(57)【要約】【課題】薄肉の熱ローラーが用いられる場合でもあっても、熱の放出を抑制して、熱ローラーの外周部の温度の低下を抑制することにより、加熱量を上げることなく連続する定着動作を行うことが可能な定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】定着装置１８は、熱ローラー３８と、圧ローラー３９とを備える。熱ローラー３８の内部空間５１は外部から遮蔽されており、空気の出入りができない構成となっている。内部空間５１に内部遮断部５３が設けられており、これにより、内部遮断部５３と熱ローラー３８の外周部３８Ａとの間に空隙６０が形成される。加熱部５５は内部遮断部５３によって支持されており、内部から外周部３８Ａを加熱する。【選択図】図４
2015028558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から遮蔽された内部空間を有し、回転しながら記録媒体に接触することにより記録媒体に転写されたトナーに熱を伝達する熱ローラーと、
前記熱ローラーの前記内部空間に設けられ、前記熱ローラーの外周部との間に空隙を形成する内部遮断部と、
前記内部遮断部によって支持され、前記外周部を内部から加熱する加熱部と、を具備する定着装置。
【請求項２】
前記熱ローラーに平行に設けられ、前記熱ローラーに圧接された状態で回転可能な圧ローラーを更に備え、
前記内部遮断部は、前記熱ローラーの前記外周部において前記熱ローラーと前記圧ローラーとの圧接点よりも前記熱ローラーの回転方向の上流側へ所定角度だけ隔てられた被加熱領域に対応する位置で前記加熱部を支持する請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記内部遮断部は、前記外周部との間に前記空隙を形成する筐体と、前記筐体の内部に充填された断熱材とにより構成されている請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記筐体は、前記熱ローラーの回転軸方向に渡って前記加熱部を内包する凹陥部と、前記筐体の両側壁から前記凹陥部側へ延びる一対のアーム部とを備え、
前記加熱部は、前記凹陥部に収容された状態で前記一対のアーム部によって支持されている請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の定着装置を具備する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体に転写されたトナーに熱を加えて定着させる定着装置、及びこれを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、印刷用紙（記録媒体）に転写されたトナー像を印刷用紙に定着させる定着装置を備えている。定着装置は、ヒーター等の加熱装置と、加熱装置によって加熱される熱ローラーと、熱ローラーに圧接されて従動する圧ローラーとを備えている。熱ローラーは定着装置によって回転可能に支持されており、モーターなどの電動機から回転駆動力が伝達されることにより回転される。熱ローラーと圧ローラーとの間に形成されたニップ部に印刷用紙が搬送されると、熱ローラー及び圧ローラーによる印刷用紙の搬送中に熱ローラーから印刷用紙上のトナー像に熱が伝達されて、トナー像を構成するトナーが溶融する。溶融したトナーは、圧ローラーによる加圧によって印刷用紙に定着される。
【０００３】
この種の定着装置においては、画像形成装置が省電力モード（スリープモードとも言う）になると、加熱装置が停止されるか、或いは、加熱装置による加熱温度が下げられる。また、画像形成装置の電源が切られた場合も当然に加熱装置も停止される。この場合、熱ローラーの温度が、トナーを定着可能な所定の定着温度よりも低くなる。一方、画像形成装置が前記省電力モードから復帰した場合、或いは画像形成装置の電源が投入された場合は、加熱装置による加熱が再開されて、熱ローラーの温度が前記定着温度まで上昇される。このような動作はウォームアップと称されており、ウォームアップに要する時間はウォームアップ時間と称されている。
【０００４】
従来、前記ウォームアップ時間を短縮して、定着動作が可能になるまでの時間を短縮するために、画像形成装置では、熱容量の小さい薄肉の熱ローラーが用いられる。この場合、加熱対象である熱ローラーの外周部の物質量が少ないため、前記加熱装置により加熱されると、熱ローラーは比較的早くに前記定着温度まで上昇される。しかしながら、前記薄肉の熱ローラーは熱容量が小さい。そのため、例えば、多数枚の印刷用紙に対して連続して定着動作が行われると、定着動作のたびに熱が奪われることにより、場合によっては、熱ローラーの外周部が前記定着温度を維持することができなくなる。このような問題に対して、複数の加熱装置で熱ローラーを加熱する装置（特許文献１及び２）や、熱ローラー及び圧ローラーとのニップ部以外への熱伝導を抑える装置（特許文献３）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−２０４１１４号公報
【特許文献２】特開平１１−２５８９４２号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２は、複数の加熱装置で熱ローラーを加熱するため、電力消費量が大きく、省電力効果が著しく低下することになる。また、特許文献３の構成は、熱ローラーの外周部に複数の遮熱孔を形成するものである。そのため、熱ローラーの内部で暖められた空気が遮熱孔から放出されることにより、空気と共に無駄に熱が失われる。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、薄肉の熱ローラーが用いられる場合でもあっても、熱の放出を抑制して、熱ローラーの外周部の温度の低下を抑制することにより、加熱量を上げることなく連続する定着動作を行うことが可能な定着装置およびこの定着装置を備え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】
【０００８】
本発明の一の局面に係る定着装置は、熱ローラーと、内部遮断部と、加熱部とを備える。前記熱ローラーは、外部から遮蔽された内部空間を有し、回転しながら記録媒体に接触することにより記録媒体に転写されたトナーに熱を伝達する。前記内部遮断部は、前記熱ローラーの前記内部空間に設けられ、前記熱ローラーの外周部との間に空隙を形成する。前記加熱部は、前記内部遮断部によって支持されており、前記外周部を内部から加熱する。
【０００９】
本発明の他の局面に係る画像形成装置は、記録媒体にトナーによる画像を転写する画像形成部と、前述の定着装置を備えている。
【００１０】
本概要は、添付の図面を適宜参照しつつ、以下の詳細な説明に記載される概念をまとめたものを簡略化した形態で紹介するために設けられる。本概要は、請求項に記載の主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、また、請求項に記載の主題の範囲を限定することを意図したものでもない。さらに、請求項に記載された対象は、本開示のいずれの部分において記載される一部或いは全ての欠点を解決する実施形態に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、薄肉の熱ローラーが用いられる場合でもあっても、熱の放出を抑制して、熱ローラーの外周部の温度の低下を抑制することにより、加熱量を上げることなく連続する定着動作を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す画像形成装置が備える定着装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示す定着装置が備える熱ローラーの構成を示す図である。
【図４】図３に示す熱ローラーに設けられた内部遮断部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
［画像形成装置１０］
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０（本発明の画像形成装置の一例）の構成を示す模式図である。画像形成装置１０は、読み取られた原稿の画像データや外部から入力された画像データに基づいて印刷用紙Ｓに画像を形成するものである。図１に示されるように、画像形成装置１０は、原稿の画像を読み取るスキャナー１２と、電子写真方式の画像形成部１４とを備えている。スキャナー１２は画像形成装置１０の上部に設けられており、画像形成部１４は画像形成装置１０の下部に設けられている。なお、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０の具体例は、プリンター、複写機、ファクシミリ、又はこれらの各機能を備えた複合機である。
【００１５】
画像形成部１４は、スキャナー１２で読み取られた画像データや外部から入力された画像データなどの印刷ジョブに基づいて印刷用紙Ｓに画像を形成する。画像形成部１４は、主として、給紙トレイ１６と、搬送ローラー１９と、転写装置１５と、定着装置１８（本発明の定着装置の一例）と、操作表示部１７と、これらの動作を制御する制御部（不図示）と、を備えている。これらの構成要素は、画像形成部１４の筐体を構成するケーシング２０の内部に配置されている。給紙トレイ１６は、複数枚の印刷用紙Ｓを保持可能に構成されている。転写装置１５は、給紙トレイ１６から給送された印刷用紙Ｓの表面にトナー像を転写する。定着装置１８は、印刷用紙Ｓに転写されたトナー像を印刷用紙Ｓに定着させる。
【００１６】
前記制御部は、画像形成装置１０の動作モードを通常モード又は省電力モード（スリープモード）のいずれかに切り替える制御を行う。ここで、前記通常モードとは、画像形成指示が入力された場合に直ぐに画像形成装置１０における画像形成動作を実行可能な状態にしておく動作モードである。具体的には、前記制御部は、トナーを定着させることが可能な所定の定着温度となるように、定着装置１８における熱ローラー３８を加熱制御する。また、前記省電力モードとは、一定の時間内に画像形成指示が入力されなかった場合に、熱ローラー３８の温度を前記定着温度よりも低い温度となるように加熱制御したり、或いは定着装置１８における加熱を停止させたりする動作モードである。なお、画像形成装置１０における動作モードの切り替え、及び各動作モードについては周知であるため、本実施形態では詳細な説明を省略する。
【００１７】
ケーシング２０の上部とスキャナー１２との間には、前方が開放された排紙スペース２１が設けられている。その排紙スペース２１の下面に排紙トレイ２３が設けられている。給紙トレイ１６から給送された印刷用紙Ｓは、ケーシング２０内に設けられた搬送路２０Ａに沿って、搬送ローラー１９によって搬送され、その搬送過程において転写装置１５によって印刷用紙Ｓにトナー像が転写される。印刷用紙Ｓに転写されたトナー像は、定着装置１８を通過する際に加熱溶融されることによって印刷用紙Ｓに定着される。定着装置１８を通過した印刷用紙Ｓは、排紙スペース２１に排出されて、排紙トレイ２３に保持される。
【００１８】
［定着装置１８］
定着装置１８は、フレーム３４と、熱ローラー３８（本発明の熱ローラーの一例）と、圧ローラー３９（本発明の圧ローラーの一例）と、温度センサー４４と、を備えている。
【００１９】
図２に示されるように、熱ローラー３８及び圧ローラー３９は、共に、画像形成装置１０の奥行き方向（図２の紙面に垂直な方向）へ長い円筒形状に形成されている。つまり、圧ローラー３９は、熱ローラー３８に平行に設けられている。熱ローラー３８及び圧ローラー３９は、フレーム３４に回転可能に支持されている。圧ローラー３９は、熱ローラー３８に圧接された状態で支持されている。そのため、熱ローラー３８と圧ローラー３９との圧接点に印刷用紙Ｓを挟持可能なニップ部８２が形成される。熱ローラー３８の回転軸５８（図３参照）に図示しないモーターの回転駆動力が入力される。これにより、熱ローラー３８が回転される。また、熱ローラー３８の回転に従動して圧ローラー３９も回転される。
【００２０】
図２に示されるように、熱ローラー３８の内側には内部空間５１が形成されている。内部空間５１は、熱ローラー３８のローラー表面を構成する外周部３８Ａによって、空気の出入りができないように外部から遮蔽されている。つまり、熱ローラー３８は、外部から遮蔽された内部空間５１を有している。外周部３８Ａは金属などの硬質な材料であって、かつ、熱に強い耐熱性を有する材料で形成されている。図３に示されるように、外周部３８Ａの長手方向の両端の側壁３８Ｂの中心には回転軸５８が設けられている。この回転軸５８がフレーム３４に回転可能に支持されている。図示しないモーターからの回転駆動力が回転軸５８に入力されると、熱ローラー３８は、回転軸５８を中心に図２に示される回転方向３０（図２において時計回転方向）へ回転する。これにより、熱ローラー３８は、圧ローラー３９とともに回転しながらニップ部８２で印刷用紙Ｓに接触しつつ、印刷用紙Ｓを挟持しながら搬送する。この搬送過程において、後述する加熱部５５によって加熱された熱ローラー３８から印刷用紙Ｓ上のトナーに熱が伝達される。これにより、トナーが印刷用紙Ｓに定着される。なお、回転軸５８には、中心軸方向に貫通孔５９が形成されている。この貫通孔５９に後述の内部遮断部５３の支軸６３が挿通される。
【００２１】
図２に示されるように、熱ローラー３８の内部空間５１には、内部遮断部５３（本発明の内部遮断部の一例）と、加熱部５５（本発明の加熱部の一例）とが設けられている。
【００２２】
内部遮断部５３は、熱ローラー３８の外周部３８Ａとの間に空隙６０を形成するものである。具体的には、内部遮断部５３は、金属製又は樹脂製で形成された筐体６２と、筐体６２の内部に充填された断熱材６４とを備えて構成されている。筐体６２の長手方向の両端部には、内部遮断部５３を支持するための支軸６３が設けられている。支軸６３は、熱ローラー３８の回転軸６３の貫通孔５９に挿通されている。支軸６３は、貫通孔５９から回転軸５８の軸方向の外側へ露出されており、その露出された支軸６３が画像形成装置１０の図示しない内部フレームに固定されている。これにより、内部遮断部５３は、熱ローラー３８の回転動作に影響して回転することなく、常に定位置で固定されている。なお、支軸６３と貫通孔５９との隙間にはゴム製のリング状のシール部材が介在されており、内部空間５１の空気が貫通孔５９から外部へ漏出しないようになっている。
【００２３】
断熱材６４は、熱の伝達（熱伝導）を抑制するためのものである。後述する加熱部５５によって暖められた空隙６０の空気の熱が筐体６２の内部へ伝導されると空隙６０の温度が低下する。これにより、熱ローラー３８の外周部３８Ａの温度変化（温度低下）が大きくなる。そのため、断熱材６４が筐体６２の内部に設けられている。これによって、空隙６０の空気の熱が筐体６２の内部へ伝達することが防止される。断熱材６４としては、例えば、グラスウールやロックウールなどの繊維系断熱材などを適用できる。また、筐体６２の内部を空洞にして断熱効果の高い気体（空気など）が充填された構成や、あるいは内部の空洞が真空にされた構成などを適用することもできる。
【００２４】
筐体６２は、円弧形状の曲面部６６と、凹陥部６８とを有する。曲面部６６は、熱ローラー３８の外周部３８Ａの内面との間で一定距離を隔てる曲面を有している。この曲面部６６は、外周部３８Ａとの間で一定距離の空隙６０を形成している。
【００２５】
凹陥部６８は、後述の加熱部５５を内包するスペースを形成している。具体的には、凹陥部６８は、曲面部６６から筐体６２の内部側へ陥没された構成となっており、概ね円弧形状に形成されている。凹陥部６８は、熱ローラー３８の回転軸方向に渡って形成されている。この凹陥部６８の内部に加熱部５５が収容されている。言い換えると、凹陥部６８に加熱部５５が内包されている。
【００２６】
図２に示されるように、凹陥部６８は、ニップ部８２よりも熱ローラー３８の回転方向３０の上流側へ所定の角度θだけ隔てられた位置Ｐに設けられている。ニップ部８２は、熱ローラー３８と圧ローラー３９との圧接点である。そのため、前記位置Ｐは、前記圧接点よりも角度θだけ隔てられた位置である。このような位置Ｐに設けられた凹陥部６８に加熱部５５が収容されている。
【００２７】
加熱部５５は、熱ローラー３８の外周部３８Ａを内部から加熱するものである。加熱部５５は、例えば、熱ローラー３８の長手方向に長いハロゲンヒーターなどである。もちろん、加熱部５５は、ハロゲンヒーター以外のヒーターであってもよい。加熱部５５は、外周部３８Ａの内面に熱を放射して、外周部３８Ａを加熱する。上述したように、加熱部５５は、凹陥部６８に収容されている。具体的には、加熱部５５は、凹陥部６８に収容された状態で、内部遮断部５３によって支持されている。本実施形態では、前記位置Ｐに設けられた凹陥部６８に加熱部５５が収容されている。そのため、加熱部５５は、凹陥部６８に対応した外周部３８Ａの被加熱領域７０を加熱する。詳細には、加熱部５５は、熱ローラー３８の外周部３８Ａにおいて、ニップ部８２よりも熱ローラー３８の回転方向３０の上流側へ角度θだけ隔てられた被加熱領域７０に熱を放射して、その被加熱領域７０を加熱する。つまり、加熱部５５は、被加熱領域７０に対応する位置Ｐで内部遮断部５３によって支持されている。ここで、角度θは、加熱部５５によって被加熱領域７０が加熱されたときに、ニップ部８２がトナーを定着させるに十分な温度を保持しうる角度に設定されている。この角度θは、熱ローラー３８の外径寸法や、回転速度、外周部３８Ａの熱容量、隙間６０の容積などの要素に応じた角度に設定される。
【００２８】
図４に示されるように、筐体６２は、一対のアーム部７４を有している。アーム部７４は、筐体６２の両方の側壁６５それぞれに設けられている。なお、図４では、一方側の側壁６５に設けられた構成が示されており、他方側のアーム部７４の図示は省略されている。また、図４では、説明の便宜上、支軸６３の図示が省略されている。アーム部７４は、側壁６５から凹陥部６８側へ延びている。アーム部７４は、電気を通すことができるＳＵＳやりん青銅などの電導性材料で構成された板状部材である。アーム部７４は、支軸６２の付近から凹陥部６８へ向けて延びる側壁６５に平行な平行部７４Ａと、平行部７４Ａの支軸６２側の端部から側壁６５に垂直な垂直部７４Ｂとにより構成されている。平行部７４Ａがビスなどの締結具あるいは接着材料などによって側壁６５に固定されている。なお、平行部７４Ａと側壁６５との間には、絶縁シートなどが介在されている。
【００２９】
平行部７４Ａの凹陥部６８側の端部は、加熱部５５の長手方向の端部に設けられた電極５６に固定されている。これにより、加熱部５５は、凹陥部６８に収容された状態で一対のアーム部７４によって支持される。また、平行部７４Ａの凹陥部６８側の端部は、電極５６に電気的に接続されている。また、垂直部７４Ｂの端部には加熱部５５へ電力を供給するためのコネクタ７６が接続されている。コネクタ７６は、不図示の電源回路に接続されている。これにより、加熱部５５を加熱するための電力は、前記電源回路からコネクタ７６、アーム部７４、電極５６を経て加熱部５５に供給される。
【００３０】
このように、定着装置１８が構成されているため、加熱部５５による被加熱領域７０への加熱が行われると、被加熱領域７０が加熱されるだけでなく、その輻射熱によって空隙６０の空気が加熱される。熱ローラー３８の内部空間５１は外部から空気が入り込まないように遮蔽されているため、空隙６０の暖められた空気は外部へ漏出しない。また、空隙６０の空気の熱は、筐体６２によって内部遮断部５３の内部には伝わらない。このため、空隙６０内の温度が無駄に放出されなくなり、大幅に低下しなくなる。これにより、熱ローラー３８の外周部３８Ａの熱が空隙６０の空気に奪われにくくなり、また、定着後に外周部３８Ａの温度が低下する場合でも、空隙６０内の高温に維持された空気によって外周部３８Ａの温度低下が抑えられる。その結果、定着動作のたびに外周部３８Ａの温度が極端に低下することがなくなるため、複数枚の印刷用紙Ｓに対して連続して定着動作が行われる場合でも、加熱量を上げることなく、熱ローラー３８を定着可能な温度に加熱制御することができる。また、熱ローラー３８の外周部３８Ａの熱の放出が抑制されるため、熱容量の小さい薄肉の熱ローラー３８を使用することができ、これにより、画像形成装置１０が省電力モードから復帰した場合や電源が投入された場合でも、熱ローラー３８を定着可能な温度まで急速に昇温させることができる。
【００３１】
なお上述の実施形態では、本発明の一実施形態として、定着装置１８を備えた画像形成装置１０を例示したが、もちろん、本発明は定着装置１８のみの単体製品にも適用可能である。
【００３２】
本開示の範囲は、請求項の記載に先行する詳細な説明ではなく、添付の請求項の記載により定義されるので、本明細書に記載の実施形態は、例示に過ぎず、かつ非限定的であると理解されたい。従って、特許請求の範囲から逸脱しない変更の全て、または均等物が、請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１０：画像形成装置
１８：定着装置
３８：熱ローラー
３９：圧ローラー
５１：内部空間
５３：内部遮断部
５５：加熱部
６０：空隙
６２：筐体
６４：断熱材
６８：凹陥部
７０：被加熱領域
７４：アーム部
８２：ニップ部
【図１】
2015028558.tif 000003
【図２】
2015028558.tif 000004
【図３】
2015028558.tif 000005
【図４】
2015028558.tif 000006