JPS6120868B2 - - Google Patents

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JPS6120868B2
JPS6120868B2 JP53156161A JP15616178A JPS6120868B2 JP S6120868 B2 JPS6120868 B2 JP S6120868B2 JP 53156161 A JP53156161 A JP 53156161A JP 15616178 A JP15616178 A JP 15616178A JP S6120868 B2 JPS6120868 B2 JP S6120868B2
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JP
Japan
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roller
temperature
fixing device
heat
center
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JP53156161A
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Jinichi Kamogawa
Takashi Ito
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Konica Minolta Inc
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Konica Minolta Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/20Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
    • G03G15/2003Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat
    • G03G15/2014Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat
    • G03G15/2039Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat with means for controlling the fixing temperature

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fixing For Electrophotography (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱ローラー定着装置に関し、詳しくは
該熱ローラーの最高温度部に制御用検知素子を設
置した熱ローラー定着装置に関する。
電子写真複写機の熱定着方式としてはヒーター
直熱方式、オープン方式、ローラー定着方式等数
多くの方式がある。
しかし、紙づまり等が生じても発火しない点で
ローラー定着方式が優れている(ローラー定着方
式の代表的なものとしては例えば米国特許第
3196766号明細書がある。)。
このローラー定着方式は上記の点で優れている
方式ではあるが、例えばヒーター直熱方式に比べ
て、定着の起ち上り時間、すなわち定着器に通電
してからローラー表面が熱定着可能な温度に達す
るまでの時間が長いという欠点を有している。こ
のため、ローラー定着方式の起ち上り時間を短縮
するために数多くの研究がなされているが、改良
されたローラー定着装置でも、なお起ち上り時間
が2〜5分を要している。
ローラー定着方式の第二の問題は、熱ローラー
表面温度の正確な制御である。この制御を正確に
行なうためには僅かな温度変化を正確に追従する
ことが必要であり、そのためには温度検知素子を
選択することはもちろんのこと、温度検知素子を
熱ローラー表面に密着させることが望ましい。し
かし、熱ローラーの表面はトナーのオフセツト現
象を防ぐために、テフロンあるいはシリコンゴム
で被膜を形成している。
これらの被膜を形成せしめる素材は比較的軟か
く、回転している熱ローラーと静止している温度
検知素子との摩擦によつて熱ローラー表面に傷を
生じる恐れがあるため、温度検知素子を当接せし
めることは好ましくない。
従つて、温度検知素子を熱ローラー表面に当接
せしめずに正確な温度制御を行なうことは重要な
ことであり、この問題を解決した熱ローラー定着
装置の出現が望まれていた。
本発明の目的は、起ち上り時間が短かく、正確
な温度制御を可能にし、且つ温度検知素子および
熱ローラーの耐久性を向上せしめた熱ローラー定
着装置を提供することである。
熱ローラー定着装置の一例を第1図および第2
図によつて説明する。1は上ローラーであり、通
常は該ローラーの表面に40〜80μのテフロン(登
録商標)をコートした肉厚4〜5mmのアルミニウ
ム製ローラーである。2はローラー内に設置され
た赤外線ランプである。3は上ローラーとの間に
複写紙を挾み通過せしめるための下ローラーであ
り、通常、シリコンゴム製であるが、シリコンゴ
ムを被覆したローラーである。
4は回転するローラーを支えるベアリングであ
り、5および6は上ローラーおよび下ローラーを
回転させるギアである。
7は前記上ローラーのほゞ中央部であつてその
周表面に近接配置したセンサーでクロメル、アル
メル等の熱電対またはサーミスターの感熱抵抗素
子である。8は温度センサーに直接風があたるの
を防ぐためのカバーである。
定着器の起ち上り時間を短かくすることは、赤
外線ランプ2の容量を大きくすることや、上ロー
ラー1の熱容量を少なくすることである。しかし
起ち上り時間を1分程度になるよう前述した如き
方法を採用すると、後述する如き温度のオーバー
シユートが極めて大きく、且つローラー端部の温
度が中央部に比してかなり低くなり、且つ温度分
布も均一でなくなり、温度制御が大変むずかしく
なることが判明している。これらの原因は以下の
如く考えられる。
オーバーシユートについては、第3図において
上ローラー1に対する通電と共に上昇し始めたロ
ーラー表面温度が制御設定温度A点を越えてB点
に至る現象を云う。
温度検知素子7がローラー表面に接触している
場合、ローラー表面温度がA点に達すると、該温
度検知素子は制御信号を出し、制御回路を作動せ
しめてランプ2の通電を断つか、それでも尚且つ
ローラー表面温度はB点にまで達し、オーバーシ
ユート現象をおこす。
この原因はランプ2と上ローラー1の表面まで
の温度匂配のため、温度検知素子がローラー1の
表面温度を検知して通電を断つたときには、すで
に上ローラー1の内部の熱量がかなり増大してい
るものと考えられ、この現象はランプ2の容量が
大きければ大きい程大きく現われる。
また、温度検知素子がローラーに接触している
構成に比して非接触の場合には、オーバーシユー
ト現象は大きくなる(例えばローラー表面温度が
180℃に制御されるように、温度検知素子自身は
180℃に対応する低い温度で制御信号を出すとし
ても。)。
次に上ローラー1の両端部の表面温度が、中央
部の表面温度に比して低くなる理由は、第2図の
AA′断面図にある如く、第1に赤外線ランプ9の
発光部が上ローラー1の両端部の軸受部12まで
ないこと、および第2には該軸受部12に、それ
自身熱容量が大きく、且つ他のギアあるいはパネ
ル等熱的に結合されているベアリング4およびギ
ア5が存在することが挙げられる。この上ローラ
ー1の両端部の表面温度が、中央部の表面温度に
比して低くなる現象は起ち上り時間を短かくした
定着器において特に現われやすい。すなわち、上
ローラー1の肉厚を薄くしたことによつて、ロー
ラー長手方向への熱の伝導が悪くなり、また定着
器の起ち上り時間を短かくしたことによつて、ベ
アリング4およびギア5が充分熱せられないまま
使用状態に至るためローラー1の端部へ熱が充分
拡散しないうちに定着器が使用状態に至るためで
ある。
一般に、定着温度が低い場合、定着アンダー
(あるいは定着不足)現象、すなわち、トナー像
が支持体からとれ易いと云う現象を生じ、また定
着温度が高すぎる場合、オフセツト現象、すなわ
ち、トナー像の一部が支持体から上ローラーに溶
着し、一回転後、支持体の別の部分に像を転写す
る現象を生じることはよく知られている。
従つて、起ち上り時間の短かい定着装置におい
ても、上記オーバーシユートおよびローラー表面
の温度分布の不均一性を改善しなければ実用上き
わめて問題である。
上ローラーの径40mm、肉厚4mm、容量800Wの
赤外線ランプおよび温度制御検知素子位置をロー
ラーの中央部に設けた従来の定着装置の構成を若
干変更し、上ローラーの肉厚2.7mmにするととも
に、赤外線ランプの容量を1300Wにし、赤外線ラ
ンプの配光を定常時にローラー表面で均一になる
よう、起ち上り時にはむしろ中央部と端部の中間
が最高温度になるようなランプを用いると、室温
(18℃)からローラー表面温度を180℃にするため
の起ち上り時間は1分ですむ。
しかし、この場合、温度制御検知素子(クロメ
ル、アルメル等)をローラー表面に接触させて用
いたとしても、ローラー中央部のオーバーシユー
トは23℃にも達した(最高温度部は更に高くなる
のは云うまでもない。)。さらに温度制御検知素子
をローラー表面から1mm上に張設すると、略40℃
のオーバーシユートを生じた。
本発明者は、検討の結果、前述した問題は熱可
塑性樹脂よりなるトナー像を像支持体上に定着す
るためのヒーターを内蔵するローラーと、該ロー
ラーの表面温度を制御するための制御用検知素子
と制御回路を有する熱ローラー定着装置において
ヒーターに通電後、ローラー表面温度が設定温度
に至る起ち上り時に、ローラー軸方向の温度分布
の最高部がローラーの端部と中央部との間に生じ
るようになし、該起ち上り時の最高温度部または
その近傍に制御用検知素子を設置した熱ローラー
定着装置を用いることによつて解決し得ることを
見い出した。
以下、本発明を図面によつて説明する。
まず、第4図に示す如く、起ち上り時のローラ
ー表面温度がローラー中央部とローラー端部の中
間部で最高になるようにローラーに対する赤外線
ランプの配光を設計した。本発明において、ラン
プの配光はローラー端部の方が高くてもローラー
端への熱の逃げが大きいためローラー表面での温
度分布で最大温度はローラー端部よりローラー中
央部になる。このような熱ローラー表面の最大温
度部に温度制御検知素子を設置すると、第5図に
示す如くきわめて良好にオーバーシユートを抑え
ることができた。すなわち第6図において、ロー
ラー表面のf点はg点より赤外線ランプの配光が
高く、且つe点ほどローラー端部への熱の逃げが
ないため他の部位より速く設定制御温度に達し、
そして温度制御検知素子を働かしめ赤外線ランプ
の電源を切る。次いでオーバーシユートが始まる
わけであるが、第5図に示す如く本発明において
はローラー表面のfの部位がc点に達したときg
の部位は温度dの如く低い状態にあるため(eの
部位、fの部位も同様。)ローラーの構成材料を
通してf点からg,eへの熱の拡散が行なわれオ
ーバーシユートは抑えられる。本発明者の測定に
よるとローラー表面温度の低い部分e,gおよび
i点は通電を断つた後数秒にして設定温度に達
し、その後の連続制御に入つてはe,f,g,h
およびiの全部位共、温度変化はまとまつた動き
を示すようになつた。これはローラー中央部及び
ローラー端部共初期の熱吸収が行なわれてローラ
ーがあたゝめられると起ち上り時の最高温度f及
びhに近い温度になると推定される。
一方、温度制御用検知素子をローラー中央部に
説置した場合、ローラー中央部の温度上昇が遅い
ため、設定温度を検知し赤外線ランプの通電を断
つた時、ローラー端部も、ローラー中央部と同
様、ほぼ設定温度に達しているが、ローラーのf
とhの部位はローラー端部およびローラー中央部
より高温に達しているため、ローラーのどの部位
においてもオーバーシユートが大きくなる。
従つて、温度制御用検知素子を中央部において
オーバーシユートを防ごうとするならば、設定温
度より低い温度で赤外線ランプの通電を断ち、定
常状態では設定温度で制御するというように制御
回路を二重に構成しなければならない。他方、起
ち上りの速い定着装置において、ローラー中央部
に温度制御用検知素子を設置すれば、起ち上り時
のローラー端部の温度上昇が不充分となり、問題
を生じることは前述した通りである。また、一歩
進めてローラー中央部の温度を最大にして、且つ
ローラー端部への温度傾斜(温度低下)が少ない
ように設計し、ローラー中央部(すなわちローラ
ー表面温度最大部)に温度制御用検知素子を設置
し、設定温度で赤外線ランプの通電を断つたとし
てもローラー中央部からローラー端への熱の拡散
がゆるいためオーバーシユートが大きいものとな
る。
本発明の実施例を以下に述べる。
上ローラーの外径40mm、該ローラーの肉厚2.7
mm、赤外線ランプの電力1300Wの定着装置におい
て、f点およびh点が最高温度になるようにロー
ラーとの関係において赤外線ランプを選び、熱電
対をローラー表面のf点に接触させて置いた場
合、ローラー中央部gのオーバーシユートは温度
制御用検知素子をローラー中央部に置いた場合の
23℃に対して10℃と大巾に改善された。
更に温度制御用検知素子をローラー表面から1
mm離して設置(該検知素子の制御温度をローラー
表面が設定置に制御されるように対応して修正す
る。)した場合はローラー中央部のオーバーシユ
ートは22℃であつたが、ローラー中央部に該検知
素子を設置した場合は40℃であり、大巾に改善さ
れた。
次に本発明の改良された実施例を示す。
上ローラーの外径、肉厚、赤外線ランプの電力
および上ローラーに対する該ランプの配光は前実
施例と同様にし、温度制御用検知素子のみを次の
如き改良した。すなわち、検知素子をf点におい
てローラー表面から1mmのギヤツプを隔てて、且
つローラー軸に平行に40mmの長さにわたつて設け
た。また、温度制御用検知素子をクロメル−アル
メルの0.32mmの熱電対とし、その接合部がローラ
ー表面のf点にあたるようにした。この改良され
た定着装置において、ローラー中央部のオーバー
シユートは4℃におさめることができた。また最
高温度部のローラー表面f点およびh点のオーバ
ーシユートも4℃におさめることができた。
尚、この4℃という値は定常制御領域のリツプ
ルの範囲内である。この効果は先の実施例のロー
ラー表面のf点の1mmキヤツプ上に熱電対の先端
を単に設置した場合のローラー中央部のオーバー
シユート22℃に較べ明らかに優れている。また、
1mmのキヤツプでローラー表面f点にサーミスタ
ーを設置し、そのリード線を上記例と同様40mmの
長さにわたつてローラー軸に平行に設置した場合
のローラー中央部のオーバーシユートが26℃と比
べても明らかに優れていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図は熱ローラー定着装置の斜視図、第2図
は第1図の熱ローラー定着装置のAA′断面図、第
3図は従来の熱ローラー定着装置の熱ローラー表
面の温度曲線、第4図は本発明の熱ローラー定着
装置の起ち上り時の熱ローラー表面の温度分布曲
線、第5図は本発明の熱ローラー定着装置の熱ロ
ーラー表面の温度曲線および第6図は本発明の熱
ローラー定着装置における熱ローラー部および温
度センサー部の正面図である。 1……上ローラー、2……赤外線ランプ、3…
…下ローラー、4……ベアリング、5および6…
…ギア、7……温度センサー、8……カバー、9
……赤外線ランプ発光部、10……赤外線ランプ
の基部、11……碍子、12……軸受部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 熱可塑性樹脂よりなるトナー像を像支持体上
    に定着すべく、加熱素子を内蔵するローラーと、
    該ローラーの表面温度を検知するための温度検知
    素子と、該温度検知素子の出力信号に基いて前記
    加熱素子への通電を制御するための制御回路とを
    有する熱ローラー定着装置において、前記加熱素
    子に通電した後であつて、ローラー表面温度が設
    定温度に至る起ち上り時に、ローラーの両端部と
    中央部との中間部に最高温度が得られるように該
    ローラーと加熱素子との関係を保つとともに、そ
    の最高温度部に温度検知素子を配したことを特徴
    とする熱ローラー定着装置。 2 前記温度検知素子は、前記ローラー表面と間
    隙を有し、かつ所定の範囲にわたつて平行に張設
    された熱電対である特許請求の範囲第1項記載の
    熱ローラー定着装置。
JP15616178A 1978-12-15 1978-12-15 Heat roller fixing device Granted JPS5581378A (en)

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