JP2004240172A - 定着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】通紙直後から安定した定着が行える定着装置を提供する。
【解決手段】加熱源12を有し駆動回転される定着ローラ13と該定着ローラに圧接される回転可能な加圧体14とで規定されるニップ部6の通過により、転写材7上に転写されたトナー像8を熱溶融させて転写材7に融着する定着装置10。加圧体14が、円筒状の弾性体16と、該弾性体16の内方に配置されニップ部6を形成すべく弾性体16の周方向へ互いに間隔を置く2箇所の部分で該弾性体を定着ローラ13に押圧する押圧部材17とを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】加熱源12を有し駆動回転される定着ローラ13と該定着ローラに圧接される回転可能な加圧体14とで規定されるニップ部6の通過により、転写材7上に転写されたトナー像8を熱溶融させて転写材7に融着する定着装置10。加圧体14が、円筒状の弾性体16と、該弾性体16の内方に配置されニップ部6を形成すべく弾性体16の周方向へ互いに間隔を置く2箇所の部分で該弾性体を定着ローラ13に押圧する押圧部材17とを備える。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真プロセスを利用した画像形成装置に用いられる定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、FAX等の画像形成装置に用いられる定着装置には、技術的な完成度が高く安定した定着性能が得られる熱ローラ定着方式が幅広く採用されている。
【0003】
図12は、この熱ローラ定着方式を用いた従来の定着装置1を示す。定着装置1は、駆動回転され、内部にハロゲンヒータのような加熱源2が収容される定着ローラ3と、例えばばね部材からの外力により定着ローラ3に圧接される回転可能な加圧体4とを備える。この加圧体4として、耐熱弾性層5を有する加圧ローラ4が用いられており、該加圧ローラが定着ローラ3に向けて押圧され、これにより加圧ローラ4の耐熱弾性層5が定着ローラ3との間で部分的に弾性変形を生じることにより、両ローラ3および4間に所望のニップ幅Wを有するニップ部6が規定される。
【0004】
画像形成装置の現像工程でトナー像が転写された記録紙のような転写材7が定着装置1に送り込まれると、定着ローラ3の駆動回転に伴って転写材7が両ローラ3、4間のニップ部6を通過するとき転写材7上のトナー8が熱溶融して転写材7上に融着されることにより、トナー像が転写材7に定着される。
【0005】
この従来の熱ローラ定着方式の定着装置1では、転写材7やトナー8を加熱する際に熱容量の大きな定着ローラ3を加熱する必要があるためエネルギー効率が悪く、省エネルギー化の点で不利である。またプリント時等の始動時に定着装置1を暖めるのに時間がかかり、ウオーミングアップのための時間が長くなる。
【0006】
そこで、定着装置1のウオーミングアップ時間の短縮化および省エネルギー化のために、定着ローラ3の芯金3aの薄肉化を図り、定着ローラ3の熱容量の低減化を図ることが試みられて来た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単に定着ローラ3の芯金3aを薄肉化すると、ニップ部6への通紙開始直後は、定着ローラ3の熱は加圧ローラ4にも奪われるため、定着ローラ3の表面温度が急激に低下し定着不良が引き起こされるという新たな問題が発生する。
【0008】
また、適正な定着のためには所定長のニップ幅Wが必要となり、所望のニップ部6が得られるように耐熱弾性層5に所定の潰れ量を与える必要がある。このニップ幅Wを考慮して、加圧ローラ4には定着ローラ3へ向けての適正な押圧力が付与されているが、定着ローラ3の芯金3aの薄肉化を図った場合、この定着ローラ3に強度不足が生じることがあり、この強度不足のために耐熱弾性層5に適正な潰れ量を与えることができず、所望長のニップ幅Wを得ることができないことがある。
【0009】
定着ローラ3の芯金3aの薄肉化による定着ローラ3の強度低下に応じて、加圧ローラ4の耐熱弾性層5を軟らかな発泡体で構成し、これにより定着ローラ3の芯金3aの薄肉化に拘わらず、加圧ローラ4に適正な潰れ量を与えることによって所望のニップ幅Wのニップ部6を形成することも考えられる。
【0010】
ところが、軟らかな耐熱弾性層5のニップ部6での必要以上の大きな変形は耐熱弾性層5にクリープ変形を生じさせることから、この大きな変形は加圧ローラ4の耐久性を損なう。耐熱弾性層5を軟らかな発泡体で構成することによる加圧ローラ4の耐久性の低下は、耐熱弾性層5の厚肉化により防止できるが、この場合、加圧ローラ4の大径化によって加圧ローラ4の熱容量が増大する。そのため、前記したと同様に、ニップ部6への通紙開始直後における定着ローラ3の表面温度の急激な低下により、定着不良を生じるおそれがあった。
【0011】
そこで、本発明の目的は、通紙開始直後における定着ローラの表面温度の急激な低下を防止し、通紙直後から安定した定着が行える定着装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、加熱源を有し駆動回転される定着ローラと該定着ローラに圧接される回転可能な加圧体とで規定されるニップ部の通過により、転写材上に転写されたトナー像を熱溶融させて該転写材に融着する定着装置であって、前記加圧体が、円筒状の弾性体と、該弾性体の内方に配置され前記ニップ部を形成すべく前記弾性体の周方向へ互いに間隔を置く2箇所の部分で該弾性体を前記定着ローラに押圧する押圧部材とを備えることを特徴とする。
【0013】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の定着装置において、前記弾性体が、弾性変形可能な円筒状の金属製の芯金と、該芯金の外周面に形成された耐熱性離型層とを有することを特徴とする。
【0014】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の定着装置において、前記押圧部材が前記定着ローラの回転軸線に互いに平行に配置される2つの回転体を有し、該両回転体が前記弾性体の周方向へ間隔をおいて互いに平行に配置されかつ前記定着ローラへ向けてのばね力によりそれぞれが前記弾性体を前記定着ローラに向けて押圧することを特徴とする。
【0015】
請求項4に記載の発明は、請求項3記載の定着装置において、前記両回転体のそれぞれに対応して前記転写材の排出側および供給側で前記弾性体に外接して該弾性体の変形を拘束するための保持ロールが配置されていることを特徴とする。
【0016】
請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の定着装置において、前記両回転体が該回転体の回転軸線方向の中央部でそれぞれに外接する回転支持体により、回転可能に保持されていることを特徴とする。
【0017】
請求項6に記載の発明は、請求項3に記載の定着装置において、前記定着ローラの回転軸を通る垂直線が前記両回転体の回転軸線を結ぶ線上の中点よりも前記転写材の排出側に偏って配置されていることを特徴とする。
【0018】
請求項1に記載の定着装置では、加圧体の筒状弾性体は、該弾性体の内方に配置された押圧部材により、前記弾性体の周方向へ互いに間隔をおいた2点で定着ローラに向けて押圧される。従って、弾性体は楕円形状を保持した状態で2点間距離に応じた比較的大きな曲率部分で定着ローラに押し付けられ、これにより比較的低荷重で所望のニップ幅Wを有するニップ部が形成される。また、前記弾性体は、押圧部材によって定着ローラへ押圧される2点間の部分で定着ローラに接し、またこの2点部分で押圧部材に接するに過ぎないことから、定着ローラから見て前記弾性体は低熱容量を示す。
【0019】
従って、本発明によれば、通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、安定した定着性を得ることができる。特に、本発明に係る加圧体を熱容量の低減のために薄肉化あるいは小径化が図られた定着ローラと組み合わせることにより、省力化およびウオーミングアップ時間の短縮化と共に、安定した定着性能を示す省エネルギー型の定着装置が提供される。
【0020】
請求項2に記載の定着装置では、加圧体の弾性体は、ばね特性を有する金属製の芯金と、該芯金の外周面に形成され、記録媒体の剥離を促進する耐熱性離型層とを備える。離型層が設けられた前記弾性体は、そのばね特性により、所望のニップ部が形成されるように適正な曲率でもって押圧部材により定着ローラに向けて押圧される。
【0021】
芯金はステンレス鋼やリン青銅等のような薄肉の金属材料で形成することができる。耐熱性離型層は、例えばPFAフッ素樹脂チューブで弾性体の外周面を被覆することにより、あるいは弾性体の外周面にPFAフッ素樹脂塗料あるいはPTFEフッ素樹脂塗料を塗布することにより、形成することができる。
【0022】
薄肉芯金と耐熱性離型層との間に、必要に応じて、例えばシリコンゴムのような弾性層を設けることができる。この弾性層の介在により、たとえ定着ローラの芯金の薄肉化が図られていても、当該定着ローラへの押圧による加圧体の適正な潰れ量を確保することができるので、該加圧体のニップ幅の増大を図ることが可能となる。
【0023】
請求項3に記載の定着装置では、定着ローラの回転軸線に互いに平行に配置される2つの回転体で前記押圧部材が構成される。定着ローラへ向けて押圧される筒状の前記弾性体が定着ローラの回転に伴って回転すると、この弾性体の回転に伴なって押圧部材の前記回転体が従動することから、定着ローラおよび加圧体の円滑な動作が妨げられることはなく、それらの円滑な動作が確保される。
【0024】
この回転体として、その外径を両端から中央部へ向けて漸増させた太鼓状の荷重印加ロールを採用することができる。この太鼓状の荷重印加ロールを用いることにより、定着ローラがその回転体の回転軸線方向に沿った中央部での撓み変形を生じても、この撓み変形による定着ローラへの部分的な加圧力の低下を防止することができ、定着ローラに、その回転軸線方向に沿ってほぼ均一な加圧力を確実に作用させることができる。
【0025】
請求項4に記載の発明では、両回転体により筒状弾性体が定着ローラへ向けて押圧されたとき、前記転写材の排出側および供給側で前記弾性体に外接する保持ロールが弾性体の外周面に当接して該筒状の弾性体のニップ部近傍での拡がり変形を規制するので、該ニップ部に強い反発力を担わせることができることから、薄肉の弾性体であってもそのニップ部で比較的大きな適切な加圧力を作用させることができる。
【0026】
請求項5に記載の定着装置では、回転体の中央部でそれぞれに外接する回転支持体が回転体のためのバックアップロールとして機能することから、定着ローラ、回転体を構成する荷重印加ロールの円滑な回転を妨げることなく、この荷重印加ロールの軸線方向に沿った撓み変形が防止され、定着ローラにその軸線方向にほぼ均等な加圧力を作用させることができる。
【0027】
筒状の弾性体の内方で、このバックアップロールから見て両荷重印加ロールのような回転体が設けられる側とは反対側に、弾性体に係合可能の案内ロールを配置することができる。この案内ロールは、回転体と反対の側で弾性体に係合してこれを案内することにより、弾性体の下方部分での弛みによる不規則な揺動および振動を防止する。このような案内ロール、バックアップロールおよび荷重印加ロールは、定着ローラへ向けてのばね力を受ける一対のブラケットのような左右の側板を介してそれらの回転軸線が一体的に上下方向へ移動可能なように、各端部を保持することができる。
【0028】
請求項6に記載の定着装置では、前記定着ローラの回転軸を通る垂直線が前記両回転体の回転軸線を結ぶ線上の中点よりも前記転写材の排出側に偏って配置されているので、熱容量の低減を図った薄肉状の筒状弾性体であっても定着に充分な加圧力を得ることができ、これにより通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、安定した定着性を得ることができる。
【0029】
前記定着ローラの回転軸線を通る垂直線を前記転写材の供給側に偏って配置することもできるが、定着ローラによる充分な加熱でもって確実にトナー像を転写材上に定着させる上で、前記したように定着ローラを排出側の回転体の側に偏って配置することが望ましい。
【0030】
また、偏って配置された定着ローラに係合する両回転体のうち、その一方の外径を他方よりも大きくすることにより、加圧力を与える回転体に過不足なく必要な強度を付与することができる。
【0031】
転写材の供給側に位置する回転体には、筒状弾性体に所望のニップ幅を形成するのに必要な荷重が作用するに過ぎない。これに対し、排出側に位置する回転体には、ニップ幅の形成に必要な荷重に加えてトナーを圧着するに必要な荷重等が作用する。そのため、排出側に位置する回転体の外径を供給側の回転体のそれよりも大きくして排出側の回転体の強度が高められる。強度が高められた排出側の回転体は、その回転軸線方向に沿った撓み変形が抑制されるので、回転軸線方向に沿った全域にわたってほぼ均等な加圧力を確実に作用させることができ、これにより一層確実に全域にわたっての安定した定着性能の得ることができる。
【0032】
また、供給側の回転体は、排出側に配置された回転体に比較して大きな強度は不要であることから、転写材の供給側に配置される回転体に小径の回転体を適用することができ、この回転体の小径化により、定着ローラから見た加圧体の熱容量の削減が可能となり、通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減して安定した定着性能を得ることが可能となる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に沿って詳細に説明する。
【0034】
〈実施の形態1〉
本発明に係る定着装置は、例えば電子写真式画像形成装置に現像装置と共に組み込まれる。図1は本発明に係る定着装置の実施の形態1を示す横断面図であり、図1(a)は加圧体が加圧位置にある動作状態を示し、図1(b)は加圧体が非加圧位置にある非作動状態を示す。
【0035】
本発明に係る定着装置10は、図1(a)および図1(b)に示すように、加熱源12が内部に収容され駆動回転される定着ローラ13と、加圧体14とを備える。
【0036】
定着ローラ13は、筒状の例えばアルミニゥム合金あるいは鉄鋼から成る芯金13aと、該芯金の外周面を覆う耐熱性の離型層13bとを備える従来よく知られた定着ローラである。芯金13aは、後述するように、その両端に設けられた軸受け15(図2参照)を介して回転可能に支承されており、駆動源(図示せず)からの駆動力により、図1(a)に矢印aで示す時計方向に駆動回転される。芯金13aの内方には、加熱源12として例えばハロゲンランプが芯金13aの回転軸線に沿って配置されている。
【0037】
この定着ローラ13は、その熱容量の低減化のために、小径および肉薄の芯金13aのものを用いることが望ましい。
【0038】
加圧体14は、筒状の弾性体16と、該弾性体の内方に配置される押圧部材17とを備える。押圧部材17は、定着ローラ13の近傍で筒状弾性体16の内方にあって該弾性部材を定着ローラ13に押し付けるための図1(a)に示す押圧位置と、図1(b)に示す押圧解除位置との間で上下方向へ移動可能であり、押圧位置では、定着ローラ13へ向けてのばね力Fを受ける。
【0039】
実施の形態1では、押圧部材17は、定着ローラ13の下方で該定着ローラの回転軸線に沿って伸長するブロック部材からなる。ブロック部材17の定着ローラ13の側には、一対の押圧部17a、17aが形成されている。両押圧部17a、17aは、円弧状の横断面形状を有し、定着ローラ13の長手方向に沿って平行に延在するように、ブロック部材17の横方向に互いに間隔をおいて該ブロック部材の長手方向に伸長して形成されている。また、両押圧部17a、17aは、定着ローラ13の中心軸線を通る垂直線Lに関して対称的に形成されている。
【0040】
弾性体16は、ばね特性を有する金属材料から成る芯金16aと、該芯金の外周面を覆う例えばシリコンゴムから成る弾性層16bと、該弾性層の外周面を覆う耐熱性の離型層16cとを備える。
【0041】
芯金16aは例えばステンレス鋼あるいはリン青銅等の薄肉の金属材料から成る円筒体で形成されており、例えば径方向に作用する圧縮力あるいは引張り力により弾性変形可能である。弾性層16bを介して芯金16aの外周面を覆う耐熱性の離型層16cは、例えばPFAフッ素樹脂チューブで弾性層16bの外周面を被覆することにより、あるいは該弾性層の外周面にPFAフッ素樹脂塗料あるいはPTFEフッ素樹脂塗料を塗布することにより、形成することができる。この離型層16cは、定着ローラ13の離型層13bと同様に、トナー像を形成するトナー8あるいはトナー像が転写される転写材である記録紙7の付着を防止し、その剥離を容易とする。
【0042】
芯金16a、弾性層16bおよび離型層16cの積層体からなる弾性体16は、全体に筒状を示す。この筒状の弾性体16は、ブロック部材17が図1(b)に示す解除位置にあるとき、該ブロック部材によって定着ローラ13に押し付けられることはなく、横断面形状は半径Rを有する円筒形状を保持する。
【0043】
他方、ブロック部材17が図1(a)に示す押圧位置にあるとき、弾性体16は、ブロック部材17によって定着ローラ13に押し付けられる。このブロック部材17による押し付けでは、ブロック部材17の押圧部17a、17aにより、弾性体16はその内方から周方向に互いに間隔をおいた2点部分で定着ローラ13に押し付けられる。これにより弾性体16は、定着ローラ13への押圧部分近傍における曲率が半径Rよりも大きな曲率R1を示すように全体に楕円状に変形する。また、弾性体16の前記押圧部分によって、定着ローラ13および加圧体14間には、一対の押圧部17a、17a間距離に対応した幅寸法Wを有するニップ部6が形成される。
【0044】
定着ローラ13が図1(a)に示す矢印aで示す時計方向へ駆動回転されると、押圧部材17によって定着ローラ13に押圧される弾性体16が、定着ローラ13との間にニップ部6を保持した状態で、定着ローラ13の回転に伴って押圧部材16上を摺動しながら順次回転する。
【0045】
図示しない画像形成装置の現像装置によってトナー像を転写された記録紙のような転写材7が、図1(a)に符号bで示す矢印方向へ移動され、定着装置10に送り込まれると、定着ローラ13の駆動回転に伴って転写材7が定着ローラ13および弾性体16間のニップ部6を通過する。このニップ部6では、転写材7上のトナー8が、定着ローラ13からの熱により溶融し、弾性体16のニップ部6と定着ローラ13との間で、押圧部材であるブロック部材17の押圧部17a、17aからの加圧力を受けて転写材7上に融着され、定着ローラ13および加圧体14間から排出される。これにより、トナー像が転写材7に定着される。
【0046】
本発明に係る定着装置10では、加圧体14の筒状弾性体16は、押圧部材であるブロック部材17の押圧部17a、17aにより、弾性体16の周方向へ互いに間隔をおいた2点で定着ローラ13に向けて押圧される。このとき、弾性体16は、主として芯金16aのばね特性すなわち弾性により、楕円形状を保持した状態で2点間距離に応じた比較的大きな曲率R1を示す部分で定着ローラ13に押し付けられることから、定着ローラ13および加圧体14間には比較的小さな荷重Fで所望のニップ幅Wを有するニップ部6が形成される。
【0047】
また、加圧体14の弾性体16は、従来のような芯金により保持されておらず、押圧部材17によって定着ローラ13へ押圧されることから、この押圧部材17の押圧部17a、17aに対応した2点間の部分(ニップ部6)で定着ローラに接し、またこの2点部分で押圧部材17に接するに過ぎないことから、定着ローラ13から見て加圧体14は従来の加圧ローラに比較して低い熱容量を示す。
【0048】
従って、本発明に係る定着装置10によれば、通紙時における定着ローラ13の表面の温度低下を軽減し、安定した定着性を得ることができる。
【0049】
また、本発明に係る加圧体14は、熱容量の低減のために芯金13aが薄肉化あるいはその小径化が図られた定着ローラ13と組み合わせることにより、省力化およびウオーミングアップ時間の短縮化と共に、安定した定着性能を示す省エネルギー型の定着装置が提供される。
【0050】
実施の形態1では、加圧体14の弾性体16に弾性層16bを形成した例を示したが、弾性層16bを不要とし、芯金16a上に離型層16cを直接的に形成することができる。しかしながら、弾性層16bを設けることにより、弾性体16の定着ローラ13への押し付けで弾性体16の潰れ量の増大を図ることができるので、ニップ部6の幅寸法Wの増大を図る上で、弾性層16bを設けることが望ましい。
【0051】
〈実施の形態2〉
図2および図3に示す定着装置110は、加圧体14の押圧部材として、一対の回転体を用いた例を示す。
【0052】
加熱源12を内蔵する定着ローラ13は、実施の形態1で述べたと同様な構成を有し、図2に示すように、その両端で軸受け15を介して回転可能に支承され、一方向に駆動回転される。また、加圧体14の弾性体16は、実施の形態1におけるそれと同一である。
【0053】
しかしながら、実施の形態2を示す定着装置110では、弾性体16を定着ローラ13に押圧する押圧部材が一対の回転体18、18から成る。回転体18、18として、荷重印加ロール18、18が示されており、両荷重印加ロール18、18は、弾性体16の内方でそれぞれの回転軸線が定着ローラ13の回転軸線と平行になるように、弾性体16の両端より突出する両端部分で軸受け19を介して一対のブラケットから成る側板20、20に支持されている。
【0054】
両荷重印加ロール18、18は、その回転軸線に沿って一様な外径を有し、図3に示すように、定着ローラ13の中心軸線を通る垂直線Lに関して対称となるように、互いに間隔をおいて側板20、20に回転可能に支持されている。側板20、20は、図1(a)に示したと同様な図3に示す押圧位置でばね荷重Fを受けることにより、荷重印加ロール18、18を介して弾性体16をその内方から定着ローラ13へ向けて押圧する。これにより定着ローラ13と加圧体14の弾性体16間には、両荷重印加ロール18、18間の間隔に応じたニップ幅Wを有するニップ部6が形成される。
【0055】
定着装置110では、押圧部材が回転可能に支承された一対の回転体18、18から成るので、弾性体16が両回転体すなわち両荷重印加ロール18、18で定着ローラ13に押圧されたとき、該定着ローラの回転に伴い、荷重印加ロール18、18は弾性体16を介して円滑に従動する。この荷重印加ロール18、18の回転により、弾性体16は、押圧部材上を摺動することなく、荷重印加ロール18、18の案内作用により、円滑に回転する。
【0056】
従って、定着ローラ13、加圧体14の弾性体16の円滑な動作が妨げられることはなく、それらの円滑な動作が確保されることにより、定着ローラ13の回転軸線方向に一様なニップ幅Wを有するニップ部6を継続的に確実に形成することができるので、より安定した定着性能を得ることができる。
【0057】
〈実施の形態3〉
図4に示す定着装置120では、荷重印加ロールの外径をその両端から中央部へ向けて漸増させた太鼓状の荷重印加ロール18′、18′が採用されている。この太鼓状の荷重印加ロール18′、18′を用いることにより、例えば定着ローラ13が図4に示すようにその中央部が上方へ反るような撓み変形を起こしても、定着ローラ13の撓み変形に拘わらず、撓み変形による定着ローラ13の中央部での加圧力の低下を防止することができるので、定着ローラ13に、その回転軸線方向に沿ってほぼ均一な加圧力を確実に作用させることができる。従って、定着ローラ13の中央部に潰れや撓み変形が生じても、定着ローラ13の回転軸線方向に一様なニップ幅Wを有するニップ部6を確実に形成することができ、これにより、より安定した定着性能を得ることができる。
【0058】
〈実施の形態4〉
図5に示す定着装置130では、弾性体16の内方に配置された回転体である荷重印加ロール18、18のそれぞれに対応して、転写材7の排出側および供給側で弾性体16に外接する保持ロール21、21が配置されている。
【0059】
保持ロール21、21は、荷重印加ロール18、18が弾性体16を定着ローラ13に押圧する押圧位置に移動したとき、定着ローラ13に押圧された弾性体16に外接する位置で、その回転軸線を荷重印加ロール18、18のそれと平行に、保持されている。
【0060】
回転可能な保持ロール21、21は、荷重印加ロール18、18により定着ローラ13に押圧された状態にある弾性体16の内方に位置する荷重印加ロール18、18の両外側で対応する荷重印加ロール18、18と共同して弾性体16の変形を拘束する。
【0061】
両保持ロール21、21は、筒状の弾性体16が定着ローラ13へ向けて押圧されたとき、弾性体16の外周面に当接して該弾性体のニップ部6近傍での拡がり変形を規制するので、該ニップ部に強い反発力を担わせることができることから、薄肉の弾性体16であってもそのニップ部で比較的大きな適切な加圧力を作用させることができる。従って薄肉の弾性体16であっても、適正なニップ部6を形成することができ、安定した定着性能を得ることができる。
【0062】
〈実施の形態5〉
図6および図7に示す定着装置140では、弾性体16内に配置される一対の荷重印加ロール18、18のための回転支持体22が設けられている。
【0063】
回転支持体22は、弾性体16内で両荷重印加ロール18、18に沿ってその下方に配置されている。回転支持体22の両端は、荷重印加ロール18、18を支持する側板20、20に固定的に支持されている。回転支持体22の中央部には、該回転支持体を取り巻いて装着された環状ベアリング22aが設けられており、該ベアリングのアウタレースが両荷重印加ロール18、18の中央部分の下部に当接する。回転支持体22の中央部に設けられた環状ベアリング22aは、両荷重印加ロール18、18の中央部分の下部に外接することから、回転支持体22は、全体に、荷重印加ロール18、18の撓み変形を防止するバックアップロールとして機能する。
【0064】
回転支持体22の両端を側板20、20に回転可能に支持することにより、中央部に設けられる環状ベアリング22aを不要とすることができ、この場合、回転支持体22の中央部に荷重印加ロール18、18に外接する増径部が環状ベアリング22aに代えて設けられる。
【0065】
回転支持体22は、回転体を構成する荷重印加ロール18、18の円滑な回転を妨げることなく、この荷重印加ロールの軸線方向に沿った撓み変形を防止することから、定着ローラ13へ向けての加圧力を該定着ローラの軸線方向にほぼ均等に作用させることができる。従って、定着ローラ13の回転軸線方向に一様なニップ幅Wを有するニップ部6を確実に形成することができ、これにより、より安定した定着性能を得ることができる。
【0066】
〈実施の形態6〉
図8および図9に示す定着装置150では、さらに、筒状の弾性体16の内方に、一対の案内ロール23が、バックアップロールとして機能する回転支持体22に当接して設けられている。
【0067】
案内ロール23は、図8に示すように、回転支持体22から見て荷重印加ロール18、18と反対側すなわち回転支持体22の下方で該回転支持体に平行に配置されている。案内ロール23は、その両端で軸受け19を介して側板20、20に支持されており、その中央部で回転支持体22の環状ベアリング22aに外接する。これにより、案内ロール23は、該案内ロールと平行な荷重印加ロール18、18と共に、回転支持体22をそれら両ロール間に介在させた状態で図9(a)に示す押圧位置と図9(b)に示す解除位置との間で、上下方向へ一体的に移動可能であり、また荷重印加ロール18、18の回転に伴い、回転支持体22の環状ベアリング22aを介して回転する。側板20、20は、前記したように、荷重印加ロール18、18および案内ロール23を上下方向へ一体的に移動させると共に、これらロールの軸線方向へのずれを防止する。
【0068】
図9(b)に示す解除位置では、弾性体16は円形に保持されることから、案内ロール23が弾性体16の内周面に当接することはないが、図9(a)に示す押圧位置では、楕円形に変形した弾性体16に当接することにより、荷重印加ロール18、18と反対の側で弾性体16の回転による該弾性体の回転移動すなわち循環を案内する。
【0069】
この案内ロール23の案内作用により、弾性体16の下方部分での弛みによる不規則な揺動および振動が防止されるので、この振動等によるニップ部6のニップ幅Wの増減を防止することができ、より安定した定着性能を得ることができる。
【0070】
案内ロール23は、図示した2本の例に限らず、必要に応じて、その本数を増減することができる。
【0071】
〈実施の形態7〉
図10に示す定着装置160では、定着ローラ13は、その回転軸を通る垂直線Lが一対の荷重印加ロール18(18a、18b)の両回転軸線を結ぶ線上の中点Mから見て排出側に位置する一方の荷重印加ロール18aの側に偏るように配置されている。これにより、定着ローラ13は他方のロール18bよりも一方のロール18aに近接して配置されている。
【0072】
そのため、定着ローラ13への加圧力は、主として、両荷重印加ロール18(18a、18b)のうちの定着ローラ13に近接する排出側に配置された一方の荷重印加ロール18aへの加圧力Fによって決まり、定着ローラ13から遠い側である供給側に配置された他方の荷重印加ロール18bは、一方の荷重印加ロール18aと共同してニップ部6の幅Wを規定する。
【0073】
定着装置160によれば、定着ローラ13を排出側に位置する一方の荷重印加ロール18aの側に偏らせ、これにより、この一方の荷重ロール18aの反力によって強い加圧力を定着ローラ13に作用させることができるので、たとえ両荷重印加ロール18a、18bの熱容量の低減を図るべく芯金16aの薄肉化を図っても、それによる定着ローラ13への加圧力の低下を防止することができる。
【0074】
従って、通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、より安定した定着性を得ることができる。
【0075】
〈実施例8〉
図11に示す定着装置170では、定着ローラ13が一方の荷重印加ロール18aの側に偏るように配置されていることに加えて、さらに一方の荷重印加ロール18aの外径が他方の荷重印加ロール18bのそれよりも大きく設定されている。
【0076】
定着ローラ13への加圧力を決める一方の荷重印加ロール18aの外径の増大を図ることにより、該荷重印加ローラの強度を高めることができる。これにより、より強い加圧力F1に対しても荷重印加ロール18aの撓み変形を防止することができ、芯金16aの薄肉化を図った荷重印加ロール18aによっても、定着ローラ13への加圧力の低下を防止することができる。
【0077】
従って、回転軸線方向に沿った全域にわたってほぼ均等な加圧力を確実に作用させることができるので、一層確実に全域にわたっての安定した定着性能を得ることができ、これにより通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、より安定した定着性を得ることができる。
【0078】
また、転写材の供給側に位置する他方の荷重印加ロール18bには、所望のニップ幅Wを形成するのに必要な荷重F2が作用するに過ぎないことから、この他方の荷重印加ロール18bの外径を排出側に配置された前記一方の荷重ロール18aのそれに比較して小さく設定することができる。この他方の荷重印加ロール18bの小径化により、定着ローラ13から見た加圧体14の熱容量の削減が可能となり、通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減して、より安定した定着性能を得ることが可能となる。
【0079】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、弾性体をその周方向へ互いに間隔をおいた2点で定着ローラに向けて押圧することにより、通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、安定した定着性能を得ることができる。
【0080】
請求項2に記載の発明によれば、加圧体の弾性体を外周面に耐熱性離型層を有する金属製の芯金で形成することにより、前記弾性体のばね特性により、所望のニップ部が形成されるように適正な曲率でもって前記弾性体を定着ローラに押圧することができ、これにより安定した定着性能を得ることができる。
【0081】
請求項3に記載の発明によれば、荷重印加ロールのような回転体で押圧部材を構成することにより、定着ローラおよび弾性の円滑な動作を妨げることなく適切に弾性体を定着ローラに向けて押圧することができ、これにより安定した定着性能を得ることができる。
【0082】
請求項4に記載の発明によれば、弾性体が回転体によって定着ローラに押圧されて楕円状に変形するとき、保持ロールが弾性体のニップ部近傍での拡がり変形を規制するから、薄肉の弾性体であっても該弾性体により比較的強い加圧力を得ることができ、これにより適正な幅寸法のニップ部を形成することができ、安定した定着性能を示す省エネルギー型の定着装置を得ることができる。
【0083】
請求項5に記載の発明によれば、回転体のためのバックアップロールとして機能する回転支持体により、荷重印加ロールの軸線方向に沿った撓み変形を防止し、定着ローラにその軸線方向にほぼ均等な加圧力を作用させることができるので、定着ローラの回転軸線方向へ連続的かつ均一なニップ部を形成することができ、安定した定着性能を得ることができる。
【0084】
請求項6に記載の発明によれば、定着ローラを前記転写材の排出側に偏って配置することにより、熱容量の低減を図った薄肉状の筒状弾性体であっても定着に充分な加圧力を得ることができ、これにより通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、安定した定着性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る定着装置の実施の形態1を示す横断面図であり、図1(a)は加圧体が加圧位置にある動作状態を示し、図1(b)は加圧体が非加圧位置にある非作動状態を示す。
【図2】本発明に係る定着装置の実施の形態2を示す縦断面である。
【図3】図2に示す線III−IIIに沿って得られた断面図である。
【図4】本発明に係る定着装置の実施の形態3を示す縦断面である。
【図5】本発明に係る定着装置の実施の形態4を示す横断面である。
【図6】本発明に係る定着装置の実施の形態5を示す縦断面である。
【図7】図6に示す線VII−VIIに沿って得られた断面図である。
【図8】本発明に係る定着装置の実施の形態6を示す縦断面図である。
【図9】図8に示す線IX−IXに沿って得られた横断面図であり、図9(a)は加圧体が加圧位置にある動作状態を示し、図9(b)は加圧体が非加圧位置にある非作動状態を示す。
【図10】本発明に係る定着装置の実施の形態7を示す横断面図である。
【図11】本発明に係る定着装置の実施の形態8を示す横断面図である。
【図12】従来の定着装置を示す横断面図である。
【符号の説明】
6 ニップ部
7 (転写材)記録紙
8 トナー
10〜170 定着装置
12 加熱源
13 定着ローラ
14 加圧体
16 弾性体
16a 芯金
16b 弾性層
16c 離型層
17 (押圧部材)ブロック部材
18、18′、18a、18b (押圧部材)荷重印加ロール
18a、
21 保持ロール
22 回転体支持体
23 案内ロール
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真プロセスを利用した画像形成装置に用いられる定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、FAX等の画像形成装置に用いられる定着装置には、技術的な完成度が高く安定した定着性能が得られる熱ローラ定着方式が幅広く採用されている。
【0003】
図12は、この熱ローラ定着方式を用いた従来の定着装置1を示す。定着装置1は、駆動回転され、内部にハロゲンヒータのような加熱源2が収容される定着ローラ3と、例えばばね部材からの外力により定着ローラ3に圧接される回転可能な加圧体4とを備える。この加圧体4として、耐熱弾性層5を有する加圧ローラ4が用いられており、該加圧ローラが定着ローラ3に向けて押圧され、これにより加圧ローラ4の耐熱弾性層5が定着ローラ3との間で部分的に弾性変形を生じることにより、両ローラ3および4間に所望のニップ幅Wを有するニップ部6が規定される。
【0004】
画像形成装置の現像工程でトナー像が転写された記録紙のような転写材7が定着装置1に送り込まれると、定着ローラ3の駆動回転に伴って転写材7が両ローラ3、4間のニップ部6を通過するとき転写材7上のトナー8が熱溶融して転写材7上に融着されることにより、トナー像が転写材7に定着される。
【0005】
この従来の熱ローラ定着方式の定着装置1では、転写材7やトナー8を加熱する際に熱容量の大きな定着ローラ3を加熱する必要があるためエネルギー効率が悪く、省エネルギー化の点で不利である。またプリント時等の始動時に定着装置1を暖めるのに時間がかかり、ウオーミングアップのための時間が長くなる。
【0006】
そこで、定着装置1のウオーミングアップ時間の短縮化および省エネルギー化のために、定着ローラ3の芯金3aの薄肉化を図り、定着ローラ3の熱容量の低減化を図ることが試みられて来た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単に定着ローラ3の芯金3aを薄肉化すると、ニップ部6への通紙開始直後は、定着ローラ3の熱は加圧ローラ4にも奪われるため、定着ローラ3の表面温度が急激に低下し定着不良が引き起こされるという新たな問題が発生する。
【0008】
また、適正な定着のためには所定長のニップ幅Wが必要となり、所望のニップ部6が得られるように耐熱弾性層5に所定の潰れ量を与える必要がある。このニップ幅Wを考慮して、加圧ローラ4には定着ローラ3へ向けての適正な押圧力が付与されているが、定着ローラ3の芯金3aの薄肉化を図った場合、この定着ローラ3に強度不足が生じることがあり、この強度不足のために耐熱弾性層5に適正な潰れ量を与えることができず、所望長のニップ幅Wを得ることができないことがある。
【0009】
定着ローラ3の芯金3aの薄肉化による定着ローラ3の強度低下に応じて、加圧ローラ4の耐熱弾性層5を軟らかな発泡体で構成し、これにより定着ローラ3の芯金3aの薄肉化に拘わらず、加圧ローラ4に適正な潰れ量を与えることによって所望のニップ幅Wのニップ部6を形成することも考えられる。
【0010】
ところが、軟らかな耐熱弾性層5のニップ部6での必要以上の大きな変形は耐熱弾性層5にクリープ変形を生じさせることから、この大きな変形は加圧ローラ4の耐久性を損なう。耐熱弾性層5を軟らかな発泡体で構成することによる加圧ローラ4の耐久性の低下は、耐熱弾性層5の厚肉化により防止できるが、この場合、加圧ローラ4の大径化によって加圧ローラ4の熱容量が増大する。そのため、前記したと同様に、ニップ部6への通紙開始直後における定着ローラ3の表面温度の急激な低下により、定着不良を生じるおそれがあった。
【0011】
そこで、本発明の目的は、通紙開始直後における定着ローラの表面温度の急激な低下を防止し、通紙直後から安定した定着が行える定着装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、加熱源を有し駆動回転される定着ローラと該定着ローラに圧接される回転可能な加圧体とで規定されるニップ部の通過により、転写材上に転写されたトナー像を熱溶融させて該転写材に融着する定着装置であって、前記加圧体が、円筒状の弾性体と、該弾性体の内方に配置され前記ニップ部を形成すべく前記弾性体の周方向へ互いに間隔を置く2箇所の部分で該弾性体を前記定着ローラに押圧する押圧部材とを備えることを特徴とする。
【0013】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の定着装置において、前記弾性体が、弾性変形可能な円筒状の金属製の芯金と、該芯金の外周面に形成された耐熱性離型層とを有することを特徴とする。
【0014】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の定着装置において、前記押圧部材が前記定着ローラの回転軸線に互いに平行に配置される2つの回転体を有し、該両回転体が前記弾性体の周方向へ間隔をおいて互いに平行に配置されかつ前記定着ローラへ向けてのばね力によりそれぞれが前記弾性体を前記定着ローラに向けて押圧することを特徴とする。
【0015】
請求項4に記載の発明は、請求項3記載の定着装置において、前記両回転体のそれぞれに対応して前記転写材の排出側および供給側で前記弾性体に外接して該弾性体の変形を拘束するための保持ロールが配置されていることを特徴とする。
【0016】
請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の定着装置において、前記両回転体が該回転体の回転軸線方向の中央部でそれぞれに外接する回転支持体により、回転可能に保持されていることを特徴とする。
【0017】
請求項6に記載の発明は、請求項3に記載の定着装置において、前記定着ローラの回転軸を通る垂直線が前記両回転体の回転軸線を結ぶ線上の中点よりも前記転写材の排出側に偏って配置されていることを特徴とする。
【0018】
請求項1に記載の定着装置では、加圧体の筒状弾性体は、該弾性体の内方に配置された押圧部材により、前記弾性体の周方向へ互いに間隔をおいた2点で定着ローラに向けて押圧される。従って、弾性体は楕円形状を保持した状態で2点間距離に応じた比較的大きな曲率部分で定着ローラに押し付けられ、これにより比較的低荷重で所望のニップ幅Wを有するニップ部が形成される。また、前記弾性体は、押圧部材によって定着ローラへ押圧される2点間の部分で定着ローラに接し、またこの2点部分で押圧部材に接するに過ぎないことから、定着ローラから見て前記弾性体は低熱容量を示す。
【0019】
従って、本発明によれば、通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、安定した定着性を得ることができる。特に、本発明に係る加圧体を熱容量の低減のために薄肉化あるいは小径化が図られた定着ローラと組み合わせることにより、省力化およびウオーミングアップ時間の短縮化と共に、安定した定着性能を示す省エネルギー型の定着装置が提供される。
【0020】
請求項2に記載の定着装置では、加圧体の弾性体は、ばね特性を有する金属製の芯金と、該芯金の外周面に形成され、記録媒体の剥離を促進する耐熱性離型層とを備える。離型層が設けられた前記弾性体は、そのばね特性により、所望のニップ部が形成されるように適正な曲率でもって押圧部材により定着ローラに向けて押圧される。
【0021】
芯金はステンレス鋼やリン青銅等のような薄肉の金属材料で形成することができる。耐熱性離型層は、例えばPFAフッ素樹脂チューブで弾性体の外周面を被覆することにより、あるいは弾性体の外周面にPFAフッ素樹脂塗料あるいはPTFEフッ素樹脂塗料を塗布することにより、形成することができる。
【0022】
薄肉芯金と耐熱性離型層との間に、必要に応じて、例えばシリコンゴムのような弾性層を設けることができる。この弾性層の介在により、たとえ定着ローラの芯金の薄肉化が図られていても、当該定着ローラへの押圧による加圧体の適正な潰れ量を確保することができるので、該加圧体のニップ幅の増大を図ることが可能となる。
【0023】
請求項3に記載の定着装置では、定着ローラの回転軸線に互いに平行に配置される2つの回転体で前記押圧部材が構成される。定着ローラへ向けて押圧される筒状の前記弾性体が定着ローラの回転に伴って回転すると、この弾性体の回転に伴なって押圧部材の前記回転体が従動することから、定着ローラおよび加圧体の円滑な動作が妨げられることはなく、それらの円滑な動作が確保される。
【0024】
この回転体として、その外径を両端から中央部へ向けて漸増させた太鼓状の荷重印加ロールを採用することができる。この太鼓状の荷重印加ロールを用いることにより、定着ローラがその回転体の回転軸線方向に沿った中央部での撓み変形を生じても、この撓み変形による定着ローラへの部分的な加圧力の低下を防止することができ、定着ローラに、その回転軸線方向に沿ってほぼ均一な加圧力を確実に作用させることができる。
【0025】
請求項4に記載の発明では、両回転体により筒状弾性体が定着ローラへ向けて押圧されたとき、前記転写材の排出側および供給側で前記弾性体に外接する保持ロールが弾性体の外周面に当接して該筒状の弾性体のニップ部近傍での拡がり変形を規制するので、該ニップ部に強い反発力を担わせることができることから、薄肉の弾性体であってもそのニップ部で比較的大きな適切な加圧力を作用させることができる。
【0026】
請求項5に記載の定着装置では、回転体の中央部でそれぞれに外接する回転支持体が回転体のためのバックアップロールとして機能することから、定着ローラ、回転体を構成する荷重印加ロールの円滑な回転を妨げることなく、この荷重印加ロールの軸線方向に沿った撓み変形が防止され、定着ローラにその軸線方向にほぼ均等な加圧力を作用させることができる。
【0027】
筒状の弾性体の内方で、このバックアップロールから見て両荷重印加ロールのような回転体が設けられる側とは反対側に、弾性体に係合可能の案内ロールを配置することができる。この案内ロールは、回転体と反対の側で弾性体に係合してこれを案内することにより、弾性体の下方部分での弛みによる不規則な揺動および振動を防止する。このような案内ロール、バックアップロールおよび荷重印加ロールは、定着ローラへ向けてのばね力を受ける一対のブラケットのような左右の側板を介してそれらの回転軸線が一体的に上下方向へ移動可能なように、各端部を保持することができる。
【0028】
請求項6に記載の定着装置では、前記定着ローラの回転軸を通る垂直線が前記両回転体の回転軸線を結ぶ線上の中点よりも前記転写材の排出側に偏って配置されているので、熱容量の低減を図った薄肉状の筒状弾性体であっても定着に充分な加圧力を得ることができ、これにより通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、安定した定着性を得ることができる。
【0029】
前記定着ローラの回転軸線を通る垂直線を前記転写材の供給側に偏って配置することもできるが、定着ローラによる充分な加熱でもって確実にトナー像を転写材上に定着させる上で、前記したように定着ローラを排出側の回転体の側に偏って配置することが望ましい。
【0030】
また、偏って配置された定着ローラに係合する両回転体のうち、その一方の外径を他方よりも大きくすることにより、加圧力を与える回転体に過不足なく必要な強度を付与することができる。
【0031】
転写材の供給側に位置する回転体には、筒状弾性体に所望のニップ幅を形成するのに必要な荷重が作用するに過ぎない。これに対し、排出側に位置する回転体には、ニップ幅の形成に必要な荷重に加えてトナーを圧着するに必要な荷重等が作用する。そのため、排出側に位置する回転体の外径を供給側の回転体のそれよりも大きくして排出側の回転体の強度が高められる。強度が高められた排出側の回転体は、その回転軸線方向に沿った撓み変形が抑制されるので、回転軸線方向に沿った全域にわたってほぼ均等な加圧力を確実に作用させることができ、これにより一層確実に全域にわたっての安定した定着性能の得ることができる。
【0032】
また、供給側の回転体は、排出側に配置された回転体に比較して大きな強度は不要であることから、転写材の供給側に配置される回転体に小径の回転体を適用することができ、この回転体の小径化により、定着ローラから見た加圧体の熱容量の削減が可能となり、通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減して安定した定着性能を得ることが可能となる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に沿って詳細に説明する。
【0034】
〈実施の形態1〉
本発明に係る定着装置は、例えば電子写真式画像形成装置に現像装置と共に組み込まれる。図1は本発明に係る定着装置の実施の形態1を示す横断面図であり、図1(a)は加圧体が加圧位置にある動作状態を示し、図1(b)は加圧体が非加圧位置にある非作動状態を示す。
【0035】
本発明に係る定着装置10は、図1(a)および図1(b)に示すように、加熱源12が内部に収容され駆動回転される定着ローラ13と、加圧体14とを備える。
【0036】
定着ローラ13は、筒状の例えばアルミニゥム合金あるいは鉄鋼から成る芯金13aと、該芯金の外周面を覆う耐熱性の離型層13bとを備える従来よく知られた定着ローラである。芯金13aは、後述するように、その両端に設けられた軸受け15(図2参照)を介して回転可能に支承されており、駆動源(図示せず)からの駆動力により、図1(a)に矢印aで示す時計方向に駆動回転される。芯金13aの内方には、加熱源12として例えばハロゲンランプが芯金13aの回転軸線に沿って配置されている。
【0037】
この定着ローラ13は、その熱容量の低減化のために、小径および肉薄の芯金13aのものを用いることが望ましい。
【0038】
加圧体14は、筒状の弾性体16と、該弾性体の内方に配置される押圧部材17とを備える。押圧部材17は、定着ローラ13の近傍で筒状弾性体16の内方にあって該弾性部材を定着ローラ13に押し付けるための図1(a)に示す押圧位置と、図1(b)に示す押圧解除位置との間で上下方向へ移動可能であり、押圧位置では、定着ローラ13へ向けてのばね力Fを受ける。
【0039】
実施の形態1では、押圧部材17は、定着ローラ13の下方で該定着ローラの回転軸線に沿って伸長するブロック部材からなる。ブロック部材17の定着ローラ13の側には、一対の押圧部17a、17aが形成されている。両押圧部17a、17aは、円弧状の横断面形状を有し、定着ローラ13の長手方向に沿って平行に延在するように、ブロック部材17の横方向に互いに間隔をおいて該ブロック部材の長手方向に伸長して形成されている。また、両押圧部17a、17aは、定着ローラ13の中心軸線を通る垂直線Lに関して対称的に形成されている。
【0040】
弾性体16は、ばね特性を有する金属材料から成る芯金16aと、該芯金の外周面を覆う例えばシリコンゴムから成る弾性層16bと、該弾性層の外周面を覆う耐熱性の離型層16cとを備える。
【0041】
芯金16aは例えばステンレス鋼あるいはリン青銅等の薄肉の金属材料から成る円筒体で形成されており、例えば径方向に作用する圧縮力あるいは引張り力により弾性変形可能である。弾性層16bを介して芯金16aの外周面を覆う耐熱性の離型層16cは、例えばPFAフッ素樹脂チューブで弾性層16bの外周面を被覆することにより、あるいは該弾性層の外周面にPFAフッ素樹脂塗料あるいはPTFEフッ素樹脂塗料を塗布することにより、形成することができる。この離型層16cは、定着ローラ13の離型層13bと同様に、トナー像を形成するトナー8あるいはトナー像が転写される転写材である記録紙7の付着を防止し、その剥離を容易とする。
【0042】
芯金16a、弾性層16bおよび離型層16cの積層体からなる弾性体16は、全体に筒状を示す。この筒状の弾性体16は、ブロック部材17が図1(b)に示す解除位置にあるとき、該ブロック部材によって定着ローラ13に押し付けられることはなく、横断面形状は半径Rを有する円筒形状を保持する。
【0043】
他方、ブロック部材17が図1(a)に示す押圧位置にあるとき、弾性体16は、ブロック部材17によって定着ローラ13に押し付けられる。このブロック部材17による押し付けでは、ブロック部材17の押圧部17a、17aにより、弾性体16はその内方から周方向に互いに間隔をおいた2点部分で定着ローラ13に押し付けられる。これにより弾性体16は、定着ローラ13への押圧部分近傍における曲率が半径Rよりも大きな曲率R1を示すように全体に楕円状に変形する。また、弾性体16の前記押圧部分によって、定着ローラ13および加圧体14間には、一対の押圧部17a、17a間距離に対応した幅寸法Wを有するニップ部6が形成される。
【0044】
定着ローラ13が図1(a)に示す矢印aで示す時計方向へ駆動回転されると、押圧部材17によって定着ローラ13に押圧される弾性体16が、定着ローラ13との間にニップ部6を保持した状態で、定着ローラ13の回転に伴って押圧部材16上を摺動しながら順次回転する。
【0045】
図示しない画像形成装置の現像装置によってトナー像を転写された記録紙のような転写材7が、図1(a)に符号bで示す矢印方向へ移動され、定着装置10に送り込まれると、定着ローラ13の駆動回転に伴って転写材7が定着ローラ13および弾性体16間のニップ部6を通過する。このニップ部6では、転写材7上のトナー8が、定着ローラ13からの熱により溶融し、弾性体16のニップ部6と定着ローラ13との間で、押圧部材であるブロック部材17の押圧部17a、17aからの加圧力を受けて転写材7上に融着され、定着ローラ13および加圧体14間から排出される。これにより、トナー像が転写材7に定着される。
【0046】
本発明に係る定着装置10では、加圧体14の筒状弾性体16は、押圧部材であるブロック部材17の押圧部17a、17aにより、弾性体16の周方向へ互いに間隔をおいた2点で定着ローラ13に向けて押圧される。このとき、弾性体16は、主として芯金16aのばね特性すなわち弾性により、楕円形状を保持した状態で2点間距離に応じた比較的大きな曲率R1を示す部分で定着ローラ13に押し付けられることから、定着ローラ13および加圧体14間には比較的小さな荷重Fで所望のニップ幅Wを有するニップ部6が形成される。
【0047】
また、加圧体14の弾性体16は、従来のような芯金により保持されておらず、押圧部材17によって定着ローラ13へ押圧されることから、この押圧部材17の押圧部17a、17aに対応した2点間の部分(ニップ部6)で定着ローラに接し、またこの2点部分で押圧部材17に接するに過ぎないことから、定着ローラ13から見て加圧体14は従来の加圧ローラに比較して低い熱容量を示す。
【0048】
従って、本発明に係る定着装置10によれば、通紙時における定着ローラ13の表面の温度低下を軽減し、安定した定着性を得ることができる。
【0049】
また、本発明に係る加圧体14は、熱容量の低減のために芯金13aが薄肉化あるいはその小径化が図られた定着ローラ13と組み合わせることにより、省力化およびウオーミングアップ時間の短縮化と共に、安定した定着性能を示す省エネルギー型の定着装置が提供される。
【0050】
実施の形態1では、加圧体14の弾性体16に弾性層16bを形成した例を示したが、弾性層16bを不要とし、芯金16a上に離型層16cを直接的に形成することができる。しかしながら、弾性層16bを設けることにより、弾性体16の定着ローラ13への押し付けで弾性体16の潰れ量の増大を図ることができるので、ニップ部6の幅寸法Wの増大を図る上で、弾性層16bを設けることが望ましい。
【0051】
〈実施の形態2〉
図2および図3に示す定着装置110は、加圧体14の押圧部材として、一対の回転体を用いた例を示す。
【0052】
加熱源12を内蔵する定着ローラ13は、実施の形態1で述べたと同様な構成を有し、図2に示すように、その両端で軸受け15を介して回転可能に支承され、一方向に駆動回転される。また、加圧体14の弾性体16は、実施の形態1におけるそれと同一である。
【0053】
しかしながら、実施の形態2を示す定着装置110では、弾性体16を定着ローラ13に押圧する押圧部材が一対の回転体18、18から成る。回転体18、18として、荷重印加ロール18、18が示されており、両荷重印加ロール18、18は、弾性体16の内方でそれぞれの回転軸線が定着ローラ13の回転軸線と平行になるように、弾性体16の両端より突出する両端部分で軸受け19を介して一対のブラケットから成る側板20、20に支持されている。
【0054】
両荷重印加ロール18、18は、その回転軸線に沿って一様な外径を有し、図3に示すように、定着ローラ13の中心軸線を通る垂直線Lに関して対称となるように、互いに間隔をおいて側板20、20に回転可能に支持されている。側板20、20は、図1(a)に示したと同様な図3に示す押圧位置でばね荷重Fを受けることにより、荷重印加ロール18、18を介して弾性体16をその内方から定着ローラ13へ向けて押圧する。これにより定着ローラ13と加圧体14の弾性体16間には、両荷重印加ロール18、18間の間隔に応じたニップ幅Wを有するニップ部6が形成される。
【0055】
定着装置110では、押圧部材が回転可能に支承された一対の回転体18、18から成るので、弾性体16が両回転体すなわち両荷重印加ロール18、18で定着ローラ13に押圧されたとき、該定着ローラの回転に伴い、荷重印加ロール18、18は弾性体16を介して円滑に従動する。この荷重印加ロール18、18の回転により、弾性体16は、押圧部材上を摺動することなく、荷重印加ロール18、18の案内作用により、円滑に回転する。
【0056】
従って、定着ローラ13、加圧体14の弾性体16の円滑な動作が妨げられることはなく、それらの円滑な動作が確保されることにより、定着ローラ13の回転軸線方向に一様なニップ幅Wを有するニップ部6を継続的に確実に形成することができるので、より安定した定着性能を得ることができる。
【0057】
〈実施の形態3〉
図4に示す定着装置120では、荷重印加ロールの外径をその両端から中央部へ向けて漸増させた太鼓状の荷重印加ロール18′、18′が採用されている。この太鼓状の荷重印加ロール18′、18′を用いることにより、例えば定着ローラ13が図4に示すようにその中央部が上方へ反るような撓み変形を起こしても、定着ローラ13の撓み変形に拘わらず、撓み変形による定着ローラ13の中央部での加圧力の低下を防止することができるので、定着ローラ13に、その回転軸線方向に沿ってほぼ均一な加圧力を確実に作用させることができる。従って、定着ローラ13の中央部に潰れや撓み変形が生じても、定着ローラ13の回転軸線方向に一様なニップ幅Wを有するニップ部6を確実に形成することができ、これにより、より安定した定着性能を得ることができる。
【0058】
〈実施の形態4〉
図5に示す定着装置130では、弾性体16の内方に配置された回転体である荷重印加ロール18、18のそれぞれに対応して、転写材7の排出側および供給側で弾性体16に外接する保持ロール21、21が配置されている。
【0059】
保持ロール21、21は、荷重印加ロール18、18が弾性体16を定着ローラ13に押圧する押圧位置に移動したとき、定着ローラ13に押圧された弾性体16に外接する位置で、その回転軸線を荷重印加ロール18、18のそれと平行に、保持されている。
【0060】
回転可能な保持ロール21、21は、荷重印加ロール18、18により定着ローラ13に押圧された状態にある弾性体16の内方に位置する荷重印加ロール18、18の両外側で対応する荷重印加ロール18、18と共同して弾性体16の変形を拘束する。
【0061】
両保持ロール21、21は、筒状の弾性体16が定着ローラ13へ向けて押圧されたとき、弾性体16の外周面に当接して該弾性体のニップ部6近傍での拡がり変形を規制するので、該ニップ部に強い反発力を担わせることができることから、薄肉の弾性体16であってもそのニップ部で比較的大きな適切な加圧力を作用させることができる。従って薄肉の弾性体16であっても、適正なニップ部6を形成することができ、安定した定着性能を得ることができる。
【0062】
〈実施の形態5〉
図6および図7に示す定着装置140では、弾性体16内に配置される一対の荷重印加ロール18、18のための回転支持体22が設けられている。
【0063】
回転支持体22は、弾性体16内で両荷重印加ロール18、18に沿ってその下方に配置されている。回転支持体22の両端は、荷重印加ロール18、18を支持する側板20、20に固定的に支持されている。回転支持体22の中央部には、該回転支持体を取り巻いて装着された環状ベアリング22aが設けられており、該ベアリングのアウタレースが両荷重印加ロール18、18の中央部分の下部に当接する。回転支持体22の中央部に設けられた環状ベアリング22aは、両荷重印加ロール18、18の中央部分の下部に外接することから、回転支持体22は、全体に、荷重印加ロール18、18の撓み変形を防止するバックアップロールとして機能する。
【0064】
回転支持体22の両端を側板20、20に回転可能に支持することにより、中央部に設けられる環状ベアリング22aを不要とすることができ、この場合、回転支持体22の中央部に荷重印加ロール18、18に外接する増径部が環状ベアリング22aに代えて設けられる。
【0065】
回転支持体22は、回転体を構成する荷重印加ロール18、18の円滑な回転を妨げることなく、この荷重印加ロールの軸線方向に沿った撓み変形を防止することから、定着ローラ13へ向けての加圧力を該定着ローラの軸線方向にほぼ均等に作用させることができる。従って、定着ローラ13の回転軸線方向に一様なニップ幅Wを有するニップ部6を確実に形成することができ、これにより、より安定した定着性能を得ることができる。
【0066】
〈実施の形態6〉
図8および図9に示す定着装置150では、さらに、筒状の弾性体16の内方に、一対の案内ロール23が、バックアップロールとして機能する回転支持体22に当接して設けられている。
【0067】
案内ロール23は、図8に示すように、回転支持体22から見て荷重印加ロール18、18と反対側すなわち回転支持体22の下方で該回転支持体に平行に配置されている。案内ロール23は、その両端で軸受け19を介して側板20、20に支持されており、その中央部で回転支持体22の環状ベアリング22aに外接する。これにより、案内ロール23は、該案内ロールと平行な荷重印加ロール18、18と共に、回転支持体22をそれら両ロール間に介在させた状態で図9(a)に示す押圧位置と図9(b)に示す解除位置との間で、上下方向へ一体的に移動可能であり、また荷重印加ロール18、18の回転に伴い、回転支持体22の環状ベアリング22aを介して回転する。側板20、20は、前記したように、荷重印加ロール18、18および案内ロール23を上下方向へ一体的に移動させると共に、これらロールの軸線方向へのずれを防止する。
【0068】
図9(b)に示す解除位置では、弾性体16は円形に保持されることから、案内ロール23が弾性体16の内周面に当接することはないが、図9(a)に示す押圧位置では、楕円形に変形した弾性体16に当接することにより、荷重印加ロール18、18と反対の側で弾性体16の回転による該弾性体の回転移動すなわち循環を案内する。
【0069】
この案内ロール23の案内作用により、弾性体16の下方部分での弛みによる不規則な揺動および振動が防止されるので、この振動等によるニップ部6のニップ幅Wの増減を防止することができ、より安定した定着性能を得ることができる。
【0070】
案内ロール23は、図示した2本の例に限らず、必要に応じて、その本数を増減することができる。
【0071】
〈実施の形態7〉
図10に示す定着装置160では、定着ローラ13は、その回転軸を通る垂直線Lが一対の荷重印加ロール18(18a、18b)の両回転軸線を結ぶ線上の中点Mから見て排出側に位置する一方の荷重印加ロール18aの側に偏るように配置されている。これにより、定着ローラ13は他方のロール18bよりも一方のロール18aに近接して配置されている。
【0072】
そのため、定着ローラ13への加圧力は、主として、両荷重印加ロール18(18a、18b)のうちの定着ローラ13に近接する排出側に配置された一方の荷重印加ロール18aへの加圧力Fによって決まり、定着ローラ13から遠い側である供給側に配置された他方の荷重印加ロール18bは、一方の荷重印加ロール18aと共同してニップ部6の幅Wを規定する。
【0073】
定着装置160によれば、定着ローラ13を排出側に位置する一方の荷重印加ロール18aの側に偏らせ、これにより、この一方の荷重ロール18aの反力によって強い加圧力を定着ローラ13に作用させることができるので、たとえ両荷重印加ロール18a、18bの熱容量の低減を図るべく芯金16aの薄肉化を図っても、それによる定着ローラ13への加圧力の低下を防止することができる。
【0074】
従って、通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、より安定した定着性を得ることができる。
【0075】
〈実施例8〉
図11に示す定着装置170では、定着ローラ13が一方の荷重印加ロール18aの側に偏るように配置されていることに加えて、さらに一方の荷重印加ロール18aの外径が他方の荷重印加ロール18bのそれよりも大きく設定されている。
【0076】
定着ローラ13への加圧力を決める一方の荷重印加ロール18aの外径の増大を図ることにより、該荷重印加ローラの強度を高めることができる。これにより、より強い加圧力F1に対しても荷重印加ロール18aの撓み変形を防止することができ、芯金16aの薄肉化を図った荷重印加ロール18aによっても、定着ローラ13への加圧力の低下を防止することができる。
【0077】
従って、回転軸線方向に沿った全域にわたってほぼ均等な加圧力を確実に作用させることができるので、一層確実に全域にわたっての安定した定着性能を得ることができ、これにより通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、より安定した定着性を得ることができる。
【0078】
また、転写材の供給側に位置する他方の荷重印加ロール18bには、所望のニップ幅Wを形成するのに必要な荷重F2が作用するに過ぎないことから、この他方の荷重印加ロール18bの外径を排出側に配置された前記一方の荷重ロール18aのそれに比較して小さく設定することができる。この他方の荷重印加ロール18bの小径化により、定着ローラ13から見た加圧体14の熱容量の削減が可能となり、通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減して、より安定した定着性能を得ることが可能となる。
【0079】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、弾性体をその周方向へ互いに間隔をおいた2点で定着ローラに向けて押圧することにより、通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、安定した定着性能を得ることができる。
【0080】
請求項2に記載の発明によれば、加圧体の弾性体を外周面に耐熱性離型層を有する金属製の芯金で形成することにより、前記弾性体のばね特性により、所望のニップ部が形成されるように適正な曲率でもって前記弾性体を定着ローラに押圧することができ、これにより安定した定着性能を得ることができる。
【0081】
請求項3に記載の発明によれば、荷重印加ロールのような回転体で押圧部材を構成することにより、定着ローラおよび弾性の円滑な動作を妨げることなく適切に弾性体を定着ローラに向けて押圧することができ、これにより安定した定着性能を得ることができる。
【0082】
請求項4に記載の発明によれば、弾性体が回転体によって定着ローラに押圧されて楕円状に変形するとき、保持ロールが弾性体のニップ部近傍での拡がり変形を規制するから、薄肉の弾性体であっても該弾性体により比較的強い加圧力を得ることができ、これにより適正な幅寸法のニップ部を形成することができ、安定した定着性能を示す省エネルギー型の定着装置を得ることができる。
【0083】
請求項5に記載の発明によれば、回転体のためのバックアップロールとして機能する回転支持体により、荷重印加ロールの軸線方向に沿った撓み変形を防止し、定着ローラにその軸線方向にほぼ均等な加圧力を作用させることができるので、定着ローラの回転軸線方向へ連続的かつ均一なニップ部を形成することができ、安定した定着性能を得ることができる。
【0084】
請求項6に記載の発明によれば、定着ローラを前記転写材の排出側に偏って配置することにより、熱容量の低減を図った薄肉状の筒状弾性体であっても定着に充分な加圧力を得ることができ、これにより通紙時における定着ローラ表面の温度低下を軽減し、安定した定着性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る定着装置の実施の形態1を示す横断面図であり、図1(a)は加圧体が加圧位置にある動作状態を示し、図1(b)は加圧体が非加圧位置にある非作動状態を示す。
【図2】本発明に係る定着装置の実施の形態2を示す縦断面である。
【図3】図2に示す線III−IIIに沿って得られた断面図である。
【図4】本発明に係る定着装置の実施の形態3を示す縦断面である。
【図5】本発明に係る定着装置の実施の形態4を示す横断面である。
【図6】本発明に係る定着装置の実施の形態5を示す縦断面である。
【図7】図6に示す線VII−VIIに沿って得られた断面図である。
【図8】本発明に係る定着装置の実施の形態6を示す縦断面図である。
【図9】図8に示す線IX−IXに沿って得られた横断面図であり、図9(a)は加圧体が加圧位置にある動作状態を示し、図9(b)は加圧体が非加圧位置にある非作動状態を示す。
【図10】本発明に係る定着装置の実施の形態7を示す横断面図である。
【図11】本発明に係る定着装置の実施の形態8を示す横断面図である。
【図12】従来の定着装置を示す横断面図である。
【符号の説明】
6 ニップ部
7 (転写材)記録紙
8 トナー
10〜170 定着装置
12 加熱源
13 定着ローラ
14 加圧体
16 弾性体
16a 芯金
16b 弾性層
16c 離型層
17 (押圧部材)ブロック部材
18、18′、18a、18b (押圧部材)荷重印加ロール
18a、
21 保持ロール
22 回転体支持体
23 案内ロール
Claims (6)
- 加熱源を有し駆動回転される定着ローラと該定着ローラに圧接される回転可能な加圧体とで規定されるニップ部の通過により、転写材上に転写されたトナー像を熱溶融させて該転写材に融着する定着装置であって、前記加圧体は、円筒状の弾性体と、該弾性体の内方に配置され前記ニップ部を形成すべく前記弾性体の周方向へ互いに間隔を置く2箇所の部分で該弾性体を前記定着ローラに押圧する押圧部材とを備えることを特徴とする定着装置。
- 前記弾性体は、弾性変形可能な円筒状の金属製の芯金と、該芯金の外周面に形成された耐熱性離型層とを有する請求項1記載の定着装置。
- 前記押圧部材は、前記定着ローラの回転軸線に互いに平行に配置される2つの回転体を有し、該両回転体は前記弾性体の周方向へ間隔をおいて互いに平行に配置されかつ前記定着ローラへ向けてのばね力によりそれぞれが前記弾性体を前記定着ローラに向けて押圧する請求項1に記載の定着装置。
- 前記両回転体のそれぞれに対応して前記転写材の排出側および供給側で前記弾性体に外接して該弾性体の変形を拘束するための保持ロールが配置されている請求項3記載の定着装置。
- 前記両回転体は、該回転体の回転軸線方向の中央部でそれぞれに外接する回転支持体により、回転可能に保持されている請求項3記載の定着装置。
- 前記定着ローラの回転軸を通る垂直線が前記両回転体の回転軸線を結ぶ線上の中点よりも前記転写材の排出側に偏って配置されている請求項3記載の定着装置。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010139983A (ja) * | 2008-12-15 | 2010-06-24 | Konica Minolta Business Technologies Inc | 定着装置およびこれを備える画像形成装置 |
JP2012053428A (ja) * | 2010-08-06 | 2012-03-15 | Kyocera Mita Corp | 画像形成装置及び定着装置 |
US8693931B2 (en) | 2010-08-06 | 2014-04-08 | Kyocera Mita Corporation | Image forming apparatus and fixing device |
-
2003
- 2003-02-06 JP JP2003029303A patent/JP2004240172A/ja active Pending
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