JPH0250189A - ヒートロール定着装置 - 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〕 本発明は電子写真方式記録装置等に用いるトナーを紙に
定着させるヒートロール定着装置に係り、ヒートロール
表面温度を正確に制御するのに適したヒートロール定着
装置に関°する。

〔従来の技術〕

電子写真方式又は静電記録方式を用いた複写機や情報記
録装置の記録紙上に転写されたトナー像を熱を利用して
定着する方式には、ヒーター直熱方式、オーブン方式、
ヒートロール方式等数多くの方式がある。

しかし、紙づまり等が生じても発火しない点でヒートロ
ール定着方式が優れている。ヒートロール定着方式の代
表的なものとしては例えば米国特許第３１９６７６６号
等が挙げられる。

このヒートロール定着方式は上記の点で優れている方式
ではあるが、例えばヒーター直熱方式に比べて、定着の
起ち上り時間、すなわち定着器に通電してからロール表
面が熱定着可能な温度に達するまでの時間が長いという
欠点を有している。

このため、ヒートロール定着方式の起ち上り時間を短縮
するために数多くの研究がなされているが、改良された
ヒートロール定着装置でも、なも起ち上り時間が１．５
〜３分を要している。

ヒートロール定着の第２の問題は、ヒートロール表面の
正確な温度制御である。この制御を正確に行なうために
はわずかな温度変化を正確に追従することが必要であり
、そのためには温度検知素子を選択することはもちろん
のこと、温度検知素子をヒートロール表面に密着させる
ことが望ましい。しかし、ヒートロールの表面はトナー
のオフセット現象を防ぐために、ふっ素系樹脂等で被膜
を形成させる。これら被膜は比較的軟かいため、回転し
ているヒートロールに静止している温度検知素子を接触
させるとロール表面に傷を生じさせやすくなる。従って
、温度検知素子をヒートロール表面に接触させずに正確
な温度制御を行うことは重要なことであり、この問題を
解決したヒートロール定着装置の出現が望まれていた。

本発明では特に後者の特性改善に注目した。具体的な例
をあげて、以下従来の問題点を詳しく説明する。

〔課屈を解決するための手段〕

ヒートロール定着装置の一例を第２図および第３図によ
って説明する。１はヒートロールであり、通常は肉厚４
〜５ｍｌ＋のアルミ製のロールで、その表面はトナーの
離型性を上げるために４０〜８０μｍの厚さにふっ素系
樹脂でコートされている。

２はヒートロール内に設置されるランプヒータである。

３はヒートロールとの間に記録用紙をはさみ通過せしめ
るためのバックアップロールであり、通常金属製のコア
ロールをシリコンゴム等で被覆したものである。４は回
転するロールを支えるベアリングであり、５および６は
ヒートロールおよびバックアップロールを回転させるギ
アである。

７は前記ヒートロールのほぼ中央部であってその周表面
に近接して設置した温度制御検知素子で、熱電対または
サーミスター等の感熱抵抗素子である。

このような構成のヒートロール定着装置において、ヒー
トロールの外径が４０ｎｕａ、肉厚４ｍｍで。

容量８００Ｗの赤外線ランプヒータを用いた場合、ヒー
トロール表面の温度の時間変化を測定すると第４図のよ
うになる。図中Ａが温度制御検知素子をヒートロール表
面からＩＩＩＩ■程度離した場合−で、設定温度１８０
℃に対して、起動時のオーバシュートは３０’Ｃ以上、
更に運転時の温度変動は約２０℃で、赤外線ランプヒー
タの通電時間のサイクルは定着に使用する用紙や印刷パ
ターンにより異なるが約２５秒であった。これに対して
、温度制御検知素子をヒートロール表面に厚さ４０〜５
０μｍの高分子フィルムを介して接触させた場合の温度
変化は図中巳のようになり、オーバシュートも小さくな
り更に運転時の温度変動は約１０℃前後、サイクル時間
は約１０秒であった。この結果から温度制御検知素子は
ヒートロールに接触させて用いた方が良いが、前述した
ように接触させるとヒートロール表面のコート樹脂にキ
ズをつけやすくなるばかりか、接触部にトナーや紙粉が
たまりそれが素子への温度伝達の阻害要因となり、設定
温度が変わってしまうという問題がある。このことから
、温度制御素子は非接触で使用しなければならない、一
方、温度制御素子を非接触で用いた場合、応答性が悪く
なり、オーバシュートでは高温オフセット、設定温度よ
りも大幅に温度が低下した時は定着不良となる。通常運
転時のサイクル時間が接触と非接触で第４図のように違
う原因は、非接触の場合ヒートロールの表面温度の伝達
が遅れるためで、それはこの例の場合、約１５秒と判断
される。（残り１０秒は赤外線ランプヒータが通電され
、ヒートロールを温度上昇させるまでの遅れ時間）温度
制御検知素子を非接触で用いて、かつ、精度よく温度を
制御するためには。

この応答時間の遅れを小さくしなければならない。

本発明の目的は、この問題に注目し、非接触な温度検知
方法でも温度変化の追従性が良く、正確な温度制御がで
きるヒートロール定着装置を提供することにある。

上記目的は、ヒートロールの芯金部材の上に、温度の上
下によって可逆的に色が変わる部材を塗布し、更にその
上に従来通りのふっ素糸で光透過性のある樹脂をコート
したヒートロールを用い、ヒートロールの色の変化を非
接触的な光学的素子を用いて検知して、温度制御するこ
とによって達成される。この場合の応答性の遅れは１．
ヒートロールに塗布する可逆性熱変色部材の応答遅れだ
けで、光学的素子及びこれを制御する部分の遅れはほと
んど無視できる。可逆性熱変色部材の応答性は、その熱
容量によっても異なるが約２〜３秒である。

以下、本発明も実施例をあげて説明する。

〔実施例〕

実施例１ 第１図は本発明を用いたヒートロール定着装置のヒート
ロール部及び温度制御検知部の周方向断面を示すもので
ある。アルミ製の芯金ロール８上に温度の上下により色
が可逆的に変わる示温塗料を塗布し、示温塗料層９を形
式させる。この部材は熱により使用している顔料化合物
の結晶型が転移することにより変色するもので、ヨウ化
水銀塩等のヨウ化物を主成分とした。色の変化は第５図
に示すような分光拡散反射特性を持っていて、低温時は
約５４０ｎｍをピークとした淡黄緑色であるが、１７０
℃以上の高温になると約５８０ｎｍをピークとした黄色
になる。

この部材は１７０℃を境に結晶型が転移して色が変わる
もので、その精度は±３℃で色が変化する応答性は、２
〜３秒以下と非常に早く、更に加熱条件の影響を殆れど
受けないという特徴がある。

上記示温塗料層９の塗布厚は、０．５〜５０μｍまで可
能であるが下地の反射率等を考慮し、５〜１０μｍ前後
の厚さにした。塗布範囲は温度制御検知素子を取り付け
るヒートロール中央部４０〜５ｏＩＩｌ１幅とした。示
温塗料層９の上に光透過性の高いふっ素糸樹脂層１０を
約１５μｍの厚さで均一にコートした。

温度制御検知部１１は光源として用いる発光素子１２と
受光素子１３とフィルタ１４から構成される。各々の分
光特性を第６図に示す。発光素子１２には、５８０ｎｍ
にピークをもつ黄色光のＬＥＤを用いた。これは、示ｉ
塗料の高温時の色のピーク波長に合わせた。このように
することと検知精度が上がる。受光素子１３には５８０
ｎｍに感度ピークがあるシリコンのフォトダイオードを
用いた。このように示温塗料と発光素子、受光素子の分
光特性をそろえることにより、検知精度が上がる。発光
素子１２と受光素子１３の光学的な調整は、示温塗料９
の拡散光だけが、つまり発光素子１２の直接反射光が入
ってこないようにする。また、受光素子１３の分光特性
は比較的広がっているので、ノイズ光を下ざてより感度
を上げる。ために、第６図中に示すようなフィルタ１４
を受光素子１３の前に設ける。受光素子１３へ入る光強
度Ｅは Ｅ＝ｆωｆλｅ（λ）−ｍ（λ）・ｆ（λ）・ｄ（λ）
ｄλｄωとなる。ここで、ｅ（λ）：発光素子の分光特
性ｍ（λ）：示温塗料層の分光特性 ｆ（λ）：フィルタの分光特性 ｄ（λ）：受光素子の分光特性 ω：受光素子からみた立体角 光強度は受光素子１３の出力にほぼ比例する。

本実施例の場合、１７０℃以上の高温時の受光素子１３
の出力は低温時の２倍以上であり、高温時と低温時の出
力の中間を赤外線ランプヒータの通電を切り換える閾値
とした。つまり、この閾値よリも受光素子１３の出力が
低くい場合は、赤外線ランプヒータに電気を流し、ヒー
トロールを加熱させる。そして、閾値よりも受光素子１
３の出力が高くなった場合、赤外線ランプヒータへの通
電を止めるのである。

以上のような制御方法を、前記した従来のヒートロール
定着装置（外径４０＋ａ＋ａ、肉厚４ｍ＋＋＋＋、赤外
線ランプ容量８００Ｗ）に用いた結果、従来運転時、温
度変動は２０℃で応答時間は２５秒もあったものが、応
答時間を１２〜１３秒にすることができ、更に温度変動
も１０℃前後にすることができた。

実施例２ 実施例１では、温度制御検知部１１が１つで示温塗料９
の塗布はその設置付近のヒートロール周回りだけでよか
ったがより精度よく温度制御をする場合は第７図のよう
にバックアップロールに接する部分全体に示温塗料９を
塗布したヒートロール１５を用い、温度制御検知部１１
を複数個設ける。ヒートロールは通過する用紙の大きさ
の違いやロール両端からの熱のにげにより、温度分布を
もつ、従来のヒートロールでは、これが大きい場合、中
央付近に対して両端は２０℃も低くなることがある。そ
のため、最低１６０℃の定着温度を得るため、中央部は
１８０℃に設定する６本実施例のように示温塗料をヒー
トロール全体に塗り、実施１例１と同じ光学的検知素子
１１を３個設け、検知素子１１のどれか１つでも１７０
℃以下になった時、赤外線ランプヒータが入るように制
御した。その結果、１７０℃を基準にヒートロール全体
で、これを５℃以下、つまり、１６５℃以下にならない
ように制御することができた。また、運転時の赤外線ラ
ンプヒータのサイクル時間もほぼ１０秒と応答性も向上
した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、非接触な温度検知方法にあっても応答
遅れの少なく、温度変化の追従性が良く、ヒートロール
定着装置の設定温度を一定に保つ正確な温度制御ができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のヒートロール部及び温度制
御検知部を示す図、第２図はヒートロール定着装置の斜
視図、第３図は第２図のヒートロール定着装置のＡＡ’
部説明図、第４図は従来のヒートロール定着装置の温度
時間特性図、第５図は本発明で用いた示温塗料の分光反
射特性図、第６図は本発明で用いた温度制御検知部容素
子の分光特性図、第７図は本発明の一実施例を示すヒー
トローラ部の概略図である。 ８・・・芯金ロール、９・・・示温塗料層、１０・・・
ふっ素糸樹脂層、１１・・・温度制御検知部、１２・・
・発光素第１因 第 図 第 図 り 第６図 第４図 第 図 原 畏　（ｎｆｆ１） 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱可塑性樹脂よりなるトナー像を像支持体上に定着
   すべく加熱部材を内蔵するロールと、そのロールの表面
   温度を検知するための温度検知部材と、その温度検知部
   材の出力信号に基いて前記加熱部材への通電を制御する
   ための制御手段を有するヒートロール定着装置において
   、前記ロール上に温度の上下によつて可逆的に色を変え
   る示温部材の被覆層を設け、その色の変化を光学的にと
   らえて温度を検知する温度検知部材を有し、ロール表面
   の温度を制御することを特徴としたヒートロール定着装
   置。 ２、示温部材として結晶型の転移により変色するヨウ化
   物を用いることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載
   のヒートロール定着装置。 ３、示温部材の被覆層の厚さが、０．５μｍから５０μ
   ｍであることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の
   ヒートロール定着装置。 ４、色の変化を光学的にとらえて温度を検知する温度検
   知部材が、発光素子と受光素子または発光素子とフィル
   タと受光素子から構成されることを特徴とした特許請求
   の範囲第１項記載のヒートロール定着装置。 ５、示温部材の高温時の色のピーク波長とそれとほぼ同
   じ波長付近に発光ピークのある発光素子および受光感度
   ピークのある受光素子温度検知部材に用いることを特徴
   とした特許請求の範囲第１項記載のヒートロール定着装
   置。 ６、温度検知部材を複数個用いてヒートロール表面の温
   度を制御することを特徴とした特許請求の範囲第１項記
   載のヒートロール定着装置。