JPH04264578A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複写機等の画像形成装置
の定着装置の温度制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機等の画像形成装置においては転写
紙上に担持されるトナー像をこの転写紙上の永久像とし
て定着させるべく熱ローラタイプの定着装置が多く用い
られている。かかる定着装置は熱源であるハロゲンヒー
タを有し、一定方向に回転する定着ローラと、該定着ロ
ーラに圧接して回転する加圧ローラ等から構成され、こ
の定着、加圧ローラ間にトナー像を担持する転写紙を通
過させることにより、このトナー像を加熱、加圧してこ
れを転写紙上に定着させるものである。

【０００３】ここで、定着ローラには温度検知センサー
が取り付けられ、該温度検知センサーからの検知温度に
基づいてハロゲンヒータがコントロールされ、定着ロー
ラの表面温度が定着に適した一定値にコントロールされ
ている。尚、この温度検知センサーは定着ローラの定着
領域を傷つけないようにするため、一般に定着ローラの
長手方向端部に取り付けられている。また、コスト適な
理由等により定着ローラにはクリーニング部材が取り付
けられておらず、定着ローラに離型剤を塗布するだけの
離型剤塗布部材程度しか取り付けられていないものも多
い。

【０００４】さて、転写紙Ｐが定着ローラに対して中央
基準（センター振り分け）で位置決めされている場合で
、複数の転写紙に連続的に画像を形成する場合（以下連
続コピーモ−ドと称す）では、この定着ローラの中央部
は転写紙により連続的に熱を奪われるため、定着ローラ
はその両端部側に比べ中央部の温度がかなり低くなるが
、一枚の転写紙のみに画像を形成する場合（以下シング
ルコピーモードと称す）では、転写紙による熱放出量は
比較的小さいため、定着ローラの中央部の温度は連続コ
ピーモードの場合程下がらない。

【０００５】一方、定着ローラに特別なクリーニング部
材が取り付けられていない場合、定着ローラの表面温度
が上昇すればする程この定着ローラへのトナーの付着量
も増えてくるため、定着ローラの必要以上の温度上昇は
できるだけ制限される。

【０００６】従って、上述の如き定着装置においては、
温度が最も低くなる定着ローラの中間部の温度が定着温
度の下限になるよう定着ローラの温度がコントロールさ
れる。このため、温度検知センサーが取り付けられた部
分の定着ローラのコントロール設定温度は、シングルコ
ピーモードの場合よりも連続コピーモードの場合のほう
が高く設定される。また、コピー動作をしていない、コ
ピー開始可能な状態（以下スンタバイ状態と称す）の定
着ローラのコントロール設定温度は、定着ローラの温度
をできるだけ低く抑えるため、シングルコピーモード時
のそれと同じ温度に設定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、連続コ
ピーモードの後、直ちにシングルコピーモードに切り替
えられると、定着ローラのコントロール設定温度もこれ
に伴って下げられるため、低温環境下では定着ローラの
中間部の温度が定着温度の下限以下となり、定着ローラ
による定着作業に支障をきたすという問題があった。

【０００８】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
、その目的とする処は、転写紙を複数枚連続して定着処
理した後、定着ローラのコントロール設定温度を変更し
て転写紙一枚のみの定着処理をする場合でも、定着ロー
ラの表面温度を適正にコントロールできる定着装置の温
度制御方法を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、定着ローラの温度を検知する温度センサーが定
着ローラ長手方向の端部に設置されていて、定着ローラ
の通紙域の最低温度を定着に適した下限値に維持させる
べく、転写紙１枚のみを単独で定着処理する時と複数枚
連続して定着処理する時とで定着ローラのコントロール
設定温度を変更して定着ローラの温度コントロールを行
なう定着装置の温度制御方法において、ｌを定着ローラ
の熱源の長さ、ｄを定着ローラの肉厚、ｃを定着ローラ
の比熱、ρを定着ローラの密度、αを定数（０．００１
から０．００３までの値）、ｑを定着ローラの熱源の発
生熱量、ｋを定着ローラの熱伝導度、Ｔｓｔをコピー開
始可能な状態であって定着ローラ長手方向の温度分布が
定常状態である時の定着ローラ長手方向中央部の定着ロ
ーラ温度、Ｔｍｉｎを定着に適した定着ローラの下限温
度、ΔＴを一枚のみの定着処理時と連続定着処理時との
コントロール設定温度の差とすれば、連続定着処理後で
示される待ち時間ｔ経過後、定着ローラのコントロール
設定温度が一枚定着処理時のものに切り替えられること
を特徴とする。

【００１０】

【作用】定着ローラは一般にその長手方向に亘って均一
に温度上昇されるが、この定着ローラで転写紙の定着処
理を行なうと、その部分の放熱量が大きくなるため、定
着ローラの長手方法の温度分布は一般に均一とはならな
い。特に複数の転写紙の連続定着を行なう連続コピーモ
ードの場合は、単一の転写紙のみを定着するシングルコ
ピーモードの場合に比べ定着ローラの長手方向の温度分
布は大きく変化する。一方、定着ローラの温度が上昇す
れば、該定着ローラのへのトナーの付着も増加するため
、定着ローラの長手方向の温度分布中その最低温度は定
着に適した下限温度に保持する必要がある。

【００１１】従って、定着ローラのコントロール設定温
度は一般に連続コピーモードの方がシングルコピーモー
ドの場合より高く設定される。しかしながら、連続コピ
ーモードからシングルコピーモードに変わるに際し、定
着ローラのコントロール設定温度を直ちに変化させれば
、定着ローラの最低温度は定着に適した下限温度以下と
なり、定着作業に不都合を生じることとなる。

【００１２】そこで、連続コピーモードからシングルコ
ピーモードに移るに際し、定着ローラの熱伝導特性等か
ら得られる待ち時間ｔを経過した後に、定着ローラのコ
ントロール設定温度をシングルコピーモードのものに変
え、定着ローラの最低温度が定着に適した下限温度以下
とならないようにした。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１４】先ず、本発明の第１実施例を図１乃至図５
により説明する。

【００１５】図１は画像形成装置の定着装置１の主要部
を示す断面図であり、図中１０は内部に熱源であるハロ
ゲンヒータ１２を有し、所定方向に回転する定着ローラ
であり、該定着ローラ１０の下方にはこの定着ローラ１
０に圧接して回転する加圧ローラ１１が配設されている
。定着ローラ１０の外表面はＰＴＦＥ（ポリテトラフル
オロエチレン）からなるフッ素樹脂離型層から構成され
、加圧ローラ１１の外表面も同様なフッ素樹脂で被覆さ
れ、その離型性の向上が図られている。また、定着ロー
ラ１０の上部にはシリコンオイル等の離型剤を塗布する
離型剤塗布部材１３が当接されている。尚、この離型剤
塗布部材１３は離型剤を塗布することを主目的としたも
ので、定着ローラ１０に対するクリーニング能力はほと
んどないものとする。

【００１６】即ち、画像形成装置の画像形成部で転写紙
Ｐ上にトナー像Ｔが形成され、該トナー像Ｔを定着ロー
ラ１０側に有する転写紙Ｐが定着装置１に搬入されると
、この転写紙Ｐは定着、加圧ローラ１０，１１によって
挟持されつつ搬送される。この間に転写紙Ｐ上のトナー
像Ｔは加熱、加圧されて溶融固着され、転写紙Ｐ上に永
久像として定着される。

【００１７】定着ローラ１０の熱源であるハロゲヒ−タ
１２は図２で示される如く、定着ローラ１０の長手方向
に配設され、定着ローラ１０の長手方向全体を所定の定
着温度に保持させるべく定着ローラ１０を加熱するもの
であるが、定着ローラ１０の両端部１０Ｂ，１０Ｂ側が
中間部１０Ａ側に比べて放熱量が大きい（定着ローラ１
０の両端部１０Ｂ，１０Ｂ側では軸受部等からの放熱等
がある）ため、ハロゲンヒータ１２はその中間部に比べ
両端部側の発生熱量がやや大きくなっている。

【００１８】また、図１で示される如く、ハロゲンヒー
タ１２は定着ローラ１０の表面温度を検知する温度検知
センサー１４からの信号に基づきＤＣコントローラ１５
を介してＯＮ／ＯＦＦ　制御され、定着ローラ１０の表
面温度を所定の定着温度に保持させている。温度検知セ
ンサー１４は図２で示される如く、定着ローラ１０の一
端部側で通常の転写紙Ｐの通紙域より外れた位置に配設
されている。これは、温度検知センサー１４を通常の通
紙域に置き定着ローラ１０に当接するこの温度検知セン
サー１４により定着ローラ１０の表面を傷つけた場合、
定着作業に支障をきたすことになるからであり、これを
防止するためである。

【００１９】尚、以降の説明を解り易くすべく、転写紙
Ｐは定着ローラ１０に対してセンター振り分け（中央基
準）で位置決めされるものとする。

【００２０】さて、転写紙Ｐを連続的に定着処理（連続
コピーモードの場合）すれば、定着ローラ１０の中間部
１０Ａは転写紙Ｐにより多量の放熱がなされるが、定着
ローラ１０の両端部１０Ｂ，１０Ｂ側の放熱は少ない。 このため、定着ローラ１０の温度コントロールを行なう
場合、図３のカーブＡで示される如く、温度検知センサ
ー１４が取り付けられた定着ローラ１０の端部１０Ｂを
高い温度に保持し、定着ローラ１０の中間部１０Ａを所
定の定着温度に保持してやる必要がある。ここで、定着
ローラ１０に十分なクリーニング手段が取り付けられて
いない場合、定着ローラ１０の温度上昇と共に定着ロー
ラ１０へのトナーの付着量も増えるため、定着ローラ１
０の表面温度はできるだけ下げる事が要請される。

【００２１】従って図３のカーブＡで示される如く、定
着ローラ１０の中間部１０Ａの最低温度は転写紙Ｐ上の
トナー像の定着処理ができる下限温度Ｔｍｉｎ（例えば
１５０℃）に保持させる必要がある。このため、連続コ
ピーモード時の定着ローラ１０のコントロール設定温度
Ｔｃは定着ローラ１０の長手方向の温度分布から必然的
に決定され、図３で示される如く例えば１７０℃の如く
定められる。

【００２２】また、転写紙Ｐは単独で一枚だけ定着処理
（シングルコピーモードの場合）する場合でも、連続コ
ピーモードの場合程ではないが、定着ローラ１０の両端
部１０Ｂ，１０Ｂに比べてその中間部１０Ａの放熱量が
やや多くなるため、この中間部１０Ａの最低温度をトナ
ー像の定着処理ができる下限温度Ｔｍｉｎ（１５０℃）
に保持させるべく、図５のカーブＦで示される如く、定
着ローラ１０のコントロール設定温度Ｔｓを例えば１５
５℃の如く定める必要がある。ここで、図５のカーブＥ
はスタンバイ状態であって定着ローラ１０の長手方向の
温度分布が定常状態である時のものである。温度分布の
変化としては、シングルコピー後の図５のカーブＦから
定着ローラ１０の中央部の温度だけが少しづつ上がり、
十分時間が経過するとカーブＥの温度分布となる。

【００２３】以上のような設定温度条件の場合、連続コ
ピーモードの後、直ちにシングルコピーモードにすると
、定着ローラ１０のコントロール設定温度がＴｃ（１７
０℃）からＴｓ（１５５℃）に直ちに降下されるため、
図３のカーブＢで示される如く、定着ローラ１０の中間
部１０Ａの最低温度がコントロール設定温度の降下分だ
け比例して下がり、その最低温度が定着下限温度Ｔｍｉ
ｎ以下の１３５℃となる。従って、この定着ローラ１０
等によりトナー像の十分な定着処理ができないといった
不都合が生じる。

【００２４】そこで、本発明では連続コピーモードから
シングルコピーモードに移動するに当り、一定の待ち時
間ｔを導入し、該待ち時間ｔの後に定着ローラ１０のコ
ントロール設定温度をＴｃ（１７０℃）からＴｓ（１５
５℃）に変更し、図４のカーブＤで示される如く、定着
ローラ１０の中間部１０Ａの最低温度が定着下限温度Ｔ
ｍｉｎに保持されるようにした。以下この待ち時間ｔの
定め方について説明する。

【００２５】一般に熱伝導方程式を解くと以下の項が算
出される。

【００２６】ここで、ｋは定着ローラ１０の熱伝導度（
ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・ｄｅｇ）、ｄは定着ローラ１０の厚
さ（ｃｍ）、ｃは定着ローラ１０の比熱（ｃａｌ／ｄｅ
ｇ・ｇ）、ρは定着ローラ１０の密度（ｇ／ｃｍ３　）
、ｔは時間である。

【００２７】従って、連続コピーモード時の定着ローラ
１０の中間部１０Ａの最低温度をＴｍｉｎ（℃）、定着
装置１の形状等で決まる定数をα（例えば０．００２２
）、ハロゲンヒータ１２の長さをｌ（ｃｍ）、ハロゲン
ヒータ１２から単位時間当り発生する熱量をｑ（ｃａｌ
）、スタンバイ状態であって温度分布が定常状態である
時の定着ローラ１０の長手方向中央部の定着ローラ１０
の温度をＴｓｔ、シングルコピーモード時と連続コピー
モード時とのコントロール設定温度の差をΔＴとし、連
続コピーが終了しても定着ローラ１０のコントロール設
定温度を連続コピーモード時のものＴｃ（℃）のままに
しておくと、連続コピーが終了してｔ秒後の定着ローラ
１０の中間部１０Ａの最低温度Ｔ（ｔ）は以下の如く近
似できる。

【００２８】

【数１】 ここで、定着ローラ１０が肉厚０．３ｃｍのアルミニウ
ムでできていることを考慮し、Ｔｓｔ＝１６０（℃）、
ΔＴ＝１５（℃）Ｔｍｉｎ＝１５０℃、ｑ＝９００（Ｗ
）、Ｋ＝０．４８７（ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・ｄｅｇ）、ｌ
＝３００（ｃｍ）、ｄ＝０．３（ｃｍ）、ｃ＝０．２１
４（ｃａｌ／ｄｅｇ・ｇ）、ρ＝２．６９８９（ｇ／ｃ
ｍ３　）、α＝０．００２２を（１）式に代入すると、
Ｔ（ｔ）は以下の如くなる。

【００２９】

【数２】 　　Ｔ（ｔ）＝１７０−２５ｅｘｐ（−０．０１５ｔ）
……（２）即ち、上記（２）式で示される定着ローラ１
０の中間部１０Ａの最低温度Ｔ（ｔ）が図４のカーブＣ
で示される如く、１６５℃になった時点で、シングルコ
ピーモードに切り替え、定着ローラ１０のコントロール
設定温度をＴｃ（１７０℃）からＴｓ（１５５℃）にす
れば、その後定着ローラ１０の中間部１０Ａの最低温度
は図４のカーブＤで示される如く、Ｔｍｉｎ（１５０℃
）に保持されることとなる。ここで、Ｔ（ｔ）＝１６５
となる待ち時間ｔは（２）式より約６１秒となるため、
連続コピーモードで転写紙Ｐの連続定着処理が終了した
後、６１秒後にシングルコピーモードに変更すれば、定
着ローラ１０の中間部１０Ａの最低温度をＴｍｉｎ（１
５０℃）に保持した状態で転写紙Ｐの定着処理ができる
こととなる。尚、シングルコピーモードになる待ち時間
ｔの間においても、単一の転写紙Ｐの定着処理ができる
ことは勿論である。

【００３０】ここで式（１）を変形して待ち時間ｔを求
めると以下の如くなる。

【００３１】

【数３】 次に、本発明の第２実施例を説明する。尚、第１実施例
に係るものと同一機能を有するものについては同一符号
を付しその説明を省略する。

【００３２】第１実施例においては連続コピーモードか
らシングルコピーモードに移る際、連続コピーモードに
おける定着ローラ１０のコントロール設定温度Ｔｃを所
定の待ち時間ｔだけ経過させ、定着ローラ１０のコント
ロール設定温度をシングルコピーモードのものＴｓに切
り替えるようにしていたが、本実施例では少しでも定着
ローラ１０の温度をすばやく下げるため、待ち時間ｔを
小さく区切って段階的に定着ローラ１０のコントロール
設定温度をシングルコピーモードのものＴｓに切り替え
るようにした。

【００３３】例えば連続コピー終了後、１０秒間だけ連
続コピーモードの定着ローラ１０のコントロール設定温
度Ｔｃ（０）（１７０℃）で定着ローラ１０の温度制御
をすれば、定着ローラ１０の中間部１０Ａの最低温度は
第１実施例の式（１）より１５３．５℃となり、定着下
限温度Ｔｍｉｎより３．５℃だけ大きくなる。従って、
次の定着ローラ１０のコントロール設定温度Ｔｃ（１）
は３．５℃だけ下げられ、１６６．５℃となる。そして
、次の１０秒間が経過すれば、定着ローラ１０の中間部
１０Ａの最低温度は第１実施例の式（１）にΔＴ＝Ｔｃ
（１）−Ｔｓ＝１１．５を代入することにより１５３．
０℃となり、定着下限温度Ｔｍｉｎ（１５０℃）より３
．０℃だけ大きくなる。従って、次の定着ローラ１０の
コントロール設定温度Ｔｃ（２）はＴｃ（１）より３．
０℃だけ下げられ、１６３．５℃となる。

【００３４】以上の如く、第１実施例の式（１）を利用
しつつ、定着ローラ１０のコントロール設定温度Ｔｃを
段階的に下げ、これをシングルコピーモードのものに変
えるようにすれば、第１実施例の場合より定着ローラ１
０を高温状態のまま放置することなく、段階的ではある
が温度を下げることができるので、定着ローラへのトナ
ーの付着量を減らすことができる。

【００３５】以上の説明を式を用いて説明すれば、第１
実施例の式（１）は以下の如く書き替えることができる
。

【００３６】

【数４】 ここで、Δｔは第１実施例の待ち時間ｔより十分に短い
待ち時間であり、Ｔｃ（ｎ−１）はｎ−１回目の定着ロ
ーラ１０のコントロール設定温度であって、Ｔｃ（０）
は１７０℃である。又Ｔ（Δｔ）ｎ−１　はｎ−１回目
の待ち時間Δｔ経過後の定着ローラ１０の中間部１０Ａ
の最低温度である。尚、ｎ回目の定着ローラ１０のコン
トロール設定温度Ｔｃ（ｎ）は、

【００３７】

【数５】 　　Ｔｃ（ｎ）＝Ｔｃ（ｎ−１）−Ｔ（Δｔ）ｎ−１　
＋Ｔｍｉｎ　　……（５）で表わされる。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明で明らかな如く本発明によれ
ば、定着ローラの熱伝導特性等から得られる待ち時間ｔ
を経過した後に、定着ローラのコントロール設定温度を
転写紙を連続定着する場合の値から単一の転写紙を定着
する場合の値に変更しているため、定着ローラは適正な
定着温度に保持され、該定着ローラ等による定着作業に
支障は生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】定着装置の断面図である。

【図２】定着ローラの温度コントロールを説明するため
の図である。

【図３】定着ローラのコントロール設定温度を連続コピ
ーモードのものからシングルコピーモードのものへ直ち
に変更した場合の定着ローラの長手方向温度分布を示す
図である。

【図４】定着ローラのコントロール設定温度を連続コピ
ーモードのものからシングルコピーモードのものへ一定
の待ち時間ｔ経過後に変更した場合の定着ローラの長手
方向温度分布を示す図である。

【図５】シングルコピー直後の場合とスタンバイ状態で
十分時間が経過した（定常状態）場合の定着ローラの長
手方向温度分布を示す図である。

【符号の説明】

１０　　　　　　定着ローラ Ｐ　　　　　　　　転写紙 Ｔｍｉｎ　　定着に適した定着ローラの下限温度Ｔｃ　
　　　　　連続コピーモード時のコントロール設定温度
Ｔｓ　　　　　　シングルコピーモード時のコントロー
ル設定温度

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　定着ローラの温度を検知する温度セン
   サーが定着ローラ長手方向の端部に設置されていて、定
   着ローラの通紙域の最低温度を定着に適した下限値に維
   持させるべく、転写紙１枚のみを単独で定着処理する時
   と複数枚連続して定着処理する時とで定着ローラのコン
   トロール設定温度を変更して定着ローラの温度コントロ
   ールを行なう定着装置の温度制御方法において、ｌを定
   着ローラの熱源の長さ、ｄを定着ローラの肉厚、ｃを定
   着ローラの比熱、ρを定着ローラの密度、αを定数（０
   ．００１から０．００３までの値）、ｑを定着ローラの
   熱源の発生熱量、ｋを定着ローラの熱伝導度、Ｔｓｔを
   コピー開始可能な状態であって定着ローラ長手方向の温
   度分布が定常状態である時の定着ローラ長手方向中央部
   の定着ローラ温度、Ｔｍｉｎを定着に適した定着ローラ
   の下限温度、ΔＴを一枚のみの定着処理時と連続定着処
   理時とのコントロール設定温度の差とすれば、連続定着
   処理後 で示される待ち時間ｔ経過後、定着ローラのコントロー
   ル設定温度が一枚定着処理時のものに切り替えられるこ
   とを特徴とする定着装置の温度制御方法。
2. 【請求項２】　　前記待ち時間ｔが経過するまで転写紙
   の定着処理はなされないことを特徴とする請求項１記載
   の定着装置の温度制御方法。
3. 【請求項３】　　前記待ち時間ｔより小さい待ち時間Δ
   ｔを仮定し、これによって定められる定着ローラの最低
   温度と定着に適した下限温度Ｔｍｉｎとの差分だけ、定
   着ローラのコントロール設定温度を段階的に下げつつ、
   一枚のみの定着処理時の定着ローラのコントロール設定
   温度を定めるようにしたことを特徴とする請求項１記載
   の定着装置の温度制御方法。