JP3827599B2

JP3827599B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3827599B2
Application number: JP2002084950A
Authority: JP
Inventors: 和久枝廣; 尚史三宅; 弘楠本
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: JP2003280426A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱したローラ対のニップ間を未定着トナー画像を担持した用紙を挿通させて用紙上未定着トナーを加熱、溶融させて用紙に定着させる定着装置を用いた画像形成装置に関する。特に、定着ローラ表面を外部から加熱する外部加熱定着装置を用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真方式の画像形成装置においてはニップを形成するロール対の少なくとも一方のローラ内部に内蔵された熱源によって加熱されたローラ対のニップ間を、未定着トナー画像を担持した用紙を挿通させてることによって用紙上のトナーを定着させる熱ローラ定着方式が用いられている。この様な熱ローラ定着方式では、定着ローラの熱容量が大きく、定着ローラ内部に内蔵されたハロゲンランプなどの熱源からのロール表面への熱の伝播に長時間が必要である。その結果、画像形成装置本体に電源を入れてから定着可能な定着温度に達するまでのウオームアップ時間に数分もの時間が必要であるため、画像出力動作を速やかに実行できないといった問題があった。
【０００３】
このような、従来からの熱ローラ定着方式でのウオームアップ時間の短縮、消費電力の低減などを目的として近年において例えば特開１９９９−２４４６１公報に記載されているような外部加熱方式が提案されている。この公報には定着ローラを外部から加熱する為の加熱ローラが用いられており、定着ローラ表面への熱の伝播を行なわせるには好適である。しかしこの方式においても加熱ローラを介して定着ローラへの熱伝播であるのでウオームアップ時間の短縮、消費電力の低減などには限界があった。
また特開２００１−６６９２８では、円柱状外部ヒータを直接定着ローラに対して放熱させるとともに、定着ローラと反対側に反射部材を用いる事で加熱効率をアップさせる方式が提案されているが、反射板が必要となりヒータ自体が反射熱の遮蔽をしてしまい定着ローラ表面に有効的に反射熱を集中させて伝播させることが困難である。また、同公報にはヒータと反射板を別個に設けた構成以外に、背後に熱反射板を設けた長板状の外部ヒータが報告されているが、熱を定着ローラに集中させることが困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】。
そこで本発明の第１の目的は、上記問題に鑑みて定着ローラを効率的且つ短時間に定着可能温度まで加熱することが可能な定着装置及び画像形成装置を提供することに有る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、定着ローラと加圧ローラが形成するニップ間に未定着トナーを担持した用紙を挿通してトナーを定着する定着装置において、定着ローラ外周面近傍に、定着ローラに対して背面に曲面反射膜を有したランプヒータと、前記定着ローラの外周面に定着ローラと当接する、前記ランプヒータの上流側及び下流側においてランプヒータをわずかな隙間にて挟みこむように設置された複数の金属ローラとを設けたことを特徴とする。
請求項１の発明によれば、ランプヒータからの輻射熱を定着ローラ表面に伝播させるに当たって、ランプヒータ背面に設けた曲面反射膜によって放射熱を定着ローラ側に集中的に伝達するので、ウォームアップ時間を一層短縮することが可能である。
【０００６】
さらに、金属ローラを通じた熱の伝達によって定着ローラの軸方向の温度の均一化が促進される。
【０００７】
さらに、金属ローラは、定着ローラに向かわずにランプヒータ側面から逸散しようとする放射熱を吸収し、定着ローラ表面へと伝達させるのでランプヒータの消費電力を無駄使いすることが無い。
【０００９】
さらに請求項２の発明は請求項１に記載の定着装置を備えた事を特徴とする画像形成装置を提供する。
請求項２の発明によれば、ウォームアップ時間が短縮され、エネルギー効率の高い画像形成装置が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る画像形成装置の概略構成の１例を模式的に示す正面図である。ここで図１ではクリーニング装置２０のハウジングは図略している。図２は、各色画像形成部を模式的に示す正面図である。図１に示すように、プリンタ１（画像形成装置の１例）はタンデム方式のフルカラー画像形成装置であってプリンタ本体ハウジング２の内部において用紙搬送ベルト８の上方にはその搬送方向の上流から下流方向に向かって（図１では右方から左方にかけて）、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色画像形成部が搬送ベルト８の上方に設けられている。外部ＰＣ装置からの出力画像の色情報に応じてフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れかが選択され、画像出力速度はフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れもＡ４サイズにおいて２０枚／分である。各々の画像形成部には、アモルファスシリコン感光体ドラム４と、その周囲には主帯電器５と、ＬＥＤ露光部６と、現像装置３と、転写ローラ９と、クリーニング装置２０が備えられている。
【００１１】
図２に示すように、現像装置３には内部に図示しない固定磁石を配した現像スリーブ３ａが設けられている。コールターカウンタによるメジアン径（体積基準）が９μｍのブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色トナー５重量部と平均粒径７０μｍのフェライトキャアリア９５重量部とを混合してなされる各色現像剤が現像装置３内に収納されており、現像スリーブ３ａ表面には各色現像剤による磁気ブラシが形成されている。ここで、トナーはキャリアとの摩擦帯電によって正に帯電する。各色画像形成部の各々のアモルファスシリコン感光体ドラム４と現像スリーブ３ａは互いが対向した現像領域で図示する同じ方向に回転しており、感光体ドラム４の周速度は１００ｍｍ／ｓｅｃ、現像スリーブ３ａの周速度は２００ｍｍ／ｓｅｃである。感光体ドラム４と現像スリーブ３ａとの隙間と、図示しない穂切板と現像スリーブ３ａとの隙間は何れも０．５ｍｍである。現像スリーブ３ａには＋３００Ｖの現像バイアス電圧が印可されている。
【００１２】
図１、図２において最初に感光体ドラム４が帯電部５によって一様に＋４００Ｖに帯電され、外部ＰＣ等から入力された原稿画像データに基づくＬＥＤ光がＬＥＤプリントヘッドユニット６からドラム表面上に照射される。光照射された露光部が＋２５Ｖにまで光減衰し、非露光部の＋４００Ｖの部分と合わせて静電潜像が形成される。現像スリーブに印可された＋３００Ｖの現像バイアス電圧によって現像剤中の正帯電トナーが感光体表面の露光部に反転現像される。画像形成を繰り返して現像剤中のトナーが消費されてもトナー濃度を一定値に維持する為に、トナー供給容器７Ｂ、７Ｙ、７Ｃ、７Ｍから図示しない搬送手段によって各色現像装置３に対してトナー補給がそれぞれ行われる。感光体ドラム４の下方に設置された用紙搬送ベルト８は、転写領域において感光体４と同方向に駆動されるとともに、その搬送速度が感光体ドラム４と等速の１００ｍｍ／ｓｅｃとなる様にローラ１０，１１によって搬送されるとともに、感光体ドラム４と当接する様に転写ローラ９によって用紙搬送ベルト８の裏側から付勢されている。転写ローラ９には−１．５ＫＶの電圧が印可されている。
【００１３】
そして感光体ドラム４と用紙搬送ベルト８との間に、給紙機構１２から用紙搬送路１３を経由して用紙が搬送され、用紙が各感光体ドラム４と用紙搬送ベルト８との間を搬送されていく間に、−１．５ＫＶが印可された転写ローラ９によって各感光体ドラム４表面の正帯電の各色のトナー像が次々に用紙側に転写される。全ての感光体ドラム４によってトナー像が転写された用紙は定着装置５０に搬送されてトナー像が定着され、カラー画像が形成される。定着装置５０を通過した用紙は用紙搬送路１５に送られ、排出部１６から排出される。本画像形成装置は、ウォームアップ終了後の待機モードとしては、即画像出力が可能なスタンバイモードと、定着ローラと加圧ローラの表面温度を低め制御する省エネモードとがある。スタンバイ時の定着ローラ表面の制御温度Ａと、加圧ローラ表面の制御温度Ｂはいずれも１６０℃に設定している。省エネモード時の定着ローラ表面の制御温度Ａと、加圧ローラ表面の制御温度Ｂはいずれも１２０℃に設定している。本画像形成装置では、図示しない操作表示部に画像形成装置全体の電源スイッチが設けられている。電源スイッチをオンした段階で記憶された設定に従ってウォームアップが開始される。
【００１４】
次に、図３によって定着装置５０の内部構造を詳述する。定着ローラを加熱するランプヒータとしてハロゲンランプを使用している。定着ローラ５１と加圧ローラ５２とが互いに圧接して定着のニップ部５９を形成している。上面に未定着トナー６０を担持した用紙Ｐは、画像出力時には図中の右方向からニップ部へと図示しない搬送手段によって搬送されるようになっている。定着ローラ５１と２ｍｍの間隙をもってハロゲンヒータ５３が設けられており、熱線照射によって定着ローラ５１を加熱するようになっている。ハロゲンヒータ５３は定着ローラに向かってその背面に白色の反射膜５３ａがコーティングされており、定着ローラ５１に向かう方向に集中的に熱エネルギーを放射している。ハロゲンヒータ５３の上下流近傍には、金属ローラ６３、６４が定着ローラに当接して設けられている。金属ローラの機能に付いては、後述する。これらの定着ローラ５１と加圧ローラ５２と金属ローラ６３、６４は、Ａ４用紙の長辺２９７ｍｍに対して余裕を持って挿通できるように、全てローラ部長さが３２０ｍｍとなっている。定着ローラ５１の表面温度の検知手段としてのサーミスタ５４と、加圧ローラ５２の表面温度の検知手段としてのサーミスタ５５とが設けられている。これらの各サーミスタは、各ローラの軸方向にみて中央付近に設けられているので、画像出力時には通紙領域のローラ表面温度を検知している。加圧ローラ５２内部には加熱源としてのハロゲンヒータ５８が設けられている。画像形成装置の本体側には、サーミスタ５４、５５の検知温度に基いてハロゲンヒータ５３、５８に電力を制御しつつ供給して、定着ローラ５３の回転駆動を制御する為の制御部７０が設けられている。
【００１５】
加熱開始と同時に、矢印の方向に、定着ローラ５１は画像出力時と同じ周速１００ｍｍ／ｓｅｃで回転を開始し、加圧ローラ５２と、金属ローラ６３、６４は定着ローラ５１に従動回転するようになっている。ハロゲンヒータ５３は消費電力７００Ｗで点灯加熱し、定着ローラ５１表面のサーミスタ５４の検出温度を基準に通電制御される。つまり、装置本体の電源オン後のウォームアップ時には、定着ローラ５１の表面温度が１６０℃に達するまで連続的にオン制御され、定着ローラ表面温度が１６０℃を超えた時点で、ウォームアップからスタンバイ制御へ移行して、定着ローラ表面温度を１６０±３℃の範囲に維持するようにオン、オフ制御されるようになっている。
【００１６】
加圧ローラ５２内部のハロゲンヒータ５８は消費電力４００Ｗで点灯加熱し、加圧ローラ表面のサーミスタの検出温度を基準に通電制御される。つまり、装置本体の電源オン後のウォームアップ時には、ハロゲンヒータ５８は加圧ローラ５２表面温度が１６０℃に達するまで連続的にオン制御され、加圧ローラ表面温度が１６０℃を超えた時点で、加圧ローラ表面温度を１６０±３℃の範囲に維持するようにオン、オフ制御されるようになっている。ここで、定着ローラ５１と加圧ローラ５２の内の少なくとも一方が１６０℃を超えた時点でスタンバイ制御へ移行するようになっている。
【００１７】
ウォームアップ終了時点で、スタンバイ制御へと切り替わり、定着ローラは画像出力時の１／４の周速度に減速制御され、加圧ローラ５２と、金属ローラ６３、６４もそれにしたがって従動回転して、上記の制御に従って定着ローラ５１及び加圧ローラを１６０℃±３℃の範囲に保温するようになっている。画像出力時には、定着ローラは元の周速１００ｍｍ／ｓｅｃに復帰し、定着ローラ５１及び加圧ローラを１６０℃±３℃の範囲に維持するようにハロゲンヒータ５３、５８がオン、オフ制御される。
【００１８】
定着ローラ５１は、ローラ部長さが３２０ｍｍであって、外径が１２ｍｍの鉄製の芯金５１ａと、芯金５１ａの表面に被覆された厚さが６．５ｍｍである弾性層５１ｂと、離型性を高めるために弾性層５１ｂの表面に被覆された厚さ７０μｍであるＰＦＡチューブ層５１ｃとから構成されている。弾性層５１ｂはアスカＣ硬度が２５度であるシリコンゴムの発泡体から形成されている。また定着ローラは周速度が感光体ドラム４と等速の１００ｍｍ／ｓｅｃとなる様に制御部７０からの駆動電流を受け、図示しない駆動手段で回転するようになっている。
【００１９】
加圧ローラ５２はローラ部長さが３２０ｍｍ、外径が２５ｍｍであって、肉厚が０．４ｍｍのアルミニウム製のローラ外層５２ａと、ローラ本体５２ａの表面に離型性を高めるために塗布された厚さが１５μｍのＰＴＦＥ層５２ｂとから構成されている。ローラ本体５２ａの内部には最大消費電力が４００Ｗのハロゲンヒータ５８が内蔵されている。加圧ローラ５２は図示しない付勢手段で定着ローラ５１に圧接しており定着ローラ５１の回転に応じて従動回転するようになっている。
【００２０】
次に、本発明の特徴である外部ハロゲンヒータによる定着ローラの非接触外部加熱方式について説明する。サーミスタ５４の下流側であって、ニップ部５９の上流側の定着ローラ５１表面から２ｍｍの間隙をもってハロゲンヒータ５３が設けられている。ハロゲンヒータ５３は定着ローラに向かってその背面に白色の白色のシリカ層からなる反射膜５３ａがコーティングされており、定着ローラ５１に向かう方向に集中的に熱エネルギーを放射している。本実施例の構成によれば、ハロゲンヒータ背面から放射された熱線を定着ローラ側に反射させる為に従来より用いられた外付けの反射ミラーが不要となり、熱線の逸散が防止されるので省スペース、省エネ化が図れる。ハロゲンヒータ５３の反射膜は放射された熱線を効果的に定着ローラ５１側に反射できるものであれば良く、シリカコーティング層以外にも耐熱性の有る材料であれば使用可能であって、場合によっては淡色材料や鏡面材料を使用することができる。
【００２１】
さらに本実施例ではハロゲンヒータ５３の上下流近傍には、金属ローラ６３、６４がハロゲンヒータと非接触且つ定着ローラに当接して設けられている。金属ローラは、外径８ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのＡｌ製の中空円筒であってハロゲンヒータ５３と１ｍｍの間隙を有している。金属ローラ６３、６４はハロゲンヒータ５３から放射された熱線を、定着ローラ５１表面とハロゲンヒータ５３との中間域に有効に封鎖して、他所への漏れを防止する効果を有する。さらに、これらの金属ローラ６３、６４は軸方向の熱伝導を促進してハロゲンヒータ５３の熱線放射ムラによる定着ローラの表面温度の不均一性を防止する効果も有している。
【００２２】
本実施例においては、ハロゲンヒータ５３の消費電力は７００Ｗとしたが、これに限るものではなく、適宜、消費電力変更品を使用することが可能である。またハロゲンヒータ５３と定着ローラ５１との間隙を２ｍｍとしたがこれに限定するものではなく、定着ローラへの熱伝導効率を考慮して適宜間隙寸法を決定することができる。更に本実施例においては、金属ローラ６３、６４の肉厚は０．５ｍｍ、外径は８ｍｍとしたがとしたがこれに限るものではなく、熱伝導、熱容量等を考慮して適宜、肉厚、外径の変更品が使用できる。
【００２３】
また、本願発明においては反射膜付きハロゲンヒータの使用が、必須要件であるが、金属ローラ６３、６４は場合によっては省いても良い。定着ローラの表面温度の均一効果だけを狙うのであれば、定着ローラ表面において適宜設置場所を設定することができる。
【００２４】
本実施例においては、加圧ローラ５２のの肉厚は０．４ｍｍとしたがこれに限定するものではなくて、０．２乃至１．５ｍｍの範囲において好適に使用できる。
ローラ本体の表面の離型性層はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）としたが、それ以外にもＰＦＡ層（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）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）などのフッ素樹脂から選択することが可能である。この離型性層の肉厚は１５μｍとしたが、１０〜１００μｍの範囲から好適に使用される。また、加圧ローラ表面に離型性層を有さない構成であっても良い。加圧ローラ内部のハロゲンランプの消費電力を４００Ｗのものを使用したが、これに限定するものではなく、定着ローラと加圧ローラの表面温度を同程度に昇温、維持できるものであれば適宜、消費電力変更品を使用することが可能である。
【００２５】
定着ローラ５１において、芯金５１ａの表面に被覆された弾性層５１ｂの厚さを６．５ｍｍとしたがこれに限定するものではなくて、２〜１５ｍｍの範囲が好適に使用できる。弾性層５１ｂを形成するシリコンゴムはアスカＣ硬度が２５度のものを使用したが、それに限定するものではなくてアスカＣ硬度が１０乃至９０度のものが好適に使用できる。弾性層５１ｂの表面に被覆された離型性層をＰＦＡ（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）チューブとしたがそれに限定するものではなくて、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）などのフッ素樹脂から選択することが可能である。さらに、この離型性層の肉厚は７０μｍとしたが、２０〜１００μｍの範囲から好適に使用される。
【００２６】
本実施例においては、加圧ローラ５２の内部に加熱手段としてハロゲンヒータ５８を設けているが、場合によっては、内部加熱源を使用せず、反射膜付きハロゲンヒータを加圧ローラ５２の外部加熱源として用いたり、加圧ローラに熱源を用いずにその分、定着ローラ５１の外部加熱用ハロゲンヒータ５３の電力アップを図っても良い。
【００２７】
本実施例においては、定着ローラとして芯金周囲に弾性層によってローラ形成した構成であるが、これに限定せずに中空の薄肉金属ローラを主体としても良いし、加圧ローラを芯金周囲に弾性層によってローラ形成した構成としても良い。また、定着ローラと加圧ローラの両方を芯金周囲に弾性層によってローラ形成した構成としても良い。
【００２８】
本実施例においては、定着ローラの制御温度Ａを１６０℃としたが、それに限定するものではなくて、トナーの溶融特性や画像形成装置のプロセス条件に合わせて最良のトナー定着性を得られるように適宜選択する事が可能であって例えば１４０〜２１０℃の範囲が好適な温度範囲である。
【００２９】
本実施例においては、加圧ローラの制御温度Ｂを１６０℃としたが、それに限定するものではなくて、トナーの溶融特性や画像形成装置のプロセス条件に合わせて最良のトナー定着性を得られるように適宜選択する事が可能であって例えば１００〜２１０℃の範囲が好適な温度範囲である。
【００３０】
本実施例においては、ウォームアップ終了後の待機時及び省エネモード時の定着ローラの周速度を画像形成時の１／４としたがこれに限るものではなくて１／６〜等速の範囲が好適に使用されるし、間欠的に回転させることも可能である。また、定着ローラのみ駆動させて、外部加熱ローラと加圧ローラを従動回転としたがこれに限定するものではなくて、各々周速度差を生じないないように駆動を与えても良いし、外部加熱ローラと加圧ローラの何れか一方を駆動させて残りのローラを従動回転させても良い。また、本実施例においては、省エネモード時の定着ローラ表面の制御温度を１２０℃としたがこれに限定するものではなく１３０℃以下の範囲が好適に使用する事が可能でまた、制御温度は１段階だけでなく複数段階とし、最後の画像形成からの未使用時間の経過に合わせて徐々に低温側の制御温度に移行させても良い。
【００３１】
定着ローラ５１表面には、サーミスタ５４の上流側であって、定着ニップ下流側に定着ローラ表面を清浄な状態に維持している為のクリーニングローラ６１が当接しており、加圧ローラ５２表面にはサーミスタ５５の上流側であって、定着ニップ下流側に加圧ローラ表面を清浄な状態に維持している為のクリーニングローラ６２が当接している。その為に、定着ローラと加圧ローラ表面及び定着ローラに接触する加熱ローラ表面にトナー成分が付着残留していないので、ウォームアップ時にローラ回転させてもトナー固形分で各ローラが傷つくことが防止される。また、画像出力時以外の省エネモードやスタンバイ時などの待機時においても、常時あるいは、間欠的に、各ローラの回転を継続しクリーニングローラで各ローラ表面を清浄な状態に維持しているので、各ローラが傷つくことが防止され。
【００３２】
本実施例においては、定着ローラ本体の芯金を鉄製としたがをそれに限定するものではなくて、アルミニウムや銅やニッケルやステンレスなどの金属を使用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
第１に、ハロゲンヒータからの輻射熱を直接定着ローラ表面に伝播させて、ハロゲンヒータ背面に設けた反射膜によって放射熱を定着ローラ側に集中的に伝達することので、ウォームアップ時間を短縮することが可能である。また、金属ローラを通じた熱の伝達によって定着ローラの軸方向の温度の均一化が促進される。また、ハロゲンヒータの上流側及び下流側を金属ローラによって挟みこむ構成によって、定着ローラに向かわずにハロゲンヒータ側面から逸散しようとする放射熱を吸収し、定着ローラ表面へと伝達させるのでハロゲンヒータの消費電力を無駄使いすることが無い。第２に、ウォームアップ時間が短縮され、エネルギー効率の高い画像形成装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成の１例を模式的に示す正面図である。
【図２】各色画像形成部を模式的に示す正面図である。
【図３】定着装置５０の内部構造を断面的に詳述する模式図である。
【符号の説明】
５０定着装置
５１定着ローラ
５１加圧ローラ
５１ａ芯金
５１ｂ弾性層
５１ｃＰＦＡチューブ層
５２加圧ローラ
５２ａローラ本体
５２ｂＰＴＦＥ層
５３ハロゲンヒータ
５３ａ反射膜
５４サーミスタ
５５サーミスタ
５８ハロゲンヒータ
６３金属ローラ
６４金属ローラ
７０電源制御部

Claims

定着ローラと加圧ローラが形成するニップ間に未定着トナーを担持した用紙を挿通してトナーを定着する定着装置において、
定着ローラ外周面近傍に、定着ローラに対して背面に曲面反射膜を有したランプヒータと、前記定着ローラの外周面に定着ローラと当接する、前記ランプヒータの上流側及び下流側においてランプヒータをわずかな隙間にて挟みこむように設置された複数の金属ローラと
を設けたことを特徴とする定着装置。
請求項１に記載の定着装置を備えた事を特徴とする画像形成装置。