JPH01152484A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電子写真複写機等の作像装置において、記録
紙上に形成されたトナー像を加熱定着する装置に関する
。

従来の技術 加熱ローラと、その加熱ローラに圧接される加圧ローラ
とを有し、これらのローラによって記録紙を挾持搬送し
て記録紙上に形成されたトナー像を加熱定着する定着装
置においては、被定着紙の種類や紙厚、あるいは両面・
合成作像等の作像モードなど作像条件によって通紙性や
定着性などが異なるために、常に同じ圧力、加熱量で定
着を行うと、そのときの作像条件によっては被定着紙の
シワやヒートカール、定着不良等が発生することがあり
、これらの問題に対処するために、特開昭５９−８４２
７５公報や実開昭５９−８９３６４号公報に開示されて
いるように加圧ローラの軸受に加わる力を上記のような
作像条件によって変化させるものや、その他にも加熱ロ
ーラの定着温度を変化させるものが従来より知られてい
る。

発明が解決しようとする問題点 上記の従来のものにおいて、加熱ローラの定着温度を変
化させるものは、定着装置の温度が所定の温度に変化す
るのに時間がかかるため、このウェイト時間が問題であ
った。よって、被定着紙に与える熱量を可変とするため
には、ローラが被定着紙を挾持し圧接する用紙進行方向
における挾持幅（以下、ニップ幅と記す）を変化させる
ことによって、定着時間を変化させることが有効である
が、従来では、ローラの表面層がシリコンゴム等の厚み
のある弾性部材で構成されていたため、上述のように加
圧ローラの軸受に加わる力を変化させてもニップ幅の変
化が少ない上、熱によるローラの膨張や硬度変化等の影
響によって圧接力が変化するだめにニップ幅を適切々値
に設定することが困難であるなどの問題があり、十分な
効果が得られなかった。また、広いニップ幅を得るため
には、必然的に大きな圧力をかけなければならず、過大
な圧力による紙シワやヒートカール等の発生や、定着性
の悪い厚紙等における、定着時間の不足による定着不良
の発生等が問題とされていた。

その上、熱の影響によりもろくなったローラのゴムに無
理な力が加わりローラの寿命が短かくなることもあった
。

本発明は以上のような問題点に鑑みて成されたものであ
り、定着性及び通紙性の向上を図るとともに、種々の作
像条件に適切に対応することが可能な加熱定着装置を提
供することを目的とする。

問題点を解決するだめの手段 上記の目的を達成するだめに本発明は、加熱ローラと、
気体を封入した中空の弾性体より成る加圧ローラと、こ
の加圧ローラ内に封入された気体の圧力を調整する圧力
調整手段と、作像条件に応じて上記圧力調整手段を制御
する制御手段とを備えだことを特徴とする。

作　　用 上記構成において、加圧ローラの加熱ローラとの圧接部
分は、比較的広い範囲にわたり加熱ローラの外周面に沿
って駆動されるので、従来のものに比べて低圧力で広い
ニップ幅が確保され、制御手段は、そのときの作像条件
に応じて圧力調整手段に制御信号を送り、この制御信号
に従って圧力調整手段が加圧ローラ内の気体の圧力を調
整することによって、適切なニップ幅及び圧力で、ロー
ラ間を挾持搬送される被定着紙上のトナー像を加熱定着
させる。

実施例 以下に、本発明を電子写真複写機に適用した場合の実施
例を図面に従って説明する。なお、本実施例における複
写機は、複写紙の両面に画像を複写する両面モード、及
び複数の原稿から画像を複写して合成画像を得る合成モ
ードを備え、また、厚紙等の特に定着性の悪い用紙を使
用した際の定着不良を防止する厚紙モードを備えている
。

第２図は、本実施例に係る複写機の構成を示す断面図で
あり、まずこの図によって複写機の構成を説明する。図
中反時計方向に回転可能に支持された感光体ドラム１０
２の表面には感光体層が設けられており、この感光体は
イレーザランプ１０フ及び帯電チャージャ１０６を通過
することにより均一帯電され、走査光学系２００により
画像露光を受けて静電潜像が形成された後、現像器１０
３により現像される。現像されたトナー像は、このトナ
ー像と同期するように搬送されてきた複写紙に、転写チ
ャージャ１０５によって転写され、像転写された複写紙
は分離チオ−ジャ１０４によって感光体より分離された
後、搬送ベルト１０８で定着装置１００へ搬送され、こ
こで像定着される。定着装置１００は、加熱ローラ１．
加圧ローラ２２分離爪３．調圧弁２１、エアポンプ２２
．調圧弁駆動モータ２３．圧力センサ２４．温度センサ
２５等を有し、これらの詳細な構成及び動作の説明は後
述する。

給紙トレイ１４２又は１４３より給紙された複写紙は、
搬送ローラ１２９　、１３１及び１３３，１３４等によ
り画像形成部へと搬送され、画像の転写及び定着が行な
われた後、通常コピーモードのときは図示しない制御機
構により作動する第１の切シ換え爪１４１の作用により
、搬送ロー２１１５を経て排紙トレイ１３６上に排紙さ
れる。

両面又は合成モードのときは、第１の切り換え爪１４１
が図中時計方向に作動して、複写紙は下方へと搬送され
、搬送ローラ１５０を通過したところで、合成モードの
ときは第２の切り換え爪１５９０作用によりそのｉｔ中
間トレイ１５８上へと導かれ、両面モードのときは、第
２の切り換え爪１５９が図中時計方向に作動し、ローラ
１５２，１５４により搬送路１５３を図中左方へ搬送さ
れ、反転ガイド１９３を通過して表裏を反転された後、
中間トレイ１５８上へ導かれる。

両面コピーの際の第一面への複写、又は合成コピーの際
の第一画像の複写が全て終了し、設定枚数の複写紙が中
間トレイ１５８に収容された後に、軸１５６を中心に上
下移動可能に保持されている再給紙ローラ１３８が下降
して一番上の複写紙より順次再給紙を行々い、二度目の
複写のため再び画像形成部へと送られる。二度目の作像
工程を経て画像定着された複写紙は排紙トレイ１３６上
に排紙される。

上記の両面モード及び合成モードは、図示しない操作パ
ネル上の設定キーの操作により設定される。まだ、本複
写機は、通常の複写モードと、両面モード、合成モード
の他に、厚紙等の特に定着性の悪い用紙を使用した際の
定着不良を防止する厚紙モードを設定することができ、
この厚紙モードの設定も、図示しない別の設定キーを操
作することによって行々われる。

また、本複写機は自動原稿送り装置３００を備えており
、複数の原稿より複写を行なう場合にも、自動的に、順
次原稿を所定の位置に導いて複写動作を行なうようにし
ている。

次に、第１図及び第３図によって、定着装置１００の構
成を説明する。第１図は加熱ローラ１及び加圧ローラ２
の縦断面及び定着装置の構成を示す概略図であり、また
第３図は加熱ローラ１及び加圧ローラ２の横断面図であ
る。図に示すように、定着装置１００は加熱ローラ１と
加圧ローラ２を基本構成とし、まだ第３図に示されるよ
うに加熱ローラ１の用紙送出側には、ローラに密着する
被定着紙を分離するための分離爪３が当接されている。

加熱ロー２１は円筒状に形成されたアルミ製の芯金５と
、その表面にテフロンによ多形成された被覆層４、ロー
ラの中央部に軸方向に沿って設けられ、ローラを所定の
温度に加熱するヒータ６等によって構成される。加圧ロ
ーラ２は、パイプ状に形成された鉄製の芯金７と、その
外側に中空層９を隔てて配置された円筒状の弾性表皮体
８とから構成され、中空層９には空気が封入されている
。

弾性表皮体８は厚さが１朋のシリコンゴムで形成されて
おり、その両端を芯金７にシリコン接着剤で接着するこ
とにより中空層９を密閉している。

上記シリコンゴムの厚さは薄いと強度不足であり、厚い
と弾性力が強くなりすぎて、内部の圧力の変化に対して
ニップ幅が変化しにくくなるので、本実施例の効果を得
るためには約０．５〜２ｙｔｒｔｒｒの範囲が好ましい
。ただし、この範囲は、使用する材料の硬度やローラの
径、内部の圧力等によって異なる。

また、第４図に示すように、弾性表皮体８の表面にテフ
ロン等の耐熱離型性を有する材料で形成された表皮層１
０を設けると、より高い耐久性、信頼性を得られる。中
空層９の空気の圧力は、中空の芯金７に設けられた穴７
ａを通して後述する圧力調整手段により、複写条件に応
じて標準１３即重／ｃｒＡ低圧１．１　Ｋｇ重／ｃｒｌ
　１高圧１６〜重／ｃＪの３段階に設定することができ
る。加熱ローラ１と加圧ローラ２とは、その軸間距離が
、低圧時の両者の半径の和よりも短かくなるように軸の
位置を固定されており、加圧ローラ２が加熱ローラ１と
の当接部においてへこんだ状態で接しているので、従来
のものに比べて低圧で広いニップ幅を確保することがで
きる。

中空層９の空気の圧力を調整する圧力調整手段は、調圧
弁２１．エアポンプ２２．調圧弁駆動モータ２３で構成
されており、エアポンプ２２及び調圧弁駆動モータ２３
は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと記す）３
０によって制御されている。中空層９０気圧は圧力セン
サ２４によって検知され、これが上記設定圧力より低い
と、マイコン３０からの信号によりエアポンプ２２が作
動して空気が加圧ローラ２内に供給される。調圧弁２１
は、中空層９０気圧が所定の基準圧力より高い場合加圧
ローラ内の空気を外に放出し基準圧力まで減圧するもの
で、その基準圧力は、マイコン３０によって制御される
調圧弁駆動モータ２３により、１．１〜重／ｃａ　、　
１．３即重／　ｃａ　、　１．６に７重／ｃｒ；Ｌの３
段階に変化させられる。この調圧弁２１の基準圧力は、
マイコン３０の制御により、上記設定圧力と同じ値に設
定されるので、この調圧弁２１とエアポンプ２２の作用
により、中空層９の気圧はその時の設定圧力に保たれる
。この中空層９０気圧の設定圧力は、通常の複写モード
のときは標準値の１３に９重／ｃｒ＆に設定されている
。厚紙モードに設定されると、上記設定圧力が１６９重
／Ｃｒ７１に設定され、加圧ローラの径が増大してニッ
プ幅がさらに広くなり、定着時間が長くなるため、定着
性の悪い厚紙等を使用した場合の定着性を改善すること
ができる。また両面、又は合成モードにおいては、両面
モードの第二面の複写や合成モードの第２画像の複写（
以下、二度目の複写と呼ぶ）のときには、複写紙が一度
定着装置を通過しているために温度が高く、また含水率
も低くなっていて、再び一度目と同じ条件で定着を行な
うと、ヒートカールが大きくなったり、しわができたり
してトラブルを引き起こしたり、トナーの過溶融により
このトナーが加熱ローラ１に付着してオフセ・ントが発
生したりするので、両面、合成モードの二度目の複写の
際には設定圧力を１１に９重／Ｃａに設定してニップ幅
を狭くすることによって被定着紙に与える熱量を少なく
している。

まだマイコン３０は、温度センサ２５によって加熱ロー
２１の表面の温度を検知し、この情報に応じてヒータ６
をオン・オフして加熱ローラ１の表面温度を所定の値に
維持する制御も行なう。

第５図はマイコン３０における制御内容を示すフローチ
ャートである。以下、この図に従ってその処理手順を説
明する。ステップ（＃１）において、複写機に電源が投
入されると、ステップ（＃２）で複写機の初期設定のだ
めのサブルーチンが実行され、次いでステップ（＃３）
でキー人力処理ルーチンが実行される。このキー人力処
理ルーチンにおいて、複写枚数複写倍率、両面、合成及
び厚紙モード選択等、すべてのキー人力の受付が行われ
、入力された情報がメモリへ記憶される。ステップ（＃
４）では、厚紙モードか否かが判断され、厚紙モードで
あればステップ（＃５）で加圧ローラの中空層９の空気
の設定圧力に、１６９重／ｃｒｌをセットする。厚紙モ
ードでない場合は、ステップ（＃６）に進み、さらに両
面又は合成モードの二度目の複写でないときは、ステッ
プ（＃８）で設定圧力に１３Ｋｇ重／ｃｒ！がセットさ
れる。設定圧力に所定の圧力値がセットされると、ステ
ップ（＃９）でこの設定圧力値が上述の調圧弁基準圧力
にセットされ、加圧ローラ２内の気圧Ｐがこの調圧弁基
準値よりも高いと、ローラ内の空気が外部に放出される
。

ステップ（＃１０　）では加圧ローラ内の気圧Ｐと設定
圧力とを比較し、加圧ロー２２内の気圧Ｐが設定圧力以
下であればステップ（＃１１　）に進む。加圧ローラ２
内の気圧Ｐが設定圧力よりも高い場合には、調圧弁２１
による加圧ローラ２内の空気の放出で気圧Ｐが設定圧力
まで下がった段階で、ステップ（＃１１　）の処理が実
行される。ステップ（＃１１）でも気圧Ｐと設定圧力と
が比較され、気圧Ｐが設定圧力値よりも低いとステップ
（＃１２　）において、エアポンプを作動させる。そし
て気圧Ｐが設定圧力に達すると、ステップ（＃１３　）
に進みエアポンプを停止させる。

加圧ローラ２内の気圧Ｐが設定圧力に保たれると、ステ
ップ（＃１４　）のサブルーチンで加熱ローラ１の温度
調節や、複写倍率及び濃度設定等に関する処理が行なわ
れ、ステップ（＃１５）で複写機をコピー可能状態にセ
ットする。ステップ（＃１６）でプリントキーがオンさ
れたかどうかが判断され、オンされたときはステップ（
＃１７　）の÷ブルーチンを実行する。このステップ（
＃１７　）では、各搬送ローラや感光体ドラム１０２．
現像器１０３．各チャージャ１０４，１０５，１０６．
定着装置１００及び走査光学系３００等を制御して複写
動作を行なう。そして、ステップ（＃１８　）ですべて
の複写処理が終了したと判断されると、ステップ（＃３
）に戻って、以下同様の処理を繰り返す。両面又は合成
モードのときには、その−度目の複写がすべて終了した
段階で複写終了と見なされ、ステップ（＃３）へ戻り、
ステップ（＃６）で二度目の複写であることが判断され
てステップ（＃７）で設定圧力に１１に９重／Ｃａの値
がセットされ、以下同様の処理が行なわれるが、ＡＤＦ
３００を使用している際には二度目の複写のためにプリ
ントキーがオンされないので、このときにはステップ（
＃１６　）においてプリントキーのオンに相当する信号
によってステ・ノブ（＃１７　）を実行する。

本発明によると、加熱ローラ１及び加圧ローラ２間にか
かる圧力が極めて低圧であるだめ、機械的な疲労が少な
く、加熱ローラＣ１・の芯金５を薄肉化することができ
る。また、加圧ローラに封入されている気体の熱容量が
小さく、且つ熱伝導性が低いため、装置の軽量化だけで
なく、電源投入後のウオームアツプ時間を短縮すること
もできる。

−スタートした場合でも、加圧ローラ２が加熱ローラ１
から奪う熱は少なく、第６図に示すように加熱ローラ１
の温度変化が少なく、安定した定着性を得ることができ
る。

また本実施例のように圧力センサ２４を備えることによ
り、温度変化による加圧ローラ２内の気体膨張、気体の
漏洩等にも対応して加圧ローラ内の気圧を調整でき、こ
の調整動作の頻度が一定値以上になると、何らかの異常
を知らせる手段を設けると、さらに効果的である。

本実施例では、加圧ローラ２内の気圧を操作キーによる
設定に従って三段階に変化させる場合について説明した
が、気圧の設定値と、設定値の数は本発明を適用する場
合に応じて自由に変えてもよいことは言うまでもなく、
複写紙の厚さを検知する手段を設け、これによって加圧
ローラ内の気圧を自動的に調整したシ、するいはさらに
この調整を無段階に行なってもよい。また特に熱に弱い
薄紙や、ＯＨＰ用のシートを使用するときのために、加
圧ローラ内の気圧を下げてニップ幅を狭くする薄紙モー
ドやＱＨＰシートモード等を備えると５．これらのシー
トを使用した際のトラブルを防止することができる。さ
らに、複写動作を行なわずに用紙を通紙する通紙モード
を備え、この通紙モードが設定されているときには加圧
ローラ２内の気圧を下げて二・ノブ幅を狭くするように
することも、不必要な熱を用紙に与えることもなく効果
的である。

なお、上記実施例では加圧ロー２２内の気圧の変化によ
ってニップ幅が変化するように、その弾性表皮体の厚さ
を比較的薄くしているが、この表皮体の厚さを厚くする
か、あるいは硬度の高い弾性体を用いると、内圧を変化
させても加圧ローラ２の径があまり大きくならないため
、二・ノブ幅カニあまり変化しなくなるが、こうすると
、内圧を高くすると過剰な熱を加えることなく圧接力を
大きくすることができるだめ、レターへ・ンド用紙等の
表面が粗い用紙を使用した場合に、ヒートカールを起こ
すこと々く、良好な定着が行なえる。

また、上記実施例では、二・ノブ幅を広くするために、
加圧ローラ２の内圧を高くするようにしているが、加圧
ローラ２の軸を固定せずに、圧接ノくネ等により加熱ロ
ーラ１に圧接する構造にすると、加圧ロー２２の内圧を
高くするとニップ幅が狭くなるようにすることができる
。このようにしたときの効果は、バネ等の圧接手段の性
質や加圧ローラ２の表皮体の物性によって異なるが、一
般に、加圧ロー２２の内圧を高くすることによってニッ
プ幅が狭くなると共に圧接する圧力が増加するためレタ
ーヘッド用紙等の表面の粗い用紙や、両面又は合成モー
ド時の二度目の定着時、あるいはＯＨＰシート等の熱に
弱い用紙を用いた場合などに効果があり、加圧ローラ２
の内圧を低くすると、極めて弱い圧接力でも、十分なニ
ップ幅を確保できるので、強度が弱く、シわになりやす
い薄紙等を使用しても、しわにならずに確実に定着を行
なうことができる。

さらに、加圧ローラ２を圧接する圧接力や、あるいは軸
を固定した場合の加熱、加圧ローラ２の軸間距離を例え
ば特開昭５９−８４２７５　、実開昭５９−８９３６４
．特開昭６０−１９１８４号公報等に示される方法によ
り、任意に変化させるようにしてやると、ニップ幅と圧
接力を別々に制＝１８− 御してやることが可能になり、様々な作像条件や用紙の
種類に応じて、常に最適々条件で定着を行なうことが可
能になる。なお、本実施例ではエアポンプ２２より直接
加圧ローラ２に空気が送シ込まれる構造になっているが
、エアポンプ２２と調圧弁２１の間にボンベ、空気室等
の空気圧を高めるために通常用いられる構造にしてもよ
い。

まだ、本実施例では、加圧ローラに封入する気体に空気
を用いたが、ボ／べ等を備えることによって、ヘリウム
、窒素、アルゴン、炭酸ガス等の不活性ガスを用いても
、同様の効果が得られる。

発明の詳細 な説明したように、本発明の加熱定着装置によれば、低
圧接力で充分なニップ幅を確保することができ、定着性
、通紙性が向上すると共に、作像条件に応じて任意に、
しかも低圧接力のままでニップ幅を変化させることがで
きるので、様々な作像条件において、良好な画像定着を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る定着装置の構成を示す概略図、第
２図は同定着装置を適用した複写機の構成を示す断面図
、第３図は同定着装置の加熱ローラ及び加圧ローラの断
面図、第４図は同加圧ローラの他の実施例を示す断面図
、第５図は同定着装置の制御内容を示すフローチャート
、第６図はウオームアツプ直後の加熱ローラの温度変化
を示すグラフである。 １・・・加熱ローラ、２・・・加圧ローラ、３・・分離
爪、４・・・被覆層、５・・・芯金、６・・・ヒータ、
７・・・芯金、８・・・弾性表皮体、９・・・中空層、
１０・・・表皮層、２１・・・調圧弁、２２・・・エア
ポンプ、２３・・・調圧弁駆動モータ、２４・・・圧力
センサ、２５・・・温度センサ、３０・・・マイコン。 出願人　　ミノルタカメラ株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加熱ローラと、気体を封入した中空の弾性体より成
   る加圧ローラと、該加圧ローラ内に封入された気体の圧
   力を調整する圧力調整手段と、作像条件に応じて上記圧
   力調整手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴と
   する加熱定着装置。 ２、上記作像条件が記録紙の厚さであり、上記制御手段
   が記録紙が厚いときに上記加圧ローラ内の気圧を高くし
   、薄いときに低くする制御をするようにした特許請求の
   範囲第１項記載の定着装置。 ３、上記加圧ローラが、その表面に耐熱離型性を有する
   材料で形成された表皮層を有する特許請求の範囲第１項
   記載の定着装置。