JP2004333732A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウオーミングアップ時間を大幅に短縮して消費電力を削減することができると共に、ニップ幅を拡大して定着性を向上させることが可能な定着装置を備えた画像形成装置。
【解決手段】可撓性を有して中空に形成された中空回転部材と、加熱手段を有し、前記中空回転部材の内部に配置されて前記中空回転部材の内面と当接して回転する複数の加熱ローラと、前記中空回転部材を介して前記複数の加熱ローラを押圧する加圧部材と、を備え、前記中空回転部材と前記加圧部材とにより形成されたニップにより、記録材上に形成された未定着画像を加熱加圧定着する定着装置を備えたこと。
【選択図】 図2
【解決手段】可撓性を有して中空に形成された中空回転部材と、加熱手段を有し、前記中空回転部材の内部に配置されて前記中空回転部材の内面と当接して回転する複数の加熱ローラと、前記中空回転部材を介して前記複数の加熱ローラを押圧する加圧部材と、を備え、前記中空回転部材と前記加圧部材とにより形成されたニップにより、記録材上に形成された未定着画像を加熱加圧定着する定着装置を備えたこと。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を有する複合機等の画像形成装置に用いる定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いる定着装置として、加熱手段を内部に有する加熱ローラを用いた熱ローラ定着装置が従来より用いられ、技術的に完成度が高く安定しているので、モノクロ機からフルカラー機まで、及び低速機から高速機までと幅広く採用されている。
【0003】
しかし、従来の方式の熱ローラ定着装置においては、転写材やトナーを加熱する際に、熱容量の大きな加熱ローラを加熱する必要があるため、エネルギー効率が悪く、省エネルギーの面で不利であり、また、加熱ローラを加熱するための時間が掛かり、ウオーミングアップ時間が長くなってしまうという問題があった。
【0004】
この問題を解決するために、加熱体に対向圧接しつつ回転駆動する加圧搬送手段を用いて、転写材の搬送速度と同一速度で移動するフィルムを介して転写材を加熱体に密着させ、転写材上の未定着トナーをパルス加熱する定着装置がある。(例えば、特許文献1参照)
また、ウオーミングアップ時間を短縮するために薄肉の加熱ローラを用い、この加熱ローラに薄肉の加圧回転体を当接させると共に加圧回転体の内部に加重印可ロールを設け、加熱ローラの撓みに追随して加圧回転体が撓むことにより、ほぼ均一のニップ形状が得られる定着装置がある。(例えば、特許文献2参照)
【0005】
【特許文献1】
特開平2−81074号公報
【0006】
【特許文献2】
特開平11−38811号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献1に記載の定着装置においては、フィルムを介して転写材を加熱体に密着させている上に、加熱体が回転することなく固定しているので、充分な耐久性を期待できない。更に、転写材が高速で移動する高速機への適用も困難である。また、フィルムが送り出し軸から巻き取り軸に巻き取られてゆく構成なので、全てのフィルムが巻き取り軸に巻き取られた後は、再びフィルムを送り出し軸に装填しなければならないといった面倒な作業を必要とする。
【0008】
また、前述の特許文献2に記載の定着装置においては、薄肉の加熱ローラを用いることにより、ある程度はウオーミングアップ時間が短縮するが、それでも加熱ローラの大きさに対応する熱容量のために大幅な時間短縮は期待できず、更に、ニップ幅は変わらないので、定着性も変わりがない。
【0009】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、従来にはなかった複数の加熱ローラを用いることにより、ウオーミングアップ時間を大幅に短縮して消費電力を削減することができると共に、ニップ幅を拡大して定着性を向上させることが可能な定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的は下記の手段により達成される。
【0011】
可撓性を有して中空に形成された中空回転部材と、加熱手段を有し、前記中空回転部材の内部に配置されて前記中空回転部材の内面と当接して回転する複数の加熱ローラと、前記中空回転部材を介して前記複数の加熱ローラを押圧する加圧部材と、を備え、前記中空回転部材と前記加圧部材とにより形成されたニップにより、記録材上に形成された未定着画像を加熱加圧定着する定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【0012】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の定着装置を用いた画像形成装置の一例を、図1を参照して説明する。
【0013】
図1において、画像形成装置GSは、画像形成装置本体GHと画像読取装置YSとから構成される。
【0014】
画像形成装置本体GHは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部10Y,10M,10C,10K、ベルト状の中間転写体6、給紙搬送手段及び後述する定着装置17からなる。
【0015】
画像形成装置本体GHの上部には、自動原稿送り装置201と原稿画像走査露光装置202からなる画像読取装置YSが設置されている。自動原稿送り装置201の原稿台上に載置された原稿dは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置202の光学系により原稿の片面若しくは両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサCCDに読み込まれる。
【0016】
ラインイメージセンサCCDにより光電変換されたアナログ信号は、不図示の画像処理部において、アナログ処理、A/D変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行れた後、露光手段3Y,3M,3C,3Kに送られる。
【0017】
イエロー(Y)色の画像を形成する画像形成部10Yは、像担持体としての感光体ドラム1Yの周囲に配置された帯電手段2Y、露光手段3Y、現像装置4Y及びクリーニング手段8Yを有する。マゼンタ(M)色の画像を形成する画像形成部10Mは、像担持体としての感光体ドラム1M、帯電手段2M、露光手段3M、現像装置4M及びクリーニング手段8Mを有する。シアン(C)色の画像を形成する画像形成部10Cは、像担持体としての感光体ドラム1C、帯電手段2C、露光手段3C、現像装置4C及びクリーニング手段8Cを有する。黒(K)色の画像を形成する画像形成部10Kは、像担持体としての感光体ドラム1K、帯電手段2K、露光手段3K、現像装置4K及びクリーニング手段8Kを有する。帯電手段2Yと露光手段3Y、帯電手段2Mと露光手段3M、帯電手段2Cと露光装置3C、及び帯電手段2Kと露光装置3Kは、各々潜像形成手段を構成する。
【0018】
4Y,4M,4C,4Kは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及び黒(K)の、小粒径のトナーとキャリアからなる2成分現像剤を内包する現像装置であり、5Y,5M,5C,5Kは、現像装置4Y,4M,4C,4Kにそれぞれ新規のトナーを補給するトナー補給手段である。
【0019】
中間転写体6は、複数のローラにより巻回され、回転可能に支持されている。定着装置30は、可撓性を有する中空回転部材31と、超小型の加熱ローラ32と、加圧ローラ33から構成されているが、詳細は後述する。
【0020】
画像形成部10Y,10M,10C,10Kより形成された各色の画像は、回転する中間転写体6上に転写手段7Y,7M,7C,7K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20内に収容された転写材としての記録紙Pは、給紙手段21により給紙され、給紙ローラ22A,22B,22C,22D、及びレジストローラ23等を経て、転写手段7Aに搬送され、記録紙P上にカラー画像が2次転写される。カラー画像が転写された記録紙Pは、定着装置30の中空回転部材31と加圧ローラ33とにより形成されたニップ部で挟持され、熱と圧力とが加えられ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。続いて、記録紙Pは排紙ローラ25に挟持されて機外の排紙トレイ26上に載置される。
【0021】
一方、転写手段7Aにより記録紙Pにカラー画像を転写した後、記録紙Pを曲率分離した中間転写体6は、クリーニング手段8Aにより残留トナーが除去される。
【0022】
なお、本発明の定着装置を用いる画像形成装置として、以上の如くカラー画像を形成する画像形成装置の一例を説明したが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。
【0023】
次に、本発明の定着装置30について図2の拡大断面図に基づいて説明する。定着装置30は基本的に、薄肉で可撓性を有して中空に形成された中空回転部材31と、超小径に形成されて内部に加熱手段321を有し、中空回転部材31の内部に配置されて中空回転部材31の内面と当接して回転する3本の加熱ローラ32と、中空回転部材31を介して3本の加熱ローラ32を押圧する加圧ローラ33(加圧部材)とから構成されている。
【0024】
ここで、不図示のモータによって駆動されて加圧ローラ33が反時計方向に回転すると、中空回転部材31が時計方向に回転し、3本の加熱ローラ32も時計方向に回転する。従って、例えば図1に示した画像形成装置によってカラー画像が転写された記録紙Pは、中空回転部材31と加圧ローラ33とにより形成されたニップ部で挟持され、加熱及び加圧されることにより記録紙P上のカラートナー像(未定着画像)が定着される。
【0025】
なお、34は中空回転部材31が記録紙Pの搬送方向下流側に移動しないように保持する保持ローラである。
【0026】
また、モータによって、加圧ローラ33が駆動されるのではなく、加熱ローラ32が駆動されるように構成してもよい。この場合は3本の加熱ローラ32が同一方向に同一速度で回転する必要がある。一例として、各加熱ローラ32の端部にプーリーを設け、このプーリーをベルトで回転させるようにしてもよい。
【0027】
また、加熱ローラ32の温度を制御するために温度検知する温度センサや、中空回転部材31に残留したトナーを清掃するクリーニング手段については省略してあるが、周知慣用の部材・手段を用いることができる。
【0028】
このように、定着装置30においては、加圧ローラ33が中空回転部材31を介して3本の加熱ローラ32を押圧しているので、中空回転部材31と加圧ローラ33とによりニップ幅Nが形成される。そして、ニップ幅Nは、従来の如く加熱ローラが1個のみで形成されている場合と比較すると、大幅に長い。従って、従来の定着装置と比較して定着性が大きく向上する。
【0029】
なお、厳密には加熱ローラ32と中空回転部材31とが接する部所を中心に左右にニップ部が形成され、隣り合う加熱ローラ32の間ではニップ部が形成されない範囲がある。即ち、図3の拡大図に示す如く、加熱ローラ32aによってニップ幅N11のニップ部が形成され、加熱ローラ32bによってニップ幅N12のニップ部が形成され、加熱ローラ32cによってニップ幅N13のニップ部が形成されるが、加熱ローラ32a及び加熱ローラ32bの間のD11の範囲にはニップ部が形成されず、同様に加熱ローラ32b及び加熱ローラ32cの間のD12の範囲にはニップ部が形成されない。
【0030】
しかし、記録紙Pの最も搬送方向上流側に位置しニップ幅がN11になるニップ部の端部より、最も搬送方向下流側に位置しニップ幅がN13になるニップ部の端部までの幅全体をニップ幅Nとしても実用的には問題ない。そして、加熱ローラ32の半径をRとすると、本定着装置においては下記の式を満足する。
【0031】
R<N
なお、この式は従来の加熱ローラが1本の場合には成立し難い。
【0032】
また、加熱ローラ32の径が従来より非常に小さく形成されているので、加熱ローラ32の熱容量が小さく、更に中央に位置する加熱手段から加熱ローラ32の外表面までの距離が短いので、温度上昇が早く、ウオーミングアップ時間が従来の1/2以下に短縮できると共に、消費電力の削減になる。
【0033】
更に詳述すると、中空回転部材31の材料にはステンレスを用い、ステンレス板の端部を溶接して円筒状に形成してもよいし、ステンレス管を用いてもよい。
【0034】
また、ステンレス以外に鉄やニッケルを用いてもよい。
中空回転部材31の外周面には、シリコン若しくはフッ素ゴムから形成されるゴム層と、PFA(パーフルオロアルコキシ)チューブを被覆した離型層を有している。
【0035】
中空回転部材31は可撓性を必要とするために、その肉厚を50μm〜500μmとすることが望ましい。一例として外周の長さを300mmとしたときには、肉厚は150μm程度であることが望ましい。
【0036】
加熱ローラ32は、加熱手段321として中央に設けたハロゲンヒータと、アルミニュウム、鉄若しくは銅、又はこれらの合金から構成された芯金322と、PFA(パーフルオロアルコキシ)若しくはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂から構成された被覆層323とからなる。
【0037】
そして、加熱ローラ32を直径が5mm〜15mmである超小径に形成することが望ましい。
【0038】
なお、ハロゲンヒータに代えて、電磁誘導回転部材(磁性定着ローラ)を用い、電磁誘導加熱方式にしてもよい。
【0039】
また、図4に示す如く、3本の加熱ローラ32a,32b,32cの加熱手段321a,321b,321cの配熱分布を個々に変え、使用する紙の厚みや幅寸法に応じて所定の加熱手段に通電するようにしてもよい。例えば、幅広の厚紙を用いたときは加熱ローラ32a,32b,32cの加熱手段321a,321b,321cに通電し、幅広の薄紙を用いたときは加熱ローラ32aの加熱手段321aのみに通電し、幅狭の紙のときは加熱ローラ32bの加熱手段321bのみに通電する。
【0040】
このように構成することにより、幅狭の紙を用いたときに、加熱ローラの端部の熱が無駄に放出されることがなく、且つ、加熱ローラの端部が異常に加熱されて外周の被覆層が破断するようなことが生じない。また、幅狭の紙を用いた直後に幅広の紙を用いても、幅方向中央の温度が低くなって定着にムラが生ずるようなことがない。
【0041】
加圧ローラ32は、例えばステンレスからなる丸棒の芯金32aと、芯金の外周面に形成されたシリコンゴムの発泡体からなるゴムローラ32bと、ゴムローラの外周面に形成されたPFA(パーフルオロアルコキシ)チューブを被覆した離型層32cとから構成されている。
【0042】
また、3本の加熱ローラ32を押圧する加圧部材としては回転する加圧ローラ33に限定されるものではなく、固定した加圧板を設けてもよい。この一例を図5に基づいて説明する。
【0043】
図5において、中空回転部材31、加熱ローラ32、保持ローラ34は図1に示したものと同一であるので、説明を省略する。43は加圧板であって、一端を固定部材に係止した圧縮バネ44によって付勢され、加圧板43は中空回転部材31を介して3本の加熱ローラ32を押圧する。
【0044】
加圧板43は、耐熱性を有しており、例えば耐熱性樹脂が用いられ、記録材Pが円滑に搬送され、且つ記録材P上のトナー像が良好で安定して定着されるように形成される。
【0045】
例えば、耐熱性樹脂からなる基板層431、シリコンゴム等の耐熱性弾性層432、ニッケル等からなり導電性を有し透磁率100以上の高透磁率の発熱層433、フッ素樹脂等の耐熱性を有し滑り性の良好な表面層434を順に形成し、表面層434を中空回転部材31に圧接させる。加圧板43は、中空回転部材31から奪う熱量を少なく抑えるために、低い熱容量を有するように構成することが必要であり、この理由から板状に構成されている。また、加圧板43の利点は、板の形状をその熱容量を増すことなく所望の形状にすることができる点である。加圧板43を、記録材Pの幅方向に均一な圧力で中空回転部材31に圧接させるために、記録材Pの幅方向両端部に設けた二つのバネ44で付勢している。
【0046】
また、図6に示す如く、加熱ローラ32が中心軸に対して放射状に移動することを防止する保持枠46を設け、一端が固定部材に係止された圧縮バネ47によって保持枠46を押圧し、3本の加熱ローラ32が中空回転部材31の内面を加圧ローラ33に対して押圧するようにしてもよい。この場合は、3本の加熱ローラ32は図の上下方向に移動する必要があるので、不図示のモータによって加圧ローラ33が駆動されることになる。この結果、更に確実にニップ幅が確保される。
【0047】
更に、3本の加熱ローラ32の外径を必ずしも同一にする必要はない。
例えば、図7に示す如く、同一外径の加熱ローラ521,523の間に外径がより小さい加熱ローラ522を配置してもよい。これにより、ニップ部が形成されない範囲C21,C22が図3に示したC11,C12より小さくなるので、熱効率的には更に向上する。
【0048】
その他に、本発明の加熱ローラは必ずしも3本である必要なく、2本であっても4本以上であってもよい。
【0049】
【発明の効果】
本発明の画像形成装置によれば、従来にはなかった複数の加熱ローラを有する定着装置を備えたので、ウオーミングアップ時間を大幅に短縮して消費電力を削減することができると共に、ニップ幅を拡大して定着性を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】画像形成装置の一例の図である。
【図2】定着装置の拡大断面図である。
【図3】加熱ローラの拡大図である。
【図4】配熱分布を変えた加熱ローラの図である。
【図5】加圧板を用いた定着装置の拡大断面図である。
【図6】保持枠を用いた定着装置の拡大断面図である。
【図7】外径の異なる加熱ローラの拡大図である。
【符号の説明】
30 定着装置
31 中空回転部材
32,32a,32b,32c 加熱ローラ
33 加圧ローラ
321,321a,321b,321c 加熱手段
43 加圧板
46 保持枠
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を有する複合機等の画像形成装置に用いる定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いる定着装置として、加熱手段を内部に有する加熱ローラを用いた熱ローラ定着装置が従来より用いられ、技術的に完成度が高く安定しているので、モノクロ機からフルカラー機まで、及び低速機から高速機までと幅広く採用されている。
【0003】
しかし、従来の方式の熱ローラ定着装置においては、転写材やトナーを加熱する際に、熱容量の大きな加熱ローラを加熱する必要があるため、エネルギー効率が悪く、省エネルギーの面で不利であり、また、加熱ローラを加熱するための時間が掛かり、ウオーミングアップ時間が長くなってしまうという問題があった。
【0004】
この問題を解決するために、加熱体に対向圧接しつつ回転駆動する加圧搬送手段を用いて、転写材の搬送速度と同一速度で移動するフィルムを介して転写材を加熱体に密着させ、転写材上の未定着トナーをパルス加熱する定着装置がある。(例えば、特許文献1参照)
また、ウオーミングアップ時間を短縮するために薄肉の加熱ローラを用い、この加熱ローラに薄肉の加圧回転体を当接させると共に加圧回転体の内部に加重印可ロールを設け、加熱ローラの撓みに追随して加圧回転体が撓むことにより、ほぼ均一のニップ形状が得られる定着装置がある。(例えば、特許文献2参照)
【0005】
【特許文献1】
特開平2−81074号公報
【0006】
【特許文献2】
特開平11−38811号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献1に記載の定着装置においては、フィルムを介して転写材を加熱体に密着させている上に、加熱体が回転することなく固定しているので、充分な耐久性を期待できない。更に、転写材が高速で移動する高速機への適用も困難である。また、フィルムが送り出し軸から巻き取り軸に巻き取られてゆく構成なので、全てのフィルムが巻き取り軸に巻き取られた後は、再びフィルムを送り出し軸に装填しなければならないといった面倒な作業を必要とする。
【0008】
また、前述の特許文献2に記載の定着装置においては、薄肉の加熱ローラを用いることにより、ある程度はウオーミングアップ時間が短縮するが、それでも加熱ローラの大きさに対応する熱容量のために大幅な時間短縮は期待できず、更に、ニップ幅は変わらないので、定着性も変わりがない。
【0009】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、従来にはなかった複数の加熱ローラを用いることにより、ウオーミングアップ時間を大幅に短縮して消費電力を削減することができると共に、ニップ幅を拡大して定着性を向上させることが可能な定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的は下記の手段により達成される。
【0011】
可撓性を有して中空に形成された中空回転部材と、加熱手段を有し、前記中空回転部材の内部に配置されて前記中空回転部材の内面と当接して回転する複数の加熱ローラと、前記中空回転部材を介して前記複数の加熱ローラを押圧する加圧部材と、を備え、前記中空回転部材と前記加圧部材とにより形成されたニップにより、記録材上に形成された未定着画像を加熱加圧定着する定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【0012】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の定着装置を用いた画像形成装置の一例を、図1を参照して説明する。
【0013】
図1において、画像形成装置GSは、画像形成装置本体GHと画像読取装置YSとから構成される。
【0014】
画像形成装置本体GHは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部10Y,10M,10C,10K、ベルト状の中間転写体6、給紙搬送手段及び後述する定着装置17からなる。
【0015】
画像形成装置本体GHの上部には、自動原稿送り装置201と原稿画像走査露光装置202からなる画像読取装置YSが設置されている。自動原稿送り装置201の原稿台上に載置された原稿dは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置202の光学系により原稿の片面若しくは両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサCCDに読み込まれる。
【0016】
ラインイメージセンサCCDにより光電変換されたアナログ信号は、不図示の画像処理部において、アナログ処理、A/D変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行れた後、露光手段3Y,3M,3C,3Kに送られる。
【0017】
イエロー(Y)色の画像を形成する画像形成部10Yは、像担持体としての感光体ドラム1Yの周囲に配置された帯電手段2Y、露光手段3Y、現像装置4Y及びクリーニング手段8Yを有する。マゼンタ(M)色の画像を形成する画像形成部10Mは、像担持体としての感光体ドラム1M、帯電手段2M、露光手段3M、現像装置4M及びクリーニング手段8Mを有する。シアン(C)色の画像を形成する画像形成部10Cは、像担持体としての感光体ドラム1C、帯電手段2C、露光手段3C、現像装置4C及びクリーニング手段8Cを有する。黒(K)色の画像を形成する画像形成部10Kは、像担持体としての感光体ドラム1K、帯電手段2K、露光手段3K、現像装置4K及びクリーニング手段8Kを有する。帯電手段2Yと露光手段3Y、帯電手段2Mと露光手段3M、帯電手段2Cと露光装置3C、及び帯電手段2Kと露光装置3Kは、各々潜像形成手段を構成する。
【0018】
4Y,4M,4C,4Kは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及び黒(K)の、小粒径のトナーとキャリアからなる2成分現像剤を内包する現像装置であり、5Y,5M,5C,5Kは、現像装置4Y,4M,4C,4Kにそれぞれ新規のトナーを補給するトナー補給手段である。
【0019】
中間転写体6は、複数のローラにより巻回され、回転可能に支持されている。定着装置30は、可撓性を有する中空回転部材31と、超小型の加熱ローラ32と、加圧ローラ33から構成されているが、詳細は後述する。
【0020】
画像形成部10Y,10M,10C,10Kより形成された各色の画像は、回転する中間転写体6上に転写手段7Y,7M,7C,7K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20内に収容された転写材としての記録紙Pは、給紙手段21により給紙され、給紙ローラ22A,22B,22C,22D、及びレジストローラ23等を経て、転写手段7Aに搬送され、記録紙P上にカラー画像が2次転写される。カラー画像が転写された記録紙Pは、定着装置30の中空回転部材31と加圧ローラ33とにより形成されたニップ部で挟持され、熱と圧力とが加えられ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。続いて、記録紙Pは排紙ローラ25に挟持されて機外の排紙トレイ26上に載置される。
【0021】
一方、転写手段7Aにより記録紙Pにカラー画像を転写した後、記録紙Pを曲率分離した中間転写体6は、クリーニング手段8Aにより残留トナーが除去される。
【0022】
なお、本発明の定着装置を用いる画像形成装置として、以上の如くカラー画像を形成する画像形成装置の一例を説明したが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。
【0023】
次に、本発明の定着装置30について図2の拡大断面図に基づいて説明する。定着装置30は基本的に、薄肉で可撓性を有して中空に形成された中空回転部材31と、超小径に形成されて内部に加熱手段321を有し、中空回転部材31の内部に配置されて中空回転部材31の内面と当接して回転する3本の加熱ローラ32と、中空回転部材31を介して3本の加熱ローラ32を押圧する加圧ローラ33(加圧部材)とから構成されている。
【0024】
ここで、不図示のモータによって駆動されて加圧ローラ33が反時計方向に回転すると、中空回転部材31が時計方向に回転し、3本の加熱ローラ32も時計方向に回転する。従って、例えば図1に示した画像形成装置によってカラー画像が転写された記録紙Pは、中空回転部材31と加圧ローラ33とにより形成されたニップ部で挟持され、加熱及び加圧されることにより記録紙P上のカラートナー像(未定着画像)が定着される。
【0025】
なお、34は中空回転部材31が記録紙Pの搬送方向下流側に移動しないように保持する保持ローラである。
【0026】
また、モータによって、加圧ローラ33が駆動されるのではなく、加熱ローラ32が駆動されるように構成してもよい。この場合は3本の加熱ローラ32が同一方向に同一速度で回転する必要がある。一例として、各加熱ローラ32の端部にプーリーを設け、このプーリーをベルトで回転させるようにしてもよい。
【0027】
また、加熱ローラ32の温度を制御するために温度検知する温度センサや、中空回転部材31に残留したトナーを清掃するクリーニング手段については省略してあるが、周知慣用の部材・手段を用いることができる。
【0028】
このように、定着装置30においては、加圧ローラ33が中空回転部材31を介して3本の加熱ローラ32を押圧しているので、中空回転部材31と加圧ローラ33とによりニップ幅Nが形成される。そして、ニップ幅Nは、従来の如く加熱ローラが1個のみで形成されている場合と比較すると、大幅に長い。従って、従来の定着装置と比較して定着性が大きく向上する。
【0029】
なお、厳密には加熱ローラ32と中空回転部材31とが接する部所を中心に左右にニップ部が形成され、隣り合う加熱ローラ32の間ではニップ部が形成されない範囲がある。即ち、図3の拡大図に示す如く、加熱ローラ32aによってニップ幅N11のニップ部が形成され、加熱ローラ32bによってニップ幅N12のニップ部が形成され、加熱ローラ32cによってニップ幅N13のニップ部が形成されるが、加熱ローラ32a及び加熱ローラ32bの間のD11の範囲にはニップ部が形成されず、同様に加熱ローラ32b及び加熱ローラ32cの間のD12の範囲にはニップ部が形成されない。
【0030】
しかし、記録紙Pの最も搬送方向上流側に位置しニップ幅がN11になるニップ部の端部より、最も搬送方向下流側に位置しニップ幅がN13になるニップ部の端部までの幅全体をニップ幅Nとしても実用的には問題ない。そして、加熱ローラ32の半径をRとすると、本定着装置においては下記の式を満足する。
【0031】
R<N
なお、この式は従来の加熱ローラが1本の場合には成立し難い。
【0032】
また、加熱ローラ32の径が従来より非常に小さく形成されているので、加熱ローラ32の熱容量が小さく、更に中央に位置する加熱手段から加熱ローラ32の外表面までの距離が短いので、温度上昇が早く、ウオーミングアップ時間が従来の1/2以下に短縮できると共に、消費電力の削減になる。
【0033】
更に詳述すると、中空回転部材31の材料にはステンレスを用い、ステンレス板の端部を溶接して円筒状に形成してもよいし、ステンレス管を用いてもよい。
【0034】
また、ステンレス以外に鉄やニッケルを用いてもよい。
中空回転部材31の外周面には、シリコン若しくはフッ素ゴムから形成されるゴム層と、PFA(パーフルオロアルコキシ)チューブを被覆した離型層を有している。
【0035】
中空回転部材31は可撓性を必要とするために、その肉厚を50μm〜500μmとすることが望ましい。一例として外周の長さを300mmとしたときには、肉厚は150μm程度であることが望ましい。
【0036】
加熱ローラ32は、加熱手段321として中央に設けたハロゲンヒータと、アルミニュウム、鉄若しくは銅、又はこれらの合金から構成された芯金322と、PFA(パーフルオロアルコキシ)若しくはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂から構成された被覆層323とからなる。
【0037】
そして、加熱ローラ32を直径が5mm〜15mmである超小径に形成することが望ましい。
【0038】
なお、ハロゲンヒータに代えて、電磁誘導回転部材(磁性定着ローラ)を用い、電磁誘導加熱方式にしてもよい。
【0039】
また、図4に示す如く、3本の加熱ローラ32a,32b,32cの加熱手段321a,321b,321cの配熱分布を個々に変え、使用する紙の厚みや幅寸法に応じて所定の加熱手段に通電するようにしてもよい。例えば、幅広の厚紙を用いたときは加熱ローラ32a,32b,32cの加熱手段321a,321b,321cに通電し、幅広の薄紙を用いたときは加熱ローラ32aの加熱手段321aのみに通電し、幅狭の紙のときは加熱ローラ32bの加熱手段321bのみに通電する。
【0040】
このように構成することにより、幅狭の紙を用いたときに、加熱ローラの端部の熱が無駄に放出されることがなく、且つ、加熱ローラの端部が異常に加熱されて外周の被覆層が破断するようなことが生じない。また、幅狭の紙を用いた直後に幅広の紙を用いても、幅方向中央の温度が低くなって定着にムラが生ずるようなことがない。
【0041】
加圧ローラ32は、例えばステンレスからなる丸棒の芯金32aと、芯金の外周面に形成されたシリコンゴムの発泡体からなるゴムローラ32bと、ゴムローラの外周面に形成されたPFA(パーフルオロアルコキシ)チューブを被覆した離型層32cとから構成されている。
【0042】
また、3本の加熱ローラ32を押圧する加圧部材としては回転する加圧ローラ33に限定されるものではなく、固定した加圧板を設けてもよい。この一例を図5に基づいて説明する。
【0043】
図5において、中空回転部材31、加熱ローラ32、保持ローラ34は図1に示したものと同一であるので、説明を省略する。43は加圧板であって、一端を固定部材に係止した圧縮バネ44によって付勢され、加圧板43は中空回転部材31を介して3本の加熱ローラ32を押圧する。
【0044】
加圧板43は、耐熱性を有しており、例えば耐熱性樹脂が用いられ、記録材Pが円滑に搬送され、且つ記録材P上のトナー像が良好で安定して定着されるように形成される。
【0045】
例えば、耐熱性樹脂からなる基板層431、シリコンゴム等の耐熱性弾性層432、ニッケル等からなり導電性を有し透磁率100以上の高透磁率の発熱層433、フッ素樹脂等の耐熱性を有し滑り性の良好な表面層434を順に形成し、表面層434を中空回転部材31に圧接させる。加圧板43は、中空回転部材31から奪う熱量を少なく抑えるために、低い熱容量を有するように構成することが必要であり、この理由から板状に構成されている。また、加圧板43の利点は、板の形状をその熱容量を増すことなく所望の形状にすることができる点である。加圧板43を、記録材Pの幅方向に均一な圧力で中空回転部材31に圧接させるために、記録材Pの幅方向両端部に設けた二つのバネ44で付勢している。
【0046】
また、図6に示す如く、加熱ローラ32が中心軸に対して放射状に移動することを防止する保持枠46を設け、一端が固定部材に係止された圧縮バネ47によって保持枠46を押圧し、3本の加熱ローラ32が中空回転部材31の内面を加圧ローラ33に対して押圧するようにしてもよい。この場合は、3本の加熱ローラ32は図の上下方向に移動する必要があるので、不図示のモータによって加圧ローラ33が駆動されることになる。この結果、更に確実にニップ幅が確保される。
【0047】
更に、3本の加熱ローラ32の外径を必ずしも同一にする必要はない。
例えば、図7に示す如く、同一外径の加熱ローラ521,523の間に外径がより小さい加熱ローラ522を配置してもよい。これにより、ニップ部が形成されない範囲C21,C22が図3に示したC11,C12より小さくなるので、熱効率的には更に向上する。
【0048】
その他に、本発明の加熱ローラは必ずしも3本である必要なく、2本であっても4本以上であってもよい。
【0049】
【発明の効果】
本発明の画像形成装置によれば、従来にはなかった複数の加熱ローラを有する定着装置を備えたので、ウオーミングアップ時間を大幅に短縮して消費電力を削減することができると共に、ニップ幅を拡大して定着性を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】画像形成装置の一例の図である。
【図2】定着装置の拡大断面図である。
【図3】加熱ローラの拡大図である。
【図4】配熱分布を変えた加熱ローラの図である。
【図5】加圧板を用いた定着装置の拡大断面図である。
【図6】保持枠を用いた定着装置の拡大断面図である。
【図7】外径の異なる加熱ローラの拡大図である。
【符号の説明】
30 定着装置
31 中空回転部材
32,32a,32b,32c 加熱ローラ
33 加圧ローラ
321,321a,321b,321c 加熱手段
43 加圧板
46 保持枠
Claims (5)
- 可撓性を有して中空に形成された中空回転部材と、
加熱手段を有し、前記中空回転部材の内部に配置されて前記中空回転部材の内面と当接して回転する複数の加熱ローラと、
前記中空回転部材を介して前記複数の加熱ローラを押圧する加圧部材と、を備え、
前記中空回転部材と前記加圧部材とにより形成されたニップにより、記録材上に形成された未定着画像を加熱加圧定着する定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記加熱ローラの半径をR、前記中空回転部材と前記加圧部材とにより形成された複数のニップ幅における最も記録材搬送方向上流側に位置する端部より最も記録材搬送方向下流側に位置する端部までの寸法をNとしたとき、下記の式を満足することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
R<N - 前記中空回転部材の厚みが50μm以上、500μm以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記中空回転部材の加熱手段の配熱分布が、前記複数の加熱ローラ毎に異なることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記複数の加熱ローラを前記中空回転部材に対して押圧する押圧手段を設けたことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の画像形成装置。
Priority Applications (1)
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JP2003127915A JP2004333732A (ja) | 2003-05-06 | 2003-05-06 | 画像形成装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007241014A (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Ricoh Co Ltd | 画像形成装置 |
-
2003
- 2003-05-06 JP JP2003127915A patent/JP2004333732A/ja active Pending
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