JP6272098B2 - 定着装置 - Google Patents
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Description
(1)画像形成装置の全体構成
定着装置の説明をする前に、まず、画像形成装置の全体構成について説明する。図3は画像形成装置1の概略断面図である。この画像形成装置1は、電子写真プロセスを用いた、4色フルカラーのレーザービームプリンタ(カラー画像形成装置)である。即ち、画像形成装置は、パーソナルコンピュータやイメージリーダ等の外部ホスト装置Bから制御回路部(制御手段:CPU)Aに入力される電気的画像信号に基づいて、シート(記録材)Pに画像形成を行う。シートPは、用紙、OHPシート・コート紙、ラベル紙等である。以下、用紙と記す。
フルカラー画像を形成するための動作は次のとおりである。制御回路部Aはプリント開始信号に基づいて画像形成装置の画像形成動作を開始させる。即ち、画像形成タイミングに合わせて第1から第4の各画像形成ステーション5Y、5M、5C、5Kのドラム6が矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。ベルト10cも矢印Rの反時計方向(ドラムの回転に順方向)にドラム6の速度に対応した速度で回転駆動される。レーザースキャナユニット8も駆動される。
一方、カセット2内の用紙Pが所定の制御タイミングで給送ローラ2aとリタードローラ2bによって1枚分給送されてレジストローラ対4へ搬送される。手差し給送モードである場合は、手差しトレイ3上の用紙Pが給送ローラ3aで繰り出され、搬送ローラ対3bでレジストローラ対4へ搬送される。
次に定着装置103について説明する。図1の(a)は定着装置103の概略断面図、(b)は定着装置103の分解斜視図である。本実施例における定着装置103は、第1の回転体である定着ベルト105を備えた定着ベルトユニット101と第2の回転体である加圧ローラ102、第1の回転体である定着ベルト105を電磁誘導加熱するための加熱機構300により構成される。定着装置103は定着ベルト105と加圧ローラ102のニップ部101bにおける用紙搬送路面内において、用紙Pの搬送方向(シート搬送方向)Xと直交する方向を長手方向(幅方向)とする横長の装置である。
図2は定着ベルトユニット101の分解斜視図である。なお、図2には加圧ローラ102も描かれている。定着ベルトユニット101は、圧力付与部材104、加圧ステー104a、回転する加熱回転体(エンドレスベルト)である定着ベルト105、定着ベルトの幅方向一端側と他端側に位置するフランジ106L・106Rなどによる組立体である。
図4の(a)は図1の(a)におけるニップ部101b部分の拡大図である。図4の(b)は本実施例における定着ベルト105の層構成を示す図である。定着ベルト105は、全体的に可撓性を有する薄肉の低熱容量の部材である。定着ベルト105は、内側から外側に順に、エンドレス(円筒状)の基層105aと、プライマ層105bと、弾性層105cと、離型層105dと、を積層した複合層部材である。
本実施例において、加熱機構300は、第1の回転体である定着ベルト105の外面に対向して配置され、定着ベルト105を非接触で電磁誘導加熱するための加熱手段である。より具体的には定着ベルト105の基層105aを誘導加熱する装置である。加熱機構300は、励磁コイル110と磁性体コア111を有する。
図4の(c)は加圧ローラ102の層構成を示す図である。加圧ローラ102は、金属(アルミや鉄)の芯金102aと、シリコンゴム等で形成された弾性層102b、弾性層102bを被覆する離型層102cを有する弾性ローラである。離型層102cはPFA等のフッ素系樹脂で、チューブを被覆させたものである。
定着装置103の定着シーケンス(定着処理)の動作は次のとおりである。制御回路部A(図3)は、所定の制御タイミングで加圧ローラ102を図1の(a)における回転方向R102に所定の速度で回転駆動させる。加圧ローラ102の回転駆動は加圧ローラ102と一体の駆動ギアGA(図2、5)に駆動源(不図示)の駆動力が伝達されることでなされる。
次に、トナーSに内包(含有)される離型剤、本例ではワックスについて説明する。定着処理時にトナーSが定着ベルト105に転移してしまうオフセットと呼ばれる現象を生じる恐れがある。このようなオフセット現象は画像不良など問題を引き起こす要因となってしまう。
(4−1)ダストの発生箇所
図7は定着ベルト105に付着したワックスが気化する過程を示す。なお、図7においては、加熱機構300の記載が省略されている。図7の(a)の状態では、トナー像の先端部分だけがニップ部101bを通過しているため、定着ベルト105上のワックス付着領域は図中に示す135aとなる。この段階ではワックスは気化しない。
本発明者等の研究によれば、定着ベルト105から発生するダストの粒径は、定着ベルト105近辺の空間温度に依存することがわかっている。
以上で述べたダストの性質に基づいて画像形成装置1の内部におけるダストの拡散抑制策を検討すると、図7の(c)に波線で示すダスト発生箇所138の近傍の気中温度を上げると良いことがわかる。ダスト発生箇所を図6に基づいて説明すると、ダスト発生箇所は、定着ベルト105上の加熱領域114に、加熱領域114から定着ベルト105の回転方向R105方向に向かってニップ入口101cまでの領域を加えた領域になる。
(5−1−1)定着ベルト105の周辺気流
配置について述べる前に、定着ベルト105近傍の気流を図10に示す熱気流シミュレーション結果に基づいて説明する。この熱と気流についての検証は、表面温度170℃の定着ベルト105が速度Vで反時計回りR105に回転し、加圧ローラ102が同じく速度Vで時計回りR102に回転し、用紙Pが速度Vで図中の上方に移動すると仮定している。
・定着ベルト105の周辺に発生する自然対流による上昇気流(CD1)
・定着ベルト105の表面移動に伴い発生するベルト表面の気流(RD1)
・用紙Pの移動に伴って用紙Pに沿って発生する気流26a
が考慮されている。
前述したように、リブ122はダスト発生箇所138(図7の(c))の周辺の気中温度を上昇させる作用を有する。この温度上昇作用を確保するには、温度の低い用紙表面の気流26aに起因する気流26cと気流CD1が、リブ122と定着ベルト105の間に侵入することを防がなければならない。そのためリブ122は、定着ベルト105の回転方向R105の下流側を向くように内側筐体112aから延出するように配置されている。
リブ122を上記のように配置することにより、図1(又は図6)に示すポイントC1で測定されるダスト濃度は、リブ122がない場合に比べて70%未満のダスト濃度に抑えることができる。測定誤差が30%あるため、効果有と判定できる目安を70%未満にした。ポイントC1は定着ベルト105から発生するダストが熱対流による上昇気流によって排出される経路上に、定着ベルト105から20mm程度離間した位置に設定されている。ポイントC1でのダスト濃度が70%未満になれば、定着装置103の外側の機内ワックス汚れを低減することができる。
リブ122の目的は、図10に示す気流26cと気流CD1の流れを妨げ、ダスト発生箇所138(図7の(c))における定着ベルト105の周辺の気温を上昇させることにある。そのためリブ122の設置位置は、図6に示す加熱領域114と領域115の範囲内であれば良い。特に、誘導加熱装置300においてシート導入側に設置すると効果的である。シート導入側で主にダストが発生しているためである。
リブ122は、上述した設置範囲において複数設置しても良い。例えば定着ベルトの回転方向に沿って所定間隔(3mm)をおいて複数設けることもできる。複数あれば、図10に示す気流26cと気流CD1を阻害する効果が高まり、ダスト低減効果を高めることができる。なお、樹脂成型に配慮すると設置間隔は3mm以上にすることが望ましいが、設置個数を1つにしても良い。つまり、この場合、隙間を埋めて、1つのブロック状の部材となる。
間隔Gは、定着ベルト105の周速Vによって決定されても良い。図10示すtは、気流RD1の幅である。すなわちtは、気流RD1とCD1の境界から定着ベルト105までの距離を示している。このtについて検証(シミュレーション)を行った。図15はその検証結果を示すものである。
間隔Gが上記tを下回るように設定すると、抑制部であるリブ122は、気流CD1を確実に止めることができる。その結果、定着ベルト105の周辺の気温の低下を防ぎ、ダストを低下させることができる。なお、tの下限値は、前述したように0.5mmである。上記式とこの下限値を組み合わせると、Gの範囲は以下式で表現されることができる。
以上式は、定着ベルト105の周速Vが、115mm/s≦V≦200mm/s、の範囲にあるとき特に有効である。しかし、周速Vとtの関係は線形に近いと推定されるので、速度Vが上記範囲にない場合でも有効である。
次に、実施例2について、図11を用いて説明する。なお、画像形成装置の画像形成部の構成と加熱機構300の基本構成は実施例1と同様であるので説明を省略する。また、実施例1において説明した機構についても、同じ符号を付すことにより詳細な説明を省略する。
次に、実施例3について、図12を用いて説明する。なお、画像形成装置の画像形成部の構成と加熱機構300の基本構成は実施例1と同様であるので説明を省略する。また、実施例1において説明した機構についても、同じ符号を付すことにより詳細な説明を省略する。
次に、実施例4について、図13と図14を用いて説明する。延伸部である突き当て部材124は、支点125を中心に回動可能であり、バネ127によって定着ベルト105の方向に付勢されている。突き当て部材124の先端は、フランジ106L・106Rのフランジ部106aに突き当てられる。なお、図14において、誘導加熱装置300の記載は省略されている。また突き当て部材124はその一部だけが描写されている。
Claims (24)
- 離型剤を含有するトナーを用いてシートに形成された未定着トナー像をその間のニップ部にて熱定着する第1及び第2の回転体と、
前記第1の回転体の外面に対向して配置され、前記第1の回転体を電磁誘導加熱するための加熱機構と、
前記加熱機構を保持する保持部材と、
前記保持部材から前記第1の回転体に向かって延伸し、前記第1の回転体の表面から0.5mm以上3.5mm以内の位置にその端部が配置される延伸部と、を有し、
前記延伸部は、前記第1の回転体と前記保持部材の間の空間において気流を抑制することにより、前記離型剤に起因する所定の粒径の粒子が前記第1の回転体の表面から拡散するのを抑制することを特徴とする定着装置。 - 前記延伸部は、前記保持部材において、前記シートが導入される側の端部に設置されていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記延伸部は、前記第1の回転体の回転方向に沿って所定間隔をおいて複数設置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。
- 前記延伸部は、装置に使用可能な最大幅のシートの画像形成可能な領域が通過する領域よりも幅方向両外側へ延在していることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の定着装置。
- 前記延伸部は、前記第1の回転体の回転方向下流側を向くように前記保持部材から延出したリブ部であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の定着装置。
- 前記延伸部は、前記保持部材と一体成型されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の定着装置。
- 前記延伸部と前記第1の回転体とのギャップを維持させるスペーサを有することを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の定着装置。
- 前記延伸部の前記端部は、前記第1の回転体の表面近傍であって、前記ニップ部に導入される前記シートの先端と前記第1の回転体が接触し得る箇所から、前記加熱機構により加熱される加熱領域までの間に配置されることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記延伸部は、前記第1の回転体の回転方向に沿って所定間隔をおいて複数設置されていることを特徴とする請求項8に記載の定着装置。
- 前記延伸部は、装置に使用可能な最大幅のシートの画像形成可能な領域が通過する領域よりも幅方向両外側へ延在していることを特徴とする請求項8または9に記載の定着装置。
- 前記延伸部は、前記第1の回転体の回転方向下流側を向くように前記保持部材から延出したリブ部であることを特徴とする請求項8乃至10の何れか一項に記載の定着装置。
- 前記延伸部は、前記保持部材と一体成型されていることを特徴とする請求項8乃至11の何れか一項に記載の定着装置。
- 前記離型剤はワックスであり、前記所定の粒径は5.6nm以上560nm以下であることを特徴とする請求項1乃至12の何れか一項に記載の定着装置。
- 前記保持部材は前記加熱機構が有するコイルを保持することを特徴とする請求項1乃至13の何れか一項に記載の定着装置。
- 前記保持部材は前記加熱機構が有するコアを保持することを特徴とする請求項1乃至13の何れか一項に記載の定着装置。
- 前記保持部材は前記加熱機構が有するコイルとコアを保持することを特徴とする請求項1乃至13の何れか一項に記載の定着装置。
- 離型剤を含有するトナーを用いてシートに形成された未定着トナー像をその間のニップ部にて熱定着する第1及び第2の回転体と、
前記第1の回転体の外面に対向して配置され、前記第1の回転体を電磁誘導加熱するための加熱機構と、
前記加熱機構を保持する保持部材と、
前記保持部材から前記第1の回転体に向かって延伸し、前記第1の回転体の表面近傍にその端部が配置される延伸部を有し、
前記延伸部と前記第1の回転体とのギャップをG(mm)、前記第1の回転体の周速をV(mm/s)としたとき、
0.5≦G≦0.0059×V+0.72
の関係を満足することを特徴とする定着装置。 - 115≦V≦200の関係を満足することを特徴とする請求項17に記載の定着装置。
- 前記延伸部は、前記保持部材において、前記シートが導入される側の端部に設置されていることを特徴とする請求項17または18に記載の定着装置。
- 前記延伸部は、装置に使用可能な最大幅のシートの画像形成可能な領域が通過する領域よりも幅方向両外側へ延在していることを特徴とする請求項17乃至19の何れか1項に記載の定着装置。
- 前記離型剤はワックスであることを特徴とする請求項17乃至20の何れか1項に記載の定着装置。
- 前記保持部材は前記加熱機構が有するコイルを保持することを特徴とする請求項17乃至21の何れか一項に記載の定着装置。
- 前記保持部材は前記加熱機構が有するコアを保持することを特徴とする請求項17乃至21の何れか一項に記載の定着装置。
- 前記保持部材は前記加熱機構が有するコイルとコアを保持することを特徴とする請求項17乃至21の何れか一項に記載の定着装置。
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