JPH0733251Y2

JPH0733251Y2 - 熱定着装置

Info

Publication number: JPH0733251Y2
Application number: JP1989026987U
Authority: JP
Inventors: 豊中村
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2004-03-09
Also published as: JPH02117563U

Description

【考案の詳細な説明】〔考案の技術分野〕本考案は、電子写真プロセスを用いた液晶プリンタ、複
写機その他の画像形成装置に適用される熱定着装置に関
する。

〔従来の技術〕

電子写真技術を応用したプリンタや複写機等の画像形成
装置には、感光体ドラムが設けられ、該感光体ドラムの
周囲に帯電器、光学ヘッド、現像器、転写器等が配設さ
れている。そして、前記帯電器によって前記感光体ドラ
ムの周面に一様な帯電面が作られ、該帯電面に前記光学
ヘッドで画像データに応じた露光が行われ、そこに画像
データに対応する静電潜像が形成される。該静電潜像は
前記転写器でトナー画像化され、こうして形成されたト
ナー画像は前記転写器で機体下部より搬送されてきた用
紙に転写される。該トナー画像は、前記転写器の用紙搬
送方向下流側に設けられた定着器で熱定着され、その
後、機外に排紙される。

ところで、前記定着器には相当大電力のヒータ（約400W
乃至約600W）が設けられており、前記画像形成装置に電
源が投入されていて、且つ、実動せずに待機状態にある
間、ずっと、前記ヒータに通電しておくことは、無駄な
電力消費となるばかりでなく装置の構成部材を過熱させ
ることにもなり、好ましくない。しかし、前記待機状態
にせずに、使用の都度電源スイッチをオン・オフすると
すれば、前記ヒータに通電されてから定着可能温度、よ
り詳しくは、定着器の定着ローラの周面温度が定着可能
温度になるまでに数分かかってしまい、操作性が損なわ
れてしまう。そこで、これを改善するために、所定時間
複写やプリント動作が実動しない状態が継続すると、前
記ヒータの通電時間を少なくするよう或いは前記ヒータ
が複数に構成されているときは、その一部を残し他への
通電を解除するよう電子回路等を用いて温度制御し、装
置を実動させたいとき、なるべく待たずに且つ消費電力
を抑えて、節電と操作性を両立させ得るようにした定着
装置が知られている。

これを通称「スリープモード」とか「スリープ機能」と
呼んでいる。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、そのような温度制御を行っても、このス
リープ状態が長く続くと前記定着器の温度は前記トナー
画像の定着可能温度より下がってしまうので、再度の使
用時には、前記ヒータが最大電力に通電されウオームア
ップし使用可能状態（以下レデイー状態という）にして
から画像形成動作が開始される。

従って、前記ヒータの発熱量が少ない場合、定着温度を
前記レデイー状態にまで復帰させるのに要する復帰時間
（以下、スリープ復帰時間という）は、画像形成装置の
使用の都度、電源スイッチをオン・オフする場合に比べ
れば短いが、それでも、このスリープ復帰時間が気にな
るほど長く時間がかかってしまう。

そして、このスリープ復帰時間は外気温度の影響でかな
り相違する。即ち、通電状態における前記ヒータの発熱
量は外気温度に関係なく一定である。一方、発生した熱
が定着器の外部に逃げる熱量は、外気温度によって異な
り、外気温度が高いときは少なく、低いときは多くな
る。従って、画像形成装置が低温の部屋で使用されてい
るような場合、前記スリープ復帰時間は長くかかり、高
温の部屋で使われている場合には、前記スリープ復帰時
間は短い。

また、殆ど待ち時間を要しないほど前記スリープ復帰時
間を短くするようにしたものも提案されているが、その
ようなものでは一時的に多量の熱を発生させる必要があ
るから、かなり大電力のヒータが必要となり、ヒータ自
体が大型になったり、コストアップの要因になる等の不
具合があった。

〔考案の目的〕

本考案は、前記従来の欠点に鑑み、画像形成装置が設置
される周囲の外気温度の高低に関わりなく、定着器の温
度を所定の節電温度から定着可能温度にほぼ一定の短い
時間で復帰できるようにした熱定着装置を提供すること
を目的とする。

〔考案の要点〕

本考案は上記目的を達成するために、非画像形成動作状
態が所定期間継続した際、定着器の温度を定着可能温度
より低い所定の維持温度に降下させる温調装置を備えた
熱定着装置において、前記定着器の周辺における環境温
度を検知する環境温度検知手段と、画像形成動作開始信
号に応じて記録用紙を給紙開始した後所要時間T_ABで該
用紙の先端を定着部に搬入させる用紙搬送手段と、前記
画像形成動作開始信号の発生に応じて定着器を前記維持
温度から定着可能温度にまで加熱制御する復帰加熱制御
手段と、該復帰加熱制御手段が画像形成動作開始信号に
応じて前記定着器を前記定着可能温度迄加熱するのに要
する復帰時間t_rがt_r≦T_ABの関係を満たすことが出来る
維持温度を前記環境温度検知手段の出力に基づき算定す
る処理手段とを備え、前記温調装置は非画像形成動作状
態が所定期間継続した際前記定着器を前記処理手段によ
り算定された前記維持温度に保持制御することを特徴と
する。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例について図面を参照しながら詳述
する。

第２図は、本考案の熱定着装置を具備する画像形成装置
を示す概略構成図である。

同図において、画像形成装置１は、感光体ドラム２、該
感光体ドラム２を一様に帯電する帯電器３、記録情報に
対応する露光を行う光書き込みヘッド４、露光により形
成された静電潜像をトナーで現像する現像器５、該現像
器５で現像されたトナー画像を待機ロール対６により同
期をとって搬送されて来た用紙７上へ転写する転写器
８、前記感光体ドラム２の表面に残留したトナーを除去
するクリーナ９を有している。また、これらの構成部材
の他、該画像形成装置１には、用紙７の収納された給紙
カセット10若しくは手差し台11から搬入された用紙７を
一枚づつスリップロール対12に向けて搬送する給紙コロ
13、転写された用紙７上のトナーを熱及び圧力で定着す
る定着器14、画像が定着された用紙７を反転させるガイ
ド板15a,15b、機体上部に形成された排紙トレイ16上へ
用紙７を排出する排紙ロール対17等が設けられている。

前記定着器14は内部にヒータを有する加熱ロール18a、
加圧ロール18b、前記加熱ロール18aに付着した用紙７を
分離させる分離爪19、該分離爪19で分離された用紙７を
前記排紙トレイ16側に送出する送出ロール対20、これら
の部材を全体的に覆う定着器カバー21等で構成されてい
る。そして、本考案の熱定着装置は該定着器と後記する
温調装置により構成されている。

第１図は、本考案の熱定着装置における温調装置部の構
成図である。

同図において、環境温度、即ち、外気温度を検出する外
気温度サーミスタ22は、例えば、前記定着器カバー21の
周辺部に設けられ、図示の如く、その一方のリードは電
源のコモンラインに接続され（以下、接地するとい
う）、他方のリードは抵抗R₁を介して電源のプラスライ
ン（＋5V）に接続されている。

そして、前記抵抗R₁と前記外気温度サーミスタ22との接
続部に得られる外気温度検出電圧はアナログ量をデジタ
ル値に変換するA/Dコンバータ23のアナログ入力端子（I
₁）に入力されている。一方、前記定着器カバー21の内
部には前記加熱ロール18aの周面温度を検出する定着サ
ーミスタ24が設けられており、該定着サーミスタ24の一
方のリードは接地され、他方のリードは抵抗R₂を介して
電源のプラスライン（＋5V）に接続されている。また、
前記抵抗R₂と前記定着サーミスタ24との接続部に得られ
る加熱ロール周面温度検出電圧は前記A/Dコンバータ23
のアナログ入力端子（I₂）に入力されている。この温調
装置には、CPU、ROM、RAM、入出力並列ポート、タイマ
ー等を内蔵するマイクロプロセッサユニット（以下、MP
Uという）25が設けられている。該MPU25のデータバスと
前記A/Dコンバータ23のデータバスとは、例えば、８ビ
ットのバスライン26で接続されている。

前記加熱ロール18aの内部に設けられたヒータ27の一方
のリードは交流電源（100V）の片側ラインに接続され、
他方のリードはトライアックの如きスイッチング素子28
を介して前記交流電源の他側ラインに接続されている。
そして、前記スイッチング素子28のゲートにはフォトサ
イリスタのような半導体制御素子29に接続されており、
図示のものでは、フォトサイリスタのアノードに接続さ
れている。また、該フォトサイリスタのカソードは前記
交流電源の前記他側ラインに接続されている。

一方、前記半導体制御素子29の発光素子、例えば、LED
のアノードは前記電源のプラスラインに接続され、カソ
ードは抵抗R₃を介して前記MPU25の出力ポート（P₀）に
接続されている。また、該MPU25の他の出力ポート
（P₁）は前記A/Dコンバータ23の前記アナログ入力端子
（I₁）と前記アナログ入力端子（I₂）の有効、無効を制
御する制御端子（Ｃ）に接続されている。尚、半導体制
御素子29としては、フォトトランジスタとLEDを組み合
わせて作られたフォトカプラ等を用いたり、前記スイッ
チング素子28と前記半導体制御素子29の双方の機能を併
有する光スイッチ素子等に代替することもできる。

本考案では、前記構成により、第３図に示す如き温度制
御を行う。即ち、前記外気温度サーミスタ22の検出温度
がTh1（外気温度Ａ）であって、前記画像形成装置１の
最後の画像形成動作を完了（最終プリント完了）してか
ら、時間t_sが経過した時、スリープモードに入り、前記
加熱ロール18aの周面温度（定着温度）は定着可能温度T
_STから徐々に降下してスリープ温度Ａに達し、該スリー
プ温度Ａが維持される。このときの前記定着サーミスタ
24の検出温度はTh2で示されている。そして、再度の使
用のため、ホストコンピュータ等より画像形成動作開始
指令が発せられると、ほぼ同時に前記スリープモードが
解除され、前記加熱ロール18aの周面温度はスリープ復
帰時間t_rを経て前記定着可能温度T_STに戻る。即ち、前
記加熱ロール18aの周面温度は、同図に実線で示すよう
な経過を辿る。その結果、前記画像形成装置１は画像形
成動作が可能な状態になる。

一方、前記外気温度サーミスタ22の検出温度が前記Th1
より低いTh1′（外気温度Ｂ）でスリープモードに入る
と、前記加熱ロール18aの周面温度は、前記同様、定着
可能温度T_STから徐々に降下して前記スリープ温度Ａよ
り高いスリープ温度Ｂに達し、該スリープ温度Ｂが維持
される。このときの前記定着サーミスタ24の検出温度は
Th2′で示されている。そして、再度の使用のため、画
像形成動作開始指令が発せられると、ほぼ同時に前記ス
リープモードが解除され、前記加熱ロール18aの周面温
度は前記とほぼ同じスリープ復帰時間t_rを経て前記定着
可能温度T_STに戻る。即ち、前記加熱ロール18aの周面温
度は、同図に点線で示すような経過を辿る。その結果、
前記画像形成装置１はスリープモードが解除されてから
外気温度Ａの場合とほぼ同じスリープ復帰時間t_rを経過
した後、画像形成動作が可能な状態になる。

第４図は、前記MPU25内のROMに書き込まれ、前記スリー
プモードの制御を含む定着器の温調制御のフローチャー
トである。

前記画像形成装置１の電源が投入されると、ウォームア
ップ処理（ST1）が行われる。ここでは、前記MPU25の前
記出力ポート（P₁）の出力状態を前記A/Dコンバータ23
のアナログ入力端子（I₂）が有効となる状態に設定する
と共に前記MPU25の前記出力ポート（P₀）の出力状態を
“L"レベルに設定して前記フォトサイリスタ29をオンさ
せる。その結果、前記トライアック28のゲートがトリガ
ーされ、前記ヒータ27を最大電力に通電し、前記加熱ロ
ール18aの周面温度が前記定着可能温度T_STになるのを待
つ。そして、前記周面温度が前記定着可能温度T_STに達
してレデイー状態になったかどうかを調べる（ST2）。
その判断は、前記定着サーミスタ24の検出結果、即ち、
前記A/Dコンバータ23のデジタル変換値を読み出して、
該変換値と予め前記MPU25のROMに用意されている目標
値、例えば、180℃とを比較し、その比較結果で決定す
る。もしレデイー状態になっていなければ、前記ウォー
ムアップ処理（ST1）に戻り、レデイー状態になるまで
これを繰り返す。

レデイー状態になると、ホストコンピュータから画像形
成動作開始指令が発せられたかどうかを調べる。その指
令が発せられていると、前記MPU25内にある前記時間t_s
の計測に関わるタイマーをリセット（ST4）し、前記定
着サーミスタ24の検出結果を参照し、前記加熱ロール18
aの周面温度が前記定着可能温度T_STを保持するよう前記
MPU25の前記出力ポート（P₀）から“L"、“H"の繰り返
し制御信号を出力する。それに伴って前記トライアック
28がオンオフし、その結果、前記ヒータ27の通電が断続
して前記加熱ロール18aの周面温度が前記定着可能温度T
_STに保たれる（ST5）。それを終了すると、前記ST3に戻
り前記ST4、ST5の処理を繰り返す。

前記画像形成動作開始指令が発せられずプリント動作が
行われていない場合、前記時間t_sの計測に関わるタイマ
ーが既に計時中かどうかを調べる（ST6）。これは前記M
PU25のステイタス情報を読み出して決定する。

既に前記タイマーが計時中である場合には、ST8の処理
にスキップし、未だ前記タイマーが計時に入っていない
場合には、該タイマーをスタートさせる（ST7）。ST8の
処理は前記時間t_sが経過するまで前記ST5の処理と同じ
処理が行われる。ST9で該時間t_sが経過していないとき
は前記ST3の処理に戻って前述した一連の処理が繰り返
し行われる。また、前記タイマーがタイムアップし前記
時間t_sが経過すると前記スリープモードの制御に移る。
このスリープモード制御は同図の右側に示されており、
先ずS1の処理を行う。ここでは、前記MPU25の前記出力
ポート（P₁）の出力状態を前記A/Dコンバータ23のアナ
ログ入力端子（I₁）が有効となる状態に設定し、前記外
気温度サーミスタ22の検出温度に対応する前記A/Dコン
バータ23のデジタル変換値を読み出す。そして、予め前
記MPU25のROMに用意されている外気温度に対応したスリ
ープ温度の設定値が段階的に書き込まれたテーブルから
順次その設定値を読み出して、これと前記読み出したデ
ジタル変換値とを比較し、該デジタル変換値に至近の設
定値を選択し、それをスリープ温度として設定する（S
2）。その後、S3の処理を実行する。この処理では、前
記MPU25の前記出力ポート（P₀）の出力状態を“H"レベ
ルに設定して前記フォトサイリスタ29をオフさせる。そ
の結果、前記トライアック28がオフし、前記ヒータ27の
通電が解除される。その状態で、前記加熱ロール18aの
周面温度が設定したスリープ温度になるのを待つ。前記
加熱ロール18aの周面温度が設定したスリープ温度にな
ると、その温度が保持されるよう、前記MPU25の前記出
力ポート（P₀）から“L"、“H"の繰り返し制御信号を出
力する。それに伴って前記トライアック28がオンオフ
し、その結果、前記ヒータ27の通電が断続して前記加熱
ロール18aの周面温度が前記スリープ温度に保持され
る。その間、S4の処理で、画像形成動作開始指令が発せ
られたかどうかを調べる。その指令が発せられていない
場合には、前記S3の処理を継続して実行する。また、該
指令が発せられているときは前記ST2の処理に戻り、前
記スリープ復帰時間t_rの経過後、画像形成動作が行われ
る。

前述の制御は、前記スリープ復帰時間t_rを、前記画像形
成動作開始指令が発せられ、その結果、前記給紙コロ13
が回り出し、給紙が始まり、用紙７は前記スリップロー
ル対12で送られて該用紙７の先端が前記待機ロール対６
に当接した状態で該用紙７が一旦止められて、前記感光
体ドラム２上に形成されたトナー画像とのタイミングを
とって再給送され、その後、前記用紙７の先端が前記加
熱ロール18aに達するまでの所要時間（T_AB）より短く若
しくは等しくなるよう前記ヒータ27の発熱量を設定すれ
ば、前記スリープ復帰時間t_rが恰も０であるかの如く、
オペレータにスリープ復帰の待ち時間を感じさせないよ
うにすることができる。

前記制御において、前記ROMのテーブルに用意されるス
リープ温度の設定値について、以下説明する。

いま、前記ヒータ27の発熱量をＷ（Joul/sec）、周辺へ
逃げる放熱量をＣ（Joul/sec）、定着器全体の熱容量を
Ｍ（Joul/℃）、定着可能温度をT_ST（℃）、スリープ設
定温度をT_SL（℃）、スリープ復帰時間をt_r、周辺の外
気温度をT_a（℃）、比例定数をK_nとすれば、放熱量Ｃは
外気温度T_aに反比例する。即ち、Ｃ＝K₁/T_a、スリープ
状態から定着可能温度まで昇温する際の方程式を考える
と、（Ｗ−Ｃ）t_r＝Ｍ（T_ST-T_SL）（Ｗ−K₁/T_a）t_r＝Ｍ（T_ST-T_SL）が成立する。

スリープ復帰時間t_rを一定にするためにスリープ設定温
度T_SLを外気温度T_aに対しどのように設定すればよいか
考察すると、 T_SL＝T_ST−（Ｗ−K₁/T_a）t_r/M＝K₂＋K₃/T_a 即ち、設定温度T_SLは外気温度T_aに対し反比例する所定
の関係値に設定すればよい。この関係に従って例えば後
記するようなテーブルを設定することができる。但し、
ヒータ27の発熱量Ｗや定着器全体の熱容量Ｍは設計によ
り変化する。

このようなテーブルを前記ROMに書き込んでおき、前述
した如き制御を行う。これによって、外気温度がどのよ
うであってもスリープ復帰時間t_rを一定にできる。

前述したt_r≦T_ABとするには、用紙の搬送スピードと給
紙部と定着部間の距離に応じて、定着器全体の熱容量Ｍ
やヒータ27の発熱量Ｗを設定する。前述の方程式から、 t_r＝Ｍ（T_ST-T_SL）／（Ｗ−Ｃ）であるから、スリープ
復帰時間t_rを小さくするためには、ヒータ27の発熱量Ｗ
を大きくするか定着器全体の熱容量Ｍを小さくすればよ
い。

〔考案の効果〕

以上詳細に説明したように、本考案によれば、外気温度
が高いときでも低いときでも同じスリープ復帰時間で定
着可能状態になる熱定着装置を得ることができ、この熱
定着装置を画像形成装置に適用すれば、寒暖の変化に関
わりなく、いつでも、印字指令を出してからレデイー状
態になるまでの待ち時間をほとんど要さない画像形成装
置の構成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の熱定着装置における温調装置部の構
成図、第２図は、本考案の熱定着装置を具備する画像形成装置
を示す概略構成図、第３図は、温度制御における時間と温度との関係を示す
説明図、第４図は、定着器の温調制御のフローチャートである。 18a……加熱ロール、22……外気温度サーミスタ、23…
…A/Dコンバータ、24……定着サーミスタ、25……MPU、
27……ヒータ、28……スイッチング素子、29……半導体
制御素子．

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】非画像形成動作状態が所定期間継続した
際、定着器の温度を定着可能温度より低い所定の維持温
度に降下させる温調装置を備えた熱定着装置において、前記定着器の周辺における環境温度を検知する環境温度
検知手段と、画像形成動作開始信号に応じて記録用紙を給紙開始した
後所要時間T_ABで該用紙の先端を定着部に搬入させる用
紙搬送手段と、前記画像形成動作開始信号の発生に応じて定着器を前記
維持温度から定着可能温度にまで加熱制御する復帰加熱
制御手段と、該復帰加熱制御手段が画像形成動作開始信号に応じて前
記定着器を前記定着可能温度迄加熱するのに要する復帰
時間t_rがt_r≦T_ABの関係を満たすことが出来る維持温度
を前記環境温度検知手段の出力に基づき算定する処理手
段とを備え、前記温調装置は非画像形成動作状態が所定期間継続した
際前記定着器を前記処理手段により算定された前記維持
温度に保持制御することを特徴とする熱定着装置。