JPH06208313A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】トナー像を記録媒体に定着させるための定着器
を有する画像形成装置に関し、小型でしかも記録媒体に
効率良く定着熱量を供給することができるようにするこ
とを目的とする。 【構成】定着器２０が、良熱伝導材によって円筒状に形
成されてその軸線回りに回転駆動される熱定着ローラ２
２と、内部にヒータ２９ａが配置され、表面部が上記熱
定着ローラ２２の表面に沿う可撓性部材２５によって形
成された加熱部２１と、上記加熱部２１を上記熱定着ロ
ーラ２２に向けて押し付ける加圧弾性体３２とを有する
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トナー像を記録媒体
に定着させるための定着器を有する画像形成装置に関す
る。

【０００２】電子写真装置などにおいては、記録媒体の
表面にトナー像を転写した後、加圧及び加熱等によって
トナー像を記録媒体に定着させる必要がある。

【０００３】

【従来の技術】従来の画像形成装置に設けられた定着器
は、一般に、熱定着ローラと加圧ローラとの間に記録媒
体を挟み付けて搬送し、記録媒体のトナー像形成面を熱
定着ローラで加熱することによって、トナー像を記録媒
体に定着するようにしている。

【０００４】しかし、フルカラー画像の未定着トナー像
を定着する場合などには、トナーが多層に重なりあって
いるので、モノクロ画像以上にトナーに与える熱エネル
ギー量を多くする必要があり、未定着トナー像と熱定着
ローラ表面が接触している時間を長くしなければならな
い。

【０００５】そのためには、熱定着ローラ表面と記録媒
体との接触長（ニップ幅）をできるだけ大きくする必要
がある。そこで、熱定着ローラ及び加圧ローラ共に表面
にゴムライニングをして、両ローラが圧接部において変
形をすることによってニップ幅が大きくなるようにして
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】通常、ニップ幅を大き
くとるためには熱定着ローラ及び加圧ローラにライニン
グするゴム厚を厚くし、ゴム硬度を小さくするか、又は
双方のローラの接触圧（ニップ線圧）を大きくすること
で対応している。

【０００７】しかし、ニップ線圧を増大した場合には、
アルミニウムなどによって形成されたローラの素管にた
わみが生じないように、ローラの肉厚を厚くする必要が
ある。すると、ローラの温度上昇に費やすエネルギーが
増大するとともに、ウォームアップ時間も増加する。こ
れに対応するためには、発熱量の大きな熱源（例えばハ
ロゲンランプ）を用いる必要があり、消費電力の増大を
招く結果となる。

【０００８】また、熱定着ローラの表面にライニングさ
れるゴムは、材質自体は熱伝導の良くないものである。
そのため、ゴム厚を厚くした場合には、表面温度が同じ
条件であってもアルミニウム素管とゴムとの界面温度
が、ゴム厚が薄い場合より大きくなり、素管とゴムとの
接着面を劣化させてしまったり、ゴム自体の熱分解を生
じる結果となる。

【０００９】またゴム硬度を小さくすると、研磨によっ
て表面を仕上げる場合に表面精度が悪化するので、硬度
を小さくするのにも限度がある。更に、ニップ線圧の増
大やライニングするゴムの低硬度化を行うと、ゴムに与
える弾性変化量が大きくなるので、加圧によって弾性変
形した状態での長期保存により、ゴムが弾性疲労による
変形をする。

【００１０】これを避けるために、従来は熱定着ローラ
と加圧ローラとの間に離接機構を設けており、そのため
に定着器自体の大型化と機構の複雑化をもたらしてい
た。そこで本発明は、小型でしかも記録媒体に効率良く
定着熱量を供給することができる定着器を有する画像形
成装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の画像形成装置は、実施例を説明するための
図１に示されるように、定着器２０が、良熱伝導材によ
って円筒状に形成されてその軸線回りに回転駆動される
熱定着ローラ２２と、内部にヒータ２９ａが配置され、
表面部が上記熱定着ローラ２２の表面に沿う可撓性部材
２５によって形成された加熱部２１と、上記加熱部２１
を上記熱定着ローラ２２に向けて押し付ける加圧弾性体
３２とを有することを特徴とする。

【００１２】なお、上記熱定着ローラ２２に圧接される
回転自在な搬送ローラ２３を上記加熱部２１に隣接して
設け、上記記録媒体１００が上記熱定着ローラ２２と上
記搬送ローラ２３との間に挟まれて搬送されるようにし
てもよい。

【００１３】

【作用】記録媒体１００は、熱定着ローラ２２と加熱部
２１との間に挟まれて搬送され、その際、加熱部２１の
表面は、加圧弾性体３２によって熱定着ローラ２２に向
けて押し付けられて、熱定着ローラ２２の表面に沿う形
状に変形した状態で記録媒体１００の裏面に当接する。

【００１４】したがって、記録媒体１００は加熱部２１
の表面に沿って熱定着ローラ２２の表面に大きなニップ
幅で接触し、記録媒体１００表面と熱定着ローラ２２と
の接触部にヒータ２９ａからの発熱が伝えられて、トナ
ー像が記録媒体１００表面に定着される。

【００１５】

【実施例】図面を参照して実施例を説明する。図２は、
本発明を適用した電子写真方式のフルカラープリンタを
示している。ただし、本発明はモノクロプリンタをはじ
め、トナーを用いた種々の画像形成装置の定着装置に適
用することができる。

【００１６】感光ドラム１は、図示されていないモータ
によって矢印Ａ方向に回転駆動され、帯電器２によって
一様に帯電された表面に、レーザビーム等を用いた露光
器３によって静電潜像が形成される。

【００１７】現像器４は、黄色（Ｙ）のトナーを用いた
現像ユニット４ａ、マゼンタ色（Ｍ）のトナーを用いた
現像ユニット４ｂ、シアン色（Ｃ）のトナーを用いた現
像ユニット４ｃ及び黒色（Ｂ）のトナーを用いた現像ユ
ニット４ｄの４つのユニットからなり、感光ドラム１が
一回転する毎に、異なるユニットによって感光ドラム１
上の潜像が順に現像される。

【００１８】６は、一次転写器５によって感光ドラム１
上からトナー像が転写される中間転写体ベルトであり、
感光ドラム１の表面に接した状態で、感光ドラム１と同
じ周速で矢印Ｂ方向に回動駆動される。

【００１９】この時、感光ドラム１と中間転写ベルト６
とが一周する毎に、異なる色のトナー像が順次感光ドラ
ム１から中間転写ベルト６に重ね合わせて転写される。
転写されずに感光ドラム１上に残ったトナーは、クリー
ナ７によってクリーニングされる。

【００２０】そして、４色のトナー像が中間転写ベルト
６上に重ね合わせて転写されて、フルカラーのトナー像
が形成され、そのフルカラーのトナー像が、二次転写器
１１によって記録用紙１００に転写される。

【００２１】記録用紙１００に転写されずに感光ドラム
１上に残ったトナーは、４色のトナー像が中間転写ベル
ト６に重ね合わされた状態になった後に中間転写ベルト
６に接するように制御されるベルトクリーナ１２によっ
てクリーニングされる。

【００２２】記録用紙１００は、ピックアップローラ１
３によって用紙カセット１４から一枚ずつくり出された
後、用紙搬送ローラ１５によって二次転写器１１と中間
転写ベルト６との間に搬送され、さらに、中間転写ベル
ト６からフルカラーの未定着トナー像の転写を受けた記
録用紙１００は、搬送ベルト１６によって定着器２０へ
搬送される。そして、定着器２０でトナー像が定着され
た記録用紙１００はスタッカ１７へ排出される。

【００２３】図１は定着器２０を拡大して示している。
図中、２２はトナー画像を溶融するための熱定着ローラ
であり、図示されていないモータによって軸線回りに回
転駆動されるアルミニウム製の円筒状の素管の表面を、
シリコンゴムでライニングして形成されている。ゴムの
厚さは１mm以下とし、温度制御に対して充分な、表面温
度の応答性を得ている。

【００２４】このようにゴム厚を１mm以下に薄くするこ
とによって、ゴム表面と素管との接着面における温度差
が低減し、ゴムの寿命が伸びるだけでなく、定着温度の
上限が大きくなる効果をもたらす。さらに、表面温度の
制御に関して、熱に対する応答性が向上するので、安定
した温度制御が可能となり、得られる画像の信頼性の向
上に寄与する。

【００２５】２３は、加熱部２１に隣接して回転自在に
配置された搬送ローラであり、耐熱性・耐油性を有する
シリコンゴムまたは発泡性ウレタンゴムに弗素樹脂フィ
ルムをコーティングして形成されている。

【００２６】搬送ローラ２３を熱定着ローラ２２の表面
硬度より低い材質で形成することにより、間に記録用紙
１００を挟んで搬送する場合に搬送ローラ２３が変形す
るので、記録用紙１００の搬送を熱定着ローラ２２に密
着した状態で行うことができる。

【００２７】更に、加熱部２１と搬送ローラ２３の間に
耐熱性樹脂により形成された保護ブレード２４を取り付
け、記録用紙１００が搬送ローラ２３の周囲に巻き込ま
れないようにして、記録用紙１００の搬送の信頼性を向
上させている。

【００２８】２５は、熱定着ローラ２２に接触する接触
層であり、２０〜１００μｍ程度の金属箔膜上に弗素系
樹脂をコーティングした可撓性部材によって形成されて
いる。本実施例では、接触層２５として、５０μｍのニ
ッケル箔膜上に耐熱性弗素樹脂ＰＦＡ（動摩擦係数：
０．２７kg/cm²，３m/min）をコーティングしたものを
使用した。

【００２９】その結果、加熱源２９から放出された熱
は、熱伝導の良い金属箔膜を介することによりその金属
箔膜上でほぼ均一に分布し、安定して均一な熱量を記録
媒体に伝達することができる。また、可撓性のある箔膜
とすることによって、熱定着ローラ２２に沿う記録用紙
１００の表面形状に忠実に追従して、記録用紙１００に
接触することができる。

【００３０】２６は加熱部２１を保持する部分であり、
断熱性及び耐熱性を持つ樹脂により構成されている。記
録用紙１００を熱定着ローラ２２の表面から分離させる
ための分離づめ２７も、同様の材質によって形成されて
いる。

【００３１】２８は、接触層２５の裏側に配置された温
度検出素子であり、サーミスタが用いられている。サー
ミスタ２８自体は直径１mm程度の水滴型の素子であり、
小型なので、接触層２５と加熱源２９との隙間に設置す
ることにより、接触層２５の温度変化に対する応答性が
速く、且つ記録用紙１００の搬送の妨げになることはな
い。

【００３２】また、図示しない充填剤（シリコングリー
ス等）を充填させることにより、加熱源２９から接触層
２５への熱量の伝達を効率良くし、サーミスタ２８によ
る温度計測の信頼性を向上させている。

【００３３】搬送ローラ２３、分離づめ２７及び加熱部
２１は、アルミニウム製の保持部３０上に固定され、支
点３１を中心にして、図示されていない駆動系によって
離接動作を行っている。

【００３４】このようにして、記録用紙１００の通過時
にのみ記録用紙１００を熱定着ローラ２２と加熱部２１
との間に圧接することにより、加熱部２１の接触面や搬
送ローラ２３の表面にオフセット防止剤等が付着して記
録用紙１００を汚すことを防ぐことができる。

【００３５】また、分離づめ２７が熱定着ローラ２２表
面に接触している時間を最小限に止めることができるの
で、熱定着ローラ２２表面の損傷を防いで、長寿命化を
図ることができ、記録用紙１００に対する信頼性の向上
と共に安定した長寿命な定着装置を供給できる。

【００３６】この実施例においては、加熱源２９の発熱
体として板状のセラミックヒータ２９ａを用いている。
これは、例えば幅が７mmで長さが２５０mm、厚さが１mm
のセラミック基板上に、発熱抵抗体であるＭｏ合金を形
成した構造となっている。

【００３７】さらに、セラミックヒータ２９ａを、良好
な熱伝導を有し、定着温度において組成的に安定な液体
２９ｂ（例えばシリコンオイル）で満たされた弾性体チ
ューブ２９ｃ（例えばＰＦＡチューブ）中に密閉してい
る。

【００３８】そして、これを耐熱性のある加圧弾性体３
２（本実施例では発泡性シリコンゴムを用いている）の
反発弾性力によって加圧し、接触層２５を熱定着ローラ
２２に向けて押し付けている。

【００３９】これによって、弾性体チューブ２９ｃが変
形して、接触層２５に対する広い接触面積を得ることが
でき、セラミックヒータ２９ａの効率を損なわない、効
率の良い熱伝導を実現している。

【００４０】このような構成により、回転駆動される熱
定着ローラ２２と搬送ローラ２３とのニップに挿入され
た記録用紙１００は、熱定着ローラ２２の表面に密着し
た状態で、接触層２５と熱定着ローラ２２のニップ部分
を搬送される。

【００４１】この際、記録用紙１００と接触層２５表面
との動的摩擦力が、記録用紙１００と熱定着ローラ２２
との静的摩擦力と座屈による力との合力より小さけれ
ば、記録用紙１００の搬送が可能である。

【００４２】そこで、加熱部２１と熱定着ローラ２２と
の接触圧を線圧にして５〜５０g/cmとしている。その結
果、記録用紙１００の未定着トナー像が付着した面は熱
定着ローラ２２表面に追従し、記録用紙１００裏面は接
触層２５表面を滑りながら移動する。そして最後に、記
録用紙１００は分離づめ２７により熱定着ローラ２２表
面から剥されて、排出される。

【００４３】以上説明したように、第１の実施例の定着
装置においては、加熱部２１に従来の加圧ローラより小
さい加熱源２９を用いることで、記録用紙１００の搬送
経路を定着器２０の下部に設定することが可能となり、
定着器２０自体も小型化される。

【００４４】また、熱定着ローラ２２との接触する接触
層２５には可撓性を与え、その形状を熱定着ローラ２２
の外周に沿ったものとすることで、ニップ幅の増大とニ
ップ線圧の低下を図ることが可能となっている。

【００４５】この結果、熱定着ローラ２２の素管に加わ
る荷重を低減することができ、素管の肉厚を不必要に厚
くする必要がなくなり、その熱容量を減らすことができ
るので、定着器２０のウォームアップ時間の短縮につな
がる。

【００４６】一方、用紙搬送部では、搬送ローラ２３
を、熱定着ローラ２２と同一の周速度となるように駆動
することで記録用紙１００を加熱部２１に搬送する。搬
送ローラ２３は、内部に熱源を持たないので、外径を小
さくすることができ、定着器２０の小型化に寄与してい
る。

【００４７】なお発熱体としては、セラミックヒータ２
９ａに代えてハロゲンランプ等を発熱体として用いても
よく、弾性体チューブ２９ｃの内部では発熱体の発熱に
伴って、液体媒質の対流が生じるので、熱源のエネルギ
ーを有効に伝達することができ、熱効率の良い加熱源を
供給することができる。

【００４８】図３は、本発明の定着装置の第２の実施例
を示しており、発熱体としてハロゲンランプ３３を用
い、その周囲を中空にしたものである。３４は金属製の
薄肉パイプであり、厚さ５０μｍのステンレスパイプで
ある。ハロゲンランプ３３と薄肉パイプ３４の間は中空
になっており、薄肉パイプ３４の内壁は光エネルギーを
熱エネルギーに変換するための黒色塗装を施している。

【００４９】薄肉パイプ３４は熱定着ローラ２２との接
触時には弾性体として働き、接触層２５を熱定着ローラ
２２に沿う記録用紙１００に密着できる程度の柔軟性を
持った構成としている。

【００５０】ここで用いている薄肉パイプ３４は金属製
なので、熱容量が小さくて温度変化に対する応答性が早
く、また比較的高温の定着温度でも問題なく使用するこ
とができる。

【００５１】図４は、本発明の定着装置の第３の実施例
を示している。

【００５２】図中３５は、高熱伝導率を持つゲル状のシ
リコンゴムであり、熱定着ローラ２２に沿う記録用紙１
００との接触時に、接触層２５の変形に追従できる程度
の硬度を持つ。

【００５３】３６は板状の発熱体であり、本実施例では
セラミックヒータを用いている。このセラミックヒータ
は例えば幅２０mm、厚さ１mm、長さ２５０mmとし、発熱
抵抗体としてチタン酸バリウムを主成分とする酸化物半
導体を用いている。

【００５４】この発熱抵抗体はある一定の温度に達する
と定電力特性を示すので、素子温度を一定に保つことが
でき、温度制御機構を省略することができるので、装置
の簡素化に有利である。

【００５５】また、熱源として通常のセラミックヒータ
を用いてもよく、その場合でも、熱定着ローラ２２との
接触層２５とセラミックヒータ間に高熱伝導の耐熱性弾
性体３５を挟んだ層状構造としているので、加熱部の構
造を簡素化し、小型化した加熱源を供給することができ
る。

【００５６】図５は、本発明の定着装置の第４の実施例
を示している。図中、３７は発熱体であり、フィルム状
のフレキシブルな構造を持つものを使用している。その
ため、発熱体３７を接触層２５の裏面に取り付けた層状
構造として、小型化が可能であると同時に、接触層２５
表面の温度変化に対して素早い応答性を得ている。

【００５７】また、温度検出素子２８を発熱体３７の裏
面に取り付けることによって温度検出を行っており、自
己温度調節機能を有するカーボンの発熱抵抗体を使用す
ることにより温度調節機構を省略し、発熱体３７の裏面
に取り付けた温度検出素子２８を温度フューズとするこ
とができる。その結果、装置全体を簡素化し、コンパク
トな定着装置を提供できる。

【００５８】

【発明の効果】本発明の画像形成装置によれば、定着器
のヒータを熱定着ローラ中に設けずに、熱定着ローラと
の間に記録媒体を挟む位置に設けた加熱部内にヒータを
設けると共に、加熱部の表面を熱定着ローラの表面に沿
う可撓性部材によって形成して、加圧弾性体で熱定着ロ
ーラに向けて押し付けるようにしたので、定着器を小型
化することができると同時に、記録媒体に効率よく定着
熱量を供給することができる優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の定着器の側面断面図である。

【図２】第１の実施例のプリンタの構成図である。

【図３】第２の実施例の側面断面図である。

【図４】第３の実施例の側面断面図である。

【図５】第４の実施例の側面断面図である。

【符号の説明】

２１ 加熱部 ２２ 熱定着ローラ ２３ 搬送ローラ ２５ 接触層（可撓性部材） ２９ａ ヒータ ３２ 加圧弾性体 １００ 記録用紙（記録媒体）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録媒体（１００）上に形成されたトナー
   像を定着するための定着器（２０）を有する画像形成装
   置において、上記定着器（２０）が、 良熱伝導材によって円筒状に形成されてその軸線回りに
   回転駆動される熱定着ローラ（２２）と、 内部にヒータ（２９ａ）が配置され、表面部が上記熱定
   着ローラ（２２）の表面に沿う可撓性部材（２５）によ
   って形成された加熱部（２１）と、 上記加熱部（２１）を上記熱定着ローラ（２２）に向け
   て押し付ける加圧弾性体（３２）とを有することを特徴
   とする画像形成装置。
2. 【請求項２】上記熱定着ローラ（２２）に圧接される回
   転自在な搬送ローラ（２３）が上記加熱部（２１）に隣
   接して設けられていて、上記記録媒体（１００）が上記
   熱定着ローラ（２２）と上記搬送ローラ（２３）との間
   に挟まれて搬送される請求項１記載の画像形成装置。