JP2016012072A

JP2016012072A - 定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2016012072A
Application number: JP2014134278A
Authority: JP
Inventors: 信司山根; Shinji Yamane
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-01-21
Also published as: US9310732B2; US20150378286A1; CN105278300A

Abstract

【課題】画質の劣化や生産性の低下を抑制しつつ薄肉化が可能な定着装置を提供する。【解決手段】定着装置１６は、内側から加熱される定着部材２１と、定着部材２１との間に定着ニップ３８を形成する加圧部材２３と、を有する。定着部材２１の内周面には、用紙の搬送方向と交差する方向に配向された熱伝導性フィラー３７を含有する熱吸収層３４が形成されている。熱伝導性フィラー３７は、繊維状、針状又は鱗片状であり、用紙の搬送方向と交差する方向の長さが、熱吸収層３４の厚さより長い。【選択図】図３

Description

本発明は、トナー像を用紙に定着させる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

画像形成装置においては、感光体ドラム等の像担持体を帯電させ、帯電した像担持体を画像データに基づいて露光して像担持体の表面に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置でトナー像に現像している。像担持体の表面に形成されたトナー像は、用紙に転写された後定着装置によって用紙に定着される。

このような定着装置には、ベルト状やローラー状の定着部材を熱源で加熱し、加熱された定着部材と加圧部材との間でトナー像を加熱及び加圧することで、トナーを溶融及び加圧して用紙に定着するように構成されたものがある。

近年では、環境問題に対応して定着部材の熱容量を小さくする傾向がある。熱容量を小さくするために、定着部材を薄肉化する対策が取られる場合がある。しかし、定着部材を薄肉化すると、用紙の搬送方向と交差する方向（用紙幅方向）への熱伝導性が低下し、用紙幅方向に温度ムラが発生しやすいという弊害が生じる。

つまり、定着装置においては、定着部材は、用紙のサイズに関わりなく用紙幅方向の全領域が加熱されるようになっている。このため、小サイズの用紙が定着部材を通過した後、通紙領域では熱量が用紙に伝達されて温度が低下するが、通紙領域の外側の部分では熱量が用紙に伝達されずに残存する。用紙幅方向への熱伝導性が低いと、残存した熱量が用紙幅方向に伝達され難いので、小サイズの用紙の通紙領域とこの通紙領域の外側の部分とに温度ムラが発生する。すると、次に大サイズの用紙が通過した際に、熱量が残存している通紙領域外の部分で、ホットオフセット現象と呼ばれる画像劣化や、温度ムラに起因する光沢ムラが発生しやすい。また、局所的に熱量が残存することで、定着部材や定着部材の近傍の部材が熱によって劣化する場合もある。

この対策として、用紙の搬送速度を下げたり一時的に用紙の搬送を停止したりして温度ムラが解消されるまで待機する方法がとられる場合もあるが、待機時間が長いと、小サイズの用紙の生産性が劣るという問題がある。

特許文献１には、定着部材を二層の管状構造として、二層の管の間に熱伝導率異方性を有するグラファイト層を設け、軸方向の熱伝導率を高くするように構成された定着部材が提案されている。

特開２０００−１５５４８８号公報

しかしながら上記特許文献１に記載の定着部材においては、多層の管状構造とする構成が複雑であり、成型工程が増えるためコスト高になるという問題がある。さらに、グラファイト層を追加したことによって熱容量が増加し、消費電力が増えて省エネ性能が低下するという問題もある。

そこで、本発明は上記事情を考慮し、簡易な方法によって、画質の劣化や生産性の低下を抑制しつつ薄肉化が可能な定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の定着装置は、内側から加熱される定着部材と、該定着部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、前記定着ニップにおいてトナー転写後の用紙を挟持搬送しつつトナーを加熱及び加圧して用紙に定着する定着装置であって、前記定着部材の内周面には、前記用紙の搬送方向と交差する方向に配向された熱伝導性フィラーを含有する熱吸収層が形成されていることを特徴とする。

このような構成を採用することにより、用紙搬送方向と交差する方向（用紙幅方向）に速やかに熱を拡散することができるので、小サイズの用紙通過後の通紙領域外の部分の過昇温を防いで、用紙幅方向の温度ムラを軽減できる。したがって、画質の劣化や小サイズの用紙の生産性の低下、通紙領域外の部分に近接する部品の熱変形等を防ぎつつ定着部材の薄肉化が可能となる。また、熱吸収層に高熱伝導性フィラーを含有させて、用紙の搬送方向と交差する方向に塗布すればよいので、比較的簡易な方法で用紙幅方向への伝熱性を高めることができる。

本発明の定着装置において、前記熱伝導性フィラーは、前記用紙の搬送方向と交差する方向の長さが、前記熱吸収層の厚さ方向の長さよりも長い形状を有することを特徴としても良い。

このような構成を採用することによって、熱伝導性フィラーによって、用紙搬送方向と交差する方向への熱の伝達路が形成されるので、用紙搬送方向と交差する方向への伝熱性を高めることができる。

本発明の定着装置において、前記熱伝導性フィラーは、同列上に並ぶように配列されていることを特徴としても良い。

このような構成を採用することにより、用紙搬送方向と交差する方向において隣接する熱伝導性フィラー間の間隔を短くすることができるので、用紙搬送方向と交差する方向への伝熱性をより高めることができる。

本発明の定着装置において、前記熱伝導性フィラーは、繊維状、針状又は鱗片状であることを特徴としても良い。

このような構成を採用することにより、熱伝導性フィラーを用紙搬送方向と交差する方向へ配向させやすい。

本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの定着装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、用紙幅方向に速やかに熱を拡散することができるので、小サイズの用紙通過後の通紙領域外の部分の過昇温を防いで、用紙幅方向の温度ムラを軽減できる。したがって、画質の劣化や小サイズの用紙の生産性の低下、通紙領域外の部分に近接する部品の熱変形等を防ぎつつ定着部材の薄肉化が可能な定着装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る定着装置を模式的に示す正面図である。本発明の一実施形態に係る定着装置において、定着部材の熱吸収層の構造を模式的に示す図であり、図３（Ａ）は繊維状の熱伝導性フィラーが含有された熱吸収層の側断面図、図３（Ｂ）は針状の熱伝導性フィラーが含有された熱吸収層の側断面図、図３（Ｃ）は鱗片状の熱伝導性フィラーが含有された熱吸収層の側断面図、図３（Ｄ）は鱗片状の熱伝導性フィラーが含有された熱吸収層の平面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る定着装置及び画像形成装置について説明する。

まず、図１を用いて、プリンター１（画像形成装置）の全体の構成について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。以下の説明では、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きプリンターを正面から見た方向を基準とする。

プリンター１は、箱型形状のプリンター本体２を備えており、プリンター本体２の下部には用紙（転写材）を収納する給紙カセット３が設けられ、プリンター本体２の上端には排紙トレイ４が設けられている。

プリンター本体２の中央部には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光器５が配置され、プリンター本体２の右側部には、画像形成部６が設けられている。画像形成部６には、感光体ドラム７（像担持体）が回転可能（例えば、線速度３００ｍｍ／ｓ）に設けられている。感光体ドラム７は、例えば、径が３０ｍｍのアモルファスシリコン系材料によって形成されている。感光体ドラム７の周囲には、帯電器８と、現像ローラー９を有する現像器１０と、転写装置１１と、クリーニング装置１２とが、感光体ドラム７の回転方向（図１の矢印Ｘ参照）に沿って配置されている。現像器１０は、トナーを収容するトナーコンテナ１８に接続されている。

プリンター本体２の右側部には、給紙カセット３から排紙トレイ４に向かう用紙の搬送経路１３が設けられている。搬送経路１３の上流端には給紙部１４が設けられ、搬送経路１３の中流部には、転写装置１１が設けられ、搬送経路１３の下流部には定着装置１６が設けられている。搬送経路１３の右側には、両面印刷用の反転経路１７が設けられている。

次に、このような構成を備えたプリンター１の画像形成動作について説明する。プリンター１に接続されたコンピューターや画像読み取り部等から画像データが入力されると、以下のようにして画像形成動作が実行される。

まず、帯電器８によって感光体ドラム７の表面が帯電された後、露光器５からのレーザー光（図１の一点鎖線Ｐ参照）により感光体ドラム７に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム７の表面に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像器１０において、トナーコンテナ１８から供給されるトナーによってトナー像に現像される。

一方、給紙部１４によって給紙カセット３から取り出された用紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて画像形成部６へと搬送され、転写装置１１によって感光体ドラム７上のトナー像が用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、搬送経路１３を下流側へと搬送されて定着装置１６に進入し、この定着装置１６において用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、搬送経路１３の下流端から排紙トレイ４に排出される。なお、感光体ドラム７上に残留したトナーは、クリーニング装置１２によって回収される。

次に、定着装置１６について、図２及び図３を参照して説明する。図２は定着装置を模式的に示す正面図である。図３は定着部材の熱吸収層の構造を模式的に示す図であり、図３（Ａ）は繊維状の熱伝導性フィラーが含有された熱吸収層の側断面図、図３（Ｂ）は針状の熱伝導性フィラーが含有された熱吸収層の側断面図、図３（Ｃ）は鱗片状の熱伝導性フィラーが含有された熱吸収層の側断面図、図３（Ｄ）は鱗片状の熱伝導性フィラーが含有された熱吸収層の平面図である。

定着装置１６は、図２に示されるように、内側から加熱される定着ローラー（定着部材）２１と、定着ローラー２１を加熱するハロゲンヒーター（熱源）２２、定着ローラー２１に圧接される加圧ローラー（加圧部材）２３と、を備えている。

定着ローラー２１はプリンター本体２に対して回転可能に支持されており、円筒状の芯金３０と、芯金３０の外周面に接着層３１を介して設けられた離型層３２と、を有する。芯金３０は、例えば、厚さが０．５５ｍｍのアルミニウム管を使用できる。接着層３１は、例えば、厚さが５μｍ〜１０μｍであり、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系樹脂とＰＩ（ポリイミド）などのプライマーとカーボンやアルミニウム等の金属粒子とによって形成されており、導電性を有している。離型層３２は、例えば、厚さが１０μｍ〜１５μｍであり、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂によって形成されており、絶縁性を有している。

芯金３０の内周面には熱吸収層３４が設けられている。熱吸収層３４は、例えば、厚さが５μｍ〜３０μｍであり、図３に示されるように、ベースとなる基材層３５に、熱吸収性の高いフィラー（熱吸収性フィラー）３６が含有されたものである。

基材層３５は、２００℃〜３００℃の温度に対する耐熱性と、芯金３０への決着性の良好な樹脂で形成されている。このような樹脂として、例えば、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ＰＩ等の樹脂を使用することができる。熱吸収性フィラー３６は、例えば、カーボン、グラファイトを使用することができる。

熱吸収層３４には、熱伝導率の高い（熱伝導率は、例えば、１００Ｗ／（ｍ・ｋ）〜６０００Ｗ／（ｍ・ｋ））フィラー（熱伝導性フィラー）３７がさらに含有されている。熱伝導性フィラー３７の含有率は、例えば、３重量％〜５０重量％である。熱伝導性フィラー３７は、例えば、カーボン、銅、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素等を使用することができる。

熱伝導性フィラー３７は、繊維状、針状又は鱗片状の形状であり、用紙の搬送方向と交差する方向（用紙幅方向）に配向されている。つまり、熱伝導性フィラー３７は、用紙幅方向の長さが、熱吸収層３４の厚さ方向の長さよりも長く、長さ方向が用紙幅方向に沿うように向きが揃えられている。また、熱伝導性フィラー３７の長さは、熱吸収層３４の厚さよりも長いことが好ましい。鱗片状の熱導電性フィラー３７の長さは、図３（Ｄ）に示されるように、用紙幅方向の長さＬ１と円周方向の長さＬ２の平均の値で表される平均直径を示す。さらに、熱伝導性フィラー３７は、用紙幅方向に沿って同列上に並ぶように配列されている。

繊維状の熱伝導性フィラー３７は、図３（Ａ）に示されるように、長さ方向が用紙幅方向に沿うように向きが揃えられているととともに、用紙幅方向に沿う列上に並んでいる。

針状の熱伝導性フィラー３７も、図３（Ｂ）に示されるように、長さ方向が用紙幅方向に沿うように向きが揃えられているとともに、用紙幅方向に沿う列上に並んでいる。

鱗片状の熱伝導性フィラー３７は、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）に示されるように、平らな面が定着ローラー２１の内周面（熱吸収層３４の表面）と略平行に積層されている（敷き詰められている）。つまり、用紙幅方向の長さＬ１が、熱吸収層３４の厚さ方向の長さＴよりも長くなっている。さらに、用紙幅方向の長さＬ１が、円周方向の長さＬ２よりも長くなるように向きが揃えられているとともに、用紙幅方向に沿う列上に並んでいる。

熱伝導性フィラー３７を用紙幅方向に配向させる方法として、例えば、熱吸収層３４の原料に熱伝導性フィラー３７を含有させたものを、定着ローラー２１の芯金３０の内周面に、芯金３０の内周面との間に所定の間隔を開けて、用紙幅方向の一端側から他端側に向かってリング状のコーティング用部材で塗布する。さらに、塗布面を用紙幅方向に掃く（スキャンする）ことによって、熱伝導性フィラー３７を用紙幅方向に確実に配向させることができる。

定着ローラー２１の内部には、ハロゲンヒーター２２が設けられている。ハロゲンヒーター２２は、定着ローラー２１の内周面に対して輻射熱を放射する。

加圧ローラー２３は、プリンター本体２に対して回転可能に支持されて、定着ローラー２１に圧接しており、定着ローラー２１と加圧ローラー２３の間には定着ニップ３８が形成されている。

加圧ローラー２３は、円筒状の芯金４０と、芯金４０の外周面に設けられた弾性層４１と、弾性層４１の外周面に接着層４２を介して設けられた離型層４３と、を有する。芯金４０は、例えば、外径φ１２ｍｍで、アルミニウムやステンレス鋼等の金属によって形成されている。弾性層４１は、例えば、厚さが３μｍ〜１０μｍのシリコンゴム層で形成されている。接着層４２は、例えば、厚さが５μｍ〜２０μｍのシリコン系の接着剤によって形成されている。離型層４３は、例えば、厚さが３０μｍ〜５０μｍの、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂よって形成されている。

上記構成を有する定着装置１６において、用紙にトナーを定着させる際には、ハロゲンヒーター２２を稼働させて定着ローラー２１を加熱する。この際、ハロゲンヒーター２２から放射される輻射熱は、定着ローラー２１の熱吸収層３４に入射する。熱吸収層３４においては、吸収された輻射熱の熱エネルギーが芯金３０に伝熱されて芯金３０が加熱される。芯金３０の加熱によって接着層３１及び離型層３２も加熱される。つまり、熱吸収層３４に吸収された熱エネルギーは、定着ローラー２１の厚さ方向に伝熱される。

さらに、熱吸収層３４に吸収された熱エネルギーは、熱伝導性フィラー３７によって、用紙幅方向へも伝熱される。つまり、熱伝導性フィラー３７は、長さ方向が用紙幅方向に向いているので、熱伝導性フィラー３７の内部において用紙幅方向へ伝熱される。さらに、用紙幅方向において、熱伝導性フィラー３７の端部から、基材層３５や熱吸収性フィラー３６を介して、隣接する熱伝導性フィラー３７の端部に伝熱される。この際、熱伝導性フィラー３７を用紙幅方向に列上に配列すると、隣接する熱伝導性フィラー３７間の間隔が短くなるので、熱伝導性がより向上する。このような熱伝導性フィラー３７の伝熱によって、熱吸収層３４内において用紙幅方向へ熱が拡散しやすくなる。

定着ローラー２１が所望の温度に加熱されると、定着ローラー２１が回転し、定着ローラー２１に圧接する加圧ローラー２３が定着ローラー２１と逆方向に回転する。この状態で、搬送経路１３に沿って搬送されてきた用紙が定着ニップ３８を通過すると、トナー像が加熱及び加圧されて用紙に定着される。

また、用紙が小サイズの場合、トナー定着後、定着ローラー２１においては、通紙領域の外側の部分では用紙に熱量が伝達されずに残存している。しかし、この熱量は、熱吸収層３４内の熱伝導性フィラー３７によって用紙幅方向を内方向に伝達されて分散されるので、通紙領域外の部分の過昇温は発生しない。

上記説明したように本実施形態に係る定着装置１６においては、定着ローラー２１の内周面に設けられた熱吸収層３４に、用紙幅方向に高い熱伝導性を発揮するように熱伝導性フィラー３７を配向したので、小サイズの用紙の通紙領域の外側の部分に残存した熱量は、熱吸収層３４内において用紙幅方向に迅速に伝熱される。したがって、通紙領域の外側の部分の過昇温を防いで、小サイズ用紙通過後の温度ムラを軽減できる。

したがって、オフセット現象や光沢ムラ等の画質の劣化や、通紙領域外の部分に近接する部品の熱変形等を防ぎ、さらに、用紙幅方向の温度分布が均一となるまで待機する時間を短縮できるので小サイズの用紙の生産性の低下も防止しつつ、定着ローラー２１を薄肉化して消費電力を低く抑えることができる。

また、熱伝導性フィラー３７を熱吸収層３４の原料に含有させて、定着ローラー２１の内周面に用紙幅方向に沿うように塗布すればよいので、比較的簡易で安価な方法で、用紙幅方向への伝熱性を高めることができる。

また、熱伝導性フィラー３７は、同列上に並ぶように配列されているので、用紙幅方向において隣接する熱伝導性フィラー３７間の間隔が短くなって用紙幅方向への伝熱経路を形成させやすくなり、伝熱性をより高めることができる。なお、熱伝導性フィラー３７は必ずしも同列上に配列される必要はない。

さらに、本発明の実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用した場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等のプリンター１以外の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。

さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る定着装置及び画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１プリンター（画像形成装置）
２１定着ローラー（定着部材）
２３加圧ローラー（加圧部材）
３４熱吸収層
３７熱伝導性フィラー
３８定着ニップ

Claims

内側から加熱される定着部材と、該定着部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、前記定着ニップにおいてトナー転写後の用紙を挟持搬送しつつトナーを加熱及び加圧して用紙に定着する定着装置であって、
前記定着部材の内周面には、前記用紙の搬送方向と交差する方向に配向された熱伝導性フィラーを含有する熱吸収層が形成されていることを特徴とする定着装置。
前記熱伝導性フィラーは、前記用紙の搬送方向と交差する方向の長さが、前記熱吸収層の厚さ方向の長さよりも長い形状を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記熱伝導性フィラーは、同列上に並ぶように配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
前記熱伝導性フィラーは、繊維状、針状又は鱗片状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。