JP2010243860A - 定着装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体からの輻射熱を目的とする箇所に効率良く集熱させることによって、ウォームアップタイムの短縮と省電力を実現することができる定着装置を提供すること。
【解決手段】内部にハロゲンランプ（発熱体）３０が収容された中空状の加熱ローラ（加熱部材）２３に加圧ローラ（加圧部材）２４を圧接し、トナー像が担持された用紙を定着ニップＮに通すことによって、トナー像を加熱及び加圧してこれを用紙上に定着させる定着装置９において、複数の反射面３１Ａ〜３１Ｃを有する反射体３１を加熱ローラ２３の内部にハロゲンランプ３０を囲むよう配設し、該反射体３１の２つの反射面３１Ａ，３１Ｃをハロゲンランプ３０を挟んで相対向させ、ハロゲンランプ３０から全方向に放射する輻射熱を反射体３１の反射面３１Ａ〜３１Ｃで反射させて該反射体３１の開口部３１ａから加熱ローラ２３の内周面の定着ニップ領域入口Ｐに向けて集中させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真プロセスによって用紙上に転写されたトナー像を用紙に定着させるための定着装置とこれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式によって用紙に画像を形成する複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、感光ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像が現像装置において現像剤であるトナーを用いて現像されてトナー像として顕像化され、この像担持体上のトナー像は転写ローラ等の転写手段によって用紙上に転写される。そして、トナー像が転写された用紙は定着装置へと搬送され、該定着装置においてトナー像が加熱及び加圧されてこれが用紙上に定着され、トナー像が定着された用紙は機外へと排出されて一連の画像形成プロセスが終了する。

ところで、定着装置は、内部に発熱体が収容された中空状の加熱部材に加圧部材を圧接し、前記発熱体によって前記加熱部材を加熱しながら該加熱部材と加圧部材を回転させ、トナー像が担持された用紙を前記加熱部材と前記加圧部材の当接部である定着ニップに通すことによって、トナー像を加熱及び加圧してこれを用紙上に定着させるものである。

斯かる定着装置においては、発熱体によって加熱部材全体が定着可能な所定温度に加熱されるまでに比較的長い時間を要し、装置を立ち上げてから画像形成動作が可能となるまでの待機時間（ウォームアップタイム）が長いという問題がある。

又、装置の待機状態或いは作動状態において、加熱部材全体を常時一定の定着温度に保っておく必要があるため、発熱体の消費電力が大きいという問題もある。

そこで、加熱部材の内部に反射体を配設し、発熱体から全方向に放射される輻射熱を反射体によって反射させ、輻射熱を加熱部材の内周面の定着ニップに向けて集中させ、トナー像の定着がなされる定着ニップ付近を効果的に加熱するという提案が従来から種々なされている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特開平７−１４０８１７号公報 特開平８−２５４９１５号公報 特開平６−２８２１９１号公報 特開平７−２７１２２７号公報

ところが、特許文献１〜４等において提案された構成では、反射体によって集熱させている範囲が広く、必要な箇所を集中的に効率良く加熱することができないために期待通りの集熱効果が得られないという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、発熱体からの輻射熱を目的とする箇所に効率良く集熱させることによって、ウォームアップタイムの短縮と省電力を実現することができる定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、内部に発熱体が収容された中空状の加熱部材に加圧部材を圧接し、前記発熱体によって前記加熱部材を加熱しながら該加熱部材と加圧部材を回転させ、トナー像が担持された用紙を前記加熱部材と前記加圧部材の当接部である定着ニップに通すことによって、トナー像を加熱及び加圧してこれを用紙上に定着させる定着装置において、複数の反射面を有する反射体を前記加熱部材の内部に前記発熱体を囲むよう配設し、該反射体の２つの反射面を前記発熱体を挟んで相対向させ、前記発熱体から全方向に放射する輻射熱を前記反射体の反射面で反射させて該反射体の開口部から前記加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口に向けて集中させるよう構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記反射体の反射面を横断面において凹状に湾曲した曲面で構成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記反射体の開口部に対向する反射面の横断面形状を、前記加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口付近に焦点を有する楕円状としたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記反射体の開口部に対向する反射面の横断面形状をパラボラ状とし、前記加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口付近に焦点を有するレンズを前記反射体の開口部に配置したことを特徴とする。

請求項５記載の画像形成装置は、請求項１〜４の何れかに記載の定着装置を備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、複数の反射面を有する反射体を前記加熱部材の内部に発熱体を囲むよう配設し、該反射体の２つの反射面を発熱体を挟んで相対向させ、発熱体から全方向に放射する輻射熱を反射体の反射面で反射させて該反射体の開口部から加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口に向けて集中させるよう構成したため、加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口を加熱した熱が加熱部材の外周面に伝達され、定着ニップ領域入口に導入される用紙上に担持されたトナー像を効率良く加熱する。このように発熱体からの輻射熱を周囲に散逸させることなく定着ニップ領域入口に効率良く集熱させてその部分を効果的に加熱することができる結果、装置を立ち上げてから画像形成動作が可能となるまでのウォームアップタイムが短縮される。
又、発熱体からの輻射熱がトナー像の加熱に無駄なく利用されるため、発熱体への供給電力を下げて消費電力を低く抑えることができ、省電力化を実現することができる。

請求項２記載の発明によれば、反射体の反射面を横断面において凹状に湾曲した曲面で構成したため、発熱体からの輻射熱が反射面によって反射して反射体の開口部に向かい、開口部から加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口に向けて輻射熱を集中させてその部分を効率良く加熱することができる。

請求項３記載の発明によれば、反射体の開口部に対向する反射面の横断面形状を、加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口付近に焦点を有する楕円状としたため、発熱体から楕円状の反射面に達した輻射熱及び他の反射面で反射して楕円状の反射面に達した複写熱が楕円状の反射面で反射して該楕円状の反射面の焦点である加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口付近に集中する。このため、定着ニップ領域入口付近が短時間で所定の定着温度まで加熱され、ウォームアップタイムの短縮と省電力が実現される。

請求項４記載の発明によれば、発熱体からの輻射熱はパラボラ状の反射面で反射した後にレンズに向かって平行に進み、レンズによって屈折して該レンズの焦点である加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口付近に集中するため、定着ニップ領域入口付近が短時間で所定の定着温度まで加熱され、この結果、ウォームアップタイムの短縮と省電力が実現される。

請求項５記載の発明によれば、ウォームアップタイムの短縮によってユーザーへの利便性を高めることができるとともに、省電力を実現してランニングコストを下げることができる。

本発明に係る画像形成装置（レーザープリンタ）の側断面図である。 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加熱ローラの拡大断面図である。 本発明に係る定着装置の加熱ローラ内に配された反射体の別形態を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の加熱ローラ内に配された反射体の別形態を示す断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

［画像形成装置］
図１は本発明に係る画像形成装置の一形態としてのレーザープリンタの側断面図であり、図示のレーザープリンタ１においては、箱状の本体（筐体）２の上面の中央部に、傾斜した凹状の排紙トレイ３が設けられている。そして、本体２の前面（図１の右側が前方）上部には開閉可能な手差しトレイ４が設けられており、この手差しトレイ４とその奥の本体２内に回転可能に設けられた手差し用の給紙ローラ５は手差し給紙部６を構成している。

而して、レーザープリンタ１は、本体２内に設けられた搬送路Ｌに沿って記録材である用紙を搬送しながら、不図示の端末等から送信される画像データに基づいて用紙に画像を形成するものであって、前記搬送路Ｌは、側面視略Ｌ字状を成して前記排紙トレイ３へと延びている。

又、レーザープリンタ１は、本体２の下部に設けられたカセット給紙部７と、該カセット給紙部７上方の本体２内の略中央部に設けられた画像形成部８と、該画像形成部８の後方に配された定着装置９と、該定着装置９の上方の本体２上面に設けられた凹状の排紙部１０を備えている。

上記カセット給紙部７は、上面が開放された矩形箱状の給紙カセット１１内に複数枚の用紙を積層収容するとともに、給紙カセット１１内の用紙を取り出すピックローラ１２と、取り出された用紙を１枚ずつ分離して搬送路Ｌへと送り出すフィードローラ１３とリタードローラ１４を備えており、搬送路Ｌには、送り出された用紙を一時的に待機させた後に所定のタイミングで画像形成部８へと供給するレジストローラ対１５が設けられている。

前記画像形成部８は、手差し給紙部６又はカセット給紙部７から供給された用紙に画像を形成するものであって、本体２内の略中央部に回転可能に配された像担持体としての感光ドラム１６と、その周囲に配置された帯電器１７、現像手段である現像装置１８、転写手段である転写ローラ１９及びクリーニング装置２０と、これらの上方に配置された走査光学装置であるレーザースキャナユニット（ＬＳＵ）２１、トナーホッパー２２等を備えている。

又、前記定着装置９は、画像形成部８において用紙に転写されたトナー像を当該用紙に定着させるためのものであって、互いに圧接されて回転する加熱部材である加熱ローラ２３と加圧部材である加圧ローラ２４を備えている。

更に、前記排紙部１０は、定着装置９においてトナー像が定着された用紙を本体２外へと排出するためのものであって、搬送路Ｌの末端に設けられた排紙ローラ対２５と、搬送路Ｌを搬送される用紙を前記排紙ローラ対２５へと案内する縦リブ状の複数の搬送ガイドリブ２６及び本体２外へと排出される用紙を積載するための前記排紙トレイ３を備えている。

次に、以上の構成を有するレーザープリンタ１の画像形成動作について説明する。

例えばパーソナルコンピュータ（パソコン）等の端末から当該レーザープリンタ１にプリント開始信号が送信されると、画像形成部８においては、感光ドラム１６が不図示の駆動手段によって図１の矢印方向（時計方向）に回転駆動され、その表面が帯電器１７によって所定の電位に一様に帯電される。そして、端末から送信された画像データに基づくレーザー光がレーザースキャナユニット２１から出力されて感光ドラム１６上に照射されると、該感光ドラム１６上には静電潜像が形成される。そして、この感光ドラム１６上に形成された静電潜像は、現像装置１８によって現像剤であるトナーを用いて現像されてトナー像として可視像化される。

ところで、カセット給紙を行う場合、カセット給紙部７の給紙カセット１１内に収容された用紙は、ピックローラ１２によって最上位のものから１枚ずつピックアップされ、フィードローラ１３とリタードローラ１４によって１枚ずつ分離されてレジストローラ対１５へと搬送される。

レジストローラ対１５においては、用紙は、一時待機状態とされた後、感光ドラム１６上のトナー像に同期する所定のタイミングで画像形成部８へと供給される。

画像形成部８においては、感光ドラム１６と転写ローラ１９との間の転写ニップへと供給された用紙は、転写ローラ１９によって感光ドラム１６に押し付けられながら搬送されることによって、その表面（転写面）に感光ドラム１６上のトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された用紙は、定着装置９へと搬送され、この定着装置９において加熱ローラ２３と加圧ローラ２４によって挟み込まれて搬送される過程で加熱及び加圧されてトナー像の定着を受ける。尚、用紙へのトナー像の転写後に感光ドラム１６の表面に残留するトナー（転写残トナー）はクリーニング装置２０によって除去される。

而して、定着装置９にて表面にトナー像が定着された用紙は、搬送路Ｌを上方へと搬送され、搬送ガイドリブ２６に沿って排紙ローラ対２５へと導かれ、排紙ローラ対２５によって本体２上部の排紙トレイ３に排出されて積載され、一連の画像形成動作が完了する。

尚、ユーザーが手差しで給紙する場合には、手差し給紙部６の手差しトレイ４上にセットされた用紙が給紙ローラ５によってレジストローラ対１５へと供給され、以後は前述と同様のプロセスを経て用紙に画像が形成される。

［定着装置］
次に、本発明に係る前記定着装置９の実施の形態を図２及び図３に基づいて説明する。

図２は本発明に係る定着装置の断面図、図３は同定着装置の加熱ローラの内部構成の詳細を示す断面図であり、図２に示す定着装置９は、ハウジング２７内に、互いに当接しながら回転する前記加熱ローラ２４と加圧ローラ２４を収容して構成されている。これらの加熱ローラ２３と加圧ローラ２４は、図２の紙面垂直方向に長く互いに平行に配されており、その軸方向両端はハウジング２７に回転可能に支持されている。ここで、加熱ローラ２３の下方に配された加圧ローラ２４の軸方向両端は、不図示の軸受によってハウジング２７に対して上下動可能に支持されており、軸受が不図示の加圧バネによって上方に付勢されることによって加圧ローラ２４は所定の圧力で加熱ローラ２３に圧接され、加熱ローラ２３との間に定着ニップＮを形成している。

又、ハウジング２７内の定着ニップＮよりも用紙搬送方向上流側には、定着ニップＮに用紙を案内するための転写前ガイド２８が設けられており、ハウジング２７内の定着ニップＮよりも用紙搬送方向下流側には、定着ニップＮを通過する過程でトナー像が定着された用紙をハウジング２７外へと排出するための排出ローラ対２９が設けられている。

ところで、加熱ローラ２３は中空の円筒ローラであって、その内部の中心部には発熱体としてのハロゲンランプ３０が軸方向（図２の紙面垂直方向）に配されており、その周囲は多面体を成す反射体３１によって囲まれている。

上記反射体３１は、図３に詳細に示すように、横断面が凹状に湾曲した曲面を成す３つの反射面３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを有しており、２つの反射面３１Ａ，３１Ｃはハロゲンランプ３０を挟んで相対向して配置されている。又、反射体３１の開口部３１ａに対向する反射面３１Ｂは、その横断面形状が、加熱ローラ２３の内周面の定着ニップ領域入口（図示の点Ｐ）付近に焦点を有する楕円状を成している。

而して、本発明に係る定着装置９においては、３つの反射面３１Ａ〜３１Ｃを有する反射体３１を加熱ローラ２３の内部にハロゲンランプ３０を囲むよう配設し、該反射体３１の２つの反射面３１Ａ，３１Ｃをハロゲンランプ３０を挟んで相対向させ、ハロゲンランプ３０から全方向に放射する輻射熱を反射体３１の反射面３１Ａ〜３１Ｃで反射させて該反射体３１の開口部３１ａから加熱ローラ２３の内周面の定着ニップ領域入口Ｐに向けて集中させるよう構成したため、加熱ローラ２３の内周面の定着ニップ領域入口Ｐを加熱した熱が加熱ローラ２３の外周面に伝達され、定着ニップ領域入口Ｐに導入される用紙上に担持されたトナー像を効率良く加熱する。

特に、本実施の形態では、反射体３１の開口部３１ａに対向する反射面３１Ｂの横断面形状を、加熱ローラ２３の内周面の定着ニップ領域入口Ｐ付近に焦点を有する楕円状としたため、ハロゲンランプ３０から楕円状の反射面３１Ｂに達した輻射熱及び他の反射面３１Ａ，３１Ｃで反射して楕円状の反射面３１Ｂに達した複写熱が楕円状の反射面３１Ｂで反射して該楕円状の反射面３１Ｂの焦点である加熱ローラ２３の内周面の定着ニップ領域入口Ｐ付近に集中する。

上述のように、ハロゲンランプ３０からの輻射熱を周囲に散逸させることなく定着ニップ領域入口Ｐに効率良く集熱させてその部分を効果的に加熱することができるため、装置を立ち上げてから画像形成動作が可能となるまでのウォームアップタイムが短縮される。
又、ハロゲンランプ３０からの輻射熱がトナー像の加熱に無駄なく利用されるため、ハロゲンランプ３０への供給電力を下げて消費電力を低く抑えることができ、省電力化を実現することができる。

ところで、加熱ローラ２３の内部に配される反射体３１として、図４に示すように反射面３１Ａ，３１Ｃが偏平で、開口部３１ａが若干大きく開いたものを用いても良い。

又、図５に示すように、反射体３１の開口部３１ａに対向する反射面３１Ｂの横断面形状をパラボラ状とし、加熱ローラ２３の内周面の定着ニップ領域入口Ｐ付近に焦点を有するレンズ３２を反射体３１の開口部３１ａに配置する構成を採用しても良い。このような構成においては、ハロゲンランプ３０からの輻射熱はパラボラ状の反射面３１Ｂで反射した後にレンズ３２に向かって平行に進み、レンズ３２によって屈折して該レンズ３２の焦点である加熱ローラ２３の内周面の定着ニップ領域入口Ｐ付近に集中するため、定着ニップ領域入口Ｐ付近が短時間で所定の定着温度まで加熱され、この結果、ウォームアップタイムの短縮と省電力が実現される。

尚、以上は加熱部材として加熱ローラを使用するローラ方式の定着装置及びこれを備えたレーザープリンタに対して本発明を適用した形態について説明したが、本発明は、加熱部材として定着ベルトを使用するベルト式の定着ローラ及びこれを備えたレーザープリンタ以外の任意の画像形成装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

１ レーザープリンタ（画像形成装置）
２ 画像形成装置本体
３ 排紙トレイ
４ 手差しトレイ
５ 給紙ローラ
６ 手差し給紙部
７ カセット給紙部
８ 画像形成部
９ 定着装置
１０ 排紙部
１１ 給紙カセット
１２ ピックローラ
１３ フィードローラ
１４ リタードローラ
１５ レジストローラ
１６ 感光ドラム（像担持体）
１７ 帯電器
１８ 現像装置
１９ 転写ローラ
２０ クリーニング装置
２１ レーザースキャナユニット（ＬＳＵ）
２２ トナーホッパー
２３ 定着ローラ
２４ 加圧ローラ
２５ 排紙ローラ対
２６ 搬送ガイドリブ
２７ 定着装置のハウジング
２８ 転写前ガイド
２９ 排出ローラ対
３０ ハロゲンランプ（発熱体）
３１ 反射体
３１Ａ〜３１Ｃ 反射体の反射面
３１ａ 反射体の開口部
３２ レンズ
Ｌ 搬送路
Ｎ 定着ニップ
Ｐ 定着ニップ領域入口（焦点）

Claims (5)

1. 内部に発熱体が収容された中空状の加熱部材に加圧部材を圧接し、前記発熱体によって前記加熱部材を加熱しながら該加熱部材と加圧部材を回転させ、トナー像が担持された用紙を前記加熱部材と前記加圧部材の当接部である定着ニップに通すことによって、トナー像を加熱及び加圧してこれを用紙上に定着させる定着装置において、
   複数の反射面を有する反射体を前記加熱部材の内部に前記発熱体を囲むよう配設し、該反射体の２つの反射面を前記発熱体を挟んで相対向させ、前記発熱体から全方向に放射する輻射熱を前記反射体の反射面で反射させて該反射体の開口部から前記加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口に向けて集中させるよう構成したことを特徴とする定着装置。
2. 前記反射体の反射面を横断面において凹状に湾曲した曲面で構成したことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記反射体の開口部に対向する反射面の横断面形状を、前記加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口付近に焦点を有する楕円状としたことを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記反射体の開口部に対向する反射面の横断面形状をパラボラ状とし、前記加熱部材の内周面の定着ニップ領域入口付近に焦点を有するレンズを前記反射体の開口部に配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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