JP2007011110A - 画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトの冷却に要する電力を削減することができる画像加熱装置を提供すること。
【解決手段】記録材上Ｐの画像Ｔをニップ部Ｎにて加熱するエンドレスベルト３０と、このベルト３０を加熱する加熱ロール（加熱手段）１０と、ベルト３０と共に移動する加熱後の記録材Ｐをベルト３０から分離する前に冷却する冷却手段と、を有する画像加熱装置において、ベルト３０の温度差により電力を発生する熱電素子（電力発生手段）２００を有し、この熱電素子２００の電力により冷却手段を駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録材上の画像を加熱する画像加熱装置に関する。この画像加熱装置としては、例えば、プリンタ、複写機等の画像形成装置に用いられる定着装置を挙げることができる。

近年、電子写真方式を用いた画像形成装置に使用される定着装置として、例えば図９に示すような、加熱ロール１０とこのロールに間隔を空けて配設される剥離用ロール２０とに少なくとも張架されて回転走行する無端ベルト３０と、この無端ベルトを加熱ロール１０に圧接する加圧ロール４０と、無端ベルト３０の加熱ロール１０から剥離ロール２０に向かうベルト内周面に接して冷却する冷却構造体５０とを備え、その無端ベルト３０を加熱ロール１０、冷却構造体５０、剥離用ロール２０の順番で通過する方向に回転走行させるとともに、トナー像Ｔを担持する記録シートＰを、加熱ロール１０に架かる無端ベルト３０と加圧ロール４０との間の圧接域（ニップ部）Ｎに導入し、斯かる無端ベルト３０に当接させた状態で冷却構造体５０が接触する部分を通過させて剥離用ロール２０に架かる部分まで搬送して剥離させることにより、トナー像Ｔを記録シートＰに定着させる方式の定着装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特に、特許文献１に記載の定着装置は、冷却構造体として無端ベルトの内周面に接離可能に配設した空冷式の冷却ロールを適用したものである（その図３、図５等を参照）。

又、特許文献２に記載の定着装置は、冷却構造体として無端ベルトの内周面との接触面に多数の空気流通孔が開設された空冷ボックスを適用したものである（その図２等を参照）。

つまり、特許文献１，２の定着装置は何れもトナー像を担持した記録シートを加熱加圧した後に無端ベルトに当接した状態で冷却ロール又は空冷ボックスの冷却作用により冷却してから無端ベルトから剥離することにより定着を行うようになっている。

一方、特許文献３に記載の定着装置は、冷却構造体としてペルチェ素子を適用して記録シートを加熱加圧した後に無端ベルトに当接した状態で冷却するとともにベルトの搬送面と反対側の面に放熱することにより熱の有効利用を可能としている（その図２等を参照）。
特開平４−２１６５８０号公報 特開平５−０７２９２６号公報 特開２００１−０４２６７２号公報

しかしながら、このような定着装置では、冷却手段によって一旦冷却した無端ベルトを再度加熱ロールによって加熱しなければならないため、如何にして消費電力を低減させるかが課題となっている。

即ち、冷却手段によって一旦冷却した無端ベルトは、冷却手段を通過した後も大気中への放熱を続けるとともに、冷却手段から大気中へも放熱されるため、電力の増分は、冷却手段により冷却された熱エネルギーと無端ベルトから直接大気中へ放熱された熱エネルギーの和となるので膨大な量となる。

具体的には、特許文献３で用いられているペルチェ素子は熱の有効利用を図ることができるものの、ペルチェ素子の冷却能力に依存した駆動電力が必要となり、消費電力を削減することができない。

そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とする処は、ベルトの冷却に要する電力を削減することができる画像加熱装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、記録材上の画像をニップ部にて加熱するエンドレスベルトと、このベルトを加熱する加熱手段と、ベルトと共に移動する加熱後の記録材をベルトから分離する前に冷却する冷却手段と、を有する画像加熱装置において、ベルトの温度差により電力を発生する電力発生手段を有し、この電力発生手段の電力により冷却手段を駆動することを特徴とする。

本発明によれば、ベルトの冷却に要する電力を削減することができる。

以下、本発明に係る画像加熱装置について、電子写真プリンタに用いられる定着装置を例に説明する。尚、画像加熱装置の例としては以下の定着装置だけに限らず、記録材に定着されたトナー像を再加熱することにより画像の光沢度を向上させる光沢付与装置にも適用することが可能である。

本実施の形態に係る定着装置は、加熱ロール１０と、剥離用ロール２０と、無端ベルト３０と、加圧ロール４０と、熱移動手段２００とでその主要部が構成されている。

図中において符号Ｐは記録シート、Ｔはトナー像を示す。上記加熱ロール１０は、アルミニウム、ステンレス等から成る円筒状のロール芯材１１上に被覆層１２を形成したロール本体と、そのロール芯材１１の内部空間に配設される加熱用ハロゲンランプ１３とで構成されている。

被覆層１２は、例えば、シリコーンゴム等から成る厚さが０．５〜５ｍｍ程度の弾性体層と、その弾性体層の表面に形成されるフッ素系樹脂（ＰＦＡ等）等から成る厚さが数μｍ〜数１０μｍ程度の表面層等で形成されている。

この加熱ロール１０は、図示されていない支持フレームに回転自在に支持されているとともに、公知の回転駆動手段により所定の方向（Ａ）に回転駆動されるようになっている。

又、この加熱ロール１０は、８００Ｗ程度の加熱用ハロゲンランプ１３により所定の定着加熱温度（例えば１５０〜１８０℃）になるまで加熱される。
そして、そのハロゲンランプ１３の加熱動作が加熱ロール表面の温度を測定する図示されていない温度センサによる検知情報に基づきフィードバック制御されて所定の定着加熱温度に保持されるようになっている。

上記剥離用ロール２０は、無端ベルト３０を所定の曲率で曲げた状態で張架することによりそのベルト３０に当接した状態で搬送される定着対象の記録シートＰが剥がれることを促すためのロールである。具体的には、例えばアルミニウム、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の金属材料にて形成されている。

この剥離用ロール２０は、図示されていない支持フレームに回転自在に支持されているとともに、バネ等から成る公知の張力付与機構によって無端ベルト３０に張力を付与する方向に対し弾性的に付勢されるようになっている。

上記無端ベルト３０は、図６に示すように厚さが３０〜２００μｍ程度のベルト基材３１とその基材３１の外周面側に形成される厚さが１０〜２００μｍ程度の弾性離型層３２とで構成されている。

このうちベルト基材３１については、ポリイミド、ポリアミド等の耐熱性樹脂やニッケル、アルミニウム等の金属材料を用いて形成される。又、弾性離型層３２については、シリコーン系ゴム、フッ素系ゴム等にて形成される。

この無端ベルト３０の外周面（具体的には弾性離型層３２の表面）は、できる限り平滑面（鏡面に近いもの）であることが望ましい。

この無端ベルト３０は、加熱ロール１０と剥離用ロール２０の間に張架され、加熱ロール１０の回転駆動により図中の矢印Ａ方向に回転走行するようになっている。

加圧ロール４０は、無端ベルト３０を加熱ロール１０に圧接させるように配設されるものであり、例えば前記した加熱ロール１０のロール本体と同じ層構造から成るものである。

尚、この加圧ロール４０には、必要に応じて加熱ロール１０と同様に、加熱用ハロゲンランプ１３を配設して加熱機能を付加しても良い。

この加圧ロール４０は、図示されていない支持フレームに回転自在に支持されているとともに、所定の圧力（５０〜２００ｋｇｆ）で圧接方向に付勢されるように図示されていない公知の加圧機構に支持されている。

又、この加圧ロール４０の圧接により、当該ロール４０と加熱ロール１０に架かる無端ベルト３０との間にはニップ部としての所定幅の圧接部（Ｎ）が形成される。

以上をまとめると、本実施の形態に係る定着装置には、ローラ群に懸架された無端ベルトと、ローラ群のうちの１つ加熱ローラに内装された加熱源と、ニップ部を形成するため、ベルトを介してこの加熱ローラに対向配置された加圧ローラが設けられている。このベルトは、画像光沢度アップのため後述するように表面が鏡面化処理されている。

更に、ローラ群のうちベルトを回転駆動するため駆動源からの駆動力を伝達する駆動ローラと、ベルトに密着したまま移動する加熱後の記録シートをベルトから分離する前に冷却する冷却手段が設けられている。

このような装置構成により、定着工程において記録シート上の画像の光沢を向上させることができる。

本装置のベルト内には、温度差により電力を発生する電力発生手段としての熱電装置２００が設けられている。

この熱電装置２００には、無端ベルト３０の加熱ロール１０から剥離用ロール２０に至るまでの側のベルト内周面部分をそのベルト外周面側にむかって接触、押圧する高温側接点部２０４ａが設けられている。更に、無端ベルト３０の剥離用ロール２０から加熱ロール１０に至るまでの側のベルト内周面部分をそのベルト外周面側に向かって接触、押圧する低温側接点部２０４ｂが設けられている。

即ち、熱電装置２００は、高温側接点部２０４ａと低温側接点部２０４ｂの温度差により電力を発生させるためのゼーベック素子２０１とで構成されている。

３０１は無端ベルト３０の加熱ロール１０から剥離用ロール２０に至るまでの側のベルト内周面部分を冷却するための冷却ファンである。

後述するが、圧接域Ｎにおいて約１９０℃程度に加熱された記録シート上のトナー画像は、冷却装置による冷却領域においてトナーの軟化点温度（５０〜６０℃程度）以下となるように冷却される。

従って、高温側接点部２０４ａは約１９０〜１８０℃程度となっており、低温側接点部２０４ｂは５０〜６０℃程度とされている。つまり、ゼーベック素子はこれらの温度差１２０〜１４０℃により電力を発生する。

この冷却ファンは、ゼーベック素子２０１が発生する電力により駆動され、エアダクト３００内部を通してＢ方向に冷却風を流すように構成されている。尚、冷却手段としてペルチェ素子等の機器を採用しても構わない。

又、この定着装置においては、電子写真方式を利用したカラープリンタ等のカラー画像形成装置で形成されたトナー像Ｔを担持する記録シートＰが定着対象物となる。

このため、この定着装置では、斯かるトナー像Ｔを担持する記録シートＰを無端ベルト３０と加圧ロール４０との間の前記圧接域Ｎに導入するように搬送するための図示されていないベルト搬送装置等のシート搬送手段が配設されている。

又、この定着装置には、無端ベルト３０から剥離される記録シートＰを定着装置外にある収容トレイや他のシート後処理装置等に対して排出するための排出ロール対等の排出手段が配設されている。

更に、この定着装置の定着対象となる記録シートＰは、画像形成装置に適用可能である記録材であれば特に制約されるものではない。

尚、光沢性に富む写真調の画像を得るために本装置を使用する際は、図７に例示するように、記録材として、基材１００に熱可塑性樹脂を主成分とする透明樹脂層１２０を積層形成したものが使用される。

基材１００としては、画像形成用の普通紙、コート紙や、印画紙等が挙げられる。

透明樹脂層１２０を構成する熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、スチレン−アクリル酸エステル樹脂等が挙げられ、記録シート上のトナー像を加熱する際にトナーと共に軟化（溶融）する特性を持つ。又、透明樹脂層１２０は、定着時の加熱加圧により溶融してトナー像Ｔが埋め込まれる程度の層厚さから成るものであることが好ましい。

次に、この定着装置の動作について図１、図４及び図５を参照しながら説明する。

先ず、定着動作開始信号の入力に伴い、無端ベルト３０を矢印Ａ方向に回転走行させるように駆動が入力される。更に、加熱源としてのハロゲンランプ１３が通電により発熱して加熱ロール１０を所定の定着温度まで加熱して保持するようになっている。この際、加圧ロール４０は無端ベルト３０を介して加熱ロール１０の回転に応じて従動回転し始める。

これにより、定着ベルト３０と加圧ロール４０との間の圧接域Ｎは所定の定着温度に加熱された状態になり、又、無端ベルト３０の冷却領域はエアダクト３００の対向部を通過する際に放熱作用により強制的に冷却された状態となる。

圧接域Ｎにおいて約１９０℃程度の加熱された記録シート上のトナー画像は、冷却装置による冷却領域においてトナーの軟化点温度（５０〜６０℃程度）以下となるように冷却される。

続いて、このような状態にある定着装置に対して、図４（ａ）に示すように、画像形成装置側で画像情報に応じてトナー像Ｔが形成された記録シートＰ（図５（ａ））が圧接域Ｎに送り込まれる。

これにより、記録シートＰは、その圧接域Ｎにおいてトナー像Ｔが加熱加圧されて溶融するとともに、記録シートＰ（の透明樹脂層１２０）内に埋め込まれるようになる（図５（ｂ））。そして、記録シートＰは、圧接域Ｎを通過した後も無端ベルト３０の外周面に当接（密着）した状態でベルト３０の回転に伴って搬送される。

次いで、加熱後の記録シートＰは、図４（ｂ）に示すように、エアダクト３００の対向部である冷却領域を通過するようにベルと３０に密着したままの状態で搬送される。記録シートと共にベルト３０は、冷却領域の通過の際に冷却ファン３０１の冷却風により強制的に冷却される。即ち、圧接域Ｎで加熱された記録シートＰ及びトナー像Ｔは、冷却領域を通過する間にその保有する熱が無端ベルト３０を介して冷却風に伝達されて放熱される（図５（ｃ））。冷却風に伝達された熱は冷却ファン３０１を通って装置機外に向けて放熱される。

従来の構成では、このような冷却ファンの駆動に要する総電力が６２０Ｗ程度であったのに対し、本実施の形態のようにゼーベック素子２０１を使用することによりこの総電力を削減することが可能となった。
具体的には、ゼーベック素子を無端ベルト３０の内部に配置することにより、例えば最大でＡ３サイズの記録シートに画像形成可能な幅を持つ無端べルト３０の場合、１個当たり５Ｗ程度の電力供給能力を持つゼーベック素子を数個配置できることになる。つまり、本実施の形態によれば、３０Ｗ相当程度の冷却に要する電力を得ることができるので省電力化を図ることができる。

又、トナー像Ｔ及び記録シートＰ（の透明樹脂層１２０）は、前記したトナー像Ｔが記録シートＰ（の透明樹脂層１２０）内に埋め込まれるような状態でもって放熱作用により冷却されてほぼ固まる。

この冷却領域を通過した記録シートＰは、図４（ｃ）に示すように、剥離用ロール２０の懸架されたベルト３０の位置において記録シート自身の腰の強さによりベルトから曲率分離される。これにより、定着が終了する。尚、この無端ベルト３０から剥離された記録シートＰは、図示されていない排出手段によって収容トレイ等に送られる。

この定着装置による定着が正常になされると、特に冷却領域での冷却がムラ無く一様に行われる結果、図５（ｄ）に示すように、トナー像Ｔが記録シートＰ（の透明樹脂層１２０）内に一様に埋め込まれたような状態で定着される。その結果、その定着後のシート表面（透明樹脂層１２０の表面）が無端ベルト３０の平滑な表面に倣って平滑性に優れた状態となるように定着される。即ち、この定着後における記録シートＰ上の画像は、表面凹凸による光の乱反射が少なく光沢性に富み、写真画像に匹敵する高画質のものとして得られる。

又、冷却領域において記録シートＰの冷却が均一且つ安定して行われない場合は、図８に示すように、トナー像Ｔａが記録シート（の透明樹脂層１２０）に適正に埋め込まれず、記録シートＰの表面との間に微小な段差Ｄが生じてしまう。図中のＴｂは、良好に冷却されて定着したトナー像を示す。

又、上記した冷却ムラによりトナーＴが十分に冷却されず、それらの粘着性が残るため、無端ベルト３０から剥離される際にその十分な冷却がされない透明樹脂層１２０等の表面部分が微小に毛羽立った状態となってしまう。

以上説明したような構成により、熱電素子２００による無端ベルトの温度差により生じた電力を冷却手段へ供給する構成としたため、従来よりも総電力を低減することができる。

本発明に係る定着装置の断面図である。 本発明に係る定着装置の斜視図である。 本発明に係る定着装置での冷却を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の定着動作の主な工程状態を示す概要図である。 本発明に係る定着装置でのトナー像の記録シートへの定着過程を示す概要図である。 無端ベルトの構成を示す概略断面図である。 記録シートの構成を示す概略断面図である。 冷却ムラ（不良）が発生した場合における定着不良の状態を示す説明図である。 従来の定着装置の断面図である。

符号の説明

１０ 加熱ロール
２０ 剥離用ロール
３０ 無端ベルト
４０ 加圧ロール
Ａ 無端ベルトの回転方向
Ｐ 記録シート
Ｔ トナー像
Ｎ 圧接域
２００ 熱電素子
２０１ ゼーベック素子
２０４ａ 高温側接点
２０４ｂ 低温側接点
３００ エアダクト
３０１ 冷却ファン

Claims (1)

1. 記録材上の画像をニップ部にて加熱するエンドレスベルトと、このベルトを加熱する加熱手段と、ベルトと共に移動する加熱後の記録材をベルトから分離する前に冷却する冷却手段と、を有する画像加熱装置において、
   ベルトの温度差により電力を発生する電力発生手段を有し、この電力発生手段の電力により冷却手段を駆動することを特徴とする画像加熱装置。

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