(57)【要約】【課題】定着部材の加熱手段にハロゲンヒーターを用いた定着装置において、ハロゲンヒーターからの輻射が定着フィルム以外の部材に伝達してしまうことで加熱効率が低下してしまうという課題があった。【解決手段】中間部材の非通紙領域に反射板保持部を設けることで、通紙領域で反射板と加圧部材の間が空気層となるようにする。【選択図】図５
2020067464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源と、
熱源から加熱可能に配置された定着フィルムと、
熱源からの熱を定着フィルムに反射する反射板と、
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加圧部材と、
定着フィルム内面と摺動する伝熱部材と、
反射板および伝熱部材と加圧部材の間に配置される中間部材と、
反射板を保持するために中間部材に設置される保持部と、
を有する定着装置において、
前記保持部は、最大通紙幅よりも外側に設置され、
前記反射板は前記保持部により最大通紙幅よりも外側で前記中間部材と接合されていることを特徴とする定着装置。
【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）。
【０００３】
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。
【０００４】
特許文献３には、定着部材として加熱手段（ハロゲンヒーター）を内設した定着フィルム（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部材（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、定着フィルム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部材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。
【０００５】
フィルム方式定着装置の長所として、定着部材の低熱容量化によるウォームアップ時間の短縮が挙げられる。しかしながら、特許文献３に記載のような、加熱源にハロゲンヒーターを用いた定着装置においては、定着フィルム以外の、例えば加圧部材に加熱源からの熱量が流入してしまうため、定着フィルムの加熱効率が低下してしまう。そのため、特許文献４においては、ハロゲンヒーターと加圧部材の間に金属反射板を設けることで、加圧部材への熱流入を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開２０１０−０３２９７３号公報
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１５／００３０３６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、連続通紙中においては、特許文献４の金属反射板の温度は徐々に上昇し、その熱が加圧部材に熱が流入してしまう。連続通紙時において、定着フィルムを加熱するのに必要な電力のうちの数％は、加圧部材等の定着フィルム以外に使用されてしまうのが現状である。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点を解消するためになされたものであり、熱源にハロゲンヒーターを用いる定着装置において、ウォームアップ時と連続通紙時における定着フィルム以外の部材への熱流入を抑制することで、ウォームアップ時と連続通紙時の加熱効率を向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、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、
熱源からの熱を定着フィルムに反射する反射板と、
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加圧部材と、
定着フィルム内面と摺動する摺動部材と、
反射板および摺動部材と加圧部材の間に配置される中間部材と、
反射板を保持するために中間部材に設置される保持部と、
を有する定着装置において、
前記保持部は、通紙領域の外側の長手方向両端に設置され、
前記反射板は前記保持部により通紙領域の外側で前記中間部材と接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る定着装置によれば、簡易的な構成で定着フィルムに伝達するハロゲンヒーターからの加熱効率を向上させることで、定着装置のウォームアップ時間の短縮と連続通紙時の消費電力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施例における画像形成装置の模式図である。
【図２】本実施例における定着装置の模式図である。
【図３】本実施例における定着装置の長手平面図である。
【図４】本実施例における中間部材の形状を示した図である。
【図５】本実施例における定着装置の通紙領域の模式図である。
【図６】本実施例における効果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（定着装置）
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。
【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。
【００１６】
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ー（以下、ヒーターと記す）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フィルム４１に到達し、定着フィルム４１が加熱される。
【００１７】
４１は熱を伝達する加熱部材としての円筒状（エンドレス）の耐熱性の定着フィルムであり、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フィルム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フィルムである。
【００１８】
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、加圧部材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、内面コート層の内面は、黒色塗料が施されているかもしくは、熱吸収を促進させる被覆が施されている。
【００１９】
４４は加圧部材としての耐熱性弾性加圧ローラであり、金属材料（例えば、アルミニウムやＳＵＳ）でできている芯金と、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フィルム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、定着フィルム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Ｎを形成させてある。
【００２０】
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と定着フィルム４１との、定着ニップＮにおける圧接摩擦力により円筒状の定着フィルム４１に回転力が作用して該定着フィルム４１が加圧部材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フィルム４１の回転ガイド部材でもある。４６は加圧部材であり、加圧ローラに圧接してニップ部を形成する部材である。
【００２１】
加圧ローラ４４が回転駆動され、それに伴って円筒状定着フィルム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フィルム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Ｎの定着フィルム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フィルム４１の外面に密着して定着フィルム４１と一緒に定着ニップＮ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で加熱された定着フィルム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Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム４１の面から曲率分離して排出搬送されていく。
【００２２】
ここで、加圧部材４６は、定着フィルム４１の内周面に摺接するように固定されている。そして、加圧部材４６が定着フィルム４１を介して加圧ローラ４４に圧接することで、記録媒体Ｐが搬送されるニップＮが形成される。図３を参照して、加圧部材４６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。反射板４２は加圧部材４５ａ、４５ｂの上に設けられておりその長手方向長さは加圧ローラ４４と同様の３３０ｍｍである。反射板４２はフランジ４９に固定支持されており、フランジ４９に定着フィルム４１の長手全体に加圧がなされるように、不図示の構成により、一定の加圧力が付与される。本実施例ではフランジ４９にそれぞれ１６０Ｎを付与している。
【００２３】
定着装置４０における各部材の長手方向長さの関係は図３に示す通りであり、本実施例の定着装置においては、定着フィルム４１の長手方向の長さは３４０ｍｍで、反射板４２および加圧ローラ４４は、長手方向長さが３３０ｍｍである。加圧ローラ４４は、定着装置４０のフレームに固定されたベアリングによって、金属軸の両端が両持ち式かつ回転自在に支持されている。また、金属部材４７および加圧部材４６、加圧部材４５の長手方向長さは３６０ｍｍである。
【００２４】
（加圧部材）
まず、本実施例の構成における加圧部材４６について詳細を述べる。
【００２５】
加圧部材は、不図示の構成によりフランジ４９に施された加圧力を定着フィルムの長手全体に付与させるための複数の加圧部材４５（４５ａ、４５ｂ）と、上記加圧部材の上部に設けられた反射板４２と、上記加圧部材の下部に設けられた中間部材４７と、上記中間部材の下部に設けられ、かつ反射板４２の外周部に接続された伝熱部材４８によって構成されている。
【００２６】
伝熱部材４８は高熱伝導率を有する金属材料（例えば、アルミニウム、銅、またはその合金）であり、定着フィルム４１の内周面と摺動して、反射板４２からの熱を定着ニップＮに伝達させ、定着フィルム４１の加熱補助の役割を担っている。
【００２７】
中間部材４７は、伝熱部材４８と加圧部材４５の間に配置されており、伝熱部材４８から加圧部材４５への伝熱を防止する。その為、中間部材４７は低熱伝導率および耐熱性を有する材料で構成されており、例えば耐熱樹脂またはセラミック、ＰＥＥＫ、液晶ポリマーを含む材料でできている。
【００２８】
反射板４２は、ヒーター４３に対向して伝熱部材４８の表面に設けられており、例えば銀のような高反射率を有する材料で構成されている。この時、ヒーター４３からの輻射は上記反射板により、定着フィルム４１の内面へ反射される。
【００２９】
ここで反射板４２は加圧部材４５に対し接触していないほうが好ましい。
【００３０】
加圧部材４５は、第一の加圧部材４５ａと、第二の加圧部材４５ｂで構成されている。第一および第二の加圧部材はコの字形状を有しており、第一の加圧部材と第二の加圧部材の開口部が互いに交差する形で接続されている。加圧部材４５は高い強度を有する金属材料であって、例えばＳＵＳ、炭素鋼などで構成されており、フランジ４９に施された加圧力を定着フィルムの長手全体に付与させる際に、曲げ変形が発生しない、高い断面２次モーメントを有する構造（例えば、Ｉ形状、Ｈ形状）を備えていても良い。
【００３１】
保持部４７１は、図４に示すように通紙領域Ｌの長手方向２９７ｍｍより外側から反射板４２の長手方向長さ３３０ｍｍの間に、中間部材４７からコの字形状となるように設けられている。上記保持部４７１が通紙領域Ｌの外側において反射板４２と加圧部材４５の間で接触することで、反射板４２と中間部材４７と加圧部材４５の位置が決定する。通紙領域Ｌの外側に保持部４７１を設ける理由は、通紙領域長手方向で以下に示す効果が発揮される領域と発揮されない領域が存在してしまうと、定着ニップおよび定着フィルムの長手方向に温度ムラが発生してしまい、画像不良を引き起こす恐れがあるためである。本実施例の定着装置では、保持部材４７１の長手方向の長さを１０ｍｍ、厚さを１ｍｍとした。
【００３２】
本実施例における通紙領域Ｌの断面を図５に示す。図５に示すように通紙領域Ｌでは反射板４２と加圧部材４５の間が空気層４７２となる。空気層４７２の熱伝導率は０．０３Ｗ／ｍ・Ｋであり、中間部材４７の材料の例である液晶ポリマーの熱伝導率０．４Ｗ／ｍ・Ｋよりも断熱効果がある。
【００３３】
次に、本実施例の構成により得られる効果について述べる。
【００３４】
本実施例の定着装置に使用している反射板４２は反射率が９０％程度であるため、ヒーター４３からの輻射熱が徐々に反射板４２に伝わることで定着フィルム４１の表面温度が１７０℃での連続通紙時に１６０℃程度まで昇温し、その熱が加圧部材４５に伝わる。加圧部材４５は高熱容量材料であるため、加圧部材４５に熱が流入してしまうと、定着フィルム４１を加熱するためにヒーター４３に投入した電力が、加圧部材４５の昇温に使用されてしまう。そのため、本実施例のように通紙領域において中間部材４７よりも熱伝導率が小さい空気層４７２を加圧部材と反射板の間に設けることで、反射板４２が昇温した際に加圧部材４５への熱流入を抑制することができる。これによって、ヒーター４３による定着フィルム４１の加熱効率が向上するため、ウォームアップ時間の短縮と連続通紙時の電力の削減が可能となる。
【００３５】
［本実施例における効果］
（ウォームアップ実験）
本実施例における、ウォームアップ時間の短縮効果を以下に示す。本実験では、定着装置のウォームアップを開始してから定着フィルムの表面温度が通紙可能となる１７０℃に到達するまでの時間を計測した。実験条件は投入電力を１０００Ｗ、通紙速度を２４６ｍｍ／ｓｅｃとし、環境は２３℃−５０％とした。検証実験として、加圧部材４５と反射板４２の間に空気層４７２を設けた定着装置と従来の定着装置を用いて、上記ウォームアップ時間の比較を行った。その結果を図６に示す。
【００３６】
図６は本実施例と従来例についてウォームアップを開始してからの経過時間に対する定着フィルム表面温度と反射板の温度の関係を示したものである。
【００３７】
図６に示したようにウォームアップ完了時間が従来例では１４．８秒、本実施例ではウォームアップ完了時間が１４．０秒となった。したがって、投入電力が等しい条件において、本実施例によりウォームアップ時間が０．８秒短縮可能であった。
【００３８】
これは、本実施例により反射板４２から中間部材４７と加圧部材４５に移動する熱量を抑制することで反射板４２の温度低下を抑制し、ヒーター４３に投入した電力が定着フィルム４１の昇温に効率よく使用されたことを示しており、本実施例の効果を検証することができた。
【００３９】
（連続通紙実験）
本実施例における、連続通紙時の電力削減効果を以下に示す。本実験では、定着フィルムの表面温度が１７０℃に維持される電力制御が動作するように定着装置を通紙速度２４６ｍｍ／ｓｅｃで回転させ、坪量１０５ｇの普通紙を６０ｐｐｍで１０枚連続通紙した際に必要となる電力を計測した。検証実験として、加圧部材４５と反射板４２の間に空気層４７２を設けた定着装置と従来の定着装置を用いて、上記必要電力の比較を行った。その結果を表１に示す。
【００４０】
表１は、従来例と本実施例について連続通紙した際の必要電力を計測した結果である。
【００４１】
【表１】
2020067464.tif 000003
従来例では必要電力が９１６Ｗ、本実施例では必要電力が８６４Ｗとなった。したがって、本実施例により連続通紙時の必要電力を５２Ｗ削減可能であった。
【００４２】
これは、本実施例により反射板４２から中間部材４７と加圧部材４５に移動する熱量を抑制することで反射板４２の温度低下を抑制し、ヒーター４３に投入した電力が定着フィルム４１の温度の維持に効率よく使用されたことを示しており、本実施例の効果を検証することができた。
【符号の説明】
【００４３】
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  定着フィルム、４２  反射板、
４３  加熱体、４４  加圧ローラ、４５  加圧部材、４７  中間部材、
４７１  保持部、４７２  空気層、４８  伝熱部材、４９  フランジ、
Ｐ  シート、Ｔ  トナー、Ｌ  通紙領域
【図１】
2020067464.tif 000004
【図２】
2020067464.tif 000005
【図３】
2020067464.tif 000006
【図４】
2020067464.tif 000007
【図５】
2020067464.tif 000008
【図６】
2020067464.tif 000009