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発明の名称 定着装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−38801
公開日 平成11年(1999)2月12日
出願番号 特願平9−197422
出願日 平成9年(1997)7月23日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】岸田 正行 (外3名)
発明者 山口 義益
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 外周部に抵抗発熱体を有する第1のローラと、前記第1のローラに加圧接触する第2のローラとを有し、前記第1のローラと前記第2のローラとの加圧接触部を通過する転写材上のトナーを前記第1のローラにより加熱溶融して熱定着する定着装置であって、前記第1のローラは、通電発熱領域を前記第1のローラの回転方向で見て前記加圧接触部から上流の一部区間内とすることを特徴とする定着装置。
【請求項2】 外周部に抵抗発熱体を有する第1のローラと、前記第1のローラに加圧接触する第2のローラとを有し、前記第1のローラと前記第2のローラとの加圧接触部を通過する転写材上のトナーを前記第1のローラにより加熱溶融して熱定着する定着装置であって、前記第1のローラは、通電発熱領域を前記第1のローラの回転方向で見て前記加圧接触部から上流の一部区間内とすると共に、軸方向における通電発熱領域を複数有することを特徴とする定着装置。
【請求項3】 請求項1または2において、前記第1のローラの少なくとも非通電発熱領域には、前記第1のローラに近接対向して蓄熱体が配置され、前記蓄熱体の外周に断熱体を設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項4】 請求項3において、前記蓄熱体と断熱体は、定着上分離爪より下流で、定着入り口上ガイドより上流に配置したことを特徴とする定着装置。
【請求項5】 請求項3または4において、前記蓄熱体と前記第1のローラとの間にクリーニング手段を配置したことを特徴とする定着装置。
【請求項6】 請求項1、2、3、4または5において、前記抵抗発熱体を弾性部材で形成したことを特徴とする定着装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トナーを用いて現像する電子写真方式の画像形成装置に使用する定着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子写真方式の画像形成装置は、感光体上に露光により静電潜像を形成した後、トナーで現像してトナー像を形成し、そのトナー像を転写紙に転写してから定着装置で転写紙上のトナーを加熱溶融して定着するようにしている。
【0003】このような装置に使用する定着装置としては、例えば特開平3−144676号公報が知られている。
【0004】これは、図6〜図8に示すように、加圧ローラ101に電極102a,102bを設けた電極ホルダー102を接触して配置し、導電性の定着フィルム103を供給ローラ104から電極102a,102bと加圧ローラ101との接触部を介して巻取りローラ105で巻取る構成になっている。供給ローラ104は定着フィルム103に所定のテンションを与えている。電極102a,102bは、非導電体である電極ホルダー102の下部に、一部がその長さ方向に沿って露出するように回転自在に保持し、その長さ方向にいおいて定着フィルム103と導通状態を常に保持して接触している。
【0005】図8に示すように、電極102a,102bの間隔Sは、ニップ部Nよりも狭くなるように設定している。また、図9に示すように、電極102a,102bの端部に通電電極板105a,105bを設け、この通電電極板105a,105bに通電電極子106a,106bを摺動可能に接触して設け、外部回路から通電電極子106a,106b、通電電極板105a,105bを介して電極102a,102bに通電するようにしている。
【0006】電極102a,102bへの通電によりこの電極に接触している定着フィルム103の電極間が発熱し、必要な熱量を転写紙Pのトナーに与える。
【0007】転写紙Pは、電極102a,102bと加圧ローラ101との定着ニップ部Nの挟圧力を受けて通過する。転写紙P上のトナーは定着フィルム103に押圧密着状態で通過する過程で、定着フィルム103の発熱により転写紙Pに軟化接着する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の定着装置では、定着フィルム103がニップ部Nよりも狭い電極102a,102b間の領域で発熱するため、転写紙Pが比較的遅い速度通過する場合はトナーの軟化に充分な熱供給ができるが、転写紙Pが速い速度で通過する場合はトナーの軟化に充分な熱供給ができなくなり、良好な定着ができなくなることが考えられる。
【0009】本出願に係る発明の目的は、転写材の通過速度のさらなる増速化に対処できる定着装置の改善を図ろうとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本出願に係る発明の目的を実現する構成は、外周部に抵抗発熱体を有する第1のローラと、前記第1のローラに加圧接触する第2のローラとを有し、前記第1のローラと前記第2のローラとの加圧接触部を通過する転写材上のトナーを前記第1のローラにより加熱溶融して熱定着する定着装置であって、前記第1のローラは、通電発熱領域を前記第1のローラの回転方向で見て前記加圧接触部から上流の一部区間内とすることを特徴とするものである。
【0011】また、外周部に抵抗発熱体を有する第1のローラと、前記第1のローラに加圧接触する第2のローラとを有し、前記第1のローラと前記第2のローラとの加圧接触部を通過する転写材上のトナーを前記第1のローラにより加熱溶融して熱定着する定着装置であって、前記第1のローラは、通電発熱領域を前記第1のローラの回転方向で見て前記加圧接触部から上流の一部区間内とすると共に、軸方向における通電発熱領域を複数有することを特徴とするものである。
【0012】さらに、通過する転写紙上のトナーを加熱溶融して熱定着する定着装置において、外周が円筒形の回転体と、この回転体の外周部にそれぞれ接点を配置すると共にその各接点部から回転体の軸方向に沿って延出した複数のパターン電極部を形成した各延出部を円周方向に配置した電極と、前記回転体の各電極に密着して層を成す抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体上層に層を成す電極導電層と、電極導電層の表面に層を成すフッ素系コーティング層と、前記回転体に圧接した加圧ローラを設け、前記発熱体は、前記回転体と加圧ローラとの接触部位よりも手前にて前記回転体の各電極に接触を開始するように配置し、前記各電極間に所望の電圧を印加することにより、その各電極に接触している部位の前記抵抗発熱体を発熱させることにより、画像形成装置の定着装置に採用し、ニップ当接部にて必要な温度に到達するようにパターン電極を介して抵抗発熱体を加熱するようにした事を特徴とするものである。
【0013】また、定着ローラの近傍に蓄熱体を近接させ、外側に断熱体を設けて成る事により、定着後の定着ローラの冷却を防止し、温度勾配を緩やかにするとともに熱的効率を損なわないようにした事を特徴とする。
【0014】また、蓄熱体と断熱体は定着分離爪より下流で、定着入り口上ガイドより上流に配置した事により、非加熱部を極力覆うとともに使用者が高温部を触れない位置において最大限熱の損失をしないようにした事を特徴とする。
【0015】また、蓄熱体と第1のローラ、例えば定着ローラとの間にクリーニング手段を配置したことによって、ジャムなどの際に蓄熱層の余熱によってトナーが固着しにくくし、ジャム処理が容易になるようにしたことを特徴とする。
【0016】また、抵抗発熱体を弾性部材にて成さしめたことにより、再生紙や薄紙など、定着時に発生するカールをソフトローラ対によってニップをより水平にすることでカールができにくいようにしたことを特徴とする。
【0017】また、前記第1のローラ、例えば定着ローラに於いて、抵抗発熱体に電極部を円筒長手方向にて分割して給電するパターンを形成したことによって、各種のサイズに応じて最適な温度供給を行うとともに第1のローラ、例えば定着ローラの端部昇温を防止できるパターン構成にしたことを特徴とする。
【0018】また、前記円筒形の電極パターン内に温度検知手段或いは、温度ヒューズ等の温度コントロール手段を内蔵して層を形成したことによって、温度検知が必要な場所に配置するだけで固定個所の温度の測定ができるようにしたことを特徴とする。
【0019】また、円筒形の基部をセラミックス若しくは高熱伝導率に優れた金属によって成さしめたことによって定着ローラの温度分散を均一にするとともに加熱時の温度の立ち上がり特性を向上させたことを特徴とする。
【0020】また、抵抗発熱体に供給する給電手段は温度検知手段によって得られた電気信号を演算し、PWM制御によりコントロールされて成ることにより、設定温度に対してより安定した制御ができるようにしたことを特徴とする。
【0021】また、円筒形の回転体は、両端部を回転体の中央部よりも径を小さくした通気口と、小さくした外形部はベアリングにより支持されると共に、円筒長手方向はスラストガタを設けて成ることにより、円筒形内部の熱を極力逃さないようにするとともに円筒形内部の空気の膨張による圧力を通気口から逃がすようにしたことを特徴とする。
【0022】また、円筒形の回転体に設けられた複数のパターン電極部と延出部は円筒外形にて同一高さ面に形成したことにより、加工時に発生する偏心や振れを防止し精度良く電極パターン面が均一にできるようにしたことを特徴とする。
【0023】このような構成においては、第1のローラの各電極間に所望の電圧を印加するとその各電極に接触している部位の発熱抵抗体が発熱する。そして接点は、第1のローラと加圧ローラとしての第2のローラの接触部位よりも手前にて、第1のローラの各電極に接触を開始するように配置してあるので、発熱抵抗体は転写紙上のトナーを熱定着する前から発熱を開始することになる。従って、転写紙が比較的遅い速度で通過する場合は勿論、速い速度で通過してもトナーの軟化に充分な熱供給が可能となる。
【0024】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)図1〜図5は本発明の第1の実施の形態を示し、図5は本発明の定着装置が適用されている画像形成装置の一例を示している。
【0025】図5において、画像形成装置の装置本体900には、原稿載置台206、光源907、レンズ系908、給紙ブロワ909、画像形成部902等を備えている。給紙部909は、シートを収納して装置本体900に着脱自在なカセット(収納容器)910,911及びペディスタル912に配置された給紙デッキ913を有し、カセット1には、給紙ローラ(給紙手段)4が配設されている。
【0026】画像形成部902には、円筒状の感光ドラム(画像形成部)を内蔵した現像器915、転写用帯電器916、分離帯電器917、クリーナ918、一次帯電器919等がそれぞれ配設されている。画像形成部902の下流側には、搬送装置920、定着装置904、排出ローラ905等が配設されている。この画像形成装置の作動を説明する。
【0027】コピーボタンがオンされると、光源907により原稿載置台206に載置されている原稿Dが照明され、そこから反射した光は、レンズ系908を介して感光ドラム914に照射される。感光ドラム914は、あらかじめ一次帯電器919により帯電されており、光が照射されることにより静電潜像が形成され、次いで現像器915によりトナー像が形成される。
【0028】給紙部909から給送されたシート材Sは、レジストローラ910で斜行が補正され、さらにタイミングが合わされて画像形成部902へ送られる。画像形成部902では、転写用帯電器916によって送られてきたシートSに感光ドラム914のトナー像が転写され、転写されたシートSは分離帯電器917によって転写用帯電器916と逆極性に帯電されて感光ドラム914から分離される。
【0029】そして、分離されたシートSは、搬送装置920により定着装置904に搬送されて、定着装置904によりシートSに未定着転写画像が永久定着される。画像が定着されたシート材Sは排出ローラ905により装置本体900から排出される。このようにして、給紙部909から給送されたシート材Sは画像が形成されて排出される。
【0030】図1は上記した画像形成装置の定着装置904の縦断面図であって、図に示すように、例えばガラスやセラミック等の絶縁部材で形成された円筒状の円筒形回転体11の外周面に、パターン電極1が配置されている。また、円筒形回転体11の円筒端部近傍には、電器供給のための電極パターン1a,1b,1cが露出していて、ブラシ接点2と接触している。
【0031】ブラシ接点2は制御手段3に接続され、電源部4につなげられている。また、パターン電極1a,1b,1cは絶縁体5により互いに電気的絶縁が行われ、積層されて、円筒形回転体11の長手中央各ポジションに露出したパターン電極1d,1e,1fとなり、絶縁体5の外形と同じ面になるように加工されて、電極パターンを形成する。
【0032】この電極は一般的には金属であり導電性を有する。例えば銅や、燐青銅などによって実現できる。この中央部に露出したパターン電極1d,1e,1fの上に抵抗発熱体6を積層するようにコーティングし、画像形成幅より広くなるように皮膜を形成する。例えば、カーボンブラックによって形成するか、或いは必要によって、導電性ゴムなどを混ぜ合わせたもので形成することでゴム系の弾性体を使用するとコーティングされた表面は弾性力を有するようになる。更に抵抗発熱体6の上表面に金属箔7をコーティングして電極とする。
【0033】この金属箔7は、アルミニウム或いは銅などの電気的抵抗の低い導電性膜によって形成されている。更に、その上層部にはフッ素樹脂膜8(PFA,PTFE)の皮膜をコーティングしてあり、この長手端部は金属箔7が露出するようにしてあり、ブラシ接点2と電気的に導通するようにしてある。
【0034】また、パターン電極1と抵抗発熱体6と金属箔7は電気的に十分に接続できるように密着させる。場合によっては、導電性接着剤を用いてもよい。以上のようにして一体的に固着させた円筒形回転体11は定着装置904の定着上ローラ9として用いる。
【0035】定着上ローラ9の円筒形両端部は外形よりも小さくなるように絞った突起部10を設けベアリング12を嵌合させて両端部にて軸支し、回転可能とする。突起部10とベアリング12は軸方向におけるギャップ13をわずかに持たせる。このギャップ13は定着上ローラ9が加熱したときに線膨張した際に軸支間でスラスト方向で突っ張らないようにする為であり、これにより、回転方向の摺動トルクに悪影響を及ぼさないようにする。
【0036】一方、上記のように設置された定着ローラの片端部には、画像形成装置の駆動手段から連結される駆動伝達用の駆動ギヤ14が取り付けられていて、定着上ローラ9を回転させる。また、定着上ローラ9と平行に定着加圧ローラ15が設けられていて、加圧ローラ15は金属シャフト16に一体的にシリコン系の材質の円筒ゴム17が設けられたもので、定着上ローラ9とニップ部を形成するように金属シャフト16の両端部が軸受け18に軸支され、かつ加圧バネ19によって加圧するように構成されている。以上の構成の定着装置は前側板、後側板、上ステイ、下ステイなどの筐体20によってユニット化されている。
【0037】図2は図1のA−A線に沿った断面図を示し、筐体20の上ステイ20bには定着入り口上ガイド21、下ステイ20aには定着入り口下ガイド22がそれぞれ装着されていて、画像形成装置上流の搬送手段から送られてきたシートが、矢印の方向に回転する定着上ローラ9と加圧ローラ15によって形成される定着ニップ部23に案内されて定着動作を行うようになっている。
【0038】ニップ部23を通過したシートは、シート上にトナー画像が固着されて、上分離爪24と下分離爪25により最終的には各ローラから強制的に引き離されて排紙上ガイド26と排紙下ガイド27に案内されて、排紙ローラ(カール矯正)対28を通過して定着動作を完了する。
【0039】また、定着ローラ9の回転方向に見て、上分離爪24から定着入り口上ガイド21の間に、定着ローラ9に当接するクリーニング手段29が設けられ、トナー画像が定着ローラ9表面に付着して生じたトナー汚れを除去清掃する。
【0040】また、クリーニング手段29の外周側には、蓄熱手段30が設けられ、クリーニング手段29で除去したトナーが固着しにくくすると共に、定着ローラ9の温度が周囲の空気によって空冷されにくくし、保温できることにより定着ローラ9の熱的効率を向上させ、省エネルギーとなるようにしたものである。
【0041】更に、蓄熱手段30の外周には断熱手段31が設けられ、蓄熱手段30が保温されるようにしたものである。このクリーニング手段29と、蓄熱手段30と、断熱手段31は上ステイ20bに取り付けられていて、クリーニング手段29は定期的に交換可能として有り、定着ローラ9の表面を常に清浄に保つことができるようにしてある。
【0042】図3は給電系の概略構成を示し、対をなす定着ローラ9と加圧ローラ15が配置された断面図であり、定着ローラ9は、図1において説明したパターン電極1cの上層に抵抗発熱体6、更に電極導電層32が積層されている。
【0043】また、電源部4から供給される給電信号は制御手段3によりコントロールされていて、その出力はブラシ接点2bに接続されている。このブラシ接点2bは、定着ローラ9の電極導電層32に接触導通されていて、電極導電層32に必要な電圧を印加している。供給された給電信号は抵抗発熱体6を通り、パターン電極1cに流れる。更に、パターン電極1cにはブラシ接点2が電気的に接触していて、ブラシ接点2から電源部4に戻る回路を形成している。
【0044】この時、パターン電極1cは回転することにより、ブラシ接点2と接触し通電するが、通電する範囲は定着ニップ部23より回転方向にて上流方向に伸延して接触するように配置してある。給電信号が印加された場合、接点ブラシ2の一端部2sにてパターン電極1cが接触すると導通が開始され、発熱抵抗体6に通電され発熱が開始される。矢印方向に定着ローラ9は回転し、ニップ部23に到着するまで発熱抵抗体6は温度上昇しつつ一定温度になるように制御手段3によってコントロールされるようになっている。
【0045】したがって、予め導通を開始し、高温になるまで常に電気の供給できる構成が出来上がる。また、ニップ部23を回転しながら通過するとパターン電極1cはブラシ接点2から離れるため、電気の供給は断たれてしまう。そこで、温度が徐々に低下しはじめるが、図2に示す蓄熱手段30、断熱手段31の保護によって、熱的に温度が低下することを極力防止するようにしている。
【0046】この抵抗発熱体6は急速加熱ができるため定着ローラ9全体を加熱することが不要であるため、ニップ部23にて必要な温度が得られればよく、それよりも定着ローラ9の回転方向上流部で加熱を開始すれば間に合うようになっている。
【0047】したがって、低回転数の低速機では、ニップ部23から僅かな距離だけ戻る長さ(給電開始から停止までの位相角度が小さい)のブラシ接点2でも十分な温度に達成することができ、また、高速回転する場合は、ブラシ接点2の長さを長くなる(給電開始から停止までの位相角度が大きい)ように変えるだけで、同様にニップ部の温度が最適になるようにできる。これによって、供給電力を極力減らすことができ省エネルギー化が図れ、ウエイトタイムレスの定着装置を提供することができる。
【0048】一方、図4は定着ローラ9の部分断面図であって、パターン電極の構成を示している。定着ローラ9の基部である円筒回転体11は絶縁体で形成され、パターン電極1を円周方向に等間隔に配置してある。また、パターン電極1の一端部1a,1b,1cは円筒形端部にて同じ高さになるように配置して並べられている。また、各電極パターン1は回転体基部11の絶縁体内部に埋め込まれていて、画像形成装置のシート通過領域にて紙のサイズに幅に合致するように配置して再び表面に現れるように配置されている。
【0049】もし、小サイズのシートの定着を行う場合、ブラシ接点2aのみに電圧が印加される。すると、電気は電極パターン1aから1fに流れ、抵抗発熱体6のパターン当接面のみが加熱されて、電極導電層32からブラシ接点2bに接続される。
【0050】他方、画像形成装置におけるフルサイズのシートが定着装置にて加熱される場合は、ブラシ接点2a,2c,2dの全てに電圧が供給される。同様に電極パターン1d,1e,1fに導通し、抵抗発熱体6は全体が加熱されることにより、シート全域を加熱することができる。
【0051】ところで、一般的に発熱抵抗体による温度制御を行った場合、円筒形長手方向の通紙部を一様に加熱しようと同じ電圧を印加しても、抵抗発熱体の特性上端部が温度上昇しやすく一定にならない傾向がある。
【0052】しかし、本実施の形態によれば、端部は別の回路に分割することができるため、必要によっては表面温度をフィードバックし、円筒形中央部と同じ温度になるように制御するようにする。一般的にはPWM方式による制御が効率よく安定して、急速に温度が変化する抵抗発熱体の変化に合わせることができる。このようにして、必要な温度になるようにパターンを分割し、かつ必要な範囲のみを加熱し、安定した定着手段が提供できるようになる。
【0053】また、本実施の形態ではこのように環状導電パターンによって定着ローラ表面を発熱させる方式としているので、電源投入後定着動作が可能になるまでの応答時間は10秒以下となり、熱応答性に優れ、しかも低消費電力化を図ることができる。
【0054】なお、本実施の形態では、回転体として円筒状のものを使用したが必ずしもこれに限定するものではなく、円柱状のものであってもよい。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、転写紙を速い速度で搬送してもトナーの軟化に充分な熱供給ができて良好な定着ができ、従って、高速定着が実現できる定着装置を提供できるほか、省エネルギーに低消費電力の定着装置が提供できるようになった。




 

 


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