JP2003208054A - 電子写真画像形成装置の定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナー像の印刷紙への定着性を向上させるこ
とが可能な電子写真画像形成装置の定着装置を提供する
こと。 【解決手段】 管状の胴体部とこの胴体部の両端に一体
に形成される両端部とを含む内部管と，上記胴体部を包
んで互いに離れることなく密着設置され，熱を生じる発
熱部と，上記発熱部を包んで設けられる定着ローラとを
備える電子写真画像形成装置の定着装置が提供される。
かかる構成により，発熱部及び内部管が完全に密着され
て，定着ローラの全面にわたって，温度斑なしに温度を
均一に維持することができるので，トナー画像の定着性
を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，電子写真画像形成
装置の定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は，従来の電子写真画像形成装置の
外部構造の一例を概略的に示す斜視図である。

【０００３】図５に示すように，従来の電子写真画像形
成装置は，排紙部１，操作部２，コントロールボードカ
バー３，上部カバー開きボタン４，印刷紙表示窓５，多
用途給紙窓６，印刷紙カセット７，オプションカセット
８，補助受け台９等を備える。この電子写真画像形成装
置は，例えばプリンタなどである。

【０００４】図６は，ハロゲンランプを熱源として採用
した従来の電子写真画像形成装置の定着装置１０を概略
的に示す横断面図である。

【０００５】図６に示すように，従来の定着装置１０
は，略円筒状の定着ローラ１１と，その内部の中央に設
けられるハロゲンランプなどの発熱部１２とを備える。
定着ローラ１１の表面には，テフロン（登録商標）等に
よるコーティング層１１ａが形成されている。発熱部１
２が定着ローラ１１の内部において発熱し，定着ローラ
１１は発熱部１２からの放射熱によりその内面から加熱
される。

【０００６】図７は，図６に示されたハロゲンランプを
熱源として採用した従来の電子写真画像形成装置の定着
装置１０と，加圧ローラ１３との関係を示す縦断面図で
ある。

【０００７】図７に示すように，上記定着装置１０の下
部には，印刷紙１４を介して対向するようにして加圧ロ
ーラ１３が配置される。この加圧ローラ１３はスプリン
グ装置１３ａにより弾力的に支持されており，定着装置
１０及び加圧ローラ１３の間を通過する印刷紙１４を定
着ローラ１１側に所定の圧力をもって加圧する。また，
印刷紙１４上には粉末状のトナー像１４ａが形成されて
いる。このトナー像１４ａは，定着装置１０及び加圧ロ
ーラ１３の間を通過するときに，所定の圧力及び熱によ
り加圧及び加熱される。即ち，トナー像１４ａは，上記
定着装置１０及び加圧ローラ１３により所定温度の熱及
び圧力で印刷紙１４に融着される。

【０００８】また，上記定着装置１０の一側には，定着
ローラ１１の表面温度を電気的信号として検出するサー
ミスター１５と，定着ローラ１１の表面温度が所定の上
限値を超えた時にハロゲンランプなどの発熱部１２への
電力供給を遮断するサーモスタット１６が設けられてい
る。上記サーミスター１５は，定着ローラ１１の表面温
度を検出し，プリンタ（図示せず。）の制御部（図示せ
ず。）に伝送する。制御部は，検出温度に基づいて，ハ
ロゲンランプ（発熱部）１２へ供給する電力量を制御し
て，定着ローラ１１の表面温度を所定の範囲内に維持す
る。また，サーミスター１５及び制御部が定着ローラ１
１の温度調節に失敗し，定着ローラ１１の温度が所定の
上限値を超えたときには，上記サーモスタット１６の接
触子（図示せず。）が開き，発熱部１２への電源供給が
止められる。このように，サーモスタット１６は，定着
ローラ１１及び隣接要素を過度の熱から保護する機能を
有する。

【０００９】上記のようなハロゲンランプ等を熱源とし
て採用する従来の定着装置では，余計な電力消耗が多か
った。特に，一旦，電源を切ってから，画像形成のため
に電源を入れ直した時には，相当長いウォーミングアッ
プ時間を要する。即ち，電源を印加した後，定着ローラ
１１が所望の目標温度に達するまで，一定時間待たなけ
ればならなかった。かかるウォーミングアップ時間は，
短くは数十秒から長くは数分かかる場合があった。ま
た，従来の定着装置は，熱源からの放射熱により定着ロ
ーラ１１を加熱するので，熱伝達速度が遅かった。さら
に，印刷紙との接触により生じる温度低下に起因する温
度斑（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ；
温度分布のムラ，偏り）に対する補償が遅く，このた
め，定着ローラ１１の温度を均一に保つことが困難であ
った。加えて，プリンタの動作が休止状態であるスタン
バイモードであっても，定着ローラ１１の温度を一定に
維持するために熱源に電力を一定の周期をもって印加し
なければならなかった。このために，余計な電力消耗が
生じていた。さらに，画像を出力するためにスタンバイ
モードから動作モードへ切り換えるときにも相当の時間
がかかるので，迅速な画像出力が達成できないといった
問題点があった。

【００１０】図８は，電子写真画像形成装置に採用され
る従来の他の定着装置を概略的に示す縦断面図である。

【００１１】図８に示すように，可撓性の円筒状フィル
ムチューブ２１の内部の下部側に加熱プレート２２が設
けられ，この加熱プレート２２の下部側に，印刷紙１４
を介して加圧ローラ２３が対向するようにして設けられ
ている。このフィルムチューブ２１は，別途の回転装置
により回転される。

【００１２】このように，加熱プレート２２と加圧ロー
ラ２３との間で局部的に加熱する方式は，消費電力が少
ないという長所はあるが，高速プリントには適用し難い
という短所を有する。

【００１３】上記の如き問題点を補完するために，熱伝
導性が高く瞬間加熱が可能なヒートパイプを採用すると
ともに，低消費電力特性を有する定着装置が提案されて
いる。（例えば特許文献１〜３参照。） このようなヒートパイプを採用した定着装置は，定着ロ
ーラにおいて定着領域から外れた別の部分に異なる熱源
が設けられているような構造を有する。このような熱源
の配置構造によれば，定着装置の全体サイズの巨大化を
招く恐れがあり，構造的な複雑性を改善する必要があ
る。

【００１４】また，熱源が定着ローラの内部に設けられ
た定着装置が提案されている（例えば特許文献４〜１０
参照。）。

【００１５】かかる定着装置では，全体的な大きさはそ
れほどでもないが，定着ローラに対して局部的にヒート
パイプが多数設けられているので，加工及び製造が極め
て複雑であるという欠点を有する。また，定着ローラに
対してヒートパイプが局部的に配置されているので，相
隣接したヒートパイプの間に位置する定着ローラの部分
と，ヒートパイプに接触している定着ローラの部分との
間に温度差が生じる。このため，ヒートパイプの間で表
面温度に偏りが生じてしまうので，トナー像が正常に印
刷紙に定着されず，この結果，印刷品質が悪化するとい
った問題点があった。

【００１６】

【特許文献１】特願平５−１３５６５６号公報

【特許文献２】特願平１０−８４１３７号公報

【特許文献３】特願平１０−２０８６３５号公報

【特許文献４】特願昭５８−１６３８３６号公報

【特許文献５】特願平３−１０７４３８号公報

【特許文献６】特願平３−１３６４７８号公報

【特許文献７】特願平６−３１６４３５号公報

【特許文献８】特願平７−６５８７８号公報

【特許文献９】特願平７−１０５７８０号公報

【特許文献１０】特願平７−２４４０２９号公報

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，定着ロー
ラの全面にわたって温度斑がないように表面温度を均一
ならしめてトナー像の定着性を向上させることが可能
な，新規かつ改良された電子写真画像形成装置の定着装
置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，本発明の第１の観点によれば，略管状の胴体部と，
上記胴体部の両端と一体に形成される両端部と，を含む
内部管と；上記胴体部を覆うように上記胴体部と密着し
て設けられ，熱を生じる発熱部と；上記発熱部を覆うよ
うに設けられる定着ローラと；を備えることを特徴とす
る，電子写真画像形成装置の定着装置が提供される。電
子写真画像形成装置の定着装置は，かかる内部管を設け
ることにより，定着ローラの表面温度を温度斑無しに一
様に維持することができる。

【００１９】また，上記両端部は，上記胴体部と一体に
形成され，前記胴体部の両端の開口を密閉するように構
成されていてもよい。これにより，内部管の内部空間を
密閉して，例えば，内部管内の作動流体などが漏れない
ようにできる。

【００２０】また，上記胴体部の長さは，上記発熱部の
長さ以上であるように構成してもよい。

【００２１】さらに，上記両端部は，鍛造加工により形
成されるように構成してもよい。

【００２２】また，上記両端部は，スエージ加工により
形成されるように構成してもよい。

【００２３】上記課題を解決するため，本発明の別の観
点によれば，管状の胴体部とこの胴体部の両端に一体に
形成される両端部とを含む内部管と，上記胴体部を包ん
で密着設置され，熱を生じる発熱部と，上記発熱部を包
んで設けられる定着ローラとを備えることを特徴とす
る，電子写真画像形成装置の定着装置が提供される。

【００２４】また，上記胴体部は，発熱部に同じかそれ
より長いように構成してもよい。また，上記両端部は，
鍛造加工またはスエージ加工により形成されるように構
成してもよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら，
本発明の好適な実施の形態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。

【００２６】図１は，本発明の第１の実施形態にかかる
定着装置が採用された電子写真画像形成装置の定着部の
概略的な縦断面図である。また，図２は，図１に示され
た定着装置の構造を示す横断面図である。

【００２７】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部２００は，トナー
像２５１が形成された印刷紙２５０が排出される方向，
即ち，矢印Ａの方向に回転する定着装置２１０と，印刷
紙２５０を介して定着装置２１０と向かい合って設けら
れ，定着装置２１０に印刷紙２５０を介して接触しつつ
矢印Ｂの方向に回転する加圧ローラ２２０と，を備え
る。

【００２８】上記定着装置２１０は，例えば，表面にテ
フロンコーティング等による保護層２１１が形成された
略円筒状（管状）の定着ローラ２１２と，定着ローラ２
１２の内部に設けられて，その内部空間を所定の圧力に
維持するためにその両端が密閉された内部管２１４と，
上記定着ローラ２１２と内部管２１４の間に設けられ，
電源供給部３００から供給された電力によって発熱する
発熱部２１３と，を備える。

【００２９】また，上記内部管２１４と発熱部２１３の
間には第１の絶縁層２１６ａが挟まれており，上記発熱
部２１３と定着ローラ２１２の間には第２の絶縁層２１
６ｂが挟まれている。本実施形態では，上記第１の絶縁
層２１６ａ及び第２の絶縁層２１６ｂは，例えば雲母な
どで構成される。また，上記発熱部２１３は，例えば抵
抗発熱コイルなどで構成される。

【００３０】また，上記内部管２１４内には，例えば，
水またはアルコールなどの作動流体（作動液）２１５が
所定の体積比をもって収められている。また，上記定着
ローラ２１２の両端に隣接して設けられるフレーム４０
０には，外部電源に接続されて上記発熱部２１３に電流
（電力）を供給する電源供給部３００が設けられる。

【００３１】一方，上記定着装置２１０の上部には，例
えば，保護層２１１と接触して定着ローラ２１２及び保
護層２１１の表面温度を検知するサーミスター２３０
と，定着ローラ２１２及び保護層２１１の表面温度が急
激に上昇する場合に，電源供給部３００の電源を遮断し
て，上記定着ローラ２１２が過度に加熱されることを防
止するサーモスタット２４０と，が設けられている。

【００３２】また，上記定着ローラ２１２の両端には，
エンドキャップ２１７及び動力伝達エンドキャップ２１
８が設けられる。上記動力伝達エンドキャップ２１８に
は，別途の動力伝達装置（図示せず。）に接続された動
力伝達機構２１９が設けられており，かかる動力伝達エ
ンドキャップ２１８は，上記定着装置２１０を回転させ
ることができる。

【００３３】また，上記エンドキャップ２１７及び動力
伝達エンドキャップ２１８には，上記発熱部２１３から
延びたリード部２１３ａ（例えば，リード線などで構成
される。）が設けられており，上記リード部２１３ａは
上記電源供給部３００と接続された電極３２０に電気的
に接続される。この結果，上記電源供給部３００から供
給される電流は，電極３２０及びリード部２１３ａを介
して発熱部２１３に伝えられる。

【００３４】図３は，本実施形態にかかる内部管２１４
を示す断面図である。

【００３５】図３に示すように，上記内部管２１４は，
例えば，略円筒形状（管状）を有する胴体部２１４ａ
と，その両端に位置する両端部２１４ｂとから構成され
ている。この胴体部２１４ａ及び両端部２１４ｂは一体
形成されており，説明の便宜のために別途の名称を付し
たものである。

【００３６】発熱部２１３および内部管２１４は，第１
の絶縁層２１６ａを介して相互に接触しており，発熱部
２１３および定着ローラ２１２は，第２の絶縁層２１６
ｂを介して相互に接触している。しかし，上記第１の絶
縁層２１６ａ及び第２の絶縁層２１６ｂは極めて薄いの
で，以下では，説明の便宜のために，上記発熱部２１３
が上記定着ローラ２１２及び内部管２１４と直接的に接
触しているとして説明することとする。

【００３７】上記のように，胴体部２１４ａは，発熱部
２１３からの熱を作動流体２１５に伝達し，この伝達さ
れた熱により作動流体２１５が蒸発する。この時，作動
流体２１５の蒸発熱は，胴体部２１４ａを介して定着ロ
ーラ２１２に伝達される。

【００３８】上記定着装置２１０がトナー像２５１を印
刷紙２５０に安定的に定着させるためには，例えば，定
着ローラ２１２の全表面を，温度斑がないように（即
ち，温度分布にムラや偏りがないように），所定の温度
で均一に維持する必要がある。

【００３９】もし，上記胴体部２１４ａと発熱部２１３
の両端部が密着しておらず隙間があれば，この隙間に空
気が入って，定着ローラ２１２への熱伝達效率が低下し
てしまう。これにより，上記定着ローラ２１２の表面に
おいて温度差が生じるため，上記胴体部２１４ａと発熱
部２１３が完全に密着して上記定着ローラ２１２の全表
面の温度が均一になっている場合に比べて，上記トナー
像２５１の印刷紙２５０への定着性は悪化する。

【００４０】上記内部管２１４を形成する際には，例え
ば，まず，機械的な加工を通じて管状に形成される（即
ち，胴体部２１４ａが形成される。）。次いで，鍛造加
工などの２次機械的な加工を経て両端が密閉される（即
ち，両端部２１４ｂが形成される。）。上記のように，
定着ローラ２１２の全面における温度差の発生を抑える
ために，胴体部２１４ａには２次機械的な加工が施され
ない。このため，胴体部２１４ａには加工硬化が生じな
いので，胴体部２１４ａは延性（軟性）を有することと
なる。

【００４１】また，上記胴体部２１４ａの長さ（即ち，
管状体の長手方向の長さ）は，発熱部２１３の長さと略
同一か，或いはそれより長い（即ち，発熱部２１３の長
さ以上である）ことが好ましい。

【００４２】これにより，もし内部管２１４を広げれ
ば，胴体部２１４ａもまた所定の長さで広がり，この結
果，発熱部２１３と定着ローラ２１２とは隙間無く密着
する。この時，胴体部２１４ａを容易に広げて，発熱部
２１３及び定着ローラ２１２に密着させることができる
ように，例えば，５００℃ないし９００℃での熱処理を
施すことが望ましい。

【００４３】この結果，定着ローラ２１２，発熱部２１
３及び胴体部２１４ａは互いに密着される。このため，
発熱部２１３からの熱は胴体部２１４ａに直ちに伝達さ
れ，また，胴体部２１４ａからの作動流体２１５の蒸発
熱は定着ローラ２１２に伝達される。従って，定着ロー
ラ２１２の表面温度は，温度斑が生ずることなく，全体
を通して略均一となる。

【００４４】また，上記両端部２１４ｂは，上記胴体部
２１４ａに接続される湾曲部２１４ｃと，この湾曲部２
１４ｃに接続されて形成され，内部空間を密閉させるた
めの密閉部２１４ｄとよりなる。この両端部２１４ｂ
は，胴体部２１４ａの一端と他端にそれぞれ設けられた
端部の双方を指す。このような両端部２１４ｂは，例え
ば，略管状を有する胴体部２１４ａの両端の開口を閉止
して（塞いで），密閉することができる。これにより，
例えば，作動流体２１５を内部管２１４内部に閉じこめ
ることができる。

【００４５】この両端部２１４ｂは２次機械的な加工を
通じて形成される。かかる２次機械的な加工を行うと，
加工硬化現象が起こる。この２次機械的な加工は，例え
ば，鍛造加工（ｆｏｒｇｉｎｇ）またはスエージ加工
（スエージング加工ともいう。；ｓｗａｇｉｎｇ）であ
ることが望ましい。

【００４６】従って，内部管２１４を発熱部２１３の内
部に位置づけた後，内部管２１４を広げるために内部管
２１４内に所定の圧力を加えた場合には，胴体部２１４
ａは延性を有しているので容易に広げられるものの，両
端部２１４ｂは加工硬化が起こっているので広げるのは
困難である。なお，両端部２１４ｂの形状は，本実施形
態の例に限定されることなく，各種形状に変形すること
が可能である。

【００４７】以上のように，本実施形態では，上記定着
ローラ２１２及び発熱部２１３と接触する胴体部２１４
ａを，加工硬化されずに延性を有するように加工するこ
とによって，内部管２１４を広げた時に定着ローラ２１
２と発熱部２１３とを完全に密着させることができる。
これにより，上記定着ローラ２１２の全面の温度を，温
度斑が生ずることなく，均一に維持することができる。

【００４８】図４は，本実施形態にかかる定着ローラ２
１２の中央部分及び両端部分の温度測定値を示すグラフ
である。なお，図４において，「Ｃ」は，経時的に測定
した定着ローラ２１２の中央部分の温度を示すグラフで
あり，「Ｄ」は，経時的に測定した定着ローラ２１２の
両端部分の温度を示すグラフである。また，グラフの横
軸は時間ｔを表わし，縦軸は温度Ｔを表わす。

【００４９】図４によれば，発熱部２１３に電源が短時
間供給される加熱の初期段階では，定着ローラ２１２の
中央部分の温度と両端部分の温度の間には，ある程度の
温度斑（温度差）が生じるが，この温度斑は，時間を経
るにつれ，次第に無くなっていることが分かる。かかる
定着ローラ２１２の中央部分の温度と両端部分の温度と
の間の温度差は，略３℃以内であると測定された。

【００５０】以上，添付図面を参照しながら本発明の好
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。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように，本発明による電子
写真画像形成装置の定着装置は，発熱部，定着ローラ及
び内部管を互いに密着させることにより，定着ローラの
温度を全表面にわたり温度斑なく略均一に維持すること
ができる。このため，トナー像を印刷紙に好適に定着さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は，第１の実施形態にかかる定着装置が採
用された電子写真画像形成装置の定着部の概略的な縦断
面図である。

【図２】図２は，図１に示された定着装置の構造を示す
横断面図である。

【図３】図３は，第１の実施形態にかかる内部管を示す
断面図である。

【図４】図４は，第１の実施形態にかかる定着ローラの
中央部分及び両端部分の温度測定値を示すグラフであ
る。

【図５】図５は，従来の電子写真画像形成装置の外部構
造の一例を概略的に示す斜視図である。

【図６】図６は，ハロゲンランプを熱源として採用した
従来の電子写真画像形成装置の定着装置を概略的に示す
横断面図である。

【図７】図７は，図６に示されたハロゲンランプを熱源
として採用した従来の電子写真画像形成装置の定着装置
と，加圧ローラとの関係を示す縦断面図である。

【図８】図８は，電子写真画像形成装置に採用される従
来の他の定着装置を概略的に示す縦断面図である。

【符号の説明】

２００ 画像形成装置の定着部 ２１０ 定着装置 ２１１ 保護層 ２１２ 定着ローラ ２１３ 発熱部 ２１４ 内部管 ２１５ 作動流体 ２２０ 加圧ローラ ２３０ サーミスター ２４０ サーモスタット ２５０ 印刷紙 ２５１ トナー像

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略管状の胴体部と，前記胴体部の両端に
   一体に形成される両端部と，を含む内部管と；前記胴体
   部を覆うように前記胴体部と密着して設けられ，熱を生
   じる発熱部と；前記発熱部を覆うように設けられる定着
   ローラと；を備えることを特徴とする，電子写真画像形
   成装置の定着装置。
2. 【請求項２】 前記胴体部の長さは，前記発熱部の長さ
   以上であ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。
3. 【請求項３】 前記両端部は，鍛造加工により形成され
   ることを特徴とする，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。
4. 【請求項４】 前記両端部は，スエージ加工により形成
   されることを特徴とする，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。