JPH09114309A - 像加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続して厚紙にプリントする時の定着ローラ
温度低下による定着不良を防止する。 【解決手段】 定着ローラと加圧ローラのニップに紙が
挾持されている時の定着ローラ温度上昇率に応じて、連
続プリントの通紙間隔や定着温度等を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録材に担持され
た像を加熱する像加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、記録材上にトナー像を転写し、こ
れを加熱して永久画像を得る画像形成装置において、使
用される像加熱装置は図１に示すような構造となってい
る。図１において１は加熱ローラーであり、一例とし
て、アルミニウムや鉄などの芯金１１上にＰＦＡ、ＰＴ
ＦＥ等の離型性樹脂層１２を設け、また、内部はヒータ
４によって加熱されるようになっている。加熱ローラー
１の温度は、該加熱ローラー１に当接される温度検知素
子３によって、該定着ローラー１の表面温度として検出
され、温度制御回路（不図示）によってヒータ４を断続
的に作動させることで、上記表面温度は所定の温度に制
御される。クリーニング手段を有する像加熱装置はこの
温度検知素子を通紙域内に設置することが可能である
が、クリーニング手段を持たない像加熱装置においては
画像汚れを避けるために非画像域に設置することが一般
的である。

【０００３】一方、２は上記加熱ローラー１に圧接回転
する加圧ローラーであり、一例として、アルミニウムや
鉄等の金属芯金１３上に、耐熱性を有しかつ硬度の低い
シリコーンゴムやシリコーンスポンジ等の弾性層１４を
設け、その表面にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の離型性の高い樹
脂による被覆層１５を有した構造をなしている。

【０００４】また、トナー像Ｔを担持した記録材Ｐは、
入口ガイド６によって加熱ローラー１と加圧ローラー２
の間のニップ部に導かれ、加熱かつ加圧されることで定
着される。この入口ガイド６はＰＢＴ等の抵抗制御材
（１０Ｅ８から１０Ｅ１０Ω）で作るか、もしくはステ
ンレス等の金属でガイド面を構成し、定着フレームとの
接点に前記抵抗制御材を用いることが一般的である。こ
れは、絶縁物等で入口ガイド形成すると、記録材との摺
擦によるガイド面が帯電し、トナーの飛び散り等の弊害
が生じるためである。また、記録材Ｐがニップ部を通過
するときにシワが発生しないように、前記加熱ローラー
１及び加圧ローラー２の長手方向に適正な逆クラウン形
状を付けるとともに、入口ガイド６により加熱ローラと
加圧ローラで形成されるニップへの侵入位置を適正化す
ることが一般的に行われている。

【０００５】このような像加熱装置において、ウォーム
アップ時間短縮の目的で加熱ローラーの熱容量を減らす
ために、加熱ローラー１の肉厚を１．０ｍｍ以下にする
ことがある。このような場合、１本ヒータを用いた構成
では小サイズ紙をプリントするときに非通紙域の過昇温
が問題となる。特に高速機においては小サイズ紙のプリ
ントにおいて著しくプリントスピードを低下させざるを
得ない。そこでこの問題を解決する手段として、異なる
配光を持つ２本のヒーターを使用する場合の例として、
断面構成を図２に、ヒーターの配光とセグメント配置を
図３に示す。ここでは紙搬送を中央基準とする場合のヒ
ータ配光を示す。ヒータ４ａは小サイズ紙をプリントす
るときに使用し、紙が熱を奪う部分に大きく配光を振り
分けている。またヒータ４ｂはヒータ４ａと組み合わせ
て大サイズ紙をプリントするときに使用する。図１３に
紙サイズに対するヒータの点灯比率を示す。これは、ヒ
ータ４ａが５００ｍｓｅｃ点灯した場合、Ａ３プリント
時に５００ｍｓｅｃ、Ｂ４プリント時に３００ｍｓｅ
ｃ、Ａ４縦プリント時に１００ｍｓｅｃの割合でヒータ
４ｂを点灯させるものである。これらの点灯比率は最も
使用頻度の高い６５ｇ／ｍＥ２から８０ｇ／ｍＥ２紙を
プリントしたときに加熱ローラーの温度分布がほぼフラ
ットになるように設定するのが一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の像
加熱装置を用いた場合、加熱ローラーの熱容量が少ない
ために紙の坪量による熱の持ちだし量の差によって加熱
ローラー上の温度分布が異なる。実際に連続プリントす
ると図４に示すような温度分布（連続プリント３０枚目
以降の温度分布）となり、同一紙サイズでも特に厚手の
記録材を通紙すると中央付近の温度低下により定着性が
悪化することがある。これは、薄肉加熱ローラーの芯金
内で長手方向の熱伝導が供給熱量に対して追い付いてい
かないためである。このような現象は電源電圧の低下に
よっても生じることがある。例えば、電源電圧が１５％
低下すると、定格電力の７８％しかヒータの出力が得ら
れないことになり、８００Ｗのヒータは６２３Ｗまで出
力が低下する。ヒータの出力が低下した場合、例え紙の
坪量が９０ｇ／ｍＥ２程度でも中央部の定着性が問題と
なる場合がある。

【０００７】また、ペーパーマテリアルの多様化から１
２８ｇ／ｍＥ２紙、１６０ｇ／ｍＥ２紙、２００ｇ／ｍ
Ｅ２紙というような厚紙の要求があり、上記のような紙
の坪量や電源事情の変化により定着性が満足できない場
合がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決する本
発明は、記録材に担持された像を加熱する加熱部材と、
加熱部材と共にニップを形成するバックアップ部材と、
加熱部材の温度を検知する温度検知素子と、を有する像
加熱装置において、ニップに記録材が挾持されている時
の検知温度の変化率に応じて加熱条件を決定する加熱条
件決定手段を有することを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態として、図２
に像加熱装置の一例である定着装置の断面図を示し、図
３にヒータ配光とセグメント配置を示す。この定着装置
は、Ａ３（２９７ｍｍ）幅を最大通紙サイズとする記録
材を装置の通紙中心を基準として搬送する中央基準の例
であり、ヒータ配光も通紙基準に対して対称な分布にな
っている。発熱体であるヒータ４ａ、４ｂはともに５０
０Ｗ（１００Ｖ入力時）の定格電力である。加熱部材と
しての定着ローラー１はアルミニウムを芯金１１とする
直径４０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのローラーであり、表層
にはＰＦＡの離型層１２を被覆している。加熱部材と共
にニップを形成するバックアップ部材としての加圧ロー
ラー２はステンレス芯金１３上にシリコーンスポンジの
弾性層１４、表層にＰＦＡの離型層１５を有し、直径３
０ｍｍ、製品硬度５０°の物を用いており、２００Ｎの
加圧力をかけることで定着ローラーとの間に５．０ｍｍ
のニップ幅を作ることができる。温度検知素子は定着ロ
ーラにトナー像が接触しない画像域外（本形態では非通
紙域）に設置しているため、温度検知素子へのトナー付
着がなく、クリーニング手段を不要としている。この構
成においてＡ４横送りで３０枚／分のプリントを可能に
する。

【００１０】以下にプリント動作および温度変化率の測
定方法について述べる。本実施例はプリント初期の定着
性は定着装置の熱容量により連続プリント時より低い温
度でも確保できることを利用し、スタンバイ温度を定着
許容温度と同等かそれよりも低い温度に設定する。これ
は、スタンバイ温度から定着温度に到達するまでの時間
をある程度設けて、温度変化率を測定するためである。
実験の結果、測定時間が５秒程度あれば温度変化率を正
確に測定して判別することが可能であった。したがって
本例では、連続プリントの１枚目から３枚目まで温度上
昇率を測定する。無論１枚目のみで測定を終了してもよ
い。図９に示すようにＰＲＩＮＴ信号により前回転が始
まり画像形成装置はスタンバイ状態からプリント動作に
はいる。実際に紙がニップに進入するのは画像書き込み
信号（ＶＳＹＮＣ）が出力された後で且つ検知温度が温
調温度に達する前である。この定着装置を用いて実際に
プリントする場合、ＶＳＹＮＣ信号が出力された後に温
調温度に達するまではヒータを一定の点灯比率で点灯さ
せつつ一枚目のプリントを開始し、連続プリント中に温
度の上昇速度を測定する。本実施の形態ではスタンバイ
温度から温調温度まで２つのヒータを全点灯としてサー
ミスタの温度上昇速度を測定した。図１１に１００Ｖ入
力時の紙の坪量に対する温度上昇速度を示す。

【００１１】図４に示した連続プリント時の定着ローラ
温度分布から、実験的に、１２８ｇ／ｍＥ２よりも坪量
の大きな記録材で連続プリント中の定着不良が発生する
ことがあらかじめわかっているので、本実施の形態では
温度上昇率が図１１の破線Ｃよりも大きいか小さいかに
よって連続プリント時の像加熱条件を切換えている。こ
れは、不図示のＣＰＵ（加熱条件決定手段）によって決
定される。具体的には温度上昇率が破線Ｃより小さい
時、連続プリント時の記録材通紙間隔を通常の記録材通
紙間隔より拡げている。これにより、定着ローラ長手方
向中央部の温度低下を防止している。今回の設定ではＡ
４横送りで通常３０枚／分のところを２０％減の２４枚
／分のスループット（連続プリント４枚目以降）とする
ことで２００ｇ／ｍＥ２紙の連続プリント時の最低温度
を定着許容範囲内に入れることができた。

【００１２】本実施の形態では、通紙間隔を温度上昇率
に応じて２種類設定しているが、温度上昇率に応じて３
種類以上の通紙間隔を設定しても良い。よりきめ細かく
設定することで、装置のプロダクティビティを向上させ
ることができる。

【００１３】次に本発明の第２の実施の形態を示す。本
実施の形態では、紙の坪量に対して上述した図４のよう
な定着ローラ温度分布となる場合、図１３に示す通常の
定着時のヒータ点灯比率を変更することにより定着性を
確保する。図４のような温度分布となる場合は中央の供
給熱量が不足していることが原因であるため、ニップに
記録材先端が入り、上昇率測定を５秒間行った時の温度
上昇率により厚紙であることがわかれば（温度上昇速度
の勾配が図１１Ｃよりも小さい場合）、像加熱条件の変
更としてヒータの点灯比率を図１４に示すように変更す
る。つまり温度上昇率の測定が終った後（連続プリント
４枚目以降）のヒータ４ａの比率を増加させることで定
着ローラー中央部への供給熱量を増加させ、図５に示す
ように中央の最低温度を定着許容範囲に納めることが可
能となる。ここでは例として１つの変更のみを示した
が、実際の温度勾配により紙の坪量を検知して、定着ロ
ーラーの温度分布が紙の坪量に対して最適になるようき
め細かくヒータの点灯比率を変更してもよい。

【００１４】さらに高速機では、本実施の形態単独では
定着性を確保できない場合がある。例えば入力電圧が低
下した時などである。ヒータの点灯比率を変更してもな
お温調温度が維持できない場合（温調温度に達しないか
下がり続ける場合）、図１０に示すようにスループット
を低下させることにより定着性を確保する。ここで、ス
ループットを低下させるタイミングであるが、ＶＳＹＮ
Ｃ信号から所定枚数プリント後に温調温度に達していな
い場合を切り換えのタイミングとしたが、タイマカウン
タを設けて所定時間後に温調温度に達していない場合に
スループットを低下させてもよい。

【００１５】次に、本発明の第３の実施の形態を示す。
本実施の形態では紙の坪量が大きい場合、定着ローラー
の温度分布が図４のようになり、定着ローラー中央温度
が定着許容範囲に入らない場合の別の対策として、図６
に示すように中央で不足する熱量を定着時の温調温度を
高くすることで補う。この方法はＡ４縦のように、もと
もとヒータの点灯比率を中央に大きく振り分けている場
合、紙の坪量が増加してもほとんど中央の供給熱量を増
加させることができない。図１３から図１４では５：１
から５：０の変更にとどまる。そこで、定着ローラーの
連続プリント時の最低温度を定着許容範囲に入れるため
に、プリント１枚目の温度上昇の勾配から紙の坪量を判
断し、上昇率Ｃよりも小さい場合は像加熱条件としての
温調温度をｄだけ増加させる。端部温調の場合、紙のサ
イズにより温度上昇速度が異なるため、制御の切り換え
判断の温度上昇速度の勾配Ｃは各紙サイズ毎に設定する
のが好ましい。

【００１６】また、図７に示すように、ある枚数プリン
ト後に中央と端部の温度差が大きくなり、ヒータの点灯
比率を中央４ａに集中しても中央の温度を定着許容範囲
に納められないときは、スループットを低下させる。こ
の場合は、予め紙の坪量に対して定着ローラーの中央温
度がどこまで低下するかを確認しておくことが前提であ
り、つまりニップに記録材を通紙中の温度上昇率が判別
できた時点でスループットを低下させる。

【００１７】これまでの実施の形態では紙の坪量に対す
る温度の上昇速度で制御パラメータの変更を行ったが、
ここでは入力電圧に対する応用例を示す。図１２と図８
に入力電圧を振って１２８ｇ／ｍＥ２紙をプリントした
ときのプリント初期の温度上昇率と定着ローラー温度分
布を示す。これより制御切り換え判断の温度勾配を９３
Ｖ程度の温度勾配Ｃ′に設定すれば、前述の例と同様な
制御を行うことが可能である。また、画像形成装置本体
が電源電圧の検知装置を備える場合は、各入力電圧と紙
の坪量に対して個別に制御パラメータを設定可能であ
り、電源電圧の検知装置を備えていない場合は、定着性
を確保できる温度上昇率を判断基準とすることで、入力
電圧と紙の坪量が同時に変動しても常に安定した定着性
を確保できる。この場合、入力電圧が定格の場合は制御
切り換えの判断基準は紙の坪量のみに依存し、入力電圧
が定格に満たない場合は入力電圧と紙の坪量の両方に依
存し、紙サイズに対するＣとＣ′の大きい方で制御切り
換えを行う。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、ニップに通紙中の温度
変化率から、紙の坪量、あるいは入力電圧を推測し、こ
の変化率に応じてスループット、温調温度等の像加熱条
件を決定する加熱条件決定手段を設けたので記録材の坪
量や入力電圧の振れに関係なく連続プリント時の定着性
を安定して確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】１本ヒータ構成の定着器の構成図を示す。

【図２】２本ヒータ構成の定着器の構成図を示す。

【図３】２本ヒータ構成の長手配光分布とセグメント配
置を示す。

【図４】同一サイズで紙の坪量を変えたときの定着ロー
ラー温度分布を示す。

【図５】ヒータの点灯比率を変更したときの定着ローラ
ー温度分布の変化を示す。

【図６】温調温度を上げたときの定着ローラー温度分布
の変化を示す。

【図７】定着ローラーの中央と端部の温度変化を示す。

【図８】入力電圧を変えたときの定着ローラー温度分布
を示す。

【図９】温度変化率測定期間を表した図。

【図１０】温度変化率に応じた点灯比率で連続プリント
した後、更に通紙間隔を切換える実施の形態を示した
図。

【図１１】紙の坪量に応じた定着ローラ温度変化率の違
いを表した図。

【図１２】入力電圧に応じた定着ローラ温度変化率の違
いを表した図。

【図１３】通常時の２本のヒーターの点灯比率を紙サイ
ズごとに示した図。

【図１４】温度上昇率が所定値よりも小さい時の２本の
ヒータの点灯比率を紙サイズごとに示した図。

【符号の説明】

１ 定着ローラー ２ 加圧ローラー ３ 温度検知素子 ４ ヒータ ５ 分離爪 ６ 定着入口ガイド Ｐ 記録材 Ｔ トナー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録材に担持された像を加熱する加熱部
   材と、加熱部材と共にニップを形成するバックアップ部
   材と、加熱部材の温度を検知する温度検知素子と、を有
   する像加熱装置において、 ニップに記録材が挾持されている時の検知温度の変化率
   に応じて加熱条件を決定する加熱条件決定手段を有する
   ことを特徴とする像加熱装置。
2. 【請求項２】 上記加熱条件はニップへの記録材通紙間
   隔である請求項１の像加熱装置。
3. 【請求項３】 上記加熱条件は上記加熱部材の温調温度
   である請求項１の像加熱装置。
4. 【請求項４】 上記加熱部材は通電により発熱する複数
   の発熱体を有し、上記加熱条件決定手段は複数の発熱体
   への通電比率を決定する請求項１の像加熱装置。