JP2003076214A - 電子写真画像形成装置の定着装置 - Google Patents
電子写真画像形成装置の定着装置Info
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Abstract
グアップ時間が短く,耐久性,安定性に優れた電子写真
画像形成装置の定着装置を提供する。 【解決手段】 上記課題を解決するため,両端が密封さ
れ,内部に所定量の作動流体を収容した管状のヒートパ
イプ114と,ヒートパイプを取囲む定着ローラ112
と,定着ローラとヒートパイプとの間に設けられ,熱を
発生する発熱部113と,発熱部に外部電源を接続する
電源連結部とを含んでおり,さらに発熱部は,保護被服
層を持たない抵抗コイルと,抵抗コイルと接触して定着
ローラの内面に備えられる第1絶縁層と,抵抗コイルと
接触してヒートパイプの外面に備えられる第2絶縁層
と,抵抗コイルの両端を各々電源連結部に接続するリー
ド線とを有し,電源連結部からの通電により熱を発生す
ることを特徴とする電子写真画像形成装置の定着装置が
提供される。
Description
置の定着装置において,特に省エネルギー性に優れ,瞬
間加熱が可能な,ヒートパイプを用いた電子写真画像形
成装置の定着装置に関するものである。
ー画像が転写された用紙を加熱して,その用紙上の粉末
状態のトナー画像を一時的に溶融させ,その用紙に融着
させる定着装置を具備している。定着装置は,トナーを
紙に融着させる定着ローラと,定着ローラに対して用紙
をつかみつつ支持するように加圧する加圧ローラを有し
ている。
れた従来の定着ローラの概略的な横断面図であり,図1
0は図9の定着ローラを採用した定着装置の概略的な縦
断面図である。
0は円筒状の定着ローラ11とその内部中央に設けられ
たハロゲンランプ12とを具備する。定着ローラ11の
表面には,テフロン(登録商標)によるコーティング層
11aが形成されている。ハロゲンランプ12が定着ロ
ーラ11の内部から熱を生じ,定着ローラ11はハロゲ
ンランプ12からの輻射熱により加熱される。
下部には,用紙14を挟み,定着ローラ11と対向する
ように加圧ローラ13が位置する。加圧ローラ13はス
プリング13aにより弾力的に支持されて,定着ローラ
11と加圧ローラ13との間を通過する用紙14を定着
ローラ11に所定の圧力で密着させる。ここで,用紙に
粉末状に形成されているトナー画像14aは用紙14が
定着ローラ11と加圧ローラ13との間を通過する時,
所定の圧力と熱により用紙14に融着される。
1の表面温度を測定するサーミスタ15と,定着ローラ
11の表面温度が設定値を越えた時に,ハロゲンランプ
12への電源を遮断するサーモスタット16が設けられ
ている。サーミスタ15は定着ローラ11の表面温度を
測定してプリンタ(図示せず)の制御部(図示せず)に
測定値の電気信号を伝送し,制御部は測定値によってハ
ロゲンランプ12に供給する電気量を制御して,定着ロ
ーラ11の表面温度を与えられた範囲内に保たせる。ま
た,サーモスタット16は,サーミスタ15と制御部に
よる定着ローラ11の温度調節が失敗して定着ローラ1
1の温度が限界設定値より高くなった時,サーモスタッ
ト16のコンタクト(図示せず)がオープンして,ハロ
ゲンランプ12に流れる電源を遮断する。
ンランプを熱源とする従来の定着装置は,電力消耗が多
く,特に電源をオフしてから画像形成のために再び電源
をオンした時,長時間のウォーミングアップ(warm
ing up)を必要とする。このウォーミングアップ
時間は数十秒から数分がかかる。また,従来の定着装置
では,熱源からの輻射熱により定着ローラが加熱される
ために熱伝達速度が遅く,用紙に接触して生じた,温度
底下による温度偏差の補償が遅くなるために,定着ロー
ラの一定の温度維持が難しい。さらに,プリントの動作
が休止状態の待機モードでは,定着ローラの温度を一定
に保つために,熱源に一定周期にて電気を印加せねばな
らないために不要な電力消耗が生じるという問題点があ
った。
定着装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであ
り,本発明の目的は,初期可動時または待機モードから
のウォーミングアップ時間を短くし,定着ローラの温度
制御性を良くし,不要な電力消耗が生じない,新規かつ
改良された電子写真画像形成装置の定着装置を提供する
ことである。
め,本発明の第1の観点によれば,両端が密封され,か
つ内部空間に所定量の作動流体を収容した管状のヒート
パイプと,前記ヒートパイプの外周囲に設置される定着
ローラと,前記定着ローラと前記ヒートパイプとの間に
設置された,熱を発生するための発熱部と,前記発熱部
に外部電源を接続する電源連結部と,からなると共に,
前記発熱部は,外側に保護被服層が形成されていない抵
抗コイルと,前記抵抗コイルと接触して前記定着ローラ
の内面に形成される第1絶縁層と,前記抵抗コイルと接
触して前記ヒートパイプの外面に形成される第2絶縁層
と,前記抵抗コイルの両端を各々前記電源連結部に接続
するリード線とを有し,かつ,前記電源連結部からの通
電により熱を発生することを特徴とする電子写真画像形
成装置の定着装置が提供される。
各々少なくとも1つの雲母層より形成されていることが
好ましい。
設けられる第1エンドキャップ,及び第2エンドキャッ
プの外側端に挿入される電極と,定着ローラを支持する
フレームに形成された貫通孔を貫き電極と接触するブラ
シと,ブラシが電極に密着して接続するための弾性手段
とを含むことが好ましい。
ンドキャップは,各々,リード線を引き込むために回転
軸方向に形成されたリード線ホールと,リード線ホール
を貫通するリード線と電極とを電気的に接続をする電極
溝底部とを含むことが好ましい。
れるように形成された第1絶縁膜と,絶縁膜上に形成さ
れてリード線と電気的接続をするヒートシンクとを含む
ことが好ましい。
るリード線との絶縁のために,第2絶縁膜が形成される
ことが好ましい。
ンドキャップには,各々,定着ローラの両端と結合させ
るために,外周部位に少なくとも1つのキーが形成され
ており,キーに対応して,定着ローラの両端には,キー
溝が形成されていることが好ましい。
形状に形成されることが好ましい。
接続されるリング部と,リング部から延びたストリング
とを含むことが好ましい。
本実施形態にかかる電子写真画像形成装置の定着装置に
ついて詳細に説明する。なお,本明細書及び図面におい
て,実質的に同一の機能構成を有する構成要素について
は,同一の符号を付することにより重複説明を省略す
る。
成装置の定着装置の概略的な縦断面図であり,図2は,
図1に示された定着ローラの構造を示す横断面図であ
る。図1,及び図2に示すように,本実施形態にかかる
電子写真画像形成装置の定着装置100は,トナー画像
151が形成された用紙150が排出される方向,すな
わち時計回り方向に回転する定着ローラ112を含む定
着ローラ部110と,用紙150を挟持して定着ローラ
112と対向するように設けられて,定着ローラ112
に接触しつつ逆時計回り方向に回転する加圧ローラ19
0を具備する。
ーティングによるコーティング層111が形成された円
筒形の定着ローラ112と,定着ローラ112の内部に
設けられて,後述する電源連結部200から外部電源の
電気を供給されて,熱を発生するための発熱部113
と,発熱部113の内部に設けられ,その両端が密閉さ
れて所定の圧力に保たれたヒートパイプ114を具備す
る。ヒートパイプ114内には,所定体積比の作動流体
115が収容されている。また,定着ローラ112の両
端には,外部電源に連結して発熱部113に電気を伝達
する電源連結部200が設けられている。
ティング層111に接触して定着ローラ112,及びコ
ーティング層111の表面温度を測定するサーミスター
118と,定着ローラ112,及びコーティング層11
1の表面温度が急に上昇する場合に電源を遮断して過熱
を防止するサーモスタット119が設けられている。
電気により熱を発生させるNi−Cr抵抗コイル113
bと,抵抗コイル113bと定着ローラ112との間に
介在される第1雲母層113aと,抵抗コイル113b
とヒートパイプ114との間に介在される第2雲母層1
13cと,発熱部113の両端で抵抗コイル113bか
ら外側に延びて電源連結部200と電気接続されるリー
ド線116を具備する。発熱部113の雲母層113
a,113cは,各々少なくとも1つの層で形成され
る。抵抗コイル113bはCr−Fe線を使用しても良
い。
ートパイプ114の外周面を第2雲母層113c,抵抗
コイル113b及び第1雲母層113aで順次に取囲ん
で定着ローラ112の内周面に挿入した後,ヒートパイ
プ114の内部に100から150気圧の圧力を加えて
ヒートパイプ114を拡張させる。そうすると,発熱部
113は,ヒートパイプ114の外周面と定着ローラ1
12の内周面に密着して接触する。
その両端は密閉されている。その内部には作動流体11
5が所定量収容されている。作動流体115は発熱部1
13から生じた熱が伝達されて気化し,その熱を定着ロ
ーラ112に伝達して定着ローラ112の表面の温度偏
差を防止し,迅速に定着ローラ112全体が加熱される
ようにする熱的媒体の役割をする。作動流体115はヒ
ートパイプ114の体積に対して5から50%の体積比
を占め,好ましくは5から15%の体積比を占めること
が望ましい。一方,作動流体115が占める体積比が5
%以下の場合には,ドライアウト現象が生じる恐れがあ
るのでこれを避けることが望ましい。
材質によって選択的に使われる。すなわち,ヒートパイ
プ114の材質がステンレススチールの場合は,作動流
体115として水を除いた公知の作動流体が使用でき,
その中でもFC−40(3M)が最も望ましい。
ある場合,公知の作動流体が適用されうるが,その中で
も水,例えば,蒸溜水が最も望ましい。作動流体として
水または蒸溜水を使用する時,作動流体コストが節減さ
れ,環境汚染を引き起こさない利点がある。
じた熱が伝えられたり,ヒートパイプ114に収容され
ている作動流体115による気化熱によって加熱されて
用紙150に形成されている粉末状のトナー151を融
着する役割をするものであって,その材質はステンレス
スチール,AlまたはCuよりなる。
両端を覆う第1及び第2エンドキャップ120,130
が具備される。第2エンドキャップ130は,外周面に
沿ってギアが形成されており,電動装置のギア(図示せ
ず)と噛み合い回転するという点で相違する以外は,第
1エンドキャップ120の構造と同一である。
キャップの斜視図であり,図4(a)及び図4(b)
は,第2エンドキャップの斜視図である。図5は,図3
(a)のVII−VII’線に沿って切開した断面図である。
図6は,図2に示された定着ローラの両端部に形成され
たキー溝部分を示す斜視図である。
30にはリード線(図5の116)が引込まれるリード
線ホール122,132が回転軸方向に形成されてい
る。第1,及び第2エンドキャップ120,130の定
着ローラ側の外周部には,突出したキー124,134
が形成されており,このキー124,134は定着ロー
ラ112の両端の内側に形成されたキー溝(図6の11
2a)に噛み合って締結される。第1,及び第2エンド
キャップ120,130の定着ローラ側中央部には,ヒ
ートパイプ114の両端が一部引込まれる凹部125,
135が形成されており,凹部125,135の反対側
の中央部には,後述する電極(図2の210参照)が挿
入される電極溝126,136と電極引込部127,1
37が形成されている。電極溝126の電極溝底部12
6aには,リード線116の熱が第1エンドキャップ1
20に伝熱されることを防止する第1絶縁膜126b
と,第1絶縁膜126b上に,リード線116と接続し
てリード線116の放熱をするヒートシンク126cと
が備えられている。また,リード線ホール122,13
2内でのリード線116の熱から,第1,及び第2エン
ドキャップ120,130を保護するために,リード線
ホール122,132の内側面に第2絶縁膜(図示せ
ず)が備えられることが望ましい。
る電源連結部200の分解斜視図である。図面を参照す
れば,電源連結部200はフレーム(図2の160参
照)内に設けられ,外部電源と接続されて発熱部113
に通電する。電源連結部200は電極溝(図4(a)の
136参照)及び電極引込部(図4(a)の137参
照)に挿入される電極と,定着ローラを支持するフレー
ム160に形成された貫通孔を貫き,電極と接触するブ
ラシ220と,ブラシ220を電極210方向に密着し
て電気接続させる弾性手段240を具備する。
中央部,すなわち,定着装置110の回転中心軸上に位
置した電極溝136に挿設される突出部212と,突出
部212に一体に連結して電極引込部137に挿設され
るフランジ部214を具備する。電極210の突出部2
12は,リード線ホール(図5の122参照)に引込ま
れて直角に折れたリード線(図5の116参照)に電気
接続するようにリード線116を電極溝136の底部に
密着して挿入する。
30は,高温でも熱変形が少ないガラスファイバなどの
充填材を入れたPPS(Polyphenylene sulfide),PB
T(PolyButylene Terephthalate),ナイロンなどの樹脂
を使用しうる。
外部からの電気を伝達しており,突起部222とプレー
ト224とで構成されている。突起部222は,フラン
ジ部214が接触して連結し,プレート224は,外部
からのリード線(図2の254参照)が接続される。
る。貫通孔には,定着ローラ112に対向する方向から
第1,第2ストッパ162,164が備えられている。
第1ストッパ162には貫通孔にブラシ220が挿入さ
れる時,プレート224が係止され,第2ストッパ16
4には絶縁プレート250のフランジ251が係止され
る。
10に密着されるようにスペーサ230に弾性力を提供
し,定着ローラ112が作動中に熱膨張または熱収縮が
反復的に起こる場合にも,その変形を吸収してブラシ2
20の電極210からの離脱を防止する。したがって,
弾性手段240は圧縮スプリングを使用することが望ま
しい。
線ホール252を通じてリード線(図2の254)が接
続されるが,リード線254と弾性手段240とが接触
してスパークが生じる危険がある。したがって,このよ
うな危険を防止し,また,ブラシ220が後に押され
て,第2エンドキャップ230がフレーム160に接す
ることを防止するスペーサ230が設けられている。
ってフレーム160に装着される。絶縁プレート250
は,弾性手段240を支持する役割をする。したがっ
て,まず貫通孔にブラシ220を設け,その後に弾性手
段240及びスペーサ230を設ける。次いで,弾性手
段240が後に抜けないように絶縁プレート250を設
置する。
動作について,図面に基づいて詳細に説明する。外部の
リード線254から供給された電気がブラシ220,電
極210を通じて発熱部113のリード線116に通電
されると,その電気は抵抗コイル113bに熱を発生さ
せる。発生した熱の一部は第1雲母層113aを通じて
定着ローラ112に伝達され,残りの熱は第2雲母層1
13cを通じてヒートパイプ114に伝達される。ヒー
トパイプ114に収容されている作動流体115は伝え
られた熱によって加熱されて気化し,気体状の作動流体
が有する熱はヒートパイプ114の表面に設けられた第
1及び第2雲母層113a,113cを通じて定着ロー
ラ112に伝達される。定着ローラ112は発熱部11
3から生じた熱が伝えられ,同時に作動流体115の熱
が雲母層113a,113cを通じて伝えられ,その表
面温度が用紙150に形成されている粉末状のトナー1
51を融着するのに必要な目標温度になるまで,短時間
に全体に均一に到達することになる。
50に粉末状のトナー151が転写され,この用紙15
0は,定着装置110とこれに対向するように設けられ
ている加圧ローラ190の間を通過しつつ,一定の温度
を有している定着ローラ112によって用紙150に融
着される。
50に融着させることによって用紙150に熱を奪われ
るようになると,ヒートパイプ114内に収容されてい
る作動流体115は熱を奪われて再び液化される。そう
すると,再び発熱部113により熱を伝達された作動流
体115は気化されて,定着ローラ112の表面温度を
トナー151の融着に適した目標温度に保って作業し続
けられるようになる。
90℃で,本実施形態にかかる定着装置100は,約1
0秒以内に目標温度に到達することになる。そして,目
標温度に到達した後にはサーミスタ118が定着ローラ
112の表面温度を測定して表面温度をトナー151の
融着に適した所定の範囲内に保たせる。もし,サーミス
タ118による表面温度の調節が失敗して定着ローラ1
12の表面温度が急上昇すれば,サーモスタット119
がこれに連結している電源連結部200の電源を機械的
な作動で遮断して,その表面温度の急上昇を防止する。
このような電源供給動作は設定温度によって可変で,電
源供給も周期的なオン/オフタイプやパルス幅変調方式
(Pulse Width Modulation),あるいはPI(Proporti
onal andIntegral)などの制御方式の適用が可能であ
る。
斜視図である。リード線170はヒートパイプ114を
取囲みつつその一側に抵抗コイルの端部が電気接続され
るリング部172と,リング部172から延びるストリ
ング174を具備する。ストリング174は,リード線
ホール(図5の122)を通過して電極(図7の21
0)に連結する。このようなリード線170を使用すれ
ば,リード線の空気中の発熱による断線を防止して,電
極210と発熱部113とをより安定的に連結しうる。
にかかる電子写真画像形成装置の定着装置の好適な実施
形態について説明したが,本発明はかかる例に限定され
ない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技
術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に
想到し得ることは明らかであり,それらについても当然
に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
初期可動時または待機モードからのウォーミングアップ
時間が短く,定着ローラの温度制御性が良く,不要な電
力消耗が生じない,また,耐久性及び安定性が向上した
電源連結部を有する,新規かつ改良された電子写真画像
形成装置の定着装置が提供される。
断面図である。
に示す横断面図である。
図であり,(a)は,電源連結部側からの斜視図,
(b)は,定着ローラ側からの斜視図である。
図であり,(a)は,電源連結部側からの斜視図,
(b)は,定着ローラ側からの斜視図である。
に沿って切開した断面図である。
されたキー溝部分を示す斜視図である。
2エンドキャップに連結される電源連結部を示す分解斜
視図である。
図である。
る。
示す縦断面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 両端が密封され,かつ,内部空間に所定
量の作動流体を収容した管状のヒートパイプと,前記ヒ
ートパイプの外周囲に設置される定着ローラと,前記定
着ローラと前記ヒートパイプとの間に設置された,熱を
発生するための発熱部と,前記発熱部に外部電源を接続
する電源連結部と,からなると共に,前記発熱部は,外
側に保護被服層が形成されていない抵抗コイルと,前記
抵抗コイルと接触して前記定着ローラの内面に形成され
る第1絶縁層と,前記抵抗コイルと接触して前記ヒート
パイプの外面に形成される第2絶縁層と,前記抵抗コイ
ルの両端を各々前記電源連結部に接続するリード線とを
有し,かつ,前記電源連結部からの通電により熱を発生
することを特徴とする,電子写真画像形成装置の定着装
置。 - 【請求項2】 前記第1絶縁層,及び前記第2絶縁層
は,各々少なくとも1つの雲母層より形成されているこ
とを特徴とする,請求項1に記載の電子写真画像形成装
置の定着装置。 - 【請求項3】 前記電源連結部は,前記定着ローラの両
端に各々設けられる,第1エンドキャップ,及び第2エ
ンドキャップの外側端に挿入される電極と,前記定着ロ
ーラを支持するフレームに形成された貫通孔を貫き,前
記電極と接触するブラシと,前記ブラシが前記電極に密
着して接続するための弾性手段と,を含むことを特徴と
する,請求項1または2のいずれかに記載の電子写真画
像形成装置の定着装置。 - 【請求項4】 前記第1エンドキャップ,及び前記第2
エンドキャップは,各々,前記リード線を引き込むため
に回転軸方向に形成されたリード線ホールと,前記リー
ド線ホールを貫通する前記リード線と前記電極とを電気
的に接続する電極溝底部と,を含むことを特徴とする,
請求項1,2または3のいずれかに記載の電子写真画像
形成装置の定着装置。 - 【請求項5】 前記電極溝底部は,前記リード線と絶縁
されるように形成された第1絶縁膜と,前記絶縁膜上に
形成されて前記リード線と電気的に接続するヒートシン
クと,を含むことを特徴とする,請求項1,2,3また
は4のいずれかに記載の電子写真画像形成装置の定着装
置。 - 【請求項6】 前記リード線ホールには,内部を貫通す
る前記リード線との絶縁のために第2絶縁膜が形成され
ることを特徴とする,請求項1,2,3,4または5の
いずれかに記載の電子写真画像形成装置の定着装置。 - 【請求項7】 前記第1エンドキャップ,及び前記第2
エンドキャップには,各々,前記定着ローラの両端と結
合させるために,外周部位に少なくとも1つのキーが形
成されており,前記キーに対応して,前記定着ローラの
両端にキー溝が形成されていることを特徴とする,請求
項1,2,3,4,5または6のいずれかに記載の電子
写真画像形成装置の定着装置。 - 【請求項8】 前記キー溝は,前記定着ローラ外周面
に,凹形状に形成されていることを特徴とする,請求項
1,2,3,4,5,6または7のいずれかに記載の電
子写真画像形成装置の定着装置。 - 【請求項9】 前記リード線は,前記抵抗コイルと電気
的に接続されるリング部と,前記リング部から延びたス
トリングと,を含むことを特徴とする,請求項1,2,
3,4,5,6,7または8のいずれかに記載の電子写
真画像形成装置の定着装置。
Applications Claiming Priority (2)
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