(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
定着部材と、内部に熱源を備えた加熱部材と、前記定着部材と前記加熱部材との間に張架された回転自在の無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接しニップ部を形成する加圧部材とを備え、前記加熱部材は、前記定着ベルトの両端部のみを支持し、未定着トナー画像が形成された被転写材が前記ニップ部を通過することによって、前記トナー画像が被転写材に溶融定着する定着装置であって、
前記加熱部材における前記定着ベルトの両端部間での前記定着ベルトの変形を防止する変形防止手段をさらに備えたことを特徴とする定着装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前記提案技術によれば、定着ベルトの温度ムラを抑えることができると同時に、加熱ローラを加熱する必要がない分、熱効率の向上が図れるが、加熱ローラにおいて厚さ0.3mm程度の薄い定着ベルトの両端部のみを引っ張るため、定着ベルトの中央部の支持のない領域で定着ベルトが座屈を起こすおそれがある。
【0007】
そこで本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱部材で定着ベルトの両端部のみを支持する定着装置において、加熱部材における定着ベルトの両端部間での定着ベルトの変形を防止することにある。
【0008】
また、本発明の目的は、画質低下を招くことなく、優れた省エネルギー効果が得られる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明によれば、定着部材と、内部に熱源を備えた加熱部材と、前記定着部材と前記加熱部材との間に張架された回転自在の無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接しニップ部を形成する加圧部材とを備え、前記加熱部材は、前記定着ベルトの両端部のみを支持し、未定着トナー画像が形成された被転写材が前記ニップ部を通過することによって、前記トナー画像が被転写材に溶融定着する定着装置であって、前記加熱部材における前記定着ベルトの両端部間での前記定着ベルトの変形を防止する変形防止手段をさらに備えたことを特徴とする定着装置が提供される。
【0010】
ここで、前記変形防止手段は、前記定着ベルトの外側及び/又は内側に接触して前記定着ベルトの変形を防止する支持部材であってもよい。前記支持部材としては、コロ、拍車、パッドの少なくとも1つであるのが好ましい。
【0011】
また、前記定着ベルトが磁性材料を含んでいる場合には、前記変形防止手段は磁力発生手段であってもよい。
【0012】
さらにまた、前記変形防止手段は気体吹き付け手段であってもよい。
【0013】
また本発明によれば、前記のいずれか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が提供される。
【発明の効果】
【0014】
本発明の定着装置及び画像形成装置では、加熱部材で定着ベルトの両端部のみを支持して熱源によって定着ベルトを直接加熱するので熱効率が高く、また変形防止手段を設けたので加熱部材における定着ベルトの両端部間での定着ベルトの座屈などの変形が効果的に防止される。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【0017】
図1は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図1に示す画像形成装置8は、トナー像を担持し、反時計回りに回転駆動する円筒状の感光体(静電潜像担持体)Dの周囲に、感光体Dの表面を一様に帯電させる帯電装置2と、感光体D表面に光を照射して静電潜像を形成する露光装置3と、感光体Dにトナーを供給し感光体D上の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置4と、現像装置4によって形成された感光体D上のトナー像を用紙(被転写部材)Pに転写する転写ローラ(転写装置)5と、用紙Pに転写されずに感光体D上に残留したトナーを除去するクリーニング装置6と、感光体Dの残留電荷を消去するイレサーランプ7とを備えている。
【0018】
帯電装置2は、スコロトロン方式の帯電装置であって、放電電極に数kVの電圧が印加されるとコロナ放電が発生し、これにより感光体Dの表面が一様に帯電される。なお、帯電装置2の種類は特に限定されるものでなく、ローラ方式の帯電部材、ブレード状の帯電部材、ブラシ状の帯電部材等を用いてももちろん構わない。
【0019】
露光装置3は、帯電装置2によって一様に帯電された感光体Dの表面に、例えばパソコンなどの外部装置から入力される画像データに基づいて、選択的に光を照射して露光を行い、感光体Dの表面に所定の静電潜像を形成する。
【0020】
現像装置4は、ハウジング41と、感光体Dに対向し回転可能に設けられた現像ローラ42と、現像ローラ42に向かって現像剤を搬送する3つの搬送ローラ43とを備える。ハウジング41内にはトナーとキャリア(いずれも不図示)とからなる現像剤が収容されている。現像ローラ42に現像バイアス電圧を印加すると、現像ローラ42に印加される電圧と感光体Dの静電潜像との電位差に基づいて、トナーが感光体Dに移動し、感光体D上の静電潜像がトナーによって可視像化(トナー画像)される。
【0021】
転写ローラ5は、転写ローラ5に連結された駆動モータ(不図示)によって回転可能に設けられるとともに付勢部材(不図示)によって感光体Dに圧接している。また転写ローラ5には、不図示の電圧印加手段によって、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加される。感光体Dと転写ローラ5との間を用紙が通過する際に、転写ローラ5に前記電圧が印加され、感光体Dに形成されたトナー画像が用紙Pに転写する。
【0022】
クリーニング装置6は、感光体Dに圧接するクリーニングブレード61を備え、感光体D表面に残留する未転写トナーを感光体Dから除去する。
【0023】
現像装置4の下部には、用紙Pを収納した給紙カセット51を着脱自在に収納した収納部52が配置されている。給紙カセット51内に収納された用紙Pは、収納部52の上方側部に配置された給紙ローラ53の回転によって最上紙から順に1枚ずつ搬送路に送り出される。給紙カセット51から送り出された用紙Pは、感光体Dの回転とタイミングを合わせて転写ローラ5と感光体Dの間へ送り出され、前述の通りトナー画像が用紙Pに転写される。
【0024】
画像形成装置8は、感光体Dから用紙Pに転写されたトナー画像を定着させる定着装置1を備えている。定着装置1を用紙Pが通過する際に、トナー画像が加熱及び加圧されて用紙Pに溶融定着する。その後、用紙Pは、排紙トレイ82へ排出される。定着装置1の詳細については後述する。
【0025】
画像形成装置8には、画像形成装置8に関係する構成要素を総合的に制御する制御装置81を備えており、この制御装置81は、感光体D、現像ローラ42、転写ローラ5、給紙ローラ53及び加圧ローラ12(
図2に図示)などの回転駆動、帯電装置2、露光装置3、現像装置4、イレーサーランプ7、ハロゲンヒータ15(
図2に図示)などの作動を制御する。
【0026】
図2に、
図1の画像形成装置8に搭載されている定着装置1の概略構成図を示す。この定着装置1は、定着ローラ11と加熱ローラ13との間に定着ベルト14が架け渡され、バネなどの不図示の付勢手段によって加圧ローラ12が定着ベルト14を挟んで定着ローラ11に圧接している。これにより、定着ローラ11と加圧ローラ12との間にニップ部Nが形成されている。ここで、加圧ローラ12は、不図示の回転駆動手段によって時計回りに回転し、これによって定着ベルト14及び定着ローラ11、加熱ローラ13はそれぞれ従動して回転する。なお、回転駆動手段を加圧ローラ12ではなく、定着ローラ11又は加熱ローラ13に設けて駆動回転させ、他のローラを従動回転させるようにしてもよい。
【0027】
定着ローラ11の、ニップ部Nよりも回転方向下流側には、定着ローラ11の表面と接触するように分離爪16が設けられている。この分離爪16は、軸部17に揺動自在に支持され自重によって定着ローラ11の表面に接触している。分離爪16は、軸部17の長手方向に所定間隔で複数個設けられる。
【0028】
分離爪16の材料は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)等の耐熱性樹脂から形成され、離型性を向上させるため、分離爪16の表面にはPFA、PTFE等のフッ素樹脂がコーティング層により被覆されている。
【0029】
定着ローラ11は、円筒状に成形されてなる芯金111と、弾性層112とが、内方から外方に向かってこの順で積層された構造を有する。芯金111の材質は、アルミニウムや鉄などの金属材料が好ましい。また、その厚さは、0.1〜5mmの範囲が好ましく、軽量化及びウォームアップ時間の短縮化等を考慮すると0.2〜1.5mmの範囲がより好ましい。弾性層112の材質としては、弾性と耐熱性を有するものが望ましく、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどが挙げられる。弾性層112の厚さに特に限定はないが、通常、1mm〜10mmの範囲が好ましく、弾性率は0.03MPa〜100MPaの範囲が好ましい。また、弾性層112の材質としてはスポンジなどの発泡体であっても構わない。また、弾性層112の外側に断熱層などをさらに積層して定着ローラ11を3層以上の積層構造としても構わない。
【0030】
加圧ローラ12は、円筒状の芯金121の表面に、シリコーンゴムからなる弾性層122が形成され、その表面に表層としてのPFAチューブ(不図示)が被着されてなる。芯金121の材質は、アルミニウムや鉄などの金属材料が好ましい。弾性層122の材質としては、弾性と耐熱性を有するものが望ましく、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム、シリコーンスポンジなどが挙げられる。弾性層122の厚さに特に限定はないが、通常は、1〜20mmの範囲が好ましい。
【0031】
本発明で使用する定着ベルト14としては、例えば基材とその外側に離型層を有する2層構造のものが挙げられる。基材の材料としては、ニッケルやアルミニウム、ステンレス鋼などの金属材料、ポリイミドやポリアミド、ポリアミドイミドなどの樹脂材料が挙げられる。また基材の厚さとしては、通常、30μm〜100μm程度である。離型層の材料としてはパーフルオロアルコキシアルカン(PFA)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素樹脂等が挙げられる。離型層の層厚としては10μm〜70μm程度が好ましい。画像品質を向上させる観点などから、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどの弾性層をさらに積層して定着ベルト14を3層以上の積層構造としても構わない。弾性層の厚さとしては50μm〜100μm程度で、弾性率としては0.03MPa〜100MPa程度が好ましい。
【0032】
図3に、加熱ローラ13の平面図を示す。加熱ローラ13は、回転軸方向両端に配置された回転自在の一対の支持体131a,131bを有し、一対の支持体131a,131bによって、定着ローラ11との間に架け渡された定着ベルト14(
図3では破線で示す)の両端部のみを支持する。そして、一対の支持体131a,131bの中心間にはハロゲンヒーター(熱源)15が設けられている。これにより、定着ベルト14は、ハロゲンヒーター15によって直接加熱される。
図1に示すように、加熱ローラ13の外周部には、定着ベルト14の表面温度を検知するセンサーS1が設置され、センサーS1の検知温度によってハロゲンヒータ15が入切制御され、定着ベルト14の表面は所定温度に維持される。
【0033】
また、一対の支持体131a,131bの間には支持軸132が架け渡されている。そして支持軸132には、変形防止手段としてのコロ(支持部材)133が回転自在に軸方向に所定間隔で3つ設けられている。コロ133の取付位置に限定はないが、定着ベルト14の座屈などの変形は定着ベルト14の幅方向中央部において通常発生しやすいので、コロ133はこのような部分を中心に設けるのが好ましい。また、コロ133の取付個数についても限定はなく、定着ベルト14の剛性などを考慮し適宜決定すればよい。例えば、定着ベルト14の基材がポリイミドなどの剛性の低い材料から構成されている場合には、コロ133の取付個数を多くするのがよく、反対に、定着ベルト14の基材がニッケルやステンレス鋼などの剛性の高い材料から構成されている場合には、コロ133の取付個数を少なくしてもよい。
【0034】
また、コロ133は、定着ベルト14の内周面に常時接触するように設けてもよいが、定着ベルト内周面の摩耗等を抑制する観点からは、定着ベルト14の内周面から数mm程度(例えば1mm)離した位置に設けるのが好ましい。
図4に、
図3のA−A線断面図を示す。通常、定着ベルト14は、
図4の実線で示す状態、すなわち、コロ133に接触しない状態で回転している。しかし、定着ベルト14は加圧ローラ12の駆動回転によって従動回転しており、ニップ部Nの方向に常に引っ張られている。このため、
図4の破線で示すように、定着ベルト14の、支持されていない軸方向中央部が凹みやすい。定着ベルト14が凹むと、コロ133に接触して凹みの進行が阻止される。これにより、定着ベルト14の座屈から破壊に至る不具合が確実に防止される。
【0035】
定着ベルト14に接触して定着ベルト14の変形を防止する支持部材としては、コロ133に限定されるものではなく、例えば拍車などの回転体であっても構わない。回転体であれば定着ベルト内周面との摩擦抵抗が少なく、摩耗によって生じる埃が定着ベルト内周面に堆積して画像不良を招くおそれがない。また、定着ベルト内周面との摺擦部分が、フッ素などでコートされた、摩擦抵抗の小さいパッドなどの不回転体も支持部材として用いることができる。
【0036】
定着ベルト14のコロ133と接触した部分の温度が、他の部分の温度よりも低くなり、定着ベルト14に温度ムラが生じて画像に影響が出るのを防止する観点から、コロ133の材質としては、熱容量が小さく、耐熱性を有するものが好ましい。例えば、PPSなどの耐熱樹脂やステンレス鋼などの薄い板金などが挙げられる。定着ベルト14の、コロ133との接触による温度ムラをより抑えるために、コロ133の軸方向に揺動させてもよい。あるいは、熱源の、コロ133と対向する部分の発熱量を他の部分よりも多くするようにしてもよい。ハロゲンヒーターが熱源の場合であれば、コロ133と対向する部分のフィラメントの巻き密度を高くすればよい。
【0037】
以上説明した本発明の定着装置では、ハロゲンヒーター15によって定着ベルト14が直接加熱されるので熱効率が高くなるが、同時にハロゲンヒーター15によって定着ローラ11も加熱される。このため定着ローラ11の劣化が促進されるおそれがある。そこで、
図5に示すように、ハロゲンヒーター15と定着ローラ11との間に、耐熱樹脂などの低熱容量材料から成る遮熱部材18を配設し、定着ローラ11の劣化を抑えるようにしてもよい。
【0038】
定着ベルト14の変形を防止するコロ133などの支持部材は、定着ローラ11や加熱ローラ13、定着ベルト14の外径や材質、機械構成的な制約(例えば、装置サイズ)などの諸条件を考慮し、適宜最適な構成とすればよい。例えば、加熱ローラ13の外径が小さい場合には定着ベルト14の外側にコロ133などの支持部材を設ければよい。また定着ベルト14の剛性が低い場合には、加熱ローラ13の周方向に所定間隔で複数の支持軸132及びコロ133を設ければよい。
【0039】
図6に、本発明に係る定着装置の他の実施形態例を示す。
図6(a)に示す定着装置1aは、加熱ローラ13の周方向に所定距離隔てて支持軸132a,132b及びコロ133a,133bを設け、定着ベルト14の凹みを内側から抑制して座屈等を防止するものである。この場合、支持軸132aと支持軸132bとに設けるコロ133aとコロ133bの軸方向の位置は、支持軸132aと支持軸132bで異なる位置とするのが好ましい。
【0040】
図6(b)に示す定着装置1bは、定着ベルト14の外側と内側とに対向するように支持軸132aと支持軸132bとを設けた装置である。この場合も、支持軸132aと支持軸132bとに設けるコロ133aとコロ133bの軸方向の位置は、支持軸132aと支持軸132bとで異なる位置とするのが好ましい。具体的には、定着ベルト14の内側に設けるコロ133aは、定着ベルト14が凹みやすい部分に対応する位置に設け、定着ベルト14の外側に設けるコロ133bは、定着ベルト14の凹みやすい部分の軸方向両側に対応する位置に設けるのが好ましい。定着ベルト14が凹む際には、凹みの両側が外方に突出するからである。
【0041】
図6(c)に示す定着装置1cは、定着ベルト14の外側に支持軸132及びコロ133を設けた装置であり、
図6(d)に示す定着装置1dは、定着ベルト14の外側に2本の支持軸132a,132b及びコロ133a,133bを設けた装置である。コロ133及びコロ133a,133bの軸方向の取付位置は、前述のように、定着ベルト14が凹みやすい部分の軸方向両側に対応する位置が好ましい。
【0042】
図7に、本発明に係る定着装置の他の実施形態例を示す。
図7に示す定着装置1eは、加熱ローラ13の外周部に、変形防止手段としての磁力発生手段19を備えると共に、定着ベルト14が磁性材料を有し、磁力によって定着ベルト14の凹みを抑えるものである。磁力発生手段19は、加熱ローラ13の周方向に沿って複数個設けるのが好ましい。また、定着ベルト14の一層の安定走行を図る観点からは、軸方向にも複数個設けるのが好ましい。磁力発生手段19としては、例えば、磁石や電磁石などが挙げられる。磁性材料を有する定着ベルト14としては、例えば、ニッケルを基材としたものが挙げられる。
【0043】
図8に、本発明に係る定着装置のさらに他の実施形態例を示す。
図8に示す定着装置1fは、加熱ローラ13の内に、変形防止手段としてのエアノズル(気体吹き付け手段)9を備える。エアノズル9の、定着ベルト14が凹みやすい部分と対向する位置には吹出口91が形成されている。吹出口91からエアを定着ベルト14の内周面に吹き付けることによって、定着ベルト14の凹みを抑制する。吹出口91は、加熱ローラ13の周方向及び軸方向に複数箇所設けてもよい。エアの供給は、例えば、送風ファンや電磁ポンプ、コンプレッサなど従来公知の装置で行えばよい。
【0044】
図9に、本発明に係る定着装置のさらに他の実施形態例を示す。これまで説明した実施形態では、定着部材として定着ローラ11を用いていたが、
図9に示す定着装置1gでは、定着部材として定着パッド11aを用いる。定着パッド11aは、定着ベルト14に対する摩擦抵抗が大きいため、耐久性の点で定着ローラ11に劣る場合があるが、定着パッド11aの形状の自由度が大きく、ニップ部Nの幅を長くできる利点がある。また、定着パッド11aは、定着ローラ11よりもコンパクト化でき熱容量を小さくできる。これにより一層の省エネルギーが図れる利点もある。定着パット11aは、金属棒や板金などの基台113に、液晶ポリエステル(LCP)やポリフェニレンサルファイド(PPS)などの耐熱樹脂から構成されるパッド114が取り付けられてなり、パッド114の表面には不図示のPFA層が設けられている。また、定着ベルト14の内周面とパッド114との摩擦抵抗を小さくするため、定着ベルト14の内周面にはフッ素グリスやシリコーンオイルなどの潤滑剤を塗布するのが望ましい。
【0045】
以上説明した実施形態では、加圧部材として加圧ローラ12を用いていたが、加圧部材は、加圧ローラ12に限定されるものではなく、ベルト部材やパッド部材であっても構わない。