(57)【要約】【課題】加熱ローラの軸方向の温度分布の均一化を図ることのできる定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置、並びにトナー定着方法を提供する。【解決手段】電力供給されて発熱するヒータと、該ヒータにより加熱される円筒形状の加熱ローラ５７Ａと、加熱ローラ５７Ａに圧接される加圧ローラ５７Ｂとを有し、画像形成装置本体１０に内蔵されて加熱ローラ５７Ａおよび加圧ローラ５７Ｂによりトナーを担持したシートを挟持して該シートにトナーを加熱定着させる定着装置５７において、加熱ローラ５７Ａおよび／または加圧ローラ５７Ｂは、画像形成装置本体１０に設けられた装置内部の冷却機構Ｆにより発生する加熱ローラ５７Ａおよび／または加圧ローラ５７Ｂの軸方向の気流に対する風上部分Ａよりも風下部分Ｂの熱容量が大きいことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給されて発熱する発熱手段と、該発熱手段により加熱される加熱手段と、該加熱手段に圧接される加圧手段とを有し、画像形成装置本体に内蔵されて前記加熱手段および加圧手段によりトナーを担持したシートを挟持して該シートにトナーを加熱定着させる定着装置において、
前記加熱手段および／または加圧手段は、前記画像形成装置本体に設けられた装置内部の冷却機構により発生する該加熱手段または加圧手段における前記シート幅方向の気流に対する風上部分よりも風下部分の熱容量が大きいことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加熱手段および／または加圧手段の熱容量は、前記気流の風上部分から風下部分に向かって漸増していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記加熱手段、加圧手段はそれぞれ円筒形状の加熱ローラ、加圧ローラであり、前記加熱ローラおよび／または加圧ローラの熱容量は、該ローラの肉厚により調整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。
【請求項４】
前記発熱手段は、前記加熱手段における前記シート幅方向の端部領域に対応する部分のうち、気流に対する風上部分よりも風下部分における発熱量が大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一に記載の定着装置を備え、電子写真方式によりトナー像を形成したシートを前記定着装置に送ることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
発熱手段の発熱により定着手段を加熱し、該定着手段によりトナーを担持したシートを加熱して該シートにトナーを定着させるトナー定着方法において、
前記定着手段が前記シートの幅方向の気流により冷却される場合、前記気流に対する風上部分よりも風下部分の熱容量が大きい定着手段を使用することを特徴とするトナー定着方法。
【請求項７】
前記発熱手段における定着手段の端部領域に対応する部分のうち、気流に対する風上部分よりも風下部分での発熱量が大きくなるように該発熱手段を発熱させることを特徴とする請求項６に記載のトナー定着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置並びにトナー定着方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置に内蔵されている定着装置は、電力供給されて発熱するハロゲンランプなどのヒータと、該ヒータにより加熱される中空円筒形状の加熱ローラとを有しており、記録紙であるシート上のトナーを加熱ローラにより加熱して該シートに定着させるものである。
【０００３】
この定着装置において、加熱ローラの軸（長手）方向での表面温度に差（ムラ）があると一枚の記録紙の中で、トナーの定着度合いが異なり、特に光沢ムラなど、画像品質上の不具合が生じ、時にカラー画像のケースでは、光沢度、色味のムラが顕著に現れてしまうため、加熱ローラの軸方向の温度分布を均一にすべく、従来から種々工夫が施されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
【０００４】
例えば、装置立ち上がり段階、すなわち画像形成を開始した直後での通紙初期段階では、
加熱ローラの肉厚が軸方向に一定であり、ヒータの配光（発熱）分布がこの軸方向に均一であるとすると、加熱ローラの軸方向の端部が中央部に比べて温度上昇の遅れを生じ、端部が所定温度に到達せず、定着能力不足となる。そのため、ヒータの配光分布を加熱ローラの中央部よりも端部で大きくすることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、連続して通紙を行っているときは、加熱ローラの端部の温度が中央部に比べ、逆に高くなる傾向がある。前記のような配光分布を調整する対策ではその端部温度上昇を助長させてしまうため、トナーが加熱ローラ表面に付着し、それが後続の用紙に移り、画像汚れを発生させる不具合となっていた。
【０００６】
一方、連続通紙時の端部温度上昇を解消するために、ヒータの端部配光分布を小さくすると、装置立ち上がり段階における端部温度不足がより悪化するため、端部における定着不良の可能性が生じていた。
【０００７】
このような不具合への対策として、加熱ローラ中央部の肉厚を厚くし、それに対応してヒータの配光分布を加熱ローラ中央部で大きくすることにより、加熱ローラの温度分布の均一化が図られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００８】
【特許文献１】実公平７−１３００４号公報
【特許文献２】特開平１１−２４４６９号公報
【特許文献３】特開２００２−８２５５９号公報
【特許文献４】特開平５−３４１６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記のような対策をとっても、トナーのより良い定着が求められることがあった。
【００１０】
発明者は、前記定着不良の発生原因を調査したところ、画像形成装置内部の温度過昇を防止する目的で設けられたファンやダクトなどの装置内部の冷却機構を備える場合に前記冷却機構に起因して定着装置の周りに気流が生じ、その気流によって加熱ローラの長手方向の温度分布が不均一となり、定着不良が起こっていることを突き止めた。また、その気流が加熱ローラに圧接された加圧ローラの長手方向の温度分布を不均一とし、それにより加熱ローラの長手方向の温度分布が不均一となり、定着不良が起こっていることもあった。また、特許文献４に示されたような加熱ローラ内部にフィンを設けて冷却ファンが発生する気流に対抗する方向に気流を発生させる対策では、加熱ローラの回転速度によっては温度分布の均一化が困難であった。
【００１１】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、加熱ローラの軸方向の温度分布の均一化を図ることのできる定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置、並びにトナー定着方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために提供する本発明は、電力供給されて発熱する発熱手段と、該発熱手段により加熱される加熱手段と、該加熱手段に圧接される加圧手段とを有し、画像形成装置本体に内蔵されて前記加熱手段および加圧手段によりトナーを担持したシートを挟持して該シートにトナーを加熱定着させる定着装置において、前記加熱手段および／または加圧手段は、前記画像形成装置本体に設けられた装置内部の冷却機構により発生する該加熱手段または加圧手段における前記シート幅方向の気流に対する風上部分よりも風下部分の熱容量が大きいことを特徴とする定着装置である（請求項１）。
【００１３】
ここで、前記加熱手段および／または加圧手段の熱容量は、前記気流の風上部分から風下部分に向かって漸増していることが好ましい。
また、前記加熱手段、加圧手段はそれぞれ円筒形状の加熱ローラ、加圧ローラであり、前記加熱ローラおよび／または加圧ローラの熱容量は、該ローラの肉厚により調整されていることが好ましい。
さらに、前記発熱手段は、前記加熱手段における前記シート幅方向の端部領域に対応する部分のうち、気流に対する風上部分よりも風下部分における発熱量が大きいことが好適である。
【００１４】
前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載の定着装置を備え、電子写真方式によりトナー像を形成したシートを前記定着装置に送ることを特徴とする画像形成装置である（請求項５）。
【００１５】
前記課題を解決するために提供する本発明は、発熱手段の発熱により定着手段を加熱し、該定着手段によりトナーを担持したシートを加熱して該シートにトナーを定着させるトナー定着方法において、前記定着手段が前記シートの幅方向の気流により冷却される場合、前記気流に対する風上部分よりも風下部分の熱容量が大きい定着手段を使用することを特徴とするトナー定着方法である（請求項６）。
【００１６】
ここで、前記発熱手段における定着手段の端部領域に対応する部分のうち、気流に対する風上部分よりも風下部分での発熱量が大きくなるように該発熱手段を発熱させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の定着装置によれば、装置立ち上がり時において加熱手段（加熱ローラ）におけるシート幅方向（ローラ軸方向）の大きな温度バランスの崩れは防ぐことができ、とくに加熱手段（加熱ローラ）の両端部（両軸端）の加熱度合いの差を少なくすることができる。また、連続通紙時においても加熱手段（加熱ローラ）におけるシート幅方向（ローラ軸方向）の温度分布をより均一にすることができる。
本発明の画像形成装置によれば、前記定着装置を備えているので、端部での定着不良を起こすことなく安定した定着を図れ、良好な画像品質を得ることができる。
本発明のトナー定着方法によれば、装置立ち上がり時において加熱手段（加熱ローラ）におけるシート幅方向（ローラ軸方向）の大きな温度バランスの崩れは防ぐことができ、とくに加熱手段（加熱ローラ）の両端部（両軸端）の加熱度合いの差を少なくすることができる。また、連続通紙時においても加熱手段（加熱ローラ）におけるシート幅方向（ローラ軸方向）の温度分布をより均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置として、電子写真式の画像形成装置であるレーザープリンタ（以下、プリンタという）の全体の概略構成を示す断面図である。
プリンタ１００は、潜像担持体としての感光体ドラム１を有している。感光体ドラム１は、図中矢印Ａ方向に回転駆動されながら、感光体ドラム１に接触する一様帯電手段としての帯電ローラ５０により、その表面を一様に帯電される。その後、潜像形成手段としての光書込ユニット５１により画像情報に基づき走査露光されて、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。なお、一様帯電手段及び潜像形成手段としては、帯電ローラ５０及び光書込ユニット５１とは異なるものを用いることもできる。
【００１９】
感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、現像装置２により現像され、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、転写ローラ５３を備えた転写手段としての転写ユニットにより、給紙カセット５４から給紙ローラ５５及びレジストローラ対５６を経て搬送されるシートの一態様である転写紙５２上に転写される。
【００２０】
転写終了後の転写紙５２は、定着手段としてユニット化された定着装置５７によりトナー像が定着され、機外に排出される。なお、転写されずに感光体ドラム１上に残留した転写残トナーは、クリーニング手段としてのクリーニングユニット５８により感光体ドラム１の表面から除去される。また、感光体ドラム１上の残留電荷は、除電手段としての除電ランプ５９で除去される。
【００２１】
トナーの定着手段である定着装置５７は、装置筐体内に加熱手段の一態様である加熱ローラ５７Ａ及び加圧手段の一態様である加圧ローラ５７Ｂがそれぞれ配置されている。加熱ローラ５７Ａは、転写紙５２に担持されているトナー像に接触する側に配置された熱良導体からなる材質の中空円筒とこの中空円筒表面に離型層を有したローラであり、例えば中空円筒形状のＡｌローラ表面にテフロン（登録商標）を施して形成されたものである。また、加熱ローラ５７Ａの中空内部に加熱ローラ５７Ａを発熱手段（熱源）の一態様としてハロゲンランプなどのヒータ（図示せず）が配置されており、ハロゲンランプの発光により加熱ローラ５７Ａが加熱されるようになっている。さらに、ハロゲンランプは転写紙５２のシート幅方法（軸方向）の発光分布を変更して、加熱ローラ５７Ａの軸方向の表面温度分布を調整することができる。また、加熱ローラ５７Ａの表面温度は熱電対などの温度センサーでモニターされていて、ハロゲンランプのオンオフにより加熱ローラ５７Ａの表面温度が定着工程において問題とならない温度範囲内となるように制御されている。
加圧ローラ５７Ｂは芯金の表面に弾性体層を有したローラ部材であり、加熱ローラ５７Ａと圧接しながら連動して回転することにより転写紙５２を挟持搬送する際の定着ニップ部を構成できるようになっている。
転写紙５２に担持されたトナー像は、加熱ローラ５７Ａ及び加圧ローラ５７Ｂとで挟持搬送される際に熱・圧力の作用により加熱定着され、ついで、トナー像が定着された転写紙５２は、排紙ローラ対６０によって排紙トレイ６１上に排出積載される。
【００２２】
また、画像形成装置本体１０には定着装置５７のまわりの過昇温を防止する冷却機構として冷却ファンＦが設けられている。この冷却ファンＦの設置位置は、複写機・レーザープリンタの低コスト化・省スペースのため、自由度が少なくなってきており、定着装置５７の温度分布に影響を及ぼす位置に気流が生じる傾向にある。その例を図２に示す。冷却ファンＦにより発生する気流により、加熱ローラ５７Ａの一方の端部領域である風上部分Ａにおいて保持している熱が風下の方に引かれるために、加熱ローラ５７Ａの他方の端部領域である風下部分Ｂはその熱影響を受けることになる。
【００２３】
ここで、軸方向の肉厚の均一な従来の加熱ローラであって、装置立ち上がり時にシート幅方法（ローラ軸方向）に均一な温度分布であることを前提に、連続通紙時の前記気流の影響後の温度分布を考えると、図３に示すように風下部分Ｂの加熱ローラの温度は、風上部分Ａよりも高くなる傾向にあり、条件によっては風下部分Ｂの温度がトナーの定着可能上限温度を超えてしまい、画像汚れの不具合が発生することになる。
【００２４】
この問題に対して、図４に示すようにヒータの軸方向の配光分布を加熱ローラの風上部分Ａから風下部分Ｂに向けて低くする対策を取り、連続通紙時の加熱ローラの表面温度分布の均一化を図ることが考えられるが、今度は装置立ち上がり時の加熱ローラの表面温度分布がヒータの配光分布の影響を顕著に受けて別の不具合が発生する。すなわち、図５に示すように加熱ローラの軸方向に風下部分Ｂが低くなる傾向となり、風下部分Ｂの温度がトナーの定着可能下限温度を下回り、定着不良が生じることになる。
【００２５】
本発明は、この問題を解決するものであり、画像形成装置本体１０に設けられた冷却ファンＦにより発生する加熱ローラ５７Ａにおけるシート幅方向（ローラ軸方向）の気流に対する該加熱ローラ５７Ａの風上部分Ａよりも風下部分Ｂの熱容量を大きくすることを特徴とする。
【００２６】
詳しくは、図６に示すように、加熱ローラ５７Ａの外径φは軸方向に一定でありながら、肉厚が風上部分Ａから風下部分Ｂに向かって段階的に厚くなっている構成とする。これにより、加熱ローラ５７Ａの熱容量が気流の風上部分Ａから風下部分Ｂに向かって漸増するような、軸方向に熱容量が非対称な加熱ローラ５７Ａとなる。
【００２７】
ここで、加熱ローラ５７Ａの端部領域のうち、薄肉部分となった風上部分Ａでは熱容量が小さいために少ない熱の入射で、すなわち低いヒータ発光率でその表面温度を所定温度まで上昇させ維持することが可能である。なお、加熱ローラ５７Ａの対象部分を目標温度とするためには、熱が加熱ローラ５７Ａ自身を軸方向に伝わっていく熱伝導による熱損失、加熱ローラ５７Ａから輻射による熱損失、前記気流による加熱ローラ５７Ａ表面の冷却効果による熱損失などとの熱収支、及び加熱ローラ５７Ａの熱容量などを考慮してヒータの発熱量（発光率）を設定するが、風上部分Ａではその部分の肉厚が小さく、熱伝導による熱の移動性が鈍化するため、それ以外の要因を主として考慮し、ヒータ条件を設定すればよい。
【００２８】
一方、加熱ローラ５７Ａの端部領域のうち、厚肉部分となった風下部分Ｂでは熱容量が相対的に大きいため、前記気流により風上部分Ａからの熱の影響を受けてもその部分の温度は上昇しにくくなり異常な温度上昇を防ぐことができる。また、厚肉であることにより軸方向への熱伝導量も大きいため、その部分近傍の温度は平均化されてさらに上昇しにくい。なお、装置立ち上がり時などではその部分の熱容量が大きく温度を上げ難いことを考慮してヒータ条件を設定すればよい。また、連続通紙時では、軸方向への熱伝導による熱損失、加熱ローラ５７Ａから輻射による熱損失、前記気流による風上からの入熱などを考慮してヒータ条件を設定すればよい。
【００２９】
なお、加熱ローラ５７Ａの寸法例としては、全長が２５０〜４５０ｍｍであり、外径は２５〜１００ｍｍである。また、その肉厚は、０．３〜２０ｍｍの範囲であり、風上部分Ａと風下部分Ｂとの肉厚の差は０．１〜１０ｍｍの範囲内で設定すればよい。
【００３０】
また、加熱ローラ５７Ａは、図７に示すように、加熱ローラ５７Ａの外径φは軸方向に一定でありながら、肉厚が風上部分Ａから風下部分Ｂに向かって一定の比率で徐々に厚くなっている構成としてもよい。
あるいは、外径及び肉厚一定のローラの内径側に熱容量の異なる異種材料を風上部分Ａよりも風下部分Ｂの熱容量が大きくなるように配置した加熱ローラ５７Ａとしてもよい。
【００３１】
前記のような断面形状を有する加熱ローラ５７Ａに対するヒータ条件として、例えば図８に示す配光分布のように中央部に比べ両端部のヒータ発光率を高くし、且つ加熱ローラ５７Ａの薄肉部(気流の風上部分Ａ)に対するヒータ発光率を厚肉側(気流の風下部分Ｂ)の端部に対するヒータ発光率より低くすればよい。ここで、両端部の配光分布を高くするのは、例えば加熱初期に加熱ローラ５７Ａの両端部で軸受けやギアなどによる熱損失を補うためである。また、加熱ローラ５７Ａの風下部分Ｂよりも風上部分Ａのヒータ発光率を低くするのは、前記熱容量の差のバランスをとるためである。なお、連続通紙時に加熱ローラ５７Ａ中央部の温度の低下が大きい場合には、図８におけるヒータの配光分布のうち、中央部の領域のヒータ発光率を高くすればよい。
【００３２】
また、本発明の技術を加圧ローラ５７Ｂに適用してもよい。すなわち、画像形成装置本体１０に設けられた冷却ファンＦにより発生する加圧ローラ５７Ｂにおけるシート幅方向（ローラ軸方向）の気流に対する該加圧ローラ５７Ｂの風上部分Ａよりも風下部分Ｂの熱容量を大きくすればよい。
【００３３】
詳しくは、図６に示す加熱ローラ５７Ａの場合と同様に、加圧ローラ５７Ｂはその外径φが軸方向に一定でありながら、肉厚が風上部分Ａから風下部分Ｂに向かって段階的に厚くなっている構成とする。あるいは、図７に示す加熱ローラ５７Ａと同様に、加圧ローラ５７Ｂはその外径φが軸方向に一定でありながら、肉厚が風上部分Ａから風下部分Ｂに向かって一定の比率で徐々に厚くなっている構成としてもよい。この場合、加圧ローラ５７Ｂを構成する芯金および／または弾性体層の厚みを調整するとよい。
なお、本発明の技術の加圧ローラ５７Ｂへの適用は、本発明の技術の加熱ローラ５７Ａへの適用と同時に、あるいは単独で行ってもよい。
【００３４】
このような構成の定着装置を備えた画像形成装置とすることにより、装置立ち上がり時において加熱ローラ５７Ａの軸方向の大きな温度バランスの崩れは防ぐことができ、とくに加熱ローラ５７Ａの両軸端の加熱度合いの差を少なくすることができる。また、連続通紙時においても図９に示すように加熱ローラ５７Ａの軸方向の温度分布をより均一にすることができるため、端部での定着不良を起こすことなく、転写紙に転写されたトナー像を定着させることができる。
【００３５】
なお、図２では冷却ファンＦが定着装置のローラ軸方向に配置された例を示したが、本発明はこの冷却ファンＦの配置位置に限定されるものではなく、冷却ファンＦにより発生する気流により加熱ローラ５７Ａおよび／または加圧ローラ５７Ｂの一方の端部領域である風上部分Ａにおいて保持している熱が風下の方に引かれる場合に有効に作用する。例えば、図２において画像形成装置本体１０の図中上方または下方のコーナー部分に冷却ファンＦが配置されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る画像形成装置の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図２】冷却ファンによる気流と定着装置の温度分布との関係を示す断面図である。
【図３】従来の加熱ローラの温度分布（１）を示す図である。
【図４】従来のヒータの配光分布を示す図である。
【図５】従来の加熱ローラの温度分布（２）を示す図である。
【図６】本発明に係る定着装置の加熱ローラの実施の形態における構成を示す断面図である。
【図７】本発明に係る定着装置の加熱ローラの他の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図８】本発明の定着装置におけるヒータの配光分布例を示す図である。
【図９】本発明の定着装置における加熱ローラの温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    感光体ドラム
２    現像装置
１０    画像形成装置本体
５０    帯電ローラ
５１    光書込ユニット
５２    転写紙
５３    転写ローラ
５４    給紙カセット
５５    給紙ローラ
５６    レジストローラ対
５７    定着装置
５７Ａ    加熱ローラ
５７Ｂ    加圧ローラ
５８    クーリングユニット
５９    除電ランプ
６０    排紙ローラ
６１    排紙トレイ
１００    レーザープリンタ（画像形成装置）
【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】
2006003708.tif 000009
【図８】
2006003708.tif 000010
【図９】
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