JP2708867B2 - 加熱定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、転写材上の未定着トナー画像を加熱定着す
る定着装置を有する画像形成装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置に用いられている定着装置は、所
定の温度に維持された加熱ローラと弾性層を有して該加
熱ローラに圧接する加圧ローラとによって、未定着のト
ナー画像が形成された転写材を挟持搬送しつつ加熱する
熱ローラ定着方式が多用されている。また米国特許第35
78797号明細書に記載されているようなベルト定着方式
も知られている。

しかしながら、前記熱ローラ定着方式においては、第
１に、所定温度に立ち上げ、画像形成作動禁止の時間、
いわゆる、ウエイトタイムがあり、第２に、熱容量が必
要なため、大きな電力が必要であり、第３に、回転ロー
ラでローラ温度が高温のため、耐熱性特殊軸受が必要で
あり、第４に、ローラに直接手が触れる構成となり、危
険であったり、保護部材を必要としたりし、第５に、ロ
ーラの定温度および曲率により、転写材が巻き付いてジ
ャムとなるなどの問題点がある。

また前記ベルト定着方式においては、上記熱ローラ定
着方式と同じように、ウエイトタイムがあり、かつ、大
きな電力が必要であるという問題点がある。

上記の各問題点を解決する方式として、小熱容量の抵
抗体を用いた加熱定着方式が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記加熱定着方式においては、小熱容
量の発熱体を用いているが、発熱部と温度検知素子の取
付け部に距離があることや温度検知素子の応答遅れがあ
ることなどにより、発熱体の温度を定着温度まで上昇さ
せたとき、発熱体温度がオーバーシュートし、このた
め、トナーが過溶融したり、オーバーシュートの程度が
大きいときには、定着フィルムにダメージを与えたりす
るので、発熱体温度のオーバーシュートを防ぐ手段が必
要であるという問題点がある。

なお熱ローラ定着器で知られているオーバーシュート
対策の一つの方法の、断続的に通電して昇温させていく
方法では、発熱体が小熱容量であるため、通電を停止し
た時に、すぐさま、発熱体温度が降下するので、用いる
ことができない。

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするも
のである。すなわち、本発明は、パルス加熱定着装置の
オーバーシュートを、簡単な構成でもって防ぐことがで
きる画像形成装置を提供することを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の加熱定着装置は、
ヒータと、トナー像を担持する記録材と共に移動するフ
ィルムと、ヒータの温度を検知する温度検知素子と、定
着中、温度検知素子の検知温度が定着温度を維持するよ
うにヒータへの通電を制御する通電制御手段と、を有
し、ヒータの発熱によりフィルムを介してトナー像を加
熱する加熱定着装置において、上記ヒータへ通電開始
後、上記通電制御手段は上記温度検知素子の検知温度が
上昇するにつれ上記ヒータへの通電電力を減少させ、検
知温度が定着温度に達したら上記ヒータが降温するよう
に更に通電電力を小さくして通電することを特徴とする
ものである。

〔作用〕

本発明によれば、温度検知素子が加熱体に近接して設
けられているので、その温度検知素子が該加熱体の真の
温度を正確に検知することができるとともに、応答が速
く、しかも、制御手段により、その温度検知素子の出力
信号に応じて、該加熱体への印加エネルギーを順次変化
させるので、該加熱体の温度のオーバーシュートを防ぐ
ことができる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示した全体の構造図であ
る。

第２図において、１はガラス等の透明部材からなる原
稿載置台で、矢印ａの方向に往復動して原稿を走査す
る。この原稿載置台１の直下には、短焦点小径結像素子
アレイ２が配置されていて、原稿載置台１上に置かれた
原稿は照明ランプ３によって照射され、その反射光像は
該アレイ２によって感光ドラム４上にスリット露光され
る。なおこの感光ドラム４は矢印ｂの方向に回転する。
また５は帯電器であり、たとえば、酸化亜鉛感光層ある
いは有機半導体感光層等が被覆された前記感光ドラム４
上に一様に帯電を行なう。この帯電器５により一様に帯
電された感光ドラム４は、前記アレイ２によって画像露
光が行なわれた静電画像が形成される。この静電画像
は、現像器６により、加熱で軟化溶融する樹脂等からな
るトナーを用いて顕像化される。一方、カセットＳ内に
収納されている転写材（シート）Ｐは、給送ローラ７と
感光ドラム４上の画像と同期するように、タイミングを
とって上下方向で圧接して回転される対の搬送ローラ８
によって、感光ドラム４上に送り込まれる。そして、転
写放電器９によって、感光ドラム４上に形成されている
トナー像は、転写材Ｐ上に転写させる。その後、公知の
分離手段によって感光ドラム４から分離された転写材Ｐ
は、搬送ガイド10によって定着装置11に導かれ、加熱定
着処理された後に、トレイ12上に排出される。なおトナ
ー像を転写後、感光ドラム４上の残留トナーはクリーナ
13によって除去される。

第３図は第２図の定着装置11を拡大して示している。

第３図において、21は装置に固定支持された低熱容量
線状の加熱体であり、たとえば、厚み1.0mm、幅10mm、
長手方向の長さ240mmのアルミナ基板22に抵抗材料23を
幅1.0mmに塗工したもので、長手方向の両端から通電さ
れる。この通電は、直流100Vの周期20msecのパルス状波
形で検温素子24によりコントロールされた所望の温度、
エネルギー放出量に応じたパルスのパルス幅を変化させ
て与える。そのパルス幅は、たとえば、0.5〜5msecとな
る。

このように、エネルギー、温度が制御された加熱体21
に当接して、矢印Ｃの方向に耐熱性の定着フィルム25は
移動する。この定着フィルム25は、たとえば、厚み20μ
で、ポリイミド、ポリエーテルイミド、PES、PFAに、少
なくとも画像当接面にPTFEに導電材を添加した離型層を
10μコートしたエンドレスフィルムからなっている。一
般的には、総厚100μ以下で、好ましくは50μ以下であ
る。

前記定着フィルム25の駆動は、駆動ローラ26と従動ロ
ーラ27による駆動力とテンションにより、矢印Ｃの方向
に皺なく移動する。

また28はシリコンゴム等の離型性のよいゴム弾性層を
有する加圧ローラで、総圧４〜7kgで該フィルム25を介
して加熱体21を加圧して該フィルム25と圧接回転する。

転写材Ｐ上の未定着トナーＴは入口ガイド29により定
着部に導かれ、上述の加熱により定着像を得るものであ
る。

なお、この画像形成装置においては、複写機、プリン
タ、ファックス等のトナーを用いて画像を形成する装置
全ての定着装置に適応できるものである。

第１図は本発明の一実施例のブロック図である。

第１図において、101は発熱体であり、小熱容量の絶
縁体上に形成されている。そして、102は該発熱体101の
近傍に置かれたサーミスタ、103は制御装置、104上は定
着装置用電源、105は商用交流電源である。

すなわち、発熱体101の近傍に置かれた温度検知素子
のサーミスタ102の出力信号に応じて、制御装置103は出
力パルスを変化させ、発熱体101への通電エネルギーを
制御する。定着装置用電源は商用交流電源105の交流電
圧を直流に変換して、制御装置103のパルス出力に応じ
て、発熱体101にパルス通電する。そして、定着中は発
熱体101の温度が一定になるように制御される。そのと
き、後述するように、約５秒間で、室温から定着可能温
度（定着温度）まで上昇させることができる。

第４図は本発明によらない場合の発熱体の昇温特性
と、その時の通電エネルギーの関係を示した説明図であ
る。ここで、W₂は定着フィルム、転写材、加圧ローラに
奪われるエネルギーであり、W₀は定着温度まで上昇させ
るためのエネルギーである。定着温度より高い時に前記
W₂より小さなエネルギーW₁を与えることにより、制御中
の発熱体温度をリップルを小さくしている。

本発明者等の実験により、前記W₀がW₂に近づくにつれ
て、発熱体温度のオーバーシュートと、温度リップルが
小さくなることがわかった。ただし、室温から定着温度
まで上昇させる時間t₀が長くなる。前記サーミスタ102
の検知温度は、サーミスタ102の応答遅れや、発熱部か
らサーミスタ102までの熱抵抗等によって、発熱体101の
表面温度より遅れており、時間t₁,t₂,t₃,・・・で定着
温度を横切っている。そして、発電体101は小熱容量で
あるため、通電エネルギーが前記W₀からW₁に下がると、
すぐさま、発熱体101の表面温度は加工しはじめ、前記W
₁からW₀に上がると、直ちに上昇する。

なお、熱ローラ定着器では、オーバーシュートを防止
するために、定着温度に達するまでに、断続的に通電す
ることが知られているが、パルス加熱定着装置の発熱体
では、通電を停止すると、すぐさま、定着表面温度が低
下するため、効果がない。

そこで、本発明では、第５図に示すように、定着温度
まで上昇させるエネルギーを、発熱体101の表面の温度
に応じて段階的に変化させる。

第５図では、発熱体101の表面の温度がT₁までは、エ
ネルギーW₀を与える。そして、温度T₂まではエネルギー
W₀′を、定着温度まではエネルギーW₀″を与えるもので
ある。そして、前記温度T₁,T₂、エネルギーW₀,W₀′,
W₀″を適当に選ぶことによって、定着温度まで上昇させ
る時間t₀を約５秒にすることができる。

また本発明によると、定着温度に達した後は、第４図
において、エネルギーW₀を小さくした場合と等価であ
り、発熱体101の温度リップルを小さくすることができ
る。

第６図は第１図の制御装置103の詳細を示したブロッ
ク図である。

この第６図では、ワンチップマイクロコンピュータで
構成している。すなわち、前記サーミスタ102の出力を
交流直流（AD）交換器201に入力する。そして、デジタ
ル信号に変換し、演算処理回路202に送る。この演算処
理回路202では入力してデジタル信号に応じて、前述し
たエネルギーになるパルスデータを演算して、それをパ
ルス発生回路203に送る。このパルス発生回路203は送ら
れてきたパルスデータに従ったパルスを発生する。

第７図は前記制御装置103の制御フローを示してい
る。

まず、発熱体101への通電が開始（ステップ301）され
ると、サーミスタ102の出力値を交流直流交換器201によ
りデジタル化（ステツプ302）して読み込む。そして、
この値が温度T₁に相当する値よりも低い温度を示す時、
エネルギーW₀（ステツプ309）に相当するパルスを出力
する。また温度T₁より高く、温度T₂より低い（ステップ
304）時はエネルギーW₀′（ステップ308）に相当するパ
ルスを、温度T₂より高く、定着温度より低い時はエネル
ギーW₀″（ステップ307）に相当するパルスを、定着温
度より高い時はエネルギーW₁（ステップ306）に相当す
るパルスを出力する。このようにして、ステップ310で
通電を終了するかどうかを判断し、ひきつづき通電を行
なう時はステップ302に戻る。そして、終了すれば、通
電を停止し、ステップ301に戻る。

このようにすることで、前述したような温度に対して
段階的に通電エネルギーを変えることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、温度検知素子
が加熱体に近接して設けられているので、その温度検知
素子が該加熱体の真の温度を正確に検知することができ
るとともに、応答が速く、しかも、制御手段により、そ
の温度検知素子の出力信号に応じて、該加熱体への印加
エネルギーを順次変化させるので、該加熱体の温度のオ
ーバーシュートを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロック図、第２図
は同じく装置全体の構造を示した断面正面図、第３図は
第２図の定着装置の拡大図、第４図は本発明によらない
場合の温度上昇曲線の説明図、第５図は本発明による場
合の温度上昇曲線の説明図、第６図は第１図の制御装置
の説明図、第７図は第６図の制御装置のフローの説明図
である。 11……定着装置、21……加熱体 24……検温素子、25……定着フィルム 101……発熱体、102……サーミスタ 103……制御装置、104……定着装置用電源 105……商用交流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−313182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−68766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−9842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−209771（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−163102（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヒータと、このヒータに接触しつつトナー
   像を担持する記録材と共に移動するフィルムと、ヒータ
   の温度を検知する温度検知素子と、定着中、温度検知素
   子の検知温度が定着温度を維持するようにヒータへの通
   電を制御する通電制御手段と、を有し、ヒータの発熱に
   よりフィルムを介してトナー像を加熱する加熱定着装置
   において、 上記ヒータへ通電開始後、上記通電制御手段は上記温度
   検知素子の検知温度が上昇するにつれ上記ヒータへの通
   電電力を減少させ、検知温度が定着温度に達したら上記
   ヒータが降温するように更に通電電力を小さくして通電
   することを特徴とする加熱定着装置。