JPH07295416A

JPH07295416A - 熱定着装置

Info

Publication number: JPH07295416A
Application number: JP8950594A
Authority: JP
Inventors: Satoru Murakami; 哲村上; Kazumi Tabuchi; 一美田淵; Masahiko Aiba; 正彦相羽
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-04-27
Filing date: 1994-04-27
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【目的】ヒートローラの熱容量を小さくできるようにす
ることによって、短時間でヒートローラを昇温できるよ
うにして、昇温待ち時間を短くしたり、待機モード中の
予熱を不要にするとともに、ヒータを小さくして装置全
体を小型化できるようにする。【構成】ヒートローラ１の、熱伝導層１１を断熱材から
なる断熱補強層１２によって補強し、熱伝導層１１を薄
くできるようにすることで、ヒートローラ１の熱容量を
小さくできるようにする。ヒートローラ１は、熱伝導層
１１の外面に対向配置した加熱源４によって加熱し、加
熱定着できる温度に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子写真方式の画像
形成装置、例えば複写機やレーザプリンタ等において、
用紙上のトナー像を定着させるための定着装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】複写機，レーザプリンタ等の電子写真方
式の画像形成装置では、一般に、用紙上のトナー像を定
着させるために、一対のローラからなる定着装置を用い
ている。従来の定着装置は、図５に示すように、中空ド
ラム状のヒートローラ１０１の内部にハロゲンランプ等
からなるヒータ１０２を設置し、ヒートローラ１０１全
体を加熱するとともに、該ヒートローラ１０１に加圧ロ
ーラ１０３を圧接したものであって、両ローラ１０１，
１０３間にトナー像が載った用紙１０４を通過させるこ
とによって、トナー像を加熱および加圧し、定着させて
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５に示し
たような従来の定着装置において、ヒートローラ１０１
の昇温待ち時間やヒータの容量を考えると、中空円筒状
のヒートローラ１０１を出来るだけ薄くして、ヒートロ
ーラの熱容量を小さくすることが望ましい。しかし、上
記したように、ヒートローラ１０１には加圧ローラ１０
３により圧力が掛かっているため、ある程度以上薄くす
ることができず、したがって、熱容量もある程度以上は
小さくならなかった。

【０００４】また、従来、特開昭５５−４５０９６号に
示されるように、中空円筒状のヒートローラの内部と外
部の両方にヒータを備え、待機モード時には内部ヒータ
によってローラ表面の温度を設定温度に制御し（予熱
し）、作動モード時には外部ヒータによってローラ表面
の温度を設定温度に制御するものが示されている。

【０００５】しかし、この構成でもヒートローラの熱容
量が大きいため、作動モードに切り替わったときに短時
間で定着処理が開始できるようにするためには、待機モ
ード中に内部ヒータによって常時予熱を行わなければな
らず、ランニングコストが高くなる問題や、ヒートロー
ラ全体を常時昇温状態に維持するために、定着装置の周
囲部の温度が上昇し、ファン等を用いて強制換気を行わ
なければならない問題があった。また、ヒートローラの
加熱源として内部ヒータ，外部ヒータの両方を備えてお
り、内部ヒータの設置によりヒートローラの径が大きく
なる上に、外部ヒータの設置により外部の加熱スペース
が必要になって、定着装置全体が大型化してしまう問題
があった。

【０００６】この発明の目的は、ヒートローラの熱容量
を小さくできるようにすることによって、短時間でヒー
トローラを昇温できるようにして、昇温待ち時間を短く
したり、待機モード中の予熱を不要にするとともに、ヒ
ータを小さくして装置全体を小型化できる熱定着装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ヒータによって加熱されたヒートローラ、および該
ヒートローラに圧接された加圧ローラ、からなる一対の
ローラが圧接する圧接位置に、トナー像が載った用紙を
通過させることによって前記トナー像の定着を行う定着
装置において、前記ヒートローラを、熱伝導性を有する
部材からなり、中空円筒状に構成された熱伝導層と、断
熱材からなり、前記熱伝導層の内側に設けられた断熱補
強層と、で構成するとともに、前記加熱源を、前記ヒー
トローラの外面に対向配置したことを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の熱定着装置において、前記加熱源を、前記ヒートロー
ラの回転方向に対して、前記一対のローラの圧接位置の
直前に配置するともに、該加熱源と前記圧接位置との間
に、ヒートローラの表面温度を検出する表面温度検出手
段を配置し、さらに、検出されたヒートローラの表面温
度に応じて前記加熱源を制御する制御手段を備えたこと
を特徴とする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の熱定着装置において、前記加熱源および前記圧接位置
間でヒートローラの表面温度を検出する表面温度検出手
段と、前記圧接位置の直後でヒートローラの表面温度を
検出する後温度検出手段と、両表面温度の温度差を求め
る手段と、を備えるとともに、前記温度差に相当する熱
量と、トナー像定着に必要な熱量と、の熱量差に応じて
前記加熱源を制御する制御手段を備えたことを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明においては、ヒートロー
ラが中空円筒状の熱伝導層と、該熱伝導層の内部に設け
られた断熱補強層とで構成され、該ヒートローラは、熱
伝導層の外面に対向配置された加熱源によって加熱され
る。この構成においては、熱伝導層の内部に断熱補強層
が設けられ、熱伝導層の強度が補強されるため、熱伝導
層を薄く構成しても、加圧ローラの圧接によって歪みが
生じてしまうことがなく、熱伝導層の厚みを薄くするこ
とができる。また、この構成においては、ヒートローラ
の熱容量には断熱補強層が関与せず、熱伝導層のみの厚
みで決まる。断熱補強層が断熱材で構成されているから
である。したがって、ヒートローラの熱容量を小さくす
ることができる。ヒートローラの熱容量が小さくなる
と、加熱源による加熱開始後、ヒートローラの表面温度
が定着可能な温度（制御温度）に達するするまでの時間
（昇温時間）が短くなり、加熱開始後、短時間で定着処
理を開始することができる。このため、待機モード時に
熱伝導層を予熱しておかなくても、作動モードに入った
ときに加熱を開始することができるようになる。

【００１１】請求項２に記載の発明においては、ヒート
ローラと加圧ローラとの圧接位置の直前に加熱源が配置
される。上記したように、ヒートローラの熱容量が小さ
くなると、昇温時間が短縮出来る反面、冷却され易い。
そこで、圧接位置、つまり定着処理が行われる位置の直
前に加熱源を配置すると、ヒートローラの加熱タイミン
グから、定着処理のタイミングまでの時間が短くなり、
熱放出が可能な時間が短くなって、ヒートローラの冷却
が防止される。また、ヒートローラ表面の温度検出もこ
の間で行われるため、実際の定着温度に近い温度が検出
されて、ほぼ正確な温度制御ができる。

【００１２】請求項３に記載の発明においては、加熱源
および前記圧接位置間のヒートローラの表面温度、およ
び、圧接位置の直後のヒートローラの表面温度、の両表
面温度の温度差を求める手段が備えられている。前記温
度差は、圧接位置においてトナー像定着に用いられた熱
量に相当する。つまり、定着処理において前記温度差分
の熱量が用いられたことになる。一方、トナー像の定着
を行うために必要な熱量は、使用するトナーの種類や用
紙の種類，用紙の湿度等によって決まる。トナー像の定
着を行うために必要な熱量と、求められた温度差に相当
する熱量との熱量差に応じて加熱源を制御すれば、ヒー
トローラの表面温度を、トナー像定着を行うために必要
な温度にすることができる。例えば、前記温度差に相当
する熱量が、トナー像定着を行うために必要な熱量分を
上回っている場合には、ヒートローラの表面温度を低下
させるべく加熱源を駆動する。逆に、前記温度差に相当
する熱量が、トナー像定着を行うために必要な熱量分に
達しない場合には、ヒートローラの表面温度を上げるべ
く加熱源を駆動する。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。

【００１４】請求項２の実施例を説明する。図１は請求
項２の実施例を示す図であり、熱定着装置の構成を示し
ている。

【００１５】本実施例の熱定着装置は、ヒートローラ
１、ヒートローラの加熱を行うヒータ（加熱源）４、ヒ
ートローラ１に圧接される加圧ローラ２、およびヒータ
４の温度を制御するコントローラ３を含んでいる。ヒー
トローラ１と加圧ローラ２との圧接位置Ｐが定着ポイン
トであり、トナー像が載った用紙５が定着ポイントＰを
通過したときに、加熱および加圧によってトナー像の定
着が行われる。

【００１６】ヒートローラ１は、熱伝導層１１、断熱補
強層１２からなる。熱伝導層１１は、アルミニウム等の
熱伝導率の高い材料で構成され、表面に、トナーの剥離
性を向上させるためのテフロンコーティングが施されて
いる。熱伝導層１１の内部には、発泡ウレタンゴム，ガ
ラス綿等の断熱材からなる断熱補強層１２を備えてい
る。

【００１７】ヒータ４は、ヒートローラ１の回転方向
（図中矢印方向）において、定着ポイントＰの直前に配
置されている。ヒータ４は、ヒートローラ１の軸方向に
沿って配置されたハロゲンランプ等からなるヒータラン
プ４１と、その周囲に設けられ、ヒータランプ４１の熱
を熱伝導層１１側へ反射する反射板４２と、を備え、ヒ
ートローラ１を外側から加熱する。これにより、ヒート
ローラ１は、内側が断熱補強層１２で熱遮断された状態
でヒータ１３によって加熱されることになり、熱伝導層
１１のみが昇温される。

【００１８】ヒートローラ１は、上記したように、中空
円筒状の熱伝導層１１内に、断熱補強層１２が設けら
れ、熱伝導層１１が断熱補強層１２によって補強された
ものである。このため従来のものに比べて熱伝導層１１
の厚みを薄くすることができる。このため、ヒートロー
ラ１の熱容量を小さくできる。

【００１９】ここで、用紙上のトナー像を定着するため
に必要な熱量は、用紙の熱容量やトナーの融点等によっ
て決まっている。いま、用紙の温度がほぼ１００℃にな
る状況下で定着されるトナーを用い、また、用紙として
比重：１．１g/cm³、比熱：１．２J/g.k 、用紙厚さ：
０．１mmのものを用いた場合を考えると、用紙の熱容量
は、「質量×比熱」で求めることができるから、用紙１
mm²当たりの熱容量Ｋｐは、Ｋｐ＝（１．１×１×０．０１）×１．２＝０．０１３
２（J/K ）となる。ここで、他部（加圧ローラ等）への熱量の放出
はないものと仮定し、定着処理時には、０℃の用紙と２
００℃の熱伝導層１１との間で熱量が平衡状態になるも
のとすると、トナー像の定着に必要なヒートローラの１
mm²当たりの熱容量は、０．０１３２J/K 以上となる。
つまり、熱伝導層１１の厚みは、１mm²当たりの熱容量
が０．０１３２J/K 以上となるように設計すればよく、
熱容量の観点からだけで見れば、熱伝導層１１は非常に
薄くても良いことが分かる。

【００２０】なお、この計算例は、熱伝導層１１が非常
に薄くてもよいことを示すための単純計算例であって、
実際には加圧ローラや周囲への熱放出等、種々の要因が
あり、熱伝導層１１の厚みはやや厚いめのものが必要に
なるが、それでも数mm程度で十分である。

【００２１】なお、熱伝導層１１は、中空円筒状体の図
中垂直方向の端部に、回転軸を備えるキャップ（不図
示）が嵌入され、回転自在に支持されている。ヒートロ
ーラ１を回転自在に軸支するには、断熱補強材１２内に
シャフトを備えるようにしてもよい。ヒートローラ１は
加圧ローラ２に従動して回転する。

【００２２】加圧ローラ２は、図示しない圧接機構によ
って、ヒートローラ１に圧接している。この圧接力は、
トナーの種類や定着温度等に応じて適宜設定される。加
圧ローラ２は、図中垂直方向の端部で駆動系に接続さ
れ、図中矢印方向に回転される。

【００２３】コントローラ３は、加熱源であるヒータラ
ンプ４１と、定着ポイントＰとの間に配置され、ヒート
ローラ１の表面温度を検出する温度センサ３１を備え、
その検出温度が予め決められた制御温度となるようにヒ
ータランプ４１を駆動する。この制御温度は、トナーの
種類等に応じて予め設定，記憶されている。以後、コン
トローラ３が制御すべき温度を単に制御温度と記す。な
お、コントローラ３によるヒータの温度制御方法として
は、オン／オフ制御、デューティ制御等の方法が用いら
れる。

【００２４】上記したように、この実施例の熱伝導層１
１は、従来のヒートローラの構成に比べて薄くすること
ができる。このため、ヒートローラ１の熱容量が小さく
なり、ヒートローラ１を短時間で昇温させることができ
る。そして、この構成では、定着ポイントＰの直前にヒ
ータランプ４１を備えており、定着ポイントＰの直前で
ヒートローラ１を効率良く加熱することができる。

【００２５】加熱定着においては、ヒートローラ１は定
着ポイントＰにおいて定着温度が維持されていればよく
（温度センサ３１の検出温度が制御温度になっていれば
よく）、極端にいうならば、それ以外の部分では常温で
あっても差し支えない。しかし、従来の定着装置では、
熱容量が大きいために、単位温度の昇温に時間が掛か
り、昇温の応答性が悪い。このため、ヒートローラ１全
体を常時定着温度に昇温している。特に、待機モード後
から作動モードに切り替わったときの待ち時間を短くし
ようとすれば、待機モード中にもヒートローラ１を予熱
しておかなければならない。

【００２６】一方、本実施例のように、熱容量が小さい
ヒートローラ１であれば、単位温度の昇温時間が短い。
つまり、加熱時の応答性が良く、定着ポイントＰの直前
で加熱を行えば定着に必要な部分の温度を定着温度（制
御温度）に昇温させることができる。また、昇温時間が
短くなるため、待機モード中に予熱を行わなくても、作
動モードに切り替わったときに短時間で定着処理を開始
することができる。

【００２７】しかし、本実施例の構成では昇温時間が短
い一方で、ヒートローラ１の温度低下も早いため、例え
ば、ヒータランプ４１の直前のヒートローラ１の表面温
度と、ヒータランプ４１の直後のヒートローラ１の表面
温度との温度差が比較的大きくなる。したがって、定着
温度を正確に制御するためには、定着ポイントＰの直前
に温度センサ３１を配置して、この検出温度が制御温度
となるように制御を行う。

【００２８】請求項３の実施例を説明する。

【００２９】図２はこの実施例を示す図であり、上記実
施例と同一部分は同一番号で示し、説明を省略する。

【００３０】本実施例の熱定着装置では、定着ポイント
Ｐの直前でヒートローラ１の表面温度を検出する温度セ
ンサ３１とともに、定着ポイントＰの直後でヒートロー
ラ１の表面温度を検出する温度センサ３３を設けてい
る。このように定着処理前後のヒートローラ１の表面温
度を検出することにより定着処理に用いられた熱量を求
めることができる。すなわち、温度センサ３１，３３の
検出温度の温度差が、上記定着処理に用いられた熱量に
相当する。

【００３１】一方、定着処理に必要な熱量はトナーの種
類や用紙の種類等によって決まっている。そこで、定着
処理に必要な熱量を用紙の種類等に応じて予めテーブル
を記憶しておき、そのテーブルに基づいて前記温度セン
サ３１，３３の検出温度の温度差に相当する熱量が必要
な熱量となるように、制御温度を設定する。

【００３２】さらに、この発明の他の実施例を説明す
る。

【００３３】図３はこの実施例を示す図であり、上記実
施例と同一部分は同一番号で示し、説明を省略する。

【００３４】加圧ローラ２の表面には、加圧ローラ２の
表面温度を検出するための温度センサ３２が設けられて
いる。コントローラ３は、温度センサ３２によって検出
される加圧ローラの表面温度に応じて、制御温度を変化
（上昇）させる。具体的には、加圧ローラの表面温度が
高い場合には制御温度の上昇量を少なく、加圧ローラの
表面温度が低い場合には制御温度の上昇量を多くする。

【００３５】上記したように、本実施例のヒートローラ
１は熱容量が小さいため、表面温度が変化し易い。この
ため、加圧ローラ２との接触部で、ヒートローラ１の熱
量が加圧ローラ２側へ移動すると、ヒートローラ１の表
面温度が変わってしまう。そこで、加圧ローラ２の表面
温度を検出し、その検出温度に基づいて、ヒートローラ
１の表面温度変化量を予測し、その分の熱量を予め与え
るべく、制御温度を設定する。

【００３６】なお、加圧ローラ２の表面温度に対する制
御温度の変化量は、テーブルや関数として予め記憶され
る。また、この実施例では、『熱伝導層の表面温度の変
動にかかわる温度』として加圧ローラ２の表面温度を例
に示しているが、環境温度や、ヒータランプ４１の実際
の温度、等によっても熱容量の小さい本実施例のヒート
ローラ１の温度は変動する。このため、これらの温度を
検出する温度センサと、それに対応するテーブル，関数
を備え、それに応じて上記と同様に制御温度を変化させ
てもよい。

【００３７】また、この実施例と上記図２に示した実施
例とを組合せて、加圧ローラ２の表面温度を加味し、用
紙の種類と加圧ローラの表面温度との両方に基づいたテ
ーブルを用意して制御温度を設定してもよい。

【００３８】さらにこの発明の他の実施例を説明する。

【００３９】図４はこの実施例を示す図であり、図４
（Ａ）は熱定着装置の構成、図４（Ｂ）は熱定着装置の
制御回路を示している。なお図において、上記実施例と
同一部分は同一番号で示し、説明を省略する。

【００４０】本実施例の熱定着装置は、ヒータランプ４
１と定着ポイントＰとの間に、温度ヒューズ６を配置し
ている。温度ヒューズ６は、図４（Ｂ）に示すように、
ヒータランプ４１の電源とヒータランプ４１との間に直
列に接続されている。

【００４１】本実施例のヒートローラ１は、熱容量が小
さいため、ヒータランプ４１の温度変化に対する反応が
顕著で、ヒートローラ１の表面温度が変化し易い。この
ため、ヒートローラ１が必要以上に昇温し、用紙５の焦
げつきや発火を生じるおそれがある。この実施例では、
ヒータランプ４１と定着ポイントＰとの間に、温度ヒュ
ーズ６を配置しており、ヒートローラ１が必要以上に昇
温した場合に、温度ヒューズスが切断し、ヒータランプ
４１の電源がオフされる。このため、用紙の焦げつきや
発火を防止できる。なお、温度ヒューズに代えて、サー
モスタット等の他の強制的な電源オフ手段を用いること
が可能であることはいうまでもない。

【００４２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、ヒート
ローラの熱容量を小さくして、ヒートローラの昇温時間
を短縮することができ、装置の動作開始後、短時間で定
着処理を開始できる。一般に、電子写真方式の画像形成
装置において、装置の電源オン時や画像形成処理の待機
後に、１枚めの画像形成処理を開始できるまでの時間
（ファートスプリント時間）は、ヒートローラの昇温時
間に依存する。したがって、ヒートローラの昇温時間が
短縮されると、ファーストプリント時間も短縮される。
また、昇温時間が短いため、待機中にヒートローラの予
熱を行う必要がなく、省エネが実現できる。さらに、予
熱のためのヒータ（内部ヒータ）を別途設ける必要がな
く、装置を小型化できる。

【００４３】請求項２に記載の発明によれば、ヒートロ
ーラと加圧ローラとの圧接位置の直前に、加熱源が配置
されているため、ヒートローラ加熱後、熱放出がほとん
ど行われない状態で定着処理を行うことができ、熱損失
を最小限に抑えることができる。つまり、効率良く加熱
定着を行うことができる。これによって、定着装置のラ
ンニングコストが削減できる。また、ヒートローラ表面
の温度検出においても、実際の定着温度に近い温度が検
出されるため、定着温度の制御が正確になる。請求項３
に記載の発明によれば、トナー像の定着を行うために必
要な熱量に応じて熱伝導層の表面温度が制御される。し
たがって、ヒートローラの表面温度が必要以上に高くな
ってしまったり、また定着不足な程に低くなってしまう
ことがなく、安定したトナー像定着を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２の実施例であり、熱定着装置の構成を
示す図である。

【図２】請求項３の実施例であり、熱定着装置の構成を
示す図である。

【図３】請求項の他の実施例を示す図であり、熱定着装
置の構成を示す図である。

【図４】請求項の他の実施例を示す図であり、熱定着装
置の構成を示す図である。

【図５】従来の定着装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ヒートローラ２加圧ローラ３コントローラ４ヒータ（加熱源）５用紙１１熱伝導層１２断熱補強層３１〜３３温度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒータによって加熱されたヒートローラ、
および該ヒートローラに圧接された加圧ローラ、からな
る一対のローラが圧接する圧接位置に、トナー像が載っ
た用紙を通過させることによって前記トナー像の定着を
行う定着装置において、前記ヒートローラを、熱伝導性を有する部材からなり、
中空円筒状に構成された熱伝導層と、断熱材からなり、
前記熱伝導層の内側に設けられた断熱補強層と、で構成
するとともに、前記加熱源を、前記ヒートローラの外面
に対向配置したことを特徴とする熱定着装置。
【請求項２】請求項１に記載の熱定着装置において、前記加熱源を、前記ヒートローラの回転方向に対して、
前記一対のローラの圧接位置の直前に配置するともに、
該加熱源と前記圧接位置との間に、ヒートローラの表面
温度を検出する表面温度検出手段を配置し、さらに、検
出されたヒートローラの表面温度に応じて前記加熱源を
制御する制御手段を備えたことを特徴とする熱定着装
置。
【請求項３】請求項１に記載の熱定着装置において、前記加熱源および前記圧接位置間でヒートローラの表面
温度を検出する表面温度検出手段と、前記圧接位置の直
後でヒートローラの表面温度を検出する後温度検出手段
と、両表面温度の温度差を求める手段と、を備えるとと
もに、前記温度差に相当する熱量と、トナー像定着に必
要な熱量と、の熱量差に応じて前記加熱源を制御する制
御手段を備えたことを特徴とする熱定着装置。