特開 2023-7113 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】P2023007113

(43)【公開日】2023-01-18

(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 20060101AFI20230111BHJP

【ＦＩ】

G03G15/20 555

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021110150

(22)【出願日】2021-07-01

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100098626

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 壽

(72)【発明者】

【氏名】山口 嘉紀

(72)【発明者】

【氏名】山下 賢太郎

【テーマコード（参考）】

2H033

【Ｆターム（参考）】

2H033AA03

2H033BA25

2H033BA26

2H033BA27

2H033BA30

2H033BA32

2H033BB18

2H033BB33

2H033BB39

2H033BE03

2H033CA07

2H033CA17

2H033CA26

2H033CA27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】種々の用紙幅について熱の均一化を図ることができる定着装置を提供する。
【解決手段】回転可能な定着部材と、定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材を備え、定着部材を加熱する熱源４３Ａ、４３Ｂと、定着部材を介して加圧部材との間で定着ニップを形成するニップ形成部材と、ニップ形成部材を支持する支持部材とを有する定着装置において、ニップ形成部材は、ニップを形成する以外の領域で、ニップ形成部材と支持部材とが熱的に接触する接触部４６を有し、その接触位置を変更可能である。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材を備え、前記定着部材を加熱する熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材との間で定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を支持する支持部材とを有する定着装置において、
ニップ形成部材は、ニップを形成する以外の領域で、ニップ形成部材と前記支持部材とが熱的に接触でき、その接触位置を変更可能であることを特徴とする定着装置。

【請求項2】

請求項１に記載の定着装置において、
前記接触位置は、紙サイズに応じて変更することを特徴とする定着装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の定着装置において、
接触位置は温度検知手段の検出結果に応じて変更することを特徴とする定着装置。

【請求項4】

定着装置を備えた画像形成装置において、
請求項１乃至３の何れか一に記載の定着装置を用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、定着装置及び画像形成装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、回転可能な定着部材と、定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材を備え、定着部材を加熱する熱源と、定着部材を介して加圧部材との間で定着ニップを形成するニップ形成部材と、ニップ形成部材を支持する支持部材とを有する定着装置が知られている。
例えば、特許文献１には係る定着装置であって、ニップ形成部材としての熱移動補助部材と、長手方向端部領域を加熱する端部加熱部材と、端部加熱部材が加熱した定着部材の温度を検知する端部温度検知部材とを有するものが記載されている。この定着装置では、熱移動補助部材の長手方向の熱容量が、端部温度検知部材が検知する長手方向位置を含む第一の領域が、第一の領域よりも長手方向端部側である第二の領域に比べて大きい。これにより、熱源により生じた熱が熱移動補助部材の長手方向の端部へ散逸し、熱移動補助部材と接触伝熱する定着ベルトの端部温度も下がって、記録媒体の端部の定着性が悪くなるのを回避できるとされている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかし、端部温度の低下や上昇が生じる幅方向の箇所は通紙する用紙の幅などによって異なることへの対応の改善が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上述した課題を解決するために、本発明は、回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材を備え、前記定着部材を加熱する熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材との間で定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を支持する支持部材とを有する定着装置において、ニップ形成部材は、ニップを形成する以外の領域で、ニップ形成部材と前記支持部材とが熱的に接触でき、その接触位置を変更可能であることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0005】

本発明によれば、種々の用紙幅について熱の均一化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本実施形態の画像形成装置の概略構成図。

【図2】本実施形態における定着装置の説明図。

【図3】本実施形態の定着装置を制御する制御系を示すブロック図。

【図4】コントローラによる伝熱部材の可動制御の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明を、電子写真式の画像形成装置であるレーザープリンタ（以下、「プリンタ」という。）に適用した実施形態について説明する。図１は本実施形態の画像形成装置１の概略構成図である。この画像形成装置１は、記録材である用紙Ｐ上に画像を形成する画像形成部１００を備えている。画像形成部１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の色ごとの作像部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋが中間転写体としての中間転写ベルト２０の回転方向に沿って配列されたタンデム型の画像形成装置である。各作像部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、それぞれ、潜像担持体としての感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋを備えている。

【0008】

また、各作像部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの周囲に、感光体表面を一様に所定電位に帯電する帯電手段としての帯電装置と、帯電装置によって一様に帯電された感光体表面上に画像情報に応じて露光して静電潜像を書き込む静電潜像形成手段としての光書込装置９と、感光体上の静電潜像にそれぞれの色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）のトナーを付着させる現像処理によりトナー像を作成する現像手段としての現像装置と、感光体上のトナー像を中間転写ベルト２０上に転写する一次転写手段としての一次転写装置と、感光体上の転写残トナーを除去してクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニング装置とを備えている。

【0009】

各感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ上に形成された各色トナー像は、一次転写装置によって、中間転写ベルト２０上に互いに重なり合うように一次転写され、中間転写ベルト２０上にカラートナー像が形成される。中間転写ベルト２０上のカラートナー像は、中間転写ベルト２０の回転に伴って二次転写装置３０との対向領域（二次転写領域）へと搬送される。

【0010】

一方、画像形成部１００の下部には、保持する用紙Ｐを給送する給送部としての給紙カセット６０が配置されている。給紙カセット６０からピックアップローラ６１により用紙Ｐを１枚ずつ給紙する。そして、搬送経路に沿って、レジストローラ対６２により二次転写領域へと用紙Ｐが搬送される。

【0011】

中間転写ベルト２０上のカラートナー像は、二次転写領域において、所定のタイミングでレジストローラ対６２により搬送されてくる用紙Ｐ上に、二次転写装置３０により二次転写される。カラートナー像が形成された用紙Ｐは、その後、定着手段としての定着装置４０へと搬送され、熱と圧力の作用により、カラートナー像が用紙Ｐ上に定着される。定着後の用紙Ｐは、搬送経路に沿って搬送され、排紙ローラ６３により排紙トレイ５０へと排出される。

【0012】

図２は、本実施形態における定着装置４０の説明図である。図２（ａ）はその概略構成を示す断面図である。定着装置４０の内部に加圧回転体（図２の場合は加圧ローラ４１）と定着スリーブ４２と、熱源４３（図の例ではハロゲンヒータ）とを備え、加熱加圧によって定着を行う。図２の定着スリーブ４２内には、定着ステー４４によって保持されたニップ形成部材４５があり、定着スリーブ４２の内面と直接（もしくは、摺動シートを介して間接的に）摺動するようになっている。

【0013】

ニップ形成部材４５は、これは複数の樹脂および金属部品から構成されるアセンブリ体の場合もあれば、単一の樹脂や金属からなる場合もある。図示の例では、ニップ面に配置される均熱部材４５ａと、これを支持する支持部材４５ｂとで構成されている。均熱部材４５ａは定着スリーブ４２の幅方向に延在する例えばパット形状である。この均熱部材４５ａは軸方向の温度を平均化するために配置される。従来摺動ニップを用いた定着装置においては、ニップ部の摺動抵抗を低減するために、ＰＴＦＥなどの繊維から形成された摺動シートに、シリコーンオイル等の潤滑剤を含浸させたものを樹脂性のニップ形成部材に固定する方法がある。摺動シートよりも均熱効果を高めるため、アルミや銅（もしくはこれらの材料を組み合わせたもの）からなる金属板表面に摺動性の皮膜を形成したもの（均熱パッド）を用いてもよい。表面に摺動性皮膜が密着しているので、高い熱伝導性を維持できる。

【0014】

加圧ローラ４１は金属ローラにシリコーンゴム層があり、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）が設けてある。加圧ローラは画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。定着スリーブ４２は外部のローラにより連れ回り回転する。また、加圧ローラ４１はスプリングなどにより定着スリーブ側に押し付けられており、ゴム層が押しつぶされて変形することにより、所定のニップ幅を有している。加圧ローラ４１は中実のローラであっても良いが、中空のほうが熱容量は少なくて良い。また、加圧ローラ４１にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。

【0015】

定着スリーブ４２はニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（もしくはフィルム）とする。定着スリーブ４２の表層はＰＦＡまたはＰＴＦＥ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性をもたせている。定着スリーブ４２の基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があってもよい。

【0016】

定着ステー４４は、中空のパイプ状金属体であり、アルミ、又は鉄、ステンレスなどの金属からなる。図示した金属体は、角型であるが、その他の断面形状であってもよい。熱源４３であるハロゲンヒータなどの輻射熱などにより定着ステー４４が加熱されてしまう場合は、定着ステー４４の表面に断熱もしくは鏡面処理を行い、加熱されることを防止することで、無駄なエネルギー消費を抑制することが出来る。

【0017】

以上の構成により安価で、ウォームアップが早い定着装置を実現することができる。

【0018】

本実施形態の定着装置では、ニップ形成部材４５が均熱部材４５ａを備えているため、連続通紙時における端部温度上昇の低減効果が期待できる。一方で立ち上がり時においては熱伝導性が高いが故に、定着部材表面の熱が内部に流入してしまい、復帰時間が長くなってしまうという課題がある。

【0019】

この課題を解決するために、本実施形態では、均熱部材４５ａを支持して定着ステー４４に固定する支持部材４５ｂは熱を伝えない材質（熱絶縁体）で形成するとともに、均熱部材４５ａと、定着ステー４４とを熱的に接続した状態と遮断した状態とを切り替える熱的接断手段を設けた。均熱部材４５ａには定着ステー４４と熱的に接触する接触部分４６が設けられている。

【0020】

熱的接断手段を接続状態にし、この接触部分４６から定着ステー４４側へ熱を逃がす。定着ステー４４の熱容量は均熱部材４５ａに比べて十分に大きいため、端部温度上昇の低減効果が期待できる。反対に、立ち上がり時においては熱的接断手段によって非接続状態（熱的遮断状態）とすることで、均熱部材４５ａからの熱の流出を防ぐことができるため、ウォームアップからの高速復帰が可能となる。

【0021】

本実施形態では、次のようにして熱的接断手段を構成している。すなわち、図２（ａ）に示すように均熱部材４５ａの接触部分４６と定着ステー４４との間にクリアランスを設けておき、連続通紙による端部温度上昇が生じた場合に、熱伝導性の良い伝熱部材４７でこのクリアランスを埋め、２部品を熱的に接触させる。また、この伝熱部材４７は、図２（ａ）の矢印Ａ方向からの見た図を示す図２（ｂ）に示すように、Ｖ字型で形成されている。図２（ｃ）は伝熱部材４７の単体の図である。形状は無段階に調節できるＶ字型以外にでも、段階的に可変する階段状の形状であってもよい。

【0022】

図２（ｂ）の矢印Ｂで示すように可動装置によって位置を移動させることで、定着ステー４４と均熱部材４５ａの接続位置を任意に変更することもできる。端部温度上昇の程度や位置は通紙条件によって異なるが、無段階に接触位置を可変できるので、さまざまな紙種や紙サイズに対応することができる。可動装置としてはソレノイド等を用いることができる。熱的遮断状態を取らせるときは、伝熱部材４７の何れの箇所もクリアランスに位置しない位置を取らせる。

【0023】

図３は、本実施形態の定着装置を制御する制御系の要部の一例を示すブロック図である。コントローラ２００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリなどで構成されている。コントローラ２００は、光書込装置９、作像部１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍ，１０Ｋ、中間転写ベルト２０の回転駆動部などを含む転写ユニット３１に接続されている。また、コントローラ２００は、用紙搬送部２０１、外部通信インターフェース２０２、操作表示部２０３などにも接続されている。

【0024】

用紙搬送部２０１は、ピックアップローラ６１やレジストローラ対６２等の用紙を搬送する搬送ローラ対を駆動するものである。外部通信インターフェース２０２は、外部のプリンタドライバーがインストールされたパーソナルコンピュータなどと通信するものである。操作表示部２０３は、キーパッドなどのユーザーが操作する操作部と、液晶パネルなどの表示部とを有するものである。

【0025】

コントローラ２００は、定着装置４０の熱源４３を構成する幅方向中央に位置する第一ハロゲンヒータ４３Ａ、両端部に位置する第二ハロゲンヒータ４３Ｂ、中央部温度検知センサ２８Ａ、端部温度検知センサ２８Ｂに接続されている。また、コントローラ２００は、定着装置４０の加圧ローラ４１を回転駆動する加圧ローラ駆動モータ２９や、伝熱部材４７を移動させる可動装置２０４に接続されている。

【0026】

コントローラ２００は、外部通信インターフェース２０２を介して外部のプリンタドライバーがインストールされたパーソナルコンピュータなどから印刷ジョブ（画像形成ジョブ）の指令や画像データを受信する。そして、コントローラ２００は、予め組み込まれている制御プログラムを実行することにより、用紙にカラー画像を形成して出力する画像形成動作を制御する。

【0027】

コントローラ２００の不揮発性メモリには、給紙カセット６０にセットされた用紙Ｐのサイズ情報などが記憶されている。ユーザーの操作表示部２０３の操作により給紙カセット６０にセットされた用紙Ｐのサイズや搬送の向きの情報が入力され、この入力された用紙のサイズ情報が不揮発性メモリに記憶される。また、外部のプリンタドライバーがインストールされたパーソナルコンピュータから給紙カセット６０にセットされた用紙Ｐのサイズなどの情報を受信し用紙のサイズなどの情報が不揮発性メモリに記憶される。また、給紙カセット６０にセットされた用紙のサイズを検知する用紙サイズ検知手段を設け、この用紙サイズ検知手段が検知した結果を不揮発性メモリに記憶するようにしてもよい。

【0028】

図４はコントローラ２００による伝熱部材４７の可動制御の説明図である。図４（ａ）は、用紙Ｐ１が、中央ヒータである第一ハロゲンヒータ４３Ａの発光長より長く、端部ヒータである第二ハロゲンヒータ４３Ｂの対の間隔より短い紙幅の場合の伝熱部材４７の位置を示す。端部ヒータを点灯させる必要があるが、余った部分（幅方向で用紙Ｐ１に対向しない部分）においては用紙Ｐ１が熱をもっていかないので端部温度上昇が発生する。この位置に対応するように、伝熱部材４７を移動させる。具体的には、幅方向で端部ヒータの余った部分に対向する箇所を接触箇所Ｓ１とする。図中には、均熱部材４５ａの接触部分４６も示す。

【0029】

図４（ｂ）は、用紙Ｐ２が、中央ヒータの発光長より短い場合においても、中央ヒータの余った部分（幅方向で用紙Ｐ１に対向しない部分）においては紙が熱をもっていかないので端部温度上昇が発生する。この位置に対応するように、伝熱部材４７を移動させる。具体的には、幅方向で中央ヒータの余った部分に対向する箇所を接触箇所Ｓ２とする。この幅の用紙Ｐを端部ヒータはＯＦＦするか、比較的低温で制御する。

【0030】

以上の実施形態によれば、回転可能な定着部材と、前記定着部材に対向配置されて回転可能な加圧部材を備え、前記定着部材を加熱する熱源と、前記定着部材を介して前記加圧部材との間で定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を支持する支持部材とを有する定着装置において、ニップ形成部材は、ニップを形成する以外の領域で、ニップ形成部材と前記支持部材とが熱的に接触（又は熱的に結合）でき、その接触位置を任意で可変可能となっている。よって、従来の定着装置に比して、次の効果を奏することができる。

【0031】

すなわち、電子写真方式の画像形成装置に使われる定着装置では、加熱の立ち上がりが早い定着フィルム方式が広く用いられている。加圧ローラを薄膜の定着フィルムを介してニップ形成部材に当接することで定着ニップ部を形成し、定着フィルム内面とニップ形成部材表面は潤滑剤を介して摺動させて用いる技術がある。また、ニップ形成部材として、定着フィルム内面と接触する熱移動補助部材と熱移動補助部材を支持するニップ支持部材によって形成する従来技術がある。

【0032】

このニップ形成部材に熱伝導率の大きい銅やアルミニウムといった金属を用いることで、定着フィルムの長手方向温度偏差を低減できる。すわわち、小サイズ通紙時に生じる非通紙部温度上昇を抑制し、小サイズ紙の連続生産性を高めることができる。しかしながら、高熱伝導のニップ形成部材は定着フィルムから熱を奪いやすいためウォームアップ時間が長くなる問題があった。

【0033】

これを解決するために、ニップ形成部材の一部を支持部材と熱的に接触できるようにしておき、状況に応じてこの部分の接離をカムなどの部材によって切り替える手段などが提案されている。この場合予め設定しておいた位置のみの接離切り替えである。これに対し、非通紙部で温度上昇する位置は紙サイズによってさまざまである。このため、前述の方法では対応しきれないパターンが存在する。

【0034】

本実施形態によれば、均熱部材が定着ステーに熱的に接触する部分を設け、この接触部分の定着ステーとの接断を接断手段で切り替えることにより、立ち上がり時は熱の流出を防止して、復帰時間の悪化を防ぐ一方で、連続通紙時に定着スリーブ端部に溜まった熱は均熱板を通して、定着ステーへと逃がすことができる。よって、復帰時間の短縮と端部温度上昇の低減を両立することができる。しかも、伝熱部材が移動することで、ニップ形成部材との軸方向の接触位置が移動するので、接触位置を、紙サイズなどに応じて変化させ、紙サイズなどの種々の通紙パターンに応じて最も均熱化したい部分を接触させる。接触位置を温度検知手段の検出結果に応じて変化させることもできる。

【0035】

以上のように、復帰時間を犠牲にすることなく、さまざまなパターンで発生する端部温度上昇に対応できるため、ＣＰＭダウンなどを極力低減することができ、ユーザーの使い勝手を向上させた画像形成装置を提供できる。

【符号の説明】

【0036】

１ ：画像形成装置
９ ：光書込装置
１０Ｃ ：作像部
１０Ｋ ：作像部
１０Ｍ ：作像部
１０Ｙ ：作像部
１１Ｃ ：感光体
１１Ｋ ：感光体
１１Ｍ ：感光体
１１Ｙ ：感光体
２０ ：中間転写ベルト
２８Ａ ：中央部温度検知センサ
２８Ｂ ：端部温度検知センサ
２９ ：加圧ローラ駆動モータ
３０ ：二次転写装置
３１ ：転写ユニット
４０ ：定着装置
４１ ：加圧ローラ
４２ ：定着スリーブ
４３ ：熱源
４３Ａ ：第一ハロゲンヒータ
４３Ｂ ：第二ハロゲンヒータ
４４ ：定着ステー
４５ ：ニップ形成部材
４５ａ ：均熱部材
４５ｂ ：支持部材
４６ ：接触部分
４７ ：伝熱部材
５０ ：排紙トレイ
６０ ：給紙カセット
６１ ：ピックアップローラ
６２ ：レジストローラ対
６３ ：排紙ローラ
１００ ：画像形成部
２００ ：コントローラ
２０１ ：用紙搬送部
２０２ ：外部通信インターフェース
２０３ ：操作表示部
２０４ ：可動装置
Ｐ ：用紙
Ｓ１ ：接触箇所
Ｓ２ ：接触箇所

【先行技術文献】

【特許文献】

【0037】

【特許文献1】特開２０１８－１６９４６７号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】