JPH11143268A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックスヒータの温度分布を安定に維持
したまま、加圧ローラ側の熱容量を変更して、非通紙部
分の過熱を防ぎ、紙しわや高温オフセットの如き不具合
を防止する。 【解決手段】 トナー画像を加熱定着する装置におい
て、転写材８の通過幅に対応して加圧ローラ１の駆動力
により略同一の線速度で回転する遊転ローラ７ａ、７ｂ
を選択的に、加圧ローラ１に密着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱溶融性のトナ
ーを用いて転写材に形成した未定着画像を、加熱して定
着する加熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式による画像形成部で形成さ
れたトナー画像を記録紙に転写し、この記録紙を定着装
置に搬送し、未定着トナー画像を加熱定着した後記録紙
を機外に排出する画像装置は周知である。

【０００３】該技術において加熱定着装置は、保持部材
に固定したセラミックスヒータの外周に無端のベルト状
の定着フィルムをルーズに装着し、定着フィルムに接し
て転写材としての記録紙と重ねて、その上から加圧ロー
ラで押圧し、加圧ローラで形成されるニップ部にて記録
紙と定着フィルムを摩擦力で搬送しながら、定着フィル
ムを介してセラミックスヒータからの熱により、転写材
の表面に担持したトナー画像を加熱定着するのが一般的
な手段である。

【０００４】ところが、記録紙には種々の大きさのもの
が使用されており、発熱体の形成されているセラミック
ス基板のうち記録紙と接触している部分は、熱が奪われ
て適温になるが、記録紙と接触していない非通紙部分は
過熱し、セラミックス基板のヒートバランスを崩し亀裂
を発生させたり、トナーの溶融適温範囲を越えて高温オ
フセットと称する定着フィルム側にまでトナーを融着さ
せる不具合を招く。

【０００５】例えば、封筒や葉書のような転写材を連続
的に多数搬送した後、加熱定着装置の最大定着幅に相当
する記録紙を搬送すると、非通紙部分の温度上昇により
加圧ローラ１が熱変形していたり、ニップ部分の温度分
布の不均一による定着フィルム４の捩じれや転写材の紙
しわ或いは高温オフセット等の不具合が発生し易い。

【０００６】この現象を防止するため、特開平６−１４
９０９９号公報には図５に示すように、セラミックス基
板上の発熱体の長さを選択できる手段が提案されてい
る。図５は、セラミックスヒータ１００の平面図であ
る。１０１は、セラミックス基板であり長短のヒータ１
０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを横に並べて配置し、リー
ド線１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃと共に焼成されてい
る。

【０００７】搬送されてくる記録紙の幅をセンサーで判
別し、それに対応するヒータの長さを選択して、該ヒー
タの直下に加圧ローラを移動して、定着フィルムとの間
に記録紙を挟持しながらトナー画像を定着するものであ
る。そして、種々の記録紙の幅に応じた発熱体を選択で
きるので、略均一な熱輻射分布が得られると共に非通紙
部分への熱輻射がなく無駄な電力を消費することもない
と説明されている。

【０００８】しかしこの技術では、図５のヒータ１０２
ａを選択した後、ヒータ１０２ｃに移動した直後にはセ
ラミックス基板１０１の温度をトナーの溶融適温範囲に
上昇させるのにタイムラグが発生するのと、ヒータを交
互に選択することによるヒートバランスの崩れを履歴す
ることで、セラミックス基板に熱歪みに起因する亀裂を
発生し易い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、セ
ラミックスヒータの加熱は一定として温度分布を安定に
維持したまま、加圧ローラ側の熱容量を変更して、非通
紙部分の過熱を防ぎ、紙しわや高温オフセットの如き不
具合の発生しない、熱応答性のよい加熱定着装置を提案
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】セラミックスヒータと、
前記セラミックスヒータの外周を移動する定着フィルム
と、前記セラミックスヒータの摺動面を通過する前記定
着フィルムに圧力を加える加圧ローラとから成り、前記
定着フィルムを介して前記セラミックスヒータからの熱
により、転写材の表面上に担持したトナー画像を加熱定
着する装置において、前記転写材の通過幅に対応して、
加圧ローラに遊転ローラを選択的に密着させる。

【００１１】遊転ローラの表面が高熱伝導性物質で被覆
されていれば、非通紙部分の輻射熱の移転は助勢され
る。

【００１２】転写材の通過幅に対応して、加圧ローラに
選択的に密着する遊転ローラが、複数具備され、且つ、
非通紙部分の発熱量に対応した熱容量を具備させる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を具体化した好適
の実施例を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
電子写真方式を応用した複写機の原稿載置台上の画像を
画像形成手段にて読み取り、転写材収納ボックスから搬
送される該転写材に静電画像を担持させ、過熱定着装置
により記録紙に顕像化させる全体構成は、公知の手段と
なっているので、その詳細説明は省く。

【００１４】図１は、本発明の過熱定着装置における加
圧ローラにより形成されるニップ部分を中心にした、定
着フィルムとセラミックスヒータ及び加圧ローラと遊転
ローラの関係位置を説明する断面図である。１は、シリ
コンゴム等より成る弾性層を有する耐熱性の加圧ローラ
で、矢印Ａ方向に強制的に回転される。２は、断熱性及
び電気絶縁性を有するフェノール樹脂等から成る保持部
材で、別途設ける筐体（図示せず）に固定されている。
該保持部材２の溝２ａの中には、セラミックスヒータ３
が収納されていて、このセラミックスヒータ３と保持部
材２の外周に、無端のベルト状の耐熱性のポリイミド等
から成る定着フィルム４がルーズにガイドレール（図示
せず）に沿って装着されている。

【００１５】一方、加圧ローラ１の周辺には、遊転ロー
ラ７ａ、７ｂが支点５に支持された揺動するアーム６
ａ、６ｂを介して回転自在に配置される。遊転ローラの
断面は、図４で詳細に説明するように最外径の非通紙部
分に相当する所のみが、加圧ローラ１の外周に接する。
複写機の記録紙サイズ選択ボタンに連動して、対応する
遊転ローラを選択して支点５に位置する回転ステップモ
ータ（図示せず）を駆動し、加圧ローラ１の外周に密着
させる。

【００１６】そのほか遊転ローラの作動は、任意の反発
力を有する弾性体にて加圧ローラ１側に付勢しているの
を、電磁石にて吸引して密着を解除したり、直線スクリ
ュウのめねじ側に遊転ローラの支点５を設けて、ステッ
プモータを正転・逆転させて加圧ローラ１に密着させる
ことも可能である。

【００１７】そして、転写材８としての未定着トナー９
を胆持した記録紙は、定着フィルム４と加圧ローラ１に
挟持され定着ローラ１のＡ方向の回転により、矢印Ｂ方
向に搬送される。

【００１８】図２は、加圧ローラ１により形成されるニ
ップ部周辺を拡大した断面図である。保持部材２の溝２
ａに固定されているセラミックスヒータ３は、セラミッ
クス基板１０の片面に発熱体１１を形成し、該発熱体１
１の絶縁と保護のためシリカを主成分とするガラス被覆
１２を形成して構成されている。セラミックス基板１０
の材質としては、絶縁性と熱伝導性の優れている窒化ア
ルミニウムを用いることが好ましい。

【００１９】加圧ローラ１と定着フィルム４の間に転写
材８を挟持する際、押圧力により加圧ローラ１の弾性層
が変形してニップ部を形成し、転写材８が該ニップ部を
通過するとき発熱体１１の発熱により未定着トナー９
は、瞬間的に２００〜２５０℃に加熱されて溶融し、矢
印Ｂ方向に搬送される過程で冷却されて転写材８上に未
定着トナー９が定着される。

【００２０】図３に、保持部材２に固定されるセラミッ
クスヒータ３の平面図を示す。セラミックスヒータ３
は、窒化アルミニウムのセラミックス基板１０に発熱体
１１として、銀−パラジュームのペーストをスクリーン
印刷した後、８８０℃にて焼付けし、その後、発熱体１
１を保護するガラス被膜１２をシリカを主成分とするペ
ーストをてスクリーン印刷して、７００℃にて焼付けて
短冊板状に形成されたものである。発熱体１１の両端に
端子１３を設けて通電することにより、ニップ部の温度
を２００〜２５０℃に維持する。

【００２１】セラミックスヒータ３は、複写機の電源を
ＯＮにしたら素早く加熱定着装置を稼動状態にするた
め、熱伝導性のよい素材が選ばれると共に加圧ローラ１
のニップ部全域が均等な温度に維持されるよう、発熱体
１１は一条であるよりは、図３のように二条であった方
が好ましく、セラミックス基板１０全域のヒートバラン
スに配慮して形成される。

【００２２】図４に、定着ローラ１に接している遊転ロ
ーラ７の正面図を示す。この遊転ローラ７は、中央の径
小部分７ｂ及び両端の径大部分７ａを有して成り、中央
の径小部分の幅Ｘは、記録紙の幅に相当し加圧ローラ１
の外周に接しない程度に小径となつている。両端の径大
部分７ａは、加圧ローラ１に密着従動して、加圧ローラ
１の転写材８が接しないことにより、高温となる非通紙
部分の熱を熱伝導により吸熱する。さらに加圧ローラ１
を介して、セラミックスヒータ３及び定着フィルム４の
非通紙部分についても吸熱し、ニップ部分における非通
紙部分の過熱を防止する。

【００２３】これにより、記録紙のサイズが変更されて
加圧ローラ１に記録紙が接触する通紙部分１ｂと接触し
ない非通紙部分１ａの領域が変わっても、遊転ローラ７
の径小部分７ｂ、径大部分７ａの幅Ｘ、Ｙの比率を記録
紙サイズに応じて変更することにより、ニップ部分の全
域において温度を均等に維持させることができる。

【００２４】幅ＸとＹの比率が変化すると、遊転ローラ
７の熱容量も変動するので径大部分の寸法を変えたり、
中空や中実の形態にすることで、記録紙が吸収する熱量
と同等になるように調整する。遊転ローラ７は、加圧ロ
ーラ１のようにニップ部を形成する必要はないので、熱
容量の大きい金属製であってもよく、表面に高熱伝導性
物質であるアルミニウムや銅等を被覆させることも効果
的である。

【００２５】遊転ローラ７は、常に加圧ローラ１に密着
する必要はなく、加熱定着装置の最大定着幅より狭い転
写材が搬送された際にのみ、転写材の幅に応じて中央幅
Ｘの異なる遊転ローラ７を選択して加圧ローラ１に接触
させてもよい。

【００２６】次に、遊転ローラ７の効果を評価した結果
につき説明する。加熱定着装置の主要な部材の仕様とし
ては、セラミックスヒータ３に４００×１５×１．０ｍ
ｍの短冊状セラミックス基板１０を用い、遊転ローラ７
として、機械構造用炭素鋼より成る長さ４００ｍｍの幅
Ｙ１０５ｍｍ、外径４０^φｍｍ×内径２４^φｍｍのロー
ラを用意した。評価例として、ａ）、遊転ローラ７を用
いない加圧ローラ単独の場合。ｂ）、表面処理のない遊
転ローラ７を用いた場合。ｃ）、銅メッキした遊転ロー
ラ７を用いた場合。で評価した。そして、加圧ローラ１
の通紙部と非通紙部に相当するところに接触式の熱電対
を取付け該部の温度を測定した。

【００２７】まず、幅９０ｍｍ、長さ２０５ｍｍの封筒
を連続的に１分間に２０枚の速度で１００枚定着した。
その直後、記録紙サイズをＡ３用紙に変更して定着を行
い、紙しわと高温オフセットにつき評価した。その結果
を表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１中の評点の内容を次に示す。紙しわに
関しては、 ×：定着持に紙しわが発生する。 ○：定着持の紙しわの発生がない。 高温オフセットに関しては ×：定着画像が明らかに二重写しとなる。 △：定着画像が薄っすらと二重写しとなる。 ○：オフセットが全くない。

【００３０】表１の結果を考察すると、遊転ローラを設
けることで若干消費電力は増えるものの、非通紙部の温
度は確実に低下し、また遊転ローラの表面に高熱伝導物
質を被覆することにより効果的に不具合を解消すること
が判る。

【００３１】

【発明の効果】本発明では、セラミックスヒータに接し
てニップ部分を形成する加圧ローラに、転写材のサイズ
サイズに対応して遊転ローラを選択的に密着させて、遊
転ローラの密着している非通紙部分の熱を吸収し、加圧
ローラで形成されるニップ部分の温度分布を均等に維持
したので、非通紙部分の加熱による定着フィルムの捩じ
れや転写材の紙しわ或いは高温オフセット等の不具合が
防止できる。

【００３２】そして、遊転ローラ金属製にして高熱伝導
物質を被覆して輻射熱の吸収を助勢したり、転写材のサ
イズに対応して遊転ローラの熱容量を調節することで、
前記効果は、一層顕著なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱定着装置における主要部品の関係
位置を説明する断面図である。

【図２】本発明の加圧ローラにより形成されるニップ部
周辺の拡大した断面図である。

【図３】本発明のセラミックスヒータの平面図である。

【図４】本発明の遊転ローラの正面図である。

【図５】従来例のセラミックスヒータの平面図である。

【符号の説明】

１：加圧ローラ ２：保持部材 ３：セラミックスヒータ ４：定着フィルム ５：支点 ６：アーム ７：遊転ローラ ８：転写材 ９：トナー １０：セラミックス基板 １１：加熱体 １２：ガラス被覆 １３：端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックスヒータと、前記セラミック
   スヒータの外周を移動する定着フィルムと、前記セラミ
   ックスヒータの摺動面を通過する前記定着フィルムに圧
   力を加える加圧ローラとから成り、前記定着フィルムを
   介して前記セラミックスヒータからの熱により、転写材
   の表面上に担持したトナー画像を加熱定着する装置にお
   いて、前記転写材の通過幅に対応して、加圧ローラに遊
   転ローラを選択的に密着させることを特徴とする加熱定
   着装置。
2. 【請求項２】 遊転ローラの表面が高熱伝導性物質で被
   覆されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱定
   着装置。
3. 【請求項３】転写材の通過幅に対応して、加圧ローラに
   選択的に密着する遊転ローラが、複数具備されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
4. 【請求項４】 遊転ローラの熱容量が、非通紙部分の発
   熱量に比例するよう調整されていることを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれかに記載の加熱定着装置。