JP2008070736A - 定着装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】円弧ヒータからベルトへの熱伝達効率が大きく、定着時の消費電力が少なく、エネルギー効率に優れる定着装置及びこれを搭載する画像得形成装置を提供する。
【解決手段】本発明の定着装置は、ヒータ300とニップ部材170とに張架されるベルト130と、このベルト130を介して該ニップ部材170と対向し回転駆動される加圧ローラ100と備えてなり、該ヒータ300の両端にはベルト片寄りを規制する胴当て部材を配し、該ヒータは円弧形状をなした基板の凸状部側に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上の耐熱性樹脂からなる保護層を有すると共に、該ベルト130の内周面には金属材質が用いられる。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の定着装置は、ヒータ300とニップ部材170とに張架されるベルト130と、このベルト130を介して該ニップ部材170と対向し回転駆動される加圧ローラ100と備えてなり、該ヒータ300の両端にはベルト片寄りを規制する胴当て部材を配し、該ヒータは円弧形状をなした基板の凸状部側に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上の耐熱性樹脂からなる保護層を有すると共に、該ベルト130の内周面には金属材質が用いられる。
【選択図】図1
Description
本発明は、記録紙上の未定着トナーを、その通過中に融着し、かつこれを記録紙側に押圧し定着させる定着装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。
複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載され記録紙上の未定着トナー像を接触加熱定着する定着装置として、従来、円弧ヒータとニップ部材とに張架したベルト、加圧ローラとから構成されるものが知られている。このような定着装置としては、例えば、特許文献1(特開2003−287969号公報)には、加熱電力を供給することにより発熱する面状の抵抗発熱体部と定着ベルトの裏側が摺接するための曲面を備えた加熱パネル、定着ベルトの裏側が摺接する弾性部を有する加圧パッド、上記加熱パネルと上記加圧パッドとの間に張力をかけて掛け渡された定着ベルト、及び、上記定着ベルトを挟んで上記加圧パッドとの間で相互に向かい合う加圧力が付与され、一定方向に回転駆動される加圧ローラを備えており、上記定着ベルトと上記加圧ローラとで形成されるニップ部にトナーが吸着された記録紙が導かれることを特徴とするベルト式定着装置が記載されている。
特開2003−287969号公報
従来技術はウオームアップ時間短縮を図るため、定着器やヒータの熱容量を小さく設計しなくてはならないという要請がある。したがって、ベルト、及び、ヒータは薄肉であり、強度は比較的弱い。一方、従来技術においてはベルトの回転駆動のための動力源である加圧ローラからの動力を、ベルトに効率的に伝達し、ベルトを安定的に回転駆動させるために、(ベルト内面と円弧ヒータ表面の摩擦力)+(ベルト内面とニップ部材表面の摩擦力)<(ベルト外面と加圧ローラ表面の摩擦力)となるように設計されている。
ところで、ベルトが片寄り、胴当て部材にベルトが突き当たり、座屈破壊することを防止するために、(ベルト内面と円弧ヒータ表面の摩擦力)をベルト安定回転駆動条件以上に低減させている。また、円弧ヒータがたわみ、ヒータとベルトの接触不良が発生するのを防止するために、円弧ヒータのベルトへの当接力を弱くするように設定されている。
しかしながら、以上のように従来技術では円弧ヒータのベルトへの当接力を強く出来ないために、円弧ヒータからベルトへの熱伝達効率が小さく、定着時の消費電力が大きいことが問題であった。本発明では、円弧ヒータのベルトへの当接力を強くし、円弧ヒータからベルトへの伝熱効率を向上させ、かつ、円弧ヒータのベルトへの当接力を強くすることにより、ベルトへの損傷が増加するのを防止する技術を提供するものである。
本発明は上記の各課題を解決するために、請求項1に係る発明は、ヒータとニップ部材とに張架されるベルトと、該ベルトを介して該ニップ部材と対向し回転駆動される加圧ローラと、を具備し、該ヒータの両端にはベルト片寄りを規制する胴当て部材を配し、該ヒータは円弧形状をなした基板の凸状部側に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上の耐熱性樹脂からなる保護層を有すると共に、該ベルトの内周面には金属材質が用いられることを特徴とする定着装置である。
また、請求項2に係る発明は、請求項1記載の定着装置であって、該基板はセラミックであることを特徴とする。
また、請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2記載の定着装置であって、該ベルト内面はニッケルまたはステンレスで形成し、該保護層はPTFE含有ポリイミドで形成することを特徴とする。
また、請求項4に係る発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の定着装置であって、該胴当て部材はヒータ保護層長手方向端部の内側に設けることを特徴とする。
また、請求項5に係る発明は、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の定着装置であって、該ヒータと該ベルトが接する円弧領域以上に保護層を設けることを特徴とする。
また、請求項6に係る発明は、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の定着装置であって、該ヒータの円弧部分の略頂点付近に抵抗発熱体を設けることを特徴とする。
また、請求項7に係る発明は、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の定着装置であって、該ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布することを特徴とする。
また、請求項8に係る発明は、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置である。
このように本発明の定着装置及びそれを用いた画像形成装置は、円弧ヒータのベルトへの当接力を強く設定することができる構成である共に、各構成部の材料が最適に設定されているので、円弧ヒータからベルトへの熱伝達効率が大きく、定着時の消費電力が少なく、エネルギー効率に優れる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る定着装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る定着装置の断面を示す図であり、図2は、本発明の実施の形態に係る定着装置の斜視図であり、図3は、本発明の実施の形態に係る定着装置の画像形成装置本体に対する取り付け部の構造を示す図である。
図1乃至図3において、100は加圧ローラ、101は芯金、102はシリコーンゴム中間層、103はPFA表層、120は未定着画像、121は記録紙、122は未定着トナー、130はベルト、141はベルト温度センサー、151は円弧ヒータ温度センサー、160はたわみ防止シャフト、170はニップ部材、171はリブ、200はベルトユニット、300は円弧ヒータ、301は剛性基板、330は保護層、400は支持部材(胴当て部材)、401はテンションバネ、501はベルトユニット取り付け側板、502は加圧ローラ取り付け側板をそれぞれ示している。
本発明の実施の形態に係る定着装置は、矢印b方向から進入する記録紙121上の未定着トナー122を、その通過中に融着し、かつこれを記録紙121側に押圧し定着させることによって、記録紙121上の未定着画像120を永久可視像へと変換する画像形成装置の一工程を担うものである。
図1乃至図3において、矢印aは加圧ローラ100の回転駆動方向、矢印bは未定着画像120進入方向、矢印cはベルト130の回転方向をそれぞれ示しており、各部がこのよう方向に動作することによって、上述するように未定着画像120が矢印b方向で定着装置を通過する。また、図1乃至図3において、矢印dは円弧ヒータ300とニップ部材170のベルト130張架方向を示している。
加圧ローラ100は、ステンレス製の芯金101の周囲にシリコーンゴムからなるシリコーンゴム中間層102を配し、さらに表面に熱可塑性フッ素樹脂からなるPFA表層103を施したものである。この加圧ローラ100は、不図示の動力機構によって矢印a方向に回転することによって、ベルト130とのニップ部における摩擦でベルト130を回動させる。
ベルト130は円弧ヒータ300とニップ部材170に張架されて、矢印c方向に回動することによって、記録紙121をベルト130−加圧ローラ100間のニップ部を通過させると共に、円弧ヒータ300からの熱を伝達して当該ニップ部を通過する未定着トナー122を加熱する。
ベルト温度センサー141はベルト130の温度を不図示の制御部がモニターするために設けられた温度検出手段であり、また、円弧ヒータ温度センサー151は円弧ヒータ300の温度を不図示の制御部がモニターするために設けられた温度検出手段である。
ニップ部材170は、ベルト130を張架する部材の一つであると共に、加圧ローラ100との間に未定着画像120を通過させるニップ部を形成する部材であり、材料としては耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックであるポリフェニレンスルフィド(PPS)が用いられる。
なお、ニップ部材170はエンジニアリングプラスチック製であり、比較的強度にも優れてはいるが、ベルト130を介して、加圧ローラ100に押しつけられるとたわむ可能性があるために、それを防止するためリブ171を介して、たわみ防止用シャフト160が設けられている。そして、たわみ防止用シャフト160両端と加圧ローラ100両端の間に不図示の加圧バネを設け、ニップ部材170をベルト130を介して加圧ローラ100に加圧する。
円弧ヒータ300は概略剛性基板301上に印刷された抵抗発熱体320とそれを保護する保護層330からなる。抵抗発熱体320は通電されることによって発熱し、当該円弧ヒータ300が熱せられ、この熱がベルト130へと伝達する。
支持部材(胴当て部材)400には、斜視図に示すように円弧ヒータ300を支持する凹部(溝)が形成されており、テンションバネ401により円弧ヒータ300をベルト130に押し付けるに構成される。また、支持部材(胴当て部材)400は、ベルト130が軸方向一方端への寄りを規制する寄り止めとしても機能する。
主として支持部材(胴当て部材)400、円弧ヒータ300、ベルト130、テンションバネ401、たわみ防止用シャフト160、ニップ部材170からなるベルトユニット200は、図示するようにベルトユニット取り付け側板501で支持されている。このとき、たわみ防止シャフト160をベルトユニット取り付け側板501に固定支持し、円弧ヒータ300は図1の矢印d方向に移動可能なように支持される。したがって、テンションバネ401の荷重が円弧ヒータ300のベルト130への押し付け力となる。
たわみ防止シャフト160はニップ部材170、ベルト130を介して加圧ローラ100に押し付けられる形になる。よって、加圧バネ荷重がニップ部材170のベルト130を介した加圧ローラ100への加圧荷重になる。
一方、加圧ローラ100は回転可能なように加圧ローラ取り付け側板502に支持される。そして、ベルトユニット取り付け側板501は図示していない加圧バネにより、加圧ローラ取り付け側板502に押し付けられている。
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置における円弧ヒータ300についてより詳しく説明する。まず伝熱効率の観点からの円弧ヒータ300の最適形状ついて説明する。
以下のような各形状の円弧ヒータ300をセッティングして調査を行い、円弧ヒータ300のベルト130への接触面積と圧力の伝熱効率への影響を調べた。
以下のような各形状の円弧ヒータ300をセッティングして調査を行い、円弧ヒータ300のベルト130への接触面積と圧力の伝熱効率への影響を調べた。
調査の方法は、円弧ヒータ300の面積、及び、円弧ヒータ300のベルト130への張架力を変化させ、円弧ヒータ300に電力印加したときのベルト130、及び、円弧ヒータ300の温度上昇を調べることで行った。なお、調査においては、円弧ヒータ300は面積が変化しても発熱量が一定の1000Wになるように供給電圧を調整した。また、ベルト130の温度はベルト温度センサー141、円弧ヒータ300温度は円弧ヒータ温度センサー151で測定した。
図4は、本調査に用いた円弧ヒータ300の形状を示す図である。図4は、円弧ヒータ300の詳細な構造を示すものではなく、円弧ヒータ300の形状の違い(円弧角の違い)を示すものである。本調査においては、図4に示すように、円弧ヒータ300の曲率半径を同一として、円弧の角度を180度、120度、60度に振って円弧ヒータ300とベルト130の接触面積を変化させた。
表1に示すように、No.1→No.2→No.3の順に、円弧ヒータ300の接触面積は減少する。逆に、この順序で、円弧ヒータ300のベルト130への当接力は増加する。表において、みかけの圧力とは円弧ヒータ300のベルト130への当接力を円弧ヒータ接触面積で割ったものである。
図5は、調査No.1乃至No.3におけるベルト130の温度、調査No.1及びNo.3における、円弧ヒータ300の温度の時間上昇率を示す図である。
図5に示すように、No.1→No.2→No.3の順で、ベルト130の温度上昇速度が増加することがわかる。これは、No.1→No.2→No.3の順で、円弧ヒータ300からベルト130への伝熱効率が増加することを示す。
また、No.3の方がNo.1よりも円弧ヒータ300温度上昇速度が小さく、かつ、円弧ヒータ300とベルト130の温度差が小さい。これは、No.3の方がNo.1よりも円弧ヒータ300とベルト130の接触熱抵抗が小さく、円弧ヒータ300自身への熱蓄積が少ないことを示している。以上の調査により、No.3の方がNo.1よりも円弧ヒータ300自身を加熱する熱損失が小さいことがわかる。すなわち、再び図4を参照すれば、接触面積を広くとるよりも、円弧ヒータのベルトへの当接力を増加させた方が熱損失が小さく、伝熱効率が向上することがわかる。
みかけの圧力はNo.1→No.2、No.2→No.3と進む毎に3倍になっているが、伝熱効率増加はNo.1→No.2よりもNo.2→No.3の方が大きい。これは、円弧ヒータ300のベルト130張架方向(矢印d)頂点の圧力が最も高く、頂点からベルト回転方向上流、または、下流にずれるほど、円弧ヒータ300とベルト130接触面の法線成分圧力が小さくなることが原因と考えられる。その圧力分布を幾何的に計算すると図6に示すようになる。図6は、調査No.1乃至調査No.3の円弧ヒータ300の幾何学的計算による圧力分布を示す図である。頂点からベルト回転方向上流、または、下流にずれるほど、円弧ヒータ300のベルト130への圧力は漸次減少し、それに伴い、円弧ヒータ300のベルト130への伝熱効率は減少する。すなわち、No.1、No.2実験条件の円弧ヒータ300の断面両端はベルト130への伝熱効率が小さいか、または、ほとんどゼロになっていると考えられる。以上によっても、No.3のように発熱が円弧ヒータ300の頂点に集中する方が、より伝熱効率が高くなることがわかる。
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置における円弧ヒータ300の構造についてより詳しく説明する。図7は、本発明の実施の形態に係る定着装置に用いる円弧ヒータ300の電気的な配線構造を斜視的に示す図であり、図8は、本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ300に剛性基板として金属製基板を用いた場合の断面構造を示す図であり、図9は、本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ300に剛性基板として絶縁製基板を用いた場合の断面構造を示す図である。
図7において、301は剛性基板、310は電極、311は板バネ電極、312は円弧ヒータ用電源コード、320は抵抗発熱体をそれぞれ示している。また、図8において、130はベルト、302は金属製剛性基板、340は絶縁層、320は抵抗発熱体、330は保護層をそれぞれ示している。また、図9において、130はベルト、303は絶縁性剛性基板、320は抵抗発熱体、330は保護層をそれぞれ示している。
図7乃至図9に示す円弧ヒータ300において、円弧ヒータ300の曲率半径は7.5mmとし、円弧部分の角度は90度としている。
図8及び図9に円弧ヒータ300の層構成がわかるように概略断面図が示されている。図8は剛性基板として金属製剛性基板302が用いられる場合であり、この場合、抵抗発熱体320と、金属製剛性基板302の間に絶縁層340を設ける。図9に示すものは剛性基板として絶縁性剛性基板303が用いられる場合であり、この場合は、抵抗発熱体320を絶縁性剛性基板303上に直接形成している。本実施形態では、この絶縁性剛性基板303には、アルミナセラミックを用い、厚みは1mmとしている。
抵抗発熱体320は銀タングステン、銀パラジウムなどを用い、幅3mm、長さ300mmで円弧ヒータ300の頂点付近に間隔1.4mmをとって2本設けた。抵抗発熱体320の両端には銀電極310を設け、その部分は保護層330を被覆しないようにして、板バネ電極311を圧接し、導通をとるように構成している。板バネ電極311には円弧ヒータ用電源コード312が接続され、電力が供給される。円弧ヒータ300消費電力はAC100V印加時に1000Wとなるように構成する。なお、図8のように、剛性基板として金属製剛性基板302を用いる場合は、絶縁層340として、ガラスまたはポリイミド樹脂などの耐熱性のある絶縁材料が適している。
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置におけるベルト130の構造についてより詳しく説明する。図10は、本発明の実施の形態に係る定着装置に用いるベルト130の断面構造を示す図である。図10において、131はベルト基材、132は弾性層、133は剥離層をそれぞれ示している。
弾性層132は紙の繊維凹凸にベルト130表面を倣わせ、トナー層に均一圧力がかかるようにして、光沢ムラの発生を防止するために設けられている。また、剥離層133は加熱溶融トナーが粘着し、紙がベルト130に張り付くのを防止するために設けられる。本実施形態においては、弾性層132には200μm厚シリコーンゴム、剥離層133には20μm厚PFA樹脂を用いた。
また、ベルト基材131は、ベルト周長伸縮を抑える他に、円弧ヒータ300表面、及び、ニップ部材170との摺擦に対してベルト強度を保つために設けられており、例えば、ニッケルやステンレスが用いられる。
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置と比較例に係る定着装置について説明する。本発明の実施の形態に係る定着装置の構成部品の条件一覧を表2に示す。なお、耐熱潤滑剤には協同油脂株式会社製の商品名「マルテンプ」フッ素グリースを用いた。
次に、本実施形態に係る定着装置・比較例に係る定着装置の性能評価方法について説明する。
<円弧ヒータ300のベルト130への当接力の設定方法>
本実施形態・比較例において、テンションバネ401荷重を両端2本合わせて、0.5〜5kgの範囲、0.5kg刻みで変化させている。そのときのベルト130がすべらない、または、ベルト寄り座屈破壊が発生しない、最大テンションバネ荷重を円弧ヒータ300のベルト130への上限当接力とする。なお、ベルト130すべりは、非通紙時、上質紙通紙時、厚紙通紙時、未定着トナー画像のある上質紙、未定着トナー画像のある厚紙の5水準の状態で調べた。
<定着装置搭載画像形成装置の消費電力の評価方法>
本実施形態・比較例において、各々の円弧ヒータ300のベルト130への上限当接力における定着の消費電力を比較した。消費電力は、本実施形態及び比較例の定着装置を画像形成装置に搭載し、画像形成装置のAC100V電源部に積算電力計(日置電機株式会社製、モデル3332)を接続し測定した。1時間毎に連続40枚の印字を行い、電源投入から8時間経過までにおける1時間当たりの平均エネルギー消費量(Wh/h)を消費電力とした。
<定着装置の寿命評価方法>
本実施形態・比較例の定着装置を搭載した画像形成装置で洋型4号封筒の連続通紙を行い、寿命を評価した。100枚通紙毎に画像形成装置の扉を開け、定着装置の外観を目視観察し、ベルト130に亀裂が入った時点で寿命と判断した。封筒のような厚紙で段差のあるものを通紙することが最もベルト130に損傷を与え、寿命判定の加速試験になる。
<円弧ヒータ300のベルト130への当接力の設定方法>
本実施形態・比較例において、テンションバネ401荷重を両端2本合わせて、0.5〜5kgの範囲、0.5kg刻みで変化させている。そのときのベルト130がすべらない、または、ベルト寄り座屈破壊が発生しない、最大テンションバネ荷重を円弧ヒータ300のベルト130への上限当接力とする。なお、ベルト130すべりは、非通紙時、上質紙通紙時、厚紙通紙時、未定着トナー画像のある上質紙、未定着トナー画像のある厚紙の5水準の状態で調べた。
<定着装置搭載画像形成装置の消費電力の評価方法>
本実施形態・比較例において、各々の円弧ヒータ300のベルト130への上限当接力における定着の消費電力を比較した。消費電力は、本実施形態及び比較例の定着装置を画像形成装置に搭載し、画像形成装置のAC100V電源部に積算電力計(日置電機株式会社製、モデル3332)を接続し測定した。1時間毎に連続40枚の印字を行い、電源投入から8時間経過までにおける1時間当たりの平均エネルギー消費量(Wh/h)を消費電力とした。
<定着装置の寿命評価方法>
本実施形態・比較例の定着装置を搭載した画像形成装置で洋型4号封筒の連続通紙を行い、寿命を評価した。100枚通紙毎に画像形成装置の扉を開け、定着装置の外観を目視観察し、ベルト130に亀裂が入った時点で寿命と判断した。封筒のような厚紙で段差のあるものを通紙することが最もベルト130に損傷を与え、寿命判定の加速試験になる。
次に、本実施形態に係る定着装置・比較例に係る定着装置の比較について説明する。
(円弧ヒータ300の剛性基板301の材質について)
表3に比較条件を示す。
(円弧ヒータ300の剛性基板301の材質について)
表3に比較条件を示す。
比較例には、円弧ヒータ300の剛性基板301としてポリイミド樹脂厚み2mmを用いた。なお、アルミナセラミックの熱容量は3×106(J/(K・m^3))、ポリイミドは1.6×106(J/(K・m3))なので、剛性基板301厚みを本実施形態の2倍に設定し、熱容量は同じにした。
表4の比較例1に、円弧ヒータ300の剛性基板301としてポリイミド樹脂を用いた場合の性能評価結果を示す。比較例1においては、圧接力1kgでたわみが大きくなり、ベルト130との接触不良が発生した。一方、本実施形態は円弧ヒータ300の剛性基板301をアルミナセラミックにすることにより、圧接力5kgでもたわむことがなく、ベルト130と良好な接触状態が保てた。したがって、円弧ヒータ300のベルト130への圧接力は本実施形態のほうが大きく、円弧ヒータ300からベルト130への伝熱効率が向上し、消費電力を低減することが出来る。なお、寿命封筒通紙枚数はほとんど差がなかった。
(ベルト基材131の材質と保護層330の材質について)
表5に比較例2〜比較例11の条件を示す。また、表4の比較例2〜比較例11に性能評価結果を示す。
表5に比較例2〜比較例11の条件を示す。また、表4の比較例2〜比較例11に性能評価結果を示す。
比較例2〜比較例5に示すように、ベルト基材131にポリイミド樹脂を用いると、円弧ヒータ300とベルト基材131の摩擦力が増加する。したがって、ベルト130がすべらない、または、ベルト寄り座屈破壊が発生しない圧接力を低く設定しなければならない。その結果、円弧ヒータ300のベルト130への伝熱効率が減少し、消費電力が増加する。
比較例6、比較例9に示すように、ベルト基材131が金属、円弧ヒータの保護層330がガラスの組み合わせでも、円弧ヒータ300とベルト基材131の摩擦力が増加し、同様の結果となる。また、比較例7、比較例10に示すように、ベルト基材131が金属、円弧ヒータの保護層330がPTFEの組み合わせでは、円弧ヒータ300とベルト基材131の摩擦力を低く抑えることができ、圧接力を高く設定できるので、円弧ヒータ300のベルト130への伝熱効率が増加し、消費電力を低減できる。ところが、PTFEは柔らかいため、すぐに磨耗劣化し、寿命封筒通紙枚数付近で、円弧ヒータ300のPTFE保護層が一部剥げ落ち、円弧ヒータ300とベルト130の摩擦力が増加して、ベルト130座屈破壊が発生した。
逆に、比較例8、比較例11に示すように、ベルト基材131が金属、円弧ヒータの保護層330がポリイミド樹脂の組み合わせでは、ポリイミド樹脂が硬いので磨耗劣化は小さいが、円弧ヒータ300とベルト基材131の摩擦力が増加し、消費電力は増加する。よって、磨耗劣化しにくいポリイミドと摩擦力の小さいPTFEを混合した、PTFE30%含有ポリイミド材質の円弧ヒータ保護層330とベルト基材131材質が金属の組み合わせが、消費電力を低減でき、寿命も長い最良の組み合わせである。
(胴当て部材400と保護層330との配置関係について)
図11の表に比較例12、13の条件を示す。また、図11のレイアウト図は、円弧ヒータ300付近を、円弧ヒータ300の長手方向と垂直な方向からみた図である。比較例12、13としては、胴当て部材400の位置を円弧ヒータ300の保護層330の端部外側に配置し、その距離を2水準取った。図11のレイアウト図において、ベルト130は透明とし、端部の輪郭のみ破線で示した。
(胴当て部材400と保護層330との配置関係について)
図11の表に比較例12、13の条件を示す。また、図11のレイアウト図は、円弧ヒータ300付近を、円弧ヒータ300の長手方向と垂直な方向からみた図である。比較例12、13としては、胴当て部材400の位置を円弧ヒータ300の保護層330の端部外側に配置し、その距離を2水準取った。図11のレイアウト図において、ベルト130は透明とし、端部の輪郭のみ破線で示した。
表4に本実施形態、比較例12、13の性能評価結果を示す。比較例12のように胴当て部材400を保護層330の端部外側1mmに置くと、寿命封筒通紙枚数が低下した。これは、ベルト130が片寄ったときにベルト端部と円弧ヒータ300の絶縁性剛性基板303が接触し、その部分の摩擦力が高いため、磨耗劣化が激しく、早期にベルト端部に亀裂が生じたためである。
また、比較例13のように胴当て部材400を保護層330の端部外側5mmに置くと、消費電力も増加した。これは、ベルトが片寄った場合に円弧ヒータ300とベルト基材131の摩擦力が増加するため、ベルト130がすべらない、または、ベルト寄り座屈破壊が発生しない圧接力を低く設定しなければならないからである。
(保護層330を設ける範囲について)
図12に比較例14の定着装置の概略断面図を示す。比較例14として、円弧ヒータ300のベルト130と接触する円弧部分より狭い範囲のみ保護層330を設けたものについて試験を行った。表4に、比較例14の性能評価結果が示されている。
(保護層330を設ける範囲について)
図12に比較例14の定着装置の概略断面図を示す。比較例14として、円弧ヒータ300のベルト130と接触する円弧部分より狭い範囲のみ保護層330を設けたものについて試験を行った。表4に、比較例14の性能評価結果が示されている。
比較例14のように、円弧ヒータ300のベルト130と接触する円弧部分より狭い範囲のみ保護層330を設けた場合は、円弧ヒータ300とベルト基材131の摩擦力が増加し、消費電力が増加することがわかる。
(抵抗発熱体320のレイアウトについて)
図13に比較例15の概略断面図を示す。比較例15においては、円弧ヒータ300の頂点付近ではなく、円弧端部よりに抵抗発熱体320を設けている。表4に、比較例15の性能評価結果を示す。
(抵抗発熱体320のレイアウトについて)
図13に比較例15の概略断面図を示す。比較例15においては、円弧ヒータ300の頂点付近ではなく、円弧端部よりに抵抗発熱体320を設けている。表4に、比較例15の性能評価結果を示す。
円弧ヒータ300とベルト基材131の摩擦力は本実施形態と同一のため、円弧ヒータ300のベルト130への上限当接力は本実施形態と同じで高く設定できる。しかし、図6に示したように円弧ヒータ300のベルト130への当接圧力分布は頂点が最大で円弧端部へ行くほど減少するため、円弧端部に抵抗発熱体320を配置するほど、伝熱効率が低下する。したがって、本実施形態に比較して比較例15の方は消費電力が増加してしまう。
(ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布する作用について)
比較例16として、耐熱潤滑剤をベルト130内面に塗布しない場合を評価した。表4に、比較例16の性能評価結果を示す。
(ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布する作用について)
比較例16として、耐熱潤滑剤をベルト130内面に塗布しない場合を評価した。表4に、比較例16の性能評価結果を示す。
耐熱潤滑剤をベルト内面に塗布しないと、円弧ヒータ300とベルト基材131の摩擦力が増加し、円弧ヒータ300のベルト130への当接力を低く設定しなければならないので、比較例16は本実施形態に比べ消費電力が増加する。
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置の動作について説明する。本実施形態の定着装置においては、図示していないステッピングモータの回転駆動力が図示していないギアを介して加圧ローラ100に伝達され、矢印a方向に回転駆動を開始する。この加圧ローラ100とベルト130との間の摩擦力により、ベルト130が矢印c方向に回転する。また、円弧ヒータ150に電力が供給され、ベルト130が加熱が開始される。ベルト130上にベルト温度センサー141が設置され、ベルト温度が定着温度になるように円弧ヒータ150への供給電力が制御される。
さらに、円弧ヒータ150背面に接地される円弧ヒータ温度センサー151が円弧ヒータ150がある上限温度を超えた場合は強制的に円弧ヒータ150への電力供給が中止される。
図14は、本発明の実施の形態に係る定着装置の温度制御フローチャートを示す図である。なお、図14のフローチャートに示す定着装置の温度制御は、種々考えられる温度制御のあくまで一例を示すものである。また、図14において、
(定着温度)<(円弧ヒータ下限温度)<(円弧ヒータ上限温度)
である。定着温度に制御された定着装置に矢印b方向に未定着画像120が進入し、定着が行われる。
(定着温度)<(円弧ヒータ下限温度)<(円弧ヒータ上限温度)
である。定着温度に制御された定着装置に矢印b方向に未定着画像120が進入し、定着が行われる。
次に、以上のような定着装置が搭載される画像形成装置について説明する。図15は、本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の構成を示す図である。図15において、11は露光装置、12は定着装置、13は感光体、14は帯電装置、15は現像装置、16は一次転写装置、17は中間転写ベルト、18は現像ロータリー、19は清掃装置、20は給紙カセット、21は二次転写装置をそれぞれ示している。
以上のように構成される画像形成装置の動作の概要について説明する。まず、不図示のパーソナルコンピュータなどから、画像形成装置に対して印字命令が出されると、立ち上がりに時間を要する露光装置11、定着装置12が最初に立ち上がり開始される。次に、感光体13が矢印P方向に回転を開始すると共に、同時に中間転写ベルト17が矢印M方向に回転開始する。次に、帯電装置14、現像装置15、一次転写装置16、二次転写装置21の立ち上がりが始まる。
帯電装置14で感光体13を帯電し、露光装置11からレーザー光が矢印L方向に照射され、感光体13上に静電潜像が形成される。次に、現像装置15で静電潜像をトナー画像に顕像化し、一次転写装置16でこれらトナー画像を感光体13から中間転写ベルト17に転写する。清掃装置19では、感光体13上の転写残りトナーを清掃回収する
現像ロータリー18が矢印R方向に回転、別色現像装置15を感光体13に対向させる。なお、現像ロータリー18には現像装置15と同様の現像装置が4台設置されているが、現像装置15以外は図示していない。そして、各々、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの色トナーを内包している。
現像ロータリー18が矢印R方向に回転、別色現像装置15を感光体13に対向させる。なお、現像ロータリー18には現像装置15と同様の現像装置が4台設置されているが、現像装置15以外は図示していない。そして、各々、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの色トナーを内包している。
シアン、マゼンダ、イエロー、ブラック各色について、帯電装置14での感光体13を帯電、感光体13上の静電潜像の形成、現像装置15による静電潜像のトナー画像の顕像化、一次転写装置16でのトナー画像を感光体13から中間転写ベルト17への転写を繰り返し、中間転写ベルト17上にフルカラートナー画像を形成
給紙カセット20からは、記録紙が給紙され、二次転写装置21により、フルカラートナー画像が中間転写ベルト17から記録紙へ転写される。この記録紙上のフルカラートナー画像は、本実施形態の定着装置12を通過して定着される。なお、記録紙は矢印Kで示す搬送経路を通る。また、所定印字枚数の印字終了まで、上記の工程が繰り返し行われる
印字終了後、現像ロータリー18の動作停止、感光体13の回転停止、露光装置11、定着装置12、帯電装置14、現像装置15、一次転写装置16、二次転写装置21が立ち下がる。
給紙カセット20からは、記録紙が給紙され、二次転写装置21により、フルカラートナー画像が中間転写ベルト17から記録紙へ転写される。この記録紙上のフルカラートナー画像は、本実施形態の定着装置12を通過して定着される。なお、記録紙は矢印Kで示す搬送経路を通る。また、所定印字枚数の印字終了まで、上記の工程が繰り返し行われる
印字終了後、現像ロータリー18の動作停止、感光体13の回転停止、露光装置11、定着装置12、帯電装置14、現像装置15、一次転写装置16、二次転写装置21が立ち下がる。
以上、本発明の定着装置及びそれを用いた画像形成装置は、円弧ヒータ300のベルト130への当接力を強く設定することができる構成である共に、各構成部の材料が最適に設定されているので、円弧ヒータ300からベルト130への熱伝達効率が大きく、定着時の消費電力が少なく、エネルギー効率に優れる。
11・・・露光装置、12・・・定着装置、13・・・感光体、14・・・帯電装置、15・・・現像装置、16・・・一次転写装置、17・・・中間転写ベルト、18・・・現像ロータリー、19・・・清掃装置、20・・・給紙カセット、21・・・二次転写装置、100・・・加圧ローラ、101・・・芯金、102・・・シリコーンゴム中間層、103・・・PFA表層、120・・・未定着画像、121・・・記録紙、122・・・未定着トナー、130・・・ベルト、131・・・ベルト基材、132・・・弾性層、133・・・剥離層、141・・・ベルト温度センサー、151・・・円弧ヒータ温度センサー、160・・・たわみ防止シャフト、170・・・ニップ部材、171・・・リブ、200・・・ベルトユニット、300・・・円弧ヒータ、301・・・剛性基板、302・・・金属製剛性基板、303・・・絶縁性剛性基板、310・・・電極、311・・・板バネ電極、312・・・円弧ヒータ用電源コード、320・・・抵抗発熱体、330・・・保護層、340・・・絶縁層、400・・・支持部材(胴当て部材)、401・・・テンションバネ、501・・・ベルトユニット取り付け側板、502・・・加圧ローラ取り付け側板
Claims (8)
- ヒータとニップ部材とに張架されるベルトと、
該ベルトを介して該ニップ部材と対向し回転駆動される加圧ローラと、
を具備し、
該ヒータの両端にはベルト片寄りを規制する胴当て部材を配し、
該ヒータは円弧形状をなした基板の凸状部側に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上の耐熱性樹脂からなる保護層を有すると共に、該ベルトの内周面には金属材質が用いられることを特徴とする定着装置。 - 該基板はセラミックであることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 該ベルト内面はニッケルまたはステンレスで形成し、該保護層はPTFE含有ポリイミドで形成することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の定着装置。
- 該胴当て部材はヒータ保護層長手方向端部の内側に設けることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の定着装置。
- 該ヒータと該ベルトが接する円弧領域以上に保護層を設けることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の定着装置。
- 該ヒータの円弧部分の略頂点付近に抵抗発熱体を設けることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の定着装置。
- 該ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の定着装置。
- 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
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---|---|---|---|
JP2006250789A JP2008070736A (ja) | 2006-09-15 | 2006-09-15 | 定着装置及びそれを用いた画像形成装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012088678A (ja) * | 2010-03-10 | 2012-05-10 | Ricoh Co Ltd | 定着装置及び画像形成装置 |
-
2006
- 2006-09-15 JP JP2006250789A patent/JP2008070736A/ja active Pending
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JP2012088678A (ja) * | 2010-03-10 | 2012-05-10 | Ricoh Co Ltd | 定着装置及び画像形成装置 |
US8867976B2 (en) | 2010-03-10 | 2014-10-21 | Ricoh Company, Ltd. | Fixing device, image forming apparatus incorporating same, and method of heating fixing member |
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