JPS63172187A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複写機、レーザビームプリンタ等に装備され
る熱定着方式による定着装置に関する。

（従来の技術） 熱定着方式としては、熱ローラ方式、チャンバ一方式等
が知られており、いずれもトナーを溶融し、記録材上に
加熱定着させるものである。このような方式を採用した
定着装置では、周囲の温度が低い状態で電源を投入した
場合、装置の温度が周囲の温度と同じに低くなっている
ことから、定着に必要な温度に昇温するまで時間がかか
る。

特に、加熱ローラに加圧ローラを圧接させた熱ローラ方
式の定着装置にあっては、ローラ回転初期時に加熱ロー
ラ、加圧ローラおよび記録紙に熱を奪われるため、定着
温度が低下し、定着性が悪化するという問題があり、こ
れを防止するために従来よりスタンバイ時の温度を高め
に設定する手段がとられていた。

しかし、この場合、機内の昇温と同時に加圧ローラを構
成するスポンジ状のゴム層（熱に弱い）が長時間高温状
態にさらされることになり、加熱減量、硬度アップ等の
ゴム層の劣化を早める結果となっていた。

このような問題を解決するため、機内に室温検知用のサ
ーミスタを設けて、室温Ｔが所定温度Ｔｏ　に対し、 ■　Ｔ≧ＴＯのとき、スタンバイ時の温調温度をＴ１　
とし、 （■　Ｔ　＜　Ｔ　ｏのとき、スタンバイ時の温調温度
を始めＴ２とし、 一定時間経過後、Ｔｌ　とする（ただしＴ２　＞Ｔｌ　
）温度制御手段を装備した定着装置が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記装置では、室温検知装置のコストが
かかり、またサーミスタを機内に設けであるために正確
に室温を検知できず、温調が適正になされないという問
題がある他に、装置への入力電圧の変動による定着ロー
ラの温度低下に対して十分に補償できないためにあらか
じめ設定温度を高めにしておき、入力電圧が低下しても
定着ローラの表面温度がトナーの定着温度以下にならな
いようにしていることから、設定温度が必要以上に高く
なることがあり、このため加圧ローラの耐用年数（寿命
）を延ばすことが難かしい問題があり、また入力電圧の
低下を補償するために定着ヒータの定格電力を高くして
おく方式を採用した場合には、消費電力の節約の面から
好ましくない事態が生ずる問題があった。

そこで、本発明は上記従来技術の問題点を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、室温検知
のための装置を省略してコストダウンを図ると同時に、
適正な温調を行い、常に最良の定着性を保ち、また耐熱
性に劣るスポンジ状のゴム等を加圧ローラとして使用し
た場合でも耐久性を向上させることができ、さらに消費
電力を節約することができる定着装置を提供することで
ある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明にあっては、加熱手段と
、該加熱手段によって加熱されてトナー画像を記録材に
定着させる定着手段と、該定着手段の温度を検知する温
度検知手段からの検知信号に基づいて加熱手段を制御す
る温度制御手段とを具備してなる定着装置において、前
記温度検知手段からの検知信号に基づいて前記定着手段
の温度が所定温度に達するまでの時間を検知する時間検
知手段を装備し、かつ前記温度制御手段を、定着手段の
温度が所定温度に達するまでの時間が長くなるに従って
設定温度を高くするようにした複数の温調モードを有し
、該時間検知手段からの検知信号に基づき該温調モード
を選択して前記加熱手段を制御するように構成してなる
ことを特徴としている。

（作　　　用） 上記構成を有する本発明では１時間検知手段の検知信号
に基づき、定着手段の温度が所定温度に達するまでの時
間が短かい場合には低い設定温度の温調モードを選択し
、また該時間が長い場合には高い設定温度の温調モード
を選択して温度制御手段が加熱手段を制御する。

（実　施　例） 以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明する。第１
図において、１は加熱定着装置を示しており、この加熱
定着装置ｌは、加熱ローラ２と、該加熱ローラ２に圧接
する加圧ローラ３とを備えている。加熱ローラ２は、Ａ
文、Ｓｕｓ、鉄等の熱伝導の良好な材料からなる中空円
筒体４上に、フッ素樹脂からなる耐熱離型層５を被覆し
て構成されている。

加熱ローラ２の内部には、その中央部に長手方向に沿っ
てハロゲンランプ等のヒータ６が設けられており、該ヒ
ータ６は後述する温度検知素子↓１および温度制御手段
１２によってその発熱が制御され加熱ローラ２表面を所
定の温度に加熱する。一方、加圧ローラ３は、Ｓ　ｕｓ
　、鉄等からなる芯金７上に比較的厚いシリコーンスポ
ンジ上にシリコーンゴム層を設けたもの等の耐熱弾性体
層８を被覆し、十分なニップをとれるようにしたもので
ある。

また、加熱ローラ２には、耐熱多孔質フッ素樹脂（例え
ばフロロポア；商品名）等の離型剤塗布部材９により、
シリコーンオイル等の離型剤が塗布され、メータリング
ブレード１０により加熱ローラ２上に均一に離型剤が塗
布される。さらに、メータリングブレード１０は、加熱
ローラ２上にオフセットしたトナーのクリーニングも行
なう。加熱ローラ２上の表面温度は、サーミスタからな
る温度検知素子１１によって検知され、温度制御手段１
２が制御される。図中、１３は転写材の進入をガイドす
るための進入ガイドを示しており、１４．１５は加熱ロ
ーラ２および加圧ローラ３にそれぞれ接触した分離爪を
示しており。

２３は記録紙、２４はトナー画像を示している。

第２図は本発明の特徴部分である温度制御手段１２の一
実施例を示すブロック図である。温度検知素子１１を構
成するサーミスタは加熱ローラ２の表面温度により抵抗
値が変化するため、この抵抗値の変化を電圧に変換して
コンパレータ１６．１７．１８にて温度を検知する。ま
た、コンパレータ１９は加熱ローラ２等の温度調節のた
めリレー２１をＯＮ　、ＯＦＦするもので、ＣＰＵ２０
によって制御される。

第３図はＣＰＵ２０の制御内容である温調モードエと温
調モード■を示している。温調モードエではスタンバイ
時の温度を低い温度に設定し、また温調モード■ではス
タンバイ時の温度を高い温度に設定している。ここで、
コンパレータ１６は第２図に示す温度ＴＩ　に対応し、
またコンパレータ１７は同図に示す温度Ｔ２に対応し、
またコンパレータ１８は同図に示す温度Ｔ３に対応する
ようにそれぞれ基準電圧１６ａ、１７ａ、１８ａが設定
されており、また温度Ｔ３と対応するコンパレータ１８
と、ＣＰＵ２０のコンパレータ１８が反転するまでの時
間（温度Ｔ３を検知するまでの時間）をモニタする部分
とで時間検知手段２２が構成されている。

次に上記実施例の作用を説明する。

装置のメインスイッチ（図示せず）をＯＮにすると、Ｃ
ＰＵ２０が働き、コンパレータ１９、リレー２１を介し
てヒータ６を動作させる。ヒータ６によって加熱ローラ
２の温度が上昇すると、温度検知素子１１で加熱ローラ
２の表面温度をモニタする。ここで、メインスイッチＯ
Ｎ後。

ＣＰＵ２０は、所定の温度Ｔ３に達するまでの時間ｔ、
すなわちコンパレータ１８が反転するまでの時間ｔをモ
ニタし、 ■　ｔ　＜　ｔ　ｏのとき温調モードＩを選択し、■　
ｔ≧ｔｏのとき温調モード■を選択する。なお、ｔｏは
加熱定着装置１の定格等によって決定した一定値である
。

温調モードエを選択した場合は、コンパレータ１６によ
り温度Ｔ１になったことを検知した後（コンパレータ１
６が反転したことをＣＰＵ２０が検知した後）、温度Ｔ
Ｉで温調すようにヒータ６を制御する。

また、温調モード■を選択した場合は、コンパレータ１
７により温度Ｔ２になったことを検知した後（コンパレ
ータ１７が反転したことをＣＰＵ２０が検知した後）、
温度Ｔ２で温調するようにヒータ６を制御し、一定時間
経過後、温度Ｔ１の温調でヒータ６を制御するように切
換える。このように一定時間経過後、低い温度Ｔ１の温
調に切換えるのは、加圧ローラ３も十分に温まっている
ため、ローラ回転時の温度低下が少ないからである。

室温が低く温度の立上がり時間が長い場合や入力電圧が
低く同様に立上がり時間が長い場合には、定着ローラ（
加熱ローラ２、加圧ローラ３）回転初期時の温度低下が
大きいため、あらかじめスタンバイ温度を高くしておく
必要があるが、本実施例では、電源投入後、所定温度Ｔ
３に達するまでの時間をモニタして温調モードを選択す
るものであり、上記向れの場合でも温調モード■が選択
されてスタンバイ温度が高く設定されることから、定着
不良が生ずることはない。

一方、室温が低くても入力電圧が高ければ、定着ローラ
回転初期時の温度低下は供給熱量が十分なため少ないが
、この場合は立上り時間も短くなるため、スタンバイ温
度を低くした温調温度が選択され、設定温度が高くなり
過ぎるような事態が生じない。

すなわち、定着ローラ回転初期時に定着ローラ温度低下
が生じ易い場合のみスタンバイ時の設定温度を高くし、
それ以外の場合はスタンバイ時の設定温度を低くできる
ため、加圧ローラ３の寿命を延ばし、無駄な電力の消費
を抑えることができる。

なお、従来の室温検知方式で設定温度を切換える場合に
は、室温が低い場合のみスタンバイ温度が高くなるため
、例えば室温がある程度高くても入力電圧が低く供給熱
量が少ない場合には定着ローラ回転初期時に温度低下が
大きく定着性が悪く、また室温が低いが入力電圧が十分
高い場合には温度低下量が少ないのにかかわらず、スタ
ンバイ温度が高く必要以上に加圧ローラを加熱してその
寿命を短縮してしまう等の問題が生ずる。

次に上記実施例について具体例をあげて説明する。

ヒータ６として１００Ｖ、５００Ｗのものを用い、加熱
ローラ２の内部から加熱する方式を採用した。加熱ロー
ラ２は、外径２６．２φ、Ａｎ芯金肉厚１．５ｔのもの
を用いた。また、温度Ｔ３を１４０℃、時間ｔｏ　を３
０秒とし、３０秒未満の場合は温調モードエ（スタンバ
イ時１７０℃、定着時１８０℃）とし、３０秒以上の場
合は温調モード■（電源投入後、１時間はスタンバイ時
１９０’Ｃ！、定着時１９０℃とし、１時間経過後はス
タンバイ時１７０℃、定着ｖｆ１８０℃にする。）とし
た。

このような条件の下で、９０　ＩＩｍ／ｓｅｃの紙送り
速度でＡ４サイズの紙を毎分１５枚の速度で３．５ｍｍ
のニップ部が形成された加熱定着装鐙に連続通紙したと
ころ、加熱ローラ２の表面温度は第４図に示すように変
化した。すなわち、加熱ローラ２の表面温度が室温と同
じく２５℃のときにあっては、電源投入後、１４０℃に
達するまでの時間が１００Ｖ入力で２５，５秒かかり、
３０秒未満であることから、温調モードエが選択され、
スタンバイ時は１７０℃で温調され、紙が送られてくる
直前に１８０℃に立上り、通紙によって紙と加圧ローラ
３に熱を奪われ１７５℃まで低下し、その後１８０℃で
温調された。また、加熱ローラ２の表面温度が室温と同
じく１０℃のときにあっては、電源投入後、１４０℃に
達するまでの時間が１００■人力で３５．５秒かかり、
３０秒以上であることから、温調モード■が選択され、
スタンバイ時では１９０℃で温調され、通紙によって１
８０°Ｃまで低下し、その後１８０℃で温調された。な
お、１時間経過後には、１８０℃で温調され、そのとき
通紙時の加熱ローラ２の表面温度変化は温調モードエの
ときと同じになった。

上記具体例では入力電圧を一定にして （ｉｏｏｖ）、室温を変えた場合について説明したが、
次に入力電圧を変化させた場合について説明する。

加熱ローラ２の表面温度が室温と同じく２５℃でも、入
力電圧が８５Ｖのときには、電源投入後、１４０℃に達
するまでには３３．５秒かかることから、温調モード■
が選択された。この場合、スタンバイ時に１９０℃に温
調され、通紙時の温度低下は１８３℃程度に止めること
ができた。一方、加熱ローラ２の表面温度が室温と同じ
く１０℃でも、入電圧がｌｌ０Ｖのときには、電源投入
後、１４０℃に達するまで２８．５秒ですむことから、
温調モードＩが選択された。この場合、温度の立上りが
早いことから、スタンバイ時は１７０℃で温調され、紙
が送り込まれる直前で１８０℃に温調され、通紙時の温
度低下は１７３℃程度に止めることができた。

なお、比較のため、従来の室温検知方式で設定温度を切
換えた場合には、次のようになった。

例えば２０℃を設定温度の切換えの温度としたとき、室
温２５℃で入力電圧が８５Ｖのときは、２０℃を越える
ことから、温調モードエが選択されてしまい、温度の立
上りが遅いにもかかわらず、スタンバイ時には１７０℃
と低い温度で温調され、紙が送られる直前に昇温しても
１７６℃程度しかならず、通紙後は１６８℃まで低下し
てしまい、定着性がよくなかった。また、室温が１０℃
で、入力電圧が１１０ｖのときは、前述の如く温調モー
ドエで十分なのにもかかわらず、２０℃以下であること
から温調モード■が選択され、加圧ローラ３が必要以上
に加熱されてしまった。

上記実施例にあっては、前述したことに加えて、加熱定
着装置ｌの近くにある部材が冷えた状８（メインスイッ
チＯＮ直後）の温度制御に有効である。すなわち、装置
全体が冷えてまだ十分に温まっていないうちは、温調モ
ード■が選択されて、予めスタンバイ時にトナーの定着
温度よりも十分高い温度で加熱ローラ２の表面温度が制
御されることから、始動初期の温度低下分を補償するこ
とができ、また装置全体が十分に温まってからは、温調
モードエが選択されて、スタンバイ時の設定温度を下げ
て制御されることから、機内が必要以上に昇温されず好
ましい。

室温検知方式では、定着装置そのものの温度ではなく、
機内の温度を検知するものなので、定着装置自体が機内
温度よりも高い場合、すなわち電源を一度切って再び投
入する場合などは、誤ってスタンバイ時の温度を高めに
設定してしまうことがあり、定着温度が高くなって記録
紙がカールしたり、記録紙にシワが発生しやすくなる等
の問題がある０本実施例ではこれらの問題も解決するこ
とができる。

上記実施例では、２種類の温調モードを設定して温度制
御する場合を示したが、２種類以上の温調モードを設定
してもよく、この場合、より＠適なスタンバイ時温度と
定着時温度を設定することが可能となる０例えば、３種
類の温調モードを有する場合、所定温度Ｔに達するまで
の時間ｔがあらかじめ設定した時間ｔｏ、ｔ、に対して
■　１＜１．のとき　温調モードエ ■　ｔ≦１＜１．のとき　温調モード■■　ｔ≧ｔ１の
とき　温調モードｍ をそれぞれ選択するようにする。ここで、温調モードエ
ではスタンバイ時の温度をＴ４　′、定着時の温度をＴ
４とし、温調モード■ではスタンバイ時の温度をＴｓ　
′、定着時の温度をＴｓとし、温調モード■ではスタン
バイ時の温度Ｔ６　′、定着時の温度をＴｓとする。ま
た、Ｔｓ　’＞Ｔｓ　　’＞Ｔ４　’　、Ｔｓ　　’≧
Ｔｂ　、　Ｔｓ　　’≦Ｔ５　、Ｔ４　’≦Ｔ４の関係
があるように温度設定する。

すなわち、低温時あるいは入力電圧が低い時には、モー
ド■を選択し、スタンバイ時Ｔ６　′、定着時Ｔ６と高
めの温度て温調して定着不良が生じないようにし、通常
状態時には、モード■を選択しスタンバイ時にやや高め
の温度Ｔ５　　’で温調し、定着直前に十分な定着温度
である温度Ｔ５に立ち上げられるようにし、高温時ある
いは入力電圧が高い時には、モードエを選択しスタンバ
イ時Ｔ４　′、定着時Ｔ４と低めの温度で温調して加熱
し過ぎないようにする。

このようにすることによって、定着性を常に最良の状態
に保ったまま、加圧ローラ３の寿命を延ばすことが可能
となる。

次に上記の他の実施例について具体例をあげて説明する
。

前述の実施例と同じ構成の加熱定着装置ｌを用い、温調
モード切換えのための立上り時間を、１４０℃までに立
上る時間とし、ｔｏ　を２０秒、ｔｌを３０秒に設定し
た。また、温調モードＩをスタンバイ時Ｔａ’＝１６５
℃、定着時Ｔａ＝１８０℃とし、温調モード■をスタン
バイ時Ｔｓ’　＝１７０℃、定着時Ｔ５＝１８０℃とし
、温調モードｍをスタンバイ時Ｔ６’＝１９０℃、定着
時Ｔ６＝１９０℃とした。モードＴでは、メインスイッ
チＯＮ後、１時間経過すると、モードＨに切り換わるよ
うにした。

このようにすることで、室温の変化や入力電圧の変化に
対して最適な温調モードを選択することが可能となった
。特に加熱ローラ２の温度立上りが早いときには、スタ
ンバイ温度を１６５℃と低く設定できるので、加圧ロー
ラ３の寿命を大幅に延ばすことが可能となった０本発明
の実験によると、加圧ローラ３の寿命は設定温度が１０
℃高くなると、約８０％程度に短かくなり、定着回旋温
度である１８０℃でスタンバイ時、定着時ともに温調し
た従来の場合に比して、モードエで温調した場合（スタ
ンバイ時１６５℃）には加圧ローラ３の寿命が１．４倍
延ることが判明した。

なお、スタンバイ時の温度をあらかじめ低く設定してお
き、低温時（１０℃）や入力電圧が低下した時（８５Ｖ
）にも紙が送り込まれるまでの１０秒以内に定着温度ま
で立ち上げるためには、例えば１６５℃から１８５℃ま
で立ち上げるためには、前記加熱定着装置１では定格９
５０Ｗのヒータ６が必要となることが判明した。

（発明の効果） 本発明は以上の構成及び作用からなるもので、定着手段
の温度の立上り時間に合わせて温調モードを選択するよ
うにしているので、室温検知のための装置を省略してコ
ストダウンを図ることができ、また適正な温調を行って
常に最良の定着性を保つことができるとともに、記録紙
のカールやシワの発生をなくすことができ、また加圧ロ
ーラの寿命を延ばすことができ、さらに消費電力の節約
が可能となる。

なお、時間検知手段は装置の制御に用いるＣＰＵを利用
することが可能であり、時間検知手段を付加することに
よるコストアップはほとんど問題とならず、室温検知の
ための装置を省略できることを考えに入れて装置全体と
してみれば、上述の如くコストダウンを図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は装置全
体の概略図、第２図は温度制御手段を示すブロック図、
第３図は温調モードの説明図、第４図は第１図に示す装
置を実際に動作させたときの加熱ローラの表面温度変化
を示すグラフである。 符号の説明 ｌ・・・加熱定着装置 ２．３・・・定着手段（加熱ローラ２、加圧ローラ６・
・・加熱手段（ヒータ） １１・・・温度検知手段（温度検知素子）１２・・・温
度制御手段（コンパレータ１６゜１７．１９、Ｉ）レ−
２１，ＣＰＵ２０）２２・・・時間検知手段（コンパレ
ータ１８、ＣＰＵ２０） ２３・・・記録材（記録紙） ′−５１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加熱手段と、該加熱手段によって加熱されてトナー画像
   を記録材に定着させる定着手段と、該定着手段の温度を
   検知する温度検知手段からの検知信号に基づいて加熱手
   段を制御する温度制御手段とを具備してなる定着装置に
   おいて、 前記温度検知手段からの検知信号に基づいて前記定着手
   段の温度が所定温度に達するまでの時間を検知する時間
   検知手段を装備し、かつ前記温度制御手段を、定着手段
   の温度が所定温度に達するまでの時間が長くなるに従っ
   て設定温度を高くするようにした複数の温調モードを有
   し、該時間検知手段からの検知信号に基づき該温調モー
   ドを選択して前記加熱手段を制御するように構成してな
   ることを特徴とする定着装置。