JP2006308944A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォームアップ時間を短くでき、また、カラー印刷時での転写材へのトナーの定着を良好にする定着装置を提供すること。
【解決手段】トナー像を加熱および加圧することにより、転写材に定着させる定着装置１であって、定着ローラ２と、定着ローラ２の内部に設けられた熱源３と、定着ローラ２とニップ４を形成する加圧ローラ５と、フィルム状ベルト６とを備えている。フィルム状ベルト６は、定着ローラ２の外周面をとり囲み、ニップ４で定着ローラ２および加圧ローラ５と圧接され、定着ローラ２および加圧ローラ５の回転に伴って回転移動している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複写機、プリンタ等の電子写真方式により画像を形成する画像形成装置に適用される定着装置に関する。

定着装置は、従来、熱源を備えた加熱ローラと加圧ローラとの対で構成されており、加熱ローラと加圧ローラとのニップ部分で、用紙に転写されたトナーを定着している。そして、カラー画像の定着を良好にし、また、ウォームアップ時間を短くするために、加熱ローラ部分を定着ローラとフィルム状ベルトとで構成した定着装置が、いくつか提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。
特開２０００−６６５４１号公報 特開２００２−２７８３３４号公報

特許文献１および２に記載の定着装置は、いずれも、ウォームアップ時間の短縮という面では不十分であり、よりウォームアップ時間の短い定着装置が望まれていた。
この発明は、このような背景のもとになされたもので、ウォームアップ時間を短くできる定着装置を提供することを主たる目的とする。
この発明は、また、カラー印刷時において、転写材へのトナーの定着が良好な定着装置を提供することを他の目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、転写材（Ｐ）に転写されたトナー像を加熱および加圧することにより、転写材（Ｐ）に定着させる定着装置（１）であって、回転可能な定着ローラ（２）と、上記定着ローラ（２）の内部に設けられ、上記定着ローラ（２）の内周面側から上記定着ローラ（２）を加熱するための熱源（３）と、上記定着ローラ（２）とニップ（４）を形成する回転可能な加圧ローラ（５）と、上記定着ローラ（２）の外周面をとり囲み、上記定着ローラ（２）と上記加圧ローラ（５）とのニップ（４）において、上記定着ローラ（２）および上記加圧ローラ（５）と圧接しており、上記定着ローラ（２）および上記加圧ローラ（５）の回転に伴って回転移動するフィルム状ベルト（６）とを有することを特徴とする、定着装置（１）である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素などを表す。以下、この項において同じ。
請求項１記載の発明によれば、熱源からの輻射熱を定着ローラに伝達し、効率よくフィルム状ベルトへ熱を伝達することができる。これにより、フィルム状ベルトを良好に加熱することができ、ウォームアップ時間の短縮ができる。

また、上記のとおり、良好にフィルム状ベルトを加熱することができるから、フィルム状ベルトの厚みをカラー印刷に必要な厚さにすることができる。これにより、トナーが多く塗布されるカラー印刷時において、適度な厚さの弾性層を持つフィルム状ベルトを備えることができ、転写材への多色のカラートナーの定着を良好に行うことができる。
また、上記の目的を達成するための請求項２記載の発明は、上記フィルム状ベルト（６）は、上記定着ローラ（２）の外周面との間に空隙を有し、上記ニップ（４）の出口側には、上記定着ローラ（２）の外周面近傍にベルトガイド（７）が設けられており、上記ニップ（４）から回転方向下流側へ移動する上記フィルム状ベルト（６）と上記定着ローラ（２）の外周面との間に、上記ベルトガイド（７）が割り込んで上記フィルム状ベルト（６）の回転移動を案内することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置（１）である。

請求項２記載の発明によれば、ニップの出口にあるベルトガイドにより、ガイドされたフィルム状ベルトの曲率半径が小さくできることで、ニップ部から排出されてもなお転写材に張り付いてしてしまったフィルム状ベルトを容易に分離することができる。
また、上記の目的を達成するための請求項３記載の発明は、上記定着ローラ（２）は、その外周面が熱放射率の高い素材で構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の定着装置（１）である。

請求項３記載の発明によれば、定着ローラは、その外周面、つまりフィルム状ベルトと対向している面に、熱放射率の高い素材を塗布することで、定着ローラの熱放射性を高めることができる。これにより、定着ローラの熱が、効率よくフィルム状ベルトに伝達することができるので、フィルム状ベルトの昇温を促すことができる。よって、画像形成装置のウォームアップ時間の短縮ができる。

また、上記の目的を達成するための請求項４記載の発明は、上記フィルム状ベルト（６）は、その内周面が熱吸収率の高い素材で構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置（１）である。
請求項４記載の発明によれば、フィルム状ベルトは、その内周面、つまり、定着ローラと対向している面に、熱吸収率の高い素材を塗布することで、フィルム状ベルトの熱吸収率を高めることができる。これにより、定着ローラからの輻射熱を、効率よくフィルム状ベルトが吸収することができるので、フィルム状ベルトの昇温を促すことができる。よって、画像形成装置のウォームアップ時間の短縮ができる。

また、上記の目的を達成するための請求項５記載の発明は、上記定着ローラ（２）は、透明な素材により構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置（１）である。
請求項５記載の発明によれば、定着ローラは、透明な素材、たとえば、ガラスなど、で構成されることができる。これにより、熱源からの輻射熱を、直接フィルム状ベルトへ伝達することができるので、フィルム状ベルトの昇温を促すことができる。よって、画像形成装置のウォームアップ時間の短縮ができる。

そして、この発明にかかる定着装置は、熱源からの熱が、定着ローラを介して間接または直接にフィルム状ベルトを良好に加熱することができることから、カラー印刷に適する厚さのフィルム状ベルトを備えることができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態にかかる定着装置１の全体概略図である。
この実施形態にかかる定着装置１には、定着ローラ２、加圧ローラ５および定着ローラ２を取り囲む位置にあるフィルム状ベルト６が備えられている。そして、定着ローラ２と加圧ローラ５とは回転駆動をし、協働してフィルム状ベルト６を介して転写材をニップし、加熱および加圧しながら搬送する。よって、トナーの未定着の転写材Ｐ１がニップされ搬送されることで、定着装置１は、転写材Ｐ１に塗布された未定着トナーを定着させることができ、転写材Ｐ２として印刷物を仕上げることができる。

定着ローラ２は、アルミなどの金属の薄板が曲成されて形成されており、中空の略円筒形状を基本として、後述する加圧ローラ５と対向した用紙搬送方向に、所定の長さのニップ部４を形成している。また、定着ローラ２の内側には、ニップ部に対し熱を供給するため、熱源としてヒータ３が収容されている。
ヒータ３は、たとえば、ハロゲンヒータやシーズヒータなどで構成されており、定着ローラ２で囲まれた空間の中央に配置されている。ヒータ３は、熱を放射することで、ヒータ３からの輻射熱により定着ローラ２を加熱する。そして、加熱された定着ローラ２は、フィルム状ベルト６との接触、および、フィルム状ベルト６への輻射熱により、フィルム状ベルト６に熱を伝達し加熱する。

フィルム状ベルト６は、定着ローラ２を取り囲むように嵌められていて、定着ローラ２の外周面に対して適度な弛みを持たせた状態になっている。フィルム状ベルト６は、基材として、たとえば、ポリイミドなどの耐熱性を有する樹脂やＮｉもしくはＳＵＳ（Special Use Stainless steel：特殊用途ステンレス鋼板）などで構成された薄肉金属、などを備えている。

また、フィルム状ベルト６は、その基材の外周には、弾力性をもった、たとえば、シリコンゴムなどを有している。これにより、フィルム状ベルトに弾性をもたせることができ、カラー印刷時のように、トナーが多い印刷にも良好に対応することができる。
さらに、フィルム状ベルト６は、その表面には、転写材との張り付きを防ぐため、たとえば、フッ素コートを施すことができる。

そして、フィルム状ベルト６は、上述のとおり、定着ローラ２との接触、および、定着ローラ２からの輻射熱、により熱が伝達される。この機構により、フィルム状ベルト６は、効率よく加熱され、カラー印刷に必要な厚みである約２００〜５００μｍ程度の厚さを有していても、良好にカラー印刷をすることができる。
加圧ローラ５は、従来より定着装置において使用されている一般的なローラであればよく、たとえば、鉄の芯金などを備える回転軸５１と、回転軸５１の周面に外嵌された弾性体でできたローラ５２とを含んでいる。

かかる構成において、定着ローラ２と加圧ローラ５とは、ともに転写材を搬送する方向へ回転している。また、定着ローラ２と加圧ローラ５とは圧接し、圧接部分でニップ部４を形成している。そして、定着ローラ２と加圧ローラ５との回転運動により、ニップ部４で弾性体ローラ５２が変形されながら、定着ローラ２と加圧ローラ５との間にあるフィルム状ベルト６は、定着ローラ２および加圧ローラ５の回転に伴って従動し、回転移動される。

図２は、この発明にかかる、ベルトガイド７を設けた実施形態の定着装置１の全体概略図である。
図２では、フィルム状ベルト６と定着ローラ２の外周面との空隙の、ニップ部４の回転方向下流側の定着ローラ２の外周面の近傍に、ベルトガイド７が定着装置に対して固定されている。ベルトガイド７は、回転している定着ローラ２とフィルム状ベルト６との間に割り込んで、フィルム状ベルト６の回転移動を案内している。

また、ベルトガイド７は、ニップ部４の下流側出口における曲率半径を小さくする役目もある。これにより、ニップ部４で加熱・加圧を受けた転写材Ｐによりフィルム状ベルト６が張り付いてしまった場合、ベルトガイド７による曲率半径を小さくした部分を設けることで、転写材Ｐと張り付いたフィルム状ベルト６とを分離しやすくすることができる。
ところで、この発明では、ヒータ３の輻射熱は定着ローラ２を介してフィルム状ベルト６へ効率よく伝達されることが望ましい。そのため、定着ローラ２の外周面には、熱放射性の高くなるように暗い色、たとえば、黒色など、の塗装を施すことで、ヒータ３から受け取った輻射熱を外周側へ伝達することができる。また、フィルム状ベルト６の内周面には、熱吸収性が高くなるように暗い色、たとえば、黒色など、の塗装を施すことで、定着ローラ２からの輻射熱を効率よく吸収することができる。これにより、カラー印刷に対応した上述の厚みをもったフィルム状ベルト６を備えていても、ヒータ３からフィルム状ベルト６へ効率よく熱の伝達がなされ、良好なトナーの定着を促すことができる。

なお、定着ローラ２は、上述の金属による構成をとる以外にも、ヒータ３からの輻射熱を効率よくフィルム状ベルト６に伝達するために、定着ローラ２を透明な部材、たとえば、ガラスなど、で構成されてもよい。これにより、ヒータ３からの輻射熱を直接フィルム状ベルト６に伝達することができ、フィルム状ベルトの良好な加熱を促すことができる。
以下では、この発明にかかる複数の実施例と従来技術との、ウォームアップ時間およびそのときのカラー印刷時の画質を比較した実験を説明する。

表１に、この発明にかかる定着装置Ａ〜Ｄと、比較例としてのフィルム状ベルトを備えていない定着装置ＥおよびＦとの、それぞれの条件を示す。なお、この実験では、ヒータ３は、ハロゲンヒータを使用した。

表２に、定着装置Ａ〜Ｆの、定着ローラ２が１６０度まで昇温するウォームアップ時間と、定着ローラ２が１６０度のときに行ったカラー印刷での画像画質とを示す。また、表２での「画質」は、良好な場合を○、不良の場合を×、とした。

この実験からわかるとおり、画像画質が不良（×）であった定着装置Ｅを除いて比較すると、この発明にかかる定着装置Ａ〜Ｄの全てにおいて、比較例の定着装置Ｆよりウォームアップ時間の短縮がされており、かつ、カラー印刷も良好に行うことができていることがわかる。
したがって、この発明にかかる定着ローラを介して迅速にフィルム状ベルトを加熱できることで、待機時間が少なくてよく、しかもカラー印刷の場合のように、トナーが多く塗布された転写材であっても、良好に印刷が行えることのできる定着装置を提供することができる。

上述の説明は、いわゆるカラー複写機の定着装置を例にとって説明したが、この発明の定着装置は、カラープリンタなどの画像形成装置に設置されている定着装置にも適用できる。
また、上述の説明では、定着ローラ２および加圧ローラ５ともに、駆動させる例を挙げたが、加圧ローラ５だけを駆動させ、フィルム状ベルト６および定着ローラ２を従動させる構成をとることもできる。逆に、定着ローラ２だけを駆動させ、フィルム状ベルト６および加圧ローラ５を従動させる構成をとることもできる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態にかかる定着装置１の全体概略図である。 この発明にかかる、ベルトガイド７を設けた実施形態の定着装置１の全体概略図である。

符号の説明

１ 定着装置
２ 定着ローラ
３ ヒータ（熱源）
４ ニップ部
５ 加圧ローラ
５１ 回転軸
５２ 弾性体ローラ
６ フィルム状ベルト
７ ベルトガイド
Ｐ 転写材（用紙）
Ｐ１ トナー未定着の転写材
Ｐ２ トナーが定着された転写材

Claims (5)

1. 転写材に転写されたトナー像を加熱および加圧することにより、転写材に定着させる定着装置であって、
   回転可能な定着ローラと、
   上記定着ローラの内部に設けられ、上記定着ローラの内周面側から上記定着ローラを加熱するための熱源と、
   上記定着ローラとニップを形成する回転可能な加圧ローラと、
   上記定着ローラの外周面をとり囲み、上記定着ローラと上記加圧ローラとのニップにおいて、上記定着ローラおよび上記加圧ローラと圧接しており、上記定着ローラおよび上記加圧ローラの回転に伴って回転移動するフィルム状ベルトと、
   を有することを特徴とする、定着装置。
2. 上記フィルム状ベルトは、
   上記定着ローラの外周面との間に空隙を有し、
   上記ニップの出口側には、上記定着ローラの外周面近傍にベルトガイドが設けられており、
   上記ニップから回転方向下流側へ移動する上記フィルム状ベルトと上記定着ローラの外周面との間に、上記ベルトガイドが割り込んで上記フィルム状ベルトの回転移動を案内することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 上記定着ローラは、
   その外周面が熱放射率の高い素材で構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の定着装置。
4. 上記フィルム状ベルトは、
   その内周面が熱吸収率の高い素材で構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
5. 上記定着ローラは、
   透明な素材により構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。

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