JP2014224886A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧部材の冷却手段を構成する送風機の性能にかかわらず、加圧部材に対して均一に冷却風を吹き付けることができ、加圧部材の外径寸法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】定着部材と、加圧部材４と、加圧部材４を冷却する冷却手段と、加圧部材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、前記定着部材と加圧部材４との間に形成されるニップ部に記録媒体を通過させて未定着トナー像を定着させる定着装置において、前記冷却手段は、加圧部材４の長手方向に複数配置された送風機６、及び送風機６から送出された冷却風の流路が内部に画成された送風ダクト５からなり、送風機６からの送風量が、温度測定手段７により測定された加圧部材４の表面温度に応じて調整されるとともに、送風ダクト５の吹出口５０の開口面積が、送風機と６の接続部６０の開口面積よりも小さいことを特徴とする定着装置。【選択図】図４

Description

本発明は、定着装置に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ、またはそれらの複合機等の画像形成装置として、電子写真方式を利用した画像形成装置が種々考案されており公知技術となっている。その画像形成プロセスは、像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録媒体（用紙、記録紙、シート、記録材ともいう）に転写して画像を担持させ、圧力や熱等を用いる定着装置によって記録媒体上のトナー画像を定着する過程により成立している。

定着装置としては、様々な方式のものが提案されており、例えば、所定の温度に維持された定着ローラ（定着部材）と、定着ローラに圧接する加圧ローラ（加圧部材）とを備え、加圧ローラと定着ローラとの圧接によって形成された定着ニップ部（ニップ部）により、未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持搬送しつつ加熱し、定着させるローラ定着方式が知られている。
また、加圧ローラ（加圧部材）に対向配置される定着ローラと、定着ローラと加熱ローラとの間に張架される無端状の定着ベルト（定着部材）とを備え、加圧ローラと定着ベルトとの圧接によって形成されたニップ部にて、定着ベルトを介して加熱ローラの熱を記録媒体に与えることで、未定着トナー像を記録媒体に加圧し、定着させるベルト定着方式が知られている。

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。

加圧ローラなど熱による影響を受ける部材を冷却する手段として、送風機と、該送風機から送出された冷却風を導く送風ダクトからなり、冷却対象に向けて冷却風を吹き出付けて冷却する手段が知られている。また、このような送風機と送風ダクトからなる機構としては、記録媒体の剥離手段として用いられるものも知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許文献１には、ニップ部の用紙出口近傍に向けて開口した吐出口を備えた送風ダクトと、該送風ダクトを介し用紙出口近傍へ空気を吐出する送風手段とを備え、用紙の搬送路とは隔壁部材で隔離して形成された排気流路を有する定着装置において、送風機（ファン）を４つ用いた態様が図５などに記載されている。

特許文献２には、定着装置において、トナー像が形成された用紙をニップ部に通過させてトナー像を用紙に定着させる定着部と、気流を生成する気流生成部とを備え、用紙がニップ部を通過するときは気流を分離位置に向けて供給し、用紙がニップ部を通過した後は加圧部材に前記気流を供給する定着装置が記載されている。ファンにより生成された気流を切り替える流路を有し、流路を切り替えることにより用紙分離用の気流を加圧部材の冷却に使用し、加圧部材を効率よく適正に冷却できることが記載されている。

定着装置内の送風機としては、省スペースの観点から扁平形状のものが求められており、例えば、扁平状のハウジングに収納されたブロアファンの回転によって空気の流れを発生させ、送風するものが用いられる。ブロアファンの回転によって発生した空気の流れは、ブロアファンの回転方向に巻き込む方向になるため、送風量が吹出口の右側と左側とで異なり、左右不均一になってしまう。

特に、加圧ローラの冷却手段として送風機を用いた場合には、単一の送風機であっても、複数の送風機を配置した構成であっても、送風ダクトを介して吹出口から吹き付けられる冷却風は吹出口の部位によりバラつきを生じることとなり、加圧ローラを均一に冷却できず、寸法の不均一な変化を招くという問題がある。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、加圧部材の冷却手段を構成する送風機の性能にかかわらず、加圧部材に対して均一に冷却風を吹き付けることができ、加圧部材の外径寸法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、定着部材と、前記定着部材の少なくとも一部を押圧可能に配置され、外周に弾性層を有する加圧部材と、前記加圧部材を冷却する冷却手段と、前記加圧部材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、前記定着部材と前記加圧部材との間に形成されるニップ部に記録媒体を通過させ、該記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着装置において、前記冷却手段は、前記加圧部材の長手方向に複数配置された送風機、及び該送風機から送出された冷却風の流路が内部に画成された送風ダクトからなり、前記送風機からの送風量が、前記温度測定手段により測定された前記加圧部材の表面温度に応じて調整されるとともに、前記送風ダクトの吹出口の開口面積が、前記送風機との接続部の開口面積よりも小さい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、加圧部材の冷却手段を構成する送風機の性能にかかわらず、加圧部材に対して均一に冷却風を吹き付けることができ、加圧部材の外径寸法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。 本実施形態の定着装置の冷却手段の一例を示す斜視図である。 整風部材による冷却風の分割を説明する模式図である。 冷却風の均一化機構の有無による風速の違いを示したグラフである。 冷却風均一化機構の有無による加圧ローラ外径の寸法変化（Ａ）、及び寸法変化率（Ｂ）を示したグラフである。 従来の定着装置の冷却手段の一例を示す斜視図である。

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。

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。
本実施形態の定着装置は、定着部材と、前記定着部材の少なくとも一部を押圧可能に配置され、外周に弾性層を有する加圧部材４と、加圧部材４を冷却する冷却手段と、加圧部材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、前記定着部材と加圧部材４との間に形成されるニップ部に記録媒体８を通過させ、記録媒体８上の未定着トナー像を定着させる。
前記冷却手段は、加圧部材４の長手方向に複数配置された送風機６、及び送風機６から送出された冷却風の流路が内部に画成された送風ダクト５からなり、送風機６からの送風量が、温度測定手段７により測定された加圧部材４の表面温度に応じて調整されるとともに、送風ダクト５の吹出口５０の開口面積が、送風機と６の接続部６０の開口面積よりも小さい。

図１に示すように、前記定着部材は、加熱手段（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を備える。図１は、定着ベルト２と加圧部材（加圧ローラ）４との間に記録媒体８を通過させ、記録媒体８上の画像を加熱定着させる態様を示しているが、定着ローラ３が加熱手段を内蔵し、定着ローラ３が発熱する態様であってもよい。
加熱ローラ１は、内部にハロゲンヒータやカーボンヒータ等のヒータを備えたものであっても良く、また誘導加熱手段を内蔵し、励磁／消磁コイルにより発生した磁界が加熱ローラ１の表面層である発熱層を誘導加熱するものであってもよい。

前記冷却手段は、加圧ローラ４の長手方向（軸方向）に複数配置された送風機（以下、「冷却ブロア」ともいう）６、及び送風機６から送出された冷却風の流路が内部に画成された送風ダクト５からなり、送風機６からの送風量が温度測定手段７により測定された加圧ローラ４の表面温度に応じて調整されるとともに、送風ダクト５の吹出口５０の開口面積が、送風機６との接続部６０の開口面積よりも小さい。

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（フロント及びリヤ）と中央部（センター）の最小径との差を、「つづみ量」という。

図４に、本実施形態の定着装置における冷却手段の構成を示す斜視図を示す。
図４に示すように、加圧ローラ４を冷却するための前記冷却手段は、複数の送風機６（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）と、送風ダクト５とからなる。

送風ダクト５は、送風機６から送出された冷却風の流路が内部に画成されている。仕切板９により各送風機（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）ごとの流路を画成されており、冷却が必要な部分に冷却風を吹き付けることができる。

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、各送風機６（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）からの送風量が調節される。

冷却風は、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必要とされる風量も異なるため、送風機６からの送風量は適宜調節が必要となる。調節の方法としては、例えば、送風機６の吹出口または送風ダクト５の内部などにセンサを設け、該センサにより冷却風の温度や湿度を測定した結果に応じて調節する方法が挙げられる。

送風ダクト５は、仕切板９により画成された流路の吹出口５０の開口面積が、対応する送風機６との接続部６０の開口面積よりも小さくなっている。このように先端が絞られた形状とすることにより、吹き出される冷却風の均一化がはかられる。
送風ダクト５の吹出口５０の開口面積は、送風機６との接続部６０の開口面積の５０％以下であることが好ましい。下限値は冷却に必要な冷却風量が確保できる範囲であれば限定されないが、１０％程度である。

送風ダクト５の内部には、さらに、送風機６から送出された冷却風を分割する整風部材１３が設けられている。整風部材１３は、送風ダクト５の吹出口５０からの冷却風の風量が加圧ローラ４の長手方向において略均一となるように配置される。
整風部材１３は、固定されていても、可動式の部材であってもよい。

整風部材１３による冷却風の分割について、図５により説明する。
図５（Ａ）に示すように、送風機６内のブロアファンの回転によって発生した空気の流れは、ブロアファンの回転方向によって吹出口の右側と左側とで異なり、矢印で示す冷却風の風量が左右不均一となる。図４に示すように配置された冷却手段において、加圧ローラ４の回転軸方向の左側の風量が大きく、右側の風量が小さくなっている。

冷却風の風量は、送風機６から送出された冷却風の風速と流路の断面積の積で求められるため、例えば、図５（Ｂ）に示すように風速に応じた断面積の流路を整風部材１３により画成することで、画成された吹出口（５１ａ、５１ｂ及び５１ｃ）からの冷却風の風量が加圧ローラ４の長手方向において略均一となるように調節することができる。

なお、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、温度測定手段７（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４への冷却風の吹き付けを行わない。

〔実施例〕
前記冷却手段における冷却風均一化機構の有無による風速の違いを図６に示す。
図６は、３つの送風機６（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）を備える冷却手段により加圧ローラ４の冷却を行った例であり、フロント、センター及びリヤ（図３参照）に対応する６点における風速を測定したものである。
前記冷却風均一化機構を備える本実施形態の定着装置において測定された結果を「□」、前記冷却風均一化機構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。

なお、前記冷却風均一化機構を有する態様とは、例えば図４に示すように送風ダクト５の吹出口５０の開口面積が送風機６との接続部の開口面積よりも小さくなるように絞られており、かつ送風ダクト５内部に整風部材１３を備え、流路が画成されている態様である。
一方、前記冷却風均一化機構が無い態様とは、例えば図８に示すように送風ダクト５の吹出口５０が絞られておらず、整風部材１３が設けられていない態様である。

図６に示すように、冷却風均一化機構を有する本実施形態の定着装置では、加圧ローラ４の冷却を行うために吹き出される冷却風は、フロント、センター及びリヤのいずれの位置でも風速にばらつきがなく、均一に吹き付けられていることがわかる。
一方、冷却風均一化機構の無い従来の定着装置では、送風機に対応した送風ダクトごとに吹出口の左右で冷却風の風速が異なり、不均一に吹き付けられていることがわかる。

前記冷却手段における冷却風均一化機構の有無による加圧ローラ４の外径の寸法変化量及び寸法変化率の違いを図７（Ａ）及び図７（Ｂ）にそれぞれ示す。

図７（Ａ）は、定着装置を備える画像形成装置において、連続印刷を実行して定着装置内の温度が上昇し、熱膨張により外径が太くなった加圧ローラに対し冷却を行った際の寸法を測定したものであり、３つの送風機６（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）を備える冷却手段により加圧ローラ４の冷却を行った例であり、フロント、センター及びリヤ（図３参照）に対応する６点の外径の寸法を測定したものである。
前記冷却風均一化機構を備える本実施形態の定着装置（図４）において測定された結果を「□」、前記冷却風均一化機構を備えない従来の定着装置（図８）において測定された結果を「◆」で表している。また、冷間時の測定結果をあわせて「●」で表している。

図７（Ａ）に示すように、冷却風均一化機構を有する本実施形態の定着装置では、加圧ローラ４の外径寸法は、フロント、センター及びリヤの部位による変化量にばらつきがなく、均一な冷却により冷間時のつづみ量が維持されていることがわかる。
一方、冷却風均一化機構の無い従来の定着装置では、加圧ローラ４の外径寸法の変化量にばらつきがみられ、冷間時のつづみ量が維持されていないことがわかる。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の加圧ローラ外径寸法の変化量から求めた変化率を示したもので、下記式により求めた値を示している。
（外径寸法変化率）＝〔（熱膨張時の寸法−冷間時の寸法）／（冷間時の寸法）〕×１００（％）
前記冷却風均一化機構を備える本実施形態の定着装置の結果を「□」、前記冷却風均一化機構を備えない従来の定着装置の結果を「◆」で表している。

図７（Ｂ）に示すように、冷却風均一化機構を有する本実施形態の定着装置では、加圧ローラ４の外径寸法変化率は、フロント、センター及びリヤの部位によるばらつきが極めて小さいことがわかる。なお、算出された標準偏差の値は７．０８×１０^−４であった。
一方、冷却風均一化機構の無い従来の定着装置では、本実施形態の定着装置と比較して、フロント、センター及びリヤの各部位の左右で加圧ローラ４の外径寸法変化率にばらつきがみられることがわかる。算出された標準偏差の値は１４．５５×１０^−４であった。

以上のように、本発明の定着装置は、加圧ローラの冷却手段を構成する送風機からの送風量が位置により異なる場合であっても、加圧ローラに対して均一に冷却風を吹き付けることができ、加圧ローラの外径寸法の不均一な変化を抑制することができる。加圧ローラの冷却による外径変化を均一に維持することができるため、つづみ形状の加圧ローラにおいてもつづみ量を維持することができる。

なお、上記実施形態では、ベルト定着方式の定着装置を例に説明したが、定着装置の方式は、これに限られるものではなく、例えば、加圧ローラと加熱ローラ（定着ローラ）との圧接によってニップ部を形成するローラ定着方式や、ベルト部材である定着ベルトに替えて定着ローラと加熱ローラに張架されたフィルム部材を用いたフィルム定着方式などの他の定着方式の定着装置に適用したものであっても良い。

１ 加熱部材
２ 定着ベルト
３ 定着ローラ
４ 加圧部材（加圧ローラ）
５ 送風ダクト
６ 送風機（送風ブロア）
７ 温度測定手段（温度センサ）
８ 記録媒体
９ 仕切板
１０ 弾性層
１１ 芯金
１３ 整風部材
５０ 吹出口
６０ 接続部

特開２０１１−１９１３７３号公報 特開２０１３−０４７７０８号公報

Claims (6)

1. 定着部材と、前記定着部材の少なくとも一部を押圧可能に配置され、外周に弾性層を有する加圧部材と、前記加圧部材を冷却する冷却手段と、前記加圧部材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、前記定着部材と前記加圧部材との間に形成されるニップ部に記録媒体を通過させ、該記録媒体上の未定着トナー像を定着させる定着装置において、
   前記冷却手段は、前記加圧部材の長手方向に複数配置された送風機、及び該送風機から送出された冷却風の流路が内部に画成された送風ダクトからなり、
   前記送風機からの送風量が、前記温度測定手段により測定された前記加圧部材の表面温度に応じて調整されるとともに、前記送風ダクトの吹出口の開口面積が、前記送風機との接続部の開口面積よりも小さいことを特徴とする定着装置。
2. 前記送風ダクトの吹出口の開口面積が、前記送風機との接続部の開口面積の５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記送風ダクトは、前記送風機ごとの流路を画成する仕切板と、前記送風機から送出された冷却風を分割する整風部材を備え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. 前記整風部材は、前記送風ダクトの吹出口からの冷却風の風量が前記加圧部材の幅方向において略均一となるように配置されることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記加圧部材の前記弾性層の厚みが、前記加圧部材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４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記加圧部材が、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５のいずれかに記載の定着装置。