JP2016029433A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部分的な領域を加熱する場合において、画像品質を低下させることなく省エネルギー化を実現可能な定着装置を提供する。【解決手段】無端状ベルトからなる定着部材３８と、定着部材３８に外周側から圧接し定着ニップ部Ｎを形成する加圧部材３０と、定着部材３８を加熱する加熱手段とを備え、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐ上の未定着画像Ｔを記録材Ｐに定着させる定着装置であって、前記加熱手段は、記録材Ｐの搬送方向と直交する方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱部材５６と、凸状の曲面部を有し、該曲面部において定着部材３８と当接して加熱部材５６が発生する熱を伝達する伝熱部材５０とからなり、伝熱部材５０は、前記曲面部の対向面の平坦面において加熱部材５６と当接し、前記平坦面には、加熱部材５６の隣接する前記加熱領域の境界部分に対応する位置に、加熱部材５６と接触しないスリット状の溝部が設けられている定着装置。【選択図】図２

Description

本発明は、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。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体上に画像情報に基づいてトナー像を形成し、該トナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力によりトナー像を記録材上に固定する。

定着装置において省エネルギー化を実現するために、ベルト方式及びフィルム方式がよく用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、紙幅サイズに応じて任意領域を選択的に加熱する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許文献１には、薄肉円筒状の耐熱性フィルムに接触する板状加熱体と加圧ローラで、フィルムと記録材を密着させるように挟み込み、熱エネルギーを記録材に与える構成が記載されている。フィルムが約１００μｍ程度と薄いため、実質的に熱容量の小さい板状加熱体の温度を上昇させるだけで済むため、立ち上がり時間を短縮でき、予熱電力を削減することができる。
また、記録材上に形成された画像にあわせて加熱体の制御温度や加熱域を変化させて、非画像領域（画像形成領域における画像が存在しない部分）へのエネルギー供給を削減することで、省エネルギー化を可能とする構成が開示されている。

特許文献２には、定着ローラをその外部から加熱する外部加熱手段と、該外部加熱手段を制御する外部加熱制御手段を有し、記録材上に画像を形成するための画像情報に基づいて、上記外部加熱手段の加熱割合を変化させる定着装置が記載されている。サーマルヘッドの発熱体の素子ごとの温度を測定して適正な熱を供給することで、周囲温度の影響も考慮し、かつ紙面上のトナー部分にのみ熱を加える構成が開示されている。

定着部材を加熱する手段として設けられる発熱体は、端部側から熱が発散する度合いが大きく、定着部材の端部側の温度が低下してしまうという問題がある。加熱される領域の温度分布に大きな差が生じることで定着性の不均一を招き、その結果形成される画像の品質が低下するという問題がある。

同様に、省エネルギー化のために画像領域や記録材のサイズに応じて加熱領域を制御する場合、用紙の幅方向に複数の発熱体が配置された態様では、加熱領域と非加熱領域との境界において急激な温度低下が生じ、加熱領域端部において定着性の悪化を招くことがある。

例えば、図１２のような３つの加熱領域（発熱体）を有する板状の加熱部材において、記録材のサイズに応じてそれぞれの加熱領域を独立に加熱するよう制御することができる。加熱領域をＷａのみとした場合の温度分布は、図７のグラフの細線で示すように、Ｗａの両端部（ＷａとＷｂとの境界部分）における温度が、Ｗａの中央部と比較して大幅に低下した分布となる。

このような加熱領域端部における大幅な温度低下を防止するために、加熱温度自体を上昇させたり、所望の範囲以外の領域の温度を上昇させたり（例えば、図１２の加熱部材の例において、Ｗａ領域のみ加熱するところをＷｂ領域も加熱）することは、余分なエネルギーを供給することとなり、省エネルギー化を実現することができない。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、部分的な領域を加熱する場合において、画像品質を低下させることなく省エネルギー化を実現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、無端状ベルトからなる定着部材と、前記定着部材に外周側から圧接し定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段とを備え、前記定着ニップ部において記録材上の未定着画像を前記記録材に定着させる定着装置であって、前記加熱手段は、前記記録材の搬送方向と直交する方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱部材と、凸状の曲面部を有し、該曲面部において前記定着部材と当接して前記加熱部材が発生する熱を伝達する伝熱部材とからなり、前記伝熱部材は、前記曲面部の対向面の平坦面において前記加熱部材と当接し、前記平坦面には、前記加熱部材の隣接する前記加熱領域の境界部分に対応する位置に、前記加熱部材と接触しないスリット状の溝部が設けられてい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、部分的な領域を加熱する場合において、画像品質を低下させることなく省エネルギー化を実現可能な定着装置を提供することができる。

本実施形態の画像形成装置の全体構成の一例を示す断面概略図である。 本実施形態の定着装置の構成の一例を示す説明図である。 本実施形態の定着装置の板状加熱部材の一例を示す説明図である。 本実施形態の定着装置の加熱部材の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の加熱手段の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の加熱手段と溝部形状の例を示す断面模式図である。 記録材搬送方向と直交する方向（Ｘ方向）の温度分布を示すグラフである。 本実施形態の定着装置の加熱手段の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の加熱手段の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の加熱手段の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の構成の一例を示す説明図である 複数の加熱領域を有する板状の加熱部材の一例を示す模式図である。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成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。

図1に、本実施形態の定着装置を備えた画像形成装置の断面の模式図を示す。
図１に示すように、画像形成装置の一例としてのプリンタは、給紙手段４、レジストローラ対６、像担持体としての感光体ドラム８、転写手段１０、及び定着装置１２などを備えている。

給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６を有している。
給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐはレジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれを矯正された後、感光体ドラム８の回転に同期するタイミング、すなわち感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６により転写部位１１へ送られる。

感光体ドラム８の回転方向を矢印で示している。感光体ドラム８の外部には、回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ１８、図示しない露光手段の一部を構成するミラー２０、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２、転写手段１０、及びクリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４が配置されている。
帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、ミラー２０を介して感光体ドラム８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査される。

感光体ドラム８が回転を始めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電される。画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査され、作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。
形成された静電潜像は、感光体ドラム８の回転により現像手段２２へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。

感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、転写手段１０において所定のタイミングで転写部位１１に進入してきた用紙Ｐ上に転写バイアス印加により転写される。

トナー像を担持した用紙Ｐは定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２において定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。

転写部位１１で転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、クリーニング手段２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされることで除去される。

その後、感光体ドラム８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

本実施形態の定着装置１２の構成を図２に示す。
本実施形態の定着装置は、無端状ベルトからなる定着部材３８と、定着部材３８に外周側から圧接し定着ニップ部Ｎを形成する加圧部材３０と、定着部材３８を加熱する加熱手段とを備え、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐ上の未定着画像Ｔを記録材Ｐに定着させる定着装置である。

定着部材（定着ベルト）３８は、図２に示すように、基体３８ａの表面に弾性層３８ｂが被覆され、最表面に離型層３８ｃが形成された構成を有する。
基体３８ａは、例えば、ポリイミドで形成され、外径は４０ｍｍ、厚みは５０〜１００μｍが好ましい。また、ニッケルやＳＵＳ等の金属から形成されたものであってもよい。
弾性層３８ｂは、例えば、シリコンゴムで形成され、厚みは５０〜１５０μｍが好ましい。
離型層３８ｃとしては、耐久性を高めて離型性を確保することができれば特に限定されず、例えば、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂で形成され、厚みは５〜５０μｍが好ましい。

定着部材３８の内部には、支持部材６１が設けられ、定着ニップ部Ｎの箇所には押圧部材６０が設置され、図示しない側板外部部材と接続されて定着部材３８を支持している。

加圧部材（加圧ローラ）３０は、図２に示すように、芯金３０ａと、表面に被覆された弾性層３０ｂからなる。
芯金３０ａは、例えば、鉄製であり、外径は４０ｍｍ、厚みは２ｍｍ程度のものが好ましい。
弾性層３０ｂは、例えば、シリコンゴムで形成され、厚みは５ｍｍ程度が好ましい。弾性層３０ｂの表面には、離型性を高めるために厚みが４０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成することが好ましい。
加圧部材３０は、図示しない付勢手段により定着部材３８に圧接されている。

前記加熱手段は、記録材Ｐの搬送方向と直交する方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱部材５６と、凸状の曲面部を有し、該曲面部において定着部材３８と当接して加熱部材５６が発生する熱を伝達する伝熱部材５０とからなる。
定着部材３８の温度が上昇することにより、定着ニップ部Ｎに搬送された用紙Ｐ上の未定着画像（トナー像）Ｔが加熱され用紙Ｐに定着する。

前記加熱手段は図示しない付勢手段により定着部材３８の表面に押し当てられている。
なお、前記加熱手段は定着部材３８の外部に設けてもよい。また、前記加熱手段は押圧部材として機能するため、図１１に示す構成のように定着ニップ部Ｎの箇所に配置されてもよい。

図３に加熱部材５６の模式図を示す。
板状の加熱部材５６は、記録材Ｐの搬送方向と直交する方向（以下、「長手方向」、「Ｘ方向」ともいう）に分割された複数の加熱領域５６ａ〜５６ｅ、該加熱領域を形成する複数の発熱抵抗体５２を有する。
各加熱領域５６ａ〜５６ｅには、対応する１〜５ｃｈの個別配線５８ａ〜５８ｅと、共通配線５９が接続されており、対応する発熱抵抗体５２を個別に加熱制御することができる。また、長手方向の中心から左右対称に配置された加熱領域を同時にＯＮ／ＯＦＦ可能である。
図３に示した加熱部材５６は、５つの加熱領域（発熱抵抗体５２）と、３つのスイッチ５７ａ〜５７ｃで構成されているが、これらの数はより多くすることもできる。

図３の加熱部材５６の断面図を図４に示す。
図４（Ａ）は、記録材Ｐの搬送方向（以下、「Ｚ方向」ともいう）の断面図であり、図４（Ｂ）は長手方向の断面図である。
加熱部材５６は、基材５１上に、発熱抵抗体５２が形成され、さらにオーバーコート層５３が積層された構成である。

基材５１の材料としては、低熱伝導率の材料であれば特に限定されないが、例えば、セラミックス、ガラス、耐熱樹脂、金属基板にガラスやセラミック、ポリイミドなどの絶縁層を形成したもの等が挙げられる。
発熱抵抗体５２の材料としては、公知のカーボンや半導体酸化物、銀やアルミニウムを含有した金属ペースト等が挙げられる。
オーバーコート層５３の材料としては、発熱抵抗体５２と、後述する伝熱部材５０との間に介在して絶縁を行うことができ、かつ耐熱性を有する材料であればよく、例えば、耐熱性ポリマー、セラミックス、ガラス等が挙げられる。

定着装置はさらに、定着部材３８の定着ニップ部Ｎの下流で加熱手段の上流に、表面温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ３４と、加熱部材５６の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ３６と、加熱部材５６に電力を供給する電源４０と、サーミスタ３４、３６の検知情報に基づいて電源４０を制御する加熱制御手段４２とを備えている。

加熱制御手段４２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータを意味する。

加熱制御手段４２は、記録材Ｐのサイズ情報に基づいて、加熱部材５６の加熱割合を変化させる。すなわち、加熱部材５６の各加熱領域（図３の５６ａ〜５６ｅ）が、記録材Ｐのサイズ情報に応じて独立して加熱制御される。必要な領域のみを加熱することで、省エネルギーを実現することができる。

例えば、加熱制御手段４２は、記録材Ｐが通過する領域（以下、「通紙域」ともいう）に対応する定着部材３８の部位の温度が、記録材Ｐが通過する領域（以下、「非通紙域」ともいう）に対応する定着部材３８の部位の温度よりも高くなるように制御する。

具体的には、通紙域に対応する発熱抵抗体５２には定着温度が得られる電力を供給し、非通紙域に対応する発熱抵抗体５２には供給電力を低減する。
実際の制御としては、非通紙域に対応する部位に対して電力供給を完全に停止（オフ）してもよいが、極端に温度が下がり過ぎると、次の画像領域での定着温度への立ち上がりが間に合わないことがある。このため、定着部材の温度を、画像領域に対応する第一の目標温度よりも低く、かつ所定の温度（室温以上の一定の温度）以上の第二の目標温度となるように制御をしている。非通紙域に対応する部位へ給電は行なわれるが、供給電力量は低減される。

加熱部材５６と伝熱部材５０からなる加熱手段の断面図を図５に示す。
図５（Ａ）は、記録材Ｐの搬送方向の断面図であり、図５（Ｂ）は長手方向の断面図である。
加熱手段を構成する伝熱部材５０は、前記曲面部の対向面の平坦面において加熱部材５６と当接し、前記平坦面には、加熱部材５６の隣接する前記加熱領域の境界部分に対応する位置に、加熱部材５６と接触しないスリット状の溝部５４が設けられている。

図５（Ｂ）は、長手方向（Ｘ方向）に記録材Ｐが通過する領域の例を示している。
例えば、記録材Ｐのサイズに対応した通紙域がＷａであれば、両側のＷｂは非通紙域となる。
従来の加熱手段では、図７のグラフにおいて細線で示すように、通紙域Ｗａの両端部付近では大きな温度低下がみられる。
これに対し本実施形態では、通紙域Ｗａと非通紙域Ｗｂの境界部分に対応する位置に加熱部材５６と接触しないスリット状の溝部５４が設けられているため、長手方向への伝熱が抑制され、図７のグラフにおいて太線で示すように、通紙域Ｗａの両端部付近における大幅な温度低下が抑制されている。
温度の均一化により、画像の品質の低下を防止することができる。また、通紙域Ｗａの設定温度自体を上げたり、非通紙域Ｗｂの温度を上げたりする必要がなくなり、省エネルギー化も可能となる。

伝熱部材５０の材料としては、耐熱性があり、熱伝導率が高く、かつ加工性に優れた部材であれば特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、鉄等の金属、またはこれらを主成分とする合金、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の高熱伝導セラミック、ステンレスなどが挙げられる。

伝熱部材５０の表面は、定着部材３８の内面と良好に摺動させるため、必要に応じてフッ素樹脂層等を形成してもよい。

本実施形態では、伝熱部材５０を複数部材の組合せとせず、スリット状の溝部を形成した一体の部品とすることで取り扱いの容易性を確保している。例えば、長手方向に複数に分割した伝熱部材を用いる場合は、取り付けが困難となる。

スリット状の溝部５４は、伝熱部材５０に対して複数設けられ、溝部５４は、設けられた位置によって深さ及び幅の少なくともいずれかが異なるように形成されていてもよい。

図６に、加熱手段のＺ方向断面と、対応する溝部５４の概略形状の斜視図を示す。
溝部５４の深さは、図６（Ａ）及び（Ｂ）で示す例のように、厚み方向（Ｙ方向）に一定とすることができる。
一方、溝部５４は、図６（Ｃ）及び（Ｄ）で示す例のように、深さが記録材Ｐの搬送方向（Ｚ方向）の略中央に向かって深くなる形状であってもよい。
図６（Ｃ）及び（Ｄ）の例では、溝部５４の形状が伝熱部材５０の曲面に沿っているため、溝部５４が形成された部分の伝熱部材の厚みが一定となり好ましい。

図８に、他の実施形態に係る加熱手段のＺ方向断面とＸ方向断面の模式図を示す。
図８（Ｂ）に示すように、伝熱部材５０の溝部５４は、記録材Ｐの搬送方向と直交する方向（Ｘ方向）の中央側に設けられた溝部５４ａの深さよりも、両端部側に設けられた溝部５４ｃの深さを深く形成することができる。

なお、溝部の深さ（Ｙ方向の長さ）は、伝熱部材５０の厚みＨの半分よりも深くなるように形成されることが好ましい。

溝部５４の深さを加熱領域毎に変えることにより、発熱抵抗体５２の発熱量が均一であっても、長手方向の温度ムラを調整することができる。
溝部５４の深さは、図８（Ｂ）に示したように、ノビ部の境界でより深くしておくことが好ましい。これによりノビサイズの画像形成時に適宜対応することができる。

図９に、他の実施形態に係る加熱手段のＺ方向断面とＸ方向断面の模式図を示す。
図９（Ｂ）に示すように、伝熱部材５０の溝部５４は、記録材Ｐの搬送方向と直交する方向（Ｘ方向）の中央側に設けられた溝部５４ａの幅よりも、両端部側に設けられた溝部５４ｃの幅を広く形成ことができる。

溝部５４の幅を加熱領域毎に変えることにより、発熱抵抗体５２の発熱量が均一であっても、長手方向の温度ムラを調整することができる。
また、図８の例と同様に、溝部５４の幅はノビ部の境界でより広くしておくことが好ましい。これによりノビサイズの画像形成時に適宜対応することができる。

図１０に、他の実施形態に係る加熱手段のＺ方向断面とＸ方向断面の模式図を示す。
図１０（Ｃ）に示すように、伝熱部材５０の溝部５４ｄは、記録材Ｐの搬送方向（Ｚ方向）と平行な軸に対して傾斜して設けることができる。
傾斜した溝部５４ｄにより、定着部材３８の温度分布の変化を緩和させることができ、対応可能な記録材Ｐのサイズの種類を増やすことができるとともに、無駄な伝熱を低減することができる。

以上のように、伝熱部材５０を介して定着部材３８に熱を伝える構成において、伝熱部材５０にスリット上の溝部５４を設けることにより、発熱抵抗体５２の発熱ドット間の温度ムラを防止することができる。
加熱領域の境界部で発生する温度低下を防止することができるため、小サイズの記録材Ｐに対応した範囲のみを加熱する際、記録材Ｐの端部領域の温度低下を防止し、画像品質を向上させると共に余分な電力供給を抑制することができる。

４ 給紙手段
６ レジストローラ対
８ 感光体ドラム
１０ 転写手段
１１ 転写部位
１２ 定着装置
３０ 加圧部材
３８ 定着部材（定着ベルト）
４０ 電源
４２ 加熱制御手段
５０ 伝熱部材
５１ 基材
５２ 発熱抵抗体
５３ オーバーコート層
５６ 加熱部材
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ 記録材（用紙）
Ｔ 未定着画像（トナー像）

特開平６−９５５４０号公報 特開２００１−３４３８６０号公報

Claims (7)

1. 無端状ベルトからなる定着部材と、前記定着部材に外周側から圧接し定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段とを備え、前記定着ニップ部において記録材上の未定着画像を前記記録材に定着させる定着装置であって、
   前記加熱手段は、前記記録材の搬送方向と直交する方向に分割された複数の加熱領域を有する加熱部材と、凸状の曲面部を有し、該曲面部において前記定着部材と当接して前記加熱部材が発生する熱を伝達する伝熱部材とからなり、
   前記伝熱部材は、前記曲面部の対向面の平坦面において前記加熱部材と当接し、
   前記平坦面には、前記加熱部材の隣接する前記加熱領域の境界部分に対応する位置に、前記加熱部材と接触しないスリット状の溝部が設けられていることを特徴とする定着装置。
2. 前記溝部が複数設けられ、該溝部は、設けられた位置によって深さ及び幅の少なくともいずれかが異なることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記記録材の搬送方向と直交する方向の中央側に設けられた前記溝部の深さよりも、両端部側に設けられた前記溝部の深さが深い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. 前記記録材の搬送方向と直交する方向の中央側に設けられた前記溝部の幅よりも、両端部側に設けられた前記溝部の幅が広いことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
5. 前記溝部の深さが前記記録材の搬送方向の略中央に向かって深くなる形状であ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。
6. 前記溝部が、前記記録材の搬送方向と平行な軸に対して傾斜して設けられてい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。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。