JPH01237585A - 定着装置及び温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
の温度制御方法に間する。

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、−船釣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（例えは、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番強くすると、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
化したりする問題がある。

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の複写紙通紙人口近
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１
５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、Ｉ！Ｉ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４０部位
が、所定全回転し、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、いたんでしょう。

本発明は、このような従来の定着装置の温度制御方法の
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、前記熱ローラと圧ローラの表面温度を検出し、この
検出結果に基づいて前記圧ローラの第２の加熱手段を制
御することを特徴とす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
ラの表面温度を検出する第１検出手段と、萌記圧ローラ
の表面温度を検出する第２検出手段と、これらの検出結
果に基づいて前記圧ローラの第２の加熱手段を制御する
制御部とを備えたことを特徴とする定着装置である。

請求項４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、前記熱ローラと外部加熱装置の温度を検出し
、この検出結果に基づいて前記外部加熱装置を制御する
ことを特徴とする定着装置の温度制御方法である。

請求項５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、面記熱ロー
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
、萌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、こ
れらの検出結果に基づいて前記外部加熱装置を制御する
制御部とを備えたことを特徴とする定着装置である。

［作用］ 請求項１．２０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４．５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、アルミニラ１１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ｌＯ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。制御回路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１２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（商櫟名）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４
２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■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からのトリカー信号に基づき、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−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のベース端子に人力され
、また、そのトランジスタ４５のエミッタ端子は、前記
トライアック４４のトリガ一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、ＡＣ
１００Ｖ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２０の分会ヨヒータ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°Ｃ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■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■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）の時閉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■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４２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■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４．５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（ｔｌ参照）。

圧ローラ２０の加熱が停止されるので、第２検出手段４
２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１８
５℃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、−に昇する（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■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３１を内蔵した圧ローラ２０の代わりに、ヒータ３１
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３１が設けられている。この外部加熱装
置３０は、前記熱ローラｌＯ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４２が接触している。そのｔｒｌｊｊｃ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ｌ１１によって、芯金１２の表面温度が２０５
℃に、また弾性部１３０表面温度がｊ８５℃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３１をオンし、外部加
熱装置３ｏ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１１αにより
、接続点Ｃ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、プリ′ツジ回
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１３０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■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３
１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１５０℃で、第２検
出手段４２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３１はオフとなり加熱停止状態と
なる（ｔｌ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゛
す、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■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、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（人口側）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■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１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をオフするので、温度上昇した弾性部
１３部位を、更にヒータ３１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）。

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ｌの近傍に設けられる加熱ランプな
どであってもよい。

更に、以上述べた第１、第２実施例においては、制御部
４０は、ブリッジ回路４６の並列抵抗を利用して制御を
行っているが、マイクロコンピュータを利用してもよい
。

即ち、例えば、第１実施例において、第１検出手段４．
１の検出抵抗値をＲ１、第２検出手段４２の抵抗値をＲ
２とすると、マイクロコンピュータは、その両抵抗値信
号Ｒ１，Ｒ２を人力し、次式を演算し、更にそのＲと基
準値Ｖｓとを前述のように比較し、前記オンオフ手段４
７へ出力するものとする。ここで、基準値Ｖｓは、次式
で計算した値０．５９にΩである。さらに、熱ローラ−
０の表面温度が１８５℃であり、また圧ローラ２０の表
面温度が１８５℃の際の、前記第１検出手段４１及び第
２検出手段４２の抵抗信号値を１．１８にΩとする。

このようにして、マイクロコンピュータを用いても本発
明は実施可能である。

［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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （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、前記熱ロー
   ラと圧ローラの表面温度を検出し、この検出結果に基づ
   いて前記圧ローラの第２の加熱手段を制御することを特
   徴とする定着装置の温度制御方法。 （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温度を
   検出する第１検出手段と、前記圧ローラの表面温度を検
   出する第２検出手段と、これらの検出結果に基づいて前
   記圧ローラの第２の加熱手段を制御する制御部とを備え
   たことを特徴とする定着装置。 （３）前記制御部は、第１検出手段と第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請求項２
   記載の定着装置。 （４）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、前記
   熱ローラと外部加熱装置の温度を検出し、この検出結果
   に基づいて前記外部加熱装置を制御することを特徴とす
   る定着装置の温度制御方法。 （５）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、これらの検出結果
   に基づいて前記外部加熱装置を制御する制御部とを備え
   たことを特徴とする定着装置。 （６）前記制御部は、第１検出手段と第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請求項５
   記載の定着装置。 （７）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５記載の定着装置（８）前記外部加熱装置は
   熱ローラの近傍に設置れた加熱ランプであることを特徴
   とする請求項５記載の定着装置。 （９）前記第２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５
   〜８記載のいずれか１項記載の定着装置。