JPH05297758A

JPH05297758A - 定着装置

Info

Publication number: JPH05297758A
Application number: JP4100933A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Oda; 勝也小田; Akiyoshi Kanzaki; 明佳神前; Kenju Oka; 建樹岡; Norimasa Kubota; 憲応窪田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1992-04-21
Filing date: 1992-04-21
Publication date: 1993-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】温度リプルやオーバシュートを小さく抑え
て、定着むらや各部の寿命低下を防止する。【構成】マイクロコンピュータ１３は、サーミスタ７
によって検出される温度に基づいて、ＮＡＮＤ回路１６
およびバッファ１７を介してＳＳＲ１２を制御し、画像
形成装置の許容最低環境温度のもとで、全面にトナーの
付着した許容最大サイズおよび最大坪量の用紙が通紙さ
れた場合に、上ローラのニップ部の温度が必ず上昇する
電力で（２００Ｗ）と、許容最高環境温度のもとで、ト
ナーの付着していない許容最小サイズおよび最小坪量の
記録紙が通紙された場合に、上ローラのニップ部の温度
が必ず低下する電力（１００Ｗ）とを切り換えて抵抗発
熱体３に供給するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子写真式複写
機やプリンタ等に適用され、記録紙に形成されたトナー
像を熱定着する定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、感光導電体に形成した静電潜
像をトナーで現像し、得られたトナー像を記録紙に転写
した後、定着装置で熱定着することにより画像を形成す
る電子写真式の複写機やプリンタが用いられている。上
記定着装置は、例えばハロゲンランプ等の発熱体をＯ
Ｎ、ＯＦＦすることにより、定着温度を所定の範囲に制
御するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように発熱体をＯＮ、ＯＦＦして定着温度を制御するよ
うに構成された定着装置では、発熱体のＯＮ時には定着
温度が急激に上昇する一方、ＯＦＦ時には定着温度が急
激に低下する。それゆえ、温度リプルが大きく、定着の
程度にむらが生じがちであるうえ、温度のオーバシュー
トも大きいために定着装置等を構成する各部の寿命低下
を招きがちであるという問題点を有していた。

【０００４】本発明は上記の点に鑑み、温度リプルやオ
ーバシュートを小さく抑えて、定着むらや各部の寿命低
下を防止することができる定着装置の提供を目的として
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、トナー像が形成された記録紙に
加熱ローラを圧接して定着を行う定着装置において、前
記加熱ローラを加熱するための発熱手段と、発熱手段に
電力を供給する電力供給手段と、加熱ローラの記録紙圧
接部またはその付近の温度を検出する温度検出手段と、
温度検出手段によって所定の温度より低い第１の温度が
検出されたときに、電力供給手段に第１の電力を供給さ
せる一方、前記所定の温度よりも高い第２の温度が検出
されたときに、第２の電力を供給させるように制御する
制御手段とを有し、上記第１の電力は、許容最低環境温
度のもとで、全面にトナーの付着した許容最大サイズお
よび最大坪量の用紙が通紙された場合に、検出手段の検
出温度を上昇させ得る電力に設定されている一方、上記
第２の電力は、許容最高環境温度のもとで、トナーの付
着していない許容最小サイズおよび最小坪量の用紙が通
紙された場合に、検出手段の検出温度を低下させ得る電
力に設定されていることを特徴としている。

【０００６】また、請求項２の発明は、トナー像が形成
された記録紙に加熱ローラを圧接して定着を行う定着装
置において、前記加熱ローラを加熱するための発熱手段
と、発熱手段に電力を供給する電力供給手段と、加熱ロ
ーラの記録紙圧接部またはその付近の温度を検出する温
度検出手段と、電力供給手段に、所定の周期を検出手段
の検出温度に基づいて所定の比で配分した時間ごとに、
第１の電力と、第１の電力よりも小さい第２の電力とを
交互に供給させるように制御する制御手段とを備えたこ
とを特徴としている。

【０００７】

【作用】請求項１の発明においては、制御手段は、電力
供給手段に、温度検出手段によって第１の温度が検出さ
れたときに、許容最低環境温度のもとで全面にトナーの
付着した許容最大サイズおよび最大坪量の用紙が通紙さ
れた場合に検出手段の検出温度を上昇させ得る第１の電
力を供給させる一方、第１の温度よりも高い第２の温度
が検出されたときに、許容最高環境温度のもとでトナー
の付着していない許容最小サイズおよび最小坪量の用紙
が通紙された場合に検出手段の検出温度を低下させ得る
第２の電力を供給させるように制御する。

【０００８】また、請求項２の発明においては、制御手
段は、電力供給手段に、所定の周期を検出手段の検出温
度に基づいて所定の比で配分した時間ごとに、第１の電
力と、第１の電力よりも小さい第２の電力とを交互に供
給させるように制御する。

【０００９】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明の第１実施例として、画像
形成装置に適用された定着装置の例を図１ないし図９に
基づいて説明する。定着装置には、図１に示すように、
円筒状の薄肉金属ローラから成る上ローラ１と、シリコ
ンスポンジ等から成る弾性層を有する下ローラ２とが設
けられている。

【００１０】上ローラ１における記録紙のニップ部内面
側には、図２に示すように伝熱アルミブロック４が設け
られている。この伝熱アルミブロック４は、図示しない
フレームに取り付けられたステー５との間に設けられる
スプリング６によって上ローラ１の内面に密着するよう
に付勢されている。上記伝熱アルミブロック４には、図
３に示すように両端部に電極３ａ・３ａを有する抵抗発
熱体３が取り付けられている。より詳しくは、図４に示
すように、伝熱アルミブロック４にアルマイト処理層４
ａの形成された凹部４ｂが設けられ、この凹部４ｂに抵
抗発熱体３が埋め込まれている。このようにアルマイト
処理層４ａが形成されていることにより、抵抗発熱体３
と伝熱アルミブロック４とを絶縁するとともに、その間
の熱抵抗を小さく抑えられるようになっている。

【００１１】また、伝熱アルミブロック４の上部には、
伝熱アルミブロック４の温度を検出するサーミスタ７が
取り付けられている。なお、サーミスタ７は伝熱アルミ
ブロック４の上部に設けるのに限らず、伝熱アルミブロ
ック４における上ローラ１との接触部付近に設けてもよ
い。上記サーミスタ７は、図５に示す制御回路１１に接
続されるとともに、抵抗発熱体３は温度ヒューズ８およ
び制御回路１１のＳＳＲ（ソリッドステートリレー）１
２を介して電源９に接続され、供給電力が制御されるよ
うになっている。上記温度ヒューズ８は機械損傷を招く
ほどの過大温度上昇を防止するためのものである。

【００１２】制御回路１１は、サーミスタ７の端子７ａ
の電位、および定着装置が適用される画像形成装置の動
作状態に応じて所定のデューティ比の制御信号を出力す
るマイクロコンピュータ１３を備えている。ここで、発
熱体として前記のように抵抗発熱体３が用いられている
ので、ハロゲンランプを用いる場合に比べて制御信号の
ＯＮ、ＯＦＦ時間の制約が少なく、所望のデューティ比
で制御することが比較的容易にできる。

【００１３】また、制御回路１１には、安全回路１４が
設けられている。この安全回路１４は、サーミスタ７の
端子７ａの電位を所定の上限電位と比較するコンパレー
タ１５と、コンパレータ１５の出力に応じてマイクロコ
ンピュータ１３からの制御信号をマスクするＮＡＮＤ回
路１６を備え、マイクロコンピュータ１３が暴走した場
合などに制御信号を強制的にインアクティブにするよう
になっている。ＮＡＮＤ回路１６の出力端子は、バッフ
ァ１７を介してＳＳＲ１２のゲート端子に接続されてい
る。ＳＳＲ１２は図６に示すようにゼロクロス動作する
ことにより、スイッチングに伴うノイズを小さく抑え得
るようになっている。

【００１４】上記の構成において、定着装置で行われる
温度制御動作を図７ないし図９に基づいて説明する。図
７はマイクロコンピュータ１３の制御動作を示すフロー
チャート、図８は画像形成装置の動作および定着装置各
部の温度等を示すタイムチャート、図９は供給電力と温
度リプルとの関係を示すタイムチャートである。

【００１５】なお、以下の説明においては、上ローラ１
のニップ部、および伝熱アルミブロック４のサーミスタ
７取り付け部における、画像形成装置の待機時の制御温
度Ｔ１’、Ｔ１が、それぞれ１５０℃、および２００
℃、定着動作時の制御温度Ｔ２’、Ｔ２が、それぞれ１
８０℃、および２３０℃であるとして説明する。まず、
定着装置の作動指示が与えられると、マイクロコンピュ
ータ１３はデューティ比１００％の制御信号を出力し、
ＳＳＲ１２が連続的にＯＮになって抵抗発熱体３に４０
０Ｗの電力が供給される（Ｓ１）。

【００１６】次にサーミスタ７による検出温度Ｔｅｍｐ
が待機時制御温度Ｔ１（＝２００℃）よりも低いかどう
かを判定し（Ｓ２）、低くなければ、すなわち画像形成
装置の電源がＯＦＦにされた後に間もなく再度ＯＮにさ
れた場合などで、短時間のうちに待機時制御温度Ｔ１以
上になった場合には、すぐに（Ｓ６）に移行する。一
方、待機時制御温度Ｔ１よりも低ければ、さらに、作動
指示が与えられてから２０秒経過したかどうかを判定す
る（Ｓ３）。２０秒経過していなければ上記（Ｓ１）以
降を繰り返し、２０秒経過すれば（図８のＡ）、（Ｓ
４）に移行する。

【００１７】ここで、上記待機時制御温度Ｔ１は、画像
形成動作が開始された際に、記録紙の先端が定着装置に
到達するまでの時間に定着可能な温度まで上昇させ得る
温度であればよい。また、この条件を満たす限り、でき
るだけ低い温度である方がウォームアップ時間を短くす
ることができる。（Ｓ４）では、温度のオーバシュート
を小さく抑えるためにデューティ比５０％の制御信号を
出力して２００Ｗの電力を供給するとともに、検出温度
Ｔｅｍｐが待機時制御温度Ｔ１以上になったかどうかを
判定し（Ｓ５）、待機時制御温度Ｔ１以上になるまで
（Ｓ４、Ｓ５）を繰り返した後（図８のＢ）、（Ｓ６）
に移行する。

【００１８】（Ｓ６）では、画像形成動作が可能である
ことを示す“ＲＥＡＤＹ”メッセージが、図示しない表
示パネルに表示される。次に、検出温度Ｔｅｍｐが待機
時制御温度Ｔ１よりも低いかどうかの判定（Ｓ７）に応
じて、６０Ｗまたは０Ｗの電力を供給するとともに（Ｓ
８、Ｓ９）、画像形成指示がなされたかどうかを判定し
（Ｓ１０）、画像形成指示がなされるまで（Ｓ７）以降
を繰り返す。

【００１９】ここで、上記６０Ｗまたは０Ｗの電力は、
次の条件を満たすように設定された電力である。すなわ
ち、６０Ｗは、画像形成装置の許容最低環境温度のもと
で、上ローラ１が駆動されていない場合に、ニップ部の
温度が必ず上昇する最低の電力である一方、０Ｗは、許
容最高環境温度のもとで、上ローラ１が駆動されていな
い場合に、ニップ部の温度が必ず低下する電力である。

【００２０】（Ｓ１０）で画像形成指示がなされたと判
定されると（図８のＣ）、まず４００Ｗの電力を供給す
る（Ｓ１１）。この場合、図示しないメインモータの駆
動によって上ローラ１および下ローラ２が回転してお
り、両ローラの熱が行き渡っていない部分に熱量が奪わ
れるために、温度の上昇程度は前記定着装置の作動指示
がなされたときに４００Ｗの電力が供給される場合より
も緩やかになるが、トナー像の形成された記録紙の先端
が定着装置に到達するまでの時間に定着可能な温度まで
上昇すればよい。

【００２１】次に、検出温度Ｔｅｍｐが画像形成時制御
温度Ｔ２（＝２３０℃）よりも低いかどうかを判定し
（Ｓ１２）、画像形成時制御温度Ｔ２以上であれば（図
８のＤ）、（Ｓ１６）に移行して供給電力を１００Ｗに
落とす。一方、画像形成時制御温度Ｔ２よりも低けれ
ば、さらに、画像形成指示がなされてから３０秒経過し
たかどうかを判定し（Ｓ１３）、３０秒経過していなけ
れば上記（Ｓ１１）以降を繰り返し、３０秒経過すれば
（Ｓ１４）に移行する。なお、通常は３０秒経過するま
でに画像形成時制御温度Ｔ２に達して（Ｓ１６）に移行
するが、サーミスタ７の動作不良の場合などに、長時間
４００Ｗの電力が供給されて各部に悪影響を与えるのを
防止するために、最大限３０秒で（Ｓ１１）〜（Ｓ１
３）のループを抜け出すようになっている。

【００２２】（Ｓ１４）〜（Ｓ１７）では、検出温度Ｔ
ｅｍｐが画像形成時制御温度Ｔ２よりも低いかどうかの
判定（Ｓ１４）に応じて、２００Ｗまたは１００Ｗの電
力を供給するとともに（Ｓ１５、Ｓ１６）、画像形成が
終了したかどうかを判定し（Ｓ１７）、画像形成が終了
するまで（Ｓ１４）以降を繰り返す。画像形成が終了す
ると（図８のＥ）、前記（Ｓ７）に戻り、以下同様の制
御を繰り返す。なお、画像形成が連続して行われる場合
には、最後の画像形成が終了したときに（図８のＦ）、
（Ｓ７）に戻る。

【００２３】ここで、上記２００Ｗまたは１００Ｗの電
力は、次の条件を満たすように設定された電力である。
すなわち、２００Ｗは、画像形成装置が許容する最低の
環境温湿度のもとで、全面にトナーの付着した許容最大
サイズおよび最大坪量の用紙が通紙された場合に、上ロ
ーラ１のニップ部の温度が必ず上昇する電力である一
方、１００Ｗは、許容最高環境温湿度のもとで、トナー
の付着していない許容最小サイズおよび最小坪量の記録
紙が通紙された場合に、上ローラ１のニップ部の温度が
必ず低下する電力である。特に、上記の条件をぎりぎり
で満たすように設定することにより、温度リプルを小さ
く抑えることができる。

【００２４】このように設定すれば、例えば常温常湿に
おいて坪量が８０ｇ／ｍ2 の記録紙にＢ／Ｗ（黒白比）
５％程度の一般的な文書を印字させた場合、２００Ｗと
１００Ｗとの切り換え周期が１秒程度になり、ニップ部
の温度リプルは４℃以下程度に抑えることができる。な
お、記録紙の坪量が小さい場合などには、例えば温度リ
プルが６〜７℃などと大きくなるが、上記のような１組
の設定電力をあらかじめ複数通り設定しておき、記録紙
の坪量や使用環境などに応じて自動的に、あるいはユー
ザの操作によって選択し得るようにしてもよい。

【００２５】また、（Ｓ１４）の判定を閾温度によって
行うのに代えて、予測制御によって早めに供給電力の切
り換えを行うようにすれば、制御は複雑になるが、一
層、温度リプルを小さく抑えるようにすることもでき
る。また、上記の例では制御信号のデューティ比を変化
させて供給電力を制御する例を示したが、２００Ｗと１
００Ｗとの切り換えだけを行うためには、ＳＳＲを組み
合わせて、図１０に示すように交流の全波を通過させる
か半波だけを通過させるかを切り換えるようにしてもよ
い。また、ＳＳＲの代わりにトライアックなど種々の素
子を用いることもできる。（第２実施例）以下、本発明の第２実施例を図１１に基
づいて説明する。

【００２６】本第２実施例においては、定着装置の機械
的構成、および制御回路１１のハードウェア構成は前記
第１実施例と同様で、マイクロコンピュータ１３によっ
て行われる制御、特に画像形成時の制御が異なる。すな
わち、画像形成指示がなされると、まず、温度変化を判
定するための前回温度Ｔ０の仮の初期値として画像形成
時制御温度Ｔ２を保持する（Ｓ２１）。

【００２７】次に、サーミスタ７による検出温度Ｔｅｍ
ｐを現在温度Ｔｅとして保持した後（Ｓ２２）、前回温
度Ｔ０よりも高いかどうかを判定する（Ｓ２３）。この
判定に応じて、図示しないＲＯＭに格納されている温度
上昇時テーブル、または温度下降時テーブルから、現在
温度Ｔｅに応じた１００Ｗおよび２００Ｗの電力を供給
する時間ｔＬＯ、ｔＨＩを読み出す（Ｓ２４、Ｓ２
５）。ここで、ｔＬＯとｔＨＩとの合計は例えば１秒に
なるように設定されている。

【００２８】また、温度上昇時テーブル、および温度下
降時テーブルに保持されているｔＬＯ、ｔＨＩの値は、
同じ現在温度Ｔｅに対して、温度下降時テーブルよりも
温度上昇時テーブルの方が、ｔＬＯの値が大きくなるよ
うに設定されている。より具体的には、例えば現在温度
Ｔｅが画像形成時制御温度Ｔ２よりも低い場合には、現
在温度Ｔｅが下降中であればアンダーシュートを小さく
抑えるために１秒間連続して（または１秒間のうち充分
長い時間だけ）２００Ｗの電力を供給する一方、上昇中
であればオーバシュートを小さく抑えるために１秒間の
うち、所定の時間は１００Ｗの電力を供給し、かつ、こ
の１００Ｗの供給時間は現在温度Ｔｅが画像形成時制御
温度Ｔ２に近づくほど長くなるように設定されている。
つまり、ｔＬＯの長さとｔＨＩとの長さの逆転する現在
温度Ｔｅは、温度上昇時の方が下降時よりも低くなって
いる。

【００２９】上記のようにして（Ｓ２４）または（Ｓ２
５）で電力供給時間ｔＬＯ、ｔＨＩが決定されると、こ
れに応じた時間だけ１００Ｗおよび２００Ｗの電力を供
給する（Ｓ２６）。ここで、何れの電力を先に供給する
かも、現在温度Ｔｅや温度上昇中か下降中かに基づいて
切り換えるようにしてもよい。その後、現在温度Ｔｅを
前回温度Ｔ０として保持し（Ｓ２７）、その他の種々の
処理を行ってから（Ｓ２８）、画像形成が終了したかど
うかを判定し（Ｓ２９）、画像形成が終了するまで（Ｓ
２２）以降を繰り返す。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定の２段階の電力を切り換えて定着温度を制御するこ
とにより、定着温度を急激に変化させることがないの
で、温度リプルやオーバシュートを小さく抑えて、定着
むらや各部の寿命低下を防止することができるという効
果を奏する。

【００３１】また、検出手段の検出温度に応じた比で配
分した時間ごとに２段階の電力を切り換えることによ
り、一層温度リプル等を小さく抑えることができるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における定着装置の構成を示す斜視
図である。

【図２】同、定着装置の構成を示す断面正面図である。

【図３】同、抵抗発熱体の構成を示す平面図である。

【図４】同、伝熱アルミブロックの詳細な構成を示す斜
視図である。

【図５】同、制御回路の構成を示す回路図である。

【図６】同、供給電力の切り換え波形を示す説明図であ
る。

【図７】マイクロコンピュータの制御動作を示すフロー
チャートである。

【図８】画像形成装置の動作および定着装置各部の温度
等を示すタイムチャートである。

【図９】供給電力と温度リプルとの関係を示すタイムチ
ャートである。

【図１０】変形例における供給電力の切り換え波形を示
す説明図である。

【図１１】第２実施例におけるマイクロコンピュータの
制御動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１上ローラ２下ローラ３抵抗発熱体３ａ電極４伝熱アルミブロック４ａアルマイト処理層４ｂ凹部５ステー６スプリング７サーミスタ７ａ端子８温度ヒューズ９電源１１制御回路１２ＳＳＲ１３マイクロコンピュータ１４安全回路１５コンパレータ１６ＮＡＮＤ回路１７バッファ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡建樹大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタカメラ株式会社内 (72)発明者窪田憲応大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタカメラ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナー像が形成された記録紙に加熱ロー
ラを圧接して定着を行う定着装置において、前記加熱ローラを加熱するための発熱手段と、発熱手段に電力を供給する電力供給手段と、加熱ローラの記録紙圧接部またはその付近の温度を検出
する温度検出手段と、温度検出手段によって所定の温度より低い第１の温度が
検出されたときに、電力供給手段に第１の電力を供給さ
せる一方、前記所定の温度よりも高い第２の温度が検出
されたときに、第２の電力を供給させるように制御する
制御手段とを有し、上記第１の電力は、許容最低環境温度のもとで、全面に
トナーの付着した許容最大サイズおよび最大坪量の用紙
が通紙された場合に、検出手段の検出温度を上昇させ得
る電力に設定されている一方、上記第２の電力は、許容
最高環境温度のもとで、トナーの付着していない許容最
小サイズおよび最小坪量の用紙が通紙された場合に、検
出手段の検出温度を低下させ得る電力に設定されている
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】トナー像が形成された記録紙に加熱ロー
ラを圧接して定着を行う定着装置において、前記加熱ローラを加熱するための発熱手段と、発熱手段に電力を供給する電力供給手段と、加熱ローラの記録紙圧接部またはその付近の温度を検出
する温度検出手段と、電力供給手段に、所定の周期を検出手段の検出温度に基
づいて所定の比で配分した時間ごとに、第１の電力と、
第１の電力よりも小さい第２の電力とを交互に供給させ
るように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする
定着装置。
【請求項３】上記第１の電力は、許容最低環境温度の
もとで、全面にトナーの付着した許容最大サイズおよび
最大坪量の用紙が通紙された場合に、検出手段の検出温
度を上昇させ得る電力に設定されている一方、上記第２
の電力は、許容最高環境温度のもとで、トナーの付着し
ていない許容最小サイズおよび最小坪量の用紙が通紙さ
れた場合に、検出手段の検出温度を低下させ得る電力に
設定されていることを特徴とする請求項２の定着装置。