JP2022028433A - 加熱装置および画像処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】シートのシワを抑制することができる加熱装置および画像処理装置を提供することである。【解決手段】実施形態の加熱装置は、筒状のベルトと、ヒータと、加圧ローラと、ホルダと、を持つ。ヒータは、ベルトの内側に配置され、ベルトの軸方向を長手方向とする。加圧ローラは、ヒータの反対側でベルトに当接してニップを形成可能である。加圧ローラは、回転してニップに挟んだシートを搬送可能である。加圧ローラの長手方向の両端部が中央部より径方向に第1突出量だけ突出する。ホルダでは、ヒータが配置される第1方向の第1面が平面である。ホルダでは、第1方向とは反対の第2方向の第2面における長手方向の中央部が両端部より第2方向に第2突出量だけ突出する。第2突出量が第1突出量より大きい。【選択図】図3

Description

本発明の実施形態は、加熱装置および画像処理装置に関する。
画像処理装置として、シートに画像を形成する画像形成装置が利用されている。画像形成装置は、加熱装置として定着装置を有する。定着装置は、シートのトナー像を加熱および加圧して、トナー像をシートに定着させる。シートが定着装置を通過するとき、シートにシワが発生する場合がある。シートのシワを抑制することができる定着装置が求められる。
特開2017-72780号公報
本発明が解決しようとする課題は、シートのシワを抑制することができる加熱装置および画像処理装置を提供することである。
実施形態の加熱装置は、筒状のベルトと、ヒータと、加圧ローラと、ホルダと、を持つ。ヒータは、ベルトの内側に配置され、ベルトの軸方向を長手方向とする。加圧ローラは、ヒータの反対側でベルトに当接してニップを形成可能である。加圧ローラは、回転してニップに挟んだシートを搬送可能である。加圧ローラの長手方向の両端部が中央部より径方向に第1突出量だけ突出する。ホルダでは、ヒータが配置される第1方向の第1面が平面である。ホルダでは、第1方向とは反対の第2方向の第2面における長手方向の中央部が両端部より第2方向に第2突出量だけ突出する。第2突出量が第1突出量より大きい。
実施形態の画像処理装置の概要を示す図。 実施形態の加熱装置の正面図。 加熱部材および加圧ローラの断面図。 非加圧時の定着装置の平面図。
以下、実施形態の加熱装置および画像処理装置を、図面を参照して説明する。
図1は、実施形態の画像処理装置の概要を示す図である。実施形態の画像処理装置は、画像形成装置1である。画像形成装置1は、シートに画像を形成する処理を行う。シートは紙でもよい。
本願において、全体座標系のZ方向、X方向およびY方向が以下のように定義される。Z方向は鉛直方向であり、+Z方向は上方向である。X方向およびY方向は水平方向である。X方向は画像形成装置1の幅方向である。+X方向は、画像形成装置1に向かって右方向である。Y方向は画像形成装置1の奥行方向である。+Y方向は、画像形成装置1の奥から手前に向かう方向である。
画像形成装置1は、読取り部R、画像形成部P、給紙カセット部Cを有する。
読取り部Rは、複写対象物の画像情報を光の明暗として読み取り、画像信号を生成する。
画像形成部Pは、読取り部Rまたは外部からの画像信号に基づいて、トナー像を形成する。トナー像はトナーあるいは他の材料で形成された像である。画像形成部Pは、トナー像をシートの表面上に転写する。画像形成部Pは、定着装置30を有する。定着装置30は、シートに転写されたトナー像を加熱および加圧して、トナー像をシートに定着させる。
画像形成部Pは、レーザ走査部200と、感光ドラム201Y、201M、201C、201Kと、を有する。レーザ走査部200は、ポリゴンミラー208と光学系241とを有する。レーザ走査部200は、各色の画像信号に基づいて、感光ドラム201Y~201Kの表面にレーザを照射する。レーザ走査部200は、感光ドラム201Y~201Kの表面に静電潜像を形成する。
感光ドラム201Y~201Kは、不図示の現像装置から供給される各色トナーを静電潜像に沿って保持する。感光ドラム201Y~201Kは、保持したトナー像を転写ベルト207に順次転写する。転写ベルト207は、無端ベルトであり、転写位置Tまでトナー像を搬送する。
搬送路101は、給紙カセット部Cと、転写位置Tと、定着装置30と、排出トレイ211とを繋いでいる。給紙カセット部Cにストックされたシートは、搬送路101に沿って転写位置Tまで搬送される。転写位置Tでは、トナー像が転写ベルト207からシートに転写される。
トナー像が転写されたシートは、搬送路101に沿って定着装置30に搬送される。定着装置30は、トナー像を加熱および加圧することで、トナー像をシートに定着させる。画像が形成されたシートは、搬送路101に沿って排出トレイ211に排出される。
制御部801は、画像形成装置1内の装置や機構を統括的に制御するユニットである。制御部801は、例えばCPU(Central Processing Unit)などの中央演算装置と揮発性/不揮発性の記憶装置とを含む。制御部801は、中央演算装置が記憶装置に記憶されたプログラムを演算実行することで、画像形成装置1内の装置と機構とを制御する。また、機能の一部を回路として実装してもよい。
定着装置30について説明する。
図2は、実施形態の加熱装置の正面図である。実施形態の加熱装置は、定着装置30である。定着装置30は、いわゆるダイレクトヒート方式の定着部である。定着装置30は、ベルト38と、加圧ローラ32と、加熱部材40と、フレーム50とを備える。
ベルト38は、可撓性を有する材料によって筒状に形成されている。ベルト38は、無端ベルト状部材(フィルム状も含む)である。ベルト38は、基層と、弾性層と、表面離型層とを備える。基層は、耐熱性の高いシート状部材で構成される。基層は、ニッケル、ステンレス等の金属材料またはポリイミド(PI)等の樹脂材料などで構成される。基層の内面には、加熱部材40に対する摩擦摺動性をよくするため、表面コーティングを施してもよい。弾性層は、シリコーンゴム等の弾性材料で構成される。表面離型層は、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)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等で構成される。ベルト38は、図示しない支持機構に支持された状態で周回移動が可能である。
加圧ローラ32は、ベルト38と並べて配置されている。加圧ローラ32は、芯部材33と、弾性層34とを持つ。芯部材33は、金属等により円柱状に形成されている。芯部材33の両端部は、軸受(図示略)を介して画像形成装置1に支持されている。芯部材33は、軸周りに回転可能である。弾性層34は、芯部材33の外周面に設けられている。弾性層34は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等から形成される。弾性層34の外周面には、離型層(図示略)が形成されていてもよい。離型層には、PFA、PTFE等が用いられる。
加圧ローラ32は、図示しない加圧手段によってベルト38側へ加圧されることで、ヒータ42の反対側でベルト38の外周面に当接可能である。加圧ローラ32とベルト38とが圧接する部分では、加圧ローラ32の弾性層34が弾性的に圧縮されることにより、ニップNが形成される。ニップNにシートSが挟まれて搬送される。ニップNは、シートSの搬送方向に所定の幅を有する。
加圧ローラ32は、モータ等の駆動源(図示略)により回転駆動されて自転する。加圧ローラ32が自転すると、ニップNにおいて駆動力がベルト38に伝達され、ベルト38が矢印D1の向きに従動回転する。加圧ローラ32は、ニップNにシートSが配置された状態で自転することにより、シートSを搬送する。図2の例では、シートSの搬送方向が、+Z方向に対して+X方向に少し傾いている。
加熱部材40は、ベルト38の内側に配置される。加熱部材40は、ヒータ42と、ホルダ45と、を備える。ヒータ42は、長板状に形成されている。
本願において、定着装置30の局所座標系のx方向、y方向およびz方向が以下のように定義される。y方向はヒータ42の長手方向であり、全体座標系のY方向と平行である。x方向はヒータ42の短手方向であり、+x方向はシートSの搬送方向(下流側の方向)である。z方向はヒータ42の法線方向である。+z方向(第1方向)は加圧ローラ32に近づく方向であり、-z方向(第2方向)は加圧ローラ32から離れる方向である。
ヒータ42は、長手方向をy方向と平行にして、短手方向をx方向と平行にして、法線方向をz方向と平行にして配置されている。ヒータ42は、抵抗被膜と、基板と、保護層と、を備える(いずれも図示略)。
基板は、セラミックまたはステンレス等で構成される。
抵抗被膜は、基板の+z方向の表面に形成されている。抵抗被膜は、通電により発熱する。抵抗被膜は、y方向において複数に分割されていてもよい。分割された複数の抵抗被膜は独立に通電できることが好ましい。これにより、複数の抵抗被膜について独立に温度を定めることができるため、シートSが通る領域だけを加熱することができる。
保護層は、抵抗被膜および基板の表面に設けられる。例えば、保護層はSiOで構成される。
ホルダ45は、シリコーンゴムまたはフッ素ゴム等の弾性材料、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルサルフォン(PES)または液晶ポリマー(LCP)等の耐熱性樹脂などで構成される。ホルダ45は、概ね長板状に形成される。ホルダ45の+z方向の第1面46には、ヒータ42が配置される。具体的には、ホルダ45の第1面46に凹部47が形成され、凹部47の底面にヒータ42が装着される。ホルダ45の第1面46の長手方向はy方向と平行であり、短手方向はx方向と平行であり、法線方向は+z方向と平行である。図2の例では、ホルダ45の厚さが、-x方向から+x方向にかけて厚くなっている。ホルダ45の-z方向の第2面48の長手方向は全体座標系のY方向と平行であり、短手方向はZ方向と平行であり、法線方向は-X方向と平行である。ホルダ45の第2面48は、第1面46と平行でもよい。
凹部47の底面とヒータ42との間に、図示しない高熱伝導部材が配置されてもよい。高熱伝導部材は、ヒータ42の基板およびホルダ45に比べて熱伝導率が高い材料で形成される。例えば、高熱伝導部材は、銅またはアルミニウム等の金属材料で構成される。高熱伝導部材として、グラファイトシートが採用されてもよい。高熱伝導部材は、ベルト38およびヒータ42のy方向の温度勾配を小さくし、ホルダ45の温度が耐熱温度を超えるのを抑制する。
図3は、図2のIII-III線における加熱部材および加圧ローラの断面図である。加圧ローラ32は、y方向(軸方向)の両端部が中央部より径方向に突出する逆クラウン形状を有する。すなわち、加圧ローラ32のy方向の中央部における外周の直径DCは、y方向の両端部における外周の直径DEより小さい。加圧ローラ32の逆クラウン量である第1突出量CPは、CP=(DE-DC)/2で表される。図3の断面において、加圧ローラ32の外周部は湾曲凹形状である。湾曲凹形状は、円弧状でもよいし、楕円弧状、放物線状または双曲線状などの他の曲線状でもよい。
加熱部材40において、ヒータ42が装着されるホルダ45の第1面46は平面である。ホルダ45の第2面48は、y方向の中央部が両端部より-z方向に突出するクラウン形状を有する。図3において、y方向の中央部におけるホルダ45のz方向の厚さTCは、y方向の両端部におけるホルダ45のz方向の厚さTEより大きい。ホルダ45の第2面48のクラウン量である第2突出量CHは、CH=TC-TEで表される。図3の断面において、ホルダ45の第2面48は湾曲凸形状である。湾曲凸形状は、円弧状でもよいし、楕円弧状、放物線状または双曲線状などの他の曲線状でもよい。
図4は、非加圧時の定着装置の平面図である。図4では、ベルト38の記載が省略されている。
フレーム50は、加熱部材40の-X方向(局所座標系の-z方向)に配置される。フレーム50はY方向に長い。フレーム50は、Y方向の両端部において画像形成装置1に支持される。図2に示されるように、Y方向から見て、フレーム50は、+X方向に開口するU字状である。フレーム50はH字状でもよい。フレーム50は、一対の支持部52と、連結部53と、を有する。
支持部52は、長板状に形成される。支持部52は、長手方向をY方向と平行にして、短手方向をX方向と平行にして、厚さ方向をZ方向と平行にして配置される。一対の支持部52は、Z方向に間隔を置いて配置される。一対の支持部52は、ホルダ45のZ方向の両端部(局所座標系のx方向の両端部)に配置される。一対の支持部52は、+X方向の端部においてホルダ45を支持する。連結部53は、一対の支持部52の-X方向の端部を相互に連結する。一対の支持部52および連結部53は、鋼板材料を曲げ加工して一体に形成される。
前述されたように、加圧ローラ32は、ホルダ45およびヒータ42の反対側でベルト38に当接してニップNを形成する。フレーム50は、ニップNにおけるシートSの搬送方向であるx方向の両端部においてホルダ45を支持する。ニップNにおいてシートSに作用する加圧力は、x方向の中央部より両端部の方が大きくなる。シートSに対してx方向の中央部から両端部に向かう力が作用する。シートSはx方向の両端部に向かって引っ張られる。これにより、y方向に伸びるシワがシートSに発生しにくくなる。
図4に示されるように、加熱部材40とフレーム50との間に、位置決め機構55が配置される。位置決め機構55は、位置決め部材56と、係止爪58とを持つ。位置決め部材56は、係止爪58が挿入される係止穴57を有する。位置決め部材56は、フレーム50の一対の支持部52の+X方向の端部であって、Y方向の中央部に装着される。係止爪58は、加熱部材40のホルダ45の-X方向の端部であって、Y方向の中央部に形成される。加熱部材40に形成された係止爪58が、フレーム50に装着された位置決め部材56の係止穴57に挿入される。これにより、加熱部材40がフレーム50に対して位置決めされる。前述されたように、ホルダ45の第2面48はクラウン形状を有する。Y方向の両端部において、フレーム50とホルダ45の第2面48との間には隙間がある。
定着装置30の定着動作について説明する。
図3に示される加圧ローラ32は、加圧手段によってベルト38に向かって加圧される。加圧ローラ32は、ヒータ42の反対側でベルト38の外周面に当接し、ベルト38との間にニップNを形成する。ニップNに対してシートSが供給される。ニップNに挟まれたシートSは、加圧ローラの自転により+x方向に搬送される。シートSがニップNを通過する過程で、シートSのトナー像が加圧および加熱される。これにより、トナー像がシートSに定着する。
加圧ローラ32は、y方向の両端部が中央部より径方向に突出する逆クラウン形状を有する。シートSに対する加圧ローラ32の加圧力は、y方向の中央部より両端部の方が大きくなる。ニップNに挟まれたシートSに対して、y方向の中央部から両端部に向かう力が作用する。シートSはy方向の両端部に向かって引っ張られる。これにより、x方向に伸びるシワがシートSに発生しにくくなる。
ホルダ45は、y方向の中央部が両端部よりz方向に突出するクラウン形状を有する。逆クラウン形状を有する加圧ローラ32との間でニップNが形成されると、ニップNのx方向の幅がy方向に沿って均等になる。これにより、定着装置30の定着性能がy方向に沿って均質になる。ホルダ45は第2面48にクラウン形状を有し、第1面46は平面である。ヒータ42が配置される第1面46にクラウン形状を有する場合と比べて、加圧ローラ32の圧接および離間に伴うヒータ42の曲げ変形が抑制される。また、第1面46が平面であるため、シートSの曲げ変形が抑制される。これにより、シートSが封筒などの場合に、シワの発生が抑制される。
ホルダ45は、第2面48のy方向の中央部においてフレーム50に支持される。y方向の両端部において、ホルダ45の第2面48とフレーム50との間には隙間がある。逆クラウン形状を有する加圧ローラ32をホルダ45に向かって押圧すると、加圧ローラ32のy方向の両端部がベルト38に当接する。これに伴って、ホルダ45のy方向の両端部が-z方向に撓む。さらに加圧ローラ32を押圧すると、加圧ローラ32のy方向の全体がベルト38に当接して、y方向の全体にニップNが形成される。
ホルダ45のクラウン量である第2突出量CHは、加圧ローラ32の逆クラウン量である第1突出量CPより大きい(CH>CP)。そのため、加圧ローラ32のy方向の中央部がベルト38に当接するまで、ホルダ45のy方向の両端部が-z方向に撓み続ける。小さな加圧力でy方向の全体にニップNが形成されるので、ニップNに過剰な加圧力が作用しない。これにより、シートSのシワを抑制することができる。
前述されたように、加圧ローラ32が逆クラウン形状を有するので、シートSのシワが抑制される。ただし、加圧ローラ32の逆クラウン量が大きくなると、シートSをy方向の両端部に引っ張る力が強くなり、シートSにカールが発生する。また、ホルダ45のクラウン量も、シートSのシワやカールに寄与すると考えられる。加圧ローラ32の逆クラウン量である第1突出量CPおよびホルダ45のクラウン量である第2突出量CHを変化させて、シワおよびカールの発生を調査した。調査結果が表1に示される。
Figure 2022028433000002
表1では、シワおよびカールの発生がA,BまたはCで評価されている。シワの評価Aは、シワが発生しない場合である。シワの評価Cは、目視でシワが確認できる場合である。シワの評価Bは、目視では確認できないが触診により凹凸が確認できる場合である。カールの評価Aは、カールの浮き上がり量が第1閾値以下の場合である。カールの評価Bは、カールの浮き上がり量が第1閾値より大きく第2閾値以下の場合である。カールの評価Cは、カールの浮き上がり量が第2閾値より大きい場合である。前述されたように、ホルダ45の第2突出量CHおよび加圧ローラ32の第1突出量CPは、CH>CPであることが望ましい。表1では、CH≦CPとなる範囲に網掛を施している。
CH>CPかつCP≧150μmの範囲には、シワの評価Cがない。CP≧150μmの場合に、シートSに適正な引張力が作用して、シワが抑制されると考えられる。
CH>CP、CP≧150μmかつ550μm≧CHの範囲におけるシワの評価は、全て評価Aである。CH≧600μmの場合には、ホルダ45のクラウン量が大きすぎて、シートSに適正な引張力が作用しにくいと考えられる。550μm≧CHの場合に、シワが効果的に抑制される。
CH>CPかつ250μm≧CPの範囲には、カールの評価Cがない。CP=300μmの場合には、シートSに作用する引張力が大きすぎて、カールが発生すると考えられる。250μm≧CPの場合に、カールが抑制される。
CH>CP、250μm≧CPかつ550μm≧CHの範囲におけるカールの評価は、全て評価Aである。この場合に、カールが効果的に抑制される。
CH>CPかつ250μm≧CP≧150μmの範囲には、シワおよびカールの評価Cがない。この場合に、シワおよびカールが共に抑制される。
CH>CP、250μm≧CP≧150μmかつ550μm≧CHの範囲におけるシワおよびカールの評価は、全て評価Aである。この場合に、シワおよびカールが共に効果的に抑制される。
以上に詳述されたように、実施形態の定着装置30は、筒状のベルト38と、ヒータ42と、加圧ローラ32と、ホルダ45と、を持つ。ヒータ42は、ベルト38の内側に配置され、ベルト38の軸方向を長手方向とする。加圧ローラ32は、ヒータ42の反対側でベルト38に当接してニップNを形成可能である。加圧ローラ32は、回転してニップNに挟んだシートSを搬送可能である。加圧ローラ32では、y方向の両端部が中央部より径方向に第1突出量CPだけ突出する。ホルダ45では、ヒータ42が配置される+z方向の第1面46が平面である。ホルダ45では、-z方向の第2面48におけるy方向の中央部が両端部より-z方向に第2突出量CHだけ突出する。第2突出量CHが第1突出量CPより大きい。
逆クラウン形状を有する加圧ローラ32をホルダ45に向かって押圧すると、クラウン形状を有するホルダ45のy方向の両端部が-z方向に撓む。CH>CPの関係を有するので、加圧ローラ32のy方向の中央部がベルト38に当接するまで、ホルダ45のy方向の両端部が-z方向に撓み続ける。小さな加圧力でy方向の全体にニップNが形成されるので、ニップNに過剰な加圧力が作用しない。これにより、シートSのシワを抑制することができる。
第1突出量CPは、150μm以上であることが望ましい。
これにより、シートSに適正なy方向の引張力が作用して、シートSのシワが抑制される。
第1突出量CPは、250μm以下であることが望ましい。
これにより、シートSに作用するy方向の引張力が過剰にならずに、シートSのカールが抑制される。
第2突出量CHは、550μm以下であることが望ましい。
これにより、シートSに適正なy方向の引張力が作用して、シートSのシワおよびカールが抑制される。
ホルダ45の-z方向に配置され、ニップNにおけるシートSの搬送方向であるx方向の両端部においてホルダ45を支持するフレーム50をさらに有する。
これにより、シートSにx方向の引張力が作用して、シートSのシワが抑制される。
実施形態の画像形成装置1は、前述された定着装置30を有する。
定着装置30では、シートSのシワが抑制される。したがって、画像形成品質に優れた画像形成装置1が提供される。
実施形態の画像処理装置は画像形成装置1であり、加熱装置は定着装置30である。これに対して、画像処理装置は消色装置であり、加熱装置は消色部であってもよい。消色装置は、消色トナーによりシートに形成された画像を消色(消去)する処理を行う。消色部は、ニップを通過するシートに形成された消色トナー像を加熱して消色する。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ホルダ45のクラウン量である第2突出量CHが、加圧ローラ32の逆クラウン量である第1突出量CPより大きい。これにより、シートSのシワを抑制することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
CH…第2突出量、CP…第1突出量、N…ニップ、S…シート、1…画像形成装置(画像処理装置)、30…定着装置(加熱装置)、32…加圧ローラ、38…ベルト、42…ヒータ、45…ホルダ、46…第1面、48…第2面、50…フレーム。

Claims (6)

  1. 筒状のベルトと、
    前記ベルトの内側に配置され、前記ベルトの軸方向を長手方向とするヒータと、
    前記ヒータの反対側で前記ベルトに当接してニップを形成可能であり、回転して前記ニップに挟んだシートを搬送可能であり、前記長手方向の両端部が中央部より径方向に第1突出量だけ突出する加圧ローラと、
    前記ヒータが配置される第1方向の第1面が平面であり、前記第1方向とは反対の第2方向の第2面における前記長手方向の中央部が両端部より前記第2方向に第2突出量だけ突出し、前記第2突出量が前記第1突出量より大きいホルダと、を有する、
    加熱装置。
  2. 前記第1突出量は、150μm以上である、
    請求項1に記載の加熱装置。
  3. 前記第1突出量は、250μm以下である、
    請求項1または2に記載の加熱装置。
  4. 前記第2突出量は、550μm以下である、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の加熱装置。
  5. 前記ホルダの前記第2方向に配置され、前記ニップにおける前記シートの搬送方向の両端部において前記ホルダを支持するフレームをさらに有する、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の加熱装置。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載の加熱装置を有する、
    画像処理装置。
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