JP7218542B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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循環するベルト部材と、
前記ベルト部材に接触し、前記ベルト部材との間を移動する記録媒体を加圧する加圧手段と、
基材と、前記基材の表面に前記基材の長手方向に延びるように形成された発熱部からなり前記ベルト部材の内面を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の、前記ベルト部材に近い面と反対側の面に、長手方向において前記発熱部よりも長く前記基材よりも短く配置された低熱伝導部と、
前記低熱伝導部の前記加熱手段に近い面とは反対側の面に配置された高熱伝導部と、を備え、
前記加熱手段が前記低熱伝導部と接触し、かつ前記高熱伝導部と接触しないように配置されている、
ことを特徴とする。
前記低熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向における幅は、前記加熱手段の前記記録媒体の搬送方向における幅よりも広い、
ことを特徴とする。
前記高熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向における幅は、前記加熱手段の前記記録媒体の搬送方向における幅よりも広い、
ことを特徴とする。
前記高熱伝導部の厚さは、前記高熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向において前記発熱部の両外側が厚い、
ことを特徴とする。
前記低熱伝導部の厚さは、前記低熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向において中央部が厚い、
ことを特徴とする。
前記低熱伝導部は、前記加熱手段の全面に接触している、
ことを特徴とする。
前記低熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向における幅は、前記高熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向における幅よりも広い、
ことを特徴とする。
循環するベルト部材と、
前記ベルト部材に接触し、前記ベルト部材との間を移動する記録媒体を加圧する加圧手段と、
基材と、前記基材の表面に前記基材の長手方向に延びるように形成された発熱部からなり前記ベルト部材の内面を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の、前記ベルト部材に近い面と反対側の面に、長手方向において前記発熱部よりも長く前記基材よりも短く配置された低熱伝導部と、
前記低熱伝導部の前記加熱手段に近い面とは反対側の面に配置された高熱伝導部と、を備え、
前記高熱伝導部のうち前記低熱伝導部と接触する面には凹部が長手方向全域には形成されていない、
ことを特徴とする。
循環するベルト部材と、
前記ベルト部材に接触し、前記ベルト部材との間を移動する記録媒体を加圧する加圧手段と、
基材と、前記基材の表面に前記基材の長手方向に延びるように形成された発熱部からなり前記ベルト部材の内面を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の、前記ベルト部材に近い面と反対側の面に、長手方向において前記発熱部よりも長く前記基材よりも短く配置された低熱伝導部と、
前記低熱伝導部の前記加熱手段に近い面とは反対側の面に配置された高熱伝導部と、を備え、
前記加熱手段のうち前記ベルト部材に近い面と反対側の面が前記低熱伝導部と接触し、かつ前記高熱伝導部と接触しないように配置されている、
ことを特徴とする。
前記低熱伝導部は、耐熱合成樹脂又は空気層である、
ことを特徴とする。
記録媒体への画像形成を行う画像形成手段と、
前記画像形成手段により画像が形成された前記記録媒体への前記画像を定着する請求項1ないし10のいずれか1項に記載の定着装置と、を備えた、
ことを特徴とする。
また、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
尚、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とする。
(1)画像形成装置の全体構成及び動作
図1は本実施形態に係る画像形成装置1の内部構成を示す断面模式図である。
以下、図面を参照しながら、画像形成装置1の全体構成及び動作を説明する。
現像装置40各々は、現像ハウジング41に収容される現像剤を除いて同様に構成され、それぞれがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)のトナー像を形成する。
定着トナー像が形成された用紙Pは、搬送ローラ対68を介して排出ローラ対69から画像形成装置1上面の排出トレイ1aに排出される。
図2は定着装置60の全体構成を示す断面模式図、図3は加熱源612の構成を示す平面模式図、図4は加熱モジュール61の構成の一態様を説明する断面模式図、図5は加熱モジュール61の長手方向の構成を説明する縦断面模式図、図6は加熱モジュール61の構成の他の態様を説明する断面模式図、図7は低熱伝導部613と高熱伝導部614の接触を説明する斜視図、図8(a)は定着装置60における立ち上がり時の熱移動を説明する説明図、(b)は印刷時の熱移動を説明する説明図である。
定着装置60は、加熱手段の一例としての加熱モジュール61と加圧手段の一例としての加圧モジュール62から構成されている。
そして、保持部材617が金属で構成され大きな曲げ強度を有する支持部材618で支持されている。
加圧ローラ621は、例えば、金属製の円筒状の芯材622と、芯材622の外周面に被覆された耐熱性弾性体層623(例えばシリコーンゴム層や、フッ素ゴム層等)と、さらに、必要に応じて、例えばPFA等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による表面離型層624とが積層されて構成される。
表面離型層は、用紙P上で溶融されたトナーとの接着力を弱めて、用紙Pを定着ベルト611から剥離しやすくするために、例えば、PFA(テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、シリコーン共重合体、またはこれらの複合層等が用いられている。
サーミスタ615及びサーモスタット616は、コイルばねSR(図2 参照)によって、付勢されて高熱伝導部614、加熱源612に当接することで、安定した熱応答性を得るようになっている。
具体的には、画像形成装置1は、サーミスタ615の検知温度と加熱源612の設定温度に基づき、例えばその差分から加熱源612が目標温度に達するように連続的に投入電力に対してフィードバック制御を行うPI制御により、供給するべき電力を算出する。更に供給する電力に対応した位相角(位相制御)、波数(波数制御)の制御レベルに換算し、その制御条件によりトライアック(不図示)を制御している。
低熱伝導部613はその一面613aが、図4、図5に示すように、加熱源612の横長の直方体形状の基材612Aに接触して配置されている。具体的には、図4に示すように、低熱伝導部613は、加熱源612の幅方向(X方向)において、幅Wが加熱源612の基材612Aを覆うように基材612Aの幅W0よりも広く、図5に示すように、加熱源612の長手方向(Y方向)において長さLが、加熱源612の抵抗発熱体612Bの長さL0よりも長く形成され、加熱源612と高熱伝導部614とが接触することがない構成となっている。
高熱伝導部614は、図6に示すように、加熱源612の長手方向と交差する方向(幅方向)において、抵抗発熱体612Bの両外側(図6中に図示する614a)が厚く形成され、加熱源612の基材612Aの両端部612Aaと接触し、全体は加熱源612とは接触しない構成となっている。
これにより、加熱源612のうち定着ベルト611に近い面と反対側の面が高熱伝導部614と接触する構成と比べて、加熱源612の発熱部表面温度の立ち上がり時間を短縮することができる。
その結果、高熱伝導部614のうち低熱伝導部613と接触する面に凹部が長手方向全域に形成されている構成と比べて、高熱伝導部614の低熱伝導部613と接触する面積が増大して加熱源612の発熱部表面の発熱分布をより均一化することができる。
これにより、高熱伝導部614が、低熱伝導部613全体を覆う構成となり、低熱伝導部613を介して伝達される加熱源612の熱量を長手方向に移動させることで、加熱源612の非通紙領域の過度な温度上昇を抑制することができる。
図9は変形例1に係る低熱伝導部613Aを有する加熱モジュール61Aの構成を示す断面模式図である。
低熱伝導部613Aは、図9に示すように、加熱源612の長手方向と交差する方向(幅方向)において、厚みが両端側に比べて中央部が厚く形成されている。これにより、加熱源612の抵抗発熱体612Bで発生する熱が低熱伝導部613Aの厚さが厚く形成された中央部から高熱伝導部614へ伝達されやすく、通電開始時の立ち上がり時間の増加を抑制することができる。
図10は変形例2に係る高熱伝導部614Aを有する加熱モジュール61Bの構成を示す断面模式図である。
高熱伝導部614Aは、加熱源612の長手方向と交差する方向(幅方向)において、抵抗発熱体612Bの両外側(図8中に図示する614Aa)が厚く形成されている。加熱源612の抵抗発熱体612Bで発生する熱は、低熱伝導部613を介して上方へ伝達されやすく、高熱伝導部614Aの抵抗発熱体612Bに対向する領域(図10中に図示する614Ab)の厚さが薄い方が、立ち上がり時間の増加は抑制される。一方、高熱伝導部614Aの厚さが薄い場合、加熱源612の熱量を長手方向に移動させにくく、長手方向に渡る温度均一化の効果が低くなることが知られている。
図11は変形例3に係る低熱伝導部613Bを有する加熱モジュール61Cの構成を示す断面模式図である。
低熱伝導部613Bは、図11に示すように、加熱源612と高熱伝導部614との間に設けられた空気層として形成されている。空気層はPET(ポリフェニレンテレフタレート)やLCP(液晶ポリマー)等の耐熱性の合成樹脂材料と比べて熱伝導率が低く、加熱源612から高熱伝導部614への熱伝導を抑制して、低コストで加熱源612の通電開始時の立ち上がり時間の悪化を抑制することができる。
図12は変形例4に係る低熱伝導部613Cを有する加熱モジュール61Dの構成を示す断面模式図である。
低熱伝導部613Cは、図12に示すように、記録媒体としての用紙Pの搬送方向(X方向)における幅W1が、高熱伝導部614の用紙Pの搬送方向(X方向)における幅W2よりも広く形成されている。すなわち、加熱源612と高熱伝導部614の間に配置される耐熱性の合成樹脂材料からなる低熱伝導部613Cが長手方向(Y方向)と交差する幅方向においても高熱伝導部614よりも幅広(W1>W2)となるように配置されている。
これにより、高熱伝導部614が、より確実に加熱手段である加熱源612と接触しない構成とすることができる。
図13は定着装置60の立ち上がり時間と低熱伝導部613の厚さとの関係を示す図である。
図5に示す加熱モジュール61において、加熱源612は、アルミナで形成された基材612Aのサイズが、厚み1mm、長手方向の長さ250mm、長手方向に直交する方向の長さ(幅)7mmである。また、抵抗発熱体612Bは、銀パラジウムからなる電気抵抗材料をスクリーン印刷により厚み約10μm、長手方向の長さ216mm、幅1.0mmで塗工して2本形成し、絶縁体612Dとしてガラスをコーティングした。
低熱伝導部613は、長手方向の長さ250mm、長手方向に直交する方向の長さ(幅)7mmで、厚みを0mm(低熱伝導部613がなく、高熱伝導部614が加熱源612の基材612Aに接触している構成)から、0.1mmごとに2.0mmまで変化させた。また、低熱伝導部613の材料は、PET(ポリフェニレンテレフタレート)とPI(ポリイミド)の2種類を用いた。
立ち上がり時間tの悪化は、低熱伝導部613の熱伝導度が低いPI(ポリイミド)樹脂のほうが抑制することができる。また、立ち上がり時間tの悪化は、厚みの増加とともに短くなり、PET(ポリフェニレンテレフタレート)及びPI(ポリイミド)のいずれの材料であっても厚みが1.0mm以上であれば、高熱伝導部614が加熱源612と接触していない場合(立ち上がり時間t0=3.0sec)と比較して、0.1secの悪化に留まった。
図14は実施例2に係る定着装置60の加熱モジュール61の長手方向の縦断面模式図、図15は定着装置60における非通紙部Sの定着ベルト611の温度と高熱伝導部614の厚さとの関係を示す図である。
図14に示す定着装置60において、加熱源612は、アルミナで形成された基材612Aのサイズは、厚み1mm、長手方向の長さ250mm、長手方向に直交する方向の長さ(幅)7mmである。また、抵抗発熱体612Bは、銀パラジウムからなる電気抵抗材料をスクリーン印刷により厚み約10μm、長手方向の長さ216mm、幅1.0mmで塗工して2本形成し、絶縁体612Dとしてガラスをコーティングした。
高熱伝導部614は、長手方向の長さ250mm、長手方向に直交する方向の長さ(幅)7mmで、厚みを1mm、5mm、10mmと変化させた。また、高熱伝導部614の材料は、それぞれ熱導電率が異なる材料として銅板とアルミ板の2種類を用いた。
非通紙部Sにおける定着ベルト611の表面温度Tは、高熱伝導部614がアルミ板に比べて、熱導電率が高い銅板が低い(温度上昇が少ない)結果となった。熱伝導率が高い銅板の高熱伝導部614は、加熱源612の熱量を長手方向に移動させやすく、非通紙部Sの過度な温度上昇を抑制するためと推察される。
図16は実施例3に係る定着装置60の加熱モジュール61の断面模式図、図17は定着装置60の加熱モジュール61の長手方向の縦断面模式図、図18は比較例に係る定着装置600の加熱モジュール610の断面模式図、図19は定着装置600の加熱モジュール610の長手方向の縦断面模式図である。
図18、図19に示すように、比較例に係る定着装置600は、加熱源612の基材612Aには低熱伝導部613が接触して配置され、低熱伝導部613の加熱源612と接触している面と反対側の面には高熱伝導部が配置されていない。
実施例3における高熱伝導部614は、アルミ板(JIS A1050)からなり、厚み5mm、長手方向の長さ250mm、長手方向に直交する方向の長さ(幅)7mmである。
非通紙部Sにおける定着ベルト611の最高温度は、比較例においては250℃を超えたが、実施例3においては、220℃以下となり、非通紙部Sにおける温度上昇が30℃以上抑制される結果となった。
10・・・制御装置
20・・・給紙装置
30・・・感光体ユニット
31・・・感光体ドラム
40・・・現像装置
42・・・現像ローラ
50・・・転写装置
51・・・中間転写ベルト
53・・・二次転写ローラ
60、600・・・定着装置
61、61A、61B、61C、61D、610・・・加熱モジュール
611・・・定着ベルト
612・・・加熱源
612A・・・基材
612B・・・絶縁層
612C・・・抵抗発熱体
612D・・・絶縁体
613・・・低熱伝導部
614・・・高熱伝導部
615・・・サーミスタ
616・・・サーモスタット
617・・・保持部材
618・・・支持部材
N・・・定着ニップ部
Claims (11)
- 循環するベルト部材と、
前記ベルト部材に接触し、前記ベルト部材との間を移動する記録媒体を加圧する加圧手段と、
基材と、前記基材の表面に前記基材の長手方向に延びるように形成された発熱部からなり前記ベルト部材の内面を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の、前記ベルト部材に近い面と反対側の面に、長手方向において前記発熱部よりも長く前記基材よりも短く配置された低熱伝導部と、
前記低熱伝導部の前記加熱手段に近い面とは反対側の面に配置された高熱伝導部と、を備え、
前記加熱手段が前記低熱伝導部と接触し、かつ前記高熱伝導部と接触しないように配置されている、
ことを特徴とする定着装置。 - 前記低熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向における幅は、前記加熱手段の前記記録媒体の搬送方向における幅よりも広い、
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記高熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向における幅は、前記加熱手段の前記記録媒体の搬送方向における幅よりも広い、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。 - 前記高熱伝導部の厚さは、前記高熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向において前記発熱部の両外側が厚い、
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の定着装置。 - 前記低熱伝導部の厚さは、前記低熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向において中央部が厚い、
ことを特徴とする請求項4に記載の定着装置。 - 前記低熱伝導部は、前記加熱手段の全面に接触している、
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の定着装置。 - 前記低熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向における幅は、前記高熱伝導部の前記記録媒体の搬送方向における幅よりも広い、
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 循環するベルト部材と、
前記ベルト部材に接触し、前記ベルト部材との間を移動する記録媒体を加圧する加圧手段と、
基材と、前記基材の表面に前記基材の長手方向に延びるように形成された発熱部からなり前記ベルト部材の内面を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の、前記ベルト部材に近い面と反対側の面に、長手方向において前記発熱部よりも長く前記基材よりも短く配置された低熱伝導部と、
前記低熱伝導部の前記加熱手段に近い面とは反対側の面に配置された高熱伝導部と、を
備え、
前記高熱伝導部のうち前記低熱伝導部と接触する面には凹部が長手方向全域には形成されていない、
ことを特徴とする定着装置。 - 循環するベルト部材と、
前記ベルト部材に接触し、前記ベルト部材との間を移動する記録媒体を加圧する加圧手段と、
基材と、前記基材の表面に前記基材の長手方向に延びるように形成された発熱部からなり前記ベルト部材の内面を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の、前記ベルト部材に近い面と反対側の面に、長手方向において前記発熱部よりも長く前記基材よりも短く配置された低熱伝導部と、
前記低熱伝導部の前記加熱手段に近い面とは反対側の面に配置された高熱伝導部と、を備え、
前記加熱手段のうち前記ベルト部材に近い面と反対側の面が前記低熱伝導部と接触し、かつ前記高熱伝導部と接触しないように配置されている、
ことを特徴とする定着装置。 - 前記低熱伝導部は、耐熱合成樹脂又は空気層である、
ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の定着装置。 - 記録媒体への画像形成を行う画像形成手段と、
前記画像形成手段により画像が形成された前記記録媒体への前記画像を定着する請求項1ないし10のいずれか1項に記載の定着装置と、を備えた、
ことを特徴とする画像形成装置。
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