JP3376184B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真技術を用
いて記録媒体上のカラーあるいはモノクロ現像剤を融合
し、記録媒体に固定する定着装置及びこの定着装置を備
えた画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複写機やレーザービームプリンターなど
電子写真技術を用いた画像出力装置では、感光層を有す
る潜像担持体表面にレーザー照射によって静電潜像を形
成し、この静電潜像に現像剤を付着させることにより可
視像化し、この現像剤像を静電気力により記録媒体に転
写することにより画像を形成している。しかしながら、
この状態では現像剤は記録媒体の上にただ載っているだ
けで固定されていないので、その後、現像剤を記録媒体
の上に永久的に固定させるという作業を施す必要があ
る。それを行う手段としては、熱を加えて粉末状の現像
剤を溶融し、さらに、現像剤と記録媒体を圧迫させるよ
うに圧力をかけるのが最も有用である。

【０００３】一般に、電子写真方式を用いた画像形成装
置においては、現像剤を記録媒体の上に永久的に固定さ
せる手段として、定着ローラ及び加圧ローラと呼ばれる
二本のローラを中心に構成された定着装置を用いてい
る。これらのローラ表面は、いずれも弾性体ゴムで構成
されており、定着ローラ表面、もしくは定着ローラ及び
加圧ローラ表面はローラ円筒芯金空洞内のヒータによっ
て、１５０〜２００℃に熱せられ温度検知装置により制
御されている。また、定着ローラ及び加圧ローラは一定
の圧力により互いに当接しながら等速度で回転するよう
になっており、現像剤の転写された記録媒体が、現像剤
担持面を定着ローラ側に向けて、定着ローラと加圧ロー
ラ間ニップ部に突入することにより、現像剤に熱と圧力
が加えられ、記録媒体への現像剤の定着が行われる。

【０００４】従って、カラー画像形成装置においては、
マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの四色の現像剤
を記録媒体に重ねて転写するため、鮮明な色画像を再現
するには、上層部の現像剤も下層部の現像剤も全て均一
に溶融されなければならない。

【０００５】しかし、現像剤の溶解度は温度によって決
まり、温度が高いほどよく溶融するため、例えば、定着
ローラ表面だけ加熱している定着装置の場合には、定着
ローラに近い上層現像剤の方が下層現像剤に比べて高温
になり、現像剤の均一な溶融を実現することはできな
い。

【０００６】そこで、カラー画像形成装置における定着
装置では、定着ローラ及び加圧ローラの双方をヒータに
よって加熱し、常に定着ローラと加圧ローラ間に温度差
が生まれないようにする必要がある。

【０００７】温度差が生まれないようにするための手段
としては、定着ローラと加圧ローラの両表面に、温度検
知センサを配置し、その検知信号に基づいて各々独立に
ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことが考えられる。し
かしながら、これは制御そのものが複雑化し、コストア
ップとなる等の問題点を有している。

【０００８】そこで、現在は本件出願人等により、次の
ような方法が提案されている。この方法は、まず定着ロ
ーラを加圧ローラの上位に配置し、定着ローラ及び加圧
ローラを熱するヒータの出力を同等とした上で、定着ロ
ーラ及び加圧ローラを構成している芯金と外側のゴムの
総熱容量を略同一として、温度検知センサを加圧ローラ
表面に配置し、加圧ローラ側のヒータをその検知信号に
基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御すると共に、スタンバイ時に
は、定着ローラ側のヒータは、平均点灯時間が加圧ロー
ラ側のヒータよりも短くなるようにＯＮ／ＯＦＦ制御す
るものである。

【０００９】このような制御により、スタンバイ時にお
いて、加圧ローラ表面温度変化を設定温度を中心とする
ある振幅内に収束させると共に、定着ローラ側のヒータ
の平均点灯時間を加圧ローラ側より短くすることによ
り、長時間高温放置によって下方から上方に向かって発
生する熱流で、上側の定着ローラと下側の加圧ローラの
間に温度差が発生するのを防いでいる。

【００１０】また、定着ローラ側のヒータの平均点灯時
間を加圧ローラ側のヒータの平均点灯時間よりも短くす
る方法としては、例えば、定着ローラ側のヒータをＯＮ
にするタイミングを加圧ローラ側のヒータよりも遅らせ
る方法や、ヒータのＯＮとＯＦＦを一定の割合で切り替
えるというｄｕｔｙ制御を行い、加圧ローラ側のヒータ
をＯＮにする割合を定着ローラ側のそれよりも大きくす
る方法などがあり、詳しくは、特願平０６−１１１７８
４に開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カラー
画像形成装置における定着装置は、定着ローラ及び加圧
ローラに当接する部材が多くなるため、上記従来の温度
制御方法ではスタンバイ時における定着ローラと加圧ロ
ーラのニップ部の温度差は解消することができても、プ
リント時においては、ローラが回転を始めると、ローラ
の全表面が均一に当接部材に熱量を奪われ、定着ローラ
と加圧ローラに温度差を生じることがあった。

【００１２】このようにカラー画像形成装置の定着装置
において定着ローラ及び加圧ローラに当接する部材が多
くなるのは次のような理由によるものである。まず、カ
ラー画像形成装置における定着装置では、上述したよう
に多色重ねの現像剤を記録媒体に定着させるため、モノ
クロの定着装置よりも定着ローラと加圧ローラ間に高い
圧力を印加しているが、これにより記録媒体が現像剤の
定着後にスムーズにローラから離間せずに、定着ローラ
或は加圧ローラに巻き付く危険性があり、カラー用の定
着装置においては、表面にオイルが均一に塗布されてい
る部材を一定の圧力で定着ローラに当接させる必要があ
る。

【００１３】また、記録媒体上の現像剤はローラニップ
間にその全てが記録媒体上に定着されるわけではなく、
現在の技術ではその一部はどうしても定着ローラに付着
してオフセットと呼ばれる現象が生じるが、オフセット
した現像剤は、そのままにしておくと、ローラ次回転時
にニップ部で記録媒体上に固定されることになるため、
定着ローラ上のオフセット現像剤を除去する部材を定着
ローラに当接するというようなことも行われる。

【００１４】また、加圧ローラにもローラに付着した現
像剤、紙粉、余分なオイル等を除去するための部材を当
接することもある。

【００１５】このように、カラー用を始め高級な定着装
置になるほど定着ローラ、加圧ローラに当接する部材は
多くなるが、当接部材はそれぞれに固有な熱容量を有し
ていて、当接部分のローラ表面の熱量の一部は当接部材
に奪われるため、プリント時においてローラが回転を始
めると、ローラの全表面が均一に当接部材に熱量を奪わ
れるようになる。特に、ローラに対する当接部材の総熱
容量の大きいローラ程、多くの熱量を奪われることにな
る。

【００１６】従って、上記従来例のようなスタンバイ時
における温度制御だけでは、定着ローラと加圧ローラの
間に温度差が発生し、鮮明なカラー画像を再現できない
ことがあった。

【００１７】そこで、本発明は、定着ローラ及び加圧ロ
ーラを熱するヒータを略同出力とし、定着ローラ、加圧
ローラそれぞれの総熱容量を略同一としたカラーに用い
られる高級な定着装置において、プリント時に定着ロー
ラと加圧ローラ間の温度差を発生させず、常に正確な色
が再現できる定着装置及び画像形成装置を提供すること
を目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本出願に係る第１の発明
によれば、前記目的は、記録媒体上に担持された現像剤
を加熱及び加圧して該記録媒体に定着せしめる定着装置
において、金属筒上に弾性体ゴムを有する定着ローラ
と、該定着ローラと熱容量が略等しくなるように金属筒
上に弾性体ゴムを有し、前記定着ローラに一定の圧力に
より当接した加圧ローラと、前記定着ローラ及び前記加
圧ローラの内部空洞内に配置された略同出力のヒータ
と、前記加圧ローラに当接するように配設され、ローラ
表面温度を検知する温度検知素子と、定着オイルの塗布
又はクリーニングのために前記定着ローラに当接される
当接部材と、前記温度検知素子によって検知される、前
記加圧ローラの表面温度に基づいて、前記定着ローラ及
び前記加圧ローラの内部の各ヒータへの通電を制御する
通電制御手段とを備え、前記通電制御手段は、前記ロー
ラが回転を始めることにより前記当接部材に奪われる熱
量によって前記定着ローラと前記加圧ローラとの間に生
じ得る温度差を、定着ローラの表面温度に基づくことな
く補償するべく、前記定着ローラのヒータの平均通電時
間が前記加圧ローラのヒータの平均通電時間よりも長く
なるように各ヒータへの通電を制御することにより達成
される。

【００１９】また、本出願に係る第２の発明によれば、
前記目的は、前記第１の発明において、前記加圧ローラ
に温度検知素子を当接させ、前記温度検知素子が所定温
度を検知したことに基づいて前記加圧ローラのヒータへ
の通電を停止するとともに、その後、一定の時間が経過
するまでは、前記定着ローラのヒータへの通電を継続す
ることとすることにより達成される。

【００２０】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、前記目的は、前記第１の発明において、前記定着ロ
ーラに温度検知素子を当接させ、前記温度検知素子が所
定温度を検知したことに基づいて前記定着ローラのヒー
タへの通電を開始するとともに、その後、一定の時間経
過後、前記加圧ローラのヒータへの通電を開始すること
とすることにより達成される。

【００２１】また、本出願に係る第４の発明によれば、
前記目的は、前記第１の発明において、定着動作中に、
ヒータへの一周期内における通電時間と通電停止時間を
所定の比率とした断続的なヒータ駆動制御を行い、前記
加圧ローラのヒータへ通電する時間を、前記定着ローラ
側のヒータへ通電する時間より少なくすることにより達
成される。

【００２２】さらに、本出願に係る第５の発明によれ
ば、前記目的は、前記第１の発明において、定着動作中
に、前記定着ローラ及び加圧ローラの表面温度を上昇さ
せる場合には、前記定着ローラのヒータは常に通電さ
せ、前記加圧ローラのヒータへの一周期内における通電
時間と通電停止時間とを所定の比率として断続的なヒー
タ駆動制御を行い、前記定着ローラ及び加圧ローラの表
面温度を下降させる場合には、前記加圧ローラのヒータ
は常に通電を行わず、前記定着ローラのヒータには一周
期内における通電時間と通電停止時間とを所定の比率と
して断続的なヒータ駆動制御を行うことにより達成され
る。

【００２３】また、本出願に係る第６の発明によれば、
前記目的は、前記第４の発明または第５の発明におい
て、連続定着動作中に、定着動作開始後の経過時間によ
り、いくつかの区間に分割し、各区間内においてそれぞ
れ独立にヒータへの一周期内における通電時間と通電停
止時間と比率を設定して断続的なヒータ駆動制御を行う
ことにより達成される。

【００２４】さらに、本出願に係る第７の発明によれ
ば、前記目的は、静電潜像が形成される像担持体と、該
像担持体を一様に帯電せしめる帯電手段と、画像情報に
応じて前記像担持体上に静電潜像を形成する露光手段
と、現像剤で前記静電潜像を現像する現像手段と、転写
部にて前記像担持体上に形成された現像像を記録媒体に
転写する転写手段と、前記記録媒体上に転写された現像
剤像を加熱加圧して前記記録媒体上に定着する定着装置
とを備え、該定着装置が、金属筒上に弾性体ゴムを有す
る定着ローラと、該定着ローラと熱容量が略等しくなる
ように金属筒上に弾性体ゴムを有し、前記定着ローラに
一定の圧力により当接した加圧ローラと、前記定着ロー
ラ及び前記加圧ローラの内部空洞内に配置された略同出
力のヒータと、前記加圧ローラに当接するように配設さ
れ、ローラ表面温度を検知する温度検知素子と、定着オ
イルの塗布又はクリーニングのために前記定着ローラに
当接される当接部材と、前記温度検知素子によって検知
される、前記加圧ローラの表面温度に基づいて、前記定
着ローラ及び前記加圧ローラの内部の各ヒータへの通電
を制御する通電制御手段とを備え、前記通電制御手段
は、前記ローラが回転を始めることにより前記当接部材
に奪われる熱量によって前記定着ローラと前記加圧ロー
ラとの間に生じ得る温度差を、定着ローラの表面温度に
基づくことなく補償するべく、前記定着ローラのヒータ
の平均通電時間が前記加圧ローラのヒータの平均通電時
間よりも長くなるように各ヒータへの通電を制御するこ
とにより達成される。

【００２５】つまり、本出願に係る第１の発明は、定着
ローラの表面温度に基づくことなく、当接部材に奪われ
る熱量の大きい定着ローラのヒータへの平均通電時間が
加圧ローラのヒータの平均通電時間より長くされてい
て、ローラ回転時に当接部材により奪われる熱量によっ
て定着ローラと加圧ローラとの間に生じるであろう温度
差が補償される。

【００２６】また、本出願に係る第２の発明によれば、
前記第１の発明において、加圧ローラの表面に温度検知
素子を配置し、この温度検知素子を配置した加圧ローラ
のヒータに対して温度検知素子の検知信号に基づいて通
電と通電の停止を行う。そして、温度検知素子を配置し
ていない定着ローラは、温度検知素子を配置した加圧ロ
ーラに比べて、総熱容量の大きい当接部材に奪われる熱
量が大きいため、加圧ローラよりも多くの熱量を供給す
る必要がある。そこで、加圧ローラのヒータが検知信号
に基づいて、通電停止状態となった後も、定着ローラの
ヒータは、当接部材に奪われる熱量の差だけ長く通電状
態に留めておく。

【００２７】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、前記第１の発明において、通電開始時には、上記総
熱容量の差を考慮して、定着ローラのヒータへの通電開
始の後、一定時間経過後に、加圧ローラのヒータへの通
電を開始する。

【００２８】また、本出願に係る第４の発明によれば、
前記第１の発明において、定着動作中に、ヒータへの一
周期における通電時間と通電停止時間を所定の比率とし
た断続的なヒータ駆動制御を行い、加圧ローラのヒータ
へ通電する時間を、定着ローラのヒータへ通電する時間
より少なくするので、当接部材に余分に奪われる熱量を
ヒータにより補って、各瞬間で両ローラ表面温度が等し
くなる。

【００２９】さらに、本出願に係る第５の発明によれ
ば、前記第１の発明において、温度検知素子が、設定温
度以下の値を検知したとき、当接部材の総熱容量の大き
い定着ローラのヒータを通電状態にする。また、当接部
材の総熱容量の小さい加圧ローラのヒータは一定の割合
で通電と通電の停止が切り替わるように制御する。そし
て、この時のヒータへの一周期における通電時間の割合
は、各瞬間で両ローラ表面温度が等しくなるような値に
設定しておく。一方、温度検知素子が、設定温度以上の
値を検知したときには、前記加圧ローラのヒータへの通
電を停止状態にして、前記定着ローラのヒータは通電時
間と通電停止時間を所定の比率とする断続的な制御を行
うようにする。これにより、当接部材に余分に奪われる
熱量をヒータにより補って、各瞬間で両ローラ表面温度
が等しくなる。

【００３０】また、本出願に係る第６の発明によれば、
前記第４の発明または第５の発明において、連続定着動
作の経過時間により、いくつかの区間に分けて、それぞ
れに適切なヒータ通電時間と通電停止時間の比率を設定
しておき、それに基づいて、ヒータの断続的な制御を行
うので、当接部材の熱容量の差により、当接部材の温度
差が定着動作の経過時間により変化して、当接部材へ奪
われる熱量が経時変化しても、定着ローラと加圧ローラ
間の温度差を無くす。

【００３１】さらに、本出願に係る第７の発明は、画像
形成装置において、定着ローラの表面温度に基づくこと
なく、当接部材に奪われる熱量の大きい定着ローラのヒ
ータへの平均通電時間が加圧ローラのヒータの平均通電
時間より長くされていて、ローラ回転時に当接部材によ
り奪われる熱量によって定着ローラと加圧ローラとの間
に生じるであろう温度差が補償される。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。

【００３３】（第１の実施形態）まず、本発明の第１の
実施形態を図１ないし図５に基づいて説明する。図１は
本発明による画像形成装置の一実施形態である電子写真
方式のカラープリンターを示す概略構成図である。この
プリンターは、矢印方向に回転する像担持体としての電
子写真感光ドラム２１を備え、該感光ドラム２１の周囲
には帯電手段たる帯電器２２、現像器２４ｃ、２４ｍ、
２４ｙ、２４Ｂｋを備えた現像手段たる回転現像装置２
４、転写用放電器２５ｂを備えた転写手段たる転写ドラ
ム２５、クリーニング手段２６、及び感光ドラム２１の
上方に配設した露光手段を構成するレーザービームスキ
ャナＬＳ等から成る画像形成手段が配設されている。

【００３４】本実施形態においては、各現像器から感光
ドラム２１に供給される現像剤はトナー粒子とキャリア
粒子を含有する２成分現像剤であるが、現像器４ｃの現
像剤はシアントナー、現像器４ｍの現像剤はマゼンタト
ナー、現像器４ｙの現像剤はイエロートナー、現像器４
Ｂｋの現像剤は黒トナーを含有しており、フルカラーの
画像形成が可能となっている。

【００３５】また、このプリンターは、ホストコンピュ
ーターと接続されており、該ホストコンピューターから
の画像情報を受け取るようになっている。そして、プリ
ンターに内蔵された半導体レーザーはこれらの画像情報
に対応して制御され、レーザー光束Ｅを射出する。

【００３６】以下、本実施例装置全体のシーケンスにつ
いて、フルカラーモードの場合を例として簡単に説明す
る。先ず、感光ドラム２１は帯電器２２によって均等に
帯電される。次に、シアン画像信号により変調されたレ
ーザー光束Ｅにより走査露光が行われ、感光ドラム２１
上に静電潜像が形成され、この潜像は予め現像位置に定
置されたシアン現像器２４ｃによって現像される。

【００３７】一方、カセット２７から取り出され、給紙
ガイド（図示せず）、給紙ローラ２８を経由して進行し
た紙等の記録媒体Ｐは、転写ドラム２５の吸着ローラ２
５ｇ及び吸着帯電器２５ｃの作用により静電的に巻き付
けられる。転写ドラム２５は、感光ドラム２１と同期し
て矢印方向に回転しており、シアン現像器２４ｃで現像
されたシアン顕画像はポスト帯電器１０１により電荷を
均一に付与された後、転写部において転写帯電器２５ｂ
によって記録媒体Ｐに転写される。転写ドラム２５はそ
のまま回転を継続し、次の色（図１においてはマゼン
タ）の画像の転写に備える。

【００３８】一方、感光ドラム２１は、クリーニング手
段２６によってクリーニングされ、再び帯電器２２によ
って帯電され、次のマゼンタ画像信号により変調された
レーザー光束Ｅにより前記のような露光を受け、静電潜
像が形成される。この間に現像装置２４は回転して、マ
ゼンタ現像器２４ｍが所定の現像位置に定置されてい
て、マゼンタに対応する潜像の現像を行い、マゼンタ顕
画像を形成する。

【００３９】続いて、以上のような工程をそれぞれイエ
ロー画像信号及び黒画像信号に対して行い、四色分顕画
像（トナー像）の転写が終了すると、記録媒体Ｐは帯電
器２５ｈにより除電され、分離爪（図示せず）によって
転写ドラム２５より分離され、定着装置２９に送られ
る。そして、定着装置２９において、記録媒体Ｐ上に重
なっている四色の顕画像を加熱及び加圧して記録媒体Ｐ
上に定着し、排出することにより、一連のフルカラープ
リントシーケンスが終了し、所要のフルカラープリント
画像が形成される。

【００４０】次に、上記カラー画像形成装置における定
着装置２９の概略を図２に示す。図２において、１は定
着ローラであり、２は加圧ローラである。これらはいず
れも、中空筒体の金属の芯金部分とその外側を覆った離
型性を有する弾性体であるシリコーンゴムで形成されて
いる。定着ローラ１と加圧ローラ２のシリコーンゴムは
その熱容量が略等しくなるように層を構成している。具
体的には、定着ローラ１はアルミニウム芯金厚２．７ｍ
ｍ、シリコーンゴム下層ＨＴＶ１．０ｍｍ、上層ＬＴＶ
２５０μｍ、加圧ローラ２はアルミニウム芯金厚２．２
ｍｍ、シリコーンゴム下層ＨＴＶ１．５ｍｍ、上層ＬＴ
Ｖ２５０μｍとする。加圧ローラ２の芯金の下部にはバ
ネが当接されており、上方に向かって一定の圧力が印加
されるようになっている。それにより、定着ローラ１と
加圧ローラ２の間には、所定のニップが形成される。ま
た、定着ローラ１と加圧ローラ２内部の中空部分にハロ
ゲンヒータ３，３’を配置しており、加圧ローラ２に当
接したサーミスタ４の値を基にローラ表面が一定の温度
になるようにヒータ３，３’のＯＮ／ＯＦＦを制御して
いる。

【００４１】さらに、定着ローラ１と加圧ローラ２はプ
リント時、あるいはウェイトアップ時に所定のタイミン
グで等速度で順方向に回転する仕組みになっている。従
って、定着ローラ１と加圧ローラ２が回転している時
に、未定着現像剤を載せた記録媒体は定着入口ガイド８
を通ってニップ部に突入すると、現像剤は圧力と熱によ
って融合され、記録媒体上に固定される。その後、記録
媒体はニップ部を抜けて、排紙ガイド８’を通り、本画
像形成装置の外へ排紙される。

【００４２】そして、以上のようなカラー画像定着装置
では、色再現性を向上させるために、モノクロ画像定着
装置に比べて、定着ローラ１や加圧ローラ２間のニップ
圧を大きくする必要があり、本実施形態においては、加
圧重量は４０ｋｇ程度が最もよく、この時のニップ幅は
５〜６ｍｍ程度である。

【００４３】しかしながら、これでは記録媒体が現像剤
を介して定着ローラ１に巻き付く虞があるため、本カラ
ー画像定着装置では、記録媒体が定着ローラ１や加圧ロ
ーラ２に巻き付くようなことがなく、スムーズにガイド
８からニップを経てガイド８’に達するように、定着ロ
ーラ１や加圧ローラ２表面に均一にオイルを塗布するた
め、定着ローラ１に対して、一定の圧力で塗布ローラ１
２を当接している。

【００４４】この塗布ローラ１２は定着ローラ１及び加
圧ローラ２の回転時には、定着ローラ１に対して順方向
に周速差無しで回転するようになっている。一方、オイ
ルタンク１８に貯蔵されたオイルは、オイルポンプ１６
により汲み上げられて、オイルノズル１３を経て、塗布
ローラ１２に当接しているオイル溜め板１４上面に至
り、結果的にオイルは塗布ローラ１２とオイル溜め板１
４の間に溜り、塗布ローラ１２に付着する。

【００４５】従って、プリント時あるいはウェイトアッ
プ時に塗布ローラ１２が回転すると、塗布ローラ１２表
面のオイルは、一定の圧力で塗布ローラ１２に当接され
たオイル塗布ブレード１１により均一化された後、定着
ローラ１表面に塗布され、塗布されなかったオイルはオ
イルケース１５に至り、オイルボトル１８に回収される
仕組みになっている。また、定着ローラ１に塗布された
オイルの一部は加圧ローラ２とのニップ部分で加圧ロー
ラ２に塗布され、加圧ローラ２上のオイルはクリーニン
グブレード５により、均一化される。そこで掻き取られ
たオイルは、オイルパン６内部のオイル吸収体１０によ
り吸収され、吸収されたオイルはオイルポンプ１６’に
よりオイルボトル１８に回収されるようになっている。

【００４６】また、記録媒体上の現像剤は定着ローラ１
と加圧ローラ２の間のニップ部分でその大部分は記録媒
体上に固定されるが、その一部が定着ローラ１に付着す
るオフセットという現象を生じ、定着ローラ１上に定着
した現像剤が、ローラが回転して再びニップ部に達した
時に記録媒体に付着固定され、画像の汚れとして現れる
ことになる。そこで、本定着装置では、クリーニングウ
ェブ７を定着ローラ１に当接し、定着ローラ１と摺擦さ
せることにより、定着ローラ１上のオフセット現像剤を
除去している。

【００４７】また、カラー画像出力装置では、フルカラ
ーを再現するために、マゼンタ、シアン、イエロー、ブ
ラックの四色の現像剤を記録媒体の上に重ねるが、鮮明
な画像を出力するためには上層の現像剤も下層の現像剤
も同じように溶解する必要があり、これを達成するに
は、定着ローラ１と加圧ローラ２の表面温度を等しくす
る必要がある。

【００４８】しかしながら、ローラ表面温度が低過ぎる
と、オフセットが多過ぎて、鮮明な画像を出力すること
ができず、また、ローラ表面温度が高過ぎると、ローラ
の劣化が早まる。

【００４９】そこで、検討を重ねた結果、本実施形態で
は、ローラ表面温度を１６７℃とすると最も効率よく現
像剤を記録媒体に定着できることがわかった。従って、
加圧ローラ２の表面温度はサーミスタ４により直接モニ
ターすることができるため、サーミスタ４の値が１６７
℃より低い場合は、加圧ローラ２側のヒータ３’をＯＮ
にし、高い場合にはＯＦＦにする制御を行う。実際に
は、ノイズによるサーミスタ４の信号のばらつきがあ
り、それが、ヒータＯＮ／ＯＦＦのちらつきにつながる
ので、図３に示したような上下０．７℃程の不感帯を設
けた温調制御がよい。このように、加圧ローラ２にサー
ミスタ４を当接させれば、定着ローラ１にサーミスタ４
を当接させずに済むので、サーミスタ４による傷が定着
ローラ１の表面につき、画像に影響するのを防止でき
る。

【００５０】一方、定着ローラ１側には、上述したよう
に、熱容量の大きな塗布ローラ１２やクリーニングウェ
ブ７が当接しており、ヒータ３により得られた熱量の一
部は塗布ローラ１２やクリーニングウェブ７に奪われる
ことになる。よって、ヒータ３のＯＮ／ＯＦＦ制御を加
圧ローラ２側のヒータ３’と同様のタイミングで行うと
図４に示したように、加圧ローラ２表面温度よりも低く
なり、所望の温度（１６７℃を中心とした温度）は得ら
れない。

【００５１】そこで、本発明においては、図５に示すよ
うに温度制御を行うこととした。つまり、定着ローラ１
側のヒータ３はサーミスタ４が１６７＋０．７℃を検知
して、加圧ローラ２側のヒータ３’がＯＦＦになった後
も、一定時間τだけ余分に点灯さることにより、温調一
周期において、ヒータ３が定着ローラ１へ与えた熱量Ｗ
_absから、定着ローラ１が塗布ローラ１２やクリーニン
グウェブ７に奪われた熱量Ｗ_radを引いた有効熱量Ｗ
₁を、ヒータ３’が加圧ローラ２へ与えた熱量Ｗ₂に等し
くなるようにする。

【００５２】これにより、図５に示したように、定着ロ
ーラ１の表面温度の上限と、加圧ローラ２の表面温度の
上限はほぼ等しくなる。但し、若干の時間のずれが生じ
る。また、ヒータＯＦＦ状態における温度の下降速度
は、定着ローラ１の方が加圧ローラ２に比べて早い。こ
れも、塗布ローラ１２やクリーニングウェブ７に熱量を
奪われるためである。このため、定着ローラの表面と加
圧ローラの表面では、温度が下がり始める時は違って
も、図５に示したように加圧ローラ２に当接されたサー
ミスタ４が１６７−０．７℃を検知した時には、定着ロ
ーラ１の表面温度もほぼ１６７−０．７℃になってい
る。そこで、サーミスタ４が１６７−０．７℃を検知し
た時、同時に二本のヒータ３，３’をＯＮ状態にする。
これを繰り返すことにより、図５に示したような、１６
７℃を中心とした周期的な定着ローラ１、加圧ローラ２
の表面温度の温度変化が得られる。

【００５３】なお、上記の説明においては、加圧ローラ
２側にサーミスタ４を当接させ、加圧ローラ２側のヒー
タ３’のＯＦＦタイミングを定着ローラ１側のヒータ３
のＯＦＦタイミングより遅らせる制御を行ったが、本発
明はこれに限られるものではなく、定着ローラ１側にサ
ーミスタ４を当接させ、定着ローラ１の表面温度がヒー
タ３のＯＮ温度まで下降したことにより定着ローラ１側
のヒータ３をＯＮ状態とし、ＯＮ状態とした時から一定
時間経過後に加圧ローラ２側のヒータ３’をＯＮ状態と
する構成としても、同様の効果が得られる。

【００５４】以上のように本発明によれば、プリント中
における定着ローラと加圧ローラの温度差を無くして、
多色の現像剤を積層して定着するカラー画像形成装置に
おいても、鮮明なカラー画像を再現することができた。

【００５５】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について説明する。カラー画像形成用の現像剤
定着装置の構造は第１の実施形態に示したものと同様で
あるので、説明には同一符号を用いる。また、ローラの
定着適正温度も同じく１６７℃である。

【００５６】本実施形態によるヒータのＯＮ／ＯＦＦの
仕組みの概略を図６に示す。温度上昇時、サーミスタ４
の値が１６７＋０．７℃以下の時には、ヒータ３，３’
いずれもＯＮ状態とする。この時、加圧ローラ２側のヒ
ータ３’はヒータ３’をフル点灯させるのでなく、ある
比率でＯＮ／ＯＦＦを繰り返す（以後、この比率をｄｕ
ｔｙ比という）。例えば、ＡＣ電源の周期（５０Ｈｚ、
６０Ｈｚ）に対して、ｘ波長分を１単位とし、その内ｙ
波長分だけ加圧ローラ２側のヒータ３’をＯＮ状態と
し、残りのｘ−ｙ波長分はＯＦＦとする。一方、定着ロ
ーラ１側のヒータ３は常にＯＮ状態とする。

【００５７】このとき、ヒータ点灯時に、定着ローラ１
及び加圧ローラ２に供給される単位時間当たりの熱量を
Ｐ、その内、定着ローラ１が塗布ローラ１２やクリーニ
ングウェブ７に奪われる熱量をＰ_radとしたとき、

【００５８】

【数１】Ｐ−Ｐ_rad＝Ｐ×（ｙ／ｘ）

【００５９】の関係式を満たすようにｘ、ｙを決定す
る。

【００６０】また、温度下降時、サーミスタが１６７−
０．７℃以上の時には、逆に加圧ローラ２側のヒータ
３’は常にＯＦＦ状態とし、定着ローラ１側のヒータ３
をあるｄｕｔｙ比でＯＮ／ＯＦＦを繰り返すようにす
る。ＯＮ／ＯＦＦ周期の一単位をＡＣ電源のｘ’波長、
その内ヒータ３の点灯時間をｙ’波長とすると、

【００６１】

【数２】Ｐ_rad＝Ｐ×（ｙ’×ｘ’）

【００６２】を満たすようにｘ’、ｙ’は決定する。

【００６３】図５に示したように第１の実施形態では加
圧ローラ２の表面温度と定着ローラ１の表面温度を各瞬
間で正確に一致させることはできない。よって、塗布ロ
ーラ１２やクリーニングウェブ７の熱容量が大きく、塗
布ローラ１２やクリーニングウェブ７に奪われる熱量が
大きい場合には、加圧ローラ２の表面温度と定着ローラ
１の表面温度の格差が広がることも有り得る。しかしな
がら、本実施形態を用いれば、図７に示したように完全
に定着ローラ１と加圧ローラ２の温度差を無くすことが
できる。

【００６４】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態について説明する。カラー画像形成用の現像剤
定着装置の構造は第１の実施形態に示したものと同様で
あるので、説明には同一符号を用いる。また、ローラの
定着適正温度も同じく１６７℃である。さらに簡単のた
め定着ローラ１に塗布ローラ１２が当接している以外は
いずれのローラにも当接物はないものとする。

【００６５】本実施形態では、定着ローラ１、加圧ロー
ラ２の劣化を防止するため、スタンバイ時にはローラ表
面温度をプリント時の表面温度よりも下げている。例え
ば、スタンバイ時における定着ローラ１と加圧ローラ２
の表面を温度Ｔ₀とすると、Ｔ₀はプリント時の定着ロー
ラ１と加圧ローラ２の表面温度Ｔ₀’（＝１６７℃）よ
り１０℃ぐらい下げた温度に設定するのが丁度よい。つ
まり、Ｔ₀＝１５７℃に設定するのがよい。

【００６６】しかし、この時の塗布ローラ１２の表面温
度は略Ｔ₁＝１２５℃付近で安定していた。これは、Ｔ₁
は塗布ローラ１２の材質により異なるが、塗布ローラ１
２に用いられるシリコーンゴムとして、コストダウンの
ためにそれ程熱伝導率のよくないものが用いられるため
である。

【００６７】この状態でプリントアウトを実行した時の
各ローラの表面温度の変化の一例を図８（ａ）に示す。
定着ローラ１と加圧ローラ２の表面温度は、定着ローラ
１と加圧ローラ２の材質によって異なるが、大体プリン
ト開始後、１０秒〜１分程で温度Ｔ₀’（＝１６７℃）
付近に達する。しかしながら、塗布ローラ１２の表面の
温度は比較的ゆっくり上昇し、定着ローラ１と加圧ロー
ラ２の表面温度が安定してから１〜３分程度遅れて安定
温度（Ｔ₁’）状態に達する。Ｔ₁’は大体Ｔ₁より５〜
１０℃高い温度を示す。

【００６８】そして、定着ローラ１が塗布ローラ１２に
奪われる熱量は、定着ローラ１表面温度と、塗布ローラ
１２表面温度の際に比例する。即ち、図８（ｂ）に示し
たように、連続プリント初期では、塗布ローラ１２の表
面の温度がＴ₁’で安定化するまでの間、Ｐ_radの値が連
続的に変化することになる。

【００６９】本実施形態では、Ｐ_radの変化によって、
定着ローラ１と加圧ローラ２の表面温度に格差が生じる
のを防止するために、図８（ｂ）に示したように、プリ
ント開始からの経過時間により、四つのピリオドを設け
それぞれ独立に最適なｘ，ｘ’，ｙ，ｙ’を選ぶ。下表
は定着、加圧ローラがＴ₀’に達するのに要する時間を
３０秒、塗布ローラがＴ₁’に適するのに要する時間を
２．５分としたときの例である。

【００７０】

【表１】

【００７１】そうして、この表に示された値を基に、第
２の実施形態で行ったヒータＯＮ／ＯＦＦのｄｕｔｙ制
御を行う。

【００７２】本実施形態によれば、連続プリント時にお
いても、常に定着ローラ１と加圧ローラ２の間に温度差
が生じることなく、鮮明な画像をいつでも供給できるよ
うになる。

【００７３】なお、本実施形態では、説明を簡略化する
るために当接物は塗布ローラだけと限定したが、実際に
それに限るものではない。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る第１
の発明によれば、定着ローラと加圧ローラにヒータを備
えつけ、定着ローラと加圧ローラのいずれか一方の表面
に温度検知素子を配置し、スタンバイ状態においては、
定着ローラと加圧ローラの間で温度差が生まれないよう
に制御された定着装置において、定着ローラの当接部材
が加圧ローラの当接部材よりも熱容量が大きくても、定
着ローラの表面温度に基づくことなく、プリント時の前
記定着ローラのヒータの平均通電時間を、定着ローラの
当接部材の総熱容量が加圧部材のそれに対して大きい分
だけ長くなるように設定するので、プリント時に定着ロ
ーラ及び加圧ローラの表面温度に差が生じないようにす
ることができる。

【００７５】また、本出願に係る第２の発明によれば、
前記第１の発明において、加圧ローラに温度検知素子を
当接させ、定着動作中に、所定温度検知後、加圧ローラ
のヒータへの通電を停止した後、一定の時間経過後、定
着ローラのヒータへの通電を停止するので、プリント時
における定着ローラと加圧ローラの表面温度に差が生じ
ないようにすることができる。

【００７６】さらに、本出願に係る第３の発明によれ
ば、前記第１の発明において、定着ローラに温度検知素
子を当接させ、定着動作中に、所定温度検知後、定着ロ
ーラのヒータへ通電した後、一定の時間経過後、加圧ロ
ーラのヒータへ通電するので、プリント時における定着
ローラと加圧ローラの表面温度に差が生じないようにす
ることができる。

【００７７】また、本出願に係る第４の発明によれば、
前記第１の発明において、定着動作中に、ヒータへの一
周期における通電時間と通電停止時間を所定の比率とし
た断続的なヒータ駆動制御を行い、加圧ローラのヒータ
へ通電する時間を、定着ローラのヒータへ通電する時間
より少なくするので、当接部材の総熱容量の差が大きい
場合であっても、時間的なずれを発生させることなく定
着ローラと加圧ローラの表面温度を等しくすることがで
きる。

【００７８】さらに、本出願に係る第５の発明によれ
ば、前記第１の発明において、定着動作中に、定着ロー
ラ及び加圧ローラの表面温度を上昇させる場合には、当
接部材の総熱容量の多い定着ローラのヒータは常に通電
させ、当接部材の総熱容量の少ない加圧ローラはヒータ
への一周期内における通電時間と通電停止時間とを所定
の比率として断続的なヒータ駆動制御を行い、同様に定
着ローラ及び加圧ローラの表面温度を下降させる場合に
は、加圧ローラのヒータは常に通電を行わず、定着ロー
ラは一周期内における通電時間と通電停止時間とを所定
の比率として断続的なヒータ駆動制御を行うので、当接
部材の総熱容量の差が大きい場合であっても、時間的な
ずれを発生させることなく定着ローラと加圧ローラの表
面温度を等しくすることができる。

【００７９】また、本出願に係る第６の発明によれば、
前記第４の発明または第５の発明において、連続定着動
作中に、定着動作開始後の経過時間により、いくつかの
区間に分割し、各区間内においてそれぞれ独立にヒータ
への一周期内における通電時間と通電停止時間と比率を
設定して断続的なヒータ駆動制御を行うので、スタンバ
イ時とプリント時で温度差を設けており、当接部材に奪
われる熱量が経時変化する場合でも、確実に定着ローラ
と加圧ローラの表面温度差の発生を防ぐことができる。

【００８０】さらに、本出願に係る第７の発明によれ
ば、画像形成装置の定着装置における定着ローラと加圧
ローラの双方にヒータを備えつけ、定着ローラと加圧ロ
ーラのいずれか一方の表面に温度検知素子を配置し、ス
タンバイ状態においては、定着ローラと加圧ローラの間
で温度差が生まれないように制御する画像形成装置にお
いて、定着ローラの当接部材が加圧ローラの当接部材よ
りも熱容量が大きくても、定着ローラの表面温度に基づ
くことなく、プリント時の前記定着ローラのヒータの平
均通電時間を、定着ローラの当接部材の総熱容量が加圧
部材のそれに対して大きい分だけ長くなるように設定す
るので、プリント時に定着ローラ及び加圧ローラの表面
温度に差が生じないようにすることができ、特に、カラ
ー画像形成装置においては、鮮明なカラー画像を良好に
再現するることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における画像形成装置
の縱断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態における定着装置の縱
断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態における加圧ローラの
ヒータの温調制御及びその時の加圧ローラの表面温度変
化を示す図である。

【図４】加圧ローラのヒータと同様の温調制御を施した
場合の定着ローラ表面温度変化を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施形態における定着ローラの
ヒータの温調制御及びその時の定着ローラの表面温度変
化を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施形態における定着ローラ及
び加圧ローラのヒータの温調制御を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施形態における定着ローラ及
び加圧ローラの表面温調変化を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施形態を説明するための図面
である。

【符号の説明】

１ 定着ローラ ２ 加圧ローラ ３，３' ヒータ ４ サーミスタ（温度検知素子） ５ クリーニングブレード（当接部材） ７ クリーニングウェブ（当接部材） １２ 塗布ローラ（当接部材） ２１ 感光ドラム（像担持体） ２２ 帯電器（帯電手段） ２４ 回転現像装置（現像手段） ２５ 転写ドラム（転写手段） ２９ 定着装置 ＬＳ レーザースキャナ（露光手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久米 隆生 東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−107982（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−88134（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−219383（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−117562（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20 109 G03G 15/20 102 G03G 15/01 G03G 21/00 398

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体上に担持された現像剤を加熱及
   び加圧して該記録媒体に定着せしめる定着装置におい
   て、 金属筒上に弾性体ゴムを有する定着ローラと、 該定着ローラと熱容量が略等しくなるように金属筒上に
   弾性体ゴムを有し、前記定着ローラに一定の圧力により
   当接した加圧ローラと、 前記定着ローラ及び前記加圧ローラの内部空洞内に配置
   された略同出力のヒータと、 前記加圧ローラに当接するように配設され、ローラ表面
   温度を検知する温度検知素子と、 定着オイルの塗布又はクリーニングのために前記定着ロ
   ーラに当接される当接部材と、前記温度検知素子によって検知される、前記加圧ローラ
   の表面温度に基づいて、前記定着ローラ及び前記加圧ロ
   ーラの内部の各ヒータへの通電を制御する通電制御手段
   と を備え、前記通電制御手段は、 前記ローラが回転を始めることに
   より前記当接部材に奪われる熱量によって前記定着ロー
   ラと前記加圧ローラとの間に生じ得る温度差を、定着ロ
   ーラの表面温度に基づくことなく補償するべく、前記定
   着ローラのヒータの平均通電時間が前記加圧ローラのヒ
   ータの平均通電時間よりも長くなるように各ヒータへの
   通電を制御することを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 前記加圧ローラに温度検知素子を当接さ
   せ、前記温度検知素子が所定温度を検知したことに基づ
   いて前記加圧ローラのヒータへの通電を停止するととも
   に、その後、一定の時間が経過するまでは、前記定着ロ
   ーラのヒータへの通電を継続することとする請求項１に
   記載の定着装置。
3. 【請求項３】 前記定着ローラに温度検知素子を当接さ
   せ、前記温度検知素子が所定温度を検知したことに基づ
   いて前記定着ローラのヒータへの通電を開始するととも
   に、その後、一定の時間経過後、前記加圧ローラのヒー
   タへの通電を開始することとする請求項１に記載の定着
   装置。
4. 【請求項４】 定着動作中に、ヒータへの一周期内にお
   ける通電時間と通電停止時間を所定の比率とした断続的
   なヒータ駆動制御を行い、前記加圧ローラのヒータへ通
   電する時間を、前記定着ローラ側のヒータへ通電する時
   間より少なくすることとする請求項１に記載の定着装
   置。
5. 【請求項５】 定着動作中に、前記定着ローラ及び加圧
   ローラの表面温度を上昇させる場合には、前記定着ロー
   ラのヒータは常に通電させ、前記加圧ローラのヒータへ
   の一周期内における通電時間と通電停止時間とを所定の
   比率として断続的なヒータ駆動制御を行い、前記定着ロ
   ーラ及び加圧ローラの表面温度を下降させる場合には、
   前記加圧ローラのヒータは常に通電を行わず、前記定着
   ローラのヒータには一周期内における通電時間と通電停
   止時間とを所定の比率として断続的なヒータ駆動制御を
   行うこととする請求項１に記載の定着装置。
6. 【請求項６】 連続定着動作中に、定着動作開始後の経
   過時間により、いくつかの区間に分割し、各区間内にお
   いてそれぞれ独立にヒータへの一周期内における通電時
   間と通電停止時間と比率を設定して断続的なヒータ駆動
   制御を行うこととする請求項４または請求項５に記載の
   定着装置。
7. 【請求項７】 静電潜像が形成される像担持体と、該像
   担持体を一様に帯電せしめる帯電手段と、画像情報に応
   じて前記像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、
   現像剤で前記静電潜像を現像する現像手段と、転写部に
   て前記像担持体上に形成された現像剤像を記録媒体に転
   写する転写手段と、前記記録媒体上に転写された現像剤
   像を加熱加圧して前記記録媒体上に定着する定着装置と
   を備え、 該定着装置が、 金属筒上に弾性体ゴムを有する定着ローラと、 該定着ローラと熱容量が略等しくなるように金属筒上に
   弾性体ゴムを有し、前記定着ローラに一定の圧力により
   当接した加圧ローラと、 前記定着ローラ及び前記加圧ローラの内部空洞内に配置
   された略同出力のヒータと、 前記加圧ローラに当接するように配設され、ローラ表面
   温度を検知する温度検知素子と、 定着オイルの塗布又はクリーニングのために前記定着ロ
   ーラに当接される当接部材と、前記温度検知素子によって検知される、前記加圧ローラ
   の表面温度に基づいて、前記定着ローラ及び前記加圧ロ
   ーラの内部の各ヒータへの通電を制御する通電制御手段
   と を備え、前記通電制御手段は、 前記ローラが回転を始めることに
   より前記当接部材に奪われる熱量によって前記定着ロー
   ラと前記加圧ローラとの間に生じ得る温度差を、定着ロ
   ーラの表面温度に基づくことなく補償するべく、前記定
   着ローラのヒータの平均通電時間が前記加圧ローラのヒ
   ータの平均通電時間よりも長くなるように各ヒータへの
   通電を制御することを特徴とする画像形成装置。