JP2007058011A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 中空体内に気体を注入することによって中空体を膨張させて弾性層を形成する加圧ローラ又は加熱ローラにおいて、気体を注入した際の中空体の外形を均一にする。
【解決手段】 加熱ローラおよび加圧ローラの少なくとも一方として、芯金２１の長手方向に、最大通紙幅よりも間をあけて一対の鍔状部材２３ａ，２３ｂを取り付け、中空体２２の両端部をこの一対の鍔状部材２３ａ，２３ｂによって密閉されるように取り付けたものを用いる。
【選択図】 図２

Description

本発明は定着装置に関し、より詳細には熱膨張による加熱部材および加圧部材の外径差の発生を抑えた定着装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置では定着装置として熱定着ローラ方式のものがこれまで広く使用されてきた。この熱定着ローラ方式の定着装置は、ハロゲンヒータを内蔵させた加熱ローラに加圧ローラを圧接させ、両ローラのニップ部に、トナー画像が載った転写紙を通すことによって、トナー画像を転写紙上に溶融定着させるものである。

このような熱定着ローラ方式の定着装置では、転写紙が通過する領域と通過しない領域とで温度差が不可避的に生じ、転写紙の蛇行を招くことがあった。またニップ部における挟持力が不均一となり定着不良が生じることがあった。

そこで特許文献１では、加圧ローラとして、円筒状の芯金と、芯金上に取り付けられた密閉状の中空体とを有し、中空体内に気体を注入することによって中空体を膨張させて弾性層とするものを用いることが提案されている。
特開２００２−５５５５８号公報（特許請求の範囲、図１）

提案された構成によれば、中空体内で気体が対流して加圧ローラの温度がほぼ均一となり、また中空体の厚みが従来の加圧ローラにおけるゴム層のそれよりも薄いので熱膨張量も小さく抑えられるという効果が得られるが、密閉状の中空体の両側端が芯金上に直接固着されているので、気体を注入した際に接着領域の外径が不均一となり、最悪の場合には加圧ローラの外径が、中央部分が大きく両端部分が小さいいわゆるクラウン形状になってしまうおそれがある。

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、その目的は中空体内に気体を注入することによって中空体を膨張させて弾性層を形成する加圧ローラ又は加熱ローラにおいて、気体を注入した際の中空体の外形を均一にすることにある。

前記目的を達成するため第１の発明に係る定着装置は、加熱部材と、この加熱部材に圧接する加圧部材とを備え、加熱部材と加圧部材とのニップ部で被転写部材を挟持搬送することによって、被転写部材上のトナー像を被転写部材に溶融定着させる定着装置であって、前記加圧部材が、外周面に少なくとも１つの貫通穴が形成された円筒状の芯金と、この芯金の長手方向に、最大通紙幅よりも間をあけて取り付けられた一対の鍔状部材と、この一対の鍔状部材によって両端部が密閉された、可撓性を有する円筒状の中空体とを備え、気体注入手段によって前記貫通穴を介して前記中空体内に気体が注入されるとともに、制御手段によって気体の注入圧力が制御される構成とした。

また第２の発明に係る定着装置は、加熱部材と、この加熱部材に圧接する加圧部材とを備え、加熱部材と加圧部材とのニップ部で被転写部材を挟持搬送することによって、被転写部材上のトナー像を被転写部材に溶融定着させる定着装置であって、前記加熱部材が、外周面に少なくとも１つの貫通穴が形成された円筒状の芯金と、この芯金の長手方向に、最大通紙幅よりも間をあけて取り付けられた一対の鍔状部材と、この一対の鍔状部材によって両端部が密閉された、可撓性を有する円筒状の中空体と、この中空体を外側から加熱する外部加熱手段とを備え、気体注入手段によって前記貫通穴を介して前記中空体内に気体が注入されるとともに、制御手段によって気体の注入圧力が制御される構成とした。

ここで外部加熱手段として、前記中空体の外周に加熱用励磁コイルを配置するとともに、前記中空体として導電性部材を用い、加熱用励磁コイルに高周波電流を流すことにより前記中空体を加熱するのが好ましい。中空体としては、導電性の基材の上に弾性層と離型層がこの順で積層されたものが好ましい。

また中空体内の気体圧力を検知する検知手段をさらに設け、中空体内の気体圧力が所定値になるまで定着動作を開始しないようにするのが好ましい。

本発明の定着装置では、加熱部材および加圧部材の少なくとも一方として、芯金の長手方向に、最大通紙幅よりも間をあけて一対の鍔状部材を取り付け、中空体の両端部をこの一対の鍔状部材によって密閉されるように取り付けたものを用いるので、加熱部材又は加圧部材の長手方向の全域にわたって均一な外径を維持し続けることができるようなる。これにより、常に安定した用紙搬送と定着性能が得られるようになる。また制御手段によって中空体に注入される気体圧力が制御されるので、加熱部材と加圧部材のニップ量を最適なものに制御できるようになる。

また外部加熱手段として、前記中空体の外周に加熱用励磁コイルを配置するとともに、前記中空体として導電性部材を用い、加熱用励磁コイルに高周波電流を流すことにより前記中空体を加熱するようにすると、室内温度から定着可能温度に到達するまでのいわうるウォームアップ時間の短縮が可能になると同時に、消費電力の低減も可能となる。ここで中空体として、導電性の基材の上に弾性層と離型層がこの順で積層されたものを用いると、定着性能を損なうことなく誘電加熱を行うことができるようになる。

また中空体内の気体圧力を検知する検知手段をさらに設け、中空体内の気体圧力が所定値になるまで定着動作を開始しないようにすると、常に安定した用紙搬送と定着性能が得られるようになる。

以下、本発明の定着装置について図に基づいて説明するが、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。

まず第１の発明に係る定着装置について説明する。図１に、第１の発明に係る定着装置の概説図を示し、図２にそれに用いられる加圧ローラ（加圧部材）の概略断面図を示す。図１の定着装置は、円柱状の金属スリーブ１１の軸中心にハロゲンヒータ１２が設けられた加熱ローラ（加熱部材）１と、この加熱ローラ１に圧接した加圧ローラ２とを備える。図２から明らかなように、加圧ローラ２は、多数の貫通穴２４が外周に設けられた円筒状の芯金２１と、芯金２１の長手方向にＬだけ間隔を空けて、接着剤等により芯金２１に固着された一対の鍔状部材２３ａ，２３ｂと、この鍔状部材２３ａ，２３ｂの外周面に、弾性体としてのシリコンゴムＳを介してその両端部が固着された密閉状の中空体２２とを備える。そして芯金２１は、定着装置の側壁間に軸受部材５１ａ，５１ｂを介して回転可能に支持されている。なお、一対の鍔状部材２３ａ，２３ｂの離隔距離Ｌは、定着装置の最大通紙幅よりも大きく設定されている。

芯金２１の一方端部の外周には回転を伝達されるためのギアＧが填め入れられ、もう一方端部の開口部には、軸方向外方に同軸状に突出した円筒部３１を有する蓋部材３がシール部材３４を介して嵌合されている。円筒部３１の外周面と芯金２１の内周面との間には軸受部材５２が取り付けられ、ギアＧによって回転が伝えられると、蓋部材３は固定された状態で、芯金２１および鍔状部材２３ａ，２３ｂ、中空体２２が回転する。

蓋部材３の軸中心には貫通孔３２が形成され、コンプレッサ（気体注入手段）Ｃに接続されたパイプ３３がこの貫通孔３２に接続され、コンプレッサＣからの圧縮空気が中空体２２内に注入される。また芯金２１には、安全弁（制御手段）４を備えた排気管２６が取り付けられ、中空体２２内の気体圧力が一定値を超えると安全弁４が作動し、中空体２２内の気体が外部へ排出されるようになっている。これにより中空体２２内の気体圧力は常に一定に制御される。安全弁４の具体的構造例を図３に示す。

図３に示す安全弁４は、円柱状のハウジング４１の一面に弁座４２と排気口４５が形成され、押しバネ４４によって弁座４２に弁４３が圧接されてなる。そして弁４３の動きを検知する検知手段６がさらに設けられている。検知手段６は、ハウジング４１に略中央部が軸支された検知片６１と、フォトインタラプタ６２とを備え、検知片６１の一方端部が弁４３と接触し、検知片６１のもう一方端部がフォトインタラプタ６２の光路を遮るように配置されている。弁４３が弁座４２と圧接している状態のときは、検知片６１の端部によってフォトインタラプタ６２の光路は遮られている。一方、弁４３が弁座４２から離間すると、検知片６１が軸６３を中心に揺動し、フォトインタラプタ６２の光路が開け、フォトインタラプタ６２の受光素子（不図示）で光が検知される（図３（ｂ）を参照）。これにより弁４３の開閉が検知される。

図２の加圧ローラを用いて定着動作を行う場合には、コンプレッサＣによって中空体２２内に空気を供給する。これによって中空体２２が膨張し、従来の加圧ローラにおける弾性層としての役割を奏するようになる。このとき、中空体２２の両端部は鍔状部材２３ａ，２３ｂに取り付けられているので、中空体２２の外径は中央部と両端部とで変わることはなく均一となる。これにより、常に安定した用紙搬送と定着性能が得られるようになる。なお、定着動作は、中空体２２内の気体圧力が一定値となるまで開始しないようにするのが望ましい。中空体２２内の気体圧力によって弾性が変化し、定着性が低下するおそれがあるからである。具体的制御としては、コンプレッサＣが駆動し始めてから、弁４３が弁座４２から離間したことを検知手段６が検知するまで定着動作を行わないようにする。

第１の発明で使用する中空体２２の材料としては、可撓性を有するものであれば特に限定はないが、図４に示すような、基材２２ａ上に弾性層２２ｂと離型層２２ｃがこの順で積層したものが好ましい。基材２２ａとしては、ニッケルやアルミニウム、ステンレス鋼などの金属材料又はポリイミド樹脂などのプラスチック材料などを用いることができ、その層厚は、金属材料の場合には３０〜５０μｍ程度、プラスチック材料の場合には１００μｍ以下の範囲が好ましい。また弾性層２２ｂとしてはＳｉゴムなどを用いることができ、離型層２２ｃとしてはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）や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）などのフッ素樹脂などを用いることができる。

次に、第２の発明に係る定着装置について説明する。図５に、第２の発明に係る定着装置の概説図を示す。図５の定着装置は、加熱ローラ６と加圧ローラ７とが圧接してなる。加熱ローラ６としては、図２に示したものと略同等の構成のものが用いられる。図５の定着装置で使用する加熱ローラが図２の加圧ローラと異なる点は、外部加熱手段としての加熱用励磁コイル（以下、「ＩＨ（Induction Heating）コイル」と記すことがある）８を中空体６２の外周に設け、中空体６２として導電性部材を用いる点にある。これらの詳細については次に説明する。一方、この図の定着装置で使用する加圧ローラ７は、従来公知のものであって、軸部材７１の外周に弾性層７２が形成されてなる。弾性層７２の外周には、フッ素樹脂などからなる離型層が必要により形成される。

中空体６２の外周部には温度センサＳが配置され、温度センサＳによって中空体６２の表面温度が測定される。この測定結果に基づいて、中空体６２の表面温度が一定となるように、高周波インバータ電源からＩＨコイルに流される高周波電流が調整される。

本発明で使用する中空体６２としては導電性のものであれば特に限定はないが、図６に示すような、基材６２ａ上に導電体層６２ｄと弾性層６２ｂ、離型層６２ｃがこの順で積層されたものが例示される。基材６２ａ、弾性層６２ｂ、離型層６２ｃの具体的材料としては、前記と同様のものがここでも使用できる。また導電体層６２ｄとしては、強磁性体である鉄、ニッケルなどが誘電加熱効率の点から好適である。また例えばＳＵＳ４３０などのステンレス鋼も使用できる。さらには、弱磁性体や非磁性体を用いても構わない。そしてまた、導電体層６２ｄの材料として、温度が高くなると磁性を失う特性を有する整磁合金であって、キュリー温度（磁性がなくなる温度）が定着温度近傍のものを用いることが推奨される。導電体層６２ｄの材料として整磁合金を用いた場合、導電体層６２ｄの温度が定着温度（キューリ温度）を超えると、磁性がなくなり加熱されなくなるので、導電体層６２ｄの温度が異常に高くなることが確実に防止される。整磁合金としては例えばＦｅ−Ｎｉ合金が挙げられ、Ｎｉ含有量によってキューリ温度が調整される。なお、基材６２ａとして鉄やニッケルなどの導電性部材を用いる場合には、基材６２ａが導電体層の役割を果たすので、導電体層６２ｄを設ける必要はない。

図５の定着装置において、ＩＨコイル８に高周波電流が流れると、ＩＨコイル８の周辺に高周波磁界が発生する。この磁界によって中空体６２の導電体層６２ｄに渦電流が流れ、ジュール熱によって導電体層６２ｄが加熱される。また、導電体層６２ｄが磁性を有する場合には、高周波磁界によるヒステリシス損失が発生し、これも加熱に寄与する。したがって、従来のハロゲンヒータを用いた定着装置に比べて、ウォーミングアップ時間が格段に短くなる。

このような構成の定着装置を用いて定着動作を行う場合には、前記と同様に、コンプレッサＣ（図２に図示）によって中空体６２内に空気を供給する。これによって中空体６２が膨張し弾性層としての役割を奏するようになる。このとき、前記と同様に、中空体６２の両端部は鍔状部材２３ａ，２３ｂ（図２に図示）に取り付けられているので、中空体６２の外径は中央部と両端部とで変わることはなく均一となる。これにより、常に安定した用紙搬送と定着性能が得られるようになる。

定着動作は、中空体６２内の気体圧力が一定値となるまで開始しないようにするのが望ましい。中空体６２内の気体圧力によって弾性が変化し、定着性が低下するおそれがあるからである。具体的制御としては、コンプレッサＣ（図２に図示）が駆動し始めてから、弁４３（図３に図示）が弁座４２（図３に図示）から離間したことを検知手段６が検知するまで定着動作を行わないようにする。

図７に、第２の発明に係る定着装置の他の実施形態を示す。図７の定着装置は加熱ローラ６と加圧ローラ７が圧接してなる。そして外部加熱手段として、ハロゲンランプ９２が内部に取り付けられた、アルミニウムやステンレス鋼などからなるヒートローラ９１と、支持ローラ９３と、これらのローラ間に掛架された無端ベルト９４とを備え、無端ベルト９４が加熱ローラ６に所定のニップ幅で圧接してなる。ハロゲンランプ９２から放出された熱は、ヒートローラ９１を介して無端ベルト９４に伝わり、そして加熱ローラ６の中空体６２に伝わる。用紙Ｐ上のトナー像は、中空体６２と加圧ローラ７との間に搬送され、加熱された中空体６２によって溶融定着される。

このような構成の定着装置によれば、無端ベルト９４から伝わる熱が加熱ローラ６の内部に伝達されるのを極力抑えることができ、ウォームアップ時間の短縮と消費電力の節減が図れるようになる。また中空体６２内へ注入する気体圧力を調整することにより、加熱ローラ６と加圧ローラ７と間の圧接力とニップ幅の最適化が図れるようになる。

図８に、さらに他の実施形態を示す。図８の定着装置は、ハロゲンランプ９２が内部に取り付けられた、アルミニウムやステンレス鋼などからなるヒートローラ９１と、加熱ローラ６との間に無端ベルト９４が掛架され、加熱ローラ６と加圧ローラ７とが無端ベルト９４を介して圧接してなる。ハロゲンランプ９２から放出された熱は、ヒートローラ９１を介して無端ベルト９４に伝わり、この加熱された無端ベルト９４によって、中空体６２と加圧ローラ７との間に搬送された用紙Ｐ上のトナー像が溶融定着される。

このような構成の定着装置によれば、前記と同様に、無端ベルト９４から伝わる熱が加熱ローラ６の内部に伝達されるのを極力抑えることができ、ウォームアップ時間の短縮と消費電力の節減が図れるようになる。また中空体６２内へ注入する気体圧力を調整することにより、加熱ローラ６と加圧ローラ７と間の圧接力とニップ幅の最適化が図れるようになる。

なお第２の発明に係る定着装置で使用する加圧部材７は、前記実施形態で示したローラ形状に限定されるものではなく、従来公知のものを使用できる。例えば図９に示すような、２つのローラ７３ａ，７３ｂ間に掛架させたベルト７４を加熱ローラ６に圧接させるベルト加圧（同図（ａ））、あるいは加熱ローラ６に、無張力状態のベルト７６を介してパッド部材７５を圧接させるパッド加圧（同図（ｂ））などが挙げられる。

第１の発明に係る定着装置に用いる加圧ローラの概説図である。 第１の発明に係る定着装置の垂直断面図である。 安全弁の概説図である。 中空体の構成を示す概説図である。 第２の発明に係る定着装置の一例を示す概説図である。 中空体の構成を示す概説図である。 第２の発明に係る定着装置の他の例を示す概説図である。 第２の発明に係る定着装置のさらに他の例を示す概説図である。 第２の発明に係る定着装置のさらに他の例を示す概説図である。

符号の説明

１ 加熱ローラ（加熱部材）
２ 加圧ローラ（加圧部材）
４ 安全弁（制御手段）
６ 加熱ローラ（加熱部材）
７ 加圧ローラ（加圧部材）
８ ＩＨコイル（外部加熱手段）
２１ 芯金
２２ 中空体
２３ａ，２３ｂ 鍔状部材
２４ 貫通穴
６１ 芯金
６２ 中空体
６４ 貫通穴
Ｃ コンプレッサ（気体注入手段）
Ｐ 用紙（被転写部材）
Ｓ センサ（検知手段）

Claims (5)

1. 加熱部材と、この加熱部材に圧接する加圧部材とを備え、加熱部材と加圧部材とのニップ部で被転写部材を挟持搬送することによって、被転写部材上のトナー像を被転写部材に溶融定着させる定着装置において、
   前記加圧部材が、外周面に少なくとも１つの貫通穴が形成された円筒状の芯金と、この芯金の長手方向に、最大通紙幅よりも間をあけて取り付けられた一対の鍔状部材と、この一対の鍔状部材によって両端部が密閉された、可撓性を有する円筒状の中空体とを備え、
   気体注入手段によって前記貫通穴を介して前記中空体内に気体が注入されるとともに、制御手段によって気体の注入圧力が制御されることを特徴とする定着装置。
2. 加熱部材と、この加熱部材に圧接する加圧部材とを備え、加熱部材と加圧部材とのニップ部で被転写部材を挟持搬送することによって、被転写部材上のトナー像を被転写部材に溶融定着させる定着装置において、
   前記加熱部材が、外周面に少なくとも１つの貫通穴が形成された円筒状の芯金と、この芯金の長手方向に、最大通紙幅よりも間をあけて取り付けられた一対の鍔状部材と、この一対の鍔状部材によって両端部が密閉された、可撓性を有する円筒状の中空体と、この中空体を外側から加熱する外部加熱手段とを備え、
   気体注入手段によって前記貫通穴を介して前記中空体内に気体が注入されるとともに、制御手段によって気体の注入圧力が制御されることを特徴とする定着装置。
3. 前記外部加熱手段として前記中空体の外周に加熱用励磁コイルを配置するとともに、前記中空体として導電性部材を用い、加熱用励磁コイルに高周波電流を流すことにより前記中空体を加熱する請求項２記載の定着装置。
4. 前記中空体が、導電性の基材の上に弾性層と離型層がこの順で積層されたものからなる請求項３記載の定着装置。
5. 前記中空体内の気体圧力を検知する検知手段をさらに備え、中空体内の気体圧力が所定値になるまで定着動作を開始しない請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。

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