JPH103229A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱容量が小さく、昇温時間が早く、消費エネ
ルギが小さくてすむ定着装置を提供する。 【解決手段】 内部にヒータ１２を備えた定着ローラ１
１と、これに圧接される加圧ローラ１３とからなるロー
ラ対を有し、両ローラを回転させてそのニップ部に記録
媒体を通して、熱と圧力とで転写画像を定着する電子写
真装置の定着装置において、上記定着ローラ１１を薄肉
円筒で形成するとともに、該定着ローラの両端部を封止
部材２０でシールし、ローラ内部１１ａに圧力気体を密
封した。定着ローラの肉厚を薄くしても、圧力気体によ
り変形を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像形成装置にお
いて使用される熱定着装置に関し、特に、熱容量を小さ
くできる定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子プロセスを利用した画像形成装置に
おける定着装置は、熱ローラ式とサーフ式の２つの定着
方式に大別することができる。現在のところでは、大半
の定着装置は、なお前者の熱ローラ式を採用している
が、最近の環境問題、エネルギ問題等から、特に低速分
野において、後者のサーフ式定着方式が急速に普及しつ
つある。

【０００３】熱ローラ式による定着は、低速から高速ま
での対応が可能であり、かつ構成が簡単であるという長
所を有するが、熱容量が大きいので昇温までの時間がか
かり、消費エネルギが大きいという短所を有する。

【０００４】他方サーフ式による定着は、熱容量が小さ
いので立上りが早く、ウェイトタイムが短いという長所
を有するが、現段階では低速層の画像形成装置に限定さ
れ、また構成が複雑でコストが高くなるという欠点があ
る。

【０００５】熱ローラ式による定着では、熱ローラに剛
体の金属ローラを用い、またサーフ式による定着では、
加圧ローラが耐熱性無端フイルムおよび定着すべき用紙
を介して圧接される加熱体がセラミックヒータであり、
その表面が剛体である。そのため、いずれの定着方式に
おいても、ニップを形成する加圧ローラは高価なシリコ
ンゴムよりなる弾性ローラを用いる必要があり、勢い、
他の部分においてより一層のコストダウンが要請される
ことになる。

【０００６】図３は、熱ローラ式に定着装置における弾
性加圧ローラによるニップの形成を示す図である。同図
において、１は熱ローラとしての定着ローラで、２は加
圧ローラである。定着ローラ１には肉厚がｔの中空管が
使用され、その内部にはヒータ３が取り付けられてい
る。加圧ローラ２の両端には、ばね４があり、加圧ロー
ラ２を定着ローラ１に圧接している。５は複写紙などの
記録媒体で、圧接しつつ回転している定着ローラ１と加
圧ローラ２とのニップ部Ｎを通過し、通過する際に記録
媒体５に付着しているトナーが溶融して定着される。

【０００７】このような熱ローラ式定着装置において
は、立上り時間（昇温時間）を短縮するために、図３に
示す肉厚ｔを薄くした薄肉円筒を使用することは、既に
周知である。

【０００８】しかし、このような熱ローラ方式では、外
周の芯金１ａからヒータ３までの距離Ｌが大きく、空間
が広くなる。また定着ローラ１の表面が開放されている
ので、熱損失が大きい。さらに肉厚ｔもある程度（０．
６ｍｍ）以上ないと圧接力により変形するおそれがあ
る。したがって、消費エネルギが大きく、さらに肉厚ｔ
が小さくならないために昇温時間がかかってしまう。ま
た、肉厚ｔを薄くすると、強度が弱く変形し易くなり、
また、熱容量が小さいため、通紙面と非通紙面での温度
ムラが生じ易くなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事実か
ら考えられたもので、薄肉円筒の欠点を解消し、利点を
生かした定着システム、すなわち、熱容量が小さく、昇
温時間が早く、消費エネルギが小さくてすむ定着装置を
提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、内部にヒータを備えた定着ローラと、こ
れに圧接される加圧ローラとからなるローラ対を有し、
両ローラを回転させてそのニップ部に記録媒体を通し
て、熱と圧力とで転写画像を定着する電子写真装置の定
着装置において、上記定着ローラを薄肉円筒で形成する
とともに、該定着ローラの両端部を封止部材でシール
し、ローラ内部に圧力気体を密封したことを特徴として
いる。

【００１１】また、上記ローラ内部の圧力を定着時のニ
ップ部における面圧力と同等以上に設定する構成や、上
記定着ローラの両端の封止部には、耐熱性ゴムを用いた
構成が望ましい。

【００１２】上記ヒータ端部に端部電極を設け、上記封
止部材には定着ローラから外部に突出する電極軸を設
け、これら端部電極と電極軸とをスプリングで連結し、
上記電極軸の外周に電極ばねで付勢された摺動電極を設
けた構成とすることもできる。

【００１３】つまり、本発明の本質は、昇温時間を短か
くし、かつ待機時の温度を低くすることにある。究極的
には、待機時は電力を消費させないようにし、プリント
指令が出たらヒータに通電し、用紙が定着装置に進入す
る迄に定着温度にするのが理想的である。実際には、こ
こまでいかないが、昇温時間（立ち上り時間）を短かく
できれば、待機時温度を低くしたり、ユーザの待ち時間
を少なくすることができる。

【００１４】このようなことを本発明では、サーフ式で
は構成が複雑などの問題があるので、サーフ式定着では
やらず、薄肉定着ローラで実現した。ただし薄肉化する
と上述したように、定着圧力により定着ローラが断面で
上下につぶれることが生じ、寿命、定着性が満足できな
い。そこで、本発明は定着ローラ内をエアーにより加圧
して円形を保持するようにした。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面によ
って説明する。図１は、本発明の実施例で、ローラ対を
正面（通紙方向）から見た図で、左右対称のため左側の
み表している。同図において、１１は定着ローラ、１２
はヒータ、１３は加圧ローラ、１４は芯金、１５，１６
は軸受、１７は加圧スプリング、１８は押え用のＣリン
グ、１９は同じく押え用のＥリング、２０は封止部材、
２１は側板である。

【００１６】加圧ローラ１３はシリコンゴムでソッリド
状のもの、又はシリコン発砲ゴム等でできており、一体
となった金属製の芯金１４を中心に回転する。又、加圧
スプリング１７によって定着ローラ１１を加圧してい
る。加圧は、加圧スプリング１７が側板２１に形成され
た平行溝（図示せず）に沿ってスライドし、定着ローラ
１１の中心方向に向けて加圧する。２２は側板のスキマ
であり、加圧ローラ１３を押付けた時の逃げのマージン
である。

【００１７】クイックスタートのためには定着ローラ１
１の熱容量を減らすことが有力な手段である。そのため
にはサーフ定着、薄肉ローラが実現しているが、前者は
構成が複雑で高価である欠点がある。一方、薄肉ローラ
は構成が簡単で安価であるが、薄肉にしたため強度的に
弱くなり、ニップ部で楕円になるなど変形するおそれが
あった。

【００１８】そこで、本発明は、薄肉ローラの端部をシ
ールして内圧を高め、ニップ部での変形を防止するよう
にしたことを特徴としている。ここで薄肉とは、定着ロ
ーラ径がφ２０〜φ４０程度のときｔ＝０．２〜０．３
ｍｍ程度を示している。材質はアルミニウムや鉄等の金
属を使用することが可能である。

【００１９】定着ローラ１１が薄肉のときは加圧ローラ
１３の押圧力で定着ローラ１１が楕円になるが、これを
防止するため、定着ローラ１１の内部１１ａに圧縮空気
を封入して、ニップ部Ｎ（図３参照）の押圧力と同等以
上の内圧をかけて変形を防止する。

【００２０】一般的に定着ニップ部Ｎの面圧力は１ｋｇ
／ｃｍ²程度なので、内圧力はこれと同等かそれ以上の
圧力をかける必要がある。これにより定着ローラの内圧
は矢印のように容器内に均一に加わり、ニップ部が押さ
れて変形しょうとしても反発力で真円に戻ろうとする。

【００２１】また、定着ローラ１１は、端部１１ｂで絞
って細くしている。これによりローラの強度ｕｐも図れ
る。ローラ径が細い場合にはこの絞りは無くし、ストレ
ート管のままで封止部材２０で封止する。封止部材２０
は、定着ローラが高温（１７０〜２５０℃位）になり、
ヒータ１２も高温になるため、耐熱性ゴムを使用する。
現在考えられる材質としては、シリコンゴムが最適であ
る。端部１１ｂにはシール性を良くするために絞り１１
ｃを形成している。実際には図の左側から封止部材２０
を押し込んだ後に、端部１１ｂの外周部から円周に沿っ
て加圧して絞り１１ｃを形成する。この封止部材２０
は、ヒータ１２の電極にも接することから電気絶線性が
必要である。

【００２２】図２は定着ローラ１１の内圧を高める方法
を説明する図である。中空針２５を外部より封止部材２
０のゴムに突き刺し、先端がゴムを突き抜けた状態で外
から高圧エアーを入れる。そして内部のエアー圧が十分
に高まった状態（設定圧力）になったら、針を引き抜
く。瞬時にゴムは縮まるため内部のエアーは外部に漏れ
ることはない。このようにして、簡単な構成により薄肉
ローラの強度ｕｐが図れることになる。そして、薄肉に
なった分熱容量が小さくなり、加熱時間が短縮されてク
イックスタート定着ができるようになった。

【００２３】次にヒータ１２への通電方法について記
す。ヒータ１２の端部には金属板からなる端部電極３５
があり、これと電極軸３１との間がスプリング３０で接
続されている。電極軸３１の外周には、カーボンブラシ
又はカーボン電極からなる摺動電極３２があり、これを
電極ばね３３が電極軸３１に向けて付勢する。定着ロー
ラ１１が回転すると電極軸３１は封止部材２０に強く締
め付けられているので、電極軸３１も回転する。その外
周を摺動電極３２が摺動する。ＡＣ電源３４から電圧を
加えると、電源３４はヒータ１２迄つながっているため
ヒータ１２が発熱する。

【００２４】ヒータ１２と封止部材２０との間にはスキ
マ３６がある。これは封止部材２０を組み立てるときの
組み立て易さと、ヒータ１２が回転する時のヒータの軸
受を兼ねている。端部電極３５は板状であり、ヒータ１
２のガラス３７に固定されて、シールもされている。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
定着ローラ内の空間に圧縮空気などの圧力気体を封入し
たので、定着ローラが従来以上に薄い肉厚でも、加圧ロ
ーラとの間で複写紙をニップした際に、定着ローラが変
形するおそれがなくなった。そして、定着ローラを薄肉
にできるので、定着ローラの熱容量を小さくすることが
でき、定着に必要な温度まで上昇させる時間が短くなっ
て、クイックスタート定着が可能となった。または、待
機中の温度を低くしても、短い時間でスタートさせるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図で、左右対称なローラ
対を中心線の片側だけ示した断面図である。

【図２】定着ローラの端部の詳細を示す部分断面図であ
る。

【図３】従来の定着装置におけるローラ対を示す図であ
る。

【符号の説明】

５ 記録媒体 １１ 定着ローラ １１ａ ローラ内部 １１ｂ 端部 １２ ヒータ １３ 加圧ローラ ２０ 封止部材 ３０ スプリング ３１ 電極軸 ３２ 摺動電極 ３３ 電極ばね ３５ 端部電極 Ｎ ニップ部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にヒータを備えた定着ローラと、こ
   れに圧接される加圧ローラとからなるローラ対を有し、
   両ローラを回転させてそのニップ部に記録媒体を通し
   て、熱と圧力とで転写画像を定着する電子写真装置の定
   着装置において、 上記定着ローラを薄肉円筒で形成するとともに、該定着
   ローラの両端部を封止部材でシールし、ローラ内部に圧
   力気体を密封したことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 上記ローラ内部の圧力を定着時のニップ
   部における面圧力と同等以上に設定したことを特徴とす
   る請求項１記載の定着装置。
3. 【請求項３】 上記定着ローラの両端の封止部には、耐
   熱性ゴムを用いたことを特徴とする請求項１又は２記載
   の定着装置。
4. 【請求項４】 上記ヒータ端部に端部電極を設け、上記
   封止部材には定着ローラから外部に突出する電極軸を設
   け、これら端部電極と電極軸とをスプリングで連結し、
   上記電極軸の外周に電極ばねで付勢された摺動電極を設
   けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載
   の定着装置。