JP2006293051A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱パネルを用いたベルト方式の定着装置であって、定着ベルトに張力を加えるための複雑な機構を不要として、簡易で低原価となる構成の定着装置。
【解決手段】 抵抗発熱体を絶縁層を介在させて基板に積層し、記録材の搬送方向に直交する方向に中心軸が延びた半円筒状に形成された加熱パネルと、定着部材と、前記加熱パネルと前記定着部材との間に張架されて循環駆動される定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記定着部材を加圧する加圧ローラと、を備えた定着装置において、前記加熱パネルの前記基板は弾性を有する金属板から形成され、前記基板が弾性変形した状態で、前記定着ベルトが前記加熱パネルに摺接すること。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱源として加熱パネルを設けたベルト方式の定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体に形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録紙上に転写し、この後、記録紙上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの潜像を４個の感光体ドラムに形成し、顕像化された４色のトナー像を無端状ベルトからなる中間転写体に一次転写した後、記録紙上に二次転写して、記録紙上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンランプ等を内蔵した加熱ローラと、加熱ローラを加圧する加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であるため、従来より広く利用されている。

しかし、カラー画像を形成することで、高光沢の画像が望まれるようになり、ニップ幅をより広げることが必要になってきた。

一方、定着装置においては、記録紙上のトナー像のトナーはニップ部を通過する際に加熱されるので、該トナーが接着剤の如く作用し、ニップ部を通過した記録紙が定着ベルトの表面に付着したまま分離せずに定着ベルト等に巻き付き、ジャムを発生させる虞がある。特に記録紙として坪量の小さい薄紙で、しかもトナーが全面に載っている画像の場合に分離性能がより低下する。このために、定着装置の記録紙搬送方向下流側に、加熱ローラや定着ベルト等の定着部材に当接する分離爪を設けて、記録紙を分離させる対策が従来より用いられている。また、オイルを定着部材に塗布して分離性能を確実にする対策もあり、この場合は分離爪により定着部材が擦られて疵が付くことが油膜によって保護される。

一方、小型化や低価格化のためにオイルやオイル供給部材を廃止してオイルレスにした定着装置も近年多用されている。モノクロ画像を形成する場合には、光沢があまり要求されないので、分離爪によって定着部材に多少の疵が付いても問題にならないが、カラー画像を形成する場合には、光沢度を高めるので画像の表面粗さが小さく、分離爪によって定着部材に僅かな擦り疵が付いても、定着後の画像で目立ち易くなる。

このようにニップ幅をより広げたり、記録紙を分離し易くするために、ベルト定着方式の定着装置が使用されるようになってきた。ベルト定着装置は、無端状の定着ベルトをハロゲンランプ等を内蔵した加熱ローラと定着ローラとに張架し、定着ベルトを介して定着ローラを加圧する加圧ローラを有し、定着ベルトと加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する。

ベルト定着装置においては、定着ローラにハロゲンランプ等の熱源を内蔵する必要がないので、ゴム等からなる熱伝導率の低い低硬度の弾性層を設けることができ、その結果、ニップ幅を広げることができ、且つ記録紙の分離性能も向上する。

更に、ベルト定着装置においては、加熱ローラが加圧ローラによって加圧されることがないので、芯金の厚みを薄くして熱容量を小さくすることができ、ウオーミングアップタイムが短縮し、省エネになるという利点も有している。

このように利点の多いベルト定着装置であるが、熱源に用いられているハロゲンランプ等は、電気エネルギーを光エネルギーに変換し、更に熱エネルギーに変換するので、熱変換効率が低く、更に輻射熱を利用するので、発熱効率が低い。このために、定着に必要な１８０〜２００℃に昇温させるのに数十秒から数分を要し、画像形成装置が使用可能になるまで長い待機時間を必要として、利用者の作業効率の低下を招いていた。

また、近年は複写機等の画像形成装置を他の電子機器と連動させて使用するようになり、画像形成装置が小休止状態であってもオンデマンドで加熱される定着装置が望まれるようになった。即ち、ハロゲンランプ等では、画像形成装置に信号が入力されても、長い加熱時間、即ち長いウオームミングアップタイムを待たなければシステムが進行せず、システム全体の高速化を阻害していた。

そこで、ハロゲンランプ等に代えて、加熱パネルを用いた各種の定着装置が特許公報に開示されている（特許文献１乃至３参照）。

加熱パネルはステンレス等から形成されたシート状の抵抗発熱体を、絶縁層を介在させて金属製の基板に積層したものであり、この基板や基板に施したコーティングの面に定着ベルトを摺接させている。これにより、電気エネルギーを直接熱エネルギーに変換し、更に熱伝導によって定着ベルトに伝達するので、非常に発熱効率が良い。また、加熱パネルは半円筒状に形成されるので、熱容量が小さい。

従って、画像形成装置が電源オフの状態や小休止の状態にあっても、定着装置の昇温時間が非常に短いので、必要時のみ発熱させればよく、低消費電力即ち省エネになる。また、待機時間が短縮するので利用者の作業効率が向上する。
特開２００２−７２７３５号公報 特開２００３−２８７９６９号公報 特開２００４−１７７８８８号公報

前述の如く、加熱パネルを用いた定着装置は非常に熱効率が良く、省エネになって、待機時間が低減するという効果を有する。

しかし、加熱パネルと定着ローラとに定着ベルトを張架するので、従来の加熱ローラを用いた定着装置と同様に、定着ベルトに張力を加える必要があって、そのための機構が必要になる。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、加熱パネルを用いたベルト方式の定着装置であって、定着ベルトに張力を加えるための複雑な機構を不要として、簡易で低原価となる構成の定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置を提案することを目的とする。

上記目的は下記の手段によって達成される。

［請求項１］抵抗発熱体を絶縁層を介在させて基板に積層し、記録材の搬送方向に直交する方向に中心軸が延びた半円筒状に形成された加熱パネルと、定着部材と、前記加熱パネルと前記定着部材との間に張架されて循環駆動される定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記定着部材を加圧する加圧ローラと、を備えた定着装置において、前記加熱パネルの前記基板は弾性を有する金属板から形成され、前記基板が弾性変形した状態で、前記定着ベルトが前記加熱パネルに摺接することを特徴とする定着装置。

［請求項２］前記加熱パネルの一端が、循環駆動される定着ベルトの上流側に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。

［請求項３］前記定着部材は、弾性を有し回転する定着ローラであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。

［請求項４］前記定着部材は、弾性を有し固定された定着パッドであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。

［請求項５］請求項１〜４の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

請求項１，３，４に記載の定着装置によれば、加熱パネルを用いたベルト方式の定着装置において、加熱パネルの基板を弾性を有する金属板で形成し、基板が弾性変形した状態で定着ベルトが加熱パネルに摺接するで、定着ベルトに張力を加えるための複雑な機構が不要になって、簡易で低原価の定着装置を実現することができる。

請求項２に記載の定着装置によれば、加熱パネルの一端を循環駆動される定着ベルトの上流側に固定したので、加熱パネルにビビリ等が発生することがない。

請求項５に記載の画像形成装置によれば、上記効果を奏する。

以下に本発明の画像形成装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。

先ず、画像形成装置の一例を図１の構成図に基づいて説明する。

本画像形成装置は画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。

画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、ベルト状の中間転写体６、給紙搬送手段及び定着装置９等からなる。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを配置している。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを配置している。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを配置している。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを配置している。そして、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋは、潜像形成手段を構成する。

なお、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、循環駆動される。

定着装置９は、加熱パネル９２と定着ローラ９３とに張架されて循環駆動される無端状の定着ベルト９１と、定着ベルト９１を介して定着ローラ９３を押圧する加圧ローラ９４とを有し、定着ベルト９１と加圧ローラ９４との間に形成されたニップ部で記録材（記録紙）Ｐ上のトナー像を加熱・加圧して定着する。

かくして、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、カラー画像合成されたトナー像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録材Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，レジストローラ２３等を経て、転写手段７Ａに搬送され、記録材Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録材Ｐは定着装置９において加熱・加圧され、記録材Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。

一方、転写手段７Ａにより記録材Ｐにカラー画像を転写した後、記録材Ｐを曲率分離した中間転写体６は、クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。

なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であるが、本発明はモノクロ画像を形成する画像形成装置にも適用可能である。

次に、本発明に係わる定着装置について、図２の断面図に基づいて説明する。

定着ベルト９１は、無端状に形成され、例えば、基体として厚み６０〜２００μｍのＰＩ（ポリイミド）等からなる耐熱性の樹脂ベルトを用い、基体の外周面を弾性層として厚み１００〜３００μｍの耐熱性のシリコンゴム（硬度３０°，ＪＩＳ−Ａ）で被覆し、更に、表層として厚み２０〜４０μｍのＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブで被覆している。なお、外径寸法は例えば５５ｍｍである。

加熱パネル９２は、記録材の搬送方向と直交する方向に中心軸が延びた半円筒状に形成されていて、直径は例えば３０ｍｍである。

また、図３の断面構成図に示す如く、厚み０．１〜０．３ｍｍのステンレスやリン青銅板の弾性を有する金属板で形成された基板９２Ａを設け、定着ベルト９１が摺接する外側の面には表層９２Ｂとして厚み１０〜５０μｍのＰＦＡ等によるコーティング処理が施されている。また、基板９２Ａの内側の面には厚み１０〜３０μｍのポリイミド等から形成された絶縁層９２Ｃが熱硬化性の接着剤９２Ｄで接着され、更に絶縁層９２Ｃの上には厚み１０〜３０μｍのステンレス等から形成された抵抗発熱体９２Ｅが熱硬化性の接着剤９２Ｆで接着されて積層されている。

抵抗発熱体９２Ｅは図４の正面図に示す如く、記録材の搬送方向に一定幅で延びて折り返すことを繰り返す発熱パターンを有している。例えば、発熱パターンの線幅は３ｍｍ、隣り合う発熱パターンの間隔は１．５ｍｍ、折り返し長さは４５ｍｍ、平行な発熱パターンの数は５１本であり、ＡＣ１００Ｖで約６００Ｗの発熱となる。

以上の如く、加熱パネル９２の基板９２Ａは弾性を有しているので、加熱パネル９２に定着ベルト９１を張架する前には図２に二点鎖線で示すような状態になっている。

また、図２及び図５の加熱パネル９２の斜視図に示す如く、加熱パネル９２は循環駆動される定着ベルト９１の上流側にて固定部材９７に小ねじ９８で固定されている。従って、定着ベルト９１が加熱パネル９２に摺接したとき、加熱パネル９２にビビリ等が発生することなく、定着ベルト９１は安定して走行する。

定着ローラ９３は、例えば、厚み２ｍｍのステンレス（ＳＵＳ４１６）等の金属から形成された円筒状のの芯金９３Ａを、弾性層９３Ｂとして厚み３ｍｍの耐熱性のシリコンゴムスポンジ（硬度３０°，アスカーＣ）で被覆して、更に、表層９３Ｃとして厚さ３０μｍのＰＦＡチューブで被覆し、ソフトローラとして構成されている。なお、外径寸法は例えば３０ｍｍである。

加圧ローラ９４は、加熱手段としてのハロゲンランプ９４Ａを内蔵し、厚み２ｍｍの炭素鋼等から形成された円筒状の芯金９４Ｂの外周面を、弾性層９４Ｃとして厚み２ｍｍの耐熱性のシリコンゴム（硬度１０°，ＪＩＳ−Ａ）で被覆し、更に、離型層９４Ｄとして厚み３０〜７０μｍのＰＦＡチューブで被覆し、ハードローラとして構成されている。なお、外径寸法は例えば３０ｍｍである。

また、定着ベルト９１を介して定着ローラ９３の温度を検知する、サーミスタ等からなる温度センサＳが設けられている。

以上の構成において、組み立て時には定着ベルト９１が加熱パネル９２と定着ローラ９３に張架されるが、加熱パネル９２は基板９２Ａにより弾性を有しているので、基板９２Ａが弾性変形した状態で定着ベルト９１が張架される。従って、従来のベルト定着装置の如く定着ベルトに張力を加える機構が不要となる。

また、加熱パネル９２を用いることにより、画像形成装置が電源オフの状態や小休止の状態にあっても、定着装置の昇温時間が非常に短くなるので、必要時のみ発熱させればよく、低消費電力即ち省エネになる。更に、待機時間が短縮するので利用者の作業効率が向上する。

作動時には不図示の駆動手段によって定着ローラ９３を時計方向に回転させると、定着ベルト９１も時計方向に回転し、加圧ローラ９４は反時計方向に回転する。また、加熱パネル９２によって定着ベルト９１は加熱され、加圧ローラ９４もハロゲンランプ９４Ａによって加熱される。そして、不図示の付勢手段によって加圧ローラ９４が定着ローラ９３の方向に付勢されているので、定着ローラ９３に巻回された定着ベルト９１と加圧ローラ９４との間のニップ部Ｎで、給紙された記録材Ｐが加熱・加圧されて、記録材Ｐ上のトナー像が定着される。

なお、定着ベルト９１は、加熱パネル９２の表層９２Ｂに摺接するが、場合によっては表層９２Ｂを省略して基板９２Ａに摺接させてもよい。

また、本定着装置の定着条件は例えば下記の如くである。

定着幅：３５０ｍｍ
ニップ部での加圧力：４００Ｎ
線速：１５０ｍｍ／ｓ
定着ローラ温度：１８０℃
そして、この定着条件で、３種の形態の定着装置について加熱源のみの昇温時間を測定した。なお、昇温時間は室温が２３〜２５℃のときに２００℃まで昇温する時間である。

ａ．従来のベルト定着装置の如くハロゲンランプを内蔵した加熱ローラを用いた定着装置。

加熱ローラの芯金にアルミニュウムを用い、その厚みは１．０ｍｍで、ハロゲンランプは１２００Ｗである。

ｂ．従来の形式の加熱パネルを用いた定着装置
加熱パネルの基板に弾性を有しないアルミニュウム（Ａ５０５２）を用い、加熱パネル全体を固定した。基板の厚みは１．０ｍｍで、抵抗発熱体は１２００Ｗである。

ｃ．本発明に係わる前述の形態の定着装置
加熱パネルの基板に弾性を有するステンレス（ＳＵＳ３０４）を用い、定着ベルトの上流側で加熱パネルの一端を固定した。基板の厚みは０．３ｍｍで、抵抗発熱体は１２００Ｗである。

これらの定着装置の熱容量と昇温時間を表１に示す。

表１において、ａ，ｂの双方とも厚み１ｍｍのアルミニュウムを用いているが、ａは円筒形の芯金であるのに対して、ｂは半円筒状の基板であるので、ｂの熱容量はａの１／２で済む。また、ｂはａより発熱効率が良いので、昇温時間がより短くなった。

ｂとｃを較べた場合には、素材としてのステンレスとアルミニュウムを比較すると、ステンレスの方が熱容量が大きいが、ステンレスの方がアルミニュウムより強度があるので、基板を薄板に形成でき、その結果、ｃのステンレスの方が熱容量を小さくすることができて、昇温時間が最も短くなった。

ところで、以上の如き加熱パネルを有するベルト定着装置として、弾性を有して回転する定着ローラの代わりに弾性を有して固定された定着パッドを用いてもよく、定着パッドを用いたベルト定着装置を図６に基づいて説明する。

図６において、定着ベルト１９１、加熱パネル１９２及び加圧ローラ１９４は図２に示した定着ベルト９１、加熱パネル９２及び加圧ローラ９４と同様な構成であるので説明を省略する。但し、定着ベルト１９１は外径が５０ｍｍと定着ベルト９１より短く形成されている。また、加熱パネル１９２は加熱パネル９２と同様に循環駆動される定着ベルト１９１の上流側にて固定部材１９７に固定されている。

定着パッド１９５はシリコンスポンジから成り、厚み１ｍｍ、短手方向１５ｍｍ、長手方向３４０ｍｍに形成されている。そして、定着パッド１９５は剛性のある支持体１９６に固定されている。

作動時には不図示の駆動手段によって加圧ローラ１９４を反時計方向に回転させると、定着ベルト１９１は時計方向に回転する。また、加熱パネル１９２によって定着ベルト１９１は加熱され、加圧ローラ１９４もハロゲンランプ１９４Ａによって加熱される。そして、不図示の付勢手段によって加圧ローラ１９４が定着パッド１９５の方向に付勢されているので、定着パッド１９５に摺接する定着ベルト１９１と加圧ローラ１９４との間のニップ部Ｎで、給紙された記録材Ｐが加熱・加圧されて、記録材Ｐ上のトナー像が定着される。

画像形成装置の構成図である。 定着装置の断面図である。 加熱パネルの断面構成図である。 抵抗発熱体の正面図である。 加熱パネルの斜視図である。 定着パッドを用いた定着装置の断面図である。

符号の説明

９１，１９１ 定着ベルト
９２，１９２ 加熱パネル
９２Ａ 基板
９２Ｂ 表層
９２Ｃ 絶縁層
９２Ｅ 抵抗発熱体
９３ 定着ローラ
９４，１９４ 加圧ローラ
９７，１９７ 固定部材
１９５ 定着パッド
記録材 Ｐ

Claims (5)

1. 抵抗発熱体を絶縁層を介在させて基板に積層し、記録材の搬送方向に直交する方向に中心軸が延びた半円筒状に形成された加熱パネルと、
   定着部材と、
   前記加熱パネルと前記定着部材との間に張架されて循環駆動される定着ベルトと、
   前記定着ベルトを介して前記定着部材を加圧する加圧ローラと、
   を備えた定着装置において、
   前記加熱パネルの前記基板は弾性を有する金属板から形成され、前記基板が弾性変形した状態で、前記定着ベルトが前記加熱パネルに摺接することを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱パネルの一端が、循環駆動される定着ベルトの上流側に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着部材は、弾性を有し回転する定着ローラであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記定着部材は、弾性を有し固定された定着パッドであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images