JPH02238481A - 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】 〔概要〕 コピー装置、プリンタ装置その他の電子写真記録装置な
どに用いられる熱ローラ定着装置に関し、加熱ローラや
その軸受などが早期に劣化をしたり損傷しない、耐久性
の優れた熱ローラ定着装置を提供することを目的とし、 加熱ローラの外層部分を、上記圧接ローラとの圧接によ
り弾性変形する弾性部材によって形成すると共に、上記
加熱ローラの外層の表面の温度を検出する表面温度検出
手段と、上記加熱ローラの芯金部の温度を検出する芯金
温度検出手段と、上記表面温度検出手段からの出力信号
と上記芯金温度検出手段からの出力信号とによって上記
ヒータの発熱状態を制御する発熱制御手段とを設けて構
成する。

〔産業上の利用分野〕

この発明は、コピー装置、プリンタ装置その他の電子写
真記録装置などに用いられる熱ローラ定着装置に関する
。

電子写真記録装置において、特にトナーによって記録を
行うものでは、トナー像が形成された記録紙を加熱ロー
ラで加熱して像の定着を行うのが一般的である。その際
一般に、加熱ローラ表面とトナー像とが加熱溶解状態で
接触するため、溶解トナーの一部がローラ表面に付着し
て定着像を劣化させたり、次の記録紙に転移するいわゆ
るオフセット現像が発生することがある。オフセット現
象が発生する原因の一つとして、加熱ローラの表面温度
の設定が低すぎたり、逆に高すぎたりすることが挙げら
れる。このため、加熱ローラの表面温度はオフセットが
起こらない温度範囲の中からほぼ中央部を設定温度とし
、その設定温度に保たれるように制御する必要がある。

〔従来の技術〕

第４図及び第５図は、従来の熱ローラ定着装置を示して
おり、５！は、ヒータ５２を内蔵した加熱ローラ。５３
は、板バネ５４によって加熱ローラの表面に接触する温
度センサであり、温度センサ５３からの出力信号にもと
づいて、制御手段６４が電源６５をＯＮ−ＯＦＦ制御し
て、ヒータ５２の発熱状態を制御していた。５５は、記
録紙６２が加熱ローラ５ｌに巻き付くのを防止する分離
爪。５６は、加熱ローラ５ｌの表面上に付着したトナー
をクリーニングするクリーナである。

５８は、装置のフレーム。５７は断熱性の滑り軸受。５
９は、加熱ローラ５ｌの芯金５１ａに連結された耐熱性
ギヤ。６０は抜け止め用のＥリング。６７は駆動モータ
であり、減速ギャ６６及び耐熱性ギャ５９を介して加熱
ローラ５１が回転駆動される。６ｌは、加熱ローラ５ｌ
に圧接されて、加熱ローラ５！と共に回転する圧接ロー
ラであり、両ローラ５１，６１の間に記録紙６２が挟ま
れて搬送され、トナー像６３の定着が行われる。

加熱ローラ５１は芯金部５１ａに外層５１ｂが被覆され
ており、この外層５１ｂは、モノクロ画像を低速で定着
する装置ではフッ素樹脂のコーティングで足りる。しか
し、カラー画像の定着、あるいはモノクロ画像であって
も高速処理の必要な装置では、トナー像との密着性を良
くしないと良質な定着像が得られない。そのため、その
外層５ｔｈ部分は、圧接ローラ６ｌとの圧接により弾性
変形する、例えばシリコンゴム等の弾性体によって形成
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

加熱ローラの芯金５１ａは、熱伝導率の高いアルミニウ
ム合金（熱伝導率１　７　５ｋｃａｌ／ｍｈ’ｃ）など
で形成されているが、外層５１ｂは、熱伝導率の低いシ
リコンゴム（熱伝導率０．　　１　３ｋｃａｌ／ｍｈ℃
）などで形成されているため、外層５１ｂの表側と裏側
で温度差を生じる。ヒータ５２による加熱は外層５１ｂ
の表側が所定の温度になるまで続けられるため、外層５
１ｂの厚さが厚いほど、また通紙による外層５１ｂの温
度低下が大きいほど、裏側すなわち芯金５１ａは、より
高温に加熱される。たとえば、外層５１ｂの厚みが２ｍ
ｍのとき、連続通紙をした場合に、加熱ローラの表面温
度が１８０℃でも、芯金５１ａの温度は２４０℃まで達
することがある。

一方、断熱性の滑り軸受５７やギヤ５９などは、耐熱温
度の高いポリイミド、ＰＰＳ　（ポリフェニレンサルフ
ァイド）等をベースに作られ、耐熱温度は常時２１０℃
程度、瞬間的でも２３０℃程度である。したがって、芯
金５１ａが２４０℃まで達すると、滑り軸受５７やギャ
５９の耐熱温度を越えて熱変形や亀裂を生じ、加熱ロー
ラ５ｌの回転が不可能になるため、定着装置としての機
能を果たさなくな，るという問題が生じていた。特に、
外層５１ｂの厚さが厚いほどそのような問題の発生が顕
著であった。また、芯金５１ａの温度が耐熱温度以下で
も、外層５１ｂの裏側で高温状態が持続すると、芯金５
１ａからゴムが剥離するなどして加熱ローラ５ｌの寿命
を著しく減少させる問題も発生していた。

本発明は、従来のそのような欠点を解消し、加熱ローラ
やその紬受などが早期に劣化をしたり損傷しない、耐久
性の優れた熱ローラ定着装置を提供することを目的とす
る。

部分を、上記圧接ローラ１ｌとの圧接により弾性変形す
る弾性部材によって形成すると共に、上記加熱ローラｌ
の外層１ｂの表面の温度を検出する表面温度検出手段３
ａと、上記加熱ローラｌの芯金１ａ部の温度を検出する
芯金温度検出手段３ｂと、上記表面温度検出手段３ａか
らの出力信号と上記芯金温度検出手段３ｂからの出力信
号とによって上記ヒータ２の発熱状態を制御する発熱制
御手段１４．１５とを設けたことを特徴とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明の熱ローラ定着装置
は、実施例を説明するための第１図に示されるように、
芯金１ａ部にヒータ２を内蔵した回転自在な加熱ローラ
ｌと、上記加熱ローラｌに圧接されて加熱ローラｌと共
に回転する圧接ローラ１１とを有し、記録紙を上記加熱
ローラｌと圧接ローラ１１との間に挟んで加圧して通過
させることにより、記録紙上に像の定着を行う熱ローラ
定着装置において、上記加熱ローラｌの外層ｔｂ〔作用
〕 加熱ローラ！の芯金１ａ部に内蔵されたヒータ２の発熱
状態が、加熱ローラｌの外層ｉｂ表面の温度を検出する
表面温度検出手段３ａの出力と、芯金１ａ部の温度を検
出する芯金温度検出手段３ｂの出力とによって制御され
る。

〔実施例〕

図面を参照して実施例を説明する。

第３図は本発明の一実施例のプリンタを示している。プ
リンタの中央部付近には、記録紙Ｉ２に転写する画像情
報を外周面に写して回転する感光ドラム２２が設けられ
ている。この感光ドラム２２の周囲には、前帯電器３ｌ
と、ＬＥＤアレイ等からなる潜像形成手段３２と、現像
器３３と、転写器３４と、除電器３５と、クリーナ３６
とが配置されている。

ホッパ４０上に積載された記録紙ｌ２は、これに圧接す
るピックローラ４ｌの回転により第１の紙送りローラ（
待機ローラ）４２の方に供給され、これに接触した状態
で印字命令が発せられるのを待機する。

記録紙ｌ２を感光ドラム２２の外周面に接触しながら通
過させるように、感光ドラム２２の前後には、第２と第
３の紙送りローラ２３，ｌが配置されている。このうち
感光ドラム２２の後に設けられた第３の紙送りローラｌ
は加熱ローラであり、記録紙ｌ２にトナー像を定着させ
る定着器の役割を果たしている。１１は、加熱ローラｌ
に圧接され工回転する加圧ローラである。

感光ドラム２２は第３図の矢印のように回転し、記録紙
ｌ２は、ホッパ４０側から紙送りローラ４２により搬送
路４３を経て供給され、第２の紙送りローラ２３によっ
て、転写部３４へ感光ドラム２２の回転と同期して供給
される。

一方、感光ドラム２２は前帯電器３ｌにより一様に帯電
され、潜像形成手段３２により静電潜像が形成され、次
いでその潜像を現像器３３でトナー像とする。そのトナ
ー像は、転写器３４によって記録紙ｌ２に転写される。

次に、記録紙ｌ２は左方に搬送されて、定着装置である
加熱ローラｌと加圧ローラ１１との間に挟まれながら加
熱されてトナー像の定着が行われれる。そして、定着完
了した記録紙ｌ２は排出口ーラ４４によりスタッカ４５
へ排出される。

転写を完了した感光ドラム２２の表面は、除電器３５に
より除電され、残りのトナーはクリーナによって清掃さ
れる。

第１図は、加熱ローラｌと圧接ローラ１ｌなどで形成さ
れる熱ローラ定着装置の部分を示している。図中、ｌは
、上述のとおり加熱ローラである。

その芯金１ａ部分は例えばアルミニウム合金製、外層１
ｂ部分は例えば厚さ２ｍｍのシリコンゴム製である。ま
た、芯金１ａ内には芯金１ａを加熱するヒータ２が内蔵
されており、このヒータ２としては、例えはハロゲンラ
ンプが用いられている。

３ａは、外層１ｂの表面に接触して加熱ローラＩの表面
温度を検出する温度センサ（表面温度検出手段）。３ｂ
は、芯金１ａに接触して、芯金１ａの温度を検出する温
度センサ（芯金温度検出手段）であり、両温度センサ３
ａ，３ｂともに、図示されていない板バネによって、外
層３ｂの表面又は芯金１ａの表面に押し付けられて接触
している。なお、従来技術の項で説明したのと同様に、
記録紙ｌ２が加熱ローラｌに巻き付くのを防止するため
の分離爪、及び加熱ローラｌの表面上に付着したトナー
をクリーニングするためのクリーナなども設けられてい
るが、本発明と直接の関係がないので図示は省略されて
いる。

８は、プリンタ装置のフレーム。７及び９は、例えばポ
リイミド又はボリフェニレンサルファイドなど耐熱性の
ある樹脂で形成された滑り紬受及びギヤである。紬受７
は芯金１ａを回転自在に紬支し、ギャ９は芯金１ａに一
体となって回転するように連結されている。ｌＯは抜け
止め用のＥリングである。また、１７は駆動モータであ
り、減速ギャｌ６及びギャ９を介して加熱ローラｌを回
転駆動する。

１１は、加熱ローラｌに圧接されて加熱ローラｌと共に
回転する圧接ローラであり、アルミニウム合金製の芯金
１１ａにシリコンゴム製の外層１ｂを被覆したものであ
る。

ｌ５は、ヒータ２に発熱用の電力を供給する電源（通電
手段）。ｌ４は、２つの温度センサ３ａ，３ｂからの検
出信号が入力されてそれらの入力値を予め設定した基準
値と比較して電源１５をＯＮ−ＯＦＦ制御する比較回路
であり、ヒータ２の発熱状態を制御する発熱制御手段が
、これら電源ｌ５及び比較回路ｌ４によって構成されて
いる。

この実施例においては、基準値Ｔ　＋，　Ｔ　２，　Ｔ
　４は次のように設定されている。

Ｔ１　：加熱ローラの外表面温度の下限温度（コールド
オフセットが発生しない温度） Ｔ２　：加熱ローラの外表面温度の上限温度（ホットオ
フセットが発生しない温度） Ｔ４　：加熱ローラの芯金温度の上限温度（軸受及びギ
ヤ等の耐熱温度） 上記温度において、Ｔ，とＴｔとの温度差は、使用する
トナーの特性や定着装置の構成、設定条件等により異な
るが、一般に３０〜４０℃である。

また加熱ローラｌの表面温度がＴ，以下のとき、芯金の
温度は常にＴ４を超えないように、外層部ｔｂのゴム厚
等を設定してある。

この実施例では、表面温度センサ３ａによっ１て検知し
た温度がＴ＋　となったとき、電源！５に通電信号を送
リヒータ２をオンさせる。また表面温度センサ３ａによ
り検知した温度がＴ，になるか芯金温度センサ３ｂによ
り検知した温度がＴ４になったとき（どちらか先に発生
した方を選択する）、電源ｌ５に送っていた通電信号を
停止しヒータ２をオフさせる。このように加熱ローラｌ
の表面温度と芯金温度を制御することにより、Ｔ，≦　
加熱ローラの表面温度　≦Ｔ２加熱ローラの芯金温度　
≦Ｔ４ という関係が常に保たれる。

加熱ローラｌの表面温度は上記関係を常に満足するので
、オフセット減少は発生しない。また芯金温度は紬受及
びギヤの耐熱温度以下に保たれるので、熱変形や亀裂の
発生を防止することができる。

なお、本実施例では、加熱ローラｌの芯金温度の下限を
設けなかったが、下限温度（Ｔ，とする）を設定して制
御してもよい。この場合、表面温度センサ３ａにより検
知した温度がＴ１になるか芯金温度センサ３ｂにより検
知した温度がＴ，になったとき（どちらか先に発生した
方を選択する）、電源ｌ５に送っていた通電信号を停止
してヒータ２をオワさせる点が、上記の場合と異なる。

また、上記実施例においては、電源ｌ５をＯＮ−ＯＦＦ
させることによりヒータ２の発熱状態の制御を行ったが
、本発明はこれに限定されるものではなく電源電圧を適
宜変化させてヒータ２の発熱状態を制御させるようにし
てもよい。

また、上記実施例では、滑り軸受７により加熱ローラを
支持した例を示したが、第２図（定着装置の右側部分だ
け図示）に示すように、断熱スリーブｌ９を介して耐熱
ベアリングｌ８で加熱ローラを支持してもよい。このよ
うにすれば、滑り軸受で支持するよりも、耐磨耗性、耐
荷重性に優れている。この場合、芯金温度の上限温度Ｔ
４を断熱スリーブｌ９とギャ９の耐熱温度に設定して、
上記実施例と同様の制御を行えば、断熱スリーブ及びギ
ヤの熱変形や亀裂の発生を防止することができる。

〔発明の効果〕

本発明の熱ローラ定着装置によれば、加熱ローラの外層
の表面温度だけでなく、芯金の温度をも検出してヒータ
の発熱状態を制御するようにしたので、適正な定着が行
われる温度に表面温度を維持すると同時に、各部の耐久
性を損なわない範囲に芯金部の温度を保つことが可能と
なり、加熱口−ラの早期劣化や、その周辺の紬受及びギ
ヤ等の損傷を未然に防止して、優れた耐久性を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の構成図、 第２図は他の実施例の部分断面図、 第３図はプリンタの側面略示図、 第４図は従来例の側面断面図、 第５図は従来例の平面断面図である。 図中、 ｌ・・・加熱ローラ、 １ａ・・・芯金、 １ｂ・・・外層、 ２・・・ヒータ、 ３ａ・・・温度センサ ３ｂ・・・温度センサ ｌ４・・・比較手段、 ｌ５・・・電源。 （表面温度検出手段）、 （芯金温度検出手段）、 化の実ＸＥＪＩ１の部分断面図 第２図 ７”Ｊンタ／）ａ！ｌ［１ｉ１齢示図 第３ｗＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 芯金（１ａ）部にヒータ（２）を内蔵した回転自在な加
   熱ローラ（１）と、 上記加熱ローラ（１）に圧接されて加熱ローラ（１）と
   共に回転する圧接ローラ（１１）とを有し、 記録紙を上記加熱ローラ（１）と圧接ローラ（１１）と
   の間に挟んで加圧して通過させることにより、記録紙上
   に像の定着を行う熱ローラ定着装置において、 上記加熱ローラ（１）の外層（１ｂ）部分を、上記圧接
   ローラ（１１）との圧接により弾性変形する弾性部材に
   よって形成すると共に、 上記加熱ローラ（１）の外層（１ｂ）の表面の温度を検
   出する表面温度検出手段（３ａ）と、上記加熱ローラ（
   １）の芯金（１ａ）部の温度を検出する芯金温度検出手
   段（３ｂ）と、 上記表面温度検出手段（３ａ）からの出力信号と上記芯
   金温度検出手段（３ｂ）からの出力信号とによって上記
   ヒータ（２）の発熱状態を制御する発熱制御手段（１４
   、１５）とを設けたことを特徴とする熱ローラ定着装置
   。