JP3259064B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複写機やプリンタなどの
電子写真式画像形成装置の定着装置の温度制御に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に電子写真式画像形成装置である複
写機は例えば画像情報を入力する光学系と、帯電極によ
って所定の電位がチャージされて回転する感光体と、前
記光学系によって前記感光体面上に形成された静電潜像
にトナーを付与して現像する現像装置と、該感光体面に
向けて搬送される転写材である記録用紙面上にトナー画
像を転写する転写部と、前記記録用紙面上に転写された
トナー画像を定着する定着装置と、転写したのちの前記
感光体面上に残留するトナーや紙粉などを除去するクリ
ーニング装置とによって構成されている。

【０００３】そして、定着装置には熱源を内蔵する一対
の上、下ローラを有し、複写機のウォームアップ時や転
写材の定着時には下ローラが回動して上ローラに圧着
し、アイドリング時には圧着が解除されるようになって
いる。そして上ローラ側に設けられる温度センサによっ
て熱源をＯＮ，ＯＦＦして定められた定着温度が保たれ
ている。なお、これに関連する従来技術として実開昭57
-82354号公報及び特開昭54-92748号公報が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に下ローラである
加圧ローラに熱源であるヒータを設ける目的としては
(1)転写材のカール対策、(2)定着性の向上、(3)上ロー
ラの温度低下の抑制などが挙げられる。

【０００５】そして(1)のカール対策はそのカールが発
生する原因としてヒータを内蔵する上ローラ（以下熱ロ
ーラと呼ぶ）と下ローラである加圧ローラとの温度差が
あげられ、これにより紙の中の水分の蒸発量や、紙の中
での水分の移動量に差が生じてカールが発生する。従っ
て原理的には熱ローラと加圧ローラとの温度差がなくな
ればカールをほぼなくすことができる。

【０００６】加圧ローラ側にヒータを内蔵していない場
合一般的に熱ローラは180℃〜200℃、加圧ローラは70℃
〜90℃である。そして、加圧ローラにヒータを設けるこ
とによりその表面温度を120℃〜160℃程度に上げて温度
制御すると、カール量が10％〜30％ほど減少し、例えば
両面複写用中間トレイ内に紙をスタックする場合や、前
記中間トレイ内から紙を送り出すとき、或はソータ等で
紙を揃える際にその給送性や、スタック性が向上すると
共にジャムを防止することができる。

【０００７】そして(2)の定着性向上は熱ローラの温度
が同じでも加圧ローラの表面温度が低いときと高いとき
では定着性が異る。低温環境下や、電源を入れてウォー
ムアップした直後のように加圧ローラの表面温度が低い
とき、加圧ローラにヒータを入れて120℃〜160℃程度の
表面温度となるように温度制御すると定着性は著しく向
上する。

【０００８】そして、(3)の熱ローラ温度低下の抑制は
定着時に熱ローラから転写材に熱を与える際に、損失分
として軸受部から逃げる熱量や、加圧ローラに与える熱
量、或は周りの空気に与える熱量などがある。特に加圧
ローラに与える熱量は損失の中では大きく加圧ローラ温
度が低いときは奪われる熱量も大きい。

【０００９】

【００１０】

【００１１】ところで、従来、定着時に転写材の片側を
基準にして搬送する場合、センサの位置は次の２つの場
合がある。即ち、小サイズの転写材のほぼ中央に配置す
る場合と、小サイズ転写材の通紙部範囲外で大サイズ転
写材の通紙部に配置する場合とがある。

【００１２】そして小サイズ転写材を連続して定着する
と加圧ローラの表面温度は、転写材の通紙部では温度が
下がり、逆に非通紙部では上昇する。そして小サイズ転
写材の位置にセンサが配置されている場合は前述したよ
うに加圧ローラの通紙部の温度は低いので加圧ローラの
ヒータはＯＮする。しかし、非通紙部では温度が高いま
まとなっていて更に加熱されると、シリコンゴム層とＳ
ＵＳ材の外筒表面との間で熱的なストレスを与えること
になり加圧ローラの寿命が大変短くなってしまう。本発
明はこのような問題点を解決し、片側を基準とする小サ
イズ転写材の連続通紙でも加圧ローラの寿命に影響する
ことのない定着装置の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、共に熱源を
内蔵する１対の加熱ローラと加圧ローラとを有し、搬送
方向と垂直方向にある片側端面を基準にして搬送される
転写材を定着し、前記垂直方向について小サイズである
転写材の通紙部に対応する位置の前記加圧ローラ表面近
傍に前記加圧ローラの表面温度を検知するための非接触
のセンサを設け、当該センサで検知した温度に基づいて
前記加圧ローラの熱源を制御する画像形成装置の定着装
置において、前記小サイズの転写材を連続して定着させ
た後には、前記センサで検知した温度にかかわらず前記
加圧ローラの表面温度が通紙部と非通紙部でほぼ同じ表
面温度に低下するタイミングまで前記加圧ローラの熱源
をＯＮせず、前記タイミングを過ぎた後に再び前記セン
サの検知温度に基づいて前記加圧ローラの熱源のＯＮ／
ＯＦＦ制御をするようにしたことを特徴とする定着装置
によって達成される。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【実施例】本発明の１実施例を図１のセンサの配置を示
す側面図と、図２のセンサの温度制御の切換え状態を示
すグラフと、図３の加圧ローラ（下ローラ）の表面温度
のオーバーシュートの状態を示すグラフと、図４の片側
基準による小サイズの転写材の通紙部と対応する位置
に、センサを配置したときの加圧ローラの表面温度の分
布状態を示すグラフと、図５の複写装置の主要な構成を
示す側断面図と、図６の定着装置の主要な構成を示す側
面図とによって説明する。

【００１８】しかし本発明は本実施例に限定されるもの
ではない。

【００１９】図５は自動原稿搬送装置を備えた複写装置
の全体構成図であり、100は複写機本体、200は給紙ユニ
ット（ＰＦＵ装置）、300は循環式の自動原稿搬送装置
（ＲＤＨ装置）、400は複写紙後処理装置（フィニッシ
ャー（ステイプラ装置付ソータ等）以下ＦＮＳ装置と示
す）、Ｄは原稿である。

【００２０】複写装置本体100は、走査露光部110、画像
形成部120、給紙部130、搬送部140定着装置16、排紙切
換部160、複写の給紙カセット170および両面複写用複写
紙再給紙装置（ＡＤＵ装置）180から構成されている。

【００２１】図中一点鎖線は複写紙Ｐの搬送経路を示
す。複写機本体100下部の給紙カセット170、または給紙
ユニット（ＰＦＵ）200に収容された複写紙Ｐが画像形
成部120により画像形成されたのち、搬送部140と、定着
装置16、排紙切換部160を経てＦＮＳ装置400に収容され
るメインルートと、前記排紙切換部160から分岐された
複写紙ＰがＡＤＵ装置180に一旦ストックされたのち、
再給紙されて複写機本体100の給紙部130に至る循環ルー
トから成る。

【００２２】上記複写装置において、コピーボタンを操
作すると、プラテンガラス上の原稿Ｄは走査露光部110
により露光走査され、感光体ドラム３の周面上に原稿Ｄ
の静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置６に
より可視像とされ、この可視像は給紙カセット170また
は給紙ユニット200のいずれかから給送された複写紙Ｐ
に転写電極７によって転写される。転写後複写紙Ｐは分
離電極８により感光体ドラム３から分離され、搬送装置
15により定着装置150に搬送され、そこで定着され排紙
切換部160によりソータであるＦＮＳ装置400に収容され
るか、又は両面コピーのために該排紙切換部160のゲー
トの切換えによって下方の両面複写用複写紙両給紙装置
180に反転して搬送され、例えばいったん中間トレイ
（図示せず）にスタックされたのち送り出されて複写紙
Ｐの一方の片面に所要の画像が転写、定着されたのちＦ
ＮＳ装置400に収容される。このようにして複写紙Ｐの
片面または両面に所要のトナー画像がつぎつぎと記録さ
れるようになっている。

【００２３】次に定着装置16の本発明に関連する主要な
構成につき図６を用いて説明する。図に示すように定着
装置16は上ローラである熱ローラ20と、下ローラである
加圧ローラ21と、該加圧ローラ21を保持しレバー支軸22
ａを中心に上下に回動可能なレバー22と、レバー22を回
動させる偏心カム23と、偏心カム23の偏心ストロークを
レバー22に伝達する連動板25と、連動板25に設けられた
偏心カム23が当接するローラ24と、レバー22と連動板25
との間に設けられるコイルばね26と、加圧ローラ21の左
側に配置されるセンサ30とによって構成されている。

【００２４】熱ローラ20は例えばＡ３サイズ転写材の長
手方向の寸法と同等以上の長さを有し、アルミニウム合
金による外筒20Ａの外周には50μｍのテフロンチューブ
が被覆され、定着を終えた転写材が熱ローラ20から剥離
しやすいようにしている。

【００２５】そして、外筒20Ａの中心部には2000Ｗのヒ
ータ20Ｂが設けられている。一方、加圧ローラ21は熱ロ
ーラ20と同じ長さを有するステンレススチール（ＳＵ
Ｓ）材による外筒21Ａの外周には例えば５mm前後の厚み
を有する耐熱性シリコンゴム層21Ｃが被覆されていると
共に、その中心部には600Ｗのヒータ21Ｂが設けられて
いる。

【００２６】図に示すようにレバー22は鋼板材によるプ
レス加工された板状の部材で、その左端部中央付近はレ
バー支軸22ａによって定着本体フレーム（図示せず）の
両側端部にそれぞれ回動可能に軸支されている。そし
て、加圧ローラ21の両側端部はレバー22に設けられる穴
に取付けられて一体的に回動し、レバー22が上方所定の
位置に回動したときの加圧ローラ21は熱ローラ20の周面
に圧着するようにしている。

【００２７】そして、図に示すように本体フレームには
連動板25が支軸25ａによって回動可能に軸支されると共
に、連動板25の底面部にはローラ24が設けられている。
そして、本体フレームの軸受部（図示せず）に回転可能
に軸支される偏心カム23がローラ24と接触する位置に設
けられ、該偏心カム23の偏心ストロークがローラ24を介
して連動板25に伝達されるようになっている。そして、
レバー22の右端部下面に設けられる突起部22ｄにはコイ
ルばね26が嵌め合わされてレバー22の下面と連動板25と
の間に設けられ、連動板25が上方へ回動するとこのコイ
ルばね26を介してレバー22も上方に回動するようになっ
ている。

【００２８】従って加圧ローラ21が熱ローラ20から圧着
解除しているときの偏心カム23の位置から180°回転し
て所定の偏心ストロークがローラ24を介して連動板25に
伝達されると、該連動板25は矢印で示す上方に回動する
のに伴ってコイルばね26を介しレバー22も上方に回動し
て加圧ローラ21は熱ローラ20の周面に所定の押圧力で圧
着する。このコイルばね26は加圧ローラ21の圧着時にお
けるダンパーの役割も果たしている。そして、加圧ロー
ラ21の圧着時から偏心カム23が180°回転すると、連動
板25は支軸25ａを中心に下降すると共にレバー22も自重
によって下降し、加圧ローラ21は熱ローラ20から離反す
る。

【００２９】この偏心カム23はあらかじめ記憶されてい
るＣＰＵの制御によって駆動するモータ（何れも図示せ
ず）と接続されて回転し、例えば複写機本体100のウォ
ームアップ時には加圧ローラ21を熱ローラ20に圧着さ
せ、アイドリング時には圧着が解除されるようになって
いる。

【００３０】そして定着装置16内には熱ローラ20の近傍
に温度センサ（図示せず）が設けられると共に、図に示
すように加圧ローラ21の左側にはセンサ30が本発明によ
る位置に配置され該加圧ローラ21の表面温度が検出制御
されるようになっている。

【００３１】次に加圧ローラ21側に設けたセンサ30の配
置について説明する。

【００３２】センサ30は例えばサーミスタを用い図１に
示すように加圧ローラ21の左側に該加圧ローラ21の周面
と対向し、レバー22と結合されて一体的に回動するフレ
ーム（図示せず）に固定して設けられている。

【００３３】そして、センサ30は図に示すように加圧ロ
ーラ21の中心Ｐと、レバー支軸22ａの中心０とを結ぶ線
分Ｏ，Ｐが加圧ローラ21の圧着時のＢ方向で示すＯ，
Ｐ，Ｂと、解除時のＣ方向で示すＯ，Ｐ′，Ｃとのなす
角の２等分線ＯＤの線上に配置する。即ち、図に示す角
Ａと角Ａ′とは等しい。そして、センサ30は加圧ローラ
21の左側に0.5〜10mmの範囲で好ましくは１〜２mmの位
置に設けられて熱ローラ20に圧着及び圧着解除する加圧
ローラ21と一体的に回動する。従って、熱ローラ20と加
圧ローラ21とが圧着する複写機本体100のウォームアッ
プ時又は転写材の定着時や、圧着が解除されるアイドリ
ング時においても、センサ30と加圧ローラ21との距離は
変化することなく常に一定に保たれているので加圧ロー
ラ21の定められた表面温度を適確に検出し制御すること
ができる。

【００３４】次にセンサ30による制御温度を変えて加圧
ローラ21の表面温度がオーバーシュートするのを防ぐ手
段について説明する。

【００３５】図３は縦軸に温度Ｃ、横軸に時間ｔを取っ
て時間の経過と共に加圧ローラ21の表面温度の推移をグ
ラフにしたもので、図に示すようにセンサ30が点線で示
す１段階のみの例えば120℃で温度制御を行う場合は、
これと対応して上方に実線で示すようにヒータ21ＢがＯ
Ｎされた加圧ローラ21の表面温度は急上昇し、所定の表
面温度である140°を遙かにオーバーして160℃以上に達
するいわゆるオーバーシュート現象が起る。そしてオー
バーシュートした後に定められた表面温度の140℃付近
に下降しその後はほぼこの温度で推移するようになる。

【００３６】図２はこのオーバーシュート現象を除去す
るためにセンサ30の温度制御を２段階に切換え、ウォー
ムアップ直後の制御温度を100℃前後で検知するように
設定すると共に、ウォームアップ後一定時間経過したあ
とでは制御温度を120℃に切換える。

【００３７】このようにすればウォームアップ直後に起
るオーバーシュート現象が除去され図の実線で示すよう
に加圧ローラ21の表面温度は極めてなだらかな140℃付
近の定められた表面温度が保たれる。センサ30の２段階
の温度制御はあらかじめ記憶されているＣＰＵの制御に
よって切換えられる。従ってオーバーシュート現象によ
る転写材のカールや、定着されるトナー画像への悪影響
が除かれ転写材は常に良好な定着が行われる。

【００３８】次に本発明の定着時に転写材の片側を基準
にして搬送する場合の温度センサの配置について説明す
る。

【００３９】図４は片側基準によって例えばＢ５版、Ａ
４版のような小サイズ転写材を連続して定着した場合の
加圧ローラ21表面の温度分布を示すもので、縦軸に温度
Ｃ、横軸に加圧ローラ21の長さＬを取り、横軸の下方に
は縦軸を基準とする加圧ローラ21の長さを示すと共に矢
印方向に転写材の搬送を示している。そしてセンサ30は
加圧ローラ21の通紙部Ａと対応する図で示す位置に配設
されている。グラフの実線で示すように加圧ローラ21の
長さＬにおける小サイズ転写材の通紙部Ａと非通紙部Ｂ
とでは温度差が50℃にも達する。

【００４０】加圧ローラ21には前述したようにシリコン
ゴム層21Ｃが被覆されているので熱伝導性が悪いため、
通紙部Ａと非通紙部Ｂとの温度差がなくなるまでには一
定の時間を要する。

【００４１】従って小サイズ転写材を連続定着後は通紙
部Ａの表面温度は低く100℃前後となっているので加圧
ローラ21のヒータ21ＢはＯＮするが、非通紙部Ｂは熱が
奪われていないので150℃と表面温度が高い上に更に加
熱されることになる。このため加圧ローラ21のシリコン
ゴム層21Ｃと外筒21Ａとの間に熱的なストレスが起こり
加圧ローラ21の耐久性に極めて悪い影響を与え寿命を短
くする原因となる。そこで図示は省略するが本発明は小
サイズで転写材を連続して定着した後に通紙部Ａの温度
が低下していても一定時間加圧ローラ21のヒータ21Ｂは
ＯＮせずに加圧ローラ21の表面温度が通紙部Ａと非通紙
部Ｂとでほぼ同じ表面温度に低下したのちヒータ21Ｂを
ＯＮし通常の温度制御が行われるように設定する。この
ときのヒータ21ＢをＯＮするタイミングはあらかじめ記
憶されているＣＰＵの制御によって行われる。

【００４２】このようにして加圧ローラ21のヒータ21Ｂ
をＯＮすることによって片側基準で搬送される小サイズ
転写材の通紙部Ａと対応する位置にセンサ30を配置し
て、小サイズ転写材を連続して定着した場合でも、加圧
ローラ21の耐久性には全く影響することなく、転写材は
常に良好な定着が行われる。

【００４３】なお本発明はモノ黒の複写装置を例にして
説明したが勿論カラー画像形成装置にも適用されるもの
である。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、片側基準による小サイ
ズ転写材の通紙部と対応する位置に温度センサを設け小
サイズ転写紙を連続して定着しても、常に適確に加圧ロ
ーラの表面温度を検出することができるので耐久性の向
上と共に、転写材には常に良好なトナー画像が定着され
るようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例によるセンサの配置を示す側
面図。

【図２】本発明の１実施例によるセンサの温度制御の切
換えを示すグラフ。

【図３】加圧ローラ（下ローラ）の表面温度のオーバー
シュートの状態を示すグラフ。

【図４】片側基準による小サイズ転写材の通紙部と対応
する位置にセンサを配置したときの加圧ローラの表面温
度の分布状態を示すグラフ。

【図５】複写装置の主要な構成を示す側断面図。

【図６】定着装置の主要な構成を示す側面図。

【符号の説明】

３ 感光体ドラム 16 定着装置 20 熱ローラ（上ローラ） 21 加圧ローラ（下ローラ） 20Ｂ，21Ｂ ヒータ 22 レバー 23 偏心カム 25 連動板 26 コイルばね 30 センサ 100 複写機本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−254482（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−156270（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共に熱源を内蔵する１対の加熱ローラと
   加圧ローラとを有し、搬送方向と垂直方向にある片側端
   面を基準にして搬送される転写材を定着し、前記垂直方
   向について小サイズである転写材の通紙部に対応する位
   置の前記加圧ローラ表面近傍に前記加圧ローラの表面温
   度を検知するための非接触のセンサを設け、当該センサ
   で検知した温度に基づいて前記加圧ローラの熱源を制御
   する画像形成装置の定着装置において、 前記小サイズの転写材を連続して定着させた後には、前
   記センサで検知した温度にかかわらず前記加圧ローラの
   表面温度が通紙部と非通紙部でほぼ同じ表面温度に低下
   するタイミングまで前記加圧ローラの熱源をＯＮせず、
   前記タイミングを過ぎた後に再び前記センサの検知温度
   に基づいて前記加圧ローラの熱源のＯＮ／ＯＦＦ制御を
   するようにしたことを特徴とする定着装置。