JP2003098898A - 定着温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加圧ローラの温度を検出または予測した、使
用電力を極力少なくした省エネルギーの定着温度制御方
法を提供すること。 【解決手段】 加熱源を有し第１の温度検出手段を近傍
に配設した加熱ローラと、第２の温度検出手段を近傍に
配設し、前記加熱ローラに圧接する加圧ローラと、を有
する定着装置において、前記加熱ローラの制御温度を前
記加圧ローラの検出温度に応じて変化させることを特徴
とする定着温度制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
等の画像形成装置における定着装置の定着温度制御方法
に係わる。

【０００２】

【従来の技術】電子写真プロセスを利用した画像形成装
置において、加熱ローラと、加熱ローラに対してトナー
像を載置した記録紙を圧接させる加圧ローラとを有する
定着装置は、一般に、加熱ローラの表面温度を検出する
温度検出手段を有し、その検出された温度情報を受けた
画像形成装置本体制御部（以下、単に制御部という）が
加熱ローラに内蔵したハロゲンランプ等の加熱源をオン
／オフ制御し、加熱ローラの表面温度を一定の温度に保
つことにより、安定した定着性能を維持するように構成
されている。

【０００３】定着装置の加熱源が加熱ローラをコピー可
能温度にするための加熱動作（以下、ウォームアップと
いう）に要する時間（以下、ウォームアップタイムとい
う）は、環境条件が仕様に保証されている範囲であれば
定着性能上厳しい条件であっても、ウォームアップタイ
ム経過直後には加熱ローラがコピー可能温度に達するよ
うに設定されている。このコピー可能温度はその後の画
像形成装置の使用状況の変化に拘わらず一定の値とな
る。

【０００４】この一定の値を有するコピー可能温度は、
安定した定着性能を保証する上では充分な温度である
が、一方、省エネルギーという観点からは問題がある。

【０００５】一般に、画像形成装置は、長時間電源オフ
の状態を続ければ機内各部の温度は低下するが、電源オ
ン後一旦コピー可能温度に達した後は通電している限
り、定着装置の加熱源の熱等により、経過時間とともに
加圧ローラを含め機内各部の温度は徐々に上昇する。

【０００６】コピー時においては、加熱源はオンし続け
て加熱ローラを加熱するが、その熱量の殆どがトナー像
を載置した記録紙に奪われるため、加圧ローラの温度が
急激に上昇することはない。

【０００７】また、アイドリング時においては、加熱源
はコピー時よりも弱い電力により加熱ローラをコピー可
能温度に維持するが、このときの熱量で加圧ローラの温
度を急激に上昇させることはない。

【０００８】加熱ローラは、加熱ローラ温度センサによ
り表面温度を検出され、当該表面温度は適正温度に保た
れるが、前記温度センサで加圧ローラの温度変化まで読
み取ることは難しい。

【０００９】加圧ローラの温度が上昇すれば、定着時に
加圧ローラが加熱ローラから奪う熱量が少なくなるの
で、定着直前の加熱ローラ表面温度は、同一の定着性能
を得る上では、長時間電源オフの状態を続けた直後よ
り、電源オン後ある時間経過した後の方が小さな値で済
むと言える。

【００１０】然るに、加熱ローラ上での制御温度を画像
形成装置の通電時間に拘わらず一定にするということ
は、過剰に加熱していることを意味し、エネルギーの無
駄に繋がる問題である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の課題に
対し、加圧ローラの温度を検出または予測し、使用電力
を極力少なくする省エネルギーの定着温度制御方法を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記の
構成により達成することができる。

【００１３】（１）加熱源を有し第１の温度検出手段を
近傍に配設した加熱ローラと、第２の温度検出手段を近
傍に配設し、前記加熱ローラに圧接する加圧ローラと、
を有する定着装置において、前記加熱ローラの制御温度
を前記加圧ローラの検出温度に応じて変化させることを
特徴とする定着温度制御方法。

【００１４】（２）加熱源を有し温度検出手段を近傍に
配設した加熱ローラと、前記加熱ローラに圧接する加圧
ローラと、を有する定着装置において、前記加熱源が前
記加熱ローラをコピー可能な温度にするための加熱動作
を完了した時点からの経過時間に応じて、前記加熱ロー
ラの制御温度を変化させることを特徴とする定着温度制
御方法。

【００１５】（３）加熱源を有し第１の温度検出手段を
近傍に配設した加熱ローラと、第２の温度検出手段を近
傍に配設し、前記加熱ローラに圧接する加圧ローラとを
有する定着装置において、前記加熱ローラの制御温度
を、前記加熱源が前記加熱ローラをコピー可能な温度に
するための加熱動作を完了した時点からの経過時間及び
前記加圧ローラの検出温度に応じて変化させることを特
徴とする定着温度制御方法。

【００１６】（４）前記加熱ローラの制御温度を、前記
定着装置を含む画像形成装置内の温度または湿度にも応
じて変化させることを特徴とする（１）乃至（３）のい
ずれか１項に記載の定着温度制御方法。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係わる実施の形態を、以
下、図面に基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明の制御方法を優位に採用で
きる画像形成装置の１例の構成を示す概略図である。

【００１９】図において、１０は電子写真方式により記
録紙上に画像を形成する画像形成部、２０は原稿の画像
を読み取って画像データを出力する原稿読取部、３０は
画像形成部１０から排出された記録紙Ｐに対してソーテ
ィング、ステープリング、パンチング等の後処理をする
後処理部である。

【００２０】画像形成部１０は、感光体１１を有し、公
知の帯電、露光、現像手段等により感光体１１上にトナ
ー像を形成する画像形成手段１２、感光体１１上のトナ
ー像を記録紙に転写する転写手段１９、画像が形成され
る記録紙Ｐを収納する給紙部１３、１４、１５、１６、
両面画像形成用の記録紙反転搬送部１７及び記録紙Ｐ上
に形成されたトナー像を定着する定着装置４０を有す
る。１８はレジストローラである。

【００２１】帯電、露光及び現像により感光体１１上に
形成されたトナー像は、転写手段１９により記録紙Ｐ上
に転写され、定着装置４０により定着される。

【００２２】前記定着装置４０は、加熱ローラと当該加
熱ローラと圧接しながら回転する加圧ローラとを有し、
また、前記加熱ローラの表面温度は、温度検出手段によ
り検出され、その検出情報をもとに、加熱ローラに内蔵
してなる加熱源が制御部（図示せず）を介してオン／オ
フ制御され、所定の範囲内に保たれるようになってい
る。詳細は図２を用いて後述する。

【００２３】給紙部１３は、給紙開始信号により作動
し、カセット１３２に収容された記録紙Ｐを一枚ずつ分
離・給紙する給紙手段１３１を有する。給紙部１４、１
５も同様に、給紙手段１４１とカセット１４２、給紙手
段１５１とカセット１５２をそれぞれ有する。給紙部１
６は大容量のカセット１６２を備えており、給紙手段１
６１を有する。

【００２４】原稿読取部２０は、原稿が載置される原稿
給紙台２１、原稿を搬送し読取位置を形成するプラテン
ローラ２２、読取済み原稿が載置される原稿排紙台２
３、像光を受光し画像信号に変換するイメージセンサ２
４、及び原稿が載置されるプラテンガラス２５を有し、
原稿給紙台２１に搭載した原稿をプラテンローラ２２で
搬送しながら原稿を読み取るモード、または、プラテン
ガラス２５上に載置された原稿を読み取るモードにより
読取を行う。

【００２５】図２は、定着装置の構成を説明するための
模式図である。図において、定着装置４０は、ハロゲン
ランプ等からなる加熱源（以下、定着ヒータという）４
８が内部に設けられた加熱ローラ４１、加熱ローラ４１
に対して記録紙Ｐを圧接させる加圧ローラ４２、加熱ロ
ーラ４１の表面をクリーニングするクリーニングローラ
４３、定着部を通過した記録紙Ｐを加熱する加熱ローラ
４１、加圧ローラ４２から分離させる分離爪４４、４
５、定着後の記録紙Ｐを搬送する搬送ローラ４６、及び
加熱ローラ４１の温度を検知し該温度を制御するための
電圧を出力する、第１の温度検出手段である加熱ローラ
温度センサ（以下、単に加熱ローラ温度センサという）
４７、及び、第２の温度検出手段である、加圧ローラ４
２の温度を検知するための電圧を出力する加圧ローラ温
度センサ（以下、単に加圧ローラ温度センサという）４
９を有する。

【００２６】画像形成装置の電源オンにより定着ヒータ
４８がオンされ、前記ウォームアップを開始する。ウォ
ームアップ完了後、コピーボタンオン等によるコピー指
令により、制御部は加熱ローラ４１を駆動するモータ
（図示せず）をオンし、当該加熱ローラ４１を回転さ
せ、加熱ローラ４１に従動する加圧ローラ４２を回転さ
せる。未定着のトナー像を担持する記録紙Ｐは矢印で示
すように定着装置４０に進入し、加熱ローラ４１と加圧
ローラ４２により形成されるニップ部を通過する過程で
加熱され定着処理される。該加熱ローラ４１は、円筒状
の金属基体の表面にフッ素樹脂等の離型層を形成した構
成を有する。

【００２７】加圧ローラ４２は芯金、シリコンゴムのス
ポンジ、即ち発泡シリコンゴム等の耐熱性低硬度弾性
層、離型層（フッ素樹脂、シリコンゴム等の耐熱性材料
からなり平滑な面を有する表面層）等で構成される。

【００２８】図３は、本発明の定着温度制御方法を説明
するためのブロック図である。図４、図６、及び図８
は、それぞれ、本発明の定着温度制御方法に係る、第
１、第２、及び第３の実施の形態について説明するため
のフローチャートであり、図５、図７、及び図９は、そ
れぞれ、本発明の定着温度制御方法に係る、第１、第
２、及び第３の実施の形態について説明するためのグラ
フである。

【００２９】始めに、本発明の定着温度制御方法に係る
第１の実施の形態について図４及び図５を用いて説明す
る。

【００３０】前記コピー指令を受けて、加圧ローラ温度
センサ４９により加圧ローラ４２表面の温度が検出され
（Ｓ１１）、前記制御部は加圧ローラ４２の検出温度に
対する加熱ローラ４１の温度のデータテーブルを参照し
て加熱ローラ温度を設定する（Ｓ１２）。加熱ローラ温
度センサ４７により加熱ローラ４１の温度を検出し、制
御部が定着ヒータのオン／オフを制御し（Ｓ１３）、記
録紙Ｐは加熱ローラ４１の設定温度で定着される（Ｓ１
４）。

【００３１】加圧ローラ４２の検出温度に応じて加熱ロ
ーラ４１の制御温度を自動的に変化させるべく、事前に
制御部のメモリに加圧ローラ４２の検出温度に対する加
熱ローラ４１の制御温度に関するデータテーブルをプロ
グラム入力しておき、制御部が、当該データテーブルと
前記検出温度とを対比して加熱ローラ４１の設定温度を
算出しうる構成としてある。

【００３２】算出された当該設定温度により定着ヒータ
４８のオン／オフのパターンが決定され、制御部からの
指令により定着ヒータ４８がオン／オフ制御される。

【００３３】図５は、図４のフローチャートに対応し
た、加圧ローラ検出温度に対する加熱ローラ制御温度の
推移を表すグラフで、縦軸は温度、横軸は経過時間を表
している。Ｃ１は加圧ローラ４２の検出温度に対応した
加熱ローラ４１の制御温度、Ｄ１は加圧ローラ４２の検
出温度を表すグラフである。ｄ１０は前記ウォームアッ
プ完了後で、前記コピー指令が発せられた直後の加圧ロ
ーラ４２の温度を表しており、ｄ１１、ｄ１２、ｄ１３
は上昇する加圧ローラ温度を一定の温度幅で分割した値
である。その時のウォームアップ完了後の経過時間をｔ
１１、ｔ１２、ｔ１３で表したとき、前記加圧ローラ温
度に対応した加熱ローラの制御温度は、制御部が算出し
た値により、前記経過時間毎に、ｃ１０、ｃ１１、ｃ１
２、ｃ１３と、段階的に下げていくことが可能となる。

【００３４】次に、本発明の定着温度制御方法に係る第
２の実施の形態について図６及び図７を用いて説明す
る。

【００３５】前記コピー指令を受けて、制御部は画像形
成装置に内蔵されたタイマ（図示せず）等により検知さ
れる現時点の時刻と加熱ローラ４１の予熱完了時点の時
刻とを比較して経過時間を算出する（Ｓ２１）。制御部
は経過時間に対する加熱ローラ温度のデータテーブルを
参照して、加熱ローラの温度を設定する（Ｓ２２）。加
熱ローラ４１の温度を加熱ローラ温度センサ４７で検出
し、制御部により定着ヒータ４８のオン／オフを制御し
（Ｓ２３）、記録紙Ｐは加熱ローラ４１の設定温度で定
着される（Ｓ２４）。

【００３６】加熱ローラ４１の制御温度を、電源オン後
のアイドリングまたはコピー動作が行われる通電時の経
過時間に応じて自動的に変化させるべく、第１の実施の
形態と同様、事前に制御部に経過時間に対する加熱ロー
ラ４１の制御温度に関するデータテーブルをプログラム
入力しておく。これにより、制御部は、前記算出された
経過時間から対応する加熱ローラ４１の制御温度を割り
出すことが可能となる。

【００３７】通電時の時間経過によって、加圧ローラ４
２の温度が上昇した時点では、加圧ローラ４２が定着時
に加熱ローラ４１から奪う熱量が減少するため、予熱完
了直後の時点と比較して加熱ローラ４１の制御温度を下
げることが可能となる。

【００３８】言い換えると、前記経過時間に対する加熱
ローラ４１の制御温度のデータテーブルは、上昇する加
圧ローラ４２の温度を予測して作成したものとも言え
る。

【００３９】図７は、図６のフローチャートに対応し
た、経過時間に対する加熱ローラ制御温度の推移を表す
グラフであり、Ｃ２は経過時間に対応した加熱ローラ４
１の制御温度を表すグラフである。ｔ２０は加熱ローラ
４１の予熱完了時点を表し、予熱完了時点以降の経過時
間をｔ２０、ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３、ｔ２４で表した
とき、経過時間に対応した加熱ローラの制御温度は、前
記制御部が算出した値により、前記経過時間毎に、ｃ２
０、ｃ２１、ｃ２２、ｃ２３、ｃ２４と、段階的に下げ
ていくことが可能となる。

【００４０】更に、本発明の定着温度制御方法に係る第
３の実施の形態について図８及び図９を用いて説明す
る。

【００４１】前記コピー指令を受けて、加圧ローラ温度
センサ４９により加圧ローラ４２表面の温度が検出され
（Ｓ３１）、制御部は前記タイマにより検知される現時
点の時刻と、ウォームアップ完了時点での時刻とを比較
して経過時間を算出する（Ｓ３２）。制御部は加圧ロー
ラ温度及び経過時間に対する加熱ローラ温度のデータテ
ーブルを参照して、加熱ローラ温度を設定する（Ｓ３
３）。加熱ローラ温度センサ４７により加熱ローラ４１
の温度を検出し、制御部により定着ヒータのオン／オフ
を制御し（Ｓ３４）、記録紙Ｐは加熱ローラの設定温度
で定着される（Ｓ３５）。

【００４２】第１及び第２の実施の形態と同様、事前に
前記制御部に加圧ローラ４２の検出温度、及び前記経過
時間に対する加熱ローラ４１の制御温度に関するデータ
テーブルをプログラム入力しておく。これにより、制御
部は、入力された加圧ローラ４２の検出温度、及び前記
経過時間から対応する加熱ローラ４１の制御温度を割り
出すことが可能となる。

【００４３】図９は、図８のフローチャートに対応し
た、加圧ローラ検出温度、及び、前記経過時間に対する
加熱ローラ制御温度の推移を表すグラフであり、Ｃ３は
前記経過時間及び加圧ローラ４２の検出温度に対応した
加熱ローラ４１の制御温度を表し、Ｄ３は加圧ローラ４
２の検出温度を表すグラフである。縦軸は温度、横軸は
経過時間を表し、ｄ３０は加熱ローラ４１の予熱完了後
で前記コピー指令が発せられた直後の加圧ローラ４２の
温度を表している。

【００４４】図において、前記経過時間に対応して加熱
ローラ４１の制御温度を下げるタイミングは、前記グラ
フＣ３から下方に縦方向の実線で示してある、ｔ３２、
ｔ３４、ｔ３５、ｔ３６の各経過時間であり、図７のｔ
２１、２２、ｔ２３、ｔ２４に対応する値である。

【００４５】加圧ローラ４２の検出温度に対応して加熱
ローラ４１の制御温度を下げるタイミングは、前記グラ
フＣ３から下方に縦方向の破線（前記グラフＤ３と交叉
するまで）で示してある、ｔ３１、ｔ３３、ｔ３７の各
経過時間であり、図５のｔ１１、ｔ１２、ｔ１３に対応
する値である。

【００４６】加圧ローラ４２の検出温度と経過時間との
２つのデータを用いて加熱ローラ４１の制御温度を下げ
ていくことにより、よりきめ細かな下降線が得られる。

【００４７】ｄ３０、ｄ３１、ｄ３３、ｄ３７は上昇す
る加圧ローラ温度を一定の温度幅で分割した値で、それ
ぞれ、図５におけるｄ１０、ｄ１１、ｄ１２、ｄ１３に
対応した値である。

【００４８】更に、図には無いが、本発明の定着温度制
御方法に係る第４の実施の形態について説明する。

【００４９】定着装置４０を有する画像形成装置内の温
度または湿度を、画像形成装置内に設けた温度計または
湿度計により検出し、事前に当該温度または湿度の値を
前述の第１乃至第３の実施の形態において用いられる前
記データテーブルに組み込んでおくことによって、当該
温度または湿度の値を採り入れた加熱ローラ４１の制御
温度が算出しうる構成となる。

【００５０】次に、本発明の定着温度制御方法に係る第
２の実施の形態に対する実施例について説明する。

【００５１】当該実施例において、加熱ローラ４１は、
厚さ３．５ｍｍの金属パイプで形成され、表面に厚さ２
１μｍのフッ素樹脂離型層をコートされた外径４０ｍｍ
のローラである。

【００５２】加圧ローラ４２は、芯金の外側に硬度ＪＩ
Ｓ−Ａ３０度、厚さ５ｍｍのシリコンゴムからなる弾性
層を形成し、更に、その外側に厚さ５０μｍのフッ素チ
ューブからなる離型層を形成する。

【００５３】定着ヒータ４８は、加熱ローラ４１内に２
本配設してあり、電力は２本で１３１０Ｗとした。

【００５４】画像形成装置のコピー速度、即ち、定着速
度は４５コピー／分（Ａ４記録紙の横送り）となるよう
に各部搬送系を構成している。

【００５５】加熱ローラ４１の予熱完了直後の制御温度
は１９５℃に設定してあり、経過時間に対応して最低１
７０℃まで前記制御温度が下がるように設定してある。

【００５６】上記実施例の構成において、加熱ローラ４
１の制御温度を１９５℃で一定とした従来型の定着温度
制御方法と、加熱ローラ４１の制御温度を１９５℃から
経過時間に応じて下げていく本発明による定着温度制御
方法とを、エネルギーの消費効率で比較した結果を表１
に示す。

【００５７】

【表１】

【００５８】表において、Ａは電源オン後の１時間にお
ける消費電力量を表し、Ｂは当該消費電力量Ａの測定後
の１時間における消費電力量を表す。

【００５９】Ｅはエネルギー消費効率で、平成１１年３
月３１日に通産省より告示された通商産業省告示第１９
３号「複写機の性能の向上に関する製造事業者等の判断
の基準等」に引用されたものであり、下記の数式で表さ
れる。

【００６０】Ｅ＝（Ａ＋７×Ｂ）／８ 単位は、Ａ及びＢがＷ、ＥがＷｈ／ｈである。

【００６１】表１に示すように、本発明の定着温度制御
方法の実施例において、従来型の定着温度制御方法と比
較してエネルギー消費効率が２２．５向上するという結
果が得られた。

【００６２】

【発明の効果】本発明の定着温度制御方法に係る第１の
実施の形態によれば、加圧ローラの温度を検出し加熱ロ
ーラの制御温度を変化させることにより、加圧ローラが
加熱ローラから奪う熱量に応じた温度制御が可能とな
り、加圧ローラの温度上昇とともに、加熱ローラの制御
温度を下げることができ、省エネルギーの達成が可能と
なる。

【００６３】また、第２の実施の形態によれば、加圧ロ
ーラの温度検出センサが不要となり、コスト低減が可能
となる。

【００６４】更に、第３の実施の形態によれば、加圧ロ
ーラの温度検出と通電時の経過時間とを組み合わせて加
熱ローラの温度を制御することにより、きめ細かな温度
制御が可能となり、効率的な省エネルギーの達成が見込
める。

【００６５】更に、第４の実施の形態によれば、画像形
成装置内の温度または湿度のデータを採り入れることに
より、周囲の温度変化に対応した加熱ローラの温度制御
が可能となる。

【００６６】これまで述べたように、本発明により、極
めて簡単な構成で、加圧ローラの温度を検出または予測
し、使用電力を極力少なくした省エネルギーの定着温度
制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像形成装置の１例の構成を示す概略図。

【図２】定着装置の構成を説明するための模式図。

【図３】本発明の定着温度制御方法を説明するためのブ
ロック図。

【図４】本発明の定着温度制御方法に係る、第１の実施
の形態を説明するためのフローチャート。

【図５】本発明の定着温度制御方法に係る、第１の実施
の形態について説明するためのグラフ。

【図６】本発明の定着温度制御方法に係る、第２の実施
の形態を説明するためのフローチャート。

【図７】本発明の定着温度制御方法に係る、第２の実施
の形態について説明するためのグラフ。

【図８】本発明の定着温度制御方法に係る、第３の実施
の形態を説明するためのフローチャート。

【図９】本発明の定着温度制御方法に係る、第３の実施
の形態について説明するためのグラフ。

【符号の説明】

４１ 加熱ローラ ４２ 加圧ローラ ４７ 加熱ローラ温度センサ ４８ 加熱源（定着ヒータ） ４９ 加圧ローラ温度センサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱源を有し第１の温度検出手段を近傍
   に配設した加熱ローラと、 第２の温度検出手段を近傍に配設し、前記加熱ローラに
   圧接する加圧ローラと、 を有する定着装置において、 前記加熱ローラの制御温度を前記加圧ローラの検出温度
   に応じて変化させることを特徴とする定着温度制御方
   法。
2. 【請求項２】 加熱源を有し温度検出手段を近傍に配設
   した加熱ローラと、 前記加熱ローラに圧接する加圧ローラと、 を有する定着装置において、 前記加熱源が前記加熱ローラをコピー可能な温度にする
   ための加熱動作を完了した時点からの経過時間に応じ
   て、前記加熱ローラの制御温度を変化させることを特徴
   とする定着温度制御方法。
3. 【請求項３】 加熱源を有し第１の温度検出手段を近傍
   に配設した加熱ローラと、 第２の温度検出手段を近傍に配設し、前記加熱ローラに
   圧接する加圧ローラとを有する定着装置において、 前記加熱ローラの制御温度を、前記加熱源が前記加熱ロ
   ーラをコピー可能な温度にするための加熱動作を完了し
   た時点からの経過時間及び前記加圧ローラの検出温度に
   応じて変化させることを特徴とする定着温度制御方法。
4. 【請求項４】 前記加熱ローラの制御温度を、前記定着
   装置を含む画像形成装置内の温度または湿度にも応じて
   変化させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
   １項に記載の定着温度制御方法。