JPH0830140A - 定着装置および定着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 消費電力を効果的に低減し、エネルギの浪費
を防止可能とした定着装置および定着方法を提供する。 【構成】 定着方法を実施する定着装置は、定着される
べきトナー像を予備加熱するプレヒータ２０と、定着時
にトナー像および記録媒体を主加熱する第１および第２
ヒータ１４，１６と、定着時、プレヒータ２０が作動す
るときには、第１ヒータ１４の作動を強制的に停止する
コントローラ２４とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザプリンタや複
写機などの電子写真装置に適用されるトナー像の定着装
置および定着方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真装置は、感光ドラム上に形成し
た静電潜像を現像してトナー像とし、このトナー像を中
間転写ドラムまたは紙などの記録媒体に転写した後、記
録媒体に定着する。この種の電子写真装置に適用される
定着装置には、記録媒体とともにトナー像を主加熱する
メインヒータの他に、記録媒体に定着すべきトナー像を
予備加熱するプレヒータを備えたものがある。このよう
な定着装置を使用すれば、トナー像が予備加熱されてい
るので、その定着時、メインヒータによるトナー像の加
熱溶融が良好に行え、定着速度の高速化および印刷品質
の向上を図ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】プレヒータは、記録媒
体や中間転写ドラムに担持されたトナー像が通過すると
きのみ、すなわち、その定着時のみに発熱することか
ら、電子写真装置のウォームアップにプレヒータが寄与
することはない。それ故、ウォームアップ時間を短縮す
るためには、メインヒータの発熱量を可能な限り大きく
しなければならない。

【０００４】しかしながら、定着時、プレヒータの発熱
と同時に、メインヒータもまたその最大出力で発熱して
いると、これらヒータの消費エネルギの総和が過大とな
って、エネルギの浪費を招く。また、電子写真装置が他
の電気機器と同じ電源に接続されている状況にあって
は、その電源の容量を越えてしまう虞がある。この発明
は、上述した事情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、消費エネルギの浪費を抑えることがで
きる定着装置および定着方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、この発明の
定着装置によって達成され、請求項１の定着装置は、ト
ナー像を予備加熱するプレ加熱手段およびトナー像を記
録媒体とともに加熱する主加熱手段に加え、定着時、こ
れらプレ加熱手段および主加熱手段の発熱エネルギの和
を一定値以内に抑える制御手段を備えている。

【０００６】請求項２の定着装置は、請求項１の定着装
置のプレ加熱手段および主加熱手段を電気的なものであ
り、この場合、その制御手段は、定着時、プレ加熱手段
および主加熱手段の消費電力の和を一定値以内に抑制す
る。請求項３の定着装置は、請求項２の定着装置に、記
録媒体を加圧する加圧手段を付加し、この加圧手段に前
記主加熱手段が含まれている。

【０００７】請求項４の定着装置は、その加圧手段が、
トナー像を担持している回転ドラムとの間で記録媒体を
挟持する無端定着ベルト、この定着ベルトが掛け渡され
るローラとから構成されており、主加熱手段は、そのロ
ーラに内蔵されている。上記目的は、この発明の定着方
法によっても達成され、請求項５の定着方法は、定着
時、トナー像の予備加熱およびトナー像および記録媒体
の主加熱の発熱エネルギの和を一定値以内に抑えてい
る。請求項６の定着方法は、前記予備加熱および主加熱
を電気的に行い、定着時、予備加熱および主加熱の消費
電力の和を一定値以内に抑えている。

【０００８】

【作用】請求項１，５の定着装置および定着方法によれ
ば、記録媒体へのトナー像の定着時、トナー像は予備加
熱を受けた後、記録媒体とともに主加熱されるが、この
際、予備加熱と主加熱の発熱エネルギの和は一定値以内
に抑えられる。請求項２，６の定着装置および定着方法
によれば、定着時、予備加熱および主加熱が電気的に行
われ、これらの消費電力の和を一定値以内に抑えてい
る。

【０００９】請求項３の定着装置によれば、定着時、記
録媒体は主加熱を受けると同時に加圧される。請求項４
の定着装置によれば、トナー像および記録媒体は無端定
着ベルトと回転ドラムとの間にて加圧され、そして、定
着ベルトを案内するローラは、内蔵した主加熱手段によ
り、トナー像および記録媒体を加熱する。

【００１０】

【実施例】図１には、レーザプリンタや複写機等の電子
写真装置の一部、つまり、第１実施例の定着装置が概略
的に示されている。この定着装置は、回転ドラムとして
の中間転写ドラム２を備えており、この中間転写ドラム
２は図１でみて時計方向に回転可能となっている。中間
転写ドラム２には感光ドラム（図示しない）が転接され
ており、この感光ドラムから中間転写ドラム２にトナー
像Ｐが転写されるようになっている。つまり、公知のよ
うに感光ドラム上に形成された静電潜像は現像処理を受
けて、トナー像となり、このトナー像が感光ドラムから
中間転写ドラム２に転写されるようになっている。中間
転写ドラム２を備えていれば、色分解した印刷情報に基
づき、各色のトナー像を中間転写ドラム２上に積層して
転写することにより、カラートナー像を形成でき、記録
媒体へのカラー印刷が可能となる。

【００１１】中間転写ドラム２の外周には加圧ユニット
４が上下動可能にして配置されている。この加圧ユニッ
ト４は、中間転写ドラム２の周方向に離間した一対のヒ
ートローラ６，８を備えており、これらヒートローラ
６，８間に無端状の定着ベルト１が掛け回されている。
ヒートローラ６，８間には、これらローラによりも中間
転写ドラム２から離間してテンションローラ１２が配置
されており、このテンションローラ１２は定着ベルト１
０に所定の張力を与えている。

【００１２】一対のヒートローラ６，８のうち、中間転
写ドラム２の回転方向でみて下流に位置するヒートロー
ラ６は他方のヒートローラ８よりも大径であって、動力
を受けて回転される。この回転により、定着ベルト１０
は、中間転写ドラム２の周速と同一の速度で走行するこ
とができる。ヒートローラ６，８には、主加熱手段とし
ての第１ヒータ１４および第２ヒータ１６が内蔵されて
おり、これら第１および第２ヒータ１４，１６はとも
に、ハロゲンランプなどのランプ型ヒータである。第１
ヒータ１４の消費電力（例えば８００Ｗ）は、第２ヒー
タ１６（例えば２００Ｗ）に比べて十分に高い。

【００１３】なお、中間転写ドラム２にトナー像が転写
されるとき、上述した加圧ユニット４は、中間転写ドラ
ム４の外周面から上方に離間した状態にある。中間転写
ドラム２の外周面近傍には、プレ加熱手段としてのプレ
加熱器１８が配置されており、このプレ加熱器１８は、
中間転写ドラム２の回転方向でみて、加圧ユニット４よ
りも上流側に位置付けられている。プレ加熱器１８は、
第１および第２ヒータ１４，１６と同様にハロゲンラン
プなどのランプ型ヒータからなるプレヒータ２０と、こ
のプレヒータ２０を覆う反射板２２とを備えている。こ
のプレヒータ２０の消費電力は第１ヒータ１４と同一と
なっている。

【００１４】図１でみて、中間転写ドラム２と加圧ユニ
ット４との間にはその左側からカット紙など記録媒体Ｓ
が搬送系（図示しない）によって送り込み可能となって
おり、上述した定着装置は、送り込まれてきた記録媒体
Ｓに中間転写ドラム２上のトナー像またはカラートナー
像を転写すると同時に定着して、その印刷を行う。より
詳しくは、定着モードにおいては、加圧ユニット４が下
降し、その定着ベルト１０が中間転写ドラム２の外周面
にそのトナー像を避けて押圧される。

【００１５】この後、中間転写ドラム２上のトナー像Ｐ
がプレ加熱器１８の直下を通過する際、このトナー像は
プレ加熱器１８のプレヒータ２０によって予備加熱され
て定着ベルト１０に向かい、同時に、記録媒体Ｓが定着
ベルト１０と中間転写ドラム２との間に向けて送り込ま
れる。したがって、中間転写ドラム２上の予備加熱され
たトナー像は、記録媒体Ｓとともに定着ベルト１０によ
って加圧されると同時に主加熱され、これにより、トナ
ー像が中間転写ドラム２から記録媒体Ｓに転写れると同
時に定着される。

【００１６】このようにして印刷済みの記録媒体Ｓは、
中間転写ドラム２から搬送系を通じ、電子写真装置の排
紙口から排出される。上述した定着装置は、第１および
第２ヒータ１４，１６ならびにプレヒータ２０の作動を
制御するため、コントローラ２４を備えており、このコ
ントローラ２４にヒータ１４，１６，２０がそれぞれ電
気的に接続されている。さらに、コントローラ２４に
は、加圧ユニット４による記録媒体Ｓおよびそのトナー
像Ｐの定着温度を検出する温度センサ２６に加えて、定
着ベルト１０および中間転写ドラム２のための駆動源３
０が電気的に接続されている。温度センサ２６は、具体
的には、定着ベルト１０の加熱温度を検出しているが、
この定着ベルト１０自体は走行しているために、温度セ
ンサ２６には非接触式の赤外線センサが使用される。

【００１７】次に、図３ないし図６には、コントローラ
２４にて実行される定着制御ルーチンが示されており、
以下には、この定着制御ルーチンに従い、ヒータ制御に
係わる定着方法を説明する。 ：定着制御ルーチン：電子写真装置に電源が投入される
と、先ず、コントローラ２４は初期化処理を実行してか
ら（ステップＳ１）、温度センサ２６から検出信号に基
づき、定着温度Ｔを読み込み（ステップＳ２）、そし
て、加圧ユニット４の第２ヒータ１６をオン作動する
（ステップＳ３）。

【００１８】次に、コントローラ２４は、ウォームアッ
プフラグがオンに設定されているか否かを判別するが
（ステップＳ４）、電源の投入直後の場合、ウォームア
ップフラグは初期化処理（ステップＳ１）にてリセット
されたままであるので、ここでの判別結果は偽（No）と
なって、次のステップＳ５のウォームアップ処理が実施
される。

【００１９】ウォームアップ処理が完了すると、コント
ローラ２４は、ヒータ制御（ステップＳ６）および定着
速度制御（ステップＳ７）を順次実施した後、ステップ
Ｓ２以降のステップを繰り返して実施する。ウォームア
ップ処理の詳細は図４に示されており、以下にウォーム
アップ処理ルーチンについて説明する。 ：ウォームアップ処理ルーチン：このルーチンに入る
と、コントローラ２４は第１ヒータ１４を先ずオン作動
させ（ステップＳ５１）、定着温度Ｔがウォームアップ
の完了温度ＴCを越えたか否かを判別する（ステップＳ
５２）。ここでの判別結果が偽の場合には、ステップＳ
５１が繰り返して実施され、第１ヒータ１４はオン作動
に維持される。

【００２０】ステップＳ５２の判別結果が真（Yes）に
なると、ウォームアップフラグがオンにセットされた後
（ステップＳ５３）、このルーチンを抜けて、図３の定
着制御ルーチンに戻り、そのステップＳ６，Ｓ７が順次
実施される。この後、定着制御ルーチンが繰り返して実
施されるとき、ステップＳ４の判別結果が真となるか
ら、コントローラ２４は、ステップＳ５のウォームアッ
プ処理をバイパスして実施する。

【００２１】ヒータ制御の詳細は図５に示されており、
以下にヒータ制御ルーチンについて説明する。 ：ヒータ制御ルーチン：このルーチンに入ると、コント
ローラ２４は、定着温度Ｔが定着の許容最高温度ＴH以
上に達したか否かを判別し（ステップＳ６１）、ここで
の判別結果が真の場合、第１ヒータ１４をオフ作動して
（ステップＳ６２）、ステップＳ６５を実施する。一
方、ステップＳ６１の判別結果が偽の場合、コントロー
ラ２４は、定着温度Ｔが定着の許容最低温度ＴL以下に
低下したか否かを判別する（ステップＳ６３）。ここで
の判別結果が真の場合、コントローラ２４は、第１ヒー
タ１４をオン作動させた後（ステップＳ６４）、ステッ
プＳ６５を実施し、その判別結果が偽の場合には、ステ
ップＳ６４をバイパスしてステップＳ６５を実施する。

【００２２】したがって、このヒータ制御ルーチンで
は、第１ヒータ１４の作動をオンオフすることにより、
定着温度Ｔは、許容最高温度ＴHと許容最低温度ＴLとの
間に維持される。ここで、許容最低温度ＴLは、前記ウ
ォームアップの完了温度ＴCと同一か、または、この完
了温度ＴCよりも僅かに高い温度に設定されている。ス
テップＳ６５にて、コントローラ２４は、電子写真装置
の作動状況が定着モードであるか否かを判別する。具体
的には、定着モードに入ると、コントローラ２４には、
定着中信号（図２参照）が供給されて続けており、この
定着中信号の有無から、コントローラ２４は定着モード
であるか否かを判別する。

【００２３】なお、コントローラ２４に定着中信号が供
給されると、前述したように加圧ユニット４が下降し、
その定着ベルト１０が中間転写ドラム２の外周面に押圧
され、一方、記録媒体Ｓの送り込みが開始されて、記録
媒体Ｓに対するトナー像Ｐの転写および定着が可能とな
る。ステップＳ６５の判別結果が真である場合、コント
ローラ２４は、たとえステップＳ６４が実施された直後
であっても、第１ヒータ１４をオフ作動させ（ステップ
Ｓ６６）、そして、プレ加熱器１８のプレヒータ２０を
オン作動させた後（ステップＳ６７）、図３の定着制御
ルーチンのステップＳ７を実施する。一方、ステップＳ
６５の判別結果が偽の場合には、ステップＳ６６，Ｓ６
７を実施することなく、図３の定着制御ルーチンに戻
る。

【００２４】したがって、記録媒体Ｓへのトナー像Ｐの
転写、定着が実施されるときにあっては、プレヒータ２
０がオン作動されるから、中間転写ドラム２上のトナー
像Ｐはその転写、定着前にプレヒータ２０によって予備
加熱される。この際、第１ヒータ１４はオフ作動されて
いるから、この時点での定着装置の消費エネルギ、つま
り、消費電力は、プレヒータ２０と第２ヒータ１６との
消費電力の和となり、定着装置の最大消費電力以下に抑
制されている。ここで、定着装置の最大消費電力とは、
第１および第２ヒータ１４，１６に加え、プレヒータ２
０の消費電力の総和である。

【００２５】上述のヒータ制御ルーチンから図３の定着
制御ルーチンに戻ると、コントローラ２４は、その詳細
が図６に示されている定着速度制御ルーチンを実施し、
以下に、この定着制御ルーチンについて説明する。 ：定着速度制御ルーチン：このルーチンでは、コントロ
ーラ２４は、前記ステップＳ６５での場合と同様にし
て、定着モードであるか否かを判別し（ステップＳ７
１）、ここでの判別結果が真の場合、次に、定着速度の
調整が必要か否かを判別する（ステップＳ７２）。具体
的には、ステップＳ７２では、定着温度Ｔが許容最低温
度ＴL以下であるか否が判別され、その判別結果が真の
場合、コントローラ２４は、記録媒体Ｓおよびそのトナ
ー像Ｐの主加熱が不十分であると判定する。このような
状況にあっては、コントローラ２４は、次のステップＳ
７３にて、加圧ユニット４および中間転写ドラム２の駆
動源３０を制御し、定着ベルト１０の走行速度および中
間転写ドラム２の周速、すなわち、定着速度をその時点
での定着温度Ｔの低下分に応じ、所定の割合だけ減速す
る。この結果、記録媒体Ｓへのトナー像Ｐの定着時、そ
の定着温度Ｔが低下していても、これら記録媒体Ｓおよ
びトナー像Ｐにその転写、定着に必要な熱エネルギを十
分に与えることができ、トナー像の転写、定着を安定し
て行うことが可能となる。

【００２６】なお、ステップＳ７１，Ｓ７２の一方の判
別結果が偽の場合にあっては、ステップＳ７３を実施す
ることなく、定着速度制御ルーチンを終了する。この場
合、定着速度制御ルーチンは実質的に機能しない。上述
した定着制御ルーチンによれば、電子写真装置の電源投
入後のウォームアップにおいて、加圧ユニット４の第１
および第２ヒータ１４，１６はともにオン作動されるか
ら、そのウォームアップに要する時間を短縮することが
できる。一方、定着モード中にあって、プレ加熱器１８
のプレヒータ２０がオン作動される場合には、第１ヒー
タ１４のオン作動を強制的に停止しているから、定着装
置全体の消費電力を抑制することができ、発熱エネルギ
の浪費を防止することができる。

【００２７】この発明は上述した一実施例に制約される
ものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、図
７に示した第２実施例の定着装置は、前述した加圧ユニ
ット４が中間転写ドラム２に押し付け可能なホットロー
ラ３２からなっており、このホットローラ３２は第１ヒ
ータ３４を内蔵している。この第１ヒータ３４もまたハ
ロゲンランプなどのランプ型ヒータを使用できるが、こ
の場合、第１ヒータ３４の発熱量は変更可能となってい
る。

【００２８】また、図８には、中間転写ドラム２を有し
ない電子写真装置に適用された第３実施例の定着装置が
示されている。この定着装置は、加圧ユニット４とし
て、互いに転接されたプレッシャドラム３６とホットロ
ーラ３８を備えており、このホットローラ３８に第１ヒ
ータ３４が内蔵されている。この場合、定着装置のプレ
加熱器１８は、感光ドラムと加圧ユニット４との間の記
録媒体Ｓの搬送経路の直上に配置され、感光ドラムから
記録媒体Ｓに転写されたトナー像Ｐを予備加熱する。

【００２９】図７，８の定着装置の場合、その加圧ユニ
ット４に第２ヒータが備えられていないから、その定着
制御ルーチンは、図３中破線で示す流れに変更される。
つまり、図３中、Ａ点からＢ点が直接に結ばれ、ステッ
プＳ３がバイパスされ、一方、図５のヒータ制御ルーチ
ンにおいては、Ｃ点以降の流れが図９に示すフローチャ
ートに変更される。

【００３０】ここでは、コントローラ２４は、図５のス
テップＳ６５の場合と同様に、定着モードか否かを判別
し（ステップＳ９１）、第１ヒータ３４の出力、すなわ
ち、その消費電力ＷFを次式に基づいて算出する。 ＷF ＝ ＷMAX −（ ＷP ＋ α ） ここで、ＷMAXは第１ヒータ３４の最大消費電力、ＷPは
プレヒータ２０の消費電力、αはマージンを示してい
る。

【００３１】この後、コントローラ２４は、算出した消
費電力ＷFにて、第１ヒータ３４をオン作動した後（ス
テップＳ９３）、プレヒータ２０をオン作動させる（ス
テップＳ９４）。したがって、この場合にも、第１ヒー
タ３４とプレヒータ２０の消費電力の和は、その最大消
費電力以下に抑制される。この場合にあっても、ウォー
ムアップ処理中にあっては、第１ヒータ３４の出力をそ
の最大にして、ウォームアップ時間の短縮を図れ、ま
た、定着モート以外のヒータ制御中にあって、第１ヒー
タ３４をオン作動すべきとき、その出力を定着温度Ｔに
応じて調整できる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１，２，５，６の定着装置および定着方法によれば、定
着時、その予備加熱および主加熱の発熱エネルギの和を
一定値以内に抑制するようにしたから、その全体の消費
エネルギ、つまり、消費電力が過大になることもない
し、エネルギの浪費を招くことはない。請求項３の定着
装置によれば、主加熱と同時に記録媒体およびトナー像
を加圧しているから、その定着が良好に行える。請求項
４の定着装置によれば、記録媒体およびトナー像の加圧
および加熱に無端定着ベルトを使用しているから、その
加熱時間を十分に確保でき、トナー像の定着をさらに安
定して行える。しかも、定着ベルトを案内するローラに
主加熱手段を内蔵したので、定着ベルトを介してトナー
像および記録媒体の主加熱を良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の定着装置を示した概略正面図であ
る。

【図２】図１の定着装置の各ヒータを制御する制御ブロ
ック図である。

【図３】図２のコントローラが実行する定着制御ルーチ
ンを示したフローチャートである。

【図４】図３の定着制御ルーチン中、ウォームアップ処
理ルーチンの詳細を示したフローチャートである。

【図５】図３の定着制御ルーチン中、ヒータ制御ルーチ
ンの詳細を示したフローチャートである。

【図６】図３の定着制御ルーチン中、定着速度制御ルー
チンを示したフローチャートである。

【図７】第２実施例の定着装置を示した概略正面図であ
る。

【図８】第３実施例の定着装置を示した概略正面図であ
る。

【図９】第２および第３実施例の定着装置の場合でのヒ
ータ制御ルーチンの一部を示したフローチャートであ
る。

【符号の説明】

２ 中間転写ドラム ４ 加圧ユニット ６，８ ヒートローラ １０ 定着ベルト １２ テンションローラ １４ 第１ヒータ １６ 第２ヒータ １８ プレ加熱器 ２０ プレヒータ ２２ 反射板 ２４ コントローラ ２６ 温度センサ ３０ 駆動源 ３２，３８ ホットローラ ３４ 第１ヒータ ３６ プレッシャドラム

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体に定着すべきトナー像を予備加
   熱するプレ加熱手段と、前記トナー像を前記記録媒体と
   ともに加熱する主加熱手段と、定着時、前記プレ加熱手
   段および前記主加熱手段の発熱エネルギの和を一定値以
   内に抑える制御手段とを具備していることを特徴とする
   定着装置。
2. 【請求項２】 記録媒体に定着すべきトナー像を電気的
   に予備加熱するプレ加熱手段と、前記トナー像を前記記
   録媒体とともに加熱する電気的主加熱手段と、定着時、
   前記プレ加熱手段および前記主加熱手段の消費電力の和
   を一定値以内に抑える制御手段とを具備していることを
   特徴とする定着装置。
3. 【請求項３】 前記前記記録媒体を加圧する加圧手段を
   備え、この加圧手段に前記主加熱手段が含まれているこ
   とを特徴とする請求項１または２の定着装置。
4. 【請求項４】 前記加圧手段は、トナー像を担持してる
   回転ドラムとの間で前記記録媒体を挟持する無端定着ベ
   ルトと、この定着ベルトが掛け渡されるローラとを備え
   ており、前記主加熱手段は、前記ローラに内蔵されてい
   ることを特徴とする請求項３の定着装置。
5. 【請求項５】 記録媒体に定着すべきトナー像を、予備
   加熱した後、前記記録媒体ともに主加熱して該記録媒体
   に定着する定着方法であって、定着時、予備加熱および
   主加熱の発熱エネルギの和を一定値以内に抑えることを
   特徴とする定着方法。
6. 【請求項６】 記録媒体に定着すべきトナー像を、電気
   的に予備加熱した後、前記記録媒体ととにも電気的に主
   加熱して該記録媒体に定着する定着方法であって、定着
   時、予備加熱および主加熱の消費電力の和を一定値以内
   に抑えることを特徴とする定着方法。