JP5938964B2 - 定着装置、画像形成装置及び熱量調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置、画像形成装置及び熱量調整方法に関する。

従来から、電子写真方式を使用した複写機、プリンタ並びにＭＦＰなどの画像形成装置において、記録紙に転写したトナー画像を定着する定着装置として加熱加圧方式の定着装置が多く用いられている。この定着装置は内部に熱源を有し、表面をトナーに対し離型性を有する材料、例えばシリコーンゴムやフッ素樹脂で形成した定着ベルトと加圧ローラを備える。

この定着ベルト及び加圧ローラを圧接回転させ、定着ベルトと加圧ローラの圧接部をなすニップを通過する記録紙上の未定着トナー像を加熱加圧して定着する。この方式の定着装置は、定着ベルト表面と記録紙上のトナー像とが加圧下で接触するため、トナー像を記録紙上に融着する際の熱効率が極めて良好であり、迅速に定着を行うことができる。

一般的に、加熱源からの輻射熱を有効に利用するという観点から、定着加熱ローラのローラ内面（定着ベルト内表面）に、耐熱性の黒色塗装がなされる。しかし、従来の定着加熱ローラでは、サイズの異なる記録紙を連続通紙させた場合、通紙領域より高温になる非通紙領域（記録紙が通過しない部分）の温度ムラに起因する用紙のオフセットや紙シワが発生することがある。これを防止すべく、ローラ内面を、高温になると光吸収率が下がる物質で構成した定着加熱ローラが特許文献１に開示されている。

また、耐熱性エンドレスベルトを、熱源からの輻射熱により、直接加熱するとともに、押圧支持体を介して熱伝導により加熱するインスタントスタート性に優れた定着装置に係る発明が特許文献２に開示されている。

さらに、特許文献２には、用紙サイズに応じて複数の熱源を定着ベルト内に設けた定着装置が開示されている。一例として、小サイズ（最小通紙幅のことをいい、例えばＡ５縦送り）紙用配光ヒータと、大サイズ（最大通紙幅のことをいい、例えば、Ａ４横送り）紙用配光ヒータの２本のハロゲンランプ（熱源）を設けた定着装置が開示されている。

さらに、特許文献３には、加熱部材に磁束を供給する励磁コイルを設けると共に、励磁コイルと加熱部材との間に輻射率を変更可能な部材を設け、加熱部材からの熱でニップ部を通過する転写材を加熱する誘導加熱定着装置の発明が開示されている。

さらに、特許文献４には、加熱ロールの円筒基体の軸方向に沿った内部に、加熱源を包囲して温度値に応じて光透過量が変化する調光層を加熱ロールの円筒基体の少なくとも最小サイズ通紙領域の近傍より外側に備えた定着装置に関する発明が開示されている。

また、特許文献５には、定着ローラ上の非通紙領域部に設けられた示温手段と、示温手段の示す温度を検知して検知信号を出力する検知手段と、検知手段からの検知信号に基づいて、加熱手段への通電を制御する制御手段を備えた、定着ローラにおけるヒータの通電制御を適切に行う定着装置が開示されている。

従来、例えば図４に示すような定着装置５０が知られている。図４は定着装置５０の長手方向における概略断面図である。定着装置５０は、定着ベルト５１、定着ベルト５１を加熱するヒータ５１０、加圧ローラ（不図示）、定着ベルト５１を介して加圧ローラを押圧する押圧部材５１２、熱量調整部材５１１で構成される。定着ベルト５１の表面は離型性を有する材料で覆われる。定着ベルト５１には表面が弾性を有する材質で覆われた加圧ローラが圧接され、この間を記録紙における未定着画像が通過する際、トナーが溶け、圧力を受けて記録紙に画像が定着する。

また、熱量調整部材５１１は、ヒータ５１０からの熱を遮るとともに、ヒータ５１０側の面を反射面としてヒータ５１０から照射された熱を定着ベルト５１へ反射する部材である。定着ベルト５１の内表面には温度により熱吸収率が変化する熱吸収層（不図示）を設ける。すなわち、定着ベルト５１の温度上昇に伴い、熱吸収層の熱吸収率が変化する。

特許文献１に記載の発明によっては、定着ベルトが劣化する温度まで昇温する前に、熱吸収率調整層の熱の吸収率が低下するため、定着ベルトが劣化する温度を超えた過昇温のおそれは軽減される。しかし、定着ベルト内面で反射した熱は熱量調整部材表面と定着ベルト内面を行ったり来たりするため、熱（エネルギー）の行き場がなくなり、いずれは定着ベルトが劣化する温度に達してしまう。

また、特許文献２に記載の発明によっては、押圧部材を覆う熱半遮蔽部材により反射した熱が定着ベルトに吸収され、定着ベルトの温度を上昇させ、定着ベルトを劣化させるおそれがある。

また、特許文献２に記載の発明によっては、例えば小サイズと大サイズの中間のサイズには対応が困難となる。つまり、記録紙の使用サイズ（例えばＢ５横送りやＡ４縦送り等）に合わせてフレキシブルに配光幅を変えることができない。よって、ヒータ配光幅より小さな幅の記録紙を通紙する場合、紙幅外の供給熱量過多となり、定着ベルトの対応する部分が過昇温となり、定着ベルトが劣化する。

同様に、特許文献４や特許文献５に係る発明も、用紙の使用サイズに合わせてフレキシブルに対応して定着ベルトの非通紙領域の温度上昇を防止するものではない。

また、図４に示すように、上記の従来例に係る定着装置５０においては、ヒータ５１０と定着部材５１との間において熱量調整部材５１１は、記録紙Ｐ１の通紙領域Ｃ１と同様（図４（ａ）参照）、記録紙Ｐ１よりサイズが小さい記録紙Ｐ２の通紙領域Ｃ２及び非通紙領域Ｄとは無関係に設けられる（図４（ｂ）参照）。よって、従来例における定着装置５０では記録紙Ｐ２の非通紙領域Ｄの定着ベルト５１の温度が上昇することになる。

そこで本発明は、輻射熱による定着ベルトの劣化を防止しつつ、記録紙の紙幅外の温度上昇による定着ベルトの劣化を防止する定着装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、円周方向に回動可能な無端状の定着部材と、定着部材に当接して、記録紙を通過させるニップ部を形成する加圧部材と、定着部材の内部に配置され、ニップ部で定着部材を介して前記加圧部材を押圧する押圧部材と、定着部材の内部に配置され、定着部材を加熱する発熱体とを備える定着装置であって、発熱体と押圧部材との間に配置され、発熱体から押圧部材の側へ照射される輻射熱を遮るとともに、発熱体の側を反射面として発熱体から照射された輻射熱を定着部材へ反射する熱量調整部材をさらに備え、熱量調整部材は、記録紙の搬送方向に対して直交する直交方向に摺動する２以上の摺動部材を有し、記録紙の通紙領域又は非通紙領域の上記直交方向における幅に合わせて摺動部材の摺動量を可変することを特徴とする。

本発明によれば、輻射熱による定着ベルトの劣化を防止しつつ、記録紙の紙幅外の温度上昇による定着ベルトの劣化を防止することができる。

本発明の実施形態の定着装置を備えた画像形成装置の概略図である。 本発明の実施形態の定着装置の短手方向における概略断面図である。 本発明の実施形態の定着装置の長手方向における概略断面図である。 従来の定着装置の長手方向における概略断面図である。

本発明の実施形態の定着装置１０について、まず本実施形態の定着装置１０を備えた画像形成装置１の概略について図１を用いて説明する。本実施形態の画像形成装置１は、画像形成部１７の複数と、ベルト状の中間転写体６と給紙搬送手段及び定着装置１０とからなる。なお、画像形成装置１の上部には、自動原稿送り装置２１と原稿画像走査露光装置２２から成る画像読取装置２０が設置されている。

画像形成部１７は、像担持体としての感光体ドラム２の周囲に配置された帯電手段１６、露光手段３、現像装置４及びクリーニング手段８を有し、各色ごとに設けられる。帯電手段１６と露光装置３は、潜像形成手段を構成する。現像装置４には小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤が内包され、トナー補給手段５により現像装置４に各色ごとの新規のトナーが補給される。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。定着装置１０はカラートナー像を定着するための上側の定着部材として、円周方向に回動可能な無端状の定着ベルト１１（定着ローラ）と、上側の定着ベルト１１を圧接する下側の加圧部材としての加圧ローラ１２とにより構成され、上側の定着ベルト１１の内部には、誘導電流によって定着ベルト１１を加熱するヒータ１１０（熱源）が配設される。

複数の画像形成部１７より形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７により逐次転写されて（１次転写）、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット９内に収容された転写材としての記録紙Ｐは、給紙手段１８により給紙され、複数の給紙ローラ１２、レジストローラ１３等を経て、転写手段７に搬送され、記録紙Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。

カラー画像が転写された記録紙Ｐは、定着装置１０の定着ベルト１１と加圧ローラ１２との間で形成されるニップ部Ｎで挟持され、熱と圧力とを加えることにより記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着されると、排紙ローラ１４に挟持されて機外の排紙トレイ１５上に載置される。

一方、転写手段７により記録紙Ｐにカラー画像が転写された後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体６上の残留トナーがクリーニング手段８により除去される。なお、上記画像形成装置１の説明においては、カラー画像形成にて説明したが、モノクロ画像を形成する場合も本発明に含まれる。

次に、本実施形態の定着装置１０について図２及び図３を用いて以下説明する。本実施形態の定着装置１０は、定着ベルト１１、定着ベルト１１を加熱するヒータ１１０、加圧ローラ１２、定着ベルト１１を介して加圧ローラ１２を押圧する押圧部材１１２、熱量調整部材１１１ａ〜１１１ｃで構成される。

定着ベルト１１の表面は離型性を有する材料で覆われる。定着ベルト１１には表面が弾性を有する材質で覆われた加圧ローラ１２が圧接され、この間を記録紙Ｐにおける未定着画像Ｔが通過する際、トナーが溶け、圧力を受けて記録紙Ｐに画像が定着する（図２（ａ）参照）。

押圧部材１１２のヒータ１１０に向かう面は熱吸収良好とするために黒色としている。この押圧部材１１２が熱量調整部材１１１で覆われることで、熱量調整部材１１１によってヒータ１１０からの熱を定着ベルト１１へ反射する。定着ベルト１１の内表面には温度により熱吸収率が変化する熱吸収層１１３を設ける。すなわち、定着ベルト１１の温度上昇に伴い、熱吸収層１１３の熱吸収率が変化する。

本実施形態において、上述の熱吸収層１１３を定着ベルト１１内表面の温度変化による熱可逆的変色に応じて熱吸収率が変化する部材、例えばサーモクロミズムを用いる。このサーモクロミズムによる熱吸収率低下は色変化によって行われ、通常は黒色で熱吸収が良好な表面とし、温度上昇により銀色の反射面や光沢面となりヒータ１１０からの光を反射することになる。

熱量調整部材１１１は、ヒータ１１０からの熱を遮るとともに、ヒータ１１０側の面を反射面としてヒータ１１０から照射された熱を定着ベルト１１へ輻射する部材である。本実施形態においては、この熱量調整部材１１１を、記録紙Ｐの非通紙領域に応じて可変させる構成とする。

図３（ａ）のように、熱量調整部材を上下三層構造とし（１１１ａ〜１１１ｃ）、最下層の熱量調整部材１１１ａを定着ベルト１１の長手方向の中央に配し、上２層の熱量調整部材１１１ｂ、１１１ｃを左右（長手方向）に可変させる。ただし、上記の熱量調整部材の三層構造は一例であり、三層がどのような組合せであってもよい。例えば、熱量調整部材１１１ａを最下層に配しているところ、これを最上層に配してもよい。

具体的には、図のように記録紙Ｐが通常のサイズ（ここでは、定着ベルトの長手方向の端から端までを使用して通紙される記録紙の最大サイズのことをいい、つまり通紙領域がＡ１である。）よりも小さいサイズである場合に、上２層の熱量調整部材１１１ｂ、１１１ｃを定着ベルト１１の長手方向の中央に向かってスライドさせる。

なお、上２層の熱量調整部材１１１ｂ、１１１ｃのスライド動作は、例えばソレノイドやモータ等の動力源とギア等の駆動伝達手段（不図示）によって行えばよい。また、例えば、記録紙Ｐの用紙サイズ、あるいは非通紙領域を検知するセンサ等（不図示）を設け、このセンサからの検知信号を受信した制御装置（不図示）によって、上２層の熱量調整部材１１１ｂ、１１１ｃのスライド動作（駆動伝達手段）の制御を行えばよい。

本実施形態の上記構成による定着ベルト１１への熱量調整について以下説明する。まず、用紙サイズが記録紙Ｐ１のときは、通紙領域がＡ１であるため、熱量調整部材１１１ｂおよび１１１ｃを定着ベルト１１の長手方向に沿って外側の端部側へスライドさせる（あるいは、既に定着ベルト端部にスライドされてあるときは、スライド動作は行わない）。

よって、熱量調整部材１１１によって押圧部材１１２が覆われ、熱量調整部材１１１によりヒータ１１０からの熱を遮り、押圧部材１１２に熱が照射されない（伝わらない）ことになる。そして、ヒータ１１０からの熱が熱量調整部材１１１により定着ベルト１１へ反射される。この反射熱により定着ベルト１１が温められることで、熱効率が上昇することとなる。

次に、用紙サイズが通常より小さい記録紙Ｐ２（すなわち、通紙領域がＡ２）のときは、上２層の熱量調整部材１１１ｂ、１１１ｃを定着ベルト１１の長手方向の中央にスライドさせることにより、押圧部材１１２の内表面（黒色面）が現れることになる（図２（ｂ）、図３（ｂ）参照）。

押圧部材１１２の内表面が現れることで、定着ベルト１１の内面（非通紙領域Ｂ）から反射した熱を効率よく押圧部材１１２に吸収することができるため、定着ベルト１１の非通紙領域Ｂを過昇温させることがない。すなわち、定着ベルト１１の劣化を防止することが可能となる。

また、本実施形態においては、上記のように熱量調整部材１１１ｂ、１１１ｃを記録紙Ｐの非通紙領域に対応するように定着ベルト１１の長手方向に沿って左右に、任意の移動量分スライドさせることができるので、例えば最大の用紙サイズと、それより幾分小さいサイズの２種類において、ある特定の非通紙領域だけ温度上昇を抑えるのではなく、これらの中間サイズの記録紙が使われた場合に現れる非通紙領域における温度上昇にもフレキシブルに対応させることが可能となる。

なお、押圧部材１１２は長手方向の温度分布を均一化させるため、熱伝導良好の材質を用いることが好ましい。例えば、アルミ、ＳＵＳなどの金属性の材質を用いるのがよい。

本発明は、定着部材の内表面に温度変化により熱吸収率が変化する熱吸収層を形成することを特徴としてもよい。これにより、温度が上昇すると、熱吸収層の熱吸収率が低下するので、記録紙が通常サイズより小さいとき紙幅外の温度上昇による定着部材の劣化を防止することが可能となる。

本発明は、熱吸収層が、定着部材の内表面の温度変化による熱可逆的変色に応じて熱吸収率が変化することを特徴としてもよい。これにより、温度が上昇すると、熱吸収層が黒色から銀色の反射面や光沢面となり熱吸収層の熱吸収率が低下するので、記録紙が通常サイズより小さいとき紙幅外の温度上昇による定着部材の劣化を防止することが可能となる。

なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更実施が可能である。

１ 画像形成装置
１０、５０ 定着装置
１１、５１ 定着ベルト
１２ 加圧ローラ
１１０、５１０ ヒータ
１１１、１１１ａ〜１１１ｃ、５１１ 熱量調整部材
１１２、５１２ 押圧部材
１１３ 熱吸収層
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２ 記録紙

特開平１０−２８２８２３号公報 特開２００５−３３８７２４号公報 特開２００４−２５２１３７号公報 特開平９−２４４４４９号公報 特開平３−１８９６７４号公報

Claims (6)

1. 円周方向に回動可能な無端状の定着部材と、
   前記定着部材に当接して、記録紙を通過させるニップ部を形成する加圧部材と、
   前記定着部材の内部に配置され、前記ニップ部で前記定着部材を介して前記加圧部材を押圧する押圧部材と、
   前記定着部材の内部に配置され、前記定着部材を加熱する発熱体とを備える定着装置であって、
   前記発熱体と前記押圧部材との間に配置され、前記発熱体から前記押圧部材の側へ照射される輻射熱を遮るとともに、前記発熱体の側を反射面として前記発熱体から照射された輻射熱を前記定着部材へ反射する熱量調整部材をさらに備え、
   前記熱量調整部材は、前記記録紙の搬送方向に対して直交する直交方向に摺動する２以上の摺動部材を有し、
   前記記録紙の通紙領域又は非通紙領域の前記直交方向における幅に合わせて前記摺動部材の摺動量を可変する
   ことを特徴とする定着装置。
2. 前記定着部材の内表面に温度変化により熱吸収率が変化する熱吸収層を形成することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記熱吸収層は、前記定着部材の内表面の温度変化による熱可逆的変色に応じて熱吸収率が変化することを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 請求項１から３の何れか1項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
5. 定着装置が備える円周方向に回動可能な無端状の定着部材の内部において、前記定着部材を加熱する発熱体から、前記定着部材に当接する加圧部材により形成され記録紙を通過させるニップ部で前記定着部材を介して前記加圧部材を押圧する押圧部材の側へ照射される輻射熱を前記発熱体と前記押圧部材との間に配置された熱量調整部材にて遮るとともに、
   該熱量調整部材の前記発熱体の側を反射面として前記発熱体から照射された輻射熱を前記定着部材へ反射し、
   前記熱量調整部材が有する、前記記録紙の搬送方向に対して直交する直交方向に摺動する２以上の摺動部材の摺動量を、前記記録紙の通紙領域又は非通紙領域の前記直交方向における幅に合わせて可変する
   ことを特徴とする熱量調整方法。
6. 前記定着部材の内表面の熱吸収率を温度変化により変化させることを特徴とする請求項５に記載の熱量調整方法。

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