JP4166962B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、定着ローラに加圧ローラを圧接した定着装置が用いられている。この定着装置は、熱源で加熱した定着ローラを回転させながら、定着ローラと加圧ローラとの間に、トナーが転写されたシート状の記録媒体を挿通し、トナーを加熱溶融して記録媒体上に定着させる。定着ローラを加熱する熱源としては、一般的にはハロゲンランプを用いたハロゲンヒータが使用されてきた。また、熱源は商用電源からの供給電力が温度制御手段により定着ローラ表面温度が設定値になるように制御される。
【0003】
このような定着装置では、記録媒体を定着ローラと加圧ローラとの間に挿通して記録媒体上のトナーを定着させる際に、定着ローラの記録媒体への熱供給による定着部材表面の温度低下が生じるが、定着ローラが1回転する間に熱源から定着ローラへの熱供給及び定着ローラ表面への熱伝動が十分でない場合には、定着ローラ表面の温度が設定値に復帰しきれなくなる。
【0004】
特に、定着ローラの周長が記録媒体の搬送方向の寸法よりも小さい場合には、定着ローラが1回転した後の定着ローラから記録媒体への熱供給が定着ローラの1周目に比べて小さくなる。このことにより、記録媒体の搬送方向の先端と後端とで画像の光沢、定着性が異なり定着ムラが生じてしまうと言う問題点が発生する。
【0005】
このような問題点を解決するためには、定着ローラが定着ニップ部(定着ローラと加圧ローラとのニップ部)に進入する直前の温度が常に一定になるようにすればよい。そこで、定着ローラ表面を外部から加熱する外部加熱部材を設けることにより、定着ローラ表面の温度低下を防ぐという技術が提案されている。
【0006】
また、特開2000−98799には、電力の供給を受けることによって発熱するヒータと、このヒータに電力を供給するヒータ駆動手段とを有する定着装置用加熱装置において、上記ヒータ駆動手段は、充電可能な電池と、商用電源から給電され前記蓄電池を充電する充電器とを備え、前記ヒータは商用電源から電力の供給を受ける主ヒータと、前記蓄電池から電力の供給を受ける補助ヒータとを有し、前記蓄電池の充電を前記主ヒータの消灯時に行うことを特徴とする定着装置用加熱装置が記載されている。
【0007】
特開平8−314323号公報には、未定着トナーが付着された記録媒体を挿通圧接する一対のローラを有し、少なくとも一方のローラ内にヒータを有する内部ヒータと、前記記録媒体の前記未定着トナーが付着された側に設けられた外部ヒータとを有し、前記内部ヒータ及び外部ヒータを駆動して前記未定着トナーを前記記録媒体に定着する外部・内部併用加熱型定着装置において、前記未定着トナーが前記記録媒体に定着する定着可能温度より低い第1の設定温度に達した段階で、前記外部ヒータのみを駆動して前記未定着トナーを前記記録媒体に定着する第2の設定温度に制御することを特徴とする外部・内部併用加熱型定着装置が記載されている。
【0008】
特開2000−315567には、加熱部と主電源装置と補助電源装置とを有し、加熱部は発熱体を有し主電源装置と補助電源装置から供給される電力により発熱する加熱装置において、補助電源装置としてコンデンサを用いたことを特徴とする加熱装置が記載されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術では、定着ローラを加熱する熱源以外に、新たに外部加熱部材を加熱するための熱源が必要となるので、使用電力量が商用電源の容量を越えてしまうという問題が生じる。また、商用電源から熱源への電力供給を温度制御手段により制御する場合、温度制御手段の故障によって定着ローラ表面の温度制御が不能になった時に想定される熱源暴走時の安全性が問題となる。
【0010】
本発明は、商用電源の容量が足りずに定着部材表面の温度低下を防止できなくなるという問題を解決することができ、熱源暴走時の安全性の面で有利となる画像形成装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、シート状の記録媒体にトナー画像を定着させる定着装置を備える画像形成装置において、第1の熱源を内部に有する定着部材と、この定着部材と対向して配置される加圧部材と、第2の熱源を有し前記定着部材を外部から加熱する外部加熱部材と、前記第2の熱源に電力を供給する1kJ以上の総エネルギー量を蓄えられる容量を有するコンデンサと、前記定着部材の表面温度を検知する温度センサとを有し、前記記録媒体上のトナー画像を定着させる際の前記定着部材の表面温度が設定値に維持されるように、前記コンデンサから前記第2の熱源への電力の供給を前記温度センサの検知温度に基づいて制御する画像形成装置であって、前記第2の熱源がガラス管内にフィラメントを有するハロゲンヒータであり、前記ガラス管内に封入しているガスがクリプトン又はキセノンを主成分とし、前記ハロゲンヒータの定常時の色温度が2600K以上であるものである。
【0012】
請求項2に係る発明は、請求項1記載の画像形成装置において、前記第1の熱源が面状の抵抗発熱体であるものである。
【0013】
請求項3に係る発明は、請求項1記載の画像形成装置において、前記外部加熱部材が回転体であるものである。
【0014】
請求項4に係る発明は、請求項3記載の画像形成装置において、前記回転体は無端ベルトであるものである。
【0015】
請求項5に係る発明は、請求項1記載の画像形成装置において、前記定着部材である無端ベルトは加熱部材と支持部材に架け渡し、前記加熱部材は定着ニップ部から上流側に離れた位置に配置したものである。
【0016】
請求項6に係る発明は、請求項1記載の画像形成装置において、前記外部加熱部材は、固定され、前記定着部材とは接触部で摺動して前記定着部材を伝熱加熱するものである。
【0017】
請求項7に係る発明は、請求項5記載の画像形成装置において、前記加熱部材は断面が略円弧状である曲面状の薄板からなるものである。
【0025】
【発明の実施の形態】
図9は本発明の第1実施形態を示す。この第1実施形態は画像形成装置の一形態である。図示しない駆動部により矢印方向に回転される像担持体としてのドラム状感光体101の周りには、帯電手段102、クリーニング手段103、感光体101上の静電潜像を顕像化する現像手段としての現像スリーブ105を含む現像部107、及び転写手段106が配置されている。
【0026】
感光体101は、帯電手段102により一様に帯電された後に書き込み手段(露光手段)としてのレーザ光学系140からのレーザ光Lで露光されて静電潜像が形成され、現像部107により静電潜像が現像されてトナー像となる。この感光体101上のトナー像は転写手段106により後述のようにシート状記録媒体としての用紙Pへ転写され、感光体101はトナー像転写後にクリーニング手段103によりクリーニングされる。したがって、帯電手段102、レーザ光学系140、現像部107、転写手段106は用紙P上にトナー像を形成する画像形成手段を構成している。
【0027】
本装置下部には矢印a方向に着脱可能な給紙カセット110を有する給紙装置が設けられている。給紙カセット110内に収容された用紙Pは、中板111で支えられ、図示しないスプリングの力によってアーム112を介して給紙ローラ113に押し付けられている。給紙カセット110内の最上紙は、図示しない制御部から指令が発せられて給紙ローラ113が回転することによって給紙され、分離パッド114で重送を防止されながら下流側のレジストローラ対115まで搬送される。
【0028】
また、給紙トレイ132がピン133により回動可能に取り付けられ、給紙トレイ132内の最上位のシート状記録媒体としての用紙は給紙ローラにより給紙されて分離パッドで重送を防止されながら下流側のレジストローラ対115まで搬送される。給紙カセット110、132内の用紙はいずれか一方が選択的に給紙される。
【0029】
レジストローラ対115は、搬送されてきた用紙Pを感光体101上の画像(トナー像)と同期するようにタイミングをとって転写手段106に向けて送り出す。転写手段106はレジストローラ対115から送られてきた用紙Pへ感光体101上の画像を転写し、この画像の転写された用紙Pは定着装置116に搬送される。定着装置116は、用紙P上のトナーを加熱及び加圧により用紙Pに定着させる。
【0030】
定着装置116からの定着済みの用紙Pは、排紙ローラ対120によって画像面を下にして排紙口121より排紙トレイ122上に排出されてスタックされる。排出される用紙のサイズに対応するため、排紙補助トレイ125は矢印b方向にスライド可能となっている。本装置右側には操作面が配置されており、操作パネル130が外装部131の上部前面(図9の本装置上右側)で突き出ている。図中左側に配置されたケース134内には、電源回路135やプリント板136(エンジンドライバーボード)等の電装・制御装置が収納され、コントローラボード137も収納されている。排紙トレイ122を構成しているカバー138は回転支点139を中心に解放可能である。
【0031】
図2は第1実施形態における定着装置116の概略を示す。この定着装置116では、加熱部材兼定着部材としての定着ローラ1にシリコンゴム等の弾性部材からなる加圧部材としての加圧ローラ2が図示しない加圧手段により一定の加圧力で押し当てられている。定着部材と加圧部材は、一般的にローラであることが多いので、図2にはローラ1、2で示したが、いずれか一方又は両方がローラに限らずに無端ベルトなどを使用してもよい。
【0032】
定着ローラ1の表面には外部加熱部材3が所定の圧力で当接され、外部加熱部材3は定着ローラ1を外部から加熱する。外部加熱部材3は、例えば回転体である外部加熱用ローラとすれば、定着ローラ1との接触面で摺動することがなく定着ローラ1との接触が安定する。
【0033】
この定着装置116は電力の供給を受けることによって発熱する熱源としてのメインヒータ4及びサブヒータ5を有し、メインヒータ4は定着ローラ1の内側(内部)に配置されて定着ローラ1を内側から加熱する。サブヒータ5は外部加熱用ローラ3の内側に配置されて外部加熱用ローラ3を内側から加熱する。
【0034】
定着ローラ1及び加圧ローラ2は図示しない駆動機構により回転駆動される。温度センサ6は、定着ローラ1(若しくは加圧ローラ2)の表面に当接され、定着ローラ1の表面温度(定着温度)(若しくは加圧ローラ2の表面温度)を検知する。トナー7を担持したシート状記録媒体としての用紙8(上記用紙P)は、定着ローラ1と加圧ローラ2との間の定着ニップ部を通過する際に、定着ローラ1と加圧ローラ2による加熱及び加圧でトナー7が定着される。
【0035】
定着ローラ1を内部から加熱する熱源としてのメインヒータ4は、ガラス管内に電熱線を有するヒータ(一般にハロゲンヒータ)を用いている。また、本実施形態では、信頼性を考慮してサブヒータ5にも同様にガラス管内に電熱線を有するヒータ(一般にハロゲンヒータ)を用いている。また、ヒータ4、5の定常時の色温度を2600K以上にすることにより、立ち上がりを速くすることができる。また、ヒータ4、5はガラス管内に封入しているガスがクリプトン又はキセノンを主成分としているハロゲンヒータを用いることにより、寿命を延ばすことができ、更に熱源としての応答性を高めることができる。
【0036】
図1は第1実施形態における定着装置116のブロック構成を示す。温度センサ6からの検知信号は入力回路9を経て制御手段としてのCPU10に取り込まれ、CPU10は温度センサ6からの検知信号に基づいて定着ローラ1の表面温度(定着温度)が設定温度(設定値)に維持されるように、スイッチ11を制御して商用電源12からメインヒータ4への通電を制御するとともに、スイッチ13を制御して蓄電装置14からサブヒータ5への通電を制御する。
【0037】
ここに、メインヒータ4は商用電源12からスイッチ11を介して通電され、スイッチ11がCPU10により制御されることで商用電源12からメインヒータ4への通電が制御される。スイッチ13は蓄電装置14を充電器15とサブヒータ5に切替接続し、スイッチ13が蓄電装置14を充電器15に切替接続することにより充電器15が商用電源12からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置14に印加して蓄電装置14を充電させる。
【0038】
スイッチ13が蓄電装置14をサブヒータ5に切替接続することにより蓄電装置14からスイッチ13を介してサブヒータ5に放電される。CPU10はスイッチ13を制御することで蓄電装置14からサブヒータ5への通電を制御する。蓄電装置14は、急速な充放電が可能である(充電と放電のサイクルが記録媒体8の定着ニップ部通過時間内に行える)蓄電装置、例えば1kJ以上の総エネルギー量を蓄えられる容量を有するコンデンサが用いられる。
【0039】
定着ローラ1の表面温度が設定値を下回らない時には、スイッチ13が蓄電装置14を充電器15に切替接続し、充電器15が商用電源12からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置14に印加することにより蓄電装置14を充電させる。定着ローラ1の表面温度が設定値を下回ったときには、スイッチ13が蓄電装置14をサブヒータ5に切替接続し、蓄電装置14からサブヒータ5に放電されてサブヒータ5が直流電流により駆動される。
【0040】
この第1実施形態の定着装置116によれば、第1の熱源としてのメインヒータ4を内部に有する定着部材としての定着ローラ1と、この定着ローラ1と対向して配置される加圧部材としての加圧ローラ2と、電力の供給を受けることによって発熱する第2の熱源としてのサブヒータ5を有し定着ローラ1を外部から加熱する外部加熱部材3と、サブヒータ5に電力を供給する駆動手段とを有し、この駆動手段は、急速な充放電が可能な蓄電装置14と、商用電源12から給電され蓄電装置14を充電する充電器15とを備えたので、商用電源の容量が足りずに定着部材表面の温度低下を防止できなくなるという問題を解決することができ、熱源暴走時の安全性の面で有利となる。
【0041】
すなわち、外部加熱部材3を加熱するサブヒータ5への電力供給源として蓄電装置14を備えることによって、商用電源からの供給電力限界以上の電力を定着ローラ1表面の温度低下時に一時的に投入することができ、商用電源の容量が足りずに定着ローラ表面の温度低下を防止できなくなるという問題を回避することができる。また、このことによって、記録媒体8上のトナー画像の光沢を安定させてそのムラを少なくすることができる。さらに、外部加熱部材3を加熱するサブヒータ5への電力供給は蓄電装置14から行うので、蓄電装置14に蓄積されたエネルギーを使い切れば、万が一の故障時を想定したヒータ暴走時でも必要以上に温度上昇が加速されることはなく、安全性の面でも有利となる。
【0042】
また、一枚の記録媒体8が定着装置116を通過する間に外部加熱部材3はオン/オフを繰り返すことになるので、外部加熱部材3を加熱するサブヒータ5への電力供給を行う蓄電装置14は充放電サイクルが線速に対して十分に追従するものでなくてはならない。第1実施形態の定着装置116によれば、蓄電装置14として、蓄電池に比べて充放電サイクルが早い大容量のコンデンサ、つまり、1kJ以上の総エネルギー量を蓄えられる容量を有するコンデンサを用いることにより、その充放電サイクルを線速に対して十分に追従させることが可能となり、高線速の定着装置にも適用することができる。
【0043】
また、第1実施形態の定着装置116によれば、熱源5として従来最もよく使われているガラカ管内に電熱線を有する輻射ヒータを用いることにより、コストを抑え、信頼性を高める効果が得られる。熱源5はハロゲンヒータを用いれば最も信頼性が高くなる。
【0044】
輻射ヒータはフィラメントが電源オンから出力の90%に達するまでに1〜2secかかっている。これはフィラメントが昇温するまでのフィラメント自身の立ち上がり時間であり、この分だけ定着部材の昇温が遅れる。ハロゲンヒータのフィラメント自身の立ち上がり時間は、フィラメントの熱容量が大きいほど長くなる。要するに、フィラメントの線径が大きいほど、フィラメントの長さが長いほど、フィラメントの熱容量は大きくなり、フィラメント自身の立ち上がり時間が長くなる。
【0045】
輻射ヒータは、低コストであること、安全性が高いこと、高寿命であることなどからほとんどの定着装置で一般的に用いられている。しかしながら、高い応答性が求められる外部加熱部材3への電力供給電源のデバイスとして、充放電が速く、短時間に大電流を流すことができる蓄電装置(コンデンサ)14を用いるには、立ち上がり時間が早くなければ効果を十分に発揮することができない。
【0046】
蓄電装置14からの電力供給は一定の放電の間の短い時間であるので、熱源5そのもの又は外部加熱部材3としての立ち上がりの応答が遅れるほど、その分エネルギーロスの占める割合が大きくなってしまう。また、一枚の記録媒体8が定着装置116を通過する間に外部加熱部材3が定着部材1の加熱、非加熱を繰り返すことになるので、定着部材1への熱量供給が効率的に行われるためには、このような立ち上がり時の熱損失をできるだけ低減させる必要がある。
【0047】
第1実施形態の定着装置116では、サブヒータ5は、熱容量を減少させ、定常時の色温度を2600K以上に上げることによって、フィラメント自身の立ち上がり時間を短くでき、熱源としての応答性を高めることができ、外部加熱部材3を速やかに加熱することができる。
【0048】
また、輻射ヒータは、フィラメントの低熱容量化によって立ち上がりが速くなるが、線径が細くなるので、寿命が低下するという問題がある。一方、輻射ヒータのフィラメントから放射された光がガラス管を透過する際に、その一部がガラス管で吸収され、ガラス管の温度上昇となる。これがヒータの熱損失となる。従来は輻射ヒータのガラス部分での熱損失は放射光全体の5%程度と考えられてきたが、それは輻射ヒータの温度が安定する定常状態での損失であり、熱容量の小さい定着部材を用いた高速立ち上がりタイプの定着装置の立ち上がり時の輻射ヒータのガラス部分の損失は、その数倍であることが実験結果から新たに分かった。
【0049】
第1実施形態の定着装置116では、サブヒータ5のガラス管内に封入しているガスはクリプトン又はキセノンを主成分として高分子化することによって、フィラメントの蒸発を抑え、寿命を延ばすことができる。また、ガラス管内のガスを高分子化することによりガラス管内のガス対流による熱損失を抑え、立ち上がり時にフィラメントがガスにより冷却されることを軽減し、外部加熱部材3の立ち上がりをより高速にすることができる。
【0050】
また、外部加熱部材で定着部材を外部から加熱する方式としては、外部加熱部材を定着部材に接触させない非接触式と、外部加熱部材を定着部材に接触させる接触式が考えられるが、非接触式では定着部材と外部加熱部材との伝熱効率が低くなるという問題がある。接触式では、外部加熱部材を固定した場合、外部加熱部材と定着部材との間での摺動が生じ、定着部材に傷を生じさせるなどの問題がある。
【0051】
第1実施形態の定着装置116では、外部加熱部材3を回転体とすることによって、定着部材と外部加熱部材との接触部での摩擦摺動により定着部材に傷を生じさせるなどの問題を解決することができる。
【0052】
図3は本発明の第2実施形態の概略を示す。この第2実施形態では、上記第1実施形態において、外部加熱部材3は無端ベルト3aが用いられ、この無端ベルト3aはローラ16、17に掛け渡されて定着ローラ1にローラ16、17間の左側部分が当接される。ローラ16内に配設されたサブヒータ5はローラ16を介して無端ベルト3aを加熱し、無端ベルト3aは矢印方向へ回転しながら定着ローラ1を加熱する。
この第2実施形態の定着装置では、定着ローラ1と無端ベルト3aとの接触面積が大きくなるので、定着ローラ1と無端ベルト3aとの接触面積を十分に確保することができ、定着ローラ1表面の加熱をより効率的に行うことができる。
【0053】
図4は本発明の第3実施形態における定着装置の一部を示す。この第3実施形態では、上記第1実施形態において、定着ローラ1に当接されている外部加熱部材3を加熱するサブヒータ5として面状の抵抗発熱体5aが用いられる。この抵抗発熱体5aは定着ローラ1の内側に電気絶縁層18を介して一体に設けられる。抵抗発熱体5aは、図示しない給電部により蓄電装置14からスイッチ13を介して給電されて発熱し、定着ローラ1とは電気絶縁層18により絶縁が保たれる。外部加熱部材3の定着ローラ1と接する側の面には接触の摩擦抵抗を下げて摩擦傷を低減させるための表面層19が積層されている。この表面層19はテフロン等の耐熱性、耐久性に優れたものが望ましい。
【0054】
外部加熱部材3は、図4では回転体としてのローラであるが、図5に示すように板状の固定部材3bとしてもよい。この場合、電気絶縁層18及び抵抗発熱体5aも板状に形成され、抵抗発熱体5aが外部加熱部材3bの外側に電気絶縁層18を介して一体に設けられる。
【0055】
一枚の記録媒体8が定着装置116を通過する間に外部加熱部材3が定着ローラ1の加熱、非加熱を繰り返すことになるので、外部加熱部材3の定着ローラ1への熱供給が効率的に行われる必要がある。そのためには、サブヒータ5の高応答性が求められ、サブヒータ5は定着ローラ1を直接に加熱する面状の抵抗発熱体を用いるのが有利である。
【0056】
第3実施形態の定着装置では、サブヒータ5は面状の抵抗発熱体5aを用いて抵抗発熱体5aで電気絶縁層18を介して外部加熱部材3bを加熱するので、定着ローラ1への効率的な熱供給に有利であり、製造コストを低減できる。また、サブヒータ5は、応答性の高い抵抗発熱体5aを用いることによって、高線速の定着装置に対して十分に追従することができる。
【0057】
発熱抵抗体の電力供給電源に商用交流電源を用いる場合、発熱抵抗体の抵抗をある程度高くする必要があり、そのためには複雑な通電パターンを設計しなければならない。しかしながら、第3実施形態では、発熱抵抗体5aは蓄電装置14から直流の低電圧で駆動するので、発熱抵抗体5aの抵抗を高くする必要がなく、通電パターンの複雑化を避けることができる。
【0058】
図6は本発明の第4実施形態における定着装置の概略を示す。この第4実施形態では、上記第1実施形態において、定着装置116は、駆動ローラを兼ねた定着ローラ20と、加熱部材としての加熱ローラ21と、加圧部材としての加圧ローラ22と、定着部材としての無端ベルト23と、熱源としてのメインヒータ4及びサブヒータ5と、外部加熱部材3とを有し、無端ベルト23が定着ローラ20及び加熱ローラ21に掛け渡されている。メインヒータ4及びサブヒータ5は、第1実施形態と同様なものであり、図1に示す回路で第1実施形態と同様に通電が制御される。
【0059】
加熱ローラ21上の無端ベルト23には外部加熱部材3が所定の圧力で当接され、外部加熱部材3は無端ベルト23を外部から加熱する。外部加熱部材3は、例えば回転体である外部加熱用ローラとする。メインヒータ4は加熱ローラ21の内側(内部)に配置されて加熱ローラ21を加熱し、加熱ローラ21が無端ベルト23を加熱する。サブヒータ5は外部加熱用ローラ3の内側に配置されて外部加熱用ローラ3を内側から加熱する。
【0060】
温度センサ6は、加熱ローラ21上の無端ベルト23に当接され、無端ベルト23の表面温度(定着温度)を検知する。トナー7を担持したシート状記録媒体としての用紙8は、無端ベルト23と加圧ローラ22との間を通過する際に、定着ローラ20と加圧ローラ22との間の定着ニップ部で加熱及び加圧によりトナー7が定着される。
【0061】
無端ベルト23の基体には、耐熱性樹脂や金属から形成されたエンドレスのベルト状基体が用いられている。上記耐熱性樹脂としてはポリイミド、ポリアミドイド、ポリエーテルケトン(PEEK)等を使用し、上記金属としてはニッケル、アルミニウム、鉄等を使用する。無端ベルト23の基体の厚さは100μm以下が望ましい。
【0062】
無端ベルト23の表面は、シート状記録媒体8及びトナー7と加圧状態で接触するため、離型層が必要であり、また、耐熱性および耐久性に優れたものが好ましい。そのため、無端ベルト23の表層は耐熱性離型層(フッ素系樹脂、高離型シリコンゴム等)で構成されて無端ベルト23の基体上に形成される。上記フッ素系樹脂は、吹きつけ等により無端ベルト23の基体表面に塗装し、加熱融着させることにより、表面離型層を形成する。上記高離型シリコンゴムは、ゴム硬度25〜65度(JIS A硬度計)、厚さ100〜300μmの範囲が良好な定着性及び応答性を得る条件として望ましい。
【0063】
定着ローラ20は、芯金を有し、その外周に定着ニップ幅を十分な広さにするために柔らかい耐熱性の材料、例えば発泡シリコンゴム等で構成された断熱性弾性部材を備えている。また、この断熱性弾性部材は、十分な厚さ、本実施形態では定着ローラ20の直径の15%〜20%ほどの厚さを有する。加圧ローラ22は、アルミニウム、ステンレスもしくは炭素鋼等の芯金の表層に、耐熱性の離型層(フッ素系樹脂、高離型シリコンゴム等)を有している。本実施形態では、シート状記録媒体8の無端ベルト23からの離型性を良くするために、加圧ローラ22の硬度を定着ローラ20より硬くし、上向きに定着ニップ部を形成する。加圧ローラ22の離型層は、厚さを加圧ローラ22の直径の7%未満とし、硬度をJIS Aで40Hs以上としている。加熱ローラ21は、用紙8の幅よりも長い長さを有し、用紙8の幅方向に横たわるように配置される。
【0064】
定着ローラ20が図示しない駆動部により回転駆動されて無端ベルト23が回転し、無端ベルト23が定着ニップ部よりも上流側で加熱ローラ21により加熱され、用紙8は無端ベルト23と加圧ローラ22との間を通過する際に定着ローラ20と加圧ローラ22との間の定着ニップ部で加熱及び加圧によりトナー7が定着される。
【0065】
定着部材がローラである場合は、定着ニップ部を十分に確保するためにはローラの径を大きくしなければならないが、そうすると熱容量が大きくなってしまうので、効率としては不利である。第4実施形態では、定着部材が無端ベルト23であるので、熱容量をあまり大きくすることなく幅広い定着ニップ部を確保することができ、効率として有利である。
【0066】
また、第4実施形態では、無端ベルト23は加熱部材としての加熱ローラ21と支持部材としての定着ローラ20に掛け渡され、加熱ローラ21は定着ニップ部から上流側に離れた位置に配置したので、無端ベルトを定着ニップ部に到達する前に加熱ローラによって加熱することが可能となる。さらに、無端ベルトを加熱ローラに巻き付かせることができ、無端ベルトと加熱ローラとの接触面積を大きくすることができる。
【0067】
図7は本発明の第5実施形態における定着装置の一部を示す。この第5実施形態では、上記第4実施形態において、メインヒータ4として面状の抵抗発熱体4aが用いられる。この抵抗発熱体4aは加熱ローラ21の内側に電気絶縁層24を介して一体に支持されている。抵抗発熱体4aは、図示しない給電部により商用電源12からスイッチ11を介して給電されて発熱し、電気絶縁層24を介して加熱ローラ21を加熱する。抵抗発熱体4aは加熱ローラ21とは電気絶縁層24により絶縁が保たれる。加熱ローラ21の配温特性となる発熱分布は抵抗発熱体4aのパターンによって所望のものにすることができる。
この第5実施形態の定着装置では、、メインヒータ4を面状の抵抗発熱体4aとしたので、抵抗発熱体4aから加熱ローラ21へのより効率的な伝熱が可能となる。
【0068】
図8は本発明の第6実施形態における定着装置の一部を示す。この第6実施形態では、上記第5実施形態において、加熱ローラ21を断面が略円弧状である曲面状の薄板からなる略半円筒状の加熱部材25とするとともに抵抗発熱体4a及び電気絶縁層24を断面が略円弧状である曲面状(略半円筒状)の抵抗発熱体26及び電気絶縁層27とする。加熱部材25は、シート状記録媒体8の幅よりも長い長さを有し、記録媒体8の幅方向に横たわるように配置されて図示しない基部に固定されている。そのため、加熱部材25は回転不能であり、無端ベルト23は加熱部材25に接触して摺動しながら加熱部材25により加熱される。加熱部材25の無端ベルト23が摺動する側の面には摺動の摩擦抵抗を低くするための表面層25aが積層してある。表面層25aはテフロン等の耐熱性、耐久性に優れた材質のものが望ましい。
【0069】
加熱部材25は、軸方向に見てその外形が略半円弧状をなし、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属円筒を長手方向に割った略円弧形状の薄肉基体である。加熱部材25は、少なくとも無端ベルト23との接触面を曲面状に形成することで無端ベルト23との接触抵抗を軽減することができる。加熱部材25の円弧の長さは無端ベルト23と接触する接触面の長さによって規定される。
【0070】
一般的に加熱部材を、無端ベルトと連れ回るローラなどの回転体とした場合には、加熱部材を加熱する熱源への給電は端子部を金属ブラシに接触させて円周方向に摺動させることで行う方式が採用されているが、構成上、このような給電部での接触摺動は避けられない。しかしながら、金属ブラシ及び端子部の双方が摩耗するため、摩耗粉や摺動面の荒れが発生し、これがブラシ部の早期寿命や火花放電によるノイズの発生等を招いて機械の信頼性を落としている。
【0071】
第6実施形態では、加熱部材25は、固定され、架け渡される無端ベルト23とは接触部で摺動して無端ベルト23を伝熱加熱するので、給電部での接触摺動がなくなり、摩耗粉や摺動面の荒れによるブラシ部の早期寿命や火花放電によるノイズの発生等がなくなる。
【0072】
一般的に加熱部材は円筒状の金属基体が用いられるが、加熱部材を固定とした場合には加熱部材の回転がないので、無端ベルトに接触する部分が常に一定で、無端ベルトに接触していない部分の発熱分が無端ベルトに効率的に伝熱されない。しかし、第6実施形態では、加熱部材25は断面が略円弧状である曲面状の薄板からなるので、加熱部材から無端ベルトへ効率的に伝熱を行うことができ、省エネルギーのための低熱量化を図ることができる。
【0073】
また、第1実施形態乃至第6実施形態では、上記定着装置を備えたものであるので、記録媒体上の画像の光沢を安定させてそのムラを少なくすることができる。
【0074】
【発明の効果】
以上のように請求項1に係る発明によれば、商用電源の容量が足りずに定着部材表面の温度低下を防止できなくなるという問題を解決することができ、熱源暴走時の安全性の面で有利となる。さらに、コストを抑え、信頼性を高める効果が得られる。
【0075】
また、フィラメント自身の立ち上がり時間を短くでき、熱源の応答性を高めることができ、外部加熱部材を速やかに加熱することができる。
さらに、ヒータは、フィラメントの蒸発を抑えて寿命を延ばすことができ、ガラス管内のガス対流による熱損失を抑えて立ち上がり時にフィラメントがガスにより冷却されることを軽減し、外部加熱部材の立ち上がりをより高速にすることができる。
【0076】
請求項2に係る発明によれば、抵抗発熱体から加熱部材へのより効率的な伝熱が可能となる。
請求項3に係る発明によれば、定着部材と外部加熱部材との接触部での摩擦摺動により定着部材に傷を生じさせるなどの問題を解決することができる。
【0077】
請求項4に係る発明によれば、定着部材と外部加熱部材との接触面積を十分に確保することができ、定着部材表面の加熱をより効率的に行うことができる。
請求項5に係る発明によれば、無端ベルトを、定着ニップ部に到達する前に加熱部材によって加熱することが可能となる。さらに、無端ベルトを加熱部材に巻き付かせることができ、無端ベルトと加熱部材との接触面積を大きくすることができる。
【0078】
請求項6に係る発明によれば、給電部での接触摺動がなくなり、摩耗粉や摺動面の荒れによるブラシ部の早期寿命や火花放電によるノイズの発生等がなくなる。
【0079】
請求項7に係る発明によれば、加熱部材から無端ベルトへ効率的に伝熱を行うことができ、省エネルギーのための低熱量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における定着装置のブロック構成を示すブロック図である。
【図2】同第1実施形態における定着装置の概略を示す断面図である。
【図3】本発明の第2実施形態の概略を示す断面図である。
【図4】本発明の第3実施形態における定着装置の一部を示す断面図である。
【図5】本発明の他の実施形態における定着装置の一部を示す断面図である。
【図6】本発明の第4実施形態における定着装置の概略を示す断面図である。
【図7】本発明の第5実施形態における定着装置の一部を示す断面図である。
【図8】本発明の第6実施形態における定着装置の一部を示す断面図である。
【図9】上記第1実施形態の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
1、20 定着ローラ
2、22 加圧ローラ
3 外部加熱部材
3a、23 無端ベルト
4 メインヒータ
5a、4a、26 抵抗発熱体
5 サブヒータ
6 温度センサ
10 CPU
11、13 スイッチ
12 商用電源
14 蓄電装置
15 充電器
18、24、27 電気絶縁層
21 加熱ローラ
25 加熱部材
Claims (7)
- シート状の記録媒体にトナー画像を定着させる定着装置を備える画像形成装置において、第1の熱源を内部に有する定着部材と、この定着部材と対向して配置される加圧部材と、第2の熱源を有し前記定着部材を外部から加熱する外部加熱部材と、前記第2の熱源に電力を供給する1kJ以上の総エネルギー量を蓄えられる容量を有するコンデンサと、前記定着部材の表面温度を検知する温度センサとを有し、
前記記録媒体上のトナー画像を定着させる際の前記定着部材の表面温度が設定値に維持されるように、前記コンデンサから前記第2の熱源への電力の供給を前記温度センサの検知温度に基づいて制御する画像形成装置であって、
前記第2の熱源がガラス管内にフィラメントを有するハロゲンヒータであり、前記ガラス管内に封入しているガスがクリプトン又はキセノンを主成分とし、前記ハロゲンヒータの定常時の色温度が2600K以上であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1記載の画像形成装置において、前記第1の熱源が面状の抵抗発熱体であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1記載の画像形成装置において、前記外部加熱部材が回転体であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項3記載の画像形成装置において、前記回転体は無端ベルトであることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1記載の画像形成装置において、前記定着部材である無端ベルトは加熱部材と支持部材に架け渡し、前記加熱部材は定着ニップ部から上流側に離れた位置に配置したことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1記載の画像形成装置において、前記外部加熱部材は、固定され、前記定着部材とは接触部で摺動して前記定着部材を伝熱加熱することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項5記載の画像形成装置において、前記加熱部材は断面が略円弧状である曲面状の薄板からなることを特徴とする画像形成装置。
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