JP3816189B2

JP3816189B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP3816189B2
Application number: JP14011997A
Authority: JP
Inventors: 泰彦田口; 勝博越後; 純由良
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: JPH10333475A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置における定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、転写紙・ＯＨＰフィルム等の記録材（以下、用紙という）上に転写された未定着画像（トナー像）を記録材に定着させる定着装置として熱定着装置が広く利用されている。従来、熱定着装置としては、ヒーターにより加熱される定着ローラに加圧ローラを圧接させ、記録材を両ローラで挟持搬送しながら熱と圧力とにより未定着トナー像の定着を行なうヒートローラ方式のものが多用されている。
【０００３】
近年の環境規制・環境保護意識の高まりから、各種画像形成装置においては消費電力の低減が求められており、その一つの方策として、定着動作を実行する通紙時のみ定着装置のヒータに通電し、それ以外のときには通電しない（予熱を行なわない）ようにするオンデマンド方式が提案されている。
【０００４】
このような省電力型の画像形成装置では、画像形成時に定着ローラの表面温度が即座に定着可能温度まで達する必要があり、定着装置の高速な（短時間での）立ち上がりが要求される。
【０００５】
ところで、従来の定着ローラは、中空パイプ状の金属ローラの内部にハロゲンランプなどのヒータを設置し、そのヒータを発熱させてローラ全体を加熱するようにしている。この方式の定着ローラで迅速な昇温を可能とするために、定着ローラ基体（芯金）の肉厚を１mm以下にする薄肉化が行われている。
【０００６】
一方、定着装置の高速立ち上がりという要求を満たす別の方策として、ローラの外周面又は内周面に電気抵抗体等の発熱層を設け、これを発熱させるようにした表面抵抗発熱方式の定着ローラを用いることが提案されている。この抵抗発熱型定着ローラは、加熱効率が高く省エネルギー化に適しているが、予熱を行なわずに、ユーザが使用するときに直ちに昇温させるために、定着ローラ基体の薄肉化技術との組み合わせにより、迅速な昇温の達成を図っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定着ローラ基体の薄肉化により機械的強度が低下し、ローラの撓みや断面のつぶれなどが生じるという問題があった。このような定着ローラの変形は、抵抗発熱体の破損を引き起こす原因となる。
【０００８】
本発明は、定着ローラ基体を薄肉化した従来の定着装置における上述の問題を解決し、定着ローラの機械的強度を増加させることによって薄肉化を達成し、立ち上がり時間の短い定着装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は本発明により、芯金肉厚０．２〜１．０mmの定着ローラと、該定着ローラに圧接される加圧ローラとを備え、両ローラ間に未定着画像を担持した記録紙を通過させて未定着画像を記録紙に定着させる熱定着装置において、前記定着ローラは芯金外周に抵抗発熱体を有すると共にローラ内部に補強部材が設けられ、該補強部材固定用リブがローラ内周面に突設され、前記抵抗発熱体に接続されるリング状電極装着部の前記定着ローラ直径を該電極装着部外側部分の定着ローラ直径よりも大きくし、前記抵抗発熱体内周かつ前記芯金外周に設けられる絶縁層で前記電極装着部外側部分の定着ローラ小径部も覆い、前記電極装着部外側部分の定着ローラ小径部における前記絶縁層の厚さを、前記電極装着部内側部分における前記絶縁層の厚さよりも大きくし、該定着ローラ小径部に定着ローラ軸受及び定着駆動ギヤを装着することにより解決される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態の定着装置における定着ローラの概略構成を示す断面図である。この図に示す定着ローラ１は、肉厚０．２〜１．０mmの芯金１１，第１絶縁層３１，発熱層３２，第２絶縁層３５，耐熱離型層３６を有している。ローラ基体である芯金１１はアルミニウム，ニッケル，フェライト等を主材料として構成されている。その芯金１１の外面上に形成された第１絶縁層３１は、フィルム状のポリイミドなどの耐熱絶縁物から成っている。第１絶縁層３１の上に形成された発熱層３２は、フィルム状のポリイミドなどの耐熱絶縁物からなる発熱体ベース３３（図２参照）の表面に、ＳＵＳ系金属箔からなる抵抗発熱体３４（図２参照）を設けたものである。第２絶縁層３５は第１絶縁層３１と同じ材質で形成されている。耐熱離型層３６は、耐熱離型性を持つＰＦＡ，ＰＴＦＥ等から構成され、ローラ表面となる。
【００１４】
発熱層３２の両端部にリング状の摺動電極４１，４２が嵌装されている。この摺動電極４１，４２は、抵抗発熱体３４の電極部３４ａ，ｂに電気的に完全に導通するように装着され、定着ローラ１と共に回転する。摺動電極４１，４２の外側には給電ブラシ６５，６６が配設され、摺動電極４１，４２に当接して電源６１からの電圧を印加することにより、抵抗発熱体３４を発熱させる。
【００１５】
一方、定着ローラ１の内周側には、芯金１１と同材料の補強リング２１，２２，２３が装填されている。各補強リングは、芯金１１の内周側に突設された固定リブ１２，１３，１４によって定着ローラ１に固定されている。各固定リブはそれぞれが対をなして設けられている。本実施形態では３つの補強リングが設けられているが、定着ローラ中央部の１個所のみに補強リングを設けても良い。あるいは、３つ以上の補強リングを設けても良い。
【００１６】
また、定着ローラ１は、両端の回転支持部を軸受５１，５２により支持されている。定着ローラ１の片側（図１の右側）端部には定着駆動ギヤ５３が嵌装されている。その定着駆動ギヤ５３に図示しない本体駆動ギヤが噛み合わされて回転駆動される。
【００１７】
図２は、定着ローラ１に設けられた発熱層３２の構成を示す展開図である。この図に示すように、発熱層３２の発熱体ベース３３の表面には、ＳＵＳ系金属箔から成る抵抗発熱体３４が配設されている。ローラ軸方向に延びる抵抗発熱体３４は、周方向に屈折した直後に再度屈折して軸方向に延び、これを繰り返して、定着ローラ全周にわたって並設されている。抵抗発熱体３４の両端部はローラ周方向に延びる電極部３４ａ，ｂとなり、摺動電極４１，４２が装着される。
【００１８】
なお、抵抗発熱体３４の配設パターンは図２の例に限定されない。図３は、抵抗発熱体３４の配設パターンの別例を示すもので、この例では、ローラ周方向に伸びる抵抗発熱体３４が、ローラ軸方向に並設されている。図２の例と同様、抵抗発熱体３４の両端部は電極部３４ａ，ｂとなっている。
【００１９】
図４は、定着ローラ１の発熱制御を司る制御回路の構成を示すブロック図である。定着ローラ１の外周面に接触して設けられた中央サーミスタ８１（図１参照）により検出された信号はＣＰＵ８０に取り込まれ、ＣＰＵ８０は検出した定着ローラ１の温度に基づいて電源６１から抵抗発熱体３４への通電を制御し、トナーの定着に必要な各設定温度を保持する。これらの通電制御に関する部分は、この定着装置が装着される画像形成装置本体に設けることができる。
【００２０】
図５は、定着ローラ１の内周側に設けられた補強リング２１，２２，２３の構成を示す斜視図である。各補強リングは同一形状であり、それらの一つを代表して説明する。補強リング２１は、中央部に穴を有する円盤状基部２１ａの外縁部が折り曲げられて壁面部２１ｂを形成しており、全体として薄い円筒形または皿状になっている。定着ローラ１の固定リブ１２，１３，１４に補強リング２１，２２，２３が填め込まれることにより、補強リングの倒れや脱落が防止される。このような構成により、定着ローラ１の軸心方向（ラジアル方向）のつぶれ防止のみならず、ローラ軸方向（長手方向）におけるローラの撓みを防止する効果に対しても優れたものとなる。
【００２１】
本実施形態においては、定着ローラ１の内部に補強リング２１，２２，２３を有しているので、定着ローラの機械的強度を増すことができ、定着ローラ１の芯金肉厚を薄くして熱容量の軽減を図ることによって立ち上がりの速い定着装置を提供することができる。本発明は、芯金肉厚が０．２〜１．０mm程度の肉厚の定着ローラ（薄肉定着ローラ）に対して特に有効な技術である。
【００２２】
ところで、図１に示す定着装置において、小サイズの用紙（例えば、Ｂ５縦）を連続して通紙するとき、用紙が通過する定着ローラ１の中央部は用紙によりローラ表面の熱が奪われるために温度が低下する。この場合、ローラ中央部の温度を上げようとして抵抗発熱体３４を発熱させるため、温度が低下していないローラ端部も温度が上昇する。すると、ローラ端部の温度が中央部に比較して非常に高くなるため定着ローラ１の表面の離型層３６の耐熱温度以上になる恐れがあり、その場合には離型層３６を劣化させトナーオフセットの原因となる。特に、定着ローラ１の芯金肉厚が薄いほどこの傾向が顕著になる。
【００２３】
そこで、定着ローラ１の抵抗発熱体を用紙幅に対応して複数に分割し、個別に制御することを本発明の他の実施形態として提案する。図６は、その実施形態の定着装置の定着ローラを示す断面図である。図１〜５で説明した前記実施形態のものと異なる部分を中心に説明する。
【００２４】
第１絶縁層３１の上に形成された発熱層７２は、図７に示すように、発熱体ベース７３の表面に中央抵抗発熱体７４と端部抵抗発熱体７５とが設けられている。中央抵抗発熱体７４は小サイズ用紙に対応して配設されたものであり、端部抵抗発熱体７５は中央抵抗発熱体７４の両側に配設されて大サイズ用紙に対応するものである。両抵抗発熱体７４，７５は、共通の電極部７６をローラの一方側に有しており、ローラの他方側端部は夫々別個の電極部７４ａ，７５ａとなっている。
【００２５】
図６において、発熱体７４，７５に電力を供給するために、発熱層７２の一方側の端部にリング状の摺動電極（共通電極）４２が嵌装されている。反対側の発熱層７２の端部には、発熱体７４，７５の個別の電極に対応して二つのリング状摺動電極４１，４３が嵌装されている。これら三つの摺動電極４１，４２，４３に当接するように、給電ブラシ６５，６６，６７が配設されている。給電ブラシ６５，６６間には電源６１があり、中央抵抗発熱体７４へ電圧を印加してこれを発熱させる。また、給電ブラシ６６，６７間には電源６２があり、端部抵抗発熱体７５へ電圧を印加してこれを発熱させる。さらに、耐熱離型層３６の上には、中央サーミスタ８１の他、端部サーミスタ８２が配置されて各位置での定着ローラ１の温度を検出する。また、定着ローラ１内部には、３つの補強リング２１，２２，２３が配設されている。
【００２６】
図８は、本実施形態における制御回路の構成を示すブロック図である。中央サーミスタ８１と端部サーミスタ８２の出力はＣＰＵ８０に取り込まれ、ＣＰＵ８０は検出した定着ローラ１の中央部の温度と端部の温度とに基づいて、トナーの定着に必要な各設定温度を保持するように、電源６１，６２からの通電を制御して中央抵抗発熱体７４と端部抵抗発熱体７５とを独立して制御する。
【００２７】
このように、本実施形態においては、用紙サイズに応じて分割した複数の抵抗発熱体を定着ローラに備え、各抵抗発熱体を個別に制御することにより、小サイズの用紙を連続通紙した場合でも定着ローラ端部の温度過昇を抑制することができる。
【００２８】
なお、図９は、本実施形態に適用できる発熱体パターンの別例を示す展開図である。この図に示す例では、中央抵抗発熱体７４と端部抵抗発熱体７５は、共にローラ周方向に延び、屈折してローラ軸方向に並設される。これ以外の構成については図７に示したものと同様である。
【００２９】
次に、本発明のさらに他の実施形態について説明する。
前記各実施形態において、抵抗発熱体に電力を供給するためのリング状電極４１，４２，４３は、ストレート形状の定着ローラ１の端部からローラに挿入するため、リング状電極装着部のローラ径とローラ端部の径が同一、またはローラ端部の径が小さい場合でもその差が少ない場合には、リング状電極を装着する（リング状電極を定着ローラに填め込む）際に第１絶縁層３１を破損する恐れがあり、その場合には電流リークの発生原因となる。また、定着ローラ１を回転可能に支持する軸受５１，５２と定着駆動ギヤ５３に対する絶縁性を高めるために、軸受５１，５２及び定着駆動ギヤ５３を装着する部分（ローラ端部部分）の絶縁層３１の厚さを大きくした場合には、絶縁層形成後にリング状電極４１，４２，４３を挿入することができなくなってしまう。これらを解決するための本発明のさらに他の実施形態の構成を図１０，１１により説明する。
【００３０】
図１０において、定着ローラ１０１の芯金１１１は、中央部の直径よりも両端部の直径が小さくなるように絞り加工されている。芯金１１１の上に形成された第１絶縁層１３１は、ローラ端部まで施工されている。一方、ローラ中央部の第１絶縁層１３１の上に形成された発熱層１３２は、ローラ両端部には設けられておらず、ローラ中央部のみに設けられている。発熱層１３２の構成は図２及び図３に示す発熱層３２と同様であり、抵抗発熱体１３４（図示せず）の両端部に設けられた電極部１３４ａ，ｂの上にリング状電極１４１，１４２が嵌装されている。また、発熱層１３２の上に形成される第２絶縁層１３５及び耐熱離型層１３６の構成は、前記各実施形態における第２絶縁層３５及び耐熱離型層３６と同様である。
【００３１】
定着ローラ１のローラ中央部（リング状電極１４１の装着部のローラ軸方向内側部分）における発熱層１３２を含めたローラ径ｄ₁は、ローラ端部における第１絶縁層１３１を含めたローラ径ｄ₂よりも大きくされている。すなわち、ｄ₁＞ｄ₂である。この定着ローラ１０１のローラ径ｄ₂の部分すなわちＡ領域とＢ領域において、第１絶縁層１３１の上に軸受１５１，１５２と定着駆動ギヤ１５３が装着されている。
【００３２】
本実施形態における定着ローラ１０１では、ローラ中央部の直径ｄ₁がローラ端部の直径ｄ₂よりも大きいので、その直径の大きい部分に嵌装されるリング状電極１４１，１４２を定着ローラ１に填め込む際に、小径部の第１絶縁層１３１を破損することがなく、電流リークの発生原因となることがない。
【００３３】
また、図１１に示すように、第１絶縁層１３１は、ローラ中央部の絶縁層１３１の厚さｙ₁よりもローラ端部（Ａ，Ｂ領域）の絶縁層１３１の厚さｙ₂の方が大きくなっている（Ａ領域については図示せず）。この絶縁層１３１の厚さが厚くされたＡ，Ｂ領域に軸受１５１，１５２及び定着駆動ギヤ１５３を装着することにより、軸受１５１，１５２及び定着駆動ギヤ１５３に対する絶縁性を高めることができる。そのため、軸受あるいは定着駆動ギヤに特殊な材料を用いる必要がなくなり、コストダウンを図ることができる。
【００３４】
しかも、前述のようにローラ中央部の直径ｄ₁がローラ端部の直径ｄ₂よりも大きいので、軸受と定着駆動ギヤの絶縁性を高めるためにＡ，Ｂ領域の絶縁層１３１の厚さを大きくした場合でも、リング状電極１４１，１４２を定着ローラ１に填め込むことが可能となる。もし、ストレート形状の定着ローラでローラ端部の絶縁層の厚さを厚くしたら、ローラ端部の直径がローラ中央部（リング状電極が嵌装される部分）の直径より大きくなり、リング状電極の挿入が不可能となってしまう。
【００３５】
ところで、本実施形態の定着ローラ１０１では、図１０に示すように、ローラ内部において軸方向の中央部１個所に補強リング２１が設けられている。定着ローラ１０１はその両端が絞り加工されているので、ローラ芯金１１１の機械的強度が通常のストレート形状のものより大きく、中央部１個所に補強リング２１を設けただけでも、図１及び図６に示す定着ローラ１と同程度の強度を発揮することができ、芯金薄肉化を実現して高速な立ち上がりを可能とする。
【００３６】
また、定着ローラ１０１の両端絞り加工によりローラ強度が向上するので、補強リングを省略することも可能であり、その場合の定着ローラの一例を図１２に示す。図１２に示す定着ローラ２０１は、ローラ内部に補強リングが設けられていないこと及び補強リング固定のための突起が芯金２１１に設けられていないこと以外は図１０の定着ローラ１０１と同様である。
【００３７】
なお、図１０及び図１２の定着ローラでは、絞り加工によりローラ両端部の直径を中央部より小さく（ｄ₁＞ｄ₂）しているが、絞り加工による補強効果が不要な場合は、切削又は研削加工によりローラ両端部の直径を中央部より小さくしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の定着装置によれば、定着ローラ内部に補強部材を有するので、定着ローラの機械的強度を維持しつつローラ薄肉化を図ることができ、且つ、ローラ表面に熱効率の良い抵抗発熱体を設けているので、立ち上がりの速い定着装置を提供することができる。
【００４０】
また、定着ローラ端部の直径が中央部（リング状電極装着部）の直径よりも小さいので、定着ローラの大径部分に嵌装されるリング状電極を填め込む際に、小径部の絶縁層を破損することがなく、電流リークの発生原因となることがない。
【００４１】
そして、定着ローラ両端部（小径部）における絶縁層の厚さをそれ以外の部分（ローラ中央部）より厚くすることにより、ローラ端部に装着される軸受及び駆動ギヤに対する絶縁性を高めることができる。そのため、軸受及び駆動ギヤに特殊な材料を用いる必要がなく、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の定着装置における定着ローラの概略構成を示す断面図である。
【図２】その定着ローラの表面に設けられた発熱層の構成を示す展開図である。
【図３】発熱層に設けられた抵抗発熱体の別パターンを示す展開図である。
【図４】定着ローラの発熱制御を司る制御回路の構成を示すブロック図である。
【図５】定着ローラ内部に設けられた補強リングを示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態における定着ローラの概略構成を示す断面図である。
【図７】その定着ローラの表面に設けられた発熱層の構成を示す展開図である。
【図８】定着ローラの発熱制御を司る制御回路の構成を示すブロック図である。
【図９】発熱層に設けられた抵抗発熱体の別パターンを示す展開図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態における定着ローラの概略構成を示す断面図である。
【図１１】その定着ローラ端部を詳しく示す部分拡大図である。
【図１２】補強リングを省略した定着ローラの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１０１，２０１定着ローラ
１１，１１１，２１１芯金（ローラ基体）
２１，２２，２３補強リング
３１，１３１第１絶縁層
３２，７２，１３２発熱層
３４，７４，７５抵抗発熱体
３５，１３５第２絶縁層
３６，１３６耐熱離型層
４１、４２，４３リング状電極
６５、６６，６７給電ブラシ
８１中央サーミスタ
８２端部サーミスタ

Claims

芯金肉厚０．２〜１．０mmの定着ローラと、該定着ローラに圧接される加圧ローラとを備え、両ローラ間に未定着画像を担持した記録紙を通過させて未定着画像を記録紙に定着させる熱定着装置において、
前記定着ローラは芯金外周に抵抗発熱体を有すると共にローラ内部に補強部材が設けられ、該補強部材固定用リブがローラ内周面に突設され、
前記抵抗発熱体に接続されるリング状電極装着部の前記定着ローラ直径を該電極装着部外側部分の定着ローラ直径よりも大きくし、前記抵抗発熱体内周かつ前記芯金外周に設けられる絶縁層で前記電極装着部外側部分の定着ローラ小径部も覆い、
前記電極装着部外側部分の定着ローラ小径部における前記絶縁層の厚さを、前記電極装着部内側部分における前記絶縁層の厚さよりも大きくし、該定着ローラ小径部に定着ローラ軸受及び定着駆動ギヤを装着することを特徴とする定着装置。