JPH02293776A - 画像加熱定着装置 - Google Patents

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、複写機・レーザビームプリンタ・ファクシミ
リ・マイクロフィルムリーダプリンタ・画像表示（ディ
スプレイ）装置・記録機等の画像形成装置に組み込む画
像加熱定着装置に関する。

更に詳しくは、電子写真・静電記録・磁気記録等の適宜
の画像形成プロセス手段により加熱溶融性の樹脂等より
成るトナーを用いて記録材（エレクトロファックスシ一
ト・静電記録シート・転写材シート・印刷紙など）の面
に直接方式もしくは間接（転写）方式で目的の画像情報
に対応した未定着のトナー画像を形成担持させ、該未定
着のトナー画像を該画像を担持している記録材面に永久
固着画像として加熱定着処理する方式の定着装置に関す
る。

（従来の技術） 従来、加熱定着式の画像定着装置としては、所定の温度
に維持された加熱ローラと、弾性層を有して該加熱ロー
ラに圧接する加圧ローラとによって、未定着のトナー画
像か形成された記録材を扶持搬送しつつ加熱するローラ
定着方式が多用されている。

しかしながら、この種の装置では、加熱ローラにトナー
が転移するいわゆるオフセット現象を防止するために、
加熱ローラを最適な温度に維持する必要があり、加熱ロ
ーラあるいは加熱体の熱容量を大きくしなければならな
かった。すなわち、加熱ローラの熱容量が小さい場合に
は、発熱体による供給熱量との関係により通紙あるいは
他の外的要因で加熱ローラ温度か低温側あるいは高温側
に大きく変動し易くなる。低温側に変動した場合には、
トナーの軟化溶融不足によって、定着不良や低温オフセ
ットを生じ、高温側に変動した場合には、トナーが完全
に溶融してしまいトナーの凝集力が低下するために、高
温オフセットを生ずる。

この問題を回避するために、加熱ローラの熱容量を大き
くすると、加熱ローラを所定の温度まで昇温するための
時間が長くなり、装置の使用の際に待機時間が大きくな
るという別の問題が生ずる。

かかる問題を解決する方策として米国特許第３，５７８
，７９７号明細書に開示されているように、■トナー像
を加熱体ウエブに接触させてその融点へ加熱して溶融し
、 ■溶融後、そのトナーを冷却して比較的高い粘性とし、 ■トナーの付着する傾向を弱めた状態で加熱体ウェブか
ら剥す、 という過程を経ることによって、オフセットを生せずに
定着する方式が知られている。

上記公知の方式では、これに加えて加熱体に対して、ト
ナー像及び記録材を加圧圧接することなしに加熱する方
式をとクでいるので、記録材を加熱する必要がなく他の
方法に較べてはるかに少ないエネルギーでトナーを溶融
できるとしている。

しかしながら、周知のごとく加圧圧接させることなく加
熱体に接触した場合は、熱伝達効率が低下し、トナーの
加熱溶融に比較的長時間を要する。

そこで特公昭５１−２９８２５公報（特願昭４７−２５
８９６号）に、これに公知の加圧圧接技術を付加して熱
伝達率の向上を図りトナーの加熱溶融を短時間でしかも
十分に行うことが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この公報に開示の装置では、トナーの加
熱を比較的短時間でしかも十分行えるようにするために
、 ■一対の加熱体の間にトナー像及び記録材を加圧挟持さ
せて加熱し、 ■加熱を停止して後強制的に冷却する、方式をとってい
るので、定着に要するエネルギーが大きくなるという不
都合を生ずる。すなわち、一対の加熱体により加熱させ
ることにより、トナー像は上下から加熱されるので一見
効率的に考えられるが、逆にトナー像を記録材側から加
熱するには、先ず記録材を十分に加熱することが必要で
あり、そのためにかえって大きなエネルギーが必要とな
る。さらに、冷却工程においてはトナー像を加熱する際
に加熱昇湿した記録材をも冷却しなければ分離できず、
強制的な冷却手段が必要となっておりエネルギーの無駄
が大きい。

以上のように、一旦加熱したトナーを冷却した後に分離
することにより、高温オフセットを生ずることなく定着
する方式が提案されているが、上記のととくの欠点を伴
うために実用化されていない。

上記２つの提案例では加熱体は加熱ローラ及びこれによ
り送られるウェブと加熱ローラに内蔵された発熱源とに
よって構成されていて加熱はウェブな介して行われ、ウ
ェブの搬送ローラとしての機能を有している。このため
、発熱源への給電方法や温度検知素子の当接支持の形態
が複雑化し、また、温度制御の精度も悪くなりがちであ
った。

さらには、温度検知素子が加熱ローラと摺動する構成で
は断線による過昇温が生する等安全上の問題もあった。

しかも、上述２例の場合ともに比較的大きな熱容量の加
熱体を必要とするために、機内への放熱が増大し、機内
昇温か著るしくなるという不都合もあった。

本発明は、上述の従来装置の有していた問題点を解決し
、定着不良やオフセットを生ずることなく加熱体の熱容
量を小さくすることを可能とし、その結果、待機時間や
消費電力、さらには機内昇温の小さい、またその他にも
顕著な特長を有する画像形成装置を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、定着フィルムと、該定着フィルムの走行駆動
手段と、該定着フィルムを中にしてその方面側に配置さ
れた加熱体と、他方面側に該加熱体に対向して配置され
該加熱体に対して該定着フィルムを介′して画像定着す
べき記録材の顕画像担持面を密着させる加圧部材を有し
、該定着フイルムは少なくとも画像定着実行時は該定着
フィルムと加圧部材との間に搬送導入される画像定着す
べき記録材と順方向に同一速度で走行させて該走行定着
フィルムと該導入記録材とを互いに一体密着状態で該加
熱体と該加圧部材の圧接で形成される定着ニップ部を通
過させることにより該定着ニップ部に対応している加熱
体側の加熱部の熱で記録材の顕画像担持面を該定着フィ
ルムを介して加熱して顕画像の加熱定着を行なわせ、前
記加熱体の加熱部は加熱体に具備させた発熱体で昇温し
、該発熱体に対する給電部は、発熱体に給電する電源電
圧の検知手段と、発熱体に近接配置した温度検知手段と
、該両手段で検出した電圧と温度に応じて発熱体に電力
供給する印加時間を制御する手段と、前記電圧検知手段
が検出した電圧に応じて印加周期を制御する手段を有し
てなる、ことを特徴とする画像加熱定着装置である。

（作用） （１）記録材の搬送方向と同一速度で同一方向に走行駆
動状態の定着フィルムと加圧部材との間に導入された画
像定着すべき記録材は、定着フィルム面に未定着トナー
画像担持側の面が密着して定着フィルムと一緒の重なり
状態で加熱体と加圧部材との相互圧接部即ち定着ニップ
部を挟圧力を受けつつ互に速度差による面ズレを生じた
り、しわ寄ったりすることなく一体的に重なり密着して
通過していく。

■加熱工程 この定着ニップ部通過過程で記録材面の未定着トナー画
像が定着フィルムを介して加熱体の加熱部の熱によって
加熱軟化・溶融され、特に、その表層部はトナー融点を
大きく上回り完全に軟化・溶融する。この場合加熱体と
加圧部材の相互圧接部において加熱体・定着フィルム・
トナー画像・記録材は加圧部材によって良好に押圧密着
されて効果的に熱伝達されることにより、短い時間の加
熱によってトナーは十分に軟化・溶融されて良好な定着
性が得られる。一方記録材自体の昇温は実ＷＡ七極めて
小さく熱エネルギーの無駄が少ない。

つまり実質的に記録材自体は加熱せず、トナーのみを効
果的に加熱軟化・溶融して低電力でトナー画像の加熱定
着を良好に実行できる。

ここで本発明で記述されるトナーの軟化・溶融に閤して
注記する。トナーの「融点」と便宜的に表現している温
度は、トナーが定着するために最低必要な温度を意味し
ており、その、定着下限温度で、溶融といえる程粘度が
低下する場合や、軟化といった程度の粘度低下の場合が
ある。したがって定着する際に溶融と便宜的に表現して
いる場合でも、実際には軟化といった程度の粘度低下を
示している場合がある。本発明ではこのような場合も含
む。同様に、トナーが冷却固定したと便宜的に表現して
いる場合も、トナーによっては固化とはいえず高粘度化
といった方が適切である場合がある。本発明ではこのよ
うな場合も含む。

■冷却工程 定着フィルム面に密着して定着ニップ部を順次に通過す
るトナー画像加熱軟化・溶融済みの記録材部分は定着ニ
ップ部通過後も定着フィルム面に密着させたままの搬送
を引続きしばらく続行させ、この間を冷却工程として前
記加熱工程で軟化・溶融させたトナーの熱を放熱させて
トナーを冷却固定させる。この冷却固化でトナーの凝集
力は非常に大きくなって一団となって挙動することにな
り、又記録材側に対する粘着・固着力が増大する一方、
定着フィルム側に対するそれは極めて低下していく。記
録材に対してはトナーは前記加熱工程で加熱軟化・溶融
された際加圧部材によって加圧されるため、少な゛くと
もトナー画像の一部は記録材表面層に浸透し、その浸透
分の冷却固化によるアンカー効果で冷却固化トナーの記
録材側に対する粘着・固着力が増大する。

■離反（分離）工程 上記の冷却工程によりトナー画像の冷却固化かなされた
後、定着フィルム面から記録材を順次に離反させる。こ
の離反時にはトナー画像は冷却固化で記録材に対する粘
着・固着力が十分に太きく、定着フィルムに対するそれ
は極めて小さい状態となっているから、画像定着済みの
記録材部分は定着フィルムに対するトナーオフセットを
発生することなく容易に順次に分離されていく。

かくして走行する定着フィルム面に未定着トナー画像担
持面が面するように画像定着すべき記録材を同一速度で
上記定着フィルムに密着走行せしめ、該定着フィルムを
介して加熱体によりトナー画像を加熱溶融せしめ、トナ
ー像が冷却固定化した後に記録材と定着フィルムとを離
反させているので定着フィルムに対するトナーオフセッ
トを発生することがなく、かつ熱容量の小さい発熱体を
用い、その発熱体への給電を簡素な構成のもとに行なう
ことが可能となり、定着するためにトナーを昇湿させる
べき温度（融点または軟化点）に対して、十分に高い温
度の加熱体を維持することによってトナー画像を効率的
に加熱することが可能となり、少ないエネルギーで定着
不良のない十分良好な定着が可能となり、その結果、装
置使用時の待機時間や、消費電力、さらには機内昇温の
小さな画像形成装置を得るという効果を奏する。

なあ、上記Ｏの分離工程において定着フィルムと記録材
との分離部位置でトナーは必ずしも冷却固化していなく
ともよい。又上記■加熱・■冷却・■分離の３つの工程
のうち、トナーが高温で十分に溶融するものであれば（
トナーの加熱溶融時の粘度が十分に高ければ）加熱工程
でトナーを十分に高温溶融させたら直ちに（トナー温度
が融点以上のとき）記録材を定着フィルム面から分離さ
せて加熱工程後の冷却工程は廃止する構成にしてもよく
、本発明の範ちゅうに属するものである。

（２）加熱体に関して、発熱体の表面の温度上昇分は発
熱体の表面積当りに加わる電力に比例する。そのため発
熱体に印加される電圧が変化した場合には発熱体の表面
温度の極大値を所定の温度に維持することが難かしく何
等かの工夫を必要とする。

また発熱体に印加される電圧が大きく異なる装置には発
熱体の表面面積を変えた発熱部を有する構成とすること
で面積当りの電力を一定化することもできるが、１回印
加することで定着できる巾が異なるために定着量が変化
することと、発熱体に加わる総電力が変化するという問
題を生起する。

そこで本発明では、前記のように、発熱体に対する給電
部は発熱体に給電する電源電圧の検知手段と、発熱体に
近接配置した温度検知手段と、該両手段で検出した電圧
と温度に応じて発熱体に電力供給する印加時間を制御す
る手段を具備させることで、発熱体の表面温度の極大値
を印加電圧の変化に関係なく所定の温度に制御すること
を可能にし、又前記電圧検知手段が検出した電圧に応じ
て発熱部の違いを判断し通電の周期を制御する手段を具
備させることで発熱部への電力供給を一定化することを
可能にしている。その結果、より精度の高い温度管理制
御を行なえ、省エネルギ、機内昇温の防止、発熱体及び
定着フィルムの破損（熱損）防止に大きな効果を得るこ
とができる。また人力電圧によらず制御装置の画−化が
できる。

（実施例） 第３図は本発明に従う画像加熱定着装置２０を組み込ん
だ画像形成装置の一例の概略構成を示している。本例の
画像形成装置は原稿載置台往復動型・回転ドラム型・転
写式の電子写真複写装置である。

（１）複写装置の全体的概略構成 第３図において、１００は装置機筺、１は該機筺の上面
板１００ａ上に配設したガラス板等の透明板部材よりな
る往復動型の原稿載置台であり、機筺上面板１００ａ上
を図面上右方ａ、左方ａに夫々所定の速度で往復移動駆
動される。

Ｇは原稿であり、複写すべき画像面側を下向きにして原
稿載置台１の上面に所定の載置基準に従って載置し、そ
の上に原稿圧着板１ａをかぶせて押え込むことによりセ
ットされる。

１００ｂは機筺上面板１００８面に原稿載置台１の往復
移動方向とは直角の方向（紙面に垂直の方向）を長手と
して開口された原稿照明部とじてのスリット開口部であ
る。原稿載置台１上に載置セットした原稿Ｇの下向き画
像面は原稿載置台１の右方ａへの往動移動過程で右辺側
から左辺側にかけて順次にスリット開口部１００ｂの位
置を通過していき、その通過過程でランプ７の光Ｌ，を
スリット開口部１００ｂ、透明な原稿載置台１を通して
受けて照明走査される。その照明走査光の原稿面反射光
が短焦点小径結像素子アレイ２によって感光ドラム３面
に結像露光される。

感光ドラム３は例えば酸化亜鉛感光層・有機半導体感光
層等の感光層が被覆処理され、中心支軸３ａを中心に所
定の周速度で矢示ｂの時計方向に回転駆動され、その回
転過程で帯電器４により正極性又は負極性の一様な帯電
処理を受け、その一様帯電面に前記の原稿画像の結像露
光（スリット露光）を受けることにより感光ドラム３面
には結像露光した原稿画像に対応した静電潜像が順次に
形成されていく。

この静電潜像は現像器５により加熱で軟化溶融する樹脂
等より成るトナーにて順次に顕像化され、該顕像たるト
ナー画像が転写部としての転写放電器８の配設部位へ移
行していく。

Ｓは記録材としての転写材シ一トＰを積載収納したカセ
ットであり、該カセット内のシートが給送ローラ６の回
転により１枚宛繰出し給送され、次いでレジストローラ
９により、ドラム３上のトナー画像形成部の先端が転写
放電器８の部位に到達したとき転写材シ一トＰの先端も
転写放電器８と感光ドラム３との間位置に丁度到達して
両者一致するようにタイミングとりされて同期給送され
る。そしてその給送シ一トの面に対して転写放電器８に
より感光ドラム３側のトナー画像が順次に転写されてい
く。

転写部でトナー画像転写を受けたシートは不図示の分離
手段で感光ドラム３面から順次に分離されて搬送ガイド
１０によって後述する定着装置２０に導かれて担持して
いる未定着トナー画像の加熱定着処理を受け、画像形成
物（コピー）として機外の排紙トレイ１１上に排出され
る。

一方、トナー画像転写後の感光ドラム３の面はクリーニ
ング装置１２により転写残りトナー等の付着汚染物の除
去を受け、全面露光し２による除電を受けて電気的残留
メモリの消去がなされて縁り返して画像形成に使用され
る。

ＰＨ１は給送ローラ６とレジストローラ９との間のシー
トパス部分に配設した給紙検出センサ（例えばフォトセ
ンサ）、ＰＨ２は定着装置２０の次位に配設した排紙検
出センサ（同）である。

（２）定着装置２０ 第１図は画像定着実行状態にある定着装置２０部分の拡
大図である。

２４は定着フィルム送出し軸であり、所望の設定長さ分
の定着フィルム２３をロール巻きに巻回させてあり、そ
の定着フィルム２３の先端部は定着フィルム巻取り軸２
７に係止させてある。定着フィルム２３は本実施例のも
のは耐熱処理した例えば厚さ６μｍのＰＥＴ（ポリエス
テル）を基材とする薄肉プラスチック長尺フィルムであ
る。

２１・２２は軸２４・２７間の定着フィルム部分の上面
側と下面側とに夫々対向させて配設した加熱体と加圧ロ
ーラである。加熱体２１と加圧ローラ２２は不図示の付
勢手段により定着フイルム２３を挟んで常時押圧付勢さ
れて所望の当接圧（例えばＡ４幅で総圧４〜６Ｋｇ）与
えられている。２６・３３はその加熱体２１と加圧ロー
ラ２２の次位に定着フィルムの上面側と下面側とに夫々
対向させて配設した曲率の大きい（曲率の強い、半径の
小さい）分離上ローラと分離下ローラである。３２は加
圧ローラ２２と分離下ローラ３３との間に配設したガイ
ド板であり、このガイド板は加熱体２１と分離上ローラ
２６との間に展張状態の定着フィルム部分の下面に所定
の隙間間隔を存して或は軽く接して略平行に対向してい
る。加圧ローラ２２は金属等より成る芯材上にシリコン
ゴム等より成る弾性層を有するものである。分離上ロー
ラ２６及び分離下ローラ３３は回転フリーのローラであ
る。

巻取り軸２７は不図示の駆動系により矢示の時計方向に
回転駆動され、これにより定着フイルム２３が送出し軸
２４側から巻取り軸２７側へ、画像形成部（転写部８）
からガイド１０を介して定着装置２０へ搬送されるシ一
トＰの搬送速度と同速度で同一方向に巻取り走行される
。加圧ローラ２２は不図示の駆動系によりシ一トＰの搬
送速度とほぼ同一の周速度をもって矢示の反時計方向に
回転駆動される。

３０は送出し軸２４側の巻同定着フィルム２３の外面に
接触させた定着フィルムの残量センサアームであり、定
着処理の実行による巻取り軸２７側への定着フィルムの
順次移行に伴なう巻径の逐次減少から残量を検知し、フ
ィルムが終端近くなった場合に使用者に警告表示ないし
は警告音で定着フィルムの交換を促す。

２９・２５はトナー画像転写部８から定着装置２０へ至
る転写材搬送ガイド１０における定着装置２０寄りの下
面側に配設したシート検知センサと同レバーである。レ
バー２５に先端部は自由状態においてはガイド１０に設
けた透孔１０ａからガイド１０に上面側に突出している
。この状態においてセンサ２９はオフである。ガイド１
０の上面に沿って転写部８側から定着装置２０側へ転写
材シ一トＰが搬送されて上記レバー２５の突出先端がシ
一トＰの先端でけられることによりシ一トＰの裏面側に
もぐって透孔１０ａ内へ沈み回動ずる。このレバー２５
の沈み回動によりセンサ２９がオンとなり、シ一トＰの
センサ位置への到達が制御回路（不図示）に検知される
。レバー２５はシ一トＰが該レバー位置を通過し終るま
でシ一トＰの裏面に接触して押圧されていることにより
その間は沈み回動状態に保持され、従ってセンサ２９の
オン状態が保持される。その後シ一トＰの後端がレバー
２５の位置を通過してレバー２５とは縁が切れた時点で
レバー２５は自由状態になり再び透孔１０ａから先端部
が突出した姿勢に戻り回動ずる。この戻り回動によりセ
ンサ２９はオフとなり、シ一トＰのセンサ位置通過が制
御回路に検知される。

第２図は加熱体２１の構成を示す模型的な拡大横断面図
である。本例の加熱体２．１は定着フィルム横断方向（
定着フィルム２４の走行方向に直角な方向）を長手とす
る横長の低熱容量線状加熱体である。

５２はアルミナ等の耐熱性でかつ電気絶縁性の薄いヒー
タ基板である。

２８は該基板５２の下面（定着フィルム２３と対面する
側の面）の略中央部に長手に沿ってプリント法等で形成
した銀パラジウム・Ｔａ２Ｎ・Ｒｕｂ２・ニクロム等の
線状又は細帯状の薄膜の発熱層（抵抗発熱体）である。

５０・５０は該発熱層２８に対する通電用電極（例えば
金電極）であり同じく基板５２の下面に形成具備させて
ある。発熱層２８は電極５０・５０を介してパルス通電
−を受けてパルス状に通電発熱する。

５１は上記の発熱層２８・電極５０を設けた基板５２の
下面を全面的に覆わせて形成したＴａ２０５・耐熱ガラ
ス等の薄い慴動保護層である。この保護層５１の外面は
平滑であり、定着フィルム走行方向の前縁部・後縁部は
丸味（面取り）を付けて定着フィルムとのスムーズな慴
動を可能にしている。

５５は基板５２の上面側に設けた熱容量の小さいサーミ
スタやｐｔ膜等の測温抵抗体等の温度検知素子である。

この温度検知素子５５は基板下面側の発熱層２８に近接
配設してある。

而して上記の基板構造体（５２・２８・５０・５５）を
ヒータアセンブリとしてこれをベークライト等の、熱伝
導性が低く、耐熱性があり、電気絶縁性の材料からなる
断熱層５３を介して、剛性支持体５４に取付けて加熱体
２１としてある。加熱体２１の下面の、発熱層２８の巾
に略対応する面領域が加熱部Ｈである。

（３）動作 原稿載置台１に対する原Ｎ４Ｇのセット、画像形成枚数
の設定、使用シ一トＰのサイズ指定、倍率指定など所要
の前設定をした後、画像形成スタートスイッチが押され
ると、給送ローラ６によりカセットＳ内のシ一トＰの給
紙が開始され、センサＰＨ１により給紙検知される。又
感光ドラム３面に対する画像形成が開始される。

定着装置２０はセンサＰＨ１による給紙検知時点から所
定のタイマ時間経過時点、即ちカセットＳから給送され
たシ一トＰがレジストローラ対９・転写部８・ガイド１
０を通ってその先端が加熱体２１と加圧ローラ２２との
圧接部近傍位置に達する要する時間経過時点で定着装置
の駆動系により巻取り軸２７・加圧ローラ２２の回転駆
動が開始されて定着フィルム２３が送出し軸２４側から
巻取り軸２７側へシ一トＰの搬送速度と同一速度走行し
た巻取り駆動状態となる。又、加熱体２１は搬送シ一ト
Ｐの先端、後端が前記センサ２９・レバー２５で検出さ
れることによりタイミングを取って必要時に通電を受け
る。その際、画像形成装置の給紙センサなどによりシー
トの位置検知等を用いて、加熱体への通電を制御しても
良い。

定着装置２０に対して搬送された未定着トナー画像Ｔａ
を担持しているシートの上面が走行状態の定着フィルム
２３の下面に密着して面ズレやしわ寄りを生じることな
く定着フィルム２３と一緒の重なり状態で加熱体２１と
加圧ローラ２２との相互圧接部（定着ニップ部）を挟圧
力を受けつつ通過していく。

この相互圧着部通過過程を加熱工程として加熱部Ｈの熱
が定着フィルム２３を介してシートＰ側へ伝達されて前
記（作用）の（１）−７０項に述べたトナー画像の加熱
軟化・溶融か行なわれる。

本実施例における加熱工程は前述のごとく、加熱体２１
に線状の低熱容量の発熱層２８を設け、この発熱層２８
にパルス状に通電し発熱を縁り返すように構成された加
熱体２１によって行なわれている。即ち定着装置の定着
ニップ部の定着フィルム２３と加圧ローラ２２との間に
搬送されたシートＰ上のトナー画像Ｔａはシ一トＰの搬
送速度に準じてズレなく搬送される定着フィルム２３と
ともに、順次加熱体２１の発熱層２８の幅に応じて決定
される加熱部Ｈで加熱を受けて軟化・溶融像Ｔｂとなる
。

加熱体２１と加圧ローラ２２との相互圧接部を通過した
シート部分は分離ローラ２６・３３の位置へ到達するま
での間は加熱体２１と分離上ローラ２６間で展張して正
走行している定着フイルム部分に引き続き密着したまま
搬送されていく。ガイド板３２はシートＰの裏面を支え
て定着フィルム２２との密着を維持する作用をする。

このガイド板３２の代りに加圧ローラ２２と分離下ロー
ラ３３とに回動ガイドベルトを懸回張設して、このベル
トによりシ一トＰの裏面を支えて定着フィルム２３との
密着を維持させるようにすることもできる。

この搬送過程を冷却工程として前記（作用）の（１）一
■項に述べたように軟化・溶融トナーＴｂの熱が放熱さ
れてトナーの冷却固化Ｔｃがなされる。

そして分離上ローラ対２６の位置へ到達すると、定着フ
ィルム２３は曲率の大きい分離上ローラ２６の面に沿っ
てシートＰ面から離れる方向に走行方向が転向されて定
着フィルム２３とシ一トＰとが互いに離反（分Ｍ）して
排紙トレイ１１へ排紙されていく。この離反時点までに
はトナーは十分に冷却固化して前記（作用）の（１）一
〇項に述べたようにシ一トＰに対するトナーの粘着・固
着力が十分に大きく、定着フィルム２３に対するそれは
極めて小さい状態となっているから定着フィルム２３と
シ一トＰの離反は定着フィルム２３に対するトナーオフ
セットを実質的に発生することなく容易に順次になされ
る。

上記定着装置２０の定着フィルム２３の巻取り走行駆動
は、シ一トＰが定着装置２０を通過し終ってその後端が
排紙検出センサＰＨ２で検出された時点で停止される。

本実施例装置では定着フィルム２３は上記のようにシ一
トＰの定着処理実行のたびに送出し軸２４側から巻取り
軸２７側にシ一トＰの搬送速度と同一速度で順次巻取ら
れて使用されていく。

定着フィルムの巻取り正走行駆動制御は、給紙検出セン
サＰＨ１による給紙検出時点から所定の第１のタイマ時
間経過時点で駆動を開始させ、所定の第２のタイマ時間
経過時点で駆動を停止させ、その間においてシ一トＰの
定着処理を実行させるようにして、排紙検出センサＰＨ
２を用いない構成にすることもできる。

又センサ２９・レバー２５によるシ一トＰの先端・後端
検知信号で駆動制御する構成にすることもできる。

本実施例においては加熱体２１の線状の発熱層２８はパ
ルス通電により瞬時にトナーの融点（ないし定着可能温
度）に対して充分な高温に昇温し、非通電時である非定
着時における加圧ローラ２２への伝熱は少ない。又定着
時においても定着フィルム、トナー画像、シートが加熱
体２１と加圧ローラ２２との間に介在し、かつ発熱時間
が短いことによって急激な温度勾配が生ずる為、加圧ロ
ーラ２２は昇温にしくく実用上必要とされる程度の連続
的な画像形成を行なってもその温度はトナーの融点以下
に維持される。かかる構成の本実施例装置にあっては、
シートＰ上の加熱融性のトナーより成るトナー画像は先
ず、定着フィルム２３を介して加熱体２１によって加熱
溶融され、特に、その表層部は完全に軟化溶融する。こ
の際、加圧ローラ２２によフて加熱体、定着フィルム、
トナー画像、シートは良好に密着されており、効率的に
熱伝達される。これによりシートＰ自体の加熱は極力抑
えてトナー画像を効率的に加熱溶融させることができ、
特に、通電発熱時間を限定することにより、省エネルギ
ー化を図ることができる。

加熱体は小型もので十分でありそのため熱容量が小さく
なり、予め加熱体を昇湿させる必要がないので、非画像
形成時の消費電力も小さくすることができ、また機内昇
温も防止できることになる。

本実施例では、加圧ローラ２２の温度は上述したように
トナーの融点よりも低く維持されているので、トナー画
像加熱工程に引くつづく冷却工程のトナー画像の放熱を
促進することが可能である。この為、冷却に要する時間
が短くて済み、装置を小型化することができる。

（４）加熱体２１への給電 第４図は本実施例の定着装置にあいて発熱層２８にパル
ス状に通電した時の加熱部Ｈの温度と、サーミスタ５５
の検出温度を示すグラフである。加熱部Ｈの温度は赤外
放射温度計により非接触で測定した測定値に基づき、サ
ーミスタ検出温度はサーミスタの出力電力を温度に換算
した値に基づいたものである。このグラフを得た時のパ
ルスの周期は約１０ｍｓｅｃであり、通電時間は約２ｍ
ｓｅｃである。加熱部Ｈの温度は通電時に急速に立ち上
がった後、休止時に急速に立ち下り、本実施例では非通
電時間が通電時間より十分長く、また断熱層５３が存在
するため、パルス波形の極小値をとった時点では発熱層
２８・絶縁性基板５２及びサーミスタ５５と略等温とな
る。本実施例で用いたサーミスタは、１０ｍｓｅｃとい
う短い周期のパルス状温度変化には追従できず、パルス
波形の略極小値を指示する。従って加熱部Ｈの表面温度
の極小値の包絡線はサーミスタ５５の検知温度曲線とほ
ぼ一致する。

第５図は本実施例の加熱体２１における発熱層２８への
給電のしくみを示す説明図である。６ｏはマイクロコン
ピュータを含む制御回路であり、電源電圧モニタ回路６
２の検知電圧とサーミスタ５５の検知温度に応じて、電
源６１を制御し、発熱層２８への給電のパルス巾を変え
ることで発熱層２８への供給電力を制御する。

本実施例で上記のような電力制御をする理由を以下に示
す。本実施例では発熱層２８から支持体５４への放熱を
防止するために断熱層５３を設けている。その目的は、
■無駄な放熱をなくし、エネルギー効率を高めることで
省エネルギー化を図る、■支持体５４からの放熱による
機内昇温を低減する、の２点である。

ところが発熱層２８への供給電力を制御することなしに
単に断熱するだけだと発熱量が放熱量を著しく上まわる
ことになり発熱層２８及び加熱部Ｈが異常に昇温し、発
熱層２８及び定着フィルムが熱により破損する恐れがあ
る。そこで断熱層５３を設けた場合に加熱部Ｈの異常昇
温を防止するために、発熱層への供給電力制御が有効と
なるのである。

次に本実施例での電力制御の方法を示す。

■給電電圧をモニタしない場合 本実施例のパルス加熱による定着方式では、前述のよう
にトナーをｍｓｅｃオーダーの短い時間のみ加熱するの
で、トナーの加熱時間よりもむしろ加熱部Ｈの温度が定
着性能に関し支配的であり、加熱部Ｈの最大到達温度に
応じてトナー層が昇温する。すると、トナーが定着に十
分な状態にまで軟化するときの加熱部Ｈの温度をＴＨｏ
とした時、加熱部Ｈの極大温度が定着処理中においてほ
ぼＴＨｏに保たれるように発熱層２８への給電を制御す
れば、無駄な電力を消費することなく十分な定着性能を
得ることができる。

加熱部Ｈの温度が基準温度Ｔ。の時に、時間ｔｏだけ一
定電圧Ｖで発熱層に給電された時に、加熱部Ｈの温度が
定着温度ＴＨｏまで到達するとする（第６図参照）。こ
の時ＴＨＯ．”ｒｏ　．ｔｏの間には、 −ＢｔＯ ＴＨＯ＝　Ｔｏ　＋　Ａ　（　１　　ｅ　　）　・・”
　（１）式という関係がある。ここでＡ，Ｂは発熱層２
８への給電条件や、加熱部Ｈからの放熱路によって決ま
る定数である。

この式より が得られる。従ってＴ。ｏ，Ａ，Ｂをあらかじめ実験に
より求めておきＴ．を測定すればτ８が求まる。

本実施例においては前述のように、発熱層２８に十分小
さいデュティ（Ｄｕｔｙ）比でパルス状通電をした場合
、パルス状に発熱変化する加熱部Ｈが極小温度を示す時
、すなわち次のパルス通電開始寸前において加熱部Ｈの
温度がほぼサーミスタ５５の検知温度と等しくなる。従
ってこの時のサーミスタ５５の検知温度を用い、第５図
の制御回路６０において（２）式に従って次の通電時間
を算出し、電源６１により発熱層２８へ上記算出した時
間だけ給電する。

第７図は本実施例において定着動作中の加熱部Ｈの温度
の時間変化を示すグラフを発熱層２８への給電のタイミ
ング図と合せて示した図である。

本実施例では発熱層２８への給電電圧Ｖは一定であり、
通電パルスの周期τも一定である。加熱部Ｈの温度がＴ
。の時に時刻ｔ。で定着動作を開始したとすると加熱部
Ｈの温度は温度Ｔ。から一義的に定まる。パルス巾τ０
の通電により定着温度ＴＨｏに達した後、τ。よりも十
分長い非給電時間（τ一τ。）の間にＴ。より高温のＴ
，まで低下する。次に、時刻ｔ。からバルス周期τだけ
経た時刻ｔ１に右いて２回目の通電をτ。より短い、温
度Ｔ１よりー・義的に定まるパルス巾τ１だけ発熱層に
行なうことにより、加熱部Ｈの温度は再びＴＨｏまで上
昇し、給電停止すると共に低下する。

以下同様にして通電開始後にパルス周期でごとにサーミ
スタ５５の温度を読み、検知温度によって、（２）式に
より求まるパルス巾で発熱層２８へ給電することにより
、加熱部Ｈの極大温度を定着温度ＴＨｏに保つことがで
きる。

■給電電圧をモニタした場合 発明者らの実験によれば（１）式で示される定数Ａにお
いて一般に発熱層への給電電圧なＶとすると、 Ａ＝ｋＶ２　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（３）式という関係があった。ここでｋは電圧によ
らない加熱体２１の構成にかかわる定数であった。この
事実より定数Ａは、すべての給電電圧に対して実験で求
める必要がなく、給電電圧■１のときの定数Ａ１を用い
て、 ｖ２ Ａ＝Ａ，，２　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（４）式より求められる。本発明者ではすべての給
電電圧に対する定数Ａの値与えることなしに、電源ＯＮ
時の電源電圧モニタ回路６２の検知電圧より（４）式を
用いて求められる。また定数Ａが（３）式で与えられる
ので定数Ａは電圧変動の影響が大きい。例えば給電電圧
が１０％変動すると定数Ａの値は約２０％変化する。ゆ
えに給電電圧の変動が１０％あれば制御温度値ＴＩＩｏ
に２０％の誤差が生じることになる。

本発明によればサーミスタ５５の検知温度を用い第５図
の制御回路６０において次の通電時間を算出する時に、
電源電圧モニタ回路６２の検知電圧を用い、（４）式に
従ってＡを求め（２）式に従って通電時間を算出し、電
源６１により発熱層２８へ算出した時間だけ給電するこ
とにより精度の高い制御を行うことができる。

また、給電電圧に応じた発熱体を選ぶように構成した場
合においても、その場合のパルス通電の周期の変換を上
記電源電圧モニタ６２の検知電圧に応じて制御回路６０
で行うことが出来る。

第８図は制御回路６０におけるフローチャートを示す。

ステップ■で電源をＯＮにする。その後先ず入力電圧を
検知し、発熱層の表面面積を変えたことによる周期の切
り換えを判断する（ステップ■）。ステップ■の判別に
従ってステップ■・同■で周期を決める。例えば１００
ｖのときステップ■では２０ｍｓｅｃ、２００Ｖのとき
ステップ■では４０ｍｓｅｃとする。次にステップ■で
定着が開始されたかの判断を行っている。

定着制御に入ると先ずステップ■で人力電圧を検知し、
その値を用いて（４）式 Ａ＝Ａ，（Ｖ２／Ｖ，２） で定数Ａの値を決定する。ここでＶ，，Ａ，は基準とす
る人力電圧Ｖと定数Ａの値である（ステップ■）。次に
ステップ■で温度検知素子により温度を検知し、ステッ
プ■においてステップ■で決定したＡと、ステップ■で
検知した温度とを用いて通電時間を演算する。ステップ
■と同■・■の結果の応じたパルスをステップ［相］で
出す。そしてステップ■で定着が終了したか判断し、続
いているならばステップ■・■で決定した周期でステッ
プ■にもどる。

（５）その他 定着フィルム２３は実施例装置のように送出し軸２４側
から巻取り軸２７側へ定着処理の実行毎に順次に巻取り
走行させてその全長分が巻取り使用されたら新しい定着
フィルム２３と交換する巻取り交換式にする他に、定着
フイルム２３面へのトナーオフセットは実質的に生じな
いので、フイルムの熱変形や劣化が小さければ巻取り軸
２７側へ巻取られた使用済み定着フイルム２３を適時に
送出し軸２４側へ巻戻し制御して、或は巻取り側と送出
し側とを反転交換するなどして複数回繰返して使用する
こともできる（巻戻し繰返し使用式）。

又エンドレスベルト型にして回動走行させて定着処理に
供する構成とすることもできる。

巻取り交換式では定着フィルム２３は例えば薄くて安価
なポリエステルを基材として耐熱処理を施したものを用
いることができ、そして耐久性に関係なく薄肉化するこ
とが可能となり低電力化することができる。かかる方式
を採ワた場合は、定着フィルム残量検知アーム３０とセ
ンサ３０ａで送出し軸２４側の定着フィルムの残量を検
出してフィルムが終端近くなった場合に使用者に警告表
示ないしは警告音で定着フィルムの交換を促すようにす
るのがよい。そして、定着フィルム２３の交換の際には
、加熱体２１と加圧ローラ２２、分離ローラ対２６・３
３とをそれぞれ離間させるように、第９図例のように回
転軸３１を中心に定着装置２０を開閉可能にすることが
望まれる。

巻戻し経返し使用式では定着フィルムとしては例えば耐
熱性・機械的強度等に優れた基材として２５μｍ厚のポ
リイミド樹脂フィルムを用いてその面に離型性の高いフ
ッ素樹脂等よりなる離型層を設けた複合層フィルムを用
いることかでき、巻戻し逆走行時は加熱体２１と加圧ロ
ーラ２２の当接圧が解除される構成になっているのが好
ましい。

巻戻し繰返し使用式やエンドレスベルト型のように複数
回使用する場合は、フィルム面クリーニング用のフェル
トパッドを設けると共に若干の離型剤、例えばシリコン
オイルを含浸させて該バッドをフィルム面に当接させる
などしてフィルム面のクリーニングと離型性の更なる向
上を行なうようにしてもよい。定着フィルムが絶縁性の
フッ素樹脂処理品の場合などではトナー画像を攪乱する
静電気がフィルムに発生し易いので、その対処のために
接地した除電ブラシで除電処理するのもよい。接地せず
にブラシにバイアス電圧を印加してトナー画像を攪乱し
ない範囲でフィルムを帯電させても良い。さらにフッ素
樹脂に導電性の粉．未繊維、例えばカーポンブラック等
を添加して、上述の静電気による画像乱れを防止するの
も一策である。また、加圧ローラの除帯電及び導電化に
関しても同様の手段により行なうことができる。また、
帯電防止剤等の塗布や、添加を行なっても良い。

何れの方式の場合も定着フィルム２３は定着装置２０の
所定部所に着脱自在のカートリッジ構成にすることによ
り定着フィルムの交換作業等を容易化することができる
。

トナー加熱溶融時の粘度が十分高ければ、定着フィルム
とトナーを剥離する際のトナー温度がトナー融点以上で
あってもよい。その場合、第１図例装置において、分離
ローラ２６・３３を除き、加熱体２１と加圧ローラ２２
の圧接部を転写紙Ｐが抜けた時に定着フィルムとトナー
画像が分離する第１０図例のような構成であってもよい
。その際、加圧ローラ２２の温度がトナー融点以下に保
たれている必要はない。第１１図は定着フィルムをエン
ドレスベルトにした例を示している。

以上の実施例装置は転写式の電子複写装置であるが、画
像形成のプロセス・手段はエレクトロファックス紙・静
電記録紙等に直接にトナー画像を形成担持させる直接式
や、磁気記録画像形成式、その他適宜の画像形成プロセ
ス・手段で記録材上に加熱溶融性トナーによる画像を形
成し、それを加熱定着する方式の複写機・レーザビーム
プリンタ・ファクシミリ・マイクロフィルムリーダブリ
ンタ・ディスプレイ装置・記録機等の各種の画像形成装
置における画像加熱定着装置として木発明は有効に適用
できるものである。

（発明の効果） 以上のように木発明はトナー画像加熱定着式の画像形成
装置について、定着不良やオフセットを生じさせる・こ
となく加熱手段である加熱体の熱容量を小さくすること
が可能で、その結果、待機時間や消費電力、さらには機
内昇温の小さい画像形成装置を実現できる。又定着フィ
ルムは薄肉のものをシワ発生の問題なく支障なく長期に
わたって繰り返して使用することができる。

また本発明は加熱体についてその発熱体に対する給電部
は発熱体に給電する電源電圧の検知手段と、発熱体に近
接配置した温度検知手段と、該両手段で検出した電圧と
温度に応じて発熱体に電力供給する印加時間を制御する
手段を具備させることで、発熱体の表面温度の極大値を
印加電圧の変化に関係゛なく所定の温度に制御すること
を可能にし、又前記電圧検知手段が検出した電圧に応じ
て発熱部の違いを判断し通電の周期を制御する手段を具
備させることで発熱部への電力供給を一定化することを
可能にしている。その結果、より精度の高い温度管理制
御を行なえ、省エネルギ、機内昇温の防止、発熱体及び
定着フィルムの破損（熱損）防止に大きな効果を得るこ
とができる。また人力電圧によらず制御装置の画一化が
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例定着装置の概略構成図、第２図は加熱
体の構成を示す模型的な拡大横断面図、第３図は該定着
装置を組み込んだ画像形成装置の概略構成図、第４図は
加熱部の表面温度と温度検知素子の検出温度の経時変化
図、第５図は通電系のブロック図、第６図は電極への１
パルス給電時の加熱部での温度経時変化図、第７図はパ
ルス巾を変えたときの加熱部の温度変化図、第８図は制
御回路の制御フロー図、第９図は定着装置を開放した状
態の図、第１０図は加熱工程後直ちに定着フィルムと記
録材とを分離する方式とした定着装置の概略図、第１１
図は定着フィルムをエンドレスベルトタイプにした定着
装置の概略図である。 ３は感光ドラム、８は転写放電器、Ｐは転写材シート（
記録材）、２０は定着装置の全体符号、２１は加熱体、
２２は加圧ローラ、２３は定着フィルム、２３巻取り軸
（又は駆動ローラ）、２４は送出し軸（又は従動ローラ
）。 ８８１一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）定着フィルムと、該定着フィルムの走行駆動手段
   と、該定着フィルムを中にしてその一方面側に配置され
   た加熱体と、他方面側に該加熱体に対向して配置され該
   加熱体に対して該定着フィルムを介して画像定着すべき
   記録材の顕画像担持面を密着させる加圧部材を有し、該
   定着フィルムは少なくとも画像定着実行時は該定着フィ
   ルムと加圧部材との間に搬送導入される画像定着すべき
   記録材と順方向に同一速度で走行させて該走行定着フィ
   ルムと該導入記録材とを互いに一体密着状態で該加熱体
   と該加圧部材の圧接で形成される定着ニップ部を通過さ
   せることにより該定着ニップ部に対応している加熱体側
   の加熱部の熱で記録材の顕画像担持面を該定着フィルム
   を介して加熱して顕画像の加熱定着を行なわせ、前記加
   熱体の加熱部は加熱体に具備させた発熱体で昇温し、該
   発熱体に対する給電部は、発熱体に給電する電源電圧の
   検知手段と、発熱体に近接配置した温度検知手段と、該
   両手段で検出した電圧と温度に応じて発熱体に電力供給
   する印加時間を制御する手段と、前記電圧検知手段が検
   出した電圧に応じて印加周期を制御する手段を有してな
   る、ことを特徴とする画像加熱定着装置。