JP2009020131A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー化・高速化に最も適したベルト加熱装置において、長手方向におけるニップ圧力を均一にし且つ十分なニップ圧を確保すること。
【解決手段】ハロゲンヒータ１と、定着ベルト２と、加圧ベルト３と、永久磁石４及びヨーク５と、加圧プレート７とを有し、転写材Ｐに担持された未定着画像を加圧・加熱する加熱装置において、永久磁石４及びヨーク５を内包する定着ベルト２又は加圧ベルト３は可撓性部材であり、定着ニップＮ長手方向中央部の定着ニップＮ内にあるヨーク５の形状は、定着ベルト２又は加圧ベルト３の内周面より定着ニップＮ側へ突出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる加熱装置に関するものである。特に、可撓性エンドレスベルトを用いたベルトの加熱装置に関する。

近年、画像形成装置本体の省エネルギー化と高速化が進む中、定着ローラもしくは加圧ローラに代わり、エンドレスベルトを用いた加熱装置が提案・実用化されている。ベルトを用いた加熱装置は、転写材が定着ニップを通過する時間が長くなり、比較的低い定着温度であっても画像定着することが可能で、結果、省エネルギー化と高速化に対応することができる。

一方、近年のフルカラー画像形成装置においては出力画像の高画質化もまた求められるところであり、加熱装置においてそれらに対処する必要が生じている。定着画像の高画質化を図るためには、定着ニップ内におけるベルトと転写材の接触を長手方向に渡って均一に確保すること、即ち定着ニップの長手方向に均一な圧力分布が必要である。特に上述した幅広い定着ニップを形成するベルト定着器においては、定着ニップの不均一性がより顕在化し、その対応が必須となる。

この課題に対し、例えば図８に示すような提案がなされている（特許文献１参照）。図８において７１は加熱源としてのハロゲンヒータ、７２はハロゲンヒータ７１を内包する定着ベルト、７３は加圧ベルトである。加圧ベルト７３の内部には磁石７４が設けられており、磁性材料からなるホルダ７５に収容されている。定着ベルトの内部には吸引部材７６が図示しない側板間に保持されて固定されている。定着ベルト７２と加圧ベルト７３は磁石７４と吸引部材７６の磁気吸引力により所定の圧力で定着ニップＮを形成している。

不図示の駆動源により加圧ベルト７３が図中Ａ方向に回転駆動すると、定着ベルト７２は定着ニップＮにおける加圧ベルト７３との摩擦力により従動回転する。この状態において不図示の画像形成装置より未定着画像の形成された転写材Ｐが図中Ｄ方向より定着ニップＮに搬送されると、定着ベルト７２、加圧ベルト７３と転写材Ｐは一体となって定着ニップＮを通過し、画像定着がなされる。

特開２００４―０２０８１２

しかしながら、上述したベルトを用いた加熱装置には、以下のような技術的課題がある。

幅広い定着ニップを形成し、且つ、Ａ３用機のように長手方向に長いベルト定着器において、磁気吸引力のみで加圧すると、長手方向における端部の定着ニップ圧不足が顕著になる。また、磁気吸引力に加え、不図示の機械的付勢力で定着ベルト７２あるいは加圧ベルト７３のいずれか、もしくは両方の両端部を加圧すると、長手方向における中央部の定着ニップ圧不足が顕著になる。

本発明の目的は、省エネルギー化・高速化に最も適したベルト加熱装置において、長手方向におけるニップ圧力を均一にし且つ十分なニップ圧を確保することである。

上記目的を達成するため、本発明の特徴的な構成は、
加熱体と、
画像形成された転写材の画像担持面に外周面を対向する定着部材と、
前記転写材の画像担持面と反対面に外周面を対向する加圧部材と、
前記定着部材又は前記加圧部材のいずれかに内包される磁力発生部材及び該磁力発生部材に磁気吸着した磁性部材と、
磁性材料を含む材料から構成され前記磁力発生部材及び前記磁性部材に磁気吸引されて前記定着部材及び前記加圧部材の定着ニップを形成する吸引部材とを有し、
前記定着ニップに前記転写材を通過させることによって前記転写材に担持された未定着画像を加圧・加熱する加熱装置において、
前記磁力発生部材及び前記磁性部材を内包する前記定着部材又は前記加圧部材は可撓性部材であり、
長手方向中央部の前記定着ニップ内にある前記磁性部材の形状は、前記定着部材又は前記加圧部材の内周面より前記定着ニップ側へ突出することを特徴とする。

以上の構成により、ベルト加熱装置において、長手方向におけるニップ圧力を均一にし且つ十分なニップ圧を確保することができる。

本発明における各実施形態について、以下に説明する。

〔第１実施形態〕
図を用いて本発明の第１実施形態を説明する。説明においては、まず、加熱装置を用いる画像形成装置の概略説明をした後、加熱装置の各実施形態について詳細に説明する。

（画像形成装置）
図７は画像形成装置の概略断面図である。図７に示すように、画像形成装置の画像形成部は、感光体ドラム１０１を有する。感光体ドラム１０１の周囲には、帯電ローラ１０２、レーザー露光装置１０３、現像装置１０４、クリーニングブレード１０５、転写ローラ１０６を有する。画像形成部から、記録媒体としての転写材Ｐの搬送方向下流には、定着手段としての加熱装置１０７が配設される。転写材Ｐは、特に限定するものではないが、紙、印刷紙、転写材転写材、ＯＨＴ転写材、光沢紙、光沢フィルム等が好ましい。

以上の構成により、感光体ドラム１０１は、帯電ローラ１０２によって負の所定電位に一様に帯電される。次にレーザー露光装置１０３からの光による画像情報の走査露光がなされ、感光体ドラム１０１に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。そして、当該静電潜像に対して現像装置１０４により現像材又はトナーが供給され、静電潜像がトナー像として可視像となる。

一方、所定の給送制御タイミングにて給送ローラ１０８が回転駆動されて給送カセット１０９から転写材Ｐが１枚、分離給送される。転写材Ｐは、搬送ローラ１１０、レジストローラ１１１等を含むシートパス１１２を通って、感光体ドラム１０１と転写ローラ１０６との当接部である転写ニップに、所定の制御タイミングにて導入される。その後、転写材Ｐの画像担持面に感光体ドラム１０１上のトナー像が転写される。

転写ニップを出た転写材Ｐは、感光体ドラム１０１面から分離されて、シートパス１１３を通って加熱装置１０７に導入される。そして転写材Ｐは、トナー像の加熱定着処理を受ける。その後、シートパス１１４を通って排出トレイ１１５上に排出される。

尚、本実施形態では、画像形成装置として単色のプリンターを例示して説明したが、これに限らず、複数色の画像形成を行うプリンターであってもよい。また、プリンターでなくともよく、ファクシミリや複写機であってもよい。

（加熱装置）
本実施形態の加熱装置について、詳細に説明する。図１は第１実施形態における加熱装置の搬送方向の断面図である。

図１を用いて加熱装置の概略を説明する。図１に示すように、本実施形態の加熱装置は、加熱体としてのハロゲンヒータ１を内包し、転写材Ｐにおいて未定着画像を担持する面である画像担持面に対して外周面を対向させる定着ベルト２を有する。また、転写材Ｐにおいて画像担持面と反対面に対して外周面を対向させる加圧ベルト３とを有する。加圧ベルト３は定着ベルト２に対して加圧される。

定着ベルト２は、定着ベルトガイド９にガイドされる。定着ベルト２には、定着ニップＮの対向面に配設される磁力発生部材である永久磁石４と、永久磁石４に磁気吸着した磁性部材であるヨーク５と、永久磁石４を保持するホルダ６とが内包される。定着ベルト２の外部にはサーミスタ１０が当接する。尚、永久磁石４は、単一又は複数の磁極を有する。

一方、加圧ベルト３は、駆動ローラ８と加圧ベルトガイド１１とによって張架される。加圧ベルト３には、磁性材料を含む材料から構成され永久磁石４及びヨーク５に磁気吸引される吸引部材としての加圧プレート７が内包される。加圧プレート７は永久磁石４及びヨーク５に磁気吸引される。駆動ローラ８は不図示の駆動源より回転駆動される。

ホルダ６及び加圧プレート７に挟持されたベルト２、３が接触することによって形成される接触領域である、定着ニップＮが形成される。

次に、各部材の詳細構成を説明する。

定着ベルト２は、例えば50μｍ〜100μｍ厚のポリイミド等の耐熱性樹脂やＳＵＳ等の金属を基層とし、その上にＳｉゴム等の弾性層とＰＦＡ等の離型層を各々300μｍ、30μｍの厚みで積層したエンドレスベルトである。定着ベルト２は、定着ベルトガイド９と緩く嵌り合う可撓性部材の回転体である。

定着ベルト２の表面にはサーミスタ１０が当接し、定着ベルト２の表面温度を検出する。サーミスタ１０は不図示の加熱装置制御回路に接続され、当該制御回路によってサーミスタ１０の検出温度と所定の設定温度が比較される。そして、サーミスタ１０による検出温度が低い場合には、ハロゲンヒータ１を点灯させる。一方、サーミスタ１０による検出温度が高い場合にはハロゲンゲンヒータ１を消灯させる。こうして、定着ベルト２の表面温度は、設定温度に保たれる。

加圧ベルト３は、例えば50μｍ〜100μｍ厚のポリイミド等の耐熱性樹脂やＳＵＳ等の金属を基層とし、その上にＳｉゴム等の弾性層とＰＦＡ等の離型層を各々1ｍｍ、30μｍの厚みで積層したエンドレスベルトである。加圧ベルト３は、回転自在に設けられた駆動ローラ８及び加圧ベルトガイド１１により張架懸回されている。

永久磁石４は、例えば耐熱磁気特性に優れたＳｍ―Ｃｏ系あるいはＮｄ―Ｆｅ―ｂ系の希土類磁石であり、図１中のＢ方向に着磁がなされている。

ヨーク５は、例えば2〜3ｍｍ厚のＦｅ等の強磁性材料で形成され、永久磁石４に吸着して永久磁石４から定着ニップＮとは逆側へ漏れる磁力線を定着ニップ側へと誘導して図中Ｂ方向の磁力を向上させる。

ホルダ６は、例えば1ｍｍ厚のＳＵＳやアルミニウム等の非磁性材料を基層とし、定着ベルト２内面と摺動する面に例えば30μｍ厚ＰＦＡ等の離型層が積層接着される。

加圧プレート７は、例えば2〜3ｍｍ厚のＦｅ等の強磁性材料を基層とし、加圧ベルト３の内面側に30μｍ厚のＰＦＡ等の離型層が積層接着されている。加圧プレート７は、加圧ベルト３及び定着ベルト２を介して永久磁石４及びヨーク５に磁気吸引され、定着ベルト２及び加圧ベルト３を圧接して定着ニップＮを形成する。

以上の構成により、駆動ローラ８が不図示の画像形成装置本体の駆動源により図１中のＣ方向に駆動されると、加圧ベルト３は駆動ローラ８表面との摩擦により駆動される。また定着ベルト２は、加圧ベルト３との摩擦力により、加圧ベルト３と一体となって従動回転する。定着ベルト２の両端部は、不図示の機械的付勢力により、加圧ベルト３に対して加圧される。このような状態において、定着ベルト２の外周面側に未定着画像が担持された転写材Ｐが不図示の画像形成装置転写部より図中Ｄ方向から定着ニップＮに送られる。転写材Ｐは、定着ベルト２及び加圧ベルト３と一体となって定着ニップＮを通過して加圧・加熱され、画像定着がなされる。

本実施形態の特徴を図２を用いて説明する。図２は第１実施形態の加熱装置の定着ニップＮ長手方向の断面図（図１の破線部における断面図）である。尚、長手方向とは、転写材Ｐの搬送方向と直交する方向である。

図２に示すように、ホルダ６は永久磁石４と加圧プレート７の磁気吸引力によって定着ベルト２内面に圧接している。一方、ヨーク５の定着ニップ内の長手方向中央部の端面は、定着ベルト２の内周面に沿うホルダ６より定着ニップＮ側に例えば突出量ｄとして0.1〜0.5ｍｍほど突出した突出部５ａとなる。そして突出部５ａは、定着ベルト２を内面から加圧ベルト３側に押圧することによって、定着ニップＮ内の加圧ベルト３の弾性層を局所的に圧縮し、高加圧部を形成している。

以上の構成により、本実施形態には以下の効果がある。

本実施形態においては、永久磁石４と加圧プレート７の磁気吸引力を用いて定着ニップＮを形成する。ここで、磁気吸引力は場所によらず略一定である。このため、ベルトを用いて定着ニップＮの幅を広げた加熱装置であっても、定着ニップＮ内での搬送方向の定着ニップＮ圧力を均一化することができる。例えば、先述したＡ３サイズの幅をもつ転写材Ｐのように長手方向に長く幅広い定着ニップＮを有する加熱装置においても、省エネルギー化と高速化に対応しつつ、高画質・高光沢な定着画像を得ることができる。

また、定着ニップの長手方向中央部において、ヨーク５の端面を突出させて突出部５ａを形成する。これによって、形状的に高加圧部を形成できる上、ヨーク端面に集中して誘導される磁力線によって磁気的にも高加圧部を形成することが可能となる。

更には、放射磁力を抑制し磁気吸引力を向上させる目的のヨーク５を、局所的な高加圧部を形成するために用いる。これにより、高加圧部を形成するために別途部品を設ける必要がなくなる。また、他の部品を設ける必要がなくなるため、装置大型化も防止することができる。

以上の結果、磁気吸引力に加えて、不図示の機械的付勢力で定着ベルト２の両端部を加圧する場合でも、長手方向における中央部の定着ニップ圧不足を防止することが可能になる。これにより、省エネルギー化と高速化に対応しつつ高画質・高光沢な定着画像を得ることができる。

本実施形態では定着ニップを形成する磁力発生部材として永久磁石４を用いて例示したが、永久磁石４に限るものではない。例えば、電磁石のように磁力を発生する部材であれば、同様の効果が得られる。

また、本実施形態では定着ベルト２の両端部を機械的付勢力により加圧ベルト３に加圧するとしたが、これに限るものではない。例えば、加圧ベルト３の両端部を機械的付勢力により定着ベルト２に加圧しても同様の効果が得られる。

尚、このような技術的手段において、本願の適用対象は、磁力発生部材を内包するベルトをエンドレス状のベルトにした形態をも含む。また磁気吸引される吸引部材が磁力発生部材及び磁性部材を内包しない定着部材又は加圧部材そのものである形態をも含む。本願の加熱装置の駆動方式については、磁力発生部材の内包によらず、定着部材及び加圧部材のいずれを駆動しても差し支えはない。

〔第２実施形態〕
図を用いて本発明の第２実施形態を説明する。図３は第２実施形態における加熱装置の搬送方向の断面図である。尚、前述の実施形態と同様な構成要素については、同様な符号を付して詳細な説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態の加熱装置は、定着ニップＮを直接加熱する加熱体としての面状ヒータ１２、定着ベルト１３、加圧ベルト１４を有する。本実施形態においては、永久磁石４及びヨーク５は加圧ベルト１４に、加圧プレート７は定着ベルト１３に内包される。

次に、各部材の詳細構成を説明する。

面状ヒータ１２は、アルミナ等でできた絶縁基板表面に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料を厚み約10μｍ、幅1〜3ｍｍにスクリーン印刷等により塗工し発熱パターンを形成し、その上にガラスやフッ素樹脂等の絶縁層をコートする。また、面状ヒータ１２は、不図示の温度検出素子により第１実施形態と同様に温度制御される。

定着ベルト１３は、例えば50μｍ〜100μｍ厚のポリイミド等の耐熱性樹脂やＳＵＳ等の金属を基層とし、その上にＳｉゴム等の弾性層とＰＦＡ等の離型層を各々1ｍｍ、30μｍの厚みで積層したエンドレスベルトである。定着ベルト１３は、第１実施形態と同様に定着ベルトガイド９に緩く嵌り合う可撓性部材の回転体である。

加圧ベルト１４は、例えば50μｍ〜100μｍ厚のポリイミド等の耐熱性樹脂やＳＵＳ等の金属を基層とし、その上にＳｉゴム等の弾性層とＰＦＡ等の離型層を各々300μｍ、30μｍの厚みで積層したエンドレスベルトである。本実施形態では加圧ベルト１４内の永久磁石４及びヨーク５と、定着ベルト１３内の加圧プレート７による磁気吸引力によって、面状ヒータ１２、定着ベルト１３と加圧ベルト１４が圧接される。

本実施形態の特徴を図４を用いて説明する。図４は第２実施形態の加熱装置の定着ニップＮ長手方向の断面図（図３の破線部における断面図）である。

図４に示すように、本実施形態においては、定着ニップ内の長手方向中央部において、ヨーク５の端面を定着ニップＮ側へ、例えば突出量ｄを0.1〜0.5ｍｍほど突出させて突出部５ａとする。突出部５ａにより、定着ニップＮ内において局所的な高加圧部を形成する。

この構成により、本実施形態には第１実施形態と同様の効果がある他、以下の特有な効果がある。即ち、加圧ベルト１４内に永久磁石４及びヨーク５を配置することで、定着ニップＮに面状ヒータ１２を配置することができる。これにより、定着ニップＮの直接的な加熱を可能にしている。この結果、加熱装置において、急速加熱を図ることができる。

〔第３実施形態〕
図を用いて本発明の第３実施形態を説明する。図５は第３実施形態における加熱装置の搬送方向の断面図である。尚、前述の実施形態と同様な構成要素については、同様な符号を付して詳細な説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の加熱装置は、ハロゲンヒータ１を内包する定着ローラ１５を有する。本実施形態においては、永久磁石４及びヨーク５は加圧ベルト１４に内包される。

定着ローラ１５は、例えば2〜3ｍｍ厚のＦｅ等の強磁性材料による円筒の外周にＳｉゴム等の弾性層とＰＦＡ等の離型層を各々1ｍｍ、30μｍの厚みで積層して構成される。本実施形態による定着ローラ１５は強磁性材料を基層に構成されるため、対向する永久磁石４及びヨーク５によって加圧ベルト１４を介して直接吸引される。定着ローラ１５は、加圧ベルト１４との間に定着ニップＮを形成する。

本実施形態の特徴を図６を用いて説明する。図６は第３実施形態の加熱装置の定着ニップＮ長手方向の断面図（図５の破線部における断面図）である。

図６に示すように、本実施形態においては、定着ニップＮ長手方向の中央部において、ヨーク５の端面を定着ニップＮ側へ、例えば突出量ｄを0.1〜0.5ｍｍほど突出させて突出部５ａとする。

この構成により、本実施形態には第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果がある他、以下の特有な効果がある。

定着ローラ１５を強磁性材料で形成することにより、第１実施形態で用いられた加圧プレート７が不要になり、部品点数を削減することができる。またこれにより、加熱装置の熱容量をより低減することができる。

本実施形態では定着部材をローラ形状として強磁性材料で構成した形態を示したが、これに限るものではない。例えば、加圧部材をローラ形状として強磁性材料で構成した場合も同様の効果を得ることできる。

第１実施形態における加熱装置の搬送方向の断面図。 第１実施形態の加熱装置の定着ニップＮ長手方向の断面図。 第２実施形態における加熱装置の搬送方向の断面図。 第２実施形態の加熱装置の定着ニップＮ長手方向の断面図。 第３実施形態における加熱装置の搬送方向の断面図。 第３実施形態の加熱装置の定着ニップＮ長手方向の断面図。 画像形成装置の概略断面図。 従来の構成の説明図。

符号の説明

Ｎ…定着ニップ、Ｐ…転写材、１…ハロゲンヒータ、２…定着ベルト、３…加圧ベルト、４…永久磁石、５…ヨーク、５ａ…突出部、６…ホルダ、７…加圧プレート、８…駆動ローラ、９…定着ベルトガイド、１０…サーミスタ、１１…加圧ベルトガイド、１２…面状ヒータ、１３…定着ベルト、１４…加圧ベルト、１５…定着ローラ、１０１…感光体ドラム、１０２…帯電ローラ、１０３…レーザー露光装置、１０４…現像装置、１０５…クリーニングブレード、１０６…転写ローラ、１０７…加熱装置、１０８…給送ローラ、１０９…給送カセット、１１０…搬送ローラ、１１１…レジストローラ、１１２…シートパス、１１４…シートパス、１１５…排出トレイ

Claims (7)

1. 加熱体と、画像形成された転写材の画像担持面に外周面を対向する定着部材と、前記転写材の画像担持面と反対面に外周面を対向する加圧部材と、前記定着部材又は前記加圧部材のいずれかに内包される磁力発生部材及び該磁力発生部材に磁気吸着した磁性部材と、磁性材料を含む材料から構成され前記磁力発生部材及び前記磁性部材に磁気吸引されて前記定着部材及び前記加圧部材の定着ニップを形成する吸引部材とを有し、前記定着ニップに前記転写材を通過させることによって前記転写材に担持された未定着画像を加圧・加熱する加熱装置において、
   前記磁力発生部材及び前記磁性部材を内包する前記定着部材又は前記加圧部材は可撓性部材であり、
   長手方向中央部の前記定着ニップ内にある前記磁性部材の形状は、前記定着部材又は前記加圧部材の内周面より前記定着ニップ側へ突出することを特徴とする加熱装置。
2. 前記磁力発生部材は、前記定着ニップの対向面に単一又は複数の磁極を有する永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記磁性部材は強磁性材料であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
4. 前記吸引部材は強磁性材料を含む材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
5. 前記可撓性部材が回転体であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
6. 前記加熱体は、前記定着部材又は前記加圧部材のいずれかに接触し、前記定着ニップを直接加熱することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
7. 前記吸引部材は前記磁力発生部材及び前記磁性部材を内包しない前記定着部材又は前記加圧部材であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。

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