高圧電源である。

読取制御板３２は、原稿情報を読み取るためのＣＣＤ、および、そのタイミング生成が主動作で、読み取った出力をデジタル信号としてシステム制御板３０に転送する。システム制御板３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発ＲＡＭ、カレンダー機能チップからなり、システム全体のタイミング制御、操作／表示部３３の入出力制御、その他のアプリケーション（ＦＡＸ、プリンタ、スキャナ）部（不図示）とのＩ／Ｆ（インターフェイス）や動作制御と、画情報データの画像処理（変倍、フィルタ、ガンマ補正など）、画像メモリを使用した画情報データの記憶／蓄積制御というシステム全体の制御を行う。書込制御板３４は、露光のためのＬＤ(レーザダイオード)とその駆動部からなり、システム制御板３０からの画像データにより、書き込み作業を行う。Ｉ／Ｏ制御板３１は、システム全体（スキャナ部、プリンタ部）の各種センサ、アクチュエータ等の入力信号、モータ、ソレノイド、クラッチ、高圧電源等の出力信号の集約部分であり、トナーセンサ出力や各サーミスタ出力はＡＤＣ（ＡＤコンバータ）に入力されており、このＩ／Ｏデータにより、システム制御部分が各種制御を実施する。給紙トレイ、手差しトレイの用紙有無情報、サイズ情報、転写紙搬送用のレジストセンサ等も含まれる。操作／表示部３３は、各種モード設定のためのキー入力、ＬＥＤ、ＬＣＤ、タッチパネル等を使用した表示部により構成されておりシステム制御板３０により、制御されている。

定着ヒータの駆動に関わるユニットを図３に示すブロック図を参照し説明する。ここでは加熱源としてハロゲンヒータを使用する場合を例に説明する。ＰＳＵ２０上には電源生成のための回路と定着用のハロゲンヒータを駆動するための回路が配置されている。ヒータ駆動はＡＣ電源遮断用のリレーと特定周期でＯＮ／ＯＦＦを行うトライアック、スナバ回路等で構成されている。

リレー、トライアックのＯＮ／ＯＦＦの処理はシステム制御板３０上のＣＰＵ（不図示）の判断により、Ｉ／Ｏ制御板３１のポートを介して実行される。それぞれの定着ヒータ（ハロゲンヒータ）は、それぞれのトライアックにより独立した駆動（ＯＮ／ＯＦＦ）が可能な構成となっている。加熱ローラ１２には、配光分布が中央に寄った中央ヒータと端部に寄った端部ヒータの２つが内在し、加圧ローラ１３には配光がフラットな１つのヒータを内在するものとする。

つぎに、以上のように構成された定着装置の制御例について説明する。記録紙にトナーを定着させるために、定着ニップ部（定着ローラ１１と加圧ローラ１３との接触部）の温度をトナー定着に必要な温度に保つ必要がある。定着ニップ部の温度を最適に保つために、加熱ローラ１２、加圧ローラ１３の各々のターゲット温度Ｔを予め設定しておく。図１のベルト式定着装置には、加熱ローラ１２側だけでなく、加圧ローラ１３側にも、温度検出素子を有している。温度検出素子としては、通常はサーミスタが使用されるが、もちろん本発明ではそれに限定されるものではなく、他の接触式、非接触式の温度検出素子を使用することも当然可能である。

各温度検出素子１７、１８、１９のターゲット温度として、Ｔａ：加熱ローラ中央、Ｔｂ：加熱ローラ端部、Ｔｃ：加圧ローラ、を予め設定しておく。図４−１〜図４−３に示すように、加圧ローラ１３のターゲット温度：Ｔｃと加圧ローラ１３の温度検出素子で検知した温度との差により、ヒータ制御を判断するデータ表（制御データ格納メモリ２５に格納されている）を変える。

図４−１〜図４−３中の数字は、１：加熱中央ヒータ、２：加熱端部ヒータ、３：加圧ヒータを表し、加熱ローラ中央と端部の検出温度とＴａ、Ｔｂとの差によりどのヒータを点灯させるか選択する。データ表は各々のターゲット温度Ｔａ、Ｔｂとの差を示す。たとえば、加熱ローラ中央の−３°Ｃは、ターゲット温度：Ｔａより−３°Ｃ以上低く−６°Ｃ未満の場合に選択される。

具体的な動作は以下の通りである。予め決められている制御周期、たとえば１秒ごとに、それぞれの温度検出素子で各々のローラの温度を検出する。まず、加圧ローラ１３の温度とターゲット温度：Ｔｃとの比較を行い、制御に使用するデータ表を選択する。たとえば、加圧ローラ１３の温度がＴｃより３°Ｃ以上低い場合、図４−１のデータ表を使用する。つぎに加熱ローラの中央と端部の温度とターゲット温度との差を計算する。その結果をデータ表と比較し、該当する箇所の数字に該当するヒータを制御周期間（１秒間）点灯し、ＯＦＦの場合には全てのハロゲンヒータ１４，１５，１６を消灯する。

図４−１〜図４−３では、加熱ローラ中央と端部の温度をターゲット温度の±３°Ｃ、±６°Ｃとしたが、この値に限定されるものではなく、任意の値を設定することが可能であり、中央と端部を異なる温度間隔にすることも当然可能である。また、データ表のマスを増やし、より細かく制御させることも可能である。

また、ここでは加圧ローラ１３の温度によるテーブルを３種類としたが、減らす、あるいはもっと増やすことも当然可能であり、テーブルを切替える温度についても一例であり、この値に限定されるものではない。制御周期についても一例であり、この値に限定されるものではない。さらに選択しているハロゲンヒータについても一例である。加熱ローラ１２の中央と端部をデータ表にし、加圧ローラ１３の温度によりデータ表を選択するようにしたが、当然他の組合せ、たとえば加熱ローラ１２の中央と加圧ローラ１３をデータ表にし、加熱ローラ１２の端部温度でデータ表を選択することも可能である。

ここで、上記定着装置の一連の動作について図５に示すフローチャートを参照し説明する。なお、この制御はシステム制御板３０が、Ｉ／Ｏ制御板３１、ＰＳＵ２０を制御することで実行される。まず、加圧ローラ１３の温度を温度検出素子１７で検出し（ステップＳ１１）、加圧ローラ１３のターゲット温度Ｔｃとの差を計算する（ステップＳ１２）。続いて、この計算結果にしたがって図４に示すデータ表を選択する（ステップＳ１３）。さらに加熱ローラ１２の中央温度を温度検出素子１９で検出し（ステップＳ１４）、加熱ローラ１２の中央ターゲット温度Ｔａとの差を計算する（ステップＳ１５）。さらに加熱ローラ１２の端部温度を温度検出素子１８で検出し（ステップＳ１６）、加熱ローラ１２の端部温度Ｔｂとの差を計算する（ステップＳ１７）。続いて、先に選択したデータ表でヒータ点灯制御を実行し（ステップＳ１８）、その後、ハロゲンヒータがＯＦＦであるか否かを判断する（ステップＳ１９）。ここで、ハロゲンヒータがＯＦＦであれば、ヒータを消灯し（ステップＳ２０）、他方、ハロゲンヒータがＯＦＦでなければ選択したヒータを点灯する（ステップＳ２１）。

したがって、従来のように、第１の温度検知部による検知温度に基づき、第１の加熱源のオンオフを制御し、第２の温度検知部による検知温度に基づき、第２の加熱源のオンオフを制御するような個別に制御するだけでなく、温度検出素子１７，１８，１９による検知温度に基づき、ハロゲンヒータ１４，１５，１６の加熱量を算出し、算出した加熱量になるようにハロゲンヒータ１４，１５，１６の加熱量を制御する。これにより、加圧ローラ１３の温度、すなわち定着ローラ１１（定着ベルト１０）、加圧ローラ１３間の伝熱を加味して、定着ベルト１０、加圧ローラ１３の温度を緻密に制御することができる。

つぎに、比較表にヒータ点灯のデューティー比を設定する例について図６−１〜図６−３を参照し、説明する。前述と同様に、各温度検出素子でローラの温度を検出する。ローラ温度とターゲット温度との差を計算する。その結果をデータ表と比較する。該当箇所に示された各ヒータのデューティー比にしたい点灯制御を行う。制御周期が１秒の場合、１：５０％なら加熱中央ヒータ（ハロゲンヒータ１４）を０．５秒間点灯する。

図６−１〜図６−３では、加熱ローラ中央と端部の温度をターゲット温度の±３°Ｃ、±６°Ｃとしたが、この値に限定されるものではなく、任意の値を設定することが可能であり、中央と端部を異なる温度間隔にすることも当然可能である。また、データ表のマスを増やし、より細かく制御させることも可能である。加圧ローラ１３の温度によるテーブルを３種類としたが、減らす、あるいはもっと増やすことも当然可能であり、テーブルを切替える温度についても一例であり、この値に限定されるものではない。

制御周期についても一例であり、この値に限定されるものではない。さらに選択しているヒータ並びに設定しているデューティー比についても一例である。加熱ローラ１２の中央と端部を表にし、加圧ローラ１３の温度により表を選択するようにしたが、当然他の組合せ、たとえば加熱ローラ１２の中央と加圧ローラ１３をデータ表にし、加熱ローラ１２の端部温度でデータ表を選択することも可能である。

ここで、上記定着装置の一連の動作について図７に示すフローチャートを参照し説明する。なお、この制御はシステム制御板３０が、Ｉ／Ｏ制御板３１、ＰＳＵ２０を制御することで実行される。まず、加圧ローラ１３の温度を温度検出素子１７で検出し（ステップＳ３１）、加圧ローラ１３のターゲット温度Ｔｃとの差を計算する（ステップＳ３２）。続いて、この計算結果にしたがって図６に示すデータ表を選択する（ステップＳ３３）。さらに加熱ローラ１２の中央温度を温度検出素子１９で検出し（ステップＳ３４）、加熱ローラ１２の中央ターゲット温度Ｔａとの差を計算する（ステップＳ３５）。さらに加熱ローラ１２の端部温度を温度検出素子１８で検出し（ステップＳ３６）、加熱ローラ１２の端部温度Ｔｂとの差を計算する（ステップＳ３７）。続いて、選択したデータ表でヒータ点灯制御を実行し（ステップＳ３８）、その後、ハロゲンヒータがＯＦＦであるか否かを判断する（ステップＳ３９）。ここで、ハロゲンヒータがＯＦＦであれば、ヒータを消灯し（ステップＳ４０）、他方、ハロゲンヒータがＯＦＦでなければ選択したヒータを設定割合（デューティー比）で点灯する（ステップＳ４１）。

したがって、ハロゲンヒータのＯＮ／ＯＦＦをデューティー制御することにより、定着ベルト１０、加圧ローラ１３の温度をより緻密に制御することができる。

つぎに、温度検知素子による検知温度の変化にしたがってハロゲンヒータをオンする場合におけるハロゲンヒータの加熱量を算出し、この算出した加熱量になるようにハロゲンヒータの加熱量を制御する例について説明する。

加熱ローラ１２の中央と加圧ローラ１３の各温度検出素子１７、１８、１９より検出した温度データをシステム制御板３０のＲＡＭ（不図示）へ記憶しておく。つぎの制御周期で同様に各温度検出素子で検出した温度と前回の温度とを図８−１、図８−２のデータ表を使用して比較し、今後の各々のローラ温度を、ＬＬからＨＨまでの５段階で判断する。なお、図中のＬＬ：最も低い、ＨＨ：最も高いを示す。予測した加熱ローラ１２、加圧ローラ１３の値と、加熱ローラ１２の端部のターゲット温度：Ｔｃとの差から、図９−１〜図９−３を使用してハロゲンヒータ１４，１５，１６の点灯量を決定する。

なお、図８−１、図８−２では３×３のデータ表を使用したが、より細かいデタ表でも構わない。また、データ表より予測されるローラの温度状態をＬＬからＨＨまでの５段階としたが、もちろんもっと細かく設定することも可能である。細かくした場合には、図９−１〜図９−３の行列もそれに合わせて増加させる。

また、加熱ローラ１２の中央と加圧ローラ１３の温度変化をデータ表にし、加熱ローラ１２の端部温度によりデータ表を選択するようにしたが、当然他の組合せ、たとえば加熱ローラ１２の中央と加熱ローラ１２の端部の温度変化をデータ表にし、加圧ローラ１３の温度でデータ表を選択することも可能である。

ここで、上記定着装置の一連の動作について図１０に示すフローチャートを参照し説明する。なお、この制御はシステム制御板３０が、Ｉ／Ｏ制御板３１、ＰＳＵ２０を制御することで実行される。まず、加熱ローラ１２の中央部分の温度を温度検出素子１９で検出し（ステップＳ５１）、加熱ローラ１２中央における今回の温度と前回の温度を比較（この比較値をＡとする）する（ステップＳ５２）。続いて、加熱ローラ１２の今回の温度を前回の温度として記憶する（ステップＳ５３）。さらに加圧ローラ１３の温度を温度検出素子１７で検出し（ステップＳ５４）、加圧ローラ１３における今回の温度と前回の温度を比較（この比較値をＢとする）する（ステップＳ５５）。続いて、加圧ローラ１３の今回の温度を前回の温度として記憶する（ステップＳ５６）。続いて、加熱ローラ１２の端部温度を温度検出素子１８で検出し（ステップＳ５７）、加熱ローラ１２の端部温度のターゲット温度Ｔｂとの差を計算する（ステップＳ５８）。そして、この計算結果から図９−１〜図９−３のデータ表を選択し（ステップＳ５９）、選択したデータ表のＡ，Ｂから各ハロゲンヒータの点灯率を判定する（ステップＳ６０）。続いて、ハロゲンヒータがＯＦＦであるか否かを判断し（ステップＳ６１）、ＯＦＦであればハロゲンヒータを消灯し（ステップＳ６２）、他方、ＯＦＦでなければ決定した割合でハロゲンヒータを点灯する（ステップＳ６３）。

したがって、以上説明したように、温度検知素子１７，１８，１９による検知温度の変化に基づき、定着ベルト１０、加圧ローラ１３の温度を予測、すなわち定着ベルト１０、加圧ローラ１３間の伝熱を予測して、定着ベルト１０、加圧ローラ１３の温度を緻密に制御することができる。

つぎに、温度検知素子による検知温度の変化にしたがってハロゲンヒータをオンする場合におけるハロゲンヒータの加熱量を算出し、この算出した加熱量になるようにハロゲンヒータの加熱量の分配制御を行う例について説明する。

加熱ローラ１２の中央と加圧ローラ１３の各温度検出素子より検出した温度データをシステム制御板３０のＲＡＭへ記憶しておき、つぎの制御周期で同様に各温度検出素子１７，１８，１９で検出した温度と前回の温度とを図８−１、図８−２のデータ表を使用して比較し、今後の各々のローラ温度を、ＬＬからＨＨまでの５段階で判断するまでは前述と同様である。なお、ＬＬ：最も低い、ＨＨ：最も高いことを示している。

予測した加熱ローラ１２、加圧ローラ１３の値から、定着装置に供給するべき総熱量を図１１のデータ表より算出する。決定した総熱量と加熱ローラ１２の端部温度から、各ヒータの点灯割合を図１２に示すデータ表にしたがって決定する。

なお、図８−１、図８−２では３×３のデータ表を使用したが、より細かいデータ表でも構わない。また、データ表より予測されるローラの温度状態をＬＬからＨＨまでの５段階としたが、もちろんもっと細かく設定することも可能である。細かくした場合には、図１１の行列もそれに合わせて増加させる。

また、図１１で求める総熱量を１０，８，５，３，０の５段階としたが、もっと細かくすることも当然可能であり、その場合、図１２の列もそれに併せて増加させる。また、加熱ローラ１２の中央と加圧ローラ１３の温度変化をデータ表にした結果と加熱ローラ１３の端部温度をデータ表にしたが、当然他の組合せ、たとえば加熱ローラ１３の中央と加熱ローラ１３の端部の温度変化をデータ表にした結果と、加圧ローラ１３の温度をデータ表にして制御することも可能である。

ここで、上記定着装置の一連の動作について図１３に示すフローチャートを参照し説明する。まず、加熱ローラ１２の中央部分の温度を温度検出素子１９で検出し（ステップＳ７１）、加熱ローラ１２中央における今回の温度と前回の温度を比較（この比較値をＡとする）する（ステップＳ７２）。続いて、加熱ローラ１２の今回の温度を前回の温度として記憶する（ステップＳ７３）。さらに加圧ローラ１３の温度を温度検出素子１７で検出し（ステップＳ７４）、加圧ローラ１３における今回の温度と前回の温度を比較（この比較値をＢとする）する（ステップＳ７５）。続いて、加圧ローラ１３の今回の温度を前回の温度として記憶する（ステップＳ７６）。続いて、上記ＡとＢの値から加熱量を図１１のデータ表を用いて判定する（ステップＳ７７）。続いて、加熱ローラ１２の端部温度を温度検出素子１８で検出し（ステップＳ７８）、加熱ローラ１２の端部温度のターゲット温度Ｔｂとの差を計算する（ステップＳ７９）。そして、この計算結果と図１１から加熱量（図１２参照）を判断する（ステップＳ８０）。続いて、ハロゲンヒータがＯＦＦであるか否かを判断し（ステップＳ８１）、ＯＦＦであればハロゲンヒータを消灯し（ステップＳ８２）、他方、ＯＦＦでなければ決定した割合でハロゲンヒータを点灯する（ステップＳ８３）。

つぎに、通紙する用紙サイズに応じて制御を変更する例について説明する。ここでは、前述と同様に制御を行うが、点灯率を用紙サイズに応じて変更する。図１２は、定着装置の幅と同等のサイズの用紙が供給される場合である。ところで、用紙サイズが小さい場合は、用紙は定着装置の中央を通るため、端部には紙が通らない。このため、端部の熱が紙に奪われないため、温度が低下されにくい。そこで、図１４ではそれを考慮し、図１２に比べ端部ヒータの点灯量を低下させたものとなっており、システム制御板３０は定着装置に通紙される用紙サイズから、図１２か図１４を選択し、制御する。

上記例では大サイズの場合は図１２のデータ表と、小サイズの場合は図１４の２つのデータ表を用意し、選択することにしたが、もちろんより細かく用紙サイズを分け、各々に合う表を作成し、制御することも当然可能である。また、サイズだけではなく用紙の厚みやＯＨＰ（オーバヘッドプロジェクタ）用シートなど用紙の種類によりデータ表を変更し、制御することも可能である。

ところで、通紙中、待機中など定着装置の状態毎にデータ表を用意しておくこととする。状態により使用するデータ表を変更することで、それぞれの状態に最適な制御を行うことができる。

また、省電力化のため、第１の回転体には熱容量が小さく、直ぐに温まる材料を使用し、加圧ローラ１３は熱容量が大きく、通紙されても冷めにくい材料を使用する。そして、上述したデータ表の値を上記条件に合うように調整することで、良好な定着性を得ることが可能となる。上記とは異なる熱容量を持つものをそれぞれの回転体に採用した場合でも、各データ表の値を調整することで、良好な定着性を得ることができる。

したがって、以上説明したように、温度検出素子１７、１８、１９による検知温度の変化に基づき、定着ベルト１０、加圧ローラ１３の温度を予測した上で、供給すべき熱量を判断した上で、ハロゲンヒータ１４，１５，１６を制御することで、定着ベルト１０、加圧ローラ１３の温度を緻密に制御することができる。

また、用紙サイズが小サイズの場合、端部が上昇しにくいデータ表を使用することで、端部が異常に上昇し、定着装置にダメージを与えるようなことを回避できる。また、用紙サイズあるいは厚みなどの条件で表を変更することにより、それぞれの用紙サイズに最適な制御を行うことも可能である。

また、たとえば通紙状態では温度変化が極力少なくなるよう各ヒータを制御するような表の値とし、待機状態では省電力を考慮した制御になるような値にすることで、より柔軟に制御を行うことができる。

また、上述の温度制御を行うことにより、定着ベルト１０、加圧ローラ１３の熱容量が異なる場合でも、それを考慮した制御が可能となる。また、省電力化のため、第１の回転体には熱容量が小さく、直ぐに温まる材料を使用し、第２の回転体は熱容量が大きく、通紙されても冷めにくい材料を使用する場合であっても、良好な定着性を得ることが可能となる。

以上のように、本発明にかかる定着装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に有用であり、特に、緻密な温度制御を必要とする定着装置を用いた画像形成装置などに適している。

本発明の実施の形態にかかる定着装置の構成例のブロック図である。 図１−１の定着装置の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態にかかる定着装置を搭載した画像形成装置の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態にかかる定着装置のヒータ制御系の構成を示すブロック図である。 加圧ローラのターゲット温度と加熱ローラのターゲット温度との差による制御データ（１）を示す図表である。 加圧ローラのターゲット温度と加熱ローラのターゲット温度との差による制御データ（２）を示す図表である。 加圧ローラのターゲット温度と加熱ローラのターゲット温度との差による制御データ（３）を示す図表である。 本発明の実施の形態にかかる定着装置の制御動作例（１）を示すフローチャートである。 加圧ローラのターゲット温度と加熱ローラのターゲット温度との差によるデューティー比データ（１）を示す図表である。 加圧ローラのターゲット温度と加熱ローラのターゲット温度との差によるデューティー比データ（２）を示す図表である。 加圧ローラのターゲット温度と加熱ローラのターゲット温度との差によるデューティー比データ（３）を示す図表である。 本発明の実施の形態にかかる定着装置の制御動作例（２）を示すフローチャートである。 加熱ローラ中央の前回の温度と今回の温度の比較用データを示す図表である。 加圧ローラの前回の温度と今回の温度の比較用データを示す図表である。 加熱ローラと加圧ローラのヒータ点灯量（１）を決定するための図表である。 加熱ローラと加圧ローラのヒータ点灯量（２）を決定するための図表である。 加熱ローラと加圧ローラのヒータ点灯量（３）を決定するための図表である。 本発明の実施の形態にかかる定着装置の制御動作例（３）を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態にかかる定着装置に供給すべき総熱量を算出するためのデータを示す図表である。 総熱量と加熱ローラの端部温度とによる各ヒータの点灯割合(大サイズ用)を示す図表である。 本発明の実施の形態にかかる定着装置の制御動作例（４）を示すフローチャートである。 総熱量と加熱ローラの端部温度とによる各ヒータの点灯割合(小サイズ用)を示す図表である。

符号の説明

１０ 定着ベルト
１１ 定着ローラ
１２ 加熱ローラ
１３ 加圧ローラ
１４，１５，１６ ハロゲンヒータ
１７，１８，１９ 温度検出素子
２０ ＰＳＵ
２５ 制御データ格納メモリ
３０システム制御板
３１ Ｉ／Ｏ制御板

Claims (8)

1. 一対の回転体の間に記録媒体を通過させることにより、記録媒体上に画像を定着させる定着装置において、
   少なくとも外側ローラと内側ローラとにより張架され回転する無端状ベルトの第１の回転体と、
   前記内側ローラに対して所定圧で付勢される第２の回転体と、
   前記外側ローラと内側ローラを加熱する第１および第２の加熱源と、
   前記第１の回転体の長手方向における前記外側ローラ側の端部の表面温度を検知する第１の温度検知部と、
   前記第１の回転体の長手方向における前記外側ローラ側の中央付近の表面温度を検知する第２の温度検知部と、
   前記第２の回転体を加熱する第３の加熱源と、
   前記第２の回転体の表面温度を検知する第３の温度検知部と、
   予め前記第１、第２、第３の温度検知部による目標温度を設定し、前記第２の回転体の目標温度と前記第２の回転体の検知温度との予め設定された複数の温度差に対し、前記第１、第２の温度検知部による目標温度およびこの目標温度との温度差とをそれぞれ組み合わせた場合の、前記第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の制御表を格納した制御データ格納手段と、
   前記第２の回転体の検知温度と前記第２の回転体の目標温度とを比較し、前記第２の回転体の検知温度と予め定めた目標温度と所定差がある場合、この所定差に該当する前記制御データ格納手段の制御表の前記第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の有無を参照して、前記第１、第２、第３の加熱源の点灯または消灯の制御を行うとともに、当該加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量に基づき当該加熱源の加熱量を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記制御手段は、前記外側ローラ側の前記第１の回転体の表面における長手方向の端部の目標温度と検知温度との温度差で前記制御データ格納手段の制御表の該当箇所を選択することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記制御手段は、前記加熱源を点灯または消灯するデューティー比を変化させることにより、前記加熱源の加熱量を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記制御手段は、前記第１、第２、第３の温度検知部による検知温度の変化にしたがって前記加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量になるように加熱源の加熱量を制御することを特徴とする請求項１、２または３に記載の定着装置。
5. 前記制御手段は、前記第１、第２、第３の温度検知部による検知温度の変化にしたがって加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量になるように加熱源の加熱量の分配制御を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の定着装置。
6. 前記制御手段は、前記第１、第２、第３の温度検知部による検知温度の変化にしたがって前記加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量になるように加熱源の加熱量の分配制御を行う定着装置であって、通紙する用紙サイズに応じて前記加熱源を点灯または消灯の制御を変更することを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の定着装置。
7. 前記制御手段は、前記第１、第２、第３の温度検知部による検知温度の変化にしたがって前記加熱源を点灯する場合における加熱源の加熱量を算出し、この算出した加熱量になるように加熱源の加熱量の分配制御を行う定着装置であって、定着装置の状態に応じて制御を変更することを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の定着装置。
8. 前記第１の回転体は、熱容量が小さい材料で形成され、
   前記第２の回転体は、前記第１の回転体に対して熱容量の大きい材料で形成されることを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載の定着装置。

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