JP2019179143A - 定着装置 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本実施例における画像形成装置の本体構成を説明し、次いで、本発明に係わる定着装置について詳しく説明する。
本実施例において、記録材上に未定着トナー像を形成する方法及び画像形成装置の一例を図1に示す概略図を用いて説明する。本実施例における画像形成装置50は、感光ドラム上のトナー像を直接記録材P上に転写する電子写真方式の画像形成装置である。像担持体である感光ドラム1の周面には、回転方向(矢印R1方向)に沿って順に、帯電器2、レーザー光Lを感光ドラム1に照射する露光装置3、現像器5、転写ローラ10、及び感光ドラムクリーナー16が配置されている。まず、感光ドラム1は、その表面が帯電器2によってマイナス極性に帯電される。次に帯電された感光ドラム1は、露光手段3のレーザー光Lにより、その表面上に静電潜像が形成(露光された部分は表面電位が上がる)される。本実施例のトナーはマイナス極性に帯電されており、ブラックトナーが入った現像器5によって、感光ドラム1上の静電潜像部にのみマイナストナーが付着し、感光ドラム1上にトナー像が形成される。記録材Pは、給紙ローラ4によって給紙されると、搬送ローラ6によって記録材Pが転写ニップNに搬送される。転写ローラ10に、不図示の電源からトナーの極性とは逆の極性であるプラス極性の転写バイアスが印加され、感光ドラム1上のトナー像は、転写ニップ部Nにおいて記録材P上に転写される。転写後の感光ドラム1は、弾性体ブレードを有する感光ドラムクリーナー16によって表面の転写残トナーが除去される。トナー像を担持した記録材Pは、定着装置100に搬送され、表面のトナー像の加熱定着が行なわれる。
次いで、本実施例の定着装置100について以下に説明する。本実施例の定着装置100は、上述のように立ち上げ時間の短縮や低消費電力化を目的としたフィルム加熱方式の定着装置である。図2は本実施例における定着装置100の断面図である。
本実施例の定着フィルム112は変形させていない円筒状の状態で外径がφ18mmであり、厚み方向には多層構成となっている。定着フィルム112の層構成としては、フィルムの強度を保つための基層と、表面への汚れ付着低減のための離型層からなる。基層の材質は、ヒータ113の熱を受けるため耐熱性が必要であり、またヒータ113と摺動するため強度も必要であるため、ステンレス鋼やニッケルなどの金属や、ポリイミドなどの耐熱性樹脂を用いると良い。本実施例では、定着フィルム112の基層の材質としてポリイミド樹脂を用い、熱伝導率と強度を向上させるためカーボン系のフィラーを添加して用いた。基層の厚さは薄いほどヒータ113の熱を定着ローラ110表面に伝達しやすいが強度が低下するため15μm〜100μm程度が好ましく、本実施例では50μmとした。
本実施例の加圧ローラ110は外径φ20mmであり、φ12mmの鉄製の芯金117に厚さ4mmの弾性層116が形成されている。弾性層116の材質としては、ソリッドゴムや、発泡ゴムが用いられる。発泡ゴムは、低熱容量で熱伝導率が低く、加圧ローラ110表面の熱が内部へ吸収され難いため、表面温度が上昇しやすく、立ち上がり時間を短縮できる利点がある。本実施例においては、シリコーンゴムを発泡した発泡ゴムを使用した。
本実施例のヒータ113はフィルム加熱方式の定着装置で用いられる一般的なヒータであり、セラミック製の基板113a上に抵抗発熱体113bを設けたものを用いている。具体的には、抵抗発熱体113bは、記録材Pの搬送方向、つまりフィルム112の周面が移動する方向の幅7mm、厚さ1mmのアルミナの基板113a表面にAg/Pd(銀パラジウム)をスクリーン印刷により10μm塗工し形成した。そして、発熱体保護層113cは、基板113a上にヒータ113を覆うように50μmの厚さのガラスを形成するようにして構成した。また、セラミック基板113aあるいは、フィルム112の温度を検知する不図示の温度検知素子の信号に応じて、抵抗発熱体113bに流す電流を適切に制御することで、ヒータ113の温度を調整している。
本実施例の特徴である隙間埋め部材140について、断面の概略図である図3を用いて説明する。隙間埋め部材140は、ヒータ113の下流側から順に、狭持部(第2部分)140a、規制部(第1部分)140b、そして摺動部(第1接触部)140cを有する。狭持部140aは、ヒータ113の摺動面とは反対側の面に配置され、加圧ローラ110からの加圧力によってヒータ113とヒータホルダ130の間に挟み込まれることが可能とされている。規制部140bは、ヒータ113の上流側において、狭持部140aに一端がつながり、ヒータ113とヒータホルダ130の間に位置し、ヒータ113の基板113aから抵抗発熱体113bや発熱体保護層113cが設けられた方向に延びる。規制部140bは、ヒータ113の上流側の壁面113Wuと接触することにより、隙間埋め部材140の移動が規制できるように構成されている。そして摺動部140cは、規制部140bの他端から延び、フィルム112と接触してフィルム112の回転による摩擦力を受ける。狭持部140aの搬送方向の長さは、ヒータの搬送方向の幅W1が製造時にばらついた際にとり得る最小の幅よりも短くしてある。これは、隙間埋め部材140をフィルム搬送方向下流側にスライドさせ、隙間埋め部材140が搬送方向下流側の壁130Wdと接触することなく、規制部140bと摺動部140cの一端をヒータ113の上流側の壁面113Wuに密着させる為である。また、規制部140bをヒータ113に密着させた状態を実現するために、組立時には手作業でヒータ113に隙間埋め部材140を押し当てたり、専用の冶具を用いて、ヒータ113に隙間埋め部材140を押し当てたりする。専用の治具を用いた場合にあっては、ヒータホルダ130、隙間埋め部材140、ヒータ113および、フィルム112を組み合わせた後、加圧ローラ110で加圧するまでの間、冶具で隙間埋め部材140がフィルム搬送方向下流側にスライドさせた状態を維持する。このようにして組み立て直後に、ヒータ113と隙間埋め部材140の間の隙間が埋まる前に、異物が加圧ニップNに入り込むことを抑制する。動作時には、摺動部140cの面が摩擦力を受けることによって、隙間埋め部材140は、規制部140bがヒータ113の上流側の壁面113Wuに密着する方向に常に摺動力を受ける。このため、動作中も、規制部140bとヒータ113の上流側の壁面113Wuは常に密着した状態が維持される。
摺動部140cは、ヒータ113の上流側において、加圧ローラ110による加圧方向aと垂直に延びるヒータ113(発熱体保護層113c)の平面αよりも加圧ローラ110側、つまりフィルム112へ向かって突出するように配置されている。これにより、摺動部140cでフィルム112からの摩擦力を受けることができる。また、異物がフィルム112と定着ローラ110の間に進入した場合、ヒータ113の上流側の壁面113Wuと、ヒータ113(発熱体保護層113c)のフィルム112と近い側の面(摺動面)と、の間の角部113Euとフィルム112の接触を防止できる。ヒータ113の角部113Euは、非常に鋭利である。このため、異物がフィルム112と定着ローラ110の間に進入した際に、異物で付勢されたフィルム112の内面がヒータ113の角部113Euと強く接触してフィルム112にダメージが発生する場合があった。本実施例においては、加圧方向aにヒータ113の平面αに比べ加圧ローラ110に向かって突出する摺動部140cの突出量を0.1mm以上とすることにより、ヒータ113の角部113Euとフィルム112の内面が強く接触することを防止するようにした。
本実施例に関係する部品のばらつきは、ヒータ113の搬送方向の幅W1と、ヒータホルダの溝(保持部)の搬送方向の幅W2、規制部140bの厚みTである。ヒータ幅W1と、ヒータホルダの溝の幅W2のばらつきは±0.5mmである。隙間埋め部140の厚みTの図面上で指示された寸法、つまり称呼寸法は0.3mmであり、ばらつきは±0.1mmである。ヒータ幅W1およびヒータホルダ溝の幅W2は、元の寸法が比較的長い。またヒータ113と隙間埋め部材140は、紙幅方向にも十分な長さが必要であるため、紙幅全域に渡る部品のばらつきを考慮すると、隙間埋め部材140bの厚みTのばらつきと比較して大きくなる。規制部140bの厚みTのばらつきは、製法にもよるものの、例えば薄い板状のものを折り曲げて隙間埋め部材140を成型するなどすれば、小さく抑えることが可能である。なお、隙間関係が最小となるときは、ヒータ113がヒータホルダ130の溝に嵌るようにして組立が可能となるときである。この際、ヒータ113をヒータホルダ130部材に組み付け可能とするため、ヒータ幅W1に規制部140bの厚みを足した寸法が、ヒータホルダ溝の幅W2よりも0.1mm小さいことが必要である。すなわち本実施例において組立可能となる条件は、ヒータ幅W1がばらつきによりとりうる最も大きい7.5mmで、規制部140bの厚みTがばらつきによりとりうる最も大きい0.4mmのとき、ヒータホルダの溝の幅W2が8.0mm以上となることである。そのため、ヒータホルダの溝の幅W2の称呼寸法は最小のヒータホルダ130の溝の幅W2よりもヒータホルダのばらつき分0.5mmだけ広い8.5mmとする必要がある。
本実施例においては、比較例として、図4の断面概略図で示したように、隙間埋め部材140を配置しない構成を作製し、評価した。本比較例において組立可能となる条件は、ヒータ幅W1が7.5mmのときに、ヒータホルダの溝の幅W2が最小でも7.6mm以上となることである。よって、ヒータホルダの溝の幅W2は称呼寸法で8.1mmとなる。
ここで、比較検討を行う際に使用するテスト記録材Pについて、テスト記録材Pの概略図である図5(a)とステープルの概略図である図5(b)を用いて説明する。この記録材Pは意図的に記録材の先端部付近A及び後端部付近Bに異物としてのステープルを施し、記録材にステープルが付いたままの状態のものである。ステープルは、連結部の両端に針部が設けられた構成を有している。連結部がステープラーで付勢されることで針部が記録材Pを貫通し、その後、さらに連結部が付勢されることによって、針部は連結部に対して曲げられ、記録材Pを連結部と針部で挟み込むようにしてステープルが記録材Pに固定されている。
比較検討のために、本実施例の構成と、比較例の構成のそれぞれについて、称呼寸法の構成と、隙間が最大になる構成と、隙間が最小となる構成を用意した。
本実施例は、隙間を埋める規制部140bの加圧ローラ110の加圧方向aの長さを、ヒータ113の厚みよりも十分長くすることにより、摺動部140cを平面αよりも加圧ローラ110側に配置している。しかし、例えば図6(a)のようにヒータ113とヒータホルダ130の間に挟み込まれている狭持部140aを持たない構成としてもよい。つまりヒータ113とヒータホルダ130の間に挟み込まれている狭持部140aを持たないことにより、摺動部140cを介してフィルム112から受ける摺動力に対する反力が少なくし、ヒータホルダ130に対して隙間埋め部材140がスライド可能とする。この構成では、摺動部140cは、ヒータホルダ130の支持面130Sで加圧ローラ110の反対側からバックアップするように構成されている。このような構成においては、フィルム112の回転動作に伴って自動的に隙間埋め部材140がフィルム搬送方向下流にスライドし、ΔBが小さくなるようにすることができる。このため、組立時に特別な作業を行ったり、専用の治具を用いたりする必要がないとしたメリットがある。つまりヒータホルダ130に対して隙間埋め部材140がスライド可能なため、組立直後に規制部140bとヒータの上流側の壁面113Wuの隙間ΔBが大きかったとしても、録材Pが定着器100に到達するまでにΔBを0mmとすることが可能とされている。ただし、確実に隙間埋め部材140を下流にスライドさせるためには、支持面130Sの全面にグリスを塗布することが必要である。
本発明の実施例2を以下に説明する。実施例2に係る定着装置についても、隙間埋め部140の形状と、ヒータホルダ130の形状が異なるのみで、それ以外の構成は実施例1と変わらないため、本体の詳細構成の説明は省略する。
実施例1および実施例2においては、隙間埋め部材140が摺動部140cを上流側にのみ持つ構成を示したが、下流側にも持つ構成としてもよい。図10(a)に加圧ローラ110側から見た概略図を、また図10(b)に支持部130S1を含む図10(a)の断面Yにおける断面図を示した。隙間埋め部材140は、実施例2と同様に、上流側の摺動部(第1接触部)140cと、上流側の規制部140bを持つ。ヒータ113とヒータホルダ130の間に挟まれうる狭持部140aは、後述のばらつきを吸収するために、ヒータ113の幅W1よりも広い。下流側の接続部(第3部分)140eと、摺動部(第2接触部)140fは、形状は、規制部140bおよび摺動部140cと類似である。接続部140eは、摺動部140fが、ヒータ113の下流側の壁面の角113Edを含む、加圧ローラ110の加圧方向aと垂直な平面α(ヒータ113の摺動面)に比べ、加圧ローラ110側、つまりフィルム112へ向かって突出する長さとされている。そこで本実施例では接続部140eは、平面αに対して摺動部140fが0.1mmだけ加圧ローラ110へ向かって突出する高さとした。また、隙間埋め部材140は、ヒータ113の下流側において、フィルム112と対向する、接続部140eと摺動部140f間の角140Edを有する。角140Edは、上流側から搬送されてきた異物が挟み込まれてもフィルム112にダメージが入らないように、十分に滑らかな形状となっている。
2 帯電器
3 露光装置
4 給紙ローラ
5 現像器
6 搬送ローラ
10 転写ローラ
16 感光ドラムクリーナー
50 画像形成装置本体
100 定着装置
110 加圧ローラ
112 定着フィルム
113 ヒータ
130 保持部材
140 隙間埋め部材
P 記録材
Claims (11)
- 溝状の保持部を持つ保持部材と、
前記保持部に保持されるヒータと、
前記ヒータと摺動して加熱されることによって記録材上のトナー像を加熱する、前記ヒータの周囲を回転可能なフィルムと、
を有する定着装置において、
前記ヒータの前記フィルムの周面が移動する方向の上流側において、前記ヒータと前記保持部材との間に配置される第1部分と、前記第1部分につながり、前記フィルムと当接する第1当接部と、を備えた隙間埋め部材を有し、
前記ヒータと、前記ヒータの前記上流側に配置され、前記第1部分と対向する第1部分と、の間の第1の距離に比べ、
前記第1部分と、前記第1部分の前記上流側に配置され、前記第1部分と対向する前記保持部材と、の間の第2の距離の方が小さいことを特徴とする定着装置。 - 前記第1当接部は、一端が前記第1部分につながり、他端が前記保持部材の前記保持部より前記上流へ延びるようにして、当接するようにされている
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記隙間埋め部材は、前記フィルムの周面が移動する方向にスライド可能であり、前記フィルムによる摩擦力を受けて、前記第2の距離が小さくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。 - 前記隙間埋め部材は、前記フィルムの周面が移動する方向にスライド可能であり、前記隙間埋め部材と前記保持部材の間に配置された弾性部材で付勢されることにより前記第2の距離が小さくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。 - 前記保持部材は、前記保持部に、前記フィルムの周面が移動する方向において上流側から下流側へ向かうにつれて、前記フィルムから離れる方向へ延びる面を有し、
前記フィルムへ前記記録材を付勢する力によって、前記隙間埋め部材が前記面に沿って前記下流側へ移動可能とされ、前記第2の距離が小さくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。 - 前記保持部材は、前記フィルムの周面が移動する方向において、前記隙間埋め部材の位置を規制する第1位置決め部と、前記ヒータの位置を規制する第2位置決め部を持ち、
前記第1位置決め部と前記第2位置決め部は、前記ヒータの長手方向において、位置が異なることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の定着装置。 - 前記第1当接部は、前記フィルムと摺動する面に比べ、前記フィルムへ向かって突出している
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の定着装置 - 前記隙間埋め部材は、前記ヒータよりも熱伝導率の高い部材で構成される
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の定着装置。 - 前記隙間埋め部材は、前記ヒータの前記フィルムと摺動する面と反対側の面と、前記保持部の間に配置される、前記第1部分につながる第2部分と、前記第2部分につながり、前記ヒータの前記下流側において、前記ヒータと前記保持部材との間に配置される第3部分と、前記第3部分につながり、前記ヒータの前記下流側において前記フィルムと当接する第2当接部と、を有する
ことを特徴とする請求項8に記載の定着装置。 - 前記第2当接部は、前記フィルムと摺動する面に比べ、前記フィルムへ向かって突出している
ことを特徴とする請求項8または9に記載の定着装置。 - 前記第2の距離は、0.5mm以下である
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の定着装置。
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