JPS6122311B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は互に当接しつつ回転する定着ローラと
加圧ローラとを有する電子複写機などにおける熱
定着装置に関する。

電子複写機などにおける熱定着装置において、
芯金の周面にシリコンゴムなどの弾性体を固着し
た弾性体ローラが定着ローラとして用いられ事が
多い。しかし弾性体ローラは金属ローラに比較し
て熱伝導性が悪く未定着複写紙の通過時に最適定
着温度に常に維持することが困難である。このた
め種々の方策がとられる。

たとえばその第１の例として第１図に示す如く
弾性体ローラからなる定着ローラ１の内部にヒー
タ２を設けて、定着ローラ１の芯金の表面温度を
検出してヒータ２を制御して未定着複写紙の通過
時にも最適定着温度に維持しようとするものがあ
る。尚、３は加圧ローラであり、４は複写紙であ
る。

この場合、複写紙４の通過時t₁をはさんだ定着
ローラ１の表面温度Ｔの温度特性は、第２図（ゴ
ム肉１mmの場合）に示す如く、時刻t₁から定着ロ
ーラの表面温度Ｔは下り定着性が悪くなる欠点を
有しており、この温度降下は複写紙の速度が速く
なるに従つて増大する。なおT₁は定着ローラ１
の芯金の表面温度を、T₂は加圧ローラ３の表面
温度である。

また、第１図の加圧ローラ３の内部にヒータ５
を設けてヒータ５を定着ローラ１の芯金温度によ
りヒータ２と同時に制御するものがある。この場
合の定着ローラ１の表面温度Ｔの温度特性は第３
図（ゴム肉1.5mmの場合）に示す如く定着ローラ
１の表面温度Ｔの下降の程度は前記の例より幾分
改善されるのみである。

また第２の例として、第４図に示した如く弾性
体ローラからなる定着ローラ１の内部にのみヒー
タ２を設け、定着ローラ１の弾性体表面の温度を
検出しヒータ２を制御するものもある。

この場合の定着ローラ１の表面温度Ｔの温度特
性は、第５図（ゴム肉１mmの場合）に示す如く、
表面温度Ｔは複写紙４の通過時において或る程度
維持できるが定着ローラ１の芯金温度T₁が上昇
し、定着ローラ１の芯金と弾性体との接着層が高
熱のため遊離してしまう欠点があり、定着ローラ
１の回転を速めた場合、芯金のみが空転すること
になる。

また第３の例として、第６図に示した如く定着
ローラ１と加圧ローラ３の他に定着ローラ１と当
接して回転する加熱ローラ６を設け、加圧ローラ
３と加熱ローラ６の内部にそれぞれヒータ５およ
び７を各別に設け、加熱ローラ６の表面温度T₃
を検出してヒータ５および７を制御するものがあ
る。この場合の定着ローラ１の表面温度Ｔは、第
７図（ゴム肉３mmの場合）に示す如く複写紙４の
通過時t₁をはさんで表面温度Ｔが下降し、良好な
定着が得られない欠点があり、複写紙４の通過速
度が速い場合は加熱ローラの温度設定を相当に高
温とするか、または加熱ローラの数を増加するか
などの手段を講じなければ定着ローラ１の表面温
度Ｔを適正値とすることができない。

以上説明した如く、従来の熱定着装置において
定着ローラの表面温度は複写紙の通過によつて低
下し、良好な定着性を得ることができず、かつ定
着ローラの表面温度を維持できても定着ローラの
芯金温度が上昇して定着ローラの芯金と弾性体と
の接着層が高熱により損傷されて芯金と弾性体と
を遊離させ、定着ローラの耐久性を損う欠点があ
つた。

本発明は上記にかんがみなされたもので、上記
の欠点を解消して、複写紙の通過によつても定着
ローラの表面温度の下降を少くするとともに定着
ローラの耐久性を増加させた熱定着装置を提供す
ることを目的とする。

以下、本発明を実施例により説明する。

第８図は本発明の一実施例の熱定着装置の概略
構成図である。

第８図において、１は定着ローラであり、３お
よび６は定着ローラ１に互に当接して回転する加
圧ローラおよび加熱ローラである。４は定着ロー
ラ１と加圧ローラ３との間を挿通する複写紙であ
る。

定着ローラ１の芯金の周面には、熱伝導性の悪
い弾性体８たとえばシリコンゴムなどを0.1〜3.0
mmの肉厚で被覆し、芯金と弾性体８とは相互に接
着してある。加圧ローラ３は、鉄、ステインレス
鋼、アルミニユームまたはこれ等の周面をテフロ
ンで被覆し相互に接着した剛体ローラ、または定
着ローラ１と同様の弾性ローラからなつている。
また加熱ローラ６は加圧ローラ３と同様の剛体ロ
ーラからなつている。定着ローラ１および加熱ロ
ーラ６の内部にヒータなどの加熱手段２および７
を各別に有し、定着ロール１の芯金表面温度T₁
は芯金に当接する温度検出素子たとえばサーミス
タ１０により検出し、ヒータ２を制御することに
より調節するようになし、また定着ロール１の弾
性体８の表面温度Ｔは弾性体８の表面に当接する
温度検出素子たとえばサーミスタ１１により検出
し、ヒータ７を制御することにより調節するよう
に構成する。なお、１２は温度調節器である。温
度調節器１２は第９図に示す回路図の如く、可変
抵抗１３とサーミスタ１０との直列回路で分圧し
た電圧と、抵抗１４と抵抗１５との直列回路で分
圧した電圧とを入力とする演算増幅器１９からな
る第１の比較器２１と、第１の比較器２１の出力
でスイチング動作をし定着ローラのヒータ２をオ
ンオフするスイツチング素子２３とを有し、ま
た、可変抵抗１６とサーミスタ１１との直列回路
で分圧した電圧と、抵抗１７と抵抗１８との直列
回路で分圧した電圧とを入力とする演算増幅器２
０からなる第２の比較器２２と、第２の比較器２
２の出力でスイツチング動作をし加熱ローラのヒ
ータ７をオンオフするスイツチング素子２４とを
有する。なお、２５は電源である。従つて、サー
ミスタ１０により検出された芯金温度T₁は第１
の比較器２１により可変抵抗１３の抵抗値で決ま
る設定温度となるようにヒータ２で調節され、サ
ーミスタ１１により検出された弾性体８の表面温
度Ｔは第２の比較器２２により可変抵抗１６の抵
抗値で決まる設定温度となるようにヒータ７で調
節される。芯金温度T₁は弾性体８の耐久性で決
まる安全な温度範囲内に、弾性体２の表面温度は
定着するのに必要な温度に設定する。弾性体をシ
リコンゴムとした場合、芯金とゴム表面の温度差
は、外部加熱源としての加熱ローラ６が無いとき
は、肉厚１mmで20℃前後、２mmで30℃前後であ
る。サーミスタ１０で検出され、ヒータ２で調節
された芯金温度T₁、サーミスタ１１で検出され
ヒータ７で調節された弾性体８の表面温度Ｔ、加
圧ローラ３および加熱ローラ６の温度T₂および
T₃の温度特性は第１０図に示す如くになる。t₁は
複写紙４が通過を開始した時刻を示している。

第１０図から明きらかな如く時刻t₁に到る前
は、温度T₁，Ｔ，T₂およびT₃はそれぞれ一定の
温度に維持されている。ついで複写紙４の通紙が
行われると弾性体８の表面温度Ｔは、複写紙によ
り熱が奪われて一時的に減ずるが、サーミスタ１
１が弾性体表面の温度を検出しているのですぐに
調節器１２が応答し、従つて加熱ローラ６のヒー
タ７が付勢され、同加熱ローラからの加熱により
元の温度に戻り、ほぼ一定に維持される。加熱ロ
ーラ６の温度T₃はその後も順次上昇し、通紙に
より奪われた弾性体８の表面の熱量を補うように
機能する。加圧ローラ３の温度は通紙により減少
するが、或る温度にて平衡する。

なお、加圧ローラ３を常に定着ローラ１の表面
に直接または複写紙を介して当接せしめる構成と
したときは、加圧ローラ３の温度は、第１０図の
T₂に示す如く、通紙により減少し一定値で平衡
する。また、加圧ローラ３を通紙前には定着ロー
ラ１に当接させず、通紙中においてのみ複写紙４
を介して定着ローラ１と当接させる構成とした場
合には逆に、加圧ローラ３の温度は第１０図の
T₄に示す如く、通紙とともに上昇し、一定値で
平衡することとなる。

以上の如く、定着ローラ１は、その芯金温度
T₁がサーミスタ１０により直接に検知されて一
定に維持され、またその弾性体８の表面温度Ｔ
も、芯金から弾性体表面に熱伝導される熱と弾性
体表面に外部から加えられる熱即ち加熱ローラの
温度T₃とにより一定に維持される。この場合、
加熱ローラ内のヒータ７は弾性体表面に接触せし
めたサーミスタ１１により検知される弾性体表面
の温度Ｔにより断続制御せしめられ、非通紙時に
は加熱ローラの温度T₃が弾性体表面温度Ｔより
やや高い一定温度に維持されるが、通紙時即ち弾
性表面の温度Ｔが希望温度より低下したときに
は、直ちに連続付勢され、加熱ローラ６は定着ロ
ーラ１の弾性体表面から奪われる熱を補なうよう
に昇温される。このため定着ローラの表面温度は
通紙前の温度とほゞ同じに保たれる結果、良好な
定着性を維持することができる。

また、通紙の有無に関係なく定着ローラ１の芯
金と弾性体８との温度差も増加することは無く、
芯金と弾性体８との接着層の温度による損傷もな
い。従つて定着ローラ１の耐久性は増大する。

なお、加熱ローラ６のヒータ７の容量は通紙終
了のときにおいても、定着ローラ１の芯金と弾性
体８の接着層が熱により損傷されない容量に選択
する。これは通紙終了のときに加熱ローラ６の温
度は高温になつているため、弾性体８の表面温度
は通紙終了のときから暫くの間はオーバーシユー
トするため、このオーバーシユートにより定着ロ
ーラ１の芯金と弾性体８との接着層を損傷させな
いようにするためである。

つぎに本発明の他の実施例を説明する。

第１１図は本発明の他の実施例の熱定着装置の
概略構成図である。本実施例においては、熱定着
装置は第１０図に示した本発明の一実施例に、さ
らに加圧ローラ３の内部に加熱手段としてヒータ
２６を設け、定着ローラ１の表面温度Ｔにより制
御するように構成したものである。従つて、温度
調節器には第９図の破線で示した如く、ヒータ７
（例えば500W）に並列にヒータ２６（例えば
700W）が接続される。

従つて、本実施例の場合、複写紙の通紙により
複写紙によつて奪われるために生ずる弾性体８の
表面の温度低下は、加熱ローラ６および加圧ロー
ラ３によつて補われる。そこで定着ロール１の芯
金温度T₁、弾性体８の表面温度Ｔ、加圧ローラ
３の温度T₂、加熱ローラ６の温度T₃の変化は第
１２図に示す如くになる。なお、第１２図におい
ても時刻t₁は複写紙の通紙が行われた時刻であ
る。

本実施例の場合、加圧ローラ３もヒータ２６を
有して、弾性体８の表面温度によつて制御される
ため、弾性体８の表面から加圧ローラ３へ移動す
る熱量は前記の一実施例の場合に比較して少なく
なり、この結果ヒータ７の容量も小さくてすみ通
紙終了のときにおける加熱ローラ６の温度も一実
施例の場合より少なくなつて、通紙終了後の弾性
体８の表面温度のオーバーシユートも減少する効
果がある。

また、ヒータ２６の容量を加圧ローラ３の温度
が弾性体８の表面温度Ｔと同一または高くなるよ
うに設定することが可能であり、そのようにすれ
ば通紙終了後の弾性体８の表面温度Ｔのオーバー
シユートをほとんど無くすることができる。

つぎに本発明の変形実施例を説明する。

第１３図は第８図に示した実施例の変形実施例
を示す熱定着装置の概略構成図である。この変形
実施例の熱定着装置は第８図に示した熱定着装置
の加熱ローラ６およびヒータ７に代つて、熱源２
７を定着ローラ１に対向して設け、熱源２７を弾
性体８の表面温度により制御するようにしたもの
であり、第８図に示した実施例の熱定着装置と同
一の作用効果を得ることができる。この場合加熱
ローラは不要となる効果もある。第１４図は第１
１図に示した実施例の変形実施例を示す熱定着装
置の概略構成図である。この変形実施例の熱定着
装置は、第１１図に示した熱定着装置の加熱ロー
ラ６およびヒータ７に代つて熱源２７を定着ロー
ラ１に対向して設け、熱源２７を弾性体８の表面
温度により制御するようにしたものであり、第１
１図の実施例の熱定着装置と同一の作用効果を得
ることができる。この場合も加熱ローラは不要と
なる効果もある。

第１５図は第１１図に示した実施例の変形実施
例を示す熱定着装置の概略構成図である。この変
形実施例の熱定着装置は第１１図に示した熱定着
装置の加圧ローラにヒータのない弾性体ローラ２
８を用い、ヒータ２６に代つて熱源２９を加圧ロ
ーラ２８に対向して設け、かつ加熱ローラ６およ
びヒータ７に代つて熱源２７を設けて、熱源２７
および２９を定着ローラ１の弾性体８の表面温度
により制御するようにしたものである。本変形実
施例の場合も第１１図に示した熱定着装置と同一
の作用効果を得ることができる。

第１６図は第１１図に示した実施例の変形実施
例を示す熱定着装置の概略構成図である。この変
形実施例の熱定着装置は、第１１図に示した熱定
着装置に、さらに、内部にヒータ３０を有し定着
ローラ１に当接して回転する加熱ローラ３１を設
け、ヒータ３０を定着ローラ１の弾性体８の表面
温度によつて制御するようにしたものである。本
変形実施例の場合も第１１図に示した熱定着装置
と同一の作用効果を得ることができる。

第１７図は第１１図に示した実施例の変形実施
例を示す熱定着装置の概略構成図である。この変
形実施例の熱定着装置は、第１１図に示した加圧
ローラ３に代つて、ヒータ２６を有する弾性体ロ
ーラ３４を加圧ローラとし、弾性体ローラ３４の
弾性体の表面温度によつてヒータ２６を制御する
ようにしたものである。そこで温度調節器３２は
第９図に示した温度調節器にさらに比較器とスイ
ツチング素子を加えてヒータ３４を制御するよう
にした温度調節器とする。３３は加圧ロールの弾
性体の表面温度を検出する検出手段であるサーミ
スタである。本変形実施例の場合も第１１図に示
した熱定着装置と同様の作用効果を得ることがで
きる。

第１８図は第１１図に示した実施例の変形実施
例を示す熱定着装置の概略構成図である。この変
形実施例の熱定着装置は第１７図に示した加熱ロ
ーラ６およびヒータ７に代つて定着ローラ１の表
面に対向する位置に熱源２７を設け、熱源２７を
定着ローラ１の弾性体８の表面温度により制御す
るようにしたものであり、第１７図に示した変形
実施例と同様に、第１１図に示した熱定着装置と
同様の作用効果を得ることができる。

つぎに定着ロール１の弾性体８および加圧ロー
ラ３４の弾性体の表面温度を検出するサーミスタ
１１および３３の位置について説明する。

サーミスタ１１および３３は定着ロール１の弾
性体８および加圧ローラ３４の弾性体の表面温度
を検出するために弾性体に接触させるが、その位
置は弾性体と複写紙が当接する範囲内の弾性体の
表面であることが望ましい。また、サーミスタ１
１および３３を複写紙４の進行方向の幅の中心に
対応する弾性体の位置に接触させて弾性体温度を
検出することが最も好ましいが、この場合、加熱
ローラのヒータ７または熱源２７の温度分布は弾
性体の両端は比較的に低温に、中心部は比較的に
高温となるように設定するのがよい。その理由は
通紙時に一番温度低下を来す部分が前記中央部で
あるためである。

以上説明した如く本発明の熱定着装置によれ
ば、定着ローラの内部加熱は定着ローラの芯金温
度により、定着ローラの外部からの加熱源は定着
ローラの弾性体表面温度によりそれぞれ制御され
るようにしたことにより、複写紙の通紙中の定着
ローラの弾性体表面の温度低下を防止することが
できて、良好な定着性を得ることができる。ま
た、定着ローラの芯金と弾性体の温度差が一定範
囲内に納めることができ、芯金部材と弾性体との
接着層が熱により損傷されることがない。従つて
定着ローラの耐久性を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図および第６図は従来の熱定着装
置の概略構成図。第２図、第３図、第５図および
第７図は第１図、第４図および第６図に示した従
来の熱定着装置の温度特性図。第８図は本発明の
一実施例の熱定着装置の概略構成図。第９図は第
８図に示した熱定着装置の温度調節器の回路図。
第１０図は第８図に示した熱定着装置の温度特性
図。第１１図は本発明の他の実施例の熱定着装置
の概略構成図。第１２図は第１１図に示した熱定
着装置の温度特性図。第１３図は本発明の一実施
例の変形実施例の熱定着装置を示す概略構成図。
第１４図、第１５図、第１６図、第１７図および
第１８図は本発明の他の実施例の変形実施例の熱
定着装置を示す概略構成図。 １……定着ローラ、２，７，２６および３０…
…ヒータ、３および２８……加圧ローラ、４……
複写紙、６および３１……加熱ローラ、１０，１
１および３３……サーミスタ、１２および３２…
…温度調節器、１９および２０……演算増幅器、
２１および２２……第１および第２の比較器、２
３および２４……スイツチング素子、２７および
２９……熱源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 互に当接しつつ回転する定着ローラと加圧ロ
   ーラとを有し、定着ローラを芯金に弾性体を被覆
   した弾性体ローラとして構成した熱定着装置にお
   いて、定着ローラ内部に設けた第１の加熱手段
   と、定着ローラの外部に設けた定着ローラの弾性
   体表面を加熱する第２の加熱手段と、前記第１の
   加熱手段を前記芯金温度により、かつ前記第２の
   加熱手段を前記弾性体の表面温度によりそれぞれ
   制御する温度調節器とを備えたことを特徴とする
   熱定着装置。