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JP7592973B2 - Fixing device, image forming apparatus, and method for controlling temperature of fixing device - Google Patents
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JP7592973B2 - Fixing device, image forming apparatus, and method for controlling temperature of fixing device - Google Patents

Fixing device, image forming apparatus, and method for controlling temperature of fixing device Download PDF

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JP7592973B2 JP2020029784A JP2020029784A JP7592973B2 JP 7592973 B2 JP7592973 B2 JP 7592973B2 JP 2020029784 A JP2020029784 A JP 2020029784A JP 2020029784 A JP2020029784 A JP 2020029784A JP 7592973 B2 JP7592973 B2 JP 7592973B2
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Description

本発明は、定着装置、画像形成装置及び定着装置の温度制御方法に関する。 The present invention relates to a fixing device, an image forming device, and a method for controlling the temperature of the fixing device.

複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置として、加熱源によって加熱される定着部材と、対向する加圧部材とが互いに接触して形成された定着ニップに、紙やOHP等の記録部材を通過させ、該記録部材上のトナー画像を熱と圧力によって定着するものが知られている。定着装置では、定着部材が所定の目標温度(定着温度)となるように制御されている。 A known fixing device used in image forming devices such as copiers, printers, facsimiles, and all-in-one machines is one that passes a recording medium such as paper or an overhead projector through a fixing nip formed by contact between a fixing member heated by a heat source and an opposing pressure member, and fixes a toner image on the recording medium by heat and pressure. In the fixing device, the fixing member is controlled to reach a predetermined target temperature (fixing temperature).

近年、省エネルギー化のために、定着部材を低熱容量化することで急速加熱を可能とし、予備加熱時間を大幅に短縮し、大気中への不要な放熱を低減した定着装置が主流となってきている。このような定着装置では、安定した定着性を確保するために、定着部材の温度検知手段からの温度情報に基づいたフィードバック制御が行われる。 In recent years, in order to save energy, fixing devices that enable rapid heating by reducing the thermal capacity of the fixing member, significantly shorten the preheating time, and reduce unnecessary heat dissipation into the atmosphere have become mainstream. In such fixing devices, feedback control is performed based on temperature information from a temperature detection means for the fixing member to ensure stable fixing performance.

しかしながら、従来のPID制御等を用いたフィードバック制御では、記録媒体の通過による定着部材の抜熱を補償できず、トナーを溶融するために必要な熱量が不足し、画像オフセット等の不具合が発生するという問題があった。
定着部材の抜熱量は、通紙される記録部材の種類(サイズ、厚さ等)によって変化するため、記録部材の情報に基づいて適切な目標温度を設定し制御する必要がある。
However, conventional feedback control using PID control or the like cannot compensate for the loss of heat from the fixing member caused by the passage of the recording medium, resulting in a shortage of heat required to melt the toner, resulting in problems such as image offset.
The amount of heat dissipated by the fixing member varies depending on the type (size, thickness, etc.) of the recording member being passed through, so it is necessary to set and control an appropriate target temperature based on information about the recording member.

これに対し、記録媒体の通紙による定着部材の急速な温度低下を抑える目的で、予め取得した記録媒体の情報に基づいて、記録媒体が定着ニップに通紙される前から定着部材の加熱制御を行うフィードフォワード制御を併用した制御方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In response to this, a control method has been disclosed that combines feedforward control, which controls the heating of the fixing member before the recording medium is passed through the fixing nip, based on previously acquired information about the recording medium, in order to prevent a rapid drop in temperature of the fixing member due to the passage of the recording medium (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、予め設定されたものとは異なる種類の記録媒体が通紙された場合、対応する定着部材の適切な温度制御が行われないため、熱量が不足して画像オフセットが発生したり、熱量が過剰となって記録媒体にしわやカールが発生したりする等、画像の品質低下を招くおそれがある。 However, when a recording medium of a different type than the one preset is fed through the printer, the temperature of the corresponding fixing member is not properly controlled, which may result in a decrease in image quality, such as insufficient heat causing image offset or excessive heat causing wrinkles or curling on the recording medium.

そこで本発明は、予め設定されたものとは異なる種類の記録媒体が通紙された場合であっても、定着時の温度制御を適切に行うことができ、印刷画像の品質低下を防止可能な定着装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a fixing device that can appropriately control the temperature during fixing and prevent deterioration of the quality of the printed image, even when a recording medium of a different type than the one previously set is passed through.

上記課題を解決するために、本発明の定着装置は、加熱源によって加熱される定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップを形成する加圧部材とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて該記録媒体上の画像を定着する定着装置において、過去の定着時における記録媒体が前記定着ニップを通過する際に前記定着部材及び前記加圧部材から抜熱される抜熱量に基づき熱量外乱を予測する熱量外乱推定手段と、前記熱量外乱を取得する熱量外乱取得手段と、取得された前記熱量外乱に基づき、前記定着部材の温度変動を抑制するためのフィードフォワード信号を決定する予見制御手段と、を備え、連続印刷時に、前記熱量外乱推定手段が、先行する記録媒体による抜熱量に基づき熱量外乱を予測し、前記予見制御手段が、後行の記録媒体が前記定着ニップを通過する前にフィードフォワード信号を前記加熱源に入力することを特徴とする。
In order to solve the above problem, the fixing device of the present invention comprises a fixing member heated by a heat source and a pressure member forming a fixing nip between the fixing member and the pressure member, and fixes an image on the recording medium by passing the recording medium through the fixing nip. The fixing device further comprises a heat disturbance estimation means for predicting a heat disturbance based on the amount of heat dissipated from the fixing member and the pressure member when the recording medium passes through the fixing nip during a past fixing operation, a heat disturbance acquisition means for acquiring the heat disturbance, and a preview control means for determining a feedforward signal for suppressing temperature fluctuations of the fixing member based on the acquired heat disturbance, and is characterized in that during continuous printing, the heat disturbance estimation means predicts the heat disturbance based on the amount of heat dissipated by a preceding recording medium, and the preview control means inputs the feedforward signal to the heating source before the following recording medium passes through the fixing nip .

本発明によれば、予め設定されたものとは異なる種類の記録媒体が通紙された場合であっても、定着時の温度制御を適切に行うことができ、印刷画像の品質低下を防止可能な定着装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fixing device that can appropriately control the temperature during fixing and prevent deterioration of the quality of the printed image even when a recording medium of a different type than the one that has been preset is passed through.

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の要部構成の説明図である。1 is an explanatory diagram of a configuration of a main part of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施形態に係る第1の定着装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a first fixing device according to an embodiment of the present invention. 定着装置の一例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of a fixing device. 図3の定着装置の分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view of the fixing device shown in FIG. 3 . 定着ベルトモジュールの外観斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the appearance of the fixing belt module; 図5の定着ベルトモジュールの分解斜視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view of the fuser belt module of FIG. 5 . 定着装置の一例を示す側面図である。FIG. 2 is a side view illustrating an example of a fixing device. 定着装置の主要構成部材の長手方向の位置関係を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the positional relationship in the longitudinal direction of main components of the fixing device. 加熱源の発熱パターンの例を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an example of a heat generation pattern of a heat source. 本発明の実施形態に係る第2の定着装置の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a second fixing device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る第3の定着装置の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a third fixing device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る第4の定着装置の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a fourth fixing device according to an embodiment of the present invention. 本発明の定着装置の温度制御方法に係る制御のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of control relating to a temperature control method of a fixing device of the present invention. 本発明の定着装置の温度制御方法の一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an example of a temperature control method for the fixing device of the present invention. (A)は実施例1及び比較例1の印刷結果の評価を示す表であり、(B)は実施例1の熱量外乱を示すグラフであり、(C)は実施例1のフィードフォワード信号(C)を示すグラフである。(A) is a table showing an evaluation of the printing results of Example 1 and Comparative Example 1, (B) is a graph showing the thermal disturbance of Example 1, and (C) is a graph showing the feedforward signal (C) of Example 1. (A)は実施例2及び比較例2の印刷結果の評価を示す表であり、(B)は実施例2の熱量外乱を示すグラフであり、(C)は実施例2のフィードフォワード信号(C)を示すグラフである。(A) is a table showing an evaluation of the printing results of Example 2 and Comparative Example 2, (B) is a graph showing the thermal disturbance of Example 2, and (C) is a graph showing the feedforward signal (C) of Example 2. (A)は実施例3及び比較例3の印刷結果の評価を示す表であり、(B)は実施例3の熱量外乱を示すグラフであり、(C)は実施例3のフィードフォワード信号(C)を示すグラフである。(A) is a table showing an evaluation of the printing results of Example 3 and Comparative Example 3, (B) is a graph showing the thermal disturbance of Example 3, and (C) is a graph showing the feedforward signal (C) of Example 3. (A)は実施例4及び比較例4の印刷結果の評価を示す表であり、(B)は実施例4の熱量外乱を示すグラフであり、(C)は実施例4のフィードフォワード信号(C)を示すグラフである。(A) is a table showing an evaluation of the printing results of Example 4 and Comparative Example 4, (B) is a graph showing the thermal disturbance of Example 4, and (C) is a graph showing the feedforward signal (C) of Example 4.

以下、本発明に係る定着装置、画像形成装置及び定着装置の温度制御方法について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、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。 The fixing device, image forming device, and temperature control method for the fixing device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments shown below, and can be modified within the scope of what a person skilled in the art can imagine, including other embodiments, additions, modifications, deletions, etc., and any aspect is within the scope of the present invention as long as it achieves the functions and effects of the present invention.

[画像形成装置]
図1は、後述する本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態としてのレーザプリンタの要部構成の説明図であり、原理を単純化して図示したものである。
図1に示すように、本実施形態に係る画像形成装置は、給紙手段4と、レジストローラ対6と、像担持体としての感光体ドラム8と、転写手段10と、定着装置1とを備えている。
[Image forming apparatus]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the essential structure of a laser printer as one embodiment of an image forming apparatus equipped with a fixing device according to the present invention, which will be described later, and illustrates the principle in a simplified manner.
As shown in FIG. 1, the image forming apparatus according to this embodiment includes a paper feed unit 4, a pair of registration rollers 6, a photosensitive drum 8 as an image carrier, a transfer unit 10, and a fixing device 1.

給紙手段4は、記録媒体(以下、「用紙」ともいう)Sが積載状態で収容される給紙トレイ14と、給紙トレイ14に収容された用紙Sを最上のものから順に1枚ずつ分離して送り出す給紙コロ16を有している。
給紙コロ16によって送り出された用紙Sはレジストローラ対6で一旦停止され、姿勢ずれを矯正された後、感光体ドラム8の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体ドラム8上に形成されたトナー像の先端と用紙Sの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対6により転写部位Tへ送られる。
The paper feed means 4 has a paper feed tray 14 in which recording media (hereinafter also referred to as "paper") S is stored in a stacked state, and a paper feed roller 16 that separates and sends out the papers S stored in the paper feed tray 14 one by one, starting from the top one.
The paper S sent out by the paper feed roller 16 is temporarily stopped by the pair of registration rollers 6, where any misalignment is corrected, and then the paper S is sent to the transfer location T by the pair of registration rollers 6 at a timing synchronized with the rotation of the photosensitive drum 8, that is, at a timing when the leading edge of the toner image formed on the photosensitive drum 8 coincides with a predetermined position of the leading edge of the paper S in the transport direction.

感光体ドラム8の周りには、矢印で示す回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ18と、図示しない露光手段の一部を構成するミラー20と、現像ローラ22aを備えた現像手段22と、転写手段10と、クリーニングブレード24aを備えたクリーニング手段24が配置されている。 Around the photosensitive drum 8, in the order of the rotation direction indicated by the arrow, there are arranged a charging roller 18 as a charging means, a mirror 20 constituting part of an exposure means (not shown), a developing means 22 equipped with a developing roller 22a, a transfer means 10, and a cleaning means 24 equipped with a cleaning blade 24a.

帯電ローラ18と現像手段22の間において、ミラー20を介して感光体ドラム8上の露光部26に露光光Lbが照射され、走査されるようになっている。
プリンタにおける画像形成動作は従来と同様に行われる。
すなわち、感光体ドラム8が回転を始めると、感光体ドラム8の表面が帯電ローラ18により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Lbが露光部26に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。
この静電潜像は感光体ドラム8の回転により現像手段22へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。
Between the charging roller 18 and the developing means 22, the exposure light Lb is irradiated onto an exposure portion 26 on the photosensitive drum 8 via a mirror 20, and is scanned.
The image forming operation in the printer is carried out in the same manner as in the conventional printer.
That is, when the photosensitive drum 8 starts to rotate, the surface of the photosensitive drum 8 is uniformly charged by the charging roller 18, and the exposure light Lb is irradiated onto the exposure section 26 based on the image information, and scanned to form an electrostatic latent image corresponding to the image to be created.
This electrostatic latent image is moved to the developing means 22 by the rotation of the photosensitive drum 8, where toner is supplied and the image is made visible, forming a toner image.

感光体ドラム8上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Tに進入してきた用紙S上に転写手段10による転写バイアス印加により転写される。
トナー像を担持した用紙Sは定着装置1へ向けて搬送され、定着装置1で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。
The toner image formed on the photosensitive drum 8 is transferred onto the sheet S which has entered the transfer region T at a predetermined timing by the application of a transfer bias by the transfer means 10 .
The paper S carrying the toner image is transported toward the fixing device 1, where the toner image is fixed, and then discharged and stacked on a paper discharge tray (not shown).

転写部位Tで転写されずに感光体ドラム8上に残った残留トナーは、感光体ドラム8の回転に伴ってクリーニング手段24に至り、このクリーニング手段24を通過する間にクリーニングブレード24aにより掻き落とされて清掃される。
その後、感光体ドラム8上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。
Residual toner remaining on the photosensitive drum 8 without being transferred at the transfer site T reaches the cleaning means 24 as the photosensitive drum 8 rotates, and is scraped off and cleaned by the cleaning blade 24a while passing through the cleaning means 24.
Thereafter, the residual potential on the photosensitive drum 8 is removed by a discharging means (not shown) to prepare for the next image forming process.

[定着装置]
図2は、本発明の実施形態に係る定着装置(第1の定着装置)の断面図である。
本実施形態の定着装置は、後述する本発明に係る温度制御方法により定着部材の温度が制御される。
[Fixing device]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fixing device (first fixing device) according to the embodiment of the present invention.
In the fixing device of this embodiment, the temperature of the fixing member is controlled by a temperature control method according to the present invention, which will be described later.

本実施形態の定着装置は、図2に示すように、加熱源であるヒータ50によって加熱される定着部材(以下、「定着ベルト」ともいう)28と、定着部材28との間で定着ニップNを形成する加圧部材(以下、「加圧ローラ」ともいう)30とを備えている。
定着装置は、定着ニップNに記録媒体Sを通過させて該記録媒体上の画像を定着する。
As shown in FIG. 2, the fixing device of this embodiment includes a fixing member (hereinafter also referred to as a "fixing belt") 28 that is heated by a heater 50, which is a heat source, and a pressure member (hereinafter also referred to as a "pressure roller") 30 that forms a fixing nip N between the fixing member 28.
The fixing device fixes the image on the recording medium S by passing the recording medium S through the fixing nip N.

定着ベルト28は、例えば、外径が25mmで厚みが40~120μmのポリイミド(PI)製の基体を有している。また、定着ベルト28の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、PFAやPTFE等のフッ素系樹脂による厚みが5~50μmの離型層が形成される。基体と離型層の間には、厚さ50~500μmのゴム等からなる弾性層を設けてもよい。
また、定着ベルト28の基体はポリイミドに限定されず、PEEKなどの耐熱性樹脂や、ニッケル(Ni)、SUSなどの金属基体であってもよい。内周面には、摺動層としてポリイミドやPTFEなどをコートしてもよい。
The fixing belt 28 has a polyimide (PI) base having an outer diameter of 25 mm and a thickness of 40 to 120 μm. A release layer having a thickness of 5 to 50 μm and made of a fluorine-based resin such as PFA or PTFE is formed on the outermost layer of the fixing belt 28 in order to increase durability and ensure releasability. An elastic layer having a thickness of 50 to 500 μm and made of rubber or the like may be provided between the base and the release layer.
The base material of the fixing belt 28 is not limited to polyimide, but may be a heat-resistant resin such as PEEK, or a metal base material such as nickel (Ni) or SUS. The inner peripheral surface may be coated with a sliding layer such as polyimide or PTFE.

加圧ローラ30は、例えば外径が25mmであり、中実の鉄製芯金30aと、この芯金30aの表面に形成された弾性層30bと、弾性層30bの外側に形成された離型層30cとで構成されている。弾性層30bはシリコーンゴムで形成されており、厚みは、例えば3.5mmである。弾性層30bの表面は離型性を高めるために、厚みが例えば40μm程度のフッ素樹脂層による離型層30cを形成するのが望ましい。
加圧ローラ30は、付勢手段により定着ベルト28に対して圧接している。
The pressure roller 30 has an outer diameter of, for example, 25 mm, and is composed of a solid iron core 30a, an elastic layer 30b formed on the surface of the core 30a, and a release layer 30c formed on the outside of the elastic layer 30b. The elastic layer 30b is made of silicone rubber and has a thickness of, for example, 3.5 mm. In order to improve the release property of the surface of the elastic layer 30b, it is desirable to form the release layer 30c made of a fluororesin layer having a thickness of, for example, about 40 μm.
The pressure roller 30 is in pressure contact with the fixing belt 28 by a biasing means.

定着ベルト28の内側に、ステー61及びヒータホルダ53が軸線方向に配設されている。ステー61は金属製のチャンネル材で構成され、その両端部分が加熱装置の両側板に支持されている。ステー61は加圧ローラ30の押圧力を確実に受けとめて定着ニップNを安定的に形成する。 A stay 61 and a heater holder 53 are arranged in the axial direction inside the fixing belt 28. The stay 61 is made of a metal channel material, and both ends are supported by both side plates of the heating device. The stay 61 reliably receives the pressing force of the pressure roller 30 to stably form the fixing nip N.

ヒータホルダ53は、加熱源であるヒータ50の基材50bを保持するためのもので、ステー61によって支持されている。ヒータホルダ53は好ましくはLCPなどの低熱伝導性の耐熱性樹脂で形成することができ、これにより熱伝達が減って効率的に定着ベルト28を加熱することができる。
ヒータホルダ53の形状は、発熱抵抗体50aとの接触を回避するために、基材50bの短手方向両端部付近の各2箇所のみを支持する形状にしている。これにより、ヒータホルダ53に流れる熱量をさらに低減し、効率的に定着ベルト28を加熱することができる。
The heater holder 53 is for holding the base material 50b of the heater 50, which is a heat source, and is supported by a stay 61. The heater holder 53 can be preferably formed of a heat-resistant resin with low thermal conductivity, such as LCP, which reduces heat transfer and enables the fixing belt 28 to be heated efficiently.
The heater holder 53 is shaped to support only two points near both ends of the base material 50b in the short direction in order to avoid contact with the heating resistor 50a. This further reduces the amount of heat flowing to the heater holder 53, and allows the fixing belt 28 to be heated efficiently.

図3及び図4に本実施形態の定着装置(定着ユニット)の斜視図を示す。図4は、図3の分解斜視図である。
定着装置は、第1のフレーム部材71と第2のフレーム部材72とが接合された枠の内側に、加圧ローラ30及び定着ベルト28を含む定着ベルトモジュール29が配設されている。
3 and 4 are perspective views of the fixing device (fixing unit) of the present embodiment. Fig. 4 is an exploded perspective view of Fig. 3.
The fixing device has a fixing belt module 29 including a pressure roller 30 and a fixing belt 28 disposed inside a frame formed by joining a first frame member 71 and a second frame member 72 .

第1のフレーム部材71は、コの字型の板金で形成されている。本実施形態において、第1のフレーム部材71は一枚の板金を曲げて形成されているが、例えば、側板と橋渡しの板のような2~3点の部材をネジなどで締結して形成されたものでもよい。
第1のフレーム部材71にはU字状の切欠部が二箇所形成され、端部にすべり軸受からなる加圧軸受73が設けられている。加圧軸受73に加圧ローラの芯金30aが嵌合し、加圧ローラ30が回転可能に保持される。なお、加圧軸受73は玉軸受であってもよい。
加圧ローラ30の一端には加圧ギヤ39が設けられ、画像形成装置本体側に設けられたギヤと連結して回転する。
The first frame member 71 is formed of a U-shaped metal sheet. In this embodiment, the first frame member 71 is formed by bending a single piece of metal sheet, but it may be formed by fastening two or three members, such as a side plate and a bridging plate, with screws or the like.
The first frame member 71 has two U-shaped notches, and a pressure bearing 73 made of a sliding bearing is provided at one end. The core metal 30a of the pressure roller 30 is fitted into the pressure bearing 73 to rotatably hold the pressure roller 30. The pressure bearing 73 may be a ball bearing.
A pressure gear 39 is provided at one end of the pressure roller 30, and rotates in conjunction with a gear provided on the main body of the image forming apparatus.

定着ベルトモジュール29は、第1のフレーム部材71の切欠部にスライド挿入される。第1のフレーム部材71と締結される第2のフレーム部材72と定着ベルトモジュール29との間には、加圧バネ(圧縮バネ)76を設ける。加圧バネ76により定着ベルトモジュール29を加圧ローラ30に付勢し、定着ニップNを形成する。
加圧バネ76は、定着ベルトモジュール29を直接付勢してもよいし、間にレバー部材等を介してもよい。レバー部材を介すことにより、テコの原理で弱いバネで大きな加圧力を得ることができる。
The fixing belt module 29 is slidably inserted into a notch in the first frame member 71. A pressure spring (compression spring) 76 is provided between the fixing belt module 29 and a second frame member 72 fastened to the first frame member 71. The pressure spring 76 biases the fixing belt module 29 against the pressure roller 30 to form a fixing nip N.
The pressure spring 76 may directly urge the fixing belt module 29, or may have a lever member or the like interposed therebetween. By using a lever member, a large pressure force can be obtained with a weak spring by the principle of leverage.

図5及び図6に定着ベルトモジュール29の斜視図を示す。図6は、図5の分解斜視図である。
定着ベルトモジュール29は、ヒータ50、ヒータホルダ53、左フランジ74、右フランジ75、及びこれらに内周面を支持された定着ベルト28からなる。
5 and 6 are perspective views of the fixing belt module 29. FIG. 6 is an exploded perspective view of FIG.
The fixing belt module 29 includes a heater 50, a heater holder 53, a left flange 74, a right flange 75, and the fixing belt 28 whose inner circumferential surface is supported by these.

ヒータ50は、ヒータホルダ53に装着される。
ヒータホルダ53のヒータ50が配設されていない面は、ヒータホルダ53よりも剛性の高い板金からなるステー61に支持される。ヒータホルダ53の長手方向両端部には、フランジ(左フランジ74、右フランジ75)が設けられている。フランジは、定着ベルト28の内周面に当接して回動をガイドするとともに、端部と突き当ることで蛇行を防止するように規制している。
The heater 50 is attached to a heater holder 53 .
The surface of the heater holder 53 on which the heater 50 is not disposed is supported by a stay 61 made of sheet metal having higher rigidity than the heater holder 53. Flanges (a left flange 74 and a right flange 75) are provided at both longitudinal ends of the heater holder 53. The flanges abut against the inner circumferential surface of the fixing belt 28 to guide its rotation, and also restrict it to prevent meandering by abutting against the end of the fixing belt.

ヒータ50及びヒータホルダ53は長手方向の位置決め形状P1を有し、ヒータホルダ53と左フランジ74は長手方向の位置決め形状P2を有している。位置決め形状P1及びP2は、長手方向一方端部側(本実施形態では左側)にのみ設けることで、熱膨張による変形の影響を緩和することができる。
ステー61は、左フランジ74及び右フランジ75と、ガタつきを有した状態で嵌合する。
The heater 50 and the heater holder 53 have a longitudinal positioning shape P1, and the heater holder 53 and the left flange 74 have a longitudinal positioning shape P2. The positioning shapes P1 and P2 are provided only on one longitudinal end side (the left side in this embodiment), thereby making it possible to mitigate the effects of deformation due to thermal expansion.
The stay 61 is fitted to the left flange 74 and the right flange 75 with some play.

図10に本実施形態の定着装置(定着ユニット)の側面図を示す。
加圧ローラ30は、加圧ギヤ39(図示省略)が画像形成装置本体のギヤと噛み合って回転することにより、図中矢印D1の方向に回転する。
定着ベルト(図示省略)28は、加圧ローラ30に従動して矢印D2の方向に回転する。定着ベルト28は、定着ベルトモジュール29を構成する部材と摺動する内周面にグリスやオイル等を介在させることにより、摺動性を高めることができる。
FIG. 10 is a side view of the fixing device (fixing unit) of this embodiment.
The pressure roller 30 rotates in the direction of the arrow D1 in the figure as a result of a pressure gear 39 (not shown) meshing with a gear of the image forming apparatus main body and rotating.
The fixing belt (not shown) 28 rotates in the direction of the arrow D2, following the pressure roller 30. The sliding property of the fixing belt 28 can be improved by applying grease, oil, or the like to the inner peripheral surface of the fixing belt 28 that slides against the members constituting the fixing belt module 29.

図9に、加熱源であるヒータ50の概略構成を示す。図9(A)及び図9(B)は、それぞれ異なる発熱体パターンの例を示したものである。
ヒータ50は、ヒータ基材50b上に配置された発熱体50a(素子501~508)を有し、さらに発熱体50aより抵抗値の小さな導体パターン50d、電極部(50e、50f)を有し、それらを覆うように絶縁層52が形成されている。
9 shows a schematic configuration of a heater 50 which is a heat source. Fig. 9(A) and Fig. 9(B) show examples of different heating element patterns.
The heater 50 has a heating element 50a (elements 501 to 508) arranged on a heater substrate 50b, and further has a conductor pattern 50d having a smaller resistance than the heating element 50a, and electrode portions (50e, 50f), with an insulating layer 52 formed to cover them.

ヒータ基板50bの材料としては、耐熱性および絶縁性に優れたものが好ましく、例えば、アルミナや窒化アルミなどのセラミック、ガラス、マイカ等が挙げられる。また、金属などの導電材料の上に絶縁性材料を積層したものでもよい。
これらの中でも、コスト面では低コストのアルミやステンレス等が好ましい。一方、定着部材の均熱性を高め、画像品質を高める観点では、銅、グラファイト、グラフェン等の高熱伝導率の材料が好ましい。
本実施形態のヒータ基板50bとしては、短手幅8mm、長手幅270mm、厚さ1.0mmのアルミナ基材を使用している。
The material of the heater substrate 50b is preferably one having excellent heat resistance and insulating properties, such as ceramics such as alumina and aluminum nitride, glass, mica, etc. Also, an insulating material may be laminated on a conductive material such as a metal.
Among these, from the viewpoint of cost, low-cost aluminum, stainless steel, etc. are preferable. On the other hand, from the viewpoint of improving the thermal uniformity of the fixing member and improving image quality, materials with high thermal conductivity, such as copper, graphite, graphene, etc., are preferable.
The heater substrate 50b in this embodiment is an alumina base material having a short side width of 8 mm, a long side width of 270 mm, and a thickness of 1.0 mm.

発熱体50aは、銀パラジウム(AgPd)やガラス粉末などを調合したペーストをスクリーン印刷等によりヒータ基板50bに塗工し、その後の焼成することによって形成することができる。
本実施形態の発熱体50aの発熱体素子501~508は、それぞれ抵抗値を常温で80Ωとした。
発熱体50aの材料は、上述の例以外に、銀合金(AgPt)や酸化ルテニウム(RuO)の抵抗材料を用いてもよい。
The heating element 50a can be formed by applying a paste made of a mixture of silver palladium (AgPd) and glass powder to the heater substrate 50b by screen printing or the like, and then firing the paste.
The heating elements 501 to 508 of the heating element 50a of this embodiment each have a resistance value of 80 Ω at room temperature.
The material of the heating element 50a may be a resistive material such as silver alloy (AgPt) or ruthenium oxide (RuO 2 ) in addition to the above examples.

導電パターン50d及び電極部(50e、50f)は、銀(Ag)または銀パラジウム(AgPd)をスクリーン印刷することにより形成される。 The conductive pattern 50d and the electrode portions (50e, 50f) are formed by screen printing silver (Ag) or silver palladium (AgPd).

絶縁層52は、厚さ75μmの耐熱性ガラスにより形成される。
絶縁層52は、ヒータ基材50b上の発熱体50a及び導体パターン50dを覆うように形成され、絶縁性とともに、定着ベルト28の内周面との摺動性が確保される。
ヒータ50は絶縁層52側で定着ベルト28に当接し、伝熱により定着ベルト28の温度を上昇させ、定着ニップNに搬送される用紙S上の未定着画像を加熱する。
The insulating layer 52 is made of heat-resistant glass having a thickness of 75 μm.
The insulating layer 52 is formed so as to cover the heating element 50a and the conductive pattern 50d on the heater substrate 50b, and ensures the sliding property with the inner circumferential surface of the fixing belt 28 as well as the insulation property.
The heater 50 contacts the fixing belt 28 on the insulating layer 52 side, and increases the temperature of the fixing belt 28 by heat transfer, thereby heating an unfixed image on the paper S transported to the fixing nip N.

発熱体50aは、長手方向に分割された複数の発熱体素子501~508からなるパターンを有し、各発熱体素子501~508は、それぞれ電気的に並列に接続されている。
発熱体50aは、PTC(正の温度抵抗係数)特性を有する材料からなり、温度が上昇すると抵抗値が上昇(ヒータ出力が低下)する特徴を備えている。
これにより、発熱体50aの幅よりも狭い用紙Sを印刷した場合、用紙Sの紙幅より外側の発熱体素子は用紙Sに熱を奪われないため、温度が上昇し、抵抗値が上昇する。各発熱体素子501~508にかかる電圧は一定なので、相対的に紙幅より外側の発熱体素子の出力が低下し、温度上昇が抑制される。
発熱体素子を直列に接続した場合は、紙幅より外側の発熱体素子の温度上昇を抑制するために、連続印刷時に印刷速度を低下させる必要があるが、本実施形態のように発熱体素子を並列に接続した場合は、印刷速度を低下させる必要は無い。
The heating element 50a has a pattern consisting of a plurality of heating element elements 501 to 508 divided in the longitudinal direction, and each of the heating element elements 501 to 508 is electrically connected in parallel.
The heating element 50a is made of a material having a PTC (positive temperature coefficient of resistance) characteristic, and has the characteristic that the resistance value increases (heater output decreases) as the temperature increases.
As a result, when printing on paper S narrower than the width of the heating element 50a, the temperature and resistance of the heating elements outside the paper width of the paper S rise because the heat is not absorbed by the paper S. Since the voltage applied to each of the heating elements 501 to 508 is constant, the output of the heating elements outside the paper width relatively decreases, suppressing the temperature rise.
When the heating elements are connected in series, it is necessary to slow down the printing speed during continuous printing in order to suppress the temperature rise of the heating elements outside the paper width, but when the heating elements are connected in parallel as in this embodiment, there is no need to slow down the printing speed.

発熱体素子501~508を長手方向に並列に配置する場合は、各素子間に絶縁性を確保するための空間が生じ、発熱量低下が発生する。
このため、本実施形態では、図9(A)及び図9(B)のように各発熱体素子の端部を長手方向でオーバーラップさせた配置とすることにより、発熱量低下の影響を抑制する。
図9(A)は、発熱体素子501~508の端部にL字状の切り欠きによる段部を形成し、当該段部を隣接する抵抗発熱体の端部の段部とオーバーラップさせている。
図9(B)は、発熱体素子501~508の端部に斜めの切り欠きによる傾斜部を形成し、当該傾斜部を隣接する抵抗発熱体の端部の傾斜部とオーバーラップさせている。
また、発熱体素子501~508は、所望の出力(抵抗値)が得られるように発熱体の材料を折り返して形成してもよい。
When the heating elements 501 to 508 are arranged in parallel in the longitudinal direction, spaces are created between the elements to ensure insulation, resulting in a decrease in the amount of heat generated.
For this reason, in this embodiment, the ends of each heating element are arranged to overlap in the longitudinal direction as shown in Figs. 9(A) and 9(B), thereby suppressing the effect of a decrease in the amount of heat generated.
In FIG. 9A, a step portion is formed by an L-shaped notch at the end of each of the heating elements 501 to 508, and the step portion is made to overlap a step portion at the end of the adjacent resistive heating element.
In FIG. 9B, inclined portions are formed by obliquely cutting the ends of the heating elements 501 to 508, and the inclined portions are made to overlap the inclined portions of the ends of the adjacent resistive heating elements.
Moreover, the heating elements 501 to 508 may be formed by folding back the heating material so as to obtain the desired output (resistance value).

図8は、定着装置の主要構成部材の長手方向の位置関係を示す説明図である。
ヒータ50の長手方向の発熱領域は、用紙Sの紙幅よりも長く設けることが好ましい。
図中、用紙Sよりも長い部分を「L」で示している。具体的には、本実施形態の定着装置で通紙可能な最大サイズであるレターサイズ216mm幅に対し、Lが0.5~7mm(発熱体50aの長さが217~230mm)であることが好ましく、Lが1.0~5mm(発熱体50aの長さが219~226mm)であることがより好ましい。
これにより、装置立ち上げ直後の長手方向端部の温度低下や、連続通紙時における紙幅より外側の過昇温の発生を防止することができる。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the positional relationship in the longitudinal direction of the main components of the fixing device.
It is preferable that the heat generating region of the heater 50 in the longitudinal direction is longer than the width of the paper S.
In the figure, the portion longer than the paper S is indicated by "L." Specifically, for a letter size of 216 mm width, which is the maximum size of paper that can be passed through the fixing device of this embodiment, L is preferably 0.5 to 7 mm (the length of the heat generating element 50a is 217 to 230 mm), and more preferably L is 1.0 to 5 mm (the length of the heat generating element 50a is 219 to 226 mm).
This makes it possible to prevent a drop in temperature at the longitudinal ends immediately after starting up the apparatus, and to prevent an excessive rise in temperature outside the paper width when paper is being fed continuously.

ヒータ50とヒータホルダ53は、上述のように図中左側に位置決め形状P1及びP2を有している。
位置決め形状P1は、ヒータ50の凹部にヒータホルダ53の凸部が嵌合する構成である。
位置決め形状P2は、左フランジ74に形成された溝部をヒータホルダ53が挟む構成である。
位置決め形状P3は、第2のフレーム72に形成された開口部に、画像形成装置本体の凸部が嵌合する構成である。
また、第1のフレーム部材71の凸形状が第2のフレーム部材72の孔部に嵌合して固定される。
これらの位置決めを設けることにより、ヒータ50の位置精度が向上する。
As described above, the heater 50 and the heater holder 53 have positioning shapes P1 and P2 on the left side in the figure.
The positioning shape P1 is configured so that the convex portion of the heater holder 53 fits into the concave portion of the heater 50 .
The positioning shape P2 is configured such that the heater holder 53 sandwiches a groove formed in the left flange 74 .
The positioning shape P3 is configured so that a convex portion of the image forming apparatus main body fits into an opening portion formed in the second frame 72 .
Furthermore, the convex shape of the first frame member 71 is fitted into a hole in the second frame member 72 and fixed thereto.
By providing these positioning means, the positioning accuracy of the heater 50 is improved.

給電コネクタ54は、熱膨張による変形でヒータ50との位置関係が変化しないよう、位置決め形状P1及びP2が設けられた側(図中、長手方向の左側)に設けることが好ましい。
また、加圧ギヤ39のギヤ噛合により発生する熱によって温度が上昇しないよう、加圧ギヤ39は給電コネクタ54が設けられていない側(図中、長手方向の右側)に設けることが好ましい。また、このような配置とすることで、加圧ギヤ39をフレーム側板に近づけることができ、剛性が高まるため芯金30aを細くすることが可能となり、軽量化や低コスト化を実現することができる。(加圧軸受73に固定され、加圧ギヤ39に力がかかる片持ち梁状態となる)。
The power supply connector 54 is preferably provided on the side where the positioning shapes P1 and P2 are provided (the left side in the longitudinal direction in the drawing) so that the positional relationship with the heater 50 does not change due to deformation caused by thermal expansion.
In order to prevent the temperature from rising due to heat generated by the meshing of the pressure gear 39, it is preferable to provide the pressure gear 39 on the side where the power supply connector 54 is not provided (the right side in the longitudinal direction in the drawing). This arrangement allows the pressure gear 39 to be closer to the frame side plate, and the core metal 30a can be made thinner due to increased rigidity, thereby achieving weight reduction and cost reduction. (It is fixed to the pressure bearing 73, and a force is applied to the pressure gear 39 in a cantilever state.)

定着装置は、ヒータ50、定着ベルト28、加圧ローラ30のいずれかの温度を接触もしくは非接触で測定する温度検知手段(サーミスタ)34を有する。サーミスタ34は、位置精度を高めるために位置決め形状P1及びP2が設けられた側(図中、長手方向の左側)に設けることが好ましい。
ヒータ50の裏面にサーミスタ34を接触または近接させる場合、ヒータ50の裏面に別途ガラスやセラミック等からなる絶縁部材を設けてもよい。
The fixing device has a temperature detection means (thermistor) 34 that measures, by contact or non-contact, the temperature of any of the heater 50, the fixing belt 28, and the pressure roller 30. In order to improve positional accuracy, the thermistor 34 is preferably provided on the side where the positioning shapes P1 and P2 are provided (the left side in the longitudinal direction in the drawing).
When the thermistor 34 is brought into contact with or close to the rear surface of the heater 50, a separate insulating member made of glass, ceramic, or the like may be provided on the rear surface of the heater 50.

サーミスタ34により検知された温度は、電力制御部に入力される。電力制御部は、検知された温度に基いて、各発熱体素子501~508が所定目標温度になるように電極部(50e、50f)に対する供給電流を制御する。
電力制御部は、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェース等を包含するマイクロコンピュータで構成することができる。
用紙Sを定着ニップNに通紙すると、通紙による抜熱(用紙への熱移動分)が発生するので、抜熱量も考慮して供給電流を制御することで、定着ベルト28の温度を所望の温度に制御することができる。
本発明に係る定着装置の温度制御方法の詳細は後述する。
The temperature detected by the thermistor 34 is input to the power control unit. The power control unit controls the current supplied to the electrode units (50e, 50f) based on the detected temperature so that each of the heating elements 501 to 508 reaches a predetermined target temperature.
The power control unit can be configured with a microcomputer including a CPU, ROM, RAM, an I/O interface, and the like.
When paper S is passed through the fixing nip N, heat is dissipated (heat transferred to the paper) by the paper passing through, so by controlling the supply current taking into account the amount of heat dissipation, the temperature of the fixing belt 28 can be controlled to the desired temperature.
The temperature control method for the fixing device according to the present invention will be described in detail later.

(定着装置の他の実施形態)
定着装置1は上述の実施形態に限定されず、図10~図12に示す第2~第4の形態とすることもできる。
(Another embodiment of the fixing device)
The fixing device 1 is not limited to the above-described embodiment, but may be configured as second to fourth embodiments shown in FIGS.

第2の定着装置は、図10に示すように、加圧ローラ30と反対側に押圧ローラ40を有し、当該押圧ローラ40とヒータ50との間で定着ベルト28を挟んで加熱する。
定着ベルト28の内側には、ニップ形成部材32が設けられている。
ニップ形成部材32は、定着ベルト28を介して加圧ローラ30と当接し、定着ニップNを形成している。
As shown in FIG. 10, the second fixing device has a pressure roller 40 on the opposite side to the pressure roller 30, and the fixing belt 28 is sandwiched between the pressure roller 40 and a heater 50 to be heated.
A nip forming member 32 is provided on the inner side of the fixing belt 28 .
The nip forming member 32 contacts the pressure roller 30 via the fixing belt 28 to form a fixing nip N.

第3の定着装置は、図11に示すように、ヒータ50が定着ニップNではない部位を加熱している。また、上述の第2の定着装置のように押圧ローラ40を備えていない。このため、定着ベルト28の内側に配設されたヒータ50を、定着ベルト28の曲率に合わせて湾曲させ、ヒータ50と定着ベルト28との周方向の接触部位を長くすることにより加熱される領域を確保している。 As shown in FIG. 11, the third fixing device uses a heater 50 to heat areas other than the fixing nip N. Also, unlike the second fixing device described above, the third fixing device does not have a pressure roller 40. For this reason, the heater 50 arranged inside the fixing belt 28 is curved to match the curvature of the fixing belt 28, and the contact area between the heater 50 and the fixing belt 28 in the circumferential direction is lengthened to ensure a heated area.

第4の定着装置は、図12に示すように、定着ニップである第1のニップN1と、加熱ニップである第2のニップN2とが設けられている。
すなわち、加圧ローラ30の定着ベルト28との当接部とは反対側に、ニップ形成部材32とステー61を配置し、これらを内包するように加圧ベルト31を周回可能に配設している。加圧ベルト31と加圧ローラ30との間の定着ニップN1に用紙Sを通紙して、用紙S上のトナー像を加熱・定着する。
As shown in FIG. 12, the fourth fixing device is provided with a first nip N1 which is a fixing nip, and a second nip N2 which is a heating nip.
That is, the nip forming member 32 and the stay 61 are disposed on the opposite side of the pressure roller 30 from the contact portion with the fixing belt 28, and the pressure belt 31 is disposed so as to be able to rotate so as to contain them. A sheet S is passed through the fixing nip N1 between the pressure belt 31 and the pressure roller 30, and the toner image on the sheet S is heated and fixed.

[定着装置の温度制御方法]
(装置構成)
本発明に係る定着装置は、記録媒体Sが定着ニップNを通過する際に定着部材(定着ベルト)28及び加圧部材(加圧ローラ)30から抜熱される抜熱量を熱量外乱として取得する手段と、過去の定着時における記録媒体Sによる抜熱量に基づき熱量外乱を予測する熱量外乱推定手段と、熱量外乱推定手段により予測された熱量外乱に基づき、定着部材(定着ベルト)28の温度変動を抑制するためのフィードフォワード信号を決定する予見制御手段と、を備える。
[Method for controlling temperature of fixing device]
(Device configuration)
The fixing device of the present invention includes a means for acquiring the amount of heat dissipated from the fixing member (fixing belt) 28 and the pressure member (pressure roller) 30 when the recording medium S passes through the fixing nip N as a heat disturbance, a heat disturbance estimation means for predicting the heat disturbance based on the amount of heat dissipated by the recording medium S during past fixing, and a predictive control means for determining a feedforward signal for suppressing temperature fluctuations of the fixing member (fixing belt) 28 based on the heat disturbance predicted by the heat disturbance estimation means.

本実施形態に係る温度制御は、フィードフォワード制御を行うものであり、熱量外乱を検知する手段と、熱量外乱を予測する手段と、予測された熱量外乱に基づき操作量を決定する手段を備える。フィードフォワード制御の信号の流れは、熱量外乱の検知から操作量の決定という一方向の制御方式であるため、目標温度を維持するためにフィードバック制御と併用する。 The temperature control according to this embodiment performs feedforward control and includes a means for detecting a heat quantity disturbance, a means for predicting the heat quantity disturbance, and a means for determining the manipulated variable based on the predicted heat quantity disturbance. Since the signal flow of the feedforward control is a one-way control method from detecting the heat quantity disturbance to determining the manipulated variable, it is used in conjunction with feedback control to maintain the target temperature.

図13に、本発明に係る定着装置の温度制御の概要を示す。
図13のブロック図に示す本実施形態に係る制御手段は、定着システム80、FB(フィードバック)コントローラ81、FF(フィードフォワード)コントローラ82を備え、FFコントローラとして熱量外乱推定手段83、熱量外乱取得手段84、予見制御手段85を備えている。
記録媒体Sが定着ニップNに通紙される前に、熱量外乱推定手段83が熱量外乱を推定し、定着ベルト28の温度変動(温度リップルや温度低下)を抑制するように予見制御手段85からヒータ電力を入力する。
FIG. 13 shows an outline of the temperature control of the fixing device according to the present invention.
The control means according to this embodiment, shown in the block diagram of FIG. 13, includes a fixing system 80, an FB (feedback) controller 81, and an FF (feedforward) controller 82, and as the FF controller, includes a heat disturbance estimation means 83, a heat disturbance acquisition means 84, and a prediction control means 85.
Before the recording medium S is passed through the fixing nip N, a heat disturbance estimation means 83 estimates a heat disturbance, and a heater power is input from a prediction control means 85 to suppress temperature fluctuations (temperature ripples and temperature drops) of the fixing belt 28.

記録媒体Sの熱量外乱推定には、外乱オブザーバを用いる。
熱量外乱取得手段84は、外乱オブザーバの予測した熱量外乱を取得する。
外乱オブザーバは、制御対象の定着システム80に侵入する熱量外乱を制御対象の状態の一部として推定するものであり、制御対象の入力と出力を監視して熱量外乱を計測し、定着システム80の制御にフィードバックする仕組みである。
熱量外乱推定手段83は、定着システム80に入力される入力(操作量)と、各部材の温度出力(制御量)に基づいて予測を行う。この予測情報は、次の印刷の際に用いられる。
A disturbance observer is used to estimate the heat disturbance of the recording medium S.
The heat disturbance acquiring means 84 acquires the heat disturbance predicted by the disturbance observer.
The disturbance observer estimates the thermal disturbance entering the fixing system 80 to be controlled as part of the state of the controlled object, monitors the input and output of the controlled object, measures the thermal disturbance, and provides feedback to the control of the fixing system 80.
The heat disturbance estimation unit 83 makes a prediction based on the input (operation amount) input to the fixing system 80 and the temperature output (control amount) of each member. This prediction information is used at the time of the next printing.

本実施形態では、予測情報の熱量外乱に基づいて、定着システム80に印加される熱量外乱を最小にするためのフィードフォワード信号(操作量である電力)を決定する。
熱量外乱を最小にすることにより、定着ベルト28の通紙時における温度の変動(リップルや温度の落ち込み)を抑制し、目標温度と予測温度との偏差を縮小し、定着動作時の消費エネルギーを低減することができる。
これにより、安定した定着を実現することができ、印刷画像の品質低下を防止することができる。
In this embodiment, a feedforward signal (power, which is a manipulated variable) for minimizing the thermal disturbance applied to the fixing system 80 is determined based on the thermal disturbance of the predicted information.
By minimizing thermal disturbance, it is possible to suppress temperature fluctuations (ripples and temperature drops) in the fixing belt 28 when paper passes through it, reduce the deviation between the target temperature and the predicted temperature, and reduce energy consumption during the fixing operation.
This makes it possible to realize stable fixing and prevent deterioration in the quality of the printed image.

また、本実施形態の定着装置は、連続印刷時に、熱量外乱推定手段83が、先行する記録媒体Sによる抜熱量に基づき熱量外乱を予測し、予見制御手段85が、後行の記録媒体Sが定着ニップNを通過する前にフィードフォワード信号を加熱源であるヒータ50に入力する。 In addition, in the fixing device of this embodiment, during continuous printing, the heat disturbance estimation means 83 predicts heat disturbance based on the amount of heat dissipated by the preceding recording medium S, and the prediction control means 85 inputs a feedforward signal to the heater 50, which is the heat source, before the following recording medium S passes through the fixing nip N.

定着ニップNを通過した記録媒体Sの情報が、予め設定された記録媒体Sの情報と異なる場合、予見制御手段85は、定着ニップNを通過した記録媒体Sによる抜熱量から予測された熱量外乱に基づき、フィードフォワード信号を変更する。
ここで、記録媒体Sの情報とは、定着時の抜熱量に影響を与える要素であり、例えば、記録媒体Sの厚さ、記録媒体Sの長さ等が挙げられる。
If the information of the recording medium S that has passed through the fixing nip N differs from the previously set information of the recording medium S, the predictive control means 85 changes the feedforward signal based on the heat disturbance predicted from the amount of heat dissipated by the recording medium S that has passed through the fixing nip N.
Here, the information on the recording medium S refers to factors that affect the amount of heat dissipation during fixing, such as the thickness of the recording medium S, the length of the recording medium S, and the like.

また、定着を行う際の電源電圧が定格電圧より低い場合は、予見制御手段85によるフィードフォワード制御のタイミングを早めることが好ましい。
さらに、定着を行う際の電源電圧が定格電圧より低い場合は、予見制御手段85によるフィードフォワード出力としての電力を抑制することが好ましい。
Furthermore, when the power supply voltage during fixing is lower than the rated voltage, it is preferable to advance the timing of the feedforward control by the preview control means 85 .
Furthermore, when the power supply voltage during fixing is lower than the rated voltage, it is preferable to suppress the power as the feedforward output by the preview control means 85 .

(温度制御方法)
本発明に係る定着装置の温度制御方法は、定着ニップNを通過する際に定着部材(定着ベルト)28及び加圧部材(加圧ローラ)30から抜熱される抜熱量を熱量外乱として取得する工程と、過去の定着時における記録媒体Sによる抜熱量に基づき熱量外乱を予測する工程と、熱量外乱推定手段83により予測された熱量外乱に基づき、定着部材28の温度変動を抑制するためのフィードフォワード信号を決定する工程と、を有する。
(Temperature Control Method)
The temperature control method of the fixing device according to the present invention includes a step of acquiring the amount of heat dissipated from the fixing member (fixing belt) 28 and the pressure member (pressure roller) 30 when passing through the fixing nip N as a heat disturbance, a step of predicting the heat disturbance based on the amount of heat dissipated by the recording medium S during past fixing, and a step of determining a feedforward signal for suppressing temperature fluctuations of the fixing member 28 based on the heat disturbance predicted by the heat disturbance estimation means 83.

図14のフローチャートは、本実施形態の温度制御方法の流れの一例として、連続印刷時の制御の流れを示したものである。
まず、装置に対して記録媒体Sの情報(厚さやサイズ等)が設定され(ステップS001)、連続印刷が開始される(ステップS002)。
最初に通紙される記録媒体Sの印刷においては、ステップS001で設定された情報に基づいて予測された熱量外乱に基づき温度制御された定着装置にて定着が行われる(ステップS003及びS004)。
The flowchart in FIG. 14 shows a control flow during continuous printing as an example of the flow of the temperature control method of this embodiment.
First, information (such as thickness and size) of the recording medium S is set in the device (step S001), and continuous printing is started (step S002).
In printing on the recording medium S that is passed first, fixing is performed by a fixing device whose temperature is controlled based on the thermal disturbance predicted based on the information set in step S001 (steps S003 and S004).

ステップS004の1枚目(n=1)の印刷時における熱量外乱を取得し(ステップS005)、この熱量外乱に基づき2枚目(n+1、n=1)の熱量外乱を予測する(ステップS006)。予測された熱量外乱に基づきフィードフォワード信号を決定し(ステップS007)、決定されたフィードフォワード信号を、2枚目の記録媒体Sが定着ニップNを通過する前に前記加熱源に入力する。 The heat disturbance during printing of the first sheet (n=1) in step S004 is obtained (step S005), and the heat disturbance for the second sheet (n+1, n=1) is predicted based on this heat disturbance (step S006). A feedforward signal is determined based on the predicted heat disturbance (step S007), and the determined feedforward signal is input to the heat source before the second sheet of recording medium S passes through the fixing nip N.

連続印刷を継続するか否かを判断し(ステップS009)、印刷を継続する場合はステップS005に戻り、以降、ステップS006の先行する記録媒体(n枚目)による抜熱量に基づき熱量外乱を予測する工程と、ステップS007の後行の記録媒体(n+1枚目)の熱量外乱を予測する工程を行う。
印刷を継続しない場合は印刷を終了する。
It is determined whether or not to continue continuous printing (step S009). If printing is to continue, the process returns to step S005. Thereafter, step S006 is performed to predict a heat disturbance based on the amount of heat dissipated by the preceding recording medium (the nth sheet), and step S007 is performed to predict a heat disturbance for the subsequent recording medium (the n+1th sheet).
If printing is not to be continued, printing is terminated.

このように、本実施形態の温度制御方法では、連続印刷時に、先行する記録媒体Sによる抜熱量に基づき熱量外乱を予測する工程と、予測された熱量外乱に基づき決定されたフィードフォワード信号を、後行の記録媒体が定着ニップNを通過する前に加熱源であるヒータ50に入力する工程と、を有する。
ここで、定着ニップNを通過した先行の記録媒体Sの情報が、予め設定された記録媒体Sの情報と異なる場合、実際に定着ニップNを通過した記録媒体Sによる抜熱量から予測された熱量外乱に基づき、フィードフォワード信号を変更する工程を有する。
Thus, the temperature control method of this embodiment includes a step of predicting a heat disturbance based on the amount of heat dissipated by the preceding recording medium S during continuous printing, and a step of inputting a feedforward signal determined based on the predicted heat disturbance to the heater 50, which is a heating source, before the following recording medium passes through the fixing nip N.
Here, when the information of the preceding recording medium S that has passed through the fixing nip N differs from the preset information of the recording medium S, the method includes a step of changing the feedforward signal based on the heat disturbance predicted from the amount of heat dissipated by the recording medium S that has actually passed through the fixing nip N.

上述の構成により、予め設定されたものとは異なる種類の記録媒体が通紙された場合であっても、定着時の温度制御を適切に行うことができ、熱量が不足して画像オフセットが発生したり、熱量が過剰となって記録媒体にしわやカールが発生したりする等の印刷画像の品質低下を防止することができる。 The above-mentioned configuration allows proper temperature control during fixing even when a recording medium of a different type than the one previously set is fed through, preventing deterioration in the quality of the printed image, such as insufficient heat causing image offset, or excessive heat causing wrinkles or curling on the recording medium.

[実施例]
(実施例1)
本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置にて10枚の記録媒体に対する連続印刷を行った。
印刷に使用する記録媒体の情報として、紙厚の区分「薄紙(坪量が59g/m以下の記録媒体)」を選択し、画像形成装置に設定した。
一方、給紙トレイには、紙厚の区分では「厚紙」に該当する坪量が105g/m以上の記録媒体をセットした。
[Example]
Example 1
An image forming apparatus equipped with the fixing device according to the present invention was used to continuously print on 10 sheets of recording medium.
As information on the recording medium used for printing, the paper thickness category "thin paper (recording medium having a basis weight of 59 g/m 2 or less)" was selected and set in the image forming apparatus.
On the other hand, a recording medium having a basis weight of 105 g/m 2 or more, which corresponds to “thick paper” in the paper thickness classification, was set in the paper feed tray.

印刷開始時、定着部材は設定された情報に基づき、「薄紙」の定着に適した温度(例えば、120℃)となるように制御された。
実際には「厚紙」が通紙されたことにより、予測された熱量外乱と異なる抜熱量で定着の熱量が不足し、1枚目ではコールドオフセット画像が生じた。
2枚目の印刷時においては、熱量外乱推定手段が1枚目の抜熱量から熱量外乱を高い精度で予測し、「厚紙」に対する定着に最適なフィードフォワード信号をヒータに入力したため、コールドオフセット画像は発生しなかった。同様に3枚目以降の印刷においてもコールドオフセット画像は発生しなかった。
1~3、5、7、10枚目の印刷画像品質の評価結果を図15(A)に示す。表中「×」はコールドオフセット画像の発生を示し、「〇」はコールドオフセット画像が発生せず、良好な画像品質であることを示している。
At the start of printing, the fixing member was controlled to a temperature suitable for fixing "thin paper" (for example, 120°C) based on the set information.
In reality, the "thick paper" was fed, and the amount of heat dissipated was different from the predicted heat disturbance, resulting in a shortage of heat for fixing, and a cold offset image was generated on the first sheet.
When printing the second sheet, the heat disturbance estimation means predicted the heat disturbance with high accuracy from the heat dissipation amount of the first sheet and inputted the feedforward signal optimal for fixing "thick paper" to the heater, so no cold offset image occurred. Similarly, no cold offset image occurred when printing the third sheet and thereafter.
The evaluation results of the print image quality of the first to third, fifth, seventh, and tenth sheets are shown in Fig. 15 (A). In the table, "x" indicates the occurrence of a cold offset image, and "o" indicates that no cold offset image occurred and that the image quality was good.

なお、フィードフォワード信号は、定着ベルト28や加圧ローラ30の温度が十分に上昇した温度飽和状態で検出しやすい。温度飽和状態では、抜熱量に相当する電力がヒータ50に入力されるためである。
本実施例は、事前に評価外の連続印刷を10分間行って定着装置を温度飽和状態とした後、上述の連続印刷を行った。以下の実施例も同様である。
The feedforward signal is easy to detect when the temperature of the fixing belt 28 or the pressure roller 30 is sufficiently increased and reaches a temperature saturation state. This is because, in the temperature saturation state, power equivalent to the amount of heat dissipation is input to the heater 50.
In this example, the above-mentioned continuous printing was performed after performing continuous printing for 10 minutes that was not included in the evaluation and the fixing device was brought to a temperature saturated state.

1~3枚目の印刷時に使用された熱量外乱を図15(B)に示す。
1枚目の印刷時は、設定された情報に基づき予測された熱量外乱を用いている。
2枚目の印刷時は、1枚目の印刷時に取得された熱量外乱に基づき予測された熱量外乱を用いている。同様に3枚目の印刷時は、2枚目の印刷時に取得された熱量外乱に基づき予測された熱量外乱を用いている。
The thermal disturbance used during printing of the first to third sheets is shown in FIG.
When printing the first sheet, the thermal disturbance predicted based on the set information is used.
When printing the second sheet, a heat quantity disturbance predicted based on the heat quantity disturbance obtained when printing the first sheet is used. Similarly, when printing the third sheet, a heat quantity disturbance predicted based on the heat quantity disturbance obtained when printing the second sheet is used.

1~3枚目の印刷時に入力されたフィードフォワード信号を図15(C)に示す。
フィードフォワード信号は、定着ベルト28の温度変動を抑制するため、具体的には温度の落ち込みが最小となるように制御するための信号であり、ヒータ50に入力される。
1枚目の印刷時の信号は、設定された情報に基づき予測された熱量外乱から決定された信号である。
2枚目の印刷時の信号は、1枚目の印刷に基づき予測された熱量外乱から決定された信号であり、3枚目の印刷時の信号は、2枚目の印刷に基づき予測された熱量外乱から決定された信号である。
The feedforward signal input during printing of the first to third sheets is shown in FIG.
The feedforward signal is a signal for suppressing temperature fluctuations of the fixing belt 28 , specifically, for controlling the temperature drop to be minimized, and is input to the heater 50 .
The signal during printing of the first sheet is determined from the thermal disturbance predicted based on the set information.
The signal when printing the second sheet is a signal determined from the thermal disturbance predicted based on the printing of the first sheet, and the signal when printing the third sheet is a signal determined from the thermal disturbance predicted based on the printing of the second sheet.

(比較例1)
本発明に係る温度制御を行う手段を有していない従来の定着装置を備えた画像形成装置にて10枚の記録媒体(普通紙)に対する連続印刷を行った。
実施例1と同様、印刷に使用する記録媒体の情報として紙厚の区分を「薄紙」を選択し、画像形成装置に設定した。給紙トレイには紙厚の区分では「厚紙」に該当する記録媒体をセットした。
印刷開始時、定着部材は設定された情報に基づき、「薄紙」の定着に適した温度(例えば、120℃)となるように制御された。
実際には「厚紙」が通紙されたことにより、予測された熱量外乱と異なる抜熱量で定着の熱量が不足し、すべての印刷画像においてコールドオフセット画像が生じた。
1~3、5、7、10枚目の印刷画像品質の評価結果を図15(A)に示す。表中「×」はコールドオフセット画像の発生を示している。
(Comparative Example 1)
Continuous printing was carried out on 10 sheets of recording medium (plain paper) using an image forming apparatus equipped with a conventional fixing device that does not have the means for performing the temperature control according to the present invention.
As in the first embodiment, the paper thickness category of the recording medium to be used for printing was selected as "thin paper" and set in the image forming apparatus. A recording medium corresponding to the paper thickness category of "thick paper" was set in the paper feed tray.
At the start of printing, the fixing member was controlled to a temperature suitable for fixing "thin paper" (for example, 120°C) based on the set information.
In reality, the "cardboard" was fed, and the amount of heat dissipated differed from the predicted heat disturbance, resulting in a shortage of heat for fixing, and cold offset images occurred in all printed images.
The evaluation results of the print image quality for the first to third, fifth, seventh, and tenth sheets are shown in Fig. 15A. In the table, "x" indicates the occurrence of cold offset images.

(実施例2)
本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置にて10枚の記録媒体に対する連続印刷を行った。
印刷に使用する記録媒体の情報として、紙厚の区分「厚紙(坪量が105g/m以上の記録媒体)」を選択し、画像形成装置に設定した。
一方、給紙トレイには、紙厚の区分では「薄紙」に該当する坪量が59g/m以下の記録媒体をセットした。
Example 2
An image forming apparatus equipped with the fixing device according to the present invention was used to continuously print on 10 sheets of recording medium.
As information on the recording medium used for printing, the paper thickness category "heavy paper (recording medium having a basis weight of 105 g/m 2 or more)" was selected and set in the image forming apparatus.
On the other hand, a recording medium having a basis weight of 59 g/m 2 or less, which corresponds to the category of "thin paper" in terms of paper thickness, was set in the paper feed tray.

印刷開始時、定着部材は設定された情報に基づき、「厚紙」の定着に適した温度(例えば、150℃)となるように制御された。
実際には「薄紙」が通紙されたことにより、熱量が過剰となり、1枚目ではホットオフセット画像の発生や記録媒体のカールや皺の発生が見られた。
2枚目の印刷時においては、熱量外乱推定手段が1枚目の抜熱量から熱量外乱を高い精度で予測し、「薄紙」に対する定着に最適なフィードフォワード信号をヒータに入力したため、ホットオフセット画像や記録媒体のカールや皺は発生しなかった。3枚目以降の印刷においても同様であった。
1~3、5、7、10枚目の印刷画像品質の評価結果を図16(A)に示す。表中「△」はホットオフセット画像の発生及び記録媒体のカールや皺の発生を示し、「〇」は良好な画像品質であることを示している。
At the start of printing, the fixing member was controlled to a temperature suitable for fixing "cardboard" (for example, 150° C.) based on the set information.
In reality, the amount of heat was excessive due to the "thin paper" being fed through, and the first sheet of paper showed the occurrence of hot offset images and curls and wrinkles in the recording medium.
When printing the second sheet, the heat disturbance estimation means predicted the heat disturbance with high accuracy from the heat dissipation amount of the first sheet and inputted a feedforward signal that was optimal for fixing the "thin paper" to the heater, so no hot offset image or curling or wrinkling of the recording medium occurred. The same was true for printing the third sheet and onwards.
The evaluation results of the print image quality of the first to third, fifth, seventh, and tenth sheets are shown in Fig. 16 (A). In the table, "△" indicates the occurrence of hot offset images and the occurrence of curling or wrinkling of the recording medium, and "◯" indicates good image quality.

1~3枚目の印刷時に使用された熱量外乱を図16(B)に示す。
1枚目の印刷時は、設定された情報に基づき予測された熱量外乱を用いている。
2枚目の印刷時は、1枚目の印刷時に取得された熱量外乱に基づき予測された熱量外乱を用いている。同様に3枚目の印刷時は、2枚目の印刷時に取得された熱量外乱に基づき予測された熱量外乱を用いている。
The thermal disturbance used during printing of the first to third sheets is shown in FIG.
When printing the first sheet, the thermal disturbance predicted based on the set information is used.
When printing the second sheet, a heat quantity disturbance predicted based on the heat quantity disturbance obtained when printing the first sheet is used. Similarly, when printing the third sheet, a heat quantity disturbance predicted based on the heat quantity disturbance obtained when printing the second sheet is used.

1~3枚目の印刷時に入力されたフィードフォワード信号を図16(C)に示す。
フィードフォワード信号は、定着ベルト28の温度変動を抑制するため、具体的には温度の落ち込みが最小となるように制御するための信号であり、ヒータ50に入力される。
1枚目の印刷時の信号は、設定された情報に基づき予測された熱量外乱から決定された信号である。
2枚目の印刷時の信号は、1枚目の印刷に基づき予測された熱量外乱から決定された信号であり、3枚目の印刷時の信号は、2枚目の印刷に基づき予測された熱量外乱から決定された信号である
The feedforward signal input during printing of the first to third sheets is shown in FIG.
The feedforward signal is a signal for suppressing temperature fluctuations of the fixing belt 28 , specifically, for controlling the temperature drop to be minimized, and is input to the heater 50 .
The signal during printing of the first sheet is determined from the thermal disturbance predicted based on the set information.
The signal when the second sheet is printed is a signal determined from the thermal disturbance predicted based on the printing of the first sheet, and the signal when the third sheet is printed is a signal determined from the thermal disturbance predicted based on the printing of the second sheet.

(比較例2)
本発明に係る温度制御を行う手段を有していない従来の定着装置を備えた画像形成装置にて10枚の記録媒体(普通紙)に対する連続印刷を行った。
実施例2と同様、印刷に使用する記録媒体の情報として紙厚の区分を「厚紙」を選択し、画像形成装置に設定した。給紙トレイには紙厚の区分では「薄紙」に該当する記録媒体をセットした。
印刷開始時、定着部材は設定された情報に基づき、「厚紙」の定着に適した温度(例えば、150℃)となるように制御された。
実際には「薄紙」が通紙されたことにより、予測された熱量外乱と異なる抜熱量で定着の熱量が過剰となり、すべての印刷画像においてホットオフセット画像が生じ、記録媒体にカールや皺が発生した。
1~3、5、7、10枚目の印刷画像品質の評価結果を図16(A)に示す。表中「△」はホットオフセット画像の発生及び記録媒体のカールや皺の発生を示している。
(Comparative Example 2)
An image forming apparatus equipped with a conventional fixing device not having the means for performing the temperature control according to the present invention was used to continuously print 10 sheets of recording medium (plain paper).
As in the second embodiment, the paper thickness category of the recording medium to be used for printing was selected as "thick paper" and set in the image forming apparatus. A recording medium corresponding to the paper thickness category of "thin paper" was set in the paper feed tray.
At the start of printing, the fixing member was controlled to a temperature suitable for fixing "cardboard" (for example, 150° C.) based on the set information.
In reality, the fact that the "thin paper" was passed through the printer resulted in an excessive amount of heat being dissipated during fixing due to a heat disturbance that differed from the predicted heat disturbance, resulting in hot offset images in all printed images and curling and wrinkling of the recording media.
The evaluation results of the print image quality for the first to third, fifth, seventh and tenth sheets are shown in Fig. 16A. In the table, "△" indicates the occurrence of hot offset images and the occurrence of curls or wrinkles in the recording medium.

(実施例3)
本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置にて10枚の記録媒体に対する連続印刷を行った。
印刷に使用する記録媒体の情報として、紙厚の区分「薄紙(坪量が59g/m以下の記録媒体)」を選択し、画像形成装置に設定した。
一方、給紙トレイには、紙厚の区分では「厚紙」に該当する坪量が105g/m以上の記録媒体をセットした。
また、電源電圧を定格電圧より低い電圧とした。具体的には100V仕様の画像形成装置において、80V程度で印刷を行った。
Example 3
An image forming apparatus equipped with the fixing device according to the present invention was used to continuously print on 10 sheets of recording medium.
As information on the recording medium used for printing, the paper thickness category "thin paper (recording medium having a basis weight of 59 g/m 2 or less)" was selected and set in the image forming apparatus.
On the other hand, a recording medium having a basis weight of 105 g/m 2 or more, which corresponds to “thick paper” in the paper thickness classification, was set in the paper feed tray.
The power supply voltage was set to a voltage lower than the rated voltage. Specifically, printing was performed at about 80 V in an image forming apparatus with a 100 V specification.

印刷開始時、定着部材は設定された情報に基づき、「薄紙」の定着に適した温度(例えば、120℃)となるように制御された。ヒータの最大電力は1000Wから640W程度に低下した。
実際には「厚紙」が通紙されたことにより、予測された熱量外乱と異なる抜熱量で定着の熱量が不足し、1枚目ではコールドオフセット画像が生じた。
2枚目の印刷時においては、熱量外乱推定手段が1枚目の抜熱量から熱量外乱を高い精度で予測し、「厚紙」に対する定着に最適なフィードフォワード信号をヒータに入力したため、コールドオフセット画像は発生しなかった。
なお、低電圧状態で薄紙を通紙したときに最適なフィードフォワード信号をヒータに入力するために、フィードフォワード制御を実施例1におけるタイミングより早めに開始し、フィードフォワード出力(電力)は実施例1よりも低い値となった。
同様に3枚目以降の印刷においてもコールドオフセット画像は発生しなかった。
1~3、5、7、10枚目の印刷画像品質の評価結果を図17(A)に示す。表中「×」はコールドオフセット画像の発生を示し、「〇」はコールドオフセット画像が発生せず、良好な画像品質であることを示している。
At the start of printing, the fixing member was controlled based on the set information so that the temperature was suitable for fixing "thin paper" (for example, 120°C). The maximum power of the heater was reduced from 1000W to about 640W.
In reality, the "thick paper" was fed, and the amount of heat dissipated was different from the predicted heat disturbance, resulting in a shortage of heat for fixing, and a cold offset image was generated on the first sheet.
When printing the second sheet, the heat disturbance estimation means predicted the heat disturbance with high accuracy from the amount of heat dissipated from the first sheet and input a feedforward signal to the heater that was optimal for fixing to "thick paper," so that no cold offset image occurred.
In addition, in order to input an optimal feedforward signal to the heater when thin paper is passed through under low voltage conditions, feedforward control was started earlier than in Example 1, and the feedforward output (power) was lower than in Example 1.
Similarly, no cold offset images were observed in the third and subsequent prints.
The evaluation results of the print image quality of the first to third, fifth, seventh, and tenth sheets are shown in Fig. 17A. In the table, "x" indicates the occurrence of a cold offset image, and "o" indicates that no cold offset image occurred and that the image quality was good.

1~3枚目の印刷時に使用された熱量外乱を図17(B)に示す。
1枚目の印刷時は、設定された情報に基づき予測された熱量外乱を用いている。
2枚目の印刷時は、1枚目の印刷時に取得された熱量外乱に基づき予測された熱量外乱を用いている。同様に3枚目の印刷時は、2枚目の印刷時に取得された熱量外乱に基づき予測された熱量外乱を用いている。
The thermal disturbance used during printing of the first to third sheets is shown in FIG.
When printing the first sheet, the thermal disturbance predicted based on the set information is used.
When printing the second sheet, a heat quantity disturbance predicted based on the heat quantity disturbance obtained when printing the first sheet is used. Similarly, when printing the third sheet, a heat quantity disturbance predicted based on the heat quantity disturbance obtained when printing the second sheet is used.

1~3枚目の印刷時に入力されたフィードフォワード信号を図17(C)に示す。
フィードフォワード信号は、定着ベルト28の温度変動を抑制するため、具体的には温度の落ち込みが最小となるように制御するための信号であり、ヒータ50に入力される。
1枚目の印刷時の信号は、設定された情報に基づき予測された熱量外乱から決定された信号である。
2枚目の印刷時の信号は、1枚目の印刷に基づき予測された熱量外乱から決定された信号であり、3枚目の印刷時の信号は、2枚目の印刷に基づき予測された熱量外乱から決定された信号である。
実施例1と比べて、信号入力のタイミングが早く、かつフィードフォワード出力(電力)は低くなっている。
The feedforward signal input during printing of the first to third sheets is shown in FIG.
The feedforward signal is a signal for suppressing temperature fluctuations of the fixing belt 28 , specifically, for controlling the temperature drop to be minimized, and is input to the heater 50 .
The signal during printing of the first sheet is determined from the thermal disturbance predicted based on the set information.
The signal when printing the second sheet is a signal determined from the thermal disturbance predicted based on the printing of the first sheet, and the signal when printing the third sheet is a signal determined from the thermal disturbance predicted based on the printing of the second sheet.
Compared to the first embodiment, the timing of the signal input is earlier and the feedforward output (power) is lower.

(比較例3)
本発明に係る温度制御を行う手段を有していない従来の定着装置を備えた画像形成装置にて10枚の記録媒体(普通紙)に対する連続印刷を行った。
実施例3と同様、印刷に使用する記録媒体の情報として紙厚の区分を「薄紙」を選択し、画像形成装置に設定した。給紙トレイには紙厚の区分では「厚紙」に該当する記録媒体をセットした。
印刷開始時、定着部材は設定された情報に基づき、「薄紙」の定着に適した温度(例えば、120℃)となるように制御された。
また、電源電圧を定格電圧より低い電圧とした。具体的には100V仕様の画像形成装置において、80V程度で印刷を行った。
実際には「厚紙」が通紙されたことにより、予測された熱量外乱と異なる抜熱量で定着の熱量が不足し、すべての印刷画像においてコールドオフセット画像が生じた。
1~3、5、7、10枚目の印刷画像品質の評価結果を図17(A)に示す。表中「×」はコールドオフセット画像の発生を示している。なお、コールドオフセットの程度は実施例1よりも顕著であった。
(Comparative Example 3)
Continuous printing was carried out on 10 sheets of recording medium (plain paper) using an image forming apparatus equipped with a conventional fixing device that does not have the means for performing the temperature control according to the present invention.
As in the third embodiment, the paper thickness category of the recording medium to be used for printing was selected as "thin paper" and set in the image forming apparatus. A recording medium corresponding to the paper thickness category of "thick paper" was set in the paper feed tray.
At the start of printing, the fixing member was controlled to a temperature suitable for fixing "thin paper" (for example, 120°C) based on the set information.
The power supply voltage was set to a voltage lower than the rated voltage. Specifically, printing was performed at about 80 V in an image forming apparatus with a 100 V specification.
In reality, the "cardboard" was fed, and the amount of heat dissipated differed from the predicted heat disturbance, resulting in a shortage of heat for fixing, and cold offset images occurred in all printed images.
The evaluation results of the print image quality of the first to third, fifth, seventh, and tenth sheets are shown in Fig. 17(A). In the table, "x" indicates the occurrence of cold offset images. The degree of cold offset was more significant than in Example 1.

(実施例4)
本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置にて10枚の記録媒体に対する連続印刷を行った。
印刷に使用する記録媒体の情報として紙厚の区分を「薄紙(坪量が59g/m以下の記録媒体)」を選択した。また、紙サイズ区分として「不定型」を選択し、長さの値として「200mm」を設定手段から入力した。
給紙トレイには、「薄紙」に該当し、かつ長さが上記設定した値よりも短い150mmの記録媒体をセットした。
Example 4
An image forming apparatus equipped with the fixing device according to the present invention was used to continuously print on 10 sheets of recording medium.
As information on the recording medium to be used for printing, the paper thickness category was selected as "thin paper (recording medium with a basis weight of 59 g/ m2 or less)." In addition, the paper size category was selected as "irregular size," and the length value was input as "200 mm" from the setting means.
A recording medium corresponding to "thin paper" and having a length of 150 mm, which is shorter than the above-mentioned set value, was set in the paper feed tray.

印刷開始時、定着部材は設定された情報に基づき、「薄紙」の定着に適した温度(例えば、120℃)となるように制御された。
実際には長さが「150mm」の記録媒体が通紙されたことにより、1枚目の記録媒体の後端が通過した後も差分の50mmを加熱するためのヒータ入力があった。
2枚目の印刷時においては、熱量外乱推定手段が1枚目の抜熱量から熱量外乱を高い精度で予測し、長さが「150mm」の記録媒体に対する定着に最適なフィードフォワード信号をヒータに入力したため、無駄な加熱が行われなくなった。同様に3枚目以降の印刷においても適切な加熱時間となった。
1~3、5、7、10枚目の加熱時間の評価結果を図18(A)に示す。表中「△」は記録媒体通過後のヒータ入力がみられたことを示し、「〇」は適切なヒータ入力に記録媒体通過後にヒータ入力が終了し、無駄な加熱が行われなかったことを示している。
At the start of printing, the fixing member was controlled to a temperature suitable for fixing "thin paper" (for example, 120°C) based on the set information.
In reality, a recording medium having a length of "150 mm" was passed through, and therefore there was a heater input for heating the difference of 50 mm even after the trailing edge of the first recording medium had passed.
When printing the second sheet, the heat disturbance estimation means predicted the heat disturbance with high accuracy from the heat dissipation amount of the first sheet, and inputted a feedforward signal that was optimal for fixing the recording medium with a length of "150 mm" to the heater, so that unnecessary heating was not performed. Similarly, the heating time was appropriate for printing the third sheet and thereafter.
The evaluation results of the heating times for the first to third, fifth, seventh, and tenth sheets are shown in Fig. 18(A). In the table, "△" indicates that heater input was observed after the recording medium passed, and "◯" indicates that the heater input was appropriate and ended after the recording medium passed, and no unnecessary heating was performed.

1~3枚目の印刷時に使用された熱量外乱を図18(B)に示す。
1枚目の印刷時は、設定された情報に基づき予測された熱量外乱を用いている。
2枚目の印刷時は、1枚目の印刷時に取得された熱量外乱に基づき予測された熱量外乱を用いている。同様に3枚目の印刷時は、2枚目の印刷時に取得された熱量外乱に基づき予測された熱量外乱を用いている。
The thermal disturbance used during printing of the first to third sheets is shown in FIG.
When printing the first sheet, the thermal disturbance predicted based on the set information is used.
When printing the second sheet, a heat quantity disturbance predicted based on the heat quantity disturbance obtained when printing the first sheet is used. Similarly, when printing the third sheet, a heat quantity disturbance predicted based on the heat quantity disturbance obtained when printing the second sheet is used.

1~3枚目の印刷時に入力されたフィードフォワード信号を図18(C)に示す。
フィードフォワード信号は、定着ベルトの温度変動を抑制するため、具体的には通紙中の消費電力が最小となるように制御するための信号であり、ヒータに入力される。
1枚目の印刷時の信号は、設定された情報に基づき予測された熱量外乱から決定された信号である。
2枚目の印刷時の信号は、1枚目の印刷に基づき予測された熱量外乱から決定された信号であり、3枚目の印刷時の信号は、2枚目の印刷に基づき予測された熱量外乱から決定された信号である。
The feedforward signal input during printing of the first to third sheets is shown in FIG.
The feedforward signal is a signal for suppressing temperature fluctuations in the fixing belt, specifically, for controlling power consumption to be minimized while paper is passing, and is input to the heater.
The signal during printing of the first sheet is determined from the thermal disturbance predicted based on the set information.
The signal when printing the second sheet is a signal determined from the thermal disturbance predicted based on the printing of the first sheet, and the signal when printing the third sheet is a signal determined from the thermal disturbance predicted based on the printing of the second sheet.

(比較例4)
本発明に係る温度制御を行う手段を有していない従来の定着装置を備えた画像形成装置にて10枚の記録媒体(普通紙)に対する連続印刷を行った。
実施例4と同様、印刷に使用する記録媒体の情報として紙厚の区分を「薄紙」を選択し、長さを「200mm」として画像形成装置に設定した。給紙トレイには紙厚の区分では「薄紙」に該当する記録媒体であって、長さが「150mm」の記録媒体をセットした。
印刷開始時、定着部材は設定された情報に基づき、「薄紙」の定着に適した温度(例えば、120℃)となるように制御された。
実際には長さが「150mm」の記録媒体が通紙されたことにより、記録媒体の後端が通過した後も差分の50mmを加熱するためのヒータ入力があった。
1~3、5、7、10枚目の加熱時間の評価結果を図18(A)に示す。表中「△」は記録媒体通過後にもヒータ入力がみられ、無駄な加熱があったことを示している。
(Comparative Example 4)
Continuous printing was carried out on 10 sheets of recording medium (plain paper) using an image forming apparatus equipped with a conventional fixing device that does not have the means for performing the temperature control according to the present invention.
As in Example 4, the paper thickness category of the recording medium to be used for printing was selected as "thin paper" and the length was set to "200 mm" in the image forming apparatus. A recording medium that was classified as "thin paper" in terms of paper thickness and had a length of "150 mm" was set in the paper feed tray.
At the start of printing, the fixing member was controlled to a temperature suitable for fixing "thin paper" (for example, 120°C) based on the set information.
In reality, a recording medium having a length of "150 mm" was passed through, and therefore there was a heater input for heating the difference of 50 mm even after the trailing end of the recording medium had passed.
The evaluation results of the heating times for the first to third, fifth, seventh, and tenth sheets are shown in Fig. 18A. In the table, "△" indicates that heater input was observed even after the recording medium had passed, resulting in unnecessary heating.

以上のように、本発明に係る定着装置によれば、予め設定されたものとは異なる種類の記録媒体が通紙された場合であっても、定着時の温度制御を適切に行うことができ、該定着装置を備えた画像形成装置における印刷画像の品質低下を防止することができる。また定着動作時における無駄な加熱防止し、定着動作中の消費電力を低減することができる。 As described above, the fixing device according to the present invention can appropriately control the temperature during fixing even when a recording medium of a type different from the one preset is fed through, and can prevent a decrease in the quality of printed images in an image forming apparatus equipped with the fixing device. It can also prevent unnecessary heating during the fixing operation and reduce power consumption during the fixing operation.

1 定着装置
28 定着部材(定着ベルト)
29 定着ベルトモジュール
30 加圧部材(加圧ローラ)
30a 芯金
30b 弾性層
30c 離型層
34 温度検知手段(サーミスタ)
50 加熱源(ヒータ)
50a 発熱体
50b ヒータ基材
50d 導電パターン
50e、50f 電極部
52 絶縁層
53 ヒータホルダ
61 ステー
83 熱量外乱推定手段
85 予見制御手段
N 定着ニップ
S 記録媒体
1 Fixing device 28 Fixing member (fixing belt)
29 Fixing belt module 30 Pressure member (pressure roller)
30a: core metal; 30b: elastic layer; 30c: release layer; 34: temperature detection means (thermistor)
50 Heat source (heater)
50a Heating element 50b Heater substrate 50d Conductive pattern 50e, 50f Electrode portion 52 Insulating layer 53 Heater holder 61 Stay 83 Heat quantity disturbance estimating means 85 Prediction control means N Fixing nip S Recording medium

特開2011-90300号公報JP 2011-90300 A

Claims (14)

加熱源によって加熱される定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップを形成する加圧部材とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて該記録媒体上の画像を定着する定着装置において、
過去の定着時における記録媒体が前記定着ニップを通過する際に前記定着部材及び前記加圧部材から抜熱される抜熱量に基づき熱量外乱を予測する熱量外乱推定手段と、
前記熱量外乱を取得する熱量外乱取得手段と、
取得された前記熱量外乱に基づき、前記定着部材の温度変動を抑制するためのフィードフォワード信号を決定する予見制御手段と、を備え
連続印刷時に、
前記熱量外乱推定手段が、先行する記録媒体による抜熱量に基づき熱量外乱を予測し、
前記予見制御手段が、後行の記録媒体が前記定着ニップを通過する前にフィードフォワード信号を前記加熱源に入力することを特徴とする定着装置。
A fixing device including a fixing member heated by a heat source and a pressure member forming a fixing nip between the fixing member and the pressure member, and fixing an image on a recording medium by passing the recording medium through the fixing nip,
a heat quantity disturbance estimating means for predicting a heat quantity disturbance based on an amount of heat dissipated from the fixing member and the pressure member when a recording medium passes through the fixing nip during past fixing;
A heat quantity disturbance acquisition means for acquiring the heat quantity disturbance;
a predictive control unit that determines a feedforward signal for suppressing a temperature fluctuation of the fixing member based on the acquired heat quantity disturbance ,
During continuous printing,
the heat quantity disturbance estimation means predicts a heat quantity disturbance based on a heat quantity dissipated by a preceding recording medium;
The fixing device according to claim 1, wherein the preview control means inputs a feedforward signal to the heat source before a succeeding recording medium passes through the fixing nip .
加熱源によって加熱される定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップを形成する加圧部材とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて該記録媒体上の画像を定着する定着装置において、
過去の定着時における記録媒体が前記定着ニップを通過する際に前記定着部材及び前記加圧部材から抜熱される抜熱量に基づき熱量外乱を予測する熱量外乱推定手段と、
前記熱量外乱を取得する熱量外乱取得手段と、
取得された前記熱量外乱に基づき、前記定着部材の温度変動を抑制するためのフィードフォワード信号を決定する予見制御手段と、を備え、
前記定着ニップを通過した記録媒体の情報が、予め設定された記録媒体の情報と異なる場合、
前記予見制御手段は、前記定着ニップを通過した記録媒体による抜熱量から予測された熱量外乱に基づき、フィードフォワード信号を変更することを特徴とす定着装置。
A fixing device including a fixing member heated by a heat source and a pressure member forming a fixing nip between the fixing member and the pressure member, and fixing an image on a recording medium by passing the recording medium through the fixing nip,
a heat quantity disturbance estimating unit for predicting a heat quantity disturbance based on an amount of heat dissipated from the fixing member and the pressure member when a recording medium passes through the fixing nip during past fixing;
A heat quantity disturbance acquisition means for acquiring the heat quantity disturbance;
a predictive control unit that determines a feedforward signal for suppressing a temperature fluctuation of the fixing member based on the acquired heat quantity disturbance,
When the information of the recording medium that has passed through the fixing nip is different from the information of the recording medium that has been preset,
The fixing device according to claim 1, wherein the predictive control means changes a feedforward signal based on a heat quantity disturbance predicted from a heat quantity dissipated by a recording medium passing through the fixing nip.
連続印刷時に、
前記熱量外乱推定手段が、先行する記録媒体による抜熱量に基づき熱量外乱を予測し、
前記予見制御手段が、後行の記録媒体が前記定着ニップを通過する前にフィードフォワード信号を前記加熱源に入力することを特徴とする請求項に記載の定着装置。
During continuous printing,
the heat quantity disturbance estimation means predicts a heat quantity disturbance based on a heat quantity dissipated by a preceding recording medium;
3. The fixing device according to claim 2 , wherein the preview control means inputs a feedforward signal to the heat source before a succeeding recording medium passes through the fixing nip.
前記定着ニップを通過した記録媒体の情報が、予め設定された記録媒体の情報と異なる場合、
前記予見制御手段は、前記定着ニップを通過した記録媒体による抜熱量から予測された熱量外乱に基づき、フィードフォワード信号を変更することを特徴とする請求項に記載の定着装置。
When the information of the recording medium that has passed through the fixing nip is different from the information of the recording medium that has been preset,
2. The fixing device according to claim 1 , wherein the predictive control means changes the feedforward signal based on a heat quantity disturbance predicted from a heat quantity dissipated by the recording medium passing through the fixing nip.
前記記録媒体の情報が、記録媒体の厚さ及び記録媒体の長さのいずれかであることを特徴とする請求項2または4に記載の定着装置。 5. The fixing device according to claim 2 , wherein the information about the recording medium is either a thickness or a length of the recording medium. 請求項1から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。 6. An image forming apparatus comprising the fixing device according to claim 1. 加熱源によって加熱される定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップを形成する加圧部材とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて該記録媒体上の画像を定着する定着装置の温度制御において、
過去の定着時における記録媒体が前記定着ニップを通過する際に前記定着部材及び前記加圧部材から抜熱される抜熱量に基づき熱量外乱を予測する熱量外乱推定工程と、
前記熱量外乱を取得する熱量外乱取得工程と、
取得された前記熱量外乱に基づき、前記定着部材の温度変動を抑制するためのフィードフォワード信号を決定する予見制御工程と、を有し、
連続印刷時に、
先行する記録媒体による抜熱量に基づき熱量外乱を予測する工程と、
予測された熱量外乱に基づき決定されたフィードフォワード信号を、後行の記録媒体が前記定着ニップを通過する前に前記加熱源に入力する工程と、を有することを特徴とする定着装置の温度制御方法。
In a temperature control of a fixing device, the fixing device includes a fixing member that is heated by a heat source and a pressure member that forms a fixing nip between the fixing member and the pressure member, and fixes an image on a recording medium by passing the recording medium through the fixing nip,
a heat quantity disturbance estimating step of predicting a heat quantity disturbance based on an amount of heat removed from the fixing member and the pressure member when a recording medium passes through the fixing nip during past fixing;
a heat quantity disturbance acquiring step of acquiring the heat quantity disturbance;
and a predictive control step of determining a feedforward signal for suppressing a temperature fluctuation of the fixing member based on the acquired heat quantity disturbance ,
During continuous printing,
A step of predicting a heat disturbance based on a heat dissipation amount by a preceding recording medium;
and inputting a feedforward signal determined based on a predicted heat quantity disturbance to the heat source before a subsequent recording medium passes through the fixing nip .
加熱源によって加熱される定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップを形成する加圧部材とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて該記録媒体上の画像を定着する定着装置の温度制御において、
過去の定着時における記録媒体が前記定着ニップを通過する際に前記定着部材及び前記加圧部材から抜熱される抜熱量に基づき熱量外乱を予測する熱量外乱推定工程と、
前記熱量外乱を取得する熱量外乱取得工程と、
取得された前記熱量外乱に基づき、前記定着部材の温度変動を抑制するためのフィードフォワード信号を決定する予見制御工程と、を有し、
前記定着ニップを通過した記録媒体の情報が、予め設定された記録媒体の情報と異なる場合、
前記定着ニップを通過した記録媒体による抜熱量から予測された熱量外乱に基づき、フィードフォワード信号を変更する工程を有することを特徴とす定着装置の温度制御方法。
In a temperature control of a fixing device, the fixing device includes a fixing member that is heated by a heat source and a pressure member that forms a fixing nip between the fixing member and the pressure member, and fixes an image on a recording medium by passing the recording medium through the fixing nip,
a heat quantity disturbance estimating step of predicting a heat quantity disturbance based on an amount of heat removed from the fixing member and the pressure member when a recording medium passes through the fixing nip during past fixing;
a heat quantity disturbance acquiring step of acquiring the heat quantity disturbance;
and a predictive control step of determining a feedforward signal for suppressing a temperature fluctuation of the fixing member based on the acquired heat quantity disturbance,
When the information of the recording medium that has passed through the fixing nip is different from the information of the recording medium that has been preset,
A temperature control method for a fixing device, comprising the step of changing a feedforward signal based on a heat quantity disturbance predicted from a heat quantity dissipated by a recording medium passing through the fixing nip.
加熱源によって加熱される定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップを形成する加圧部材とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて該記録媒体上の画像を定着する定着装置の温度制御において、
過去の定着時における記録媒体が前記定着ニップを通過する際に前記定着部材及び前記加圧部材から抜熱される抜熱量に基づき熱量外乱を予測する熱量外乱推定工程と、
前記熱量外乱を取得する熱量外乱取得工程と、
取得された前記熱量外乱に基づき、前記定着部材の温度変動を抑制するためのフィードフォワード信号を決定する予見制御工程と、を有し、
電源電圧が、定格電圧より低い場合、
前記予見制御工程によるフィードフォワード制御のタイミングを早めることを特徴とす定着装置の温度制御方法
In a temperature control of a fixing device, the fixing device includes a fixing member that is heated by a heat source and a pressure member that forms a fixing nip between the fixing member and the pressure member, and fixes an image on a recording medium by passing the recording medium through the fixing nip,
a heat quantity disturbance estimating step of predicting a heat quantity disturbance based on an amount of heat removed from the fixing member and the pressure member when a recording medium passes through the fixing nip during past fixing;
a heat quantity disturbance acquiring step of acquiring the heat quantity disturbance;
and a predictive control step of determining a feedforward signal for suppressing a temperature fluctuation of the fixing member based on the acquired heat quantity disturbance,
If the power supply voltage is lower than the rated voltage,
and advancing the timing of the feedforward control by the predictive control step.
加熱源によって加熱される定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップを形成する加圧部材とを備え、前記定着ニップに記録媒体を通過させて該記録媒体上の画像を定着する定着装置の温度制御において、
過去の定着時における記録媒体が前記定着ニップを通過する際に前記定着部材及び前記加圧部材から抜熱される抜熱量に基づき熱量外乱を予測する熱量外乱推定工程と、
前記熱量外乱を取得する熱量外乱取得工程と、
取得された前記熱量外乱に基づき、前記定着部材の温度変動を抑制するためのフィードフォワード信号を決定する予見制御工程と、を有し、
電源電圧が、定格電圧より低い場合、
前記予見制御工程によるフィードフォワード出力を抑制することを特徴とす定着装置の温度制御方法。
In a temperature control of a fixing device, the fixing device includes a fixing member that is heated by a heat source and a pressure member that forms a fixing nip between the fixing member and the pressure member, and fixes an image on a recording medium by passing the recording medium through the fixing nip,
a heat quantity disturbance estimating step of predicting a heat quantity disturbance based on an amount of heat removed from the fixing member and the pressure member when a recording medium passes through the fixing nip during past fixing;
a heat quantity disturbance acquiring step of acquiring the heat quantity disturbance;
and a predictive control step of determining a feedforward signal for suppressing a temperature fluctuation of the fixing member based on the acquired heat quantity disturbance,
If the power supply voltage is lower than the rated voltage,
The temperature control method for a fixing device, comprising : suppressing a feedforward output by the preview control step.
連続印刷時に、
先行する記録媒体による抜熱量に基づき熱量外乱を予測する工程と、
予測された熱量外乱に基づき決定されたフィードフォワード信号を、後行の記録媒体が前記定着ニップを通過する前に前記加熱源に入力する工程と、を有することを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の定着装置の温度制御方法。
During continuous printing,
A step of predicting a heat disturbance based on a heat dissipation amount by a preceding recording medium;
11. The temperature control method of a fixing device according to claim 8 , further comprising a step of inputting a feedforward signal determined based on a predicted heat quantity disturbance to the heat source before a succeeding recording medium passes through the fixing nip.
前記定着ニップを通過した記録媒体の情報が、予め設定された記録媒体の情報と異なる場合、
前記定着ニップを通過した記録媒体による抜熱量から予測された熱量外乱に基づき、フィードフォワード信号を変更する工程を有することを特徴とする請求項7、9または10に記載の定着装置の温度制御方法。
When the information of the recording medium that has passed through the fixing nip is different from the information of the recording medium that has been preset,
11. The temperature control method for a fixing device according to claim 7, further comprising a step of changing a feedforward signal based on a heat quantity disturbance predicted from a heat quantity dissipated by a recording medium passing through the fixing nip.
電源電圧が、定格電圧より低い場合、
前記予見制御工程によるフィードフォワード制御のタイミングを早めることを特徴とする請求項7、8または10に記載の定着装置の温度制御方法。
If the power supply voltage is lower than the rated voltage,
11. The temperature control method for a fixing device according to claim 7, 8 or 10 , wherein a timing of the feedforward control in the preview control step is advanced.
電源電圧が、定格電圧より低い場合、
前記予見制御工程によるフィードフォワード出力を抑制することを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の定着装置の温度制御方法。
If the power supply voltage is lower than the rated voltage,
10. The temperature control method for a fixing device according to claim 7, wherein a feedforward output by the preview control step is suppressed.
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