JP2007272088A - 画像定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小サイズシート材の連続定着を行う場合の異常画像の発生防止と、ローラ端部の温度上昇防止と、熱エネルギの損失防止とを解決した画像定着装置を提供する。
【解決手段】加熱体をなすベルトＡを３本のローラＲ１〜Ｒ３に懸架して構成してある画像定着装置である。定着前のシート材Ｓは加熱体であるベルトＡと加圧体であるローラＢとで形成されたニップ部Ｎに搬送される。ニップ部Ｎに突入するまでにシート材Ｓ上に静電力のみで固定されたトナーを定着するために、ベルトＡを加熱する必要がある。従来においては、発熱体Ｃを加熱体Ａに接触させて配置していたが、本発明では加熱体Ａと非接触に配置する。これにより経時劣化や異音を防ぐことが可能となる。また、加熱領域を局所的に限定することで、ベルトＡを急激に加熱し、ファーストプリントなどの待機時間の短縮も実現可能とする。
【選択図】図１

Description

加熱材と発熱体とが接触する構成の画像定着装置においては、以下のような多くの問題がある。
（１）接触部の摺動により経時での加熱体、発熱体の磨耗や磨耗粉による周囲への影響、摺動時からの異音などが懸念される。
（２）定着ユニットを交換する場合、発熱体が定着ユニット内部に配置されているために、発熱体も同時に交換することになり、ランニングコストが高くなっている。そして、発熱体自身の劣化などにより発熱体の交換が必要になった場合、発熱体を装置本体から取り外す作業が生じてしまう。
（３）加熱部とニップ部に距離があると熱エネルギの損失が起こるが、発熱体と加熱体の相対位置関係が限定されていると、周辺ユニットのレイアウトに関して制約が大きい。
（４）加熱体の定着を行う面にサーミスタなどの温度検知手段を接触させていたため、経時で加熱体の定着面にキズが発生してしまい、異常画像が発生する不具合がある。
（５）発熱体の輻射周波数を単一の加熱材では吸収しきれず、発熱体の熱エネルギーから加熱体の熱エネルギーに変換しきれていない。
（６）加熱材としてベルトを用いて加熱する際、ベルト内側から懸架しているローラを経由しての熱エネルギの損失が発生してしまう。
（７）小サイズシート材の連続定着を行う場合、ベルトから熱を奪うシート材がニップ部を通過しない、ベルトやローラの端部の温度が上昇してしまい、異常画像が発生する恐れがある。
（８）下流側ローラ全てを熱伝導率のきいものにすると、端部温度上昇は防げるが、ローラを経由した熱エネルギの損失も同時に発生してしまう。
（１０）一対の駆動ローラと従動ローラでは、加熱体のベルトの内側に発熱体を配するためには駆動ローラ及び従動ローラの径を大きくしてスペースを確保する必要がある。また、部品の大型化によるコストアップや装置が大型化してしまう。また、ローラ径、特にニップ下流のローラ径が大きいと、画像定着後のシート材の分離性が悪く、分離爪等の分離手段を別途設ける必要が生じる。
（１１）小サイズ紙の連続通紙では、加熱体にベルトの幅方向両端部の温度上昇が発生する。ベルトの幅方向で温度分布が均一でない状態で、最大シート幅の定着を行うと加熱体のベルト幅方向両端部でオフセットが発生する。また、加熱体のベルト幅方向両端部で熱的磨耗が発生し、それが進行すると加熱体のベルトの耐熱温度を越えて熱的破損が生じる場合がある。
（１２）加熱体のベルトの強度を確保する基層とトナー離型性の優れた表層で形成された加熱体のベルトにおいて、内側の基層は熱吸収性が高いと熱エネルギが懸架されたローラを介して失われてしまう。
特開２００３−２１５９６４号公報 特開２００３−２２３０６４号公報 特開２０００−４７５０７号公報

本発明は、上述した従来の問題点にかんがみてなしたもので、上記従来の問題のうち少なくとも（１１）の、小サイズシート材の連続定着を行う場合の異常画像の発生防止と、（１２）のローラ端部の温度上昇防止と、熱エネルギの損失防止とを解決することを目的とする。

本発明の請求項１に係る画像定着装置は、転写体上のトナーを加熱する加熱体と、該加熱したトナーを転写体に圧着させる加圧体とを備える画像定着装置において、前記加熱体をなすベルトを張架するローラのうち、該ベルト移動方向で前記圧着させる位置よりも下流側に位置するローラの熱伝導率を、上流側に位置するローラより大きくしたことを特徴とする。

同請求項２に係るものは、請求項１の画像定着装置において、前記ベルトを張架するローラの端部側を他の部位より熱伝導率を大きくしたものであることを特徴とする。

同請求項３に係るものは、請求項２の画像定着装置において、画像を定着させるシート材の最小サイズであっても、該シート材端部が前記熱伝導率の大きい領域に接触する配置としてなることを特徴とする。

同請求項４に係るものは、請求項１から３のいずれかの画像定着装置において、赤外線を発する発熱体を前記加熱体外部に前記加熱体と非接触配置し、かつ該発熱体による前記加熱体の加熱領域を局所的に限定可能としたことを特徴とする。

同請求項５に係るものは、請求項１から４のいずれかの画像定着装置を、画像定着装置本体に体して着脱可能なユニットとしたことを特徴とする。

同請求項６に係る画像形成装置は、請求項１から５のいずれかの画像定着装置を備えたことを特徴とする。

本発明は、加熱体をなすベルトを張架するローラのうち、ベルト移動方向で圧着位置よりも下流側に位置するローラの熱伝導率を、上流側に位置するローラより大きくしたこと、すなわち加熱体と加圧体のニップ下流のローラでの伝熱により、ベルト及びローラ熱分布の均一化を図ることで、ベルトやローラの端部温度が上昇して発生する異常画像を防ぐことが可能となり、また熱分布の均一化と熱エネルギの損失防止を両立を可能とし、さらには、全てのシート材サイズにおいて、前記の効果を奏し得るものとなる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１６は、本発明に係る画像定着装置を備え得る画像形成装置の一例の概略断面図である。図中１は像担持体、２は帯電手段、３はレーザ書き込みユニット、４は現像装置、５は転写ローラ、６はクリーニング装置である。また図中７は給紙部、８は給紙ローラ、９はレジストローラ対、１０は定着装置、１１は排紙部、１２は画像形成装置本体を示す。

像担持体１は、図示しない駆動手段により図中矢印方向に回転駆動され、帯電手段２によりその表面を一様に帯電させ、次いでレーザ書き込みユニット３からの露光により表面に潜像を形成する。この潜像は、現像装置４によって可視像化し、給紙部７から給紙ローラ８やレジストローラ対９等を介して供給する紙等の転写体Ｐに転写装置５によってトナー像を転写する。トナー像転写後に像担持体１表面上に残留するトナーはクリーニング装置６によって除去する。

画像を転写された転写体Ｐは、定着装置１０へ導入し、加熱、加圧によってトナー像を転写体Ｐに定着させ、その後排紙部１１へと排紙する。なおもちろん、本発明は図示の画像装置に限定されず、種々のタイプのものに適用可能である。

図１に本発明の第１の実施例を示す。図１は加熱体をなすベルトＡを懸架するローラＲ１〜Ｒ３の本数が３本、図２は２本（ローラＲ１、Ｒ３）の例である。定着前のシート材Ｓは加熱体であるベルトＡと加圧体であるローラＢとで形成されたニップ部Ｎに搬送される。ニップ部Ｎに突入するまでにシート材Ｓ上に静電力のみで固定されたトナーを定着するために、ベルトＡを加熱する必要がある。

従来においては、発熱体Ｃを加熱体Ａに接触させて配置していたが、本実施例では加熱体Ａと非接触に配置してある。これにより経時劣化や異音を防ぐことが可能となる。また、加熱領域を局所的に限定することで、ベルトＡを急激に加熱し、ファーストプリントなどの待機時間の短縮も実現可能としている。

図２は、図１の実施例の変形例を示す。この例の装置は、加熱体であるベルトＡの占有体積が図１の例に比べて小さいため、レイアウトの自由度が高いが、その反面、停止状態が長時間継続した際、ベルトＡにコシがつき、カールしやすい。

図３は、図１の他の実施例の変形例を示す。この例の装置は、加熱体であるベルトＡが発熱体Ｃで加熱される位置とニップ部Ｎ間の距離に比例して熱エネルギの損失が大きくなることを考慮し、図示のように、発熱体Ｃによる加熱位置をニップ部Ｎに（レイアウトが許容する範囲で）最も近づけることにより、熱のロスを抑えることができるようにしてある。

図４は、図１のさらに他の実施例の変形例を示す。この例の装置は、発熱体Ｃと加熱体Ａの位置関係が限定されていると周辺ユニットのレイアウトに関して制約が大きい点を考慮し、図示のように、発熱体Ｃを定着ユニットＵから離し、遠くから加熱体であるベルトＡに向けて熱照射する構成とすることにより、レイアウトの自由度を向上させ、かつ定着交換時における発熱体Ｃへのユーザーの接触リスクを低減することを可能としてある。

図５は、図１のさらに他の実施例の変形例を示す。温度検知手段としてサーミスタＴがよく用いられるが、サーミスタＴを画像面に接触させると、その部分だけ定着性が悪くなってしまうことがあるので、図示のように、サーミスタＴを非画像面側から接触させることで画像面の定着性を損なうことなく温度検知することを可能としてある。この時、画像面と非画像面との温度差が大きいと温度検知精度が悪くなり、定着性を悪化させてしまう。この場合、ベルトＡの材質を熱伝導率の高い材料とすることで、画像面と被画像面との温度差を最小にし、温度検知の検知の精度を向上することが可能である。

図６は、図１のさらに他の実施例の変形例を示す。加熱体であるベルトＡを内側から懸架しているローラＲ１、Ｒ３の熱伝導率を小さくすることにより、ベルトＡとの接触でローラＲ１、Ｒ３に伝熱する熱エネルギ損失を抑えて加熱体であるベルトＡの温度低下を防ぎ、より少ない消費電力で加熱体を加熱することが可能としている。

図７は、図１のさらに他の実施例の変形例を示す。ニップ部ＮよりベルトＡの移動方向で下流側にあるローラＲ１の熱伝導率を上流側のローラＲ３よりも大きくすることで、小サイズシート材Ｓの連続定着時の端部温度上昇を抑制（均一化）し、異常画像を防ぐことが可能としてある。

図８(Ａ)に示すように、例えば発熱体Ｃから発する熱エネルギーの波長の範囲と、加熱体であるベルトＡの吸収範囲が図に示すような関係にある場合、発熱体Ｃから発せられる熱エネルギーが吸収されずにエネルギーを無駄にしてしまう。加熱体であるベルトＡの吸収できる波長の範囲が限られている場合、図８(Ｂ)に示すように、ベルトＡの材質を混合することで、吸収できる波長の範囲が広がり、熱エネルギーを無駄にすることなく吸収することが可能となる。またベルトＡを掛け回すローラＲ１、Ｒ３の中央部の熱伝導率を小さく、端部の熱伝導率を大きくすることで、異常画像の防止と熱エネルギの損失を抑えることによる消費電力の低減の両立が可能となる。

なおシートが最小サイズのシート材Ｓｍｉｎであっても、シート材Ｓｍｉｎの端部がローラＲ１、Ｒ３端部の熱伝導率の大きい部分に接触するような設定とすることで、全ての小サイズシート材において、異常画像の防止と熱エネルギの損失を抑えることによる消費電力の低減の両立が可能となる。

またなお上述の実施例における発熱体は、ニクロムランプ、ハロゲンランプ、セラミックランプ、カーボンランプ等とすることができる。カーボンランプを用いたヒータの場合、フィラメント抵抗が変化しない特性を利用し、突入電流を軽減することができる。

図９に示す実施例２は、加熱体Ａと加熱体Ｂを備えた定着ユニットＵが装置本体Ｈから取り外しできるようになっており、このとき、加熱体Ａ、Ｂを加熱する手段としての発熱体Ｃは、定着ユニットＵと分離してあり、定着ユニットＵを取り外した後でも装置本体Ｈに残っている構成となっている。

図１０は図９の実施例の変形例を示す図である。この図１０の例においても、加熱体と加圧体を備えた定着ユニットＵを装置本体Ｈから取り外したとき、加熱体を加熱する手段としての発熱体Ｃは、装置本体Ｈに残っている構成となっているが、この発熱体Ｃもユニット化してあり、レバーなどのロック解除にて簡単に装置本体Ｈから取り外せるようになっている。

本実施例では、従来発熱体が定着ユニット内部に配置されていて、発熱体も同時に交換することになり、ランニングコストが高くなるという欠点があったことにかんがみ、加熱体（ベルトＡ）を装置本体側に配置することで、定着ユニット交換時に発熱体も同時に交換されてしまうことが無くなり、定着ユニットのランニングコストを低減させることを可能としている。

また発熱体Ｃ自身の劣化などにより発熱体Ｃの交換が必要になった場合、発熱体Ｃを装置本体から取り外す作業が生じてしまうが、図１０の例では、発熱体Ｃをユニット化することで装置本体Ｈから容易に取り外しができるようにしてこの点を解決してある。

図１１は本発明の第３実施例の概念図である。図１１の装置は図２の実施例に対応する構造を有するが、この例のように加熱体であるベルトＡ内に発熱体Ｃを配置しようとすると、駆動ローラＲ１と従動ローラＲ３の径を大きくせざるを得ず、装置が大型化してしまい、またローラ径が大きいので分離爪などのソート材の分離手段を設ける必要があるが、本発明の実施例３を示す図１２の装置のように複数の駆動ローラＲ２に対して複数の従動ローラＲ１、Ｒ３を配しベルトＡを張架すれば、小さなローラ径でもベルトＡの内周に発熱体Ｃを配置することができ、ニップ部Ｎ下流のローラＲ１の径も小さくでき、曲率分離方式により別途分離爪などの分離手段を設けることなく装置の小型化が可能となる。

図１３は本発明の第４実施例の概念図である。図１３(Ａ)はシート材の小サイズ紙Ｓｍｉｎ用のヒータＥＳと小サイズより大きいサイズの紙Ｓ用のヒータＥＬを２本配置した実施例で、図１３（Ｂ）はこの例のヒータ配置の平面図である。小サイズ紙Ｓｍｉｎを通紙する時と小サイズ紙Ｓｍｉｎより大きいサイズの紙Ｓを通紙する時でヒータＥＳ、ＥＬを切り替える。

図１４は、図１３の変形例を示す図である。ヒータを小サイズ紙Ｓｍｉｎ領域用のヒータＦＣと両端部用のヒータＦＥ、ＦＥに３分割したもので、小サイズ紙Ｓｍｉｎの時は小サイズ領域（中央部）のヒータＦＣのみ点灯し、小サイズ紙Ｓｍｉｎより大きいサイズの紙Ｓを通紙する時は三つのヒータＦＣ、ＦＥ、ＦＥを全点灯する。なお発熱体がカーボンランプヒータの場合は指向性があるため、三つのヒータを全点灯した時でもオーバーラップ領域を縮小でき、それによってオーバーラップ部の温度上昇も少なくなる。

図１５は本発明の第５実施例の概念図であり、詳細には、加熱体であるベルトＡの一例の断面図である。熱吸収率の高い表層ｓ１が発熱体からの輻射熱により直接加熱され、熱吸収率の低い基層ｓ２は加熱されにくい。これにより、熱エネルギの損失を抑制し、少ない消費電力で定着することができる。

本発明の第１の実施例を示す図である。 図１の実施例の変形例を示す図である。 図１の他の実施例の変形例を示図である。 図１のさらに他の実施例の変形例を示す図である。 図１のさらに他の実施例の変形例を示す図である。 図１のさらに他の実施例の変形例を示す図である。 図１のさらに他の実施例の変形例を示す図である。 発熱体から発する熱エネルギーの波長の範囲と、加熱体であるベルトの吸収範囲の関係図である。 本発明の第２実施例の概念図である。 図９の実施例の変形例を示す図である。 本発明の第３実施例の概念図である。 図１１の実施例の変形例を示す図である。 本発明の第４実施例の概念図である。 本発明の第１実施例の概念図である。 本発明の第５実施例の概念図である。 本発明に係る画像定着装置を備え得る画像形成装置の一例の概略断面図である。

符号の説明

Ａ：ベルト（加熱体）
Ｒ１〜Ｒ３：ローラ
Ｓ：シート材
Ｂ：ローラ（加圧体）
Ｎ：ニップ部
Ｃ：発熱体
Ｔ：サーミスタ
Ｓｍｉｎ：最小サイズのシート材
Ｕ：定着ユニット
Ｈ：装置本体
ＥＳ、ＥＬ：ヒータ
ＦＣ、ＦＥ、ＦＥ：ヒータ
ｓ１：ベルトの表層
ｓ２：同じく基層

Claims (6)

1. 転写体上のトナーを加熱する加熱体と、該加熱したトナーを転写体に圧着させる加圧体とを備える画像定着装置において、
   前記加熱体をなすベルトを張架するローラのうち、該ベルト移動方向で前記圧着させる位置よりも下流側に位置するローラの熱伝導率を、上流側に位置するローラより大きくしたことを特徴とする画像定着装置。
2. 請求項１の画像定着装置において、前記ベルトを張架するローラの端部側を他の部位より熱伝導率を大きくしたものであることを特徴とする画像定着装置。
3. 請求項２の画像定着装置において、画像を定着させるシート材の最小サイズであっても、該シート材端部が前記熱伝導率の大きい領域に接触する配置としてなることを特徴とする画像定着装置。
4. 請求項１から３のいずれかの画像定着装置において、赤外線を発する発熱体を前記加熱体外部に前記加熱体と非接触配置し、かつ該発熱体による前記加熱体の加熱領域を局所的に限定可能としたことを特徴とする画像定着装置。
5. 請求項１から４のいずれかの画像定着装置を、画像定着装置本体に体して着脱可能なユニットとしたことを特徴とする画像定着装置。
6. 請求項１から５のいずれかの画像定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。