(57)【要約】【課題】断熱材などを用いることなく、低コストで組立性、分解性に優れ、エネルギー消費効率の高い定着装置を提供する。【解決手段】ヒータ２２を有し、シート材上に転写されたトナー像を熱及び圧力により定着する定着装置において、定着装置枠体の少なくとも一部が樹脂で構成され、この樹脂内部に略密閉された気体層１５を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源を有し、シート材上に転写されたトナー像を熱及び圧力により定着する定着装置において、
定着装置枠体の少なくとも一部が樹脂で構成され、該樹脂内部に略密閉された気体層を備えることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙、樹脂製シート等のシート材に転写されたトナー画像を、加熱及び加圧することにより、シート材に定着させる定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置において、給紙カセットから給紙されたシート材は、まず画像形成部に送られ、ここで感光体ドラム上に形成されたトナー像が転写される。
【０００３】
転写を終えたシート材は続いて定着装置に送られ、ここでトナー像の定着処理が行なわれる。
【０００４】
従来より、定着装置は内部にヒータを有し、アルミもしくは鉄等の芯金上に離型性樹脂層をコートされた定着ローラと、表面が弾性に富む加圧ローラを圧接させ、表面にトナー画像を転写されたシート材を定着ローラと加圧ローラのニップを通過させることにより、ヒータにより発せられる熱によりトナーを融解し、また定着ローラと加圧ローラ間の圧力で、融解したトナーをシート材に定着させるものがある。
【０００５】
定着ローラと加圧ローラの間には圧力をかけているため、ローラを回転させる際の負荷は大きく、そのために定着ローラ及び加圧ローラは通常軸受を用いて定着装置枠体に対して回転可能に支持されている。
【０００６】
定着ローラ及び加圧ローラの表面にはそれぞれニップの下流側に分離爪が当接されており、ニップを通過して定着処理が終了したシート材を定着ローラ及び加圧ローラから剥離させる。
【０００７】
加圧ローラ内に配置されたヒータはトナーを融解するために約１５０℃から２００℃と非常に高温であり、ヒータで発せられた熱は、画像形成部へも伝播していく。
【０００８】
画像形成部では、一様に帯電された感光ドラム上に、書き込み光学系により画像情報に応じた潜像を形成した後、粉体上のトナーを用いて現像を行い、シート材へとトナー像を転写する。また転写後に感光ドラム上に残ったトナーはクリーナで回収される。
【０００９】
したがってトナーは粉体状でなければならず、そのためには雰囲気温度が約５０℃以下である必要がある。雰囲気温度がそれ以上高くなってしまうと、現像器やクリーナ内部でトナーが融解、凝固し、ブロッキングと呼ばれる状態となり、装置が使用不能となってしまう。
【００１０】
そのために定着装置と画像形成部間に断熱材を入れたり、ファンを用いて定着装置から拡散される熱が画像形成部へと流れていかないように吸引している。
【００１１】
また近年画像形成装置の消費電力の低減が強く求められており、その実現のためには画像形成装置内で最も消費電力の高い定着装置内部の熱が定着装置外部へ逃げないようにすることが非常に効果的である。
【００１２】
そこで、第１の従来例として特開２０００−１８７４０８号公報（特許文献１）に示されるように定着ローラもしくは加圧ローラ近傍に第１の断熱材を配置し、該第１の断熱材と距離を隔てて第２の断熱材を配置し、第１の断熱材と第２の断熱材を熱伝導率が低い中継部材で結合し、第１及び第２の断熱材と中継部材で略密閉された空気層を形成し、定着装置内部で発せられる熱を定着装置外部へ伝導しにくくしている定着装置がある。
【００１３】
また、第２の従来例として特開平１０−１０８９０号公報（特許文献２）に示されるように、定着装置を覆う内部が中空のハウジング部材内にシリコーン樹脂発泡体を封入し、空気層より断熱効果を高めた定着装置がある。
【００１４】
また、第３の従来例として特開平６−２２２６９７号公報（特許文献３）に示されるように、表面に多数の凹部を持つ支持部材上にこの凹部を覆うように熱反射部材を貼り付けることにより、熱反射部材による輻射効果と、空気層による断熱効果によって、断熱性を高めた定着装置がある。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−１８７４０８号公報
【特許文献２】
特開平１０−１０８９０号公報
【特許文献３】
特開平６−２２２６９７号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年画像形成装置の小型化が進み、定着装置と画像形成部間の距離も短くなり、定着装置と画像形成部間の断熱がますます重要になってきている。
【００１７】
また、画像形成装置のエネルギー消費効率の向上が求められており、そのためには画像形成装置内で最もエネルギーを消費する割合の高い定着装置の効率の向上、つまり、定着装置外部への熱の拡散を防ぐことが重要となってきている。
【００１８】
しかし上記従来の定着装置では以下のような欠点があった。すなわち第１の従来例である複数の部材で略密閉された空気層を配置する構成では、部品点数が多く、比較的大きなスペースが必要であり、装置の小型化が困難である。また複数の部材を組立てるため、組立て性が悪く、コストがかかっていた。
【００１９】
第２の従来例である、中空のハウジング部材内に樹脂発泡体を満たす構成では、装置の分解性が悪く、装置を廃却する際にハウジング部材と樹脂発泡体を分別することができず、材料としてもリサイクルすることができず、環境に対する負荷が問題である。
【００２０】
第３の従来例である、表面に凹部を持つ部材上に熱反射部材を貼り付けた構成では、凹部を構成する材料（通常は樹脂）と熱反射部材（通常は金属）の線膨張係数が異なるため、高温にさらされる使用状態において反りが発生してしまう。
【００２１】
さらに多数の凹部を形成しているため熱反射部材の張り付け面積が少なく、反りの状態によっては凹部を構成する部材と熱反射部材の接着が剥がれてしまうという問題が発生する。加えて２部材を接着するため、組立性、コスト、分解性においても問題があった。
【００２２】
本出願に係る発明の目的は、断熱材などを用いることなく、低コストで組立性、分解性に優れ、エネルギー消費効率の高い定着装置及びこのような定着装置を備えた画像形成装置を提供するものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、加熱源を有し、シート材上に転写されたトナー像を熱及び圧力により定着する定着装置において、定着装置枠体の少なくとも一部が樹脂で構成され、該樹脂内部に略密閉された気体層を備えることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る定着装置は、前記樹脂で構成され該樹脂内部に略密閉された気体層を持つ部分が、前記加熱源の上方にあることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る定着装置は、前記樹脂で構成され該樹脂内部に略密閉された気体層を持つ部分が、前記加熱源の上方から、前記加熱源を囲うように下方に向かう壁を備えることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る定着装置は、前記定着装置枠体に対し、回動可能なように両端近傍を軸受により支持された定着ローラ及び加圧ローラを備え、前記加熱源は前記定着ローラ内部に設けられ、前記定着ローラと前記加圧ローラとのニップ部で加熱及び加圧することによりシート材上に転写されたトナー像をシート材に定着することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係る定着装置は、前記定着装置枠体に対し、回動可能なように両端近傍を軸受により支持された加圧ローラと、該加圧ローラと略平行に設けられた無端の円筒状フィルムとを備え、前記加熱源は前記円筒状フィルム内に設けられ、前記円筒状フィルムと前記加圧ローラとのニップ部で加熱及び加圧することによりシート材上に転写されたトナー像をシート材に定着することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る定着装置は、前記気体層は、前記樹脂製の定着装置枠体をガスインジェクション成型することにより設けられることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る定着装置は、前記気体層は、前記樹脂製の定着装置枠体をブロー成型することにより設けられることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明に係る定着装置は、前記定着装置枠体の定着装置内面側の少なくとも一部に対して表面処理を行なうことにより、該部分の表面の反射率を定着装置枠体を構成する樹脂材料の反射率より高めたことを特徴とする。
【００３１】
また、本発明に係る定着装置は、前記表面処理はメッキ処理であることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明に係る定着装置は、前記表面処理は金属材料を蒸着することであることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明に係る定着装置は、前記表面処理は塗装であることを特徴とする。
【００３４】
さらに、本発明に係る画像形成装置は、シート材にトナー像を形成する画像形成手段を備え、上記定着装置により前記トナー像を前記シート材に定着させることを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３６】
また、以下の図面において、既述の図面に記載された部品と同様の部品には同じ番号を付す。また、以下に説明する本発明に係る画像形成装置の実施形態の説明は、本発明に係る定着装置の実施形態の説明も兼ねるものである。
【００３７】
（画像形成装置の実施形態）
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。まず、図１を参照して画像形成装置本体の全体構成を説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態の全体構成図である。
【００３８】
プラテンガラス２００上に本や厚紙等のブック原稿やシート状原稿などを原稿面を下側にして載置し、原稿圧板２０３により背面を押圧し、読みとり開始キー（不図示）を押すと、走査系光源２０１及びミラー台２０２がプラテンガラス２００の下部を図１の矢印ａ方向に走査して原稿面の画像情報を読みとる。
【００３９】
なおプラテンガラス２００に代わって自動原稿送り装置が取り付けられており、自動原稿送り装置に原稿をセットした場合には、走査系光源２０１及びミラー台２０２は図示の位置に停止しており、セットされた原稿が１枚ずつ分離され、プラテンガラス２００を挟んで走査系光源２０１上を通過しながら原稿面の画像情報が読み取られる。
【００４０】
走査系光源２０１により読みとられた原稿の画像情報は画像処理部で処理され、電気信号に変換されてレーザースキャナ１１１に伝送される。
【００４１】
ここで、画像形成装置本体は、レーザースキャナ１１１に画像処理部の処理信号を入力すれば複写機として機能し、パーソナルコンピュータ等の出力信号を入力すればプリンタとして機能する。
【００４２】
また、他機のファクシミリ装置からの送信信号をレーザスキャナ１１１に入力したり、画像処理部の処理信号を他機のファクシミリ装置に送信すれば、ファクシミリ装置として機能する。
【００４３】
一方、画像形成装置本体の下部にはシートカセット１０１を装着しており、このシートカセット１０１は上段カセット１０１ａと下段カセット１０１ｂの２個で１つの給送ユニットとして構成されている。
【００４４】
前記カセット１０１ａ、１０１ｂ内に収容されたシートは、給送回転体となるピックアップローラ１０２により繰り出され、フィードローラ１０３と、リタードローラ１０４との協働作用により１枚ずつ分離、給送された後、搬送ローラ対１０５、１０６によって搬送され、レジストローラ１０７に導かれ、該ローラ１０７によって画像形成動作に同期するようにして画像形成部へと給送される。
【００４５】
画像形成部は、電子写真感光体ドラム１１２、画像書き込み光学系１１３、現像器１１４、一次帯電器１１５及び転写帯電器１１６等により構成されている。
【００４６】
そして一次帯電器１１５により一様に帯電された感光体ドラム１１２の表面に、レーザースキャナ１１１から射出された画像情報に対応するレーザー光が画像書き込み光学系１１３により走査されて潜像を形成し、この潜像に現像器１１４によりトナー画像が形成されて、レジストローラ１０７により感光体ドラム１１２の回転に同期して搬送されたシートに転写帯電器１１６によりシートの第１面にトナー画像が転写される。
【００４７】
トナー画像が形成されたシートは定着装置１１８に搬送されて、加熱及び加圧されてトナー画像がシート表面に定着された後、排出ローラ１１９によって機外の排紙トレイ１２０に排出、積載される。
【００４８】
また、シートの両面に画像を記録する場合には、定着装置１１８から排出されたシートが排出ローラ１１９に挟持され、シートの後端が分岐点１２２を通過した時点で該排出ローラが逆転し、両面パス１２１を通過し、搬送ローラ１２２、１０６により搬送されて、レジストローラ１０７に到達し、反転されたシートは第２面に前述と同様にして画像が形成された後、排紙トレイ１２０に排出、積載されるように構成されている。
【００４９】
次に図２及び図３を用いて、本発明による定着装置の詳細について説明する。図２は、図１に示される画像形成装置が備える定着装置の断面図であり、図３は図１に示される画像形成装置が備える定着装置の側面図である。ただし図３は説明のために主要部品のみを模式的に示したものである。
【００５０】
図２、３において１１は定着前側板、１２は定着後側板、１３は定着上枠体、１４は定着下枠体であり、これら４部品により定着装置の枠体が構成されている。
【００５１】
定着前側板１１、定着後側板１２は板金製であり、定着上枠体１３、定着下枠体１４はＰＥＴ、ＰＰＳ等の耐熱性樹脂製である。
【００５２】
２１は内部に配置されたヒータ２２により加熱される定着ローラ、３１は定着ローラ２１に対して加圧されている加圧ローラであり、定着ローラ２１と加圧ローラ３１のニップ部で熱及び圧力により定着が行なわれる。
【００５３】
４１はトナー像が転写されたシート材を定着ローラ２１と加圧ローラ３１のニップにガイドする入り口ガイドユニット、４２は定着ローラ２１及び加圧ローラ３１からシート材を分離し、排紙ユニットへ搬送する分離爪ユニット、４３は定着ローラ２１表面に付着したトナーをクリーニングするウェブユニット、４４は定着ローラ２１の温度を検出し温度制御を行なうためのサーミスタである。
【００５４】
定着ローラ２１は両端部に耐熱樹脂製のブッシュ２３を固定し、軸受２４を介して定着前側板１１及び定着後側板１２に回転可能に支持されている。
【００５５】
加圧ローラ３１の両端部は、定着前側板１１及び定着後側板１２に対し軸３４を中心として揺動可能に支持されている加圧アーム３３に取り付けられた軸受３２により回転可能に支持されている。
【００５６】
加圧アーム３３を不図示の加圧ばねにより加圧することで、加圧ローラ３１は定着ローラ２１方向に付勢され、ニップ部を形成している。
【００５７】
定着上枠体１３及び定着下枠体１４は前述のように樹脂製であり、ガスインジェクション成型により内部に気体層としての空気層１５が形成されている。
【００５８】
空気の熱伝導率は約２５ｍＷ／（ｍ・Ｋ）程度であり、樹脂材料の約２００〜３００ｍＷ／（ｍ・Ｋ）に比較して１／１０程度と非常に低い値である。したがって樹脂材料のみで枠体を構成する場合と比較して、非常に薄い形状で高い断熱効果を得ることができる。
【００５９】
ここで、定着上枠体１３は図２に示すように、ヒータ２２より通紙方向上流側及び下流側で略下方に伸びる壁１３ａ及び１３ｂを構成している。
【００６０】
また図３に示すように定着ローラの長手方向で、シート材の通過領域より外側で略下方に伸びる壁１３ｃ及び１３ｄを構成している。
【００６１】
ヒータ２２により発生した熱は対流により上方へ上昇していくが、１３ａ〜１３ｄにより囲われた凹部があるためその内部に熱をこもらせることができ、定着装置内部に蓄熱されやすくなる。
【００６２】
また、定着上枠体１３及び定着下枠体１４の内面には表面処理としてのアルミメッキ層１６が形成されている。
【００６３】
母材の樹脂材料の表面の反射率と比較して、アルミの反射率は非常に大きいため、表面にメッキ処理を行なうことによりヒータ２２により発せらた熱はメッキ層１６で反射され、定着上枠体１３及び定着下枠体１４内部に伝熱されにくくなると共に、定着器内部に蓄熱されやすくなる。
【００６４】
したがってガスインジェクション成型により樹脂材料内部に設けた空気層１５に伝播する熱量が低下するため、空気層の断熱効果と合わせて、定着器外部に対する断熱効果はより大きなものとなる。ここで、空気層は、ブロー成型により形成するとしても良い。
【００６５】
また定着装置内部に蓄熱されやすくなるため、サーミスタ４４で検知される温度を一定に保つためにヒータが消費する電力を低減することが可能となる。
【００６６】
なお、本実施形態ではより高い効果を有するように、定着上枠体１３、定着下枠体１４が共に内部に空気層１５を持つ構成を説明したが、発熱源であるヒータ２２から発せられた熱は対流により上昇するため、定着上枠体１３のみが内部に空気層を持つ場合でも、定着装置外部に対する断熱効果及び定着装置内部での蓄熱効果を有する。また本実施形態では気体層として空気層を持つ構成を説明したが、熱伝導率が枠体を構成する樹脂材料より低い値である気体層を持っていても同等な効果が得られることは明らかである。
【００６７】
また本実施形態では定着ローラと加圧ローラのニップ部で定着するいわゆる熱ローラ定着装置を用いて説明を行なったが、本発明は熱ローラ定着器に限定されるものではなく、例えば面状発熱体を内部に配置した薄膜フィルムと加圧ローラでニップ部を形成する、いわゆるフィルム定着装置などにも適用可能であることは明らかである。
【００６８】
さらに枠体を構成する樹脂の表面処理として、アルミメッキを例に説明したが、他の材料によるメッキや金属材料の蒸着、また塗装などにより表面の反射率を向上しても同等の効果が得られることは明らかである。
【００６９】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００７０】
［実施態様１］
加熱源を有し、シート材上に転写されたトナー像を熱及び圧力により定着する定着装置において、定着装置枠体の少なくとも一部が樹脂で構成され、該樹脂内部に略密閉された気体層を備えることを特徴とする定着装置。
【００７１】
［実施態様２］
前記樹脂で構成され該樹脂内部に略密閉された気体層を持つ部分が、前記加熱源の上方にあることを特徴とする実施態様１に記載の定着装置。
【００７２】
［実施態様３］
前記樹脂で構成され該樹脂内部に略密閉された気体層を持つ部分が、前記加熱源の上方から、前記加熱源を囲うように下方に向かう壁を備えることを特徴とする実施態様１又は２に記載の定着装置。
【００７３】
［実施態様４］
前記定着装置枠体に対し、回動可能なように両端近傍を軸受により支持された定着ローラ及び加圧ローラを備え、前記加熱源は前記定着ローラ内部に設けられ、前記定着ローラと前記加圧ローラとのニップ部で加熱及び加圧することによりシート材上に転写されたトナー像をシート材に定着することを特徴とする実施態様１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
【００７４】
［実施態様５］
前記定着装置枠体に対し、回動可能なように両端近傍を軸受により支持された加圧ローラと、該加圧ローラと略平行に設けられた無端の円筒状フィルムとを備え、前記加熱源は前記円筒状フィルム内に設けられ、前記円筒状フィルムと前記加圧ローラとのニップ部で加熱及び加圧することによりシート材上に転写されたトナー像をシート材に定着することを特徴とする実施態様１から３のいずれかに記載の定着装置。
【００７５】
［実施態様６］
前記気体層は、前記樹脂製の定着装置枠体をガスインジェクション成型することにより設けられることを特徴とする実施態様１から５のいずれか１項に記載の定着装置。
【００７６】
［実施態様７］
前記気体層は、前記樹脂製の定着装置枠体をブロー成型することにより設けられることを特徴とする実施態様１から５のいずれか１項に記載の定着装置。
【００７７】
［実施態様８］
前記定着装置枠体の定着装置内面側の少なくとも一部に対して表面処理を行なうことにより、該部分の表面の反射率を定着装置枠体を構成する樹脂材料の反射率より高めたことを特徴とする実施態様１から７のいずれか１項に記載の定着装置。
【００７８】
［実施態様９］
前記表面処理はメッキ処理であることを特徴とする実施態様８に記載の定着装置。
【００７９】
［実施態様１０］
前記表面処理は金属材料を蒸着することであることを特徴とする実施態様８に記載の定着装置。
【００８０】
［実施態様１１］
前記表面処理は塗装であることを特徴とする実施態様８に記載の定着装置。
【００８１】
［実施態様１２］
シート材にトナー像を形成する画像形成手段を備え、上記実施態様１から１１のいずれかに記載の定着装置により前記トナー像を前記シート材に定着させることを特徴とする画像形成装置。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る定着装置では、例えば定着装置を構成する樹脂製の枠体をガスインジェクション成型やブロー成型により形成し、内部に気体層を設けることで、枠体自体を断熱材として機能させることが可能となる。
【００８３】
また樹脂製の枠体の定着装置内面側に表面処理を行い、表面の反射率を母材としての樹脂材料の反射率より高めることで、この表面での熱の反射が行なわれ、定着装置枠体に伝播される熱量を低下させることが可能となる。
【００８４】
したがって、ガスインジェクション成型やブロー成型により構成した気体層による断熱効果との相乗効果により、定着装置外部への熱の伝播をより低減することが可能となると共に、定着装置内部の温度低下を低減することが可能となる。
【００８５】
つまりは定着装置の熱源としてのヒータの消費電力を低減でき、装置のエネルギー消費効率を格段に向上させることが可能となる。
【００８６】
また、気体層は樹脂製の枠体をガスインジェクション成型やブロー成型など手段で構成しているため１つの部品であり、複数の部品を組立てる必要が無いため、従来例と比較して部品削減による低コスト化、組立性、分解性の格段な改善が図られる。
【００８７】
また、枠体自体に表面処理を行い、熱反射面を構成しているため、別部材を貼りつける従来例と比較して、低コスト化、組立性、分解性の向上は言うまでも無く、さらに長期間高温状態にさらされても２部品の線膨張係数の違いによる部品の反りや、貼りつけた部材の剥れなどが起きることもない。さらに、材料としてリサイクルすることも容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施形態の全体構成図である。
【図２】図１に示される画像形成装置が備える定着装置の断面図である。
【図３】図１に示される画像形成装置が備える定着装置の側面図である。
【符号の説明】
１１  定着前側板
１２  定着後側板
１３  定着上枠体
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  壁
１４  定着下枠体
１５  空気層
１６  アルミメッキ層
２１  定着ローラ
２２  ヒータ
２３  ブッシュ
２４  軸受
３１  加圧ローラ
３２  軸受
３３  加圧アーム
３４  軸
４４  サーミスタ
１０１  シートカセット
１０１ａ  上段カセット
１０１ｂ  下段カセット
１０２  ピックアップローラ
１０３  フィードローラ
１０４  リタードローラ
１０５  搬送ローラ対
１０７  レジストローラ
１１１  レーザースキャナ
１１２  感光体ドラム
１１３  光学系
１１４  現像器
１１５  一次帯電器
１１６  転写帯電器
１１８  定着装置
１１９  排出ローラ
１２０  排紙トレイ
１２１  両面パス
１２２  分岐点
１２２  搬送ローラ
２００  プラテンガラス
２０１  走査系光源
２０２  ミラー台
２０３  原稿圧板
【図１】
2004233548.tif 000003
【図２】
2004233548.tif 000004
【図３】
2004233548.tif 000005