JP3632724B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリなどの画像情報記録装置において、未定着画像を加熱・加圧定着させるための定着装置に係り、特に加熱ロールの昇温を補助する外部加熱体を設ける、所謂外部加熱方式の定着装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式を採用した複写機等の画像情報記録装置では、記録シート上に転写したトナー像を定着させるために、通常は加熱・加圧式定着装置が設けられている。
従来この種の定着装置としては、互いに圧接しながら回転する、表面に弾性層を設けた加熱ロール、そして加圧ロールとを備え、未定着トナー像が形成された記録シートをこれらロール間に挿通させて未定着トナー像の定着を行うようにしたものが知られている。
また、この種の定着装置にあっては、加熱ロールがその表面に熱伝導性の悪い弾性層を有しており、前記加熱ロール内部にある加熱源からの熱供給のみでは設定温度まで昇温を行うために多くの時間を必要とする。そこで、加熱ロール表面に外部加熱体を配設し、昇温時間を短縮する技術が紹介されている。
【０００３】
これは、例えば図８に示すように、中心に加熱源１０４及び表面に弾性層１０３を有する回転可能な加熱ロール１０２と、この加熱ロール１０２に圧接して接触ニップ域を形成する加圧ロール１０１と、更に加熱源１０６を有し加熱ロール１０２と常時圧接して前記加熱ロール１０２を外部から加熱する外部加熱ロール１０５とを備えたものである（例えば特開平４−１５９５８５号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の先行技術にあっては、加熱ロール１０２と外部加熱ロール１０５とが常時圧接しているため、加熱ロール１０２が回転を停止しているときには外部加熱ロール１０５も圧接したまま停止してしまう。このため、加熱ロール１０２の表面には外部加熱ロール１０５の圧接跡が残ってしまい、定着画像に乱れを生じやすいという技術的課題がある。
このような技術的課題を解決するには、加熱ロールと外部加熱ロールとを接離可能に配設し加熱時のみ圧接させることが考えられる。
【０００５】
しかしながら、加熱ロールと外部加熱ロールとを接離可能に配設し加熱時のみ圧接させる場合には、ウォームアップ時や待機モードからの復帰時など外部加熱ロールの温度が低い状態から加熱を行う時に、加熱ロールから転移して外部加熱ロールに固着・堆積したトナーが加熱ロールをこすり、傷つけるという技術的課題が見いだされた。
【０００６】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、接離可能な外部加熱体の圧接及び離間の時期を制御することにより、良好な定着を得ることができる外部加熱方式の定着装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、図１に示すように、少なくとも弾性層２を有する加熱ロール１と、前記加熱ロール１を外部から加熱する外部加熱体３と、前記外部加熱体３を加熱ロール１から接離する接離手段６と、ウォームアップ時又は待機モード時に、外部加熱体３がトナー軟化点以上の基準温度となった条件下で、前記外部加熱体３が加熱ロール１に圧接配置されるように接離手段６を制御する接離制御手段７とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このような技術的手段において、加熱ロール１としては、内部に加熱源が内蔵され、表面に弾性層２を持つものが使用される。
また、外部加熱体３としては、加熱ロール１を外部加熱できる態様のものであれば適宜選定して差し支えないが、構成の簡略化という観点からすれば、ロール状、ベルト状等の回転体を用いることが好ましい。更に、外部加熱体３は、加熱ロール１の加熱に用いるだけでなく、連続コピー時に加熱ロール１の温度低下を補償する外部加熱体と共用してもよい。
更に加熱源４としては、外部加熱体３を加熱できる態様のものであれば、その構成、数については任意に選定して差し支えないが、構成の簡略化及び効率化という観点からすれば、外部加熱体３の内部に加熱源４を有することが好ましい。
【０００９】
また、接離手段６としては、接離制御手段７から得られた制御信号によって外部加熱体３を接離させるようなものであれば、機械的、電気的、磁気的手段等から任意に選定して差し支えない。
【００１０】
更にまた、接離制御手段７としては、外部加熱体３の温度情報によって、外部加熱体３がトナー軟化点温度以上の基準温度となったときに接離手段６に対し圧接を開始するよう信号を送出するものであれば適宜選定して差し支えない。
ここで、外部加熱体３の基準温度としては、トナー軟化点以上の温度であればよく、また、外部加熱体３の耐久性向上という観点からすれば、前記外部加熱体３の設定温度以下であることが好ましい。
また、外部加熱体３の温度情報を検知する手段としては種々の方法から適宜選定して差し支えないが、構成の簡略化という観点からすれば、外部加熱体３上に温度センサ５を設けることが好ましい。
【００１１】
ところで、外部加熱体３がトナー軟化点温度以上の基準温度となったときに加熱ロール１に圧接する態様にあっては、加熱ロール１が停止しているときに圧接が行われると加熱ロール１と外部加熱体３の圧接位置が固定されるため、加熱ロール１の一部だけが昇温してしまい定着むら及び圧接跡が生じやすくなるという懸念がある。
このような懸念を有効に防止するという観点からすれば、加熱ロール１に回転駆動手段８を設け、接離制御手段７によって少なくとも外部加熱体３が加熱ロール１に圧接するまでに加熱ロール１が空回転させるよう制御することが好ましい。
この場合において、回転駆動手段８は、通常のコピー時に使用する加熱ロール１の駆動装置と共用して差し支えない。
【００１２】
また、外部加熱体３がトナー軟化点温度以上の基準温度となったときに加熱ロール１に圧接を開始する態様にあっては、圧接開始時において加熱ロール１がトナー軟化点温度未満となっていることがある。
このとき、外部加熱体３上の残留トナーが軟化状態になったとしても、加熱ロール１に圧接した状態で軟化状態だった残留トナーが再度固化し、これが原因となって加熱ロール１を傷つける懸念がある。
このような懸念を有効に防止するという観点からすれば、接離制御手段７は、外部加熱体３及び加熱ロール１が共にトナー軟化点以上の各基準温度となった時点で両者を圧接させるよう制御を行うことが好ましい。
ここで、加熱ロール１の基準温度としては、外部加熱体３の基準温度と同様にトナー軟化点以上の温度であればよいが、前記外部加熱体３の基準温度とは異なっていてもよく、また、加熱ロール１の耐久性向上という観点からすれば、前記外部加熱体３の設定温度以下であることが好ましい。
【００１３】
更に、外部加熱体３がトナー軟化点以上の基準温度となったときに加熱ロール１に圧接を開始する態様において、例えば、待機モードからの復帰時など、加熱ロール１がある程度熱を持った状態から加熱を行う場合は、圧接開始時において加熱ロール１の温度が外部加熱体３よりも高温となることがある。
このとき、外部加熱体３が加熱ロール１に圧接すると、加熱ロール１の熱を外部加熱体３が奪ってしまい、外部加熱体３の本来の加熱作用が損なわれることとなり、かえって加熱ロール１の昇温時間が長時間化する懸念がある。
このような懸念を有効に防止するという観点からすれば、接離制御手段７は、外部加熱体３がトナー軟化点以上の基準温度となり、且つ、前記外部加熱体３の温度が加熱ロール１の温度以上である条件下で圧接させるよう制御を行うことが好ましい。
【００１４】
尚、外部加熱方式の定着装置において、外部加熱体と加熱ロールとを接離可能とした先行技術があるが、これは本発明のものとは無関係であるため、念のため補足説明しておく。
特開昭５２−４０１４３号公報には、加熱ロールに接離可能な外部加熱体が設けられたものが提案されている。
しかしながら、本先行技術は連続コピー時に記録シートに奪われる熱量が大きくなって加熱ロールの温度が定着温度以下となったときに、外部加熱体を加熱ロールに圧接し温度降下を補償するようにしたものであり、本発明のようにウォームアップ時や待機モード時において加熱ロール１を早急に昇温させる技術ではない。
更に、本先行技術は省エネルギー化を目的とし、外部加熱体を加熱する時期は複写時以外であって複写時は外部加熱体を加熱していないため、加熱ロール１及び外部加熱体３を同時に加熱する本発明とは全く着想の異なるものである。
【００１５】
次に、上述した技術的手段の作用について説明する。
図１において、接離制御手段７は外部加熱体３の温度情報に基づいて、外部加熱体３を接離させる接離手段６を制御する。
具体的にいえば、初期状態では、接離制御手段７は接離手段６に対し外部加熱体３を離間するよう制御する。
次に、外部加熱体３がトナー軟化点以上の基準温度となった時点で、接離制御手段７は接離手段６に対し外部加熱体３を加熱ロール１に圧接するよう制御する。
このとき、外部加熱体３表面に固着したトナーが軟化した状態で、外部加熱体３が加熱ロール１表面に圧接配置される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図２及び図３は、本発明が適用された定着装置の実施の一形態を示す。
同図において、本実施の形態に係る定着装置は、モータ４６にて回転駆動される加熱ロール４０と、この加熱ロール４０に圧接配置される無端ベルト８０と、バー７５及び偏心カム７６により加熱ロール４０に対し接離可能に配設された外部加熱ロール７１とを備えている。
【００１７】
本実施の形態において、加熱ロール４０は、６５０Ｗのハロゲンランプからなる加熱源４１を覆う肉厚１．５ｍｍのアルミニウム製の中空コア４２と、前記中空コア４２の外周面に配設されるシリコンゴム製の耐熱弾性層４３と、更に耐熱弾性層４３の外周面に配設されるフッ素ゴム製のトップコート層４４とを備えており、加熱ロール４０表面に設けられた温度センサ４５の信号により、図示しない温度制御回路において加熱源４１をオン・オフ制御して、ある一定温度に調整される。
【００１８】
また、定着時に記録用紙３０の上の未定着トナー３１のオフセットを防止する為に、一定量のシリコンオイルを加熱ロール４０に供給するオイル供給装置９０が設けられている。
更に、オフセットした残留トナーをクリーニングするため、クリーニング装置９１が設けられている。
【００１９】
一方、無端ベルト８０は、ステンレス製の支持ロール８１、８２、８３に張架されて加熱ロール４０に所定のニップ幅で圧接配置されている。前記無端ベルト８０は、厚さ約７５μｍのポリイミドフィルムの基材の上に厚さ１７０μｍのシリコンゴムの弾性層が設けられ、更にその上に厚さ３０μｍのフッ素ゴムの離型層が設けられたものである。
【００２０】
また、本実施の形態では、支持ロール８１は、加熱ロール４０と無端ベルト８０との接触ニップ域の出口に配設される加圧ロールを兼用しており、圧縮コイルスプリング６２によって加熱ロール４０の中心に向かって付勢されている。更に、前記支持ロール８１内部には２５０Ｗのハロゲンランプ８４が配設されており、支持ロール８１表面に設けられた温度センサ６３の信号により、図示しない温度制御回路においてハロゲンランプ８４をオン・オフ制御して、ある一定温度に調整される。
【００２１】
更に、無端ベルト８０の内側には、圧縮コイルスプリング５３により圧接配置される圧力パッド５０が設けられる。
本実施の形態において、圧力パッド５０は、ステンレス製の金属台座５１の上にシリコンゴム製の弾性層５２が設けられたものである。
【００２２】
また、本実施の形態において、図２及び図３に示す外部加熱ロール７１は、ハロゲンランプからなる加熱源７２を覆うステンレス製の中空コアであって、この外部加熱ロール７１表面に設けられた温度センサ７７の信号により、図示しない温度制御回路において加熱源７２をオン・オフ制御して、ある一定温度に調整される。
更に、外部加熱ロール７１の回転軸７３は、支点７４の周りで回転できるバー７５の先端に回転自在に取り付けられている。
更にまた、バー７５の支点を挟んだ反対側には回転可能な偏心カム７６が接しており、前記バー７５の端部にはバー７５の端部を偏心カム７６側に向けて付勢するコイルスプリング７８が配設されている。今、偏心カム７６が点線のように１８０度回転すると、その偏心カム７６の形状からバー７５は点線で示したように支点７４の周りで回転し、外部加熱ロール７１を加熱ロール４０から離間させるようになっている。
【００２３】
また、図４は本実施の形態で用いられる定着装置の駆動制御系を示す。
同図において、加熱ロール４０の温度センサ４５及び外部加熱ロール７１の温度センサ７７の温度信号が入力インターフェース９５を介してＣＰＵ９６に取り込まれる。
そして、ＣＰＵ９６は、ＲＯＭ９７内に予め格納されている駆動制御処理プログラム（図５参照）を実行し、ＲＡＭ９８との間で適宜データ処理を行った後、出力インターフェース９９を介して、加熱ロール４０の加熱源４１、外部加熱ロール７１の加熱源７２、モータ４６、及び接離装置７０に所定の制御信号を送出するようになっている。
【００２４】
次に、本実施の形態に係る定着装置の駆動制御について説明する。
図５において、今、複写機のスタートスイッチをオンすると、制御駆動装置（ＣＰＵ９６、ＲＯＭ９７、ＲＡＭ９８）から信号が送出され、加熱ロール４０及び外部加熱ロール７１の温度検知がそれぞれ温度センサ４５、７７によって、また、加熱ロール４０及び外部加熱ロール７１の昇温ががそれぞれの加熱源４１、７２によって開始される。
次に、外部加熱ロール７１の温度と基準温度（本実施の形態では、トナー軟化点温度に設定）とが比較され、外部加熱ロール７１がトナー軟化点以上の温度になったことが確認された後、次に加熱ロール４０の温度と基準温度（本実施の形態では、トナー軟化点温度に設定）とが比較される。
そして、加熱ロール４０がトナー軟化点以上の温度となったことが確認された時点、すなわち、加熱ロール４０及び外部加熱ロール７１が共にトナー軟化点以上の温度となった時点で、駆動制御装置は加熱ロール４０を駆動するモータ４６を空回転させると同時に、外部加熱ロール７１を加熱ロール４０に圧接させる。一方、既にトナー軟化点以上の温度となっていた外部加熱ロール７１は更に加熱され続け、設定温度に到達した時点で、駆動制御装置が外部加熱ロール加熱源７２をオン・オフ制御して外部加熱ロール７１は設定温度に制御され続ける。尚、本実施の形態において、外部加熱ロール７１の設定温度は、外部加熱効率を向上させるという観点から、加熱ロール４０の設定温度よりも高温側に設定されている。
次に、加熱ロール４０の温度と設定温度とが比較され、加熱ロール４０の温度が設定温度に到達した時点で、駆動制御装置は加熱ロール４０を駆動するモータ４６の空回転を停止させると同時に、外部加熱ロール７１を加熱ロール４０から離間させ、また加熱ロール加熱源４１をオン・オフ制御して加熱ロール４０は設定温度に制御され続ける。
そして、昇温動作は終了する。
【００２５】
また、本実施の形態において、前述のような昇温動作を必要とする場合は大きく２種類の状態に分類される。一方は室温から昇温を行う必要があるウォームアップ時のような場合であり、もう一方は待機モードなど加熱ロールがある程度熱を持った状態から復帰するような場合である。
以下に、各々の場合の動作を、タイミングチャートに基づいて説明する。
【００２６】
▲１▼室温からの昇温
図６に室温から加熱を行う場合のタイミングチャート及び温度変化のグラフを示す。尚、本例では、室温を２０℃とする。
今、時間ｔ１において、ほぼ同じ温度である加熱ロール４０及び外部加熱ロール７１の加熱を開始したとき、外部加熱ロール７１は加熱ロール４０と比較して熱容量が小さいため、前記外部加熱ロール７１は時間ｔ２で先にトナー軟化点温度Ｔ１以上に加熱される。
また、本例のように外部加熱ロール７１が更に加熱され、外部加熱ロール７１が設定温度Ｔ３まで先に達する場合は、この外部加熱ロール設定温度Ｔ３に制御されながら加熱ロール４０がトナー軟化点温度Ｔ１になるまで待機を行う。
そして、前記加熱ロール４０がトナー軟化点温度Ｔ１となった時点で、モータ４６により加熱ロール４０の空回転を開始すると同時に外部加熱ロール７１を加熱ロール４０に圧接させる。
さらに、その後加熱ロール４０の温度が加熱ロール設定温度Ｔ２になったところで、外部加熱ロール７１を加熱ロール４０から離間すると共に、加熱ロール４０の空回転を停止させる。
尚、図６のグラフにおいて、本実施の形態の昇温時間ｔ５は１７０秒、また、外部加熱ロールを設けない比較の形態では、必要な昇温時間ｔ６は２６０秒であった。
【００２７】
▲２▼加熱された状態からの昇温
図７に、ある程度熱を持った状態から加熱を行う場合のタイミングチャート及び温度変化のグラフを示す。尚、本例では、昇温開始時間ｔ１’における加熱ロール４０及び外部加熱ロール７１の温度を、それぞれ８０℃及び３０℃とする。今、時間ｔ１’において、加熱ロール４０及び外部加熱ロール７１の加熱を開始したとき、時間ｔ１’での温度差が大きいため、加熱ロール４０の温度が時間ｔ２’で先にトナー軟化点Ｔ１以上に加熱される。
また、その後時間ｔ２”において外部加熱ロール７１もトナー軟化点Ｔ１まで加熱されるが、この時点で加熱ロール４０はそれ以上の温度に加熱されているため、圧接による外部加熱は行わない。
そして、外部加熱ロール７１の温度が加熱ロールの温度を超える時間ｔ４になった時点で、モータ４６により加熱ロール４０の空回転を開始すると同時に外部加熱ロール７１を加熱ロール４０に圧接させる。
また、本例のように圧接中に外部加熱ロール７１が設定温度Ｔ３に達する場合は、この設定温度に制御されながら、加熱ロール４０に圧接する。
更に、その後加熱ロール４０が設定温度Ｔ２になったところで、外部加熱ロール７１を加熱ロール４０から離間すると共に、加熱ロール４０の空回転を停止させる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、ウォームアップ時や待機モード時において、外部加熱体表面に固着したトナーが軟化した状態で外部加熱体を加熱ロールに圧接させるようにしたので、外部加熱体表面に固着したトナーが加熱ロールを傷つけることなく、安定した定着を行うことができる。
また、本発明において外部加熱体を加熱ロールに圧接させるまでに加熱ロールを空回転させることにより、加熱ロールに加熱むらを生じることなく、安定した定着を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明が適用された実施の形態を示す説明図である。
【図３】図２に係る接離手段部の拡大図である。
【図４】実施の形態に係る定着装置の全体制御系を示すブロック図である。
【図５】実施の形態に係る定着装置の駆動制御装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態に係る定着装置において室温から昇温を行うときの昇温状況を示すタイミングチャート及びグラフである。
【図７】実施の形態に係る定着装置において加熱された状態から昇温を行うときの昇温状況を示すタイミングチャート及びグラフである。
【図８】従来における定着装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…加熱ロール，２…弾性層，３…外部加熱体，４…加熱源，５…温度センサ，６…接離手段，７…接離制御手段，８…回転駆動手段

Claims (7)

1. 未定着画像を記録シート上に加熱・加圧定着させる定着装置において、
   少なくとも弾性層を有する加熱ロールと、
   前記加熱ロールを外部から加熱する外部加熱体と、
   前記外部加熱体を加熱ロールから接離する接離手段と、
   ウォームアップ時又は待機モード時に、外部加熱体がトナー軟化点以上の基準温度となった条件下で、前記外部加熱体が加熱ロールに圧接配置されるように接離手段を制御する接離制御手段とを備えることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   接離制御手段は、外部加熱体の温度が検知される温度センサからの情報を取り込み、接離手段を制御することを特徴とする定着装置。
3. 請求項１に記載の定着装置において、
   接離制御手段は、少なくとも外部加熱体が加熱ロールに圧接するまでに、加熱ロールを回転駆動手段によって空回転させることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１に記載の定着装置において、
   接離制御手段は、加熱ロール及び外部加熱体が共にトナー軟化点以上の各基準温度となった時点で、前記外部加熱体が加熱ロールに圧接配置されるように接離手段を制御することを特徴とする定着装置。
5. 請求項１に記載の定着装置において、
   接離制御手段は、外部加熱体がトナー軟化点以上の基準温度となり、且つ、前記外部加熱体の温度が加熱ロールの温度以上である条件下で、外部加熱体が加熱ロールに圧接配置されるように接離手段を制御することを特徴とする定着装置。
6. 請求項１に記載の定着装置において、
   外部加熱体は、回転体であることを特徴とする定着装置。
7. 請求項１に記載の定着装置において、
   外部加熱体は、内部に加熱源を有することを特徴とする定着装置。

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