JPH10293483A

JPH10293483A - 定着装置

Info

Publication number: JPH10293483A
Application number: JP10149097A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Suga; 勉須賀; Akihiko Shimazu; 明彦嶋津
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成により、トナー画像担持体にカー
ルの発生しない定着装置を提供する。【解決手段】加熱ローラ１０と加圧ローラ２０との間
にトナー画像担持体であるシートＰを挟持搬送しつつ定
着を行う定着装置の、加圧ローラ２０の近傍には加圧ロ
ーラ２０表面を照射するヒータ４１とその背後の熱反射
板４２とから成る加熱手段４０を設け、加圧ローラ２０
の表面層２３のフッ素樹脂チューブ又はコーティング材
には熱吸収性の高い黒色系の材料を用いたことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真方式の画像
形成機器等に用いられる定着装置で、シートに担持され
ている未定着トナー画像を加熱定着する加熱ローラと、
加熱ローラの周面に前記シートの未定着トナー画像担持
面を圧着する加圧ローラとを設けた熱ローラ定着装置の
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は上面に未定着トナー画像を担持し
たシートＰの加熱定着を行う熱ローラ定着装置の一般構
造を示している。加熱ローラ１０は内部に熱源として例
えばハロゲンランプを用いた加熱ヒータ１１を有した中
空の金属円筒１２で、その外周は薄層の例えばフッ素樹
脂チューブ１３等によって被覆されている。回転する加
熱ローラ１０に対して圧接して従動回転する加圧ローラ
２０は、芯金２１の外周にスポンジ状の弾性体層２２
と、さらにその外周は薄層の例えばフッ素樹脂チューブ
等の表面層２３によって被覆されている。加熱ローラ１
０表面の温度は図示しない温度センサによって温度検知
がなされ、加熱ローラ１０表面は例えば２００℃程度の
定着を適当とする温度に制御されている。

【０００３】ガイド板３１に沿って搬送されてきたシー
トＰは、加熱ローラ１０と加圧ローラ２０との圧接部分
において定着され、分離爪部３２ａ，３２ｂによってロ
ーラ表面から分離されて定着装置外へと排出される。排
出されるシートＰは下向きにカールした状態となってい
る。これは上側ローラである加熱ローラ１０の表面温度
と下側ローラである加圧ローラ２０の表面温度とに温度
差があり、シートＰのシート表面の方がシート裏面に較
べて定着時高温に加熱される結果、表面の乾燥が急激に
なされるのに対し、裏面の乾燥は徐々であり、シートの
表面より裏面の繊維の方が縮みが大きいことによるもの
である。シートＰに生じたカールが強い（曲率半径が小
さい）場合には、定着を終えたシートＰが加圧ローラ２
０に巻き付いてしまう現象が生じたり、たとえ分離され
てもシートＰが画像形成装置の装置外に排出されるまで
に搬送不足（ジャム）が生じたり、装置外に排出されて
もまるまった形で次々と排出されるシートＰが正しく重
なった状態で積層されないといった多くの問題が生じる
こととなる。

【０００４】本発明者らは加熱ローラ１０と加圧ローラ
２０の温度差とカール量との関係を求めた。加熱ローラ
１０の温度を２００℃に管理し、含水率９．４〜９．６
％程度のＡ４サイズの一般に用いられるコピー紙（５５
ｋｇ紙）について、加圧ローラ２０の表面温度と、カー
ル量との関係を求めたのが図７である。カール量は、平
板上にカール方向を上にして定着直後のコピー紙を載置
し、四隅の持ち上がった高さをｍｍ単位で測定し、その
平均値をとったもので、加熱ローラ１０と加圧ローラ２
０との温度差が小さい程カール量は小さいことを示して
いる。なお、グラフ中、正セット、逆セットとあるのは
給紙カセット内に装填された多数枚のコピー紙の載置状
況（裏表の状況）から分別している。このグラフでは逆
セット時の方がカール量が大きくなる傾向にあるが、こ
れは逆セットのシートは正セットのシートより上向きに
カールしやすい前歴をもっていることによるもので、何
れにせよ加熱ローラ１０と加圧ローラ２０との温度差を
小さくすることが、カール量を小さくするための条件で
ある。

【０００５】加圧ローラ２０の表面温度を、加熱ローラ
１０の表面温度近くまで加熱し、定着を行うようにした
提案は数多くなされている。加圧ローラ２０内部に熱源
を設ける提案もあるが、加圧ローラ２０にはスポンジ状
の弾性体層２２があるため熱伝導率が悪く、熱勾配も大
きいので表面温度を希望温度まで上昇させるには多くの
時間を要することとなり、加圧ローラ２０内部の温度は
異常に高くなってしまう。これに対して加圧ローラ２０
の外部から加圧ローラ表面を加熱する提案もなされてい
る。

【０００６】特開昭５６−３７５５９号、実開昭６０−
１９１０６２号、特開平３−７９７４号等の公報にはハ
ロゲンランプ等のヒータ等によって加圧ローラ表面を予
備加熱する技術が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの公報
には加圧ローラ表面を効率よく予備加熱する技術手段に
ついては何等開示されていなかった。本発明は、効率よ
くヒータによって加圧ローラ表面を照射し、定着を終え
て排出されるシートのカール量を少なくする定着装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、シートに担
持されている未定着トナー画像を加熱定着する加熱ロー
ラと、前記加熱ローラの周面に前記シートの未定着トナ
ー画像担持面を圧着する加圧ローラとを設けた定着装置
において、前記加圧ローラの近傍には前記加圧ローラ表
面を照射するヒータとその背後の熱反射板とから成る加
熱手段を設け、前記加圧ローラの表面層をなすフッ素樹
脂チューブ又はコーティング材には熱吸収性の高い黒色
系の材料を用いたことを特徴とする定着装置（請求項１
による第１発明）によって達成される。

【０００９】また、シートに担持されている未定着トナ
ー画像を加熱定着する加熱ローラと、前記加熱ローラの
周面に前記シートの未定着トナー画像担持面を圧着する
加圧ローラとを設けた定着装置において、前記加圧ロー
ラの近傍には前記加圧ローラ表面を照射するヒータとそ
の背後の熱反射板とから成る加熱手段を設け、前記加熱
手段の設置位置は前記加圧ローラの圧着位置よりシート
の侵入側へ９０°以内の角度範囲にあることを特徴とす
る定着装置（請求項３による第２発明）によって達成さ
れる。

【００１０】さらに、シートに担持されている未定着ト
ナー画像を加熱定着する加熱ローラと、前記加熱ローラ
の周面に前記シートの未定着トナー画像担持面を圧着す
る加圧ローラとを設けた定着装置において、前記加圧ロ
ーラの近傍には前記加圧ローラ表面を照射するヒータと
その背後の反射板とから成る加熱手段を設け、前記加熱
手段の設置位置は前記加圧ローラの圧着位置よりシート
の侵入側へ１５０°以内の角度範囲にあって、その間に
は前記加圧ローラの表面温度を検知する加圧ローラ表面
温度検知手段が設けられていて、前記加圧ローラ表面温
度検知手段の温度検知により前記加熱手段のヒータの点
滅制御を行うすることを特徴とする定着装置（請求項６
による第３発明）によって達成される。

【００１１】前記第１発明の定着装置において、前記加
圧ローラ表面層の内側に設けた弾性体は前記加圧ローラ
表面層と同じく黒色系の材料とした定着装置は好ましい
実施態様である。

【００１２】また、前記第２発明の定着装置において、
前記熱反射板の背面には前記ヒータのヒータ暴走防止手
段として温度ヒューズ又はサーモスタットから成るヒー
タ暴走防止器を設けたことと、前記加圧ローラの前記加
熱ローラと反対側のシートのガイド板部とシートの分離
爪部との間は、前記加熱手段と共に断熱カバーによって
被覆されている定着装置は好ましい実施態様である。

【００１３】さらに、前記第３発明の定着装置におい
て、前記熱反射板の背面には前記ヒータのヒータ暴走防
止手段として温度ヒューズ又はサーモスタットを設けた
ことと、前記加圧ローラの前記加熱ローラと反対側のシ
ートのガイド板部とシートの分離爪部との間は、前記加
熱手段と共に断熱カバーによって被覆されている定着装
置は好ましい実施態様である。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）本発明の実施の形態１についてその構
造とその作用を図１及び図２によって説明する。

【００１５】図１は本発明の請求項１による定着装置の
一例を示す断面図である。図において、１０及び２０は
一対の定着用回転体である加熱ローラ及び加圧ローラ、
１５はクリーニングローラ、１６はオイル塗布ローラで
ある。

【００１６】加熱ローラ１０の内側芯部にはハロゲンラ
ンプ等からなる加熱ヒータ１１が設けられている。加熱
ローラ１０及び加圧ローラ２０の周囲温度は不図示のサ
ーミスタなどからなる温度センサにより検知され、この
検知信号によって制御されて所定の温度範囲内に保持さ
れる。

【００１７】加熱ローラ１０は、薄肉の芯金１２の外周
を３０μｍのフッ素樹脂でコーティングした表面層１３
を有する外径６０ｍｍのハードローラである。

【００１８】加圧ローラ２０は芯金２１の周囲に、例え
ばゴム厚５ｍｍ、ゴム硬度アスカーＣ５５度のゴム等の
弾性体から成る弾性体層２２を設け、その外周を厚み５
０μｍのフッ素樹脂チューブをもって被覆、あるいはフ
ッ素樹脂をコーティングして成る表面層２３を有する外
径６５ｍｍのソフトローラである。

【００１９】加圧ローラ２０は図示しないバネなどの付
勢部材によって加熱ローラ１０に面圧３ｋｇｆ／ｃｍ²
で圧接され弾性体層２２の弾性変形によって圧接面に圧
接部Ｎを形成している。このときの圧接部Ｎの長さは面
圧やローラ表面の硬度によっても異なるがほぼ１０．５
ｍｍになっている。加熱ローラ１０は周速３５０〜４１
０（ｍｍ／ｓｅｃ）で反時計方向に回転し、加圧ローラ
２０は加熱ローラ１０に圧接して従動回転する。

【００２０】クリーニングローラ１５は加熱ローラ１０
の周面に付着したトナーやほこり、異物等を吸着除去す
るローラで、クリーニングローラ１５の表面には例えば
発泡シリコンゴムのようなオイルに対して非吸収性の材
料を使用する。吸収性の材料を使用すると溜まった吸収
したオイルを吐き出すこととなり、オイルむらになる。
従ってクリーニングローラ１５に非吸収性の材料を使用
し、オイル塗布量のバラツキを抑える。またトナー等の
異物除去性能を良くするため、離型性の低いものとし、
さらに加熱ローラ１０からの熱を吸収しないよう熱容量
の小さいものが選択使用され、クリーニングローラ１５
は加熱ローラ１０に圧接して従動回転する。

【００２１】オイル塗布ローラ１６はクリーニングロー
ラ１５によって清掃された加熱ローラ１０の周面に離型
用のオイルを塗布するオイル塗布ローラで、オイル塗布
ローラ１６は加熱ローラ１０に常に当接し、加熱ローラ
１０の回転に従動回転する。また、オイル塗布ローラ１
６はその内部から滲出・補給するオイルの他にオイル補
給パッドによる外周からのオイル補給を行うこともあ
る。かかる構成により定着するトナー画像担持体である
シートＰの汚損を防ぐと共に加熱ローラ１０からのシー
トＰの分離を容易にする。クリーニングローラ１５は図
１に示すように加熱ローラ１０の回転方向に対してオイ
ル塗布ローラ１６の上流側に配置し、加熱ローラ１０に
付着したトナーがオイル塗布ローラ１６に付着する前に
クリーニングローラ１５によって除去する構成となって
いる。３１はシートＰの定着装置の進入口の上下に設け
られたガイド板、３２ａ，３２ｂはシートＰの巻き付き
を防止するために加熱ローラ１０及び加圧ローラ２０に
それぞれ設けた分離爪であって、図示しない引っ張りバ
ネによる付勢によって分離爪３２ａは加熱ローラ１０周
面に非接触又は軽く圧接されていて、分離爪３２ｂは加
圧ローラ２０周面に軽く圧接されている。

【００２２】さらに、４０は加圧ローラ２０表面を照射
・加熱するため、ヒータ４１とヒータ４１の背後に設け
た熱反射板４２から成る加熱手段である加熱器で、θは
加圧ローラ２０の回転軸を中心にしてニップ部Ｎの中心
からシートＰの進入側に測定した加熱器４０の加熱ヒー
タ４１の中心までの間の角度である。

【００２３】本発明者らは加熱器４０のヒータ４１と熱
反射板４２について種々検討を行った。図２（ａ），
（ｂ）は検討を行った熱反射板４２の一例を示したもの
で、熱反射板４２Ａ，４２Ｂは何れも断面が内面形状を
異にした楕円形状の樋状の部材である。アルミニューム
等を材料とし、表面は酸化防止の薄膜コーティングを施
したもので、反射率は８０％以上（但し波長５５０ｎ
ｍ）の熱反射板である。ヒータ４１はランプ外径８ｍｍ
の棒状をしたハロゲンランプで、ヒータ４１は断面が楕
円形状をした熱反射板４２Ａ，４２Ｂのそれぞれの第１
焦点位置に設定し、楕円軸が加圧ローラ２０の軸芯方向
に向くようにし、熱反射板４２Ａは第２焦点位置より近
くに加圧ローラ２０表面が位置するように配設した（後
のテストにおいてリフレクタＡと記している）。また熱
反射板４２Ｂは加圧ローラ２０表面上に第２焦点位置が
あるよう配設した（後のテストにおいてリフレクタＢと
記している）。結果を表１に示す後のテストにおいて明
らかとなったところでは、リフレクタＡとリフレクタＢ
との差は顕著には認められない。その他のテストも総合
すると、熱反射板の効果は大であって、ヒータ４１から
発する熱線が総て加圧ローラ２０表面に注がれることが
必要条件であるが、熱反射板の形状には顕著にはその効
果の差異が認められず、ヒータ４１と加圧ローラ２０表
面との間隔が狭い方が有利に加熱することが認められ
た。

【００２４】ヒータ４１についても検討を行っている。
リフレクタＡについて、棒状ハロゲンランプを用いたヒ
ータ４１の出力（消費電力のワット数で表す）を変化さ
せたときの加圧ローラ２０表面温度の関係を求めたのが
図３である。図において奥とあるのは加圧ローラ２０の
軸方向で図１上の奥側での測定値、他は手前側での測定
値で、加熱器４０の取付位置の平行度の誤差等によって
生じたものである。ヒータ４１の出力（ワット数）が大
となるに従って加圧ローラ２０表面温度は高温となる
が、上昇温度とワット数との関係は比例的ではなく、後
に説明するテストにおいても１０００Ｗのハロゲンラン
プを用いても加圧ローラ２０の表面温度は、加圧ローラ
２０の周速が４１０ｍｍ／ｓｅｃであるときは１７８℃
程度を限度とし、これ以上上昇することはなかった。

【００２５】なお、加圧ローラ２０の表面層２３には熱
吸収性の高い黒色系のフッ素樹脂チューブ又はコーティ
ング材を用い、さらに表面層２３の内側に設けた弾性体
層２２も同様に熱吸収性の高い黒色系の材料を用いると
熱効率がよくヒータ４１のワット数を小さくできる。

【００２６】ヒータ４１の出力と熱反射板４２の型を変
更した場合及び加圧ローラ２０の表面層２３を黒色系に
した場合の加圧ローラ２０のシートＰの進入部近傍とシ
ートＰの排出部近傍に接触式熱電対を設置して表面温度
を測定したテストの結果を表１に示す。表中の表面温度
は２カ所以上の測定値の平均値である。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１のテスト結果からも加圧ローラ２０の
表面層２３を熱吸収性の高い黒色系の材料を用いること
によって、表面温度が５℃程度高くなっていることが認
められた。

【００２９】本発明者らはさらに加熱器４０の設置位置
についても実験を行った。図１に示す（ａ），（ｂ），
（ｃ）それぞれの位置に加熱器４０を設置し、加圧ロー
ラ２０のシートＰの進入部近傍に接触式熱電対を設置し
て表面温度を測定した。その結果、表２のようにシート
Ｐの進入部に近い（ａ）（θ＝９０°）の位置に加熱器
４０を設置した場合が加圧ローラ２０の表面温度は最も
高くなるという結果を得た。加熱器４０のヒータ４１は
１０００Ｗで、熱反射板４２は何れも前記リフレクタＡ
のタイプである。

【００３０】

【表２】

【００３１】（実施の形態２）図４は本発明の請求項３
による定着装置の他の例を示す断面図である。図におい
て図１と同一部分は同一符号を付しその作用も同一であ
るから詳細な説明は省略する。

【００３２】本実施形態においては、ヒータ暴走防止器
４４として温度ヒューズ又はサーモスタットを熱反射板
４２の背後に設けて熱反射板４２の温度が所定の温度以
上になるとヒータ４１の通電をオフにしてヒータ４１に
よる異常な温度上昇を防止する安全装置を設けたもの
で、過熱による事故が防止されることとなった。４５は
断熱カバーで、耐熱性で断熱性の高い材料から成り、熱
反射板４２背後と加圧ローラ２０の分離爪３２ｂとの間
に加圧ローラ２０を包み込むようにして設けた断熱カバ
ーである。

【００３３】断熱カバー４５の設置により熱効率が上昇
する。本発明者らのテストの結果、断熱カバー４５のな
い場合に較べ加圧ローラ２０を同一温度に保持するのに
ヒータ４１の消費電力を約３０％節約することができ
た。

【００３４】実施の形態２はかかる構成により、前記表
１及び表２で示したテストの結果に基づいて熱効率の最
良なθ＝９０°以内の範囲に加熱器４０を設置し、熱反
射板４２の背後にヒータ暴走防止器４４を設置してヒー
タ４１による熱暴走を防止し、さらに断熱カバー４５を
設けて熱効率の向上を図ることに成功した。

【００３５】（実施の形態３）図５は本発明の請求項６
による定着装置のさらに他の例を示す断面図である。図
において図４と同一部分は同一符号を付しその作用も同
一であるから詳細な説明は省略する。

【００３６】本実施形態においては、温度センサ４３と
して、例えば接触式熱電対などから成る温度検知手段を
加圧ローラ２０のシートＰの進入側の近くにローラ表面
に接触するようにして設けたものである。

【００３７】実施の形態３はかかる構成により、加圧ロ
ーラ２０のシートＰの進入側に設置した温度センサ４３
のヒータ４１によって加熱されたローラ表面温度の温度
検知により、加熱器４０のヒータ４１の点滅制御を行い
加圧ローラ２０の表面温度を適正温度に保持するように
し、更に加熱器４０はθ＝１５０°以内の可能な限り熱
効率の良好な範囲に設置し、実施の形態２と同様に熱反
射板４２の背後にヒータ暴走防止器４４を設置してヒー
タ４１による熱暴走を防止する安全策を講じ、さらに断
熱カバー４５を設けて熱効率の向上を図ることに成功し
た。

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、本発明の
請求項１による定着装置では、加圧ローラ表面を加熱す
る加熱手段を設け、さらに加圧ローラの表面層を黒色系
の材料を用いて熱効率を向上させたので、簡単な構成で
トナー画像担持体であるシートの表裏の温度差を少なく
してシートのカール発生を防止できる定着装置を提供で
きることとなった。

【００３９】本発明の請求項３による定着装置では、加
圧ローラ表面を加熱する加熱手段をニップ部の圧接中心
よりシートの進入側に近い位置に設け、さらに断熱カバ
ーを設置することにより熱効率を上昇させた。テストの
結果断熱カバーのない場合に較べ加圧ローラを同一温度
に保持するのに加熱手段のヒータの消費電力を約３０％
節約することができた。さらにヒータ暴走防止手段を設
けた。従って、極めて簡単な構成により、安全でトナー
画像担持体のカール発生を防止できる定着装置を提供で
きることとなった。

【００４０】本発明の請求項６による定着装置では、加
熱手段をニップ部の圧接中心よりシートの進入側１５０
°以内に設け、また加圧ローラ表面の温度検知手段を設
け、この温度検知に基づいて加熱手段の点滅制御を行
い、さらにヒータ暴走防止手段と断熱カバーを設け、簡
単な構成により効率よく加圧ローラ表面温度を常に安定
した温度に保できるので、安全でトナー画像担持体のカ
ール発生を防止できる定着装置を提供できることとなっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着装置の構成の一例を示す断面図で
ある。

【図２】図１の熱反射板の形状を示す部分断面図であ
る。

【図３】加圧ローラのヒータの消費電力と表面温度との
関係を示すグラフである。

【図４】本発明の定着装置の構成の他の例を示す断面図
である。

【図５】本発明の定着装置の構成のさらに他の例を示す
断面図である。

【図６】熱ローラ定着装置の一般構成を示す断面図であ
る。

【図７】加圧ローラの表面温度とシートのカール量との
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０加熱ローラ１１加熱ヒータ２０加圧ローラ２２弾性体層２３表面層３１ガイド板３２ａ，３２ｂ分離爪４０加熱器（加熱手段）４１ヒータ４２熱反射板４３温度センサ４４ヒータ暴走防止器（ヒータ暴走防止手段）４５断熱カバーＮニップ部Ｐシート（トナー画像担持体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シートに担持されている未定着トナー画
像を加熱定着する加熱ローラと、前記加熱ローラの周面
に前記シートの未定着トナー画像担持面を圧着する加圧
ローラとを設けた定着装置において、前記加圧ローラの
近傍には前記加圧ローラ表面を照射するヒータとその背
後の熱反射板とから成る加熱手段を設け、前記加圧ロー
ラの表面層をなすフッ素樹脂チューブ又はコーティング
材には熱吸収性の高い黒色系の材料を用いたことを特徴
とする定着装置。
【請求項２】前記加圧ローラ表面層の内側に設けた弾
性体も同じく黒色系の材料としたことを特徴とする請求
項１記載の定着装置。
【請求項３】シートに担持されている未定着トナー画
像を加熱定着する加熱ローラと、前記加熱ローラの周面
に前記シートの未定着トナー画像担持面を圧着する加圧
ローラとを設けた定着装置において、前記加圧ローラの
近傍には前記加圧ローラ表面を照射するヒータとその背
後の熱反射板とから成る加熱手段を設け、前記加熱手段
の設置位置は前記加圧ローラの圧着位置よりシートの侵
入側へ９０°以内の角度範囲にあることを特徴とする定
着装置。
【請求項４】前記反射板の背面には前記ヒータのヒー
タ暴走防止手段として温度ヒューズ又はサーモスタット
を設けたことを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項５】前記加圧ローラの前記加熱ローラと反対
側のシートのガイド板部とシートの分離爪部との間は、
前記加熱手段と共に断熱カバーによって被覆されている
ことを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項６】シートに担持されている未定着トナー画
像を加熱定着する加熱ローラと、前記加熱ローラの周面
に前記シートの未定着トナー画像担持面を圧着する加圧
ローラとを設けた定着装置において、前記加圧ローラの
近傍には前記加圧ローラ表面を照射するヒータとその背
後の反射板とから成る加熱手段を設け、前記加熱手段の
設置位置は前記加圧ローラの圧着位置よりシートの侵入
側へ１５０°以内の角度範囲にあって、その間には前記
加圧ローラの表面温度を検知する加圧ローラ表面温度検
知手段が設けられていて、前記加圧ローラ表面温度検知
手段の温度検知により前記加熱手段のヒータの点滅制御
を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項７】前記熱反射板の背面には前記ヒータのヒ
ータ暴走防止手段として温度ヒューズ又はサーモスタッ
トを設けたことを特徴とする請求項６記載の定着装置。
【請求項８】前記加圧ローラの前記加熱ローラと反対
側のシートのガイド板部とシートの分離爪部との間は、
前記加熱手段と共に断熱カバーによって被覆されている
ことを特徴とする請求項６記載の定着装置。