JP2003255751A - 加熱装置および定着装置 - Google Patents

加熱装置および定着装置

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JP2003255751A
JP2003255751A JP2002059997A JP2002059997A JP2003255751A JP 2003255751 A JP2003255751 A JP 2003255751A JP 2002059997 A JP2002059997 A JP 2002059997A JP 2002059997 A JP2002059997 A JP 2002059997A JP 2003255751 A JP2003255751 A JP 2003255751A
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heated
roller
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Yasuhiro Hayashi
康弘 林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱部材表面の劣化を緩和し、加熱部材寿命
を延ばすことが可能な加熱装置および該加熱装置を熱源
として多数枚の定着を精度良く行う定着装置を得ること
である。 【解決手段】 被加熱材を加熱部材と加圧部材の間に挟
圧搬送して加熱処理する加熱装置において、加熱待機時
には加熱部材と外部加熱部材は離間しており、加熱予定
枚数が所定枚数以上の時にのみ前記外部加熱部材を前記
加熱部材に当接させて加熱を行うものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は互いに表面で圧接さ
れると共に、回転自在に配置された加熱部材および加圧
部材と、前記加熱部材を加熱するために該加熱部材内部
に配置された発熱部材と、前記加熱部材表面に圧接され
ると共に回転自在に配置されて該加熱部材表面を加熱し
ながら回転する少なくとも一個以上の外部加熱部材とを
有し、被加熱材を加熱部材と加圧部材の間に挟圧搬送し
て加熱処理する加熱装置およびこの加熱装置を適用した
定着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子写真方式を用いた一般的な画像形成
装置は、通常被加熱材としての転写材に静電的に担持さ
せた樹脂、磁性体、着色料等からなるトナーを、互いに
圧接・回転している定着部材と加圧部材の圧接部(ニッ
プ部)で挟持搬送しながら熱と圧力を加えることで、転
写材に溶融定着せしめる定着装置を有している。
【0003】このような定着装置では、定着部材を弾性
体で被覆すると、弾性体が変形して比較的広いニップ幅
を得ることができるので定着性が良いという特徴があ
る。また、弾性体の変形により、転写材を定着部材から
自ら剥離させることが出来るという特徴もある。
【0004】上記定着装置は、例えばハロゲンランプな
どを用いた熱源で定着ローラを加熱してトナーを溶融さ
せており、定着ローラ(定着部材)の内部に熱源が配置
されて内部から該定着ローラを加熱する構成(内部加熱
方式)と、定着ローラ外部にも熱源が配置されて外部と
内部から該定着ローラを加熱する構成(内部+外部加熱
方式)とに大別できる。
【0005】近年、画像形成装置はデジタル化・カラー
化などのために複雑な構成になってきたが、画像形成装
置全体で使用可能な電力は、一般的な電源を考慮すると
これ以上増やせないのが現状である。この結果、定着装
置で使用する電力は、ますます限られてきている。定着
で使用する電力が不足すると、連続で多量にプリントす
る場合などは、定着ローラの温度がプリント枚数につれ
て徐々に低下し、ついには定着不良を起こす温度にまで
低下してしまうことも避けられない。このような場合、
従来は定着ローラが所定温度にまで低下したら、プリン
ト速度を落とすダウンシーケンス等を実行するなどして
定着不良を回避してきた。
【0006】先に説明した2通りの加熱方法の定着装置
における、定着ローラの温度推移を図11に示す。内部
加熱方式の定着装置は、150枚定着したところで定着
不良が発生するので、それ以降はプリントスピードを落
とさなければならない。これに対し、内部+外部加熱方
式は、250枚まで定着不良が発生しない。
【0007】これは、定着ローラが熱伝導性の悪い弾性
体で被覆されているのが原因で、内部加熱方式は定着ロ
ーラの芯金部分を高温にして表面との温度差によって熱
を伝導させて転写材に熱量を付与する構成なので、加熱
を開始してから芯金温度が上昇して定着ローラの表面に
熱が伝わるのに時間がかかり、定着ローラの温度降下が
早くなってしまうという欠点がある。一方、内部+外部
加熱方式は、熱伝導性の悪い定着ローラ表面の弾性体を
直接表面から加熱する構成のため、定着ローラの温度降
下に対しては有効である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の様な定着部材を外部から加熱する方式は、定着部
材表面と外部加熱部材との温度差で該定着部材表面に熱
量を付与する構成なので、外部加熱部材の温度はかなり
の高温になり、頻度の低い連続で多量なプリントに備え
て、常に外部加熱部材を定着部材に当接させていると、
定着部材表面を熱劣化させてしまうといった課題があっ
た。
【0009】本発明は上記のような課題を解消するため
になされたもので、加熱部材に当接する外部加熱部材に
よる該加熱部材表面の劣化を緩和し、加熱部材の寿命を
延ばすことが可能な加熱装置および該加熱装置を適用し
た定着装置を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を有
することを特徴とする加熱装置および定着装置である。
【0011】(1)互いに表面で圧接されると共に、回
転自在に配置された加熱部材および加圧部材と、加熱部
材を加熱するために該加熱部材内部に配置された発熱部
材と、前記加熱部材表面に圧接されると共に回転自在に
配置されて該加熱部材表面を加熱しながら回転する少な
くとも一個以上の外部加熱部材とを有し、被加熱材を加
熱部材と加圧部材の間に挟圧搬送して加熱処理する加熱
装置において、加熱待機時には加熱部材と外部加熱部材
は離間しており、加熱予定枚数が所定枚数以上の時にの
み前記外部加熱部材を前記加熱部材に当接させて加熱を
行うことを特徴とする加熱装置。
【0012】(2)前記外部加熱部材を加熱部材に当接
・離間させることを判断する加熱予定の所定枚数は、被
加熱材の種類やサイズによって変化させることを特徴と
する(1)に記載の加熱装置。
【0013】(3)前記外部加熱部材を加熱部材に当接
・離間させることを判断する加熱予定の所定枚数は、加
熱装置外部の雰囲気環境によって変化させることを特徴
とする(1)に記載の加熱装置。
【0014】(4)前記外部加熱部材を加熱部材に当接
・離間させることを判断する加熱予定の所定枚数は、加
熱装置を起動してからの経過時間によって変化させるこ
とを特徴とする(1)に記載の加熱装置。
【0015】(5)転写材上に形成されたトナー画像を
(1)から(4)のうちのいずれか1項に記載の加熱装
置を適用して該転写材に加熱定着することを特徴とする
定着装置。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面について説明する。
【0017】(第一の実施例)図1は本発明の加熱装置
を適用した定着装置の概要図を示す断面の複式図であ
る。図1において、1,2は互いに表面で圧接されると
共に、回転自在に配置された定着ローラ(加熱部材)お
よび加圧ローラ(加圧部材)、3は定着ローラ1の表面
に圧接されると共に回転自在に配置されて該定着ローラ
の表面を加熱しながら回転するヒートローラ(外部加熱
部材)、4と5は定着ローラ1とヒートローラ3の表面
に当接するようにして配置されて、これ等ローラ1と3
の表面温度を検出する温度検出手段として設けられた第
一温度センサーと第二温度センサー、9は未定着のトナ
ー画像10を担持しながら搬送される転写材11を定着
ローラ1と加圧ローラ2とのニップ部へ案内する搬送ガ
イド、12は定着ローラ1の表面に当接又は近接して転
写材を該定着ローラ表面から分離させる分離爪である。
【0018】ヒートローラ3で加熱される定着ローラ1
は、例えば、外径60mm、厚さ3mmのA1製芯金1
aに弾性層1bとしてシリコンゴムが2mmの厚さで、
表層にトナー離型層1cとしてPFAチューブが50μ
mの厚さで設けられている。
【0019】定着ローラ1の表面に圧接されて回転する
加圧ローラ2は、例えば、外径50mm、厚さ2mmの
Fe製芯金2aに弾性層2bとしてシリコンゴムが3m
mの厚さで、表層にトナー離型層2cとしてPFAチュ
ーブが50μmの厚さで設けられている。
【0020】定着ローラ1を加熱するヒートローラ3
は、例えば、外径30mm、厚さ5mmのA1製芯金に
トナー離型層としてPFAチューブが50μmの厚さで
設けられている。
【0021】また、互いに中空の定着ローラ1とヒート
ローラ3は各芯金内の中心部で回転軸の軸方向に沿っ
て、熱源として例えば、ハロゲンヒーター6、7がそれ
ぞれ配置されており、ハロゲンヒーター6、7が作動す
ることにより、定着ローラ1とヒートローラ3が加熱さ
れるようになっている。
【0022】ハロゲンヒーター6、7ヘの電力供給は、
供給される最大電力が800Wまでの範囲内で、定着ロ
ーラ1の表面に当接するように配置された第一温度セン
サー4と、ヒートローラ3の表面に当接するように配置
された第二温度センサー5からの表面温度の検出信号を
もとに、定着ローラ1とヒートローラ3の表面温度が所
定の一定温度になる様に、例えば、電力供給のオン・オ
フスイッチングで自動制御できるようになっている。
【0023】本実施例では、定着ローラ1の表面目標温
度は200℃であり、ヒートローラ3の表面目標温度は
230℃である。ハロゲンヒーター6、7の制御方法と
しては、電力供給のオン・オフスイッチングの他、電圧
レベルの切り替え制御、または時間的に振動する電圧の
位相制御あるいは波数制御などの公知の方法を適宜選択
して用いることができる。なお、第一、第二温度センサ
ー4、5は、サーミスタまたは熱電対などの素子を用い
ることができると共に、それぞれ定着ローラ1とヒート
ローラ3の回転軸方向のほぼ中央部に位置するよう配置
されている。
【0024】次に定着ローラ1と加圧ローラ2の回転駆
動方法、加圧方法について説明する。各ローラ1、2は
回転自在に支持されており、定着ローラ1のみを駆動す
ることにより、定着ローラ1の表面に圧接している加圧
ローラ2と、ヒートローラ3とがそれぞれ圧接部(ニッ
プ部)での摩擦力で従動回転できるようになっている。
【0025】加圧ローラ2は、図示を省略した加圧バネ
により定着ローラ1に所定の荷重で圧接されている。一
例を示せば、加圧ローラ2は約1000Nの荷重で加圧
されており、その時の定着ローラ1と加圧ローラ2との
ニップ幅は、約9mmとなっている。なお、加圧ローラ
2にかけられる荷重はこれに限るものではなく、装置の
特性により適宜選択でき、それに合わせてニップ幅も変
更することができる。
【0026】また、ヒートローラ3の回転軸の端部に
は、図2に示す離間機構20が設けられており、この離
間機構20によりヒートローラ3と定着ローラ1が自由
に離間・当接状態を選択できるようになっている。当接
時は、例えば、荷重が約200Nで、ヒートローラ3と
定着ローラ1とのニップ幅は、約5mmである。
【0027】離間機構20は、例えば、バネを用いた弾
性部材21の先端が、ヒートローラ3の回転軸18の端
部に設けられて該回転軸を回転可能に保持している保持
部材19に係止され、回転軸18に所定の荷重をかけら
れるようになっていると共に、弾性部材21の基端が受
板22の平面部に係止されている。また、受板22の弾
性部材21側とは逆側の平面部に、モーターなどの駆動
装置24の駆動軸24aに設けられた円板カム23の周
縁部が当接しており、駆動装置24の作動により、駆動
軸24aを介して円板カム23が回転し、円板カム23
の回転にしたがって、受板22が弾性部材21の軸方向
に沿って直線運動することにより、ヒートローラ3の定
着ローラ1ヘの当接(荷重)・離間が可能になってい
る。離間した状態の定着装置断面を図3に示す。
【0028】ところで、駆動装置24は、プリント枚数
が所定枚数(本実施例では250枚)以上の時などに、
駆動装置24への所定の駆動信号を送信する駆動制御装
置(図示せず)に接続されて、適宜定着ローラ1とヒー
トローラ3との離間・当接を選択できるようになってい
る。
【0029】図4は前述したように、ヒートローラ3が
定着ローラ1と離間した状態(内部加熱)と当接した状
態(内部+外部加熱)の二通りについて、連続プリント
中の定着ローラ温度推移を示す。前者は、ハロゲンヒー
ター6に800W、ハロゲンヒーター7に0W入力し、
後者はハロゲンヒーター6に400W、ハロゲンヒータ
ー7に400W入力してある。
【0030】この実験は、A4サイズの普通紙である転
写材を一分間に60枚の速度でプリントした結果であ
り、800Wの定着電力では不足なので、定着ローラ1
の表面温度はプリント枚数に応じて低下していく。しか
し、ヒートローラ3が定着ローラ1と離間した状態(内
部加熱)でも、150枚までは定着可能な温度で定着ロ
ーラ1の温度を保つことができるので、ほとんどのプリ
ントジョブにおいてはヒートローラ3を定着ローラ1に
当接させる必要はない。ヒートローラ3を定着ローラ1
に当接させるのは、頻度の低い150枚以上のプリント
ジョブであり、それでも250枚までしか連続で定着で
きない。250枚を超えたところで、例えば、60枚/
分→40枚/分のように、生産性を落とすなどして、対
応する必要がある。
【0031】この場合、ヒートローラ3は、230℃と
いう高温で温度制御しているため、このヒートローラ3
を常時定着ローラ1に当接させた場合は前述のように、
定着ローラ表面を熱劣化させてしまい、定着ローラ表層
をゴム層から剥離してしまう。
【0032】しかし、本実施例においては、定着装置起
動時、待機時はヒートローラ3を定着ローラ1と離間さ
せ、プリント予定枚数が、150枚以下のときは、ヒー
トローラ3は定着ローラ1に当接させずに定着し、15
0枚より多い時には当接させて定着する。その結果、1
プリントジョブ当たりの平均プリント枚数が10枚を想
定した時に、従来のように常にヒートローラ3を定着ロ
ーラ1に当接させる場合の定着ローラ寿命は50000
枚であったのに対し、本実施例の場合は200000枚
と長寿命が達成できた。
【0033】
【表1】
【0034】なお、プリント予定枚数が、本実施例では
150枚を基準にヒートローラ3を定着ローラ1に対し
て当接・離間させる選択をしたが、プリントする転写材
の種類・サイズ、定着装置の周囲の環境温度、定着装置
を起動してからの経過時間等に基づいて、適宜所定プリ
ント枚数を変更しても差し支えない。
【0035】この様に本実施例では、プリント予定枚数
に応じてヒートローラ3を定着ローラ1に当接・離間さ
せるかを適宜選択することにより、定着ローラ1の寿命
を長寿命化することができる。
【0036】なお、上記の実施例では、本発明の加熱装
置を定着装置の熱源とした場合について説明したが、本
発明の加熱装置は被加熱材の皺取り、表面艶出し等を行
い該被加熱材の品質を高めるためにも有効である。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
互いに表面で圧接されると共に、回転自在に配置された
加熱部材および加圧部材と、加熱部材を加熱するために
該加熱部材内部に配置された発熱部材と、前記加熱部材
表面に圧接されると共に回転自在に配置されて該加熱部
材表面を加熱しながら回転する少なくとも一個以上の外
部加熱部材とを有し、被加熱材を加熱部材と加圧部材の
間に挟圧搬送して加熱処理する加熱装置において、加熱
待機時には加熱部材と外部加熱部材は離間しており、加
熱予定枚数が所定枚数以上の時にのみ前記外部加熱部材
を前記加熱部材に当接させて加熱を行うように構成した
ので、加熱待機時には加熱部材と外部加熱部材は離間し
ており、加熱予定枚数が所定枚数以上の時にのみ外部加
熱部材を加熱部材に当接させて加熱を行うことができ、
頻度の高い通常の少量加熱時は外部加熱部材を加熱部材
から離間させ、頻度の低い多量加熱時のみ外部加熱部材
を当接させるので、加熱部材表面の劣化を緩和し加熱部
材の寿命を延ばすように作用するという効果がある。
【0038】本発明によれば、外部加熱部材を加熱部材
に当接・離間させることを判断する加熱予定の所定枚数
は、被加熱材の種類やサイズによって変化させるように
構成したので、この変化をより当接・離間を効果的に行
なうことができるという効果がある。
【0039】本発明によれば、外部加熱部材を加熱部材
に当接・離間させることを判断する加熱予定の所定枚数
は、加熱装置外部の雰囲気環境によって変化させるよう
に構成したので、この変化をより当接・離間を効果的に
行なうことができるという効果がある。
【0040】本発明によれば、外部加熱部材を加熱部材
に当接・離間させることを判断する加熱予定の所定枚数
は、加熱装置を起動してからの経過時間によって変化さ
せるように構成したので、この変化をより当接・離間を
効果的に行なうことができるという効果がある。
【0041】本発明によれば、転写材上に形成されたト
ナー画像を(1)から(4)のうちのいずれか1項に記
載の加熱装置を適用して該転写材に加熱定着するように
構成したので、多数枚の定着を精度良く行うことができ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施例である加熱装置を熱源
として適用した定着装置の断面の複式図である。
【図2】 図1の定着装置におけるヒートローラ離間機
構を示す概略説明図である。
【図3】 図1の定着装置のヒートローラ離間時の断面
複式図である。
【図4】 従来の定着装置を用いた場合の、プリント枚
数に対する定着ローラ温度推移を示した図である。
【符号の説明】
1 定着ローラ(加熱部材) 2 加圧ローラ(加圧部材) 3 ビートローラ(外部加熱部材) 4 第一温度センサー 5 第二温度センサー 6 ハロゲンランプヒーター 7 ハロゲンランプヒータ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに表面で圧接されると共に、回転自
    在に配置された加熱部材および加圧部材と、加熱部材を
    加熱するために加熱部材内部に配置された発熱部材と、
    前記加熱部材表面に圧接されると共に回転自在に配置さ
    れて該加熱部材表面を加熱しながら回転する少なくとも
    一個以上の外部加熱部材とを有し、被加熱材を加熱部材
    と加圧部材の間に挟圧搬送して加熱処理する加熱装置に
    おいて、加熱待機時には加熱部材と外部加熱部材は離間
    しており、加熱予定枚数が所定枚数以上の時にのみ前記
    外部加熱部材を前記加熱部材に当接させて加熱を行うこ
    とを特徴とする加熱装置。
  2. 【請求項2】 前記外部加熱部材を加熱部材に当接・離
    間させることを判断する加熱予定の所定枚数は、被加熱
    材の種類やサイズによって変化させることを特徴とする
    請求項1に記載の加熱装置。
  3. 【請求項3】 前記外部加熱部材を加熱部材に当接・離
    間させることを判断する加熱予定の所定枚数は、加熱装
    置外部の雰囲気環境によって変化させることを特徴とす
    る請求項1に記載の加熱装置。
  4. 【請求項4】 前記外部加熱部材を加熱部材に当接・離
    間させることを判断する加熱予定の所定枚数は、加熱装
    置を起動してからの経過時間によって変化させることを
    特徴とする請求項1に記載の加熱装置。
  5. 【請求項5】 記録材上に形成されたトナー画像を請求
    項1に記載の加熱装置を適用して該記録材に加熱定着す
    ることを特徴とする定着装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN103103861A (zh) * 2012-12-14 2013-05-15 中冶美利纸业股份有限公司 一种压光机的加热和冷却装置

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