JP2003162169A - 定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着体の中空空間内に配設され発熱して熱を
輻射する発熱部材によって上記定着体を効率よく加熱し
て装置の消費電力を抑えると共に機内昇温等の発生を防
止することができる定着装置及びこの定着装置を備える
画像形成装置を提供する。 【解決手段】 定着ローラ１の軸線方向に平行に延びて
形成されヒータ２，３からヒータ２，３よりもニップ部
６と反対側へ輻射される熱をニップ部６若しくはその近
傍に向けて反射させる反射笠４を備える。

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、プリンタ
等の画像形成装置に用いられる定着装置及びこの定着装
置を備える画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機、プリンタ等の画像形成装
置にあっては、互いに圧接してニップ領域を形成し回転
する定着体及び加圧体と、該定着体の軸線方向に平行に
延びて形成され発熱して上記定着体を加熱する発熱部材
とを備え、未定着像を担持する記録材を上記ニップ領域
で加熱及び加圧することにより上記未定着像を上記記録
材に定着させる定着装置が用いられている。

【０００３】かかる定着装置にあっては、例えば、定着
体たる定着ローラの略軸線位置に発熱部材たるヒータが
配設され、該ヒータからの輻射熱が上記定着ローラの内
周面から外周面へ熱伝導することによって上記定着ロー
ラが内側から温められる。そして、定着ローラの表面温
度を検知するサーミスタの検知温度が１６０℃〜２００
℃となるよう、上記ヒータの駆動が制御される。このよ
うに温調された定着ローラと、該定着ローラに圧接する
加圧体たる加圧ローラとの圧接によって形成されるニッ
プ領域に、トナーからなる未定着像を担持する記録材を
導入することにより、上記トナーを熱により溶かすと共
にこの溶けたトナーを上記定着ローラ及び上記加圧ロー
ラによる圧接により上記記録材に染み込ませて上記未定
着像を上記記録材に定着させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の定着装置にあっては、図６に示すようにヒータか
らの輻射熱が定着ローラの内周面全体を一様に広がるた
め、定着ローラの外周面も一様に高温となる。定着処理
時にはニップ領域だけがトナーを溶融可能な温度となっ
ていれば足りるので、定着ローラの周方向全体を加熱す
ることは効率が悪く、消費電力の増大を招くこととな
る。又、定着ローラの外周面全体が高温であると、定着
ローラからその周辺の空気への放熱量が多く、機内昇温
等の弊害を招くこととなる。

【０００５】そこで、本発明は、定着体の中空空間内に
配設され発熱して熱を輻射する発熱部材によって上記定
着体を効率よく加熱して装置の消費電力を抑えると共に
機内昇温等の発生を防止することができる定着装置及び
この定着装置を備える画像形成装置の提供を目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本出願によれば、上記目
的は、互いに圧接してニップ領域を形成し回転する定着
体及び加圧体と、該定着体の軸線方向に平行に延びて形
成され発熱して上記定着体を加熱する発熱部材とを備
え、未定着像を担持する記録材を上記ニップ領域で加熱
及び加圧することにより上記未定着像を上記記録材に定
着させる定着装置であって、定着体は中空空間が形成さ
れ、発熱部材は該中空空間内に配設され発熱して熱を輻
射するようになっている定着装置において、定着体の軸
線方向に平行に延びて形成され発熱部材から該発熱部材
よりもニップ領域と反対側へ輻射される熱を該ニップ領
域若しくはその近傍に向けて反射させる反射部材を備え
るという第一の発明によって達成される。

【０００７】又、本出願によれば、上記目的は、第一の
発明において、発熱部材は、定着体の軸線よりもニップ
領域側に位置しているという第二の発明によっても達成
される。

【０００８】更に、本出願によれば、上記目的は、第一
の発明又は第二の発明において、反射部材は、発熱部材
よりもニップ領域と反対側に位置し発熱部材との対向面
が反射面をなしているという第三の発明によっても達成
される。

【０００９】又、本出願によれば、上記目的は、第一の
発明乃至第三の発明のいずれかにおいて、反射部材は、
発熱部材との対向面が凹湾曲面をなすという第四の発明
によっても達成される。

【００１０】更に、本出願によれば、上記目的は、第一
の発明乃至第四の発明のいずれかにおいて、反射部材
は、定着体の軸線方向で分割されて複数の部材からな
り、これら複数の部材のうち少なくとも一つが、他の部
材と同一面上に反射面をなす第一位置と、該第一位置よ
りも発熱部材に対して遠方側の位置である第二位置との
いずれかに切り換えて移動可能であるという第五の発明
によっても達成される。

【００１１】又、本出願によれば、上記目的は、一連の
画像形成プロセスによって画像を記録材に記録する画像
形成装置であって、第一の発明乃至第五の発明のいずれ
かの定着装置を備えるという第六の発明によっても達成
される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に関し
て、添付図面に基づき説明する。

【００１３】（第一の実施形態）先ず、本発明の第一の
実施形態について説明する。

【００１４】図１は、本実施形態の画像形成装置を好適
に示す一例たる電子写真レーザビームプリンタ１０１
（以下、プリンタ１０１と略称する。）の概略構成を示
す模式的断面図である。本実施形態の画像形成装置は、
紙送りスピード１００ｍｍ／ｓ、プリントスピード１５
枚／分のプリンタである。プリンタ１０１は、プリンタ
１０１の本体の外部に設けられたホストコンピュータ等
の画像情報提供装置（図示せず）から提供された画像情
報に応じた画像をシート状の記録材Ｐに形成し記録する
という一連の画像形成プロセスを公知の電子写真方式に
沿って行う形態の画像形成装置である。

【００１５】プリンタ１０１は、図１に示すように、潜
像担持体たるドラム状の回転自在な感光体１０２と、現
像装置１０３と、画像情報提供装置からの画像情報に応
じた露光処理工程により感光体１０２の外周面に上記画
像情報に応じた静電潜像を形成するためのレーザスキャ
ナユニット１０５（以下、スキャナ１０５と略称す
る。）と、記録材Ｐに転写処理工程を施すためのロール
状の回転自在な転写体１０６と、転写処理済みの記録材
Ｐに加熱及び加圧により定着処理を施すようになってい
る定着装置１０７とを備えている。

【００１６】次に、プリンタ１０１における一連の画像
形成プロセスに関して説明する。

【００１７】先ず、プリンタ１０１への一連の画像形成
プロセスの開始指示のためにプリンタ１０１の本体に設
けられたスタートボタン等（図示せず）が押されるなど
により、感光体１０２が矢印Ｋ１方向に規定周速度にて
回転駆動を開始されると共に、規定バイアスが印加され
ている帯電ローラ１０８と感光体１０２とが互いに摺接
し合うことにより感光体１０２の外周面が規定電位分布
に帯電せしめられる。

【００１８】次に、画像情報提供装置からの画像情報に
応じて感光体１０２の外周面の帯電処理済みの部位がス
キャナ１０５により走査及び露光されることにより上記
画像情報に応じた静電潜像が上記部位に形成されたの
ち、現像装置１０３の現像剤により上記静電潜像が顕像
に可視像化され、所定枚数の記録材Ｐを収容可能である
と共にプリンタ１０１の本体にて取り外し自在に支持さ
れたカセット１１１から回転自在な給紙ローラ１１２等
により感光体１０２と転写体１０６との間に形成された
空間へと所定のタイミング等にて搬送されてきた記録材
Ｐに転写体１０６により上記顕像が転写される。

【００１９】そして、転写処理済みの記録材Ｐは、定着
装置１０７により定着処理が施されたのちプリンタ１０
１の本体にて回転自在に支持された排紙ローラ１１３に
より機外へと排紙され上記本体の一側面に取り付けられ
たトレイ１１４上に積層されることにより、一連の画像
形成プロセスが終了することとなる。

【００２０】図２は、定着装置１０７の概略構成を示す
模式的断面図である。

【００２１】定着装置１０７は、図２に示すように、定
着体たる定着ローラ１と、加圧体たる加圧ローラ５と、
発熱部材たるヒータ２，３と、反射部材たる反射笠４と
を備えている。

【００２２】定着ローラ１は、外径３０ｍｍで、内部に
二本（メインとサブ）のハロゲンヒータであるヒータ
２，３が配置されている。本実施形態では、ヒータ２，
３は、定着ローラの軸線方向（長手方向）の長さとほぼ
等しい長さとなっている。

【００２３】加圧ローラ５は、定着ローラ１と同外径
で、表面に厚さ１０ｍｍのゴム層を有し、圧接手段（図
示せず）により所定の圧力（約２９４Ｎ）で定着ローラ
１に圧接することにより上記ゴム層が変形しニップ領域
たるニップ部６を形成するようになっている。

【００２４】定着ローラ１内に配設される両ヒータ２，
３は、定着ローラ１の軸線（中心）よりもニップ部６
側、且つ、記録材の搬送方向でニップ部６よりも上流側
に位置し配設されている。

【００２５】反射笠４は、両ヒータ２，３の上部（ニッ
プ部６と反対側の面）に対向し、長手方向（定着ローラ
１の軸線方向）においてヒータ２，３と同程度の長さを
もって同方向での位置がヒータ２，３と同じになるよう
配設されている。又、反射笠４のヒータ２，３との対向
面は、図２に示すようにヒータ２，３に覆い被さるよう
凹湾曲面をなす鏡面となっている。

【００２６】本実施形態では、定着ローラ１は、ヒータ
２，３からの輻射熱を素早く定着ローラ１表面に伝える
ため、肉厚ｔが０．３ｍｍ以下で肉薄化され、又、剛性
確保のため、材質が鉄となっている。

【００２７】図３は、定着ローラの位相角における温度
分布を示す図である。図３において、定着ローラの位相
角については、ニップ部を０度とし、定着ローラの回転
方向の上流側をプラス、下流側をマイナスで示してい
る。

【００２８】図３に示すように、定着ローラはニップ部
で転写紙に熱を奪われるため、ニップ部上流端ａでの定
着ローラの表面温度は２００℃であるが、ニップ部下流
端ｂでは１８０℃まで降下する。

【００２９】従来では、定着ローラが全周に亘ってヒー
タによって加熱されているので、定着ローラの温度は徐
々に上昇し、位相角−９０°で１８５℃、位相角１８０
°で１９０℃、位相角＋９０°で１９５℃まで上昇しニ
ップ部上流端ａで元の温度２００℃まで回復する。

【００３０】これに対し、本実施形態では、ニップ部上
流端ａ及びニップ部下流端ｂでの温度は従来と同様なが
ら、ニップ部下流端ｂよりも下流側では反射笠によって
ヒータからの放射熱が遮られるため、熱を受け取れず温
度が徐々に降下する。そして、ヒータ及び反射笠による
照射領域（ｃ〜ａ）では、ヒータ及び反射笠の両方から
熱線が照射されて急激に温度が上昇し、ニップ部上流端
ａで下の温度２００℃まで回復する。

【００３１】定着ローラは、表面から周囲の空気に対し
て放熱している。その放熱量は、放熱部の温度が高いほ
ど、増大する。図３に示すように、従来と本実施形態と
を比較すると、ニップ部以外の全ての位相角で、本実施
形態の方が定着ローラの表面温度が低く、そのため、放
熱量が小さいと予想できる。放熱量（無駄な熱エネルギ
ー）が少ないことにより、ヒータの消費電力を抑えるこ
とが可能である。又、定着装置による複写機内の昇温が
緩和されるので、昇温対策のためのファン等の消費電力
も抑えることができる。

【００３２】（第二の実施形態）次に、本発明の第二の
実施形態について説明する。尚、上述の第一の実施形態
と同様の構成に関しては、同一符号を付し、その説明を
省略する。

【００３３】図４、本実施形態における定着装置の概略
構成を示す図であり、図５は、かかる定着装置に備えら
れた反射部材の概略構成を示す斜視図である。

【００３４】本実施形態にあっては、定着体たる定着ロ
ーラ２１の内部に、発熱部材たるハロゲンヒータである
ヒータ２２が定着ローラ２１の軸線を平行に延びて形成
されて配置されている。本実施形態では、定着ローラ２
１の軸線方向においてヒータ２２の長さは定着ローラ２
１の長さとほぼ等しい。又、本実施形態では、ヒータ２
２は、定着ローラ２１の軸線よりもニップ部２３側に配
置される。その他、発熱部材について上述の第一の実施
形態と本実施形態との差異は、ハロゲンヒータが１本で
あることである。

【００３５】ハロゲンヒータは定着ローラを長手方向
（軸線方向）全域に亘って均一に加熱する。例えばＡ
３，Ａ４等の幅の広い紙（以下、幅広紙という）を定着
処理する際には、用紙が定着ローラの長手方向のほぼ全
域から熱を奪うので問題ないが、例えばＢ５Ｒ等の幅の
狭い紙（以下、幅狭紙という）を定着処理する際には、
紙の通過しない部分が過昇温してしまう。

【００３６】そこで、本実施形態では、ヒータ２２の上
部（ニップ部２３と反対側の面）に対向して配置された
反射部材たる反射笠２４ａ，２４ｂが長手方向で分割さ
れており、幅狭紙が通過する部分に対応して配置された
反射笠２４ａは定着装置に固定され、幅狭紙が通過しな
い部分に対応して配置された反射笠２４ｂは回動軸２５
まわりに回動自在に支持されヒータ２２から離間可能と
なっている。

【００３７】反射笠２４ｂの回動は、回動軸２５に固定
されたレバー２６をソレノイド（図示せず）で動かすこ
とによりなされる。

【００３８】Ａ４，Ａ３等の幅広紙をニップ部２３に通
紙する場合、定着ローラ２１を長手方向全域で均一に加
熱する必要があるので、反射笠２４ｂは図５の破線で示
す位置となる。このとき、ヒータ２２からの輻射熱は全
てニップ部２３及びその近傍に集められるので、上記長
手方向全域に亘って効率よく定着ローラ２１のニップ部
２３及びその近傍を加熱することができる。

【００３９】Ｂ５Ｒ等の幅狭紙をニップ部２３に通紙す
る場合、定着ローラ２１の非通紙部の過昇温を防止する
必要があるので、反射笠２４ｂは図５の実線で示す位置
となる。このとき、反射笠２４ｂで反射されるヒータ２
２からの輻射熱はニップ部２３及びその近傍に集中せず
定着ローラ２１の内周面を広範囲に加熱する。これによ
り、定着ローラ２１のニップ部２３及びその近傍への熱
の集中を回避することができ、定着ローラの熱膨張に起
因する歪み、高温による樹脂材料の劣化、変形等を軽減
することができる。

【００４０】よって、本実施形態によれば、上述の第一
の実施形態の効果に加え、幅狭紙を定着処理する際にお
ける定着ローラの軸線方向における非通紙領域の過昇温
を防止することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本出願にかかる第
一の発明によれば、発熱部材が、該発熱部材からの輻射
熱によって直接的に定着体を加熱し、反射部材が、発熱
部材から該発熱部材よりもニップ領域と反対側へ輻射さ
れる熱を該ニップ領域若しくはその近傍に向けて反射さ
せるようになっているので、定着体の中空空間内に配設
され発熱して熱を輻射する発熱部材によって上記定着体
を効率よく加熱して装置の消費電力を抑えると共に機内
昇温等の発生を防止することができる。

【００４２】又、本出願にかかる第二の発明によれば、
発熱部材が、定着体の軸線よりもニップ領域側で該発熱
部材からの輻射熱によって直接的に定着体を加熱し、反
射部材が、発熱部材から該発熱部材よりもニップ領域と
反対側へ輻射される熱を該ニップ領域若しくはその近傍
に向けて反射させるようになっているので、より効果的
に、定着体の中空空間内に配設され発熱して熱を輻射す
る発熱部材によって上記定着体を効率よく加熱して装置
の消費電力を抑えると共に機内昇温等の発生を防止する
ことができる。

【００４３】更に、本出願にかかる第三の発明によれ
ば、発熱部材が、該発熱部材からの輻射熱によって直接
的に定着体を加熱し、反射部材が、発熱部材から該発熱
部材よりもニップ領域と反対側へ輻射される熱を該ニッ
プ領域若しくはその近傍に向けて反射させるようになっ
ているので、定着体の中空空間内に配設され発熱して熱
を輻射する発熱部材によって上記定着体を効率よく加熱
して装置の消費電力を抑えると共に機内昇温等の発生を
防止することができる。

【００４４】又、本出願にかかる第四の発明によれば、
発熱部材が、該発熱部材からの輻射熱によって直接的に
定着体を加熱し、反射部材が、発熱部材から該発熱部材
よりもニップ領域と反対側へ輻射される熱を該ニップ領
域若しくはその近傍に向けて反射させるようになってい
ると共に、反射部材は、定着体の軸線方向で分割されて
複数の部材からなり、これら複数の部材のうち少なくと
も一つが、他の部材と同一面上に反射面をなす第一位置
と、該第一位置よりも発熱部材に対して遠方側の位置で
ある第二位置とのいずれかに切り換えて移動可能となっ
ているので、定着体の非通紙領域での過昇温を防止しつ
つ、定着体の中空空間内に配設され発熱して熱を輻射す
る発熱部材によって上記定着体を効率よく加熱して装置
の消費電力を抑えると共に機内昇温等の発生を防止する
ことができる。

【００４５】更に、本出願にかかる第五の発明によれ
ば、発熱部材が、該発熱部材からの輻射熱によって直接
的に定着体を加熱し、反射部材が、発熱部材から該発熱
部材よりもニップ領域と反対側へ輻射される熱を該ニッ
プ領域若しくはその近傍に向けて反射させるようになっ
ているので、定着体の中空空間内に配設され発熱して熱
を輻射する発熱部材によって上記定着体を効率よく加熱
して装置の消費電力を抑えると共に機内昇温等の発生を
防止することができる。

【００４６】又、本出願にかかる第六の発明によれば、
発熱部材が、該発熱部材からの輻射熱によって直接的に
定着体を加熱し、反射部材が、発熱部材から該発熱部材
よりもニップ領域と反対側へ輻射される熱を該ニップ領
域若しくはその近傍に向けて反射させるようになってい
るので、定着体の中空空間内に配設され発熱して熱を輻
射する発熱部材によって上記定着体を効率よく加熱して
装置の消費電力を抑えると共に機内昇温等の発生を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態にかかる画像形成装置
の概略構成を示す模式的断面図である。

【図２】図１の画像形成装置に備えられた定着装置の概
略構成を示す模式的断面図である。

【図３】本発明の第一の実施形態における定着ローラの
周方向での位相角における温度分布を示す図である。

【図４】本発明の第二の実施形態における定着装置の概
略構成を示す模式的断面図である。

【図５】図４の定着装置に備えられた反射部材の概略構
成を示す斜視図である。

【図６】従来における定着装置の概略構成を示す模式的
断面図である。

【符号の説明】

１ 定着ローラ（定着体） ２，３ ヒータ（発熱部材） ４ 反射笠（反射部材） ５ 加圧ローラ（加圧体） ６ ニップ部（ニップ領域） ２１ 定着ローラ（定着体） ２２ ヒータ（発熱部材） ２３ ニップ部（ニップ領域） ２４ａ，２４ｂ 反射笠（反射部材） １０１ 電子写真レーザビームプリンタ（画像形成装
置） １０７ 定着装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに圧接してニップ領域を形成し回転
   する定着体及び加圧体と、該定着体の軸線方向に平行に
   延びて形成され発熱して上記定着体を加熱する発熱部材
   とを備え、未定着像を担持する記録材を上記ニップ領域
   で加熱及び加圧することにより上記未定着像を上記記録
   材に定着させる定着装置であって、定着体は中空空間が
   形成され、発熱部材は該中空空間内に配設され発熱して
   熱を輻射するようになっている定着装置において、定着
   体の軸線方向に平行に延びて形成され発熱部材から該発
   熱部材よりもニップ領域と反対側へ輻射される熱を該ニ
   ップ領域若しくはその近傍に向けて反射させる反射部材
   を備えることを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 発熱部材は、定着体の軸線よりもニップ
   領域側に位置していることとする請求項１に記載の定着
   装置。
3. 【請求項３】 反射部材は、発熱部材よりもニップ領域
   と反対側に位置し発熱部材との対向面が反射面をなして
   いることとする請求項１又は請求項２に記載の定着装
   置。
4. 【請求項４】 反射部材は、発熱部材との対向面が凹湾
   曲面をなすこととする請求項１乃至請求項３のいずれか
   一項に記載の定着装置。
5. 【請求項５】 反射部材は、定着体の軸線方向で分割さ
   れて複数の部材からなり、これら複数の部材のうち少な
   くとも一つが、他の部材と同一面上に反射面をなす第一
   位置と、該第一位置よりも発熱部材に対して遠方側の位
   置である第二位置とのいずれかに切り換えて移動可能で
   あることとする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
   記載の定着装置。
6. 【請求項６】 一連の画像形成プロセスによって画像を
   記録材に記録する画像形成装置であって、請求項１乃至
   請求項５のいずれか一項に記載の定着装置を備えること
   を特徴とする画像形成装置。