JP2005284309A - 定着装置の温度制御方法及び定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】幅の狭い記録紙を連続して定着装置を通過させると、通紙幅範囲内外の温度差が発生してしまうという問題があった。
【解決手段】第１のローラの最大紙幅外に温度センサを配置し、第２のローラの最大紙幅内外に複数の温度センサを配置し、第２のローラのローラ面に当接した複数の温度センサの温度勾配と第１のローラのローラ面に当接した温度センサの温度とから第１のローラの中央部の制御温度を求め、求めた制御温度から第１のローラの熱源への通電を制御する。
【選択図】 図１０

Description

本発明は電子写真プリンタ、複写機、ファクシミリ等の電子写真記録装置に用いられる定着装置の温度制御方法及び定着装置に関する。

従来、電子写真記録装置に用いられている定着装置は、第１のローラとしての加熱ローラと第２のローラとしての加圧ローラとのローラ圧接部に未定着トナーを付着させた記録紙を通過させることにより、トナーを記録紙に加圧融着させて定着させる加圧ローラ型である。

加熱ローラは、芯金の内部に熱源（例えば、ハロゲンランプ）を有し、芯金の外周に撥水性、撥油性の高い離形層を形成した弾性体（例えば、シリコーンゴム）を有する。

弾性体には加圧ローラが圧接しているので、弾性体変形部（以後変形部長さをニップ量と記する）が形成され、未定着トナーを付着させた記録紙が弾性体変形部を通過することにより、定着が行われる。

また、加熱ローラの表面温度を制御するために、温度センサ（例えば、サーミスタ）が加熱ローラの表面に当接して配置されている。
特開平１０−１７１２９３号公報

幅の狭い記録紙を連続して定着装置を通過させると、通紙幅範囲内外の温度差が発生してしまうという問題があった。

本発明の定着装置の温度制御方法においては、記録紙の最大紙幅外に設置されるとともに第１のローラのローラ面に当接した温度センサと、記録紙の最大紙幅内外に設置されるとともに第２のローラのローラ面に当接した複数の温度センサと、第２のローラのローラ面に当接した複数の温度センサの温度勾配と第１のローラのローラ面に当接した温度センサの温度とから第１のローラの中央部表面の制御温度を求める温度制御手段とを設け、第１及び第２のローラ面に当接した温度センサを所定の設定温度に設定し、記録紙が前記ローラ圧接部を通過したときの第２のローラに当接した温度センサの温度から温度勾配を求め、制御温度を第１のローラの温度センサの温度と前記温度勾配とから求め、制御温度が前記所定温度以下の場合には、第１のローラの熱源へ通電する。

また、本発明の定着装置においては、複数のローラは、定着ベルトを加熱する加熱ローラと定着ローラに圧接する第２の定着ローラとを有し、加熱ローラの内部には、定着ベルトをベルト幅に渡って一様に加熱する第１の熱源と、端部より中央部の発熱量が大きい第２の熱源と、定着ベルトの内面の記録紙通紙範囲外に当接した第１の温度センサと、定着ベルトの内面中央部に当接した第２の温度センサと、定着ベルトの外面の記録紙通紙範囲外に当接した第３の温度センサと、第１の温度センサ、第２の温度センサ、第３の温度センサの出力を入力し、第１及び第２の熱源の発熱量を制御して定着ベルトの温度を制御する制御部とを設けたことを特徴する。

以上の構成により、加熱ローラの中央表面の温度を算出して加熱ローラの熱源への通電を制御することにより、熱量不足による低温オフセットの発生を防止することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、各図面に共通な要素には同一符号を付す。

第１の実施の形態
図１は第１の実施の形態による定着装置の外観斜視図、図２は図１に示した定着装置のＡ−Ａ断面矢視図である。定着装置１は、矢印Ｂ方向に搬送される記録紙２の幅方向に延在する長さＣを有する一対の加熱ローラ３，４からなる。未定着トナー５を付着させた記録紙２はニップ量Ｎを形成する加熱ローラ３，４の圧接部６を通過し、未定着トナー５を記録紙２に融着する。

加熱ローラ３は記録紙２の幅方向に延在する芯金７の外周に熱伝導率の低い、耐熱性を有する弾性体８、例えばシリコーンゴム、弗素ゴム等によりローラに成形されている。弾性体８の外周表面には撥水性、撥油性の高い、例えば弗素系の離形層９を外側に有する熱容量の小さい金属箔１０（厚み０．０１〜０．１ｍｍの例えばニッケル、ステンレス等）が密着形成してある。金属箔１０の長さは加熱ローラ３の長さＣに等しい。

離形層９には芯金方向に延在する熱源１１及び異物除去ブレード１２が当接している。また、離形層９の端部（記録紙の最大紙幅Ｌの外側）には加熱ローラ３の表面温度を検出する温度センサ１３（例えば、サーミスタ）が当接している。

加熱ローラ４は加熱ローラ３とほぼ同じ構成を有し、異なるところは金属箔１０の外側表面に離形層９を有せず、また、異物除去ブレード１２、温度センサ１３を設けてない点である。

ここで、加熱ローラの製法について説明する。図１８は加熱ローラの製法を示す説明図である。先ず，図１８（Ａ）に示すように、メッキ溶液６０、例えばスルホン酸ニッケル溶液を容器６１に満たし、外周に絶縁層６２を設けた円筒形状電極６３（例えば、ステンレス）とニッケルからなる電極６４とを向い合わせて浸す。

円筒形状電極６３を負極、電極６４を正極に接続することにより、電気メッキ法によって円筒形状電極６３の内面にニッケル金属による金属箔１０が形成される。

次に、金属箔１０の内面に接着剤を塗布し、図１８（Ｂ）に示すように、円筒形状電極６３と芯金７と支柱６５とを蓋６６，６７で挟んで支柱６５を図示せぬナットにより固着し、弾性体８となるシリコーンを加圧流入するピストン６８を備えた材料容器６９上に搭載して材料容器６９に保持する。蓋６７には注入口７０が設けてあり、蓋６６にはオーバーフロー口７１が設けてある。

ピストン６８を押下すると、液状のシリコーンが注入口７０より金属箔１０の内側に注入され、接着剤と架橋しながらローラ状に固化する。シリコーンが固化したところで図１８（Ｃ）に示すように円筒形状電極６３から取り出す。この状態で加熱ローラ４は形成される。

次に、加熱ローラ３を形成するために、円筒形状電極６３から取り出したローラの外面に弗素系の材料を塗布して離形層９を設ける。

尚、上述したように金属箔１０を電気メッキ法で円筒形状電極６３の内面に析出させるにあたって、界面活性剤によりメッキ溶液６０に弗素パウダを均一に分散させると、円筒形状電極６３の内面に弗素パウダを内包したニッケル金属による複合メッキ箔が析出する。

その円筒形状電極６３を弗素の溶融温度近辺以上の熱処理（例えば処理温度３２０°Ｃ〜３８０°Ｃ、処理時間０．５Ｈ〜１．５Ｈ）行うことにより、金属箔表面に弗素の薄膜を形成され、離形層９を新たに設ける必要がなくなる。

また、金属箔１０は電気メッキ法によらず、押し出し等で形成してもよい。この場合には先に離形層９を金属箔１０の外周に設けて剛性を高くしてから内部に液状のシリコーンを注入し、ローラにするようにする。

また、金属箔１０の肉厚を厚くして内部に液状のシリコーンを注入し、ローラにしてから金属箔１０の外周を研削するようにしてもよい。

また、芯金７の外周にシリコーンの弾性体８を注入によりローラ状に形成してから塩化パラジウム溶液に浸漬し、弾性体８の表面にパラジウムを析出させ、水洗後、例えば、ＮｉＰの溶液に浸漬し、無電界メッキ法により弾性体８の表面に金属箔１０としてのニッケルを析出させる。その後ローラ端部に析出した金属箔１０を切削にて除去する。

また、無電界メッキ法により弾性体８の表面に金属箔１０としてのニッケルを析出させる場合にＮｉＰの溶液に弗素パウダを分散しておけば、弗素パウダを内包したニッケル金属による複合メッキ箔が析出し、離形層９を兼ねることができる。

また、芯金７の外周にシリコーンの弾性体８を注入によりローラ状に形成する際にシリコーンにパラジウムを内添しておけば、塩化パラジウム溶液に浸漬し、弾性体８の表面にパラジウムを析出させるパラジウム処理は不要となる。

熱源１１はローラ回転方向Ｅ，Ｆに対してローラ圧接部６の上流側に設置され、内部に反射面を有する筐体に例えばハロゲンランプ１４が設けてあり、熱源１１の長さＤは記録紙２の最大紙幅Ｌより越え、加熱ローラ３の長さＣより短い。

図３は図１に示した定着装置の制御ブロック図である。制御部２０は中央処理装置（以後ＣＰＵ２１と記載する）とメモリ２２とＩ／Ｏポート２３とを有し、メモリ２２にはデータを格納するデータ格納部２２ａ、加熱ローラ３の表面温度を所定温度に制御する閾値を格納する閾値格納部２２ｂが設けてある。

ＣＰＵ２１にはＩ／Ｏ２３ポートを介してドライバ回路２４，２５、温度センサ１３、記録紙センサ２６が接続してあり、ドライバ回路２４，２５にはそれぞれハロゲンランプ１４、加熱ローラ駆動モータ２７が接続してある。

次に動作について図４を参照して説明する。図４は図１に示した定着装置の動作を示すフローチャートである。オペレータが図示せぬ電源スイッチをオンにすると、装置、例えば電子写真プリンタには電源が供給され、同時にＣＰＵ２１はリセットされて電子写真プリンタを初期化する。

初期化後、ステップＳ１でＣＰＵ２１はドライバ回路２４，２５を介してハロゲンランプ１４、加熱ローラ駆動モータ２７に通電し、加熱ローラ３，４をそれぞれ矢印Ｅ，Ｆ方向に回転受動させ、金属箔１０を加熱する。

ステップＳ２でＣＰＵ２１は温度センサ１３を通じて加熱ローラ３の表面温度を検知し、メモリ２２の閾値格納部２２ｂに格納してある閾値と比較チェックしている。加熱ローラ３の表面温度が閾値に達した場合にはステップＳ３に分岐し、否の場合にはステップＳ１に分岐する。

ステップＳ３でＣＰＵ２１はハロゲンランプ１４への通電を停止し、ステップＳ４で記録紙２を図示せぬカセットから繰り出して図示せぬ画像形成部に給紙する。記録紙２には画像形成部により形成されたトナー画像が転写され、トナー画像が転写された記録紙２は定着装置１に向って搬送されてくる。

ステップＳ５でＣＰＵ２１は記録紙センサ１３を通じて記録紙２を検知し、記録紙後端を検知した場合には記録紙一枚分の処理を終了し、否の場合にはステップＳ６に分岐する。

ステップＳ６でＣＰＵ２１は温度センサ１３を通じて加熱ローラ３の表面温度が所定温度以下か否かを検知し、加熱ローラ３の表面温度が所定温度以下の場合にはステップＳ７に分岐し、否の場合にはステップＳ８に分岐する。

ステップＳ７でＣＰＵ２１はハロゲンランプ１４へ通電し、ステップＳ４に分岐する。

ステップＳ８でＣＰＵ２１はハロゲンランプ１４への通電を停止し、ステップＳ４に分岐する。

尚、本実施の形態では、弾性体８の外周表面に離形層９を外側に有する熱容量の小さい金属箔１０が密着形成してあるとしたが、図５に示すように、金属箔１０と離形層９との間に熱伝導率が高く、耐熱性のある弾性体層１５を設けてもよい。この場合、ローラ圧接部６での金属箔１０への歪みを少なくすることができ、弾性体８に対する金属箔１０の剥離を防止できる。

弾性体層１５は金属箔１０の外周表面に熱伝導率が高く、耐熱性のあるシリコーンを塗布し、さらに離形層９を塗布して架橋焼成により形成する。

また、金属箔１０と離形層９との間に熱伝導率が高く、耐熱性のある弾性体層１５を設ける場合、図６に示すように、弾性体層１５の幅Ｃ、金属箔の幅Ｇ、定着可能な記録紙の最大幅Ｌの関係をＣ＞Ｇ＞Ｌにすれば、弾性体層１５は金属箔１０を包んで両端部を弾性体８に密着成形されるので、弾性体８、金属箔１０、弾性体層１５間の密着力、固着力が向上し、金属箔１０が剥離するという問題を防止できる。

また、図７示すように、記録紙２の最大紙幅Ｌの範囲外にある金属箔１０の端部に複数の開口部１６を設け、開口部１６を通じて弾性体８と弾性体層１５とを結合させ、弾性体８、金属箔１０、弾性体層１５間の密着力、固着力を向上させてもよい。

さらに、弾性体８、金属箔１０間の密着力、固着力を向上させるために、図８、図９に示すように、記録紙２の最大紙幅Ｌの外側の金属箔１０の内部に樹脂、あるいは金属からなる凹凸を有するスリーブ部材１７を接合する。この場合、定着に必要なローラ圧接部６のニップ量Ｎを形成する弾性体８の歪みに影響することなく、金属箔１０と弾性体８との密着性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、温度センサ１３を加熱ローラ３の端部表面（記録紙の最大紙幅Ｌの外側）に当接するように設けたが、図１０に示すように、さらにトナーに当接しない加熱ローラ４の中央部表面と端部表面とに当接させて温度センサ１８，１９を設けてもよい。

図１１は図１０に示した変形例の温度制御の説明図である。横軸に加熱ローラ位置をとり、縦軸に加熱ローラの表面温度をとる。曲線Ａ、Ｂは、それぞれ未定着トナー５を付着させた記録紙２がローラ圧接部６を通過したときの加熱ローラ３，４の表面温度を示す。

温度制御は、加熱ローラ３の中央部表面の温度ｔ４を制御温度として所定温度ｔ０と比べ、温度ｔ４が所定温度ｔ０を越えていた場合には加熱ローラ３の熱源への通電を停止し、温度ｔ４が所定温度ｔ０以下の場合には加熱ローラ３の熱源へ通電を行う。

ここで、未定着トナー５を付着させた記録紙２がローラ圧接部６を通過すると、加熱ローラ３及び４の表面温度は記録紙２に熱が移動するので、設定温度ｔ０より低くなる。

そのときの温度変化量は、加熱ローラ３及び４の熱伝導率や熱容量が各々異なるので一様ではない。

印刷開始前のウオーミングアップ中、加熱ローラ３及び４の表面温度は所定温度ｔ０に基づいて制御される。

印刷が開始され、記録紙２がローラ圧接部６を通過すると、加熱ローラ４の温度勾配Δを温度センサ１８，１９を通じて算出する。

Δ＝ｔ２−ｔ１…………（１）
このときの加熱ローラ３の中央部表面の温度ｔ４は、温度センサ１３を通じて求めた加熱ローラ３の端部表面の温度ｔ３と温度勾配Δとから次式により算出する。

ｔ４＝ ｔ３−Ｋ×Δ………（２）
ここで係数Ｋは実験的に求めた値である。算出された表面温度ｔ４が所定温度ｔ０以下の場合には、そのときの温度センサ１３を通じて検知した加熱ローラ３の端部表面の温度ｔ３を温度差ｔｘ＝（ｔ０−ｔ４）分上がるように加熱ローラ３の熱源へ通電する。

このように加熱ローラ３の中央部表面の温度ｔ４を算出して加熱ローラ３の熱源への通電を制御することにより、熱量不足による低温オフセット発生を防止できる。

尚、本実施の形態では実験的に求めた係数Ｋを温度勾配Δに乗算し、加熱ローラ３の端部表面の温度ｔ３から差し引いて制御温度ｔ４を求めたが、温度勾配Δと温度ｔ３とを参照要素として制御温度ｔ４を求めるテーブルを実験にて求め、そのテーブルを参照するようにしてもよい。

この温度制御法は金属パイプに熱源を当接させて加熱する定着装置に限らず、加熱ローラ内部に熱源を設けるタイプにも適用可能である。

第１の実施の形態によれば、熱容量の小さい金属箔はハロゲンランプにより直接加熱されるので、加熱ローラの加熱立ち上がりが早い。

また、熱容量の小さい金属箔はハロゲンランプにより直接加熱されるので、印刷速度の高速化を図る場合には、熱伝導率の低い弾性体のローラ外径を大きくしてローラ圧接部のニップ量を大きくせずとも必要な熱量が供給され、装置の小型化を図れる。

第２の実施の形態
図１２は第２の実施の形態による加熱ローラの部分断面図である。第１の実施の形態と異なるところは、加熱ローラ３の中央部に温度センサ１３を設置するにあたって、加熱ローラ３のニップを形成する歪みに影響を与えない半径ｒ以内の金属箔１０の近傍に温度センサ１３を埋め込んで設置し、固化すると弾性体８となる液状シリコーンをローラ形状に挿入架橋させ保持した点である。

加熱ローラ３の中央部に設置される温度センサを加熱ローラの表面に当接させて設置した場合、記録紙２に定着できずに加熱ローラ表面に付着する微量なトナーの内、異物除去ブレード１２を擦り抜けたトナーは温度センサに溜り、溜まったトナーはある時期に離脱し、記録紙２に付着して記録紙面を汚染する。

温度センサを加熱ローラ内に埋め込んで設置することにより、上述した問題点は解決できる。

動作については第１の実施の形態と同じなので説明を省略する。

第２の実施の形態によれば、加熱ローラ中央部に設置される温度センサを加熱ローラ内に埋め込んで設置したことにより、記録紙に定着できずに加熱ローラ表面に付着する微量なトナーは、記録紙に付着して記録紙面を汚染する程に大きく成長する前に、ブレードにより除去される。

第３の実施の形態
図１３は第３の実施の形態による定着装置の断面図である。第１の実施の形態と異なるところは、加熱ローラ３，４の表面に当接して設置される熱源１１、１１の筐体３０、３１を断熱熱反射部材により構成するとともに筐体３０、３１に切欠き部３２、３３を設け、画像形成装置３４によりトナー像を転写された記録紙２を予備加熱してからローラ圧接部６を通過させるようにした点である。

動作については第１の実施の形態と同じなので説明を省略する。

第３の実施の形態によれば、熱源の筐体を断熱熱反射部材により、定着装置近傍に配置される装置、例えば、記録紙に転写するトナー画像を形成する画像装置への熱影響を遮断する。

また、筐体に設けた切欠き部よりローラ圧接部を通過する前の記録紙を予備加熱するので、記録紙がローラ圧接部に入る前に予熱でき、トナー定着の効率化を図ることができる。

尚、本実施の形態では、加熱ローラ３，４の表面に当接して設置される熱源１１，１１をローラ回転方向Ｅ，Ｆに対してローラ圧接部６の上流側に設置したが、図１４に示すように、加熱ローラ３の表面に当接して設置される熱源１１をローラ回転方向Ｅに対してローラ圧接部６の下流側に設置してもよい。この場合、加熱ローラ４の表面に当接して設置される熱源１１の筐体３１には記録紙２を予備加熱するための切欠き部３３を設け、加熱ローラ３の表面に当接して設置される熱源１１の筐体３０には切欠き部を設けない。

このようにすれば、定着装置近傍に配置される装置、例えば、記録紙に転写するトナー画像を形成する画像装置への熱影響はさらに少なくなる。

第４の実施の形態
図１５は第４の実施の形態による熱源の構成図であり、同図（Ａ）は側面図を示し、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ断面矢視図を示している。第１の実施の形態と異なるところは、加熱ローラ３，４の表面に当接して設置される熱源１１がハロゲンランプに代えてセラミックヒータ４０を設けた点である。

第１の実施の形態による定着装置では、熱源１１が記録紙２の最大紙幅Ｌを一様に加熱する。加熱ローラ３，４の表面温度が所定の温度に達し、幅狭な記録紙にトナーを定着させると、加熱ローラ３，４の中央部は熱が記録紙２に移動して加熱ローラ３，４の表面温度が所定の温度以下になるが、記録紙２に直接当接しない加熱ローラの端部の温度は中央部ほど降下しない。

加熱ローラ３の表面温度が所定の温度以下になると自動的に熱源１１には通電される。そして、加熱ローラ３の中央部が所定の温度に達したときには、熱がさほど記録紙に移動しなかった加熱ローラの端部の温度は高くなり過ぎており、次に前回の記録紙２より幅広の記録紙２がローラ圧接部６に達したとき、高くなり過ぎた加熱ローラ３により融着したトナーが加熱ローラ３の端部に付着して記録紙２を加熱ローラ３に巻き付けてしまう高温オフセット現象を発生する。

第４の実施の形態による定着装置は、そのような高温オフセット現象を防止する構造を有する。

即ち、セラミックヒータ４０はセラミックからなるヒータ基板４１に、例えば、酸化タンタルや酸化ルテニウム等のヒータ４０ａ〜４０ｅが記録紙２の紙幅方向に複数に分割されて設けられている。ヒータ４０ａ〜４０ｅは一端をコモン線４２に接続され、他端を駆動線４３ａ〜４３ｅに接続されている。ヒータ４０ａ〜４０ｅの表面には絶縁と耐摩耗を兼ねた保護層４４が設けてある。セラミックヒータ４０の最大幅は記録紙２の最大紙幅Ｌと等しく、２点鎖線で示した記録紙は熱源の最大幅Ｌより狭い紙幅を有する記録紙２を表している。

図１６は第４の実施の形態による定着装置の制御ブロック図である。制御部５０は中央処理装置５１（以後ＣＰＵ５１と記載する）とメモリ５２とＩ／Ｏポート５３とを有し、メモリ５２にはデータを格納するデータ格納部５２ａ、熱源１１の温度を所定温度に制御する閾値を格納する閾値格納部５２ｂが設けてある。

ＣＰＵ５１にはＩ／Ｏポート５３を介して記録紙サイズ設定キー５４、ドライバ回路５５、温度センサ１３、記録紙センサ２６が接続してあり、ドライバ回路５５にはヒータ４０が接続してある。

次に動作について図１７を参照して説明する。図１７は図１６に示した定着装置の動作を示すフローチャートである。オペレータが図示せぬ電源スイッチをオンにすると、装置、例えば電子写真プリンタには電源が供給され、同時にＣＰＵはリセットされて電子写真プリンタを初期化する。

初期化後、ステップＳ１でＣＰＵ５１は記録紙サイズ設定キー５４から記録紙サイズが入力されたか否かをチェックしており、記録紙サイズが入力された場合にはステップＳ２に分岐する。

ステップＳ２でＣＰＵ５１はドライバ回路５５を介して記録紙サイズに応じたヒータ数に通電する。

ステップＳ３でＣＰＵ５１は温度センサ１３を通じて加熱ローラ３の表面温度を検知し、メモリ５２に格納してある閾値と比較チェックしている。加熱ローラ３の表面温度が閾値に達した場合にはステップＳ４に分岐し、否の場合にはステップＳ２に分岐する。

ステップＳ４でＣＰＵ５１は熱源１１への通電を停止し、ステップＳ５で記録紙２を図示せぬカセットから繰り出して図示せぬ画像形成部に給紙する。記録紙２には画像形成部により形成されたトナー画像が転写され、トナー画像が転写された記録紙２は定着装置１に向って搬送される。

ステップＳ６でＣＰＵ５１は記録紙センサ２６を通じて記録紙後端を検知し、記録紙後端を検知した場合には記録紙一枚分の処理を終了し、否の場合にはステップＳ７に分岐する。

ステップＳ７でＣＰＵ５１は温度センサ１３を通じて加熱ローラ３の表面温度が所定温度以下か否かを検知し、加熱ローラ３の表面温度が所定温度以下の場合にはステップＳ８に分岐し、否の場合にはステップＳ９に分岐する。

ステップＳ８でＣＰＵ５１はドライバ回路５５を介して熱源に通電し、ステップＳ５に分岐する。

ステップＳ９でＣＰＵ５１は熱源１１への通電を停止し、ステップＳ５に分岐する。

尚、本実施の形態では記録紙のサイズを記録紙サイズ設定キーにより設定するようにしたが、記録紙の走行路に配置された紙幅センサによりＣＰＵが検知して必要なヒータ数に通電するようにしてもよい。

第４の実施の形態によれば、熱容量の小さい金属箔はセラミックヒータにより直接加熱されるので、加熱ローラの加熱立ち上がりが早い。

また、セラミックヒータは複数のヒータに分割されて加熱自在であり、加熱ローラの表面温度は中央部、端部に設置された温度センサにより検知されるので、加熱ローラの両端部の表面温度が中央部より高く加熱され、溶着したトナーが加熱ローラ表面に付着して記録紙を加熱ローラに巻き付けてしまうオフセット現象を防止する。

第１〜第４の実施の形態では、第１及び第２のローラ共に加熱ローラとしたが、第１のローラのみを加熱ローラとし、第２のローラは熱源を設けない単なる加圧ローラとしてもよい。

また、離形層を第１のローラに設け、第２のローラには設けなかったが、残留トナーが第１のローラから第２のローラに移って記録紙を汚す恐れがあるので第２のローラにも設けることが好ましい。

また、弾性体層を第１のローラに設け、第２のローラには設けなかったが、金属箔と弾性体との密着性を向上させるために第２のローラにも設けることが好ましい。

第５の実施の形態
第１〜第４の実施の形態では一対の加熱ローラを用いたローラ方式の定着装置について説明したが、定着装置には、記録紙に未定着トナーを融着させる一対の定着ローラの一方と加熱ローラとの間にベルトを掛けるベルト方式がある。

一対の定着ローラ、加熱ローラ及び定着ベルトは、それぞれ、耐熱性の高い弾性体を有し、定着ベルトを介した一対の定着ローラが形成する圧接部を記録紙が通過し、未定着トナーを記録紙に融着する。

ベルト方式の定着装置においても、ローラ方式の定着装置と同様に印刷速度の高速化を図ると、未定着トナーを加熱定着させる定着ベルトの熱容量が小さいために、図２２に示すように、記録紙を通過させている最中に熱が記録紙に奪われ、ベルト温度の低下が大きいという問題点があった。

また、幅の狭い記録紙を連続して定着装置を通過させると、通紙幅範囲内外のベルト温度差が発生し、通紙幅範囲内のベルト温度を最適定着温度に確保すると、その温度差が増大し、耐熱アラーム温度に達し、印刷を中断しなければならないという問題点もあった。

図１９は第５の実施の形態による定着装置の概略図である。一対の定着ローラ８１，８２、加熱ローラ８３及び定着ベルト８４は、それぞれ、耐熱性が高く、且つ熱容量の大きい弾性体を有し、定着ベルト８４を介した一対の定着ローラ８１，８２がニップ量Ｎを形成する圧接部８５を記録紙８６が通過し、未定着トナー８７を記録紙８６に融着する。

加熱ローラ８３は内部に第１の熱源（例えば、ハロゲンランプ）８８，第２の熱源（例えば、ハロゲンランプ）８９を有し、定着ベルト８４に圧接して温度センサ９０ａ〜９０ｃを記録紙通過範囲内外に設置してある。

第１の温度センサ９０ａは定着ベルト８４の内面で記録紙通紙範囲外に当接し、第２の温度センサ９０ｂは定着ベルト８４の内面中央部に接し、第３の温度センサ９０ｃは定着ベルト８５の外面で記録紙通紙範囲外に当接している。

図２０は図１９に示した加熱ローラ内部熱源の発熱量の説明図であり、縦軸は発熱量を示し、横軸は熱源長手方向の位置を示している。第１の熱源８８は長手方向の位置に拘わらずどこでも一様な発熱量Ｗ１を発熱しているのに対して、第２の熱源８９は中央部で発熱量Ｗ１より低い発熱量Ｗ２であり、端部で中央部よりさらに低い発熱量Ｗ３を発熱する。

図２１は図１９に示した定着装置の制御ブロック図である。制御部９１は中央処理装置９２（以後ＣＰＵ９２と記載する）とメモリ９３とＩ／Ｏポート９４とを有する。ＣＰＵ９２にはＩ／Ｏポート９４を介して記録紙サイズ設定キー９５、ドライバ回路９６、第１の温度センサ９０ａ，第２の温度センサ９０ｂ，第３の温度センサ９０ｃ、記録紙センサ９７が接続してあり、ドライバ回路９６には第１の熱源８８、第２の熱源８９が接続してある。

メモリ９３にはデータを格納するデータ格納部９３ａ、第１の熱源８８、第２の熱源８９の温度を所定温度に制御する通電停止温度ｔ１、通電開始温度ｔ２を格納する閾値格納部９３ｂが設けてある。

データ格納部９３ａには、記録紙サイズ設定キー９５から設定された記録紙のサイズが格納されてあり、閾値格納部９３ｂには、通電停止温度ｔ１、通電開始温度ｔ２及び通電停止温度ｔ１、通電開始温度ｔ２を算出する際に使用する係数Ｋが格納されてある。

ＣＰＵ９２は記録紙通過範囲外に設置してある第３の温度センサ９０ｃの温度ｔから定着ベルト外面中央部の温度を算出して通電停止温度ｔ１、通電開始温度ｔ２を決める。

通電停止温度ｔ１、通電開始温度ｔ２の算出方法は、第３の温度センサ９０ｃの温度ｔから、第１の温度センサ９０ａと第２の温度センサ９０ｂとの温度差Δｔに乗算する係数Ｋを求め、係数ＫをΔｔに乗算して定着ベルト外面の記録紙通紙範囲内外の温度差Ｔを求め、第３の温度センサ９０ｃの温度ｔから温度差Ｔを差し引いて通電停止温度ｔ１、通電開始温度ｔ２を算出する。

次に動作について図２３を参照して説明する。図２３は図１９に示した定着装置の動作を示すフローチャートである。オペレータが図示せぬ電源スイッチをオンにすると、装置、例えば電子写真プリンタには電源が供給され、同時にＣＰＵ９２はリセットされて電子写真プリンタを初期化する。

ステップＳ１でＣＰＵ９２はドライバ回路９６を介して第１の熱源８８に通電を行い、ステップＳ２で第３の温度センサ９０ｃの温度ｔから定着ベルト外面中央部の表面温度を算出し、メモリ９３に格納してある通電停止温度ｔ１と比較チェックしている。定着ベルト８４の外面中央部の表面温度が通電停止温度ｔ１に達した場合にはステップＳ３に分岐する。

ステップＳ３でＣＰＵ９２は熱源への通電を停止する。ステップＳ４でＣＰＵ９２は記録紙センサ９７を通じて記録紙の有無を検出しており、記録紙有りならばステップＳ６に分岐し、記録紙無しならばステップＳ５に分岐する。

ステップＳ５でＣＰＵ９２は第３の温度センサ９０ｃの温度ｔから定着ベルト外面中央部の表面温度を算出し、メモリ９３に格納してある通電開始温度ｔ２と比較チェックしている。定着ベルト８４の外面中央部の表面温度が通電開始温度ｔ２に達した場合にはステップＳ１に分岐し、否の場合にはステップＳ４に分岐する。

ステップＳ６でＣＰＵ９２はデータ格納部９３ａを参照して記録紙は幅狭な記録紙か否かをチェックし、幅狭な記録紙の場合にはステップＳ７に分岐し、否の場合にはステップＳ５に分岐する。

ステップＳ７でＣＰＵ９２は第３の温度センサ９０ｃの温度ｔから定着ベルト外面中央部の表面温度を算出し、メモリ９３に格納してある通電開始温度ｔ２と比較チェックしている。定着ベルト８４の外面中央部の表面温度が通電開始温度ｔ２に達した場合にはステップＳ８に分岐する。

ステップＳ８でＣＰＵ９２はドライバ回路９６を介して第１の熱源８８、第２の熱源８９に通電を行う。

ステップＳ９でＣＰＵ９２は第３の温度センサ９０ｃの温度ｔから定着ベルト外面中央部の表面温度を算出し、メモリ９３に格納してある通電停止温度ｔ１と比較チェックしている。定着ベルト８４の外面中央部の表面温度が通電停止温度ｔ１に達した場合にはステップＳ４に分岐する。

幅狭な記録紙が連続する場合には、ステップＳ４〜ステップＳ９が繰り返され、定着ベルト８４の外面中央部の表面温度が通電開始温度ｔ２に達した場合には第１の熱源８８、第２の熱源８９に通電されるので、通紙幅範囲内外のベルト温度差が迅速に最適定着温度に確保される。

尚、記録紙サイズ設定キー９５から設定された記録紙のサイズは、設定キー９５が押下されたとき割り込みが起こり、データ格納部９３ａに格納される。また、記録紙は定着ベルトが通電停止温度ｔ１に達した後に搬送される。

尚、本実施の形態では加熱ローラ８３の内部に第１の熱源８８，第２の熱源８９を設けたが、加熱ローラ８３の内部に第１の熱源８８を設け、定着ローラ８１あるいは定着ローラ８２の内部に第２の熱源８９を設けてもよい。この場合、各記録紙の通過によるベルト中央部の温度低下を熱容量の大きい定着ローラが補うことによりベルト温度のばらつきを抑えることができる。

また、第１の熱源８８を加熱ローラ８３、定着ローラ８１、８２の内部に設けてもよい。この場合、定着ベルト８４は加熱ローラ８３の熱源８８により加熱され、熱容量の大きい定着ローラはそれぞれの熱源８８により加熱されるので、各記録紙の通過によるベルト中央部の温度低下を熱容量の大きい定着ローラが補うことによりベルト温度のばらつきを抑えることができる。

第５の実施の形態によれば、記録紙通過範囲外に設置してある温度センサの検出温度からベルト中央部の温度低下を求め、端部より中央部の発熱量が大きい熱源により定着ベルトを加熱するようにしたことにより、記録紙を通過させている最中に熱が記録紙に奪われても、通紙幅範囲内外のベルト温度差を小さくすることができ、通紙幅範囲内のベルト温度を記録紙の幅に関係無く最適定着温度に確保することができる。

第１の実施の形態による定着装置の外観斜視図である。 図１に示した定着装置のＡ−Ａ断面矢視図である。 図１に示した定着装置の制御ブロック図である。 図１に示した定着装置の動作を示すフローチャートである。 加熱ローラの変形例（１）である。 加熱ローラの変形例（２）である。 加熱ローラの変形例（３）である。 加熱ローラの変形例（４）である。 図８のＡ−Ａ断面矢視図である。 温度センサ配置の変形例である。 図１０に示した変形例の温度制御の説明図である。 第２の実施の形態による加熱ローラの部分断面図である。 第３の実施の形態による定着装置の断面図である。 第３の実施の形態による定着装置の変形例である。 第４の実施の形態による熱源の構成図である。 第４の実施の形態による定着装置の制御ブロック図である。 図１６に示した定着装置の動作を示すフローチャートである。 加熱ローラの製法を示す説明図である。 第５の実施の形態による定着装置の概略図である。 図１９に示した加熱ローラの発熱量の説明図である。 図１９に示した定着装置の制御ブロック図である。 記録紙通過によるベルト温度低下の説明図である。 図１９に示した定着装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 定着装置
３、４ 加熱ローラ
８ 弾性体
１０ 金属箔
１５ 弾性体層
１６ 開口部
１７ スリーブ部
８４ 定着ベルト

Claims (4)

1. 未定着トナーを付着させた記録紙を、互いに反対方向に回転する第１のローラと第２のローラとのローラ圧接部を通過させることにより、トナーを記録紙に加圧融着させて定着する定着装置の温度制御方法において、
   前記記録紙の最大紙幅外に設置されるとともに第１のローラのローラ面に当接した温度センサと、
   前記記録紙の最大紙幅内外に設置されるとともに第２のローラのローラ面に当接した複数の温度センサと、
   第２のローラのローラ面に当接した複数の温度センサの温度勾配と第１のローラのローラ面に当接した温度センサの温度とから第１のローラの中央部表面の制御温度を求める温度制御手段とを設け、
   第１及び第２のローラ面に当接した温度センサを所定の設定温度に設定し、
   前記記録紙が前記ローラ圧接部を通過したときの第２のローラに当接した温度センサの温度から温度勾配を求め、
   前記制御温度を第１のローラの温度センサの温度と前記温度勾配とから求め、
   前記制御温度が前記所定温度以下の場合には、第１のローラの熱源へ通電することを特徴とした定着装置の温度制御方法。
2. 複数のローラに支持された定着ベルトに定着ローラを圧接し、未定着トナーを一方の面に付着させた記録紙を、定着ベルトと定着ローラとの圧接部を通過させることにより、トナーを記録紙に加圧融着させて定着する定着装置において、
   前記複数のローラは、定着ベルトを加熱する加熱ローラと定着ローラに圧接する第２の定着ローラとを有し、
   前記加熱ローラの内部には、定着ベルトをベルト幅に渡って一様に加熱する第１の熱源と、端部より中央部の発熱量が大きい第２の熱源と、
   前記定着ベルトの内面の記録紙通紙範囲外に当接した第１の温度センサと、
   前記定着ベルトの内面中央部に当接した第２の温度センサと、
   前記定着ベルトの外面の記録紙通紙範囲外に当接した第３の温度センサと、
   第１の温度センサ、第２の温度センサ、第３の温度センサの出力を入力し、第１及び第２の熱源の発熱量を制御して定着ベルトの温度を制御する制御部とを設けたことを特徴する定着装置。
3. 前記第２の熱源は、前記加熱ローラに代えて、前記定着ローラの内部に設けられたことを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 第３の温度センサの出力ｔから第１の温度センサと第２の温度センサとの温度差Δｔに乗算する係数Ｋを求め、係数ＫをΔｔに乗算して定着ベルト外面の記録紙通紙範囲内外の温度差Ｔを求め、第３の温度センサの出力ｔから温度差Ｔを差し引いて前記定着ベルト外面の記録紙通紙範囲内の温度を算出することを特徴とした請求項２又は請求項３記載の定着装置。

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