JP3754960B2 - 加熱装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱装置に関する。
【0002】
より詳しくは、加熱手段で加熱されて移動する可撓性のベルト(フィルム)と、上記ベルトを張架するローラと、上記ベルトを間に挟み前記ローラと圧接ニップ部を形成する加圧部材を有し、上記圧接ニップ部の上記ベルトと上記加圧部材との間に被加熱材を導入して挟持搬送させて上記ベルトの熱で加熱する加熱ベルト方式の加熱装置に関する。
【0003】
上記の加熱ベルト方式の加熱装置は、電子写真方式等の画像形成装置(複写機、ファクシミリ、プリンタ等)において、記録材上に形成された未定着トナー画像を加熱及び加圧し、トナー画像を記録材に定着させる定着装置、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した記録材の表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置として用いられる。
【0004】
また、像加熱装置の他にも、例えば紙幣等のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱装置として用いることができる。
【0005】
【従来の技術】
便宜上、複写機・プリンタ等の画像形成装置に具備させる、トナー画像を記録材に加熱、加圧して定着させる定着装置を例にして説明する。
【0006】
複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置では画像記録方式として、高速性、画像品質、コスト面などで有利な電子写真方式が採用されている。
【0007】
電子写真方式では、紙やOHP等のシート状媒体上に未定着トナー像を形成し、この未定着トナー像を熱と圧力でシート状媒体上に固定する定着工程を必要とし、この定着方式として安全性等の面からヒートローラ方式が現在最も多く採用されている。
【0008】
1)ヒートローラ方式
ヒートローラ方式では、金属製の定着ローラに加圧ローラを対向圧接配置し、これら両ローラの相互圧接部であるニップ部を構成し、定着ローラ中心部にハロゲンヒータなどニップ部を加熱する第1の加熱手段を設け、この第1の加熱手段によって加熱される両ローラ間にシート状媒体を通過させて加熱、加圧して定着を行なう。
【0009】
従来、定着ローラとしては、鉄やアルミニウムなどの金属ローラを主に使用しているが、これらの材料を用いたものでは、熱容量が大きいため約180°C前後の使用可能温度にまで昇温させるには数分から十数分など長い加熱時間を必要とし、所謂立ち上がり時間がかかる。
【0010】
そこで、上記機器では画像形成を待つ待機時には、定着ローラの温度を定着可能な所定の定着温度よりやや低いレベルの一定の温度に保つことで立ち上がり時間を短縮していた。しかし、待機時においても一定レベルの温度を維持するため、常時エネルギーの消費を余儀なくされる。
【0011】
近年に至り、環境保護意識の高まりから各国で省エネルギー規定などが制定され、省電力化のため上記したような待機時の消費エネルギーを削減する要請から、画像形成装置が未使用のときには消費電力を少なくすることが求められるようになった。
【0012】
しかし、従来の熱容量の大きい材料による定着装置の構成で待機時にエネルギー消費を少なくすると、定着ローラを所定の定着温度に立ち上げるまでに時間を費やし、待ち時間が長いため使用者の使い勝手が悪化してしまう。
【0013】
このため、待機時におけるエネルギー消費を減らすとともに、画像形成時には定着ローラ温度を即座に所定の定着温度に上昇させることのできる定着装置として、ベルト定着方式(加熱ベルト方式)が注目されてきており、種々の提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。
【0014】
2)ベルト定着方式
図7はベルト定着方式の定着装置の一例の概略構成を示す模式的断面図である。
【0015】
この定着装置は、加熱部材としての加熱ローラ1と、弾性バックアップ部材としての定着ローラ2と、可撓性の移動部材としての無端状定着ベルト3と、回転弾性加圧部材としての加圧ローラ4とを有し、定着ベルト3は加熱ローラ1と定着ローラ2との両ローラ間に所定の張力で懸回張設してある。定着ローラ2と加圧ローラ4は定着ベルトを挟んで弾性に抗して対向圧接させて圧接ニップ部(以下、定着ニップ部と記す)Nを形成させている。5はハロゲンヒータからなる定着ベルト加熱用ヒータであり、加熱ローラ1内に挿入配設され、加熱ローラ1を加熱する。加熱ローラ1、定着ローラ2、定着ベルト3及び加圧ローラ4は図示しない回転駆動部により図示矢印方向に回転駆動される。そして、定着ニップ部の定着ベルト1と加圧ローラ4との間に被加熱材としての記録材13を導入して挟持搬送させることで、定着ニップ部Nにおいて、記録材13上に保持された未定着トナー画像12を、ヒータ5で熱せられている加熱ローラ3で加熱された定着ベルト1の熱と、定着ニップ部Nの圧力により記録材12上に加熱、加圧して定着させるものである。
【0016】
このベルト定着方式では、立ち上げ時間短縮のため定着ベルトの熱容量を小さく抑えるため、ベルトの厚さを数100μm程度と薄くする必要がある。その結果、定着ベルトの面方向の熱伝導が悪くなってしまい、定着ベルトの幅よりも狭い記録材(小サイズ紙)を連続通紙すると、記録材が通過しない部分(非通紙部)の熱が記録材に奪われずに、非通紙部の温度が上昇して行くという問題が生じる(非通紙部昇温)。
【0017】
このため、例えば、封筒のような小サイズ紙の次に例えばA4サイズ紙をプリントする場合、小サイズ紙を通紙した後の非通紙部の温度がトナーのオフセット温度に達してしまうので、A4サイズ紙が通紙されるとA4サイズ紙上のトナーが定着ベルトにオフセットし、良好な定着画像を得ることができないという課題が発生した。
【0018】
さらに、定着ベルトの非通紙部温度が過度に上昇すると、定着ベルト表面に形成されている高離型性層(一般にPFA、PTFE等のテフロン(登録商標)樹脂又はSiゴム層)が熱劣化してしまうという問題が発生するので、定着装置のスループットを低下させて、1分間の通紙枚数を大幅に減らす必要があった。
【0019】
従来は、この問題を解決するために、長手方向で発熱部の異なるヒータを2本備えた構成にしている。小サイズのときは中央部に発熱部があるヒータを使用し、大サイズのときは中央部に発熱量が少なく、端部に発熱部があるヒータと前記小サイズ用のヒータとを両方使用して定着させるものがある。しかし、この場合には装置構成が複雑になるという問題点がある。
【特許文献1】
特開2002−278338号公報
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
この他に軸方向の熱伝導を良化し、非通紙部から通紙部への熱の流れを良くすることで、非通紙部の温度を下げる方法が提案されている。まず最初に、定着ベルト、定着ローラ、加熱ローラの熱伝導をあげることが考えられる。しかし、加熱ローラ、定着ベルトは立ち上げ時間短縮のために薄肉化する必要があるため、軸方向の熱伝導を改善するには限界がある。また、加圧ローラに対向する位置にある定着ローラの弾性層の熱伝導率を上げると、立ち上げ時に定着ローラ内部に熱を奪われるため、立ち上げ時間が遅くなってしまうという問題がある。
【0021】
また、図7のように、加熱ローラ1と定着ローラ2に張架した定着ベルト3の長手方向のほぼ全長にわたって良熱伝導部材11を当接させたものもある。この良熱伝導部材11を当接させたことで、長手方向の温度差を均一化することができるため、定着ベルト3の熱劣化を防止し、かつ、スループットの低下を防止することが可能となる。
【0022】
しかし、良熱伝導部材11が定着ベルト3に接しているため、立ち上げ時に良熱伝導部材11に熱を奪われ、立ち上げ時間が遅くなってしまう、構成が複雑になるという問題がある。
【0023】
そこで、本発明では、加熱ベルト方式の加熱装置について、立ち上げ時間が短く、非通紙部の温度上昇によるベルトの熱劣化を防止するとともに、小サイズの被加熱材のスループットの低下を抑えることができる加熱装置を提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は下記の構成を特徴とする加熱装置を要旨とする。
【0025】
(1)加熱手段で加熱されて移動する可撓性のベルトと、上記ベルトを張架するローラと、上記ベルトを間に挟み上記ローラと圧接ニップ部を形成する加圧部材を有し、上記圧接ニップ部の上記ベルトと上記加圧部材との間に被加熱材を導入して挟持搬送させて上記ベルトの熱で加熱する加熱装置において、
上記ローラが少なくとも弾性層と表面層を有し、上記ベルトが少なくとも弾性層と基層を有していて、上記ローラの表面層の熱伝導率をλs、厚さをds、上記ベルトの弾性層の熱伝導率をλb、厚さをdb、としたとき、
λs×ds>λb×db
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。
【0026】
(2)前記(1)に記載の加熱装置において、上記ベルトの基層の熱伝導率が0.42W/m・K以上であることを特徴とする加熱装置。
【0027】
(3)前記(1)または(2)に記載の加熱装置において、上記ベルトの弾性層の熱伝導率をλb、上記ローラの弾性層の熱伝導率をλgとしたとき、
λb>λg
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。
【0028】
(4)前記(3)に記載の加熱装置において、上記ローラの弾性層がスポンジ層であることを特徴とする加熱装置。
【0030】
(5)前記(1)から(4)の何れかの加熱装置において、上記被加熱材は加熱定着すべき未定着画像を担持した記録材であることを特徴とする加熱装置。
【0036】
(作 用)
1)ベルトを張架するローラが少なくとも弾性層と表面層を有し、ベルトが少なくとも弾性層と基層を有していて、ローラの表面層の熱伝導率をλs、厚さをds、ベルトの弾性層の熱伝導率をλb、厚さをdb、としたとき、
λs×ds>λb×db
の条件を満足する構成により、小サイズの被加熱材を連続通紙した際に軸方向の温度差を均すことができるため、簡易な構成でベルト等の熱劣化を防止し、かつ、スループットの低下を防止することが可能となる。
【0037】
2)ベルトの基層の熱伝導率が0.42W/m・K以上であることにより、ベルトの内面側に配したローラ表面層である高熱伝導層が効率的にベルト上の温度差を均すことができるため、連続通紙時の非通紙部昇温を抑え、ベルト等の熱劣化をさらに軽減できる。
【0038】
3)ベルトの弾性層の熱伝導率をλb、ローラの弾性層の熱伝導率をλgとしたとき、
λb>λg
の条件を満足することにより、また、さらにはローラの弾性層がスポンジ層であることにより、ローラの弾性層を伝わりローラ内部に熱が奪われにくくなるため、立ち上げ時間を遅らせてユーザの使い勝手を悪化させずに、非通紙部昇温を軽減し、ベルトの劣化などの問題を防ぐことができる。
【0039】
【発明の実施の形態】
(1)画像形成装置例
図1は本発明に従う加熱装置を定着装置として具備させた画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本実施形態の画像形成装置は、電子写真プロセスを用いた、自動両面印字機能を有するタンデムタイプのフルカラープリンタである。
【0040】
Y・M・C・Bは図面上右から左に順に配列した第1〜第4の4つの画像形成ステーションである。
【0041】
各画像形成ステーションY・M・C・Bは何れも、像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体31、帯電装置32、レーザースキャナやLEDアレイ等の露光装置33、現像装置34、クリーニング装置35等からなる電子写真プロセス機構である。感光体31は矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。
【0042】
第1の画像形成ステーションYは感光体31の面にフルカラー画像のイエロー成分のトナー画像を形成する。第2の画像形成ステーションMは感光体31の面にフルカラー画像のマゼンタ成分のトナー画像を形成する。第3の画像形成ステーションCは感光体31の面にフルカラー画像のシアン成分のトナー画像を形成する。そして第4の画像形成ステーションBは感光体31の面にブラックのトナー画像を形成する。各画像形成ステーションにおけるトナー画像の形成原理・プロセスは公知であるからその説明は省略する。
【0043】
36は複数の支持ローラ37に懸架させて張設した転写ベルトであり、第1〜第4の画像形成ステーションY・M・C・Bの下側に、全画像形成ステーションに渡たらせて配設してある。転写ベルト36は矢印の反時計方向に、感光体31の周速度に対応した周速度で回動駆動される。
【0044】
38は転写電極ローラであり、第1〜第4の各画像形成ステーションY・M・C・Bにおいて、感光体31の下面に対して転写ベルト36を挟んで圧接して転写ニップ部を形成している。39は各転写電極ローラ38に対する転写バイアス印加電源であり、トナーの帯電極性とは逆極性の所定の電圧を転写バイアスとして所定の制御タイミングで印加する。
【0045】
40はシート給送路であり、不図示の給紙機構部から一枚分離給紙された記録材(転写材)Pを、転写ベルト36の第1の画像形成ステーションY側の端部に給送する。43は手差し給紙トレイであり、記録材Pはこのトレイ43から手差し方式で給紙することも出来る。
【0046】
転写ベルト36は給送された記録材Pを静電的に吸着保持して、あるいはチャックで把持して第1から第4の画像形成ステーションY・M・C・Bの各転写ニップ部を順次に搬送する。これにより、同一の記録材Pの面にイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、およびブラックトナー画像が順次に位置合わせ状態で重畳転写されてフルカラートナー画像が合成形成される。
【0047】
第4の画像形成ステーションBの転写ニップ部を搬送されて通過した記録材Pは転写ベルト36から分離され、定着装置101に導入されて未定着のトナー画像の加熱定着処理を受ける。
【0048】
モノクロプリントモードの場合はブラックトナー画像を形成する第4の画像形成ステーションBだけが作動する。
【0049】
片面プリントモードの場合には定着装置101を出た記録材Pはシートパスaに入って機外に排出される。
【0050】
自動両面プリントモードの場合には定着装置101を出た第1面側プリント済みの記録材Pはフラッパ41の切換えにより記録材再循環搬送機構側のシートパスb側に進路変更され、スイッチバックトパスcに導入され、次いでスイッチバック搬送され、フラッパ42の切換えによりシートパスd側に進路変更されて搬送されることで、表裏反転されて再び転写ベルト36の第1の画像形成ステーションY側の端部に給送される。これにより記録材Pの第2面側に対するトナー画像の転写形成がなされ、定着装置101に再び導入されて第2面側に対するトナー画像の定着がなされ、定着装置101を出た記録材Pはシートパスaに入って機外に排出される。
【0051】
(2)定着装置101
図2は本実施形態における加熱装置としての定着装置101の概略構成を示す模式的断面図である。
【0052】
この定着装置101は前述した図7の定着装置と同様に、加熱ローラ1、定着ローラ2、定着ベルト3、加圧ローラ4、ハロゲンヒータからなる定着ベルト加熱用ヒータ5等からなるベルト定着方式の装置であり、定着ニップ部Nの定着ベルト1と加圧ローラ4との間に記録材13を導入して挟持搬送させることで、定着ニップ部Nにおいて、記録材13上に保持された未定着トナー画像12を、ヒータ5で熱せられている加熱ローラ3で加熱された定着ベルト1の熱と、定着ニップ部Nの圧力により記録材12上に加熱、加圧して定着させ、記録材13を排出する。
【0053】
記録材13上のトナー画像12のトナーとしては例えばポリエステル系のものが用いられ、記録材13としては厚さ100μm程度の普通紙が用いられる。
【0054】
7と8は温調用の温度検出素子としてのサーミスタであり、サーミスタ7は加熱ローラ1で加熱される定着ベルト3の表面温度を検知し、サーミスタ8は加圧ローラ4の表面温度を検知する。本実施形態の定着装置においては、サーミスタ7により検知された定着ベルト3の表面温度及びサーミスタ8により検知された加圧ローラ4の表面温度に基づいて、図示しない温度制御手段としての制御回路でハロゲンヒータ5を随時フィードバック制御することによって、定着ベルト3の表面温度及び加圧ローラ4の表面温度を所定の略一定の温度にそれぞれ保持するように設定されている。
【0055】
具体的には、サーミスタ7により検知される定着ベルト3の加熱部分の表面温度は約180℃に設定されている。一方、加圧ローラ4の表面温度は加圧ローラ4の定着ベルト3との接触、回転により160℃程度になっている。
【0056】
6は定着ニップ部入口側の記録材ガイド板であり、定着ニップ部Nの定着ベルト3と加圧ローラ4との間にトナー画像12を担持した記録材13を導入・案内するために定着ニップ部に近接した記録材搬送方向上流側に設けられている。7は定着ニップ部出口側の記録材ガイド板である。
【0057】
加熱ローラ1は定着ベルト3のテンションローラとしても機能する従動ローラとしてあり、定着ベルト3を所定の張力で張架すべく、加熱ローラ1の軸部の両端に不図示の加圧バネが一対配設されて加熱ローラ1を加圧している。
【0058】
また、加圧ローラ4を定着ベルト3を挟ませて定着ローラ2に所定の付勢力で押圧すべく、加圧ローラ4の軸部の両端に不図示の加圧バネが一対配設されて加圧ローラ4を加圧している。この加圧バネにより、加圧ローラ4が、定着ベルト3を介して定着ローラ2を押圧する向きに付勢され、10mm程度のニップを形成している。ニップの面圧は15N/cm2程度に設定されている。
【0059】
1)加熱ローラ1
加熱ローラ1は、装置の立ち上がり時間を短縮するために、小径かつ薄肉の金属パイプを使用して低容量化してある。この金属パイプは、例えばアルミニウム、鉄あるいはステンレススチール等で構成されたものが用いられるが、本実施形態では、加熱ローラ1としては、直径30mm、厚さ3mmのアルミニウム製のものを用いている。
【0060】
2)定着ローラ2
定着ローラ2は金属製の芯金2a上に、弾性層2b、表面層に高熱伝導層2cを設けたものであり、芯金2aの直径が32mm、弾性層2bの厚さが4mm、定着ローラ2の外周の直径が40mmである。芯金2aは、アルミニウム製のものである。
【0061】
表面層である高熱伝導層2cとしては、高熱伝導性シリコーンゴムや金属薄膜を使用することができる。
【0062】
表面層2cとしての高熱伝導性シリコーンゴム層の熱伝導率を上げる方法としては、シリコーンゴムに良熱伝導性の粒子(アルミナ、窒化アルミ、石英等)を分散させる事が考えられる。しかし、充填材を加えるにつれシリコーンゴム層の熱伝導率は増していくが、逆にゴム自体の硬度も高くなり加熱装置としてはニップが取れにくくなり、定着能力の低下を招き好ましくない。好ましくは高熱伝導性シリコーンゴム層2cの硬度及び厚みはローラ硬度が最高でも50°(Asker−C)以下になるような組み合わせである事が望ましい。
【0063】
また、表面層2cとしての金属薄膜層としては、入手の容易性の点から、アルミニウムが好適に使用される。また、より熱伝導率の高い金属(金、銀、銅、鉄等)を用いるのがより好ましい。金属薄膜層の形成には金属箔のチューブを用いて各層間をプライマーで接着したものあるいは、金属箔のチューブの被覆をする代わりに弾性層の表面に蒸着によって金属薄膜層を形成してもよい。十分な定着性を確保するためのニップ幅を得るためには、金属薄膜層の厚みは10μm以下である事が望ましい。
【0064】
耐熱性弾性層2bとしては、シリコーンゴムなどの弾性体や、さらに該弾性体の素材をスポンジ状にしたものが好適に使用される。特に高熱伝導性層2cとして金属薄膜層を用いる場合には、スポンジ状の弾性体を用いることにより、ローラの硬度に対する影響を少なくする事ができ十分なニップ幅を得る事ができる。弾性層2bの熱伝導率は0.21W/m・K以下であればよいが、より小さいほうが昇温防止や立ち上げ時間短縮に寄与できる。
【0065】
3)定着ベルト3
図3に本実施形態における定着ベルト3の層構成を示す模式的断面図を示す。定着ベルト3は、ニッケル、ポリイミド等の耐熱性樹脂、炭素鋼、あるいはステンレス鋼棟により形成された薄肉の無端状のベルト基層3a上に、フッ素系樹脂やシリコーンゴム等の耐熱弾性層3bを設け、離型層3cとして厚さ50μmのPFAチューブで被覆された構成となっている。
【0066】
耐熱弾性層3bは、良好な定着性及び熱応答性を得るために、例えばシリコーンゴム層の場合には、ゴム硬度25〜65度(JISA硬度計)、厚さが100〜300μmの範囲が望ましい。
【0067】
4)加圧ローラ4
加圧ローラ4は、直径8mmの鉄製の芯金4aの外周面に、ASKER−C硬度で50度の、外径30mmのスポンジ層(耐熱弾性層)4bを設け、さらにその外周面を厚さ50μmのPFAチューブ(表層、離型層)4cで被覆して構成した。
【0068】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【0069】
〈実施例1〉
本実施例では、上述したベルト定着方式の定着装置101において、定着ローラ2と定着ベルト3をそれぞれ下記の仕様のものとした。
【0070】
▲1▼.定着ローラ2
外径32mmの芯金2a上に、耐熱性弾性層2bとして幅320mm、厚さ約4mm、熱伝導率0.21W/m・Kのシリコーンゴム層を被覆したものに、面方向の熱抵抗が少なくなるように、表面層2cとして、熱伝導率λs=0.5W/m・Kの高熱伝導性シリコーンゴム層(酸化マグネシウム分散シリコーンゴム)を厚さds=200μmにコーティングした。
【0071】
▲2▼.定着ベルト3
基層3aとして、内径60mm、厚さ50μmのポリイミドフィルム(熱伝導率0.3W/m・K)を用い、弾性層3bとして熱伝導率λb=0.21W/m・K、厚さds=200μmのシリコーンゴム層を用い、表層3cにはPFAチューブ30μmを被覆したものを用いた。
【0072】
上記において、
定着ローラ2の表面層2cの熱伝導率λs=0.5W/m・K
定着ローラ2の表面層2cの厚さds=200μm
定着ベルト3の弾性層3bの熱伝導率λb=0.21W/m・K
定着ベルト3の弾性層3bの厚さds=200μm
の間には
λs×ds>λb×db
の関係が成り立っている。
【0073】
このように構成されたときの定着ベルト3の温度上昇の測定についての実験を図2に示す加熱装置を用いて行った。このときの温度測定箇所について、図4を用いて説明する。aは通紙部測定点、bは非通紙部測定点であり、各測定点での温度測定は熱電対を定着ベルト3にパッドで押し当てて行った。被加熱材である記録材の搬送基準は中央基準であり、通紙部測定点aは定着ベルト3の長手中央部に設定し、非通紙部測定点bは、中央基準でA4サイズ紙を縦送りしたときに通紙領域に入らないように通紙中央部から右側127mmのところに設定した。
【0074】
実験は、加熱ローラ1で加熱される定着ベルト3の加熱部分の表面温度を180℃に制御して定着ベルト3を回転させた状態から、プロセススピード200mm/sec、1分間の通紙枚数30枚でA4サイズ紙(秤量105g)を縦送りに連続通紙した場合の通紙部の定着ベルト温度を測定した。
【0075】
図5からわかるように連続通紙約100枚以降で非通紙部温度215℃で安定した。この結果を表1に示す。またこの時の立ち上げ時間も同様に表1に示す。実際には、加熱ローラ1の端部の断熱ブッシュやベアリングに用いるグリースの耐熱性が懸念されるので、非通紙部温度は210℃以下になるのが望ましい。
【0076】
〈比較例1〉
次に実施例1において定着ローラ2として表面層である高熱伝導層2cを除いた定着ローラを用い、実施例1と同様に、定着ローラ2の非通紙部温度上昇の測定を行った。その結果について図6に示す。
【0077】
図6からわかるように連続通紙枚数が約50枚で定着ベルト3の非通紙部温度が220℃を越えてしまった。このとき、加熱ローラ1の端部の断熱ブッシュやベアリングに用いるグリースの耐熱性が懸念されるため、非通紙部温度225℃になった時点で測定を終了した。
【0078】
実施例1と比較例1の結果からわかるように、実施例1においては定着ベルト3の内面に配した定着ローラ表面層である高熱伝導層2cが定着ベルト非通紙部に蓄積された熱をならす効果があるため、非通紙部の昇温を低減することが可能である。この結果と立ち上げ時間について表1に示す。
【0079】
表1から、比較例1が90秒であったのに対して、実施例1のベルト定着装置では108秒と立ち上げ時間が遅くなっている。これは定着ローラ表面層を高熱伝導層2cにしたため、定着ローラ表面層から内部へ熱が逃げてしまうために、立ち上げ時間が遅くなってしまったと考えられる。
【0080】
〈比較例2〉
次に実施例1において定着ローラ2として、表面層である高熱伝導層2cを、酸化マグネシウム分散量を減らした熱伝導率λs=0.3W/m・Kのシリコーンゴム層で、厚さds=100μmのコーティング層にしたものにし、実施例1と同様に、定着ローラ2の非通紙部温度の測定と立ち上げ時間の測定を行った。
【0081】
比較例2では、比較例1よりは非通紙部昇温が良化したものの、連続通紙枚数が約100枚で定着ベルト3の非通紙部温度が220℃を越えてしまった。また、立ち上げ時間は94秒であった。この結果を表1に示す。
【0082】
表1からもわかるように、定着ローラ表面層2cの熱伝導率及び厚さ、定着ベルト弾性層3bの熱伝導率及び厚さをそれぞれλs及びds、λb及びdbとすると
λs×ds>λb×db
の条件を満たすことで、定着ローラ表面層である高熱伝導層2cが定着ベルト3上の温度差を均すため非通紙部昇温を抑制できる。
【0083】
〈実施例2〉
実施例1において用いた定着ベルト3の基層3aの高熱伝導率化のために、基層3aのポリイミドにフィラーとしてBN(窒化ホウ素)25vol%を添加し、熱伝導率を0.42W/m・Kまで向上させた同様の構成の定着ベルト3を用い、実施例1と同様の実験を行った。
【0084】
連続通紙枚数100枚以降で定着ベルト3の非通紙部の温度が206℃で安定し、加熱ローラ1端部の断熱ブッシュやベアリングに用いるグリースに影響が少ない非通紙部温度を210℃以下に抑えることができた。
【0085】
これは、定着ベルト基層3aの熱伝導率を0.42W/m・Kまで上げることで、定着ベルト3の弾性層3bの熱を効果的に定着ローラ2の表面層である高熱伝導層2cへ伝えることができるので、小サイズ紙を連続通紙したときに定着ローラ2の表面層である高熱伝導層2cがより効果的に軸方向の温度差を均すことができる。また、立ち上げ時間は110秒であった。この結果を表1に示す。
【0086】
〈実施例3〉
表1の結果から、比較例1と比べ実施例1及び2では、立ち上げ時間が遅くなってしまった。これは定着ローラ2の表面層2cを高熱伝導層にしたため、定着ローラ2の表面層2cから内部へ熱が逃げてしまうために、立ち上げ時間が遅くなってしまったと考えられる。
【0087】
そこで、定着ローラ2として芯金2a上にシリコーンゴムの代わりに幅320mm、厚さ約4mm、熱伝導率約0.08W/m・Kのシリコーンゴムスポンジ層を被覆し、その表面層2cに高熱伝導性のシリコーンゴムの代わりに膜厚約5μmのアルミニウムの金属薄膜層を形成する以外は同様の定着ローラを用い実施例1と同様の実験を行った。
【0088】
このように高熱伝導層2cに金属を使用する場合でも耐熱性弾性層2bをスポンジにし金属薄膜層を十分に薄膜にする事により、ローラの硬度に対する影響を少なくする事ができ十分なニップ幅を得る事ができる。
【0089】
このとき、Alの熱伝導率は約200W/m・Kなので、定着ローラ2の表面層2cの熱伝導率及び厚さ、定着ベルト3の弾性層3bの熱伝導率及び厚さをそれぞれλs及びds、λb及びdbとすると
λs×ds>λb×db
となり、本発明の条件を満足している。
【0090】
上記構成の定着ローラ2を用いて実施例1で行った実験と同じ条件で定着ローラの非通紙部の温度上昇について同様に実験を行った結果連続通紙枚数100枚以降で定着ベルト3の非通紙部の温度が208℃で安定し、非通紙部の温度上昇を低減することができた。この結果を表1に示す。また、実施例3の構成での立ち上げ時間を表1に示した。この結果から、実施例3の立ち上げ時間は91秒であり、比較例1の立ち上げ時間90秒とほぼ同等に改善された。実施例1の構成では、定着ローラ2の弾性層2bの熱伝導率λgを定着ベルト3の弾性層3bの熱伝導率λbが等しかったのに対して、実施例3の構成では、定着ローラ2の弾性層2bの熱伝導率λgを定着ベルト3の弾性層3bの熱伝導率λbより小さくすることで、定着ベルト3の立ち上げ時に定着ローラ内部に熱が奪われにくくなるためである。したがって、実施例3の構成により、立ち上げ時間を遅らせて、ユーザの使い勝手を悪化させずに、小サイズ紙の連続通紙による非通紙部の昇温をおさえ、定着ベルトの劣化などの問題を防ぐことができる。
【0091】
【表1】
【0092】
〈その他〉
1)本発明は、実施形態で説明した定着装置に限定されるものではなく、他の形態のベルト定着装置にも適用することができる。
【0093】
2)可撓性の移動部材である定着ベルト3は、実施形態例の無端状の形態に限られず、ロール巻きにした長尺の有端部材にし、これを繰り出し軸側から巻取り軸側に走行移動させる装置構成にすることも出来る。
【0094】
3)可撓性の移動部材である定着ベルト3の加熱構成は、実施形態例の加熱ローラ3以外の、任意の内部加熱手段あるいは外部加熱手段によるものにすることが出来る。また、例えば、定着ベルト3に電磁誘導発熱性層を具備させて、この定着ベルト3に交番磁界を作用させることでベルト自体を誘導発熱させる装置構成にすることもできる。
【0095】
4)可撓性の移動部材である定着ベルト3の弾性バックアップ部材としての定着ローラ3は、定着ベルト3の裏面が密着して滑らかに摺動移動する非回転の固定部材にした装置構成にすることもできる。
【0096】
5)回転弾性加圧部材としての加圧ローラ4は、回動ベルト体にした装置構成にすることもできる。
【0097】
6)本発明の加熱装置は、実施形態例の定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、あるいは定着画像を担持した記録材の表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効であることは勿論である。
【0098】
また、像加熱装置の他にも、例えば紙幣のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置、紙の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱手段として用いても有効であることは勿論である。
【0099】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、加熱ベルト方式の加熱装置について、立ち上げ時間が短く、非通紙部の温度上昇によるベルトの熱劣化を防止するとともに、小サイズの被加熱材のスループットの低下を抑えることができる加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 画像形成装置の一例の概略構成図。
【図2】 実施形態のベルト定着装置の構成を示す模式的断面図。
【図3】 定着ベルトの層構成を示す模式的断面図。
【図4】 定着ベルト温度測定の通紙部と非通紙部の測定点の説明図。
【図5】 実施例1のベルト定着装置を用いたときの通紙枚数による通紙部と非通紙部の温度変化を示すグラフ。
【図6】 比較例1のベルト定着装置を用いたときの通紙枚数による通紙部と非通紙部の温度変化を示すグラフ。
【図7】 従来方式のベルト定着装置の構成を示す模式的断面図。
【符号の説明】
1 加熱ローラ
2 定着ローラ
2b 定着ローラ弾性層
2c 高熱伝導層(表面層)
3 定着ベルト
3a 基層
3b 定着ベルト弾性層
4 加圧ローラ
13 記録材
Claims (5)
- 加熱手段で加熱されて移動する可撓性のベルトと、上記ベルトを張架するローラと、上記ベルトを間に挟み上記ローラと圧接ニップ部を形成する加圧部材を有し、上記圧接ニップ部の上記ベルトと上記加圧部材との間に被加熱材を導入して挟持搬送させて上記ベルトの熱で加熱する加熱装置において、
上記ローラが少なくとも弾性層と表面層を有し、上記ベルトが少なくとも弾性層と基層を有していて、上記ローラの表面層の熱伝導率をλs、厚さをds、上記ベルトの弾性層の熱伝導率をλb、厚さをdb、としたとき、
λs×ds>λb×db
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。 - 請求項1に記載の加熱装置において、上記ベルトの基層の熱伝導率が0.42W/m・K以上であることを特徴とする加熱装置。
- 請求項1または2に記載の加熱装置において、上記ベルトの弾性層の熱伝導率をλb、上記ローラの弾性層の熱伝導率をλgとしたとき、
λb>λg
の条件を満足することを特徴とする加熱装置。 - 請求項3に記載の加熱装置において、上記ローラの弾性層がスポンジ層であることを特徴とする加熱装置。
- 請求項1から4の何れかの加熱装置において、上記被加熱材は加熱定着すべき未定着画像を担持した記録材であることを特徴とする加熱装置。
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