JP5782862B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体上の未定着画像を当該記録媒体に定着する定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置に関する。

一般に、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置には、紙等の記録媒体に画像を定着させる定着装置が設けられている。定着装置は、例えば、内部にヒータを有する定着ローラと、定着ローラに加圧される加圧ローラ等を有し、定着ローラと加圧ローラとが互いに加圧されて形成されたニップ部に、記録媒体を通過させることによってトナー画像が記録媒体に定着される。

また、この種の定着装置においては、安定した定着性を確保するために、定着ローラの温度は予め設定した目標温度に維持することが求められる。そのため、定着ローラの表面温度を検知する温度検知センサを設け、温度検知センサによる検知温度に基づいてヒータの加熱制御を行っている。ヒータの加熱制御方法としては、例えば、温度検知センサによる検知温度が目標温度よりも低い場合にヒータをオンにし、検知温度が目標温度よりも高い場合はオフにする、いわゆるオンオフ制御方式が知られている。

しかし、オンオフ制御方式による温度制御だけでは、定着ローラの温度が目標温度に対して大きく外れる場合がある。定着ローラの温度と目標温度の温度差（温度リップル）を小さくするために、例えば特許文献１に示す画像形成装置は、オンオフ制御に加え、ＰＩＤ制御を行っている。ＰＩＤ制御は、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温度との偏差に応じて複数のパラメータを最適化する制御方法である。

また、待機状態における温度制御方法として、例えば、特許文献２〜４に記載の方法が提案されている。

特許文献２に記載の方法では、待機中の目標温度である待機温度設定値と、ジョブ開始の基準となるジョブ開始時制御温度設定値と、ジョブ実行中の目標温度であるジョブ温度設定値との関係を、待機温度設定値＜ジョブ開始時制御温度設定値＜ジョブ温度設定値となるように設定している。これにより、定着ローラの中央部（通紙部）における温度が、待機中に高くなり、反対にジョブ実行中に低くなるのを抑制して、温度を均一にするようにしている。

また、特許文献３では、待機状態に入るとヒータへの通電を行わないようにする制御方法が記載されている。

また、特許文献４に記載の方法では、待機状態における電圧変動を検知してヒータへの通電時間を補正することにより、電圧変動に伴う温度リップルの変化を抑制するようにしている。

ところで、定着ローラを所定の温度に保つなどの目的で、待機状態において、定着ローラを回転させながら加熱を行うように構成されているものが知られている。このような構成の定着装置では、次のような問題がある。

図１７は、上記オンオフ制御方式でヒータの加熱を制御した場合の定着ローラの温度推移の一例を示す図、図１８は、その場合の定着ローラの実際の温度波形を示す図である。
この場合、ヒータの点灯を、所定の制御周期時間に対する点灯時間の割合（以下、「点灯デューティ」という）で制御しているので、定着ローラの中央表面温度が目標温度よりも低い場合は、点灯デューティを１００％にし、定着ローラの中央表面温度が目標温度よりも高い場合は、点灯デューティを０％にしている。

また、この場合、待機状態では、定着ローラを所定時間回転させた後、静止させる（非回転にする）ように制御している。しかしながら、定着ローラの回転時と非回転時とでは、定着ローラの中央表面温度の上昇度合いが異なる。

具体的には、定着ローラの回転時は、非回転時よりも中央表面温度が上がりにくい傾向にある。このため、定着ローラの回転時ではヒータが必要以上に長く点灯することになり、その結果、定着ローラが非回転状態に移行した後に、定着ローラの中央表面温度が目標温度よりも上がりすぎ、オーバーシュートが発生する。このオーバーシュートが発生した状態で、定着装置に通紙されると、用紙上のトナーが高温のため液状化し、トナーの凝集力が低下して定着ローラに付着する、いわゆる高温オフセットが発生する。

また、定着ローラが非回転状態であっても、待機状態になってから一度も目標温度を超えてない状況では、オーバーシュートが発生しやすい。これは、ヒータ点灯開始時点からその熱が定着ローラの表面温度に反映されるまでに時間差があるからである。

以上のように、待機状態で定着ローラを回転させながら加熱を行う構成の定着装置においては、定着ローラが回転状態から非回転状態へ移行した後や、定着ローラの温度が待機状態になってから目標温度に到達していない状況下では、オーバーシュートが発生し、高温オフセットが生じる虞があるといった問題がある。

しかし、従来の定着装置では、定着ローラの回転の有無や、定着ローラの温度の目標温度への到達の有無に基づいて温度制御は行われておらず、上記のようなオーバーシュートを抑制するための対策は特段行われていない。

本発明は、斯かる事情に鑑み、オーバーシュートを抑制し、高温オフセット等の不具合を防止することが可能な定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決するため、本発明は、回転可能に設けられ記録媒体に担持された未定着画像を定着する定着部材と、前記定着部材との間で前記未定着画像を担持した記録媒体が通過するニップ部を形成する対向部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段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、前記温度検知手段による検知温度に基づいて前記加熱手段の加熱制御を行うように構成された定着装置において、待機状態中、前記定着部材の回転時から非回転時に移行した後、当該待機状態になってから一度も前記定着部材の温度上昇によって前記検知温度が目標温度に達していない状況下では、前記定着部材を加熱する際に、前記定着部材の温度上昇によって前記検知温度が目標温度に達したことがある状況下に比べて、前記加熱手段による前記定着部材の加熱を抑えるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、オーバーシュートを抑制することができるので、高温オフセット等の不具合を防止できるようになる。これにより、定着画像品質を向上させることができる。

本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 前記画像形成装置に搭載した定着装置の概略構成図である。 ヒータの点灯制御の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る温度制御方法に用いる点灯デューティテーブルの一例を示す図である。 前記第１実施形態に係る温度制御方法に用いる点灯デューティテーブルの一例を示す図である。 前記第１実施形態に係る温度制御方法のフローチャートを示す図である。 前記第１実施形態に係る温度制御方法を用いた場合の定着ローラの温度推移の一例を示す図である。 前記第１実施形態に係る温度制御方法を用いた場合の定着ローラの実際の温度波形を示す図である。 前記第１実施形態に係る温度制御方法を用いた場合の定着ローラの実際の温度波形を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る温度制御方法におけるヒータの点灯制御の説明図である。 前記第２実施形態に係る温度制御方法のフローチャートを示す図である。 前記第２実施形態に係る温度制御方法を用いた場合の定着ローラの温度推移の一例を示す図である。 前記第２実施形態に係る温度制御方法を用いた場合の定着ローラの実際の温度波形を示す図である。 温度ニップルが大きくなった場合の定着ローラの実際の温度波形を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る温度制御方法に用いる点灯デューティテーブルの一例を示す図である。 前記第３実施形態に係る温度制御方法を用いた場合の定着ローラの実際の温度波形を示す図である。 従来の温度制御方法を用いた場合の定着ローラの温度推移の一例を示す図である。 従来の温度制御方法を用いた場合の定着ローラの実際の温度波形を示す図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図１に示す画像形成装置は、カラーレーザープリンタであり、その装置本体１００には、画像形成ユニットとしての４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋが着脱可能に装着されている。各プロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。なお、現像剤としては、トナーから成る一成分現像剤を用いてもよいし、トナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いても構わない。

具体的には、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体２と、感光体２の表面を帯電させる帯電ローラ３等を備えた帯電装置と、感光体２の表面にトナーを供給する現像装置４と、感光体２の表面をクリーニングするためのクリーニングブレード５等を備えたクリーニング装置などを備える。なお、図１では、ブラックのプロセスユニット１Ｂｋが備える感光体２、帯電ローラ３、現像装置４、クリーニングブレード５のみに符号を付しており、その他のプロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍにおいては符号を省略している。

各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの上方には、感光体２の表面を露光する露光装置６が配設されている。露光装置６は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体２の表面へレーザー光を照射するようになっている。

また、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの下方には、転写装置７が配設されている。転写装置７は、転写体としての無端状のベルトから構成される中間転写ベルト８を有する。中間転写ベルト８は、支持部材としての駆動ローラ９と従動ローラ１０に張架されており、駆動ローラ９が図の反時計回りに回転することによって、中間転写ベルト８は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するように構成されている。

４つの感光体２に対向した位置に、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ１１が配設されている。各一次転写ローラ１１はそれぞれの位置で中間転写ベルト８の内周面を押圧しており、中間転写ベルト８の押圧された部分と各感光体２とが接触する箇所に一次転写ニップが形成されている。また、各一次転写ローラ１１は、図示しない電源に接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ１１に印加されるようになっている。

また、駆動ローラ９に対向した位置に、二次転写手段としての二次転写ローラ１２が配設されている。この二次転写ローラ１２は中間転写ベルト８の外周面を押圧しており、二次転写ローラ１２と中間転写ベルト８とが接触する箇所に二次転写ニップが形成されている。また、二次転写ローラ１２は、一次転写ローラ１１と同様に、図示しない電源に接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ１２に印加されるようになっている。

また、中間転写ベルト８の図の右端側の外周面には、中間転写ベルト８の表面をクリーニングするベルトクリーニング装置１３が配設されている。このベルトクリーニング装置１３から伸びた図示しない廃トナー移送ホースは、転写装置７の下方に配設された廃トナー収容器１４の入口部に接続されている。

画像形成装置本体１００の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１５や、給紙トレイ１５から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１６等が設けてある。なお、上記用紙Ｐは、厚紙、はがき、封筒、普通紙、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ等を含む。さらに、記録媒体には、用紙Ｐ以外に、ＯＨＰシートもしくはＯＨＰフィルム等のシート材も含まれる。

一方、画像形成装置本体１００の上部には、用紙を外部へ排出するための一対の排紙ローラ１７と、排出された記録媒体をストックするための排紙トレイ１８とが配設されている。

また、画像形成装置本体１００内には、用紙Ｐを給紙トレイ１５から二次転写ニップを通って排紙ローラ１７へ搬送するための搬送路Ｒ１が配設されている。搬送路Ｒ１において、二次転写ローラ１２の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを給送する給送手段としての一対のレジストローラ１９が配設されている。また、二次転写ローラ１２の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。

また、画像形成装置本体１００内には、両面印刷を行う際に用紙を表裏反転させるための搬送路として、反転路Ｒ２が配設されている。反転路Ｒ２は、搬送路Ｒ１の搬送方向下流端部の手前側で分岐すると共に、レジストローラ１９の手前側で搬送路Ｒ１に合流している。また、両面印刷を行う際、上記排紙ローラ１７は、用紙Ｐを排出する方向とは逆方向に搬送して反転路Ｒ２へと送る、いわゆるスイッチバックローラとして機能する。

上記画像形成装置は以下のように動作する。
作像動作が開始されると、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの感光体２が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体２の表面が帯電ローラ３によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体２の表面には、露光装置６からレーザー光がそれぞれ照射されて、それぞれの感光体２の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体２に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように感光体２上に形成された静電潜像に、各現像装置４によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

続いて、中間転写ベルト８を張架する駆動ローラ９が図の反時計回りに回転駆動されることにより、中間転写ベルト８が図の矢印で示す方向に走行駆動される。また、各一次転写ローラ１１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ１１と各感光体２との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。そして、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの感光体２に形成された各色のトナー画像が、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト８上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト８はその表面にフルカラーのトナー画像を担持する。

また、中間転写ベルト８に転写しきれなかった各感光体２上のトナーは、それぞれ、クリーニングブレード５によって除去される。次いで、各感光体２の表面が図示していない除電装置によって除電作用を受け、その表面電位が初期化されて次の画像形成に備えられる。

一方、画像形成装置の下部では、給紙ローラ１６が回転駆動することによって、給紙トレイ１５に収容された用紙Ｐが搬送路Ｒ１に送り出される。搬送路Ｒ１に送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１９によってタイミングを計られて、二次転写ローラ１２とそれに対向する駆動ローラ９との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ１２には、中間転写ベルト８上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。そして、二次転写ニップに形成された転写電界によって、中間転写ベルト８上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。あるいは、駆動ローラ９に対しトナーの帯電極性と同極性の転写電圧を印加することにより、中間転写ベルト８上のトナー画像を用紙Ｐに転写するようにしてもよい。

また、用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト８上の残留するトナーは、ベルトクリーニング装置１３によって除去される。そして、除去されたトナーは、図示しない廃トナー移送ホースを介して廃トナー収容器１４へ搬送され回収される。

トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置２０へと搬送され、定着ローラ２１と加圧ローラ２２によって用紙Ｐが加熱及び加圧されてトナー画像が定着される。その後、用紙Ｐは一対の排紙ローラ１７の間へと搬送され、排紙ローラ１７が用紙Ｐを挟持して回転することにより用紙Ｐが装置外へ排出される。

また、両面印刷を行う場合は、上記定着装置２０によって用紙Ｐの片面（表側の面）にトナー画像を定着した後、当該用紙Ｐは、上記排出ローラ１７によって排出方向に搬送されるが、用紙Ｐの後端が反転路Ｒ２の分岐点を通過した時点で、排紙ローラ１７を逆回転させる。これにより、用紙Ｐはスイッチバックされ反転路Ｒ２へと進行する。そして、用紙Ｐは、反転路Ｒ２内を通過すると、表裏が反転された状態で再び搬送路Ｒ１へ案内される。以降、上記と同様の工程を経て、用紙Ｐの裏面にトナー画像が転写され、その画像が定着された後、用紙Ｐは装置外へ排出される。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つのプロセスユニットを使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

次に、上記定着装置２０について詳しく説明する。
図２に示すように、この定着装置２０は、用紙Ｐに担持された未定着画像Ｔを定着する定着部材Ａと、その定着部材Ａとの間で未定定着画像Ｔを担持した用紙Ｐが通過するニップ部Ｎを形成する対向部材Ｂと、定着部材Ａを加熱する加熱手段Ｃを備える。本実施形態では、定着部材Ａを、回転可能に設けられた定着回転体である定着ローラ２１とし、対向部材Ｂを、回転可能に設けられた加圧回転体である加圧ローラ２２とし、加熱手段Ｃをハロゲンヒータ等のヒータ２３としている。加圧ローラ２２は、図示しない加圧手段によって定着ローラ２１に対して圧接しており、これにより、両ローラ２１，２２の互いに圧接する箇所にニップ部（定着ニップ）Ｎが形成されている。

ただし、本発明に係る定着装置は、この構成に限定されるものではない。定着部材Ａや対向部材Ｂとして、無端状ベルトから成る定着ベルトや対向ベルト（加圧ベルト）を用いたり、加熱手段Ｃとして、電磁誘導加熱ヒータ等の熱源を用いたりすることも可能である。また、定着部材Ａと対向部材Ｂは、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わす単に接触させるだけの構成としてもよい。

また、定着装置２０は、定着ローラ２１の温度を検知する温度検知手段Ｄと、用紙Ｐを定着ローラ２１から分離するための分離手段Ｅとしての分離爪２４を備える。本実施形態では、温度検知手段Ｄによって、定着ローラ２１の回転軸方向における中央の表面温度を検知するように構成されている。温度検知手段Ｄとしては、定着ローラ２１の表面に対して非接触に配設される非接触型のものでもよいし、接触して配設される接触型のものでもよい。

上述のように構成された定着装置は、以下のように動作する。
画像形成装置本体の電源スイッチが投入されると、交流電源からヒータ２３に交流電圧が印加（給電）されると共に、不図示の駆動モータによって定着ローラ２１が回転駆動を開始されて、それと同時に加圧ローラ２２が従動回転する。その後、上記給紙トレイ１５から用紙Ｐが給送されて、二次転写ニップの位置で用紙Ｐ上に未定着画像が担持される。未定着画像（トナー像）が担持された用紙Ｐは、定着装置２０に搬送されて、圧接状態にある定着ローラ２１と加圧ローラ２２のニップ部Ｎに送入される。そして、定着ローラ２１による加熱と、定着ローラ２１及び加圧ローラ２２の押圧力とによって、用紙Ｐの表面にトナー画像が定着される。その後、回転する定着ローラ２１及び加圧ローラ２２によってそのニップから送り出された用紙Ｐは、排紙ローラ１７によって排紙トレイ１８に排出される。

以下、上記定着装置における温度制御の構成及びその方法について説明する。まずは、本発明の第１実施形態に係る温度制御の構成及び方法について説明を行う。
上記ヒータ２３の加熱制御は、温度検知手段Ｄによる検知温度に基づいて行われるようになっている。ここでは、温度検知手段Ｄによる検知温度と予め設定されている目標温度に基づいて、図３に示す所定の制御周期時間Ｔｓごとにヒータ２３の点灯時間Ｔｈが決定される。この所定の制御周期時間Ｔｓに対する点灯時間Ｔｈの割合を、以下、「点灯デューティ」と呼ぶことにする。

図４と図５は、待機中での温度制御に用いるヒータの点灯デューティテーブルの一例を示す図である。
各図に示すテーブルは、共に、点灯デューティを上記温度検知手段Ｄによる現在の検知温度と目標温度とに基づいて設定したものであるが、点灯デューティの大きさはそれぞれ大きく異なっている。

具体的に、図４に示すテーブルでは、現在の検知温度から目標温度を減算した値が０［ｄｅｇ］以下の場合は、全て１００％の点灯デューティに設定し、それ以外の場合は、全て０％の点灯デューティに設定している。すなわち、図４に示すテーブルに基づく温度制御は、現在の検知温度が目標温度以下の場合は、点灯デューティを１００％にし（常時発熱させ）、現在の検知温度が目標温度よりも高い場合は、点灯デューティを０％にする、いわゆるオンオフ制御方式である。

これに対し、図５に示すテーブルでは、現在の検知温度が目標温度よりも高い場合に、点灯デューティを０％にする点では、図４に示すテーブルと同じであるが、現在の検知温度から目標温度を減算した値が０［ｄｅｇ］以下の場合に、１００％より小さい点灯デューティに設定している点で異なっている。さらに、図５に示すテーブルでは、点灯デューティを検知温度と目標温度の差に基づいて設定しており、現在の検知温度から目標温度を減算した値が小さいほど、点灯デューティを大きく設定している。なお、本実施形態では、検知温度の小数点以下を四捨五入して１［ｄｅｇ］刻みで検知温度を表示している。

本実施形態において、上記図４又は図５に示すテーブルを用いる待機状態とは、図７に示す装置の電源投入の立ち上げ動作完了後から印字状態（又は定着動作状態）に入るまで待機状態と、印字状態終了後から再度印字状態に入るまでの待機状態である。また、定着装置が立ち上げ状態又は印字状態から待機状態に入ると、定着ローラは所定時間回転（回転延長）し、その後、非回転状態（静止状態）となるように制御されている。

以下、図６に示すフローチャートを参照しつつ、定着装置の待機状態における温度制御方法について説明する。
待機状態中の温度制御では、図６に示すように、まず、定着ローラが回転中であるか否かを確認する（Ｓ１）。その結果、定着ローラが回転中である場合は、続いて、定着ローラの現在の検知温度が目標温度以上か否かを確認する（Ｓ２）。そして、現在の検知温度が目標温度以上となっている場合は、現時点ではこれ以上ヒータを発熱させる必要はないので、ヒータの点灯をオフにする（Ｓ３）。

一方、現在の検知温度が目標温度以上でない場合は、上記図５に示すテーブルを用いて１００％より小さい点灯デューティでヒータをオンにする（Ｓ４）。なお、このときの点灯デューティは、図５に示す「現在検知温度−目標温度」の値に該当するものが選択される。また、以下で図５に示すテーブルを用いる場合も同様である。

また、上記ステップで定着ローラが回転しているか否かを確認した結果、定着ローラが回転していない場合は、回転中の場合と同様に、定着ローラの現在の検知温度が目標温度以上か否かを確認する（Ｓ５）。そして、現在の検知温度が目標温度以上となっている場合は、現時点ではこれ以上ヒータを発熱させる必要はないので、ヒータの点灯をオフにする（Ｓ６）。

一方、現在の検知温度が目標温度以上でない場合は、さらに、当該待機状態になってから検知温度が目標温度に到達したことがあるか否かを確認する（Ｓ７）。その結果、一度でも検知温度が目標温度に到達したことがある場合は、上記図４に示すテーブルを用いて１００％の点灯デューティでヒータをオンにする（Ｓ８）。一方、検知温度が目標温度に到達したことが一度もない場合は、上記図５に示すテーブルを用いて１００％より小さい点灯デューティでヒータをオンにする（Ｓ９）。
以降、待機状態が終了するまで、所定の制御周期ごとに、上記制御フローを繰り返し行う。

図７は、上記本発明の第１実施形態の温度制御方法を用いた場合の定着ローラの温度推移の一例を示す図である。
図７に示すように、本実施形態の温度制御方法を用いた場合は、図１７に示す従来の温度制御方法を用いた場合に比べて、定着ローラの中央表面温度を目標温度に対して上がりすぎないように制御することができる。以下、本実施形態の温度制御方法による作用・効果について、従来の温度制御方法と比較して詳しく説明する。

従来の温度制御方法では、待機状態において、定着ローラの回転時に、１００％の点灯デューティでヒータを点灯させていたため、非回転状態に移行後にローラ表面温度が目標温度よりも上がりすぎ、オーバーシュートが大きく生じてしまっていた（図１７の符号Ｊ１で示す箇所参照）。これに対し、本実施形態では、待機状態の定着ローラ回転中は、（検知温度が目標温度に到達するまで）ヒータを１００％より小さい点灯デューティで点灯させるので、非回転状態に移行後のオーバーシュートを抑制することができる（図７の符号Ｈ１で示す箇所参照）。すなわち、本実施形態では、ローラ表面温度が上がりにくい回転時において、定着ローラを過剰に加熱しないようにすることで、その後の非回転状態において、ローラ表面温度が大きく上昇するオーバーシュートを抑制することが可能となる。

また、従来の温度制御方法では、待機状態において、定着ローラの非回転時に、検知温度が目標温度に達したことがあるか否かにかかわらず、１００％の点灯デューティでヒータを点灯させているため、オーバーシュートが大きく生じてしまっていた（図１７の符号Ｊ２で示す箇所参照）。これに対し、本実施形態では、待機状態の非回転時に、当該待機状態になってから一度も検知温度が目標温度に達していない場合は、（検知温度が目標温度に到達するまで）１００％より小さい点灯デューティでヒータを点灯させるようにしているので、非回転時におけるオーバーシュートを抑制することができる（図７の符号Ｈ２で示す箇所参照）。すなわち、本実施形態では、非回転時において、オーバーシュートが大きくなりやすい状況下での定着ローラの加熱を抑えることで、その後のオーバーシュートを抑制することが可能となる。

図８と図９に、上記第１実施形態の方法を用いて温度制御を行った場合の定着ローラの実際の温度波形を示す。図８は、立ち上げ状態から待機状態に移行した場合の温度波形を示し、図９は、印字状態から待機状態に移行した場合の温度波形を示している。
このように、いずれの場合も、本実施形態の方法を用いることで、待機状態あるいはその後の印字状態におけるオーバーシュートを低減することができ、高温オフセットを防止することができた。

次に、本発明の第２実施形態に係る定着装置の温度制御の構成及びその方法について説明する。
上述の第１実施形態では、待機状態中でのオーバーシュートを抑制するために、図５に示すテーブルを用いて１００％より小さい点灯デューティでヒータを点灯させるように制御した。第２実施形態では、それに代えて、ヒータを所定の時間間隔で発熱させるように制御する。具体的には、図１０に示すように、ヒータの点灯を、１００％の点灯デューティでＴ１時間オンにした後、Ｔ２時間オフにし、このオンとオフの動作を繰り返す。それ以外は、基本的に上述の実施形態と同様の制御である。

以下、図１１に示すフローチャートを参照しつつ、第２実施形態に係る待機状態中の温度制御方法について詳しく説明する。
待機状態では、まず、上述の第１実施形態と同様に、定着ローラが回転中であるか否かを確認し（Ｓ１）、定着ローラが回転中である場合は、続いて、定着ローラの現在の検知温度が目標温度以上か否かを確認する（Ｓ２）。その結果、現在の検知温度が目標温度以上となっている場合は、現時点ではこれ以上ヒータを発熱させる必要はないので、ヒータの点灯をオフにする（Ｓ３）。

一方、現在の検知温度が目標温度以上でない場合は、直前の制御周期において、ヒータの点灯が１００％の点灯デューティでＴ１時間オンにされていた否かを確認する（Ｓ４）。待機状態に移行して初めは、直前の制御周期でＴ１時間オンとはなっていないので、まずはヒータの点灯を１００％の点灯デューティでＴ１時間オンにする（Ｓ５）。そして、次の制御周期においては、直前の制御周期でＴ１時間オンとなっていたことを受けて、ヒータの点灯をＴ２時間オフにする（Ｓ６）。すなわち、定着ローラの回転中に、現在の検知温度が目標温度以上になるまでは、図１０に示すＴ１時間オンとＴ２時間オフを交互に行う制御を繰り返す。

また、上記ステップで定着ローラが回転しているか否かを確認した結果、定着ローラが回転していない場合は、上記回転中と同様に、定着ローラの現在の検知温度が目標温度以上か否かを確認する（Ｓ７）。そして、現在の検知温度が目標温度以上となっている場合は、現時点ではこれ以上ヒータを発熱させる必要はないので、ヒータの点灯をオフにする（Ｓ８）。

一方、現在の検知温度が目標温度以上でない場合は、さらに、当該待機状態になってから検知温度が目標温度に到達したことがあるか否かを確認する（Ｓ９）。その結果、一度でも検知温度が目標温度に到達したことがある場合は、上記図４に示すテーブルを用いて１００％の点灯デューティでヒータをオンにする（Ｓ１０）。

一方、検知温度が目標温度に到達したことが一度もない場合は、定着ローラが非回転状態に移行してからの直前の制御周期において、ヒータの点灯が１００％の点灯デューティでＴ１時間オンにされていた否かを確認する（Ｓ１１）。非回転状態に移行して初めは、直前の制御周期でＴ１時間オンとはなっていないので、まずはヒータの点灯を１００％の点灯デューティでＴ１時間オンにする（Ｓ１２）。そして、次の制御周期においては、直前の制御周期でＴ１時間オンとなっていたことを受けて、ヒータの点灯をＴ２時間オフにする（Ｓ１３）。すなわち、非回転状態において、現在の検知温度が目標温度以上になるまでは、図１０に示すＴ１時間オンとＴ２時間オフを交互に行う制御を繰り返す。
以降、待機状態が終了するまで、所定の制御周期ごとに、上記制御フローを繰り返し行う。

図１２は、第２実施形態の温度制御方法を用いた場合の定着ローラの温度推移の一例を示す図である。
図１２に示すように、第２実施形態では、待機状態の定着ローラ回転中は、（検知温度が目標温度に到達するまで）１００％の点灯デューティでのＴ１時間オンと、Ｔ２時間オフとを、交互に繰り返すように制御するので、非回転状態に移行後のオーバーシュートを抑制することができる（図１２の符号Ｕ１で示す箇所参照）。すなわち、第２実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、ローラ表面温度が上がりにくい回転時において、定着ローラを過剰に加熱しないようにすることで、その後の非回転状態において、ローラ表面温度が大きく上昇するオーバーシュートを抑制することが可能となる。

また、第２実施形態では、待機状態の非回転時に、当該待機状態になってから一度も検知温度が目標温度に達していない場合は、（検知温度が目標温度に到達するまで）上記Ｔ１時間オンとＴ２時間オフの繰り返し制御を行うので、非回転時におけるオーバーシュートを抑制することができる（図１２の符号Ｕ２で示す箇所参照）。すなわち、第２実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、非回転時において、オーバーシュートが大きくなりやすい状況下での定着ローラの加熱を抑えることで、その後のオーバーシュートを抑制することが可能となる。

さらに、第２実施形態では、Ｔ１時間オンとＴ２時間オフを交互に繰り返す制御を行うことにより、上記第１実施形態のような図５に示すテーブルを用いなくてもよいので、テーブル数を減らすことができる。その結果、第２実施形態では、温度制御手段に必要な容量（例えば、温度制御ソフトのＲＯＭ容量等）を小さくすることができ、コストダウンを図ることができる。

図１３に、第２実施形態の方法を用いて温度制御を行った場合の定着ローラの実際の温度波形を示す。
このように、待機状態へ移行後の定着ローラ回転時に、Ｔ１時間オンとＴ２時間オフを交互に繰り返す制御を行うことで、待機状態あるいはその後の印字状態におけるオーバーシュートを低減することができ、高温オフセットを防止することができた。なお、図１３に示す例では、Ｔ１時間を２．４ｓ、Ｔ２時間を１０ｓに設定している。ただし、Ｔ１時間とＴ２時間はこれに限定されるものではない。

続いて、本発明の第３実施形態に係る定着装置の温度制御の構成及びその方法について説明する。
上述の第１実施形態及び第２実施形態では、待機中の定着ローラの非回転時において、一度でも検知温度が目標温度に到達したことがある場合は、上記図４に示すテーブルを用いて、いわゆるオンオフ制御を行っている。

しかしながら、上記オンオフ制御を、熱応答性が悪い（ヒータ点灯開始時点からその熱が定着ローラの表面温度に反映されるまでの時間が長い）定着ローラにおいて行うと、定着ローラの温度リップルが大きくなる傾向にある。例えば、ヒータ点灯開始時点からローラ表面温度の上昇開始までに５ｓを要する定着ローラで実験を行ったところ、図１４に示すように、定着ローラの中央表面温度が１７０℃から２００℃の間で大きく変動した。

そこで、上記のような定着ローラの温度リップルを低減するため、第３実施形態では、上記図４に示すテーブルに代えて、図１５に示すテーブルを用いる。それ以外は、上記第１実施形態又は第２実施形態における制御と同様である。

具体的に、図１５に示すテーブルは、図４に示すテーブルと比較して、「現在検知温度−目標温度」が「０以下」の欄であって、「現在検知温度−前回検知温度」の「０」〜「３以上」の欄の箇所が、全て１００％から０％に変更されている。すなわち、図１５に示すテーブルでは、「現在検知温度−目標温度」の値が−３℃より大きく０℃以下であって、「現在検知温度−前回検知温度」の値が０℃以上である場合は、ヒータの点灯デューティを０％にしている。さらに言えば、この実施形態では、現在の検知温度が、それよりも１つ前のタイミングで検知した前回の検知温度以上であって（温度上昇傾向にあり）、目標温度よりも低い所定の温度範囲内にある場合は、ヒータを発熱させないように制御するようにしている。

なお、図１５に示す例では、上記のように「現在検知温度−目標温度」の値が−３℃より大きく０℃以下の範囲を、前記「目標温度よりも低い所定の温度範囲内」として設定しているが、この範囲における下限値は、「目標温度−３℃」以外の値に設定することも可能である。

この図１５に示すテーブルを用いた制御を行うのは、上記各実施形態と同様に、待機状態であって、定着ローラの非回転時に、当該待機状態になってから検知温度が目標温度に達した後である。このとき、上記のように「現在検知温度−目標温度」の値が−３℃より大きく０℃以下であって、「現在検知温度−前回検知温度」の値が０℃以上である場合は、ヒータの点灯をオフにする。また、それ以外の場合は、ヒータの点灯を１００％の点灯デューティでオンにする。

このように温度制御することで、第３実施形態では、現在の検知温度が、上昇傾向にあり、目標温度よりも低い所定の温度範囲内にある場合は、検知温度が目標温度に達するまで加熱することなく、早い段階でヒータの発熱を停止することができる。これにより、特に、熱応答の悪い定着ローラに対して待機状態における温度リップルを低減することができ、印字状態へ移行した際の高温オフセットを防止することができるようになる。

図１６は、第３実施形態の方法を用いて温度制御を行った場合の定着ローラの実際の温度波形を示す図である。
図１６に示す例では、第３実施形態の方法を用いることで、定着ローラの温度変動を１７０℃から１８０℃の間で留めることができ、上記図１４に示す例に比べて温度リップルを低減できた。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。上述の実施形態では、待機状態中のヒータの加熱制御を、定着ローラの回転の有無と、当該待機状態になってからの検知温度の目標温度への到達の有無との、両方に基づいて行うようにしているが、それらの少なくとも一方に基づいて加熱制御を行うことも可能である。また、本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置は、図１に示すカラーレーザープリンタに限らない。モノクロプリンタや、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等にも、本発明に係る定着装置を搭載可能である。

以上説明したように、本発明によれば、待機状態中の加熱手段の加熱制御を、定着部材の回転の有無と、当該待機状態になってからの検知温度の目標温度への到達の有無との、少なくとも一方に基づいて行うことで、オーバーシュートを抑制することができ、高温オフセット等の不具合を防止できるようになる。これにより、定着画像品質を向上させることができ、信頼性の高い定着装置、及びそれを備えた画像形成装置を提供することが可能となる。

２０ 定着装置
２１ 定着ローラ
２２ 加圧ローラ
２３ ヒータ
Ａ 定着部材
Ｂ 対向部材
Ｃ 加熱手段
Ｄ 温度検知手段
Ｐ 用紙（記録媒体）
Ｔ 未定着画像

特開２００８−１２２７５７号公報 特開２００２−３０４０９０号公報 特開２００４−７８１８１号公報 特開平８−１９０２９２号公報

Claims (5)

1. 回転可能に設けられ記録媒体に担持された未定着画像を定着する定着部材と、
   前記定着部材との間で前記未定着画像を担持した記録媒体が通過するニップ部を形成する対向部材と、
   前記定着部材を加熱する加熱手段と
   前記定着部材の温度を検知する温度検知手段とを備え、
   前記温度検知手段による検知温度に基づいて前記加熱手段の加熱制御を行うように構成された定着装置において、
   待機状態中、前記定着部材の回転時から非回転時に移行した後、当該待機状態になってから一度も前記定着部材の温度上昇によって前記検知温度が目標温度に達していない状況下では、前記定着部材を加熱する際に、前記定着部材の温度上昇によって前記検知温度が目標温度に達したことがある状況下に比べて、前記加熱手段による前記定着部材の加熱を抑えるように制御することを特徴とする定着装置。
2. 待機状態であって、前記定着部材の非回転時に、当該待機状態になってから一度も前記定着部材の温度上昇によって前記検知温度が目標温度に達していない状況下では、検知温度が目標温度に達するまで、前記加熱手段を、１００％より小さい点灯デューティで発熱させる、又は所定の時間間隔で発熱させるように制御する請求項１に記載の定着装置。
3. 待機状態であって、前記定着部材の非回転時に、当該待機状態になってから前記定着部材の温度上昇によって前記検知温度が目標温度に達した後は、検知温度が目標温度より低いときに、前記加熱手段を常時発熱させるように制御する請求項２に記載の定着装置。
4. 待機状態であって、前記定着部材の非回転時に、当該待機状態になってから前記定着部材の温度上昇によって前記検知温度が目標温度に達した後で、
   現在の検知温度が、それよりも１つ前のタイミングで検知した前回の検知温度以上であって、目標温度よりも低い所定の温度範囲内にある場合は、前記加熱手段を発熱させないように制御する請求項３に記載の定着装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項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。

Images