JPH10274899A - 加熱定着装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、通紙終了後の熱定着装置の表面温
度上昇をおさえ、また表面温度のムラを無くすことによ
り長寿命で高品質でかつスルートップのよい熱定着装置
を提供するものである。 【解決手段】 例えばローラまたはベルトの周方向回転
時間（Ｌ／ｖ）に基づいて強制停止先行時間（ヒータの
強制停止タイミング）を階段状に可変するも、該可変停
止タイミングは、他の主要パラメータにより設定される
設定値ｎ（整数）により整数倍単位で増減する。前記
１）式における設定値ｎ（整数）は、熱定着装置を通過
する転写材の通紙サイクル時間、転写材料並びに転写材
厚により選択され、さらには機内温度、または機内温度
と湿度により補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
ー、ＦＡΧ等に適用される電子写真機器に組込まれる熱
定着装置の制御方法に係り、特に未定着画像を支持した
転写材（記録紙）を定着ローラ対に連続通紙をしながら
加熱定着を行う加熱定着装置の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来画像形成装置に用いられる定着装置
として熱効率、安全性が良好な接触過熱型の定着装置、
特に、一対のローラ（加熱ローラと加圧ローラの組み合
わせ若しくは熱ローラ対の組み合わせ）で形成される熱
ローラ型の加熱定着装置が広く用いられている。かかる
装置においてモノクロの未定着トナー像を定着させる定
着ローラ対は、定着ローラ側にヒータが内包されるか若
しくはセラミックヒータのようにそれ自体がヒータであ
る加熱定着ローラと、ヒータが内包されていない加圧ロ
ーラとの組合せで形成される。又電子写真方式を用いた
カラートナー像の定着装置においては、表面が弾性層で
覆われ、各ローラの内部にヒータを内蔵した上下二本の
ヒートローラ対を用い、このヒートローラ対で形成され
たニップに転写材を通過させて過度の荷重をかけるとと
もに熱でトナー像を溶融定着する熱加圧ローラ型定着装
置が主流である。

【０００３】そしていずれの装置に用いる加熱ローラも
金属ローラ等のローラ芯体の表面にシリコンゴム、フッ
素ゴム等の耐熱性、弾力性を有する被覆体で覆った構成
となっているために、ローラの熱容量が大きく言換えれ
ば熱伝導時定数が大きく、この為例えば前記ローラに内
包されたヒータのオン・オフに対して遅れて表面温度は
変化する。特に、カラープリンターのような多色トナー
を定着するためには、ローラ弾性体厚が厚くなるため熱
時定数は非常に大きなものとなり、表面温度は大きく変
化してしまう。このため、連続的に熱定着装置に転写材
を通過させ、その後通紙が終了した時転写材（記録紙）
の奪熱量の低下によりローラ表面温度は急激に上昇して
しまう。

【０００４】そこで、特開平６−８３２３７号公報にお
いてコピー終了前に前記ヒータに停止信号を出力し、該
停止信号をコピー終了後の所定時間出力するようにした
制御方法を提案している。かかる先行技術によれば、精
度よく定着ローラはコピー終了（ローラへの通紙終了）
前にヒータをオフするために、コピー終了までヒータを
ＯＮしていた場合に比較してローラに蓄熱される熱量が
少なくなり前記不具合を解決し得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ロ
ーラの加熱制御は実際には後記式で示すように、（ロー
ラの熱容量ＲＹと転写材（トナーを含む）の熱容量Ｑ
Ｙ）に対しヒータより発熱量ｆ（Ｈ）を制御することに
より、ローラニップ部の定着温度Ｔrefを一定にするも
のであるが、 Ｔref＝ｆ（Ｈ）＊（ＲＹ＋ＱＹ） トナーを含む転写材の熱容量ＱＹは、機内温度、転写材
の含水率、転写材のサイズ、転写材の線速、転写材厚、
トナー層厚、トナー充填率、転写材の比熱、トナーの比
熱、トナーの密度等によって変動してしまい、又ローラ
の熱容量ＲＹも機内温度によって変動する。

【０００６】この為前記ヒータ停止信号の通紙前の出力
タイミングを一定にするとローラ表面の温度分布がムラ
になり、ローラの寿命が短縮したり、定着ムラを発生さ
せたり、定着ローラにトナーがオフセットして定着画像
を乱す等の不具合がある。そこで前記従来技術において
は転写材のサイズにより前記出力タイミングを可変にし
ているが、前記したように転写材やローラの熱容量（Ｒ
Ｙ＋ＱＹ）の変動要素は多岐に亙り、転写材のサイズの
みを規定しても前記した不具合を解消できない。

【０００７】この為前記した全ての要素を加味してタイ
ミング制御を行なえばよいが、これでは制御動作が煩雑
化してＣＰＵの負担が極めて増大し、制御系に不具合を
もたらす。又、前記先願技術においては、停止信号はコ
ピー終了後の所定時間出力するようにしている為に、強
制停止後、転写材側よりの奪熱により定着温度範囲以下
になり易く、その後の加熱復帰によりオーバシュートが
生じやすい。

【０００８】本発明はかかる従来技術に鑑み、簡単な演
算式に基づいて通紙前のヒータ停止信号の出力タイミン
グ制御を精度よく行ない得る加熱定着装置の制御方法を
提供することを目的とする。本発明の他の目的は、通紙
終了後の熱定着装置の表面温度上昇をおさえ、また定着
装置の表面温度のムラを無くすことにより長寿命で高品
質でかつスルートップのよい熱定着装置を提供するもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】さて、定着に必要な電力
（供給熱量）は次式にて求められる。 Ｐ＝{(Qp＋Qw＊Mp＊Pw）＊dp＋Qt＊St＊dt｝＊LT／ｖ Qp＝Rp＊（Ｔref−Ta）＊Mp Qt＝Rt＊（Ｔref−Ta）＊Mt Ｔref：定着温度 Qw：水の蒸発熱量 Ta：機内温度 P
w：含水率 Rp：転写材の比熱 LT：転写材横方向長さ Rt：トナー
の比熱 ｖ：線速 Mp：転写材の密度 Mt：トナーの密度 ｄｐ：転写材厚
ｄｔ：トナー層厚 Ｓｔ：トナー充填率 Qp：転写材の供給熱量 Qt：トナ
ーの供給熱量

【００１０】前記式より明らかな如く定着に関与するパ
ラメータは非常に多く、転写材のサイズのみを規定して
も線速、転写材材料並びに厚さ、温度、により大きく電
力量が変化し定着温度も変化してしまう。又前記した全
てのパラメータを加味してタイミング制御を行なえばよ
いが、これでは制御動作が煩雑化してしまう。そこで、
本発明は通紙終了後の熱定着装置の表面温度上昇をおさ
え、また表面温度のムラを無くすことにより長寿命で高
品質でかつスルートップのよい熱定着装置を提供するも
のである。

【００１１】上記課題を解決するために、本発明による
熱定着装置の温度制御方法は、次のように構成した。即
ち請求項１記載の発明は、未定着画像を支持した転写材
を、少なくとも１のローラまたはベルトにヒータを具え
た定着装置に連続通紙をしながら加熱定着を行う際に、
前記転写材の夫々の通紙終了前に前記ヒータを強制停止
しさせるようにした制御方法において、転写材の後端通
過時点より先行してヒータの強制停止を開始する強制停
止先行時間（ヒータの強制停止タイミング）を階段状に
可変にするとともに、好ましくは該先行時間を下記式に
基づいて設定する事を特徴とする。 ｔ＝ｎ＊（Ｌ／ｖ） ｎ＝設定値、０，１，２，３（整数） ……１） ｔ：強制停止先行時間 Ｌ：ローラまたはベルトの転写材通過方向周長 ｖ：線速 （Ｌ／ｖ）：ローラまたはベルトの周方向回転時間

【００１２】前記１）式における設定値ｎ（整数）は、
熱定着装置を通過する転写材の通紙サイクル時間、転写
材材料並びに転写材厚により、あるいは熱定着装置を通
過する転写材の連続通過枚数、転写材材料並びに転写材
厚により選択され、さらには、機内温度、または機内温
度と湿度により前記選択された設定値ｎを補正するよう
にする。または、熱定着装置を通過する転写材の通紙サ
イクル時間、転写材料並びに転写材厚、および機内温度
または機内湿度と温度により、あるいは熱定着装置を通
過する転写材の連続通過枚数、転写材料並びに転写材
厚、および機内温度または機内温度と湿度により選択さ
れる。

【００１３】更に前記１）式における設定値ｎ（整数）
の選択を複数のパラメータにより、あらかじめテーブル
化しておき、該テーブルより設定値ｎ（整数）を選択す
るようにしてもよい。尚、前記ヒータの作動を復帰は請
求項８に記載のように、夫々の転写材の後端通紙終了前
に前記ヒータの作動を復帰させるのがよい

【００１４】

【作用】本発明は例えばローラまたはベルトの周方向回
転時間（Ｌ／ｖ）に基づいて強制停止先行時間（ヒータ
の強制停止タイミング）を階段状に可変するも、該可変
停止タイミングは、他の主要パラメータにより設定され
る設定値ｎ（整数）により整数倍単位で増減するため
に、言換えれば無用な緻密な制御が不要になるために、
ＣＰＵの負担が大幅に軽減し、言換えればソフトの暴走
等がなく、簡単な制御で精度よく且つ確実に強制停止先
行時間を設定できる。この結果、熱定着装置の表面温度
ムラがなくなり、また、請求項８に記載のように定着終
了転写材の後端通過終了前に前記ヒータの作動を復帰さ
せる為に、定着温度範囲内での作動復帰が可能で、結果
として復帰後の急激な温度上昇を押さえ、熱定着装置の
寿命をのばし、高品質でスループットの良い熱定着制御
を行なう事が出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施
例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その
相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この
発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明
例にすぎない。

【００１６】図１に本発明の実施例に係る定着装置が組
込まれたカラー画像形成装置の概略図を示す。１、１’
は画像信号に対応して変調されたレーザー光を光走査す
る光走査装置、２、２’は前記光走査装置で光走査され
たレーザ光が感光体ドラム母線上に沿って書込まれなが
ら静電潜像を形成する感光体ドラム、３、４、５、６は
感光体ドラム２、２’に夫々一対づつ配設されたトナー
現像器で、３はイエロートナー、４はブラックトナー、
５はマゼンタトナーを、６はシアントナーを夫々含有
し、先ず感光体ドラム２に現像器３を近接させて感光体
ドラム２表面にイエロー画像を、又同時に感光体ドラム
２’に現像器５を近接させて感光体ドラム２’表面にマ
ゼンタ画像を、夫々転写材１頁に対応する潜像画像を現
像する。又７は中間転写ドラムで、感光体ドラム２、
２’の夫々の転写位置及び転写材転写位置上を周回し、
転写材１頁以上の周回長を有す。１１、１１’は第１の
転写ローラであり中間転写ドラム７内の感光体ドラム
２、２’の夫々の転写位置に配置される。そして中間転
写ドラム７の一回転目で感光体ドラム２表面に現像され
たイエロー画像を、又同時に感光体ドラム２’表面に現
像されたマゼンタ画像を夫々転写する。

【００１７】次に中間転写ドラム７の二回転目で感光体
ドラム２より現像器３を離隔させた後、現像器４を近接
させて感光体ドラム２表面にブラック画像を、又同時に
感光体ドラム２’に現像器５を離隔させた後、現像器６
を近接させて感光体ドラム２’表面にシアン画像を、夫
々転写材１頁に対応する潜像画像を現像する。そして中
間転写ドラム７の二回転目の回転により感光体ドラム２
表面に現像されたブラック画像を、又同時に感光体ドラ
ム２’表面に現像されたシアン画像を夫々転写する。そ
して、中間転写ドラム７の感光体ドラム２’の転写位置
下流側に転写材に画像転写を行なう第２の転写ローラ８
が配設されており、中間転写ドラム７に色重ねされて転
写された四色のカラートナー像はレジストローラ１２に
より画像始端と同期して転写位置に搬送された転写材９
に転写される。転写材９とは普通紙、ＯＨＰシート等を
いう。転写材９は、搬送ローラ１０を介して定着装置内
の定着ローラ対１７、１８に送られ、前記転写材表面に
転写された未定着トナー像の加熱定着が行なわれる。図
中１３は給紙カセットで、所定サイズの転写材が収納さ
れており、給紙ローラ１４を介してレジストローラ１２
入口端に導かれる。

【００１８】図２は前記定着装置の制御回路図を示す
が、説明の簡略化の為に、加熱ローラと加圧ローラの組
み合わせからなる定着ローラ対１７，１８の加熱制御回
路について説明するが、定着ベルトを採用する場合も同
様である。２１はカセットセンサで給紙カセット１３の
種類より転写材サイズを検知しサイズ検知回路２６を介
してサイズ信号をＣＰＵ２５に入力する。２２は通紙検
知センサで、定着ローラ対１７／１８を通過後の転写材
９後端を検知し、ＣＰＵ２５に送入力する。ＣＰＵ２５
では前記通紙検知センサ２２よりの信号に基づいて、通
紙サイクル時間Ｓｃ、連続通過枚数Ｓｍをカウントす
る。又、機内温度Ｔａと湿度Ｔｗは夫々温度センサ２７
と湿度センサ２８にて測定する。又転写材材料Ｔｍ及び
転写材厚ｄｐについては給紙方法あるいは給紙場所によ
り自動的に選択する。

【００１９】２３は加熱ローラ１７の表面温度を検知す
るサーミスタで、該サーミスタの検知信号を温度検知回
路３０を介して温度制御回路３１に送信する。温度制御
回路３１では、前記温度検知回路３０よりの検知温度に
基づいて加熱ローラの表面温度が定着温度になるよう
に、ドライバ３２を介してヒータ１９の通電制御回路３
３を通電制御する。又前記通電制御はＣＰＵ２５よりの
インヒビット信号の出力により強制停止される。

【００２０】次にプリンタでの加熱制御の実施例を図３
に示す。プリント要求によりプリントがスタートする
と、まずプリントの初期化を行ない（Ｓ１）、カセット
センサ２１より紙サイズＬ検知より転写材材料Ｔｍ及び
転写材厚ｄｐ紙の種類の検知を行なう。（Ｓ２） 次いで、加熱定着ローラ１７の温度が定着規定温度範囲
であるかチェックし（Ｓ３）、ページプリントルーチン
が実行される。この後プリントがある場合は再度１ペー
ジプリントルーチンを実行し（Ｓ４）、全プリントが終
了するとプリントルーチンを抜けて終了する。（Ｓ５）

【００２１】さて図４に示すように、ページプリントル
ーチンは一定時間毎に各プリント制御部分のシーケンス
をコントロールしていく。この一定時間毎の制御内で通
信検知センサ２２よりの転写材の後端検知、定着ローラ
１７の転写材通過方向周長Ｌ、及び線速ｖから定着ロー
ラ１７の周方向回転時間（Ｌ／ｖ）とともに、次いで後
記演算式に基づいて先行時間ｔを下記式に基づいて設定
する。（Ｓ１２） ｔ＝ｎ＊（Ｌ／ｖ） ……１）

【００２２】なお、設定値（０、１、２、……）は、熱
定着装置を通過する転写材の通紙サイクル時間と転写材
料並びに転写材厚により選択、あるいは熱定着装置を通
過する転写材の連続通過枚数、転写材料並びに転写材厚
により選択するが、さらには機内温度、または機内温度
と湿度により補正するようにすればよい。または、熱定
着装置を通過する転写材の通紙サイクル時間、転写材料
並びに転写材厚、および機内温度または機内温度と湿度
により選択あるいは熱定着装置を通過する転写材の連続
通過枚数、転写材料並びに転写材厚、および機内温度ま
たは機内温度と湿度により選択する。

【００２３】図５は、転写材材料、転写材厚、機内温
度、および湿度がある条件の時の転写材の連続通過時間
（通紙サイクル時間）とその連続通過時間により選択さ
れる設定値ｎとの関係を示すグラフ図であり、連続通過
時間により設定値ｎが階段状に変化する。

【００２４】また、図６は、図５により選択される設定
値ｎと強制禁止先行時間ｔとの関係を示すグラフ図であ
る。

【００２５】図７は所定枚数印刷後の加熱ローラの温度
上昇カーブを示し、本図より明らかな如く連続印字枚数
によって加熱ローラの加熱温度が上昇するが、約８〜１
６枚連続通紙をすると温度上昇カーブがサーチュレート
し、以後一定となる。従って図５の設定値ｎの選択グラ
フも所定連続時間以上になるとｎmax＝９と一定し、且
つｎmax＝９と一定するために、図６に示すように強制
停止時間ｔも一定となる。

【００２６】そして前記ＣＰＵ２５で演算した強制先行
時間ｔに基づいて温度制御動作中に熱定着INHIBIT信号
を出力する。即ちINHIBIT信号をイネーブルにして温度
制御回路を強制停止する。（Ｓ１３）

【００２７】強制終了コントロールINHIBIT信号の解除
は温度制御より出力されるREADY信号のTRUEにより解除
する。READY信号は定着ローラ対への転写材９の後端通
過終了前で加熱ローラの検知温度が規定温度範囲の下限
値に近付いた場合にTRUEとなる。即ち、定着終了転写材
９の後端通過終了前に、前記ヒータの温度を検知し（Ｓ
１４）、定着温度範囲内での下限値に近付いた場合にRE
ADY信号のTRUEによりINHIBIT信号の解除を行なう。（Ｓ
１５） これにより転写材９が通過中で熱容量の大きい状態での
作動復帰であるために、結果として復帰後の急激な温度
上昇を押さえ、熱定着装置の寿命をのばし、高品質でス
ループットの良い熱定着制御を行なう事が出来る。図８
は前記シーケンスに基づく温度制御状態を示す。

【００２８】

【発明の効果】熱定着装置の強制停止先行時間ｔを階段
状に可変可能に設定したため、熱定着装置の表面温度ム
ラがなくなり、また、定着終了転写材の後端通過時間よ
り先行して強制停止するため、終了した後の急激な温度
上昇を押さえることができる。これに、定着に関与する
パラメータをもとに設定値ｎを選択、補正するため、温
度上昇を非常に小さく押さえることができ、熱定着装置
の寿命をのばし、高品質でスループットの良い熱定着装
置となった。又前記転写材が通過中で熱容量の大きい状
態で強制停止を解除するために、結果としてヒータ復帰
後の急激な温度上昇を押さえ、熱定着装置の寿命をのば
し、高品質でスループットの良い熱定着制御を行なう事
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用される装置全体構成図である。

【図２】 本発明の定着ローラ対の加熱制御装置の回路
構成を示す概略図である。

【図３】 加熱制御ルーチンのメインルーチンである。

【図４】 前記ヒータを強制停止させる為のシーケンス
を示すサブルーチンである。

【図５】 連続通過時間より設定値ｎを求めるためのグ
ラフ図である。

【図６】 設定値ｎより強制停止時間を求めるためのグ
ラフ図である。

【図７】 所定枚数通紙後のヒータの温度上昇カーブを
示すグラフ図である。

【図８】 前記シーケンスに基づく温度制御状態を示す
グラフ図である。

【符号の説明】

２、２’ 感光体ドラム ３、４、５、６ トナー現像器 ９ 転写材 １７、１８ 定着ローラ対 １９ ヒータ ２１ カセットセンサ ２３ サーミスタ ２６ サイズ検知回路 ２５ ＣＰＵ ２２ 通紙検知センサ ２７ 温度センサ ２８ 湿度センサ ３０ 温度検知回路 ３１ 温度制御回路 ３２ ドライバ ３３ 通電制御回路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 未定着画像を支持した転写材を、少なく
   とも１のローラまたはベルトにヒータを具えた定着装置
   に連続通紙をしながら加熱定着を行う際に、前記転写材
   の夫々の通紙終了前に前記ヒータを強制停止させるよう
   にした制御方法において、 転写材の後端通過時点より先行してヒータの強制停止を
   開始する強制停止先行時間（ヒータの強制停止タイミン
   グ）を階段状に可変にするとともに、好ましくは該先行
   時間を下記式に基づいて設定する事を特徴とする加熱定
   着装置の制御方法。 ｔ＝ｎ＊（Ｌ／ｖ） ｎ＝設定値、０，１，２，３（整数） ……１） ｔ：連続通紙される転写材の後端通過時点より先行して
   ヒータの強制停止を開始する強制停止先行時間 Ｌ：ローラまたはベルトの転写材通過方向周長 ｖ：線速 （Ｌ／ｖ）：ローラまたはベルトの周方向回転時間
2. 【請求項２】 前記１）式における設定値ｎ（整数）
   は、熱定着装置を通過する転写材の通紙サイクル時間、
   転写材材料並びに転写材厚により選択されることを特徴
   とする請求項１記載の加熱定着装置の制御方法。
3. 【請求項３】 前記１）式における設定値ｎ（整数）
   は、熱定着装置を通過する転写材の連続通過枚数、転写
   材材料並びに転写材厚により選択されることを特徴とす
   る請求項１記載の加熱定着装置の制御方法。
4. 【請求項４】 機内温度、または機内温度と湿度により
   前記選択された設定値ｎを補正するようにしたことを特
   徴とする請求項１乃至３記載の加熱定着装置の制御方
   法。
5. 【請求項５】 前記１）式における設定値ｎ（整数）
   は、熱定着装置を通過する転写材の通紙サイクル時間、
   転写材材料並びに転写材厚、および機内温度、または機
   内温度と湿度により選択されることを特徴とする請求項
   １記載の加熱定着装置の制御方法。
6. 【請求項６】 前記１）式における設定値ｎ（整数）
   は、熱定着装置を通過する転写材の連続通過枚数、転写
   材材料並びに転写材厚、および機内温度、または機内温
   度と湿度により選択されることを特徴とする請求項１記
   載の加熱定着装置の制御方法。
7. 【請求項７】 前記１）式における設定値ｎ（整数）の
   選択を複数のパラメータにより、あらかじめテーブル化
   しておき、該テーブルより設定値ｎ（整数）を選択する
   ようにしたことを特徴とする請求項１乃至６記載の加熱
   定着装置の制御方法。
8. 【請求項８】 未定着画像を支持した転写材を、少なく
   とも１のローラまたはベルトにヒータを具えた定着装置
   に連続通紙をしながら加熱定着を行う際に、前記転写材
   の夫々の通紙終了前に前記ヒータを強制停止させるよう
   にした制御方法において、転写材の後端通過時点より先
   行してヒータの強制停止を開始する強制停止先行時間
   （ヒータの強制停止タイミング）を階段状に可変にする
   とともに、夫々の転写材の後端通紙終了前に前記ヒータ
   の作動を復帰させるようにしたことを特徴とする加熱定
   着装置の制御方法。