JPH09190109A

JPH09190109A - 定着装置

Info

Publication number: JPH09190109A
Application number: JP239296A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Murata; 憲彦村田; Takashi Kitaguchi; 貴史北口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-01-10
Filing date: 1996-01-10
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、正確に加熱ローラの温度の計測・
制御を行えず加熱ローラが損傷するという課題を解決し
ようとするものである。【解決手段】この発明は、加熱ローラ１の表面温度を
設定する温度設定手段１３と、加熱ローラ１に非接触の
状態で保持され加熱ローラ１の表面温度を検出する温度
検出手段１０と、この温度検出手段１０の出力信号を温
度信号に変換する温度変換手段１１と、加熱ローラ１に
電力を供給する電力供給手段１６と、温度変換手段１１
の出力信号から加熱ローラ１の実際の表面温度もしくは
電力供給手段１６に対する操作量を決定する予測手段１
２とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複写機、プリンタ、
ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる定着装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真装置などの画像形成装
置に用いられる定着装置は、図１６に示すように加熱ロ
ーラ１と加圧ローラ２を有する。加熱ローラ１は、中空
の金属製ローラ３の内部にハロゲンランプ等の棒状ヒー
タ４を設置して加熱ローラ１全体を棒状ヒータ４で加熱
するようにしたものや、加熱効率を上げるために図１７
に示すように円筒状の熱絶縁性基体５を発熱抵抗層６に
より被覆したもの等がある。これらの加熱ローラ１は、
いずれも表面にトナーの粘着を防止するために離型性の
あるテフロン（商品名）等の樹脂７がコートされてい
る。

【０００３】一方、加圧ローラ２は、芯金ロール８にゴ
ム等の弾性層９が被覆された構成となっている。このよ
うな定着装置においては、加熱ローラ１と加圧ローラ２
との間にトナー像が転写された用紙を通過させ、この用
紙上のトナー像を加熱ローラ１により用紙に定着させ
る。また、加熱ローラ１の表面温度を制御するために加
熱ローラ１に接触する形で温度検出素子（一般にサーミ
スタ）１０が設置され、加熱ローラ１の表面温度が温度
検出素子１０により検出される。温度検出素子１０の出
力信号は温度変換部１１により温度信号に変換され、温
度制御系が棒状ヒータ４又は発熱抵抗層６へ供給される
電力を温度変換部１１からの温度信号により加熱ローラ
１の表面温度が設定温度になるように制御する。

【０００４】また、特開昭５９−８８７６８号公報に
は、コピー中に温度検出素子を定着ローラに非接触とす
ることにより、温度検出素子のオフセットトナー付着に
よる損傷及びそれから派生する不具合を防止する定着装
置が記載されている。特公昭６２−３６２２４号公報に
は、加熱式定着ローラの表面温度を検出する接触子が定
着ローラに接触する位置より定着ローラの上流側にスク
レーパを設けて定着ローラ上のトナーをスクレーパで清
掃することにより、正確な定着ローラの表面温度を検出
する定着装置が記載されている。

【０００５】特開平４−１６６９７２号公報には、定着
ローラとこれに圧接してその表面温度を検出するセンサ
素子との間に巻き取り可能な保護フィルムを介在させる
ことにより、定着ローラの残留トナーがセンサ素子を汚
染するのを防止する定着ローラの熱検出装置が記載され
ている。特開平５−２３２８３６号公報には、少なくと
も一方のロールに加熱源を有する２つのロールの間にト
ナー像を担持する用紙を通して定着するとともに、ロー
ルに対して温度検知用のセンサを配置して加熱温度の制
御を行う定着装置において、上記センサをロールに対し
てリトラクトさせる機構を設けてロールを傷つける度合
を低減するとともに、加熱温度の制御を制御装置に設定
したプログラムに行わせ、スタンバイモードではロール
を停止した状態で加熱温度を制御するが、コピーモード
では間欠的にセンサをロールに接触させて温度のモニタ
ーを行う定着装置の温度検知センサのリトラクタ装置が
記載されている。

【０００６】特公平６−８７１８２号公報には、温度検
出部材表面を低抵抗物質が添加された樹脂材料で被覆す
ることにより、温度検出部材へのトナーの付着を防止
し、温度検出部材による精度の良い温度検出を長期に渡
って保持可能にした定着装置が記載されている。また、
中空の円筒状の熱絶縁性基体に発熱抵抗層を塗布して発
熱抵抗層の上にテフロン膜をコートして構成した中空円
筒状加熱ローラにおいて、中空部の内部に金属シャフト
の外周に断熱材を被覆した押圧部材を挿入することによ
り、加熱効率が良く且つ強度が優れるようにしたものが
提案されている。さらに、温度検出素子に赤外線センサ
を採用して加熱ローラの表面温度を非接触で計測するこ
とが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した図１６に示す
ような定着装置では、加熱ローラ１と温度検出素子１０
とが接触しているので、第１に加熱ローラ１表面のオフ
セットトナーが温度検出素子１０に付着して加熱ローラ
１表面温度の正確な計測・制御が困難になり、第２に加
熱ローラ１の表面にコートされた樹脂７が摩耗により損
傷するという問題点がある。特に、図１７に示すような
加熱ローラは、樹脂７のすぐ下に発熱抵抗層６が塗布さ
れているので、樹脂７の損傷による影響が大きくなる。

【０００８】これらの問題点の解決策としていくつかの
対策が提案されている。まず、特開昭５９−８８７６８
号公報に記載されているように、温度検出素子１０を定
着ローラ１と非接触の状態にすることが提案されてい
る。しかし、これは、加熱ローラ１の表面温度を正確に
測定できないという問題点がある。

【０００９】また、特公昭６２−３６２２４号公報に記
載されているように定着ローラ１の上流側にスクレーパ
を設けて定着ローラ１上のトナーをスクレーパで清掃す
ることにより、正確な定着ローラ１の表面温度を検出し
たり、特開平４−１６６９７２号公報や特公平６−８７
１８２号公報に記載されているように温度検出素子１０
の表面を保護部材で保護して温度検出素子１０へのトナ
ーの付着を防止したりすることが提案されている。しか
し、これらは、いずれも加熱ローラ１表面の樹脂７の損
傷に対する対策がなされていない。

【００１０】更に、温度検出素子に赤外線センサを採用
して加熱ローラの表面温度を非接触で計測することが提
案されているが、これはコスト等の困難な問題点を抱え
ている。本発明は、上記問題点を解消し、正確に加熱ロ
ーラの温度の計測・制御を行うことができて加熱ローラ
の損傷を防止することができる定着装置を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、内部もしくは表面部分に発
熱体を有する加熱ローラと、この加熱ローラに加圧しな
がら回転する加圧ローラとを有する定着装置において、
前記加熱ローラの表面温度を設定する温度設定手段と、
前記加熱ローラに非接触の状態で保持され前記加熱ロー
ラの表面温度を検出する温度検出手段と、この温度検出
手段の出力信号を温度信号に変換する温度変換手段と、
前記加熱ローラに電力を供給する電力供給手段と、前記
温度変換手段の出力信号から前記加熱ローラの実際の表
面温度もしくは前記電力供給手段に対する操作量を決定
する予測手段とを備えたものであり、温度検出手段への
トナー付着や加熱ローラの損傷を防止することができ、
高精度に加熱ローラの温度制御を行うことができる。

【００１２】請求項２に係る発明は、内部もしくは表面
部分に発熱体を有する加熱ローラと、この加熱ローラに
加圧しながら回転する加圧ローラとを有する定着装置に
おいて、前記加熱ローラの表面温度を設定する温度設定
手段と、前記加熱ローラの端部に接触した状態で設置さ
れ前記加熱ローラの表面温度を検出する温度検出手段
と、この温度検出手段の出力信号を温度信号に変換する
温度変換手段と、前記加熱ローラに電力を供給する電力
供給手段と、前記温度変換手段の出力信号から前記加熱
ローラの実際の表面温度もしくは前記電力供給手段に対
する操作量を決定する予測手段とを備えたものであり、
温度検出手段のトナー汚染、加熱ローラの損傷及び加熱
ローラへのトナー付着を防止することができ、より正確
に加熱ローラの実際の表面温度もしくは電力供給手段に
対する操作量の決定を行うことができる。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１または２
記載の定着装置において、前記加圧ローラに接触もしく
は非接触の状態で保持され前記加圧ローラの温度を検出
する温度検出手段を備えたものであり、温度検出手段へ
のトナー付着及び加熱ローラの損傷を防止することがで
き、より一層正確に加熱ローラの実際の表面温度もしく
は電力供給手段に対する操作量の決定を行うことができ
る。

【００１４】請求項４に係る発明は、請求項１、２また
は３記載の定着装置において、前記予測手段は前記加熱
ローラの実際の表面温度が定着温度近傍である場合にの
み前記加熱ローラの実際の表面温度もしくは前記電力供
給手段に対する操作量を決定するものであり、加熱ロー
ラの実際の表面温度もしくは電力供給手段に対する操作
量の予測精度を向上させることができ、コストの面でも
有利となる。

【００１５】請求項５に係る発明は、請求項１、２、３
または４記載の定着装置において、前記予測手段は入力
信号と前記加熱ローラの実際の表面温度もしくは前記電
力供給手段に対する操作量との関係を示すテーブルを用
いて入力信号から前記加熱ローラの実際の表面温度もし
くは前記電力供給手段に対する操作量を決定するもので
あり、簡単なハードウェア構成で温度検出手段へのトナ
ー付着及び加熱ローラの損傷を防止することができ、正
確に加熱ローラの実際の表面温度もしくは電力供給手段
に対する操作量の決定を行うことができる。

【００１６】請求項６に係る発明は、請求項５記載の定
着装置において、前記予測手段は入力信号が前記テーブ
ルの各入力信号値の中間値であった場合に補間法によっ
て前記加熱ローラの実際の表面温度もしくは前記電力供
給手段に対する操作量を決定するものであり、テーブル
のメモリ容量を低減することができる。

【００１７】請求項７に係る発明は、請求項１、２、３
または４記載の定着装置において、前記予測手段は温度
制御系の状態方程式に基づき入力信号から前記加熱ロー
ラの実際の表面温度もしくは前記電力供給手段に対する
操作量を決定する数値演算処理手段からなるものであ
り、必要なメモリ空間が少なく、正確に加熱ローラの実
際の表面温度もしくは電力供給手段に対する操作量の決
定を行うことができる。

【００１８】請求項８に係る発明は、請求項１、２、３
または４記載の定着装置において、前記予測手段は入力
信号から統計的な状態推定ルーチンの実行で前記加熱ロ
ーラの実際の表面温度もしくは前記電力供給手段に対す
る操作量を決定する統計的状態推定手段からなるもので
あり、予測手段の入力信号にノイズが含まれても正確に
加熱ローラの実際の表面温度もしくは電力供給手段に対
する操作量の決定を行うことができる。

【００１９】請求項９に係る発明は、請求項１、２、３
または４記載の定着装置において、前記予測手段は入力
信号からファジィ推論により前記加熱ローラの実際の表
面温度もしくは前記電力供給手段に対する操作量を決定
するファジィ推論手段からなるものであり、温度検出手
段へのトナー付着及び加熱ローラの損傷を防止すること
ができ、簡単なハードウェアで正確に加熱ローラの温度
制御を実現することができる。

【００２０】請求項１０に係る発明は、請求項１、２、
３または４記載の定着装置において、前記予測手段は入
力信号から前記加熱ローラの実際の表面温度もしくは前
記電力供給手段に対する操作量を決定するニューラルネ
ットワークからなるものであり、温度検出手段へのトナ
ー付着及び加熱ローラの損傷を防止することができ、簡
単なハードウェアで正確な加熱ローラの温度制御を実現
することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施形態を示
す。この第１実施形態は、請求項１に係る発明の一実施
形態である。前述のように、温度検出素子を加熱ローラ
と非接触の状態に設置すると、温度検出素子と加熱ロー
ラとの間に大きな温度勾配ができ、加熱ローラの表面温
度を正確に測定することができないという問題点があ
る。

【００２２】そこで、この第１実施形態では、前述した
図１６に示す定着装置において、加熱ローラ１として図
１７に示す発熱抵抗層６を有する加熱ローラを用いて加
熱ローラ１と非接触に設置された温度検出素子１０の出
力信号を温度変換部１１により温度信号Ｔａ’に変換
し、この温度変換部１１からの温度信号Ｔａ’より加熱
ローラ１の実際の表面温度を示す表面温度信号Ｔａを求
めるモデルからなる予測手段１２を設けることにより、
加熱ローラ１の表面温度制御の精度を上げるようにした
ものである。

【００２３】加圧ローラ２は図示しない加圧機構により
加熱ローラ１に圧接され、加熱ローラ１が図示しない駆
動源により回転駆動されて加圧ローラ２がフリクション
で加熱ローラ１に連れ回りする。温度検出素子１０は加
熱ローラ１と非接触の状態に設置されており、図１では
１つであるが複数でも構わない。温度設定部１３は定着
時の加熱ローラ１の表面温度を設定する設定温度信号Ｔ
１を記憶している。

【００２４】この温度設定部１３からの設定温度信号Ｔ
１とモデル１２からの表面温度信号Ｔａとが比較部１４
で比較されて設定温度信号Ｔ１と表面温度信号Ｔａとの
誤差信号εが求められ、この誤差信号εがオン／オフ調
節器やＰＩＤ調節器などからなる調節器１５に入力され
る。この調節器１５は比較部１４からの誤差信号εに応
じて出力信号（操作量）ＭＶを電力供給部１６へ出力
し、電力供給部１６は調節器１５の出力信号（操作量）
ＭＶに対応した電力を電極１７、１８を介して加熱ロー
ラ１に供給して加熱ローラ１の発熱抵抗層６を発熱させ
る。トナー像が転写されてこれを担持している用紙が加
熱ローラ１と加圧ローラ２との間を通過し、この用紙上
のトナー像が加熱ローラ１により用紙に定着させられ
る。

【００２５】上記モデル１２の構築法であるが、温度検
出素子１０、温度変換部１１、モデル１２、温度設定部
１３、比較部１４、調節器１５からなる温度制御系の状
態方程式が容易に記述できる場合には、モデル１２に入
力されるセンサ情報（温度変換部１１の出力信号）から
加熱ローラ１の実際の表面温度を示す表面温度信号Ｔａ
を求める数値演算をモデル１２で求めることが一手法と
して挙げられる。

【００２６】また、温度制御系が簡単な状態方程式で記
述できない場合には、モデル１２はモデル１２に入力さ
れるセンサ情報と加熱ローラ１の実際の表面温度を示す
表面温度信号Ｔａとの関係を記憶する、或いはモデル１
２に入力されるセンサ情報と加熱ローラ１の実際の表面
温度を示す表面温度信号Ｔａとの関係を学習して推論ル
ーチンによって表面温度信号Ｔａを求めることが考えら
れる。

【００２７】このようなモデル１２の採用により、温度
検出素子１０へのトナー付着や加熱ローラ１の損傷を防
止しつつ、温度信号Ｔａ’から加熱ローラ１の実際の表
面温度を示す表面温度信号Ｔａを予測することができ、
高精度な加熱ローラ１の温度制御を実現できる。

【００２８】このように、この第１実施形態は、請求項
１に係る発明の一実施形態であって、表面部分に発熱体
としての発熱抵抗層６を有する加熱ローラ１と、この加
熱ローラ１に加圧しながら回転する加圧ローラ２とを有
する定着装置において、加熱ローラ１の表面温度を設定
する温度設定手段としての温度変換部１１と、加熱ロー
ラ１に非接触の状態で保持され加熱ローラ１の表面温度
を検出する温度検出手段としての温度検出素子１０と、
この温度検出手段１０の出力信号を温度信号に変換する
温度変換手段としての温度変換部１１と、加熱ローラ１
に電力を供給する電力供給手段としての電力供給部１６
と、温度変換手段１１の出力信号Ｔａ’から加熱ローラ
１の実際の表面温度を決定する予測手段としてのモデル
１２とを備えたので、温度検出素子１０へのトナー付着
や加熱ローラ１の損傷を防止しつつ、温度信号Ｔａ’か
ら加熱ローラ１の実際の表面温度を示す表面温度信号Ｔ
ａを予測することができ、高精度な加熱ローラ１の温度
制御を実現できる。なお、第１実施形態において、加熱
ローラ１は図１６に示すように内部に発熱体として棒状
ヒータ４を有する加熱ローラを用いてもよい。

【００２９】図２は本発明の第２実施形態を示す。この
第２実施形態は、請求項１に係る発明の他の実施形態で
ある。この第２実施形態では、上記第１実施形態におい
て、モデル１２の代りに、温度変換部１１からの温度信
号Ｔａ’より温度設定部１３からの設定温度信号Ｔ１を
用いて電力供給部１６に対する操作量ＭＶを決定する予
測手段としてのモデル１９が用いられ、このモデル１９
の出力信号（操作量）ＭＶが電力供給部１６へ出力され
る。

【００３０】モデル１９の構築法であるが、温度検出素
子１０、温度変換部１１、モデル１９、温度設定部１３
からなる温度制御系の状態方程式が容易に記述できる場
合には、モデル１９に入力されるセンサ情報（温度変換
部１１の出力信号）から温度設定部１３からの設定温度
信号Ｔ１を用いて電力供給部１６に対する操作量ＭＶを
求める数値演算をモデル１９で求めることが一手法とし
て挙げられる。

【００３１】また、温度制御系が簡単な状態方程式で記
述できない場合には、モデル１９はモデル１９に入力さ
れるセンサ情報と、温度設定部１３からの設定温度信号
Ｔ１と、電力供給部１６に対する操作量ＭＶとの関係を
記憶する、或いはこの関係を学習して推論ルーチンによ
って操作量ＭＶを求めることが考えられる。

【００３２】このようなモデル１９の採用により、温度
検出素子１０へのトナー付着や加熱ローラ１の損傷を防
止しつつ、温度信号Ｔａ’から加熱ローラ１の実際の表
面温度を示す表面温度信号Ｔａを予測することができ、
高精度な加熱ローラ１の温度制御を実現できる。

【００３３】このように、この第２実施形態は、請求項
１に係る発明の他の実施形態であって、表面部分に発熱
体としての発熱抵抗層６を有する加熱ローラ１と、この
加熱ローラ１に加圧しながら回転する加圧ローラ２とを
有する定着装置において、加熱ローラ１の表面温度を設
定する温度設定手段としての温度変換部１１と、加熱ロ
ーラ１に非接触の状態で保持され加熱ローラ１の表面温
度を検出する温度検出手段としての温度検出素子１０
と、この温度検出手段１０の出力信号を温度信号に変換
する温度変換手段としての温度変換部１１と、加熱ロー
ラ１に電力を供給する電力供給手段としての電力供給部
１６と、温度変換手段１１の出力信号Ｔａ’から電力供
給手段１６に対する操作量ＭＶを決定する予測手段とし
てのモデル１９とを備えたので、温度検出素子１０への
トナー付着や加熱ローラ１の損傷を防止しつつ、温度信
号Ｔａ’から電力供給手段１６に対する操作量ＭＶを予
測することができ、高精度な加熱ローラ１の温度制御を
実現できる。なお、第２実施形態において、加熱ローラ
１は図１６に示すように内部に発熱体として棒状ヒータ
４を有する加熱ローラを用いてもよい。

【００３４】図３は本発明の第３実施形態を示す。この
第３実施形態は、請求項２に係る発明の一実施形態であ
る。この第３実施形態は、上記第１実施形態において、
温度検出素子１０を加熱ローラ１の端部に接触した状態
で設置したものである。例えば、温度制御系が非常に複
雑である場合には、加熱ローラ１と温度検出素子１０が
全く非接触であると、加熱ローラ１の実際の表面温度を
示す表面温度信号Ｔａを求めるモデル１２の構築が大変
困難になる場合がある。

【００３５】そこで、第３実施形態では、用紙の通過し
ない領域、即ち、加熱ローラ１の端部と温度検出素子１
０とを接触させ、定着に使用される領域（加熱ローラ１
の用紙が通過する部分）の実際の表面温度を示す表面温
度信号Ｔａをモデル１２により求める。このような構成
により、温度検出素子１０のトナー汚染を防ぎつつ、定
着に使用される領域の実際の表面温度を示す表面温度信
号Ｔａをより正確に求めることができる。しかも、定着
に使用されない領域（加熱ローラ１の端部）に温度検出
素子１０を設置しているので、加熱ローラ１における定
着に使用される領域の樹脂７の損傷が無く、加熱ローラ
１への残留トナー付着を防止することができる。

【００３６】このように、この第３実施形態は、請求項
２に係る発明の一実施形態であって、表面部分に発熱体
としての発熱抵抗層６を有する加熱ローラ１と、この加
熱ローラ１に加圧しながら回転する加圧ローラ２とを有
する定着装置において、加熱ローラ１の表面温度を設定
する温度設定手段としての温度変換部１１と、加熱ロー
ラ１の端部に接触した状態で設置され加熱ローラ１の表
面温度を検出する温度検出手段としての温度検出素子１
０と、この温度検出手段１０の出力信号を温度信号に変
換する温度変換手段としての温度変換部１１と、加熱ロ
ーラ１に電力を供給する電力供給手段としての電力供給
部１６と、温度変換手段１１の出力信号Ｔａ’から加熱
ローラ１の実際の表面温度を決定する予測手段としての
モデル１２とを備えたので、温度検出手段のトナー汚
染、加熱ローラの損傷及び加熱ローラへのトナー付着を
防止することができ、より正確に加熱ローラの実際の表
面温度の決定を行うことができる。

【００３７】なお、第３実施形態において、加熱ローラ
１は図１６に示すように内部に発熱体として棒状ヒータ
４を有する加熱ローラを用いてもよい。

【００３８】図４は本発明の第４実施形態を示す。この
第４実施形態は、請求項２に係る発明の他の実施形態で
ある。この第４実施形態は、上記第２実施形態におい
て、温度検出素子１０を加熱ローラ１の端部に接触した
状態で設置し、定着に使用される領域（加熱ローラ１の
用紙が通過する部分）での電力供給部１６に対する操作
量ＭＶをモデル１２により求める。

【００３９】このような構成により、温度検出素子１０
のトナー汚染を防ぎつつ、定着に使用される領域での電
力供給部１６に対する操作量ＭＶをより正確に求めるこ
とができる。しかも、定着に使用されない領域（加熱ロ
ーラ１の端部）に温度検出素子１０を設置しているの
で、加熱ローラ１における定着に使用される領域の樹脂
７の損傷が無く、加熱ローラ１への残留トナー付着を防
止することができる。

【００４０】このように、この第４実施形態は、請求項
２に係る発明の他の実施形態であって、表面部分に発熱
体としての発熱抵抗層６を有する加熱ローラ１と、この
加熱ローラ１に加圧しながら回転する加圧ローラ２とを
有する定着装置において、加熱ローラ１の表面温度を設
定する温度設定手段としての温度変換部１１と、加熱ロ
ーラ１の端部に接触した状態で設置され加熱ローラ１の
表面温度を検出する温度検出手段としての温度検出素子
１０と、この温度検出手段１０の出力信号を温度信号に
変換する温度変換手段としての温度変換部１１と、加熱
ローラ１に電力を供給する電力供給手段としての電力供
給部１６と、温度変換手段１１の出力信号Ｔａ’から電
力供給手段１６に対する操作量ＭＶを決定する予測手段
としてのモデル１９とを備えたので、温度検出手段のト
ナー汚染、加熱ローラの損傷及び加熱ローラへのトナー
付着を防止することができ、より正確に加熱ローラの実
際の表面温度の決定を行うことができる。なお、第４実
施形態において、加熱ローラ１は図１６に示すように内
部に発熱体として棒状ヒータ４を有する加熱ローラを用
いてもよい。

【００４１】図５は本発明の第５実施形態を示す。この
第５実施形態は、請求項３に係る発明の一実施形態であ
る。この第５実施形態では、上記第１実施形態におい
て、新たに加圧ローラ２の表面に非接触で温度検出素子
２０が設置されて温度変換部１１及びモデル１２の代り
に温度変換部１１ａ及びモデル１２ａが用いられ、温度
検出素子２０は加圧ローラ２の表面温度を検出する。温
度変換部１１ａは温度検出素子１０、２０の出力信号を
それぞれ温度信号に変換し、モデル１２ａは温度変換部
１１ａからの温度信号より加熱ローラ１の実際の表面温
度を示す表面温度信号Ｔａを求める。

【００４２】加熱ローラ１と加圧ローラ２は接触して回
転しているので、温度制御系はいかほどの積算電力が加
熱ローラ１に供給されたかを加圧ローラ２の表面温度か
らある程度知ることが可能である。従って、加圧ローラ
２側に温度検出素子２０を設置したことにより、熱履歴
情報を獲得することができ、より一層正確にモデル１２
ａで加熱ローラ１の実際の表面温度を示す表面温度信号
Ｔａを求めることができる。

【００４３】このように、この第５実施形態は、請求項
３に係る発明の一実施形態であって、請求項１記載の定
着装置において、加圧ローラに非接触の状態で保持され
加圧ローラ２の温度を検出する温度検出手段としての温
度検出素子２０を備えたので、温度検出手段へのトナー
付着及び加熱ローラの損傷を防止しつつ、より一層正確
に加熱ローラの実際の表面温度の決定を行うことができ
る。なお、第５実施形態において、温度検出素子２０は
用紙が通過しない領域、即ち、加圧ローラ２の端部に接
触させて設置してもよく、加熱ローラ１は図１６に示す
ように内部に発熱体として棒状ヒータ４を有する加熱ロ
ーラを用いてもよい。

【００４４】図６は本発明の第６実施形態を示す。この
第６実施形態は、請求項３に係る発明の他の実施形態で
ある。この第６実施形態では、上記第２実施形態におい
て、新たに加圧ローラ２の表面に非接触で温度検出素子
２０が設置されて温度変換部１１及びモデル１９の代り
に温度変換部１１ａ及びモデル１９ａが用いられ、モデ
ル１９ａは温度変換部１１ａの出力信号より温度設定部
１３からの設定温度信号Ｔ１を用いて電力供給部１６に
対する操作量ＭＶを決定する。

【００４５】このように、この第６実施形態は、請求項
３に係る発明の実施形態であって、請求項１記載の定着
装置において、加圧ローラに非接触の状態で保持され加
圧ローラ２の温度を検出する温度検出手段としての温度
検出素子２０を備えたので、温度検出手段へのトナー付
着及び加熱ローラの損傷を防止しつつ、より一層正確に
加熱ローラの実際の表面温度の決定を行うことができ
る。なお、第６実施形態において、温度検出素子２０は
用紙が通過しない領域、即ち、加圧ローラ２の端部に接
触させて設置してもよく、加熱ローラ１は図１６に示す
ように内部に発熱体として棒状ヒータ４を有する加熱ロ
ーラを用いてもよい。

【００４６】また、上記第３実施形態において、請求項
３に係る発明を適用して上記第５実施形態と同様に加圧
ローラ２の表面に非接触で温度検出素子２０を設置して
温度変換部１１及びモデル１２の代りに温度変換部１１
ａ及びモデル１２ａを用いるようにしてもよく、温度検
出素子２０は用紙が通過しない領域、即ち、加圧ローラ
２の端部に接触させて設置してもよい。

【００４７】さらに、上記第４実施形態において、請求
項３に係る発明を適用して上記第６実施形態と同様に加
圧ローラ２の表面に非接触で温度検出素子２０を設置し
て温度変換部１１及びモデル１９の代りに温度変換部１
１ａ及びモデル１９ａを用いるようにしてもよく、温度
検出素子２０は用紙が通過しない領域、即ち、加圧ロー
ラ２の端部に接触させて設置してもよい。これらの場
合、加熱ローラ１は図１６に示すように内部に発熱体と
して棒状ヒータ４を有する加熱ローラを用いてもよい。

【００４８】図７は本発明の第７実施形態を示す。この
第７実施形態は、請求項４に係る発明の一実施形態であ
り、加熱ローラ１の実際の表面温度が定着温度近傍であ
る場合にのみモデル１２により加熱ローラ１の実際の表
面温度を決定するものである。一般に定着装置の昇温特
性は非線形であるので、全使用温度範囲にわたって加熱
ローラ１の実際の表面温度を予測するモデル１２を作成
するのは困難を極める。また、定着装置の立ち上がり時
など設定温度信号Ｔ１と表面温度信号Ｔａとの差（加熱
ローラ１の実際の表面温度と設定温度との差）が離れて
いる場合には、温度検出素子１０の検出値や立ち上がり
からの時間によって加熱ローラ１の回転や供給電力の制
御を行うことが一般に行われている。

【００４９】この第７実施形態では、上記第１実施形態
において、スイッチ２１によって出される定着装置オン
指令からの経過時間をタイマ回路２２でカウントし、定
着装置の起動後所定の時間ｔ₁が経過して加熱ローラ１
の実際の表面温度が定着温度近傍に達すると、タイマ回
路２２から出力信号が出力されてローラ回転制御装置２
３がタイマ回路２２の出力信号により駆動源としてのモ
ータ２４を回転させると共に、モデル１２を起動させる
（図８参照）。

【００５０】電力供給部１６はスイッチ２１によって出
される定着装置オン指令により起動されて加熱ローラ１
への電力供給を開始し、モータ２４は加熱ローラ１を回
転駆動する。モデル１２は、定着装置の起動後ｔ₁が経
過した時にタイマ回路２２の出力信号により起動され、
温度変換部１１からの温度信号Ｔａ’より加熱ローラ１
の実際の表面温度を示す表面温度信号Ｔａを求める。こ
のように、モデル１２は定着装置の起動後ｔ₁が経過し
た時に起動するので、モデル１２の構築が格段に容易に
なるほか、モデル１２をより厳密に構築することが可能
となる。従って、加熱ローラ１の表面温度の予測精度を
より一層向上させることができる。

【００５１】このように、この第７実施形態は、請求項
４に係る発明の一実施形態であって、請求項１記載の定
着装置において、予測手段としてのモデル１２は加熱ロ
ーラ１の実際の表面温度が定着温度近傍である場合にの
み加熱ローラ１の実際の表面温度を決定するので、加熱
ローラの実際の表面温度の予測精度を向上させることが
でき、コストの面でも有利となる。なお、第７実施形態
において、加熱ローラ１は図１６に示すように内部に発
熱体として棒状ヒータ４を有する加熱ローラを用いても
よい。

【００５２】また、上記第３実施形態及び第５実施形態
において、それぞれ請求項４に係る発明を適用して上記
第７実施形態と同様にスイッチ２１によって出される定
着装置オン指令からの経過時間をタイマ回路２２でカウ
ントして定着装置の起動後所定の時間ｔ₁が経過して加
熱ローラ１の実際の表面温度が定着温度近傍に達した時
にタイマ回路２２の出力信号によりローラ回転制御装置
２３でモータ２４を駆動してモータ２４により加熱ロー
ラ１を回転駆動し、スイッチ２１によって出される定着
装置オン指令により電力供給部１６を起動して加熱ロー
ラ１への電力供給を開始すると共に、温度変換部１１か
らの温度信号より加熱ローラ１の実際の表面温度を示す
表面温度信号Ｔａを求めるようにしてもよい。

【００５３】同様に、上記第２実施形態、第４実施形態
及び第６実施形態において、それぞれ請求項４に係る発
明を適用して上記第７実施形態と同様にスイッチ２１に
よって出される定着装置オン指令からの経過時間をタイ
マ回路２２でカウントして定着装置の起動後所定の時間
ｔ₁が経過して加熱ローラ１の実際の表面温度が定着温
度近傍に達した時にタイマ回路２２の出力信号によりロ
ーラ回転制御装置２３でモータ２４を駆動してモータ２
４により加熱ローラ１を回転駆動し、スイッチ２１によ
って出される定着装置オン指令により電力供給部１６を
起動して加熱ローラ１への電力供給を開始すると共に、
モデル１９、１９ａを定着装置の起動後ｔ₁が経過した
時にタイマ回路２２の出力信号により起動して温度変換
部１１からの温度信号より温度設定部１３からの設定温
度信号Ｔ１を用いて電力供給部１６に対する操作量ＭＶ
を決定するようにしてもよい。これらの場合、加熱ロー
ラ１は図１６に示すように内部に発熱体として棒状ヒー
タ４を有する加熱ローラを用いてもよい。

【００５４】図９は本発明の第８実施形態を示す。この
第８実施形態は、請求項５に係る発明の一実施形態であ
る。第８実施形態では、上記第１実施形態において、予
測手段としてモデル１２の代りにマイクロコンピュータ
（ＣＰＵ）２５及びメモリ（ＲＯＭ）２６が用いられ、
メモリ２６は図１１に示すような温度変換部１１からの
温度信号Ｔａ’や加熱ローラ１への瞬時供給電力、室温
等の入力信号と加熱ローラ１の実際の表面温度を示す表
面温度信号Ｔａとの関係をデータテーブルとして記憶し
ている。

【００５５】ＣＰＵ２５は、温度変換部１１からの温度
信号Ｔａ’や図示しない回路からの加熱ローラ１への瞬
時供給電力、室温等の入力信号に基づいてメモリ２６と
データの受け渡しを行うことによりメモリ２６のデータ
テーブルを参照して現在の加熱ローラ１の実際の表面温
度を示す表面温度信号Ｔａを決定し、この表面温度信号
Ｔａを比較部１４へ出力する。このため、簡単なハード
ウェア構成で加熱ローラ１の実際の表面温度を示す表面
温度信号Ｔａを決定することが可能となる。

【００５６】このように、この第８実施形態は、請求項
５に係る発明の一実施形態であって、請求項１記載の定
着装置において、予測手段としてのＣＰＵ２５及びメモ
リ２６は入力信号と加熱ローラ１の実際の表面温度との
関係を示すテーブルを用いて入力信号から加熱ローラ１
の実際の表面温度を決定するので、簡単なハードウェア
構成で温度検出手段へのトナー付着及び加熱ローラの損
傷を防止しつつ、正確に加熱ローラの実際の表面温度の
決定を行うことができ、コストの面でも有利である。な
お、第８実施形態において、加熱ローラ１は図１６に示
すように内部に発熱体として棒状ヒータ４を有する加熱
ローラを用いてもよい。

【００５７】また、上記第３実施形態、第５実施形態及
び第７実施形態において、それぞれ請求項５に係る発明
を適用して第８実施形態と同様に予測手段としてモデル
１２、１２ａの代りにＣＰＵ２５及びメモリ２６を用い
るようにしてもよい。これらの場合、加熱ローラ１は図
１６に示すように内部に発熱体として棒状ヒータ４を有
する加熱ローラを用いてもよい。

【００５８】図１０は本発明の第９実施形態を示す。こ
の第９実施形態は、請求項５に係る発明の他の実施形態
である。第９実施形態では、上記第２実施形態におい
て、予測手段としてモデル１９の代りにマイクロコンピ
ュータ（ＣＰＵ）２７及びメモリ（ＲＯＭ）２８が用い
られ、メモリ２８は温度変換部１１からの温度信号や加
熱ローラ１への瞬時供給電力、室温等の入力信号と、温
度設定部１３からの設定温度信号Ｔ１と、電力供給部１
６に対する操作量ＭＶとの関係をデータテーブルとして
記憶している。

【００５９】ＣＰＵ２７は、温度変換部１１からの温度
信号や図示しない回路からの加熱ローラ１への瞬時供給
電力、室温等の入力信号、温度設定部１３からの設定温
度信号Ｔ１に基づいてメモリ２８とデータの受け渡しを
行うことによりメモリ２８のデータテーブルを参照して
現在の電力供給部１６に対する操作量ＭＶを決定し、こ
の操作量ＭＶを電力供給部１６へ出力する。

【００６０】このように、この第９実施形態は、請求項
５に係る発明の他の実施形態であって、請求項１記載の
定着装置において、予測手段としてのＣＰＵ２７及びメ
モリ２８は入力信号と温度設定部１３からの設定温度信
号Ｔ１と電力供給部１６に対する操作量ＭＶとの関係を
示すテーブルを用いて入力信号と温度設定部１３からの
設定温度信号Ｔ１より電力供給部１６に対する操作量Ｍ
Ｖを決定するので、簡単なハードウェア構成で温度検出
手段へのトナー付着及び加熱ローラの損傷を防止しつ
つ、正確に加熱ローラの実際の表面温度の決定を行うこ
とができ、コストの面でも有利である。なお、第９実施
形態において、温度検出素子２０は用紙が通過しない領
域、即ち、加圧ローラ２の端部に接触させて設置しても
よく、加熱ローラ１は図１６に示すように内部に発熱体
として棒状ヒータ４を有する加熱ローラを用いてもよ
い。

【００６１】また、上記第４実施形態、第６実施形態及
び、請求項４に係る発明を適用した第７実施形態におい
て、それぞれ請求項５に係る発明を適用して第９実施形
態と同様に予測手段としてモデル１９、１９ａの代りに
ＣＰＵ２７及びメモリ２８を用いるようにしてもよい。
これらの場合、加熱ローラ１は図１６に示すように内部
に発熱体として棒状ヒータ４を有する加熱ローラを用い
てもよい。

【００６２】請求項６に係る発明の一実施形態では、上
記第８実施形態において、ＣＰＵ２５は入力値がメモリ
２６のデータテーブルで設定されている値の中間値をと
る場合に、補間法による補間処理によって現在の加熱ロ
ーラの実際の表面温度を推定するものである。即ち、Ｃ
ＰＵ２５は入力信号に基づいてメモリ２６とデータの受
け渡しを行うことによりメモリ２６のデータテーブルを
参照して加熱ローラ１の実際の表面温度を示す表面温度
信号Ｔａとしてデータテーブルで設定されている複数の
値を得、これらの値の補間処理により現在の加熱ローラ
１の実際の表面温度を示す表面温度信号Ｔａを求める。

【００６３】また、請求項６に係る発明の他の実施形態
では、上記第９実施形態において、ＣＰＵ２７は入力値
がメモリ２８のデータテーブルで設定されている値の中
間値をとる場合に、補間法による補間処理によって現在
の電力供給部１６に対する操作量ＭＶを推定するもので
ある。即ち、ＣＰＵ２７は入力信号に基づいてメモリ２
８とデータの受け渡しを行うことによりメモリ２８のデ
ータテーブルを参照して電力供給部１６に対する操作量
ＭＶとしてデータテーブルで設定されている複数の値を
得、これらの値の補間処理により現在の電力供給部１６
に対する操作量ＭＶを求める。

【００６４】なお、これらの実施形態において、加熱ロ
ーラ１は図１６に示すように内部に発熱体として棒状ヒ
ータ４を有する加熱ローラを用いてもよい。このよう
に、請求項６に係る発明の各実施形態では、請求項５記
載の定着装置において、予測手段としてのＣＰＵ２５、
２７及びメモリ２６、２８は入力信号がテーブルの各入
力信号値の中間値であった場合に補間法によって加熱ロ
ーラ１の実際の表面温度もしくは電力供給手段１６に対
する操作量を決定するので、テーブルのメモリ容量を低
減することができる。

【００６５】請求項７に係る発明の各実施形態は、上記
第１実施形態、第３実施形態、第５実施形態及び第７実
施形態において、それぞれ予測手段としてモデル１２、
１２ａの代りに、上記温度制御系と同一の状態方程式を
有する数値演算ブロックからなる状態観測器を用いたも
のである。ここで、状態方程式とは一般に次式のように
表わされる。

【００６６】ｄ／ｄｔ（Ｘ（ｔ））＝Ａｘ（ｔ）＋Ｂｕ（ｔ）ｙ（ｔ）＝Ｃｘ（ｔ）＋Ｄｕ（ｔ）ｕ（ｔ）：入力ベクトル、ｘ（ｔ）：状態ベクトル、ｙ
（ｔ）：出力ベクトルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：行列また、請求項７に係る発明の他の各実施形態は、上記第
２実施形態、第４実施形態、第６実施形態、請求項４に
係る発明を適用した第７実施形態において、それぞれ予
測手段としてモデル１９、１９ａの代りに、上記温度制
御系と同一の状態方程式を有する数値演算ブロックから
なる状態観測器を用いたものである。このような温度制
御系と同一の状態方程式で表現される状態観測器を上記
モデルの代りに用いて計算によって加熱ローラの実際の
表面温度又は供給部１６に対する操作量ＭＶを導出する
ことにより、必要なメモリ空間が少なく、かつ、正確に
加熱ローラの実際の表面温度又は供給部１６に対する操
作量ＭＶの決定を行うことができる。

【００６７】なお、これらの実施形態において、加熱ロ
ーラ１は図１６に示すように内部に発熱体として棒状ヒ
ータ４を有する加熱ローラを用いてもよい。このよう
に、請求項７に係る発明の各実施形態は、請求項１、
２、３または４記載の定着装置において、予測手段は温
度制御系の状態方程式に基づき入力信号から加熱ローラ
１の実際の表面温度もしくは電力供給手段としての電力
供給部１６に対する操作量を決定する数値演算処理手段
としての状態観測器からなるので、必要なメモリ空間が
少なく、正確に加熱ローラの実際の表面温度もしくは電
力供給手段に対する操作量の決定を行うことができる。

【００６８】請求項８に係る発明の各実施形態は、上記
第１実施形態、第３実施形態、第５実施形態及び第７実
施形態において、それぞれ予測手段としてモデル１２、
１２ａの代りにカルマンフィルタのような統計的手法を
用いた状態観測器を用いたものであり、この状態観測器
が入力信号から統計的な状態推定ルーチンの実行で加熱
ローラの実際の表面温度を決定する。

【００６９】一般に、定着装置における温度検出素子１
０などの各種センサの出力信号にはノイズが含まれてお
り、温度制御等の精度に大きな影響を及ぼす。統計的手
法を用いた状態観測器、例えばカルマンフィルタは、動
的システムが線形で、ノイズの発生過程が白色かガウス
状ならば、いかなる動作基準の下でも最適であるという
特徴を持つ。したがって、カルマンフィルタは、温度検
出素子１０などからの入力信号にノイズが含まれても、
正確な加熱ローラの実際の表面温度を決定することがで
きる。

【００７０】また、請求項８に係る発明の他の各実施形
態は、上記第２実施形態、第４実施形態、第６実施形
態、請求項４に係る発明を適用した第７実施形態におい
て、それぞれ予測手段としてモデル１９、１９ａの代り
にカルマンフィルタのような統計的手法を用いた状態観
測器を用いたものであり、この状態観測器が入力信号か
ら統計的な状態推定ルーチンの実行で電力供給部１６に
対する操作量ＭＶを決定する。

【００７１】なお、これらの実施形態において、加熱ロ
ーラ１は図１６に示すように内部に発熱体として棒状ヒ
ータ４を有する加熱ローラを用いてもよい。このよう
に、請求項８に係る発明の各実施形態は、請求項１、
２、３または４記載の定着装置において、予測手段は入
力信号から統計的な状態推定ルーチンの実行で加熱ロー
ラ１の実際の表面温度もしくは電力供給手段としての電
力供給部１６に対する操作量を決定するカルマンフィル
タのような統計的手法を用いた状態観測器により構成さ
れた統計的状態推定手段からなるので、予測手段の入力
信号にノイズが含まれても正確に加熱ローラの実際の表
面温度もしくは電力供給手段に対する操作量の決定を行
うことができる。

【００７２】請求項９に係る発明の各実施形態は、上記
第１実施形態、第３実施形態、第５実施形態及び第７実
施形態において、それぞれ予測手段としてモデル１２、
１２ａの代りに、入力信号からファジィ推論により加熱
ローラ１の実際の表面温度を決定するファジィ推論手段
を用いたものである。このファジィ推論手段は、ファジ
ィ推論におけるＩＦ−ＴＨＥＮルールが例えば図１２に
示すようなＩＦ−ＴＨＥＮルールであり、メンバーシッ
プ関数が図１３に示すようなメンバーシップ関数である
とすると、Ｔａ＝１２０・μ₁＋１６０・μ₂＋１９５・μ₃ となり、入力信号からファジィ推論により加熱ローラ１
の実際の表面温度を予測することができる。

【００７３】また、請求項９に係る発明の他の各実施形
態は、上記第２実施形態、第４実施形態、第６実施形
態、請求項４に係る発明を適用した第７実施形態におい
て、それぞれ予測手段としてモデル１９、１９ａの代り
に、入力信号からファジィ推論により電力供給部１６に
対する操作量ＭＶを決定するファジィ推論手段を用いた
ものである。

【００７４】なお、これらの実施形態において、加熱ロ
ーラ１は図１６に示すように内部に発熱体として棒状ヒ
ータ４を有する加熱ローラを用いてもよい。このよう
に、請求項９に係る発明の各実施形態は、請求項１、
２、３または４記載の定着装置において、予測手段は入
力信号からファジィ推論により加熱ローラ１の実際の表
面温度もしくは電力供給手段としての電力供給部１６に
対する操作量を決定するファジィ推論手段からなるの
で、必要なメモリ空間が少なく、温度検出手段へのトナ
ー付着及び加熱ローラの損傷を防止しつつ、簡単なハー
ドウェアで正確に加熱ローラの実際の表面温度もしくは
電力供給手段に対する操作量を決定して正確に加熱ロー
ラの温度制御を実現することができる。

【００７５】請求項１０に係る発明の各実施形態は、上
記第１実施形態、第３実施形態、第５実施形態及び第７
実施形態において、それぞれ予測手段としてモデル１
２、１２ａの代りに、入力信号から加熱ローラ１の実際
の表面温度を決定するニューラルネットワークを用いた
ものである。このニューラルネットワークは、例えば図
１４に示すような階層型ニューラルネットワークが用い
られ、温度変換部１１からの温度信号や加熱ローラ１へ
の瞬時供給電力、室温等の入力信号が入力され、加熱ロ
ーラ１の実際の表面温度を示す表面温度信号Ｔａを教師
信号として代表的なパターンについて誤差逆伝播法によ
り学習させる。その結果、ニューラルネットワークは、
学習データとは異なる入力信号に対しても加熱ローラ１
の実際の表面温度を示す表面温度信号Ｔａを推定するこ
とができる。

【００７６】また、請求項１０に係る発明の他の各実施
形態は、上記第２実施形態、第４実施形態、第６実施形
態、請求項４に係る発明を適用した第７実施形態におい
て、それぞれ予測手段としてモデル１９、１９ａの代り
に、入力信号から電力供給部１６に対する操作量ＭＶを
決定するニューラルネットワークを用いたものである。
このニューラルネットワークは、例えば階層型ニューラ
ルネットワークが用いられ、温度変換部１１からの温度
信号や加熱ローラ１への瞬時供給電力、室温等の入力信
号が入力され、電力供給部１６に対する操作量ＭＶを教
師信号として代表的なパターンについて誤差逆伝播法に
より学習させる。その結果、ニューラルネットワーク
は、学習データとは異なる入力信号に対しても電力供給
部１６に対する操作量ＭＶを推定することができる。

【００７７】なお、これらの実施形態において、加熱ロ
ーラ１は図１６に示すように内部に発熱体として棒状ヒ
ータ４を有する加熱ローラを用いてもよい。このよう
に、請求項１０に係る発明の各実施形態は、請求項１、
２、３または４記載の定着装置において、予測手段は入
力信号から加熱ローラ１の実際の表面温度もしくは電力
供給手段としての電力供給部１６に対する操作量を決定
するニューラルネットワークからなるので、温度検出手
段へのトナー付着及び加熱ローラの損傷を防止すること
ができ、簡単なハードウェアで予測手段を構築すること
ができ、正確な加熱ローラの温度制御を実現することが
できる。

【００７８】次に、本発明の実施例について説明する。
この実施例は、上記第７実施形態と同様に定着装置起動
後ｔ₁が経過した時にモータ２４による加熱ローラ１の
回転駆動及びモデル１２の動作を開始させるものであ
る。この実施例では、上記第７実施形態において、加熱
ローラ１は図１７に示す発熱抵抗層６を有する加熱ロー
ラが用いられ、耐熱性硝子基材５（φ２０、ｔ０．５）
上にＮｉ−Ｃｒからなる発熱抵抗層６を塗布し、さらに
発熱抵抗層６の表面にテフロン膜７をコートしたもので
ある。

【００７９】また、加熱ローラ１の中空部には、ローラ
増強部材として断熱材（Ｓｉゴム）と金属製シャフトが
埋め込まれている。加圧ローラ２は、金属製シャフト８
にＳｉゴム９を被覆した構成となっている。加熱ローラ
１の表面温度を測定するための温度検出素子１０は、サ
ーミスタが使用され、加熱ローラ１の軸方向中央部に非
接触の状態で設置されている。これとは別に加熱ローラ
１の実際の表面温度をモニターするための熱電対が加熱
ローラ１の軸方向中央部に接触した状態で設置され、こ
の熱電対と温度検出素子１０の出力信号が温度変換部１
１に入力される。

【００８０】加熱ローラ１の表面温度を予測するモデル
１２は、階層型ニューラルネットワークにより構成さ
れ、予めサーミスタ１０の出力信号に対する温度変換部
１１からの温度信号Ｔａ’と、図示しない回路からの加
熱ローラ１に対する瞬時供給電力、室温等の入力信号と
に対する加熱ローラ１の実際の表面温度を示す表面温度
信号Ｔａを学習済みである（学習ルールには誤差逆伝播
法を採用）。温度設定部１３で設定された温度設定値
と、モデル１２により得られた表面温度信号Ｔａとの誤
差信号εが比較部１４により求められてＰＩＤ調節器１
５に入力される。ＰＩＤ調節器１５の出力信号（０〜１
００％）は、電力供給部１６にて０〜８００Ｗの電力に
変換され、電極リング１７、１８を介して加熱ローラ１
の発熱抵抗層６に供給される。

【００８１】この実施例の動作としては、タイマ回路２
２は定着装置起動スイッチ２１により定着装置オン指令
が出されてからｔ₁が経過した時に出力信号を出してロ
ーラ回転制御装置２３がタイマ回路２２の出力信号によ
りモータ２４を回転させて加熱ローラ１及び加圧ローラ
２を線速約９０ｍｍ／ｓｅｃで回転させ始めると同時
に、モデル１２がタイマ回路２２の出力信号により起動
する。

【００８２】ここに、回転開始時間ｔ₁は加熱ローラ１
の初期温度に依存するが、実験時にはサーミスタ１０の
初期読み取り値が２５℃（回転開始時間ｔ₁は５．０ｓ
ｅｃ）であった。その後、モデル１２を用いた加熱ロー
ラ１の温度制御が行われ、その制御間隔１．０ｓｅｃと
いう条件で、加熱ローラ１の表面温度を所定の温度に設
定値Ｔ１（＝１７５℃）に追従させるという応答が得ら
れた。

【００８３】図１５は、横軸に時間（ｓｅｃ）、縦軸に
温度（℃）をとったもので、実線が実際の加熱ローラ１
の表面温度（熱電対の読み取り値）Ｔａ、破線がサーミ
スタ１０による温度信号Ｔａ’である。これを見ると、
熱電対の読み取り値とサーミスタ１０による温度信号Ｔ
ａ’との間には数十℃の温度差があるが、これはサーミ
スタ１０と加熱ローラ１との間の距離による熱損失のほ
か、サーミスタ１０の時定数が影響していると思われ
る。

【００８４】それにもかかわらず、実際の加熱ローラ１
の表面温度Ｔａは１８０℃を中心に温度変動幅が約１０
℃位の精度で制御されていることが分かり、温度検出素
子１０が加熱ローラ１に非接触の状態でも時間遅れなど
制御系の構成に多大な影響を及ぼす要素にもロバストな
温度制御系を構築することができた。

【００８５】

【発明の効果】以上のように請求項１に係る発明によれ
ば、内部もしくは表面部分に発熱体を有する加熱ローラ
と、この加熱ローラに加圧しながら回転する加圧ローラ
とを有する定着装置において、前記加熱ローラの表面温
度を設定する温度設定手段と、前記加熱ローラに非接触
の状態で保持され前記加熱ローラの表面温度を検出する
温度検出手段と、この温度検出手段の出力信号を温度信
号に変換する温度変換手段と、前記加熱ローラに電力を
供給する電力供給手段と、前記温度変換手段の出力信号
から前記加熱ローラの実際の表面温度もしくは前記電力
供給手段に対する操作量を決定する予測手段とを備えた
ので、温度検出手段へのトナー付着や加熱ローラの損傷
を防止しつつ、加熱ローラの実際の表面温度をを予測す
ることができ、高精度な加熱ローラの温度制御を実現で
きる。

【００８６】請求項２に係る発明によれば、内部もしく
は表面部分に発熱体を有する加熱ローラと、この加熱ロ
ーラに加圧しながら回転する加圧ローラとを有する定着
装置において、前記加熱ローラの表面温度を設定する温
度設定手段と、前記加熱ローラの端部に接触した状態で
設置され前記加熱ローラの表面温度を検出する温度検出
手段と、この温度検出手段の出力信号を温度信号に変換
する温度変換手段と、前記加熱ローラに電力を供給する
電力供給手段と、前記温度変換手段の出力信号から前記
加熱ローラの実際の表面温度もしくは前記電力供給手段
に対する操作量を決定する予測手段とを備えたので、温
度検出手段のトナー汚染、加熱ローラの損傷及び加熱ロ
ーラへのトナー付着を防止することができ、より正確に
加熱ローラの実際の表面温度の決定を行うことができ
る。

【００８７】請求項３に係る発明によれば、請求項１ま
たは２記載の定着装置において、前記加圧ローラに接触
もしくは非接触の状態で保持され前記加圧ローラの温度
を検出する温度検出手段を備えたので、温度検出手段へ
のトナー付着及び加熱ローラの損傷を防止しつつ、より
一層正確に加熱ローラの実際の表面温度の決定を行うこ
とができる。

【００８８】請求項４に係る発明によれば、請求項１、
２または３記載の定着装置において、前記予測手段は前
記加熱ローラの実際の表面温度が定着温度近傍である場
合にのみ前記加熱ローラの実際の表面温度もしくは前記
電力供給手段に対する操作量を決定するので、加熱ロー
ラの実際の表面温度の予測精度を向上させることがで
き、コストの面でも有利となる。

【００８９】請求項５に係る発明によれば、請求項１、
２、３または４記載の定着装置において、前記予測手段
は入力信号と前記加熱ローラの実際の表面温度もしくは
前記電力供給手段に対する操作量との関係を示すテーブ
ルを用いて入力信号から前記加熱ローラの実際の表面温
度もしくは前記電力供給手段に対する操作量を決定する
ので、簡単なハードウェア構成で温度検出手段へのトナ
ー付着及び加熱ローラの損傷を防止しつつ、正確に加熱
ローラの実際の表面温度の決定を行うことができ、コス
トの面でも有利である。

【００９０】請求項６に係る発明によれば、請求項５記
載の定着装置において、前記予測手段は入力信号が前記
テーブルの各入力信号値の中間値であった場合に補間法
によって前記加熱ローラの実際の表面温度もしくは前記
電力供給手段に対する操作量を決定するので、テーブル
のメモリ容量を低減することができる。

【００９１】請求項７に係る発明によれば、請求項１、
２、３または４記載の定着装置において、前記予測手段
は温度制御系の状態方程式に基づき入力信号から前記加
熱ローラの実際の表面温度もしくは前記電力供給手段に
対する操作量を決定する数値演算処理手段からなるの
で、必要なメモリ空間が少なく、正確に加熱ローラの実
際の表面温度もしくは電力供給手段に対する操作量の決
定を行うことができる。

【００９２】請求項８荷係る発明によれば、請求項１、
２、３または４記載の定着装置において、前記予測手段
は入力信号から統計的な状態推定ルーチンの実行で前記
加熱ローラの実際の表面温度もしくは前記電力供給手段
に対する操作量を決定する統計的状態推定手段からなる
ので、予測手段の入力信号にノイズが含まれても正確に
加熱ローラの実際の表面温度もしくは電力供給手段に対
する操作量の決定を行うことができる。

【００９３】請求項９に係る発明によれば、請求項１、
２、３または４記載の定着装置において、前記予測手段
は入力信号からファジィ推論により前記加熱ローラの実
際の表面温度もしくは前記電力供給手段に対する操作量
を決定するファジィ推論手段からなるので、温度検出手
段へのトナー付着及び加熱ローラの損傷を防止しつつ、
簡単なハードウェアで正確に加熱ローラの実際の表面温
度もしくは電力供給手段に対する操作量を決定して正確
に加熱ローラの温度制御を実現することができる。

【００９４】請求項１０に係る発明によれば、請求項
１、２、３または４記載の定着装置において、前記予測
手段は入力信号から前記加熱ローラの実際の表面温度も
しくは前記電力供給手段に対する操作量を決定するニュ
ーラルネットワークからなるので、温度検出手段へのト
ナー付着及び加熱ローラの損傷を防止することができ、
簡単なハードウェアで予測手段を構築することができ、
正確な加熱ローラの温度制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の第２実施形態を示すブロック図であ
る。

【図３】本発明の第３実施形態を示すブロック図であ
る。

【図４】本発明の第４実施形態を示すブロック図であ
る。

【図５】本発明の第５実施形態を示すブロック図であ
る。

【図６】本発明の第６実施形態を示すブロック図であ
る。

【図７】本発明の第７実施形態を示すブロック図であ
る。

【図８】同第７実施形態の温度特性を示す特性図であ
る。

【図９】本発明の第８実施形態を示すブロック図であ
る。

【図１０】本発明の第９実施形態を示すブロック図であ
る。

【図１１】上記第８実施形態のデータテーブルを示す図
である。

【図１２】請求項９に係る発明の実施形態におけるファ
ジィ推論のＩＦ−ＴＨＥＮルールを示す図である。

【図１３】同実施形態におけるファジィ推論のメンバー
シップ関数を示す図である。

【図１４】請求項１０に係る発明の実施形態の階層型ニ
ューラルネットワークを示す図である。

【図１５】本発明の一実施例の温度特性を示す特性図で
ある。

【図１６】従来の定着装置の一例を示す概略図である。

【図１７】加熱ローラの一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１加熱ローラ２加圧ローラ１０、２０温度検出素子１１、１１ａ温度変換部１２、１２ａ、１９、１９ａモデル１３温度設定部１４比較部１５調節器１６電力供給部１７、１８電極２１スイッチ２２タイマ回路２３ローラ回転制御装置２４モータ２５、２７ＣＰＵ２６、２８メモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部もしくは表面部分に発熱体を有する加
熱ローラと、この加熱ローラに加圧しながら回転する加
圧ローラとを有する定着装置において、前記加熱ローラ
の表面温度を設定する温度設定手段と、前記加熱ローラ
に非接触の状態で保持され前記加熱ローラの表面温度を
検出する温度検出手段と、この温度検出手段の出力信号
を温度信号に変換する温度変換手段と、前記加熱ローラ
に電力を供給する電力供給手段と、前記温度変換手段の
出力信号から前記加熱ローラの実際の表面温度もしくは
前記電力供給手段に対する操作量を決定する予測手段と
を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】内部もしくは表面部分に発熱体を有する加
熱ローラと、この加熱ローラに加圧しながら回転する加
圧ローラとを有する定着装置において、前記加熱ローラ
の表面温度を設定する温度設定手段と、前記加熱ローラ
の端部に接触した状態で設置され前記加熱ローラの表面
温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の出
力信号を温度信号に変換する温度変換手段と、前記加熱
ローラに電力を供給する電力供給手段と、前記温度変換
手段の出力信号から前記加熱ローラの実際の表面温度も
しくは前記電力供給手段に対する操作量を決定する予測
手段とを備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項３】請求項１または２記載の定着装置におい
て、前記加圧ローラに接触もしくは非接触の状態で保持
され前記加圧ローラの温度を検出する温度検出手段を備
えたことを特徴とする定着装置。
【請求項４】請求項１、２または３記載の定着装置にお
いて、前記予測手段は前記加熱ローラの実際の表面温度
が定着温度近傍である場合にのみ前記加熱ローラの実際
の表面温度もしくは前記電力供給手段に対する操作量を
決定することを特徴とする定着装置。
【請求項５】請求項１、２、３または４記載の定着装置
において、前記予測手段は入力信号と前記加熱ローラの
実際の表面温度もしくは前記電力供給手段に対する操作
量との関係を示すテーブルを用いて入力信号から前記加
熱ローラの実際の表面温度もしくは前記電力供給手段に
対する操作量を決定することを特徴とする定着装置。
【請求項６】請求項５記載の定着装置において、前記予
測手段は入力信号が前記テーブルの各入力信号値の中間
値であった場合に補間法によって前記加熱ローラの実際
の表面温度もしくは前記電力供給手段に対する操作量を
決定することを特徴とする定着装置。
【請求項７】請求項１、２、３または４記載の定着装置
において、前記予測手段は温度制御系の状態方程式に基
づき入力信号から前記加熱ローラの実際の表面温度もし
くは前記電力供給手段に対する操作量を決定する数値演
算処理手段からなることを特徴とする定着装置。
【請求項８】請求項１、２、３または４記載の定着装置
において、前記予測手段は入力信号から統計的な状態推
定ルーチンの実行で前記加熱ローラの実際の表面温度も
しくは前記電力供給手段に対する操作量を決定する統計
的状態推定手段からなることを特徴とする定着装置。
【請求項９】請求項１、２、３または４記載の定着装置
において、前記予測手段は入力信号からファジィ推論に
より前記加熱ローラの実際の表面温度もしくは前記電力
供給手段に対する操作量を決定するファジィ推論手段か
らなることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】請求項１、２、３または４記載の定着装
置において、前記予測手段は入力信号から前記加熱ロー
ラの実際の表面温度もしくは前記電力供給手段に対する
操作量を決定するニューラルネットワークからなること
を特徴とする定着装置。