JPH0830928B2

JPH0830928B2 - 定着装置

Info

Publication number: JPH0830928B2
Application number: JP62002932A
Authority: JP
Inventors: 浩行竹田; 正弘後藤; 道仁山崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-01-09
Filing date: 1987-01-09
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPS63172187A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、複写機、レーザビームプリンタ等に装備さ
れる熱定着方式による定着装置に関する。

（従来の技術）熱定着方式としては、熱ローラ方式、チャンバー方式
等が知られており、いずれもトナーを溶融し、記録材上
に加熱定着させるものである。このような方式を採用し
た定着装置では、周囲の温度が低い状態で電源を投入し
た場合、装置の温度が周囲の温度と同じに低くなってい
ることから、定着に必要な温度に昇温するまで時間がか
かる。特に、加熱ローラに加圧ローラを圧接させた熱ロ
ーラ方式の定着装置にあっては、ローラ回転初期時に加
熱ローラ、加圧ローラおよび記録紙に熱を奪われるた
め、定着温度が低下し、定着性が悪化するという問題が
あり、これを防止するために従来よりスタンバイ時の温
度を高めに設定する手段がとられていた。

しかし、この場合、機内の昇温と同時に加圧ローラを
構成するスポンジ状のゴム層（熱に弱い）が長時間高温
状態にさらされることになり、加熱減量、硬度アップ等
のゴム層の劣化を早める結果となっていた。

このような問題を解決するため、機内に室温検知用の
サーミスタを設けて、室温Ｔが所定温度T₀に対し、Ｔ≧T₀のとき、スタンバイ時の温調温度をT₁とし、Ｔ＜T₀のとき、スタンバイ時の温調温度を始めT₂と
し、一定時間経過後、T₁とする（ただしT₂＞T₁）温度制御
手段を装備した定着装置が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記装置では、室温検知装置のコスト
がかかり、またサーミスタを機内に設けてあるために正
確に室温を検知できず、温調が適正になされないという
問題がある他に、装置への入力電圧の変動による定着ロ
ーラの温度低下に対して十分に補償できないためにあら
かじめ設定温度を高めにしておき、入力電圧が低下して
も定着ローラの表面温度がトナーの定着温度以下になら
ないようにしていることから、設定温度が必要以上に高
くなることがあり、このため加圧ローラの耐用年数（寿
命）を延ばすことが難かしい問題があり、また入力電圧
の低下を補償するために定着ヒータの定格電力を高くし
ておく方式を採用した場合には、消費電力の節約の面か
ら好ましくない事態が生ずる問題があった。

そこで、本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、室温検
知のための装置を省略してコストダウンを図ると同時
に、適正な温調を行い、常に最良の定着性を保ち、また
耐熱性に劣るスポンジ状のゴム等を加圧ローラとして使
用した場合でも耐久性を向上させることができ、さらに
消費電力を節約することができる定着装置を提供するこ
とである。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため本発明にあっては、ヒータ
と、ヒータにより加熱される加熱ローラと、加熱ローラ
の温度を検知する温度検知手段と、温度検知手段の検知
温度が所定の設定温度を維持するようにヒータへの通電
を制御する制御手段と、を有し、記録材に未定着像を定
着する定着装置において、電源投入直後のウォームアッ
プ中、上記温度検知手段による検知温度が所定温度に達
するまでの時間を計測する計測手段を有し、計測時間が
第１の値の場合、上記制御手段はスタンバイ時と定着時
の設定温度差が第１の温度差となるように通電制御し、
計測時間が第１の値より長い第２の値の場合、上記制御
手段はスタンバイ時と定着時の設定温度差が第１の温度
差より小さい第２の温度差となるように通電制御するこ
とを特徴としている。

（作用）上記構成を有する本発明では、電源投入直後のウォー
ムアップ中、計測手段の計測時間に基づき、計測時間が
第１の値の場合、制御手段はスタンバイ時と定着時の設
定温度差が第１の温度差となるように通電制御し、計測
時間が第１の値より長い第２の値の場合、制御手段はス
タンバイ時と定着時の設定温度差が第１の温度差より小
さい第２の温度差となるように通電制御する。

（実施例）以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明する。第
１図において、１は加熱定着装置を示しており、この加
熱定着装置１は、加熱ローラ２と、該加熱ローラ２に圧
接する加圧ローラ３とを備えている。加熱ローラ２は、
Al,Sus,鉄等の熱伝導の良好な材料からなる中空円筒体
４上に、フッ素樹脂からなる耐熱離型層５を被覆して構
成されている。

加熱ローラ２の内部には、その中央部に長手方向に沿
ってハロゲンランプ等のヒータ６が設けられており、該
ヒータ６は後述する温度検知素子11および温度制御手段
12によってその発熱が制御され加熱ローラ２表面を所定
の温度に加熱する。一方、加圧ローラ３は、Sus,鉄等か
らなる芯金７上に比較的厚いシリコーンスポンジ上にシ
リコーンゴム層を設けたもの等の耐熱弾性体層８を被覆
し、十分なニップをとれるようにしたものである。

また、加熱ローラ２には、耐熱多孔質フッ素樹脂（例
えばフロロポア；商品名）等の離型剤塗布部材９によ
り、シリコーンオイル等の離型剤が塗布され、メータリ
ングブレード10により加熱ローラ２上に均一に離型剤が
塗布される。さらに、メータリングブレード10は、加熱
ローラ２上にオフセットしたトナーのクリーニングも行
なう。加熱ローラ２上の表面温度は、サーミスタからな
る温度検知素子11によって検知され、温度制御手段12が
制御される。図中、13は転写材の進入をガイドするため
の進入ガイドを示しており、14,15は加熱ローラ２およ
び加圧ローラ３にそれぞれ接触した分離爪を示してお
り、23は記録紙、24はトナー画像を示している。

第２図は本発明の特徴部分である温度制御手段12の一
実施例を示すブロック図である。温度検知素子11を構成
するサーミスタは加熱ローラ２の表面温度により抵抗値
が変化するため、この抵抗値の変化を電圧に変換してコ
ンパレータ16,17,18にて温度を検知する。また、コンパ
レータ19は加熱ローラ２等の温度調節のためリレー21を
ON,OFFするもので、CPU20によって制御される。

第３図はCPU20の制御内容である温調モードＩと温調
モードIIを示している。温調モードＩではスタンバイ時
の温度を低い温度に設定し、また温調モードIIではスタ
ンバイ時の温度を高い温度に設定している。ここで、コ
ンパレータ16は第２図に示す温度T₁に対応し、またコン
パレータ17は同図に示す温度T₂に対応し、またコンパレ
ータ18は同図に示す温度T₃に対応するようにそれぞれ基
準電圧16a,17,18aが設定されており、また温度T₃と対応
するコンパレータ18と、CPU20のコンパレータ18が反転
するまでの時間（温度T₃を検知するまでの時間）をモニ
タする部分とで計測手段としての時間検知手段22が構成
されている。

次に上記実施例の作用を説明する。

装置のメインスイッチ（図示せず）をONにすると、CP
U20が働き、コンパレータ19、リレー21を介してヒータ
６を動作させる。ヒータ６によって加熱ローラ２の温度
が上昇すると、温度検知素子11で加熱ローラ２の表面温
度をモニタする。ここで、メインスイッチON後、CPU20
は、所定の温度T₃に達するまでの時間ｔ、すなわちコン
パレータ18が反転するまでの時間ｔをモニタし、ｔ＜t₀（第１の値）のときスタンバイ時と定着時の
設定温度差が第１の温度差となるように通電制御する温
調モードＩを選択し、ｔ≧t₀（第２の値）のときスタンバイ時と定着時の
設定温度差が第１の温度差より小さい第２の温度差とな
るように通電制御する温調モードIIを選択する。なお、
t₀は加熱定着装置１の定格等によって決定した一定値で
ある。

温調モードＩを選択した場合は、コンパレータ16によ
り温度T₁になったことを検知した後（コンパレータ16が
反転したことをCPU20が検知した後）、温度T₁で温調す
るようにヒータ６を制御する。

また、温調モードIIを選択した場合は、コンパレータ
17により温度T₂になったことを検知した後（コンパレー
タ17が反転したことをCPU20が検知した後）、温度T₂で
温調するようにヒータ６を制御し、一定時間経過後、温
度T₁の温調でヒータ６を制御するように切換える。この
ように一定時間経過後、低い温度T₁の温調に切換えるの
は、加圧ローラ３も十分に温まっているため、ローラ回
転時の温度低下が少ないからである。

室温が低く温度の立上がり時間が長い場合や入力電圧
が低く同様に立上がり時間が長い場合には、定着ローラ
（加熱ローラ２、加圧ローラ３）回転初期時の温度低下
が大きいため、あらかじめスタンバイ温度を高くしてお
く必要があるが、本実施例では、電源投入後、所定温度
T₃に達するまでの時間をモニタして温調モードを選択す
るものであり、上記何れの場合でも温調モードIIが選択
されてスタンバイ温度が高く設定されることから、定着
不良が生ずることはない。

一方、室温が低くても入力電圧が高ければ、定着ロー
ラ回転初期時の温度低下は供給熱量が十分なため少ない
が、この場合は立上り時間も短くなるため、スタンバイ
温度を低くした温調温度が選択され、設定温度が高くな
り過ぎるような事態が生じない。

すなわち、定着ローラ回転初期時に定着ローラ温度低
下が生じ易い場合のみスタンバイ時の設定温度を高く
し、それ以外の場合はスタンバイ時の設定温度を低くえ
きるため、加圧ローラ３の寿命を延ばし、無駄な電力の
消費を抑えることができる。

なお、従来の室温検知方式で設定温度を切換える場合
には、室温が低い場合のみスタンバイ温度が高くなるた
め、例えば室温がある程度高くても入力電圧が低く供給
熱量が少ない場合には定着ローラ回転初期時に温度低下
が大きく定着性が悪く、また室温が低いが入力電圧が十
分高い場合には温度低下量が少ないのにかかわらず、ス
タンバイ温度が高く必要以上に加圧ローラを加熱してそ
の寿命を短縮してしまう等の問題が生ずる。

次に上記実施例について具体例をあげて説明する。

ヒータ６として100V、500Wのものを用い、加熱ローラ
２の内部から加熱する方式を採用した。加熱ローラ２
は、外径26.2φ、Al芯金肉厚1.5tのものを用いた。ま
た、温度T₃を140℃、時間t₀を30秒とし、30秒未満の場
合は温調モードＩ（スタンバイ時170℃、定着時180℃；
第１の温度差）とし、30秒以上の場合は温調モードII
（電源投入後、１時間はスタンバイ時190℃、定着時190
℃；第２の温度差とし、１時間経過後はスタンバイ時17
0℃、定着時180℃にする。）とした。

このような条件の下で、90mm/secの紙送り速度でA4サ
イズの紙を毎分15枚の速度で3.5mmのニップ部が形成さ
れた加熱定着装置に連続通紙したところ、加熱ローラ２
の表面温度は第４図に示すように変化した。すなわち、
加熱ローラ２の表面温度が室温と同じく25℃のときにあ
っては、電源投入後、140℃に達するまでの時間が100V
入力で25.5秒かかり、30秒未満であることから、温調モ
ードＩが選択され、スタンバイ時は170℃で温調され、
紙が送られてくる直前に180℃に立上り、通紙によって
紙と加圧ローラ３に熱を奪われ175℃まで低下し、その
後180℃で温調された。また、加熱ローラ２の表面温度
が室温と同じく10℃のときにあっては、電源投入後、14
0℃に達するまでの時間が100V入力で35.5秒かかり、30
秒以上であることから、温調モードIIが選択され、スタ
ンバイ時では190℃で温調され、通紙によって180℃まで
低下し、その後180℃で温調された。なお、１時間経過
後には、180℃で温調され、そのとき通紙時の加熱ロー
ラ２の表面温度変化は温調モードＩのときと同じになっ
た。

上記具体例では入力電圧を一定にして（100V）、室温
を変えた場合について説明したが、次に入力電圧を変化
させた場合について説明する。

加熱ローラ２の表面温度が室温と同じく25℃でも、入
力電圧が85Vのときには、電源投入後、140℃に達するま
でには33.5秒かかることから、温調モードIIが選択され
た。この場合、スタンバイ時に190℃に温調され、通紙
時の温度低下は183℃程度に止めることができた。一
方、加熱ローラ２の表面温度が室温と同じく10℃でも、
入電圧が110Vのときには、電源投入後、140℃に達する
まで28.5秒ですむことから、温調モードＩが選択され
た。この場合、温度の立上りが早いことから、スタンバ
イ時には170℃で温調され、紙が送り込まれる直前で180
℃に温調され、通紙時の温度低下は173℃程度に止める
ことができた。

なお、比較のため、従来の室温検知方式で設定温度を
切換えた場合には、次のようになった。

例えば20℃を設定温度の切換えの温度としたとき、室
温25℃で入力電圧が85Vのときは、20℃を越えることか
ら、温調モードＩが選択されてしまい、温度の立上りが
遅いにもかかわらず、スタンバイ時には170℃と低い温
度で温調され、紙が送られる直前に昇温しても176℃程
度しかならず、通紙後は168℃まで低下してしまい、定
着性がよくなかった。また、室温が10℃で、入力電圧が
110Vのときは、前述の如く温調モードＩで十分なのにも
かかわらず、20℃以下であることから温調モードIIが選
択され、加圧ローラ３が必要以上に加熱されてしまっ
た。

上記実施例にあっては、前述したことに加えて、加熱
定着装置１の近くにある部材が冷えた状態（メインスイ
ッチON直後）の温度制御に有効である。すなわち、装置
全体が冷えてまだ十分に温まっていないうちは、温調モ
ードIIが選択されて、予めスタンバイ時にトナーの定着
温度よりも十分高い温度で加熱ローラ２の表面温度が制
御されることから、始動初期の温度低下分を補償するこ
とができ、また装置全体が十分に温まってからは、温調
モードＩが選択されて、スタンバイ時の設定温度を下げ
て制御されることから、機内が必要以上に昇温されず好
ましい。

室温検知方式では、定着装置そのものの温度ではな
く、機内の温度を検知するものなので、定着装置自体が
機内温度よりも高い場合、すなわち電源を一度切って再
び投入する場合などは、誤ってスタンバイ時の温度を高
めに設定してしまうことがあり、定着温度が高くなって
記録紙がカールしたり、記録紙にシワが発生しやすくな
る等の問題がある。本実施例ではこれらの問題も解決す
ることができる。

上記実施例では、２種類の温調モードを設定して温度
制御する場合を示したが、２種類以上の温調モードを設
定してもよく、この場合、より最適なスタンバイ時温度
と定着時温度を設定することが可能となる。例えば、３
種類の温調モードを有する場合、所定温度Ｔに達するま
での時間ｔがあらかじめ設定した時間t₀，t₁に対してｔ＜t₀のとき、温調モードＩ t₀≦ｔ＜t₁のとき温調モードII ｔ≧t₁のとき、温調モードIII をそれぞれ選択するようにする。ここで、温調モードＩ
ではスタンバイ時の温度をT₄′、定着時の温度をT₄と
し、温調モードIIではスタンバイ時の温度をT₅′、定着
時の温度をT₅とし、温調モードIIIではスタンバイ時の
温度T₆′、定着時の温度をT₆とする。また、T₆′＞T₅′
＞T₄′、T₆′≧T₆、T₅′≦T₅、T₄′≦T₄の関係があるよ
うに温度設定する。

すなわち、低温時あるいは入力電圧が低い時には、モ
ードIIIを選択し、スタンバイ時T₆′、定着時T₆と高め
の温度で温調して定着不良が生じないようにし、通常状
態時には、モードIIを選択してスタンバイ時にやや高め
の温度T₅′で温調し、定着直前に十分な定着温度である
温度T₅に立ち上げられるようにし、高温時あるいは入力
電圧が高い時には、モードＩを選択しスタンバイ時
T₄′、定着時T₄と低めの温度で温調して加熱し過ぎない
ようにする。

このようにすることによって、定着性を常に最良の状
態に保ったまま、加圧ローラ３の寿命を延ばすことが可
能となる。

次に上記の他の実施例について具体例をあげて説明す
る。

前述の実施例と同じ構成の加熱定着装置１を用い、温
調モード切換えのための立上り時間を、140℃までに立
上る時間とし、T₀を20秒、T₁を30秒に設定した。また、
温調モードＩをスタンバイ時T₄′＝165℃、定着時T₄＝1
80℃とし、温調モードIIをスタンバイ時T₅′＝170℃、
定着時T₅＝180℃とし、温調モードIIIをスタンバイ時
T₆′＝190℃、定着時T₆＝190℃とした。モードIIIで
は、メインスイッチON後、１時間経過すると、モードII
に切り換わるようにした。

このようにすることで、室温の変化や入力電圧の変化
に対して最適な温調モードを選択することが可能となっ
た。特に加熱ローラ２の温度立上りが早いときには、ス
タンバイ温度を165℃と低く設定できるので、加圧ロー
ラ３の寿命を大幅に延ばすことが可能となった。本発明
の実験によると、加圧ローラ３の寿命は設定温度が10℃
高くなると、約80％程度に短かくなり、定着可能温度で
ある180℃でスタンバイ時、定着時ともに温調した従来
の場合に比して、モードＩで温調した場合（スタンバイ
時165℃）には加圧ローラ３の寿命が1.4倍延ることが判
明した。

なお、スタンバイ時の温度をあらかじめ低く設定して
おき、低温時（10℃）や入力電圧が低下した時（85V）
にも紙が送り込まれるまでの10秒以内に定着温度まで立
ち上げるためには、例えば165℃から180℃まで立ち上げ
るためには、前記加熱定着装置１では定格950Wのヒータ
６が必要となることが判明した。

（発明の効果）本発明は以上の構成及び作用からなるもので、電源投
入直後のウォームアップ中、計測手段の計測時間に基づ
き、計測時間が第１の値の場合、制御手段はスタンバイ
時と定着時の設定温度差が第１の温度差となるように通
電制御（温調）し、計測時間が第１の値より長い第２の
値の場合、制御手段はスタンバイ時と定着時の設定温度
差が第１の温度差より小さい第２の温度差となるように
通電制御（温調）しているので、室温検知のための装置
を省略してコストダウンを図ることができ、また適正な
温調を行って常に最良の定着性を保つことができるとと
もに、記録紙のカールやシワの発生をなくすことがで
き、また加圧ローラの寿命を延ばすことができ、さらに
消費電力の節約が可能となる。

なお、計測手段は装置の制御に用いるCPUを利用する
ことが可能であり、計測手段を付加することによるコス
トアップはほとんど問題とならず、室温検知のための装
置を省略できることを考えに入れて装置全体としてみれ
ば、上述の如くコストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は装置全
体の概略図、第２図は温度制御手段を示すブロック図、
第３図は温調モードの説明図、第４図は第１図に示す装
置を実際に動作させたときの加熱ローラの表面温度変化
を示すグラフである。符号の説明１…加熱定着装置 2,3…定着手段（加熱ローラ2,加圧ローラ３）６…加熱手段（ヒータ） 11…温度検知手段（温度検知素子） 12…温度制御手段（コンパレータ16,17,19、リレー21、
CPU20） 22…時間検知手段（コンパレータ18、CPU20） 23…記録材（記録紙）

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−22358（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−96843（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−78862（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−89879（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒータと、ヒータにより加熱される加熱ロ
ーラと、加熱ローラの温度を検知する温度検知手段と、
温度検知手段の検知温度が所定の設定温度を維持するよ
うにヒータへの通電を制御する制御手段と、を有し、記
録材に未定着像を定着する定着装置において、電源投入直後のウォームアップ中、上記温度検知手段に
よる検知温度が所定温度に達するまでの時間を計測する
計測手段を有し、計測時間が第１の値の場合、上記制御
手段はスタンバイ時と定着時の設定温度差が第１の温度
差となるように通電制御し、計測時間が第１の値より長
い第２の値の場合、上記制御手段はスタンバイ時と定着
時の設定温度差が第１の温度差より小さい第２の温度差
となるように通電制御することを特徴とする定着装置。