JPH0968879A - 熱定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒートローラの熱容量を大幅に低減するとともに、
ヒートローラから外部へ逃げる放熱量を低減し、さらに、ヒートロ
ーラが曲がり難く、十分な定着ニップの確保と立ち上がり
の早い熱定着装置を提供する。 【構成】 ヒートローラに発熱体を密着形成した自己発熱型と
し、かつ小径、薄肉化をはかるとともに、ハ゛ックアッフ゜ローラ
を原動軸としヒートローラをこれに従動させる構成にすること
により、ヒートローラの幅方向の長さも最小限にし、熱容量の
低減と放熱量の低減をはかることによって、加熱時の立
ち上がり時間の大幅な短縮を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプリンタ、ＦＡＸ、複写
機などに用いられる各種静電記録装置において、粉体ト
ナーを定着する熱定着装置およびこれを用いた画像形成
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般によく用いられる熱定着装置
は図６に示すように、加熱用のランプ52を内蔵したヒートロ
ーラ54に、表面がシリコーンゴム等から成るハ゛ックアッフ゜ローラ5
5が押し当てられ、この間に未定着の粉体トナーを保持
した記録用紙２が挿入される構成となっている。このよ
うな従来の熱定着装置ではヒートローラ54は熱定着装置のフレ
ーム57に軸受け58を介して回転自在に保持され、ヒートローラ
54に固定された駆動ギア51によって外部から回転駆動さ
れる。ヒートローラ54の回転に伴ってハ゛ックアッフ゜ローラ55も連れ回
りし、この両者の回転によって記録用紙２は順次送られ
て記録用紙２上のトナーが熱と圧力を受けて定着される
構成である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年省エネルギ
ー化や使い勝手の良さを求める観点から、装置をＯＮし
てからヒートローラの表面温度が所定の温度に達して定着が可
能となるまでの立ち上がり時間（以下、ウオームアップ
時間という）を短くするために、ヒートローラの薄肉化や小径
化を行いヒートローラの熱容量を低減する試みが多数なされて
いる。

【０００４】しかしながら、上記した従来の構成では、
ヒートローラを薄肉化、小径化するとヒートローラの曲げ強度が低下
してヒートローラ中央で曲がり、中央付近のニップ幅が減少し
て定着が不均一になったり、記録用紙の搬送が不安定に
なるなどの課題があった。

【０００５】また、ヒートローラは記録用紙の幅の外側で軸受
け58に支持されており、さらに駆動ギア51がその外側に
取り付けられているため、不要な容量が多くその分多量
のエネルギーを投入する必要がありウオームアップ時間
も長くなる。さらには、ヒートローラの記録用紙幅より外側の
熱容量が大きいため、その部分への熱の流出やその部分
からの放熱が大きく、記録用紙両端部のヒートローラの温度が
下がりやすいため両端部のランプの発熱量を増加してお
くなどの対策が必要であり、温度の均一化も煩雑である
などの課題があった。

【０００６】また、ヒートローラの小径化が困難なためヒートローラ
の外部への熱の放散量が大きくヒートローラ周辺の温度が上昇
するため、像担持体とヒートローラの位置をあまり近接させる
ことができず画像形成装置の小型化が困難であった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の熱定着装置は、熱源を有するヒートローラと、こ
のヒートローラに記録用紙を挟んで相対的に押圧され、かつ回
転自在に支持されたハ゛ックアッフ゜ローラとを具備し、かつ前記ハ
゛ックアッフ゜ローラが回転駆動され、前記ヒートローラは前記ハ゛ックアッフ゜
ローラの外周摩擦力により連れ回るように回転自在に支持
されてなることを特徴とする。

【０００８】また、ハ゛ックアッフ゜ローラの外周幅は定着する最
大の用紙幅より大きくかつヒートローラの外周幅は前記ハ゛ックアッ
フ゜ローラの外周幅と同等または幅狭とした。

【０００９】さらに、ヒートローラはその内周または外周面に
発熱体を密着形成してなる自己発熱型であることを特徴
とする。

【００１０】また、ヒートローラがその外周を複数の転がり部
材で支持され、その一部はヒートローラ外周幅の少なくとも画
像領域内に配置されて成ることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の画像形成装置は像担持体
と、記録用紙にトナー像を転写する転写手段と、転写さ
れたトナー像を有する記録用紙を加熱定着する上記の熱
定着装置とを具備し、かつ像担持体が外径30mm以下の円
筒形状で、ヒートローラの外径が16mm以下、かつ転写位置から
定着位置までの紙パス長さが40mm以下であることを特徴
としたものである。

【００１２】

【作用】上記した構成により本発明の熱定着装置は、ヒー
トローラの熱容量を大幅に低減できるとともに、ヒートローラから
外部へ逃げる放熱量も低減できる。

【００１３】また、ヒートローラの外周を転がり部材で支持す
るので、回転し易くかつ記録用紙幅内で軸受けできるの
でヒートローラは曲がり難く、ヒートローラを小径、薄肉化しても十
分な定着ニップの確保と安定した記録用紙の走行が確保
できる。

【００１４】さらに、ヒートローラの外周面、または内周面に
薄層の発熱抵抗層を密着形成した自己発熱型のヒートローラと
した場合にも、記録用紙幅外側への熱の損失が少ないた
め発熱抵抗層に大きな発熱量分布を形成する必要がな
く、製造が容易である。

【００１５】また、本発明の画像形成装置は、ヒートローラを
小径にかつ幅方向も最小限の長さに抑えられるので外部
への放熱量が少なく、像担持体と熱定着装置を近接して
配置しても像担持体や作像部に悪影響を与えにくく小型
化が容易である。

【００１６】

【実施例】図１〜図４は本発明の実施例である熱定着装
置の構成を示したものである。

【００１７】図１は本発明の熱定着装置の断面図であ
り、図２は図１に示すＡ−Ａ位置の断面図、図３は本装
置に用いる軸受ローラ20の斜視図、図４は本実施例のヒー
トローラ１の断面図である。以下、図１〜図４に従って本発
明の実施例を説明する。

【００１８】図１、図２において１はヒートローラ、５はハ゛ック
アッフ゜ローラ、８は熱定着装置のフレームである。ハ゛ックアッフ゜ロ
ーラ５は心金５ｂの外周にシリコーンゴム層５ａを形成し
たゴムローラであり、フレーム８に軸受１７を介して回
転自在に支持されており、心金５ｂの右端には駆動ギア
12が固定されている。ヒートローラ１は図４に示すように外径
２０mm厚さ0.8mmのアルミニウムの素管33の内面全面に
絶縁層35を介して抵抗発熱層32が形成されたヒートロー
ラであり、外周面には従来の構成と同様にフッ素樹脂等
から成る離型層31が形成されている。36は抵抗発熱層32
から引き出した電極ピンであり絶縁性のフランジ38に固
定されている。

【００１９】４は軸受けローラ20をローラ支軸21を介し
て支持し、バネ11によって軸受けローラ20をヒートローラ１に
押しつけるヒートローラ支持体である。ヒートローラ支持体４はフレ
ーム８に固定されたガイドピン16に案内されて上下に自
在にスライドできるよう構成されている。またローラ支
軸21はヒートローラ支持体４の取付溝にはめ込まれ、このロー
ラ支軸21の回りを軸受けローラ20が回転自在に位置決め
される。なお、ローラ支軸21はヒートローラ１とハ゛ックアッフ゜ローラ
５の軸心を結ぶ中心線の左右両側対称位置に配置されて
おり、これによって軸受けローラ20がヒートローラ支持体４に
よって押さえられたときヒートローラ１をハ゛ックアッフ゜ローラ５の真
上に正しく位置決めできる。すなわち、ヒートローラ１のハ゛ック
アッフ゜ローラ５の周りの回転位置決めは、図２から分かるよ
うにハ゛ックアッフ゜ローラ５と２個の軸受けローラ20の３点によ
ってなされるものである。

【００２０】またヒートローラ１のスラスト方向の位置決めは
ヒートローラ支持体４の端部4aがヒートローラ１の端面をガイドして
なされる。ヒートローラ１の電極ピン36には摺動接点15aが接
触し外部から抵抗発熱層32に通電がなされる。15は摺動
接点15aを支持するコネクタキャップでありフレーム８
に固定されている。摺動接点15aはバネ性を有しておりヒ
ートローラ１が多少上下動しても十分に追従できるように構
成している。

【００２１】次に動作を説明する。まず、装置の電源を
ＯＮすると摺動接点15aを通して外部からヒートローラ１の抵
抗発熱層32が通電され発熱し、ヒートローラ１が加熱される。
ヒートローラが所定の温度に達すると駆動ギア12が外部から回
転駆動されハ゛ックアッフ゜ローラ５が回転を始める。ハ゛ックアッフ゜ローラ
５にはヒートローラ１が押しつけられているのでヒートローラ１はハ゛
ックアッフ゜ローラ５の回転につれて同時に回転を始める。ハ゛ックア
ッフ゜ローラ５にヒートローラ１を圧着した状態で両者が回転してい
る中に未定着のトナー像を有した記録用紙２が挿入され
ると記録用紙２はヒートローラ１から熱と圧力を受けてトナー
像は記録用紙２上に定着される。

【００２２】以上説明したように本実施例では、従来例
のように、ヒートローラを装置本体から回転駆動してハ゛ックアッフ゜
ローラをその回転に連れ回りさせるのではなく、ハ゛ックアッフ゜ロ
ーラ５を装置本体から回転駆動してヒートローラを連れ回りさせ
る構成である。従って、従来例のようにヒートローラ５をフレ
ーム８の位置で軸受けしたり、フレーム８の外側まで延
ばして駆動ギア12を取り付けたりするする必要がなく、
ヒートローラ１を最大用紙幅とほぼ等しい長さにまで短くでき
るため、ヒートローラ１の熱容量を最小限にでき、ウオームア
ップ時間の短い熱定着装置が実現できる。

【００２３】また、ヒートローラ１に記録用紙２の外側となる
実質不要な部分がないため、その表面からの放熱損失も
なく、ヒートローラ中央よりも外側の温度が低下しやすいとい
う問題も解消できる。

【００２４】さらに、本実施例のようにヒートローラ１に抵抗
発熱層32を形成した構成の場合、ランプで加熱する方式
に比べ加熱部材を含めたヒートローラ全体の熱容量を低減で
き、立ち上がりを早くできるばかりでなく、駆動ギア12
をヒートローラ１に設ける必要がないので、給電用の電極ピン
36をヒートローラ１の軸心に設け、摺動接点を15aをフレーム
８に簡単に取り付ける構成が実現できる。

【００２５】本発明によればヒートローラ１の長さをハ゛ックアッフ゜
ローラ５の長さ（外周最大径部の幅）よりも容易に幅狭に
することができ無駄な熱容量を最小限にできる。

【００２６】また、本発明のヒートローラ１の軸受けは、上部
に配置した一対の軸受けローラ20の転がり部材で受けて
いるためヒートローラ１は摩擦抵抗が小さく回転しやすい、さ
らにヒートローラ１との接触面積が小さく、体積も小さいため
ヒートローラ１からの熱の流出が小さくエネルギーのロスが少
ない。また、この軸受けローラ20を紙幅より内側に配置
してやれば、ヒートローラ１の軸受けスパンが短くなり小径薄
肉のヒートローラ１を用いた場合にもヒートローラ１の曲がりが少な
く記録用紙の走行が安定する。なお、ヒートローラ１の曲がり
を少なくするためにはこの軸受けローラ20を本実施例の
位置に加えてさらに中央にもう一対追加すると効果的で
あり、この場合ヒートローラ１の外径を10mm以下にしても充分
に記録用紙の走行を安定に保つことができ、小型で、熱
容量の小さい立ち上がりの早い熱定着装置を構成でき
る。なお、このときヒートローラ支持体４の曲げ剛性を高くし
てあるので中央部のたわみはほとんどなく、中央部も充
分にヒートローラ１を押しつけ、小径のヒートローラ１を曲げること
なく支持することが可能である。さらにこのヒートローラ支持
体４は多数の軸受けローラ20をユニット化できるので分
解組立時にも取り扱いやすい。

【００２７】なお、この軸受けローラ20はその外周をシ
リコーンゴム等の弾性部材で構成しており、ヒートローラ１に
柔軟に接触し表面に傷を付けないよう構成している。

【００２８】また、ヒートローラ１はハ゛ックアッフ゜ローラ５と１対の
軸受けローラ20によってハ゛ックアッフ゜ローラ５の周りの回転位
置決めがなされ、スラスト方向はヒートローラ支持体４で決め
られているため、ヒートローラ１の組み付け、取り外しもし易
く、回転時の摩擦負荷が小さく安定した回転が確保でき
る。

【００２９】本実施例のヒートローラ１の加熱源は素管内面に
形成した面状抵抗体であり、ヒートローラ１の両端面軸心位置
にそれぞれ電極ピン36を突出させ、これに摺動接点15a
を接触させて電圧を印加、通電する構成である。このよ
うな構成によって外周面に軸受けローラ20等によって抵
抗体に傷を付けられたりすることもなく安全性が高い。

【００３０】また、接点電極もヒートローラ１の外周でなく本
実施例のように軸心位置に配置しやすく、摺動接点の磨
耗量低減、接点部のシールドによる防塵対策も容易であ
り、ピン程度で電極を構成できるためその部分の熱容量
も非常に小さくできる。さらに、ヒートローラ１に駆動ギア等
がついていないためフレーム8にコネクタキャップ15を
はめ込むだけの簡単な構成が実現できる。

【００３１】本実施例ではヒートローラ１の外径を20mm肉厚を
0.8mmとし、従来から一般に用いられているランプ加熱
方式に代えて内面に抵抗発熱層32を形成した方式とした
ことにより、ヒートローラ１を小径、薄肉化したばかりでな
く、発熱体自身の熱容量も低減しているため、非常に立
ち上がりの早い熱定着装置を実現できた。Ｂ４サイズ、
650Ｗ投入時ヒートローラ温度を20℃から150℃まで立ち
上げる所要時間は約12秒であった。本実施例よりもさら
にヒートローラ１の外径を小さく、かつ薄肉化すれば、より立
ち上がり時間を短縮化できることは言うまでもないが、
外径20mm、肉厚1.2mm以下であれば本発明の構成を活か
した効果的な結果が得られる。

【００３２】なお、本発明の熱定着装置は静電記録装置
に適用されるばかりでなく、その他の記録方式の記録用
紙の加熱装置にも適用できることは言うまでもない。

【００３３】次に上記した本発明の熱定着装置を用いた
記録装置について説明する。図５は本発明の記録装置の
構成図である。図５において60は本発明の熱定着装置で
あり図１〜図４に示した構成と同一のものである。（主
な構成要素以外は省略して図示している）。ヒートローラ１は
外径１６mm肉厚0.6mmであり、ハ゛ックアッフ゜ローラ５は外径１８
mmの発泡シリコーンゴムを用いている。71は感光体であ
りこの周りに帯電、露光、現像などの作像処理部が構成
されており（図示しない）この表面にトナー像が形成さ
れる。このトナー像は転写ローラ72によって記録用紙２
上に転写され熱定着装置60の方に順次送られていきヒートロ
ーラ１によって加熱定着される。感光体71の外径は30mmで
あり転写ローラ72が感光体71に接触する転写位置からヒー
トローラ１とハ゛ックアッフ゜ローラ５が接する定着位置までの紙パス
の距離は40mmに設定している。上記した構成の熱定着装
置はヒートローラ１が小径であり、しかも横幅が記録用紙幅よ
りわずかに長い程度でありヒートローラ１の表面積が最小限に
抑えられているためヒートローラ１から外部への放熱が小さ
く、その結果感光体71との距離を近接することが可能と
なり、装置の小型化が可能である。

【００３４】

【発明の効果】上記した構成により本発明の熱定着装置
は、ヒートローラの本体フレームでの軸受け部分や駆動ギア取
付部を無くすことができヒートローラの熱容量を低減できると
ともに、ヒートローラから外部へ逃げる放熱量も低減でき、効
率がよい。

【００３５】また、ヒートローラの外周を転がり部材で支持す
るので、回転し易くかつ記録用紙幅内で軸受けできるの
でヒートローラは曲がり難く、ヒートローラを小径、薄肉化しても十
分な定着ニップの確保と安定した記録用紙の走行が確保
できる。等の特徴を有しそのの結果、ウオームアップ時
間の大幅な短縮をはかることが可能である。

【００３６】さらに、ヒートローラの外周面、または内周面に
薄層の発熱抵抗層を密着形成した自己発熱型のヒートローラと
した場合にも、記録用紙幅外側への熱の損失が少ないた
め発熱抵抗層に大きな発熱量分布を形成する必要がな
く、発熱抵抗層の形成も容易である。

【００３７】また、本発明の画像形成装置は、ヒートローラを
小径にかつ幅方向も最小限の長さに抑えられるので外部
への放熱量が少なく、像担持体と熱定着装置を近接して
配置しても像担持体や作像部に悪影響を与えにくく小型
化が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱定着装置の１実施例の断面構成図

【図２】図１のＡ−Ａ位置の断面図

【図３】本発明の熱定着装置に用いる軸受けローラの斜
視図

【図４】本発明の熱定着装置に用いるヒートローラの断面図

【図５】本発明の記録装置の構成図

【図６】従来の熱定着装置の構成図

【符号の説明】

１ ヒートローラ ２ 記録用紙 ４ ヒートローラ支持体 4a 端部 ５ ハ゛ックアッフ゜ローラ ８ フレーム 12 駆動ギア 15a 摺動接点 16 ガイドピン 20 軸受けローラ 21 ローラ支軸 32 抵抗発熱層 33 素管 35 絶縁層 36 電極ピン 60 熱定着装置 71 感光体 72 転写ローラ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱源を有するヒートローラと、このヒートローラに記録
   用紙を挟んで相対的に押圧され、かつ回転自在に支持さ
   れたハ゛ックアッフ゜ローラとを具備し、かつ前記ハ゛ックアッフ゜ローラが回
   転駆動され、前記ヒートローラは前記ハ゛ックアッフ゜ローラの外周摩擦
   力により連れ回るように回転自在に支持されてなること
   を特徴とした熱定着装置。
2. 【請求項２】ハ゛ックアッフ゜ローラの外周幅は定着する最大の用
   紙幅より大きくかつヒートローラの外周幅は前記ハ゛ックアッフ゜ローラ
   の外周幅と同等または幅狭である請求項１記載の熱定着
   装置。
3. 【請求項３】ヒートローラはその内周または外周面に発熱体を
   密着形成してなる自己発熱型である請求項１記載の熱定
   着装置。
4. 【請求項４】発熱体は素管内面に形成した面状抵抗体で
   あり、ヒートローラの両端面軸心位置にそれぞれ電極針を突出
   させ、これに接点電極を接触させて電圧を印加、通電す
   る構成であることを特徴とする請求項３記載の熱定着装
   置。
5. 【請求項５】ヒートローラは外径が２０mm、肉厚が1.2mm以下
   のアルミニウム基材からなる請求項１記載の熱定着装
   置。
6. 【請求項６】ヒートローラがその外周を複数の転がり部材で支
   持される請求項１記載の熱定着装置。
7. 【請求項７】ヒートローラ外周幅の少なくとも画像領域内の一
   部に転がり部材を配置した請求項６記載の熱定着装置。
8. 【請求項８】複数の転がり部材の内、少なくとも画像領
   域内に位置する転がり部材の外周は弾性部材で構成され
   ている請求項７記載の熱定着装置。
9. 【請求項９】転がり部材がハ゛ックアッフ゜ローラとヒートローラとの軸
   心を結ぶ線を挟んで対称位置に配置された複数のローラ対
   よりなる請求項６記載の熱定着装置。
10. 【請求項１０】転がり部材を支持するとともに、ハ゛ックアッ
    フ゜ローラと協働してヒートローラを回転自在に保持するヒートローラ支
    持部材を有する請求項６記載の熱定着装置。
11. 【請求項１１】転がり部材が複数のローラ対から成り、こ
    の複数のローラ対によりハ゛ックアッフ゜ローラ軸芯位置を、ヒートローラ支
    持部材でヒートローラの端面位置をそれぞれ規制する請求項10
    記載の熱定着装置。
12. 【請求項１２】表面にトナー像を形成、担持する像担持
    体と、このトナー像を記録用紙に転写する転写手段と、
    転写されたトナー像を有する前記記録用紙を加熱定着す
    る請求項２記載の熱定着装置とを具備し、かつ前記像担
    持体が外径30mm以下の円筒形状で、前記ヒートローラの外径が
    16mm以下、かつ前記転写手段の転写位置から前記熱定着
    装置の定着位置までの紙パス長さが40mm以下であること
    を特徴とした画像形成装置。