JP3998955B2 - 定着装置およびこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、未定着画像が形成された記録材を定着ニップ部に挿通させることで画像定着を行う定着装置,およびこれを用いた画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの機能を複数有する複合機等の画像形成装置では、回転体の一例である定着ローラに加圧部材の一例である加圧ローラを圧接した定着装置が用いられている。この定着装置は、加熱した定着ローラを回転させながら、この回転する定着ローラと加圧ローラとの間に形成された定着ニップ部に現像剤としてのトナーが転写された記録材を挿通させることで、トナーを加熱溶融して記録材上に融着(定着)している。
【0003】
定着装置には、加圧加熱のために定着ベルトを加熱ローラと従動ローラとの間に張架し、従動ローラに対向して設けた加圧ローラと定着ベルトとの間に定着ニップ部を形成するベルト定着方式のものも知られている。この方式では十分な定着圧や安定した定着ニップ部が得られる。
【0004】
近年の環境規制、環境保護意識の高まりから、各種画像形成装置は不使用時には定着ヒータ等の発熱体への通電を遮断し、必要な時のみ通電して消費電力を低減することが行われている。定着ローラを用いた省エネ型の定着装置においては、印刷時に定着ローラの表面温度が即座にトナーを溶融可能な設定温度まで達する必要がある。この要求を満たすため、定着ローラ内部からハロゲンランプで加熱する方式の定着装置では、肉厚を1mm以下にする基体の薄肉化や配熱特性を考慮してランプの複数化が行われている。
【0005】
定着装置の別な方式として、定着ローラの加熱体に電気絶縁層を介して抵抗発熱体を設ける直接加熱方式が提案されている。このような面状発熱型の定着装置では、ハロゲンランプに比べて熱変換効率が高いことや、立ち上がり時間が早いことがメリットとして挙げられる。このように迅速に昇温する加熱方式においては、端部温度上昇という配熱特性の点で技術課題を抱えているが、抵抗発熱体を分割して配置し、独立に通電を制御することによって、容易にかつコストアップを低く抑える方法でこの問題を解決することができる。面状発熱型の定着ローラでは、一般的に定着ローラの外側または内側に抵抗発熱体が軸方向に沿って形成され、抵抗発熱体への給電は、ローラ端部付近まで延びた発熱体に給電部材を固定して端子部とし、この端子部を金属ブラシに接触させ、円周方向に摺動させる方式が採用されている。例えば、特開昭62−200380号公報、特開昭62−24288号公報がある。ベルト定着方式の加熱ローラの熱源として面状発熱型した発明も提案されているが、同じく抵抗発熱体への給電は接触摺動によって行われる方式である。例えば特開平09−197853号公報が挙げられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
金属ブラシに端子部を接触させる構成では、抵抗発熱体(端子部)側が回転するので、金属ブラシおよび端子部の双方が摩耗してしまい、摩耗粉の発生や摺動面の荒れが発生し、ブラシ部の早期寿命や火花放電によるノイズの発生等を招いて機械の信頼性を低減される要因となっている。抵抗発熱体を分割制御する場合には、抵抗発熱体が回転するので端子部の構成が複雑になることが避けられないという課題もある。定着用の熱源としてハロゲンランプを使用する場合、配熱特性を考慮すると複数本使用しなければならず、コスト高となってしまう。
【0007】
本発明は、端子部と抵抗発熱体との摩耗粉の発生や火花放電によるノイズの発生を構造的になくすことにより、機械の動作安定性の高め長寿命化を図れる定着装置や画像形成装置を提供することを目的とする。
【0008】
本発明は、面状の発熱体をベルト定着方式の熱源に応用し、面状の発熱方式の熱源としてのメリットを生かした上で、端子部を固定し単純化して端子部と抵抗発熱体との摩耗粉の発生や火花放電によるノイズの発生を構造的になくすことにより、機械の動作安定性の高め長寿命化を図れる定着装置や画像形成装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる定着装置は、未定着画像が形成された記録材を定着ニップ部に挿通させることで画像定着を行うものであり、定着ニップ部が、回転可能な回転体と固定状態の加熱体とに張架された定着ベルトと、この定着ベルトに接触する加圧部材によって形成され、加熱体に電気絶縁層を介して抵抗発熱体を設けたことを特徴としている。
【0010】
定着ローラが回転すると、定着ベルトが回転されつつ加熱体によって加熱される。加熱体が固定状態であると、これに設けた抵抗発熱体と、抵抗発熱体への端子部とが摩擦することがなく、両者の接触状態も安定する。加熱体が回転しないので、抵抗発熱体を個別制御する際にも、端子部との摩擦を考慮しなくてよくなる。
【0012】
本発明にかかる定着装置は、抵抗発熱体が、加熱体における定着ベルトとの接触面と反対側の面に複数形成され、それぞれが独立に給電可能に設けられていることを特徴としている。独立に給電可能な抵抗発熱体が定着ベルトとの接触面と反対側の面に設けられているので、定着ベルトとの接触による磨耗が抑えられるとともに、各発熱抵抗体を制御することで加熱体の配熱特性を容易に設定変更することができる。
【0013】
本発明にかかる定着装置は、抵抗発熱体が、加熱体における定着ベルトとの接触面、及び接触面との反対側の面にそれぞれ形成され、各々が独立に給電可能に設けられていることを特徴としている。抵抗発熱体が、固定状態の加熱体の両面に独立に給電可能に設けられるので、発熱体の発熱制御幅が大きくなるとともに、各発熱抵抗体を制御することで加熱体の配熱特性を容易に設定変更することができる。
【0014】
本発明にかかる定着装置は、未定着画像が形成された記録材を定着ニップ部に挿通させることで画像定着を行うものであり、定着ニップ部が、回転可能な回転体と補助回転体とに巻きかけられた定着ベルトと、定着ベルトに接触する加圧部材によって形成され、定着ベルトの外側に、定着ベルトとの接触面と反対側の面に電気絶縁層を介して抵抗発熱体が設けられ、定着ベルトに平面的に接触する加熱体を配置したことを特徴としている。
【0015】
定着ローラが回転すると定着ベルトが回転されつつ加熱体によって加熱される。転写ベルトの接触しない面に抵抗発熱体を設けられた加熱体が定着ベルトの外側に配置されて定着ベルトに平面的に接触するので、定着ベルトが面状加熱されるとともに、加熱体の設置スペースが少なくなる。
【0016】
本発明にかかる定着装置は、定着ベルトが磁性体からなり、加熱体の定着ベルトと接触する面に磁力発生部材を設けたことを特徴としている。回転する磁性体の定着ベルトは、加熱体の近傍で磁力発生部材に引き付けられるので加熱体との接触状態が安定する。
【0017】
本発明にかかる定着装置は、加熱体における定着ベルトとの接触面と定着ベルトとの間に低摩擦層を設けている。これにより、加熱体と定着ベルトの磨耗が抑えられる。
【0018】
本発明にかかる画像形成装置は、上記何れか1つに記載の定着装置を有する個とを特徴としている。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。図5は、本発明にかかる画像形成装置としての電子写真方式のフルカラープリンタを示す。図5において、箱状の装置本体1内には複数個の像担持体ユニットとしての感光体ユニット2Y,2M,2C,2Kがそれぞれ装置本体1に着脱可能に装着されている。装置本体1内の略中央部には、転写部材であり記録材担持体となる転写ベルト3を有する転写手段60が配置されている。転写ベルト3は、その1つに回転駆動力が伝達される複数のローラに架け渡されて矢印Aで示す方向に回転駆動可能に設けられている。転写ベルト3は、像担持体としてのドラム状の感光体4Y,4M,4C,4Kの表面に圧接可能に設けられている。本形態にかかる転写手段60には、接触転写方式が採用されている。
【0020】
感光体ユニット2Y,2M,2C,2Kは、感光体4Y,4M,4C,4Kを有し、各感光体の表面が転写ベルト3と接触するように、同ベルトの上方に配設されている。感光体ユニット2Y,2M,2C,2Kの配列は、感光体ユニット2Yを記録材給送側とし、感光体ユニット2Kが定着装置9側に位置するように4Y,4M,4C,4Kの順となっている。感光体としては、ベルト状の感光体を用いてもよい。
【0021】
感光体4Y,4M,4C,4Kとの対向側には、現像手段となる現像装置5Y,5M,5C,5Kがそれぞれ配置されている。現像装置5Y,5M,5C,5Kは、複数色、例えばイエロー(以下Yという)、マゼンタ(以下Mという)、シアン(以下Cという)、ブラック(以下Kという)の各トナーとキャリアを有する2成分現像剤を、それぞれ感光体4Y,4M,4C,4K上に形成される静電潜像に供給して各静電潜像を現像するものである。
【0022】
感光体ユニット2Y,2M,2C,2Kの上方には、露光手段としての書き込み装置6が配置されている。感光体ユニット2Y,2M,2C,2Kの下方には、両面ユニット7が配置されている。両面ユニット7の下方には、サイズの異なる記録材としての転写紙Pが収納可能なカセット13,14が配設されている。装置本体1の左側には反転ユニット8が配置され、装置本体1の右側には手差しトレイ15が矢印B方向に開閉可能に設けられている。定着装置9の記録材搬送方向下流側には反転搬送路10が分岐して形成され、転写紙Pを反転搬送路10に配置された排出ローラ11によって装置上部に設けられた外部トレイ12に案内している。
【0023】
感光体ユニット2Y,2M,2C,2Kは、感光体4Y,4M,4C,4K上にY,M,C,K各色に対応するのトナー像を形成するためのユニットであり、各感光体を帯電する帯電手段としての帯電装置80Y,80M,80C,80Kを付設されている。感光体ユニット2Y,2M,2C,2Kおよび帯電装置80Y,80M,80C,80は、装置本体1に配置される場所を除いては同一構成となっている。帯電装置80Y,80M,80C,80Kは、対応関係の感光体の表面を均一に帯電するもので、感光体の表面に接触する帯電部材としての周知の帯電ローラを備えている。
【0024】
両面ユニット7は、対をなす搬送ガイド41,42と、複数の搬送ローラ対43を備えている。両面ユニット7は、転写紙Pの両面に画像を形成する両面画像形成モード時に、片面に画像が形成されてから反転ユニット8の反転搬送路44に搬送されてスイッチバック搬送されることで表裏が反転される転写紙Pを受け入れ、これを感光体4Y,4M,4C,4Kと転写ベルト3との間に形成される転写部へと再搬送する。
【0025】
反転ユニット8は、複数の搬送ローラと、複数の搬送ガイド板とからなり、両面画像形成モード時に片面画像形成後の転写紙Pを、その表裏を反転させて両面ユニット7へ送り出す機能や、画像形成後の転写紙Pをそのままの向きで機外へ排出する機能、画像形成後の転写紙Pを、その表裏を反転させて機外へ排出する機能を備えている。カセット13,14が配置されている記録材給送部には、カセット13,14上の転写紙Pを1枚ずつに分離して給送する記録材分離部45,46が設けられている。転写ベルト3の内側には、転写手段としての転写ブラシ47,48,49,50が感光体4Y,4M,4C,4Kに対向するように設けられている。
【0026】
本形態では、図示しない操作部により画像形成が指示されると、感光体4Y,4M,4C,4Kが図示しない駆動源により回転駆動されて時計回り方向に回転する。感光体ユニット2Y,2M,2C,2Kの各帯電ローラは、図示しない電源から帯電バイアスが印加されて感光体4Y,4M,4C,4Kをそれぞれ一様に帯電させる。感光体4Y,4M,4C,4Kは、それぞれ帯電ローラにより一様に帯電された後に書き込み装置6にて、Y,M,C,K各色の画像データで変調されたレーザ光により露光されて、各表面に静電潜像が形成される。これら感光体4Y,4M,4C,4K上の静電潜像は、感光体4Y,4M,4C,4Kの回転と、現像装置5Y,5M,5C,5Kの現像剤担持体としての図示しない現像スリーブが図示しない駆動源で回転駆動されることにより現像されてY,M,C,K各色のトナー像となる。
【0027】
カセット13,14のうち選択された方のカセットからは、1枚の転写紙Pが分離されて、感光体ユニット2Yよりも記録材給送部側に配設されたレジストローラ51へ給送される。本形態では、装置本体1の右側に手差しトレイ15が配置され、この手差しトレイ15からも転写紙Pがレジストローラ51へ給送可能とされている。レジストローラ51は、これら転写紙Pを感光体4Y,4M,4C,4K上のトナー像と先端が一致するタイミングで転写ベルト3上へ送り出す。送り出された転写紙Pは、吸着ローラ52によって帯電される転写ベルト3に静電的に吸着されて各転写部へと搬送される。
【0028】
搬送された転写紙Pには、各転写部を順に通過する際に、転写ブラシ47〜50により感光体4Y,4M,4C,4K上のY,M,C,K各色のトナー像が順次に重ね合わせて転写されることで、4色重ね合わせのフルカラートナー像が形成される。フルカラートナー像が形成された転写紙Pは、定着装置9によりフルカラートナー像が溶融定着され、その後は指定されたモードに応じた記録材排出路を通って外部トレイ12に反転排出される場合や、定着装置9から直進して反転ユニット8内を通ってストレートに排出される。
【0029】
画像形成装置において、両面画像形成モードが選択されているときには、転写紙Pは、片面にトナー像が形成されて定着装置9でトナー像が定着された後に、反転ユニット8内の反転搬送路44内に送り込まれ、ここでスイッチバックされてから両面ユニット7に搬送され、そこから再給送されて表面画像形成時と同様に裏面に画像が形成されて排出される。
【0030】
以上の作像動作は、4色重ね合わせのフルカラーモードが図示しない操作部で選択されたときの動作であるが、3色重ね合わせのフルカラーモードが操作部で選択されたときにはKトナー像の形成が省略されてY,M,C3色のトナー像の重ね合わせによるフルカラー画像が転写紙P上に形成される。また、白黒画像形成モードが操作部で選択されたときには、Kトナー像の形成のみが行われて白黒画像が転写紙P上に形成される。
【0031】
定着装置の形態について説明する。
(第1の実施の形態)
図5に示す定着装置9は、転写ベルト3と反転ユニット8の間に配置されている。定着装置9は、図1に示すように、未定着画像となる転写後のトナー画像33が形成された転写紙Pを、定着ニップ部28を挿通させることで定着を行うものである。定着装置9は、駆動源となる駆動モータ29で回転駆動される回転体としての定着ローラ21と、固定状態の加熱体22との間に張架された定着ベルト23と、定着ローラ21と加熱体22との間で定着ベルト23に下方から圧接するように設けられた加圧部材としての加圧ローラ24とを備え、定着ベルト23と加圧ローラ24とにより定着ニップ部28を形成している。
【0032】
定着ベルト23の基体には、耐熱性樹脂や、金属から形成された無端状のベルト状基体が用いられている。耐熱性樹脂の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイド、ポリエーテルケトン(PEEK)等を使用する。金属ベルトの材質としては、ニッケル、アルミニウム、鉄等を使用する。図2に示すように、定着ベルト23の厚さtは100μm以下の薄肉のものが望ましい。定着ベルト23の表面23aは、転写紙Pおよびトナーと加圧接触するため離型性が必要であり、耐熱性、耐久性に優れたものが好ましい。このため、表面23aは、図示しないフッ素系樹脂、高離型シリコンゴム等の耐熱離型層が被覆された構成になっている。例えば、フッ素樹脂を用いる場合には、吹き付け等により表面23aに塗装し、加熱融着させることにより定着ベルト23の表面離型層として形成される。高離型シリコンゴムを用いて表面離型層を形成する場合には、ゴム硬度25〜65度(JIS A硬度計)、厚さが100〜300μmの範囲が良好な定着性及び熱応答性を得る条件として望ましい。
【0033】
定着ローラ21は駆動軸30と一体回転する芯金21Aを有し、その外周にニップ巾を十分な広さにするために柔らかい耐熱性の材料、例えば発泡シリコンゴム等で構成された断熱性弾性部材22Bを備えている。断熱性弾性部材22Bの厚さは十分な厚さで、本形態では定着ローラ21の直径の15%〜20%ほどの厚さを有している。
【0034】
加圧ローラ24は、支軸31によって回転自在に支持された芯金24Aの外周に、フッ素系樹脂、高離型シリコンゴム等の耐熱性のある離型層24Bが形成されたものである。芯金24Aの材質として、アルミ、ステンレス、もしくは炭素鋼等が挙げられる。本形態では、転写紙Pの定着ベルト23からの剥離性を良くするため、加圧ローラ24の硬度を定着ローラ21よりも硬くし、定着ベルト28と加圧ローラ24の間に下向きの定着ニップ部28を形成している。本形態では、加圧ローラ24の離型層24Bの厚さは、加圧ローラ24の直径の7%未満とし、その硬度はJIS Aで40Hs以上としている。
【0035】
加熱体22は、転写紙Pの幅よりもその長さを有し、転写紙Pの幅方向に横たわるように配置されている。加熱体22は、軸方向から見てその外形が略半円弧形状をなし、定着ニップ部28よりも矢印Dで示す記録材搬送方向の上流側に配置したガイド板32の略上方に、図示しない基部に固定されて配置されている。加熱体22は電気絶縁層26を介して抵抗発熱体27を支持している。抵抗発熱体27は、加熱体22における定着ベルト24との接触面22bと反対側の面(以下「内面22a」と記す)に形成されて給電部34と接続している。抵抗発熱体27は、図4に示すように、電気絶縁層26の内面26aに迷路状にパターン形成されて2つ設けられている。各抵抗発熱体27は、それぞれの端部に給電部34につながる端子部54,55が接続されていて、抵抗発熱体27毎に独立して給電制御可能となっている。各抵抗発熱体27は、電気絶縁層26によって加熱体22とは絶縁性が保たれており、給電部34より給電されることで発熱して加熱体22を加熱する。加熱体22の配温特性となる発熱分布は、抵抗発熱体27のパターンによって所望のものにすることができる。理想的には、発熱抵抗体27よりもさらに内側に電気絶縁層26を設け、抵抗発熱体27を電気絶縁層26で挟むようにして加熱体22に設けることが安全上より好ましい。
【0036】
加熱体22は、少なくとも接触面22bが曲面状に形成されることで定着ベルト23との接触抵抗を軽減することができる。抵抗発熱体27からの均一な熱伝導を考慮すると、加熱体22の厚さは均等であるのが好ましいため、接触面22bと内面22aの双方を曲面状とし、層厚を均一に保つのがよい。なお、軸方向に位置する加熱体22の端部温度が上昇する場合には、加熱体22の端部厚を厚くしても対応することができる。
【0037】
図2に示すように、加熱体22は、アルミ、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属円筒を長手方向に割った略円弧形状の薄肉基体である。図2における円弧の長さ、すなわち、加熱体22の外周長は定着ベルト23と接触する長さによって規定される。
【0038】
加熱体22の接触面22bと定着ベルト23の内周面23bの間には、加熱体22及び定着ベルト23の磨耗を抑える低摩擦層25が配設されている。低摩擦層25は、接触面22bあるいは内周面23bの何れかに配置すれば良いが、設置面積を少なくする点では加熱体22に設けるのが好ましい。低摩擦層25は、テフロン(登録商標)等の耐熱性、耐久性に優れた材質ものを使用するのが望ましい。
【0039】
このような構成の定着装置9において、給電部34より抵抗発熱体26に給電されるとともに、駆動モータ29が駆動すると、加熱体22によって定着ベルト23が定着ニップ部28よりも上流側で加熱されて矢印C方向に回転し、転写紙P上のトナー画像33が加熱溶融されて転写紙P上に定着される。
【0040】
本形態では、抵抗発熱体27を設けた加熱体22が固定状態にあるので、抵抗発熱体27と端子部54,55とが摩擦することがなく、両者の接触状態も安定する。加熱体22が回転しないので、抵抗発熱体27を個別に制御する場合でも、端子部54,55との摩擦を考慮しなくてよい。このように、面状発熱方式をベルト定着の熱源として利用することで、従来のローラ定着では構造的に生じてしまう端子部での摺動による摩耗等の問題を回避できる。加熱体22が固定となることで、抵抗発熱体27へ十分な電力を安定供給できるので、定着ニップ部28でのトナー33への熱供給が安定し、信頼性の高い定着機能を得ることができる。各抵抗発熱体27をプリント技法によって電気絶縁層26に形成して加熱体22で支持するので、ハロゲンランプを複数設けて熱源とする場合よりも安価に構成することができ、普及し易くなる。
(第2の実施の形態)
図3は、加熱体22における定着ベルト23との接触面22b、及びこの接触面22Bと反対側の内面22aの両面に抵抗発熱体27,270をそれぞれ形成し、抵抗発熱体27,270をそれぞれ独立に給電可能に設けたものを示している。
【0041】
抵抗発熱体270は、加熱体22の接触面22bに電気絶縁層260を介して設けられている。抵抗発熱体270は、電気絶縁層260の外面260aに抵抗発熱体27同様、迷路状にパターン形成されている。本形態の場合、加熱体22の内外両側に独立して抵抗発熱体27,270をそれぞれ配設するので、迷路状にパターン形成しなくても、抵抗発熱体26の内面26a及び抵抗発熱体260の外面260aの全面にベタ塗りして形成してもよい。但し、加熱体22の軸方向における配熱特性を細かく調整する場合には、迷路状にパターン形成したほうが温度分布を容易に変更できるので好ましい。
【0042】
本形態の場合、抵抗発熱体270の外面270aに定着ベルト23が巻きかけられるので、電気絶縁層270の外面270aと定着ベルト23の内周面23bの間に低摩擦層25を設ける。低摩擦層25は、外面270aあるいは内周面23bの何れかに配置すれば良いが、設置面積を少なくする点では電気絶縁層270に設けるのが好ましい。安全性をより高めるためには、電気絶縁層270で抵抗発熱体260を挟み込むのが好ましい。
【0043】
このような構成によると、抵抗発熱体27,270が、固定状態の加熱体22の両面に独立して給電可能に設けられるので、加熱体22の発熱制御幅が大きくなるとともに、発熱抵抗体27,270を制御することで加熱体22の配熱特性を容易に設定変更することができる。抵抗発熱体27,270を、プリント技法によって電気絶縁層26,260に形成し、加熱体22で支持するので、ハロゲンランプを複数設けて熱源とする場合よりも安価に構成することができ、普及し易くなる。
【0044】
加熱体22の形状決定に際しては、円弧の長さ、半径の設計が必要となる。これらを決めるための要素としては、(1)加熱体22の剛性、(2)定着ベルト23への必要な熱量の供給能力、(3)定着ベルト23と加熱体22の摺動部に発生する摩擦、が挙げられる。(1)に焦点をあてると、円弧長さは長くて小径の方が、撓みに対する剛性が上がるので好ましい、(2)に焦点をあてると、円弧長が長い方が定着ベルト23と加熱体22との接触時間を増やすことができるので、熱的な設計上は有利になる。逆に(3)に関しては、円弧長が長いと摩擦による抵抗が大きくなるので、ベルト搬送に対する負荷の増大や、耐久劣化といった問題が大きくなり、機械設計上は不利となる。このように加熱体22の長さや半径が及ぼす要因にはお互いトレードオフの関係があるため、形状決定の際にはこれらを充分に考慮し、最適化するのが望ましい。
【0045】
図8は、加熱体22に補強部材73を設けて内側方向への撓みを防止するようにしたものである。補強部材73としては絶縁性部材の丸棒や角材を用い、抵抗発熱体27と接触しないように電気絶縁層26内に突っ張るように軸線方向に複数配置する。このように補強部材73を配置すると、加熱体22の剛性が増して内側方向への撓みを防止でき、加熱体22の撓みに起因する定着ベルト23のぶれや速度変動等を効果的に抑制することができ、信頼性の高い定着機能を得ることができる。
【0046】
図9は、板状の補強部材74を設けて、加熱体22を剛性アップと熱の拡散箇所を低減したものである。本形態では、加熱体22の上端面75と下端面76とに金属製の補強部材74を取り付けている。加熱体22及び補強部材74は金属製であるので、本形態ではスポット溶接で補強部材74を加熱体22に固定している。両者の取り付けは、ネジ止め式であっても良いし、上端面75及び下端面76に凹部あるいは凸部を設け、補強部材には凸部あるいは凹部を設け、両者を嵌合して係止することで取り付けてもよい。図9において符号74aは、端子部54,55を通すための孔である。
【0047】
このような板状の補強部材74を加熱体22に取り付けると、加熱体22の剛性が増して内側方向への撓みを防止でき、加熱体22の撓みに起因する定着ベルト23のぶれや速度変動等を効果的に抑制することができる。また加熱体22の円弧部の開口側が塞がれるので、円弧内の放熱が抑えられて冷えにくくなり、給電量を抑えられて省エネルギー化を図れる。
(第3の実施の形態)
図5に示す画像形成装置としての電子写真方式のフルカラープリンタには、定着装置9に換えて、図6に示す定着装置90を適用しても良い。定着装置90は、トナー画像33が形成された転写紙Pを定着ニップ部280に挿通させることで画像定着を行うものである。定着装置90は、駆動モータ290で回転駆動される回転体としての定着ローラ210と、回転自在な補助回転体としての補助ローラ211,212とにやるやかに巻きかけられた定着ベルト230と、定着ベルト230に接触する加圧部材としての加圧ローラ24とを備え、定着ベルト230と加圧ロー24とにより定着ニップ部280を形成している。補助ローラ211,212は、定着ローラ210の上方で、定着ローラ210の径方向に並列配置されている。
【0048】
定着ローラ210は、定着ベルト230の内側に張力がかからないように設置されている。定着ローラ210は駆動モータ290で回転される駆動軸300と一体回転する芯金210Aを有し、その外周に表面層210Bを備えている。トナー像33を担持した転写紙Pは、定着ニップ部280で加熱・加圧され、トナー像33が熱溶融されて定着される。なお、定着ベルト230の基体構成は定着ベルト23、加圧ローラ24の構成は上記形態のものとそれぞれ同一構成であるので、詳細な説明は省略する。
【0049】
無端状の定着ベルト230の外側には、定着ベルト230に平面状に接触する加熱体220が図示しないフレームなどに固定されて配置されている。この加熱体220には、定着ベルト230との接触画側となる面(以下、「下面」と記す)220bと反対側の面(以下、「上面」と記す)220aに電気絶縁層270を介して抵抗発熱体260が設けられている。抵抗発熱体260は、給電部340と接続していて、給電部340より給電されることで発熱し、加熱体220を加熱する。
【0050】
加熱体220は、定着ベルト230の表面230aに接触して加熱するものである。加熱体220は、アルミ、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製で薄肉平面状の基体を有する。加熱体220は、定着ベルト230が激しく摩耗しない程度に接触して摺動する位置に配設されている。本形態では、補助ローラ211,212間に掛け渡されている定着ベルト230の上方に配置され、補助ローラ212,212間にまたがるように定着ベルト230の表面230aに接触している。加熱体220の下面220bと定着ベルト230の表面230aの間には、加熱体220及び定着ベルト230の磨耗を抑える低摩擦層250が設けられている。低摩擦層250は、下面220bあるいは定着ベルト230の表面230aの何れかに配置すれば良いが、設置面積を少なくする点では加熱体220に設けるのが好ましい。
【0051】
本形態にかかる抵抗発熱体270は、電気絶縁層260を上方から見たときに、図4に示すように、迷路状に複数個パターン形成されていて、それぞれ独立して給電可能とされている。
【0052】
このような構成の定着装置90において、給電部340より抵抗発熱体260に給電され、駆動モータ290が駆動すると、加熱体220によって定着ベルト230が定着ニップ部280よりも上流側で加熱されて矢印C方向に回転し、転写紙P上のトナー画像33が熱溶融されて転写紙P上に定着される。
【0053】
本形態では、抵抗発熱体270を設けた加熱体220が平面状であり、定着ベルト230に対して平面的に接触するので、ローラ状や円弧状の加熱体に比べて設置スペースを小さくしながら、定着ベルト230に対する接触面積を大きくでき、定着ベルト230に対する加熱効率が良くなる。定着ベルト230が、定着ローラ210と、その上方に配置された補助ローラ211,212に巻きかけられるので、定着ベルト230が上下方向に配設されることになり、記録材搬送方向Dにおける装置の小型化を図れる。定着ベルト230は、定着ローラ210と補助ローラ211,212とに緩やかに巻きかけられるので、定着ベルト230と加熱体220との磨耗が少なくなる。
【0054】
加熱体220は、従来のように回転しないので、抵抗発熱体270と端子部54,55(図4参照)とが摩擦することがなく、両者の接触状態も安定する。加熱体220が回転しないので、抵抗発熱体270を個別に制御する場合でも、端子部54,55との摩擦を考慮しなくてよい。このように、面状発熱方式をベルト定着の熱源として利用することで、従来のローラ定着では構造的に生じてしまう給電部での摺動による摩耗等の問題を回避できる。加熱体220が固定となることで、抵抗発熱体270へ十分な電力を安定供給でき、定着ニップ部280でのトナー33への熱供給が安定し、信頼性の高い定着機能を得ることができる。
【0055】
各抵抗発熱体270をプリント技法によって電気絶縁層260に形成して加熱体220で支持するので、ハロゲンランプを複数設けて熱源とする場合よりも安価に構成することができ、普及し易くなる。
(第4の実施の形態)
図7に示す定着装置190は、定着装置90の加熱体220の下面220bに磁力発生部材であり、ベルト密着手段として機能する磁石400を配設して、磁石400の、定着ベルト230との摺接面となる下面400aと定着ベルト230の表面230aとの間に低摩擦層250を設けたものである。低摩擦層250は、磁石400の下面400aあるいは定着ベルト230の表面230aの何れかに配置すれば良いが、設置面積を少なくする点では磁石400側に配置するのが好ましい。本形態における定着ベルト230の基体には、磁性体、好ましくはニッケル等の強磁性体の金属から形成された無端状のベルト状基体が用いられている。
【0056】
このように加熱体220に磁石400を設け、定着ベルト230を強磁性体で構成することで、定着ローラ210によって定着ベルト230が回転されると、定着ベルト230が磁力で加熱体220側に引きつけられながら摺動し、搬送状態とともに定着ベルト230と加熱体220の接触状態が安定し、加熱体220から定着ベルト230に対する熱伝導が安定して行える。
【0057】
図10に示す定着装置390は、ベルト密着手段を別な形態としたものである。図13に示す定着装置390の構成は、加熱体420の構成を除いて、図6に示す定着装置90と同一構成であるので、加熱体420の構成を中心に説明する。加熱体420は、無端状の定着ベルト230の外側に、図示しないフレームに固定されて配置され、定着ベルト230を内側に押す円弧状突部420cが定着ベルト230との接触画側となる面(以下、「下面」と記す)420bに形成されている。加熱体420は、補助ローラ211,212の間に位置する定着ベルト230に円弧状突部420cが押圧するように配置されている。下面420bと反対側の加熱体420の面(以下、「上面」と記す)420aには、電気絶縁層270を介して抵抗発熱体260が設けられている。抵抗発熱体260は、給電部340と接続していて、給電部340より給電されることで発熱し、加熱体420を加熱する。加熱体420は、定着ベルト230の表面230aに接触して加熱するものである。下面420b全体には、底摩擦層250が形成されている。
【0058】
このように定着ベルト230と対向する加熱体420の下面420bに円弧状突部420cを形成することで、下面420bとベルト表面230aとの接触状態が安定し、加熱体420から定着ベルト230に対する熱伝導を安定して行え、頼性の高い定着機能を得ることができる。
【0059】
図11に示す定着装置490は、加熱体320を定着ベルト23の外側に配置したものである。定着装置490は図5に示す定着装置9と類似の構成を備えている。すなわち、定着装置490は、駆動源となる駆動モータ29で回転駆動される定着ローラ21と、軸300で回転自在に支持された金属性の従動ローラ210との間に張架された定着ベルト23と、定着ローラ21と従動ローラ210との間で定着ベルト23に下方から圧接するように設けられた加圧ローラ24とを備え、定着ベルト23と加圧ローラ24とにより定着ニップ部28を形成している。加熱体320は、従動ローラ210に巻き掛けられた定着ベルト23に沿うように半円弧状の略円弧形状の薄肉基体であり、ベルト表面23aに曲面接触するように形成されている。加熱体320は、定着ベルト23との接触面となる内面320bに電気絶縁層360を介して抵抗発熱体370が設けられている。抵抗発熱体370は、給電部34と接続していて、給電部34より給電されることで発熱し、加熱体320を加熱する。電気絶縁層360は、低摩擦層としても機能する材質で構成されている。この内面320bと反対側の外周面320aは、特に何も覆っていなくても良いが、断熱層350を形成することが好ましい。この断熱層350には、万一ユーザが触れたときのやけど防止、加熱体320の無駄な放熱の抑制、という効果がある。
【0060】
このような構成の定着装置490において、給電部34より抵抗発熱体320に給電され、駆動モータ29が駆動すると、加熱体320によって定着ベルト230が定着ニップ部28よりも上流側で加熱されて矢印C方向に回転し、転写紙P上のトナー画像33が熱溶融されて転写紙P上に定着される。
【0061】
抵抗発熱体370を設けた加熱体320は、その内側曲面全体でベルト表面23aに接触するので、定着ベルト23を内側から加熱する場合に比べて、トナー画像33に直接接触するベルト表面23aを効率的に加熱することができる。このため、信頼性の高い定着機能が得られるとともに、抵抗発熱体370に対する供給電力を低減でき、省エネルギー化の促進を図れる。
【0062】
本形態では、従動ローラ210と加熱体320とを金属製としているが、加熱体320と定着ベルト23の接触状態を考慮すると、従動ローラ210を弾性部材とする方が好ましい。定着ベルト23の耐久性を考慮すると、熱効率は低下するが、加熱体320と定着ベルト23との間に僅かな隙間を形成するように配置するのが好ましい。この僅かな隙とは、定着ベルト23が回転移動する際にぶれても加熱体320と接触しない程度が望ましい。
【0063】
図12,図13は、略円弧形状の薄肉基体である加熱体22に設ける抵抗発熱体の配置の別形態を示す。同図において、抵抗発熱体27Aは、加熱体22の上方側の領域71に、抵抗発熱体27Bは、加熱体22の下方側の領域72にそれぞれパターン形成されている。領域71は定着ニップ部28(図1参照)から離れる側であり、領域72は定着ニップ部28に近接する側となっている。すなわち、加熱体22において、領域71はベルト回転方向の上流側に配置され、領域72はベルト回転方向の下流側に配置されている。これら抵抗発熱体27A,27Bは、電気絶縁層26によって加熱体22との絶縁性が保たれており、給電部34より給電されることで発熱して加熱体22を加熱する。本形態においては、抵抗発熱体27Bは抵抗発熱体27Aよりも、そのパターン面積が大きく形成されていて、給電部34より同一に給電されると発熱量が抵抗発熱体27Aよりも高くなるようになっている。
【0064】
このように配置した場合の抵抗発熱体27A,27Bの発熱制御について説明する。例えば、定着ニップ部28に近い抵抗発熱体27Bをより電力の高いメインヒータとし、抵抗発熱体27Aをより電力の低いサブヒータとする。室温から定着装置の立ち上がりを行う際には、メイン/サブの双方、すなわち、抵抗発熱体27A,27Bに通電を行う。この場合、領域72内において加熱体22の外側に定着ベルト23を介して接触するようにサーミスタなどの温度検知部を配置して温度検知を行う。そして所定の定着温度まで立ち上がったときは、メインヒータとなる抵抗発熱体27Bのみのオン/オフ制御して温度を所定の定着温度に維持する。連続通紙時等により熱供給を不足して定着温度が低下したときは、サブヒータとなる抵抗発熱体27Aにより補助加熱を行う。
【0065】
立ち上がり時でも室温からではなく、前回使用時の直後で、まだ余熱が残っている場合には、温度検知部からの検知情報により、抵抗発熱体27Bのみでも十分かどうかの判断をする制御を行う。そして、抵抗発熱体27B単独で熱供給が充分である場合には抵抗発熱体27Bのみに通電し、不足する場合には抵抗発熱体27A,27Bの双方に通電を行う。
【0066】
このような発熱制御を行うことによって、投入する電力の最適化を行うことができる。本形態では抵抗発熱体27A,27を、加熱体22のベルト回転方向の上流側と下流側とに分割配置したが、図14に示すよう、分割した抵抗発熱体27C,27Dを交互に交わるように配置させて加熱領域を略一定にするようにしても良い。
【0067】
第1ないし第4の実施の形態では、それぞれ低摩擦層25、250が、定着ベルト23,230と加熱体22,220の間に設けられているので、定着ベルト23,230およびそれに接触する部材の磨耗を低減することができる。
【0068】
各形態では、各定着ローラや各加圧ローラにヒータ等の加熱手段を設けずに、定着ベルトを加熱しているが、このような形態に限定するものではない。例えば、各形態における加圧ローラの内部にヒータを設けない場合でも定着ベルトから受ける熱によって温度は次第に追従していくが、ヒータを設けることによって加圧ローラの温度制御を独立に行うことができる。加圧ローラの温度制御ができると、得られる画像の光沢や定着性を安定させることができるとともに、立ち上げ時における定着装置自体を早く昇温させるのことも期待できる。従って、このような作用効果をより期待する場合には加圧ローラにヒータを内蔵するのが好ましい。
【0069】
各形態における定着ローラ、定着ベルト及び加圧ローラにそれぞれ弾性層を設けると、定着時のそれぞれの接触面に未定着トナー画像が転写された転写紙P上の凹凸(紙自身の持つうねり、トナーの高さのばらつき)に対して追従するため、良好に密着させることができると言う作用効果を有する。それによってカラー画像形成装置における転写紙Pの表面に良好な画質の画像を得ることができる。
【0070】
即ち、各形態の定着ローラが剛体で形成された場合には、定着時の接触面は転写紙P上の凹凸に対しては追従しないので、密着接触ができずに微小な光沢ムラなどの画質劣化という問題が生じてしまう。特にモノクロ機では問題とならないレベルでも、カラー機では特に顕著に現れるため、カラー機の高画質化には定着面に弾性を持たせることは重要である。
【0071】
定着面に弾性を持たせるのであれば、例えば、例えば特開平8−76620号公報、特開平9−44014号公報に記載のように、フィルム自体に弾性層を形成すればよいが、この様な場合、弾性層の厚みが薄いとと剛体である定着ローラやヒータを支持する固定支持体の剛性が影響し、定着フィルム上の弾性層は転写紙Pの表面凹凸への追従に対する効果を発揮し切れていない。また、当該弾性層を厚くすると、フィルム自体の熱容量が増大してしまい、加熱源、弾性層、フィルム表面の順で熱が伝わるので定着温度へ立ち上がり時間が著しく増大されてしまう。従って、各形態において、各形態における定着ローラ、定着ベルト及び加圧ローラにそれぞれ弾性層を設けることで、高画質化と省エネ化を同時に達成することができる。
【0072】
【発明の効果】
本発明によれば、定着ベルトを加熱する加熱体を固定状態することで、抵抗発熱体と抵抗発熱体への端子部とが摩擦することがなくなるので、両者の接触状態が安定して、発熱体へ十分な電力を安定供給でき、定着ニップ部でのトナーへの熱供給が安定し、信頼性の高い定着機能を得ることができる。加熱体が回転しないので、抵抗発熱体を個別制御する際にも、端子部との摩擦を考慮しなくてよく、構成の簡素化を図れる。
【0074】
本発明によれば、独立に給電可能な抵抗発熱体が定着ベルトとの接触面と反対側の面に設けると、ベルトとの接触による磨耗が抑えられるとともに、各発熱抵抗体を制御することで加熱体の配熱特性が容易に設定変更可能となり、端部温度上昇などの問題も容易に解決することができる。各抵抗発熱体が固定状態となるので、これに対する複数の電極による給電が容易かつ安定に行える。ハロゲンランプを熱源として用いて配熱特性を変更する場合には、ハロゲンランプを複数本必要とするが、本発明ではその必要がなくなるので、大幅なコスト低減を図れる。
【0075】
本発明によれば、抵抗発熱体が、固定状態の加熱体の両面に独立に給電可能に設けることで、発熱体の発熱制御幅が大きくなるとともに、各発熱抵抗体を制御することで加熱体の配熱特性が容易に設定変更可能となるので、端部温度上昇などの問題も容易に解決することができる。各抵抗発熱体が固定状態となるので、これに対する複数の電極による給電が容易かつ安定に行える。
【0076】
本発明によれば、抵抗発熱体を転写ベルトと接触しない面に設けられた加熱体が定着ベルトの外側に配置されて定着ベルトに平面的に接触するので、ローラ状や円弧状の加熱体に比べて設置スペースを小さくしながら、定着ベルトに対する接触面積が大きくなり、定着ベルトに対する加熱効率が良くなる。抵抗発熱体と、抵抗発熱体への端子部とが摩擦することがなくなるので、両者の接触状態が安定して、発熱体へ十分な電力を安定供給でき、定着ニップ部でのトナーへの熱供給が安定し、信頼性の高い定着機能を得ることができる。
【0077】
本発明によれば、磁性体で構成された定着ベルトが、磁力発生部材で加熱体に引き付けられるので、加熱体との接触状態が安定し、加熱体から定着ベルトへの熱供給が安定し、信頼性の高い定着機能を得ることができる。
【0078】
本発明によれば、加熱体における定着ベルトとの接触面と定着ベルトとの間に低摩擦層を設けることで、加熱体と定着ベルトの磨耗が抑えられるので、装置の耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す定着装置の拡大断面図である。
【図2】第1の実施の形態に適用された加熱体とその近傍の構成を示す拡大断面図である。
【図3】第2の実施の形態である加熱体とその近傍の構成を示す拡大断面図である。
【図4】抵抗発熱体の一構成例を示す拡大展開図である。
【図5】本発明にかかる画像形成装置の一例を示す全体構成図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態を示す定着装置の拡大断面図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態を示す定着装置の拡大断面図である。
【図8】補強部材を設けた加熱体の構成を示す断面図である。
【図9】補強部材を設けた加熱体の別な形態を示す断面図である。
【図10】ベルト密着手段を備えた定着装置の拡大断面図である。
【図11】定着ベルトの外側に加熱体を設けた定着装置の拡大断面図である。
【図12】抵抗発熱体の別な構成例を示す拡大展開図である。
【図13】図12に示す発熱抵抗体を備えた加熱体の構成を示す断面図である。
【図14】抵抗発熱体の別な構成例を示す拡大展開図である。
【符号の説明】
9,90,190,290,390,490 定着装置
21,210 回転体
22,220,320,420 加熱体
22a,220b,320b,420a 反対側の面
22b,220a,320a,420b 接触面
23,230 定着ベルト
24 加圧部材
25,250 低摩擦層
26,260,360 電気絶縁層
27,270,370 抵抗発熱体
28,280 定着ニップ部
33 未定着画像
211,212 補助回転体
400 磁力発生部材
D 記録材搬送方向
P 記録材
Claims (6)
- 未定着画像が形成された記録材を定着ニップ部に挿通させることで画像定着を行う定着装置であって、
前記定着ニップ部は、回転可能な回転体と複数の補助回転体とに巻きかけられた定着ベルトと、前記定着ベルトに接触する加圧部材とによって形成され、
前記定着ベルトの外側には、前記定着ベルトに接触する加熱体が配置され、前記加熱体における前記定着ベルトとの接触面と反対側の面には、電気絶縁層を介して抵抗発熱体が設けられ、
前記加熱体は、前記定着ベルトに平面的に接触するとともに、
前記定着ベルトは磁性体からなり、前記加熱体の定着ベルトと接触する面には磁力発生部材が設けられたことを特徴とする定着装置。 - 未定着画像が形成された記録材を定着ニップ部に挿通させることで画像定着を行う定着装置であって、
前記定着ニップ部は、回転可能な回転体と複数の補助回転体とに巻きかけられた定着ベルトと、前記定着ベルトに接触する加圧部材とによって形成され、
前記定着ベルトの外側には、前記定着ベルトに接触する加熱体が配置され、前記加熱体における前記定着ベルトとの接触面と反対側の面には、電気絶縁層を介して抵抗発熱体が設けられ、
前記加熱体は、前記補助回転体の間にまたがり、前記定着ベルトに平面的に接触していることを特徴とする定着装置。 - 請求項2記載の定着装置において、
前記定着ベルトは磁性体からなり、前記加熱体の定着ベルトと接触する面には磁力発生部材が設けられたことを特徴とする定着装置。 - 請求項1、2または3記載の定着装置において、
前記抵抗発熱体は、前記反対側の面にのみ複数形成され、各抵抗発熱体がそれぞれ独立に給電可能に設けられたことを特徴とする定着装置。 - 請求項1ないし4の何れか1つに記載の定着装置において、
前記加熱体における定着ベルトとの接触面と前記定着ベルトとの間に低摩擦層を設けたことを特徴とする定着装置。 - 請求項1ないし5の何れか1つに記載の定着装置を有する画像形成装置。
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