JP2002328558A

JP2002328558A - 外部ヒータを含む定着システム

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Publication number: JP2002328558A
Application number: JP2002057402A
Authority: JP
Inventors: B Mark Hirst; マークハーストビー; Kenneth E Heath; イーヒースケネス; Mark Wibbels; ウィベルズマーク
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2002-11-15
Also published as: US6853831B2; US20020172536A1

Abstract

(57)【要約】【課題】トナーと記録媒体の密着性を高め、定着ローラ
の温度過昇を防ぎ、寿命を延ばす。【解決手段】トナーを記録媒体に定着させる定着シス
テム（３０２）において、内部加熱要素（４１２）と、
エラストマー材料でできた外層（４０８）とを有する、
中空の定着ローラ（３３６）と、定着ローラ（３３６）
に接触し、エラストマー材料でできた外層（４１０）を
有する、加圧ローラ（３３８）と、前記定着ローラ（３
３６）の外部にあり、定着ローラ（３３６）に接触する
加熱ローラ（４０２）とを含む。加熱ローラ（４０２）
から熱を付与されることで、定着ローラ（３３６）のロ
ーラ表面の温度変化を抑制し、光沢の変動を防ぎ、定着
を安定させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は外部ヒータを含む定
着システムに関する。より詳細には本発明は外部加熱ロ
ーラを含む定着システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式の印字および複写装置には、
典型的には、紙のシート等の記録媒体上にトナー画像を
熱的に定着させるための、定着システムが設けられてい
る。このような定着システムは、通常、加熱した定着ロ
ーラと加熱した加圧ローラとを含む。加熱した加圧ロー
ラは、定着ローラを押すことにより、ニップを形成し、
このニップにおいて定着が起こる。図１は、典型的な従
来技術の定着システム１００の簡略化した端面図を示
す。図１に示すように、定着システム１００は一般的
に、定着ローラ１０２、加圧ローラ１０４、内部加熱要
素１０６、および温度センサ１０８を含む。定着ローラ
１０２および加圧ローラ１０４は、エラストマー材料で
できた外層１１４、１１６でコーティングされた中空の
管１１０、１１２を含む。

【０００３】内部加熱要素１０６は、典型的には、ロー
ラ１０２、１０４の内面を均一に照射するハロゲンラン
プを含む。この照射によって内面が加熱され、この熱が
定着ローラ１０２および加圧ローラ１０４の外面に発散
し、最終的に外面はトナーを溶融するのに十分な温度
（例えば、約１６０℃から１９０℃の間）に達する。定
着ローラ１０２と加圧ローラ１０４は、互いに反対方向
に回転し、互いに付勢されて、各ローラの外層１１４、
１１６を互いに圧縮するニップ１１８を形成する。この
２つの層を圧縮することによってニップ１１８の幅が増
大し、それにより、記録媒体がニップ内にある時間が増
大する。ニップ１１８内にとどまる時間が長いほど、ト
ナーと記録媒体とが吸収してトナーを溶融することがで
きる全エネルギーは大きくなる。ニップ１１８内でトナ
ーが溶融し、２つのローラ１０２、１０４が及ぼす圧力
によって媒体に定着する。トナーが定着した後、記録媒
体は典型的には排出ローラ（図示せず）に送られ、この
排出ローラが媒体を排出トレイまで運搬する。

【０００４】外層１１４、１１６は、通常、熱抵抗の高
いゴム材料(例えば、シリコンゴム)で構成されている。
図１に示すように、ローラ１０２、１０４が内部から加
熱される場合には、このように熱抵抗が高いことによっ
て、熱移動の遅延が生じ、その結果、ウォームアップ時
間（すなわち、定着システムが動作温度に達するのに必
要な時間）が比較的長くなってしまう。この遅延の理由
は、図２に示す熱モデル２００によって説明することが
できる。熱モデル２００は、図１において記録媒体（例
えば、紙のシート）がニップ１１８を通り過ぎるときの
定着ローラ１０２の熱特性を表す。図２に示すように、
モデル２００は、内部加熱要素１０６を表す熱エネルギ
ー源２０２を含む回路を備える。エネルギー源２０２
は、定着ローラ１０２の中空の管１１０を表す熱コンデ
ンサＣ１に一定量の熱エネルギーを送出する。エネルギ
ー源２０２が提供する熱エネルギーは、外層１１４を表
す抵抗器Ｒ１がもたらす熱抵抗を克服しなければならな
い。外層１１４を構成するのに用いる材料の熱抵抗が大
きいために、Ｒ１の熱抵抗は非常に大きい。さらに、源
２０２からの熱エネルギーは、対流による熱損失を表す
抵抗器Ｒ２の熱抵抗を克服しなければならない。熱エネ
ルギーは、また外層１１４の熱キャパシタンスを表す第
２の熱コンデンサＣ２にも達する。最後に、熱エネルギ
ーは、抵抗器ＲＬの熱抵抗に出会う。抵抗器ＲＬは、ニ
ップ１１８を通り過ぎる記録媒体の熱負荷を表す。熱エ
ネルギーが抵抗器ＲＬを通り過ぎることによって発生す
る熱を、図２において「＋」および「−」で表す。

【０００５】当業者には理解されるように、抵抗器Ｒ１
の抵抗が大きいために、定着ローラ１０２の内部から外
層の定着ローラ外面への熱エネルギーの伝達が妨害され
る。この妨害によって、熱移動の遅延が生じる。熱移動
の遅延は、定着システム１００のウォーミングが遅延す
る主な原因である。さらに、熱抵抗が高いために、記録
媒体の進行方向に沿って光沢が変動してしまう結果にも
なる。当業者には既知であるが、光沢の変動は、記録媒
体の長さにわたって定着したトナーの光沢が変化する現
象に関係する。この変動は、典型的には定着ローラ１０
２の円周のほうが記録媒体の進行方向の長さよりも小さ
い、という事実が原因である。したがって、記録媒体が
ニップ１１８を通り過ぎるとき、通常定着ローラ１０２
は数回、回転する。それぞれの回転を通じて熱が記録媒
体に伝達されるために、定着ローラ１０２の温度は、記
録媒体の進行前縁から後縁までの間に、かなり降下して
しまう可能性がある。このため、印字した記録媒体にお
いて、例えば、その進行前縁に隣接する第１の部分で印
字した媒体が非常に光沢があり、中間の第２の部分で印
字した媒体がより程度の少ない光沢仕上げになってお
り、後縁に隣接する第３の部分で印字した媒体が光沢の
ない（すなわち、つや消し）仕上げであるという結果に
なる可能性がある。

【０００６】光沢の変動が望ましくないのには、いくつ
か理由がある。第１に、印字した材料に光沢の変動があ
ると、印字した媒体の外観が一貫していないという点に
おいて美観を損なう。このことは、印字した媒体のうち
の光沢のある部分のほうが、それよりも光沢の程度が少
ない部分よりも生き生きして見えるという点において、
カラー印字または写真複写の場合に特にあてはまる。第
２に、通常、光沢仕上げのほうが記録媒体への定着がよ
り良好である。定着が良好であれば、トナーと記録媒体
との間の密着が良好になり、したがって、トナーが記録
媒体からはがれ落ちる可能性が少なくなる。

【０００７】内部加熱を組み込んだ現在の定着システム
でのさらなる問題として、温度のオーバーシュートがあ
る。温度のオーバーシュートは、ローラ１０２、１０４
の温度がローラについて設定した目標温度を超える場合
に起こる。通常、このようなオーバーシュートは、ロー
ラ１０２、１０４へのエネルギーの印加と、温度応答と
の間の時間遅延のために起こり、この時間遅延は、熱移
動の遅延のために生じる。温度のオーバーシュートによ
ってトナーが過熱され、記録媒体に適切に付着しなくな
る傾向がある。さらに、温度のオーバーシュートによっ
て、各ローラが高温に達するために外層１１４、１１６
の剥離が起こり、それによって定着ローラ１０２の有効
寿命がかなり短くなる可能性があるという点において、
定着システムの劣化が起こる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のことから、典型
的に内部加熱に関連する上述の欠点のうちの１つまたは
それ以上を回避する定着システムを有することが望まし
い、ということが理解できる。本発明の目的は、このよ
うな課題を解決することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はトナーを記録媒
体に定着させる定着システムに関する。このシステム
は、定着ローラと、定着ローラに接触する加圧ローラ
と、外部加熱ローラとを備える。

【００１０】さらに、本発明は定着システムの定着ロー
ラを加熱する方法に関する。この方法は、外部加熱ロー
ラを設ける段階と、定着ローラの外面を外部加熱ローラ
と接触させる段階と、外部加熱ローラを加熱する段階
と、外部加熱ローラと定着ローラとを回転させて外部加
熱ローラから定着ローラに熱が伝達されるようにする段
階とを含む。

【００１１】本発明の特徴および利点は、添付図面とと
もに以下の説明によって明らかとなろう。

【００１２】図面を参照すれば、本発明をよりよく理解
することができる。図面内の各構成要素は、必ずしも一
定の比率ではなく、本発明の原理を明確に説明すること
を重要視している。

【００１３】

【発明の実施の形態】ここで図面をより詳細に参照する
が、いくつかの図面を通して同じ数字は対応する同一部
分を示す。図３は、第１の定着システム３０２を組み込
んだ電子写真式画像形成装置３００の概略側面図を示
す。一例として、装置３００はレーザープリンタを含
む。しかし、装置３００は、その代わりに、例えば写真
複写機やファクシミリ機のような、定着システムを用い
る他の画像形成装置のいずれを含んでもよいということ
が理解されなければならない。

【００１４】図３に示すように、装置３００は、光導電
体ドラム３０６の表面を所定電圧に帯電させるのに用い
る帯電ローラ３０４を含む。レーザースキャナ３０８内
には、レーザーダイオード（図示せず）が設けられてい
る。レーザースキャナ３０８は、光導電体ドラム３０６
の表面を横切って動くときに律動的にオン／オフになっ
て、光導電体ドラム３０６の表面を選択的に放電させる
レーザー光線３１０を出す。図３に示す配置では、光導
電体ドラム３０６は反時計回りに回転する。光導電体ド
ラムの表面電圧を選択的に放電した後、現像ローラ３１
２を用いて、光導電体ドラム３０６の表面上にある静電
潜像を現像する。電子写真式印字カートリッジ３１８の
トナー槽３１６内にはトナー３１４が入っている。現像
ローラ３１２は、磁力によってトナー３１４を印字カー
トリッジ３１８から現像ローラ３１２の表面に引き寄せ
る内部磁石（図示せず）を含む。現像ローラ３１２が回
転する（図３において時計回り）につれて、トナー３１
４は現像ローラ３１２の表面に引き寄せられ、次に光導
電体ドラム３０６の表面と現像ローラ３１２の表面との
間の間隙を越えて移動して静電潜像を現像する。

【００１５】例えば紙のシートである記録媒体３２０
が、入力トレイ３２２から、ピックアップローラ３２４
によって、装置３００の搬送路内に搭載される。駆動ロ
ーラ３２６によって、それぞれの記録媒体３２０が、装
置３００を通って搬送路に沿って個々に引き出され、そ
れぞれの記録媒体３２０の進行前縁が、光導電体ドラム
３０６の表面上の、静電潜像を含む領域が回転するのと
同期して進行するようになっている。光導電体ドラム３
０６が回転するにつれて、ドラム表面の放電した領域に
付着しているトナーが、転写ローラ３２８によって帯電
している記録媒体３２０に接触し、記録媒体がトナー粒
子を、光導電体ドラム３０６の表面から離して記録媒体
の表面上に引き寄せるようになっている。典型的には、
光導電体ドラム３０６の表面から記録媒体３２０の表面
へのトナー粒子の転写の効率は、完全であるということ
はない。したがって、トナー粒子のうちのいくらかは、
光導電体ドラム３０６の表面上に残ってしまう。光導電
体ドラム３０６が回転し続けるとき、ドラム表面に付着
したままであるトナー粒子は、クリーニングブレード３
３０によって除去されて廃トナーホッパー３３２内に溜
められる。

【００１６】記録媒体３２０が、搬送路に沿って光導電
体ドラム３０６を通って動くとき、コンベア３３４が記
録媒体３２０を定着システム３０２に送出する。記録媒
体３２０は、定着システム３０２の、定着ローラ３３６
と加圧ローラ３３８との間を通る。これについては以下
でより詳細に説明する。加圧ローラ３３８が回転する
と、定着ローラ３３６も回転して、ローラ間に記録媒体
３２０が引き込まれる。定着システム３０２が記録媒体
３２０に加える熱によって、トナーが記録媒体３２０の
表面に定着する。最後に、出力ローラ３４０が、記録媒
体３２０を定着システム３０２から引き出して排出トレ
イ３４２に送出する。

【００１７】図３に示すように、装置３００は、さらに
フォーマッタ３４４と制御装置３４６とを含んでもよ
い。フォーマッタ３４４は、別個のホスト計算装置３４
８のアプリケーションプログラムとともに動作するプリ
ントドライバから、ディスプレイリスト、ベクトルグラ
フィックス、またはラスタ印字データ等の印字データを
受け取る。フォーマッタ３４４は、印字データをバイナ
リ印字データのストリームに変換して制御装置３４６に
送る。さらに、フォーマッタ３４４と制御装置３４６と
は、電子写真式画像形成プロセスを制御するのに必要な
データを交換する。特に、制御装置３４６は、バイナリ
印字データのストリームをレーザースキャナ３０８に供
給する。レーザースキャナ３０８内のレーザーダイオー
ドに送られたバイナリ印字データのストリームは、レー
ザーダイオードを律動的に動かして、光導電体ドラム３
０６上に静電潜像を作成する。

【００１８】制御装置３４６は、バイナリ印字データの
ストリームをレーザースキャナ３０８に提供することに
加えて、装置３００において用いられている各構成要素
に、電圧および電流を供給する高電圧電源（図示せず）
を制御する。このような構成要素には、帯電ローラ３０
４、現像ローラ３１２、および転写ローラ３２８が含ま
れる。制御装置３４６はさらに、プリンタの歯車列（図
示せず）ならびに装置３００の搬送路を通って記録媒体
３２０を動かすのに必要な様々なクラッチおよび送りロ
ーラ（図示せず）を駆動する駆動モータ（図示せず）を
制御する。

【００１９】定着システム３０２への電力の印加は電力
制御回路３５０が制御する。好ましい配置において、定
着システム３０２への電力が線形的に制御され、電力レ
ベルが必要に応じて滑らかに上下するように、電力制御
回路３５０が構成される。このように制御することによ
り、定着システム３０２が発生する熱の量がより良好に
制御される。装置３００が印字ジョブまたは複写ジョブ
の処理開始を待っている間、定着ローラ３３６の温度
は、待機モードに対応する待機温度に保たれる。

【００２０】待機モードにおいては、電力制御回路３５
０が定着ローラ３３６に供給する電力のレベルを下げて
消費電力を少なくし、温度を下げ、定着システム３０２
の各構成要素を定着温度にさらし続ける結果として生じ
る劣化を低減する。定着ローラ３３６の待機温度は、構
成要素の劣化の低減と、定着ローラ３３６を待機温度か
ら定着温度になるまで加熱するのに必要な時間との釣り
合いをとるように選択される。定着ローラ３３６は、待
機温度から、トナーを記録媒体３２０に定着させるのに
必要な温度まで素早く加熱することができる。定着ジョ
ブの処理が開始すると、制御装置３４６は、記録媒体３
２０が定着システム３０２に到着するよりも充分前に、
電力制御回路３５０が定着システム３０２に供給する電
力を増大して、定着システム３０２の温度を定着温度ま
で上昇させる。定着ジョブの完了後、制御装置３４６
は、定着システム３０２に供給する電力を待機モードに
対応するレベルまで下げるように、電力制御回路３５０
を設定する。定着ジョブを受け取って処理する装置の動
作中、および装置がアイドルの間、定着システム３０２
に供給する電力の周期的変化(cycling)は継続する。

【００２１】図４は、図３に示す定着システム３０２の
簡略端面図である。図４に示すように、定着システム３
０２は一般的に、定着ローラ３３６と加圧ローラ３３８
とを含み、この２つのローラが互いに、両者間にニップ
４００を形成する。さらに、定着システム３０２は外部
ヒータ４０２を備える。外部ヒータ４０２は、図４に示
すように、好ましくは外部加熱ローラを含む。便宜上、
本明細書においては、外部ヒータ４０２を外部加熱ロー
ラと呼ぶ。しかし、外部誘導加熱要素等、他の外部ヒー
タを用いてもよいということが理解されよう。定着ロー
ラ３３６と加圧ローラ３３８とは、典型的には中空の管
４０４、４０６として形成される。一例として、管４０
４、４０６はそれぞれ、アルミニウムや鋼等の金属でで
きており、直径が約４５ｍｍ（ミリメートル）である。
さらなる例として、管４０４、４０６はそれぞれ、厚さ
が約２．５ｍｍであってもよい。ローラ３３６、３３８
にはそれぞれ、シリコンゴムや柔軟性を有する熱可塑性
物質等のエラストマー材料でできた外層４０８、４１０
が設けられている。例として、外層４０８、４１０の厚
さは約４ｍｍである。トナーが外層４０８、４１０に付
着しないようにするために、外層にテフロン（登録商
標）の層（図４においては見えない）を施してもよい。
このテフロン（登録商標）の層は、例えば、厚さが約
１．５〜２ｍｉｌ（ミル：０．００１インチ）であって
もよい。定着ローラ３３６および加圧ローラ３３８の特
定の配置を示し説明したが、このような配置は例示的な
ものに過ぎず、他の配置も可能である、または他の配置
が好ましい可能性さえある、ということが理解されなけ
ればならない。

【００２２】定着ローラ３３６および加圧ローラ３３８
の内部にはそれぞれ、内部加熱要素４１２、４１４があ
る。例として、内部加熱要素４１２、４１４は、ハロゲ
ンランプまたはニクロムの加熱要素を含む。通常、加熱
要素４１２、４１４は、少なくともローラ３３６、３３
８と軸方向に同じだけの長さであり、各要素を所定位置
に固定して搭載することができるようになっている。ハ
ロゲンランプとして形成する場合には、内部加熱要素４
１２、４１４の定格電力は、例えば、それぞれ約６００
Ｗ（ワット）および１００Ｗであってもよい。内部加熱
要素４１４を示し説明したが、加圧ローラ３３８は、代
わりに、自らの熱源なしで構成してもよい、ということ
に注意しなければならない。しかし好ましくは、このよ
うな熱源を設けて、使用中に加圧ローラ３３８上にトナ
ーが付着しないようにする。

【００２３】上述のように、ローラ外層４０８、４１０
の熱抵抗によって、典型的には内部から加熱されたシス
テムにおいて熱移動の遅延が生じ、その結果、温度の遅
れとオーバーシュートという問題が生じる。このような
問題を回避するために、熱はまた外部からも、外部加熱
ローラ４０２で、定着ローラ３３６の外層４０８に直接
加えられる。図４に示すように、外部加熱ローラ４０２
は、好ましくは中空の管４１６を含む。中空の管４０
４、４０６と同様に、中空の管４１６も、典型的にはア
ルミニウムや鋼等の金属でできている。しかし、定着シ
ステム３０２の高さ寸法があまり大きくならないように
するために、中空の管４１６の直径は、好ましくは比較
的小さく、例えば約１ｉｎ（インチ）である。さらに、
外部加熱ローラ４０２は、好ましくは、定着ローラ３３
６に関して時計の針で、約１０時の位置に配置されてい
る。このような位置決めを示し説明したが、他の配置も
可能である、ということが理解されよう。外部加熱ロー
ラ４０２を圧縮してニップを形成する必要はないことか
ら、管４１６は管４０４、４０６より肉厚が薄くてもよ
い。一例として、この厚さは、約０．０３ｉｎであって
もよい。中空の管４１６の外面上には、例えば厚さが約
１．５〜２ｍｉｌである、テフロン（登録商標）の層
（図４においては見えない）が形成されている。他のテ
フロン（登録商標）の層と同様に、このテフロン（登録
商標）の層も、使用中トナーが外部加熱ローラ４０２に
付着してしまう可能性を減らす。

【００２４】定着ローラ３３６および加圧ローラ３３８
と同様に、外部加熱ローラ４０２も通常、内部加熱要素
４１８を含む。内部加熱要素４１８は、例として、フィ
ラメントがタングステンであるハロゲンランプ、または
ニクロムの加熱要素を含む。ハロゲンランプとして形成
する場合には、内部加熱要素４１８の定格電力は、例え
ば約６００Ｗであってもよい。また、定着システム３０
２内には、１つまたは複数の温度センサ４２０も設けら
れている。温度センサ４２０は、ローラに非常に接近し
てまたは接触して配置されたセンサ（例えば、サーミス
タ）を含んでもよい。例として、定着ローラ３３６用の
センサ４２０および外部加熱ローラ４０２用のセンサ４
２０は、時計の針で１２時の位置に配置してもよく、加
圧ローラ３３６用のセンサ４２０は、時計の針で６時の
位置に配置してもよい。この配置を示し説明したが、他
の配置もまた可能であるということが理解されよう。さ
らに、センサ４２０は、代わりに、望むならば、非接触
の熱電対列（図示せず）を含んでもよい、ということが
理解されなければならない。信頼性の見地からは非接触
の熱電対列が望ましいが、非接触の熱電対列のほうが高
価であり、したがって定着システム３０２のコストが増
大してしまう。

【００２５】動作において、電力制御回路３５０（図
３）によって加熱要素４１２、４１４、４１８に電力が
供給されて、中空の管４０４、４０６、４１６のそれぞ
れが輻射熱で加熱されるようにする。上述のように、内
部加熱要素４１２、４１８のみによって十分な加熱を行
うことができるという点で、加圧ローラ３３８の加熱は
任意である。しかし、加圧ローラ３３８の外層４１０上
にトナーが付着しないようにするために、加圧ローラ３
３８を比較的穏やかに加熱することが好ましいと考えら
れる。一例として、加熱要素４１２、４１４、４１８に
電力が供給されて、定着ローラ３３６および加圧ローラ
３３８が約１８５℃から１９５℃という温度設定点に維
持され、外部加熱ローラ４０２が約２２０℃から２４０
℃という温度設定点に維持されるようにする。

【００２６】外部加熱ローラ４０２を設けているため
に、定着ローラ３３６の外層４０８の外面は、より容易
に加熱することができる。特に、熱エネルギーは、外層
４０８を通って動く必要なしに、直接定着ローラ３３６
の外面に伝えることができる。この配置を図５に示す熱
モデル５００によって説明する。この熱モデル５００
は、記録媒体（例えば、紙のシート）がニップ４００を
通り過ぎるときの、定着ローラ３３６を図４に示す外部
加熱ローラ４０２と組み合わせたものを表す。図５に示
すように、モデル５００は、図２のモデル２００と同様
に、内部加熱要素４１２を表す熱エネルギー源５０２
と、中空の管４０４の熱キャパシタンスを表す熱コンデ
ンサＣ１と、外層４０８を表す抵抗器Ｒ１と、対流によ
る熱損失を表す抵抗器Ｒ２と、外層の熱キャパシタンス
を表す第２の熱コンデンサＣ２と、ニップを通り過ぎる
記録媒体の熱負荷を表す抵抗器ＲＬとを回路に含む。

【００２７】図５に示すモデル５００において、回路は
さらに、外部加熱ローラ４０２の内部加熱要素４１８を
表す第２の熱エネルギー源５０４と、中空の管４１６の
熱キャパシタンスを表す第３の熱コンデンサＣ３と、外
部加熱ローラ４０２と定着ローラ３３６との間の熱抵抗
を表す第３の抵抗器Ｒ３とを含む。Ｒ１とは異なり、Ｒ
３は非常に小さく、例えばＲ１よりも数桁小さい。した
がって、第２のエネルギー源５０４が供給する熱エネル
ギーが出会う抵抗はほとんどなく、したがって、定着ロ
ーラ３３６の外面は、はるかに容易に加熱することがで
きる。

【００２８】図４に示し図５に表す配置では、定着ロー
ラ３３６の外面は、内部加熱のみのときよりも素早く加
熱することができる。これによってウォームアップ時間
が短くなり、定着システム３０２の過渡応答が改善され
る。したがって、印字ジョブまたは複写ジョブが開始す
ると、システムの目標動作温度に素早く達することがで
き、それぞれの記録媒体がニップ４００を通り過ぎた
後、この動作温度により素早く復帰することができる。
加熱をより精密に制御して温度のオーバーシュートを回
避するために、それぞれのローラの温度は、好ましくは
別個の３つの温度センサ４２０で個々に監視されて、加
熱要素４１２、４１４、４１８のそれぞれに供給される
電力を個々に制御することができるようにする。例とし
て、この制御は電力制御回路３５０のポイント制御装置
で行ってもよい。このような制御の配置であれば、その
温度が定着ローラ３３６および加圧ローラ３３６の外層
４０４、４０６に損傷が生じる可能性があるポイントま
で上昇しないように、外部加熱ローラ４０２の温度が制
御される。

【００２９】図６は、従来技術の定着システムの、定着
準備ができるまでの時間と、外部加熱ローラを含む定着
システムの、定着準備ができるまでの時間とを比較する
グラフを提供している。すなわち、これらのシステムの
定着ローラの温度応答を示す。このデータは、実際に既
知の定着システムと、本発明の定着システムの試作品と
をテストすることによって得られた。当業者には既知の
ように、定着準備ができるまでの時間は、準備（すなわ
ち、待機）状態から、記録媒体が最初に定着システムに
入る時間までの期間の長さに関係する。このような場合
には、定着ローラは、待機温度（例えば、１７０℃から
１７５℃）から定着温度（例えば、１８５℃から１９５
℃）まで加熱される。

【００３０】従来技術の定着システムは、図１に示す定
着システム１００の一般的な構成を有していた。したが
って、この定着システムは、定着ローラ、加圧ローラ、
それぞれのローラ内に設けられた内部加熱要素、および
定着ローラ上に設けられた温度センサを含んでいた。加
熱要素は両方とも、５９５Ｗのフィラメントがタングス
テンであるハロゲンランプを含んでいた。試作品の定着
システムは、図４に示す一般的な構成を有し、したがっ
て、定着ローラ、加圧ローラ、および外部加熱ローラを
含んでいた。それぞれのローラは、中空の管として形成
され、熱源としてフィラメントがタングステンであるハ
ロゲンランプを含んでいた。定着ローラ、加圧ローラ、
および外部加熱ローラ内のランプは、定格電力がそれぞ
れ５９５Ｗ、１００Ｗ、および５００Ｗであった。しか
し注目すべきことに、従来技術の定着システムに供給さ
れる電力も、試作品の定着システムに供給される電力
も、テスト中９００Ｗに制限しており、それぞれのシス
テムに供給される全電力が等しくなるようになってい
た。

【００３１】図６に示すように、両方の定着システムの
待機温度は、約１７７℃に設定された。ウォームアップ
シーケンスは、プリンタの印字エンジンへの印字コマン
ドを出すことによって、ｔ＝０において開始した。この
プリンタ内には、各定着システムが別々に取り付けられ
た。各定着システムの目標温度は、約１９０℃に上昇し
た。プリンタは、定着ローラおよび加圧ローラの温度が
１９０℃を超えるとすぐに印字プロセスを開始するよう
に構成されていた。印字プロセスの開始から約７秒後、
記録媒体は各定着システムのニップに入り、それに関連
して定着ローラの温度が降下した。印字プロセスが開始
してから第１の記録媒体が定着システムに到着するまで
に必要な時間の長さは、主に定着システムを定着温度ま
で加熱するのに必要な時間に依存するという点におい
て、定着準備ができるまでの時間を検討することで、そ
の定着システムの効率の目安が提供される。図６に示す
ように、記録媒体が本発明の定着システムのニップに入
るまで、すなわち定着準備が完了するまで、約３３秒で
あったのに対し、従来技術の定着システムでそのように
入る場合には、約６３秒かかった。したがって、本発明
の定着システムは、従来技術の定着システムよりもかな
り改善されている。さらに、本発明の定着システムが達
するピーク温度は約１９４℃であったのに対し、従来技
術の定着システムが達するピーク温度は約２００℃であ
った。したがって、本発明の定着システムの温度のオー
バーシュートは約４℃に過ぎなかったのに対し、従来技
術の定着システムは約１０℃のオーバーシュートを示し
た。図６のグラフからは、さらなる情報を集めることが
できる。特に、第１の記録媒体（紙のシート）がニップ
に到着し、ニップを通り過ぎるのを反映する温度の下降
は、本発明の定着システムについてははるかに少ない。
すなわち、本発明の定着システムの温度下落は約９℃
（ｔ＝３３ｓ（秒）からｔ＝３６ｓまでの間）に過ぎな
かったのに対し、従来技術の定着システムの温度下落
は、約１４℃（ｔ＝６２ｓからｔ＝６６ｓまでの間）で
あった。したがって、本発明の定着システムは、従来技
術の定着システムよりもはるかに素早く回復する。

【００３２】図７は、前述の従来技術の定着システムと
本発明の定着システムとについての、定着ローラの温度
と時間のグラフである。ここでもまた、従来技術の定着
システムは、図１に示す定着システム１００の一般的な
構成を有しており、試作品の定着システムは、図４に示
す一般的な構成を有していた（したがって、外部加熱ロ
ーラを含んでいた）。また、それぞれのシステムに供給
される電力は、９００Ｗに制限されていた。図７に示す
データの結果になったテストにおいて、２８ポンドのタ
ブロイド版の紙を定着システムに通した。当業者にとっ
て既知のように、この紙は重量紙であり、したがって、
定着システムについての例示的なワーストケースシナリ
オを表す。図７に示すように、紙は定着システムを通っ
て絶えず供給され、その結果、図に示すギザギザの応答
が生じた。このギザギザの応答は、紙がシステムを通り
過ぎたときに起こる温度降下と、その後起こった温度上
昇とを表す。

【００３３】図７のグラフから明らかなように、本発明
の定着システムが被る、目標温度（約１７５℃）付近で
往復する前の初期の温度の一時的下落は、従来技術の定
着システムで経験される温度の一時的下落が大きかった
ことと比較して、比較的小さかった。特に最初の３０秒
間に経験した降下は、従来技術の定着システムでは３０
℃であったのと比較して、本発明の定着システムでは１
２℃に過ぎなかった。実際、本発明の定着システムの温
度は、いったん安定化が達成されると、達成した往復範
囲より低くなることはなかった。これと対比して、従来
技術の定着システムでは、紙のシートのうちで最初にそ
のニップを通り過ぎた約２０枚について、完全に所望温
度範囲よりも下で動作した。当業者にとっては既知のよ
うに、このような状態であると、トナーの記録媒体への
定着が許容できないものになる可能性が増大してしま
う。図７に示すグラフは、上述の情報に加えて、本発明
の定着システムにおいては、定着ローラの初期温度（図
７においては約１９４℃）を下げることができるという
ことを示している。このシステムについては、初期温度
の一時的下落が非常に穏やかだったからである。これに
よって今度は、使用中にローラの外層を過度の高い温度
にさらす必要がないという点において、定着システムの
寿命が延びそうである。

【００３４】表Ｉは、上述の従来技術の定着システムと
本発明の定着システムとを比較するさらなるデータを提
供する。本発明の定着システムの外部ローラの温度は約
２４０℃に維持し、システムの定着ローラおよび加圧ロ
ーラの温度は約１８０℃に維持した。本発明の定着シス
テムの性能と従来技術のシステムの性能との比較を妥当
なものにするために、ここでもまた、テスト中のそれぞ
れのシステムについての全電力を９００Ｗに制限した。
２つの同様の定着システムを比較するのに最も広く用い
られる、優れた特性のひとつは、初期ウォームアップ時
間である。当業界では既知のように、初期ウォームアッ
プ時間は、定着ローラの温度が２５℃の周囲温度から
「準備ができた」温度設定点まで上昇するのに必要な時
間に関係する。表１の第１列に示すように、従来技術の
システムと比較して、本発明の定着システムでは、外部
加熱ローラを含むことによって、初期ウォームアップ時
間がかなり短くなった。これは定着システムに供給する
電力を増大することなく達成された。

【００３５】

【表１】表１の第２列に示すように、本発明のシステムにより性
能が改善される結果、とくに図６に示す性能の初期的特
性について、定着準備ができるまでの時間をさらに改良
できる。これは、本発明のシステムで温度応答が改善さ
れていることを利用して、目標温度を１９０℃から１８
５℃に下げることによって達成される。これによって、
定着準備ができるまでの時間が、従来技術のシステムの
６３秒から、本発明のシステムの２６秒まで短くなる。
表１の第３列および第４列は本発明のシステムの２つの
さらなる利点を示す。第１に連続印字ジョブの開始にお
ける最大温度逸脱すなわち下落が小さくなった。第２に
連続印字ジョブ中の１ページ内での最大温度変動が小さ
くなった。これらのデータは、図７のグラフから抽出し
た。初期温度下落と記録媒体の１ページ内での温度変動
とが小さくなることによって、トナーの記録媒体への定
着も、またそれぞれのページ内での光沢の変動も改善さ
れる。

【００３６】図８は第２の定着システム８００を示す。
この定着システム８００は、図４に示す定着システム３
０２と同様である。したがって、定着システム８００
は、定着ローラ８０２、加圧ローラ８０４、外部加熱ロ
ーラ８０６、内部加熱要素８０８および温度センサ８１
０を含み、これらはそれぞれ、上述のものと同様の構成
である。しかしさらに、定着システム８００は、第２の
外部加熱ローラ８１２を備えている。第２の外部加熱ロ
ーラ８１２は、外部加熱ローラ８０６内に設けられたも
のと同様の加熱要素８１４を含む。図８に示すように、
第２の外部加熱ローラ８１２は、好ましくは、定着シス
テム８８の高さ寸法をあまり大きくしないような位置に
おいて、例えば加圧ローラ８０４に対して、時計の針で
８時の位置において、加圧ローラ８０４と接触する。

【００３７】定着システム８００は、上述の定着システ
ム３０２と同様の方法で動作する。しかし第２の外部加
熱ローラ８１２を設けているので、加圧ローラ８０４の
外層の熱抵抗は、加圧ローラ８０４の外面の加熱におい
てそれほど重要な要因ではない。したがって、定着ロー
ラ８０２と加圧ローラ８０４との間に形成したニップ８
１６に、より少ない抵抗でより多くの熱を供給すること
ができ、その結果、さらに加熱が高速になり、さらにウ
ォームアップ時間が短くなる。

【００３８】例示の目的のために、前述の説明および図
面において本発明の特定の実施形態を詳細に開示した
が、当業者には、特許請求の範囲で述べる本発明の範囲
から逸脱することなく、変更および変形を行うことがで
きる、ということが理解されよう。

【００３９】本発明は以下の実施の態様を含む。

【００４０】１．トナーを記録媒体に定着させる定着シ
ステム（３０２）において、内部加熱要素（４１２）
と、エラストマー材料でできた外層（４０８）とを有す
る、中空の定着ローラ（３３６）と、前記定着ローラに
接触し、エラストマー材料でできた外層（４１０）を有
する、加圧ローラ（３３８）と、前記定着ローラの外部
にあり、この定着ローラに接触する、加熱ローラ（４０
２）とを含むことを特徴とするシステム。

【００４１】２．前記加圧ローラは、中空の管と内部加
熱要素（４１８）とを含む第１項記載のシステム。

【００４２】３．前記内部加熱要素は、フィラメントが
タングステンであるハロゲンランプを含む第１項記載の
システム。

【００４３】４．前記加圧ローラの外部にあり、この加
圧ローラに接触する、第２の加熱ローラ（８１２）をさ
らに含む第１項記載のシステム。

【００４４】５．トナーを記録媒体に定着させる定着シ
ステム（３０２）において、外面を有する定着ローラ
（３３６）と、前記定着ローラに接触する加圧ローラ
（３３８）と、前記定着ローラの外側に配置され、この
定着ローラの前記外面を加熱するようになっている外部
加熱手段とを含むことを特徴とするシステム。

【００４５】６．前記外部加熱手段は、前記定着ローラ
に接触する外部加熱ローラ（４０２）を含む第５項記載
のシステム。

【００４６】７．トナーを記録媒体に定着させる装置
（３００）において、前記記録媒体の表面にトナーを引
き寄せる手段と、内部加熱要素（４１２）と、エラスト
マー材料でできた外層（４０８）とを有する中空の定着
ローラ（３３６）と、前記定着ローラに接触し、エラス
トマー材料でできた外層（４１０）を有する加圧ローラ
（３３８）と、内部加熱要素（４１８）を有し、前記定
着ローラに接触する中空の加熱ローラ（４０２）からな
る定着システム（３０２）とを含むことを特徴とする装
置。

【００４７】８．前記加圧ローラは、中空の管と内部加
熱要素（４１４）とを含む第７項記載の装置。

【００４８】９．前記内部加熱要素は、フィラメントが
タングステンであるハロゲンランプを含む第８項記載の
装置。

【００４９】１０．前記加圧ローラの外部にあり、この
加圧ローラに接触する第２の加熱ローラ（８１２）をさ
らに含む第８項記載の装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の定着システムの簡略構成図である。

【図２】図１に示す定着システムの熱モデルである。

【図３】第１の定着システムを組み込んだ電子写真式画
像形成装置の概略的な断面図である。

【図４】図３に示す定着システムの簡略構成図である。

【図５】図４に示す定着システムの熱モデルである。

【図６】従来技術の定着システムのウォームアップ時間
と、外部加熱ローラを含む定着システムのウォームアッ
プ時間とを比較するグラフである。

【図７】従来技術の定着システムと、外部加熱ローラを
含む定着システムについての、定着ローラの温度と時間
の関係を示すグラフである。

【図８】第２の定着システムの簡略構成図である。

【符号の説明】

３００電子写真式画像形成装置３０２定着システム３３６定着ローラ３３８加圧ローラ４０２外部加熱ローラ４０８外層４１０外層４１２内部加熱要素４１４内部加熱要素４１８内部加熱要素８１２第２の加熱ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ケネスイーヒースアメリカ合衆国アイダホ 83709 ボイズエスラティゴドライブ 6024 (72)発明者マークウィベルズアメリカ合衆国アイダホ 83706 ボイズラブキンストリート 5600 Ｆターム(参考） 2H033 AA03 AA24 AA26 AA30 BA26 BA27 BA30 BB03 BB06 BB13 BB14 BB18 BB23 BB29 BB30 CA03 CA04 CA05 CA07 CA28 CA30 CA32 3K058 AA02 AA04 AA45 AA73 BA18 DA02 DA25 GA06 3K059 AB19 AC73 AD02 AD26 AD30 CD55 CD75 CD77

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナーを記録媒体に定着させる定着システ
ム（３０２）において、内部加熱要素（４１２）と、エラストマー材料でできた
外層（４０８）とを有する中空の定着ローラ（３３６）
と、前記定着ローラに接触し、エラストマー材料でできた外
層（４１０）を有する加圧ローラ（３３８）と、前記定着ローラの外部にあり、この定着ローラに接触す
る加熱ローラ（４０２）とを含むことを特徴とするシス
テム。