JP2004233390A

JP2004233390A - 定着装置

Info

Publication number: JP2004233390A
Application number: JP2003018242A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Fukui; 宣夫福井
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】加熱ローラ及び加圧ローラに配設されたヒータの容量を小さくすることなく、定着装置の消費電力が大きくならないようにすることができ、かつ印字媒体を適切に加熱することができ、安定した定着品質を得ることができる、定着装置を提供する。
【解決手段】加熱ローラ（Ｒ１）に配設された２本の加熱側ヒータ（Ｈ１、Ｈ２）と、加圧ローラ（Ｒ２）に配設された１本の加圧側ヒータ（Ｈ３）を備え、これらヒータの点灯を「加熱側優先モード」と「加圧側優先モード」を設定して、例えば印字媒体の形態に応じて切換える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式を利用した画像形成装置において、未定着のトナー画像の転写された印字媒体を加熱溶融してトナー画像を定着させる定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式による画像形成装置においては、未定着のトナー画像の転写された用紙のごとき印字媒体は、内部に熱源としてヒータを備えた加熱ローラとこれに圧接された加圧ローラのニップ部を通され、トナー画像が加熱溶融されて定着される。
【０００３】
この定着装置においてはニップ部を通る印字媒体の通過速度である印字速度を高速化した場合、加熱ローラの長手方向の表面温度のばらつき、むらが大きくなり、定着能力が不十分になり、安定した定着品質を得ることが難しくなる。特に印字媒体として相対的に幅の狭いサイズの用紙を通した場合には温度のばらつきが大きくなる。そこで加熱を適切に行い高速化に対応することができるように、加熱ローラと加圧ローラの双方にヒータを備えたり（例えば特許文献１参照）、あるいは加熱ローラのヒータを２本に増やすことが行われている。
【０００４】
【特許文献】
特開昭６１−１３４７７５号公報（第１図、第４図）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述したとおりの形態の従来の定着装置には、次のとおりの解決すべき問題がある。
【０００６】
すなわち、加熱ローラと加圧ローラに配設した複数本のヒータを同時に点灯させた状態においては、画像形成装置全体の消費電力が最大になり最大消費電力には制限があるので、各ヒータの容量を小さくする必要がある。したがって、定着装置のウオームアップ等の加熱時間を短縮する上での障害になっている。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、加熱ローラ及び加圧ローラに配設されるヒータの容量を小さくすることなく定着装置の消費電力が大きくならないようにでき、かつ印字媒体を適切に加熱することができ、安定した定着品質を得ることができる、定着装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記技術的課題を解決する定着装置として、印字媒体上に形成されたトナー画像を、内部に熱源を備えた、加熱ローラ及び加圧ローラのニップ部を通して熱溶融し定着させる装置において、
該熱源として、加熱ローラに配設された２本の加熱側ヒータと、加圧ローラに配設された１本の加圧側ヒータとを備え、
該加圧側ヒータの点灯を、その設定温度以下で、かつ加熱側ヒータの内の少なくとも１本の消灯時にのみ行なう加熱側優先モードと、
該２本の加熱側ヒータの同時点灯を、それぞれの設定温度以下で、かつ加圧側ヒータの消灯時にのみ行なう加圧側優先モードとに切換える、ことを特徴とする定着装置が提供される。
【０００９】
そして、３本のヒータの点灯の組合せモードを設定し、印字媒体の形態などに合わせて切換えることにより、個々のヒータの容量は小さくしないで有効にトナー画像を定着させ、かつ定着装置の消費電力が大きくならないようにする。
【００１０】
好適実施形態においては、該２本の加熱側ヒータが、相対的に幅の広い印字媒体に対応する主ヒータと、相対的に幅の狭い印字媒体に対応する副ヒータとを備えている。また、該加熱側優先モードと加圧側優先モードとを、印字媒体の種類に応じて切換える。さらに、該加熱側優先モードと加圧側優先モードとを、印字媒体の印字モードが片面か両面かに応じて切換える。
【００１１】
そして加熱モードを、印字媒体の種類、印字モードなどに対応させて切換えるようにする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された定着装置について好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【００１３】
本発明に係る定着装置の電気回路を示した図１を参照して説明する。この定着装置は対になった加熱ローラＲ１及び加圧ローラＲ２を備えている。加熱ローラＲ１の内部には２本の加熱側ヒータ、すなわち加熱側主ヒータＨ１及び加熱側副ヒータＨ２がそれぞれ加熱ローラＲ１の長手方向に延びて配設され、加圧ローラＲ２の内部には１本の加圧側ヒータＨ３が加圧ローラＲ２の長手方向に延びて配設されている。
【００１４】
加熱側主ヒータＨ１及び加熱側副ヒータＨ２は、長手方向における発熱量の大きさの分布である配熱特性を変えるようにコイルの粗密が設定されている。すなわち、加熱側主ヒータＨ１は中央部を「コイル密・発熱強」、両端部を「コイル粗・発熱弱」に設定され、加熱側副ヒータＨ２は中央部を「コイル粗・発熱弱」、両端部を「コイル密・発熱強」に設定されている。
【００１５】
加熱ローラＲ１及び加圧ローラＲ２は周知のものでよく、円筒状の金属製芯金の周囲に例えばシリコンゴムなどの耐熱性を有する弾性層を設けて形成され、外周面にはトナーの粘着を防止するためのフッ素樹脂などの非粘着層が設けられている。加熱ローラＲ１及び加圧ローラＲ２の芯金の内部に、ヒータとしての例えばハロゲンランプが設置されている（以下、加熱側主ヒータＨ１をヒータＨ１、加熱側副ヒータＨ２をヒータＨ２、加圧側ヒータＨ３をヒータＨ３と、単に呼ぶことがある）。
【００１６】
ヒータＨ１、ヒータＨ２、ヒータＨ３は、交流電源ＡＣにそれぞれスイッチング素子ＳＳＲ１、ＳＳＲ２、ＳＳＲ３を介して接続されている。加熱ローラＲ１の外周面の近くにはヒータＨ１、ヒータＨ２と直列にサーマルプロテクタＴｐ１が接続され、加圧ローラＲ２の外周面の近くにはヒータＨ３と直列にサーマルプロテクタＴｐ２が接続されている。
【００１７】
加熱ローラＲ１及び加圧ローラＲ２の外周面の近くにはまた表面温度を検出するためのサーミスタが備えられている。すなわち、加熱ローラＲ１の長手方向の一端部にサーミスタＴｈ１が、中央部にサーミスタＴｈ２が、そして加圧ローラＲ２の中央部にサーミスタＴｈ３がそれぞれ配設されている。
【００１８】
この定着装置は、ヒータＨ１、ヒータＨ２、ヒータＨ３の点灯を制御する手段であるシーケンス制御回路Ｓｃを備えている。シーケンス制御回路ＳｃにはサーミスタＴｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３が接続されており、検出された温度情報が電圧信号によって入力される。シーケンス制御手段Ｓｃは、交流電源ＡＣに接続された直流電源である電源供給回路ＰＳＵに接続されている。
【００１９】
シーケンス制御回路Ｓｃには印字媒体の種類などの情報であるモード設定信号Ｍｏが入力されている（モード設定信号Ｍｏについては後に詳述する）。シーケンス制御回路Ｓｃは、このモード設定信号Ｍｏと、サーミスタＴｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３により検出された温度情報をもとに、ヒータＨ１、ヒータＨ２、ヒータＨ３の点灯／消灯、すなわちＯＮ／ＯＦＦの組合せ、切換えを決定し、後に詳述する「加熱側優先モード」あるいは「加圧側優先モード」を決定し、その制御信号を出力する。出力された制御信号はスイッチング時のノイズを抑えるためのゼロクロス回路Ｚｃを経由して各ヒータＨ１、Ｈ２、Ｈ３と直列に接続されているスイッチング素子ＳＳＲ１、ＳＳＲ２、ＳＳＲ３に伝達され、ヒータ各々への電源供給状態を制御する（シーケンス制御回路Ｓｃにおける制御の詳細については後に述べる）。
【００２０】
図２を参照して、シーケンス制御回路Ｓｃにおける加熱側主ヒータＨ１、加熱側副ヒータＨ２、及び加圧側ヒータＨ３の、「加熱側優先モード」及び「加圧側優先モード」における点灯条件について説明する。
【００２１】
「加熱側優先モード」においては、加熱側主ヒータＨ１をサーミスタＴｈ１による検出温度Ｔ１が目標温度ＳＴ１よりも低いときに点灯させ、加熱側副ヒータＨ２をサーミスタＴｈ２による検出温度Ｔ２が目標温度ＳＴ２よりも低いときに点灯させ、加圧側ヒータＨ３をサーミスタＴｈ３による検出温度Ｔ３が目標温度ＳＴ３より低くかつ加熱側主ヒータＨ１及び加熱側副ヒータＨ２の内の少なくとも１本の消灯時にのみ点灯させる。
【００２２】
「加圧側優先モード」においては、加圧側ヒータＨ３をサーミスタＴｈ３による検出温度Ｔ３が目標温度ＳＴ３よりも低いときに点灯させ、加熱側主ヒータＨ１をサーミスタＴｈ１による検出温度Ｔ１が目標温度ＳＴ１よりも低いときに点灯させ、加熱側副ヒータＨ２をサーミスタＴｈ２による検出温度Ｔ２が目標温度ＳＴ２よりも低くかつ加圧側ヒータＨ３又は加熱側主ヒータＨ１の消灯時に点灯させる。すなわち加熱側主ヒータＨ１及び加熱側副ヒータＨ２の同時点灯はそれぞれの検出温度Ｔ１、Ｔ２が目標温度ＳＴ１、ＳＴ２より低くかつ加圧側ヒータＨ３の消灯時にのみ行われる。
【００２３】
なお目標温度ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３とは、用紙サイズ、種類などに応じてトナーの定着品質をもとに設定される温度である。例えば加熱ローラＲ１の端部及び中央部の目標温度であるＳＴ１、ＳＴ２は１６０℃前後に、加圧ローラＲ２の目標温度であるＳＴ３は１４０℃程度にそれぞれ値が決められる。
【００２４】
シーケンス制御回路Ｓｃに入力されるモード設定信号Ｍｏは下記のとおりである。これらの信号は定着装置を備える画像形成装置において予め、あるいは画像形成装置の運転過程において設定、あるいは検出されるものである。
（１）定着装置がウオームアップ中か、否か。
（２）用紙がＯＨＰ紙又は再生紙か、あるいはそれ以外か。
（３）用紙サイズが所定のサイズ以下か、それより大きいか。
（４）用紙が所定の厚さよりも厚いか、薄いか。
（５）印字モードが片面印字か、両面印字か。
【００２５】
シーケンス制御回路Ｓｃにおいてはこのモード設定信号Ｍｏに応じて「加熱側優先モード」又は「加圧側優先モード」を切換える。この制御について図３を参照して説明する。
【００２６】
ステップＳ−１においては定着装置の「作動状態」がウオームアップ中か、否かが判定され、ウオームアップ中の場合にはステップＳ−２の「加熱側優先モード」に進み加熱ローラＲ１を集中的に加熱する。そしてトナーの定着品質に最も影響する加熱ローラＲ１のヒータＨ１及びヒータＨ２を優先して起動する。ウオームアップ中以外の場合はステップＳ−３に進む。
【００２７】
ステップＳ−３においては印字媒体の「用紙種類」がＯＨＰ紙又は再生紙か、あるいはそれ以外かが比較され、ＯＨＰ紙又は再生紙の場合にはステップＳ−４のＯＨＰ紙及び再生紙に適した「加圧側優先モード」に進み、ＯＨＰ紙又は再生紙以外の場合はステップＳ−５に進む。ＯＨＰ紙の場合には、用紙上のトナーを完全に溶かさないと発色性が悪いため、両面から加熱する必要があり、再生紙は上下の上下のローラに温度差があると、紙質が悪くカールしやすいため、両面から加熱する必要がある。
【００２８】
ステップＳ−５においては印字媒体の「用紙サイズ」が所定のサイズ、例えば相対的に幅の狭いＡ５以下かそれより大きいかが比較され、所定のサイズ以下の場合にはそれに適したステップＳ−２の「加熱側優先モード」に進み、所定のサイズより大きい場合はステップＳ−６に進む。用紙サイズがＡ５以下の場合、例えばはがきを用いる場合には、定着ローラの中央部のみ熱が用紙に奪われるため、加熱側副ヒータＨ２を優先的に点灯させるモードである、加熱側優先モードを用いる必要がある。
【００２９】
ステップＳ−６においては印字媒体の「用紙厚さ」が比較され、所定の厚さより薄い用紙の場合にはそれに適したステップＳ−２の「加熱側優先モード」に進み、厚い場合はステップＳ−７に進む。
【００３０】
ステップＳ−７においては「印字モード」が比較され、片面印字の場合にはそれに適したステップＳ−２の「加熱側優先モード」に進み、両面印字の場合はステップＳ−４の「加圧側優先モード」に進む。
【００３１】
ここで「加熱側優先モード」が設定されたときの加熱側主ヒータＨ１、加熱側副ヒータＨ２、加圧側ヒータＨ３のＯＮ／ＯＦＦ状態について、図２とともに図４を参照して説明する。「加熱側優先モード」設定時においては、加圧側ヒータＨ３の点灯条件として「検出温度Ｔ３＜目標温度ＳＴ３」であり、かつ「加熱側主ヒータＨ１又は加熱側副ヒータＨ２のいずれかがＯＦＦ、すなわちヒータＨ１及びヒータＨ２が共にＯＮでない」ことが必要である。したがって、加熱側主ヒータＨ１及び加熱側副ヒータＨ２は常に点灯可能であるため、加熱ローラＲ１の温度は目標温度ＳＴ１、ＳＴ２に対して精度の高い追従性を示すのに対して、加圧側ヒータＨ３はその目標温度ＳＴ３に対する追従性が劣る。
【００３２】
そして加圧側ヒータＨ３はまた、時間Ｐの経過にともない図２に示す点灯条件にしたがってＯＮ／ＯＦＦされる。例えば時間Ｐ１は「ヒータＨ３の検出温度Ｔ３＞目標温度ＳＴ３」の状態で、ヒータＨ３がヒータＨ１及びヒータＨ２が共にＯＮでなくともＯＦＦになることを示している。時間Ｐ２は時間が経過して「検出温度Ｔ３＜目標温度ＳＴ３」になりかつヒータＨ２がＯＦＦの状態であるあるので、ヒータＨ３はＯＮになることを示している。
【００３３】
同様に「加圧側優先モード」が設定されたときの加熱側主ヒータＨ１、加熱側副ヒータＨ２、加圧側ヒータＨ３のＯＮ／ＯＦＦ状態について、図２とともに図５を参照して説明する。「加圧側優先モード」設定時においては、加熱ローラＲ１の中央部の加熱側副ヒータＨ２の点灯条件として「検出温度Ｔ２＜目標温度ＳＴ２」であり、かつ「加熱側主ヒータＨ１又は加圧側ヒータＨ３のいずれかがＯＦＦ、すなわちヒータＨ１、ヒータＨ３が共にＯＮでない」ことが必要である。したがって、加熱側主ヒータＨ１及び加圧側ヒータＨ３は常に点灯可能であるため、加熱ローラＲ１の端部温度は目標温度ＳＴ１に、また加圧ローラＲ３の目標温度ＳＴ３に対して精度の高い追従性を示すのに対し、加熱ローラＲ１の中央部温度は目標ＳＴ２に対する追従性が劣ることになる。
【００３４】
そして加熱側副ヒータＨ２はまた、時間Ｐの経過にともない図２に示す点灯条件にしたがってＯＮ／ＯＦＦされる。例えば時間Ｐ３、Ｐ４は「ヒータＨ２の検出温度Ｔ２＞目標温度ＳＴ２」の状態で、ヒータＨ１及びヒータＨ３が共にＯＮでなくともＯＮにならないでＯＦＦになることを示している。
【００３５】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば下記のように、本発明の範囲内においてさまざまな変形あるいは修正ができるものである。
【００３６】
（１）加熱側優先モードと加圧側優先モードの切換え：
本実施の形態においては、「加熱側優先モード」と「加圧側優先モード」の切換えを、印字媒体の種類及び印字モードに応じて行うようにしたが、さらにこの切換えを「連続印刷時における印刷開始時からの経過時間」や「印刷枚数」に応じて行ったり、「一定の周期」で行うようにして、各モードにおけるローラ温度の追従性能のバランスをとるようにしてもよい。
【００３７】
（３）モード設定信号：
本実施の形態においては、「加熱側優先モード」と「加圧側優先モード」の切換える印字媒体の形態として、用紙種類、用紙サイズ、用紙厚さ、印字モードが用いられたが、例えば印字媒体の形態が変わらないような場合には、モード設定信号を特定のものに限定してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に従って構成された定着装置によれば、加熱ローラ及び加圧ローラに配設されるヒータの容量を小さくすることなく定着装置の消費電力が大きくならないようにでき、かつ印字媒体を適切に加熱することができ、安定した定着品質を得ることができる定着装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置の電気回路図。
【図２】「加熱側優先モード」及び「加圧側優先モード」におけるヒータの点灯条件を示した表。
【図３】シーケンス制御回路における「加熱側優先モード」と「加圧側優先モード」を切換える手順を示したフローチャート。
【図４】「加熱側優先モード」設定時の各ヒータのＯＮ／ＯＦＦ状態を示した図。
【図５】「加圧側優先モード」設定時の各ヒータのＯＮ／ＯＦＦ状態を示した図。
【符号の説明】
Ｒ１：加熱ローラ
Ｒ２：加圧ローラ
Ｈ１：加熱側主ヒータ（加熱側ヒータ）
Ｈ２：加熱側副ヒータ（加熱側ヒータ）
Ｈ３：加圧側ヒータ
Ｓｃ：シーケンス制御回路
ＳＳＲ１、ＳＳＲ２、ＳＳＲ３：スイッチング素子

Claims

印字媒体上に形成されたトナー画像を、内部に熱源を備えた、加熱ローラ及び加圧ローラのニップ部を通して熱溶融し定着させる装置において、
該熱源として、加熱ローラに配設された２本の加熱側ヒータと、加圧ローラに配設された１本の加圧側ヒータとを備え、
該加圧側ヒータの点灯を、その設定温度以下で、かつ加熱側ヒータの内の少なくとも１本の消灯時にのみ行なう加熱側優先モードと、
該２本の加熱側ヒータの同時点灯を、それぞれの設定温度以下で、かつ加圧側ヒータの消灯時にのみ行なう加圧側優先モードとに切換える、ことを特徴とする定着装置。
該２本の加熱側ヒータが、相対的に幅の広い印字媒体に対応する主ヒータと、相対的に幅の狭い印字媒体に対応する副ヒータとを備えている、請求項１記載の定着装置。
該加熱側優先モードと加圧側優先モードとを、印字媒体の種類に応じて切換える、請求項１又は２記載の定着装置。
該加熱側優先モードと加圧側優先モードとを、印字媒体の印字モードが片面か両面かに応じて切換える、請求項１から３までのいずれかに記載の定着装置。