JP2014137487A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却時の温度変化によって生じる加圧ローラ外径の不均一な変化を抑制可能な定着装置を提供する。
【解決手段】 加熱ローラ１と、定着ローラ３と、加熱ローラと定着ローラとの間に張架された無端の定着ベルト２と、定着ローラに圧接して配置され、芯金の外周に弾性層を有する加圧ローラ４と、加圧ローラ４を冷却する冷却手段と、加圧ローラ４の複数の部位の表面温度を測定する温度測定手段７と、を少なくとも備え、定着ベルト２と加圧ローラ４との間のニップ部に記録媒体８を通過させ、記録媒体８上の画像を加熱定着させる定着装置において、
前記冷却手段は、加圧ローラ４の回転軸と平行に配置された複数の冷却部５０を有し、温度測定手段７により測定された加圧ローラ４の複数の部位の表面温度に応じて、冷却部５０ごとに冷却量が調節されることを特徴とする定着装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、定着装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、トナー画像を転写紙等の記録媒体に定着するために定着装置が備えられている。該定着装置では、加熱され回転している定着部材（定着ローラや定着ベルト）と、それに圧接し回転している加圧部材等によって形成されたニップ部を記録媒体が通過することによって、記録媒体上に担持されたトナーが溶融され記録媒体上にトナー画像が定着される。

加圧ローラの外周は、一定以上の摩擦抵抗や弾性を有する材質で構成されることが多く、例えばゴムや樹脂等の材料から構成されている場合、これらの材質は熱による影響により膨張収縮するため、外径寸法が変動するという問題がある。

例えば、封筒などの複数枚が重なった構成の記録媒体にトナーを定着する場合には、加圧ローラを構成する弾性層を肉厚にすることにより、シワの発生やズレを低減出来ることが知られているが、このような肉厚の弾性層を有する加圧ローラにおいては、外径寸法の変化は顕著である。

一方、記録媒体のサイズが大小異なる場合は、ローラの回転軸方向の温度分布を均一にすることが困難である。記録媒体の通過部と非通過部との間でローラに温度差が生じ、熱膨張の違いからローラに歪みが生じるという問題点もある。

これに対し、小サイズの記録体を多数枚通過することによって生じる非通過部温度上昇を改善し、ホットオフセットの発生、加熱ローラの劣化等が生じない定着装置が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の定着装置は、加熱ローラと、該加熱ローラに圧接する加圧ローラとを有し、両ローラ間に記録媒体を通過させることにより、記録媒体上のトナー像を加熱定着する定着装置であるが、加圧ローラの小サイズの記録体が通過しない非通過部を冷却する冷却手段を備えることが開示されている。該冷却手段は、具体的には、非通過部への送風量を制御可能な送風装置である。

しかしながら、上述のように肉厚の弾性層を有し蓄熱量が多く、かつ温度分布が異なる加圧ローラのような冷却対象を、一定の送風量で冷却した場合には、温度変化による外径の変化が一定ではなくなり、形状が維持されない可能性がある。特に、両端部に対して中央部の径が小さいつづみ形状のローラにおいては、その両端部の最大径と中央部の最小径との差（ツヅミ量）を維持することは困難である。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、冷却時の温度変化によって生じる加圧ローラ外径の不均一な変化を抑制可能な定着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る定着装置は、加熱ローラと、定着ローラと、前記加熱ローラと前記定着ローラとの間に張架された無端の定着ベルトと、前記定着ローラに圧接して配置され、芯金の外周に弾性層を有する加圧ローラと、前記加圧ローラを冷却する冷却手段と、前記加圧ローラの表面温度を測定する温度測定手段と、を少なくとも備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間のニップ部に記録媒体を通過させ、該記録媒体上の画像を加熱定着させる定着装置において、前記冷却手段は、前記加圧ローラの回転軸と平行に配置された複数の冷却部を有し、前記温度測定手段により測定された前記加圧ローラの表面温度に応じて、前記冷却部ごとに冷却量が調節されることを特徴とする定着装置である。

本発明の定着装置によれば、冷却時の温度変化によって生じる加圧ローラ外径の不均一な変化を抑制可能な定着装置を提供することができる。

本実施形態の定着装置の構成の一例を示す断面図である。 加熱ローラの層構成の一例を説明する断面の模式図である。 加熱ローラの一例を示す長手方向の断面図である。 第１の実施形態の定着装置の構成の一例を示す斜視図である。 第２の実施形態の定着装置の構成の一例を示す斜視図である。 第１の実施形態の定着装置における加圧ローラの表面温度変化の一例を示したグラフである。 第１の実施形態の定着装置における加圧ローラの外径変化の一例を示したグラフである。 第２の実施形態の定着装置における加圧ローラの表面温度変化の一例を示したグラフである。 第２の実施形態の定着装置における加圧ローラの外径変化の一例を示したグラフである。

以下、本発明に係る定着装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

〔第１の実施形態〕
本実施形態の定着装置の構成を示す断面図を図１に示す。
図１に示すように、定着装置は、加熱ローラ１と、定着ローラ３と、加熱ローラ１と定着ローラ３との間に張架された無端の定着ベルト２と、定着ローラ３に圧接して配置され、芯金の外周に弾性層を有する加圧ローラ４と、加圧ローラ４を冷却する冷却手段と、加圧ローラ４の表面温度を測定する温度測定手段７と、を少なくとも備え、定着ベルト２と加圧ローラ４との間のニップ部に記録媒体８を通過させ、記録媒体８上の画像を加熱定着させる。

前記冷却手段は、加圧ローラ４の回転軸と平行に配置された複数の冷却部５０を有し、温度測定手段７により測定された加圧ローラ４の複数の部位の表面温度に応じて、冷却部５０ごとに冷却量が調節される。

図１に示す前記冷却手段は、冷却ブロア６により吹き出した冷却風を、冷却ダクト５により誘導し、加圧ローラ４に吹き付ける冷却装置である。冷却部５０は、冷却ダクト５の開口端であり、加圧ローラ４に冷却風を吹き付ける吹出口である。

なお、前記冷却手段の構成は、複数の冷却ブロアから対応する複数の冷却ダクトへ冷却風を誘導する構成、及び単一の冷却ブロアから複数の冷却ダクトへ冷却風を分配する構成のいずれであってもよく、必要とされる冷却性能に基づき適宜選択することができる。

加圧ローラ４の断面図を図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
加圧ローラ４は、円筒形状の芯金１１の外周上に弾性層１０が積層された構成であり、図２（Ａ）は弾性層の厚みが最も厚い（肉厚）加圧ローラ４ａ、図２（Ｂ）は一般的な加圧ローラ４ｂを示している。

肉厚の加圧ローラ４ａにおいて、弾性層１０の厚みは例えば１０〜１５ｍｍ程度であり、通常の加圧ローラ４ｂにおいて、弾性層１０の厚みは例えば２ｍｍ程度である。肉厚の加圧ローラ４ａの芯金１１の径は、通常の加圧ローラ４ｂよりも小さくなっている。

本実施形態の定着装置は、肉厚の加圧ローラ４ａのような熱膨張量が多く蓄熱量も多い加圧ローラの冷却において、温度変化によって生じる加圧ローラ外径の不均一な変化を抑制するのに有効である。

また、本実施形態の定着装置は、特に、両端部に対して中央部の直径が小さいつづみ形状の加圧ローラの冷却において、温度変化によって生じる加圧ローラ外径の不均一な変化を抑制するのに有効である。

つづみ形状の加圧ローラ４の長手方向断面図を図３に示す。
図３に示すように、加圧ローラ４は、通紙部の端部（フロント及びリヤ）に対し、中央（センター）部の直径が小さくなっている。
以下、図中符号１２で示す最大径と中央部の最小径との差を、「つづみ量」という。

図４に、第１の実施形態の定着装置の斜視図を示す。
図４に示すように、前記冷却手段は、加圧ローラ４に対し、複数の冷却ブロア６から、対応する複数の冷却ダクト５へ冷却風を誘導する構成であり、温度測定手段７により測定された加圧ローラ４の複数の部位の表面温度に応じて、冷却部（吹出口）５０ごとに冷却風の吹出量を調節する。

温度測定手段７は、加圧ローラ４の複数の部位の表面温度を測定する複数のセンサ（フロント用センサ７ａ、センター用センサ７ｂ、リヤ用センサ７ｃ）からなり、温度測定手段７により測定された加圧ローラ４の複数の部位の表面温度に応じて、冷却部５０ごとに冷却量が調節される。

ここで、前記冷却量とは、本実施形態においては冷却風の吹出量であり、例えば、単位時間当たりの風量または吹き付けの継続時間で表すことができる。
ただし、冷却風として用いられる空気（気体）の温度、湿度、成分等の条件が異なる場合には、吹出量と冷却量との関係が異なるため、前記条件に応じた冷却量を達成する吹出量の調節が必要となる。該調節の方法としては、例えば、冷却ブロア６の内部と出入り口付近にセンサを設け、該センサにより冷却風の温度や湿度を測定した結果や、装置の起動時等に一定の風量で冷却風の吹出しを行い、その冷却風の温度をセンサ７で検知した結果等に応じて風量または吹き付けの継続時間を調節する方法が挙げられる。

冷却部５０は、加圧ローラ４に冷却風を吹き付ける吹出口であり、冷却ダクト仕切り部材９により画成された冷却ダクト５の開口部である。
冷却ブロア６は、加圧ローラ４のフロント冷却ブロア６ａ、センター冷却ブロア６ｂ、リヤ冷却ブロア６ｃを備え、各冷却ブロアからの冷却風は、対応する冷却ダクト５の開口部へ送られる。

前記複数のセンサ（フロント用センサ７ａ、センター用センサ７ｂ、リヤ用センサ７ｃ）により検知された表面温度に基づき、対応する冷却部５０ごとに冷却風の吹出量が調節される。

前記冷却手段は、冷間時には加圧ローラ４の冷却を停止する。
具体的には、前記複数のセンサ（フロント用センサ７ａ、センター用センサ７ｂ、リヤ用センサ７ｃ）により検知された加圧ローラ４の表面の温度が所定の温度（例えば、６０℃）まで昇温していないとき（冷間時）には、前記冷却手段は、加圧ローラへの前記冷却風の吹き付けを行わない。

〔第２の実施形態〕
図５に、第２の実施形態の定着装置の斜視図を示す。
図５に示すように、本実施形態の定着装置は開閉可能な遮蔽手段（１３ａ、１３ｂ）、及び加圧ローラ４の両端部の表面温度を測定するセンサ（１４ａ、１４ｂ）をさらに備える。

遮蔽手段１３は、前記温度測定手段（７及び１４）により測定された加圧ローラ４の複数の部位の温度に応じて開閉し、冷却部５０からの冷却風の吹出量を変化させる部材からなる。

図５に示す例では、遮蔽手段１３は、加圧ローラ４の両端部に対応した冷却部５０に配設され、その開閉は加圧ローラ４端部の温度を検出するセンサ１４ａ及び１４ｂにより制御されている。
遮蔽手段１３は、冷却部５０の全部または一部を覆うことができる部材であれば特に限定されず、例えば、シャッター機構の部材などが挙げられる。

通常の冷却時には、遮蔽手段１３は開放状態であるが、センサ１４ａ及び１４ｂが加圧ローラ４の端部の所定の温度を下回る温度低下を検出したときに駆動され、冷却部５０の少なくとも一部を閉鎖する。遮蔽手段１３の閉鎖により、冷却部５０からの冷却風の吹出量が減少し、加圧ローラ４端部の必要以上の冷却と外径の変化（縮小）を防止することができる。

なお、遮蔽手段１３を備えることにより、単一の冷却ブロアからなる冷却装置であっても、冷却部５０からの冷却風の吹出量を容易に制御することができる。特に、回転軸方向における形状の変動が小さいローラである場合には、遮蔽手段１３の開閉のみで冷却量を調節し、外径の不均一な変化を抑制することができる。

〔実施例〕
本実施形態の定着装置における加圧ローラの表面温度変化の測定結果を図６及び図７に示す。

図６は、画像形成装置において、Ａ４サイズ用紙の評価チャートの連続印刷を実行し、定着機内の温度が安定した際の加圧ローラのフロント、センター及びリヤ（図３参照）の３点の表面温度を測定したものである。
前記冷却手段を備える第１の実施形態の定着装置において測定された結果を「■」、前記冷却手段を備えない従来の定着装置において測定された結果を「◆」で表している。

図６に示すように、本実施形態の定着装置により冷却を行うことで、加圧ローラの表面温度が約２０℃低下している。また、フロント、センター及びリヤの部位による温度の低下量にばらつきがなく、均一な冷却を行うことができることがわかる。

図７は、画像形成装置において、冷間時とＡ４サイズ用紙の評価チャートの連続印刷を実行し、定着機内の温度が安定した際の加圧ローラのフロント、センター及びリヤ（図３参照）、並びに両端部（フロント端部、リヤ端部）の５点の表面温度を測定したものである。
前記冷却手段を備える第２の実施形態の定着装置において測定された結果を「△」、遮蔽手段を備えていない第１の実施形態の定着装置において測定された結果を「■」で表している。なお、前記冷却手段を備えない従来の定着装置において測定された結果を「◆」、冷間時の測定結果を「○」であわせて示している。

図７に示すように、図６の結果と同様、本実施形態の定着装置により冷却を行うことで、加圧ローラの表面温度が約２０℃低下している。ただし、遮蔽手段１３を備えない第１の実施形態の場合には、フロント端部及びリヤ端部に冷却風が回りこみ、必要以上に冷却されるため、遮蔽手段１３を備える場合よりも６〜７℃程度温度が低下している。
このように、遮蔽手段１３を備える第２の実施形態の定着装置によれば、部位による温度の低下量にばらつきが少なく、より均一な冷却を行うことができることがわかる。

本実施形態の定着装置における加圧ローラの外径変化の測定結果を図８及び図９に示す。

図８は、画像形成装置においてＡ４サイズ用紙の評価チャートの連続印刷を実行し、定着機内の温度が安定した際の加圧ローラのフロント、センター及びリヤ（図３参照）の３点の外径を測定したものである。
図２の４ａに示すような、弾性層が肉厚の加圧ローラを備えた定着装置であって、前記冷却手段を備える第１の実施形態の定着装置において測定された結果を「■」、前記冷却装置を備えていない従来の定着装置において測定された結果を「◆」で表している。また、図２の４ｂに示すような、通常の加圧ローラについて、冷却手段を備えない従来の定装置において測定された結果を「●」、冷間時の結果を「○」で合わせて示している。なお、冷間時の温度は２５℃である。

図８に示すように、通常の加圧ローラ４ｂと比較して、弾性層が肉厚の加圧ローラ４ａは熱膨張量が多く外径も太くなっている。この熱膨張に対し、第１の実施形態の定着装置において冷却を行うことにより、外径を約０．２５ｍｍ細くすることができる。また、フロント、センター及びリヤの部位による外径の変化量にばらつきがなく、均一な冷却を行うことができ、つづみ量を維持できることがわかる。

図９は、画像形成装置において、冷間時とＡ４サイズ用紙の評価チャートの連続印刷を実行し、定着機内の温度が安定した際の加圧ローラのフロント、センター及びリヤ（図３参照）、並びに両端部（フロント端部、リヤ端部）の５点の外径を測定したものである。
前記冷却手段を備える第２の実施形態の定着装置において測定された結果を「△」、遮蔽手段を備えていない第１の実施形態の定着装置において測定された結果を「■」で表している。なお、前記冷却手段を備えない従来の定着装置において測定された結果を「◆」、冷間時の測定結果を「○」であわせて示している。なお、冷間時の測定は通常の加圧ローラ４ｂの測定結果であり、熱間時の測定は弾性層が肉厚の加圧ローラ４ａの測定結果である。

図９に示すように、図８の結果と同様、本実施形態の定着装置により冷却を行うことで、加圧ローラの外径は約０．２５ｍｍ細くなっている。ただし、遮蔽手段１３を備えない第１の実施形態の場合には、フロント端部及びリヤ端部において冷却風が回りこみ、必要以上に冷却されるため、遮蔽手段１３を備える場合よりも径が縮小している。
このように、遮蔽手段１３を備える第２の実施形態の定着装置によれば、部位による温度の低下量にばらつきが少なく、より均一な冷却を行うことができ、つづみ量をより確実に維持できることがわかる。

以上のように、本発明の定着装置は、加圧ローラ４のフロント、センター及びリヤにそれぞれ独立した冷却機構を有し、冷却風の風量を制御可能であるため、加圧ローラの温度低下を制御することができ、また冷却による径の変化においても、つづみ量を維持することができる。さらに、フロント及びリヤの冷却部にそれぞれ独立した遮蔽手段を有し、加圧ローラ端部への冷却風の風量を抑制しながら吹き付けることにより、加圧ローラ端部の温度を必要以上に低下させることがなく、端部の外径変化を均一に維持することができる。

１ 加熱ローラ
２ 定着ベルト
３ 定着ローラ
４ 加圧ローラ
５ 冷却ダクト
６ 冷却ブロア
７ 温度測定手段（温度センサ）
８ 記録媒体
１０ 弾性層
１１ 芯金
１３ 冷却風遮蔽手段
１４ 温度測定手段（温度センサ）
５０ 冷却部

特開平１０−４８９８１号公報

Claims (8)

1. 加熱ローラと、定着ローラと、前記加熱ローラと前記定着ローラとの間に張架された無端の定着ベルトと、前記定着ローラに圧接して配置され、芯金の外周に弾性層を有する加圧ローラと、前記加圧ローラを冷却する冷却手段と、前記加圧ローラの表面温度を測定する温度測定手段と、を少なくとも備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間のニップ部に記録媒体を通過させ、該記録媒体上の画像を加熱定着させる定着装置において、
   前記冷却手段は、前記加圧ローラの回転軸と平行に配置された複数の冷却部を有し、前記温度測定手段により測定された前記加圧ローラの表面温度に応じて、前記冷却部ごとに冷却量が調節されることを特徴とする定着装置。
2. 前記温度測定手段が、前記加圧ローラの複数の部位の表面温度を測定する複数のセンサからなり、
   前記温度測定手段により測定された前記加圧ローラの複数の部位の表面温度に応じて、
   前記冷却部ごとに冷却量が調節されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記冷却部は、前記加圧ローラに冷却風を吹き付ける吹出口であり、
   前記冷却手段は、前記温度測定手段により測定された前記加圧ローラの表面温度に応じて、前記冷却部ごとに前記冷却風の吹出量を調節する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. 開閉可能な遮蔽手段をさらに備え、
   前記遮蔽手段は、前記温度測定手段により測定された前記加圧ローラの複数の部位の温度に応じて開閉し、前記冷却部からの前記冷却風の吹出量を変化させることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記遮蔽手段は、前記加圧ローラの両端部に対応した前記冷却部に配設されることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記冷却手段は、冷間時に前記加熱ローラの冷却を停止することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記加圧ローラの前記弾性層の厚みが、前記加圧ローラを構成する層のうち最も厚いことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記加圧ローラが、両端部に対して中央部の直径が小さいつづみ形状であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の定着装置。