JPS63178281A

JPS63178281A - 定着装置

Info

Publication number: JPS63178281A
Application number: JP910287A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Goto; 正弘後藤; Hiroyuki Takeda; 竹田　浩行; Michihito Yamazaki; 道仁山崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-01-20
Filing date: 1987-01-20
Publication date: 1988-07-22
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH0830930B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、複写機、レーザービームプリンタ等に装備さ
れる定着装置に関する。

（従来の技術）複写機、レーザービームプリンタ等に装備される定着装
置としては、現在、熱ローラ定着方式のものが一般的で
ある。

熱ローラ定着方式の定着装置では、加熱ローラとして、
アルミニウム（Ａｎ　、ステンレス鋼（Ｓ　Ｕ　Ｓ）等
からなる中空円筒体上に四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）、
四弗化エチレン−パーフロロアルコキシエチレン共重合
体等の弗素樹脂を被覆してなるものが用いられ、また加
圧コーラとして、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ、シリコー
ンスポンジ等の耐熱りｉ性体層を鉄、ＳＵＳ等からなる
芯金上に被覆してなるものが用いられている。

加圧ローラとして、特にシリコーンスポンジを被覆して
なるものは硬度が低く（柔らかく）、相手方の加熱ロー
ラにかかる負担が少なく、肉厚を薄くすることによって
熱容量を小さくした加熱ローラを用いてウェイトタイム
を短縮させる手段をとるのに有効であることから、近年
広く用いられている。

しかし、シリコーンスポンジ自身は発泡体であり、各セ
ルを構成しているシリコーンゴムの壁が薄く、シリコー
ンゴム、ＥＰＤＭ等に比較して物理的強度が弱く、耐熱
性に劣る。

このため、長期間高温状態で加圧して放置しておくと、
加熱減量、硬度上昇、気泡が破泡する等の現象が生じ、
加圧ローラとしての機能を果さず、定着性が低下し、ま
た定着時において記録紙にシワが生じ易くなる等の問題
が生じる。

これらの問題を解決するため、例えば、スタンバイ時の
温度を出来るだけ低くし、プリント時（定着時）のみ温
度を上げる手段や、スタンバイ時に加圧を解除して加圧
ローラに生じる変形応力を弱め、加熱ローラからの熱伝
導も防ぐという手段が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、スタンバイ時の温度を低くし、プリント
時（定着時）のみ温度を立上げる前者の手段では、温調
モードを切換えるだけの簡易な手段ではあるが、定着器
（加熱ローラ、加圧ローラ）に記録紙が到達する以前に
加熱ローラを定着温度まで立上げなければならず、ファ
ーストプリント時間（ファースト定着時間）が遅くなる
問題があった。また、これを防止するために、加熱ロー
ラの熱容量をできるだけ小さくし、同時に熱源の定格電
力を大きくした場合、さらに低温時で入力電圧が低下し
たときでもプリント時に温度を所定時間以内に立上げる
ために熱源の定格電力を大きくした場合には、最大消費
電力が大きくなってしまう問題があった。

また、スタンバイ時に加圧を解除する後者の手段では、
装置構成が複雑になってしまう問題があった。

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、シリコー
ンスポンジ等の耐熱性の劣る加圧ローラを使用した場合
にも加圧ローラの長寿命化を図ることができると同時に
、ファーストプリント時間を遅らせず、最大消費電力を
小さくでき、かつ装置構成が複雑にならず簡単な構成に
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に本発明にあっては、加熱手段
と、一対のローラからなる定着手段とを具備し、記録材
上のトナー画像を加熱定着する定着装置において、前記
定着手段の表面温度を検知する温度検知手段と、該温度
検知手段からの検知信号に基づき、定着動作時における
定着手段表面温度の立上り速度を検知し、該立上り速度
に応じて非動作時での温調温度を設定する温度制御手段
とを具備してな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、温度検知手段からの検知
信号に基づき、温度制御手段が、定着動作時における定
着手段表面温度の立上り速度を検知し、該立上り速度に
応じて非動作時での温調温度を設定する。

（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はレーザビームプリンタに装備された定
着装置を示しており、この定着装置ｌ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、Ａ文、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ＰＴＦＥＰＦＡ等
のフッ素樹脂からなる耐熱離型層５を被覆したものであ
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上に比較的厚い耐熱弾性体層８（シ
リコーンスポンジ上にシリコーンゴムを設けたもの）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ｌｌｌ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、サーミスタ等
の温度検知手段１１によって検知され、温度制御手段１
２で制御される０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、Ｐは記録材、Ｐ′はトナー画像を示してい
る。

第２図は、本発明の温度制御手段１２を示すブロック線
図である。温度検知手段１１を構成するサーミスタＴＨ
は、加熱ローラ２の表面温度により抵抗が変化するため
、この抵抗値の変化をサーミスタＴＨと並列に接続した
抵抗Ｒと直流電源Ｖとによって電圧に変換してＡ／Ｄコ
ンバータ１６に入力し、Ａ／Ｄコンバータ１６からの出
力はＣＰＵ１７に入力される。このＣＰＵ１７からの信
号によって５ＳＲ１８がＯＮ、ＯＦＦされ、該５ＳＲ１
８にＪ：ってｔ：　−夕６（７）ＯＮ、ＯＦＦを行ない
、加熱ローラ２の温度を制御する。

ここで、ＣＰＵ１７は、電源投入直後の装置運転開始時
において、温度検知手段１１であるサーミスタＴＨから
の信号を入力して加熱ローラ２の表面温度が所定温度Ｔ
１からＴ２　　（第３図参照）に立上るまでの時間ｔ’
ｏ（同図参照）を検知し、該時間ｔｏに応じて定着動作
前の非動作時であるスタンバイ時における温調温度ＴＡ
、を演算し、スタンバイ時に入ったら、加熱ローラ２の
表面温度がＴＡｏになるようにヒータ６を制御し、そし
てプリントスタート信号をホストコンピュータ２１から
Ｉ／Ｆ２０を介して入力したとき、所定の時間ｔｌ内（
同図参照）にＴＡＧから定着温度Ｔｅに立上らせるよう
にヒータ６を制御し、このとき加熱ローラ２の表面温度
の立上り速度αを検知し、該立上り速度αに応じて次の
定着動作が行われる前のスタンバイ時の温調温度ＴＡＩ
を演算し、スタンバイ時に入ったら、加熱ローラ２の表
面温度がＴＡＩになるようにヒータ６を制御し、以後同
じ動作を繰り返す。

また、メモリ１９はＣＰＵ１７が演算した温調温度Ｔ　
Ａ　Ｏ、Ｔ　Ａ　Ｉ、・・・データを入力して記憶する
もので、新しい温調温度データを入力したときには、メ
モリ内容を新データに書き換える。

上記実施例では、温度制御手段１２により加熱ローラ２
の表面温度は第３図に示すように制御される。すなわち
、電源を投入すると、ＣＰＵ１７が働きヒータ６をＯＮ
させ、加熱ローラ２の表面温度は上昇する。この表面温
度が所定温度Ｔ（１に達すると、加熱ローラ２は回転を
始め（以下前多回転と記す）、温度上昇カーブの傾斜は
若干ゆるやかになるが、さらに上昇して所定温度？＋　
に達するとＣＰＵ１７は時間のカウントを開始し、所定
温度Ｔ２に達するまで続け、ＴＩからＴ２に上昇するま
での時間ｔｏを検知する。ＣＰＵ１７ではこの時Ｍｔａ
に応じてスタンバイ時の温調温度ＴＡＧを演算する。す
なわち、時間１＋が短いときにはそれに合わせてＴＡＧ
を低くし、ｔｏが長いときにはそれに合わせてＴＡＧを
高くする。このようにしてＴＡＧが求められると、第１
回のスタンバイ時には加熱ローラ２の表面温度をＴＡＧ
に温調する。モ１．で、ＣＰＴＴ１７ζザＩフッに？＃
−に＆−ａが入力されたら、記録材Ｐが加熱ローラ２、
加圧ローラ３に到達する時間ｔ１以内でＴＡＧから定着
温度ＴＢに立上げる。ここで、時間ｔｌは、プリンター
のシーケンスの中でファースコピーが最も早く行われる
場合に、記録材Ｐが加熱ローラ２、加圧ローラ３に到達
するまでの時間をいう。

Ｔ’ＡｏからＴＢに立上がるとき、ＣＰＵ１７はこの立
上り速度αを検知し、そしてこの立上り速度αに応じて
第２回目のスタンバイ時の温調温度Ｔ＾１を演算する。

すなわち、立上り速度αが早いときにはそれに合わせて
ＴＡＩを低くし、遅いときにはそれに合わせてＴＡＩを
高くする。定着動作が終って第２回目のスタンバイ時に
入ったら、加熱ローラ２の表面温度をＴＡＩに制御する
。そして。

ＣＰＵ１７に２回目のプリントスタート信号が入力され
たら、時間ｔ１以内でＴＡＩからＴＢに立上げる。この
ときも同様に立上り速度αに応じて第３回目のスタンバ
イ時の温調温度ＴＡ２を演算し、以下同様の動作を繰り
返す。

このように装置の運転開始時においては、加熱ローラ２
の温度立上り時間ｔｏによって第１回目の定着動作前の
スタンバイ時の温調温度ＴＡＧを設定することから、こ
のＴＡＧを出来るだけ低い温度、すなわち、記録材Ｐが
加熱ローラ２、加圧ローラ３に達するまでの時間ｔｌ内
において定着温度ＴＢまで立上らせることが可能な最低
限の温度（これ以上低くしたら時間１１以内にＴｅまで
立上らせることが不可能となるぎりぎりの温度）にする
ことができ、このためファーストプリント時間を遅らせ
ずに加圧ローラ３の寿命を延ばすことが可能となる。

特に、上記実施例では、前多回転時に加熱ローラ２の温
度をモニタして立上り時間ｔｏを検知しているため、す
なわち加圧ローラ３に熱を奪われて温度立上りカーブが
ゆるやかになったとき（昇温速度が遅くなったとき）、
立上り時間ｔｏを検知するため、正確な値を得ることが
できる。

また、定着動作に入るときには、Ｔ＾から定着温度Ｔｏ
に立上るときの立上り速度αによって第２回目の定着動
作前のスタンバイ時の温調温度ＴＡＩを設定し、以後定
着動作に入る毎に同様に温調温度を設定することから、
この場合も同様に温調温度Ｔ＾ｌ　、　ＴＡ２　、・・
・を低い温度にすることができ、また定着動作に入る毎
に次のスタンバイ時の温調温度を補正しており、電源投
入後からの入力端子の変動や加圧ローラ３が十分に温ま
り温度の立上りが早くなっていくこと等の環境の変動に
対応してスタンバイ時の温度を常に最適な値に設定する
ことができる。

次に上記実施例を具体的に説明する。

加熱ローラ２の芯金としては肉厚２．５ｍｍ　、外径２
８．５ｍｍのＡＩＬ芯金を用い、またヒータ６としては
定格１００Ｖ、８００Ｗのハロゲンランプを用いる。

前多回転はＴｏ＝１５０℃になったときに開始し、１８
５℃まで立上った時、すなわちプリント可能になった時
に終了する。前多回転が終了すると、Ｉ／Ｆ２０からホ
ストコンピュータ２１にＲＥＡＤＹ信号が送出される。

また、この前多回転中において、温度ＴＩ＝１６０℃か
ら温度Ｔ２＝１８０℃に立上るまでの時間ｔｏを検知し
、スタンバイ時の温度ＴＡＧを次式から算出する。

ここで、係数０．９はサーミスタＴＨの温度バラツキ、
サーミスタＴＨの加熱ローラ２への当接状態のバラツキ
等を補償するものである。また、Ｔｅは十分な定着性が
得られる温度である１８０℃に設定する。また、ｔｌは
１０秒である。

次に、プリントスタート信号が入力されて定着動作が行
われるときには、プリントスタート信号入力時の温度Ｔ
＾　′から一定時間ｔ＋　　’　（ｔｌより短い時間で
、例えば７秒）内に立上る温度ＴＢ　’を検知しく立上
り速度αに対応する）、この値に基づいて次式から次の
定着動作におけるスタンバイ時の温調温度ＴＡ＋ｔ−算
出する。

ここで、時間ｔｌ　　’内にＴＢまで立上ってしまった
ときには、Ｔｅを検知した時間ｔ、１′に基づいてＴＡ
Ｉを算出する。

上記数値の関係はｔ　ｌ　　”　＜　ｔ　Ｉ　　’　＜
　ｔ　ｌ　であ設定すると、精度を高めるのに有効であ
る。なお、ｔｌ”＜３秒のときは、Ｔ＾０のままにホー
ルドしておくのが好ましい。

立上り速度測定時において入力電圧が極端に低くなり、
これによってスタンバイ時の温調温度ＴＡＩ　（Ｔ＾２
．・・・）が必要以上に高くなるのを防止するため、上
限温度ＴＡｍａｘ（１７０℃）を設定し、常にＴＡＩ　
（Ｔ＾２．・・・）≦ＴＡｍａ冨となるようにする。

また、所定時間ｔｌ内に定着温度ＴＢに立上らない事態
が生ずるのを防止するため、プリント許可温度ＴＢｍｊ
ｎ（１７５℃）を設定し、プリンターにプリントスター
ト信号が入力されてから所定時間（例えば時間ｔ１　′
）内にＴＢ　ｗｉｎに立上らないときには、プリンター
がホストコンピュータ２１に印字可能だとして出力する
垂直同期要求信号（ＶＳＲＥＱ）を出力せず、ＴＢｍｉ
ｎに達した時点で出力する。詳しくは、プリントスター
ト信号を入力した時の加熱ローラ２の表面温度Ｔ＾　′
からＶＳＲＥＱ信号が本来出力されるべきタイミング時
の加熱ローラ２の表面温度ＴＶを検知し、これらＴＡ　
　’とＴｖから立上り速度を求め、記録材Ｐが加熱ロー
ラ２、加圧ローラ３に到達するまでに加熱ローラ２の表
面温度がＴＢになるようにＶＳＲＥＱ信号を出力するタ
イミングをずらす。

上述のようにして実際に装置を運転したところ、次の結
果が得られた。

まず、室温２５℃、入力電圧１００ｖの標準的な状態で
は、ｔｏは１２秒となり、したがってスタンバイ時の温
調温度ＴＡｏは、となった。

この設定のまま実際にプリント動作を行ったところ、プ
リントスタート信号入力時の温度Ｔ八　′が１６６℃、
ｔ＋　　’＝７秒後には１７８℃まで立上り、次のスタ
ンバイ°時の温調温度ＴＡＩはＯＴ＾ｒ＝　１８０−０．９　Ｘ　（１７８−１８８）　
Ｘ　−＝　１８４．［ｉ℃で、ＴＡＯ＝　１６５℃とほ
とんど変化がなかった。

途中で入力電圧が９０Ｖに低下したときには、プリント
スタート信号入力時の温度ＴＡ　　’が１６４℃で、ｔ
＋　　’　＝７秒後の温度Ｔ８　　’が１７２℃までし
か立上らず、ＴＢ　　’　＜ＴＢｓｈｉｎ（１７５℃）
であるためＶＳＲＥＱは出力されず、１７５℃を越えた
時点で出力された。

このとき１次のスタンバイ温度ＴＡＩは、ＴＡｌ＝　１
８０−０．９　Ｘ（１７２−１８４）　Ｘ”＝　１８９
．７℃で、Ｔ＾＋＝１７０℃に設定された。

このように途中で入力電圧が低下したときでも、加熱ロ
ーラ２の表面温度の立上り速度をモニターしているため
、定着不良は生じなかった。

入力電圧が標準状態の１ｏｏｖに復帰し、さらに加圧ロ
ーラ３が十分に温まって加熱ローラ２の温度立上りが早
くなった場合には、プリントスタート信号入力時の温度
ＴＡ　　’が１６５℃で、ｔ、１脂７秒後の温度ＴＢ　
′は１８２℃となり、ｔ　”　＝　６秒でＴ８＝１８０
℃に達した。したがって、次のスタンバイ時の温調温度
ＴＡＩは、１５８℃と低い温度に設定することが可能と
なった。

室温７．５℃、入力電圧８５Ｖの最悪条件下では、ＴＩ
からＴ２に至るまでの時間は２２秒であり、スタンバイ
時の温調温度’ｒｔｔｏは１７２℃となるが、Ｔ＾鵬ａ
ｘ＝１７０℃であるため、ＴＡｌｌは１７０℃になった
。

このように、加熱ローラ２の立上り温度を常にモニター
し、その都度スタンバイ時の温調温度を補正することで
、スタンバイ時の温調温度を可能なかぎり低くすること
ができ、また途中で入力電圧等が変動して加熱ローラ２
の表面温度の立上り速度が変化しても、常に良好な定着
性を確保することができた。

なお１本発明を適用せず、常に同じ温度設定で温調を行
う比較例では、スタンバイ時に１７２℃で温調しなけれ
ばならなかった。

本発明者の実験によると、加圧ローラとして、外径２６
ｍｍ、シリコーンスポンジの肉厚５脂■、硬度３２°（
ＡＳＫＥＲＣ）のものを用いたとき。

温度が１０℃高いと、加圧ローラの寿命は約７５％にな
ることが判明している。

したがって、比較例の場合、本実施例の標準状態での場
合に比し、加圧ローラの寿命は８０％になってしまう。

また１本発明を適用せず、１６５℃のスタンバイ温度か
ら最悪条件下でも１８０”０に１０秒以内に立上らせる
ためには、１００Ｖ、１０３０Ｗの定格のヒータが必要
となり、最大消費電力が増加してしまう問題があった０
本発明では、前述の実施例のように、１ｏｏｖ、ａｏｏ
ｗの定格のものですみ、最大消費電力をおさえることが
できた。

さらに、空調を用いていない部屋での耐久試験結果は次
の通りであった０本発明では、１８万枚通紙してもシワ
、定着不良が生じることはなく。

高温高湿下の環境（３５℃、８５％）で吸湿した紙に対
しては２０万枚通紙したところで始めてシワが生じた。

これに対し、スタンバイ時１７０℃、プリント時１８０
℃に設定し、これを変えないようにした比較例では、高
温高湿下で吸湿した紙に対しては１３万枚目で既にシワ
が発生してしまい、通常環境下におかれた紙でも１５万
枚目でシワが発生してしまった。また、低温時（１０℃
）では、通紙初期に定着性が悪くなっていた。

（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、最大消費
電力を増加することなくかつファーストプリント時間を
遅くすることなく、入力電圧や環境変動に応じてスタン
バイ時の温度を常に可能な限り低くかつ適切に設定でき
、このためシリコ−箪１ンスポンジ等耐熱性の劣る加圧ローラを使用した場合に
も加圧ローラの長寿命化を図ることができる。また、温
度制御により対処するころから、装置構成を複雑にしな
くてもすむ。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は装置の断
面図、第２図は同装置の温度制御手段を示すブロック線
図、第３図は同装置の加熱ローラ表面温度の制御状態を
示すグラフである。符号の説明１・・・定着装置２・・・加熱ローラ（定着手段）３・・・加圧ローラ（定着手段）６・・・ヒータ（加熱手段）１１・・・温度検知手段　　１２・・・温度制御手段Ｐ
・・・記録材　　　　　　Ｐ′・・・トナー画像特許出
願人　キャノン株式会社　− ゛ゾ、、Ｊ′ ・　−１、／Ｒ月

Claims

【特許請求の範囲】

加熱手段と、一対のローラからなる定着手段とを具備し
、記録材上のトナー画像を加熱定着する定着装置におい
て、前記定着手段の表面温度を検知する温度検知手段と
、該温度検知手段からの検知信号に基づき、定着動作時
における定着手段表面温度の立上り速度を検知し、該立
上り速度に応じて非動作時での温調温度を設定する温度
制御手段とを具備してなることを特徴とする定着装置。