JPH03503093A - 軸方向で支持されない定着ローラを有する定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 軸方向で支持されない定着ローラを有する定着装置発明の背景 本発明は適当なレシーバ即ちコピー用紙にトナー画像を定着するため静電写真複 写機やプリンタに使用する定着装置に関し、特に軸方向で支持されない定着ロー ラを有する定着装置に関する。

静電写真複写機やプリンタにおいては、例えば米国特許第４．５５１，００６号 明細書に開示された如き従来の熱及び圧力式の定着装置は、エラストマーの如き 柔順な材料の層で被覆された中空の金属コアでできた一対のローラを有する。定 着に必要な熱は少なくとも一方のローラ（通常は定着されているトナー画像に直 接接触する方のローラ）へ供給される。この熱はこのローラの金属コアの中空内 部に位置した熱源又はランプにより供給されるか、代わりにローラの表面に接触 してこの表面を直接加熱する外部の熱源により供給される。典型的には、加熱さ れるローラは定着ローラであり、他方のローラは圧力ローラである。定着用の圧 力は定着ローラと圧力ローラとの間のニップにおいて供給される。内部から加熱 される場合でも外部から加熱される場合でも、定着ローラ及び圧力ローラは、レ シーバ即ちコピー用紙上に定着するためにトナー画像を通す定着ニップを形成す るように、支持されている。

しかし、ローラを軸方向で支持すると、軸頭や軸受等の軸方向装着手段が必要と なるので、高価になる。更に、ローラを軸方向で支持すると、修理、保守等のサ ービス時には軸方向装着手段を解体しなければならないので、このようなサービ スが困難になる。また、軸方向で支持されたローラは通常固定軸線のまわりで回 転し、従って、回転歪や回転応力を消散させることができず、コピー用紙のゆが み、カール、しわ、画像ヌケ等の定着に関する欠陥を生じさせてしまう。

発明の概要 本発明の目的は、定着に関連する応力及び歪を有効に消散させ、これによりコピ ー用紙のゆがみ、カール、しわ、画像ヌケ等の定着に関する欠陥の発生を実質上 阻止する定着装置を提供することである。

本発明の別の目的は、部品数が少なくサービスが容易な定着ローラを有する定着 装置を提供することである。

本発明によれば、熱及び圧力を加えることにより、適当なレシーバ即ちコピー用 紙にトナー画像を定着するため定着装置が提供される。定着装置は、加熱ローラ と、少なくとも１つの他のローラと、これら加熱ローラ及び他のローラから離間 した圧力ローラとを有し、その特徴とするところは、圧力ローラと加熱ローラ及 び他のローラとの間で回転可能な状態で保持された軸方向で支持されない定着ロ ーラを備えたことである。本発明の定着装置は更に、定着ローラのまわりでの圧 力ローラの剛性を加熱ローラ及び他のローラのものと同じとしたことを特徴とす る。好ましい実施例によれば、他のローラも加熱ローラとする。便宜的には、本 発明も定着装置に対するサービスは容易かつ簡単で、圧力ローラ及び他のローラ を緩め、次いで定着ローラを抜き出すだけでサービスを行うことができる。更に 、定着ローラは軸方向で支持されておらず、従って、軸頭や軸受の如き軸方向装 着手段を有さないので、定着装置は、軸方向で支持されている場合に比べて、比 較的コスト安となる。更に重要なことは、定着ローラが軸方向で支持されていな いため、定着ローラの長手軸線に沿ってのそのまわりでの定着に関連する歪や応 力１を消散させることにより、歪や応力を自由に調整し補償することができる。

このような歪や応力を消散させれば、コピー用紙のゆがみや、コピー用紙のカー ル、しわ及び画像ヌメの如き定着に関連する欠陥を実質上除去することができる 。

図面の簡単な説明 第１図は一対の加熱ローラ上に載置され軸方向で支持されない定着ローラを示す 、本発明の定着装置の断面立面図、第２図は本発明の定着装置の斜視図、 第３図は種々のローラに作用する力を示すローラの概略図、第４図は本発明の二 重モードに使用する圧力ローラを示す斜視図である。

好ましい実施例の説明 第１図に示す静電写真機又はプリンタにおいて使用するトナー画像を定着するた めの定着装置２０は一対の加熱ローラ２２．２４と、圧力ローラ２６と、定着ロ ーラ２８とを有する。

定着ローラ２８は、従来の定着ローラと同様、アルミニウムの如き熱伝導性材料 でつくった中空の円筒状コア２９を有する。

コア２９は例えばシリコンゴムの如き従順な弾性材料３１で外側を被覆してあり 、トナー画像に接触するに適しｔ；円滑な表面を有する。しかし、従来の定着ロ ーラとは異なり、本発明の定着ローラ２８は軸頭や軸受の如き軸方向装着手段を 有さない。

その代わり、定着ローラ２８は、圧力ローラ２６の下方で、加熱ローラ２２．２ ４上に単純に載置され、軸方向で支持されず、積載された状態で位置する。この ように載置されているので、成し、このニップを通してコピー用紙４１上のトナ ー画像４０を定着することができる。更に、定着ローラ２８は各加熱ローラ２２ ．２４と摩擦係合、回転係合する。

第１図に示すように、各加熱ローラ２２．２４は硬質の陽極酸化された表面被覆 ５４を有する中空コア５０を具備する。コア５０は通常アルミニウムの如き金属 でできている。水晶ランプの如き熱源３２．３４がコア５０内に位置していて、 各ローラ２２．２４を内部から加熱する。第１図に示すように、ローラ２２．２ ４の温度は第１及び第２温度制御センサ３６．３８によりそれぞれ感知され制御 される。一方、定着ローラ２８の表面３５の温度は第３の温度制御センサ３９に より感知され制御される。

定着ローラ２８と共働して定着ニップ３０を形成する圧力ローラ２６は例えばシ ルバーストーン表面被覆６４を有する中空の金属コア５８でできている（なお、 シルバーストーンはデュポン社の登録商標名である）。コア５８内に位置したシ ャフト６０は定着装置２０内でローラ２６を支持する。片面コピー即ち単純なコ ピーを得るためには、圧力ローラ２６は通常加熱されない。しかし、複雑なコピ ー即ち両面コピーを得るためには、加熱されないローラ２６の代わりに、第４図 に示すような加熱圧力ローラ８０を使用する。ローラ２６とは異なり、ローラ８ ０はコア５８の内部に位置し手段８４により支持されただ加熱源８２を有する。

二重モードにおけるローラ８０はトナー画像４０（第１図）と直接接触するので 、ローラ８０は更に、従来の定着ローラのものに匹敵するようなエラストマー被 覆８６をコア１５８上に有するべきである。しかし、いずれのモードに８いても 、圧力ローラ２６又は８０は、定ｆロー２２８に接した状態で圧力ローラを運動 させるためのカム５６の如き手段を有する。

カム手段５６は駆動手段（図示せず）に接続するとよく、定着ローラ２８に接し ｊ；状態で圧力ローラ２６を運動させるように駆動される。図示のように、カム 手段５６は細長いシャフト６６と、このシャフトの各端部に電気的に接続した２ つのカム部材６８．６９とを存する。カム部材の接続は、カム部材が完全に１回 転したときに、定着ニップ３０を通って送られるコピー用紙４１の全長にわたっ て圧力を供給するように定着ローラ２８に接触した状態で圧力ローラ２６を動か すようなものである。圧力ローラ２６及びカム５６はその各端部で支持フレーム ７８に支持され、支持フレームは熱源３２．３４を支持するためこのフレームに 取り付けた端板７９を有する。

第２図に示すように、各加熱ローラ２２．２４は一対の円筒状端部軸受７０に取 り付けられている。各軸受７０は加熱ローラ２２．２４の直径より大きな直径を 有し、それにより各加熱ローラの各端部に７ランジ７２を形成する。装着したと きには、ローラ２２．２４は一対の軸受ブロック７４上で並置して離間しており 、軸受７０はブロック７４により直接支持され、ブロック上で回転できる。軸方 向で支持されない定着ローラ２８をローラ２２．２４上に適正に載置するため、 装着された状態のローラ２２．２４間の横方向の間隔は定着ローラ２８の直径よ り小さなものでなければならない。このように軸方向で支持せずに適正に載置し たとき、加熱ローラ２２．２４及び圧力ローラ２６に関する定着ローラ２８の軸 方向の位置は、定着ローラの各端部での端板７９と端部キャップ７６との接触点 を介して維持される。端部キャップ７６は例えば高温プラスチックでつくること ができる。

定着ローラ２８は、装置２０内で軸方向で支持されない状態で組立てられるが、 このローラのまわりでの加熱ローラ２２．２４及び圧力ローラ２６の剛性が均等 にされているので、実質上白がったり偏向したりする傾向が無い。定着ローラ２ Ｂのこのような曲げ又は偏向の防止は、加熱ローラ２２．２４及び圧力ローラ２ ６が定着ローラ２８のまわりで同じ剛性又は偏向性を有するように、ローラの寸 法及び材料を選定することにより実質的に行うことができる。

定着ローラのまわりでの圧力ローラの剛性又は偏向性は、例えば次式により決定 できる。

ｄ−ＣＦ／Ｅｌｆ　。

ここに、ｄは偏向度、Ｃは定数、Ｆは圧力ローラに作用する力、Ｅｌはそのロー ラの材料のヤング率、１１はローラの面積慣性モーメントである。ここで、第３ 図を参照すると、本発明の定着装置の概略が示され、加熱ローラ２２．２４は定 着ローラ２８の軸線に対して角度Ｑを形成している。一定の寸法及び材料の圧力 ローラ２６から、圧力ローラが面積慣性モーメントＩ、を有し、既知のヤング率 Ｅ１を有する材料でつくられることが判ると仮定する。更に、大きさＰの力Ｆ１ が圧力ローラ２６に対してＺ方向に作用することが判る。このようにして、それ ぞれＰ／　２　ＣＯＳ　（Ｑ／　２）の大きさを有する力Ｆ１、Ｆ、が図示のよ うに加熱ローラ２２．２４にそれぞれ作用する。

上述の既知の因子及び与えられた因子から、加熱ローラ２２．２４のための材料 及び寸法は、Ｚ方向における圧力ローラの偏向度ＣＰ　／　Ｅ　ｌＩ　ｒをＺ方 向における加熱ローラの合成偏向度ＣＰｃ　ｏ　ｓ　（Ｑ／２）／　［２ｃ　ｏ 　ｓ　（Ｑ／２）ＥｚＩｚｌ　　に等しくすることにより、決定される（ここに 、Ｅ、、Ｉ、は各加熱ローラのヤング率及び面積慣性モーメントである）。

式ＣＰ／　Ｅ＋Ｉ　＋＝ＣＰ　ｃ　ｏ　ｓ　（Ｑ／　２）　　ｒｚ　ｃ　ｏ　ｓ 　（Ｑ／　２）ＥｚＩｚｌを解くことにより、ＥＩＩＩ＝２Ｅ！Ｉ！となる。換 言すれば、本発明の定着装置２０にとって好ましい図示の特定の形状においては 、Ｅ、Ｉ、−１／２ＸＥ、Ｉ、となる。それ故、各加熱ローラ２２．２４の材料 及び寸法は、圧力ローラと加熱ローラとの間の（面積慣性モーメント及びヤング 率の）この積の割合が満足されるように、選定される。このようにすることによ り、定着ローラ２８のまわりでのローラ２２．２４．２６の剛性が例えば２方向 で等しくなることを保証する。このようにローラ２２．２４．２６の剛性を等し くすることにより、定着ローラ２８がその長手軸線に沿って屈曲する傾向を有効 に阻止することができる。

定着ローラ２８を駆動するために、一方の加熱ローラ２２又は２４を駆動手段（ 図示せず）に接続して、矢印９１の方向に定着ローラ２８を摩擦的に動かす。第 １図に示すように、一方の加熱ローラ２２又は２４をこの駆動手段に接続するこ とにより、他方の加熱ローラ、定着ローラ２８及び圧力ローラ２６を矢印９０− １９１．９２．９３の方向に摩擦的に同等に駆動ことができる。

定着装置２０の積層配列構造において、圧力ローラ２６又は一方の加熱ローラ２ ２又は２４をまず緩め、次いで定着ローラを引き出すことにより、定着ローラ２ ８の保守点検を簡単かつ単純に行うことができる。このような構造において、軸 方向で支持されない定着ローラ２８は、軸頭や軸受の如き軸方向装着手段を有さ ないので、軸方向に支持された場合に比べて、比較的安くなる。最も重要なこと は、定着ローラ２８が軸方向に支持されていないので、定着に関連する歪及び応 力に対して自由に調整、補償でき、定着ローラの長手軸線に沿ってそのまわりで の歪及び応力を消散させることができる。このような消散を行うことにより、コ ピー用紙のゆがみや、コピー用紙のカール、しわ及び画像ヌケの如き定着に関連 する欠陥を実質上排除することができる。

好ましい実施例につき本発明の詳細な説明したが、本発明の要旨を逸脱すること なく種々の変形、修正が可能であることは言うまでもない。

ＦＩＧ、　３ 国際調査報告 国際調査報告　　　ＰＣｒ／ＪＳ　８９１０５８２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．熱及び圧力を加えることによりコピー用紙（４１）の如きレシーバにトナー 粒子を定着するための装置（２０）において、 （イ）加熱ローラ（２２）と； （ロ）少なくとも１つの他のローラ（２４）と；（ハ）前記加熱ローラ及び他の ローラから離間した圧力ローラ（２６）と； （ニ）前記圧力ローラ、加熱ローラ及び他のローラを支持するための手段（７８ ）と； （ホ）前記加熱ローラと圧力ローラと他のローラとの間で回転可能な状態にて保 持された、軸方向で支持されない定着ローラ（２８）と； を有する定着装置。 ２．請求の範囲第１項に記載の定着装置において、前記他のローラ（２４）をも 加熱ローラとし、前記加熱ローラ、他のローラ、圧力ローラ及び定着ローラを積 層配列とした定着装置。 ３．請求の範囲第１項に記載の定着装置において、前記加熱ローラ（２２）及び 他のローラ（２４）のうちの少なくとも一方が、駆動手段に接続され、前記定着 ローラ（２８）に摩擦係合して同定着ローラを駆動ずる定着装置。 ４．請求の範囲第１項に記載の定着装置において、前記加熱ローラ及び圧力ロー ラに関する前記定着ローラの軸方向位置を維持するための維持手段（７６、７８ 、７９）を備えた定着装置。 ５．請求の範囲第１項に記載の定着装置において、前記定着ローラ（２８）に接 した状態で前記圧力ローラ（２６）を動かし前記レシーバ（４１）を搬送するた めの定着ニップを形成するため同圧力ローラの各端部上に乗るように装着された 圧力適用手段（６８、６９）を備えた定着装置。 ６．請求の範囲第２項に記載の定着装置において、前記加熱ローラ、圧力ローラ 及び定着ローラの積層配列においては、前記加熱ローラの一方又は前記圧力ロー ラが、駆動手段に接続され、残りのすべてのローラを摩擦的に駆動する定着装置 。 ７．請求の範囲第２項に記載の定着装置において、前記圧力ローラ（２６）及び 前記加熱ローラ（２２、２４）の材料及び寸法が、同圧力ローラ（２６）の偏向 度又は剛性を、前記定着ローラ（２８）のまわりでの前記加熱ローラ（２２、２ ４）の偏向度又は剛性と等しくなるように、選定されている定着装置。 ８．請求の範囲第２項に記載の定着装置において、前記加熱ローラ（２２、２４ ）が、前記定着ローラ（２８）の直径より小さな距離だけ離れて並置している定 着装置。 ９．請求の範囲第６項に記載の定着装置において、前記維持手段が、前記定着ロ ーラ（２８）との接触点を提供し、前記支持手段（７８）に連結しだ一対の端板 （７９）間で同定着ローラを離間させるため、同定着ローうの各端部に取り付け た端部キャップ（７６）を有する定着装置。 １０．請求の範囲第９項に記載の定着装置において、前記端部キャップ（７６） が円錐形を呈している定着装置。