JPH0814744B2

JPH0814744B2 - 定着装置

Info

Publication number: JPH0814744B2
Application number: JP61121287A
Authority: JP
Inventors: 健三田中; 忠大平
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1986-05-28
Filing date: 1986-05-28
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: DE3717984A1; JPS62279379A; US4737818A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はトナー像を転写材上に加熱しつつ圧着する
定着ローラを備えた定着装置に関する。

〔従来の技術〕

転写材上のトナー像を定着ローラを用いて加熱圧着し
て定着させる定着装置においては、定着ローラ内側にヒ
ータを備えて加熱すると共に、定着ローラ表面温度を一
定に維持するように温度制御がなされているが、装置が
冷えている状態では電源を投入したあとは、定着ローラ
内のヒータに通電したあとローラ表面温度が所定の温度
になるまでウオームアツプ時間を必要とする。

このウオームアツプ時間中は、定着ローラを停止させ
ているものもあるが、ローラ表面温度にむらが生じた
り、また一対の定着ローラの一方のみにヒータを設けて
加熱する形式のものでは、ヒータを設けた定着ローラに
対向する側の定着ローラの表面温度は接触部のみ上昇
し、その他は室温に留まるなどの不都合が生ずるので、
定着ローラのウオームアツプ時間中は定着ローラを回転
させて表面温度のむらをなくすようにしているものがあ
り、このほか、定着ローラの表面温度を効率よく立上げ
るための提案が多数なされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、電源投入後のウオームアツプ時間の最
初から定着ローラを回転させるときは、定着ローラ表面
からの熱放散が大きく、定着ローラの表面温度の立上り
に長時間を要し、それだけ電力消費が増えるほか、定着
ローラの寿命を短くしたり、騒音を発生するなどの問題
点が指摘されていた。

第10図は、上記のウオームアツプ時間の最初から定着
ローラを回転した場合の定着ローラの表面温度と時間の
関係を模式的に示したもので、定着ローラの表面温度の
立上りに長時間を要していることを示している。そして
t₁時間後に上定着ローラは所定の設定温度T₁に達し、定
着動作可能の状態となるのでメインモータをOFFとして
定着ローラの回転を停止し、待機状態に入るものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上記した問題点を解決することを目的とす
るもので、ウオームアツプ時間の初期は定着ローラの加
熱のみおこない、上下の定着ローラの表面温度の差が所
定値まで開いたときを検知して定着ローラを加熱しつつ
回転させようとするものであり、この発明の定着装置は
加熱手段を内蔵した第１の定着ローラと、第２の定着ロ
ーラとを接触回転させる定着装置において、第１の定着
ローラと第２の定着ローラの表面温度を検出する温度検
出手段と、加熱手段に通電後前記温度検出手段により検
出された前記第１、第２の定着ローラの表面温度差が所
定の設定値に到達するまでは両定着ローラを停止状態に
保ち、前記定着ローラの表面温度差が所定の設定値に到
達した後は前記両定着ローラを回転させ、前記第１の定
着ローラの表面温度が所定温度に到達した後に前記両定
着ローラの回転を停止させる制御手段とを備えたことを
特徴とするものである。

〔作用〕

この発明の定着装置の作用を説明すると、第８図はこ
の発明による定着ローラの表面温度と時間の関係を模式
的に示したもので、定着ローラの加熱用ヒータが投入さ
れたあと、定着ローラの表面温度の立上りは、定着ロー
ラが回転する従来のものよりも熱放散が少くなる分急速
におこなわれる。そして上下の定着ローラの表面温度差
が所定値ΔＴとなつたとき（時刻でt₂）、メインモータ
をONとし定着ローラを回転させる。これにより上定着ロ
ーラの熱量の一部が下定着ローラに移るので、上定着ロ
ーラの表面温度の上昇率は下るが、その分下定着ローラ
の表面温度の上昇率はまる。そしてt₃時間後に上定着
ローラの表面温度は所定の設定温度に達する。このあ
と、なお下定着ローラの表面温度の上昇が続くので、一
定時間L₁だけ定着ローラの回転を続けたあと停止して待
機状態に入るものである。これらの定着ローラの表面温
度に基づくローラの回転を制御する制御手段はマイクロ
プロセツサで構成される。

上下の定着ローラの表面温度差を検知して、温度差が
所定値にまで拡大したとき定着ローラを回転させるのは
次の理由による。

即ち、気温の低いときは、始動時には定着ローラは冷
えており、発熱量の大きいヒータを内蔵している上定着
ローラの温度上昇に比して下定着ローラの温度上昇がお
そく、温度むらも大きくなるから、上定着ローラから下
定着ローラに伝える熱量を多くし、また、温度むらを除
くためにも長時間定着ローラを回す必要があるが、気温
の低いときは両定着ローラの表面温度差が短時間に所定
値にまで拡大するので上記の要求に合致する。

また、気温のいときは、始動時には定着ローラも温
度がく、下定着ローラの温度上昇も比較的速く、温度
むらも小さいので、上定着ローラから下定着ローラに伝
える熱量も少くてよく、また温度むらを除くにも短時間
定着ローラを回してやればよいことになるが、気温の
いときは両定着ローラも暖つているから表面温度差が所
定値にまで拡大するに比較的長時間かかり、上記の要求
に合致するからである。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について説明する。

まず定着装置の構成から説明すると、第１図は定着装
置１の構成を示す断面図であつて、２は上定着ローラ、
４は下定着ローラ、３は上定着ローラのコア部に設けら
れた中空部分に装着された上定着ヒータ、７は下定着ロ
ーラのコア部に設けられた中空部分に装着された下定着
ヒータで、上定着ヒータ３の方が発熱量が大きい。５は
上定着ローラの表面温度検出用サーミスタ、８は下定着
ローラの表面温度検出用サーミスタである。また、10は
上定着ローラ表面を被覆するテフロン（商標名）等の被
覆材、11はアルミニウム等からなる心金、12は下定着ロ
ーラ表面を被覆するシリコンゴム系の被覆材、13はアル
ミニウム等からなる心金である。なお、６は転写材の搬
送案内部材、14は分離爪である。

第２図は上下の定着ローラ２、４の温度制御をおこな
う温度制御回路のブロツク図である。図において、20は
マイクロプロセツサで、定着ローラの温度制御のほか、
定着装置の組み込まれている複写機等の機器の制御もお
こなうものである。マイクロプロセツサ20の入力ポート
AN0、AN1はアンログ信号を入力して、これをマイクロプ
ロセツサ内のA/D変換器でデジタル信号として処理する
ことのできるアナログポートであり、上下の定着ローラ
２、４の表面温度を検出するサーミスタ５、８がそれぞ
れ入力ポートAN0、AN1に接続される。

マイクロプロセツサの出力ポートOP1、OP2からは上下
の定着ローラ２、４を加熱する上定着ヒータ３、下定着
ヒータ７に電源17により電力を供給、遮断する電磁スイ
ツチ15、16を操作する信号が出力される。また、出力ポ
ートOP3からは上下の定着ローラを含む装置の駆動源で
ある図示しないメインモータ駆動指令信号が出力され、
出力ポートOP4からは現像バイアス設定信号が出力さ
れ、出力ポートOP5からはメインイレーサ作動指令信号
が出力される。

そのほか、マイクロプロセツサ20からは装置全体のそ
の他の制御もおこなわれるが、この発明と直接関係ない
ので説明を省略する。

なお、サーミスタ５、８で電圧の形で検出された温度
はマイクロブロセツサ内のメモリに格納された電圧−温
度換算表により温度データに換算されて温度制御がなさ
れる。

次に、上下の定着ローラ２、４の温度制御動作につい
て第１図、第８図を参照しつつ説明する。

装置のメインスイツチが投入されると、まず上下の定
着ローラ２、４を加熱するため、各ローラ２、４のコア
部に装着された上定着ヒータ３、下定着ヒータ７に通電
される。上定着ヒータ３の発熱量は下定着ヒータ７の発
熱量より大きいので上定着ローラ２の表面温度の方が温
度上昇が速い。

上下の定着ローラ２、４の表面温度をサーミスタ５、
８で検出し、その温度差が所定値ΔＴ（例えば140℃）
に達したならば、装置のメインモータをONとし、上下の
定着ローラ２、４を前回転（装置の作動準備のための回
転で、複写作業の回転ではない）させる。これにより上
定着ローラ２の熱の一部が下定着ローラ４に移動し、上
定着ローラの温度上昇は遅くなるが、下定着ローラの温
度上昇は速くなり、かつ表面温度のむらが除かれる。

上定着ローラ２の表面温度が目標設定温度T₁（例えば
190℃）に達すると、この温度を維持するように温度制
御が開始される。このとき、上定着ローラが目標設定温
度T₁に達したあとも、前回転を一定時間L₁（例えば30
秒）継続する。これにより下定着ローラの温度上昇は速
められる。そして、下定着ローラ４の表面温度が目標設
定温度T₂（例えば140℃）に達すると、この温度を維持
するように温度制御が開始される。

上下の定着ヒータ３、７の温度制御はサーミスタ５、
８で定着ローラ２、４の表面温度を検出し、温度が目標
設定温度より下ればヒータをONとし、温度が上ればOFF
とするON−OFF制御によりおこなわれるが、一旦ヒータ
をONあるいはOFFとしたあとは一定時間、例えば３秒間
はその状態を維持してひんぱんなON、OFFが繰返されな
いよう制御する。

上下の定着ローラ２、４の温度差が所定値ΔＴまで開
かないうちに上定着ローラが目標設定温度T₁に達したと
きは、これは既に装置が使用されたあと一時的にメイン
スイツチがOFFとなつたような場合であつて、上下の定
着ローラが相当に暖まつているのであるから、先に説明
したように前回転を一定時間L₁（例えば30秒）継続する
必要はないので、時間L₁よりも短い第２の一定時間L
₂（例えば７秒）だけ前回転を継続して温度むらを除く
程度とする（第９図参照）。

以後の上下の定着ローラの温度制御は先の場合と同じ
におこなわれる。

なお、定着ローラの前回転をおこなうため、メインモ
ータをONとするときは、感光体も回転し、現像バイア
ス、転写チヤージヤ、メインイレーサもONとして感光体
のイレースをおこない、定着ローラの前回転終了と共に
これらも順次OFFとして装置全体の準備行程が完了す
る。

以下、マイクロプロセツサ20で実行される温度制御プ
ロセスの詳細を第３図より第７図のフローチヤートによ
り説明する。

第３図はマイクロプロセツサ20により実行される温度
制御に関する信号処理の概略を示すフローチヤートで、
プログラムがスタートするとメモリのクリア、各種レジ
スタの設定など初期設定をおこなう（ステツプS1）。ス
テツプS2に進み、マイクロプロセツサ内に設定した内部
タイマを設定し、計時を開始する。

ステツプS3では定着ローラの温度むらの除去、感光体
のイレースなどのため前回転をおこなう。これについて
は後程第４図フローチヤートで詳しく説明する。

ステツプS4に進み、定着ローラの温度制御をおこな
う。これについては後程第５図、第６図、第７図のフロ
ーチヤートで詳しく説明する。

ステツプS5では、コピー動作が実行され、さらにステ
ツプS6ではその他の処理、例えばキー入力処理等が実行
されるが、この発明と直接関係ないので説明を省略す
る。

ステツプS7に進み、先に設定した内部タイマの計時終
了を待つて、処理を終了し、次の処理サイクルに入るた
めステツプS2に戻る。

では、第３図のフローチヤートにおいてステツプS3と
して示されている前回転サブルーチンについて、第４図
のフローチヤートにより説明する。

まず、前回転タイマ（以下単にタイマという。第４図
においても単にタイマとして示してある）がセツトされ
ているか否かを判定する（ステツプS10）。なお、タイ
マはタイマ“0"、“2"、“3"、“4"、“5"の５個あるが
同時に２以上のタイマがセツトされることはない。

そして、その時点でセツトされているタイマの計時終
了を調べる（ステツプS11）。タイマの計時が終了して
いないときは処理を終了し、タイマの計時が終了してい
るときは処理順序を示す前回転ステート番号に１を加え
てインクリメントする（ステツプS12）。ステツプS10に
おいてタイマがセツトされていなければステツプS13に
移る。

ステツプS13ではステート番号を調べる。装置のメイ
ンスイツチをONにした直後は光に説明したように初期設
定（ステップS1）されてステート番号も０となつている
ので最初はステツプS14に進む。

ステツプS14では後程説明する温度制御サブルーチン
でセツトされる感光体の前回転許可フラグF1を調べ、F1
＝１、即ち前回転が許可されていれば、F1を０にリセツ
トし（ステツプS15）、メインモータ、現像バイアスを
作動させ（ステツプS16）、タイマ“0"をセツトする
（ステツプS17）。このタイマはメインモータの回転数
が正常になるまでの立上り時間を確保する為のものであ
る。

タイマ“0"をセツトした後は元のルーチンに戻り、次
のサイクルにおけるステツプS11においてタイマの計時
終了が調べられ、タイマの計時終了でステツプS12に進
み、ステート番号に１が加えられ、ステツプS13を経て
ステツプS18に移る。

ステツプS14でF1≠１のとき、即ち前回転が許可され
ていないときは処理を終了する。

ステツプS18ではステート番号を調べ、１であればス
テツプS19に進み、メインイレーサ、転写チヤージヤをO
Nとし、ステート番号に１を加え２とし（ステツプS2
0）、処理を終了する。

ステツプS21ではステート番号を調べ、２であればス
テツプS22に進み、後程説明する温度制御サブルーチン
において上定着ローラの表面温度が所定の目標値に達し
たときセツトされるフラグF2を調べ、F2＝１、即ち上定
着ローラが目標値に達したならばF2を０にリセツトし
（ステツプS23）、上下の定着ローラの温度差が所定値
ΔＴ（例えば140℃）まで開いたときにセツトされるフ
ラグF5を調べ（ステツプS24）、F5＝１、即ち温度差が
所定値ΔＴ以上開いていればタイマ“2"に第１の時間
L₁、例えば30秒をセツトし（ステツプS25）、次にF5を
０にリセツトした後（ステツプS27）、処理を終了す
る。

これは、下定着ローラがまだ十分に暖まつていないた
めに上定着ローラで下定着ローラを暖めると共に温度む
らを除くため、時間L₁だけ前回転を延長するためであ
る。

ステツプS24において、F5≠１、即ち、上下の定着ロ
ーラの温度差が所定値ΔＴまで開いてなく、下定着ロー
ラも十分に暖つていると判断されたときはステツプS26
に進み、単に温度むらを除くための時間としてタイマ
“2"に第１の時間L₁よりも短い第２の時間L₂、例えば７
秒をセツトし（ステツプS26）、処理を終了する。

ステツプS28ではステート番号を調べ、３であればス
テツプS29に進み、転写チヤージヤをOFFとし、電荷のか
かつていた感光体部分すべてがイレースされるに要する
感光体の回転時間に相当する時間をタイマ“3"にセツト
し（ステツプS30）、処理を終了する。

ステツプS31ではステート番号を調べ、４であればス
テツプS32に進み、メインイレーサをOFFとし、イレーサ
が完全に機能を停止するに要する時間をタイマ“4"にセ
ツトし（ステツプS33）、処理を終了する。

ステツプS34ではステート番号を調べ、５であればス
テツプS35に進み、メインモータをOFFとし、モータが完
全に停止するまでに要する時間をタイマ“5"にセツトし
（ステツプS36）、処理を終了する。

ステツプS37ではステート番号を調べ、６であればス
テツプS38に進み、現像バイアスをOFFとし、ステート番
号に１を加えて７とし（ステツプS39）、前回転終了フ
ラグF3をセツトする（ステツプS40）。

前回転が終了すると、以後前回転サブルーチンでは何
の処理もおこなわれなくなる。

次に、第３図のフローチヤートにおいてステツプS4と
して示されている温度制御サブルーチンについて、第５
図のフローチヤートにより説明する。

まずメインスイツチがONか否か調べ（ステツプS5
0）、ONであれば下定着ローラの温度制御をおこなう
（ステツプS51）。これについては後程詳しく説明す
る。

ステツプS52に進み、上定着ロールの表面温度が所定
温度T₁に達するとセツトされるフラグF4を調べる。F4＝
０、即ち所定温度でないときはステツプS53に進み、上
定着ロールが所定温度を越えているか、それ以下かを調
べる。

所定温度を越えているときは上定着ヒータをOFFとし
（ステツプS54）、フラグF1、F2、F4をセツトし（ステ
ツプS55、S56）、処理を終了する。また、所定温度以下
の場合はステツプS57に進み、上定着ヒータをONとし、
上下の定着ローラの表面温度差が所定温度ΔＴ、例えば
140℃開いているか否かを示すフラグF5を調べ（ステツ
プS58）、F5＝０のときは、温度差が所定温度ΔＴ開い
ているか調べ（ステツプS59）、温度差が所定温度ΔＴ
開いているときはフラグF1、F5をセツトし（ステツプS6
0）、処理を終了する。

ステツプS58でF5≠０、即ち温度差が開いたとき、及
びステツプS59で同じく温度差が開いていないと判断さ
れたときは、処理を終了する。

ステツプS52において、F4≠０のときは、上定着ロー
ラが所定温度に達しているのであるからステツプS61に
進み、上定着ヒータの温度制御をおこなう。これについ
ても後程詳しく説明する。

ステツプS50において、メインスイツチがONでないと
きは、複写作業等の終了を意味するからステツプS62に
進み、上下の定着ヒータをOFFとし、フラグF4を０にリ
セツトして（ステツプS63）、処理を終了する。

次に、第５図のフローチヤートでステツプS51、S61と
して示した下定着ローラ、上定着ローラの温度制御サブ
ルーチンについて説明するが、制御プロセスは両者同一
であるので、上定着ローラ温度制御サブルーチンについ
て第６図のフローチヤートにより説明する。

まず、デイレイタイマがセツトされているか否かを調
べる（ステツプS70）。デイレイタイマは上定着ヒータ
のON、OFFにヒステリシス特性を持たせ、ONあるいはOFF
の状態に入つたときは一定時間、例えば３秒持続させる
ためのものであり、これにより切換動作の安定を図るこ
とができる。

デイレイタイマがセツトされているときは、タイマの
計時終了を調べ（ステツプS71）、終了しているときは
上定着ローラの表面温度が所定の温度T₁、例えば190℃
よりいか否かを調べる（ステツプS72）。所定温度よ
りいときは上定着ヒータがONか否かを調べ（ステツプ
S73）、ONであればデイレイタイマをセツトし（ステツ
プS74）、上定着ヒータをOFFとし（ステツプS75）、処
理を終了する。ステツプS73で上定着ヒータがONでない
ときはステツプS75に移る。

ステツプS72において、上定着ローラの表面温度が所
定温度よりもくないときはステツプS76に進み、上定
着ヒータがOFFか否かを調べ（ステツプS76）、OFFであ
ればデイレイタイマをセツトし（ステツプS77）、上定
着ヒータをONとし（ステツプS78）、処理を終了する。
ステツプS76で上定着ヒータがOFFでないときはステツプ
S78に移る。

ステツプS70でデイレイタイマがセツトされていない
ときはステツプS72に移り、上定着ローラの表面温度の
判断に入る。また、ステツプS71において、デイレイタ
イマが終了していないときは、タイマの終了を待つ。

下定着ローラ温度制御サブルーチンを第７図に示す。
その制御プロセスは第６図に示した上定着ローラ温度制
御サブルーチンと同様であるが、ステツプS82において
下定着ローラ温度を設定値と比較するときの設定値が
T₂、例えば140℃であり、上定着ローラ温度の設定値T₁
よりも低い温度となつている点で相違している。

以上で実施例の説明を終るが、上記実施例においては
上下の定着ローラにはそれぞれヒータを内蔵しているけ
れども、いづれか一方の定着ローラに加熱手段を内蔵さ
せたものにも、この発明は適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、電源投入
後、上下の定着ローラの表面温度の差が所定値になるま
では定着ローラの回転を停止しておき、温度差が所定値
を越えたとき定着ローラを回転させるようにしたから、
定着ローラの立上り時間を短くすることができると共
に、電力消費を少くし、さらに定着ローラ表面の温度む
らを除くことができるからトナーの部分的固化などに基
づき定着ローラを傷つけることもなく寿命を延ばすこと
ができる。そして不必要に定着ローラを回転させること
がないから騒音の発生も抑制することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施した定着装置の構成を示す断面
図、第２図は温度制御回路のブロツク図、第３図より第
７図まではマイクロプロセツサで実行される温度制御プ
ロセスのフローチヤートで、第３図は全体の概略を示す
フローチヤート、第４図は前回転サブルーチンのフロー
チヤート、第５図は温度制御サブルーチンのフローチヤ
ート、第６図は上定着ローラ温度制御サブルーチンのフ
ローチヤート、第７図は下定着ローラ温度制御サブルー
チンのフローチヤート、第８図はこの発明の定着装置に
おける定着ローラの表面温度と時間の関係を示す図、第
９図は定着ローラが暖つている場合の表面温度と時間の
関係を示す図、第10図は従来の定着装置における定着ロ
ーラの表面温度と時間の関係を示す図である。 1:定着装置、2:上定着ローラ、3:上定着ヒータ、4:下定
着ローラ、7:下定着ヒータ、５、8:サーミスタ、20:マ
イクロプロセツサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−52666（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−39073（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−142563（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−129656（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−55036（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−123048（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−188571（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−84474（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−102265（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−181572（ＪＰ，Ａ) 特公昭61−31463（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱手段を内蔵した第１の定着ローラと、
第２の定着ローラとを接触回転させる定着装置におい
て、第１の定着ローラと第２の定着ローラの表面温度を
検出する温度検出手段と、加熱手段に通電後前記温度検
出手段により検出された前記第１、第２の定着ローラの
表面温度差が所定の設定値に到達するまでは両定着ロー
ラを停止状態に保ち、前記定着ローラの表面温度差が所
定の設定値に到達した後は前記両定着ローラを回転さ
せ、前記第１の定着ローラの表面温度が所定温度に到達
した後に前記両定着ローラの回転を停止させる制御手段
とを備えたことを特徴とする定着装置。