JP3297495B2

JP3297495B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP3297495B2
Application number: JP12617293A
Authority: JP
Inventors: 次郎二川; 宏久沢田; 滋夫三浦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: JPH06337614A; DE69434863T2; EP0632345A2; EP0632345A3; EP0632345B1; US5563696A; DE69434863D1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複写機、プリンタ等の画
像形成装置に用いられ、記録材上の未定着画像を加熱定
着する定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３はフィルム加熱方式の定着装置の断
面図である。

【０００３】図において、１は加熱体であるセラミック
ヒーター、２は前記セラミックヒーター１に圧接され記
録紙３上に形成されたトナー画像を定着させる被加熱部
材である定着フィルム、４は前記定着２及び記録紙３を
ヒーター１に圧接する加圧ローラーであり、この加圧ロ
ーラー４と定着フィルム２との圧接位置において、記録
紙３上のトナーは、記録紙上に定着される。

【０００４】記録紙３はガイド部材５によって、前記加
圧ローラー４と定着フィルムの圧接点６（以後、ニップ
と称す）に導かれヒーター１によって加熱され記録紙上
にトナーが固着される。

【０００５】ヒーター１は図中に示すヒーター１裏面
に、高熱伝導性の接着剤又はグリス等により接着されて
いるサーミスタ７によって、温度を制御されている。ま
た、定着フィルム２は、８に示すガイド部材によって、
ガイドされ、定着フィルムが円滑に回転するように構成
されている。

【０００６】図において、定着フィルム１の回転及び記
録紙３の搬送は、加圧ローラー４によって行われてい
る。図示しない駆動源によって、加圧ローラー４は回転
され加圧ローラー４が、ヒーター１面に圧接されること
によって生じる搬送力により、前記記録紙３及び定着フ
ィルム２は回転される。

【０００７】定着された記録紙３は、ガイド部材９によ
って、排紙ローラー１０に搬送され装置外へと排紙され
る。

【０００８】次に、本鈴に係るヒーター１の制御につい
て述べる。ヒーター１は通常はＯＦＦ状態にあり、プリ
ントの要求があった場合のみＯＮとなる。ヒーター１
は、約６０μｍの薄いＰＩフィルムを介して、ニップ部
に直接押圧しているため加熱効率が良く、初めＯＦＦ状
態であっても、定着可能となるまで、１０〜２０ｓｅｃ
程度である。ヒーターにはＡＣ電圧が給与され、ヒータ
ー裏面にあるサーミスタ７によって、温度を検知されな
がら加熱され、ヒーター１が目標温度Ｔ_A0に達すると、
通電をＯＦＦし、加熱を中止する。その後、加熱又は記
録紙３による吸熱及び加圧ローラー４による吸熱等によ
って、ヒーターが目標温度Ｔ_A0以下になると、再び通電
を開始し、目標温度となるように加熱される。以上のよ
うな操作の繰返しにより、ヒーター１の温度を一定に保
っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、環境温度、加圧ローラー温度、記録紙の種類に
よって、ヒーター１の温度が一定であっても、ニップ部
６の温度が変化するため、すべての場合に安定した定着
性能を得ることができなかった。

【００１０】図４は、本従来例における制御の例であ
る。図において、１１は、サーミスタ７によって制御さ
れるヒーターの温度Ｔ_A0、１２は加圧ローラーの温度Ｔ
₁₃、１３はニップ部６の温度Ｔ_Cである。ニップ部の温
度Ｔ_C１３は、たとえ、ヒーター１の温度１１が一定で
あっても定着フィルム２を間に介しているため、ヒータ
ー１の温度Ｔ_A１１と同一にはならず、圧接している加
圧ローラーの温度Ｔ₁₃１２によって吸熱されヒーター温
度Ｔ_Aより図中ΔＴ₁の分だけ低い温度となる。また、通
紙中は、ヒーター温度Ｔ_A１１が一定であっても、記録
紙３によって、フィルム２及び加圧ローラー４の熱が吸
収されるために、ニップ部の温度がΔＴ₂分だけ低下す
ることとなる。この温度低下により、記録紙３へのトナ
ー定着が不十分となり、定着不良及び定着ムラが発生し
ていた。

【００１１】また、定着不良を防止するために、温度低
下分ΔＴ₂をはじめから考慮し、ヒーター温度Ｔ_A１１を
上げてもよいが、この場合は、図４Ａに示すような不必
要な加熱をすることとなり、消費電力が増大する。ま
た、ΔＴ₂分だけ上昇させたことにより、逆に、トナー
が加熱されすぎる部分が生じ、トナーが、フィルム面１
に付着する場合が発生する。またさらには、通紙領域外
では、紙による加熱ローラーの熱吸収がないため、温度
が上昇を続け、加圧ローラーの耐熱性、耐久性が不十分
となる。また、離型性を確保するために一般に、定着フ
ィルムや加圧ローラーの表面に、フッ素樹脂等によるコ
ーティングが行われているが、コーティングの耐熱性が
不十分となり、フィルム面、加圧ローラー表面のトナー
汚れが問題となる。その場合、定着不良や記録紙が加圧
ローラー上のトナー汚れによって貼付き、ジャムを起こ
し易くなってしまう。

【００１２】また、一般に、定着温度は、記録紙の材質
及び厚みによって、記録を定着可能にするための加熱条
件が変化する。厚みが厚ければ加熱して、要するエネル
ギーは増大し、また、記録紙の表面状態が悪ければ同一
の加熱においても定着性は悪化する。また、前述の加圧
ローラーの温度低下度合も記録紙の厚み、材質等によ
り、変化し、その結果、ニップ温度も低下することとな
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、基板上に通電により発熱する抵抗体と前記抵
抗体を覆う絶縁層とを備えた加熱体と、この加熱体の温
度を検知する温度検知部材と、この温度検知部材の検知
温度が所定の目標温度となるように加熱体への通電を制
御する通電制御手段と、上記加熱体とフィルムを介して
ニップを形成する加圧部材と、を有し、上記ニップで未
定着像を担持した記録材を挟持搬送し未定着像を記録材
上に定着する定着装置において、一枚の記録材のニップ
通過中に上記通電制御手段は上記目標温度を複数回逐次
可変に制御して一枚の記録材の定着性を一定にすること
を特徴とするものである。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１５】図１は本発明の実施例の断面図である。

【００１６】尚、図３の装置と同一部材には同一符号を
符して説明を省略する。

【００１７】本実施例においては、加圧ローラー４の温
度を検知するために、サーミスタ１４が設けられてい
る。また、前記ガイド部５の上流側に、記録紙３の厚み
を計るための検出手段が設けられている。厚み検出手段
は、通紙中に静電容量を計ることによって行っている。
また、紙種は、図示しない操作部上からのキー入力によ
り、たとえば、ＯＨＰ、ハガキ、再生紙などのどのよう
なものを使用しているかが、あらかじめユーザーにより
入力されその状態が、定着部を制御するＣＰＵに伝達さ
れている。定着動作はあらかじめ、材質の情報を入力さ
れた状態で給紙が始まり、１５を通過すると厚さ検知手
段１５によって、厚みの計測が行われ、この情報がさら
に、定着制御を行うＣＰＵに伝えられる。

【００１８】厚み計測後、記録紙３がニップ６に達し、
定着が開始され、記録紙３による加圧ローラーの温度低
下程度を、加圧ローラーサーミスター１４で検知する。
以下に、定着時の制御について、詳説する。

【００１９】一般に、図２に示すようにヒーターの温度
Ｔ_A１１と、加圧ローラーの温度Ｔ_C１２及びニップ６の
温度は常にある一定比率の位置にあり、ヒーター温度Ｔ
_A、加圧ローラーの温度Ｔ_Cの温度が変化しても、ニップ
部の温度はヒーターと加圧ローラーの温度によりほぼ決
定されるため、その比率γには、大きな変化はない。つ
まり

【００２０】

【外１】となる。この内容から、本実施例では、先ず加圧ローラ
ーの温度Ｔ_Cを検知し、このＴ_Cから実際の加熱部の温度
であるニップ部温度Ｔ_Bをを一定にするためには、ヒー
ターＴ_Aを何度にする必要があるかを決定している。

【００２１】つまり式（１）を変形し、

【００２２】

【外２】の計算を行い、ヒーターに目標温度Ｔ_Aになるように、
電力を変化させている。

【００２３】ここで、比例γは、定着部を構成する部品
の熱容量、熱伝導率及びサーミスタの位置等により変化
するため、定着機の構成によって変える必要があるが本
実施例における比例は、γ＝０．７５程度であり、たと
えば、ニップ部Ｔ_Bにおける温度を１８０℃に保つ場合
には、通紙によって低下する加圧ローラーの温度によっ
て、式（２）により、以下の表１のように、ヒーター温
度を変化させる。

【００２４】

【表１】

【００２５】このように、加圧ローラーの温度Ｔ_Cによ
って、必要となるヒーターの温度Ｔ_A（以後、目標温度
Ｔ_A0とする。）が決定され、その温度になるように、ヒ
ーターに通電させる。目標温度Ｔ_A0になったかどうかの
判断は、ヒーター裏面に取り付けられたサーミスタ７に
よって判断され制御される。

【００２６】また、本実施例では、目標温度設定ＴA0
を、加圧ローラー温度ＴCによって、０．１ｓｅｃごと
に逐次、つまり一枚の記録材のニップ通過中に複数回逐
次計算し、変化させている。このサンプリング時間は、
定着器の構成によって必要となるサンプリング時間は変
化するが、一般には、より短い時間のサンプリングを行
うことによって、ヒーター温度精度は向上する。

【００２７】また、図２に示す通紙中（Ａ部）以外に、
ニップ部に記録紙のない紙間（Ｂ部）においても、上記
同様の制御が行われ、ニップ部温度の安定化を行い、次
の記録紙が定着器に搬送されたら、迅速に、正しい定着
状態になるように準備を行っている。また、紙間（Ｂ）
におけるムダな加熱防止、昇温防止を行う目的も持つも
のである。

【００２８】またさらに、本実施例においては、前記の
ような紙厚及び紙質によって定着温度（ニップ温度
Ｔ_B）を変化させている。つまり、紙厚が薄い場合は、
記録を加熱するのに必要なエネルギーが少なくなるた
め、ニップ温度Ｔ_Bを低目に設定し、厚い場合はＴ_Bを高
目に設定する。また、ＯＨＰ紙やボンド紙のように表面
状態が特殊で定着しにくい材質においては、前述のよう
に、あらかじめ入力された情報を元に、定着温度Ｔ_Bを
高く設定している。具体的には、前記式（２）における
ニップ温度Ｔ_Bを変えることにより、目標温度Ｔ_A0を変
化させている。

【００２９】このようにすることにより、紙厚、材質に
よることなく、安定した定着性能を得られるようにして
いる。

【００３０】前述実施例に於いては、セラミックヒータ
ー１が、直接フィルム２を介してニップ部に押圧し、立
上りスピードを向上させた定着機を用いているが、図６
に示すような、アルミ管１７及びハロゲンヒーター１
６、サーミスター１８を用いた定着系に用いてもよい。

【００３１】特に、アルミ管の肉厚を１．５ｍｍ以下に
したような薄肉管においては、アルミ管の熱容量が低下
するため、記録紙の吸熱によるニップ部の温度変化が大
きくなるため、前述のような通紙中のヒーター温度コン
トロールが有効となる。

【００３２】また、前述実施例では、通紙中の温度コン
トロールを、加圧ローラー４に、サーミスター１４を取
付けることにより行っているが、図７に示すようにヒー
ターの長手方向通紙領域外に、サーミスター１８を追加
することで、通紙中のニップ部温度Ｔ_B１３を予測し、
補正するようにしてもよい。

【００３３】図７において、１９は紙の通紙領域外に設
けられたサーミスタ、２１ａ、２１ｂはフィルム２が、
図中Ｘ方向に寄りを生じた時の寄り止めてあり加圧ロー
ラー４及びヒーター１の支持部材も兼ねている。また、
２０ａ、２０ｂはヒーター１にＡＣ電圧を供給するコネ
クタである。

【００３４】前述のように、通紙中においては、記録紙
３によりヒーター１の熱が奪われるため、サーミスタ７
が温度の低下を検知し、印加ワット数を増すことで、温
度を一定に保つ。この結果、図８に示すように、非通紙
部領域では、記録紙による吸熱がないためヒーターの温
度が上昇する。温度上昇の程度は、記録紙の厚み等によ
り異なり、吸熱が多い記録紙ほど、図中ａ、ｂ、ｃのよ
うに上昇する。

【００３５】このような現象を利用して、通紙中のヒー
ターのコントロールを行う。

【００３６】ここでは、図９に示すように、ａ、ｂ、ｃ
各記録紙による通紙時の加圧ローラーの温度低下を、あ
らかじめ実験によって計測し２４（図中−一部）このデ
ーターを元に必要となるヒーターの温度を実施例同様式
（２）により、計算し、２５に示す温度線図を作製し、
この情報をＣＰＵ中に記憶させておく。例えば、非通紙
部の温度が、図８に示すａの温度まで上昇した場合は、
図９に示す２５のヒーター制御中ａの形でヒーターを制
御する。

【００３７】この場合の効果として実施例においては、
加圧ローラー４に直接サーミスター１４を取付けていた
ため、トナー等によるサーミスタの汚れを防止する必要
があるが、この場合はヒーター裏面非通紙部にあるため
汚れの心配はない。

【００３８】また前述した実施例においては、２つのサ
ーミスタにより、通紙中の温度コントロールを行ってい
るが定着ローラーを用いた定着系においては管の表面か
つ通紙領域中にサーミスタを１個配置し、記録紙通過に
よるアルミ管の温度減少から同様のヒーター制御を行っ
てもよい。

【００３９】更に、ヒーターの温度は実施例では、加圧
ローラーからの情報により、式（２）

【００４０】

【外３】で決定されたが、温度設定は、この式によらなくてもよ
い。たとえば、式による計算ではなく、メモリ上にテー
ブルを持ち、段階的に制御してもよい。要は、通紙中
に、記録紙による吸熱を考慮したヒーターの温度制御が
行われればよい。さらには、たとえば、薄紙の場合など
温度的に余裕があれば、通紙中の温度制御を行わない場
合があってもよい。

【００４１】また、紙厚の検知手段として、静電容量を
計測しているが、実施例で示した加圧ローラーサーミス
タ１４を代用手段として用いてもよい。つまり、加圧ロ
ーラーの通紙時の温度降下が、記録紙の厚さによって変
化することを利用して、紙厚を推定し、ニップ温度Ｔ_B
を変化させてもよい。具体的には、加圧ローラーの温度
降下が大きい場合は、厚紙と考え、Ｔ_Bを上げ、温度降
下が少ない場合は薄紙と考え、ニップ温度Ｔ_Bを下げ
る。

【００４２】また上記同様に、前述の非通紙部昇温の温
度によって、Ｔ_Bを変化させてもよい。上記２つの例と
も、別途紙厚の検知手段が不要となりコストダウンとな
る。

【００４３】更に、紙質の認知手段として、ユーザーに
よるキーボード入力としているが、たとえば、静電容
量、ＬＥＤ及びフォトセンサーにより光の反射率を計
測、又は重量、大きさ、厚み等を検知し、それぞれ単独
あるいは、組合せによって、材質を自動的に検知しても
よい。この場合は、ユーザーによる入力の手間及び操作
ミス、忘れ等を防止できる利点がある。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、通紙中に記録紙の
吸熱によるニップ部の温度変化を補正するように、ヒー
ターの温度制御を行うことにより、ニップの温度が常に
一定となり、未定着、定着ムラなどを防止でき、定着性
が向上する。また、ムダな加熱を防止できるため、消費
電力が減少し、また昇温によるドラム等への影響も防止
できる。さらには、耐熱に余裕ができ加圧ローラー、コ
ーティングの寿命が向上し、離型性低下によるトナー汚
れ及び加圧ローラーへの貼付きジャム等を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の定着装置の断面図である。

【図２】定着ヒーターの温度制御を示す図である。

【図３】従来の定着装置の断面図である。

【図４】図３に示した従来例のヒーターの温度制御を示
す図である。

【図５】図３に示した従来例のヒーターの温度制御を示
す図である。

【図６】本発明の別の実施例の定着装置を示す図であ
る。

【図７】本発明の更に別の実施例の定着装置を示す側面
図である。

【図８】非通紙部の昇温を示す図である。

【図９】図７に示した実施例のヒーターの温度制御を示
す図である。

【符号の説明】

１セラミックヒーター２定着フィルム３記録紙４加圧ローラー５入口ガイド６ニップ部７ヒーターサーミスタ８フィルムガイド９排紙ガイド１０排紙ローラー１１ヒーター温度Ｔ_A １２加圧ローラー温度Ｔ_C １３ニップ温度Ｔ_B １４加圧ローラーサーミスタ１５紙厚検出部１６ハロゲンヒーター１７定着ローラー１８定着ローラーサーミスタ１９非通紙部サーミスタ２０ａ，２０ｂヒーター電極コネクタ２１ａ，２１ｂフィルムヨリ防止部２２非通紙部温度２３通紙部温度２４仮想定着ローラー温度２５ヒーター温度制御線図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−209492（ＪＰ，Ａ) 実開平４−9960（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に通電により発熱する抵抗体と前
記抵抗体を覆う絶縁層とを備えた加熱体と、この加熱体
の温度を検知する温度検知部材と、この温度検知部材の
検知温度が所定の目標温度となるように加熱体への通電
を制御する通電制御手段と、上記加熱体とフィルムを介
してニップを形成する加圧部材と、を有し、上記ニップ
で未定着像を担持した記録材を挟持搬送し未定着像を記
録材上に定着する定着装置において、一枚の記録材のニップ通過中に上記通電制御手段は上記
目標温度を複数回逐次可変に制御して一枚の記録材の定
着性を一定にすることを特徴とする定着装置。
【請求項２】加圧部材の温度を検知する加圧部材温度
検知部を有し、この加圧部材温度検知部材の検知温度に
応じて上記通電制御手段は上記目標温度を制御すること
を特徴とする請求項１の定着装置。