JPS6367189B2 - - Google Patents

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、オーブン方式、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。

本発明の目的は、起ち上り時間が短かく、熱ロ
ーラー表面のオーバーシユート現象を制御し、正
確な温度制御を可能に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（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か、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は前記ローラーのほぼ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の通電を断つが、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
の温度勾配のため、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。

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。

上ローラーの外径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中間部に
生じるようになし、該起ち上り時の最高温度部に
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。

本発明においても、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部への熱の逃げが大
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ためられると
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
設置した場合、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
うに設定し、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
対の先端をローラー表面の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、温度制御用検知素子を
クロメル―アルメルのローラー軸に平行に0.32mm
の長さにわたつて設けた熱電対とし、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ギ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のギ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。

以上、本発明の構成によれば、ヒーター通電
後、ローラー表面温度が設定温度に至る起ち上り
時に、ローラー端部と中央部との中間部に最高温
度が得られるようにしたから、ローラー全域にわ
たつて熱の伝導がスムーズにしかも速やかに行な
われ、該最高温度部に温度検知素子を、ローラー
表面と接触させて配したので、非接触の場合より
も精密に検知されるとともにオーバーシユート現
象を抑制することができ、消費電力の削減、正確
な温度制御等、画期的な効果を有するものであ
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
の発光部、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づいて前
   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前記ローラー表
   面と接触させて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、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。