JP7363511B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置に使われる定着装置では、加熱の立ち上がりが早い定着フィルム方式が広く用いられている。この方式では、加圧ローラを薄膜の定着フィルムを介してニップ部材に当接させることで定着ニップ部を形成して画像を定着させている。

このような方式では、定着フィルムの回転軸方向に対して温度のばらつきが生じることがあり、これを抑制するため、ニップ部材として定着フィルム内面と接触する熱移動補助部材と熱移動補助部材を支持するニップ支持部材を用いることがなされている。この熱移動補助部材に熱伝導率の大きい金属を用いることで、定着フィルムの回転軸方向の温度偏差を低減できる。

しかし、熱移動補助部材は均熱性能が高いために、熱源により生じた熱が定着フィルムの回転軸方向の端部に散逸し、回転軸方向の中央側と端部側とで定着性が異なってしまうことがある。この場合、良好な画像が得られない問題が生じる。

これに対して、特許文献１では、端部温度検知部材を用い、均熱部材の温度検知部に対応する部分のみ熱容量を大きくすることで、局所的に温度上昇を鈍くさせることが提案されている。これにより温度検知部が所定の温度に到達したとき、端部はより多くの熱を供給された状態となっているため温度低下が生じない。これにより、定着不良などの問題を防止できるとしている。

しかしながら、均熱化や定着性は向上するものの、画像形成する際に必要な加熱が増え、定着を行える状態にするまでの時間（立ち上がり時間）が増えてしまう。熱移動補助部材は立ち上がり時間と均熱性能に影響を与えるが、この二つは総じてトレードオフの関係にあり、従来の技術においては、両項目をともに満足させることができていない。

そこで本発明は、均熱性能を確保しつつ、立ち上がり時間を短縮することができる定着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の定着装置は、回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材の内側に配置され、前記定着部材を介して前記加圧部材との間で定着ニップを形成する熱移動補助部材と、前記熱移動補助部材を支持する支持部材とを有する定着装置であって、前記熱移動補助部材は、ニップ形成領域と、該ニップ形成領域から延伸したニップ非形成領域とを有し、前記ニップ非形成領域は、前記ニップ形成領域側であって前記支持部材とは接触しない非接触部と、前記ニップ形成領域から前記非接触部よりも離れた箇所であって前記支持部材と接触する接触部とを有し、前記非接触部は、前記定着部材の回転軸方向における中央部側に少なくとも１つの開口部を有し、前記接触部は、前記定着部材の回転軸方向における中央部側に少なくとも１つ設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、均熱性能を確保しつつ、立ち上がり時間を短縮することができる定着装置を提供することができる。

本発明に係る定着装置の一例における概略図である。 熱移動補助部材の一例を説明するための斜視概略図である。 熱移動補助部材の一例を説明するための断面概略図である。 熱移動補助部材における熱の移動を説明するための模式図である。 開口部の長さの一例を説明するための模式図である。 開口部の長さの他の例を説明するための模式図である。 熱移動補助部材の他の例を説明するための模式図である。 熱移動補助部材の他の例を説明するための模式図である。 本発明に係る画像形成装置の一例における概略図である。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明の定着装置は、回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材の内側に配置され、前記定着部材を介して前記加圧部材との間で定着ニップを形成する熱移動補助部材と、前記熱移動補助部材を支持する支持部材とを有する定着装置であって、前記熱移動補助部材は、ニップ形成領域と、該ニップ形成領域から延伸したニップ非形成領域とを有し、前記ニップ非形成領域は、前記ニップ形成領域側であって前記支持部材とは接触しない非接触部と、前記ニップ形成領域から前記非接触部よりも離れた箇所であって前記支持部材と接触する接触部とを有し、前記非接触部は、前記定着部材の回転軸方向における中央部側に少なくとも１つの開口部を有し、前記接触部は、前記定着部材の回転軸方向における中央部側に少なくとも１つ設けられていることを特徴とする。

本実施形態の定着装置を図１に示す。本実施形態の定着装置は、回転可能な定着部材（定着ベルト３１）と、定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材（加圧ローラ３２）と、定着部材を加熱する加熱部材（ヒータ３３）と、定着部材の内側に配置され、定着部材を介して加圧部材との間で定着ニップを形成する熱移動補助部材４２と、前記熱移動補助部材４２を支持する支持部材（定着ステー３５）とを有する。

定着ベルト３１の内部には、熱移動補助部材４２と、熱移動補助部材４２にかかる荷重を支える定着ステー３５と、定着ベルト３１を加熱するヒータ３３とが配置されている。また、これらを保持するフランジを配置していてもよい。

加圧ローラ３２は、例えば、金属ローラ３２ａとシリコーンゴム層３２ｂを有し、離型性を得るために表面に離型層３２ｃが設けられる。
離型層３２ｃとしては、例えばＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等を用いることができる。

加圧ローラ３２は、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ３２は、スプリングなどにより定着ベルト３１側に押し付けられており、シリコーンゴム層３２ｂが押しつぶされて変形することにより、所定のニップ幅を有している。

加圧ローラ３２は中実のローラであってもよいが、中空のほうが熱容量を少なくできる。また、加圧ローラ３２にハロゲンヒータなどの加熱源を有していてもよい。

シリコーンゴム層３２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ３２内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなるので、より好ましい。

定着ベルト３１は、例えば加圧ローラ３２により連れ回り回転する。本実施形態の場合、加圧ローラ３２が駆動源により回転し、ニップ部で定着ベルト３１に駆動力が伝達されることにより定着ベルト３１が回転する。なお、以下、定着ベルト３１の回転軸方向を単に回転軸方向とも称することがある。

定着ベルト３１は、例えばニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いることができ、無端ベルト（もしくはフィルム）とすることが好ましい。定着ベルト３１の表層は、ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性をもたせることが好ましい。

定着ベルト３１の基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層の間には、シリコーンゴムの層などで形成する弾性層があってもよい。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押しつぶして定着するときにベルト表面の微妙な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の跡が残るという不具合が生じる。これを改善するには、シリコーンゴム層を１００μｍ以上設けることが好ましい。シリコーンゴム層の変形により、微妙な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

定着ベルト３１の内部に定着スリーブを用いてもよい。定着スリーブとしては、例えば中空のパイプ状金属体を用いることができ、中空のパイプ状金属体はアルミ、鉄、ステンレスなどの金属を用いることができる。定着ベルト３１の回転軸と垂直な断面における金属体の断面形状は、円形、角型、その他の形状とすることができる。

定着スリーブを用いる場合、定着スリーブをヒータ３３により加熱して定着ベルト３１を加熱するようにしてもよい。定着スリーブを昇温させる熱源としては、ハロゲンヒータでもよいし、ＩＨコイルでもよいし、また、抵抗発熱体やカーボンヒータ等でもよい。

上記のような構成により安価で、ウォームアップが早い定着装置を実現することができる。
なお、ハロゲンヒータなどの輻射熱などにより支持体が加熱されてしまう場合は、支持体表面に断熱もしくは鏡面処理を行い、加熱されることを防止することで、無駄なエネルギー消費を抑制することができる。

また、本実施形態の定着装置は、ヒータ３３と定着ベルト３１との間に、ヒータ３３の熱を遮蔽する遮蔽部材を有していてもよい。遮蔽部材は、高い耐熱性を有していることが好ましく、アルミ、鉄、ステンレス鋼などで構成されることが好ましい。

ヒータ３３としては、例えばハロゲンヒータを用いることができる。この他にも、ＩＨコイル、抵抗発熱体、カーボンヒータ等を用いることができる。

ヒータ３３としては、例えば定着ベルト３１の内側に配置され、定着ベルト３１の回転軸方向における中央側に配置された中央ヒータと、定着ベルト３１の内側に配置され、定着ベルト３１の回転軸方向における端部側に配置された端部ヒータとを有する。中央ヒータと端部ヒータは、同じ種類の部材を用いてもよいし、異なる種類の部材を用いてもよい。

移動補助部材４２によって形成されるニップの形状としては、適宜変更することが可能であり、凹形状、平坦形状、その他の形状とすることができる。ニップの形状が凹形状である場合、用紙先端の排出方向が加圧ローラよりになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。

従来の摺動ニップを用いた定着装置においては、ニップ部の摺動抵抗を低減するために、ＰＴＦＥなどの繊維から形成された摺動シートに、シリコーンオイル等の潤滑剤を含浸させたものを樹脂性のニップ形成部材に固定する方法がある。

この構成における樹脂性のニップ形成部材の役割の一つは、摺動シートを保持する役割である。摺動シートは樹脂性のニップ形成部材に巻きつける形で配置され、樹脂性のニップ形成部材の裏側でネジ固定される。樹脂性のニップ形成部材の別の役割は断熱効果である。定着ステー表面に直接摺動シートを配置してニップを形成した場合は、定着スリーブの熱が定着ステーに吸収されてウォームアップタイムやＴＥＣ値が増加してしまうが、ニップ形成部材を用いることで防止しやすくなる。

従来の構成では、断熱効果が高い反面、回転軸方向端部における連続通紙時の温度上昇には対応しにくく、均熱化させにくい。これに対して、熱移動補助部材４２を用いることにより、定着ベルト３１の回転軸方向の温度を平均化することができる。

熱移動補助部材４２は、例えば、熱伝導性の良いアルミや銅などを用いることができる。また、均熱効果を高めるために熱移動補助部材４２の表面に、摺動性能に優れたコーティングを施してもよい。なお、熱移動補助部材４２を均熱パッドとも称することがある。

次に、図２及び図３を用いて熱移動補助部材４２の一例を説明する。図２は、熱移動補助部材４２の斜視概略図であり、図３は、図２におけるＡ－Ａ断面の概略図である。

熱移動補助部材４２は、ニップ形成領域４８と、該ニップ形成領域４８から延伸したニップ非形成領域４９ａ、４９ｃとを有している。

熱移動補助部材４２におけるニップ形成領域４８は、例えば、定着ベルト３１と接する領域、加圧ローラ３２と対向する領域などと表記することができる。

ニップ非形成領域４９ａは、ニップ形成領域４８側であって定着ステー３５とは接触しない非接触部４７と、ニップ形成領域４８から非接触部４７よりも離れた箇所であって定着ステー３５と接触する接触部４６とを有している。

本実施形態において、ニップ非形成領域としては、図３の紙面上側と下側の両方に設けられている（符号４９ａ及び符号４９ｃ）。本発明においては、これに限られるものではなく、ニップ形成領域４８の片側のみにニップ非形成領域を設けるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、一方のニップ形成領域、すなわちニップ非形成領域４９ａのみが接触部４６を有しているが、これに限られるものではない。ニップ非形成領域４９ｃのみが接触部４６を有するようにしてもよいし、ニップ非形成領域４９ａ及びニップ非形成領域４９ｃがともに接触部４６を有していてもよい。

非接触部４７は、定着ベルト３１の回転軸方向における中央部側に少なくとも１つの開口部４４を有している。図３に示されるように、非接触部４７に開口部４４が設けられている。

接触部４６は、例えば図２等に示されるように、定着ベルト３１の回転軸方向における中央部側に少なくとも１つ設けられている。後述するように、接触部４６は複数設けられていてもよい。

中央部側とあるのは、適宜変更することが可能であり、例えば上述の中央ヒータ３３ａが配置されている場合には中央ヒータ３３ａと対向する領域としてもよいし、端部ヒータ３３ｂ、３３ｃが配置されている場合には端部ヒータと対向する領域を除いた領域などとしてもよい。また、定着ベルト３１の回転軸方向において熱移動補助部材４２の長さを１としたとき、例えば下限値として、１／１０以上の長さの領域を中央部側としてもよいし、１／５以上の長さの領域を中央部側としてもよい。上限値についても適宜変更が可能であり、例えば定着ベルト３１の回転軸方向において熱移動補助部材４２の長さを１としたとき、９／１０以下などとしてもよいし、４／５以下などとしてもよい。

次に、本実施形態における効果が得られる仕組みの一例を説明する。図４は、図３等に示される熱移動補助部材４２について、ニップ形成領域４８、ニップ非形成領域４９ａ及びニップ非形成領域４９ｃを一つの面で表現した模式図である。図中の矢印は、ニップ形成領域４８からの熱の移動を模式的に示すものである。また、接触部４６は模式的に示すものである。

以下の説明では、定着ベルト３１の回転軸方向における中央部側を単に中央部側と称することがあり、定着ベルト３１の回転軸方向における端部側を単に端部側と称することがある。

熱移動補助部材４２のニップ形成領域４８における熱は、ニップ非形成領域４９ａに移動する。このとき、ニップ非形成領域４９ａの中央部側には開口部４４が設けられているため、開口部４４を迂回して熱が移動する。このため、ニップ形成領域４８における端部側の熱はニップ非形成領域４９ａ側に移動しやすいが、中央部側の熱はニップ非形成領域４９ａ側に移動しにくい。

これにより、端部側の温度上昇を低減する効果を維持しつつ、中央部側の温度を上昇しやすくすることができる。換言すると、端部側の温度上昇を低減させることができるため、回転軸方向における熱の均一化の効果を維持しつつ、中央部側では温度を上昇させやすくなる（熱を逃がしにくくなる）。そのため、画像形成のためにニップ形成領域の温度を上げ、定着を行える状態にするまでの時間（立ち上がり時間、又はウォームアップ時間）を短縮することができる。

開口部４４が設けられていない場合、又は開口部４４が適切な位置に設けられていない場合、中央部側の熱が端部側の熱と同様に逃げやすくなる。このため、端部側の温度上昇を防ぐことはできるものの、中央部側の温度が上がりにくくなり、立ち上がり時間が長くなってしまう。

図示されるように、ニップ形成領域４８の熱はニップ非形成領域４９ａに移動し、開口部４４を迂回して接触部４６に移動する。接触部４６は定着ステー３５に接触（又は熱的に結合）しているため、ニップ非形成領域４９ａに移動した熱を定着ステー３５に逃がすことができる。これにより、ニップ形成領域４８やニップ非形成領域４９ａの温度が上昇し過ぎることを防止できる。

また、本実施形態においては、接触部４６が中央部側に設けられていることも重要である。接触部４６が端部側に設けられている場合、端部に溜まった熱は熱移動補助部材４２で均熱化される前に定着ステー３５に流れてしまう。この場合、立ち上げ時において端部の温度低下が発生してしまう。接触部４６を中央部側に設けることで、熱移動補助部材４２全体で端部温度を均熱化することができる。

接触部４６は定着ステー３５に接触又は熱的に結合していればよく、他の部材を介して定着ステー３５に接触していてもよい。また、接触部４６が定着ステー３５に接触する面積としては、形成する画像や装置の構成等により適宜変更される。

定着ベルト３１の回転軸方向における開口部４４の長さはとしては、適宜変更することが可能であるが、上記の他、例えば以下のようにすることができる。

一例として、開口部４４における定着ベルト３１の回転軸方向の長さを、該定着装置に搬送される記録媒体の最小通紙幅と略同じにする。この場合、ニップ形成領域４８における通紙する箇所は、開口部４４により熱を逃がしにくくすることができ、通紙幅を超える箇所、すなわち端部側は開口部４４が設けられていないため熱を逃がしやすくすることができる。

別の例を図５に示す。図５は、図４と同様にニップ形成領域４８とニップ非形成領域４９ａ、４９ｃを同一面に模式的に示す図であり、この面とは区別して中央ヒータ３３ａと端部ヒータ３３ｂ、３３ｃを設けた場合の模式図である。なお、参考として、図中に破線を表示して、開口部４４の長さと中央ヒータ３３ａの長さを比較しやすいようにしている。

加熱部材が定着ベルト３１の回転軸方向における中央側に配置された中央ヒータ３３ａと、回転軸方向における端部側に配置された端部ヒータ３３ｂ、３３ｃとを有する場合、回転軸方向の開口部４４の長さを中央ヒータ３３ａの長さと略同じにしてもよい。この場合、中央ヒータ３３ａをＯＮにしたときに開口部４４により熱の移動が遮断されるため、効率的に加熱できると同時に、端部ヒータ３３ｂ、３３ｃをＯＦＦにして端部側の熱を逃がすことができる。これにより、効率的に均熱化を行うことができる。

開口部の長さが最小通紙幅と略同じ又は中央ヒータの長さと略同じと表現した場合、どの程度のずれを許容するかは、形成する画像や装置の構成等により適宜変更される。そのため、一概にはいえないが、例えば定着ベルト３１の回転軸方向において熱移動補助部材４２の長さを１としたとき、ずれを１／１０以下にすることが好ましい。

別の例を図６に示す。図６は、図４と同様にニップ形成領域４８とニップ非形成領域４９ａ、４９ｃを同一面に模式的に示す図であり、この面とは区別して中央ヒータ３３ａと端部ヒータ３３ｂ、３３ｃを設けた場合の模式図である。なお、参考として、図中に破線を表示して、開口部４４の長さと中央ヒータ３３ａの長さを比較しやすいようにしている。

加熱部材が定着ベルト３１の回転軸方向における中央側に配置された中央ヒータ３３ａと、回転軸方向における端部側に配置された端部ヒータ３３ｂ、３３ｃとを有する場合、回転軸方向の開口部４４の長さを、中央ヒータ３３ａの長さよりも長く、端部ヒータ３３ｂ、３３ｃが配置されている箇所を超えない長さとしてもよい。この場合、生産性をカバーできる最低限の均熱性能を確保することができる。

開口部の配置や数、接触部の配置や数は、上記の他にも適宜変更することができる。以下、上記の他の例を挙げる。

図７は、上記の他の例を説明するための模式図であり、図４と同様にニップ形成領域４８とニップ非形成領域４９ａ、４９ｃを同一面に模式的に示す図である。本発明では開口部を複数設けてもよく、一例として開口部４４ａ～４４ｃが図示されている。このような例の場合、中央部側における熱が接触部４６に流れやすくなるが、複数の通紙サイズに対応しやすくなり、複数の通紙サイズにおいて端部の温度上昇を低減する効果を確保しやすくなる。

なお、図７においては、参考のために中央ヒータ３３ａ、端部ヒータ３３ｂ、３３ｃを図示しているが、これに限られるものではない。また、開口部４４ａは中央部側の開口部であるが、開口部４４ｂや開口部４４ｃを中央部側の開口部と称してもよいし、端部側の開口部と称してもよい。

図８は、更に他の例を説明するための模式図であり、図４と同様にニップ形成領域４８とニップ非形成領域４９ａ、４９ｃを同一面に模式的に示す図である。本発明では接触部を複数設けてもよく、一例として接触部４６ａ～４６ｃが図示されている。このような例の場合、ニップ形成領域４８やニップ非形成領域４９ａの熱を定着ステー３５に逃がしやすくなり、熱移動補助部材４２の温度が過度に上昇することを防止できる。

次に、本発明の定着装置を備える画像形成装置の一実施形態を説明する。図９は、本実施形態の画像形成装置の概略構成図である。

本実施形態の画像形成装置は、潜像担持体としての感光体ドラム２１を有している。感光体ドラム２１（２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｋ）は、回転駆動されながら、感光体ドラム２１に接触する一様帯電手段としての帯電ローラにより、その表面を一様に帯電される。その後、潜像形成手段としての光書込ユニット９により画像情報に基づき走査露光されて、感光体ドラム２１の表面に静電潜像が形成される。
なお、一様帯電手段及び潜像形成手段としては、帯電ローラ及び光書込ユニット９とは異なるものを用いることもできる。

感光体ドラム２１上に形成された静電潜像は、後述する現像装置１０（１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｋ）により現像され、感光体ドラム２１上にトナー像が形成される。感光体ドラム２１上に形成されたトナー像は、転写ローラ１１（１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｋ）を備えた転写手段としての転写ユニットにより、給紙カセット８から給紙ローラ７及びレジストローラ対６を経て搬送される転写材としての転写紙上に転写される。転写終了後の転写紙は、定着手段としての定着装置４によりトナー像が定着され、機外に排出される。

なお、転写されずに感光体ドラム２１上に残留した転写残トナーは、クリーニング手段としてのクリーニングユニット１２により感光体ドラム２１の表面から除去される。また、感光体ドラム２１上の残留電荷は、除電手段としての除電ランプで除去される。

３１ 定着ベルト
３２ 加圧ローラ
３３ ヒータ
３５ 定着ステー
４２ 熱移動補助部材
４４ 開口部
４６ 接触部
４７ 非接触部
４８ ニップ形成領域
４９ ニップ非形成領域

特開２０１８－１６９４６７号公報

Claims (5)

1. 回転可能な定着部材と、
   前記定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材と、
   前記定着部材を加熱する加熱部材と、
   前記定着部材の内側に配置され、前記定着部材を介して前記加圧部材との間で定着ニップを形成する熱移動補助部材と、
   前記熱移動補助部材を支持する支持部材とを有する定着装置であって、
   前記熱移動補助部材は、ニップ形成領域と、該ニップ形成領域から延伸したニップ非形成領域とを有し、
   前記ニップ非形成領域は、前記ニップ形成領域側であって前記支持部材とは接触しない非接触部と、前記ニップ形成領域から前記非接触部よりも離れた箇所であって前記支持部材と接触する接触部とを有し、
   前記非接触部は、前記定着部材の回転軸方向における中央部側に少なくとも１つの開口部を有し、
   前記接触部は、前記定着部材の回転軸方向における中央部側に少なくとも１つ設けられていることを特徴とする定着装置。
2. 前記開口部は、前記定着部材の回転軸方向の長さが該定着装置に搬送される記録媒体の最小通紙幅と略同じであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱部材は、前記定着部材の内側に配置され、前記定着部材の回転軸方向における中央側に配置された中央ヒータと、前記定着部材の回転軸方向における端部側に配置された端部ヒータとを有し、
   前記開口部は、前記定着部材の回転軸方向の長さが、前記定着部材の回転軸方向における前記中央ヒータの長さと略同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記加熱部材は、前記定着部材の内側に配置され、前記定着部材の回転軸方向における中央側に配置された中央ヒータと、前記定着部材の回転軸方向における端部側に配置された端部ヒータとを有し、
   前記開口部は、前記定着部材の回転軸方向の長さが、前記定着部材の回転軸方向における前記中央ヒータの長さよりも長く、前記定着部材の回転軸方向における前記端部ヒータが配置されている箇所を超えないことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
5. 請求項１～４のいずれか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。
   

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