JP2003287978A - 定着装置 - Google Patents
定着装置Info
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- JP2003287978A JP2003287978A JP2002090410A JP2002090410A JP2003287978A JP 2003287978 A JP2003287978 A JP 2003287978A JP 2002090410 A JP2002090410 A JP 2002090410A JP 2002090410 A JP2002090410 A JP 2002090410A JP 2003287978 A JP2003287978 A JP 2003287978A
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- temperature
- fixing roller
- heat
- roller
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- Control Of Resistance Heating (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 定着温調を安定して制御することによって良
好な定着性を得ることができる定着装置を提供するこ
と。 【構成】 弾性層を有する定着ローラと、該定着ローラ
に外表面から接触して加熱ニップ部を形成する加熱部材
と、定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する加圧
部材を有し、定着ニップ部に未定着トナー画像が形成さ
れた記録材を狭持搬送させることで加熱定着を行う定着
装置において、温度検知手段を定着ローラと加熱部材に
設け、それぞれ定着ローラの外表面の温度と加熱部材の
温度を検出する。ここで、定着ローラに設けられた前記
温度検出手段を加熱ヒータより下流で定着ニップの上流
に設ける。或は、定着ローラに設けられた前記温度検出
手段を定着ニップより下流で加熱ヒータの上流に設け
る。
好な定着性を得ることができる定着装置を提供するこ
と。 【構成】 弾性層を有する定着ローラと、該定着ローラ
に外表面から接触して加熱ニップ部を形成する加熱部材
と、定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する加圧
部材を有し、定着ニップ部に未定着トナー画像が形成さ
れた記録材を狭持搬送させることで加熱定着を行う定着
装置において、温度検知手段を定着ローラと加熱部材に
設け、それぞれ定着ローラの外表面の温度と加熱部材の
温度を検出する。ここで、定着ローラに設けられた前記
温度検出手段を加熱ヒータより下流で定着ニップの上流
に設ける。或は、定着ローラに設けられた前記温度検出
手段を定着ニップより下流で加熱ヒータの上流に設け
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真式プリン
タ、複写機及び静電記録装置に用いられる定着装置に関
するものである。
タ、複写機及び静電記録装置に用いられる定着装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電子写真方式、静電記録方式等を
採用する画像形成装置に具備される定着装置において
は、未定着トナー像を担持した記録材を、互いに圧接し
て回転する定着ローラと加圧ローラとで形成されるニッ
プ部を通過させることにより記録材上に永久画像として
定着させる、所謂熱ローラ方式の加熱定着装置が広く用
いられている。
採用する画像形成装置に具備される定着装置において
は、未定着トナー像を担持した記録材を、互いに圧接し
て回転する定着ローラと加圧ローラとで形成されるニッ
プ部を通過させることにより記録材上に永久画像として
定着させる、所謂熱ローラ方式の加熱定着装置が広く用
いられている。
【0003】図11(a)にその熱ローラ方式の加熱定
着装置の概略構成を示す。
着装置の概略構成を示す。
【0004】定着ローラ60は、アルミニウムやステン
レス製の中空芯金61の中にハロゲンランプ等の加熱体
62を設け、外表面にはトナーのオフセットを防止する
ためのフッ素樹脂等の離形性層63を備えたものであ
る。
レス製の中空芯金61の中にハロゲンランプ等の加熱体
62を設け、外表面にはトナーのオフセットを防止する
ためのフッ素樹脂等の離形性層63を備えたものであ
る。
【0005】又、加圧ローラ50は、芯金51の外部に
シリコーンゴム等を形成した弾性層或はシリコーンゴム
等を発泡して成るスポンジ弾性層52を形成し、更にそ
の外層には定着ローラ60と同様のフッ素樹脂等の離型
性層53が形成されている。又、高速機或はカラートナ
ーを用いた画像形成装置の場合、トナーの定着性を十分
に満足させるために、図11(b)に示すように、中空
芯金の外表面にシリコーンゴム等の厚み2mm程度の弾
性層64を設けることにより、軟らかくなった定着ロー
ラ表面でトナーを包み込むことで、記録材及びトナーへ
の熱の伝播効率を向上させている。
シリコーンゴム等を形成した弾性層或はシリコーンゴム
等を発泡して成るスポンジ弾性層52を形成し、更にそ
の外層には定着ローラ60と同様のフッ素樹脂等の離型
性層53が形成されている。又、高速機或はカラートナ
ーを用いた画像形成装置の場合、トナーの定着性を十分
に満足させるために、図11(b)に示すように、中空
芯金の外表面にシリコーンゴム等の厚み2mm程度の弾
性層64を設けることにより、軟らかくなった定着ロー
ラ表面でトナーを包み込むことで、記録材及びトナーへ
の熱の伝播効率を向上させている。
【0006】しかしながら、近年の環境問題の1つとし
て消費電力の低減が強く望まれる一方で、市場のニーズ
からは高画質及び高速での画像出力が望まれている。そ
こで、このような消費電力の低減と高速・高画質の要求
に応えるために、前記熱ローラ方式の加熱定着装置に対
して種々の改善が試みられている。
て消費電力の低減が強く望まれる一方で、市場のニーズ
からは高画質及び高速での画像出力が望まれている。そ
こで、このような消費電力の低減と高速・高画質の要求
に応えるために、前記熱ローラ方式の加熱定着装置に対
して種々の改善が試みられている。
【0007】1つは、定着ローラ60の昇温時間を短縮
し消費電力を小さくする目的で、図8に示すように加熱
体62を定着ローラ60や加圧ローラ50の外表面に配
置し、外表面のみを加熱することで、低消費電力で熱効
率の良い加熱定着装置の一例が特開平10−30141
7号公報・特開平11−073050号公報等に提案さ
れている。このような定着ローラ60の外表面に配置す
る加熱体62は、定着ローラ60に対して接触状態にあ
るものと、非接触状態にあるものに大別されるが、接触
式の方が熱の伝播効率が高い。
し消費電力を小さくする目的で、図8に示すように加熱
体62を定着ローラ60や加圧ローラ50の外表面に配
置し、外表面のみを加熱することで、低消費電力で熱効
率の良い加熱定着装置の一例が特開平10−30141
7号公報・特開平11−073050号公報等に提案さ
れている。このような定着ローラ60の外表面に配置す
る加熱体62は、定着ローラ60に対して接触状態にあ
るものと、非接触状態にあるものに大別されるが、接触
式の方が熱の伝播効率が高い。
【0008】又、加熱体62は中空芯金65内にハロゲ
ンランプ66が備えてあるタイプや、或は図10に示す
ような中空芯金65の内面にポリイミド等の有機樹脂や
ガラス等の絶縁層67を介して発熱抵抗層68を備えた
ヒートローラタイプのものがある。
ンランプ66が備えてあるタイプや、或は図10に示す
ような中空芯金65の内面にポリイミド等の有機樹脂や
ガラス等の絶縁層67を介して発熱抵抗層68を備えた
ヒートローラタイプのものがある。
【0009】一方では、特にスタンバイ時に加熱定着装
置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えた方法、
詳しくはヒータ部と加圧ローラの間に熱容量の小さい薄
肉のフィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフ
ィルム加熱方式による加熱定着方法の一例が特開昭63
−313182号公報・特開平2−157878号公報
・特開平4−44075号公報・特開平4−20498
0号公報等に提案されている。図7にフィルム加熱方式
の一例の概略構成を示した。
置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えた方法、
詳しくはヒータ部と加圧ローラの間に熱容量の小さい薄
肉のフィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフ
ィルム加熱方式による加熱定着方法の一例が特開昭63
−313182号公報・特開平2−157878号公報
・特開平4−44075号公報・特開平4−20498
0号公報等に提案されている。図7にフィルム加熱方式
の一例の概略構成を示した。
【0010】即ち、図7において、アルミナや窒化アル
ミ等のセラミック板上に発熱抵抗層が形成された加熱ヒ
ータ71がステイホルダー(支持体)72に固定され、
そのヒータ71に密着したポリイミド等の耐熱性の薄肉
フィルム(以下、定着フィルムと記す)73と、そのフ
ィルム73を挟んで圧接させた加圧ローラ50を有す
る。
ミ等のセラミック板上に発熱抵抗層が形成された加熱ヒ
ータ71がステイホルダー(支持体)72に固定され、
そのヒータ71に密着したポリイミド等の耐熱性の薄肉
フィルム(以下、定着フィルムと記す)73と、そのフ
ィルム73を挟んで圧接させた加圧ローラ50を有す
る。
【0011】定着フィルム73は加圧ローラ50の回転
力により、定着ニップ部においてヒータ71面に密着・
摺動しつつ矢印方向に搬送移動される。ヒータ71の温
度は、ヒータ背面に設置された温度検知手段74により
検知し、不図示の通電制御部へフィードバックされ、ヒ
ータ温度が一定温度(定着温度)になるように加熱・温
調される。このようなフィルム加熱方式の定着装置を用
いたプリンタ、複写機等の各種画像形成装置は、加熱効
率の高さや立ち上がりの速さにより、待機中の予備加熱
の不要化やウエイトタイムの短縮化等、従来の熱ローラ
等を用いて加熱定着させる方式に比べて多くの利点を有
している。
力により、定着ニップ部においてヒータ71面に密着・
摺動しつつ矢印方向に搬送移動される。ヒータ71の温
度は、ヒータ背面に設置された温度検知手段74により
検知し、不図示の通電制御部へフィードバックされ、ヒ
ータ温度が一定温度(定着温度)になるように加熱・温
調される。このようなフィルム加熱方式の定着装置を用
いたプリンタ、複写機等の各種画像形成装置は、加熱効
率の高さや立ち上がりの速さにより、待機中の予備加熱
の不要化やウエイトタイムの短縮化等、従来の熱ローラ
等を用いて加熱定着させる方式に比べて多くの利点を有
している。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来方式の加熱定着装置でも、立ち上がり時の昇温時
間の短縮、消費電力の低減、更には高速、高画質といっ
た全てにおいて優れた性能を両立させることは非常に困
難である。例えば、フィルム加熱方式を考えた場合、立
ち上がり時間の短縮と、消費電力の低減に関しては非常
に優れているが、高速化させた場合に次のような問題が
ある。
た従来方式の加熱定着装置でも、立ち上がり時の昇温時
間の短縮、消費電力の低減、更には高速、高画質といっ
た全てにおいて優れた性能を両立させることは非常に困
難である。例えば、フィルム加熱方式を考えた場合、立
ち上がり時間の短縮と、消費電力の低減に関しては非常
に優れているが、高速化させた場合に次のような問題が
ある。
【0013】先ず、定着フィルムにポリイミド等の有機
性耐熱樹脂を用いているために熱伝導性が悪く、高速化
した際に記録材に十分な熱量を供給することが不可能で
ある。つまり、実用上問題のない可能な限り多くの熱量
を加熱ヒータより発熱させても、その熱が薄肉のフィル
ムにより断熱されてしまい、記録材及びトナー上に効率
的に伝達できない。
性耐熱樹脂を用いているために熱伝導性が悪く、高速化
した際に記録材に十分な熱量を供給することが不可能で
ある。つまり、実用上問題のない可能な限り多くの熱量
を加熱ヒータより発熱させても、その熱が薄肉のフィル
ムにより断熱されてしまい、記録材及びトナー上に効率
的に伝達できない。
【0014】又、高速化した場合に顕著に表れる問題と
して、画像の劣化がある。記録材上に形成された未定着
トナー画像が高画質であっても、加熱定着装置が原因と
なって画像を劣化させることが少なくない。特に、上述
のフィルム加熱方式では、定着フィルムが加圧ローラの
回転駆動により従動回転するため、高速化に伴ってフィ
ルムの速度が加圧ローラの回転速度に対して遅れるとい
う問題点があり、画像の劣化に繋がる。
して、画像の劣化がある。記録材上に形成された未定着
トナー画像が高画質であっても、加熱定着装置が原因と
なって画像を劣化させることが少なくない。特に、上述
のフィルム加熱方式では、定着フィルムが加圧ローラの
回転駆動により従動回転するため、高速化に伴ってフィ
ルムの速度が加圧ローラの回転速度に対して遅れるとい
う問題点があり、画像の劣化に繋がる。
【0015】又、表面の凹凸が粗い記録材を加熱定着す
る場合、金属製のチューブ等は表面が硬いので、紙の凹
部への接触が悪くなり、十分な熱が記録材に伝達できず
トナー画像表面がガサガサする。このような問題は、熱
ローラ方式の加熱定着装置においても発生する問題であ
り、図11(a)に示すような表面に弾性層を有さず、
金属芯金に離形層を設けたのみの定着ローラ(ハードロ
ーラ)では、高速化するに連れて画像のがさつきが顕著
に表れる。
る場合、金属製のチューブ等は表面が硬いので、紙の凹
部への接触が悪くなり、十分な熱が記録材に伝達できず
トナー画像表面がガサガサする。このような問題は、熱
ローラ方式の加熱定着装置においても発生する問題であ
り、図11(a)に示すような表面に弾性層を有さず、
金属芯金に離形層を設けたのみの定着ローラ(ハードロ
ーラ)では、高速化するに連れて画像のがさつきが顕著
に表れる。
【0016】以上のような問題から考えると高速化に対
応させるためには定着ローラとして弾性層を有すること
が必須条件となる。この条件に基づいて高速化に対応で
きる加熱定着装置を選択すると、従来の弾性層を有する
熱ローラ方式の加熱定着器では、定着ローラの昇温時間
が圧倒的に長く、スタンバイ時も電力の供給を必要とす
るため消費電力が大きくなり、環境や市場のニーズに対
しては不利な構成である。
応させるためには定着ローラとして弾性層を有すること
が必須条件となる。この条件に基づいて高速化に対応で
きる加熱定着装置を選択すると、従来の弾性層を有する
熱ローラ方式の加熱定着器では、定着ローラの昇温時間
が圧倒的に長く、スタンバイ時も電力の供給を必要とす
るため消費電力が大きくなり、環境や市場のニーズに対
しては不利な構成である。
【0017】又、図8に示すような外部から定着ローラ
表面を加熱する方式では、従来の熱ローラ方式と比較す
れば、昇温時間の短縮及び省電力が改善されているが、
フィルム加熱方式のそれらと比べると性能は劣る。その
原因として1つは、定着ローラ表面を加熱するための加
熱部材(以下、ヒートローラと呼ぶ)が図8に示すよう
な中空芯金内にハロゲンヒータ等を有する構成の場合、
芯金がハロゲンヒータの輻射熱により昇温することから
ヒートローラ自身を温めるのに時間を要してしまう。
表面を加熱する方式では、従来の熱ローラ方式と比較す
れば、昇温時間の短縮及び省電力が改善されているが、
フィルム加熱方式のそれらと比べると性能は劣る。その
原因として1つは、定着ローラ表面を加熱するための加
熱部材(以下、ヒートローラと呼ぶ)が図8に示すよう
な中空芯金内にハロゲンヒータ等を有する構成の場合、
芯金がハロゲンヒータの輻射熱により昇温することから
ヒートローラ自身を温めるのに時間を要してしまう。
【0018】又、図10のように金属パイプ65の内面
に絶縁層67を介して発熱抵抗層68を有する構成のヒ
ートローラでは、前記ハロゲンヒータで昇温するタイプ
よりは早く立ち上るが、このようなローラ形状の加熱部
材では、定着ローラに熱を供給できるのは、ヒートロー
ラ62と定着ローラ60とで圧接して形成されるニップ
部においてのみ可能であり、ニップで接している以外の
部分は外気に熱を放熱してしまうので、熱の供給は非効
率になってしまう。
に絶縁層67を介して発熱抵抗層68を有する構成のヒ
ートローラでは、前記ハロゲンヒータで昇温するタイプ
よりは早く立ち上るが、このようなローラ形状の加熱部
材では、定着ローラに熱を供給できるのは、ヒートロー
ラ62と定着ローラ60とで圧接して形成されるニップ
部においてのみ可能であり、ニップで接している以外の
部分は外気に熱を放熱してしまうので、熱の供給は非効
率になってしまう。
【0019】加熱定着のプロセススピードが遅い場合で
あれば、記録材の通過により奪われた定着ローラ表面の
熱はヒートローラからの熱供給で補填可能であるが、高
速化が進むに連れてヒートローラからの熱供給のみでは
間に合わなくなると考えられる。従って、ローラ形状の
ヒータで定着ローラを外部加熱する方式では、高速化に
限界があると考えられる。
あれば、記録材の通過により奪われた定着ローラ表面の
熱はヒートローラからの熱供給で補填可能であるが、高
速化が進むに連れてヒートローラからの熱供給のみでは
間に合わなくなると考えられる。従って、ローラ形状の
ヒータで定着ローラを外部加熱する方式では、高速化に
限界があると考えられる。
【0020】又、図8に示す加圧ローラ50も定着ロー
ラ60を介して熱を蓄えるため、立ち上がりの昇温時間
を遅くさせる原因となっている。
ラ60を介して熱を蓄えるため、立ち上がりの昇温時間
を遅くさせる原因となっている。
【0021】以上より、消費電力の低減と昇温時間の短
縮を保ちつつ、高速化、高画質で画像出力が可能な加熱
定着装置は、従来から提案されているような構成では不
可能である。
縮を保ちつつ、高速化、高画質で画像出力が可能な加熱
定着装置は、従来から提案されているような構成では不
可能である。
【0022】上記の課題を解決するために、本出願人に
より以下のことを特徴とする発明が出願されている。
より以下のことを特徴とする発明が出願されている。
【0023】弾性層を有する定着ローラと、その定着ロ
ーラに外表面から接触して加熱ニップ部を形成する加熱
部材と、定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する
加圧部材とを有し、定着ニップ部に未定着トナー画像が
形成された記録材を狭持搬送させることで加熱定着を行
う。上記加熱部材に具備される加熱ヒータは低熱容量の
プレート形状であり、加熱ニップ部に摺擦して発熱す
る。加圧部材は低熱容量の薄肉フィルムと、その薄肉フ
ィルムを外嵌するステイホルダーを有する構成。加圧部
材を構成する加熱ヒータは、定着ローラの外径に沿うよ
うに、湾曲形状に成型されている。定着ローラの外表面
に、表面温度を検知する手段を有することを特徴とす
る。定着ローラの外表面にオイルを塗布するためのオイ
ル塗布機構が具備されている。
ーラに外表面から接触して加熱ニップ部を形成する加熱
部材と、定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する
加圧部材とを有し、定着ニップ部に未定着トナー画像が
形成された記録材を狭持搬送させることで加熱定着を行
う。上記加熱部材に具備される加熱ヒータは低熱容量の
プレート形状であり、加熱ニップ部に摺擦して発熱す
る。加圧部材は低熱容量の薄肉フィルムと、その薄肉フ
ィルムを外嵌するステイホルダーを有する構成。加圧部
材を構成する加熱ヒータは、定着ローラの外径に沿うよ
うに、湾曲形状に成型されている。定着ローラの外表面
に、表面温度を検知する手段を有することを特徴とす
る。定着ローラの外表面にオイルを塗布するためのオイ
ル塗布機構が具備されている。
【0024】上記構成においては温調をどのように行う
かが問題である。
かが問題である。
【0025】ヒータに温度検出素子を付けると、ヒータ
の発熱量は制御し易いが、定着ローラの温度を直接コン
トロールすることができない。特に、ヒータから定着ニ
ップは離れていて、定着ローラ表面が熱を運ぶ構成にな
っているので、定着性に直接関係するニップ部での定着
ローラ温度をヒータの温度制御のみでコントロールする
ことは難しい。
の発熱量は制御し易いが、定着ローラの温度を直接コン
トロールすることができない。特に、ヒータから定着ニ
ップは離れていて、定着ローラ表面が熱を運ぶ構成にな
っているので、定着性に直接関係するニップ部での定着
ローラ温度をヒータの温度制御のみでコントロールする
ことは難しい。
【0026】一方、定着ローラに温度検出素子を付ける
と、定着ローラの温度は制御できるので定着性は安定す
るが、ヒータの発熱量はコントロールが難しく安定しな
い。なぜならば、紙に熱を与えることによる定着ローラ
の温度を検出してヒータの加熱量を増加させても、定着
ローラの温度上昇結果が温度検出装置を介して制御回路
にフィードバックされるまでに多少のタイムラグがある
ため制御が遅れ、発熱電力量の変化を制限しないと発熱
量の変動が大きくなり、結果的に定着ローラの温度変動
も大きくなってしまうからである。特に、定着器の立ち
上げ速度を速くしようとするとこの問題は顕著になる。
と、定着ローラの温度は制御できるので定着性は安定す
るが、ヒータの発熱量はコントロールが難しく安定しな
い。なぜならば、紙に熱を与えることによる定着ローラ
の温度を検出してヒータの加熱量を増加させても、定着
ローラの温度上昇結果が温度検出装置を介して制御回路
にフィードバックされるまでに多少のタイムラグがある
ため制御が遅れ、発熱電力量の変化を制限しないと発熱
量の変動が大きくなり、結果的に定着ローラの温度変動
も大きくなってしまうからである。特に、定着器の立ち
上げ速度を速くしようとするとこの問題は顕著になる。
【0027】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、定着温調を安定して制御する
ことによって良好な定着性を得ることができる定着装置
を提供することにある。
で、その目的とする処は、定着温調を安定して制御する
ことによって良好な定着性を得ることができる定着装置
を提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、弾性層を有する定着ローラと、該定着ロ
ーラに外表面から接触して加熱ニップ部を形成する加熱
部材と、定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する
加圧部材を有し、定着ニップ部に未定着トナー画像が形
成された記録材を狭持搬送させることで加熱定着を行う
定着装置において、温度検知手段を定着ローラと加熱部
材に設け、それぞれ定着ローラの外表面の温度と加熱部
材の温度を検出することを特徴とする。
め、本発明は、弾性層を有する定着ローラと、該定着ロ
ーラに外表面から接触して加熱ニップ部を形成する加熱
部材と、定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する
加圧部材を有し、定着ニップ部に未定着トナー画像が形
成された記録材を狭持搬送させることで加熱定着を行う
定着装置において、温度検知手段を定着ローラと加熱部
材に設け、それぞれ定着ローラの外表面の温度と加熱部
材の温度を検出することを特徴とする。
【0029】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【0030】<実施の形態1>図1は本発明に係る定着
装置を備える画像形成装置の構成図であり、同図におい
て、1は感光ドラムであり、OPC、アモルファスS
e、アモルファスSi等の感光材料がアルミニウムやニ
ッケル等のシリンダ状の基板上に形成されている。この
感光ドラム1は、矢印の方向に回転駆動され、先ず、そ
の表面は帯電装置としての帯電ローラ2によって一様帯
電される。
装置を備える画像形成装置の構成図であり、同図におい
て、1は感光ドラムであり、OPC、アモルファスS
e、アモルファスSi等の感光材料がアルミニウムやニ
ッケル等のシリンダ状の基板上に形成されている。この
感光ドラム1は、矢印の方向に回転駆動され、先ず、そ
の表面は帯電装置としての帯電ローラ2によって一様帯
電される。
【0031】次に、画像情報に応じてON/OFF制御
されたレーザビーム3による走査露光が施され、静電潜
像が形成される。この静電潜像は、現像装置4で現像、
可視化される。尚、現像方法としては、ジャンピング現
像法、2成分現像法、FEED現像法等が用いられ、イ
メージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられること
が多い。
されたレーザビーム3による走査露光が施され、静電潜
像が形成される。この静電潜像は、現像装置4で現像、
可視化される。尚、現像方法としては、ジャンピング現
像法、2成分現像法、FEED現像法等が用いられ、イ
メージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられること
が多い。
【0032】而して、可視化されたトナー像は、転写装
置としての転写ローラ5により、所定のタイミングで搬
送された記録材P上に感光ドラム1上より転写される。
ここで、感光ドラム1上のトナー像の画像形成位置と記
録材の先端の書き出し位置が合致するようにセンサ8に
て記録材Pの先端を検知し、タイミングを合わせてい
る。所定のタイミングで搬送された記録材Pは、感光ド
ラム1と転写ローラ5に一定の加圧力で挟持搬送され
る。このトナー像が転写された記録材Pは、定着装置6
へと搬送され、永久画像として定着される。
置としての転写ローラ5により、所定のタイミングで搬
送された記録材P上に感光ドラム1上より転写される。
ここで、感光ドラム1上のトナー像の画像形成位置と記
録材の先端の書き出し位置が合致するようにセンサ8に
て記録材Pの先端を検知し、タイミングを合わせてい
る。所定のタイミングで搬送された記録材Pは、感光ド
ラム1と転写ローラ5に一定の加圧力で挟持搬送され
る。このトナー像が転写された記録材Pは、定着装置6
へと搬送され、永久画像として定着される。
【0033】一方、感光ドラム1上に残存する転写残り
の残留トナーは、クリーニング装置7により感光ドラム
1表面より除去される。
の残留トナーは、クリーニング装置7により感光ドラム
1表面より除去される。
【0034】図2は本発明に係る定着装置6の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【0035】図2において、定着ローラ10は次の部材
から構成されている。即ち、アルミ或は鉄製の芯金11
の外側に、シリコーンゴムで形成された弾性層(ソリッ
ドゴム層)、或はより断熱効果を持たせるためにシリコ
ーンゴムを発泡して形成された弾性層(スポンジゴム
層)、或はシリコーンゴム層内に何らかの方法で気泡を
分散させ、断熱作用を高めた弾性層(気泡ゴム層)12
から成る。
から構成されている。即ち、アルミ或は鉄製の芯金11
の外側に、シリコーンゴムで形成された弾性層(ソリッ
ドゴム層)、或はより断熱効果を持たせるためにシリコ
ーンゴムを発泡して形成された弾性層(スポンジゴム
層)、或はシリコーンゴム層内に何らかの方法で気泡を
分散させ、断熱作用を高めた弾性層(気泡ゴム層)12
から成る。
【0036】しかしながら、定着ローラ10の熱容量が
大きく、又、熱伝導率が少しでも大きいと、外表面から
受ける熱を吸収し易く、表面温度が上昇しにくくなる。
できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い
材質の方が、定着ローラ表面温度の立ち上がり時間に有
利である。
大きく、又、熱伝導率が少しでも大きいと、外表面から
受ける熱を吸収し易く、表面温度が上昇しにくくなる。
できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い
材質の方が、定着ローラ表面温度の立ち上がり時間に有
利である。
【0037】ここで、上記シリコーンゴムのソリッドゴ
ムは熱伝導率が0.25〜0.29W/m・K、スポン
ジゴム・気泡ゴムは0.11〜0.16W/m・Kであ
り、スポンジゴム・気泡ゴムはソリッドゴムの約半分の
値を示す。又、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが
約1.05〜1.30、スポンジゴム・気泡ゴムが約
0.75〜0.85である。従って、弾性層の好ましい
形態としては、熱伝導率が約0.15W/m・K以下
で、比重が0.85以下の断熱効果の高いスポンジゴム
層や気泡ゴム層の方が好ましい。
ムは熱伝導率が0.25〜0.29W/m・K、スポン
ジゴム・気泡ゴムは0.11〜0.16W/m・Kであ
り、スポンジゴム・気泡ゴムはソリッドゴムの約半分の
値を示す。又、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが
約1.05〜1.30、スポンジゴム・気泡ゴムが約
0.75〜0.85である。従って、弾性層の好ましい
形態としては、熱伝導率が約0.15W/m・K以下
で、比重が0.85以下の断熱効果の高いスポンジゴム
層や気泡ゴム層の方が好ましい。
【0038】又、定着ローラ10の外径は小さい方が熱
容量を抑えられるが、小さ過ぎると加熱ニップが稼ぎに
くくなるので適度な径が必要である。弾性層の肉厚に関
しても、薄過ぎれば金属製の芯金に熱が逃げるので適度
な厚みが必要である。
容量を抑えられるが、小さ過ぎると加熱ニップが稼ぎに
くくなるので適度な径が必要である。弾性層の肉厚に関
しても、薄過ぎれば金属製の芯金に熱が逃げるので適度
な厚みが必要である。
【0039】以上を考慮して本実施の形態では、適正な
加熱ニップを形成でき、且つ、熱容量を抑えるために、
肉厚が4mmの気泡ゴムを用いて弾性層を形成し、外径
がφ20mmの定着ローラを使用した。又、芯金11は
図8の従来例に記載しているような中空芯金でも良い。
加熱ニップを形成でき、且つ、熱容量を抑えるために、
肉厚が4mmの気泡ゴムを用いて弾性層を形成し、外径
がφ20mmの定着ローラを使用した。又、芯金11は
図8の従来例に記載しているような中空芯金でも良い。
【0040】上記に述べた弾性層の上にはパーフルオロ
アルコキシ樹脂(PFA)、ポリテトラフルオロエチレ
ン樹脂(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサ
フルオロプロピレン樹脂(FEP)等のフッ素樹脂離型
成層13を形成する。離型層13はチューブを被覆させ
たものでも表面を塗料でコートしたものであってもどち
らでも良い。
アルコキシ樹脂(PFA)、ポリテトラフルオロエチレ
ン樹脂(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサ
フルオロプロピレン樹脂(FEP)等のフッ素樹脂離型
成層13を形成する。離型層13はチューブを被覆させ
たものでも表面を塗料でコートしたものであってもどち
らでも良い。
【0041】加熱部材20は以下の部材から構成され
る。
る。
【0042】21は加熱用ヒータであり、定着ローラ1
0の表面を加熱する。加熱用ヒータ31は、アルミナや
窒化アルミ等の高絶縁性のセラミックス基板表面に長手
方向に沿って、例えばAg/Pd(銀パラジウム)、R
uO2、Ta2N等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷
等により、厚み10μm程度、幅1〜5mm程度の線状
若しくは細帯状に塗工して形成した通電加熱用部材であ
る。
0の表面を加熱する。加熱用ヒータ31は、アルミナや
窒化アルミ等の高絶縁性のセラミックス基板表面に長手
方向に沿って、例えばAg/Pd(銀パラジウム)、R
uO2、Ta2N等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷
等により、厚み10μm程度、幅1〜5mm程度の線状
若しくは細帯状に塗工して形成した通電加熱用部材であ
る。
【0043】加熱用ヒータ21の表面には、摺擦により
定着ローラ10の離型成層が磨耗しないように保護摺動
層を設けるのが良い。その例としては、パーフルオロア
ルコキシ樹脂(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン
樹脂(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフ
ルオロプロピレン樹脂(FEP)、エチレンテトラフル
オロエチレン樹脂(ETFE)、ポリクロロトリフルオ
ロエチレン樹脂(CTFE)、ポリビニリデンフルオラ
イド(PVDF)等のフッ素樹脂層を単独ないしは混合
して被覆するか、或はグラファイト、ダイアモンド・ラ
イク・カーボン(DLC)、二硫化モリブデン等から成
る乾性被膜潤滑剤、ガラスコート等の保護層が考えられ
る。
定着ローラ10の離型成層が磨耗しないように保護摺動
層を設けるのが良い。その例としては、パーフルオロア
ルコキシ樹脂(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン
樹脂(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフ
ルオロプロピレン樹脂(FEP)、エチレンテトラフル
オロエチレン樹脂(ETFE)、ポリクロロトリフルオ
ロエチレン樹脂(CTFE)、ポリビニリデンフルオラ
イド(PVDF)等のフッ素樹脂層を単独ないしは混合
して被覆するか、或はグラファイト、ダイアモンド・ラ
イク・カーボン(DLC)、二硫化モリブデン等から成
る乾性被膜潤滑剤、ガラスコート等の保護層が考えられ
る。
【0044】22は加熱用ヒータ21を保持する断熱ス
テイホルダーである。不図示の加圧手段によって定着ロ
ーラ10に対して加圧され、その加圧力により加熱用ヒ
ータ21と定着ローラ10の間に加熱ニップNを形成し
ている。断熱ステイホルダー22は、加熱ニップNと反
対方向への放熱を防ぐ役割を持ち、液晶ポリマー、フェ
ノール樹脂、PPS、PEEK等により形成されてい
る。
テイホルダーである。不図示の加圧手段によって定着ロ
ーラ10に対して加圧され、その加圧力により加熱用ヒ
ータ21と定着ローラ10の間に加熱ニップNを形成し
ている。断熱ステイホルダー22は、加熱ニップNと反
対方向への放熱を防ぐ役割を持ち、液晶ポリマー、フェ
ノール樹脂、PPS、PEEK等により形成されてい
る。
【0045】加熱ヒータ21の背面には、通電発熱抵抗
層の発熱に応じて昇温したセラミック基板の温度を検知
するためのサーミスタ等の温度検知素子24が配設され
ている。この温度検知素子24の信号に応じて、長手方
向端部にある不図示の電極部から通電発熱抵抗層に印加
される電圧のデューティ比や波数等を適切に制御するこ
とで、加熱ヒータ21を発熱させ、定着ローラ10の表
面を加熱・温調する。温度検知素子24から不図示の温
度制御部へのDC通電は不図示のDC通電部及びDC電
極部を介して不図示のコネクターにより達成している。
層の発熱に応じて昇温したセラミック基板の温度を検知
するためのサーミスタ等の温度検知素子24が配設され
ている。この温度検知素子24の信号に応じて、長手方
向端部にある不図示の電極部から通電発熱抵抗層に印加
される電圧のデューティ比や波数等を適切に制御するこ
とで、加熱ヒータ21を発熱させ、定着ローラ10の表
面を加熱・温調する。温度検知素子24から不図示の温
度制御部へのDC通電は不図示のDC通電部及びDC電
極部を介して不図示のコネクターにより達成している。
【0046】又、本実施の形態では、定着ローラ10の
温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知素子23
が定着ローラ10に接して加熱ヒータ22の下流且つ定
着ニップMの上流に配設されている。この温度検知素子
23の信号に応じて、加熱ヒータ21の長手方向端部に
ある不図示の電極部から通電発熱抵抗層に印加される電
圧のデューティ比や波数等を適切に制御することで、加
熱ヒータ21を発熱させ、定着ローラ10の表面を加熱
・温調する。サーミスタは耐熱性の弾性材セラミックペ
ーパや板バネ等で、適度に加圧し定着ローラ10に接触
加圧する。温度検知素子23から不図示の温度制御部へ
のDC通電は不図示のDC通電部及びDC電極部を介し
て不図示のコネクタにより達成している。
温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知素子23
が定着ローラ10に接して加熱ヒータ22の下流且つ定
着ニップMの上流に配設されている。この温度検知素子
23の信号に応じて、加熱ヒータ21の長手方向端部に
ある不図示の電極部から通電発熱抵抗層に印加される電
圧のデューティ比や波数等を適切に制御することで、加
熱ヒータ21を発熱させ、定着ローラ10の表面を加熱
・温調する。サーミスタは耐熱性の弾性材セラミックペ
ーパや板バネ等で、適度に加圧し定着ローラ10に接触
加圧する。温度検知素子23から不図示の温度制御部へ
のDC通電は不図示のDC通電部及びDC電極部を介し
て不図示のコネクタにより達成している。
【0047】加圧部材30は、次のような構成である。
【0048】33は摺動フィルムであり、耐熱性、熱可
塑性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、PEE
K、PES、PPS、PFA、PTFE、FEP等を基
層とした樹脂製のフィルムである。フィルム厚みは、強
度等を考慮し、20μm以上150μm未満が適当な範
囲である。
塑性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、PEE
K、PES、PPS、PFA、PTFE、FEP等を基
層とした樹脂製のフィルムである。フィルム厚みは、強
度等を考慮し、20μm以上150μm未満が適当な範
囲である。
【0049】又、定着ローラ10上に付着したオフセッ
トトナーが蓄積しないように、表層にはPFA、PTF
E、FEP、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹
脂を混合ないし単独で被覆してある。又、31は摺動フ
ィルムの内部に具備された摺動板であり、32は摺動板
31を保持している断熱ステイホルダーである。断熱ス
テイホルダー32は不図示の加圧手段によって定着ロー
ラ10に対して加圧され、摺動板31と定着ローラ10
との間に摺動フィルム33を介して定着に必要なニップ
Mを形成している。断熱ステイホルダー32は加熱部材
のステイホルダー22と同様に断熱性、耐熱性を有する
樹脂として、液晶ポリマー、フェノール樹脂、PPS、
PEEK等により形成されている。
トトナーが蓄積しないように、表層にはPFA、PTF
E、FEP、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹
脂を混合ないし単独で被覆してある。又、31は摺動フ
ィルムの内部に具備された摺動板であり、32は摺動板
31を保持している断熱ステイホルダーである。断熱ス
テイホルダー32は不図示の加圧手段によって定着ロー
ラ10に対して加圧され、摺動板31と定着ローラ10
との間に摺動フィルム33を介して定着に必要なニップ
Mを形成している。断熱ステイホルダー32は加熱部材
のステイホルダー22と同様に断熱性、耐熱性を有する
樹脂として、液晶ポリマー、フェノール樹脂、PPS、
PEEK等により形成されている。
【0050】又、摺動板31は、摺動フィルム33との
摩擦が小さく且つ断熱性を有する材料として、ステイホ
ルダー32と同様の液晶ポリマー、フェノール樹脂、P
PS、PEEK等により形成し、その表面に摩擦抵抗を
低減する摺動層をコーティングするのが望ましい。その
例としては、加熱ヒータ21の表面に設ける摺動層と同
様であるので説明は省く。ここでは、摺動板31と断熱
ステイホルダー32を別部材として扱っているが、それ
らを一体成型により形成し摺動部分に上記の摺動層をコ
ーティングしても良く、よりコストダウンを図ることが
可能である。又、摺動フィルム33と摺動板31の間に
は、摩擦抵抗を小さく抑えるためにグリース等の潤滑剤
を少量介在させてある。
摩擦が小さく且つ断熱性を有する材料として、ステイホ
ルダー32と同様の液晶ポリマー、フェノール樹脂、P
PS、PEEK等により形成し、その表面に摩擦抵抗を
低減する摺動層をコーティングするのが望ましい。その
例としては、加熱ヒータ21の表面に設ける摺動層と同
様であるので説明は省く。ここでは、摺動板31と断熱
ステイホルダー32を別部材として扱っているが、それ
らを一体成型により形成し摺動部分に上記の摺動層をコ
ーティングしても良く、よりコストダウンを図ることが
可能である。又、摺動フィルム33と摺動板31の間に
は、摩擦抵抗を小さく抑えるためにグリース等の潤滑剤
を少量介在させてある。
【0051】このような構成において、定着ローラ10
は長手方向端部から芯金11を介して不図示の回転駆動
により、矢印の方向に回転駆動される。これにより上記
摺動フィルム33はステイホルダー32の外側を図の矢
印方向に従動回転する。
は長手方向端部から芯金11を介して不図示の回転駆動
により、矢印の方向に回転駆動される。これにより上記
摺動フィルム33はステイホルダー32の外側を図の矢
印方向に従動回転する。
【0052】以上が本実施の形態に係る定着装置の構成
であるが、記録材Pは不図示の供給手段によって適宜供
給され、耐熱性の定着入口ガイド15に沿って定着ロー
ラ10と加圧部材30によって形成される定着ニップM
内に搬送される。その後、定着ニップより排出された記
録材Pは耐熱性の定着排紙ガイド16に案内されて排紙
ローラ17及び排紙コロ18に挟持搬送され不図示の排
出トレイ上に排出される。
であるが、記録材Pは不図示の供給手段によって適宜供
給され、耐熱性の定着入口ガイド15に沿って定着ロー
ラ10と加圧部材30によって形成される定着ニップM
内に搬送される。その後、定着ニップより排出された記
録材Pは耐熱性の定着排紙ガイド16に案内されて排紙
ローラ17及び排紙コロ18に挟持搬送され不図示の排
出トレイ上に排出される。
【0053】又、本実施の形態に係る装置はプロセスス
ピードが150mm/secで、1分間に25枚のプリ
ントをすることができる。加熱ヒータの抵抗値は12.
5Ωで、100Vの電圧で動作させたときの電力は80
0Wである。これがフル通電の状態で、これを公知の波
数制御又は位相制御により2.5%ごとに0,2.5,
5,7.5,10,…,95,97.5,100%のよ
うに通電duty(デューティ)を制御することにより
ヒータへの通電電力を制御する。
ピードが150mm/secで、1分間に25枚のプリ
ントをすることができる。加熱ヒータの抵抗値は12.
5Ωで、100Vの電圧で動作させたときの電力は80
0Wである。これがフル通電の状態で、これを公知の波
数制御又は位相制御により2.5%ごとに0,2.5,
5,7.5,10,…,95,97.5,100%のよ
うに通電duty(デューティ)を制御することにより
ヒータへの通電電力を制御する。
【0054】本発明の構成ではヒータから定着ローラの
サーミスタ23までに距離があるため、ヒータが加熱し
てからサーミスタ23が検知するまでタイムラグがあ
る。本実施の形態では、その距離は10mmであるた
め、プロセススピード150mm/secで回転する定
着ローラでは約67msecのタイムラグとなる。本実
施の形態では、定着するための定着ローラの表面温度を
200℃とした。この200℃になるように室温の状態
から定着器を立ち上げる。本実施の形態で室温状態の定
着器を200℃まで立ち上げる場合を説明する。
サーミスタ23までに距離があるため、ヒータが加熱し
てからサーミスタ23が検知するまでタイムラグがあ
る。本実施の形態では、その距離は10mmであるた
め、プロセススピード150mm/secで回転する定
着ローラでは約67msecのタイムラグとなる。本実
施の形態では、定着するための定着ローラの表面温度を
200℃とした。この200℃になるように室温の状態
から定着器を立ち上げる。本実施の形態で室温状態の定
着器を200℃まで立ち上げる場合を説明する。
【0055】ヒータ背面のサーミスタ24の検知温度を
Th、定着ローラに接したサーミスタ23の検知温度を
Trとする。初期から67msecの時間まではヒータ
でいくら定着ローラを加熱してもサーミスタ23の検知
温度Trは変化しないので、初期の通電制御はサーミス
タ24の検知温度Thの検出温度のみを用いる。67m
secの時間以降はサーミスタ23の検知温度Trが上
昇を始める。定着に必要な温度はあくまで定着ニップに
進入していく定着ローラ部の温度であるので、サーミス
タ23の検知温度Trで通電電力を制御するようにす
る。その切り替えタイミングは余裕を見て100mse
cの時間以降とする。
Th、定着ローラに接したサーミスタ23の検知温度を
Trとする。初期から67msecの時間まではヒータ
でいくら定着ローラを加熱してもサーミスタ23の検知
温度Trは変化しないので、初期の通電制御はサーミス
タ24の検知温度Thの検出温度のみを用いる。67m
secの時間以降はサーミスタ23の検知温度Trが上
昇を始める。定着に必要な温度はあくまで定着ニップに
進入していく定着ローラ部の温度であるので、サーミス
タ23の検知温度Trで通電電力を制御するようにす
る。その切り替えタイミングは余裕を見て100mse
cの時間以降とする。
【0056】先ず、初期の室温状態では、Th,Trと
もに20℃を検知している。初期のヒータ通電量はdu
tyを40%に設定して100msec通電する。サー
ミスタ24の検知温度をモニタしておいて安全のために
250℃は超えないようにする。もし、超えた場合はサ
ーミスタ23に制御が切り替わるまで一時的に通電をo
ffする。
もに20℃を検知している。初期のヒータ通電量はdu
tyを40%に設定して100msec通電する。サー
ミスタ24の検知温度をモニタしておいて安全のために
250℃は超えないようにする。もし、超えた場合はサ
ーミスタ23に制御が切り替わるまで一時的に通電をo
ffする。
【0057】立ち上げ開始から100msec後に制御
をサーミスタ23の検知温度Trに切り替える。このと
きのサーミスタ検知温度Trに対して、目標温度Trを
例えばTr=Tr+1℃/40msecのように次々と
書き換えて上昇させていく。サーミスタ検知温度Trが
50℃なら40msec後の目標温度Trは51℃、8
0msec後の目標温度は52℃というように書き換え
る。この場合では、初期の100msecと、50℃〜
200℃まで目標温度が上昇するのに(200−50)
×0.04=6秒掛かるので合計6.1秒程度で立ち上
げることになる。
をサーミスタ23の検知温度Trに切り替える。このと
きのサーミスタ検知温度Trに対して、目標温度Trを
例えばTr=Tr+1℃/40msecのように次々と
書き換えて上昇させていく。サーミスタ検知温度Trが
50℃なら40msec後の目標温度Trは51℃、8
0msec後の目標温度は52℃というように書き換え
る。この場合では、初期の100msecと、50℃〜
200℃まで目標温度が上昇するのに(200−50)
×0.04=6秒掛かるので合計6.1秒程度で立ち上
げることになる。
【0058】温度制御をサーミスタ23に切り替えた後
はサーミスタ24はヒータの過昇温防止に使用する。本
実施の形態では、温調温度が200℃であるので270
℃をリミットとしてこれを超えた場合はヒータへの通電
をoffするようにしている。
はサーミスタ24はヒータの過昇温防止に使用する。本
実施の形態では、温調温度が200℃であるので270
℃をリミットとしてこれを超えた場合はヒータへの通電
をoffするようにしている。
【0059】本実施の形態での通電の状態は、サーミス
タ23の検知した定着ローラ温度Trと目標温度Trの
差に関して比例制御と積分制御でdutyを決定する。 (1)比例制御 定着ローラ温度Trと目標温度Tr'の差Tr'−Trに
2.5%を掛けた値を加えて新たな通電のdutyとし
て通電状態を変更していく。即ち、現時点でのduty
をduty0、新たなdutyをduty1とすると、 duty1=duty+(tr'−Tr)×2.5 というようにdutyを変更していく。立ち上げ開始時
は、先ずduty0の初期値は例えば40%として比例
制御を開始する。例えば、定着ローラの温度が50℃な
ら40msec後の目標温度Tr'は51℃で、その差
Tr'−Trが1℃なら duty1=duty0+2.5%=40+2.5%=
42.5% とヒータへの通電dutyを変更していく。この制御は
常時行い、具体的には本実施の形態では40msecご
とに行っている。
タ23の検知した定着ローラ温度Trと目標温度Trの
差に関して比例制御と積分制御でdutyを決定する。 (1)比例制御 定着ローラ温度Trと目標温度Tr'の差Tr'−Trに
2.5%を掛けた値を加えて新たな通電のdutyとし
て通電状態を変更していく。即ち、現時点でのduty
をduty0、新たなdutyをduty1とすると、 duty1=duty+(tr'−Tr)×2.5 というようにdutyを変更していく。立ち上げ開始時
は、先ずduty0の初期値は例えば40%として比例
制御を開始する。例えば、定着ローラの温度が50℃な
ら40msec後の目標温度Tr'は51℃で、その差
Tr'−Trが1℃なら duty1=duty0+2.5%=40+2.5%=
42.5% とヒータへの通電dutyを変更していく。この制御は
常時行い、具体的には本実施の形態では40msecご
とに行っている。
【0060】本実施の形態では、定着ローラの外径は2
0mmのものを用いたので定着ローラ1回転には約41
9msecの時間が掛かる。定着ローラ1周の時間に約
10回比例制御を行う。定着ローラ温度はこの間徐々に
ヒータの発熱量増加により上昇するが、厳密には定着ロ
ーラの温度上昇は連続的ではなく、定着ローラ1周目、
2周目…というように階段状に上昇していく特徴があ
る。
0mmのものを用いたので定着ローラ1回転には約41
9msecの時間が掛かる。定着ローラ1周の時間に約
10回比例制御を行う。定着ローラ温度はこの間徐々に
ヒータの発熱量増加により上昇するが、厳密には定着ロ
ーラの温度上昇は連続的ではなく、定着ローラ1周目、
2周目…というように階段状に上昇していく特徴があ
る。
【0061】本実施の形態では、ヒータとサーミスタの
タイムラグにより通電制御が発振しないように、目標温
度変更間隔は40msecに、比例制御の通電duty
変化幅は2.5%に抑えてある。これを大きくし過ぎる
と温度検知のフィードバックが間に合わなくて制御が発
振する危険がある。 (2)積分制御 定着ローラ温度Tと目標温度T1の関係が所定時間、以
下の、の状態が続いた場合dutyを10%加減す
る。
タイムラグにより通電制御が発振しないように、目標温
度変更間隔は40msecに、比例制御の通電duty
変化幅は2.5%に抑えてある。これを大きくし過ぎる
と温度検知のフィードバックが間に合わなくて制御が発
振する危険がある。 (2)積分制御 定着ローラ温度Tと目標温度T1の関係が所定時間、以
下の、の状態が続いた場合dutyを10%加減す
る。
【0062】
T1>Tの場合、duty1=duty0+10%
T1<Tの場合、duty1=duty0−10%
本実施の形態では、積分制御は定着ローラ1周毎即ち4
19msecごとに行っている。これにより比例制御に
より定めた通電dutyを補正するようにしている。
19msecごとに行っている。これにより比例制御に
より定めた通電dutyを補正するようにしている。
【0063】上記の比例制御、積分制御によるduty
の式によってヒータの通電を制御する。
の式によってヒータの通電を制御する。
【0064】以上に説明した加熱定着装置を用いて、画
像形成装置をプリントして実験した。図3に本実施の形
態に係る装置で室温状態の定着器を立ち上げる状態を示
す。
像形成装置をプリントして実験した。図3に本実施の形
態に係る装置で室温状態の定着器を立ち上げる状態を示
す。
【0065】図3は定着ローラの温度上昇即ちサーミス
タ23の検知温度Trの値の初期付近を拡大して示した
ものである。Aのタイミングで立ち上げを開始して定着
ローラの加熱された部分がサーミスタ23の位置まで来
たときから温度が上昇する。立ち上げ開始から100m
secのBのタイミングまではヒータはduty40%
の一定電力で加熱するためローラは一定の温度である。
タ23の検知温度Trの値の初期付近を拡大して示した
ものである。Aのタイミングで立ち上げを開始して定着
ローラの加熱された部分がサーミスタ23の位置まで来
たときから温度が上昇する。立ち上げ開始から100m
secのBのタイミングまではヒータはduty40%
の一定電力で加熱するためローラは一定の温度である。
【0066】B以降のタイミングではヒータが比例制御
を開始するので、発熱量が増加して定着ローラは温度上
昇する。そして、Cのタイミングで定着ローラが加熱さ
れて2周目の部分がサーミスタ23の位置に来るので温
度が階段状に上昇する。以後同様にD,E,…,G,H
と定着ローラが周回数を重ねるごとに温度が上昇してい
く。Hのタイミングで立ち上げから2.5秒程度経過
し、温度は60〜70℃程度であった。
を開始するので、発熱量が増加して定着ローラは温度上
昇する。そして、Cのタイミングで定着ローラが加熱さ
れて2周目の部分がサーミスタ23の位置に来るので温
度が階段状に上昇する。以後同様にD,E,…,G,H
と定着ローラが周回数を重ねるごとに温度が上昇してい
く。Hのタイミングで立ち上げから2.5秒程度経過
し、温度は60〜70℃程度であった。
【0067】図4は同様にサーミスタ23の検出温度を
モニタしたグラフを示す。
モニタしたグラフを示す。
【0068】本発明により図4の時間軸にLで示したポ
イントでサーミスタ温度が200℃に到達する。時間に
すると約8秒程度であった。ヒータに通電された電力は
通電開始時320Wで次第に600〜800W程度に増
える。200℃に達した後は電力は絞られて300〜4
00W程度に減少する。図4では紙を通紙させなかった
ので定着ローラ温度は200℃に達した後オーバーシュ
ートしてMの時点では220℃に至った。本発明の定着
器では定着器立ち上げて約6〜7秒で定着動作を開始で
きる状態になり、実際はこの瞬間に紙が定着ニップに進
入するようなタイミングで紙を給紙する。
イントでサーミスタ温度が200℃に到達する。時間に
すると約8秒程度であった。ヒータに通電された電力は
通電開始時320Wで次第に600〜800W程度に増
える。200℃に達した後は電力は絞られて300〜4
00W程度に減少する。図4では紙を通紙させなかった
ので定着ローラ温度は200℃に達した後オーバーシュ
ートしてMの時点では220℃に至った。本発明の定着
器では定着器立ち上げて約6〜7秒で定着動作を開始で
きる状態になり、実際はこの瞬間に紙が定着ニップに進
入するようなタイミングで紙を給紙する。
【0069】次に、本発明の定着器が狙いの温調温度2
00℃に達した時点で、定着器に紙が突入して実際に定
着するときの温度を図5に示した。
00℃に達した時点で、定着器に紙が突入して実際に定
着するときの温度を図5に示した。
【0070】立ち上がりの部分は図4と同様で定着ロー
ラが200℃に達したNのタイミングで紙が定着ニップ
に進入する。紙後端が定着ニップを抜けるのはPのタイ
ミングである。Nのタイミングで紙が進入してからは定
着ローラの熱が奪われて冷える。その冷えた部分はヒー
タを通過してサーミスタ位置まで来るOのタイミングで
検知温度はやや下がっている。紙を通紙中のヒータへの
通電電力は600W程度であった。
ラが200℃に達したNのタイミングで紙が定着ニップ
に進入する。紙後端が定着ニップを抜けるのはPのタイ
ミングである。Nのタイミングで紙が進入してからは定
着ローラの熱が奪われて冷える。その冷えた部分はヒー
タを通過してサーミスタ位置まで来るOのタイミングで
検知温度はやや下がっている。紙を通紙中のヒータへの
通電電力は600W程度であった。
【0071】本発明ではニップに向かう定着ローラの温
度を必要温度に制御し、ヒータにもサーミスタがあるこ
とでヒータの以上昇温を防止できるという特徴がある。
実際紙がニップに入ってからも定着ローラの温度は大き
な変動なく、紙が定着器を抜けるFのタイミングまで温
度は安定していた。本発明の装置により未定着画像の載
った紙を定着させたところ良好な定着結果が得られた。
度を必要温度に制御し、ヒータにもサーミスタがあるこ
とでヒータの以上昇温を防止できるという特徴がある。
実際紙がニップに入ってからも定着ローラの温度は大き
な変動なく、紙が定着器を抜けるFのタイミングまで温
度は安定していた。本発明の装置により未定着画像の載
った紙を定着させたところ良好な定着結果が得られた。
【0072】<実施の形態2>本実施の形態では、定着
ローラの温調制御サーミスタが定着ニップの下流且つ加
熱ヒータの上流にあることが特徴である。その他の部分
は実施の形態1と同様である。図6に本実施の形態に係
る定着装置の断面図を示す。
ローラの温調制御サーミスタが定着ニップの下流且つ加
熱ヒータの上流にあることが特徴である。その他の部分
は実施の形態1と同様である。図6に本実施の形態に係
る定着装置の断面図を示す。
【0073】本実施の形態でのヒータの通電方法を説明
する。
する。
【0074】本発明の構成ではヒータから定着ローラの
サーミスタ25まで更に距離があるため、ヒータが加熱
してからサーミスタ25が検知するまでタイムラグがあ
る。本実施の形態では、その距離は55mmであるた
め、プロセススピード150mm/secで回転する定
着ローラでは約367msecのタイムラグとなる。本
実施の形態でも定着するための定着ローラの表面温度を
200℃である。この200℃になるように室温の状態
から定着器を立ち上げる。本実施の形態で室温状態の定
着器を200℃まで立ち上げる場合を説明する。
サーミスタ25まで更に距離があるため、ヒータが加熱
してからサーミスタ25が検知するまでタイムラグがあ
る。本実施の形態では、その距離は55mmであるた
め、プロセススピード150mm/secで回転する定
着ローラでは約367msecのタイムラグとなる。本
実施の形態でも定着するための定着ローラの表面温度を
200℃である。この200℃になるように室温の状態
から定着器を立ち上げる。本実施の形態で室温状態の定
着器を200℃まで立ち上げる場合を説明する。
【0075】ヒータ背面のサーミスタ24の検知温度を
Th、定着ローラに接したサーミスタ25の検知温度を
Trとする。初期から367msecの時間まではヒー
タでいくら定着ローラを加熱してもサーミスタ25の検
知温度Trは変化しないので、初期の通電制御はサーミ
スタ24の検知温度Thの検出温度のみを用いる。36
7msecの時間以降はサーミスタ25の検知温度Tr
が上昇を始める。定着に必要な温度はあくまで定着ロー
ラ部の温度であるので、サーミスタ25の検知温度Tr
で通電電力を制御するようにする。その切り替えタイミ
ングは余裕を見て400msecの時間以降とする。
Th、定着ローラに接したサーミスタ25の検知温度を
Trとする。初期から367msecの時間まではヒー
タでいくら定着ローラを加熱してもサーミスタ25の検
知温度Trは変化しないので、初期の通電制御はサーミ
スタ24の検知温度Thの検出温度のみを用いる。36
7msecの時間以降はサーミスタ25の検知温度Tr
が上昇を始める。定着に必要な温度はあくまで定着ロー
ラ部の温度であるので、サーミスタ25の検知温度Tr
で通電電力を制御するようにする。その切り替えタイミ
ングは余裕を見て400msecの時間以降とする。
【0076】先ず、初期の室温状態では、Th,Trと
もに20℃を検知している。初期のヒータ通電量はdu
tyを40%に設定し400msec通電する。サーミ
スタ24の検知温度をモニタしておいて安全のために2
50℃は超えないようにする。もし超えた場合はサーミ
スタ25に制御が切り替わるまで一時的に通電をoff
する。
もに20℃を検知している。初期のヒータ通電量はdu
tyを40%に設定し400msec通電する。サーミ
スタ24の検知温度をモニタしておいて安全のために2
50℃は超えないようにする。もし超えた場合はサーミ
スタ25に制御が切り替わるまで一時的に通電をoff
する。
【0077】立ち上げ開始から400msec後に制御
をサーミスタ25の検知温度Trに切り替える。このと
きのサーミスタ検知温度Trに対して、目標温度Tr'
を例えばTr'=Tr+1℃/40msecのように次
々と書き換えて上昇させていく。サーミスタ検知温度T
rが50℃なら40msec後の目標温度Tr'は51
℃、80msec後の目標温度は52℃というように書
き換える。
をサーミスタ25の検知温度Trに切り替える。このと
きのサーミスタ検知温度Trに対して、目標温度Tr'
を例えばTr'=Tr+1℃/40msecのように次
々と書き換えて上昇させていく。サーミスタ検知温度T
rが50℃なら40msec後の目標温度Tr'は51
℃、80msec後の目標温度は52℃というように書
き換える。
【0078】温度制御をサーミスタ25に切り替えた後
はサーミスタ24はヒータの過昇温防止に使用する。本
実施の形態では、温調温度が200℃であるので270
℃をリミットとしてこれを超えた場合はヒータへの通電
をoffするようにしている。
はサーミスタ24はヒータの過昇温防止に使用する。本
実施の形態では、温調温度が200℃であるので270
℃をリミットとしてこれを超えた場合はヒータへの通電
をoffするようにしている。
【0079】本実施の形態での通電の状態は、サーミス
タ25の検知した定着ローラ温度Trと目標温度Tr'
の差に関して実施の形態1と同様の比例制御と積分制御
でdutyを決定する。定着器を立ち上げるときの動作
は、時間等が異なる以外は基本的に実施の形態1と同様
である。
タ25の検知した定着ローラ温度Trと目標温度Tr'
の差に関して実施の形態1と同様の比例制御と積分制御
でdutyを決定する。定着器を立ち上げるときの動作
は、時間等が異なる以外は基本的に実施の形態1と同様
である。
【0080】図7に本実施の形態の装置で通紙時の定着
器の温度状態を示す。
器の温度状態を示す。
【0081】図7はサーミスタ25の検出温度をモニタ
したグラフを示す。定着ローラが200℃に達したQの
タイミングで紙が定着ニップに進入する。紙後端が定着
ニップを抜けるのはSのタイミングである。Qのタイミ
ングで紙が進入してからは定着ローラの熱が奪われて冷
える。その冷えた部分はヒータを通過してサーミスタ2
5位置まで来るRのタイミングで検知温度はやや下がっ
ている。実線は普通紙(厚さ75g/m2)を通紙した
場合で温度低下は30℃、点線は厚紙(厚さ135g/
m2)で温度低下は50℃であった。実施の形態1に比
べて温度変化が大きいのは、サーミスタ25の位置が定
着ニップで定着ローラから紙に熱を与えた後であるから
である。
したグラフを示す。定着ローラが200℃に達したQの
タイミングで紙が定着ニップに進入する。紙後端が定着
ニップを抜けるのはSのタイミングである。Qのタイミ
ングで紙が進入してからは定着ローラの熱が奪われて冷
える。その冷えた部分はヒータを通過してサーミスタ2
5位置まで来るRのタイミングで検知温度はやや下がっ
ている。実線は普通紙(厚さ75g/m2)を通紙した
場合で温度低下は30℃、点線は厚紙(厚さ135g/
m2)で温度低下は50℃であった。実施の形態1に比
べて温度変化が大きいのは、サーミスタ25の位置が定
着ニップで定着ローラから紙に熱を与えた後であるから
である。
【0082】本実施の形態では、紙が定着ニップに突入
するまで、即ち定着ニップに紙がない状態ではサーミス
タ25で温調制御を行うが、定着ニップに紙が進入して
からは、定着ニップ後にあるサーミスタ25の温度を2
00℃になるようにヒータで加熱してしまうと加熱し過
ぎになるためサーミスタ25ではなく、ヒータに付いて
いるサーミスタ24で温調するようにする。即ち、Qの
タイミングでのサーミスタ24の検知温度Thを維持す
るように通電制御を行う。
するまで、即ち定着ニップに紙がない状態ではサーミス
タ25で温調制御を行うが、定着ニップに紙が進入して
からは、定着ニップ後にあるサーミスタ25の温度を2
00℃になるようにヒータで加熱してしまうと加熱し過
ぎになるためサーミスタ25ではなく、ヒータに付いて
いるサーミスタ24で温調するようにする。即ち、Qの
タイミングでのサーミスタ24の検知温度Thを維持す
るように通電制御を行う。
【0083】又、厚紙のように通紙中のサーミスタ25
の温度Trの低下が大きい場合は、通紙中のThの温度
を10℃上昇させて制御する。これにより定着ローラに
与える熱量が増加するので厚紙でも余裕を持って定着す
ることができる。
の温度Trの低下が大きい場合は、通紙中のThの温度
を10℃上昇させて制御する。これにより定着ローラに
与える熱量が増加するので厚紙でも余裕を持って定着す
ることができる。
【0084】本発明の装置により様々な未定着画像の載
った紙を定着させたところ良好な定着結果が得られた。
った紙を定着させたところ良好な定着結果が得られた。
【0085】以上、これまでは定着ローラ用の温度検出
素子に接触型のサーミスタを用いて説明したが、非接触
タイプのサーミスタでも同様な位置に設置することによ
り同様な効果が得られる。
素子に接触型のサーミスタを用いて説明したが、非接触
タイプのサーミスタでも同様な位置に設置することによ
り同様な効果が得られる。
【0086】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、定着ローラの温調制御をヒータと定着ローラの
2箇所で温調するようにしたため、安定した温度制御が
可能で良好な定着性を得ることができる。
よれば、定着ローラの温調制御をヒータと定着ローラの
2箇所で温調するようにしたため、安定した温度制御が
可能で良好な定着性を得ることができる。
【図1】本発明による画像形成装置の概略図である。
【図2】本発明による定着装置の概略図である。
【図3】本発明によるサーミスタ検知温度の図である。
【図4】本発明によるサーミスタ検知温度の図である。
【図5】本発明による定着装置の概略図である。
【図6】本発明による定着装置の概略図である。
【図7】本発明によるサーミスタ検知温度の図である。
【図8】従来例による定着装置の概略図である。
【図9】従来例による定着装置の概略図である。
【図10】従来の定着ローラの概略図である。
【図11】従来の定着装置の概略図である。
1 感光ドラム
2 帯電ローラ
3 画像露光
4 現像器
5 転写ローラ
6 定着器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 長谷川 浩人
東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ
ン株式会社内
(72)発明者 二本柳 亘児
東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ
ン株式会社内
Fターム(参考) 2H033 AA03 AA30 AA32 BA11 BA12
BA26 BA31 BA32 BB03 BB05
BB06 BB18 BB21 BB23 BB29
BB30 BB33 BB37 CA04 CA07
CA30 CA46 CA48
3K058 AA71 BA18 CA12 CA22 CA23
CA61 CA92 CA93 DA04 DA25
DA26 GA03 GA06
Claims (3)
- 【請求項1】 弾性層を有する定着ローラと、該定着ロ
ーラに外表面から接触して加熱ニップ部を形成する加熱
部材と、定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する
加圧部材を有し、定着ニップ部に未定着トナー画像が形
成された記録材を狭持搬送させることで加熱定着を行う
定着装置において、 温度検知手段を定着ローラと加熱部材に設け、それぞれ
定着ローラの外表面の温度と加熱部材の温度を検出する
ことを特徴とする定着装置。 - 【請求項2】 定着ローラに設けられた前記温度検出手
段を加熱ヒータより下流で定着ニップの上流に設けたこ
とを特徴とする請求項1記載の定着装置。 - 【請求項3】 定着ローラに設けられた前記温度検出手
段を定着ニップより下流で加熱ヒータの上流に設けたこ
とを特徴とする請求項1記載の定着装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002090410A JP2003287978A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 定着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002090410A JP2003287978A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 定着装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003287978A true JP2003287978A (ja) | 2003-10-10 |
Family
ID=29235728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002090410A Pending JP2003287978A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 定着装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003287978A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100378596C (zh) * | 2004-02-03 | 2008-04-02 | 佳能株式会社 | 具有从外部加热定影辊表面的加热器的像加热装置 |
CN100383681C (zh) * | 2004-02-03 | 2008-04-23 | 佳能株式会社 | 具有从外部加热定影辊表面的加热器的像加热装置 |
JP2015036744A (ja) * | 2013-08-13 | 2015-02-23 | 株式会社リコー | 定着装置及び画像形成装置 |
JP2015036773A (ja) * | 2013-08-14 | 2015-02-23 | 株式会社リコー | 定着装置及び画像形成装置 |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002090410A patent/JP2003287978A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100378596C (zh) * | 2004-02-03 | 2008-04-02 | 佳能株式会社 | 具有从外部加热定影辊表面的加热器的像加热装置 |
CN100383681C (zh) * | 2004-02-03 | 2008-04-23 | 佳能株式会社 | 具有从外部加热定影辊表面的加热器的像加热装置 |
JP2015036744A (ja) * | 2013-08-13 | 2015-02-23 | 株式会社リコー | 定着装置及び画像形成装置 |
JP2015036773A (ja) * | 2013-08-14 | 2015-02-23 | 株式会社リコー | 定着装置及び画像形成装置 |
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