JP2019219488A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材の端部の放熱を抑制すると共に強度や耐久性を向上する。【解決手段】定着装置１３は、用紙に形成されたトナー像を加熱する円筒状の加熱ローラー２０と、加熱ローラー２０に対して加圧され、加熱ローラー２０との間を通過する用紙を加圧する加圧ローラーと、加熱ローラー２０を加熱する熱源２２とを備える。加熱ローラー２０は、軸方向において中央部３５と、中央部３５よりも熱伝導率の小さい端部３６とを接合して構成される。端部３６は、中央部３５に接合される接合部３７と、接合部３７から軸方向外側に突出したボス部３８とから構成される。ボス部３８は、外径が接合部３７よりも小さく、厚みが接合部３７よりも厚く形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、用紙にトナー像を定着させる定着装置と、この定着装置を備えた画像形成装置に関する。

画像形成装置は、用紙上に形成されたトナー像を定着させる定着装置を備える。定着装置は、トナー像を加熱する加熱部材と、用紙に対してトナー像を加圧する加圧部材とを備える。定着装置は、加熱部材の内部にヒーター等の熱源を加熱部材の軸方向に亘って備えて、加熱部材を軸方向に亘って加熱する。

例えば、特許文献１の画像記録装置（画像形成装置）は、加熱定着部を設け、加熱定着部は、発熱素子を内蔵し、且つ加熱圧接面を形成する円筒部を有する加熱ローラー（加熱部材）を回動可能に支持する。加熱ローラーは、端部の熱伝導が加熱圧接面部（中央部）の熱伝導より小さくなるように構成され、例えば、加熱ローラーの端部のフランジ部と加熱圧接面部とを異なる熱伝導の材料で構成する。

特開昭６１−１０５５７６号公報

定着装置では、加熱部材を熱伝導率の高い材料で形成することで、所定の定着温度まで昇温させる昇温時間を短くして、消費電力を抑制することができる。ところが、加熱部材の端部の熱伝導率が高いと、放熱が生じるので、加熱部材の中央部の温度を維持するのに、多くの消費電力が必要になる。これに対して、加熱部材には、上記したように、端部の熱伝導を中央部の熱伝導より小さくすることで端部での放熱を抑えるものがある。

しかしながら、加熱部材の中央部にアルミニウムを適用することが好ましいが、従来の定着装置では、アルミニウムの中央部に対して、強度を確保しつつ端部に他の金属材料を適用する構成については考慮されていない。更に、異なる材料で構成した加熱部材は、強度が低くなり、回転駆動に対する耐久性が低下するおそれがある。また、加熱部材の端部に、加熱部材を回転させる駆動ギアを接続する場合、駆動ギアの回転止めのために溝や穴を形成すると、強度が低下してしまう。このような溝や穴に対する強度確保のためにバーリング加工等が施されるが、加工のコストや手間が掛かる。

そこで、本発明は上記事情を考慮し、加熱部材の端部の放熱を抑制すると共に強度や耐久性を向上することを目的とする。

本発明の定着装置は、用紙に形成されたトナー像を加熱する円筒状の加熱部材と、前記加熱部材に対して加圧され、前記加熱部材との間を通過する前記用紙を加圧する加圧部材と、前記加熱部材を加熱する熱源と、を備え、前記加熱部材は、軸方向において中央部と、該中央部よりも熱伝導率の小さい端部とを接合して構成され、前記端部は、前記中央部に接合される接合部と、該接合部から軸方向外側に突出したボス部とから構成され、前記ボス部は、外径が前記接合部よりも小さく、厚みが前記接合部よりも厚く形成されることを特徴とする。

上記した定着装置において、前記接合部は、前記中央部と同じ厚みを有するとよい。

上記した定着装置において、前記加熱部材は、アルミニウムからなる前記中央部とステンレスからなる前記端部とを圧接により接合して構成されるとよい。

本発明の画像形成装置は、上記した定着装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、加熱部材の端部の放熱を抑制すると共に強度や耐久性を向上することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプリンターを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の加熱ローラーを右側から示す断面図である。

先ず、本発明の実施形態に係るプリンター１（画像形成装置）の全体の構成について図１を参照しながら説明する。以下、説明の便宜上、図１における紙面手前側をプリンター１の前側とする。各図に適宜付される矢印Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｌｏ、Ｆｒ、Ｒｒは、それぞれプリンター１の左側、右側、上側、下側、前側、後側を示している。

プリンター１は、略箱型形状のプリンター本体２を備え、プリンター本体２の下部には用紙を収納する給紙カセット３が設けられ、プリンター本体２の上部には排紙トレイ４が設けられる。

プリンター本体２内の上部には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光装置５が排紙トレイ４の下方に配置される。プリンター本体２内の露光装置５の下方には、画像形成部６が設けられる。画像形成部６には、像担持体である感光体ドラム７が回転可能に設けられ、感光体ドラム７の周囲には、帯電装置と、トナーコンテナに接続された現像装置と、転写ローラーと、クリーニング装置とが、感光体ドラム７の回転方向に沿って配置される。

また、プリンター本体２の内部には、用紙の搬送経路１０が設けられる。搬送経路１０の上流端には給紙部１１が給紙カセット３の近傍に設けられ、搬送経路１０の中流部には、感光体ドラム７と転写ローラーによって構成される転写部１２が設けられる。搬送経路１０の下流部には定着装置１３が設けられ、搬送経路１０の下流端には排紙部１４が排紙トレイ４の近傍に設けられる。また、プリンター本体２の内部には、定着装置１３を制御する制御装置１５が備えられる。

次に、プリンター１の画像形成動作について説明する。プリンター１は、外部のコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、画像形成動作を開始する。先ず、画像形成部６において、帯電装置によって感光体ドラム７の表面が帯電された後、露光装置５によって感光体ドラム７に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム７の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置によってトナーを用いてトナー像に現像される。

一方、給紙カセット３に収納された用紙が、給紙部１１によって取り出されて搬送経路１０上を搬送される。搬送経路１０上の用紙は、所定のタイミングで転写部１２へと搬送され、転写部１２によって感光体ドラム７上のトナー像が用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、定着装置１３へと搬送され、定着装置１３によって用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部１４から排紙トレイ４に排出される。

次に、定着装置１３の構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２に示すように、定着装置１３は、加熱ローラー２０（加熱部材）と、加圧ローラー２１（加圧部材）と、熱源２２と、駆動部２３とを備える。

加熱ローラー２０及び加圧ローラー２１は、略箱型状の定着フレーム（図示せず）の内部で、搬送経路１０を挟んで上側及び下側にそれぞれ配置され、互いに対向すると共に接触して配置される。定着フレームは、搬送経路１０が用紙の搬送方向（左右方向）において定着フレームを貫通するように、プリンター本体２に取り付けられる。搬送経路１０には、加熱ローラー２０及び加圧ローラー２１の間に加圧領域Ｎが形成される。

なお、加圧領域Ｎとは、加熱ローラー２０と加圧ローラー２１とが接触している領域であって、加熱ローラー２０及び加圧ローラー２１による用紙への圧力が０Ｐａである搬送方向上流側の位置から、その圧力が最大となる搬送方向の位置を経由して再びその圧力が０Ｐａとなる搬送方向下流側の位置までの領域を示す。

加熱ローラー２０は、搬送方向と直交する用紙の幅方向（前後方向）に長い円筒状のローラーで構成される。加熱ローラー２０は、例えば、円筒状の金属製の芯材３０と、芯材３０に周設されたシリコンゴム等の樹脂製の弾性層３１から構成され、弾性層３１はフッ素系樹脂の離型層３２によって被覆される。加熱ローラー２０は、前後方向を軸方向として、定着フレームに対して回転可能に取り付けられる。加熱ローラー２０は、図３に示すように、駆動ギア２４を介してモーター等の駆動部２３に接続され、駆動部２３から伝達される回転駆動力によって回転する。加熱ローラー２０は、熱源２２によって加熱され、トナー像が形成された用紙に接触してトナー像を加熱する。

加熱ローラー２０の芯材３０は、図３に示すように、軸方向において中央側の円筒状の中央部３５と両端側の段付円筒状の端部３６とを接合して構成される。例えば、中央部３５は、通紙領域に亘って設けられ、端部３６は、非通紙領域に亘って設けられる。端部３６は、定着フレームに軸支され、特に、駆動側（後側）の端部３６には、駆動ギア２４が固定される。中央部３５及び端部３６は、摩擦圧接等の圧接によって接合され、あるいは、溶接や接着によって接合されてもよい。

端部３６は、中央部３５よりも熱伝導率が小さい材料で形成される。例えば、中央部３５は、アルミニウム（２３６Ｗ／ｍＫ）で形成され、端部３６は、ステンレス（１６．７から２０．９Ｗ／ｍＫ）で形成される。例えば、中央部３５の熱伝導率は端部３６の熱伝導率の１〜２０倍であり、あるいは、中央部３５及び端部３６の熱伝導率の差は、１〜２５０Ｗ／ｍＫである。

端部３６は、中央部３５に接合される接合部３７と、接合部３７から軸方向外側（端側）に突出したボス部３８とから構成される。なお、弾性層３１及び離型層３２は、中央部３５及び端部３６の接合部３７に亘って設けられる。接合部３７及びボス部３８は、一体に成型され、ボス部３８は、接合部３７から連続していて、例えば、ボス部３８の軸方向内側端に形成されたフランジを介して接合部３７に連続している。

接合部３７及びボス部３８は、中央部３５と同軸であり、接合部３７は、中央部３５と同じ外径及び同じ厚み（例えば、７ｍｍ）を有して中央部３５から連続している。ボス部３８の外径は、接合部３７よりも小さく、ボス部３８の厚み（例えば、９ｍｍ）は、接合部３７よりも厚い。例えば、接合部３７の厚みはボス部３８の厚みの１．２〜１．５倍であり、あるいは、接合部３７及びボス部３８の厚みの差は、約２〜３ｍｍである。

ボス部３８の厚みは、例えば、接合部３７の厚みの部材の溝や穴を補強する場合に必要なバーリングと同じ程度の大きさでよい。なお、ボス部３８の厚みによって、加熱ローラー２０全体の熱容量を調整することができ、例えば、ボス部３８の厚みは、加熱ローラー２０の昇温速度を低下させず、且つ、定着温度まで加熱された加熱ローラー２０の蓄熱を良好にするように設定されるとよい。

加圧ローラー２１は、幅方向に長い略円柱状に形成される。加圧ローラー２１は、例えば、円柱状の金属製の芯材と、芯材に周設されたシリコンゴム等の樹脂製の弾性層から構成され、弾性層はフッ素系樹脂の離型層によって被覆される。加圧ローラー２１は、前後方向を回転軸方向として、定着フレームに対して回転可能に取り付けられる。例えば、加圧ローラー２１は、加熱ローラー２０の回転に従動して回転する。加圧ローラー２１は、加熱ローラー２０側に加圧されていて、加熱ローラー２０と共に、加圧領域Ｎを通過する用紙を加圧する。

熱源２２は、幅方向に亘って長い形状を有し、加熱ローラー２０の芯材３０の内部に取り付けられ、内側から加熱ローラー２０を加熱する。例えば、熱源２２は、芯材３０の前側の端部３６から後側の端部３６までに亘って配置される。熱源２２は、例えば、ハロゲンヒーターやセラミックヒーター等によって構成される。熱源２２は、温度センサー（図示せず）で検知される加熱ローラー２０の表面温度に応じて、制御装置１５によってオン及びオフが切り換えられる。具体的には、熱源２２は、オンのときに電源（図示せず）から電力を供給されることで発熱して加熱ローラー２０を加熱し、オフのときに電源からの電力供給が遮断されて加熱ローラー２０の加熱を停止する。

本実施形態によれば、上述のように、プリンター１（画像形成装置）の定着装置１３は、用紙に形成されたトナー像を加熱する円筒状の加熱ローラー２０（加熱部材）と、加熱ローラー２０に対して加圧され、加熱ローラー２０との間を通過する用紙を加圧する加圧ローラー２１（加圧部材）と、加熱ローラー２０を加熱する熱源２２とを備える。加熱ローラー２０は、軸方向において中央部３５と、中央部３５よりも熱伝導率の小さい端部３６とを接合して構成される。端部３６は、中央部３５に接合される接合部３７と、接合部３７から軸方向外側に突出したボス部３８とから構成される。ボス部３８は、外径が接合部３７よりも小さく、厚みが接合部３７よりも厚く形成される。

これにより、加熱ローラー２０の端部３６では放熱が生じ難いので、中央部３５の熱が端部３６を介して逃げ難くなるので、中央部３５を効率良く加熱することができ、加熱に要する昇温時間及び消費電力を削減することができる。また、端部３６のボス部３８は、中央部３５に接合される接合部３７よりも厚いので、強度を向上することができ、また回転駆動に対する耐久性を向上することもでき、加熱ローラー２０の損傷を抑制することができる。従って、駆動ギア２４を加熱ローラー２０に固定するために、ボス部３８に溝や穴を形成しても、バーリング加工を施すことなく、強度を確保することができる。このように、本実施形態の定着装置１３では、加熱ローラー２０の端部３６の放熱を抑制すると共に強度や耐久性を向上することが可能である。

更に、定着装置１３では、端部３６の接合部３７は、中央部３５と同じ厚みを有する。これにより、加熱ローラー２０の回転や加圧によって、加熱ローラー２０に撓み等の変形の負荷が掛かる場合に、応力が中央部３５及び端部３６の継ぎ目に集中することを抑制することができる。従って、加熱ローラー２０の損傷を抑制することができる。

また、定着装置１３では、加熱ローラー２０は、アルミニウムからなる中央部３５とステンレスからなる端部３６とを圧接により接合して構成される。これにより、加熱ローラー２０の芯材３０を構成する場合の異なる材料の中央部３５及び端部３６の接合において、圧接を行うので、係合や嵌合のための凹凸の加工を施すことなく、従来では成し得なかったアルミニウムとステンレスとの接合を実現することができる。

本実施形態では、モノクロのプリンター１に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、カラープリンター、複写機、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用することも可能である。

１ プリンター（画像形成装置）
２ プリンター本体
６ 画像形成部
１３ 定着装置
２０ 加熱ローラー（加熱部材）
２１ 加圧ローラー（加圧部材）
２２ 熱源
２３ 駆動部
２４ 駆動ギア
３０ 芯材
３５ 中央部
３６ 端部
３７ 接合部
３８ ボス部

Claims (4)

1. 用紙に形成されたトナー像を加熱する円筒状の加熱部材と、
   前記加熱部材に対して加圧され、前記加熱部材との間を通過する前記用紙を加圧する加圧部材と、
   前記加熱部材を加熱する熱源と、を備え、
   前記加熱部材は、軸方向において中央部と、該中央部よりも熱伝導率の小さい端部とを接合して構成され、
   前記端部は、前記中央部に接合される接合部と、該接合部から軸方向外側に突出したボス部とから構成され、
   前記ボス部は、外径が前記接合部よりも小さく、厚みが前記接合部よりも厚く形成されることを特徴とする定着装置。
2. 前記接合部は、前記中央部と同じ厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱部材は、アルミニウムからなる前記中央部とステンレスからなる前記端部とを圧接により接合して構成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

Images