JPH10319754A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 輻射加熱源を備えた定着装置であって、ウォ
ームアップ時間を短縮すると共に定着に必要な圧接力を
十分に確保し得る定着装置を提供する。 【解決手段】 定着装置３８は、ハロゲンヒータ５１
と、ハロゲンヒータ５１が内部に配置された中空円筒形
のガラスローラ５２と、ガラスローラ５２の周囲を取り
巻くように設けられた中空円筒形のスリーブ５３と、ガ
ラスローラ５２およびスリーブ５３に圧接する加圧ロー
ラ５４と、を有する。ガラスローラ５２は、赤外線透過
性を有する素材からなり、スリーブ５３は、ガラスロー
ラ５２の外径よりも大きな内径を有すると共にハロゲン
ヒータ５１からの赤外線を吸収して昇温する。また、加
圧ローラ５４は、トナー５０を保持したシート２０をガ
ラスローラ５２およびスリーブ５３との間で挟持してい
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、例えば電子写真式
の複写機、プリンタおよびファクシミリなどに用いられ
る定着装置に関し、さらに詳しくは、輻射加熱源を利用
してトナー像を記録媒体に定着する定着装置の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式の複写機などには、記録媒体
である記録紙ないし転写材などのシート上に転写された
トナー像をシートに定着させる定着装置が設けられてい
る。定着装置には種々の方式があるが、一般的な熱ロー
ラ方式の定着装置は、シート上のトナーを熱溶融させる
ヒートローラとも呼ばれる定着ローラと、当該定着ロー
ラに圧接してシートを挟持するバックアップローラとも
呼ばれる加圧ローラとを有している。定着ローラは中空
状に形成され、この定着ローラの中心軸上には、加熱源
が保持手段により保持されている従来の熱ローラ定着装
置における一般的な定着ローラは、アルミニウムや鉄な
どからなる金属基体の表面を、シリコンゴムや、ＰＴＦ
Ｅ（ポリ４フッ化エチレン）などからなる離型材で被覆
して構成されている。必要に応じて、シリコン系などの
オイルが塗布されている。一方、加圧ローラとしては、
金属の芯金上にシリコンなどの耐熱性ゴムを設け、表層
を必要に応じて、テフロン系の樹脂チューブなどで被覆
するものが一般的である。

【０００３】また、加熱源は、例えば、ハロゲンランプ
などの管状発熱ヒータより構成され、所定の電圧が印加
されることにより発熱するものである。このハロゲンラ
ンプは定着ローラの中心軸に位置しているため、ハロゲ
ンランプから発せられた熱は定着ローラ内壁に均一に輻
射され、定着ローラの外壁の温度分布は円周方向におい
て均一となる。定着ローラの外壁は、その温度が定着に
適した温度（例えば、１５０〜２００℃）になるまで加
熱される。

【０００４】この状態で定着ローラと加圧ローラは圧接
しながら互いに逆方向へ回転し、トナーが付着したシー
トを挟持する。定着ローラと加圧ローラとの圧接部（以
下、ニップ部という）において、シート上のトナーは定
着ローラの熱により溶解し、両ローラから作用する圧力
によりシートに定着される。トナーが定着した後、定着
ローラおよび加圧ローラの回転に伴い、シートは、排紙
ローラによって搬送され、排紙トレイ上に排出される。

【０００５】かかる定着装置においては、定着ローラへ
の伝熱手段はその内部に配置されたハロゲンランプから
定着ローラ内面への熱輻射により行われるので、定着ロ
ーラに熱を効率良く伝えるために、例えば定着ローラの
基体内面に熱輻射率の高い黒色の耐熱樹脂系塗料を塗布
し、定着ローラ内面の熱輻射率を例えば０．９以上に高
くしている。このようにすれば、定着ローラが効率良く
加熱される。

【０００６】ハロゲンランプなどから構成される輻射加
熱源を備えた定着装置にあっては、基本的に輻射熱を利
用して加熱するものであるため、定着ローラ内面の熱輻
射率を高くしたとしても、電源を投入した後、定着ロー
ラの温度が定着に適した所定温度に達するまでの時間
（以下、「ウォームアップ時間」という）にある程度の
時間を要する。その一方で、複写機などの商品の価値を
高めるためには、装置のコンパクト化と共に、定着装置
の省エネルギ化（低消費電力化）と、ユーザの操作性向
上（クイックプリント）との両立を図ることが注目され
重視されてきている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の定着装
置においては、装置仕様から輻射加熱源に投入できる最
大電力に限度があることから、ウォームアップ時間の短
縮を図るためには定着ローラの低熱容量化を図るしかな
く、このため、定着ローラ、特に基体の肉厚を極力薄く
する試みがなされている。

【０００８】ところが、定着ローラの薄肉化に伴って定
着ローラの剛性が低下し、高温使用時にローラが変形し
て通紙性能の悪化を招いたり、このローラ変形に対する
対策として低圧接力で用いることに起因した定着性能の
低下を招いたりする。このような不具合を回避するため
にも定着ローラの薄肉化には限度があり、定着ローラの
薄肉化によるウォームアップ時間の短縮には一定の限界
があった。

【０００９】そこで、本発明は、輻射加熱源を備えた定
着装置であって、ウォームアップ時間を短縮すると共に
定着に必要な圧接力を十分に確保し得る定着装置を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、記録媒体上に形成されたトナー像を前記記録媒体
へ定着する定着装置であって、輻射加熱源と、前記輻射
加熱源が内部に配置されると共に赤外線透過性を有する
素材からなる中空円筒形の保持部材と、前記保持部材の
周囲を取り巻くように設けられ、前記保持部材の外径よ
りも大きな内径を有すると共に前記輻射加熱源からの赤
外線を吸収して昇温する中空円筒形の加熱回転体と、前
記保持部材および前記加熱回転体に圧接し、トナーを保
持した記録媒体を前記保持部材および前記加熱回転体と
の間で挟持する加圧回転体と、を有することを特徴とす
る定着装置である。

【００１１】かかる構成では、輻射加熱源からの赤外線
のほとんどが、保持部材を透過して加熱回転体内面に達
し、加熱回転体に吸収される。これにより、加熱回転体
は加熱され昇温する。また、加熱回転体の熱容量は吸収
されるエネルギーに比較して十分小さいので、加熱回転
体は急速に昇温して定着可能な温度に達する。さらに、
加圧回転体の圧接力を保持部材で受けるので、輻射加熱
源により加熱される加熱回転体に必要以上の剛性を持た
せる必要はなく、当該加熱回転体を可及的に薄肉化して
低熱容量化を図ることができる。よって、この定着装置
は、加熱回転体を加熱する際の熱エネルギーのロスを低
減して加熱回転体の昇温速度を高め、ウォームアップ時
間を短縮し得ると共にエネルギー消費が少ない定着装置
となる。しかも、保持部材によって定着に必要な圧接力
を十分に確保できるため、定着性能が低下しない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１３】図１は、本発明に係る定着装置を組み込ん
だ画像形成装置としての複写機を示す概略構成図であ
る。

【００１４】複写機１０は、図示するように、原稿を読
み取るイメージスキャナ部１１と、信号処理を行う信号
処理部１２と、イメージスキャナ部１１で読み取られた
原稿画像に対応した画像を記録媒体としてのシート２０
にプリント出力するプリンタ部１３と、これら各部を配
置ないし収納するケーシング１４とを有する。

【００１５】イメージスキャナ部１１において、プラテ
ンガラス１５上に載置された原稿は、プラテンカバー１
６で押さえられるが、図示しない自動原稿送り装置を装
着するときには、プラテンカバー１６に代えて自動原稿
送り装置が取り付けられる。プラテンガラス１５上の原
稿はランプ１７で照射され、原稿で反射した光は、ミラ
ー１８ａ、１８ｂ、１８ｃおよび集光レンズ１９を経て
ラインセンサ（ＣＣＤ）２１上に像を結び、イメージ情
報に変換されて信号処理部１２に送られる。なお、スキ
ャナモータ２２を駆動することにより、第１スライダ２
３は速度Ｖで、第２スライダ２４はＶ／２でラインセン
サの電気的走査方向（主走査方向）に対して垂直方向
（副走査方向）に機械的に動き、原稿全面を走査する。

【００１６】信号処理部１２は、ラインセンサ２１で読
み取った信号を電気的に処理し、プリンタ部１３に送
る。

【００１７】プリンタ部１３は、レーザ発生器２５と、
像担持体としての感光体ドラム２６と、を備え、回転す
る感光体ドラム２６の周辺には、帯電装置としての帯電
ローラ２７と、現像装置２８と、転写装置としての転写
ローラ２９と、シート２０の除電および分離装置である
除電針３０と、感光体ドラム２６上の残留トナーを除去
するクリーニング装置３１と、が配置されている。レー
ザ発生器２５は、信号処理部１２から送られてくる画像
信号のレベルに応じて半導体レーザを駆動変調する。レ
ーザ光は、図示しないポリゴンミラー、ｆ−θレンズお
よび折り返しミラーなどを経由し、帯電ローラ２７と現
像装置２８との間の位置で、感光体ドラム２６に照射さ
れる。感光体ドラム２６上に形成された静電潜像は、現
像装置２８においてトナーで現像される。

【００１８】一方、ケーシング１４に着脱自在に取り付
けられる給紙カセット３５には、複数枚のシート２０が
積層した状態で収納されている。給紙カセット３５内の
シート２０は、給紙ローラ３６により１枚ずつ捌かれて
給紙され、タイミングローラ３７により所定のタイミン
グで、感光体ドラム２６と転写ローラ２９との間の転写
位置に向けて送り込まれる。感光体ドラム２６上に現像
された像は、転写ローラ２９によってシート２０に転写
される。転写後のシート２０は、感光体ドラム２６から
分離され、定着装置３８に向けて搬送ベルト３９により
搬送される。シート２０上に転写された未定着のトナー
が定着装置３８において固定され、トナーが定着された
シート２０は、排紙トレー４０に排紙される。なお、本
実施の形態の定着装置３８は定着ローラ内に輻射加熱源
を備えるが、構成については後述する。

【００１９】転写ローラ２９によってシート２０への転
写が終了すると、感光体ドラム２６上は、図示しないク
リーナ前チャージャーでマイナス極性に帯電され、クリ
ーニング装置３１にて残留トナーが除去され、イレーサ
によって残留電荷が除電される。その後、帯電ローラ２
７によって再度帯電され、レーザ光による潜像形成を受
け、現像器２８によって現像され、図示しない転写前イ
レーサによって非現像領域の電荷が除電される。

【００２０】図２は、図１に示される定着装置の概略縦
断面図、図３は、ガラスローラおよびスリーブの端部を
示す正面図である。

【００２１】図示する定着装置３８は、シート２０上に
保持されたトナー５０を加熱溶融して当該シート２０に
定着させるものであり、ハロゲンヒータ（輻射加熱源に
相当する）５１と、ハロゲンヒータ５１が内部に配置さ
れた中空円筒形のガラスローラ（保持部材に相当する）
５２と、ガラスローラ５２の周囲を取り巻くように設け
られた中空円筒形のスリーブ（加熱回転体に相当する）
５３と、ガラスローラ５２およびスリーブ５３に圧接す
る加圧ローラ（加圧回転体に相当する）５４と、を有す
る。ガラスローラ５２は、赤外線透過性を有する素材か
らなり、スリーブ５３は、ガラスローラ５２の外径より
も大きな内径を有すると共にハロゲンヒータ５１からの
赤外線を吸収して昇温する。また、加圧ローラ５４は、
トナー５０を保持したシート２０をガラスローラ５２お
よびスリーブ５３との間で挟持している。ガラスローラ
５２は、図２中矢印ａ方向に回転駆動可能に設けられ、
スリーブ５３および加圧ローラ５４はガラスローラ５２
の回転に伴って従動回転する。

【００２２】さらに詳述すると、ガラスローラ５２は、
耐熱ガラス（商品名パイレックスガラス、米国コーニン
グ・ガラス社）や、赤外線の透過率が高い石英ガラスか
らなる。ガラスローラ５２は、加圧ローラ５４との間で
ニップ部５５を確保するために加圧ローラ５４から加圧
されるので、０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の厚みが必要であ
る。また、加圧ローラ５４の外径は、前述した加圧ロー
ラ５４との間のニップ部５５の確保や、加圧による過度
の変形を防止する観点から、直径１５ｍｍ程度以上が好
ましい。加圧ローラ５４の外径の上限は、通紙速度にも
よるが、直径１００ｍｍ程度で２００枚／分（Ａ４サイ
ズ）の定着が可能である。

【００２３】スリーブ５３は、薄肉化が容易なニッケル
電鋳からなるが、この材質に限定されるものではなく、
熱伝導率が高く長手方向（ガラスローラ５２の軸方向に
対応する）の温度ムラが発生しにくい材質であれば用い
ることができる。例えば、銅、アルミニウム、それらの
合金、ステンレスなどからなる薄肉管でもよい。

【００２４】ウォームアップ時間を短縮する観点から見
れば、スリーブ５３の厚さをできるだけ薄くして当該ス
リーブ５３の熱容量を小さくするのが有利であるが、強
度の維持や通紙時の温度ムラの抑制などからの制限を受
けるため、スリーブ５３の厚さは２０μｍ程度以上は必
要である。実用的には、スリーブ５３の厚さは４０μｍ
〜２ｍｍ程度が好ましい。

【００２５】スリーブ５３の内周面には、耐熱製黒色塗
装を施して熱輻射率を高くし、ハロゲンヒータ５１から
の輻射によりスリーブ５３が効率的に加熱され昇温する
ようにしてある。また、スリーブ５３の外周面である最
外層には、シート２０との分離性を向上させる離型層が
形成されている。離型層は、耐熱性樹脂であるＰＴＦＥ
（ポリ４フッ化エチレン）や、ＰＦＡ（ペルフルオロア
ルコキシフッ素樹脂）などからなる。

【００２６】スリーブ５３の内径（周長）に関しては、
ガラスローラ５２を嵌め込む構成であるのでガラスロー
ラ５２の外径より大きければよいが、熱容量の削減とい
う観点からあまり大きくしない方がよい。一方、スリー
ブ５３の内径がガラスローラ５２の外径に略等しくなる
と、両者の接触面積が増大し、ハロゲンヒータ５１から
の輻射によりスリーブ５３が加熱されても、接触伝熱に
よってガラスローラ５２に熱が逃げてウォームアップ時
間の短縮効果が薄れてしまう。したがって、スリーブ５
３の内径は、ガラスローラ５２の外径より数％大きい程
度が好ましく、スリーブ５３とガラスローラ５２との接
触はニップ部５５およびその近傍領域のみとなる。

【００２７】加圧ローラ５４は、軸芯５６と、当該軸芯
５６の周囲に形成されたゴム層５７とから構成されてい
る。ゴム層５７は、表面からシート２０が離れ易い離型
性を有すると共に、耐熱性を有する。加圧ローラ５４
は、図示しないばね材により、ガラスローラ５２および
スリーブ５３に向かう方向に押圧されている。

【００２８】ガラスローラ５２、スリーブ５３および加
圧ローラ５４の具体的な実施例を挙げれば次のとおりで
ある。ガラスローラ５２は、外径２８ｍｍ、厚さ３ｍ
ｍ、長さ３４０ｍｍのパイレックス（米国コーニング・
ガラス社）からなる。スリーブ５３は、内径３０ｍｍ、
厚さ４０μｍのニッケル電鋳製で、内周面に耐熱製黒色
塗装が施され、外周面にはＰＴＦＥ（ポリ４フッ化エチ
レン）がコートされている。また、加圧ローラ５４は、
外径２０ｍｍのステンレス製の芯金上に厚さ５ｍｍ、硬
度３０Ｈｓ（ＪＩＳ Ａ）のゴム層を形成した。

【００２９】図３に示すように、ガラスローラ５２は、
その両端部がベアリング６０で回転自在に支持されて、
図示しない定着ユニットフレームに取り付けられてい
る。また、ガラスローラ５２の一端部には、ギア６１が
固定されている。ベアリング６０の両側面のうちスリー
ブ５３が接触する内方側の側面には、スリーブ５３の摩
擦による破損を防止するため、ＰＴＦＥ（ポリ４フッ化
エチレン）などからなる低摩擦部材６２が設けられてい
る。ガラスローラ５２の端部に固定したギア６１は、図
示しないモータの駆動力が伝達されるギアに噛み合い、
ガラスローラ５２がモータにより回転駆動される。

【００３０】ガラスローラ５２が図２中矢印ａ方向に回
転すると、スリーブ５３は、加圧ローラ５４ともに従動
回転して、ニップ部５５において加圧ローラ５４との間
に挟まれながら用紙搬送方向に移動する。ガラスローラ
５２内部を貫通するハロゲンヒータ５１は、その両端が
図示しない支持手段により支持されて定着ユニットフレ
ームに取り付けられている。ハロゲンヒータ５１は、図
示しないスイッチを介して複写機１０の電源に接続さ
れ、加熱制御時に電圧が印加される。

【００３１】このように構成された定着装置は次のよう
に作動する。ユーザがコピーボタンを押下する、あるい
は、コンピュータからプリントデータを受信することに
よりプリント開始信号が発せられ、作像が開始されると
共に、ハロゲンヒータ５１に通電されて当該ハロゲンヒ
ータ５１による赤外線輻射が開始される。

【００３２】ハロゲンヒータ５１からの赤外線は、その
ほとんどがガラスローラ５２を透過してスリーブ５３内
面に達し、スリーブ５３に吸収される。これにより、ス
リーブ５３は加熱され昇温する。ここに、スリーブ５３
の内面は黒色塗装が施され熱輻射率が高められているの
で、ガラスローラ５２を透過した赤外線による熱を吸熱
し易く、エネルギーロスも可及的に減少する。また、ス
リーブ５３の熱容量は吸収されるエネルギーに比較して
十分小さいので、スリーブ５３は急速に昇温して定着可
能な温度に達する。しかも、ガラスローラ５２は、その
熱伝導がスリーブ５３の熱伝導よりも悪く、かつ、スリ
ーブ５３との接触面積が少ないので、スリーブ５３から
ガラスローラ５２への熱の逃げが少ない。上述した実施
例の構成にあっては、ハロゲンヒータ５１への印加電力
を８００Ｗにすることで、４秒程度でスリーブ５３の温
度は定着可能な１５０℃以上に上昇した。

【００３３】スリーブ５３が所定温度にまで昇温する間
に、公知の作像プロセスによってシート２０上に形成さ
れたトナー像は、転写ローラ２９によってシート２０に
転写され、定着装置３８に向けて搬送ベルト３９により
搬送されてくる。

【００３４】前述のプロセスによってスリーブ５３を加
熱しつつ温度ムラを防止するため、ガラスローラ５２
は、定着に先立って回転駆動され、スリーブ５３および
加圧ローラ５４とともに回転している。シート２０が図
２に示す左方向からニップ部５５まで搬送されると、当
該シート２０は、スリーブ５３と加圧ローラ５４との間
で挟持され搬送される。ニップ部５５において、シート
２０上に保持されたトナー５０はスリーブ５３の熱によ
り溶解し、加圧ローラ５４から作用する圧力によりシー
ト２０に定着される。トナー５０が溶融定着されたシー
ト２０は、スリーブ５３の曲率による曲率分離あるいは
図示しない分離爪などによってスリーブ５３表面から分
離され、排紙トレー４０に排紙される。

【００３５】ハロゲンヒータ５１に印加される電力は、
定着動作中はスリーブ５３の温度をほぼ一定温度（通
常、１５０〜２００℃程度）に保つように制御されてい
る。この温度制御には種々の方法があるが、例えば、サ
ーミスタをスリーブ５３の表層に接触させて検出した温
度に基づいて供給電力を制御する方法や、サーモバイル
などにより非接触でスリーブ５３温度を検出して制御す
る方法や、シーケンスや周囲温度から予測して制御する
方法、およびこれらの組み合わせなどがある。

【００３６】本実施の形態の定着装置３８は、加圧ロー
ラ５４の圧接力をガラスローラ５２で受ける構成とした
ので、ハロゲンヒータ５１により加熱されるスリーブ５
３に必要以上の剛性を持たせる必要はなく、当該スリー
ブ５３を可及的に薄肉化して低熱容量化を図ることがで
きる。また、ガラスローラ５２はハロゲンヒータ５１か
らの赤外線を透過し易いので、ハロゲンヒータ５１で発
生する熱エネルギーを有効に利用してスリーブ５３を高
効率で加熱することができる。さらに、スリーブ５３か
らガラスローラ５２への熱の逃げも少ない。よって、こ
の定着装置３８は、スリーブ５３を加熱する際の熱エネ
ルギーのロスを低減してスリーブ５３の昇温速度を高
め、ウォームアップ時間を短縮し得ると共にエネルギー
消費が少ない定着装置となる。しかも、ガラスローラ５
２によって定着に必要な圧接力を十分に確保できるた
め、定着性能の低下を招くこともない。

【００３７】なお、上述した実施形態においてはガラス
ローラ５２を回転駆動する構成としたが、これとは逆
に、加圧ローラ５４を回転駆動し、スリーブ５３および
ガラスローラ５２を従動回転させてもよい。また、加圧
ローラ５４を回転駆動する場合には、ガラスローラ５２
を固定し、スリーブ５３のみを従動回転させる構成とし
てもよい。

【００３８】さらに、「保持部材」を「ガラスローラ５
２」と記述したが、保持部材の材質はガラスに限定され
るものではなく、赤外線透過性を有し耐熱性がある素材
であれば他の素材を使用し得る。例えば、耐熱性樹脂な
どから保持部材を形成してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の定着装置
によれば、輻射加熱源を備えた定着装置であって、ウォ
ームアップ時間を短縮すると共に定着に必要な圧接力を
十分に確保し得る定着装置を提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る定着装置を組み込んだ画像形成
装置としての複写機を示す概略構成図である。

【図２】 図１に示される定着装置の概略縦断面図であ
る。

【図３】 ガラスローラおよびスリーブの端部を示す正
面図である。

【符号の説明】

２０…シート（記録媒体） ３８…定着装置 ５０…トナー ５１…ハロゲンヒータ（輻射加熱源） ５２…ガラスローラ（保持部材） ５３…スリーブ（加熱回転体） ５４…加圧ローラ（加圧回転体）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体上に形成されたトナー像を前記
   記録媒体へ定着する定着装置であって、 輻射加熱源と、 前記輻射加熱源が内部に配置されると共に赤外線透過性
   を有する素材からなる中空円筒形の保持部材と、 前記保持部材の周囲を取り巻くように設けられ、前記保
   持部材の外径よりも大きな内径を有すると共に前記輻射
   加熱源からの赤外線を吸収して昇温する中空円筒形の加
   熱回転体と、 前記保持部材および前記加熱回転体に圧接し、トナーを
   保持した記録媒体を前記保持部材および前記加熱回転体
   との間で挟持する加圧回転体と、を有することを特徴と
   する定着装置。