JP4147265B2

JP4147265B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4147265B2
Application number: JP2007164829A
Authority: JP
Inventors: 雅光長峰; 邦治林
Original assignee: 株式会社沖データ
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: JP2007233424A

Description

本発明は複写機、電子写真プリンタ等に用いられる定着装置に関する。

従来、複写機、電子写真プリンタ等に用いられる定着装置には、フィルム状のパイプ部材内側から加圧手段によりパイプ部材を加熱ロ−ラ、またはガイド部材（例えば、特許文献１）に圧接してパイプ部材を加熱ロ−ラと連れ回りさせ、トナ−を付着した用紙を加熱ロ−ラとパイプ部材との圧接部を通過させてトナ−を用紙に融着させるものがある。

ところで、このような構成の装置では発熱体として加熱ロ−ラ内に配設されるハロゲンランプを点灯してから加熱ロ−ラの表面温度が所定温度に達して、定着可能となるまでの立ち上がり時間が長く、また印字待機中でも加熱ロ−ラを高い温度に保持加熱しておかなければならず、対策として、加熱ロ−ラを薄肉化して熱容量を低減している。
特開平０９−２６５２０６

従来の定着装置にあっては、加熱ロ−ラを薄肉化すると温度分布が不均一になりやすく、特に幅の狭い用紙を用いたときに通紙部の温度が大きく下降してしまうので、非通紙部の温度を上げて通紙部の温度を上げる必要があり、定着装置の耐熱性の点と、幅の狭い用紙の後に幅の広い用紙を使用する際に温度上昇によるオフセット（加熱ロ−ラへのトナ−の付着）が発生するという問題点があった。本発明は用紙サイズに拘らず通紙部と非通紙部との温度差が少なくなるようにした定着装置を提供することを目的としている。

上記目的を解決するために本発明の定着装置は、所定の経路に沿って回転する回転部材と、前記回転部材を支持する支持部材と、前記回転部材を介して前記支持部材に圧接し、該支持部材と共に前記回転部材を挟むニップ部を形成し、発熱源を備える加熱回転体と、を有し、前記支持部材には、前記回転部材を介して前記加熱回転体の外周に係合する凹面が形成されるとともに、前記ニップ部の長手方向に沿って延在する熱伝導性の良好な部材が前記ニップ部の媒体搬送方向挿入側から前記ニップ部の短手方向の略中央部を越えて媒体排出方向側に延在して設けられている。

本発明は、以上説明したように構成されているので以下に記載される効果を奏する。支持部材には、回転部材を介して加熱回転体の外周に係合する凹面が形成されるとともに、ニップ部の長手方向に沿って延在する熱伝導性の良好な部材がニップ部の媒体搬送方向挿入側からニップ部の短手方向の略中央部を越えて媒体排出方向側に延在して設けられていることにより、定着する用紙の幅が異なっても加熱ロ−ラの通紙部と非通紙部との温度差を少なくすることができる。

更にバックアップ側からも用紙へ熱の供給を効果的に補うことが可能となり、非通紙部での温度を上げずに定着性を保つことができる。これにより加熱ロ−ラの薄肉化が可能となり、印字待機中の温度設定を低く設定することができて印字待機時の節電を実現できるのに加えて、定着可能となるまでの立ち上がり時間を短縮することができ、クイックスタ−トが期待できる。

また、加熱ロ−ラの外周に略合致する凹面を印刷可能な用紙サイズの最大幅と同等の幅に渡って加圧手段に設け、印刷用紙の搬入側で凹面に接し、かつ加圧手段の外周面よりも搬入側に突出した位置にロ−ラ面を有する回転自在な圧接ロ−ラをパイプ部材の内側に設けたことにより、加熱ロ−ラ、加圧手段およびパイプ部材の幅方向が印刷可能な用紙サイズの最大幅Ｌと同等の長さにできるので、装置を小型化できる。

また、パイプ部材と加熱ロ−ラとの接触幅が増大することにより加熱ロ−ラへの用紙接触時間が長くなり、かつパイプ部材と圧接ロ−ラとの接触面積が小さくなるので、圧接ロ−ラが加熱ロ−ラから奪う熱量が減少し、トナ−の定着性が向上する。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、各図面に共通な要素には同一符号を付す。
第１の実施の形態
図１は第１の実施の形態による定着装置の斜視図、図２は図１に示した定着装置のＡ−Ａ断面矢視図、図３は図１に示した定着装置のＢ−Ｂ断面矢視図である。

加熱ロ−ラ１は、薄肉化された厚さ０．５〜０．８ｍｍ程度の熱伝導性に優れたアルミパイプの表面に耐熱性および離形性に優れたフッ素樹脂コ−ティングが施され、中心部には発熱体であるハロゲンランプ２が軸方向に延在して設けてある。

加熱ロ−ラ１は、端部の外周をそれぞれ図示せぬサイドフレ−ムに設けた軸受に支持されており、一端部の外周に固着したギヤ９によりハロゲンランプ２を中心に回転する。

加圧手段３はガラスフィラとＰＰＳ（ポリフェニレンサルフィド）樹脂との複合材料よりなり、加熱ロ−ラ１との圧接部に加熱ロ−ラ１の外周に略合致する凹面を有し、熱伝導性の良好な、例えばアルミ等の均熱部材１２を印刷可能な用紙サイズの最大幅と同等以上の幅に渡って埋め込んでいる。

加圧手段３は高い剛性を得るために金属シャフト４をベ−ス部として固定配設し、金属シャフト４の両端部を加圧バネ６の付勢力により付勢された軸受５により支持されている。

フィルム状のパイプ部材７は、薄い金属パイプ（例えば、厚さ４０μｍ程度のニッケル製パイプ）の表面に耐熱性の高いシリコンゴム（０．１〜１ｍｍ厚）等を皮膜形成し、可撓性を有し、かつ弾性を有して加圧手段３により加熱ロ−ラ１に圧接している。パイプ部材７は加圧手段３の凹面に沿って変形し、加熱ロ−ラ１の外周に圧接しているので十分なニップ幅を持っている。

また、加圧手段３の幅方向の長さは、印刷可能な最大用紙幅よりも広く設定され、パイプ部材７の幅方向の長さは加圧手段と同一の長さに設定されている。

加熱ロ−ラ１は、加熱ロ−ラ１の軸上に設けられたギヤ９に図示しない駆動源よりギヤを介して駆動力を得て回転する。パイプ部材７は加熱ロ−ラ１との圧接部に作用する摩擦力により、加熱ロ−ラ１と連れ回りで回転する。

次に動作について説明する。複写機等の図示せぬ電源スイッチがオンにされると、先ず立ち上げ動作を行い、立ち上げ後、ハロゲンランプ２が点灯する。ハロゲンランプ２の放射する赤外線を吸収して加熱ロ−ラ１の表面温度が急激に上昇し、図示しない温度検出素子により所定温度になるように図示しない制御部がハロゲンランプ２を制御する。

加熱ロ−ラ１の表面温度が所定温度に達すると、制御部の指令により加熱ロ−ラ１が回転を始め、パイプ部材７も連れ回りで同時に回転を始める。

加熱ロ−ラ１の表面温度が所定温度に達したことを加熱ロ−ラ１のロ−ラ面に圧接した温度検出素子が検出すると、制御部は図示せぬ表示部に印刷可能であることを表示する。

ここで、オペレ−タは印刷用紙のサイズを選択し、コピ−すべき用紙をセットして図示せぬ印刷ボタンを押下する。画像が形成され、トナ−画像を付着させた印刷用紙が、図３に示すように、加熱ロ−ラ１と加圧手段３との圧接部に搬送されてくる。

印刷用紙８がパイプ部材７に突き当たると印刷用紙８はパイプ部材７との摩擦力で加熱ロ−ラ１と加圧手段３との当接部に案内され、加熱ロ−ラ１と加圧手段３との間を通過する。この時、印刷用紙８に付着しているトナ−は加圧、加熱されて溶融し、印刷用紙８に定着されて排紙される。

ここで、本装置に幅の狭い記録紙を通過させた場合の効果について、図４を用いて説明する。一般的に温度検出素子を左端部において加熱ロ−ラ１の表面温度を制御し、幅の狭い用紙を通紙させると加熱ロ−ラ１の通紙部の温度が極端に下がる。

この通紙部と非通紙部の温度差は、加熱ロ−ラ１の肉厚を薄肉化することにより拡大されてくる。例えば均熱部材１２が無い状態でＡ６サイズ（１０５ｍｍ（幅）×１４８ｍｍ（長さ））の用紙を用い、連続通紙後の通紙部と非通紙部との温度差を肉厚１．６ｍｍの加熱ロ−ラと肉厚０．５ｍｍの加熱ロ−ラ１とで比較すると、肉厚１．６ｍｍの加熱ロ−ラでは約２０℃程度の温度差があり、肉厚０．５ｍｍの加熱ロ−ラ１では約４０℃の温度差となる。

一方、加圧部材３に均熱部材１２を実装し、肉厚０．５ｍｍの加熱ロ−ラ１について同様の実験を行ったところ、その温度差を約２５℃程度に減少させることができた。この結果は通紙部と非通紙部とで異なる放熱量の違いによる幅方向の温度差を薄肉化した加熱ロ−ラ１の熱伝導だけでは吸収しきれず、この分を均熱部材１２の熱伝導で効果的に補えることを示している。

更に加圧手段３上に熱伝導性の良好な均熱部材１２を配したことによりバックアップ側からも紙へ熱の供給を効果的に補うことが可能となり、非通紙部での温度を上げずに定着性を保つことが可能となった。

第１の実施の形態によれば、加圧手段の圧接部に熱伝導性の良好な均熱部材を備えることにより、加熱ロ−ラの通紙部と非通紙部との温度差を少なくすることができる。

更にバックアップ側からも紙へ熱の供給を効果的に補うことが可能となり、非通紙部での温度を上げずに定着性を保つことができる。これにより加熱ロ−ラの薄肉化が可能となり、印字待機中の温度設定を低く設定することができて印字待機時の節電を実現できるのに加えて、定着可能となるまでの立ち上がり時間を短縮することができ、クイックスタ−トが期待できる。

第２の実施の形態
図５は第２の実施の形態による定着装置の斜視図である。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるところは、均熱部材として加圧手段３の圧接部に印刷可能な最小用紙幅（例えば、Ａ６サイズ縦）と同等以上の幅を有した正特性（ＰＴＣ: Positive Temperature Coefficient）サ−ミスタヒ−タ１３を備えた点である。

サ−ミスタヒ−タ１３は加熱ロ−ラ１の外周に略合致する凹面を有しているので、パイプ部材７を介して十分なニップ幅を持ち圧接する。ＰＴＣサ−ミスタヒ−タ１３の側部にはＰＴＣサ−ミスタヒ−タ１３全体に渡って電極１４，１５が固着されている。

電極１４，１５は高温半田によりＰＴＣサ−ミスタヒ−タ１３に接続され、各電極１４，１５の一端はＰＴＣサ−ミスタヒ−タ１３から突出しており、この一端に図示しないリ−ド線が接続されており、通電できるようになっている。

加熱ロ−ラ１の表面温度が所定温度に達すると同時に図示しない電源からＰＴＣサ−ミスタヒ−タ１３の電極１４，１５に通電され、ＰＴＣサ−ミスタヒ−タ１３が発熱する。本実施の形態ではキュリ−温度が１５０℃となるＰＴＣサ−ミスタヒ−タ１３を用いた。本実施例の場合１５０℃のＰＴＣサ−ミスタヒ−タ１３としたが、これは種々条件により変わるものである。

次に制御部の指令により加熱ロ−ラ１が回転を始め、パイプ部材７も連れ回りで同時に回転を始める。

加熱ロ−ラ１の表面温度が所定温度に達したことを加熱ロ−ラ１のロ−ラ面に圧接した温度検出素子が検出すると、制御部は図示せぬ表示部に印刷可能を表示する。

ここでオペレ−タが、幅が狭い印刷用紙を選択し、コピ−すべき用紙をセットして印刷ボタンを押下する。画像が形成され、トナ−画像を付着させた印刷用紙が加熱ロ−ラ１と加圧手段３との圧接部に搬送されてくる。

本実施の形態において第１の実施の形態と同様の実験を行ったところ図６に示すように、第１の実施の形態よりも更に効果が得られ、加熱ロ−ラの通紙部と非通紙部との温度差を約１５℃程度に減少させることが出来た。

この結果は通紙部と非通紙部とで異なる放熱量の違いによる幅方向の温度差を薄肉化した加熱ロ−ラの熱伝導だけでは吸収しきれず、この分をＰＴＣサ−ミスタヒ−タ１３の熱伝導で効果的に補えることを示している。

更に加圧手段３上にＰＴＣサ−ミスタヒ−タ１３を配したことによりバックアップ側からも紙へ熱の供給を効果的に補うことが可能となり、非通紙部での温度を上げずに定着性を保つことが可能となった。

第２の実施の形態によれば、加圧手段の圧接部にＰＴＣサ−ミスタヒ−タを備えることにより、加熱ロ−ラの表面温度を通紙部と非通紙部とにおいて温度差を少なくすることができる。

また、低温低湿下で定着部が冷えた状態で印字を行うと、初期枚数で印字媒体の裏にトナ−が付着する（以下、裏汚れと呼ぶ）が、これはバックアップ側の温度に起因し、バックアップ側の温度が１２０℃以上であれば裏汚れは発生しない。本実施の形態に用いるバックアップ側のパイプ部材は、薄い金属パイプの表面に０．１〜１ｍｍ程度のシリコンゴムを皮膜形成されたものなので、ＰＴＣサ−ミスタヒ−タのキュリ−温度が１２０℃以上のＰＴＣサ−ミスタヒ−タを用いれば、容易にパイプ部材の表面温度を１２０℃以上に温度上昇させることができるので、裏汚れは発生しないという効果も併せ持つ。

第３の実施の形態
第１及び第２の実施の形態においては、加圧手段３によりフィルム状のパイプ部材７を加熱ロ−ラ１に圧接してパイプ部材７を加熱ロ−ラ１と連れ回りさせている。パイプ部材７は、連れ回りされるにあたって、印刷用紙の搬入側では加圧手段３の外周に強く擦り付けられることになり、大きな摩擦力が作用している。加熱ロ−ラ１は、この摩擦力に抗してパイプ部材７を連れ回りするとともに印刷用紙を搬送するために、加圧手段３およびパイプ部材７とともに幅方向が印刷可能な用紙サイズの最大幅（Ｌ＋α）必要としていた。

図７は図２に示したＡ−Ａ断面矢視図に相当する第３の実施の形態による定着装置の断面図（１）である。図８は図３に示したＢ−Ｂ断面矢視図に相当する第３の実施の形態による定着装置の断面図（２）であり、紙面に向かって左側が印刷用紙の搬入側である。尚、断面図（２）では途中を省略して補助ロ−ラ１０ｂに圧接する加熱ロ−ラ１の断面も表している。

加圧手段３に形成された加熱ロ−ラ１の外周に略合致する凹面に印刷用紙の搬送側で接し、かつ加圧手段３の外周面（ａ部）よりも突出した位置に耐熱性ゴム、例えばシリコンゴムにより成形された圧接ロ−ラ１０ａを加圧手段３に回転自在に支持された軸１０ｃに固着し、図７に示すように、３箇所（左端、中央、右端）回転自在に設ける。

フィルム状のパイプ部材７は加圧手段３及び圧接ロ−ラ１０ａを介して加熱ロ−ラ１に圧接され、加圧手段３の外周面（ａ部）におけるパイプ部材７の内周面は、圧接ロ−ラ１０ａの外周面に接し、加圧手段３の外周面（ａ部）に接することはない。

また、圧接ロ−ラの軸１０ｃ上において、印刷可能な用紙サイズの最大幅Ｌより外側の位置に耐熱性ゴムにより成形された補助ロ−ラ１０ｂが配設され、加熱ロ−ラ１の外周面に圧接している。

よって、加熱ロ−ラ１の回転駆動が補助ロ−ラ１０ｂを介して軸１０ｃ上にある圧接ロ−ラ１０ａに伝達される。圧接ロ−ラ１０ａはパイプ部材７を介して加熱ロ−ラ１に圧接しているので、圧接ロ−ラ１０ａの回転がパイプ部材７をフィ−ドする補助的なフィ−ド力となる。

次に本実施の形態による動作について説明する。パイプ部材７は、連れ回りされるにあたって、印刷用紙の搬入側では圧接ロ−ラ１０ａの外周に擦り付けられるので接触面積が小さくなり、作用する摩擦力が小さくなる上に、補助ロ−ラ１０ｂから加熱ロ−ラ１と連れ回りする方向に回転しようとする力が作用するので、加熱ロ−ラ１、加圧手段３およびパイプ部材７の幅方向が印刷可能な用紙サイズの最大幅Ｌと同等の長さにしても、パイプ部材７は十分に安定して加熱ロ−ラ１と連れ回りで回転動作を行うことができる。

尚、本実施の形態では、圧接ロ−ラ１０ａを加圧手段３に回転自在に支持された軸１０ｃに固着したが、軸１０ｃの両端部を図示せぬサイドフレ−ムに回転自在に支持するようにしてもよい。

第３の実施の形態によれば、加熱ロ−ラ１、加圧手段３およびパイプ部材７の幅方向が印刷可能な用紙サイズの最大幅Ｌと同等の長さにできるので、装置を小型化できる。また、パイプ部材と加熱ロ−ラとの接触幅が増大することにより加熱ロ−ラへの用紙接触時間が長くなり、かつパイプ部材と圧接ロ−ラとの接触面積が小さくなることから圧接ロ−ラが加熱ロ−ラから奪う熱量を減少するので、トナ−の定着性が向上する。

第４の実施の形態
第３の実施の形態においてはウォ−ミングアップ時間の低下を防ぐために、加圧手段３に実装する圧接ロ−ラ１０ａを複数とし、加熱ロ−ラ１との接触面積を少なくして、圧接ロ−ラ１０ａが加熱ロ−ラ１から熱を奪うのを抑制したが、パイプ部材７の内周面における圧接ロ−ラ１０ａの有／無の場所により、パイプ部材７の送り量が異なり、用紙上にシワを発生させる恐れがあった。

図９は図２に示したＡ−Ａ断面矢視図に相当する第４の実施の形態による定着装置の断面図（１）である。図１０は図３の示したＢ−Ｂ断面矢視図に相当する第４の実施の形態による定着装置の断面図（２）であり、紙面に向かって左側が印刷用紙の搬入側である。尚、断面図（２）では途中を省略して補助ロ−ラ１０ｂに圧接する加熱ロ−ラ１の断面も表している。

加圧手段３に形成された加熱ロ−ラ１の外周に略合致する凹面に印刷用紙の搬送側で接し、かつ加圧手段３の外周面（ａ部）よりも突出した位置に耐熱性ゴムにより成形され、幅方向の長さが印刷可能な用紙サイズの幅と同一の長さを有する圧接ロ−ラ１０ａを回転自在に設ける。

従って、第４の実施の形態によれば、印刷用紙のシワも除去でき安定した媒体の搬送が可能となる。

第５の実施の形態
第３及び第４の実施の形態においては、パイプ部材７の内周面に配した圧接ロ−ラ１０ａの駆動手段として同軸上に配した補助ロ−ラ１０ｂを加熱ロ−ラ１に当接させ回転駆動させていたが、印刷用紙が厚くなると圧接力が小さくなって加熱ロ−ラ１と補助ロ−ラ１０ｂとの圧接部で滑りが発生し、パイプ部材７の内周面に配した圧接ロ−ラが回転不良を起こすことが懸念される。

また環境、経年変化等により補助ロ−ラ１０ｂの表面摩擦係数が下がり、上述と同様のことが発生する可能性がある。

図１１は図２に示したＡ−Ａ断面矢視図に相当する第５の実施の形態による定着装置の断面図（１）である。図１２は図３の示したＢ−Ｂ断面矢視図に相当する第５の実施の形態による定着装置の断面図（２）であり、紙面に向かって左側が印刷用紙の搬入側である。尚、断面図（２）では途中を省略して補助ギヤ１１に噛み合う加熱ロ−ラ１の外周に固着されるギヤ９も表している。

圧接ロ−ラ１０ａの軸上に設けられたギヤ１１は加熱ロ−ラ１の外周に固着されたギヤ９と噛み合い、加熱ロ−ラ１の回転駆動が圧接ロ−ラ１０ａへ伝達される構造となっている。

この圧接ロ−ラ１０ａの周速度は、概ね加熱ロ−ラ１の周速度と同等になるようにギヤ比、ロ−ラ径が設定される。以上の構成により、圧接ロ−ラ１０ａはギヤ９、ギヤ１１を介して回転する。

第５の実施の形態によれば、紙厚、環境、経年変化等による補助ロ−ラの回転不良の影響を排除することができ、パイプ部材の内周面に配した圧接ロ−ラは安定して回転することができるので、パイプ部材は安定して加熱ロ−ラと連れ回りで回転することができる。

第１の実施の形態による定着装置の斜視図である。図１に示した定着装置のＡ−Ａ断面矢視図である。図１に示した定着装置のＢ−Ｂ断面矢視図である。第１の実施の形態による定着装置の効果を示す説明図である。第２の実施の形態による定着装置の斜視図である。第２の実施の形態による定着装置の効果を示す説明図である。第３の実施の形態による定着装置の断面図（１）である。第３の実施の形態による定着装置の断面図（２）である。第４の実施の形態による定着装置の断面図（１）である。第４の実施の形態による定着装置の断面図（２）である。第５の実施の形態による定着装置の断面図（１）である。第５の実施の形態による定着装置の断面図（２）である。

符号の説明

１加熱ロ−ラ
３加圧手段
７パイプ部材
１２均熱部材
１０ａ圧接ロ−ラ
１０ｂ補助ロ−ラ

Claims

所定の経路に沿って回転する回転部材と、
前記回転部材を支持する支持部材と、
前記回転部材を介して前記支持部材に圧接し、該支持部材と共に前記回転部材を挟むニップ部を形成し、発熱源を備える加熱回転体と、
を有し、
前記支持部材には、前記回転部材を介して前記加熱回転体の外周に係合する凹面が形成されるとともに、前記ニップ部の長手方向に沿って延在する熱伝導性の良好な部材が前記ニップ部の媒体搬送方向挿入側から前記ニップ部の短手方向の略中央部を越えて媒体排出方向側に延在して設けられていることを特徴とする定着装置。
前記熱伝導性の良好な部材は、金属である請求項１記載の定着装置。
前記熱伝導性の良好な部材は、ＰＴＣサーミスタヒータである請求項１記載の定着装置。