JPH02193179A - 熱ローラ定着装置 - 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、電子写真式の画像記録装置に使用され、転写
材上のトナー像を溶融定着する熱ローラ定着装置に関す
るものである。

【従来の技術】

第１Ｏ図は静電気録装置の熱ローラ定着装置の一例を示
す断面図で、例えば、特開昭５５−８１３７８号公報に
よって知られている。 図においてｌは表面に２０μｍ〜６０μｍのテフロンを
コーティングした肉厚４ｍｍ〜５ｍｍアルミニウム製の
ローラからなる熱ローラ、２は赤外線ランプ等からなる
加熱素子、３は熱電対或はサーミスタ等からなり、熱ロ
ーラ１の表面に軽く接触して熱ローラ１の表面温度を検
知する温度センサ、４は熱ローラｌとの間に記録紙を挟
み通過せしめるための下ローラであり、通常シリコンゴ
ム製、またシリコンゴムを被覆したローラである。５は
熱口−ラ１および下ローラ（加圧ローラ）４を支持する
ベアリング、６および７は熱ローラ１および下ローラ４
を回転させるギアである。 こうしてトナーは定着されるが、熱ローラｌの表面温度
を常に一定に保つために、上記熱ローラ１の表面温度を
検知して信号に変換し制御している。 これら表面温度の検知デバイスとしては上記接触型温度
センサの外に熱ローラ１の表面から僅か離した位置に検
知素子を設けた非接触温度センサも一般に使用されてい
る（実開昭５７−１１２３６５号公報）。 ［発明が解決しようとする問題点］ 前記接触温度センサを用いた場合には、熱ロラ表面にト
ナーが溶着して硬化したり、異物が付着したりすると、
該熱ローラ表面に当接する温度センサや熱ローラ表面が
摩耗したり、損傷したりして耐用回数が低下する等の問
題がある。 また非接触温度センサを用いて温度を検知し、制御する
方法は熱ローラ表面に極めて接近した位置に非接触温度
センサを設置して、熱ローラ表面の温度検出に対する応
答性を良くする。しかしアイドリング中とコピー動作中
とでは非接触温度センサによる検知温度が異なるため、
ある程度アイドリング中の温度からコピー動作中の温度
を予測して温度のコントロールがされている。こうして
も、非接触温度センサだけでは正しい予測制御は出来ず
、定着むらを生ずる等の問題がある。

【問題点を解決するための手段】

本発明の目的は、これらの欠点を除去し、熱ローラ表面
や温度センサの摩耗・損傷のない非接触温度センサを用
い、予測温度制御をより正確に行うことにより、常にき
れいなコピーが得られる熱ローラ定着装置を提供するこ
とにある。 上記目的を達成する本発明の熱ローラ定着装置は、加熱
手段を内蔵して回転する熱ローラと、これに押圧する加
圧ローラとの間に転写材を挟持し、該転写材に付着した
トナー像の定着を行う熱ローラ定着装置において、前記
熱ローラの表面温度を非接触で検知する主の非接触温度
センサと、上記熱ローラの表面に接触して表面温度を直
接検知する補正用の温度センサを前記非接触温度センサ
の近傍に設けたことを特徴とするものである。また本発
明の熱ローラ定着装置はアイドリング時には、上記補正
用の温度センサを熱ローラに接触させて上記加熱手段の
制御を行い、コピー動作時には、上記補正用温度センサ
を後退させて非接触状態になし、前記主の非接触温度セ
ンサにより前記熱ローラの温度制御を行うための、コピ
ー動作中の非接触温度センサに対する温度補正を該補正
用の温度センサのアイドリング中の出力を用いて補正す
ることを特徴とする熱ローラ定着装置である。

【実施例】

以下、図面を用いて本発明の熱ローラ定着装置の実施例
を説明する。 第９図は本発明の熱ローラ定着装置を装備した複写機の
構成図である。まず、複写機における定着装置に至るま
での工程の概略を説明する。像担持体１０は帯電器１１
により帯電され、像担持体１０表面の光導電面は、−様
に電荷を保持して回転し、露光部２０に至る。該露光部
２０では、光源により照射されて原稿の反射光がミラー
　レンズ等の光学系により走査され、像担持体１０の光
導電面に入射され、原稿画像の静電潜像を作る。この静
電潜像は現像部３０において現像され、潜像のトナー像
が形成される。該トナー像は転写部４０において、同期
して給送されてきた転写紙上にトナー像を転写する。ト
ナー像を転写した転写紙は分離電極４１により像担持体
１０から分離され、搬送ベルト４２によって搬送されて
、更に本発明に係る熱ローラ定着装置５０により熱定着
されて機外に排出される。 一方、分離電極４１で転写紙を分離した像担持体ｌＯは
未転写の残留トナーを担持したままクリーニング装置４
３に至り、ここで該像担持体１０の残留トナーが除去さ
れ、新たなコピ゛−サイクルが準備される。 第１図は本発明に係る熱ローラ定着装置５０の断面図で
ある。図において５１は熱ローラで、該熱ローラ５１の
内部にはハロゲンヒータ５２が配設されている。上記熱
ローラ５１の下側には対向ローラとして、熱ローラ５１
に圧着して、加圧ローラ５３が設けられている。前記一
対のローラ間をトナー像を有した転写紙か、トナー像を
ローラ５１側に向けて通過することにより、前記転写紙
上のトナー像の定着か行われる。 熱ローラ５１は、パイプ状の金属性芯金の外側に、厚さ
３０μｍ程度のテトラフルオロエチレンーパーフルオロ
アルキルヒニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）チューブを
被覆させ外径寸法が約６０ｍｍのローラである。 上記ローラ５１に内蔵されたハロゲンヒータ５２は、熱
ローラ５１のほぼ中央に位置する１５００ｗと６００ｗ
のヒータである。そしてその発熱量は、熱ローラ５１の
周面に近接して配置され非接触温度センサ５４の温度検
出により、熱ローラ５１の周面温度が複写時には２００
°Ｃ前後に保たれるようコントロールされている。 上記熱ローラ５１の周面上方には、オイル塗布ロラ５５
が、その自重およびばねによって前記熱ローラ５１に圧
接して従動回転しなから該熱ローラ５１の周面にオイル
を塗布する。５６はオイル塗布ローラ５５にオイルを常
時供給するオイル供給手段であり、箱状枠体５６Ａに内
蔵されているオイル含浸パッド５６Ｂがオイル塗布ロー
ラ５５の周面に摺接してオイルを供給する。５７は、発
泡したシリコンゴム製のクリーニングローラであり、熱
ローラ５１の周面に付着したトナー等を吸着除去する。 加圧ローラ５３は前記熱ローラ５１に対し、直下から圧
接して反時計方向に回転するようになっている。該加圧
ローラ５３の周面に近接して補助加熱手段５８が配設さ
れている。該補助加熱手段５８は、発熱素子を用いたヒ
ータを内蔵していて、加圧ローラ５３の表面温度をコン
トロールしている。 上記熱ローラ５１と加圧ローラ５３の圧接部に向かって
、その上面にトナー像を転写した転写紙を、矢示Ａ方向
からガイド板５０１．５０２の案内によって搬入する。 該転写紙は上記両ローラ５１，５３の圧接部で挟持され
、矢示方向に搬送される。この際、転写紙上のトナーは
、前記熱ローラ５１に内蔵されたヒータ５２の発熱量に
よって熔融され、転写紙上に定着される。トナー像が定
着された転写紙は、前記両ローラ５１，５２の圧接部か
ら搬出され、分離爪５０３　、５０４によって両ローラ
周面から剥離され、ガイド部材５０５．５０６の案内を
経て、矢示Ｂ方向から熱ローラ定着装置５０の外方へ排
出する。 第２図は前記非接触温度センサ５４０と補正用温度セン
サ５４２とを備えた熱ローラ定着装置の要部の斜視図、
第３図は該装置の要部の平面図である。 非接触温度センサ５４０として熱電対またはサーミスタ
等の測温素子は熱ローラ５１の周面より一定距離を隔て
て設置するために、基板５４３上に位置決め部材５４１
により固設されている。またこの基板５４３上には後に
説明する補正用の接触温度センサ５４２が水平方向に移
動可能な状態で設置されていて測温ユニット５４を構成
している。 熱ローラ５１の温度コントロールをするために、非接触
温度センサ５４０を用いた時、熱ローラ５１及び非接触
温度センサ５４０の温度変化の状況を第４図に示す。横
軸に時間、縦軸に温度をとって示しである。 複写機のスイッチをＯＮして、アイドリング状態に入る
と、熱ローラ５１の表面温度は時間と共に温度は上昇し
５．やがて所定の温度に到達した後は、設定温度を維持
するように制御される。 そこでコピー動作に入ると、転写紙の挟持・通過によっ
て熱を奪われるため、−膜内には、熱ローラ表面（周面
）の温度は図示のように低下する。 そこで、この低下を補うよう熱ローラの熱源制御による
温度コントロールが必要である。 熱ローラ５１の表面実体温度Ｔ２と非接触温度センサ５
４０部分の雰囲気温度とは熱ローラ５１の回転により、
温度境界層の厚さが変化する。この状況を第５図、第６
図に示す。第５図は熱ローラ５１の表面近傍の温度境界
層と速度境界層の説明図であり、第６図（Ａ）は温度境
界層の温度分布の説明図、第６図（Ｂ）は速度境界層の
速度分布の説明図を示す。 温度境界層Ａとは、熱ローラ表面から、熱ローラ近傍の
雰囲気温度が周囲の均一な雰囲気温度になるまでの温度
分布をもった層のことであり、その距離を、温度境界層
の厚さδｔて表現する。 上記熱ローラ５１のアイドリング中は、熱ローラ５１が
回転を中止していて、熱ローラ５１周辺の大気の自然対
流によってのみ雰囲気が形成されるから、上記温度境界
層の厚さδＬは、第６図（Ａ）の実線に示す内側の範囲
となる。そして温度境界層内の温度分布を実線の曲線お
よび矢示の高さで示す。 一方、熱ローラ５１のコピー動作中は、熱ローラ５１が
回転し、温度境界層Ａｃの厚さδＬは第６図（Ａ）の破
線で示す範囲まで拡がる。 第６図（Ｂ）は熱ローラ５１の表面近傍の空気層の速度
分布を示す図である。図において速度境界層Ｂは、熱ロ
ーラ表面から熱ローラ近傍の空気の速度が周囲の一様な
速度になるまでの層である。 熱ローラ５１の表面から空気の流れの速度が周囲流と一
様となる距離を速度境界層の厚さδと称する。 熱ローラの系においては、多くの場合周囲流は静止と考
えてよいので、この速度は０と考えてよい。 そしてアイドリンク中の速度境界層Ｂｉの厚さおよび速
度分布を実線で示し、コピー動作中の速度境界層Ｂｃの
厚さおよび速度分布を破線で示す。 また、速度境界層の厚さは、温度境界層の厚さより１ｍ
ｍ程度大きい。 次に、今回の熱ローラの系においてこれらの境界層の厚
さを近似的に算出したところ、δ＝７〜９＋ｎｍ となった。非接触温度センサ５４０は、この範囲内に設
置される。 このように温度境界層が変化するため、温度差ΔＴを生
ずる。しかしアイドリング中の温度差ΔＴ１とコピー動
作中差ΔＴｃとは Ｔ　２ｉ　−Ｔ　ｉ）　Ｔ　、ｃ　−Ｔ　、Ｃ；　　Δ
Ｔｉ）ΔＴｃの関係があり、ΔＴｃよりΔＴ＋ｃの方が
値が小さくなる。このため非接触温度センサ５４０の出
力を用いてコピー動作中の熱ローラ表面の温度をアイド
リング中の温度差ΔＴｉから予測する。 予測温度Ｔｓは　Ｔｓ＝　Ｔ　ＩＣ＋ΔＴｉ　　となる
。 しかしコピー動作中の実際の熱ローラ５１の表面の温度
は；実際温度Ｔｓ’として Ｔ、ｃ＋ΔＴｃ（Ｔ、ｃ＋ΔＴｉ　　；　　Ｔｓ’（Ｔ
ｓとなって予測温度の値より小さくなってしまう。 そこで、第２図に示すように非接触センサ５４０の近傍
に２００°Ｃの耐熱性を持ち、剥離性の良い発泡シリコ
ンゴム等の材料を付けた補正用温度センサ５４２を基板
上５４３に設置する。この補正用温度センサ５４２は水
平方向に移動可能になっていて、熱ローラ５１の表面に
接触したり、後退して非接触になったりすることが出来
る。第７図（Ａ）、第７図（Ｂ）および第８図にこの移
動機構を示す。第７図（Ａ）で補正用温度センサ５４２
はアーム５４４の先端に熱ローラ５１の表面に接触可能
な状態で取り付けられている。このアーム５４４は５４
４Ａを回転軸として、熱ローラ５１の表面に補正用温度
センサ５４２が接するように回転可能である。またアー
ム５４４の他端はソレノイド５４５，５４５Ａを回転軸
として回転フリーに連結されている。ソレノイド５４５
が駆動されると第７図（Ｂ）のように５４５Ａを軸とし
て回転し熱ローラ５１の表面と接触する。 他の例として第８図のように、アーム５４６には補正用
温度センサ５４２か取り付けてあり、先端部は５４６Ａ
を回転軸として補正用温度センサ５４２が熱ローラ５１
の表面に接するように回転可能となっている。カム５４
７は５４７Ａを軸として回転可能で、アーム５４６の他
端にバネ５４８でカム５４７に押接さてる。 カム５４７が回転駆動されると、アーム５４６をバネ５
４８に抗して矢示の方向に移動し、点線で示すように、
補正用温度センサ５４２を熱ローラ５１の表面に接触さ
せる。 こうしてアイドリンク中は熱ローラ５１の表面に接触し
て実体温度Ｔ２ｉを測定して熱源ヒータの０Ｎ１ＯＦＦ
制御を行う。次にコピー動作中は補正用温度センサ５４
２を熱ローラ５１の表面から離すため後退させておき、
熱ローラ５１の表面の温度を温度差ΔＴｃを用いて予測
する。即ち予測温度ＴｓはＴ　ｓ−Ｔ　、ｃ十ΔＴｃ　
　　　　とする。 ここでΔＴｃは紙サイズ等を考慮した関数とした補正係
数として、あらかじめＲＯＭ等にテーブルとして記憶さ
せてをき、補正用温度センサ５４２のソレノイド５４５
やカム５４７の駆動制御と共にＣＰＵの制御によって使
用状況の変化に対応した予測演算を行って熱源の制御を
行う。こうしてより実体にあっ、た正確な温度をコント
ロールが可能となる。

【発明の効果】

上述のように本発明の熱ローラ定着装置は、熱ローラ表
面や温度センサの摩耗、損傷の無い非接触温度センサを
用い、温度コントロールをする場合に、熱ローラの実体
温度と非接触温度センサとで温度差を生ずる。そのため
熱ローラに接触する補正用温度センサを設け、アイドリ
ング中は補正用温度センサで、また、コピー動作中は前
記温度差を利用して熱ローラ表面の実体温度を予測演算
して熱源を制御することによって、従来より正確な温度
コントロールすることが出来るようになった。よって常
にむらのない、きれいなコピーが安定して得られる、熱
ローラ定着装置を提供できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱ローラ定着装置の一実施例を示す断
面図、第２図は熱ローラ定着装置の要部の斜視図、第３
図は該装置の要部平面図、第４図は熱ローラ表面とセン
サ部の温度変化を示す線図、第５図は熱ローラ表面近傍
の温度境界層と速度境界層の説明図、第６図は黙ローラ
表面近傍の温度変化と速度変化を示す状態図、第７図は
補正用温度センサの移動機構図、第８図は温度センサの
他の移動機構図、第９図は本発明の熱ローラ定着装置の
装備した複写機の構成図、第１０図は従来の熱ローラ定
着装置の一例を示す断面図である。 ５０・・・熱ローラ定着装置 ５１・・・熱ローラ　　　　５２・・・ハロゲンヒータ
５３・・・加圧ローラ　　　５４・・・測温ユニット５
４０・・・非接触温度センサ ５４１・・・位置決め部材　５４２・・・補正用温度セ
ンサ５４３・・・基板　　　　　　５４４・・アーム５
４４Ａ、５４５Ａ、５４７Ａ・・・回転軸５４５・・・
ソレノイド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱手段を内蔵して回転する熱ローラと、これに
   押圧する加圧ローラとの間に転写材を挟持し、該転写材
   に付着したトナー像の定着を行う熱ローラ定着装置にお
   いて、前記熱ローラの表面温度を非接触で検知する主の
   非接触温度センサと、上記熱ローラの表面に接触して表
   面温度を直接検知する補正用の温度センサを前記非接触
   温度センサの近傍に設けたことを特徴とする熱ローラ定
   着装置。
2. （２）前記熱ローラ定着装置のアイドリング時には、上
   記補正用の温度センサを熱ローラに接触させて上記加熱
   手段の制御を行い、コピー動作時には、上記補正用温度
   センサを後退させて非接触状態になし、前記主の非接触
   温度センサにより前記熱ローラの温度制御を行うための
   、コピー動作中の非接触温度センサに対する温度補正を
   該補正用の温度センサのアイドリング中の出力を用いて
   補正することを特徴とする熱ローラ定着装置。