JP3595898B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機やプリンタ等の画像形成装置に用いられる定着装置で、シートに担持されている未定着トナー画像を加熱定着する加熱ローラと、加熱ローラの周面に前記シートの未定着トナー画像担持面を圧着する加圧ローラとを設けた熱ローラ定着装置に関し、特に加熱ローラの内部に２本の加熱ヒータを設けた定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転写手段によって転写材（シート）上に転写された未定着トナー画像は定着装置の加熱ローラと加圧ローラとの間で加熱圧着され、シート上に付着していたトナー画像は２００℃近くまで加熱されることによって、シート上に融着し定着がなされる。加熱ローラは内部に熱源としてハロゲンランプ等の加熱ヒータを有した中空の金属円筒で、これに対向して従動回転する加圧ローラは芯金の外周にスポンジ状の弾性体層を設けたソフトローラである。定着装置では加熱ローラに当接し、或いは近接して設けた温度センサによって温度検知がなされ、加熱ローラ表面は例えば２００℃程度の定着を適当とする温度が維持されるよう加熱ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御がなされる。
【０００３】
加熱ヒータにはウォームアップ時間を短縮し短時間内に所定の温度まで温度上昇させるため、１ｋＷ以上の大電力が使用される。大電力が使用される加熱ヒータの点灯開始時には大きな突入電流が生じるため、電源電圧を低下させ、蛍光灯のチラツキや屋内配線部分の電圧低下から電子機器の誤動作を引き起こすこととなる。加熱ヒータの点滅回数を減らす目的から加熱ローラ内部に２本の加熱ヒータを設けることがなされるようになった。
【０００４】
この場合、２本の加熱ヒータは比較的大きな電力の加熱ヒータと比較的小さな電力の加熱ヒータとし、機器のウォームアップ時即ち機器の電源ＯＮしてより加熱ローラが所定の定着温度まで加熱されるまでの間は２本の加熱ヒータを使用し、機器の待機（アイドリング）時には２本またはどちらか１本の加熱ヒータを使用し、プリント出力動作時には比較的大きな電力の加熱ヒータ１本のみを使用して、定着装置の温度制御することが一般になされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
機器にあっては、ウォームアップ時間を短縮する目的から、加熱ヒータに大きな電力のヒータを用いることがなされるが、一般の使用条件における最大の使用電力には限度（例えば１５００Ｗ）があり、機器の駆動等にも電力を要することから、２本の加熱ヒータの合計電力も制約を受けることとなる。
【０００６】
ウォームアップ中には加熱ローラは回転しない非回転状態とすることによって、加熱ローラから加圧ローラへの熱伝導は回転時に較べて遙かに少なくなり、加熱ローラが定着温度まで加熱されるウォームアップ時間を短縮させることができる。しかしプリント出力動作の初期時には加熱ローラの表面温度は定着によって通過するトナー画像を担持したシートに熱量が奪われるだけでなく、回転によって加熱ローラの熱量は加圧ローラにも奪われることとなり、一時的に加熱ローラの温度低下を発生させ、これによって定着性を低下させるという問題があった。
【０００７】
本発明は、加熱ローラ内に２本の加熱ヒータを設けた定着装置において、プリント出力動作の初期時にも定着性の低下のないような定着装置および加熱ヒータの使用本数ウォームアップ、プリント出力動作等のモードに応じて適切に変更することにより、加熱ヒータのＯＮ／ＯＦＦ回数を減らしてフリッカ値を低減させる定着装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、シートに担持されている未定着トナー画像を加熱定着する内部に２本の加熱ヒータを有した加熱ローラと、前記加熱ローラに前記シートを圧着する加圧ローラとを設けた定着装置において、前記定着装置の待機時には前記加熱ローラは非回転状態とし、プリント出力動作時には前記加熱ローラは回転状態とし、プリント出力動作時のヒータ点灯制御は、作動初期には２本の加熱ヒータを点灯させ、一定時間経過後は１本の加熱ヒータのみを点灯し、ウォームアップ中は２本の加熱ヒータを点灯し、待機時には１本の加熱ヒータのみを点灯して定着温度制御を行うことを特徴とする定着装置によって達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の定着装置の一実施形態を示す構成と制御回路を示している。但し本発明はかかる構成と制御回路に限定されるものではない。
【００１０】
加熱ローラ３１は内部に発熱源として２本の加熱ヒータＬ１，Ｌ２を有した中空の金属円筒で、その外周は例えばフッ素樹脂チューブ等によって被覆されたハードローラである。この加熱ローラ３１は駆動モータＭによって回転し、この回転する加熱ローラ３１の周面に極めて近接した位置にはローラの表面温度を検知する温度センサＳが設けられている。
【００１１】
加熱ヒータＬ１，Ｌ２にはハロゲンランプ等が用いられ、一方の大電力の加熱ヒータＬ１には例えば１０００Ｗ、加熱ヒータＬ１に較べて小電力の加熱ヒータＬ２には例えば３００Ｗのヒータが用いられ、２本の加熱ヒータＬ１，Ｌ２を点灯しても合計された電力は一般的に使用される電源容量内にあるように設定されている。加熱ヒータＬ１，Ｌ２の電源としては商用電源、例えば欧州では５０Ｈｚ，２３０Ｖの交流電源Ｅを電源とし、ヒータ回路では交流制御素子としてトライアックによるゼロクロス点灯を行っている。
【００１２】
回転する加熱ローラ３１に対して、バネなどの付勢部材によって圧接して従動回転する加圧ローラ３２が設けられている。加圧ローラ３２は芯金の外周にスポンジ状の弾性体と更にその外周にフッ素樹脂チューブ等によって被覆されたソフトローラである。
【００１３】
定着作動を行うプリント出力動作時には、表面温度が所定の定着温度にあって所定の速度で回転する加熱ローラ３１と、圧接によって弾性変形しニップ部を形成し従動回転する加圧ローラとの間で、トナー画像を担持したシートの定着が行われる。本実施形態の定着装置は中速の処理能力を有した複写機に用いられ、Ａ４サイズの記録紙について毎分３０〜４０コピーの定着能力を有している。
【００１４】
本発明の定着装置では加熱ヒータＬ１，Ｌ２の使用は、ウォームアップ時、プリント出力時、待機時の各モードに応じて制御部１０によって制御される。そして、温度センサＳによって検知された加熱ローラ３１の表面温度は制御部１０へと連絡され、制御部１０は使用状態にある加熱ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御を行って加熱ローラ３１の表面温度を予め設定された定着温度に制御される。
【００１５】
次にウォーアップ時、プリント出力動作時、待機時の各モードにおける制御部１０による制御について詳しく説明する。
【００１６】
▲１▼ ウォームアップ時
本定着装置を備えた複写機等の画像形成装置で、電源スイッチ１１をＯＮすることによって、制御部１０は２本の加熱ヒータＬ１，Ｌ２を共にＯＮとし、２本の加熱ヒータＬ１，Ｌ２を使用することによって短時間内での加熱ローラ３１の温度上昇をはかる。この際、表面温度が所定の定着温度に向けて温度上昇中の加熱ローラ３１から熱量が加圧ローラ３２に移動し、加熱ローラ３１の表面温度が所定の定着温度に到達するまでの時間が長引かないよう、制御部１０は加熱ローラ３１を回転駆動する駆動モータＭを停止状態としている。また加圧ローラ３２が加熱ローラ３１に対し接離可能とするときは、加圧ローラ３２は加熱ローラ３１に対し離間した状態を維持する。
【００１７】
制御部１０は連続的或いは間欠的に温度センサＳによる加熱ローラ３１の表面温度を検知し、表面温度が予め設定された定着温度Ｔｏにまで到達したことを検知するとウォームアップのモードは終了する。このウォームアップ中にコピー釦１２がＯＮされていれば、ウォームアップの終了と共にプリント出力動作モードへと移行し、コピー釦１２がＯＮされていなければ待機モードへと移行する。
【００１８】
▲２▼ プリント出力動作時
本発明の定着装置では制御部１０によるヒータ点灯制御は、動作初期には２本の加熱ヒータＬ１，Ｌ２を使用して点灯し、一定時間経過後には１本の加熱ヒータＬ１だけを使用して定着温度制御を行う。また制御部１０では加熱ローラ駆動部１４を介して駆動モータＭを回動し、これに連結した加熱ローラ３１は回動状態となる。また加圧ローラ３２が加熱ローラ３１に対し接離可能とするときは、圧接状態となり、加圧ローラ３２は加熱ローラ３１の回転に伴い従動回転する。
【００１９】
一方、画像形成装置では制御部１０により画像形成手段１３は作動し、転写工程によってトナー画像を担持したシートＰは加熱ローラ３１と加圧ローラ３２との間を挟持搬送されつつ定着が行われる。
【００２０】
従来の２本の加熱ヒータを加熱ローラ内に設けた定着装置では、大きな電力の加熱ヒータ（本実施形態では加熱ヒータＬ１が該当）のみを使用して定着作動を行って来た。しかし本発明者らの検討によれば、安定状態にはいって後には、例えば１０００Ｗの加熱ヒータＬ１、１本を点滅制御することによって充分定着がなされるが、定着動作の動作初期においては加圧ローラ３２は低温状態にあるので、加熱ローラ３１からは挟持搬送されて定着が行われるシートＰに熱量が奪われるだけでなく、加圧ローラ３２によっても熱量が奪われる。そのため定着動作の動作初期には１本の加熱ヒータＬ１使用による熱量の補給だけでは不充分で、動作初期には定着不良が生じることがあった。本発明にあっては２本の加熱ヒータＬ１，Ｌ２の使用によってこの問題を解消し、加圧ローラ３２が或る程度の温度上昇がなされた一定時間経過後は、１本の加熱ヒータＬ１だけを使用してシートＰの定着による温度低下をカバーするような定着温度制御がなされる。図２は定着作動の動作初期における加熱ローラ３１の表面温度状態を示したもので、一点鎖線で示した１Ｌは従来の１本の加熱ヒータＬ１だけを使用したとき、実線で示した２Ｌは本発明による２本の加熱ヒータＬ１，Ｌ２を使用したときの温度変化を示している。図２によっても明らかなように動作初期においては、Ｌ１のカーブが示すように熱量の補給が不充分で、本発明による優れた効果が認められる。
【００２１】
▲３▼ 待期時
予め設定された枚数のプリント出力が終了すると、或いはプリント出力が終了して若干時間経過すると、待期モードに移行する。待期モードでは小電力の加熱ヒータＬ２のみを使用し、加熱ローラ３１表面の温度が予め設定した所定温度（必ずしも定着時の設定温度Ｔｏと同じである必要はない）を維持するよう制御部１０により温度制御がなされる。また制御部１０では加熱ローラ３１の回動を停止させる。なお加圧ローラ３２が加熱ローラ３１に対し接離可能とするときは、加圧ローラ３２は離間した位置へ移動する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によるときは、機器の定着性が殆ど損なうことなく、短時間内でのウォームアップと、安定したプリント動作が保持されることとなった。また加熱ヒータの使用本数をウォームアップ、プリント出力動作等のモードに応じて適切に変更することにより、加熱ヒータのＯＮ／ＯＦＦ回数を減らしてフリッカ値を低減させる効果を生じた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す構成と制御回路図。
【図２】定着作動初期における加熱ヒータ表面温度状態図。
【符号の説明】
１０ 制御部
１１ 電源スイッチ
１２ コピー釦
１３ 画像形成手段
１４ 加熱ローラ駆動部
３１ 加熱ローラ
３２ 加圧ローラ
Ｌ１，Ｌ２ 加熱ヒータ
Ｓ 温度センサ
Ｍ 駆動モータ

Claims (2)

1. シートに担持されている未定着トナー画像を加熱定着する内部に２本の加熱ヒータを有した加熱ローラと、前記加熱ローラに前記シートを圧着する加圧ローラとを設けた定着装置において、
   前記定着装置の待機時には前記加熱ローラは非回転状態とし、プリント出力動作時には前記加熱ローラは回転状態とし、
   プリント出力動作時のヒータ点灯制御は、作動初期には２本の加熱ヒータを点灯させ、一定時間経過後は１本の加熱ヒータのみを点灯し、ウォームアップ中は２本の加熱ヒータを点灯し、待機時には１本の加熱ヒータのみを点灯して定着温度制御を行うことを特徴とする定着装置。
2. 前記定着装置の待機時には、前記加熱ローラに対する加圧ローラを離間した位置に移動することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。

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