JP3555823B2

JP3555823B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP3555823B2
Application number: JP19929297A
Authority: JP
Inventors: 敏明桧ケ谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2017-07-09
Also published as: JPH1130924A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に用いる定着装置の改良に関し、特に電磁誘導を利用した誘導型発熱ローラを用いた定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の画像形成装置においては、感光体上に形成されたトナー像を転写紙上に転写してから、この転写紙を定着装置内に導いてトナー像の定着を行った後で、機外へ排出する工程が実施される。
定着装置としては、ヒータを備えた加熱ローラと、加熱ローラの周面にニップする加圧ローラからなるものが一般であり、両ローラ間に転写紙を通紙する際に、加熱しながら加圧することによりトナーを定着させる。
加熱ローラを発熱させる手段として、芯金内部に配置された誘導コイルにより誘導磁束を発生させ、この誘導磁束により誘導電流をローラ外周部の芯金（導電層）に発生させて、誘導電流に伴うジュール熱によりローラ表面に所望の温度を発生させるように構成した誘導型加熱ローラが知られている。
上記のごとき従来の誘導型加熱ローラの構成として特開昭６０−３８４９４号公報には、芯金の内側層として鉄を、外側層としてアルミニウムを夫々用いたものが開示されているが、この構成に於いてはまず内側の鉄層が加熱されてから外側のアルミ層を伝って加熱ローラの表面に熱が供給される。そのため立ち上がり時間が遅くなるという欠点があった。又、２層構造の芯金を有する加熱ローラは、各層を構成する材料の熱膨張率が異なっているため、加熱されることにより伸長する長さが異なり、その結果として加熱、冷却の繰り返し等による２層間の軸方向位置ずれ等が発生し、加熱部分がずれることによって定着性能が低下するという欠点があった。つまり、内側の鉄層の外周面に、外側のアルミ層を圧着方式により固定していたので、加熱、冷却の繰り返しによって境界での圧着が弛み軸方向等への相対的なずれが発生し易かった。
又、従来の誘導型加熱ローラの芯金はアルミで構成されていたが、アルミの外周面を軸受部によって支持すると、アルミ部分が摩耗するため、芯金を定期的に交換して再生しようとしてもアルミ部分が摩耗により磨り減って芯金自体が使用できなくなるという欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、誘導型加熱ローラの芯金の構成として、外側層に発熱部となる鉄もしくはステンレス合金を用いることにより転写紙に接触する部分を直接加熱して立ち上がり時間を早くして省エネルギー化を図るとともに、内側層として熱伝導を考慮してアルミを用いることにより鉄ローラの欠点である軸方向の温度ムラ防止を図るようにすることにある。また、このような積層構造を採用したとしても、鉄層とアルミ層との間の境界部分での加熱／冷却の繰り返しによる線膨張率の差から生ずる鉄層の位置ずれの防止や加熱ローラとして定着ユニットに取り付ける際の不具合防止を図ることを他の課題とする。さらに軸受け部に鉄又はステンレスを設けることにより経時の摩耗をなくし、加熱ローラの再生における支障をなくすることを他の課題とする。
【０００４】
【課題を解決する為の手段】
以上の様に請求項１の発明によれば、定着されるべきトナー画像を有する転写紙を誘導型加熱ローラと加圧ローラとで挟持搬送しつつ上記トナー画像を転写紙上に定着する定着装置であって、上記誘導型加熱ローラは回転自在に配置された芯金を有し、該芯金は線膨張率の大きい材料から成る第１の層と、該第１の層の外側面に固定された線膨張率が小さく且つ電磁誘導により直接加熱される材料から成る第２の層と、から成るものにおいて、上記第１の層の軸方向長を第２の層の軸方向長よりも長く設定すると共に、該第２の層が第１の層に対して軸方向へ移動するのを阻止する移動防止部材を第１の層側に固定したことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記第１の層の材料をアルミ系材料とし、第２の層の材料を鉄系又はステンレス系材料としたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した形態例により詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明の定着装置の要部概略構成図、（ｂ）はその要部拡大断面図であり、この定着装置は加熱ローラ１と、加熱ローラ１の外周面に接して連れ回りする加圧ローラ２とから成り、両ローラ１、２のニップ部に、トナーＴを保持した転写紙Ｐを通紙させる過程で、加熱ローラ１からの熱と加圧ローラ２からの圧力によってトナーＴを転写紙Ｐ上に定着させる。この加熱ローラ１は、固定されたボビン部３の外径方向に所定のギャップを隔てて同軸状に円筒状のローラ本体（芯金）４を回転自在に支持した構成を有する。
図２は本発明の誘導型加熱ローラの一例の側部縦断面図であり、このボビン部３は、例えば、耐熱樹脂で一体に形成され、且つ軸方向中央部が大径部１１となった中空円筒体であり、大径部１１の外周面に誘導コイル１２を巻き回すと共に、小径の両端部１３ａ，１３ｂの内部に配置したリード線１４ａ，１４ｂを誘導コイル１２に接続して図示しない電源から高周波電流を給電するように構成する。ボビン部３の両端部１３ａ，１３ｂの外周は画像形成装置本体のブラケット１５ａ，１５ｂによって固定的に支持されている。
ローラ本体（芯金）４は、定着装置の側板２０ａ，２０ｂに嵌合された玉軸受２１ａ，２１ｂにより回転自在に軸支されている。ローラ本体４は、比較的厚肉で誘導コイル１２と直接対面する第１の層（内側層）３０と、第１の層３０の外周面全周に所定の軸方向長に亙って積層された第２の層（外側層）３１と、第２の層３１の外周面全周に亙って所定の軸方向長に亙って積層された離型層３２とを有する。第１の層３０は、例えばアルミニウム、或はアルミニウム合金（アルミニウム系）等の熱伝導率が良く且つ線膨張率の大きい材料から成る層であり、第２の層３１は鉄、ステンレス合金等、誘導コイル１２への通電によって電磁誘導により直接加熱される材料（線膨張率がアルミ系材料よりも小さい）から構成される。
【０００６】
この形態例では、外側層としての第２の層３１として、鉄もしくはステンレス合金を用いることにより、転写紙に接触する部分を直接誘導加熱して立ち上がり時間を早くして省エネルギー化を図るとともに、内側層としての第１の層３０の材料として熱伝導性を考慮してアルミニウム合金を用いることにより、鉄等からなる第２の層３１の軸方向の温度ムラ防止を図るようにしている。
また、第２の層３１は、その軸方向両端部外周面が玉軸受２１ａ，２１ｂによって支持されると共に、その軸方向両端部の外側位置には第１の層３０の外周面に固定された止め輪（移動防止部材）２２ａ，２２ｂが位置していて、第２の層３１の軸方向外側への移動を阻止している。
また、離型層３２は、第２の層３１よりも更に軸方向長が短くなる様に寸法設定されている。
第１の層３０の軸方向一端部外周面には駆動力の伝達を受ける為のギヤ３５が、止め輪３６によって固定され、図示しない駆動ギヤと噛合して回転駆動力を受ける。
なお、例えば、第１の層３０としては、肉厚が１〜５ｍｍ程度の熱伝導率の良いアルミニウム又はアルミ合金（アルミ系材料）を用い、第２の層３１としては、肉厚が０．１〜２ｍｍ程度の鉄（鉄系材料）、ステンレス又はステンレス合金（ステンレス系材料）を用い、更に離型層３２としては、膜厚が１０〜４０μｍ程度の磁性体入りのフッ素樹脂等を用いる。なお、離型層３２としてフッ素樹脂の代わりにシリコーンゴム、又はフッ素ゴムを用いても良い。この場合のゴム層の膜厚としては、０．３ｍｍ〜３ｍｍ程度が適当である。
【０００７】
以上の構成を備えた誘導型加熱ローラは、第２の層（外側層）３１に誘導加熱される発熱部となる鉄系材料もしくはステンレス合金等のステンレス系材料を用いることにより、転写紙に接触する部分を直接加熱して立ち上がり時間を早くして省エネルギー化を図ることができる。また、第１の層（内側層）３０として熱伝導を考慮してアルミニウム合金等の熱伝導性の良好な材料を用いることにより鉄層の欠点である軸方向への温度ムラ防止を図ることができる。また、このような積層構造を採用した場合には、鉄層とアルミ層との間の境界部分での加熱／冷却の繰り返しによる線膨張率の差から両層間に軸方向への位置ずれが発生することがあるが、本形態例では、内側の第１の層に固定した止め輪により第２の層の軸方向移動を規制しているので、このような位置ずれをなくして、加熱部分がずれることによって発生する定着性能の低下をなくすることができる。さらに加熱ローラ本体を回転自在に支持する軸受を鉄又はステンレス合金等から成る第２の層によって支持する様にしたので、経時の摩耗をなくし、加熱ローラを再生使用する際に従来発生していた不具合である芯金の耐久性の低下を解消することができる。
【０００８】
また、線膨張率が大きい材料から成る第１の層の軸方向長を長くしているため、加熱時の材料の伸びを容易に吸収し、しかも安価な定着ユニットを提供できる。即ち、加熱ローラの製造に於ては、冷間時に組み付けられるが、実際の定着時には加熱ローラ表面は１８０〜２００℃程度に昇温する。この際に、本発明では軸方向への線膨張率の大きいアルミ等から成る第１の層を用いているので、この第１の層に固定した止め輪２２ａ，２２ｂが熱膨張によって軸方向外側に変位したときに、第２の層を構成する鉄等（線膨張率はアルミよりも小さい）が同方向に変位したとしもてこの止め輪に干渉することはできない。その結果、ローラが撓む等の不具合をなくすることができる。これに対して、仮に第１の層を鉄等により構成するとともに、第２の層をアルミニウムにより構成し、第１の層に止め輪を設けた時に、アルミニウムから成る第２の層の線膨張率の方が大きいので、第２層が止め輪に干渉してローラの撓み、変形をもたらす。
【０００９】
【発明の効果】
以上の様に請求項１の発明では、誘導型加熱ローラの外側層のスラスト方向への移動防止を図っている為、離型層を有した外側層が経時で軸方向に移動せず安定した定着品質が得られる。更に、線膨張率が大きい材料から成る第１の層（内側層）の軸方向長が長いため、加熱時の材料の伸びを容易に吸収でき安価な定着ユニットが提供できる。
また、請求項２の発明では、加熱ローラの内側層がアルミニウム又はその合金から成り、転写紙と接する外側層が鉄又はステンレス鋼等からなっているため立ち上がり時間が早くなり、且つ内側層の作用により外側層の温度分布ムラ低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の定着装置の要部の正面図、及び加熱ローラの要部拡大図。
【図２】図１の定着装置の側部縦断面図。
【符号の説明】
１加熱ローラ、２加圧ローラ、３ボビン部、４ローラ本体（芯金）、１１大径部、１２誘導コイル、１３ａ，１３ｂ両端部，１４ａ，１４ｂリード線，１５ａ，１５ｂブラケット，２０ａ，２０ｂ側板，２１ａ，２１ｂ玉軸受、２２ａ，２２ｂ止め輪、３０第１の層（内側層）、３１第２の層（外側層）、３２離型層、３５ギヤ、３６止め輪、

Claims

定着されるべきトナー画像を有する転写紙を誘導型加熱ローラと加圧ローラとで挟持搬送しつつ上記トナー画像を転写紙上に定着する定着装置であって、上記誘導型加熱ローラは回転自在に配置された芯金を有し、該芯金は線膨張率の大きい材料から成る第１の層と、該第１の層の外側面に固定された線膨張率が小さく且つ電磁誘導により直接加熱される材料から成る第２の層と、から成るものにおいて、
上記第１の層の軸方向長を第２の層の軸方向長よりも長く設定すると共に、該第２の層が第１の層に対して軸方向へ移動するのを阻止する移動防止部材を第１の層側に固定したことを特徴とする定着装置。
上記第１の層の材料をアルミ系材料とし、第２の層の材料を鉄系又はステンレス系材料としたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。