(57)【要約】【課題】本発明の目的は、シートに熱を与える回転体に外部から光を照射することで該回転体を温める機構を有した定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置において、該回転体表面の温度ムラを抑制することができる定着装置及びこれを備える画像形成装置を提供することである。【解決手段】定着装置６０は、熱と圧力によりトナーをシートに定着させる定着装置である。また、定着装置６０は、定着ベルト６２、定着ベルト６２の表面を外部から照射する光により温めるハロゲンヒータ８０、定着ベルト６２とシートを挟み込むニップ部Ｎを形成する加圧ローラ７２、及びハロゲンヒータ８０から定着ベルト６２の表面に照射される赤外線の少なくとも一部を拡散する光拡散部材８２を備えている。【選択図】図２
2016156914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱と圧力によりトナーをシートに定着させる定着装置であって、
第１の回転体と、
前記第１の回転体の表面を、該第１の回転体の外部から照射する光により温める熱源と、
前記シートを挟み込むニップ部を前記第１の回転体と形成する第２の回転体と、
前記熱源により前記第１の回転体の表面に照射される光の少なくとも一部を拡散する光拡散部材と、
を備えていること、
を特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第１の回転体の周囲に設けられ、かつ、前記熱源からの光を該第１の回転体に向かって反射する反射部材を更に備えること、
を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記光拡散部材は、前記第１の回転体と前記熱源との間に設けられ、かつ、前記熱源からの光が透過可能な透過部材であること、
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記透過部材は、複数の空孔を有する部材であること、
を特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記透過部材は、光拡散剤を含むこと、
を特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項６】
前記光拡散部材における前記第１の回転体と対向する面の端部は、前記第１の回転体における回転軸の中心に向かって傾いていること、
を特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
複数の前記光拡散部材を備え、
前記複数の光拡散部材は、前記ニップ部を通過する前記シートの大きさにより置換可能であること、
を特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
前記反射部材が、前記光拡散部材であること、
を特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項９】
前記反射部材の表面が、拡散反射特性を示す面であること、
を特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記熱源から前記回転体の中心軸に向かう線分と直交し、かつ、該中心軸を通る平面において、該熱源からの光が照射される領域の該中心軸と直交する方向の幅は、該回転体の直径よりも小さいこと、
を特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１１】
前記回転体の表面において、前記熱源からの光が照射される領域の該回転体の回転方向に沿う長さは、該回転体の表面が該熱源の消灯時間中に進む距離よりも長いこと、
を特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の定着装置を備えること、
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、定着装置及び画像形成装置、特に、シートに熱を与える回転体に外部から光を照射することで該回転体を温める機構を有した定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、熱と圧力によりトナーをシートに定着させる定着装置において、該定着装置が有する回転体表面の昇温速度を上げるために、回転体内部に熱源を持つ定着装置に代わり、回転体の外部から光を照射して該回転体を温める定着装置が提案されている。そして、回転体の外部から光を照射して該回転体を温める定着装置として、特許文献１に記載の熱定着ローラ装置が知られている。しかし、この種の熱定着ローラ装置（以下で、従来の定着装置と称す）では、回転体の外部から光を照射して該回転体を温めるため、回転体内部に熱源を持つ定着装置のように該熱源と回転体表面との間に設けられた芯金の熱伝導を用いることができない。その結果、従来の定着装置では、回転体表面に温度ムラが発生しやすいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−５４５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、シートに熱を与える回転体に外部から光を照射することで該回転体を温める機構を有した定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置において、該回転体表面の温度ムラを抑制することができる定着装置及びこれを備える画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の形態である定着装置は、
熱と圧力によりトナーをシートに定着させる定着装置であって、
第１の回転体と、
前記第１の回転体の表面を、該第１の回転体の外部から照射する光により温める熱源と、
前記シートを挟み込むニップ部を前記第１の回転体と形成する第２の回転体と、
前記熱源により前記第１の回転体の表面に照射される光の少なくとも一部を拡散する光拡散部材と、
を備えていること、
を特徴とする。
【０００６】
本発明の第２の形態である画像形成装置は、
前記定着装置を備えていること、
を特徴とする。
【０００７】
回転体の外部から光を照射して該回転体を温める定着装置では、回転体に光を照射する熱源が持つ配光のバラツキやピークが原因となり、回転体表面に温度ムラが発生する。そこで、本発明の第１の形態である定着装置では、熱源から発せられ、第１の回転体表面に照射される光の少なくとも一部を光拡散部材により拡散する。これにより、熱源から発せられた光の配光バラツキやピークが緩和され、結果として、回転体表面の温度ムラが抑制される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、定着装置の有する回転体表面の温度ムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施例である画像形成装置の全体構成を示す図である。
【図２】一実施例に係る定着装置の構成を示す図である。
【図３】一実施例に係る光拡散部材の一部を拡大した断面図である。
【図４】一実施例に係る光拡散部材の表面部分を拡大した断面図である。
【図５】一実施例に係るハロゲンヒータからの赤外線の定着ベルトに対する照射状況を示す図である。
【図６】一実施例に係るハロゲンヒータからの赤外線の定着ベルトに対する照射状況を示す図である。
【図７】一実施例に係るハロゲンヒータからの赤外線の定着ベルトに対する照射状況を示す図である。
【図８】従来の定着装置に係るハロゲンヒータによる配光を示す図である。
【図９】一実施例に係る定着装置のハロゲンヒータによる配光を示す図である。
【図１０】第１変形例に係る定着装置の構成を示す図である。
【図１１】他の実施例に係る定着装置の構成を示す図である。
【図１２】他の実施例に係る光拡散部材の一部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（画像形成装置の概略構成、図１参照）
以下に、一実施例である定着装置６０及び画像形成装置１について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同じ部品、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１に示すように、画像形成装置１は、電子写真方式によるカラープリンタであって、画像形成装置１の各部及び各手段を制御する制御部４、画像形成部１０、給紙カセット２１、搬送手段４０、検知手段５０並びに定着装置６０を備えている。
【００１２】
画像形成部１０は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色の画像を形成するための、感光体ドラム１２を中心として帯電器、現像器などを配置した画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ、各画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋで形成されたトナー画像を１次転写して合成する中間転写ベルト１５、合成されたトナー画像を中間転写ベルトから用紙Ｐに２次転写する２次転写ローラ１８，及びレーザービームによる露光ユニット１６で構成されている。なお、この種の画像形成部１０の構成及び作用は、従来から周知であり、詳細な説明は省略する。
【００１３】
給紙カセット２１は、用紙Ｐが積載される箱型のケースであり、画像形成装置１の正面（図１の手前側の面）側から引き出し可能に設けられている。
【００１４】
搬送手段４０は、画像形成装置内における用紙Ｐの搬送を担っており、ピックアップローラ４１、給紙ローラ４２、さばきローラ４３、搬送ローラ対４４、タイミングローラ対４５、及び排出ローラ対４６により構成されている。搬送手段４０により、給紙カセット２１に積載された用紙Ｐは、最上層の１枚がピックアップローラ４１にピックアップされ、給紙ローラ４２と捌きローラ４３とで給紙される。さらに、給紙された用紙Ｐは、搬送ローラ対４４で搬送方向の下流に搬送され、タイミングローラ対４５から２次転写ローラ１８に送り込まれる。そして、２次転写ローラ１８から付与される電界によって中間転写ベルト１５上のトナー画像が用紙Ｐに転写される。その後、用紙Ｐは、定着装置６０でトナーの加熱定着を施され、排出ローラ対４６によって画像形成装置１の上面に設けられた排紙トレイ２に排出される。
【００１５】
検知手段５０は、給紙ローラ４２と搬送ローラ対４４との間に位置する給紙センサ５２、タイミングローラ対４５の直前に位置するレジストセンサ５４及び排出ローラ対４６の直前に位置する排出センサ５６により構成されている。給紙センサ５２、レジストセンサ５４及び排出センサ５６は共に、搬送中の用紙Ｐの通過又は到達を検知している。
【００１６】
（定着装置の構成、図２〜図７参照）
定着装置６０は、図２に示すように、定着ベルト６２、該定着ベルト６２の内周側に設けられたパッド７０及び加圧ローラ７２によってニップ部Ｎを形成し、該ニップ部Ｎに用紙Ｐを挟みこむ。ニップ部Ｎに挟みこまれた用紙Ｐには、熱と圧力が加えられ、トナー画像が定着させられる。以下で、定着装置６０の有するハロゲンヒータ８０から定着ベルト６２の回転軸Ａ１に向かう方向をｘ軸方向と定義し、定着ベルト６２の回転軸Ａ１と平行な方向をｙ軸方向と定義する。さらに、ｘ軸方向及びｙ軸方向に対して直交する方向をｚ軸方向とする。
【００１７】
定着ベルト６２は、無端状に押出し成形されたシリコーンゴムやフッ素ゴムなどの耐熱性を有する樹脂材からなる。また、定着ベルト６２は、該定着ベルト６２の外周側の表面から、離型層６４、弾性層６５、基層６６により構成されている。
【００１８】
離型層６４は、定着ベルト６２の表面にトナーが付着することを防止するための層であり、例えば、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシフッ素樹脂）により作製されている。また、弾性層６５はシリコーンゴム等であり、基層６６はＮｉ等から成る。なお、後述するハロゲンヒータ８０からの光を吸収しやすくするために、離形層６４又は弾性層６５のいずれかに、カーボンを含ませることで黒色にすることが望ましい。
【００１９】
加圧ローラ７２は、芯金７４及び弾性層７６により構成されており、定着ベルト６２及びパッド７０とともに、用紙Ｐが挟み込まれるニップ部Ｎを形成している。
【００２０】
芯金７４は、金属からなる円筒（例えば、ＳＴＫＭパイプ）である。弾性層７６は、シリコーンソリッドゴム等から成り、芯金７４の周囲に接着されている。なお、弾性層７６の表面には、加圧ローラ７２にトナーが付着することを防止するための図示しないＰＦＡからなる離型層が設けられている。
【００２１】
また、加圧ローラ７２は、矢印Ｃ方向に回転駆動され、この回転駆動力によって定着ベルト６２が矢印Ｂ方向に従動回転する。なお、用紙Ｐは、トナー転写面が定着ベルト６２に対向した状態でニップ部Ｎに搬送される。
【００２２】
また、定着装置６０は、定着ベルト６２、パッド７０及び加圧ローラ７２に加え、ハロゲンヒータ８０、光拡散部材８２、反射部材８４及び温度センサ１００を備えている。
【００２３】
ハロゲンヒータ８０は、定着ベルト６２の外部に設けられ、定着ベルト６２に向かって赤外線を照射し定着ベルト６２の表面を加熱している。
【００２４】
光拡散部材８２は、ハロゲンヒータ８０と定着ベルト６２との間に位置する透明の板状部材である。また、光拡散部材８２は、例えば、図３に示すように、内部に微細な多数の空孔を含んだガラスや、その表面に図４に示すような凹凸が刻まれたガラス等である。従って、ハロゲンヒータ８０から定着ベルト６２に向かって照射された光は、光拡散部材８２を通過することで、拡散される。さらに、光拡散部材８２における定着ベルト６２と対向する面Ｓ１の端部は、図５に示すように、定着ベルト６２における回転軸の中心Ｃに向かって傾いている。
【００２５】
反射部材８４は、鏡面加工された表面を持つアルミ等を材料とし、ハロゲンヒータ８０の周囲を囲むように設けられている。また、反射部材８４は、図２に示すように、定着ベルト６２に向かって開口部を有するＣの字型の断面形状をしている。従って、ハロゲンヒータ８０から定着ベルト６２に直接向かう赤外線は、反射部材８４によって反射されない。一方、ハロゲンヒータ８０から発生した赤外線のうち定着ベルト６２と異なる方向に向かった赤外線は、反射部材８４に反射され、定着ベルト６２を加熱する。なお、本実施例において、反射部材８４によって反射された赤外線も、光拡散部材８２を通過して、定着ベルト６２の表面に照射される。
【００２６】
ところで、ハロゲンヒータ８０から発せられた赤外線、及びハロゲンヒータ８０から発せられ反射部材８４に反射された赤外線が、定着ベルト６２の表面を照射する領域Ｔは、定着ベルト６２からはみ出さない。より具体的には、図６に示すように、ハロゲンヒータ８０から定着ベルト６２に向かう線分Ｌ１に直交し、定着ベルト６２の回転軸Ａ１を通る平面Ｓ２において、回転軸Ａ１と直交する方向における領域Ｔの幅Ｗ１は、定着ベルト６２の直径ｄ１よりも小さい。従って、領域Ｔは、定着ベルト６２からはみ出さない。
【００２７】
また、図７に示すように、定着ベルト６２の表面Ｓ３において、ハロゲンヒータ８０からの赤外線が照射される領域Ｔの該定着ベルト６２の回転方向に沿う長さＬ２は、該定着ベルト６２の表面Ｓ３が該ハロゲンヒータ８０の消灯時間中に進む距離Ｌ３よりも長い。
【００２８】
ここで、ハロゲンヒータ８０の制御のために、温度センサ１００が、定着ベルト６２の長手方向（ｙ軸方向）の中央部分に設けられている。温度センサ１００は、例えば、定着ベルト６２の表面Ｓ３の近傍に配置されるサーミスタからなり、定着ベルト６２の表面温度を検出して、制御部４に出力する。制御部４は、温度センサ１００から表面温度の情報を受け取ると、定着ベルト６２の表面温度が所定の定着温度（つまり、画像加熱時の目標温度）に維持されるように、ハロゲンヒータ８０に供給する電力を制御する。
【００２９】
（効果）
定着ベルトの外部からハロゲンヒータなどにより該定着ベルトを温める機構を有する定着装置では、該ハロゲンヒータのフィラメントの形状の影響等により、該ハロゲンヒータから該定着ベルトに照射される光に、図８に示すような大きな配光のバラツキが存在する。そして、この配光のバラツキやピークが原因となり、定着ベルトの表面に温度ムラが発生する。ここで、一実施例である画像形成装置１の定着装置６０では、ハロゲンヒータ８０から発せられた赤外線が、光拡散部材８２を通過して、定着ベルト６２に照射される。その結果、ハロゲンヒータ８０から発せられた赤外線は拡散され、図９に示すように、配光バラツキやピークが緩和される。これにより、定着ベルト６２表面の温度ムラが抑制される。なお、図８及び図９において、縦軸は定着ベルト表面における光の強度を示し、横軸は定着ベルト表面のｙ軸方向における位置を示している。
【００３０】
また、光拡散部材８２における定着ベルト６２と対向する面Ｓ１の端部は、図５に示すように、定着ベルト６２における回転軸の中心Ｃに向かって傾いている。これにより、ハロゲンヒータ８０から発せられた赤外線のうち光拡散部材８２の端部を通過する赤外線は、屈折して、定着ベルト６２の中心方向に向かうことになる。つまり、ハロゲンヒータ８０から発せられた赤外線のうち、定着ベルト６２よりも外側の領域に向かおうとする光を、定着ベルト６２に照射している。従って、一実施例である画像形成装置１の定着装置６０では、効率よく定着ベルト６２を加熱することができる。
【００３１】
さらに、図６に示すように、ハロゲンヒータ８０から発せられた赤外線、及びハロゲンヒータ８０から発せられ反射部材８４に反射された赤外線が、定着ベルト６２の表面を照射する領域Ｔは、定着ベルト６２からはみ出していない。従って、一実施例である画像形成装置１の定着装置６０では、さらに効率よく定着ベルト６２を加熱することができる。
【００３２】
これに加え、図７に示すように、定着ベルト６２の表面Ｓ３において、ハロゲンヒータ８０からの赤外線が照射される領域Ｔの該定着ベルト６２の回転方向に沿う長さＬ２は、該定着ベルト６２の表面Ｓ３が該ハロゲンヒータ８０の消灯時間中に進む距離Ｌ３よりも長い。ここで、仮に、長さＬ２が距離Ｌ３よりも短い場合、ハロゲンヒータ８０の消灯中に、定着ベルト６２表面のある部分は、ハロゲンヒータ８０によって赤外線を照射されることなく、領域Ｔを通過することになる。しかし、本実施例では、長さＬ２が距離Ｌ３よりも長いために、定着ベルト６２の表面の全てが、ハロゲンヒータ８０の点灯中に必ず領域Ｔを通過する。つまり、定着ベルト６２の表面の全てが、ハロゲンヒータ８０からの赤外線により加熱される。従って、一実施例である画像形成装置１の定着装置６０では、定着ベルト６２の回転方向における温度ムラの発生を抑制できる。
【００３３】
（第１変形例  図１０参照）
第１変形例である画像形成装置１Ａと一実施例である画像形成装置１との相違点は、第１変形例である画像形成装置１Ａでは、定着装置６０が複数の光拡散部材８２を備えている点である。
【００３４】
具体的には、画像形成装置１Ａにおける定着装置６０では、図１０に示すように、２つの光拡散部材８２ａ，８２ｂを備えている。光拡散部材８２ａ，８２ｂのｙ軸方向における端部は、Ｌ字型の金属製アーム８６の各端部に接続されている。また、Ｌ字型を成すアーム８６の角部は、反射部材８４の外部の図示しないジョイントに接続されている。
【００３５】
そして、画像形成装置１Ａにおける定着装置６０では、アーム８６の角部を中心に、アーム８６が回転することで、光拡散部材８２ａ，８２ｂの位置を入れ替えることができる。これにより、定着装置６０に定着処理を施される用紙のサイズに応じて、光拡散部材８２ａ，８２ｂの位置を入れ替えることができる。例えば、用紙のサイズが小さい時には、その端部の傾きが大きく、定着ベルト６２のｙ軸方向における中心に向かって多くの赤外線を照射する光拡散部材８２ａが、ハロゲンヒータ８０と定着ベルト６２との間に位置する。また、用紙のサイズが大きい時には、その端部の傾きが小さく、定着ベルト６２全体に赤外線を照射する光拡散部材８２ｂが、ハロゲンヒータ８０と定着ベルト６２との間に位置するようにするといった具合である。
【００３６】
なお、第１変形例である画像形成装置１Ａにおける他の構成、効果等は、一実施例である画像形成装置１にて説明したとおりである。
【００３７】
（第２変形例）
第２変形例である画像形成装置１Ｂと一実施例である画像形成装置１との相違点は、反射部材８４である。
【００３８】
画像形成装置１Ｂでは、定着装置６０の反射部材８４におけるハロゲンヒータ８０からの赤外線を反射する面には、細かな凹凸が刻まれている。これにより、反射部材８４は拡散反射する特性を有するため、該反射部材８４により反射される赤外線も該反射部材８４によって拡散される。従って、画像形成装置１Ｂでは、一実施例である画像形成装置１と比較して、ハロゲンヒータ８０からの赤外線の配光バラツキやピークをより緩和することができる。つまり、画像形成装置１Ｂでは、一実施例である画像形成装置１と比較して、定着ベルト６２表面の温度ムラをより抑制することができる。
【００３９】
なお、第２変形例である画像形成装置１Ｂにおける他の構成、効果等は、一実施例である画像形成装置１にて説明したとおりである。
【００４０】
（他の実施例）
本発明に係る定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、定着ベルト６２は、図１１に示すように、２つの回転ローラに張り渡されていてもよい。また、光拡散部材８２の材料は、図１２に示すように、真球やその断面が楕円形状を成す架橋ポリメタクリル酸メチル等の光拡散剤を含有させたガラスであってもよい。さらに、各実施例を組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明は、シートに熱を与える回転体に外部から光を照射することで該回転体を温める機構を有した定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置に有用であり、特に、回転体表面の温度ムラを抑制することができる点で優れている。
【符号の説明】
【００４２】
Ａ１  回転軸（中心軸）
ｄ１  直径
Ｌ１  線分
Ｌ２  長さ（回転方向に沿う長さ）
Ｌ３  距離（消灯時間中に進む距離）
Ｓ１  平面
Ｔ  領域
Ｗ１  幅
１，１Ａ，１Ｂ  画像形成装置
６０  定着装置
６２  定着ベルト（第１の回転体）
７２  加圧ローラ（第２の回転体）
８０  ハロゲンヒータ（熱源）
８２  光拡散部材
８４  反射部材
【図１】
2016156914.tif 000003
【図２】
2016156914.tif 000004
【図３】
2016156914.tif 000005
【図４】
2016156914.tif 000006
【図５】
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【図６】
2016156914.tif 000008
【図７】
2016156914.tif 000009
【図８】
2016156914.tif 000010
【図９】
2016156914.tif 000011
【図１０】
2016156914.tif 000012
【図１１】
2016156914.tif 000013
【図１２】
2016156914.tif 000014