JP2015064561A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
画像形成装置では、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより、未定着トナー画像が、画像転写方式もしくは直接方式により記録材シート・印刷紙・感光紙・静電記録紙などの記録材に形成される。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。
・ウォームアップ時間(電源投入時等に、定着装置が常温状態から印刷可能な所定の温度(リロード温度)まで昇温するのに要する時間)や、ファーストプリント時間(印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間)の短縮化が望まれている(課題1)。
図1に示す画像形成装置1は、カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、4つの作像部4Y,4M,4C,4Kが設けられている。各作像部4Y,4M,4C,4Kは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。
作像動作が開始されると、各作像部4Y,4M,4C,4Kにおける各感光体5が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体5の表面が帯電装置6によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体5の表面には、露光装置9からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体5の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体5に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体5上に形成された静電潜像に、各現像装置7によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化(可視像化)される。
図2に示すように、定着装置20は、回転可能な定着回転体としての定着ベルト21と、定着ベルト21に対向して回転可能に設けられた対向回転体としての加圧ローラ22と、定着ベルト21を加熱する加熱源としての1本のハロゲンヒータ23と、定着ベルト21の内側に配設されたニップ形成部材24と、ニップ形成部材24を支持する支持部材としてのステー25と、ハロゲンヒータ23から放射される光を定着ベルト21へ反射する反射部材26と、定着ベルト21の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ27と、定着ベルト21から用紙を分離する分離部材28と、加圧ローラ22を定着ベルト21へ加圧する図示しない加圧手段等を備えている。
具体的には、ハロゲンヒータ23によって定着ベルト21をニップ部N以外の箇所において直接加熱できるようにしている(直接加熱方式)。本実施形態では、ハロゲンヒータ23と定着ベルト21の図2の左側の部分の間に何も介在させないようにし、その部分においてハロゲンヒータ23からの輻射熱を定着ベルト21に直接与えるようにしている。
また、ニップ形成部材24のニップ出口側には突出部45が形成されている。突出部45は定着ベルト21を介して加圧ローラ22と接触しておらず、加圧ローラ22との接触により形成されたものではない。突出部45によって、ニップ部Nでの定着後の用紙Pを定着ベルト21から浮かすことができ、分離性が高められる。
この定着装置20では、定着ベルト21内には加熱源として2本のハロゲンヒータ23が備えられ、これにより定着ベルト21が内周側から輻射熱で直接加熱される。本実施形態でも、ニップ形成部材24のニップ出口側には突出部45が形成されている。突出部45は定着ベルト21を介して加圧ローラ22と接触しておらず、加圧ローラ22との接触により形成されたものではない。突出部45によって、ニップ部Nでの定着後の用紙Pを定着ベルト21から浮かすことができ、分離性が高められる。
図4は、従来の定着装置の概略側面断面図である。従来の定着装置では、ハロゲンヒータ23から定着ベルト21に与えられた熱は、主にニップ部Nにおいて定着ベルト外側と接触する用紙P、トナー、加圧ローラ22、また定着ベルト内側で接触するニップ形成部材24に伝達される。このとき、ニップ形成部材24には熱伝導率の低い樹脂が用いられており、伝熱量が少ないため、用紙Pやトナーへの伝熱が行われない非通紙部では連続通紙によって定着ベルトへ熱が蓄積される。そのため、定着ベルト21では、端部温度上昇は、ヒータの発光長Hより通紙幅の狭い用紙を連続通紙する際に非通紙部で生じる。
図6は、定着装置20の概略側面断面図である。従来の定着装置では、定着ベルト21に基材である樹脂で形成されるニップ形成部材24が当接し、ニップ形成部材24は表面に低摩擦シートを有する。これに対して、本実施形態では、定着ベルト21の非通紙部に過剰に蓄積する熱を吸熱し、長手方向へ熱を移動させるため、ニップ形成部材24は、基材51に加えて、基材より熱伝導率の大きい材料から成り長手方向に延在する均熱部材41を有する。第1熱伝導部材としての均熱部材41は基材51のニップ部側に設けている。また、本実施形態では、定着ベルト21からの吸熱効果を高めるためにニップ形成部材表面に低摩擦シートを設けていない。ただし、均熱部材41が定着ベルト21から熱を吸収しすぎたり、定着ベルト21のトルクに難が生じたりする場合は、低摩擦シートを設けてもよい。均熱部材41で吸収された熱は、通紙により熱を奪われ、比較的低温となっている中央部、あるいは端部温度上昇が発生する端部側の低温側へと移動する。図6(b)の例では、均熱部材41と基材51は厚み方向に単純に重なっているだけであるが、図6(c)の例では、均熱部材41の用紙搬送方向の両端部は上方に延在しており、基材51を受容している。均熱部材41の内側に延在する基材51は均熱部材より内部方向へ熱が過剰に拡散して消費電力が悪化することを防ぐとともに、長手方向への熱移動を補助する。
図8(a)の例では、ニップ形成部材24の基材51のニップ部側に設けられた均熱部材41のニップ出口側に、下方に突出した突出部45が形成されている。このように突出部45を形成することで、ニップ部Nでの定着後の用紙Pを定着ベルト21から浮かすことができ、用紙分離性が高められる。また、ニップ形成部材24の周囲には低摩擦シート59が巻きつけられており、具体的には、低摩擦シート59は均熱部材41及び基材51を覆っている。
均熱部材41と樹脂層である基材51の間に隙間が生じる要因として、基材51の形状と、基材51と加圧ローラ22の押圧が挙げられる。基材51は内側にあるステー25により支持されており、ステー25の長手方向両端は固定されている。特に、加圧ローラ22が鼓形を有し、その長手方向中央部がくびれている場合、加圧ローラ22と基材51の押圧によって中央部でもニップが形成されるように、基材51の長手方向中央部はニップ部側に凸となるよう構成される。このとき、各部材の弾性率(剛性)を考慮しないと、均熱部材41と基材51の間に隙間が生じてしまう。
図11は、定着装置20の概略側面断面図である。本実施形態では、基材51より熱伝導率の大きい材料から成り長手方向に延在する第1熱伝導部材としての均熱部材41が、基材51のニップ部側に設けられている。また、基材51より熱伝導率の大きい材料から成り長手方向に延在する第3熱伝導部材としての吸熱部材42が、基材51より内側に配置され、基材51に当接している。さらに、図12(a)に示すように、基材51より熱伝導率の大きい材料から成り長手方向に部分的に延在する第2熱伝導部材としての吸熱部材43が、均熱部材41と吸熱部材42の間であって均熱部材41のニップ部と反対側に配置されている。特に、吸熱部材43は定着ベルト21の端部温度上昇(TA)の発生位置に対応して設けられる。よって、本例では、ニップ形成部材24は、基材51、均熱部材41、吸熱部材42及び吸熱部材43を有する。
図13は定着装置20の概略側面断面図、図14は定着装置内のニップ部構成と端部温度上昇を示す概略図、図15はニップ部構成の概略分解斜視図である。本実施形態では、基材51より熱伝導率の大きい材料から成り長手方向に延在する第1熱伝導部材としての均熱部材41を、基材51のニップ部側に設けている。また、基材51より熱伝導率の大きい材料から成り長手方向に延在する第3熱伝導部材としての吸熱部材42が、基材51より内側に配置され、基材51に当接している。さらに、図14、図15に示すように、基材51より熱伝導率の大きい材料から成り長手方向に部分的に延在する第2熱伝導部材としての吸熱部材43が、均熱部材41と吸熱部材42の間に配置されている。
材質 熱伝導率(W/mK)
カーボンナノチューブ 3000〜5500
グラファイトシート 700〜1750
銀 420
銅 398
アルミニウム 236
材質(耐熱性樹脂) 熱伝導率(W/mK)
PPS 0.2
PAI 0.29〜0.6
PEEK 0.26
PEK 0.29
LCP 0.38〜0.56
本実施形態では、前記した実施形態と同様の長手方向位置に、均熱部材41と吸熱部材42の間に吸熱部材43を設けているが、吸熱部材43は基材51に形成された凹部52に嵌めこまれている。よって、本例では、ニップ形成部材24は、基材51、均熱部材41、吸熱部材42及び吸熱部材43を有する。凹部52は基材51を貫通しておらず、凹部52の厚みは凹部が形成されていない基材51の部分の厚みより薄い。均熱部材41から吸熱部材43を介する吸熱部材42への熱移動量を調節するため、凹部52の厚みは適宜選択することができる。さらに、吸熱すべき熱量の大きさに応じて凹部52の通紙方向の幅も適宜選択することができる。吸熱すべき熱量が大きい場合には凹部52の通紙方向の幅を大きく、吸熱すべき熱量が小さい場合には凹部52の通紙方向の幅を小さくすればよい。吸熱部材43と基材51の上面は面一になっている。図示しないが、凹部52は基材51を貫通していて、凹部52の厚みは凹部が形成されていない基材51の部分の厚みと等しくてもよい。以上の構成により、端部温度TAを目標上限温度未満に抑制しつつ、定着ベルト21の温度落ち込みも低減し、消費電力の増大を防ぐことができる。
以下では主に、本実施形態の他の実施形態と異なる部分を説明する。先ず、均熱部材41の断面がU字状になるように均熱部材41の通紙方向両端部が上方に折り曲げられている。これにより、均熱部材41上に載置される基材51、樹脂層44、吸熱部材42、吸熱部材43を確実に受容することができる。また、均熱部材41の通紙方向両端部の上部は鋸歯状部56を有する。鋸歯状部56は長手方向に連続的に形成されておらず、鋸歯状部の無い平坦部が所要の間隔で形成されている。組み立てられたニップ形成部材24の周面に巻きつけられる摺動部材(低摩擦シート)は鋸歯状部56によって確実に保持され、定着ベルト21の回転に伴いずれにくくなる。平坦部は低摩擦シートを取り付けるためのジグ(不図示)が当接する箇所である。図示の例では、均熱部材41の通紙方向両端部の上部に鋸歯状部56が形成されているが、鋸歯状部56はニップ入口部(図中下方の端部)にのみ形成されてもよい。定着ベルト21はニップ入口部からニップ出口部に向かって回転するため、低摩擦シートがニップ入口部側でしっかり固定されていればニップ出口部は必ずしも鋸歯状部56で固定される必要がないからである。
21 定着ベルト(定着回転体)
22 加圧ローラ(対向回転体)
23 ハロゲンヒータ(加熱源)
24 ニップ形成部材
25 ステー(支持部材)
41 均熱部材(第1熱伝導部材)
45 突出部
51 基材
N ニップ部
P 用紙(記録媒体)
Claims (14)
- 定着回転体と、該定着回転体に対向して設けられた対向回転体と、該定着回転体を加熱する加熱源と、該定着回転体の内側に配設されたニップ形成部材と、該ニップ形成部材を支持する支持部材と、を備え、該定着回転体と該対向回転体で形成されるニップ部において記録媒体上の未定着画像を定着させる定着装置において、
該ニップ形成部材は、基材と、該基材の該ニップ部側に、該基材より大きい熱伝導率を有する第1熱伝導部材とを有し、
前記第1熱伝導部材のニップ出口側に、下方に突出した突出部が形成されていることを特徴とする定着装置。 - 前記第1熱伝導部材の弾性率が前記基材の弾性率より小さいことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記第1熱伝導部材は銅からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。
- 摺動部材を前記第1熱伝導部材のニップ部側に設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の定着装置。
- 前記第1熱伝導部材と前記摺動部材の間に弾性層を介在させたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の定着装置。
- 前記弾性層は熱伝導テープであることを特徴とする請求項5に記載の定着装置。
- 前記第1熱伝導部材と前記摺動部材の間に熱伝導グリースを塗布したことを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の定着装置。
- 前記第1熱伝導部材の厚さを9μm〜3mmとすることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の定着装置。
- 前記ニップ形成部材は、厚さ方向における熱伝導率が大きな高熱伝導部と熱伝導率が小さい低熱伝導部とを有しており、前記高熱伝導部は前記定着回転体の端部温度上昇の発生位置に対応していることを特徴とする請求項1〜8に記載の定着装置。
- 該ニップ形成部材は、基材と、該基材の該ニップ部側に、該基材より大きい熱伝導率を有する第1熱伝導部材とを有し、
前記基材より大きい熱伝導率を有する第2熱伝導部材が、前記高熱伝導部において、前記第1熱伝導部材の前記ニップ部と反対側に設けられることを特徴とする請求項9に記載の定着装置。 - 前記基材より大きい熱伝導率を有する第2熱伝導部材が、前記定着回転体の端部温度上昇の発生位置に対応して、前記第1熱伝導部材より内側に設けられることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の定着装置。
- 前記基材より大きい熱伝導率を有する第3熱伝導部材又は前記支持部材が、前記第2熱伝導部材に当接していることを特徴とする請求項11に記載の定着装置。
- 前記第3熱伝導部材又は前記支持部材及び前記第2熱伝導部材は金属部材からなることを特徴とする請求項12に記載の定着装置。
- 請求項1〜13のいずれか一項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
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