| 【発明の名称】 |
電子写真プリンタの定着装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】矢島 弘之
【氏名】村上 龍也
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| 【要約】 |
【課題】コピー機並みの４０ＰＰＭ乃至５０ＰＰＭ程度の印刷速度に対応して定着動作が可能な電子写真プリンタの定着装置を提供する。
【解決手段】サーミスタ１は、最大印刷領域の外側Ｂ点に配設されていて、ヒートローラ２のコーティング表面に当接して温度制御を行なう第１の温度検知手段を構成する。サーミスタ３は、ヒートローラ２の中央部付近に非接触に配設されていて、ヒートローラ２とは約１ｍｍ程度のギャップが設けられている第２の温度検知手段である。ヒートローラ２の内部には、熱源としてハロゲンランプ４，５が２本組み込まれている。このうち、ハロゲンランプ４は印刷領域全体に対応する有効長の発光領域を有する幅広用紙印刷用の加熱源、ハロゲンランプ５はＡ４縦置き時の幅（約２１０ｍｍ）の発光領域を有する幅狭用紙印刷用の加熱源である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電子写真プリンタの全印刷領域に対応する有効長を有する第１の加熱源、及び第１の加熱源より短い有効長を有する第２の加熱源を含むヒートローラと、前記ヒートローラと印刷領域外の端部で接触するように配設され、温度を検知する第１の温度検知手段と、前記ヒートローラに近接して印刷領域の中央部で非接触に配設され、温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１、第２の温度検知手段で検知された温度に基づいて前記ヒートローラの温度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする電子写真プリンタの定着装置。
【請求項２】 前記温度制御手段は、印刷待機時には、前記第１の温度検知手段で検知された温度に基づいて温度制御し、幅狭用紙の連続印刷が指令された時には、前記第２の温度検知手段で検知された温度に基づいて温度制御することを特徴とする請求項１に記載の電子写真プリンタの定着装置。
【請求項３】 前記温度制御手段は、幅狭用紙の連続印刷時には、第２の加熱源を優先してオンして前記ヒートローラを加熱し、前記ヒートローラの端部での温度が限界温度以下に低下した場合に前記第１の加熱源を同時にオンすることを特徴とする請求項１項に記載の電子写真プリンタの定着装置。
【請求項４】 前記第２の温度検知手段の前記ヒートローラに対するギャップの大きさを、前記第１、第２の温度検知手段で検知された温度、及び予め実測された前記ヒートローラの表面温度から推測して、前記ヒートローラの定着制御温度を補正する定着制御プログラムを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子写真プリンタの定着装置。
【請求項５】 前記第２の温度検知手段で検知された温度に基づいて、温度変化のリップル幅を求め、該リップル幅に応じて前記ヒートローラの定着制御温度を補正するリップル補正プログラムを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子写真プリンタの定着装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電子写真プリンタの定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子写真プリンタでは、加熱されたヒートローラと、このヒートローラに圧接対向するバックアップローラとから構成されるローラ定着手段が使用される。このローラ定着手段では、加熱及び加圧された一対のローラ（ヒートローラとバックアップローラ）によって転写紙を加熱して、その表面に形成されている未定着トナー画像を瞬間的に定着させる。このようなローラ定着手段を用いた定着装置は熱効率が非常によく、他の定着方法と比較して定着速度の高速化が容易であるなど、数多くの利点を備えている。そのため、最近の電子写真プリンタではローラによる定着方式が主流となっている。
【０００３】図２は、従来のヒートローラを用いた定着手段の構成を示す側面図である。５０はヒートローラ、５１は硬度の低いシリコンゴムからなるバックアップローラ、５２は定着後にヒートローラ５０から転写紙を分離するための分離爪である。バックアップローラ５１は、その回転軸両端が嵌合する軸受６０を介して加圧スプリング５５によりヒートローラ５０と圧接対向している。
【０００４】通常、ヒートローラ５０はアルミニウムの金属パイプからなり、ローラ表面が未定着の卜ナー画像と直接に触れることから、転写紙の表面トナーに対して十分な剥離性を有するように、ローラ表面にはフッ素樹脂（テフロン（登録商標）コーティング）などの非粘着性を有する物質により被覆加工されている。分離爪５２は、印刷できる許容用紙サイズに応じて、ヒートローラ５０の軸方向に複数個（４〜６個程度）設けられ、図示しない手段により定着器カバ−５３に対して回動自在に保持されるとともに、圧縮コイルスプリング５４によりヒートローラ５０の周面に適度な押圧力をもって当接している。
【０００５】５６は、ヒートローラ５０の内部に組み込まれたヒータ（例えば、ハロゲンランプなど）であって、このヒータ５６に通電してヒートローラ５０を加熱している。ヒートローラ５０の表面上には温度制御用のサーミスタ５７が摺擦しており、このサーミスタ５７によりヒートローラ５０の温度が制御され、定着温度を一定温度に保つことができる。また、５８はシリコンオイルを含浸させたクリーニングフェルトであって、このクリーニングフェルト５８もヒートローラ５０の表面上に摺擦している。このクリーニングフェルト５８はヒートローラ５０の表面のオフセットトナーを除去する機能を有していて、転写紙５９上の表面トナーに対するヒートローラ５０の剥離性を長期にわたって維持することにより、ヒートローラ５０に摺擦しているサーミスタ５７にオフセットトナーが付着堆積することを防いでいる。
【０００６】以上の構成からなる定着装置では、未定着トナーを表面に有する転写紙５９に、ヒートローラ５０とバックアップローラ５１の間を通過する際に、熱と圧力とが加えられてトナー像が融着される。
【０００７】図３は、定着装置におけるサーミスタと転写紙の位置関係を示す平面図である。通常の定着装置では、転写紙はセンタ振り分けで走行し印刷される構成となっているので、温度制御用のサーミスタ５７は印刷できる許容用紙サイズの最小用紙幅領域内、例えばヒートローラ５０のセンタ位置の近傍Ａ点に配設される。このような定着装置では、通紙によってヒートローラ５０の表面温度が低下すること、またヒートローラ５０の中央、すなわちセンタ位置付近で温度が最も高くなる傾向にあることから、すべての種類の転写紙が通過する領域内にサーミスタ５７を配設した方が、温度制御が容易となるからである。ここでは、最小用紙幅をＡ６（ハガキ相当）とする。
【０００８】ところで、上記構成の定着装置では温度制御が容易である反面、サーミスタ５７が用紙の印刷領域内にあり、かつヒートローラ５０の表面に摺擦している。そのため、クリーニングフェルト５８が設けられているとはいえ、サーミスタ５７のヒートローラ５０との摺擦面にトナーが付着堆積しやすく、付着堆積したトナーによりヒートローラ５０表面のコーティング層が早期に摩耗し、その剥離性が低下して印刷品位を落とす。また、付着堆積したトナーは、ヒートローラ５０の回転により持ち去られて、それが転写紙上に再転写されて印刷品位を低下させたり、温度制御を不安定にする原因となる。
【０００９】また、シリコンオイルを含浸させたクリーニングフェルト５８は定期的な交換が必要であるが、それが寿命になっても継続使用されるような場合には、クリーニングフェルト５８で回収したトナーがヒートローラ５０の回転により持ち去られ、転写紙にオフセットされて印刷品位を低下させる。さらには、クリーニングフェルト５８が定期交換部品であるが故に操作性が悪く、ランニングコストがかさむという問題点もあった。
【００１０】こうした問題点を考慮して、サーミスタ５７の配設位置を最小用紙幅領域内のＡ点ではなく、図３に示す印刷領域外の位置、即ち最大用紙幅領域の外側のＢ点に配置することにより、クリーニングフェルトを必要としない定着装置がすでに提案されている。しかしながら、サーミスタ５７の配設位置を印刷領域外に配置した定着装置で幅狭用紙を連続的に印字させた場合は、用紙が通過する中央部から離れたヒートローラ５０のＢ点での温度低下が少なく、それに比較して中央部での温度低下が顕著となって、良好な定着性を確保できなくなる。そこで、用紙カセットの選択に対応して設けられた、後述する用紙サイズ検出手段から供給される印刷用紙のサイズデータ、或いはオペレータが操作パネルから入力するサイズデータを予め検出して、用紙サイズに応じた定着温度制御に切り替えて、定着不良を防止するようにしていた。
【００１１】図４は、従来の定着温度制御を行なうための回路構成を示すブロック図である。ここでは、用紙サイズ検出スイッチ６１などにより検出された用紙サイズ情報、或いは操作部パネル６２からのオペレータ入力により印刷される用紙のサイズ情報が、制御部ＣＰＵ６３に入力される。制御部ＣＰＵ６３は、プログラムＲＯＭ６４にあらかじめ設定された、各用紙サイズに応じた定着温度制御プログラムを読み出して、定着温度制御回路６５へ送信する。定着温度制御回路６５では、プログラムＲＯＭ６４からの情報を信号に変換して、ヒータ駆動回路６６へ送信するとともに、サーミスタ５７を介しヒータ５６の温度を監視し、ヒータ５６へのＡＣ電圧供給をＯＮ／ＯＦＦすることにより温度制御を行う。ヒータ駆動回路６６は、定着温度制御回路６５からの信号によりＡＣ電圧をヒータ５６に供給し、ヒートローラ５０（図２）を加熱する。
【００１２】しかしながら、上記の定着温度制御方法は、定着温度設定の信頼性に欠け、操作性もきわめて悪いなど、技術的に満足できるものではなかった。何故ならば、印刷される用紙のサイズは認識できても、その厚さまでは検出することができないし、オペレータ入力による場合でも、操作部パネル６２から厚さに対応した定着温度設定を選択させるなどの必要があるためである。言い換えれば、同一サイズの用紙であっても、用紙連量４５ｋｇ程度からハガキなどの連量１３５ｋｇ以上のものまで、各種の用途に応じて用紙の厚さは異なるし、そのうえ、特に幅狭の厚紙用紙に印刷デューティの高いパターンを連続で印刷した場合には、ヒートローラ中央部での温度低下が顕著となって、良好な定着性が得られないなどの問題点があった。
【００１３】近年になって印字できる許容用紙幅が大きくなって、Ａ３の用紙にトンボ（印刷位置を示す目印）が付けられ、従来のＡ３用紙より一回り大きい用紙に印字を行なう場合などもある。そのため、温度制御するサーミスタの配設位置を用紙の印刷領域外とした場合には、幅狭用紙を連続的に印字すると、前述の通り用紙が通過する中央部から離れた位置でのサーミスタによる検出温度は低下することなく、中央部のみで温度低下がますます顕著となるなど、良好な定着性を確保することが難しくなっている。その上、印刷媒体の多様化からフロントフィーダを使用して厚さ０．２ｍｍ以上の厚い用紙の印刷の要求も多く、良好な定着性を確保するための温度制御が難しくなってきている。
【００１４】図５は、従来のヒートローラの温度分布を示す図である。図の横軸下側に示すように、温度制御に用いるサーミスタ５７はヒートローラ５０の印刷有効領域の外側（左端部のＢ点）に配設されている。グラフ中で破線にて示す温度分布曲線は、待機時（印刷待ちのスタンバイ状態）での温度分布曲線である。この曲線は、ヒータ５６を構成するハロゲンランプの配光特性、即ち発熱部分布状態により若干変化するが、通常では待機時制御温度Ｔ11に対して中央部（Ｃ点）で最も温度が高い山なりの温度分布となる。実線で示す温度分布曲線は、連続印字時のヒートローラ５０の、飽和した温度分布曲線である。この曲線は、ヒートローラ５０の中央部付近での温度Ｔｃが最も低くなっており、連続印字時のサーミスタ５７による制御温度Ｔ12に対して、（Ｔ12−Ｔｃ）だけ温度が低下している。
【００１５】つぎに、従来の電子写真プリンタによる定着温度制御について説明する。一般に例えばハガキ、封筒などのように用紙厚が厚く、かつ用紙幅が狭くなればなるほど、上述した温度低下（Ｔ12−Ｔｃ）が顕著となり、良好な定着性を確保することが難しくなる。また、省エネルギー及び装置内部の温度上昇防止のために、上述した待機時制御温度Ｔ11は印字制御温度Ｔ12より低く設定されており、制御温度は印刷起動時に速やかにＴ11からＴ12に上昇するように温度制御される。
【００１６】図６（Ａ）は、従来の定着装置におけるヒートローラ表面の温度変化を示す図，同図（Ｂ）はヒータのオンオフ状態を示す図である。同図（Ａ）で横軸（時間軸）の下方に示すように、ここでは準備状態から待機状態を経て、連続印字に至る過程における定着装置の温度制御状態となっている。図中、実線で示す温度曲線は図５に示す温度制御位置であるサーミスタ部Ｂ点での温度変化、一点鎖線で示す温度曲線は中央部Ｃ点での温度変化、破線で示す温度曲線は最大印刷有効領域の右端部近傍Ｄ点の温度変化である。
【００１７】以下に、この図６により従来の温度制御の一例を説明する。メインスイッチをＯＮすると同時にヒータの通電が開始され、待機温度Ｔ10に到達するまで通電したあと、印刷起動がかかるまでヒータがＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返すことで、ヒートローラはこの待機温度Ｔ10の近傍温度で制御される。時刻ｔｐでプリント信号が入り印刷起動がかかると、ヒートローラの設定温度が待機温度Ｔ10より高い制御温度Ｔ20に切り替えられる。これにともなってヒータが連続点灯して、ヒートローラの表面温度は上昇する。時刻ｔｑで所定の温度Ｔ20に達した後、制御温度Ｔ20の前後で温度制御が行われる。なお、印刷起動がかかってから制御温度Ｔ20に達するまでの時間ｔｏ（＝ｔｐ−ｔｑ）は、印刷起動がかかってから転写紙の先端がヒートローラに達するまでの時間と等しいか、短いことが必要である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】このように、転写紙の先端がヒートローラに達するまでに、良好な定着性を確保するために必要な制御温度Ｔ20に達していることが望ましい。中央部Ｃ点、及び右端部のＤ点でのヒートローラ表面温度も、印刷起動がかかると上昇し、時刻ｔｑ以降では連続印字により徐々に温度低下して、やがて飽和温度に達する。この際の中央部Ｃ点での制御温度Ｔｃに対する温度低下（−Δｔ＝Ｔ20−Ｔｃ）は、前述の通り用紙厚が厚い幅狭用紙ほど大きく、場合によっては待機制御温度Ｔ10を下回る温度になるため、連続印字時には良好な定着性が得られないという問題が生じていた。
【００１９】そこで、幅狭用紙への印刷指令があった場合には、待機制御温度を連続印字時の温度低下分を見込んで、従来の設定温度より高い値に設定して、この問題を回避することも考えられている。しかし、待機時間が長いと、プリンタ装置の内部温度が上昇して、現像器のトナーに対して悪影響を与えたり、ヒートローラやバックアップローラなどが劣化して、装置の寿命が短くなる。また、印字初期の設定温度が高くなるために、用紙にしわが発生しやすくなるなどの問題もあった。さらに、連続印刷時のサーミスタ制御温度を徐々に段階的に上げていくことにより、中央部の温度低下を防止する方法も試みられている。しかし、幅狭用紙を連続で印刷する場合に、通紙領域の外であって、温度低下が極めて少ないヒートローラの両端部の温度が急激に上昇してしまうという問題があった。
【００２０】この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、コピー機並みの４０ＰＰＭ乃至５０ＰＰＭ程度の印刷速度に対応して定着動作が可能な電子写真プリンタの定着装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電子写真プリンタの定着装置は、電子写真プリンタの全印刷領域に対応する有効長を有する第１の加熱源、及び第１の加熱源より短い有効長を有する第２の加熱源を含むヒートローラと、前記ヒートローラと印刷領域外の端部で接触するように配設され、温度を検知する第１の温度検知手段と、前記ヒートローラに近接して印刷領域の中央部で非接触に配設され、温度を検知する第２の温度検知手段と、前記第１、第２の温度検知手段で検知された温度に基づいて前記ヒートローラの温度を制御する温度制御手段とを備えたものである。
【００２２】また、この発明に係る電子写真プリンタの定着装置では、前記温度制御手段は、印刷待機時には、前記第１の温度検知手段で検知された温度に基づいて温度制御し、幅狭用紙の連続印刷が指令された時には、前記第２の温度検知手段で検知された温度に基づいて温度制御するものである。
【００２３】また、この発明に係る電子写真プリンタの定着装置では、前記温度制御手段は、幅狭用紙の連続印刷時には、第２の加熱源を優先してオンして前記ヒートローラを加熱し、前記ヒートローラの端部での温度が限界温度以下に低下した場合に前記第１の加熱源を同時にオンするものである。
【００２４】また、この発明に係る電子写真プリンタの定着装置は、前記第２の温度検知手段の前記ヒートローラに対するギャップの大きさを、前記第１、第２の温度検知手段で検知された温度、及び予め実測された前記ヒートローラの表面温度から推測して、前記ヒートローラの定着制御温度を補正する定着制御プログラムを備えたものである。
【００２５】さらに、この発明に係る電子写真プリンタの定着装置は、前記第２の温度検知手段で検知された温度のリップル幅に基づいて、温度変化のリップル幅を求め、該リップル幅に応じて、前記ヒートローラの定着制御温度を補正するリップル補正プログラムを備えたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
【００２７】実施の形態１．図１は、実施の形態１に係るヒートローラとハロゲンランプの実装位置関係を示す正面断面図である。
【００２８】サーミスタ１は、最大印刷領域（ここではＡ３ノビ印刷領域）の外側、例えば図１で左端部近傍のＢ点に配設されていて、ヒートローラ２のコーティング表面に当接して温度制御を行なう第１の温度検知手段を構成するものである。サーミスタ３は、ヒートローラ２の中央部付近に非接触に配設されていて、ヒートローラ２とは約１ｍｍ程度のギャップが設けられている第２の温度検知手段である。ヒートローラ２の内部には、熱源としてハロゲンランプ４，５が２本組み込まれている。このうち、ハロゲンランプ４は印刷領域全体に対応する有効長の発光領域を有する幅広用紙印刷用の加熱源（第１の加熱源）、ハロゲンランプ５はＡ４縦置き時の幅（約２１０ｍｍ）の発光領域を有する幅狭用紙印刷用の加熱源（第２の加熱源）である。なお、定着装置全体の構成は、図２に示す従来装置のものと同様である。
【００２９】図７は、実施の形態１に係る定着装置における定着温度制御を行なうための回路構成を示すブロック図である。ここでは、図４の従来装置の場合と同様、用紙サイズ検出スイッチ１１、操作部パネル１２、制御部ＣＰＵ１３、プログラムＲＯＭ１４、定着温度制御回路１５、ヒータ駆動回路１６、及び定着装置１７から構成されている。定着温度制御回路１５では、プログラムＲＯＭ１４からの情報を信号に変換し、ヒータ駆動回路１６へ送信して２本のハロゲンランプ４，５の発光制御を行うと共に、接触／非接触の２個のサーミスタ１，３を介しヒートローラ２の温度を監視し、ヒータ駆動回路１６によりＡＣ電圧供給をＯＮ／ＯＦＦして温度制御を行うものである。
【００３０】図８は、実施の形態１に係るヒートローラによる定着温度制御の様子を示す図であって、この図８によりヒートローラ表面の温度変化について、以下に詳細に説明する。
【００３１】図８（Ａ）はヒートローラ表面の温度変化を示しており、同図（Ｂ）にはそれぞれ幅広用ハロゲンランプ４、幅狭用ハロゲンランプ５のオンオフ状態を示している。ここでは、図６の場合と同様に、準備状態から待機状態を経て、連続印字に至る過程における定着装置の温度制御状態を示している。図中、実線で示す温度曲線は図１における温度制御位置である非接触型のサーミスタ３による検出温度、一点鎖線で示す温度曲線は非接触型のサーミスタ３の実装位置（ヒートローラ中央部）におけるヒートローラ２の表面温度、破線で示す温度曲線は接触型のサーミスタ１による検出温度、即ちサーミスタ１の実装位置であるヒートローラ左端部におけるヒートローラ２の表面温度である。
【００３２】また、図８（Ａ）の縦軸には、それぞれヒートローラ２の左端部での待機温度Ｔ０、中央部での待機温度Ｔ１、非接触型のサーミスタ３による検出温度Ｔ２、印刷起動後の非接触型のサーミスタ３での制御温度Ｔ３、良好な定着性を確保するために必要な中央部での制御温度Ｔ４、及びヒートローラ２の左端部での限界温度Ｔ５が示されている。
【００３３】最初に、メインスイッチがＯＮされると、それと同時にヒータ（ハロゲンランプ４，５）への通電が開始される。これによりヒートローラ２は昇温され、接触型のサーミスタ１での検知温度が所定の待機温度Ｔ０に到達する。このとき、立ち上げから待機状態までの準備状態での温度制御は、ヒートローラ２の左端部に配置された接触型のサーミスタ１で行なわれる。発光させるヒータには、立ち上げ直後のみ２本のハロゲンランプ４，５が使用される。その後、ヒートローラ２の温度が上昇するとともに、温度上昇時のオーバーシュート発生を防止するために、幅狭用ハロゲンランプ５がΟＦＦされる。なお、オーバーシュートを少なくし、かつ立ち上げ時のウォームアップ時間を短くするためには、これらのハロゲンランプ４，５の電力やヒートローラ２の熱容量に応じた最適な時間だけ、２本のハロゲンランプ４，５を同時発光させればよい。この時間は、実験的に決定されるものである。
【００３４】次に、準備状態から待機状態に移行すると、ヒートローラ２の中央部では左端部の待機温度Ｔ０よりやや高い待機温度Ｔ１に維持されるが、その温度は準備状態と同様にサーミスタ１によって制御される。この温度差（Ｔ１−Ｔ０）は、ハロゲンランプ４によって加熱されたヒートローラ２の中央部と左端部との実際の温度差に相当する。ヒートローラ２は、その中央部で温度が最も高い山なりの温度分布となるが、非接触型のサーミスタ３がヒートローラ２に対して約１ｍｍのギャップを設けて配設されているため、ヒートローラ２の中央部での検出温度は、ヒートローラ２の実際の表面温度Ｔ１より低い温度Ｔ２として検出される。
【００３５】次に、待機状態で幅狭用紙の連続印刷の起動がかかると、ヒートローラ２の中央部に配置された非接触型のサーミスタ３による温度制御が行なわれる。立ち上げ後から待機状態までの温度制御は接触型のサーミスタ１で行われたが、連続印刷では、図７に示す用紙サイズ検出スイッチ１１により、或いは操作部パネル１２からのオペレータ入力により、Ａ４縦置き幅以下の用紙サイズが検出された場合、制御部ＣＰＵ１３における温度制御は、中央部の非接触型のサーミスタ３で検出された温度に基づいて実行される。
【００３６】図８に戻って、時刻ｔｐで制御部ＣＰＵ１３にプリント信号が入り、待機状態が終わって印刷起動がかかると、ヒートローラ２左端部の接触型のサーミスタ１から、中央部の非接触型のサーミスタ３による温度制御に移行するとともに、制御部ＣＰＵ１３は、プログラムＲＯＭ１４にあらかじめ設定された、各用紙サイズに応じた定着温度制御プログラムを読み出して、定着温度制御回路１５へ送信する。ここで、非接触型のサーミスタ３の制御温度が、それまでの検出温度Ｔ２より高い制御温度Ｔ３に切り替えられる。また、印刷用紙が幅狭用紙（Ａ４タテ以下）のプリント信号であれば、幅広用ハロゲンランプ４を消灯して、幅狭用ハロゲンランプ５のみを点灯する。これによりヒートローラ２の表面温度が上昇して、時刻ｔｑで所定の制御温度Ｔ３に達した後も、非接触型のサーミスタ３により同じ制御温度Ｔ３の前後で温度制御を行う。この時、ヒートローラ２の中央部における実際の表面温度は、待機温度Ｔ１からＴ４まで上昇し、この温度Ｔ４の前後で表面温度が推移するように制御される。
【００３７】ここで、定着装置で良好な定着性を確保するためには、転写紙の先端がヒートローラ２に達するまでに、ヒートローラ２が所定の制御温度Ｔ４（Ｔ３）に達していることが望ましい。そのためには、印刷起動がかかってから制御温度Ｔ３に達するまでの時間ｔ０（＝ｔｐ−ｔｑ）は、印刷起動がかかってから転写紙の先端がヒートローラ２に達するまでの時間と等しいか、短いことが必要である。この実施の形態１では、印刷起動後に制御温度をＴ２からＴ３に（ヒートローラの表面温度はＴ１からＴ４に）、上昇させている。あらかじめ待機温度Ｔ１を印刷時の適正温度Ｔ４に等しく設定した場合（Ｔ１＝Ｔ４）には、サーミスタ３での検出温度を制御温度Ｔ３に一致させればよい。この方法は、電子写真プリンタの印刷速度が速く、転写紙の先端がヒートローラに達するまでの時間が短い場合などに有効である。
【００３８】また、連続印刷中には幅狭用ハロゲンランプ５を発光させて、非接触型のサーミスタ３で通紙部の温度制御を実施できる。したがって、ヒートローラ２の表面温度を低下させることなく、確実に適正な制御温度Ｔ４に維持することができる。ただし、ヒートローラ２を加熱するのに幅狭用ハロゲンランプ５のみを使用していると、連続印刷中にはヒートローラ２の両端部の温度が徐々に低下してくる。幅狭用紙の連続印刷が終了し、すぐに幅広用紙が印刷される場合を考慮すると、ヒートローラ２の両端部の温度低下を一定範囲に抑える必要がある。そこで、ヒートローラ２の左端部での下限温度Ｔ５を設定しておき、接触型のサーミスタ１がこの限界温度Ｔ５を検出したとき、幅広用ハロゲンランプ４を同時に発光させて、ヒートローラ２の両端部の表面温度がＴ５以下にならないように制御する。このように、連続印刷の際には、２個（接触／非接触）のサーミスタ１，３により温度制御を実行することも有効である。
【００３９】次に、連続印刷が終了する時刻ｔｒになると、ヒートローラ２の温度制御は、接触型のサーミスタ１による制御に切り替えられる。このとき、サーミスタ１における検出温度が待機状態での制御温度Ｔ０より低い場合は、幅広用ハロゲンランプ４を発光させて、温度をＴ０まで上昇させる。この時、幅広用ハロゲンランプ４を発光させることによって、非接触型のサーミスタ３での検出温度、及びヒートローラ２中央部での表面温度が、それぞれ連続印刷時の制御温度Ｔ３，Ｔ４に比べて上昇してしまう。この温度上昇を押えるには、ヒートローラ２の左端部での下限温度Ｔ５を、待機状態の制御温度Ｔ０に対してあまり低くない温度に設定しておくことが必要である。
【００４０】なお、連続印刷時の接触型のサーミスタ１における下限温度Ｔ５についは、ヒートローラ２の熱容量やハロゲンランプ４の電力にもよるが、例えば、待機状態の制御温度Ｔ０と同等か、或いは制御温度Ｔ０から−１０℃以内の値に設定しておくことが好ましい。これにより、ヒートローラ２の中央部での温度上昇を許容範囲内に抑え、良好な定着結果が得られることが実験的に確認されている。
【００４１】以上のように、この発明の実施の形態１に係る電子写真プリンタの定着装置においては、ヒートローラ２の中央部には非接触型のサーミスタ３を配設し、待機状態から幅狭用紙の連続印刷に移行する場合に、左端部での接触型のサーミスタ１による温度制御から非接触型のサーミスタ３による温度制御に切り替えている。そのため、連続印刷時にヒートローラ２内部に組み込まれた２本のハロゲンランプ４，５のうち幅狭用のハロゲンランプ５を優先的に発光させて加熱することにより、従来の単一の接触型サーミスタのみによる温度制御に比べて、ヒートローラ２の中央部での温度低下を発生させることなく、また通紙領域外であるヒートローラ２の両端部での過度の温度上昇を防止して、常に良好な定着性を確保することができる。
【００４２】また、印字領域内の中央部には非接触型のサーミスタ３を配設しているので、定着時にヒートローラ上２にオフセットしたトナーがサーミスタ上に付着堆積することがなく、したがって、印刷用紙に汚れを発生させたり、温度制御を不安定にさせたりすることが防止できる。すなわち、従来の温度制御時にサーミスタ上に実装していたクリーニングフェルトなどの清掃部材が必要なく、シリコンオイル等に係るメンテナンスを不要として、常に良好な印刷品位を確保することができる。
【００４３】さらには、ヒートローラ２とサーミスタ３とが摺擦していないため、ヒートローラ２表面のコーティング層が早期に摩耗するという不都合もなくなり、印刷品位の確保と同時に構成部品の長寿命化が図れるなどの効果も期待できる。
【００４４】実施の形態２．実施の形態１では、ヒートローラ２の中央部に非接触型のサーミスタ３を配設するに当って、そのヒートローラ２の表面とのギャップ（間隙量）が約１ｍｍに調整されているものとしていた。非接触型のサーミスタ３での検出温度Ｔ２は、この約１ｍｍのギャップを介して検出されるので、ヒートローラ２の実際の表面温度Ｔ１より低くなる。したがって、実施の形態１における温度制御は、このギャップが常に一定の大きさになるように、非接触型のサーミスタ３がヒートローラ２に実装されていることを前提としていた。
【００４５】しかしながら、実際に定着装置の組立時にギャップの取付け誤差をなくすことは困難であり、また経時的な変動も避けられない。すなわち、定着装置の組み立て時に、非接触型のサーミスタ３のギャップ量を一定値に維持し、その後もギャップをそのまま保持することは難しく、ギャップの大きさに変化が生じることは避けられない。そして、このようなギャップの大きさが変化した場合に、非接触型のサーミスタ３での検出温度と実際のヒートローラ表面温度との温度差も変わるという問題があった。
【００４６】また、連続印刷中に行なわれる温度検出では、ヒートローラ２が常に回転しているので、ギャップ部分に空気の対流が生じる。定着装置の近傍に排気ファンなどが実装されていれば、ギャップ部分で空気の流れが発生することも避けられない。そこで、これらの影響を最小限に抑えるには、非接触型のサーミスタ３の実装位置などを考慮したり、用紙ジャムなどの発生時にサーミスタ３とヒートローラ２との間のギャップ量が変化しないよう、実装上の工夫が必要である。しかし、サーミスタとヒートローラ間のギャップ量に応じて、以下に説明するような制御温度補正を行なうことが、最も有効である。
【００４７】以下では、実施の形態２に係る定着装置における非接触型のサーミスタの制御温度補正方法について詳細に説明する。
【００４８】図９は、非接触型のサーミスタのギャップに対するヒー卜ローラ表面での実測温度の関係を示したグラフである。図では、印刷開始前の待機状態で、ヒートローラ２の制御温度を複数通りに変えて、表面温度を測定した結果を示しており、ヒートローラ２の制御温度が１７０℃の場合の、サーミスタ３のギャップ（横軸）に対するヒートローラ２の表面温度（縦軸）の測定値を◆で、１８０℃の場合の測定値を■で、１９０℃の場合の測定値を▲で、それぞれ示している。この実験では、図１に示すヒートローラ２として、外径Φが３６ｍｍ、その肉厚が１．２ｍｍのアルミパイプ材を使用し、その加熱源には電力６００ＷのＡ４縦置き幅（約２１０ｍｍ）の発光長を有するハロゲンランプ５を使用している。
【００４９】図９からもわかるように、いずれの制御温度の場合も、ギャップに対するヒートローラ２の表面温度の変化量には線形性が見られる。例えば、非接触型のサーミスタ３の制御温度を１８０℃とした場合に、ギャップがｌｍｍであれば、ヒートローラの表面温度は１９６℃の前後で推移し、ギャップが０．７ｍｍであれば、ヒートローラの表面温度は１９０℃の前後で推移し、ギャップがｌ．３ｍｍであれば、ヒートローラの表面温度は２０２．５℃の前後で推移する、という具合に大きなギャップに対しては制御温度と表面温度との差は大きく、小さなギャップに対しては差は小さい。また、制御温度には関係なく、ギャップ０．７ｍｍの場合には、ヒートローラ表面温度は制御温度に対し＋９〜＋１０℃程度、ギャップｌｍｍの場合には、ヒートローラ表面温度は制御温度に対し＋１５〜＋１６℃程度の温度差が生じていることがわかる。そこで、この非接触型のサーミスタ３のギャップに対するヒートローラの表面温度データを、各制御温度毎に定着温度制御プログラムＡとしてプログラムＲＯＭ１４（図７参照）にあらかじめ記憶させておく。
【００５０】図１０は、接触型のサーミスタによる温度制御時のヒートローラ中央部での表面温度を示す図である。ここには、接触型のサーミスタ１でヒートローラ２の温度制御する場合に、その制御温度に対して非接触型のサーミスタ３の実装位置（中央部）でのヒートローラ２の表面温度が直線的に変化することを示している。図１０では、非接触型のサーミスタ３の実装位置における、各制御温度（横軸）に対するヒートローラ２の表面温度測定値（縦軸）◆を示している。ヒートローラ２の形状、材質等の条件は、図９の場合と同じである。なお、待機状態（接触型のサーミスタによる温度制御時）においては、ヒートローラ２の表面温度は、図５に示すように、その両端部の温度に比べて、中央部が最も高い山なりの温度分布となる。
【００５１】図１０に示す実測結果によれば、温度分布形状自体はヒートローラ２の熱容量やハロゲンランプ４，５の電力及び配光によって変化するが、非接触型のサーミスタ３の実装位置である中央部での温度は、端部での温度に比べて１４〜１６℃程度高くなっていることがわかる。そこで、この実測結果から得られた端部表面温度と中央部表面温度の関係を、定着温度制御プログラムＢとしてプログラムＲＯＭ１４（図７参照）にあらかじめ記憶させておく。
【００５２】このように、プログラムＲＯＭ１４に定着温度制御プログラムＡ，Ｂを記憶させておき、サーミスタ１により左端部での温度を検出すると同時に、中央部での非接触型のサーミスタ３によって温度検出を行なうことにより、２つのサーミスタ１，３の検出温度とヒートローラ２の中央部での表面温度との相関に基づいてギャップの大きさが推測できる。
【００５３】次に、非接触型のサーミスタ３の制御温度補正方法について説明する。ここで非接触型のサーミスタ３について、制御温度１８０℃でギャップｌｍｍのデフォルト値が制御プログラムＡ，Ｂに記憶されているものとしている。
【００５４】いま、待機状態にある定着装置で温度補正が行なわれる場合、接触型のサーミスタ１による制御温度が例えば１８０℃であったとすれば、プログラムＲＯＭ１４から制御プログラムＢ（図１０）を読み出すことによって、ヒートローラ２の中央部での実際の表面温度が約１９６℃前後を推移していることがわかる。このとき、非接触型のサーミスタ３による測定温度（検出温度Ｔ２）が１７０℃として検出されたとすれば、プログラムＲＯＭ１４から制御プログラムＡ（図９）を読み出して、これら実際の温度と検出温度とを比較処理することによって、ヒートローラ２とサーミスタ３とのギャップが１．６ｍｍであることが分かる。したがって、この定着装置の非接触型のサーミスタ３は、ギャップがデフォルト値（ｌｍｍ）に対して約０．６ｍｍずれている状態にあると推測できる。
【００５５】このような定着装置において幅狭用紙の連続印刷起動がかかり、実施の形態１で説明したような温度制御を行なう場合に、非接触型のサーミスタ３に切り替えて、制御温度Ｔ３を例えば１９０℃として温度制御すると、図９に示すようにデフォルトのギャップｌｍｍが維持されていれば、ヒートローラ中央部での表面温度は２０５℃程度に制御されることになる。しかしながら、実際の定着装置では、ギャップ量が１．６ｍｍであると推測されていることから、制御温度Ｔ３を１９０℃とする温度制御を行なえば、図９に示すようにその表面温度は２１５℃程度になって、目標温度より１０℃程度高い温度となってしまう。したがって、ここではギャップがｌｍｍであって制御温度Ｔ３を１９０℃とした場合の設定温度（２０５℃）でヒートローラ２の温度制御を行なうためには、ギャップ１．６ｍｍという想定値に基づいて、図９から制御温度Ｔ３を１８０℃に補正して温度制御を行なえばよいことが分かる。すなわち、ヒートローラ２の実際の表面温度を、２０５℃に最も近い２０７℃で制御することができる。
【００５６】以上、実施の形態２に係る定着装置では、読み出した制御プログラムＡ，Ｂの比較演算処理結果に基づいて、最も近い制御温度設定値に補正することによって、非接触型のサーミスタ３におけるギャップの変動にかかわらず、ヒートローラ２を常に良好な定着温度に設定するような温度制御が可能となる。
【００５７】また、上述した制御温度の補正方法では、ヒートローラ表面温度の分布直線として、図９には非接触型のサーミスタ３での制御温度が１７０／１８０／１９０℃の三通りの場合だけを示しているが、実際にはサーミスタの制御分解能は２〜３℃程度であって、その分解能に応じた分布直線を得ることができる。
【００５８】さらに、上述した制御温度補正を自動的に実行することも可能である。例えば、製品の工場出荷時にデフォルト値としてギャップ値を１ｍｍに設定しておき、印刷待機状態からヒータＯＦＦモードに移行する直前に補正を自動的に行なうものとすれば、常に適正な定着温度で温度制御が可能になる。
【００５９】実施の形態３．実施の形態３は、非接触型のサーミスタ３によって検出されるヒートローラ２の検出温度に基づいて、非接触型のサーミスタ３の制御温度レベルを温度変化の大きさ（リップル幅）に応じてアップさせるものである。
【００６０】非接触型のサーミスタ３で温度制御を行う場合、ヒートローラとの間のギャップに空気の対流が生じたり、また排気ファンなどの空気の流れの影響を浮け易い。そのために、非接触型のサーミスタで使用される感熱素子部の熱応答性は接触型のサーミスタ１に比べて悪くなる傾向にある。近年、この種の感熱素子には、熱容量の小さい小型ビーズ素子や薄膜タイプの素子が使用され、接触型のサーミスタと変わらない熱応答性を備えたものが開発されている。しかしながら、非接触型のサーミスタではギャップが大きくなるにつれて熱応答性が悪くなる傾向にあって、制御時の温度リップルが接触型のサーミスタと比較すると大きくなる。
【００６１】図１１は、温度リップルの補正手順の概略を説明するための図である。同図（Ａ）に示すように、接触型のサーミスタ２での温度制御の分解能を２℃とした場合に、その温度リップル幅はハロゲンランプのＯＮ／ＯＦＦ温度（分解能２℃）の範囲内、若しくはそれより僅かに越える程度の温度範囲内で推移する。これに対して、非接触型のサーミスタ３で温度制御した場合の温度リップルは、同図（Ｂ）に示すように、接触型のサーミスタ２の場合に比べてかなり大きくなる。しかも、非接触型のサーミスタ３で生じたリップルは、実際のヒートローラ表面では同等もしくは増幅されて大きくなる可能性がある。そのため、接触型のサーミスタ２の分解能（２℃）に比べて５倍程度大きい、例えば１０℃以上の幅で温度リップルが発生するような場合は、リップルの下限温度で印字定着が行われた際に、良好な定着性が得られないおそれがある。したがって、特にハガキ，封筒などの特殊紙で用紙厚がかなり厚い場合は、このリップル幅が定着性に大きく影響を与える。
【００６２】前述した実施の形態１における定着装置と同様に、図７に示す定着温度制御を行なうための回路構成に基づいて、実施の形態３における具体的な温度制御方法を説明する。定着温度制御回路１５では、連続印刷時に非接触型のサーミスタ３による検出温度のリップル幅を検出する。プログラムＲＯＭ１４には、定着温度制御プログラムとは別に、リップル補正プログラム（図示せず）が格納されている。
【００６３】いま、非接触型のサーミスタ３における温度リップルが、例えば１０℃（図１１で、分解能を２℃とすると５レベル）であったとすると、本来の制御温度に対して設定温度を２レベルだけ上昇させる。また、リップル幅が６レベルであった場合は、同様に３レベル上昇させ、以下、リップル幅が１レベル増加する毎に設定温度も１レベルずつ上昇させるものとする。定着温度制御回路１５では、制御部ＣＰＵ１３によって呼び出されたリップル補正プログラムをもとに設定温度上昇レベルが決定され、所定の温度指令信号に変換してヒータ駆動回路１６へ送信する。
【００６４】なお、非接触型のサーミスタ３による温度制御の場合、ギャップの影響により僅かではあるが徐々に実際のヒートローラ表面温度が低下する。このような場合にも、上述した方法と同等の方法により非接触型のサーミスタ３での制御温度を段階的にレベルアップさせる。
【００６５】以上のように、実施の形態３による定着装置では、温度制御時に検出温度にリップルが発生した場合でも、定着温度の低下を防止して、常に良好な定着性を確保することができる。また、同様の温度制御方法により、非接触型のサーミスタの制御温度を段階的にレベルアップさせることもできるため、非接触型のサーミスタ部と実際のヒー卜ローラ表面温度のずれを補正プログラムにより補正することができ、常に安定した定着温度の維持及び良好な定着性を確保することができる。
【００６６】
【発明の効果】この発明は、以上に説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００６７】請求項１、請求項２に係る電子写真プリンタの定着装置では、コピー機並みの４０ＰＰＭ乃至５０ＰＰＭ程度の印刷速度に対応して定着動作が可能であって、従来の温度制御時にサーミスタ上に実装していたクリーニングフェルトなどの清掃部材が必要なく、シリコンオイル等に係るメンテナンスを不要として、常に良好な印刷品位を確保することができる。また、ヒートローラ表面のコーティング層が早期に摩耗するという不都合もなくなり、印刷品位の確保と同時に構成部品の長寿命化が図れるなどの効果も期待できる。
【００６８】請求項３に係る電子写真プリンタの定着装置によれば、従来の単一の接触型サーミスタのみによる温度制御に比べて、ヒートローラの中央部での温度低下を発生させることなく、また通紙領域外であるヒートローラの両端部での過度の温度上昇を防止して、常に良好な定着性を確保することができる。
【００６９】請求項４に係る電子写真プリンタの定着装置によれば、非接触型のサーミスタにおけるギャップの変動にかかわらず、ヒートローラを常に良好な定着温度に設定するような温度制御が可能である。
【００７０】請求項５に係る電子写真プリンタの定着装置によれば、非接触型のサーミスタによって検出されるヒートローラの検出温度に基づいて、温度変化の大きさ（リップル幅）に応じて非接触型のサーミスタの制御温度レベルをアップさせることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９１０４４１６４
【氏名又は名称】株式会社沖データ
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| 【出願日】 |
平成１２年３月１５日（２０００．３．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３８４０
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 実
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２６５１５７（Ｐ２００１−２６５１５７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月２８日（２００１．９．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−７２１３７（Ｐ２０００−７２１３７） |
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