JPH09114296A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱ローラの径又は部材厚を小さくし、熱
容量の低下によるウォームアップタイムの短縮を図ると
ともに、加熱ローラの過度の変形又は破壊を防止する。 【解決手段】 定着ローラ１の内部に、加圧ローラ２
とのニップ部の内周面に圧接される内側圧接部材４を設
ける。この内側圧接部材６は両端部で支持され、加圧ロ
ーラ２の定着ローラ１への押圧力を負担して定着装置の
フレームに伝達する。これにより、定着ローラ１の外周
面は加圧ローラと圧接されるが、その押圧力を負担しな
いので過度に変形したり破壊することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ等の電子写真式の画像形成装置に使用され、ＰＰＣ
用紙やＯＨＰ用シート等の記録シート上に形成されたト
ナー像を、加熱及び加圧によって定着させる定着装置に
関し、特にウォームアップタイムを大幅に短縮すること
のできる定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真式の画像形成装置で
は、像担持体上にトナー像を形成し、このトナー像をＰ
ＰＣ用紙等の記録シートに転写する。そして、トナー像
が転写された記録シートを定着装置へ導き、トナー像を
記録シートに定着させて永久画像とする。上記定着装置
としては、従来より、図７に示す様に、円筒状の芯金１
１１の内部にヒータ１０３を備え、外周面に耐熱性樹脂
皮膜層１１２を形成した定着ローラ１０１と、この定着
ローラ１０１に圧接配置され、円筒状芯金１２１の外周
面に耐熱弾性体層１２２を形成した加圧ローラ１０２と
を有するものが一般に用いられている。この定着装置で
は、定着ローラ１０１を回転駆動するとともに、加圧ロ
ーラ１０２を従動させ、これらが圧接されるニップ部に
トナー像１０８が転写された記録シート１０７を挟み込
んで搬送する。トナー像１０８が転写された記録シート
１０７は、ニップ部を通過する間に加熱・加圧され、熱
により溶融したトナー像１０８が記録シート１０７に圧
着される。このとき、記録シート１０７は、トナー像１
０８の転写された面が定着ローラ１０１と対向する様に
ニップ部に送り込まれ、トナー像が効率よく加熱溶融さ
れるようになっている。また、トナー像が定着ローラ１
０１の表面へ付着するいわゆるオフセットを防止するた
めに、定着ローラ１０１の表面にはシリコーン樹脂等に
よるコーティング加工が施されていたり、回転駆動時に
定着ローラ１０１の表面へ、シリコーンオイル等の液状
離型剤が少しずつ塗布供給されるようになっている。

【０００３】このような定着装置においては、定着ロー
ラの表面を所定の温度に加熱しておく必要があり、始動
時には該表面温度を所定温度まで上昇させるために、１
〜１０分程度のウォームアップタイムを要する。このよ
うなウォームアップタイムは始動時に使用者の待ち時間
となり、不便に感じたり、実際に業務の効率悪化を招く
ことになる。このためウォームアップタイムの短縮が課
題となっている。

【０００４】一般にウォームアップタイムは、定着ロー
ラの熱容量とこれを加熱するための電源に投入される電
力により決まり、定着ローラの熱容量が小さい程、ま
た、電力が大きい程、ウォームアップタイムを短縮する
ことができる。一般的な画像形成装置においては、定着
装置に用いることのできる電力は３００Ｗ〜１０００Ｗ
であり、この範囲でウォームアップタイムを短縮させる
には、定着ローラの熱容量を小さくしなければならな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、定着ロ
ーラの熱容量を小さくすることには次のような問題点が
ある。定着ローラの熱容量はローラ径や肉厚を小さくす
るによって達成することができるが、ローラ径や肉厚が
小さくなると定着ローラの剛性が急激に低下してしま
う。これは、定着ローラの熱容量がローラ径の２乗に比
例するのに対し、ローラの剛性は、ローラ径の４乗に比
例するからである。。このため定着ローラを加圧ローラ
と圧接したときに、ローラの軸方向に定着ローラが大き
く撓んだり、ローラの周面が変形してへこみ等が生じて
しまうことになる。

【０００６】上記定着ローラの軸方向の撓みについては
バックアップローラ等を用いて変形を低減する技術が知
られている。しかし、実用に十分耐え得るものは少な
い。また、円周方向の応力による周面の変形が軸方向の
撓みより先に発生し、ローラの周面がへこむとともにロ
ーラ破壊の原因となることもあるが、周面の変形を低減
させるような技術は提案されておらず、定着ローラのロ
ーラ径を小さくしたり、肉厚を小さくすることには限界
があった。本発明は上記のような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、定着ローラの径やローラの
肉厚が小さくても、過度の変形を生じることなく、優れ
た定着性能を維持することができ、ウォームアップタイ
ムを短縮することができる定着装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記のような問題点を解
決するために、請求項１に記載の発明は、 加熱手段
を内蔵し、両端部で回転可能に支持された中空円筒状の
定着ローラと、 前記定着ローラと圧接され、前記定
着ローラとの間を通過する記録材を前記定着ローラの周
面に押圧する加圧手段とを有し、 前記記録材上の未
定着トナー像を加熱及び加圧して溶融・圧着する定着装
置において、 前記定着ローラの内部に配置され、該
定着ローラが前記加圧手段と圧接される部分の内周面に
押圧される内側圧接部材を有するものとする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、 請求項１に
記載の定着装置において、 前記内側圧接部材は、
両端部で支持され、前記定着ローラの内周面に摺接さ
れる部材であるものとする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、 請求項１に
記載の定着装置において、 前記内側圧接部材は、
両端部で回転可能に支持されたローラであるものとす
る。

【００１０】請求項１に記載の定着装置において、上記
加圧手段は、定着ローラとほぼ平行に配置された円筒状
の加圧ローラでもよいし、無端状に周回が可能に張設さ
れたベルトを介して、定着ローラに圧接される円筒状ロ
ーラでもよい。また、定着ローラと摺擦される固定部材
であってもよい。また、前記内側圧接部材は定着ローラ
のほぼ全長にわたり、ほぼ均等な圧力で定着ローラの内
周面に押圧されるものが望ましいが、定着ローラの軸線
方向に断続的に圧接されるものであってもよい。ただ
し、圧接部分間の間隔は、定着ローラに過度の変形を生
じさせない程度に設定しなければならない。

【００１１】請求項２に記載の定着装置において、上記
内側圧接部材は、定着ローラの過度の変形を拘束するこ
とができるものであれば、形状材質は適宜に設計するこ
とができる。

【００１２】［作用］請求項１に記載の定着装置では、
定着ローラの加圧部材と圧接される部分の内周面に内側
圧接部材が押圧されているので、両端で支持された定着
ローラと加圧手段との間に十分な圧接力を加えても、定
着ローラの軸線方向及び円周方向に生じる応力は小さな
値となる。つまり、加圧手段からの圧接力は定着ローラ
の周面部分を介して内側圧接部材に伝達され、この部材
によって負担されるので、定着ローラは、圧接力の一部
を負担するか、全く負担しない状態となる。したがっ
て、定着ローラのウォームアップタイムを短縮するため
に定着ローラの部材厚を薄くしても、加圧部材との圧接
力で定着ローラが変形したり、破壊することがなくな
る。

【００１３】また、請求項２に記載の定着装置では、内
側圧接部材が両端部で支持され、定着ローラの内周面に
摺接される部材となっているので、簡単な構造で構成す
ることができ、維持・補修等も容易となる。

【００１４】請求項３に記載の定着装置では、内側圧接
部材が、両端で回転可能に支持された円筒状部材となっ
ているので、加圧手段からの圧接力を負担して定着ロー
ラの変形を有効に防止するとともに、回転することによ
って定着ローラの回転負荷を小さく抑えることができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本発明の請求項１または請
求項２に記載の発明の一実施形態である定着装置を示す
概略構成図であり、図２はその正面図である。この定着
装置は、中空円筒状の定着ローラ１と、周面がこの定着
ローラと圧接される加圧ローラ２とを有し、上記定着ロ
ーラ１の内部には、加熱ランプ３と、加圧ローラ２と圧
接される部分の内周面に押圧される内側圧接部材４とを
備えている。また、定着ローラ１の周囲には、定着ロー
ラ１の表面温度を検知するための温度センサー５と、ト
ナー像が定着された後の用紙を定着ローラ１の表面から
剥離するための剥離部材６が設置されている。

【００１６】前記定着ローラ１は直径が３５ｍｍ、長さ
が３３５ｍｍ、肉厚が０．１５ｍｍのニッケルの筒状体
で構成され、外周面には厚さが３０μｍのフッ樹脂被覆
層が形成されている。この定着ローラ１は両端部で回転
が可能に支持されるとともに、加圧ローラ２に対してわ
ずかに進退が可能となっている。また、図２に示すよう
に、一方の端部の外周面には駆動用ギア１５が設けられ
ており、これと噛み合わされた駆動伝達ギア１６から回
転駆動力が伝達されるようになっている。なお、この定
着ローラ１はウォームアップタイムを短くするために、
肉厚の薄いものとするのが好ましいが、回転駆動された
ときにも円筒形状を保持し、温度センサー５や剥離部材
６等の周辺部材との接触によって変形したりしない程度
の肉厚が必要である。このため、定着ローラを鉄、アル
ミニウム、銅、ニッケル等の金属で形成した場合は肉厚
が０．１ｍｍｍ以上、またセラミックス等の耐熱性材料
で形成した場合は肉厚が０．２ｍｍ以上であることが望
ましい。

【００１７】上記加圧ローラ２は、外径が３０ｍｍ、肉
厚が０．５ｍｍ、長さが３１０ｍｍのステンレス製の円
筒状コア１１と、この外周面に肉厚５．０ｍｍで形成さ
れたシリコーンゴムの表面層１２とで構成されている。
該加圧ローラ２は回転可能に支持されるとともに、加圧
バネ１４により定着ローラ１側に５０Ｋｇｆの力で押圧
されている。そして定着時に、定着ローラ１が回転駆動
されるとこれに従動して回転するようになっている。

【００１８】定着ローラ１の内部に配設される上記加熱
ランプ３は、１００Ｖ、５００Ｗのハロゲンランプであ
り、この加熱ランプ３は温度センサー５により検知され
る温度に基づいて定着ローラ１の表面温度が１５０℃に
なるようにオン／オフの制御が行なわれる。なお、定着
ローラ１が前記の肉厚を有するものであれば、定着に要
する熱エネルギーを十分に蓄えることができるので、定
着中に熱源がオンまたはオフになっても、定着性に何ら
影響を及ぼすことはない。また加熱ランプ３により内部
から定着ローラ１の全体がほぼ均一加熱されるので、定
着時に定着ローラ１が回転しても表面温度のムラが少な
く、高速定着にも十分適用できるようになっている。

【００１９】上記内側圧接部材４は、定着ローラの内周
面と摺擦される固定パッド１０とこれを保持する支持部
材９とで構成されており、支持部材９は定着ローラ１の
内部を貫通して両端部がフレーム１３に固定支持されて
いる。この支持部材９はスチールで構成されており、表
面に高光沢のクロムメッキが施され、輻射熱を反射して
加熱ランプ３からの熱が内部に伝達され難いようになっ
ている。また、この支持部材９は、図３に示すように、
加圧ロール２が圧接される側に湾曲しており、ほぼ真直
な加圧ロール２が押圧されたときに軸線方向に圧接力が
ほぼ均等となるようにされている。

【００２０】一方、固定パッド１０は定着ローラ１のほ
ぼ全長にわたって設けられ、幅を定着ローラ１と加圧ロ
ーラ２とのニップ幅とほぼ同等（すなわち５〜１０ｍｍ
程度）とするのが望ましく、本実施例では６ｍｍに設定
されている。この固定パッド１０の幅が５ｍｍ未満であ
るとトナー像を加圧する幅が不足し、定着性が悪化す
る。また、固定パッド１０の幅が１０ｍｍ以上となると
定着ローラ１との密着性が悪くなったり、定着ローラ１
から固定パッド１０が吸収する熱量が多くなってウォー
ムアップタイムが長くなる。この固定パッド１０は、ポ
リイミド樹脂にフッ素樹脂とグラファイトを充填したも
ので構成されており、定着ローラ１の回転によりその内
周面と摺擦されたときの摩擦係数が０．０６と小さく、
この摩擦によって生じる回転負荷はほとんど問題となら
ない程度のものとなっている。

【００２１】なお、この固定パッド１０を構成する材料
には、ウォームアップタイムに影響を及ぼさないために
熱容量の小さい材料であること、高温（１５０〜２５０
℃）の定着ローラの内周面と摺擦されるために耐熱性、
慴動性、耐摩耗性を有すること等が要求される。このた
め、固定パッド１０として使用することができる材料と
しては、上記材料の他に（１）ポリイミド、フッ素、ポ
リフェニレンサルファイド、飽和ポリエステル等の樹脂
やこれらにガラス繊維、グラファイト、二硫化モリブデ
ン、フッ素樹脂を混合したもの、（２）鉄、銅もしくは
これらの焼結含油金属等又はこれらに二硫化モリブデン
やフッ素樹脂の被覆もしくは、ニッケルとフッ素樹脂と
の複合メッキを施したもの、（３）炭化ケイ素セラミッ
ク、窒化ケイ素セラミック、アルミナセラミック又はこ
れらに二硫化モリブデン、フッ素樹脂等を混合したもの
等を挙げることができる。

【００２２】上記のような定着装置では、加圧ローラ２
が加圧バネ１４により定着ローラ１に押圧されるが、定
着ローラ１は加圧ローラ２に対して進退可能に支持され
ており、加圧ローラ２の押圧力は固定支持された内側圧
接部材４に負担される。つまり、加圧ローラ２と内側圧
接部材４とが定着ローラ１の周面部分を挟んで圧接され
る。そして、定着ローラ１は上記のように加圧ローラ２
と内側圧接部材４とに挟まれた状態で回転駆動され、周
面の摩擦力によって加圧ローラ２を従動させるととも
に、内側圧接部材４に摺擦されるようになっている。こ
のため、定着ローラ１には軸線方向の曲げ応力や周面部
分を変形させる応力がほとんど作用せず、部材厚が小さ
くても定着ローラに過度の変形が生じない。また、内側
圧接部材４と加圧ローラ２との双方が真直な形状である
と圧接力で軸線方向に分布するたわみが生じ、中央部で
圧接力が低下するが、本定着装置では内側圧接部材４が
加圧ローラ２側へ凸状となるように湾曲されているので
加圧ローラ２との圧接力は軸線方向にほぼ均一となる。
そして、定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ幅は５
ｍｍとなっている。

【００２３】このような定着装置が組み込まれた電子写
真式の画像形成装置が起動されると、定着ローラ１内に
配置された加熱ランプ３が点灯され、ウォームアップが
開始される。このとき支持部材９は高光沢のメッキが施
されているので、輻射熱を反射し、急速には加熱され
ず、定着ローラ１を効率よく加熱することができる。ま
た、定着ローラ１の内側圧接部材４が押圧されている部
分では輻射熱による加熱が行なわれないが、定着ローラ
１を回転駆動しながらウォームアップを行なうことによ
り、定着ローラ全体をほぼ均等に加熱することができ
る。

【００２４】本実施例の定着装置でウォームアップタイ
ムを測定したところ、８秒と従来の定着装置に比べ著し
く短いものとすることができた。さらに、この定着装置
を用いて連続してＰＰＣ用紙上の未定着トナー像を定着
する実験を行なったところ、優れた定着性を発揮すると
ともに、ＰＰＣ用紙に紙しわ等の欠陥が生じることもな
かった。

【００２５】次に請求項１又は請求項３に記載の発明の
一実施形態である定着装置について説明する。図４は、
この定着装置の概略構成図であり、図５は正面図であ
る。この定着装置は内側圧接部材としてローラを用いて
おり、この内側圧接ローラ２４が両端部で回転可能に支
持され、定着ローラ２１と加圧ローラ２２とが圧接され
る位置において、定着ローラ２１の内周面に押圧されて
いる。そして、定着ローラの周面部分を介して加圧ロー
ラ２２に作用する圧接力を受けるとともに、定着ローラ
２１に従動して回転するようになっている。この内側圧
接ローラ２４は、端部の直径が１５ｍｍ、肉厚が０．３
ｍｍ、長さが３６０ｍｍのステンレススチールからなる
コア２９に厚さが０．０５ｍｍのフッ素ゴムからなる表
面層３０を被覆したものである。また、このコア２９
は、図６に示すように、中央部付近で直径が両端部より
０．５ｍｍ太いクラウン状となっている。これは加圧ロ
ーラ２２が圧接されたときに、この内側圧接ローラ２４
にたわみが生じ、中央部で加圧ローラ２２との圧接力が
低下するのを防止してローラの全長に渡って均一に圧接
させるものである。

【００２６】上記表面層３０の材料としては、上記フッ
素ゴムの他、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂等の耐熱性プ
ラスチックや、シリコーンゴム等の耐熱性ゴム等を用い
ることができる。また、これらの材料は断熱性に優れて
おり、加熱ランプ２３からの熱が内側圧接ローラのコア
２９に伝達されるのを抑え、ウォームアップタイムを短
縮する効果がある。

【００２７】なお、この定着装置の他の部分の構成、す
なわち定着ローラ２１、加圧ローラ２２、加熱ランプ２
３、温度センサー２５、剥離部材２６は、図１に示す定
着層と同じものである。ただし、加圧ローラ２２は加圧
バネ３４により、２５Ｋｇｆの力で押圧されており、定
着ローラ２１と加圧ローラ２２とのニップ幅が４ｍｍと
なっている。

【００２８】このような定着装置においても、ウォーム
アップタイムを短縮することができるとともに、定着ロ
ーラ２１に過度の変形は生じず、加圧ローラ２２との間
に記録シートを通過させてトナー像の定着を適切に行な
うことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
定着装置では、定着ローラの加圧部材と圧接される部分
の内周面に内側圧接部材が押圧されているので、両端で
支持された定着ローラと加圧手段との間に十分な圧接力
を加えても、定着ローラの軸線方向及び円周方向に生じ
る応力は小さなものとなる。したがって、定着ローラの
部材厚を小さくしても過度の変形を生じることがなく、
熱容量を小さくしてウォームアップタイムを短縮するこ
とができる。

【００３０】また、請求項２に記載の定着装置では、内
側圧接部材が両端部で支持され、定着ローラの内周面に
摺接される部材となっているので、簡単な構造で構成す
ることができ、維持・補修等も容易となる。

【００３１】一方、請求項３に記載の定着装置では、内
側圧接部材が、両端で回転可能に支持された円筒状部材
となっているので、定着ローラが回転駆動されたとき
に、これに従動して定着ローラの回転負荷を小さく抑え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１又は請求項２に記載の発明に係る定着
装置の一例を示す概略構成図である。

【図２】図１に示す定着装置の正面図である。

【図３】図１に示す定着装置で用いられている内側圧接
部材の概略斜視図である。

【図４】請求項１又は請求項３に記載の発明に係る定着
装置の一例を示す概略構成図である。

【図５】図４に示す定着装置の正面図である。

【図６】図４に示す定着装置で用いられている内側圧接
ローラの概略斜視図である。

【図７】従来の定着装置の一例を示す概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１，２１，１０１ 定着ローラ ２，２２，１０２ 加圧ローラ ３，２３，１０３ 加熱ランプ ４ 内側圧接部材 ５，２５ 温度センサ ６，２６ 剥離部材 ７，２７，１０７ 記録シート ８，２８，１０８ トナー像 ９ 支持部材 １０ 固定パッド １１，３１ 加圧ローラのコア １２，３２ 加圧ローラの表面層 １３，３３ 支持フレーム １４，３４ 加圧バネ １５，３５ 定着ローラ駆動用ギア １６，３６ 駆動力伝達用ギア ２４ 内側圧接ローラ ２９ 内側圧接ローラのコア ３０ 内側圧接ローラの表面層 １１１，１２１ 円筒状芯金 １２２ 耐熱性弾性体層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱手段を内蔵し、両端部で回転可能
   に支持された中空円筒状の定着ローラと、 前記定着ローラと圧接され、前記定着ローラとの間を通
   過する記録材を前記定着ローラの周面に押圧する加圧手
   段とを有し、 前記記録材上の未定着トナー像を加熱及び加圧して溶融
   ・圧着する定着装置において、 前記定着ローラの内部に配置され、該定着ローラが前記
   加圧手段と圧接される部分の内周面に押圧される内側圧
   接部材を有することを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の定着装置において、 前記内側圧接部材は、 両端部で支持され、前記定着ローラの内周面に摺接され
   る部材であることを特徴とする定着装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の定着装置において、 前記内側圧接部材は、 両端部で回転可能に支持されたローラであることを特徴
   とする定着装置。