JPH05333730A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】定着ローラに、発熱量の異なる複数の熱源を備
えることにより、定着性を良好にし、またウエイトタイ
ムを安定させる。 【構成】定着ローラ１の内側に、発熱量の異なる熱源１
０、１１を配設する。熱源１０は、熱源１１よりも発熱
量が多く、しかも、記録材Ｐの移動方向または定着ロー
ラ１の移動方向上流側に配置する。これにより、コピー
の立ち上げは、双方の熱源１０、１１によって、短時間
に達成し、また、定着時には、一方の熱源１０だけで、
効果的に定着ローラ１を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機等の画像形成装
置において記録材上に画像を定着させるための定着装置
に係り、詳しくは定着部材を加熱するための熱源を副数
個備えた定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

〈従来の技術１〉従来、電子写真複写機等の画像形成装
置において、記録材上に画像を定着させる手段として
は、様々なものが提案されている。近年では特に乾式普
通紙複写機においてハロゲンランプや面状発熱体等の熱
源を使用し、定着ローラを記録材に接触させて定着を行
う熱定着方式がその様々な利点から、広く採用されてい
る。その主な構成は図５に示すように、定着ローラ１
と、加圧ローラ２からなるローラ対の間を記録材Ｐが通
過し、定着ローラ１の内部に配置されたハロゲンヒータ
３を熱源としてトナー（現像剤）Ｔが記録材Ｐ上に定着
される。また、定着ローラ１表面は、定着に際して現像
剤Ｔと直接接するために現像剤Ｔや記録材Ｐに含まれる
添加剤等が付着することになり、これを除去するため加
圧ローラ２のニップ部よりも回転下流側でウェブ６など
のクリーニング手段と接している。それぞれの画像形成
装置の特性によっては、図６に示すように熱源として複
数のヒータ３ａ、３ｂを配置したものもある。 〈従来の技術２〉従来、複写機等の定着装置としては、
一般に定着ローラをヒータで加熱し、ヒータを点滅させ
ながら定着ローラの表面温度を一定に制御して記録材に
対するトナー像の定着を行っている。このような熱ロー
ル定着の場合、定着ローラが所定の温度に達してはじめ
て複写可能となるが、通常前記温度は２００℃程度であ
るため、複写機の電源を投入した後には、必ず待ち時間
が必要となる。しかし、ヒータの発熱量が常時一定であ
ると、電源投入後の立ち上り時と、一連の複写動作の間
の待機時とで、定着可能な所定温度に保つための熱量が
異なるために立ち上がり時間が極めて長くなってしま
う。

【０００３】そこで、立ち上がり時間の短縮を行うため
に、特公昭６１−１７５３号公報ではヒータを２本用意
し、立ち上がり時には２本とも全点灯させるようにし
て、立ち上がり時間の短縮を行っている。ただ、通常の
コンセントを用いる場合、装置本体の消費電力を１５０
０Ｗに抑えなければならないので、定着ヒータに割り当
てられる電力には限りがあり、高々１３００〜１４００
Ｗである。そこで、さらに、立ち上がり時間を短縮する
ために、定着ローラの熱容量を下げる必要があり、鉄の
ような高強度材料を用い、ローラの芯金の肉厚を極力薄
くして立ち上がり時間の短縮を図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】

〈第１の発明の課題〉しかし、前述の従来の技術１で
は、熱源が１つの場合は電源投入後装置稼動開始までの
待ち時間（以下「ウエイトタイム」という。）が長くか
かったり、朝一番のコピー時に記録材上への定着性が悪
化したりする不都合があった。また、上述の点を考慮し
た、熱源が複数の構成であってもその効果を十分に引き
出せなかったり、あるいは、性能のばらつきが大きくな
ったりする不都合が生じていた。 〈第２の発明の課題〉また、前述の従来の技術２では、
待ち時間をさらに短縮するために定着ローラの熱容量を
下げすぎると、立ち上がり時間は短縮するが、複写動作
が開始して、熱ローラ間に記録材が通過すると、熱容量
が小さい分、熱が奪われやすく、定着不良を起こしてし
まう。特に、冷間時から立ち上がった直後は、定着器の
周囲はまだ冷えきっているので、定着ローラは冷却され
やすく定着不良が発生しやすい。したがって、定着ロー
ラの冷却の度合いを決定する装置の複写スピードに応じ
て、最適な定着ローラの熱容量Ａが存在し、熱容量Ａ以
上の定着ローラ用いる必要があるため、立ち上がり時間
は熱容量Ａから導出される時間Ｔよりも短くすることは
できなかった。定着ローラは製造上、数十グラムの重量
公差を持つので、熱容量の公差も大きく、立ち上がりの
待ち時間はＴを下限にして５〜１０秒程度も変化するう
えに、ローラの熱容量を大きく下げられずに待ち時間短
縮の効果は少ない。

【０００５】そこで、本発明は、熱容量の異なる複数の
熱源によって定着部材を加熱したり、あるいは、熱容量
の小さい定着ローラを使用したりすることによって、好
適な定着が実現できるようにした定着装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

〈第１の発明の手段〉本発明は、上述事情に鑑みてなさ
れたものであって、像担持体から記録材に転写されたト
ナー像を前記記録材に定着してなる定着装置において、
前記トナー像を前記記録材に定着させる定着部材と、該
定着部材の内側に配置された発熱量の異なる複数の熱源
と、を備える、ことを特徴とする。

【０００７】この場合、前記複数の熱源のうち、発熱量
の最も多い熱源を、前記記録材の移動方向最上流側また
は前記定着部材の移動方向最上流側に配置し、または、
同じく前記複数の熱源のうち、発熱量の最も多い熱源
を、過昇温防止装置に最も近い位置に配置し、または、
前記複数の熱源のうち、発熱時間の最も長い熱源を、前
記記録材の移動方向最上流側または前記定着部材の移動
方向最上流側に配置したりすることができる。

【０００８】さらに、前記複数の熱源がハロゲンランプ
であり、これら複数のハロゲンランプのうち発光時間の
最も長いハロゲンランプを、前記記録材の移動方向最上
流側または前記定着部材の移動方向最上流側に配置した
り、前記定着部材が、定着ローラと加圧ローラとからな
り、前記複数の熱源のうち、発熱量の最も多い熱源を、
前記定着ローラと加圧ローラとののニップ部及び前記定
着ローラと定着クリーニング部材とのニップ部に対し、
これらのニップ部を結んだ線よりも前記記録材の移動方
向上流側に配置したりしてもよい。

【０００９】前記定着部材が定着ローラを有し、該定着
ローラの熱伝導率が１００（℃）において２３０（Ｗ・
ｍ^-1・Ｋ^-1）以下とし、または、前記定着部材が定着ロ
ーラを有し、該定着ローラの芯金の厚みが３（mm）以下
とすることもできる。 〈第２の発明の手段〉ヒータを少なくとも２本用いて定
着時の発熱量よりも室温からの立ち上げ時の発熱量を大
きくした定着装置において、立ち上がり待ち時間を一定
時間とする、ことを特徴とする。

【００１０】また、立ち上がり待ち時間終了直前に空回
転を所定の時間行わせ、前記空回転の開始温度を定着ロ
ーラの熱容量の大小に応じて可変としたり、立ち上がり
待ち時間終了直前までに所定の温度から空回転を行わ
せ、所定温度からの回転の時間を前記定着ローラの熱容
量の大小に応じて可変としたりすると好ましい。

【００１１】

【作用】

〈第１の発明の作用〉本発明によれば、複数の熱源を持
つ構成の定着装置において、定着に際して主として動作
する熱源を他の熱源よりも記録材の移動方向上流側もし
くは定着手段の移動方向上流側に配置することで、常に
定着性を良好に保ち、ウエイトタイムについても安定し
た性能を維持する。 〈第２の発明の作用〉本発明の定着装置は、立ち上がり
待ち時間の短縮のためにヒータを２本用いて定着時の発
熱量よりも立ち上げ時の発熱量を大きくすることで、立
ち上がり待ち時間をローラの熱容量の大小によらず一定
時間とすることができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面に沿って、本発明の実施例につい
て説明する。 〈第１の発明の実施例〉図１は、本発明の特徴をもっと
もよく表わした図であり、本発明を実施した定着装置の
断面図で、図２はその拡大図である。図１に示すように
定着装置内に侵入した記録材Ｐ上の未定着現像剤Ｔは、
定着部材としての定着ローラ１とこれに押圧従動する加
圧ローラ２に挟持搬送されながら、熱、圧力等により、
記録材Ｐに定着され、装置本体外部に排出される。一
方、定着ローラ１には、定着時にオフセットしたトナー
や紙粉等の異物を除去するためと離型剤を供給するため
に、ウェブ６が当接されている。定着ローラ１には定着
に必要な熱を発生するハロゲンヒータ１０、１１が配置
されている。ただし、これらのハロゲンヒータ１０、１
１は、ハロゲンヒータ１０のほうがハロゲンヒータ１１
よりも発熱量が大きく、また、ハロゲンヒータ１０はハ
ロゲンヒータ１１よりも定着ローラ１の回転上流側（移
動方向最上流側）に配置されている。これによって、定
着装置内の熱分布が記録材Ｐの侵入方向に偏って分布す
るため、定着装置内に侵入してきた記録材Ｐに対してよ
り熱効果を高めることができる。すなわち、定着ローラ
１のニップ部よりも上流側をより効果的に暖められるの
で、記録材Ｐと接する際の熱供給効果を高めることがで
きる。したがって、ニップ部侵入時に発生すると考えら
れる静電的なオフセットやニップ部脱離時に発生すると
考えられる高温オフセットを防ぐことができる。なお、
図１、図２中、７は、定着ローラ１が、加熱し過ぎるこ
とを防止するための過昇温防止装置である。 〈第１の発明の実施例２〉次に本発明を実施した他の実
施例について説明する。本実施例においては、上述実施
例１と同様に定着ローラ１内にハロゲンヒータ１０、１
１が配置されているが、ここではハロゲンヒータ１０の
みが定着に際して発熱する場合を示している。近年特に
画像形成装置を稼動させるにあたり、その電源投入から
稼動開始可能になるまでのいわゆるウエイトタイムにも
っとも大きな影響を与えてきたのは定着装置であり、こ
のウエイトタイムを短縮するためには、いちはやく定着
ローラ１の表面温度を定着可能な温度まで立ち上がる必
要があり、そのために定着ローラ１内に複数の熱源を配
置する場合が多い。しかし、定着に際しては定着ローラ
を立ち上げるときよりは少ない消費電力ですむため、省
エネルギーという観点からも定着時は１本のハロゲンヒ
ータ１０で稼動させる。この場合に本実施例によれば、
図２に斜線で示すように、過昇温防止装置７にと開放の
ハロゲンヒータ１０をメインヒータとし、これをサブヒ
ータ（ハロゲンヒータ１１）よりも上流側に配置するこ
とで、ニップ部よりも上流側で幅射の死角を無くし、安
定した定着性能を維持することができる。また、定着ロ
ーラ１表面に接して設けられている過昇温防止装置７に
対しても死角が無いため、複数の熱源が１つの定着ロー
ラ１内にあっても過昇温に対して非常に安全な構成であ
る。 〈第１の発明の実施例３〉さらに、他の実施例について
説明する。本実施例においては、前述実施例１と同様に
定着ローラ１内にハロゲンヒータ１０、１１が配置され
ているが、ここではハロゲンヒータ１０がハロゲンヒー
タ１１よりも定着に際して発熱時間が長い場合を示して
いる。最近では、定着装置内に複数の発熱源を持つ場合
でも定着動作に際して、その双方の点灯時間を制御して
使用する場合がある。これは、小サイズ紙を連続して通
過させた場合でも、大サイズ紙を連続して通過させた場
合でも、安定した定着性能を維持するために、ハロゲン
ヒータ１０、１１それぞれの配光分布に偏りを持たせて
使用するものである。この場合でも、本実施例によれ
ば、定着動作に際して点灯時間が長いほうのハロゲンヒ
ータ１０をハロゲンヒータ１１よりも回転上流側に配置
することで前述実施例と同様に安定した定着性能を維持
できる。 〈第２の発明の実施例１〉図３は、第２の発明の実施例
における定着装置の構成図である。１は定着ローラ、２
はシリコンゴムにフッ素樹脂のチューブを被覆した加圧
ローラで、両者は互いに圧接しており回転自在に配置さ
れている。１０、１１はヒータ、９は温度検知素子、Ｐ
は記録材である。

【００１３】本実施例では立ち上り時間を短縮する目的
で定着ローラ１内にヒータ１０、１１を２本配置し、立
ち上がり時の発熱量を大きくしている。また、定着ロー
ラ１の持つ熱容量を減らすため、定着ローラ１の芯金の
肉厚を薄くしている。ここでは、材質は炭素鋼、肉厚は
０．７mm程度のものを用いたが、加圧ローラ２の圧接回
転時でも力学的強度を従来よりも落さないように考慮し
ている。定着ローラ１の熱容量を小さくしていくと、冷
間時からの立ち上りは早くなるが、複写動作が開始され
て記録材Ｐが定着装置内を通過したときには暖まりやす
い分、熱が奪われやすく、定着ローラ１の表面温度は降
下しやすい。したがって、機械的な強度とともに、複写
スピードも定着ローラ１の肉厚の最小値を決める要因で
ある。ここではＡ４サイズを１分当たり３０枚の複写能
力を持つ複写装置で行っている。定着可能の１９０度に
達した時を待ち時間の終了と仮定すると、定着ローラ１
の重量で３００ｇ程度に相当する熱容量（約１４０Ｊ／
Ｋ）では約３０秒で完了する。この場合は完了と同時に
複写が開始されても定着不良が生じず、重量３００ｇの
定着ローラ１は適正な熱容量を持っていることがわか
る。

【００１４】次にこれよりも熱容量の小さい２５０ｇ重
量の定着ローラ１を用いると、２０〜２５秒で待ち時間
は完了するが、完了直後にコピー動作が始まると、定着
ロール１の熱が記録材Ｐに奪われると同時に、加圧ロー
ラ２等の定着器本体にも熱が奪われてしまって、最初の
１枚目は良くても２枚目から１０枚目程度までの定着性
は悪化してしまう。したがって、従来の方法では３００
ｇ以上の定着ローラ１を用いざるを得なかった。ところ
が、このとき、待ち時間が早くなった時間に相当する５
〜１０秒程度さらに待機させると、定着器本体が暖まる
ことによって定着不良は回避できた。すなわち、待ち時
間を３０秒に固定することにより、３００ｇ以下の定着
ローラ１でも定着不良を起こさず、使用可能となる。図
４は前記のそれぞれの場合の定着ローラ１の表面の温度
である。(a) は３００ｇの定着ローラ１の場合、(b) は
２５０ｇの定着ローラ１で１９０度に達した後、すぐに
複写を開始した場合である。このとき、記録材Ｐへの熱
の移行により、定着ローラ１の表面温度は大きく降下
し、定着不良を起こす。(c) は２５０ｇの定着ローラ１
で定着可能温度に達した後、３０sec まで空回転させた
場合である。複写開始後の定着ローラ１の温度の降下は
(b) と比較して大幅に改善され、(a) とほぼ同等とな
り、定着不良は発生しない。したがって、待ち時間を固
定することにより、定着ローラ１の熱容量を従来よりも
小さくしても定着不良の発生を容易に防止できた。

【００１５】すなわち、定着可能温度になってから、所
定の持ち時間になるまで空回転を行うことで、待ち時間
を一定にすることもできる。この場合、定着ローラ１の
熱容量が小さいほど空回転の時間を長くする。これは空
回転が長くなるにつれて、加圧ローラ２を含めた定着器
の全体が昇温し、定着ローラ１の熱分布の不均一性は小
さくなって定着性が改善される。また、定着ローラ１の
熱容量が極めて小さいと空回転開始直前で過昇温が発生
しやすいが、空回転を行う場合は起こりにくく、安全性
が高まるという特徴を有す。 〈第２の発明の実施例２〉定着ローラ１の芯金の肉厚が
薄い場合は特に、定着ローラ１の表面の温度が周方向で
熱分布をもちやすいので、待ち時間終了の直前に空回転
をすると良い。本実施例の適正な熱容量を持った定着ロ
ーラ１では立ち上り待ち時間の短縮を維持した上で定着
性の良否を判断したところ２秒程度が最適であった。こ
の場合、熱容量の小さい定着ローラ１ほど空回転の開始
温度が高くなるように設定しておけば、その後、一定時
間（２秒間）空回転させても、立ち上がりの待ち時間が
一定となる。空回転中は、モータ（不図示）の駆動のた
めの電力が必要なため、定着ローラ１内の２本のヒータ
１０、１１を共に点灯させることが不可能であるから、
この場合、空回転開始前に十分熱供給できるので、定着
性は定着可能温度で待機させておく場合よりも著しく改
善される。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、第１発明によれ
ば、発熱量の異なる複数の熱源を備え、そのうち発熱量
の最も多いものを、定着部材や記録材の移動方向最上流
側に設置することによって、装置構成の複雑化を伴うこ
となく、効率よく、かつ、より安全に定着性能を常に安
定して発揮することができ、定着装置内で発生する静電
及び高温オフセットについても高性能を発揮し、画像形
成装置において常に安定した画像を提供することができ
る。

【００１７】さらに、第２発明によると、定着装置は、
熱容量が小さくて、これまで定着不良を起こしてしまっ
た定着ローラを使用可能とし、立ち上り時間を従来より
も短縮できる。なお、制御については、立ち上りの時間
を一定するだけでよいので、極めて簡便である。加え
て、定着ローラの製造上生じる熱容量ばらつきの管理は
上限のみを規定すればよいので、定着ローラの製造コス
トを下げることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の実施例１の定着装置を示す断面
図。

【図２】第２の発明の実施例２の定着装置を示す断面
図。

【図３】第２の発明の実施例１の定着装置を示す断面
図。

【図４】(a) 、(b) 、(c) は、定着ローラの温度と時間
の関係を示す図。

【図５】従来の定着装置を示す断面図。

【図６】従来の他の定着装置を示す断面図。

【符号の説明】

１ 定着部材（定着ローラ） ２ 加圧ローラ ６ クリーニング部材（ウェブ） ７ 過昇温防止装置 １０、１１ 熱源（ハロゲンランプ） Ｐ 記録材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 佳右 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 高橋 正義 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体から記録材に転写されたトナー
   像を前記記録材に定着してなる定着装置において、 前記トナー像を前記記録材に定着させる定着部材と、 該定着部材の内側に配置された発熱量の異なる複数の熱
   源と、を備える、 ことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 前記複数の熱源のうち、発熱量の最も多
   い熱源を、前記記録材の移動方向最上流側または前記定
   着部材の移動方向最上流側に配置してなる、 ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 【請求項３】 前記複数の熱源のうち、発熱量の最も多
   い熱源を、過昇温防止装置に最も近い位置に配置してな
   る、 ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 【請求項４】 前記複数の熱源のうち、発熱時間の最も
   長い熱源を、前記記録材の移動方向最上流側または前記
   定着部材の移動方向最上流側に配置してなる、 ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
5. 【請求項５】 前記複数の熱源がハロゲンランプであ
   り、これら複数のハロゲンランプのうち発光時間の最も
   長いハロゲンランプを、前記記録材の移動方向最上流側
   または前記定着部材の移動方向最上流側に配置してな
   る、 ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
6. 【請求項６】 前記定着部材が、定着ローラと加圧ロー
   ラとからなり、前記複数の熱源のうち、発熱量の最も多
   い熱源を、前記定着ローラと加圧ローラとののニップ部
   及び前記定着ローラと定着クリーニング部材とのニップ
   部に対し、これらのニップ部を結んだ線よりも前記記録
   材の移動方向上流側に配置する、 ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
7. 【請求項７】 前記定着部材が定着ローラを有し、該定
   着ローラの熱伝導率が１００（℃）において２３０（Ｗ
   ・ｍ^-1・Ｋ^-1）以下であることを特徴とする請求項１記
   載の定着装置。
8. 【請求項８】 前記定着部材が定着ローラを有し、該定
   着ローラの芯金の厚みが３（mm）以下である、 ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
9. 【請求項９】 ヒータを少なくとも２本用いて定着時の
   発熱量よりも室温からの立ち上げ時の発熱量を大きくし
   た定着装置において、 立ち上がり待ち時間を一定時間とする、 ことを特徴とする定着装置。
10. 【請求項１０】 立ち上がり待ち時間終了直前に空回転
    を所定の時間行わせ、前記空回転の開始温度を定着ロー
    ラの熱容量の大小に応じて可変とする、 ことを特徴とする請求項９記載の定着装置。
11. 【請求項１１】 立ち上がり待ち時間終了直前までに所
    定の温度から空回転を行わせ、所定温度からの回転の時
    間を前記定着ローラの熱容量の大小に応じて可変とす
    る、 ことを特徴とする請求項９記載の定着装置。