JP3024810B2 - 定着装置 - Google Patents

定着装置

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JP3024810B2
JP3024810B2 JP6074791A JP6074791A JP3024810B2 JP 3024810 B2 JP3024810 B2 JP 3024810B2 JP 6074791 A JP6074791 A JP 6074791A JP 6074791 A JP6074791 A JP 6074791A JP 3024810 B2 JP3024810 B2 JP 3024810B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D15/0275Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複写機やプリンター等
において画像定着のために用いられる定着装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】複写機等で使用される熱ローラ方式の定
着装置は、その一例を図9に示す如く、アルミニウム製
のパイプ形状の芯金1内にハロゲンヒータ2を配置し且
つ表層にテフロン、シリコーンゴム等の離型層を有する
定着ローラ3と、該定着ローラ3に圧接配置し表層にP
FAチューブとシリコーンゴムを有する加圧ローラ4と
を備え、上流から送られてきたトナー未定着状態の転写
紙Pを、上記ローラ3,4間のニップを通過させること
によりトナーを定着させて排紙ローラ5によって排紙さ
せるようにしてある。6は定着入口ガイド板、7は分離
爪、8はオイル塗布フェルト、9は温度ヒューズ、10
はサーミスタ、11は定着出口ガイド板を示す。
【0003】しかし、上記定着装置の場合、連続通紙を
行うと、定着ローラ3は芯金1の内部よりハロゲンヒー
タ2によって加熱されサーミスタ10の温度検出レベル
に基づいて図10の破線に示す如く、通紙部分Pwが一
定温度(約185℃)に保たれるが、非通紙部分は転写
紙Pによる奪熱がないため温度が上昇してしまう。その
ため、定着ローラ3の温度分布がローラ軸方向で不均
一になることにより、定着むら、光沢むらが発生するこ
と、非通紙部の温度上昇によりローラ径が熱膨張し、
転写紙Pの搬送不良(しわ、跳ね上がり等)が発生する
こと、非通紙部の温度上昇によって定着ローラの表面
離型層(シリコーンゴム、テフロン等)に劣化が生じる
こと、等の問題が惹起される。
【0004】そこで、定着ローラ3の軸方向温度分布を
均一にするために、定着ローラ3の芯金1の部分に円筒
形ヒートパイプを内蔵する技術が提案されている。その
例を示すと、図11は低、中速複写機用のもので、ハロ
ゲンヒータ2(図9参照)よりの輻射熱がローラ表面に
伝わり易いように、薄肉形状とした芯金1の肉厚部に4
本の円筒形ヒートパイプ12を周方向で等間隔に内蔵さ
せた構成とし、又、図12及び図13に示すものは高速
複写機用のもので、熱容量を大きくして通紙による温度
降下を防ぐために、厚肉形状とした芯金1に同様に円筒
形ヒートパイプ12を内蔵させた構成としたものであ
り、これらの方式を採用することにより、図10の実線
で示す如く、定着ローラ3の軸方向の温度分布を均一に
することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記図11
に示す方式の定着ローラ3の場合には、円筒形ヒートパ
イプ12を内蔵させるために、芯金1の肉厚を厚くしな
ければならないので、熱容量が大きくなることにより、
通常の定着ローラに比して立ち上がり時間が長くなる問
題があり、又図12及び図13に示す方式の定着ローラ
3の場合には、熱容量が大きいため、やはり立ち上がり
時間が長いという問題がある。
【0006】一方、従来においては、ヒータの配光分布
を用紙サイズ別に変化させて定着ローラの軸方向温度分
布を均一にする方式も提案されている(特開昭60−2
63179号、同64−179968号)。しかし、こ
れらの方式の場合、ローラ表面の温度分布は配光切り換
え後、しばらくしないと均一にならず、又温度分布の均
一性がヒートパイプ内蔵ローラに比較して悪いという欠
点がある。
【0007】ところで、従来の複写機、特に、フルカラ
ー複写機においては、トナーが熱に対した非常に敏感
で、定着温度幅が約20℃と非常に狭く、又温度差によ
る光沢度差も非常に顕著に出るため、安定した光沢と定
着性を得るためには、定着ローラの温度制御と温度分布
をできるだけ均一にすることは勿論のこと、加圧ローラ
の温度及び温度分布の均一性も重要である。
【0008】そのため、図14に示す如き、アルミニウ
ム製の芯金14とその外周に被覆してあるシリコーンゴ
ム層15を有する構成の従来の加圧ローラ4の内部にも
ヒータを設ける方式や、ヒータを設けずに立ち上がり時
に定着ローラ3との間でブレ回転を行って加圧ローラ4
を暖める方式等が採用されている。
【0009】しかし、前者の方式の場合には、ヒータの
制御等が複雑になるためコスト高になり、一方後者の場
合には、ブレ回転直後は加圧ローラ4は暖まり温度分布
も均一になるが、待機時には、加圧ローラ4の定着ロー
ラ3に対する円周方向ニップ部付近とその反対側の部分
とで温度差が生じ、定着むら、光沢むらが発生する問題
がある。
【0010】そこで、本発明は、定着ローラの軸方向の
温度分布を均一化し、且つ短時間で立ち上がることがで
きるようにし、更に加圧ローラの円周方向の温度分布差
を小さくし、画質の向上を図ることができるような定着
装置を提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、加圧ローラの芯金に、複数の偏平形ヒー
トパイプを、該ヒートパイプの断面長手方向が芯金断面
の円周方向に対して傾斜を有ししかも法線方向にオーバ
ーラップするように内蔵させたことを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明では、偏平形ヒートパイプの断面長手方
向が加圧ローラの芯金断面に対して円周方向に傾斜を有
し且つ法線方向にオーバーラップするように配置してい
るので、ニップ部付近の熱を円周方向へ伝えるため、温
度分布差が小さくなる。
【0013】
【実施例】以下、図面について説明する。図1は、図9
に示す如き定着ローラ3と加圧ローラ4を有する定着装
置における定着ローラ3について示す。すなわち、上記
定着ローラ3の芯金1を厚肉形状とし、且つ該芯金1の
肉厚部に、複数(図では4つ)の偏平形ヒートパイプ1
3を、該偏平形ヒートパイプ13の断面長手方向(長辺
方向)が芯金1の断面に対して放射状の配置となるよう
に内蔵させた構成とする。
【0014】上に述べたように、定着ローラ3の芯金1
に偏平形ヒートパイプ13を組み込み、且つ該ヒートパ
イプ13を、断面の長手方向がローラ中心からローラ表
面に向くように放射状に配置したため、ハロゲンヒータ
2(図9参照)よりの輻射熱がローラ内面からローラ表
面に伝わり易くなり、芯金1を均一に加熱することがで
きる。したがって、図12に示す方式のものより立ち上
がり時間を短くでき、更に、定着ローラ3の芯金1が厚
肉で熱容量が大きいことから、連続通紙してもハロゲン
ヒータ2よりの輻射熱を効率よく紙に伝えることができ
る。因に、図12に示す定着ローラ3の立ち上がり時間
の指標を100としたとき、図1に示す定着ローラ3の
立ち上がり時間は84であることが確認されている。
【0015】図2では、定着ローラ3の芯金1を薄肉形
状とし、且つ該芯金1の肉厚部に、複数(図では4つ)
の偏平形ヒートパイプを、該ヒートパイプの断面長手方
向が芯金1の断面の円周方向に沿うように内蔵させたも
のである。
【0016】図2の定着ローラの場合には、図11に示
す方式に比して芯金1を薄肉にできるので立ち上がり時
間を短くできる。又、円周方向に偏平形ヒートパイプ1
3を配列したため、ローラ表面での周方向の温度分布差
(ヒートパイプ13近傍部とその間の部分の温度差)を
小さくできる。したがって、カラー複写機などでの定着
むら、光沢むらの発生防止に著効を示す。
【0017】図3は、上記図2に示すと同様な構成にお
いて、偏平形ヒートパイプ13の断面長手方向の両端部
だけを芯金1の内壁部で挾んで保持させるように定着ロ
ーラ3を構成したものである。
【0018】この図3の実施例の場合には、定着ローラ
3の芯金1の肉厚を図2の実施例の場合よりも更に薄く
することができて体積を少なくでき、これにより熱容量
を小さくできる利点がある。
【0019】図4では、上記図3に示す実施例と同様な
構成において、定着ローラ3の芯金1の内壁に、芯金1
の中心へ向けて突出するフィン1aを適宜に設けたもの
である。
【0020】図4に示す定着ローラの場合には、フィン
1aの存在により定着ローラ3の芯金1の内壁の面積が
増大するため、ハロゲンヒータ2から芯金1の中空部へ
放散された熱を吸収し易くなり、熱効率を向上させるこ
とができる。ところで、ヒートパイプ内蔵型の定着ロー
ラは、通常芯金1の肉厚部にヒートパイプ嵌合穴(挿入
穴)を設ける必要があることから、型で芯金1を製作す
るようにしているが、上記の如くフィン1aを追加して
も、型でフィン形状を作ることができるので製作工程を
増やしてしまうようなことはない。したがって、コスト
アップする問題はない。
【0021】因に、図11に示す定着ローラ3の立ち上
がり時間の指標を100としたとき、図2、図3、図4
に示す定着ローラの立ち上がり時間は、それぞれ88、
82、87であることが確認されている。
【0022】次に、図5は加圧ローラ4についてのもの
で、アルミニウム製の芯金14とその外周に被覆したシ
リコーンゴム層15を有する加圧ローラ4における上記
芯金14の肉厚部に、複数(図では4つ)の鋼管製の偏
平形ヒートパイプ16を、該ヒートパイプ16の断面長
手方向(長辺方向)が芯金14の断面円周方向に沿い等
間隔で配置されるように埋め込んだものである。
【0023】図5の加圧ローラの場合には、温度差が生
じると、内部の作動流体が蒸発して温度の低い方へ流
れ、そこでまた液体に戻って高温部へ流れ、瞬時にして
鋼管全面の温度を均一にするヒートパイプ16の特性に
より、ニップ部付近の温度を円周方向へ伝えるため、円
周方向各部の温度分布差を小さくすることができる。
【0024】図6は、本発明により構成した加圧ローラ
4を示すもので、上記図5に示す加圧ローラと同様な構
成において、各ヒートパイプ16の断面長手方向が芯金
14の断面の円周方向に対してそれぞれ傾斜を有し且つ
法線方向にオーバーラップするように配置したものであ
る。
【0025】図6の実施例の場合には、ヒートパイプ1
6が法線方向にオーバーラップしているため、図5に示
す加圧ローラの場合よりも円周方向の温度分布差を更に
小さくできる効果がある。
【0026】図7に示す参考例の加圧ローラ4の場合
は、芯金14自体をヒートパイプ製として、その外周に
シリコーンゴム層15を設けている。
【0027】図7の加圧ローラの場合には、芯金14自
体をヒートパイプ製としたことから、円周方向の熱伝導
が頗る良好となり、円周方向の温度分布差を極めて小さ
くすることができる。
【0028】上記において、加圧ローラ4各部での表面
温度とその温度でカラーコピーをとった場合の光沢度を
測定した結果を下表に示す。なお、測定条件としては、
定着ローラ3を150℃に制御し、加圧ローラ4を20
℃の状態から30分間定着ローラ3に圧接させ、図8に
示すように、ニップ部から順次周方向へ位相をずらした
位置A,B,C,Dを測定点として表面温度を測定し
た。更に、カラートナー、イエロー、マゼンダ、シアン
を各0.5mg/cm、合計1.5mg/cm付着させた未
定着トナー像をコピーし、A,B,C,D4点に対応し
た画像の光沢度を測定した。
【表】
【0029】上の表に示す測定結果から明らかな如く、
従来の加圧ローラでは、A点で150℃、光沢度は30
%と好ましい結果を示すが、B,D点では80℃の15
0%、C点では50℃の80%となってしまい、ベタ画
像においては見た目でも光沢の違いが確認できた。一
方、図5に示す加圧ローラ4では、C点で90℃の18
%とかなり改善され、見た目では光沢の違いがほとんど
わからなかった。又、図6に示す加圧ローラ4では、最
も悪いC点でも100℃の20%であり、従来の加圧ロ
ーラに比して格段の差異があった。更に、図7に示す加
圧ローラ4では、B,D点で145℃の28%、C点で
も140℃の27%と効果が非常に大きくなった。
【0030】なお、本発明は上記実施例にのみ限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にお
いて、種々変更を加え得ることは勿論である。
【0031】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の定着装置によ
れば、各ヒートパイプ16の断面長手方向が芯金14の
断面の円周方向に対してそれぞれ傾斜を有し且つ法線方
向にオーバーラップするように配置したので、立ち上が
り時間を速くできるとともに、円周方向の温度分布差を
小さくできて画質(特にカラー画像)を向上させること
ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】定着装置の定着ローラの断面図である。
【図2】定着ローラの他の例の断面図である。
【図3】定着ローラの更に他の例の断面図である。
【図4】定着ローラの更に別の例の断面図である。
【図5】加圧ローラの縦断面図である。
【図6】本発明の実施例を示す加圧ローラの縦断面図で
ある。
【図7】別の加圧ローラの縦断面図である。
【図8】加圧ローラの表面温度を測定する際の測定部の
位置を示す図である。
【図9】定着装置の一例を示す概要図である。
【図10】定着ローラの軸方向温度分布を示す図であ
る。
【図11】従来の定着ローラの一例を示す断面図であ
る。
【図12】従来の定着ローラの他の例を示す断面図であ
る。
【図13】図12の縦断面図である。
【図14】従来の加圧ローラの一例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 芯金 1a フィン 3 定着ローラ 4 加圧ローラ 13 偏平形ヒートパイプ 14 芯金 16 偏平形ヒートパイプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−53333(JP,A) 実開 昭56−137163(JP,U) 実開 昭57−11550(JP,U) 実開 昭63−157773(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 15/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加圧ローラの芯金に、複数の偏平形ヒー
    トパイプを、該ヒートパイプの断面長手方向が芯金断面
    の円周方向に対して傾斜を有ししかも法線方向にオーバ
    ーラップするように内蔵させたことを特徴とする定着装
    置。
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