JP5549160B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
そして、定着ベルトがヒータによって加熱された金属部材によって加熱されて、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像がニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着されることになる。
しかし、金属部材の加熱をするために、ヒータから補強部材に向かう熱が、まだまだ効率的に利用されていなかった。
また、この発明の請求項7記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項1〜請求項6のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。
また、本願において、「幅方向」とは、記録媒体の通紙方向に対して直交する方向であるものと定義する。
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
図1に示すように、本実施の形態における画像形成装置1は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体1の上方にあるボトル収容部101には、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した4つのトナーボトル102Y、102M、102C、102Kが着脱自在(交換自在)に設置されている。
ボトル収容部101の下方には中間転写ユニット85が配設されている。その中間転写ユニット85の中間転写ベルト78に対向するように、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部4Y、4M、4C、4Kが並設されている。
その後、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面は、露光部3から発せられたレーザ光Lの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される(露光工程である。)。
その後、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面は、中間転写ベルト78及び第1転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上のトナー像が中間転写ベルト78上に転写される(1次転写工程である。)。このとき、感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
最後に、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。
ここで、中間転写ユニット85は、中間転写ベルト78、4つの1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79K、2次転写バックアップローラ82、クリーニングバックアップローラ83、テンションローラ84、中間転写クリーニング部80、等で構成される。中間転写ベルト78は、3つのローラ82〜84によって張架・支持されるとともに、1つのローラ82の回転駆動によって図1中の矢印方向に無端移動される。
そして、中間転写ベルト78は、矢印方向に走行して、各1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kの1次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上の各色のトナー像が、中間転写ベルト78上に重ねて1次転写される。
その後、中間転写ベルト78は、中間転写クリーニング部80の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト78上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト78上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。
詳しくは、給紙部12には、転写紙等の記録媒体Pが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ97が図1中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Pがレジストローラ対98のローラ間に向けて給送される。
その後、記録媒体Pは、排紙ローラ対99のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対99によって装置外に排出された被転写Pは、出力画像として、スタック部100上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
図2〜図4に示すように、定着装置20は、定着部材としての定着ベルト21(ベルト部材)、固定部材26、金属部材22(加熱部材)、補強部材23、反射部材24(反射板)、加熱手段としてのヒータ25(熱源)、加圧回転体としての加圧ローラ31、温度センサ40、断熱部材27、ステー部材28、等で構成される。
定着ベルト21の基材層は、層厚が30〜50μmであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。
定着ベルト21の弾性層は、層厚が100〜300μmであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、ニップ部における定着ベルト21表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体P上のトナー像Tに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。
定着ベルト21の離型層は、層厚が10〜50μmであって、PFA(テトラフルオロエチレン−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)、ポリイミド、ポリエーテルイミド、PES(ポリエーテルサルファイド)、等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーT(トナー像)に対する離型性(剥離性)が担保される。
定着ベルト21の内部(内周面側)には、固定部材26、ヒータ25(加熱手段)、金属部材22、補強部材23、反射部材24、断熱部材27、ステー部材28、等が固設されている。
ここで、固定部材26は、定着ベルト21の内周面21aに摺接するように固定されている。そして、固定部材26が定着ベルト21を介して加圧ローラ31に圧接することで、記録媒体Pが搬送されるニップ部が形成される。図3を参照して、固定部材26は、その幅方向両端部が定着装置20の側板43に固定支持されている。なお、固定部材26の構成については、後でさらに詳しく説明する。
そして、略パイプ状に形成された金属部材22は、ヒータ25の輻射熱により加熱されて定着ベルト21を加熱する(熱を伝える。)。すなわち、金属部材22がヒータ25によって直接的に加熱されて、金属部材22を介して定着ベルト21がヒータ25によって間接的に加熱されることになる。定着ベルト21の加熱効率を良好に維持するためには、金属部材22の厚さを0.1mm以下に設定することが好ましい。
金属部材22の材料としては、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、鉄、等の金属熱伝導体(熱伝導性を有する金属である。)を用いることができるが、その中でも単位体積の熱容量比(密度×比熱である。)が比較的小さいフェライト系ステンレス鋼が好適である。本実施の形態では、金属部材22の材料として、フェライト系ステンレス鋼であるSUS430を用いている。また、金属部材22の厚さを0.1mmに設定している。
また、金属部材22と定着ベルト21とが摺接しても定着ベルト21の磨耗が軽減されるように、定着ベルト21の内周面には、双方の部材21、22の間にはフッ素グリス等の潤滑剤が塗布されている。
なお、本実施の形態では、金属部材22の断面形状が略円形になるように形成したが、金属部材22の断面形状が多角形になるように形成することもできるし、金属部材22の周面にスリットを設けることもできる。
なお、補強部材23は、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが好ましい。
また、本実施の形態において、補強部材23は、金属部材22の内部を概ね2つの空間に分けるように配設された板状部材である。
なお、反射部材24の構成・動作については、後でさらに詳しく説明する。
また、本実施の形態では、定着ベルト21の直径が加圧ローラ31の直径とほぼ同等になるように形成したが、定着ベルト21の直径が加圧ローラ31の直径よりも小さくなるように形成することもできる。その場合、ニップ部における定着ベルト21の曲率が加圧ローラ31の曲率よりも小さくなるために、ニップ部から送出される記録媒体Pが定着ベルト21から分離され易くなる。
なお、本実施の形態では、ニップ部を形成する固定部材26の形状を凹状に形成したが、ニップ部を形成する固定部材26の形状を平面状に形成することもできる。すなわち、固定部材26の摺接面(加圧ローラ31に対向する面である。)が平面形状になるように形成することができる。これにより、ニップ部の形状が記録媒体Pの画像面に対して略平行になって、定着ベルト21と記録媒体Pとの密着性が高まるために定着性が向上する。さらに、ニップ部の出口側における定着ベルト21の曲率が大きくなるために、ニップ部から送出された記録媒体Pを定着ベルト21から容易に分離することができる。
金属板を曲げ加工することにより形成する略パイプ状の金属部材22は、その肉厚を薄くすることができるために、ウォームアップ時間を短縮することができる。しかし、金属部材22自身の剛性は小さくなっているため、加圧ローラ31の加圧力に抗しきれずに、撓んだり、変形することがある。パイプ状の金属部材22が変形してしまうと所望のニップ幅が得られずに、定着性が低下するという問題が生じる。これに対して、本実施の形態では、薄肉の金属部材22とは別に高剛性の固定部材26を設置してニップ部を形成しているために、そのような問題が生じるのを未然に防止することができる。
本実施の形態では、定着ベルト21と金属部材22とがほぼ全周にわたって近接しているため、加熱待機時(プリント動作待機時)においても定着ベルト21を周方向に温度ムラなく加熱できる。したがって、プリント要求を受けた後、速やかにプリント動作をおこなうことができる。このとき、従来のオンデマンド方式の定着装置(例えば、特許第2884714号公報参照。)では、ニップ部で加熱待機時に加圧ローラを変形させたまま熱を与えてしまうと、加圧ローラのゴムの材質によっては、熱劣化を起こして加圧ローラの寿命が短くなってしまったり、加圧ローラに圧縮永久ひずみが発生してしまったりする(ゴムの圧縮永久ひずみは、ゴムの変形に加熱が加わることにより増大する。)。そして、加圧ローラに圧縮永久ひずみが発生すると、加圧ローラの一部が凹んだ状態になり、所望のニップ幅が得られないため、定着不良が発生したり、回転時に異音が生じたりする。
これに対して、本実施の形態では、固定部材26と金属部材22との間に断熱部材27が設置されているために、加熱待機時に金属部材22の熱が固定部材26に達しにくくなる。したがって、加熱待機時に加圧ローラ31が変形した状態で高温加熱される不具合が軽減されて、上述の問題が生じるのを抑止することができる。
これに対して、本実施の形態では、固定部材26と金属部材22との間に断熱部材27が設置されているために、金属部材22の熱がニップ部の潤滑剤に達しにくくなる。したがって、潤滑剤の高温による劣化が軽減されて、上述の問題が生じるのを抑止することができる。
略パイプ状の金属部材22は、0.1mm厚のステンレス板に曲げ加工を施して形成したものである。したがって、ステンレス板を曲げ加工によって所望のパイプ形状に加工しようとしても、そのままでは、スプリングバックによって径が大きくなる方向に開いてしまい所望のパイプ形状を形成することができない。そして、金属部材22がスプリングバックによって開いてしまうと、定着ベルト21の内周面に接触してしまい定着ベルト21を傷つけたり、定着ベルト21との接触ムラによる定着ベルト21の加熱ムラが生じたりしてしまう。本実施の形態では、このような不具合が生じるのを抑止するために、金属部材22の開口部が形成された凹部(曲げ部)をステー部材28で固定することによって、金属部材22のスプリングバックによる変形を抑止している。具体的には、スプリングバック力に抗するように曲げ加工が施された金属部材22の形状を保持しながら、金属部材22の内周面側からステー部材28を凹部に圧入する。
上述したように、金属板を曲げ加工することにより形成する略パイプ状の金属部材22は、その肉厚を薄くすることができるために、ウォームアップ時間を短縮することができる。しかし、金属部材22自身の剛性は小さくなっているため、加圧ローラ31の加圧力が金属部材22に作用すると、その加圧力に抗しきれずに、撓んだり、変形してしまう。そして、パイプ状の金属部材22が変形してしまうと所望のニップ幅が得られずに、定着性が低下するという問題が生じてしまう。これに対して、本実施の形態では、薄肉の金属部材22に凹部(固定部材26が挿設されている部分である。)をニップ部から離れるように設けて、加圧ローラ31の加圧力が金属部材22に直接的に作用しないように構成しているために、そのような問題が生じるのを未然に防止することができる。
装置本体1の電源スイッチが投入されると、ヒータ25に電力が供給されるとともに、加圧ローラ31の図2中の矢印方向の回転駆動が開始される。これにより、加圧ローラ31との摩擦力によって、定着ベルト21も図2中の矢印方向に従動(回転)する。
その後、給紙部12から記録媒体Pが給送されて、2次転写ローラ89の位置で、記録媒体P上に未定着のカラー画像が担持(転写)される。未定着画像T(トナー像)が担持された記録媒体Pは、不図示のガイド板に案内されながら図2の矢印Y10方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト21及び加圧ローラ31のニップ部に送入される。
そして、金属部材22(ヒータ25)によって加熱された定着ベルト21による加熱と、補強部材23によって補強された固定部材26と加圧ローラ31との押圧力とによって、記録媒体Pの表面にトナー像Tが定着される。その後、ニップ部から送出された記録媒体Pは、矢印Y11方向に搬送される。
図2、図5等を参照して、本実施の形態における定着装置20には、ヒータ25から射出された光(赤外線)を金属部材22の内周面に向けて反射する反射面を具備する反射部材24(反射板)が、補強部材23に固設されている。この反射部材24の反射面は、対向する金属部材22の内周面の曲面形状に合わせて凸状に形成されている。換言すると、幅方向(図2の紙面垂直方向である。)に直交する断面でみたときに、ヒータ25に対向する反射面は、その中央部がヒータ25に近づくように弓状に形成されている。
詳しくは、図5等を参照して、反射部材24は、反射面(ヒータ25に対向する面である。)が形成された曲板部24aと、曲板部24aの両端にそれぞれ形成された平板部24bと、からなる板状部材(反射板)である。なお、本実施の形態では、反射部材24として、板厚が0.2mmのアルミニウム板を用いている。アルミニウムは、ヒータから射出する光(赤外線)に対する反射率が高い材料であるため、反射部材24を形成する材料として好適である。
具体的に、反射部材24(平板部24b)の幅方向一端側(図5(B)の下方である。)に形成された締結部は、ネジ48の雄ネジ部が通る穴部24b1である。これに対して、反射部材24(平板部24b)の幅方向他端側(図5(B)の上方である。)に形成された締結部は、段ネジ49の段部が通る長穴部24b2である。そして、反射部材24の穴部24b1を介して補強部材23の雌ネジ部にネジ48が螺合されるとともに、反射部材24の長穴部24b2を介して補強部材23の雌ネジ部に段ネジ49が螺合されることで、反射部材24が補強部材23にネジ締結される。
なお、これらの締結部(穴部24b1、長穴部24b2)は、非通紙領域(図3に示す通紙領域Mの外側の領域である。)であって、金属部材22の幅方向の範囲(図5(B)の破線両矢印で示す範囲である。)の外側に形成されている。
これらの結果からも、本実施の形態のように補強部材23の対向面に凸状の反射部材24を設置した場合には、平板状の反射部材240を設置した場合に比べて、ヒータ光が金属部材22の周方向にわたって広い範囲で均一に照射されやすくなることがわかる。したがって、金属部材22が周方向にわたって均一に加熱されやすくなって、定着ベルト21(金属部材22)の加熱効率がさらに向上する。
図8は、凸状の反射部材(図6(A)に示すものである。)を用いた場合と、平面状の反射部材(図6(B)に示すものである。)を用いた場合と、反射部材を用いない場合(補強部材23の対向面が反射面となる場合である。)と、のウォーミングアップ時間の差異を示すグラフである。図8において、実線で示す曲線は凸状の反射部材24を用いたときの結果を示すものであり、一点鎖線で示す曲線は平板状の反射部材240を用いたときの結果を示すものであり、破線で示す曲線はいずれの反射部材をも用いないときの結果を示すものである。
これらの結果から、凸状の反射部材24を設置した場合にはウォームアップ時間が15.5秒となり、平板状の反射部材240を設置した場合のウォームアップ時間(17秒)や、反射部材を設置しない場合のウォームアップ時間(20秒)に比べて、ウォームアップ時間の短縮化がさらに向上されることがわかる。
ニップ部上流側は定着ベルト21の張り側(張力が大きい側である。)になるため、ニップ部下流側に比べて、定着ベルト21と金属部材22とのクリアランス量が比較的小さくなる(全体的に小さく設定されているクリアランス量がさらに小さくなる。)。そのため、金属部材22の熱を定着ベルト21に効率的に伝達しやすくなるので、ヒータ25をニップ部上流側の空間に設置している。また、反射部材24によって反射されるヒータ光が、金属部材22の内周面に周方向にわたって広く均一に拡散されるように、ヒータ25はニップ部上流側の空間のほぼ中央に配設されている。そして、反射部材24の反射面の曲面形状は、金属部材22の内周面に周方向にわたって広く均一に拡散されるように、ヒータ光の光路についてのシミュレーションをおこなって好適に定められている。
なお、このような効果を確実なものとするために、図9に示すように、補強部材23と反射部材24の曲板部24aとの間に、断熱材50を設置することもできる。断熱材50の材料としては、断熱性に優れたスポンジゴムや、空包を有するセラミック、等を用いることができる。
20 定着装置、
21 定着ベルト(定着部材)、
22 金属部材(加熱部材)、
23 補強部材、
24 反射部材、
24a 曲板部、 24b 平板部、
24b1 穴部、 24b2 長穴部、
25 ヒータ、
26 固定部材、
31 加圧ローラ(加圧回転体)、
50 断熱材、 P 記録媒体。
Claims (7)
- 所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融するとともに、可撓性を有する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの内周面側に固設されて、当該定着ベルトを介して加圧回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する固定部材と、
前記ニップ部を除く位置で前記定着ベルトの内周面に対向するように固設されて前記定着ベルトを加熱するとともに、その内周面側に固設されたヒータによって加熱されるパイプ状の金属部材と、
前記金属部材の内周面側に固設されて前記固定部材に当接して当該固定部材を補強する補強部材と、
前記ヒータに対向して当該ヒータから射出された光を前記金属部材の内周面に向けて反射する反射面を具備するとともに、前記補強部材に固設された板状の反射部材と、
を備え、
前記反射部材の前記反射面は、対向する前記金属部材の内周面の曲面形状に合わせて凸状に形成され、
前記反射部材と前記補強部材との間に断熱層を設けたことを特徴とする定着装置。 - 前記反射部材は、
前記反射面を有する曲板部と、
前記曲板部の両端にそれぞれ形成されるとともに、当該反射部材を前記補強部材に対して着脱自在に設置するための締結部が形成された平板部と、
を具備した板状部材であることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記反射部材の前記締結部は、非通紙領域であって前記金属部材の幅方向の範囲外に形成され、
幅方向一端側に形成された前記締結部は、ネジの雄ネジ部が通る穴部であって、
幅方向他端側に形成された前記締結部は、段ネジの段部が通る長穴部であることを特徴とする請求項2に記載の定着装置。 - 前記断熱層は、前記補強部材と前記反射部材の前記曲板部との間に設置した断熱材であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の定着装置。
- 前記補強部材は、前記金属部材の内部を2つの空間に分けるように配設された板状部材であって、
前記ヒータ及び前記反射部材は、前記2つの空間のうち、前記ニップ部に対して前記定着ベルトの走行方向上流側に位置する空間に配設されたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の定着装置。 - 所定方向に走行してトナー像を加熱して溶融するとともに、可撓性を有する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの内周面側に固設されて、当該定着ベルトを介して加圧回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する固定部材と、
前記定着ベルトを加熱するヒータと、
前記定着ベルトの内周面側に固設されて前記固定部材に当接して当該固定部材を補強する補強部材と、
前記ヒータに対向して当該ヒータから射出された光を前記定着ベルトの内周面に向けて反射する反射面を具備するとともに、前記補強部材に固設された板状の反射部材と、
を備え、
前記反射部材の前記反射面は、対向する前記定着ベルトの内周面の曲面形状に合わせて凸状に形成され、
前記反射部材と前記補強部材との間に断熱層を設けたことを特徴とする定着装置。 - 請求項1〜請求項6のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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