(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のような構成の定着装置において、励磁コイルによって定着ベルトを効率的に誘導加熱するためには、励磁コイルが発生させる磁束を全て定着ベルトに吸収させるのが好ましい。しかしながら、励磁コイルが発生させる磁束を全て吸収させるだけの厚み(磁界浸透深さ)を定着ベルトに持たせるのは困難であるため、定着ベルトを通過した磁束(以下、「漏れ磁束」と称する)がベルトガイドに吸収されることになる。
【0006】
ベルトガイドの接触部に漏れ磁束が吸収されると、接触部が発熱し、接触部からの熱伝達によって定着ベルトが加熱される。これにより、定着ベルトの加熱効率が高められ、省エネルギー性能の向上が図られる。
【0007】
一方で、ベルトガイドの非接触部に漏れ磁束が吸収されると、非接触部が発熱する。非接触部は定着ベルトの内周面に接触していないため、非接触部から定着ベルトへと熱伝達を行うことはできず、非接触部に熱が集中して、非接触部が過昇温する恐れがある。
【0008】
そこで、本発明は、定着ベルトの加熱効率を高めると共に、ベルトガイドの非接触部の過昇温を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の定着装置は、定着ベルトと、前記定着ベルトに圧接して定着ニップを形成する加圧部材と、前記定着ベルトの外径側に設けられ、磁束を発生させて前記定着ベルトを誘導加熱する励磁コイルと、前記定着ベルトを内径側から支持するベルトガイドと、を備え、前記ベルトガイドは、前記定着ベルトの内周面に接触する接触部と、前記定着ベルトの内周面に対して非接触で設けられる非接触部と、を備え、前記定着ベルトと前記非接触部の間には、前記定着ベルトを通過した磁束を遮断するための磁束遮断部材が設けられていることを特徴とする。
【0010】
このような構成を採用することで、定着ベルトの加熱効率を高めると共に、ベルトガイドの非接触部の過昇温を抑制することが可能となる。
【0011】
前記接触部は、前記定着ベルトの内周面に沿って円弧状に湾曲し、前記非接触部は、前記接触部の用紙搬送方向下流側の端部から前記定着ニップ側に向かって鈍角に屈曲されていても良い。
【0012】
このような構成を採用することで、ベルトガイドの接触部と非接触部を明確に分けることができるため、定着ベルトの内周面との接触が不安定な部分(定着ベルトの内周面と接触するか否かが中途半端な部分)がベルトガイドに発生するのを抑制することが可能となる。そのため、定着ベルトの内周面との接触が不安定な部分においてベルトガイドが過昇温するような事態を回避することが可能となる。
【0013】
前記磁束遮断部材は、前記定着ベルトの内周面に対して非接触で設けられていても良い。
【0014】
このような構成を採用することで、磁束遮断部材との接触による定着ベルトの損傷を回避することが可能となる。
【0015】
前記定着装置は、前記定着ベルトを前記加圧部材側に向かって押圧する押圧部材と、前記押圧部材を支持する支持部材と、を更に備えていても良い。
【0016】
このような構成を採用することで、定着装置の熱容量を小さくして、省エネルギー化を図ることが可能となる。
【0017】
前記磁束遮断部材は、前記定着ベルトと前記非接触部の間に設けられる遮断部と、前記遮断部から前記定着ベルトの内径側に向かって屈曲される接続部と、前記接続部から前記定着ニップ側に向かって屈曲され、前記支持部材に固定される固定部と、を備えていても良い。
【0018】
このような構成を採用することで、一枚の板金を屈曲させることによって磁束遮断部材を容易に形成することが可能となる。
【0019】
前記支持部材に固定される取付部材を更に備え、前記非接触部は、前記取付部材に取り付けられていても良い。
【0020】
上記のように定着ベルトと非接触部の間には磁束遮断部材が設けられているため、非接触部は昇温しにくい。そのため、非接触部を取付部材への取付箇所に設定することで、取付部材及び支持部材の過昇温を効果的に抑制することが可能となる。
【0021】
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】
【0022】
本発明によれば、定着ベルトの加熱効率を高めると共に、ベルトガイドの非接触部の過昇温を抑制することが可能になる。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るカラープリンター1(画像形成装置)について説明する。説明の便宜上、
図1における紙面手前側を、カラープリンター1の前側(正面側)とする。各図に適宜付される矢印Fr、Rr、L、R、U、Loは、それぞれカラープリンター1の前側、後側、左側、右側、上側、下側を示している。
【0025】
まず、
図1を用いてカラープリンター1の全体の構成について説明する。
【0026】
カラープリンター1は、箱型形状のプリンター本体2を備えており、プリンター本体2の下部には用紙を収納した給紙カセット3が設けられ、プリンター本体2の上部には排紙トレイ4が設けられている。
【0027】
プリンター本体2の中央部には、中間転写ベルト6が複数のローラー間に架設され、中間転写ベルト6の下方には、レーザー・スキャニング・ユニット(LSU)で構成される露光装置7が配置されている。中間転写ベルト6の下側には、4個の画像形成部8がトナーの色(例えば、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの4色)ごとに設けられている。各画像形成部8には、感光体ドラム9が回転可能に設けられており、感光体ドラム9の周囲には、帯電器10と、現像器11と、一次転写部12と、クリーニング装置13と、除電器14とが、一次転写のプロセス順に配置されている。現像器11の上方には、各画像形成部8と対応するトナーコンテナ15が、トナーの色(例えば、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの4色)ごとに設けられている。
【0028】
プリンター本体2の右側部には、用紙の搬送経路16が設けられている。搬送経路16の上流端には給紙部17が設けられ、搬送経路16の中流部には中間転写ベルト6の右端側に二次転写部18が設けられ、搬送経路16の下流部には定着装置19が設けられ、搬送経路16の下流端には排紙口20が設けられている。
【0029】
次に、このような構成を備えたカラープリンター1の画像形成動作について説明する。カラープリンター1に電源が投入されると、各種パラメーターが初期化され、定着装置19の温度設定等の初期設定が実行される。そして、カラープリンター1に接続されたコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、以下のようにして画像形成動作が実行される。
【0030】
まず、帯電器10によって感光体ドラム9の表面が帯電された後、露光装置7からのレーザー光(矢印P参照)により感光体ドラム9の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像を、トナーコンテナ15から供給されるトナーによって現像器11が対応する色のトナー像に現像する。このトナー像は、一次転写部12において中間転写ベルト6の表面に一次転写される。以上の動作を各画像形成部8が順次繰り返すことによって、中間転写ベルト6上にフルカラーのトナー像が形成される。なお、感光体ドラム9上に残留したトナーと電荷は、クリーニング装置13と除電器14によってそれぞれ除去される。
【0031】
一方、給紙部17によって給紙カセット3又は手指しトレイ(図示せず)から取り出された用紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて二次転写部18へと搬送され、二次転写部18において、中間転写ベルト6上のフルカラーのトナー像が用紙に二次転写される。トナー像を二次転写された用紙は、搬送経路16を下流側へと搬送されて定着装置19に進入し、この定着装置19において用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙口20から排紙トレイ4上に排出される。
【0032】
次に、
図2を用いて、定着装置19について説明する。なお、
図2の矢印Aは、用紙搬送方向(本実施形態では、下側から上側に向かう方向)を示している。
【0033】
定着装置19は、定着ベルト21と、定着ベルト21の右側(外径側)に設けられる加圧ローラー22(加圧部材)と、定着ベルト21の左側(外径側)に設けられる励磁コイル23と、定着ベルト21の内径側に設けられる支持部材24と、定着ベルト21の内径側において支持部材24の右側に設けられる押圧部材25と、定着ベルト21の内径側において支持部材24及び押圧部材25の上下両側及び右側を覆うように設けられるシート部材26と、定着ベルト21の内径側において支持部材24の左側から上側に亘って設けられる保持部材27と、定着ベルト21の内径側において支持部材24の左側から下側に亘って設けられる温度センサー28と、定着ベルト21の内径側において支持部材24の上側に設けられる複数の取付部材29と、定着ベルト21の内径側において支持部材24の下側及び左側を覆うように設けられるベルトガイド30と、定着ベルト21の内径側において支持部材24の上側に設けられる磁束遮断部材31と、を備えている。
【0034】
定着ベルト21は、前後方向に長い円筒状を成している。つまり、本実施形態では、定着ベルト21の長手方向は前後方向である。定着ベルト21は、可撓性を有する薄肉ベルトであり、周方向において無端状である。定着ベルト21は、回転軸Xの周りを回転可能に設けられている。定着ベルト21の外径は、例えば、20mm〜50mmである。
【0035】
定着ベルト21は、例えば、基材層と、この基材層に周設される弾性層と、この弾性層を被覆する離型層と、を備えている。定着ベルト21の基材層は、例えば、厚さ30μm〜50μmのNi(ニッケル)によって形成されているか、又は、厚さ50μm〜100μmのポリイミド樹脂によって形成されている。定着ベルト21の基材層をポリイミド樹脂によって形成する場合には、ポリイミド樹脂の中にCu(銅)、Ag(銀)、Al(アルミニウム)等の金属粉末を混ぜても良い。定着ベルト21の弾性層は、例えば、厚さ100μm〜500μmのシリコンゴムによって形成されている。定着ベルト21の離型層は、例えば、厚さ30μm〜50μmのPFA等のフッ素系樹脂によって形成されている。なお、各図において、定着ベルト21の各層(基材層、弾性層、離型層)は、特に区別されずに表示されている。
【0036】
定着ベルト21の内周面には、シート部材26に対して摺動する部分に、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素系樹脂(例えば、PTFE)等によって形成されるコーティングが施されている。
【0037】
加圧ローラー22は、前後方向に長い円柱状を成している。加圧ローラー22は、定着ベルト21に圧接しており、定着ベルト21と加圧ローラー22の間には定着ニップNが形成されている。加圧ローラー22は、回転軸Yの周りを回転可能に設けられている。加圧ローラー22の回転軸Yは、定着ベルト21の回転軸Xよりも上側(用紙搬送方向下流側)に設けられている。加圧ローラー22は、モーター等によって構成される駆動源32に接続されている。
【0038】
加圧ローラー22は、例えば、円柱状の芯材33と、この芯材33に周設される弾性層34と、この弾性層34を被覆する離型層(図示せず)と、を備えている。加圧ローラー22の芯材33は、例えばステンレスやアルミニウム等の金属によって形成されている。加圧ローラー22の弾性層34は、例えばシリコンゴムやシリコンスポンジによって形成されている。加圧ローラー22の離型層(図示せず)は、例えばPFA等のフッ素系樹脂によって形成されている。
【0039】
励磁コイル23は、前後方向に長い形状を成している。励磁コイル23は、例えば、銅線を巻き回すことで形成されている。励磁コイル23は、定着ベルト21の回転軸Xから見て、定着ニップNとは反対側に配置されている。励磁コイル23は、定着ベルト21の外周面に沿って円弧状に配置されている。励磁コイル23は、電源35に接続されている。
【0040】
支持部材24は、前後方向に長い形状を成している。支持部材24は、一枚の板金を屈曲させることによって形成されている。
【0041】
支持部材24は、側壁部36と、側壁部36の上下両端部から左側に向かって屈曲される上下両壁部37a、37bと、上下両壁部37a、37bの左端部から上下方向内側(上壁部37aについては下側、下壁部37bについては上側)に向かって屈曲される上下一対の第1補強壁部38a、38bと、上下一対の第1補強壁部38a、38bの上下方向内側の端部(上側の第1補強壁部38aについては下端部、下側の第1補強壁部38bについては上端部)から右側に向かって屈曲される上下一対の第2補強壁部39a、39bと、を備えている。
【0042】
押圧部材25は、前後方向に長い形状を成している。押圧部材25は、例えば、LCP(液晶ポリマー)等の耐熱性樹脂によって形成されている。押圧部材25の左面(内面)は、支持部材24の側壁部36の右面(外面)に固定されている。これにより、押圧部材25が支持部材24によって支持されている。
【0043】
押圧部材25の右面(外面)は、シート部材26を介して定着ベルト21を右側(加圧ローラー22側)に向かって押圧している。押圧部材25の右面は、上側(用紙搬送方向下流側)に向かって左側(定着ベルト21の内径側)に傾斜している。押圧部材25の右面には、シリコンゴム等のエラストマーの層が設けられていても良い。
【0044】
シート部材26は、前後方向に長い形状を成している。シート部材26は、フッ素系樹脂(例えば、PTFE)によって形成されており、押圧部材25よりも摩擦係数が小さい。シート部材26の上下方向中央部は、定着ベルト21と押圧部材25の間に介装されており、定着ベルト21の内周面に接触している。
【0045】
保持部材27は、例えば板金によって形成されている。保持部材27は、水平方向に延びる第1平板部41と、第1平板部41の左端部から下側に向かって屈曲され、鉛直方向に延びる第2平板部42と、を備えている。
【0046】
温度センサー28は、ベース部45と、ベース部45に一端部が取り付けられる板バネ46と、板バネ46の他端部に取り付けられるスポンジ47(弾性部材)と、スポンジ47に取り付けられるサーミスター48(検知素子)と、を備えている。ベース部45は、保持部材27の第2平板部42の左面(外面)に固定されている。これにより、温度センサー28が保持部材27に保持されている。サーミスター48は、定着ベルト21の内周面に接触しており、定着ベルト21の内周面の温度を検知する機能を有している。
【0047】
複数の取付部材29は、定着ベルト21の前後両端部及び前後方向中央部と対応する位置に設けられている。各取付部材29は、一枚の板金を屈曲させることによって形成されている。
【0048】
各取付部材29は、取付板50と、取付板50の左端部(定着ニップNから離間する側の端部)から下側(定着ベルト21の内径側)に向かって屈曲される係合板51と、取付板50の右端部(定着ニップN側の端部)から下側(定着ベルト21の内径側)に向かって屈曲される接続板52と、接続板52の下端部(定着ベルト21の内径側の端部)から右側(定着ニップN側)に向かって屈曲される固定板53と、を備えている。固定板53は、保持部材27の第1平板部41と共に、下流側固定ネジ54によって支持部材24の上壁部37aの上面(支持部材24の用紙搬送方向下流側の面)に固定されている。
【0049】
ベルトガイド30は、前後方向に長い形状を成している。ベルトガイド30は、例えば、SUS430等の磁性金属から成る一枚の板金を屈曲させることによって形成されている。ベルトガイド30の厚みは、例えば0.1mm〜0.5mmである。
【0050】
ベルトガイド30は、接触部59と、接触部59の下端部(用紙搬送方向上流側の端部)から上側(定着ベルト21の内径側)に向かって鋭角に屈曲される第1上流部61と、第1上流部61の上端部(定着ベルト21の内径側の端部)から右側(定着ニップN側)に向かって略直角に屈曲される第2上流部62と、接触部59の上端部(用紙搬送方向下流側の端部)から右側(定着ニップN側)に向かって鈍角に屈曲される非接触部63と、非接触部63の右端部(定着ニップN側の端部)から下側(定着ベルト21の内径側)に向かって略直角に屈曲される屈曲部64と、を備えている。
【0051】
ベルトガイド30の接触部59は、定着ベルト21の内周面に沿って円弧状に湾曲しており、定着ベルト21の内周面に全体的に接触している。これにより、ベルトガイド30が定着ベルト21を内径側から支持している。接触部59は、定着ベルト21を介して励磁コイル23と対向している。接触部59は、定着ベルト21の回転軸Xから見て、定着ニップNとは反対側に配置されている。
【0052】
ベルトガイド30の第1上流部61と第2上流部62は、ベルトガイド30の下部(用紙搬送方向上流側の部分)に設けられている。第1上流部61と第2上流部62は、平板状を成している。第1上流部61と第2上流部62は、定着ベルト21の内周面に対して非接触で設けられている。
【0053】
ベルトガイド30の第2上流部62には固定穴66が設けられており、固定穴66を貫通する上流側固定ネジ68によって、第2上流部62がシート部材26の下端部と共に支持部材24の下壁部37bに固定されている。
【0054】
ベルトガイド30の非接触部63及び屈曲部64は、ベルトガイド30の上部(用紙搬送方向下流側の部分)に設けられている。非接触部63及び屈曲部64は、平板状を成している。非接触部63及び屈曲部64は、定着ベルト21の内周面に対して非接触で設けられている。
【0055】
ベルトガイド30の非接触部63には、前後両端部及び前後方向中央部に係合穴73が設けられている。各係合穴73には、各取付部材29の係合板51が係合している。これにより、非接触部63が各取付部材29に取り付けられており、非接触部63が各取付部材29を介して支持部材24に保持されている。
【0056】
磁束遮断部材31は、前後方向に長い形状を成している。磁束遮断部材31は、例えば、アルミニウムや銅などの非磁性導電性金属によって形成されている。磁束遮断部材31は、定着ベルト21の内周面に対して非接触で設けられている。
【0057】
磁束遮断部材31は、遮断部83と、遮断部83の右端部(定着ニップN側の端部)から下側(定着ベルト21の内径側)に向かって屈曲される接続部84と、接続部84の下端部(定着ベルト21の内径側の端部)から右側(定着ニップN側)に向かって屈曲される固定部85と、を備えている。遮断部83は、ベルトガイド30の非接触部63の上側(定着ベルト21側)に設けられている。遮断部83は、ベルトガイド30の非接触部63に接触していても良いし、ベルトガイド30の非接触部63に対して非接触で設けられていても良い。遮断部83は、定着ベルト21の内周面とベルトガイド30の非接触部63の間に設けられている。固定部85は、各取付部材29の固定板53及び保持部材27の第1平板部41と共に、下流側固定ネジ54によって支持部材24の上壁部37aの上面(支持部材24の用紙搬送方向下流側の面)に固定されている。
【0058】
上記のように構成された定着装置19において、用紙にトナー像を定着させる際には、駆動源32によって加圧ローラー22を回転させる(
図2の矢印B参照)。これに伴って、加圧ローラー22に圧接する定着ベルト21が加圧ローラー22の回転に従動して回転する(
図2の矢印C参照)。
【0059】
また、用紙にトナー像を定着させる際には、電源35から励磁コイル23に高周波電流を流す。これに伴って、励磁コイル23が磁束を発生させ、この磁束が定着ベルト21に吸収されて定着ベルト21が発熱する。つまり、励磁コイル23によって定着ベルト21が誘導加熱される。この状態で、用紙が定着ニップNを通過すると、用紙とトナー像が加熱及び加圧されて、用紙にトナー像が定着される。
【0060】
本実施形態では上記のように、ベルトガイド30の接触部59が定着ベルト21の内周面に接触している。そのため、定着ベルト21の回転軌道を安定させることが可能となり、定着ベルト21と励磁コイル23の距離を一定に保つことができる。
【0061】
また、上記のようにベルトガイド30の接触部59が定着ベルト21の内周面に接触しているため、定着ベルト21を通過した磁束(以下、「漏れ磁束」と称する)がベルトガイド30の接触部59に吸収されると、接触部59が発熱し、接触部59からの熱伝達によって定着ベルト21が加熱される。これにより、定着ベルト21の加熱効率を高めることができ、省エネルギー性能を向上させることが可能となる。
【0062】
一方で、漏れ磁束がベルトガイド30の非接触部63に吸収されると、非接触部63が発熱する。非接触部63は定着ベルト21の内周面に接触していないため、非接触部63から定着ベルト21へと熱伝達を行うことはできず、非接触部63に熱が集中する。これに伴って非接触部63が過昇温すると、非接触部63から取付部材29を介して支持部材24へと熱が逃げてしまい、支持部材24が過昇温したり、定着ベルト21の加熱効率が低下したりする恐れがある。
【0063】
そこで、本実施形態では上記のように、定着ベルト21の内周面とベルトガイド30の非接触部63の間に磁束遮断部材31の遮断部83を設けている。このような構成を採用することで、非接触部63へと向かう漏れ磁束(
図2の矢印H参照)は、磁束遮断部材31の遮断部83によって遮断され、吸収される。そのため、漏れ磁束が非接触部63に吸収されるのを抑制することが可能となり、非接触部63の過昇温を抑制することができる。そのため、非接触部63から取付部材29を介して支持部材24へと熱が逃げるのを防止することが可能となり、支持部材24の過昇温を抑制することができる。また、定着ベルト21の内周面とベルトガイド30の接触部59が接触する部分に磁束を集中させることができるため、定着ベルト21の加熱効率を向上させることができる。
【0064】
また、上記のように定着ベルト21が回転する際に、定着ベルト21の下部(用紙搬送方向上流側の部分)は、定着ニップNへと引っ張られるため、緩みが生じにくい。一方で、定着ベルト21の上部(用紙搬送方向下流側の部分)は、定着ニップNから開放されるため、緩みが生じやすい。このように定着ベルト21の上部に緩みが生じると、定着ベルト21の内周面とベルトガイド30の上部の接触が不安定になり、ベルトガイド30の上部が過昇温する恐れがある。
【0065】
そこで、本実施形態では、ベルトガイド30の非接触部63が接触部59の上端部(用紙搬送方向下流側の端部)から右側(定着ニップN側)に向かって鈍角に屈曲されている。このような構成を採用することで、ベルトガイド30の接触部59の上部を裁ち落として予め非接触部63としておくことができる。そのため、ベルトガイド30の接触部59と非接触部63を明確に分けることが可能となり、定着ベルト21の内周面との接触が不安定な部分(定着ベルト21の内周面と接触するか否かが中途半端な部分)がベルトガイド30に発生するのを抑制することが可能となる。これに伴って、定着ベルト21の内周面との接触が不安定な部分においてベルトガイド30が過昇温するような事態を回避することが可能となる。
【0066】
また、磁束遮断部材31は、定着ベルト21の内周面に対して非接触で設けられている。このような構成を採用することで、磁束遮断部材31との接触による定着ベルト21の損傷を回避することが可能となる。
【0067】
また、定着装置19は、定着ベルト21を右側(加圧ローラー22側)に向かって押圧する押圧部材25と、押圧部材25を支持する支持部材24と、を備えている。このような構成を採用することで、定着装置19の熱容量を小さくして、省エネルギー化を図ることが可能となる。
【0068】
また、磁束遮断部材31は、定着ベルト21の内周面とベルトガイド30の非接触部63の間に設けられる遮断部83と、遮断部83の右端部(定着ニップN側の端部)から下側(定着ベルト21の内径側)に向かって屈曲される接続部84と、接続部84の下端部(定着ベルト21の内径側の端部)から右側(定着ニップN側)に向かって屈曲され、支持部材24の上壁部37aの上面に固定される固定部85と、を備えている。このような構成を採用することで、一枚の板金を屈曲させることによって磁束遮断部材31を容易に形成することが可能となる。
【0069】
また、ベルトガイド30の非接触部63は、各取付部材29に取り付けられている。そして、上記のように定着ベルト21の内周面とベルトガイド30の非接触部63の間には磁束遮断部材31の遮断部83が設けられているため、非接触部63は昇温しにくい。そのため、非接触部63を各取付部材29への取付箇所に設定することで、各取付部材29及び支持部材24の過昇温を効果的に抑制することが可能となる。
【0070】
本実施形態では、ベルトガイド30の非接触部63(用紙搬送方向下流側の部分)が各取付部材29を介して支持部材24に保持される場合について説明した。一方で、他の異なる実施形態では、ベルトガイド30の非接触部63(用紙搬送方向下流側の部分)が支持部材24に直接保持されても良い。
【0071】
本実施形態では、駆動源32が加圧ローラー22に接続される場合について説明したが、他の異なる実施形態では、駆動源32が定着ベルト21に接続されても良い。
【0072】
本実施形態では、カラープリンター1に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、モノクロプリンター、複写機、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。