JPH04178679A - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JPH04178679A
JPH04178679A JP2307912A JP30791290A JPH04178679A JP H04178679 A JPH04178679 A JP H04178679A JP 2307912 A JP2307912 A JP 2307912A JP 30791290 A JP30791290 A JP 30791290A JP H04178679 A JPH04178679 A JP H04178679A
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学 高野
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康一 廣島
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辰一 月田
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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〕 本発明は電子写真プリンタ等の画像形成装置に関し、記
録材上の顕画像を加熱定着する定着手段を備えた画像形
成装置に関する。
〔従来技術〕
加熱ローラ定着装置は、熱効率が良く、安全性も高いこ
とから電子写真プリンター等の画像形成装置に広く採用
されている。この種の定着装置は加熱ローラの表面温度
、加熱ローラと加圧ローラ間の圧力、ニップ幅等が記録
材上のトナー像の定着性、記録材のカール量、画像形成
装置内の昇温をきめる重要なファクターとなる。定着性
、カール量等は一方を良くすれば他方が悪くなるという
互いに相反する傾向を有している。具体的には定着性を
良くするためには加熱ローラの表面温度を高(する、圧
力、ニップ幅を増すことが好ましく、これらは何れもカ
ール、昇温か悪くなる方向である。この中でも加熱ロー
ラの表面温度を高くすることが、カール、昇温を最も悪
くしてしまう要因となっている。
また、画像形成装置の小型化、低コスト化が進み加熱ロ
ーラの肉厚外径も小さくなってきており、外径30mm
以下のものも用いられている。
しかし、このように加熱ローラの薄肉化もしくは小径化
が進むと、トナー像の定着性を高めるために、ニップ輻
、圧力を大きくすることは難しく温調温度を高くするこ
とが好ましい。
この結果前述した通り、記録材のカール、更には装置内
の昇温も大きくなる。
このため特公昭60−41354号公報に記載されてい
るように雰囲気温度に応じて最小の熱量を記録材に与え
るように定着時の温調温度を切り替えることが好ましい
。とくに定着性に関しては記録材の温度、加圧ローラの
表面温度により大きく影響を受けることが知られている
。記録材の温度は雰囲気温度に支配され、加圧ローラの
温度は画像形成装置への通電開始後からの経過時間に依
存する。このため雰囲気温度を検知して加熱ローラ表面
温度制御を変える場合の温調モードは多くの場合、画像
形成装置への通電開始時に雰囲気温度を検知し、雰囲気
温度が所定温度より低い場合には、加熱ローラ表面温度
を通常より高めに設定し、その後加圧ローラが充分温ま
る時間が経過した時点で通常の温調モードに戻るように
なっている。
〔発明が解決する問題点〕
しかし、このように雰囲気温度で温調温度を変更する場
合、雰囲気温度を検知する特別な感温素子が必要である
例えば雰囲気温度を検知するためには画像形成装置内の
所定の場所に雰囲気温度検知用の感温素子(例えばサー
ミスタ)を設け、その検知温度により加熱ローラ定着装
置の加熱ローラ表面温度を制御する。このとき感温素子
は多(の場合、画像形成装置の動作を制御する基板内に
設けられ装置内での配線の引き回しを避けている。この
ような構成では雰囲気温度検知用の感温素子を特別に設
けているためその分のコストアップが生じる。さらに多
くの場合、上記基板は加熱定着装置とは離れた場所に設
けられているために必ずしも加圧ローラの温度も含む加
熱定着装置近傍の雰囲気温度をモニターしているわけで
ない。このため、加圧ローラが十分温まっているのに、
上記基板近傍の雰囲気温度が低いため雰囲気温度検知用
の感温素子は雰囲気温度が低いと判断し加熱ローラ表面
温度を高めに制御してしまう場合も起こり得る。これは
特に印字モードの切替え、フォントカートリッジの差し
替えのために高い頻度で電源のON10 F Fを行う
電子写真プリンタでは問題となる。
〔問題点を解決する手段〕
上記問題点で解決する本発明は、加熱部材により記録材
上の顕画像を加熱定着する定着手段を備えた画像形成装
置において、メイン電源オン時の初期状態に上記加熱部
材の昇温状態を検知し、この検知結果に応じて上記加熱
部材の定着時の温調温度が決定されることを特徴とする
ものである。
〔実施例〕
第7図は本発明の実施例の画像形成装置であるレーザー
露光方式の電子写真プリンターの断面図である。
第7図において、11Lはコンピューター、ワードプロ
セッサ、ファクシミリ送信機等からの被記録画像情報信
号に対応して点滅駆動されるレーザー発光素子としての
半導体レーザーである。レーザー11Lの発振した上記
信号に対応するレーザービームLはモータIIDにより
回転駆動されるポリゴンミラー118に入射し、この多
面鏡ISの回転により偏向走査される。
このビームLは周知のf−〇レンズ等の結像レンズII
Fを通過後、ミラー11Mによって反射され、矢印方向
に回転する感光体としての電子写真感光ドラム13の表
面にスポット状に結像され、該ドラム13を矢印Aで示
した回転方向と略垂直な方向に繰り返し走査する。
14は帯電器であり、感光ドラム13上を実質的に均一
に帯電を行う。
この帯電器14によって帯電された感光ドラム13は、
前述の被記録情報信号に対応して変調されたレーザービ
ームLによって走査され、静電潜像が形成される。この
実施例では感光ドラム13上のトナーの付着すべき部分
、即ち顕像化される部分をレーザービームで照射して、
帯電器14により与えられた電荷をその部分から除去す
る、いわゆるイメージスキャン方式を用いている。
この静電潜像は現像器15によってトナーにより顕像化
される。トナーは、感光ドラム13のビームLで照射さ
れた領域、つまり明部電位領域に吸着することのできる
極性に帯電している。
一方、装置前面に設けた積載台S上の転写シートPは、
給送ローラ16と、感光ドラム13上のトナー画像とシ
ートPが転写位置で一致するようにタイミングをとって
回転するレジストローラ17によって、転写位置Tに送
り込まれる。そして、転写帯電器18によって感光ドラ
ム13上のトナー像は、シートP上に転写される。その
後、ドラム13から分離されたシートPは定着装置19
に導かれシートP上のトナー像が定着された後に、排出
ローラ20によりトレイ21上に排出される。
一方、転写後ドラム13の表面に残留したトナーはクリ
ーニング器22で除去され、次に前露光光源23により
一様に照明露光される。光源23により露光されること
によりトラム13は除電され、次回の使用に備えられる
次に定着装置19について説明する。
加熱ローラ1はAl、鉄、Sus等の芯金1aの上に4
フツ化エチレン、4フツ化エチレン・パーフロロアルコ
キシエチレン共重合体等のフッ素樹脂からなる離型層1
bを被覆したものを用い、内部には、ハロゲンヒーター
4を設は加熱する。加熱ローラ1の表面温度はサーミス
タ3により検知されその信号はA/Dコンバータ5を介
してCPU6に入力される。CPU6はこの入力信号に
基づきA、 Cドライバー7を介してハロゲンヒーター
4のON10 F Fを制御し加熱ローラ1の表面温度
を所定の値に保つ。加圧ローラ2は鉄、Sus等の芯金
28の上にシリコーンゴム、シリコーンスポンジを被覆
した弾性ローラで、記録材(不図示)が加熱ローラ1に
対して所定のニップ幅と圧力で接することができるよう
にしている。
第2図は本実施例の加熱ローラ表面温度制御方法ヲ示す
フローチャートである。
本実施例の画像形成装置のメイン電源がオンとなり通電
が開始されるとCPU6ヘリセツト信号が入力され加熱
ローラ1の表面温度の測定を開始する(stepl)。
s t ep2ではこの加熱ローラ1表面の測定温度T
が所定温度T。と比較される。
TがToより大である場合は、加熱定着装置は十分に暖
まっていると判断し、即座に通常時の温調温度THにな
るように温調モード2が実行される(step3)。
ここで温調モード1は、メイン電源オン時の実際の加熱
ローラ1の表面温度(以下、加熱ローラの初期温度とい
う)が所定の温度θ。より低いと判断したときに行われ
る温調モードであり、加熱ローラ1の表面温度を通常の
温調温度T、より高い温度Tsで一定時間温調した後T
Nで温調するモードである。
加熱ローラ1の表面温度TがT0以下の時はサーミスタ
はその特性により表面温度を正しく検知することができ
ない。このため加熱ローラlの初期温度を検知するモー
ドが実行される。
まず、ハロゲンヒーター4の点灯を命令するFS信号が
CPU6からだされた時点からCPU6の内蔵タイマー
がカウントを始める(step4)。
そして加熱ローラ1の表面温度があらかじめ定められた
第1の温度T1に到達した時間tlを求める。(ste
p5) 次いで第1の温度T1より高い第2の温度T2に到達し
た時間t2を求める(step6)。
得られたデータから’r=at+bという加熱ローラ1
の表面温度立上りの近似直線式を求める演算を行ない、
直線の傾きaと接片すを求める。
次いで5tep7で求められた傾きaと接片すをあらか
じめサーミスタ3の熱応答遅れを測定したデータにより
求められる補正式A−a+b+Bに入力することで加熱
ローラ1の初期温度θ。を決定する(step8)。
ここでA、Bはサーミスタ3の熱応答遅れを実験的に求
めて得られた定数である。
次に、このようにして求められたθ。と予め定めておい
た温度θCとの比較を行う(step9)。
そしてθ0がθCより高い場合は温調モード2が実行さ
れる(steplO)。
逆にθ。がθ。以下の場合は温調モード1が実行される
(stepH)。
?し 以上の様なアクゴリズムを実施することで加熱ローラ1
の表面温度検出用のサーミスタ3のみで画像形成装置へ
の通電開始時の加熱ローラlの初期温度を検知すること
が可能となりこのことは実質的に、加圧ローラを含む加
熱定着装置近傍の雰囲気温度に応じて温調を行なうこと
ができることを示している。
次に本実施例の作用効果について更に詳細に述べる。
第3図は加熱ローラ1の表面温度立上り曲線とサーミス
タ3の出力を示したグラフである。第3図の実線で示さ
れる加熱ローラ1の表面温度立上り曲線は市販の熱電対
を用いて測定した曲線で、この図かられかるようにハロ
ゲンヒーター4がONしてからしばらくは緩やかな立上
りカーブを示しその後はほとんど直線状に立上っている
ことがわかる。一方サーミスタ3の出力電圧の変化曲線
は室温付近ではほとんど加熱ローラ1の表面温度変化に
反応していないが高温部では加熱ローラ1の表面温度変
化に対し急激に出力が変化していることがわかる。これ
はサーミスタ3の出力電圧が第4図に示すような回路に
より得られるが、サーミスタ3の温度による抵抗値変化
はリニアでなく指数関数的に変化するため広い温度領域
で感度を高くすることができないこと、そのため実際に
加熱ローラ1の表面温度を制御したい温度領域で最大の
感度となるように抵抗R1の値を設定するためである。
このような特性があるため、サーミスタ3で直接低温領
域での加熱ローラlの表面温度をモニターすることがで
きない。
そこで本実施例ではサーミスタ3の感度が良く、かつ、
加熱ローラ1の表面温度の上昇が実質的に一次関数とな
る領域を利用して通電開始時の加熱ローラ1の表面温度
を求めている。
次に本実施例の加熱ローラ1の初期温度の検知方法につ
いて詳述する。
加熱ローラ1の表面温度の立上り曲線が直線上にのって
いる部分で任意のポイントの表面温度とハロゲンヒータ
4がONされてからの経過時間を複数ポイント測定し近
似直線Cの方程式を得る。
本実施例ではあらかじめ定めておいた温度T1、T2に
到達する時間t1、tzを測定している。このようにき
れいな直線を描く加熱ローラ1表面温度立上り曲線の場
合には最低2ポイントのデータをとりこむだけで十分だ
が、さらに取り込むデータ数を増すことで近似直線を得
る精度は増す。また測定温度に関してはできるだけサー
ミスタ3の出力電圧の変化率の高い温度領域が望ましく
例えば加熱ローラ1の温調温度をTcとしたとき0.5
Tcから0.9Tcの領域で温度測定すればよい。以上
の様にして近似直線の方程式 %式%() T:加熱ローラ1の表面温度 a:直線の傾き、本実施例では (T2−Tl)/ (tz−t、) t:ハロゲンヒーターONからの経温時間り:接片、本
実施例では (t2T+  t+T2)/ (tz  t+)が得ら
れる。
加熱ローラ1の通電開始時初期温度は(i)式で得られ
る傾きaと接片すを用いて、予めサーミスタ3の特性に
応じて決定される定数ASBを用い、 θ=A −a+B+b           −(ii
)θ:加熱ローラ1の通電開始時初期温度という補正式
(i i)を使って求める。この補正式は近似直線Tx
at+bの接片すと実際の温度θ8との差Δθ(第3図
参照)を求めるためのもので定数Aはサーミスタ3の熱
応答遅れ、定数Bはヒーターの立上り、サーミスタ3か
らの熱の逃げなどを含む項を示している。これらの定数
はサーミスタ3単体の時定数だけでなくサーミスタ3を
実践し、加熱ローラ】に当接した状態で決まるためA、
Bともに実際の画像形成装置内に組みこんだ加熱ローラ
定着装置を用いて実験により値をきめてやることが良い
。このようにして決定した定数A、Bを用いて上記補正
式(11)より加熱ローラ通電開始時の初期温度θ。が
求められる。
このようにして求めたθ。は画像形成装置が」−分長い
間通電されずに放置されていた場合には、画像形成装置
のまわりの雰囲気温度と同等であり、加熱ローラ通電開
始時初期温度θ。を検出することで雰囲気温度を検知す
ることになる。また画像形成装置が使用者により、通電
がOFFされその直後にONされたときには加熱ローラ
表面温度は通電開始時に高い温度となっているため通常
の温調モードにはいる。この時、はとんどの場合には雰
囲気温度に関係なく加圧ローラが十分温まっているため
通常の温調モードで十分な定着性は確保できる。また小
型の電子写真プリンター等は加熱ローラ1及び加圧ロー
ラ2がともに30φ以下で、熱容量も小さい。このため
通電がOFFされたとき加熱ローラJは素早く表面温度
が低下し、同時に加圧ローラ2の表面温度も早く低下し
ていく。従って通電開始の初期のわずかな状態を除けば
、加熱ローラ1の表面温度を検知すれば、はとんとの場
合加圧ローラ2の表面温度状態を近似的に知ることがで
きる。
次に本実施例を具体的な例で説明する。
本例では記録材送りスピード50mm/seeでA4サ
イズを毎分8枚出力するレーサー・ビーム・プリンター
に用いている加熱ローラ定着装置に本発明を適用する。
加熱ローラ定着装置の基本構成は第1図に示したものと
同じであり、外径が25mmの加熱ローラ1と外径20
mmの加圧ローラ2を有している。加熱ローラ1の芯金
厚みは1゜5mmでハロゲンヒーター4の定格電力は5
00Wし・ の髪のを用い、20℃の環境下ならばプリンターに通電
開始してから約45秒でプリント可能な加熱ローラ表面
温度となる。
次に第2図のフローチャートに従い本具体例の加熱ロー
ラ定着装置の制御方法を説明する。
メイン電源がオンされプリンターに通電を開始してすぐ
にCPU6はサーミスタ3の検知信号をモニターする。
このとき加熱ローラ1の表面温度がサーミスタ3で温度
検知可能なできるだけ低い温度であるT、=50℃以下
と判断された場合はその後の加熱ローラ通電開始時初期
温度θ0を求めるフローへ移るが”ro=so℃を超え
た場合には温調モード2を実施し、加熱ローラ通電開始
時初期温度の測定は行なわない。本例では温調モード2
をプリンターが待機状態にあるときは加熱ローラ1の表
面温度を170℃、プリント時には180℃に設定して
おく。ハロゲンヒーター4をオンするFS信号が出力さ
れるとCP U’ 6は内蔵のタイマーをカウントし始
める。次いで加熱ローラ1の表面温度がT、= 120
℃となったときの時間t、を求め、更に加熱ローラ1の
表面温度がT2=140℃となったときの時間t2を求
める。このときのT3、T2は加熱ローラ1の表面温度
立上りカーブが直線になっており、かつサーミスタ3を
含む検知回路(第4図)の温度検知感度が高い領域で設
定される。またT1、T2の前後数ポイントの温度と時
間を測定しそれを平均することでT1、tl及びT2、
t2を決定してもより精度は向上する。更に測定ポイン
ト数を増し、それらを例えば最小二乗法で直線近似する
ことで非常に精度の良い直線近似式が得られる。
以上の様にして得られたデータより近似直線式T=at
+bを得、傾きaと接片すを決定する。
次にあらかじめ実験等によって決められた補正式の定数
A、Bを用いて、θO” A ’ a + B 十すと
いう補正式に演算して得られたa、bを大刀して加熱ロ
ーラ通電開始時初期温度θ。を求める。A、 Bは使用
するサーミスタの素子自身の応答特性、素子を実装する
方法等により異なるが、はとんどはその実装状態できま
り、例えばシリコーンスポンジとポリイミドテープの間
にサーミスタ素子をはさみこんだような実装では、Aは
1〜5の間の値をとり、サーミスタ3の応答が早ければ
早いほどAの値は小さくなる。Bはハロゲンヒーター4
の立上りとサーミスタ3からの外部へ熱の逃げ等によっ
てきまる定数だが多くの場合1〜5の間の値をとる。
以上の様にして求められたθ。が温調モード切替え温度
θ。=20℃よりも低い場合は温調モード1、高い場合
には温調モード2を実施する。ここで温調モードはプリ
ンターの待機時185℃、プリント時に195℃に加熱
ローラ1の表面温度を制御し、プリンターへの通電開始
から20分後には温調モード2と同じ温調に移る。この
ようにして雰囲気温度が低く、加熱ローラ1の通電開始
時初期温度が低いときには温調を高目に設定するため、
記録材の温度が低くとも十分な定着性が確保できる。さ
らに通電開始してからしばらくの間は加圧ローラが冷え
ており、このときは記録材のカール量は少なくなる傾向
があり加熱ローラ1の表面温度が高くとも記録材のカー
ル量はさほど問題はない。またプリンター内の昇温も通
電開始してから20分程度ではほとんど生じなく、加熱
ローラ1の表面温度を高い温度で制御することの問題は
生じない。本例では加圧ローラ2の熱容量が小さいため
通電開始してから20分程度で飽和温度の%〜A程度の
レベルまで温まりその後温調温度を下げたとしても定着
性は十分満足することができる。
また、本実施例では、加熱ローラ1の表面温度の立上り
カーブから直線状に立上っている部分を用いて近似直線
式を演算し、その接片と実際の加熱ローラ1の通電開始
時温度θ。との差を、近似直線式の傾きを用いた補正式
で補正している。このため加熱ローラ1の表面温度の立
上り時間が長い場合には近似直線式の接片とθ0との差
が大きくなりすぎ誤差が増し、さらに、立上りカーブに
きれいな直線部が得られにくくなるためにその部分での
誤差もひろってしまう。従って本発明者の検討では、加
熱ローラ表面温度の立上り直線が1. 5’C/see
以上の傾きをもっていること、さらに好ましくは2.0
℃/sec以上の傾きにあることが実施例を適用したと
きの精度を保つ上で有効になる。
このように立上り直線の傾きを1.5℃/ s e c
以上とすることで加熱ローラ1の演算により導き出され
る本実施例の通電開始時初期温度θ。と実際の表面温度
との誤差は出3℃の間に収まる。
また本実施例では加熱ローラ表面温度の立上りカーブの
近似直線式を演算するため、ハロゲンヒーター4の定格
電力のバラツキや入力電圧の変動に対しても影響を受け
ることなく十分な測定精度を得ることができる。
〔第2の実施例〕 第5図は本発明の第2の実施例を適用する加熱ローラ定
着装置の略断面図と制御部のブロック図を示す。本実施
例では、サーミスタ3の温度測定バラツキを補正するた
め補正値入力部8を有している。補正値の入力はあらか
じめ個々のサーミスタ3の温度測定誤差を測定で求め特
にデータ入力する温度領域でのティピカルなサーミスタ
の出力値との差を求めること又は加熱ローラ定着装置に
組み込んだ状態で、加熱ローラ1の立上り温度カーブを
求め、そこで上記と同様にティピカルなサーミスタが出
すべき出力電圧との差を求めること、又は加熱ローラ1
の通電開始時初期温度を求めるアルゴリズムを実行させ
、その時に実際の温度との差を求める方法などがある。
以上のような方法でサーミスタ3の温度測定誤差を求め
た後は、例えばデイツプスイッチ等を用いて、CPU6
に補正情報を入力してやる。CPU6はこの補正情報に
基づき、補正式中の定数A、Bのうち、Bを書き換える
ことによりサーミスタ3の温度測定誤差を吸収すること
が可能となる。
〔第3の実施例〕 第6図は本発明の第3の実施例を示すフローチャートで
ある。
尚、5teplから5teplo迄は第2図に示した実
施例と同一なので説明は省略する。
本実施例では、測定した加熱ローラ1の通電開始時初期
温度θ。を温調切替温度θ。に続いて装置のウオームア
ツプ中に加圧ローラ周面温度を均一に暖めるための加熱
ローラと加圧ローラとの協動回転(以下前多回転という
)開始選択温度と比較する(stepH)。
そしてθ。がθ。1より高いときは加圧ローラが十分暖
まっていると判断し前多回転を行なわずに温調モード1
を実行する(step12)。
逆にθ。がθC1以下の時は、加圧ローラが冷えている
と判断し、加圧ローラを暖めるために前多回転を行なう
モードに移行する。
そして加熱ローラの表面温度Tが所定温度T1゜、例え
ば160℃に達したかとうかモニターしく5tep13
) 、TがTloに達した時に前多回転が開始される(
step14)。
その後ウオームアツプ終了と共に前多回転が終了し、温
調モード1が実行される(s e t p 15)。
このように本実施例によれば前多回転を行なうモードを
限定でき、前多回転は必要時のみしが行なわれない。
このため、画像形成装置がすみやかにプリント可能温度
となるため、待ち時間が少なくてすむというメリットが
生じる。
尚、本実施例では、θC1〈θ。となることが好ましい
また、前多回転を行なうモードを限定するだけでなく、
加熱ローラの初期温度θ。に応じて前多回転の時間を変
えても良い。
即ち、θ。が高い場合、前多回転時間を短くし、θ0が
低い場合、前多回転時間を長くする。
これによっても装置がプリント可能になるまでの時間を
短くすることができる。
このように本実施例では加熱ローラ1の初期温度に応じ
て前多回転を制御することができる。
以上本発明の詳細な説明したが、本発明は熱ローラに限
るものではなく、ベルトやフィルムを用いた定着装置に
も適用できる。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば、特別な温度検知部材を設け
ることなく雰囲気状態に応じて温調温度を変更させるこ
とができ、十分な定着性を確保しつつ記録材のカールや
画像形成装置の昇温を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第5図は加熱ローラ定着装置の略断面図と制御
部のブロック図、 第2図、第6図は本発明の実施例を示すフローチャート
、 第3図は加熱ローラ表面温度の立上り曲線とサーミスタ
の出力電圧の関係を示すグラフ、第4図はサーミスタを
含む温度検出回路を示す図、 第7図は本発明の実施例の画像形成装置の断面図である
。 1・・・加熱ローラ 2・・・加圧ローラ 3・・・サーミスタ 4・・ハロゲンヒーター ¥)・1〜寸9]A ↓ 叩゛リ−(2i’r も

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)加熱部材により記録材上の顕画像を加熱定着する
    定着手段を備えた画像形成装置において、メイン電源オ
    ン時の初期状態に、上記加熱部材の昇温状態を検知し、
    この検知結果に応じて上記加熱部材の定着時の温調温度
    が決定されることを特徴とする画像形成装置。
  2. (2)上記加熱部材の温度を検知する温度検知部材を有
    し、この温度検知部材の検知出力を演算処理して上記温
    調温度が決定されることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の画像形成装置。
  3. (3)上記演算処理は上記温度検知部材の特性に応じて
    あらかじめ決められた補正式に基づいて行われることを
    特徴とする特許請求の範囲第2項記載の面像形成装置。
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