JPH0611996A - 定着装置の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱容量の小さい加熱ロールや発熱量の多い加
熱源等を用いた場合でも、比較的簡単な制御によって加
熱開始時のオーバーシュートや温度制御時のドリフト幅
を十分小さく抑えることができ、しかも加熱ロールの温
度変動の周期が短くなることを防止可能な定着装置の温
度制御装置を提供することを目的とする。 【構成】 加熱ロールの表面温度を検出する温度検出手
段と、この温度検出手段によって検出される加熱ロール
の表面温度が上昇中か下降中かを検出する温度勾配検出
手段と、この温度勾配検出手段が加熱ロールの表面温度
を上昇中と検出した場合に、上記加熱ロールの設定温度
を第１の設定温度として加熱源への通電を制御するとと
もに、加熱ロールの表面温度を下降中と検出した場合
に、上記加熱ロールの設定温度を第１の設定温度よりも
高い第２の設定温度に切り換えて加熱源への通電を制御
する制御手段とを備えるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子写真複写機やプ
リンタ等の画像形成装置に使用される定着装置の温度制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の定着装置の温度制御装置
は、加熱ロールの表面温度を温度検出手段によって検出
し、この検出温度が設定値を越えた場合に、加熱ロール
を加熱する加熱源への通電をオフするとともに、検出温
度が設定値を下回った場合に加熱源への通電をオンする
方式を用いている。

【０００３】ところで、上記定着装置を使用する電子写
真複写機等の画像形成装置においては、プロセススピー
ドの高速化等を図るため、加熱ロールの表面を被覆する
弾性体層として比較的薄いものを使用し、かつ加熱ロー
ルの加熱源として発熱量の多いものを使用する傾向にあ
る。そのため、熱容量の小さい加熱ロールや発熱量の多
い加熱源を用いた定着装置の場合には、図６に示すよう
に、加熱ロールの立ち上がり時のオーバーシュートや温
度制御時のドリフト（変動）幅が大きくなり、加熱ロー
ルの表面温度を略一定に維持することが困難となる。こ
のように、加熱ロールの表面温度にオーバーシュートが
発生したり、温度制御時のドリフト幅が大きくなると、
当該加熱ロールの表面温度の変化に応じて、定着画像の
画質が変化し、良好な画像の定着が行えなくなるという
問題点がある。

【０００４】そこで、加熱ロールの立ち上がり時のオー
バーシュートや温度制御時のドリフト幅を小さくするた
め、特開昭５９−７７５２５号公報や特開昭６１−２９
０４６５号公報、あるいは実開平１−８８９６４号公報
等に示すような定着装置の温度制御に関する技術が既に
種々提案されている。

【０００５】上記特開昭５９−７７５２５号公報に開示
された温度制御装置は、制御点温度まではヒータに全電
力を投入し、制御点温度から設定温度まで、及び設定温
度到達後はヒータをスイッチング手段でオン・オフ制御
するものにおいて、電源投入時のヒータの電源電圧に応
じて、時間が段階的に変化するタイマーの出力により、
スイッチング手段のオン・オフ開始点を設定するように
構成したものである。

【０００６】また、特開昭６１−２９０４６５号公報等
に開示された定着装置の温度制御装置は、ヒータを内蔵
した加熱ローラと、この加熱ローラに圧接される圧着ロ
ーラとを有し、かつ、前記加熱ローラの表面温度を検出
する温度検出手段と、この温度検出手段による検出温度
を設定温度と比較する比較手段、ならびに、前記ヒータ
の点消灯を制御するヒータ制御手段とを備えた定着装置
の温度制御装置において、前記温度検出手段からの信号
にもとづいて加熱ローラの温度が上昇中であるか下降中
であるかを検出する温度勾配検出手段を設け、この温度
勾配検出手段と前記比較手段からの両信号にもとづい
て、前記ヒータ制御手段によりヒータを制御するように
構成したものである。

【０００７】さらに、実開平１−８８９６４号公報に開
示された定着器の温度制御装置は、温度変化に応じて抵
抗値が変化する感温素子の抵抗値に基づいて加熱源の作
動制御を行う定着器の温度制御装置において、前記感温
素子の抵抗値変化に基づき前記加熱源に対する通電制御
信号を発生する第１の制御手段と、該第１の制御手段の
制御に応じた加熱源への通電時間を測定する測定手段
と、該測定手段の測定値に基づき前記加熱源に対する通
電時間の補正値を演算する演算手段と、該演算手段の演
算値に基づき前記第１の制御手段の制御信号より優先す
る前記加熱源の通電制御信号を出力する第２の制御手段
とを有するように構成したものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
の場合には、次のような問題点を有している。すなわ
ち、上記特開昭５９−７７５２５号公報に係る温度制御
装置の場合には、電源投入時のヒータの電源電圧に応じ
て、スイッチング手段のオン・オフ開始点を設定するこ
とにより、加熱ロールの立ち上がり時のオーバーシュー
トをある程度抑えることができるものの、温度制御時は
一定の設定温度で温度制御が行われるため、熱容量の小
さい加熱ロールや発熱量の多い熱源等を用いた場合に
は、温度制御時のドリフト幅を十分小さく抑えることが
できないという問題点がある。

【０００９】また、特開昭６１−２９０４６５号公報に
係る定着装置の温度制御装置の場合には、温度勾配検出
手段と前記比較手段からの両信号にもとづいて、ヒータ
制御手段によりヒータを制御するように構成したもので
あり、設定温度以下の場合であって且つ温度下降中の場
合にのみ、ヒータに通電を行うようになっている。その
ため、設定温度以下の場合に常にヒータに通電していた
従来の場合と比較して、加熱ロールの温度変動をある程
度小さく抑えることができるものの、設定温度は従来と
同様一定であるため、熱容量の小さい加熱ロールや発熱
量の多い熱源等を用いた場合には、ヒータ通電時の発熱
量によって温度変動を十分小さく抑えることができなか
ったり、加熱ロールの温度変動の周期が短くなるという
問題点を有している。

【００１０】さらに、実開平１−８８９６４号公報に開
示された定着器の温度制御装置の場合には、測定手段に
よって第１の制御手段の制御に応じた加熱源への通電時
間を測定するとともに、該測定手段の測定値に基づき前
記加熱源に対する通電時間の補正値を演算手段によって
演算し、該演算手段の演算値に基づき前記第１の制御手
段の制御信号より優先する前記加熱源の通電制御信号を
第２の制御手段によって出力するように構成されている
ため、加熱源への通電制御を温度ではなく通電時間に応
じて補助的に制御するものであり、加熱源への通電時間
に応じた発熱量は、室温やコピー条件等によって変動
し、実際の温度変動に応じた制御が困難であって、温度
変動を十分小さく抑えることができなかったり、制御が
複雑になるという問題点があった。

【００１１】そこで、この発明は、上記従来技術の問題
点を解決するためになされたもので、その目的とすると
ころは、熱容量の小さい加熱ロールや発熱量の多い加熱
源等を用いた場合でも、比較的簡単な制御によって加熱
開始時のオーバーシュートや温度制御時のドリフト幅を
十分小さく抑えることができ、しかも加熱ロールの温度
変動の周期が短くなることを防止可能な定着装置の温度
制御装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明の請
求項第１項記載の装置は、内部に加熱源を有する加熱ロ
ールに加圧ロールを圧接させて未定着画像の定着を行う
定着装置の温度制御装置において、上記加熱ロールの表
面温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段に
よって検出される加熱ロールの表面温度が上昇中か下降
中かを検出する温度勾配検出手段と、この温度勾配検出
手段が加熱ロールの表面温度を上昇中と検出した場合
に、上記加熱ロールの設定温度を第１の設定温度として
加熱源への通電を制御するとともに、加熱ロールの表面
温度を下降中と検出した場合に、上記加熱ロールの設定
温度を第１の設定温度よりも高い第２の設定温度に切り
換えて加熱源への通電を制御する制御手段とを備えるよ
うに構成されている。

【００１３】また、この発明の請求項第２項記載の装置
は、内部に加熱源を有する加熱ロールに加圧ロールを圧
接させて未定着画像の定着を行う定着装置の温度制御装
置において、上記加熱ロールの表面温度を検出する温度
検出手段と、この温度検出手段によって検出される加熱
ロールの表面温度が第１の設定温度以下のときに加熱源
に通電し、第１の設定温度よりも所定温度高い第２の設
定温度のときに加熱源への通電を遮断するとともに、第
１の設定温度以下の温度から第１の設定温度以上に切り
換わるときに加熱源への通電を遮断し、第２の設定温度
以上の温度から第２の設定温度以下に切り換わるときに
加熱源に通電するように制御する制御手段を備えるよう
に構成されている。

【００１４】なお、加熱開始時のオーバーシュートを効
果的に防止するために、上記第１の設定温度は、従来の
設定温度よりも所定の温度だけ低い温度に設定される。

【００１５】また、第２の設定温度は、第１の設定温度
よりも所定の温度だけ高い温度に設定される。

【００１６】これらの第１の設定温度及び第２の設定温
度は、上記の点を考慮して加熱ロールの熱容量や加熱源
の発熱量等に鑑みて適宜設定される。

【００１７】

【作用】この発明の請求項第１項記載の装置において
は、加熱ロールの表面温度を温度検出手段によって検出
するとともに、この温度検出手段によって検出される加
熱ロールの表面温度が上昇中か下降中かを温度勾配検出
手段によって検出する。そして、この温度勾配検出手段
が加熱ロールの表面温度を上昇中と検出した場合には、
上記加熱ロールの設定温度を第１の設定温度として加熱
源への通電を制御手段によって制御するとともに、加熱
ロールの表面温度を下降中と検出した場合には、上記加
熱ロールの設定温度を第１の設定温度よりも高い第２の
設定温度に切り換えて加熱源への通電を制御手段によっ
て制御する。

【００１８】そのため、加熱ロールの加熱開始時におい
ては、加熱ロールの表面温度が上昇中であるので、加熱
ロールの設定温度は、第２の設定温度よりも低い第１の
設定温度と等しくなるように制御される。したがって、
加熱ロールの加熱開始時に、加熱ロールの表面温度が第
１の設定温度を越えた時点で、加熱源への通電は遮断さ
れるため、加熱ロールの加熱開始時におけるオーバーシ
ュートを小さく抑えることができる。

【００１９】また、上記加熱ロールの表面温度が第１の
設定温度を越えた時点で、加熱源への通電が遮断される
ため、加熱ロールの表面温度は、その後わずかに上昇し
た後下降する。この加熱ロールの表面温度の下降が、温
度勾配検出手段によって検出されると、加熱ロールの設
定温度は、制御手段によって第１の設定温度よりも高い
第２の設定温度に切り換えられる。そのため、加熱ロー
ルの表面温度が第２の設定温度以下に低下して時点で、
加熱源に再度通電され、加熱ロールは加熱されるが、こ
の加熱によって加熱ロールの表面温度が上昇中であるこ
とが温度勾配検出手段により検出されると、加熱ロール
の設定温度は、制御手段によって第２の設定温度よりも
低い第１の設定温度に切り換えられる。よって、加熱ロ
ールの表面温度が上昇中に転じた時点で、加熱ロールの
表面温度が第１の設定温度以上であれば、加熱源への通
電は遮断されたままであるので、加熱ロールの表面温度
は、大幅に上昇または下降することがなく、温度制御時
のドリフト幅を十分小さく抑えることができる。

【００２０】

【実施例】以下にこの発明を図示の実施例に基づいて説
明する。

【００２１】図２はこの発明に係る定着装置の温度制御
装置を適用した定着装置を示すものである。

【００２２】図において、１は加熱ロールであり、この
加熱ロール１は、金属製ロール２の表面に耐熱性を有す
るシリコンゴム等からなる弾性体層３を比較的薄く被覆
して構成されている。上記加熱ロール１の内部には、加
熱源としてのハロゲンランプ４が収納されており、加熱
ロール１の表面を内部から所定の温度に加熱するように
なっている。また、上記加熱ロール１には、加圧ロール
５が圧接されており、この加圧ロール５は、金属製ロー
ル６の表面に耐熱性を有するシリコンゴム等からなる弾
性体層７を比較的厚く被覆して構成されている。

【００２３】さらに、上記加熱ロール１の表面には、当
該加熱ロール１の表面温度を検出する温度検出センサ８
が軽く接触するように配設されている。この温度検出セ
ンサ８は、図２（ｂ）に示すように、サーミスタ等の検
温素子９を耐熱性を有する弾性材料１０上に設け、この
弾性材料１０の表面を耐熱性を有する合成樹脂製のフィ
ルム１１によって覆い、加熱ロール１の表面に軽く接触
するように構成したものである。なお、上記温度検出セ
ンサ８は、例えば、加熱ロール１の表面温度を抵抗値の
変化として検出するものである。

【００２４】上記温度検出センサ８は、図１に示すよう
に、制御手段としてのＣＰＵ１２に接続されており、こ
の制御用ＣＰＵ１２は、温度検出センサ８による検出温
度をデジタル値に変換して入力するようになっている。
また、上記制御用ＣＰＵ１２は、温度検出センサ８によ
る検出温度を所定の時間間隔（例えば、数１０ｍｓｅｃ
〜数ｓｅｃ）毎にサンプリングするとともに、前回サン
プリングしたときのデータとの比較を行い、加熱ロール
１の表面温度が上昇中であるか下降中であるかの判断を
行なうものである。

【００２５】また、上記制御用ＣＰＵ１２は、ソリッド
ステートリレー（ＳＳＲ）１３に接続されており、この
ＳＳＲ１３によってハロゲンランプ４への通電をオンオ
フ制御するようになっている。上記ＳＳＲ１３は、ハロ
ゲンランプ４に接続されており、このハロゲンランプ４
への電源１４からの通電をオンオフ制御するものであ
る。

【００２６】以上の構成において、この実施例に係る定
着装置の温度制御装置では、次のようにして、加熱ロー
ルの表面温度が制御される。すなわち、上記定着装置に
おいては、加熱ロール１に加圧ロール５を圧接させた状
態で両ロール１、５を回転駆動させるとともに、加熱ロ
ール１をハロゲンランプ４によって内部から加熱する。
そして、加熱ロール１と加圧ロール５のニップ部には、
図２に示すように、未定着トナー像を担持した転写用紙
１５を通過させることにより、転写用紙１５上にトナー
像を熱及び圧力によって定着するようになっている。

【００２７】その際、上記加熱ロール１の表面温度は、
温度検出センサ８によって検知され、この温度検出セン
サ８によって検知された加熱ロール１の表面温度は、デ
ジタル信号に変換されて制御用ＣＰＵ１２へと送られ
る。すると、制御用ＣＰＵ１２は、図３に示すように、
加熱ロール１の表面温度そのものと加熱ロール１の表面
温度が上昇中か下降中かを判断する。

【００２８】そして、制御用ＣＰＵ１２は、加熱ロール
１の表面温度が第１の設定温度Ｔ₁以下で、かつ上昇中
と判断すると、加熱ロール１の表面温度が第１の設定温
度Ｔ₁ と等しくなるように、ＳＳＲ１３に信号を送り、
ＳＳＲ１３を導通状態としてハロゲンランプ４を点灯さ
せ、加熱ロール１の表面温度を上昇させる。

【００２９】次に、制御用ＣＰＵ１２は、加熱ロール１
の表面温度が上昇して設定温度Ｔ₁を越えたことを検知
すると、ＳＳＲ１３を遮断してハロゲンランプ４を消灯
させ、加熱ロール１の温度が下降するのを待つ。このと
き、加熱ロール１の表面温度は、図４に示すように、ロ
ール内部の熱によってある程度上昇した後に下降する。

【００３０】その後、加熱ロール１の表面温度が下降し
たと制御用ＣＰＵ１２が判断した場合、この制御用ＣＰ
Ｕ１２は、加熱ロール１の設定温度を第１の設定温度Ｔ
₁ から、この第１の設定温度Ｔ₁ よりも所定温度だけ高
い第２の設定温度Ｔ₂ に変更し、この第２の設定温度Ｔ
₂ を下回った場合にＳＳＲ１３を導通し、ハロゲンラン
プ４を点灯させて加熱ロール１を加熱する。

【００３１】その結果、加熱ロール１の表面温度は、図
４に示すように、ある程度下降した後に、ハロゲンラン
プ４の点灯に若干遅れて再度上昇する。すると、制御用
ＣＰＵ１２は、加熱ロール１の表面温度が第１の設定温
度Ｔ₁ 以下か否か、しかも上昇中か否かを判断し、加熱
ロール１の表面温度が上昇中であっても第１の設定温度
Ｔ₁ よりも高い温度の場合には、ＳＳＲ１３を遮断し、
ハロゲンランプ４を消灯させる。一方、加熱ロール１の
表面温度が上昇中であって、しかも第１の設定温度Ｔ₁
以下と判断した場合には、加熱ロール１の表面温度が第
１の設定温度Ｔ₁ と等しくなるように、ＳＳＲ１３に信
号を送り、ＳＳＲ１３を再度導通状態としてハロゲンラ
ンプ４を点灯させ、加熱ロール１の表面温度を上昇させ
る。

【００３２】その後、制御用ＣＰＵ１２は、上記の動作
を繰り返し行い、加熱ロール１の表面温度を制御する。

【００３３】図４は上記の如く加熱ロール１の表面温度
を制御した場合における加熱ロール１の表面温度の変化
を示すものである。

【００３４】この図から明らかなように、加熱ロール１
の表面温度の変化は、従来に比べて小さくなり、温度制
御時のドリフト幅を十分小さく抑えることができること
がわかる。

【００３５】また、上記第１の設定温度Ｔ₁ を従来の加
熱ロール１の設定温度よりも低く設定することによっ
て、加熱ロール１の加熱開始時に、加熱ロール１の表面
温度が第１の設定温度Ｔ₁ を越えた時点で、ハロゲンラ
ンプ４への通電は遮断されるため、加熱ロール１の加熱
開始時におけるオーバーシュートを小さく抑えることが
できる。

【００３６】このように、加熱ロール１の表面温度が上
昇中か下降中かを判断し、それぞれに基づいて加熱ロー
ル１の表面温度の設定温度を切り換えるように構成した
ので、加熱ロール１の表面温度が上昇中の場合には、加
熱ロール１の表面温度を第１の設定温度Ｔ₁ に設定する
ことによって、ハロゲンランプ４への通電時間をなるべ
く短くすることができ、余分な加熱ロール１の加熱を防
止することができる。また、加熱ロール１の表面温度が
下降中の場合には、加熱ロール１の表面温度を第１の設
定温度Ｔ₁ よりも高い第２の設定温度Ｔ₂ に設定するこ
とによって、加熱ロール１の表面温度が大幅に低下する
のを防止することができるとともに、加熱ロール１の表
面温度が大幅に低下せずに上昇に転じた場合には、直ち
に第２の設定温度Ｔ₂ よりも低い第１の設定温度Ｔ₁ に
制御温度が切り換えられるため、高い第２の設定温度Ｔ
₂ のまま制御されて加熱ロール１の表面温度が不必要に
上昇することもない。その結果、温度制御時のドリフト
幅を十分小さく抑えることが可能となる。

【００３７】また、上記第１の設定温度Ｔ₁ を従来の加
熱ロール１の設定温度よりも低く設定することによっ
て、加熱ロール１の加熱開始時におけるオーバーシュー
トを小さく抑えることが可能となる。

【００３８】図５はこの発明の他の実施例を示すもので
あり、前記実施例と同一の部分には同一の符号を付して
説明すると、この実施例では、温度検出手段によって検
出される加熱ロールの表面温度が第１の設定温度以下の
ときに加熱源に通電し、第１の設定温度よりも所定温度
高い第２の設定温度のときに加熱源への通電を遮断する
とともに、第１の設定温度以下の温度から第１の設定温
度以上に切り換わるときに加熱源への通電を遮断し、第
２の設定温度以上の温度から第２の設定温度以下に切り
換わるときに加熱源に通電するように制御する制御手段
を備えるように構成されている。

【００３９】すなわち、この実施例では、図５に示すよ
うに、温度検出センサ８によって検出される加熱ロール
１の表面温度が第１の設定温度Ｔ₁ 以下のときにハロゲ
ンランプ４に通電し、第１の設定温度Ｔ₁ よりも所定温
度高い第２の設定温度のときにハロゲンランプ４への通
電を遮断するとともに、第１の設定温度Ｔ₁ 以下の温度
から第１の設定温度Ｔ₁ 以上に切り換わるときにハロゲ
ンランプ４への通電を遮断し、第２の設定温度Ｔ₂ 以上
の温度から第２の設定温度Ｔ₂ 以下に切り換わるときに
ハロゲンランプ４に通電するように制御するものであ
る。

【００４０】こうすることによって、加熱ロール１の表
面温度の温度勾配を検出しなくとも、加熱ロール１の表
面温度の温度領域及び温度領域の変化に基づいて制御す
ることによって、前記実施例と同様に加熱ロールの表面
温度のドリフト等を防止することができる。

【００４１】その他の構成及び作用は前記実施例と同一
であるので、その説明を省略する。

【００４２】

【発明の効果】この発明は、以上の構成及び作用よりな
るもので、比較的簡単な制御によって加熱開始時のオー
バーシュートや温度制御時のドリフト幅を十分小さく抑
えることができ、しかも加熱ロールの温度変動の周期が
短くなることを防止可能な定着装置の温度制御装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明に係る定着装置の温度制御装
置の一実施例を示す構成図である。

【図２】 図２（ａ）はこの発明に係る定着装置の温度
制御装置の一実施例を適用した定着装置を示す構成図、
同図（ｂ）は温度検出センサを示す構成図である。

【図３】 図３は制御動作を示すフローチャートであ
る。

【図４】 図４は制御温度を示すグラフである。

【図５】 図５はこの発明の他の実施例の制御温度を示
すグラフである。

【図６】 図６は従来の装置の制御温度を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１ 加熱ロール、４ ハロゲンランプ、５ 加圧ロー
ル、８ 温度検出センサ、１２ 制御用ＣＰＵ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に加熱源を有する加熱ロールに加圧
   ロールを圧接させて未定着画像の定着を行う定着装置の
   温度制御装置において、上記加熱ロールの表面温度を検
   出する温度検出手段と、この温度検出手段によって検出
   される加熱ロールの表面温度が上昇中か下降中かを検出
   する温度勾配検出手段と、この温度勾配検出手段が加熱
   ロールの表面温度を上昇中と検出した場合に、上記加熱
   ロールの設定温度を第１の設定温度として加熱源への通
   電を制御するとともに、加熱ロールの表面温度を下降中
   と検出した場合に、上記加熱ロールの設定温度を第１の
   設定温度よりも高い第２の設定温度に切り換えて加熱源
   への通電を制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
   る定着装置の温度制御装置。
2. 【請求項２】 内部に加熱源を有する加熱ロールに加圧
   ロールを圧接させて未定着画像の定着を行う定着装置の
   温度制御装置において、上記加熱ロールの表面温度を検
   出する温度検出手段と、この温度検出手段によって検出
   される加熱ロールの表面温度が第１の設定温度以下のと
   きに加熱源に通電し、第１の設定温度よりも所定温度高
   い第２の設定温度以上のときに加熱源への通電を遮断す
   るとともに、第１の設定温度以下の温度から第１の設定
   温度以上に切り換わるときに加熱源への通電を遮断し、
   第２の設定温度以上の温度から第２の設定温度以下に切
   り換わるときに加熱源に通電するように制御する制御手
   段を備えたことを特徴とする定着装置の温度制御装置。