JP2008139825A - 定着ユニットおよびこれを含む画像形成装置 - Google Patents

定着ユニットおよびこれを含む画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】材料費および発熱体の長手方向での定着特性の偏差を低減可能な定着ユニットを提供する。
【解決手段】発熱体111および発熱体を収容する管状体113を有するヒートランプ110と、ヒートランプを収容するヒートローラー120と、ヒートローラー側に加圧するプレスローラー130と、を含み、管状体には発熱体の長手方向に沿って反射率が変化するように外周面および内周面の少なくともいずれか1つに反射膜115が形成される。かかる構成によれば、プレスローラーによる加圧力が発熱体の長手方向に沿って偏差を有する場合でも、長手方向に沿って反射率が変化するようにヒートランプの管状体に反射膜を形成することで、加圧力の偏差を補完することができる。また、ヒートランプの管状体には、加圧力の偏差を補償するために必要な部分でのみ反射膜が形成されるので、不要な部分で反射膜を形成することによる材料費の上昇を抑制することができる。
【選択図】図4

Description

本発明は、定着ユニットおよび画像形成装置に関するものであって、より詳しくは、材料費を低減し、定着特性(fixation property)を向上可能な、定着ユニットおよび画像形成装置に関するものである。
従来の定着ユニットは、図1に示されているように、ヒートランプ10、ヒートローラー20、およびプレスローラー30を有する。ヒートローラー20は内部にヒートランプ10を収容して熱を発生させる。そして、プレスローラー30は回転軸(図示せず)の両端にヒートローラー20側にプレスローラー30を弾性加圧する弾性部材(図4の137参照)がある。このようにヒートローラー20に加圧することによってヒートローラー20とプレスローラー30が互いにかみ合う部分(以下、‘定着ニップ’という)Eが形成される。
帯電−露光−現像−転写過程を経て印刷媒体に流動的に付着された現像剤は定着ニップを通過しながら印刷媒体に定着する。ここで、ヒートランプ10は、図2に示されているように、タングステンフィラメントの発熱体11を囲む透明なガラス材質の管状体13で構成され、管状体13の外周面に反射膜15が形成される。反射膜15は、電極ブラシ17を通じて印加される電流によって発熱する発熱体11の熱(正確には赤外線)を定着ニップE側に反射する。
一方、図3は図1の定着ユニットにおけるヒートローラー20の長手方向(図1で紙面に垂直の方向)に沿って、定着ニップ(図1のE)での圧力、ヒートランプ10から定着ニップに伝達される熱流束(heat flux)および定着特性の間の相関関係を示したグラフである。
定着ニップでの圧力はヒートランプ10の長手方向に沿って中央部分Aが両端部分Bより小さく、ヒートランプ10から定着ニップに伝達される熱流束は一定である。したがって、定着特性は図3の最下側のグラフのように中央部分Aの定着特性が両端部分Bの定着特性よりはるかに劣る。
図3での基準定着特性は定着ユニットの良否を判定する基準であって、定着ユニットの定着特性が全体長さに沿って所定の基準定着特性より小さければ、定着ユニットは不良と判定される。したがって、反射膜15を形成する最も大きな理由は、定着特性の悪い中央部分Aの定着特性が基準定着特性より大きくなるように定着ニップに到達するヒートランプ10の熱流束を増加させることにある。
しかし、従来のヒートランプ10では定着ニップ(図1のE)の長手方向に沿った圧力分布を考慮せずに反射膜15を一定に形成しているので非効率的である。これによって、材料費が上昇することはもちろん、中央部分Aおよび両端部分Bの定着特性の偏差D1が大きくなり画質劣化が発生する場合がある。
特開平6−318008号公報 特開2001−265157号公報 特開2002−108119号公報 特開2003−162169号公報 特開2003−223064号公報 米国特許第5408301号明細書 米国特許出願公開第2005/265758号明細書
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、材料費および発熱体の長手方向での定着特性の偏差を低減可能な、新規かつ改良された定着ユニットおよび画像形成装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、発熱体および発熱体を収容する管状体を有するヒートランプと、ヒートランプを収容するヒートローラーと、ヒートローラー側に加圧するプレスローラーと、を含み、管状体には発熱体の長手方向に沿って反射率が変化するように外周面および内周面の少なくともいずれか1つに反射膜が形成される、画像形成装置の定着ユニットが提供される。
かかる構成によれば、プレスローラーによる加圧力が発熱体の長手方向に沿って偏差を有する場合でも、長手方向に沿って反射率が変化するようにヒートランプの管状体に反射膜を形成することで、加圧力の偏差を補償することができる。また、ヒートランプの管状体には、加圧力の偏差を補完するために必要な部分でのみ反射膜が形成されるので、不要な部分で反射膜を形成することによる材料費の上昇を抑制することができる。
また、上記反射膜は反射率がプレスローラーの加圧力に反比例するように形成されるようにしてもよい。
また、上記反射膜は発熱体の長手方向に沿って厚さが異なるように形成されるようにしてもよい。
また、上記反射膜の厚さはプレスローラーの加圧力に反比例するようにしてもよい。
また、上記反射膜は発熱体の長手方向に沿って面積が異なるように形成されるようにしてもよい。
また、上記反射膜の面積はプレスローラーの加圧力に反比例するようにしてもよい。
また、上記反射膜は、発熱体の熱を吸収する吸熱物質および発熱体の熱を反射する反射物質を含み、反射物質に対する吸熱物質の比率が管状体の長手方向に沿って変化するように設けられるようにしてもよい。
また、上記吸熱物質の比率はプレスローラーの加圧力に比例するようにしてもよい。
また、上記反射膜は、ヒートローラーがプレスローラーと互いにかみ合う前にヒートローラーの内周面に向かって発熱体の熱線を反射することができるように形成されるようにしてもよい。
また、上記反射膜は反射物質でコーティングされて形成されるようにしてもよい。
上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、印刷媒体に現像剤で画像を形成する画像形成ユニットと、印刷媒体に現像剤を定着させるように、発熱体および発熱体を収容する管状体を有するヒートランプ、ヒートランプを収容するヒートローラー、およびヒートローラー側に加圧するプレスローラーを有する定着ユニットと、を含み、管状体には発熱体の長手方向に沿って反射率が変化するように外周面および内周面の少なくともいずれか1つに反射膜が形成される画像形成装置が提供される。
本発明によれば、材料費および発熱体の長手方向での定着特性の偏差を低減可能な、定着ユニットおよび画像形成装置を提供することができる。
以下に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
本発明による定着ユニット100は、図4に示されているように、ヒートランプ110、ヒートローラー120、およびプレスローラー130を含む。
ヒートローラー120は後述のヒートランプ110を収容する回転体121を有する。回転体121は、例えばアルミニウム等の材質で形成された円筒形の金属体であって、両端がベアリング125によって回転可能に支持される。回転体121の外周面を囲むように被覆層123が形成される。
プレスローラー130は、例えば、アルミニウムまたはステンレス鋼などの円筒形ロッド131を有し、ロッド131の両端はベアリング135によって回転可能に支持される。ロッド131の外周面には弾性体層133が形成され、弾性体層133は、例えば、300μm〜5mm程度の厚さのシリコンラバーまたはウレタン材質で形成されることができる。
一方、ヒートランプ110は、図5および図6に示されているように、例えば、タングステンなどのフィラメントで構成された発熱体111、発熱体111を収容する管状体113および管状体113の外周面に設けられた反射膜115を含む。管状体113の両端には発熱体111に電源を供給するための電極ブラシ117が設けられる。なお、以下では、反射膜115が管状体113の外周面に設けられた場合について説明するが、反射膜115は、管状体113の内周面あるいは外周面および内周面の双方に設けられてもよい。
管状体113は、発熱体111の輻射熱が管状体113を通過することができるように、例えば、透明なガラス材質で形成され、その内部にはタングステンフィラメントの蒸発を抑制することができるように、例えば、ブロムまたはヨードなどのハロゲン物質を封入させることができる。
反射膜115は反射物質を管状体113の外周面にコーティングして形成されたコーティング層でもよく、反射フィルムを付着して形成されてもよい。反射物質としては、例えば、金、銀、アルミニウムなどが使用される。
反射膜115は発熱体111の熱線を反射してヒートローラー120の特定領域を集中的に加熱することを可能にする。反射膜115は管状体113の外周面に長手方向に沿って管状体113の反射率が変わるように設けられる。つまり、発熱体111は線状光源であるので図5のような断面で発熱体111を中心点として0度から360度まで全方向(omini-direction)に発散される熱線のうち、管状体113を透過せずに反射される熱線の比率が管状体113の長手方向に沿って変わるように反射膜115を形成する。
また、反射率の変化によるヒートランプ110の熱流束分布が長手方向に沿って定着ニップ(図5のF)での圧力分布を相殺することができるように、反射膜115を管状体113の長手方向に沿って異なるように形成することが好ましい。これによって、定着ユニット100の長手方向に沿った定着特性の偏差が減る。つまり、定着ニップでの圧力が相対的に高い部分は反射率を低くし、圧力の低い部分は反射率を高くして、定着ニップでの圧力が低い部分で熱流束を増加させることによって長手方向に沿った定着特性の偏差を減らすことができる。前述の図3のグラフにおいて定着ニップでの圧力の低い中央部分Aは反射率を高くし、相対的に圧力の高い両端部分Bは反射率を低くすることができる。
図7は理想的な反射膜115が設けられた管状体113の展開図であり、図8は図7の反射膜115において面積パターンを多少変形した反射膜115aを示す。
長手方向に沿った反射率の調節は、図7および図8に示されているように、反射膜115の面積を長手方向に沿って異にすることによって可能である。反射膜115の面積が、図7に示されているように、上部境界線Hと下部境界線Jの間の面積パターンになるようにすることができる。このような反射膜115の面積パターンは、定着ユニット100の長手方向に沿った定着ニップ(図5のF)での圧力分布(図11の“定着ニップ圧力”分布曲線参照)を実験的に測定して、測定された定着ニップでの圧力分布に対して反射率が反比例するように設けられるのが好ましい。
ここで、上部境界線Hは中央部分Aで凸状の曲線であり、下部境界線Jは中央部分Aで凹状の曲線である。そして、上部境界線Hおよび下部境界線Jは互いに管状体113の中心線を基準に対称に設けられることができる。これによって、図3および図11のような定着ニップでの圧力分布を補完できるヒートランプ110の最適な熱流束分布曲線(図11のK)を得ることができる。これによる定着特性の影響については後述することにする。
一方、反射膜115aの面積が、図8に示されたパターンになるように反射膜115aを形成することができる。つまり、中央部分Aの反射膜1151aの面積を一定化し両端部分Bの反射膜1152a、1153aの面積をそれぞれ両端に行くほど小さくなるようにすることができる。これにより図7の面積パターンを有する反射膜115を形成することに比べて費用および作業工数を節減できる。ただし、急激な定着特性の変化を防止するために変化率が長手方向に沿って急激に変化しないようにすることが好ましい。
もちろん、図7および図8に示された反射膜115、115aの面積パターンは一実施形態に過ぎず、測定された定着ニップでの圧力および作業工数などを考慮して多様に変形可能である。
一方、反射膜115は、図5に示されているように、発熱体111の熱線を定着ニップFを通過する前のヒートローラー120の一領域G側に反射するように形成されてもよい。これは発熱体111を基準に反射膜115がヒートローラー120の一領域Gに対向する位置となるようにヒートランプ110を配置することによって形成されてもよい。これによって、管状体113を通過した熱線(実線矢印)と反射膜115で反射された熱線(点線矢印)が互いに重なりながら速かにヒートローラー120の表面を予熱することができる。
本発明の第2実施形態による定着ユニットは、図9に示されたヒートランプ110bを含む。残りの構成要素は第1実施形態と同様であるので詳しい説明は省略する。
ヒートランプ110bの反射膜115bは、第1実施形態では反射膜115、115aの面積を長手方向に沿って異にしたが、第2実施形態では反射膜115bの厚さを調整することによって長手方向に反射率を異にすることができる。つまり、中央部分Aの反射膜115b1の厚さを両端部分Bの反射膜115b2の厚さより厚くすることができる。
本発明の第3実施形態による定着ユニットは、図10に示されたヒートランプ110cを含む。残りの構成要素は第1実施形態と同様であるので詳しい説明は省略する。反射膜115cは発熱体111の熱を吸収する吸熱物質115c2および発熱体111の熱を反射する反射物質115c1を含む。
反射膜115cは吸熱物質115c2と反射物質115c1を混合してこれをコーティングすることによって形成されてもよい。そして、反射膜115cは長手方向に沿って反射物質115c1に対する吸熱物質115c2の比率が管状体113の長手方向に沿って変わるように設けられてもよい。
本発明の第1実施形態の理想的な反射膜115の面積パターンによる定着ユニットによればヒートランプ110から定着ニップ(図5のF)への熱流束分布曲線は図11のK線のように中央部分Aで凸状の曲線形態になる。
そして、図8の反射膜115aの面積パターンによればヒートランプ110から定着ニップ(図5のF)への熱流束分布曲線は図11のL線のような形態になる。これによって、図11に示された不均一な“定着ニップ圧力”分布を補完して、圧力の低い中央部分Aの定着特性を向上させると同時に中央部分Aと両端部分Bの定着特性の偏差を減らすことができる。
ここで、理論的には図11のM線のように長手方向に沿って正確に基準定着特性と一致するようにもできるが、実際には熱と温度以外の他の因子による影響が微細ながらも存在し非線形的な特性があるのでM線よりはほぼN線のようなパターンに形成されてもよい。そして、本発明による第2および第3実施形態による定着ユニット150b、150cもそれぞれ反射膜115の厚さおよび吸熱物質115cの含有量を調節することによってN線のような定着特性の分布曲線を得ることができる。これによって、定着特性の偏差D2が既存の定着特性の偏差D1より減るようにすることができ、印刷画質を向上させることができる。
一方、以上の各実施形態では反射膜115、115a、115b、115cの面積、厚さ、吸熱物質115cの比率という一つの因子のみを調整して長手方向の反射率を異にしたが、各因子を共に適切に調整して管状体113の熱線反射率を異にすることができる。つまり、反射膜115の面積と厚さを同時に変更したり、反射膜115の面積と吸熱物質115cの比率を同時に適切に変更することによって反射率を調節することができる。
一方、本発明の第4実施形態による定着ユニット(図示せず)は図12に示されているように、ヒートランプの長手方向に沿って定着ニップでの圧力分布が中央部分で最も大きくなるようにしてもよい。これは、図4に示されているように、ヒートローラー(図示せず)またはプレスローラー(図示せず)が長手方向に沿って半径の一定した円筒形状でなく中央部分Aが凸状の円筒形状に形成することによって実現することができる。つまり、図12の最上側に示された“定着ニップ圧力”のような圧力分布曲線を有する定着ユニット(図示せず)については既に公知にされているので、これについての詳しい説明は省略する。
ここで、ヒートランプの反射率を調節して図12の最上側に示された“定着ニップ圧力”分布を相殺することができる、つまり、ヒートランプの反射膜の面積または厚さ、吸熱物質の含有量などを調節して、図12に示された“ヒートランプから定着ニップへの熱流束”分布曲線を有するように反射率を調節することができる。これは図11の“ヒートランプから定着ニップへの熱流束”分布曲線とは反対に下に凸状の曲線形態の熱流束分布曲線である。これによって、図12の最下側のグラフのように、第4実施形態の定着ユニットも長手方向に沿った定着特性の偏差D3を従来(図3のD1)より小さくすることができる。
一方、下記の表は反射膜のないヒートランプを使用した定着ユニットS1と本発明による定着ユニットS2でのコールドスタート後の第1ページの定着特性試験の結果である。印刷媒体において定着特性の一番ぜい弱な部分である、印刷媒体の長手方向の下段部で左右側端および中央部分の現像剤の定着特性をチェックした。
Figure 2008139825
上記表から分かるように、反射膜がない場合(S1)に比べて中央部分の定着特性が11%向上し、定着特性の偏差も反射膜がない場合に約16%であるのに比べて、本発明による定着ユニットの場合、定着特性の偏差が約9%程度で、7%向上したことが分かる。反射膜がない場合や反射膜が一定のパターンに形成された場合の定着特性の偏差はほとんど同一なので上記結果から反射膜が一定のパターンに形成された場合より定着特性の偏差が向上することが分かる。
一方、本発明による画像形成装置は定着ユニット100を含む。また、本発明による画像形成装置は定着ユニット100以外の公知にされた多様な電子写真方式画像形成装置の構成要素をさらに含むことができる。印刷媒体を画像形成装置内に給紙する給紙カセット(図示せず)、給紙カセットから給紙された印刷媒体を画像形成ユニット(図示せず)に移送する移送ローラー(図示せず)を含むことができる。
画像形成ユニット(図示せず)は表面に静電潜像が形成される感光ドラム(図示せず)、感光ドラムの表面を露光させる光走査ユニット(図示せず)、感光ドラムの静電潜像を現像剤で現像させる現像ローラー、感光ドラムの表面の現像剤で形成された可視画像を印刷媒体に転写させる転写部を有する。
一方、移送ローラー(図示せず)によって画像形成ユニットに移送された印刷媒体は画像形成ユニットを通過しながら現像剤が一面に塗布されて定着ユニット100に移送される。定着ユニット100は印刷媒体(図5のP)の現像剤(図5のT)を印刷媒体に定着させる。このように印刷完了された印刷媒体は画像形成装置の外部に排出される。
本実施形態による定着ユニットおよび画像形成装置は以下のような効果を有する。
第一に、管状体113の長手方向に沿って反射率を異にすることによって全体に反射膜115を形成することに比べてより効率的である。そして、反射膜115を管状体113の全体長手方向に沿って形成する必要がないので材料費を減らすことができる。
第二に、定着ニップでの圧力または現像剤への熱流束が相対的に小さい部分および大きい部分にそれぞれ発熱体111の反射率を異にするように反射膜115を形成することによってそれらの間の現像剤の定着特性の偏差を減らすことができる。これによって、より良い画質を実現することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
従来の定着ユニットのヒートランプの断面図である。 図1の定着ユニットの横断面図である。 図1の定着ユニットのヒートローラーの長手方向に沿って、定着ニップでの圧力、ヒートランプから定着ニップに伝達される熱流束、および定着特性の間の相関関係を示すグラフである。 本発明の第1実施形態による定着ユニットの横断面図である。 図4の定着ユニットの断面図である。 図4の定着ユニットのヒートランプの横断面図である。 図6のヒートランプの管状体の展開図である。 図7の反射膜で変形された面積パターンを有する管状体の展開図である。 本発明の第2実施形態による定着ユニットのヒートランプの断面図である。 本発明の第3実施形態による定着ユニットのヒートランプの管状体の展開図である。 図4の定着ユニットのヒートローラーの長手方向に沿って、定着ニップでの圧力、ヒートランプから定着ニップに伝達される熱流束、および定着特性の間の相関関係を示すグラフである。 本発明の第4実施形態による定着ユニットの長手方向に沿って、定着ニップでの圧力、ヒートランプから定着ニップに伝達される熱流束、および定着特性の間の相関関係を示すグラフである。
符号の説明
100 定着ユニット
110 ヒートランプ
111 発熱体
113 管状体
115、115a、115b、115c 反射膜
117 電極ブラシ
120 ヒートローラー
130 プレスローラー

Claims (20)

  1. 画像形成装置の定着ユニットにおいて、
    発熱体および前記発熱体を収容する管状体を有するヒートランプと、
    前記ヒートランプを収容するヒートローラーと、
    前記ヒートローラー側に加圧するプレスローラーと、
    を含み、
    前記管状体には前記発熱体の長手方向に沿って反射率が変化するように外周面および内周面の少なくともいずれか1つに反射膜が形成されることを特徴とする、画像形成装置の定着ユニット。
  2. 前記反射膜は反射率が前記プレスローラーの加圧力に反比例するように形成されることを特徴とする、請求項1に記載の画像形成装置の定着ユニット。
  3. 前記反射膜は前記発熱体の長手方向に沿って厚さが異なるように形成されることを特徴とする、請求項1に記載の画像形成装置の定着ユニット。
  4. 前記反射膜の厚さは前記プレスローラーの加圧力に反比例することを特徴とする、請求項3に記載の画像形成装置の定着ユニット。
  5. 前記反射膜は前記発熱体の長手方向に沿って面積が異なるように形成されることを特徴とする、請求項1に記載の画像形成装置の定着ユニット。
  6. 前記反射膜の面積は前記プレスローラーの加圧力に反比例することを特徴とする、請求項5に記載の画像形成装置の定着ユニット。
  7. 前記反射膜は、前記発熱体の熱を吸収する吸熱物質および前記発熱体の熱を反射する反射物質を含み、前記反射物質に対する前記吸熱物質の比率が前記管状体の長手方向に沿って変化するように設けられることを特徴とする、請求項1に記載の画像形成装置の定着ユニット。
  8. 前記吸熱物質の比率は前記プレスローラーの加圧力に比例することを特徴とする、請求項7に記載の画像形成装置の定着ユニット。
  9. 前記反射膜は、前記ヒートローラーが前記プレスローラーと互いにかみ合う前に前記ヒートローラーの内周面に向かって前記発熱体の熱線を反射することができるように形成されることを特徴とする、請求項1に記載の画像形成装置の定着ユニット。
  10. 前記反射膜は反射物質でコーティングされて形成されることを特徴とする、請求項1に記載の画像形成装置の定着ユニット。
  11. 画像形成装置において、
    印刷媒体に現像剤で画像を形成する画像形成ユニットと、
    前記印刷媒体に前記現像剤を定着させるように、発熱体および前記発熱体を収容する管状体を有するヒートランプ、前記ヒートランプを収容するヒートローラー、および前記ヒートローラー側に加圧するプレスローラーを有する定着ユニットと、
    を含み、
    前記管状体には前記発熱体の長手方向に沿って反射率が変化するように外周面および内周面の少なくともいずれか1つに反射膜が形成されることを特徴とする、画像形成装置。
  12. 前記反射膜は反射率が前記プレスローラーの加圧力に反比例するように形成されることを特徴とする、請求項11に記載の画像形成装置。
  13. 前記反射膜は前記発熱体の長手方向に沿って厚さが異なるように形成されることを特徴とする、請求項11に記載の画像形成装置。
  14. 前記反射膜の厚さは前記プレスローラーの加圧力に反比例することを特徴とする、請求項13に記載の画像形成装置。
  15. 前記反射膜は前記発熱体の長手方向に沿って面積が異なるように形成されることを特徴とする、請求項11に記載の画像形成装置。
  16. 前記反射膜の面積は前記プレスローラーの加圧力に反比例することを特徴とする、請求項15に記載の画像形成装置。
  17. 前記反射膜は、前記発熱体の熱を吸収する吸熱物質および前記発熱体の熱を反射する反射物質を含み、前記反射物質に対する前記吸熱物質の比率が前記管状体の長手方向に沿って変化するように設けられることを特徴とする、請求項11に記載の画像形成装置。
  18. 前記吸熱物質の比率は前記プレスローラーの加圧力に比例することを特徴とする、請求項17に記載の画像形成装置。
  19. 前記反射膜は、前記ヒートローラーが前記プレスローラーと互いにかみ合う前に前記ヒートローラーの内周面に向かって前記発熱体の熱線を反射することができるように形成されることを特徴とする、請求項11に記載の画像形成装置。
  20. 前記反射膜は反射物質でコーティングされて形成されることを特徴とする、請求項11に記載の画像形成装置。
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