JP5504656B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置及び該定着装置を用いた画像形成装置に関するものである。

電磁誘導加熱方式を採用した定着装置は、例えば励磁コイルに高周波数のパルス電流を流すことにより磁束を発生させ、発熱部材を誘導加熱するよう構成されている。この構成によれば、発熱部材を直接発熱させるため、熱ローラ定着方式のような予熱を必要とせず、定着部材を瞬時に所定の温度まで立ち上げることができ、ウォームアップタイムの短縮化及び省エネルギ化が達成できるという利点がある。例えば、ウォームアップタイムを短縮するため、立ち上げ時は電力制御モードを用いて最大電力を入力する場合が多い。

しかし、その一方で、定着装置は熱容量が小さくなるように設計されており、予熱モードにより、ある程度蓄熱された状態から立ち上げた場合には、数秒で目標温度まで到達した後、目標温度を超えるオーバーシュートが発生し、目標温度到達時から数秒経過しないと温度が安定しない。そのため、通紙開始から数ページ目までは、温度が安定しない領域で定着され、画像内での光沢ムラやホットオフセットが発生する可能性が高い。

そこで、励磁コイルへの通電を開始する前の蓄熱状態により、励磁コイルへの通電量を制御する技術が提案されている。
特許文献１では、励磁コイルへの通電開始時にまず電力制御モードで立ち上げ、像加熱体（定着ベルト）の温度が目標温度−差分値の温度に到達したら温度制御モードに移行させているが、該温度制御モードのＰＩＤ制御の制御値（比例係数Ｋｐ）を通電開始前の蓄熱量に応じて変える技術が提案されている。すなわち、通電開始前の像加熱体の温度が既定値以上の温度の場合には制御値を小さくし、目標温度到達時のオーバーシュートを小さく抑えている。逆に、既定値未満の温度の場合には制御値を大きくして昇温速度を大きくしている。

また、特許文献２では、励磁コイルへの通電開始前の定着装置の温度に基づき、補助電源装置（キャパシタ）からの給電を行うか否かの判断をし、閾温度よりも高い温度の場合には給電を行わず、目標温度到達時のオーバーシュートを小さく抑えている。逆に、閾温度よりも低い温度の場合には給電を行い、昇温速度を大きくしている。

しかしながら、特許文献１記載の発明においては、像加熱体の温度が目標温度−差分値の温度に到達した時に電力制御モードから温度制御モードへ切り替えても該像加熱体の温度のオーバーシュートは避けられない場合があった。
また、特許文献２記載の発明において補助電源装置からの給電を行わなかったとしても、立ち上げ時は常に電力制御モードを用いることになるので、オーバーシュートを抑えることはできなかった。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、装置立ち上げのときのウォームアップタイムを短縮しつつ定着部材の温度のオーバーシュートを抑制する定着装置及び該定着装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

発明者は、特許文献１記載の発明における問題を検証したところ、該発明では必ずまず電力制御モードで立ち上げついで温度制御モードに移行する手順を踏んでいるが、電力制御モードで立ち上げている間に温度制御モードに移行するためには、制御周期分の移行時間が必要であり、また制御モード移行後も電力は瞬間的には下がらなかった。ここで、誘導加熱方式の昇温速度は非常に速いため、加圧部材側に蓄熱されていた場合には、いくら温度制御モードにおけるＰＩＤ制御の制御値を調整しても、像加熱体の昇温が速くオーバーシュートが避けられない状態となっているものであった。
また、定着装置としてはできるだけ早く立ち上げることを目的として、多少の定着部材の温度のオーバーシュートには目をつむって電力制御モードでの立ち上げを採用する場合もあったが、トナーの低融点化に伴ってオーバーシュートによりトナー中のワックスが揮発（噴射）してニップ部周辺の部材に付着し、それが積み重なって画像形成に支障が発生することがあり、この観点からも前記オーバーシュートを抑制する必要があった。
そこで発明者は前記知見を基に鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。

すなわち前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
〔１〕 発熱部材（基材２２ａ）を有する定着部材（定着スリーブ２２）と、該定着部材と圧接してニップ部を形成する加圧部材（加圧ローラ２３）と、前記発熱部材を誘導加熱する励磁コイル（励磁コイル３１）と、前記加圧部材の温度を検知する第１温度検知手段（第１温度検知手段３６）と、前記定着部材の温度を検知する第２温度検知手段（第２温度検知手段３５）と、前記定着部材近傍の雰囲気温度を検知する第３温度検知手段（定着スリーブ２２近傍の部材に接触させたサーミスタ）と、制御手段（定着制御部４３）と、を備え、前記制御手段は、前記励磁コイルへの通電開始の信号を受信した時、前記第１温度検知手段により検知される前記加圧部材の温度が閾値温度以下のときに蓄熱状態が冷間と判断し、前記加圧部材の温度が閾値温度より大きく、かつ前記定着部材近傍の雰囲気温度が閾値雰囲気温度以下のときに蓄熱状態が温間と判断し、前記加圧部材の温度が閾値温度より大きく、かつ前記定着部材近傍の雰囲気温度が閾値雰囲気温度より大きいときに蓄熱状態が熱間と判断し、蓄熱状態が冷間および温間の場合は、所定の一定電力を連続して前記励磁コイルに投入する電力制御モードを選択し、蓄熱状態が熱間の場合は、前記電力制御モードを経ずに、前記第２温度検知手段で検知される定着部材の温度に基づいて決定される電力を前記励磁コイルに投入する温度制御モードを選択して、前記励磁コイルへの通電制御を行い、かつ、前記電力制御モードから前記温度制御モードへ移行する際の基準となる温度、および前記温度制御モードの際の前記定着部材の目標温度は、前記第２温度検知手段で検知される定着部材の温度について設定されることを特徴とする定着装置（定着装置２０、図２，図３，図８）。
〔２〕 前記温度制御モードは、前記第２温度検知手段で検知される定着部材の温度と該定着部材の目標温度との差分に応じて決定される前記励磁コイルへの投入電力で、該励磁コイルへの通電を行うＰＩＤフィードバック制御であることを特徴とする前記〔１〕に記載の定着装置。
〔３〕 前記電力制御モードは、当該定着装置に投入される最大電力で前記励磁コイルへの通電を行うことを特徴とする前記〔１〕または〔２〕に記載の定着装置。
〔４〕 前記制御手段は、前記電力制御モードを選択して前記励磁コイルへの通電を開始したとき、前記第２温度検知手段により検知される定着部材の温度が該定着部材の目標温度よりも所定差分値だけ低い温度に到達した時点で（Ｓ３３のＹｅｓ）、前記温度制御モードに移行することを特徴とする前記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の定着装置（図８）。
〔５〕 前記励磁コイルへの通電を開始し、前記第２温度検知手段により検知される定着部材の温度が該定着部材の目標温度に最初に到達した時、前記制御手段が所定時間の間、定着部材の目標温度に維持する前記励磁コイルへの通電制御（Ｓ３７）を行った後に、通紙を開始することを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の定着装置（図７，図８）。
〔６〕 前記励磁コイルへの通電を開始し、前記第２温度検知手段により検知される定着部材の温度が該定着部材の目標温度を最初に超えたとき、前記第２温度検知手段により検知される定着部材の温度が再び定着部材の目標温度よりも低い温度になった時点で、通紙を開始することを特徴とする前記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の定着装置。
〔７〕 前記制御手段は、通紙を行うときに前記温度制御モードを選択し、前記通紙を開始した時点から所定時間の間だけ該温度制御モードで決定される電力に所定電力分を加算して前記励磁コイルへの通電制御を行う（Ｓ３９）ことを特徴とする前記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の定着装置（図７，図８）。
〔８〕 前記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置（画像形成装置１、図１）。

本発明の効果として、請求項１の発明によれば、装置立ち上げ前の定着装置の蓄熱状態（加圧部材の温度や定着部材近傍の雰囲気温度）を検知し、蓄熱量が大きい場合には、励磁コイルへの通電は電力制御モードを経ずに温度制御モードで立ち上げるので定着部材の温度のオーバーシュートは小さく抑えられる。また、蓄熱されている場合には最大電力を入力しない温度制御モードでも短いウォームアップタイムでも十分に加熱が可能である。逆に、定着装置が蓄熱されていない場合には、電力制御モードを選択してウォームアップタイムを短縮することができる。例えば、立ち上げ開始からファーストプリントまでの時間が３０秒である。
請求項２の発明によれば、温度制御モードとして定着部材の目標温度に対するＰＩＤ制御を用いることにより、第２温度検知手段で検知される定着部材の温度と目標温度との差分が大きいときには励磁コイルへ入力される電力が大きくなり、目標温度との差分が小さくなるにつれて入力される電力が小さくなるため、立ち上がり時間を短くしつつ、かつオーバーシュートを小さく抑えることができる。
請求項３の発明によれば、電力制御モードとして、当該定着装置に投入される最大電力で励磁コイルへ入力することができ、立ち上がり時間を短くすることができる。
請求項４の発明によれば、定着部材の温度が目標温度−差分値の温度に到達した時に、電力制御モードから温度制御モードに移行することで制御の遅れを補償し、定着部材の温度のオーバーシュートを小さく抑えることができる。
請求項５の発明によれば、定着部材の温度が目標温度に到達した後、所定時間だけ該定着部材の温度を維持させてから通紙開始するので、定着部材の温度が安定した領域で通紙することができる。
請求項６の発明によれば、オーバーシュートにより定着部材の温度が目標温度を超えた後、目標温度まで下がってから通紙を開始するので、温度が安定した領域で通紙することができる。
請求項７の発明によれば、フィードフォーワード制御を行って、通紙開始直後の定着部材の温度落込み分を補う電力を追加して励磁コイルに入力するので、通紙初期においても所望の温度に安定させた通紙が可能となる。
請求項８の発明によれば、装置立ち上げのときのウォームアップタイムを短縮しつつ定着部材の温度のオーバーシュートを抑制する定着装置を用いるので、装置を早期に立ち上げることができるとともに、安定した画像を形成することができる。

本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の構成を示す概略図である。 図２の定着装置に用いる定着スリーブ及び定着ローラの構成を示す断面図である。 定着装置立ち上げ時の電力供給制御に関するフローチャート（１）である。 図４の制御のうち、励磁コイルへの通電開始から温度制御モードが選択されたときの定着部材の温度変化及び励磁コイルへの入力電力の変化を示す図である。 励磁コイルへの電力供給制御に関するフローチャート（２）である。 図６の制御のうち、通電開始時に電力制御モードが選択されて最大電力が入力され、その後温度制御モードによる通電制御が行われたときの定着部材の温度変化及び励磁コイルへの入力電力の変化を示す図である。 励磁コイルへの電力供給制御に関するフローチャート（３）である。 本発明に係る定着装置の他の構成（１）を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の他の構成（２）を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の他の構成（３）を示す断面図である。

以下に、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について説明する。
まず、図１にて、本発明に係る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レーザープリンタの装置本体、３は画像情報に基づいた露光光Ｌを感光体ドラム１８上に照射する露光部、４は装置本体１に着脱自在に設置される作像部としてのプロセスカートリッジ、７は感光体ドラム１８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は出力画像が載置される排紙トレイ、１１，１２は転写紙等の記録媒体Ｐが収納された給紙部、１３は記録媒体Ｐを転写部７に搬送するレジストローラ、１５は主として給紙部１１，１２の記録媒体Ｐとは異なるサイズの記録媒体Ｐを搬送する際に用いる手差し給紙部、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、露光部３（書込部）から、画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、プロセスカートリッジ４の感光体ドラム１８上に向けて発せられる。感光体ドラム１８は図中の反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１８上に画像情報に対応したトナー像が形成される。
その後、感光体ドラム１８上に形成されたトナー像は、転写部７で、レジストローラ１３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１１，１２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１１が選択されたものとする）。なお、複数の給紙部１１，１２には、それぞれ、異なるサイズの記録媒体Ｐや、搬送方向の異なる同一サイズの記録媒体Ｐが、収納されている。

そして、給紙部１１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１３の位置に達する。そして、レジストローラ１３の位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム１８上に形成されたトナー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、定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間に送入されて、定着スリーブ２２から受ける熱と加圧ローラ２３から受ける圧力とによってトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体Ｐは、定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間から送出された後に、出力画像として画像形成装置本体１から排出されて、排紙トレイ１０上に載置される。こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。本画像形成装置１は単色の印刷用であるが、プロセスカートリッジ４をＫＣＭＹの４色を設置して像を形成することで、フルカラーの印刷が可能となる。

次に、画像形成装置本体１に設置される本発明に係る定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２は、本発明に係る定着装置の構成を示す概略図である。
定着装置２０は、磁束発生手段としての誘導加熱部３０、定着部材及び発熱部材（加熱回転体ともいう）である定着スリーブ２２、保持部材としての定着ローラ２１、加圧部材（加圧回転体ともいう）である加圧ローラ２３等で構成される。また、誘導加熱部３０を制御する定着制御装置４０を備える。

ここで、発熱部材としての定着スリーブ２２は、図３に示すように、厚さが３０〜５０μｍの金属材料からなる基材２２ａ上に弾性層２２ｂ、離型層２２ｃを順次形成したものであって、外径が４０ｍｍになっている。定着スリーブ２２の基材２２aを形成する材料としては、鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの合金等の磁性金属材料を用いることができる。

定着スリーブ２２の弾性層２２ｂは、シリコーンゴム等の弾性材料からなり、その厚さは１５０μｍになっている。これにより、熱容量がそれ程大きくなく、定着ムラのない良好な定着画像を得ることができる。

定着スリーブ２２の離型層２２ｃは、ＰＦＡ等のフッ素化合物をチューブ状に被覆したものであって、その厚さは５０μｍになっている。離型層２２ｃは、トナー像（トナー）Ｔが直接的に接する定着スリーブ２２表面のトナー離型性を高めるためのものである。

保持部材としての定着ローラ２１は、ステンレス鋼等の金属材料からなる円筒状の芯金２１ａ上に、シリコーン発泡体（発泡シリコーンゴム）からなる耐熱弾性層２１ｂが形成されたものであって、外径が約４０ｍｍになっている。定着ローラ２１の弾性層２１ｂは、肉厚が９ｍｍで、軸上におけるアスカー硬度が３０〜５０度となるように形成されている。定着ローラ２１は、定着スリーブ２２の内周面に当接して、薄肉の定着スリーブ２２をローラ状に保持している。定着スリーブ２２と定着ローラ２１とは接着してもよいし、接着しなくてもよい。

加圧ローラ２３は、アルミニウム、銅等の高熱伝導性金属材料からなる芯金２３ａ上に、シリコーンゴム（ソリッドゴム）等の耐熱性弾性層２３ｂ、離型層（不図示である）が順次形成されたものであって、外径が４０ｍｍになっている。弾性層２３ｂは、肉厚が２ｍｍとなるように形成されている。離型層は、ＰＦＡチューブを被覆したものであって、厚さが５０μｍになるように形成されている。また、芯金２３ａ内には装置立ち上げ時に消灯され、装置待機中に点灯されるハロゲンヒータなどのヒータ２３ｈを内蔵している。また、加圧ローラ２３は、加圧手段（不図示）により定着スリーブ２２を介して定着ローラ２１に圧接され、その圧接部が定着ローラ２１側が凹んだニップ部を形成している。そして、このニップ部に、記録媒体Ｐが搬送されることになる。

磁束発生手段としての誘導加熱部３０は、励磁コイル３１、消磁コイル部３４、コア部３２、コイルガイド３３（コイルハウジング）、等で構成される。
励磁コイル３１は、定着スリーブ２２の外周の一部を覆うように配設されたコイルガイド３３上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向（図２の紙面垂直方向である）に延設したものである。

消磁コイル部３４は、記録媒体幅方向に相当する位置関係で端部側に対称に配置され、励磁コイル３１上に重なって配置されている。対称の位置にある消磁コイル部３４同士の端は導線で連結され、一つの電流路を構成している。消磁コイル部３４の両端は定着装置２０外の不図示のリレーに接続されて閉回路を構成する。リレーは制御回路により開閉制御され、消磁コイル部３４への通電をＯＮ／ＯＦＦする。

コイルガイド３３は、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、励磁コイル３１、消磁コイル部３４を保持する。

コア部３２は、フェライト等の強磁性体（比透磁率が２５００程度である）からなり、定着スリーブ２２に向けて効率のよい磁束を形成するためにサイドコア３２ａ、センターコア３２ｂ、アーチコア３２ｃが設けられている。コア部３２は、幅方向に延設された励磁コイル３１に対向するように設置されている。

また、加圧ローラ２３の温度を検知する第１温度検知手段３６が設けられている。この第１温度検知手段３６は、加圧ローラ２３のローラ表面に接触して設けられるサーミスタであり、加圧ローラ２３の表面温度を測定することにより、定着装置２０の蓄熱状態を検知することが可能である。

あるいは、第１温度検知手段を定着スリーブ２２近傍の部材に接触して雰囲気温度を測定するサーミスタとしてもよい（不図示）。これによっても定着装置２０の蓄熱状態を検知することが可能である。

また、定着スリーブ２２側には該定着スリーブ２２の温度を検知する第２温度検知手段３５が設けられている。この第２温度検知手段３５は、定着スリーブ２２の表面温度を非接触に測定するサーモパイルが好ましい。なお、第２温度検知手段３５は、該第２温度検知手段３５と定着スリーブ２２間の空間の雰囲気温度を測定することができることから、この雰囲気温度から定着装置２０の蓄熱状態を検知する第１温度検知手段として兼用することも可能である。

このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
不図示の駆動モータによって、加圧ローラ２３が図２の時計方向に回転駆動されると、定着スリーブ２２も時計方向に回転する。このとき、定着スリーブ２２を保持する定着ローラ２１は、接着されていない場合には積極的に回転駆動されないことになる。そして、発熱部材及び定着部材としての定着スリーブ２２は、誘導加熱部３０との対向位置で、誘導加熱部３０から発生される磁束によって加熱される。

詳しくは、商用電源９０からの交流電圧はＩＨ制御部４１において整流回路によって整流されてインバータ回路４２で高周波に変換される。そして、インバータ回路４２から励磁コイル３１に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（好ましくは、２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚである）の高周波交番電流を流すことで、励磁コイル３１に対向する定着スリーブ２２の近傍に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、定着スリーブ２２の基材２２ａ（発熱部材、発熱層）に渦電流が生じて、基材２２ａはその電気抵抗によってジュール熱が発生して誘導加熱される。こうして、定着スリーブ２２は、自身の基材２２ａの誘導加熱によって加熱される。

誘導加熱部３０によって加熱された定着スリーブ２２の表面は、加圧ローラ２３とのニップ部に達する。そして、搬送される記録媒体Ｐ上の、未定着トナー像Ｔ（トナー）を加熱して溶融する。

詳しくは、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが、ガイド板２４に案内されながら定着スリーブ２２と加圧ローラ２３との間のニップ部に送入される（矢印Ｙ１の搬送方向の移動である）。そして、定着スリーブ２２から受ける熱と加圧ローラ２３から受ける圧力とによってトナー像Ｔが記録媒体Ｐに定着され、分離板２５によって定着スリーブ２２から分離されながら、記録媒体Ｐはニップ部から送出される。ニップ部を通過した定着スリーブ２２表面は、その後に再び誘導加熱部３０との対向位置に達する。

なお、小サイズ紙が連続通紙された場合には、消磁コイル部３４は、リレーが短絡（ＯＮ）され、励磁コイル３１とは逆向きの磁場が発生し、消磁コイル部３４が配置された領域の磁場が減少し、非通紙領域での定着スリーブ２２でのジュール熱の発生が抑制される。
このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。

なお、誘電加熱部３０は、定着制御装置４０により制御される。詳しくは、定着制御装置４０には、誘導加熱部３０に接続するＩＨ制御部４１が設けられている。また、ＩＨ制御部４１には、インバータ回路４２が備えられ、制御手段である定着制御部４３が接続されている。また、定着制御部４３には、加圧ローラ２３の温度を検知する第１温度検知手段３６と、定着スリーブ２２の温度を検知する第２温度検知手段３５が接続されている。さらに、ＩＨ制御部４１及び定着制御部４３は、商用電源９０（例えば１００Ｖ、１５Ａ）に接続されている。

ここで、定着制御部４３は、誘導加熱部３０の励磁コイル３１に電力供給するＩＨ制御部４１の制御モードとして、電力制御モードと、温度制御モードとを有している。このうち、電力制御モードは、当該定着装置２０に投入される最大電力で励磁コイル３１への通電を行うことが好ましい。また、温度制御モードは、第２温度検知手段３５で検知される定着部材（定着スリーブ２２）の温度と該定着スリーブ２２の目標温度との差分に応じて決定される励磁コイル３１への投入電力で、該励磁コイル３１への通電を行うＰＩＤフィードバック制御（ＰＩ制御及びＰＤ制御を含むＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御）であることが好ましい。

また、定着制御部４３は、電力制御モード、温度制御モードの制御モードを切り替えて励磁コイル３１への通電制御を行う機能を有する。すなわち、定着制御部４３は、誘導加熱部３０の励磁コイル３１への通電開始の信号を受信した時、第１温度検知手段３６により検知される加圧部材（加圧ローラ２３）の温度が閾値温度より大、または第１温度検知手段と兼用とした第２温度検知手段３５により検知される定着部材（定着スリーブ２２）近傍の雰囲気温度が閾値雰囲気温度より大のときには前記第２温度検知手段３５で検知される定着スリーブ２２の温度に基づいて決定される電力を励磁コイル３１に投入する温度制御モードを選択し、加圧ローラ２３の温度が閾値温度以下、または定着スリーブ２２材近傍の雰囲気温度が閾値雰囲気温度以下のときには所定の一定電力を連続して励磁コイル３１に投入する電力制御モードを選択し、この選択した制御モードに基づいてＩＨ制御部４１を制御して励磁コイル３１への通電を行う。

また、「励磁コイル３１への通電開始の信号を受信した時」とは、ユーザの操作パネルの操作あるいはパソコンからの通信などにより画像形成装置１に印刷要求があり、これに基づいて定着装置２０の定着制御装置４０（定着制御部４３）に通電開始の指示があった時である。

図４に基づいて、定着装置２０立ち上げ時の励磁コイル３１への電力供給の制御（１）について説明する。
図４は、装置立ち上げ時の電力供給制御に関するフローチャート（１）である。
画像形成装置１が待機モードまたはＯＦＦモードにおいて印刷ジョブを受信すると、定着装置２０では本フローチャートに従った電力供給の制御が開始される（ＳＴＡＲＴ）。
（Ｓ１１） まず、加圧部材である加圧ローラ２３の温度を第１温度検知手段３６で検知し、定着制御部４３はこの温度と予め設定された閾値温度Ｔ１と比較する。この閾値温度Ｔ１は例えば８０℃である。
（Ｓ１２） 加圧ローラ２３の温度が閾値温度Ｔ１以下であるとき（Ｓ１１のＮｏ）、定着制御部４３は定着装置２０における蓄熱は不十分であるとの判断に基づき電力制御モードを選択し、ＩＨ制御部４１を制御して励磁コイル３１への通電が開始され、定着スリーブ２２の温度は急速に上昇する。このとき、入力電力値としては、電力制御モード最大電力（例えば、１２００Ｗ（１００Ｖ，１２Ａ））が励磁コイル３１へ入力される。
（Ｓ１３） 第２温度検知手段３５で検知される定着スリーブ２２の温度が、（定着スリーブ２２の目標温度−所定の差分値）の温度に到達したか否かを判定し、到達していない限り（Ｓ１３のＮｏ）、電力制御モードによる制御を継続する。
（Ｓ１４） 加圧ローラ２３の温度が閾値温度Ｔ１より大であるとき（Ｓ１１のＹｅｓ）、定着制御部４３は定着装置２０における蓄熱は十分であるとの判断に基づき温度制御モードを選択する。あるいは、ステップＳ１３においてスリーブ２２の温度が、（定着スリーブ２２の目標温度−所定の差分値）の温度以上のとき（Ｓ１３のＹｅｓ）、定着制御部４３は前記電圧制御モードから温度制御モードに移行させる。この「所定の差分値」は、電圧制御モードから温度制御モードに移行しても、定着スリーブ２２の温度が極力オーバーシュートしない程度に余裕をもたせるための温度差である。
このとき、ＩＨ制御部４１から励磁コイル３１へ入力される電力は定着スリーブ２２の目標温度に対するＰＩＤ制御が用いられ、励磁コイル３１への入力電力値は次式（１）で与えられ、定着スリーブ２２はさらに昇温される。なお、このときの入力最大電力は温度制御モード最大電力（例えば、９５０Ｗ）となる。
入力電力値＝Ｋｐ｛Ｔref−Ｔ｝＋Ｋｉ∫｛Ｔref−Ｔ｝ｄｔ＋ＫｄＵ・・・（１）
（ただし、Ｋｐ：比例定数、Ｋｉ：積分定数、Ｋｄ：微分定数、Ｔref：目標温度、Ｔ：第２温度検知手段３５が検知する定着スリーブ２２の温度、Ｕ：定着スリーブ２２の昇温速度である。）
（Ｓ１５） 定着制御部４３において、第２温度検知手段３５で検知される定着スリーブ２２の温度が、定着スリーブ２２の目標温度以上であるか否かが判定され、目標温度未満である限り（Ｓ１５のＮｏ）前記温度制御モードによる制御を継続する。
（Ｓ１６） 定着スリーブ２２の温度が定着スリーブ２２の目標温度以上となるとき（Ｓ１５のＹｅｓ）、通紙を開始する。

図５は、図４の制御のうち、励磁コイル３１への通電開始から温度制御モードが選択されたとき（ステップＳ１１のＹｅｓ以降の制御）の定着部材（定着スリーブ２２）の温度変化及び励磁コイル３１への入力電力の変化を示す図である。定着スリーブ２２は、比較的短いウォームアップタイムで目標温度とされつつ、その目標温度に近づくにつれて入力電力が減少して、通紙前のオーバーシュートが抑えられており、通紙開始時から良好な画像形成が可能となっている。

なお、ここではステップＳ１１で加圧ローラ２３の温度と閾値温度Ｔ１を比較するものとしたが、これに代えて、定着スリーブ２２近傍の部材に接触させたサーミスタや第２温度検知手段３５により測定される定着スリーブ２２近傍の雰囲気温度と閾値雰囲気温度Ｔ２とを比較して、同様の判定を行ってもよい。

つぎに、図６に基づいて、定着装置２０立ち上げ時の励磁コイル３１への電力供給の制御（２）について説明する。
図６は、励磁コイル３１への電力供給制御に関するフローチャート（２）である。
画像形成装置１が待機モードにおいて印刷ジョブを受信すると、定着装置２０では本フローチャートに従った電力供給の制御が開始される（ＳＴＡＲＴ）が、ステップＳ２１からステップＳ２５までは、図４におけるステップＳ１１からステップＳ１５までの制御と同じであるため省略し、ステップＳ２６以降について説明する。

（Ｓ２６，２７） 定着スリーブ２２の温度が定着スリーブ２２の目標温度以上となるとき（Ｓ２５のＹｅｓ）、すなわち定着スリーブ２２の温度が該定着スリーブ２２の目標温度に最初に到達した時、定着制御部４３は、定着制御部４３は所定時間（設定時間ｔ１）の間、定着スリーブ２２の目標温度に維持するようにＩＨ制御部４１を制御して励磁コイル３１への通電制御を行い、その後通紙が開始される。
これは、図７に示すように、装置立ち上げの際（通電開始時に電力制御モードが選択されて最大電力が入力され、その後温度制御モードによる通電制御が行われたとき）に、定着スリーブ２２の温度が該定着スリーブ２２の目標温度に最初に到達した後に、若干オーバーシュートする場合があるため、所定時間の間、定着スリーブ２２の目標温度に維持するように励磁コイル３１への通電制御を行うことにより、立ち上げ時のオーバーシュートのところでの通紙を回避し、オーバーシュートが小さくなってから通紙を開始することにより良好な画像形成を得るものである。

なお、ステップＳ２６，２７ではこれに代えて、励磁コイル３１への通電を開始し、第２温度検知手段３５により検知される定着スリーブ２２の温度が該定着スリーブ２２の目標温度を最初に超えたとき、第２温度検知手段３５により検知される定着スリーブ２２の温度が再び定着スリーブ２２の目標温度よりも低い温度になった時点で、通紙を開始するようにしてもよい。

（Ｓ２８） ついで定着制御部４３は、通紙を行うときにも前記温度制御モードを選択し、ＩＨ制御部４１を制御して前記通紙を開始した時点から所定時間（設定時間ｔ２）の間だけ該温度制御モードで決定される電力に所定電力分（△Ｐ）を加算して励磁コイル３１への通電制御を行う。これは、設定時間ｔ２の間、△Ｐを追加した設定電力Ｐ１を入力するフィードフォーワード制御を用いることにより、ＰＩＤフィードバック制御のみの応答性の遅れを補償し、通紙開始と同時に記録媒体Ｐが熱を奪うことによる温度落込みを防止するものである。

つぎに、図８に基づいて、定着装置２０立ち上げ時の励磁コイル３１への電力供給の制御（３）について説明する。
ここでは、定着装置２０の蓄熱状態を加圧ローラ２３の温度（第１温度検知手段３６による検知温度、ここでは加圧サーミスタ温度とする）と定着スリーブ２２近傍の雰囲気温度（定着スリーブ２２近傍の部材に接触させたサーミスタまたは第２温度検知手段３５による検知温度、ここでは定着サーミスタ雰囲気温度とする）によって判断する。具体的には、蓄熱状態の判定は以下のように行う。
（１）加圧サーミスタ温度≦閾値温度Ｔ１のとき、蓄熱状態＝冷間
（２）加圧サーミスタ温度＞閾値温度Ｔ１、かつ定着サーミスタ雰囲気温度≦閾値温度Ｔ２のとき、蓄熱状態＝温間
（３）加圧サーミスタ温度＞閾値温度Ｔ１、かつ定着サーミスタ雰囲気温度＞閾値温度Ｔ２のとき、蓄熱状態＝熱間

前記（１）の条件は、定着ユニット全体が冷えている状態（冷間）であり、（２）の条件は、加圧ローラ表面温度は高いが、定着ユニット全体の蓄熱量は小さい状態（温間）であり、（３）の条件は、定着ユニット全体の蓄熱量が大きい状態（熱間）である。

図８は、励磁コイル３１への電力供給制御に関するフローチャート（３）である。
画像形成装置１が待機モードまたはＯＦＦモードにおいて印刷ジョブを受信すると、定着装置２０では本フローチャートに従った電力供給の制御が開始される（ＳＴＡＲＴ）。
（Ｓ３１） まず、加圧ローラ２３の温度を第１温度検知手段３６で検知し、定着制御部４３はこの温度（加圧サーミスタ温度）と予め設定された閾値温度Ｔ１と比較する。
（Ｓ３２） 加圧ローラ２３の温度が閾値温度Ｔ１以下であるとき（Ｓ３１のＮｏ）、定着制御部４３は定着装置２０における蓄熱状態を冷間と判断して電力制御モードを選択し、ＩＨ制御部４１を制御して励磁コイル３１への通電が開始され、定着スリーブ２２の温度は急速に上昇する。このとき、入力電力値としては、電力制御モード最大電力（例えば、１２００Ｗ（１００Ｖ，１２Ａ））が励磁コイル３１へ入力される。
（Ｓ３３） 第２温度検知手段３５で検知される定着スリーブ２２の温度（定着サーモパイル温度）が、（定着スリーブ２２の目標温度−所定の差分値）の温度に到達したか否かを判定し、到達していない限り（Ｓ３３のＮｏ）、電力制御モードによる制御を継続する。
（Ｓ３４） 加圧ローラ２３の温度が閾値温度Ｔ１より大であるとき（Ｓ３１のＹｅｓ）、定着制御部４３は定着スリーブ２２近傍の雰囲気温度をサーミスタで検知し、定着制御部４３はこの温度（定着サーミスタ温度）と予め設定された閾値温度Ｔ２と比較する。
定着スリーブ２２近傍の雰囲気温度が閾値温度Ｔ２以下であるとき（Ｓ３４のＮｏ）、定着制御部４３は定着装置２０における蓄熱状態を温間と判断して電力制御モードを選択し（Ｓ３２）、ＩＨ制御部４１を制御して励磁コイル３１への通電が開始され、定着スリーブ２２の温度は上昇する。
（Ｓ３５） 定着スリーブ２２の雰囲気温度が閾値温度Ｔ２より大であるとき（Ｓ３４のＹｅｓ）、定着装置２０における蓄熱状態を熱間と判断して温度制御モードを選択する。あるいは、ステップＳ３３において定着スリーブ２２の温度が、（定着スリーブ２２の目標温度−所定の差分値）の温度以上のとき（Ｓ３３のＹｅｓ）、定着制御部４３は前記電圧制御モードから温度制御モードに移行させる。このとき、励磁コイル３１へ入力される電力は定着スリーブ２２の目標温度に対するＰＩＤ制御が用いられ、励磁コイル３１への入力電力値は次式（１）で与えられる。
（Ｓ３６） 第２温度検知手段３５で検知される定着スリーブ２２の温度（定着サーモパイル温度）が、定着スリーブ２２の目標温度Ｔ３以上であるか否かが判定され、目標温度未満である限り（Ｓ３６のＮｏ）前記温度制御モードによる制御を継続する。
これ以降のステップＳ３７〜Ｓ３９は、図６のステップＳ２６〜Ｓ２８と同様の制御が行われる。

このように装置立ち上げ前の定着装置２０の蓄熱状態（加圧ローラ２３の温度や定着スリーブ２２近傍の雰囲気温度）を検知し、蓄熱量が大きい場合（蓄熱状態＝熱間のとき）には、励磁コイル３１への通電は電力制御モードを経ずに温度制御モードで立ち上げるので定着スリーブ２２の温度のオーバーシュートは小さく抑えられる。なお、蓄熱されている場合には最大電力を入力しない温度制御モードでも短いウォームアップタイムでも十分に加熱が可能である。逆に、定着装置２０が蓄熱されていない場合（蓄熱状態＝冷間、温間のとき）には、電力制御モードを選択してウォームアップタイムを短縮することができる。

なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
例えば、本発明では図３に示すように定着スリーブ２２を定着部材とした構成であったが、図９に示すように、発熱する定着ベルトである定着発熱ベルト１４０を用い、定着発熱ベルト１４０を支持ローラ１４１と定着回転体１４２間に張架して回転駆動する構成としてもよい。また、図１０に示すように、加熱ローラ１４３と定着回転体１４５との間に定着ベルト１４４を巻き掛けた構成とし、加熱ローラ１４３の熱を定着ベルト１４４を介して記録媒体Ｐに伝達するような構成としてもよい。また、加圧部材の変形例として、図１１に示すように、図１０に示した定着装置における加圧ローラ２３の代わりに、加圧支持ローラ１４６と支持ローラ１４７との間に掛け回された加圧ベルト１４８とを備える構成としてもよい。

１ 画像形成装置
２０ 定着装置
２１ 定着ローラ
２１ａ 芯金
２１ｂ 弾性層
２２ 定着スリーブ
２２ａ 基材
２２ｂ 弾性層
２２ｃ 離型層
２３ 加圧ローラ
２３ａ 芯金
２３ｂ 弾性層
２４ ガイド板
２５ 分離板
３０ 誘導加熱部
３１ 励磁コイル
３２ コア部
３２ａ サイドコア
３２ｂ センターコア
３２ｃ アーチコア
３３ コイルガイド
３４ 消磁コイル部
３５ 第２温度検知手段（定着サーモパイル）
３６ 第１温度検知手段（加圧サーミスタ）
４０ 定着制御装置
４１ ＩＨ制御部
４２ インバータ回路
４３ 定着制御部
９０ 商用電源
１４０ 定着発熱ベルト
１４１，１４７ 支持ローラ
１４２，１４５ 定着回転体
１４３ 加熱ローラ
１４４ 定着ベルト
１４６ 加圧支持ローラ

特開２００５−２５７９４５号公報 特開２００６−０５８７３２号公報

Claims (8)

1. 発熱部材を有する定着部材と、
   該定着部材と圧接してニップ部を形成する加圧部材と、
   前記発熱部材を誘導加熱する励磁コイルと、
   前記加圧部材の温度を検知する第１温度検知手段と、
   前記定着部材の温度を検知する第２温度検知手段と、
   前記定着部材近傍の雰囲気温度を検知する第３温度検知手段と、
   制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記励磁コイルへの通電開始の信号を受信した時、
   前記第１温度検知手段により検知される前記加圧部材の温度が閾値温度以下のときに蓄熱状態が冷間と判断し、
   前記加圧部材の温度が閾値温度より大きく、かつ前記定着部材近傍の雰囲気温度が閾値雰囲気温度以下のときに蓄熱状態が温間と判断し、
   前記加圧部材の温度が閾値温度より大きく、かつ前記定着部材近傍の雰囲気温度が閾値雰囲気温度より大きいときに蓄熱状態が熱間と判断し、
   蓄熱状態が冷間および温間の場合は、所定の一定電力を連続して前記励磁コイルに投入する電力制御モードを選択し、蓄熱状態が熱間の場合は、前記電力制御モードを経ずに、前記第２温度検知手段で検知される定着部材の温度に基づいて決定される電力を前記励磁コイルに投入する温度制御モードを選択して、前記励磁コイルへの通電制御を行い、
   かつ、前記電力制御モードから前記温度制御モードへ移行する際の基準となる温度、および前記温度制御モードの際の前記定着部材の目標温度は、前記第２温度検知手段で検知される定着部材の温度について設定されることを特徴とする定着装置。
2. 前記温度制御モードは、前記第２温度検知手段で検知される定着部材の温度と該定着部材の目標温度との差分に応じて決定される前記励磁コイルへの投入電力で、該励磁コイルへの通電を行うＰＩＤフィードバック制御であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記電力制御モードは、当該定着装置に投入される最大電力で前記励磁コイルへの通電を行う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、前記電力制御モードを選択して前記励磁コイルへの通電を開始したとき、前記第２温度検知手段により検知される定着部材の温度が該定着部材の目標温度よりも所定差分値だけ低い温度に到達した時点で、前記温度制御モードに移行することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記励磁コイルへの通電を開始し、前記第２温度検知手段により検知される定着部材の温度が該定着部材の目標温度に最初に到達した時、前記制御手段が所定時間の間、定着部材の目標温度に維持する前記励磁コイルへの通電制御を行った後に、通紙を開始することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記励磁コイルへの通電を開始し、前記第２温度検知手段により検知される定着部材の温度が該定着部材の目標温度を最初に超えたとき、前記第２温度検知手段により検知される定着部材の温度が再び定着部材の目標温度よりも低い温度になった時点で、通紙を開始することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記制御手段は、通紙を行うときに前記温度制御モードを選択し、前記通紙を開始した時点から所定時間の間だけ該温度制御モードで決定される電力に所定電力分を加算して前記励磁コイルへの通電制御を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の定着装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
   

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