(57)【要約】【課題】コストアップを抑えつつ、剛性も損なわないまま剛性部材と断熱部材の接触面積を減らすこと。【解決手段】剛性部材をコの字板金２枚から成るＨ字形状とし、ニップ位置において断熱部材と剛性部材が接触しない構成。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端円筒状の定着フィルムと
前記定着フィルムを加熱する熱源と、
定着フィルムの内面と摺動する摺動部材と、
前記摺動部材の熱を断熱する断熱部材と
前記摺動部材と前記断熱部材をバックアップする剛性部材と
前記熱源からの輻射光を反射し、前記定着フィルムに反射光を当てる反射部材と、
定着フィルムを介して摺動部材に対し押圧し、定着ニップを形成する加圧ローラを有す定着装置において、
前記剛性部材は２つのコの字板金の底面を固定して一体化したものであり、
前記剛性部材は熱源からの輻射光を受ける面には反射部材が取り付けられており、
前記剛性部材と前記断熱部材は剛性部材の足の部分において接触していることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記熱源は剛性部材のニップから遠い方のコの字板金の中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、無端状のフィルム体の内周面に固定部材を摺接させて、フィルム対を介して固定部材を回転体に圧接させることでフィルム体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用いられている。
【０００３】
特許文献１で提案されている定着装置は、定着フィルムを熱源からの輻射熱により加熱する構成となっている。ニップ形成部では、定着フィルムの裏から順に熱伝導部材、中間部材、加圧部材によってバックアップする構成となっており、この内加圧部材は２つのコの字板金を溶接等で組み合わせた構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８９０９１１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１で提案されている定着装置は、定着フィルム内面が熱伝導部材に接触し、熱が中間部材を伝わり、加圧部材まで伝わりやすい構成となっており、ウォームアップ短縮およびプリント電力削減を達成するためにはなるべく中間部材と加圧部材の接触面積が小さい方が良い。
【０００６】
その際、加圧部材の形状を底面が開口したコの字型にした場合、加圧部材の断面積が減った分、変更前と同等以上の剛性を持たせるためには、加圧部材の肉厚を厚くする必要があり、先行文献１に記載されている曲げ板金２枚という安価な構成で加圧部材を作れなくなる。
【０００７】
コスト増を抑えつつ、剛性を損ねないままに中間部材と加圧部材の接触面積を減らしたいという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る定着装置は、
熱源と、熱源から加熱可能に配置された定着フィルムと、熱源を反射する反射部材と、定着フィルムの外側から加圧する加圧ローラと、定着フィルムと加圧ローラの間に定着ニップを形成するための少なくとも１つ以上の剛性部材と、定着フィルム内面と摺動する摺動部材と、前記摺動部材と前記剛性部材の間に配置された断熱部材とを有す定着装置において、前記剛性部材は２つのコの字板金の底面を固定して一体化したもので、前記剛性部材の開口部と前記断熱部材が接触しており、前記剛性部材の熱源からの輻射光を受ける面には反射部材が取り付けられており、前記剛性部材と前記断熱部材が剛性部材の足の部分において接触していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、剛性部材の剛性を保ち、コストアップも抑さえつつ、断熱部材と剛性部材の接触面積を減らすことができ、ウォームアップ短縮およびプリント電力削減を達成する定着装置の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像形成装置の模式図
【図２】定着装置の模式図
【図３】定着フィルムの層構成を示した図
【図４】撓みと断面二次モーメントの関係の説明
【図５】従来例における剛性部材を示した図
【図６】実施例１にける剛性部材を示した図
【図７】従来例における立上時の定着フィルム温度推移を示した図
【図８】実施例１における立上時の定着フィルム温度推移を示した図
【図９】プリント中の定着フィルムおよび剛性部材の温度推移を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
＜画像形成装置＞
図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本実施形態の画像形成装置の模式図である。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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、シートが定着装置４０によって、加熱加圧されることでシートに定着される。
【００１６】
＜定着装置＞
定着装置４０について、図を用いて説明する。
【００１７】
図２は、本実施の形態に係る定着装置４０の概略構成を示すものである。
【００１８】
定着フィルム４１は図３に示すように、３層構造となっている。基材４１（ａ）は内径３５ｍｍ、厚さ３０μｍの筒状となっており、材料としてＳＵＳを用いている。基材の外側にはシリコーンゴムから成る弾性層４１（ｂ）が２００μｍ、更にその外側には離型層４１（ｃ）としてＰＦＡ層２０μｍがコーティングされている。
【００１９】
ヒーター４２はハロゲンヒーターである。抵抗値を１０Ωとし、１００Ｖの電圧が印加された際、定格で１０００Ｗの電力が投入される。ヒーター４２に電力が投入されると、輻射光が定着フィルム４１の内面を直接、または反射部材４６を介して加熱する。
【００２０】
摺動部材４３は厚さ１ｍｍのＳＵＳ板からできており、定着フィルム４１との摺動面にグリスが塗布され、定着フィルム４１の内面と摺動部材４３との摩擦係数が所定の値を超えないように設計されている。
【００２１】
断熱部材４４は摺動部材４３の熱がなるべく剛性部材５０に伝わらないように設けられた部材である。断熱部材４４の材料として厚さ１ｍｍ液晶ポリマーを用いており、液晶ポリマーの熱伝導率は０．４Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００２２】
断熱部材４４は熱伝導率が低いものの、連続プリントを続けると徐々に剛性部材５０に熱が伝わっていき、断熱部材４４があればほとんど剛性部材５０に熱が伝わらない、というものではない。
【００２３】
剛性部材４５は断熱部材４４をバックアップする部材である。定着装置４０に荷重をかけた際に、摺動部材や断熱部材の撓みを小さくするために、材料の弾性率や断面二次モーメントを考慮して設計される（図４を参照）。弾性率は材料で決まり、断面二次モーメントは剛性部材５０の形状や断面積で決まる。従来例および本実施例では剛性部材４５の材料として鉄を用いている。
【００２４】
剛性部材５０は本発明の特徴であり、従来例および本発明実施例における構成の詳細については後述する。
【００２５】
反射部材４６は剛性部材５０のうち、ヒーター４２からの輻射光を受ける部分に対して設けられている。ヒーター４２の輻射光を反射し、定着フィルム４１の内面に輻射熱を与える。
【００２６】
本実施例では、反射部材４６として、剛性部材５０の表面に銀コーティングを施した。
【００２７】
加圧ローラ４７は、定着フィルム４１を介して摺動部材４４に対して圧接することで、定着ニップを形成する。
【００２８】
加圧ローラ４７は、２５ｍｍ径の芯金の周りに、肉厚２．５ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、離型層として厚み５０μｍのＰＦＡチューブが被覆されたものである。芯金の材料はＳＵＭ２４Ｌである。
【００２９】
温度検知手段４８は定着フィルム４１の表面温度を非接触で検知するものであり、サーモパイルを用いている。温度検知手段４８は画像形成条件を制御するＣＰＵに接続され、ＣＰＵが温度検知手段４８の検知結果に基づいてヒーター４２への通電を制御する。
【００３０】
＜剛性部材＞
次に本発明の特徴である剛性部材５０について、従来例と本発明実施例について説明する。
【００３１】
図５は従来例として、先行文献１で開示されている剛性部材構成を示したものである。
【００３２】
剛性部材５０は厚さ１ｍｍのコの字板金２枚組み合わせた構成となっている。第一のコの字板金５１と第二のコの字板金５２は接触面において溶接加工がされており、２枚のコの字板金が一体化され、ロの字形状になっている。
【００３３】
第一のコの字板金５１の底面は断熱部材４４と搬送方向全域にわたって接触しており、接触幅は１０ｍｍである。また、従来例の剛性部材５０の断面積は、２つのコの字板金を合わせて３６ｍｍ２となっている。
【００３４】
図６は実施例１の剛性部材構成を示したものである。
【００３５】
剛性部材５０は従来例と同じく厚さ１ｍｍのコの字板金２枚を組み合わせた構成となっている。第一のコの字板金５２と第二のコの字板金５３はコの字の底面同士が溶接され一体化されている。
【００３６】
反射部材４６はヒーター４２の輻射光が当たる部分に対して設けられ、ちょうどコの字の内側に対して設けられている。
【００３７】
剛性部材５０と断熱部材４４はコの字板金５３の足の部分でのみ接触している。接触幅は上下流１ｍｍずつ計２ｍｍとなっており、従来例の１０ｍｍに比べ大幅に少なくなっている。接触幅を減らしたことにより、断熱部材４４から剛性部材５０への伝熱量が減る。
【００３８】
図６に示した寸法にすると断面積は３６ｍｍ２であり、従来例と同じ断面積となっている。
【００３９】
図６に示した２つのコの字板金は同じ寸法の場合を示しているが、本発明の効果を得るためには必ずしも２つのコの字板金が同じ形状である必要はない。必要とする剛性やヒーターの配置などの都合によって適宜形状は変えることができる。
【００４０】
＜剛性計算＞
次に、実施例１の剛性部材５０が従来例の剛性部材５０に対して剛性が落ちていないことを断面二次モーメントの計算から示す。
【００４１】
図４に示したように、片持ち梁の場合、撓み量δは断面二次モーメントＩに反比例する。従来例、実施例１の剛性部材５０について、それぞれ断面二次モーメントを計算すると
Ｉ（従来例）＝（１０×６＾３−６×４＾３）／１２
＝１４８［ｍｍ４］
Ｉ（実施例１）＝（２×１０＾３＋８×２＾２）／１２
＝１６９［ｍｍ４］
となる。撓み量の割合は
１４８／１６９＝８８％
となり、実施例１における剛性部材の構成／寸法で従来例に対して剛性が損なわれることはない。
【００４２】
前記剛性計算は長手方向の撓みに対する剛性であるが、搬送方向に対する撓みについても説明する。
【００４３】
図４に示したように、撓み量δは梁の長さｌの３乗に比例するため、長手に比べると搬送方向の撓みは非常に小さい。たとえば、剛性部材５０の長手方向の長さを３４０ｍｍ、搬送方向の長さを１０ｍｍとすると、搬送方向の撓みと長手方向の撓みの比率は
５＾３／１７０＾３＝０．００００２５
であり、搬送方向の撓みはほとんど無視できるほど小さいことが分かる。
【００４４】
＜連続通紙実験＞
次に、本発明の効果を示すために行った連続通紙実験について述べる。
【００４５】
定着装置４０に対してヒーター４２に電力１０００Ｗを投入し、定着フィルムの表面温度を１７０℃まで立ち上げた後、定着フィルムの表面温度を１７０℃に保ちながら坪量８１ｇｓｍのＡ４紙（ＧＦ−Ｃ０８１）を６０ｐｐｍで連続通紙する実験を行った。
【００４６】
環境は２３℃−５０％、プロセススピードは２７０ｍｍ／ｓｅｃで実験を行った。
【００４７】
図７は従来例、図８は実施例１における立上中の定着フィルム４１および剛性部材５０の温度推移を示したものである。
【００４８】
はじめは従来例と実施例１はほぼ同じ傾きで定着フィルム温度が上昇する。その後、従来例では昇温カーブがどんどん鈍っていくのに対し、実施例１では従来例に比べて昇温の傾きが大きいままで保たれている。
【００４９】
この時、目標温度である定着フィルム表面温度１７０℃に達するまでの時間は、従来例が１４秒、実施例１では１１秒であった。
【００５０】
一方、剛性部材５０の温度推移に着目すると、従来例では立上開始とほぼ同じくらいに剛性部材５０の温度が上がっていくのに対し、実施例１では昇温開始まで５秒ほどタイムラグがあり、さらに昇温の傾きも従来例に比べて小さい。
【００５１】
このように、実施例１では剛性部材５０への伝熱量を減らし、定着フィルムの昇温カーブの傾きを大きくすることができるので、立上時間を短縮することができる。
【００５２】
図９はプリント中の定着フィルム４１および剛性部材５０の温度推移を示したものである。定着フィルム４１の表面温度は、従来例および実施例１共に１７０℃に保たれている。
【００５３】
剛性部材５０は、従来例に比べ実施例１では昇温スピードが遅くなっていることが分かる。
【００５４】
断熱効果を調べるために、プリント中の消費電力の測定を行った。従来例、実施例１、それぞれプリント開始から１００枚目までの平均の電力を測定すると、従来例では８００Ｗだった消費電力が実施例１では７２０Ｗに抑えることができた。
【００５５】
このように、断熱部材４４と剛性部材５０の接触幅を減らすことで剛性部材５０への無駄な伝熱を減らすことができ、立上時間短縮およびプリント中電力の削減が達成される。
【００５６】
表１に従来例と実施例１の性能比較をまとめた。実施例１のような剛性部材を用いることで、コストアップを抑え、剛性を損なうことなく、立上時間およびプリント電力を削減した定着装置を提供することができる。
【００５７】
【表１】
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【符号の説明】
【００５８】
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  定着装置、４１  定着フィルム、４２  ヒーター、
４３  摺動部材、４４  断熱部材、４６  反射部材、４７  加圧ローラ、
４８  温度検知手段、５０  剛性部材、５１〜５４  コの字板金
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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