JP2005017496A - 定着装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ローラの非通紙領域にサーミスタを設けた場合であっても、サーミスタの設定温度を通常より高くすることなく、定着ローラの通紙領域の表面温度を所定温度に維持し、低温オフセットが発生しないようにする。
【解決手段】ヒータＨが内蔵された定着ローラ６１と、この定着ローラ６１に圧接する加圧ローラ６２と、定着ローラ６１表面の非通紙領域に設けられた、定着ローラ６１の表面温度を検知するサーミスタ６３と備え、定着ローラ６１の側端外周にはブッシュ部材６５が嵌着される。そして軸受６６は、ブッシュ部材６５を介して定着ローラ６１を枠体６７に回転自在に取り付ける。ブッシュ部材６５には通風孔６５１が形成されている。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着ローラと加圧ローラとを有する定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、より詳細には非通紙領域に設けられた温度検知手段を用いて定着ローラの温度制御を行う定着装置及びそれを備えた画像形成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画像形成装置において、ヒータを内蔵した定着ローラと加圧ローラとを圧接させ、このローラ間に、未定着トナー画像を担持した用紙を通過させてトナーを用紙に定着させる熱ローラ方式の定着装置がこれまでから広く用いられている。
【０００３】
このような定着装置において、定着ローラの表面温度を一定に維持させるために、サーミスタ温度計（以下、「サーミスタ」と略すことがある）などの温度検知手段を定着ローラ表面に取り付け、サーミスタの検知温度に基づき定着ローラに内蔵されたヒータの入切を制御することが一般的に行われている。定着ローラの表面温度を精度よく検知するには用紙が通過する領域にサーミスタを取り付けるのがよい。しかしながら、サーミスタを定着ローラ表面を取り付けると、サーミスタとの摺擦によって定着ローラ表面に傷がつき、定着ローラの離型性が低下することがあった。また、サーミスタに未定着トナーが付着し、複写画像に汚れが発生したり、温度検知精度が低下することがあった。そこでこのような不具合を防止するため、定着ローラにおいて用紙が通過しない領域（非通紙領域）にサーミスタを設けることも行われつつある。
【０００４】
しかし、定着ローラの非通紙領域にサーミスタを設けると、通紙領域とサーミスタの設置位置との間の距離に起因して通紙領域の表面温度を精度よく制御できないという問題がある。例えば連続通紙を行った場合、定着ローラにおける通紙領域では紙に熱を奪われる結果、表面温度が低下するのに対し、非通紙領域では通紙領域ほどは表面温度が低下しない。このためヒータがオンされず、最悪の場合には低温オフセットが発生するという問題がある。
【０００５】
そこで、通紙領域と非通紙領域とのこのような温度差を見越して、サーミスタの設定温度を予め高めにしておくことが考えられる。例えば通紙領域の表面温度を１８０〜１９０℃とする場合には、非通紙領域に設けたサーミスタの設定温度を２１０〜２２０℃にしておくのである。このような方法によれば通紙領域の温度を前記所定温度に維持できるようになるが、非通紙領域の温度が通常よりも高くなる分だけ、非通紙領域の周囲に配設された部材が熱によって劣化しやすくなり、部材寿命が低下するという新たな問題が発生する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３１１５８１号公報（特許請求の範囲、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、定着ローラの非通紙領域にサーミスタを設けた場合であっても、サーミスタの設定温度を通常より高くすることなく、定着ローラの通紙領域の表面温度を所定温度に維持し、低温オフセットが発生しないようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、発熱体が内蔵された定着ローラと、この定着ローラに圧接する加圧ローラと、前記定着ローラ表面の非通紙領域に設けられた、前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知手段と、前記定着ローラの外周に嵌着されたブッシュ部材と、このブッシュ部材を介して前記定着ローラを枠体に回転自在に取り付ける軸受手段とを有する定着装置であって、前記ブッシュ部材に軸方向に通風孔を形成したことを特徴とする定着装置が提供される。
【０００９】
ここで、ブッシュ部材の加工容易性や強度などの観点から、ブッシュ部材の内周面に形成した溝と定着ローラ外周面とで通風孔を形成するようにすることが好ましい。また、通風孔内を気流が効果的に流れるようにする観点からは、前記溝は螺旋状に形成するのが好ましい。
【００１０】
また本発明によれば、前記記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、連続通紙を行った場合などに生じる、定着ローラの通紙領域と非通紙領域との温度差をできるだけ小さくすべく鋭意検討を重ねた。この結果、搬送されてきた紙に熱を奪われて表面温度が下がる通紙領域に合わせて、非通紙領域においても空冷して表面温度を下げるようにすれば、通紙領域と非通紙領域との温度差を小さくできるとの着想に基づき本発明をなすに至った。以下、本発明の定着装置について図に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１２】
図１に、本発明の定着装置の一例を示す側断面図を示す。定着装置６は、定着ローラ６１と加圧ローラ６２とが圧接してなる。定着ローラ６１の非通紙領域（図２に図示）には定着ローラ６１の表面温度の検知するためのサーミスタ（温度検知手段）６３が設けられている。また、定着ローラ６１の軸芯部にはヒータＨ（発熱体）が定着ローラ６１の軸方向に挿通されている。サーミスタ６３によって検知された定着ローラ６１の表面温度、より詳細には定着ローラ６１の非通紙領域の表面温度は制御部６４に送られ、この検知温度に基づいてヒータＨの入切制御がなされる。なお、定着ローラ６１及び加圧ローラ６２の具体的構成については後段で説明する。
【００１３】
図２に、図１の定着装置で使用する定着ローラの概説図例を示す。定着ローラ６１の内部には軸方向の略全域に渡ってヒータＨが配設されている。そして定着ローラ６１の軸方向中央部が通紙領域、両側部が非通紙領域となっている。通紙領域は、Ａ４用紙（２９７ｍｍ×２１０ｍｍ）が横方向に搬送できる長さ（例えば３００ｍｍ）としてある。なおＡ４用紙が縦方向に搬送される場合には定着ローラの中央を通過する（図２の破線）。もちろん定着ローラの軸方向の長さや、通紙領域及び非通紙領域の長さは、搬送させる用紙の大きさによって適宜決定すればよい。非通紙領域にはサーミスタ６３が取り付けられ、ここで定着ローラ６１の表面温度を検知している。
【００１４】
図３に、定着ローラ６１の側端部の部分拡大断面図を示す。定着ローラ６１の端部外周にはブッシュ部材６５が嵌着し、このブッシュ部材６５と軸受（軸受手段）６６とが接触する形で、定着ローラ６１は定着装置の枠体６７に回転自在に取り付けられている。ブッシュ部材６５の内周面には軸を中心として等角度に断面矩形状の溝６５１が３つ形成されている（図４参照）。ブッシュ部材６５を定着ローラ６１の外周面に嵌着することによって、これらの溝６５１と定着ローラ６１の外周面とで通風孔６８（図３に図示）が形成される。このような通風孔６８が形成されることによって空気の流動が促進されて非通紙領域が空冷される。これにより例えば連続通紙を行った場合の通紙領域と非通紙領域との温度差を小さく抑えることができ、非通紙領域に設けたサーミスタ６３（図３に図示）によって通紙領域の温度制御を精度よく行うことができる。
【００１５】
なお、ブッシュ部材６５は定着ローラ６１と共に回転するので、この回転によって積極的に通風孔６８に空気を通したい場合には、図５に示すように溝６５１を螺旋状とすることが推奨される。また、図６に示すようにブッシュ部材６５に、独立した通風孔６８’を形成してももちろん構わない。通風孔６８、６８’や溝６５１の個数および形状に特に限定はなく、ブッシュ部材６５の材質や通風孔を通過させる空気流量などから適宜決定すればよい。
【００１６】
本発明で使用するブッシュ部材の材料は耐熱性材料であることが好ましく、軸受などの部材を熱から保護する観点からはさらに断熱性を有することが好ましい。またブッシュ部材は従来公知方法で作製することができ、例えば金型成型や切削加工、穿設加工などで作製することができる。
【００１７】
また、これまでの図に基づいて説明した定着ローラでは、肉厚は均一となっていたが、定着ローラ表面の非通紙領域への伝熱速度を遅くして、非通紙領域と通紙領域との温度差を小さくする観点から、定着ローラ６１（図３に図示）の非通紙領域の肉厚を通紙領域より厚くしてもよい。ただし、この場合、画像形成開始時においていわゆるウォームアップ時間が長くなるという欠点がある。そこで、ウォームアップ時間の短縮という観点をも考慮するならば、非通紙領域と通紙領域との温度差の最小化は専ら前記通風孔による空冷で行う一方、定着ローラ肉厚は均一とし、さらには０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の薄肉としてウォームアップ時間の短縮を図ることが推奨される。
【００１８】
ここで、本発明で使用する定着ローラとしては従来公知のものが使用でき、この中でも図１に示したような、定着ローラ本体６１ａの外周に離型性層６１ｂを設けたものが好ましい。定着ローラ本体６１ａとしてはアルミニウムの他、鉄や銅、ニッケル、ステンレスなどの金属材料を使用できる。また離型性層６１ｂとしては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の他、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パー−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）などのフッ素樹脂などを用いることができる。この離型性層の肉厚としては、１０〜１００μｍの範囲から好ましい。
【００１９】
また本発明で使用する加圧ローラとしては従来公知のものが使用でき、図１に示すような芯金６２ａの表面に弾性層６２ｂを設けたものが好ましく、弾性層６２ｂの厚さとしては２〜１５ｍｍの範囲が好ましい。弾性層６２ｂはアスカＣ硬度が５〜９０度の弾性ゴムが好適である。弾性層６２ｂの表面に離型性層６２ｃを設ける場合には、ＰＴＦＥの他、ＰＶＦやＥＣＴＦＥなどのフッ素樹脂などを用いることができる。また、この離型性層６２ｃの肉厚としては２０〜１００μｍの範囲が好ましい。
【００２０】
本発明で使用する発熱体としては従来公知のものを使用できるが、中でも瞬暖性が得られることからハロゲンヒータが好ましい。また本発明で使用する温度検知手段としては従来公知のものを使用できる。
【００２１】
次に、本発明の画像形成装置について説明する。図７は、本発明の画像形成装置の一実施形態である複写機の概略構成図である。本体ハウジング１は、上ハウジング１１と、下ハウジング１３と、その間に位置する連結ハウジング１２とを有する。そして上ハウジング１１の上には開閉自在に載置された原稿搬送部２が取り付けられている。
【００２２】
原稿搬送部２は、原稿給紙トレイ２１と原稿搬送部本体２２、原稿排紙トレイ２３、原稿カバー２４とを備える。原稿排紙トレイ２３は、原稿カバー２４上面の一部として一体に形成されている。原稿搬送路ｄの延長上の上流端に原稿給紙トレイ２１が配設され、下流端に原稿排出トレイ２３が配設されている。原稿搬送部本体２２内の原稿搬送路ｄには、原稿搬送方向上流側から順にピックアップローラ２２ａ、搬送ローラ対２２ｂ、レジストローラ対２２ｃ、排出ローラ対２２ｄが設けられている。そして、レジストローラ対２２ｃと排出ローラ対２２ｄの間に画像読取り部２５が設けられている。原稿給紙トレイ２１に画像面を上向きにセットされた画像原稿（不図示）は、コピー開始ボタン（不図示）がオンされると、前記各ローラによって搬送路ｄを搬送され、途中画像読取り部２５で露光部３によって画像が読みとられる。
【００２３】
露光部３は上ハウジング１１に内蔵されている。露光部３は、露光ランプ３１と反射板３２、第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６、イメージセンサ（例えばライン型のＣＣＤ）３７を備える。露光ランプ３１と第１ミラー３３は第１キャリッジ（不図示）上に搭載され、第２ミラー３４、第３ミラー３５は第２キャリッジ（不図示）上に搭載されている。いわゆるシートスルー方式で原稿画像を読み取る場合には、第１キャリッジが画像読取り部２５の直下に移動し、露光ランプ３１からの光照射光が移動中の原稿を露光する。照射光は第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６を通じてＣＣＤ３７に到達して光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。他方、原稿固定方式で原稿画像を読み取る場合には、原稿載置板２６上の載置された原稿画像は露光部３による読取走査を受けることにより、ＣＣＤ３７上に縮小結像され、光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。
【００２４】
下ハウジング１３内には、給紙部４と画像形成部５、定着装置６とが内蔵さている。給紙部４についてまず説明すると、下ハウジング１３の下部には用紙Ｐが収容された給紙カセット４１が配設され、用紙Ｐはここからコロ４２により１枚ずつ搬送路へ送り出される。また、下ハウジング１３の左側下部には開閉可態な給紙トレイ４３が備えられており、ここに用紙Ｐを載置しておくことにより、前記と同様に用紙はコロ４４により１枚ずつ搬送路へ送り出される。
【００２５】
次に画像形成部について説明する。画像形成部５は、感光体ドラム５１と、その周囲に配設された帯電器５２、光走査ユニット５３、現像器５４、転写ローラ５５、クリーニング器５６とを備える。感光体ドラム５１は時計回りに回転し、まず帯電器５２により感光体ドラム５１の表面は均一に帯電される。次に、光走査ユニット５３から感光体ドラム５１の表面にレーザ光が照射されて、画像部分又は背景部分に相当する電荷が消去され、感光体ドラム５１の表面に静電潜像が形成される。そして現像器５４によって感光体ドラム５１上の静電潜像にトナーが供給され静電潜像が顕像化する。
【００２６】
感光体ドラム５１がさらに回転し、トナー画像が転写ローラ５５と対向する位置に来たときに、それに合わせて、感光体ドラム５１と転写ローラ５５との間に用紙Ｐが搬送され来る。このとき転写ローラ５５に、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されることにより、感光体ドラム５１上のトナー画像が用紙Ｐ上に転写される。感光体ドラム５１上の転写されなかった残留トナーはクリーニング器５６によって感光体ドラム５１上から除去される。一方、トナー画像が転写された用紙Ｐは前述した定着装置６に搬送され、ここでトナー画像は加熱・加圧されて用紙に定着し、排紙経路を通って排紙トレイ７ａ，７ｂに排出される。
【００２７】
【実施例】
図７に示した画像形成装置を用いて、ブッシュ部材における通風孔の有無によるヒータ点灯時間の差、すなわち加熱時間の差を測定すると共に、定着ローラの表面温度を測定した。具体的には、肉厚が０．６ｍｍの定着ローラを用いて、複写速度をＡ４横方向で２５枚／分として、Ｂ５用紙１００枚の連続印刷を行い、印刷中のヒータの点灯時間および定着ローラ中央部における最後の１０秒間の平均表面温度を積算および測定した。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１から明らかなように、ブッシュ部材に通風孔を形成した定着装置を用いた場合と、通風孔を形成しなかった定着装置を用いた場合とでは、ヒータの点灯時間が前者では１０９秒であるのに対し後者では９４秒であった。これに起因して定着ローラ中央部の平均表面温度は前者が１８５℃であるのに対して、後者では１７６℃であった。これは、前者である通風孔を形成した場合には、通紙領域と非通紙領域との温度差が小さくでき、精度良くヒータがオンされて定着ローラ中央部の表面温度が制御されたことを示している。ここで用いた複写速度２５枚／分程度の画像形成装置では、低温オフセットを防止するには定着ローラの表面温度は一般に少なくとも１８０℃は必要とされており、通風孔を形成しなかった定着装置を用いた後者の場合にはオフセットが発生した。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の定着装置および画像形成装置では、定着ローラの外周に嵌着されたブッシュ部材に軸方向に通風孔を形成したので、サーミスタが設けられた定着ローラの非通紙領域を、通風孔を通って流れる空気によって空冷することができ、通紙領域を紙が通過する時に生じる通紙領域と被通紙領域との表面温度差を小さく抑えられる。これにより、サーミスタの設定温度を通常より高くすることなく、定着ローラの通紙領域の表面温度を所定温度に維持でき、低温オフセットの発生を防止できる。また、サーミスタの設定温度を通常より高くする必要がないので、サーミスタの周囲に配設されたブッシュや軸受などの部材の熱劣化を抑えられ、これらの部材の長寿命化が図れる。
【００３１】
ブッシュ部材の内周面に形成した溝と定着ローラ外周面とで通風孔を形成するようにすると、ブッシュ部材の加工が容易となると共に、その機械的強度が向上する。また、ブッシュ部材の内周面に形成する溝を螺旋状にすると、回転によって通風孔内を気流が効果的に流動するようなり、非通紙領域を効果的に空冷できる。
【００３２】
また、定着ローラの肉厚を０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下としてウォーミングアップ時間の短縮を図ると、定着ローラにおける通紙領域の表面温度とサーミスタ部温度との温度差がさらに大きくなる傾向があるが、本発明の構成により前記温度差を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置の一例を示す側断面図である。
【図２】図１の定着装置における定着ローラの概略構成図である。
【図３】定着ローラの一部拡大断面図である。
【図４】定着ローラの概説斜視図である。
【図５】ブッシュ部材の一例を示す断面斜視図である。
【図６】ブッシュ部材の他の例を示す斜視図である。
【図７】本発明の画像形成装置の一例を示す概説図である。
【符号の説明】
Ｈ ヒータ（発熱体）
６ 定着装置
６１ 定着ローラ
６２ 加圧ローラ
６３ サーミスタ（温度検知手段）
６５ ブッシュ部材
６６ 軸受（軸受手段）
６７ 枠体
６８，６８’ 通風孔
６５１ 溝

Claims (4)

1. 発熱体が内蔵された定着ローラと、この定着ローラに圧接する加圧ローラと、前記定着ローラ表面の非通紙領域に設けられた、前記定着ローラの表面温度を検知する温度検知手段と、前記定着ローラの外周に嵌着されたブッシュ部材と、このブッシュ部材を介して前記定着ローラを枠体に回転自在に取り付ける軸受手段とを有する定着装置であって、前記ブッシュ部材に軸方向に通風孔が形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記通風孔が、前記ブッシュ部材の内周面に形成された溝と前記定着ローラ外周面とで形成されるものである請求項１記載の定着装置。
3. 前記溝が螺旋状である請求項２記載の定着装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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