JPH04178677A - 熱ローラ型定着装置の温度制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子写真装置における熱ローラ型定着装置の温
度制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、電子写真装置においては、トナー像を永久画像と
して記録材（以下、記録紙とする）上に固定化させるた
めにトナーな熱溶着させる熱定着方式が広く用いられて
おり種々の方式か発明されているが、近年では熱効率の
良さ等の理由から熱ローラ定着方式が主流となっている
。この方式の要部は第７図に示したように、内部にハロ
ゲンランプ等の熱源４を有する加熱ローラ１と弾性ｙ＃
８を有し、熱ローラｌに圧接する加圧ローラ２とからな
り、トナーを積載した記録紙が、このローラ対の間を通
過することで、トナーか、記録紙に熱溶着するものであ
る。したかフて、このような熱ローラ定着方式において
はトナーを十分に定着させるために他の熱定着方法と同
様に加熱ローラの温度を制御する（すなわち熱源の制御
）ことか、重要である。第８図は熱ローラ定着方式にお
ける温度制御の様子を示したグラフて加熱ローラの表面
温度の経時変化を示している。装置本体の電源か入ると
、加熱源にも通電か行なわれローラの温度か」：昇する
。該温度か所定の制御温度Ｔｃに達すると、その後加熱
源はこの制御温度を維持するよう断続をくり返しコピー
可能状態となる。コピー可能状態になったときをウェイ
ト完了といい電源を投入してウェイト完了するまでの時
間をウェイトタイムという。また、ウェイト完了後非コ
ピー時間中をスタンバイ状態と呼ぶ。使用者にとっては
このウェイトタイムか長いとそれだけコピーが取れるま
で長く待たされるので不便であり、ウェイトタイムを短
くすることが当業者においては重要である。ウェイトタ
イムの長短は主に加熱源の供給熱量と１加熱ローラの熱
容量に依存するので、近年では後者を減らすべく加熱ロ
ーラの芯金の厚さを薄くしていく傾向にある。

ところて、加熱ローラの表面温度について考えてみると
所定の制御温度Ｔｃに制御すると共にローラの長手方向
の温度分布を均一にしておくことか大切である。なぜな
らば、部分的に温度の低過ぎる所かあれば、その箇所た
け、定着性か不十分となるし、高過ぎる所かあるとその
箇所てローラに当接する分離爪やクリーニンク手段、離
型剤等か熱劣下して不具合を生したりトナーか加熱ロー
ラにホットオフセットしたりするからである。しかし、
現実には完璧に均一な温度分布を得ることは難しくこれ
ら不具合を生しない程度の分布にはしておかなければな
らない。この点がら考えると一般にローラの温度分布は
ローラの両端部か開口を有し、放熱量か多いので中央部
に比べ端部程温度が低くなる傾向にある。このため熱源
の耐熱分布はこれを補償するようにその長手方向におい
て中央より両端もしくは片側端部で大きく設定され、温
度の低下をできるたけ小さくしていることか多い。一方
、記録紙のサイズは様々であり熱源の主たる耐熱領域（
長手方向の輻）は、通紙可能な最大サイズに合わせであ
る。そのため寸法の小さいサイズを連続的に通紙すると
、非通紙域では（記録紙に熱を奪われることかないので
）必要以上に加熱され、温度が上昇してしまう。

特に上記のように、熱源の耐熱分布を端部で高くしてい
る場合その領域に非通紙部か重なるから昇温の度合は極
めて大きくなり、既述のように分離爪等に大きな影響を
及ぼす。そこで従来これらを防ぐには、第−案として加
熱ローラの芯金の厚さを厚くすることか有効であった。

すなわち芯金の厚さを厚くすることでローラの長手方向
の熱流が大きくなり（実質的に熱抵抗を小さくする）非
通紙部に供給された過剰な熱が容易に通紙域へ流れ込む
ため昇温か小さく抑えられるわけである。

また、第二室どしては、連続通紙時の設定温度を切り換
えて下げるという考え方も有力であった。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記従来例によれば、第−案としての芯金
の肉厚を厚くすることはウェイトタイムを長くすること
になり、使用者の利便を欠く結果となってしまう。逆に
芯金か薄ければ薄い程、温度分布の均一化は困難である
。したがって、従来はウェイトタイム短縮化と実用上の
温度分布均一化の両立は極めて困難であった。

また、従来の第二室としては特開昭５６−７２４７０、
特開昭６０−２４７２７７に見出される方法がある。こ
れらは基本的に温度を第一の設定温度Ｔ、から第二の設
定温度Ｔ２（あるいはさらに第ｎの設定温度Ｔ、）に切
り下げて行く例であり、確かに昇温を抑えホットオフセ
ットを防止する効果は見出せる。しかし、このようなシ
ーケンスを実施したところ。

実際にはいくつかの不都合が見られた。すなわち、前者
例においては、温度の切り換え時に定着性の悪化か見ら
れ、低温環境などでは著しく悪くなることが判った。

特に、本発明か対象としているような芯金属の薄い定着
ローラを用いる系にあっては、温度制御素子の応答性と
の関係で定着ローラの温度か１２以下にまで一旦下がっ
てしまういわゆるダウンシュート現象が起こり定着不良
か生ずる上、定着ローラの温度か温度制御素子部で、見
掛は上Ｔ、〜Ｔ２の間にあってもニップ部においては、
加熱源からの熱供給がないため通紙中急速に熱を奪われ
紙の後端部に８いて定着不良か生ずるということか判明
した。

また、後者例においては紙サイズの大小を問わず５画一
的に温度を下げて行くので、特定の小サイズ紙ならば、
ホットオフセットを未然に回避する利点はあるか、大サ
イズ（あるいは最大サイズ）の紙の場合、紙の両端部が
元々温度分布上の低温域を通過するため、温度を切り下
げて行くとたちまち紙の両端部において定着不良もしく
はコールドオフセットを生じてしまう。特に芯金厚か薄
く熱容量の小さい定着ローラにおいてこれらの問題は顕
著である。

本発明は上記問題点を解決し、ウェイトタイムの短縮化
と温度分布の均一化の両立を図ることにより端部昇温を
防止し、かつ定着不良を起こさない温度制御方法を提供
することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、上記目的は、 内部に熱源を有する加熱ローラと、該加熱ローラに圧接
する加圧ローラとを有し、上記熱源の耐熱分布か上記加
熱ローラ長手方向で少なくとも片側端部か中央部に比べ
て大であるように設定された熱ローラ型定着装置の温度
制御方法において、使用される記録材の幅が上記加熱ロ
ーラの最大通紙領域幅より小さいものてあって、連続通
紙か行なわれるとき、所定枚数あるいは所定時間後に上
記加熱ローラの表面温度を、最大幅の記録材を定着させ
る際の定着温度から、最小幅の記録材を定着させる際の
定着下限温度へ向けて、所定の割合で段階的に低下させ
る、 ことにより達成される。

［作用］ 本発明によれば、記録材の幅が最大通紙領域幅よりも小
さいものであって、連続通紙が行なわれるときに、加熱
ローラの表面温度を、最大幅の記録材を定着させる際の
定着温度から、定着下限温度へ向けて所定の割合で段階
的に低下させる。したがって、通紙領域における定着性
を維持しつつ非通紙領域の過昇温を防ぐ。

［実施例コ 本発明の第一実施例ないし第三実施例を添付図面に基づ
いて説明する。

〈第一実施例〉 先ず、本発明の第一実施例を第１図ないし第５図に基づ
いて説明する。

第１図は加熱ローラｌの長平方向における熱源の耐熱分
布を示しており、ローラ１はアルミニウム等からなる中
空の芯金５の上にフッ素樹脂やシリコーンゴム等のエラ
ストマーを表層６に持ってなり、内部を熱源たるハロゲ
ンヒータ４か貫通している。したがって、ローラの両端
側（外径の小さくなったフランジ部ｉｔ、ｉｉ°に開口
を有しその片一方には、ローラを駆動するために本体の
歯車（図示せず）に結合する歯車１２か付いている。ま
た、ローラの表面に当接または非接触に配設された測温
体（サーミスタ等）１３があってその検知する温度によ
ってハロゲンヒータ４を適宜断続的に駆動してローラ表
面の温度を制御する。

ハロゲンヒータの耐熱分布は第１図に示したように歯車
側を中央及び歯車とは反対側よりも大きくしている。こ
れは、通常時（小さなサイズの紙を送らないとき）は、
歯車側に８いてフランジ部１１か長くかつ歯車１２が付
いている分歯車側端部の温度が低くなりがちなためこれ
を補正するものである。これによりＡ３のごときローラ
とほぼ同長の幅（最大通紙領域幅）を有する紙を通紙す
る場合、ローラ表面の温度分布はほぼ均一となり過不足
を生しない。本実施例ではこのようなローラに対して記
録紙かいかなるサイズであっても第１図に矢印で示す通
紙基準に添って搬送する。したかって、第１図に示す通
り、Ａ３等の幅広の紙はほぼローラ面長と同等の領域を
通過するのに対してＢ５のように幅狭の紙では矢印領域
のみが通紙域であって、それよりも歯車側の領域か非通
紙域となる。したがって、図からも分かるように従来例
であれば、この非通紙域の昇温は、連続通紙において極
めて大きくなる０本発明はこれを極力抑えるため制御温
度を段階的に切り換えるものである。

すなわら、本発明はローラの芯金の肉厚を厚くすること
なく温度分布の均一化を図り、ウェイトタイムの短縮化
との両立を実現するものである。

以下、第２図に基づいて本実施例の温度制御の手法につ
いて説明する。制御温度Ｔｃはスタンバイ中及びＡ３及
びＡ４の長辺をローラ母線と平行にして送る場合（以下
Ａ４横送りと称す）はＴ、に保持される。ここで温度Ｔ
、は、Ａ３サイズの紙を定着するのに十分な温度である
。一方、Ｂ５のように小さいサイズの場合は、非通紙域
における過昇温を防止するため、多数枚コピーのとき第
２図に示すように制御温度ＴｃをＴ□からＴ２に段階的
に下げる。すなわち３枚毎に温度をｔ度づつ下げＴ２に
達したら残りの複写はＴ２温度て行う。ここでＴ、は、
小サイズ紙の定着性を維持するに十分な温度（定着下限
温度）である、コピーが終了すると制御温度ＴｅをＴ□
に復帰させる。但し、連続複写がＴ２まで下がる前で終
了したとき（第２図の■の点でコピー終了のとき）は破
線で示すようにその時点での制御温度からＴ、まで復帰
させる。このように本実施例によれば、非通紙域におけ
る過昇温を抑えて温度分布の均一化を実現することがで
きる。

次に、第３図のフローチャートを用いて本実施例の温度
制御をさらに詳しく説明する。

先ず、電源が投入されると制御温度はＴｉとなりこの温
度までヒータか連続通電され、表面温度がＴ１になった
らウェイトが完了する。この後スタンバイ状態に入りコ
ピーボタンか押されるのを待つ。使用者がコピーをする
ために紙のサイズ及び複写枚数を置数し、コピーボタン
を押す。この後装置各部が動作し始める。先ず記録紙の
サイズを判定し大サイズなら（Ａ３．Ａ４横送り）その
ままコピーをし、置数分コピーすれば、終了する。　Ｂ
５等の小サイズ紙の場合、置数枚数を判断し、−枚コピ
ーならば、そのまま温度Ｔ□でコピーして終了するか複
数枚の場合コピーを開始するとき制御温度Ｔｅをｔ度下
げかつコピー枚数をカウントし始める。予め８枚（切換
までの枚数）か設定されており８枚をカウントする前に
置数分のコピーか終わったら（すなわち置数＜５）Ｔｃ
をＴ、に戻し終了する。

しかし、８枚までコピーが続いたならば、この時点で置
数分のコど−を終了した場合（すなわち置数＝Ｓ）はＴ
ｅをＴ１に戻して終了するかまた残数かありかつＴｃか
Ｔ２まで下がっていなけれはぜ再びＴｃをさらにｔ度下
げカウンタをリセットしてコピーを続行する。このルー
ティンをくり返し、ＴｃをＴ２まて切り下げる前に置数
分のコピーが終了すれば、丁ＣをＴ、まで戻し終了する
。また、ＴｃかＴ２まて下がって後までコピーしなけれ
ばならないときはＴｃ４２のままで置数の残り枚数分を
コピーして後ＴｅａＴｔに戻して終了する。

次にこれらの制御を行なう制御回路について第４図の簡
単なブロック図に基づいて説明する。操作パネルからは
使用者から紙サイズ選択信号、置数信号等を含む複写モ
ードの各命令か中央演算処理装置ＣＰＵに送り込まれる
一方、ＲＯＭ等のメモリーには予めＴ、のままでコピー
する紙サイズＡ３．Ａ４横送りと温度の切り換えるべき
その他のサイズ、切換幅を度、枚数間隔Ｓ、制御温度の
下限値Ｔ２が、記録されており、先の紙サイズ、置数信
号Ｔ２に応じてＣＰＵから呼び出される。一方、温度コ
ントローラはサーミスタからの検知温度をＣＰＵに送り
演算された制御温度信号を受は取りサーミスタからの信
号と比較しなからヒータの電源を断続的に駆動する。

次に、このような温度制御によるローラ表面の温度推移
を第５図に基づいて説明する。このときの条件は、以下
の通りである。

先ず、ローラには芯金厚２■組ヒータ出力８５０Ｗで第
１図に示した耐熱分布を有するものを用いた。また、制
御温度の通常時Ｔ、＝ＺＯＯ℃、下限温度Ｔ、＝１７０
℃、切換枚数単位Ｓ＝５枚、切換温度単位ｔ＝Ｓ℃とし
、Ｂ５を２５０枚連続コピーした。

実線は通紙部のサーミスタ部位、点線は非通紙部位であ
る。第５図からも分るように本シーケンスにおいては、
コピー開始５枚、１０枚、・・・・・・時にそれぞれ５
℃づつ下がり最終的にはサーミスタ部位１７０℃でコピ
ーが２５０枚まで続けられる。このとき非通紙部の昇温
は、点線で示すように２２０℃程度に抑えられ、この温
度であれば定着装置の各部に何ら熱的損傷を与えなかっ
た。

しかし、従来の一定の温度（ＴＩ＝２００℃切換えなし
）であると同一の定着装置構成では一点鎖線に示すよう
に２７０℃を越える程に激しく昇温してしまい分離爪の
先端部やクリーニング部材、シリコーンオイル（離型剤
）が熱損傷を受けてしまった。

ここで、このような効果が、どの程度の肉厚の定着ロー
ラに対して効果があるのかを調べた実験について説明す
る。

第１表に示したように従来の制御方法でも芯金属を８ｍ
ｍまで厚くすれば昇温は２２５℃近くに抑えられ昇温は
、比較的小さい、しかし、この場合にはウェイトタイム
か長くなる。また、７■騰より薄いと２４０℃近くまで
昇温し、安全性に欠ける。

（以下余白） 第１表 しかし、本実施例の制御方法を用いれば、７諺膳の場合
でも３０°Ｃ〜４０℃低く抑えられるので、ウェイトタ
イムの短縮化との両立を図ることかできる。無為、ヒー
タの耐熱分布をもう少し均一なものに近づければ、さら
に良くなるが、既述のように大サイズ（Ａ３．Ａ４横送
り）通紙時に端部か温度低下し、定着性か悪化するので
限界がある。このようなことから見て本シーケンスは、
７ｍｗ１以下の芯金属のローラとの組み合わせにおいて
最適てあつしかも芯金か薄い程ウェイトタイムも短くな
るので好都合であるといえる。

また、どの程度の温度の切り下げ幅が良いか検討したと
ころ、例えば、芯金の厚さか２■のとき、切換温度単位
ｔ：＝５℃にした上記例では。

５℃の切り換えの間（すなわちヒータかＯＦＦ　Ｌ／て
いる時間）に通紙する紙は、高々３枚であり定着性等何
ら問題はなかったが、ｔ＝１０℃、１５℃とすると、通
紙する紙は各々６枚、９枚に増え、４〜５枚目以降にお
いて従来例に見られた定着不良が発生した。さらに、芯
金の厚さや機械本体の速度を変えて種々実験したところ
でも温度切り換え輻ｔはその切り換え時間内に通過する
紙が、高々数枚程度であるように設定されなければなら
ないことが判った。Ｓ論、芯金の厚さが薄ければ薄い程
温度変化する時間は短いから一回当たりの温度変化幅は
その分より小さく設定されなければならない。

このように本発明になる温度制御であれば、少しづつ段
階的に温度か切り換わり熱供給か中断する時間が短いた
めこのような不都合も生じない。

このように、本発明は段階的に小刻みに温度を切り換え
ていくことで定着性を維持しつつ、昇温を抑え、しかも
ウェイトタイムの短い薄肉の定着ローラを用いることが
できる。なお、本発明の骨子は、小サイズ通紙時の段階
的な温度切換えにあり切換えのタイミング等は無為本実
施例に限定されるものではない０例えば、最初の温度切
換えは、コピー開始所定時間経過後であってもよくさら
に切換えまての枚数Ｓは温度切り換える毎に多くしてい
ってもまた少なくしていってもかまわない。

く第二実施例〉 次に、本発明の第二実施例について説明する。

なお、第一実施例との共通箇所は説明を省略する。

第一実施例では、温度切換えを通紙幅に応じて行った例
であったが、本実施例はＢ５横送りと８４通紙といった
幅方向の長さが同じであって通紙方向の長さか異なる場
合（すなわち紙がローラ対を通過する時間が異なる場合
）に温度の切換え方を区別するようにしたものである。

通紙方向の長さの長い紙程単位時間当り加熱ローラから
奪う熱量か多くこれを補うたけヒータは長く通電される
のて非通紙域での昇温か大きくなる。それ数本実施例で
は８４通紙時の切換え枚数Ｓ、をＢ５横通紙時の切換え
枚数Ｓ２より小さくシ８４時は早目に制御温度を切り下
げるようにした（他にＡ４Ｒと８５横送りも同様の処置
とする）。シーケンスその他は第一実施例と同様であり
。Ｓｌ、Ｓ２の設定は用いる定着ローラの芯金属やヒー
タのワッテーシにより任意に定められるが一例として３
ｍ層厚の芯金の定着ローラ。

９００Ｗのヒータを用いたときＳ、＝３枚、５２＝５枚
、ｔ＝Ｓ℃とすることでＢ５．Ｂ４共に非通紙部の昇温
は２３０℃以下に抑えられた。このように紙サイズによ
る切換えを紙の幅方向の長さだけでなくそれと通紙方向
の長さによっても切り換えれば昇温防止に効果的である
。

なお、切換え方法として本実施例は切換え枚数Ｓを変え
たか、温度幅ｔを変えても同様な効果か得られる。

く第三実施例〉 次に本発明の第三実施例について第６図を用いて説明す
る。なお、第一実施例との共通箇所には同一符号を付し
て説明を省略する。

周知のごとく、非通紙部の昇温や定着性等は装置が用い
られる雰囲気温度に左右される。例えば雰囲気温度Ｔｓ
が高い所では昇温か大きくなるしＴｓか低いところでは
定着性が悪くなりかちである。

そこで温度の段階的切換えに当ってこの環境温度Ｔｓを
考慮したのか本実施例である。第６図を参照して説明す
るか、先ずＴｓか高い場合には昇温か大きいため第６図
のように小サイズ通紙時の制御温度の切り下げ輻ｔを前
記例（点線で示す）よりも大きくし早目にＴ２に下げる
ことて非通紙昇温を抑える。逆にＴｓが低い場合小サイ
ズ通紙時であっても連続コピーの最初の方では定着が不
十分となるため先ず最初の３枚は前記例までとは逆に温
度を一旦ｔ℃たけ上げる。これにより定着性を十分に確
保できる。コピーが進むにつれて定着装置全体か温まり
、より低温でも十分な定着性か得られるようになるのて
前記例までと同様に温度を所定枚数毎にｔ℃づつ下げる
。但し、下限温度はあくまでも環境温度Ｔ５が低いとい
うことを考慮して通常時の下限温度Ｔ２よりも高い温度
Ｔ３とし定着性を確保する。

このようにすることで、環境温度によらず定着性を十分
に確保しつつ小サイズ通紙時の昇温を十分に抑えること
ができる。なお、切換えタイミンク、温度幅、枚数等は
一定である必要はなく、切換え枚数や温度幅と順次増減
してもかまわない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明ではウェイトタイムを短く
するために芯金属の薄い加熱ローラを用い、かつ、その
温度分布を極力均一にするため少なくとも一方の端部側
でヒータの耐熱量を大きくした系を用いた場合、通紙サ
イズや枚数、環境温度に応じて加熱ローラの制御温度を
段階的に切り換えることにより、加熱ローラの著しく不
均一な温度分布（非通紙部昇温）を防いでローラに当接
する部材の熱劣化や、ホットオフセットを防ぎしかも連
続コピー時に十分な定着性を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した第一実施例装置の加熱ローラ
の耐熱分布を示す図、第２図は第１図装置における温度
制御の一例を示すタイミンクチャート、第３図は第１図
装置における温度制御のフローチャート、第４図は第１
図装置における制御手段の概略構成を示すブロック図、
第５図は！＠１図装置における温度制御による加熱ロー
ラ表面の温度変化を示す図、第６図は本発明の第三実施
例における温度制御を示すタイミングチャート、第７図
は従来例装置の概略構成を示す断面図、第８図は第７図
装置における加熱ローラ表面の温度変化を示す図、第９
図は先行技術における温度制御を説明する図である。 １・・・・・・加熱ローラ ２・・・・・・加圧ローラ ４・・・・・・熱源（ハロゲンヒータ）Ｔ２・・・・・
・定着下限温度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内部に熱源を有する加熱ローラと、該加熱ローラに圧接
   する加圧ローラとを有し、上記熱源の配熱分布が上記加
   熱ローラ長手方向で少なくとも片側端部が中央部に比べ
   て大であるように設定された熱ローラ型定着装置の温度
   制御方法において、使用される記録材の幅が上記加熱ロ
   ーラの最大通紙領域幅より小さいものであって、連続通
   紙が行なわれるとき、所定枚数あるいは所定時間後に上
   記加熱ローラの表面温度を、最大幅の記録材を定着させ
   る際の定着温度から、最小幅の記録材を定着させる際の
   定着下限温度へ向けて、所定の割合で段階的に低下させ
   る、 ことを特徴とする熱ローラ型定着装置の温度制御方法。