JP2015176027A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファーストプリントタイムが長くなることを防ぎつつ、定着スリーブの変形を防止することができる定着装置を提供すること。
【解決手段】定着スリーブ２に与えられる熱エネルギーが所定値以上となった場合に送風手段８が定着スリーブ２に向けて送風することで、定着スリーブ２の被加熱部２Ａを冷却することができ、温度差による変形を防止することができる。また、定着スリーブ２の中心を通るように軸方向に沿って送風することにより、被加熱部２Ａから他の部分へ熱伝達され、定着スリーブ２の周方向の温度を均等化することができる。従って、定着スリーブ２全体の昇温速度の低下を抑制することができ、ファーストプリントタイムが長くなることを防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、加圧ローラと、該加圧ローラに対向して設けられる定着スリーブと、該定着スリーブを加熱する加熱手段と、を備えた定着装置、及び、該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

プリンタ・複写機・ファクシミリなどの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化・高速化についての市場要求が強くなってきている。

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、画像転写方式や直接方式を用いて未定着トナー画像が記録材シート・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記録材に定着させるための定着装置として、定着ベルトとして無端ベルト状の定着スリーブを用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された従来の定着装置では、定着スリーブの内部に加熱手段を備えた金属熱伝導体が設けられるとともに、定着スリーブが対向して設けられた加圧ローラに従動して回転する。このような構成により、定着スリーブ全体を温めることができ、ファーストプリントタイムを短縮するとともに高速回転時の熱量不足を解消することができる。

さらに、金属熱伝導体を介して定着スリーブを間接的に加熱する構成から、定着スリーブを直接加熱する構成に変更することで、ファーストプリントタイムを短縮することができる。

しかしながら、このような構成の定着装置では、定着スリーブ全体を均等に加熱することは困難であり、加熱される部分とその周辺部との間に温度差が生じると、熱応力によって変形してしまう可能性がある。一方、加熱される部分の昇温速度を定着スリーブ内の熱伝導速度に対して低く設定すれば、温度差を抑制することができるもののファーストプリントタイムが長くなってしてしまう。

本発明は、ファーストプリントタイムが長くなることを防ぎつつ、定着スリーブの変形を防止することができる定着装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、上記課題を解決するために、加圧ローラと、該加圧ローラに対向して設けられる定着スリーブと、該定着スリーブを加熱する加熱手段と、を備えた定着装置であって、前記加熱手段によって前記定着スリーブに与えられる熱エネルギーを測定するエネルギー測定手段と、前記定着スリーブの中心を通るように軸方向に沿って送風可能な送風手段と、前記エネルギー測定手段によって測定された熱エネルギーが所定値以上となった場合に、前記定着スリーブに向けて送風するように前記送風手段を制御する制御手段と、を有して構成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、定着スリーブに与えられる熱エネルギーが所定値以上となった場合に送風手段が定着スリーブに向けて送風することで、定着スリーブを冷却し、局所的に高温となって変形することを防止することができる。また、定着スリーブの中心を通るように軸方向に沿って送風することにより、定着スリーブのうち加熱される部分から他の部分へ熱伝達され、定着スリーブの周方向の温度を均等化することができる。従って、定着スリーブ全体の昇温速度の低下を抑制することができ、ファーストプリントタイムが長くなることを防止することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置に設けられた定着装置を示す側面図である。 前記定着装置を示す斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 前記画像形成装置の概略を示す側面図である。 本発明の変形例の定着装置を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜３は、それぞれ、本発明の実施形態の定着装置１を示す側面図、斜視図、及び、断面図である。

定着装置１は、加圧ローラ４と、加圧ローラ４に対向して設けられる定着スリーブ２と、定着スリーブ２を加熱する加熱手段３（図１の例ではハロゲンヒータ）と、加熱手段３によって定着スリーブ２に与えられる熱エネルギーを測定する図示しないエネルギー測定手段と、定着スリーブ２の軸方向に沿って送風可能な送風手段８と、送風手段８を制御する図示しない制御手段と、定着スリーブ２の回転数を測定する図示しない回転数測定手段と、定着スリーブ２の両端部に設けられる導風部材９と、を備える。

定着スリーブ２内には、ニップ部Ｎを形成するニップ形成部材５が設けられ、定着スリーブ２内面と直接（もしくは、図示しない摺動シートを介して間接的に）摺動するようになっている。図１ではニップ部Ｎの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状であっても良い。（ニップ部の形状は凹形状の方が、記録紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。）

定着スリーブ２はニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト状（もしくはフィルム）のものとする。ベルトの表層はＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。ベルトの基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

定着スリーブ２の内部にはニップ形成部材５を支持するための支持部材６（ステー）が設けられ、加圧ローラ４により圧力を受けるニップ形成部材５の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようになっている。

また、定着装置１は、加熱手段３と支持部材６との間に反射部材６Ａを備え、加熱手段３からの輻射熱などにより支持部材６が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費が抑制されている。ここで反射部材６Ａを備える代わりに支持部材６表面に断熱もしくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることが可能となる。

加熱手段３は、定着スリーブ２のうち対向する部分を被加熱部２Ａとして加熱する。加熱手段は、図示したハロゲンヒータでも良いが、ＩＨであっても良いし、抵抗発熱体やカーボンヒータ等であっても良い。

加圧ローラ４は、芯金４Ａの外側に弾性ゴム層４Ｂが設けられており、離型性を得るために弾性ゴム層４Ｂの表面に図示しない離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）が設けられている。加圧ローラ４は、図４に示す画像形成装置１００に設けられたモータなどの図示しない駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ４は、スプリングなどにより定着スリーブ２側に押し付けられており、弾性ゴム層４Ｂが押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。

加圧ローラは、中空のローラであっても良く、ハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層は、ソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ内部にヒータが無い場合には、スポンジゴムが用いられていても良い。スポンジゴムを用いた方が、断熱性が高まり定着スリーブの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。

定着スリーブ２は加圧ローラ４により連れ回り回転する。図１の場合は加圧ローラ４が駆動源により回転し、ニップ部Ｎでベルトに駆動力が伝達されることにより定着スリーブ２が回転する。定着スリーブ２は、ニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、ニップ部Ｎ以外では両端部に保持部材７が挿入されてガイドされ、走行する。

エネルギー測定手段及び制御手段は、例えば画像形成装置１００のＣＰＵに設けられる。制御手段は、加圧ローラ４の回転を制御可能に設けられている。

画像形成装置１００は、加熱手段３を駆動する電力と、定着スリーブ２に与えられる熱エネルギーと、の関係を記憶した記憶手段（例えばＲＯＭ）を備え、エネルギー測定手段は、この関係に基づいて定着スリーブ２に与えられる熱エネルギーを測定する。

回転数測定手段は、定着スリーブ２の単位時間当たりの実際の回転数を測定するものであって、例えば、定着スリーブ２にマーカが設けられて光学的に測定してもよいし、磁性部材が設けられて磁気的に測定してもよい。

送風手段８は、図２に示すように定着装置１の軸方向の一端側（右側）に設けられ、定着スリーブ２と同軸上に回転軸を有し、定着スリーブ２の中心を通るように送風するファンである。送風手段８は、図３に示すように、定着スリーブ２の一端側に送風口を備えて他端側（左側）に向けて送風することで、周方向において定着スリーブ２に温度差が生じることを防止することができる。さらに、送風手段８は、被加熱部２Ａに向けて送風して確実に冷却することができる。また、送風手段８の羽根部の外径は、定着スリーブ２の内径より大きく形成されている。

導風部材９は、内面が滑らかな曲面状に形成された筒状部材であって、保持部材７と送風手段８との間に設けられ、定着スリーブ２の一端側に設けられた保持部材７から送風手段８に向かうにしたがって内径が大きくなるように形成されている。図３には定着スリーブ２の一端側の導風部材９を示すが、他端側にも略同様の形状を有する導風部材が設けられる。また、右側の導風部材９の右側端部には軸方向に沿ったネジ穴が形成されており、送風手段８がネジ止めによって取り付け可能に構成されている。

送風手段８が図３において左側に向けて送風すると、右側の導風部材９によって定着スリーブ２の内側に導風され、定着スリーブ２の内側を通過した後、左側の導風部材を通過して排気される。従って、通気経路は、中央部において定着スリーブ２によって筒状に形成されるとともに、導風部材９によって端部に向かうにしたがって内径が拡大され、ベンチュリ形状に形成されている。即ち、定着スリーブ２と導風部材９とが、導風手段として機能する。

通気経路がベンチュリ形状であることで、導風部材９よりも断面積が小さく形成された定着スリーブ２の内側において流速が速くなり、効率良く被加熱部２Ａを冷却して熱を拡散させることができる。

次に、制御手段によって送風手段８を制御する手順について説明する。まず、加熱手段を駆動する電力に基づいてエネルギー測定手段が熱エネルギーを測定し、この熱エネルギーが所定値以上となるか否かを制御手段が判定する。ここで、熱エネルギーの所定値は、熱応力による変形が生じないような昇温速度（例えば３Ｋ／ｓｅｃ）で定着スリーブ２の被加熱部２Ａを昇温させるエネルギーであって、適宜な値が設定されていればよい。

熱エネルギーが所定値以上となった場合、制御手段は、送風手段８を制御して定着スリーブ２に向けて送風させる。熱エネルギーが所定値よりも小さくなったら、制御手段は送風手段８を停止させる。定着装置の運転中は上記の動作が繰り返される。

さらに、制御手段は、上記のような熱エネルギーに基づく制御に加え、定着スリーブ２の回転数に基づいて送風手段８を制御してもよい。即ち、回転数測定手段が測定した定着スリーブ２の回転数が加圧ローラ４の回転数よりも少なくなった場合（加圧ローラ４と定着スリーブ２とがスリップした場合）に、制御手段が、送風手段８を制御して定着スリーブ２に向けて送風させてもよい。

このように定着スリーブ２の回転数に基づいた制御を行えば、スリップによって定着スリーブ２の周方向の一部が被加熱部２Ａとして集中的に加熱された場合に、この被加熱部２Ａを冷却することができる。

また、制御手段は、上記のような熱エネルギーに基づく制御に加え、加圧ローラ４の回転に基づいて送風手段８を制御してもよい。即ち、制御手段は、加圧ローラ４の回転を停止させた場合（例えば、画像形成装置１００において、異常が生じたり、電源がオフになったり、カバーが開かれたりした場合）に、送風手段８を制御して定着スリーブ２に向けて送風させてもよい。

このように加圧ローラ４の回転に基づいて制御を行えば、加圧ローラが回転停止させられた後に、それ以前に与えられた熱によって定着スリーブ２に変形が生じてしまうことを防止することができる。

次に、画像形成装置１００の構成を図４に基づいて説明する。画像形成装置１００は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式を用いるカラープリンタある。本発明はこの方式に限定されず、また、プリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置などを対象とすることも可能である。

図２において画像形成装置１００は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋを並設したタンデム構造が採用されている。

画像形成装置１００では、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像が、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能な無端ベルトが用いられる中間転写体（以下、転写ベルトという）１１に対して１次転写行程を実行してそれぞれの画像が重畳転写される。その後、記録シートなどが用いられる記録紙Ｓに対して２次転写行程を実行することで一括転写されるようになっている。

各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋの周囲には、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋの回転に従い画像形成処理するための画像形成手段が配置されている。ここで、ブラック画像形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを対象として説明すると、感光体ドラム２０Ｂｋの回転方向に沿って画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋと、現像装置４０Ｂｋと、１次転写ローラ１２Ｂｋと、クリーニング装置５０Ｂｋと、が配置されている。帯電後に行われる書き込みは、光書込装置６０が用いられる。

転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写される。即ち、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対向して配設された１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。

各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。

画像形成装置１００は、色毎の画像形成処理を行う４つの画像ステーションと、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋの上方に対向して配設され、転写ベルト１１及び１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋを備えた転写ベルトユニット１０と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に従動し、連れ回りする転写部材としての転写ローラである２次転写ローラ１４と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１上をクリーニングする中間転写ベルト用のクリーニング装置１３と、これら４つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置としての光書込装置６０と、を有している。

光書込装置６０は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラーおよび偏向手段としての回転多面鏡などを装備している。光書込装置６０は、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂ（図２では、便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号が付けてあるが、その他の画像ステーションも略同様である）を出射して感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに静電潜像を形成する構成とされている。

画像形成装置１００には、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋと転写ベルト１１との間に向けて搬送される記録紙Ｓを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置７０と、シート給送装置７０から搬送されてきた記録紙Ｓを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋと転写ベルト１１との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対８１と、記録紙Ｓの先端がレジストローラ対８１に到達したことを検知する図示しないセンサと、が設けられている。

画像形成装置１００には、トナー像が転写された記録紙Ｓにトナー像を定着させるためのローラ定着方式の定着手段としての定着装置１と、定着済みの記録紙Ｓを画像形成装置１００の本体外部に排出する排紙ローラ８２と、画像形成装置１００の本体上部に配設されて排紙ローラ８２により画像形成装置１００の本体外部に排出された記録紙Ｓを積載する排紙トレイ８３と、排紙トレイ８３の下側に位置し、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｂｋと、が設けられている。

転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋの他に、転写ベルト１１が掛け回されている駆動ローラ１５及び従動ローラ１６を有している。

従動ローラ１６は、転写ベルト１１に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このため、従動ローラ１６には、バネなどを用いた付勢手段が設けられている。このような転写ベルトユニット１０と、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋと、２次転写ローラ１４と、クリーニング装置１３と、で転写装置１０Ａが構成されている。

シート給送装置７０は、画像形成装置１００の本体下部に配設されており、最上位の記録紙Ｓの上面に当接する給紙ローラとしての給送ローラ８４を有している。給送ローラ８４が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の記録紙Ｓをレジストローラ対８１に向けて給送するようになっている。

転写装置１０Ａに装備されているクリーニング装置１３は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト１１に対向、当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有している。転写ベルト１１上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト１１をクリーニングするようになっている。

クリーニング装置１３は、転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための図示しない排出手段を有している。

このような本実施形態によれば、定着スリーブ２に与えられる熱エネルギーが所定値以上となった場合に送風手段８が定着スリーブ２に向けて送風することで、定着スリーブ２の被加熱部２Ａを冷却することができ、温度差による変形を防止することができる。また、定着スリーブ２の中心を通るように軸方向に沿って送風することにより、被加熱部２Ａから他の部分へ熱伝達され、定着スリーブ２の周方向の温度を均等化することができる。従って、定着スリーブ２全体の昇温速度の低下を抑制することができ、ファーストプリントタイムが長くなることを防止することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記第実施形態では、送風手段８が定着スリーブ２と同軸上の回転軸を有するものとしたが、定着スリーブ２の中心を通るように軸方向に沿って送風するものであればよい。例えば、図５に示すように、上下方向に沿った回転軸を有する送風手段８Ｂが設けられていてもよい。このような構成によれば、定着装置１全体の軸方向寸法は大きくなってしまうものの、送風手段８Ｂの上方にスペースを設けることができる。送風手段の大きさや形状は、必要な風量や周辺の部材との位置関係等によって適宜に設定されていればよい。

また、画像形成装置に設けられたファンが送風手段として機能する構成であってもよく、画像形成装置に適宜な導風路が形成されて定着スリーブの中心を通るように軸方向に沿って送風可能に構成されていればよい。

また、前記実施形態では、定着スリーブ２と導風部材９とによって構成された導風手段がベンチュリ形状に形成されるものとしたが、送風手段８の通気経路は被加熱部を冷却可能な適宜な形状であればよく、導風手段は省略されていてもよい。

また、画像形成装置は、上記のような定着装置を備えるものであればよく、形状や方式は特に限定されない。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではない。それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１００ 画像形成装置
１ 定着装置
２ 定着スリーブ
２Ａ 被加熱部
３ 加熱手段
４ 加圧ローラ
８ 送風手段
９ 導風部材（導風手段）

特開２００７−３３４２０５号公報

Claims (7)

1. 加圧ローラと、該加圧ローラに対向して設けられる定着スリーブと、該定着スリーブを加熱する加熱手段と、を備えた定着装置であって、
   前記加熱手段によって前記定着スリーブに与えられる熱エネルギーを測定するエネルギー測定手段と、
   前記定着スリーブの中心を通るように軸方向に沿って送風可能な送風手段と、
   前記エネルギー測定手段によって測定された熱エネルギーが所定値以上となった場合に、前記定着スリーブに向けて送風するように前記送風手段を制御する制御手段と、を有して構成されることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着スリーブは、前記加圧ローラによって連れ回り回転し、
   前記定着スリーブの単位時間当たりの回転数を測定する回転数測定手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記回転数測定手段によって測定された回転数が所定値以下となった場合に、前記定着スリーブに向けて送風するように前記送風手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記制御手段は、少なくとも前記加圧ローラの回転を制御するとともに、当該加圧ローラの回転を停止させた場合に、前記定着スリーブに向けて送風するように前記送風手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記送風手段は、前記定着スリーブのうち前記加熱手段によって加熱される被加熱部に向けて送風可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記送風手段は、前記定着スリーブの軸方向の一端側に送風口を備えるとともに、他端側に向けて送風することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記送風手段が送風する際の通気経路を形成する導風手段をさらに備え、
   前記導風手段は、前記通気経路の中央部において前記軸方向に沿った筒状に形成されるとともに、両端部に向かうにしたがって内径が拡大され、全体がベンチュリ形状を有していることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 画像形成手段と定着手段とを備えた画像形成装置であって、
   前記定着手段が、請求項１〜６いずれか１項に記載された定着装置であることを特徴とする画像形成装置。

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