JP2005055499A

JP2005055499A - 定着ローラ

Info

Publication number: JP2005055499A
Application number: JP2003206025A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nakase; 貴大中瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】定着ローラの低熱容量化の高強度化の実現。
【解決手段】芯金を網目状にすることで、体積低下による低熱容量化と網目の形状による強度低下防止を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置における、未定着画像を担持した記録媒体に定着処理を施す定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複写機、レーザプリンタなどのＯＡ機器は、コピーの立ち上がり時間（ウォームアップ時間）の短縮化並びに省エネが求められている。そして、これらの機器のエネルギー消費の１／２強は定着機構で費やされていることから、定着機構での省電力化の要望が特に強い。その要望にこたえるためには、コピー待機時間の消費エネルギーを短くすることが有効であり、立ち上がり時間の短い定着装置が好ましい。その対応策の一つとして、薄肉の定着ローラのような熱容量の小さな定着ローラが検討されている。
【０００３】
一般的な定着装置における基本構成を図２に示す。内部にハロゲンランプ１２Ａ、１２Ｂ、などの加熱手段を有する定着ローラ１０は、不図示のバネの押圧作用を受けて加圧ローラ１１と接している。炭素と樹脂からできたトナーで形成された画像情報（トナー像）を感光体から転写された記録紙Ｐは、定着ローラと加圧ローラの間にトナー像が定着ローラに接するように挿入される。記録紙Ｐが定着ローラと加圧ローラの間を通過する間に、トナー像を形成するトナーが加熱、加圧され、溶融し、記録紙Ｐに圧着され、それによりトナー像が記録紙に定着する。
【０００４】
ここで、定着装置の立ち上げの概略について説明する。定着装置は前述したように記録紙上に転写されたトナー像を定着ローラの熱により溶融するため、定着ローラ表面温度は重要である。そのため通常、定着ローラの表面温度を管理するために定着ローラの表面温度を測定する手段１３を持っている。立ち上げ中はローラ内部の加熱手段によってまずローラの芯金が加熱され、その後芯金を被覆している表層が過熱され、前記測定手段によるローラ表面検出温度が所定の温度に達した時点で立ち上げを終了とし、定着可能状態となる。よって、芯金の熱容量が大きいと表層に熱が伝わるまでに時間がかかるため、ウォームアップが終了するまでに時間がかかってしまう。
【０００５】
また、このような問題は定着ローラ１０だけではなく、加圧ローラ１１にも存在する。連続で記録紙を定着しようとするとき、紙間では定着ローラの蓄熱した熱は加圧ローラ１１に伝わり、定着ローラの温度が下がってしまう。温調制御装置１４は定着ローラ表面温度を一定に保とうとするため、加熱手段に更に加熱するように指示をする。加圧ローラ１１はある温度に飽和するまで定着ローラ１０の熱を奪いつづる。よって、加圧ローラ１１の熱容量も小さければ飽和が早まり、加熱手段１２が要するエネルギーも削減することができる。
【０００６】
このような理由で立ち上げ時間の短縮や省エネのために薄肉化を進めていくと、加圧機能を満足するための剛性を満足できなくなる限界肉厚の問題に突き当たる。即ち、図３に示されるように、加圧力を上げていくと、バネの作用により経時的に定着ローラの径方向につぶれや、軸方向にたわみを生じ、塑性変形してしまう。すると、回転時に定着ローラと加圧ローラとのニップが変化し、定着性の変化や、周速度の変化による画像ブレが生じる。
【０００７】
そこで、特開昭５９−１５５８７５号、特開平１１−１４９２２６号公報においては、加圧ローラの圧接による変形を少なくすると共に軸方向の温度分布の不均一性を少なくするために、定着ローラの内面に、内方向に、突出する複数個の突条部を、ローラ軸方向に沿ってまたはスパイラル状に延長することが提案された。このようにローラ内面にリブを備えることによって、熱伝導率に優れながら必要な強度を備えた軽量ローラを得ることができ、低熱容量ローラ故に立ち上がり時間を短くでき、コピー待機時の消費エネルギーを少なくなるのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、市場の省エネの要求レベルはますます高くなっており、前述したようなリブを内部に持つ薄肉のローラにおいても、リブ無しのローラで問題となったローラ機能上の剛性を満足できなくなる限界肉厚の問題に突き当たる。本発明は、このような低熱量化と強度アップの両立がより一層進んだ構造の定着ローラや加圧ローラを有する定着装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明に従って，回転されるローラと、該ローラに所定圧力をもって当接される加圧部材とを備え、このローラと加圧部材間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、前記ローラの芯金が、中空円筒状に形成され且つ、複数個の穴を有する剛体であることで解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１１】
（実施例１）
先ず、本発明における第一の実施形態に関して図４に基づき説明する。
【００１２】
図４は、本実施形態の画像形成装置を好適に示す一例たる複写機の概略構成を示す模式的断面図である。
【００１３】
図４において、画像形成装置の本体の上部には、情報提供源たる原稿３０の画像情報を読み取るための画像読取機構が配置されている。
【００１４】
即ち、プラテンガラス（図示せず）上に画像面を下向きに載置された原稿３０を照射する光源３１の反射光は、ミラー５ａ，５ｂ，５ｃから反射されたのち画像読取素子及び制御用のＣＰＵを経て画像変調されたデジタル画像信号となる。
【００１５】
次に、前記デジタル画像信号は、レーザ光３５として潜像担持体たる感光ドラム１の外周面の帯電部位に照射され、前記帯電部位に静電潜像が形成されることとなる。
【００１６】
感光ドラム１は、前記感光ドラム１の上方に配置された一次帯電器３により前記感光ドラム１の外周面が一様に帯電されたのちレーザ光３５が照射されることにより、前記外周面の帯電部位に静電潜像が形成され、前記静電潜像は、現像装置４の現像剤たるトナーによりトナー画像として現像されることとなる。
【００１７】
次に、感光ドラム１の外周面に形成されたトナー画像が転写帯電器７により記録媒体Ｐに転写されたのち、前記記録媒体Ｐが感光ドラム１の外周面から分離され、前記外周面から分離された記録媒体Ｐは搬送ベルト４５により定着装置９に搬送される。
【００１８】
定着装置９に搬送された記録媒体Ｐは、定着装置９からの熱供給及び圧力付与により定着処理が施されたのち、排紙トレイ４６上に排出される。
【００１９】
尚、転写処理後における感光ドラム１の外周面はクリーニング装置８により残留物の除去等のクリーニングが施されたのち、次の静電潜像形成に備えられることとなる。
【００２０】
一方、紙及び合成樹脂等で構成される記録媒体Ｐ（以下、本実施形態にあっては、記録媒体Ｐが紙で構成される場合について説明するに留める。）は、画像形成装置本体の下部にて取り外し自在に配置されたカセット４１，４１から給紙ローラ対４２，４２により選択的に給紙されたのち、給紙ローラ対４２，４２から記録媒体搬送方向下流側に配置されたレジストローラ対４３へと搬送されることとなる。
【００２１】
レジストローラ対４３に搬送された記録媒体Ｐは、感光ドラム１の回転に同期して、感光ドラム１及び転写帯電器７の間に形成された転写空間に搬送され、転写処理及び定着処理が施されたのち、排紙トレイ４６上に排出されることとなる。
【００２２】
次に、定着装置９に関して図２に基づき説明する。尚、図２は、定着装置９の概略構成を示す模式的断面図である。定着装置全体の機構としては従来と基本的に同じであり、加熱手段を付設した定着ローラ１０とこれに並行に圧接する加圧ローラ１１からなり、これらが回転して、そのニップ部Ｎを記録紙Ｐが通過することによって、当該記録紙上のトナー像が熱と圧力とで定着されるようになっている。
【００２３】
定着装置９は、図４に示すように、前記転写空間から記録媒体搬送方向下流側に配置され、図２に示すように、定着体たる回転自在な定着ローラ１０及び加圧体たる回転自在な加圧ローラ１１が加圧機構（図示せず）により互いに圧接されている。
【００２４】
即ち、定着ローラ１０は、記録媒体Ｐにおける未定着のトナー画像Ｔ１の担持面に接しながら回転し、一方、加圧ローラ１１は、前記記録媒体Ｐのトナー画像担持面の反対面に接しながら回転することにより、互いに圧接された定着ローラ１０及び加圧ローラ１１の間のニップ部Ｎを前記記録媒体Ｐが通紙されることとなる。
【００２５】
定着ローラ１０は、円筒状体若しくは略円筒状体であって、アルミニウム等を主成分とする円筒状若しくは略円筒状の芯金（図示せず）の外周面にフッ素樹脂等のチューブで被覆されており、前記芯金に形成された中空部には、加熱手段たるハロゲンヒータ１２Ａ，１２Ｂが互いに略平行に配置されている。
【００２６】
一方、加圧ローラ１１は、円柱状体若しくは略円柱状体であって、ステンレス等を主成分とする円柱状若しくは略円柱状の芯金（図示せず）の外周面にシリコーンゴム等を主成分とする層厚５ｍｍの弾性層（図示せず）及びフッ素樹脂等を主成分とするチューブ状体が順に積層されている。
【００２７】
又、加圧ローラ１１は、定着装置９の外部に配置された加圧機構（図示せず）により定着ローラ１０へと加圧されると共に、前記外部に配置された駆動機構（図示せず）から駆動力を伝達されて回転駆動されるようになっている。
【００２８】
故に、ニップ部Ｎへの突入を開始した記録媒体Ｐは、定着ローラ１０が加圧ローラ１１の回転に従動することにより、定着ローラ１０及び加圧ローラ１１に狭持され搬送され、ニップ部Ｎを通紙されることとなる。
【００２９】
定着ローラ１０の周囲には、定着処理後における定着ローラ１０の外周面を清掃するためのクリーニング機構ＣＭがニップ部Ｎからローラ回転方向下流側の位置に配置されている。
【００３０】
クリーニング機構ＣＭは、シリコーンオイルが含浸された不織布たるウェブ１７を互いに巻回し張架する巻取ローラ１８，１８、及び、ウェブ１７を定着ローラ１０の外周面に押圧するための押圧ローラ１９が備えられている。
【００３１】
即ち、クリーニング機構ＣＭは、押圧ローラ１９によりウェブ１７を定着ローラ１０の外周面に押圧せしめながら巻取ローラ１８，１８により互いに巻回することにより、定着処理後における前記外周面の残留物除去を行うようになっている。
【００３２】
定着ローラ１０の外周面には、温度検知体たるサーミスタ感温検知素子１３（以下、サーミスタ１３と略称する。）が当接して配置されており、サーミスタ１３の温度検知による前記サーミスタ１３からの出力（以下、温度出力と称する。
）が選択切換手段たる温調制御装置１４にフィードバックされるよう設定されている。
【００３３】
尚、本実施形態にあっては、サーミスタ１３が定着ローラ１０の外周面に当接して配置されることとしたが、前記サーミスタ１３を前記外周面に近接して配置することにより、前記外周面の温度検知が行われる形態であっても良い。
【００３４】
温調制御装置１４は、定着ローラ１０の外周面が目標温度（定着温調温度）に維持されるようサーミスタ１３からの温度出力に応じてハロゲンヒータ１２の点灯及び消灯の選択及び切り換えを行うと共に、本実施形態にあっては、画像形成装置の諸装置の制御を統括的に行うよう設定されている。
【００３５】
以下、本発明に関する定着ローラの芯金について詳しく説明する。
【００３６】
図１は本発明の特徴構造を端的に示す定着ローラの概略図である。定着ローラ１０は、前述したように芯金とそれを被覆するチューブからなっている。この芯金は図５に示されるように、軸方向長さ３３０ｍｍ、直径３０ｍｍ、厚み１．０ｍｍで、トナー像を定着する軸方向の範囲である中央３００ｍｍにおいて、穴が無数に空けられている。材料体積と、塑性変形限界力の相関を本実施例の穴明きの芯金の系と従来の薄肉で比較したものを図６に示す。このように、同じ限界力を求めようとした時、穴開き芯金は使用する材料体積が少なくて済むので、材料費を抑えることが可能となる。
【００３７】
また、同じ材料を使用したとき、熱容量は体積に比例する。よって、前述したように同じ応力を求める際に使用する材料体積が小さくて済む穴開き芯金は、芯金が蓄熱するための時間も短くなる。加えて穴が開いているため、芯金を介すことなく表層のチューブを裏側から直接加熱することができる。これにより、図８に示すようにウォームアップ時間は飛躍的に早くなる。
【００３８】
（実施例２）
実施例２では、実施例１と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。以下、芯金について説明する。
【００３９】
本実施例では加圧ローラの芯金について図７に従って説明する。加圧ローラの芯金は、軸方向長さ３２０ｍｍ、直径３０ｍｍ、厚み１．０ｍｍで、トナー像を定着する軸方向の範囲において、一辺２ｍｍの正六角形の穴が周方向に２２個、軸方向に７０列並んでおり、網目状になっている。この芯金に使用される材料体積は、前記寸法より２８６５０ｍｍ^３である。この構成での塑性変形限界力はＸＸＸＮであった。ちなみに塑性変形限界力および外形を同じにし、リブなしの薄肉芯金を作ろうとすると、０．８ｍｍの厚みが必要であり、材料体積は４７６１１ｍｍ^２必要である（１．６６倍）。このように、同じ限界応力を求めようとした時、穴開き芯金、特に構造上強いハニカム構造の網目状芯金は使用する材料体積が少なくて済むので、材料費を抑えることが可能となる。また、加圧ローラの熱容量もいため、加圧ローラの芯金が蓄熱するための時間も短くなるので、図９に示すように、定着性確保下限温度、加熱手段への最大供給電力量が同じで、構成として異なるのは加圧ローラの芯金が本実施例の系と従来の薄肉の系だとすると、立ち上げ時間、定着ローラが定着温調温度になるまでの時間が短くなる。これにより、連続定着中に加熱手段に投入するエネルギー（電力）も抑えることができる。また、立ち上げ終了温度を低く設定することができるため、定着装置の耐熱性を比較的容易にすることができる。
【００４０】
【発明の効果】
回転されるローラと、該ローラに所定圧力をもって当接される加圧ローラまたは加圧ベルトのような加圧部材とを備え、このローラと加圧部材との間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、該ローラの芯金が、中空円筒状に形成され且つ、複数個の穴を有する剛体であることによって、従来の薄肉の芯金と比較して、同じ強度を得ようとした時に、芯金に使用する材料が少なくて済み、従って熱容量も減るため、材料コストの削減、低熱容量化による立ち上げ時間の短縮、消費エネルギーの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する定着ローラの概略断面図
【図２】図４の定着装置の概略断面図
【図３】加圧力とつぶれ量の相関図
【図４】画像形成装置の概略断面図
【図５】実施例１に関する定着ローラ芯金の概略図
【図６】実施例２に関する芯金材料体積と塑性変形限界力の相関図
【図７】実施例２に関する加圧ローラ芯金の概略図
【図８】定着ローラ芯金の違いによる立ち上がり時間の差を示す図
【図９】加圧ローラの熱容量の違いによる消費エネルギーの差
【符号の説明】
１感光ドラム
２芯金
３一次帯電器
４チューブ
５ａミラー
５ｂミラー
５ｃミラー
６開孔部
７転写帯電器
８クリーニング装置
９定着装置
１０定着ローラ
１１加圧ローラ
１３サーミスタ
１４定着制御装置
１７ウェブ
１８巻取ローラ
１９押圧ローラ
３０原稿台
３１光源
３５レーザ光
４１カセット
４２給紙ローラ
４３レジストローラ
４５搬送ベルト
４６排紙トレイ
１２Ａメインヒータ
１２Ｂサブヒータ
ＣＭクリーニング機構
Ｎニップ部
Ｐ記録媒体

Claims

回転されるローラと、該ローラに所定圧力をもって当接される加圧ローラまたは加圧ベルトのような加圧部材とを備え、このローラと加圧部材との間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、該ローラの芯金が、中空円筒状に形成され且つ、複数個の穴を有する剛体であることを特徴とする定着装置。
芯金に開いている穴の形状が六角形であり、互い違いに整列されたハニカム構造であることを特徴とする請求項１の定着装置。