JPH10333491A

JPH10333491A - 定着装置

Info

Publication number: JPH10333491A
Application number: JP9146818A
Authority: JP
Inventors: Tasuke Kamimura; 太介上村; Shogo Yokota; 昌吾横田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】構成が簡単で製造費が安価であり、ランニン
グコストも安価に高速プリントを行うことのできる定着
装置を提供する。【解決手段】外部から表面が加熱された定着ローラ
と、該定着ローラの外周面を押圧する加圧ローラ５２と
で形成された定着ニップ部Ｗａに、トナーが付着した用
紙Ｐを搬送することによりトナーを加熱溶融して定着さ
せる。上記定着ニップ部Ｗａには、用紙Ｐの搬送方向上
流側から、トナーの軟化点以上の温度に加熱された加熱
領域Ｒｈと、溶融されたトナーを冷却固化するために必
要な温度に冷却された冷却領域Ｒｃとが順に形成されて
いる。上記冷却領域Ｒｃにおいて、トナーからヒートパ
イプである加圧ローラ５２へ移動した熱は、循環水５２
ａによって、放熱部Ｌｂまで運ばれ、冷却ファン５６に
よって強制冷却されて、外部に放熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、プリンタ等の電子写真プロセスを利用した電子写
真機器に使用する定着装置に関し、特に、フルカラー印
刷が可能な電子写真機器に使用する定着装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複写機、ファクシミリ、プリ
ンタ等の電子写真プロセスを利用した電子写真機器に使
用されている定着装置は、例えば図５に示すように、定
着ローラ１０１と、この定着ローラ１０１を圧接する加
圧ローラ１０２とを有している。上記定着ローラ１０１
の内部には、加熱源としてのヒータランプ１０３が配設
されており、定着ローラ１０１の表面を内部から加熱す
るようになっている。

【０００３】上記構成の定着装置は、表面が所定の温度
に加熱された定着ローラ１０１と加圧ローラ１０２との
圧接部（定着部分）に、未定着のトナーＴで形成された
画像を担持した用紙（記録材）Ｐを搬入することで、ト
ナーＴを加熱溶融してトナーＴを用紙Ｐに定着させるよ
うになっている。このように、定着ローラ１０１の表面
を加熱するために、ヒータランプ１０３等の加熱源を該
定着ローラ１０１内部に設けたものを内部加熱方式の定
着装置と称する。

【０００４】また、用紙Ｐ上に担持されたトナーＴが、
カラートナー等の離型性の悪いトナーであれば、定着の
際に定着ローラ１０１表面へのトナーの付着、いわゆる
オフセット現象が生じる。このため、上記定着装置に
は、定着ローラ１０１表面にオイルを塗布するためのオ
イル塗布機構１０５と、トナー定着後の用紙Ｐを定着ロ
ーラ１０１から剥離するための剥離爪１０６とが設けら
れている。上記オイル塗布機構１０５は、オフセット現
象防止用のオイル１０４を、一対のオイル塗布用ローラ
１０７・１０７を介して定着ローラ１０１表面に塗布す
るようになっている。

【０００５】これに対して、オフセット現象防止用のオ
イルを必要としない方式による定着装置の例を、図６お
よび図７に示す。上記定着装置は、加熱源としての加熱
ローラ１１３を外部に有する定着ローラ１１１と、加圧
ローラ１１２により用紙Ｐに未定着のトナーＴを加熱し
定着する外部加熱方式である。

【０００６】上記構成の定着装置は、定着ローラ１１１
が、内部にヒータランプ１１４等を有する加熱ローラ１
１３によって、表面が外部から加熱されるようになって
いる。また、加圧ローラ１１２が、定着ローラ１１１と
圧接されることによって、用紙Ｐを挟んでいる受熱部Ｌ
ａに、適当な圧接部（定着ニップ部Ｗａ）が形成される
（図７）。そして、この定着ニップ部Ｗａに、未定着の
トナーＴを担持した用紙Ｐが搬入されて、トナーＴが定
着されることになる。

【０００７】ここで、未定着のトナーＴは、定着ニップ
部Ｗａの入口領域（加熱領域）において、加熱された定
着ローラ１１１から熱が供給されて、一旦トナーの軟化
点以上の加熱溶融状態になる。その後、トナーＴは、定
着ニップ部Ｗａの出口領域（冷却領域）を通過するに従
い、トナーＴおよび用紙Ｐの自己冷却作用により、オフ
セット発生限界温度以下に冷却固化され、定着する。

【０００８】以上のように、上記構成の定着装置は、圧
接部においてトナーを冷却固化することにより、オイル
レス化を実現した定着方式である。

【０００９】また、図８に示すように、加圧ローラ１２
２の内部にヒートパイプ１２２ａを埋め込んだ定着装置
がある。なお、加圧ローラ１２２の部材以外は、図６に
説明した定着装置のものと同様である。

【００１０】上記構成の定着装置において、加圧ローラ
１２２の内部に設けられているヒートパイプ１２２ａ
は、定着ローラ１１１によって加熱される加圧ローラ１
２２の温度が、加圧ローラ１２２の幅方向に不均一にな
った場合、この不均一を修正するように熱を伝えるため
に設けられている。したがって、加圧ローラ１２２の軸
方向の温度分布を均一にすることができるため、高品位
な定着画像を得ることができる。

【００１１】なお、加圧ローラ１２２には、用紙Ｐとト
ナーＴの冷却において、自己冷却以上に熱を奪う機能は
ない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、プロセス速度を大きくすることができな
いという問題がある。

【００１３】つまり、従来の構成の定着装置では、定着
ローラと加圧ローラの圧接部の加熱領域において、未定
着のトナーＴを一旦トナーの軟化点以上の温度に加熱し
た後、圧接部の冷却領域において、トナーの自己冷却を
利用して、オフセット発生限界温度以下にまでトナーを
冷却することにより定着している。このため、プロセス
速度の遅い条件では、トナーＴが圧接部を通過する時間
が十分に長いため、トナーＴは自己冷却だけによって
も、十分な凝集力を得ることができる。しかしながら、
プロセス速度の速い条件では、トナーが圧接部を通過す
る時間が短いため、トナーは自己冷却だけでは十分に冷
却されず、必要な凝集力を得ることができない。したが
って、従来の構成の定着装置では、そのプロセス速度
が、トナーの自己冷却の速度によって制限されることに
なる。

【００１４】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、構成が簡単で製造費が安
価であり、ランニングコストも安価に高速プリントを行
うことのできる定着装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の定着装置は、
上記の課題を解決するために、定着ローラの外周面を押
圧する加圧ローラは、ヒートパイプであるとともに、定
着ローラと加圧ローラとで形成された圧接部の外側に、
加圧ローラが幅方向へ延設されて放熱部が設けられてい
ることを特徴としている。

【００１６】上記の構成により、ヒートパイプである加
圧ローラは、記録材を介して、定着ローラから伝わって
きた熱を、圧接部の外側に加圧ローラが幅方向へ延設さ
れて設けられている放熱部にまで導き、この放熱部にお
いて放熱することによって、冷却される。

【００１７】これにより、定着ローラと加圧ローラとの
間の圧接部では、圧接部の上流側に配された加熱ローラ
によって所定の温度に加熱された定着ローラと、ヒート
パイプと放熱部によって所定の温度に冷却される加圧ロ
ーラとにより、十分な温度差を確保しながら、記録材に
担持された未定着のトナーを加熱・冷却するため、オフ
セットが無く安定した定着を行うことができる。

【００１８】具体的には、まず、定着ローラと加圧ロー
ラとの間の圧接部（定着ニップ部）の入口領域（加熱領
域）では、高熱状態の定着ローラからトナーに熱が積極
的に流れ込み、トナーの軟化点以上の温度に達して、発
色するのに十分な高温溶融状態となる。その後、定着ニ
ップ部の出口領域（冷却領域）をトナーと記録材が通過
するにともなって、熱が加圧ローラに流れ込み、トナー
の軟化点より低い温度にまで冷却され、固化される。そ
して、十分に冷却されたトナーは、凝集力が大きく、つ
まり定着ローラへの付着力が小さくなっているため、記
録材に完全に定着されることになる。

【００１９】したがって、従来の内部加熱方式のよう
に、オフセット防止用オイルを必要とせず、その結果、
複雑なオイル塗布機構が不要となり、装置の低コスト化
につながる他、定着ローラの寿命も長く伸びる。また、
従来の外部加熱方式以上に、プロセス速度を増すことに
より、高速プリントを実現することができる。

【００２０】請求項２の定着装置は、上記の課題を解決
するために、請求項１の構成に加えて、上記放熱部の近
傍に、該放熱部を冷却する冷却ファンが配設されている
ことを特徴としている。

【００２１】上記の構成により、請求項１の構成による
作用に加えて、放熱部の近傍に配設されている冷却ファ
ンによって、放熱部を強制的に冷却することで、加圧ロ
ーラの冷却を安定して行うことができる。

【００２２】あわせて、放熱部の冷却効率を良くするこ
とで、加圧ローラの軸方向の温度勾配を大きくすること
ができるため、定着ローラと加圧ローラとの間の温度差
を大きくすることができる。

【００２３】したがって、さらにプロセス速度を増すこ
とができ、より高速かつ安定したプリントを実現するこ
とができる。

【００２４】請求項３の定着装置は、上記の課題を解決
するために、上記冷却ファンは、上記記録材が上記圧接
部を通過する時間に限り動作することを特徴としてい
る。

【００２５】上記の構成により、請求項２の構成による
作用に加えて、記録材が定着ニップを通過する時間に限
り、放熱部近傍に設けられた冷却ファンが動作して放熱
部が冷却され、受熱部すなわち定着ニップ部の熱を放熱
することができる。

【００２６】これによって、不必要なエネルギーの消費
を抑制できるため、ランニングコストを低く抑えること
ができる。また、不必要なときには冷却ファンが停止す
るため、静粛性にも優れている。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
１ないし図４に基づいて説明すれば、以下のとおりであ
る。なお、本実施の形態では、定着装置を電子写真機器
としてモノクロ用のレーザプリンタに適用した場合につ
いて説明する。

【００２８】本実施の形態に係るレーザプリンタは、図
３に示すように、給紙部１０、画像形成装置２０、レー
ザ走査部３０、定着装置５０を有している。

【００２９】上記構成のレーザプリンタは、給紙部１０
から用紙（記録材）Ｐを画像形成装置２０に搬送する。
この画像形成装置２０は、レーザ走査部３０によるレー
ザ光３４に基づいてトナー像を形成し、このトナー像
を、搬送された用紙Ｐに転写するようになっている。そ
して、トナー像の転写された用紙Ｐを、定着装置５０に
搬送して、トナー像を用紙Ｐに定着する。最後に、トナ
ー像が定着された用紙Ｐは、定着装置５０の用紙搬送下
流側に設けられた用紙排紙ローラ４１・４２によって装
置外部に排出される。つまり、用紙Ｐは、図に示す矢印
Ｅの経路に沿って、給紙トレイ１１、画像形成装置２
０、定着装置５０の順に搬送され、装置外部に排出され
る。

【００３０】上記給紙部１０は、給紙トレイ１１、給紙
ローラ１２、用紙分離摩擦板１３、加圧バネ１４、用紙
検知アクチュエータ１５、用紙検知センサ１６、および
制御回路１７を備えている。

【００３１】上記給紙トレイ１１は、複数の用紙Ｐが装
着可能となっている。給紙ローラ１２は、矢印方向に回
転することで、上記給紙トレイ１１に装着された用紙Ｐ
を画像形成装置２０側に給送するようになっている。こ
のとき、用紙分離摩擦板１３は、加圧バネ１４によって
給紙ローラ１２に圧接され、給紙トレイ１１に装着され
た複数の用紙Ｐを一枚ずつ分離するようになっている。

【００３２】上記用紙検知センサ１６は、例えば光セン
サからなるとともに、上記用紙検知アクチュエータ１５
は、給紙ローラ１２によって給送される用紙Ｐによって
用紙搬送方向に傾倒自在な部材からなっている。つま
り、用紙検知センサ１６は、用紙検知アクチュエータ１
５が傾倒されていない状態では、光路が遮断され、ＯＦ
Ｆ状態を示し、用紙検知アクチュエータ１５が傾倒した
状態では、光路が通じて、ＯＮ状態を示す。

【００３３】したがって、上記用紙検知センサ１６は、
用紙検知アクチュエータ１５が傾倒することで、センサ
がＯＮ状態となり、用紙Ｐが画像形成装置２０側に給送
されたことを検知し、この検知信号を制御回路１７に出
力するようになっている。

【００３４】上記制御回路１７は、用紙検知センサ１６
からの検知信号に基づいて、画像信号をレーザ走査部３
０のレーザダイオード発光ユニット３１に送り、発光ダ
イオード３１ａの点灯／非点灯を制御するようになって
いる。なお、上記制御回路１７は、後述する定着装置５
０の加熱制御手段を兼ねている。

【００３５】上記レーザ走査部３０は、上記レーザダイ
オード発光ユニット３１、走査ミラー３２、走査ミラー
モータ３３、および反射ミラー３５、３６、３７を備え
ている。

【００３６】上記走査ミラーモータ３３は、走査ミラー
３２の下部に設けられ、該走査ミラー３２を高速かつ一
定速度で回転させるようになっている。また、上記レー
ザダイオード発光ユニット３１は、走査ミラー３２に設
けられており、該走査ミラー３２とともに回転する。つ
まり、レーザダイオード発光ユニット３１は、高速かつ
一定速度で回転しながら、発光ダイオード３１ａからレ
ーザ光３４を反射ミラー３６に照射するようになってい
る。照射されたレーザ光３４は、反射ミラー３６、３
５、３７の順で反射され、画像形成装置２０の露光ポイ
ントＸに導かれる。

【００３７】上記レーザダイオード発光ユニット３１
は、上述した制御回路１７からの点灯／非点灯の情報に
基づいて、画像形成装置２０の感光体２１を選択的に露
光するようになっている。

【００３８】上記画像形成装置２０は、感光体２１、転
写ローラ２２、帯電部材２３、現像ローラ２４、現像ユ
ニット２５、およびクリーニングユニット２６を備えて
いる。

【００３９】上記感光体２１は、帯電部材２３によって
表面にあらかじめ帯電された電荷が、レーザ走査部３０
からのレーザ光３４により選択的に放電され、表面に静
電潜像が形成される。

【００４０】上記現像ユニット２５は、感光体２１にト
ナーを供給するための現像ローラ２４を有し、内部に蓄
積したトナーを撹拌することで、該トナーに電荷を付与
し、現像ローラ２４表面にトナーを付着させる。そし
て、現像ローラ２４に与えられた現像バイアス電圧およ
び感光体２１表面の電位により形成される電界の作用に
よって、感光体２１表面に形成された静電潜像に対応し
たトナー像を感光体２１上に形成するようになってい
る。

【００４１】また、上記画像形成装置２０では、転写ロ
ーラ２２が、印加された転写電圧の与える電界の作用に
より感光体２１表面に形成されたトナー像を、感光体２
１と転写ローラ２２との間に給送された用紙Ｐに吸引
し、転写する。このとき、感光体２１上のトナーは転写
ローラ２２により用紙Ｐに転写されるとともに、未転写
トナーはクリーニングユニット２６によって回収され
る。

【００４２】上記画像形成装置２０においてトナー像の
転写された用紙Ｐは、定着装置５０に搬送され、トナー
像が定着される。すなわち、定着装置５０では、表面温
度が約１８０℃に保たれた定着ローラ５１と、約２０℃
に冷却保持された加圧ローラ５２とによって適度な温度
と圧力が用紙Ｐに付与される。そして、トナーが加熱溶
融後、冷却固化されて用紙Ｐに定着され、堅牢な画像と
なる。なお、上記定着装置５０については、後で詳細に
述べる。

【００４３】上記定着装置５０において、トナー像の定
着された用紙Ｐは、定着装置５０の用紙側に設けられた
用紙搬送ローラ４１・４２によって、装置外部に搬送さ
れる。

【００４４】なお、上記定着装置５０は、定着ローラ５
１に接触配置された加熱ローラ５３によって、定着ロー
ラ５１を加熱する外部加熱方式である。

【００４５】ここで、定着装置５０について、図１およ
び図２を参照しながら以下に説明する。

【００４６】上記定着装置５０は、図２に示すように、
定着ローラ５１、加圧ローラ５２、および加熱ローラ５
３を有している。

【００４７】はじめに、加圧ローラ５２について説明す
る。

【００４８】上記加圧ローラ５２は、内部に循環水５２
ａを封入した、銅製ローラ５２ｂよりなるヒートパイプ
であり、その表面が外層５２ｃによってコーティングさ
れている。また、上記加圧ローラ５２は、定着ローラ５
１の直下に設けられ、圧接されることによって、用紙Ｐ
を挟んでいる受熱部Ｌａに、適当な定着ニップ部（圧接
部）Ｗａが形成されている。そして、定着ローラ５１が
矢印Ａ方向に回転すると、加圧ローラ５２が、これに従
動して、矢印Ｂ方向に回転するようになっている。

【００４９】さらに、図１に示すように、加圧ローラ５
２には、受熱部Ｌａの外側に、加圧ローラ５２が幅方向
へ延設されて、放熱部Ｌｂが設けられている。そして、
上記放熱部Ｌｂの近傍には、冷却ファン５６が配設され
ている。

【００５０】本実施の形態の加圧ローラ５２は、内部に
循環水５２ａを封入した、直径２０ｍｍの銅製ローラ５
２ｂよりなるヒートパイプを用い、その表面にＰＦＡ
（四フッ化エチレン−パーフロロアルキルビニルエーテ
ル共重合樹脂）をコーティングして外層５２ｃを形成し
ている。

【００５１】なお、上記加圧ローラ５２は、ヒートパイ
プであり、銅のほか、アルミニウム、ステンレス鋼等の
パイプの内側にガラス繊維や網状の細い銅線等で作った
ウィック材を張り、内側を減圧状態にし、水のほか、フ
レオン、アンモニア等の熱媒体の蒸気の移動と蒸発潜熱
の授受によって熱移動を行うものである。そして、その
表面には耐熱性と離型性に優れた合成樹脂材料をコーテ
ィングするとよい。具体的には、例えばシリコンゴムや
フッ素ゴム等の高分子材料、またはＰＦＡのほか、ＰＴ
ＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）等のフッ素樹脂や、フッ
素樹脂とフッ素ゴムを混合したもの等が考えられる。

【００５２】そして、本実施の形態では、上記定着ニッ
プ部Ｗａの幅を約１０ｍｍにするように、定着ローラ５
１と加圧ローラ５２が圧接されている。この定着ニップ
部Ｗａは、用紙Ｐ上のトナーＴを定着させる場所であ
る。この定着ニップ部Ｗａを通して、定着ローラ５１か
ら加圧ローラ５２へ、熱が流れ込むようになっている。
この定着ローラ５１から加圧ローラ５２への熱の流れ、
およびトナーＴの定着過程については、後述する。

【００５３】また、上記冷却ファン５６は、用紙Ｐが定
着ニップ部Ｗａを通過する時間に限り作動して送風し、
放熱部Ｌｂを冷却する。これにより、受熱部Ｌａすなわ
ち定着ニップ部Ｗａから循環水５２ａによって伝えられ
た熱が、放熱部Ｌｂにおいて放熱冷却され、受熱部Ｌａ
を約２０℃に冷却保持することができる。

【００５４】したがって、定着ローラ５１と加圧ローラ
５２との間の定着ニップ部Ｗａでは、定着ニップ部Ｗａ
の上流側で、加熱ローラ５３により所定の温度に加熱さ
れた定着ローラ５１と、循環水５２ａと放熱部Ｌｂによ
り所定の温度に冷却された加圧ローラ５２とによって、
十分な温度差を確保しながら、未定着のトナーＴを担持
する用紙Ｐを加圧加熱・加圧冷却するため、オフセット
が無く安定した定着を行うことができる。

【００５５】また、冷却ファン５６は、用紙Ｐが定着ニ
ップ部Ｗａを通過する時間に限り作動するため、エネル
ギーの無駄が少なくて済むので、経済的な定着装置を提
供することができる。また、不必要なときには作動しな
いため、静粛性にも優れている。

【００５６】つぎに、加熱ローラ５３について説明す
る。

【００５７】図２に示すように、上記加熱ローラ５３
は、内部に加熱源としてのヒータランプ５４を有し、定
着ローラ５１の回転方向に対し、定着ニップ部Ｗａの上
流側に設けられている。このとき、加熱ローラ５３は、
その中心が定着ローラ５１の中心とほぼ水平となる位置
に配置され、適当な圧接部（加熱ニップ部Ｗｂ）を形成
するように、定着ローラ５１に所定の押圧力をもって圧
接される。これにより、加熱ローラ５３は、上記加圧ロ
ーラ５２と同様に、定着ローラ５１の回転に従動して矢
印Ｃ方向に回転する。

【００５８】上記加熱ローラ５３の周面には、温度検知
手段としてのサーミスタ（図示せず）が配設され、加熱
ローラ５３の表面温度を検知するようになっている。ま
た、上記定着ローラ５１の回転方向に対し、加熱ニップ
部Ｗｂの下流側近傍には、定着ローラ５１の表面温度を
検知するための温度検知手段としてのサーミスタ５５が
配置されている。

【００５９】上記加熱ローラ５３は、アルミニウムやス
テンレス等からなる中空円筒状のものを用いる。アルミ
ニウムやステンレスをそのまま使用してもよい。また、
その表面に耐熱性と離型性に優れた合成樹脂材料、例え
ばシリコンゴムやフッ素ゴム等の高分子材料、またはＰ
ＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂や、フッ素樹脂とフッ素
ゴムとを混合したものをコーティングしてもよい。

【００６０】なお、本実施の形態では、直径１５ｍｍ、
肉厚０．５ｍｍのアルミニウム製円筒ローラを用いてい
る。また、加熱ローラ５３の内部に配置されたヒータラ
ンプ５４の定格出力は８００Ｗとする。そして、加熱ニ
ップ部Ｗｂの幅は約５ｍｍである。

【００６１】また、上記加熱ローラ５３は、定着ニップ
部Ｗａの用紙Ｐの搬送方向の上流側に設けられている。
これにより、定着ローラ５１は、定着ニップ部Ｗａの用
紙Ｐの搬送方向の上流側に設けられた加熱ローラ５３に
よって加熱されるので、定着ニップ部Ｗａの用紙入口側
から加熱されることになる。したがって、加熱ローラ５
３から定着ニップ部Ｗａまでの間における、加熱ローラ
５３から定着ローラ５１に供給される熱エネルギーの損
失を、できるだけ小さくすることが可能となる。この結
果、少ないエネルギーで、トナー溶融に必要な温度まで
定着ローラ５１を加熱できるので、定着装置５０に要す
るエネルギーを少なく抑えることができる。

【００６２】最後に、定着ローラ５１について説明す
る。

【００６３】上記定着ローラ５１は、直径３０ｍｍのロ
ーラ状のものである。そして、図２に示すように、芯材
５１ａ上に耐熱性弾性材からなる断熱層５１ｂが形成さ
れ、この断熱層５１ｂ上に耐熱離型材からなる被覆層５
１ｃが被覆された構成となっている。

【００６４】上記芯材５１ａは、定着ローラ５１の強度
を得るものでアルミニウムやステンレス等を中実円筒状
または中空円筒状に加工したもの等を用いる。なお、本
実施の形態では、芯材５１ａとして直径１５ｍｍのステ
ンレス製中実円筒シャフトを用いる。

【００６５】上記断熱層５１ｂは、加熱ローラ５３によ
って加熱された被覆層５１ｃの熱を定着ローラ５１内部
に逃がさない目的と、加圧ローラ５２により適度に弾性
変形し所定のニップ幅を得る目的とのために設けられた
ものである。

【００６６】この断熱層５１ｂを構成する耐熱性弾性材
としては、フッ素ゴム、シリコンゴム等の耐熱性に優れ
たゴム材がある。本実施の形態では、断熱層５１ｂとし
てシリコンゴム発泡体を厚さ７．５ｍｍに成型して用い
る。このシリコンゴム発泡体は、熱伝導率が低く断熱性
に優れ、また、硬度も低いため低圧力で所定のニップ幅
を得るのに好適である。

【００６７】上記被覆層５１ｃは、加熱ニップ部Ｗｂで
加熱ローラ５３から熱を受け取り、定着ニップ部Ｗａで
その熱を用紙Ｐ上の未定着のトナーＴに与えることで、
トナーＴの定着を行う目的と、定着ローラ５１表面への
トナー等の付着による汚染を防止する目的とのために設
けられたものである。

【００６８】この被覆層５１ｃを構成する耐熱離型材と
しては、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を用いるとよ
い。本実施の形態では、被覆層５１ｃとして、厚さ５０
μｍのＰＦＡチューブが用いられている。

【００６９】ここで、定着ニップ部Ｗａにおける熱の流
れについて、図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

【００７０】図４（ａ）に示すように、上記定着ニップ
部Ｗａは、用紙Ｐ上のトナーＴを溶融するために定着ロ
ーラ５１から熱を伝えて加熱する加熱領域Ｒｈと、用紙
Ｐ上の溶融されたトナーＴを冷却固化するために与えら
れた熱を冷却する冷却領域Ｒｃに大きく二つに分けるこ
とができる。

【００７１】はじめに、上記加熱領域Ｒｈ、つまり定着
ニップ部Ｗａの入口領域における熱の流れについて説明
する。

【００７２】定着開始時には、定着ローラ５１が所定の
温度に蓄熱され、加熱領域Ｒｈをトナーの軟化点Ｔｍ以
上の高温状態に保持している。そして、加熱領域Ｒｈに
搬送された用紙Ｐ上のトナーＴは、定着ローラ５１の断
熱層５１ｂに蓄積された熱が付与される。この加熱領域
Ｒｈでは、用紙Ｐ上のトナーＴを溶融するのに十分な熱
が付与されるようになっている。すなわち、トナーＴの
温度が、トナーの軟化点Ｔｍを超えるように加熱され
る。

【００７３】つぎに、上記冷却領域Ｒｃ、つまり定着ニ
ップ部Ｗａの出口領域における熱の流れについて説明す
る。

【００７４】上記加熱領域Ｒｈにおいて加えられた熱で
用紙Ｐ上に溶融されているトナーＴは、冷却領域Ｒｃに
搬送され、熱を金属製の加圧ローラ５２へ放出すること
で、冷却される。ヒートパイプである加圧ローラ５２へ
移動した熱は、循環水５２ａによって、放熱部Ｌｂまで
運ばれ、放熱部Ｌｂにおいて、外部に放出される。この
とき、放熱部Ｌｂは、近傍に設けられた冷却ファン５６
により、強制冷却されているので、循環水５２ａはすぐ
に冷却され、再び受熱部Ｌａに移動する。したがって、
定着ローラ５１から伝わった熱は受熱部Ｌａに留まらな
い。以上により、トナーＴは、冷却領域Ｒｃで固化する
まで冷却され、用紙Ｐ上に定着される。すなわち、トナ
ーＴの温度がオフセット発生限界温度Ｔｃを超えるよう
に冷却される。

【００７５】つづいて、定着ニップ部Ｗａの加熱領域Ｒ
ｈおよび冷却領域Ｒｃにおけるトナー内部の温度につい
て説明する。なお、図４（ｂ）に示すように、定着ロー
ラ５１側のトナーＴをトナー上層とし、加圧ローラ５２
側のトナーＴをトナー下層とする。また、図４（ｂ）で
は、用紙Ｐは省略してある。

【００７６】上記定着ニップ部Ｗａの加熱領域Ｒｈは、
未定着のトナーＴを加熱する領域である。上記加熱領域
Ｒｈは、トナーＴが、室温からトナーの軟化点Ｔｍを超
えて加熱され、冷却領域Ｒｃとの境界の位置において、
ピークの温度（トナー上層でＴｐｕ、トナー下層でＴｐ
ｌ）に達するように設定されている。

【００７７】一方、上記定着ニップ部Ｗａの冷却領域Ｒ
ｃは、溶融されたトナーＴを冷却する領域である。上記
冷却領域Ｒｃは、トナーＴが、上記ピークの温度（トナ
ー上層でＴｐｕ、トナー下層でＴｐｌ）からトナー軟化
点Ｔｍを超えて冷却され、さらに、定着ニップ部Ｗａを
出るまでに、オフセット発生限界温度Ｔｃより低い温度
に達するように設定されている。ここで、上記オフセッ
ト発生限界温度Ｔｃとは、溶融されたトナーが冷却固化
し、その凝集力がトナーと定着ローラ５１との付着力よ
りも大きくなる温度である。

【００７８】ただし、上記のトナーの軟化点Ｔｍおよび
オフセット発生限界温度Ｔｃは、トナーの種類によって
異なるので、トナーに応じて設定する必要がある。

【００７９】なお、本実施の形態では、定着ローラ５１
の表面温度を制御し、かつ、定着ニップ部Ｗａの幅を変
更することで、定着ニップ部Ｗａ内を通過する用紙Ｐ上
のトナーＴの温度分布が図４に示すグラフのようになる
よう、定着ニップ部Ｗａの加熱領域Ｒｈおよび冷却領域
Ｒｃを形成している。

【００８０】ここで、本実施の形態の定着装置５０の動
作について、図１および図２を用いて以下に説明する。

【００８１】上記定着装置５０において、プリント動作
時には、定着ローラ５１が矢印Ａ方向に周速１５０ｍｍ
／秒で回転し、加熱ローラ５３がヒータランプ５４によ
り加熱される。

【００８２】このとき、定着ローラ５１は、加熱された
加熱ローラ５３により、加熱ニップ部Ｗｂにおいて表面
が加熱される。そして、加熱ローラ５３は、定着ローラ
５１の表面温度がサーミスタ５５によって検出され、こ
の検出信号に基づいて上記ヒータランプ５４への通電が
制御回路１７によって制御される。つまり、上記定着ロ
ーラ５１の表面温度は、サーミスタ５５による検知信号
に基づいて、所定の温度（本実施の形態では１８０℃）
になるように制御されている。したがって、定着ローラ
５１が所定の温度に達した後、すなわち所定量の熱が蓄
積された後、用紙Ｐが定着ニップ部Ｗａに搬送されるこ
とになる。

【００８３】上記定着ニップ部Ｗａの加熱領域Ｒｈに搬
送された用紙Ｐには、定着ローラ５１からの熱と、定着
ローラ５１と加圧ローラ５２からの圧力が付与される。
これにより、用紙Ｐ上に静電付着しているトナーＴが加
熱溶融される。つづいて、定着ニップ部Ｗａの冷却領域
Ｒｃに搬送された用紙Ｐ上の加熱溶融されたトナーＴ
は、定着ローラ５１と加圧ローラ５２からの圧力が付与
されるとともに、加圧ローラ５２へ放熱して冷却固化さ
れる。このとき、加圧ローラ５２は、循環水５２ａと冷
却ファン５６によって冷却されている。以上により、ト
ナーＴは、用紙Ｐ上に完全に熱圧定着される。そして、
トナーＴの定着後、用紙Ｐは定着ローラ５１と加圧ロー
ラ５２から剥離される。

【００８４】上述のように、定着ニップ部Ｗａへの用紙
Ｐの搬送タイミングが、定着ローラ５１に熱が蓄熱され
た後に設定するとともに、ヒートパイプである加圧ロー
ラ５２の冷却速度を大きく維持することによって、定着
ローラ５１と加圧ローラ５２の間の温度差が十分に確保
された状態とすることができる。

【００８５】なお、冷却ファン５６は、放熱部Ｌｂの近
傍に設けられており、用紙Ｐが、定着ニップ部Ｗａを通
過する時間に限り動作することによって、放熱部Ｌｂを
強制的に冷却する。これにより、受熱部Ｌａ、すなわち
定着ニップ部Ｗａと、放熱部Ｌｂとの温度勾配を大きく
し、ヒートパイプである加圧ローラ５２の定着ニップ部
Ｗａから放熱部Ｌｂへの伝熱速度を大きくすることがで
きる。したがって、オフセットや、トナーの定着不良等
を防止しながら、プロセス速度を大きくすることができ
る。

【００８６】ここで、本実施の形態における定着性とオ
フセットの発生の有無の実験結果を以下の表１に示す。

【００８７】

【表１】

【００８８】表１では、定着ローラ５１の表面温度が、
トナーの軟化点Ｔｍ以上となっている。また、加圧ロー
ラ５２の表面温度が、オフセット発生限界温度Ｔｃ以下
になっている。さらに、定着ニップ部Ｗａにおける加熱
領域Ｒｈの温度と、冷却領域Ｒｃの温度との差、すなわ
ち温度降下の幅が大きくなっている。これにより、定着
ニップ部Ｗａ内では、加熱領域Ｒｈにおいて、トナーが
十分に加熱溶融された後、冷却領域Ｒｃにおいて、十分
に冷却固化されるので、定着性も良く、オフセット発生
を低減することが可能となっている。なお、外部加熱方
式であるため、ウォームアップ時間も６０秒と短い。

【００８９】以上より、本実施の形態では、用紙Ｐに担
持された未定着のトナーＴを、定着ニップ部Ｗａの加熱
領域Ｒｈにおいて確実に溶融させることができる。これ
により、カラートナーのように高温溶融して発色するト
ナーの場合にも、温度不足を原因とする、発色不良など
を無くすことができる。したがって、本実施の形態に係
る定着装置は、カラートナーにも十分に対応することが
でき、高品位のカラー画像を形成することができる。

【００９０】また、定着ニップ部Ｗａの外側に、加圧ロ
ーラ５２の幅方向へ延設して放熱部Ｌｂを設けるととも
に、放熱部Ｌｂの近傍に冷却ファン５６を設けて、強制
的に冷却することにより、冷却領域Ｒｃの冷却効果を高
めることができる。これにより、定着ニップ部Ｗａの冷
却領域Ｒｃにおいて、トナーＴの冷却固化を確実に行わ
せることができる。したがって、オフセットや、トナー
の定着不良等を防止しながら、プロセス速度を大きくす
ることができるので、高品位の画像の高速形成を実現す
ることができる。

【００９１】しかも、従来の内部加熱方式の定着装置の
ように、オフセット防止のためのオイルを必要とせず、
この結果、複雑なオイル塗布機構が不要となるので、装
置の低コスト化を実現できる。また、定着ローラ５１に
対してオイル塗布等のオフセット防止のための操作をし
ないで済むので、定着ローラ５１の寿命を延ばすことが
できる。

【００９２】なお、上述したように、本実施の形態で
は、放熱部Ｌｂを定着ニップ部Ｗａの外側に、加圧ロー
ラ５２の幅方向へ延設して設けた。ゆえに、放熱部Ｌｂ
の形状は、受熱部Ｌａと同一である。しかし、受熱部Ｌ
ａは、ヒートパイプであると同時に、加圧ローラ５２で
もあるため、その形状が定着ニップ部Ｗａを形成できる
ものでなければならないが、放熱部Ｌｂがそのような形
状に限定される必要はない。したがって、放熱部Ｌｂの
材質、大きさ、形状等は、トナーが定着ニップ部Ｗａ内
において、トナーの軟化点Ｔｍを超えて加熱された後、
オフセット発生限界温度Ｔｃを超えて冷却されるよう
な、すなわち図４（ａ）に示すような変化を実現するも
のであればよい。

【００９３】ここで、オフセットをより確実に低減させ
るには、温度降下の幅を大きくすることが必要である。
その方法として、定着ニップ部Ｗａにおける放熱効果を
高めることが考えられる。つまり、ヒートパイプである
加圧ローラ５２自体の熱伝達率を大きくするとともに、
放熱部Ｌｂの放熱性能を高くするとよい。例えば、上記
の条件を満たす範囲内で、放熱部Ｌｂのまわりに放熱板
を設けたり、冷却ファン５６の位置や数等を設定するこ
とが考えられる。そうすることで、定着ニップ部Ｗａの
冷却領域Ｒｃでの冷却効果が高められ、加熱領域Ｒｈで
溶融されたトナーＴを冷却領域Ｒｃで確実に冷却固化さ
せることができる。この結果、用紙ＰにトナーＴが完全
に定着し、オフセットが確実に無くなることになる。

【００９４】また、以上では、本実施の形態は、本発明
による定着装置をモノクロ用レーザプリンタに適用した
場合について説明してきたが、カラー用レーザプリンタ
やカラー複写機等にも適用できることは言うまでもな
い。

【００９５】

【発明の効果】請求項１の発明の定着装置は、以上のよ
うに、定着ローラの外周面を押圧する加圧ローラは、ヒ
ートパイプであるとともに、定着ローラと加圧ローラと
で形成された圧接部の外側に、加圧ローラが幅方向へ延
設されて放熱部が設けられていることを特徴としてい
る。

【００９６】それゆえ、定着ローラと加圧ローラとの間
の圧接部では、圧接部の上流側に配された加熱ローラに
よって所定の温度に加熱された定着ローラと、ヒートパ
イプと放熱部によって所定の温度に冷却される加圧ロー
ラとにより、十分な温度差を確保しながら、記録材に担
持された未定着のトナーＴを加熱・冷却するため、オフ
セットが無く安定した定着を行うことができる。

【００９７】したがって、従来の内部加熱方式のよう
に、オフセット防止用オイルを必要とせず、その結果、
複雑なオイル塗布機構が不要となり、装置の低コスト化
につながる他、定着ローラの寿命も長く伸びる。また、
従来の外部加熱方式以上に、プロセス速度を増すことに
より、高速プリントを実現することができる。

【００９８】請求項２の発明の定着装置は、以上のよう
に、請求項１の構成に加えて、上記放熱部の近傍に、該
放熱部を冷却する冷却ファンが配設されていることを特
徴としている。

【００９９】それゆえ、請求項１の構成による効果に加
えて、放熱部を強制的に冷却することで、加圧ローラの
冷却を安定して行うことができる。あわせて、放熱部の
冷却効率を良くすることで、加圧ローラの軸方向の温度
勾配を大きくすることができるため、定着ローラと加圧
ローラとの間の温度差を大きくすることができる。

【０１００】したがって、さらにプロセス速度を増すこ
とができ、より高速かつ安定したプリントを実現するこ
とができる。

【０１０１】請求項３の発明の定着装置は、以上のよう
に、上記冷却ファンは、上記記録材が上記圧接部を通過
する時間に限り動作することを特徴としている。

【０１０２】それゆえ、請求項２の構成による効果に加
えて、不必要なエネルギーの消費を抑制できるため、ラ
ンニングコストを低く抑えることができる。また、不必
要なときには冷却ファンが停止するため、静粛性にも優
れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る定着装置の概略構
成図である。

【図２】図１に示す定着装置の概略構成図である。

【図３】図１に示す定着装置を備えたレーザプリンタの
概略構成図である。

【図４】図１に示す定着装置の定着ニップ部におけるト
ナーの温度分布を示すものであり、（ａ）はトナーの温
度分布のグラフ、（ｂ）は定着ニップ部の要部拡大図で
ある。

【図５】従来の定着装置の概略構成図である。

【図６】従来の定着装置の概略構成図である。

【図７】従来の定着装置の概略構成図である。

【図８】従来の定着装置の概略構成図である。

【符号の説明】

５１定着ローラ５２加圧ローラ５３加熱ローラ５６冷却ファンＬｂ放熱部Ｐ用紙（記録材）ＴトナーＷａ定着ニップ部（圧接部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定着ローラと、該定着ローラの外周面を押
圧する加圧ローラと、該定着ローラの表面を外部から加
熱する加熱ローラとを含み、該定着ローラと該加圧ロー
ラとで形成された圧接部に、未定着トナー像を担持した
記録材を搬送することによりトナーを加熱溶融して該記
録材に定着させる定着装置において、上記加圧ローラは、ヒートパイプであるとともに、上記
圧接部の外側に、該加圧ローラが幅方向へ延設されて放
熱部が設けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】上記放熱部の近傍に、該放熱部を冷却する
冷却ファンが配設されていることを特徴とする請求項１
記載の定着装置。
【請求項３】上記冷却ファンは、上記記録材が上記圧接
部を通過する時間に限り動作することを特徴とする請求
項２記載の定着装置。