JP2005164717A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱ローラ６の表面の付着物を除去することにより、ウォームアップ時間を短縮し、良好な画像の定着を保証すること。
【解決手段】定着ローラ２と、定着ローラ２に圧接された圧ローラ４と、定着ローラ２に圧接されかつ、加熱手段Ｈが内蔵された複数の熱ローラ６、８とを備えた定着装置。定着ローラ２と圧ローラ４とのニップ部Ｎから定着ローラ２の回転方向に最も近い周方向位置で定着ローラ２と接するよう配置された熱ローラ６の表面を清掃するためのクリーニング手段Ｃ１が備えられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、静電複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に装着されて、用紙上の未定着トナーを用紙に溶融定着させる定着装置に関する。

定着ローラと、定着ローラに圧接された圧ローラと、定着ローラに圧接されかつ、加熱手段が内蔵された複数の熱ローラとを備えた定着装置はすでに知られている（特許文献１参照）。このような形態の定着装置は、加熱手段の熱を熱ローラを介して定着ローラの表層領域に直接伝達させるよう構成されているので、定着ローラを常温から所定の温度まで上昇させるまでの時間、すなわち定着装置のウォームアップ時間を比較的短くすることができる。

しかしながら、上記定着装置において、多数の用紙が定着ローラと圧ローラとのニップ部を通過する間に、定着ローラの表面にはオフセットトナーや紙粉などの微小物が付着し、定着ローラの表面に付着した微小物は、更に定着ローラの表面に圧接された熱ローラの表面に付着する。定着装置による定着回数（通紙枚数）が増加するにつれて熱ローラの表面に付着する上記微小物の量も増加するが、熱ローラの表面に対する上記微小物の付着量が多くなると、熱ローラから定着ローラへの熱伝達効率が低下し、定着ローラを常温から所定の定着温度まで上昇させるまでの時間、すなわち定着装置のウォームアップ時間が長くなるおそれがある。また、熱ローラに付着した上記微小物が逆に定着ローラや圧ローラ側に移動して、定着ローラと圧ローラとの間のニップ部を通過する用紙に付着して、画像を損ねたり、用紙を汚したりするおそれがある。
特開平１１−８４９３４号公報

本発明の目的は、熱ローラの表面に付着するオフセットトナーや紙粉などの微小物を除去することにより、ウォームアップ時間を短縮し、良好な画像の定着を保証するとともに用紙の汚れを防止することを可能にする、新規な定着装置を提供することである。

本発明によれば、定着ローラと、定着ローラに圧接された圧ローラと、定着ローラに圧接されかつ、加熱手段が内蔵された複数の熱ローラとを備えた定着装置において、
定着ローラと圧ローラとのニップ部から定着ローラの回転方向に最も近い周方向位置で定着ローラと接するよう配置された熱ローラの表面を清掃するためのクリーニング手段が備えられている、
ことを特徴とする定着装置、が提供される。
クリーニング手段は、該熱ローラに圧接されたクリーニングローラと、クリーニングローラに圧接された回収ローラとを備えている、ことが好ましい。
クリーニングローラは離型剤を含浸したスポンジゴムからなり、回収ローラは金属製の中空管又は実軸からなる、ことが好ましい。
クリーニング手段は、クリーニングシートが巻き付けられた供給ローラと、供給ローラに巻き付けられたクリーニングシートを巻き取るための巻取りローラと、供給ローラと巻取りローラとの間を延在するクリーニングシートを該熱ローラに圧接させる押圧ローラとを備えている、ことが好ましい。
クリーニングシートは離型剤を含浸した不織布からなる、ことが好ましい。

以下、本発明に従って構成された定着装置の好適な実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１を参照して、本発明に従って構成された定着装置の実施形態は、定着ローラ２と、定着ローラ２の表面に対し下方から圧接された圧ローラ４と、定着ローラ２の表面に圧接された複数の（実施形態においては２個の）熱ローラ６及び８とを備えている。図１に示されているように、定着ローラ２を軸方向に見て、定着ローラ２の軸心を仮想ｘ軸及びｙ軸の交点としたとき、熱ローラ８は、第１象限における定着ローラ２の表面の周方向のほぼ中間位置に圧接され、熱ローラ６は、第２象限における定着ローラ２の表面の周方向のほぼ中間位置に圧接されている。熱ローラ６及び８の内部にはそれぞれ加熱手段Ｈが配設されている。用紙Ｐは図１において右から左に向かってほぼ水平に搬送される。

定着装置は更に、定着ローラ２と圧ローラ４とのニップ部Ｎから定着ローラ２の回転方向（図１において時計方向）に最も近い周方向位置で定着ローラ２と接するよう配置された熱ローラ６（上記ニップ部Ｎから定着ローラ２の回転方向に向って１番目に配置された熱ローラ６）の表面を清掃するためのクリーニング手段Ｃ１が備えられている。クリーニング手段Ｃ１は、熱ローラ６に圧接されたクリーニングローラ１０と、クリーニングローラ１０に圧接された回収ローラ１２とを備えている。

定着装置は、図１において紙面の表裏方向に間隔をおいては配設された一対の側壁を含む図示しないハウジングを備えており、定着ローラ２、圧ローラ４、熱ローラ６及び８、クリーニングローラ１０及び回収ローラ１２は、側壁の各々間に回転自在にかつ相互に平行に支持されている。加熱手段Ｈは、該側壁の各々間に静止状態で支持されている。定着ローラ２は、駆動源である電動モータＭに、ギヤなどからなる図示しない動力伝達機構を介して駆動結合されている。熱ローラ６及び８、クリーニングローラ１０及び回収ローラ１２は、該動力伝達機構に、ギヤなどからなる図示しない他の動力伝達機構を介して駆動結合されている。

定着ローラ２及び熱ローラ４は、鉄製の心金と、心金を覆うシリコンスポンジと、シリコンスポンジを被覆するＰＦＡチューブとから構成されている。熱ローラ６及び８は、アルミニウム製の中空管から構成され、中空管の表面はＰＦＡによりコーティングされている。加熱手段Ｈはハロゲンヒータから構成されている。クリーニングローラ１０は、離型剤、例えばシリコンオイルを含浸したフェルトやシリコンスポンジなどのスポンジゴムから構成されている。回収ローラ１２は、金属製、実施形態においてはアルミニウム製の中空管から構成されている。回収ローラ１２は金属製の実軸から構成してもよい。

定着ローラ２が電動モータＭにより図１において時計方向に回転駆動されると、定着ローラ２に圧接されている圧ローラ４は反時計方向に従動回転させられる。同時に、熱ローラ６及び８は反時計方向に回転駆動させられ、クリーニングローラ１０及び回収ローラ１２は、それぞれ反時計方向に回転駆動させられる。加熱手段Ｈを構成するハロゲンヒータが通電され、発熱が開始される。定着ローラ２の表面温度が常温から所定の温度に達した後、片面（上面）にトナーが転写された用紙Ｐが、図１において右から左に向かってほぼ水平に搬送されて、定着ローラ２と圧ローラ４とのニップ部Ｎを通過すると、用紙Ｐの片面に転写された未定着トナーは、定着ローラ２により用紙Ｐの片面に溶融定着される。

本発明による定着装置においては、定着ローラ２と圧ローラ４とのニップ部Ｎから定着ローラ２の回転方向（図１において時計方向）に最も近い周方向位置で定着ローラ２と接するよう配置された熱ローラ６の表面を清掃するためのクリーニング手段Ｃ１が備えられているので、定着装置による定着回数（通紙枚数）が増加するにつれて増加しようとする、熱ローラ６の表面に付着するオフセットトナーや紙粉などの微小物は、常時クリーニング手段Ｃ１により清掃されて除去されるので、熱ローラ６から定着ローラ２への熱伝達効率の低下が防止される。その結果、定着ローラ２を常温から所定の温度まで上昇させるまでの時間、すなわち定着装置のウォームアップ時間が短縮される。また、熱ローラ６の表面に付着した上記微小物が逆に定着ローラ２や圧ローラ４側に移動して、定着ローラ２と圧ローラ４との間のニップ部Ｎを通過する用紙Ｐに付着して、画像を損ねるおそれも回避され、良好な画像の定着が保証される。また、用紙の裏面の汚れも回避される。

クリーニング手段Ｃ１が、熱ローラ６に圧接されたクリーニングローラ１０と、クリーニングローラ１０に圧接された回収ローラ１２とを備えるよう構成された場合には、熱ローラ６の表面に付着した上記微小物を、先ず熱ローラ６よりも低温のクリーニングローラ１０の表面に回収し、クリーニングローラ１０の表面に回収した上記微小物を、クリーニングローラ１０よりも低温の金属製回収ローラ１２の表面に回収することができる。その結果、比較的簡単な構成により、熱ローラ６の表面に付着した上記微小物を効果的に清掃及び回収することができる。なお、回収ローラ１２の表面に回収された微小物は、図示しないブレードなどのかきとり手段により図示しない微小物回収容器に回収することができる。クリーニングローラ１０を離型剤を含浸したスポンジゴムから構成し、回収ローラ１２を金属製の中空管又は実軸から構成した場合には、熱ローラ６の表面に付着した上記微小物を、効率的に除去し、かつ回収することが実用上容易に可能になる。

上記実施形態において、クリーニングローラ１０及び回収ローラ１２を、熱ローラ６の回転と同時に回転させるよう構成されているが、クリーニングローラ１０及び回収ローラ１２の駆動系を、熱ローラ６の駆動系とは独立して制御可能に構成することにより、定着装置による所定の定着回数毎に（所定の通紙枚数毎に）クリーニングローラ１０及び回収ローラ１２を回転駆動させて、熱ローラ６の清掃を行うこともできる。上記実施形態においてはまた、熱ローラ６よりも下流側に配置された熱ローラ８にはクリーニング手段Ｃ１は配設されていないが、上記微小物は、熱ローラ８よりも、定着ローラ２の回転方向上流側に位置する熱ローラ６に対し多く付着すること、及びクリーニング手段Ｃ１により、熱ローラ６の表面が常時清掃されて微小物が除去されること、に起因して、熱ローラ６の下流側に存在する熱ローラ８に移動する微小物はわずかな量に抑えられるので、実用上は問題ない。

次に図２を参照して、本発明に従って構成された定着装置の他の実施形態について説明する。図２に示す定着装置が図１に示す定着装置と相違するところは、クリーニング手段Ｃ２の構成がクリーニング手段Ｃ１の構成と相違するだけである。したがって、図２において、図１と同一部分は同一符号で示し、重複した説明は省略する。

クリーニング手段Ｃ２は、クリーニングシート２０が巻き付けられた供給ローラ２２と、供給ローラ２２に巻き付けられたクリーニングシート２０を巻き取るための巻取りローラ２４と、供給ローラ２２と巻取りローラ２４との間を延在するクリーニングシート２０を熱ローラ６に圧接させる押圧ローラ２６とを備えている。クリーニングシート２０は、離型剤、例えばシリコンオイルを含浸した不織布からなる。押圧ローラ２６はシリコンスポンジなどのスポンジゴムから形成されている。巻取りローラ２４は、駆動源である電動モータＭ１に、ギヤなどからなる動力伝達機構（図示せず）を介して駆動結合されている。

定着ローラ２が電動モータＭにより図１において時計方向に回転駆動された後における定着動作は、図１に示す定着装置におけるのと実質的に同じであるので、説明は省略する。クリーニング手段Ｃ２においては、定着装置による所定の定着回数毎に（所定の通紙枚数毎に）、巻取りローラ２４が電動モータＭ１により回転駆動されるよう構成されている。定着装置による定着回数が所定の定着回数に達すると、電動モータＭ１により巻取りローラ２４がわずかな角度だけ、図２において反時計方向に回転駆動されるので、クリーニングシート２０は、わずかな量だけ移動させられ、熱ローラ６の表面から上記微小物が除去されてクリーニングシート２０に回収される。

図２に示す定着装置は、クリーニングシート２０が巻き付けられた供給ローラ２２と、供給ローラ２２に巻き付けられたクリーニングシート２０を巻き取るための巻取りローラ２４と、供給ローラ２２と巻取りローラ２４との間を延在するクリーニングシート２０を熱ローラ６に圧接させる押圧ローラ２６とを含むクリーニング手段Ｃ２を備えているので、クリーニングシート２０を熱ローラ６の表面に対し反対方向に移動させることにより、熱ローラ６の表面から上記微小物を除去し、クリーニングシート２０に回収できるので、図１に示す定着装置におけるのと実質的に同じ効果を得ることができる。クリーニングシート２０を離型剤を含浸した不織布から構成した場合には、熱ローラ６の表面の清掃及び上記微小物の回収を効果的に行うことを実用上容易に可能にする。

本発明らは、本発明による効果を確認するため、次の３種類の定着装置における比較実験を行った。次の３種類の定着装置において、定着ローラ及び圧ローラは、それぞれ、外径１２．０ｍｍの鉄製の心金に、厚さ６．５ｍｍ、外径２５．０ｍｍ、アスカーＣ硬度４０°のシリコンスポンジゴムを被覆し、シリコンスポンジゴムの表面をＰＦＡチューブで被覆することにより構成した。また、定着ローラの表面に圧接される２個の熱ローラは、それぞれ、外径２５．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム製の中空管の表面にＰＦＡによるコーティングを施すことにより構成した。熱ローラの各々に内蔵される加熱手段は、それぞれ５００Ｗのハロゲンヒータから構成した。
比較例１：熱ローラのいずれにもクリーニング手段を設けていない上記定着装置。
比較例２：定着ローラと圧ローラとのニップ部から定着ローラの回転方向に向って２番目に配置された熱ローラの表面を清掃するためのクリーニング手段（図１に示すクリーニング手段Ｃ１と実質的に同じ構成を有するクリーニング手段）を備えた上記定着装置。クリーニング手段におけるクリーニングローラは、外径１０．０ｍｍの、シリコンオイルを含有する多孔質セラミック製の心金の周囲を厚さ２．０ｍｍの、シリコンオイルを含浸させたフェルトで覆い、フェルトの外周を厚さ５０μｍのＰＴＦＥ製の多孔質フィルムで被覆することにより構成した。回収ローラは、外径１５．０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのアルミニウム製の中空管から構成した。
比較例３：定着ローラと圧ローラとのニップ部から定着ローラの回転方向に向って２番目に配置された熱ローラの表面を清掃するためのクリーニング手段（図２に示すクリーニング手段Ｃ２と実質的に同じ構成を有するクリーニング手段）を備えた上記定着装置。クリーニングシートはシリコンオイルを含浸させた不織布から構成され、押圧ローラは、外径１０．０ｍｍのシリコンスポンジから構成されている。
実施例１：定着ローラと圧ローラとのニップ部から定着ローラの回転方向に最も近い周方向位置で定着ローラと接するよう配置された熱ローラの表面を清掃するためのクリーニング手段（比較例２におけるクリーニング手段と実質的に同じ構成を有するクリーニング手段）を備えた上記定着装置。
実施例２：定着ローラと圧ローラとのニップ部から定着ローラの回転方向に最も近い周方向位置で定着ローラと接するよう配置された熱ローラの表面を清掃するためのクリーニング手段（比較例３におけるクリーニング手段と実質的に同じ構成を有するクリーニング手段）を備えた上記定着装置。
各々の定着装置について、定着装置の使用を開始してから通紙枚数の比較的少ない初期（１００枚通紙後）、１００００枚通紙後、５００００枚通紙後における昇温時間（定着ローラの表面温度が２０°Ｃから１６０°Ｃまで上昇するまでの時間）及び用紙に定着された画像の不具合（連続通紙後、一旦停止してから再通紙時において、用紙に発生するトナー汚れの程度：すなわちトナーオフセットの発生状況）について実験を行った。これらの実験結果を示すと次のとおりである。
１．昇温時間
初期 １００００枚後 ５００００枚後
比較例１：５０．２秒 ５２．８秒 ６０．２秒
比較例２：５０．２秒 ５０．６秒 ５３．５秒
比較例３：５０．２秒 ５０．７秒 ５４．２秒
実施例１：５０．２秒 ５０．７秒 ５１．９秒
実施例２：５０．２秒 ５０．５秒 ５０．６秒
２．画像の不具合
初期 １００００枚後 ５００００枚後
比較例１： ○ × ××
比較例２： ○ △ ×
比較例３： ○ △ ×
実施例１： ○ ○ ○
実施例２： ○ ○ ○
上記画像の不具合において、
○：トナーオフセットの発生が認められない
△：トナーオフセットが微小に認められる
× ：トナーオフセットの発生が目立つ
××：トナーオフセットの発生がひどい

以上の実験結果から明らかなように、比較例１（熱ローラのいずれにもクリーニング手段を設けていない上記定着装置）においては、通紙枚数が増加して５００００枚を越えると、昇温時間が著しく増加する。また、画像の不具合は比較的早期に発生し、通紙枚数が増加して５００００枚を越えると、汚れがひどくなる。昇温時間の著しい増加は、通紙枚数が増加するにつれて、熱ローラの各々、特に定着ローラと圧ローラとのニップ部に近い位置に配置された熱ローラに、オフセットトナーや紙粉などの微小物が蓄積されて、熱ローラから定着ローラへの熱伝達効率が低下することに起因するものと推測される。また、画像の不具合の発生は、熱ローラに付着した上記微小物が逆に定着ローラや圧ローラ側に比較的大量に移動して、定着ローラと圧ローラとの間のニップ部を通過する用紙に付着することに起因するものと推測される。

比較例２（定着ローラと圧ローラとのニップ部から定着ローラの回転方向に向って２番目に配置された熱ローラの表面を清掃するためのクリーニング手段（図１に示すクリーニング手段Ｃ１と実質的に同じ構成を有するクリーニング手段を備えた上記定着装置）においては、クリーニング手段が配設されているので昇温時間はさほど長くはなっていない。しかしながら、画像の不具合は、通紙枚数が１００００枚程度では微小であるが、通紙枚数が増加して５００００枚を越えると、汚れが目立ちはじめる。このような結果は、比較例３（定着ローラと圧ローラとのニップ部から定着ローラの回転方向に向って２番目に配置された熱ローラの表面を清掃するためのクリーニング手段（図２に示すクリーニング手段Ｃ２と実質的に同じ構成を有するクリーニング手段を備えた上記定着装置）においても、同じように認められた。この理由は、多数枚の通紙を行って、定着ローラと圧ローラとのニップ部に対して定着ローラの回転方向における上流側に配置された熱ローラ（定着ローラと圧ローラとのニップ部から定着ローラの回転方向に向って１番目に配置された熱ローラ）の表面に蓄積した上記微小物が該熱ローラの表面から離脱すると、離脱した微小物の量は比較的多量であるため下流側に配置された２番目の熱ローラにより十分に回収することができず、定着ローラや圧ローラ側に比較的大量に移動して、定着ローラと圧ローラとの間のニップ部を通過する用紙に付着するからである、と推測される。

上記比較例1、２及び３に対し、実施例１（定着ローラと圧ローラとのニップ部から定着ローラの回転方向に最も近い周方向位置で定着ローラと接するよう配置された熱ローラの表面を清掃するためのクリーニング手段（比較例２におけるクリーニング手段と実質的に同じ構成を有するクリーニング手段）を備えた上記定着装置、及び実施例２（定着ローラと圧ローラとのニップ部から定着ローラの回転方向に最も近い周方向位置で定着ローラと接するよう配置された熱ローラの表面を清掃するためのクリーニング手段（比較例３におけるクリーニング手段と実質的に同じ構成を有するクリーニング手段）を備えた上記定着装置
においては、昇温時間は、初期の段階から、多数枚を通紙した後においても、ほとんど増加することはなく、短いウォームアップ時間が安定して確保される。また、画像の不具合も、初期の段階から、多数枚を通紙した後においても、全く認められない。これらの理由は、図1及び図２を参照して先に説明した定着装置の実施形態の作用に起因するものと推測される。

なお、熱ローラの両方にクリーニング手段を配設する他の実施形態も考えられるが、上記した片方の熱ローラに配設するだけで、上記したとおり所要の効果が得られるので、実用上は、スペース的にもコスト的にも有利である本発明により十分であると考えられる。

本発明に従って構成された定着装置の実施形態を示す構成概略図。 本発明に従って構成された定着装置の他の実施形態を示す構成概略図。

符号の説明

２：定着ローラ
４：圧ローラ
６、８：熱ローラ
１０：クリーニングローラ
１２：回収ローラ
２０：クリーニングシート
２２：供給ローラ
２４：巻取りローラ
２６：押圧ローラ
Ｃ１、Ｃ２：クリーニング手段
Ｈ：加熱手段（ハロゲンヒータ）
Ｎ：ニップ部

Claims (5)

1. 定着ローラと、定着ローラに圧接された圧ローラと、定着ローラに圧接されかつ、加熱手段が内蔵された複数の熱ローラとを備えた定着装置において、
   定着ローラと圧ローラとのニップ部から定着ローラの回転方向に最も近い周方向位置で定着ローラと接するよう配置された熱ローラの表面を清掃するためのクリーニング手段が備えられている、
   ことを特徴とする定着装置。
2. クリーニング手段は、該熱ローラに圧接されたクリーニングローラと、クリーニングローラに圧接された回収ローラとを備えている、請求項１記載の定着装置。
3. クリーニングローラは離型剤を含浸したスポンジゴムからなり、回収ローラは金属製の中空管又は実軸からなる、請求項２記載の定着装置。
4. クリーニング手段は、クリーニングシートが巻き付けられた供給ローラと、供給ローラに巻き付けられたクリーニングシートを巻き取るための巻取りローラと、供給ローラと巻取りローラとの間を延在するクリーニングシートを該熱ローラに圧接させる押圧ローラとを備えている、請求項１記載の定着装置。
5. クリーニングシートは離型剤を含浸した不織布からなる、請求項４記載の定着装置。

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