JP2003149984A - 定着装置の温度制御方法及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 印字時間の延長、ユーザによる煩雑な記録材
サイズ設定作業等を伴うことなく、非通紙部の昇温に基
づく周辺の構成部材の熱ダメージを防止するようにした
定着装置、およびこれを備えた画像形成装置を提供す
る。 【解決手段】 定着ローラの弾性層の長手中央部と、金
属製の基体の温度を検知する手段をもち、前記３つの温
度に応じて、画像形成条件を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式及び
静電記録方式の画像形成装置、例えば、複写機、レーザ
ービームプリンタ等に装着される接触加熱方式の定着装
置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式の複写機、プリンタ
等の画像形成装置における定着手段として、一般に、熱
効率・安全性に優れた熱ローラ方式のものが採用されて
いる。

【０００３】熱ローラ方式の定着装置は、アルミニウム
や鉄の芯金の表面に必要に応じて弾性層、耐熱離型層を
被覆した加熱ローラ（定着ローラ）と、ステンレス等の
芯金の周囲に耐熱弾性層を形成した加圧ローラとを基本
構成とし、この一対のローラを圧接回転させて両ローラ
間の定着ニップ部（圧接ニップ部）を構成している。

【０００４】この定着ニップ部に、未定着画像（未定着
トナー像）を担持した被加熱材としての記録材（記録材
シート、静電記録紙、エレクトロファックス紙、印字用
紙等）を導入し、定着ニップ部にてこの記録材を挟持搬
送することで、加熱ローラからの熱と定着ニップ部の加
圧力とによって未定着画像を記録材表面に永久固着画像
として熱圧定着させるものである。

【０００５】加熱ローラの芯金内部には加熱体としてハ
ロゲンヒータが配設され、また加熱ローラ表面における
通紙部（以下、定着ニップ部における記録材が通過する
領域を「通紙域」、通過しない領域を「非通紙域」とい
い、加熱ローラ、加圧ローラ、後述の加熱体等における
通紙域に対応する部分を「通紙部」、非通紙域に対応す
る部分を「非通紙部」という）には温度検知素子が配置
されており、この温度検知素子による加熱ローラ表面温
度の検知結果をもとにハロゲンヒータをＯＮ／ＯＦＦ駆
動して、加熱ローラ表面を定着温調、または印字待機時
のスタンバイ温調の一定温度に保持している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
熱ローラ方式の定着装置において、装置に導入使用可能
な最大通紙幅の記録材よりも通紙幅が小さい記録材（小
サイズ紙）を連続的に通紙して加熱定着を実行していく
と、加熱ローラ、加圧ローラにおける通紙部では記録材
の加熱のために消費された熱が温調系によって補償され
て所定温度に維持されるのに対して、非通紙部では記録
材の加熱によって熱が消費されないので熱が蓄積されて
しまい、非通紙部の温度が、所定温度に維持管理されて
いる通紙部よりも昇温していくいわゆる非通紙部昇温が
生じる。

【０００７】この非通紙部昇温の温度上昇が著しい場
合、定着ローラ軸受け、加圧ローラ、その他昇温部周辺
の構成部材に熱ダメージを与えやすいという問題があ
る。

【０００８】上述の熱ダメージ等の問題を解決するため
に、記録材サイズを検知して小サイズ紙の場合はスルー
プットを自動的に落とし非通紙部昇温を緩和するという
方法が採られているものがあるが、この場合は連続通紙
枚数が少ない場合（非通紙部昇温が小さい場合）もスル
ープットを落とすことになり、非通紙部昇温が小さい場
合でも印字が終了するまでの時間が長くかかるという欠
点があった。

【０００９】また、記録材の長さを後端検知センサなど
で検知し記録材幅を判断する場合は、定形サイズ紙に関
しては記録材幅の検知が行えるが、不定形サイズの記録
材が通紙された場合には記録材幅が検知できないため非
通紙部昇温を自動的に防止することができない場合があ
り、不定形サイズ紙を通紙する場合ユーザーからあらか
じめ通紙する記録材サイズを設定する等の設定作業が必
要で煩雑となるという短所もある。

【００１０】さらに従来から、定着ローラ中央と端部に
サーミスタを設置して、特にローラ端部のサーミスタの
検知温度から、非通紙部昇温を検知して画像形成装置の
画像形成条件を変える（画像形成を停止、あるいは画像
形成のスピードを落とす）提案はなされてきた。

【００１１】しかし、昨今のコピー機に対するカラー
化、高速化、低コスト化の観点から以下のような定着器
の設計が望まれている。

【００１２】まずカラー化の観点から、定着ローラに
は、金属基体の上に弾性層をもうけ、最外層に離型層を
設けたものが使われる。弾性層を設けない場合、記録材
上のトナー像を定着ローラで乱してしまうからである。
また定着装置全体の低コスト化のために、図４のように
定着装置の枠組みを金属部材でなくモールド部材で作る
ことも考えられている。

【００１３】図４において１は定着ローラ、２は加圧ロ
ーラ、３と３'はベアリング、４は定着ローラ温度の検
知用のサーミスタ、５はモールド製の定着装置の枠組み
である。ここで、定着ローラの表面温度を１９０℃近く
に保ったまま、高速で定着動作を続けると、定着ローラ
に弾性層が設けられているために、定着ローラの基体の
温度と定着ローラ表面温度に大きな差が生じてくること
となる。このように定着ローラの基体の温度と定着ロー
ラ表面温度に顕著な差が見られるのは、弾性層が５００
μｍ以上ついた場合である。

【００１４】さらに定着する紙の坪量やトナーの載り量
によっては、定着ローラの非通紙部の温度上昇以上に定
着ローラの金属基体の温度が上昇してしまい、その温度
がベアリングの耐熱温度を越えたり、またはその温度が
ベアリングを介して、外側のモールド製の枠組みまで伝
わり、枠組みが溶けてしまうような不都合が生じること
がある。

【００１５】このような問題は、低コスト化をはかるた
めに、定着ローラに入れるハロゲンランプを１本にした
場合、定着ローラの長手方向での温度調整が困難とな
り、さらに制御しずらくなる。

【００１６】そこで、本発明は、印字時間の延長、ユー
ザーによる煩雑な記録材サイズ設定作業等を伴うことな
く、非通紙部の昇温に基づく周辺の構成部材の熱ダメー
ジを防止するようにした定着装置及びこれを備えた画像
形成装置を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の定着装
置の温度制御方法は、筒状の加熱回転部材と加圧回転部
材とを圧接させて、定着ニップ部を形成し、該定着ニッ
プ部にトナー像を担持した記録材を挿通することによ
り、前記トナー像を加熱加圧して前記記録材表面に定着
させる定着装置であって、前記加熱回転部材が、金属製
の基体の上に少なくとも弾性層が設けられてなり、前記
加熱部材の弾性層の長手中央部と、長手端部と、金属製
の基体の温度を検知する手段をもち、前記加熱回転部材
が、ベアリングを介してあるいは介さずにモールド部材
と接触しており弾性層長手中央部の温度検知手段で定着
ローラを所望の温度に温調し、弾性層長手端部あるいは
金属製の基体の温度のどちらかが設定温度に達したとき
に、定着装置の温調温度を変更することを特徴としてい
る。

【００１８】請求項２の発明の画像形成装置は、筒状の
加熱回転部材と加圧回転部材とを圧接させて、定着ニッ
プ部を形成し、該定着ニップ部にトナー像を担持した記
録材を挿通することにより、前記トナー像を加熱加圧し
て前記記録材表面に定着させる定着装置を備えた画像形
成装置であって、前記加熱回転部材が、金属製の基体の
上に少なくとも弾性層が設けられてなり、前記加熱部材
の弾性層の長手中央部と、長手端部と、金属製の基体の
温度を検知する手段をもち、前記加熱回転部材が、ベア
リングを介してあるいは介さずにモールド部材と接触し
ており弾性層長手中央部の温度検知手段で定着ローラを
所望の温度に温調し、弾性層長手端部あるいは金属製の
基体の温度のどちらかが設定温度に達したときに、画像
形成条件を変更することを特徴としている。

【００１９】請求項３の発明は請求項１の発明におい
て、前記弾性層が、５００μｍ以上設けられていること
を特徴としている。

【００２０】請求項４の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記金属製の基体の温度を検知する部分が、加
熱回転部材の長手方向の端部であることを特徴としてい
る。

【００２１】請求項５の発明は請求項１、２又は３の発
明において、前記筒状の加熱回転部材の内部に熱源とし
てのハロゲンランプが設けられていることを特徴として
いる。

【００２２】請求項６の発明は請求項４の発明におい
て、前記ハロゲンランプが１本だけ設けられていること
を特徴としている。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。

【００２４】図１は、本発明に係る定着装置が適用され
る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。

【００２５】同図において、１は像担持体としてのドラ
ム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という）で
あり、アルミニウムやニッケル等の導電性部材を円筒状
に形成した基体の表面に感光層を設けたものである。感
光層としては、ＯＰＣ（有機半導体）、ａ−Ｓｉ（アモ
ルファスシリコン）等を使用することができる。

【００２６】感光ドラム１は、画像形成装置本体（不図
示）によって回転自在に支持されおり、駆動手段（不図
示）によって所定の周速（プロセススピード）で同図
中、時計回り方向に回転駆動される。

【００２７】感光ドラム１の周囲には、その回転方向に
沿ってほぼ順に、感光ドラム１表面を所定の極性に均一
に帯電する帯電ローラ（帯電手段）２、帯電後の感光ド
ラム１表面を露光して画像情報に応じて静電潜像を形成
する露光装置（露光手段）３、静電潜像にトナーを付着
させてトナー像として現像する現像器（現像手段）４、
感光ドラム１上のトナー像を紙等の記録材Ｐに転写する
転写ローラ（転写手段）、転写後の感光ドラム１表面に
残った転写残トナーを除去するクリーナ（クリーニング
手段）７が配設されている。上述の転写ローラ５の、記
録材Ｐの搬送方向についての下流側には、記録材Ｐ上に
転写された未定着トナーを加熱加圧して定着する定着装
置６が配設されている。

【００２８】また、転写ローラ５の、記録材Ｐの搬送方
向についての上流側には、手差しされる定型以外の記録
材Ｐがセットされる手差しトレイ２１、手差しトレイ２
１上の記録材Ｐを給送する給紙ローラ２２、搬送されて
きた記録材Ｐと感光ドラム１上のトナー像との同期を取
るレジストローラ２４が配設されている。さらに、転写
ローラ５の下方には、定型の記録材Ｐを収納する給紙カ
セット２６、ここから記録材Ｐをレジストローラ２４に
向けて給送する給紙ローラ２７が配設されている。

【００２９】同図中、２３は、手差しされた記録材Ｐの
後端を検知する後端検知センサであり、２５はレジスト
センサである。いずれも後述のように記録材Ｐの長さ検
知手段として作用する。

【００３０】ついで、上述構成の画像形成装置の動作を
簡単に説明する。

【００３１】図１中の時計回り回転駆動された感光ドラ
ム１は、その表面が帯電ローラ２によって所定の電位に
均一に帯電される。帯電後の感光ドラム１表面は、画像
情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御される露光装置３からの
レーザービームの走査露光（イメージ露光）を受けて静
電潜像が形成される。

【００３２】この静電潜像は、現像器４によってトナー
が付着され、トナー像（可視画像）として現像される。
現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像
法、ＦＥＥＤ現像法等が用いられ、上述のイメージ露光
の組み合わせで反転現像が用いられることが多い。

【００３３】記録材Ｐは手差しトレイ２１又は給紙カセ
ット２６から、給紙ローラ２２又は給紙ローラ２７によ
って取り出され、手差しトレイ２１からの給紙の場合は
後端検知センサ２３で記録材サイズ検知、つまり記録材
Ｐの搬送長さの検知が行われる。手差しトレイ２１、給
紙カセット２６のいずれからの給紙の場合も、記録材Ｐ
は、レジストローラ２４によって、感光ドラム１表面に
形成されたトナー像と同期を取り、感光ドラム１と転写
ローラ５とで形成される転写ニップ部に供給される。

【００３４】転写ニップ部において、感光ドラム１上の
トナー像は電源（不図示）による転写バイアスの作用で
記録材Ｐ表面に転写される。表面に未定着トナー像を担
持した記録材Ｐは定着装置６に搬送され、表面の未定着
トナー像が定着装置６の定着ニップ部で加熱加圧されて
定着された後、装置本体外部に排出される。

【００３５】一方、トナー像の転写後の感光ドラム１
は、表面に残った転写残トナーがクリーナ７によって除
去され、次の画像形成に供される。

【００３６】次に、上述の定着装置６における定着動作
について詳述する。

【００３７】図２に、本発明に係る定着装置の一例とし
て、ローラ加熱方式の定着装置の概略断面図を示す。同
図を参照して、以下、構成ならびに動作について説明す
る。

【００３８】ここで定着装置について、図２において詳
述する。定着ローラ２として外径４０ｍｍ、肉厚１ｍｍ
のアルミニウム芯金２１上に、厚さ２ｍｍのシリコンゴ
ム２３を被せ、最外層に離形層として厚さ５０μｍのＰ
ＦＡチューブ層を設けてあり、周速１５０ｍｍ／ｓで回
転駆動し、表面温度が１９０度になるように温調制御し
た。定着ローラの硬度は６０°（１ｋｇ荷重でＡｓｋｅ
ｒ−Ｃにて測定）加圧ローラは、直径２０ｍｍの鉄芯金
１１上に厚さ８ｍｍの弾性層としてシリコンゴムに、離
形層としてＰＦＡチューブ５０μｍを被服してある。上
記加圧ローラを上記定着ローラに加圧力２１．５Ｎ（ニ
ュートン）で押し当て約６ｍｍの定着ニップＮを得た。

【００３９】図３において、本実施例における定着装置
の長手方向の関係を示した図を示す。

【００４０】１が定着ローラ、２が加圧ローラである。
また３、４、５は温度検知用のサーミスタであり、３は
定着ローラ弾性層部の端部の温度検知用、４は定着ロー
ラ弾性層部の中央部の温度検知用、５は定着ローラ端部
の芯金の温度検知用である。

【００４１】ここでＡ４横方向に坪量６４ｇ／ｍ２の
紙にトナーを載せないで連続３０枚（枚／分）通紙した
場合、Ａ４縦方向に坪量６４ｇ／ｍ２の紙にトナーを
載せないで連続２０（枚／分）通紙した場合Ａ４縦方
向に坪量１０５ｇ／ｍ２の紙全体にべた画像を載せて連
続３０（枚／分）通紙した場合の図３における３、４、
５の点での温度測定をおこなった。

【００４２】ここでは、定着ローラ弾性層端部の温度の
許容限界温度は、弾性層、表面離型層の耐熱温度から２
３０℃とした。また定着ローラ端部の芯金温度は、ベア
リングの耐熱温度２５０℃とした。

【００４３】するとモードにおいては、３つの測定ポ
イントにおいて、許容限界温度を越えることはなかっ
た。ところがモードでは、ローラ端部の温度がローラ
基体部の温度よりも先に許容限界温度に達してしまっ
た。一方モードでは、ローラ基体部の温度がローラ端
部の温度よりも先に許容限界温度に達した。

【００４４】それぞれの許容限界温度は、ローラの弾性
層や離型層の材料、また定着装置の枠組みに使われるモ
ールド材料などで変化してくるが、使用する紙の大きさ
や、坪量、トナー載り量、またそのときの温湿度で、ど
ちらが先に許容限界温度に達するかを、予想することは
難しい。

【００４５】そこで、本発明においては、定着ローラ温
調用にローラ中央に、非通紙部昇温検知用に、ローラ端
部とローラ基体部に温度検知部材を設け、後者二つのど
ちらかが、許容限界温度を越えた場合に、画像形成の条
件を変えることとした。

【００４６】具体的には、ローラ端部温度、あるいはロ
ーラ基体部温度が（許容限界温度−１０℃）に達した場
合、定着ローラを回転させたまま、画像形成動作は停止
させて、トナーの載った転写材が定着装置に入ってこな
いようにし、ローラ端部温度、あるいはローラ基体部温
度が（許容限界温度−１０℃）になったら再び画像形成
動作を開始するなどである。

【００４７】そのときのフローチャートを図６に示す。
ここでＴ１は弾性層端部の温度、Ｔ２は、定着ローラの
金属製の基体の温度を示す。

【００４８】その他に画像形成条件の変更の仕方とし
て、Ｔ１、Ｔ２が所定の設定温度になった場合に、画像
形成の速度を下げる方法もある。

【００４９】また、定着ローラの温調温度を変更する方
法と上記の画像形成動作を停止を組み合わせる方法もあ
る。そのときのフローチャートを図７に示す。このと
き、定着ローラの温調温度を最初から下げておく方法も
考えられるが、定着ローラの温調温度が高いほど、転写
材とトナーの定着性の良い、画像が得られるため、でき
る限り最初のうちは、定着ローラの温度を上げて、少な
くとも最初のうちは、定着性の良い画像を排出したいと
いう考えからこのような制御も考えられる。もちろんＴ
１、Ｔ２温度が所定の温度に達した場合に画像形成動作
を止めてしまう場合と比べて、一定時間に排出できる紙
の量も多いことになる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、筒状の加熱回転部
材と加圧回転部材とを圧接させて、定着ニップ部を形成
し、該定着ニップ部にトナー像を担持した記録材を挿通
することにより、前記トナー像を加熱加圧して前記記録
材表面に定着させる定着装置であって、前記加熱回転部
材が、金属製の基体の上に少なくとも弾性層が設けられ
てなり、前記加熱部材の弾性層の長手中央部と、長手端
部と、金属製の基体の温度を検知する手段をもち、前記
加熱回転部材が、ベアリングを介してあるいは介さずに
モールド部材と接触しており弾性層長手中央部の温度検
知手段で定着ローラを所望の温度に温調し、弾性層長手
端部あるいは金属製の基体の温度のどちらかが設定温度
に達したときに、定着装置の温調温度を変更することを
特徴とする定着装置の温度制御方法を提案することで、
印字時間の延長、ユーザーによる煩雑な記録材サイズ設
定作業等を伴うことなく、非通紙部の昇温に基づく周辺
の構成部材の熱ダメージを防止するようにした定着装置
及びこれを備えた画像形成装置を提供することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本特許実施例における画像形成装置の概略構
成図

【図２】 本特許実施例における定着装置の概略構成図

【図３】 本実施例における定着装置の長手関係を表し
た概略構成図

【図４】 昨今の市場の要求に答えるための定着装置の
概略構成図

【図５】 本特許実施例における検討結果を示す図

【図６】 本特許実施例における画像形成装置の制御に
関するフローチャート

【符号の説明】

１ 電子写真感光体 ２ 帯電ローラ ３ 露光装置 ４ 現像器 ５ 転写ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA03 AA24 BA31 BA32 BB05 BB06 BB18 BB29 BB31 BB33 BB34 CA04 CA05 CA07 CA30 CA32 CA44 CA48 3K058 AA12 AA22 AA62 BA18 CA12 CA22 CA92 DA02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の加熱回転部材と加圧回転部材とを
   圧接させて、定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部に
   トナー像を担持した記録材を挿通することにより、前記
   トナー像を加熱加圧して前記記録材表面に定着させる定
   着装置であって、 前記加熱回転部材が、金属製の基体の上に少なくとも弾
   性層が設けられてなり、 前記加熱部材の弾性層の長手中央部と、長手端部と、金
   属製の基体の温度を検知する手段をもち、 前記加熱回転部材が、ベアリングを介してあるいは介さ
   ずにモールド部材と接触しており弾性層長手中央部の温
   度検知手段で定着ローラを所望の温度に温調し、弾性層
   長手端部あるいは金属製の基体の温度のどちらかが設定
   温度に達したときに、定着装置の温調温度を変更するこ
   とを特徴とする定着装置の温度制御方法。
2. 【請求項２】 筒状の加熱回転部材と加圧回転部材とを
   圧接させて、定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部に
   トナー像を担持した記録材を挿通することにより、前記
   トナー像を加熱加圧して前記記録材表面に定着させる定
   着装置を備えた画像形成装置であって、 前記加熱回転部材が、金属製の基体の上に少なくとも弾
   性層が設けられてなり、 前記加熱部材の弾性層の長手中央部と、長手端部と、金
   属製の基体の温度を検知する手段をもち、 前記加熱回転部材が、ベアリングを介してあるいは介さ
   ずにモールド部材と接触しており 弾性層長手中央部の温度検知手段で定着ローラを所望の
   温度に温調し、弾性層長手端部あるいは金属製の基体の
   温度のどちらかが設定温度に達したときに、画像形成条
   件を変更することを特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記弾性層が、５００μｍ以上設けられ
   ていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記金属製の基体の温度を検知する部分
   が、加熱回転部材の長手方向の端部であることを特徴と
   する請求項１又は２記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記筒状の加熱回転部材の内部に熱源と
   してのハロゲンランプが設けられていることを特徴とす
   る請求項１、２又は３記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 前記ハロゲンランプが１本だけ設けられ
   ていることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。