JP5970893B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
良好な定着性能を得るためには、軸方向の全長にわたって幅広く均一な定着ニップを形成することが必要である。また、ウォームアップ時間を短縮するためには、加熱ローラのコアの薄肉化及び小径化が効果的である。しかし、加熱ローラのコアを薄肉化し小径化すると、軸方向の全長に亘って均一な定着ニップを形成するのが難しくなる。それは、薄肉化及び小径化により加熱ローラの剛性が低くなり、加熱ローラを加圧したときの撓みが大きくなってしまうためである。
他にも先行技術は多く存在するが、その多くは荷重による撓み量を低減させることが目的であり、上記と同様な問題がある。
上記支持ステーが、線膨張係数の異なる少なくとも2種類の高膨張側金属と低膨張側金属とが前記加圧方向に対して重なって構成され、上記加圧ローラに近い側が上記高膨張側金属であり、上記熱源が赤外線ヒータであり、その赤外線ヒータによる放射熱を上記高膨張側金属に多く向けるための反射部材を設けたことを特徴とする。
〔第1の実施形態〕
図1〜図3によって、この発明による定着装置の基本的な実施形態である第1の実施形態について説明する。
図1はその定着装置を定着ベルト側のみを断面にして示す横断面であり、図2のY−Y線に沿う断面図に相当する。図2は図1のX−Xに沿って定着ベルト側のみを断面にして示す縦断面である。図3はその効果を説明するための説明図である
加圧ローラ13は、一般に金属の芯金とシリコーンゴムからなるロール部材であるが、その構成を特に限定しないので、断面の図示を省略しており、その構造に関する説明も省略する。この加圧ローラ13の内部にも加熱用のヒータやランプなどの熱源を設けてもよい。
定着ベルト11は、ステンレス鋼(SUS)やニッケル(Ni)からなる基材と、シリコーンゴムとPFA(四フッ化エチレン樹脂)からなる表層から構成されている。そして、ベルトガイド12及びニップ形成部材14の外表面を覆うように回転可能に設けられている。
ヒータ16は赤外線ランプやハロゲンヒータなどであり、定着ベルト11を内側から加熱する熱源である。この熱源として、抵抗発熱体やカーボンヒータ等を使用してもよい。
加圧ローラ13の両端部にはベアリング22装着され、そのベアリング22が加圧方向に所定範囲移動可能に、定着装置本体の側板など支持されている。その各ベアリング22の外周と装置固定部との間に圧縮スプリング23を装着して、加圧ローラ13に加圧力を付与している。
また、加圧ローラ13の一端には、図示しないモータからの回転力が伝達されるギア24が装着されている。
その後、定着動作によって温度が下がった定着ベルト11を再びヒータ16で加熱する。このとき定着ベルト11は加圧ローラ13とニップ形成部材14によってニップされており、加圧ローラ13が回転しようとするときに発生する摩擦力の反作用力によって定着ベルト11は回転する。
この実施形態では、耐熱性樹脂材料によるベルトガイド12の外周に沿って定着ベルト11を回転させるようにしたが、スラスト方向の全域に亘って延びる金属パイプをベルトガイドに適用してもよい。その場合には、定着ベルトへの熱の伝達をより速くすることができる。
この支持ステー15は、図3に示すように線膨張係数が大きい高膨張側金属151(例えばアルミニウム)と線膨張係数が小さい低膨張側金属152(たとえばステンレス鋼)が加圧ローラ13による加圧方向に対して重なって(積層されて)構成されている。
そのため、荷重が直接かかる加圧ローラ13に近い方を高膨張側金属151にし、遠い方を低膨張側金属152にしている。
このように、支持ステー15の撓み量を抑制できるので、軸方向中央部のニップ幅を充分に確保でき、軸方向中央部での定着不良を解消できる。また、転写紙の搬送不良が発生する問題も解消される。
次に、この発明の第2の実施形態について図4を用いて説明する。図4はその定着ベルト側のみの構成を示す横断面である。
この第2の実施形態では、ベルトガイド12内のヒータ16の背後に、反射部材である反射板18を設置している。この反射板18は、ヒータ16の熱を支持ステー15の高膨張側金属151に多く向けるように集光させる。これは、ヒータ16が赤外線ランプの場合に特に有効である。
なお、この反射板18を設けた箇所は定着ベルト11を直接加熱することができないため、この反射板18に何点か透孔を形成し、そこから定着ベルト11にヒータ16の熱照射が届くようにするとよい。
次に、この発明の第3の実施形態について図5を用いて説明する。図5はその定着ベルト側のみの構成を示す横断面である。
この第3の実施形態では、ベルトガイド12内に、支持ステー15の低膨張側金属152のヒータ16側の面に近接して、熱を遮る遮熱部材である遮熱板19を設置している。この遮熱板19は、支持ステー15の低膨張側金属152と熱源であるヒータ16との間に、低膨張側金属152に対してヒータ16による赤外線の照射を遮るように設置される。
この第3の実施形態では第2の実施形態の反射板18の代わりに遮熱板19を設置した場合を説明したが、反射板18と遮熱板19を両方とも設置して、遮熱板19によって低膨張側金属152の加熱を防ぎ、反射板18によって高膨張側金属151を効率的に加熱するように構成すれば、荷重による撓みを打ち消す効果が一層高まる。
次に、この発明の第4の実施形態について図6及び図7を用いて説明する。図6及び図7はその異なる例の定着ベルト側のみの構成を示す横断面である。
この第4の実施形態では、厚板状の支持ステー15を構成する低膨張側金属152と高膨張側金属151の少なくとも一方を、図6に示すようにその厚さ方向の一方の側を直接加熱するように配置された熱源であるヒータ16によって、直接加熱される側と直接加熱されない側とで線膨張係数の異なる金属を厚さ方向に重ねて(積層して)構成し、直接加熱されない側の方が直接加熱される側よりも線膨張係数が大きい金属にしている。
例えば、高膨張側金属151の直接加熱されない側151bをアルミニウム、直接加熱される側151aを真鍮(黄銅)、低膨張側金属152の直接加熱されない側152bを銅、直接加熱される側152aをステンレス鋼で、それぞれ構成することができる。
これらの第4の実施形態によれば、支持ステー15のヒータ16に直接照射される側と照射されない側の熱膨張速度の相異による反りを押さえつつ、荷重による撓みを打ち消す方向に熱変形させることができる。
また、この第4の実施形態に代えて、前述した第1〜第3の実施形態においても、ヒータ16を、あるいはさらに反射板18又は遮熱板19を、支持ステー15を挟んで図示の位置と対称な位置にも設けるようにすれば、熱変形による意図しない反りを防ぐことができる。その場合、コスト高にはなるが定着ベルト11をより早く加熱することができる。
この発明による定着装置は、使用上のいかなる状態でも、熱変形による支持ステー15の反り量よりも荷重による撓み量の方が大きくなり、変形量の総和としては荷重方向の撓みの方が勝っていることが望ましい。熱変形の方が勝ると、軸線方向中央部の定着ベルト11が端部に比べて加圧ローラ13側に出っ張ってしまう。
そうすると、定着ベルト11の軸線方向中央部の応力が大きくなってしまい、その結果、定着ベルト11が破損してしまう恐れがある。荷重による最大撓み量と熱変形による反り量との差は、0〜0.5mm程度が望ましい。
さらに、定着装置の立ち上り直後などですぐに通紙した場合、支持ステー15の高膨張側と低膨張側で温度差が大きく、熱変形量が大きくなりすぎてしまうのを防止するため、次のようにするとよい。
例えば、支持ステーに高膨張側金属151と低膨張側金属152にそれぞれ温度センサを取り付け、その二つの温度センサの出力温度差が一定以下になるまで定着ベルト11の表面の温度を一定に保ちながら加熱し続けるとよい。
なお、上述した各実施形態の構成や機能は適宜変更や追加をすることができ、各実施形態を矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することもできることは勿論である。
次に、この発明による定着装置を備えた画像形成装置の実施形態を図8によって説明する。図8はその画像形成装置の概略構成図である
この画像形成装置30は、前述したこの発明によるいずれかの実施形態の定着装置10を備えている。この画像形成装置30は、モノクロ印刷用のレーザプリンタであり、前述した定着装置10以外は公知の構成であるから簡単に説明する。
34は作像ユニットであり、感光体ドラム35と、その周囲に帯電ローラ36、現像部37、及びクリーニング部38を有している。感光体ドラム35と転写搬送経路(矢印線で示す)を介して対向するように転写ローラ39を配置し、上部にはレーザ書込ユニット40を配置している。
トナー画像が転写された転写紙Pは定着装置10へ搬送され、前述した定着ベルト11と加圧ローラ13との間のニップを通過する際に、その熱と圧力によってトナー画像が定着された後、さらに搬送されて本体上部の排紙部41上へ排出される。
14:ニップ形成部材 15:支持ステー 16:ヒータ(熱源)
17:規制部材 18:反射板(反射部材) 19:遮熱板(遮熱部材)
21:端版 22:ベアリング 23:圧縮スプリング 24:ギア
30:画像形成装置 31:給紙ユニット 32:搬送装置
33:位置決めローラ対 34:作像ユニット 35:感光体ドラム
36:帯電ローラ 37:現像部 38:クリーニング部 39:転写ローラ
40:レーザ書込ユニット 41:排紙部 P:転写紙 T:トナー
151:高膨張側金属 152:低膨張側金属
Claims (9)
- 無端状の定着ベルトと、該定着ベルトの回転時の形状を規制するベルトガイドと、加圧ローラと、該加圧ローラの軸線方向に沿い且つ円周方向の所定領域で前記定着ベルトを前記加圧ローラに接触させ、該加圧ローラに加圧されてニップを形成するニップ形成部材と、
該ニップ形成部材を前記加圧ローラによる加圧方向に対して支持する支持ステーと、前記定着ベルトを内側から加熱する熱源と備えた定着装置において、
前記支持ステーが、線膨張係数の異なる少なくとも2種類の高膨張側金属と低膨張側金属とが前記加圧方向に対して重なって構成され、前記加圧ローラに近い側が前記高膨張側金属であり、
前記熱源が赤外線ヒータであり、該赤外線ヒータによる放射熱を前記高膨張側金属に多く向けるための反射部材を設けたことを特徴とする定着装置。 - 前記熱源が、前記低膨張側金属よりも前記高膨張側金属の方に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記反射部材に複数の透孔を形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。
- 無端状の定着ベルトと、該定着ベルトの回転時の形状を規制するベルトガイドと、加圧ローラと、該加圧ローラの軸線方向に沿い且つ円周方向の所定領域で前記定着ベルトを前記加圧ローラに接触させ、該加圧ローラに加圧されてニップを形成するニップ形成部材と、
該ニップ形成部材を前記加圧ローラによる加圧方向に対して支持する支持ステーと、前記定着ベルトを内側から加熱する熱源と備えた定着装置において、
前記支持ステーが、線膨張係数の異なる少なくとも2種類の高膨張側金属と低膨張側金属とが前記加圧方向に対して重なって構成され、前記加圧ローラに近い側が前記高膨張側金属であり、
前記低膨張側金属と前記熱源との間に熱を遮る遮熱部材を設けたことを特徴とする定着装置。 - 前記低膨張側金属と前記熱源との間に熱を遮る遮熱部材を設けたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の定着装置。
- 無端状の定着ベルトと、該定着ベルトの回転時の形状を規制するベルトガイドと、加圧ローラと、該加圧ローラの軸線方向に沿い且つ円周方向の所定領域で前記定着ベルトを前記加圧ローラに接触させ、該加圧ローラに加圧されてニップを形成するニップ形成部材と、
該ニップ形成部材を前記加圧ローラによる加圧方向に対して支持する支持ステーと、前記定着ベルトを内側から加熱する熱源と備えた定着装置において、
前記支持ステーが、前記加圧ローラ及び前記ベルトガイドの軸線方向に延び、前記加圧方向に所定の幅を有する細長い厚板状の部材であって、線膨張係数の異なる少なくとも2種類の高膨張側金属と低膨張側金属とが前記加圧方向に対して重なって構成され、前記加圧ローラに近い側が前記高膨張側金属であり、
前記熱源が、前記厚板状の支持ステーの厚さ方向の一方の側を直接加熱するように配置されており、
前記厚板状の支持ステーを構成する前記低膨張側金属と高膨張側金属の少なくとも一方が、前記熱源によって直接加熱される側と直接加熱されない側とが線膨張係数の異なる金属が前記厚さ方向に重なって構成され、前記直接加熱されない側の金属の方が前記直接加熱される側の金属よりも線膨張係数が大きいことを特徴とする記載の定着装置。 - 前記低膨張側金属が、前記熱源によって直接加熱される側と直接加熱されない側とが線膨張係数の異なる金属が前記厚さ方向に重なって構成され、前記直接加熱されない側の金属が前記高膨張側金属と同じ金属であることを特徴とする請求項6に記載の定着装置。
- 前記高膨張側金属が、前記熱源によって直接加熱される側と直接加熱されない側とが線膨張係数の異なる金属が前記厚さ方向に重なって構成され、前記直接加熱される側の金属が前記低膨張側金属と同じ金属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1から8のいずれか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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