JPH10123869A

JPH10123869A - 定着装置

Info

Publication number: JPH10123869A
Application number: JP29955596A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kimura; 隆木村; Takeshi Takemoto; 武竹本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】中高速機やカラー機に用いられる定着装置の
ように、加熱ローラと加圧ローラとの接触部に大きなニ
ップ幅を必要とする場合であっても、加熱ローラの撓み
による定着不良が発生することなく、加熱ローラの昇温
時間を早くし、しかも十分な定着性が得られる定着装置
を提供する。【解決手段】パイプ状又は円筒状の芯金８と、該芯金
の外周面上に設けた弾性体層９とからなる支持ローラ１
と、該支持ローラの外周面の一部と内面の一部が接する
ように支持ローラを内部に有したエンドレスなベルト４
と、該ベルトを加熱するための加熱手段５と、該ベルト
を該支持ローラに圧接させるための加圧部材２と、を有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は定着装置の改良に関
するものであり、特に複写機、レーザプリンタ、ファク
シミリ等の電子写真式画像形成装置に用いる定着装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等
の電子写真式画像形成装置において、紙やフィルムなど
の転写材の表面に転写された未定着トナーを転写材上に
定着する方法としては、加熱源を有する加熱ローラと、
加熱ローラの周面に圧接される加圧ローラとから成る定
着装置により定着する方法が一般に用いられ、加熱ロー
ラが加熱された状態で回転することにより、加圧ローラ
との接触部を通過する転写材上にトナーを定着する。２
つのローラのうち一方を加熱する場合、加熱する方のロ
ーラを加熱ローラと呼び、他方のローラを加圧ローラと
呼ぶ。加熱ローラには、ハロゲンランプあるいはセラミ
ックスヒータ等の熱源が加熱ローラの内部に内装されて
いる。また、加熱ローラの外側表面には温度センサーが
取り付けられており、加熱ローラと加圧ローラとの接触
部であるニップ部の温度が、定着に適した温度に維持さ
れるように、熱源への電力供給量が制御されている。と
ころで、従来の加熱ローラにおいては、ローラ自体の熱
容量が比較的大きく、また中空状の加熱ローラ内の軸心
位置にある熱源から空気を介してその表面を加熱する構
成であるため、冷えた状態にある加熱ローラを所定の定
着温度にまで加熱するのにかなりの時間を要する。従っ
て、電源投入後の未使用時（待機時）に加熱ローラが冷
えていると、コピーしようとしても直ちに使用すること
ができないという問題がある。そのため、一般には、電
源投入後の未使用時においても加熱ローラを予備加熱し
ておき、コピー時にすぐに所定温度に昇温できるように
している。しかし、このような方法では、未使用時を含
めて常時、加熱ローラを加熱するための電力を必要とす
るので、省エネルギーという点で問題である。この問題
を解決し省エネルギー化を促進する方法としては、加熱
ローラの熱容量を小さくして加熱ローラがすぐに昇温で
きるようにした構成や、ガラスやセラミックスの基材表
面に加熱源を設けた表面発熱型の加熱ローラ構成を採用
し、実際に定着に用いられる加熱ローラの表面だけを集
中的に効率よく加熱する方法などがある。尚、基材の材
料としては上記したガラスやセラミックス以外にも、ス
テンレスやアルミニウムなどの金属を用い、その表面に
ＳｉＯ₂ などの電気的な絶縁層を設けた加熱ローラも知
られている。

【０００３】省エネルギー化を促進する方法として上述
した加熱ローラの熱容量を小さくする方法としては、加
熱ローラの肉厚を薄くする方法が最も一般的である。ま
た、表面発熱型の加熱ローラは、ハロゲンランプ等を用
いた加熱ローラに比べ、熱源と加熱ローラとが一体化し
ていることと、熱源が定着が行われる加熱ローラ表面近
傍を直接加熱することから、加熱効率がよく、消費電力
の低減が図れるとともに、定着温度までの昇温時間を短
くすることができるという長所がある。しかし、このよ
うな表面発熱タイプの定着方式においても、昇温時間を
１５秒以下、望ましくは１０秒以下にするためには、熱
容量を小さくして暖まりやすくする必要があり、前者の
低熱容量化の場合と同様に、加熱ローラの肉厚を薄く形
成する必要がある。ところが、毎分３０枚以上の処理能
力を有した中高速機やカラー機では、トナーに対して定
着に必要な熱を十分供給するために大きなニップ幅が必
要であるために、加圧ローラからの加圧力を高く設定し
ている。そのため、加熱ローラを薄くした場合には加熱
ローラのたわみが大きくなり、中央部で十分定着されな
いという不具合が生じる。また、場合によっては、高い
加圧力のために加熱ローラが破損してしまうことも考え
られる。この問題を解決する方法として、特開平２−７
３２７９号公報、特開平４−３２４４７６号公報、特開
平５−８０６６６号公報に記載された技術が開発されて
いる。これらの技術は、加圧ベルトを用いることによっ
て、ニップ幅を大きくする方法に関するものであるが、
これらの技術に於て加熱対象となるのは加熱ローラであ
り、したがって、加熱ローラの昇温時間ということで
は、従来の加圧ローラを用いた方法と何ら変わるところ
がなく、昇温時間の短縮化を図ったものではない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれら従来技
術の欠点に鑑みなされたものであり、請求項１の発明
は、中高速機やカラー機に用いられる定着装置のよう
に、加熱ローラと加圧ローラとの接触部に大きなニップ
幅を必要とする場合であっても、加熱ローラの撓みによ
る定着不良が発生することなく、加熱ローラの昇温時間
を早くし、しかも十分な定着性が得られる定着装置を提
供することを目的とする。請求項２の発明は、芯金への
放熱を低減し、さらに昇温時間を早くした定着装置を提
供することを目的とする。請求項３の発明は、更に温度
むらが少ない定着装置を提供することを目的としてい
る。請求項４の発明は、トナーとベルトとの離型性をよ
くして、オフセットの生じない定着装置を提供すること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する為、請
求項１の発明は、パイプ状又は円筒状の芯金と、該芯金
の外周面上に設けた弾性体層とからなる支持ローラと、
該支持ローラの外周面の一部と内面の一部が接するよう
に支持ローラを内部に有したエンドレスなベルトと、該
ベルトを加熱するための加熱手段と、該ベルトを該支持
ローラに圧接させるための加圧部材と、を有することを
特徴とする。請求項２の発明は、前記弾性体層が、発泡
ゴムであることを特徴とする。請求項３の発明は、前記
ベルトが金属から成ることを特徴とする。請求項４の発
明は、前記ベルト表面に離型材料から成る層を有するこ
とを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に示した
形態例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の定着
装置の要部概略図であり、この定着装置は、表面に弾性
体層を有する支持ローラ１と、支持ローラ１の外径方向
に配置され内周面で支持ローラ１の外周面の一部と接し
つつ回転する大径のエンドレスベルト４と、エンドレス
ベルト４を介して支持ローラを加圧する加圧ローラ（加
圧部材）２と、ベルト４の表面温度を検知するためのセ
ンサ３と、ベルトの外周面に接してベルトを加熱するた
めの加熱手段５とを有する。符号６は記録紙やＯＨＰフ
ィルムなどの記録材７を、ベルト４と加圧ローラ２との
ニップ部に導入するためのガイドである。加圧ローラ２
は、バネなどで構成される圧接機構によってベルト４に
向けて加圧され、ベルト４を支持ローラ１に圧接してい
る。なお、全体の形状は図５を参照。ベルト４は、略円
筒状、或は楕円筒状等の形態を維持してセンサ３と加熱
手段５に近接しながら支持ローラ１及び加圧ローラ２に
連れ回りするように構成する。必要に応じて図示しない
ガイド手段を用いてベルト４の形状を維持すると共に、
回転動作を円滑にするようにしてもよい。

【０００７】図２(a) 及び(b) は夫々支持ローラの形態
例の構造を示した断面図である。(a) の支持ローラは、
ステンレスＳＵＳやアルミニウムＡｌなどの金属材料か
らなるパイプ状の芯金８の表面にシリコーンゴムなどの
耐熱性を有する弾性体層９を被覆形成したもの、或は
(b) のように芯金８をＳＵＳやＡｌなどの金属からなる
棒状（円筒状）とし、その表面に弾性体層９を被覆した
ものとする。弾性体層９の厚さが薄過ぎると、ベルト４
を介して加熱手段５から伝達された熱が芯金８に伝わり
やすくなり、ベルト４を定着温度に昇温するのに時間を
要したり、ベルトの温度を維持するのに大きな電力を必
要とする等の不具合が生じるため好ましくない。従っ
て、弾性体層９の厚さは１mm以上とするのが好ましい。
また、弾性体層９として発泡シリコーンゴムなどのスポ
ンジ状の弾性体を用いた場合には、層内部の空孔に空気
層を有しているため断熱効果が大きくなり、ベルトの熱
が弾性体層を伝わって芯金８に逃げにくくなり、昇温時
間の短縮、ベルト温度を維持する電力の低減を更に図る
ことができる。

【０００８】ベルト４は、ポリイミドやシリコーンなど
の耐熱性の樹脂板や、ニッケルＮｉ、ステンレスＳＵＳ
などの金属薄板を無端ベルト状に成形したものである。
特にＮｉやＳＵＳなどの金属で形成したベルトは熱伝導
率が高いため、ベルト内での熱伝導が良く、そのため温
度むらが少ないというメリットがあるため最適である。
ベルトの厚さは、加圧ローラ２と支持ローラ１との圧接
部でベルト４の一部が変形することにより、加圧ローラ
２との間で十分なニップ幅が確保できるように、可撓性
を有する厚みにするのがよい。この厚みの程度はベルト
の材質によって異なるが、ＮｉやＳＵＳなどの金属の場
合は通常０．３mm以下、好ましくは０．２mm以下であ
る。また、ベルト４を加熱したときの昇温時間を早くす
るという点からも、ベルト４の厚みはベルトが円形状あ
るいは楕円形状を維持できる範囲内で薄い方が好まし
い。また、ベルト４の加圧ローラ側表面、すなわち記録
材７上のトナーと接触する面に、テフロンやシリコーン
ゴムなどの、トナーに対して十分な離型性を有する材料
で離型層を形成することがトナーの転移を防止する上で
好ましい。ベルト４を加熱するための加熱手段５として
は、図１に示したセラミックスヒータ、或は図３に示し
たハロゲンヒータ等の一般的な加熱手段が好適に用いら
れる。加熱手段５の設置位置としては、図１、図３など
のようにベルト４の外側に設けてもよいし、或は内側に
設けてもよい。

【０００９】また、ベルト４を金属材料とした場合には
電磁誘導等を用いた誘導加熱などを用いることができ、
電磁誘導加熱の為のコイル等の発熱手段をベルトの適所
に設けることとなる。加熱手段５としてハロゲンヒータ
を用いる場合には、効率的にベルトを加熱するために、
図３に示した反射板１０を用いるのが好ましい。また、
図１に示したセラミックスヒータを用いる場合には、効
率よくベルトに熱を伝えるために、ベルトとヒータとの
接触面積をできるだけ大きく確保するのが好ましい。ま
た、加熱手段５をベルト４に接触させる構成を採用する
場合には、加熱手段とベルトとが接触する部分に接触に
よってベルトやヒータが傷つくのを防止する目的で、ポ
リイミドなどの耐熱性の樹脂による耐摩耗層を設けるの
が有効である。加圧ローラ２としては、ＳＵＳ、鉄、Ａ
ｌ、真鍮などの金属の心棒、あるいはこれらの材料から
なるパイプの外周面上に、シリコーンゴムなどの弾性体
層を形成したものを用いる。また、定着に必要なニップ
幅を確保するための加圧力を低減することを目的とし
て、弾性体層として発泡シリコーンゴムなどの比較的柔
らかい材料も最近では用いられてきている。

【００１０】支持ローラ１表面の弾性体層９、及び加圧
ローラ２の弾性体層として、発泡状のゴムを使用するメ
リットとしてはその断熱性の良さを挙げることができ
る。すなわち、発泡ゴムはゴム中に空気層が多数含まれ
ているため、その空気層が極めて良好な断熱層になっ
て、ベルトから伝達された熱がローラ内部に伝熱して奪
われることによる電力の消耗を防止できる。また、各ロ
ーラ１、２の弾性体層の表面に、さらに離型性を持たせ
るための離型層を設ける。離型層には摩擦などによって
離型層が帯電し、その静電気力や放電の発生などによっ
て未定着のトナー画像に乱れが発生するのを防ぐための
導電層として、カーボンなどの導電性材料を表面近傍に
含有させるようにしてもよい。なお、本形態例では、押
圧部材としてローラ状の加圧部材２を用いているが、こ
れは一例であり、板状の金属やセラミックスの上に、シ
リコーンなどの樹脂層を設けた板状押圧部材を用いるこ
ともできる。

【００１１】以上のような構成の加熱装置において、加
圧ローラ２は図示しないバネなどの加圧手段によって、
支持ローラ１の方向に加圧される。加圧ローラ２、支持
ローラ１の外周面は弾性体層で形成されているため、ベ
ルト４を挟んで対向する部分がそれぞれ変形する。ベル
ト４も変形可能な厚さに形成されているため、図４の要
部拡大図に示すように、ほぼ加圧ローラ２、支持ローラ
１の弾性体層の変形形状に追随して変形することができ
る。したがって、加圧ローラ２とベルト４との間に、図
示のごとき大きなニップ幅を形成することができる。一
方、ベルト４は十分に薄いためその熱容量は小さい。ま
た、ベルト４と接触している支持ローラ１の表面はシリ
コーンなどの比較的熱伝導性の悪い材料で形成されてい
るため、ベルト４の熱が芯金８に放熱されにくい。その
ため、加熱手段５によって、熱容量の小さいベルト４を
容易に昇温させることができ、ベルト４を加熱するため
の昇温時間が短くて済む。そのため、コピーを行わない
待機状態において、加熱手段５への電力供給を停止する
か、あるいはベルト温度を低い温度に維持することによ
っても、コピーを開始する際のベルト４の昇温を十分に
早くすることが可能となる。その結果、待機時に於ては
極めてわずかの電力を加熱手段に供給しておくことによ
り、コピー開始と同時にユーザをほとんど待たせること
なく、設定温度にまで昇温させることができるため、省
エネルギー化が実現できる。また、熱伝導率の大きな金
属のベルトを用いることにより、小さなサイズの紙を連
続通紙したときに生じる、端部（非通紙部）の温度上昇
という、いわゆる端部温度上昇の問題も防止できる。

【００１２】次に、この定着装置を用いた定着動作につ
いて説明する。図示しない画像形成装置本体のコピース
タートボタンを押し下げることにより原稿画像等の画像
情報が読み込まれ、該画像情報に基づいて感光体上に形
成された静電潜像が現像装置により可視像化されてトナ
ー像になると、このトナー像が記録材７上に転写される
が、コピースタートボタンの押下げを基準とした所定の
タイミングにより、定着装置の加熱手段５に電力が供給
され、ベルト４の加熱が開始される。それとともに、モ
ータなどの駆動手段（図示せず）によって、支持ローラ
１の軸方向端部に設けたギヤ１０を介して支持ローラ１
が回転駆動される。支持ローラ１の回転とともに、ベル
ト４、加圧ローラ２も従動して回転する。ベルト４の温
度は、サーミスタなどの温度検知手段３により検知さ
れ、この検知情報を受けた図示しない制御部が所定の温
度になるように加熱手段５への供給電力を制御する。一
方、上記のごとく電子写真プロセスに従った感光体表面
の帯電、露光、現像によって感光体上にトナー像が形成
され、転写部において感光体上のトナー像が記録材７に
転写される。このあと、記録材７は、定着装置のニップ
部に搬送され、所定温度になったベルト４によって、加
熱定着される。次に、本発明の具体的な実施例について
説明する。

【００１３】＜実施例１＞図１及び図２に示した定着装
置及び支持ローラの構成で、以下に示すような定着装置
を試作した。支持ローラのサイズ：幅３３５ｍｍ、径３０ｍｍ支持ローラの材料芯材：アルミパイプ（厚さ＝１．５mm）弾性体層：シリコーンゴム（厚さ＝２mm）ベルト材質：Ｎｉ（厚さ０．１mm）サイズ：幅３１０mm、径４０mm 加熱手段：ハロゲンヒータヒータ供給電力：９００Ｗ加圧ローラ：径３０mm、芯材＝鉄、弾性体層：シリコー
ンゴム加圧力：１５ｋｇｆ記録紙：リコータイプ６２００紙Ａ３用紙記録紙送り速度：２００ｍｍ／ｓベルトの設定温度：１８０℃ ＜実施例２＞支持ローラのサイズ：幅３３５ｍｍ、径３０ｍｍ支持ローラの材料芯材：アルミパイプ（厚さ＝１．５mm）弾性体層：発砲シリコーンゴム（厚さ＝３mm）ベルト材質：Ｎｉ（厚さ０．１mm）サイズ：幅３１０mm、径４０mm 離型層：テフロンコート加熱手段：セラミックスヒータ（ベルトとの接触面にポ
リイミドフィルム挿入）ヒータ供給電力：９００Ｗ加圧ローラ：径３０mm、芯材＝鉄、弾性体層＝シリコー
ンゴム加圧力：１５ｋｇｆ記録紙：リコータイプ６２００紙Ａ３用紙記録紙送り速度：２００ｍｍ／ｓベルトの設定温度：１８０℃ 上記構成を備えた定着装置により、実際に定着画像を１
０枚作成し、その定着率をクロックメータ法により測定
した。測定場所は、Ａ３用紙の先頭、中央、後端部の、
それぞれ左右と中央部の計９個所である。その結果、一
枚中のどの場所でも定着率９０％以上を確保することが
でき、さらに１０枚すべてにおいて同様の定着率を確保
することができた。また、室温から設定温度までのベル
トの昇温時間を測定したところ、実施例１で約１０秒、
実施例２で約８秒、と十分に早かった。また、実施例２
では、離型層を設けることにより、トナーがベルト側に
付着するオフセットがまったく生じておらず、良好な記
録画像を得ることができた。また、これらの定着装置に
Ｂ５用紙を連続５０枚通紙し、非通紙部の温度上昇を測
定しても、その上昇分は２５℃以下と問題にならないレ
ベルであった。なお、本発明は、記録材を搬送しながら
加熱する装置、たとえばリサイクルコピア（＝コピー済
みの記録紙から、トナーを剥離する装置）にも応用する
ことができる。

【００１４】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明では、パイ
プ状或は棒状の芯金の外周に弾性体層を形成した支持ロ
ーラと、加圧ローラとで薄板状のエンドレスベルトを挟
んで、このベルトを加熱手段によって加熱するようにし
たので、少ない加圧力でも大きなニップ幅が確保でき、
しかも、熱容量の小さなベルトを使用しているため、ベ
ルトを設定温度にまで加熱するのに短い時間でよく、安
定した定着性を確保でき、省エネルギーに向いた定着装
置を提供することができる。請求項２の発明では、請求
項１の効果に加えて、さらに、支持ローラの弾性体層と
して、スポンジ状ゴムを使用したので、断熱性が向上
し、ベルトの熱が断熱体層を通じて、芯金に放熱される
のが低減され、ベルトが効率よく加熱される。そのた
め、昇温時間をさらに短縮することができる。請求項３
の発明では、請求項１の効果に加えて、さらにベルトを
熱伝導性のよい金属で構成したので、ベルト内での温度
のむらが少なくなって、均一な定着画像を得ることがで
きる。また、小さなサイズの紙を連続通紙したときに生
じる、端部（非通紙部）の温度が上昇してしまうとい
う、いわゆる端部温度上昇の問題も低減できる。請求項
４の発明では、請求項１の効果に加えて、さらに、ベル
トのトナーと接触する面に離型層を設けたので、オフセ
ットなどが生じず、高品質の定着画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態例の定着装置の要部構成を示す
略図。

【図２】(a) 及び(b) はいずれも支持ローラの構成例を
示す断面図。

【図３】本発明の他の形態例の定着装置の要部構成を示
す略図。

【図４】支持ローラと加圧ローラとのニップ部にベルト
がはさまった状態を示す拡大図。

【図５】本発明の定着装置の一例の外観斜視図。

【符号の説明】

１支持ローラ、２加圧ローラ、３センサ、４ベ
ルト、５加熱手段、６記録材、８芯金、９弾性体
層、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パイプ状又は円筒状の芯金と、該芯金の
外周面上に設けた弾性体層とからなる支持ローラと、該支持ローラの外周面の一部と内面の一部が接するよう
に支持ローラを内部に有したエンドレスなベルトと、該
ベルトを加熱するための加熱手段と、該ベルトを該支持
ローラに圧接させるための加圧部材と、を有することを
特徴とする定着装置。
【請求項２】前記弾性体層が、発泡ゴムであることを
特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】前記ベルトが金属から成ることを特徴と
する請求項１記載の定着装置。
【請求項４】前記ベルト表面に離型材料から成る層を
有することを特徴とする請求項１記載の定着装置。