JP2017021173A - 加熱定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材の加熱手段であるハロゲンランプの長手温度分布制御による非通紙部昇温が課題であった。
【解決手段】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、前記定着フィルム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フィルム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ヒータと、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フィルムの内周面に向けて反射する反射部材と、前記反射部材の両端部領域の角度を変化させる角度可変部材とを有する定着装置において、前記定着フィルムの長手端部昇温情報に応じて前記角度可変部材が前記反射部材の所定の長手両端領域の角度を変化させることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の加熱定着装置、および画像形成装置に関する。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、無端状のベルト部材の内周面に固定部材を摺接させて、ベルト部材を介して固定部材を回転体に圧接させることでベルト部材と回転体との間にニップ部を形成して、このニップ部に記録媒体を搬送して記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置が広く用いられている（特許文献１〜３参照）。

特許文献１、２には、ウォームアップ時間が短いオンデマンド方式の定着装置が開示されている。オンデマンド方式の定着装置は、ベルト部材としての定着フィルム（エンドレスフィルム）、回転体としての加圧ローラ、固定部材としてのヒーター、等で構成されている。ヒーターは、定着フィルムの内部に設置され、定着フィルムを介して加圧ローラに圧接してニップ部を形成するとともに、ニップ部の位置で定着フィルムを加熱する。そして、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、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。

特許文献３には、定着部材として加熱手段（ハロゲンランプ）を内設した定着ベルト（エンドレスベルト）を用い、加圧ローラを用いた定着装置が開示されている。詳しくは、固定部材としての加圧パッド（圧力パッド）が、スプリングでニップ部側に付勢されながら、定着ベルトの内周面に摺接するように固定されている。これにより、加圧ベルトを介して加圧パッドが加圧ローラに圧接してニップ部が形成される。そして、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、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。

ここで、特許文献３等には、ハロゲンヒータと定着ベルトの間に熱量調整部材を配置し、ヒータから定着ベルトへの輻射熱の供給量を記録媒体のサイズにより変更する技術が示されている。これは、定着装置に導入使用可能な最大通紙幅の記録媒体よりも通紙幅が小さい記録媒体（小サイズ紙）を連続的に通紙して加熱定着を実行していくと、定着ベルト、加圧ローラにおける通紙部では記録材の加熱のために消費された熱が温調系によって補償されて所定温度に維持されるのに対して、非通紙部では記録材の加熱によって熱が消費されず蓄熱されてしまい、非通紙部の温度が、所定温度に維持管理されている通紙部よりも昇温していく非通紙部昇温問題を抑制する為に用いられている。

特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報 特開２０１０−０３２９７３号公報

特許文献３に記載される技術においては、定着部材の加熱手段であるハロゲンランプの長手温度分布制御による非通紙部昇温が課題となっている。

本発明に係る加熱定着装置は、
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、前記定着フィルム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フィルム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ヒータと、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フィルムの内周面に向けて反射する反射部材と、
前記反射部材の両端部領域の角度を変化させる角度可変部材とを有する定着装置において、前記定着フィルムの長手端部昇温情報に応じて前記角度可変部材が前記反射部材の所定の長手両端領域の角度を変化させることを特徴とする。
前記反射部材は、端部領域と中央領域の３つの領域から構成されており、該接続部の角度が可変であることを特徴とする。
角度可変部材の移動は、DCモータで駆動することを特徴とする。

本発明に係る加熱定着装置によれば、簡単な構成で定着ベルトに伝達するハロゲンヒータからの輻射の長手領域を制御することができる。

第一の実施例における画像形成装置の模式図 第一の実施例における定着装置の模式図 第一の実施例における定着装置の断面図 第一の実施例の動作フロー図 第一の実施例における可変角度θの概念図 第一の実施例における定着ベルトの長手表面温度分布図

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１は本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、シートの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。

図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。

一方、シートＰは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、シートＰを一旦受け止めて、シートが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によってシートＰに転写される。その後、シートのトナー像は、シートが定着器４０によって、加熱加圧されることでシートに定着される。

次に、本実施例で用いた定着器について説明する。図２は、定着装置４０の概略構成図で示されるようなベルト加熱方式の加熱装置（テンションレスタイプ）を用いている。

４３は加熱体としてのとしてのハロゲンヒータやカーボンヒータ（以下、ヒータと記す）であり、その両端部が定着装置４０の側板に固定されている。そして、装置本体の電源部により出力制御されたヒーター４３の輻射熱が反射板４２によって反射することで定着ベルト４１に到達し、定着ベルト４１が加熱される。
４１は熱を伝達する加熱部材としての円筒状（エンドレス）の耐熱性の定着ベルトであり、上記のヒーター４３を含む支持部材にルーズに外嵌させてある。本実施例における定着ベルト４１は、表層、弾性層、基層、内面コート層の４層複合構造を有した定着ベルトである。

離型層は厚さ１００μｍ以下、好ましくは２０〜７０μｍのフッ素樹脂材料を使用できる。たとえば、例えばフッ素樹脂層としては、例えばＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡなどが挙げられる。本実施例では、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いた。

弾性層は、熱容量を小さくしてクイックスタート製を向上させるために、厚さとしては１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下のゴム材料を使用できる。例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ３００μｍのシリコーンゴムを用いた。

基材金属層も弾性層と同様にクイックスタート性を向上させるために、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料を使用できる。例えば、ＳＵＳ、ニッケルなどの金属フィルムを使用できる。

本実施例では、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。

内面コート層は、加圧パッドと接しているため耐熱性を持つ樹脂層やセラミックス、金属などを使用できる。例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン／六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン／パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）などのエンジニアリングプラスティックや、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）などが挙げられる。

４４は加圧部材としての耐熱性弾性加圧ローラであり、芯金と、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、あるいはシリコーンゴムの発泡体からなる弾性層からなり、芯金の両端部を回転自由に軸受け支持させて配設してある。この加圧ローラ４４の上側に上記の定着ベルト４１・ヒーター４３を、ヒーター４３側に対して加圧ローラ４４に並行に配置し、不図示の押付部材で押圧させることで、定着ベルト４１を介してヒーター４３の下面と加圧ローラ４４の上面にローラ弾性層の弾性に抗して圧接させて加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｔを形成させてある。

加圧ローラ４４は不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に所定の回転周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ４４の回転駆動による加圧ローラ４４と定着ベルト４１との、定着ニップ部Ｔにおける圧接摩擦力により円筒状の定着ベルト４１に回転力が作用して該定着ベルト４１が加圧パッド４６の下向き面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に従動回転状態になる。支持部材は円筒状定着ベルト４１の回転ガイド部材でもある。

４５aおよび４５bは接触式温度計（サーミスタ）であり、ヒーター４３によって加熱された定着ベルト４１の温度を計測し、その検出結果を不図示の温度制御手段に渡す構成となっている。４５aは定着ベルト４１の中央部に配置され、記録材Pの通紙領域の温度を検出する。さらに４５bは定着ベルト４１の端部に配置され、記録材Pの非通紙領域の温度を検出する。

４６は加圧パッドであり、加圧ローラに圧接してニップ部を形成する部材である。

加圧ローラ４４が回転駆動され、それに伴って円筒状定着ベルト４１が従動回転状態になり、またヒーター４３に通電がなされて定着ベルト４１が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｔの定着ベルト４１と加圧ローラ４４との間に未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが導入され、定着ニップ部Ｎおいて記録材Ｐのトナー像担持側面が定着ベルト４１の外面に密着して定着ベルト４１と一緒に定着ニップ部Ｔを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程においてヒーター４３で加熱された定着ベルト４１の熱により記録材Ｐが加熱され、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｔを通過した記録材Ｐは定着ベルト４１の面から曲率分離して排出搬送されていく。

［反射部材］
まず、本実施例の構成における反射部材４２について詳細を述べる。図３に示すように、反射板４２は長手方向に対し、中央部４２aと両端部４２bの３部構成からなり、中央部４２aに対して両端部４２bの角度が可変となる角度可変機構４７が固定部材両端（定着ベルトの長手領域の外側）に設けられている。この角度可変機構４７はDCモータを駆動源としており、角度可変機構４７の変位によって反射板の両端部４２bが長手方向に対して所定の角度θで移動する。それにより、反射板の両端部４２bに対向するヒータからの輻射が定着ベルト４１の端部に伝達しないようにする。

同時に、前記輻射を長手の中央領域（通紙領域）に集めることで、通紙領域の発熱効率を上げることができる。

本実施例の具体例を図４を用いて説明する。動作条件としては、加圧条件を総圧で３０ｋｇｆ、定着ベルトおよび加圧ローラの回転速度を２５０ｍｍ／ｓ、ヒーターへの投入電力を８００Wとした。

まず、出力される記録媒体の通紙サイズが入力されると、表１に示すように、定着ベルト４１の長手長さに対する非通紙部領域Lが決定される。次に、前記非通紙部領域Lの加熱領域が記録媒体の通紙領域になる為の、反射板の両端部４２bの可変角度θが決定される。この時、図５に示すように、可変角度θと、それによる輻射熱の長手方向移動距離ｌは関係式丸１で表すことができる。

本実施例で用いたDCモータでは、長手方向移動距離ｌの最小距離ｌmin=0.5ｍｍである。

反射板の角度可変部は最小記録紙サイズの端部に合せて配置されており、本実験においては、使用する記録紙サイズをA4R、反射板４２から定着ベルト４１までの距離ｄ＝20mmとして詳細を説明する。

表１に示すように、使用する記録紙サイズがA4Rの場合、非通紙部領域Ｌの長さは26.5mmである。この時、図５に示すように輻射熱の長手方向移動距離ｌ＝26.5mmとなるように反射板の可変角度θが関係式丸１より選択される。

そして、決定された可変角度θにより、角度可変機構４７の変位量が決定され、定着動作が開始される。さらに定着開始後、接触式温度計４５bによって、定着ベルト４１の内面温度を検知することで、定着ベルト４１の内面温度が所定の温度以上の場合は、ヒータをＯＦＦし、前記長手方向移動距離ｌをさらに２mmだけ通紙領域に移動させる制御手段を設けている。

［従来技術との比較］
比較の為に、本実施例を施さない場合と、可変角度θ＝１０°、２０°とした場合の結果を表２および図６に示す。まず、表２に示すように本実施例を施すことで、従来例（未実施）の場合に比べて、非通紙領域の定着ベルト４１の表面温度が最大で２６°減少するという結果を得た。さらに、前記非通紙領域に伝達するはずであった輻射を通紙領域に移動させることで、通紙領域の定着ベルト４１の表面温度が最大で９°上昇するという結果を得た。
以上の結果の長手温度分布を図６に示す。図６においても、本実施例を施すことにより、従来例（未実施）の場合に比べて、非通紙部昇温を抑制する効果を示すことができたと同時に、通紙領域の加熱効率を向上させる効果を示すことができた。

１０ 画像形成部、１１ 感光ドラム、１２ 帯電器、１３ レーザスキャナ、
１４ 現像器、１５ クリーナ、１７ 一次転写ブレード、２０ 給紙カセット、
２５ マルチ給紙トレイ、２３ レジストローラ対、３１ 中間転写ベルト、
３５ 二次転写ローラ、４０ 定着器、４１ 定着ベルト、４２ 反射板、
４３ 加熱体、４４ 加圧ローラ、４５a 接触式サーミスタ(長手中央)、
４５b 接触式サーミスタ(長手端部)、４６ 加圧パッド、４７ 角度可変機構、
４８ 駆動手段、４９ 制御手段、５０ 張架ローラ、５１ 駆動ローラ、
５２ 定着ベルト、５３ 加圧ローラ、５４ 定着ベルト加圧部材、
５５ ハロゲンヒータ、９０ 引き上げモータ、９１ 加熱厚板部材、Ｐ シート、
Ｔ トナー

Claims (3)

1. 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（４１）と、前記定着ベルト（４１）の内周面側に固設されて、前記定着ベルト（４１）を介して加圧回転体（４４）に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する押し付け部材（４６）と、
   前記ニップ部を除く位置で前記定着フィルム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ヒータ（４２）と、
   前記ヒータ（４３）に対向して当該ヒータ（４２）から射出された輻射を前記定着ベルト（４１）の内周面に向けて反射する反射部材（４２）と、
   前記反射部材（４２）の両端部領域（４２ｂ）の角度を変化させる角度可変部材（４７）とを有する定着装置において、
   前記定着ベルト（４１）の長手端部昇温情報に応じて前記角度可変部材（４７）が前記反射部材（４２）の所定の長手両端領域（４２ｂ）の角度を変化させることを特徴とする加熱定着装置。
2. 前記反射部材（４２）は、端部領域（４２ｂ）と中央領域（４２a）の３つの領域から構成されており、該接続部の角度が可変であることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
3. 角度可変部材（４７）の移動は、DCモータで駆動することを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。