(57)【要約】【課題】定着ベルトから定着部材への伝熱を抑制し定着装置の熱効率を向上させる。【解決手段】定着ベルト１４と摺接する定着ローラ１１の外周部に、弾性変形可能な複数の突起物１１３を設ける。そして、定着ローラ１１と定着ベルト１４とが接触すると、定着ローラ１１表面の突起物１１３が倒れて突起物間に空間が確保される。この空間によって、定着ベルト１４から定着ローラ１１への熱の移動が抑えられ、定着ベルト１４の温度低下が抑制される。突起物１１３は、定着ベルト１４と接触しなくなると元の状態に戻る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在の無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを内側から支持する定着部材と、前記定着ベルトを挟んで前記定着部材に圧接する加圧部材と、前記定着ベルトを加熱する加熱部材とを備え、前記定着ベルトを挟んで圧接する前記定着部材と前記加圧部材とのニップ部に、未定着トナー画像が形成された被転写材を通すことによって、前記トナー画像を被転写材に溶融定着させる定着装置において、
前記定着部材が、前記定着ベルトとの摺接部に、弾性変形可能な複数の突起物を有していることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記突起物が所定間隔で設けられている請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記突起物が中空である請求項１又は２記載の定着装置。
【請求項４】
前記突起物が先細形状である請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記突起物が繊維状である請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記突起物が波形形状である請求項５記載の定着装置。
【請求項７】
前記突起物が、その両端が前記定着ベルトの摺接部に取り付けられ半円形状である請求項５記載の定着装置。
【請求項８】
回転自在の加熱ローラをさらに備え、前記定着ベルトが、前記加熱ローラと前記定着部材との間に張架されている請求項１〜７のいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
前記定着部材が回転自在のローラ形状である請求項８記載の定着装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンターやファクシミリ、複写機などの電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、近年、定着ベルトを挟んで圧接する定着部材と加圧部材とのニップ部に、未定着トナー画像が形成された被転写材を通して、トナー画像を被転写材に溶融定着させる定着装置が用いられるようになってきた。
【０００３】
このような定着装置では、定着ベルトから定着部材への熱伝導を少なくして定着装置の熱効率を向上させるため、スポンジなどの多孔質で柔軟性を有する部材で構成される断熱層を定着部材の表面に設けていた。
【０００４】
例えば、特許文献１では、隣接する中空糸の外周同士を当接するように配置すると共に固定して断熱材とし、かかる断熱材を断熱層として定着ローラ等に用いることが提案されている。また、特許文献２では、定着ベルトの内周面と摺動して定着ベルトを支持する支持部材の、摺動面と反対側に、支持部材に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ると共に、支持部材とバックアップ部材との接触面を凹凸面として、支持部材からバップアップ部材への熱伝導を少なくする技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2004-286084号公報
【特許文献２】特開2007-233011号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、スポンジなど多孔質部材からなる断熱層が表面に形成された従来の定着部材では、ニップ部における加圧部材の圧力によって断熱層の孔が潰れてしまい、断熱効果が低下することがあった。また、特許文献１の提案技術では、中空糸同士を固定して断熱材としているので、スポンジと同様に、外部からの圧力によって中空糸が変形して孔が潰れて断熱効果が低下するおそれがある。また特許文献２の提案技術では、定着ベルトから支持部材へは熱が伝わるので定着装置の熱効率を十分に向上させることができない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ニップ部において定着ベルトから圧力がかかっても定着部材の断熱性能が低下することのない定着装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、画質低下を招くことなく、優れた省エネルギー効果が得られる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、回転自在の無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを内側から支持する定着部材と、前記定着ベルトを挟んで前記定着部材に圧接する加圧部材と、前記定着ベルトを加熱する加熱部材とを備え、前記定着ベルトを挟んで圧接する前記定着部材と前記加圧部材とのニップ部に、未定着トナー画像が形成された被転写材を通すことによって、前記トナー画像を被転写材に溶融定着させる定着装置であって、前記定着部材が、前記定着ベルトとの摺接部に、弾性変形可能な複数の突起物を有していることを特徴とする定着装置が提供される。
【００１０】
ここで、断熱効果の低下を一層抑制する観点からは、前記突起物は所定間隔で設けるのが好ましい。
【００１１】
そして、断熱効果をより高める観点からは、前記突起物は中空であるのが好ましい。
【００１２】
また、高さ方向の途中で突起物が曲折して空間を形成する観点からは、突起物は先細形状であるのが好ましい。
【００１３】
前記突起物は繊維状であってもよい。
【００１４】
前記繊維状の突起物は波形形状であってもよい。
【００１５】
あるいは、前記繊維状の突起物は、その両端が前記定着ベルトの摺接部に取り付けられた半円形状であってもよい。
【００１６】
また、回転自在の加熱ローラをさらに設け、前記定着ベルトが、前記加熱ローラと前記定着部材との間に張架されるようにしてもよい。
【００１７】
このとき、前記定着部材は回転自在のローラ形状であってもよい。
【００１８】
また本発明によれば、前記のいずれか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が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の定着装置及び画像形成装置では、定着部材の定着ベルトとの摺接部に、弾性変形可能な複数の突起物を設けたので、定着ベルトから圧力がかかると、定着部材の突起物が倒れて空間（空気層）を確保する。これにより断熱効果が奏され、定着ベルトから定着部材への熱移動が抑制されて、定着装置の熱効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る定着装置及び画像形成装置の一例を示す概説図である。
【図２】図１の画像形成装置に搭載されている定着装置の概略構成図を示す。
【図３】定着ローラの部分拡大断面図である。
【図４】突起物の形成パターン例を示す図である。
【図５】定着ローラと定着ベルトとが摺接しているときの、突起物の状態を示す部分拡大断面図である。
【図６】突起物の他の例を示す図である。
【図７】定着ローラに突起物を形成する方法の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る定着装置の他の例を示す概説図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００２２】
図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１に示す画像形成装置８は、トナー像を担持し、反時計回りに回転駆動する円筒状の感光体（静電潜像担持体）Ｄの周囲に、感光体Ｄの表面を一様に帯電させる帯電装置２と、感光体Ｄ表面に光を照射して静電潜像を形成する露光装置３と、感光体Ｄにトナーを供給し感光体Ｄ上の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置４と、現像装置４によって形成された感光体Ｄ上のトナー像を用紙（被転写部材）Ｐに転写する転写ローラ（転写装置）５と、用紙Ｐに転写されずに感光体Ｄ上に残留したトナーを除去するクリーニング装置６と、感光体Ｄの残留電荷を消去するイレサーランプ７とを備えている。
【００２３】
帯電装置２は、スコロトロン方式の帯電装置であって、放電電極に数ｋＶの電圧が印加されるとコロナ放電が発生し、これにより感光体Ｄの表面が一様に帯電される。なお、帯電装置２の種類は特に限定されるものでなく、ローラ方式の帯電部材、ブレード状の帯電部材、ブラシ状の帯電部材等を用いてももちろん構わない。
【００２４】
露光装置３は、帯電装置２によって一様に帯電された感光体Ｄの表面に、例えばパソコンなどの外部装置から入力される画像データに基づいて、選択的に光を照射して露光を行い、感光体Ｄの表面に所定の静電潜像を形成する。
【００２５】
現像装置４は、ハウジング４１と、感光体Ｄに対向し回転可能に設けられた現像ローラ４２と、現像ローラ４２に向かって現像剤を搬送する３つの搬送ローラ４３とを備える。ハウジング４１内にはトナーとキャリア（いずれも不図示）とからなる現像剤が収容されている。現像ローラ４２に現像バイアス電圧を印加すると、現像ローラ４２に印加される電圧と感光体Ｄの静電潜像との電位差に基づいて、トナーが感光体Ｄに移動し、感光体Ｄ上の静電潜像がトナーによって可視像化（トナー画像）される。
【００２６】
転写ローラ５は、転写ローラ５に連結された駆動モータ（不図示）によって回転可能に設けられるとともに付勢部材（不図示）によって感光体Ｄに圧接している。また転写ローラ５には、不図示の電圧印加手段によって、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加される。感光体Ｄと転写ローラ５との間を用紙が通過する際に、転写ローラ５に前記電圧が印加され、感光体Ｄに形成されたトナー画像が用紙Ｐに転写する。
【００２７】
クリーニング装置６は、感光体Ｄに圧接するクリーニングブレード６１を備え、感光体Ｄ表面に残留する未転写トナーを感光体Ｄから除去する。
【００２８】
現像装置４の下部には、用紙Ｐを収納した給紙カセット５１を着脱自在に収納した収納部５２が配置されている。給紙カセット５１内に収納された用紙Ｐは、収納部５２の上方側部に配置された給紙ローラ５３の回転によって最上紙から順に１枚ずつ搬送路に送り出される。給紙カセット５１から送り出された用紙Ｐは、感光体Ｄの回転とタイミングを合わせて転写ローラ５と感光体Ｄの間へ送り出され、前述の通りトナー画像が用紙Ｐに転写される。
【００２９】
画像形成装置８は、感光体Ｄから用紙Ｐに転写されたトナー画像を定着させる定着装置１を備えている。定着装置１を用紙Ｐが通過する際に、トナー画像が加熱及び加圧されて用紙Ｐに溶融定着する。その後、用紙Ｐは、排紙トレイ８２へ排出される。定着装置１の詳細については後述する。
【００３０】
画像形成装置８には、画像形成装置８に関係する構成要素を総合的に制御する制御装置８１を備えており、この制御装置８１は、感光体Ｄ、現像ローラ４２、転写ローラ５、給紙ローラ５３及び定着ローラ１１（図２に図示）などの回転駆動、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、イレーサーランプ７、ハロゲンヒーター１５（図２に図示）などの作動を制御する。
【００３１】
図２に、図１の画像形成装置８に搭載されている定着装置１の概略構成図を示す。この定着装置１は、定着ローラ１１と加熱ローラ１３との間に定着ベルト１４が架け渡され、バネなどの不図示の付勢手段によって加圧ローラ１２が定着ベルト１４を挟んで定着ローラ１１に圧接している。これにより、定着ローラ１１と加圧ローラ１２との間にニップ部Ｎが形成されている。ここで、加圧ローラ１２は、不図示の回転駆動手段によって時計回りに回転し、これによって定着ベルト１４及び定着ローラ１１、加熱ローラ１３はそれぞれ従動して回転する。なお、回転駆動手段を加圧ローラ１２ではなく、定着ローラ１１又は加熱ローラ１３に設けて駆動回転させ、他のローラを従動回転させるようにしてもよい。
【００３２】
定着ローラ１１の、ニップ部Ｎよりも回転方向下流側には、定着ローラ１１の表面と接触するように分離爪１６が設けられている。この分離爪１６は、軸部１７に揺動自在に支持され自重によって定着ローラ１１の表面に接触している。分離爪１６は、軸部１７の長手方向に所定間隔で複数個設けられる。
【００３３】
分離爪１６の材料は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）等の耐熱性樹脂から形成され、離型性を向上させるため、分離爪１６の表面にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂がコーティング層により被覆されている。
【００３４】
加圧ローラ１２は、円筒状の芯金１２１の表面に、シリコーンゴムからなる弾性層１２２が形成され、その表面に表層としてのＰＦＡチューブ（不図示）が被着されてなる。芯金１２１の材質は、アルミニウムや鉄などの金属材料が好ましい。弾性層１２２の材質としては、弾性と耐熱性を有するものが望ましく、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム、シリコーンスポンジなどが挙げられる。弾性層１２２の厚さに特に限定はないが、通常は、１〜２０ｍｍの範囲が好ましい。
【００３５】
加熱ローラ１３には、加熱ローラ１３を介して定着ベルト１４を加熱するハロゲンヒーター（熱源）１５が内蔵されている。また加熱ローラ１３の外周部には、定着ベルト１４の表面温度を検知するセンサーＳ１が設置され、センサーＳ１の検知温度によってハロゲンヒーター１５が入切制御され、定着ベルト１４の表面は所定温度に維持される。なお、定着ベルト１４を加熱する熱源としては、高周波磁界による誘導加熱や、定着ベルト１４に積層した抵抗発熱層であっても構わない。また、熱源の取付位置は、定着ベルト１４の外周近傍であっても構わない。
【００３６】
本発明で使用する定着ベルト１４としては、例えば基材とその外側に離型層を有する２層構造のものが挙げられる。基材の材料としては、ニッケルやアルミニウム、ステンレス鋼などの金属材料、ポリイミドやポリアミド、ポリアミドイミドなどの樹脂材料が挙げられる。また基材の厚さとしては、通常、３０μｍ〜１００μｍ程度である。離型層の材料としてはＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂等が挙げられる。離型層の層厚としては１０μｍ〜７０μｍ程度が好ましい。画像品質を向上させる観点などから、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどの弾性層をさらに積層して定着ベルト１４を３層以上の積層構造としても構わない。弾性層の厚さとしては５０μｍ〜１００μｍ程度で、弾性率としては０．０３ＭＰａ〜１００ＭＰａ程度が好ましい。
【００３７】
定着ローラ１１は、円筒状に成形されてなる芯金１１１と、弾性層１１２とが、内方から外方に向かってこの順で積層された構造を有する。芯金１１１の材質は、アルミニウムや鉄などの金属材料が好ましい。また、その厚さは、０．１〜５ｍｍの範囲が好ましく、軽量化及びウォームアップ時間の短縮化等を考慮すると０．２〜１．５ｍｍの範囲がより好ましい。弾性層１１２の材質としては、弾性と耐熱性を有するものが望ましく、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどが挙げられる。弾性層１１２の厚さに特に限定はないが、通常、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲が好ましく、弾性率は０．０３ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。また、弾性層１１２の材質としてはスポンジなどの発泡体であっても構わない。また、弾性層１１２の外側に断熱層などをさらに積層して定着ローラ１１を３層以上の積層構造としても構わない。
【００３８】
そして、図３に示すように、定着ローラ１１の、定着ベルト１４と摺接する弾性層１１２の表面には、弾性変形可能な繊維状の複数の突起物１１３が所定間隔で植設されている。突起物１１３の長さＬに特に限定はないが、定着ローラ１１と加圧ローラ１２とのニップ部Ｎにおける圧力ムラや耐久性等の観点からは０．３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲である。また、突起物１１３の太さｄ（図４に図示）に特に限定はないが、ニップ部Ｎにおける圧力ムラ防止や耐久性等の観点からは１μｍ〜１００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍの範囲である。さらに、突起物１１３の弾性率は１ＧＰａ以上であるのが好ましい。
【００３９】
突起物１１３の形成パターンに特に限定はない。図４に、突起物１１３の形成パターン例を示す。定着ローラ１１と加圧ローラ１２とのニップ部Ｎにおける圧力ムラ等を防止する観点からは、形成パターンは弾性層１１２の外周面全体で同じであるのが望ましい。また、突起物１１３の形成ピッチｐは、ニップ部Ｎにおける圧力ムラや耐久性等を考慮して適宜決定すればよい。図４（ｃ）に示すような、突起物１１３同士が接触するようにしてもよいが、断熱性を向上させる観点からは突起物１１３同士が所定の隙間を有するピッチであるのが好ましい。なお、ニップ部Ｎにおける圧力ムラに起因する画像ノイズは、定着ローラ１１の弾性層１１２や加圧ローラ１２の弾性層１２２の弾性率を低くしたり、厚さを厚くすることによっても改善することができる。
【００４０】
突起物１１３の材質としては弾性変形可能なものであれば特に限定はないが、耐熱性及び強度の点から、ポリイミドやアラミド、ポリイミド、ＰＥＥＫなどの樹脂；ガラス、カーボンなどの無機物などが好ましい。また、突起物１１３は中実であってもよいし、中空であってもよいが、より高い断熱性を得る観点からは中空であるのが好ましい。
【００４１】
図５に、前記構成の定着ローラ１１と定着ベルト１４とが接触した状態の部分断面図を示す。定着ローラ１１と定着ベルト１４とが接触すると、定着ローラ１１表面の突起物１１３が倒れて突起物間に空間が確保される。この空間によって、定着ベルト１４から定着ローラ１１への熱の移動が抑えられ、定着ベルト１４の温度低下が抑制される。そして、突起物１１３は、定着ベルト１４と接触しなくなると元の状態（図３の状態）に戻る。
【００４２】
図６に、定着ローラ１１に形成される突起物１１３の他の形状例を示す。図６（ａ）の突起物１１３ａは、繊維状で先細形状を有している。このような形状の突起物１１３ａの場合、外方から力が加わると、突起物１１３ａは高さ方向の途中で折れ曲がり根元部に空間が確保されやすい。これにより高い断熱性が得られる。図６（ｂ）の突起物１１３ｂは、繊維状の突起物１１３ｂの両端が固定され、半円形状を有し、外方から力が加わると突起物１１３ｂは偏平形状となって空間を確保する。また、図６（ｃ）の突起物１１３ｃは、繊維状で波形形状を有し、外方から力が加わると収縮して突起物間に空間を確保する。
【００４３】
複数の突起物１１３を弾性層１１２の表面に形成する方法に特に限定はなく従来公知の方法を用いることができる。例えば、図７に示すような、弾性層１１２の表面にスプレーガン等で接着剤を塗布して接着層１１４を形成し、高電圧をかけて静電気の力で繊維状の突起物１１３を接着層１１４に植え付けて固定する方法が挙げられる。
【００４４】
図８に、本発明に係る定着装置の他の実施形態を示す。図８に示す定着装置が、図２に示した定着装置と異なる点は、定着部材として定着パッド１８を用いている点にある。定着パッド１８は基台１８１に弾性部材１８２が取り付けられてなり、弾性部材１８２が定着ベルト１４を介して加圧ローラ１２と圧接している。そして、弾性部材１８２の、定着ベルト１４と摺接する部分に複数の突起物１１３が設けられている。突起物１１３の形状や形成パターン等は、前記実施形態で例示したものがここでも例示される。
【００４５】
以上説明した実施形態では、突起物は繊維状であったが、これに限定されるものではなく、板状であっても構わない。ただし、突起物が板状の場合、定着ベルト１４の回転方向に対して交叉するように板状の突起物を設ける必要がある。また、加圧部材は、加圧ローラ１２に限定されるものではなく、ベルト部材やパッド部材であっても構わない。
【実施例】
【００４６】
図２に示す構成の定着装置であって下記条件の定着装置を用いて、昇温速度、画質、定着性を測定した結果、定着ローラ１１に突起物１１３のない定着装置に比べて昇温速度は１．５倍速くなった。また画像ノイズはなく、定着性も良好であった。
定着ベルト：弾性層１００μｍ、弾性率２ＭＰａ
定着ローラ：弾性層５ｍｍ、弾性率１ＭＰａ
突起物    ：太さ２０μｍ、長さ１．５ｍｍ、形成ピッチ３０μｍのアラミド繊維
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の定着装置及び画像形成装置では、定着ローラ１１の定着ベルト１３との摺接部において弾性変形可能な複数の突起物１１３が倒れて空間（空気層）を確保する。これにより断熱効果が奏され、定着ベルト１４から定着ローラ１１への熱移動が抑制されて、定着装置１の熱効率が向上し有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１    定着装置
８    画像形成装置
Ｎ    ニップ部
Ｐ    用紙（被転写材）
１１    定着ローラ（定着部材）
１２    加圧ローラ（加圧部材）
１３    加熱ローラ
１４    定着ベルト
１５    ハロゲンヒーター（加熱部材）
１８    定着パッド（定着部材）
１１３    突起物
【図１】
2014145945.tif 000003
【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】
2014145945.tif 000008
【図７】
2014145945.tif 000009
【図８】
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