JPH01306883A

JPH01306883A - 接触式定着装置

Info

Publication number: JPH01306883A
Application number: JP1084626A
Authority: JP
Inventors: Robert S Karz; ロバート　エス　カーズ
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1989-12-11
Also published as: DE68915604D1; EP0336754A3; EP0336754A2; EP0336754B1; DE68915604T2; US4897692A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は一般にゼログラフィ式複写装置に関し、特に、
外部加熱式定着部材との直接接触によって粒状熱可塑性
トナーを熱・圧力定着させる接触代　　　′定着装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来のゼログラフィ式複写法においては、−ｉに、複写
すべき原画の光像を静電潜像の形で感光性部材上に記録
し、その後、トナーと一般に呼ばれている検電性マーキ
ング粒子を適用することによって前記潜像を可視像とす
る。前記可トナー像を、感光性部材上に直接定着させる
か、または、前記部材から普通紙のシートのような他の
支持体へ転写し、その後、種々の方法のうちの一つ、例
えば熱及び圧力で、前記像を前記支持体に固着させる。

検電性トナー材料を熱及び圧力によって支持部材上に固
着または定着させるためには、トナー材料の温度を、該
トナー材料の成分が融合して粘着性となる温度まで上昇
させ、且つ同時に圧力を加えることが必要である。この
処置により、トナーは、支持部材の繊維または細孔内に
、または該支持部材の面上で若干流動する。その後、ト
ナー材料が冷えるにつれて、該トナー材料の固化が生じ
、該トナー材料を支持部材に固く接着させる。ゼログラ
フィ式及び静電写真式のいずれの記録技術においても、
トナー像を支持部材上に定着させるために熱エネルギー
及び圧力を用いることは従来から行なわれており、周知
である。

検電性トナー像を支持体上に熱・圧力定着させようとす
る一つの試みにおいては、上にトナー像を有する支持体
を、相対向する１対のロール部材の間を通過させる。前
記ロールのうちの少なくとも一方は内部的に加熱される
。この形式の定着装置の運転中は、トナー像が静電的に
接着している支持部材はロール間に形成されたニップを
通過させられてトナー像を定着ロールと接触させ、これ
により、前記ニップ内でトナー像の加熱を行う。

トナーへ伝導される熱を制御することにより、正常状態
ニおいては、コピーシートから定着ロールへのトナー粒
子の裏移りは事実上なくなる。その理由は、ローラの面
に与えられる熱が、ロール面の温度をトナーの「高温裏
移り」温度より高く上昇させるのに不十分であるからで
ある。この「高温裏移り」温度になると、トナーの画像
領域内のトナー粒子が溶融してこの溶融トナー内に分裂
作用を起こさせ、その結果「高温裏移り」が生ずること
になるのである。粘性のあるトナーを塊体に保持してい
る凝集力が接着力よりも小さくなると分裂が生じ、定着
ロールのようなトナーが接触する面へトナーを裏移りさ
せ易くなる。

しかし、時として、定着ロールの面に与えられる熱が不
十分なためにトナー粒子が定着ロールへ裏移りする場合
（即ち「低温裏移り」）、または、ロールの面に欠陥が
あるために定着ロールへ裏移りする場合、または、通例
トナー粒子をコピーシートに保持する静電力によるコピ
ーシートへのトナー粒子の接着が不十分であるために定
着ロールへ裏移りする場合がある。このような場合には
、トナー粒子は定着ロールの面へ転写され、次いで、コ
ピーシートがニップに入ってこない間にバックアップロ
ールへ転写される。

また、トナー粒子は、両面コピーの定着中に定着ロール
及び／又はバックアップロールによって拾い上げられる
可能性、または単に複写装置の周囲から拾い上げられる
可能性がある。

前述の諸問題、特に「裏移り」と一般に呼ばれる問題を
最少にするための従来からある一つの構成においては、
定着ロールに、テフロン（商標）として知られているポ
リテトラフルオロエチレンの外面または被覆を設け、こ
れにシリコーンオイルのような離型剤を塗布する。前記
テフロンの厚さは０．０２５４ｍの数倍（数ミル）程度
であり、前記オイルの厚さは１ミクロン未満である。シ
リコーン基剤（ポリジメチルシロキサン）オイルは、表
面エネルギーが比較的低く、テフロンが定着ロールの外
面を構成している加熱式定着ロールに用いるのに好適す
る材料であると認められている。

実際上は、シリコーンオイルの薄い層を加熱式ロールの
面に塗布し、このロール面と支持材料に担持されている
トナー像との間の界面を形成する。

このようにして、低い表面エネルギーの層が、トナーが
定着ニップを通過するときに該トナーに対面させられ、
これにより、トナーが定着ロール面　　　′に裏移りす
ることを妨げる。

前述の形式の定着ロール構成体は、前述の構成の固体状
テフロンの外面または被覆のような堅い心棒または基体
に接着剤の固体状層を適当な仕方で接着させることによ
って作られる。

外部式定着ロール加熱は、高速用（１秒当たり約６００
１１またはそれ以上）に対し、従前の内部式ロール加熱
方法に対してかなりの製造単価（（ＪＭＣ）及びサイズ
上の利点があると認められている。しかし、外部式定着
ロール加熱は火災の危険が格段に高くなる。従って、定
着ロールの外部式加熱の実行可能性は、火災が発生しな
いことを保証するフェールセーフ方法の提供の有り無し
に依存する。

大部分の定着ロール温度制御装置はトライアソりまたは
２つのシリコン制御整流器（ＳＣＲ）を用いてランプを
点灯及び消灯させている。低レベル信号がこの装置に与
えられると、該装置は導通し、電流がゼロに低下するま
で導通のまま（ランチ状態）になっている。定着ランプ
は６０１１ｚ交流電力を与えられるから、ゼロ交差は１
秒当たり１２０回起きる。従って、正常作動においては
、制御信号のない１／１２０秒以内でランプ消灯が生ず
る。この装置についての問題は、短絡によって装置が運
転停止することがしばしばあるということである。この
場合には、定着ロールの近くにある温度過昇センサが、
結局は、定着器を運転停止させる。しかし、この装置は
、トライアックまたはＳＣＲが故障した場合に運転復帰
するのに数十秒から数分間かかり、これは外部加熱に対
して余りにも長過ぎる。また、温度過昇センサは、定着
ロールが回転停止しても保護を与えない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は前記従来の難点を除去するように改良した接触
式定着装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、スロット付きディスクを定着ロール
に取着して光チョッパとして用いる。このチョッパは、
光センサと協同し、定着ロールが回転しているときにの
み電気パルスの列を送り出す。このパルスを、該パルス
が６０Ｈｚにおける半サイクルよりも短く　（即ち１秒
の１／１２０未満）なるように、スロット幅の選択及び
／又はキャパシタンスフィルタの使用によって調節する
。また、パルス周波数は６０Ｈｚよりも海かに低く、従
ってランプのデユーティサイクルは低く　（例えば２０
％）、そしてランプは半サイクルの５分の１よりも短い
時間だけ通電される。ターンオン指令を次のサイクルの
始まりまで遅らせることによってトライアックまたはＳ
ＣＲがサイクル途中で作動させられるときに発生するＲ
Ｆノイズを、ゼロ交差感知回路を用いて減少させること
のできることはいうまでもない。

ランプを点灯状態に保持しておくためには連続したパル
スの列が必要であるから、この制御方法は定着ロールの
回転に対してフェールセーフである。この装置に対して
は、定着ロール及びこれに取着されているディスクが一
旦失速すると、パルスを発生させる方法がない。この装
置の他の利点は、ロールの回転が遅くなると、該ロール
に与えられる平均電力がこれに比例して減少するという
ことである。

また、低いデユーティサイクルは、トライアックまたは
ＳＣＲが短絡した場合にフェールセーフ保護を与える。

このようになるのは、定着ランプのフィラメントが、本
質的に、１０分の数秒以下の時間フレームに対する時間
平均装置であるからである。即ち、１０ボルト・ランプ
は１０ボルトで連続点灯することも、または、サイクル
時間がランプフィラメントの熱的時定数に比べて短いな
らば１０％デユーティサイクルで１００ボルトで点灯す
ることもできるからである。ランプは、全電力損が交流
１２０Ｖにおいて１０％デユーティサイクルである仕様
となっていることが好ましく、このようにすれば、ラン
プは、トライアックまたはＳＣＲが短絡したとすると格
段に過負荷され、デユーティサイクルを１００％まで効
果的に増加させる。従って、この装置の故障は比較的安
価なランプ焼損にとどまり、火災という大災害とはなｌ
／）ｔよい。

〔実施例〕

次に第１図について説明すると、本発明にかかるロール
式定着装置を参照番号１０で示す。図示の定着装置は、
非加熱のバックアップまたは圧力ロール構造体１４と協
同してニップ１６を形成する外部加熱式ロール構造体１
２を備えており、周知の仕方で上にトナー像２０が形成
されているコピー基体１８が前記ニップを通過する。し
かし、本発明は内部加熱式ロール構造体にも適用される
ものである。トナー像２０は前記加熱式ロール構造体と
接触し、この間、前記ロール構造体相互間に力が通例の
仕方で加えられてこれらの間に圧力を発生させる。その
結果、圧力ロール構造体による定着ロール構造体の変形
が生じ、これによってニップ１６が形成される。

コピー基体がニップ１６から出てくると、該基体は剥離
装置（図示せず）によって加熱式ロール構造体から剥離
され、その後、該基体は、定着装置１０が用いられてい
る複写機（図示せず〉の出口へ向かって所定の通路に沿
って自由に移動できるようになる。

温度センサ２４が、外部加熱式ロール構造体１２の表面
温度を感知するために設けられており、そして、通例の
制御器２６と協同して前記表面温度を所定の値に、例え
ば約１９１〜２０４℃（３７５〜４００Ｔ）に保持する
。加熱式ロール構造体１２は円筒体２８を備えており、
該円筒体は、前記加熱式ロール構造体の外面に隣接する
外部加熱ランプ３０及び反射体３１を有す。前記の制御
器を介して適当に通電されると、加熱素子すなわち前記
ランプ構造体１２の外面へ熱を放射する。前記構造体は
、好ましくは、０．２５４　ｍｍ（０，０１０インチ）
から約２．５４ｍｍ（約０．１００インチ）までの範囲
内の厚さを有するシリコーンまたはビトン（ＶＩＴＯＮ
）（イー・アイ・デュ・ボン・ドウ’ネムール（Ｅ、　
１．　ｄｕ　　Ｐｏｎｔ　　ｄｅＮｅｍｏｕｒｓ）社の
商標）ゴムからできている。

バックアップロール構造体１４は固体状の金属心棒３２
を具備しており、この６体には、変形可能材料の比較的
厚い層３４、例えば、一般にＥＰＤＭと呼ばれているエ
チレン、プロピレン及び少量の非共役ジエンの立体特異
性線状ポリマを基体とするエチレン・プロピレン三元共
重合体として知られているエラストマの層が被着され、
この層にはＰＦＡの薄い保護被膜が被着される。ＰＦＡ
はペルフルオロアルコキシ及びテトラフルオロエチレン
の弗素化共重合体である。バックアップロール構造体の
構造が図示のようであるので、このバックアップロール
構造体と加熱式ロール構造体１２との間に所望の圧力が
加えられると、バックアップロール構造体は固い加熱式
ロール構造体によって変形させられる。この圧力は、ニ
ップ１６の所望の長さに対応する所望の変形の関数であ
る。本発明はまた、定着ロールが圧力によって変形させ
られるようになっている定着器内に用いることもできる
。

スロット付きディスク３６が定着ロールに取着されてお
って光チョッパとして働き、このチョッパは、光センサ
またはホトセル３８と協同し、定着ロールが回転してい
るときにのみ電気パルスの列を送り出す。このパルスは
、該パルスが６０１１ｚにおける半サイクルよりも短く
（即ち１秒の１／１２０未満）なるよにうキャパシタン
スフィルタ４０によって調節される。チョッパのスロッ
トの幅を適当に選択することによってパルスを調節する
こともできる。また、パルス周波数は６０Ｈｚよりも蟲
かに低く、従って、ランプのデユーティサイクルは低く
　（例えば２０％）、そしてランプは半サイクルの５分
の１よりも短い時間だけ通電される。

この調節済みパルスは電子スイッチ４４を介してトライ
アック４２へ送られる。この電子スイッチは温度制御回
路の一部であり、ロール温度が所定の温度設定点よりも
下に低下すると作動させられる。前記トライチックは交
流電源４６を外部加熱ランプ３０に作動的に接続してい
る。ターンオン指令を次のサイクルの始まりまで遅らせ
ることによって前記トライチックがサイクル途中で作動
させられるときに発生するＲＦノイズ、ゼロ交差感知回
路を用いて減少させることのできることはい。

うまでもない。

ランプを点灯状態に保持しておくためには連続したパル
スの列が必要であるから、この制御方法ハ定着ロールの
回転に対してフェールセーフである。この装置に対して
は、定着ロール及びこれに取着されているディスクが一
旦失速すると、パルスを発生させる方法がない。この装
置の他の利点は、ロールの回転が遅くなると、該ロール
に与えられる平均電力がこれに比例して減少するという
ことである。

このようになるのは、定着ランプのフィラメントが、本
質的に、１０分の数秒以下の時間フレームに対する時間
平均装置であるからである。即ち、１０ボルト・ランプ
は１０ボルトで連続点灯することも、または、サイクル
時間がランプフィラメントの熱的時定数に比べて短いな
らば１０％デユーティサイクルで１００ボルトで点灯す
ることもできるからである。この時定数は、通電が中断
されたときに周囲温度に対してランプフィラメントをそ
の点灯温度の１　／　ｅに冷却するのに要する時間であ
る。数学的に表すと、これは、温度がＴａ＋　（Ｔｏ−Ｔａ）　／ｅに到達するための時間である。上式において、Ｔａは周
囲温度、Ｔｏはフィラメント点灯温度、ｅは自然対数で
ある。ランプは、全電力損が交流１２０Ｖにおいて１０
％デユーティサイクルである仕様となっていることが好
ましく、このようにすれば、ランプは、トライアックが
短絡した場合には格段に過負荷され、デユーティサイク
ルを１００％まで効果的に増加させる。従って、この装
置の故障は比較的安価なランプ焼損にとどまり、火災と
いう大災害とはならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱・圧力式定着装置の側面図である。１２・・・加熱式ロール構造体、１４・・・バックアップロール構造体、３０・・・外部
加熱ランプ、３６・・・スロット付きディスク、３８・・・光電セル、４０・・・キャパシタンスフィルタ、４２・・・トライアック、４６・・・交流電源。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）バックアップロール構造体と接触して回転してこ
れとニップを形成する加熱式ロール構造体を有し、トナ
ー像を担持するコピー基体が前記ニップを通過して前記
トナー像が前記加熱式ロール構造体と接触するようにな
っている接触式定着装置において、前記加熱式ロール構造体の温度を上昇させるための熱源
と、前記熱源及び交流電源を作動的に接続する切換手段と、前記切換手段を周期的に作動させるための手段とを備え
て成り、もって前記熱源が、前記熱源の過負荷を妨げる
のに十分な低いデューティサイクルにおいてほぼ全電力
損で作動させられることを特徴とする接触式定着装置。