JPH0234887A - 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） 本発明はヒートローラ表面温度により加圧ローラとのニ
ップ幅を自動制御するレーザープリンタ等の定着装置に
関する。

（従来の技術） 従来の定着装置はヒートローラと加圧ローラとからなり
、その加圧力を一定としてニップ幅も一定に保ち、ヒー
トローラの表面温度を一定にした最適な定着を行なうよ
うにしていた。

しかし、実際には温度制御には限界があり、ある一定の
温度幅の中で安定させ定着を行なっている。

例えば、特開昭６２−２９４２７４号は、複写機の電源
投入直後においては、ヒートローラ（上）に対し加圧ロ
ーラ（下）が冷えているため熱が奪われヒートローラの
表面温度が低下する。そこで、加圧ローラ内に形状記憶
合金を配し、所定の温度以下では該形状記憶合金が取締
してバネ圧を強めヒートローラに加圧ローラを圧接する
ようにし、温度が上昇すると形状記憶合金が伸長し加圧
ローラのバネ圧を弱めニップ幅を変更している。

（発明が解決しようとする課題） 上述したようにヒートローラの表面温度を一定にするた
めに、従来の場合は形状記憶合金の熱応答性が悪いこと
、ヒートローラが温まっている状態で厚紙を通紙した場
合にヒートローラの表面温度が低下しても熱応答性が悪
いのでニップ幅の補正ができない。また、電源投入時な
ど加圧ローラが常に冷えているような時は、ヒートロー
ラとの間に必要以上のバネ圧が加わり、ゴムローラ、ロ
ーラ軸受等の構成部品への負担が増加し消耗の原因とな
る。

本発明は、上述した不具合を解消し、ヒートローラの表
面温度変化に対し、ニップ幅を常に適切な幅に保ち、通
紙されろ紙厚に係わらず、電源投入の直後においても良
質な定着を行なうことを目的とする。

（構　成） 本発明は上記目的を達成するため、ヒートローラの表面
温度に応じて、ヒートローラと対をなす加圧ローラとの
軸間距離を調整してニップ幅を変更することを特徴とす
る。

（原理および作用） 第１図は本発明の動作原理を説明する定着機構の構造を
示し、図中、１はヒートローラで１８はその軸中心、２
は加圧ローラで２ａはその軸中心。

ｙｏは軸中心１ａと２ａの軸間距離、ｙｌはヒータロー
ラの表面温度（定着温度）Ｔにおける最適（目標）軸間
距離−’／ｘは加圧ローラの移動距離、Ｑ。

は軸中心２１１から位置センサーによる換算距離。

Ｑ、は軸中心１ａから位置センサーによる換算距離であ
り、Ｙ　ｏ　＝　Ｖ　Ｌ　＋　Ｙ　２＝　Ｑ　１＋　１
２の関係にある。

ｈはリップ幅、ｉは両ローラの接触噴込み深さを示す。

また、Ｄ、、Ｄ２は加圧ローラ２．ヒートローラーの直
径を示す。

一般に熱定着するための熱ｊｔＱは、Ｑ＝Ｊ（ｔ。

Ｔ）で表わされる。ここでｆは関数、しは定着時間、Ｔ
は定着温度であり、Ｑはｆを一定とすればｔ、Ｔに比例
する。

上記定着時間ｔはヒートローラーの線速■とローラ対の
ニップ幅りで決定されるので、熱ＭＱはニップ幅りを制
御し、定着時間ｔを可変とすることにより最適とするこ
とができる。

定着温度Ｔは伝熱理論より、（１）式で示される。

６２１丁　・・・・・・・・・・・・・・・・・−（１
）ここは、ａは定着熱量Ｑとヒートローラーの線速Ｖ等
、機械により決定される定数である。

ヒートローラーと加圧ローラ２の軸間距離ｙｎをヒート
ローラ表面温度（定着温度）′ｒに対し、最適（［１標
）軸間距離ｙ１とするには、下式（２）で示される。

３’　ｔ　＝　Ａ　　　”　”　　・・・・・・・・・
・・・・　（２）ここで、Ａ、Ｂは夫々加圧ローラ２の
直径り、。

ヒートローラ１の直径Ｄ２により決定される定数である
。

いま、−上記（２）式に（１）式を代入すると、（２）
式は（３）式で表せる。

Ｙ　ｘ　＝　Ａ−匹τ　・・・・・・・・・・・・・・
（３）１゛ ここでで、Ａ、Ｃは機械により決定される定数。

−上記（３）式から定着温度Ｔを検出することでリップ
幅りを決定するｙ４を求めることができる。

したがって、上記（３）式より求めた最適（目標）軸間
距離ｙ工と、位置センサー３の出力から求められた換算
距離Ｑ　１　＋　Ｑ　ｚ　＝　３’　ａなる軸間距離と
から加圧ローラ２の移動距離ｙ２を次式により決定する
。

”ｊｚ＝Ｖａ　　Ｖ□　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（４）このようにして、ヒート
ローラ１の定着温度に対し、リップ幅りを調整すべく、
加圧ローラ２を移動させれば、最適な定着処理が可能と
なる。

（実施例） 第２図ないし第４図は本発明の一実施例の機構を示し、
第２図は右側面の機構外観図、第３図は左側面の機構外
観図、第４図は第３図の組立分解図を示す、これら各回
においてヒートローラ１はその軸内にヒーター１０（第
４図）を内蔵し、その左端部は第３図、第４図に・示す
ように軸受１１でローラ軸部が支軸され、Ｃリング１２
によりフレーム４の穴４０に固定されている。また、ヒ
ーター１０の端部は第４図に示すようにフレーム４の穴
４０中心に位置し、導電体５が圧着固定される。この導
電体は電極５０を介して電線５１とねじ５２で固定され
、これら電極５０．導電体５は絶縁体５３を介してフレ
ーム４にねじ５４で固定されている。また、ヒートロー
ラ１の右端部は第２図に示すようにヒートローラ軸にヒ
ートローラドリブンギヤー１３が軸着されている。

加圧ローラ２は第４図に示すように軸受２０が軸内に嵌
着されたＥリング２１を嵌装する溝を有する支軸２２が
軸受２０に嵌着されている。この支軸の端部はフレーム
４の穴４１にのぞみ、加圧ローラ支持板２３のネジ部２
３ａが支軸２２のねじ部２２ａと螺合し固定される。

ステップモータ６は、フレーム４の折曲げプレートにね
じ６０で固定され、加圧ローラ移動用スクリュー７がね
じ６１でステップモータ回転軸に固定されている。また
加圧ローラ移動用スクリュー７は加圧ローラ支持板２３
のねじ部２３ｂと螺合し、軸受２４で支軸され、スクリ
ュー７の先端部は支持板４２の板面に当接している。

また、位置センサー３は第３図の左側面に示すように前
記加圧ローラ支持板２３の移動方向（矢印ａ−ｂ）に並
行して配置されている。なお、加圧ローラの右側面には
位置センサー３は配置されず。

加圧ローラ移動用スクリューとステップモータ６が配置
されているが、リンク機構、カム機構、偏心軸受等を用
い、１個のステップモータで両側面の加圧ローラ移動用
スクリューを作動させてもよい、また、ヒートローラ１
の表面温度を検出する温度センサー８（サーミスタ）が
ねじ８０によりフレーム４に取付けられ、ヒートローラ
に対し直角方向から一定の接触圧により接し１表面温度
を電圧として出力する。

以上のように構成された定着装置において、ステップモ
ータ６の回転が加圧ローラ移動用スクリュー７に伝達さ
れる。スクリューの回転に伴ない加圧ローラ支持板２３
が矢印ａ　−ｂ方向に移動し。

ヒートローラ１との軸間距離が調節され、その時の加圧
ローラ２の位置が位置センサー３で検出される。また、
ヒートローラ１は電線５１から導電体５を介してヒータ
ー１０に電流が供給され、軸心から加熱し、温度センサ
ー８でピー１〜〇−ラの表面温度が検出される。

次に本発明の動作を第５図の動作フローチャート及び第
６図のタイミングチャートにより説明する。

図示せざる制御回路からプリント命令（第６図の：３８
）を受けて、プリントを開始（第６図の３ｂ）する。位
置センサー３（第３図）は例えば精密抵抗式のもので、
加圧ローラ２と一体にある加圧ローラ支持板２３の現在
位置を電圧として出力し、図示せざるＡ／Ｄ変換器によ
りディジタル信号に変換する。このディジタル址をＡ／
Ｄ変換器の分解能と位置センサー３の有効ストロークか
ら距離Ｑ、（第１図）に換算する。そしてヒートローラ
１の軸中心１ａから位置センサー３までの距離Ｑ２（第
１図）も換算し、ヒートローラ１と加圧ローラ２との軸
間距ｆｉｙｏ　（＝Ｑｚ＋Ｑｔ）の現在値を検出する（
第５図（１））。

続いて温度センサー８でヒートローラ１の表面湿度（定
着温度）Ｔを電圧として検出する（第５図（２））。こ
の電圧値をＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し
、予め求められている温度−電圧の相関式から定着温度
Ｔに変換する。

次に、この定着温度Ｔと（３）式より最適（］１標）軸
間距離ｙ１を求め（第５図（３））、先に求めた現在の
軸間距離ｙ。とから、（４）式より加圧ローラ２の移動
距９１１ｙｘ　Ｃ＝ｙａ−ｙｔ）を決定する（第５図（
４））。

この場合、制御回路でｙ　ｚ−！Ｏか（第５図（５））
。

ｙ２≠０か（第５図（６））を判断し、ステップモータ
６の回転方向を後でのべるように制御する。

二こで、加圧ローラ２を１ｙ２１移動させるのに必要な
ステップモータ６の回転パルス数Ｎは、加圧ローラ移動
用スクリュー７のピッチＰと、ステップモータ６の分解
能ｎより、 Ｎ＝ｌ　ｙｔ　＋　・Ｐ　／　ｎ　　−・−−（５）で
求められる（第５図（９））。

上述したステップモータ６の回転方向は、ｙｔの正、負
で判断する６仮に時計方向回転時に軸間距離が狭くなる
とするｙｔ〉０のとき時計方向回転となり（第５図（７
））、逆に軸間距離が広くなるとするｙｔく０のとき反
時計方向回転となる（第５図（８））、このｙｔの正負
と先に求めたＮを制御回路からＩ１０インターフェース
、モータドライバを通してステップモータ６を回転させ
軸間距離を：１Ｒｖ１１する（第５図（１０））。プリ
ントが終了した時点（第５図（１１））で次のプリント
動作のため現在の軸間距離ｙ、の検出（第５図（１２）
）、最適軸間距離ｙ１の検出（第５図（１３））の動作
が行なわれ。

第５図（５）以下の処理が続行される。

上記動作において、第６図に示すようにプリント命令（
３ａ）が来るまで第６　図２　ａに示すようにニップ幅
ｈ＝０．即ち第１図でＶ＊＝”覇ｉ且りの状態にある。

次にプリント命令を受けると、ヒートローラの表面温度
（定着温度）Ｔが温度センサー８で検出され（１，ａ）
、その時のヒートローラーと加圧ローラ２のニップ幅り
が前記ステップモータ６の回転により軸間距離ｙ１を調
’ｆｌｉ（２ａ）して設定される。そしてプリン１へ開
始（３ｂ）があって、例えば３枚のプリント動作が進行
するにつれて定着温度”ｒ（１）が下降傾向（または上
昇傾向）に対応して軸間距離ｙｉを調整してニップ幅ｈ
（２）を増加（または減少）させるよう移動距Ｋｌ　ｙ
　ｚが調整される。このようにしてプリント命令終了（
３ｃ）ですべでの動作が終る（第５図（１１））と、ニ
ップ幅ｈ＝ｏ（２ｂ）とする。

このプリント終了後、連続してプリント命令がない場合
、ヒートローラーと加圧ローラ２に加わる圧力を解除す
るため、 ３’、＝−匹土す−・・・・・・・・・・・・・・　（
６）として待期する。

−Ｊ−記動作において、プリント中の加圧ローラ２は加
圧ローラ移動用スクリュー７で保持される。

また、プリン１−動作中は常時加圧ローラ支持板２３と
加圧ローラ移動用スクリュー７の間には加圧ローラによ
り圧力が加えられているのでバックラッシュを生じない
。

以上の動作をプリン１へ動作中、繰返すことにより最適
な熱定着を行なうことができる。

なお１本発明は軸間距離を変化させることでニップ幅を
あたえるため、加圧ローラをヒートローラに組付する前
に軸間距離設定をする必要がある。

その一方法として、治共によりヒートローラーと加圧ロ
ーラ２に極小な一定圧力を加え、その時の軸間距離を、
ｙ、　＝　−Ｄ　、、　＋　Ｄ−！−とし１位置センサ
ー６の電圧と対応させる。以後この初期設定値を基準に
して軸間距離を設定する。そして、この初期設定をした
後に加圧ローラ支持板２３．加圧ローラ移動用スクリュ
ー７、ステップモータ６を組付け、この時、左右側面の
支持板４２の位置が同じになるようにする。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、ヒートローラと加圧ロー
ラとの＃１間距離をヒートローラの表面温度（定着温度
）に対応して調整し、ニップ幅を適正なものとしである
ので、温度変化に常に追従し良好な画像をうろことがで
きる。また、温度低下に対する余裕度が大きいので、ホ
ットオフセットをしない温度範囲に設定できトナーがロ
ーラに付着することが少なくクリーニングの負荷が低減
する。また、プリント動作の待機時、または停止時に圧
力を解除する機構となっているので、加圧ローラのゴム
ローラ、軸受の負荷が軽減される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動作原理を説明する定着機構の構造図
、第２図ないし第４図は本発明の一実施例の機横図を示
し、第２図は左側面の機構外観図、第３図は右側面の機
構外観図、第４図は第３図の組立分解図、第５図は本発
明の動作フローチャート、第６１ｉ４はタイミングチャ
ートの一例である。 １　・・・　ヒートローラ、　２　・・・加圧ローラ、
３　・・・位置センサー、　４　・・・　フレーム、５
　・・・導電体、　６　・・・ステップモータ、７　・
・・加圧ローラ移動用スクリュー８　・・・温度センサ
ー、１０・・・　ヒーター１１、２０．２４　　・・軸
受、　　１２・・・Ｃリング。 ２１・・・Ｅリング、２２・・・支軸、２２ａ。 ２３ａ、　２３ｂ・・・ねじ部、２３・・・加圧ローラ
川支持板、４０．４１・・・穴、４２・・・支持板、５
０・・・電極、５１・・・電線、５２．５４．６０゜６
１．８０・・・ねじ、５３・・・絶縁体、　Ｄ、。 Ｄ２・・・加圧ローラ、ヒートローラの直径、１ａ・・
・　ヒートローラの軸中心、　２ａ・・・加圧ローラの
軸中心、　　ｙａ・・・軸間距離。 ｙｌ　・・・最適（目標）軸１ｉＵ距離、　ｙ２　・・
・加圧ローラ移動距離、　Ｑ、、、Ｑ、・・・位置セン
サーからの換算距離出力、　ｈ　・・・ニップ幅、　ｉ
　・・・　ピー１−ローラと加圧ローラの喰込み深さ。 第 図 ３　イｆＬＪｔ　ンｔ− 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ヒートローラの表面温度に応じて、ヒートローラと対を
   なす加圧ローラとの軸間距離を調整してニップ幅を変更
   することを特徴とする定着装置。