JP2016133639A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材に作用する応力及びモーメントを低減して加熱部材の静的疲労による破損を防ぎ、長期間使用できる定着装置を提供する。【解決手段】定着装置は、未定着画像に接して回転する定着部材と、定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、記録材搬送方向と直交する方向に伸びる加熱部材と、定着部材と接して加熱部材の熱を伝熱する伝熱部材と、伝熱部材の反対側から加熱部材を支持する支持部材と、を備え、定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う。加熱部材は、基材と、基材の内部に形成された抵抗発熱体と、から構成され、支持部材は、内部に抵抗発熱体が形成されていない加熱部材の表面領域に、記録材搬送方向に所定の支持間隔を有して接し、伝熱部材が加熱部材と接する面積は、抵抗発熱体の加熱領域の面積よりも大きい。【選択図】図６

Description

本発明は、定着装置及び定着装置を備える画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置では、像担持体上の画像情報に基づいてトナー像を形成し、このトナー像を用紙やＯＨＰなどの記録材上に転写する。そして、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧接力により記録材上にトナー像を定着する。

定着装置には、省エネルギー化を実現するために、ベルト方式又はフィルム方式がよく用いられている。

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開示されている。フィルムが約１００μｍ程度と薄いため、実質的に立ち上げ時間は、熱容量の小さい板状加熱体の温度が上昇するまでの時間となる。そのため、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温度や加熱域を変化させ、非画像領域（画像形成領域において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、省エネルギー化する構成も開示されている。

板状加熱体で用いられることの多いセラミックなどの脆性材料は、大きな荷重に対する破損防止が課題の一つとなっている。特にセラミックやガラスなどには静的疲労という破壊強さが低下する現象があり、短期的に耐える荷重でも荷重状態が長期にわたると破壊するおそれがある。このため、定着装置の加熱部材としてセラミック又はガラスを基材に用いる場合には、基材に作用する応力をできるだけ低減する必要がある。

そこで、本発明は、加熱部材に作用する応力及びモーメントを低減して加熱部材の静的疲労による破損を防ぎ、長期間使用できる定着装置の提供を目的とする。

前記課題は、未定着画像に接して回転する定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、記録材搬送方向と直交する方向に伸びる加熱部材と、前記定着部材と接して前記加熱部材の熱を伝熱する伝熱部材と、前記伝熱部材の反対側から前記加熱部材を支持する支持部材と、を備え、前記定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置において、前記加熱部材は、基材と、前記基材の内部に形成された抵抗発熱体と、から構成され、前記支持部材は、内部に前記抵抗発熱体が形成されていない前記加熱部材の表面領域に、記録材搬送方向に所定の支持間隔を有して接し、前記伝熱部材が前記加熱部材と接する面積は、前記抵抗発熱体の加熱領域の面積よりも大きいことを特徴とする定着装置によって、解決される。

本発明の定着装置によれば、伝熱部材が加熱部材と接する面積は加熱部材の加熱領域の面積よりも大きいので、加圧部材の圧接力が抵抗発熱体だけでなく基材にも分散して作用する。そのため、加熱部材に作用する応力及びモーメントを低減して加熱部材の静的疲労による破壊を防ぎ、長期間使用できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置であるプリンタの構成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示す断面図である。 加熱部材の記録材搬送方向と直交する方向の断面図である。 加熱部材の平面図である。 加熱部材の第２構成例を示す平面図である。 加熱部材、伝熱部材及び支持部材の関係を示す、記録材搬送方向と直交する方向の断面図である。 加熱部材、伝熱部材及び支持部材の関係を示す、記録材搬送方向と直交する方向の断面図（その２）である。 加熱部材、伝熱部材及び支持部材の関係を示す、記録材搬送方向と直交する方向の断面図（その３）である。 加熱部材、伝熱部材及び支持部材の関係を示す、記録材搬送方向と直交する方向の断面図（その４）である。 加熱部材、伝熱部材及び支持部材の関係を示す、記録材搬送方向と直交する方向の断面図（その５）である。（ａ）は加圧ローラによる圧接前の状態を示し、（ｂ）は加圧ローラによる圧接状態を示す。

（実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置であるプリンタの構成を示す模式図である。図１に示すように、プリンタは、給紙手段４と、レジストローラ対６と、像担持体である感光体ドラム８と、転写手段１０と、定着装置１２などを備える。

給紙手段４は、記録材である用紙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内の用紙Ｐを最上から順に一枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６とを有する。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、姿勢ずれが矯正される。そして、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Ｎへ送られる。

感光体ドラム８の外部には、矢印で示される回転方向順に、帯電手段である帯電ローラ１８と、露光手段の一部を構成するミラー２０とが配置されている。また、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２と、転写手段１０と、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４とが配置されている。

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Ｎに侵入してきた用紙Ｐ上に、転写バイアス印加により転写される。

トナー像（未定着画像）を担持した用紙Ｐは定着装置１２に向けて搬送され、定着装置１２において定着された後、排紙トレイへ排出・スタックされる。

転写部位Ｎ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て除去される。

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

図２は、本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。図２に示すように、定着装置１２は、未定着画像に接して回転する定着部材である定着ベルト２８と、定着ベルト２８の外周面に圧接し、定着ニップ部ＳＮを形成する加圧部材である加圧ローラ３０と、定着ベルト２８を加熱する加熱手段６０などを備える。

定着ベルト２８は、ベルト基体と、この基体表面に被覆された弾性層と、弾性層の表面に形成された離型層とで構成されている。ベルト基体は、例えばニッケルで形成され、外径が３０ｍｍ、厚みが１０〜７０μｍである。ベルト基体はニッケルに限らず、ＳＵＳやＰＩ（ポリイミド）などの耐熱樹脂材料で形成されてもよい。弾性層は、例えばシリコーンゴムで形成され、厚みが５０〜１５０μｍである。離型層は、耐久性を高めて離型性を確保できればよく、例えばＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂で形成され、厚みが５〜５０μｍである。

加圧ローラ３０は、中実の鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの表面に形成された弾性層３０ｂとで構成されている。芯金３０ａは、例えば鉄製であり、外形が４０ｍｍ、厚みが２ｍｍ程度である。弾性層３０ｂは、例えばシリコーンゴムで形成され、厚みが５ｍｍ程度である。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（ＰＦＡ又はＰＴＦＥ）層を形成するのが望ましい。加圧ローラ３０は、付勢手段により定着ベルト２８に圧接されている。加圧ローラ３０は、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され、回転する。この加圧ローラ３０により定着ベルト２８が連れ回り回転する。

加熱手段６０は、用紙Ｐの搬送方向と直交する方向に伸びる加熱部材５６と、加熱部材５６の長手方向の一面に接して均熱化するとともに、定着ベルト２８に伝熱する伝熱部材５０とを有する。また、加熱手段６０は、伝熱部材５０の反対側にあり、加熱部材５６を支持する支持部材５７を有する。

加熱手段６０は、加圧ローラ３０とで定着ニップ部ＳＮを形成するニップ形成部材の機能を果たしている。また、加熱手段６０は定着装置１２の側板に接続されたステー６１に支持されているので、加圧ローラ３０の圧接力による撓みが防止され、長手方向に均一なニップ幅が得られる。なお、伝熱部材５０と定着ベルト２８の内周面との間に、低摩擦シートを介在させてもよい。

定着ニップ部ＳＮの下流側に、定着ベルト２８の表面温度を検知する第１サーミスタ３４が設けられ、支持部材５７に加熱部材５６の温度を検知する第２サーミスタ３６が設けられている。また、加熱部材５６に電力を供給する電源４０と、第１、第２サーミスタの検知温度に基づいて電源４０を制御する加熱制御手段４２とが備えられている。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。

図３は、加熱部材の記録材搬送方向と直交する方向の断面図である。図３に示すように、加熱部材５６は、板状ガラスなど低熱伝導率の基材５６ｂの上に酸化ルテニウム系の抵抗発熱体５６ａが印刷・焼成され、その上にＯＣ（オーバーコート）層５６ｃが形成された構成となっている。定着ベルト２８側に位置するＯＣ層５６ｃもガラスなどで形成されているが、基材５６ｂより薄く、基材側への伝熱よりもＯＣ層側へ伝熱し易いため、定着ベルト２８の加熱効率が向上する。

図４は、加熱部材の平面図である。図４に示すように、加熱部材５６は、記録材搬送方向と直交する方向（長手方向）に複数の抵抗発熱体５６ａが配置され、抵抗発熱体５６ａには、共通配線Ｗｃｏｍと個別配線Ｗ１〜Ｗ５とが接続されている。共通配線Ｗｃｏｍと、個別配線Ｗ１〜Ｗ５とは、抵抗発熱体５６ａに対して櫛歯状の導電部を形成しており、抵抗発熱体５６ａは複数の加熱領域（Ｈ１〜Ｈ５）を有する。

上述した定着ベルト２８の表面温度を検知する第１サーミスタ３４や加熱部材５６の温度を検知する第２サーミスタ３６は、各加熱領域に対応して配置されている。そのため、各加熱領域は、個別配線Ｗ１〜Ｗ５をＯＮ／ＯＦＦすることで、個別に独立して加熱制御可能である。なお、端部の加熱領域Ｈ１、Ｈ５は、最大通紙サイズの両端部をカバーするように配設されている。

加熱制御手段４２は、各サーミスタの検知温度や通紙サイズ情報を加味して、各加熱領域を温度制御し、加熱部材５６の加熱割合を変更する。このように、通紙サイズ情報にも応じて加熱制御することで、非通紙域の温度が高くなりすぎる事態が回避され、非通紙域の過昇温による部材の破損や画像品質の低下を抑制できる。

実際には、非通紙領域に対応する加熱領域への電力供給を完全に停止（オフ）しても良いが、極端に温度が下がり過ぎると次の画像領域の定着温度へ昇温することが間に合わないことがある。これを回避するために、画像領域の定着温度に対応する第１の目標温度よりも低いが、室温に対し所定以上の温度である第２の目標温度に温度を保つような温度制御が行われる。そのため、非通紙領域に対応する加熱領域へも給電は行われる。

図５は、加熱部材の第２構成例を示す平面図である。図５に示すように、長手方向中心から左右対称な位置にある加熱領域（Ｈ１とＨ５、Ｈ２とＨ４）が同時にＯＮ／ＯＦＦ可能なように構成してもよい。これにより、ＯＮ／ＯＦＦをするためのトライアックやＦＥＴなどのスイッチ素子の数を低減することができる。

なお、図４、図５では加熱領域を５つとしているが、加熱領域の数を９分割など増やしてもよいし、３分割など減らしてもよい。また、加熱領域が複数に分かれていない加熱部材であっても本発明は有効である。

以下より、本発明の特徴的部分について説明する。

図６は、加熱部材、伝熱部材及び支持部材の関係を示す、記録材搬送方向と直交する方向の断面図である。図６に示すように、支持部材５７は、内部に抵抗発熱体５６ａが形成されていない加熱部材５６の表面領域と、所定の支持間隔を有して接している。支持部材５７は、加熱部材５６と一部の面でのみ接し、またＬＣＰなどの耐熱性樹脂で熱伝導率の低い材料が用いられるので、加熱部材５６（抵抗発熱体５６ａ）の熱がほとんど伝導されない。支持部材５７の反対側にある伝熱部材５０は、一方の面が加熱部材５６と面接触し、他方の面が定着ベルト２８と面接触している。また、伝熱部材５０には、銅又はアルミなどの熱伝導率の高い材料が用いられる。そのため、加熱部材５６（抵抗発熱体５６ａ）の熱は、伝熱部材５０を介して定着ベルト２８へ均一に伝導される。

上述したように、加熱手段６０は加圧ローラ３０とで定着ニップ部ＳＮを形成するニップ形成部材の機能を果たすため、加圧ローラ３０の圧接力により加熱手段６０には、応力及びモーメントが作用する。ここで、加熱部材５６は、ガラスなどの脆性材料で形成されているため、疲労破壊を生じやすいという問題がある。疲労破壊を防ぐためには、加熱部材５６に作用する応力及びモーメントをできるだけ低減する必要がある。

そこで、本実施形態では、伝熱部材５０が加熱部材５６と接する面積を、抵抗発熱体５６ａの加熱領域の面積よりも大きくする。このようにすれば、加圧ローラ３０の圧接力が、抵抗発熱体５６ａだけでなく基材５６ｂにも分散して作用するので、結果的に加熱部材５６に作用する応力及びモーメントが低減される。したがって、加熱部材５６の疲労破壊を防ぎ、定着装置１２を長期間使用できる。

次に、加熱部材５６に作用する応力及びモーメントを低減すること以外の、有利な構成について説明する。

加熱部材５６と伝熱部材５０は、熱伝導グリスや熱伝導シートなどで密着性を向上し、伝熱部材５０への伝熱性を高めてもよい。これにより、伝熱部材５０の長手方向の均熱性を確保するとともに、定着ベルト２８の加熱特性を高めることができる。

定着ベルト２８を介して加圧ローラ３０と伝熱部材５０が接触することでニップ域が形成される。支持部材５７の両端をこの接触面よりも幅広くし、定着ベルト２８側に突き出せば、定着ニップ部ＳＮを長くできる。さらに、定着ニップ部ＳＮの下流側の突き出しによって記録材の分離性も向上できる。

（変形例）
本発明は、上述の実施形態以外にも種々の変形例がある。以下、図面を用いて変形例を説明する。

図７は、加熱部材、伝熱部材及び支持部材の関係を示す、記録材搬送方向と直交する方向の断面図（その２）である。図７に示すように、加熱部材５６に作用する応力及びモーメントを更に小さくするには、支持部材５７の支持間隔Ｌ１よりも伝熱部材５０の幅Ｌ２を大きくすることが望ましい。支持間隔Ｌ１よりも幅Ｌ２が広い場合、加圧ローラ３０の圧接力は支持部材５７で受けることになるので、加熱部材５６に作用する応力及びモーメントを先の実施形態に比べて格段に低減できる。

図８は、加熱部材、伝熱部材及び支持部材の関係を示す、記録材搬送方向と直交する方向の断面図（その３）である。図８に示すように、伝熱部材５０の記録材搬送方向の中央部分は、端部部分よりも厚みを薄く形成する。この場合、加圧ローラ３０の圧接力を主として支持部材５７が受けることになる。このため、伝熱部材５０の幅方向の中央部分に作用する荷重が低減するので、加熱部材５６に作用する応力及びモーメントを先の実施形態に比べて格段に低減できる。

図９は、加熱部材、伝熱部材及び支持部材の関係を示す、記録材搬送方向と直交する方向の断面図（その４）である。図９に示すように、伝熱部材５０の端部部分のどちらか一方の厚みを薄く形成する。すなわち、伝熱部材５０が加圧ローラ３０の圧接力を受ける面と支持部材５７が加熱部材５６を支持する面とが重なるように構成する。この場合も、加圧ローラ３０の圧接力を主として支持部材５７で受けることができるため、加熱部材５６に作用する応力及びモーメントを低減できる。

図１０は、加熱部材、伝熱部材及び支持部材の関係を示す、記録材搬送方向と直交する方向の断面図（その５）である。図１０（ａ）に示すように、伝熱部材５０が加圧ローラ３０から圧接力を受けていない場合は、伝熱部材５０と加熱部材５６は離間している。一方、図１０（ｂ）に示すように、伝熱部材５０が加圧ローラ３０から圧接力を受ける場合は、伝熱部材５０は変形して加熱部材５６と接する。この場合、加圧ローラ３０の圧接力の一部は伝熱部材５０の変形に用いられるため、加熱部材５６の中央部に作用する圧接力が低減される。したがって、加熱部材５６に作用する応力及びモーメントを低減できる。

以上のように、実施形態及び変形例に係る定着装置は、加熱部材５６に作用する応力及びモーメントを低減できるので、加熱部材の静的疲労による破損を防ぎ、長期間使用することができる。

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
１２ 定着装置
１４ 給紙トレイ
１６ 給紙コロ
１８ 帯電ローラ
２０ ミラー
２２ 現像手段
２２ａ 現像ローラ
２４ クリーニング手段
２４ａ クリーニングブレード
２６ 露光部
２８ 定着ベルト
３０ 加圧ローラ
３０ａ 芯金
３０ｂ 弾性層
３４ 第１サーミスタ
３６ 第２サーミスタ
４０ 電源
４２ 加熱制御手段
５０ 伝熱部材
５６ 加熱部材
５６ａ 抵抗発熱体
５６ｂ 基材
５６ｃ ＯＣ層
５７ 支持部材
６０ 加熱手段
６１ ステー

特開平０６−９５５４０号公報

Claims (6)

1. 未定着画像に接して回転する定着部材と、
   前記定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、
   記録材搬送方向と直交する方向に伸びる加熱部材と、
   前記定着部材と接して前記加熱部材の熱を伝熱する伝熱部材と、
   前記伝熱部材の反対側から前記加熱部材を支持する支持部材と、を備え、
   前記定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置において、
   前記加熱部材は、基材と、前記基材の内部に形成された抵抗発熱体と、から構成され、
   前記支持部材は、内部に前記抵抗発熱体が形成されていない前記加熱部材の表面領域に、記録材搬送方向に所定の支持間隔を有して接し、
   前記伝熱部材が前記加熱部材と接する面積は、前記抵抗発熱体の加熱領域の面積よりも大きいことを特徴とする定着装置。
2. 前記伝熱部材の記録材搬送方向の長さは、前記支持部材の前記支持間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記伝熱部材の記録材搬送方向の中央部分は、前記伝熱部材の記録材搬送方向の端部部分よりも厚みが薄いことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記伝熱部材が前記加圧部材の圧接力を受ける面と、前記支持部材が前記加熱部材を支持する面とが重なることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記伝熱部材は、前記加圧部材に圧接された際に、変形して前記加熱部材に接することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。

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