JPS6394277A - 定着温度制御装置 - Google Patents

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】 投罠九更 本発明は、熱ローラ定着装置のローラ温度制御装置に関
する。

ｋ米肢虚 電子写真複写機、ファクシミリ、静電プリンタ等の静電
記録装置において、感光体より転写紙に転写されたトナ
ー像の定着装置としては、第１１図に示すように、互い
に圧接する１対のローラ１゜２の少くとも一方に概ねロ
ーラの全長にわたって発熱フィラメント３を有するヒー
タ４を内蔵するローラ対により未定着トナー像を担持す
る転写紙Ｓを挟持搬送し、トナーを転写紙に融着する熱
ローラ定着装置が広く使用されている。上記のヒータは
、これを内蔵するローラの周面に接するサーミスタ等の
温度検知手段６によりローラの表面温度を検知し、これ
が所定の温度を維持するように点滅制御される。従来、
熱ローラ定着装置のヒータは通常、第１２図に示す如く
、定着ローラ１内に全長にわたって一本の発熱フィラメ
ント３を有するヒータ４が内蔵され、定着ローラの長さ
の中央付近で該ローラの周面に接する温度検知手段６の
信号により発熱フィラメント３の点滅を制御していた。

このような構成の定着装置で、例えば第１２図に示す如
＜Ａ３．Ａ４．Ｂ５の各サイズの用紙７，８．９をたて
送りで中央基準で連続通紙した場合、第１３図に示す如
く、ローラ中央部の表面温度は所定の制御温度（この例
の場合１８０℃）に保持されるが、ローラ端部の温度は
用紙サイズが小さくなるほど所定の温度より上昇し、オ
フセットが発生したり、ローラの寿命が低下したりする
欠点があった。最大サイズであるＡ３の用紙を通紙した
場合でも、小サイズの時程ではないにしても、ローラ端
部では温度が所定の温度より上昇する。その理由は待機
時の端部温度の落込みを防止するために、ヒータの長さ
を最大サイズの用紙の通紙幅より若干長くしであるため
である。

定着ローラの芯金の材料はアルミニウムまたは鉄が使用
されており、鉄は機械的強度が高く、薄肉化でき、ウオ
ームアツプタイムの短縮には有利であるが、熱伝導率が
低いので、ローラ表面温度分布を均一にする点からは不
利であり、この現象は高速機になるほど顕著になるので
鉄の芯金は低速機にしか使用できなかった。

上記の欠点を改善する目的で、通紙幅に応じて発熱長を
切換えるようにしたヒータが提案されている。第１４図
（ａ）、（ｂ）にその構成の例を示す。

第１４図（ａ）では１発熱フィラメント１０の長さが最
大サイズ通紙幅より長いヒータ１１と、発熱フィラメン
ト１２の長さが短かく中央部のみにあるヒータ１３との
２本のヒータを第５図に示す如く定着ローラ１内に設け
てあり、使用するヒータを切換えることにより、全点灯
と部分点灯を切換えるものである。第１４図（ｂ）に示
す例では、発熱フィラメント１４の中央部所定の長さの
両端部でフィラメントに分岐回路を設け、同一のフィラ
メントを使って全点灯と部分点灯とに切換えられるデュ
アルフィラメントヒータ１５である。この場合も、全点
灯時の発熱長さは最大サイズの用紙の幅よりも長く設定
されている。又、部分点灯長さは小サイズの用紙の通紙
幅よりも若干長くされている。

第１５図は上記の２本ヒータ方式のヒータと通紙幅との
関係を示す図である。この方式又はデュアルフィラメン
ト方式のいずれの場合も、大サイズ用紙７の通紙時には
全点灯、小サイズ用紙８の通紙時には部分点灯回路をロ
ーラ中央部に接して設けられた温度検知手段６、例えば
サーミスタにより点滅制御する。

第１６図は、小サイズ用紙を連続通紙した場合のローラ
の中央部及び端部の表面温度変化を示す図である。この
場合ヒータは部分点灯で制御されるので、端部の温度上
昇は防止できる。しかし、特に高速機の場合、図に示す
如く、通紙枚数を重ねるに従って、ローラ端部の温度は
逆に低下して行き、コピー終了時には定着下限温度を下
回ることがある。定着操作が終り待機状態になると、ヒ
ータは全点灯に切換えられるので、ローラ端部の温度は
徐々に上昇し、所定の温度に復帰する。しかし、低下し
た温度から元の温度に復帰するのにはかなりの時間が必
要であり、その間に大サイズ用紙をコピーした場合は端
部の定着不良を惹起する欠点があった。

又、第１７図は、この装置により大サイズの用紙を連続
的に定着を行なった場合のローラの中央部及び端部の表
面温度変化を示す図である。この場合、ヒータは全点灯
で制御されるが、全点灯時のヒータの発熱長は用紙の通
紙幅より若干長くされているため、ローラの端部の温度
はコピ一枚数を重ねるに従って上昇し、この例では所定
の制御温度が１８０℃であるのに、約２００℃前後に上
昇する。通常は、この温度になっても問題はないが、高
速化した場合には問題になる。

なお、大サイズ用紙連続通紙時、ローラ端部の温度が過
度に昇温しないようにするには、ヒータの発熱長を大サ
イズ用紙の通紙幅より若干短かくしたり、又ヒータの端
部の発熱量分布を中央部より少なくすることにより可能
ではあるが、立上り、待機時に端部への熱の供給が減少
するため、端部の温度が低くなり定着不良を生ずるので
、ヒータの発熱長は用紙の通紙サイズより若干長くせざ
るを得ないのである。

■−煎 本発明は、従来の発熱長切換え可能なヒータを有する熱
ローラ定着装置の上記の欠点を除去した、ウオームアツ
プタイムが短かく、連続通紙時にも定着ローラの表面温
度が中央部はもとより、端部も過度に低下又は上昇する
ことなく、ローラの破損及び定着不良を惹起することが
ない定着装置の温度制御装置を提供することを目的とす
る。

盪−底 本発明は、上記の目的を達成させるため、互いに圧接す
るローラ対の少なくとも一方に概ねローラの全長に亘っ
て発熱する全長発熱状態と、所定の部分のみが発熱する
部分発熱状態とに選択的に切換可能なヒータを有し、１
個の温度センサによリローラ表面温度を検知して上記ヒ
ータを点滅してローラ温度を制御し、上記ローラ対によ
り未定着トナー像を担持する転写紙を挟持搬送して定着
を行なう定着装置の温度制御装置において、立上がり時
及び待機時には上記ヒータは全長発熱状態でローラ温度
が制御され、上記のローラ対に転写紙を連続通紙する際
には上記ヒータの通電可能範囲を所定の時間毎に全長発
熱状態と部分発熱状態に切換え、上記所定時間が、通紙
する転写紙のサイズに応じて設定されるようにしたこと
を特徴とする。

以下、本発明の実施例を図面に鋸づいて詳細に説明する
。

第１図は、定着ローラ内にぼりその全長に亘る発熱フィ
ラメントを有するヒータ　（長ヒータ）２１と、部分的
に発熱フィラメントを有するヒータ（短ヒータ）２０と
を設けた定着装置に本発明を適用した実施例の回路図で
ある。

短ヒータ２ｏ及び長ヒータ２１には夫々リレー５ＳＲＩ
、５ＳＲ２により交流１００ｖの電圧が印加可能となっ
ており、リレー５ＳＲＩ及び５ＳＲ２は温度制御回路２
２からの信号により作動する。温度制御回路２２は第２
図に詳細に示す如く、上記の短ヒータ２０及び長ヒータ
２１を内蔵するローラに対して１個のみ設けられた温度
センサ２３からの信号と設定温度に対応する信号Ｒｅｆ
。

とをコンパレータ２４で比較し、所定の値以上の差があ
る場合、温度制御信号がアンドゲートＡＮＤ１及びＡＮ
Ｄ２に入力される。アンドゲートＡＮＤＩ及びＡＮＤ２
には夫々タイマー２５から、あらかじめ設定された短ヒ
ータ２０及び長ヒータ２１に通電可能タイミングの信号
が交互に入力され、コンパレータ２４からの信号と、タ
イマー２５からの信号の２つが重なったとき夫々リレー
５ＳＲＩ、５ＳＲ２を作動させる信号が出力される。

タイマー２５はコピ一枚数のカウンタで代用してもよい
。

第３図は上記の回路のタイマ２５からの制御ヒータの切
換信号、コンパレータ２４からの温度制御信号、長ヒー
タ及び短ヒータを制御するリレー５ＳＲ２，５ＳＲＩへ
の入力信号のタイミングチャートである。図示するよう
に、待機時には長ヒータのみが温度制御信号により点滅
制御される。

次いで、通紙時には、長ヒータに通電可能なタイミング
と、短ヒータに通電可能なタイミングとがＴ１．Ｔ、時
間ずつ交互に切換えられ、コンパレータからの温度制御
信号と、長ヒータ又は短ヒータの通電可能タイミングと
が重畳したタイミングに夫々のヒータに通電が行なわれ
ローラの温度制御が行なわれる。

さて、さきに述べたように、従来の全長に亘って均一な
発熱量分布を有するヒータを設けた定着ローラでは、第
１３図に示すように、転写紙のサイズによって連続通紙
時のローラ端部の温度上昇量が異る。したがって、上述
の如く、長短２本のヒータを夫々Ｔ工、Ｔ２時間毎に切
換えて制御する場合、時間Ｔ１．　Ｔ、の値を転写紙サ
イズ毎に適切に選定しなければ、ローラ端部の温度変動
が大きくなる。

たとえば、Ａ３サイズは２０ｃｐｍ（毎分通紙枚数）、
Ａ４は３０ｃｐｍの速度で複写する複写機でＡ３サイズ
とＡ４サイズとを比較すると、Ａ３の方がＡ４より実質
的な通紙面積は大きく、同じ切換時間で長短ヒータを切
換えると、たとえ一定の温度範囲内で昇降を繰返すこと
ができても、Ａ４サイズの場合は第４図に示す如くロー
ラ端部の温度変動が少ないが、Ａ３サイズの場合は第５
図に示す如く、温度の変動が大きくなる。したがって、
Ａ３の方がＡ４より短い時間で切換えなければならない
。又、Ｔ　ｚ　／　Ｔ　Ｚの値が転写紙サイズに対して
適切でない場合は、ローラ端部の温度が漸次上昇又は低
下する。第６図は、ある複写機の定着ローラでＴ工／Ｔ
２を１とした場合のＡ４ヨコ（Ａ３タテ）、Ａ４タテ、
Ｂ５タテの連続通紙時のローラ中央及びローラ端部の温
度変化を示す図である。この図より、ローラ中央の温度
はいずれのサイズに対しても設定温度（１８０℃）に維
持されるが、ローラ端部の温度はＡ４タテの場合は約１
７０℃を維持しているものの、Ａ４ヨコでは漸次下降し
て行き、Ｂ５タテでは漸次上昇して行くことが判る。し
たがって、Ａ４ヨコ、Ｂ５タテの場合も温度を安定させ
るには、Ａ４ヨコの場合はＴ１／Ｔ２を１より大きくし
、ＢＳタテの場合は１よりも小さくしなければならない
。

第７図は、以上のことを考慮した定着ローラの温度制御
のフローチャートである。第７図（ａ）はメインルーチ
ンを示し、転写紙サイズが検知され、待機中（立上りを
含む）処理、プリント処理のサブルーチンについては（
ｂ）、（ｃ）に詳しく示されている。待機中は長ヒータ
を制御温度（この例では１８５℃）で点滅しこの温度を
維持する。

コピー中（プリント処理）の定着ローラ温度制御は紙サ
イズが例えばＡ４ヨコ、Ｂ４タテ、Ａ４タテ及びそれ以
下のいずれかにより、Ｔ、、Ｔ、があらかじめ設定され
たｔ工、ｔ工’　；　ｔｚ＋ｊ％　；　ｔ３＊ｊ３’；
ｔ４．ｔ４′が選択されタイマからアンドゲートＡＮＤ
Ｉ、ＡＮＤ２（第２図）に入力され、このタイミングで
長ヒータと短ヒータが交互に制御される。

以下に、本発明者らが実験した結果を示す。

長、短面ヒータとも７００Ｗで、良好に温度制御できた
切換時間（コピ一枚数で示す）は第１表のとおりであっ
た。

第１表 各用紙サイズに対して良好に温度制御できるＴ工／Ｔ、
の値は表より判るように同じではない。

例えば、Ａ４タテの場合はＴｉ／Ｔ２＝１であるが、Ａ
４ヨコ、Ｂ５タテでは夫々Ｔ１／Ｔ２＝１〜２、Ｔ工／
Ｔ、＝０．５〜１程度である。またＴ工／Ｔ。

の比率は、両ヒータのワット数の比Ｗ□／Ｗ２によって
も左右されるので一意的には決定できない。

なお１本発明の効果を得るには、Ｗ工／Ｗ２＝１／３〜
３程度の範囲でなければならない。

上記の表では、切換時間はｃｐｍによっての各枚数で表
示したが、通常の複写機では、Ａ４ヨコが３０ｃｐｍと
すれば、Ａ４タテは２０ｃｐｍ、Ｂ５タテは２５ｃｐｍ
と複写速度が違うので、上記の表で同一枚数で表示され
ていても、切換時間は変える必要がある。

又、両ヒータのワット数を７００Ｗとし、長ヒータの制
御時間Ｔ工＠ｏ、３秒に固定して行なった実験結果から
良好なローラ温度制御が出来た切換時間を示すと、第２
表のとおりであった。

第　　２　　表 毎分通紙枚数の違いにより、温度変化に違いはあるが、
上記の切換時間で切換を行なうことにより、定着良好域
１６０℃〜２２０℃内に定着ローラ端部温度を維持する
ことができた。云う迄もないが、ローラ中央部の温度は
サーミスタ検出々力による制御下にあるから、制御温度
１８５℃の近傍に維持される。

第７図（ｃ）のフローチャート中の切換時間Ｔ工、Ｔ２
の設定値ｔｉ＋　ｔ、／　　；　ｔ２１　ｔ、ｌ　　；
　ｔ）１ｔ３’　　；　ｊ　４９　ｊ　４′　としては
第２表の夫々の値を使用することができる。

第８図は、上記の如く、Ａ４タテ用紙を、２０ｃｐｍの
速度で、長ヒータ及び短ヒータを夫々０．３秒の切換え
時間で切換えて連続通紙した場合の、ローラ中央及びロ
ーラ端部の温度変化を示す図である。切換時間を１秒以
内にすることにより、ローラ端部の温度変化を小さく保
つことができることが確認された。

長ヒータと短ヒータの制御切換え時間を夫々１０秒とし
た場合のローラ中央部及び端部の温度変化を第９図に示
す。この場合は、ローラ端部の温度は定着良好温度域（
１６０℃〜２２０℃）には入っているが、温度変動が大
きくなっている。

さらに切換え時間を長くすると、第１０図に示す如く、
ローラ端部の温度変化はさらに大きくなり、温度低下時
には定着良好温度域の下限値１６０℃を下回ってしまう
ことになる。下限値１６０℃以上に納まる限界の切換時
間は約２０秒であった。なお、この時間は複写機の機種
、ヒータのワット数等により異り、一意的に決定される
ものではない。

以上の説明では、ヒータが短ヒータと長ヒータとから成
るものを説明したが、冒頭に述べたデュアルヒータにつ
いても全点灯と部分点灯とを本発明によるタイミングで
切換えることにより、同様に制御することができ、同様
の作用効果が得られる。

効果 以上の如く、本発明により、制御すべき長・短ヒータの
切換えを適宜の時間毎に行なうことにより、ローラ端部
の温度を定着良好温度域内に小さい温度変動で安定して
維持することができ、常に安定したコピーを得ることが
できる。又、ローラ端部の温度変化が防止されることに
より、ウオームアツプ時間の短い定着装置での高速化が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御装置の回路の実施例を示す回路図
、第２図はその温度制御回路の一例を示す回路図、第３
図はそのタイミングチャート、第４図は本発明の装置に
よる小サイズ紙連続通紙時のローラ中央部及びローラ端
部の温度変化を示す曲線図、第５図は本発明の装置によ
る大サイズ紙連続通紙時のローラ中央部及びローラ端部
の温度変化を示す曲線図、第６図は長短ヒータ切換時間
の比を一定にして各種サイズの用紙を通紙した場合の同
様の曲線図、第７図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の
上記実施例の制御動作のフローチャート、第８図は短い
切換時間で長短ヒータを切換えた場合のローラ温度変化
の一例を示す曲線図、第９図はそれより長い切換時間で
切換えた場合の同様の図、第１０図はそれよりさらに長
い切換時間で切換えた場合の同様の図、第１１図は一般
的な熱ローラ定着装置の構成を示す断面図、第１２図は
そのヒータの発熱部と転写紙の通紙幅との関係を示す図
式図、第１３図はその定着装置に各種サイズの用紙を連
続通紙した場合のローラ中央及び端部の温度変化を示す
曲線図、第１４図（ａ）、（ｂ）は夫々発熱部可変ヒー
タの構成例を示す図式図、第１５図はそのヒータの発熱
部と転写紙の通紙幅の関係を示す図式図、第１６図はそ
のヒータを有する定着装置に小サイズの用紙を連続通紙
した場合のローラ中央部及び端部の温度変化を示す曲線
図、第１７図は同じ装置に大サイズの用紙を連続通紙し
た場合の曲線図である。 １・・・定着ローラ ２・・・加圧ローラ １０．１２，１４・・・ヒータの発熱部１１．１３．１
５・・・ヒータ ２ｏ・・・短ヒータ ２１・・・長ヒータ ２３・・・温度検出センサ ２４・・・コンパレータ 第１図 ↑ 切り換え信号 第２ｍ ツー。 第４図 通紙枚数（枚） 第５図 通紙枚数（枚） 第７１Ａ ロー全報郵し ０−　＋い則弓ｐ　　　　　　　　　　ロー１ト鳴屈ｐ
第１４１ヌ１ （ａ） 第１５１フ１ 第１６図 第１７図 通Ｘ氏枚Ｄ（枚）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに圧接するローラ対の少くとも一方に概ねロ
   ーラの全長に亘って発熱する全長発熱状態と、所定の部
   分のみが発熱する部分発熱状態とに選択的に切換可能な
   ヒータを有し、１個の温度センサによりローラ表面温度
   を検知して上記ヒータを点滅してローラ温度を制御し、
   上記ローラ対により未定着トナー像を担持する転写紙を
   挟持搬送して定着を行なう定着装置の温度制御装置にお
   いて、立上がり時及び待機時には上記ヒータは全長発熱
   状態でローラ温度が制御され、上記のローラ対に転写紙
   を通紙する際には上記ヒータの通電可能範囲を所定の時
   間毎に全長発熱状態と部分発熱状態とに切換え上記所定
   時間が、通紙する転写紙のサイズに応じて設定されるよ
   うにしたことを特徴とする定着温度制御装置。
2. （２）上記のヒータの通電可能範囲の切換えが通紙枚数
   を検知して行なわれることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の定着温度制御装置。
3. （３）上記の切換えにおいて、全長発熱状態と部分発熱
   状態との所定時間の比が通紙する転写紙のサイズに応じ
   て切換えられることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の定着温度制御装置。
4. （４）上記のヒータの通電可能範囲の切換えが１秒以内
   の時間毎に行なわれることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の定着温度制御
   装置。