JPS6314186A - 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） 本発明は電子写真複写機、プリンター等の画像形成装置
に用いられる定着装置に関する。

（従来技術） 従来、この種の定着装置としては、少なくとも一方がハ
ロゲンヒータ等の加熱源を有する一対の定着ローラによ
り未定着画像を担持したコピー用紙等の支持体を挾持搬
送することによって、該未定着画像を支持体に定着させ
るローラ定着装置が知られている。上記定着装置は、画
像形成装置の電源が投入されると同時に加熱源に通電さ
れ、定着ローラが所定温度に達するまで急速に加熱され
ることによってウオームアツプが行なわれる。この定着
ローラは、その表面温度がローラ表面に接触する温度検
知素子によって検知され、ウオームアツプが終了して所
定温度に達すると、以後はその温度を維持するように加
熱源への通電を制御し、常に安定した定着性を維持する
ようになっている。

また、上記定着装置にはコピー用紙等の支持体を定着ロ
ーラから確実に分離するため、一般的に複数個の分離爪
がローラ軸方向に亘ってローラ表面に接触して設けられ
ている。

これらローラ表面に接触する温度検知素子や分離爪は当
然のことながらローラ表面の傷の原因となり、その対策
として、従来より、温度検知素子や分離爪をレシプロさ
せたり、或いは、定着ローラ自体のレシプロを行なわせ
ることが提案されている。しかしながら、これらの方法
はコスト・アップや装置の大型化となり、かつ、信頼性
も低いものであった。

（発明の目的） 本発明の目的は、簡易な構成により前記従来の欠点を解
消し、ローラ表面への当接物によるローラ傷を防止し、
ローラの寿命を伸ばすようにした定着装置を提供するこ
とにある。

（発明の概要） 即ち、本発明はトナー像支持材を一対のローラで挾持搬
送してトナー像をその支持材に定着する定着装置におい
て、該一対のローラを停止状態から所定速度での回転状
態まで立ち上げる際、ローラの回転速度を段階的に速め
る様に制御することを特徴とするものである。

（実施例） 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明に係る定着装置を適用し得る画像形成装
置の概略を示す説明図である。

図において、１は円筒状に形成された感光ドラムからな
る像担持体で、第２図の矢印ａ方向に回動可能に軸支さ
れており、この像担持体１の周囲には、−吹寄電器２、
現像器３、転写帯電器４、クリーナ６が配設されている
。図中、Ｐは転写材である。また、７は原稿、８は原稿
７を照明するための原稿ランプ、９は複数枚組合された
ミラーやレンズ等からなる結像光学系である。

この画像形成装置は、−吹寄電器２によって一様に帯電
された像担持体１の表面に、結像光学系９を介して原稿
７の像を結像し、静電潜像を形成する。

しかして、この静電潜像を現像器３により可視化し、像
担持体ｌ上の可視像を転写帯電器４によって転写材Ｐに
転写し、分離手段（不図示）によって像担持体ｌから転
写材Ｐを分離した後、不図示の搬送手段によって転写材
Ｐを定着袋！５に搬送し、転写材Ｐ上の可視像を定着装
置５において定着して定着画像を得るものである。

第１図は本発明に係る定着装置の一実施例を示す説明図
である。

上記定着装置５は、一対の定着ローラたる加熱ローラ５
０１と加圧ローラ５０２を有しており、該加圧ローラ５
０２は加熱ローラ５０１に公知の加圧手段によって少な
くとも定着時に圧接する。また、加熱ローラ５０１、加
圧ローラ５０２はそれぞれその局面の一部が熱遮断性部
材５０７，５０７’　で覆われており、ローラからの放
熱をおさえている。図において、５０９は加熱ローラ５
０１を駆動する駆動モータで、制御回路５１０からの信
号により加熱ローラ５０１の回転速度が制御される。尚
、本実施例では加圧ローラ５０２は加熱ローラ５０１に
従動して回動する。

加熱ローラ５０１は、アルミニウム、ステンレス、銅等
からなる金属性中空円筒状のローラ芯金の外周面に、シ
リコンゴム、フッソゴム等の耐熱弾性体層を、０．０５
〜２ｍｍ厚に設け、好ましくは、更にその上層に、ＰＦ
Ａ、ＰＴＦＥ等の耐熱離型性樹脂層を、３〜１００μｍ
厚に設けたものである。上記加熱ローラ５０１の中空内
部には、ハロゲンヒータ等の加熱用ヒータ５０３と補助
ヒータ５０３′　が配設されており、該補助ヒータ５０
３′　は通常ＯＦＦ状態であって電源投入後の立上り時
にのみ作動する。一方、加圧ローラ５０２は、アルミニ
ウム、ステレンズ、銅等からなる金属製中空円筒状のロ
ーラ芯金の外周面に、シリコンゴム、フッソゴム、フロ
ロシリコンゴム等の耐熱弾性体層を、２〜１０　ｍ　ｍ
厚に設け、好ましくは、更にその上層に、３〜１００μ
ｍ厚のＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の耐熱離型性樹脂層を設けた
ものよりなっている。

また本実施例では加圧ローラ５０２の内部にも低加熱用
のヒータが配設されている。

上記加熱ローラ５０１の外周面には、サーミスタ、熱電
対等の温度検知素子５０４が接して配置されており、そ
の検出信号を公知の制御手段（図示せず）に導き、該制
御手段によりヒータ５０３の点滅等を制御することによ
って、加熱ローラ５０１の外周面の温度をトナー像溶融
温度に保持している。

また、上記加熱ローラ５０１の外周にはローラ表面に付
着したオフセット・トナーや紙粉等の異物を除去するた
めのクリーニングウェブ５０５が接触している。

未定着トナー像Ｔを有する転写材Ｐは、加熱、加圧両ロ
ーラ５０１．５０２間で挾持搬送され、加熱されたロー
ラ５０１．５０２による印加熱によって、上記トナー像
Ｔが転写材Ｐに永久像として定着され、排紙ローラ５１
７．５１８によって挾持されながら装置外へ排出される
。加熱ローラ５０１の排出口側には、転写材Ｐを加熱ロ
ーラから確実に分離するため、ローラ軸方向に沿って複
数個の分離爪５０８がローラ表面に接触するよう設けら
ていれる。

さて、このように定着ローラ表面には温度検知素子５０
４や分離爪５０８が当接しており、使用が進むにつれて
、これら当接物によりローラ表面に傷が発生し寿命を縮
めてしまっている。本件発明者らは、一対のローラ間へ
の通紙実験を行なったところ、前記定着ローラの傷の発
生は、連続耐久と間欠耐久とで、その発生に著しく差が
あることが判明した。例えば、９９９枚毎の連続耐久で
は、２０万枚後においてもローラ表面にキズの発生はな
かった。ところが一枚毎にローラが停止する一枚間欠耐
久では、５万枚程度でローラ表面にキズが発生してしま
った。そこで、本発明者らが鋭意検討した結果、ローラ
が停止している状態から回転を始める瞬間にはローラ表
面とその当接物との間には最大静止摩擦力、又は、それ
以上の大きな力が働き、これがローラ表面のキズの原因
となってしまうことが判明した。また、ローラの回転開
始時に生じる前記の力により当接物が不安定な動きを生
じた場合、当接物のローラ表面への当接状態が好ましく
ない状態となり、ローラの傷は更に促進されることがわ
かった。

一方、連続耐久においては、ローラは定常的な回転をし
ているため、当接物のローラ表面への圧接状態は安定し
ていて両者の間には動摩擦力が働いているのみであり、
定着ローラの傷は非常に発生しにくい状態である。従っ
て、本発明者らはローラが停止している状態から回転を
始める瞬間にローラと当接物との間に働く負荷を軽減す
ることが出来れば定着ローラの傷防止が出来、ローラの
寿命を伸ばすことが出来るはずであるとの見地に基づい
て検討した。

そして、定着ローラの回転をローラの停止状態からゆっ
くりと立上げることが、定着ローラの傷防止に有効であ
ることを見い出した。しかし。上記方法ではコピー可能
な速度に達するまでに時間がかかり、ファースト・コピ
一時間が長くなる問題点が生ずる。これは、高速機にお
いては、特に重要な問題点となる。そこで、出来るだけ
ファースト・コピーまでの時間を損しない方法が望まれ
る。

さて、定着ローラが停止状態にある場合と周速υで回転
状態にある場合につき、おのおの同じ様に加速を行ない
速度Ｖだけｕｐすることを考える。

加速と同時にローラと当接物量に働く負荷は両者の間に
働く摩擦力とローラの駆動加速度に依存し、今の場合、
加速の仕方は同じだから静止摩擦係数〉動摩擦係数の関
係からローラが停止状態にある場合の方がより大きな負
荷が加わるはずである。そこで、ローラの回転を所定速
度まで一気に立ち上げずにある低速度に止どめ、一旦、
当接物を動的状態に安定させた後、所定速度まで立ち上
げる方法を検討した。

以下、実験例について述べる。

加熱ローラ５０１としては、外径φ５９　、３　ｍ　ｍ
　ｓ逆クラウン量１５０μｍ１アルミ製ローラ芯金の肉
厚６．５　ｍ　ｍ　、表層に０　、５　ｍ　ｍ厚のシリ
コンゴム及び２０μｍ厚のＰＴＦＥを被覆したローラを
、加圧ローラ５０２として、φ５０　ｍ　ｍのステンレ
ス製ローラ芯金上に肉厚５　ｍ　ｍの熱加硫型シリコン
ゴム層及び３０μｍ厚のフッソゴムラテックス層を被覆
したローラを夫々用いた。

まず、加熱ローラ５０１に接触する温度検知素子５０４
に歪ゲージを貼布し、ローラの回転に伴う素子の動きを
観察した。第３図は本実験の略図である。

サーミスター５０４２は、弾性ゴムスポンジ５ｏ４３に
埋めこまれカプトン・テープ５０４１に包まれて加熱ロ
ーラ５０１に接触している。そこで、弾性ゴムスポンジ
５０４３に歪ゲージ５０４４を貼り付は歪の測定を行な
った 第４図（ａ）、第４図（ｂ）は、５ＩＧＮＡＬ　ＡＮＡ
ＬＹＺＥＲにより測定した歪の波形である。ローラの周
速は約４４０　ｍ　ｍ　／　ｓ　ｅ　ｃとした。第４図
（ａ）は、ローラの回転開始と同時に直ちにローラの周
速を４４０ｍｍ／ｓｅｃ迄立ち上げた場合、第４図（ｂ
）は、ローラの回転開始から一旦１１０ｍｍ／ｓｅｃの
低速回転をある時間行なった後、ローラの周速を４４０
　ｍ　ｍ　／ｓｅｅまで立ち上げた場合である。図の振
巾の小さい周期的波形はローラの一回転に対応している
。矢印Ａで示される大きな歪はローラが回転を始める瞬
間に生ずる力で、図から明らかなように、−気に回転速
度を立ち上げた場合、歪も大きく、また長い時間その影
響を受けている。一方、一旦低速回転で止どめると歪も
小さく、また、すぐに安定な状態に落ち着く。さらに、
図の矢印Ｂは更にローラの周速を４４０　ｍ　ｍ　／　
ｓ　ｅ　ｃへ立ち上げる点であるが、ここでは顕著な歪
は見られない。

この様に、加熱ローラの回転速度を一気に立ち上げずに
、一旦低速回転に止どめ、当接物の当接状態を安定させ
た後、高速回転へと立ち上げることにより、ローラの回
転立ち上り時にローラ表面と当接物との間に働（負荷を
減少させることが出来た。

ここで、どの程度の時間ローラの低速回転を行なわせれ
ば良いか、その検討結果を第５図を用いて説明する。横
軸は低速回転を行なう時間である。縦軸は、５ＩＧＮＡ
Ｌ　　ＡＮＡＬＹＺＥＲによりローラ回転立ち上り時の
歪を加速度に変換したものである。

即ち、歪（変位）に対する加速度でこれは負荷に比例し
ている。（力α加速度） 図より、低速回転時間０．５秒以上で負荷は一定となっ
ている。そこで、ファースト・コピーまでの時間に出来
るだけ影響を与えないため０．５秒間の低速回転を行な
わせ実機テストを行なった。ローラの材質及び周速は前
述の検討時間と同じである。

温度検知素子のローラ表面への接触圧は６０ｇ、分離爪
のローラ表面への接触圧は１８ｇである。また分離爪と
しては、ポリアミドイミド上に、テフロン（商品名）を
被覆したもので爪巾２　ｍ　ｍ　、先端エッヂ部０．５
Ｒのものを用いた。尚、実機による耐久テストは、Ａ４
サイズ横送りにて間欠一枚コピーを行ない、一枚毎に定
着ローラの回転を止め、多くの負荷がローラと当接物（
温度検知素子５０４及び分離爪５０８）の間に働く様に
した。その結果、定着ローラの回転を一気に所定速度ま
で立ち上げた場合、約５万枚で温度検知素子部にまた、
約１０万枚で分離爪部にキズが発生してしまったのに対
し、一旦、低速回転を行なわせたものは２０万枚の耐久
後も、全くローラ表面に傷の発生は無かった。

第６図は、上記実施例における定着ローラの速度変化で
ある。低速回転１１０　ｍ　ｍ　／　ｓ　ｅ　ｃ迄の立
ち上り時間は約０．０８ｓｅｃであり１１０ｍｍ／ｓｅ
ｃから４４０ｍｍ／ｓｅｃへの立ち上り時間は約０．１
１ｓｅｃであった。この時のファースト・コピーまでに
要した時間は約４秒であり、低速回転を行なわず一気に
立ち上げた場合は約３．５秒でありその損失はわずか０
．５秒で満足出来るものであった。

なお、前記実施例は低速回転を１１０ｍｍ／ｓｅｃとし
たがこれに限るものではない。また、低速回転でローラ
を回転する時間をできるだけ短く設定しておくことによ
り、コピーまでの時間に大きな影響を与えることもなく
、特に高速機に有効となる。

また、本実施例では速度変換を２段階としたがこれに限
らず数段階としても良い。

また、定着ローラを駆動させるための駆動源は、感光ド
ラムを駆動するための駆動源と同一のものであっても、
別のものであっても良い。

（発明の効果） 以上、説明した様に、定着ローラの回転立ち上がり時、
−気に所定速度まで立ち上げずに、一旦、低速回転を行
なわせ、その後、所定の高速回転まで立ち上げるといっ
たように、段階的にローラの回転速度を速（することに
よりローラとローラに当接する当接物との間に働く負荷
を減少させることができる。従って定着ローラへの当接
物による傷を防止することができ、ローラの寿命を延ば
すことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の定着装！が適用可能な画像形成装置の
概略図、 第２図は本発明の定着装置の実施例を示す断面図、第３
図は温度検知素子の歪測定時における温度検知素子部の
拡大図、 第４図（ａ）、第４図（ｂ）は測定した歪と時間との関
係を示すグラフ、 第５図は本実施例におけるローラの低速回転時間とロー
ラにかかる負荷との１関係を示すグラフ、第６図は本実
施例におけるローラ速度の変化を示すグラフ、 である。 図において、５は定着装置、５０１は加熱ローラ、５０
２は加圧ローラ、５０３，５０３’　、５０３’　はヒ
ータ、５０４は温度検知素子、５０８は分離爪、５０９
は駆動モータ、５１０は制御回路、Ｐは転写材である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）トナー像支持材を一対のローラで挾持搬送してト
   ナー像をその支持体に定着する定着装置において、該一
   対のローラを停止状態から所定速度での回転状態まで立
   ち上げる際、ローラの回転速度を段階的に速める様に制
   御することを特徴とする定着装置。