JP3674517B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真技術を用いて用紙等の記録材にトナー画像を形成することのできるプリンター、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置に用いられる定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真技術を用いて用紙等の記録材（以下単に用紙という）上にトナー画像を形成する画像形成装置は、回転駆動される感光体と、この感光体に露光して表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像してトナー画像となす現像手段と、そのトナー画像を用紙に転写させる転写手段と、この転写手段によりトナー画像が転写された用紙を通過させつつ加熱して用紙上にトナー画像を定着させる定着装置とを有している。
【０００３】
従来の一般的な定着装置は、加熱される加熱回転体（例えば、加熱ローラや加熱ベルト）とこの加熱回転体に圧接されている加圧回転体（例えば加圧ローラ）とを備えており、これら両回転体によって、通過する用紙を挟圧しつつ加熱し、用紙上のトナー画像を用紙上に溶融定着させるようになっている。
【０００４】
このような定着装置においては、両回転体、特に加熱回転体の軸線方向における温度分布が均一であることが望まれるが、両回転体の圧接部を用紙が通過することで、両回転体における用紙との接触部（中央部）においては用紙（およびトナー）に熱が奪われ、非接触部（端部）においては用紙に熱が奪われないため、特に、連続して定着動作が行われると、中央部に比べて端部の温度が著しく上昇し、結果として、両回転体の軸線方向における温度分布を均一に維持することが困難になるという問題がある。
【０００５】
そこで、このような問題を解決するために、従来、次のような技術がすでに提案されている。
（１）加熱回転体の軸線方向に関して異なる発熱分布をもつ発熱体を複数用意し、定着時の加熱回転体の温度分布に応じて、作動させる発熱体を変更する。
（２）加熱回転体（例えば加熱ローラ）の断面積を大きくすることで軸線方向における熱伝導性および熱容量を高め、温度分布の均一化を図る。
（３）図６に示すように、加圧ローラ２に対し、小サイズの用紙幅ｌの両外側にのみ当接する放熱ロール３を設け、加圧ローラ２における小サイズの用紙幅ｌの両外側の部位を放熱させる（特公平３−６５０６号）。なお、図６において、１は加熱ロールである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術には、それぞれ次のような問題がある。
（１）加熱回転体の軸線方向に関して異なる発熱分布をもつ発熱体を複数用意し、定着時の加熱回転体の温度分布に応じて作動させる発熱体を変更する技術では、構造や制御が複雑化し、機器の故障を招きやすい。
（２）加熱回転体（例えば加熱ローラ）の断面積を大きくすることで軸線方向における熱伝導性および熱容量を高め、温度分布の均一化を図る技術では、加熱回転体の熱容量が大きくなるため、ウォームアップ時間（加熱回転体が所定温度に達するまでの立ち上がり時間）が長くなり、結果としてエネルギーの無駄が多くなる。
（３）図６に示した、加圧ローラ２に対し、小サイズの用紙幅ｌの両外側にのみ当接する放熱ロール３を設け、加圧ローラ２における小サイズの用紙幅ｌの両外側の部位を放熱させる技術では、放熱量が多くなるため、熱効率が悪くなる。
【０００７】
この発明の目的は、以上のような問題を解決し、構造が（したがって制御も）簡単でウォームアップ時間も短くて済み、熱効率も悪くはならない定着装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の定着装置は、加熱回転体とこの加熱回転体に圧接されている加圧回転体とを備えた定着装置において、
前記加圧回転体は、高熱伝導性の軸と、この高熱伝導性の軸の回りに装着された弾性体とで構成され、その弾性体の軸線方向における両端部表面のみが高熱伝導性樹脂で被覆されていることにより，当該加圧回転体の軸線方向における両端部の熱伝導率が中央部の熱伝導率に比べて大きいことを特徴とする。
請求項２記載の定着装置は、加熱回転体とこの加熱回転体に圧接されている加圧回転体とを備えた定着装置において、
前記加圧回転体は、高熱伝導性の軸と、この高熱伝導性の軸の回りに装着された弾性体とで構成され、その弾性体の軸線方向における中央部表面のみが低熱伝導樹脂で被覆されていることにより，当該加圧回転体の軸線方向における両端部の熱伝導率が中央部の熱伝導率に比べて大きいことを特徴とする。
請求項３載の定着装置は、請求項１または２記載の定着装置において、前記加圧回転体には、その軸線方向における両端部と中央部とに接触する伝熱ローラが圧接されていることを特徴とする。
【０００９】
【作用効果】
請求項１記載の定着装置によれば、加熱回転体とこの加熱回転体に圧接されている加圧回転体とを備えた定着装置において、前記加圧回転体の軸線方向における両端部の熱伝導率が中央部の熱伝導率に比べて大きくなっているので、両端部においては用紙と接触しなくても熱が逃げやすくなる。
したがって、連続して定着動作が行われた場合でも、中央部に比べて端部の温度が著しく上昇するということがなくなり、結果として、両回転体の軸線方向における温度分布を均一に維持することが容易になる。
そして、加圧回転体の軸線方向における両端部の熱伝導率を中央部の熱伝導率に比べて大きくするだけでよいので、複数の発熱体を用意する必要がなくなり、構造および制御が簡単で、機器の故障も生じ難くなる。
また、加熱回転体の断面積を大きくする必要もなくなるので、ウォームアップ時間が短くて済む。
さらに、図６に示したような放熱ロール３を設ける必要もないので、熱効率もそれほど悪くはならない。
すなわち、この請求項１記載の定着装置によれば、構造が（したがって制御も）簡単でウォームアップ時間も短くて済み、熱効率も悪くはならないという効果が得られる。
請求項２記載の定着装置によれば、加圧回転体は、その軸線方向における中央部表面のみが低熱伝導樹脂で被覆されている構成となっているので、軸線方向における両端部の熱伝導率が中央部の熱伝導率に比べて大きくなっている加圧回転体を簡単な構成で得ることができる。
請求項１記載の定着装置によれば、加圧回転体は、その軸線方向における両端部表面が高熱伝導性樹脂で被覆されている構成となっているので、軸線方向における両端部の熱伝導率が中央部の熱伝導率に比べて大きくなっている加圧回転体を簡単な構成で得ることができる。
請求項３記載の定着装置によれば、請求項１または２記載の定着装置において、前記加圧回転体には、その軸線方向における両端部と中央部とに接触する伝熱ローラが圧接されているので、加熱回転体の両端部から加圧回転体の両端部における高熱伝導部に伝達された熱は、伝熱ローラを介して加圧回転体の中央部へ環流されることとなる。
したがって、両回転体の軸線方向における温度分布を均一に維持することが一層容易になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明に係る定着装置の第１の実施の形態の要部を示す概略正断面図である。
同図に示すように、この定着装置は、加熱回転体１０とこの加熱回転体１０に圧接されている加圧回転体２０とを備えており、加圧回転体２０の軸線方向（図１において左右方向）における両端部２２，２２の熱伝導率が中央部２１の熱伝導率に比べて大きいことを特徴としている。
【００１１】
加熱回転体１０は、金属製のパイプ１１と、その表面に被覆された弾性層１２とを備えた加熱ローラで構成されており、パイプ１１の両端部が軸受け１３によって、定着装置のフレーム（図示せず）に回転可能に支持されている。パイプ１１の内部には、発熱手段であるヒータ１４が挿通されており、このヒータ１４によって加熱回転体１０が加熱される。加熱回転体１０は、その一端にギア１５が固定されており、このギア１５が図示しないモータを有する駆動機構のギアに噛み合っていることによって回転駆動される。
【００１２】
加圧回転体２０は、高熱伝導性（例えば金属製）の軸２３と、この高熱伝導性の軸２３の回りに装着された弾性体（２１，２２）とを有する加圧ローラで構成され、その軸線方向における両端部２２，２２が高熱伝導ゴムで構成され、中央部２１が低熱伝導ゴムで構成されている。両ゴム２１，２２の硬度は略同一に構成されている。
例えば、両端部２２，２２は、ソリッドゴムで構成し、中央部２１はスポンジゴムで構成する。
加圧回転体２０は、軸２３の両端部が軸受け２４によって回転可能に支持されており、この軸受け２４が、図示しない付勢機構により加熱回転体１０へ向けて付勢されていることで加熱回転体１０に圧接され、加熱回転体１０に従動して回転する。
【００１３】
以上のような定着装置は、加熱回転体１０と加圧回転体２０との圧接部Ｎに、図示しない転写手段でトナー画像が転写された用紙を図１の紙面と直交する方向に通過させつつ加熱することで用紙上にトナー画像を定着させる。
図１において、用紙の通過範囲（通紙領域）をＰで示してある。
この通紙領域の幅Ｐは、上記中央部２１の幅と略一致させてある。
【００１４】
以上のような定着装置によれば、次のような作用効果が得られる。
（ａ）加熱回転体１０とこの加熱回転体１０に圧接されている加圧回転体２０とを備え、加圧回転体２０の軸線方向における両端部２２の熱伝導率が中央部２１の熱伝導率に比べて大きくなっているので、両端部２２においては用紙と接触しなくても熱が逃げやすくなる。
したがって、連続して定着動作が行われた場合でも、中央部２１に比べて端部２２の温度が著しく上昇するということがなくなり、結果として、両回転体１０，２０の軸線方向における温度分布を均一に維持することが容易になる。
そして、加圧回転体２０の軸線方向における両端部２２の熱伝導率を中央部２１の熱伝導率に比べて大きくするだけでよいので、発熱体１４を複数用意する必要がなくなり、構造および制御が簡単で、機器の故障も生じ難くなる。
また、加熱回転体１０の断面積を大きくする（例えばパイプ１１を肉厚にする）必要もなくなるので、ウォームアップ時間が短くて済む。
さらに、図６に示したような放熱ロール３を設ける必要もないので、熱効率もそれほど悪くはならない。
すなわち、この実施の形態の定着装置によれば、構造が（したがって制御も）簡単でウォームアップ時間も短くて済み、熱効率も悪くはならないという効果が得られる。
（ｂ）加圧回転体２０は、高熱伝導性の軸２３と、この高熱伝導性の軸２３の回りに装着された弾性体２１，２２とで構成され、その軸線方向における両端部２２が高熱伝導ゴムで構成され、中央部２１が低熱伝導ゴムで構成され、かつ両ゴム２１，２２の硬度が略同一に構成されているので、さらに次のような作用効果が得られる。
すなわち、加熱回転体１０の両端部１０ａ（図１参照）から加圧回転体２０の両端部２２における高熱伝導ゴム部に伝達された熱は、高熱伝導性の軸２３を介して矢印ａで示すように加圧回転体２０の中央部２１へ環流されることとなる。したがって、両回転体１０，２０の軸線方向における温度分布を均一に維持することが一層容易になる。
また、弾性体の軸線方向における両端部２２が高熱伝導ゴムで構成され、中央部２１が低熱伝導ゴムで構成されているにもかかわらず、両ゴム２１，２２の硬度が略同一に構成されているので、加熱回転体１０と加圧回転体２０との圧接部Ｎにおけるその圧接力が軸線方向において略均一となり、定着ムラのない良好な定着状態が得られることとなる。
（ｃ）両端部２２をソリッドゴムで構成し、中央部２１をスポンジゴムで構成すると、加圧回転体２０における両端部２２と中央部２１との熱伝導率の差を好適につけることができる。
【００１５】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明に係る定着装置の第２の実施の形態の要部を示す概略正断面図である。図２において、上記第１の実施の形態と同一部分ないし相当する部分には同一の符号を付してある。
この実施の形態の特徴は、加圧回転体２０の軸線方向における中央部２５ｂの表面が低熱伝導樹脂２６で被覆されている点にある。
高熱伝導性（例えば金属製）の軸２３の回りに装着する弾性体２５は、高熱伝導ゴム（例えばソリッドゴム）で構成し、その中央部２５ｂのみを低熱伝導樹脂２６で被覆することによって、両端部２５ａの熱伝導率を中央部２５ｂの熱伝導率に比べて大きくする。
この実施の形態によっても、上記第１の実施の形態による（ａ）と同様な作用効果が得られる。
また、加圧回転体２０は、高熱伝導性の軸２３と、この高熱伝導性の軸２３の回りに装着された弾性体２５とで構成され、その軸線方向における中央部２５ｂの表面が低熱伝導樹脂２６で被覆されているので、加熱回転体１０の両端部１０ａ（図２参照）から加圧回転体２０の両端部２５ａにおける高熱伝導ゴム部に伝達された熱が、高熱伝導性の軸２３を介して矢印ａで示すように加圧回転体２０の中央部２５ｂへ環流されることとなる。
したがって、両回転体１０，２０の軸線方向における温度分布を均一に維持することが一層容易になる。
また、弾性体２５全体が同一材料（高熱伝導ゴム）で構成されているので、加熱回転体１０と加圧回転体２０との圧接部Ｎにおけるその圧接力が軸線方向において略均一となり、定着ムラのない良好な定着状態が得られることとなる。
さらに、中央部２５ｂの表面を低熱伝導樹脂２６で被覆する構成であるので、軸線方向における両端部２５ａの熱伝導率が中央部２５ｂの熱伝導率に比べて大きな加圧回転体を簡単な構成で得ることができる。
【００１６】
＜第３の実施の形態＞
図３は本発明に係る定着装置の第３の実施の形態の要部を示す概略正断面図である。図３において、上記第１の実施の形態と同一部分ないし相当する部分には同一の符号を付してある。
この実施の形態の特徴は、加圧回転体２０の軸線方向における両端部表面が高熱伝導性樹脂２８で被覆されている点にある。
高熱伝導性（例えば金属製）の軸２３の回りに装着する弾性体２７は、低熱伝導ゴム（例えばシリコンゴム）で構成し、その両端部のみを高熱伝導性樹脂２８で被覆することによって、両端部の熱伝導率を中央部２７ｂの熱伝導率に比べて大きくする。
この実施の形態によっても、上記第１の実施の形態による（ａ）と同様な作用効果が得られる。
また、加圧回転体２０は、高熱伝導性の軸２３と、この高熱伝導性の軸２３の回りに装着された弾性体２７とで構成され、その軸線方向における両端部のみが高熱伝導性樹脂２８で被覆されているので、加熱回転体１０の両端部１０ａ（図３参照）から加圧回転体２０の両端部における高熱伝導性樹脂２８に伝達された熱が、高熱伝導性の軸２３を介して矢印ａで示すように加圧回転体２０の中央部２７ｂへ環流されることとなる。
したがって、両回転体１０，２０の軸線方向における温度分布を均一に維持することが一層容易になる。
また、弾性体２７全体が同一材料（低熱伝導ゴム）で構成されているので、加熱回転体１０と加圧回転体２０との圧接部Ｎにおけるその圧接力が軸線方向において略均一となり、定着ムラのない良好な定着状態が得られることとなる。
さらに、両端部のみを高熱伝導性樹脂２８で被覆する構成であるので、軸線方向における両端部の熱伝導率が中央部２７ｂの熱伝導率に比べて大きな加圧回転体を簡単な構成で得ることができる。
【００１７】
＜第４の実施の形態＞
図４は本発明に係る定着装置の第４の実施の形態の要部を示す概略正断面図である。図４において、上記第１の実施の形態と同一部分ないし相当する部分には同一の符号を付してある。
この実施の形態の特徴は、加圧回転体２０に対して、その軸線方向における両端部２２と中央部２１とに接触する伝熱ローラ３０が圧接されている点にある。伝熱ローラ３０は、高熱伝導性（例えば金属製）の材料で構成されている。伝熱ローラ３０は、その両端部が軸受け３１によって回転可能に支持されていて、この軸受け３１が、図示しない付勢機構により加圧回転体２０へ向けて付勢されていることで加圧回転体２０に圧接されているとともに加圧回転体２０を加熱回転体１０に圧接させており、加圧回転体２０に従動して回転する。なお、加圧回転体２０はその両端を図示しない軸受け部材で支持してもよいし、あるいはその両側面２０ａに接触するガイド体を設けて、軸線方向への移動を規制する構成としてもよい。
この実施の形態によっても、上記第１の実施の形態による（ａ）と同様な作用効果が得られる。
また、加圧回転体２０には、その軸線方向における両端部２２と中央部２１とに接触する伝熱ローラ３０が圧接されているので、加熱回転体１０の両端部１０ａから加圧回転体２０の両端部２２における高熱伝導部に伝達された熱は、伝熱ローラ３０を介して矢印ａで示すように加圧回転体２０の中央部２１へ環流されることとなる。
したがって、両回転体１０，２０の軸線方向における温度分布を均一に維持することが一層容易になる。
なお、上記各実施の形態と同様、軸２３を設けてもよい。
【００１８】
＜第５の実施の形態＞
図５は本発明に係る定着装置の第５の実施の形態の要部を示す概略正断面図である。図５において、上記第３の実施の形態（図３）と同一部分ないし相当する部分には同一の符号を付してある。
この実施の形態が上記第３の実施の形態と異なる点は、軸２３’を両端部にのみ設けた点にあり、その他の点に変わりはない。
したがって、この実施の形態における加圧回転体２０は、基本的には低熱伝導ゴム２７による中実のローラで構成されており、その両端部のみが高熱伝導性樹脂２８で被覆されている
この実施の形態によっても、上記第１の実施の形態による（ａ）と同様な作用効果が得られる。
また、弾性体２７全体が同一材料（低熱伝導ゴム）で構成されているので、加熱回転体１０と加圧回転体２０との圧接部Ｎにおけるその圧接力が軸線方向において略均一となり、定着ムラのない良好な定着状態が得られることとなる。
さらに、両端部のみを高熱伝導性樹脂２８で被覆する構成であるので、軸線方向における両端部の熱伝導率が中央部２７ｂの熱伝導率に比べて大きな加圧回転体を簡単な構成で得ることができる。
【００１９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において適宜変形実施可能である。
例えば、上記実施の形態では、加熱回転体として加熱ローラを採用してあるが、加熱ベルトを採用した場合にもこの発明は適用することができる。
また、上記各実施の形態は、適宜その構成を組み合わせることも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１〜３記載のいずれの定着装置によっても、構造が（したがって制御も）簡単でウォームアップ時間も短くて済み、熱効率も悪くはならないという効果が得られる。
さらに、
請求項３記載の定着装置によれば、両回転体の軸線方向における温度分布を均一に維持することが一層容易になる。
【００２１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置の第１の実施の形態の要部を示す概略正断面図。
【図２】本発明に係る定着装置の第２の実施の形態の要部を示す概略正断面図。
【図３】本発明に係る定着装置の第３の実施の形態の要部を示す概略正断面図。
【図４】本発明に係る定着装置の第４の実施の形態の要部を示す概略正断面図。
【図５】本発明に係る定着装置の第５の実施の形態の要部を示す概略正断面図。
【図６】従来技術の説明図。
【符号の説明】
１０ 加熱ローラ（加熱回転体）
２０ 加圧ローラ（加圧回転体）
２１ 中央部（低熱伝導ゴム）
２２ 両端部（高熱伝導ゴム）
２３ 高熱伝導性の軸
２６ 低熱伝導樹脂
２８ 高熱伝導性樹脂
３０ 伝熱ローラ

Claims (3)

1. 加熱回転体とこの加熱回転体に圧接されている加圧回転体とを備えた定着装置において、
   前記加圧回転体は、高熱伝導性の軸と、この高熱伝導性の軸の回りに装着された弾性体とで構成され、その弾性体の軸線方向における両端部表面のみが高熱伝導性樹脂で被覆されていることにより，当該加圧回転体の軸線方向における両端部の熱伝導率が中央部の熱伝導率に比べて大きいことを特徴とする定着装置。
2. 加熱回転体とこの加熱回転体に圧接されている加圧回転体とを備えた定着装置において、
   前記加圧回転体は、高熱伝導性の軸と、この高熱伝導性の軸の回りに装着された弾性体とで構成され、その弾性体の軸線方向における中央部表面のみが低熱伝導樹脂で被覆されていることにより，当該加圧回転体の軸線方向における両端部の熱伝導率が中央部の熱伝導率に比べて大きいことを特徴とする定着装置。
3. 前記加圧回転体には、その軸線方向における両端部と中央部とに接触する伝熱ローラが圧接されていることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。

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