JP2000047508A - 定着装置及び定着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱ローラ定着方式の定着装置において、用紙の
サイズがランダムな場合であっても、実際のニップ部の
温度を検知し、用紙に熱を奪われることによる温度低下
によりリピートコピーで定着不良を起こすという問題を
解決する。 【解決手段】内側に熱源２を有する定着ローラ１と、定
着ローラ１に圧接するように設置され該定着ローラの回
転と協働して回転する加圧ローラ３とを備え、定着ロー
ラ１と加圧ローラ３との間のニップ部に未定着画像を担
持した記録材を通過させ、該ニップ部で圧接加熱して未
定着画像を記録材に定着する定着装置において、加圧ロ
ーラ３は、発光部分を有する変形しやすい弾性体からな
る表層４と、受光素子９を有する軸芯７、及び表層４と
軸芯７とで形成する中空部６を有し、該中空部６には一
定圧力の気体が充填され、表層４と軸芯７との距離（中
空部の空間距離）の変化で、ある特定の動作を開始する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、電子写真プリンタ等の電子写真記録装置におい
て、紙等の記録材面上に形成された加熱溶融性のトナー
からなる未定着画像を圧接加熱して永久固着画像として
記録材面上に定着する定着装置及び定着方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の画像形成装置において
は、感光体上に原稿像や画像情報に応じた静電潜像を形
成し、該静電潜像を現像装置のトナーで現像して顕像化
し、該トナー像を紙等の記録材に静電転写するが、感光
体から紙等の記録材に静電転写されたトナーは簡単に剥
がれ落ちるので、トナーを加熱あるいは加圧することに
より記録材に永久的に固着させることが必要であり、こ
の加熱あるいは加圧によりトナーを記録材に永久的に固
着させる工程は定着プロセスと呼ばれている。定着には
様々な方法があるが、そのうちで、熱ローラ定着方式
が、熱効率が高く安全である等の理由で最も広く使われ
ている。これは、２つのローラを圧接し、そのうちの少
なくとも一方のローラを加熱し、この２つのローラの圧
接部分（ニップ部と言う）に未定着トナー像を担持した
記録材（紙やＯＨＰシートなど）を通過させることによ
り、未定着トナーを加熱し、記録材に定着させる方式で
ある。また、２つのローラのうち一方を加熱する場合、
加熱する方のローラを定着ローラと呼び、他方のローラ
を加圧ローラと呼ぶ。定着ローラの内部にはハロゲンラ
ンプあるいは電気ヒーター等の熱源が、定着ローラの軸
方向に内装されている。定着ローラの外側表面には温度
センサーが取り付けられており、ニップ部の温度が定着
に適した温度に維持されるように、熱源への電力供給量
が制御される。

【０００３】近年、熱ローラ定着方式の定着装置は、省
エネルギー化のために、定着ローラ及び加圧ローラの熱
容量を減らして、設定温度に達するまでの立ち上げ時間
を短縮しようとする試みがなされている。これにより、
トナー像の乗った記録材（以降「用紙」と呼ぶ）の熱容
量に対する定着ローラ及び加圧ローラの熱容量の倍率が
小さくなってしまい、１枚の用紙を定着するのに十分な
熱量を定着ローラ及び加圧ローラに貯えることができ
ず、用紙の後半部やリピートコピーにおいて温度低下に
よる定着不良が生じるという問題が発生している。ま
た、定着ローラの設定温度を高めることによって、この
定着不良を防ごうとすると、今度は、用紙の前半分で温
度が上がりすぎることにより、トナーが溶けすぎて定着
ローラに付着し、用紙の表面を汚す不具合（ホットオフ
セット）を生じてしまう。

【０００４】そこでこの不具合をなくすため、例えば特
開平６−７５５０４号公報記載の定着装置や特開平６−
１３０８４３号公報記載の定着装置、及び特開平５−２
８１８７５号公報記載の定着温度制御方法及びその装置
が提案されている。

【０００５】ここで、特開平６−７５５０４号公報記載
の定着装置は、低温の用紙がニップ部を通過するとき、
定着ローラの表面温度が、用紙の前半は高く、後半に向
けて低くなることにより、ニップ部を通過する用紙の前
半と後半側の定着温度が変化するのを、定着ローラの表
面温度を検出して温度が一定となるように定着ローラの
ヒーターを加熱制御し、用紙の後半部を定着するとき
に、ヒーターの発熱量を増加させて、定着ローラの温度
落ち込みを防止しようという定着装置である。特開平６
−１３０８４３号公報記載の定着装置は、定着ローラの
内部に熱伝導ローラを設けて、熱伝導ローラの外周面を
定着ローラの内周面に接触させ、ニップ部への熱供給量
を増やすことにより、ニップ部の温度落ち込みを防止し
ようという定着装置である。また、特開平５−２８１８
７５号公報記載の定着温度制御方法は、一枚の用紙でな
く、リピートコピー時の温度落ち込みが発生する場合に
関しての温度設定方法に関するものであり、用紙の先端
がニップ部に到達したときの温度と、後端がニップ部を
抜けたときの定着ローラの温度を計測して、その温度差
を標準制御温度に加算した値を設定温度とし、定着ロー
ラの設定温度を変更する方式である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術におい
て、定着ローラの温度を変更するものは、予め温度低下
量を予測してヒーターの発熱量の増加量を決めようとし
ても、用紙の種類、初期温度、含水分量等により温度低
下量が異なるため、正しい予測は困難である。また、定
着ローラの内部に熱伝導ローラを設けてニップ部への熱
供給量を増やす方法は、定着ローラと熱伝導ローラとの
間に熱抵抗があるため、増やせる熱供給量に限界があ
り、用紙が厚い場合や、高速コピーの場合には、十分な
効果が得られるかどうか疑問である。また、用紙の先端
がニップ部に到達したときの温度と、後端がニップ部を
抜けたときの定着ローラの温度を計測して、定着ローラ
の設定温度を変更する方法は、用紙の先端や後端がニッ
プ部に到達したことを検知する手段が必要となる等、機
構が複雑となる。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、その第一の目的は、電子写真記録装置における定
着装置において、用紙のサイズがランダムな場合であっ
ても、実際のニップ部の温度を検知し、用紙に熱を奪わ
れることによる温度低下によりリピートコピーで定着不
良を起こすという前述の問題に、対処できる手段で解決
することを目的とする。また、本発明の第二の目的は、
電子写真記録装置における定着方法において、用紙のサ
イズがランダムな場合であっても、実際のニップ部の温
度を検知し、用紙に熱を奪われることによる温度低下に
よりリピートコピーで定着不良を起こすという前述の問
題に、対処できる方法で解決することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るため、本発明は、内側に熱源を有する定着ローラと、
該定着ローラに圧接するように設置され該定着ローラの
回転と協働して回転する加圧ローラとを備え、前記定着
ローラと前記加圧ローラとの間のニップ部に未定着画像
を担持した記録材を通過させ、該ニップ部で圧接加熱し
て未定着画像を記録材に定着する定着装置において、前
記加圧ローラは、発光部分を有する変形しやすい弾性体
からなる表層と、受光素子を有する軸芯、及び表層と軸
芯とで形成する中空部を有し、該中空部には一定圧力の
気体が充填され、前記表層と軸芯との距離の変化で、あ
る特定の動作を開始することを特徴とする（請求項
１）。

【０００９】さらに本発明の定着装置では、前記発光部
と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離になった
ら前記定着ローラの温度を上昇させる機構を作動させる
ことを特徴とする（請求項３）、あるいは、前記発光部
と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離になった
ら前記定着ローラと前記加圧ローラの回転速度を減少さ
せる機構を作動させることを特徴とする（請求項４）。
また、本発明の定着装置では、前記中空部に充填されて
いる気体が不活性ガスであることを特徴とする（請求項
５）。

【００１０】上記第二の目的を達成するため、本発明
は、内側に熱源を有する定着ローラと、該定着ローラに
圧接するように設置され該定着ローラの回転と協働して
回転する加圧ローラとを用い、前記定着ローラと前記加
圧ローラとの間のニップ部に未定着画像を担持した記録
材を通過させ、該ニップ部で圧接加熱して未定着画像を
記録材に定着する定着方法において、前記加圧ローラと
して、発光部分を有する変形しやすい弾性体からなる表
層と、受光素子を有する軸芯、及び表層と軸芯とで形成
する中空部を有し、該中空部には一定圧力の気体が充填
された加圧ローラを用い、前記表層と軸芯との距離の変
化で、ある特定の動作を開始させることを特徴とする
（請求項２）。

【００１１】さらに本発明の定着方法では、前記発光部
と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離になった
ら前記定着ローラの温度を上昇させる機構を作動させる
ことを特徴とする（請求項６）、あるいは、前記発光部
と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離になった
ら前記定着ローラと前記加圧ローラの回転速度を減少さ
せる機構を作動させることを特徴とする（請求項７）。
また、本発明の定着方法では、前記中空部に充填されて
いる気体が不活性ガスであることを特徴とする（請求項
８）。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
の実施例に基づいて詳細に説明する。

【００１３】［実施例１（請求項１，２）］図１は本発
明に係る定着装置の定着ローラ及び加圧ローラを斜めか
ら見た要部斜視図である。図１において符号１は定着ロ
ーラであり、その内部には定着ローラを加熱するための
熱源２が設けられている。熱源２はハロゲンランプ等か
らなり、定着ローラ１の軸方向に定着ローラ１の全長と
ほぼ等しい長さで配設されており、定着ローラ１の内面
を軸方向に均一に加熱できるようになっている。また符
号３は加圧ローラであり、図示していない圧接機構によ
り定着ローラ１に圧接されている。定着ローラ１の表層
部はトナーが付着しないようにテフロン等の滑らかな材
料で構成し、表層部以外はアルミニウムで構成し、熱源
２からの熱が速やかに伝わるようにする。ただし、定着
ローラの材質はアルミニウムに限らず、熱伝導率が高く
かつ軸方向に変形しないだけの硬度を持つ材料であれば
他の材料でもかまわない。

【００１４】図２は本発明の一実施例を示す図であっ
て、定着装置要部のローラ軸方向中心付近の軸方向に垂
直な断面と、加圧ローラの要部を拡大して示した図であ
る。図２において符号１〜３は図１と同じ構成部材なの
で説明を省く。加圧ローラ３は、発光部分を有する変形
しやすい弾性体４からなる表層部と、受光素子９を有す
る軸芯７、及び表層部（弾性体）４と軸芯７とで形成す
る中空部６を有している。加圧ローラ３の表層部を構成
する弾性体４の材料としてはシリコンゴム等が好まし
い。符号５は弾性体４内に配設された光ファイバーであ
り、その中空部６側の出口が発光部となり、その発光部
からの光を軸心７側の受光素子９で受光して発光部−受
光素子間の距離を測るようになっている。尚、加圧ロー
ラ３は回転するので、光ファイバーの取り付け方に注意
する。

【００１５】上記の中空部６には気体が充填されてお
り、定着ローラ１の温度が定着時の温度になっていて
（用紙なし）、加圧ローラ３が定着ローラ１に圧接して
いるときには、加圧ローラ３側も十分に加熱され、加圧
ローラ３の中空部６内の充填物は最も膨張しているの
で、その時に弾性体４の表面が最も張っているようにす
る。

【００１６】次に定着装置のコピー時の動作について図
４のフローチャートを参照して説明する。また、図３に
コピー時の定着装置の状態を示す。コピー時には、未定
着トナー画像を担持した用紙（記録材）１２が定着ロー
ラ１と加圧ローラ３との間のニップ部を通過するので、
用紙１２に熱を奪われて加圧ローラ３の温度が徐々に低
下する。すると中空部６に充填されている気体は徐々に
収縮する。定着ローラ１と加圧ローラ３は図示しない圧
接機構で圧接されており、しかも加圧ローラ３の表層部
を構成する弾性体４は変形しやすいので、加圧ローラ３
の中空部６に充填されている気体が収縮すると、図３に
示すように圧接部（ニップ部）で弾性体４が変形し、そ
のニップ部における中空部６の空間距離、すなわち光フ
ァイバー５の発光部と受光素子９との距離が縮まる。そ
こで、ニップ部における中空部６の空間距離が縮まった
のを光ファイバー５の発光部と受光素子９で検知し、空
間距離を測定し、その測定した距離に応じて様々な動作
を開始する。発光部と受光素子９は空間を隔てて、両者
の光軸があっていれば位置はどこでもよい。こうするこ
とにより、実際のニップ部の温度で様々な行動を開始し
たり終了したりすることができる。尚、図２，３の符号
８は、加圧ローラ３の中空部６内に設けられた円柱状の
スペーサであり、このスペーサ８としては、柔らかく弾
性があるスポンジ等が望ましい。

【００１７】［実施例２（請求項３，６）］図５は本発
明の別の実施例を示す図であって、定着装置要部のロー
ラ軸方向中心付近の軸方向に垂直な断面図であり、この
定着装置の定着ローラ１と加圧ローラ３の構成は図１，
２，３と同じである。実施例１と同様に上記の中空部６
には気体が充填されており、定着ローラ１の温度が定着
時の温度になっていて（用紙なし）、加圧ローラ３が定
着ローラ１に圧接しているときには、加圧ローラ３側も
十分に加熱され、加圧ローラ３の中空部６内の充填物は
最も膨張しているので、その時に弾性体４の表面が最も
張っているようにする。

【００１８】次に図５に示す定着装置のコピー時の動作
について図６のフローチャートを参照して説明する。コ
ピー時には、未定着トナー画像を担持した用紙（記録
材）１２が定着ローラ１と加圧ローラ３との間のニップ
部を通過するので、用紙１２に熱を奪われて加圧ローラ
３の温度が徐々に低下する。すると中空部６に充填され
ている気体は徐々に収縮する。定着ローラ１と加圧ロー
ラ３は図示しない圧接機構で圧接されており、しかも加
圧ローラ３の表層部を構成する弾性体４は変形しやすい
ので、加圧ローラ３の中空部６に充填されている気体が
収縮すると、図５に示すように圧接部（ニップ部）で弾
性体４が変形し、そのニップ部における中空部６の空間
距離、すなわち光ファイバー５の発光部と受光素子９と
の距離が縮まる。そこで、ニップ部における中空部６の
空間距離が縮まったのを光ファイバー５の発光部と受光
素子９で検知し、空間距離を測定し、その測定した距離
が特定の距離になったら温度制御回路１０により、定着
ローラ１の熱源２の温度を上昇させる機構（図示せず）
を動作させ、これにより温度低下による定着不良を防
ぐ。このようにニップ部の温度変化を中空部６の空間距
離の変化として測定することにより、その空間距離（実
際のニップ部の温度）に応じて定着ローラの温度を上昇
させ、定着不良を防ぐことができる。

【００１９】［実施例３（請求項４，７）］図７は本発
明の別の実施例を示す図であって、定着装置要部のロー
ラ軸方向中心付近の軸方向に垂直な断面図であり、この
定着装置の定着ローラ１と加圧ローラ３の構成は図１，
２，３と同じである。実施例１と同様に上記の中空部６
には気体が充填されており、定着ローラ１の温度が定着
時の温度になっていて（用紙なし）、加圧ローラ３が定
着ローラ１に圧接しているときには、加圧ローラ３側も
十分に加熱され、加圧ローラ３の中空部６内の充填物は
最も膨張しているので、その時に弾性体４の表面が最も
張っているようにする。

【００２０】次に図７に示す定着装置のコピー時の動作
について図８のフローチャートを参照して説明する。コ
ピー時には、未定着トナー画像を担持した用紙（記録
材）１２が定着ローラ１と加圧ローラ３との間のニップ
部を通過するので、用紙１２に熱を奪われて加圧ローラ
３の温度が徐々に低下する。すると中空部６に充填され
ている気体は徐々に収縮する。定着ローラ１と加圧ロー
ラ３は図示しない圧接機構で圧接されており、しかも加
圧ローラ３の表層部を構成する弾性体４は変形しやすい
ので、加圧ローラ３の中空部６に充填されている気体が
収縮すると、図７に示すように圧接部（ニップ部）で弾
性体４が変形し、そのニップ部における中空部６の空間
距離、すなわち光ファイバー５の発光部と受光素子９と
の距離が縮まる。そこで、ニップ部における中空部６の
空間距離が縮まったのを光ファイバー５の発光部と受光
素子９で検知し、空間距離を測定し、その測定した距離
が特定の距離になったら回転速度制御回路１１により、
定着ローラ１と加圧ローラ３の回転速度を減少させる機
構（図示せず）を動作させる。これによりニップ時間が
長くなり、温度低下による定着不良を防ぐ。このように
ニップ部の温度変化を中空部６の空間距離の変化として
測定することにより、その空間距離（実際のニップ部の
温度）に応じて定着ローラ１と加圧ローラ３のニップ時
間を増加させ、定着不良を防ぐことができる。

【００２１】［実施例４（請求項５，８）］実施例１，
２または３に示した定着装置において、加圧ローラ３の
中空部６に充填されている気体としては不活性ガスが好
ましい。すなわち、中空部６に充填されている気体を不
活性ガスにすることで、加圧ローラ３が高温に晒されて
も気体が化学変化することがなく、良好な光の媒体とな
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の定着装置
においては、加圧ローラは、発光部分を有する変形しや
すい弾性体からなる表層と、受光素子を有する軸芯、及
び表層と軸芯とで形成する中空部を有し、該中空部には
一定圧力の気体が充填され、前記表層と軸芯との距離
（中空部の空間距離）の変化で、ある特定の動作を開始
することにより（請求項１）、その空間距離の変化（実
際のニップ部の温度変化）で様々な動作を開始したり終
了したりすることができる。

【００２３】さらに本発明の定着装置においては、前記
発光部と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離に
なったら前記定着ローラの温度を上昇させる機構を作動
させることにより（請求項３）、記録材の挿入に伴うロ
ーラの温度低下による定着不良を、定着ローラの温度を
上昇させて防ぐことができる。

【００２４】また、本発明の定着装置においては、前記
発光部と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離に
なったら前記定着ローラと前記加圧ローラの回転速度を
減少させる機構を作動させることにより（請求項４）、
記録材の挿入に伴うローラの温度低下による定着不良
を、定着ローラと加圧ローラの回転速度を減少させて防
ぐことができる。

【００２５】さらにまた本発明の定着装置においては、
前記中空部に充填されている気体が不活性ガスであるこ
とにより（請求項５）、光の媒体となる気体の化学変化
を防ぐことができる。

【００２６】本発明の定着方法においては、加圧ローラ
として、発光部分を有する変形しやすい弾性体からなる
表層と、受光素子を有する軸芯、及び表層と軸芯とで形
成する中空部を有し、該中空部には一定圧力の気体が充
填された加圧ローラを用い、前記表層と軸芯との距離
（中空部の空間距離）の変化で、ある特定の動作を開始
させることにより（請求項２）、その空間距離の変化
（実際のニップ部の温度変化）で様々な動作を開始した
り終了したりすることができる。

【００２７】さらに本発明の定着方法においては、前記
発光部と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離に
なったら前記定着ローラの温度を上昇させる機構を作動
させることにより（請求項６）、記録材の挿入に伴うロ
ーラの温度低下による定着不良を、定着ローラの温度を
上昇させて防ぐことができる。

【００２８】また、本発明の定着方法においては、前記
発光部と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離に
なったら前記定着ローラと前記加圧ローラの回転速度を
減少させる機構を作動させることにより（請求項７）、
記録材の挿入に伴うローラの温度低下による定着不良
を、定着ローラと加圧ローラの回転速度を減少させて防
ぐことができる。

【００２９】さらにまた、本発明の定着方法において
は、前記中空部に充填されている気体が不活性ガスであ
ることにより（請求項８）、光の媒体となる気体の化学
変化を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る定着装置の定着ローラ及び加圧ロ
ーラを斜めから見た要部斜視図である。

【図２】本発明の一実施例を示す図であって、定着装置
要部のローラ軸方向中心付近の軸方向に垂直な断面と、
加圧ローラの要部とを示す図である。

【図３】図２に示す定着装置のコピー時の状態を示す図
である。

【図４】図２，３に示す定着装置のコピー時の動作例を
示すフローチャートである。

【図５】本発明の別の実施例を示す図であって、定着装
置要部のローラ軸方向中心付近の軸方向に垂直な断面
と、温度制御回路を示す図である。

【図６】図５に示す定着装置のコピー時の動作例を示す
フローチャートである。

【図７】本発明のさらに別の実施例を示す図であって、
定着装置要部のローラ軸方向中心付近の軸方向に垂直な
断面と、回転速度制御回路を示す図である。

【図８】図７に示す定着装置のコピー時の動作例を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１：定着ローラ ２：熱源（ハロゲンランプ等） ３：加圧ローラ ４：弾性体（表層部） ５：光ファイバー ６：中空部 ７：軸芯 ８：スペーサ ９：受光素子 １０：温度制御回路 １１：回転速度制御回路 １２：用紙（記録材）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内側に熱源を有する定着ローラと、該定着
   ローラに圧接するように設置され該定着ローラの回転と
   協働して回転する加圧ローラとを備え、前記定着ローラ
   と前記加圧ローラとの間のニップ部に未定着画像を担持
   した記録材を通過させ、該ニップ部で圧接加熱して未定
   着画像を記録材に定着する定着装置において、 前記加圧ローラは、発光部分を有する変形しやすい弾性
   体からなる表層と、受光素子を有する軸芯、及び表層と
   軸芯とで形成する中空部を有し、該中空部には一定圧力
   の気体が充填され、前記表層と軸芯との距離の変化で、
   ある特定の動作を開始することを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】内側に熱源を有する定着ローラと、該定着
   ローラに圧接するように設置され該定着ローラの回転と
   協働して回転する加圧ローラとを用い、前記定着ローラ
   と前記加圧ローラとの間のニップ部に未定着画像を担持
   した記録材を通過させ、該ニップ部で圧接加熱して未定
   着画像を記録材に定着する定着方法において、 前記加圧ローラとして、発光部分を有する変形しやすい
   弾性体からなる表層と、受光素子を有する軸芯、及び表
   層と軸芯とで形成する中空部を有し、該中空部には一定
   圧力の気体が充填された加圧ローラを用い、前記表層と
   軸芯との距離の変化で、ある特定の動作を開始させるこ
   とを特徴とする定着方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の定着装置において、前記発
   光部と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離にな
   ったら前記定着ローラの温度を上昇させる機構を作動さ
   せることを特徴とする定着装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の定着装置において、前記発
   光部と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離にな
   ったら前記定着ローラと前記加圧ローラの回転速度を減
   少させる機構を作動させることを特徴とする定着装置。
5. 【請求項５】請求項１または３または４記載の定着装置
   において、前記中空部に充填されている気体が不活性ガ
   スであることを特徴とする定着装置。
6. 【請求項６】請求項２記載の定着方法において、前記発
   光部と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離にな
   ったら前記定着ローラの温度を上昇させる機構を作動さ
   せることを特徴とする定着方法。
7. 【請求項７】請求項２記載の定着方法において、前記発
   光部と前記受光素子との距離を検知し、特定の距離にな
   ったら前記定着ローラと前記加圧ローラの回転速度を減
   少させる機構を作動させることを特徴とする定着方法。
8. 【請求項８】請求項２または６または７記載の定着方法
   において、前記中空部に充填されている気体が不活性ガ
   スであることを特徴とする定着方法。