JP2011128223A - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部空間を有すると共にレーザ光が透過可能な素材にて構成される透過部3aを具備し、この透過部3aを回転移動させる回転部材3と、この回転部材3に対向して設けられ、当該回転部材3との間に接触加圧域Nを形成すると共にこの接触加圧域Nにて記録媒体1上の熱可塑性の作像材料による画像を加圧しながら回転部材3との間で記録媒体1を移動搬送する対向部材4と、回転部材3の内部空間に設けられ、記録媒体1の搬送路のうち記録媒体1上の画像が接触加圧域Nに至る前の予め規定されたレーザ光照射位置LPにて記録媒体1上の画像に回転部材3の透過部3aを介してレーザ光を照射するレーザ光照射手段5と、を備える。
【選択図】図1
Description
請求項2に係る発明は、請求項1に係る定着装置において、前記レーザ光照射手段は、前記記録媒体の搬送路のうち前記接触加圧域に至る前に近接し、かつ、記録媒体上の熱可塑性の作像材料による画像が加熱溶融状態のまま接触加圧域に至る位置に前記レーザ光照射位置を設定するものであることを特徴とする定着装置である。
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る定着装置において、前記回転部材の透過部を冷却する冷却装置を更に備えることを特徴とする定着装置である。
請求項4に係る発明は、請求項1ないし3のいずれかに係る定着装置において、前記回転部材の透過部表面を清掃する清掃装置を更に備えることを特徴とする定着装置である。
請求項5に係る発明は、請求項1ないし4のいずれかに係る定着装置において、前記対向部材は、記録媒体の搬送路のうち前記接触加圧域より上流側で当該接触加圧域に繋がる部位に記録媒体を湾曲状に支持する支持面を有するものであり、前記レーザ光照射手段は、前記対向部材の支持面に対応した位置に設けたレーザ光照射位置に向かってレーザ光を照射するものであることを特徴とする定着装置である。
請求項6に係る発明は、請求項1ないし5のいずれかに係る定着装置において、前記レーザ光照射位置に照射されたレーザ光の反射レーザ光を再度当該レーザ光照射位置に向かって反射させる反射部材を更に備えることを特徴とする定着装置である。
請求項7に係る発明は、記録媒体上に熱可塑性の作像材料を用いて画像を形成する画像形成部と、この画像形成部にて記録媒体上に形成された熱可塑性の作像材料による画像を定着する請求項1ないし6のいずれかに係る定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。
請求項2に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、画像光沢度を高くすることができる。
請求項3に係る発明によれば、回転部材の必要以上の温度上昇を防ぐことができる。
請求項4に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、画像汚れの発生を抑えることができる。
請求項5に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、画像へのレーザ光による定着効率を向上させることができる。
請求項6に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、定着効率を向上させることができる。
請求項7に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、装置構成の小型化を図りながら、レーザ光照射手段による加熱部位と回転部材及び対向部材の接触加圧域による加圧部位とを接近配置することができる。
先ず、本発明が適用された定着装置の実施の形態の概要について説明する。
図1(a)は本発明を具現化する実施の形態モデルに係る定着装置であって、記録媒体1上の熱可塑性作像材料2による画像を加熱加圧定着する定着装置となっている。そして、定着装置は、内部空間を有すると共にレーザ光が透過可能な素材にて構成される透過部3aを具備し、この透過部3aを回転移動させる回転部材3と、この回転部材3に対向して設けられ、当該回転部材3との間に接触加圧域Nを形成すると共にこの接触加圧域Nにて記録媒体1上の画像を加圧しながら回転部材3との間で記録媒体1を移動搬送する対向部材4と、回転部材3の内部空間に設けられ、記録媒体1の搬送路のうち記録媒体1上の画像が接触加圧域Nに至る前の予め規定されたレーザ光照射位置LPにて記録媒体1上の画像に回転部材3の透過部3aを介してレーザ光を照射するレーザ光照射手段5と、を備えた構成のものとなっている。
このような構成を採ることにより、回転部材3と対向部材4とによって形成される接触加圧域Nの入口に対し、記録媒体1上のレーザ光照射位置LPを接近配置することが容易になり、レーザ光によって加熱された作像材料2による画像が後続の接触加圧域Nにて急激に放熱されることで、接触加圧域Nの出口では作像材料2表面が回転部材3の透過部3aの表面によって平滑化され、光沢度の向上がなされるようになる。
更に、使用する記録媒体1としては、代表的には枚葉紙(カット紙)や連続紙(ロール紙)が挙げられるが、紙媒体以外のフィルム媒体であってもよい。
また、対向部材4は、回転部材3との間で記録媒体1を搬送でき、両者間で接触加圧域Nが形成できるようになっていればよく、ロール状であってもよいし、ベルト状であっても差し支えないが、接触加圧域Nを有効に形成する観点からすれば、弾性部を有する構成のものが好ましい。
先ず、図1(b)に示すように、本発明では、回転部材3の内部空間にレーザ光照射手段5が配置される(図中Aで示す位置)ようになり、このとき、レーザ光は記録媒体1上のレーザ光照射位置LPに向かって照射され、記録媒体1に対するレーザ光の入射角はθとなる。これに対し、レーザ光照射位置LPに同じ入射角θでレーザ光を回転部材3の外部から照射しようとすると、図のBで示す位置に仮想線で示すレーザ光照射手段5”を配置する必要があり、このとき、レーザ光は回転部材3によって遮断されるため、Bの位置のレーザ光照射手段5”を配置することはできなくなる。そのため、回転部材3の外部にレーザ光照射手段5を配置しようとすると、図のCで示すような位置にレーザ光照射手段5’を配置せざるを得なくなる。このとき、レーザ光は記録媒体1上のレーザ光照射位置LP’に向かって照射されるようになり、その時のレーザ光の入射角はθ’となる。したがって、Aの位置では記録媒体1上の接触加圧域Nに近い位置にレーザ光照射位置LPが設定されるようになるが、Cの位置では接触加圧域Nより遠い位置にレーザ光照射位置LP’が設定される。更に、Cの位置のレーザ光照射手段5’では記録媒体1に対する入射角がθ’となり、Aの位置のレーザ光照射手段5よりも大きく斜めになる。
今、レーザ光の幅(記録媒体1の移動方向に沿った長さ)を同一とすると、実施の形態モデルでは、接触加圧域Nの入口に近接してレーザ光照射位置LPを設定することが容易になるが、比較の形態モデルでは接触加圧域Nの入口より遠い位置にレーザ光照射位置LP’を設定せざるを得なくなる。また、実施の形態モデルでは記録媒体1の表面に対し垂直方向に近く照射できるのに対し、比較の形態モデルでは記録媒体1の表面に対し斜めに照射せざるを得なくなる。
それ故、本実施の形態モデルのように回転部材3の内側にレーザ光照射手段5を配置することに大きな有効性がある。
このような清掃装置としては特に限定されないが、透過部表面での表面性状を保つ観点からすれば、ブラシロールが好適である。
◎実施の形態1
図3は前述の実施の形態モデルの定着装置が適用された実施の形態1に係る画像形成装置の全体構成を示す説明図である。
同図において、画像形成装置は、例えば電子写真方式を用いるものであり、記録媒体1上に作像材料として例えば四色のトナーを用いて複数色のトナー像を形成する各色画像形成部10(具体的には黒色画像形成部10K、シアン画像形成部10C、マゼンタ画像形成部10M、イエロー画像形成部10Y)と、これら各色画像形成部10にて形成された各色トナー像を多重化された状態で搬送する中間転写ベルト21と、中間転写ベルト21上の多重化トナー像を例えば記録紙等の記録媒体1に一括転写する一括転写装置(二次転写装置)22と、この二次転写装置22にて記録媒体1上に転写された未定着トナー像を定着する定着装置40等で構成されている。
尚、図中、符号23〜27は中間転写ベルト21を張架する張架ロール、符号28は二次転写後の中間転写ベルト21上の残留トナーを清掃するベルト清掃装置、符号29は二次転写後の記録媒体1を定着装置40に向けて搬送する搬送ベルト、符号30は定着後の記録媒体1を画像形成装置外に排出する排出ロール、符号31は画像形成前の記録媒体1を収容する収容部、符号32〜34は記録媒体1を二次転写位置に向かって搬送する搬送ロールとなっている。
ここで、図4(a)は、本実施の形態の定着装置40を記録媒体1の移動方向に対して横から見た概略図であり、(b)は(a)のb−b断面を後述する回転部材41について示した概略図である。
本実施の形態の定着装置40は、記録媒体1上の未定着トナー像が形成された面側に対応してレーザ光が透過可能な円筒状の透過部42を有する回転部材41が配置され、この回転部材41と記録媒体1を挟むように対向して配置されたロール状の対向部材49とで構成されている。そのため、回転部材41と対向部材49との互いの接触加圧域Nにて記録媒体1を加圧しながら搬送するようになっている。
更に、回転部材41の内部空間には、図示外のサブフレーム等に固定支持された取付シャフト46が回転部材41を貫通するように設けられており、この取付シャフト46にレーザヘッド47(図では三つのレーザヘッドを例として図示している)が固定支持されている。そして、レーザ光照射位置LPが、透過部42の外側で、かつ、接触加圧域Nの入口の近傍位置になるようにレーザヘッド47の取り付け角度が調整されている。
そのため、回転部材41の回転動作に拘わらず、レーザ光照射位置LPは一定位置に保たれるようになっている。尚、レーザヘッド47は、取付シャフト46に沿って設けられた配線や印刷配線板等によって、回転部材41より外部の電源制御系等と接続されている。
本実施の形態では、レーザヘッド47を一列に複数並べた構成としたが、トナー像に対する加熱量が十分確保できるようになっていれば、記録媒体1の幅方向にレーザ光をスキャンする方式を採用するようにしても差し支えない。
記録媒体1上の未定着トナー像は、回転部材41と対向部材49との接触加圧域Nの入口近傍のレーザ光照射位置LPにてレーザ光により加熱される。この加熱により未定着トナー粒子は十分加熱溶融され、加熱溶融されたトナー像は記録媒体1との密着性を高めながら表面温度の低下を生じつつ接触加圧域Nに至る。このとき、本実施の形態ではレーザ光照射位置LPと接触加圧域Nとが近接配置されているため、トナー粒子の温度が十分保たれた状態で接触加圧域Nに至り、ここでトナー表面が放熱されながら全体が加圧されるようになる。このため、トナー表面は、特に、接触加圧域Nで直接接触する透過部42の表面性に倣った外観で冷却固化されるようになる。このように冷却固化されると、特に、トナー密度が高い例えばベタ画像では表面光沢の向上がなされるようになる。更に、接触加圧域Nの近傍にレーザ光照射位置LPが設定されることにより、搬送される記録媒体1の振れも抑えられ、レーザ光の照射強度が記録媒体1全域に亘って安定化するようにもなる。
つまり、本実施の形態によれば、レーザヘッド47の角度を調整することで、レーザ光照射位置LPの位置を所望の位置に合わせたり、また、レーザ光照射位置LPでの照射強度を考慮したりすることが容易になされるようになる。
また、図6(b)は、(a)を記録媒体1の移動方向に沿って二列配置したもので、このように複数の基板402(402a、402b)を並べるようにしてもよく、例えば一つのレーザ発光素子401で照射強度が不足する場合に、複数の照射を繰り返すことでトナーの加熱溶融を促進するような構成とすることもできるようになる。尚、(b)の構成要素は(a)と同様のため、同様の符号を付し、ここではその説明は省略する。
図7(a)は、記録媒体1の移動方向に沿って複数列(ここでは二列の例を示す)のレーザヘッド471、472を並べたもので、このとき、移動方向に対する照射域長さや単位面積当たりの照射強度は同様の構成のものとしている。つまり、レーザ光照射位置LPを二箇所(LP1、LP2)に配置したものとなっている。このような構成では、記録媒体1上のトナー像に対し先ず上流側のレーザヘッド471にてレーザ光の照射がなされ、所定時間が経過した後に、更に、下流側のレーザヘッド472にて次のレーザ光の照射がなされるようになる。
したがって、記録媒体1上のトナー密度によらず、いずれも十分な密着性の確保がなされるようになる。
図8は、実施の形態1の定着装置40と異なる実施の形態2の定着装置40の概要を示す説明図である。本実施の形態の定着装置40は、回転部材41が実施の形態1と異なるもので構成されている。尚、実施の形態1と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
そして、回転部材41の内部空間には、透過部42を回転させるための例えば駆動ロール51と張架ロール52が設けられる一方、対向部材49に対向する位置にはレーザ光を透過する例えばガラス等からなる押さえ部材48が固定配置されている。この押さえ部材48は、レーザヘッド47と同様に図示外のシャフトに固定されるようになっており、透過部42の回転に際して、対向部材49との間で記録媒体1を十分加圧できるようになっている。
尚、ここでは、押さえ部材48のレーザヘッド47側の形状を直線状としたが、この部位でのレーザ光の反射が大きい場合には例えば押さえ部材48を湾曲状にしてもよい。また、接触加圧域Nを構成する押さえ部材48をレーザ光が透過できない構成とし、この押さえ部材48を避ける位置から接触加圧域Nの記録媒体1の移動方向上流側近傍にレーザ光を照射するように構成してもよい。この場合、例えば押さえ部材48より上流側の透過部42の傾きを記録媒体1側へ近付けるような軌跡で透過部42が回転するようになっていればよい。
図9(a)は、実施の形態1の定着装置40と異なる実施の形態3の定着装置40の概要を示す説明図である。同図において、本実施の形態の定着装置40は、回転部材41の透過部42を強制的に冷却する例えば冷却ファンからなる冷却装置53を設けた構成のものとなっている。尚、このとき、冷却装置53からの風がレーザ光照射位置LPを冷却しないようになっている。
本実施の形態では、未定着トナー像Tが定着された後の回転部材41の透過部42に対して強制冷却を行い、接触加圧域Nにて加熱された記録媒体1からの熱を吸熱することで透過部42に温度上昇が生じても、冷却装置53によって冷却されることで、次の接触加圧域Nではトナー像Tの十分な放熱効果を維持することができ、加熱溶融されたトナー像Tの良好な定着がなされるようになる。
図9(b)は、実施の形態1の定着装置40と異なる実施の形態4の定着装置40の概要を示す説明図である。同図において、本実施の形態の定着装置40は、回転部材41の透過部42の汚れを清掃する清掃装置54を設けた構成のものとなっている。尚、清掃装置54の設置場所は特に限定されず、記録媒体1の搬送に支障のない所であればよい。
本実施の形態では、このように清掃装置54を設けることで、加熱溶融されたトナー像Tと接触した回転部材41の透過部42に、例えばトナーが一部オフセットされて透過部42に付着したとしても清掃装置54によって透過部42の清浄化が保たれ、次の接触加圧域Nでは良好に加圧がなされ、トナー像Tの表面仕上りが良好に保たれるようになる。
このような清掃装置54としては、回転部材41の透過部42の汚れを除去し、かつ、透過部42の表面に傷付着を起こさないものが好ましく、例えば柔らかいブラシ形状のものが好適である。
図10(a)(b)は、実施の形態1の定着装置40と異なる実施の形態5の定着装置40の概要を示す説明図である。
図10(a)は、記録媒体1が回転部材41と接触する前の記録媒体1のトナー像T側に外部反射部材55を設けた構成のものとなっている。この外部反射部材55は、レーザ光照射位置LPに照射されたレーザ光が記録媒体1の表面等から散乱あるいは反射した反射レーザ光を再度レーザ光照射位置LPに反射させるようにしたもので、通常、凹面鏡等の構成が採られる。このような外部反射部材55を設けることで、レーザ光の有効利用が高められて、定着時の照射効率の向上がなされるようになる。
図11(a)(b)は、実施の形態6の定着装置40の概要を示す説明図である。本実施の形態の定着装置40は、実施の形態2(図8参照)の定着装置40と同様に、回転部材41の透過部42がベルト状の部材で構成されると共に、回転部材41内部に冷却装置53を設けた構成のものとなっている。ここでは回転部材41のみを示し、(a)は回転部材41の斜視図を示し、(b)は(a)を横方向から見た図を示す。
同図において、本実施の形態の回転部材41は、例えば透過部42の幅方向に延びる駆動ロール57と図示外の対向部材に対向配置される従動ロール58を有し、これらの駆動ロール57と従動ロール58にて透過部42を張架して回転させる構成のものとなっている。
更に、本実施の形態では、透過部42の内面に接するように冷却装置53が設けられている。この冷却装置53は、透過部42の内面に接触するように配置される冷却板531と、この冷却板531から回転部材41の内部空間へ突出する多数の冷却フィン532とで構成されており、いずれも例えば熱伝導率の良いアルミニウム合金等が用いられ、冷却フィン532での放熱効果により冷却板531が冷却されるようになっている。
更にまた、回転部材41内部には、レーザヘッド47が設けられ、このレーザヘッド47は、照射するレーザ光が従動ロール58の回転軸58aによって遮蔽されない位置になるように配置されている。
また、画像形成装置として多色対応のものを示したが、単色対応のものであっても同様の定着装置40が適用できることは言うまでもない。
更に、対向部材49としてはロール形状のものを示したが、回転部材41との接触加圧域Nを良好に形成できるものであれば例えばベルト部材を用いるようにしても差し支えない。更にまた、対向部材49を冷却する冷却装置を別途設けるようにしてもよい。
図12は、本発明に係る定着装置40が用いられた実施の形態7に係る画像形成装置の概要を示すもので、実施の形態1の画像形成装置と異なる画像形成装置の構成のものとなっている。本実施の形態の画像形成装置は、記録媒体として例えば連続紙61を用いた構成のものとなっており、連続紙61上に画像を形成する画像形成本体装置60Aの両側に連続紙61を供給する供給装置60Bと画像が形成された連続紙61を収容する収容装置60Cとを備える構成のものとなっている。連続紙61としては、ロール形状のものでもよいし、例えば折り畳まれた形状のものであってもよいが、本実施の形態ではロール形状のもので説明する。
このような画像形成装置において、供給装置60Bから供給された連続紙61は、画像形成本体装置60Aの各色画像形成部70にて各色トナー像が転写され、連続紙61上で多重化される。この未定着の多重化されたトナー像が転写された連続紙61は、定着装置40にて定着された後、収容装置60Cにて巻き取り収容される。
本実施の形態の定着装置40では、対向部材49が連続紙61の搬送路のうち接触加圧域Nより上流側で当該接触加圧域Nに繋がる部位に連続紙61を湾曲状に支持する支持面を有するように構成され、更に、レーザヘッド47からのレーザ光照射位置LPが対向部材49の前記支持面に対応した位置になるように設定されている。つまり、本実施の形態では、連続紙61を対向部材49に一部巻き付ける構成を採用し、更に、レーザ光照射位置LPがこの巻き付き範囲内に設定されるようにしている。
つまり、本実施の形態においても、レーザヘッド47の角度を調整することで、レーザ光照射位置LPの位置を所望の位置に合わせたり、また、レーザ光照射位置LPでの照射強度を考慮したりすることが容易になされるようになる。
図14(a)は、実施の形態8の定着装置40を示すもので、実施の形態7の定着装置40(図13(a)参照)に冷却装置53を付加したものとなっている。
本実施の形態の定着装置40は、実施の形態3の定着装置(図9(a)参照)と略同様の構成であり、作用も同様のため、ここでは説明を省略する。
図14(b)は、実施の形態9の定着装置40を示すもので、実施の形態7の定着装置40(図13(a)参照)に清掃装置54を付加したものとなっている。
本実施の形態の定着装置40は、実施の形態4の定着装置(図9(b)参照)と略同様の構成であり、作用も同様のため、ここでは説明を省略する。
図15(a)は、実施の形態10の定着装置40を示すもので、実施の形態7の定着装置40(図13(a)参照)に外部反射部材55を付加したものとなっている。
本実施の形態の定着装置40は、実施の形態5の定着装置(図10(a)参照)と略同様の構成のため、作用も同様であるが、本実施の形態では回転部材41と連続紙61との間隙が広く設けられることから、外部反射部材55として大きなものを設置することができるようになり、レーザ光の照射効率の向上がより一層なされるようになる。
図15(b)は、実施の形態11の定着装置40を示すもので、実施の形態7の定着装置40(図13(a)参照)に内部反射部材56を付加したものとなっている。
本実施の形態の定着装置40は、実施の形態6(図10(b)参照)と略同様の構成であり、作用も同様のため、ここでは説明を省略する。
試料としては、用紙として坪量64g/m2 のものを用い、トナーとしては溶融温度110℃のものを用いた。
温度の測定は次のように行った。トナーの表面温度t1は赤外放射温度計(キーエンス社製IT2−50)により測定し、用紙界面温度t2は熱電対を用紙とトナーの間に設置して測定した。
このことは、レーザ照射によってトナーが十分加熱され、また、トナーの溶融状態が確保された状態で接触加圧域の入口に到達していることが確認された。そして、接触加圧域では回転部材によってトナーが急激に放熱され、接触加圧域の出口では十分な冷却がなされ、トナーの固化も十分な状態であることが確認された。
このように、本実施例によれば、上述の定着装置を用いることで、良好な定着性が確保されることが判明した。
Claims (7)
- 内部空間を有すると共にレーザ光が透過可能な素材にて構成される透過部を具備し、この透過部を回転移動させる回転部材と、
この回転部材に対向して設けられ、当該回転部材との間に接触加圧域を形成すると共にこの接触加圧域にて記録媒体上の熱可塑性の作像材料による画像を加圧しながら前記回転部材との間で記録媒体を移動搬送する対向部材と、
前記回転部材の内部空間に設けられ、記録媒体の搬送路のうち当該記録媒体上の熱可塑性の作像材料による画像が前記接触加圧域に至る前の予め規定されたレーザ光照射位置にて記録媒体上の熱可塑性の作像材料による画像に前記回転部材の透過部を介してレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
を備えることを特徴とする定着装置。 - 請求項1記載の定着装置において、
前記レーザ光照射手段は、前記記録媒体の搬送路のうち前記接触加圧域に至る前に近接し、かつ、記録媒体上の熱可塑性の作像材料による画像が加熱溶融状態のまま接触加圧域に至る位置に前記レーザ光照射位置を設定するものであることを特徴とする定着装置。 - 請求項1又は2に記載の定着装置において、
前記回転部材の透過部を冷却する冷却装置を更に備えることを特徴とする定着装置。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の定着装置において、
前記回転部材の透過部表面を清掃する清掃装置を更に備えることを特徴とする定着装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の定着装置において、
前記対向部材は、記録媒体の搬送路のうち前記接触加圧域より上流側で当該接触加圧域に繋がる部位に記録媒体を湾曲状に支持する支持面を有するものであり、
前記レーザ光照射手段は、前記対向部材の支持面に対応した位置に設けたレーザ光照射位置に向かってレーザ光を照射するものであることを特徴とする定着装置。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の定着装置において、
前記レーザ光照射位置に照射されたレーザ光の反射レーザ光を再度当該レーザ光照射位置に向かって反射させる反射部材を更に備えることを特徴とする定着装置。 - 記録媒体上に熱可塑性の作像材料を用いて画像を形成する画像形成部と、
この画像形成部にて記録媒体上に形成された熱可塑性の作像材料による画像を定着する請求項1ないし6のいずれかに記載の定着装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
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