JPH02293774A - 画像加熱定着装置 - 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、複写機・レーザビームプリンタ・ファクシミ
リ・マイクロフィルムリーダプリンタ・画像表示（ディ
スプレイ）装置・記録機等の画像形成装置に組み込む画
像加熱定着装置に関する。

更に詳しくは、電子写真・静電記録・磁気記録等の適宜
の画像形成プロセス手段により加熱溶融性の樹脂等より
成るトナーを用いて記録材（エレクトロファックスシ一
ト・静電記録シート・転写材シート・印刷紙など）の面
に直接方式もしくは間接ぐ転写）方式で目的の画像情報
に対応した未定着のトナー画像を形成担持させ、該未定
着のトナー画像を該画像を担持している記録材面に水久
固着画像として加熱定着処理する方式の定着装置に関す
る。

（従来の技術） 従来、加熱定着式の画像定着装置としては、所定の温度
に維持された加熱ローラと、弾性層を有して該加熱ロー
ラに圧接する加圧ローラとによって、未定着のトナー画
像が形成された記録材を扶持搬送しつつ加熱するローラ
定着方式が多用されている。

しかしながら、この種の装置では、加熱ローラにトナー
が転移するいわゆる才フセッ１へ現象を防止するために
、加熱ローラを最適な温度に維持する必要があり、加熱
ローラあるいは加熱体の熱容量を大きくしなければなら
なかった。すなわち、加熱ローラの熱容量か小さい場合
には、発熱体による供給熱量との関係により通紙あるい
は他の外的要因で加熱ローラ温度が低温側あるいは高温
側に大きく変動し易くなる。低温側に変動した場合には
、トナーの軟化溶融不足によって、定着不良や低温オフ
セットを生し、高温側に変動した場合には、トナーが完
全に溶融してしまいトナーの凝集力が低下するために、
高温オフセットを生ずる。

この問題を回避するために、加熱ローラの熱容量を大き
くすると、加熱ローラを所定の温度まで昇温するための
時間か長くなり、装置の使用の１際に待機時間が大きく
なるという別の問題が生する。

かかる問題を解決する方策として米国特許第３．５７１
１．７９７号明細書に開示されているように、■トナー
像を加熱体ウエブに接触させてその融点へ加熱して溶融
し、 ■溶融後、そのトナーを冷却して比較的高い粘性とし、 ■トナーの付着する傾向を弱めた状態で加熱体ウェブか
ら剥す、 という過程を紅ることによって、オフセットを生せすに
定着する方式か知られている。

上記公知の方式では、これに加えて加熱体に対して、ト
ナー像及び記録材を加圧圧接することなしに加熱する方
式をとっているので、記録材を加熱する必要がなく他の
方法に較べてはるかに少ないエネルギーでトナーを溶融
できるとしている。

しかしながら、周知のごとく加圧圧接させることなく加
熱体に接触した場合は、熱伝達効率が低下し、トナーの
加熱溶融に比較的長時間を要する。

そこで特公昭５１−２９８２５公報（特願昭４７−２５
８９６号）に、これに公知の加圧圧接技術を付加して熱
伝達率の向上を図りトナーの加熱溶融を短時間でしかも
十分に行うことが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この公報に開示の装置では、トナーの加
熱を比較的短時間でしかも十分行えるようにするために
、 ■一対の加熱体の間にトナー像及び記録材を加圧挟持さ
せて加熱し、 ■加熱を停止して後強制的に冷却する、方式をとフでい
るので、定着に要するエネルキが大きくなるという不都
合を生ずる。すなわち、対の加熱体により加熱させるこ
とにより、トナー像は−Ｆ下から加熱されるので−見効
率的に考えられるが、逆にトナー像を記録材｛ＩＩＩか
ら加熱するには、先ず記録材を十分に加熱することが必
要であり、そのためにかえって大きなエーネルギーか必
要となる。さらに、冷却工程においては１〜ナー像を加
熱する際に加熱昇温した記録材をも冷却しなければ分離
できす、強制的な冷却手段が必要となっておりエネルキ
一の無駄が大きい。

以上のように、一旦加熱したトナーを冷却した後に分離
することで高温オフセットを生することなく定着する方
式か提案されているが、上記のごとくの欠点を伴うため
に実用化されていない。

上記２つの提案例では加熱体は加熱ローラ及ひこれによ
り送られるウェブと加熱ローラに内蔵された発熱源とに
よって構成されていて加熱はウエブを介して行われ、ウ
ェブの搬送ローラとしての機能を有している。このため
、発熱源への給電方法や温度検知素子の当接支持の形態
が複雑化し、また、温度制御の精度も悪くなりがちであ
った。

さらには、温度検知素子が加熱ローラと摺動する構成で
は断線による過昇温が生ずる等安全上の問題もあった。

しかも、上述２例の場合ともに比較的大きな熱容量の加
熱体を必要とするために、機内への放熱が増大し、機内
昇温か著るしくなるという不都合もあった。

本発明は、上述の従来装置の有していた問題点を解決し
、定着不良やオフセットを生ずることなく加熱体の熱容
量を小さくすることを可能とし、その結果、待機時間や
消費電力、さらには機内昇温の小さい、またその他にも
顕著な特長を有する画像形成装置を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、定着フィルムと、該定着フィルムの走行駆動
手段と、該定着フィルムを中にしてその方面側に配置さ
れた加熱体と、他方面側に該加熱体に対向して配置され
該加熱体に対して該定着フィルムを介して画像定着すべ
き記録材の顕画像担持面を密着させる加圧部材を有し、
該定着フィルムは少なくとも画像定着実行時は該定着フ
ィルムと加圧部材との間に搬送導入される画像定着すべ
き記録材と順方向に同一速度で走行させて該走行定着フ
ィルムと該導入記録材とを互いに一体密着状態で該加熱
体と該加圧部材の圧接で形成される定着ニップ部を通過
させることにより該定着ニップ部に対応している加熱体
側の加熱部の熱で記録材の顕画像担持面を該定着フィル
ムを介して加熱して顕画像の加熱定着を行なわせ、前記
加熱体の加熱部は加熱体に具備させたパルス状に通電発
熱を繰返す発熱体で昇温し、該発熱体に対する給電は給
電部に商用ＡＣ電源の電圧値が極犬もしくは極小となる
時点を検出する手段を具備させ、該検出手段による電圧
極大値検出時点もしくは極小値検出時点において発熱体
にパルス電力を供給する構成とした、ことを特徴とする
画像加熱定着装置である。

又本発明は上記構成の装置において更に、前記電圧値検
出手段が電圧極大値もしくは極小値を検出した時点を計
数する手段を具備させ、該計数手段の計数値に応じて発
熱体にパルス電力を供給する構成とした、ことを特徴と
する画像加熱定着装置である。

（作用） （１）記録材の搬送方向と同一速度で同一方向に走行駆
動状態の定着フィルムと加圧部材との間に導入された画
像定着すべき記録材は、定着フィルム面に未定着トナー
画像担持側の面が密着して定着フィルムと一緒の重なり
状態で加熱体と加圧部材との相互圧接部即ち定着ニップ
部を挟圧力を受けつつ互に速度差による面ズレを生じた
り、しわ寄ったりすることなく一体的に重なり密着して
通過していく。

■加熱工程 この定着ニップ部通過過程で記録材面の未定着トナー画
像が定着フィルムを介して加熱体の加熱部の熱によって
加熱軟化・溶融され、特に、その表層部はトナー融点を
大きく上回り完全に軟化・溶融する。この場合加熱体と
加圧部材の相互圧接部において加熱体・定着フィルム・
トナー画像・記録材は加圧部材によって良好に押圧密着
されて効果的に熱伝達されることにより、短い時間の加
熱によってトナーは十分に軟化・溶融されて良好な定着
性か得られる。一方記録材自体の昇温は実際上極めて小
さく熱エネルキーの無駄が少ない。

つまり実質的に記録材自体は加熱せず、トナーのみを効
果的に加熱軟化・溶融して低電力でトナー画像の加熱定
着を良好に実行できる。

ここで本発明で記述されるトナーの軟化・溶融に関して
注記する。トナーの「融点」と便宜的に表現している温
度は、トナーが定着するために最低必要な温度を意味し
ており、その定着下限温度で、溶融といえる程粘度か低
下する場合や、軟化といった程度の粘度低下の場合があ
る。したがって定着する際に溶融と便宜的に表現してい
る場合でも、実際には軟化といった程度の粘度低下を示
している場合かある。本発明ではこのような場合も含む
。同様に、トナーが冷却固定したと便宜的に表現してい
る場合も、トナーによっては同化とはいえず高粘度化と
いった方が適切である場合がある。木発明ではこのよう
な場合も含む。

■冷却工程 定着フィルム面に密着して定着ニツプ部を順次に通過す
るトナー画像加熱軟化・溶融済みの記録材部分は定着ニ
ップ部通過後も定着フイルム面に密着させたままの搬送
を引続きしばらく続行させ、この間を冷却工程として前
記加熱工程で軟化・溶融させたトナーの熱を放熱させて
トナーを冷却固定させる。この冷却固化でトナーの凝集
力は非常に大きくなって−団となって挙動することにな
り、又記録材側に対する粘着・固着力が増大する一方、
定着フィルム側に対するそれは極めて低下していく。記
録材に対してはトナーは前記加熱工程で加熱軟化・溶融
された際加圧部材によって加圧されるため、少なくとも
トナー画像の一部は記録材表面層に浸透し、その浸透分
の冷却同化によるアンカー効果で冷却固化トナーの記録
材側に対する粘着・固着力が増大する。

■離反（分離）工程 上記の冷却工程によりトナー画像の冷却同化かなされた
後、定着フイルム面から記録材を順次に離反させる。こ
の離反時にはトナー画像は冷却固化で記録材に対する粘
着・固着力が十分に大きく、定着フィルムに対するそれ
は極めて小さい状態となっているから、画像定着済みの
記録材部分は定着フィルムに対するトナーオフセットを
発生することなく容易に順次に分離されていく。

かくして走行する定着フィルム面に未定着トナー画像担
持面が面するように画像定着すべき記録材を同一速度で
上記定着フイルムに密着走行せしめ、該定着フィルムを
介して加熱体によりトナー画像を加熱溶融せしめ、トナ
ー像が冷却固定化した後に記録材と定着フィルムとを離
反させているので定着フィルムに対するトナーオフセッ
トを発生することがなく、かつ熱容量の小さい発熱体を
用い、その発熱体への給電を簡素な構成のもとに行なう
ことが可能となり、定着するためにトナーを昇湿させる
べき温度（融点または軟化点）に対して、十分に高い温
度の加熱体を維持することによってトナー画像を効率的
に加熱することが可能となり、少ないエネルキーで定着
不良のない十分良好な定着が可能となり、その結果、装
置使用時の待機時間や、消費電力、さらには機内昇温の
小さな画像形成装置を得るという効果を奏する。

なお、上記■の分離工程において定着フィルムと記録材
との分離部位置でトナーは必すしも冷却固化していなく
ともよい。又上記■加熱・■冷却・■分離の３つの工程
のうち、トナーか高温で十分に溶融するものであれば（
，トナーの加熱溶融時の粘度が十分に高ければ）加熱工
程でトナーを十分に高温溶融させたら直ちに（トナー温
度が融点以上のとき）記録材を定着フィルム面から分離
させて加熱工程後の冷却工程は廃止する構成にしてもよ
く、本発明の範ちゅうに属するものである。

（２）加熱体の発熱体についてその表面の温度ト昇分は
入力電圧に依存している。又電源としてＤＣ電源を用い
ると瞬時に大きな電流が流れるため電源出力側の平滑コ
ンデンサの電圧が下かり安定した電圧を供給することが
難しい。この解決案として平滑コンデンサを大容量のも
のにすることが考えられるが、該コンデンサか非常に大
きなものとなり、スペース的・コスト的に難点がある。

又電源を他と共通化した場合該定着装置に通電を行なっ
たとき大きなリップル電圧か起こり他の回路へのノイズ
となる、というように問題を生起する。

そこで本発明では前記のように、加熱体の発熱体への給
電は給電部に商用ＡＣ電源の電圧値が極大もしくは極小
となる時点を検出する手段を具備させ、該検出手段によ
る電圧極大値検出時点もしくは極小値検出時点において
発熱体にパルス電力を供給して加熱体の加熱部を昇湿さ
せる構成（パルス加熱方式）とするか、或は上記の電圧
値検出手段が電圧極大値もしくは極小値を検出した時点
を計数する手段を具備させ、該計数手段の計数値に応じ
て発熱体にパルス電力を供給して加熱体の加熱部を昇温
させる構成としたもので、この給電構成により電源出力
側平滑コンデンサの電圧低下を防止することが可能とな
る。その結果、より安定した電力を発熱体に供給できて
、より精度の高い温度管理制御が行なえ、省エネルギ、
機内昇温の防止、発熱体及び定着フィルムの破損（熱損
）防止に大きな効果を得ることができる。又上記の平滑
コンデンサのリップル電圧を低減することができ、その
結果、電源ノイズを生じないため他の電源を共用するこ
とができ装置の小型化・コストダウン等を図ることがで
きる。

（実施例） 第３図は木発明に従う画像加熱定着装置２０を組み込ん
だ画像形成装置の一例の概略構成を示している。本例の
画像形成装置は原稿載置台往復動型・回転ドラム型・転
写式の電子写真複写装置である。

（１）複写装置の全体的概略構成 第３図において、１００は装置機筐、１は該機筺の上面
板１００ａ上に配設したガラス板等の透明板部材よりな
る往復動型の原稿載置台であり、機筺上面板１００ａ上
を図面上右方ａ、左方ａに夫々所定の速度で往復移動駆
動される。

Ｇは原稿であり、複写すべき画像面側を下向きにして原
稿載置台１の上面に所定の載置基準に従って載置し、そ
の上に原稿圧着板１ａをかぶせて押え込むことによりセ
ットされる。

１　００ｂは機筺上面板１００５面に原稿載置台１の往
復移動方向とは直角の方向（紙面に垂直の方向）を長手
として開口された原稿照明部としてのスリット開口部で
ある。原稿載置台１上に載置セットした原稿Ｇの下向き
画像面は原稿載置台１の右方ａへの往動移動過程で右辺
側から左辺側にかけて順次にスリット開口部１００ｂの
位置を通過していき、その通過過程でランプ７の光し，
をスリット開口部１００ｂ、透明な原稿載置台１を通し
て受けて照明走査される。その照明走査先の原稿面反射
光が短焦点小径結像素子アレイ２によって感光ドラム３
面に結像露光される。

感光トラム３は例えば酸化亜鉛感光層・有機半導体感光
層等の感光層が被覆処理され、中心支軸３ａを中心に所
定の周速度で矢示ｂの時計方向に回転駆動され、その回
転過程で帯電器４により正極性又は負極性の一様な帯電
処理を受け、その一様帯電面に前記の原稿画像の結像露
光（スリット露光）を受けることにより感光ドラム３面
には結像露光した原稿画像に対応した静電潜像が順次に
形成されていく。

この静電潜像は現像器５により加熱で軟化溶融する樹脂
等より成るトナーにて順次に顕像化され、該顕像たるト
ナー画像が転写部としての転写放電器８の配設部位へ移
行していく。

Ｓは記録材としての転写材シ一トＰを積載収納したカセ
ットであり、該カセット内のシートが給送ローラ６の回
転により１枚宛繰出し給送され、次いでレジストローラ
９により、ドラム３上のトナー画像形成部の先端が転写
放電器８の部位に到達したとき転写材シ一トＰの先端も
転写放電器８と感光ドラム３との間位置に丁度到達して
両者一致するようにタイミングとりされて同期給送され
る。そしてその給送シ一トの面に対して転写放電器８に
より感光ドラム３側のトナー画像が順次に転写されてい
く。

転写部でトナー画像転写を受けたシートは不図示の分離
手段で感光ドラム３面から順次に分離されて搬送ガイド
１０によって後述する定着装置２０に導かれて担持して
いる未定着トナー画像の加熱定着処理を受け、画像形成
物（コピー）として機外の排紙トレイ１１上に排出され
る。

方、トナー画像転写後の感光ドラム３の面はクリーニン
グ装置１２により転写残りトナー等の付着汚染物の除去
を受け、全面露光Ｌ２による除電を受けて電気的残留メ
モリの消去がなされて繰り返して画像形成に使用される
。

ＰＨ１は給送ローラ６とレジストローラ９との間のシー
トパス部分に配設した給紙検出センサ（例えばフォトセ
ンサ）．ＰＨ２は定着装置２０の次位に配設した排紙検
出センサ（同）てある。

（２）定着装置２０ 第１図は画像定着実行状態にある定着装置２０部分の拡
大図である。

２４は定着フィルム送出し軸であり、所望の設定長さ分
の定着フィルム２３をロール巻きに巻回させてあり、そ
の定着フィルム２３の先端部は定着フィルム巻取り軸２
７に係止させてある。定着フィルム２３は本実施例のも
のは耐熱処理した例えば厚さ６μｍのＰＥＴ（ポリエス
テル）を基材とする薄肉プラスヂック長尺フィルムであ
る。

２１・２２は軸２４・２７間の定着フィルム部分の上面
側と下面側とに夫々対向させて配設した加熱体と加圧ロ
ーラてある。加熱体２１と加圧ローラ２２は不図示の付
勢手段により定着フィルム２３を挟んで常時押圧付勢さ
れて所望の当接圧（例えばＡ４幅て総圧４〜６Ｋｇ）与
えられている。２６・３３はその加熱体２１と加圧ロー
ラ２２の次位に定着フィルムの上面側と下面側とに夫々
対向させて配設した曲率の大きい（曲率の強い、半径の
小さい）分離上ローラと分離下ローラである。３２は加
圧ローラ２２と分離下ローラ３３との間に配設したカイ
ト板てあり、このカイド板は加熱体２ｌと分離上ローラ
２６との間にＤＩ張状態の定着フィルム部分の下面に所
定の隙間間隔を存して或は軽．く接して略平行に対向し
ている。加圧ローラ２２は金属等より成る芯村上にシリ
コンゴム等より成る弾性層をイ■するものである。分離
上ローラ２６及ひ分離下ローラ３３は回転フリーのロー
ラである。

巻取り軸２７は不図示の駆動系により矢示の時計方向に
回転駆動され、これにより定着フィルム２３が送出し軸
２４側から巻取り軸２７側へ、画像形成部（転写部８）
からガイト１０を介して定着装置２０へ搬送されるシ一
トＰの搬送速度と同一速度で同一方向に巻取り走行され
る。加圧ローラ２２は不図示の駆動系によりシ一トＰの
搬送速度とほぼ同一の周速度をもって矢示の反時泪方向
に回転駆動される。

３０は送出し輔２４側の巻同定着フィルム２３の外面に
接触させた定着フィルムの残量センサアームであり、定
着処理の実行による巻取り軸２７側への定着フィルムの
順次移行に伴なう巻径の逐次減少から残量を検知し、フ
ィルムが終端近くなフた場合に使用者に警告表示ないし
は警告音で定着フィルムの交換を促す。

２９・２５はトナー画像転写部８から定着装置２０へ至
る転写材搬送カイド１０における定着装置２０寄りの下
面側に配設したシート検知センサと同レバーである。レ
バー２５に先端部は自由状態においてはガイド１０に設
けた透孔１０ａからガイト１０に上面側に突出している
。この状態においてセンサ２９はオフである。カイド１
０の上面に沿って転写部８側から定着装置２０側へ転写
材シ一トＰが搬送されて上記レバー２５の突出先端がシ
一トＰの先端でけられることによりシ一トＰの裏面側に
もぐって透孔１０ａ内へ沈み回動する。このレバー２５
の沈み回動によりセンサ２９がオンとなり、シ一トＰの
センサ位置への到達が制御回路（不図示）に検知される
。レバー２５はシ一トＰが該レバー位置を通過し終るま
でシー１・Ｐの裏面に接触して押圧されていることによ
りその間は沈み回動状態に保持され、従ってセンサ２９
のオン状態が保持される。その後シー１−　Ｐ　（７）
後端がレバー２５の位置を通過してレバー２５とは縁が
切れた時点でレバー２５は自山状態になり再び透孔１０
ａから先端部が突出した姿勢に戻り回動ずる。この戻り
回動によりセンサ２９はオフとなり、シ一トＰのセンサ
位置通過か制御回路に検知される。

第２図は加熱体２１の構成を示す模型的な拡大横断面図
である。木例の加熱体２１は定着フィルム横断方向（定
着フィルム２４の走行方向に直角な方向）を長手とする
横長の低熱容量線状加熱体である。

５２はアルミナ等の耐熱性でかつ電気絶縁性の薄いヒー
タ基板である。

２８は該基板５２の下面（定着フィルム２３と対面する
側の面）の略中央部に長平に沿ってプリント法等で形成
した銀パラジウム・Ｔａ２Ｎ・Ｒｕ０２　・ニクロム等
の線状又は細帯状の薄膜の発熱層（抵抗発熱体）である
。

５０・５０は該発熱層２８に対する通電用電極（例えば
金電極）であり同じく基板５２の下面に形成具備させて
ある。発熱層２８は電極５０・５０を介してパルス通電
を受けてパルス状に通電発熱する。

５１は上記の発熱層２８・電極５０を設けた基板５２の
下面を全面的に覆わせて形成したＴａ２０５・耐熱ガラ
ス等の薄い摺動保護層である。この保護層５１の外面は
平滑であり、定着フィルム走行方向の前林部・後縁部は
丸味（面取り）を付けて定着フィルムとのスムーズな摺
動を可能にしている。

５５は基板５２の上面側に設けた熱容量の小さいサーミ
スタやｐｔ膜等の測温抵抗体等の温度検知素子である。

この温度検知素子５５は基板下面側の発熱層２８に近接
配設してある。

而して上記の基板構造体（５２・２８・５０・５５）を
ヒータアセンブリとしてこれをベークライト等の、熱伝
導性が低く、耐熱性があり、電気絶縁性の材料からなる
断熱層５３を介して、剛性支持体５４に取付けて加熱体
２１としてある。加熱体２１の下面の、発熱層２８の巾
に略対応する面領域が加熱部Ｈである。

（３）動作 原稿載置台１に対する原稿Ｇのセット、画像形成枚数の
設定、使用シ一トＰのサイズ指定、倍率指定など所要の
前設定をした後、画像形成スタートスイッチが押される
と、給送ローラ６によりカセットＳ内のシ一トＰの給紙
が開始され、センサＰＨ１により給紙検知される。又感
光ドラム３面に対する画像形成が開始される。

定着装置２０はセンサＰＨ１による給紙検知時点から所
定のタイマ時間経過時点、即ちカセットＳから給送され
たシ一トＰがレジストローラ対９・転写部８・ガイド１
０を通ってその先端が加熱体２１と加圧ローラ２２との
圧接部近傍位置に達する要する時間経過時点で定着装置
の駆動系により巻取り軸２７・加圧ローラ２２の回転駆
動が開始されて定着フィルム２３が送出し軸２４側から
巻取り軸２７側へシ一トＰの搬送速度と同一速度走行し
た巻取り駆動状態となる。又、加熱体２１は搬送シ一ト
Ｐの先端、後端が前記センサ２９・レバー２５で検出さ
れることによりタイミングを取って必要時に通電を受け
る。その際、画像形成装置の給紙センサなどによりシー
トの位置検知等を用いて、加熱体への通電を制御しても
良い。

定着装置２０，に対して搬送された未定着トナー画像Ｔ
ａを担持しているシートの上面が走行状態の定着フィル
ム２３の下面に密着して面ズレやしわ寄りを生じること
なく定着フィルム２３と一緒の重なり状態で加熱体２１
と加圧ローラ２２との相互圧接部（定着ニップ部）を挟
圧力を受けつつ通過していく。

この相互圧着部通過過程を加熱工程として加熱部Ｈの熱
が定着フィルム２３を介してシートＰ側へ伝達されて前
記（作用）の（１）−■項に述べたトナー画像の加熱軟
化・溶融が行なわれる。

本実施例における加熱工程は前述のごとく、加熱体２１
に線状の低熱容量の発熱層２８を設け、この発熱層２８
にパルス状に通電し発熱を繰り返すように構成された加
熱体２１によって行なわれている。即ち定着装置の定着
ニップ部の定着フィルム２３と加圧ローラ２２との間に
搬送されたシートＰ上のトナー画像Ｔａはシ一トＰの搬
送速度に準じてズレなく搬送される定着フィルム２３、
とともに、順次加熱体２１の発熱層２８の幅に応じて決
定される加熱部Ｈで加熱を受けて軟化・溶融像Ｔｂとな
る。

加熱体２１と加圧ローラ２２との相互圧接部を通過した
シート部分は分離ローラ２６・３３の位置へ到達するま
での間は加熱体２１と分離上ローラ２６間で展張して正
走行している定着フィルム部分に引き続き密着したまま
搬送されていく。カイド板３２はシ一トＰの裏面を支え
て定着フィルム２２との密着を維持する作用をする。

このガイド板３２の代りに加圧ローラ２２と分離下ロー
ラ３３とに回動ガイドベルトな懸回張設して、このベル
トによりシ一トＰの裏面を支えて定着フィルム２３との
密着を維持させるようにすることもてきる。

この搬送過程を冷却工程として前記（作用）の（１）一
■項に述べたように軟化・溶融トナーＴｂの熱が放熱さ
れてトナーの冷却固化Ｔｃかなされる。

そして分離上ローラ対２６の位置へ到達すると、定着フ
ィルム２３は曲率の大きい分離上ローラ２６の面に沿っ
てシートＰ面から離れる方向に走行方向が転向されて定
着フイルム２３とシ一トＰとが互いに離反（分離）して
排紙トレイ１１へ排紙されていく。この離反時点までに
はトナーは十分に冷却固化して前記（作用）の（１）一
■項に述べたようにシ一トＰに対するトナーの粘着・固
着力が十分に大きく、定着フイルム２３に対するそれは
極めて小さい状態となっているから定着フィルム２３と
シ一トＰの離反は定着フィルム２３に対するトナーオフ
セットを実質的に発生することなく容易に順次になされ
る。

上記定着装置２０の定着フィルム２３の巻取り走行駆動
は、シ一トＰが定着装置２０を通過し終ってその後端が
排紙検出センサＰＨ２て検出された時点て停止される。

木実施例装置では定着フィルム２３は−１二記のように
シー＋−ｐの定着処理実行のたびに送出し軸２４側から
巻取り軸２７側にシ一トＰの搬送速度と同一速度で順次
巻取られて使用されていく。

定着フィルムの巻取り正走行駆動制御は、給紙検出セン
サＰＨ１による給紙検出時点から所定の第１のタイマ時
間経過時点て駆動を開始させ、所定の第２のタイマ時間
経過時点で駆動を停止させ、その間においてシ一トＰの
定着処理を実行させるようにして、排紙検出センサＰＨ
２を用いない構成にすることもできる。

又センサ２９・レバー２５によるシ一トＰの先端・後端
検知信号で駆動制御する構成にすることもてきる。

本実施例においては加熱体２１の線状の発熱層２８はパ
ルス通電により瞬時にトナーの融点（ないし定着可能温
度）に対して充分な高温に昇温し、非通電時である非定
着時における加圧ローラ２２への伝熱は少ない。又定着
時においても定着フィルム、トナー画像、シートが加熱
体２１と加圧ローラ２２との間に介在し、かつ発熱時間
が短いことによって急激な温度勾配が生ずる為、加圧ロ
ーラ２２は昇温にしくく実用上必要とされる程度の連続
的な画像形成を行なってもその温度はトナーの融点以下
に維持される。かかる構成の本実施例装置にあフては、
シートＰ上の加熱融性のトナーより成るトナー画像は先
ず、定着フィルム２３を介して加熱体２１によって加熱
溶融され、特に、その表層部は完全に軟化溶融する。こ
の際、加圧ローラ２２によって加熱体、定着フィルム、
トナー画像、シートは良好に密着されており、効率的に
熱伝達される。これによりシートＰ自体の加熱は極力抑
えてトナー画像を効率的に加熱溶融させることができ、
特に、通電発熱時間を限定することにより、省エネルギ
ー化を図ることができる。

加熱体は小型もので十分てありそのため熱容量が小さく
なり、予め加熱体を昇温させる必要かないので、非画像
形成時の消費電力も小さくすることができ、また機内昇
温も防止できることになる。

本実施例では、加圧ローラ２２の温度は上述したように
トナーの融点よりも低く維持されているので、トナー画
像加熱工程に引くつつく冷却工程のトナー画像の放熱を
促進することが可能である。この為、冷却に要する時間
か短くて済み、装置を小型化することができる。

（４）加熱体２１への給電 第４図は本実施例の定着装置において発熱層２８にパル
ス状に通電した時の加熱部Ｈの温度と、サーミスタ５５
の検出温度を示すグラフである。

加熱部Ｈの温度は赤外放射温度計により非接触で測定し
た測定値に基づき、サーミスタ検出温度はサーミスタの
出力電力を温度に換算した値に基づいたものである。こ
のグラフを得た時のパルスの周期は約１０ｍｓｅｃであ
り、通電時間は約２ｍｓｅｃである。加熱部Ｈの温度は
通電時に急速に立ち上がった後、休止時に急速に立ち下
り、本実施例では非通電時間が通電時間より十分長く、
また断熱層５３が存在するため、パルス波形の極小値を
とった時点では発熱層２８・絶縁性基板５２及びサーミ
スタ５５と略等温となる。本実施例で用いたサーミスタ
は、１０ｍｓｅｃという短い周期のパルス状温度変化に
は追従できず、パルス波形の略極小値を指示する。従っ
て加熱部Ｈの表面温度の極小値の包絡線はサーミスタ５
５の検知温度曲線とほぼ一致する。

第５図は本実施例の加熱体２１における発熱層２８への
給電のしくみを示す説明図である。６３は商用ＡＣ電源
、６０はマイクロコンピュータを含む制御回路であり、
商用ＡＣ電源モニタ回路６２の検知したタイミングでサ
ーミスタ５５の検知温度に応じて、電源６１を制御し、
発熱層２８への給電のパルス巾を変えることで発熱層２
８への供給電力を制御する。

即ち本実施例では商用ＡＣ電源モニタ回路６２によって
人力ＡＣ電圧の極大値の時点を検出する。そして前記検
出時点において、発熱層２８の温度の極大値が一定とな
るのに必要な時間だけパルス通電する。そして次のＡＣ
電圧の極大値を検出した時点でパルス通電する（第６図
）。

このように人力商用ＡＣ電源の電圧値が極大値になった
時点でパルス通電することによって、電源６１の出力側
平滑コンデンサの電圧低下が防止できる。また、前記平
滑コンデンサのリップル電圧を防ぐことも本発明者の実
験により明らかになった。

第７図は制御回路６０ののフローチャートである。電源
がＯＮ（ステップ■）した後、ステップ■において定着
が開始されると、人力商用ＡＣ電源モニタ回路６２で、
ＡＣ電源の電圧値が極大となる時点を検出する（ステッ
プ■）。ステップ■で前記時点を検出すると、その時点
で発熱像の温度の極大値が一定となるのに必要な時間た
けパルス通電を行なう（ステップ■）。そしてステップ
■で定着終了でなければステップ■にもどり、パルス出
力を繰り返す。

本実施例で上記のような電力制御をする理由を以下に示
す。本実施例では発熱層２８から支持体５４への放熱を
防止するために断熱層５３を設けている。その目的は、
■無駄な放熱をなくし、エネルギー効率を高めることで
省エネルギー化を図る、■支持体５４からの放熱による
機内昇温を低減する、の２点である。

ところが発熱層２８への供給電力を制御することなしに
単に断熱するだけだと発熱量が放熱量を著しく上まわる
ことになり発熱層２８及び加熱部Ｈが異常に昇温し、発
熱層２８及び定着フィルムが熱により破損する恐れがあ
る。そこで断熱層５３を設けた場合に加熱部Ｈの異常昇
温を防止するために、発熱層への供給電力制御が有効と
なるのである。

以下、本実施例での電力制御の方法を示す。本実施例の
パルス加熱による定着方式では、前述のようにトナーを
ｍｓｅｃオーダーの短い時間のみ加熱するので、トナー
の加熱時間よりもむしろ加？部Ｈの温度が定着性能に関
し支配的であり、加熱部Ｈの最大到達温度に応じてトナ
ー層が昇温する。すると、トナーが定着に十分な状態に
まで軟化するときの加熱部Ｈの温度をＴＨｏとした時、
加熱部Ｈの極大温度が定着処理中においてほぼＴ■。

に保たれるように発熱層２８への給電を制御すれば、無
駄な電力を消費することなく十分な定着性能を得ること
ができる。

加熱部Ｈの温度が基準温度Ｔ。の時に、時間ｔｏだけ一
定電圧Ｖで発熱層に給電された時に、加熱部Ｈの温度が
定着温度ＴＨｏまで到達するとする（第８図参照）。こ
の時Ｔ■ｏ．Ｔｏ，ｔｏの間には、 −Ｂｔｏ Ｔｕｏ＝　Ｔｏ　＋Ａ　（１　　ｅ　　）　”・・（１
）式という関係がある。ここでＡ．Ｂは発熱層２８への
給電条件や、加熱部Ｈからの放熱路によって決まる定数
である。

この式より １　　　　　　　　　　Ｔｏ　−　　ＴＨｏｔ．　＝　
一−１　ｎ（　１　＋−）・・・・（２）式Ｂ　　　　
　　　　　　　　　　　Ａ が得られる。従ってＴＩ｛ｏ．Ａ，Ｂをあらかじめ実験
により求めておきＴＢを測定すればτ８が求まる。

本実施例においては前述のように、発熱層２８に十分小
さいデュティ（Ｄｕｔｙ）比でパルス状通電をした場合
、パルス状に発熱変化する加熱部Ｈか極小温度を示す時
、すなわち次のパルス通電開始寸前において加熱部Ｈの
温度がほぼサーミスタ５５の検知温度と等しくなる。従
ってこの時のサーミスタ５５の検知温度を用い、第５図
の制御回路６０において（２）式に従って次の通電時間
を算出し、電源６１により発熱層２８へ上記算出した時
間たけ給電する。

第８図は本実施例において定着動作中の加熱部Ｈの温度
の時間変化を示すグラフを発熱層２８への給電のタイミ
ング図と合せて示した図である。

本実施例では発熱層２８への給電電圧Ｖは一定であり、
通電パルスの周期τも一定である。加熱部Ｈの温度がＴ
。の時に時刻ｔ。て定着動作を開始したとすると加熱部
Ｈの温度は温度Ｔ。から一義的に定まる。パルスｒｌ−
ｒｏの通電により定着温度Ｔ，，ｏに達した後、τ０よ
りも十分長い非給電時間（τ−で。）の間にＴ。より高
温のＴ１まて低下する。次に、時刻ｔ。からバルス周期
τたけ経た時刻ｔ，において２回目の通電をで。より短
い、温度Ｔ１より一義的に定まるバルス１］τ，たけ発
熱層に行なうことにより、加熱部Ｈの温度は再びＴＩＩ
ｏまで上昇し、給電停止すると共に低下する。

以下同様にして通電開始後にパルス周期でごとにサーミ
スタ５５の温度を読み、検知温度によって、（２）式に
より求まるバルス１４Ｊで発熱層２８へ給電することに
より、加熱部Ｈの極大温度を定着温度Ｔｌｌ。に保つこ
とができる。

以上の実施例では商用ＡＣ電源モニタ回路６２はＡＣ電
圧の極大値のタイミングを検出したか、極大値と極小値
の両方のタイミンクを検知し、それそれのタイミングに
発熱層２８にパルス通電する構成とすることもできる。

また上記検出したＡＣ電圧の極大値もしくは極小値のタ
イミングの回数を数えるカウンタを設け、そのカウンタ
の値に応じて発熱層２８にパルス通電を行う構成にする
こともできる。例えばＡＣ電圧の極大値、極小値の両方
のタイミングを商用ＡＣモニタ回路６２で検出する。モ
してカウンタ値が２になったタイミングで前記発熱層２
８にパルス通電を行う。この場合のＡＣ電圧と発熱層２
８へのパルス通電のタイミンクの関係は第６図の様にな
る。

このようにカウンタを設けることにより、前記発熱層２
８へのパルス通電の周期を商用ＡＣ電源の周期のｎ　／
　２倍で任意に決定することができる。ここでｎは任意
の自然数てある。

第１０図にこの実施例の制御フローチャートを示す。即
ちステップ■においてステップ■て検知した商用ＡＣ電
源の電圧の極大値、極小値のタイミングがｎ回（ｎは任
意の自然数、例えば２）になったかどうか判別する。そ
してｎ回になフたタイミンクの時ステップ■でパルス通
電を行う。

（５）その他 定着フィルム２３は実施例装置のように送出し輔２４側
から巻取り軸２７側へ定着処理の実行毎に順次に巻取り
走行させてその全長分が巻取り使用されたら新しい定着
フィルム２３と交換する巻取り交換式にする他に、定着
フィルム２３面へのトナーオフセットは実質的に生じな
いので、フィルムの熱変形や劣化が小さければ巻取り軸
２７側へ巻取られた使用済み定着フィルム２３を適時に
送出し＠２４側へ巻戻し制御して、或は巻取り側と送出
し側とを反転交換するなとして複数回繰返して使用する
こともできる（巻戻し繰返し使用式）。

又エンドレスベルト型にして回動走行させて定着処理に
供する構成とすることもてきる。

巻取り交換式では定着フィルム２３は例えば薄くて安価
なポリエステルを基材として耐熱処理を施したものを用
いることができ、そして耐久性に関係なく薄肉化するこ
とか可能となり低電力化することができる。かかる方式
を採った場合は、定着フィルム残量検知アーム３０とセ
ンサ３０ａで送出し軸２４側の定着フィルムの残量を検
出してフィルムが終端近くなった場合に使用者に警告表
示ないしは警告音で定着フィルムの交換を促すようにす
るのがよい。そして、定着フィルム２３の交換の際には
、加熱体２１と加圧・ローラ２２、分離ローラ対２６・
３３とをそれぞれ離間させるように、第１１図例のよう
に回転軸３１を中心に定着装置２０を開閉可能にするこ
とが望まれる。

巻戻し繰返し使用式では定着フィルムとしては例えば耐
熱性・機械的強度等に優れた基材として２５μｍ厚のポ
リイミド樹脂フィルムを用いてその面に離型性の高いフ
ッ素樹脂等よりなる離型層を設けた複合層フィルムを用
いることができ、巻戻し逆走行時は加熱体２１と加圧ロ
ーラ２２の当接圧が解除される構成になっているのが好
ましい。

巻戻し繰返し使用式やエントレスベルト型のように複数
回使用する場合は、フィルム面クリーニング用のフェル
トバッドを設けると共に若干の離型剤、例えばシリコン
オイルを含浸させて該バッドをフィルム面に当接させる
などしてフィルム面のクリーニングと離型性の更なる向
上を行なうようにしてもよい。定着フィルムが絶縁性の
フッ素樹脂処理品の場合などではトナー画像を攪乱する
静電気がフィルムに発生し易いので、その対処のために
接地した除電ブラシで除電処理するのもよい。接地せず
にブラシにバイアス電圧を印加してトナー画像を攪乱し
ない範囲でフィルムを帯電させても良い。さらにフッ素
樹脂に導電性の粉末繊維、例えばカーポンブラック等を
添加して、上述の静電気による画像乱れを防止するのも
一策である。また、加圧ローラの除帯電及び導電化に関
しても同様の手段により行なうことができる。また、帯
電防止剤等の塗布や、添加を行なっても良い。

何れの方式の場合も定着フィルム２３は定着装置２０の
所定部所に着脱自在のカートリッジ構成にすることによ
り定着フィルムの交換作業等を容易化することができる
。

トナー加熱溶融時の粘度が十分高ければ、定着フィルム
とトナーを剥離する際のトナー温度がトナー融点以上で
あってもよい。その場合、第１図例装置において、分離
ローラ２６・３３を除き、加熱体２１と加圧ローラ２２
の圧接部を転写紙Ｐが抜けた時に定着フィルムとトナー
画像が分離する第１２図例のような構成であフてもよい
。その際、加圧ローラ２２の温度がトナー融点以下に保
たれている必要はない。第１３図は定着フィルムをエン
ドレスベルトにした例を示している。

以上の実施例装置は転写式の電子複写装置であるが、画
像形成のプロセス・手段は．エレクトロファックス紙・
静電記録紙等に直接にトナー画像を形成担持させる直接
式や、磁気記録画像形成式、その他適宜の画像形成プロ
セス・手段で記録材上に加熱溶融性トナーによる画像を
形成し、それを加熱定着する方式の複写機・レーザビー
ムプリンタ・ファクシミリ・マイクロフィルムリーダプ
リンタ・ディスプレイ装置・記録機等の各種の画像形成
装置における画像加熱定着装置として本発明は有効に適
用できるものである。

（発明の効果） 以上のように木発明はトナー画像加熱定着式の画像形成
装置について、定着不良やオフセットを生じさせること
なく加熱手段である加熱体の熱容量を小さくすることが
可能で、その結果、待機時間や消費電力、さらには機内
昇温の小さい画像形成装置を実現できる。又定着フィル
ムは薄肉のものをシワ発生の問題なく支障なく長期にわ
たって縁り返して使用することができる。

加熱体の発熱体への給電は、給電部に商用ＡＣ電源の電
圧値が極大もしくは極小となる時点を検出する手段を具
備させ、該検出手段により電圧値の極大もしくは極小検
出時点においてパルス電力を供給する、或は前記検出手
段の電圧値の極大もしくは極小検出時点を計数する計数
手段を具備させ、該計数手段の計数値に応じてパルス電
力を供給して加熱体の加熱部を昇温させる構成としたか
ら、電源出力側平滑コンデンサの電圧低下を防止するこ
とが可能となる。その結果、より安定した電力を発熱体
に供給できて、より精度の高い温度管理制御が行なえ、
省エネルギ、機内昇温の防止、発熱体及び定着フィルム
の破損（熱損）防止に大きな効果を得ることができる。

又上記の平滑コンデンサのリップル電圧を低減すること
ができ、その結果、電源ノイズを生じないため他の電源
を共用することができて装置の小型化・コストタウン等
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例定着装置の概略構成図、第２図は加熱
体の構成を示す模型的な拡大横断面図、第３図は該定着
装置を組み込んだ画像形成装置の概略構成図、第４図は
加熱部の表面温度と温度検知素子の検出温度の経時変化
図、第５図は通電系のブロック図、第６図は商用ＡＣ電
源電圧と給電タイミングの関係例グラフ、第７図は制御
フロー図、第８図は電極への１パルス給電時の加熱部で
の温度経時変化図、第９図はパルス幅を変えたときの加
熱部の温度経時変化図、第１０図は他の制御フロー図、
第１１図は定着装置を開放した状態の図、第１２図は加
熱工程後直ちに定着フイルムと記録材とを分離する方式
とした定着装置の概略図、第１３図は定着フィルムをエ
ントレスペルトタイプにした定着装置の概略図である。 ３は感光ドラム、８は転写放電器、Ｐは転写材シート（
記録材）、２０は定着装置の全体符号、２１は加熱体、
２２は加圧ローラ、２３は定着フィルム、２３巻取り軸
（又は駆動ローラ）、２４は送出し軸（又は従動ローラ
）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）定着フィルムと、該定着フィルムの走行駆動手段
   と、該定着フィルムを中にしてその一方面側に配置され
   た加熱体と、他方面側に該加熱体に対向して配置され該
   加熱体に対して該定着フィルムを介して画像定着すべき
   記録材の顕画像担持面を密着させる加圧部材を有し、該
   定着フィルムは少なくとも画像定着実行時は該定着フィ
   ルムと加圧部材との間に搬送導入される画像定着すべき
   記録材と順方向に同一速度で走行させて該走行定着フィ
   ルムと該導入記録材とを互いに一体密着状態で該加熱体
   と該加圧部材の圧接で形成される定着ニップ部を通過さ
   せることにより該定着ニップ部に対応している加熱体側
   の加熱部の熱で記録材の顕画像担持面を該定着フィルム
   を介して加熱して顕画像の加熱定着を行なわせ、前記加
   熱体の加熱部は加熱体に具備させたパルス状に通電発熱
   を繰返す発熱体で昇温し、該発熱体に対する給電は給電
   部に商用ＡＣ電源の電圧値が極大もしくは極小となる時
   点を検出する手段を具備させ、該検出手段による電圧極
   大値検出時点もしくは極小値検出時点において発熱体に
   パルス電力を供給する構成とした、ことを特徴とする画
   像加熱定着装置。
2. （２）前記電圧値検出手段が電圧極大値もしくは極小値
   を検出した時点を計数する手段を具備させ、該計数手段
   の計数値に応じて発熱体にパルス電力を供給する構成と
   した、ことを特徴とする請求項１記載の画像加熱定着装
   置。