JP2006030589A - 加熱部材、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着装置の大型化を招くことなく定着ベルトを迅速に加熱し得る加熱部材、該加熱部材を有する定着装置及びこの定着装置が組み込まれた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 記録媒体１９上に未定着トナー１８を加熱、圧着するための無担定着ベルト１４の循環経路を定着ローラ１１と共に規定しかつ定着ベルト１４を加熱すべく定着装置１０に組み込まれる加熱部材１３。加熱部材１３は、定着ベルト１４を曲線経路に沿って案内する曲部１３ａ及び該曲部に連なり定着ベルト１４に沿って伸びる直線部１３ｂが設けられた全体にＵ字状の横断面形状を有する。加熱部材１３の内方には加熱源１７が配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリンタ−、複写機等の画像形成装置、この画像形成装置に組み込まれる定着装置及びこの定着装置に用いられる加熱部材に関し、さらに詳しく言えば、画像形成装置に組み込まれる定着装置の定着ベルトを温める加熱部材、この加熱部材を有する定着装置及びこの定着装置を組み込んだ画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置では、原稿読み取り部で読み取った原稿画像を画像形成部の感光体ドラム等の静電潜像担持体上に露光することにより、該静電潜像担持体上に原稿画像に対応する静電潜像を形成する。この静電潜像を現像して可視トナー像とし、このトナー像を記録材供給部から搬送されてくる記録紙等の上に転写し、定着し、これにより画像が形成された記録紙のような用紙が排紙部等から排出される。

トナー像を用紙上に定着する定着装置は、定着ローラと該定着ローラに圧接する加圧ローラとの間で、あるいは定着ローラを巡る定着ベルトと該定着ベルトに圧接する加圧ローラとの間で、用紙を挟持した状態でこれを搬送し、この搬送中に熱と圧力とでトナー像を用紙に定着する。

図７に示すように、定着ベルト１と、加熱源２ａを内蔵する加圧ローラ２との間で用紙３を搬送し、この搬送中に用紙３上に未定着のトナー４の像を定着する従来の定着装置５では、定着ローラ６と加熱ローラ７とで定着ベルト１を張架している。定着ベルト１の張力調整の為にテンションローラ８が配置されている。また、定着ベルト１を温める為の加熱源として、加熱ローラ７の内部には例えばハロゲンランプ７ａが配置されている。ハロゲンランプ７ａから発せられた熱は、加熱ローラ７の内壁に均一に輻射され、定着ベルト１の表面がトナー４の定着に適した温度、例えば１５０〜２００℃になるまで加熱される。このような加熱源７ａが内蔵された加熱ローラ７として、省電力及び立ち上がり時間の短縮化の両観点から、熱容量の小さい薄肉の加熱ローラが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の定着装置では、ベルトを張架する加熱ローラは、芯金の表面にテフロン（登録商標）塗装により形成されたテフロン（登録商標）層を有し、また、その外周面に周方向に巡る溝を有する。溝は、各溝が１周毎に独立し、あるいは加熱ローラの中央を境にして左右で互いに逆方向へ螺旋状に連続する。加熱によって発生する定着ベルトの伸びは、加熱ローラに形成された溝によって吸収されることから、加熱ローラから定着ベルトの浮き上がりが防止され、これにより、加熱ローラから定着ベルトへの熱伝達効率が向上する。
特開２００２−３０４０６９号公報（第３−４頁、図２）

しかしながら、前記したような加熱ローラを用いた従来の定着装置では、定着ベルトの加熱ローラへの巻き付けによる加熱ローラと定着ベルトとの接触面積が加熱ローラの外周面積の約半分となる。画像形成装置あるいはその定着装置をより早く立ち上げる為に、加熱領域を増やす手段として加熱ローラの外径を大きくするといった方法がある。ところが、加熱ローラの外径を大きくすると、定着装置が大型化してしまう。この為、加熱ローラの外径を大きくする手段は好ましくない。

そこで、本発明の目的は、定着装置の大型化を招くことなく定着ベルトを迅速に加熱し得る加熱部材、該加熱部材を有する定着装置及びこの定着装置が組み込まれた画像形成装置を提供することにある。

これらの課題を解決する為に、本発明に係る請求項１に記載の加熱部材は、記録媒体上に未定着トナーを加熱、圧着するための無担定着ベルトの循環経路を定着ローラと共に規定しかつ前記定着ベルトを加熱すべく定着装置に組み込まれる加熱部材であって、前記定着ベルトを曲線経路に沿って案内する曲部及び該曲部に連なり前記定着ベルトに沿って伸びる直線部が設けられた全体にＵ字状の横断面形状を有し、内方に加熱源が配置されることを特徴とする。

本発明に係る請求項２に記載の定着装置は、請求項１に記載の加熱部材が搭載されたことを特徴とする。

本発明に係る請求項３に記載の定着装置は、請求項２に記載の定着装置において、さらに、前記加熱部材に沿って、該加熱部材との間に前記定着ベルトを位置させるように該定着ベルトから間隔をおいて配置された熱反射板を備えることを特徴とする。

本発明に係る請求項４に記載の定着装置は、請求項３に記載の定着装置において、前記熱反射板の材料がアルミニウムまたは銅であることを特徴とする。

本発明に係る請求項５に記載の画像形成装置は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の定着装置を搭載したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、加熱部材は、曲部と該曲部に連なり前記定着ベルトに沿って伸長する直線部が設けられたＵ字状の横断面形状を有することから、前記曲部の径を増大させることによる大型化を招くことなく、加熱部材と定着ベルトとの接触面積の増大を図ることができるので、内方に配置される前記加熱源からの熱エネルギーが効率よく前記定着ベルトに伝えられる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の加熱部材を搭載することにより、定着装置の定着ベルトが所定の温度に達するまでの所要時間の短縮が図られる。その為、定着装置が所定の動作温度に達する迄の所要時間が短縮される。

請求項３に記載の発明では、熱反射板が、加熱部材により加熱される定着ベルトから分散する熱を前記定着ベルトに戻す。この熱反射板の熱反射作用によって、定着装置が所定の動作温度に達する迄の所要時間は更に短縮される。

請求項４に記載の発明では、熱反射板が熱反射性に良好な特性を示すアルミニウムまたは銅で形成されることから、熱反射板の熱反射作用が高められ、これにより熱源からの熱エネルギーをより有効に定着ベルトの加熱に利用することができるので、定着装置が所定の動作温度に達する迄の所要時間が更に短縮される。

請求項５に記載の発明では、請求項２乃至４に記載の定着装置を搭載することにより、画像形成装置の定着装置の立上り時間が短縮され、これにより画像形成装置の立ち上げ時の消費エネルギーの低減を図ることができる。

請求項１に記載の発明によれば、従来のような大型化を招くことなく、定着ベルトの加熱のための接触面積を増やすことができるので、加熱源の熱エネルギーを効率よく定着ベルトに伝えることができ、これより、大型化を招くことなく効率的に定着ベルトを加熱することができる。

請求項２に記載の発明によれば、定着ベルトが所定の温度に達するまでの所要時間の短縮を図ることができるので、定着装置が所定の動作温度に達する迄の所要時間を短縮することができる。

請求項３に記載の発明によれば、反射板の熱反射作用によって、定着装置が所定の動作温度に達する迄の所要時間を更に短縮することができる。

請求項４に記載の発明によれば、反射板の熱反射作用を高めることができ、これにより熱エネルギーをより有効に定着ベルトの加熱に利用することができるので、定着装置が所定の動作温度に達する迄の所要時間を更に短縮することができる。

請求項５に記載の発明によれば、画像形成装置の定着装置の立上り時間を短縮することができるので、画像形成装置の立ち上げ時の消費エネルギーを低減することができる。

以下、本発明の特徴を図示の実施例に沿って詳細に説明する。

本発明に係る定着装置１０は、図１に示すように、回転可能の定着ローラ１１と、該定着ローラに平行に配置された回転可能の加圧ローラ１２と、従来の加熱ローラに代わる加熱部材１３とを備え、定着ローラ１１及び加熱部材１３を巡って定着ベルト１４が張架されている。加圧ローラ１２は、スプリング(図示せず)により従来よく知られているように定着ベルト１４及び定着ローラ１１に圧接する。定着ベルト１４の張力の調整のために、例えば断熱フェルト材からなるテンションローラ１５が配置されている。加圧ローラ１２の内方には、従来におけると同様な例えばハロゲンヒータからなる加熱源１６が配置されている。

加熱部材１３は、定着ローラ１１の長手方向に沿ってこれに平行に配置されている。加熱部材１３は、従来の加熱ローラの芯金材料として用いられるアルミニウムのような熱伝導性に優れた金属材料からなり、その表面には、定着ベルト１４との摩擦の低減を図るためのコーティング処理が施されている。この加熱部材１３は、定着ローラ１１の長手方向に沿って配置され該定着ローラへ向けて開放する半円状の曲部１３ａと、該曲部の両前縁に連なって定着ローラ１１に向けて伸びる一対の直線部１３ｂとを有する全体にＵ字状の横断面形状を有する。加熱部材１３の内方には、従来の加熱ローラに設けられたと同様な例えばハロゲンヒータからなる加熱源１７が曲部１３ａの中心部に沿って配置されている。また、加熱部材１３の表面には、定着ベルト１４の温度を制御するための従来よく知られたサーミスタ（図示せず）が設けられている。加熱源１７は、前記サーミスタからの検出信号に基づいて定着ベルト１４の表面温度を適正に維持すべく制御を受ける。

図１に示す例では 加熱部材１３の一対の直線部１３ｂは、相互の間隔が半円状の曲部１３ａから定着ローラ１１へ向けて漸減するように互いに角度的に配置されており、曲部１３ａ及び一対の直線部１３ｂが定着ローラ１１の内周面に摺動可能に当接するように、図示しないフレームに支持されており、これにより、加熱部材１３は定着ローラ１１と共に定着ベルト１４の循環経路を規定する。

定着装置１０では、未定着のトナー１８を転写された用紙１９が、定着ローラ１１及び加熱部材１３を巡る定着ベルト１４と、加圧ローラ１２とが圧接する部分間を通るとき、従来の定着装置におけると同様に、それらの圧力と熱とでトナー１８が用紙１９上に定着される。

加熱部材１３は、その曲部１３ａおよび一対の直線部１３ｂで定着ベルト１４に接することにより、該定着ベルト１４を所定の循環経路に沿って案内すると共に、その内方に配置された加熱源１６からの熱エネルギーを受けて加熱されることにより、定着ベルト１４の加熱部材１３に接する部分を順次加熱する。

この加熱部材１３は、その曲部１３ａに加えて該曲部に一体的に形成された一対の直線部１３ｂで定着ベルト１４に接する。従って、定着ベルト１４は、曲部１３ａおよび一対の直線部１３ｂに接する領域で加熱部材１３から熱エネルギーを受けて加熱される。このことから、加熱部材１３によれば、曲部１３ａの径がローラ径にほぼ等しい従来の加熱ローラに比較して、一対の直線部１３ｂでの定着ベルト１４への接触面積分が増大する。その結果、定着ベルト１４は従来に比較して早期に所定の動作温度に達する。

加熱部材１３の一対の直線部１３ｂは、図２に示すように、互いに平行に形成することができる。

また、図３に示すように、加熱部材１３の曲部１３ａおよび互いに平行な一対の直線部１３ｂに対応した形状を有する熱反射板２０を加熱部材１３の外方へ定着ベルト１４から間隔をおいて配置することができる。

熱反射板２０は、加熱部材１３からの熱エネルギーによって加熱された定着ベルト１４の表面から放射される熱を定着ベルト１４に向けて反射する。これにより、加熱源１７からの熱エネルギーを定着ベルト１４の加熱に有効に利用することができ、より早期に定着ベルト１４を適正な所定の動作温度に昇温させることができる。熱反射板２０と定着ベルト１４との間から熱が逃げることを防止し、熱反射板２０の熱反射作用を高めるために、熱反射板２０と定着ベルト１４との間隔を両者の接触が生じない範囲で、できる限り小さくすることが望ましい。また、熱反射板２０は、アルミニウムや銅のような熱反射性に優れた金属材料で形成することが望ましい。

図４に示すように、加熱部材１３の曲部１３ａを半円を超える円弧領域に拡張して形成することができる。これにより、加熱部材１３の一対の直線部１３ｂは、図１に示した例に比較して、曲部１３ａから定着ローラ１１へ向けて、より急激に接近するように形成されている。

また、図５に示す例では、加熱部材１３の曲部１３ａは半円よりも小さな円弧領域に沿って形成されており、これにより加熱部材１３の一対の直線部１３ｂは、曲部１３ａから定着ローラ１１へ向けて開拡するように形成されている。この場合、テンションローラ１５は、定着ベルト１４の円滑な循環経路を構成するために定着ベルト１４を循環経路の内方にあって定着ベルト１４をその外方へ向けて押し広げるように、配置されている。

図６は、本発明に係る定着装置１０と従来の定着装置５とにおける定着ベルトの適正な動作温度への昇温に要する時間を比較するグラフであり、横軸には各定着装置の立ち上がり開始からの経過時間（秒）が示され、縦軸には各定着ベルトの表面温度（°Ｃ）が示されている。前記したグラフを得るために、各定着装置をプリンターに搭載して、実際にプリンターの立上り時間を測定した。

特性線２１は図１に示した本発明に係る定着装置１０の昇温特性を示し、特性線２２は図３に示した本発明に係る定着装置１０の昇温特性を示し、特性線２３は、図７に示した従来の定着装置５の昇温特性を示す。

この昇温特性の比較に用いられた図１および図３に示した本発明に係る各定着装置１０と、図７に示した従来の定着装置５との共通の構成について具体例は以下のとおりである。

定着ローラ１１は、外径φが１４ｍｍの芯金部、該芯金部の回転軸受け部である１０ｍｍの外径を有するジャーナル部および前記芯金部の周りを被覆するシリコーンゴムからなるゴム層を有する従来と同様な定着ローラであり、前記ゴム層での外形φが２９ｍｍであり、その長さが３１０ｍｍの定着ローラである。

定着ベルト１４を挟んで定着ローラ１１と対向する加圧ローラ１２は、外径が２０ｍｍジャーナル部を有し、胴部の外径が４０ｍｍ、長さが３１０ｍｍの芯金の上に厚さが１ｍｍのシリコーンゴム層を形成した加圧ローラである。この加圧ローラ１２の加熱源１６には、従来と同様なハロゲンランプが用いられた。

定着ベルト１４には、外径がφ６０ｍｍの環状を呈し、１００μの厚さを有するポリイミド基材の上に、２００μの厚さのシリコーンゴムと、該シリコーンゴム上に３０μの厚さで形成されたＰＦＡとで構成された定着ベルトが使用された。また、テンションローラ１５には１０ｍｍの外径を有する断熱フェルトが用いられた。

本発明に係る定着装置１０に特有な構成である加熱部材１３は、図１および図３に示す両例では、０．６ｍｍの厚さ寸法および外径３０ｍｍφの半円状の曲部１３ａと、それぞれが曲部１３ａから２５ｍｍの長さで伸長する一対の直線部１３ｂとを有し、表面に前記したとおり定着ベルト１４との摩擦低減のためのコーティング処理が施された金属材料からなる加熱部材が用いられた。

また、この加熱部材１３の内方に配置される加熱源１７として、８００Ｗの従来と同様なハロゲンランプが用いられた。

また、図３に示した熱反射板２０は、定着ベルト１４との間隔が２ｍｍとなるように配置された。

他方、これら図１および図３に示した各定着装置１０との比較に用いられた図７に示す従来の定着装置５の加熱ローラ７には、外径φが３０ｍｍ、材質がアルミニウムでありその肉厚が０．６ｍｍ、長さが３１０ｍｍの加熱ローラが使用された。また、加熱ローラ７の外周面には、テフロン（登録商標）コートが施され、加熱ローラ４の中には、定着ベルト１を温める為の加熱源７ａとして８００Ｗのハロゲンランプが加熱ローラ４の中心部に配置された。

前記したように、加熱ローラ７、これに対応する加熱部材１３および該加熱部材に関連する熱反射板２０を除くその他の構成は、比較に用いた本願発明の各定着装置１０と従来の定着装置５とで基本的に、同一である。

図７に示した従来の定着装置５の温度特性を示す特性線２３によれば、立ち上がり開始温度である２０°Ｃから印刷許可温度である１７０°Ｃまで定着ベルト１の表面温度を上昇させるのに、６０秒を要した。

これに対し、熱反射板２０が設けられていない図１に示した本発明に係る定着装置１０によれば、その昇温特性を表す特性線２１で示されるとおり、立ち上がり開始温度である２０°Ｃから印刷許可温度である１７０°Ｃまで５０秒の所要時間を要するに過ぎず、従来の定着装置５に比較して定着装置の立ち上げに１０秒の短縮が図られた。

これは、図１に示した本発明の定着装置１０では、定着ベルト１４を温める為の加熱部材１３の形状が図２に示したようにＵ字状を呈することにより、定着ベルト１４との接触面積が定着装置５の加熱ローラ７に比較して増え、そのため定着ベルト１４を温める加熱領域が増えていることから、従来の定着装置５よりも早く立上ったと考えられる。

また、熱反射板２０を設けた図３の定着装置１０によれば、その昇温特性を表す特性線２２で示されるように、立ち上がり開始温度である２０°Ｃから印刷許可温度である１７０°Ｃまで定着ベルト１４の表面温度を昇温するのに４５秒を要する過ぎず、図１に示した本願発明の定着装置１０よりも更に立上り時間が早くなっている。これは、熱反射板２０を取り付けることで、定着ベルト１４から放熱された熱が反射して、再び定着ベルト１４を温めたと考えられる。また、定着ベルト１４と熱反射板２０との間隔が２ｍｍのような小さな値に設定されていることから、定着ベルト１４と熱反射板２０の間からの熱逃げが極力抑制される。したがって、この定着ベルト１４と熱反射板２０との間隔を小さくしたことも立上りが速くなったことに影響を及ぼしていると考えられる。

前記したところでは、一対の直線部を有する加熱部材を示したが、該加熱部材の一対の直線部のいずれか一方を不要とすることができる。この場合においても、直線部によって定着ベルトとの接触面積の増大が図られることから、加熱部材の曲部の大型化を招くことなく、定着ベルトを迅速に印刷許可温度まで昇温させることができる。

従って、本発明に係る加熱部材を定着装置に搭載することにより、定着装置の大型化を招くことなくこの定着装置の立ち上がり時間の短縮化を図ることができる。

また、本発明に係る加熱部材が組み込まれた定着ベルト装置を画像形成装置に搭載することにより、定着装置の立ち上がり時間の短縮化によって画像形成装置の立ち上げ時の消費エネルギーの低減を図ることができる。

本発明に係る定着装置の実施例を概略的に示す構成図である。 本発明に係る定着装置の他の実施例を示す図１と同様な図面である。 本発明に係る定着装置のさらに他の実施例を示す図１と同様な図面である。 本発明に係る定着装置のさらに他の実施例を示す図１と同様な図面である。 本発明に係る定着装置のさらに他の実施例を示す図１と同様な図面である。 本発明に係る定着装置と従来の定着装置との立ち上がり時間の比較を示すグラフである。 従来の定着装置を示す図１と同様な図面である。

符号の説明

１０ 定着装置
１１ 定着ローラ
１２ 加圧ローラ
１３ 加熱部材
１３ａ 曲部
１３ｂ 一対の直線部
１４ 定着ベルト
１７ 加熱源
１８ トナー
１９ （記録媒体）用紙
２０ 熱反射板

Claims (5)

1. 記録媒体上に未定着トナーを加熱、圧着するための無担定着ベルトの循環経路を定着ローラと共に規定しかつ前記定着ベルトを加熱すべく定着装置に組み込まれる加熱部材であって、前記定着ベルトを曲線経路に沿って案内する曲部及び該曲部に連なり前記定着ベルトに沿って伸びる直線部が設けられた全体にＵ字状の横断面形状を有し、内方に加熱源が配置されることを特徴とする、定着装置のための加熱部材。
2. 請求項１に記載の前記加熱部材が搭載されたことを特徴とする定着装置。
3. 請求項２に記載の定着装置において、さらに、前記加熱部材に沿って、該加熱部材との間に前記定着ベルトを位置させるように該定着ベルトから間隔をおいて配置された熱反射板を備える定着装置。
4. 請求項３に記載の定着装置において、前記熱反射板の材料がアルミニウムまたは銅であることを特徴とする定着装置。
5. 請求項２乃至４のいずれか一項に記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
   

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