JP2005055476A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非通紙部昇温を防止し、立ち上げ時間の短縮を可能にする省エネルギー対応のカラー定着器を提供すること。
【解決手段】定着ローラと、加圧ローラと、定着ローラ又は加圧ローラに接触する放熱ローラを備えた定着装置において、放熱ローラを２層構成とし、上層を断熱層、下層を高熱伝導率層とする構成。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は用紙上に形成されたトナー画像を該用紙上に発熱および／または加圧により定着する定着装置および該定着装置を適用した複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、オフィスにおける複写機のカラー化が急速に進んでいる。オフィスにおけるカラー複写機の導入に際しては、白黒複写機を置き換える場合が多く、白黒複写機と同等の性能がカラー複写機に求められている。その中でも特に立ち上げ時間の短縮と、省エネルギーは白黒複写機とカラー複写機で大きく差があり、これをいかに白黒複写機と同等にできるかが、カラー複写機をオフィスに浸透させるカギとなっている。
【０００３】
従来のカラー複写機の定着装置は、カラー画像の画質を維持するために、定着ローラには厚さ数ｍｍの芯金と厚さ２ｍｍ前後の弾性層を設け、定着ローラに熱を蓄積させることでカラー画像の画質を向上させていた。しかし、熱容量の大きな定着ローラに熱を蓄積させなくてはならないため、立ち上げ時間が数分以上かかっていた。また、熱容量が大きいため熱応答性が悪く、通紙時の温度低下を避けるためにスタンバイ温度を高く設定しなくてはならず、省エネルギーにも不向きであった。この問題を解決するには、定着ローラの熱容量を下げることが効果的であり、いかに定着装置の熱容量を小さくできるかが、立ち上げ時間が早く、省エネルギーに対応したカラー複写機を提供する上での課題となっている。上記の課題に応えるために、定着ローラの芯金を従来の数ミリから１ｍｍ以下に、弾性層を数百μｍ程度にすることで、立ち上げ時間を１分以内に、消費エネルギーも従来の約半分に削減することが可能となったが、定着ローラが薄肉となったために非通紙部昇温が厳しくなった。これを解決するために、特開平０６−１７５５２０号公報に記載されているように、加圧部材に金属等熱伝導率の高い部材で構成された放熱ローラ等を接触させて、熱伝導率の高さを利用することで熱移動により非通紙部昇温を軽減させてきた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０６−１７５５２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この温度均し部材は非通紙部昇温に対しては効果が得られたが、定着装置の熱容量の増加を招いてしまうため、立ち上げ時間、エネルギー消費が犠牲となってしまった。
【０００６】
本発明はこれらの課題を解決するために考案されたものであり、温度均し部材を有する定着装置において、温度均し部材を２層化し、上層に断熱層を、下層に高熱伝導層を設け、立ち上げ時には上層の断熱層が機能して、温度均し部材に熱が奪われることなく定着ローラを加熱して立ち上げ時間を短縮でき、小サイズ紙通紙時には下層の高熱伝導層が機能して、定着ローラ長手方向の非通紙部昇温を防止することが可能なカラー定着器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とした定着装置である。
（１）発熱源を有する定着部材と、前記定着部材に接触して加圧／回動する加圧部材と、前記加圧部材に当接する定着補助部材からなり、前記定着部材と前記加圧部材を当接させることにより定着ニップを形成し、未定着トナーを載せた転写材を前記定着ニップに通紙することで前記転写材上にトナー像を永久固着させる定着装置において、
前記定着補助部材を多層構成とすることを特徴とする定着装置。
（２）前記定着補助部材は２層構成とし、上層を断熱層、下層を高熱伝導層とすることを特徴とする（１）に記載の定着装置。
（３）前記断熱層の断面積をＡ、前記高熱伝導層の断面積をＢとすると、Ａ＜０．５Ｂであることを特徴とする請求項（１）〜（２）に記載の定着装置。
（４）前記断熱層の厚みをｔとすると、０．３ｍｍ≦ｔ≦０．８ｍｍを満たすことを特徴とする、請求項（１）〜（３）に記載の定着装置。
（５）前記高熱伝導層は熱伝導率が２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上であることを特徴とする（１）〜（４）に記載の定着装置。
（６）発熱源を有する定着部材と、前記定着部材に接触して加圧／回動する無端状ベルトと、前記無端ベルトを介して前記定着部材に前記無端ベルトを押圧する加圧部材からなり、前記定着部材と前記無端ベルトで定着ニップを形成し、未定着トナーを載せた転写材を前記定着ニップに通紙することで前記転写材上にトナー像を永久固着させる定着装置において、
前記加圧部材を多層構成とすることを特徴とする定着装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下に、本発明に係る第１の実施形態について説明する。
【０００９】
図３に、本発明に係る画像形成装置の概略を図示する。
【００１０】
図３において、１１は、静電潜像担持体としての電子写真感光体ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｉ等の感光材料層をアルミニウムやニッケルなどのシリンダ上の基板上に形成したものであり、図中矢印Ａ方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。以降、本実施形態において像担持体１１を感光体１１と称する。感光体１１は、１次帯電器２１で一様帯電された後、画像信号に対応した画像露光３１がなされる。画像露光３１は、ＬＥＤにより実行される。該ＬＥＤにより発せられた画像露光は結像レンズを経た後、感光体１１に照射され、その露光部の表面電位を画像信号レベルに応じて減衰させることにより、静電潜像を形成する。なお、本実施形態の露光装置としては、ＬＥＤのみでなく半導体レーザ素子等も使用可能である。
【００１１】
以上のようにして形成された潜像は現像器４０により現像される。ここで、現像器４０は、イエロー現像器４１、マゼンタ現像器４２、シアン現像器４３、ブラック現像器４４の４色の現像器からなり、感光体１１に対して着脱可能に配置されている。現像の順序は、最初にイエロー現像器４１が感光体と接して現像を行い、感光体１１上にトナー像が形成される。その間、他の現像器は感光体１１から離間している。現像器４０においては、交流電圧と直流電圧を重畳したバイアス電圧を印可することにより、感光体１１に形成された静電潜像を反転現像する。次いで、不図示の帯電器によってトナー像に対してＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧が印可されることにより、トナーのトリボが最適化される。そして、該トナー像は図中矢印Ｂ方向に回転する転写ドラム５１に静電的に付着した転写材６１に転写される。
【００１２】
一方、感光体１１は、クリーニング器９１によって残留トナーを除去された後、次色の現像過程に移り、マゼンタ、シアン、ブラックの順で現像が行われる。
【００１３】
全てのトナーが転写された転写材６１は分離帯電器５２による帯電、および転写ドラム５１の曲率により、転写ドラム５１から剥離される。そして、定着器７０に搬送されて定着された後、機外へ排出される。
【００１４】
次に、定着装置の構成についての説明を行う。
【００１５】
図１に定着装置の概要を図示する。
【００１６】
図１において、７１は直径３０ｍｍの定着ローラで、中空の厚さ０．８ｍｍのＦｅ芯金層と０。５ｍｍの断熱層と３０μｍのＰＦＡチューブから成る離型層を有している。７２は定着ローラ７１に当接するように配置された直径３０ｍｍの加圧ローラであり、芯金層に３ｍｍの発砲スポンジ層と５０μｍのＰＦＡチューブ層から成る離型層を有している。定着ローラ７１は、不図示のモータから駆動を受け、図中矢印方向に回転可能である。加圧ローラ７２は、不図示のばねにより定着ローラ７１に対して加圧され、所定の定着ニップを形成する。また、加圧ローラ７２は、定着ローラ７１に対して従動で回転可能であり、図中矢印方向に回転する。本実施例では定着ニップを７ｍｍとした。７３は加圧ローラ７２に当接するように配置された直径２０ｍｍの放熱ローラであり、加圧ローラ７２に対して従動で回転可能に配置されている。放熱ローラ７３は図２に示すように２層構成となっており、７３ａは発砲スポンジ層からなる断熱層、７３ｂは中空の金属からなる高熱伝導層で構成されている。本実施例では、放熱ローラ７３は不図示のばねにより加圧ローラ７２に一定圧力で加圧されている。７４は定着ローラ７１内に配置された配熱分布が定着ローラ７１中央部を集中して加熱するバロゲンヒーター（以降中高ヒーター）であり、本実施例ではワッテージが１００Ｖ入力で６００Ｗ出力のものを使用した。７５は定着ローラ７１内に配置された配熱分布が定着ローラ７１端部を集中して加熱するバロゲンヒーター（以降端部高ヒーター）であり、本実施例ではワッテージが１００Ｖ入力で５００Ｗ出力のものを使用した。７６は定着ローラ７１表面の温度計測のための非接触温度センサーで、定着ローラ７１の通紙域中央部に配設されている、７７は定着ローラ７１の温度が異常値を示したときにヒーターへの通電を強制的に遮断する非接触式サーモスイッチである。７８は転写ドラム５１から記録材６１を定着装置に搬送する入り口ガイドである。
【００１７】
定着装置は、電源投入とともに中高ヒーター７４と端部高ヒーター７５が点灯し、定着ローラ７１および加圧ローラ７２を加熱する。定着ローラ７１が所定の温度Ｔ１に達すると定着ローラ７１、加圧ローラ７２、放熱ローラ７３の回転を開始し、定着ローラ７１が所定の温度調節温度Ｔ２に達すると定着ローラ７１の回転を止め、スタンバイ状態となり、コピーが可能となる。なお本実施例では、回転開始温度Ｔ１を５０℃、スタンバイ中の温度調節温度Ｔ２を１８０℃、通紙中の温度調節温度を１８５℃とした。なお、通紙中は、用紙サイズ等で予め定められている点灯比で中高ヒーター７４と端部高ヒーター７５を交互点灯するように制御されている。
【００１８】
転写ドラム５１からはく離された転写材６１が入り口ガイド７８上を移動し、回転中の定着ローラ７１と加圧ローラ７２で形成されるニップ部に進入し、転写材６１上のトナー像を圧力および熱によって永久画像として定着する。その後転写材６１は、転写材６１の自重によって分離され、排紙部に搬送される。
【００１９】
以上の定着装置を用いて、放熱ローラ７３の高熱伝導層７３ｂの熱伝導率をふって非通紙部昇温の検討を、放熱ローラ７３の断熱層７３ａと高熱伝導層７３ｂの厚みおよび断面積をふって立ち上げ時間と非通紙部昇温の検討を行った。なお、本実施例では、プロセススピードを１５０ｍｍ／ｓとし、非通紙部昇温の測定にはＢ４サイズを連続通紙した。その結果を表１、２に示す。
【００２０】
【表１】
表１ 熱伝導率と非通紙部昇温の関係

【００２１】
表１において、非通紙部昇温の×印は、非通紙部昇温が２３０℃を超えたことを意味しており、部材の耐熱性の観点から実用不可とみなしたものである。熱伝導率が２００［Ｗ／ｍ・ｋ］を超えるアルミニウムや銅はＢ４サイズ紙を連続通紙しても非通紙部が２３０℃を超えることなく、実使用可能であることがわかった。放熱ローラとして使用するためには、熱伝導率が２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］より大きい値の材質を用いなければならないことがわかった。
【００２２】
【表２】

【００２３】
表２において、×印は非通紙部昇温が２３０℃を超えたことを意味しており、耐熱性の観点から実用不可とみなしたものである。断熱層の厚みが薄すぎると立ち上げ時間短縮には有効でなく、０．３ｍｍ以上の厚みになると立ち上げ時間が大幅に短縮されていることがわかる。非通紙部昇温については、断熱層が薄く、断面積が小さい時は高熱伝導層の効果が発揮され、非通紙部昇温は抑えられる。
これは、通紙域の温度と、非通紙域の温度差が極端に大きい時に、断熱層が設けられていても高熱伝導層が断熱層に対して十分な断面積を有していれば、高熱伝導層が温度ムラを緩和させる効果があることを示している。しかし、断熱層の厚みが厚くなり、断面積が高熱伝導層の断面積の１／２よりも大きくなると、高熱伝導層の効果が見られなくなり、非通紙部が部材の耐熱性の限界温度を超えてしまうことがわかった。よって、断熱層の厚みｔは０．３ｍｍ≦ｔ≦０．８ｍｍ、断熱層の断面積Ａは、高熱伝導層の断面積Ｂの１／２以下（Ａ＜１／２Ｂ）とすることが効果的であることがわかった。
【００２４】
以上の結果より、放熱ローラを有する定着装置において、放熱ローラを２層構成とし、弾性層の厚みｔを０．３ｍｍ≦ｔ≦０．８ｍｍ、断熱層の断面積Ａと高熱伝導層の断面積Ｂの関係をＡ＜１／２Ｂとし、高熱伝導層の熱伝導率を２００［Ｗ／ｍ・ｋ］とすることで、立ち上げ時間を短縮し、かつ、非通紙部昇温に有効な定着装置を提供することが可能となった。
【００２５】
（実施例２）
以下に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。
【００２６】
なお、第２の実施形態で用いた画像形成装置は実施例１で用いたものと同様であるため、説明は省略する。
【００２７】
図４に第２の実施形態で用いた定着装置の概要を図示する。本実施例は、加圧側に無端状のベルトを用いたものである。
【００２８】
図４において、８１は直径３０ｍｍの定着ローラで、中空の厚さ０．８ｍｍのＦｅ芯金層と０．５ｍｍの断熱層と３０μｍのＰＦＡチューブから成る離型層を有している。定着ローラ８１は、不図示のモータから駆動を受け、図中矢印方向に回転可能である。８２は定着ローラ８１に当接するように配置された直径３０ｍｍの無端状のベルトであり、厚さ６０μｍのポリイミド基体と３０μｍのＰＦＡチューブ層から成る離型層を有している。ベルト８２は、定着ローラ８１に対して従動で回転可能であり、図中矢印方向に回転する。８３はベルト８２に当接するように配置され、ベルト８２を介して定着ローラ８１に圧力を付与し、定着ローラ８１と、ベルト８２の間に定着ニップを形成する加圧部材である。加圧部材８３は２層構成となっており、８３ａは発砲スポンジ層からなる断熱層、８３ｂは金属からなる高熱伝導層で構成されている。尚、本実施例では、定着ニップを７ｍｍとした。８４は定着ローラ８１内に配置された配熱分布が定着ローラ８１中央部を集中して加熱するバロゲンヒーター（以降中高ヒーター）であり、本実施例ではワッテージが１００Ｖ入力で６００Ｗ出力のものを使用した。８５は定着ローラ８１内に配置された配熱分布が定着ローラ８１端部を集中して加熱するバロゲンヒーター（以降端部高ヒーター）であり、本実施例ではワッテージが１００Ｖ入力で５００Ｗ出力のものを使用した。８６は定着ローラ８１表面の温度計測のための非接触温度センサーで、定着ローラ８１の通紙域中央部に配設されている、８７は定着ローラ８１の温度が異常値を示したときにヒーターへの通電を強制的に遮断する非接触式サーモスイッチである。８８は転写ドラム５１から記録材６１を定着装置に搬送する入り口ガイドである。
【００２９】
定着装置は、電源投入とともに中高ヒーター８４と端部高ヒーター８５が点灯し、定着ローラ８１を加熱する。定着ローラ８１が所定の温度Ｔ１に達すると定着ローラ８１、ベルト８２の回転を開始し、定着ローラ８１が所定の温度調節温度Ｔ２に達すると定着ローラ８１の回転を止め、スタンバイ状態となり、コピーが可能となる。なお本実施例では、回転開始温度Ｔ１を５０℃、スタンバイ中の温度調節温度Ｔ２を１８０℃、通紙中の温度調節温度を１８５℃とした。なお、通紙中は、用紙サイズ等で予め定められている点灯比で中高ヒーター８４と端部高ヒーター８５を交互点灯するように制御されている。
【００３０】
このような構成の定着装置を用いても実施例１と同様の効果が得られた。定着装置全体の熱容量をさらに減少したベルト定着装置において、加圧部材を２層化することで、立ち上げ時間を短縮し、かつ、非通紙部昇温に有効な定着装置を提供することが可能であることがわかった。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によると、
１．発熱源を有する定着部材と、前記定着部材に接触して加圧／回動する加圧部材と、前記加圧部材に当接する定着補助部材からなり、前記定着部材と前記加圧部材を当接させることにより定着ニップを形成し、未定着トナーを載せた転写材を前記定着ニップに通紙することで前記転写材上にトナー像を永久固着させる定着装置において、
前記定着補助部材を多層構成とすることを特徴とする定着装置。
２．前記定着補助部材は２層構成とし、上層を断熱層、下層を高熱伝導層とすること。
３．前記断熱層の断面積をＡ、前記高熱伝導層の断面積をＢとすると、Ａ＜０．５Ｂであること。
４．前記断熱層の厚みをｔとすると、０．３ｍｍ≦ｔ≦０．８ｍｍを満たすこと。
５．前記高熱伝導層は熱伝導率が２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上であること。
６．発熱源を有する定着部材と、前記定着部材に接触して加圧／回動する無端状ベルトと、前記無端ベルトを介して前記定着部材に前記無端ベルトを押圧する加圧部材からなり、前記定着部材と前記無端ベルトで定着ニップを形成し、未定着トナーを載せた転写材を前記定着ニップに通紙することで前記転写材上にトナー像を永久固着させる定着装置において、
前記加圧部材を多層構成とすることを特徴とする定着装置。
により、本発明の目的である、省エネルギー対応のカラー複写機において、非通紙部昇温を防止しながら立ち上げ時間の短縮を可能にする定着装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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２】本発明の第１の実施形態における定着装置の定着補助部材の拡大図である。
【図３】本発明の第１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４】本発明の第１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。
【符号の説明】
１１ 感光体ドラム
２１ 一次帯電器
４１ 現像器
５１ 転写ドラム
６１ 転写材
７０ 定着器
７１、８１ 定着ローラ
７２ 加圧ローラ
７３ 放熱ローラ
７４、７５、８４、８５ ヒーター
７６、８６ サーミスタ
７７、８７ サーモスイッチ
７８、８８ 入り口ガイド
８２ ベルト
８３ 加圧部材
９１ クリーナー

Claims (6)

1. 発熱源を有する定着部材と、前記定着部材に接触して加圧／回動する加圧部材と、前記加圧部材に当接する定着補助部材からなり、前記定着部材と前記加圧部材を当接させることにより定着ニップを形成し、未定着トナーを載せた転写材を前記定着ニップに通紙することで前記転写材上にトナー像を永久固着させる定着装置において、
   前記定着補助部材を多層構成とすることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着補助部材は２層構成とし、上層を断熱層、下層を高熱伝導層とすることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記断熱層の断面積をＡ、前記高熱伝導層の断面積をＢとすると、Ａ＜０．５Ｂであることを特徴とする請求項１〜２に記載の定着装置。
4. 前記断熱層の厚みをｔとすると、０．３ｍｍ≦ｔ≦０．８ｍｍを満たすことを特徴とする、請求項１〜３に記載の定着装置。
5. 前記高熱伝導層は熱伝導率が２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上であることを特徴とする請求項１〜４に記載の定着装置。
6. 発熱源を有する定着部材と、前記定着部材に接触して加圧／回動する無端状ベルトと、前記無端ベルトを介して前記定着部材に前記無端ベルトを押圧する加圧部材からなり、前記定着部材と前記無端ベルトで定着ニップを形成し、未定着トナーを載せた転写材を前記定着ニップに通紙することで前記転写材上にトナー像を永久固着させる定着装置において、
   前記加圧部材を多層構成とすることを特徴とする定着装置。

Images