JP2005157171A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、剛性の比較的大きな定着スリーブを用いた場合でも、熱伝達効率を落とさずに定着作業を行うことが可能な定着装置、およびこれを備えた画像形成装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 上記課題を解決するために、本発明に係る定着装置の代表的な構成は、発熱体と、前記発熱体外面に配置されるフィルム状の定着スリーブと、前記発熱体を固定し、前記定着スリーブの内部に接するホルダーと、前記定着スリーブを挟み前記発熱体表面と対向して圧接ニップを形成し記録媒体を搬送する加圧回転体と、を有する定着装置において、前記定着スリーブの内側において前記圧接ニップの近傍かつ搬送方向上流側に該定着スリーブに当接する内面軌道規制部を設け、前記内面軌道規制部は、前記定着スリーブを外側に押し出すよう突出し、前記定着スリーブの軌道を前記発熱体に沿わせることにより、前記発熱体と定着スリーブとが形成する内面ニップの距離を広げたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明はトナー像が形成された記録媒体の画像定着を行う定着装置、およびこれを備えた画像形成装置に関する。

プリンタや複写機等の画像形成装置において、近年は電子写真記録方式によって画像を形成するものが多く提供されている。電子写真記録方式は、記録媒体にトナー像を転写し、この記録媒体に熱及び圧力を印加してトナー像を定着させるようにしている。

トナー像を定着させるための定着装置としては、従来、図４に示すような熱ローラ方式が用いられていた（例えば、特許文献１参照）。この方式は、内部にヒーター101を備えた金属製等の加熱ローラ102と、これに圧接する弾性をもった加圧ローラ103を基本構成として、このローラ対のニップ部に被加熱部材としての記録媒体を導入して挟持搬送、通過させることによってトナー像を加熱、加圧定着させるものである。

しかし、このような熱ローラ方式の定着装置では、ローラの熱容量が大きいためにローラ表面を定着温度まで上げるのには非常に多くの時間を要していた。このため、画像出力動作を速やかに実行するためには、装置を使用していないときにもローラ表面をある程度の温度に温調していなければならないという問題点があった。

そこで図５に示すように、ヒーターにより加熱したフィルムを利用して、現像剤を記録媒体に定着させる定着フィルム加熱方式の加熱装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この定着フィルム加熱方式の定着装置は、通常、簿肉の耐熱性樹脂（例えばポリイミド等）で構成された定着フィルム114と、定着フィルム114の一方面側に固定支持して配置されたヒーター113と、定着フィルム114に当接しヒーター113を保持するヒータホルダ112と、ヒータホルダ112を補強する補強ステー111と、ヒーター113に対して定着フィルム114を介して被加熱部材である記録媒体を密着させる加圧ローラ115とからなっている。

そして、これを定着装置として用いる場合には、定着フィルム114を挟んでヒーター113と加圧ローラ115との圧接で形成される圧接ニップに、トナー像を形成担持させた記録媒体を挟持搬送して通過させることにより、記録媒体の顕画像担持体面が定着フィルム114を介してヒーターで加熱され、未定着画像に熱エネルギーを付与し、トナーが軟化、溶融して画像の加熱定着がなされる。

このように、定着フィルム加熱方式の定着装置においては、定着フィルム114の熱容量が低いため、ヒーターとして低熱容量のヒーターを用いることができる。このため、従来の熱ローラ方式、ベルト加熱方式等の装置に比べて省電力及び定着可能な状態までの待機時間の短縮化が可能となる。

ここで待機時間や熱効率に対しての重要な項目として、図５に示すようにヒーター表面と定着フィルムの内面とによって形成される内面ニップの距離ｎが上げられる。この距離ｎが長いほど定着フィルム114に対する熱伝達効率は上昇するため、待機時間や消費電力に対して有利になる。

特開平５−８８５７８７号公報 特開２００２−１１０３１３号公報

しかしながら、上記定着フィルム加熱方式であっても、次のような問題点がある。

まず、定着フィルム114の剛性が低い（例えば厚さ50μmのポリイミドフィルム）場合には、内面ニップ距離ｎは加圧ローラ115からの加圧力で十分な距離が確保出来る為、待機時間や消費電力に十分な利点が得られる。

しかし、前記ポリイミドフィルムを使用する場合よりも、更に熱伝達効率を上げる目的で、ある程度の剛性を持つ弾性層と離型層と金属フィルムからなる定着スリーブを使用する場合は、ニップ部の変形に対してスリーブ自身が円筒の形状を維持するように内部応力が働く。すなわち、可撓性が低いために急激に折れ曲がることができず、ヒーター113に沿うことができないのである。そのため図５の拡大図で示すように、加圧ローラ115からの加圧力に反して定着フィルム114が内部応力によってふくらみ、内面ニップ距離ｎが十分に確保出来ない状態に陥る場合がある。

そこで本発明は、剛性の比較的大きな定着スリーブを用いた場合でも、熱伝達効率を落とさずに定着作業を行うことが可能な定着装置、およびこれを備えた画像形成装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る定着装置の代表的な構成は、発熱体と、前記発熱体外面に配置されるフィルム状の定着スリーブと、前記発熱体を固定し、前記定着スリーブの内部に接するホルダーと、前記定着スリーブを挟み前記発熱体表面と対向して圧接ニップを形成し記録媒体を搬送する加圧回転体と、を有する定着装置において、前記定着スリーブの内側において前記圧接ニップの近傍かつ搬送方向上流側に該定着スリーブに当接する内面軌道規制部を設け、前記内面軌道規制部は、前記定着スリーブを外側に押し出すよう突出し、前記定着スリーブの軌道を前記発熱体に沿わせることにより、前記発熱体と定着スリーブとが形成する内面ニップの距離を広げたことを特徴とする。

本発明によれば、発熱体と定着スリーブとが形成する内面ニップの上流側に、定着スリーブの内面軌道規制部を設けたことにより、剛性の比較的大きな定着スリーブを用いたときでも、内面ニップ距離を減じることなく熱効率の良い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を用いた画像形成装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は画像形成装置の一例を示す図、図２は定着装置の説明図、図３は実験結果を示す図表である。ここでは説明の順序として、まず画像形成装置の全体構成について説明し、次に定着装置の構成について説明する。なお、以下の実施形態において具体的に示す数値は理解を容易とするための例であって、本発明の範囲を限定するものではない。

（画像形成装置）
本実施形態に係る画像形成装置は、電子写真方式を採用したフルカラー画像形成装置である。図１に示すように、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像をそれぞれ形成する４つのプロセスステーション１ａ〜１ｄ（画像形成手段）が略垂直方向へ略直線上に配列され、またシートＳを搬送する搬送経路20を備えている。

各プロセスステーション１ａ〜１ｄは、少なくとも潜像を担持するための感光体ドラム２ａ〜２ｄを有し、各感光体ドラム２ａ〜２ｄの周囲には、感光体ドラム２ａ〜２ｄを一様に帯電するための帯電ローラ３ａ〜３ｄと、感光体ドラム２ａ〜２ｄ上にレーザ光を照射して潜像を形成するための露光器４ａ〜４ｄと、感光体ドラム２ａ〜２ｄ上に形成された潜像を対応する色（マゼンタ、シアン、イエロー、ブラック）のトナーで現像して顕像化する現像手段５ａ〜５ｄと、感光体ドラム２ａ〜２ｄ上の残留トナーを除去するクリーニング装置６ａ〜６ｄとが配置されている。

各現像手段５ａ〜５ｄは、トナーを担持するための現像スリーブ50ａ〜50ｄを有する。各現像スリーブ50ａ〜50ｄは、対応する感光体ドラム２ａ〜２ｄと所定の間隔をおいて支持されており、現像時には感光体ドラム２ａ〜２ｄと現像スリーブ50ａ〜50ｄの間に現像バイアスが印加される。

中間転写ベルト７は、駆動ローラ８、従動ローラ９、およびベルト張架ローラ10、11に張架され、図中の矢印が示す方向に回転駆動される。中間転写ベルト７は、各プロセスステーション１ａ〜１ｄの配列方向に沿って搬送され、感光体ドラム２ａ〜２ｄ上の各色のトナー像は各ステーションで順次、一次転写手段14ａ〜14ｄにより中間転写ベルト７表面に転写されフルカラー画像が形成される。

一方シートＳは、装置下部に設けられた給送カセット15に積載収納されており、給送ローラ16によって給送カセット15から一枚ずつ分離給送され、レジストローラ対17に給送する。レジストローラ対17は、給送されたシートＳを中間転写ベルトと二次転写ローラ12の間に送り出す。

中間転写ベルト７の最下方の表面には、従動ローラ９に対向するように配置された二次転写ローラ12が当接され、二次転写ローラ12は、中間転写ベルト７との間で通過する記録媒体としてのシートＳを挟持搬送する。二次転写ローラ12には、高圧電源13からバイアスが印加され、これにより、二次転写ローラ１２と中間転写ベルトの間を通過するシートＳに中間転写ベルト上のトナー画像が二次転写された後、定着装置18（定着手段）に搬送される。

定着装置18においては、上記シートＳが熱圧され、そのトナー像がシートＳ上に定着される。これにより、シートＳ上には永久画像が形成されることになり、このシートＳは、定着装置18から装置外部の排出トレイ19へ排出される。

（定着装置）
図２（ａ）に示すように、定着装置18は、発熱体としてのヒーター55と、ヒーター55を固定し、定着スリーブ52の内部に接するホルダー53と、ホルダー53の周辺に巻きかけられたフィルム状の定着スリーブ52と、横断面が下向きにＵ字型の断面をもつ剛性部材から構成される補強ステー51と、定着スリーブ52を挟んでヒーター55に対向配設される加圧ローラ57（加圧回転体）と、を有する。また、シートは、定着スリーブ52を挟んでヒーター55と加圧ローラ57との圧接で形成される圧接ニップａにて圧接され、その後の密着領域ｂにおいて定着スリーブ52に密着している。また、ヒーター55表面と定着スリーブ52の内面とによって形成される内面ニップｃと称する。

定着スリーブ52はヒーター55を内包する無端状のベルトであって、図２（ｂ）の拡大図に示すように、内面から金属フィルム52ａ、弾性層52ｂ、離型層52ｃから構成される。また定着スリーブ52の単位面積当たりの熱容量は、およそ0.1J/cm²K程度の熱容量のものを使用する。また本実施形態においては、定着スリーブとして、金属フィルムの厚さ35μm、弾性層300μm、離型層50μm、内径φ24mmのものを使用した。ただし、本発明はこれに限るものではない。

ここで、上記説明した如く、ある程度の剛性を持つ弾性層と離型層と金属フィルムからなる定着スリーブを使用する場合は、ニップ部の変形に対してスリーブ自身が形状を維持する様に内部応力が働く。その為に、図５で示したように、ヒーターと定着スリーブとが形成する内面ニップの距離ｎは、加圧ローラからの加圧力に反して定着スリーブが内部応力を持つ為、内面ニップ距離ｎが十分確保出来ない状態に陥る。このため、十分な熱の伝達が行われず、効率の低下、消費電力の増大、更には定着不良になる場合もある。

そこで本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、定着スリーブ52の内側において、圧接ニップａの近傍かつ搬送方向上流側に、定着スリーブ52に当接する内面軌道規制部53ａを設けている。なお、搬送方向とはシートの搬送方向であるが、定着スリーブ52の搬送方向（回転方向）でもある。内面軌道規制部53ａは、定着スリーブ52を外側に押し出すよう突出し、定着スリーブ52の軌道をヒーター55に沿わせることにより、内面ニップｃの距離を広げている。すなわち、定着スリーブ52の軌道を矯正軌道54ａのように変更し、内面がヒーター55表面に可能な限り接するように導くように構成する。

具体的には、ヒーターの搬送方向上流側の端部をヒーターエッジ55ａと称すれば、ヒーターエッジ55ａの搬送方向上流側に、ホルダー53から突出するように内面軌道規制部53ａを設け、定着スリーブ52に内面から接触するように配置する。定着スリーブ52と内面軌道規制部53ａとの接触部位を内面規制ポイントと称すれば、ヒーターエッジ55ａから最も近い内面規制ポイント53ｂまでの距離Ｄを例えば2mm以上とする。そして定着スリーブ52が自由軌道54ｂを描く場合に対する内面軌道規制部53ａによる外側への移動距離ｈを例えば0.7mmとする。

この構成により、定着スリーブ52はヒーター表面との内面ニップ距離ｎを確保する事が可能になるため、熱伝達効率は下がることが無く、よって待機時間が長くなったり消費電力が大きくなったりするのを防止する事が可能になる。

このヒーターエッジ55ａからの内面軌道規制部材までの距離を設定すべく、実験を行った。実験結果を図３に示す。

図３は実験結果を示す図表である。当該図表は、内面ニップ距離ｎと、ヒーターエッジ55ａから内面規制ポイント53ｂまでの距離Ｄ、内面規制ポイント53ｂにおける定着スリーブ52の自由軌道から外側への移動距離ｈとの関連を示している。この図において、内面ニップは従来の構造において内面規制を行わない場合(D=0, h=0)はn=1.7mmであるのに対し、図２（ｃ）に示す定着スリーブ52を導く内面軌道規制部53ａで内面規制を行った場合、D=2, h=0.7の時とD=3, h=1.1の時にn=3.5の最大値を得られる事が判る。

以上のように本発明によれば、弾性層と離型層と金属フィルムとから成る定着スリーブを備えた定着装置においても、ヒーターと定着スリーブとが形成する内面ニップの距離ｎを確保して、熱効率の低下を防ぎ、待機時間や消費電力を減じた定着作業を行うことができる。

ここで、内面ニップの確保の観点からは、ニップの下流側にも同様の内面規制部があれば更に効果が期待できる。しかしながら、ニップ下流部において定着スリーブ内面を通紙側に押し出して規制すると、ニップ直後の定着スリーブとシートSの分離に不利に働き、特にOHPシートや光沢紙では定着スリーブへの巻きつきや透過性ムラが発生する為に、下流側でこの構成をとることは困難である。

本発明は、定着フィルム加熱方式を用いた定着装置、およびこれを用いた画像形成装置に利用することができる。

画像形成装置の一例を示す図である。 定着装置の説明図である。 実験結果を示す図表である。 従来の熱ローラ方式の定着装置の説明図である。 従来のフィルム加熱方式の定着装置に剛性のある定着スリーブを装着した場合の説明図である。

符号の説明

Ｄ …距離
Ｓ …シート
ａ …圧接ニップ
ｂ …密着領域
ｃ …内面ニップ
ｈ …移動距離
ｎ …内面ニップ距離
１ａ〜１ｄ …プロセスステーション
２ａ〜２ｄ …感光体ドラム
３ａ〜３ｄ …帯電ローラ
４ａ〜４ｄ …露光器
５ａ〜５ｄ …現像手段
６ａ〜６ｄ …クリーニング装置
７ …中間転写ベルト
８ …駆動ローラ
９ …従動ローラ
10 …ベルト張架ローラ
11 …ベルト張架ローラ
12 …二次転写ローラ
13 …高圧電源
14ａ〜14ｄ …一次転写手段
15 …給送カセット
16 …給送ローラ
17 …レジストローラ対
18 …定着装置
19 …排出トレイ
20 …搬送経路
50ａ〜50ｄ …現像スリーブ
51 …補強ステー
52 …定着スリーブ
52ａ …金属フィルム
52ｂ …弾性層
52ｃ …離型層
53 …ホルダー
53ａ …内面軌道規制部
53ｂ …内面規制ポイント
54ａ …矯正軌道
54ｂ …自由軌道
55 …ヒーター
55ａ …ヒーターエッジ
57 …加圧ローラ
101 …ヒーター
102 …加熱ローラ
103 …加圧ローラ
111 …補強ステー
112 …ヒータホルダ
113 …ヒーター
114 …定着フィルム
115 …加圧ローラ

Claims (3)

1. 発熱体と、
   前記発熱体外面に配置されるフィルム状の定着スリーブと、
   前記発熱体を固定し、前記定着スリーブの内部に接するホルダーと、
   前記定着スリーブを挟み前記発熱体表面と対向して圧接ニップを形成し記録媒体を搬送する加圧回転体と、を有する定着装置において、
   前記定着スリーブの内側において前記圧接ニップの近傍かつ搬送方向上流側に該定着スリーブに当接する内面軌道規制部を設け、
   前記内面軌道規制部は、前記定着スリーブを外側に押し出すよう突出し、前記定着スリーブの軌道を前記発熱体に沿わせることにより、前記発熱体と定着スリーブとが形成する内面ニップの距離を広げたことを特徴とする定着装置。
2. 前記定着スリーブは、前記発熱体を内包する無端状の構成であり、
   内部側から金属フィルム、弾性層、離型層を有して構成されることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 記録媒体に画像を転写するための画像形成手段と、記録媒体に転写された前記画像を定着する定着手段とを有し、記録媒体上の画像を加熱定着して画像を形成する画像形成装置において、
   前記定着手段は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。

Images