JP2005173058A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
用紙搬送方向に長く、平坦なニップを、小型化が可能な構成で実現する。
【解決手段】
２本のベルトと、該ベルト内周をガイドするベルトガイドと、一方または双方の該ベルト内に配置される加熱部材と、該ベルト内周を駆動する駆動ローラとを有する定着装置において、該ベルトは該ベルトガイドにより両面から用紙を挟持搬送する。
【効果】
小型で高速印字が可能で、かつ定着可能温度までの立ち上がり時間が早い定着装置が実現可能になる。
【選択図】 図１

Description

画像形成装置の定着装置に関する。

特開平５−１２７５５１号公報記載のように、駆動ローラと従動ローラとに張り渡されたベルトと、そのベルトを介してそれぞれのローラに圧接するローラ対に張り渡されたベルトからなる定着装置が提案されている。

特開平５−１２７５５１号公報

トナーを用いた電子写真方式の画像形成装置において、定着装置にベルトを用いると、用紙を挟持加熱するニップ幅を搬送方向に長く形成できる。そのため、用紙の搬送速度を速くしてもトナーを十分な時間加熱可能になり、記録速度を速めることが可能になる。ベルトを用いた定着装置では、ニップを形成する一方をローラ、もう一方をベルトとする構成がある。この構成では、１本のローラにより用紙とベルトの搬送が可能で、駆動機構が簡略になる。しかし、ニップ幅を広げるには、ローラにベルトを巻きかける角度を大きく構成する必要があり、ローラに用紙が沿って用紙カールが増す。この巻角を低減しカールを低減するには、ローラ径を大きくする必要があり、装置が大型化すると共に、熱容量が増し定着可能温度に達するまでの立ち上がり時間が増加する。両方をベルトとした場合、カールの問題はなくなるが、ベルト同士が対向するニップ部での用紙にトナーを押し付ける力が弱まる。そのため、定着性をあげるには、一方をローラにした場合に比べより長いニップ幅が必要になる。さらに、ベルトを駆動搬送するため、少なくとも一方のベルトに２本、合わせて４本のローラが必要になる。これにより、構成が複雑になると共に、ベルトが定着可能温度まで上昇する立ち上がり時間が長くなる。

本発明の目的は、小型で高速印字が可能で、かつ定着可能温度までの立ち上がり時間が早い定着装置を提供することにある。

２本のベルトと、該ベルト内周をガイドするベルトガイドと、一方または双方の該ベルト内に配置される加熱部材と、該ベルトを駆動する駆動ローラとを有する定着装置において、該ベルトは該ベルトガイドにより両面から用紙を挟持搬送する。

小型で高速印字が可能で、かつ定着可能温度までの立ち上がり時間が早い定着装置が実現可能になる。

以下、図面を用いて本発明の定着装置の構成について説明する。

図１は本発明の定着装置における定着部の一実施例の断面図である。

定着装置３０は、ポリイミド等の耐熱樹脂からなる第一のベルト３１と、第二のベルト３２、各ベルトを内周で張力を与えずにガイドする第一のベルトガイド３３と、第二のベルトガイド３４、各ベルトを搬送するための第一のローラ３５と、第二のローラ３６で構成される。それぞれのベルトガイド３３、３４は第一のローラ３５部及び第二のローラ３６部を除くベルト３１、３２内周の略全域に接触する形状に形成されている。すなわち、ベルトガイド断面の外周は、略楕円形を半分に切った形状で、第一及び第二のローラに対向する部分は各ローラの回転を妨げないようにローラ径より大きな円弧状のくぼみを有した形状としている。また、前記ベルトガイドの用紙を挟持する領域部分はそれぞれ平面に形成してある。このように、第一のベルトガイドと第二ベルトガイドとも用紙挟持側を平面にして、反用紙挟持側を略楕円形状にしてローラとの対向部分を除いてベルト内周に接触する構成としている。

それぞれのベルトガイド内には、ベルトを加熱するための第一のヒータ３７と、第二のヒータ３８が配置されている。各ベルトガイドは熱伝導性のよいアルミ等の金属で形成するのが望ましい。また第二のローラ３６は図しいていない装置筐体側に回転方向以外は移動しないように固定してあり、その軸には駆動モータ等が接続されている。すなわち第二のローラ３６は、駆動ローラになっている。そして、第二のローラ３６には、第一のローラ３５に設けたローラ加圧ばね３９により各ベルトを介して第一のローラ３５が押し付けられる。第一のベルトガイド３３は、ベルトガイド加圧ばね４０により各ベルトを介して第二のベルトガイド３４に押し付けられる。第一のローラ３５は従動ローラになっている。

図２は図１の図中矢印ｉ方向からみた定着装置であり、図３は図１の図中矢印ｈ方向からみた定着装置である。

第一のベルト３１と、第二のベルト３２の外形は点線で示している。一対のローラ加圧ばね３９の一端側は定着装置３０の筐体にそれぞれ固定されており、他端側がそれぞれ第一のローラ軸受５０部に取り付けてある。この１対のローラ加圧ばね３９により、第一のローラ３５を第二のローラ３６に向けて加圧している。第二のローラ軸受５１は定着装置３０の筐体に取り付けられている。第二のローラの回転軸の一方側にギヤＢ５２が取り付けて有り、ギアＡ５２を介して図示してない駆動モータにより駆動力が伝達される。駆動ローラとなる第二のローラ３６の表面は、ベルトとの摩擦力を得るためにゴム層で形成されている。このゴムは耐熱性のシリコンゴムが望ましい。ゴム硬度は２０〜７０度であり、摩擦力を安定して確保するには２０〜４０度がより望ましい。第一のローラ３５は、表面まで金属でもかまわないが、その表面を第二のローラ３６と同じゴム層で形成すれば、ローラが形成するニップが搬送方向に対し平坦になり、用紙のカールの発生が低減できる。

第一のベルトガイド３３と、第二のベルトガイド３４の両端には、各ベルトの蛇行を止めるためのベルトストッパ３３１、３４１が形成されている。そして第一のベルトガイド３３の両端に設けたベルトストッパ３３１のそれぞれにベルトガイド加圧ばね４０の一端が取り付けられ、他端側が定着装置の筐体に取り付けられている。このベルトガイド加圧ばね４０により、第一のベルトガイド３３を第二のベルトガイド３４側に押し付けている。

定着動作では、まず各ベルトガイド内に設けたヒータで、ベルトガイドを介して各ベルトを加熱する。第二のローラ３６を回転駆動して第二のベルト３２を搬送(移動)し、第二のベルト３２と用紙４１の摩擦力で第一のベルト３１を搬送(移動)する。そして用紙４１上のトナー４２を、ベルトの熱と、ベルトガイド間及びローラ間に作用している圧力により用紙４１上に定着させる。

本実施例では、用紙４１を加圧するニップ幅Ｎを、同一径の１対のローラで形成するよりも広くでき、用紙搬送速度が速くとも十分なトナー加熱時間が確保できる。また、一方をローラとした場合に比べてもニップ幅が広く、さらにニップ形状が平坦であるため、ローラの曲率に反って用紙がカールすることがない。

第一のベルト３１と第二のベルト３２それぞれを、それぞれ一対のローラに張り渡す構成に比較すると、ベルトに張力を与えずに緩やかに支持するため、ベルトの蛇行力が少なく、ベルトの蛇行による端部破損がない。また、ベルトを搬送するためのローラが２本少なくなるため、加熱部分の熱容量が少なく、ベルトが印字可能温度に達するまでの時間が短縮される。また、ニップ部をベルトガイドで加圧するため定着性が向上し、同じ用紙搬送速度であれば相対的に短いニップ幅、または低い温度で定着可能になる。

上記特徴により、従来と同等のベルト径で構成すれば、より速い用紙搬送速度に対応可能で、装置の単位時間あたりの印字速度が増す。同等の用紙搬送速度にすれば、より小さいベルト径に構成可能で、装置の小型化が図れると共に、印字可能なベルト温度に達するまでの時間を短縮できる。

また、本実施例では第二のローラ３６のみを駆動する駆動系を設けた構成としているが、第一のローラ３５も同一周速で駆動する駆動系を備えた構成としても同様の効果がある。このように駆動系をそれぞれのローラに設けた構成の場合、長期間の動作により、ローラ表面が汚れて摩擦係数が低下した場合でも、ベルト搬送速度が安定するため、より長期間の使用が可能になる効果もある。

図４は、本発明の実施例の定着装置を用いた画像形成装置の一例の側面図である。この装置は、中間転写ベルト２を４回転させることで、４色の画像を重ね合わせてカラー画像の形成が可能なカラーレーザプリンタである。

以下に画像形成装置１内に配置される各ユニットについて説明する。感光体ベルト３は、駆動モータ５からモータ駆動系６を介して駆動される感光体ベルト駆動ローラ４で、矢印a方向に搬送される。中間転写ベルト２は、感光体ベルト３と接触するニップ部ｎの搬送力により従動搬送される。

感光体ベルト３は、ポリカーボネイド、ポリエチレン・テレフタレート、ポリイミミド等樹脂の基材に、導電層、感光層を形成したもので、厚さは０．０７５〜０．１５ｍｍである。中間転写ベルト２は、ポリカーボネイド、ポリエチレン・テレフタレート、ポリイミド等樹脂のシームレスベルトであり、トナーの転写を行うために、半導電体に加工され、１０^８〜１０^１１Ω・ｃｍの体積抵抗をもつ。その厚さは０．０７５〜０．１５ｍｍである。

中間転写ベルト２は感光体側ローラ７と転写側ローラ２２に掛け渡され、感光体ベルト３は中間転写ベルト２を介して感光体側ローラ７に巻き付けられる。

感光体側ローラ７は大径とし、感光体ベルトとのニップ幅を少なくとも２０ｍｍ以上にし、転写側ローラ２２は感光体側ローラ７に対し小径とする。中間転写ベルトテンションローラ２３は、中間転写ベルト２の張力付与手段であり、ばね等により中間転写ベルト２を押して張力を与える。駆動モータ５はモータドライバ８により一定回転数を維持するように制御される。中間転写ベルト２は表面にマーカが貼り付けられ、センサ２１がその通過を検知する。その信号を演算手段９が読み取り、中間転写ベルト２が一定周期で搬送されるように、モータドライバ８に指示を与える。

画像形成手段である現像ユニット１５は、トナーを貯えるとともに、現像ローラ１９上にトナーを薄層形成する。感光体ベルト３上にトナー画像を形成する際は、リトラクト手段１６を矢印ｄ方向に回転させ、現像ユニット１５をe方向に進め、現像ローラ１９を感光体ベルト３に接触させる。画像形成後は、さらにリトラクト手段１６を矢印ｄ方向に回転させ、現像ユニット１５を離脱させる。消去手段であるファーブラシ１８は、図示されないリトラクト手段により、中間転写ベルト２上の画像が用紙に転写された後、中間転写ベルト２に接触し残トナーを除去し、その後離脱する。

転写手段である転写ローラ１３は図示されないリトラクト手段により、転写プロセスで用紙を中間転写ベルト２に押し付け、用紙が転写ローラ１３を通過した後、離脱する。用紙を蓄積する用紙カセット１０は、装置下方で装置設置面に略水平に配置される。用紙搬送経路ｃ上には、用紙カセット１０、ピックアップローラ１１、レジストローラ１２、転写ローラ１３、定着装置３０が配置される。感光体ベルト３は装置設置面水平方向に対し、用紙搬送経路ｃ、中間転写ベルト２、感光体ベルト３、現像器１５の順に配置される。

次に画像を形成するプロセスについて説明する。

画像を形成する場合は、帯電ブラシ２０で感光体ベルト３の感光層を帯電させ、レーザ光学ユニット１７から、画像に応じたレーザ光を感光層にあて、電位を除く。そして、現像ユニット１５のトナーが付着している現像ローラ１９を回転させながら感光体ベルト３に接触させ、画像に応じたトナー層を感光体ベルト３上に形成する。

本実施例においては、均一なトナー画像を形成するために現像ローラの回転方向は矢印ｇ方向で、感光体ベルト３と同一方向とし、ローラ周速を感光体ベルト３より速くしている。感光体ベルト３上のトナー層は、一旦中間転写ベルト２上に転写される。カラーレーザプリンタでは、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの４色の現像ユニット１５１、１５２、１５３、１５４を有し、感光体ベルト３上に１色づつ形成した画像を中間転写ベルト２上に重ね、カラー画像を形成する。

用紙カセット１０に収められる用紙は、ピックアップローラ１１により１枚づつ繰り出され、レジストローラ１２でスキューを補正される。そして、用紙先端が、転写ローラ１３と中間転写ベルト２間に達する直前に、図示されていないリトラクト手段が転写ローラ１３を中間転写ベルト２に押し当て、用紙を中間転写ベルト２に押しつける。このとき、転写ローラ１３に高電圧を付与し、中間転写ベルト２上のトナー画像を用紙に転写する。

その後、用紙は定着装置３０に達し、用紙上のトナー画像が定着装置３０の熱と圧力により定着される。画像転写後の中間転写ベルト２上に残った残留画像は、ファーブラシ１８を中間転写ベルト２に接触させ、ブラシを回転させて取り除く。画像消去能力の向上のため、本実施例ではブラシの回転方向を中間転写ベルト２の回転方向と逆の矢印ｆ方向にしている。

図５は本発明の定着装置を用いた画像形成装置の感光体ベルトユニットの構成図である。

感光体ベルト４は、感光体ベルト駆動ローラ４、感光体ベルトテンションローラ６２、従動ローラ６３に掛け回される。感光体ベルトテンションローラ６２は、ばね６６、テンションアーム６７により、感光体ベルト４に張力を付与する。第一の補助ローラ６４、第二の補助ローラ６５は、中間転写ベルト２とのニップ部ｎの幅を規定する。これらは、感光体ベルトユニット６０として感光体ベルトユニットフレーム６８に配置される。

図６は本発明の定着装置を用いた画像形成装置の中間転写ベルトユニットの構成図である。中間転写ベルト２は、感光体側ローラ７と転写側ローラ２２に掛けまわされ、中間転写ベルトテンションローラ２３をばね２８により押し上げることで張力が与えられる。これらは、中間転写ベルトユニット７０として中間転写ベルトユニットフレーム２９に配置される。

本実施例の画像形成装置は、電源ＯＮから定着装置が定着可能温度に達するまでの時間が短く、印字可能になるまでの立ち上がり時間が短い。さらに、定着時の用紙搬送速度を速めることが可能で、高速印字が可能になる。

図７は本発明の第二の実施例の定着装置断面図である。

本実施例では、第二のベルトガイド３６と第二のベルト３２の、少なくともニップ部に摺動シート４４を有し、第一のベルトガイド３５の表面に潤滑材を塗布している。摺動シート４４は、摩擦係数の低いフッ素系の樹脂板または、フッ素系の樹脂繊維で形成される布が望ましい。この構成により、各ベルトの搬送抵抗が減少し、定着装置ユニット３０の駆動負荷が減少し、より小型のモータで駆動可能になる。また、第一のベルトガイド３５表面の潤滑材は、ベルトの搬送抵抗を減少させると共に、第一のベルトガイド３５と第一のベルト３１との間の熱伝導率を向上させ、ベルト表面が印字可能温度に達するまでの時間を短縮する効果がある。

図８は本発明の第三の実施例の定着装置断面図である。

本実施例では、第二のベルト３２を介して第三のローラを第二のローラ３６に対向させて、第二のローラ加圧ばね４６で加圧する。そして、第三のローラを図中矢印ｋ方向に回転させてベルトを搬送する。第二のベルト３２の搬送を第二のベルト３２の表面で行うため、第二のベルトガイド３６表面に潤滑材を塗布することが可能になり、定着装置ユニット３０の駆動負荷が減少し、より小型のモータで駆動可能になる。

図９は本発明の第四の実勢例の定着装置断面図である。

本実施例では、第一のヒータ３７のみでトナー画像側を加熱する。第二のベルトガイド３６は、耐熱樹脂等の熱伝導率の低い断熱材で形成し、加熱側の第一のベルト３１表面の熱を逃げにくくする。この構成は、ヒータが１本で構成が簡略であり、第二のベルトガイド３６を断熱材とすることで、熱の無駄が低減し加熱効率が向上し、装置としての消費電力が低減する。

本発明の実施例の定着装置断面図である。 図１の図中矢印ｉ方向からみた定着装置である。 図１の図中矢印ｈ方向からみた定着装置である。 本発明の実施例の定着装置を用いた画像形成装置の側面図である。 本発明の定着装置を用いた画像形成装置の感光体ベルトユニットの構成図である。 本発明の定着装置を用いた画像形成装置の中間転写ベルトユニットの構成図である。 本発明の第二実施例の定着装置断面図である。 本発明の第三の実施例の定着装置断面図である。 本発明の第四の実勢例の定着装置断面図である。

符号の説明

１…画像形成装置、２…転写ベルト、３…感光体ベルト、１０…用紙カセット、１１…ピックアップローラ、１２…レジストローラ、１３…転写ローラ、１５…現像器、１７…レーザ光学ユニット、３０…定着装置、３１…第一の定着ベルト、３２…第二の定着ベルト、３３…第一のベルトガイド、３４…第二のベルトガイド、３５…第一のローラ、３６…第二のローラ、３７…第一のヒータ、３８…第二のヒータ、３９…ローラ加圧ばね、４０…ベルトガイド加圧ばね、３３１…ベルトストッパ。

Claims (6)

1. ２本のベルトと、前記ベルト内周をガイドするベルトガイドと、一方または双方の該ベルト内に配置される加熱部材と、一方ベルトを駆動する駆動ローラと、前記駆動ローラの駆動力を他方のベルトに伝達する従動ローラをそれぞれのベルト内周側に有する定着装置において、
   前記各ベルトガイドの用紙挟持側と反用紙挟持側がベルト内周に接する形状で形成され、前記各ベルトガイドの用紙挟持側が略平面状に形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、前記加熱部材を少なくともどちらか一方の前記ベルトガイド内に配置したことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１記載の定着装置において、前記従動ローラは用紙に形成された未定着画像面側に配置され、前記加熱部材が前記従動ローラ側のベルトガイド内に配置され、前記従動ローラ側のベルトガイドは金属で形成され、前記駆動ローラ側のベルトガイドのベルトに接する側であって少なくとも用紙挟持部に摺動部材を配置したことを特徴とする定着装置。
4. ２本のベルトと、前記ベルト内周をガイドするベルトガイドと、一方または双方の該ベルト内に配置される加熱部材とを備えた定着装置において、
   それぞれの前記ベルト内周側に従動ローラを設けると共に、前記一方の従動ローラにベルトを介して接触し、駆動力を付与する駆動ローラをベルト外周側に設けたことを特徴とする定着装置。
5. 請求項４記載の定着装置において、前記加熱部材を前記従動ローラのみをそなえたベルトのベルトガイド内に設けたことを特徴とする定着装置。
6. 請求項４又は５記載の定着装置において、前記ベルトガイドが従動ローラ部分を除く該ベルトの内周面全域に接する形状で形成され、前記各ベルトガイドの用紙挟持側が略平面状に形成されていることを特徴とする定着装置。

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