JP2019028279A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱回転体と非接触で加熱回転体からの輻射熱を反射する反射部材を移動可能に備え、非通紙部の反射効果を減少させることで非通紙部昇温を減少させることができる定着装置を提供する。【解決手段】記録材を加熱する無端状の加熱回転体と、前記加熱回転体を加熱する加熱手段と、前記加熱回転体の温度を検知する温度検知手段と、前記加熱回転体の表面近傍に非接触で配置され、加熱回転体からの輻射熱を反射する反射部材と、前記反射部材を移動させる離間手段と、を備える定着装置において、前記反射部材は、前記加熱回転体からの輻射熱を反射する第一の反射位置と、前記第一の反射位置よりも反射量が少なくなるような第二の反射位置とに移動可能であって、前記温度検知手段が所定の温度を検知すると、前記反射部材は、前記第一の反射位置から前記第二の反射位置に移動する。【選択図】図３

Description

本発明は、記録材上に画像を加熱定着させるための定着装置に関するものである。

従来、画像形成装置において、電子写真プロセスや静電記録プロセス等の画像形成手段によって、記録材上に形成担持させたトナー画像を記録材面に加熱定着させる定着装置として、フィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。

フィルム加熱方式の定着装置には、例えば加熱部材としてセラミックヒータを用い、その対向側に加圧部材としての加圧ローラを配置し、伝熱部材としての可撓性を有する薄肉の定着フィルムを狭持して定着ニップ部を形成する構成がある。未定着トナー画像を形成担持させた記録材は、定着フィルムと加圧ローラとの間に導入され、定着フィルムと一緒に挟持搬送される。その際、定着フィルムを介して伝熱されたセラミックヒータの熱と、定着ニップ部の加圧力で未定着トナー画像を記録材面に定着させている。

また、フィルム加熱方式の定着装置には、例えば加熱部材としてハロゲンヒータを用いて、その輻射熱を利用して薄肉の定着フィルムを間接的に加熱する構成もある。その場合は、加圧部材としての加圧ローラの対向に樹脂や金属で形成されたニップ形成部材であるパッド部材を配し、定着フィルムを狭持して定着ニップ部を形成している。

このようにフィルム加熱方式の定着装置は、薄肉で熱容量が小さく、かつ熱応答性が良いため、ヒータの熱応答を効率良く定着ニップ部内に反映することができる。更に、ヒータONから短時間で定着温度に到達することができ、これらの効果によって省電力化を実現している。

また、この種の定着装置において、装置外への不要な熱の拡散を抑制するため、定着フィルムの外周側に輻射熱を反射する、反射部材もしくは遮熱部材を設けたものが提案されている。
特許文献１では、定着フィルムの表面を覆う遮熱カバーを有し、遮熱カバーはフレーム部材と非接触であり、フランジ部材に保持されることにより定着フィルムの表面と離間している定着装置が記載されている。
また、特許文献２では、定着ローラの外周面に対向して設けられた定着ローラの輻射熱を反射する反射部材と、定着ローラの外周面に対して所定の間隔を隔てた離間位置と定着ローラの外周面に接触させる接触位置とに反射部材を移動させる駆動機構を備える定着装置が記載されている。

特許第５１０００６１号公報 特開２０１２−２３０２９３号公報

通常、定着装置では、種々の記録材サイズの加熱処理が行われる。加熱可能な最大幅の記録材（大サイズ紙）よりも小さい幅の記録材（小サイズ紙）を加熱する場合、通紙部と非通紙部との温度差（非通紙部昇温）が発生する。

しかしながら、特許文献１では、定着フィルムの表面を遮熱カバーが覆うため、小サイズ紙を加熱したあとでは、通紙部と非通紙部との間の温度差が解消されにくく、非通紙部昇温が解消されるまでに時間がかかるという問題がある。

また、特許文献２では、定着ローラの表面に反射部材を接触させることによって通紙部と非通紙部との間の温度差を解消するものであるが、定着ローラの表面に反射部材を接触させることにより、定着ローラを傷つけてしまうおそれがある。

本発明の目的は、加熱回転体と非接触で加熱回転体からの輻射熱を反射する反射部材を移動可能に備え、非通紙部の反射効果を減少させることで非通紙部昇温を減少させることができる定着装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、記録材を加熱する無端状の加熱回転体と、前記加熱回転体を加熱する加熱手段と、前記加熱回転体の温度を検知する温度検知手段と、前記加熱回転体の表面近傍に非接触で配置され、加熱回転体からの輻射熱を反射する反射部材と、前記反射部材を移動させる離間手段と、を備える定着装置において、前記反射部材は、前記加熱回転体からの輻射熱を反射する第一の反射位置と、前記第一の反射位置よりも反射量が少なくなるような第二の反射位置とに移動可能であって、前記温度検知手段が所定の温度を検知すると、前記反射部材は、前記第一の反射位置から前記第二の反射位置に移動することを特徴とする。

本発明によれば、加熱回転体と非接触で加熱回転体からの輻射熱を反射する反射部材を移動可能に備え、非通紙部の反射効果を減少させることで非通紙部昇温を減少させることが出来る。

本発明の実施形態に係る定着装置を用いた画像形成装置の概略図 本発明の実施形態に係る定着装置の断面図 本発明の実施形態に係る定着装置の側面図 本発明の実施形態に係る定着装置の機能ブロック図 本発明の実施形態に係る反射部材の動作シーケンスのフローチャート 本発明の他の実施形態に係る定着装置の断面図 本発明の他の実施形態に係る定着装置の側面図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（画像形成装置）
まず、カラー電子写真プリンタについて図１を用いて説明する。図１は本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、シートの搬送方向に直交した断面を示している。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。

図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成される。潜像は、現像器１５によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。

一方、記録材Ｐは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、記録材Ｐを一旦受け止めて斜行を補正する。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、記録材を中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である、例えば二次転写ローラ３５によって記録材Ｐに転写される。その後、記録材Ｐのトナー像は、記録材Ｐが定着装置４０によって、加熱加圧されることで記録材Ｐに定着される。

記録材Ｐの片面にトナー像を形成する場合、条件に応じて切り換えフラッパ６１で搬送経路を切り替える。フェイスアップ（トナー像が上側）で排出する場合は、排紙ローラ６３を介し画像形成装置１の側面に配置されている排紙トレイ６４に排出する。フェイスダウン（トナー像が下側）で排出する場合は、画像形成装置１の上面に配置されている排紙トレイ６５に排出する。

記録材Ｐの両面にトナー像を形成する場合、定着装置４０によってトナー像を定着された記録材Ｐは、フラッパ６１によって上方へ案内され、後端が反転ポイントRに達したとき、搬送路７３によってスイッチバック搬送されて表裏反転される。その後、記録材Ｐは、両面搬送路７０を搬送され、片面画像形成と同様の過程を経て他方の面にトナー像を形成されて、排紙トレイ６４または排紙トレイ６５上に排出される。なお、フラッパ６１、スイッチバック搬送路７３等で構成される部分は、反転手段の一例である。

（定着装置）
次に、定着装置４０について図２および図３を用いて説明する。図２は本実施形態の定着装置の断面図であり、図３は定着装置の側面図である。本実施形態における定着装置４０は、フィルム加熱方式の定着装置の一例である。定着装置４０は、加圧部材としての加圧ローラ１０６と、加圧ローラ１０６に対向して配置された、加熱部材としてセラミックヒータ１００を含む、定着部材４１を有する。また、定着部材４１は、円筒状の定着フィルム１０１と、定着フィルム１０１を挟んで前記加圧ローラ１０６との間にニップ部Ｎを形成するガイド部材１０３を有する。

また、定着フィルムの軌道を規制する定着フランジ１０４と、ガイド部材１０３の強度を確保する、定着フィルム１０１内面側に配置されたステー１０２を有する。以下、それぞれの部材について詳細に説明する。

まず、定着部材４１を構成する部品について説明する。定着フィルム１０１は、記録材Ｐに熱を伝達する円筒状の耐熱性の定着フィルムであり、ガイド部材１０３にルーズに外嵌させてある。定着フィルム１０１は、１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のある基材上に必要に応じて弾性層や離型層を設けている。例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の樹脂を主体とした材料に熱伝導フィラーを配合した基材上に、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の離型層をコーティングした複合層フィルムが用いられる。

また、基材として５０μｍ以下２０μｍ以上のＳＵＳ等の薄層金属フィルムを用いてもよい。また、ムラの少ないカラー画像を得るために基材と離型層の間に、熱伝導フィラーを添加したシリコーンゴムなどからなる弾性層を設けてもよい。

ガイド部材１０３は定着フィルム１０１の内側に設けられている耐熱性・断熱性のある材質で構成される。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＬＣＰ樹脂等の絶縁性及び耐熱性の良い材料が用いられている。ガイド部材１０３は、加圧ローラ１０６と圧接することで形成されるニップ部Ｎの加圧を補助すると共に、定着フィルム１０１の回転を安定させるガイドとしての機能を有する。

セラミックヒータ１００は、発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する低熱容量の加熱部材である。例えば、細長薄板状のセラミック基板に対し、通電発熱抵抗体層を具備したものである。また、ヒータ１００はガイド部材１０３の下面に長手に沿って設けられた嵌め込み溝に嵌め込まれて支持されている。

ステー１０２は、比較的柔軟な樹脂製のガイド部材１０３の裏面に押し当てることでガイド部材１０３に長手強度を持たせ、かつガイド部材１０３を矯正させるための部材である。

定着フィルム端部規制部材としての定着フランジ１０４は、ステー１０２の両端にはめ込まれ、定着フィルム１０１の周方向の軌道を規制すると共に、定着フィルム１０１の長手方向位置を規制するスラスト止めを兼ねた側壁部を有する。また、定着フランジ１０４は側板１０８に勘合保持され、定着部材４１の位置を保証している。

分離ガイド１２２は、ニップ部Nより搬送方向下流側の定着フィルム１０１に近接した位置に設置されている。分離ガイド１２２先端位置は、定着フィルム１０１の回転駆動時にも定着フィルム１０１と接触しないようにギャップを設けている。

次に、加圧部材である加圧ローラ１０６について説明する。加圧ローラ１０６は、芯金１０７と、芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層とで構成されており、表層に離型層を設けている。例えば、離型層はフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。芯金の両端部にＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂よりなる不図示の軸受部材を装着し、側板１０８に回転可能に保持させて配設している。また、加圧ローラ１０６は、長手方向端部に取り付けられたギア１０９を介して、制御部４５に制御されたモータMにより、通常のプリント時においては矢印Ａの示す方向に回転駆動する。その際、定着フィルム１０１は加圧ローラ１０６に対し、矢印Ｂの示す方向に従動回転する。

定着フィルム１０１とセラミックヒータ１００やガイド部材１０３間の摩擦力を低減し、定着フィルム１０１を円滑に回転させるために、定着フィルム１０１の内周面やセラミックヒータ１００やガイド部材１０３の表面に、不図示の潤滑剤を塗布してもよい。潤滑剤としては、耐熱性のあるオイルやグリースが望ましく、シリコーンオイル、PFPE（パーフルオロポリエーテル）、フッ素グリースなどが用いられる。

定着フィルム１０１の外側には、定着フィルム１０１の外周面に沿った略円弧状の断面形状である反射カバー１３０が、定着フィルム１０１表面から所定の間隔を保って設けられている。

反射カバー１３０は、定着フィルム１０１から放射された輻射熱を定着フィルム１０１方向に反射することで、定着フィルムから外部への熱放射を抑制し、定着フィルム１０１を効率よく加熱する。反射カバー１３０は、アルミニウムやステンレス、銀等の、反射率の高い金属より成る。もしくはセラミックや耐熱樹脂等の耐熱材料の表面に反射率の高い金属材料を蒸着させても良い。

また、反射カバー１３０は、定着フィルム１０１の回転軸方向にそれぞれ、中央反射カバー１３１、および端部反射カバー１３２、１３３に分割されており、それぞれＰ１（定着可能な最小サイズの記録材が通過する領域）およびＰ２（定着可能な最大サイズの記録材が通過する領域）に対応している。端部反射カバー１３２、１３３は、後述する離間機構４６によって、定着フィルム１０１の表面と近接している遮蔽位置と、遮蔽位置よりも定着フィルム１０１の表面からの距離が離れる退避位置とに移動可能である。

次に、定着装置の動作について図４を用いて説明する。図４は、定着装置の機能ブロック図である。セラミックヒータ１００の定着フィルム１０１と摺動しない側の面に、温度検知手段として中央サーミスタ１１０および端部サーミスタ１１１を配置している。中央サーミスタは領域Ｐ１内に配置され、端部サーミスタは領域Ｐ２の外側に配置される。

制御部４５は、定着装置の動作を制御する機能を有する。また、セラミックヒータ１００にはＡＣ電源およびＡＣ制御回路１１２が接続されており、制御部４５によりセラミックヒータ１００の発熱体が通電制御される。一方、加圧ローラ１０６に取り付けられたギア１０９はモータＭに接続されており、制御部４５によりモータＭは回転制御される。

以下に、プリント時の定着動作を説明する。定着動作開始の指示を制御部４５が受け付けると、制御部４５はＡＣ制御回路１１２を作動させてセラミックヒータ１００に給電を開始する。中央サーミスタ１１０の検知温度が所定の目標温度Ｔ１（本実施形態では、２００℃）に達するまで、セラミックヒータ１００に給電しつづける。

一方で、制御部４５はサーミスタ１１０の検知温度が目標温度より低いモータ駆動開始温度Ｔ２に到達した時点でモータＭを駆動させる。モータＭの駆動により加圧ローラ１０６が矢印Ａの示す方向に回転駆動され、それに伴って定着フィルム１０１が矢印Ｂの示す方向に従動回転する。

サーミスタ１１０の検知温度が目標温度Ｔ１に達した時点で給紙動作を行い、定着ニップ部Ｎに未定着トナー像を担持した記録材Ｐが入り口ガイド（不図示）に沿って案内されて導入される。定着動作中は、サーミスタ１１０の検知温度が目標温度Ｔ１近傍で安定するように、ＡＣ制御回路１１２から定着フィルム１０１へ供給する電力をサーミスタ１１０の検知温度に応じて制御する。定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐのトナー像担持面側が定着フィルム１０１の外面に密着し、記録材Ｐが定着フィルム１０１と共に移動する。

定着ニップ部Ｎでの挟持搬送過程において、セラミックヒータ１００で発生した熱が記録材Ｐに付与され、未定着トナー像が記録材Ｐ上に溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム１０１から曲率分離され、定着排紙ローラ（不図示）で排出される。プリント動作が終了するとセラミックヒータ１００への通電を停止してモータＭを停止させる。

定着動作中に、端部サーミスタ１１１の検知温度Ｔｓｕｂが、所定の反射カバー退避温度Ｔｏ（本実施形態では２４０℃とする）以上を検知すると、モーター、ソレノイド、カム等よりなる離間機構４６は、端部反射カバー１３２、１３３を、遮蔽位置から退避位置に移動させる。端部反射カバー１３２、１３３が退避位置にいる状態で、ＴｓｕｂがＴｏよりも低い反射カバー遮蔽温度Ｔｃ（本実施形態では２２０℃）未満を検知すると、離間機構４６は、端部反射カバー１３２、１３３を、退避位置から遮蔽位置に移動させる。

次に、端部反射カバー１３２、１３３の動作について、図５を用いて説明する。図５は、端部反射カバー１３２、１３３の動作を示すフローチャートである。プリント開始時に定着動作開始の指示を受けると、前述の定着動作を開始すると共に、制御部４５は端部サーミスタ１１１の検知温度Ｔｓｕｂの取得を開始し（ＳＴＥＰ１〜２）、Ｔｓｕｂと反射カバー退避温度Ｔｏの比較を行う（ＳＴＥＰ３）。

ＴｓｕｂがＴｏ以上を検知した場合、離間機構４６は端部反射カバー１３２、１３３を遮蔽位置から退避位置に移動させる（ＳＴＥＰ５〜６）。ＴｓｕｂがＴｏ未満の場合は、さらにＴｓｕｂと反射カバー遮蔽温度Ｔｃとの比較を行う（ＳＴＥＰ４）。ＴｓｕｂがＴｃ未満の場合、かつ端部反射カバー１３２、１３３が退避位置にある場合には、離間機構４６は端部反射カバー１３２、１３３を退避位置から遮蔽位置に移動させる（ＳＴＥＰ７〜８）。

Ｔｓｕｂの取得は、少なくとも定着制御の終了まで継続（ＳＴＥＰ９）する。定着動作終了の指示を受けると、端部反射カバー１３２、１３３を遮蔽位置に移動（ＳＴＥＰ１０〜１１）させてから、定着制御を終了する（ＳＴＥＰ１２）。

上述のように、本発明の実施形態構成においては、小サイズの記録材の定着動作時に非通紙部昇温が発生すると、端部反射カバー１３２、１３３を退避させることによって、定着フィルム１０１の非通紙部からの輻射熱を定着フィルム１０１に反射させることがない。したがって、非通紙部昇温を改善可能である。

例えば、本実施形態の定着構成において、坪量８０ｇ／ｍ2のＢ５Ｒ用紙を、サーミスタ１１０の制御温度２００℃、搬送速度３００ｍｍ／ｓｅｃにて、１０００枚の連続通紙を行ったところ、端部反射カバー１３２、１３３を離間させない従来の構成においては、端部サーミスタ１１１の検知温度が２７０℃であったのに対し、端部反射カバー１３２、１３３を離間させる本実施形態構成においては、端部サーミスタ１１２の検知温度は２４０℃であった。

なお、上記の実施形態で示した定着装置４０の各構成及び設定値に関しては一例であって、使用する紙種およびトナー、プロセススピード等によって適時変更しても良い。

本実施形態においては、反射カバー１３０を３カ所に分割したが、さらに分割しても良いし、分割せずに1つのカバーで定着フィルム１０１を覆っても良い。

また、定着する記録材のサイズや坪量に応じて、反射カバーを動作させる温度を適時変更しても良い。

また、端部反射カバー１３２、１３３の退避方法も、本実施形態に限定されるものではない。例えば、図６に示すように、反射カバー１３０の円弧端部Ｘを回転中心として、定着フィルム１０１より離間させても良いし、図７に示すように、端部反射カバー１３２、１３３の退避方向を定着フィルム１０１の回転軸方向としても良い。

さらには、定着フィルム１０１の非通紙部表面を冷却するために、端部反射カバー１３１、１３２の退避により生じた空隙を通じて、送風しても良い。

また、本実施形態における定着装置としては、加熱フィルム定着方式を用いたが、加熱ニップを形成する加熱回転体であれば、本発明は適用可能である。

さらには、加熱回転体の表面に設けられて加熱回転体の表面を加熱する、外部加熱ベルトに対しても、本発明は適用可能である。

また、本実施形態における定着装置の加熱手段はセラミックヒータであったが、ハロゲンヒータや誘導加熱等、他の加熱手段であっても、本発明は適用可能である。

１． 画像形成装置
１０．画像形成部
１１．感光ドラム
１２．帯電器
１３．レーザスキャナ
１４．現像器
１５．クリーナ
１７．一次転写ブレード
２０ａ．１段目給紙カセット
２０ｂ．２段目給紙カセット
２３．レジストローラ対
２４．駆動手段
２５．マルチ給紙トレイ
２６．駆動手段
２７．中間転写ベルト
３５．二次転写ローラ
４０．定着装置
４１．定着部材
４５．制御部
４６．離間機構（離間手段）
１００．セラミックヒータ（加熱手段）
１０１．定着フィルム（加熱回転体）
１０２．ステー
１０３．ガイド部材
１０４． 定着フランジ
１０６．加圧ローラ
１０７．芯金
１０８．側板
１０９．ギア
１１０．中央サーミスタ
１１１．端部サーミスタ（温度検知手段）
１１２．AC制御回路
１２２．分離ガイド
１３０．反射カバー（反射部材）
１３１．中央反射カバー
１３２、１３３．端部反射カバー
Ｍ．モータ（駆動手段）

Claims (3)

1. 記録材を加熱する無端状の加熱回転体と、
   前記加熱回転体を加熱する加熱手段と、
   前記加熱回転体の温度を検知する温度検知手段と、
   前記加熱回転体の表面近傍に非接触で配置され、加熱回転体からの輻射熱を反射する反射部材と、
   前記反射部材を移動させる離間手段と、
   を備える定着装置において、
   前記反射部材は、前記加熱回転体からの輻射熱を反射する第一の反射位置と、前記第一の反射位置よりも反射量が少なくなるような第二の反射位置とに移動可能であって、
   前記温度検知手段が所定の温度を検知すると、前記反射部材は、前記第一の反射位置から前記第二の反射位置に移動することを特徴とする、定着装置。
2. 前記温度検知手段は、記録材が通過しない非通過部もしくは非通過部近傍の温度を検知することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記反射部材は、前記加熱回転体の回転軸方向に、複数に分割されてい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。