JPH08286555A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定着ローラの表面温度の均一化を効率良く行
い、定着ローラの非通紙部の温度上昇を押さえて、定着
装置を通過する転写材の皺発生を防止する。また、ヒー
タの電力の低減および小サイズの転写材の連続高速通紙
時の定着ローラの非通紙部における異常昇温防止を可能
にし、通紙部の温度低下を防止する。 【構成】 加熱手段５２および少なくとも１つのヒート
パイプ５９を内蔵して回転する定着ローラ５１と、これ
に押圧する加圧ローラ５３との間に、片側基準で搬送さ
れる転写材を挟持し、該転写材上のトナー像を定着させ
る定着装置において、ヒートパイプ５９の定着装置を通
過する転写材の片側基準側の端部と定着ローラ５１の軸
心との間隔に対して、ヒートパイプ５９の他方の端部と
定着ローラ５１の軸心との間隔が大きくなるように、ヒ
ートパイプ５９の長手方向の軸線が定着ローラ５１の軸
心に対して傾斜角を有して配置されている定着装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真式の画像形成
装置に使用され、転写材上のトナー像を加熱定着する定
着装置に関し、特に、ヒートパイプを内蔵して回転する
定着ローラを有する定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７（Ａ）は従来の定着装置の一例を示
す正面断面図、図７（Ｂ）はその側断面図である。図に
おいて１は表面に２０μｍ〜６０μｍのテフロンをコー
ティングした肉厚４ｍｍ〜１８ｍｍアルミニウム製のロ
ーラからなる定着ローラ（上ローラ）、２は赤外線ラン
プ等からなる加熱素子、３は熱電対或はサーミスタ等か
らなり、定着ローラ１の表面に軽く接触して定着ローラ
１の表面温度を検知する温度センサ、４は定着ローラ１
との間に転写紙を挟み通過させるための加圧ローラ（下
ローラ）であり、通常シリコンゴム製、またシリコンゴ
ムにＰＦＡチューブを被覆したローラである。５は定着
ローラ１および加圧ローラ４を支持するベアリング、６
は定着ローラ１を駆動回転させるギアである。

【０００３】定着ローラ１と加圧ローラ４とは軸方向に
温度が均一になっていることが望ましい。この軸方向温
度が不均一になると、温度の異なる部分における熱膨張
の差に基づくニップ差により転写材に皺や、未定着部分
やオフセット等が発生する。

【０００４】このため、定着ローラ１にヒートパイプ８
を内蔵して、その表面温度を定着ローラ１の軸方向に均
一にすることは従来より周知である。特開平４−３６０
１８５号公報に記載された定着装置は、ヒートパイプの
少なくとも１つが定着ロの軸心に平行であり、ヒートパ
イプを保持する定着ローラの芯金部が押し出し成型によ
り製作されたものである。ヒートパイプの基本構造は、
内表面にウイック層をもつ両端を閉じた中空円筒であ
り、その中に作動液（熱を搬送する液体）を封入したも
のである。このヒートパイプの一端の蒸発部に熱が加え
られると、ウイック内で液体が蒸発し、蒸気は管中を熱
移動する。ヒートパイプの他端では蒸気が再び液体とな
り、凝縮液としてウイックにより蒸発部に還流される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ヒートパイプは、水平
に配置されていることが重要であり、このため装置全体
を水平に設置し、そして定着装置は装置全体に対し水平
になるように保持されねばならない。しかし、何らかの
理由でヒートパイプが水平でない場合、作動液が低い方
に溜まり、凝縮液が蒸発部に還流されず、性能が低下す
ることが周知である。

【０００６】また、定着装置が加熱されて安定した状態
にあるとき、小サイズの転写材の連続通紙を行うと、定
着ローラ表面の通紙部と非通紙部との間に温度差が生じ
る。すなわち定着ローラの一方の通紙部の温度が低下
し、他方の非通紙部の温度が上昇する。また前記小サイ
ズ転写材の連続通紙直後に大サイズ転写材の通紙を行う
と、前記小サイズ転写材の通紙部における低温による定
着不良や、非通紙部の高温によるオフセットの発生等の
不具合が生じた。このような定着ローラの端部の温度上
昇が繰り返されると、定着ローラや加圧ローラおよび定
着ローラに接している部分、例えば軸受等が劣化し、そ
れらの寿命が短くなる。

【０００７】本発明は、定着装置の定着ローラおよび加
圧ローラの軸方向における表面温度を均一にして、前述
の諸欠点を除去することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の定着装置は、加熱手段および少なくとも１つのヒー
トパイプを内蔵して回転する定着ローラと、これに押圧
する加圧ローラとの間に、片側基準で搬送される転写材
を挟持し、該転写材上のトナー像を定着させる定着装置
において、前記ヒートパイプの前記定着装置を通過する
転写材の片側基準側の端部と前記定着ローラの軸心との
間隔に対して、前記ヒートパイプの他方の端部と前記定
着ローラの軸心との間隔が大きくなるように、前記ヒー
トパイプの長手方向の軸線が前記定着ローラの軸心に対
して傾斜角を有して配置されていることを特徴とするも
のである。また、前記ヒートパイプの長手方向の軸線
が、前記転写材の片側基準側の端部から他方の端部へ遠
ざかるに従い、前記定着ローラの軸心との距離が徐々に
広がる方向の傾斜を有して配置されていることを特徴と
する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の定着装置の実施
例を説明する。

【００１０】図１は本発明の定着装置を装備した電子写
真複写機の構成図である。まず、複写機における定着装
置に至るまでの工程の概略を説明する。像担持体１０は
帯電器１１により帯電され、像担持体１０表面の光導電
面は、一様に電荷を保持して回転し、露光部２０に至
る。該露光部２０では、光源により照射されて原稿の反
射光がミラー、レンズ等の光学系により走査され、像担
持体１０の光導電面に入射され、原稿画像の静電潜像を
作る。この静電潜像は現像部３０において現像され、潜
像のトナー像が形成される。該トナー像は転写部４０に
おいて、同期して給送されてきた転写紙上にトナー像を
転写する。トナー像を転写した転写紙は分離電極４１に
より像担持体１０から分離され、搬送ベルト４２によっ
て搬送されて、更に本発明に係る定着装置５０により熱
定着されて機外に排出される。 一方、分離電極４１で転写紙を分離した像担持体１０は
未転写の残留トナーを担持したままクリーニング装置４
３に至り、ここで該像担持体１０の残留トナーが除去さ
れ、新たなコピーサイクルが準備される。 図２は本発明に係る定着装置５０の断面図である。図に
おいて定着ローラ５１（上ローラ）は芯金部５１１とテ
フロン等の表面離型層５１２とから成り、該定着ローラ
５１の内部にはハロゲンヒータ５２が配設されている。
上記芯金部５１１には複数のヒートパイプ５９が内蔵さ
れている。

【００１１】上記定着ローラ５１の下側には対向ローラ
として、定着ローラ５１に圧着して、加圧ローラ（下ロ
ーラ）５３が設けられている。前記一対のローラ５１，
５３間をトナー像を有した転写紙が、トナー像を定着ロ
ーラ５１側に向けて通過することにより、前記転写紙上
のトナー像の定着が行われる。 定着ローラ５１は、パイプ状の金属性芯金の外側に、厚さ
３０μｍ程度のテトラフルオロエチレン−パーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合体(ＰＦＡ）チューブを
被覆させた外径寸法が約６０ｍｍのローラである。 上記定着ローラ５１に内蔵されたハロゲンヒータ５２
は、定着ローラ５１のほぼ中心に位置する１１５０Ｗの
ヒータである。そしてその発熱量は、定着ローラ５１の
周面に近接して配置され非接触温度センサ５４の温度検
出により、定着ローラ５１の周面温度が複写時には２０
０℃前後に保たれるようコントロールされている。 上記定着ローラ５１の周面上方には、オイル塗布ローラ
５５が、その自重およびばねによって前記定着ローラ５
１に圧接して従動回転しながら該定着ローラ５１の周面
にオイルを塗布する。５６はオイル塗布ローラ５５にオ
イルを常時供給するオイル供給手段であり、箱状枠体に
内蔵されているオイル含浸パッドがオイル塗布ローラ５
５の周面に摺接してオイルを供給する。５７は発泡した
シリコンゴム製のクリーニングローラであり、定着ロー
ラ５１の周面に付着したトナー等を吸着除去する。 加圧ローラ５３は前記定着ローラ５１に対し、直下から
圧接して反時計方向に従動回転する。該加圧ローラ５３
の内部には補助加熱手段５８が配設されている。

【００１２】上記定着ローラ５１と加圧ローラ５３の圧
接部に向かって、その上面にトナー像を転写した転写紙
を、矢示Ａ方向からガイド板５０１，５０２の案内によ
って搬入する。該転写紙は上記両ローラ５１，５３の圧
接部で挟持され、矢示方向に搬送される。この際、転写
紙上のトナーは、前記定着ローラ５１に内蔵されたヒー
タ５２の発熱量および加圧ローラ５３内の補助加熱手段
５８によって熔融され、転写紙上に定着される。トナー
像が定着された転写紙は、前記両ローラ５１，５３の圧
接部から搬出され、分離爪５０３，５０４によって両ロ
ーラ周面から剥離され、ガイド部材５０５，５０６の案
内を経て、矢示Ｂ方向から定着装置５０の外方へ排出す
る。

【００１３】複写機のスイッチをＯＮして、アイドリン
グ状態に入ると、定着ローラ５１の表面温度は時間と共
に上昇し、やがて所定の温度に到達したのちは、この設
定温度（例えば２００℃）を維持するよう制御される
が、コピー動作に入ると、転写紙の挟持・通過によって
熱を奪われるため、一般的には、定着ローラ５１表面(周
面)の温度は低下する。そこで、この温度低下を補うよう
定着ローラ５１の熱源制御による温度コントロールが行
われる。 非接触温度センサ５４として熱電対またはサーミスタ等
の測温素子５４０は、定着ローラ５１の周面（表面）よ
り一定距離を隔てて設置するために、基板５４３上に位
置決め部材５４１により固設されている。そしてこれら
測温素子５４０と位置決め部材５４１全体を覆うように
遮蔽板５４２が基板５４３に設置されていて非接触温度
センサ５４のユニットを構成している。 図３（Ａ）は前記ヒートパイプ５９をそなえた定着装置
の定着ローラ５１の断面図、図３（Ｂ）は該定着ローラ
５１の左側面図、図３（Ｃ）は該定着ローラ５１の右側
面図，図３（Ｄ）はヒートパイプ５９の基本的構造を示
す断面図である。

【００１４】前記定着ローラ５１は、熱伝導性の良い芯
金部５１１と、テフロン等の表面離型層５１２とから成
り、該定着ローラ５１の内部の中央部にはハロゲンヒー
タ５２が配設されている。さらに上記芯金部５１１には
複数のヒートパイプ５９が内蔵されており、これらのヒ
ートパイプ５９は定着ローラ５１の軸心と傾斜角をもっ
て配置してある。前記ヒートパイプ５９の長手方向の軸
線は、前記転写材の片側搬送基準線ＫＦ側の端部Ｆ（右
側面）から他方の端部Ｒ（左側面）へ遠ざかるに従い、
前記定着ローラ５１の軸心との距離が徐々に広がる方向
の傾斜を有して配置されている。すなわち、右側面の端
部Ｆにおける複数のヒートパイプ５９の一端の配置位置
は、定着ローラ５１の軸心からＲ１の距離にある。また
他方の左側面の端部Ｒにおける複数のヒートパイプ５９
の他端は、定着ローラ５１の軸心からＲ２の距離に配置
されている。そしてヒートパイプ５９の軸線は、Ｒ１＜
Ｒ２となるように定着ローラ５１の軸心と傾斜角を形成
する。

【００１５】前記ヒートパイプ５９の軸方向傾斜角が熱
交換作用に大きく作用する。ヒートパイプ５９の蒸発部
が凝縮部より高くなると、熱交換効率が低下する。本発
明は、この問題を解決するため、前述のようにヒートパ
イプ５９の中心線５９０を定着ローラ５１の中心線５１
０に対して、転写材の片側搬送基準線Ｋから離れるに従
い、両中心線５１０，５９０の間隔が徐々に広がる方向
にヒートパイプ５９が傾斜する位置関係に設定した。こ
のようにヒートパイプ５９を配置することにより、定着
ローラ５１の回転時の遠心力により作動液は定着ローラ
５１の表面温度が低い端部Ｆ（片側搬送基準線Ｋ側）か
ら高い端部Ｒへ移動し易くなり、ヒートパイプ効果が効
率良く得られることを特長としている。なお、図３に示
すヒートパイプ５９は４本であるが、この本数はこれに
限定されるものではなく、３本またはそれ以外でもよ
い。

【００１６】次に、本発明および従来の定着装置の比較
実験結果を図４に示す。いずれもＡ４サイズ転写紙を１
０００枚連続コピー時の定着ローラ表面の軸方向の温度
分布を示す。なお、転写材上のトナー像は全面黒色とし
た。

【００１７】図４（Ａ）はヒートパイプのない従来の定
着ローラ１によるテスト結果を示す特性図である。定着
ローラ１の表面の転写材の片側搬送基準線Ｋ側の端部Ｆ
近傍の表面温度は１５０℃に対し、その反対側の端部Ｒ
の表面温度は１９５℃となり、その温度差（温度勾配）
は４５℃であった。

【００１８】図４（Ｂ）はヒートパイプ５９を傾斜配置
した本発明の定着ローラ５１によるテスト結果を示す特
性図である。定着ローラ５１表面の転写材の片側搬送基
準線Ｋ側の端部Ｆ近傍の表面温度は１５７℃に対し、そ
の反対側の端部Ｒの表面温度は１７０℃となり、その温
度差（温度勾配）は僅か１３℃であった。なお、使用し
たヒートパイプ５９の直径は４〜６ｍｍ，長さは約４０
０ｍｍ、３本を角度１２０度の等間隔配置とした。この
ようにして一方の非通紙部側（Ｒ近傍）の温度を低下さ
せ、他方の通紙部（Ｆ近傍）の温度を上昇させることに
より、転写材の定着に作用していなかった非通紙部の熱
を有効利用し、定着ローラ表面の軸方向の温度差を均一
にすることが可能である。

【００１９】図５は本発明および従来の定着装置の他の
比較実験結果を示すヒストグラムである。このテストで
は、いずれの定着装置も、転写材として全面黒色のトナ
ー像を有するＡ４サイズ転写紙を用い、常温、常湿の環
境下でアラームコピー数の比較をした。ここでアラーム
コピー数とは、コピー開始してから定着性の得られる限
界温度までのコピー枚数をいう。アラーム１は、複写機
のメインスイッチをオンにしたのち、ウオーミングアッ
プ完了直後から連続コピーを開始し、定着ローラの表面
温度が低下したことを前記温度センサが検出したとき複
写動作を一時自動停止するまでのコピー枚数を示す。ア
ラーム２は前記アラーム１終了後、定着ローラが所定の
定着温度に加温され再び定着開始可能になってコピーを
再開してから、再び定着ローラの表面温度が低下したこ
とを前記温度センサが検出したとき複写動作を一時自動
停止するまでの第二次のコピー枚数を示す。アラーム３
は同様にして前記アラーム２の後で、コピー再開してか
ら自動停止するまでの第三次のコピー枚数を示す。

【００２０】図５の（Ａ）はヒートパイプを有しない従
来の定着装置の１１５０Ｗのヒータを備えた定着ローラ
のテスト結果を示す。アラーム１は２４０枚、アラーム
２は２９２枚、アラーム３は３６０枚であった。

【００２１】図５の（Ｂ）は前述の３本のヒートパイプ
５９と１１００Ｗのヒータとを有する本発明の定着装置
によるテスト結果を示す。本発明の定着ローラによれ
ば、アラーム１は４２７枚、アラーム２は５３５枚、ア
ラーム３は１０００枚以上となり、従来の定着ローラに
比して大幅なアラーム枚数延長が可能になった。

【００２２】図６は定着装置を装備した複写機本体の設
置時の各傾き状態を示す模式図である。図６（Ａ）は複
写機本体１００が水平な床上に設置され、定着ローラ５
１の中心線５１０が水平に支持された状態を示す。図６
（Ｂ）は複写機本体１００の複写機操作者側を水平線Ｈ
に対して上向きに設置された状態を示す。このときの複
写機本体１００および定着ローラ５１の水平線に対する
傾斜角を＋θとする。この状態では、ヒートパイプ５９
の効率は良い。図６（Ｃ）は複写機本体１００の複写機
操作者側を水平線Ｈに対して下向きに設置された状態を
示す。このときの複写機本体１００および定着ローラ５
１の水平線に対する傾斜角を−θとする。この状態で
は、ヒートパイプ５９の効率は悪い。

【００２３】表１は、前記定着装置を装備した複写機本
体１００の傾斜角と定着ローラ５１の温度勾配の関係を
測定した結果を示す。定着装置は、本発明による前述の
定着ローラ５１内に傾斜配置された３本のヒートパイプ
５９（直径６ｍｍ、長さ４２０ｍｍ）と、１１００Ｗの
ハロゲンヒータ５２とを有する。転写材として全面黒色
のトナー像を有するＡ４サイズ転写紙（５５ｋｇ紙）を
用い、常温、常湿の環境下で定着ローラ５１の表面温度
勾配の比較をした。定着ローラ５１の測定位置は図６に
示すＭ点とＮ点である。Ｍ点はＡ４サイズ転写紙の通紙
部（Ｆ−Ｃ）の中央部である。Ｎ点は上記Ａ４サイズ転
写紙の非通紙部（Ｃ−Ｒ）の中央部である。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１に示すように、傾斜角θが±０．５
［度］の範囲内では温度勾配は比較的に少なく良好なコ
ピーが得られる。しかし傾斜角θが−０．５［度］の範
囲を越えると、温度勾配が大きくなり、ヒートパイプ５
９の効果が低減する。従ってヒートパイプ５９を内蔵し
た定着ローラ５１を備えた複写機本体は、水平設置する
ことが望ましい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明のヒートパイ
プを傾斜配置した定着装置は、定着ローラの全通紙領域
に亙って常に所定の均一の範囲内に保持することができ
るから、定着ローラの表面温度の均一化が効率良く行わ
れ、定着ローラの非通紙部の温度上昇を押さえて、定着
装置を通過する転写材の皺発生を防止することが可能で
ある。また、ヒータの電力の低減および小サイズの転写
材の連続高速通紙時の定着ローラの非通紙部における異
常昇温防止が可能であり、従って定着ローラや加圧ロー
ラの寿命延長を達成できる。しかも簡単な構成により達
成することができる。これによって常にむらのない、き
れいなコピーが安定して得られる定着装置を提供できる
ようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着装置を装備した複写機の構成図。

【図２】本発明の定着装置の一実施例を示す断面図。

【図３】上記定着装置の定着ローラの断面図、側面図お
よびヒートパイプの断面図。

【図４】本発明および従来の定着ローラの表面温度の比
較実験結果を示す特性図。

【図５】本発明および従来の定着装置の他の比較実験結
果を示すヒストグラム

【図６】本発明の定着ローラを備えた複写機本体の設置
時の各傾き状態を示す模式図。

【図７】従来の定着装置の一例を示す正面断面図および
側断面図。

【符号の説明】

１００ 複写機本体 ５０ 定着装置 ５１ 定着ローラ ５１０ 定着ローラの中心線 ５１１ 芯金部 ５１２ 表面離型層 ５２ ハロゲンヒータ（加熱手段） ５３ 加圧ローラ ５４ 非接触温度センサ（非接触温度検出手段） ５９ ヒートパイプ ５９０ ヒートパイプの中心線 Ｋ 転写材の片側搬送基準線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱手段および少なくとも１つのヒート
   パイプを内蔵して回転する定着ローラと、これに押圧す
   る加圧ローラとの間に、片側基準で搬送される転写材を
   挟持し、該転写材上のトナー像を定着させる定着装置に
   おいて、前記ヒートパイプの前記定着装置を通過する転
   写材の片側基準側の端部と前記定着ローラの軸心との間
   隔に対して、前記ヒートパイプの他方の端部と前記定着
   ローラの軸心との間隔が大きくなるように、前記ヒート
   パイプの長手方向の軸線が前記定着ローラの軸心に対し
   て傾斜角を有して配置されていることを特徴とする定着
   装置。
2. 【請求項２】 前記ヒートパイプの長手方向の軸線が、
   前記転写材の片側基準側の端部から他方の端部へ遠ざか
   るに従い、前記定着ローラの軸心との距離が徐々に広が
   る方向の傾斜を有して配置されてい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】 前記ヒートパイプを傾斜配置した定着ロ
   ーラは、駆動回転時にヒートパイプ内の作動液が遠心力
   により重力に逆らった移動をすることによって、定着装
   置を備えた装置が傾斜設置されても熱交換可能にしたこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。