JP2012237945A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小サイズの記録材を連続して加熱定着すると、小サイズ紙通紙領域外が過昇温するという課題がある。
【解決手段】 発熱源から定着フィルムへ放射される輻射熱を、補強ステー、又は、ガイド部材に設けた開口形状によって制限し、定着フィルムの加熱領域を紙サイズに適応したものに調整することで、非通紙昇温を抑制する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、レーザープリンター、複写機、ファクシミリなどの電子写真方式を用いた画像形成装置に搭載する定着装置に関するものである。

電子写真方式のプリンタや複写機などの画像形成装置に搭載する定着装置として、フィルム加熱方式の定着装置が広く用いられている。
フィルム加熱方式の定着装置では、ヒータとしてハロゲンヒータを用いた、輻射式フィルム加熱方式の定着装置が提案されている。（特許文献１、２）
更に、近年では、ハガキや封筒等の小さな記録材を通紙可能であるメディアフレキシビリティの高い画像形成装置が求められている。

特開２００９−９３１４１ 特開２００９−１０４１１４

しかしながら、特許文献１，２の定着装置においては、小サイズの記録材を連続通紙した場合に、定着装置の非通紙領域が過昇温（以下、非通紙部昇温）するという課題がある。

図９は、上記画像形成装置の定着装置における非通紙部昇温状態を模式的に示した図である。定着フィルム３５１表面の長手方向の温度分布を示している。例えば、使用可能な最大サイズの記録材がＡ４サイズである画像形成装置において、ハガキサイズの記録材Ｐを定着する場合について説明する。その場合、定着フィルム３５１および加圧ローラ３５２表面の温度分布は、ハガキ通紙幅外の温度Ｔｓがハガキ通紙幅内の温度Ｔｐと比較して高くなる。これは、定着装置を記録材が通過すると、記録材によって定着フィルムおよび加圧ローラの熱が奪われるが、ハガキ通紙幅外は熱が奪われないためである。

また、このような温度分布になった直後に、例えばＡ４サイズの記録材を画像形成すると、ハガキ通紙幅外の温度が定着に最適な温度Ｔｐよりも高くなる。よって、ハガキ通紙幅外のトナー像が過溶融し、定着フィルム表面にオフセットして、定着画像を汚してしまう（このような画像不良をホットオフセットと呼ぶ）課題もある。

上記課題を解決するための本発明は、筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムの筒の内部に配置される複数の発熱源と、前記定着フィルムの内周面と接触する摺動部材と、前記定着フィルムの内周をガイドし、前記摺動部材を前記定着フィルムと挟むように配置されたガイド部材と、前記複数の発熱源を囲うように配置され前記ガイド部材を補強する補強部材と、前記定着フィルムを介して前記摺動部材に圧接して定着ニップを形成する加圧部材と、を備え、前記複数の発熱源は、前記摺動部材までの距離が短い位置に配置される第１の発熱源と、前記第１の発熱源よりも前記摺動部材までの距離が長い位置に配置される第２の発熱源と、前記第１の発熱源と前記第２の発熱源の発熱量を独立に制御することが可能な制御部と、を有し、前記定着ニップで記録材を搬送しながら記録材上の未定着トナーを記録材に定着する定着装置において、
前記ガイド部材のうち前記第１の発熱源と前記摺動部材の間の部分に、前記ガイド部材の記録材搬送方向に直交する方向に沿って開口する第１の開口部が設けられ、前記補強部材のうち前記第２の発熱源と前記定着フィルムの間の部分に、前記補強部材の記録材搬送方向に直交する方向に沿って開口する第２の開口部が設けられ、前記第１の開口部及び前記第２の開口部のいずれか一方は、記録材搬送方向の開口幅が、記録材搬送方向に直交する方向で中央部よりも端部の方が小さい又は端部に開口部がない第１の開口形状を有する開口部であり、他方は、記録材搬送方向に直交する方向で中央部と端部の記録材搬送方向の開口幅の差分が前記第１の開口形状を有する開口部の前記差分よりも小さい第２の開口形状を有する開口部であり、前記制御部は、記録材搬送方向に直交する方向の幅が所定値以下の記録材の定着時に、前記第１の開口形状を有する開口部までの距離が短い発熱源の発熱量比率を前記第１の開口形状を有する開口部から距離が長い発熱源よりも大きくなるように制御し、記録材搬送方向に直交する方向の幅が前記所定値よりも大きい記録材の定着時に、前記第２の開口形状を有する開口部までの距離が短い発熱源の発熱量比率を前記第２の開口形状を有する開口部から距離が長い発熱源よりも大きくなるように制御することを特徴とするものである。

小サイズ記録材の通紙時の非通紙部昇温を抑制し、これに伴うオフセットも防止することができる。

実施例１に係る定着装置の概略断面図 実施例１に係るガイド部材、補強ステー、ハロゲンヒータの概略図 実施例１に係る定着装置の通紙幅方向の位置関係を示した説明図 実施例１に係る定着装置の定着フィルム表面の温度測定結果を示した図 実施例１に係る定着装置の概略断面図 実施例２に係るガイド部材、補強ステー、ハロゲンヒータの概略図 実施例２に係る定着装置の通紙幅方向の位置関係を示した説明図 実施例３に係る定着装置のガイド部材と摺動板の概略図 従来の定着装置の小サイズ紙非通紙部昇温を表した模式図

〔実施例１〕
＜第１の実施例における定着装置の構成＞
実施例１について、図１〜４を用いて説明する。定着装置は、記録材を狭持搬送しながら、記録材上のトナー像を記録材上に溶融定着させるものである。本実施例における定着装置５０は、ローコストで熱容量が小さく、ウォームアップ時間が短いフィルム加熱方式の定着装置である。

図１に示す定着装置５０を構成する部材について説明をする。定着フィルム５１は、ベルト状基材に弾性層を設けてなる円筒状の部材である。具体的には、ステンレスの基材の上に、弾性層として厚み約３００μｍの導電シリコーンゴム層を形成し、最外層に表層として厚み３０μｍの絶縁ＰＦＡ樹脂チューブを被覆している。ここで、弾性層は未定着トナーを溶融する際に、記録材表面の凹凸に追従してトナーを記録材に密着させる役割を果たす。ここでＰＦＡとはテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマーである。
複数の発熱源は、定着フィルム５１の筒の内部にある２つのハロゲンヒータ６４（第１の発熱源）及びハロゲンヒータ６３（第２の発熱源）である。ハロゲンヒータ６３とハロゲンヒータ６４は、記録材搬送方向に直交する方向の発熱分布は一様である。

摺動部材としての摺動板５５は、厚み１ｍｍのアルミ板で形成されており、定着フィルム５１が回転した時にその内周面と接触する。

加圧部材としての加圧ローラ５２は、ステンレス製の芯金に、弾性層として厚み約３ｍｍの導電シリコーンゴム層を射出成型によって形成される。その上に表層として厚み４０μｍ程度の導電ＰＦＡ樹脂チューブを被覆する。加圧ローラ５２は、定着フィルム５１を介して摺動板５５と圧接して定着ニップ６５を形成している。実施例１では、加圧ローラ５２に対して定着フィルム５１（摺動板５５）を２５０Ｎの圧力で圧接させることで、加熱定着に必要な約５ｍｍの定着ニップ６５を形成している。

ガイド部材５３は、その断面が略半円弧状樋型であり、耐熱性・剛性を有する耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成されている。役割として、ガイド部材５３は、摺動板５５を定着フィルム５１と挟むように支持し、定着フィルム５１の回転時にその内周面の一部をガイドする。

補強部材としての補強ステー５４は、断面がＵ字形状の金属製の剛性部材であり、定着フィルム５１内のガイド部材５３を保持する。

次に、ハロゲンヒータ６３及びハロゲンヒータ６４の配置について説明する。ハロゲンヒータ６３及びハロゲンヒータ６４は補強ステー５４に囲われている。ハロゲンヒータ６４は、摺動板５５（定着ニップ６５）に近い位置に配置されている。ハロゲンヒータ６３は、ハロゲンヒータ６４よりも摺動板５５までの距離が長く、定着フィルム５１の内面に近い位置に配置されている。また、ガイド部材５３には、ハロゲンヒータ６４と摺動板５５の間の部分に、ガイド部材５３の記録材搬送方向に直交する方向に沿って記録材搬送方向の幅が約５ｍｍの開口部７０（第１の開口部）が設けられている（図２）。ハロゲンヒータ６３及び６４の輻射熱は、開口部７０を経て摺動板５５まで放射され、摺動板５５を加熱する。

ここで、本実施例の特徴的な構成について説明する。ガイド部材５３の開口部７０は、記録材搬送方向に直交する方向で、記録材搬送方向の開口幅が通紙可能な小サイズ紙通紙領域内（中央部）よりも小サイズ紙通紙領域外（端部）の方が小さくなっている（図３）。このような開口部の形状を第１の開口形状と呼ぶことにする。第１の開口形状を有する開口部の役割は、ハロゲンヒータ６３及び６４からの輻射熱が摺動板５５に向けて放射された時に、小サイズ通紙域内よりも小サイズ紙通紙域外において摺動板５５に熱が伝わりにくくすることである。その結果、摺動板５５と接触する定着フィルム５１の小サイズ紙通紙域外にも熱が伝わりにくくなる。

尚、第１の開口形状は図３のように小サイズ通紙領域外において記録材搬送方向に直交する方向で端部に向かうほど徐々に記録材搬送方向の幅が狭くなる形状に限らない。例えば、小サイズ通紙領域外において記録材搬送方向に均一な開口幅を持つ形状でも良いし、小サイズ通紙領域外は開口していないものでも良い。

一方、補強ステー５４には、Ｕ字の曲げの部分に補強ステー５４の記録材搬送方向に直交する方向に沿って、記録材搬送方向の開口幅が約５ｍｍの開口部８０（第２の開口部）が設けられている（図２）。開口部８０は、補強ステー５４の記録材搬送方向に直交する方向で、小サイズ紙通紙域内（中央部）と小サイズ紙通紙域外（端部）で、記録材搬送方向の開口幅の差分はガイド部材５３の開口部７０の上記差分よりも小さい（図２）。このような開口部の形状を第２の開口形状と呼ぶことにする。第２の開口形状を有する開口部の役割は、ハロゲンヒータ６３及び６４からの輻射熱が定着フィルム５１内面に向けて放射される時に、小サイズ紙通紙域内と小サイズ紙通紙域外で熱の伝わり方の差が小さくなるようにすることである。

以上述べたように、第１の開口形状及び第２の対応開口形状をそれぞれ、それぞれガイド部材５３の開口部７０及び補強ステー５４の開口部８０が有していることが実施例１のハード面での特徴である。

＜実施例１におけるヒータ発熱量比率制御＞
ここで、定着装置５０のソフト面での特徴（ヒータ発熱量比率制御）について説明する。２系統のハロゲンヒータ６３及び６４の発熱はそれぞれ独立に制御部（不図示）で制御可能に構成されており、発熱量比率（点灯比率）を変更できる。定着フィルム５１又は摺動板５５の通紙領域中央部に設置された温度検知手段（不図示）による検知温度が記録材上の未定着トナーを記録材に定着可能な温度になるように制御される。以下に記録材のサイズに応じてどのようにハロゲンヒータ６３及び６４の点灯比率を変更するのかについて説明する。

記録材搬送方向に直交する方向の幅が所定値よりも大きい普通サイズ記録材（例えば、上記幅が２１０ｍｍのＡ４サイズ）を定着する場合は、ハロゲンヒータ６３及び６４をそれぞれ１００：８０の割合で発熱させる。補強ステー５４の第２の開口形状を有する開口部８０に近いハロゲンヒータ６３の発熱量比率がハロゲンヒータ６４よりも大きくなるように制御する。この発熱量比率を維持しながら、通紙領域中央の温度検知手段が１７５℃になるように制御される。

次に、記録材搬送方向に直交する方向の幅が所定値以下の小サイズ記録材（例えば、上記幅が１００ｍｍのはがき）を定着する場合は、ハロゲンヒータ６３及び６４をそれぞれ７０：１００の割合で発熱させる。ガイド部材５３の第１の開口形状を有する開口部７０に近いハロゲンヒータ６４の発熱量比率がハロゲンヒータ６３よりも大きくなるように制御する。この発熱量比率を維持しながら、通紙域中央の温度検知手段の検知温度が１８０℃になるように制御される。

以上述べたように、通紙する記録材のサイズ（幅）に応じて、第１の開口形状を有する開口部７０及び第２の開口形状を有する開口部８０に近い側のハロゲンヒータの発熱量比率を大きくすることが実施例１のソフト面の特徴である。この特徴により、定着フィルム５１の加熱する領域を紙サイズに応じて調整することができる。

＜実施例１の作用効果＞
本実施例と比較例の比較のために、本実施例の定着装置と、比較例の定着装置とを用いて評価を行った。尚、比較例の定着装置で実施例１の構成と異なる点は３つある。一つ目は、ガイド部材の開口部は記録材搬送方向の開口幅が長手方向で均一（５ｍｍ）である点である。２つ目は、補強ステーのＵ字の曲げ部に開口部がない点である。３つ目は、２つのハロゲンヒータの発熱量比率（点灯比率）が記録材のサイズによらず５０：５０である点である。

比較評価では、両定着装置に小サイズ紙として官製ハガキを連続２０枚通紙し、その際の定着フィルム表面温度を、赤外線サーモグラフィ装置（ＮＥＣ製サーモトレーサＴＨ９１００）で測定した。測定結果を図４に示す。このグラフから分かるように、比較例の定着装置では、ハガキを連続通紙した際にハガキの通紙領域外の温度は、シリコーンゴムの耐熱温度の限界に近い２３０℃まで上昇しているが、本実施例の定着装置では非通紙域の昇温は２０５℃に抑えることができた。

また、表１に、官製ハガキを所定枚数連続通紙した直後に、坪量７５ｇ／ｍ２のＡ４サイズの普通紙を通紙した場合に発生するホットオフセットの画像ランクを評価した結果を示す。

ただし、比較のため、比較例の定着装置では、小サイズ紙の連続通紙後に、冷却時間を設けていない。

表１から分かるように、比較例の定着装置では、ハガキを連続で１０枚通紙した直後にＡ４サイズの普通紙を通紙すると軽微なホットオフセットが発生し、１５枚通紙した直後では画像品質上許容できないレベルのホットオフセットが発生してしまう。一方、本実施例の定着装置では、ハガキを２０枚連続通紙した直後でも、Ａ４サイズの普通紙のホットオフセットは軽微なレベルに留まった。

よって、小サイズ記録材の通紙時に、第１の開口形状を有した開口部７０に近いハロゲンヒータ６４の発熱量比率を大きくして定着フィルム５１を加熱することは、非通紙昇温を抑制する効果があることがわかる。同時に、非通紙昇温が抑制されることで、ホットオフセットの発生も抑制される効果もある。また、普通サイズ記録材の通紙時は、第２の開口形状を有する開口部８０に近いハロゲンヒータ６３の発熱量比を大きくして定着フィルム５１を加熱することで対応できる。

尚、本実施例では、摺動板５５に厚さ１ｍｍのアルミ板を用いたが、さらに熱伝導率の良い厚さ１ｍｍの銅板を用いても良い。

また、本実施例では、ハロゲンヒータ６３と６４の発熱量比率を変更する基準となる記録材のサイズ（記録材搬送方向に直交する方向の幅）をはがきサイズとした。しかしながら、これと異なる基準とすることも可能であり、記録材サイズに応じて適宜、第１の開口形状を調整すればよい。

また、実施例１では、ガイド部材５３の開口部７０を第１の開口形状とし、補強ステー５４の開口部８０を第２の開口形状とした。しかしながら、ガイド部材５３の開口部７０及び補強ステー５４の開口部８０のいずれか一方が第１の開口形状で、他方が第２の開口形状であればよい。よって、補強ステー５４の開口部８０を第１の開口形状、及び、ガイド部材５３の開口部７０を第２の開口形状としても良い。その際の制御は、小サイズ記録材の定着時は、ハロゲンヒータ６３及び６４をそれぞれ１００：７０の割合で、普通サイズ記録材の定着時は、それぞれ８０：１００の割合で発熱させることで同じ作用効果が得られる。

〔実施例２〕
第２の実施例について、図５〜７を用いて説明する。尚、図５における定着装置１５０で、第１の実施例と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。

＜定着装置＞
実施例２では、図６、図７に示すように、ガイド部材１５３の開口部１７０を実施例１で示した第２の開口形状、補強ステー１５４の開口部８０を実施例１で示した第１の開口形状とした。

更に図６、７に示すように、ハロゲンヒータ１６４の記録材搬送方向に直交する方向の長さが最大通紙領域以上であるのに対して、ハロゲンヒータ１６３の記録材搬送方向に直交する方向の長さを小サイズ紙通紙領域の長さに制限する。これは、小サイズ紙の定着時において、定着フィルム５１の非通紙昇温を抑制するためである。

＜実施例２におけるヒータ発熱量比率制御＞
実施例２においても、定着装置１５０は、第１の実施例と同様に溶融定着する記録材の厚さやサイズに応じて、適切に温調制御される。例えば、Ａ４サイズで坪量が７５ｇ／ｍ２の普通紙を溶融定着する場合は、ハロゲンヒータ１６３及び１６４をそれぞれ８０：１００の割合で発熱させ、不図示の温度センサーによって定着フィルム表面の通紙域が１７５℃になるように温調制御される。また、例えば、坪量が２１０ｇ／ｍ２のハガキサイズの記録材を溶融定着する場合は、ハロゲンヒータ１６３及び１６４をそれぞれ１００：７０の割合で発熱させ、定着フィルム表面の通紙域が１８０℃になるように温調制御される。これにより、記録材の大きさに合わせた領域を加熱することができる。

＜実施例２の作用効果＞
比較評価のために、第２の実施例の定着装置と比較例の定着装置とを用いて評価を行った。

尚、比較例の定着装置で実施例２の構成と異なる点は、補強ステー１５４の開口部の記録材搬送方向の開口幅が記録材搬送方向に直交する方向で均一（５ｍｍ）である点である。

比較評価では、両定着装置に小サイズ紙として、官製ハガキを連続２０枚通紙し、その際の定着フィルム表面温度を、赤外線サーモグラフィ装置（ＮＥＣ製サーモトレーサＴＨ９１００）で測定した。その結果、比較例の定着装置では、ハガキを連続通紙した際に非通紙部の温度は２２５℃まで上昇したが、実施例２の定着装置では非通紙部の昇温は２００℃に留まることが分かった。これは、ハロゲンヒータ１６３の長さを小サイズ紙通紙領域内までに制限した構成に加えて補強ステー１５４の開口部１８０を第１の開口形状にすることで、非通紙部昇温に対してより効果があることを示している。

また、表２に、ハガキを所定枚数連続通紙した直後にＡ４サイズの普通紙を通紙した場合に発生するホットオフセットの画像ランクを評価した結果を示す。

表から分かるように、比較例の定着装置では、ハガキを連続で１５枚通紙した直後にＡ４サイズの記録材を通紙すると軽微なホットオフセットが発生し、２５枚通紙した直後では画像品質上許容できないレベルのホットオフセットが発生した。一方、本実施例の定着装置では、ハガキを２５枚連続通紙した直後でも、Ａ４サイズの普通紙のホットオフセットは軽微なレベルに留まった。

以上示したように、実施例２では、非通紙部昇温対策として定着装置の補強ステー１５４の開口部１８０を第１の開口形状にして、これに近いハロゲンヒータ１６３の発熱量比率を大きくした。これとハロゲンヒータ１６３長さを制限する事との相乗効果によって、実施例１よりもさらに非通紙部昇温を抑制する効果が得られた。

尚、実施例２では、ガイド部材１５３の開口部１７０を第２の開口形状、補強ステー１５４の開口部８０を第１の開口形状とした。しかしながら、ガイド部材１５３の開口部１７０を第１の開口形状、補強ステー１５４の開口部８０を第２の開口形状としても良い。この場合には、ハロゲンヒータ１６３の記録材搬送方向に直交する方向の長さが最大通紙領域以上で、ハロゲンヒータ１６４の長さを小サイズ紙通紙域の長さに制限にする。また、小サイズ紙の定着時は、ハロゲンヒータ１６３及び１６４をそれぞれ７０：１００の割合で、普通サイズ紙の定着時は、１００：８０の割合で発熱させる。以上述べた構成で実施例２と同じ作用効果が得られる。

〔実施例３〕
第３の実施例について、図８を用いて説明する。なお、第１の実施例と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。

実施例３は、実施例１及び実施例２のうち、ガイド部材５３の開口部７０を第１の開口形状、補強ステー５４の開口部８０を第２の開口形状とした場合に実施できる。

上記の場合、摺動部材５５は、定着フィルム５１に効率良く熱を伝えるために、銅やアルミニウムなどの熱導電性の高い材料を用いる。

しかしながら、熱伝導性が高い摺動板５５を用いると、第１の開口形状の開口部７０を使って摺動部材５５を加熱したとしても、熱が摺動部材５５を経由して小サイズ紙通紙領域外に伝わってしまう場合がある。つまり、加熱フィルム５１の加熱領域を紙サイズに応じて調整することが難しくなる場合がある。

そこで、実施例３では、摺動板を経由して小サイズ通紙領域外に伝わる熱を減らすため、図８に示すように、摺動部材２５５を、熱伝導性の異なる２種類の材質で構成し、ガイド部材２５４の座面に嵌め込む。具体的には、摺動部材２５５の中央部分２５７は熱伝導が良いアルミニウムで形成し、記録材搬送方向に直交する方向の端部２５６は耐熱性が高く熱伝導が低い液晶ポリマー樹脂で形成する。また、中央部分２５７と端部２５６の境界部分には、それぞれの熱膨張を考慮して、接着は行わず、０．３ｍｍ程度のクリアランスを設けておく。温調制御は、実施例１及び２と同じなので、省略する。

以上から、摺動部材２５５を、熱伝導性の異なる２種類の材質で構成することで、実施例１及び実施例２に対して、更なる非通紙部昇温の抑制が可能になる。

５０ 定着装置
５１ 定着フィルム
５２ 加圧ローラ
５３ ガイド部材
５４ 補強ステー
５５ 摺動板
６３、６４ ハロゲンヒータ
７０ 第１の開口部
８０ 第２の開口部

Claims (1)

1. 筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムの筒の内部に配置される複数の発熱源と、前記定着フィルムの内周面と接触する摺動部材と、前記定着フィルムの内周をガイドし、前記摺動部材を前記定着フィルムと挟むように配置されたガイド部材と、前記複数の発熱源を囲うように配置され前記ガイド部材を補強する補強部材と、前記定着フィルムを介して前記摺動部材に圧接して定着ニップを形成する加圧部材と、を備え、前記複数の発熱源は、前記摺動部材までの距離が短い位置に配置される第１の発熱源と、前記第１の発熱源よりも前記摺動部材までの距離が長い位置に配置される第２の発熱源と、前記第１の発熱源と前記第２の発熱源の発熱量を独立に制御することが可能な制御部と、を有し、前記定着ニップで記録材を搬送しながら記録材上の未定着トナーを記録材に定着する定着装置において、
   前記ガイド部材のうち前記第１の発熱源と前記摺動部材の間の部分に、前記ガイド部材の記録材搬送方向に直交する方向に沿って開口する第１の開口部が設けられ、前記補強部材のうち前記第２の発熱源と前記定着フィルムの間の部分に、前記補強部材の記録材搬送方向に直交する方向に沿って開口する第２の開口部が設けられ、前記第１の開口部及び前記第２の開口部のいずれか一方は、記録材搬送方向の開口幅が、記録材搬送方向に直交する方向で中央部よりも端部の方が小さい又は端部に開口部がない第１の開口形状を有する開口部であり、他方は、記録材搬送方向に直交する方向で中央部と端部の記録材搬送方向の開口幅の差分が前記第１の開口形状を有する開口部の前記差分よりも小さい第２の開口形状を有する開口部であり、前記制御部は、記録材搬送方向に直交する方向の幅が所定値以下の記録材の定着時に、前記第１の開口形状を有する開口部までの距離が短い発熱源の発熱量比率を前記第１の開口形状を有する開口部から距離が長い発熱源よりも大きくなるように制御し、記録材搬送方向に直交する方向の幅が前記所定値よりも大きい記録材の定着時に、前記第２の開口形状を有する開口部までの距離が短い発熱源の発熱量比率を前記第２の開口形状を有する開口部から距離が長い発熱源よりも大きくなるように制御することを特徴とする定着装置。