JP2584012B2 - 定着装置及び温度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複写機などの画像形成装置の定着装置及び
その温度制御方法に関する。

以下、従来の定着装置の温度制御方法を、複写機を例
にとって説明する。

定着装置は、複写紙の表面に転写されたトナー像を定
着させるものであって、一般的には複写紙搬送経路の下
流側に設置されている。この定着装置はヒータを内蔵し
た熱ローラと、熱ローラに圧接する圧ローラとを有して
おり、複写紙がその両ローラの間を通過すること（以下
「通紙動作」という）によって、転写されているトナー
像が加熱加圧されて複写紙表面に定着される。

熱ローラは、ヒータと、そのヒータを取り囲む円筒形
状の芯金と、この芯金の外周面に貼着されたゴムなどの
柔軟性を有する弾性部材とを有している。他方、圧ロー
ラは、前記芯金と同一の材料で形成されている。熱ロー
ラにおいては、芯金の温度を接触型のサーミスタで検出
し、その検出結果に基づき、その芯金の温度が略一定と
なるように前記ヒータを制御している。それによって、
弾性部材の表面温度も適正温度（例えば185℃）に維持
される。

ところで、前記通紙動作によって、弾性部材の表面の
熱が複写紙に奪われ放熱するが、本来ゴムなどの弾性部
材は熱伝導率が低いので、ローラ内部のヒータからの熱
の補給が追いつかず、その弾性部材の表面温度が適正温
度を下回る傾向がある。その結果、連続複写した場合、
２枚目以降の通紙動作においては、適正温度より下回る
温度（例えば、165℃）で定着が行われてしまい、定着
が不十分になることがある。

なお、連続複写の場合でも、弾性部材の表面温度が適
正となるように、前記内部ヒータの加熱を強くすると、
芯金と弾性部材との接着状態が悪化したり、弾性部材が
劣化したりする傾向がある。

そこで、弾性部材の表面温度の低下を、内部ヒータで
なく外部のヒータによって、補うようにする技術が、例
えば特開昭54−29650号公報などで提案されている。

即ち、第６図は、その定着装置の簡略断面図である。

前述したように、熱ローラ１は、内部ヒータ５と、芯
金３と、弾性部材４と、芯金３の温度を検出するサーミ
スタ８とを備えている。２は、前記圧ローラであり、６
は複写紙である。更に、弾性部材４の複写紙通紙入口近
くの表面には、第２のサーミスタ９が設けられ、弾性部
材４のその部位の表面温度を検出している。また、弾性
部材４には、ヒータ７を内蔵した外部加熱ローラ15が接
触し、加熱されるようになっている。

このような構造の定着装置は、通紙が行われることに
よる弾性部材４の表面温度の低下（165℃）を、前記第
２のサーミスタ９により検出し、外部加熱ローラ15によ
り加熱して、その温度低下を補償している。

しかしながら、このような定着装置は、次に述べるよ
うな課題がある。

即ち、連続通紙中は、上述のように、複写紙により弾
性部材４から大量の熱が奪われるので、外部加熱ローラ
15は、連続加熱を続け、弾性部材４を適正温度（185
℃）に維持している。その際の外部ローラ15の表面温度
は240℃にも達する。いま、通紙が終了するとその放熱
がなくなる。従って、弾性部材４の温度低下はおこらな
い。

しかしながら、その放熱がなくなったこと、即ち、温
度低下が無いことを第２のサーミスタ９が検出する時点
は、構造上、その放熱の無くなった弾性部材４の部位
が、所定量回転し、外部加熱ローラ15との接触位置を通
過して、第２のサーミスタ９の存在する場所まで回転し
てきたときである。それから、外部加熱ローラ15のヒー
タ７がオフされる。

その結果、その温度低下の無い弾性部材４の部位の温
度は、通紙出口箇所で、例えば、185℃であったところ
に、240℃の外部加熱ローラ15によって更に加熱される
ので、弾性部材４の許容温度をはるかに越えてしまい、
いたんでしまう。

本発明は、このような従来の定着装置の温度制御の方
法の課題に鑑み、弾性部材をいためることなく、質のよ
い定着を行うことの出来る定着装置及びその温度制御方
法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 請求項１の本発明は、第１の加熱手段を内蔵した熱ロ
ーラと、その熱ローラに圧接する、第２の加熱手段を内
蔵した圧ローラとを有する定着装置の温度制御方法にお
いて、第１検出手段を接触させることにより前記熱ロー
ラの表面温度を検出し、第２検出手段を接触させること
により前記圧ローラの表面温度を検出し、前記第１検出
手段と前記第２検出手段の並列回路を利用したブリッジ
回路の出力と基準電圧とを比較し、その比較結果によっ
て前記第２の加熱手段をオンオフさせる定着装置の温度
制御方法である。

請求項２の本発明は、第１の加熱手段を内蔵した熱ロ
ーラと、その熱ローラに圧接する、第２の加熱手段を内
蔵した圧ローラとを有する定着装置において、前記熱ロ
ーラの表面に接触してその表面温度を検出する第１検出
手段と、前記圧ローラの表面に接触してその表面温度を
検出する第２検出手段と、前記第１検出手段と前記第２
検出手段の並列回路を利用したブリッジ回路と、そのブ
リッジ回路の出力と基準電圧とを比較するコンパレータ
と、そのコンパレータの出力によって前記第２の加熱手
段をオンオフさせるオンオフ手段とを備えた定着装置で
ある。

請求項３の本発明は、加熱手段を内蔵した熱ローラ
と、その熱ローラに圧接する圧ローラと、前記熱ローラ
を加熱する外部加熱装置とを有する定着装置の温度制御
方法において、第１検出手段を接触させることにより前
記熱ローラの表面温度を検出し、第２検出手段により前
記外部加熱装置の温度を検出し、前記第１検出手段と前
記第２検出手段の並列回路を利用したブリッジ回路の出
力と基準電圧とを比較し、その比較結果によって前記外
部加熱手段をオンオフさせる定着装置の温度制御方法で
ある。

請求項４の本発明は、第１の加熱手段を内蔵した熱ロ
ーラと、その熱ローラに圧接する圧ローラと、前記熱ロ
ーラを加熱する外部加熱装置とを有する定着装置におい
て、前記熱ローラの表面温度を検出する第１検出手段
と、前記外部加熱装置の温度を検出する第２検出手段
と、前記第１検出手段と前記第２検出手段の並列回路を
利用したブリッジ回路と、そのブリッジ回路の出力と基
準電圧とを比較するコンパレータと、そのコンパレータ
の出力によって前記外部加熱装置をオンオフさせるオン
オフ手段とを備えた定着装置である。

［作用］ 請求項１、２の本発明は、通紙中、温度がそれほど高
熱にならないので、通紙終了後弾性部材をいためるよう
なことが無い。

請求項３、４の本発明は、通紙終了後早い時期に温度
制御がなされるので、弾性部材をいためるようなことが
無い。

［実施例］ 第１図は、本発明にかかる定着装置の一実施例を示す
略示側面図である。

熱ローラ10は、アルミニウム等からなる芯金12と、芯
金12の外周面に接着剤などで固定されたゴム等からなる
弾性部13と、前記芯金12の中心に設置された、第１加熱
手段の一例としてのヒータ11とを有している。この熱ロ
ーラ10の表面、即ち、弾性部13の通紙出口下流側（図面
上右方向側）には、負特性サーミスタ等の温度を検出す
る第１検出手段41が当接して設けられている。その熱ロ
ーラ10は、モータ等の駆動手段（図示省略）によって、
矢符Ａに示す方向に、回転される。なお、14は、芯金12
の表面温度を検出するサーミスタ等からなる温度検出手
段である。制御装置111は、その温度検出手段14の出力
信号に基づきヒータ11をオンオフし、非通紙時、弾性部
13の表面温度が適正温度（185℃）になるように、芯金1
2の表面温度を一定の温度（例えば205℃）に制御する回
路である。

圧ローラ20は、前記熱ローラ10と接触し、アルミニウ
ムなどの管にテフロン（商標名）等の合成樹脂がコーテ
ィングされたものである。この圧ローラ20は、前記熱ロ
ーラ10の回転に従動して矢符Ｂに示す方向に回転する。
圧ローラ20の内部には、第２の加熱手段の一例としての
ヒータ31が設けられ、その圧ローラ20の表面に、その表
面の温度を検出する負特性サーミスタ等からなる第２検
出手段42が接触して設けられている。したがって、圧ロ
ーラ20は、ニップ部（通紙部位）において、複写紙の裏
側から、補充的加熱を行うことになる。

制御部40は、前記第１検出手段41と第２検出手段42の
出力信号に基づいて、前記ヒータ31を制御する回路であ
る。

第２図は、その制御部40を中心とする回路である。

制御部40は、ブリッジ回路46と、このブリッジ回路46
の出力電圧Ｖと基準電圧Vsとを入力し、比較してトリガ
ー信号を出力するコンパレータ43と、コンパレータ43か
らのトリガー信号に基づき、前記外部加熱装置30のヒー
タ31をオンオフするオンオフ手段47とを備えたものであ
る。

前記、ブリッジ回路46は、その一辺に、前記第１検出
手段41と、第２検出手段42の並列回路とを接続してい
る。また、前記オンオフ手段47は、例えば、トランジス
タ45、トライアック44とを備え、前記トリガー信号は、
そのトランジスタ45のベース端子に入力され、また、そ
のトランジスタ45とエミッタ端子は、前記トライアック
44のトリガー端子に接続されている。そのトライアック
44は前記ヒータ31に接続されている。そのヒータ31には
トライアック44を介して、AC100V電圧が印加されてい
る。

次に、上記実施例の動作を説明する。

まず、予め次のように調整しておく。

制御回路111によって、芯金12の表面温度が205℃に、
また弾性部13の表面温度が185℃になるように調整す
る。その結果、前記負特性サーミスタの第１検出手段41
の抵抗値は185℃に相当する値となる。次に、圧ローラ2
0のヒータ31をオンし、圧ローラ20の表面温度が185℃と
なるまで加熱する。そして、185℃になった時点で、負
特性サーミスタの第２検出手段42の抵抗値は、185℃に
相当する値となり、その場合の前記並列回路の合成抵抗
値により、接続点Ｇから分圧出力電圧値が出力され、そ
の分圧出力電圧値Ｖが基準電圧Vsとなるように、ブリッ
ジ回路46の各抵抗の値を設定する。すなわち、接続点Ｇ
からの出力電圧値Ｖが基準電圧Vsよりも大きい場合は、
コンパレータ43がトリガー信号を出力し、小さい場合
は、トリガー信号を出力しなくなるように調整する。

第３図は、電源投入後の、弾性部13の表面の温度（第
１検出手段41が検出）及び圧ローラ20の表面温度（第２
検出手段42が検出）の時間的経過を示すグラフである。

いま複写機の電源を投入すると、ヒータ11による加熱
が始まるが、負特性サーミスタの第１検出手段41及び第
２検出手段42は、双方とも低い温度を検出するので、そ
の並列合成抵抗値は大きい。従って、接続点Ｇから出力
される分圧Ｖは大きく、コンパレータ43は、基準電圧値
Vsと比較して、トリガー信号を出力する。その結果、ト
ランジスタ45が導通し、トライアック44がトリガーされ
る。従って、圧ローラ20のヒータ31がオンし、補助加熱
も始まる。

そこで、第１検出手段41部位の温度は、実線に示すよ
うに、穏やかに上昇していく。また、第２検出手段42部
位の温度は、破線に示すように、急上昇していく。従っ
て、その並列合成抵抗値は、段々小さくなっていく。そ
して、第１検出手段41の温度が165℃で、第２検出手段4
2の温度が205℃位になったところで、その並列合成抵抗
値が前記基準とした並列合成抵抗値になると、その分圧
Ｖが基準電圧値Vsに一致するので、コンパレータ43は、
トリガー信号の出力を停止する。従って、トランジスタ
45及びトライアック44は非導通状態となり、ヒータ31は
オフとなり加熱停止状態となる（t1参照）。

圧ローラ20の加熱が停止されるので、第２検出手段42
の温度が下降し、その抵抗値は大きくなる。他方、第１
検出手段41の温度は、ヒータ11の加熱により、さらに上
昇し、抵抗値は小さくなっていく。しばらくすると、第
１検出手段41と第２検出手段42の温度が185℃となる
と、並列合成抵抗値は前記基準合成値になるので、待機
状態となり、その状態で維持される（t2参照）。

このような状態において、連続通紙が始まると、弾性
部13の表面温度（第１検出手段41）が下降する（t3参
照）。従って、その抵抗値が大きくなり、分圧Ｖも大き
くなるので、ヒータ31の加熱が行われ、第２検出手段42
の温度が上昇する。その結果、並列合成抵抗値が、前記
基準合成値となったところで、平衡状態が維持される。
即ち、この状態で、連続通紙によって奪われていく熱
が、圧ローラ30から連続的に補われながら、通紙の上流
側（入口側）の弾性部13部位の表面温度が185℃に維持
され、定着動作が正常に行われる。なお、この場合、連
続通紙によって、熱が奪われても、その温度下降を圧ロ
ーラ20により補償しているので、強く加熱する必要が無
い。すなわち、複写紙の表と裏側から同時に加熱してい
るので、加熱効率が良く、そのため、ヒータ31による加
熱はそれほど強くする必要が無い。

次に、このような状態で、通紙が終了すると、その通
紙出口における弾性部13部位の温度が、熱を奪われなく
なるので、上昇する（t4参照）。そして、第１検出手段
41や第２検出手段42でその通紙終了のため起こる温度上
昇を検知するまで、温度上昇した弾性部13の部位に対し
て、それまでの加熱が続行されるが、その加熱は上述の
ように強くないので、弾性部13に悪影響を与えることは
ない。なお、第１検出手段41や第２検出手段42でその温
度上昇を検知したのちは、並列合成抵抗値が小さくな
り、分圧Ｖが小さくなる。その結果ヒータ31がオフとな
り、加熱が停止される。そしてその加熱停止により、第
２検出手段42の温度が下降し、抵抗値が増加する。そし
て、並列合成抵抗値が前記基準合成抵抗値になったとこ
ろで、適切な温度が維持され、待機状態となる（t5参
照）。

第４図は、本発明にかかる定着装置の別の実施例を示
す略示側面図である。

本実施例において、前記実施例と異なるところは、ヒ
ータ31aを内蔵した圧ローラ20の変わりに、ヒータ31aを
内蔵した外部加熱装置30を設けたことである。

即ち、外部加熱装置30は、アルミニウム管にテフロン
等の合成樹脂がコーティングされたものであって、その
中心にはヒータ31aが設けられている。この外部加熱装
置30は、前記熱ローラ10に当接し、矢符に示す方向に回
転する。また、この外部加熱装置30の表面には、表面の
温度を検出する負特性サーミスタ等からなる前記第２検
出手段42aが接触している。その電気的制御方法は、第
２図に示すものと同様のものである。

このような第２実施例においては、まず、予め次のよ
うに調整しておく。

制御回路111によって、芯金12の表面温度が205℃に、
また弾性部13の表面温度が185℃になるように調整す
る。その結果、前記負特性サーミスタの第１検出手段41
の抵抗値は、185℃に相当する値となる。次に、外部加
熱装置30のヒータ31aをオンし、外部加熱装置30の表面
温度が185℃となるまで加熱する。そして、185℃になっ
た時点で、負特性サーミスタの第２検出手段42aの抵抗
値は、185℃に相当する値となり、その場合の前記並列
回路の合成抵抗値により、接続点Ｇから分圧出力電圧値
が出力され、その分圧出力電圧値Ｖが基準電圧Vsとなる
ように、ブリッジ回路46の各抵抗の値を設定する。すな
わち、接続点Ｇからの出力電圧値Ｖが基準電圧Vsよりも
大きい場合は、コンパレータ43がトリガー信号を出力
し、小さい場合は、トリガー信号を出力しなくなるよう
に調整する。

第５図は、電源投入後の、弾性部13の表面の温度（第
１検出手段41が検出）及び外部加熱装置30の表面温度
（第２検出手段42aが検出）の時間的経過を示すグラフ
である。

いま、複写機の電源を投入すると、ヒータ11による加
熱が始まるが、負特性サーミスタの第１検出手段41及び
第２検出手段42aは、双方とも低い温度を検出するの
で、その並列合成抵抗値は大きい。従って、接続点Ｇか
ら出力される分圧Ｖは大きく、コンパレータ43は、基準
電圧値Vsと比較して、トリガー信号を出力する。その結
果、トランジスタ45が導通し、トライアック44がトリガ
ーされる。従って、外部加熱装置30のヒータ31aがオン
し、外部加熱が始まる。

そこで、第１検出手段41部位の温度は、実線に示すよ
うに、穏やかに上昇していく。また、第２検出手段42a
部位の温度は、破線に示すように、急上昇していく。従
って、その並列合成抵抗値は、段々小さくなっていく。
そして、第１検出手段41の温度が150℃で、第２検出手
段42aの温度が230℃位になったところで、その並列合成
抵抗値が前記基準とした並列合成抵抗値になると、その
分圧Ｖが基準電圧値Vsに一致するので、コンパレータ43
は、トリガー信号の出力を停止する。従って、トランジ
スタ45及びトライアック44は非導通状態となり、ヒータ
31aはオフとなり加熱停止状態となる（t1参照）。

外部加熱装置30の加熱が停止されるので、第２検出手
段42aの温度が下降し、その抵抗値は大きくなる。他
方、第１検出手段41の温度は、ヒータ11の加熱により、
さらに上昇し、抵抗値は小さくなっていく。しばらくす
ると、第１検出手段41と第２検出手段42aの温度が185℃
となると、並列合成抵抗値は前記基準合成値になるの
で、待機状態となり、その状態で維持される（t2参
照）。

このような状態において、連続通紙が始まると、弾性
部13の表面温度（第１検出手段41）が下降する（t3参
照）。従って、その抵抗値が大きくなり、分圧Ｖも大き
くなるので、ヒータ31aの加熱が行われ、第２検出手段4
2aの温度が上昇する。その結果、並列合成抵抗値が、前
記基準合成値となったところで、平衡状態が維持され
る。即ち、この状態で、連続通紙によって奪われていく
熱が、外部加熱装置30から連続的に補われながら、通紙
の上流側（入口側）の弾性部13部位の表面温度が185℃
に維持され、定着動作が正常に行われる。

次に、このような状態で、通紙が終了すると、その通
紙出口における弾性部13部位の温度が、熱を奪われなく
なるので、上昇する（t4参照）。そして、その温度が上
昇した弾性部13の部位は、すぐに第１検出手段41の存在
するところに到達するので、第１検出手段41は、その温
度上昇により、抵抗値が小さくなる。その結果、並列合
成抵抗値が小さくなり、分圧Ｖが小さくなる。その結果
ヒータ31がオフとなり、加熱が停止される。すなわち、
通紙終了後の弾性部13の温度上昇を下流側に存在する第
１検出手段41がすぐにその温度上昇を検知し、ヒータ31
aをオフにするので、温度上昇した弾性部13部位を、更
にヒータ31aが重ねて加熱してしまうというような心配
がほとんど無い。従って、弾性部13がいたむようなこと
を避けることが出来る。そして、その加熱停止により、
第２検出手段42aの温度が下降し、抵抗値が増加する。
そして、並列合成抵抗値が前記基準合成抵抗値になった
ところで、適切な温度が維持され、待機状態となる（t5
参照）。

なお、上述した第２実施例に於ては圧ローラ20にヒー
タが設けられていないが、圧ローラ20にヒータ等熱源が
設けられてもよい。また、第１検出手段41の配設位置を
出来るだけ通紙出口に近くすることにより、その不必要
な加熱時間を出来るだけ小さくすることが出来る。

さらに、外部加熱装置30は、ローラ状のものである必
要はなく、熱ローラ１の近傍に設けられる加熱ランプな
どであってもよい。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したところから明らかなように、
加熱手段を有する圧ローラを設け、或は外部加熱装置を
備えているので、弾性部材をいためることなく、質のよ
い定着を行うことの出来るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる定着装置の一実施例を示す略
示側面図、第２図は、同実施例における温度制御回路の
回路図、第３図は、同実施例における弾性部材の表面温
度と時間との関係を示すグラフ、第４図は、本発明にか
かる定着装置の温度制御装置の別の実施例を示す略示側
面図、第５図は、同実施例における弾性部材の表面温度
と時間との関係を示すグラフ、第６図は、従来の定着装
置の略示側面図である。 10……熱ローラ、11……第１の加熱手段 20……圧ローラ、30……外部加熱装置 31a……第２の加熱手段、40……制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−5043（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−115244（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−74572（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−29650（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−45096（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−279379（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−87575（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−115237（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−122451（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−2258（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−45096（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−151031（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の加熱手段を内蔵した熱ローラと、そ
   の熱ローラに圧接する、第２の加熱手段を内蔵した圧ロ
   ーラとを有する定着装置の温度制御方法において、第１
   検出手段を接触させることにより前記熱ローラの表面温
   度を検出し、第２検出手段を接触させることにより前記
   圧ローラの表面温度を検出し、前記第１検出手段と前記
   第２検出手段の並列回路を利用したブリッジ回路の出力
   と基準電圧とを比較し、その比較結果によって前記第２
   の加熱手段をオンオフさせることを特徴とする定着装置
   の温度制御方法。
2. 【請求項２】第１の加熱手段を内蔵した熱ローラと、そ
   の熱ローラに圧接する、第２の加熱手段を内蔵した圧ロ
   ーラとを有する定着装置において、前記熱ローラの表面
   に接触してその表面温度を検出する第１検出手段と、前
   記圧ローラの表面に接触してその表面温度を検出する第
   ２検出手段と、前記第１検出手段と前記第２検出手段の
   並列回路を利用したブリッジ回路と、そのブリッジ回路
   の出力と基準電圧とを比較するコンパレータと、そのコ
   ンパレータの出力によって前記第２の加熱手段をオンオ
   フさせるオンオフ手段とを備えたことを特徴とする定着
   装置。
3. 【請求項３】加熱手段を内蔵した熱ローラと、その熱ロ
   ーラに圧接する圧ローラと、前記熱ローラを加熱する外
   部加熱装置とを有する定着装置の温度制御方法におい
   て、第１検出手段を接触させることにより前記熱ローラ
   の表面温度を検出し、第２検出手段により前記外部加熱
   装置の温度を検出し、前記第１検出手段と前記第２検出
   手段の並列回路を利用したブリッジ回路の出力と基準電
   圧とを比較し、その比較結果によって前記外部加熱手段
   をオンオフさせることを特徴とする定着装置の温度制御
   方法。
4. 【請求項４】第１の加熱手段を内蔵した熱ローラと、そ
   の熱ローラに圧接する圧ローラと、前記熱ローラを加熱
   する外部加熱装置とを有する定着装置において、前記熱
   ローラの表面温度を検出する第１検出手段と、前記外部
   加熱装置の温度を検出する第２検出手段と、前記第１検
   出手段と前記第２検出手段の並列回路を利用したブリッ
   ジ回路と、そのブリッジ回路の出力と基準電圧とを比較
   するコンパレータと、そのコンパレータの出力によって
   前記外部加熱装置をオンオフさせるオンオフ手段とを備
   えたことを特徴とする定着装置。
5. 【請求項５】前記外部加熱装置は熱ローラと当接するロ
   ーラであり、且つ第２の加熱手段を内蔵していることを
   特徴とする請求項４記載の定着装置
6. 【請求項６】前記外部加熱装置は熱ローラの近傍に設置
   された加熱ランプであることを特徴とする請求項４記載
   の定着装置。
7. 【請求項７】前記第１検出手段は、通紙出口部位と前記
   外部加熱装置との間に位置していることを特徴とする請
   求項４〜６記載のいずれか１項記載の定着装置。