JP5111647B2

JP5111647B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP5111647B2
Application number: JP2011167380A
Authority: JP
Inventors: 直行石田; 昭浩近藤; 鐘浩権
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: JP2011215648A

Description

本発明は、複写機等の画像形成装置において、トナー画像を記録紙に定着させるために使用される定着装置に関するものである。

電子写真方式による複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、像担持体である感光ドラム上に形成されたトナー画像を転写材（被記録体）である記録紙に転写し、これに熱と圧力を加えて記録紙に定着する方法が採用されている。

この定着方法は、加熱部材として循環移動する無端状定着ベルトと、これに対向させた加圧部材（通常はローラである）とを備え、これら定着ベルトと加圧部材とで挟まれる定着ニップ部に未定着の記録紙を導入して通過させつつ、加熱部材である定着ベルトの内側に設けた輻射熱源からの熱と、加圧ローラによる圧力を当該記録紙に加えて、トナー画像を記録紙に定着させるものである。

前記加熱部材である定着ベルトは、柔軟なシート材で形成されているので、その内側に前記加圧部材の圧力を受け止めるための支持部材が設けられている。この支持部材は、加熱部材の内面に摺接する摺接面を備え、この摺接面に沿って前記加熱部材が摺動するようになっている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。

また、前記輻射熱源としては、例えばハロゲンランプが設けられ、このハロゲンランプからの輻射熱によって前記加熱部材を加熱するようになっている。一方、前記支持部材は、加圧ローラの圧力に耐える強度が必要であるため、一般に大型で、熱容量の大きい金属材等で形成されている。

特開２００４−６２０５３号公報特開２００４−９４１４６号公報

しかしながら、例えば、上述した支持部材が板材である場合は、板厚を大きくする必要があり、支持部材の熱容量が大きくなるため、加熱された加熱部材の熱を吸収し、加熱部材から熱を奪ってしまうという問題がある。

このように、加熱部材の熱が支持部材に奪われると、加熱部材を所定の温度に昇温させるために大量の熱が必要となり、省エネ上の問題が生じるとともに、ウォーミングアップ時間が長くなるという課題がある。また、加熱部材の熱が支持部材に奪われることによって、記録紙表面に十分な熱を伝えることができなくなり、定着不良が発生するという課題があった。

本発明は、上記従来の定着装置における課題を考慮し、加圧部材の加圧力に対抗する強度を保持しながら、加熱部材から奪われる熱量をできるだけ少なくすることにより、ウォーミングアップ時間を短縮し、加熱不足による定着不良等が生じにくくすることを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、次のような構成を採用した。すなわち、第１の本発明は、無端状の金属スリーブを基材とする加熱部材と、前記加熱部材の内部に設けられた輻射発熱源と、前記加熱部材の内面と摺動する摺動面を有する支持部材と、前記支持部材の摺動面との間に前記加熱部材を挟んで加圧するニップ部を形成するとともに前記加熱部材を所定方向に従動回転させる加圧ローラとを備え、記録紙上の未定着像を前記ニップ部を通過させ定着させる定着装置において、
前記支持部材の摺動面と反対側に位置して前記支持部材へ加わる加圧ローラの加圧力を受け止めるバックアップ部材を設け、前記支持部材と前記バックアップ部材との間に断熱部材を介装し、
前記支持部材は、断面が上に凹の樋状に形成された剛性を有する部材であって、
前記バックアップ部材は、前記断熱部材を介して、前記支持部材の前記樋状の底面の前記ニップ部を形成する部分の、前記所定方向を基準として上流側と下流側を除く中央部分でのみ前記支持部材を押圧することを特徴とする定着装置である。

また、第２の本発明は、前記断熱部材が、耐熱樹脂又はシリコンゴムである上記第１の本発明の定着装置である。

また、第３の本発明は、前記バックアップ部材は、表面が前記支持部材に接する板状部材の背面側に該板状部材と直角な板状リブが一体に設けられた断面逆Ｔ字状に形成されている上記第１または第２の本発明の定着装置である。

本願発明によれば、加圧部材の加圧力に対抗する強度を保持しながら、加熱部材から奪われる熱量をできるだけ少なくすることにより、ウォーミングアップ時間を短縮し、加熱不足による定着不良等を生じにくくすることが出来る。

画像形成装置の概略を模式的に表す正面図である。定着装置の構成を模式的に表す正面図である。支持部材とバックアップ部材の斜視図である。バックアップ部材の斜視図である。異なる実施形態を表すバックアップ部材の斜視図である。さらに異なる実施形態を表す定着装置の拡大図である。実施例で使用した従来装置の模式的正面図である。実施例で使用した装置の模式的正面図である。温度測定結果を表すグラフである。

以下、本発明に係る定着装置、又は本発明に関連する他の発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の実施形態について具体的に説明する。

図１は画像形成装置である複写機の構成を例示するものである。この画像形成装置１は、像担持体である感光ドラム２を備え、その下側に記録紙（転写材）Ｓを搬送する転写ベルト３が設けられている。感光ドラム２は、金属ドラムの表面に感光体の層を被覆したもので、例えばＡ−ＳＩ感光体を使用した直径８０ｍｍのドラムであり、図の矢印Ａ方向に回転する。

感光ドラム２の外周部には、当該感光ドラム２の表面を一様に帯電させる主帯電器４と、感光用のレーザ光を照射するレーザ照射装置５と、現像器７とが回転方向に沿って順に配置されている。なお、感光ドラム２と転写ベルト３で搬送される記録紙Ｓとが接する位置（転写部）Ｔよりも感光ドラム２の回転方向下流側には、ドラムクリーナ９と感光ドラム２用の除電器１０が設けられている。

レーザ照射装置５は、レーザ発光部と、ミラー、レンズ等の光学装置を備え、図１では図示を省略したＣＣＤカメラからの画像信号に応じて感光ドラム２の表面にレーザ光を照射し、当該感光ドラム表面上に静電潜像を形成するものである。

現像器７は、感光ドラム２表面に形成されている潜像にトナーを付着させてトナー像とするためのもので、トナー容器内のトナーを適量づつ感光ドラム表面に供給し、このトナーを感光ドラム２表面の帯電している部分にのみ付着させる。

転写ベルト３は、駆動ローラ１２と従動ローラ１３との間に張架された無端ベルトであり、抵抗制御されたＮＢＲの基材を備え、表面の記録紙吸着性を向上させるとともに、表面のトナー離型性を確保するために、高抵抗のウレタンバインダに分散されたＰＴＦＥのコーティングが施されている。

上記駆動ローラ１２と従動ローラ１３とは、回転軸が互いに平行に支持されるとともに、感光ドラム２の軸とも平行に設けられている。駆動ローラ１２を回転駆動すると、転写ベルト３が所定速度で所定方向（図の矢印Ｂ方向）に循環走行する。感光ドラム２の回転速度（周速Ｖ２）と駆動ローラ１２の回転速度（周速Ｖ１２）、及び転写ベルト３の移動速度（Ｖ３）と当該転写ベルト３上に吸着保持されている記録紙Ｓの移動速度（Ｖｓ）は、全て等しくなるように設計されている（Ｖ２＝Ｖ１２＝Ｖ３＝Ｖｓ）。なお、これら駆動ローラ１２と従動ローラ１３の他にも、転写ベルト３に付着する余計なトナーを除去するためのベルトクリーナ１４が駆動ローラ１２よりもベルト移動方向下流側に設けられている。また、転写ベルト３の転写部Ｔよりも移動方向上流側には、当該ベルトに帯電させて記録紙Ｓを静電吸着させるためのベルト帯電器１８が設けられ、転写位置よりも下流側の、駆動ローラ１２の直前部には、転写ベルトの帯電を除去するための除電器１９が設けられている。

前記転写ベルト３を挟んで感光ドラム２と対向する位置には、バイアス印加用転写ローラ１５が設けられている。この転写ローラは、感光ドラム２表面のトナーと逆極性の電荷を転写ベルト３に与え、この電荷によって感光ドラム２上のトナー像を転写ベルト３表面の記録紙Ｓに転写させるためのもので、高圧電源１６から高電圧が印加されるとともに、バネ１７で転写ベルト３裏面に押し付けられるようになっている。

駆動ローラ１２から外れた記録紙Ｓの移動方向下流側には本発明（又は、本発明に関連する他の発明）に係る定着装置１００が設けられている。

この定着装置１００は、本発明に関連する他の発明に係る定着装置であり、図２に示すように、加熱部材である定着ベルト１０２と加圧部材である加圧ローラ１０３と、支持部材１０４と、加熱源（ヒータ）１０５と、バックアップ部材１０６を備えている。定着ベルト１０２は、無端状に形成されたフレキシブルなベルトであり、適度の剛性と弾性を有するもので、その材質としては、例えば帯状の薄い金属（ニッケル、ステンレス鋼等）の表面にフッ素コーティングを施したもの等を好適に使用できる。

定着ベルト１０２は、概略円周状の軌跡上を循環移動するようになっており、その内部には、輻射熱源としてヒータ１０５が設置されている。ヒータ１０５は、記録紙Ｓ上のトナーを溶融して当該記録紙に確実に付着させるためのもので、このヒータ１０５としては、例えばハロゲンランプ等が用いられる。

環状の定着ベルト１０２の内側には、支持部材１０４が配置されている。支持部材１０４は、加熱部材である定着ベルト１０２の幅と同じ長さに形成されていて、断面形状が上に凹な樋状に形成され、その下面１０４ａが加圧面となっている。支持部材１０４は、フレキシブルな定着ベルト１０２の前記加圧ローラ１０３に対向する部分の形状を所定の形状（図示例では直線状）に維持し、定着ニップ部を確保するためのもので、適度の剛性を有する材質、例えばステンレス鋼等の金属材料で作られている。

支持部材１０４の背面側（図の上側）には、バックアップ部材１０６が設けられている。このバックアップ部材１０６は、上記支持部材１０４が加圧ローラ１０３の圧力に耐えられるように背圧を付与するためのもので、ステンレス鋼等の強度の高い材質で作られ、図３に示すように、支持部材１０４に臨む板状部材１０６ａと、該板状部材１０６ａの背面側に直角に立ち上がるリブ状部材１０６ｂとで断面逆Ｔ字状に形成されている。バックアップ部材１０６は、このリブ状部材１０６ｂによって、図示を省略した機枠に取り付けられている。このバックアップ部材１０６を設けておくことにより、加熱部材である定着ベルト１０２に接触する支持部材１０４を小型化しても、加圧ローラ１０３の圧力に耐えることができるようになる。

上記バックアップ部材１０６における板状部材１０６ａの前記支持部材１０４と接する接触面（図の下面）は、凹凸面１０６ｃとして形成されている。図４は、この凹凸面１０６ｃが、複数の球状突起１０６ｄ，…を備えた面として形成されている。また、図５は、この凹凸面１０６ｃが、加熱部材である定着ベルト１０２の回転方向（すなわち、記録紙Ｓの搬送方向）に沿う複数のリブ状突起１０６ｅ，…によって形成されている。

このように、バックアップ部材１０６の支持部材１０４と接する面が凹凸面として形成されているので、両者の接触面積が小さくなり、支持部材１０４からバックアップ部材１０６への熱伝導量が少なくなる結果、加熱部材である定着ベルト１０２の熱が奪われにくくなる。なお、図５の複数のリブ状突起１０６ｅを定着ベルトの回転方向、すなわち記録紙Ｓの移動方向に沿うように形成しておくことにより、記録紙Ｓを円滑に搬送することができる。

図６は、上記と異なる、本発明に係る定着装置の一実施形態を表すもので、この実施形態では、支持部材１０４とバックアップ部材１０６との間に、断熱部材１０８が介装されている。断熱部材１０８の材質としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）等の耐熱樹脂やシリコンゴム等を採用することができる。

上記断熱部材１０８は、板状に形成され、支持部材１０４とバックアップ部材１０６の間に挟まれた状態で、例えば接着剤等の固着手段で固着されている。この場合は、バックアップ部材１０６の表面を凹凸面としておく必要はないが、凹凸面としておいてもよいことは言うまでもない。

加圧ローラ（加圧部材）１０３は、図示を省略した駆動装置により、回転軸１０７を中心に矢印Ｘ方向へ所定速度で回転駆動される。この加圧ローラ１０３が回転すると、これに接触する定着ベルト１０２が連れ回り式に矢印Ｙ方向へ従動回転する。これら定着ベルト１０２と加圧ローラ１０３との隙間が記録紙Ｓを挟圧する定着ニップ部１１０となっている。

記録紙Ｓは、画像が転写された記録媒体であり、前記定着ニップ部１１０の手前側から当該ニップ部１１０に送り込まれ、矢印Ｚ方向に搬送される。この定着ニップ部１１０の手前側と後側には、記録紙Ｓの移動を案内する搬送ガイド１１１，１１２が設けられている。また、ニップ部１１０の手前側には、記録紙Ｓの先端を検出する先端検知手段（光電センサ等）１１５が設けられている。

つぎに、図示例の上記画像形成装置１の動作について説明する。この画像形成装置１は、感光ドラム２の周速と転写ベルト３の移動速度が同じになるように同期させて駆動しつつ、主帯電器４で感光ドラム２の表面に均一に帯電させる。そして、レーザ照射装置５により、所定の画像に対応するようにＯＮ−ＯＦＦするレーザ光で感光ドラム表面を走査し、画像信号に対応した帯電状態の潜像を感光ドラム表面に形成する。

潜像を形成した部分は、感光ドラム２の回転とともに現像器７の位置に達し、そこでトナーが全面に供給されるが、このトナーは、帯電している部分では感光ドラム表面に静電付着し、帯電していない部分では付着しない。

一方、転写材である記録紙Ｓは、上記動作と同期するように転写ベルト３上に供給される。この記録紙Ｓは、トナー像がその上にうまく転写されるように、ベルト帯電器１８によって帯電されたベルト３に静電吸着された状態で、感光ドラム２の回転と同期させて送り込まれる。感光ドラム２と転写ベルト３に挟まれる転写部Ｔでは、当該記録紙Ｓの所定場所にトナー像が転写される。この転写部Ｔでは、上記バイアス印加用転写ローラ１５によって逆極性の電荷が付与されるので、感光ドラム２上のトナー像は、当該感光ドラム２の表面から記録紙Ｓ表面に転写されるのである。

画像が転写された記録紙Ｓは、そのまま転写ベルト３により矢印Ｂ方向に送られるが、駆動ローラ１２の手前で除電器１９によって転写ベルト３が除電されので、記録紙Ｓは転写ベルト３に吸着されなくなり、該転写ベルト３が下向きに移動方向を変える分離位置で該転写ベルト３から分離するのである。転写ベルト３から分離した記録紙Ｓは、本発明（又は、本発明に関連する他の発明）の定着装置１００に送られる。

定着装置１００に供給される記録紙Ｓは、入口側の搬送ガイド１１１上を通って、加熱部材である定着ベルト１０２と加圧部材である加圧ローラ１０３で挟まれる定着ニップ部１１０に送り込まれ、圧力と熱が加えられる。定着ニップ部１１０を通過した記録紙Ｓは、当該ニップ部１１０で加圧と加熱が行われるため、トナ−が記録紙Ｓにしっかりと付着し、定着が完了する。

この定着装置１００は、定着ベルト１０２の内側に、加圧ローラ１０３の圧力を受け止める支持部材１０４と、該支持部材を背部から支えるバックアップ部材１０６とが設けられているので、安定した定着圧を確保することができる。また、バックアップ部材１０６が設けられているので、支持部材１０４を小型化することが可能であり、定着ベルト１０２が加熱ヒータ１０５から輻射熱を受ける面積を大きくすることができるとともに、上記小型化により支持部材１０４の熱容量が小さくなるため、定着ベルト１０２から支持部材への熱の移動を少なくすることができる。

さらに、前記支持部材１０４とバックアップ部材１０６との接触面が凹凸面として形成されているか、もしくは支持部材１０４とバックアップ部材１０６との間に断熱部材１０８が介装されているので、支持部材１０４からバックアップ部材１０６への熱の移動を少なくすることができる。したがって、これによっても、定着ベルト１０２から奪われる熱量を少なくすることができる。

図７及び図８に示す定着装置において、断熱材を設けた効果を調査した。図７に示す定着装置は、支持部材１０４は設けられているが、バックアップ部材が設けられていない従来の装置を表すもので、図８に示す定着装置は、支持部材１０４とバックアップ部材１０６を備えた本発明に関連する他の発明に係る装置の一例を表す。

加熱ヒータ（輻射発熱源）１０５としてハロゲンヒータ（５００Ｗ＋６００Ｗ）を用い、加熱部材（定着ベルト）１０２として厚み０．０３ｍｍ、直径３０ｍｍ。長さ３１０ｍｍのＳＵＳベルトの基材表面にフッ素樹脂ＰＦＡからなる離型層を設けたものを使用した。また、支持部材１０４の材質はＳＵＳ３０４であり、図７の支持部材（Ａ）の厚みは１ｍｍで、熱容量は５５．２Ｊ／Ｋであり、図８の支持部材１０４（Ｂ）の厚みは０．１ｍｍ、熱容量は５．０２Ｊ／Ｋであった。また、バックアップ部材１０６の材質はＳＵＳ３０４で、厚みは１．０ｍｍ、熱容量は３０．１Ｊ／Ｋであった。さらに、加圧ローラ１０３の材質はシリコンゴムで、直径は２５ｍｍ、長さは３１６ｍｍ、表面の離型層はフッ素樹脂系樹脂（ＰＦＡ）、芯金の材質は鉄で、直径は１２ｍｍであった。

図７、図８の各装置において、つぎの条件で温度測定点Ｐにおける温度と時間との関係を測定した。条件１（比較例）は、図７に記載の従来装置のまま、条件２（比較例）は、図７の従来装置において、支持部材１０４（Ａ）と加熱部材１０２の間に断熱部材を設けたもの、条件３（比較例）は、図８に記載の装置のまま、条件４（実施例）は、図８に記載の装置において、支持部材１０４（Ｂ）とバックアップ部材１０６との間に断熱部材を設けたものである。なお、断熱部材としては、厚み０．１ｍｍのテフロン（ＰＴＦＥ）(登録商標）テープを使用した。また、温度センサとしては、非接触タイプのセンサを使用し、加圧ローラ１０３は、発熱源（ヒータ）オンと同時に回転を開始した。

測定した温度と時間の関係は、図９に示すとおりであった。温度測定点Ｐにおいて、ヒータオンから温度が１８０℃に到達するに要した時間は、条件１では２７秒、条件２では２４秒、条件３では１１秒、条件４では８秒であった。この結果から、バックアップ部材１０６を設けて、支持部材１０４を小型化した条件４が最も短時間で所定温度まで昇温できることがわかる。

本発明に係る定着装置は、電子写真方式による複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置用の定着装置として効果的に利用することができる。

１画像形成装置
２感光ドラム
３転写ベルト
４主帯電器
５レーザ照射装置
７現像器
１２駆動ローラ
１３従動ローラ
１５バイアス印加用転写ローラ
１００定着装置
１０２定着ベルト（加熱部材）
１０３加圧ローラ（加圧部材）
１０４支持部材
１０６バックアップ部材
１０８断熱部材
１１０定着ニップ部

Claims

無端状の金属スリーブを基材とする加熱部材と、前記加熱部材の内部に設けられた輻射発熱源と、前記加熱部材の内面と摺動する摺動面を有する支持部材と、前記支持部材の摺動面との間に前記加熱部材を挟んで加圧するニップ部を形成するとともに前記加熱部材を所定方向に従動回転させる加圧ローラとを備え、記録紙上の未定着像を前記ニップ部を通過させ定着させる定着装置において、
前記支持部材の摺動面と反対側に位置して前記支持部材へ加わる加圧ローラの加圧力を受け止めるバックアップ部材を設け、前記支持部材と前記バックアップ部材との間に断熱部材を介装し、
前記支持部材は、断面が上に凹の樋状に形成された剛性を有する部材であって、
前記バックアップ部材は、前記断熱部材を介して、前記支持部材の前記樋状の底面の前記ニップ部を形成する部分の、前記所定方向を基準として上流側と下流側を除く中央部分でのみ前記支持部材を押圧することを特徴とする定着装置。
前記断熱部材が、耐熱樹脂又はシリコンゴムである請求項１に記載の定着装置。
前記バックアップ部材は、表面が前記支持部材に接する板状部材の背面側に該板状部材と直角な板状リブが一体に設けられた断面逆Ｔ字状に形成されている請求項１または２に記載の定着装置。