JP2006003605A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小幅サイズの紙を通紙したとき、非通紙部の温度上昇が発生しようとしてもそのような現象を抑制し、その直後に大幅サイズの紙を通紙させるような場合においても、紙シワや光沢ムラ等の品質不良が発生することを無くし、しかも定着ローラの耐久性を損なうことなく常に定着の高品質を安定して確保できるようにした定着装置を提供する。
【解決手段】 金属芯金上に弾性体層を有する定着ローラと、当該定着ローラに対し圧接して配置される加圧ローラと、当該定着ローラに圧接して配置される加熱ローラとを有し、定着ローラと加圧ローラとのニップ部を転写材を通過させることで転写材を加熱する定着装置において、前記加熱ローラが密閉された金属パイプの中に液体を入れたヒートパイプであり、前記該加熱ローラに供給する磁束を発生させて該加熱ローラを誘導加熱する誘導コイルと、該誘導コイルに電流を供給する高周波電源とを有する定着装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は電子写真タイプの画像形成装置の定着装置に関する。

カラー対応画像形成装置の定着装置に用いられる定着ローラは、光沢等の画像品質を確保するために金属芯金上にシリコーンゴム等の弾性層を有し、更に、その表層に離型層を有するものが多い。

シリコーンゴム等の弾性層は熱伝導性が悪いために、定着ローラの熱源をローラ内に配置すると、ローラ表面温度を所定温度に維持するためには、その内面の芯金温度を所定温度より高く維持する必要があり、そうすることで芯金と弾性層界面の接着寿命が短くなり、耐久性を悪くする現象があった。

このような定着装置は特許文献１にも示されるように、構造は簡単であるが一般に使用されている定着装置の大きな欠点となっている。

また、定着ローラの弾性体層はシリコーンゴムやフッ素ゴム等の熱伝導性の悪い材料であるため、小幅サイズ紙を連続通紙すると、非通紙部温度上昇が発生しやすい。即ち、小幅サイズ紙を通紙して非通紙部温度上昇が発生したとき、その直後に大幅サイズ紙が通紙すると、定着ローラの端部と中央部の温度差が残るため紙シワや光沢ムラ等の品質不良の発生が目立っていた。

それを回避する策として、定着ローラの熱源を定着ローラ内部ではなく、定着ローラの外側である外部に配置する方法があった。この方法はハロゲンランプを内蔵させた熱ローラを定着ローラに接触させる方法であり、熱を定着ローラの外部から供給することになるため、定着ローラ芯金と弾性層の界面の温度上昇は小さくなり、芯金と弾性体界面の耐久性を確保することができるようになった。しかし、小幅サイズ紙を通紙させたとき、シリコーンゴムやフッ素樹脂等の熱伝導性の悪さをカバーし、非通紙部の温度上昇が発生することを抑制できず、紙シワや光沢ムラ等の品質不良を無くすことはできなかった。すなわち、外部からの熱供給によっても定着ローラの表面温度の平準化は不可能であった。
特開平６−３４８１７６号公報

本発明の目的は、小幅サイズの紙を通紙したとき、非通紙部の温度上昇が発生しようとしてもそのような現象を抑制し、その直後に大幅サイズの紙を通紙させるような場合においても、紙シワや光沢ムラ等の品質不良が発生することを無くし、高品質の定着が、効率的に行われるようにすることであり、しかも定着ローラの耐久性を損なうことなく常に定着の高品質を安定して確保できるようにした電子写真画像形成装置における定着装置を提供することである。

この目的は次の技術手段の何れかによって達成される。

（１）金属芯金上に弾性体層を有する定着ローラと、該定着ローラに対し圧接して配置される加圧ローラと、前記定着ローラに圧接して配置される加熱ローラとを有し、前記定着ローラと前記加圧ローラとのニップ部を転写材を通過させることで転写材を加熱する定着装置において、
前記加熱ローラが、密閉された金属パイプの中に液体を入れたヒートパイプであり、前記加熱ローラに供給する磁束を発生させて該加熱ローラを誘導加熱する誘導コイルと、該誘導コイルに電流を供給する高周波電源とを有することを特徴とする定着装置。

（２）前記金属パイプの材質が強磁性体であることを特徴とする（１）項に記載の定着装置。

（３）金属芯金上に弾性体層を有する定着ローラと、該定着ローラに対し圧接して配置される加圧ローラと、前記定着ローラに圧接して配置される加熱ローラとを有し、前記定着ローラと前記加圧ローラとのニップ部を転写材を通過させることで転写材を加熱する定着装置において、
前記加熱ローラが金属芯金内に、密閉された金属パイプの中に液体を入れたヒートパイプを内挿したものであり、前記加熱ローラの前記金属芯金に供給する磁束を発生させて前記加熱ローラを誘導加熱する誘導コイルと、該誘導コイルに電流を供給する高周波電源とを有することを特徴とする定着装置。

（４）前記金属芯金が強磁性体であることを特徴とする（３）項に記載の定着装置。

本発明により、このような問題点が解決され、定着ローラの耐久性を損なうことなく、小幅サイズ紙を通紙してその直後に大幅サイズの紙を通紙させても、非通紙部の温度上昇を抑制でき、その切り換えに要する時間を安定して短くしてしかも品質を確保できる電子写真画像形成装置における定着装置が提供出来るようになった。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の定着装置及びそれが組み込まれた本発明の画像形成装置としてのカラー画像形成装置の実施の形態を示す断面構成図である。

このカラー画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７と、給紙搬送手段２１及び定着装置２４とから成る。画像形成装置の本体Ａの上部には、原稿画像読み取り装置ＳＣが配置されている。

イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｙ、該感光体１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｙ、クリーニング手段６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｍ、該感光体１Ｍの周囲に配置された帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｍ、クリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｃ、該感光体１Ｃの周囲に配置された帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｃ、クリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｋ、該感光体１Ｋの周囲に配置された帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｋ、クリーニング手段６Ｋを有する。

無端ベルト状中間転写体ユニット７は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持された半導電性エンドレスベルト状の第２の像担持体としての無端ベルト状中間転写体７０を有する。

画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより、回動する無端ベルト状中間転写体７０上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録媒体としての転写材Ｐは、給紙手段２１により給紙され、複数の中間ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ、レジストローラ２３を経て、二次転写手段５Ａに搬送され、転写材Ｐ上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された転写材Ｐは、定着装置２４により定着処理され、場合によってはその下流側に設置したカール矯正装置８０を通って排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。

以上は転写材Ｐの片側への画像形成を行う状態を説明したものであるが、両面複写の場合は排紙切換部材１７０が切り替わり、用紙案内部１７７が開放され、転写材Ｐは破線矢印の方向に搬送される。

更に、搬送機構１７８により転写材Ｐは下方に搬送され、用紙反転部１７９によりスイッチバックさせられ、転写材Ｐの後端部は先端部となって両面複写用給紙ユニット１３０内に搬送される。

転写材Ｐは両面複写用給紙ユニット１３０に設けられた搬送ガイド１３１を給紙方向に移動し、給紙ローラ１３２で転写材Ｐを再給紙し、転写材Ｐを搬送路２２に案内する。

このように再び、上述したように二次転写の位置に転写材Ｐを搬送し、転写材Ｐの裏面にトナー画像を転写し、定着装置２４で定着した後、排紙トレイ２６に排紙する。

また、二次転写手段５Ａにより転写材Ｐにカラー画像を転写した後、転写材Ｐを曲率分離した無端ベルト状中間転写体７０は、クリーニング手段６Ａにより残留トナーが除去される。

画像形成処理中、一次転写ローラ５Ｋは常時、感光体１Ｋに圧接している。他の一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃに圧接する。

二次転写手段５Ａは、ここを転写材Ｐが通過して二次転写が行われる時にのみ、無端ベルト状中間転写体７０に圧接する。

また、装置本体Ａから筐体８を支持レール８２Ｌ，８２Ｒを介して引き出し可能にしてある。

筐体８は、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とから成る。

画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、垂直方向に縦列配置されている。感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの図示左側方には無端ベルト状中間転写体ユニット７が配置されている。無端ベルト状中間転写体ユニット７は、ローラ７１，７２，７３，７４を巻回して回動可能な無端ベルト状中間転写体７０、一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ、及びクリーニング手段６Ａとから成る。

筐体８の引き出し操作により、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とは、一体となって、本体Ａから引き出される。

筐体８の図示左側の支持レール８２Ｌは、無端ベルト状中間転写体７０の左方で、定着装置２４の上方空間部に配置されている。筐体８の図示右側の支持レール８２Ｒは、最下部の現像手段４Ｋの下方付近に配置されている。支持レール８２Ｒは、現像手段４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋを筐体８に着脱する動作に支障を来さない位置に配置されている。

次に本発明の定着装置２４について図２、図３及び図４の定着装置における各機能を示す断面図を用いて稍詳しく説明する。

第１の発明の定着装置２４は図２に示すように、円筒状芯金２４１とこの芯金２４１の周囲にライニングされたシリコンゴム等の弾性体２４３と、この弾性体表面を中間層を挟んで被覆するフッ素樹脂等の離型層２４４とを設けた定着ローラ２４０及び、この定着ローラ２４０に圧接可能にした、該定着ローラ２４０とほぼ同じ構造の加圧ローラ２５０即ち、円筒状芯金２５１とこの芯金２５１の周囲にライニングされた弾性体２５３と、この弾性体表面を中間層を挟んで被覆する離型層２５４とを設けた加圧ローラ２５０が設けられている。また、定着ローラ２４０に圧接して該定着ローラ２４０に熱を伝達する加熱ローラ２７０が設けられている。

そして前記両ローラの圧接されたニップ部に搬送されて来る未定着のトナー像を転写された転写材Ｐを挟み込み加熱加圧してトナー像の定着を行う定着装置２４が形成されている。

特に前記定着ローラ２４０の硬度よりも前記加圧ローラ２５０の硬度を高く設定し、その差をＡｓｋｅｒＣの硬度で５〜１０°にし、ニップ圧を２４．５Ｎ／ｃｍ以上に大きくしたものである。

このように定着ローラ２４０と加圧ローラ２５０との間に硬度差を持たせニップ圧を上げ上凸のニップ幅を得ることにより、上方の定着ローラ２４０への巻き付きを無くすことができ、ニップ圧を上げることにより、定着性を確保することができる。

更に、前記加熱ローラ２７０をヒートパイプ２７２にすることで、該加熱ローラ２７０及びそれに圧接する定着ローラ２４０の長手方向の熱移動速度が大きくなるようにした。即ち、定着ローラ２４０の長手方向に温度差が発生しても、定着ローラ２４０に当接している加熱ローラ２７０即ちヒートパイプ２７２を介して温度差をなくす作用が働くようにした。

ヒートパイプ２７２は図４（ａ）の定着装置２４の斜視図及びその一部拡大図である図４（ｂ）に示すように金属パイプの中に封じ込まれた適量の液体が作動液として加熱部で例えば誘導加熱により高温に加熱され熱流となって金属パイプ内を流れ外部の定着ローラ２４０の低温部に対して熱を放熱し、高温部に対しては放熱を抑制し、逆に吸熱して冷却するようになる。放熱されて凝縮された液体は金属パイプ内の管壁に設けた輸送層（ウイックという）中を毛細管現象で加熱部に戻され再び加熱蒸発して、その蒸発の潜熱により定着ローラの高温部を冷却し、低温部に凝縮して放熱することを繰り返し、定着ローラ２４０の表面温度の均一化に貢献する。

このようにヒートパイプ２７２は、一般的な定着ローラのようにローラ内部にハロゲンランプを挿入配置して輻射加熱することは出来ない。加熱ローラ２７０の外部から高効率に加熱するには誘導加熱が有効である。

ヒートパイプ２７２の金属パイプ２７２Ａの材質は一般に熱伝導性の良い銅でできている。しかし、銅は非磁性であるため、誘導加熱で高効率加熱しにくいことが知られている。誘導加熱で高効率加熱するには強磁性体が有利であることも知られている。したがって、第１の発明では、加熱ローラを鉄やＳＵＳに代表される強磁性体を金属パイプ２７２Ａにしたヒートパイプ２７２にすることにより、高効率に加熱された、ヒートパイプ部分で長手方向の温度差をなくす作用が働くようにした。そして、加熱ローラ２７０の表面であるヒートパイプ２７２に離型層２７４を被覆した定着装置２４にした。そして加熱ローラ２７０の外部には誘導コイル２７５及びそれに繋がる高周波電源２７６を配した。

また、本発明の第２の発明では、加熱ローラ２７０をヒートパイプ２７２のみにした第１の発明の代わりに、金属パイプ２７２Ａを銅製にしたままのヒートパイプ２７２を芯金２７１に内挿したものを加熱ローラ２７０にしたもので、その芯金２７１を鉄又はＳＵＳにしたものを採用した。そして、加熱ローラ２７０の表面である芯金２７１に離型層２７４を被覆した定着装置２４にした。そして加熱ローラ２７０の外部には固定の絶縁支持体２７５Ａに埋め込まれた誘導コイル２７５及びそれに繋がる高周波電源２７６を配した。

尚、外径６５ｍｍ、弾性層の厚さ１．５ｍｍ、材質がアルミニウム合金で芯金厚さ５ｍｍの定着ローラ２４０と、外径６０ｍｍ、弾性層の厚さ１．０ｍｍの加圧ローラ２５０と、外径２０ｍｍのヒートパイプの加熱ローラ２７０とでニップ圧１０００Ｎ、電力１５００Ｗにした誘導加熱型の本発明の定着装置２４の場合と、ハロゲンランプを内蔵した定着ローラと加圧ローラを有し加熱ローラを持たない電力１５００Ｗの従来型の定着装置の場合とで、定着ローラ温度の定常温度１９０℃に達するまでのウォームアップ時間を測定した結果を図５のグラフに示す。従来型の定着装置では４００秒かかるが、本発明では３００秒で済みエネルギ効率が高いことを示している。

また、Ｂ５判の転写材を５枚連続して定着した後、Ａ４転写材を１枚通紙した場合、前者の本発明の定着装置２４を用いた場合には光沢ムラや紙シワの発生は全く起こらなかったが、従来型の後者の定着装置を用いた場合には光沢ムラや紙シワの発生がかなり目立った。このような過程を繰り返しテストしたが、結果は同じであった。

本発明の定着装置及びそれが組み込まれた本発明の画像形成装置の実施の形態を示す断面構成図である。 本発明の定着装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の定着装置の実施の形態の他の一例を示す断面図である。 （ａ）は本発明の定着装置の実施の形態の一例における機能を示す斜視図であり、（ｂ）はその一部拡大図である。 各定着ローラの表面温度が定常状態になるまでのウォームアップの所要時間を示すグラフである。

符号の説明

２４ 定着装置
２４０ 定着装置
２４１，２５１，２７１ 芯金
２４３，２５３ 弾性層
２４４，２５４，２７４ 離型層
２５０ 加圧ローラ
２７０ 加熱ローラ
２７２ ヒートパイプ
２７５ 誘導コイル
２７５Ａ 絶縁支持体
２７６ 高周波電源
Ｐ 転写材（記録紙）

Claims (4)

1. 金属芯金上に弾性体層を有する定着ローラと、該定着ローラに対し圧接して配置される加圧ローラと、前記定着ローラに圧接して配置される加熱ローラとを有し、前記定着ローラと前記加圧ローラとのニップ部を転写材を通過させることで転写材を加熱する定着装置において、
   前記加熱ローラが、密閉された金属パイプの中に液体を入れたヒートパイプであり、前記加熱ローラに供給する磁束を発生させて該加熱ローラを誘導加熱する誘導コイルと、該誘導コイルに電流を供給する高周波電源とを有することを特徴とする定着装置。
2. 前記金属パイプの材質が強磁性体であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 金属芯金上に弾性体層を有する定着ローラと、該定着ローラに対し圧接して配置される加圧ローラと、前記定着ローラに圧接して配置される加熱ローラとを有し、前記定着ローラと前記加圧ローラとのニップ部を転写材を通過させることで転写材を加熱する定着装置において、
   前記加熱ローラが金属芯金内に、密閉された金属パイプの中に液体を入れたヒートパイプを内挿したものであり、前記加熱ローラの前記金属芯金に供給する磁束を発生させて前記加熱ローラを誘導加熱する誘導コイルと、該誘導コイルに電流を供給する高周波電源とを有することを特徴とする定着装置。
4. 前記金属芯金が強磁性体であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。

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