JP2010101966A - 定着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】消費電力を低減することが可能な定着装置を提供する。
【解決手段】定着装置は、加熱ローラ150と加圧ローラ120と圧接する圧接領域であるニップ領域110の金属基体の内周面に近接して対向して円筒状ヒータランプ130を設けて、金属基体の内周面とともに円筒状ヒータランプ130を覆うように金属基体内に断熱部材190を設けることにより、加熱ローラ150の金属基体の内側が断熱部材190で熱遮断された状態で円筒状ヒータランプ130により圧接領域110を加熱することにより、効率的に圧接領域110を形成する加熱ローラ150の金属基体を加熱させることが可能となり、消費電力を低減することが可能となる。
【選択図】図4
【解決手段】定着装置は、加熱ローラ150と加圧ローラ120と圧接する圧接領域であるニップ領域110の金属基体の内周面に近接して対向して円筒状ヒータランプ130を設けて、金属基体の内周面とともに円筒状ヒータランプ130を覆うように金属基体内に断熱部材190を設けることにより、加熱ローラ150の金属基体の内側が断熱部材190で熱遮断された状態で円筒状ヒータランプ130により圧接領域110を加熱することにより、効率的に圧接領域110を形成する加熱ローラ150の金属基体を加熱させることが可能となり、消費電力を低減することが可能となる。
【選択図】図4
Description
本発明は、複写機・プリンタ等の画像形成装置において、未定着画像を記録用紙に定着させる定着装置に関する。
従来より、画像形成装置用の定着装置として種々の定着方式が提案されているが、一般的に、定着装置によってトナーを用紙に定着させる際、定着装置内の加熱ローラを熱源で加熱し、加熱ローラの熱エネルギと加圧ローラからの圧力エネルギを用いて定着動作を実行していた。
このとき、加熱ローラ内にハロゲンヒータ、セラミックヒータ、誘導加熱装置等を配置して加熱する方式と、ローラ表面ないしそれに近い位置にニクロムヒータを配置して加熱する方式と、誘導加熱装置、ハロゲンヒータ等をローラ外側に配置して加熱する方式等がある。
たとえば、特開平6−130849号公報(特許文献1)および特開2001−282025号公報(特許文献2)においては、加熱ローラ内に発熱体を設けて加熱ローラを加熱する方式について開示されている。
また、特開平7−295416号公報(特許文献3)においては、加熱ローラと加圧ローラとの圧接領域であるニップ領域よりも少し手前の領域に外部にヒータを設けて加熱ローラを部分的に加熱する構成が開示されている。
特開平6−130849号公報
特開2001−282025号公報
特開平7−295416号公報
一方、定着装置において、加熱ローラと加圧ローラとの圧接領域であるニップ領域は、用紙にトナーを定着させるためにある程度のニップ幅が必要である。仮に、小径ローラでニップ幅を確保すると加熱ローラと加圧ローラとの間で搬送される用紙の用紙カールが大きくなるという問題があった。
そのため、定着性と用紙カールを考慮したローラ径が加熱ローラおよび加圧ローラで必要となり、ある程度の大きさのローラが必要となる。
したがって、特許文献1および2に開示される構成、すなわち、単に加熱ローラの内部に発熱体をおいて加熱ローラ全体を加熱する構成においては、加熱ローラを小径ローラとすることができないため、熱放散が大きくなってしまい低消費電力化を図ることはできない。
また、特許文献3に開示される構成、すなわち、ニップ領域の近くでヒータにより外側から加熱ローラを部分的に加熱する構成においては、加熱したローラは回転動作により紙の加熱部つまりニップ領域に到達するまでの間に熱を放散してしまうことになり、熱放散により奪われる熱量も考慮して加熱する必要があるため低消費電力化を図ることができないという問題があった。
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであって、消費電力を低減することが可能な定着装置を提供することを目的とする。
本発明に係る定着装置は、加圧ローラと、加圧ローラと協働して未定着トナー像を記録紙に定着する加熱ローラとを備える。加熱ローラは、円筒状中空の金属基体と、金属基体の前記加圧ローラと圧接する圧接領域の内周面に近接して対向して設けられた円筒状ヒータランプと、金属基体の内周面とともに前記円筒状ヒータランプを覆うように前記金属基体内に設けられた断熱部材とを含む。
好ましくは、断熱部材は、前記金属基体の内周面とともに前記円筒状ヒータランプを覆うような円筒形状の窪みを有する。円筒状ヒータランプに対向して、前記円筒形状の窪み表面に熱反射材料を塗布する。
好ましくは、断熱部材は、前記金属基体の内周面とともに前記円筒状ヒータランプを覆うような円筒形状の窪みを有する。加熱ローラは、前記円筒状ヒータランプに対向して、前記円筒形状の窪み表面と前記円筒状ヒータランプとの間に設けられた熱反射部材をさらに有する。
特に、円筒状ヒータランプは、前記円筒形状の窪みに密着して配置される。
特に、円筒形状の窪みの径は、円筒状ヒータランプの径と同一に設定される。
特に、円筒形状の窪みの径は、円筒状ヒータランプの径と同一に設定される。
好ましくは、加熱ローラを覆うように設けられた断熱カバーをさらに備える。
本発明に係る定着装置は、金属基体の加圧ローラと圧接する圧接領域の内周面に近接して対向して円筒状ヒータランプを設けて、金属基体の内周面とともに前記円筒状ヒータランプを覆うように金属基体内に断熱部材を設けることにより、加熱ローラの金属基体の内側が断熱部材で熱遮断された状態で円筒状ヒータランプにより圧接領域を加熱することにより、効率的に圧接領域を形成する加熱ローラの金属基体を加熱させることが可能となり、消費電力を低減することが可能となる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。以下の説明において同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一であるものとする。
本実施の形態においては、本発明にかかる画像形成装置をタンデム方式のデジタルカラー複写機(以下、複写機という)で適用する場合について説明する。
しかしながら、本発明にかかる画像形成装置は複写機に限定されず、駆動源としてDCブラシレスモータ(以下、単にモータと称する。)が用いられる画像形成装置であれば、プリンタやファクシミリ装置やそれらの複合機であるMFP(Multi Function Peripheral)などであってもよい。また、印刷方式もタンデム方式に限定されるものではなく、さらにデジタル方式に限定されるものでもない。また、カラー機でなくモノクロ機であってもよい。
カラータンデム方式の画像形成装置は、各々現像器を含んだ4色の現像部が中間転写体である中間転写ベルトに沿って列設されて構成され、それぞれに形成された各色のトナー画像を上記中間転写ベルトに転写し(一次転写)、各色トナーの重ね合わせにより多色画像を形成する。さらに、中間転写ベルト上で重ね合わされた画像を印刷媒体である用紙上に転写し(二次転写)、定着工程を経て出力する。
図1は、本発明にかかる画像形成装置が適用される、本発明の実施の形態に従う複写機1のハードウェア構成の概略を示す模式的断面図である。
複写機1は、タンデム方式のデジタルカラー複写機であって、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、およびブラック(K)の4色のトナーを順次重ね合わせることによってカラー画像を形成する。
図1を参照して、本発明の実施の形態に従う複写機1は、画像読取部10と、用紙搬送部20と、画像形成部30と、用紙格納部40とを含む。
画像読取部10は、原稿をセットするための戴荷台3と、原稿台ガラス11と、戴荷台3にセットされた原稿を原稿台ガラス11に自動的に1枚ずつ搬送する自動原稿搬送部2と、読取られた原稿を排出するための排出台4とを含む。さらに、原稿読取部10は、図示しないスキャナを含む。スキャナは、スキャンモータによって原稿台ガラス11と平行移動する。スキャナには、原稿を照射する露光ランプ、原稿からの反射光の向きを変える反射ミラー、反射ミラーからの光路を変えるミラー、反射光を集光するレンズ、および受光した反射光に応じて電気信号を発生する3列(R,G,B)のCCD(Charge Coupled Device)などの光電変換素子が含まれる。
自動原稿搬送部2によって搬送された原稿は原稿台ガラス11上にセットされ、スキャナが原稿台ガラス11と平行に移動するとき露光走査される。原稿からの反射光は光電変換素子によって電気信号に変換され、画像形成部30に入力される。
画像形成部30は、複数のローラ32,33,34により弛まないように懸架され、これらのローラが図1中で反時計回り(図1中の矢印A方向)に回転することで、所定速度で同方向に回転する無端ベルトである中間転写ベルト31と、中間転写ベルト31に沿って所定間隔で配置されるイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、およびブラック(K)各色トナーに対応する現像部21Y,21M,21C,21K(これらを代表させて現像部21とする)と、各現像部21に含まれる現像器と、感光体と中間転写ベルト31を介して対をなす転写ローラ25Y,25M,25C,25K(これらを代表させて転写ローラ25とする)と、中間転写ベルト31に転写されたトナー像が用紙に転写された後に定着させる定着器36と、CPU(Central Processing Unit)などを含むコントローラ100と、プログラムが格納されたメモリ101とを含む。
用紙格納部40は、印刷媒体である用紙Sを収納する給紙カセット41を含み、用紙搬送部20は、給紙カセット41から用紙Sを搬送するためのローラ42,43,35,37、および印刷された用紙を排出する排紙トレイ38を含む。
コントローラ100は、図示しない操作パネル等から入力される指示信号に基づいてメモリ101からプログラムを読出して実行し、上記各部を制御する。また、コントローラ100は内部にタイマなどの計時手段を備えて、所定時間が計時されたときにプログラムを実行してもよい。なお、コントローラ100は画像形成部30以外の画像読取部10や用紙搬送部20などに備えられてもよい。
コントローラ100は、メモリ101に格納されたプログラムを実行することで、画像読取部10や外部装置などから入力された画像信号に対して所定の画像処理を施し、イエロー、マゼンタ、シアン、およびブラックの各色に色変換したデジタル信号を作成する。コントローラ100で作成された、上記画像を形成するための、シアン用の画像色データ、マゼンタ用の画像色データ、イエロー用の画像色データ、およびブラック用の画像色データは、各色に応じてコントローラ100から現像部21の露光器に出力される。
露光器が、コントローラ100から入力された画像データに基づいて、感光体にレーザビームを出力することで、均一に帯電された感光体の表面が画像データに応じて露光され、静電潜像が形成される。現像ローラには現像バイアス電圧が印加されて、感光体の潜像電位との間に電位差が発生する。その状態において電荷を帯びたトナーが供給されることによって、感光体の表面にトナー像が形成される。感光体の表面に形成されたトナー像は、定電圧もしくは定電流の転写ローラ25によって、像担持体である中間転写ベルト31に転写される。これを一次転写と言う。
中間転写ベルト31に一次転写されたトナー像は、ローラ34によって、給紙カセット41から搬送された用紙Sに転写される。これを二次転写と言う。用紙に二次転写されたトナー像は、定着器36によって用紙に定着され、電子写真画像として排紙トレイ38に排紙される。
図2は、本発明の実施の形態に従う定着装置36の構成を説明する図である。
図2を参照して、定着装置36は、円筒状中空の金属基体である加熱ローラ150と、加圧ローラ120と、駆動ギヤ158,159,160とローラ駆動モータ170と、固定板金182,184と、ローラ軸受152,154と、円筒状の加熱ヒータランプ(以下、単に加熱ヒータとも称する)130と、断熱材190とを含む。ここでは、定着装置36の内部の構成について、加熱ローラ150および加圧ローラ120の上方から見た図が示されている。
図2を参照して、定着装置36は、円筒状中空の金属基体である加熱ローラ150と、加圧ローラ120と、駆動ギヤ158,159,160とローラ駆動モータ170と、固定板金182,184と、ローラ軸受152,154と、円筒状の加熱ヒータランプ(以下、単に加熱ヒータとも称する)130と、断熱材190とを含む。ここでは、定着装置36の内部の構成について、加熱ローラ150および加圧ローラ120の上方から見た図が示されている。
駆動ギヤ158は、加熱ローラ150の外周上に取り付けられ駆動ギヤ159と噛み合うように配置されている。また、駆動ギヤ159と駆動ギヤ160とは互いに噛み合うように配置されている。ローラ駆動モータ170の回転に従って駆動ギヤ160が回転し、駆動ギヤ158,159のギヤ連結によって加熱ローラ150が回転する構成となっている。
また、ローラ軸受152,154は、加熱ローラ150を両端で保持し、ローラ軸受152,154で両端が保持された状態を維持しつつ、ギヤ連結によって駆動ギヤ158の回転に伴って加熱ローラ150が回転する。
断熱材190および加熱ヒータ130は、円筒状に加熱ローラ150の円筒状中空の金属基体内を貫通しつつ、両側に設けられた固定板金182,184で両端が固定された状態となっている。
したがって、円筒状中空の加熱ローラ150が回転する際、断熱材190および加熱ヒータ130は両側に設けられた固定板金182,184で固定されているため加熱ローラ150のみが回転し、断熱材190および加熱ヒータ130は回転しない構成となっている。
なお、断熱材としては、一例として、フッ素樹脂、シリコン系樹脂、あるいはガラスファイバ等を用いることが可能である。
加圧ローラ120は、加熱ローラ150に対して従動回転する。
図3は、図2の加熱ローラ150の斜視図である。
図3は、図2の加熱ローラ150の斜視図である。
図3を参照して、ここで、ローラ軸受152は、加熱ローラ150である円筒状の中空の金属基体を回転可能な状態に保持している。また、駆動ギヤ158が円筒状中空の金属基体である加熱ローラ150の外周上に設けられ、図示しない駆動ギヤ159,160のギヤ連結により回転するように構成されている。
また、加熱ローラ150内部には、加熱ヒータ130と断熱材190とが設けられ、図示しない固定板金182,184により、両側が固定された状態となっている。
図4は、本発明の実施の形態に従う加熱ローラ150および加圧ローラ120の断面図である。
図4を参照して、本発明の実施の形態に従う加熱ローラ150において、円筒状中空の金属基体の内部に断熱材190が設けられ、さらに、加熱ヒータ130が加圧ローラ120と加熱ローラ150との圧接領域であるニップ領域110近傍に設けられた構成が示されている。
具体的には、加圧ローラ120および加熱ローラ150の断面形状の中心点を結ぶニップ領域110を通過する中心線L1上において、円筒状の加熱ヒータ130の断面形状の中心点が配置され、かつ、円筒状の加熱ヒータ130は、ニップ領域110を形成する加熱ローラ150の金属基体の内周面に近接して、対向して設けられる。また、加熱ローラ150の円筒状中空の金属基体の内周面とともに円筒状の加熱ヒータ130を覆うように断熱材190は円筒形状の窪みを有している。すなわち、加熱ローラ150の円筒状中空の金属基体の内周面と、断熱材190と、円筒状の加熱ヒータ130とにより、図4の点線で示されるような仮想小径ローラ115が形成されるものと考えることが可能である。
加熱ローラ150は、断熱材190の円筒形状の窪みに配置され、断熱材190の円筒形状の窪みの開口寸法は、ニップ領域のニップ幅以上となるように設定されている。これにより均一にニップ領域を加熱することが可能となる。
断熱材190と加熱ヒータ130は、上述したように円筒状中空の金属基体内において、加熱ローラ150の回転の際には回転しない状態を維持する。
また、本例においては、加熱ヒータ130は、円筒状中空の金属基体である加熱ローラ150および断熱材190に接触しない位置に設けられる。
断熱材190について、加熱ローラ150の金属基体の内周面とともに加熱ヒータ130を覆うような円筒形状の窪みを形成することにより、加熱ヒータ130と断熱材190との間の周囲の空気層が加熱ヒータ130によって暖められて、ニップ領域110を形成する円筒状中空の金属基体である加熱ローラ150を部分的に加熱する。
当該構成、すなわち、加熱ローラ150の内側が断熱材190で熱遮断された状態で加熱ヒータ130によりニップ領域110を加熱することにより、効率的にニップ領域110を形成する加熱ローラ150の金属基体を加熱させることが可能となる。
すなわち、仮想小径ローラ115を加熱ローラ130により加熱する場合と同様であると考えられるため、定着装置36における加熱ヒータ130の消費電力を低減することが可能となる。
(実施の形態の変形例1)
図5は、本発明の実施の形態の変形例1に従う加熱ローラ150#および加圧ローラ120の断面図である。
図5は、本発明の実施の形態の変形例1に従う加熱ローラ150#および加圧ローラ120の断面図である。
図5を参照して、本発明の実施の形態の変形例1に従う加熱ローラ150#は、加熱ローラ150と比較して、断熱材190を断熱材190#に置換した点が異なる。
具体的には、断熱材190#は、円筒状の断熱材190を半円周の形状とした場合が示されている。
本例においては、断熱材190#は、加熱ローラ150#内において、断熱材の断熱特性が仮想小径ローラ115の熱容量よりも大きくなる体積となるような大きさに設定するものとする。
当該構成により、断熱材190#について、断熱材の体積を小さくして、コストを低減することが可能である。なお、本例においては、円筒状の断熱材190を半円周の形状とした場合について説明したが、特に当該形状に限られず、断熱材の断熱特性が仮想小径ローラ115の熱容量よりも大きくなる体積であればどんな形状であっても良い。
(実施の形態の変形例2)
図6は、本発明の実施の形態の変形例2に従う加熱ローラ150aおよび加圧ローラ120の断面図である。
図6は、本発明の実施の形態の変形例2に従う加熱ローラ150aおよび加圧ローラ120の断面図である。
図6を参照して、本発明の実施の形態の変形例2に従う加熱ローラ150aは、加熱ローラ150と比較して、断熱材190の円筒形状の窪み表面にアルミ等の熱反射部材135を貼付けた場合の構成が示されている。なお、本例においては、アルミのシート等を張付ける場合について説明したが、特にこれに限られず、熱反射特性の優れた部材とすることが可能である。
当該構成により、断熱材190と加熱ヒータ130との間に熱反射部材135が設けられることによって、断熱材190の円筒形状の窪み領域における熱遮断特性を向上させるとともに、熱反射部材135により、加熱ヒータ130の熱がニップ領域に放射されることによって、より効率的にニップ領域に熱が供給されることになる。
したがって、図4の構成よりも、さらに定着装置36における加熱ヒータ130の消費電力を低減することが可能となる。
また、本例においては、熱反射部材135を断熱材190の円筒形状の窪み表面に張付けた場合について説明したが、特にこれに限られず、円筒形状の窪み表面に反射材料を塗布するようにしても良い。例えば、熱反射特性に優れたアモルファスシリカを基材とした塗料を塗布することが可能である。
(実施の形態の変形例3)
図7は、本発明の実施の形態の変形例3に従う加熱ローラ150bおよび加圧ローラ120の断面図である。
図7は、本発明の実施の形態の変形例3に従う加熱ローラ150bおよび加圧ローラ120の断面図である。
図7を参照して、本発明の実施の形態の変形例3に従う加熱ローラ150bは、加熱ローラ150と比較して、断熱材190の代わりに、断熱材191を設けた構成が示されている。
断熱材191は、断熱性および耐熱性に優れた材質であり、加熱ヒータ130の径に応じた窪みを有し、断熱材191の窪みの開口寸法は、ニップ幅と同じに設定するものとする。
具体的には、窪みの径は、円筒状の加熱ヒータの径と同一に設定される。
なお、当該断熱材191は、加熱ヒータ130に直接接触している場合であっても溶融しない耐熱性を有するものとする。
なお、当該断熱材191は、加熱ヒータ130に直接接触している場合であっても溶融しない耐熱性を有するものとする。
耐熱性に優れた材質とすることにより、加熱ヒータ130に密着あるいは近接させて、加熱ヒータ130と断熱材191との空気層の体積を低減させることにより、より効率的にニップ領域に空気層を介して熱を供給することが可能となる。
したがって、図4の構成よりも、さらに定着装置36における加熱ヒータ130の消費電力を低減することが可能となる。
(実施の形態の変形例4)
図8は、本発明の実施の形態の変形例4に従う定着装置の構成を説明する図である。
図8は、本発明の実施の形態の変形例4に従う定着装置の構成を説明する図である。
図8を参照して、本例においては図1の構成と比較して、加熱ローラ150を覆うように円筒状中空の断熱カバー140が設けられた構成である。
断熱カバー140は、円筒状中空の金属基体の加熱ローラ150の外面側を覆うとともに、搬送される用紙と接触しないように開口部が設けられている。
円筒状中空の金属基体の加熱ローラ150の熱放散に従って、金属基体から周囲の空気層に熱が放熱されるため、放熱によって失った熱エネルギを加熱ヒータ130により補充して、ニップ領域の金属基体の温度を常に一定温度に維持しておく必要があったが、断熱カバー140を加熱ローラ150を覆うように設けることにより、加熱ローラ150と断熱カバー140との間の空気層が暖められることにより、金属基体から周囲の空気層に放熱される熱エネルギを低減させることが可能となり、定着装置36における加熱ヒータ130の消費電力を低減することが可能となる。
図9は、本発明の実施の形態に従う定着装置(図4)と、現行(従来)の定着装置の電力とを比較する図である。
図9に示されるように、図4の現像装置の消費電力は現行(従来)構成の消費電力の半分程度以下になることがわかる。
また、積算電力の傾きが変化するタイミングであるウォームアップタイミングについても、現行(従来)構成よりも高速にウォームアップされるため、高速な起動立上げが可能となる。
なお、上記においては円筒状の加熱ヒータについて説明したが、特に円筒状に限られず、ニップ領域を加熱できさえすれば特に形状にはこだわらない。
また、上記の変形例を互いに組み合わせた構成とすることも当然に可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 複写機、10 画像読取部、20 用紙搬送部、30 画像形成部、36 定着装置、40 用紙格納部、120 加圧ローラ、130 加熱ヒータ、135 熱反射部材、150,150#,150a,150b 加熱ローラ、152,154 ローラ軸受、158〜160 駆動ギヤ、170 ローラ駆動モータ、182,184 固定板金、190,190#,191 断熱材。
Claims (6)
- 加圧ローラと、
前記加圧ローラと協働して未定着トナー像を記録紙に定着する加熱ローラとを備え、
前記加熱ローラは、
円筒状中空の金属基体と、
前記金属基体の前記加圧ローラと圧接する圧接領域の内周面に近接して対向して設けられた円筒状ヒータランプと、
前記金属基体の内周面とともに前記円筒状ヒータランプを覆うように前記金属基体内に設けられた断熱部材とを含む、定着装置。 - 前記断熱部材は、前記金属基体の内周面とともに前記円筒状ヒータランプを覆うような円筒形状の窪みを有し、
前記円筒状ヒータランプに対向して、前記円筒形状の窪み表面に熱反射材料を塗布する、請求項1に記載の定着装置。 - 前記断熱部材は、前記金属基体の内周面とともに前記円筒状ヒータランプを覆うような円筒形状の窪みを有し、
前記加熱ローラは、前記円筒状ヒータランプに対向して、前記円筒形状の窪み表面と前記円筒状ヒータランプとの間に設けられた熱反射部材をさらに有する、請求項1に記載の定着装置。 - 前記円筒状ヒータランプは、前記円筒形状の窪みに密着して配置される、請求項2または3に記載の定着装置。
- 前記円筒形状の窪みの径は、前記円筒状ヒータランプの径と同一に設定される、請求項4に記載の定着装置。
- 前記加熱ローラを覆うように設けられた断熱カバーをさらに備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の定着装置。
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2008
- 2008-10-21 JP JP2008271156A patent/JP2010101966A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015028558A (ja) * | 2013-07-30 | 2015-02-12 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | 定着装置及び画像形成装置 |
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