JP2007147995A

JP2007147995A - 定着装置

Info

Publication number: JP2007147995A
Application number: JP2005342190A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawasaki; 弘志川崎
Original assignee: Arai Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Arai Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-06-14
Also published as: WO2007061110A1; US20090129833A1; KR20080071121A; CN101317137A; EP1956443A1

Abstract

【課題】トナーの定着に要する熱エネルギーを大幅に削減することができ、定着のための通電後の立上げ時間が短く、待機時に通電を必要としない定着装置を提供すること。
【解決手段】記録媒体の表面に付着されているトナーを記録媒体の厚さ方向に加圧してトナーの粒子間の空気を抜くようにして記録媒体に仮定着させる仮定着部Ａと、仮定着されたトナーを記録媒体の厚さ方向に加圧すると同時に記録媒体の裏面側より加熱して溶融させて記録媒体に本定着させる本定着部Ｂとを有することを特徴とする。
【選択】図１

Description

本発明は、電子複写機、レーザプリンタおよびファクシミリ装置などにおいて、画像形成に用いられる定着装置に関する。

一般に、電子複写機、レーザプリンタおよびファクシミリ装置などにおいては、その装置内の静電記録方式によりトナーを紙などの記録媒体に付着させた後、定着装置によって加熱することにより、記録媒体上のトナー粉末を溶融し、記録媒体上に定着させている（特許文献１を参照）。

特開平５−２１０３３１号公報

更に説明すると、電子複写機、レーザプリンタおよびファクシミリ装置などにおいて、その装置内の静電記録方式によりトナー粉末を紙などの記録媒体に付着させた後、これを加熱し、溶融定着させる手段としては、図４に示すように、熱ローラ定着方式を用いる場合が一般的である。

この図４において従来のレーザプリンタの一般的構造を説明する。

まず、用紙収納トレイ１０１より繰り出された所定大の用紙からなる記録媒体は、搬送路１０２に沿って搬送されて画像形成機構１０３へ入る。粉末状のトナーはトナータンク１０４より現像ローラ１０５を介してドラム１０７に供給される。この際、トナーはドラム１０７の画像形成のために静電記録部１０６によって帯電させられた部分のみに付着され、次いで、入ってきた記録媒体上に転写される。なお、ドラム１０７の周方向には、転写後の残余トナーを除くための除去機構１０９と帯電を除去する除電ローラ１０８が順に配設されている。このようにしてトナーが転写された記録媒体は、次いでトナー定着部２１１に入る。このトナー定着部２１１においては、内蔵されている発熱ヒータ２１２で発生した熱エネルギーにより加熱ローラ２１３が加熱され、対向するローラ２１４とのニップ領域２１５において記録媒体上のトナー粉末が加熱溶融されて定着される。その後、記録媒体は、冷却されつつ搬送されてトナー定着部２１１から出て、排出ローラ２０７によって排紙トレイ１２４へ排出される。

しかしながら、トナー定着部２１１においては、前記したように発熱ヒータ２１２とドラム状の加熱ローラ２１３とを用いるため、速やかに温度を上昇させることが困難であり、そのために、定着時に装置の電源が供給されていない場合には、電源供給開始後、数分間の間、定着ができないという不都合があり、一旦電源供給した後においては、いつ定着が行われるかは不明のため、常に電源投入状態にして、加熱ローラ２１３を加熱しておく必要があり、大きなエネルギーロスが発生するという問題点があった。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、トナーの定着に要する熱エネルギーを大幅に削減することができ、定着のための通電後の立上げ時間が短く、待機時に通電を必要としない定着装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明の定着装置は、第１の態様として、記録媒体の表面に付着されているトナーを記録媒体の厚さ方向に加圧してトナーの粒子間の空気を抜くようにして記録媒体に仮定着させる仮定着部と、仮定着されたトナーを記録媒体の厚さ方向に加圧すると同時に記録媒体の裏面側より加熱して溶融させて記録媒体に本定着させる本定着部とを有することを特徴とする。

このように形成したことにより、仮定着部において、記録媒体上のトナーは粒子間の空気が抜かれた状態で仮定着され、トナーの飛散を防止されるとともに、トナー粒子が密になり伝熱効率が大きく向上させられる。次ぎに、本定着部において、記録媒体の裏面側から付与された熱は、記録媒体自身を通して伝熱されるために、空間伝熱ではないために伝熱効率が非常に高くなる。このようにして記録媒体を裏面側から表面側に伝熱効率よく伝えられた熱エネルギーにより、表面側に仮定着されているトナーが加熱される。当該トナー自身は空気の混入のない状態の伝熱効率の高い状態にあるために、低い熱エネルギーによっても効率よく加熱されて溶融する。この溶融と同時に、トナーは記録媒体の厚さ方向に加圧されるので、トナーの厚さを更に圧縮されるとともに伝熱効率よく加熱されて記録媒体に付着させられて確実に定着させられる。

また、本発明の定着装置は、第２の態様として、前記仮定着部が、記録媒体を挟持しながら搬送させる一対の仮定着ローラと、この仮定着ローラに対して機械的圧力を付与してニップ圧を生じさせる記録媒体加圧機構とを有することを特徴とする。

このように形成したことにより、一対の仮定着ローラによって加圧されたトナーは粒子間の空気が抜かれた状態で記録媒体の表面に仮定着され、記録媒体からの飛散を防止される。更に、仮定着に要する加圧力はトナーの粒子間の空気を抜くために要する大きさでよく、従来の加圧と加熱とを同時に行なう場合に比較して、小さい加圧力によって仮定着することができる。

また、本発明の定着装置は、第３の態様として、前記仮定着ローラは、記録媒体を挟持しながら搬送させる一対の小径ローラと、それぞれの小径ローラに対して平行に外接するとともにニップ圧を付与するように押圧する大径ローラとを有することを特徴とする
このように形成したことにより、大径ローラによって小径ローラに加圧力を付与して仮定着することができ、更に小径ローラによるニップ圧としての線圧を容易に大きくすることができるので、仮定着部の大きさの小型化を図ることができる。

また、本発明の定着装置は、第４の態様として、前記本定着部が、記録媒体を裏面側より加熱するサーマルヘッドと、このサーマルヘッドとで記録媒体を挟持して加圧力を付与するプラテンローラとを有することを特徴とする。

このように形成したことにより、サーマルヘッドにより記録媒体を裏面側より加熱することによって、トナーを確実に溶融させて本定着させることができる。更に説明すると、サーマルヘッドを記録媒体の裏面にあて、裏面から加熱する構成にしたことにより、サーマルヘッドによってトナー画像が擦れることがないので、より鮮明な画像を得ることができる。また、サーマルヘッドは通電後の発熱の立上がりが早いので、待機通電をする必要がなく、定着時のみに通電を行なって、加熱エネルギーを発生させ、かつ、記録媒体上の加熱を必要とする部分のみ加熱することにより、大幅に装置の消費エネルギーを削減することができ、従来の定着装置に比較してエネルギー効率を高くすることができる。

また、本発明の定着装置は、第５の態様として、前記サーマルヘッドが、前記プラテンローラに接離自在に形成されていることを特徴とする。

このように形成したことにより、記録媒体が本定着部に来たときのみサーマルヘッドをプラテンローラに当接させて加熱動作を行ってトナーの定着を施すことができる。

本発明の定着装置は前記のように構成され作用するものであるから、トナーの定着に要する熱エネルギーを大幅に削減することができたり、定着のための通電後の立上げ時間を短くすることができたり、待機時に通電を必要としない等の優れた効果を奏する。

次ぎに、本発明の実施の形態を図１から図３について説明する。

図１は本発明の定着装置を図４に示したレーザプリンタに適用した例を示している。図１において、用紙収納トレイ１０１から画像形成機構１０３までは図４で説明した通常の、従来のレーザプリンタと同様に形成されているので、説明を省略する。

本発明の定着装置１１１は、画像形成機構１０３に対して記録媒体（図示せず）の搬送方向（図１の矢印方向）の下流側に配設されており、搬送方向の上流側に、記録媒体の表面に付着されているトナーを記録媒体の厚さ方向に加圧してトナーの粒子間の空気を抜くようにして記録媒体に仮定着させる仮定着部Ａが配設され、搬送方向の下流側に、仮定着されたトナーを記録媒体の厚さ方向に加圧すると同時に記録媒体の裏面側より加熱して溶融させて記録媒体に本定着させる本定着部Ｂが配設されている。

一方の仮定着部Ａにおいては、図１および図２に示すように、記録媒体を挟持しながら搬送させる一対の仮定着ローラとして、記録媒体を挟持しながら搬送させる一対の金属製の小径ローラ１１２、１１３と、それぞれの小径ローラ１１２、１１３に対して平行に外接するとともに記録媒体に対してニップ圧を付与するように押圧する金属製の大径ローラ１１４、１１５が設けられている。各大径ローラ１１４、１１５は、それぞれの軸受け１１６、１１７によって回転自在に軸支されており、一方の軸受け１１６には大径ローラ１１４および小径ローラ１１２を対向する小径ローラ１１３および大径ローラ１１５に向けてを加圧する加圧スプリング１１８が配設されている。この加圧スプリング１１８は仮定着ローラ１１２、１１３、１１４、１１５に対して機械的圧力を付与して記録媒体のニップ圧を生じさせる記録媒体加圧機構を形成している。なお、小径ローラ１１２、１１３の軸間を記録媒体が押圧を受けながら通過する際に、小径ローラ１１２、１１３自体にトナーのごく一部が付着するのを防止するため、仮定着ローラを形成するローラ１１２、１１３、１１４、１１５の表面を特開昭５９−１９８１１８号公報に示されているようなフッ素樹脂によって被覆してもよい。

他方の本定着部Ｂにおいては、図１および図３に示すように、記録媒体を裏面側より加熱するサーマルヘッド１１９と、このサーマルヘッド１１９とによって記録媒体を挟持して加圧力を付与するゴム製のプラテンローラ１２０とを有している。サーマルヘッド１１９には多数の発熱素子（図示せず）が例えば１００μｍピッチで形成されている。このサーマルヘッド１１９は、偏芯ローラ１２３によって揺動軸１２５を中心として揺動する断面Ｌ字形のリンク部材１２１の揺動する先端部にプラテンローラ１２０に対向して固着されており、リンク部材１２１の背面側に配設されたスプリング１２２によってプラテンローラ１２０に向けて弾力的に押圧されている。偏芯ローラ１２３が回転することによりサーマルヘッド１１９はプラテンローラ１２０に対して接離させられる。本定着部Ｂにおいて、サーマルヘッド１１９により記録媒体に仮定着されているトナーを記録媒体の裏面側から加熱を行うのは次の理由による。もしも記録媒体の表面にサーマルヘッド１１９のヘッド発熱体が接すると、スプリング１２２により線圧が２００〜３００ｇ／ｃｍ程度の押圧力で記録媒体の表面に押し付けられつつ、当該表面を擦るため、トナー層が引き剥されてしまって鮮明な画像が得られないからである。即ち、実施形態によれば、サーマルヘッド１１９を記録媒体の裏面にあて、裏面から加熱する構成にしたことにより、サーマルヘッド１１９によってトナー画像が擦れることがないので、より鮮明な画像を得ることができる。

次に、本発明の作用を説明する。

まず、画像形成機構１０３において記録媒体に静電的にトナーを付着させられた記録媒体は本発明の定着装置１１１に入る。

定着装置１１１においては、初めに仮定着部Ａの仮定着ローラとしての小径ローラ１１２、１１３の間を記録媒体が通過する。記録媒体は小径ローラ１１２、１１３の間を通過する際に、加圧スプリング１１８の弾力によって４０Ｋｇから５０Ｋｇの圧力をもって記録媒体の厚さ方向に押圧される。その結果、同記録媒体上で、まだ単に搭載されているのみのトナー粉末層は表面上で圧力により潰される。すなわち、トナー粉末の粒子間に存在する空気がこの圧力で抜かれ、トナー層はその厚さが短縮圧縮される。これにより、記録媒体に対するトナーはその付着力が増強され、少々表面が擦られたくらいでは記録媒体から剥がれにくくなり、飛散を防止される。更に、仮定着に要する加圧力はトナーの粒子間の空気を抜くために要する大きさでよく、従来の加圧と加熱とを同時に行なう場合に比較して、小さい加圧力によって仮定着することができる。また、大径ローラ１１４、１１５によって小径ローラ１１２、１１３に加圧力を付与することにより、小径ローラ１１２、１１３によるニップ圧としての線圧を容易に大きくすることができるので、仮定着部の大きさの小型化を図ることができる。

このようにして画像形成部１０３において印刷画像に対応して形成されたトナーは、仮定着部Ａにおいて加熱されることなく、記録媒体に仮定着される。

続いて、トナーが仮定着された記録媒体は次の本定着部Ｂに搬送される。

本定着部Ｂにおいて、サーマルヘッド１１９は記録媒体の先端が到達するまでは、偏芯ローラ１２３とリンク部材１２１によりゴムローラ１２０とは離れている。記録媒体の先端がサーマルヘッド１１９の発熱体部分へ到達するタイミングに応じて、偏芯ローラ１２３が回転し、リンク部材１２１が揺動軸１２５を中心として揺動してサーマルヘッド１１９がゴムローラ１２０に当接して、スプリング１２２により線圧が２００〜３００ｇ／ｃｍ程度の押圧力が付与される。このサーマルヘッド１１９とゴムローラ１２０との当接とほぼ同時に、サーマルヘッド１１９の発熱素子に通電が行われて記録媒体はその裏面側から加熱される。

この際、仮定着部Ａにおいて、記録媒体上のトナーは粒子間の空気が抜かれた状態で仮定着され、トナーの飛散を防止されるとともに、トナー粒子が密になり伝熱効率が大きく向上させられている。そして、本定着部Ｂにおいて、記録媒体の裏面側から付与された熱は、記録媒体自身を通して伝熱されるために、空間伝熱ではないために伝熱効率が非常に高くなる。このようにして記録媒体を裏面側から表面側に伝熱効率よく伝えられた熱エネルギーにより、表面側に仮定着されているトナーが加熱される。当該トナー自身は空気の混入のない状態の伝熱効率の高い状態にあるために、低い熱エネルギーによっても効率よく加熱されて溶融する。サーマルヘッド１１９を記録媒体の裏面にあて、裏面から加熱する構成にしたことにより、サーマルヘッド１１９によってトナー画像が擦れることがないので、より鮮明な画像を得ることができる。この溶融と同時に、トナーはサーマルヘッド１１９とゴムローラ１２０とによって記録媒体の厚さ方向に加圧されるので、トナーの厚さを更に圧縮されるとともに伝熱効率よく加熱されて記録媒体に付着させられて確実に定着させられる。また、サーマルヘッド１１９は通電後の発熱の立上がりが早いので、待機通電をする必要がなく、定着時のみに通電を行なって、加熱エネルギーを発生させ、かつ、記録媒体上の加熱を必要とする部分のみ加熱することにより、大幅に装置の消費エネルギーを削減することができ、従来の定着装置に比較してエネルギー効率を高くすることができる。

１枚の記録媒体に対する本定着が終了すると、偏芯ローラ１２３が回動することによりサーマルヘッド１１９はゴムローラ１２０から離間させられるとともに発熱素子への通電を停止されて、次の本定着のために待機する。

このように、本発明の定着装置１１１によれば、従来の電子複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ装置などにおける予熱が一切不要となり、記録媒体が本定着部に来たときのみに記録媒体に対する加熱動作を行うのみで定着を施すことができ、極めて効率のよい定着動作を実現できる。

また、図４に示したような従来の熱ローラ定着方式の定着前の予熱に要する消費電力は定着時の消費電力の４倍必要であると一般的にいわれているので、本発明の定着装置１１１においては、定着時に加熱するのみで定着できるので、従来に比較して約２０％の電力によって定着することができることになり、約８０％のエネルギーを削減することができる。

なお、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、サーマルヘッドとしては特許第３７１３２７４号に開示されているようなものが適用できる。また、特開平１０−１５７１７８号や特許第３５６７２４１号にて開示されているように、サーマルヘッドの発熱を、サーマルヘッドの温度状態に応じて適切な大きさの電力を発熱素子に印加させたり、発熱を記録媒体全面にかけずトナー付着部分のみ選択的に加熱させることにより、さらに効率をアップすることができる。

このように本発明の定着装置によれば、従来の一般に採用されている熱ローラ定着方式に比べて、定着時のみ速やかに温度を上昇させることが可能であるため、クイックスタートのできる定着装置を供給することができる。そのため従来に比較して約１０〜２０％の消費電力量でトナーの定着が可能であり、省エネルギーの観点からもきわめて有効であり、従来極めて電力消費量の多い電子複写機やレーザプリンタ等で大きな効果があると考えられる。

本発明の定着装置の１実施形態を適用したレーザプリンタの構成図本発明の仮定着部の側面図本発明の本定着部の側面図従来の熱ローラ定着方式を示すレーザプリンタの構成図

符号の説明

１０１用紙収納トレイ
１０２用紙搬送路
１０３画像形成機構
１０４トナータンク
１０５現像ローラ
１０６静電記録部
１０７ドラム
１０８除電ローラ
１０９除去機構
１１２小径の金属ローラ
１１３小径の金属ローラ
１１４金属ローラ
１１５金属ローラ
１１６軸受け
１１７軸受け
１１８加圧スプリング
１１９サーマルヘッド
１２０ゴムローラ
１２１リンク部材
１２２スプリング
１２３偏芯ローラ
１２４用紙排紙トレー
２０７用紙排出ローラ
２１１トナー定着部
２１２発熱ヒータ
２１３加熱ローラ
２１４加圧ローラ
２１５ニップ部

Claims

記録媒体の表面に付着されているトナーを記録媒体の厚さ方向に加圧してトナーの粒子間の空気を抜くようにして記録媒体に仮定着させる仮定着部と、仮定着されたトナーを記録媒体の厚さ方向に加圧すると同時に記録媒体の裏面側より加熱して溶融させて記録媒体に本定着させる本定着部とを有することを特徴とする定着装置。
前記仮定着部は、記録媒体を挟持しながら搬送させる一対の仮定着ローラと、この仮定着ローラに対して機械的圧力を付与してニップ圧を生じさせる記録媒体加圧機構とを有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記仮定着ローラは、記録媒体を挟持しながら搬送させる一対の小径ローラと、それぞれの小径ローラに対して平行に外接するとともにニップ圧を付与するように押圧する大径ローラとを有することを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
前記本定着部は、記録媒体を裏面側より加熱するサーマルヘッドと、このサーマルヘッドとで記録媒体を挟持して加圧力を付与するプラテンローラとを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
前記サーマルヘッドは、前記プラテンローラに接離自在に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。