JP3961169B2 - Heating roller and fixing device using the same - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱ローラおよびこれを用いた定着装置に関し、さらに詳しくは、加熱効率を向上させて定着性を改善するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複写機やプリンタなどの画像形成装置においては、転写シートなどの記録材上に転写されたトナー像を定着して記録物が得られるようになっている。
このため、画像形成装置には、転写後に記録材上のトナー像を定着するための定着装置が設けられ、定着装置には、トナーを軟化溶融させて定着可能な熱ローラ方式を採用したものがある。
【０００３】
定着装置の構成としては、一対のローラを備え、一方のローラが内部に熱源を有する加熱ローラとされ、他方のローラがシートを加熱ローラに向けて加圧する加圧ローラとされた構成がある。
加熱ローラは、内部にヒータを備えた肉厚２ｍｍ以上の金属製ローラであり、加圧ローラは、表面にゴムなどの弾性層を備えた金属性のローラであることが基本的な構成として知られている。
加熱ローラに加圧ローラを当接させることで両ローラの当接位置にシートの挟持が可能なニップ部を形成し、そのニップ部において加熱ローラからの伝熱によって記録紙やＯＨＰなどの記録材上に担持されているトナーを融着することができる。
【０００４】
しかし、このような構成の加熱ローラを備えた定着装置では、加熱ローラでの熱容量がきわめて大きい。このため、ローラの表面温度が所定の定着温度に達するまでの立ち上げに数分の時間が必要となり、画像出力動作を速やかに実行することができない場合があった。
【０００５】
画像出力動作を速やかに実行するためには、例えば、定着装置の非使用時においても加熱ローラの表面温度をある程度の温度、この場合には、定着持の温度よりもわずかに低くなる温度に維持する待機時余熱を行うことが必要となるが、消費電力の増加を招く虞がある。
【０００６】
消費電力の増加を招かないようにして画像出力動作を速やかに行うようにする方法として、ローラの肉厚を薄くすることで熱容量を小さくし、定着温度までの立ち上げ時間を短くする方式がある。このような薄肉ローラを用いる方式では、加熱ローラとして肉厚が１ｍｍ以下というきわめて薄い金属製のローラが用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
定着装置の加熱ローラによって定着されるトナーを担持した記録材は、サイズが種々あり、これら複数種類のサイズのシートに対して加熱ローラは常時同じ条件で稼働し、その表面温度を所定の定着温度に維持するようになっている。
【０００８】
しかし、上記両ローラ同士が接触しているニップ部において記録材がローラと接触する範囲、時にローラの軸方向で接触する範囲はシートサイズによって異なる。
例えば、最大Ａ３サイズの縦送りが可能な軸方向の長さ（通紙幅２９７ｍｍ）を有する加熱ローラを備えた定着装置の場合でいうと、Ａ４縦（幅２１０ｍｍ）や封筒（幅１０５ｍｍ）などの幅が狭い記録材を挟持搬送させると加熱ローラの軸方向で非通紙部分が発生してしまう。
記録材などの被加熱部材を連続的に挟持搬送していくと、加熱ローラの軸方向で記録材とローラとが接触しない非通紙部分では被加熱部材による熱の吸収が行われないためにその部分での温度が徐々に上昇する。このため、次のような問題が発生する虞があった。
【０００９】
小サイズの記録材を連続的に定着した場合には、そのサイズを外れた加熱ローラと加圧ローラとの接触位置の温度が極めて高くなる。このため、小サイズの記録材の搬送に次いで、そのサイズの記録材よりも大きなサイズの記録材を定着しようとした場合には、今まで高温となっていた非通紙部の領域に記録材上のトナーが接触するとトナーが溶融状態となり、いわゆる、ローラ表面に溶融トナーが転移してしまう現象であるホットオフセットが発生する。また、ホットオフセットが発生する箇所のローラ部分が耐熱温度を超えて破損してしまう虞もある。
【００１０】
非通紙部での異常な温度上昇を防止するため、加熱ローラ内のヒータを各サイズに対応した領域を加熱できるように複数配置する構成が考えられている。例えば、Ａ３サイズの記録材に対応するように約３００ｍｍの軸方向領域を加熱するヒータとＡ４サイズの記録材に対応するように約２１０ｍｍの軸方向領域を加熱するヒータとを設け、各サイズ毎にヒータを選択して非通紙部での温度上昇が起こらないように加熱することが考えられている。
【００１１】
またこれとは別に、不用意に非通紙部分の温度が上昇するのを防止するために、小サイズの記録材が所定枚数定着されると、それまでの搬送速度以下に切り替えるようにして非通紙部での温度上昇を抑制する構成も提案されている（例えば、特開平６−１８６８７５号公報）。
しかし、このような複数のヒータを用いた場合には選択的にヒータの動作状態を切り替える必要があり、ヒータの数が多くなることも含めて構成が複雑化したりコスト上昇を招く虞がある。
また搬送速度を切り替えるようにした場合においても上述した不具合に加えて定着のための搬送速度を低下させることで記録材の生産性が低下してしまうことにもなる。
【００１２】
一方、上述したローラ側での熱量調整に代えてローラの素材自体を熱伝導のよいものとし、具体的にはグラファイト製のローラ構造を用いることが提案されている（例えば、特開閉５−３０７３３３号公報）。
しかし、このようなローラは、グラファイト繊維を巻いて円筒状としているため、繊維同士は分離した状態であるのでローラの軸方向での熱伝導性に限界があり、しかも軸方向でのたわみ変形が生じやすいことから、加熱ローラとしての剛性や熱供給性を発揮することができない。
【００１３】
本発明の目的は、上記従来の加熱ローラおよびこれを用いた定着装置における問題に鑑み、非通紙部領域での異常な温度上昇を低減できるようにして温度分布を均一化することにより定着される記録材のサイズの違いに拘わらず、ホットオフセットや加熱ローラとしての剛性および熱供給性を良好なものとすることができる構成を備えた加熱ローラおよびこれを用いた定着装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、未定着現像剤を表面に担持した記録材に接触しながら熱定着する、熱源としてハロゲンヒータを内装した加熱ローラであって、該加熱ローラを構成するローラ体中に少なくとも結晶化グラファイトシートからなる熱伝導層を備え、上記結晶化グラファイトシートは、ローラ体の周方向で隙間を持たせるよう分割して配置されていることを特徴としている。
【００１９】
請求項２記載の発明は、上記結晶化グラファイトシートは、ローラ体の長手方向で複数に分割されて配置されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の加熱ローラを用いる定着装置であって、上記加熱ローラに対向配置されて記録材を加熱ローラに向け圧接ながら搬送可能な圧接手段とを備え、上記加熱ローラは、上記記録材との非接触部分の熱を上記記録材との接触部分へ移動させる構成を備えていることを特徴としている。
【００２２】
【実施例】
以下、図示実施例により本発明の詳細を説明する。
図１は、本発明実施例による加熱ローラが用いられる定着装置の構成を示す模式図であり、同図において、定着装置１は、一対のローラを備えている。
一方のローラ２が記録材Ｓ上に担持されている未定着状態の現像剤であるトナーＴと接触する回転可能な加熱ローラであり、他方のローラ３が加熱ローラ３と対向当接して記録材Ｓを加熱ローラに向けて加圧しながら挟持搬送可能な加圧ローラである。
【００２３】
加熱ローラ２は、回転伝達手段４により記録材Ｓを搬送できる方向に回転できるようになっており、周面の一部に当接する加圧ローラ３を連動回転させることができる。
加圧ローラ３は、図示しない加圧手段により記録材Ｓを加熱ローラ２に向けて押圧しながら回転できるようになっており、加熱ローラ２との接触位置に記録材Ｓを挟持搬送するためのニップ幅Ｎが形成できるようになっている。
【００２４】
加熱ローラ２の構成としては、１ｍｍ以下の肉厚を有するパイプ状に形成された鉄やアルミニュウムからなるローラ体が用いられている。この構成としては、上記材料の他に、ガラスやセラミックスおよび耐熱性の樹脂などをローラ体全体あるいは部分的に用いることも可能である。また薄肉とすることに限らないことももちろんである。
加熱ローラ２の内部には、ハロゲンヒータなどの輻射熱により加熱する構成の熱源Ｈが配置されており、表面を所定の定着温度に設定できるようになっている。上記熱源Ｈとしては、ハロゲンヒータに限らず他の形式のものであってもよく、また、熱源Ｈは内蔵するだけでなく、ローラ体表層部に埋設して発熱層とすることも可能である。
【００２５】
加圧ローラ３の構成としては、アルミニュウムなどの金属製の芯金が用いられ、その表面にシリコンゴムなどの高弾性層が設けられ、加熱ローラ２との圧接部分でニップ幅Ｎを確保できるようになっている。
【００２６】
加熱ローラ２と加圧ローラ３とは、互いに当接しながら回転するようになっており、ニップ幅Ｎにおいて加熱ローラ２からの熱が記録材Ｓに供給されて記録材上のトナーが加熱溶解され、定着される。加熱ローラ２における定着領域は、図２に示すように、加圧ローラ３が接触する軸方向の領域である。
【００２７】
図３は、加熱ローラ２を構成するローラ体の部分的な断面図であり、同図においてローラ体は、基体部２Ａとその表面に位置する離型層２Ｂとを備えている。
基体部２Ａは、上述した金属あるいはその他の材料を混成した部分であり、その表面側（図３（Ｂ）参照）あるいは裏面側（図３（Ａ）参照）には、結晶化グラファイトシートを用いた熱伝導層５が配置されている。
【００２８】
熱伝導層５をなす結晶化グラファイトは、シームレスなシート状とされることで基体部２Ａに隣接して連続面状の円筒体で構成され、基体部２Ａに対して図示しない接着層を介して一体化されている。
【００２９】
ここで熱伝導層５に用いられる結晶化グラファイトシートについて説明すると、結晶化処理されたグラファイトシートは、分散化処理されたグラファイトシートと異なり、銅よりも高い熱伝導性を備えている特徴がある。
このため、熱伝導率が低い鉄を用いた加熱ローラでは、記録材Ｓと接触しない領域である非通紙部での温度が上昇した場合、その熱の移動が得にくく、この結果として非通紙部での温度が異常に上昇しやすい。
【００３０】
これに対し、結晶化グラファイトシートでは、熱の移動が円滑に行え、加熱ローラ２の軸方向での温度を均一化することができる。これにより、記録材Ｓと接触して熱の受授が行われている箇所に向けて非通紙部からの熱の移動が円滑に行われて非通紙部での異常な温度上昇が抑制され、加熱ローラ２の軸方向での温度分布が均一化される。
なお、熱伝導率に関し、結晶化グラファイトシートと鉄（Ｆｅ）とアルミニュウム（Ａｌ）とを比較した結果を表１に示す（理科年表より）。
【００３１】
【表１】

【００３２】
図３において離型層２Ｂは、ＰＴＦＥやＰＦＥなどのフッ素系樹脂を用いた被覆層やシリコンゴム層などが用いられる。
【００３３】
本実施例は以上のような構成であるから、加熱ローラ２と加圧ローラ３との接触位置に向けて記録材Ｓが搬送されてくると、ニップ幅Ｎにおいて挟持搬送され、その過程で記録材Ｓ上のトナーＴが加熱ローラ２からの熱を受けることで軟化・溶解されて記録材Ｓ上に定着される。トナーＴは定着装置１を通過し終わると温度降下して冷却されることにより固化し記録材Ｓ上に完全に定着される。
【００３４】
加熱ローラ２は、熱容量が小さいので、所定の定着温度に達するまでの立ち上がり時間が短くてすむ。このため、待機時にあらかじめ昇温させておく必要がなく、省エネルギー化が可能となる。
【００３５】
記録材Ｓがニップ幅Ｎを通過するとき、加熱ローラ２の軸方向においては、記録材Ｓと接触する領域である通紙位置と、接触しない領域である非通紙位置とで温度が異なってくる。本実施例では、結晶化グラファイトシートを用いた熱伝導層５における熱伝導率により、温度降下している通紙位置に対して非通紙位置からの熱の移動が起こり、加熱ローラ２の軸方向における温度が均一化される。換言すれば、温度上昇が著しい非通紙位置での熱が通紙位置に移動することで非通紙位置での温度上昇が抑制される。この結果、非通紙位置での温度上昇が低減されて加熱ローラ２の軸方向での温度分布が均一化されるので、非通紙位置に接触できるサイズの記録材が搬送されてきた場合でも異常な温度上昇によるホットオフセットを防止することができ、しかも、軸方向での異常な温度上昇による熱変形の発生を防止することもできる。
【００３６】
次に、上記結晶化グラファイトシートを用いた熱伝導層５の設置構造について説明する。
図４は、熱伝導層５をなす結晶化グラファイトシート（便宜上、図中においては結晶化グラファイトシートを符号５で示している）の構成を示す図であり、同図において、結晶化グラファイトシート５は、加熱ローラ２の周方向でローラ体の軸線に平行する分割面によって分割され、加熱ローラ２の基体部２Ａに対して巻き付けられるようになっている。
このような構成は、加熱ローラ２の基体部２Ａに対してシームレスな状態で設置することが困難な場合、あるいは、加工精度の関係でローラ体の径と結晶化グラファイトシート５の径とが大きく異なるとシート５自体がローラ体から浮き上がってしまう虞があるような場合に適用される。
【００３７】
周方向で分割された結晶化グラファイトシート５は、分割部を接合できるようにローラ体の基体部２Ａに対して矢印で示す方向に力を加えることできつく巻き付けることが可能となり、上述した不具合を解消でき、しかも、これにより、シームレスとした場合に比べて加工コストを低減させることが可能となる。
なお、図４（Ａ）は、１枚の結晶化グラファイトシート５における周方向で１カ所に分割面を設けた場合を示しており、図４（Ｂ）は結晶化グラファイトシート５における周方向で複数、実施例では２カ所で分割した場合をそれぞれ示している。
【００３８】
次に熱伝導層５の構成に関する変形例を図５により説明する。
図５（Ａ）において熱伝導層５をなす結晶化グラファイトシート（便宜上、図５において結晶化グラファイトシートを符号５で示す）は、加熱ローラ２のローラ体における軸線に対して斜めに分割面５Ａが形成されている。換言すれば、ローラ体の周方向でニップ幅Ｎの領域を横断することができる分割面５Ａを備えている。
【００３９】
図４に示した結晶化グラファイトシート５は、その分割面が単純にローラ体の軸線方向に平行した分割面とされている。これに対して、図５に示す結晶化グラファイトシート５では、分割面が斜めであるので、次の理由によりニップ幅領域での熱伝達を良好なものとすることができる。
すなわち、図５（Ｂ）は図４に示した場合と同様に、ローラ体の軸線に平行する分割面（便宜上、符号５Ａ’で示す）を形成した場合を示しており、この場合には、分割面５Ａ’の位置がニップ幅Ｎの領域（図中、破線で示す）での軸線方向に一致してしまう。このため、分割面５Ａ’を接合した場合の接合位置を境にして加熱ローラ２のローラ体における周方向で伝達される熱の移動量が、図４（Ｂ）中、細い矢印と太い矢印とで示すように、一方の分割領域からのものと他方の分割領域のものとで差が生じることがある。これは、分割面５Ａ’を接合した場合、接合位置での伝熱特性が悪く、熱の移動が起こりにくいことが原因と考えられる。このため、分割面５Ａ’をはさんだ両側では、温度分布が均一とならず、記録材Ｓに対する熱の移動が不均一となり、定着性が悪化することがある。
【００４０】
これに対し、図５（Ａ）に示すように分割面５Ａがニップ幅領域を横断する構成とした場合には、図５（Ｃ）に示すように、ニップ幅領域での軸線方向と一致する接合部の割合を少なくできる。このため、結晶化グラファイトシート５の接合位置がニップ幅領域に差し掛かった場合でも、結晶化グラファイトシート５では、熱の移動が可能な領域が広くなっている状態でニップ幅領域に対面することができるので、接合位置近傍での温度差が生じにくくなる。従って、ニップ幅領域に差し掛かった接合位置近傍での温度分布を均一に保つことができるので、記録材Ｓに対する熱の移動が均一化されて定着性を損なうようなことがなくなる。
【００４１】
次に熱伝導層に関する変形実施例について図６および図７において説明する。
図６は、熱伝導層５を構成する結晶化グラファイトシート（便宜上、図６において符号５で示す）をローラ体の周方向で隙間を持たせるように分割して設けた構成を示している。この場合の結晶化グラファイトシート５は、ローラ体の軸方向に平行する長さとして、ほぼローラ体の軸方向長さを覆い得る長さに設定され、周方向ではその長さよりも短くされた短冊状に構成されて周方向に隙間を設けて隣り合わせた状態で配置されている。
【００４２】
本実施例は以上のような構成であるから、ローラ体が鉄ではなくアルミニュウムのように比較的熱伝導率が高いものが用いられる場合、あるいは、ローラ体の肉厚が厚く、ローラ体自体での熱移動が比較的良好な場合に適用される。
これにより、加熱ローラ２のローラ体では、図６中、細い矢印で示すように熱が周方向に伝わり、結晶化グラファイトシート５に熱が移動すると、結晶化グラファイトシート５において、図６中、太い矢印で示すように軸方向に伝達されるので、周方向および軸方向で温度ムラを生じることがなく、ローラ体での非通紙部での温度の異常な上昇を防ぐことができる。
【００４３】
本実施例によれば、周方向に伝達される熱が結晶化グラファイトシート５によって軸方向にも伝達されるので、周方向での結晶化グラファイトシート５の使用量を少なくすることができ、コスト低減化が可能となる。
さらに、熱源としてハロゲンヒータを用いた場合には、加熱ローラ２のローラ体を直接加熱することができる領域が得られるので、結晶化グラファイトシート５が熱源の前方でローラ体に一体化されている場合に比べて加熱ローラ２の表面温度を所定の定着温度に設定するまでの立ち上がり時間が多少なりとも早められることが発明者の観察により確認された。
【００４４】
結晶化グラファイトシート５を分割する構成としては、図７に示すように、加熱ローラ２におけるローラ体の軸方向において分割したものを用いることも可能である。
【００４５】
次に、上記熱伝導層５に結晶化グラファイトシートを用いた場合の熱源に関する別実施例を図８において説明する。
図８に示す実施例では、熱源Ｈ（図１参照）として、コイルＣを用いた誘導加熱源が用いられている。コイルＣは、加熱ローラ２のローラ体内部に配置されたボビンＢに捲装されて設けられている。
【００４６】
本実施例では、コイルＣに通電することで加熱ローラ２のローラ体を誘導加熱することができる。これにより、厚さ方向での熱伝導率が悪いとされている結晶化グラファイトシートをローラ体の内側面で熱源Ｈの前方に位置させた場合でも、誘導加熱によってローラ体に誘導起電力を生起させて自己誘導加熱させることができる。この結果、ハロゲンヒータを熱源とした場合と比較して、熱伝導率が悪いとされる結晶化グラファイトシートの厚さ方向への伝熱を行わせる必要がないので、ローラ体の表面温度を所定の定着温度にするまでの立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
【００４７】
上記構成では、ハロゲンヒータを用いた場合のように、結晶化グラファイトシートにおいて輻射熱を吸収しやすいような処理が必要なくなるので、この処理に必要なコストの低減が可能となる。しかも加熱ローラ２のローラ体自体の温度を上昇させることにより厚さ方向での熱伝導率の悪い結晶化グラファイトシートを用いても、表面での加熱効率を高めるとともに、その効率が高められた後に得られる結晶化グラファイトシートによる温度分布の均一化により定着効率を低下させないようにすることができる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、結晶化グラファイトをローラ体の周方向で複数に分割して配置しているので、ローラ体の軸方向への熱伝達が行えることによりローラ体の周方向及び軸方向での温度ムラの発生が防止できると共に、軸方向において非通紙部での熱が移動して非通紙部での異常な温度上昇を防止することができる。しかも、周方向での結晶化グラファイトの使用量を少なくできることによりコスト低減が可能となる。さらに、結晶化グラファイトを熱源の前方でローラ体と一体化されている場合に比べてローラ体の加熱ローラの表面温度を所定の定着温度に設定するまでの立ち上がり時間が多少なりとも早めることができる。
【００５２】
請求項２記載の発明によれば、加熱ローラ周面で隙間を持たせて配置したり複数に分割して配置することにより結晶化グラファイトシートの占有面積を少なくすることができる。これにより、熱源からの輻射熱による加熱ローラ表面の温度を上昇させる際には結晶化グラファイトシートのないローラ体自体を加熱することができ、輻射熱を受ける方向での熱伝導性が悪い結晶化グラファイトシートを用いた場合でも昇温時間を短縮することができる。しかも昇温後には結晶化グラファイトシートの熱伝導率を利用して温度分布を均一化することが可能となる。
【００５４】
請求項３記載の発明によれば、加熱ローラに結晶化グラファイトシートを用いたので、結晶化グラファイト繊維を用いた場合と違って熱伝導面が連続面状をなすことができ、熱伝導性を良好なものとして非通紙部での異常な温度上昇を防止することができる。これにより、非通紙部に記録材が接触した場合のホットオフセットや熱変形を未然に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例による加熱ローラが用いられ定着装置の構成を説明するための模式図である。
【図２】図１に示した定着装置の正面図である。
【図３】本発明実施例による加熱ローラの要部構造を説明するための図であり、（Ａ）は熱伝導層をなす結晶化グラファイトシートがローラ体の内側面に位置している場合を、（Ｂ）は上記結晶化グラファイトシートがローラ体の表面側に位置している場合をそれぞれ示している。
【図４】本発明実施例による加熱ローラに用いられる熱伝導層を成す結晶化グラファイトシートの構造を説明するための図であり、（Ａ）は分割面が周方向で１カ所である場合を、（Ｂ）は分割面が周方向で２カ所である場合をそれぞれ示している。
【図５】本発明実施例による加熱ローラに用いられる熱伝導層を成す結晶化グラファイトシートの分割構造に関する構成および作用を示す図であり、（Ａ）は構成を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示した構成と異なる場合の作用を、（Ｃ）は（Ａ）に示した構成での作用をそれぞれ示している。
【図６】本発明実施例による加熱ローラの熱伝導層に関する別実施例を説明するため模式図である。
【図７】本発明実施例による加熱ローラの熱伝導層に関する他の実施例を説明するための模式図である。
【図８】本発明実施例による加熱ローラにおける熱源に関する変形例を説明するための部分的な図である。
【符号の説明】
１ 定着装置
２ 加熱ローラ
２Ａ 基体部
２Ｂ 離型層
３ 加圧ローラ
５ 熱伝導層を成す結晶化グラファイトシート
Ｈ 熱源
Ｃ 熱源の一例をなす誘導加熱用コイル
Ｓ 記録材
Ｔ 未定着現像剤であるトナー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating roller and a fixing device using the same, and more particularly to a configuration for improving heating efficiency and improving fixability.
[0002]
[Prior art]
In general, in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer, a recorded image can be obtained by fixing a toner image transferred onto a recording material such as a transfer sheet.
For this reason, the image forming apparatus is provided with a fixing device for fixing the toner image on the recording material after the transfer, and the fixing device employs a heat roller system capable of fixing by softening and melting the toner. is there.
[0003]
As a configuration of the fixing device, there is a configuration in which a pair of rollers is provided, one roller being a heating roller having a heat source therein, and the other roller being a pressure roller that presses the sheet toward the heating roller.
It is known that the heating roller is a metal roller having a thickness of 2 mm or more with a heater inside, and the pressure roller is a metal roller having an elastic layer such as rubber on the surface. It has been.
A pressure roller is brought into contact with the heating roller to form a nip portion capable of holding the sheet at the contact position of both rollers, and recording material such as recording paper or OHP is transferred by heat transfer from the heating roller at the nip portion. The toner carried thereon can be fused.
[0004]
However, in the fixing device including the heating roller having such a configuration, the heat capacity of the heating roller is extremely large. For this reason, it takes several minutes for the roller surface temperature to reach a predetermined fixing temperature, and the image output operation may not be performed promptly.
[0005]
In order to execute the image output operation quickly, for example, even when the fixing device is not used, the surface temperature of the heating roller is maintained at a certain temperature, in this case, a temperature slightly lower than the fixing holding temperature. However, there is a possibility that the power consumption increases.
[0006]
As a method for quickly performing image output operation without causing an increase in power consumption, there is a method of reducing the heat capacity by reducing the thickness of the roller and shortening the start-up time to the fixing temperature. . In the system using such a thin roller, a very thin metal roller having a thickness of 1 mm or less is used as the heating roller.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
There are various sizes of recording materials carrying toner fixed by the heating roller of the fixing device, and the heating roller always operates under the same conditions for these multiple types of sheets, and the surface temperature is set to a predetermined fixing temperature. It is supposed to keep on.
[0008]
However, the range in which the recording material contacts the roller in the nip portion where both rollers are in contact with each other, and the range in which the recording material contacts in the axial direction of the roller sometimes differs depending on the sheet size.
For example, in the case of a fixing device provided with a heating roller having an axial length (sheet passing width of 297 mm) capable of vertical feeding of maximum A3 size, A4 vertical (width 210 mm), envelope (width 105 mm), etc. When a recording material having a narrow width is nipped and conveyed, a non-sheet passing portion is generated in the axial direction of the heating roller.
When a heated member such as a recording material is continuously nipped and conveyed, heat is not absorbed by the heated member in the non-sheet passing portion where the recording material and the roller do not contact in the axial direction of the heating roller. The temperature at that part gradually increases. For this reason, the following problems may occur.
[0009]
When a small-sized recording material is continuously fixed, the temperature at the contact position between the heating roller and the pressure roller out of the size becomes extremely high. For this reason, when a recording material having a size larger than that of the recording material of that size is to be fixed next to the conveyance of the recording material of a small size, the recording material is placed in the region of the non-sheet passing portion that has been heated up to now. When the upper toner comes into contact, the toner is in a molten state, and so-called hot offset, which is a phenomenon in which the molten toner is transferred to the roller surface, occurs. In addition, the roller portion where hot offset occurs may be damaged beyond the heat resistance temperature.
[0010]
In order to prevent an abnormal temperature rise in the non-sheet passing portion, a configuration is considered in which a plurality of heaters in the heating roller are arranged so as to heat a region corresponding to each size. For example, a heater that heats an axial region of about 300 mm so as to correspond to an A3 size recording material and a heater that heats an axial region of about 210 mm so as to correspond to an A4 size recording material are provided. It is considered that a heater is selected for heating so as not to cause a temperature rise in the non-sheet passing portion.
[0011]
In addition to this, in order to prevent the temperature of the non-sheet passing portion from inadvertently increasing, when a predetermined number of small-sized recording materials are fixed, the non-sheet passing portion is switched to a speed lower than the previous conveyance speed. There has also been proposed a configuration that suppresses the temperature rise in the paper passing portion (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-186875).
However, when such a plurality of heaters are used, it is necessary to selectively switch the operation state of the heaters, and there is a possibility that the configuration becomes complicated and the cost increases, including an increase in the number of heaters.
Even when the conveyance speed is switched, in addition to the above-described problems, the recording material productivity is lowered by reducing the conveyance speed for fixing.
[0012]
On the other hand, instead of adjusting the amount of heat on the roller side described above, it has been proposed that the material of the roller itself has good heat conduction, and specifically, a graphite roller structure is used (for example, special opening and closing 5-307333). Issue gazette).
However, since such a roller is formed by winding graphite fibers into a cylindrical shape, the fibers are separated from each other, so there is a limit to the thermal conductivity in the axial direction of the roller, and the flexural deformation in the axial direction is also limited. Since it tends to occur, the rigidity and heat supply performance as a heating roller cannot be exhibited.
[0013]
In view of the problems in the conventional heating roller and the fixing device using the same, an object of the present invention is to fix the temperature distribution by making the temperature distribution uniform so as to reduce an abnormal temperature rise in the non-sheet passing portion region. To provide a heating roller having a configuration capable of improving the rigidity and heat supply property as a hot offset and a heating roller regardless of the size of the recording material, and a fixing device using the same. is there.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a heating roller having a halogen heater as a heat source that is thermally fixed while being in contact with a recording material carrying a non-fixed developer on the surface thereof , in a roller body constituting the heating roller. The heat-conductive layer which consists of a crystallized graphite sheet at least is provided , The said crystallized graphite sheet is divided | segmented and arrange | positioned so that it may have a clearance gap in the circumferential direction of a roller body, It is characterized by the above-mentioned.
[0019]
The invention according to claim 2 is characterized in that the crystallized graphite sheet is divided into a plurality of parts in the longitudinal direction of the roller body.
[0021]
According to a third aspect of the invention, a fixing apparatus using a heating roller of claim 1, wherein the transportable pressure means while pressing towards the recording medium is opposed to the upper Symbol heating roller to the heating roller The heating roller includes a configuration for moving heat of a non-contact portion with the recording material to a contact portion with the recording material.
[0022]
【Example】
The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fixing device in which a heating roller according to an embodiment of the present invention is used. In FIG. 1, the fixing device 1 includes a pair of rollers.
One roller 2 is a rotatable heating roller that comes into contact with toner T, which is an unfixed developer carried on the recording material S, and the other roller 3 is in contact with the heating roller 3 to face the recording material. It is a pressure roller that can be nipped and conveyed while pressing S toward the heating roller.
[0023]
The heating roller 2 can be rotated in a direction in which the recording material S can be conveyed by the rotation transmission unit 4, and the pressure roller 3 that contacts a part of the peripheral surface can be rotated in conjunction with the heating roller 2.
The pressure roller 3 is configured to be able to rotate while pressing the recording material S toward the heating roller 2 by a pressing means (not shown), and for sandwiching and conveying the recording material S to a contact position with the heating roller 2. A nip width N can be formed.
[0024]
As a configuration of the heating roller 2, a roller body made of iron or aluminum formed in a pipe shape having a thickness of 1 mm or less is used. As this configuration, in addition to the above materials, glass, ceramics, heat-resistant resin, or the like can be used as a whole or a part of the roller body. Of course, it is not limited to the thin wall.
A heat source H configured to heat by radiant heat such as a halogen heater is disposed inside the heating roller 2 so that the surface can be set to a predetermined fixing temperature. The heat source H is not limited to the halogen heater but may be of other types. The heat source H is not only built in but also can be embedded in the surface layer of the roller body to form a heat generating layer. .
[0025]
As the configuration of the pressure roller 3, a metal cored bar such as aluminum is used, and a high elastic layer such as silicon rubber is provided on the surface thereof so that a nip width N can be secured at a pressure contact portion with the heating roller 2. It has become.
[0026]
The heating roller 2 and the pressure roller 3 rotate while being in contact with each other, and heat from the heating roller 2 is supplied to the recording material S in the nip width N, and the toner on the recording material is heated and dissolved. Is fixed. As shown in FIG. 2, the fixing area in the heating roller 2 is an area in the axial direction in which the pressure roller 3 contacts.
[0027]
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a roller body constituting the heating roller 2. In the figure, the roller body includes a base portion 2A and a release layer 2B positioned on the surface thereof.
The base portion 2A is a portion in which the above-described metal or other material is mixed, and a crystallized graphite sheet is used on the front surface side (see FIG. 3B) or the back surface side (see FIG. 3A). The heat conductive layer 5 was disposed.
[0028]
The crystallized graphite forming the heat conductive layer 5 is formed as a seamless sheet-like cylindrical body adjacent to the base portion 2A, and is connected to the base portion 2A via an adhesive layer (not shown). It is integrated.
[0029]
Here, the crystallized graphite sheet used for the heat conductive layer 5 will be described. The crystallized graphite sheet is different from the dispersed graphite sheet in that it has a higher heat conductivity than copper. .
For this reason, in a heating roller using iron with low thermal conductivity, when the temperature in the non-sheet passing portion, which is a region not in contact with the recording material S, rises, it is difficult to obtain the heat transfer, and as a result, the non-passing through. The temperature at the paper section tends to rise abnormally.
[0030]
On the other hand, in the crystallized graphite sheet, heat can be transferred smoothly, and the temperature in the axial direction of the heating roller 2 can be made uniform. As a result, the heat is smoothly transferred from the non-sheet passing portion toward the portion where heat is transferred by contacting the recording material S, and an abnormal temperature rise in the non-sheet passing portion is suppressed. Thus, the temperature distribution in the axial direction of the heating roller 2 is made uniform.
In addition, regarding the thermal conductivity, the result of comparing the crystallized graphite sheet, iron (Fe), and aluminum (Al) is shown in Table 1 (from the scientific chronology).
[0031]
[Table 1]

[0032]
In FIG. 3, the release layer 2B is a coating layer using a fluorine-based resin such as PTFE or PFE, a silicon rubber layer, or the like.
[0033]
Since the present embodiment is configured as described above, when the recording material S is conveyed toward the contact position between the heating roller 2 and the pressure roller 3, it is nipped and conveyed in the nip width N, and recording is performed in the process. The toner T on the material S is softened and dissolved by receiving heat from the heating roller 2 and is fixed on the recording material S. When the toner T has passed through the fixing device 1, the toner T is cooled and cooled to be solidified and completely fixed on the recording material S.
[0034]
Since the heating roller 2 has a small heat capacity, the rise time required to reach a predetermined fixing temperature can be shortened. For this reason, it is not necessary to raise the temperature in advance during standby, and energy saving can be achieved.
[0035]
When the recording material S passes through the nip width N, in the axial direction of the heating roller 2, the temperature differs between a paper passing position that is an area in contact with the recording material S and a non-paper passing position that is a non-contact area. come. In this embodiment, due to the thermal conductivity in the thermal conductive layer 5 using the crystallized graphite sheet, the heat transfer from the non-sheet passing position occurs with respect to the sheet passing position where the temperature drops, and the shaft of the heating roller 2 The temperature in the direction is made uniform. In other words, the heat at the non-sheet-passing position where the temperature rise is significant moves to the sheet-passing position, so that the temperature rise at the non-sheet-passing position is suppressed. As a result, the temperature rise in the non-sheet passing position is reduced and the temperature distribution in the axial direction of the heating roller 2 is made uniform, so even when a recording material having a size capable of contacting the non-sheet passing position has been conveyed. Hot offset due to abnormal temperature rise can be prevented, and thermal deformation due to abnormal temperature rise in the axial direction can also be prevented.
[0036]
Next, the installation structure of the heat conductive layer 5 using the crystallized graphite sheet will be described.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a crystallized graphite sheet forming the heat conductive layer 5 (for convenience, the crystallized graphite sheet is denoted by reference numeral 5 in the figure). Is divided by a dividing surface parallel to the axis of the roller body in the circumferential direction of the heating roller 2, and is wound around the base portion 2A of the heating roller 2.
In such a configuration, when it is difficult to install the heating roller 2 in a seamless state with respect to the base portion 2A, or because of the processing accuracy, the diameter of the roller body and the diameter of the crystallized graphite sheet 5 are large. If different, the sheet 5 itself may be lifted off the roller body.
[0037]
The crystallized graphite sheet 5 divided in the circumferential direction can be wound tightly by applying a force in the direction indicated by the arrow to the base portion 2A of the roller body so that the divided portions can be joined. In addition, the processing cost can be reduced as compared with the case of seamless.
4A shows a case where a split surface is provided at one location in the circumferential direction of one crystallized graphite sheet 5, and FIG. 4B shows the circumferential direction in the crystallized graphite sheet 5. A plurality of cases are shown in the embodiment, which are divided at two places.
[0038]
Next, a modification regarding the configuration of the heat conductive layer 5 will be described with reference to FIG.
In FIG. 5A, the crystallized graphite sheet forming the heat conductive layer 5 (for convenience, the crystallized graphite sheet is denoted by reference numeral 5) has a dividing surface 5A obliquely with respect to the axis of the roller body of the heating roller 2. Is formed. In other words, the dividing surface 5A is provided that can cross the region of the nip width N in the circumferential direction of the roller body.
[0039]
The crystallized graphite sheet 5 shown in FIG. 4 has a split surface that is simply a split surface parallel to the axial direction of the roller body. On the other hand, in the crystallized graphite sheet 5 shown in FIG. 5, since the dividing surface is slanted, heat transfer in the nip width region can be improved for the following reason.
That is, FIG. 5 (B) shows a case where a split surface (indicated for convenience by reference numeral 5A ′) parallel to the axis of the roller body is formed as in the case shown in FIG. The position of the dividing surface 5A ′ coincides with the axial direction in the region of the nip width N (indicated by a broken line in the figure). For this reason, the amount of movement of heat transmitted in the circumferential direction in the roller body of the heating roller 2 at the joining position when the dividing surfaces 5A ′ are joined is represented by a thin arrow and a thick arrow in FIG. As shown by, there may be a difference between one from one divided region and the other. This is considered to be because when the split surfaces 5A ′ are joined, the heat transfer characteristics at the joining position are poor and heat transfer is unlikely to occur. For this reason, the temperature distribution is not uniform on both sides of the dividing surface 5A ′, the heat transfer to the recording material S becomes non-uniform, and the fixability may deteriorate.
[0040]
On the other hand, when the dividing surface 5A is configured to cross the nip width region as shown in FIG. 5A, it coincides with the axial direction in the nip width region as shown in FIG. 5C. The proportion of the joint can be reduced. For this reason, even when the joining position of the crystallized graphite sheet 5 reaches the nip width region, the crystallized graphite sheet 5 can face the nip width region in a state where the region where heat can be transferred is widened. Therefore, a temperature difference near the joining position is less likely to occur. Accordingly, the temperature distribution in the vicinity of the joining position approaching the nip width region can be kept uniform, so that the heat transfer to the recording material S is made uniform and the fixing property is not impaired.
[0041]
Next, modified embodiments relating to the heat conductive layer will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 shows a configuration in which a crystallized graphite sheet (indicated by reference numeral 5 in FIG. 6 for convenience) constituting the heat conductive layer 5 is divided and provided so as to have a gap in the circumferential direction of the roller body. The crystallized graphite sheet 5 in this case is set to a length that can substantially cover the axial length of the roller body as a length parallel to the axial direction of the roller body, and is a strip that is shorter than the length in the circumferential direction. Are arranged in a state of being adjacent to each other with a gap in the circumferential direction.
[0042]
Since the present embodiment is configured as described above, when the roller body is a material having a relatively high thermal conductivity such as aluminum instead of iron, or the roller body is thick and the roller body itself is This is applied when the heat transfer is relatively good.
Thereby, in the roller body of the heating roller 2, when heat is transferred in the circumferential direction as shown by thin arrows in FIG. 6 and heat is transferred to the crystallized graphite sheet 5, in the crystallized graphite sheet 5, in FIG. Since it is transmitted in the axial direction as indicated by a thick arrow, temperature unevenness does not occur in the circumferential direction and the axial direction, and an abnormal temperature rise at the non-sheet passing portion in the roller body can be prevented.
[0043]
According to the present embodiment, since the heat transmitted in the circumferential direction is also transmitted in the axial direction by the crystallized graphite sheet 5, the amount of the crystallized graphite sheet 5 used in the circumferential direction can be reduced, and the cost can be reduced. Reduction is possible.
Further, when a halogen heater is used as a heat source, a region where the roller body of the heating roller 2 can be directly heated is obtained, so that the crystallized graphite sheet 5 is integrated with the roller body in front of the heat source. It has been confirmed by observation of the inventor that the rise time until the surface temperature of the heating roller 2 is set to a predetermined fixing temperature can be shortened more or less than the case.
[0044]
As a structure for dividing the crystallized graphite sheet 5, as shown in FIG. 7, it is also possible to use a sheet divided in the axial direction of the roller body in the heating roller 2.
[0045]
Next, another embodiment relating to a heat source when a crystallized graphite sheet is used for the heat conductive layer 5 will be described with reference to FIG.
In the embodiment shown in FIG. 8, an induction heating source using a coil C is used as the heat source H (see FIG. 1). The coil C is provided so as to be mounted on a bobbin B disposed inside the roller body of the heating roller 2.
[0046]
In this embodiment, the roller body of the heating roller 2 can be induction heated by energizing the coil C. Thereby, even when the crystallized graphite sheet, which is said to have poor thermal conductivity in the thickness direction, is positioned in front of the heat source H on the inner surface of the roller body, induction electromotive force is generated in the roller body by induction heating. And can be self-inductively heated. As a result, it is not necessary to conduct heat transfer in the thickness direction of the crystallized graphite sheet, which has a poor thermal conductivity, compared to the case where a halogen heater is used as a heat source. It is possible to shorten the rise time until the fixing temperature is reached.
[0047]
In the above-described configuration, a process that easily absorbs radiant heat is not required in the crystallized graphite sheet as in the case where a halogen heater is used, so that the cost required for this process can be reduced. Moreover, even if a crystallized graphite sheet having poor thermal conductivity in the thickness direction is used by increasing the temperature of the roller body itself of the heating roller 2, the heating efficiency on the surface is increased and the efficiency is increased. By fixing the temperature distribution by the crystallized graphite sheet obtained, fixing efficiency can be prevented from being lowered.
[0048]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the crystallized graphite is divided into a plurality of parts in the circumferential direction of the roller body, heat transfer in the axial direction of the roller body can be performed, so that the circumferential direction of the roller body and The occurrence of temperature unevenness in the axial direction can be prevented, and heat in the non-sheet passing portion can be moved in the axial direction to prevent an abnormal temperature rise in the non-sheet passing portion. In addition, the cost can be reduced by reducing the amount of crystallized graphite used in the circumferential direction. Furthermore, the rise time until the surface temperature of the heating roller of the roller body is set to a predetermined fixing temperature can be made somewhat faster than when the crystallized graphite is integrated with the roller body in front of the heat source. .
[0052]
According to invention of Claim 2, the occupation area of a crystallized graphite sheet can be decreased by arrange | positioning with a clearance gap in the surrounding surface of a heating roller, or dividing | segmenting into several and arrange | positioning. This makes it possible to heat the roller body without the crystallized graphite sheet when raising the temperature of the surface of the heating roller due to radiant heat from the heat source, and the crystallized graphite sheet having poor thermal conductivity in the direction of receiving radiant heat. The temperature raising time can be shortened even when using. In addition, the temperature distribution can be made uniform by utilizing the thermal conductivity of the crystallized graphite sheet after the temperature rise.
[0054]
According to the invention described in claim 3 , since the crystallized graphite sheet is used for the heating roller, unlike the case where crystallized graphite fiber is used, the heat conduction surface can be a continuous surface, and the heat conductivity can be improved. It is possible to prevent an abnormal temperature rise at the non-sheet passing portion as good. Accordingly, it is possible to prevent hot offset and thermal deformation when the recording material comes into contact with the non-sheet passing portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a configuration of a fixing device using a heating roller according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the fixing device shown in FIG.
FIG. 3 is a view for explaining a main structure of a heating roller according to an embodiment of the present invention, in which (A) shows a case where a crystallized graphite sheet forming a heat conductive layer is located on an inner surface of a roller body. , (B) show cases where the crystallized graphite sheet is located on the surface side of the roller body.
FIG. 4 is a view for explaining the structure of a crystallized graphite sheet forming a heat conductive layer used in a heating roller according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 (A) shows a case where the dividing surface is one place in the circumferential direction. , (B) respectively show a case where there are two split surfaces in the circumferential direction.
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating a configuration and an operation related to a divided structure of a crystallized graphite sheet forming a heat conductive layer used in a heating roller according to an embodiment of the present invention, FIG. 5A is a perspective view illustrating the configuration, and FIG. (C) shows the operation in the configuration shown in (A) when the configuration is different from the configuration shown in (A).
FIG. 6 is a schematic view for explaining another embodiment relating to the heat conductive layer of the heating roller according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view for explaining another embodiment relating to the heat conductive layer of the heating roller according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a partial view for explaining a modified example of a heat source in the heating roller according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixing device 2 Heating roller 2A Base part 2B Release layer 3 Pressurizing roller 5 Crystallized graphite sheet H forming heat conduction layer Heat source C Coil S for induction heating as an example of heat source Recording material T Toner as unfixed developer

Claims (3)

未定着現像剤を表面に担持した記録材に接触しながら熱定着する、熱源としてハロゲンヒータを内装した加熱ローラであって、
該加熱ローラを構成するローラ体中に少なくとも結晶化グラファイトシートからなる熱伝導層を備え、上記結晶化グラファイトシートは、ローラ体の周方向で隙間を持たせるよう分割して配置されていることを特徴とする加熱ローラ。 A heating roller having a halogen heater incorporated therein as a heat source for heat fixing while contacting a recording material carrying an unfixed developer on the surface;
The roller body constituting the heating roller is provided with a heat conductive layer made of at least a crystallized graphite sheet , and the crystallized graphite sheet is arranged so as to have a gap in the circumferential direction of the roller body. Characteristic heating roller. 上記結晶化グラファイトシートは、ローラ体の長手方向で複数に分割されて配置されていることを特徴とする請求項１記載の加熱ローラ。2. The heating roller according to claim 1, wherein the crystallized graphite sheet is divided into a plurality of parts in the longitudinal direction of the roller body . 請求項１または２に記載の加熱ローラを用いる定着装置であって、
上記加熱ローラに対向配置されて記録材を加熱ローラに向け圧接ながら搬送可能な圧接手段とを備え、
上記加熱ローラは、上記記録材との非接触部分の熱を上記記録材との接触部分へ移動させる構成を備えていることを特徴とする定着装置。 A fixing device using the heating roller according to claim 1,
A pressure contact means disposed opposite to the heating roller and capable of conveying the recording material while being pressed against the heating roller;
The fixing device according to claim 1, wherein the heating roller is configured to move heat of a non-contact portion with the recording material to a contact portion with the recording material .

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