JP2012013732A

JP2012013732A - 定着装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2012013732A
Application number: JP2010147146A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hiramatsu; 誠之平松
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-19

Abstract

【課題】ステイの温度が過度に上昇するのを抑えることで、耐用期間を長くすることができる定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】定着装置１００は、筒状の定着フィルム１１０と、定着フィルム１１０の内側に配置された発熱体（ハロゲンランプ１２０）と、定着フィルム１１０の内面に摺接するように配置され、発熱体により加熱されるニップ部材（ニップ板１３０）と、ニップ部材との間で定着フィルム１１０を挟むことで定着フィルム１１０との間にニップ部を形成するバックアップ部材（加圧ローラ１５０）と、発熱体を囲んだ状態でニップ部材を支持するステイ１６０と、ステイ１６０と摺動するように回転する冷却ローラ１７０とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録シートに転写された現像剤像を熱定着する定着装置と、この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に用いられる定着装置として、円筒状の定着フィルムと、定着フィルム内に配置されるヒータと、定着フィルムを介して加圧ローラとの間にニップ部を形成するニップ部材と、ニップ部材を支持するステイとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的に、この技術では、ステイがヒータを取り囲むような断面視Ｕ字状に形成されており、これにより、ニップ部材のヒータを挟んだ両側部分をステイで良好に支持することが可能となっている。

特開２００６−４７７６９号公報

ところで、上記従来の構成では、定着装置が長時間稼動すると、ステイの温度が上昇していく。そして、ステイの温度が過度に上昇すると、例えば、ステイを支持する部材（サイドガイド）などがステイからの熱の影響を受けて、定着装置の耐用期間が短くなるおそれがある。

そこで、本発明は、ステイの温度が過度に上昇するのを抑えることで、耐用期間を長くすることができる定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明は、筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムの内側に配置された発熱体と、前記定着フィルムの内面に摺接するように配置され、前記発熱体により加熱されるニップ部材と、前記ニップ部材との間で前記定着フィルムを挟むことで前記定着フィルムとの間にニップ部を形成するバックアップ部材と、前記発熱体を囲んだ状態で前記ニップ部材を支持するステイと、を備えた定着装置であって、前記ステイと摺動するように回転する冷却ローラが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ステイに摺動するように回転する冷却ローラによって、ステイの熱を効率良く奪うことができるので、ステイを十分冷却することができる。

本発明によれば、冷却ローラによってステイの温度が過度に上昇するのを抑えることができるので、定着装置や画像形成装置の耐用期間を長くすることができる。

本発明の実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す図である。ニップ板、反射板、ステイおよび冷却ローラの斜視図である。ニップ板、反射板、ステイおよび冷却ローラを搬送方向から見た図である。制御装置の動作を示すフローチャートである。ステイの上面を凹ませた形態を示す説明図（ａ）と、冷却ローラを円筒状に形成した形態を示す説明図（ｂ）である。定着処理後に冷却ローラを回転させる形態を示すフローチャートである。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明では、まず、本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例としてのレーザプリンタ１の概略構成について説明した後、本発明の特徴部分となる定着装置１００や制御装置２００の詳細な構成について説明する。

＜レーザプリンタの概略構成＞
図１に示すように、レーザプリンタ１は、本体筐体２内に、給紙部３と、露光装置４と、プロセスカートリッジ５と、定着装置１００と、制御装置２００とを備えている。

なお、以下の説明において、方向は、レーザプリンタを使用するユーザを基準にした方向で説明する。すなわち、図１における右側を「前」、左側を「後」とし、手前側を「左」、奥側を「右」とする。また、図１における上下方向を「上下」とする。

給紙部３は、本体筐体２内の下部に設けられ、用紙Ｐを収容する給紙トレイ３１と、用紙Ｐの前側を持ち上げる用紙押圧板３２と、給紙ローラ３３と、給紙パット３４と、紙粉取りローラ３５，３６と、レジストローラ３７とを備えている。給紙トレイ３１内の用紙Ｐは、用紙押圧板３２によって給紙ローラ３３に寄せられ、給紙ローラ３３と給紙パット３４によって１枚ずつ分離され、紙粉取りローラ３５，３６およびレジストローラ３７を通ってプロセスカートリッジ５に向けて搬送される。

露光装置４は、本体筐体２内の上部に配置され、レーザ発光部（図示せず）と、回転駆動するポリゴンミラー４１と、レンズ４２，４３と、反射鏡４４，４５，４６とを備えている。露光装置４では、レーザ発光部から出射される画像データに基づくレーザ光（鎖線参照）が、ポリゴンミラー４１、レンズ４２、反射鏡４４，４５、レンズ４３、反射鏡４６の順に反射または通過して、感光体ドラム６１の表面で高速走査される。

プロセスカートリッジ５は、露光装置４の下方に配置され、本体筐体２に設けられたフロントカバー２１を開いたときにできる開口から本体筐体２に対して着脱可能に装着される構成となっている。このプロセスカートリッジ５は、ドラムユニット６と、現像ユニット７とから構成されている。

ドラムユニット６は、感光体ドラム６１と、帯電器６２と、転写ローラ６３とを備えている。また、現像ユニット７は、ドラムユニット６に対して着脱可能に装着される構成となっており、現像ローラ７１と、供給ローラ７２と、層厚規制ブレード７３と、トナー（現像剤）を収容するトナー収容部７４とを備えている。

プロセスカートリッジ５では、感光体ドラム６１の表面が、帯電器６２により一様に帯電された後、露光装置４からのレーザ光の高速走査によって露光されることで、感光体ドラム６１上に画像データに基づく静電潜像が形成される。また、トナー収容部７４内のトナーは、供給ローラ７２を介して現像ローラ７１に供給され、現像ローラ７１と層厚規制ブレード７３の間に進入して一定厚さの薄層として現像ローラ７１上に担持される。

現像ローラ７１上に担持されたトナーは、現像ローラ７１から感光体ドラム６１上に形成された静電潜像に供給される。これにより、静電潜像が可視像化され、感光体ドラム６１上にトナー像が形成される。その後、感光体ドラム６１と転写ローラ６３の間を用紙Ｐが搬送されることで感光体ドラム６１上のトナー像が用紙Ｐ上に転写される。

定着装置１００は、プロセスカートリッジ５の後方に設けられている。用紙Ｐ上に転写されたトナー像（トナー）は、定着装置１００を通過することで用紙Ｐ上に熱定着される。トナー像が熱定着された用紙Ｐは、搬送ローラ２３，２４によって排紙トレイ２２上に排出される。

＜定着装置の詳細構成＞
図２に示すように、定着装置１００は、定着フィルム１１０と、発熱体の一例としてのハロゲンランプ１２０と、ニップ部材の一例としてのニップ板１３０と、反射板１４０と、バックアップ部材の一例としての加圧ローラ１５０と、ステイ１６０とを備えている。

定着フィルム１１０は、耐熱性と可撓性を有する無端状（筒状）のフィルムであり、その両端部が図示せぬガイド部材により回転方向に案内されている。この定着フィルム１１０は、グリスを介してニップ板１３０に摺接するようになっている。なお、定着フィルムおよびニップ板の材質によっては、グリスは必ずしも塗布しなくてもよい。

ハロゲンランプ１２０は、ニップ板１３０および定着フィルム１１０を加熱することで用紙Ｐ上のトナーを加熱する公知の発熱体であり、定着フィルム１１０の内側において定着フィルム１１０およびニップ板１３０の内面から所定の間隔をあけて配置されている。

ニップ板１３０は、ハロゲンランプ１２０からの輻射熱を受けて加熱される板状の部材であり、筒状の定着フィルム１１０の内面に摺接するように配置されている。そして、このニップ板１３０は、ハロゲンランプ１２０から受けた輻射熱を定着フィルム１１０を介して用紙Ｐ上のトナーに伝達する。

このニップ板１３０は、後述するスチール製のステイ１６０より熱伝導率が大きい、例えば、アルミニウム板などを断面視略Ｕ形状に折り曲げることで形成されている。より詳細に、ニップ板１３０は、断面視において、前後方向（用紙Ｐの搬送方向）に沿うように延びるベース部１３１と、上方（加圧ローラ１５０からニップ板１３０に向かう方向）に向けて折り曲げられた折曲部１３２とを主に有している。

なお、ベース部１３１の内面（上面）には、黒色の塗装を施したり、熱吸収部材を設けたりしてもよい。これによれば、ハロゲンランプ１２０からの輻射熱を効率良く吸収することができる。

図３に示すように、ニップ板１３０は、ベース部１３１の右端部から平板状に延びる挿入部１３３と、ベース部１３１の左端部に形成された係合部１３４とをさらに有している。係合部１３４は、側面視Ｕ形状に形成されており、上に向けて折り曲げて形成された側壁部１３４Ａには係合孔１３４Ｂが設けられている。

図２に示すように、反射板１４０は、ハロゲンランプ１２０からの輻射熱（主に前後方向や上方向に向けて放射された輻射熱）をニップ板１３０（ベース部１３１の内面）に向けて反射する部材であり、定着フィルム１１０の内側においてハロゲンランプ１２０を取り囲むように、ハロゲンランプ１２０から所定の間隔をあけて配置されている。

このような反射板１４０によってハロゲンランプ１２０からの輻射熱をニップ板１３０に集めることで、ハロゲンランプ１２０からの輻射熱を効率良く利用することができ、ニップ板１３０および定着フィルム１１０を速やかに加熱することができる。

反射板１４０は、赤外線および遠赤外線の反射率が大きい、例えば、光沢アルミニウム板や、金メッキが施されたアルミニウム板などを断面視略Ｕ形状に湾曲させて形成されている。より詳細に、反射板１４０は、湾曲形状（断面視略Ｕ形状）をなす反射部１４１と、反射部１４１の両端部から前後方向外側に沿って延びるフランジ部１４２とを主に有している。

図３に示すように、反射板１４０の左右方向（用紙Ｐの幅方向）の両端部にはフランジ状の係止部１４３が合計４つ形成されている（３つのみ図示）。係止部１４３は、フランジ部１４２より上方に位置し、図４に示すように、ニップ板１３０、反射板１４０およびステイ１６０が組み立てられたときに、後述するステイ１６０の複数の接触部１６３を挟む（左右方向において最も外側の接触部１６３Ａと隣接する）ように配置される。

これにより、定着装置１００が駆動したときの振動などで反射板１４０が左右に動こうとしても、係止部１４３が接触部１６３Ａに当接することで、反射板１４０の左右方向の位置が規制される。その結果、反射板１４０の左右方向における位置ずれを抑制することができる。

図２に示すように、加圧ローラ１５０は、弾性変形可能な部材であり、ニップ板１３０の下方に配置されている。そして、この加圧ローラ１５０は、弾性変形した状態でニップ板１３０との間で定着フィルム１１０を挟むことで定着フィルム１１０との間にニップ部を形成している。

この加圧ローラ１５０は、本体筐体２内に設けられた図示しないモータから駆動力が伝達されて回転駆動するように構成されており、回転駆動することで定着フィルム１１０（または用紙Ｐ）との摩擦力により定着フィルム１１０を従動回転させる。

トナー像が転写された用紙Ｐは、加圧ローラ１５０と加熱された定着フィルム１１０の間（ニップ部）を搬送されることでトナー像（トナー）が熱定着されることとなる。

ステイ１６０は、前後方向におけるニップ板１３０（ベース部１３１）の両端部１３１Ｂを反射板１４０のフランジ部１４２を介して支持することでニップ板１３０の剛性を確保する部材である。ステイ１６０は、反射板１４０（反射部１４１）の外面形状に沿った形状（断面視略Ｕ形状）を有しており、反射板１４０やハロゲンランプ１２０を囲んだ状態でニップ板１３０を支持している。このようなステイ１６０は、比較的剛性が大きい、例えば、鋼板などを断面視略Ｕ形状に折り曲げることで形成されている。

ステイ１６０の前壁１６１および後壁１６２の下端には、図３に示すように、略櫛歯状をなすように形成された複数の接触部１６３が設けられている。

また、ステイ１６０の前壁１６１および後壁１６２の右端部には、ニップ板１３０の右側部分を支持するために、下方に向けて延び、さらに左方へ向けて延びる略Ｌ形状の係止部１６５が設けられている。さらに、ステイ１６０の左端には、ニップ板１３０の係合部１３４を保持するために、上壁１６６から左方に向けて延び、側面視略Ｕ形状に折り曲げられた保持部１６７が設けられている。保持部１６７の各側壁部１６７Ａの内面には、内側に向けて突出する係合ボス１６７Ｂ（一方のみ図示）が設けられている。

図２および図３に示すように、ステイ１６０の前壁１６１および後壁１６２の内面の左右方向両端部には、内側に向けて突出する当接ボス１６８が合計４つ設けられている。この当接ボス１６８は、前後方向において反射板１４０（反射部１４１）に当接する。これにより、定着装置１００が駆動したときの振動などで反射板１４０が前後に動こうとしても、当接ボス１６８に当接することで、反射板１４０の前後方向の位置が規制される。その結果、反射板１４０の前後方向における位置ずれを抑制することができる。

また、ステイ１６０の左右両端の上部には、左右方向外側に突出する被支持部１６９が形成され、この被支持部１６９は、図示せぬガイド部材に支持されている。

そして、ステイ１６０の上側には、当該ステイ１６０の上面１６６Ａと摺動するように回転する冷却ローラ１７０が設けられている。これにより、ステイ１６０のうち温度が上がり易い上壁１６６を、回転する冷却ローラ１７０によって、効率的に冷却することが可能となっている。

具体的に、冷却ローラ１７０は、シリコンゴムなどの弾性部材により円柱状に形成されており、定着装置１００の図示せぬ筐体に回転可能に支持されている。そして、この冷却ローラ１７０は、図２に示すように、ステイ１６０の上面１６６Ａに接するように配置されたときに定着フィルム１１０には接触しない大きさに形成されている。言い換えると、定着フィルム１１０は、図示せぬガイド部材によって、冷却ローラ１７０から離間した位置を通るように案内されている。

これにより、定着フィルム１１０の熱を冷却ローラ１７０で奪うことを防止することができるので、温度が維持された定着フィルム１１０で良好に熱定着を行うことが可能となっている。

図３に示すように、冷却ローラ１７０の左端（一端）には、駆動ギヤ１７１が一体に固定されており、この駆動ギヤ１７１には、図４に示すように、駆動ユニット２１０から駆動力が伝達されるようになっている。

駆動ユニット２１０は、レーザプリンタ１の本体筐体２に設けられており、図示せぬモータや複数のギヤなどで構成されている。そして、この駆動ユニット２１０は、制御装置２００によって制御されることで、冷却ローラ１７０を所定のタイミングで回転駆動するようになっている。

また、ステイ１６０の右側には、ステイ１６０の温度を検知する温度検知部材の一例としてのサーミスタ２２０が、ステイ１６０と対向するように設けられている。具体的に、このサーミスタ２２０は、ステイ１６０の両端を支持する図示せぬガイド部材（または定着装置１００の図示せぬ筐体）に設けられており、検知した信号を制御装置２００に出力するように構成されている。

＜制御装置＞
制御装置２００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを有し、予め用意されたプログラムに従って印字制御などを実行可能となっている。特に、本実施形態では、制御装置２００は、サーミスタ２２０による検知温度に基づいて冷却ローラ１７０を回転させるように駆動ユニット２１０を制御している。

具体的に、制御装置２００は、図５に示すフローチャートに従って制御を実行する。
図５に示すように、制御装置２００は、サーミスタ２２０での検知温度、すなわちステイ１６０の温度が所定値を超えているか否かを判断する（Ｓ１）。

ここで、所定値は、ステイ１６０の熱が周りの部材（例えばガイド部材）に悪影響を及ぼすような温度よりも低い温度であり、実験やシミュレーション等によって適宜機種に応じた温度に設定することが可能となっている。

ステップＳ１において、ステイ１６０の温度が所定値を超えている場合には（Ｙｅｓ）、制御装置２００は、駆動ユニット２１０を制御して冷却ローラ１７０の回転を開始させ、所定時間の経過後に回転を止める（Ｓ２）。ここで、所定時間は、実験やシミュレーション等によって、ステイ１６０を十分に冷却することができる時間に任意に設定できる。

このように冷却ローラ１７０を回転させることにより、冷却ローラ１７０のうちステイ１６０と接している高温部分が、ステイ１６０から退避して空気で冷却されるとともに、ステイ１６０とは接していなかった冷却ローラ１７０の低温部分がステイ１６０に接するという動作が繰り返されることになるので、ステイ１６０を効率良く冷却することが可能となっている。

ステップＳ２の後や、ステップＳ１でＮｏと判断した後、制御装置２００は、本制御を終了する。

以上によれば、本実施形態において以下のような効果を得ることができる。
ステイ１６０に摺動するように回転する冷却ローラ１７０によって、ステイ１６０の熱を効率良く奪うことができるので、ステイ１６０を十分冷却することができ、定着装置１００やレーザプリンタ１の耐用期間を長くすることができる。

ステイ１６０のうち温度が上がり易い上面１６６Ａに接するように冷却ローラ１７０を設けたので、温度が上がり易い上面１６６Ａを効率良く冷却することができる。

サーミスタ２２０による検知温度に基づいて冷却ローラ１７０を回転させるので、検知温度に関係なく常時冷却ローラを回転させる構造に比べ、冷却ローラ１７０を無駄に回転させずに済み、冷却ローラ１７０やステイ１６０の磨耗を抑えることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。以下に参照する図面において、前記実施形態と略同様の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。

前記実施形態では、冷却ローラ１７０が摺動する面（上面１６６Ａ）を平面としたが、本発明はこれに限定されず、例えば図６（ａ）に示すように、ステイ１６０の上面１６６Ｂ（冷却ローラ１７０と摺動する面）を、冷却ローラ１７０の形状に沿って凹むように形成してもよい。

これによれば、冷却ローラ１７０とステイ１６０との接触面積が増加するので、ステイ１６０から冷却ローラ１７０への伝熱効率を向上させることができる。

前記実施形態では、冷却ローラ１７０を円柱状に形成したが、本発明はこれに限定されず、例えば図６（ｂ）に示すように冷却ローラ２７０を円筒状に形成してもよい。この場合には、例えば冷却ローラ２７０を金属で形成し、図示せぬファン（送風機）によって内部に空気を流すことができるので、より効率良くステイ１６０を冷却することができる。

なお、冷却ローラの回転を利用して、冷却ローラの高温部分と低温部分を入れ替える動作を繰り返すことによる冷却効果を十分得るためには、金属よりも比熱の大きな材料（例えばシリコンゴム等）で冷却ローラを形成するのが望ましい。

また、冷却ローラの位置は、前記実施形態に限定されず、例えばステイ１６０の前面や後面に接するように冷却ローラを配置してもよい。

前記実施形態では、サーミスタ２２０による検知温度に基づいて冷却ローラ１７０を制御したが、本発明はこれに限定されず、例えば図７に示すように制御を行ってよい。具体的に、この形態では、制御装置２００は、まず、定着処理（印字制御）が終了したか否かを判断する（Ｓ１１）。

ここで、定着処理が終了したか否かの判断は公知の手法で行えばよい。例えば、定着装置１００の下流側に設けた用紙Ｐの通過を検知するセンサからの情報と、印字指令とに基づいて、印字指令に対応した枚数の用紙Ｐが定着装置１００から排出されたか否かを判断することで、定着処理が終了したか否かを判断すればよい。

ステップＳ１１において、定着処理が終了したと判断した場合には（Ｙｅｓ）、制御装置２００は、冷却ローラ１７０を所定時間の間、回転させる（Ｓ１２）。すなわち、制御装置２００は、定着処理中は冷却ローラ１７０を停止させ、定着処理後に冷却ローラ１７０を回転させるように、駆動ユニット２１０を制御する。

これによれば、定着処理中はステイ１６０を冷却しないので、定着処理中において、冷却したステイ１６０によってニップ板１３０から熱を奪うことを防止することができる。また、温度検知部材が不要であるので、コストを削減することもできる。

前記実施形態では、温度検知部材としてサーミスタ２２０を採用したが、本発明はこれに限定されず、例えば熱電対などであってもよい。また、温度検知部材の配置は、前記実施形態に限定されず、例えばステイの前面や後面に対向するように温度検知部材を配置してもよい。

前記実施形態では、ニップ部材として板状のニップ板１３０を例示したが、本発明はこれに限定されず、板状でない厚めの部材を採用してもよい。

前記実施形態では、発熱体としてハロゲンランプ１２０（ハロゲンヒータ）を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、赤外線ヒータやカーボンヒータなどであってもよい。

前記実施形態では、バックアップ部材として加圧ローラ１５０を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ベルト状の加圧部材などであってもよい。

前記実施形態では、画像形成装置として、レーザプリンタ１を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＬＥＤによって露光を行うＬＥＤプリンタであってもよいし、プリンタ以外の複写機や複合機などであってもよい。また、前記実施形態では、モノクロ画像を形成する画像形成装置を例示したが、本発明はこれに限定されず、カラー画像を形成する画像形成装置であってもよい。

１レーザプリンタ
１００定着装置
１１０定着フィルム
１２０ハロゲンランプ
１３０ニップ板
１５０加圧ローラ
１６０ステイ
１７０冷却ローラ
２００制御装置
２１０駆動ユニット
２２０サーミスタ

Claims

筒状の定着フィルムと、
前記定着フィルムの内側に配置された発熱体と、
前記定着フィルムの内面に摺接するように配置され、前記発熱体により加熱されるニップ部材と、
前記ニップ部材との間で前記定着フィルムを挟むことで前記定着フィルムとの間にニップ部を形成するバックアップ部材と、
前記発熱体を囲んだ状態で前記ニップ部材を支持するステイと、を備えた定着装置であって、
前記ステイと摺動するように回転する冷却ローラが設けられていることを特徴とする定着装置。
前記冷却ローラは、前記ステイの上面と摺動するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記ステイの前記冷却ローラと摺動する面は、前記冷却ローラの形状に沿って凹むように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の定着装置と、
前記ステイの温度を検知する温度検知部材と、
前記冷却ローラを回転駆動させる駆動ユニットと、
前記温度検知部材による検知温度に基づいて、前記冷却ローラを回転させるように前記駆動ユニットを制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の定着装置と、
前記冷却ローラを回転駆動させる駆動ユニットと、
定着処理中は前記冷却ローラを停止させ、定着処理後に前記冷却ローラを回転させるように、前記駆動ユニットを制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。