JP2012063605A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧部材の温度低下を抑制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。
【解決手段】定着ベルト６２と、定着ベルト６２に押し付けられながら回転する加圧ロール７０と、定着ベルト６２と加圧ロール７０との接触部で用紙を定着するニップ部Ｎと、定着ベルト６２と加圧ロール７０とのニップ部Ｎにおける加圧ロール７０の回転方向の中心から回転方向側で加圧ロール７０と接触し、用紙の搬送方向と直交する軸方向長さよりも長いヒートパイプ８０とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。

従来の定着装置としては、特許文献１ないし３に開示のものが知られている。たとえば、特許文献１には、加圧ローラに均熱ローラを接触させ、均熱ローラの温度に基づいて定着動作を制御する技術が開示されている。

特許文献２には、熱源を有する加熱ローラの温度を測定し、温度の測定結果に基づいて熱源を制御する技術が開示されている。

特許文献３には、無端ベルトと、無端ベルトを加熱する加熱手段と、無端ベルトの外周を加圧して定着ニップを形成する加圧手段と、無端ベルトに接触して無端ベルトの幅方向の温度を均一化する均熱化手段とを有する定着装置が開示されている。

特開２０１０−２６９１号公報 特開２００５−１２８２００号公報 特開２００５−７７８８０号公報

本発明は、加圧部材の温度低下を抑制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している。

請求項１に係る発明は、定着部材と、前記定着部材に押し付けられながら回転する加圧部材と、前記定着部材と前記加圧部材との接触部であって記録媒体を定着する定着部と、前記定着部よりも前記加圧部材の回転方向下流側で、前記記録媒体の搬送方向と直交する軸方向長さよりも長い領域で前記加圧部材と接触する温度均一化部材とを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、定着部材と、前記定着部材に押し付けられながら回転する加圧部材と、前記定着部材と前記加圧部材との接触部であって記録媒体を定着する定着部と、前記定着部よりも前記加圧部材の回転方向下流側で、前記加圧部材と接触し、軸方向において前記記録媒体に接触しない領域の前記加圧部材から、前記記録媒体に接触する領域の前記加圧部材に熱を移動させることで該表面温度を均一化させる温度均一化部材とを備えたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、前記定着部材は加熱手段により加熱され、前記記録媒体が前記定着部を通過するときに接触する接触領域より軸方向外側の部分における前記定着部材の表面温度を、前記接触領域における該表面温度よりも高く設定したことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、前記定着部材は加熱手段により加熱され、前記記録媒体が前記定着部を通過するときに接触する接触領域より軸方向外側の部分における前記定着部材の表面温度を、前記接触領域における該表面温度よりも低く設定したことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに係る発明において、前記加圧部材に空気を噴出する噴出手段を備えたことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに係る発明において、前記定着部材は、前記加圧部材と向かい合って回転する支持部材と、前記支持部材に掛け回された無端状の帯状体とを備えることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、記録媒体に画像を形成する画像形成部と、前記記録媒体に形成された画像を該記録媒体に定着する請求項１ないし６のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置薄板状の記録媒体に画像を形成する画像形成部と、前記記録媒体に形成された画像を該記録媒体に定着する請求項１ないし６のいずれかに係る定着装置を備えた画像形成装置である。

請求項１に係る発明によれば、加圧部材の温度低下を抑制することができる。

請求項２に係る発明によれば、加圧部材の温度低下を抑制することができる。

請求項３に係る発明によれば、本構成を有しない場合と比較して加圧部材の温度低下を効果的に抑制することができる。

請求項４に係る発明によれば、薄い記録媒体を定着するときに記録媒体に含まれる水蒸気が膨張することに起因する画像の粒状化の発生を抑制することができる。

請求項５に係る発明によれば、記録媒体の厚さが厚いものから薄いものに変更となったときに記録媒体に含まれる水蒸気が膨張することに起因する画像の粒状化の発生を抑制することができる。

請求項６に係る発明によれば、記録媒体の軸方向の寸法が小さいものに変更となったときの画像の光沢ムラの発生を抑制することができる。

請求項７に係る発明によれば、加圧部材の温度低下を抑制することができる画像形成装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の全体を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の要部を示す断面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係る定着装置の要部を示す断面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係る定着装置の全体を示す模式図である。

（１）画像形成装置の基本的な構成および動作
図１に示されるように、この画像形成装置１は、原稿を読み取って得たカラー画像情報やパーソナルコンピュータ等の画像データ入力装置から送られてくるカラー画像情報に基づいて画像処理を行い、電子写真方式によって記録媒体の一例としての用紙Ｐにカラー画像を形成するものである。記録媒体には、紙製の用紙の他にＯＨＰシートのような樹脂製シートも含まれる。

画像形成装置１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成する画像形成部の一例としての画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋを備えている。画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、バックアップロール３４と複数のロール３２によって張られた無端状の中間転写ベルト３０の進行方向に対して、画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの順番で直列に配列されている。また、中間転写ベルト３０は、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋを構成する像保持体としての感光体ドラム１２と、それぞれに対向して配置される一次転写ロール１６との間を通過し、バックアップロール３４とこれに接触する画像転写部としての二次転写ロール３６との間を通過している。

さらに、感光体ドラム１２の周囲には、感光体ドラム１２の表面を一様に帯電させる帯電器２２と、感光体ドラム１２の表面に光を照射して静電潜像を形成する露光手段としての露光装置１４と、静電潜像をトナーによりトナー像として可視化する現像装置１５と、感光体ドラム１２の表面の転写残留トナーなどを除去する感光体クリーナー２０が設けられている。

画像形成装置１の下部には、給紙手段４１が配置されている。給紙手段４１の左端部上方には、積層された用紙Ｐの最も上の１枚を取り出すピックアップロール４２が配置され、ピックアップロール４２の左側では、ガイド等によって搬送経路が上方に曲げられ、その先に搬送ロール対４３が配置され、さらにガイド等によって搬送経路が右側に曲げられ、その先に搬送ロール対４３が配置されている。搬送ロール対４３の下流側には、用紙Ｐを一時停止させて斜行を矯正するレジストロール対４４が配置されている。レジストロール対４４の下流側には、前述のバックアップロール３４と二次転写ロール３６の対が配置され、これらの右側には、搬送ベルト４５を経由して定着装置６０が配置されている。定着装置６０の下流側には排出ロール対４６と排出ガイド４７が配置されている。なお、定着装置６０の構成については後に詳述する。

次に、画像形成の動作を、代表してイエロートナー像を形成する画像形成ユニット１０Ｙについて説明する。

画像形成ユニット１０Ｙに設けられた感光体ドラム１２の表面は、帯電器２２によって一様に帯電される。さらに、露光装置１４が感光体ドラム１２上に画像データに基づいた光ビームを出射してイエロー画像に対応した露光がなされ、感光体ドラム１２の表面にイエロー画像に対応する静電潜像が形成される。

感光体ドラム１２上のイエロー画像に対応する静電潜像は、現像装置１５の現像ロール１８に保持されたトナーによって現像され、イエロートナー像となる。イエロートナー像は、一次転写ロール１６の圧迫力と、一次転写ロール１６に印加された転写バイアスによる静電吸引力によって、中間転写ベルト３０上に一次転写される。

この一次転写では、イエロートナー像の全てが中間転写ベルト３０に転写されるわけではなく、一部は感光体ドラム１２に残留する。また、感光体ドラム１２の表面には、トナーの外添剤なども付着している。一次転写後の感光体ドラム１２は、感光体クリーナー２０との対向位置を通過し、感光体ドラム１２上の転写残留トナーなどが除去される。その後、感光体ドラム１２の表面は、次の画像形成サイクルのために帯電器２２で再び帯電される。

また、画像形成装置１では、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの相対的な位置の違いを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が各色の画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにおいて行われ、中間転写ベルト３０上に、順次、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色が重ねられ、多重トナー像が形成される。

そして、たとえば給紙手段４１からピックアップロール４２及び搬送ロール対４３を経てレジストロール４４によって決められた搬送タイミングで二次転写ロール３６へと搬送されてきた用紙Ｐに、転写バイアスが印加された二次転写ロール３６の静電吸引力によって、中間転写ベルト３０から多重トナー像が一括して転写される。なお、用紙Ｐに転写されなかった中間転写ベルト３０上に残留したトナー等は、ベルトクリーナー３３で回収される。

さらに、用紙Ｐは、中間転写ベルト３０から多重トナー像が転写された後、定着装置６０へと搬送され、熱と圧力とにより用紙Ｐに多重トナー像が定着されてフルカラー画像が形成される。その後、用紙Ｐは排出ガイド４７と排出ロール対４６を経て排出される。

（２）定着装置の構成
次に、定着装置６０の構成について図２および図３を参照して説明する。これらの図において符号６１は支持部材の一例としての定着ロールである。定着ロール６１は、アルミニウムなどで形成された円筒状ロールであり、その内部には、加熱手段の一例としてのハロゲンランプ６１ａが定着ロール６１の全長に亘って設けられている。ハロゲンランプ６１ａは、定着ロール６１の軸方向位置によって異なる温度設定ができるように構成されている。定着ロール６１は、図示を省略した駆動機構により図２において反時計回りに回転させられる。

図３に示すように、符号Ｂで示す領域は、Ａ４サイズの用紙Ｐの長辺を搬送方向へ向けて搬送する場合に、用紙Ｐと定着ロール６１および後述する加圧ロール７０とが接触する接触領域である。なお、以下の説明においては、この接触領域を「通紙領域Ｂ」と称し、通紙領域Ｂよりも外側のいずれのサイズの用紙Ｐも定着ロール６１および加熱ロール７０と接触することがない領域を「非通紙領域Ａ」と称する。そして、ハロゲンランプ６１ａは、定着ロール６１の非通紙領域Ａの温度を通紙領域Ｂの温度よりも高くしたり、逆に、非通紙領域Ａの温度を通紙領域Ｂの温度よりも低くすることができる。

定着ロール６１には、定着部材の一例としての定着ベルト６２が掛け回されている。定着ロール６１は、テンションロール６３，６４，６５，６６，６７，６８に掛け回され、一定の張力が与えられている。これらテンションロール６３等は、アルミニウム等で形成され、テンションロール６３，６４の内部には、ハロゲンランプ６１ａと同等の機能を有するハロゲンランプ６３ａ，６４ａが設けられている。

定着ベルト６２は、無端状のベルトであって、ポリイミド樹脂などで形成されたベース層と、ベース層の表面側（外周面側）に積層されたシリコーンゴム層と、さらにシリコーンゴム層の上に、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）などで形成された離型層とからなる多層構造で構成されている。

定着ベルト６２が巻き回された定着ロール６１には、加圧部材の一例としての加圧ロール７０が圧迫して接触させられている。加圧ロール７０は、図３に示すように、アルミニウム等で形成された円筒状の芯金７１の外周にシリコーンゴム層７２を形成し、シリコーンゴム層７２の外周にＰＦＡからなる離型層７３を設けたものである。シリコーンゴム層７２は、定着ロール６１に押されて弾性変形し、定着ロール６１と加圧ロール７０との間に定着部としてのニップ部Ｎが形成されている。加圧ロール７０は、定着ベルト６２の移動に伴って図２において時計回りに回転し、定着ベルト６２の間に用紙Ｐを挟むことにより、定着ベルト６２の熱と圧力とで用紙Ｐに多重トナー像が定着されてフルカラー画像が形成される。

加圧ロール７０の外周には、温度均一化部材の一例としてのヒートパイプ８０が接触させられている。ヒートパイプ８０は、加圧ロール７０の軸方向長さよりも長く、加圧ロール７０の温度がその部位によって異なる場合に、温度の高い部分から低い部分へ熱を伝達してそれらの部分の温度を均一な状態に近付ける機能を有する。ヒートパイプ８０は、アルミニウム等で形成された円筒状のパイプの内部に、熱伝達媒体としての水８１を充填したものである。ヒートパイプ８０は、その両端部で回転自在に支持されるとともに図示を省略するバネによって加圧ロール７０に押し付けられ、加圧ロール７０の回転に伴って反時計回りに回転する。なお、温度均一化部材としては、水などの熱伝達媒体が充填されたヒートパイプの他に、銅の熱伝導率（０．９４cal/cm・℃・sec）と同等以上の熱伝導率を有する金属製の丸棒なども用いることができる。

ヒートパイプ８０は、定着ロール６１と加圧ロール７０とのニップ部Ｎにおける加圧ロール７０の回転方向の中心から、回転方向へ向けて加圧ロール７０の回転中心回りに角度θをなす位置で加圧ロール７０と接触している。すなわち、定着ロール６１の中心Ｏ１と加圧ロール７０の中心Ｏ２とを結んだ線分から加圧ロール７０の回転方向へ向けて角度θの位置に、ヒートパイプ８０の中心Ｏ３が位置している。

（３）定着装置の作用
多重トナー像が二次転写された用紙Ｐは、図２において左側から定着ベルト６２と加圧ロール７０のニップ部Ｎに進入し、定着ベルト６２の熱と圧力とで用紙Ｐに多重トナー像が定着されてフルカラー画像が形成される。その際、定着ベルト６２は、定着ロール６１のハロゲンランプ６１ａ等により加熱されている。また、加圧ロール７０は、定着ベルト６２からの熱伝導により加熱されている。

ここで、画像形成においては、画像の光沢度は低い方が好まれ、光沢度は定着ベルト６２の温度を下げることによって低下させることができる。しかしながら、定着ベルト６２の温度を下げると定着不良の発生が懸念される。一方、加圧ロール７０の温度を高く設定すると、加圧ロール７０の熱は用紙Ｐから二次転写されたトナーに伝達されるから、トナーは用紙Ｐ側の部分で充分に溶融し、用紙Ｐと強固に結合する。これに対して、二次転写されたトナーの定着ベルト６２側の部分では、加圧ロール７０の熱の影響は少ないから、光沢度は低く抑えられる。したがって、定着ベルト６２の温度を高めることなく、加圧ロール７０の温度を高く設定することにより、定着性を確保しつつ画像の光沢度を低く抑えることができる。

しかしながら、厚い用紙Ｐに連続的に画像形成する場合には、加圧ロール７０の熱が用紙Ｐにより多く奪われる。この点、本実施形態では加圧ロール７０の外周にヒートパイプ８０を接触させている。これにより、用紙Ｐによって加圧ロール７０の通紙領域Ｂの熱が奪われても、非通紙領域Ａの熱がヒートパイプ８０によって通紙領域Ｂに伝達され、非通紙領域Ａの温度と通紙領域Ｂの温度が均一な状態に近づく。したがって、厚い用紙Ｐに連続的に画像形成する場合においても、加圧ロール７０の通紙領域Ｂの温度低下を抑制することができるので、定着性を確保しつつ画像の光沢度を低く抑えることができる。なお、本実施形態において「厚い用紙」とは、８２ｇ／ｍ２以上の用紙をいう。

本実施形態では、ヒートパイプ８０は、定着ロール６１と加圧ロール７０とのニップ部Ｎにおける加圧ロール７０の回転方向の中心から、回転方向へ向けて角度θの位置で加圧ロール７０と接触し、ヒートパイプ８０をニップ部Ｎに接近させてニップ部Ｎの下流側に配置している。ニップ部Ｎを通過した直後の加圧ロール７０の表面では、通紙領域Ｂの温度が低下し非通紙領域Ａとの温度差が激しい。このため、通紙領域Ｂと非通紙領域Ａとの間でのヒートパイプ８０による熱の伝達が効率良く行われ、通紙領域Ｂの温度と非通紙領域Ａの温度をより均一な状態に近付けることができる。したがって、ヒートパイプ８０はできるだけニップ部Ｎに近付けて配置することが望ましく、角度θは、９０°以下、あるいは６０°以下が良い。

ここで、本実施形態のようなヒートパイプ８０を備えない場合において、加圧ロール７０の温度低下を抑制する手段としては、加圧ロール７０の内部にハロゲンランプなどの加熱手段を設けることが考えられる。しかしながら、加圧ロール７０は、芯金７１の外周にシリコーンゴム層７２を設けたもので、シリコーンゴム層７２の熱伝導率が低い。このため、加圧ロール７０の表面温度を素早く上昇させることが困難であるとともに加圧ロール７０の構成が複雑化し、製造コストの面からも実現性が低い。これに対して、加圧ロール７０の外部にその表面温度を上昇させる加熱手段を設ける場合には、製造コストが割高となって実現性が低い。なお、定着ベルト６２の温度を高く設定して加圧ロール７０の温度低下を抑制する場合には、画像の光沢度が上がってしまう。

この点、本実施形態においては、新たな加熱手段を必要とすることなく、また、定着ベルト６２の温度を高めることなく加圧ロール７０の温度低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、用紙Ｐのサイズや厚さにより定着ベルト６２の加熱の態様を変化させている。たとえば、用紙ＰがＡ３サイズの場合には、ハロゲンランプ６１ａ，６３ａ，６４ａを全て点灯させ、Ｂ５サイズの場合にはいずれかのハロゲンランプ６１ａ，６３ａ，６４ａの点灯を停止する。このような制御は、給紙手段４１が収容する用紙Ｐのサイズに基づいて行われる。

また、定着ベルト６２を介さずに定着ロール６１を加圧ロール７０に直接圧迫する構成においても、用紙Ｐのサイズや厚さによりハロゲンランプ６１ａへの通電を変更する。そのような構成で、用紙Ｐのサイズが大きいものから小さいものに変わった場合には、ハロゲンランプ６１ａへの通電を変更しても、定着ロール６１の温度分布は、大きいサイズの用紙Ｐの場合の状態がしばらく続く。このため、定着ロール６１の小さいサイズの用紙Ｐに対応する部分に温度差が生じ、形成した画像の光沢度にムラが生じることがあった。

この点、上記実施形態では、熱容量の小さな定着ベルト６２によって定着を行っているから、定着ベルト６２の位置による温度差を均一な状態に速やかに近付けることができ、光沢度のムラの発生を抑制することができる。

（４）実施形態の変更例
上記した実施形態において、ハロゲンランプ６１ａ，６３ａ，６４ａの温度設定を軸方向位置で変えて、定着ベルト６２の非通紙領域Ａの温度を通紙領域Ｂの温度よりも高く設定することができる。非通紙領域Ａにおける定着ベルト６２の温度を高くしても画像の光沢度に影響はないが、非通紙領域Ａからヒートパイプ８０を介して通紙領域Ｂに伝達される熱量が多く、通紙領域Ｂにおける加圧ロール７０の温度低下を効果的に抑制することができる。

上記とは逆に、定着ベルト６２の非通紙領域Ａの温度を通紙領域Ｂの温度よりも低く設定することも可能である。薄い用紙Ｐに画像形成を連続的に行う場合には、加圧ロール７０から奪われる熱の量が少なく、加圧ロール７０の温度が上昇し過ぎてしまうことがあり、そのような場合には、定着中の用紙Ｐから水蒸気が膨張することに起因して画像が粒状化する。そこで、定着ベルト６２の温度を上記のように設定することにより、加圧ロール７０の温度が上昇し過ぎないようにすることができる。なお、本実施形態において「薄い用紙」とは、８２ｇ／ｍ２未満の用紙をいう。

次に、厚い用紙Ｐの画像形成を行う場合には、加圧ロール７０の温度は、用紙Ｐに奪われる熱量を見越して薄い用紙Ｐの画像形成を行う場合よりも高く設定される。したがって、厚い用紙Ｐから薄い用紙Ｐに画像形成を変更する場合に加圧ロール７０の温度が高いままであると、定着中の用紙Ｐから水蒸気が膨張することに起因して画像が粒状化する。そこで、図５に示すように、加圧ロール７０に空気を噴出する噴出手段の一例としてのファン９５を備えることができる。ファン９５は、加圧ロール７０の軸方向の全域を冷却する。噴出手段は、ファン９５に限らず、定着装置の外部に設けた送風手段にダクトを接続し、ダクトの端部を加圧ロール７０に臨ませてもよい。

また、ヒートパイプ８０は上記実施形態に限定されず種各の変更が可能である。たとえば、図４に示すように、２つの回転可能なヒートパイプ９０，９１に無端状のベルト９２を掛け回し、ベルト９２を加圧ロール７０に押し付けて構成することができる。このような態様では、ヒートパイプ９０，９１が複数であること、ベルト９２が加圧ロール７０に面接触することから、加圧ロール７０の非通紙領域Ａから通紙領域Ｂへの熱の伝達を効率よく行うことができる。

本発明に係る定着装置は、例えば、印刷機、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびこれらの機能を複合させた装置等の画像形成装置等に利用することができる。

１ 画像形成装置
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ 画像形成ユニット
６０ 定着装置
６１ 定着ロール
６１ａ ハロゲンランプ
６２ 定着ベルト
７０ 加圧ロール
８０ ヒートパイプ

Claims (7)

1. 定着部材と、
   前記定着部材に押し付けられながら回転する加圧部材と、
   前記定着部材と前記加圧部材との接触部であって記録媒体を定着する定着部と、
   前記定着部よりも前記加圧部材の回転方向下流側で、前記記録媒体の搬送方向と直交する軸方向長さよりも長い領域で前記加圧部材と接触する温度均一化部材とを備えたことを特徴とする定着装置。
2. 定着部材と、
   前記定着部材に押し付けられながら回転する加圧部材と、
   前記定着部材と前記加圧部材との接触部であって記録媒体を定着する定着部と、
   前記定着部よりも前記加圧部材の回転方向下流側で、前記加圧部材と接触し、軸方向において前記記録媒体に接触しない領域の前記加圧部材から、前記記録媒体に接触する領域の前記加圧部材に熱を移動させることで該表面温度を均一化させる温度均一化部材とを備えたことを特徴とする定着装置。
3. 前記定着部材は加熱手段により加熱され、前記記録媒体が前記定着部を通過するときに接触する接触領域より軸方向外側の部分における前記定着部材の表面温度を、前記接触領域における該表面温度よりも高く設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記定着部材は加熱手段により加熱され、前記記録媒体が前記定着部を通過するときに接触する接触領域より軸方向外側の部分における前記定着部材の表面温度を、前記接触領域における該表面温度よりも低く設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
5. 前記加圧部材に空気を噴出する噴出手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記定着部材は、前記加圧部材と向かい合って回転する支持部材と、前記支持部材に掛け回された無端状の帯状体とを備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置。
7. 記録媒体に画像を形成する画像形成部と、
   前記記録媒体に形成された画像を該記録媒体に定着する請求項１ないし６のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。
   
   
   

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