JP6957722B2

JP6957722B2 - 定着装置

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Publication number: JP6957722B2
Application number: JP2020188937A
Authority: JP
Inventors: 小原　泰成
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: JP2021015309A

Description

本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタなどの画像形成装置に搭載される定着装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、次のような構成のものが知られている。ベルトと、加圧ローラと、ベルトの内面に接触し加圧ローラと共にニップ部を形成するニップ部材と、輻射光を照射しニップ部材を加熱するハロゲンヒーターと、輻射光をニップ部材に向けて反射する反射板と、を備えるものである（特許文献１）。

このハロゲンヒーターは、内部にフィラメント線（発光部）が設けられハロゲン元素を含むガスが封入されたガラス管と、ガラス管を封止するための封止部と、を有する。

特開２０１１−９５５４０

しかしながら、上記定着装置は、ハロゲンヒーターの封止部に対向する位置にも封止部を囲うように反射板が設けられているため、反射板で反射された輻射光によって封止部を過度に昇温させてしまう場合がある。ハロゲンヒーターの封止部が過度に昇温すると、ガス封止性能が低下してガラス管内のガス濃度が低下し、ヒーター寿命が短くなるという課題がある。

上記課題を解決するための好適な実施形態の一つ目は、筒状のベルトと、前記ベルトの外面側に設けられた加圧ローラと、前記ベルトの内面側に設けられ、前記加圧ローラと共にニップ部を形成するニップ板であって、長手方向が第１方向であり短手方向が第２方向であるニップ板と、前記第１方向が長手方向になるように前記ベルトの中空部に設けられ、前記第１方向と前記第２方向の双方に垂直な第３方向に見たときに前記ニップ板とオーバーラップするように配置されたハロゲンヒーターであって、内部にガスが充填され長手端部を封止する封止部を有するガラス管と、前記ガラス管の内部に設けられたフィラメントと、前記封止部に設けられ前記封止部から前記ガラス管の外に突出している外部リード線と、前記フィラメントと前記外部リード線とを電気的に接続するように前記封止部に設けられた金属箔と、を有するハロゲンヒーターと、前記第１方向が長手方向であり、前記ハロゲンヒーターの輻射光を反射する反射部材であって、前記第３方向に見たときに前記ニップ板とオーバーラップしている反射部材と、を備え、前記ニップ部において記録材を搬送し画像を記録材に定着する定着装置において、前記ガラス管の前記封止部には、前記金属箔の面を覆い且つ前記第３方向を向いている平面部が設けられ、前記第１方向において前記ハロゲンヒーターの長手中央に近い側を内側、前記ハロゲンヒーターの前記長手中央から遠い側を外側としたときに、前記平面部において、前記金属箔の内側の端である内側端は、前記第１方向において前記金属箔と同じ側の前記反射部材の端面のうち最も外側の部分よりも外側にあることを特徴とする。
上記課題を解決するための好適な実施形態の２つ目は、筒状のベルトと、前記ベルトの外面側に設けられた加圧ローラと、前記ベルトの内面側に設けられ、前記加圧ローラと共にニップ部を形成するニップ板であって、長手方向が第１方向であり短手方向が第２方向であるニップ板と、前記第１方向が長手方向になるように前記ベルトの中空部に設けられ、前記第１方向と前記第２方向の双方に垂直な第３方向に見たときに前記ニップ板とオーバーラップするように配置されたハロゲンヒーターであって、内部にガスが充填され長手端部を封止する封止部を有するガラス管と、前記ガラス管の内部に設けられたフィラメントと、前記封止部に設けられ前記封止部から前記ガラス管の外に突出している外部リード線と、前記フィラメントと前記外部リード線とを電気的に接続するように前記封止部に設けられた金属箔と、を有するハロゲンヒーターと、前記第１方向が長手方向であり、前記ハロゲンヒーターの輻射光を反射する反射部材であって、前記第３方向に見たときに前記ニップ板とオーバーラップしている反射部材と、を備え、前記ニップ部において記録材を搬送し画像を記録材に定着する定着装置において、前記第１方向において前記ハロゲンヒーターの長手中央に近い側を内側、前記ハロゲンヒーターの前記長手中央から遠い側を外側としたときに、前記金属箔の内側の端である内側端は、前記第１方向において前記金属箔と同じ側の前記ニップ板の長手端よりも内側にあり、前記第１方向において前記金属箔と同じ側の前記反射部材の端面のうち最も外側の部分よりも外側にあることを特徴とする。

本発明によれば、ハロゲンヒーターと、反射部材と、を有する定着装置において、反射部材によって反射した輻射光によってハロゲンヒーターの封止部が過度の昇温をすることを抑制できる。

本発明に用いる画像形成装置の説明図実施例１の定着装置の断面図実施例１の加熱ユニットの構成部材である反射板、ハロゲンヒーター、ニップ板を示した斜視図実施例１の加熱ユニット長手方向端部を拡大した断面図実施例２の加熱ユニットの構成部材である反射板、ハロゲンヒーター、ニップ板を示した斜視図実施例２の加熱ユニット長手方向端部を拡大した断面図実施例２の変形例の加熱ユニット長手方向端部を拡大した断面図

［実施例１］
＜画像形成装置の概要＞
図１は、電子写真記録技術を用いたレーザプリンタ（画像形成装置）１００の断面図である。プリント信号が発生すると、画像情報に応じて変調されたレーザ光をスキャナユニット２１が出射し、帯電ローラ１６によって所定の極性に帯電された感光体１９を走査する。これにより感光体１９には静電潜像が形成される。この静電潜像に対して現像器１７からトナーが供給され、感光体１９上に画像情報に応じたトナー画像が形成される。一方、給紙カセット１１に積載された記録紙（記録材）Ｐはピックアップローラ１２によって一枚ずつ給紙され、ローラ１３によってレジストローラ１４に向けて搬送される。さらに記録紙Ｐは、感光体１９上のトナー画像が感光体１９と転写ローラ２０で形成される転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ１４から転写位置へ搬送される。記録紙Ｐが転写位置を通過する過程で感光体１９上のトナー画像（トナー像）は記録紙Ｐに転写される。その後、記録紙Ｐは定着装置２００で加熱されてトナー画像が記録紙Ｐに加熱定着される。定着済みのトナー画像を担持する記録紙Ｐは、ローラ２６、２７によってプリンタ上部のトレイに排出される。なお、１８は感光体１９を清掃するクリーナ、３０は定着装置２００等を駆動するモータである。上述した、感光体１９、帯電ローラ１６、スキャナユニット２１、現像器１７、転写ローラ２０が、記録紙Ｐに未定着画像を形成する画像形成部を構成している。

＜定着装置の構成と動作＞
図２は定着装置２００の断面図である。以後、説明のため、記録紙Ｐの搬送方向上流側と下流側をそれぞれ「上流」、「下流」と呼び、紙面の上下方向をそれぞれ「上方向」、「下方向」と呼ぶ。

図２に示すように、定着装置２００は、ベルト１１０と、加熱ユニット４００と、バックアップ部材の一例としての加圧ローラ１５０と、を備えている。

ベルト１１０は、耐熱性と可撓性を有する無端状（筒状）のスリーブ、もしくは樹脂製のフィルムである。

加熱ユニット４００は、ベルト１１０の内部に配置され、加熱源としてのハロゲンヒーター１２０と、ニップ部形成部材としてのニップ板１３０と、反射部材としての反射板１４０と、補強部材としてのステイ１６０を備えている。

ハロゲンヒーター１２０は、ニップ板１３０を介してベルトを加熱することで記録紙Ｐ上のトナーを加熱するための加熱源であり、ベルト１１０の中空部に反射板１４０及びニップ板１３０の内面に接触しないように配置されている。

ニップ板１３０は、ハロゲンヒーター１２０からの輻射光を受けて加熱される板状の部材であって、ベルト１１０の内面に接触して摺動するように配置されている。ハロゲンヒーター１２０から受けた輻射光によって加熱されたニップ板１３０の熱は、ベルト１１０を介して記録紙Ｐ上のトナーに伝達される。ニップ板１３０は、熱伝導率が大きいアルミニウムなどで形成された厚み１ｍｍ程度の板状の部材である。尚、ニップ板の内面（図２における上方向の面）は、黒色でほぼ全面に塗装されており、ハロゲンヒーター１２０からの輻射光を効率良く吸収することができる。

反射板１４０は、ハロゲンヒーター１２０からの輻射光をニップ板１３０に向けて反射する部材であり、赤外線および遠赤外線の反射率が大きいアルミニウム板などで形成されている。反射板１４０によってハロゲンヒーター１２０からの輻射光をニップ板１３０に集中的に照射することで、ハロゲンヒーター１２０の輻射光を効率良く利用してベルト１１０を速やかに加熱することができる。反射板１４０は、ハロゲンヒーター１２０をベルト１１０の周方向に囲うように設けられている。

ステイ１６０は、鉄などの板金をコの字状に折り曲げることで剛性を持たせた横長の部材であり、反射板１４０を覆うように配置されている。そして、反射板１４０とニップ板１３０を支持・補強する機能を兼ねている。

図２において、バックアップ部材としての加圧ローラ１５０は、芯金と、芯金の外側に形成された弾性層と、を有する部材である。ステイ１６０の長手方向の両端部を不図示の付勢部材で加圧ローラ１５０に向けて加圧することで、ベルト１１０を介してニップ板１３０と共にニップ部Ｎを形成する。また、加圧ローラ１５０は、レーザプリンタ１００のモータ３０から駆動力が伝達されて駆動するように構成されており、トナー像を担持した記録紙Ｐをニップ部Ｎで挟持、搬送しながらトナー像の紙への定着をおこなう。

＜加熱ユニットの構成＞
次に、加熱ユニット４００の構成について図３を用いて説明する。

図３は、加熱ユニット４００の構成部材であるハロゲンヒーター１２０、ニップ板１３０、反射板１４０の斜視図である。簡略のためステイ１６０は省略している。

図３に示すように、ハロゲンヒーター１２０は、細長い筒状のガラス管（バルブ）１２１を有する。そのガラス管１２１の内部には、フィラメント（タングステン線）１２２が設けられている。更に、ガラス管１２１の内部には、ハロゲン元素を含むガスが充填され、長手方向の両端部を封止するための封止部Ｆが設けられている。封止部Ｆは、ピンチシールによって板状に形成されている。フィラメント１２２は、記録紙の最大通紙幅に対応する領域（以後、発光領域Ｈと記す）内に通電して発光する発光部としての螺旋状に巻かれた複数のコイル部１２３と、発光領域Ｈの外側に通電によって発光しない線状の非発光部と、を有する。各コイル部の１２３のコイルの長さと、コイル部１２３の間隔を調整することで所望の発熱分布を得ることができる。本実施例では、最大通紙幅内でほぼフラットな発熱分布となるコイルの例を示している。

また、ハロゲンヒーター１２０は、ガラス管１２１の長手方向の両端部から各々、外側（ハロゲンヒーター１２０の中央から離れる方向）に突出する一対の線状の外部リード線１２４を有している。この外部リード線１２４の長手方向における内側にフィラメント１２２の非発光部と電気的に接続されている金属体としての金属箔１２６（モリブデン箔）があり、長手方向における外側に端子状の金属板１２５がある。金属箔１２６は、ガラス管１２１の封止部Ｆに対応する位置に設けられている。封止部Ｆには、ガラス管１２１内部に配置された金属箔１２６および外部リード線１２４の一部が埋設されており、フィラメント１２２の非発光部、金属箔１２６、外部リード線１２４は溶接により接続されている。この封止部Ｆは、ピンチシールなどの方法によって、金属箔１２６とガラス管１２１の間に隙間が出来ないように金属箔１２６の両面をガラス管で挟み込むように封止面を形成し、ガラス管１２１内のガス濃度を所望の範囲に保っている。ガラス管１２１の内部のガス濃度を所望の範囲に保つことで、高温になったフィラメントの元素が蒸発してもハロゲン元素と化合物を形成して再びフィラメント線に戻る働き（ハロゲンサイクル）によってハロゲンヒータヒーターの長寿命化に貢献できる。

ハロゲンヒーター１２０は、外部リード線１２４の長手方向の外側にある端子状の金属板１２５を不図示の支持部材で固定し、上方から反射板１４０、下方をニップ板１３０で覆うことで、反射板１４０、ニップ板１３０から所定の間隔をあけて保持される。

尚、本実施例におけるハロゲンヒーター１２０の発光領域Ｈ、反射板１４０、ニップ板１３０の長手方向の長さの関係は次にようになっている。ハロゲンヒーター１２０の発光領域Ｈよりも反射板１４０の長さＲのほうが長く、反射板１４０の長さＲよりもニップ板１３０の長さのほうがさらに長い。このような構成とすることで、後述するように、ハロゲンヒーター１２０の長手方向の端部における輻射光の損失を軽減することができる。

次に、本実施例の特徴であるハロゲンヒーター１２０と、反射板１４０、ニップ板１３０との長手方向の位置関係について図４を用いて説明する。

図４は、ニップ部Ｎの記録材搬送方向に見た加熱ユニット４００の長手方向における一端部を拡大した断面図である。尚、加熱ユニット４００の他端部は、ハロゲンヒーター１２０の長手方向の中央に対して一端部と対称な構造であるので、説明を省略する。また、反射板１４０の領域を便宜的にハロゲンヒーターの発光領域Ｈに沿って延びる中央反射部（図４のＲＣ）と、ハロゲンヒーターの発光領域Ｈより長手方向の外側の端部反射部（図４のＲＥ）に分けて説明する。

図４に示すように、本実施例の反射板１４０は、反射板１４０の長手方向の端部の位置がハロゲンヒーター１２０両端部の封止部Ｆよりも内側にあることを特徴としている。言い換えると、反射板１４０は、長手方向において、封止部Ｆとオーバーラップしないように設けられている。

このような構成にすることで、ハロゲンヒーター１２０の発光領域Ｈの長手方向の端部から封止部Ｆへ反射される輻射光の量を減らすことができる。従って、画像形成装置の画像形成動作が連続して行われハロゲンヒーター１２０の点灯時間が長くなるような場合においても、金属箔のある封止部Ｆが過度に昇温することを抑制することができる。その結果、封止部Ｆの金属箔が長時間、高温に晒されて酸化劣化することを抑制することができる。そして、ハロゲンサイクルの作用を長期間維持することができて、ハロゲンヒーターの長寿命化に貢献できるという効果を奏する。

また、反射板１４０の長手方向の端部の位置は、金属箔１２６と、発光領域Ｈのうち最も外側のコイル部１２３と、間の領域にあることが好ましい。反射板１４０の長手方向の端部の位置として、更に好ましいのは、図４に示すように、金属箔と、発光領域Ｈのうち最も外側のコイル部１２３と、の間の領域の中点Ｍの内側にする構成である。これによって、輻射光が封止部Ｆに反射する量を抑えられるので、より効果的に封止部の昇温を抑制することができる。

［実施例２］
本発明の実施例２について図５及び図６に基づいて説明する。なお、本実施形態において、実施例１で説明した構成と同じ部分には同一の符号を付す。また、実施例１と同様の構成および機能についての説明は省略し、本実施例の特徴部分についてのみ説明する。

図５は、本実施例の加熱ユニット４００の構成部材であるハロゲンヒーター１２０、ニップ板１３０、反射板１４０の斜視図である。

図６は、定着装置のニップ部Ｎにおける記録材の搬送方向に見た加熱ユニット４００端部を拡大した断面図であり、ステイ１６０は省略している。他端側も概略構成は同じであるので、片側端部のみについて説明する。

図６に示すように、ハロゲンヒーター１２０の封止部Ｆは、金属箔１２６をガラス面で挟んで構成される面部（以後、封止面と記す）を有する板状の部分である。本実施例においては、封止面は、その法線方向がニップ部Ｎにおける搬送方向に平行になるように形成されている。そこで、本実施例の反射板１４１は、長手方向において封止部Ｆとオーバーラップするように設けられているが、封止部Ｆの封止面（もしくは金属箔１２６の面）と対向する反射板１４１の領域の少なくとも一部が切り欠かれていることを特徴とする。具体的には、図６における反射板１４１の端部反射部ＲＥのうち上面が長手方向においてハロゲンヒーター１２０の封止部Ｆとオーバーラップする程長い。そして、反対板１４１の端部反射部ＲＥのうちニップ部Ｎにおける記録材の搬送方向を法線方向とする面の一部の領域が切り欠かれている。反射板１４１をこのような構成にすることにより、図６におけるハロゲンヒーター１２０の発光領域Ｈから略上方に放射される輻射熱は、端部反射部ＲＥの領域において反射してニップ板１３０へ吸収される。その際に、輻射光は封止面Ｆと並行な方向なので封止部Ｆに吸収されにくい。そして、ハロゲンヒーター１２０の発光領域Ｈからニップ部Ｎにおける記録材の搬送方向の上流方向及び下流方向に放射される輻射光は、反射板が切り欠かれていることによって封止部Ｆに反射されない。従って、封止部Ｆ（金属箔）が過度に昇温することを抑制することができる。その結果、ハロゲンヒーターの長寿命化を図ることができる。

ここで、反射板１４１側面の長手方向端部から切り欠かれる距離Ｌは、ハロゲンヒーター１２０の発光領域Ｈ端部から上下流方向に放射される輻射熱を考慮すると、少なくとも金属箔の内側までの長さが切り欠かれていれば昇温抑制の効果がある。より好ましくは、金属箔の内側と端部コイルの外側の中点（図６のＭ）より内側まで切り欠かれるほうが良い。

また、反射板１４１側面の上下方向において切り欠かれる幅Ｗは、少なくともハロゲンヒーター１２０のガラス管直径の幅があれば封止部へ反射される輻射光の量を低減できる。

更に、反射板１４１の図６における上下方向に切り欠かれる幅Ｗは、図７に示したように反射板１４２長手方向の内側から外側に向けて広くなるテーパー状にする構成でも良い。ハロゲンヒーター１２０の長手方向の端部における輻射光の損失低減と、封止部Ｆ（金属箔）の昇温抑制とを両立できる。

本実施例では、ハロゲンヒーター１２０の封止面がニップ部Ｎにおける記録材搬送方向を法線する向きに配置された例について説明してきたが、これに限定されない。ハロゲンヒーター１２０の封止面がニップ部Ｎの加圧方向を法線方向である向きに配置された場合でも、その他の向きであっても封止面に対向する反射板１４１の領域に、切り欠きを設けることで同様な効果が得られる。

１１０ベルト
１２０ハロゲンヒーター
１２２フィラメント
１２３コイル部
１２４外部リード線
１２６金属箔
１３０ニップ板
１４０、１４１、１４２反射板
１５０加圧ローラ
Ｆ封止部
Ｎニップ部

Claims

筒状のベルトと、
前記ベルトの外面側に設けられた加圧ローラと、
前記ベルトの内面側に設けられ、前記加圧ローラと共にニップ部を形成するニップ板であって、長手方向が第１方向であり短手方向が第２方向であるニップ板と、
前記第１方向が長手方向になるように前記ベルトの中空部に設けられ、前記第１方向と前記第２方向の双方に垂直な第３方向に見たときに前記ニップ板とオーバーラップするように配置されたハロゲンヒーターであって、内部にガスが充填され長手端部を封止する封止部を有するガラス管と、前記ガラス管の内部に設けられたフィラメントと、前記封止部に設けられ前記封止部から前記ガラス管の外に突出している外部リード線と、前記フィラメントと前記外部リード線とを電気的に接続するように前記封止部に設けられた金属箔と、を有するハロゲンヒーターと、
前記第１方向が長手方向であり、前記ハロゲンヒーターの輻射光を反射する反射部材であって、前記第３方向に見たときに前記ニップ板とオーバーラップしている反射部材と、を備え、前記ニップ部において記録材を搬送し画像を記録材に定着する定着装置において、
前記ガラス管の前記封止部には、前記金属箔の面を覆い且つ前記第３方向を向いている平面部が設けられ、
前記第１方向において前記ハロゲンヒーターの長手中央に近い側を内側、前記ハロゲンヒーターの前記長手中央から遠い側を外側としたときに、前記平面部において、前記金属箔の内側の端である内側端は、前記第１方向において前記金属箔と同じ側の前記反射部材の端面のうち最も外側の部分よりも外側にあることを特徴とする定着装置。
筒状のベルトと、
前記ベルトの外面側に設けられた加圧ローラと、
前記ベルトの内面側に設けられ、前記加圧ローラと共にニップ部を形成するニップ板であって、長手方向が第１方向であり短手方向が第２方向であるニップ板と、
前記第１方向が長手方向になるように前記ベルトの中空部に設けられ、前記第１方向と前記第２方向の双方に垂直な第３方向に見たときに前記ニップ板とオーバーラップするように配置されたハロゲンヒーターであって、内部にガスが充填され長手端部を封止する封止部を有するガラス管と、前記ガラス管の内部に設けられたフィラメントと、前記封止部に設けられ前記封止部から前記ガラス管の外に突出している外部リード線と、前記フィラメントと前記外部リード線とを電気的に接続するように前記封止部に設けられた金属箔と、を有するハロゲンヒーターと、
前記第１方向が長手方向であり、前記ハロゲンヒーターの輻射光を反射する反射部材であって、前記第３方向に見たときに前記ニップ板とオーバーラップしている反射部材と、を備え、前記ニップ部において記録材を搬送し画像を記録材に定着する定着装置において、
前記第１方向において前記ハロゲンヒーターの長手中央に近い側を内側、前記ハロゲンヒーターの前記長手中央から遠い側を外側としたときに、前記金属箔の内側の端である内側端は、前記第１方向において前記金属箔と同じ側の前記ニップ板の長手端よりも内側にあり、前記第１方向において前記金属箔と同じ側の前記反射部材の端面のうち最も外側の部分よりも外側にあることを特徴とする定着装置。
前記金属箔の前記内側端は、前記第１方向において前記金属箔と同じ側の前記ニップ板の長手端よりも内側にあることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記反射部材は、前記第１方向に見たとき、前記第２方向に延びる部分である第１部分と、
前記第２方向における前記第１部分の一端部から前記第３方向であって前記加圧ローラに近づく方向に延びる部分である第２部分と、前記第２方向における前記第１部分の他端部から前記第３方向であって前記加圧ローラに近づく方向に延びる部分である第３部分と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置。
前記第３方向に見たとき、前記ハロゲンヒーターは、前記ニップ板の前記第２方向における中央とオーバーラップする位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着装置。
前記ハロゲンヒーターは、１本のみ設けられていることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
前記ベルトは、可撓性を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の定着装置。
前記ニップ板の前記第１方向の長さは、前記反射部材の前記第１方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の定着装置。
前記フィラメントは、らせん状に密に巻かれている複数のコイル部を含み、
前記複数のコイル部は、前記第１方向において等間隔に並んでいることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の定着装置。
前記第１方向における前記ハロゲンヒーターの一端側及び他端側において前記複数のコイル部のうち最も外側にあるコイル部をそれぞれ第１コイル部及び第２コイル部としたときに、前記第１コイル部の外側の端から第２コイル部の外側の端までの長さは、前記反射部材の前記第１方向における長さよりも短いことを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
前記第１方向において前記ハロゲンヒーターの長手中央に近い側を内側、前記ハロゲンヒーターの長手中央から遠い側を外側としたときに、
前記反射部材の前記第１方向の端は、前記第１方向において前記反射部材の前記端と同じ側にある前記複数のコイル部のうち最も外側のコイル部の外側の端と、前記金属箔の内側の端である内側端の間に配置されることを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
前記金属箔は、モリブデン箔であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の定着装置。