JP2014215353A - 定着装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、立ち上がり時間を短縮した定着装置であっても、定着動作時には定着ローラ等から熱エネルギーが外部へ放出されているため、エネルギーロスをさらに低減することが望まれている。
前記蓄熱壁は、前記定着ローラから放出された熱を蓄熱可能であると共に、前記定着ローラに向けて放熱可能に構成された定着装置が提供される。
(画像形成装置について)
図1は本発明の定着装置を備えた画像形成装置の実施形態1を示す構成図である。
図1に示された画像形成装置100は、4つの画像形成ユニットK、C、M、Yと、中間転写ベルトユニット8と、定着装置12と、記録用紙搬送路Sと、給紙トレイ10と、排紙トレイ15と、図示しない制御部とを備え、外部から伝達された画像データに応じて、所定の記録用紙に対して多色または単色の画像を形成する。
感光体ドラム3は、画像形成装置100の上部に配設されている。
帯電器5は、感光体ドラム3の表面を所定の電位に均一に帯電させるための帯電手段であり、ここではローラ型の帯電器が用いられている。ただし、帯電器5として、ブラシ型の帯電器や、チャージャー型の帯電器を用いてもよい。
現像器2は、感光体ドラム3上に形成された静電潜像をトナーにより顕像化する。
クリーナユニット4は、トナー画像の転写後における感光体ドラム3上の表面に残留したトナーを除去し回収する。
中間転写ベルト7は、中間転写ベルト駆動ローラ71、中間転写ベルトテンションローラ、中間転写ローラ6および中間転写ベルト従動ローラ72に張架され、図1の矢印B方向に回転駆動される。
中間転写ベルト7は、厚さ100μm〜150μm程度のフィルムを用いて無端状に形成されており、各感光体ドラム3に接触するように設けられている。また、中間転写ベルト7は、その表面に多色トナー像を担持する機能を有しており、各色のトナー像が各感光体ドラム3から順次転写される。
中間転写ローラ6は、直径8〜10mmの金属軸(例えば、ステンレス製)をベースとし、その表面は、導電性弾性材(例えば、EPDM、発泡ウレタン等)により覆われているローラである。この導電性弾性材は、中間転写ベルト7に対して均一に高電圧を印加するために用いられている。また、本実施の形態では、転写電極としてローラ形状を使用しているが、それ以外にブラシなどを用いてもよい。
各感光体3上で各色相に応じて形成されたトナー像(現像剤像)は中間転写ベルト7で積層される。続いて、積層されたトナー像は、中間転写ベルト7の回転によって記録用紙と中間転写ベルト7の接触位置に導かれ、転写ローラ11に印加される転写バイアスによって記録用紙上に転写される。なお、転写バイアスは、トナーの帯電極性とは逆極性の正極性である。
転写ローラ11によって記録用紙上に転写が行われず中間転写ベルト7上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるため、中間転写ベルトクリーニングユニット9によって除去・回収される。
中間転写ベルトクリーニングユニット9には、中間転写ベルト7に接触するクリーニングブレードが備えられている。なお、クリーニングブレードが接触する中間転写ベルト7は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ72で支持されている。
画像形成装置100の側面に配設される手差しトレイ17は、給紙トレイ10内の記録用紙以外の記録用紙に印刷したい場合に用いられる。
本画像形成装置100の上部に設けられている排紙トレイ15は、印刷済みの記録用紙をフェイスダウンで載置するためのトレイである。
本画像形成装置100には、給紙トレイ10の記録用紙を転写ローラ11や定着装置12を経由させて排紙トレイ15に送るための、略垂直方向に延びる記録用紙搬送路Sが形成されている。
ピックアップローラ16aは、給紙トレイ10の端部に備えられ、給紙トレイ10から記録用紙を1枚ずつ記録用紙搬送路Sに供給する呼び込みローラである。
レジストローラ16bは、記録用紙搬送路Sを搬送されている記録用紙を一旦保持し、感光体ドラム3上のトナー像の先端と記録用紙の先端を合わせるタイミングで記録用紙を転写ローラ11と中間転写ベルト駆動ローラ71との間に搬送する。
図2は図1の画像形成装置に備えられた本発明の定着装置の実施形態1を示す正面から視た断面図であり、図3は実施形態1の定着装置におけるケーシングおよび蓄熱壁を上方から視た断面図である。
以下、定着装置12の各構成要素について説明する。
ケーシング124の構成材料としては、定着ローラ121、加圧ローラ122、蓄熱壁123等を支持できる強度と、ある程度の耐熱性を有し、さらには低い熱伝導性を有している材料が好ましく、例えば、ガラス繊維、鉱物粉末、難燃剤を含むPET(ポリエチレンテレフタレート)が好適である。
図2に示すように、定着ローラ121は、例えば、円筒状または円柱状の芯金121aと、芯金121aの外周面を覆う表面層121cとを含むローラ状部材であり、実施形態1のように、芯金121aと表面層121cとの間に弾性体層121bがさらに設けられていてもよい。
また、定着ローラ121の内部にはヒータ126が挿通されると共に、定着ローラ121の表面温度を検出する温度センサ127がケーシング124に取り付けられている。
温度センサ127としては、特に限定されず、接触式でも非接触式でもよく、実施形態1ではサーミスタが用いられている。
芯金122a、弾性体層122bおよび表面層122cを形成する材料は、定着ローラ121の芯金121a、弾性体層121bおよび表面層121cを形成する材料と同じものを使用できる。また、加圧ローラ122の芯金122aの形状も定着ローラ121の芯金121aと同じにすることができる。
顕熱蓄熱材としては、セラミック、金属等が挙げられる。
潜熱蓄熱材としては、酢酸ナトリウム水和物、塩化カルシウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、チオ硫酸ナトリウム水和物といった無機塩水和物、エリスリトール、マンニトール、ガラクチトールといった糖アルコール、ノルマルパラフィン、有機酸等が挙げられる。
化学蓄熱材としては、酸化マグネシウムの水和反応を利用した化学蓄熱材が挙げられる。
これらの中でも、単一の材料を用いる場合は、蓄熱密度が比較的高く、発熱温度も高く、過冷却状態を取ることができる潜熱蓄熱材が好ましく、特に、エリスリトールが好ましい。
図4に示すように、温度センサ127であるサーミスタが検知する温度が設定温度以下になった時、あるいは定着動作開始時、あるいはその両方の時に、制御部の制御によりヒータ125bに電力を供給して作動させ、それによりバイメタル125aを加熱して曲げることにより、液状過冷却状態の潜熱蓄熱材層123a1に刺激を与えて凝固させ、それにより凝固熱を取り出すことができる。
図5に示すように、温度センサ127であるサーミスタが検知する温度が設定温度以下になった時、あるいは定着動作開始時、あるいはその両方の時に、制御部の制御により圧電素子に電力を供給して作動させて金属片を振動させることにより、液状過冷却状態の潜熱蓄熱材層123a1に刺激を与えて凝固させ、それにより凝固熱を取り出すことができる。
図6は実施形態2におけるケーシングおよび蓄熱壁の正面から視た断面図である。なお、図6において、図2および図3中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
図2および図3で説明した実施形態1では、蓄熱壁123の蓄熱材層123aが1つの潜熱蓄熱材層123a1からなる場合を例示したが、実施形態2では、潜熱蓄熱材層が、温度が異なる潜熱を蓄熱可能な複数の潜熱蓄熱材層からなる場合を例示している。
このようにすれば、温度が異なる潜熱を複数の潜熱蓄熱材層にて蓄熱することができるため、広い温度範囲の熱を蓄熱に利用することが可能となる。なお、実施形態2において、その他の構成は実施形態1と概ね同様である。
このとき、第1および第2潜熱蓄熱材層123a1、123a2が無い場合と比べて、刺激付与部125の作動開始時の定着ローラ表面温度は実施形態2の方が高いため、短時間で定着ローラ表面温度を設定温度まで上昇させることができる。つまり、定着動作の立ち上がり時間が短縮し、かつ消費する熱エネルギーが低減する。
図8は実施形態3におけるケーシングおよび蓄熱壁の正面から視た断面図である。なお、図3において、図2および図3中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態3の定着装置は、蓄熱材層123aの外面側に配置される断熱材層130をさらに備えている。実施形態3におけるその他の構成は、実施形態1と同様である。
本発明の定着装置は、加熱される定着ローラと、前記定着ローラとニップ部を形成するように前記定着ローラと対向する位置に配置された加圧ローラと、少なくとも前記定着ローラの周囲に配置された蓄熱壁とを備え、未定着トナー像を有する記録用紙が、加熱された前記定着ローラと前記加圧ローラとの間の前記ニップ部に搬送されることにより、未定着トナー像を記録用紙に定着させるよう構成され、
前記蓄熱壁は、前記定着ローラから放出された熱を蓄熱可能であると共に、前記定着ローラに向けて放熱可能に構成される。
(1)前記蓄熱壁が、蓄熱材層と、この蓄熱材層を被覆する被覆体とを有してもよい。
この場合、蓄熱材を被覆体にて被覆(収容)することによって蓄熱材層を形成しかつ保持することができる。また、このようにすれば、厚みを薄くしながら広い面積の蓄熱材層を形成することができるため、蓄熱および放熱を効率よく行うことができる。
このようにすれば、蓄熱密度を大きくすることができるため、効率のよい蓄熱を行うことができる。
このようにすれば、温度が異なる潜熱を複数の潜熱蓄熱材層にて蓄熱することができるため、広い温度範囲の熱を蓄熱に利用することが可能となる。
前記第1潜熱蓄熱材層は前記定着ローラ側に配置され、前記第2潜熱蓄熱材層は前記定着ローラと反対側に配置されてもよい。
このようにすれば、定着時の高温を第1潜熱蓄熱材層にて蓄熱し、中温の熱を第2潜熱蓄熱材層にて蓄熱することができるため、高効率な蓄熱が可能であると共に、定着時の立ち上げ時間をより短縮することが可能となる。
このようにすれば、蓄熱材層が蓄えた熱が定着ローラと反対側へ逃げるのを断熱材層にて抑制することができるため、省エネルギー性能がさらに向上すると共に、定着時の立ち上がり時間がより短縮する。
このようにすれば、刺激付与部にて液状過冷却状態の潜熱蓄熱材層に刺激を与えることにより、潜熱蓄熱材層の状態が過冷却から凝固に変化し、この際に潜熱蓄熱材層から凝固熱が外部へ放出される。よって、刺激付与部を操作することで潜熱蓄熱材層が蓄えた熱を、定着ローラを加熱するタイミングで取り出すことができる。この結果、省エネルギー性能がより一層向上すると共に、定着時の立ち上がり時間をより短縮することができる。
この場合、例えば、温度センサが検知する温度が設定温度以下になった時、あるいは制御部の制御により圧電素子に電力を供給して作動させて金属片を振動させることにより、定着動作開始時、あるいはその両方の時に、制御部の制御によりヒータに電力を供給して作動させ、それにより刺激付与部であるバイメタルを加熱して曲げることにより、または、制御部の制御により圧電素子に電力を供給して作動させて金属片を振動させることにより、液状過冷却状態の潜熱蓄熱材層に刺激を与えて凝固させ、それにより凝固熱を取り出すことができる。
このようにすれば、定着ローラから加熱ローラ側へ放出した熱も蓄熱壁にて蓄熱することができるため、省エネルギー性能がより一層向上すると共に、定着時の立ち上がり時間をより短縮することができる。
2、2a〜2d 現像器
3、3a〜3d 感光体ドラム
5、5a〜5d 帯電器
8 中間転写ベルトユニット
12 定着装置
121 定着ローラ
122 加圧ローラ
123、223、蓄熱壁
123a 蓄熱材層
123a1 潜熱蓄熱材層
123b、223b1、223b2 被覆体
223a1 第1潜熱蓄熱材層
223a2 第2潜熱蓄熱材層
N ニップ部
P 記録用紙
T 未定着トナー
Claims (5)
- 加熱される定着ローラと、前記定着ローラとニップ部を形成するように前記定着ローラと対向する位置に配置された加圧ローラと、少なくとも前記定着ローラの周囲に配置された蓄熱壁とを備え、未定着トナー像を有する記録用紙が、加熱された前記定着ローラと前記加圧ローラとの間の前記ニップ部に搬送されることにより、未定着トナー像を記録用紙に定着させるよう構成され、
前記蓄熱壁は、前記定着ローラから放出された熱を蓄熱可能であると共に、前記定着ローラに向けて放熱可能に構成されたことを特徴とする定着装置。 - 前記蓄熱壁が、蓄熱材層と、この蓄熱材層を被覆する被覆体とを有する請求項1に記載の定着装置。
- 前記蓄熱材層が、潜熱を蓄熱する潜熱蓄熱材層を有する請求項2に記載の定着装置。
- 前記潜熱蓄熱材層が、温度が異なる潜熱を蓄熱可能な複数の潜熱蓄熱材層からなる請求項3に記載の定着装置。
- 表面に静電潜像が形成される感光体ドラムと、該感光体ドラムの表面を帯電させる帯電装置と、前記感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体ドラムの表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置と、前記感光体ドラムの表面のトナー像を記録用紙に転写する転写装置と、記録用紙に転写された未定着トナー像を記録用紙に定着させる請求項1〜4のいずれか1つに記載の定着装置とを備えた画像形成装置。
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