JP2012181560A - 定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】転写された未定着トナーを担持する記録媒体を通紙して該記録媒体上に前記未定着トナーを定着させる定着装置において、加圧部材16と、該加圧部材16に当接してニップ部を形成する可撓性の無端ベルトである円筒体15と、該円筒体15内部から前記加圧部材16側へ前記円筒体15を押圧する押圧ローラ18と、前記円筒体15内部から前記加圧部材16側へ前記円筒体15を巻き付ける巻き付け部材19と、前記円筒体15を略円形に保持する非通紙部に設けたガイド部材22と、前記円筒体15内部に配置されかつ該円筒体15内面を直接加熱する加熱ヒータ17と、を含む定着装置。
【選択図】図2
Description
かかる定着装置は、熱源により加熱され、かつ回転駆動される定着ローラからなる定着部材と、この定着ローラに圧接されて回転する加圧ローラからなる加圧部材とを有し、両ローラによって形成されるニップに記録媒体を通過させ、トナーを加熱圧着する熱ローラタイプのものが一般的である。この時、定着ローラの熱源として、一般的には、ハロゲンランプを用いたハロゲンヒータが使用されてきた。
近年、環境規制、環境保護意識の高まりから、各種画像形成装置においても不使用時には定着ヒータへの通電を遮断し、必要な時のみ通電して、消費電力を低減することが行なわれている。このような省エネ型の画像形成装置では、印刷時に定着ローラの表面温度が即座に設定温度まで達する必要がある。
また、定着ローラ基体をさらに薄肉化し、可撓性を有するベルトとすることで、さらに急速立ち上げを行なう提案が各種されている(例えば、特許文献1乃至3参照)。
特許文献1には、エンドレスベルトと、ベルト内部に配置した定着ローラと、ベルトを介して定着ローラと対向する加圧ローラと、ベルト内部に配置したヒータからなる定着装置が開示されている。
特許文献2には、エンドレスベルトと、ベルト内部に配置した定着部材と、ベルトを介して定着ローラと対向する加圧部材と、ベルト内部に配置したヒータからなる定着装置において、定着ベルトの温度を非接触に検知する技術が開示されている。
特許文献3には、エンドレスベルトと、ベルト内部に配置した定着部材と、ベルトを介して定着ローラと対向する加圧部材と、ベルト内部に配置したヒータからなる定着装置において、定着部材の前側に案内補助部材、後側にニップ補助部材を配置する技術が開示されている。
また、小径の定着ローラのまま圧力を高くしニップ幅を得ようとすると、定着ローラに撓みが生じ、軸方向で均一なニップ幅が得られず、また、ベルトの駆動力が軸方向で異なるためベルト寄りなどの問題が発生する。
さらに、特許文献1の〔図1〕、〔図4〕、〔図5〕のようにベルト軸方向全域をガイドする形状の場合、ガイド部材の熱容量が大きく、立ち上げ時間が長くなるばかりでなく、ガイド部材はヒータの輻射熱を受け温度上昇するため、連続通紙時などヒータ点灯時間が長い場合にはガイド部材の耐熱温度以上まで上昇してしまう問題も発生する。
また、特許文献1の図5及び特許文献2の図2には、ニップを、ベルト内部に配置した定着固定部材とベルト外部に配置した加圧ローラでベルトを挟み込み加圧することで形成している構成が記載されている。
特許文献3に記載の技術では、エンドレスベルトと、ベルト内部に配置した定着部材と、ベルトを介して定着ローラと対向する加圧部材と、ベルト内部に配置したヒータからなる定着装置において、定着部材の前側に案内補助部材、後側にニップ補助部材を配置している。
以上の問題を解決するために、特許文献3では、定着部材の前側に案内補助部材、後側にニップ補助部材を配置することで、定着ローラの小径化、ニップ確保をしつつ装置の小型化を実現している。
しかし、特許文献3の実施例のように案内補助部材及びニップ補助部材によってベルト面を大きく撓ませるためには、これらの部材はベルト軸方向全域配置し、かつベルトの弾性力に対抗する強度が必要である。すなわち、部材は大型化となり、熱容量が大きくなり、立ち上げ時間が長くなるという問題は解決されていない。
さらに、案内補助部材、ニップ補助部材によってベルト面を大きく撓ませるためベルトの可撓性が大きい基材を選択する必要がある。可撓性が大きい基材としては耐熱性樹脂ベルトが考えられるが、ヒータによる直接加熱は耐熱性の面で不向きである。直接加熱に向くニッケルやステンレスの金属基材は、薄肉化によって可撓性を大きくできるが、割れの問題が生じるために薄肉化には限界があった。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、可撓性を有する円筒体と、該円筒体を輻射熱源により直接加熱する加熱手段を用いて、立ち上げ時間が短く、かつニップ幅も十分に得られる定着装置及びこの定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。
また、請求項2に記載の発明は、前記円筒体が、静止時に、該円筒体の外径よりも10%大きい外径の円形内に配置されている請求項1記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、前記円筒体を介した前記加圧部材側への前記押圧ローラの面圧が大であり、前記円筒体を介した前記加圧部材側への前記巻き付け部材の面圧が小、又は前記巻き付け部材が非接触である請求項1記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、前記巻き付け部材が、前記円筒体接触面が加圧ローラ外径、もしくは加圧ローラ外径より大なる曲率面を有する固定部材である請求項3記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、前記押圧ローラ、前記補助部材と、前記加熱ヒータの間の少なくとも1部分に反射部材を設けた請求項1記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項7に記載の発明は、前記円筒体の軸方向外部に位置する放熱部を設けた請求項6記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項8に記載の発明は、前記ガイド部材が、前記円筒体内径より小さい外径を有する円形状であり、前記円筒体内面で前記押圧ローラ、前記補助部材からなるニップ部と対向した側の両端、かつ非通紙部に配置された請求項1記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項9に記載の発明は、前記ガイド部材が、前記円筒体外部に位置する放熱部を設けた請求項1記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項10に記載の発明は、像担持体上に形成された潜像をトナーで可視化し、該トナー像が転写された未定着トナー像を担持する記録媒体を通紙して該記録媒体上に前記未定着トナー像を定着させる画像形成装置において、定着装置として、請求項1乃至9のいずれか1項記載の定着装置を備える画像形成装置を特徴とする。
さらに、円筒体から押圧ローラ、巻き付け部材、ガイド部材への熱移動量が小さく、昇温時間の速い定着装置であり、かつこれらの部材は連続通紙時の温度上昇問題も解決することが可能になる。
図1に示した作像手段1は、ドラム状の感光体として構成された第1乃至第4の像担持体3C、3M、3Y、3BKを有し、各像担持体3C、3M、3Y、3BK上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。
第1乃至第4の像担持体3C、3M、3Y、3BKに対向して中間転写ベルト4が配置され、この中間転写ベルト4は、一方が駆動ローラでかつ他方が従動ローラであるローラ5、6に巻き架けられ、そのローラの1つが図示していない駆動手段によって回転駆動することにより矢印方向に走行駆動される。
第1乃至第4の各像担持体3C、3M、3Y、3BK上にトナー像を形成する構成と、その作用は実質的に全て同一であるため、第1の像担持体3Cにトナー像を形成する構成だけを説明する。
これによって像担持体3C上に静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置10によってシアントナー像として可視像化される。中間転写ベルト4を挟んで、像担持体3Cにほぼ対向する位置には転写ローラ11が配置されている。この転写ローラ11には、像担持体3C上のトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加される。
これによって像担持体3C上のシアントナー像が中間転写ベルト4上に転写される。中間転写ベルト4に転写されず、像担持体3C上に残された転写残トナーは、クリーニング装置12によって除去される。
全く同様にして、第2乃至第4の像担持体3M、3Y、3BK上にマゼンタトナー像、イエロートナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像が、シアントナー像の転写された中間転写ベルト4上に順次重ね合されて転写される。
中間転写ベルト4を挟んで、ローラ6にほぼ対向する位置には2次転写ローラ14が配置され、記録媒体Pは中間転写ベルト4と2次転写ローラ14間のニップに送り込まれる。
この2次転写ローラ14に対し、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加され、これによって中間転写ベルト4上の重ね合わせトナー像が記録媒体P上に転写される。記録媒体Pに転写されず、中間転写ベルト4上に残された転写残トナーは、中間転写ベルト用クリーニング装置7によって除去される。
このようにして4色の未定着トナー像を担持した記録媒体Pは、定着装置2に送り込まれ、この時、そのトナー像が記録媒体P上に定着される。本実施の形態の定着装置2は、瞬時立ち上げてクイックスタート(10秒以下)が可能な構成となっている。
図2は本発明による定着装置の加熱部材及び加圧部材の基本構成を示す概略図である。
図3は図2の定着装置を円筒体及びガイド部材を断面にして図2の右側から見た概略図である。
図4は図2の定着装置の加熱部材及び加圧部材を示す概略図である。
図5は図2の定着装置の加熱部材及び加圧部材を示す概略図である。
図6は図2の定着装置の加熱部材及び加圧部材の接触部分のみを示す概略図である。
円筒体15は何らかの部材が接触しても、ベルトとしての円筒体15が変形(凹み現象)しないで、略円筒形状を維持する程度の剛性をベルトに持たせている。円筒体15を構成する基材はニッケル、ステンレス等の金属材料又はポリアミドイミド、ポリイミド等の耐熱樹脂材料であるが、加熱ヒータ17の輻射熱に対して十分な耐熱性のある金属材料が好ましい。
円筒体15の基材を金属材料とした場合、円筒形状とした場合の直径は30乃至60mm、好ましくは30乃至50mmで、厚さは10μm乃至100μm、好ましくは10μm乃至50μmの範囲にあることが望ましい。
なお、本実施の形態の円筒体15は、少なくとも基材(10〜50μmのNi、SUS等)と、中間層(耐熱弾性部材50〜300μmのSiゴム又はフッ素ゴム)と、表層(離型部材のSiゴム又は1〜50μmのフッ素樹脂)との3層を有する円筒体である。このような3層以上に構成した円筒体15はカラー画像形成装置の高画質対応として必須である。
押圧ローラ18と補助ローラ19は、円筒体15と加圧ローラ16のニップの入口及び出口に配置され、円筒体15をニップ部に案内している。押圧ローラ18が加圧ローラ16により近接した側に加圧される(図4及び図5)ことで、ニップ部の1部分に高面圧の部位があるため、加圧ローラ16の回転によって円筒体15は従動回転する。
補助ローラ19は、上述したように、円筒体15を加圧ローラ16に巻き付ける役目を有している。そのため円筒体15のニップ部の弾性変形力に対抗できる最低限の加圧力で加圧ローラ16側に加圧する。
必要以上に加圧力を与えると、その圧力部分が押圧ローラ18の圧力部分での円筒体15の搬送力の抵抗となり、ニップ部において円筒体15が弛み、加圧ローラ16と接触しない状態となるので注意が必要である。
押圧ローラ18の部分のみに大なる加圧力を与えることで、加圧ローラ16の駆動力をこの圧接部1ヶ所が支配的となるようにした。よって比較的広いニップ幅の装置においても圧接部1ヶ所で駆動しているため円筒体15は安定して走行することが可能となる。
その接触面は均一に接触するように、図6に示すごとく、加圧ローラ16の外径R1より大きい径R2を有するものとする。押圧ローラ18と補助ローラ19は、表層を耐熱樹脂(例えば、PEEK(ポリエーテルケトン)、PPS(ポリフェニレンスルフィド)等)で形成される。
巻き付け部材である補助ローラ19を、ローラに代えて固定部材20とすることで、ベルト(円筒体15)の弾性力によるニップ面圧に加えて、固定部材20の加圧力もニップ面圧に加えることが可能となり、定着性の悪い記録媒体も確実に定着することができる。
円筒体15のニップ部以外の部分はベルトの剛性で円形状の姿勢となるが、加熱回転時にはその熱や回転力によって円形状を維持することができなくなってしまう。これによって、温度センサ21との接触状態が変化したり、加熱ヒータ17との接触などが生じる恐れがある。
そこで、円筒体15のニップ部以外の部分には円形のガイド部材22を設けている。図3に示すように、ガイド部材22は、円筒体15の両端の非通紙部、かつ円筒体15の内面に位置している。
本発明の定着装置2は、転写された未定着トナーを担持する記録媒体を通紙して該記録媒体上に前記未定着トナーを定着させ、加圧ローラ16と、この加圧ローラ16に当接してニップ部を形成する可撓性の無端ベルトである円筒体15とを含んでいる。
定着装置2は、さらに、この円筒体15はその内部から加圧ローラ16側へ円筒体15を押圧する押圧ローラ18と、円筒体15内部から加圧ローラ16側へ円筒体15を巻き付ける巻き付け部材である補助ローラ19と、円筒体15を略円形に保持する非通紙部に設けたガイド部材22と、円筒体15内部に配置されかつこの円筒体15内面を直接加熱する加熱ヒータ17と、を含んでいる。
非通紙部に設けたガイド部材22で円筒体15を略円形に保持しつつ、押圧ローラ18と巻き付け部材である補助ローラ19によってニップ部を形成することで、円筒体15に接触する部分を最低限とすることができる。
従って、円筒体15は低張力でガイドされ、またニップ部での加圧力も小さいため、円筒体15への負荷が少ない。また、円筒体15から押圧ローラ18、巻き付け部材19、ガイド部材22への熱移動量が小さく、昇温時間の速い定着装置であり、かつこれらの部材は連続通紙時の温度上昇問題も解決している。
このように構成された定着装置2は、図7に示すように、静止時においては円筒体15の外径の+20%、好ましくは、+10%の円内に円筒形が収まるように、図7のA、B、Cの3ヶ所で円筒体15を円形に保っている。円筒体15の内径はガイド部材22の外径に等しいか又はそれより大きくなっている。
円筒体15がニップ部のみ凹となり、非ニップ部は略円形となるため、比較的剛性の高い金属製薄肉ベルト(円筒体15)を採用することが可能となる。金属製薄肉ベルトはヒータで直接加熱するのに適した部材であり、また極端に薄肉化して可撓性を得る必要が無いため、強度面で有利となる。
このように構成される定着装置2は、加圧ローラ16が図2の時計方向に回転駆動される。一方、無端ベルトである円筒体15は加圧ローラ16の回転に従動して反時計方向に回転する。
そして、円筒体15と加圧ローラ16のニップNに未定着トナー像を担持した記録媒体Pが送り込まれることで、熱及び圧力により未定着トナー像が永久画像として記録媒体Pに定着される。円筒体15は低熱容量であるので、回転させながら加熱ヒータ17によって加熱する必要がある。
また、本実施の形態による画像形成装置は定着装置2の予熱を行なわず、記録時に円筒体15を瞬時に立ち上げるように構成するため、ハロゲンヒータ17の加熱効率を最大限に高めることが要求される。
そのため、円筒体15内面に黒色処理(化学処理、めっき等)を施し、赤外線反射率を低下させる。円筒体15内面を最もハロゲンヒータ(加熱ヒータ)17の熱吸収良く黒色とすることで、加熱効率を向上させることが可能である。
また、押圧ローラ18と補助ローラ19の表面には鏡面処理(めっき)を施し、反射率を上げることができる。押圧ローラ18と補助ローラ19はハロゲンヒータ17により輻射加熱されるが、円筒体15と接触しているため、温度上昇の問題は発生しない。
図9に示すように、加熱ヒータであるハロゲンヒータ17、押圧ローラ18、巻き付け部材である補助ローラ19の間には金属製、もしくは反射面に金属を蒸着した断熱性樹脂等からなる反射板である反射部材23を設けてもよい。
この反射部材23としては、加熱効率を高めるために、反射面の反射率が90%以上の反射部材を用いることが好ましい。反射部材23を設けることで、加熱効率を向上させることが可能である。また、放熱部23aを設けることで、連続通紙時の温度上昇問題を解決できる。
同様に、ガイド部材22のフランジ部22aを大きくして放熱部とすることもできる。本実施の形態では図2で円筒体15が反時計回りとしているが、図2のまま時計回りとすることも可能である。
ガイド部材22は、円筒体15の内径より小さい外径を有する円形状であり、これはガイド部材22の最も望ましい形状である。ガイド部材22は、円筒体15内面で押圧ローラ18、補助ローラ19からなるニップ部と対向した側の両端、かつ非通紙部に配置される。この際、フランジ部22aを大きくして放熱部を設けることで、連続通紙時の温度上昇問題を解決できる。
P 記録媒体
1 作像手段
2 定着装置
3C 像担持体(感光体ベルト)
4 転写ベルト
13 給紙部
14 2次転写ローラ
15 円筒体(無端ベルト)
16 加圧部材(加圧ローラ)
17 加熱ヒータ(ハロゲンヒータ)
18 押圧ローラ
19 巻き付け部材(補助ローラ)
20 固定部材
22 ガイド部材
22a 放熱部(フランジ)
23 反射部材(反射板)
23a 放熱部(フランジ)
また、請求項2に記載の発明は、前記接触部材は、固定部材である請求項1記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、前記固定部材は、平面を有する請求項2記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、前記接触部材は、前記円筒体内部から前記加圧部材側へ前記円筒体を巻き付ける巻き付け部材である請求項1記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、前記円筒体は、静止時に、該円筒体の外径より10%大きい外径の円形内に配置されている請求項1乃至5のいずれか1項に記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項7に記載の発明は、前記ガイド部材の前記円筒体の回転軸方向の外端部には、前記円筒体の寄り止めを防止するフランジが設けられている請求項1乃至6のいずれか1項に記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項8に記載の発明は、前記ガイド部材が、前記円筒体内径より小さい外径を有する円形状であり、前記円筒体内面で前記押圧部材、前記接触部材からなるニップ部と対向した側の両端、かつ非通紙部に配置された請求項1項記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項9に記載の発明は、前記円筒体を介した前記加圧部材側への前記押圧部材の面圧が大であり、前記円筒体を介した前記加圧部材側への前記接触部材の面圧が小、又は前記接触部材が非接触である請求項1記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項10に記載の発明は、前記押圧部材、前記接触部材と、前記加熱部材の間の少なくとも1部分に反射部材を設けた請求項1に記載の定着装置を特徴とする。
請求項11に記載の発明は、前記押圧部材は、押圧ローラである請求項1乃至10のいずれか1項に記載の定着装置を特徴とする。
請求項12に記載の発明は、前記円筒体の内面を黒色処理している請求項1乃至11のいずれか1項に記載の定着装置を特徴とする。
請求項13に記載の発明は、像担持体上に形成された潜像をトナーで可視化し、該トナー像が転写された未定着トナー像を担持する記録媒体を通紙して該記録媒体上に前記未定着トナー像を定着させる画像形成装置において、定着装置として、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の定着装置を備える画像形成装置を特徴とする。
Claims (10)
- 転写された未定着トナーを担持する記録媒体を通紙して該記録媒体上に前記未定着トナーを定着させる定着装置において、加圧部材と、該加圧部材に当接してニップ部を形成する可撓性の無端ベルトである円筒体と、該円筒体内部から前記加圧部材側へ前記円筒体を押圧する押圧ローラと、前記円筒体内部から前記加圧部材側へ前記円筒体を巻き付ける巻き付け部材と、前記円筒体を略円形に保持する非通紙部に設けたガイド部材と、前記円筒体内部に配置されかつ該円筒体内面を直接加熱する加熱ヒータと、を備えたことを特徴とする定着装置。
- 前記円筒体は、静止時に、該円筒体の外径より10%大きい外径の円形内に配置されていることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記円筒体を介した前記加圧部材側への前記押圧ローラの面圧が大であり、前記円筒体を介した前記加圧部材側への前記巻き付け部材の面圧が小、又は前記巻き付け部材が非接触であることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記巻き付け部材は、前記円筒体接触面が加圧ローラ外径、もしくは加圧ローラ外径より大なる曲率面を有する固定部材であることを特徴とする請求項3記載の定着装置。
- 前記円筒体内面の反射率は、前記押圧ローラ、前記補助部材、前記ガイド部材の反射率より低いことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記押圧ローラ、前記補助部材と、前記加熱ヒータの間の少なくとも1部分に反射部材を設けたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記円筒体の軸方向外部に位置する放熱部を設けたことを特徴とする請求項6記載の定着装置。
- 前記ガイド部材は、前記円筒体内径より小さい外径を有する円形状であり、前記円筒体内面で前記押圧ローラ、前記補助部材からなるニップ部と対向した側の両端、かつ非通紙部に配置されたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記ガイド部材は、前記円筒体外部に位置する放熱部を設けたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 像担持体上に形成された潜像をトナーで可視化し、該トナー像が転写された未定着トナー像を担持する記録媒体を通紙して該記録媒体上に前記未定着トナー像を定着させる画像形成装置において、定着装置として、請求項1乃至9のいずれか1項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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