特開 2017-227670 定着装置及び画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-227670(P2017-227670A)

(43)【公開日】2017年12月28日

(54)【発明の名称】定着装置及び画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20171201BHJP

【ＦＩ】

   G03G15/20 515

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-121633(P2016-121633)

(22)【出願日】2016年6月20日

(71)【出願人】

【識別番号】000006150

【氏名又は名称】京セラドキュメントソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111202

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 周彦

(72)【発明者】

【氏名】森口 元樹

【テーマコード（参考）】

2H033

【Ｆターム（参考）】

2H033AA03

2H033AA24

2H033AA25

2H033BA29

2H033BB29

2H033BB30

2H033CA13

2H033CA27

2H033CA32

2H033CA53

(57)【要約】

【課題】簡易な構成で、加圧ローラの温度上昇を防止できる定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着装置は、加熱される定着ローラ２１と、該定着ローラ２１に圧接して回転する加圧ローラ２３と、を備え、前記定着ローラ２１と前記加圧ローラ２３との間の定着ニップを用紙が通過することでトナー像を前記用紙に定着する。前記加圧ローラ２３は、芯金５０と、該芯金５０の外周面に設けられる弾性層５１と、該弾性層５１の外周面に設けられ、該弾性層５１よりも高い熱伝導性を有する高熱伝導層５２と、該高熱伝導層５２の外周面に設けられる離型層５３と、を備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加熱される定着ローラと、該定着ローラに圧接して回転する加圧ローラと、を備え、前記定着ローラと前記加圧ローラとの間の定着ニップを用紙が通過することでトナー像を前記用紙に定着する定着装置であって、
前記加圧ローラは、
芯金と、
該芯金の外周面に設けられる弾性層と、
該弾性層の外周面に設けられ、該弾性層よりも高い熱伝導性を有する高熱伝導層と、
該高熱伝導層の外周面に設けられる離型層と、を備えていることを特徴とする定着装置。

【請求項2】

前記芯金の軸方向における前記高熱伝導層の幅は、前記離型層の幅よりも広く、
前記高熱伝導層の前記軸方向両端は、前記離型層の前記軸方向両端よりも外側に離間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】

前記軸方向における前記離型層の幅は、最大サイズの前記用紙の通紙領域の幅よりも広く、
前記離型層の前記軸方向両端は、前記通紙領域の前記軸方向両端よりも外側に離間していることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。

【請求項4】

前記軸方向における前記離型層の幅は、前記定着ローラの幅よりも広いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。

【請求項5】

前記高熱伝導層を冷却する冷却装置を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。

【請求項6】

前記冷却装置は、前記加圧ローラの回転が停止している間に作動することを特徴とする請求項５に記載の定着装置。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置を備えてい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、用紙にトナー像を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。

【背景技術】

【0002】

複写機なプリンターなどの電子写真方式の画像形成装置は、用紙に転写されたトナー像を用紙に定着する定着装置を備えている。定着装置の定着方式としては、定着ローラを用いるローラ定着方式や、定着ベルトやフィルムを用いるベルト定着方式がある。このような方式において、定着ローラや定着ベルトは、用紙に転写されたトナー像に接触してトナーを溶融するために、ハロゲンヒータやセラミックヒータ、ＩＨ等の加熱源によって所定の加熱温度に制御される。また、定着ローラには加圧ローラが圧接されて、両ローラ間に定着ニップを形成している。

【0003】

トナー像を用紙に安定に定着するには、定着ローラの温度や定着ニップの定着圧やニップ量と共に、加圧ローラの温度も重要な要因となっている。加圧ローラの温度が低いと、用紙の裏側の面（トナー像が転写されていない面）からトナーに供給される熱量が少なくなって、定着性が悪くなる。また、加圧ローラの温度が不均一になると、熱膨張性が不均一となって、ニップ量が不安定となり、用紙にしわや定着ムラが発生するという問題がある。

【0004】

一方、加圧ローラの温度が高いと、用紙中の水分が水蒸気となって放出され、トナー像を吹き飛ばす、いわゆる、オビキが発生しやすくなる。また、両面印刷が行われる場合は、裏側の面に転写されたトナー像の定着時に、表側の面の定着時よりも用紙の温度が高くなっているために、ホットオフセットや、排紙時のブロッキングが発生しやすくなる。さらに、加圧ローラの温度が高すぎると、薄紙の用紙にしわが発生しやすいという問題がある。これらのことにより、加圧ローラの温度が高いことは好ましくない。

【0005】

一般的に、加圧ローラは、シリコンゴムやフッ素ゴムで形成されている。シリコンゴムやフッ素ゴムの熱伝導性は低いので、幅の狭い小サイズの用紙を連続通紙すると、加圧ローラの通紙領域では、熱量が用紙に奪われるので温度は低くなるが、非通紙領域では、熱が蓄積されて温度が高くなりやすい。この通紙領域と非通紙領域との温度差によって、小サイズの用紙の後に大サイズの用紙を通紙すると、用紙にしわが発生したり、定着性にムラが生じたりする問題がある。

【0006】

そこで、このような問題を解決するために、特許文献１や特許文献２には、加圧ローラを冷却する冷却装置が備えられた定着装置が記載されている。冷却装置としては、送風ファンが挙げられている。また、特許文献１では、回転可能に設けられるヒートパイプを加圧ローラの表面に当接させて回転させることで加圧ローラを冷却する構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平０４−３４０５７７号公報

【特許文献2】特開２０１０−１６４８６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら特許文献１や特許文献２に記載された定着装置のように、冷却装置として送風ファンを使用すると、送風ファンで形成された冷却風が加圧ローラ以外の部分にも吹き付けられて、加熱ローラや定着フレームなどを冷却してしまい、トナーを定着させるために必要以上の電力が消費され、省エネ性能が低下する虞がある。また、温度検知センサーで正確な温度を検知できなくなる虞もある。

【0009】

また、ヒートパイプを加圧ローラの表面に当接させて回転させる場合、定着装置が大型化したり構成が複雑化したりするという問題がある。さらに、ヒートパイプへ付着したトナーをクリーニングするクリーニング装置が必要になるので、更に構成が複雑化してしまう。

【0010】

本発明は上記事情を考慮し、簡易な構成で、加圧ローラの温度上昇を防止できる定着装置及び画像形成装置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】

【0011】

上記課題を解決するため、本発明の定着装置は、加熱される定着ローラと、該定着ローラに圧接して回転する加圧ローラと、を備え、前記定着ローラと前記加圧ローラとの間の定着ニップを用紙が通過することでトナー像を前記用紙に定着する定着装置であって、前記加圧ローラは、芯金と、該芯金の外周面に設けられる弾性層と、該弾性層の外周面に設けられ、該弾性層よりも高い熱伝導性を有する高熱伝導層と、該高熱伝導層の外周面に設けられる離型層と、を有していることを特徴とする。

【0012】

このような構成を採用することにより、離型層を通して高熱伝導層へ伝達された熱が高熱伝導層内を伝達されるので、加圧ローラの表面からごく浅い範囲だけが均熱化される。これにより、加圧ローラに吸収される熱量を極力低減して加圧ローラの温度上昇を抑え、加圧ローラの温度分布を均一化することができる。さらに、新しい構成や部品の追加がないので、定着装置の構成を変更する必要がない。

【0013】

本発明の定着装置において、前記芯金の軸方向における前記高熱伝導層の幅は、前記離型層の幅よりも広く、前記高熱伝導層の前記軸方向両端は、前記離型層の前記軸方向両端よりも外側に離間していることを特徴としても良い。

【0014】

このような構成を採用することにより、離型層を通して高熱伝導層へ伝達された熱は、高熱伝導層内を軸方向に伝達されて、離型層の軸方向外側で高熱伝導層から放熱されるので、高熱伝導層内の熱伝導が向上する。

【0015】

本発明の定着装置において、前記軸方向における前記離型層の幅は、最大サイズの前記用紙の通紙領域の幅よりも広く、前記離型層の前記軸方向両端は、前記通紙領域の前記軸方向両端よりも外側に離間していることを特徴としても良い。

【0016】

このような構成を採用することにより、通紙領域外側の高熱伝導層へのトナー付着を防止できる。

【0017】

本発明の定着装置において、前記軸方向における前記離型層の幅は、前記定着ローラの幅よりも広いことを特徴としても良い。

【0018】

このような構成を採用することにより、定着ローラが高熱伝導層に接触しないので、高熱伝導層が加熱ローラによって加熱されたり、放熱を妨げたりすることがない。

【0019】

本発明の定着装置において、前記高熱伝導層を冷却する冷却装置を備えていることを特徴としても良い。

【0020】

このような構成を採用することにより、高熱伝導層の温度上昇を抑制できる。

【0021】

本発明の定着装置において、前記冷却装置は、前記加圧ローラの回転が停止している間に作動することを特徴としても良い。

【0022】

このような構成を採用することにより、加圧ローラに付着したトナーと離型層との付着力を弱めることができるので、加圧ローラの回転が開始された際に、加圧ローラからトナーを離脱させやすくなる。

【0023】

本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの定着装置を備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、離型層を通して高熱伝導層へ伝達された熱が高熱伝導層内を伝達されて、加圧ローラの表面からごく浅い範囲だけが均熱化されるので、加圧ローラの温度上昇を抑え、加圧ローラの温度分布を均一化することができる。さらに、新しい構成や部品の追加がないので、定着装置の構成を変更する必要がない。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る定着装置の側面断面図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る定着装置において、加圧ローラを示す正面断面図である。

【図4】本発明の第２の実施形態に係る定着装置において、加圧ローラを示す正面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を参照しつつ本発明の画像形成装置及び定着装置について説明する。

【0027】

まず、図１を用いて、画像形成装置としてのプリンターの全体の構成について説明する。図１はプリンター１の概略を模式的に示す図である。以下、図１における紙面手前側をプリンターの正面側（前側）とし、左右の向きはプリンターを正面から見た方向を基準として説明する。

【0028】

プリンター１の装置本体２には、用紙Ｓが収容される給紙カセット３と、給紙カセット３から用紙Ｓを送り出す給紙装置４と、用紙Ｓにトナー像を形成する画像形成部５と、トナー像を用紙Ｓに定着する定着装置６と、用紙Ｓを排紙する排紙装置７と、排紙された用紙Ｓが受け止められる排紙トレイ８と、が備えられている。さらに、装置本体２には、給紙装置４から、画像形成部５と定着装置６とを通って排紙装置７に向かう用紙Ｓの搬送経路１０が形成されている。

【0029】

給紙装置４によって給紙カセット３から取り出された用紙Ｓは、搬送経路１０に沿って画像形成部５に搬送され、用紙Ｓにトナー像が形成される。用紙Ｓは搬送経路１０に沿って定着装置６に送られ、トナー像が用紙Ｓに定着される。トナー像が定着された用紙Ｓは排紙装置７から排紙トレイ８に排出される。

【0030】

次に、図２及び図３を参照して、第１の実施形態に係る定着装置６について説明する。図２は定着装置を示す側面断面図、図３は加圧ローラを示す正面断面図である。

【0031】

定着装置６は、図２に示されるように、定着ハウジング２０と、定着ハウジング２０に回転可能に支持される円筒状の定着ローラ２１と、定着ローラ２１の中空部に設けられるハロゲンヒータ２２と、定着ローラ２１に圧接可能に設けられる加圧ローラ２３と、を備えている。

【0032】

定着ハウジング２０は、前後方向に長い略直方体状の中空状部材である。定着ハウジング２０の左側面には、用紙が受け入れられる受入口３１が、用紙の搬送方向と直交する幅方向に沿って形成されている。定着ハウジング２０の右側面には、用紙が排出される排出口３２が、幅方向に沿って形成されている。受入口３１と排出口３２との間には用紙の搬送経路１０が形成されている。定着ハウジング２０の中空部には、搬送経路１０よりも上方に定着ローラ収容凹部３４が形成され、搬送経路１０よりも下方に加圧ローラ収容凹部３５が形成されている。

【0033】

定着ローラ２１は、円筒形状の芯金４０と、芯金４０の外周面に設けられる弾性層４１と、弾性層４１の外周面に設けられる離型層４２と、によって構成されている。芯金４０は、例えばＳＵＳやアルミニウムなどの金属によって形成される。弾性層４１は、例えば、シリコンゴムによって形成される。離型層４２は、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブによって形成される。定着ローラ２１は、定着ハウジング２０の定着ローラ収容凹部３４に、前後方向に延びる回転軸（図示省略）を中心として回転可能に支持されている。

【0034】

ハロゲンヒータ２２は、定着ローラ２１の中空部に配置されて、定着ローラ２１の内周面に向かって熱を放射し、定着ローラ２１を加熱する。

【0035】

加圧ローラ２３は、図３に示されるように、円柱状の芯金５０と、芯金５０の外周面に設けられる弾性層５１と、弾性層５１の外周面に設けられる高熱伝導層５２と、高熱伝導層５２の外周面に設けられる離型層５３と、によって構成されている。芯金５０は、例えば、ＳＵＳ等の金属によって形成される。弾性層５１は、熱伝導性の低い材料で形成される。例えば、発泡させたシリコンゴムや、マイクロバルーンを含有したシリコンゴム、低熱伝導性シリコンゴムを使用できる。高熱伝導層５２は、弾性層５１よりも熱伝導性の高い材料（例えば、カーボンや、熱伝導性の高い銅やアルミニウムなどの金属）を超薄層化して形成される。高熱伝導層５２の熱伝導率は、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、望ましくは１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。離型層５３は、例えば、ＰＦＡチューブによって形成されている。

【0036】

芯金５０の軸方向における離型層５３の幅Ｗ１は、最大サイズの用紙の通紙領域Ｗ２の幅よりも広い。さらに、軸方向における高熱伝導層５２の幅Ｗ３は、離型層５３の幅Ｗ１よりも広く、高熱伝導層５２の幅方向両端は、離型層５３の幅方向両端よりも軸方向外側に離間している。つまり、軸方向における通紙領域外側の非通紙領域においては、加圧ローラ２３の表面に高熱伝導層５２が露出する。以降の説明では、この露出した部分を露出部５２ａとする。

【0037】

加圧ローラ２３は、定着ハウジング２０の加圧ローラ収容凹部３５に回転可能に支持されて、定着ローラ２１に圧接されている。これにより、定着ローラ２１と加圧ローラ２３との間に定着ニップが形成される。加圧ローラ２３の芯金５０の一端には、モーターなど駆動源から駆動力が伝達される駆動入力ギア（図示省略）が固定されている。加圧ローラ２３は、駆動入力ギアが駆動されることで、図２の時計回り方向に回動する。これにより、定着ローラ２１が、加圧ローラ２３とは反対方向に回転する。

【0038】

上記構成を有する定着装置６において、トナー像が形成された用紙Ｓが転写ニップに搬送されると、定着ニップで加熱及び加圧されることでトナー像が用紙Ｓに定着される。定着ニップにおいては、定着ローラ２１から加圧ローラ２３へ熱が供給される。供給された熱は、離型層５３を通して高熱伝導層５２へ伝達される。高熱伝導層５２の下層には、高熱伝導層５２よりも熱伝導性の低い弾性層５１が設けられているので、高熱伝導層５２へ伝達された熱は、下層の弾性層５１ではなく、高熱伝導層５２内を軸方向及び円周方向に主に拡散する。これにより、加圧ローラ２３の表面からごく浅い範囲だけが、軸方向及び円周方向に均熱化される。高熱伝導層５２内を軸方向に伝達された熱は、露出部５２ａから放熱される。

【0039】

上記説明したように本発明の定着装置６においては、定着ローラ２１から加圧ローラ２３に伝達された熱は、高熱伝導層５２の内部を拡散して加圧ローラ２３の表面からごく浅い範囲だけが均熱化される。これにより、加圧ローラ２３に吸収される熱量を極力低減して加圧ローラ２３の温度上昇を抑え、加圧ローラ２３の温度分布を均一化することができる。さらに、新しい構成や部品の追加がないので、定着装置６の構成を変更する必要がない。

【0040】

また、高熱伝導層５２に伝達された熱は、露出部５２ａから放熱されるので、高熱伝導層５２の熱伝導性を向上できる。なお、高熱伝導層５２の幅は、離型層５３の幅よりも必ずしも広くする必要はなく、同じ幅でも良い。

【0041】

さらに、離型層５３の幅は最大サイズの用紙の幅よりも広く、高熱伝導層５２の幅は離型層５３の幅よりも広い。したがって、用紙が露出部５２ａに接触しないので、露出部５２ａにトナーが付着するようなことはない。さらに、露出部５２ａに加熱ローラが接触することもないので、高熱伝導層５２が定着ローラ２１によって加熱されたり、露出部５２ａからの放熱を妨げたりすることがない。

【0042】

次に、図４を参照して、第２の実施形態に係る定着装置について説明する。図４は定着装置の正面断面図である。

【0043】

第２の実施形態に係る定着装置には、高熱伝導層５２の露出部５２ａのそれぞれを冷却する冷却装置６０が備えられている。冷却装置６０は、露出部５２ａに一方の端部が接触可能に設けられるヒートパイプ６１と、ヒートパイプ６１の他方の端部を冷却する送風ファン６２と、を備えている。

【0044】

ヒートパイプ６１は平面視Ｌ字状であり、一方の端部６１ａは露出部５２ａに接触するように支持されている。他方の端部６１ｂは、加圧ローラ２３から離間する方向に延びている。送風ファン６２は、ヒートパイプ６１の他方の端部６１ｂに向けて送風するように支持されている。送風ファン６２の送風方向は、定着ローラ２１から離間する方向に向いている。

【0045】

第２の実施形態においては、ヒートパイプ６１の他方の端部６１ｂが送風ファン６２で冷却されて発生した冷熱は、ヒートパイプ６１内を一方の端部６１ａへ伝熱される。そして、一方の端部６１ａから、露出部５２ａを介して高熱伝導層５２へ伝熱される。これにより、高熱伝導層５２の温度上昇が抑制される。

【0046】

なお、冷却装置６０として、ペルチェ素子や送風ファンを使用しても良い。ペルチェ素子の場合は、露出部５２ａにペルチェ素子を当接させて支持する。そして、所定のタイミングでペルチェ素子に通電して放熱（熱交換）させることで、高熱伝導層５２の温度を下げることができる。送風ファンの場合は、露出部５２ａに直接送風して、高熱伝導層５２の温度を下げることができる。なお、冷却装置６０は、一方の露出部５２ａのみに設けても良い。

【0047】

また、第２の実施形態においては、加圧ローラ２３の回転が停止した間だけ、冷却装置６０を作動させても良い。冷却装置６０としてヒートパイプやペルチェ素子を使用する場合は、冷却装置６０を、露出部５２ａに接触可能な位置と離間した位置との間に移動可能に設ける。そして、加圧ローラ２３の回転が停止すると、冷却装置６０を移動させて露出部５２ａに接触させ、少なくとも加圧ローラ２３が駆動を開始する前に、冷却装置６０を移動させて露出部５２ａから離間させる。冷却装置６０として送風ファンを使用する場合は、加圧ローラ２３の回転が停止している間だけ、送風ファンを作動させる。

【0048】

画像形成作業中、加圧ローラ２３の温度をコントロールする必要がない場合（用紙にしわやオビキ、オフセットが発生しない場合）も、定着装置６で未定着のトナーを定着する際には、オフセットした微量のトナーが用紙間を通って加圧ローラ２３に移動し、加圧ローラ２３に付着するという問題がある。

【0049】

このような場合、加圧ローラ２３に付着したトナーを定着ローラ２１あるいは用紙の裏側の面に移動させる必要がある。加圧ローラ２３に付着したトナーを移動させるためには、トナーと、このトナーが付着している加圧ローラ２３の離型層５３との付着力を弱める必要がある。この際、離型層５３を、トナーが付着している側と反対側、すなわち、高熱伝導層５２の側から冷却すると、トナーと離型層５３との接触部が冷却されるので、付着力を弱める効果が高い。これに対して、例えば、加圧ローラ２３の外周面を送風ファン等によって直接冷却する場合は、トナーと離型層５３との接触部は冷却されにくい。

【0050】

したがって、加圧ローラ２３の回転が停止している間に冷却装置６０を作動させて、離型層５３とトナーとの付着力を弱めておくことで、加圧ローラ２３が回転を開始した際に、加圧ローラ２３からトナーが離脱しやすくなる。これにより、加圧ローラ２３へのトナーの付着を防止できる。

【0051】

また、冷却装置６０を移動可能に設けることで、必要時以外は冷却装置６０を高熱伝導層５２から離間させておくことができるので、高熱伝導層５２の耐久性を高めることができる。また、高熱伝導層５２に冷熱が過剰に供給されることを防止できる。

【0052】

本発明の実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用した場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等のプリンター１以外の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。

【0053】

さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

【符号の説明】

【0054】

１ プリンター（画像形成装置）
６ 定着装置
２１ 定着ローラ
２３ 加圧ローラ
５０ 芯金
５１ 弾性層
５２ 高熱伝導層
５３ 離型層
６０ 冷却装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】