JP2001236126A - 加熱装置の加熱体昇温時間予測方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、加熱体の加熱開始から目標温度到
達までの時間長さを高い精度で予測でき、定着性を確保
しつつ、ファーストプリントタイム短縮化及び省エネル
ギー化を図ることができる加熱装置の加熱体昇温時間予
測方法及び画像形成装置を提供する。 【解決手段】 サーミスタ２２の検出電圧値の逆数とサ
ーミスタ２２の検出時刻とを変数とする一次式関数に基
づき、加熱体２１の加熱開始から目標温度到達までの加
熱時間長さを予測し、予測された加熱体２１の加熱開始
から目標温度到達までの加熱時間長さをｔ３、上記加熱
開始から記録材Ｐの搬送方向先端がニップに突入するま
での搬送時間長さをｔ４、加圧ローラ２５が一回転する
のに要する時間長さをｔ５としたときに、ｔ３−ｔ５＜
ｔ４＜ｔ３を満たすよう記録材Ｐの搬送開始時刻を決定
可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像を担持する記
録媒体を該ニップにてフィルム及び加圧体によって挟持
搬送して加熱及び加圧する定着装置の加熱体昇温時間予
測方法及び画像形成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あっては、適宜の作像プロセス
手段により記録媒体たる記録材の表面に形成担持させた
顕画像を加熱して定着や表面性の改質を行なう加熱装置
を備える画像形成装置が知られており、実用に供されて
いる。

【０００３】かかる画像形成装置に備えられる加熱装置
としては、熱ローラ方式が多用されており、又、近時に
おいてはフィルム加熱方式の加熱装置が実用に供されて
いる。

【０００４】熱ローラ方式の加熱装置は、ハロゲンヒー
タ等の熱源を内蔵する回転熱ローラ（定着ローラ、ヒー
トローラ）と、これに圧接させた回転加圧ローラとを備
え、この一対の回転ローラの圧接ニップ部に被加熱材と
しての記録媒体たる記録材を導入して挟持搬送させるこ
とにより熱ローラの熱とローラ対の圧接力により記録材
面の顕画像を加熱及び加圧して記録材に定着（若しくは
熱処理）させるものである。この熱ローラは内蔵ヒータ
により加熱され、該ローラの表面温度が所定温度に維持
されるように温度検知部材を含む温調系によりヒータに
対する通電が制御される。

【０００５】しかし、この熱ローラ方式の加熱装置は、
ローラの熱容量が大きいため、ローラが所定の温度に達
するのに時間（立上がり時間、ウオームアップ時間、ウ
ェイトタイム）がかかり、素早く使用するためには装置
を使用していないときも熱ローラをある程度の温度に温
調していなければならない。

【０００６】一方、フィルム加熱方式の加熱装置は、特
開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７
８号公報、特開平４−４４０７５号公報、特開平４−２
０４９８０号公報等に提案されており、加熱体（一般に
セラミックヒータ）と、該加熱体に接触摺動する耐熱性
のフィルムと、該フィルムを介して上記加熱体に圧接す
る加圧体とを有し、加熱体及び加圧体により形成される
ニップ部で記録媒体たる記録材をフィルム及び加圧体に
よって挟持搬送させて該加熱体からの熱を該フィルムを
介して該記録材に付与するよう構成される加熱装置であ
る。

【０００７】図８は、このようなフィルム加熱方式の加
熱装置の一例としての定着装置の断面図である。

【０００８】かかる定着装置は、図８に示すように、加
熱体１０２と、筒状の３層構造の耐熱性のフィルムたる
定着フィルム１０３と、加圧体たる加圧ローラ１０４
と、温度検知手段たるサーミスタ１０７とを備えてい
る。

【０００９】加熱体１０２は、電源（図示せず）により
給電され発熱する発熱体１０８がセラミック基板の一方
の面に形成され、その上に保護層としてのガラス層１０
９がコートされている。

【００１０】サーミスタ１０７は、加熱体１０２のセラ
ミック基板の他方の面に実装されており、加熱体１０２
の温度を検知するようになっている。サーミスタ１０７
の検知温度が目標温度になるように制御手段たるＣＰＵ
によってトライアックが駆動され加熱体１０２の発熱体
１０８への給電電力量が制御されている。

【００１１】定着フィルム１０３にあっては、最も内側
の層であるべース層と、中間層である導電プライマ層
と、最も外側の層であるトップ層との三層構造を採用し
ている。上記ベース層にあっては、定着フィルム１０３
のねじれ強度、平滑性等の機械的特性を担う層であり、
ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、Ｐ
ＰＳ等の樹脂でできている。上記導電プライマ層にあっ
ては、カーボンプラック等の導電性粒子が分散された導
電層であり、第三層目とべース層の接合を行う接着剤の
役目も担っている。上記トップ層にあっては、様々な画
像不良を引き起こさないよう最適な抵抗値と膜厚になる
ように設計される。

【００１２】又、定着フィルム１０３は、ＰＰＳ，液晶
ポリマー等の耐熱性をもつ樹脂で成形され加熱体１０２
の支持部材である加熱体支持部材１０１によって、円滑
な回転を促すよう案内されている。

【００１３】加熱体支持部材１０１は、鉄、アルミ等の
金属からなる定着ステー１０６によって、クリープによ
る変形が押さえられ、剛性が高められている。

【００１４】加圧ローラ１０４は、アルミ、鋳鉄等で形
成される芯金１０４ａと、芯金１０４ａを覆うシリコン
ゴム等の耐熱性を有する弾性体１０４ｂと、加圧ローラ
１０４の表層に形成されトナーとの離型性を高めるため
のＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等のフッ素樹脂の被膜とを
有している。

【００１５】又、加圧ローラ１０４は、定着フィルム１
０３を介して加熱体１０２に圧接され、その圧接部によ
り定着ニップＮを形成し、加圧ローラ１０４の芯金１０
４ａが回転駆動を受け、定着ニップ部で定着フィルム１
０３に回転駆動力を伝達し定着フィルム１０３を従動回
転させるようになっている。

【００１６】トナーＴを担持する記録媒体たる記録材Ｐ
は、転写ローラ（図示せず）と感光ドラム（図示せず）
により搬送され、定着入り口ガイド１０５によって定着
ニップ部に案内され、トナーＴが定着ニップ部で記録材
上に加圧されるとともに加熱され軟化し記録材に密着し
永久定着されることとなる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】近年、上述の電子写真
方式等を採用する画像形成装置では、他の情報機器の高
速化に伴い、プリント信号を受けてから最初の一枚が排
紙されるまでに要する時間長さであるファーストプリン
トタイム（以下、ＦＰＴと記す）を短くすることが要求
されている。

【００１８】通常、熱ローラ方式等の定着装置では、待
機時にある一定温度、例えば１５０℃に定着器（熱ロー
ラ等）を温調しておき、印刷時の定着温度１８０℃との
温度差を少なくし、プリント信号が入力されてから定着
器が所定温度に達するまでの時間を短くしているが、待
機時電力が大きいため好ましくない。

【００１９】一方、フィルム加熱方式では、定着装置の
熱容量が小さく昇温が速いため、待機時電力を極力抑え
つつＦＰＴを早くすることが可能となっているが、定着
器（加熱体等）への入力電圧の変動、定着器の抵抗発熱
体層の抵抗値にばらつきがあると、定着器の電力の変動
が発生したり、雰囲気の温度によって定着器が所定の温
度に達するまでの時間が大きく変化する。例えば低温環
境や低電圧入力時には記録材が定着器に達した時に定着
器が未だ定着温度に達しておらず、定着不良を起こし、
出力された画像上の未定着トナーがユーザーの手を汚し
たり、他のプリントにトナー像が移転する等の問題を発
生させる虞があった。

【００２０】この問題に対処するため特開平０８−７６
６３６等では、定着装置の加熱体の昇温時間を予測し、
低温環境や低電圧入力時には記録材の搬送タイミングを
変化させる構成が提案されている。しかし上記公報には
具体的に加熱体の昇温時間を予測する方法として加熱体
への一定時間通電後の温度により予測する方法のみが記
載されており、加熱体の温度上昇率で予測する具体的な
方法の提案はなされていない。このため、加熱体への一
定時間通電後の温度により昇温時間を予測する方法では
ホットスタート時等の場合、ヒータが冷えていても加圧
ローラの中が暖かい時にまで必要以上にＦＰＴが長くな
っていた。

【００２１】そこで、本発明は、加熱体の加熱開始から
目標温度到達までの時間長さを高い精度で予測でき、定
着性を確保しつつ、ファーストプリントタイム短縮化及
び省エネルギー化を図ることができる加熱装置の加熱体
昇温時間予測方法及び画像形成装置の提供を目的とす
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本出願によれば、上記目
的は、電源からの電力を受けて発熱する加熱体と、該加
熱体に接触摺動する無端帯状の回転自在なフィルムと、
該フィルムを介して上記加熱体と圧接してニップを形成
し回転する加圧体とを備え、画像を担持する記録媒体を
該ニップにてフィルム及び加圧体によって挟持搬送して
加熱及び加圧する加熱装置の加熱体昇温時間予測方法で
あって、加熱装置は、加熱体の温度を検知する温度検知
手段と、該温度検知手段の検知温度が目標温度となるよ
う電源から加熱体への電力を制御する制御手段とを備
え、温度検知手段が、加熱体の温度に応じて抵抗値が変
化するサーミスタであることとする加熱体昇温時間予測
方法において、加熱体の加熱開始から目標温度到達まで
の間の任意の二つの検出時刻で、該サーミスタの温度を
電圧値として検出し、サーミスタの検出電圧値の逆数と
サーミスタの検出時刻とを変数とし上記二つの検出時刻
におけるサーミスタの検出電圧値の逆数を結んで一次式
関数の関係を求め、該一次式関数に加熱体の目標温度時
に対応するサーミスタの電圧値を代入して、加熱体の加
熱開始から目標温度到達までの加熱時間長さを算出して
予測するという第一の発明によって達成される。

【００２３】又、本出願によれば、上記目的は、第一の
発明において、加熱体の加熱時間長さは、加熱体の加熱
開始からサーミスタの検出時刻までの時間長さをｔ１，
ｔ２、加熱体の加熱開始から目標温度到達までの加熱時
間長さをｔ３、加熱体の加熱開始から時間長さｔ１，ｔ
２経過時のサーミスタの検出電圧をそれぞれＶ１，Ｖ
２、加熱体の目標温度時におけるサーミスタの検出電圧
をＶ３としたときに、ｔ３＝（（１／Ｖ３−１／Ｖ１）
×ｔ２−（１／Ｖ３−１／Ｖ２）×ｔ１）／（１／Ｖ２
−１／Ｖ１）によって算出されるという第二の発明によ
っても達成される。

【００２４】更に、本出願によれば、上記目的は、第一
の発明又は第二の発明において、加圧体は、弾性層を有
し、該弾性層の熱伝導率が４．１８６８×１０^-2Ｗ／
（ｍ・Ｋ）以上１２．５６０４×１０^-2Ｗ／（ｍ・Ｋ）
以下であるという第三の発明によっても達成される。

【００２５】又、本出願によれば、上記目的は、電源か
らの電力を受けて発熱する加熱体と、該加熱体に接触摺
動する無端帯状の回転自在なフィルムと、該フィルムを
介して上記加熱体と圧接してニップを形成し回転する加
圧体とを備え、画像形成装置内の所定位置から搬送され
画像を担持する記録媒体を該ニップにてフィルム及び加
圧体によって挟持搬送して加熱及び加圧する加熱装置を
備える画像形成装置であって、加熱装置が、加熱体の温
度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段の検知温
度が目標温度となるよう電源から加熱体への電力を制御
する制御手段とを備える画像形成装置において、加熱体
の加熱開始から目標温度到達までの加熱時間長さを予測
する予測手段を備え、予測手段による該加熱時間長さを
ｔ３、上記加熱開始から記録媒体の搬送方向先端がニッ
プに突入するまでの搬送時間をｔ４、加圧体が一回転す
るのに要する時間長さをｔ５としたときに、ｔ３−ｔ５
＜ｔ４＜ｔ３を満たすよう記録媒体の上記所定位置から
の搬送開始時刻を決定可能であるという第四の発明によ
っても達成される。

【００２６】更に、本出願によれば、上記目的は、電源
からの電力を受けて発熱する加熱体と、該加熱体に接触
摺動する耐熱性で無端帯状の回転自在なフィルムと、該
フィルムを介して上記加熱体と圧接してニップを形成し
所定速度で回転する加圧体とを備え、画像形成装置内の
所定位置から搬送され画像を担持する記録媒体を該ニッ
プにてフィルム及び加圧体によって挟持搬送して加熱及
び加圧する加熱装置を備える画像形成装置であって、加
熱装置が、加熱体の温度を検知する温度検知手段と、該
温度検知手段の検知温度が目標温度となるよう電源から
加熱体への電力を制御する制御手段とを備える画像形成
装置において、加熱装置は、第一の発明乃至第三の発明
のいずれかの加熱体昇温時間予測方法によって、加熱体
の加熱開始から目標温度到達までの加熱時間長さを予測
し、予測された加熱時間長さに基づく目標温度到達時に
同期して記録媒体の搬送方向先端がニップに突入するよ
う記録媒体の搬送開始時刻を決定可能であるという第五
の発明によっても達成される。

【００２７】又、本出願によれば、上記目的は、第五の
発明において、記録媒体の搬送開始時刻は、予測された
加熱体の加熱開始から目標温度到達までの加熱時間長さ
をｔ３、上記加熱開始から記録媒体の搬送方向先端がニ
ップに突入するまでの搬送時間をｔ４、加圧体が一回転
するのに要する時間長さをｔ５としたときに、ｔ３−ｔ
５＜ｔ４＜ｔ３を満たすよう決定可能であるという第六
の発明によっても達成される。

【００２８】更に、本出願によれば、上記目的は、第四
の発明又は第六の発明において、目標温度は、予測され
た加熱体の加熱開始から目標温度到達までの加熱時間長
さが所定の加熱時間長さ以上である場合に、上記目標温
度より高く再設定され、記録媒体の搬送開始時刻は、再
設定された目標温度にて加熱時間ｔ３を再予測して決定
可能であるという第七の発明によっても達成される。

【００２９】又、本出願によれば、上記目的は、第四の
発明乃至第七の発明のいずれかにおいて、加圧体は、弾
性層を有し、該弾性層の熱伝導率が４．１８６８×１０
^-2Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であるという第八の発明によって
も達成される。

【００３０】即ち、本出願にかかる第一の発明にあって
は、サーミスタの検出電圧値の逆数とサーミスタの検出
時刻とを変数とする一次式関数に基づき、加熱体の加熱
開始から目標温度到達までの加熱時間長さが算出され
る。

【００３１】又、本出願にかかる第二の発明にあって
は、サーミスタの検出電圧値の逆数とサーミスタの検出
時刻とを変数とする一次式関数に基づき、加熱体の加熱
開始から目標温度到達までの加熱時間長さが算出され
る。

【００３２】更に、本出願にかかる第三の発明にあって
は、加圧体の弾性層の熱伝導率適正化により、サーミス
タの検出電圧値の逆数とサーミスタの検出時刻とを変数
とする一次式関数の線形性が保たれると共に、該一次式
関数に基づき、加熱体の加熱開始から目標温度到達まで
の加熱時間長さが算出される。

【００３３】又、本出願にかかる第四の発明にあって
は、加熱体の目標温度到達の時間長さｔ５前から該目標
温度到達時までの間に記録媒体の搬送方向先端がニップ
に突入し加圧体の予熱と加熱体からの熱とが上記記録媒
体に付与される。

【００３４】更に、本出願にかかる第五の発明にあって
は、サーミスタの検出電圧値の逆数とサーミスタの検出
時刻とを変数とする一次式関数に基づき、加熱体の加熱
開始から目標温度到達までの加熱時間長さが算出され、
画像を担持する記録媒体が該加熱時間に同期してニップ
に突入する。

【００３５】又、本出願にかかる第六の発明にあって
は、サーミスタの検出電圧値の逆数とサーミスタの検出
時刻とを変数とする一次式関数に基づき、加熱体の加熱
開始から目標温度到達までの加熱時間長さが算出される
と共に、加熱体の目標温度到達の時間長さｔ５前から該
目標温度到達時までの間に記録媒体の搬送方向先端がニ
ップに突入し、加圧体の予熱と加熱体からの熱とが上記
記録媒体に付与される。

【００３６】更に、本出願にかかる第七の発明にあって
は、目標温度が、予測された加熱時間長さｔ３が所定の
加熱時間長さ以上である場合に、上記目標温度より高く
再設定されると共に、加熱体の目標温度到達の時間長さ
ｔ５前から該目標温度到達時までの間に記録媒体の搬送
方向先端がニップに突入し、加圧体の予熱と加熱体から
の熱とが上記記録媒体に付与される。

【００３７】又、本出願にかかる第八の発明にあって
は、加熱体の目標温度到達の時間長さｔ５前から該目標
温度到達時までの間に記録媒体の搬送方向先端がニップ
に突入し、弾性層の熱伝導率適正化が図られた加圧体の
予熱と加熱体からの熱とが上記記録媒体に付与される。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に関し
て、添付図面に基づき説明する。

【００３９】（第一の実施形態）先ず、本発明の第一の
実施形態について図１乃至図７に基づき説明する。

【００４０】図１は、本実施形態にかかる画像形成装置
の一例を示す模式的断面図である。

【００４１】本実施形態にかかる画像形成装置は、図１
に示すように、感光ドラム１、帯電ローラ２、レーザ露
光装置３、反射ミラー４、現像スリーブ５、トナー６を
収容するトナー容器７、転写ローラ８、クリーニングブ
レード１０、廃トナー容器１１、加熱装置たる定着器１
２、紙等の記録媒体たる記録材Ｐを収容するペーパーカ
セット１３、給紙ローラ１４、分離パッド１５、高圧電
源１６等を備えている。

【００４２】かかる画像形成装置にあっては、先ず、感
光ドラム１が矢印の方向に回転し、高圧電源１６から給
電される帯電ローラ２によって感光ドラム１表面が一様
に帯電される。レーザ露光装置３から発せられたレーザ
光は、反射ミラー４で反射され感光ドラム１ヘ照射さ
れ、感光ドラム１上に静電潜像を形成する。

【００４３】トナー容器７の中のトナー６は、現像スリ
ーブ５の回転に伴い、適量のトナーが適度の帯電を受け
ると共に現像スリーブ５上に担持され、その後、感光ド
ラム１上に供給され、感光ドラム１上の静電潜像に付着
し、該静電潜像を現像してトナー像として可視化する。

【００４４】一方、給紙ローラ１４がタイミングをとっ
て、ペーパーカセット１３から記録材Ｐを１枚ずつ給紙
する。分離パッド１５は給紙ローラ１４と当接して配置
され、その表面の摩擦係数、接地角度、形状は被記録媒
体を１度の給紙毎に１枚のみ送るように調整されてい
る。

【００４５】可視化された感光ドラム１上のトナー像
は、転写ローラ８により記録材Ｐ上に転写される。

【００４６】トナー像の転写を受けた記録材Ｐは定着器
１２によって加熱、加圧を受けトナー像が紙上に永久定
着される。

【００４７】一方、転写されずに感光ドラム１上に残っ
た転写残トナーはクリーニングブレード１０により廃ト
ナー容器１１に収納され、表面をクリーニングされた感
光ドラム１は繰り返し次の画像形成プロセスに供され
る。

【００４８】次に、本発明を適用する加熱定着装置であ
る定着器１２について説明する。

【００４９】定着器１１２は、加熱体支持体２４に支持
される加熱体２１と、加熱体２１及び加熱体支持体２４
に外嵌されるエンドレスで耐熱性のフィルム２３と、フ
ィルム２３を介して加熱体２１に圧接しニップを形成す
る加圧体たる加圧ローラ２５とを有している。

【００５０】ここで、フィルム２３は、内周長が加熱体
２１及び加熱体支持体２４の外周長に対して余裕をもっ
て加熱体２１及び加熱体支持体２４に外嵌されており、
加熱体２１及び加熱体支持体２４にガイドされて回転可
能となっている。

【００５１】又、フィルム２３は、厚さ２０〜１００μ
ｍのポリイミド樹脂からなる基体と、該基体の上に設け
られＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂からなる離型層と
からなる。

【００５２】加熱体２１は、アルミナ等の良熱伝導性の
耐熱絶縁基板と、該基板の表面にスクリーン印刷等によ
り塗工された例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電
気抵抗材料からなる厚さ約１０μｍ、幅１〜３ｍｍの電
気抵抗層と、該電気抵抗層の上にコートされたガラスや
フッ素樹脂等からなる保護層とを有している。

【００５３】加圧ローラ２５は、芯金２５ａと、この芯
金２５ａの周囲に設けられた耐熱性の弾性層２５ｂとに
より構成されている。

【００５４】定着器１２にあっては、断熱性が高く、熱
容量の小さい材料を弾性層２５ｂに用いることにより、
定着器１２が冷えた状態からも速やかに定着動作に入る
ことが可能となっている。

【００５５】この加圧ローラ２５は、フィルム２３を介
して加熱体２１に圧接回転してフィルム２３を従動回転
させるようになっている。これにより、ニップで加圧ロ
ーラ２５とフィルム２３との間に導入された記録材Ｐが
加圧ローラ２５及びフィルム２３によって挟持搬送され
ることとなる。

【００５６】温度検知手段としてのサーミスタ２２は、
加熱体２１の表面に配設され、図３に示すように、抵抗
Ｒｌと直流電源が直列に接続されており、この時のサー
ミスタの分圧Ｖｔｈが温度情報信号として図４に示すＡ
／Ｄ変換器２７を介して制御手段たるＣＰＵ２６に送ら
れるようになっている。

【００５７】更に、ＣＰＵ２６は、トライアック２８を
介して加熱体２１への通電を制御するようになってお
り、本実施形態では、この通電制御がＡＣ電圧を波数制
御することにより行われる。即ち、ＣＰＵ２６は、サー
ミスタ２２から出力されＡ／Ｄ変換器２７でＡ／Ｄ変換
されたサーミスタ２２からの温度情報信号をもとにトラ
イアック２８を駆動し加熱体２１への通電を制御するよ
うに設定されている。

【００５８】次に、本実施形態にかかる定着器１２の加
熱体２１が充分に暖まり定着動作を行うことが可能とな
るのに要する時間長さ（以下、立上げ時間という）の予
測方法について説明する。

【００５９】一般的に、定着器の加熱体の温度の立上げ
時間は、電源電圧、定着器の温度、雰囲気の温度、加熱
体の抵抗値等によって変化する。

【００６０】従来の画像形成装置においては、プリント
信号受信後、定着器のニップに紙を通紙する前に０．５
秒間ヒータに通電し、その時検知した温度上昇ΔＴがあ
る閾値以上か否かによって、通常のタイミングで給紙を
行うか否かを決定していた。

【００６１】具体的には、ΔＴが７０［ｄｅｇ．］以上
の場合にはプリント信号受信から５秒後に給紙を開始す
るノーマルモードで給紙を行い、７０［ｄｅｇ．］の場
合には目標温度到達後に給紙を行うウェイトモードに移
行して給紙を行なうことにより、給紙のタイミングが切
り換えが切り換えられていた。

【００６２】又、従来の画像形成装置では、給紙開始か
ら紙の搬送方向先端が定着器のニップ部に到達するまで
に３秒を要するため、わずかに上記の閾値７０［ｄｅ
ｇ．］に達しなかった場合でも、ＦＰＴは３秒以上長く
なってしまうのが現状である。

【００６３】更に、従来の画像形成装置では、例えば雰
囲気温度が３０［℃］で入力電圧が１１０［Ｖ］等の定
着器の立上げに有利な条件下においては、通常のタイミ
ングである５秒よりも更に早く４秒で定着動作を行うこ
とが可能であった。それにもかかわらず、従来の画像形
成装置においては５秒以前で給紙するシーケンスはもっ
ていないため、必要以上にユーザーを待たせたり、無駄
な電力を消費することになる。

【００６４】このような問題を解決し、与えられた装置
構成内で可能な最短のＦＰＴを達成するために、本実施
形態では次のようにして定着器が立上がるのに要する時
間長さを予測を行い、紙搬送開始時刻の決定が可能とな
っている。

【００６５】図５（ａ）は、加熱体２１に通電開始して
からの時間に対するサーミスタ２２の電圧値のＶｔｈの
変化の様子を示す図である。

【００６６】図５（ａ）において、立上げ時は加熱体２
１に全波で電力が供給されており、Ｖ３は立上げ目標温
度を示し、ｔ３は立上げに要する時間長さを示してい
る。

【００６７】サーミスタ２２の検出電圧値の時間変化
は、図５（ａ）に示すような非線型曲線を描いて目標温
度に相当するサーミスタ電圧であるＶ３に達するため、
ｔ３の時刻を予測することは容易ではない。

【００６８】一方、図５（ｂ）は、加熱体２１に通電開
始してからの時間に対するサーミスタ２２の電圧値の逆
数１／Ｖｔｈの変化の様子を示す図である。

【００６９】図５（ｂ）に示すように、１／Ｖｔｈの値
は加熱体２１が立上がるまでの間ほぼ線形に増加してい
ることから、加熱体２１通電中の時刻ｔｌにおけるサー
ミスタ２２の電圧Ｖｌと時刻ｔ２におけるサーミスタの
電圧Ｖ２をもとに定着器１２が目標温度に到達する時刻
を予測することができる。

【００７０】即ち、図５（ｂ）において、その傾きは、 （１／Ｖ２−１／Ｖｌ）／（ｔ２−ｔｌ） として表すことができる。

【００７１】これより、定着器１２の加熱体２１の立ち
上げ目標温度に相当するサーミスタ２２の出力であるＶ
３に到達する時刻は、 ｔ３＝（（１／Ｖ３−１／Ｖｌ）×ｔ２−（１／Ｖ３−
１／Ｖ２）×ｔｌ）／（１／Ｖ２−１／Ｖｌ） として四則演算のみを用いて表される。

【００７２】この比例関係は環境の温度、電源電圧、加
熱体の抵抗値が変わっても維持されているが、加圧ロー
ラの熱伝導率Ｋにより、若干影響を受ける。

【００７３】図６は、加圧ローラの種々の熱伝導率Ｋに
おける１／Ｖｔｈの変化を示した図である。

【００７４】これらの特性を検討した結果、加圧ローラ
２５の熱伝導率が２．５１２０８×１０^-2［Ｗ／（ｍ・
Ｋ）］（０．６×１０^-3［ｃａｌ／（ｃｍ・ｓ・
℃）］）と３．３４９４４×１０^-3［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］
（０．０８×１０^-3［ｃａｌ／（ｃｍ・ｓ・℃）］の場
合には線形性が不十分であるため、近似式を用いて予測
を行おうとした場合、複雑な関数を用いなければ近似を
することができなかった。これでは、定着器の立上げ目
標温度到達時刻を予測しようとした場合、ＣＰＵに重い
負荷がかかる上、計算を行うために広いＲＡＭ領域を必
要としてしまう。

【００７５】更に、立上げ目標温度到達時刻の予測手段
としては、様々な環境温度、電源電圧、加熱体の抵抗値
の組み合わせ条件毎にシーケンスマップを準備しておく
ことも考えられるが、この場合組み合わせ量も膨大にな
る上、記憶させるためのＲＯＭの領域を広く確保してお
かなければならない。

【００７６】そこで、本実施形態にかかる加圧ローラと
しては、上記の１／Ｖｔｈの比例性を用いた目標温度到
達時刻の簡便な予測式を適用するためには、熱伝導率Ｋ
が４．１８６８×１０^-2Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上１２．５６
０４×１０^-2Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下（０．１〜０．３［×
１０^-3ｃａｌ／（ｃｍ・ｓ・℃）］）の加圧ローラを用
いることが望ましい。

【００７７】ここで、実際に上記の予測方法を用いた本
実施形態と従来のシーケンスを用いた場合の入力電圧と
ＦＰＴとの関係を図７に示す。

【００７８】本実施形態では、目標温度到達時刻を予測
し、その目標温度到達時刻に同期して紙が定着器１２に
突入するように給紙開始時刻が制御されている。

【００７９】図７に示すように、従来の加熱定着装置の
場合、入力電圧が９５［Ｖ］を超えている場合にはノー
マルモードでプリントが行われるため、例えば、１００
［Ｖ］入力時にはＦＰＴは１０秒である。

【００８０】一方、本実施形態の目標温度到達時刻の予
測に基づいてプリントを行うと、９秒にてプリントを完
了することができ、従来に比べてＦＰＴを１秒短縮する
ことが可能である。この時には、すでに定着器１２が立
上っているため、定着性には何ら問題はなかった。

【００８１】更に、例えば入力電圧が９５［Ｖ］の場
合、従来の加熱定着装置においては電力がわずかに不足
しているためウェイトモードに移行する。給紙開始から
定着器に紙が到達するまでは３秒を要するため、ウェイ
トモードに移行後は最短で給紙をおこなってもＦＰＴは
３秒以上延長されることになり、ＦＰＴは１３秒であっ
た。

【００８２】これに対して、本実施形態の場合には、目
標温度に到達する時刻を予測し、その時刻に同期して定
着ニップ部に記録材Ｐが突入するように無段階で給紙タ
イミングの変更をおこなうため、最短の１０秒でプリン
トを完了することができる。

【００８３】上記のように本実施形態の定着器を用いた
場合、従来のものと比較してＦＰＴを短縮することが可
能である。更に、ＦＰＴの短縮は無駄な立上げ時間を廃
することにもつながり、近年重要視されているさらなる
省エネ化の要求にも応えるものである。

【００８４】即ち、通電後１／Ｖｔｈの値が線形に変化
することを利用して定着器の目標温度到達時刻の予測を
行う本実施形態における方法では、複雑な演算を行う必
要がないためＣＰＵに大きな負荷を与えることなく簡単
にその予測を行うことが可能であり、更に定着可能な最
短の時間で確実に定着を行うことができる。

【００８５】（第二の実施形態）次に、本発明の第二の
実施形態について説明する。尚、第一の実施形態と同様
の構成に関しては、同一符号を付し、その説明を省略す
る。

【００８６】本実施形態では、定着器が目標温度に到達
する時刻ｔ３を第一の実施形態と同様の加熱体目標温度
予測方法によって予測し、この時刻ｔ３を基に、印刷開
始命令が入力（加熱体２１が加熱開始）されてから記録
材Ｐが定着器１２のニップに突入するまでの時間長さｔ
４、加圧ローラ２５が一回転するのに要する時間長さを
ｔ５としたときに、ｔ３−ｔ５＜ｔ４（＜ｔ３）なる関
係を満たすように記録材搬送開始時刻を決定することを
特徴とする。

【００８７】従来は、定着器の立ち上げ時刻を予測する
と、その立ち上げ時刻以降に紙が定着ニップ部に突入す
るよう紙搬送開始時刻を決定し、給紙を行っていた。

【００８８】本実施形態では、従来に比べて熱伝導率の
低い加圧ローラを用いることで、同時に従来よりも早く
給紙を行うことが可能となっている。

【００８９】ここで、本実施形態の詳細について説明す
る。

【００９０】例えば、加熱体２１への入力電圧が９０
［Ｖ］である低電圧環境の場合、本実施形態の定着器１
２が目標温度に達するまでに必要な加熱時間長さｔ３は
８秒である。この時、印刷開始命令が入力されてから記
録材Ｐが定着器１２のニップに突入するまでの時間長さ
ｔ４を８秒となるように給紙すれば、定着器１２が立上
ったと同時に記録材Ｐが定着ニップ部に突入することに
なる。

【００９１】この時間長さｔ４を様々に変化させて定着
動作を行ったところ、ｔ４は７秒以上あれば定着性は確
保できることが分かった。検討を重ねた結果、加圧ロー
ラ２５が１周するのに要する時間長さｔ５は１秒であ
り、記録材Ｐが定着器１２のニップに突入してから加圧
ローラ２５が１周回転する間は加圧ローラ２５の余熱に
より、加熱体２１の温度が若干低くても、定着性が確保
できることが分かった。

【００９２】つまり、加圧ローラ２５が１周回転するの
に要する時間長さ以内に定着器１２の加熱体２１が目標
温度に到達していれば、定着性を確保でき、無駄な待機
時間を短縮することができる。

【００９３】検討した結果このような余熱効果が生まれ
るのは加圧ローラの弾性体の熱伝導率が１２．５６０４
×１０^-2Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下（０．３［×１０^-3ｃａｌ
／（ｃｍ・ｓ・℃）］）の場合であった。即ち、上記弾
性体の熱伝導率が１２．５６０４×１０^-2Ｗ／（ｍ・
Ｋ）以下の場合は同じ熱量を供給した場合、従来の加圧
ローラと比較して内部まで熱が伝わりにくいため表面の
温度が著しく上昇し余熱効果を生むものである。

【００９４】本実施形態で用いた熱伝導率１２．５６０
４×１０^-2Ｗ／（ｍ・Ｋ）の加圧ローラ２５と従来の加
圧ローラとで加熱体に通電してから５秒後のローラ表面
温度を調べた結果、本実施形態で用いた加圧ローラ２５
表層の温度は従来の加圧ローラに比べて２０［ｄｅ
ｇ．］高い１０５［℃］に達していた。

【００９５】つまり、上記の熱伝導率の範囲以下の加圧
ローラを用いた場合、従来の加圧ローラに比べて加圧ロ
ーラ表面の昇温が早いので、従来よりも加圧ローラが一
回転する時間長さｔ５だけ早く給紙を行っても定着性を
確保することができる。その反面、熱伝導率が低くなっ
たことで熱容量も減少していることから、加圧ローラか
ら紙に充分熱を供給できるのはｔ５の時間長さだけであ
り、ｔ４＋ｔ５の時間長さ以内には加熱定着器は目標温
度に到達していなければならない。

【００９６】即ち、ｔ３＜ｔ４＋ｔ５となる関係を満た
すように紙の搬送開始時刻を決定すれば、充分な定着性
を確保した上で、無駄な待機時間をなくすことができ
る。

【００９７】これにより、定着性の確保と待機時間の短
縮を両立することが可能であるが、極端に定着を行う条
件が厳しい場合（例えば、入力電圧が低くかつ環境温度
も低い場合）には、加熱定着装置の目標温調温度を上昇
させて再設定し、再設定された目標温度に対しての目標
温度到達時刻（加熱体２１の加熱開始から再設定目標温
度到達までの時間長さ）ｔ６を計算し、ｔ６＜ｔ４＋ｔ
５となるように紙の搬送開始時刻を変更することが有効
である。

【００９８】例えば、入力電圧８０［Ｖ］、環境温度が
０［℃］の場合には、本実施形態の定着器が目標温度に
達するまでに必要な加熱時間長さｔ３は２０秒である。
ここで、定着器が目標温度に到達したと同時に紙を定着
ニップ部に突入させた場合、入力電圧が極端に低いた
め、通紙中の加熱定着装置を一定温度に保持することが
できなかった。これを避けるためには、定着に必要な熱
量が不足しないよう定着器全体を十分に加熱しておくこ
とが必要である。

【００９９】そこで、本実施形態では、予測された加熱
体２１の加熱開始から目標温度到達までの時間長さが所
定時間長さ以上である場合に、定着器の目標温度を１８
０℃から１０℃上昇させて１９０℃に設定し、加熱体２
１が１９０℃に到達する時刻ｔ６に記録材Ｐを定着ニッ
プ部に突入するようにして、定着動作を行ったところ、
十分な定着性が得られた。

【０１００】又、定着器の立上げ目標温度を上昇させた
際にも、上述したように加圧ローラ２５表面の余熱を利
用し、ｔ６＜ｔ４＋ｔ５となる関係を満たすように紙の
搬送開始時刻を決定することにより、充分な定着性を確
保することができた。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、本出願にかかる第
一の発明によれば、サーミスタの検出電圧値の逆数とサ
ーミスタの検出時刻とを変数とする一次式関数に基づ
き、加熱体の加熱開始から目標温度到達までの加熱時間
長さが算出されるようになっているので、加熱体の加熱
開始から目標温度到達までの時間長さを高い精度で予測
できる。

【０１０２】又、本出願にかかる第二の発明によれば、
サーミスタの検出電圧値の逆数とサーミスタの検出時刻
とを変数とする一次式関数に基づき、加熱体の加熱開始
から目標温度到達までの加熱時間長さが算出されるよう
になっているので、加熱体の加熱開始から目標温度到達
までの時間長さを高い精度で予測できる。

【０１０３】更に、本出願にかかる第三の発明によれ
ば、加圧体の弾性層の熱伝導率適正化により、サーミス
タの検出電圧値の逆数とサーミスタの検出時刻とを変数
とする一次式関数の線形性が保たれると共に、該一次式
関数に基づき、加熱体の加熱開始から目標温度到達まで
の加熱時間長さが算出されるようになっているので、加
熱体の加熱開始から目標温度到達までの時間長さをより
高い精度で予測できる。

【０１０４】又、本出願にかかる第四の発明によれば、
加熱体の目標温度到達の時間長さｔ５前から該目標温度
到達時までの間に記録媒体の搬送方向先端がニップに突
入し加圧体の予熱と加熱体からの熱とが上記記録媒体に
付与されるようになっているので、定着性を確保しつ
つ、ファーストプリントタイム短縮化及び省エネルギー
化を図ることができる。

【０１０５】更に、本出願にかかる第五の発明によれ
ば、サーミスタの検出電圧値の逆数とサーミスタの検出
時刻とを変数とする一次式関数に基づき、加熱体の加熱
開始から目標温度到達までの加熱時間長さが算出され、
画像を担持する記録媒体が該加熱時間に同期してニップ
に突入するようになっているので、加熱体の加熱開始か
ら目標温度到達までの時間長さを高い精度で予測でき、
定着性を確保しつつ、ファーストプリントタイム短縮化
及び省エネルギー化を図ることができる。

【０１０６】又、本出願にかかる第六の発明によれば、
サーミスタの検出電圧値の逆数とサーミスタの検出時刻
とを変数とする一次式関数に基づき、加熱体の加熱開始
から目標温度到達までの加熱時間長さが算出されると共
に、加熱体の目標温度到達の時間長さｔ５前から該目標
温度到達時までの間に記録媒体の搬送方向先端がニップ
に突入し、加圧体の予熱と加熱体からの熱とが上記記録
媒体に付与されるようになっているので、加熱体の加熱
開始から目標温度到達までの時間長さを高い精度で予測
でき、定着性を確保しつつ、ファーストプリントタイム
短縮化及び省エネルギー化を図ることができる。

【０１０７】更に、本出願にかかる第七の発明によれ
ば、目標温度が、予測された加熱時間長さｔ３が所定の
加熱時間長さ以上である場合に、上記目標温度より高く
再設定されると共に、加熱体の目標温度到達の時間長さ
ｔ５前から該目標温度到達時までの間に記録媒体の搬送
方向先端がニップに突入し、加圧体の予熱と加熱体から
の熱とが上記記録媒体に付与されるようになっているの
で、加熱体の加熱開始から目標温度到達までの時間長さ
を高い精度で予測でき、定着性を確保しつつ、ファース
トプリントタイム短縮化及び省エネルギー化を図ること
ができる。

【０１０８】又、本出願にかかる第八の発明によれば、
加熱体の目標温度到達の時間長さｔ５前から該目標温度
到達時までの間に記録媒体の搬送方向先端がニップに突
入し、弾性層の熱伝導率適正化が図られた加圧体の予熱
と加熱体からの熱とが上記記録媒体に付与されるように
なっているので、加熱体の加熱開始から目標温度到達ま
での時間長さを高い精度で予測でき、定着性を確保しつ
つ、ファーストプリントタイム短縮化及び省エネルギー
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態にかかる画像形成装置
の概略構成を示す模式的断面図である。

【図２】図１の画像形成装置に備えられた加熱装置の概
略構成を示す模式的断面図である。

【図３】図２の加熱装置に備えられたサーミスタの検出
電圧値を説明するための図である。

【図４】図２の加熱装置の温度制御系を示すブロック図
である。

【図５】（ａ）は、本発明の第一の実施形態にかかる加
熱装置における加熱体の加熱開始から目標温度到達まで
の時間長さとサーミスタの電圧値との関係を示す図であ
り、（ｂ）は、上記時間長さとサーミスタの電圧値の逆
数との関係を示す図である。

【図６】加圧体の断熱層の種々の熱伝導率における加熱
体の加熱開始から目標温度到達までの時間長さとサーミ
スタの電圧値の逆数との関係を示す図である。

【図７】本発明の第一の実施形態にかかる画像形成装置
と従来の画像形成装置とにおける加熱体への入力電力と
ファーストプリントタイムとの関係を示す図である。

【図８】従来の画像形成装置に備えられた加熱装置の概
略構成を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１２ 定着器（加熱装置） ２１ 加熱体 ２２ サーミスタ（温度検知手段） ２３ フィルム ２４ 加熱体支持体 ２５ 加圧ローラ（加圧体） ２５ｂ 弾性層 ２５ａ 芯金 ２７ Ａ／Ｄ変換器 ２８ トライアック Ｎ 定着ニップ Ｐ 記録材（記録媒体） Ｔ トナー（画像）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 健 東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H033 AA30 AA32 BA30 BB29 BE03 CA03 CA07 CA28 CA44 3K058 AA02 AA81 BA18 CA23 CA61 DA04 GA06 5H323 BB02 CA09 CB02 DB04 FF03 GG04 NN03

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源からの電力を受けて発熱する加熱体
   と、該加熱体に接触摺動する無端帯状の回転自在なフィ
   ルムと、該フィルムを介して上記加熱体と圧接してニッ
   プを形成し回転する加圧体とを備え、画像を担持する記
   録媒体を該ニップにてフィルム及び加圧体によって挟持
   搬送して加熱及び加圧する加熱装置の加熱体昇温時間予
   測方法であって、加熱装置は、加熱体の温度を検知する
   温度検知手段と、該温度検知手段の検知温度が目標温度
   となるよう電源から加熱体への電力を制御する制御手段
   とを備え、温度検知手段が、加熱体の温度に応じて抵抗
   値が変化するサーミスタであることとする加熱体昇温時
   間予測方法において、加熱体の加熱開始から目標温度到
   達までの間の任意の二つの検出時刻で、該サーミスタの
   温度を電圧値として検出し、サーミスタの検出電圧値の
   逆数とサーミスタの検出時刻とを変数とし上記二つの検
   出時刻におけるサーミスタの検出電圧値の逆数を結んで
   一次式関数の関係を求め、該一次式関数に加熱体の目標
   温度時に対応するサーミスタの電圧値を代入して、加熱
   体の加熱開始から目標温度到達までの加熱時間長さを算
   出して予測することを特徴とする加熱体昇温時間予測方
   法。
2. 【請求項２】 加熱体の加熱時間長さは、加熱体の加熱
   開始からサーミスタの検出時刻までの時間長さをｔ１，
   ｔ２、加熱体の加熱開始から目標温度到達までの加熱時
   間長さをｔ３、加熱体の加熱開始から時間長さｔ１，ｔ
   ２経過時のサーミスタの検出電圧をそれぞれＶ１，Ｖ
   ２、加熱体の目標温度時におけるサーミスタの検出電圧
   をＶ３としたときに、ｔ３＝（（１／Ｖ３−１／Ｖ１）
   ×ｔ２−（１／Ｖ３−１／Ｖ２）×ｔ１）／（１／Ｖ２
   −１／Ｖ１）によって算出されることとする請求項１に
   記載の加熱体昇温時間予測方法。
3. 【請求項３】 加圧体は、弾性層を有し、該弾性層の熱
   伝導率が４．１８６８×１０^-2Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上１
   ２．５６０４×１０^-2Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることと
   する請求項１又は請求項２に記載の加熱体昇温時間予測
   方法。
4. 【請求項４】 電源からの電力を受けて発熱する加熱体
   と、該加熱体に接触摺動する無端帯状の回転自在なフィ
   ルムと、該フィルムを介して上記加熱体と圧接してニッ
   プを形成し回転する加圧体とを備え、画像形成装置内の
   所定位置から搬送され画像を担持する記録媒体を該ニッ
   プにてフィルム及び加圧体によって挟持搬送して加熱及
   び加圧する加熱装置を備える画像形成装置であって、加
   熱装置が、加熱体の温度を検知する温度検知手段と、該
   温度検知手段の検知温度が目標温度となるよう電源から
   加熱体への電力を制御する制御手段とを備える画像形成
   装置において、加熱体の加熱開始から目標温度到達まで
   の加熱時間長さを予測する予測手段を備え、予測手段に
   よる該加熱時間長さをｔ３、上記加熱開始から記録媒体
   の搬送方向先端がニップに突入するまでの搬送時間長さ
   をｔ４、加圧体が一回転するのに要する時間長さをｔ５
   としたときに、ｔ３−ｔ５＜ｔ４＜ｔ３を満たすよう記
   録媒体の上記所定位置からの搬送開始時刻を決定可能で
   あることを特徴とする画像形成装置。
5. 【請求項５】 電源からの電力を受けて発熱する加熱体
   と、該加熱体に接触摺動する耐熱性で無端帯状の回転自
   在なフィルムと、該フィルムを介して上記加熱体と圧接
   してニップを形成し所定速度で回転する加圧体とを備
   え、画像形成装置内の所定位置から搬送され画像を担持
   する記録媒体を該ニップにてフィルム及び加圧体によっ
   て挟持搬送して加熱及び加圧する加熱装置を備える画像
   形成装置であって、加熱装置が、加熱体の温度を検知す
   る温度検知手段と、該温度検知手段の検知温度が目標温
   度となるよう電源から加熱体への電力を制御する制御手
   段とを備える画像形成装置において、加熱装置は、請求
   項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の加熱体昇温時
   間予測方法によって、加熱体の加熱開始から目標温度到
   達までの加熱時間長さを予測し、予測された加熱時間長
   さに基づく目標温度到達時に同期して記録媒体の搬送方
   向先端がニップに突入するよう記録媒体の搬送開始時刻
   を決定可能であることを特徴とする画像形成装置。
6. 【請求項６】 記録媒体の搬送開始時刻は、予測された
   加熱体の加熱開始から目標温度到達までの加熱時間長さ
   をｔ３、上記加熱開始から記録媒体の搬送方向先端がニ
   ップに突入するまでの搬送時間長さをｔ４、加圧体が一
   回転するのに要する時間長さをｔ５としたときに、ｔ３
   −ｔ５＜ｔ４＜ｔ３を満たすよう決定可能であることと
   する請求項５に記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 目標温度は、予測された加熱体の加熱開
   始から目標温度到達までの加熱時間長さが所定の加熱時
   間長さ以上である場合に、上記目標温度より高く再設定
   され、記録媒体の搬送開始時刻は、再設定された目標温
   度にて加熱時間長さｔ３を再予測して決定可能であるこ
   ととすることとする請求項４又は請求項６に記載の画像
   形成装置。
8. 【請求項８】 加圧体は、弾性層を有し、該弾性層の熱
   伝導率が４．１８６８×１０^-2Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であ
   ることとする請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記
   載の画像形成装置。