JPH04295873A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば複写機やレーザ
ービームプリンターなどの作像装置に設けられている定
着器の温度を制御する定着温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機やレーザービームプリンターなど
の作像装置には、記録紙上に形成されたトナー像を定着
させる定着器が設けられている。この定着器は、常にあ
る一定の温度に制御される必要があることから、その温
度の制御は、定着温度制御装置によって行なっている。 従来の定着温度制御装置の制御動作は、図７及び図８に
示す通りである。作像装置の電源が投入されると、図７
に示すように、定着器を構成するヒートローラーの表面
温度が第１の設定温度Ｔ０　（例えば１５０℃）になる
までヒーターを連続的にオンさせる。その表面温度が第
１の設定温度Ｔ０　に達すると、その後はその表面温度
が設定温度Ｔｓ　に達するまでヒーターを間欠的にオン
，オフさせる（例えば、４秒間オン，２秒間オフを繰り
返す）。これによってヒートローラーは徐々に加熱され
ることになる。このようにしてその表面温度が設定温度
Ｔｓ　に達すると、その後は、図８に示すように、その
設定温度を保つように、設定温度に応じて、図示のよう
にヒーターのオン，オフを制御する。例えば、設定温度
が１７０℃であるときには、その表面温度が１７０℃よ
りも高くなるとヒーターはオフされ、また、それが１７
０℃よりも低くなるとヒーターはオンされることになる
。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな制御を行なう従来の定着温度制御装置にあっては、
ヒートローラーの温度を一定の温度に保つことは原理的
に非常に困難であり、必ずある幅の温度リップルを持っ
てしまうという問題がある。

【０００４】つまり、図８に示すようにヒートローラー
の表面温度が設定温度Ｔｓ　に達したことが認識されて
即座にヒーターをオフしたとしても、ヒーターのオン，
オフ時の応答遅れやヒーターの熱がヒートローラーの表
面に伝達するまでの伝達遅れ、さらには、ヒートローラ
ーの温度を検出するサーミスタの応答遅れなどに起因し
て、少しの時間ヒートローラーの温度が上昇してしまう
現象が生じてしまう。また、それが設定温度Ｔｓ　以下
になったことが認識されて即座にヒーターがオンされた
としても、上記したそれぞれの応答遅れに加えてヒート
ローラーの熱容量やヒーターとヒートローラーとの間に
介在する空気の熱容量の影響で、少しの時間ヒートロー
ラーの温度が上昇しないという現象が生じてしまう。

【０００５】このような現象が生じる時間は、オン時間
遅れ時間Ｔ１　及びオフ時間遅れ時間Ｔ２　としてそれ
ぞれ表すことができる。前記したような温度リップル及
び両遅れ時間の生じる程度は、作像装置の使われ方によ
って相違するが、このリップルの程度が大きくなってし
まい、ヒートローラーが設定温度よりもかなり高めの温
度になったときには、紙シワの発生やトナー凝集が生じ
易くなり、反対にかなり低めの温度になったときには定
着剥離強度が低下するという不具合を生じる。

【０００６】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
て成されたものであり、ヒーターへの通電又はその遮断
がヒートローラーの表面温度に変化を与えるまでの熱応
答遅れを予測した制御をすることで、作像装置の使われ
方如何に因らずに、温度リップルの発生を極力軽減する
ことのできる定着温度制御装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、記録媒体上に形成されたトナー像を定着さ
せる定着器と、当該定着器を加熱するヒーターと、前記
定着器の温度を検出する温度検出手段と、当該温度検出
手段による検出温度に基づいて前記ヒーターへの通電を
制御する温度制御手段とを有し、前記温度制御手段は、
当該検出温度が設定温度を越えた場合には前記ヒーター
への通電を遮断する一方、前記検出温度が設定温度以下
である場合には前記ヒーターへの通電を行なうように動
作する熱定着装置において、前記ヒーターへの通電の開
始と同時に連続通電時間のカウントを開始するオンタイ
マーと、前記ヒーターへの通電が遮断されると同時に連
続遮断時間のカウントを開始するオフタイマーと、前記
ヒーターへの連続オン時間が前記オンタイマーの設定時
間に達した場合には、前記ヒーターへの通電を強制的に
遮断させるように、また、前記ヒーターへの連続オフ時
間が前記オフタイマーの設定時間に達するまでは前記ヒ
ーターへの通電の遮断を継続させるように、前記温度制
御手段に信号を出力する通電遮断時間制御手段とをさら
に有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】このように構成すると、定着器の温度が設定温
度に達していなくとも、ヒーターの連続オン時間がオン
タイマーの設定時間を越える場合は、一旦ヒーターを少
なくともオフタイマーの設定時間だけオフしてヒーター
の余熱による温度上昇を待ち、その後、定着器の温度が
設定値に達しているかを判断し、達していない場合はヒ
ーターをオン，達している場合は設定値を下回るまでヒ
ーターをオフすることになる。

【０００９】従って、オフタイマー及びオンタイマーの
両設定時間を、定着器の加熱あるいは冷却特性を勘案し
て最適の時間とすれば、定着器の温度を非常に小さな温
度リップルに抑えて設定温度付近に保つことができるよ
うになる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明に係る定着温度制御装置を
備えたレーザービームプリンターの概略構成図であり、
図２は、図１に示した定着器１３部分の斜視図であり、
図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。

【００１１】図１に示すように、このレーザービームプ
リンターのほぼ中央部に位置する感光体ドラム１は、図
中時計回り方向に回転駆動される。この感光体ドラム１
の表面は、まず、帯電チャージャー２により所定の電位
に帯電され、次に画像信号に応じて変調されたプリント
ヘッド３からのレーザービームによって露光され、その
表面上には静電潜像が形成される。この静電潜像は、現
像装置４を通過することによって潜像とは逆極性に帯電
されたトナーによってトナー像が形成され、それが現像
されることになる。

【００１２】一方、記録媒体である記録紙は、本体下部
に着脱自在に設けられた給紙カセット５に積層収容され
ており、給紙ローラー６によって１枚づつ送り出されて
搬送ローラー対７、タイミングローラー対８を経て、転
写チャージャー９と感光体ドラム４との間の転写部へと
搬送される。転写チャージャー９は、トナーとは逆極性
のチャージを記録紙の背面から与え、これによって、記
録紙上には感光体ドラム１よりトナー像が転写されるこ
とになる。トナー像が転写されたシートは、さらに搬送
ガイド１０の上面にガイドされ、ヒートローラー１１と
バックアップローラー１２よりなる定着器１３のニップ
部へと搬送される。このヒートローラー１１の内部には
図３に示すようにヒーター２１が設けられており、この
ヒーター２１によってヒートローラー１１の表面を加熱
して記録紙上のトナーを溶融して定着する。その後、記
録紙は搬送ローラー対１４，排紙ローラー対１５を介し
て本体上面のフェースダウントレイ１６あるいはフェー
スアップトレイ１７に排出される。転写後の感光体ドラ
ム１は、さらに図中時計回り方向に回転を続け、その表
面の残留トナーはクリーナー１８によってかき取られ、
再度、帯電チャージャー２によってその表面が帯電され
る。

【００１３】また、図２及び図３に示すように、定着器
１３には、その温度を検出する温度検出手段としてのサ
ーミスタ２０が設けられている。このサーミスタ２０は
、ヒートローラー１１の表面に接触してその表面温度を
検出する。この検出された表面温度に基づいて、後述す
るようにヒートローラー１１の内部に設けられているヒ
ーター２１への通電が制御されることになる。

【００１４】図４は、本発明の定着温度制御装置の制御
回路図である。ＣＰＵ３０にはヒートローラー１１の温
度を検出するサーミスタ２０からの温度検出信号が入力
される。温度制御手段及び通電遮断時間制御手段として
機能するＣＰＵ３０では、この温度検出信号に基づいて
ヒーター２１の通電を制御するための制御信号を出力す
るようになっている。この内部には、図示されていない
２つのタイマーが設けられている。その内の１つのタイ
マーはオンタイマーと称されるものであり、ヒーター２
１への通電が開始されたときからカウントを開始し、そ
のカウントが設定値に達したとき、すなわちタイムアッ
プしたときにその通電を強制的に遮断すべき信号を出力
する。また、もう１つのタイマーはオフタイマーと称さ
れるものであり、ヒーター２１への通電が遮断されたと
きからカウントを開始し、タイムアップしたときにその
通電を許可する信号を出力する。尚、以上の２つのタイ
マーは、サーミスタ２０による検出温度が設定温度より
も低い温度を検出している場合に以上のように動作する
。

【００１５】従って、ヒートローラー１１の温度が設定
温度以下であるときには、オンタイマーがタイムアップ
するまではヒーター２１への通電が継続され、オフタイ
マーがタイムアップするまではヒーター２１への通電は
行われないことになる。尚、上記オンタイマー及びオフ
タイマーそれぞれに設定されたタイムアップするまでの
時間，すなわち設定時間は、ヒートローラー１１の加熱
あるいは冷却特性を考慮した最適の時間に設定されるが
、この時間は、実機によって得た測定値に基づいて算出
される。具体的には、オンタイマーの設定時間は、図８
に示したオフ時間遅れ時間Ｔ２　にほぼ等しい時間であ
ることが望ましく、オフタイマーの設定時間は、同図の
オン時間遅れ時間Ｔ１　よりも短い時間であることが望
ましい。

【００１６】前述の温度検出信号は、また、コンパレー
ター３１の１端子にも入力される。この温度検出信号は
、サーミスタ２１の呈する抵抗値と抵抗器Ｒ２の抵抗値
とによる電源Ｖｃｃの分圧値として、ＣＰＵ３０及びコ
ンパレーター３１にそれぞれ与えられる。また、このコ
ンパレーター３１の他の端子には、抵抗器Ｒ３　と抵抗
器Ｒ４　との両抵抗値による電源Ｖｃｃの分圧値が基準
信号として入力される。コンパレーター３１は、入力さ
れた温度検出信号の大きさがこの基準信号よりも大きい
場合に信号を出力する。コンパレーター３１の出力端子
には、抵抗器Ｒ５　を介して電源Ｖｃｃと、論理回路Ｉ
Ｃ１の入力端子が接続される。また前記した制御信号が
出力されるＣＰＵ３０の端子には、抵抗器Ｒ１　を介し
て電源Ｖｃｃと、論理回路ＩＣ１の入力端子が接続され
る。従って、論理回路ＩＣ１はＣＰＵ３０から出力され
る制御信号とコンパレーター３１から出力される信号と
を入力することになる。論理回路ＩＣ１から出力される
信号は、ＮＯＴ　回路ＩＣ２で反転されてヒーター制御
回路３２に出力される。ヒーター制御回路３２は、ＮＯ
Ｔ　回路ＩＣ２から出力される信号に基づいてヒーター
２１への通電を制御するものである。

【００１７】以上のような構成を有する制御回路は、図
５に示したフローチャートにしたがって次のように動作
することになる。尚、このフローチャートで示されてい
る温度制御の処理は、図７に示した図においてヒートロ
ーラー１１が設定温度に達した以降に行われる処理であ
り、この設定温度に達するまでの加熱制御は従来と同様
である。以下、このフローチャートを図６を参照しなが
ら説明する。温度制御の処理が開始されると、ＣＰＵ３
０は、その内部に設けられているオンタイマー及びオフ
タイマーそれぞれの設定時間，換言すればオン時間及び
オフ時間の最大値，Ｔｏｎ，Ｔｏｆｆ　をプリセットす
ると同時に、両タイマーを０にセットし、また、オン，
オフフラグを０にリセットする（Ｓ１）。次に、サーミ
スタ２０によって検出されたヒートローラー１１の温度
を入力し、その温度が設定温度以下か、以上かを判断す
る（Ｓ２）。その温度が設定温度以上であるときにはヒ
ーター２１への通電を遮断して（Ｓ３）、オンタイマー
，オフタイマーのカウント値を０にセットし、オン，オ
フフラグをリセットする（Ｓ４〜Ｓ６）。そして、ヒー
ター２１の過熱あるいはコネクター抜けなどのエラー発
生有無のチェックをし、Ｓ２のステップに戻る（Ｓ７）
。以上の処理は、ヒートローラー１１が設定温度に達し
た後であって、ヒートローラー１１の温度が設定温度以
上である場合に行われる。

【００１８】一方、ヒートローラー１１の温度が設定温
度以下であるときには、オンタイマーがタイムアップし
ているか否かの判断がされ、タイムアップしていなけれ
ば、ヒーター２１に通電させる（Ｓ８，Ｓ９）。そして
、オンタイマーのカウントを行なわせるためのオンフラ
グがセットされていなければこのフラグをセットし、セ
ットされていれば、オンタイマーのカウントを行なう（
Ｓ１０〜Ｓ１２）。また、オンタイマーがタイムアップ
していればヒーター２１への通電を遮断させる（Ｓ１３
）。つまり、図６の（Ａ）部として示されているように
、ヒートローラー１１の温度が設定温度以下であるとき
には、ヒーター２１への通電はその通電と共にカウント
アップされるオンタイマーがタイムアップするＴｏｎ時
間だけ継続して行われる。このため、例えば図示のよう
にヒートローラー１１の温度が設定温度に達していなく
ともそのタイムアップを条件としてヒーター２１への通
電は行われなくなる。このような制御を行なうのは、こ
のようにその温度が設定温度に達する以前に加熱を終了
してしまっても、ヒーター２１の余熱等の影響でその温
度はしばらくの間上昇し、結果的には設定温度付近にま
で達することになるからである。

【００１９】そして、ヒーター２１がオフされた後、オ
フタイマーのカウントを行なわせるためのオフフラグが
セットされていなければこのフラグをセットし、セット
されていれば、オフタイマーがタイムアップしていない
ことを条件に、オフタイマーのカウントをタイムアップ
するまで継続して行なわせる。また、オフタイマーがタ
イムアップしたら、Ｓ４以降のステップの処理を行なう
（Ｓ１４〜Ｓ１６）。つまり、図６の（Ｂ）部として示
されているように、ヒートローラー１１の加熱が一定時
間行われた直後のその温度が設定温度以下であるときに
は、ヒーター２１への通電は、その遮断と共にカウント
アップされるオフタイマーがタイムアップするＴｏｆｆ
　時間だけ遮断されることになる。これは、ヒーター２
１の余熱によってヒートローラー１１の温度が上昇する
間は、ヒーター２１への通電は行われないようにするた
めである。

【００２０】さらに、本発明の定着温度制御装置の動作
を制御の一例を示す図６に基づいて説明する。まずヒー
トローラー１１が設定温度まで加熱された後、その温度
が図の（Ａ）部に示すように設定温度以下になったとす
ると、その加熱中にその温度が設定温度を越えなければ
、オンタイマーがタイムアップするまでのＴｏｎ時間、
ヒーター２１に通電された後にその通電は遮断される。 次に、この遮断直後に検出されている温度は図示のよう
に設定温度以下であるから、オフタイマーがタイムアッ
プするまでのＴｏｆｆ　時間その通電は遮断される。尚
、このときには、ヒートローラー１１の温度は、ヒータ
ー２１の余熱によって上昇する。そして、オフタイマー
がタイムアップしたときにヒートローラー１１の温度が
検出される。このときのヒートローラー１１の温度が図
示（Ｃ）部に示すように、設定温度以上であるときには
、その通電は設定温度以下になるまで継続して遮断され
る。そして、その温度が設定温度以下になると、再び加
熱が開始される。そして、その加熱期間中にヒートロー
ラー１１の温度が設定温度以上になると、オンタイマー
のタイムアップ如何にかかわらずにその加熱は終了され
る。

【００２１】以上のように、強制的にヒーター２１への
通電が遮断されたり、通電の遮断が継続されるような制
御が行われるのは、オンタイマーあるいはオフタイマー
がタイムアップした際のヒートローラー１１の温度が設
定温度以下の場合である。従って、オンタイマーあるい
はオフタイマーがカウントアップをしている最中にヒー
トローラー１１の温度が設定温度を越えていれば、従来
と同様に設定温度を境界としたオン，オフ制御が行われ
ることになる。

【００２２】このように本発明においては、ヒートロー
ラー１１の温度を一定に保つに当たり、ヒーター２１の
熱容量などを勘案した予測制御を行なうようにした，具
体的にはヒーターがオフされた後にもその熱容量である
程度ヒートローラー１１の温度が上昇することを予測し
、かつ、ヒーターがオフされた後ある時間経過すると必
ずその温度が下降することを予測する制御を行なうよう
にしたので、前記したような温度リップルが抑制される
から、定着剥離強度のバラツキを極力低減することがで
きる。また、設定温度を大きく越えてしまうようなこと
がなくなるから紙シワやトナー凝集の発生が減少するこ
とになる。また、以上の実施例においてはレーザービー
ムプリンターを例示して説明したが、本発明はこれに限
られることなく、例えば、複写機のように記録紙にトナ
ー像を定着させることで画像を形成するような作像装置
について適用することができる。さらに、ヒートローラ
ー１１の温度を検出する手段の一例としてサーミスタを
例示したが、熱電対のようなものでも良い。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、定着
器の温度を非常に小さな温度リップルに抑えて設定温度
付近に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る定着温度制御装置を備え
たレーザービームプリンターの概略構成図である。

【図２】図２は、図１に示した定着器部分の斜視図であ
る。

【図３】図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図４は、本発明に係る定着温度制御装置の制御
回路図である。

【図５】図５は、図４に示した制御回路の動作を示すフ
ローチャートである。

【図６】図６は、図４に示した制御回路によって制御さ
れるヒートローラー表面温度の変化過程の一例を示した
図である。

【図７】図７は、従来の定着温度制御装置によって制御
される起動時からのヒートローラー表面温度の変化過程
の一例を示した図である。

【図８】図８は、従来の定着温度制御装置によって制御
される設定温度付近でのヒートローラー表面温度の変化
過程の一例を示した図である。

【符号の説明】

１１…ヒートローラー　　　　１２…バックアップロー
ラー　　　　１３…定着器 ２０…サーミスタ（温度検出手段）　　　　２１…ヒー
ター　　　　３０…ＣＰＵ（温度制御手段，オンタイマ
ー，オフタイマー，通電遮断時間制御手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録媒体上に形成されたトナー像を定着さ
   せる定着器と、当該定着器を加熱するヒーターと、前記
   定着器の温度を検出する温度検出手段と、当該温度検出
   手段による検出温度に基づいて前記ヒーターへの通電を
   制御する温度制御手段とを有し、前記温度制御手段は、
   当該検出温度が設定温度を越えた場合には前記ヒーター
   への通電を遮断する一方、前記検出温度が設定温度以下
   である場合には前記ヒーターへの通電を行なうように動
   作する熱定着装置において、前記ヒーターへの通電の開
   始と同時に連続通電時間のカウントを開始するオンタイ
   マーと、前記ヒーターへの通電が遮断されると同時に連
   続遮断時間のカウントを開始するオフタイマーと、前記
   ヒーターへの連続オン時間が前記オンタイマーの設定時
   間に達した場合には、前記ヒーターへの通電を強制的に
   遮断させるように、また、前記ヒーターへの連続オフ時
   間が前記オフタイマーの設定時間に達するまでは前記ヒ
   ーターへの通電の遮断を継続させるように、前記温度制
   御手段に信号を出力する通電遮断時間制御手段とをさら
   に有することを特徴とする定着温度制御装置。