JPS58217980A - 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】 本発明は良好な温度制御を行なう定着装置に関するもの
である。

以下、電子写真記録装置に於ける定着装置を例にとり説
明を行なう。定着装置に於いては、電源を投入して加熱
＃Ｈ始後後加熱部温度は一時的に設定温度よシ上昇しく
この過獲的状態をオーバーシュートと記す）その後設定
温度近辺の温度で安定するものであるが、本発明は仁の
立上シのオーバーシュート誓を適正範囲内に押えて、當
に良好な定着を行なうものである。

従来、電源投入抜溝度検出素子の温度は加熱部と温度検
出素子間の熱抵抗や温度検出素子の熱容量の為に、実際
の加熱部の温度よシ低いので、加熱部温度は設定温度Ｔ
ｏ以上に上昇するオーバーシュート現象が生じる。

このオーバーシュート現象は、温度検出素子（例えばサ
ーミスタ等）の応答が遅れがちに立上がることや、加熱
源であるヒータの余熱による過熱等が大きな原因となっ
て生じる。これを防ぐため、熱応答性の高いサーミスタ
等を使用することも考えられるがコストが増大するのに
加え、それほど優れた防止効果が得られないという不都
合が生じていた。

このオーバーシュート現象は、加熱源によって加熱され
る定着ローラ自体の動台を低下させてしまったり、温度
調整の不安定化、複雑化を強いる他、畠温オフセットの
発生を起こすこともある。

特に最近使用されているゴムローラを用いた定着装置に
おいては、上記オーバーシュート時に加熱部の低分子成
分やゴム表面に存在するシリコンオイルが蒸発あるいは
熱酸化を起こす為に発煙したシ、重湯オフセットを生じ
ゃすくなる等の欠点があった。

本発明は上記過度のオーバーシュートを防止することに
よシ、適正良好な定着が行なえる定着装置を提供するも
のである。上記目的を達成するために本発明は、 「加熱手段と、核加熱手段によって加熱される回転体と
、該回転体の温度を検知して該回転体の温度を制御する
手段とを有し、未定着像を支持体に定着する定着装置を
有する像形成装置において、 上記回転体を設定温度に制御する手段と、該設定温度を
第１設定温度から第１設定温度より高い第２設定潟度に
切換える手段と、該第１設定温度を該第２設定温度に基
いて温度制御を行う前の所定時間の間該設定温度として
維持する手段を有することを特徴とする定着装置。」で
　　　２　”ある。

以下本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図において、１は定着ローラーであシ、アルミ、紹
等の熱伝導の良好な中空の金属芯２上に、薄い熱加硫型
のシリコーンゴム被株３を設けたものである。我々の行
った実験で社シリコ、−ンゴム被徨の厚さ０．２朋〜０
．７朋で良好な結果を得た。０．２絹よシも薄いと、耐
久使用に問題があり、０．７朋よりも厚いと、内部から
の熱伝導が悪くなシ、コピー可能温度にローラー表面温
度が達するのに長時間が必要となり、また連続コピーの
際のローラーの応答も遅れ安定した定着が不可能となる
。またゴム硬度はシワの問題等から４０度以上が好まし
い。

４は圧着ローラーであシ、定着ローラーとの接触中（ニ
ップ巾）を出すために、肉厚５朋以上の熱加硫型シリコ
ーンゴムを用いる。

５は定着ローラー１にオフセット防止液体７を塗布する
塗布ローラーであシ、ＲＴＶシリコーンゴムや、耐熱ゴ
ムの発泡体等の吸油性の物質で形成されておシ、オフセ
ット防止液貯蓄油６内のオフセット防止液体７社毛細管
現像によって、テフロンフェルト、ノメツクスフエルト
等の耐熱フェルト８を伝わって、塗布ローラー５に供給
され、塗布ローラー５から定着ローラー１に塗布される
。

９．１０は定着後の複写材を分離するための分離爪で、
珪素樹脂、弗素樹脂等の耐熱離型性樹脂或いは金属面に
テフロン等の離型性物質をコーティングしたものよυ成
っている。１１は現像１１Ｍ　Ｔを保持した複写材Ｃを
一対のローラー間に案内するだめの入口ガイドである。

１２．１３はハロゲンランプ等の加熱素子であル、定着
ローラー１を内部から熱して定着ローラー１０表面温度
を現像々溶融温度以上に保つものである。

１４はサーミスタ等の温度検出素子であシ、定着ローラ
ー１表向に当接している。

我々は定着ローラーに肉厚０．３鮨、硬度４０゜〜７０
度の熱加硫型シリコーンゴムを、圧着ローラーに肉厚９
〜１０絹、硬度５０度〜５０度の熱加硫型シリコーンゴ
ムを用いることが定着性能に於いて最良の組合せである
仁とを確認した。

本発明の一実施例として定着ローラー１に外径４０φ、
肉厚０．３間の熱加硫型シリコーンゴム（信越化学株式
会社ＫＥ−５４０，ＫＦｉ−８６０，ＫＦｊ−８７０等
）、圧着ローラー４に外径４０φ、肉厚９朋の熱加硫型
シリコーンゴム（信越化学株式会社Ｋ１−５５０゜ＫＥ
−５４０等）を用いると複写材料上の現像々が核ローラ
一対のニップ間に存在する時間にツブ巾／ローラーの周
速度＝加熱時間）が０．０４８秒のときベタクロ画像が
定着ローラー表面温度１３０℃、圧着ローラー表面温度
２０℃で定着する。

定着ローラーに１０μ厚〜６０μ厚のテフロン被ヘロー
ラーを用いた場合、加熱時間が０．０４８・　　　　秒
のときベタクロ画像が完全定着するために必要な定着ロ
ーラー表面温度は１６５℃であり上記のシリコーンゴム
ローラーに比較して定着性が悪いことがわかる。これは
以下に示す理由による。

第２図は、複写材を定着ロ−ラーで定着する際の拡大断
面図である。

第２図（Ａ）において１５がテフロン表向、Ｔが現像々
（この図ではベタクロ画像）、Ｃは複写材である。微視
的に見ると、テフロン表面や複写材表面、は凸凹である
。従ってテフロン表向の凸部ａと凹部すとでは定着性に
差を生じ、凹部すの部分まで完全に定着するためＫはテ
フロンローラー表面温度を１６５℃にしなければならな
い。

一方、第２図（Ｂ）において１６はシリコーンゴムロー
ラーである。シリコーンゴム表面も微視的に見ると凸凹
があるがシリコーンゴムが弾性体であるため加圧した状
態ではシリコーンゴムは現像々に均等な圧力で接触しム
ラのない均一な定着が可能となシ、ローラー表面温度１
３０℃で定着する。

またテフロン表面をできる限シ鏡面仕上げしたものを用
いても、やはヤ定着ム、９は生じた。

また、テフロンのコート厚を厚くしたものや、肉厚０．
５　ｙｓｗｒ　、　１　闘のテトロンチューブをローラ
ー表面に用いても、定着ムシが生じたため弾性という最
大の要因の他に、シリコーンとテフロンの表面物性の違
いも効いているようである。

以上のことからも、四−２−表面をシリコーンゴムで形
成すれば、テフロンと比較して、大幅に省エネルギー化
を図ることが可能である。

更に上記のことから判るように、スタンバイ時にローラ
ーを停止しておく仁とが可能であシ、ウェイトタイムも
短縮され騒音もなくなる。然るにシリコーンゴムを用い
た場合、約１９０℃でゴム内の低分子やゴム内或いはゴ
ム表面のシリコーンオイルが熱酸化や蒸発するため発煙
する。

従って定着ローラー表面温度を厳格に制御することが必
要である。

本発明ではローラーの設定温度を複写機の動作状態に応
じて可変にするととＫよって定着ローラー表面温度が略
一定になるようにしている。

ここで用いた設定温度とは温度検出素子１４の温度が該
温度よシ低い時に加熱素子がＯＮ状態、温度検出素子の
温度が該温度よシ烏い時に加熱素子がＯＦＦ状態となる
ように、あらかじめ設定された温度検出素子の温度のこ
とである。

以下本発明の温度制御方法について図面を用いて詐細に
説明する。

第３図において定着ローラーの表面温度ＴＯは定着可能
な最低の温度レベルで、この温度Ｔｏ以下では低温オフ
セットが発生する。また表面温度１５以上では定着ロー
ラー表面或いは内部に存在する低分子量ゴムやオフセッ
ト防止液体が熱酸化又は蒸発する為発煙する。従って良
好な定着が可能な温度範囲は１０以上、Ｔ５以下である
。

第３図の点線で示した曲線は、温度検出素子にサーミス
タを用い、サーミスタの設定温度レベルをＴｓ・にした
場合のローラー表面温度を表わしている。′ｔｊｔ源が
投入されると、第１図の加熱素子１２，１３によシ、定
着ローラー表面温度は点線に示す如く急速に上昇する。

そして時１０ＩＴｏで定着ローラー表面温度は設定温度
１日に達するがサーミスタの温度はローラーとサーミス
タ間の熱抵抗とサーミスタの熱容量の為にＴ８より低く
、熱源は更［ＯＮ状態でローラー表面温度がＴ、　（時
間１２）になってはじめてサーミスタの温度がＴｓとな
プ、熱源がＯＦＦ状態となりローラー表面温度は下降し
、その後設定温度近辺で温調を始める。また圧着ローラ
ーは雌とんど室温ＴＨのままである。

次に時間１Ｂでコピーが開始されるとローラーが回転し
圧着ローラーが定着ローラーに圧接し、更に複写材が両
ローラー間を通過するために、定着ローラー表面の熱が
複厚相や圧着ローラーに奪われるために、定着ローラー
表面温度は急激に下降するが、サーきスタ温度帆影軛を
与えるには時間的な遅れを伴うため熱源の応答が遅れ、
定着ローラー表面温度の下降は更に犬きくなシ最低Ｔｉ
ｔで下がる。このとき圧着ローラー表面温度は室温から
急速に上昇し、第３図に示す如くなる。次に時間ｔ４で
コピーが終了すると、ローラーは停止し定着ローラー表
面温度は再び上昇し、Ｔ８よルも高いＴ６になったとき
、サーはスタ湛度がＴｏとなって熱源はＯＦＦ状態とな
シ、ローラー表面温度は下降し、温度Ｔｓに達すると温
調を始める。

従って第３図の旧線で示しだ部分では発燻し実用上問題
となる。本実施例では設定温度を複写機の動作状態に応
じて可変にすることによって上記間組点を取９除いた安
定した定着装置を提供している。

本発明は、オーバーシュートを防止するため設定温度を
所定時間維持するようにして、サーミスタ等の温度検知
手段の応答遅れを修正できるものである。

本例ではスタンバイ時の設定温度をＴｓｔ　、コピー動
作時の設定温度Ｔｃｏ、連続コピー終了後５秒間ないし
６０秒間の設定温度をＴＭ！、電源スイツチ投入後コピ
ー動作可能信号が出るまで（ウェイトタイム中）の設定
温度ＴＷＡ、としたときそれらの間に ＴＷＡ≦’ｒｕｍ　（Ｔｉｔ　（Ｔ（！０の関係となる
ように制御されている例である（第５図参照）。その時
の定着ローラー表面温度は第３図実線で示す曲線となシ
、その時の最畠温度Ｔ４と最低温度Ｔ２　ｕ　Ｔｏ＜Ｔ
２＜Ｔ４＜Ｔｓ　となシ、ローラー表面温度は常に１０
以上、Ｔ５以下であるため、安定した定着が可能となる
。

第４図は温度検出素子としてサーばスタを用いた場合の
本発明の一実施例に係る温度制御回路を示すものでＴＨ
は温度検出素子としてのサーミスタで抵抗Ｒ１１Ｒ２ｅ
Ｒ３ｇＲ４１Ｒ５ＨＲ６％半固定抵抗ＶＲ，と共に直流
電源Ｖｃに拠シ抵抗Ｒ，，Ｒ，を通じて電圧の印加を受
けているブリッジ回路を構成し、温度の変化によって抵
抗値を変化させ、従って前記ブリッジ回路を構成する抵
抗Ｒ１とＲ２゜Ｒ１１，Ｒ４，Ｒ，のそれぞれの電圧値
の偏差に変動を生じせしめる如く動作する。ＤＡは差動
増ｒｐ器にして、電源入力を得る為の端子■、■、前記
電圧値の偏差を検出すべく信号入力を行う端子■。

■及び前記偏差に従って信号出力を行う端子■を有し、
前記出力信号はダイオードＤ１を通じて選択的にトラン
ジスタＴｒ７０ペースに印加される如く構成する。ＤＢ
はダイオードＤ１０　、Ｄ１１＋Ｄ１２　＋Ｄ１ｇのブ
リッジ回路に拠って構成される全波整流回路で交流入力
を得て全波整流波を出力するもので前記出力は抵抗Ｒ２
４を通じてトランジスタＴｒ７のベースに印加される。

なお、ヒーター等の加熱素子Ｈは前記交流電源ＡＣから
電力供給を受けて動作する如く構成されており、そのス
イッチングにはトライアックＴＡが用いられる。

今、前記加熱素子Ｈによって定着ローラー表面温度が低
温領域にある場合、前記サーミスタの抵抗値が高くなシ
、従って差動増巾器ＤＡの入力端子■側の電圧が高くな
るため、端子■からの出力は低くなｆｉ）ランジスタＴ
ｒ７のベースには前記ダイオード・ブリッジＤＢからの
出力である全波整流波がベース電圧として印加される。

従ってトランジスタＴｒ７はベース電圧がスレッシュ・
ホールド・シーベル以上にある時オン、それ以下の時オ
フとなる為、前記トランジスタＴｒ７のコレクター電圧
は前記交流電源ＡＣの半周期毎に発生するパルス波形を
とる。また前記トランジス／Ｔｒ７がオフの時、前記ト
ランジスタＴｒ７のコレクター電位は高レベルにある為
、抵抗Ｒ２ｇ及びダイオードＤ９を通じてコンデンサＣ
４に充電が行われると共に、その電圧はスイッチング素
子θＤの陽極側に印加される。しかし、前記スイッチン
グ素子日りのゲートには抵抗Ｒ２２を通じて前記陽極側
の電位と略々等しい高レベルの電圧が印加されている為
、前記スイッチング素子ＳＤはオフ状態になる。次に、
トランジスタＴ　ｒ　７がオンした場合、抵抗Ｒ２ｇを
通じて電流が流れる為、前記トランジスタＴｒ７のコレ
クター電位は低シーベルとなり、従って、抵抗Ｒ２２を
通じてコンデンサ−０５に充電電流が流れ、その為、ス
イッチング素子８Ｄのゲート電位は一時的に低シーベル
に落ち込む。従って、前記スイッチング素子８Ｄはオン
となシ、コンデンサーＣ４ニ充電されていた電荷は前記
スイッチング素子ｓＤ及びパルス・トランスＦＴの巻線
を通じて放電される為、巻線には交流電源ＡＣの半周期
毎に発生するパルス電圧が誘起する。

以上述べて来た如き１１．ｉｌ路動作に拠って、定着ロ
ーラー表面温度が低温領域にある場合、パルストランス
ＦＴの巻線には交流電源ＡＣの半周期毎に発生するパル
ス電圧が誘起する。その為、トライアックＴＡのゲート
に前記交流電源ＡＣの半周期毎に発生するパルストリガ
ーが印加され、加熱素子Ｈには、交流電源ＡＣよシ略り
全周期の電力が印加される為、定着ローラー表面温度は
上昇する。また同時にＴ　ｒ　１はオフ、Ｔｒ２はオン
となシ、サーミスタ温度が設定温度に達するまでウェイ
トランプＬが点灯する。この時、リレーＫｌ　、に２　
、　Ｋ５はオフ状態となっておシ、リレーに１；に３の
接点に１−３　、　Ｋ１−２　、　Ｋ３−１が開放であ
るため、抵抗Ｒ１１Ｒ２１Ｒ１１ｌＲ４ｙＲ５１Ｒ４１
Ｒ７１Ｒ１１ｓ可変抵抗ＶＲＩで設定される設定温度は
最も低い温度ＴＷＡに設定されることになる（第５図参
照）。この設定温度ＴＷＡはウェイト中のローラー表面
最高湯度（第６図Ｔｓ　）がスタンバイ時の設定温度Ｔ
ｓｔを少々越える程度に選ぶのがＭｉ４である。

このウェイト中に、定着ローラー表面温度は急速に立上
り従ってサーミスタＴＨの抵抗値も小さくなっていき、
サーミスタの温度が設定温度ＴＷＡを越えると前記差動
増１Ｊ器ＤＡの入力端子■側の電圧が低くなる為端子■
よシの出力は高くなシ従って、トランジスタＴｒ７のベ
ースに紘全波整流波と前記差動増巾器ＤＡの出力が同時
に印加される如くなυ、トランジスタＴｒ７のスレッシ
ュ・ホールドレベルよシ高い電圧が印加される。

従ってトランジスタＴｒ７は常時オンの状態となり、コ
レクター電位も常時、低レベルとなる為、パルストラン
スＰＴの巻線に誘起していたパルス電圧が無くなる。そ
の為加熱素子ＨはＯＦＦ状態となる。この時抵抗Ｒ１、
Ｒ，、ＲＢ、Ｒ４，Ｒ５、可変抵抗ＶＲ，及びリレーＫ
ｌ、に２．Ｋｇの接点で決定される設定温度はトランジ
スタＴｒ１がオンに変ることにより、リレーに１がオン
する（第５図）。このときトランジスタＴ　ｒ　２はオ
フに変シφエイトランフ’Ｌは消灯する。リレーに１０
オンによシ接点に１−２　、Ｋ１−５が閉じ、前記設定
温度ＴＷＡより高い温度Ｔｓｔに変わる。設定温度がＴ
ＷＡからＴ８ｔに変化したことにより、前記差動増ＩＪ
器ＤＡの出力が高レベルから低レベルに変るが、加熱素
子Ｈは、抵抗Ｒ１！ｌ、１４　ｓ　可変抵抗ＶＲ２、コ
ンデンサＣ１、ツェナーダイオードＺＤによって構成さ
れるタイマーによってそのタイマ一時間ｔａだけオフを
保ち続け、前記タイマ一時間ｔａ経過した後、設定温度
レベルＴｉｔで温度制御される（第５図）。

この状態でコピーが開始されるとコピー動作信号がトラ
ンジスタＴｒ４のペースに加わるため、リレー×３がオ
ンすることによυに３−１が閉じ、前記設定温度Ｔｇｔ
よシ更に高い設定温度レベルＴｃｏに切シ変わる（第５
図）。コピー動作が終了するとリレーに３は再びオフし
、Ｋ３−１は卵くがリレーに２は抵抗Ｒ１ｓ　、Ｒ１９
ｓ　可変抵抗ＶＲ４、コンデンサＣ２で構成されるタイ
マによってそのタイマ時間ｔｂだけオンを保ち続け、そ
の接点に２−１は開放されておシ、設定温度はＴｃｏか
らＴＭ見へ切υ換わる（第５図）。

連続コピー終了後のサーミスタの応答遅れによる定着ロ
ーラー表面温度のオーバーシュートは設定温度をＴｓｔ
とした場合、第６図に示す如く、ある枚数Ｎ以下では一
定と社ならない。従って、この実施例では第７図に示す
如くタイマ時間ｔｂをコピ一枚数によって変化させ石だ
め可変抵抗ＶＲ４の抵抗値をコピ一枚数に応じて変化さ
せ、上記欠点を取シ除いている。前記タイマ時間ｔｂの
後は杓びリレーに２がオフし、前記設定温度Ｔｓｔに戻
る。

該温度制御方法は内部加熱方式で表面に０．１闘以上の
熱不良導体の被務がある場合に於て、特に有効である。

以上説明したように本発明は、第２設定温度よシ低い第
１設定温度を所定時間、加熱部拐の設定温度として維持
する手段を有しているので、加熱部材を安定した温度制
御下におくことができ、定着装置の寿命を向上でき、従
来のようなオーバーシュートを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はローラ一定着装置を示す図、第２図は定着ロー
ラーのを部拡大断面図、第３図はロー２−表面温度と時
間との関係を示す図、第４図は本発明定着装置＃の温度
制御回路を示す図、第５図はタイムチャートを示す図、
第６図はローラー表面温度とコピ一枚数との関係を示す
図、第７図はタイマ一時間とコピ一枚数との関係を示す
図。 １・・・定着ローラー ４・・・圧着ローラー ５・・・塗布ローラー １２．１３・・・加熱素子 特許出願人　キャノン株式会社 Ｖ、二１．ｔぐ−１ 今　　　　− 活′Ｖ音

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）加熱手段と、該加熱手段によって加熱される回転
   体と、該回転体の温度を検知して線間転体の温度を制御
   する手段とを有し未定着像を支持体に定着する定着装置
   において、上記回転体を設定温度に制御する手段と、核
   設定温度を第１設定温度から第１設定温度よル高い第２
   設定温度に切換える手段と、該第１設定温度を該第２設
   定温度に基いて温度制御を行う前の所定時間の間該設定
   温度として維持する手段を有することを特徴とする定着
   装置。 （２）　　上記切換手段は、上記像形成装置による連続
   像形成モード時の連続定着処理後作動するものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の定着装置。 （５）上記維持手段の所定時間は上記連続像形成モード
   の連続定着処理に応じて可変設定する手段によって決定
   されるものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の定着装置。 （４）　　上記切換手段は、第１設定温度に切換える前
   に第１の設定温度よシ高く、第２設定温度よシ高い第３
   設定温度に切換えることを特徴とする特許請求の範ｖＪ
   ｉ第１項乃至第３項いずれかに記載の定着装置。