JP2003287978A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定着温調を安定して制御することによって良
好な定着性を得ることができる定着装置を提供するこ
と。 【構成】 弾性層を有する定着ローラと、該定着ローラ
に外表面から接触して加熱ニップ部を形成する加熱部材
と、定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する加圧
部材を有し、定着ニップ部に未定着トナー画像が形成さ
れた記録材を狭持搬送させることで加熱定着を行う定着
装置において、温度検知手段を定着ローラと加熱部材に
設け、それぞれ定着ローラの外表面の温度と加熱部材の
温度を検出する。ここで、定着ローラに設けられた前記
温度検出手段を加熱ヒータより下流で定着ニップの上流
に設ける。或は、定着ローラに設けられた前記温度検出
手段を定着ニップより下流で加熱ヒータの上流に設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真式プリン
タ、複写機及び静電記録装置に用いられる定着装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式、静電記録方式等を
採用する画像形成装置に具備される定着装置において
は、未定着トナー像を担持した記録材を、互いに圧接し
て回転する定着ローラと加圧ローラとで形成されるニッ
プ部を通過させることにより記録材上に永久画像として
定着させる、所謂熱ローラ方式の加熱定着装置が広く用
いられている。

【０００３】図１１（ａ）にその熱ローラ方式の加熱定
着装置の概略構成を示す。

【０００４】定着ローラ６０は、アルミニウムやステン
レス製の中空芯金６１の中にハロゲンランプ等の加熱体
６２を設け、外表面にはトナーのオフセットを防止する
ためのフッ素樹脂等の離形性層６３を備えたものであ
る。

【０００５】又、加圧ローラ５０は、芯金５１の外部に
シリコーンゴム等を形成した弾性層或はシリコーンゴム
等を発泡して成るスポンジ弾性層５２を形成し、更にそ
の外層には定着ローラ６０と同様のフッ素樹脂等の離型
性層５３が形成されている。又、高速機或はカラートナ
ーを用いた画像形成装置の場合、トナーの定着性を十分
に満足させるために、図１１（ｂ）に示すように、中空
芯金の外表面にシリコーンゴム等の厚み２ｍｍ程度の弾
性層６４を設けることにより、軟らかくなった定着ロー
ラ表面でトナーを包み込むことで、記録材及びトナーへ
の熱の伝播効率を向上させている。

【０００６】しかしながら、近年の環境問題の１つとし
て消費電力の低減が強く望まれる一方で、市場のニーズ
からは高画質及び高速での画像出力が望まれている。そ
こで、このような消費電力の低減と高速・高画質の要求
に応えるために、前記熱ローラ方式の加熱定着装置に対
して種々の改善が試みられている。

【０００７】１つは、定着ローラ６０の昇温時間を短縮
し消費電力を小さくする目的で、図８に示すように加熱
体６２を定着ローラ６０や加圧ローラ５０の外表面に配
置し、外表面のみを加熱することで、低消費電力で熱効
率の良い加熱定着装置の一例が特開平１０−３０１４１
７号公報・特開平１１−０７３０５０号公報等に提案さ
れている。このような定着ローラ６０の外表面に配置す
る加熱体６２は、定着ローラ６０に対して接触状態にあ
るものと、非接触状態にあるものに大別されるが、接触
式の方が熱の伝播効率が高い。

【０００８】又、加熱体６２は中空芯金６５内にハロゲ
ンランプ６６が備えてあるタイプや、或は図１０に示す
ような中空芯金６５の内面にポリイミド等の有機樹脂や
ガラス等の絶縁層６７を介して発熱抵抗層６８を備えた
ヒートローラタイプのものがある。

【０００９】一方では、特にスタンバイ時に加熱定着装
置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えた方法、
詳しくはヒータ部と加圧ローラの間に熱容量の小さい薄
肉のフィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフ
ィルム加熱方式による加熱定着方法の一例が特開昭６３
−３１３１８２号公報・特開平２−１５７８７８号公報
・特開平４−４４０７５号公報・特開平４−２０４９８
０号公報等に提案されている。図７にフィルム加熱方式
の一例の概略構成を示した。

【００１０】即ち、図７において、アルミナや窒化アル
ミ等のセラミック板上に発熱抵抗層が形成された加熱ヒ
ータ７１がステイホルダー（支持体）７２に固定され、
そのヒータ７１に密着したポリイミド等の耐熱性の薄肉
フィルム（以下、定着フィルムと記す）７３と、そのフ
ィルム７３を挟んで圧接させた加圧ローラ５０を有す
る。

【００１１】定着フィルム７３は加圧ローラ５０の回転
力により、定着ニップ部においてヒータ７１面に密着・
摺動しつつ矢印方向に搬送移動される。ヒータ７１の温
度は、ヒータ背面に設置された温度検知手段７４により
検知し、不図示の通電制御部へフィードバックされ、ヒ
ータ温度が一定温度（定着温度）になるように加熱・温
調される。このようなフィルム加熱方式の定着装置を用
いたプリンタ、複写機等の各種画像形成装置は、加熱効
率の高さや立ち上がりの速さにより、待機中の予備加熱
の不要化やウエイトタイムの短縮化等、従来の熱ローラ
等を用いて加熱定着させる方式に比べて多くの利点を有
している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来方式の加熱定着装置でも、立ち上がり時の昇温時
間の短縮、消費電力の低減、更には高速、高画質といっ
た全てにおいて優れた性能を両立させることは非常に困
難である。例えば、フィルム加熱方式を考えた場合、立
ち上がり時間の短縮と、消費電力の低減に関しては非常
に優れているが、高速化させた場合に次のような問題が
ある。

【００１３】先ず、定着フィルムにポリイミド等の有機
性耐熱樹脂を用いているために熱伝導性が悪く、高速化
した際に記録材に十分な熱量を供給することが不可能で
ある。つまり、実用上問題のない可能な限り多くの熱量
を加熱ヒータより発熱させても、その熱が薄肉のフィル
ムにより断熱されてしまい、記録材及びトナー上に効率
的に伝達できない。

【００１４】又、高速化した場合に顕著に表れる問題と
して、画像の劣化がある。記録材上に形成された未定着
トナー画像が高画質であっても、加熱定着装置が原因と
なって画像を劣化させることが少なくない。特に、上述
のフィルム加熱方式では、定着フィルムが加圧ローラの
回転駆動により従動回転するため、高速化に伴ってフィ
ルムの速度が加圧ローラの回転速度に対して遅れるとい
う問題点があり、画像の劣化に繋がる。

【００１５】又、表面の凹凸が粗い記録材を加熱定着す
る場合、金属製のチューブ等は表面が硬いので、紙の凹
部への接触が悪くなり、十分な熱が記録材に伝達できず
トナー画像表面がガサガサする。このような問題は、熱
ローラ方式の加熱定着装置においても発生する問題であ
り、図１１（ａ）に示すような表面に弾性層を有さず、
金属芯金に離形層を設けたのみの定着ローラ（ハードロ
ーラ）では、高速化するに連れて画像のがさつきが顕著
に表れる。

【００１６】以上のような問題から考えると高速化に対
応させるためには定着ローラとして弾性層を有すること
が必須条件となる。この条件に基づいて高速化に対応で
きる加熱定着装置を選択すると、従来の弾性層を有する
熱ローラ方式の加熱定着器では、定着ローラの昇温時間
が圧倒的に長く、スタンバイ時も電力の供給を必要とす
るため消費電力が大きくなり、環境や市場のニーズに対
しては不利な構成である。

【００１７】又、図８に示すような外部から定着ローラ
表面を加熱する方式では、従来の熱ローラ方式と比較す
れば、昇温時間の短縮及び省電力が改善されているが、
フィルム加熱方式のそれらと比べると性能は劣る。その
原因として１つは、定着ローラ表面を加熱するための加
熱部材（以下、ヒートローラと呼ぶ）が図８に示すよう
な中空芯金内にハロゲンヒータ等を有する構成の場合、
芯金がハロゲンヒータの輻射熱により昇温することから
ヒートローラ自身を温めるのに時間を要してしまう。

【００１８】又、図１０のように金属パイプ６５の内面
に絶縁層６７を介して発熱抵抗層６８を有する構成のヒ
ートローラでは、前記ハロゲンヒータで昇温するタイプ
よりは早く立ち上るが、このようなローラ形状の加熱部
材では、定着ローラに熱を供給できるのは、ヒートロー
ラ６２と定着ローラ６０とで圧接して形成されるニップ
部においてのみ可能であり、ニップで接している以外の
部分は外気に熱を放熱してしまうので、熱の供給は非効
率になってしまう。

【００１９】加熱定着のプロセススピードが遅い場合で
あれば、記録材の通過により奪われた定着ローラ表面の
熱はヒートローラからの熱供給で補填可能であるが、高
速化が進むに連れてヒートローラからの熱供給のみでは
間に合わなくなると考えられる。従って、ローラ形状の
ヒータで定着ローラを外部加熱する方式では、高速化に
限界があると考えられる。

【００２０】又、図８に示す加圧ローラ５０も定着ロー
ラ６０を介して熱を蓄えるため、立ち上がりの昇温時間
を遅くさせる原因となっている。

【００２１】以上より、消費電力の低減と昇温時間の短
縮を保ちつつ、高速化、高画質で画像出力が可能な加熱
定着装置は、従来から提案されているような構成では不
可能である。

【００２２】上記の課題を解決するために、本出願人に
より以下のことを特徴とする発明が出願されている。

【００２３】弾性層を有する定着ローラと、その定着ロ
ーラに外表面から接触して加熱ニップ部を形成する加熱
部材と、定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する
加圧部材とを有し、定着ニップ部に未定着トナー画像が
形成された記録材を狭持搬送させることで加熱定着を行
う。上記加熱部材に具備される加熱ヒータは低熱容量の
プレート形状であり、加熱ニップ部に摺擦して発熱す
る。加圧部材は低熱容量の薄肉フィルムと、その薄肉フ
ィルムを外嵌するステイホルダーを有する構成。加圧部
材を構成する加熱ヒータは、定着ローラの外径に沿うよ
うに、湾曲形状に成型されている。定着ローラの外表面
に、表面温度を検知する手段を有することを特徴とす
る。定着ローラの外表面にオイルを塗布するためのオイ
ル塗布機構が具備されている。

【００２４】上記構成においては温調をどのように行う
かが問題である。

【００２５】ヒータに温度検出素子を付けると、ヒータ
の発熱量は制御し易いが、定着ローラの温度を直接コン
トロールすることができない。特に、ヒータから定着ニ
ップは離れていて、定着ローラ表面が熱を運ぶ構成にな
っているので、定着性に直接関係するニップ部での定着
ローラ温度をヒータの温度制御のみでコントロールする
ことは難しい。

【００２６】一方、定着ローラに温度検出素子を付ける
と、定着ローラの温度は制御できるので定着性は安定す
るが、ヒータの発熱量はコントロールが難しく安定しな
い。なぜならば、紙に熱を与えることによる定着ローラ
の温度を検出してヒータの加熱量を増加させても、定着
ローラの温度上昇結果が温度検出装置を介して制御回路
にフィードバックされるまでに多少のタイムラグがある
ため制御が遅れ、発熱電力量の変化を制限しないと発熱
量の変動が大きくなり、結果的に定着ローラの温度変動
も大きくなってしまうからである。特に、定着器の立ち
上げ速度を速くしようとするとこの問題は顕著になる。

【００２７】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、定着温調を安定して制御する
ことによって良好な定着性を得ることができる定着装置
を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、弾性層を有する定着ローラと、該定着ロ
ーラに外表面から接触して加熱ニップ部を形成する加熱
部材と、定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する
加圧部材を有し、定着ニップ部に未定着トナー画像が形
成された記録材を狭持搬送させることで加熱定着を行う
定着装置において、温度検知手段を定着ローラと加熱部
材に設け、それぞれ定着ローラの外表面の温度と加熱部
材の温度を検出することを特徴とする。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００３０】＜実施の形態１＞図１は本発明に係る定着
装置を備える画像形成装置の構成図であり、同図におい
て、１は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳ
ｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニ
ッケル等のシリンダ状の基板上に形成されている。この
感光ドラム１は、矢印の方向に回転駆動され、先ず、そ
の表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯
電される。

【００３１】次に、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御
されたレーザビーム３による走査露光が施され、静電潜
像が形成される。この静電潜像は、現像装置４で現像、
可視化される。尚、現像方法としては、ジャンピング現
像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法等が用いられ、イ
メージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられること
が多い。

【００３２】而して、可視化されたトナー像は、転写装
置としての転写ローラ５により、所定のタイミングで搬
送された記録材Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。
ここで、感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記
録材の先端の書き出し位置が合致するようにセンサ８に
て記録材Ｐの先端を検知し、タイミングを合わせてい
る。所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは、感光ド
ラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送され
る。このトナー像が転写された記録材Ｐは、定着装置６
へと搬送され、永久画像として定着される。

【００３３】一方、感光ドラム１上に残存する転写残り
の残留トナーは、クリーニング装置７により感光ドラム
１表面より除去される。

【００３４】図２は本発明に係る定着装置６の構成を示
す断面図である。

【００３５】図２において、定着ローラ１０は次の部材
から構成されている。即ち、アルミ或は鉄製の芯金１１
の外側に、シリコーンゴムで形成された弾性層（ソリッ
ドゴム層）、或はより断熱効果を持たせるためにシリコ
ーンゴムを発泡して形成された弾性層（スポンジゴム
層）、或はシリコーンゴム層内に何らかの方法で気泡を
分散させ、断熱作用を高めた弾性層（気泡ゴム層）１２
から成る。

【００３６】しかしながら、定着ローラ１０の熱容量が
大きく、又、熱伝導率が少しでも大きいと、外表面から
受ける熱を吸収し易く、表面温度が上昇しにくくなる。
できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い
材質の方が、定着ローラ表面温度の立ち上がり時間に有
利である。

【００３７】ここで、上記シリコーンゴムのソリッドゴ
ムは熱伝導率が０．２５〜０．２９Ｗ／ｍ・Ｋ、スポン
ジゴム・気泡ゴムは０．１１〜０．１６Ｗ／ｍ・Ｋであ
り、スポンジゴム・気泡ゴムはソリッドゴムの約半分の
値を示す。又、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが
約１．０５〜１．３０、スポンジゴム・気泡ゴムが約
０．７５〜０．８５である。従って、弾性層の好ましい
形態としては、熱伝導率が約０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下
で、比重が０．８５以下の断熱効果の高いスポンジゴム
層や気泡ゴム層の方が好ましい。

【００３８】又、定着ローラ１０の外径は小さい方が熱
容量を抑えられるが、小さ過ぎると加熱ニップが稼ぎに
くくなるので適度な径が必要である。弾性層の肉厚に関
しても、薄過ぎれば金属製の芯金に熱が逃げるので適度
な厚みが必要である。

【００３９】以上を考慮して本実施の形態では、適正な
加熱ニップを形成でき、且つ、熱容量を抑えるために、
肉厚が４ｍｍの気泡ゴムを用いて弾性層を形成し、外径
がφ２０ｍｍの定着ローラを使用した。又、芯金１１は
図８の従来例に記載しているような中空芯金でも良い。

【００４０】上記に述べた弾性層の上にはパーフルオロ
アルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレ
ン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサ
フルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂離型
成層１３を形成する。離型層１３はチューブを被覆させ
たものでも表面を塗料でコートしたものであってもどち
らでも良い。

【００４１】加熱部材２０は以下の部材から構成され
る。

【００４２】２１は加熱用ヒータであり、定着ローラ１
０の表面を加熱する。加熱用ヒータ３１は、アルミナや
窒化アルミ等の高絶縁性のセラミックス基板表面に長手
方向に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、Ｒ
ｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷
等により、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の線状
若しくは細帯状に塗工して形成した通電加熱用部材であ
る。

【００４３】加熱用ヒータ２１の表面には、摺擦により
定着ローラ１０の離型成層が磨耗しないように保護摺動
層を設けるのが良い。その例としては、パーフルオロア
ルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン
樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフ
ルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）、エチレンテトラフル
オロエチレン樹脂（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオ
ロエチレン樹脂（ＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオラ
イド（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂層を単独ないしは混合
して被覆するか、或はグラファイト、ダイアモンド・ラ
イク・カーボン（ＤＬＣ）、二硫化モリブデン等から成
る乾性被膜潤滑剤、ガラスコート等の保護層が考えられ
る。

【００４４】２２は加熱用ヒータ２１を保持する断熱ス
テイホルダーである。不図示の加圧手段によって定着ロ
ーラ１０に対して加圧され、その加圧力により加熱用ヒ
ータ２１と定着ローラ１０の間に加熱ニップＮを形成し
ている。断熱ステイホルダー２２は、加熱ニップＮと反
対方向への放熱を防ぐ役割を持ち、液晶ポリマー、フェ
ノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されてい
る。

【００４５】加熱ヒータ２１の背面には、通電発熱抵抗
層の発熱に応じて昇温したセラミック基板の温度を検知
するためのサーミスタ等の温度検知素子２４が配設され
ている。この温度検知素子２４の信号に応じて、長手方
向端部にある不図示の電極部から通電発熱抵抗層に印加
される電圧のデューティ比や波数等を適切に制御するこ
とで、加熱ヒータ２１を発熱させ、定着ローラ１０の表
面を加熱・温調する。温度検知素子２４から不図示の温
度制御部へのＤＣ通電は不図示のＤＣ通電部及びＤＣ電
極部を介して不図示のコネクターにより達成している。

【００４６】又、本実施の形態では、定着ローラ１０の
温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知素子２３
が定着ローラ１０に接して加熱ヒータ２２の下流且つ定
着ニップＭの上流に配設されている。この温度検知素子
２３の信号に応じて、加熱ヒータ２１の長手方向端部に
ある不図示の電極部から通電発熱抵抗層に印加される電
圧のデューティ比や波数等を適切に制御することで、加
熱ヒータ２１を発熱させ、定着ローラ１０の表面を加熱
・温調する。サーミスタは耐熱性の弾性材セラミックペ
ーパや板バネ等で、適度に加圧し定着ローラ１０に接触
加圧する。温度検知素子２３から不図示の温度制御部へ
のＤＣ通電は不図示のＤＣ通電部及びＤＣ電極部を介し
て不図示のコネクタにより達成している。

【００４７】加圧部材３０は、次のような構成である。

【００４８】３３は摺動フィルムであり、耐熱性、熱可
塑性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥ
Ｋ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等を基
層とした樹脂製のフィルムである。フィルム厚みは、強
度等を考慮し、２０μｍ以上１５０μｍ未満が適当な範
囲である。

【００４９】又、定着ローラ１０上に付着したオフセッ
トトナーが蓄積しないように、表層にはＰＦＡ、ＰＴＦ
Ｅ、ＦＥＰ、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹
脂を混合ないし単独で被覆してある。又、３１は摺動フ
ィルムの内部に具備された摺動板であり、３２は摺動板
３１を保持している断熱ステイホルダーである。断熱ス
テイホルダー３２は不図示の加圧手段によって定着ロー
ラ１０に対して加圧され、摺動板３１と定着ローラ１０
との間に摺動フィルム３３を介して定着に必要なニップ
Ｍを形成している。断熱ステイホルダー３２は加熱部材
のステイホルダー２２と同様に断熱性、耐熱性を有する
樹脂として、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、
ＰＥＥＫ等により形成されている。

【００５０】又、摺動板３１は、摺動フィルム３３との
摩擦が小さく且つ断熱性を有する材料として、ステイホ
ルダー３２と同様の液晶ポリマー、フェノール樹脂、Ｐ
ＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成し、その表面に摩擦抵抗を
低減する摺動層をコーティングするのが望ましい。その
例としては、加熱ヒータ２１の表面に設ける摺動層と同
様であるので説明は省く。ここでは、摺動板３１と断熱
ステイホルダー３２を別部材として扱っているが、それ
らを一体成型により形成し摺動部分に上記の摺動層をコ
ーティングしても良く、よりコストダウンを図ることが
可能である。又、摺動フィルム３３と摺動板３１の間に
は、摩擦抵抗を小さく抑えるためにグリース等の潤滑剤
を少量介在させてある。

【００５１】このような構成において、定着ローラ１０
は長手方向端部から芯金１１を介して不図示の回転駆動
により、矢印の方向に回転駆動される。これにより上記
摺動フィルム３３はステイホルダー３２の外側を図の矢
印方向に従動回転する。

【００５２】以上が本実施の形態に係る定着装置の構成
であるが、記録材Ｐは不図示の供給手段によって適宜供
給され、耐熱性の定着入口ガイド１５に沿って定着ロー
ラ１０と加圧部材３０によって形成される定着ニップＭ
内に搬送される。その後、定着ニップより排出された記
録材Ｐは耐熱性の定着排紙ガイド１６に案内されて排紙
ローラ１７及び排紙コロ１８に挟持搬送され不図示の排
出トレイ上に排出される。

【００５３】又、本実施の形態に係る装置はプロセスス
ピードが１５０ｍｍ／ｓｅｃで、１分間に２５枚のプリ
ントをすることができる。加熱ヒータの抵抗値は１２．
５Ωで、１００Ｖの電圧で動作させたときの電力は８０
０Ｗである。これがフル通電の状態で、これを公知の波
数制御又は位相制御により２．５％ごとに０，２．５，
５，７．５，１０，…，９５，９７．５，１００％のよ
うに通電ｄｕｔｙ（デューティ）を制御することにより
ヒータへの通電電力を制御する。

【００５４】本発明の構成ではヒータから定着ローラの
サーミスタ２３までに距離があるため、ヒータが加熱し
てからサーミスタ２３が検知するまでタイムラグがあ
る。本実施の形態では、その距離は１０ｍｍであるた
め、プロセススピード１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転する定
着ローラでは約６７ｍｓｅｃのタイムラグとなる。本実
施の形態では、定着するための定着ローラの表面温度を
２００℃とした。この２００℃になるように室温の状態
から定着器を立ち上げる。本実施の形態で室温状態の定
着器を２００℃まで立ち上げる場合を説明する。

【００５５】ヒータ背面のサーミスタ２４の検知温度を
Ｔｈ、定着ローラに接したサーミスタ２３の検知温度を
Ｔｒとする。初期から６７ｍｓｅｃの時間まではヒータ
でいくら定着ローラを加熱してもサーミスタ２３の検知
温度Ｔｒは変化しないので、初期の通電制御はサーミス
タ２４の検知温度Ｔｈの検出温度のみを用いる。６７ｍ
ｓｅｃの時間以降はサーミスタ２３の検知温度Ｔｒが上
昇を始める。定着に必要な温度はあくまで定着ニップに
進入していく定着ローラ部の温度であるので、サーミス
タ２３の検知温度Ｔｒで通電電力を制御するようにす
る。その切り替えタイミングは余裕を見て１００ｍｓｅ
ｃの時間以降とする。

【００５６】先ず、初期の室温状態では、Ｔｈ，Ｔｒと
もに２０℃を検知している。初期のヒータ通電量はｄｕ
ｔｙを４０％に設定して１００ｍｓｅｃ通電する。サー
ミスタ２４の検知温度をモニタしておいて安全のために
２５０℃は超えないようにする。もし、超えた場合はサ
ーミスタ２３に制御が切り替わるまで一時的に通電をｏ
ｆｆする。

【００５７】立ち上げ開始から１００ｍｓｅｃ後に制御
をサーミスタ２３の検知温度Ｔｒに切り替える。このと
きのサーミスタ検知温度Ｔｒに対して、目標温度Ｔｒを
例えばＴｒ＝Ｔｒ＋１℃／４０ｍｓｅｃのように次々と
書き換えて上昇させていく。サーミスタ検知温度Ｔｒが
５０℃なら４０ｍｓｅｃ後の目標温度Ｔｒは５１℃、８
０ｍｓｅｃ後の目標温度は５２℃というように書き換え
る。この場合では、初期の１００ｍｓｅｃと、５０℃〜
２００℃まで目標温度が上昇するのに（２００−５０）
×０．０４＝６秒掛かるので合計６．１秒程度で立ち上
げることになる。

【００５８】温度制御をサーミスタ２３に切り替えた後
はサーミスタ２４はヒータの過昇温防止に使用する。本
実施の形態では、温調温度が２００℃であるので２７０
℃をリミットとしてこれを超えた場合はヒータへの通電
をｏｆｆするようにしている。

【００５９】本実施の形態での通電の状態は、サーミス
タ２３の検知した定着ローラ温度Ｔｒと目標温度Ｔｒの
差に関して比例制御と積分制御でｄｕｔｙを決定する。 （１）比例制御 定着ローラ温度Ｔｒと目標温度Ｔｒ'の差Ｔｒ'−Ｔｒに
２．５％を掛けた値を加えて新たな通電のｄｕｔｙとし
て通電状態を変更していく。即ち、現時点でのｄｕｔｙ
をｄｕｔｙ０、新たなｄｕｔｙをｄｕｔｙ１とすると、 ｄｕｔｙ１＝ｄｕｔｙ＋（ｔｒ'−Ｔｒ）×２．５ というようにｄｕｔｙを変更していく。立ち上げ開始時
は、先ずｄｕｔｙ０の初期値は例えば４０％として比例
制御を開始する。例えば、定着ローラの温度が５０℃な
ら４０ｍｓｅｃ後の目標温度Ｔｒ'は５１℃で、その差
Ｔｒ'−Ｔｒが１℃なら ｄｕｔｙ１＝ｄｕｔｙ０＋２．５％＝４０＋２．５％＝
４２．５％ とヒータへの通電ｄｕｔｙを変更していく。この制御は
常時行い、具体的には本実施の形態では４０ｍｓｅｃご
とに行っている。

【００６０】本実施の形態では、定着ローラの外径は２
０ｍｍのものを用いたので定着ローラ１回転には約４１
９ｍｓｅｃの時間が掛かる。定着ローラ１周の時間に約
１０回比例制御を行う。定着ローラ温度はこの間徐々に
ヒータの発熱量増加により上昇するが、厳密には定着ロ
ーラの温度上昇は連続的ではなく、定着ローラ１周目、
２周目…というように階段状に上昇していく特徴があ
る。

【００６１】本実施の形態では、ヒータとサーミスタの
タイムラグにより通電制御が発振しないように、目標温
度変更間隔は４０ｍｓｅｃに、比例制御の通電ｄｕｔｙ
変化幅は２．５％に抑えてある。これを大きくし過ぎる
と温度検知のフィードバックが間に合わなくて制御が発
振する危険がある。 （２）積分制御 定着ローラ温度Ｔと目標温度Ｔ１の関係が所定時間、以
下の、の状態が続いた場合ｄｕｔｙを１０％加減す
る。

【００６２】 Ｔ１＞Ｔの場合、ｄｕｔｙ１＝ｄｕｔｙ０＋１０％ Ｔ１＜Ｔの場合、ｄｕｔｙ１＝ｄｕｔｙ０−１０％ 本実施の形態では、積分制御は定着ローラ１周毎即ち４
１９ｍｓｅｃごとに行っている。これにより比例制御に
より定めた通電ｄｕｔｙを補正するようにしている。

【００６３】上記の比例制御、積分制御によるｄｕｔｙ
の式によってヒータの通電を制御する。

【００６４】以上に説明した加熱定着装置を用いて、画
像形成装置をプリントして実験した。図３に本実施の形
態に係る装置で室温状態の定着器を立ち上げる状態を示
す。

【００６５】図３は定着ローラの温度上昇即ちサーミス
タ２３の検知温度Ｔｒの値の初期付近を拡大して示した
ものである。Ａのタイミングで立ち上げを開始して定着
ローラの加熱された部分がサーミスタ２３の位置まで来
たときから温度が上昇する。立ち上げ開始から１００ｍ
ｓｅｃのＢのタイミングまではヒータはｄｕｔｙ４０％
の一定電力で加熱するためローラは一定の温度である。

【００６６】Ｂ以降のタイミングではヒータが比例制御
を開始するので、発熱量が増加して定着ローラは温度上
昇する。そして、Ｃのタイミングで定着ローラが加熱さ
れて２周目の部分がサーミスタ２３の位置に来るので温
度が階段状に上昇する。以後同様にＤ，Ｅ，…，Ｇ，Ｈ
と定着ローラが周回数を重ねるごとに温度が上昇してい
く。Ｈのタイミングで立ち上げから２．５秒程度経過
し、温度は６０〜７０℃程度であった。

【００６７】図４は同様にサーミスタ２３の検出温度を
モニタしたグラフを示す。

【００６８】本発明により図４の時間軸にＬで示したポ
イントでサーミスタ温度が２００℃に到達する。時間に
すると約８秒程度であった。ヒータに通電された電力は
通電開始時３２０Ｗで次第に６００〜８００Ｗ程度に増
える。２００℃に達した後は電力は絞られて３００〜４
００Ｗ程度に減少する。図４では紙を通紙させなかった
ので定着ローラ温度は２００℃に達した後オーバーシュ
ートしてＭの時点では２２０℃に至った。本発明の定着
器では定着器立ち上げて約６〜７秒で定着動作を開始で
きる状態になり、実際はこの瞬間に紙が定着ニップに進
入するようなタイミングで紙を給紙する。

【００６９】次に、本発明の定着器が狙いの温調温度２
００℃に達した時点で、定着器に紙が突入して実際に定
着するときの温度を図５に示した。

【００７０】立ち上がりの部分は図４と同様で定着ロー
ラが２００℃に達したＮのタイミングで紙が定着ニップ
に進入する。紙後端が定着ニップを抜けるのはＰのタイ
ミングである。Ｎのタイミングで紙が進入してからは定
着ローラの熱が奪われて冷える。その冷えた部分はヒー
タを通過してサーミスタ位置まで来るＯのタイミングで
検知温度はやや下がっている。紙を通紙中のヒータへの
通電電力は６００Ｗ程度であった。

【００７１】本発明ではニップに向かう定着ローラの温
度を必要温度に制御し、ヒータにもサーミスタがあるこ
とでヒータの以上昇温を防止できるという特徴がある。
実際紙がニップに入ってからも定着ローラの温度は大き
な変動なく、紙が定着器を抜けるＦのタイミングまで温
度は安定していた。本発明の装置により未定着画像の載
った紙を定着させたところ良好な定着結果が得られた。

【００７２】＜実施の形態２＞本実施の形態では、定着
ローラの温調制御サーミスタが定着ニップの下流且つ加
熱ヒータの上流にあることが特徴である。その他の部分
は実施の形態１と同様である。図６に本実施の形態に係
る定着装置の断面図を示す。

【００７３】本実施の形態でのヒータの通電方法を説明
する。

【００７４】本発明の構成ではヒータから定着ローラの
サーミスタ２５まで更に距離があるため、ヒータが加熱
してからサーミスタ２５が検知するまでタイムラグがあ
る。本実施の形態では、その距離は５５ｍｍであるた
め、プロセススピード１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転する定
着ローラでは約３６７ｍｓｅｃのタイムラグとなる。本
実施の形態でも定着するための定着ローラの表面温度を
２００℃である。この２００℃になるように室温の状態
から定着器を立ち上げる。本実施の形態で室温状態の定
着器を２００℃まで立ち上げる場合を説明する。

【００７５】ヒータ背面のサーミスタ２４の検知温度を
Ｔｈ、定着ローラに接したサーミスタ２５の検知温度を
Ｔｒとする。初期から３６７ｍｓｅｃの時間まではヒー
タでいくら定着ローラを加熱してもサーミスタ２５の検
知温度Ｔｒは変化しないので、初期の通電制御はサーミ
スタ２４の検知温度Ｔｈの検出温度のみを用いる。３６
７ｍｓｅｃの時間以降はサーミスタ２５の検知温度Ｔｒ
が上昇を始める。定着に必要な温度はあくまで定着ロー
ラ部の温度であるので、サーミスタ２５の検知温度Ｔｒ
で通電電力を制御するようにする。その切り替えタイミ
ングは余裕を見て４００ｍｓｅｃの時間以降とする。

【００７６】先ず、初期の室温状態では、Ｔｈ，Ｔｒと
もに２０℃を検知している。初期のヒータ通電量はｄｕ
ｔｙを４０％に設定し４００ｍｓｅｃ通電する。サーミ
スタ２４の検知温度をモニタしておいて安全のために２
５０℃は超えないようにする。もし超えた場合はサーミ
スタ２５に制御が切り替わるまで一時的に通電をｏｆｆ
する。

【００７７】立ち上げ開始から４００ｍｓｅｃ後に制御
をサーミスタ２５の検知温度Ｔｒに切り替える。このと
きのサーミスタ検知温度Ｔｒに対して、目標温度Ｔｒ'
を例えばＴｒ'＝Ｔｒ＋１℃／４０ｍｓｅｃのように次
々と書き換えて上昇させていく。サーミスタ検知温度Ｔ
ｒが５０℃なら４０ｍｓｅｃ後の目標温度Ｔｒ'は５１
℃、８０ｍｓｅｃ後の目標温度は５２℃というように書
き換える。

【００７８】温度制御をサーミスタ２５に切り替えた後
はサーミスタ２４はヒータの過昇温防止に使用する。本
実施の形態では、温調温度が２００℃であるので２７０
℃をリミットとしてこれを超えた場合はヒータへの通電
をｏｆｆするようにしている。

【００７９】本実施の形態での通電の状態は、サーミス
タ２５の検知した定着ローラ温度Ｔｒと目標温度Ｔｒ'
の差に関して実施の形態１と同様の比例制御と積分制御
でｄｕｔｙを決定する。定着器を立ち上げるときの動作
は、時間等が異なる以外は基本的に実施の形態１と同様
である。

【００８０】図７に本実施の形態の装置で通紙時の定着
器の温度状態を示す。

【００８１】図７はサーミスタ２５の検出温度をモニタ
したグラフを示す。定着ローラが２００℃に達したＱの
タイミングで紙が定着ニップに進入する。紙後端が定着
ニップを抜けるのはＳのタイミングである。Ｑのタイミ
ングで紙が進入してからは定着ローラの熱が奪われて冷
える。その冷えた部分はヒータを通過してサーミスタ２
５位置まで来るＲのタイミングで検知温度はやや下がっ
ている。実線は普通紙（厚さ７５ｇ／ｍ２）を通紙した
場合で温度低下は３０℃、点線は厚紙（厚さ１３５ｇ／
ｍ２）で温度低下は５０℃であった。実施の形態１に比
べて温度変化が大きいのは、サーミスタ２５の位置が定
着ニップで定着ローラから紙に熱を与えた後であるから
である。

【００８２】本実施の形態では、紙が定着ニップに突入
するまで、即ち定着ニップに紙がない状態ではサーミス
タ２５で温調制御を行うが、定着ニップに紙が進入して
からは、定着ニップ後にあるサーミスタ２５の温度を２
００℃になるようにヒータで加熱してしまうと加熱し過
ぎになるためサーミスタ２５ではなく、ヒータに付いて
いるサーミスタ２４で温調するようにする。即ち、Ｑの
タイミングでのサーミスタ２４の検知温度Ｔｈを維持す
るように通電制御を行う。

【００８３】又、厚紙のように通紙中のサーミスタ２５
の温度Ｔｒの低下が大きい場合は、通紙中のＴｈの温度
を１０℃上昇させて制御する。これにより定着ローラに
与える熱量が増加するので厚紙でも余裕を持って定着す
ることができる。

【００８４】本発明の装置により様々な未定着画像の載
った紙を定着させたところ良好な定着結果が得られた。

【００８５】以上、これまでは定着ローラ用の温度検出
素子に接触型のサーミスタを用いて説明したが、非接触
タイプのサーミスタでも同様な位置に設置することによ
り同様な効果が得られる。

【００８６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、定着ローラの温調制御をヒータと定着ローラの
２箇所で温調するようにしたため、安定した温度制御が
可能で良好な定着性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像形成装置の概略図である。

【図２】本発明による定着装置の概略図である。

【図３】本発明によるサーミスタ検知温度の図である。

【図４】本発明によるサーミスタ検知温度の図である。

【図５】本発明による定着装置の概略図である。

【図６】本発明による定着装置の概略図である。

【図７】本発明によるサーミスタ検知温度の図である。

【図８】従来例による定着装置の概略図である。

【図９】従来例による定着装置の概略図である。

【図１０】従来の定着ローラの概略図である。

【図１１】従来の定着装置の概略図である。

【符号の説明】

１ 感光ドラム ２ 帯電ローラ ３ 画像露光 ４ 現像器 ５ 転写ローラ ６ 定着器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 浩人 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 二本柳 亘児 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H033 AA03 AA30 AA32 BA11 BA12 BA26 BA31 BA32 BB03 BB05 BB06 BB18 BB21 BB23 BB29 BB30 BB33 BB37 CA04 CA07 CA30 CA46 CA48 3K058 AA71 BA18 CA12 CA22 CA23 CA61 CA92 CA93 DA04 DA25 DA26 GA03 GA06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性層を有する定着ローラと、該定着ロ
   ーラに外表面から接触して加熱ニップ部を形成する加熱
   部材と、定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する
   加圧部材を有し、定着ニップ部に未定着トナー画像が形
   成された記録材を狭持搬送させることで加熱定着を行う
   定着装置において、 温度検知手段を定着ローラと加熱部材に設け、それぞれ
   定着ローラの外表面の温度と加熱部材の温度を検出する
   ことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 定着ローラに設けられた前記温度検出手
   段を加熱ヒータより下流で定着ニップの上流に設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 【請求項３】 定着ローラに設けられた前記温度検出手
   段を定着ニップより下流で加熱ヒータの上流に設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載の定着装置。