JP2017009653A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】異なった配熱分布(配光分布)を有する複数の熱源を用いる定着装置において、従来よりもさらに加熱効率を向上させ、ファーストプリントタイムの短縮と良好な定着性を得る。
【解決手段】回転可能な定着部材201と、回転可能な加圧部材203を備え、定着部材内側に、定着部材を加熱する複数の熱源202A,202Bと、定着部材を介して加圧部材との間でニップ部Nを形成するニップ形成部材206と、ニップ形成部材を支持する支持部材207を配置した、記録材S上のトナー像をニップ部において定着する定着装置200において、複数の熱源は、長手方向に異なる分布の配熱部202d,202cをそれぞれ有し、支持部材を挟んだ別々な領域211,212に配置され、複数の熱源のうち発熱量の少ない熱源202Aは、ニップ部から見て前記領域のうちの定着部材の回転方向上流側に配置され、発熱量の多い熱源202Bは回転方向下流側に配置される。
【選択図】図2

Description

本発明は、記録材に画像を定着する定着装置、及び定着装置を備えた画像形成装置に関する。
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの静電記録式画像形成装置に使用される定着装置、より具体的には無端状の定着部材と加圧部材間にニップ部を形成し、該ニップ部を通る記録材に対し定着処理を行う定着装置に関する。また本発明は、その定着装置を搭載し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高まってきている。
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、画像転写方式又は直接方式により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。
このような定着装置の一例として、ベルト方式の定着装置(例えば特許文献1)やセラミックヒータを用いたサーフ定着(フィルム定着)の定着装置(例えば特許文献2)が知られている。
ベルト方式の定着装置では、近年、さらなるウォームアップ時間(電源投入時など、常温状態から印刷可能な所定の温度(リロード温度)までに要する時間)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)。また、画像形成装置の高速化に伴い、単位時間あたりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷のはじめに熱量が不足すること(所謂、温度落ち込み)が問題となっている(課題2)。
前記課題1の問題を解決する方法として、セラミックヒータを用いたサーフ定着が提案されている。この方式により、ベルト方式の定着装置に比べ、低熱容量化や小型化が可能となったが、ニップ部のみを局所加熱するため、その他の部分は加熱されず、ニップ部入口においてベルトは最も冷えた状態にあり、定着不良が発生しやすくなるという問題がある。特に、高速機においては、ベルトの回転が速く、ニップ部以外でのベルトの放熱が多くなるため、より定着不良が発生しやすくなるという問題がある(課題3)。
前記課題1〜3を解決すべく、無端ベルト全体を温めることを可能にし、ファーストプリントタイムを短縮でき、かつ高速回転時の熱量不足を解消して、高生産の画像形成装置に搭載されても、良好な定着性が得られる定着装置が提案されている(特許文献3)。
特許文献3の図1に示す定着装置では、無端ベルト1の内部にパイプ状の金属熱伝導体2を、無端ベルト1の移動をガイドすることが可能に固定し、金属熱伝導体2内の熱源3により金属熱伝導体2を介して無端ベルト1を加熱する。さらに無端ベルト1を介して金属熱伝導体2に接してニップ部Nを形成する加圧ローラ4を備え、該加圧ローラ4の回転に連れ回りするようにして無端ベルト1を周方向に移動させる。この構成により、定着装置を構成する無端ベルト全体を温めることを可能にし、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消することが可能となっている。
しかしながら、更なる省エネルギー性及びファーストプリントタイム向上のためには熱効率を更に向上させる必要があり、金属熱伝導体を介して無端ベルトを間接的に加熱する構成から、金属熱伝導体を介さずに無端ベルトを直接加熱する構成が考案された。この構成では、伝熱効率を大幅に向上させて消費電力を低減すると共に、ファーストプリントタイムを更に短縮することができる。また、金属熱伝導体がないためコストダウンが可能となる。
ところで、このような定着装置では、各サイズの記録材にトナー像を定着させるために、異なった配熱分布(配光分布)を有するハロゲンヒータを複数本用いることが一般的である。例えば、定着装置は、A4縦通紙幅(210mm)に対応する配熱分布を持つヒータと、A4縦通紙幅とA3縦通紙幅間(210mm〜297mm)の配熱分布を持つヒータを有する。
一方で、定着装置の小型化に伴い、無端ベルトが小径化され、定着装置の横断面におけるハロゲンヒータ間の距離が短くなってきている。例えば、異なった配熱分布を有する2本のハロゲンヒータを並列して用いた場合、一方のハロゲンヒータの輻射熱が他方のハロゲンヒータを加熱してしまい、輻射効率が低下してしまう。
そこで、複数あるハロゲンヒータを反射部材を挟んだ両側に配置することで、複数のハロゲンヒータが互いに加熱し合うことなく、加熱ローラを効率良く加熱してウォームアップタイムを短縮することができる定着装置が提案されている(特許文献4)。しかし、さらなる加熱効率向上の要求がある。
そこで、本発明では、異なった配熱分布(配光分布)を有する複数の熱源を用いる定着装置において、従来よりもさらに加熱効率を向上させ、ファーストプリントタイムの短縮と良好な定着性を得ることを課題とする。
この課題を解決するため、回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材を備え、前記定着部材の内側に、前記定着部材を加熱する複数の熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材との間でニップ部を形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を支持する支持部材が配置された、記録材上のトナー像を前記ニップ部において定着する定着装置において、前記複数の熱源は、長手方向に異なる分布の配熱部をそれぞれ有し、前記支持部材を挟んだ別々な領域に配置され、前記複数の熱源のうち発熱量の少ない熱源は、前記ニップ部から見て前記領域のうちの前記定着部材の回転方向上流側に配置され、発熱量の多い熱源は、前記ニップ部から見て前記領域のうちの前記定着部材の回転方向下流側に配置されることを特徴とする定着装置を提案する。
異なった配熱パターンを有する複数の熱源を用いる場合でも、一方のハロゲンヒータの輻射熱が他方のハロゲンヒータを加熱し、輻射の効率が低下してしまうことがない。複数の熱源を単に支持部材を挟んで配置するよりも、さらなる加熱効率の向上が実現される。
本発明の実施形態にかかる画像形成装置の概略構成図である。 第1実施形態にかかる定着装置の概略断面図である。 従来構成の定着装置の一例を示す概略断面図である。 図2の定着装置の定着ベルト内部の概略斜視図である。 図4の定着装置を上下逆さまにしたときの概略斜視図である。 第2実施形態にかかる定着装置における回転停止時と回転時の定着ベルト位置を示す概略断面図である。 第3実施形態にかかる定着装置の概略構成図である。
以下に、図1を用いて本発明の実施形態にかかる画像形成装置の構成を説明する。
図1に示した画像形成装置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のカラープリンタある。だが、本発明はこの方式に限られず、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。
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、各感光体ドラムに対峙しながら矢印A1方向に移動可能な無端ベルトである中間転写体(以下、転写ベルトという)11に対して1次転写される。この1次転写行程の実行によってそれぞれの色の画像が重畳転写され、その後、記録シートなどが用いられる記録材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。
各感光体ドラムの周囲には、感光体ドラムの回転に従い画像形成処理するための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体ドラム20Bkを代表として説明すると、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、現像装置40Bk、1次転写ローラ12Bk及びクリーニング装置50Bkが配置されている。帯電後に行われる書き込み光Lbを用いた書き込みには、光書き込み装置8が用いられる。
転写ベルト11に対する重畳転写では、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。このために、転写は、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2次転写ローラ5と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11をクリーニングするクリーニング装置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8とを有している。
光書き込み装置8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、折り返しミラー及び偏光手段としての回転多面鏡などを装備している。光書き込み装置8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よう構成されている。書き込み光Lbは、図1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同様である。
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材Sを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置61が設けられている。また、シート給送装置61から搬送されてきた記録材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4が設けられている。また、記録材Sの先端がレジストローラ対4に到達したことを検知するセンサが設けられている。
また、画像形成装置100には、トナー像が転写された記録材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ユニットとしての定着装置200と、定着済みの記録材Sを画像形成装置100の本体外部に排出する排出ローラ7が備えられている。また、画像形成装置100の本体上部には、排出ローラ7により画像形成装置100の本体外部に排出された記録材Sを積載する排紙トレイ17が備えられている。また、排紙トレイ17の下側には、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が備えられている。
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72及び従動ローラ73を有している。
従動ローラ73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73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5と、クリーニング装置13とで転写装置71が構成されている。
シート給送装置61は、画像形成装置100の本体下部に配設されており、最上位の記録材Sの上面に当接する給送ローラ3を有している。給送ローラ3が図中反時計回りに回転駆動されることにより、最上位の記録材Sをレジストローラ対4に向けて給送するようになっている。
転写装置71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。クリーニング装置13は、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はまた、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排出手段を有している。
図2は、第1実施形態にかかる定着装置を示す概略構成図である。
定着装置200は、回転可能な定着部材としての定着ベルト201と、これに対向配置されて回転可能な加圧部材としての加圧ローラ203とを有し、複数の熱源としてのハロゲンヒータ202A,202Bにより定着ベルト201が内周側から輻射熱で直接加熱される。このとき、図2の定着ベルト201内には、定着ベルト201を介して加圧ローラ203との間でニップ部を形成するニップ形成部材206があり、定着ベルト内面と直接又は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。記録材S上のトナー像はニップ部において加熱・加圧により定着される。
図2ではニップ部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。凹形状のニップ部の場合、記録材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。
定着ベルト201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又はフィルムで構成される。ベルトの表層はPFA又はPTFE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又はPTFE層の間にはシリコーンゴムの層などで形成された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得る。これを改善するにはシリコーンゴム層を100[μm]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。
定着ベルト201の内部にはニップ形成部材206とニップ部Nを支持するための支持部材としてのステー207を設け、加圧ローラ203により圧力を受けるニップ形成部材206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している。このステー207は両端部で保持部材としてのフランジに保持固定され位置決めされている。また、ハロゲンヒータ202とステー207の間に反射部材209を備え、ハロゲンヒータ202からの輻射熱などによりステー207が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制している。ここで反射部材209を備える代わりに、ステー207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。
加圧ローラ203は芯金205に弾性ゴム層204があり、離型性を得るために表面に離型層(PFA又はPTFE層)が設けてある。加圧ローラ203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。また、加圧ローラ203は、スプリングなどにより定着ベルト201側に押し付けられており、弾性ゴム層204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203は中空のローラであっても良く、加圧ローラ203に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204はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ203内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。
定着ベルト201は加圧ローラ203により連れ回り回転する。図2の場合は加圧ローラ203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ベルト201が回転する。定着ベルト201はニップ部Nで挟み込まれて回転し、ニップ部以外では両端部で図示していないフランジ208にガイドされ、走行する。
上記のような構成により安価で、ウォームアップが速い定着装置を実現することが可能となる。
ここで、従来構成の定着装置について説明する。
従来から、ハロゲンヒータ3本構成の定着装置(例えば特許文献5の図26)やハロゲンヒータ2本構成の定着装置(例えば特許文献5の図2,3)が知られている。前者では、3本のヒータをまとめてステーの内側に配置したため、ヒータ点灯時に互いのガラス管が加熱されて、輻射熱が定着ベルトに直接当たらなくなる分、加熱効率が下がる。さらに、3本のヒータが反射部材に囲まれているため、反射による輻射の減衰や狭められた照射角によって加熱効率が低下する。
後者では、2本のヒータをまとめてステーの下側に配置したため、ヒータ点灯時に互いのガラス管が加熱されて、輻射熱が定着ベルトに直接当たらなくなる分、加熱効率が下がる。
図3は、ハロゲンヒータ2本構成の定着装置の概略断面図である。このような定着装置は例えば特許文献6から知られている。2本のハロゲンヒータ202が反射部材に囲まれているため、反射による輻射の減衰や、双方向矢印で示すように照射角が狭められることによって、加熱効率が低下する。ここで、照射角はハロゲンヒータ202からの輻射が定着ベルト201に直接当たる角度である。例えば、ハロゲンヒータ202の一方は、定着ベルトの長手方向中央部を加熱する中央ヒータであり、他方は、定着ベルトの長手方向端部を加熱する端部ヒータである。
また、別なハロゲンヒータ2本構成の定着装置が例えば特許文献4から知られている。この定着装置7は、定着ベルト21と、定着ヒータ23と、加圧ローラ25と、リフレクタ27と、を備えている。リフレクタ27は、略垂直に配置された支持部27aと、定着ベルト21を挟んで加圧ローラ25と当接する当接部27bと、定着ベルト21に対する定着ヒータ23からの輻射光の照射時間をベルト幅方向に可変するための照射規制部27cと、を有している。リフレクタ27により定着ベルト21内の領域は左右均等に分けられ、2本の定着ヒータ23をリフレクタ27の左右に分割して配置したため、ヒータ点灯時に互いのガラス管を加熱することがないので、加熱効率は下がらない。また、2本の定着ヒータ23は同じ大きさの領域に均等に分割配置されているため、ヒータからの輻射が定着ベルト21に直接当たる照射角の大きさも左右で同じである。しかし、加熱効率向上の点で改良の余地がある。
そこで、本発明では以下のように定着装置を構成した。
図2を参照して、ステー207は、断面がそれぞれ略L字型の第1部材207Aと第2部材207Bからなる。第1部材207Aは、2本のハロゲンヒータ202A,202Bを仕切るための第1仕切り部207cと、ニップ形成部材206を固定するための第1固定部207dを有する。第2部材207Bは、2本のハロゲンヒータ202A,202Bを仕切るための第2仕切り部207eと、ニップ形成部材206を固定するための第2固定部207fを有する。長手方向(紙面垂直方向)全体にわたり、第1仕切り部207cと第2仕切り部207eは略同じ長さを有するが、第1固定部207dは第2固定部207fよりも長い。第1仕切り部207cと第2仕切り部207eはヒータの長手方向に直線的に延在している。よって、第1仕切り部207cと第2仕切り部207eが接触することで、ステー207の断面は略T字型に構成されるが、定着ベルト201内では第1領域211が第2領域212よりも広くなっている(図4)。このように2本のハロゲンヒータ202A,202Bをステー207を挟んだ上下の別々な領域に配置したことで、図3に記載の構成のようにヒータ点灯時に互いのガラス管を加熱することがないため、加熱効率が下がらない。
ここで、定着ベルト201の内側にハロゲンヒータ202A,202Bは配設されている。また、発熱量の少ないハロゲンヒータ202Aを定着ベルト201の回転方向上流側に位置する第1領域211に配置し、発熱量の多いハロゲンヒータ202Bを定着ベルト201の回転方向下流側に位置する第2領域212に配置している。
図2において、発熱量の少ないハロゲンヒータ202Aからの輻射が定着ベルト201に直接当たる角度である照射角αは、発熱量の多いハロゲンヒータ202Bからの輻射が定着ベルト201に直接当たる角度である照射角βよりも大きい。大きめの照射角αにより、定着ベルト201の長手方向端部が端部ヒータによって加熱される時間は、定着ベルト201の長手方向中央部が中央ヒータによって加熱される時間より長くなる。大きめの照射角αは、第2領域212の移動中における定着ベルト201の長手方向端部からの放熱量の低減に寄与する。よって、発熱量の少ないハロゲンヒータ202Aを用いても、定着ベルト201の長手方向端部の熱量不足による定着不良は生じない。
第1領域211で熱せられた定着ベルト201は、第2領域212に移動する間及び第2領域212を移動している間に微量ながら放熱しており、放熱量は定着ベルトの長手方向の幅に比例する。このため、回転方向上流側で加熱される定着ベルト201の長手方向の幅が広いほど、放熱により無駄になる熱量が多くなる。換言すれば、回転方向上流側に配置されたハロゲンヒータの配熱部・配熱分布の幅が広いほど、無駄になるヒータ熱量が多くなる。一方、第2領域212で熱せられた定着ベルト201は間もなくニップ部Nに突入するため、放熱量も少なくて済む。
本定着装置200においては、A4縦通紙幅(210mm)に対応する配熱部・配熱分布を持つヒータと、A4縦通紙幅とA3縦通紙幅間(210mm〜297mm)の配熱部・配熱分布を持つヒータを備えている。そのため、A4縦通紙幅とA3縦通紙幅間(210mm〜297mm)の配熱部・配熱分布を持つヒータを第1領域211に、長手方向の放熱幅が広いA4縦通紙幅(210mm)に対応する配熱部・配熱分布を持つヒータを第2領域212に配置する。言い換えれば、発熱量の少ないハロゲンヒータ202Aを、ニップ部Nから見て定着ベルトの回転方向上流側(第1領域211)又はニップ出口側に配置し、発熱量の多いハロゲンヒータ202Bを、ニップ部Nから見て定着ベルトの回転方向下流側(第2領域212)又はニップ入口側に配置する。この配置により、定着ベルト移動中の定着ベルトの放熱量が少なくなり、定着装置としての熱効率が向上して省エネルギー性に有利な構成となる。
図4は図2の定着装置の定着ベルト内部の概略斜視図、図5は図4を上下逆さまにしたときの概略斜視図である。
特に図4に示すように、第1領域211に配置されたハロゲンヒータ202Aは、定着ベルト201の長手方向端部を加熱する端部ヒータであり、通電時に加熱する配熱部202dを長手方向端部に有する。特に図5に示すように、第2領域212に配置されたハロゲンヒータ202Bは、定着ベルト201の長手方向中央部を加熱する中央ヒータであり、通電時に加熱する配熱部202cを長手方向中央部に有する。
配熱部202c,202d以外の部分(非配熱部)は通電時に加熱しない。ハロゲンヒータ202A,202Bは長手方向に異なる分布の配熱部をそれぞれ有し、配熱部202cと配熱部202dは長手方向において重ならないように配置されている。ハロゲンヒータ202A,202Bの配熱部202c,202dとステー207の間には反射部材209が備えられている。
例えば、中央部の配熱部202cは217mmの長さであってハロゲンヒータ202Bは770Wの電力量を有し、両端部の配熱部202dはそれぞれ63mm(合計126mm)の長さであってハロゲンヒータ202Aは440Wの電力量を有する。よって、A4横やA3縦(297mm)を印刷する際は、ハロゲンヒータ202Aとハロゲンヒータ202Bの両方を点灯する必要がある。
このように、ハロゲンヒータ202A,202Bは異なる発熱量・電力量を有し、中央ヒータの発熱量・電力量は端部ヒータの発熱量・電力量より大きい。ただし、ハロゲンヒータ202A,202Bの単位長さ当たりの発熱量・電力量はどちらも、例えば3.5W/mmである。これは、記録材上のトナーの定着性や画像の光沢度を一定に保つために、トナーや記録材に与える熱量を一定にするためである。
以上のように、本実施形態によればA4縦通紙幅とA3縦通紙幅間(210mm〜297mm)の配熱分布を持つヒータを第1領域211に、長手方向の放熱幅が広いA4縦通紙幅(210mm)に対応する配熱分布を持つヒータを第2領域212に配置する。これにより、定着ベルト201の移動中の放熱量が少なくなり、定着ベルトは加熱された温度を保ったままニップ部Nに突入するため、定着装置としての熱効率が向上して省エネルギー性に有利な構成となる。
前述したように、ハロゲンヒータ202A,202Bの単位長さ当たりの発熱量・電力量はどちらも3.5W/mmとしている。これは、記録材上のトナーの定着性や画像の光沢度を一定に保つために、トナーや記録材に与える熱量を一定にするためである。だが、ハロゲンヒータの202A,202Bの単位長さ当たりの発熱量・電力量を揃えても、定着ベルト201に対して付与される熱量が一定にならなければ記録材上のトナーの所望の均一な定着性や画像の光沢度を得ることが出来ない。
また、図6の実線で示される定着ベルト201は定着ベルトの回転時の軌跡を示し、停止時の軌跡(点線で示される定着ベルト201B)よりもニップ出口側に膨らんだ軌跡となる。このように、定着ベルト201の軌跡は停止時と回転時では異なる。そのため、定着ベルト201が作像動作時に所定の線速で安定的に回転しているときに定着ベルトに対して一定の熱量が付与されるように、ハロゲンヒータをレイアウトする必要がある。具体的には、定着ベルト201が所定の線速で回転しているときにハロゲンヒータ202A,202Bの配熱部202d,202cのそれぞれが定着ベルトに対して照射する軸方向の単位長さ当たりの熱量が等しくなるように、ハロゲンヒータを配置する。
なお、図6は第2実施形態にかかる定着装置200を示しており、ハロゲンヒータ202A,202Bはステー207に対して対称的に配置されておらず、非対称に配置されている。各ヒータの配熱部は、図2,4,5に示すものと同様に構成されている。
また、ステー207は、断面がそれぞれ略L字型の第1部材207Aと第2部材207Bからなる。同形状の第1部材207A及び第2部材207Bは、2本のハロゲンヒータ202A,202Bを仕切っており、ニップ形成部材206に固定されている。第1部材207A及び第2部材207Bはヒータの長手方向に直線的に延在しており、ステー207の断面は略T字型に構成されている(図6)。第1領域211と第2領域212は同じ大きさに形成されている。このように2本のハロゲンヒータ202A,202Bをステー207を挟んだ上下の別々な領域に配置したことで、図3に記載の構成のようにヒータ点灯時に互いのガラス管を加熱することがないため、加熱効率が下がらない。
上述したように、定着装置として熱効率を向上させるためには、定着ベルト201が作像動作時に所定の線速で安定的に回転しているときに定着ベルトに対して一定の熱量が付与されるように、ハロゲンヒータをレイアウトする必要がある。ここで、定着ベルト201の内周とハロゲンヒータ202A,202Bが接触すると、定着ベルト201とハロゲンヒータの202A,202Bは摺擦によって損傷を受け、これが定着装置200の破損の原因となり得る。このため図6に示すように、定着ベルト201が、停止時においても回転時においてもハロゲンヒータ202A,202Bとは接触しないように、ハロゲンヒータをレイアウトする必要がある。
また、定着ベルト201とハロゲンヒータの202A,202Bが接触しなくても、非常に近接する位置にレイアウトされた場合には、ヒータの点灯時に定着ベルト201は局所的に急激に加熱されることになる。すると、定着ベルト201の局所的な熱膨張が生じ、その結果、直接加熱されていない部分との膨張差によって定着ベルトが変形する「キンク」と称される熱変形が起こることがある。特に、近年の省エネルギー性及びファーストプリントタイム向上のために薄く形成された定着ベルトを用いた構成においては、定着ベルトが加熱されやすくなるため、キンクが発生しやすい。キンクを発生することにより、異常画像が生じたり、場合によっては定着ベルトが破損したりする。
定着ベルト201の停止状態では、加熱されない部分と加熱される部分の膨張差が生じ易くなってキンク発生のリスクが更に高まる。だが、ベルト停止状態でのキンク防止のためには、定着ベルト201とハロゲンヒータ202A,202Bの距離を非常に大きくする必要があり、これは定着装置200の熱効率を悪化させる原因となる。そのため、定着ベルト201の停止状態では、ハロゲンヒータの202A,202Bが点灯しないように制御を行うことでキンクの発生を防止することができる。さらに、ハロゲンヒータの202A,202Bは、定着ベルト201の回転状態でキンクが発生しないような位置に具備されることが必要となる。つまり、定着ベルト201の停止時を除く回転時においてハロゲンヒータ202A,202Bが固有の最大熱量を定着ベルト201に照射しても定着ベルトの局所的な熱膨張が発生しない位置に、ハロゲンヒータは配設されると好ましい。なお、回転状態でキンクが発生しないような位置は定着ベルト201の構成や定着装置200のレイアウトにより固有のものである。
図7は、第3実施形態にかかる定着装置の概略構成図である。
本実施形態では、ハロゲンヒータ202Aは、小サイズ用紙幅に対応する領域に配された配熱部202eを有し、ハロゲンヒータ202Bは、大サイズ用紙幅に対応する領域に配された配熱部202fを有している。大サイズ用紙幅は例えばA4横又はA3縦に対応し、小サイズ用紙幅は例えばA4縦やB5縦に対応する。
本実施形態でも定着装置200は、異なる分布の配熱部202e,202fをそれぞれ有する2本のハロゲンヒータ202A,202Bを有する。2本のヒータ202A,202Bをステー207を挟んだ上下の別々な領域に配置したことで、ヒータ点灯時に互いのガラス管を加熱することがないため、加熱効率が下がらない。また、発熱量の少ないハロゲンヒータ202Aは、ニップ部Nから見て定着ベルトの回転方向上流側(第1領域211)又はニップ出口側に配置され、発熱量の多いハロゲンヒータ202Bは、ニップ部Nから見て定着ベルトの回転方向下流側(第2領域212)又はニップ入口側に配置される。この配置により、定着ベルト移動中の定着ベルトの放熱量が少なくなり、定着装置としての熱効率が向上して省エネルギー性に有利な構成となる。
ステー207は、図2に示すものと同様に形成されている。すなわち、長手方向全体にわたり、ステー207の第1部材207Aの第1仕切り部207cと、ステー207の第2部材207Bの第2仕切り部207eは略同じ長さを有するが、第1固定部207dは第2固定部207fよりも長い。第1仕切り部207cと第2仕切り部207eはヒータの長手方向に直線的に延在している。長手方向中央部の断面は図2と同様である。ただし、図7では反射部材の図示を省略している。
また、本発明の実施形態に係る定着装置は、図1に示すカラーレーザープリンタに限らず、モノクロ画像形成装置や、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ又はこれらの複合機に搭載でき、搭載によって省エネルギー性に優れた画像形成装置が得られる。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることも可能である。
200 定着装置
201 定着ベルト(定着部材)
202A,202B ハロゲンヒータ(熱源)
202c,202d,202e,202f 配熱部
203 加圧ローラ(加圧部材)
206 ニップ形成部材
207 支持部材
N ニップ部
S 記録材
特開2004−286922号公報 特許第2861280号公報 特開2007−334205号公報 特開2010−78839号公報 特開2014−240952号公報 特開2014−056203号公報

Claims (6)

  1. 回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材を備え、
    前記定着部材の内側に、前記定着部材を加熱する複数の熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材との間でニップ部を形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を支持する支持部材が配置された、
    記録材上のトナー像を前記ニップ部において定着する定着装置において、
    前記複数の熱源は、長手方向に異なる分布の配熱部をそれぞれ有し、前記支持部材を挟んだ別々な領域に配置され、
    前記複数の熱源のうち発熱量の少ない熱源は、前記ニップ部から見て前記領域のうちの前記定着部材の回転方向上流側に配置され、発熱量の多い熱源は、前記ニップ部から見て前記領域のうちの前記定着部材の回転方向下流側に配置されることを特徴とする定着装置。
  2. 前記定着部材が所定の線速で回転しているときに前記複数の熱源の配熱部のそれぞれが前記定着部材に対して照射する軸方向の単位長さ当たりの熱量が等しくなるように、前記複数の熱源が配置されることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
  3. 前記定着部材が、停止時においても回転時においても前記複数の熱源とは接触しな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. 前記定着部材の回転時において前記複数の熱源が固有の最大熱量を前記定着部材に照射しても前記定着部材の局所的な熱膨張が発生しない位置に、前記複数の熱源は配設される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。
  5. 前記発熱量の少ない熱源からの輻射が前記定着部材に直接当たる角度である照射角は、前記発熱量の多い熱源からの輻射が前記定着部材に直接当たる角度である照射角よりも大きい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。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項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。
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