JPH02254482A - 加熱定着装置の温度制御方法 - 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］ 本発明は単票用紙、連続帳票用紙いずれの用紙にも使用
できる電子写真式プリンタに搭載される熱定着装置の温
度制御方法に関し、特に冷却状態からの立ち上げの際の
制御を重視した温度制御方法に関する。

［従来技術］ 電子写真式プリンタに搭載される熱定着装置は第４図の
熱定着装置１０の詳細断面図のように構成されている。

この図において１１は加熱ローラである。加熱ローラ１
１の表面層２１は、フッソ樹脂を焼き付けさらにシリコ
ン樹脂（シリコンオイル）を塗布したものである。その
内部は金属パイプ（アルミニウムまたは鉄）２２で、金
属パイプ２２の内部にはヒータ（ハロゲンランプ等）１
３が配置されている。そして通電制御されるヒータ１３
によって加熱された加熱ロニラ１１の表面温度をサーミ
スタ（温度検出素子、略記号ＴＨ）１４によって検出す
る。

１２は加圧ローラでありその表面層はシリコンゴム等の
弾性体である。

このように構成された熱定着装置ＩＯは、印字用紙２３
上の未定着のトナー２４を加熱ローラ１１と加圧ローラ
１２の間を通過させ熱と圧力により印字用紙２３上に定
着させるものである。このときの加熱ローラ１１の表面
温度、即ち定着温度（−例として１９０°Ｃ）は常時一
定の温度でなければならない。

第５図はサーミスタ１４が加熱ローラ１１に接触してい
る状態を表した断面図である。

ケース１４ａ内のサーミスタ１４は熱伝導性の良いクツ
ション１４ｂ上に固定されており、加熱ローラ１１と接
触している接触部１４ｃは、熱変形せず、また加熱ロー
ラ１１のシリコン樹脂である表面層２１を傷つけないよ
うに特殊材料からなっている。

このようなサーミスタ１４の検出温度と加熱ローラ１１
の表面温度とは、加熱ローラ１１が冷却状態から立上が
る際については、一致するまで両者の特性に応じた所定
の時間を要する。そこで、このことを考慮にいれて温度
制御を行い、サーミスタ１４の検出温度と加熱ローラ１
１の表面温度が一致してから使用開始するようにしてい
た。

第６図は、前述のような加熱ローラ１１の立上げ時の温
度制御による表面温度の推移を表した温度曲線の一例で
ある。この図において■は加熱ローラ１１の表面温度、
■はサーミスタ１４が検出した加熱ローラ１１の表面温
度の温度曲線である。

加熱ローラ１１の表面温度は、ヒータ１３での加熱によ
り室温あるいは装置内部の温度から上昇してゆくが、こ
れを検出するサーミスタ１４の検出温度は遅れて立上が
り上昇してゆく。ヒータ１３の通電ＯＮの開始より所定
の時間Ｔ１を経過し、検出１でサーミスタ１４が定着温
度として設定されている設定温度１９０℃を検出すると
ヒータ１３がＯＦＦ通電に入るが、このときは加熱ロー
ラ１１の表面温度は設定温度１９０℃を大きくオーバし
ており、この例では２１７℃にもなっている。

この後ヒータ１３のＯＦＦ通電状態における自然空冷に
より加熱ローラ１１の表面温度は下降してくるが、１９
０°Ｃより大きくオーバしているのでその下降にかなり
時間が掛かる。そして、この間にサーミスタ１４が検出
する表面温度も加熱ローラ１１の実際の表面温度に近く
なり検出２で−致する。この間Ｔ２という時間がかかつ
ている。

ここから実際の使用開始になるが、ここまでＴｌ＋Ｔ　
２　＝Ｔという時間を要している。

そして、この後はサーミスタ１４の検出温度と加熱ロー
ラ１１の表面温度は常に一致し、サーミスタ１４の温度
検出によりヒータ１３のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われ、加
熱ローラ１１の表面温度が所定の設定温度１９０℃に保
持される。

［発明が解決しようとする課題］ 単票用紙専用の電子写真式プリンタの熱定着装置に使用
される熱源としての加熱ローラはその横幅を最大Ｂ４サ
イズ程度まで充当すればよく加熱ローラは小型である。

このような小型のものでは、冷却状態からの立上げのと
き立上げの時間を気にすることはなく、加熱ローラの加
熱・冷却特性のまま立上げ、所定の温度になるように制
御するだけで良い。

しかし、単票用紙、連続帳票用紙両用の電子写真式プリ
ンタにおいては１５から１６インチサイズの連続帳票用
紙に対応しなくてはならず、その加熱ローラのサイズは
単票用紙専用に比し約２倍となり大型となる。この大型
の加熱ローラの場合には、冷却状態から所定の定着温度
までの立上がりについて何らの立上がり制御も行わなず
、加熱ローラの特性まかせでは使用開始まで時間、即ち
第６図における立上げから使用開始までのＴという時間
が、特に定着温度を大きくオーバーした加熱ローラが定
着温度まで冷える時間が長いので、例えば６分というよ
うに掛り過ぎるという不具合がある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、本発明では、トナー定着用
の加熱ローラの温度を加熱ローラに接触する温度検出素
子を介して検出しつつ加熱ローラ用のヒータの通電制御
を行うことにより、所定の定着温度に加熱ローラの温度
を維持するようにしてなる加熱定着装置の温度制御方法
に於いて、所定の定着温度を温度検出素子を介して検出
するための第１温度検出回路と、定着温度より低い立上
基準温度を温度検出素子を介して検出するための第２温
度検出回路とを設け、通常の使用状態においては、第１
温度検出回路を用いてヒータの通電制御用に用い、加熱
ローラの立上げ時には、加熱ローラが所定の立上制御温
度に達するまでは第２温度検出回路を用い、この第２温
度検出回路が立上制御温度に対応する立上基準温度を検
出したならば、ヒータに対し所定のタイムチャートに基
づきＯＮ１０　Ｆ　Ｆ通電を繰り返す制御を行ないつつ
加熱ローラの立上制御温度を維持すると共に、第１温度
検出回路による制御に切り換え、第１温度検出回路が定
着温度を検出したらヒータに対する通電をＯＦＦとし、
加熱ローラの冷却を待って再び第１温度検出回路が定着
温度を検出することにより通常の使用状態とするように
した。

［作　　用］ このような加熱定着装置の温度制御方法によると、加熱
ローラの立上げに際しては、加熱ローラを先ず定着温度
よりやや高めである立上制御温度まで加熱し、その後ヒ
ータの０Ｎ／ＯＦＦ通電制御によりこの立上制御温度を
維持しつつ、温度検出素子が定着温度を検出する状態ま
で昇温するのを待ち、第１温度検出回路により定着温度
を検出したらその後は、ヒータをＯＦＦとして加熱ロー
ラが定着温度まで冷却する、つまり第１温度検出回路が
再び定着温度を検出するのを待って、通常の使用状態と
する。

すなわち、この温度制御方法によると、加熱ローラの立
上げに際して、予め定着温度よりやや高めに設定された
立上制御温度を維持した状態で、温度検出素子が定着温
度を検出し得る状態になるのを待つようにしているので
、従来のもののように加熱ローラの温度が定着温度を大
きくオーバーするようなことがなく、加熱ローラの温度
と温度検出素子を介して検出される検出温度との一致を
従来のものに比べより短時間で達成できる。また、加熱
ローラの温度が定着温度を大きくオーバーするようなこ
とがないということは、加熱ローラの寿命という点でも
より有利に働（。

すなわち、この温度制御方法によると、特に単票用紙、
連続帳票用紙両用の電子写真式プリンタに用いられるも
ので、加熱ローラの温度と検出温度との間に大きな単離
を生じる大型の加熱ローラを有する加熱定着装置につい
て、使用開始可能状態になるまでの時間を従来のものに
比べより短かいものとすることができ、また加熱ローラ
の耐久性の向上も図れるものである。

［実　施　例］ 以下、本発明の一実施例を図面により詳細に説明する。

第１図は本発明の熱定着装置の温度制御を示すブロック
図である。

この図においてＩＯは第４図により上述したのと同様の
熱定着装置で、加熱ローラ１１と加圧ローラ１２で組を
なしている。そして、加熱ローラ１１の表面温度を検出
するサーミスタ（記号ＴＨ）１４が第４図において説明
したのと同様にして配置されている。また同様に、加熱
ローラ１１の内部にはハロゲンランプであるヒータ（記
号Ｈ）１３が配置されており、これはＡＣ制御部６によ
り交流電源であるＡＣ電源が０Ｎ／ＯＦＦの通電制御が
なされ供給される。

第１図において２は定着温度である第１温度、具体的に
は１９０℃を検出する第１温度回路であり、これより温
度が低い場合はヒータの通電の要を論理“Ｈ”として、
高い場合は不要を論理“Ｌ”としてＩ１０ポート４のＩ
ＮＩポートを介してＣＰＵＩに知らせる。

ＣＰ　Ｕ　ｌ　ハ、これによりＩ１０ポート４のＯＵＴ
ポートを制御してドライバ回路５によりＡＣ制御部内の
ホットカプラＰＣをＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御することによ
り、トライアックＴＲＡを駆動してヒータ１３をＯＮ１
０　Ｆ　Ｆ制御する。この制御は、加熱ローラ１１の表
面温度とサーミスタ１４の検出温度とが一致している状
態では常時行われている。

３は、装置の電源ＯＮ時などの冷却状態からの立上げの
時の用いられる第２温度検出回路であって、定着温度よ
り低い所定の立上基準温度、つまりいくつかの条件から
決定される加熱ローラ１１の立上制御温度に対し、予め
分かっている立上がり時のサーミスタ１４の追従関係に
より対応する温度、具体的にはこの例では、立上制御温
度が定着温度１９０℃より１０℃高い２００’Ｃとされ
、この２００°Ｃに対応する立上基準温度１５０’Ｃを
検出するものである。

第２温度検出回路３は、立上基準温度１５００ｃを検出
すると、Ｉ１０ポート４のＩＮ２ポートに出力を論理“
Ｈ”から“Ｌ″に切替えることによりこれを知らせる。

そして、このように論理“Ｈ”から“Ｌ”になったこと
によりＣＰＵＩは、内部のタイマーにより、所定のタイ
ムチャートにのってＩ１０ポート４のＯＵＴポートを論
理的に０Ｎ／ＯＦＦ制御し、これによりドライバ回路５
を介してＡＣ制御部６内のホトカプラＰＣを０Ｎ／ＯＦ
Ｆ制御することにより、トライアックＴＲＡを駆動して
ヒータ１３に供給される交流電源（Ａ、　　Ｃ）を０Ｎ
／ＯＦＦ制御する。

その後、所定の時間をおいて第１温度である１９０℃に
なったことを知れば、ＣＰＵＩは、第１温度検出回路２
からの検出に基づ＜Ｉ１０ポート４のＯＵＴポートのＯ
Ｎ１０　Ｆ　Ｆ制御による温度制御に切替える。

定着温度１９０°Ｃの検出について説明する。

サーミスタＩ４は、負性抵抗素子と呼ばれるものであっ
て、温度が高いとそれにつれて抵抗値が小さ（なる負の
特性をもつ温度検出素子である。

このサーミスタ１４に論理回路用電源Ｖｃｃより抵抗Ｒ
１を介して微少電流を流し、その時のサーミスタ１４の
温度状態における抵抗と抵抗Ｒ１との分圧を検出し、こ
れを検出温度に換算する。具体的には、例えば熱定着装
置ＩＯの加熱ローラ１１の表面温度が１９０℃になれば
これに応じた抵抗値を持ち、この抵抗値と抵抗Ｒ１の抵
抗値との４圧が表れる。

これを分圧Ｖ１とすると、このＶｌが入力保護用抵抗Ｒ
２を介して第１温度検出回路２内のコンパレータ２ａの
反転入力端子（−）に入力される。

他方、コンパレータ２ａの正転入力端子（＋）には入力
保護用抵抗Ｒ５を介してＲ３とＲ４の分圧Ｖ２が入力さ
れている。ここで、Ｖ２は略Ｖ２＝Ｖ１なるように設定
されている。

このコンパレータ２ａの入力においてＶｌ＞Ｖ２（温度
が低い）ときはコンパレータ２ａの出力には論理“Ｌ”
が表れ、これが反転回路２ｂにより反転されて論理“Ｈ
”となりＩ１０ポート４のＩＮＩポートに入力される。

この論理“Ｈ”はヒータ１３の通電ＯＮの必要をＣＰＵ
Ｉに知らせる。

次に、Ｖｌ＜Ｖ２　（温度が高い）であるとコンパレー
タ２ａの出力には論理“Ｈ”が表れ、同じくこれが反転
回路２ｂにより反転されて論理“Ｌ”となりＩ１０ポー
トのＩＮＩポートに入力される。この論理“Ｌ”はヒー
タ１３の通電ＯＦＦの必要をＣＰＵＩに知らせる。

この後は前述したようにＣＰＵＩを介して０Ｎ／ＯＦＦ
制御が行われる。尚、この時Ｖｔは第２温度検出回路３
にも入力されるが、第２温度検出回路３の抵抗Ｒ８と抵
抗Ｒ９の分圧Ｖ３が常時Ｖ３〉ｖｌであり、反転回路３
ｂの出力は常時論理’Ｌ”であるが、ＣＰＵＩは立上げ
制御の時しかも“Ｈ”から“Ｌ″に切替わった時しか検
出しないのでその出力は無視される。

次に、立上基準温度１５０℃の検出について述べる。

１９０°Ｃの検出で説明したのと同様に、１５００Ｃで
のサーミスタ１４の抵抗値とＲ１との分圧のレベルをＶ
ｉａとすると、このＶｉａが第２温度検出回路３のコン
パレータ３ａの反転入力端子（−）に入力される。他方
、コンパレータ３ａの正転入力端子（＋）には入力保護
用抵抗ＲＩＯを介してＲ８とＲ９の分圧Ｖ３が入力され
ている。

ここで、Ｖ３は略Ｖ３＝Ｖ１ａなるように設定されてい
る。

このコンパレータ３ａの人力においてＶｉａ＞Ｖ３（１
５０℃になっていないで温度が上昇中）ときはコンパレ
ータ３ａの出力には論理“Ｌ”が表れ、これが反転回路
３ｂにより反転されて論理“Ｈ”となりＩ１０ボート４
のＩＮ２ポートに入力される。

次に、Ｖｌａ＜Ｖ３　（１５０℃を検出したことを知ら
せる）であるとコンパレート３ａの出力には論理“Ｈ”
が表れ、これが反転回路３ｂにより反転されて論理“Ｌ
”となりＩ１０ポート４のＩＮ２ポートに入力される。

この論理“Ｈ”から“Ｌ”に変化したことによりＣＰＵ
Ｉは、立上げの制御が必要であることを知り、所定の時
間、所定のタイムチャートによる立上げの制御に入る。

以下、立上げ時の温度制御方法について、第２図のフロ
ーチャートと第３図に示す立上げ制御時の温度曲線図に
基づき説明する。

第２図はＣＰＵＩが行う立上げの温度制御のフローチャ
ート（以下フロー）で、そこにおける数字はフローのス
テップを示す。

熱定着器ｌＯの加熱ローラ１１が冷却状態である時から
の開始時（５０）において装置の電源がＯＮされると、
ＣＰＵＩは、プログラム制御により所定のイニシャル動
作（５１）を行う。具体的には、ＣＰＵＩは、Ｉ１０ポ
ート４のＯＵＴポートを制御することにより、ドライバ
回路５を介してＡＣ制御部６内のトライアックＴＲＡを
駆動して熱定着装置ｌＯの加熱ローラ１１内部のヒータ
１３を通電ＯＮとする。そして、この結果、通電が開始
する（５２）。

通電開始によりヒータ１３が加熱し始め、サーミスタ１
４は１５０℃を検出する（５３）。この時、第２温度検
出回路３の反転回路３ｂは論理“Ｈ″から論理“Ｌ”に
変化する。この変化をＩ１０ポート４により知り、ＣＰ
ＵＩは一定の時間、後述するような所定のタイムチャー
トによる時間間隔でヒータ１３に対する通電０Ｎ／ＯＦ
Ｆを繰り返すＯＮ１０　Ｆ　Ｆ通電制御を立上げ制御と
して行う（５４）。つまり、タイムチャートによる０Ｎ
１０　Ｆ　Ｆ通電制御により、加熱ローラ１１を立上制
御温度２００６Ｃにコンスタントに維持する制御を行う
。

所定のタイムチャートによる立上げ制御に入った後ある
いは終了した後は、ＣＰＵＩは第１ｉ度検出回路２に温
度検出を切替える（５５）。そして、サーミスタ１４が
１９０℃を検出する（５６）と、ＣＰＵＩは、第１温度
検出回路２の論理“Ｌ”をＩ１０ポート４により知り、
ヒータ１３に対し通電ＯＦＦの制御を行う。この時、サ
ーミスタ１４の検出温度は、加熱ローラ１１の表面温度
とまだ一致せず、加熱ローラ１１の表面温度が１０°Ｃ
高い状態である。

そして、一定の時間をおいて加熱ローラ１１の表面温度
が下降し、再び１９０℃を検出する。今度は、温度検出
回路２の出力は論理“Ｌ”から“Ｈ″に変わり、ＣＰＵ
１はヒータ１３の通電ＯＮの制御を行う。この時点では
、サーミスタ１４の検出温度１９０℃と加熱ローラ１１
の表面温度は略一致しており、以後、第１温度検出回路
２の出力の変化により、ＣＰＵ１はヒータ１３に対しＯ
Ｎ１０　Ｆ　Ｆの通電制御を行い（５７）、装置の運用
中はこれを続行する（５８）。

第３図は、第２図のフローに基づいて実施された加熱ロ
ーラ１１の立上げ時における表面温度の推移を表した温
度曲線である。この図において■は加熱ローラ１１の表
面温度、■はサーミスタ１４が検出した加熱ローラ１１
の表面温度の温度曲線である。

室温あるいは装置内部の温度からヒータ１３の加熱によ
り加熱ローラ１１の表面温度は上昇してゆくが、これを
検出するサーミスタ１４の検出温度は遅れて立上がり上
昇してゆく。ヒータ１３の通電ＯＮの開始より所定の時
間ＴＩを経過した検出１でサーミスタ１４は加熱ローラ
１１の表面温度２００℃（立上制御温度）に対応して立
上基準温度１５０℃を検出する。するとＣＰＵ１は、こ
れを検出したことにより、検出２まで所定のタイムチャ
ートによるヒータ１３に対するＯ　Ｎ１０　ＦＦの通電
制御を行う。第３図の上部にそのタイムチャートの一例
を図示しであるが、時間Ｔ２の間、ＯＮ１０　Ｆ　Ｆを
一定の時間間隔ｔｌ−ｔｎで繰り返す制御を行っている
。ｔｌ−ｔｎの各時間の配分は、ヒータ１３及び加熱ロ
ーラ１１の温度特性に応じて、加熱ローラ１１を立上制
御温度２００℃に維持するのに最適なように設計されて
いる。

これを検出２まで続行し、ここで１９０°Ｃを検出する
。ここにおいて、サーミスタ１４が検出する温度と加熱
ローラ１１の表面温度は、まだ一致せず、加熱ローラ１
１の表面温度が高く約２００００である。１９０℃を検
出したことにより、ＣＰＵ１はヒータ１３の通電ＯＦＦ
の制御を行う。これにより、加熱ローラ１１の表面温度
は１９０’Ｃまで下降してくるが、約２００℃からの下
降であるので２１７℃から下降する従来のものに比べ、
より短いＴ３という時間で１９０℃となる。この時点で
は、サーミスタ１４の検出温度と加熱ローラ１１の表面
温度は一致しており、この検出３における１９０℃の検
出から熱定着装置の使用開始が可能となる。

以降、ＣＰＵＩは、第１温度検出回路２の出力の論理に
より、加熱ローラ１１内部のヒータ１３のＯＮ１０　Ｆ
　Ｆ制御を続行し、加熱ローラ１１の表面温度を定着温
度である１９０°Ｃに制御保持する。

この実施例によると、上述した従来のものであると電源
ＯＮから使用開始までの時間Ｔが６分１８秒であったの
に対し、Ｔ＝４分１分秒６秒用開始となり、５分以内に
使用可能となっており、約３０％短縮されている。

また、実施例では、立上げの際における加熱ローラ１１
の最高温度は、従来のものの２１７℃に比べ、２００°
Ｃという可なり低いもので済んでおり、加熱ローラ１１
の表面層の寿命にという点でも好ましいものである。

［発明の効果］ 以上説明した本発明の熱定着装置の温度制御方法によれ
ば、加熱ローラの立上げに際して、加熱ローラの表面温
度とこの加熱ローラの表面温度を検出した検出温度とが
より短い時間で一致するように、加熱ローラに対し立上
制御温度を設定し、この立上制御温度に対応する立上基
準温度以降については、所定のタイムチャートに基づ＜
０Ｎ／ＯＦＦ通電により加熱ローラを立上制御温度に維
持した状態で加熱ローラ温度と温度検出素子の検出温度
とが一致するのを待つようにしているので、大幅に使用
開始の時間を短縮できるという効果がある。

また、この熱定着装置の温度制御方法によれば、立上げ
の時の加熱ローラの最高表面温度をより低いものに抑え
ることができるので、加熱ローラの表面層の寿命にも好
影響をもたらすという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いる装置類のブロック図
、 第２図はＣＰＵＩが行う立上げ温度制御のフローチャー
ト図、 第３図は第２図のフローチャートにより行われた加熱ロ
ーラの表面温度の推移を表した温度曲線図、 第４図は従来の熱定着装置の概略断面図、第５図はサー
ミスタが加熱ローラに接触している状態を表した概略断
面図、そして 第６図は従来の熱定着装置の温度制御方法における加熱
ローラの表面温度の推移を表した温度曲線図である。 ■・・・ＣＰＵ。 ２・・・第１温度検出回路、 ３・・・第２温度検出回路、 ４・・・Ｉ１０ポート、 ５・・・ドライバ回路、 ６・・・ＡＣ電源制御部、 １０・・・熱定着装置、 １１・・・加熱ローラ、 １２・・・加圧ローラ、 １３・・・ヒータ、 １４・・・サーミスタ（温度検出素子）ＡＣ・・・交流
電源、 ＰＣ・・・ホトカプラ、 ＴＲＡ・・・トライアック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 トナー定着用の加熱ローラの温度を加熱ローラに接触す
   る温度検出素子を介して検出しつつ加熱ローラ用のヒー
   タの通電制御を行うことにより、所定の定着温度に加熱
   ローラの温度を維持するようにしてなる加熱定着装置の
   温度制御方法に於いて、 所定の定着温度を温度検出素子を介して検出するための
   第１温度検出回路と、 定着温度より低い立上基準温度を温度検出素子を介して
   検出するための第２温度検出回路とを設け、 通常の使用状態においては、第１温度検出回路を用いて
   ヒータの通電制御用に用い、 加熱ローラの立上げ時には、加熱ローラが所定の立上制
   御温度に達するまでは第２温度検出回路を用い、この第
   ２温度検出回路が立上制御温度に対応する立上基準温度
   を検出したならば、ヒータに対し所定のタイムチャート
   に基づきＯＮ／ＯＦＦ通電を繰り返す制御を行ないつつ
   加熱ローラの立上制御温度を維持すると共に、第１温度
   検出回路による制御に切り換え、第１温度検出回路が定
   着温度を検出したらヒータに対する通電をＯＦＦとし、
   加熱ローラの冷却を待って再び第１温度検出回路が定着
   温度を検出することにより通常の使用状態とするように
   したことを特徴とする加熱定着装置の温度制御方法。