JP3062519B2 - トナー画像の加熱定着装置 - Google Patents
トナー画像の加熱定着装置Info
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Description
えば記録紙等に保持された未定着トナー画像を加熱定着
してなる新規な構造の加熱定着装置に関する。
材、例えば普通紙に記録媒体上に形成されたトナー画像
を転写し、該転写材上に保持されたトナー画像を定着し
た後に装置外に排出している。ここで、未定着トナー画
像を転写材上に定着するために、トナーを熔融し定着す
るものが一般的である。
している。該図において、回転可能に設けられアルミ素
管の表面がトナーに対して離型性によりフッ素系樹脂
(例えばPTFE;ポリテトラフルオロエチレン/商標
名;テフロン)にて被覆されてなる加熱ローラ51と、
該加熱ローラに対しシリコンゴム等にて被覆された加圧
ローラ52を圧接状態で設け、加圧ローラ52の弾性変
形を利用して、加熱ローラ51と加圧ローラ52との間
に接触部(ニップ)を形成している。この接触部分にト
ナー画像53を保持してなる転写材54を通過させるこ
とで、トナー画像を加熱し、熔融することで転写材上に
定着するものである。上記加熱ローラ51を所定の温
度、つまりトナーを熔融し加熱定着できる温度に加熱す
るために、加熱ローラ51内の空間部にハロゲンランプ
等からなるヒータ55が設けられている。なお、符号5
6は加熱ローラ51に付着した転写材54を分離するた
めに加熱ローラ51に先端が圧接された分離爪である。
形成装置の大きさにもよるが、加熱ローラのアルミ素管
としては厚さ1.0〜数mmで外径が20〜60mmの
もので構成されている。該加熱ローラ51に圧接される
加圧ローラ52とのニップ(接触部)を、転写材54が
通過することで、加熱ローラ51にてトナーが加熱され
熔融することで、転写材上に定着されることになる。
ば特開昭59−68766号公報や特開昭63−313
182号公報に提案されたものがある。これは図6に示
す通りであり、ポリイミド等の耐熱性を有する厚さ10
〜50μmのエンドレスフィルムのベルト61の内部に
セラミック基板上に抵抗体を有する発熱体62が保持部
材63により上記エンドレスベルト61に内接するよう
に設けられている。エンドレスベルト61を介して発熱
体62に対向する位置には、加圧ローラ64が圧接して
ニップ部を形成しており、このニップ部にトナー画像を
保持してなる転写材54を案内することで、トナー画像
を加熱定着するものである。
5に示す定着装置によれば、加熱ローラ51の半径方向
の肉厚が1.0〜数mmと厚いため、熱伝導にて加熱ロ
ーラ51の表面を所定の温度に加熱するには数十秒から
数分の待ち時間(ウォームアップタイム)を必要として
いる。このようにウォームアップタイムが長いことから
操作性が悪くなる点および消費電力が多くなる問題点が
あった。また、転写材54を加熱ローラ51に密着させ
るために金属性の芯の周りにシリコンゴム等を被覆した
加圧ローラ52を必要としており、該加圧ローラ52自
体が高価になりコストアップを招いていた。
ば、非常に薄いフィルム形状のベルト61を加熱するた
めに消費電力を少なくできウォームアップタイムを短縮
できる利点を有する。しかし、転写材54をエンドレス
ベルト61に密着させるための加圧ローラ64を設ける
必要があるため、どうしてもコストアップを招くことに
なる。また、エンドレスベルト61を張架するための手
段、例えば駆動ローラ及び従動ローラ等を必要とするた
め、構造が複雑になるだけでなく、コストアップを招く
要因となる。
ウォームアップタイムを短縮できると同時に、コストを
低減できる定着装置を提供することにある。
ための本発明による構成は、記録紙上に形成された未定
着トナー画像を加熱定着してなる加熱定着装置におい
て、耐熱性でかつ熱伝導性部材にて形成されており、少
なくとも定着に必要なニップ幅が得られるように半径方
向に弾性変形可能な肉厚を有し、回転可能に設けられて
なる円筒体と、上記円筒体の内部に設けられた加熱源
と、上記円筒体内部に設けられ上記加熱源からの輻射熱
を反射してなる反射板と、上記円筒体の外周面と当接し
該円筒体を半径方向に弾性変形させて必要なニップ幅を
形成してなり、上記記録紙上に形成されたトナー画像と
反対面を保持してなる案内部材と、上記円筒体の外周面
側より圧接され上記加熱源からの輻射熱の反射面とは反
対側の反射板とで上記円筒体を挟持するようにし、該円
筒体を回転駆動してなる駆動ローラと、を備えたことを
特徴とする。
に形成されたことを特徴とするトナー画像の加熱定着装
置である。
いて、上記円筒体を金属製としたことを特徴とする。
の間の上記円筒体の外周面に対向するようにして、該円
筒体の回転方向を規制するようにガイド部材を配置す
る。そして、上記反射板は記録紙が円筒体と接触する近
傍を集中して熱照射する形状に形成する。
リーニングブレードを設けたことを特徴とする。
検出する温度検出センサを設け、該温度検出センサによ
る温度検出信号に基づいて、上記加熱源への供給電力を
制御することを特徴とする。
を保持した記録紙は、案内部材と円筒体との接触部(ニ
ップ部)へと案内される。この時、回転される円筒体は
弾性変形可能であり案内部材と接触する部分で弾性変形
される。そのため、円筒体は記録紙を案内部材面との間
で加圧した状態で搬送するとともに、加熱源にて加熱さ
れる。この場合、加熱源の輻射熱は反射板にてさらに反
射され、円筒体表面を所定温度に加熱するまでの時間を
短くできる。また円筒体を反射板とで挟持して回転駆動
させるための駆動ローラを設けるようにしており、これ
により加熱源の熱を効率よく利用できと同時に、円筒体
を反射板を利用して駆動できるため構成が簡単になる。
上記反射板として円筒体と案内部材との接触部近傍、つ
まり記録紙と円筒体とが接する近傍を集中して加熱する
ように加熱源からの輻射熱を反射する形状に形成するこ
とで、熱効率が高く消費電力の低減、ウォームアップ時
間の短縮、消費電力の低減を行うことができる。
ものを用いることで、安価にあり定着装置全体のコスト
ダウンを可能にできる。しかも案内部材としては、円筒
体が弾性変形するため高価な弾性変形可能な加圧ローラ
等を必要とせず、単なる回転可能なローラ形状のものを
用いることができるため、コストアップを招くこともな
くなる。
伝導性がよく、弾性変形できる程度に薄く形成でき、熱
伝導性を高めて加熱源の熱をより効率よく利用し、さら
なるウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減を可
能にできる。
ド部材を設けることで、駆動ローラにて円筒体を反射板
の裏面と挟持するようにして回転させても、円筒体の回
転を安定させることができる。
する汚物をクリーニングするブレードを設ければ、記録
紙と接触する前に事前に円筒体表面をクリーニングでき
る。またガイド部材に円筒体表面の温度を検出する温度
検出センサを設けることで、記録紙と接触する前に円筒
体表面の温度を所定の温度に制御できる。そのため、ト
ナー画像を確実に定着できる。また、温度検出センサを
設けるための特別の支持部材を別途設けることもない。
を詳細に説明する。図1は本発明による加熱定着装置を
示す断面図、図2は本発明の加熱定着装置を採用してな
る画像形成装置である光プリンタの概略構成を示す断面
図である。
れたなる記録媒体である感光体、2は感光体表面を特定
の極性に帯電する帯電器(接触帯電ローラ)、3は画像
形成情報に応じてレーザ又はLED等を駆動し光照射し
てなる光照射部、4は光照射に応じて感光体上に形成さ
れた静電潜像をトナーにて現像する現像器、5は感光体
上に形成されたトナー画像をシート状の記録紙である転
写材に転写する転写器(転写ローラ)、6は感光体表面
に残留するトナーを除去し次の画像形成に備えるクリー
ナである。
めに、例えば給紙トレイ7上に載置されたシート状の普
通紙である記録紙8を最上部のものから1枚給紙する給
紙手段9にて給紙する。給紙された記録紙8は、転写器
5の近傍で感光体1の表面に案内され感光体1と転写器
5との間に導かれて感光体1上に形成されたトナー画像
が転写器5の作用により転写される。転写を終了した記
録紙8は、感光体1面より剥離され、加熱定着装置10
へと導かれる。該加熱定着装置10は図1にその詳細の
構造を示すが、記録紙8上の未定着状態のトナー画像を
加熱し熔融することで定着する。この時、記録紙8は、
加熱定着装置10にて搬送されると同時に転写上のトナ
ー画像が順次定着され、定着後に配置された搬送ローラ
11及び排出ローラ12を介して排出トレイ13へと排
出される。
紙及び排出される記録紙8を検出する検出器(マイクロ
スイッチ等の作動片)である。特に検出器14は、給紙
される記録紙8を検出することで、給紙手段9の給紙動
作を一旦停止させ、記録紙8をその位置で停止させる。
そして、記録紙8の先端を感光体1上に形成された画像
形成先端と一致させるために、感光体1の回転に同期さ
せて再度給紙手段9の駆動を再開させる。また、検出器
15は排出される記録紙8を検出し、プリント枚数のカ
ウントや、給紙手段9による次の転写材の給紙の開始を
指示するための信号として利用される。
ための定着装置10は、図1に示す通りであり該図を参
照してその構造を説明する。定着装置10は、円筒形状
の耐熱性ベルト20、ベルト内部の空間(スペース)に
配置され耐熱性ベルトを加熱するヒータランプ21、ヒ
ータランプ21の輻射熱を反射する反射板22および転
写材8を案内すると共に耐熱性ベルト20との間で転写
材を搬送ローラ11方向へ案内する案内板23から構成
されている。
性を有するニッケル製のベルトであり、電気鋳造法によ
り弾性変形可能なように約300μm程度の厚さに形成
されており、その周長としては約80mmとして作成し
ている。耐熱性ベルトはニッケル製であるため熱伝導性
にも優れている。該ニッケル製の耐熱性ベルト20を加
熱するために、円筒形状の耐熱性ベルト20の内部に
は、加熱源であるヒータランプ21が配置されている。
該ヒータランプ21は、例えば200W程度のハロゲン
ランプ等が配置されている。該ハロゲンランプ21にて
耐熱性ベルト20を効果的に加熱するために、耐熱性ベ
ルト20とハロゲンランプ21との間に反射板22を介
在するように配置しており、該反射板22にて図中案内
板23に沿って案内される記録紙8との接触部分の近傍
を集中的に加熱するようにしている。反射板22は、例
えば反射率の高いアルミニュウム板等を湾曲形状に形成
され、上記記録紙8との接触部分近傍にハロゲンランプ
21からの輻射熱を集中して反射するように配置してい
る。
ラ24の回転により上記反射板22の反射面と反対側と
駆動ローラ24にて挟持されるようにして回転駆動され
る。この回転駆動による図中横方向への移動を押さえる
ために円筒形状の耐熱性ベルト20の円周形状に合うよ
うに曲率形状に形成されたベルト押さえガイド25が対
向して配置されており、耐熱性ベルト20の回転を安定
させている。また、このベルト押さえガイド25には、
耐熱性ベルト20の表面温度を検出する温度検出センサ
26が配置されている。この温度検出センサ26の検出
温度に応じて図示していないハロゲンランプ21に供給
する電力を制御することで、耐熱性ベルト20の表面温
度を所定の温度に保つ制御を行うことができる。
7の回転力を、例えばギヤ等の伝達手段を介してして伝
達しており、該モータ27の回転により上記耐熱性ベル
ト20を回転駆動する。該駆動ローラ24は、一例とし
て耐熱性を有するシリコンゴムローラであり、耐熱性ベ
ルト20を介して反射板22に圧接状態で配置され、回
転可能に支持されている。上記耐熱性ベルト20を駆動
ローラ24の回転により走行(回転)させるためには、
駆動ローラ24と耐熱性ベルト20の摩擦力に対し、耐
熱性ベルト20と反射板22裏面(反射面と反対面)と
の摩擦力が多きく設定することで、耐熱性ベルト20は
反射板22をスリップする状態で、駆動ローラ24の回
転に沿って回転されることになる。そのためにも、耐熱
性ベルト20と反射板22との接触による摩擦が小さい
ものを選択するとよい。例えば、反射板23側にフッ素
系樹脂等を被覆する等の処置がより有効になる。
下に説明する。まず、画像形成装置本体にてトナー画像
28が記録紙8に形成された後、該トナー画像28を定
着するために、記録紙8は感光体1より剥離され、感光
体1と転写器6との搬送力により案内板23上に沿って
案内されて、定着装置10の耐熱性ベルト20との接触
部へと送られる。該耐熱性ベルト20は、駆動用モータ
27の回転により駆動ローラ24が回転されることで、
図中矢印方向(b)に回転される。この時、耐熱性ベル
ト20は右方向に移動しようとするが、押さえガイド2
5にてその移動が規制され一定の位置を保って回転され
る。
8は、上記回転される耐熱性ベルト20と接触すること
で、耐熱性ベルト20の半径方向の弾性変形により加圧
されながら、案内板上を搬送される。この時、ヒータラ
ンプ21及び反射板22との作用により耐熱性ベルト2
0が温度検出センサ26の検出温度に基づく設定温度に
加熱されているため、該熱により転写材8上のトナーが
熔融され定着させることになる。該転写材8は、更に耐
熱性ベルト20の回転に従って案内板24に沿って搬送
され、耐熱性ベルト20より分離して搬送ローラ11を
介して搬送される。
導性部材にて形成されており、直接ヒータランプ21に
て加熱されるため、瞬時に加熱され所定温度に保たれ
る。つまり、耐熱性ベルト20は従来のように回転駆動
されるローラではなく、ベルト形状に形成されているた
め、従来のローラに比べ非常に薄く形成できる。そのた
め、ヒータランプ21の駆動とほぼ同時に所定の温度ま
で加熱できる。また、ヒータランプ21の熱容量を大き
くすることなく、耐熱性ベルト20を加熱できるため、
消費電力をも少なくできる。しかも耐熱性ベルト20内
部にヒータランプ21とともに、記録紙8と接触する近
傍を集中的に加熱する反射板22を設けることで、従来
のようにローラ全体を加熱することなく定着を行うため
に重要となる部分を集中加熱できるため、熱の有効利用
を図れるため、ウォームアップタイムを短縮でき、消費
電力の削減が可能になる。
ローラ24を耐熱性ベルト20に接触させて回転させる
ために、回転駆動させるためのギヤや、回転可能に支持
するための高価な軸受け等が不要になり、特に回転を安
定させるためのベルト押さえガイド25と加熱補助のた
めの反射板22を利用しているために、駆動系について
も簡略化できコスト低減を望める。
接させるために、加圧手段及び高価な弾性変形するシリ
コンゴムローラを設けることなく、案内板23を設ける
だけあるため、大幅なコスト低減を行える。
は、平面形状の案内板23を設けているが、該案内板2
3は記録紙8を耐熱性ベルト20の接触部へと案内する
だけでよいため、従来のように弾性変形するシリコンゴ
ムローラ等の高価な部材を設ける必要がない。つまり、
耐熱性ベルト20側が半径方向に弾性変形し、記録紙8
との間での相当の接触部(ニップ)を形成するようにし
ているため、回転可能な安価な回転ローラを配置すれば
よい。その例を図3に示している。該図において回転ロ
ーラ29は回転可能に設けるだけの簡単な構成でく、平
面形状の案内板23に比べて回転するため耐熱性ベルト
20の回転により記録紙8の搬送性を向上できる利点が
ある。なお、図1に示す符号30は、耐熱性ベルト20
に付着する記録紙8の先端を耐熱性ベルト20より分離
するために、先端が耐熱性ベルト表面に接触してなる分
離爪である。
内板23上に沿って、記録紙8を耐熱性ベルト20の回
転による搬送する必要があるため、記録紙8と案内板2
3との摩擦係数を小さくすることが重要となる。そのた
め、該記録紙8と接触する案内板23の表面をフッ素系
の樹脂(PTFE;ポリテトラフルオロエチレン)にて
コート(被覆)するとよい。該フッ素樹脂を被覆するこ
とで、トナー等に対して離型性が非常によく、トナー等
の汚れがなくなり、記録紙8裏面をトナーにて汚すとい
った不具合を防止できる。また、フッ素系樹脂を被覆す
ることで、記録紙8との密着性を緩和し、記録紙8と案
内板23との摩擦係数を、耐熱性ベルト20と記録紙8
との摩擦係数より小さくでき、耐熱性ベルト20の回転
により記録紙8を案内板24上をすべるように搬送で
き、耐熱性ベルト20と記録紙8とのスリップを防止で
きる。これにより耐熱性ベルト20による安定した記録
紙8の搬送を行え、記録紙8上のトナー画像を乱すこと
なく定着を行える。
のトナー画像と接触するため、接触表面が該トナーに対
する離型性に富むことが望まれる。つまり、耐熱性ベル
ト20にトナーが付着し、該付着トナーが再度記録紙8
上に再転写されるオフセットを防止することが重要とな
る。そのため、耐熱性ベルト20は、その表面がフッ素
系樹脂にてコーティングされる。この場合、案内板23
に表面にもフッ素系樹脂がコーティングされている場合
には、耐熱性ベルト20と記録紙8との摩擦係数が、記
録紙8と案内板23との摩擦係数が同等になり、記録紙
8上のトナー画像を耐熱性ベルト20にて擦り、画像が
乱れることが考えられる。そのため、耐熱性ベルト20
と記録紙8との摩擦係数の方が大きくなるように、耐熱
性ベルト20のフッ素系樹脂のコーティング面を粗面加
工する等の処理が有効になる。この場合、加熱定着され
るトナー表面を粗面にすることで反射防止を行うことが
よく行われている。つまり、案内板23側のコーティン
グ層の表面を平滑化処理することが良好である。また、
耐熱性ベルト20表面をトナーに対する離型性のよりシ
リコンゴム等を被覆することもできる。これであれば、
耐熱性ベルト20と記録紙8との摩擦係数が、記録紙8
と案内板23との摩擦係数より十分に大きくなり、スリ
ップ等により記録紙8のトナー画像を乱す危険性はなく
なり、搬送性も併せて向上できる。
り断熱性部材31を配置すると、耐熱性ベルト20の熱
が案内板23を介して放出されるのを低減できる。これ
により、熱の利用効率をより高める結果となり、ウォー
ムアップタイムを短縮する手段として役立つ。この断熱
部材31としては、熱伝導率が10(W/mK)以下の
ものが好ましく、例えば発泡性シリコンゴム、発泡性フ
ッ素ゴム、発泡性ウレタンや発泡性クロロプレン等を用
いることができる。特に、断熱部材31としては、案内
板23を全域に対応して配置させてもよいが、図1に示
す通り少なくとも耐熱性ベルト20が案内板24に接触
する領域と等しくあるいはそれより多少大きめに配置す
れば効果がある。この場合、案内板23は、上記断熱部
材を介して定着装置本体のフレームに固定されることに
なる。
ングしてもトナーを付着し、再度転写材8に接触する時
に転写されるオフセットが発生する心配がある場合に
は、定着後に再度転写材8と接触する前に耐熱性ベルト
20表面をクリーニングすることが最適である。そのた
めの一例としては、ベルト押さえガイド25に一端を固
定したブレード32の自由端側を耐熱性ベルト20表面
に押圧するように設け、該ブレード32にて付着したト
ナーを掻き落とし除去する。クリーニングブレード32
としては、例えばステンレス鋼板SUS304の厚さ
2.0mmものを用いる。
その位置にクリーニングローラを設けてもよい。該クリ
ーニングローラとしては、図4に示す通り、シリコンゴ
ムローラ33にて形成されたものである。該シリコンゴ
ムローラ33は図示していない駆動モータからの駆動力
(回転力)が伝達され、回転される構成でもよく、耐熱
性ベルト20の回転に従って回転する構成であってもよ
い。
シリコンオイルを含浸させた発泡性シリコンゴムとする
ことで、耐熱性ベルト20からの熱や圧力等にてクリー
ニングローラ33の外表面にシリコンオイルがしみだ
し、耐熱性ベルト20の外周に少量づつ塗布されること
になる。そのため、耐熱性ベルト20の表面がトナーに
対する離型性が向上され、耐熱性ベルト20のトナー等
による付着および汚れを防止できる。
的とする上記シリコンゴムローラ33は、駆動ローラ2
4を兼用させることもできる。つまり、図4のクリーニ
ングのためのシリコンゴムローラを図1の駆動ローラ2
4にそのまま置き換えることで実施できる。
画像の加熱定着装置によれば、図1において少なくと
も、回転される耐熱性ベルト20の円筒体と、該円筒体
を加熱するヒータランプ21および円筒体との間で記録
紙8を挟持するために記録紙8を案内する案内板23と
を備えることで構成できる。つまり、円筒体である耐熱
性ベルト20が案内板8にて弾性変形されることで、元
の形状に復帰しようとする弾性変形により復帰力により
記録紙8上のトナー画像を押圧し、ヒータランプ21に
より加熱されて加熱定着されることになる。
20の表面温度が周囲の雰囲気温度25℃中で、25℃
から所定の温度、つまり加熱定着可能な温度180℃に
まで上昇するのに要する時間は約5秒程度であった。こ
の場合、耐熱性ベルト21の材質及び厚さ、さらにヒー
タランプ21の熱容量としては実施例に明記した例に基
づいて実施した。この本発明の例と、図5に示す従来の
加熱定着装置と対比すれば、所定温度に達するウォーム
アップタイムが大幅に短縮でき、それに伴う消費電力も
大幅に、約40%程度低減できた。
装置によれば、トナー画像と接触し加熱定着する部分が
ローラ形状でなく、弾性変形可能な円筒体であるため、
そのための肉厚を非常に薄くし、加熱源にて所定温度に
加熱するための時間を短縮できる。特に円筒体としては
金属製とすれば、熱伝導性にも優れることでウォームア
ップタイムをより短縮できる。
ラを設ければ、しかも円筒体と圧接する部材としては円
筒体が弾性変形することで記録紙を加圧するための部材
が安価になり、大幅なコスト低減を望める。
要部分を集中して加熱できるため、熱効率が高まり消費
電力を削減できる。
プリンタに適用してなるプリンタの全体構成を示す断面
概略図。
ニングローラを示す斜視図。
Claims (7)
- 【請求項1】記録紙上に形成された未定着トナー画像を
加熱定着してなる加熱定着装置において、 耐熱性でかつ熱伝導性部材にて形成されており、少なく
とも定着に必要なニップ幅が得られるように半径方向に
弾性変形可能な肉厚を有し、回転可能に設けられてなる
円筒体と、 上記円筒体の内部に設けられた加熱源と、上記円筒体内部に設けられ上記加熱源からの輻射熱を反
射してなる反射板と、 上記円筒体の外周面と当接し該円筒体を半径方向に弾性
変形させて必要なニップ幅を形成してなり、上記記録紙
上に形成されたトナー画像と反対面を保持してなる案内
部材と、 上記円筒体の外周面側より圧接され上記加熱源からの輻
射熱の反射面とは反対側の反射板とで上記円筒体を挟持
するようにし、該円筒体を回転駆動してなる駆動ローラ
と、を備えたことを特徴とするトナー画像の加熱定着装
置。 - 【請求項2】上記案内部材は、平板状もしくはローラ状
に形成されたことを特徴とする請求項1記載のトナー画
像の加熱定着装置。 - 【請求項3】上記円筒体を金属製であることを特徴とす
る請求項1記載のトナー画像の加熱定着装置。 - 【請求項4】上記駆動ローラと上記案内部材との間の上
記円筒体の外周面に対向し、該円筒体の回転方向を規制
するようにガイド部材を配置したことを特徴とする請求
項1記載のトナー画像の加熱定着装置。 - 【請求項5】上記反射板は記録紙が円筒体と接触する近
傍を集中して熱照射する形状に形成されたことを特徴と
する請求項1記載のトナー画像の加熱定着装置。 - 【請求項6】上記ガイド部材に円筒体表面と接触するク
リーニングブレードを設けたことを特徴とする請求項4
記載のトナー画像の加熱定着装置。 - 【請求項7】上記ガイド部材に円筒体表面の温度を検出
する温度検出センサを設け、該温度検出センサによる温
度検出信号に基づいて、上記加熱源への供給電力を制御
することを特徴とする請求項4記載のトナー画像の加熱
定着装置。
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