JPH05281877A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウォームアップ時におけるウェイトタイムを
短縮することができ、かつ、コピー動作時には低消費電
力で良好な定着を行うことができ、さらに、幅の狭い転
写紙の通紙時における端部昇温を起こすことのない定着
装置を提供することを目的としている。 【構成】 定着ローラ１表面の最大通紙領域よりも短い
配光領域を有し出力８００Ｗ，長さ２００ｍｍのヒータ
２と、配光領域が上記最大通紙領域からヒータ２の配光
領域を差し引いた領域で出力４００Ｗ，長さ１００ｍｍ
のヒータ３とを備え、ウォームアップ時においては両方
のヒータを連続的に駆動し、小サイズの転写紙の場合に
はヒータ２のみを断続的に駆動し、大サイズの転写紙の
場合にはヒータ２及びヒータ３を時分割で駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像形成装置の定着装
置に関するもので、特に熱ローラを用いた熱ローラ定着
装置とその制御手法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱ローラ定着装置は電子写真方式の画像
形成装置に広く用いられているが、その欠点としては熱
ローラ対が熱容量をもつために、最初に電源を投入して
からのいわゆるウォームアップ時の待ち時間が長くかか
るという点が挙げられる。そのため、従来からこの待ち
時間（ウェイトタイム）を短くする試みがなされてお
り、大きく分けて二通りの手法がある。先ず、第一は発
熱体たるヒータの電力を増加させる手法であり、第二は
ローラの熱容量を減らすために薄肉化するという手法で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先ず第
一の手法によれば、ウォームアップ時にはヒータに供給
できる電力に余裕があっても、通常の画像形成装置動作
時には定着装置以外の箇所にも電力を供給する必要があ
るため、画像形成装置全体として電力供給不足を生ずる
という問題点があった。次に、第二の手法によれば、ウ
ォームアップの時間は短くなるが、以下のような問題点
があった。各種の幅の記録材たる転写紙が使える画像形
成装置の場合、通常は最大幅の転写紙に合わせてヒータ
の発熱分布が設定される。したがって、幅の狭い転写紙
を連続して通過させると、転写紙の通過するローラ表面
の領域に比較して通過しないローラ表面の端部領域は転
写紙への放熱がないために非常な高温になってしまい、
場合によっては装置の破損につながるという問題点があ
った。これは、ローラの肉厚が薄いために熱エネルギー
がローラの長手方向に移動しにくいためである。

【０００４】これに対し、上記第一の手法の実施態様と
して二本のヒータを用いウォームアップ時は二本とも発
熱させ通常の画像形成時には二本のうちの一本のみを使
用するというものもあるが、この場合でもローラの肉厚
が薄いと、先に述べたように幅の狭い転写紙の連続使用
時にローラ表面端部の昇温という問題が同じように発生
していた。

【０００５】本発明は上記問題点を解決し、幅の狭い転
写紙の連続使用時におけるローラ表面の端部昇温を起こ
すことなく、ウォームアップ時のウェイトタイムを短縮
でき、かつ、コピー動作時には低消費電力で良好な定着
を行うことのできる定着装置を提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、内部に発熱体を有し、表面が無端移動自在な定着
手段と、該定着手段と圧接しながら回転自在に配設され
た加圧手段と、上記発熱体の駆動を制御する温度制御手
段とを備え、未定着現像剤像を担持した記録材を上記定
着手段と加圧手段の圧接部にて加熱しながら挟圧搬送せ
しめる定着装置において、上記発熱体は、二以上の発熱
体で形成され、上記定着手段の軸方向における発熱分布
が、該軸方向の最大幅の記録材よりも幅の狭い記録材が
挟圧搬送されたときに記録材と接触しない定着手段の表
面の非接触領域に相当する発熱分布と該非接触領域以外
の発熱分布とに別れており、互いの発熱領域を合わせる
ことにより上記圧接部の上記軸方向における記録材の最
大接触領域のほぼ全域を発熱領域内に包含せしめるよう
に配設されおり、各発熱体の発熱量は全ての発熱体の総
発熱量が商用電源によって供給可能な最大電力を超えな
いように設定されており、上記温度制御手段は、定着手
段の表面温度及び記録材の幅に応じて上記発熱体を適宜
選択し、定着装置に許容された電力に応じて断続的に時
分割であるいは連続して駆動するように設定されている
ことにより達成される。

【０００７】

【作用】本発明によれば、電源投入直後等のように定着
手段の表面温度が定着可能温度よりも極端に低くなって
おり、定着装置に許容された電力が大である場合には、
全ての発熱体を選択して連続的に駆動する。したがっ
て、定着手段の表面温度は短時間で定着可能温度に到達
する。また、最大幅の記録材よりも幅の狭い記録材が挟
圧搬送された場合で、定着装置に許容された電力が小で
ある場合には、該記録材の接触領域に相当する発熱分布
を有する発熱体のみを選択して断続的に時分割で駆動す
る。したがって、非接触領域を昇温させない。さらに
は、最大幅の記録材が挟圧搬送された場合で、定着装置
に許容された電力が小である場合には、全ての発熱体を
選択して時分割で駆動する。したがって、二以上の発熱
体が同時に駆動されることなく消費電力を低下させる。

【０００８】

【実施例】本発明の一実施例を添付図面の図１ないし図
５に基づいて説明する。先ず、本実施例との比較のため
に図５に示すようなヒータ１を想定する。このヒータ１
は、単一のヒータであり、一般的な複写機等に用いられ
る最大サイズ（以下これをフルサイズと称す）の転写紙
上のトナー像をこの一本のヒータ１で十分に定着できる
出力と長さを有しているとする。すなわち、このヒータ
１はフルサイズに対応した長さＬ［ｍｍ］の全域に配光
分布を有し、その出力はＱ₀［Ｗ］である。それ故、こ
の場合の単位長さあたりの出力はＱ₀／Ｌ［Ｗ／ｍｍ］
となる。また、このヒータ１は、サーミスタ等の温度検
知手段（図示せず）の信号に基づいて点灯及び消灯を繰
り返すように制御手段（図示せず）によって断続的に制
御されており、ある一定の温度範囲内に定着ローラ表面
温度を保つようになっている。その点灯シーケンスを図
５に示す。ヒータ１の点灯を開始する周期をＳ［ｓｅ
ｃ］とし、該周期Ｓ［ｓｅｃ］内におけるヒータ１の点
灯時間がＴ［ｓｅｃ］、消灯時間がＳ−Ｔ［ｓｅｃ］と
なるように断続的に制御する。それ故、周期Ｓ［ｓｅ
ｃ］の間にヒータ１の単位長さあたりに供給される熱量
は、ｑ₀［Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ］＝（Ｑ₀［Ｗ］／Ｌ［ｍ
ｍ］）×ｔ［ｓｅｃ］となる。つまり、この熱量ｑ₀が
フルサイズの転写紙上のトナー像定着のために必要とさ
れる熱量であるとする。

【０００９】次に、本実施例においては二本のヒータ
２，３を用いる。これら二本のヒータ２，３は、図１に
示されるようなヒータ配光分布を有している。ヒータ２
においては幅の狭い転写紙に相当した長さｌ₁［ｍｍ］
のみの配光を有し、ヒータ３においては幅の狭い転写紙
域外ｌ₂［ｍｍ］に主に配光を有する。これら二本のヒ
ータ２，３それぞれの出力をＱ₁［Ｗ］，Ｑ₂［Ｗ］とす
ると、ヒータ２の単位長さあたりの出力はＱ₁／ｌ₁［Ｗ
／ｍｍ］、ヒータ３の単位長さあたりの出力はＱ₂／ｌ₂
［Ｗ／ｍｍ］となる。本実施例においても上述したよう
に周期Ｓ［ｓｅｃ］で断続的な制御が行われ、該周期Ｓ
［ｓｅｃ］内におけるヒータ２の総点灯時間はｔ₁［ｓ
ｅｃ］、ヒータ３の総点灯時間はｔ₂［ｓｅｃ］とす
る。これにより、各々のヒータ２，３における周期Ｓ
［ｓｅｃ］内における単位長さあたりに供給される熱量
は、ヒータ２がｑ₁［Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ］＝（Ｑ₁［Ｗ］
／ｌ₁［ｍｍ］）×ｔ₁［ｓｅｃ］、ヒータ３がｑ₂［Ｗ
・ｓｅｃ／ｍｍ］＝（Ｑ₂［Ｗ］／ｌ₂［ｍｍ］）×ｔ₂
［ｓｅｃ］となる。

【００１０】上述したように、フルサイズの転写紙上の
トナー像を良好に定着するには、周期Ｓ［ｓｅｃ］内に
単位長さあたりｑ₀［Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ］の熱量が必要
であるため、ヒータ２とヒータ３の熱量ｑ₁，ｑ₂［Ｗ・
ｓｅｃ／ｍｍ］は、該熱量ｑ０以上となることが必要で
ある。また、ヒータ２の総点灯時間ｔ₁とヒータ３の総
点灯時間ｔ₂の和が、周期Ｓ［ｓｅｃ］を超えると、ヒ
ータ２とヒータ３とが同時に点灯する時間が存在してし
まうため、画像形成装置本体の電力供給が足りなくなっ
てしまう。それ故、ｔ₁［ｓｅｃ］＋ｔ₂［ｓｅｃ］≦Ｓ
［ｓｅｃ］となるように制御する。さらに、ヒータ２と
ヒータ３の配光分布を重ね合わせたとき、配光が抜けて
しまう領域のないよう概略Ｌ［ｍｍ］≦ｌ₁［ｍｍ］＋
ｌ₂［ｍｍ］なる関係が必要となる。以上の各条件を考
慮してヒータ２及びヒータ３の周期Ｓ［ｓｅｃ］内の総
点灯時間ｔ₁，ｔ₂は図２に示すように決定される。

【００１１】次に、図２に基づいて、このようにして設
定されたヒータ２とヒータ３の各点灯シーケンスを説明
する。先ず、点灯シーケンス１は単に周期Ｓ［ｓｅｃ］
内においてヒータ２とヒータ３を一回づつ点灯させた例
である。定着ローラの芯金の肉厚がある程度以上の場合
は熱容量が大きいため、このようなシーケンスを用いる
ことが可能である。次に、点灯シーケンス２は周期Ｓ
［ｓｅｃ］内に各々のヒータ２，３を二回づつ点灯させ
た例で、また、点灯シーケンス２’はヒータ２を二回点
灯させ、ヒータ３を三回点灯させた例である。さらに、
点灯シーケンス３は点灯の切り替え回数をそれぞれ五回
とした例である。このように本実施例においては種々の
異なる制御が可能である。

【００１２】次に、上記各変数に具体的な数値を与えて
さらに詳しく本実施例について説明する。図３に示され
るように、ヒータ一本でフルサイズの転写紙上のトナー
像を良好に定着するには、８００［Ｗ］のヒータ１が必
要であるとする。その点灯シーケンスは、定着ローラの
表面温度を所定の設定温度内に収めるために、周期１０
［ｓｅｃ］内にて点灯時間６［ｓｅｃ］、消灯時間４
［ｓｅｃ］とする。このとき、周期１０［ｓｅｃ］の間
において単位長さあたりに供給される熱量はｑ₀＝（８
００［Ｗ］／３００［ｍｍ］）×６［ｓｅｃ］≒１６
［Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ］ということになる。つまり、フル
サイズの転写紙上のトナーを定着するのに必要な熱量は
周期１０［ｓｅｃ］の間において単位長さあたりほぼ１
６［Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ］ということになる。

【００１３】一方、本実施例においては、ヒータ２とヒ
ータ３の配光は各々８００［Ｗ］／２００［ｍｍ］，４
００［Ｗ］／１００［ｍｍ］の領域に設定されている。

【００１４】また、点灯シーケンスの周期１０［ｓｅ
ｃ］におけるヒータ２の総点灯時間を４［ｓｅｃ］，ヒ
ータ３の総点等時間を４［ｓｅｃ］とすると、各々のヒ
ータ２，３が周期１０［ｓｅｃ］の間に単位長さあたり
に供給する熱量はｑ₁＝８００［Ｗ］／２００［ｍｍ］
×４［ｓｅｃ］＝１６［Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ］， ｑ₂＝
４００［Ｗ］／１００［ｍｍ］×４［ｓｅｃ］＝１６
［Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ］となり、一本のヒータで必要とな
る熱量ｑ₀≒１６［Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ］とほぼ同等の熱
量が得られることになる。

【００１５】さらに、ヒータ２の総点灯時間ｔ₁＝４
［ｓｅｃ］とヒータ３の総点灯時間ｔ₂＝４［ｓｅｃ］
の和は８［ｓｅｃ］となり、１０［ｓｅｃ］という周期
より小さいので、８００［Ｗ］のヒータ２と４００
［Ｗ］のヒータ３とが同時に点灯するといいうことがな
い。したがって、本実施例によれば、コピー動作中等に
光学（照明）系、あるいはメインモータに供給される電
力を差し引いた電力のみでヒータ２，３の点灯が可能で
ある。

【００１６】仮に、ヒータ２とヒータ３とを同時に点灯
させようとするならば、そのとき、定着装置に必要とさ
れる電力は８００［Ｗ］＋４００［Ｗ］＝１２００
［Ｗ］となり、コピー動作に伴う他の動作に電力が供給
できなくなる。つまり、国内においては通常１５［Ａ］
×１００［Ｖ］＝１５００［Ｗ］が限界であるため、１
５００［Ｗ］−１２００［Ｗ］＝３００Ｗしか余力の電
力がなくなってしまうからである。

【００１７】次に、図４に基づいて、このように設定さ
れた二本のヒータ２，３による点灯シーケンスの例を説
明する。先ず、定着ローラ全域に亘るフルサイズの転写
紙の定着動作を行う場合は図４に示すようにヒータ２の
点灯時間を１．３［ｓｅｃ］として一周期内に３回の点
灯を行う。また、ヒータ３は図４のようにヒータ２の消
灯時間に１．３［ｓｅｃ］づつ３回点灯させる。

【００１８】このようなシーケンスとすることにより、
本来一本のヒータで全域に亘り１０［ｓｅｃ］の間に１
６［Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ］供給されていた熱量と同等の熱
量がヒータ２とヒータ３とにより供給されたことにな
り、フルサイズの転写紙上のトナー像の定着性能は満足
される。

【００１９】一方、幅の狭い転写紙の定着動作に関して
は図４に示すようにヒータ２のみ点灯させ、ヒータ３は
消灯したままとする。これにより、幅の狭い転写紙を連
続して定着させようとした場合に生ずる定着ローラ表面
端部（非通紙領域）の昇温が生じない。

【００２０】さらに、ウォームアップ時においては装置
本体の光学系、メインモータ等の動作が停止しているの
で、８００［Ｗ］＋４００［Ｗ］＝１２００［Ｗ］の熱
量を定着装置に供給することが可能なため、ヒータ２及
びヒータ３を両方とも点灯し、定着ローラを加熱するこ
とができる。これにより、従来一本のヒータ８００
［Ｗ］によりウォームアップをした場合に比べ、ウェイ
トタイムが著しく短縮される。

【００２１】本発明は、以上説明したような実施例のみ
に限定されるものではなく、例えば、二本以上のヒータ
を用い、様々な配光分布が設定された場合においても実
現可能なものである。また、転写紙の送りが上記実施例
のようないわゆる片側基準ではなく、中央基準の場合に
も同様の考え方に基づき、例えば第一のヒータは中央付
近のみ発熱するタイプ、第二のヒータは両端のみ発熱す
るタイプのものを使用しウォームアップするまでの時間
内に片側基準の場合と同じような制御を行うことも可能
である。さらにまた、発熱は通常のハロゲンヒータのみ
ならず絶縁体上に抵抗体をプリントした面状発熱体で
も、あるいはランプの輻射熱を直接利用する方式をであ
ってもよい。すなわち、異なる配光分布を有した複数の
発熱体を有している構成であれば、同様の制御をウォー
ムアップ中に行うことで、同様の効果を得ることが可能
である。

【００２２】なお、上述の実施例においては定着手段と
して定着ローラを用いた場合について説明したが、これ
に限られるものではなく、熱可塑性の定着フィルムを用
いた定着装置にも適用できる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
定着手段の軸方向における発熱分布が、該軸方向の最大
幅の記録材よりも幅の狭い記録材が挟圧搬送されたとき
に記録材と接触しない定着手段の表面の非接触領域に相
当する発熱分布と該非接触領域以外の発熱分布とに別
れ、互いの発熱領域を合わせることにより上記圧接部の
上記軸方向における記録材の最大接触領域のほぼ全域が
発熱領域内に包含するように配設され、各発熱体の発熱
量を全ての発熱体の総発熱量が商用電源によって供給可
能な最大電力を超えないように設定した二以上の発熱体
を備え、定着手段の表面温度及び記録材の幅に応じて上
記発熱体を適宜選択し、定着装置に許容された電力に応
じて断続的に時分割であるいは連続して駆動するように
したので、ウォームアップ時のウェイトタイムの短縮
化、及び、小サイズ紙の定着時における端部昇温の防
止、並びに定着時における低消費電力化を実現した定着
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における各発熱体の発熱分布
を示す図である。

【図２】図１に示した各発熱体の駆動タイミングを示す
図である。

【図３】図５の発熱体を出力８００Ｗ，長さ３００ｍｍ
とした場合の発熱分布及び駆動タイミング、並びに図１
の発熱体をそれぞれ出力８００Ｗ，長さ２００ｍｍ、出
力４００Ｗ，長さ１００ｍｍとした場合の発熱分布を示
す図である。

【図４】図１の発熱体をそれぞれ出力８００Ｗ，長さ２
００ｍｍ、出力４００Ｗ，長さ１００ｍｍとした場合の
駆動タイミングを示す図である。

【図５】本発明の一実施例との比較のために用いられる
最大サイズの転写紙を良好に定着可能な一本の発熱体の
発熱分布とその駆動タイミングを示す図である。

【符号の説明】

２ ヒータ（発熱体） ３ ヒータ（発熱体）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に発熱体を有し、表面が無端移動自
   在な定着手段と、該定着手段と圧接しながら回転自在に
   配設された加圧手段と、上記発熱体の駆動を制御する温
   度制御手段とを備え、未定着現像剤像を担持した記録材
   を上記定着手段と加圧手段の圧接部にて加熱しながら挟
   圧搬送せしめる定着装置において、上記発熱体は、二以
   上の発熱体で形成され、上記定着手段の軸方向における
   発熱分布が、該軸方向の最大幅の記録材よりも幅の狭い
   記録材が挟圧搬送されたときに記録材と接触しない定着
   手段の表面の非接触領域に相当する発熱分布と該非接触
   領域以外の発熱分布とに別れており、互いの発熱領域を
   合わせることにより上記圧接部の上記軸方向における記
   録材の最大接触領域のほぼ全域を発熱領域内に包含せし
   めるように配設されおり、各発熱体の発熱量は全ての発
   熱体の総発熱量が商用電源によって供給可能な最大電力
   を超えないように設定されており、上記温度制御手段
   は、定着手段の表面温度及び記録材の幅に応じて上記発
   熱体を適宜選択し、定着装置に許容された電力に応じて
   断続的に時分割であるいは連続して駆動するように設定
   されていることを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 温度制御手段は、定着手段の軸方向にお
   ける各発熱体の単位長さ当たりの発熱量をそれぞれほぼ
   同等とするように該各発熱体を駆動するように設定され
   ていることとする請求項１に記載の定着装置。
3. 【請求項３】 各発熱体は、定着手段の軸方向の発熱分
   布がほぼ重ならないように設定されていることとする請
   求項１に記載の定着装置。