JP5135409B2 - 定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録材に現像剤を定着させる定着装置及び画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、用紙に転写したトナー画像を定着するために、定着装置を備えている。従来の定着装置は、通常、加熱ローラに対して加圧ローラが圧接されている。

近時、画像形成装置では、画像形成（印刷）の高速化のニーズに対応するために、各部に改良が加えられている。定着装置においては、トナー画像を定着するのに必要な熱量を高速で搬送される用紙に与えるために、定着ニップ部のニップ長を長くする改良が行われている。例えば、特許文献１には、加熱ローラと、該加熱ローラに押圧される加圧ローラと、該加圧ローラに対して紙搬送方向上流側に配置され、加圧ローラにテンションバネを介して配設されるベルト張架部材と、前記加圧ローラ及びベルト張架部材の外周に捲着され前記加熱ロールとの間に定着ニップが形成されて移動するベルトと、前記ベルト張架部材を加熱ローラに当接させる予圧バネとを備えた定着装置が開示されている。

特開２００５−２２７４６３号公報

特許文献１に記載の定着装置では、加圧ローラとベルト張架部材とは、テンションバネを介して配設されているので、常にベルトが張架されている。しかし、この構成では、定着ニップのニップ長が変化するため、トナーの定着に悪影響を及ぼすという問題が発生する。

そこで、本発明は、定着ニップのニップ長が変化することなく、安定して定着処理を行うことができる定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

この発明の定着装置は、定着ベルトと、定着ローラと、剥離ローラと、加熱ローラと、加圧ローラと、第１レバーと、第２レバーと、第１付勢手段と、第２付勢手段と、を備えている。

定着ベルトは、無端状である。定着ローラは、剥離ローラ及び加熱ローラとともに定着ベルトを懸架する。剥離ローラは、定着ベルトから記録材を剥離する。加圧ローラは、定着ベルトを介して定着ローラ及び剥離ローラに圧接して、定着ベルトとの間に定着ニップ部を形成する。加熱ローラは、芯金部と、芯金部を加熱する加熱源を備え、芯金部で定着ベルトを懸架して、定着ベルトを加熱する。第１レバーは、定着ローラの回転軸と剥離ローラの回転軸が固定され、定着ローラの回転軸を支点として回動する。第２レバーは、定着ローラの回転軸と加熱ローラの回転軸が固定され、定着ローラの回転軸を支点として回動する。第１付勢手段は、第１レバーを付勢して、剥離ローラを前記加圧ローラに圧接させる。第２付勢手段は、第２レバーを付勢して、加熱ローラに定着ベルトを張架させる。

この構成では、加圧ローラに圧接している定着ローラと剥離ローラは、それぞれの回転軸が第１レバーに固定されているので、定着ニップ部のニップ長は常に一定である。したがって、現像剤を記録材上に安定して定着させることができる。

また、定着ベルトは、定着ローラを支点として、第１レバーに固定された剥離ローラと、第２レバーに固定された加熱ローラと、により一定の張力で張架される。そのため、定着ベルトが定着ニップ部において、たわむのを防止できる。もし、経時的に定着ベルトがたわんだり伸びたりしても、第１レバーと第２レバーの相互作用により定着ベルトを一定の張力で張架できる。

また、加熱ローラは弾性層を備えておらず、定着ベルトは加熱ローラの芯金部に懸架されている。そのため、加熱ローラは熱容量が小さく、少ないエネルギーと短い時間で芯金部や定着ベルトを加熱できる。また、定着ベルトも熱容量の小さなもの採用して高速回転させることで、定着ニップ部に対する熱伝達特性をよくすることができる。したがって、起動後短い時間で定着処理を行うことができる。

さらに、定着ローラと加熱ローラは、各回転軸が第２レバーに固定されているので、加熱ローラから定着ローラ、つまり定着ニップ部までの距離は常に一定である。定着ベルトを一定速度で移動（回転）させている場合には、定着ベルトの加熱ローラにより加熱された部分が定着ニップ部に到達するまでの時間が一定となり、定着ニップ部において記録材に与える熱量を一定にすることができる。したがって、現像剤を記録材上に安定して定着させることができる。

上記発明の定着装置は、第３レバーと、第３付勢手段と、を備えている。第３レバーは、加圧ローラの回転軸が固定され、加圧ローラから所定距離離れた点を第３の支点として回動する。第３付勢手段は、第３レバーにおいて、加圧ローラを挟んで第３の支点と反対側に取り付けられ、第３レバーを付勢して、加圧ローラを定着ローラに圧接させる。

この構成では、てこの原理により、第３付勢手段は小さな力で第３レバーを付勢することが可能となる。また、加圧ローラの他のローラに対する位置調整が不要で、加圧ローラの取り付けを容易に行うことができる。

この発明の画像形成装置は、上記発明の定着装置と、画像形成手段と、を備えている。画像形成手段は、定着装置へ搬送する記録材に現像剤を転写して、画像を形成する。

この構成では、画像形成手段が記録材上に形成した画像は、定着装置により安定して確実に定着されるので、定着不良が発生することなく、品質のよい画像を形成できる。

この発明によれば、定着ニップのニップ長が変化することがなく、安定して定着処理を行うことができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る定着装置の構成を示す透過図である。 本発明の実施形態に係る定着装置の主要部を示す断面図である。 定着ベルトの断面図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、イエロートナー像を形成する第１画像形成ユニット１、マゼンタトナー像を形成する第２画像形成ユニット２、シアントナー像を形成する第３画像形成ユニット３、及びブラックトナー像を形成する第４画像形成ユニット４を備えるタンデム方式のカラー画像形成装置である。以下、画像形成装置１００が備える４つの画像形成ユニットの総称を画像形成ユニット群５と称する。

図１において、画像形成ユニット群５の上方には、一次転写ベルト（無端ベルト）６が配置されている。一次転写ベルト６は、支持ローラ６１と一次転写ベルト駆動ローラ６２に掛け渡されてループ状に張架され、矢印Ｒにて示す方向に回転する。一次転写ベルト６には、ポリイミドまたはポリアミド等の樹脂に電子伝導性導電材を含有させ、薄膜状に形成したものを使用している。

画像形成ユニット群５は、一次転写ベルト６に沿って矢印Ｒの方向に、第１画像形成ユニット１、第２画像形成ユニット２、第３画像形成ユニット３、及び第４画像形成ユニット４の順に配置されている。

一次転写ベルト６の内周側には、画像形成ユニット群５がそれぞれ形成した単色トナー像を一次転写ベルト６上に転写する一次転写ローラ７１，７２，７３，７４が配置されている。一次転写ローラ７１，７２，７３，７４は、一次転写ベルト６を張架しており、それぞれ、一次転写ベルト６を挟んで画像形成ユニット群５に設けられた感光体ドラム１６１，１６２，１６３，１６４に対向している。画像形成ユニット群５がそれぞれ形成した単色トナー像は、一次転写ベルト６上に重ね合うように順に転写（一次転写）され、１つのカラートナー像が形成される。像担持体である一次転写ベルト６は、一次転写されたトナー像を一次転写ベルト駆動ローラ６２と二次転写ユニット５１が対向する位置（二次転写位置）へ搬送する。以下、一次転写ベルト６において、支持ローラ６１側を上流側、一次転写ベルト駆動ローラ６２側を下流側という。

一次転写ベルト６を挟んで一次転写ベルト駆動ローラ６２に対向する二次転写位置には、二次転写ユニット５１が配置されている。一次転写ベルト６上に形成されたカラートナー像は、一次転写ベルト駆動ローラ６２と二次転写ユニット５１が対向する二次転写位置において、静電力により用紙（記録材）Ｐに転写される。

一次転写ベルト６を挟んで支持ローラ６１に対向する位置には、一次転写ベルト６の表面をクリーニングする一次転写ベルトクリーニングユニット１０が設置されている。一次転写ベルトクリーニングユニット１０は、一次転写ベルト６に接触するように配置されるベルトクリーニングブラシ１１と、ベルトクリーニングブレード１２と、を有しており、用紙Ｐに転写されずに一次転写ベルト６上に残ったトナー等を除去する。

図１において画像形成ユニット群５の下方には、用紙Ｐを収容するトレー１４が配置されている。トレー１４内の用紙Ｐは、搬送路１３０に配置された複数の給紙ローラ対１３１〜１３４にて、二次転写ユニット５１が一次転写ベルト６と対向する二次転写位置まで、矢印Ｙにて示す搬送方向に用紙Ｐが搬送され、この二次転写位置において、一次転写ベルト６上のカラートナー像が用紙Ｐに二次転写される。

カラートナー像が二次転写された用紙Ｐは、定着装置１５に搬送される。そして、用紙Ｐは、定着装置１５によりカラートナー像を定着され、排紙ローラ対１３５により画像形成装置１００から排出される。

次に、本発明の実施形態に係る定着装置１５の具体的な構成について説明する。図２には、定着装置１５の全体の構成を示しており、図３には、定着装置１５の主要部の構成を示している。

定着装置１５は、定着ベルト２１と、定着ローラ２２と、剥離ローラ２３と、加熱ローラ２４と、加圧ローラ２５と、第１レバー２６と、第２レバー２７と、第３レバー２８と、第１付勢手段である第１バネ２９と、第２付勢手段である第２バネ３０と、第３付勢手段である第３バネ３１と、を備えている。また、定着装置１５は、第１温度センサ３２と第２温度センサ３３を備えている。さらに、定着装置１５は、用紙ガイド１５１〜１５３を備えている。また、定着装置１５は、制御部２０を備えている。

定着ベルト２１は、無端状で、定着ローラ２２と剥離ローラ２３と加熱ローラ２４に懸架されている。定着ベルト２１は、図２と図３に示すように、角の丸い三角形状をなしている。

定着装置１５において、加圧ローラ２５が不図示のモータにより一定速度で回転される駆動ローラであり、定着ローラ２２、剥離ローラ２３、及び加熱ローラ２４が、加圧ローラ２５の回転にともなって、定着ベルト２１により一定速度で回転される従動ローラである。制御部２０は、加圧ローラ２５を回転させる不図示のモータを制御している。

図４に示すように、定着ベルト２１は、３層構造であり、内周側から外周側にかけて、基材２１１、弾性層２１２、及び剥離層２１３が順に積層されている。基材２１１は、ポリイミド、ステンレス（ＳＵＳ）、またはニッケル（Ｎｉ）の薄膜により構成されている。弾性層２１２は、シリコンゴムにより形成されている。剥離層２１３は、４フッ化エチレン樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）により形成されており、非粘着性や自己潤滑性などの特性を備えている。定着ベルト２１は、熱容量を小さくするために薄いものが使用されている。定着ベルト２１の厚みは、例えば、１５０μｍ〜５００μｍである。基材２１１、弾性層２１２、及び剥離層２１３のそれぞれの厚みは、用紙Ｐの搬送速度や加熱温度などの条件に応じて設定すればよい。

定着ローラ２２は、回転軸２２１と、芯金部２２２と、弾性層２２３を備えている。回転軸２２１は、定着ローラ２２の両端から延出している。芯金部２２２は、鉄（Ｆｅ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属により形成された中空の円筒である。弾性層２２３は、ウレタンスポンジやシリコンゴムなどの素材により形成され、芯金部２２２の周囲に設けられている。定着ローラ２２は、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２５とともに、用紙（記録材）Ｐを挟持する。

剥離ローラ２３は、回転軸２３１と、芯金部２３２を備えている。回転軸２３１は、剥離ローラ２３の両端から延出している。剥離ローラ２３は、トナー（現像剤）が定着された用紙Ｐを定着ベルト２１から剥離する。

加熱ローラ２４は、回転軸２４１と、加熱源２４２と、芯金部２４３を備えている。回転軸２４１は、加熱ローラ２４の両端から延出している。加熱ローラ２４は、加熱源２４２により芯金部２４３を加熱する。加熱源２４２には、電熱線またはハロゲンランプ（ヒータランプ）が使用されており、芯金部２４３を均等に加熱するために、加熱ローラ２４の中心部に設置されている。芯金部２４３は、鉄（Ｆｅ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属により形成された中空の円筒であり、肉厚が０．４ｍｍ〜１．２ｍｍであり、熱容量が小さい。加熱ローラ２４は、芯金部２４３で定着ベルト２１を懸架して、定着ベルト２１を加熱する。第１温度センサ３２は、加熱ローラ２４の表面温度を測定する。制御部２０は、第１温度センサ３２が測定した加熱ローラ２４の表面温度に応じて、加熱源２４２をＯＮ／ＯＦＦしたり発熱量を調整したりして、加熱源２４２の発熱量を制御する。

加圧ローラ２５は、回転軸２５１と、加熱源２５２と、芯金部２５３と、弾性層２５４を備えている。回転軸２５１は、加圧ローラ２５の両端から延出している。加圧ローラ２５は、加熱源２５２により芯金部２５３を加熱する。加熱源２５２としては、電熱線やハロゲンランプ（ヒータランプ）が使用されており、芯金部２５３や弾性層２５４を均等に加熱するために、加熱ローラ２４の中心部に設置されている。芯金部２５３は、鉄（Ｆｅ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属により形成された中空の円筒である。弾性層２５４は、ウレタンスポンジやシリコンゴムなどの素材により形成され、芯金部２５３の周囲に設けられている。

加圧ローラ２５は、定着ベルト２１を介して定着ローラ２２及び剥離ローラ２３に圧接しており、定着ベルト２１との間に定着ニップ部２１５を形成する。定着ニップ部２１５は、定着ベルト２１を介して定着ローラ２２と加圧ローラ２５が当接する部分から、定着ベルト２１を介して剥離ローラ２３と加圧ローラ２５が当接する部分まである。加圧ローラ２５は、定着ニップ部２１５において、用紙Ｐ上にトナーを定着させる。第２温度センサ３３は、加圧ローラ２５の表面温度を測定する。制御部２０は、第２温度センサ３３が測定した加圧ローラ２５の表面温度に応じて、加熱源２５２をＯＮ／ＯＦＦしたり発熱量を調整したりして、加熱源２５２の発熱量を制御する。定着ニップ部２１５において、トナーが転写された用紙Ｐに熱と圧力が加えられて、トナーが用紙Ｐ上に定着する。

本発明では、加熱源２５２により加圧ローラ２５の表面（弾性層２５４）を加熱している。これにより、定着装置１５の定着性能を向上させることができる。

第１レバー２６（２６Ａ，２６Ｂ）は、定着ローラ２２と剥離ローラ２３の両側部に設置されている。定着ローラ２２の回転軸２２１と、剥離ローラ２３の回転軸２３１は、所定の間隔をあけて第１レバー２６に回転自在に固定されている。第１レバー２６は、定着ローラ２２の回転軸２２１を支点２６１として回動自在である。

第１バネ２９の一端は、第１レバー２６の支点２６１と反対側の端部、すなわち剥離ローラ２３を挟んで第１の支点２６１と反対側の点２６２に固定されている。第１バネ２９の他端は、第３レバー２８の点２８３に固定されている。第１バネ２９は、第１レバー２６を所定の力で常に付勢しており、第１レバー２６は、支点２６１を中心点として加圧ローラ２５に近づく方向に回動し、剥離ローラ２３は、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２５に圧接される。

第２レバー２７（２７Ａ，２７Ｂ）は、定着ローラ２２と加熱ローラ２４の両側部に設置されている。定着ローラ２２の回転軸２２１と、加熱ローラ２４の回転軸２４１は、所定の間隔をあけて第２レバー２７に回転自在に固定されている。第２レバー２７は、定着ローラ２２の回転軸２２１を支点２７１として回動自在である。

第２バネ３０の一端は、第２レバー２７の支点２７１と反対側の端部、すなわち加熱ローラ２４を挟んで第２の支点２７１と反対側の点２７２に固定されている。第２バネ２９の他端は、画像形成装置１００の本体の点１０１に固定されている。第２バネ３０は、第２レバー２７を所定の力で常に付勢しており、第２レバー２７は、支点２７１を中心点として剥離ローラ２３から離れる方向に回動し、加熱ローラ２４は、定着ベルト２１を張架する。

第３レバー２８（２８Ａ，２８Ｂ）は、加圧ローラ２５の両側部に設置されている。加圧ローラ２５の回転軸２５１は、第３レバー２８に回転自在に固定されている。第３レバー２８は、加圧ローラ２５から所定距離離れた点（図２においては、回転軸２５１の下方の点）を第３の支点２８１として回動自在である。

第３バネ３１の一端は、第３レバー２８の支点２８１と反対側の端部、すなわち加圧ローラ２５を挟んで第３の支点２８１と反対側の点２８２に固定されている。第３バネ３１の他端は、用紙ガイド１５２の近傍に設置された固定部４１の点４１１に固定されている。第３バネ３１は、第３レバー２８を所定の力で常に付勢しており、第３レバー２８は、支点２８１を中心点として定着ローラに近づく方向に回動し、加圧ローラ２５は、定着ベルト２１を介して定着ローラ２２に圧接される。

用紙ガイド１５１〜１５３は、用紙Ｐの搬送方向を規制する。

本発明では、定着装置１５の特徴的な構成により、特有の作用効果を得られる。以下に、その内容をまとめる。

（１）定着ローラ２２の回転軸２２１と、剥離ローラ２３の回転軸２３１と、を第１レバー２６に固定しているので、定着ローラ２２と剥離ローラ２３の間隔が変化しない。そのため、定着ベルト２１、定着ローラ２２、剥離ローラ２３、及び加圧ローラ２５により形成される定着ニップ部２１５のニップ長が変化することなく常に一定であり、定着処理を安定して行うことができる。また、ニップ長の調整が不要であり、組み立て作業性が向上する。

（２）定着ベルト２１は、定着ローラ２２を支点として、第１レバー２６に固定された剥離ローラ２３と、第２レバー２７に固定された加熱ローラ２４と、により一定の張力で張架される。

これにより、定着ベルト２１が定着ニップ部２１５において、たわむのを防止できる。 また、定着ベルト２１が伸びたとしても、定着ニップ部２１５のニップ長と定着ベルト２１の張力は一定であり、各ローラの位置調整が不要である。また、第１レバー２６は、剥離ローラ２３を挟んで定着ローラ２２（支点）と反対側の端部を第１バネ２９により付勢されているので、てこの原理により、剥離ローラ２３を加圧ローラ２５に直接圧接させるよりも小さな力で圧接させることができ、付勢力の小さな安価なバネを使用することが可能になり、コストを抑制できる。

同様に、第２レバー２７は、加熱ローラ２４を挟んで定着ローラ２２（支点）と反対側の端部を第２バネ３０により付勢されているので、てこの原理により、加熱ローラ２４の回転軸を直接付勢するときよりも小さな力で付勢することができ、付勢力の小さな安価なバネを使用することが可能になり、コストを抑制できる。

（３）定着ベルト２１を３つのローラで懸架している。

定着ベルトを２つのローラで懸架する構成では、加熱ローラを加圧ローラに対向させる必要がある。しかし、定着ベルトを３つのローラで懸架しているので、加熱機能がなく弾性層２２３を備えた定着ローラ２２を加圧ローラ２５に対向させ、加熱ローラ２４を定着ローラ２２よりも定着ベルト２１の搬送方向上流側に設置することができる。これにより、定着ローラ２２が弾性を有するので、定着ニップ部をかせぐことができ、定着性能を向上することができる。また、加熱ローラ２４には弾性層を設ける必要がないので、肉厚を薄くして熱容量を小さくすることができる。また、定着ベルト２１も熱容量の小さなもの採用して高速回転させることで、定着ニップ部２１５に対する熱伝達特性をよくすることができる。これにより、加熱ローラ２４や定着ベルト２１を少ないエネルギーで短時間に加熱できる。したがって、定着処理を短時間で開始できるので、定着装置１５や画像形成装置１００の使い勝手がよくなる。

（４）定着ローラ２２の回転軸２２１と、加熱ローラ２４の回転軸２４１と、を第２レバー２７に固定しているので、定着ローラ２２と加熱ローラ２４の間隔が変化しない。定着ベルト２１は一定速度で回転するので、加熱ローラ２４が定着ベルト２１を加熱した部分が定着ニップ部２１５に到達するまでの時間が一定になり、定着ニップ部２１５においてトナーに与える熱量を安定させることができる。したがって、定着処理を安定して行うことができる。また、定着ローラ２２と加熱ローラ２４の間隔調整が不要であり、組み立て作業性が向上する。

（５）第３レバー２８に加圧ローラ２５の回転軸２５１を固定している。これにより、てこの原理により、加圧ローラ２５を定着ローラ２２に圧接させる力を、直接圧接する場合よりも小さくすることができ、付勢力の小さな安価なバネを使用することが可能になる。

（６）加圧ローラ２５内に加熱源２５２を設けている。これにより、加圧ローラ２５の加熱源２５２により補助的に加熱することで、トナーを確実に定着できる。

以上のように、本発明の実施形態に係る定着装置によれば、定着ベルトのたわみやニップ長の変化が発生することがなく、定着処理を実行可能になるまでのエネルギーや時間が少なくて済み、安定して定着処理を行うことができ、組み立ての作業性もよい。

また、本発明の実施形態に係る画像形成装置は、上記のような構成の定着装置を備えているので、画像形成部が用紙上に形成したトナー画像が安定して確実に定着される。したがって、定着不良が発生することなく、品質のよい画像を形成できる。

１〜４…画像形成ユニット ５…画像形成ユニット群 ６…一次転写ベルト １０…一次転写ベルトクリーニングユニット １４…トレー １５…定着装置 ２１…定着ベルト ２２…定着ローラ ２３…剥離ローラ ２４…加熱ローラ ２５…加圧ローラ ２６…第１レバー ２７…第２レバー ２８…第３レバー ２９…第１バネ ３０…第２バネ ３１…第３バネ ３２…第１温度センサ ３３…第２温度センサ ４１…固定部 ５１…二次転写ユニット ６１…支持ローラ ６２…一次転写ベルト駆動ローラ ７１，７２，７３，７４…一次転写ローラ １００…画像形成装置

Claims (3)

1. 無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを懸架する定着ローラと、
   前記定着ベルトを懸架し、前記定着ベルトから記録材を剥離する剥離ローラと、
   前記定着ベルトを介して前記定着ローラ及び前記剥離ローラに圧接して、前記定着ベルトとの間に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、
   芯金部と、該芯金部を加熱する加熱源を備え、該芯金部で前記定着ベルトを懸架して、前記定着ベルトを加熱する加熱ローラと、
   前記定着ローラの回転軸と前記剥離ローラの回転軸が固定され、前記定着ローラの回転軸を第１の支点として回動する第１レバーと、
   前記定着ローラの回転軸と前記加熱ローラの回転軸が固定され、前記定着ローラの回転軸を第２の支点として回動する第２レバーと、
   前記第１レバーを付勢して、前記剥離ローラを前記加圧ローラに圧接させる第１付勢手段と、
   前記第２レバーを付勢して、前記加熱ローラに前記定着ベルトを張架させる第２付勢手段と、
   を備えた定着装置。
2. 前記加圧ローラの回転軸が固定され、前記加圧ローラから所定距離離れた点を第３の支点として回動する第３レバーと、
   前記第３レバーにおいて、前記加圧ローラを挟んで前記第３の支点と反対側に取り付けられ、前記第３レバーを付勢して、前記加圧ローラを前記定着ローラに圧接させる第３付勢手段と、
   を備えた請求項１に記載の定着装置。
3. 請求項１または２に記載の定着装置と、
   前記定着装置へ搬送する記録材に現像剤を転写して、画像を形成する画像形成手段と、
   を備えた画像形成装置。

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