(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラと、この定着ローラの内部に配置された発熱手段と、前記定着ローラに圧接し、定着ローラと共にトナー像が転写された記録紙を挾持搬送する加圧ローラと、前記定着ローラの表面温度を測定する測温手段と、この測温手段からの測定信号に基づいて前記発熱手段による発熱量を変化させ定着ローラの表面温度を制御する制御手段とを備え、電子写真記録装置によりトナー像が転写された記録紙が、画像情報をページ単位で蓄積する前記電子写真記録装置におけるページメモリに対して画像情報が予め設定された充填率になったタイミングで前記定着ローラ及び前記加圧ローラのニップ部に給紙され、このニップ部でトナー像に定着熱を印加してトナー像を記録紙に定着する加熱定着装置において、
前記制御手段が、
記録紙に対して定着を実行している定着期間には、前記定着ローラの表面温度を予め設定された定着温度に制御し、
前記ページメモリに対して画像情報がロード開始される前の待機期間には、前記定着ローラの表面温度を前記定着温度より低温の待機温度に制御し、
前記ページメモリに対して画像情報がロード開始されると共に、前記発熱手段による発熱量を略最大として前記待機温度にある定着ローラを昇温開始し、定着ローラの表面温度が前記待機温度と前記定着温度との中間に設定された制御開始温度に到達した時点で、前記ページメモリの全領域に対して蓄積された画像情報が占める充填率を検出し、前記定着ローラの表面温度が定着温度に到達するまでの期間における前記発熱手段を、前記充填率が予め設定されたしきい値よりも小さい場合には所定のデューティ比でオン／オフさせ、また前記充填率が予め設定されたしきい値以上になっている場合には連続オンさせて、前記発熱手段の発熱量を、前記ページメモリの全領域に対する画像情報の充填率に対応させて可変に設定することを特徴とする加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プロセスに基づいて画像形成を行うファクシミリ，プリンタ装置，ファクシミリ装置等の電子写真記録装置に適用され、電子写真記録装置により記録紙上に転写されたトナー像を定着する加熱定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知の電子写真記録装置は、感光体に形成したトナー像を静電的な力を利用して記録紙上に転写した後、トナー像が転写された記録紙を加熱定着装置に搬送する。この加熱定着装置では、記録紙を定着ローラ及び加圧ローラによって挾持搬送するとともに、定着ローラ及び加圧ローラのニップ部による加圧下において所定の定着熱を記録紙上のトナー像に印加することによりトナー像を記録紙に定着する。このような加熱定着装置は、一般に、定着ローラの内部にジュール熱を発生するヒータが配置されており、定着時にはヒータからの一定時間当たり発熱量を制御することにより、定着ローラの表面温度を予め設定された定着温度に維持し、定着ローラ及び加圧ローラのニップ部において記録紙上のトナー像に適正範囲の熱量を印加する。ここで、トナー像に印加される定着熱量が適正値より大きい場合には、トナー粒子が熱溶融してスポットオフが発生しやすくなり、また定着熱量が適正値より小さい場合にはトナー粒子の軟化が不十分になって定着不良が発生しやすくなる。
【０００３】
次に、加熱定着装置をファクシミリ装置に適用した場合の定着動作を説明する。近年、ファクシミリ装置では、画像形成を実行しない待機期間における消費電力を節約するために、待機期間においては定着ローラの表面温度を定着可能となる目標定着温度よりかなり低い待機温度に制御し、ヒータによる電力消費を抑制することが行なわれている。また、このような制御を行なうに際してユーザの待ち時間を短縮するため、今後、定着ローラは外周部の壁を薄肉化したものが主流になると考えられている。この薄肉化された定着ローラを用いた場合には、少ない熱エネルギにより短時間で、定着ローラの表面温度を目標温度に昇温することが可能になるというメリットが得られる。しかし、定着ローラ全体の熱容量が小さくなることから、加圧ローラ等による吸熱反応の影響が増大し、ヒータによる発熱量の制御が難しくなる。このため、ヒータを精度よく制御しなければ、定着ローラの表面温度が不安定になり、前述したようなトナー像のスポットオフや定着不良が発生しやすくなる。そして、このような問題は、特に待機期間から定着期間に移行した直後に発生しやすい。
【０００４】
また、ファクシミリ装置では、記録紙に記録するトナー像に対応する画像情報をページ単位で蓄積するページメモリを備えており、このページメモリに画像情報がロード開始されることにより、待機温度にある定着ローラの昇温を開始し、この後、ページメモリの全領域に対して画像情報が蓄積されたタイミング、すなわちページメモリの充填率が100％になったタイミングで、感光体に対するトナー像の作像を開始する。この際、ページメモリが予め設定された所定の充填率
(以下、これを充填率ＲRSという)になったタイミングで加圧ローラにトルクを伝達して定着ローラ及び加圧ローラを回転開始させる。ここで、定着ローラ及び加圧ローラの回転開始を規定するページメモリの充填率ＲRSは、定着ローラ及び加圧ローラの熱容量等に応じて設定される。
【０００５】
薄肉化された定着ローラから加圧ローラへの移動熱量はローラの回転時と非回転時とでは大きく変化し、回転時においては非回転時と比較して単位時間当たりの定着ローラから加圧ローラへの移動熱量が増大する。これは、非回転時には固定された加圧ローラとのニップ部において熱伝導が発生するのに対し、回転時には常に移動する加圧ローラとのニップ部において熱伝導が発生するので、定着ローラにおいて吸熱反応が発生する面積が実質的に拡大するためである。
【０００６】
次に、図面に基づいてファクシミリ装置に適用される従来の加熱定着装置を具体的に説明する。
図５は従来の加熱定着装置の一例を示す構成図であり、この加熱定着装置は、電子写真方式のファクシミリ装置に適用されているものとする。１は表層部が金属材料により形成された定着ローラ、２は定着ローラ１の半径方向中心部に配置されたヒータ、３は定着ローラ１に圧接した加圧ローラであり、金属材料により形成された芯金３aに耐熱性を有する弾性ゴム３bが巻着された構造を有している。さらに、加圧ローラ３は、図示を省略したトルク伝達機構により搬送系駆動モータからのトルクが伝達されて搬送方向(矢印方向)に回転する。４は定着ローラ１の外周面に接して定着ローラ１の表面温度を測温するサーミスタ、５はヒータ２からの発熱量を制御する定着制御部である。
【０００７】
また、図６は従来の加熱定着装置における定着ローラの表面温度とローラの回転開始のタイミングとの関係を示す温度測定図である。図６において、縦軸は定着ローラ１の表面温度を示し、この縦軸にプロットされたＴFLは定着温度の下限値、ＴFHは定着温度の上限値、ＴWは待機温度の目標値である。また、横軸は経過時間を示し、この横軸にプロットされたＳ1及びＳ2は、それぞれ定着ローラ１及び加圧ローラ３が回転開始するタイミングを示している。
【０００８】
定着制御部５は、サーミスタ４からの測定信号により定着ローラ１の表面温度を検出し、この検出温度に基づいてヒータ２による発熱量を変化させて表面温度を制御する。この際、定着制御部５は、電子写真記録装置によりトナー像の作像動作が開始される前の待機期間には、消費電力を節約するために定着ローラ１の表面温度を下限値ＴFLより低温の待機温度ＴWに制御し、１枚乃至複数枚の記録紙Ｐに対して連続的に定着を実行している定着期間には、定着ローラ１の表面温度を下限値ＴFLと上限値ＴFHとの間に制御することにより、定着ローラ１により適正範囲の定着熱量をトナー像に印加させる。
【０００９】
また、定着制御部５は、ファクシミリ装置におけるページメモリ(図示省略)に画像情報がロード開始されたタイミングで、ヒータ２による発生熱量が最大となるように制御して待機温度ＴWにある定着ローラ１の昇温を開始し、定着ローラ１の表面温度が予め設定されている温度に到達したタイミングで、ヒータ２に対する制御を比例制御に切り替え、下限値ＴFLと上限値ＴFHとの間に設定された目標値ＴFOを制御目標として制御する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定着制御部５は、前述したように、ページメモリにおける画像情報の充填率がＲRSになったタイミングで、定着ローラ１及び加圧ローラ３を回転開始させる。ここで、ページメモリに対して画像情報がロード開始されてから一定の充填率になるまでに要する時間は、画像情報の内容や送信先の伝送速度等に応じて異なるものになる。したがって、定着ローラ１及び加圧ローラ３が回転開始するタイミングが一定ではないことから、定着ローラ１の昇温が不安定になるという問題が発生する。
【００１１】
例えば、ページメモリが充填率ＲRSにまで短時間で充填され、タイミングＳ1で定着ローラ１及び加圧ローラ３が回転開始した場合には、定着ローラ１の表面温度は、加圧ローラ３への吸熱反応の影響が大きくなることから、図６において破線で示すように昇温速度が低下する。また、ページメモリに充填率ＲRSにまで充填するのに長時間を要し、タイミングＳ2で定着ローラ１及び加圧ローラ３が回転開始した場合には、加圧ローラ３への吸熱反応の影響が小さくなることから、図６において実線で示すように定着ローラ１の昇温速度は大きなものになる。
【００１２】
したがって、ページメモリに対して画像情報がロード開始されてから充填率ＲRSになるまでの時間が極端に長い場合には、目標値ＴFOに対する表面温度のオーバーシュートが過大になり、記録紙Ｐに対する定着時に定着ローラ１の表面温度が上限値ＴFHを超えてしまう現象が生じることがある。一方、ページメモリに対して画像情報がロード開始されてから充填率ＲRSになるまでの時間が極端に短くなるような場合には、回転開始直後の加圧ローラ３による吸熱反応及び定着開始直後の記録紙Ｐによる吸熱反応によって記録紙Ｐに対する定着時に定着ローラ１の表面温度が下限値ＴFLより低下してしまう現象が生じることがある。
【００１３】
本発明の目的は、上記のような問題を解決するため、定着ローラ及び加圧ローラの回転開始タイミングに影響されることなく、定着開始直後における定着ローラの表面温度が目標値に対して精度よく制御される加熱定着装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１記載の加熱定着装置は、定着ローラと、この定着ローラの内部に配置された発熱手段と、前記定着ローラに圧接し、定着ローラと共にトナー像が転写された記録紙を挾持搬送する加圧ローラと、前記定着ローラの表面温度を測定する測温手段と、この測温手段からの測定信号に基づいて前記発熱手段による発熱量を変化させ定着ローラの表面温度を制御する制御手段とを備え、電子写真記録装置によりトナー像が転写された記録紙が、画像情報をページ単位で蓄積する前記電子写真記録装置におけるページメモリに対して画像情報が予め設定された充填率になったタイミングで前記定着ローラ及び前記加圧ローラのニップ部に給紙され、このニップ部でトナー像に定着熱を印加してトナー像を記録紙に定着する加熱定着装置において、前記制御手段が、記録紙に対して定着を実行している定着期間には、前記定着ローラの表面温度を予め設定された定着温度に制御し、前記ページメモリに対して画像情報がロード開始される前の待機期間には、前記定着ローラの表面温度を前記定着温度より低温の待機温度に制御し、前記ページメモリに対して画像情報がロード開始されると共に、前記発熱手段による発熱量を略最大として前記待機温度にある定着ローラを昇温開始し、定着ローラの表面温度が前記待機温度と前記定着温度との中間に設定された制御開始温度に到達した時点で、前記ページメモリの全領域に対して蓄積された画像情報が占める充填率を検出し、前記定着ローラの表面温度が定着温度に到達するまでの期間における前記発熱手段を、前記充填率が予め設定されたしきい値よりも小さい場合には所定のデューティ比でオン／オフさせ、また前記充填率が予め設定されたしきい値以上になっている場合には連続オンさせて、前記発熱手段の発熱量を、前記ページメモリの全領域に対する画像情報の充填率に対応させて可変に設定することを特徴とする。
【００１５】
そして、請求項１記載の加熱定着装置によれば、制御手段が、ページメモリに対して画像情報がロード開始されると共に、前記発熱手段による発熱量を略最大として待機温度にある定着ローラを昇温開始し、定着ローラの表面温度が待機温度と定着温度との中間に設定された制御開始温度に到達した時点で、ページメモリの全領域に対して蓄積された画像情報が占める充填率を検出し、定着ローラの表面温度が定着温度に到達するまでの期間における発熱手段による発熱量を、ページメモリの全領域に対する画像情報の充填率に対応させて可変に設定することにより、定着ローラの表面温度が制御開始温度に到達した後、短時間で、記録紙が定着ローラと加圧ローラとのニップ部に給紙されたときでも、定着ローラを十分昇温するとともに、定着ローラ及び加圧ローラの均熱化を促進することができ、かつ定着ローラの表面温度が制御開始温度に到達した後、定着ローラと加圧ローラとのニップ部に記録紙が給紙されるまでの時間が長いときでも、この期間においてヒータにより過剰な熱量を供給することを防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態による加熱定着装置を示す構成図であり、この加熱定着装置は、電子写真方式のファクシミリ装置に適用されているものとする。また、図１において図５に基づいて説明した部材に対応する部材については同一符号を付し、それらの部材については以下の記載においてその説明を省略する。11はヒータ２からの発熱量を制御する定着制御部であり、この定着制御部11は、ファクシミリ装置のページメモリ(図示省略)における画像情報の充填率を検出する機能を備えている。
【００１７】
次に、本実施の形態の加熱定着装置による定着動作を説明する。定着制御部11は、サーミスタ４からの測定信号により定着ローラ１の表面温度を検出し、この検出温度に基づいてヒータ２による一定時間当たりの発熱量を変化させて定着ローラ１の表面温度ＴFを制御する。この際、定着制御部11は、従来の加熱定着装置の場合と同様に、ファクシミリ装置によりトナー像の作像が開始される前の待機期間には、消費電力を節約するために定着ローラ１の表面温度ＴFを下限値ＴFLより低温の待機温度ＴWに制御し、１枚乃至複数枚の記録紙Ｐに対して連続的に定着を実行している定着期間には、定着ローラ１の表面温度ＴFを下限値ＴFLと上限値ＴFHとの間に制御することにより、定着ローラ１により適正範囲の定着熱量をトナー像に印加させている。
【００１８】
また、定着準備期間における制御を図２のフローチャートを用いて説明すると、定着制御部11は、ページメモリに対して画像情報がロード開始され定着準備期間に移行すると共に(ステップＳ１)、ヒータ２を連続的にオン状態にすることにより、ヒータ２による発熱量を最大として待機温度ＴWにある定着ローラ１を昇温開始する(ステップＳ２)。但し、ヒータ２の定格発熱量に制限されてヒータ２の連続オン時間が制限される場合もある。定着ローラ１の表面温度が待機温度ＴWと下限値ＴFLとの中間に設定された制御開始温度ＴCSに到達したタイミングで、定着制御部11は、ページメモリの全領域に対して蓄積された画像情報が占める充填率を検出し、この充填率の検出値が予め設定されたしきい値(以下、これを充填率ＲSHという)を超えているか否かを判断する(ステップＳ３〜４)。定着制御部11は、ページメモリの充填率の検出値が充填率ＲSHよりも小さい場合(ステップＳ４でノーの場合)には、ヒータ２を連続オンの状態からヒータ２を所定のデューティ比でオン／オフするデューティ制御に移行する(ステップＳ５)。この際、ヒータ２のオン時間とオフ時間との比を規定するデューティ比は、一定の昇温速度を得られるように実験的に求めた固定値であってもよいし、また目標値ＴFOを制御目標とする比例制御により可変に設定してもよい。
【００１９】
また、定着制御部11は、ページメモリの充填率の検出値がＲSH以上になっている場合(ステップＳ４でイエスの場合)には、ヒータ２を連続的にオンする状態を更に所定の蓄熱時間ｔだけ継続する(ステップＳ６)。この際、蓄熱時間ｔは、最も簡単な制御を考えた場合には、定着ローラ１の表面温度が制御開始温度ＴCSに到達してから記録紙Ｐが加熱定着装置に給紙される時間より短く設定された一定時間とすればよく、また定着ローラ１の表面温度が制御開始温度ＴCSに到達してから記録紙Ｐが加熱定着装置に給紙される時間の範囲内で、充填率の検出値が大きくなると共に、段階的に長くなるように設定された時間とすることも可能である。但し、定着ローラ１の表面温度が上限値ＴFHを超えることは許されないので、ある時点での定着ローラ１の測定温度と昇温速度との関係からヒータ２を連続的にオンしたならば、定着ローラ１の表面温度が上限値ＴFHを超えることが予想される場合には、直ちにデューティ制御に移行するものとする。
【００２０】
図３は本実施の形態の加熱定着装置における定着ローラの表面温度とヒータの制御パターンとの関係を示す温度測定図、図４はファクシミリ装置におけるページメモリの充填率を説明するための概念図である。図３において、縦軸は定着ローラ１の表面温度及びヒータ２のオン／オフ状態を示し、この縦軸において定着ローラ１の表面温度を示す区間には、待機温度ＴW、定着温度の下限値ＴFL，上限値ＴFH及び目標値ＴFO、制御開始温度ＴCSとがプロットされている。また、横軸は経過時間を示し、この横軸にプロットされたＳ3は、定着制御部11によりページメモリＭの充填率が検出されるタイミングである。
【００２１】
図２のフローチャートに基づいて説明したように、定着制御部11は、タイミングＳ3でページメモリＭの充填率を検出する。ここで、説明を簡単にするため、ヒータ２に対する制御方法を規定する充填率ＲSHの設定値が100％であるものとする。タイミングＳ3において図４(Ａ)に示すように、ページメモリＭの充填率が既に100％に達している場合には、定着制御部11は、図３におけるヒータ２の制御パターンＡに示すようにヒータ２を連続オンする時間を蓄熱時間ｔだけ延長する。この場合の定着ローラ１の表面温度推移を図３において実線で示す。この際、定着ローラ１及び加圧ローラ３の回転開始のタイミングを規定する充填率ＲRSについても100％を設定しておけば、蓄熱時間ｔにおいて加圧ローラ３の均熱化が効果的に図れるので、記録紙Ｐに対する定着時の定着ローラ１の表面温度をより安定させることが可能になる。したがって、ページメモリＭの充填率が100％に到達した後、短時間で、記録紙Ｐが加熱定着装置に給紙されたときでも、定着ローラ１を十分昇温しておくとともに、定着ローラ１及び加圧ローラ３の均熱化を促進しておけるので、記録紙Ｐ及び加圧ローラ３の吸熱反応により定着時における記録紙Ｐに対する印加熱量が不足して定着不良が発生することを防止できる。
【００２２】
また、タイミングＳ3において図４(Ｂ)に示すように、ページメモリＭの充填率が未だ100％に達していない場合には、定着制御部11は、図３におけるヒータ２の制御パターンＢに示すようにヒータ２の制御をデューティ制御に切り替える。この場合の定着ローラ１の表面温度推移を図３において破線で示す。この際、充填率ＲRSとして100％が設定されているときには、ページメモリＭの充填率が100％になるまで相当時間を要するが、この期間においてヒータ２により過剰な熱量を供給して定着ローラ１の表面温度に、上限値ＴFHを超えるようなオーバーシュートが発生することを防止できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の電子写真記録装置によれば、定着ローラの表面温度が制御開始温度に到達した後、短時間で、記録紙が定着ローラと加圧ローラとのニップ部に給紙されたときでも、定着ローラを十分昇温しておくとともに、定着ローラ及び加圧ローラの均熱化を促進しておけるので、記録紙及び加圧ローラの吸熱反応により定着時における記録紙に対する印加熱量が不足して定着不良が発生することを防止でき、かつ定着ローラの表面温度が制御開始温度に到達した後、定着ローラと加圧ローラとのニップ部に記録紙が給紙されるまでの時間が長いときでも、この期間においてヒータにより過剰な熱量を供給することを防止できるので、定着ローラの表面温度に、定着温度の上限値を超えるようなオーバーシュートが発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による加熱定着装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態による加熱定着装置における定着準備期間の制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態の加熱定着装置における定着ローラの表面温度とヒータの制御パターンとの関係を示す温度測定図である。
【図４】ファクシミリ装置におけるページメモリの充填率を説明するための概念図である。
【図５】従来の加熱定着装置の一例を示す構成図である。
【図６】従来の加熱定着装置における定着ローラの表面温度とローラの回転開始のタイミングとの関係を示す温度測定図である。
【符号の説明】
１…定着ローラ、  ２…ヒータ、  ３…加圧ローラ、  ３a…芯金、  ３b…弾性ゴム、  ４…サーミスタ、  11…定着制御部、  Ｍ…ページメモリ、  ｎ…ニップ部、  Ｐ…記録紙。
【図１】
0003796597.tif 000002
【図２】
0003796597.tif 000003
【図３】
0003796597.tif 000004
【図４】
0003796597.tif 000005
【図５】
0003796597.tif 000006
【図６】
0003796597.tif 000007