JP2019200296A - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、定着ベルトの内側に設けられた部材の熱変形や破損を防止することを課題としている。【解決手段】回転可能に設けられた無端状の定着ベルト１８と、定着ベルト１８の外周面を加圧する加圧ローラ１９と、定着ベルト１８の内側に設けられ、当該定着ベルト１８を介して加圧ローラ１９に当接して定着ニップＮを形成するニップ形成部材３４と、定着ベルト１８の内側に設けられ、ニップ形成部材３４を支持する支持部材とを備えた定着装置６において、支持部材よりも熱伝導率の高い部材によって構成され、当該支持部材の幅方向端部側に当接する放熱フィン３８をさらに備えたものである。【選択図】図７

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。

画像を定着させるための定着部材として、無端状の定着ベルトを用いた構成の定着装置が従来から存在する。低熱容量の定着ベルトを用いることにより、より小さな熱量で定着ベルトを定着可能な温度まで昇温させることができるようになり、定着装置のウォームアップ時間の短縮や省エネルギー化を実現することができる。

このような定着装置の一例として、特許文献１（特開２０１８−２２１２４号公報）の定着装置には、定着ベルトの内側に、定着ベルトを加熱するための加熱源、定着ベルトを介して加圧部材に当接し、定着ニップを形成するニップ形成部材、そして、ニップ形成部材をその背面側から支持する支持部材等が設けられる。

上記の定着装置では、加熱源からの熱が定着ベルトの内側にこもってしまい、内部の部材の変形や破損の原因となってしまうという問題が存在していた。

このような定着ベルト内部に生じる熱への対策を施した発明として、例えば特許文献２（特開２０１５−７７５６号公報）が存在する。特許文献２の定着装置２００では、図１４に示すように、定着ベルト２０１と、定着ベルト２０１の内側に、ヒータ２０２と、ベルトガイド２０３と、支持ステー２０４と、断熱部材２０５と、冷却部２０６とが設けられる。冷却部２０６は、定着ベルト２０１の長手方向内側から外側へ延在する放熱フィンを有し、この放熱フィンが外気に触れることで、定着ベルト２０１の内側の熱を外部へ放出することができる。また断熱部材２０５は、支持ステー２０４と冷却部２０６の間に設けられ、ベルトガイド２０３や支持ステー２０４側から冷却部２０６への熱の伝達を抑制する。

特許文献２のような構成の定着装置では、定着ベルトの内側の熱を外部へ放出することはできるが、定着ベルトに当接するベルトガイドや支持ステーに蓄積する熱を取り除くことは困難であり、これらの部材の変形や破損を招いてしまう。

このような事情から、本発明では、定着ベルトの内側に設けられた部材の熱変形や破損を防止することを課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明は、回転可能に設けられた無端状の定着ベルトと、 前記定着ベルトの外周面を加圧する加圧部材と、前記定着ベルトの内側に設けられ、当該定着ベルトを介して前記加圧部材に当接して定着ニップを形成するニップ形成部材と、 前記定着ベルトの内側に設けられ、前記ニップ形成部材を支持する支持部材とを備えた定着装置において、前記支持部材よりも熱伝導率の高い部材によって構成され、当該支持部材の幅方向端部側に当接する高熱伝導部材をさらに備えたことを特徴とする。

支持部材の端部側に設けられた高熱伝導部材により、支持部材、そして、間接的にニップ形成部材を冷却することができ、これらの部材の熱変形や破損を防止できる。

画像形成装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の構成図である。 定着装置の平面図である。 ステーの一端部を示す斜視図である。 側板に取り付けられたステーを示す斜視図である。 ステーに取り付けられた放熱フィンを示す斜視図である。 定着装置を示す構成図である。 ステーと放熱フィンの間に介在させる弾性部材を示す図である。 異なる形態の放熱フィンをそれぞれ示す図で、（ａ）図および（ｃ）図が斜視図、（ｂ）図が断面図である。 定着装置外に設けられたファンを示す図である。 異なる形態のステーを示す図である。 異なる形態のステーを示す図である。 異なる形態のステーを示す図である。 従来の定着装置の概略構成図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

図１に示すモノクロの画像形成装置１には、表面上にトナー（現像剤）を担持可能なドラム状の回転体である、感光体ドラム１０と、感光体ドラム１０の表面を一様に帯電させる帯電ローラ１１と、感光体ドラム１０の表面にトナーを供給する現像装置１２と、感光体ドラム１０の表面をクリーニングするためのクリーニングブレード１３等で構成されている。

感光体ドラム１０の上方には、露光手段が配置されている。露光手段から、画像データに基づいて発せられたレーザ光Ｌｂが、ミラー２を介して感光体ドラム１０の表面に照射される。

また、感光体ドラム１０に対向する位置に、感光体ドラム１０表面上の画像を転写する転写装置１４が配置されている。

画像形成装置１の下部には給紙部４が位置しており、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙カセット１５や、給紙カセット１５から用紙Ｐを搬送路５へ搬出する給紙ローラ１６等からなっている。給紙ローラ１６の搬送方向下流側にはレジストローラ１７が配置されている。

定着装置６は、加熱源によって加熱される定着ベルト１８、その定着ベルト１８を加圧可能な加圧ローラ（加圧部材）１９等を有している。

搬送路５の末端には排紙部が設けられ、排紙ローラや排紙トレイを備えている。

以下、図１を参照して上記画像形成装置１の基本的動作について説明する。

画像形成動作が開始されると、まず感光体ドラム１０が帯電ローラ１１によってその表面を帯電される。そして、画像データに基づいて露光手段からレーザービームが照射され、照射された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。静電潜像が形成された感光体ドラム１０には、現像装置１２から表面部分にトナーが供給され、トナー画像（現像剤像）として可視像化される。そして、転写後の感光体ドラム１０に残されたトナー等は、クリーニングブレード１３によって取り除かれる。

一方、画像形成動作が開始されると、画像形成装置１の下部では、給紙部４の給紙ローラ１６が回転駆動することによって、給紙カセット１５に収容された用紙Ｐが搬送路５に送り出される。

搬送路５に送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１７によってタイミングを計られ、感光体ドラム１０表面上のトナー画像と向かい合うタイミングで転写装置１４と感光体ドラム１０のニップ部へ搬送される。そして、転写装置１４によって用紙Ｐ上に転写バイアスが印加され、トナー画像が転写される。

トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置６へと搬送され、加熱されている定着ベルト１８と加圧ローラ１９とによって加熱および加圧されて、トナー画像が用紙Ｐに定着される。そして、トナー画像が定着された用紙Ｐは、定着ベルト１８から分離され、排紙部へと搬送される。

次に、定着装置のより詳細な構成について、図２の断面図および図３の平面図を用いて説明する。
図２に示すように、定着装置６は、定着ベルト１８と、加圧ローラ１９と、加熱源としてのヒータ３３と、ニップ形成部材３４と、支持部材としてのステー３５と、フランジ３６とを主に備える。

定着ベルト１８は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）が用いられる。定着ベルト１８は、ニッケルもしくはステンレス鋼等の金属材料またはポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料で形成された内周側の基材を有している。また、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などで形成された外周側の離型層を備えている。基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。

加圧ローラ１９は、芯金、弾性層及び離型層によって構成されている。なお、弾性層は芯金の表面に配置されており、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、またはフッ素ゴム等が用いられる。また、離型層は弾性層の表面に設けられ、ＰＦＡまたはＰＴＦＥ等が用いられる。加圧ローラ１９は、スプリングなどの加圧手段によって定着ベルト１８側に向けて加圧されることにより、定着ベルト１８の外周面を介してニップ形成部材３４に当接している。この加圧ローラ１９と定着ベルト１８とが圧接する箇所では、加圧ローラ１９の弾性層が押しつぶされることで、所定の幅の定着ニップＮが形成されている。加圧ローラ１９は、画像形成装置本体に設けられているモータ等の駆動源からの駆動力によって回転駆動される。加圧ローラ１９が回転駆動されると、その駆動力が定着ニップＮで定着ベルト１８に伝達され、定着ベルト１８が従動回転するようになっている。

図３に示すように、ヒータ３３、ニップ形成部材３４およびステー３５は、定着ベルト１８の幅方向に延在する。なお、以下の説明では、定着ベルト１８の幅方向（図３の左右方向）を単に幅方向と呼び、幅方向における定着ベルト１８の中央側を「幅方向内側」、定着ベルト１８の中央側から見て端部側を「幅方向外側」と呼ぶ。

定着装置６の幅方向両側には側板３７が設けられる。側板３７は、加圧ローラ１９およびステー３５を幅方向両端で支持する。また、側板３７は、ヒータ３３を貫通させるための貫通孔３７ａおよびステー３５を貫通させるための貫通孔３７ｂ、３７ｂを有する（図２参照）。

フランジ３６は、定着ベルト１８の幅方向両端にそれぞれ設けられ、定着ベルト１８をその内周面側から回転可能に保持している。また、フランジ３６は、ヒータ３３の幅方向両端を支持している。

図２に示すように、ニップ形成部材３４は、定着ベルト１８にその背面側から当接する。ステー３５は、定着ベルト１８の側とは反対側からニップ形成部材３４に当接し、ニップ形成部材３４を支持する。このようにして、ニップ形成部材３４をステー３５で支持することにより、加圧ローラ１９による圧力でニップ形成部材３４に撓みが生じるのを抑制し、加圧ローラ１９の幅方向に平行して均一なニップ幅が得られるようにしている。

本実施形態では、ステー３５は、ニップ形成部材３４を支持するベース部３５ａと、ベース部３５ａの両端からニップ形成部材３４の側とは反対側へ延在する二つの立ち上がり部３５ｂ、３５ｂを有する。ヒータ３３は、二つの立ち上がり部３５ｂ，３５ｂの間に設けられている。

ステー３５は、ニップ形成部材３４の撓み防止機能を満足するために、ステンレス鋼や鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが望ましいが、ステー３５を樹脂製とすることも可能である。また、本実施形態では、定着ニップＮの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状としてもよい。定着ニップＮの形状が凹形状の場合は、用紙Ｐの先端の排出方向が加圧ローラ１９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。

また図４に示すように、ステー３５は、幅方向の両側に突出した突出部３５ｃを有する。突出部３５ｃは、両側の立ち上がり部３５ｂ、３５ｂの幅方向両端に設けられる。図５に示すように、突出部３５ｃは、側板３７の貫通孔３７ｂを貫通し、側板３７よりも幅方向外側に突出して設けられる。

図６は、ステーおよびステーに取り付けられた放熱フィンのみを抜き出して表示した斜視図である。なお、ステー３５はその形状を簡略化して表示している。
図６に示すように、ステー３５の幅方向端部である突出部３５ｃには、高熱伝導部材としての放熱フィン３８が設けられる。放熱フィン３８は、板状の本体部３８ａと把持部３８ｂとを有する。

本体部３８ａは、その平面部を用紙搬送方向と平行な方向に向けている。把持部３８ｂは、突出部３５ｃを巻き込むようにして突出部３５ｃの各辺に当接し、突出部３５ｃに取り付けられている。把持部３８ｂは、例えば板バネによって構成され、自身の弾性力により、突出部３５ｃを掴む方向の力が生じている。

本実施形態では、放熱フィン３８はＳＵＳによって形成され、ステー３５よりも熱同伝導率が高く設定される。しかし、これに限らず、放熱フィン３８はステー３５よりも熱伝導率の高い部材の中から適宜選択することができる。また、本実施形態では、本体部３８ａを厚みが４ｍｍで一定の板状に形成したが、これに限らず、例えば、本体部３８ａの把持部３８ｂの側を厚くして、これと反対側を薄くすることもできる。本体部３８ａの把持部３８ｂの側を厚くすることにより、ステー３５の側からの放熱効果を高めることができる。

上記のように、放熱フィン３８は突出部３５ｃに取り付けられており、定着ベルト１８よりも幅方向の外側に配置されている。

図７に示すように、本体部３８ａは、定着ベルト１８の径方向において、定着ベルト１８の内側から外側にわたって設けられている。

定着装置６の外側には、定着装置６を囲うようにして、枠部材４０が設けられる。枠部材４０は、用紙搬送方向下流側と上流側に、それぞれ開口部４０ａ１、４０ａ２を有する。開口部４０ａ１は、一方の突出部３５ｃおよび放熱フィン３８に対向する位置に設けられる。また、開口部４０ａ２は、他方の突出部３５ｃに対向する位置に設けられている。本実施形態では、開口部４０ａ１、定着ベルトの径方向の中心位置、開口部４０ａ２が略一直線上に配置されている。

開口部４０ａ１を設けることにより、外気を自然対流で定着装置６内に取り込むことができる。また、開口部４０ａ１を放熱フィン３８に対向する位置に設けることにより、定着ベルト１８内部から放熱フィン３８の側へ伝達された熱を、開口部４０ａ１を介して外部へ放出しやすくすることができ、放熱フィン３８の放熱効果を向上させることができる。

本実施形態では、片側の突出部３５ｃにのみ放熱フィン３８を設けたが、両側の突出部３５ｃに設けることにより、効果的に定着ベルト１８内の熱を外部へ放出することができる。ただし、用紙搬送方向下流側（開口部４０ａ２の側）はより雰囲気温度が低いため、こちら側の突出部３５ｃに設けられた放熱フィン３８の方が、より大きな放熱効果を発揮する。さらに、放熱フィン３８は、幅方向の両側（図７の紙面手前奥方向両側）の突出部３５ｃに設けることにより、幅方向の両側から効果的に放熱することができる。

放熱フィン３８とステー３５との間に、熱伝導性の高い伝熱促進部材を介在させてもよい。例えば、図８に示すように、突出部３５ｃと把持部３８ｂとの間に、熱伝導性の高い弾性部材（伝熱促進部材）３９を設けてもよい。これにより、放熱フィン３８とステー３５との間の熱抵抗を低減させると共に、弾性部材３９と突出部３５ｃ、あるいは、弾性部材３９と把持部３８ｂとの接触面積を増やし、ステー３５から放熱フィン３８への伝熱を促進することもできる。また伝熱促進部材として、例えば、熱伝導グリスを、突出部３５ｃと把持部３８ｂとの間に介在させ、ステー３５から放熱フィン３８への伝熱を促進することもできる。なお、図示例では、弾性部材３９を突出部３５ｃの三つの側面を覆うようにして設けたが、適宜、弾性部材３９を設ける側面を選択することができる。また、複数の弾性部材３９を設けてもよい。

ところで、放熱フィン３８は、その表面積が大きい方が外気と触れる部分が多くなり、その放熱効果が高まる。このため、図９（ａ）に示すように、本体部３８ａに切り欠き部３８ｃ（板形状からの切り欠き部分で、段差部ともいう）を設けたり、図９（ｂ）に示すように、本体部３８ａに凹凸部３８ｄを設けたりすることで、本体部３８ａの表面積を大きくしてもよい。また、図９（ｃ）に示すように、本体部３８ａに複数の孔部３８ｅを設けることもできる。なお、切り欠き部３８ｃは、図の上下方向に対して左右交互に設けることにより、例えば左右同じ位置に設ける場合と比較して、本体部３８ａの剛性を大きくすることができる。

また、図１０に示すように、定着装置６の外側で、画像形成装置の筐体１０１にファン（送風部材）４１を設けることができる。筐体１０１の内側（図１０の筐体１０１よりも下側）は画像形成装置の機内を表しており、筐体１０１の外側（図１０の筐体１０１よりも上側）は画像形成装置の機外を表している。

ファン４１を稼働させることにより、図の矢印に示す方向の気流を作り出し、定着装置６内部の熱を外側へ放出することができる。具体的には、開口部４０ａ２から定着装置６内へ外気が流れ、開口部４０ａ１から定着装置６外へ、さらに、ファン４１から画像形成装置外へ流れる気流を発生させることができる。これにより、定着装置６内に外部からの気流を取り込むと共に、定着装置外、そして画像形成装置外への気流の流れを作り出すことができ、より積極的に定着装置６内の熱を外部へ放出することができる。また、この気流の途中に放熱フィン３８を設けることにより、放熱フィン３８の放熱効果を高めることができる。

ファン４１の稼働の有無により、定着装置６内の熱を外部へ積極的に放出する場合とそうでない場合の切り換えを行うことができる。例えば、画像形成装置の起動時等、定着ベルト１８の加熱を優先して行いたい場合には、ファン４１を停止させて外部への放熱を抑制することができる。また、例えば定着装置６周辺の雰囲気温度を測定手段で直接的に測定したり、間接的に雰囲気温度を判断することで、定着装置６周辺の雰囲気温度が高い時のみ、ファン４１を稼働することもできる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

本発明のステー３５の形状は、図２に示した形状に限らない。例えば、図１１（ａ）に示すように、二つの立ち上がり部３５ｂ１，３５ｂ２がベース部３５ａと反対側で結合した形状であってもよい。また、図１１（ｂ）に示すように、一枚の板材を曲げ加工して立ち上がり部３５ｂを形成することもできる。このように、ベース部と二つ以上の立ち上がり部を有した任意の形状とすることができる。さらに、図１２に示すように、ベース部３５ａに一つの立ち上がり部３５ｂが設けられた構成とすることもできる。なお、図１２の定着装置６には、反射部材４２が設けられている。また、図１３に示すように、ステー３５は略長方形状であってもよい。図１３の例では、２枚の板材３５ｄをそれぞれＬ字状に曲げて重ねることでステー３５が形成されており、そのうちの一方の板材がベース部を構成し、各板材の折り曲げ部分が立ち上がり部を構成している。

本発明に係る画像形成装置は、図１に示すモノクロ画像形成装置に限らず、カラー画像形成装置や、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等であってもよい。

記録媒体としては、用紙Ｐ（普通紙）の他、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート、プラスチックフィルム、プリプレグ、銅箔等が含まれる。

１ 画像形成装置
６ 定着装置
１８ 定着ベルト
１９ 加圧ローラ（加圧部材）
３３ ヒータ（加熱源）
３４ ニップ形成部材
３５ ステー（支持部材）
３５ａ ベース部
３５ｂ 立ち上がり部
３５ｃ 突出部
３６ フランジ
３７ 側板
３８ 放熱フィン（高熱伝導部材）
３８ａ 本体部
３８ｂ 把持部
３９ 弾性部材（伝熱促進部材）
４０ 枠部材
４０ａ１、４０ａ２ 開口部
４１ ファン（送風部材）
Ｐ 用紙（記録媒体）

特開２０１８−２２１２４号公報 特開２０１５−７７５６号公報

Claims (8)

1. 回転可能に設けられた無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの外周面を加圧する加圧部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、当該定着ベルトを介して前記加圧部材に当接して定着ニップを形成するニップ形成部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、前記ニップ形成部材を支持する支持部材とを備えた定着装置において、
   前記支持部材よりも熱伝導率の高い部材によって構成され、当該支持部材の幅方向端部側に当接する高熱伝導部材をさらに備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記定着ベルトの幅方向において、当該定着ベルトの中央側を幅方向内側、当該定着ベルトの中央側から見て端部側を幅方向外側としたとき、
   前記支持部材の幅方向端部は、前記定着ベルトよりも幅方向外側に設けられる請求項１記載の定着装置。
3. 前記高熱伝導部材は、定着装置に搬送される記録媒体の搬送方向と平行な平面部を有する請求項１または２いずれか記載の定着装置。
4. 前記支持部材と前記高熱伝導部材との間に、伝熱促進部材を介在させた請求項１から３いずれか１項に記載の定着装置。
5. 装置全体を覆う枠部材をさらに有し、
   前記枠部材は、枠部材の一方側と他方側にそれぞれ開口部を有する請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記高熱伝導部材は、その一端が前記開口部の側へ延在する請求項５記載の定着装置。
7. 請求項１から６いずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
8. 前記開口部に対向し、定着装置内部を通過する気流を形成するための送風部材を有する請求項７記載の画像形成装置。

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