JP5061357B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
そして、このような画像形成装置の定着装置で用いられる定着プロセスとしては、加熱または加熱と圧力によりトナーを溶融し、溶融したトナーを記録媒体上に定着させる方式が一般的である。最も広く用いられているのは熱ローラ方式であり、内部にヒータ等の熱源を有する定着ローラと該定着ローラに対向して配置された加圧ローラとの圧接によりニップを形成し、ローラ対の回転により記録媒体を搬送し、トナー像を定着させるものである。
しかし、立ち上がり時間は短縮できるものの、熱源が内部にあるために定着ローラの内面から表面まで熱伝導で熱が伝わるのに時間のロスがある。特に十分な厚さの弾性層が必要なカラー画像の定着装置においてはこの時間のロスが大きくなる。このため昇温時間の遅れや、通紙時の定着ローラの温度低下からの復帰に時間が掛かり、連続通紙時に定着部材の温度が下がるので、定着性が悪くなる等の問題がある。
一例として特許文献1(特開2006−324225号公報)では、「電磁波を放射する熱源と、加熱領域に電磁波が通過する開口部を備えるとともに前記熱源を囲うように配置した反射板とを有し、該反射板が前記熱源からの電磁波を被加熱物方向へ向け、前記熱源からの電磁波により前記被加熱物を加熱する加熱装置において、前記反射板の熱を前記被加熱物へ輸送する熱輸送手段を備えることを特徴とする加熱装置」が提案されている。
オンデマンド方式の定着装置は、例えば定着部材としての定着フィルム(エンドレスフィルム)、加圧ローラ(加圧部材)、セラミックヒータ等のヒータ(加熱手段)、等で構成されている。ヒータは、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当接してニップ部を形成するとともに、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。
しかし、従来のオンデマンド方式の定着装置は、ヒータ等の加熱手段の交換性(メンテナンス性)が悪いという問題があった。以下に詳しく説明する。
しかし、その場合には、圧力解除機構を設置するためのコストやスペースが余計に必要になってしまうことになる。
特に、従来のオンデマンド方式の定着装置は、ヒータに対して加圧部材による圧力が常にかかっている状態であって、ジャム処理時や輸送時等にヒータが破損しやすい構成となっているために、上述の問題は無視できないものになっている。
さらに、上述の従来の定着装置では加熱部材と定着部材の間に当接部材を介しているため、定着部材及び記録紙への熱伝達効率が悪くなる傾向があったが、本発明では、加熱部材から発光する赤外線を効率良く記録紙に伝達することを可能にし、定着装置の立ち上げ時間の高速化を可能とすることを目的としている。
特許文献2に記載の従来技術は、加熱部材として反射膜を備えるハロゲンランプを用い、赤外線を透過可能な定着部材を用いているが、後述する本発明の特徴である赤外線をニップ幅に集中させる構成、加熱体に接触しない位置に設けられた反射部材を備える構成、当接部材を用いてニップ部を形成する構成とは異なる。
特許文献3に記載の従来技術は、加熱部材として反射膜を備えるハロゲンランプを用い、熱をフィルムガイド(当接部材)に反射させる反射部材を備えているが、後述する本発明の特徴である赤外線をニップ幅に集中させる構成、反射板の一部にスリットのある構成、当接部材を用いない構成とは異なる。
特許文献4に記載の従来技術は、赤外線ヒータ、反射板を用いているが、後述する本発明の特徴である赤外線をニップ幅に集中させる構成、加熱体に接触しない位置に設けられた反射部材を備える構成、当接部材を用いてニップ部を形成する構成とは異なる。
また、本発明の第4の手段は、第1の手段の定着装置において、
前記加熱部材の赤外線放射方向が前記反射部材方向であることを特徴とする定着装置。
また、本発明の第6の手段は、第1の手段の定着装置において、前記定着部材が透明材で構成されることを特徴とする。
前記定着手段として、請求項1〜6のいずれか1項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする。
また、第6の手段の定着装置では、定着部材が透明材で構成されることにより、定着部材が赤外線を通過する素材であるため、加熱部材から発せられる赤外線が直接、記録媒体に到達し、更にニップ部の温度上昇の高速化及び安定化を向上することができる。
図1は本発明の第1の実施例を示す定着装置の概略断面図である。図1に示す定着装置は、定着部材101としての定着フィルム、当接部材103としての加熱板、加熱部材104としての赤外線ヒータ、加熱部材104の熱を当接部材103に伝達するための熱伝達部材105、加熱部材104や熱伝達部材105を保持する保持部材106、加圧部材102としての加圧ローラ等で構成される。
当接部材103としての加熱板は、板厚が0.1mm程度の金属板(又は、セラミックやポリイミド樹脂からなる板材)であって、赤外線ヒータ104によって加熱(輻射熱による加熱である)されるとともに、定着フィルム101を介して加圧ローラ102に当接して所望のニップ部を形成する。
なお、赤外線ヒータ104としては、セラミックヒータを用いることもできるが、カーボンヒータやハロゲンヒータを用いたほうが立ち上がりが速いので、立ち上げ時間を短縮でき、また、カーボンヒータを用いた場合には、ハロゲンヒータを用いたときと比較して、オン・オフ制御の自由度が高まる。具体的には、ヒータのデューティが100%に達する前に通電をオフする制御を繰り返しても断線することなく、経時における出力低下も軽減される。
また、当接部材103における対向面(赤外線ヒータ104に対向する側の面)に赤外線を吸収する吸収部材を設けることもできる。具体的には、当接部材103の対向面に黒色塗装を施すことができる。これにより、当接部材103における赤外線の吸収率が向上して、当接部材103の加熱効率が高められる。
図2は本発明の第2の実施例を示す定着装置の概略断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例1(図1)と同様であるが、加熱部材104としての赤外線ヒータのガラス管の一部(当接部材103に対向する側の反対側である反ニップ方向)に、赤外線を反射するためのメッキ加工(金メッキやアルミニウム蒸着)を施しており、ガラス管に施したメッキ加工(金メッキやアルミニウム蒸着)が反射部材として機能するために、赤外線ヒータ104の加熱源から放射された赤外線を当接部材側(ニップ部側)に集めることができ、当接部材103の加熱効率が高められるので、ニップ部への熱伝達効率を向上することができる。
図3は本発明の第3の実施例を示す定着装置の概略断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例1(図1)と略同様であるが、熱伝達部材105に代えて、加熱部材104からの赤外線を反射する反射部材108を設け、該反射部材108により赤外線をニップ部のニップ幅よりも狭い範囲に集める構成としている。
具体的には、加熱部材104としての赤外線ヒータから離間した位置に反射部材108として反射板を設置し、赤外線ヒータ104からの赤外線を反射板108で反射して当接部材103のニップ中央部に集め、集中的に加熱するために、当接部材103の加熱効率が高められるので、記録媒体Pへ与える熱効率が向上し、定着設定温度への高速立ち上げが可能となる。
図4は本発明の第4の実施例を示す定着装置の概略断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例3(図3)と同様であるが、反射部材108は加熱部材104を囲むように設置され、その反射部材108の一部に赤外線を通過させる開口108aを設けたものである。そして加熱部材104から発生して反射部材108の開口108aを通過した赤外線を通過させる開口部106aを保持部材106にも設けておき、加熱部材104から発生して反射部材108の開口108aを通過した赤外線を保持部材106の開口部106aを通過させることにより、赤外線を定着部材101の一部(ニップ位置より定着部材回転方向上流側が望ましい)に照射させることができる。これにより、稼動中に冷まされた定着部材101の温度を上昇させて予備加熱を行うことができ、ニップ部で所定の温度に達する時間を短縮することができる。
図5は本発明の第5の実施例を示す定着装置の概略断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例3(図3)と同様であるが、図3に示した反射部材(第一の反射部材)108に加え、加熱部材104を挟んで相対する場所に第二の反射部材110を設け、加熱部材の赤外線放射方向を反射部材方向としたものである。このように赤外線の熱照射方向を反射部材方向として赤外線の集約効率を上昇させることにより、加熱部材付近からの熱伝達よりも赤外線照射成分の寄与率を上げて、定着装置の周囲の雰囲気温度(環境)に影響されない加熱を行うことができ、ニップ部の温度上昇の高速化及び安定化が可能となり、設定したニップ温度の安定化が図れる。
図6は本発明の第6の実施例を示す定着装置の概略断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例3(図3)と同様であるが、加熱部材104としての赤外線ヒータのガラス管のニップ方向の一部(当接部材に対向する側)にメッキ加工(金メッキやアルミニウム蒸着)111を施している。このようにガラス管のニップ方向の一部にメッキ加工(金メッキやアルミニウム蒸着)を施すことにより、このメッキ加工部111が第二の反射部材として機能するために、反射部材(反射板)108方向に照射する赤外線効率が向上し、反射板108により反射される赤外線の効率が向上され、ニップ部の温度上昇の高速化及び安定化を向上することができる。
図7は本発明の第7の実施例を示す定着装置の概略断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例3(図3)と同様であるが、当接部材103の一部に開口部103aが設けられている。このように当接部材103の一部に開口部103aを設けることにより、加熱部材104から放射され、反射部材108により反射された赤外線が、当接部材103の開口部103aを通過して直接定着部材1−1に照射されるため、当接部材103に奪われる熱が低下し、更にニップ部の温度上昇の高速化及び安定化を向上することができ、ニップ部の温度上昇時間の短縮化をよりいっそう図ることができる。
図8は本発明の第8の実施例を示す定着装置の概略断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例7(図7)と同様であるが、定着部材101を透明材で構成したものである。このように定着部材101を透明材で構成することにより、定着部材101が赤外線を通過する素材であるため、加熱部材104から発せられる赤外線が直接、記録媒体Pに到達し、更にニップ部の温度上昇の高速化及び安定化を向上することができ、実施例7に対して更に短時間での定着が可能となる。
図9は本発明の第9の実施例を示す定着装置の概略断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例7(図7)または実施例8(図8)と同様であるが、当接部材103の開口部103aの開口幅Bを大きくし、当接部材103をニップ部の外側に配置したものである。
すなわち本実施例では、定着部材101と加圧部材102が形成するニップ幅Aに対して、当接部材103の開口部103aの開口幅Bが大きく(A<Bの関係)なっており、加熱部材104から照射される赤外線が当接部材103の開口部103aを通過して定着部材101と加圧部材102のニップ部に照射されるので、当接部材103に赤外線が照射されて熱が奪われるということが無く、効率よくニップ部を加熱することが可能となり、ニップ部全体の温度上昇の高速化が可能となる。
図10は本発明の第10の実施例を示す定着装置の概略断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例9(図9)と同様であるが、当接部材の先端に複数の回転当接部材112が備えられている構成としたものである。
すなわち本実施例では、当接部材の先端に複数の回転当接部材112が備えられていることにより、定着部材101への当接部を回転当接部材112とすることができ、定着部材の稼動(回転)負荷が低減され、定着部材稼動の安定化が可能となる。また、ニップ幅Aに対して、回転当接部材112の設置幅BをA<Bの関係とすることで、加熱部材104から照射される赤外線が効率よく(当接部材に照射して熱が奪われること無く)ニップ部を加熱することが可能となり、ニップ部全体の温度上昇の高速化が可能となる。
図11は本発明の第11の実施例を示す定着装置の構成説明図であり、(a)は定着部材に当接する回転駆動部材と駆動装置を示す図、(b)は定着装置の概略断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例10(図10)と同様であるが、定着部材101に対して当接する一対の回転駆動部材113,114を設け、この回転駆動部材113をギヤ116a,116bを介して駆動装置(例えば駆動モータ)115と連結したものである。
すなわち本実施例では、定着部材101の内部に、駆動モータ115と駆動が連結された回転駆動部材113を設け、定着部材101を挟んで対向する場所に加圧手段(押圧スプリング等)で支持された加圧回転部材114を設けているので、定着部材101に当接する回転駆動部材113に駆動モータ115で駆動を与えて定着部材101を回転駆動することができる。なお、回転駆動部材113と加圧回転部材114の位置関係は逆でも構わない。
図12は本発明の第12の実施例を示す定着装置の構成説明図であり、(a)は定着装置の概略断面図、(b)は加圧部材の軸方向(主走査方向)に平行な概略要部断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例10(図10)と同様であるが、ニップ部を形成する加圧部材102を剛体で構成したものである。
図12に示す構成の定着装置では、定着部材101が複数の回転当接部材112により支持されてニップを形成しているため、定着部材101のニップ部は弾性力を備えているため、加圧部材102を剛体としてもニップ形成は可能である。また、ニップ部を形成する加圧部材102を剛体で構成することにより、加圧部材102の耐久性の向上が見込まれる。
図13は本発明の第13の実施例を示す定着装置の構成説明図であり、(a)は定着装置の概略断面図、(b)は加圧部材の軸方向(主走査方向)に平行な概略要部断面図である。
本実施例の定着装置では、基本的な構成は実施例12(図12)と同様であるが、第2の加熱部材117が、主走査方向で中央部のみに備えられている構成としたものである。
このように加圧部材102を中空管とすることにより第2の加熱部材117を設置し、更に主走査方向で中央部のみに第2の加熱部材117を設けた構成とすることにより、主走査方向の幅の異なる記録媒体Pでの定着温度制御が安定化される。すなわち第2の加熱部材が、主走査方向で中央部のみに備えられていることにより、記録媒体の主走査方向のサイズが大きいときは第2の加熱部材は使用せず、記録媒体の主走査方向のサイズが小さいときは第2の加熱部材を使用するという制御を行うことで、様々な主走査方向サイズの記録媒体に対して安定した熱供給が可能となる上、主走査方向サイズが小さい記録媒体を連続通紙した場合にも端部温度上昇を防止することが可能となる。
つまり、小サイズ紙の連続通紙の場合には、定着部材101側の加熱部材104の設定温度を低く設定し、第2の加熱部材117の加熱によりニップ部の定着温度を補助する。これにより、小サイズ紙連続通紙時の端部温度上昇を低減することができる。また、大サイズ紙の場合には、第2の加熱部材117の加熱を停止し、定着部材101側の加熱部材104のみを使用して加熱を行うことにより、主走査方向全域で均一な加熱を行うことができる。
図14は本発明の第14の実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。図14において、画像形成装置1は、図示しない本体筐体内に、像担持体である光導電性の感光体2が収納されており、感光体2は図中の矢印で示す時計回り方向に回転駆動される。この感光体2の周囲には、帯電部3、書込部4、現像部5、紙転写部7、紙分離部、クリーニング部7、感光体除電部8等が配設されている。
また、図示しないが、紙分離部には、必要に応じて紙分離爪や、除電チャージャ、除電針等が設けられ、感光体2から記録紙が分離しやすいようにしている。
また、除電部8は、ランプ、LED、除電チャージャ等からなる除電装置で構成され、感光体上の残留電荷を除去する。
また、紙転写部6よりも記録紙搬送方向下流側には、定着部9や、図示しない排紙トレーなどが設けられている。
なお、クリーニング部7は、クリーニングブレード7aで感光体2上の残留トナーを掻き落とすものに限るものではなく、例えばファーブラシ7bで感光体2上の残留トナーを掻き落とすものであってもよい。
図15は本発明の第15の実施例を示す画像形成装置の概略構成図であり、タンデム型のフルカラー画像形成装置の構成例を示している。
図15に示すタンデム型のフルカラー画像形成装置は、中間転写部15に沿って4つの画像形成部1C,1M,1Y,1Kを備えており、この4つの画像形成部1C,1M,1Y,1Kは、形成する画像の現像色がシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)と異なるが、構成は同じであり、各画像形成部の感光体周囲の構成は、図14の画像形成装置1と略同様である。
また、各画像形成部1C,1M,1Y,1Kの感光体2と現像部5、帯電部3、クリーニング部7等は、図示しないカートリッジ内に一体的に設けてプロセスカートリッジとしてもよく、その場合は、このプロセスカートリッジは画像形成装置本体に対して着脱可能に設けられるので、各画像形成部1C,1M,1Y,1Kのメンテナンスや、交換等が容易になる。
また、紙転写部16よりも記録紙搬送方向下流側には、定着部9や、図示しない排紙トレーなどが設けられている。
図16は本発明の第16の実施例を示す画像形成装置の概略構成図であり、リボルバタイプのフルカラー画像形成装置の構成例を示している。
図16のリボルバタイプのフルカラー画像形成装置は、像担持体である1つの感光体2と、現像色の異なる複数の現像装置5C,5M,5Y,5Kと、中間転写部15を備えている。より具体的には、感光体2の周囲には、帯電部3、書込部4、複数の現像装置5C,5M,5Y,5Kからなる現像部、中間転写部15、クリーニング部7、感光体除電部8等が配設されている。
また、現像部には、現像色の異なる複数の現像装置5C,5M,5Y,5Kが、感光体2に対して接離可能に設けられており、複数の現像装置5C,5M,5Y,5Kの動作を切り替えることによって各色ごとの現像を行うようになっている。
また、各クリーニング部7,15dは、ブレードで感光体上や中間転写ベルト上の残留トナーを掻き落とすものに限るものではなく、例えばファーブラシで残留トナーを掻き落とすものであってもよい。
1C,1M,1Y,1K:画像形成部
2:感光体(像担持体)
3:帯電部
4:書込部
5:現像部(現像装置)
5C、5M、5Y、5K:現像装置
6,16:紙転写部
7:感光体クリーニング部
8:感光体除電部
9:定着部(定着装置)
10:給紙カセット
11:給紙ローラ
12:分離ローラ対
13:搬送ローラ
14:レジストローラ対
15:中間転写部
15a:中間転写ベルト(中間転写体)
101:定着部材(定着フィルム)
102:加圧部材(加圧ローラ)
103:当接部材(加熱板)
103a:開口部
104:加熱部材(赤外線ヒータ)
105:熱伝達部材
106:保持部材
106a:開口部
107:メッキ加工部
108:反射部材(反射板)
108a:開口部
109:加熱部
110:第2の反射部材
111:メッキ加工部
112:回転当接部材
113:回転駆動部材
114:加圧回転部材
115:駆動装置(駆動モータ)
116a,116b:ギヤ
117:第2の加熱部材(赤外線ヒータ)
P:記録媒体
T:トナー像
Claims (7)
- 可撓性を有する定着部材と、該定着部材に当接する加圧ローラと、前記定着部材の内部に固設され該定着部材を介して前記加圧ローラに当接してニップ部を形成するための当接部材と、前記当接部材を加熱する加熱手段として赤外線を放射する加熱部材とを備え、前記当接部材は一部に開口部を有し、シート状の記録媒体に形成された未定着画像を前記ニップ部で加熱して定着する定着装置であって、
前記加熱部材からの赤外線を反射する反射部材を有し、該反射部材により前記赤外線を前記ニップ部のニップ幅よりも狭い範囲に集め、該反射部材により集中させた赤外線が前記開口部を通過して前記定着部材に到達することを特徴とする定着装置。 - 請求項1記載の定着装置において、
前記加熱部材は、前記赤外線を放射する加熱源と該加熱源を収容するガラス管を有し、該ガラス管の反ニップ方向に前記赤外線を反射するためのメッキ加工が施されていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1記載の定着装置において、
前記反射部材の一部に開口部を設けたことを特徴とする定着装置。 - 請求項1記載の定着装置において、
前記加熱部材の赤外線放射方向が前記反射部材方向であることを特徴とする定着装置。 - 請求項4記載の定着装置において、
前記加熱部材は、前記赤外線を放射する加熱源と該加熱源を収容するガラス管を有し、該ガラス管のニップ方向に前記赤外線を反射するためのメッキ加工が施されていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1記載の定着装置において、
前記定着部材が透明材で構成されることを特徴とする定着装置。 - シート状の記録媒体に未定着画像を形成する画像形成手段と、前記記録媒体に形成された未定着画像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
前記定着手段として、請求項1〜6のいずれか1項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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