JPH05134575A - 熱ローラ定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 待機状態から定着状態に入った時点において
ローラ端部おける温度降下を生ぜず、又それに引き続き
定着状態にあっても、非通紙部での過昇温を惹起するこ
とのない、熱ローラ定着装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 複写機等のローラ定着装置において、該定着
装置が二本のヒータ３，４を内蔵し、該ヒータのうち第
一のヒータ３はその長手方向での配熱分布が略均一か、
少なくとも一端部が他の部位に比べて単位長さ当たりの
配熱量が小さく、第二のヒータ４は、少なくとも両端部
のいずれか一方が、他方の部位に比べて単位長さ当たり
の配熱量が大きい分布を有しており、かつ定着前の待機
状態にて、該ローラの内、少なくともいずれか一方は、
両端での温度分布が中央部に比べて高くなるように上記
ヒータで制御し、さらにコピー中は第一のヒータ３のみ
で制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、定着ローラとこれと圧
接回転する加圧ローラにより、トナー像を載せた転写材
を搬送させつつ、上記トナー像を転写材に熱定着させる
熱ローラ定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複写機等の電子写真方式を利用した画像
形成装置においては、トナー像を転写材に定着させるた
めに、効率の良い熱ローラ定着装置を用いる例が多い。

【０００３】従来の熱ローラ定着装置は、第１６図にそ
の一例が示されるように、ハロゲンランプ１３等の加熱
源を内包する定着ローラ１１と、これに圧接する弾性層
を有した加圧ローラ１２とから成り、加熱源からの熱を
定着ローラ１１を介してトーナー像Ｐを転写材Ｐに加
圧、加熱することにより定着を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような、従来の熱
ローラ定着装置に於いては、極力定着ローラの長手方向
における温度分布を均一にすることが望ましいが、実際
にそのような制御は難しい。

【０００５】例えば、加熱源を内包する定着ローラの両
端部は開口をもつため、熱が該開口から逃げてしまいロ
ーラ両端の温度が低くなりがちである。このため、特に
定着前の待機状態から定着動作に入ったばかりの時点で
定着性がローラ両端にて不十分となる。

【０００６】また、通紙される転写材たる紙のサイズが
ローラ長に対し小さいと、紙が通過しないローラ面（非
通紙部）は熱がローラに蓄積されてしまいローラ温度が
異常に昇温する（以下「非通紙部昇温」と呼ぶ）。この
ため、ローラの周面に接触配置された分離爪、クリーニ
ング手段、そして離型剤塗布手段等が、昇温部にて熱損
傷を受けてしまう。

【０００７】本発明は、かかる従来装置がかかえていた
問題点を解決し、待機状態から定着状態に入った時点に
おいてローラ端部おける温度降下を生ぜず、又それに引
き続き定着状態になっても、非通紙部での過昇温を惹起
することのない、熱ローラ定着装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、複写機等のローラ定着装置において、該定着装置
が二本のヒータを内蔵し、該ヒータのうち第一のヒータ
はその長手方向での配熱分布が略均一か、少なくとも一
端部が他の部位に比べて単位長さ当たりの配熱量が小さ
く、第二のヒータは、少なくとも両端部のいずれか一方
が、他方の部位に比べて単位長さ当たりの配熱量が大き
い分布を有しており、かつ定着前の待機状態にて、該ロ
ーラの内、少なくともいずれか一方は、両端での温度分
布が中央部に比べて高くなるように上記ヒータで制御
し、さらにコピー中は第一のヒータのみで制御すること
により達成される。

【０００９】

【作用】本発明では、かかるヒータを用いて制御を施す
ことにより、待機状態直後のコピーにおいては、ヒータ
の温度が高いのでローラの端面の開口からの放熱に伴う
温度降下が補償され、定着性が確保される。また、その
後コピー中ではローラ温度は第一のヒータによって制御
されるので、小サイズ紙通紙時にあっても、第一のヒー
タの配熱分布が両端において中央部と同等か小さいた
め、ローラ両端からの放熱により非通紙域での余剰な熱
の蓄積量は小さくなり、その結果非通紙部昇温も問題に
ならないレベルに抑えられている。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面の図１にもとづき、本発明の
実施例を説明する。

【００１１】〈第一実施例〉まず、本発明の第一実施例
を図１及び図２を用いて説明する。

【００１２】図１において、１は定着ローラであって、
アルミニウムや鉄等の熱伝導性の良好な中空の芯金の上
にフッ素樹脂やシリコンゴム等の耐熱性、高離型性のあ
る素材が単層、または複層コートに施されている。２
は、上記定着ローラに圧接して回転する加圧ローラであ
り、弾性層を有し、上記定着ローラ１との圧接によりニ
ップ部を形成している。

【００１３】定着ローラ１の内部には、ヒータとして二
本のハロゲンランプ３と４が設けられており、定着ロー
ラ１の外周面に当接する温度制御素子５によって所定の
温度に制御される。定着ローラ１の外周面にはそのほ
か、必要に応じて分離爪、温度ヒューズ、オイル（離型
剤）塗布手段、クリーニング手段等が配置されている。

【００１４】図２はかかる定着装置について定着ローラ
１のみを断面にした図である。本例においては、転写材
たる紙はいかなるサイズのものであっても、その一辺が
図中矢印Ｌで示された基準線に一致させて通紙される系
が採用されている（片側基準通紙）場合を示してる。第
一ヒータ３は、図中に模式的に示すように非通紙基準側
の（上記基準線Ｌと反対側）における配熱量が、他の部
分より小さく設定されており、これに対し、第二ヒータ
は逆に非通紙基準側の配熱量が、他の部分より大となる
ように設定されている。配熱量の大小をどの程度に規制
するかは、各ヒータを単独で使用た場合のローラ表面に
現れる温度分布に基づいて決められる。そのローラ表面
温度分布を図３及び図４に示す。第一ヒータ単独の場合
は、図３の如く配熱量が小さい非通紙側端部において、
ローラ表面温度が他の部位より低くなる。一方第二ヒー
タ単独の場合は、図４のようにこの非通紙端部におい
て、他の部位より温度が高くなるように配熱分布を設定
する。なお、二本のヒータの合計の電力は、勿論のこと
許容される電力内である。

【００１５】次に、かかる組合わせからなる二本のヒー
タ３，４の制御について述べる。

【００１６】複写機本体の電源が投入されると、二本の
ヒータ３，４はともに電力が供給され、温度制御素子５
が、予め決められた温度を探知するまで原則的に電力供
給は継続される（立ち上げ時）。

【００１７】制御素子５が所定の温度を検知すると、第
一ヒータ３をＯＦＦとし、第二ヒータ４のみでこの温度
を維持するように制御する。これがいわゆる待機状態で
ある。コピーボタンが押されると、第二ヒータ４が消灯
し、コピー中は第一ヒータ３によって、定着ローラ１が
所定の温度になるように制御される。コピー終了後は再
び待機状態に戻り、定着ローラ１は第二ヒータ４のみで
温度制御される。

【００１８】以上の制御によって定着ローラの長手方向
の温度分布がどのように変化するかを図５ないし図７に
示す。立ち上げ後の待機状態においては、定着ローラ１
は第二ヒータ４で温度制御されているので、端部の配熱
量の多い分が端面からの放熱量を補償し、結果的に図５
に示すようにローラの温度分布は、端部が中央より幾分
高くなる。このような状態から大きなサイズの紙でコピ
ーを開始すると、上記のように第一ヒータ３で温度制御
が始まるので、図３で説明したように端部の温度は中央
に比べて低下していく傾向にある。図６参照。しかし、
開始時の温度が端部において高められいるので、従来例
でみられたようコピー開始直後において、両端部に定着
不良が生ずることはない。また、連続コピーであれば枚
数が進むにしたがって端部の温度が低下していくが、加
圧ローラ２を含む定着装置全体が暖まって行くので、た
とえ端部の温度がある程度低下しても定着性は十分に補
償される。したがって大きなサイズのコピーにおいて定
着性は何等問題はない。

【００１９】次に、小さいサイズの紙でコピーした場合
（特に連続コピー）、非通紙部においては余剰の熱が蓄
積されて行く傾向にあるが、本発明にあっては第一ヒー
タ３の配熱分布が非通紙側において他の部位より配熱量
を小さくしているため、ローラ端面からの放熱と相俟っ
て蓄積される熱量は従来例のものよりはるかに小さく、
それ故に非通紙部における昇温は許容される範囲内に留
まる。図７参照。従って、定着ローラ外周部に設けられ
た分離爪等の熱的な損傷は生じない。

【００２０】〈実験例１〉 定着ローラ；１．５ｍｍアルンミ芯金にＰＴＦＥをコー
トした 加圧ローラ；５ｍｍ厚のシリコンゴム層を有している 第一ヒータ；発光部が３００ｍｍであって、非通紙側５
０ｍｍが中央に比べて２０％程配熱量が小さい 第二ヒータ；発光部が３００ｍｍであって、非通紙側５
０ｍｍが中央に比べて５０％程配熱量が大きい 制御温度Ｔｃ；１８０°Ｃ かかる条件で定着ローラの温度分布を測定したところ、
待機中は非通紙基準側の端部が中央に比べて、約１０°
Ｃ程高かった。

【００２１】この状態からＡ３サイズ紙を１００枚通紙
したところ、最終的に非通紙基準側の温度は中央部に比
べて約１５°Ｃ程低くなったが、定着性を評価したとこ
ろ１枚目〜１００枚目まで問題はなかった。

【００２２】また、待機状態から、Ｂ５サイズ紙を連続
２５０枚縦送りしたところ、非通紙基準側にできる非通
紙領域での最高温度は、約２３０°Ｃであって、分離爪
等への熱的損傷は生じなかった。

【００２３】〈比較例１〉上記の定着、加圧ローラ、設
定温度に対してヒータの配熱分布を以下のようにして比
較した。 第一ヒータ；発光部が３００ｍｍであって、非通紙基準
側５０ｍｍの配熱量方の部分より２０％大きい 第二ヒータ；発光部が３００ｍｍであって、配熱分布が
ほぼ長手方向均一 かかるヒータを用い、上記実施例と同じシーケンスによ
り温度分布を見たところ、待機時は、ローラは端面から
放熱がある分だけ、端部の温度は中央に比べて約１０°
Ｃ近く低い。

【００２４】Ａ３サイズを連続通紙すると、第一ヒータ
の端部の配熱量が大きいので途中若干の温度低下が見ら
れるものの、温度分布はほぼ均一であり、定着性は問題
なかった。このことからもわかるように、待機中、端部
の温度が低ければ、第一ヒータの配熱量を端部で上げて
おくことが必須となる。

【００２５】しかし、Ｂ５紙を縦送りで連続通紙する
と、第一ヒータの端部の配熱量が大いためヒータ通紙域
での昇温は、２６０°Ｃを超える程になり、非通紙域に
当接する分離爪等に熱変形がみられた。

【００２６】〈比較例２〉上記実験例１と同じ定着、加
圧ローラ対を用い、ヒータとして以下の配熱分布のもの
を用いた。 第一ヒータ；発光部が３００ｍｍであって、非通紙基準
側５０ｍｍが中央部に比べて２０％ほど配熱量が小さい
（実験例と同じヒータ） 第二ヒータ；発光部が３００ｍｍであって、非通紙基準
側５０ｍｍが中央部に比べて２０％程配熱量が大きい 上記ヒータを用い前記例と同一のシーケンスにて実験を
行ったところ、待機中のローラ表面の温度分布はほぼ均
一であった。

【００２７】その後、Ａ３サイズ連続通紙を行ったとこ
ろ、初期における数枚の定着性が、非通紙基準側で不十
分であった。これは通紙開始で急速に熱が奪われて温度
低下が大きく、それに対して配熱量が中央に比べて小さ
い分だけ、ローラへの熱の供給が間に合わないためであ
る。しかし、Ｂ５縦連続通紙においては、前記実験例同
様非通紙域での昇温は２３０°Ｃであり、問題はなかっ
た。

【００２８】〈第二実施例〉次に本発明の第二実施例を
図８を用いて説明する。

【００２９】定着装置としての断面構造は図１のものと
同じであるが、本例では長手方向において、紙はいかな
るサイズのものであっても、その中心線がほぼローラの
中央部分の所定のラインを通るいわゆる中央通紙基準の
方式を採用している場合を示している。そこで第一ヒー
タ３は、図中に様式的に示すように、その配熱分布がほ
ぼ通紙基準線に対して対称であり、かつ中央部が両端部
に比べ幾分配熱量が高くに設定されている。一方、第二
にヒータ４は、それとは逆に、中央部に比べて両端部の
配熱量が多くなるように設定されている。これらのヒー
タ３、４を定着ローラに対して単独で用いたときの、飽
和時のローラ表面に現れる温度分布を図９及び図１０に
示す。第一ヒータ３においては（図９）の如く、両端が
中央に比べて下がった温度分布を示す。他方、第二ヒー
タ４においては（図１０）のように、両端部が中央部に
比べて高い温度分布を示す。本例では、このような温度
分布を示すヒータを用いることが必要である。かかるヒ
ータを用いたときの制御については前記例と同様に行わ
れる。

【００３０】上記ヒータ及び制御による温度分布上の効
果について、図１１ないし図１３に示す。

【００３１】装置の立ち上がり後の待機状態における温
度分布は、図１１に示すように第二ヒータ４で制御され
るため、両端が中央部に比べ高くなった温度分布になっ
ている。この状態からＡ３サイズ紙の連続コピーが開始
されると、徐々に両端部の温度は低下していく（図１２
参照）が、通紙初期は両端部の温度が高いので、中央を
含めて定着性に問題はなく、後半においては定着器が十
分にあったまっているため、両端の温度が多少低くても
定着性に問題はなかった。また、Ｂ５サイズ紙を連続コ
ピーした場合、両端部に形成される非通紙域の温度が上
がっていく（図１３参照）が、元々第一ヒータの配熱量
が両端で小さく設定されされているので、ローラ端面で
からの放熱と相俟って非通紙部の昇温は実用上問題にに
ならない範囲に留まる。したがって、分離爪等への影響
はない。

【００３２】〈実験例２〉定着、加圧ローラは実験例１
と同じものを使用した。 第一ヒータ；発光長が３００ｍｍで、通紙基準線を挟ん
で両側７０ｍｍづつが両端に２０％ほど配熱量が大きい 第二ヒータ；発光長が３２０ｍｍで、両端６０ｍｍづつ
が他の部位に比べて配熱量が５０％程大きい 制御温度；１８０°Ｃ 上記条件で定着ローラ上の温度分布を見たところ、待機
中は両端部が中央部に比べて１５％°Ｃほど温度が高か
った。この状態でＡ３サイズ紙の連続通紙を行ったとこ
ろ、６０枚ほどで定常的な温度分布になり、そのとき両
端部は中央部に比べて１０°Ｃほど低くなったが、定着
そのものは通紙初期、通紙後期とも問題はなかった。一
方、待機状態からＢ５サイズ紙を縦連続通紙したとこ
ろ、非通紙域の昇温は２４０°Ｃであり、爪等への熱的
破損はなかった。

【００３３】〈第三実施例〉上記例までは同一の定着ロ
ーラ内に２本のヒータを内蔵した場合であったが、本例
では上下に１本づつヒータを内蔵した例を、図１４及び
図１５を用いて説明する。なお本例も前記例同様中央基
準通紙とする。

【００３４】図１４はかかる定着装置の断面図であっ
て、定着ローラ１と加圧ローラ２が共にに中空の芯金か
らなり、それぞれヒータ３，４を内蔵している。この点
を除いては前記例と同じである。図１５はその断面図で
あって、温度制御素子５（サーミスタ等）は定着ローラ
１の長手方向ほぼ中央部に位置し、定着ローラ１内の第
一ヒータ３は、中央部が両端部に比べ配熱量が大きく設
定されている。一方、加圧ローラ２内のヒータ４は、逆
に両端部が中央に比べ配熱量が高くなるように設定され
ている。さらに、それぞれのヒータ３，４に対してロー
ラ表面の飽和時の温度分布を見ると、定着ローラにあっ
ては、両端部の方が温度分布が低くなるが、一方加圧ロ
ーラにあっては両端部が高くなるように設定されてい
る。このような設定からなる定着装置において、待機時
は上記のように定着ローラ１は両端低、加圧ローラ２は
両端高の温度分布になり、その後Ａ３通紙を行うと、第
一ヒータのみで制御されるが、通紙初期状態にあっては
加圧ローラ２の両端温度が高いので十分な定着性が得ら
れ、通紙後半にあっては定着装置が温まるため定着性に
何等問題は生じない。一方待機後Ｂ５等の小サイズ紙を
通紙した場合においては、第一ヒータが元々両端部の配
熱量が小さいので、昇温は実用上問題はない範囲に留ま
る。

【００３５】〈実験例３〉 定着ローラ；２ｍｍのアルミニウム芯金の１ｍｍ厚のシ
リコンゴム層を設けた 加圧ローラ；３ｍｍにアルミニウム芯金の上に１．５ｍ
ｍ厚のシリコンゴム層を設けた 第一ヒータ；定着ローラ内にあって、３２０ｍｍの発光
長を有し、両端６０ｍｍづつが中央部に比べて１０％ほ
ど配熱量が小さい 第二ヒータ；加圧ローラ内にあって、３２０ｍｍの発光
長を有し、両端８０ｍｍづつが中央部に比べて配熱量が
４０％ほど大きい 制御温度；１７０°Ｃ 上記のような定着装置において、立ち上げ時は第一、二
の両ヒータ３，４を使い、定着ローラ１に当接する温度
制御素子５が制御温度（１７０°Ｃ）を検知したら、そ
の後両ヒータ３，４を用いてその制御温度をい維持する
ように適宜ＯＮ−ＯＦＦし、コピー中は第一ヒータ３の
みで制御する。

【００３６】かかる制御において、待機中は定着ローラ
１の表面の温度は、特に両端部において第一ヒータ３か
らの熱量が小さいので、５〜１０°Ｃ程低くなった。他
方、加圧ローラ２の表面温度は、第二ヒータ４の影響が
大きいため、両端が中央より１５°Ｃ以上高くなった。
この状態でＡ３紙で連続コピーが開始されると、定着ロ
ーラ１及び加圧ローラ２の表面温度は、ともに待機時よ
りさらに低くなるが、定着性でみると、通紙初期状態で
は加圧ローラ２の温度が両端部において高いので（定着
ローラ１の温度が両端において低くとも）、定着性に問
題はなく、また通紙後半においても、両ローラ１，２を
含む系全体が温まっているため支障をきたさなかた。待
機時からＢ５紙を縦連続通紙した場合は、第一ヒータ３
の両端部における配熱量が小さいので昇温は２３５°で
あり問題とはならなかった。

【００３７】なお上記までの諸例ではヒータはローラの
内側にあったが、本発明は、ヒータがローラの外側にあ
るいわゆる外部加熱系にも適用できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱ローラ定着装置において２本のヒータを用い、そのう
ち第一ヒータは配熱分布を略均一か少なくとも一方の端
部が低く、第二ヒータは少なくとも一方の端部が高い分
布であって、かつ待機状態において該ヒータによって少
なくとも両ローラのいずれか一方の温度分布が両端で高
くなるようにし、さらにコピー中は第一ヒータのみで制
御することとしたので、大きいサイズ通紙時の定着性を
確保し、かつ小サイズ通紙時の非通紙部昇温を防止する
ことができるという効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例装置の側面図である。

【図２】図１装置の断面図である。

【図３】図１装置おいて第一ヒータのみを用いたときの
ローラ表面に現われる温度分布の図である。

【図４】図１装置おいて第二ヒータのみを用いたときの
ローラ表面に現われる温度分布の図である。

【図５】図１装置の定着ローラの表面温度変化（待機
時）を示す温度分布の図である。

【図６】図１装置の定着ローラの表面温度変化（大サイ
ズ紙コピー時）を示す温度分布の図である。

【図７】図１装置の定着ローラの表面温度変化（小サイ
ズ紙コピー時）を示す温度分布の図である。

【図８】第二実施例装置の断面図である。

【図９】図８装置において第一ヒータのみを用いたとき
のローラ表面に現われる温度分布の図である。

【図１０】図８装置において第二ヒータのみを用いたと
きのローラ表面に現われる温度分布の図である。

【図１１】図８装置の定着ローラの表面温度変化（待機
時）を示す温度分布の図である。

【図１２】図８装置の定着ローラの表面温度変化（大サ
イズ紙コピー時）を示す温度分布の図である。

【図１３】図８装置の定着ローラの表面温度変化（小サ
イズ紙コピー時）を示す温度分布の図である。

【図１４】第三実施例装置の側面図である。

【図１５】第三実施例装置の断面図である。

【図１６】従来装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 定着ローラ ２ 加圧ローラ ３ 第一ヒータ ４ 第二ヒータ ５ 温度制御素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複写機等のローラ定着装置において、該
   定着装置が二本のヒータを内蔵し、該ヒータのうち第一
   のヒータはその長手方向での配熱分布が略均一か、少な
   くとも一端部が他の部位に比べて単位長さ当たりの配熱
   量が小さく、第二のヒータは、少なくとも両端部のいず
   れか一方が、他方の部位に比べて単位長さ当たりの配熱
   量が大きい分布を有しており、かつ定着前の待機状態に
   て、該ローラの内、少なくともいずれか一方は、両端で
   の温度分布が中央部に比べて高くなるように上記ヒータ
   で制御し、さらにコピー中は第一のヒータのみで制御す
   ることを特徴とする熱ローラ定着装置。
2. 【請求項２】 待機状態にて、第二のヒータのみを用い
   てローラを加熱してローラの端部の温度を中央部より高
   くすることとする請求項１に記載の熱ローラ定着装置。