JP4010233B2

JP4010233B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4010233B2
Application number: JP2002349918A
Authority: JP
Inventors: 憲俊萩本; 泰造大西
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP2004184607A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固定発熱体を装着したヒートプレートを使用する画像形成装置の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置、例えば複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ、或いはこれ等の機能を備えたＭＦＣと呼ばれる複合機では、感光体上に形成された画像の静電潜像をトナーで現像し、これを記録媒体に転写した後、定着装置により定着処理して画像を固定し、画像の記録を行っている。
【０００３】
このような画像形成装置で使用する定着装置には、従来は、内面に熱源としてハロゲンランプを配置した金属ローラを使用するヒートローラ方式の定着装置が使用されてきた。
【０００４】
ハロゲンランプは、電気エネルギを一旦光エネルギに変換し、さらに熱エネルギに変換するため、熱変換効率が低い。そこで、ヒートローラの芯金の外周に電気エネルギを直接熱エネルギに変換可能な抵抗発熱体を形成する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、回転しない半円筒体の内面にシートヒータを配置した半円筒体のヒートプレートを使用した定着装置が提案されている（特許文献２参照）。これは、半円筒体のヒートプレートの外周面に定着ベルトを巻き掛けて加熱するように構成した定着ベルト方式の定着装置で、ヒートプレートの熱容量を低減できるのでエネルギの節減が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０７−１４０８２８号公報。
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−３４３８４９号公報。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような半円筒体の内面にシートヒータを装着した半円筒体のヒートプレートを使用した定着装置では、ヒートプレートと定着ローラとの間に定着ベルトが巻き掛けられ、定着ベルトに張力が加えられるから、ヒートプレートと定着ベルトとの間の摩擦力が大きくなり、定着ベルトの摺動性が悪くなるという不都合がある。
【０００９】
この他、ヒートプレートは、熱放散が少なく熱効率が高いものであるが、更に熱効率の高い構成が求められている。この発明は、上記した課題を解決したシートヒータを使用した画像形成装置の定着装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、内面にシートヒータが装着されたヒートプレートと、回転駆動される定着部材と、前記ヒートプレートと定着部材との間に巻き掛けられた定着ベルトと、前記定着部材に対向して配置された加圧部材とを備え、前記定着ベルトと加圧部材との間に定着ニップ部が形成される定着装置において、前記ヒートプレートは、略半円筒状に形成された曲面を備え、該曲面は少くとも前記定着ベルトの移動方向の下流側の曲率が上流側の曲率よりも大きい形状であることを特徴とする定着装置である。
【００１１】
そして、前記ヒートプレートの略半円筒状に形成された曲面は、複数の弧状面を結合して形成することができる。
【００１２】
また、前記シートヒータの発熱領域は、前記ヒートプレートが前記定着ベルトに接触する領域に一致させるとよい。
【００１３】
さらに、前記シートヒータは、前記定着ベルトの移動方向の上流側の発熱量が下流側の発熱量よりも大きく構成するとよい。
【００１４】
そして、前記シートヒータは、前記ヒートプレートに装着したときヒートプレートの曲率の大きな部分に対応する領域のヒータパターン幅を広く、曲率の小さい部分に対応する領域のヒータパターン幅を狭く構成するとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明の定着装置１０の構成を説明する断面図、図２は図１に示す定着装置１０の加熱手段を構成するヒートプレート１１の外観を示す斜視図である。
【００１６】
図１において、ヒートプレート１１の内面には、シートヒータ１２が絶縁接着剤層１３を介して固定配置されている。ヒートプレート１１と定着ローラ２１との間には、定着ベルト２３が巻き掛けられており、また、定着ローラ２１に対向する位置には加圧ローラ２４が定着ベルト２３を介在させて配置され、定着装置１０が構成される。
【００１７】
図示しない駆動機構により定着ローラ２１を矢印ａ方向に回転させると、定着ベルト２３を介在させて圧接されている加圧ローラ２４も矢印ａ方向に回転し、定着ローラ２１及び加圧ローラ２４に摩擦接触している定着ベルト２３は矢印ａ方向に移動する。上記構成において、定着ローラ２１を回転させるのに替えて加圧ローラ２４を回転させてもよい。
【００１８】
このとき、定着ベルト２３は固定配置されているヒートプレート１１の外表面上を滑りながら矢印ａ方向に移動し、ヒートプレート１１から熱が伝達されて加熱される。加圧ローラ２４と定着ベルト２３との間のニップ部Ｎに、定着すべき記録媒体Ｐを通過させることで、記録媒体Ｐ上の現像剤が加熱定着され、定着処理が行われる。
【００１９】
ヒートプレート１１の材料は、例えば、厚み約１ｍｍ程度のアルミニウムを使用することができる。また、シートヒータ１２にはステンレス材で構成された抵抗発熱体を使用する。これについては、後で詳細に説明する。また、絶縁接着剤層１３は、例えば耐熱性合成樹脂のポリイミド（ＰＩ）などを使用することができる。
【００２０】
定着ベルト２３は、例えば、耐熱性ポリイミド（ＰＩ）合成樹脂フィルムからなり、厚みは約７０μｍ程度である。定着ローラ２１、加圧ローラ２４は公知の構成のものであって、アルミニウム芯金の上に合成樹脂スポンジ層を設けたものが使用できる。
【００２１】
次に、ヒートプレート１１の断面形状と定着ベルト２３の移動方向について説明する。ヒートプレート１１の断面形状には各種の変形例があり、その詳細は後で順次説明するが、まず、図３に示す第１の断面形状と定着ベルト２３の移動方向について説明する。なお、図３では、シートヒータ及び絶縁接着剤層は図示を省略した。
【００２２】
図３において、ヒートプレート１１は、曲率の異なる２つの円弧部１１ａと１１ｂとから構成され、円弧部１１ａは半径ｒ１、円弧部１１ｂは半径ｒ２であって、円弧部１１ａの半径ｒ１の方が円弧部１１ｂの半径ｒ２よりも大きく、ｒ１＞ｒ２の関係にある。
【００２３】
そして、ヒートプレート１１の上に巻き掛けられる定着ベルト２３は、曲率の小さい円弧部１１ａ（半径ｒ１）から曲率の大きい円弧部１１ｂ（半径ｒ２）の方向に向けて、矢印ａ方向に移動するように駆動される。
【００２４】
図４は、図１で説明した定着装置１０において、定着ローラ２１を固定配置された定着パッド２５に置き換えた定着装置である。その他の構成は図１乃至図３に示す構成と変らないので詳細な説明は省略する。なお、図４では、シートヒータ及び絶縁接着剤層は図示を省略した。
【００２５】
この他、図１で説明した定着装置１０において、加圧ローラ２４を固定配置された加圧パッドに置き換えた構成の定着装置も考えられる。
【００２６】
図４に示す構成では、図示しない駆動機構により加圧ローラ２４を矢印ａ方向に回転させると、定着パッド２５とヒートプレート１１との間に巻き掛けられている定着ベルト２３は、加圧ローラ２４に摩擦接触して矢印ａ方向に移動する。このとき、定着ベルト２３は固定配置されている定着パッド２５とヒートプレート１１の外表面上を滑りながら矢印ａ方向に移動し、ヒートプレート１１から熱が伝達されて加熱される。加圧ローラ２４と定着ベルト２３との間のニップ部Ｎに、定着すべき記録媒体Ｐを通過させることで、記録媒体Ｐ上の現像剤が加熱定着され、定着処理が行われる。
【００２７】
図４の構成においても、ヒートプレート１１は、曲率の異なる２つの円弧部１１ａと１１ｂとから構成され、円弧部１１ａは半径ｒ１、円弧部１１ｂは半径ｒ２であって、円弧部１１ａの半径ｒ１の方が円弧部１１ｂの半径ｒ２よりも大きく、ｒ１＞ｒ２の関係にある。
【００２８】
そして、ヒートプレート１１の上に巻き掛けられる定着ベルト２３は、曲率の小さい円弧部１１ａ（半径ｒ１）から曲率の大きい円弧部１１ｂ（半径ｒ２）の方向に向けて、矢印ａ方向に移動するように駆動される。
【００２９】
次に、ヒートプレート１１の断面形状の各種の変形例について、図５乃至図８を参照して説明する。なお、図５乃至図８では、シートヒータ１２及び絶縁接着剤層１３は図示を省略した。
【００３０】
図５の（ａ）に示すヒートプレート１１Ａは、図３及び図４に示したヒートプレート１１と同じであり、曲率の異なる２つの円弧部から構成されたもので、角度９０°に開いた曲率の小さい円弧部１１ａと角度９０°に開いた曲率の大きい円弧部１１ｂとから構成された断面形状を備えている。
【００３１】
また、図５の（ｂ）に示すヒートプレート１１Ｂも、曲率の異なる２つの円弧部から構成されたもので、角度１２０°に開いた曲率の小さい円弧部１１ａと角度６０°に開いた曲率の大きい円弧部１１ｂとから構成された断面形状を備えている。なお、円弧部１１ａと１１ｂとの角度は上記した角度に限られるものではない。
【００３２】
さらに、図５の（ｃ）に示すヒートプレート１１Ｃは、曲率の異なる３つの円弧部から構成されたもので、角度６０°に開いた曲率の最も小さい円弧部１１ａ、角度６０°に開いた中間曲率の円弧部１１ｂ、及び曲率の最も大きい円弧部１１ｃとから構成された断面形状を備えている。なお、円弧部１１ａ、１１ｂ、１１ｃの角度は上記した角度に限られるものではない。
【００３３】
図６の（ａ）に示すヒートプレート１１Ｄは、曲率が連続的に変化する弧状部１１ｄから構成された断面形状を備えたものであり、図６の（ｂ）に示すヒートプレート１１Ｅは、曲率が連続的に変化する弧状部１１ｄと、角度α°に開いた曲率の一定な円弧部１１ｅとを組み合わせた断面形状を備えたものである。
【００３４】
図７に示すヒートプレートは、円弧部又は弧状部と直線部とを組み合わせて構成された例で、図７の（ａ）のヒートプレート１１Ｆは、曲率の小さい円弧部１１ｆ、直線部１１ｇ、及び曲率の大きい円弧部１１ｈとから構成された断面形状を備えている。また、図７の（ｂ）のヒートプレート１１Ｇは、直線部１１ｍ、曲率の小さい円弧部１１ｎ、曲率の大きい円弧部１１ｐ、及び直線部１１ｑとから構成された断面形状を備えている。さらに、図７の（ｃ）のヒートプレート１１Ｈは、曲率が連続的に変化する弧状部１１ｒ、曲率の一定な円弧部１１ｓ、及び直線部１１ｔとから構成された断面形状を備えている。
【００３５】
図８に示すヒートプレート１１Ｊは、円弧部又は弧状部の一部に窪みを設けた断面形状のもので、この例では曲率の小さい円弧部１１ｕと、曲率の大きい円弧部１１ｖとの間に、窪み１１ｗを設けたものである。窪みは１個に限られるものではなく、２個以上を設けてもよい。この窪みは、ヒートプレート１１の温度を検出するサーミスタの取付部位等として使用することができる。
【００３６】
図９は、ヒートプレート１１の端部の形状の各種変形例を説明する図であり、図９の（ａ）はヒートプレート１１の端部をプレートの曲面の内側に向け折り曲げたもの、図９の（ｂ）はヒートプレート１１の端部をプレートの曲面の内側に向け湾曲させたもの、図９の（ｃ）はヒートプレート１１の端部をプレートの曲面の内側に折返したもの、図９の（ｄ）はヒートプレート１１の端部をプレートの曲面の内側方向に巻き返したものである。ヒートプレート端部の形状は、いずれもヒートプレート１１の端部が定着ベルトに干渉したり、定着ベルトを傷つけないようにするために必要とされる形状である。
【００３７】
次に、ヒートプレートの大きさと定着ローラの直径との関係について、図１０を参照して説明する。なお、図１０では、シートヒータ及び絶縁接着剤層は図示を省略した。
【００３８】
先に説明したとおり、ヒートプレート１１の形状には各種の変形例があるが、定着ローラ２１の直径との関係においては、定着ローラ２１の直径より大きく、又は小さく構成することができる。例えば、図１０の（ａ）に示すものは、先に図６の（ａ）に示したヒートプレート１１Ｄを使用した例であるが、ヒートプレート１１Ｄの外形寸法の最大値を定着ローラ２１に比較して２倍以上大きく構成したものである。また、これと逆に、図１０の（ｂ）に示すものは、先に図６の（ｂ）に示したヒートプレート１１Ｅを使用した例であるが、ヒートプレート１１Ｅの外形寸法の最大値を定着ローラ２１よりも十分に小さく、１／２以下に構成した例である。
【００３９】
ヒートプレート１１の大きさ（外形寸法）は定着ベルト２３に供給する熱量に密接に関係するから、熱量の供給量から大きさが決定されるが、定着ローラ２３の直径は定着装置１０の全体のサイズにより制約され、大きさが決定される場合が多い。
【００４０】
次に、複数のヒートプレートの配置と、そのヒートプレート摺接面の曲率と定着ベルトの移動方向との関係について、図１１を参照して説明する。なお、図１１では、シートヒータ及び絶縁接着剤層は図示を省略した。
【００４１】
図１１の（ａ）は、曲率の小さい円弧部を備えた第１のヒートプレート１１Ｋと、曲率の大きい円弧部を備えた第２のヒートプレート１１Ｌとを、間隔Ｌを隔てて配置した例である。
【００４２】
この場合、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）上流側の第１のヒートプレート１１Ｋと定着ベルト２３とが摺接する摺接面の曲率は、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）下流側の第２のヒートプレート１１Ｌと定着ベルト２３とが摺接する摺接面の曲率よりも小さくするのがよい。即ち、第１のヒートプレート１１Ｋの曲率半径ｒ１は、第２のヒートプレート１１Ｌの曲率半径ｒ２よりも大きく（ｒ１＞ｒ２）の関係にするのがよい。
【００４３】
図１１の（ｂ）は、曲率の小さい円弧部を備えたヒートプレート要素ｈ１と曲率の大きい円弧部を備えたヒートプレート要素ｈ２とからなるヒートプレート１１Ｍを、間隔Ｌを隔てて２個配置した例である。
【００４４】
この場合、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）上流側のヒートプレート要素ｈ１と定着ベルト２３とが摺接する摺接面の曲率は、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）下流側のヒートプレート要素ｈ２と定着ベルト２３とが摺接する摺接面の曲率よりも小さくするのがよい。即ち、ヒートプレート要素ｈ１の曲率半径ｒ１は、ヒートプレート要素ｈ２の曲率半径ｒ２よりも大きく（ｒ１＞ｒ２）の関係にするのがよい。
【００４５】
以上、ヒートプレートの各種の変形例と、ヒートプレート摺接面の曲率と定着ベルトの移動方向との関係について説明したが、いずれの変形例でも、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）上流側のヒートプレートと定着ベルト２３とが摺接する摺接面の曲率を、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）下流側のヒートプレートと定着ベルトとが摺接する摺接面の曲率よりも小さく構成している。
【００４６】
これは、ヒートプレートの上を通過して湾曲された定着ベルトが初期の円筒形状に戻ろうとする反力が、湾曲の程度（曲率）が大（曲率半径が小）である程大きく、湾曲の程度（曲率）が小（曲率半径が大）である程小さくなるから、ヒートプレートの上流側の曲率の小さい部分で、定着ベルトがヒートプレートへ押し付けられる力が低減されて摩擦力が軽減されて摺動性を改善することができるからである。
【００４７】
次に、ヒートプレートの内面に配置されるシートヒータの配置と、定着ベルトの移動方向と発熱量との関係について説明する。
【００４８】
図１２は、ヒートプレート１１の内面に配置されたシートヒータ１２の配置を説明する断面図で、図１２の（ａ）に示すようにヒートプレート１１の内面に１枚のシートヒータ１２を配置してもよく、また、図１２の（ｂ）に示すようにヒートプレート１１の内面に２枚に分割したシートヒータ１４及び１６を配置してもよい。なお、符号１３、１５、１７は絶縁接着剤層を示す。
【００４９】
シートヒータ１２は、ヒートプレート１１の定着ベルト２３が摺接する摺接面の範囲に配置するものとする。また、ヒートプレート１１の内面に配置されたシートヒータ１２の発熱量は、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）上流側では高く、下流側では低くなるようにする。
【００５０】
即ち、図１２の（ａ）に示す１枚のシートヒータ１２を配置するものでは、後述する図１３及び図１４に示すような構成のシートヒータを使用することで、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）の上流側で高く、下流側で低くすることができる。
【００５１】
また、図１２の（ｂ）に示すように２枚のシートヒータ１４及び１６を配置するものでは、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）上流側には発熱量の高いシートヒータ１４を配置し、下流側には発熱量の低いシートヒータ１６を配置するとよい。
【００５２】
図１３及び図１４は、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）上流側で高く、下流側で低いシートヒータの一例を示す平面図である。シートヒータ１２は基板１２ａの上に絶縁性接着剤を介して、ステンレス材の箔で構成された抵抗発熱体１２ｂを貼着して構成されている。
【００５３】
図１３に示すシートヒータ１２の抵抗発熱体１２ｂは、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）上流側に配置される部分については、抵抗発熱体を細く且つ長く配置して発熱量が高くなるように構成され、下流側に来る部分は発熱体を太く且つ短く配置して発熱量が低くなるように構成されている。
【００５４】
図１４に示すシートヒータ１２の抵抗発熱体１２ｂは、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）上流側に配置される部分については、抵抗発熱体を細くして発熱量が高くなるように構成され、下流側に来る部分は発熱体を太くして発熱量が低くなるように構成されている。
【００５５】
これにより、先に図１２で説明したように、定着ベルトの移動方向（矢印ａ方向）に上流側の発熱量が下流側の発熱量より高くすることができる。
【００５６】
このように、ヒートプレートの定着ベルト移動方向（矢印ａ方向）上流側の発熱量が下流側の発熱量より高くする理由は、定着処理により温度が低下した部分の定着ベルトがヒートプレートの上流側に到達したとき、両者の温度差が大きいから発熱量を高めて効率よく迅速に定着ベルトを加熱し、ヒートプレートの下流側では定着ベルトの熱を逃がさず、温度の安定均一化をさせるためである。
【００５７】
また、シートヒータをヒートプレートの定着ベルト摺接面の範囲に配置する理由は、ヒートプレートの定着ベルト摺接面の範囲だけを加熱し、無駄にエネルギを消費させないためである。
【００５８】
以上説明した実施の形態には、以下に記載する発明も含まれる。
（１）請求項１記載の定着装置において、前記ヒートプレートの略半円筒状に形成された曲面は、曲率が連続的に変化する弧状面で形成され、該弧状面は定着ベルトの移動方向の上流側の曲率が下流側の曲率よりも小さい形状であることを特徴とする定着装置。
（２）前記ヒートプレートは、複数のヒートプレート要素から構成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、ヒートプレートは略半円筒状に形成された曲面を備え、少くとも定着ベルトの移動方向の下流側の曲率が上流側の曲率よりも大きい形状としたから、上流側で定着ベルトとヒートプレートとの間の摩擦力が軽減されて摺動性を改善することができる。
【００６０】
また、ヒートプレートの定着ベルト移動方向上流側の発熱量を下流側の発熱量より高くすることで、定着処理により温度が低下した部分の定着ベルトがヒートプレートの上流側に到達したとき、ヒートプレートの高発熱量により効率よく迅速に定着ベルトを加熱することができ、ヒートプレートの下流側では定着ベルトの熱を逃がさず、温度を安定均一化することができる。
【００６１】
そして、シートヒータをヒートプレートの定着ベルト摺接面の範囲に配置することで無駄に熱エネルギを消費させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の定着装置の構成を説明する断面図。
【図２】ヒートプレートの外観を示す斜視図。
【図３】ヒートプレートの断面形状と定着ベルトの移動方向を説明する図。
【図４】定着ローラを定着パッドに置き換えた定着装置の構成を説明する断面図。
【図５】ヒートプレートの形状の各種の変形例を説明する図（その１）。
【図６】ヒートプレートの形状の各種の変形例を説明する図（その２）。
【図７】ヒートプレートの形状の各種の変形例を説明する図（その３）。
【図８】ヒートプレートの形状の各種の変形例を説明する図（その４）。
【図９】ヒートプレートの端部の形状の各種変形例を説明する図。
【図１０】ヒートプレートの大きさと定着ローラの直径との関係を説明する図。
【図１１】複数のヒートプレートの摺接面の曲率と定着ベルトの移動方向との関係を説明する図。
【図１２】ヒートプレートの内面に配置されたシートヒータの配置を説明する断面図。
【図１３】シートヒータの平面図（その１）。
【図１４】シートヒータの平面図（その２）。
【符号の説明】
１０定着装置
１１ヒートプレート
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆヒートプレート
１１Ｇ、１１Ｈ、１１Ｊ、１１Ｋ、１１Ｌ、１１Ｍヒートプレート
１２、１４、１６シートヒータ
１２ａ基板
１２ｂ抵抗発熱体
１３、１５、１７絶縁接着剤層
２１定着ローラ
２３定着ベルト
２４加圧ローラ
２５定着パッド

Claims

内面にシートヒータが装着されたヒートプレートと、回転駆動される定着部材と、前記ヒートプレートと定着部材との間に巻き掛けられた定着ベルトと、前記定着部材に対向して配置された加圧部材とを備え、前記定着ベルトと加圧部材との間に定着ニップ部が形成される定着装置において、
前記ヒートプレートは、略半円筒状に形成された曲面を備え、該曲面は少くとも前記定着ベルトの移動方向の下流側の曲率が上流側の曲率よりも大きい形状であること
を特徴とする定着装置。
前記ヒートプレートの略半円筒状に形成された曲面は、複数の弧状面が結合されて形成されていること
を特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記シートヒータの発熱領域は、前記ヒートプレートが前記定着ベルトに接触する領域に一致していること
を特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記シートヒータは、前記定着ベルトの移動方向の上流側の発熱量が下流側の発熱量よりも大きく構成されていること
を特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記シートヒータは、前記ヒートプレートに装着したときヒートプレートの曲率の大きな部分に対応する領域のヒータパターン幅が広く、曲率の小さい部分に対応する領域のヒータパターン幅が狭く構成されているシートヒータであること
を特徴とする請求項４記載の定着装置。