JP2011197439A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置において、その製造コストを抑えつつ、加熱ローラの加熱に要するエネルギーを抑制する。
【解決手段】定着装置１１０では、記録部材が加熱ローラ２２と加圧ローラ２０に挟持されることにより、当該記録部材上のトナー像が定着される。加熱ローラ２２と熱反射板２００の間には、中間部材２２Ａが設けられる。これにより、筐体２８内の保温性能が向上し、また、熱反射板２００の熱反射効率を維持できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、定着装置に関し、特に、記録紙上に形成されたトナー像を定着させる定着装置および定着装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、感光体ドラム上をほぼ一様に帯電させた後、当該感光体ドラムをレーザースキャニングユニット等により露光して画像信号に応じた静電潜像を形成し、その後、現像器により帯電されたトナーを感光体ドラム上に供給して顕像化し、そのトナー像を転写紙などの記録部材に転写する。記録部材に転写されたトナー像は、記録部材上に担持されているだけであって固定されていないため、画像形成装置に備えられた定着装置においてトナー像を加熱加圧して、当該トナー像を熱溶融定着させ、これにより、記録部材上に固定された画像を形成する。このような定着装置では、記録部材上のトナー像が、加熱ローラ上において定着される。

このような加熱ローラの加熱に要するエネルギーを抑制することにより、定着装置の消費エネルギーの抑制を図るための技術が、従来から種々開示されている。

たとえば、特許文献１（特開平０５−１８８８０５号公報）、特許文献２（特開平０９−１０１７００号公報）および特許公報３（特開２００７−０８６４５２号公報）には、樹脂ハウジング内に加熱ローラが設けられている定着装置において、当該樹脂ハウジングと加熱ローラの間に、加熱ローラから放射された熱をより多く加熱ローラに返すための、熱反射板を設ける技術が開示されている。

また、特許文献４（特開２００４−２８７３１８号公報）には、加熱ローラの耐久性低下を防ぐため、上記したような熱反射板に加えて、加熱ローラの表面を清掃する清掃装置を備えた定着装置が開示されている。これらの技術によれば、加熱ローラから放射された熱が熱反射板により加熱ローラへと返されることにより、加熱ローラの加熱に要するエネルギーを低減することができる。

特開平０５−１８８８０５号公報 特開平０９−１０１７００号公報 特開２００７−０８６４５２号公報 特開２００４−２８７３１８号公報

しかしながら、特許文献１〜特許文献３に開示されたような従来の定着装置では、使用に伴って、トナーやトナーに含有されるワックス、紙粉が熱反射板表面に付着し、熱反射効率が低下するという事態が生じていた。また、特許文献４に開示されているように、定着装置内に清掃装置を設けた場合には、構成が複雑となることから定着装置のコストアップを招くという問題が生じていた。

本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、定着装置において、その製造コストを抑えつつ、加熱ローラの加熱に要するエネルギーを抑制することである。

本発明に従った定着装置は、トナー像を記録部材に定着させる定着装置において、記録部材を加熱するための加熱部材と、加熱部材との圧接により加圧する加圧部材と、加熱部材および加圧部材が収納された筐体と、加熱部材と筐体の間に設けられた熱反射手段と、加熱部材と熱反射手段との間に設けられた中間部材とを備える。

また、本発明の定着装置では、中間部材の少なくとも一部は、加熱部材および熱反射手段から離間していることが好ましい。

また、本発明の定着装置では、中間部材の加熱部材に対向する面は、赤外線波長２〜１０μｍにおける光反射性能を有する材料から構成されていることが好ましい。

また、本発明の定着装置では、熱反射手段は、加圧部材と筐体の間にも設けられ、中間部材は、加圧部材と、加圧部材と筐体の間に設けられた熱反射手段との間にも設けられることが好ましい。

本発明に従った画像形成装置は、記録部材上に画像を形成する画像形成装置であって、上記した定着装置のいずれかを備える。

本発明によれば、加熱部材表面上で圧接される記録部材からトナーやワックス等が飛散した場合、当該トナーやワックス等は、熱反射手段より加熱部材側に設けられた中間部材に遮られ、それらが熱反射手段に付着することを回避できる。これにより、熱反射効率が低下することを回避できる。

また、本発明によれば、構成が複雑な清掃装置を設けるのではなく中間部材を設けることによって熱反射手段へのトナー等の付着を抑制しているため、定着装置の製造コストを抑えつつ熱反射効率の低下を回避できる。

本発明の実施の形態に従う定着装置を備えた画像形成装置の構成を説明する図である。 図１の画像形成装置のブロック図である。 図１の定着装置の内部構成を説明する図である。 図１の定着装置の斜視図である。 図３の中間部材の作用を説明するための図である。 図３の定着装置の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図において、同じ機能を奏する要素については、同一の参照符号を付し、その説明は繰返さない。

本実施の形態では、画像形成装置の一例として、カラー画像を形成するタンデム型のカラープリンタが示されている。なお、本発明に従った画像形成装置は、定着装置を備えていればよく、モノクロプリンタであっても良い。

［１．画像形成装置の全体構成］
図１は、本実施の形態に従う定着装置を備えた画像形成装置の構成を説明する図である。図１を参照して、画像形成装置１００は、装置本体部全体を覆うように外装カバー１０１を備え、装置本体部内でプリントされた記録部材が排出口１０８から搬出される。

画像形成装置１００では、画像形成のために例えばそれぞれが回転する４つの感光体１０４と、感光体１０４のそれぞれの転写位置にて形成されるトナー像を順次積層して転写する中間転写ベルト１０５と、中間転写ベルト１０５の移動面まわりに設定される転写位置に設けられた転写ローラ１０６とが示されている。

そして、当該転写位置に、給紙ローラ１０３を用いて、給紙カセット１０２に格納されている記録部材を搬送する。なお、給紙カセット１０２には図示しないが記録部材の有無を検出するセンサが設けられており、給紙カセット１０２がセットされていない場合や、記録部材が無くなった場合には、図示しない表示パネル等でユーザに通知される。

画像形成装置１００では、記録部材に印字する画像データに基づいて、感光体１０４に静電潜像が形成される。そして、感光体１０４に形成された静電潜像が現像によりトナーで顕像化され、中間転写ベルト１０５に順次に積層される。中間転写ベルト１０５上に静電転写され合成し終わったトナー像は、転写位置にて転写ローラ１０６からの静電的な吸引によって記録部材の上に静電的に一括して転写される。そして、転写後の転写紙（記録部材）を定着装置１１０に通し、これにより、熱と圧力を加えて転写紙上の画像を定着させる。当該工程により画像形成が完了する。その後、記録部材は、排出口１０８から排出される。

図２は、画像形成装置１００のブロック図である。
図２を参照して、画像形成装置１００は、当該画像形成装置１００の動作を全体的に制御する中央制御部１を含む。中央制御部１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む。

また、画像形成装置１００は、中央制御部１が実行するプログラム等のデータを含むＲＯＭ（Read Only Memory）３と、中央制御部１がプログラムを実行する際のワーキングエリアとなるＲＡＭ（Random Access Memory）２と、中央制御部１がプログラムを実行する際の設定値等の各種のデータを記憶するメモリ４と、画像形成装置１００の状態を表示する表示部および外部から情報を入力するためのボタン等の入力部とを含む操作部５と、ネットワーク９Ａを介して外部の機器との間で通信をする際のインターフェイスとなるネットワークＩ／Ｆ（インターフェイス）９とを含む。

また、画像形成装置１００では、感光体１０４への静電潜像の形成、中間転写ベルト１０５の回転、転写ローラ１０６の回転、給紙ローラ１０３の回転、給紙カセット１０２における記録部材の有無等のセンサの検出信号の処理など、画像形成動作において静電潜像を形成して現像し、給紙カセット１０２の記録部材に対してトナー像を転写し、定着装置１１０に記録部材を導入するまで処理、および、定着装置１１０を経た記録部材を排出口１０８から排出するまでの処理が、画像形成部６によって実行される。画像形成部６の動作は、中央制御部１によって制御される。

定着装置１１０は、当該定着装置１１０の動作を全体的に制御する定着装置制御部３１０を含む。定着装置１１０では、定着装置制御部３１０は、各種センサ３１５の検出出力に基づいて、ハロゲンヒータ３１３および各種モータ３１４の動作を制御する。

定着装置１１０における制御態様については、図３および図４をさらに参照して後述する。

［２．定着装置の構成］
図３は、本発明の実施の形態に従う定着装置１１０の内部構成を説明する図である。また、図４は、定着装置１１０の斜視図である。

図３よび図４を参照して、定着装置１１０は、その外郭を覆う筐体２８を含む。定着装置１１０では、筐体２８の上部側（記録部材（用紙）の搬送方向下流側）に搬出口２４が設けられ、反対側の下部側（記録部材の搬送方向上流側）に搬入口２６が設けられる。

搬入口２６には、ガイド部材４２が設けられている。なお、ガイド部材４２を駆動機構に駆動されるよう構成すれば、搬入口２６を開閉するシャッタとして機能させることも可能である。

筐体２８には、ハロゲンヒータ３１３を内蔵する加熱ローラ（加熱部材）２２と、加圧ローラ（加圧部材）２０とが設けられる。

筐体２８の下部側の搬入口２６から搬入された記録部材は、加熱ローラ２２および加圧ローラ２０により加熱および加圧される。これにより、記録部材上のトナー像が記録部材に定着する。その後、記録部材は、搬出口２４から定着装置１１０外へと送り出される。

定着装置１１０では、記録部材は、加熱ローラ２２と加圧ローラ２０により、ニップ領域を形成するように圧接される。当該ニップ領域は、記録部材の通紙時に記録部材以外の領域で隙間が生じないように形成される。

図２をさらに参照して、定着装置１１０では、加熱ローラ２２の表面温度を検出する図示せぬ温度センサ（各種センサ３１５に含まれる）が備えられている。定着装置制御部３１０は、当該温度センサによって検出される温度に基づいて、ハロゲンヒータ３１３のオン／オフを制御する。

また、定着装置制御部３１０は、定着装置１１０に記録部材が導入されるタイミングに応じて、加熱ローラ２２および加圧ローラ２０を回転させる図示せぬモータ（各種モータ３１４に含まれる）の駆動を制御する。

定着装置１１０では、加熱ローラ２２と筐体２８の間に、熱反射板２００が設けられている。熱反射板２００は、加熱ローラ２２の輻射熱の輻射熱を反射する材料（たとえば、アルミニウム）によって構成される。なお、熱反射板２００は、少なくとも、（後述する中間部材２２Ａを介して）加熱ローラ２２と対向する面が上記材料で構成されていれば良い。つまり、たとえば、上記面にアルミニウムの皮膜が形成された部材によって構成される。

また、定着装置１１０では、加熱ローラ２２と熱反射板２００との間に、中間部材２２Ａが設けられている。中間部材２２Ａの材料としては、たとえば、輻射率の比較的低い、アルミニウムや銀、ステンレス鋼等のようなものが挙げられる。なお、中間部材２２Ａのすべてがこのような材料によって構成されていても良い。なお、少なくとも加熱ローラ２２に対向する面がこのような材料によってコーティングされていれば良い。

また、中間部材２２Ａにおいて、少なくとも加熱ローラ２２に対向する面は、定着動作において加熱ローラ２２が加熱される温度（たとえば、１５０℃〜２００℃）の熱線に対応する波長についての光反射性能を有する材料から構成されていることが好ましい。なお、具体的には、たとえば２μｍ〜１０μｍの赤外線波長における光反射性能を有することが好ましい。たとえば、アルミニウムや銀、ステンレス鋼などの材料が考えられる。

また、中間部材２２Ａは、加熱ローラ２２と熱反射板２００との間を仕切る、板状の形状であることが好ましいが、少なくとも、加熱ローラ２２上を通過する記録部材上からトナーやワックスや紙片が熱反射板２００に飛散することを回避できるように設けられていれば良い。確実に、熱反射板２００への上記トナー等の飛散を回避するためには、中間部材２２Ａは、加熱ローラ２２に対して熱反射板２００を完全に遮蔽するように、加熱ローラ２２の長手方向（図４の両矢印ＬＡ方向）全域に渡って、そして、加熱ローラ２２の周方向についても熱反射板２００の加熱ローラ２２と対向する面のほぼ全域を覆うように、設けれることが好ましい。ただし、中間部材２２Ａは、加熱ローラ２２に対して熱反射板２００の少なくとも一部を覆うように存在していれば、熱反射板２００への上記トナー等の飛散を抑制できるという効果が得られると考えられる。

［３．中間部材の作用］
本実施の形態の定着装置１１０における、中間部材２２Ａの作用を、図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して説明する。なお、図５（Ｂ）は、中間部材２２Ａに上記したようなトナーやワックスや紙片が付着した状態を示す。これらの付着物は、付着層２２Ｘとして示されている。一方、図５（Ａ）は、定着装置１１０の使用開始時等のように、中間部材２２Ａに未だ上記したトナーやワックスや紙片が付着していない状態を示す。

まず、図５（Ａ）を参照して、定着装置１１０では、加熱ローラ２２表面から、熱が、矢印Ａ１で示すように中間部材２２Ａ側に向かって放射される。

上記したように中間部材２２Ａの少なくとも加熱ローラ２２に対向する面は、輻射率が比較的低い材料から構成されている。これにより、加熱ローラ２２から放出された熱の一部は、矢印Ａ３で示すように中間部材２２Ａを介して熱反射板２００側に向けて放射されるが、加熱ローラ２２から放出された熱の多くは、矢印Ａ２で示すように、中間部材２２Ａで反射されて加熱ローラ２２へと戻される。

また、熱反射板２００側に放射された熱は、矢印Ａ４で示すように熱反射板２００により反射されて戻される。

図５（Ｂ）を参照して、中間部材２２Ａにトナー等が付着すると、加熱ローラ２２に対向する面の熱反射効率が低下するため、矢印Ａ１で示された加熱ローラ２２表面からの熱を受けた際に、トナー等が付着していない場合と比較して（図５（Ａ）参照）、加熱ローラ２２側に向けて反射される熱量が減少する。しかしながら、中間部材２２Ａの少なくとも上記した輻射率が比較的低い材料から構成されているため、トナー等が付着していない場合と比較して、熱反射板２００側に向けて放射される熱量が増加する（矢印Ａ６）。

そして、本実施の形態では、中間部材２２Ａが設けられることにより、設けられていない場合と比較して、上記したトナー等の熱反射板２００への付着が回避される。これにより、画像形成装置１００において画像形成が行なわれるに従って中間部材２２Ａにトナー等が付着しても、熱反射板２００における、中間部材２２Ａから放射された熱の反射効率は低下することがない。したがって、矢印Ａ６で示された、中間部材２２Ａから放射された熱は、効率よく中間部材２２Ａ側に向けて反射され（矢印Ａ７）、その後、加熱ローラ２２側に向けて放出される。

図５（Ｂ）では、中間部材２２Ａから加熱ローラ２２側に向けて放射される熱が矢印Ａ５で示されている。上記したように、本実施の形態では、中間部材２２Ａから熱反射板２００側へ放射された熱は、熱反射板２００表面で高効率で反射されて中間部材２２Ａ側へと戻される。これにより、矢印Ａ１で示された、加熱ローラ２２から放射された熱は、中間部材２２Ａから、矢印Ａ５で示されるように、比較的高確率で、加熱ローラ２２側へと戻される。

表１に、画像形成装置１００における、図５（Ａ）に示したような初期の段階と、図５（Ｂ）に示したような記録部材に対する画像形成が行なわれた後の段階とにおける、消費電力と筐体２８の内部温度の具体例を示す。

なお、表１では、中間部材２２Ａを設けていない場合の具体例が「中間部材なし」で、図３〜図５に記載されるように中間部材２２Ａを設けた場合の具体例が「中間部材あり」で、それぞれ示されている。

また、「初期」とは、上記した画像形成装置１００の初期の段階（画像形成がまだ行なわれていない状態）を意味し、「耐久後」とは、記録部材に対する画像形成が十分に行なわれ、中間部材２２Ａ等にトナー等が付着している状態を意味する。

また、「消費電力」とは、ハロゲンヒータ３１３を、画像の定着に利用するのに適した温度で安定させるために消費する電力を示し、「中間部材なし」と「中間部材あり」のそれぞれの場合において、「初期」の段階を１００％とした場合の「耐久後」の段階の消費電力が示されている。なお、ハロゲンヒータ３１３への通電制御は、定着装置制御部３１０によって実行される。

ハウジング温度とは、筐体２８の内部温度であり、たとえば、図３の破線で示すような熱反射板２００よりも外側に設置された温度センサ９００における検出温度が示されている。

なお、表１では、「中間部材なし」と「中間部材あり」のそれぞれの値は、同じ気温の部屋に設置された画像形成装置について測定された値であり、両場合の「耐久後」は、「初期」の段階から同数の記録部材への画像形成が行なわれた後の状態を示している。

表１から理解されるように、「中間部材なし」では、「初期」で７０℃であったハウジング温度が「耐久後」では８０℃まで上昇している。一方、「中間部材あり」では、「耐久後」のハウジング温度が７５℃となっている。つまり、中間部材２２Ａが設けられたことにより、ハウジング温度の上昇が抑えられている。このようなハウジング温度の差は、中間部材２２Ａが設けられていない場合には、設けられている場合よりも、加熱ローラ２２から放射された熱の、加熱ローラ２２側に戻される割合が低下することによると考えられる。つまり、中間部材２２Ａが設けられていない場合には、熱反射板２００表面にトナー等が付着することにより、熱反射板２００表面の熱反射効率が低下することによって、設けられている場合よりもハウジング温度が高くなると考えられる。

また、表１から理解されるように、「中間部材なし」では、「耐久後」の消費電力が「１２５％」であるのに対し、「中間部材あり」では、「耐久後」の消費電力が「１０８％」に抑えられている。これは、中間部材２２Ａが設けられることにより、設けられない場合よりも高い割合で加熱ローラ２２から放射された熱が加熱ローラ２２側に戻され、これにより、筐体２８内の断熱効率が向上し、ハロゲンヒータ３１３に供給する電力をより少ない電力としながら加熱ローラ２２の表面温度を同程度の温度で維持できることによると考えられる。

定着装置１１０では、加熱ローラ２２と熱反射板２００の間に中間部材２２Ａが設けられることにより、筐体２８内の保温性能が向上し、また、熱反射板２００の熱反射効率を維持できる。これにより、ハロゲンヒータ３１３による加熱に要する電力を削減できる。なお、中間部材２２Ａは、加熱ローラ２２および熱反射板２００に対して、少なくともその一部が離間するように配置されていることが好ましい。中間部材２２Ａから、加熱ローラ２２または熱反射板２００への熱伝導による熱損失を抑えるためである。

［４．変形例］
図６に、本実施の形態の定着装置の変形例を示す。

図６に示された定着装置１１０Ａでは、図３等を参照して説明した定着装置１１０に対して、筐体２８内であって加圧ローラ２０の外側に、中間部材２０Ａおよび熱反射板２０１が追加されている。

加圧ローラ２０に対して設けられた中間部材２０Ａおよび熱反射板２０１の材質および構造は、加熱ローラ２２に対して設けられた中間部材２２Ａおよび熱反射板２００の材質および構造と同様のものとすることができる。

本変形例によれば、加熱ローラ２２の温度低下の抑制に加えて、加熱ローラ２２と（直接または記録部材を介して）当接する加圧ローラ２０の温度低下も抑制することができる。これにより、筐体２８内の保温効率を向上でき、したがって、定着装置１１０Ａの消費電力をより確実に低下させることができる。

なお、本変形例では、単に熱反射板２０１のみを設けるのではなく、中間部材２０Ａとともに熱反射板２０１を設けることにより、熱反射板２０１へのトナー等の付着を回避しつつ、加圧ローラ２０の温度低下を回避できる。これにより、加圧ローラ２０の温度低下をより長期にわたって回避できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 中央制御部、２０ 加圧ローラ、２２ 加熱ローラ、２０Ａ，２２Ａ 中間部材、２４ 搬出口、２６ 搬入口、２８ 筐体、１００ 画像形成装置、１０１ 外装カバー、１０２ 給紙カセット、１０３ 給紙ローラ、１０４ 感光体、１０５ 中間転写ベルト、１０６ 転写ローラ、１０８ 排出口、１１０，１１０Ａ 定着装置、２００，２０１ 熱反射板、３１０ 定着装置制御部、３１３ ハロゲンヒータ。

Claims (5)

1. トナー像を記録部材に定着させる定着装置において、
   記録部材を加熱するための加熱部材と、
   前記加熱部材との圧接により加圧する加圧部材と、
   前記加熱部材および前記加圧部材が収納された筐体と、
   前記加熱部材と前記筐体の間に設けられた熱反射手段と、
   前記加熱部材と前記熱反射手段との間に設けられた中間部材とを備える、定着装置。
2. 前記中間部材の少なくとも一部は、前記加熱部材および前記熱反射手段から離間している、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記中間部材の前記加熱部材に対向する面は、赤外線波長２〜１０μｍにおける光反射性能を有する材料から構成されている、請求項１または請求項２に記載の定着装置。
4. 前記熱反射手段は、前記加圧部材と前記筐体の間にも設けられ、
   前記中間部材は、前記加圧部材と、前記加圧部材と前記筐体の間に設けられた前記熱反射手段との間にも設けられる、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 記録部材上に画像を形成する画像形成装置であって、
   請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置を備える、画像形成装置。

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