JP2006301014A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】用紙にトナー像を定着するための定着装置において、定着動作が可能となるまでの時間（立ち上がり時間）を短くすること。
【解決手段】定着装置４は、加圧ローラ５と、無端状の加熱ベルト６と、２つのガイドローラ７と、加熱ベルト６を加熱するためのハロゲンヒータ８とを有している。加熱ベルト６のうち、２つのガイドローラ７間に張られた部分の一方は、加圧ローラ５との間にニップＮを形成している。ハロゲンヒータ８は、加熱ベルト６の内周面側に設けられ、加熱ベルト６のうち、２つのガイドローラ７間にあるニップＮを形成している部分に直接放熱を行う。
【選択図】 図３

Description

この発明は、画像形成装置に備えられる定着装置に関する。

プリンタや複写機やファクシミリなどの画像形成装置には、トナー像を用紙に転写することができるものがある。このような画像形成装置には、トナー像が転写された用紙を加圧および加熱して、用紙にトナー像を定着させるための定着装置が備えられている（たとえば、特許文献１，２参照）。
具体的には、上記の定着装置は、薄い環状の加熱フィルムと、加熱フィルムに対して平行な加圧ローラと、加熱フィルムの内側に配置された金属製の保持部材とを有しており、保持部材と加圧ローラとで加熱フィルムを挟んでいる。これにより、加熱フィルムと加圧ローラとを圧接してニップを形成している。

また、加熱フィルムの内側には、ハロゲンランプが配置されており、ハロゲンランプの輻射熱が、保持部材を介してニップを形成している部分の加熱フィルムに伝わるようになっている。
上記の構成により、ニップを通過する用紙を加圧および加熱して、トナーを用紙に定着させている。
特開２００４−９４１４６号公報 特開２００４−６２０５３号公報

ところで、画像形成動作のオンデマンド化などに対応すべく、ウォームアップ時間（電源がオフの状態や、省電力モードの状態から、画像形成動作が可能な状態となるまでの時間）を短縮することが求められている。そのため、定着装置については、用紙へのトナーの定着が可能となるまでの時間（立ち上がり時間）を短くする必要がある。具体的には、ニップを形成している部分の加熱フィルムを、トナーの定着が可能な温度にまで速やかに昇温できるようにする必要がある。

しかしながら、特許文献１，２の場合、ニップを形成している部分の加熱フィルムと、ハロゲンランプとの間に保持部材が配置されているため、ニップを形成している部分の加熱フィルムを直接加熱して速やかに昇温することができず、立ち上がり時間が長くなってしまう。
この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、立ち上がり時間を短くすることのできる定着装置を提供することを目的とする。

また、この発明の別の目的は、省エネルギ化を達成することのできる定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、トナー像が転写された用紙（Ｐ）を加圧および加熱して用紙にトナー像を定着させるための定着装置（４）において、加圧ローラ（５）と、無端状の加熱ベルト（６）と、加熱ベルトの内周面と回転接触して加熱ベルトを案内する２つのガイドローラ（７；７Ａ）であって、当該ガイドローラ間に張られた加熱ベルト部分が加圧ローラとの間にニップ（Ｎ）を形成するように配置されている２つのガイドローラと、加熱ベルトの内周面側に設けられ、少なくとも上記２つのガイドローラ間にあるニップを形成している加熱ベルト部分に直接放熱を行うことのできる熱源（８）と、を有することを特徴とする定着装置である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素などを表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、加熱ベルトのうちニップを形成している部分と、熱源とは、ガイドローラを介さずに直接対向している。これにより、加熱ベルトのうちニップを形成している部分を、熱源によって直接加熱することができる。したがって、加熱ベルトのうちニップを形成している部分を、トナーの定着に必要な温度にまで速やか昇温することができる。その結果、定着装置の立ち上がり時間を短くすることができる。

また、加熱ベルトを熱源によって直接加熱できるので、加熱ベルトを効率よく加熱できる。したがって、定着装置の立ち上がりに必要なエネルギを少なくでき、省エネルギ化を達成することができる。
請求項２記載の発明は、上記一方のガイドローラは、加圧ローラと加熱ベルトとのニップ入口側に、加熱ベルトを挟んで加圧ローラと接するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の定着装置である。

この構成によれば、ニップ入口側で用紙をしっかり挟み込むことができるので、用紙がニップ通過時にずれたりしわ寄ったりすることを防止できる。
特に、２つのガイドローラのうちの上記一方のガイドローラのみが加熱ベルトを挟んで加圧ローラと接している場合には、ニップ入口側で用紙を強い力でしっかりと挟みこんで、主に当該一方のガイドローラで用紙を搬送するので、用紙がニップ通過時にずれたりしわ寄ったりすることを、より確実に防止できる。

請求項３記載の発明は、上記他方のガイドローラは、加圧ローラと加熱ベルトとのニップ出口側に、加熱ベルトを挟んで加圧ローラと接するように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置である。
この構成によれば、ニップ出口側で用紙を強く加圧することができるので、ニップを通って高温に加熱された用紙をその幅方向において確実に加圧できる。その結果、用紙にベタ画像を形成したときの当該ベタ画像の光沢を、用紙の幅方向において一定にすることができる。トナー量の多いカラーのトナー像を定着させてベタ画像を形成したときに、その効果が顕著である。

特に、２つのガイドローラのうちの上記他方のガイドローラのみが加熱ベルトを挟んで加圧ローラと接している場合には、ニップ出口側で用紙を可及的に強く加圧することができるので、ベタ画像の光沢を用紙の幅方向においてより一定にすることができる。
一方、２つのガイドローラのうち、上記一方のガイドローラも、加圧ローラと加熱ベルトとのニップ入口側に、加熱ベルトを挟んで加圧ローラと接するように設けられている場合には、ニップの入口側と出口側の双方において、加熱ベルトを加圧ローラと対応するガイドローラとで挟むこととなる。このため、加熱ベルトのうちニップを形成している部分が、加圧ローラから浮き上がってしまうことを防止できる。これにより、ニップの入口側と出口側との間の距離を、確実に一定以上に維持しておくことができる。したがって、ニップに挟まれた用紙を確実に加圧および加熱することができ、低温時でもトナー像を用紙に確実に定着することができる。

請求項４記載の発明は、上記熱源は、ハロゲンヒータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置である。
この構成によれば、熱容量の小さなフィラメントを用いて加熱ベルトの加熱を行うため、加熱ベルトを迅速に加熱することができる。
請求項５記載の発明は、上記加熱ベルトは、薄い金属材料の基材で形成され、内周面は黒色に塗られ、外周面はフッ素コーティングされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置である。

この構成によれば、加熱ベルトの基材を薄い金属材料で形成していることにより、加熱ベルトに十分な可撓性を持たせることができる。これにより、加熱ベルトを加圧ローラに沿う形状に弾性変形させて、十分なニップ幅を確保することができる。また、加熱ベルトの内周面を黒色に塗ることにより、熱源からの熱を効率よく受けることができ、加熱ベルトをより速やかに昇温することができる。さらに、加熱ベルトの外周面を、フッ素コーティングによって滑らかにしているので、トナーが加熱ベルトに付着することを良好に防止できる。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、この発明の一実施形態にかかる定着装置を備える画像形成装置としてのプリンタの概略構成を示す図解的な縦断面図である。なお、本発明は、プリンタに備えられる定着装置に限らず、複写機やファクシミリなどの他の画像形成装置に備えられる定着装置に適用することができる。

図１を参照して、プリンタ１は、画像データに基づく画像を用紙に形成するためのものであり、ハウジング２と、ハウジング２内に収容された感光体ドラム３と、ハウジング２内に収容された定着装置４とを有している。
このプリンタ１における画像形成動作は、以下のようにして行われる。すなわち、まず、ハウジング２内に収容されている１枚の用紙Ｐが、搬送方向Ｄに沿って搬送されて、感光体ドラム３と接触する転写位置Ｔに到達する。

感光体ドラム３には、電子写真方式によって画像データに基づくトナー像が形成されており、感光体ドラム３のトナー像は、転写位置Ｔで用紙Ｐに転写される。転写位置Ｔでトナー像を転写された用紙Ｐは、定着装置４に搬送されて当該定着装置４で加圧および加熱され、トナー像が定着される。トナー像が定着された用紙Ｐは、機外へ排出される。
図２は、図１の定着装置４を搬送方向Ｄの上流側からみた側面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う要部の断面図である。

図２および図３を参照して、定着装置４は、加圧ローラ５と、加熱ベルト６と、ガイドローラ７と、ハロゲンヒータ８（光源）とを含んでいる。
加圧ローラ５は、支軸５１とロール体５２とを含んでいる。
支軸５１は、用紙Ｐの搬送方向Ｄと直交する幅方向Ｗに細長く形成された棒状の部材である。支軸５１の両端部は、定着装置４のフレーム９に形成された長孔からなるガイド用の挿通孔１０，１１を挿通しているとともに、それぞれの端部に設けられた付勢機構１２によって、加熱ベルト６側に付勢されている。

各付勢機構１２は、レバー１２１と、レバー１２１を回動自在に支持するピン１２２と、レバー１２１に付勢力を与えるばね１２３とを含んでいる。レバー１２１は、搬送方向Ｄに長い小片によって形成されている。レバー１２１の一端部に、フレーム９に支持されたピン１２２が連結されている。レバー１２１の他端部に、ばね１２３の一端が取り付けられている。ばね１２３の他端は、フレーム９に取り付けられている。

一方のレバー１２１ａは、支軸５１の一端部を受けており、対応するばね１２３の付勢力によって、支軸５１の一端部を加熱ベルト６側に付勢している。同様に、他方のレバー１２１ｂは、支軸５１の他端部を受けており。対応するばね１２３の付勢力によって、支軸５１の他端部を加熱ベルト６側に付勢している。
また、支軸５１には、モータ１３の駆動力が与えられるようになっており、これにより、加圧ローラ５が駆動ローラとして所定の回転方向Ｒ１に回転駆動するようになっている。具体的には、モータ１３の出力軸と支軸５１の一端部にギヤ１４，１５が取り付けられており、モータ１３の出力軸の駆動力が、ギヤ１４，１５を介して支軸５１の一端部に伝わるようになっている。

ロール体５２は、スポンジなどの弾性を有する部材によって筒状に形成されており、支軸５１の中間部に一体回転可能に外嵌されている。ロール体５２の幅は、定着装置４に送られる用紙Ｐの幅よりも広くされている。
加熱ベルト６は、可撓性（弾性）を有する無端環状の部材であり、定着装置４に送られる用紙Ｐよりも幅方向Ｗに長く延びている。この加熱ベルト６は、数１０〜１００μｍ程度の厚みを有する薄い金属材料の基材を用いて形成されている。当該金属材料として、ステンレス材（ＳＵＳ材）や、アルミニウム材を例示することができる。なお、加熱ベルト６の基材として、ポリイミドなどの樹脂材料を用いてもよい。

加熱ベルト６の内周面の全面には、熱吸収塗料として黒色の塗料が塗られている。また、加熱ベルト６の外周面のうち、少なくとも用紙Ｐと対向し得る部分（この実施形態において、加熱ベルト６の外周面の全面）には、フッ素コーティングが施されている。
なお、上記の熱吸収塗料として、黒色の塗料を用いることが好ましいが、白色または赤色の塗料を用いてもよい。

加熱ベルト６と、加圧ローラ５とは、平行に並んでおり、上下に対向している。
ガイドローラ７は、加熱ベルト６の内周面と回転接触して加熱ベルト６の回転（従動回転）を案内するためのものであり、加熱ベルト６よりも幅方向Ｗに長い棒状に形成され、かつ、加熱ベルト６よりも小径に形成されている。
ガイドローラ７を構成する部材としては、金属材料などの、熱伝導率の高い材料が用いられている。これにより、ガイドローラ７を介したハロゲンヒータ８から加熱ベルト６への伝熱を速やかに行うことができる。

ガイドローラ７は、加熱ベルト６の周方向に間隔をあけて２つ設けられており、それぞれ、加熱ベルト６を挟んで加圧ローラ５と接するように配置されている。これにより、加熱ベルト６のうち、２つのガイドローラ７間に張られた部分の一方が、加圧ローラ５との間にニップＮを形成している。すなわち、加熱ベルト６の外周面と加圧ローラ５のロール体５２の外周面との圧接部分がニップＮを形成している。

一方のガイドローラ７は、加圧ローラ５と加熱ベルト６とのニップ入口側部分Ｃ１に、加熱ベルト６を挟んで加圧ローラ５と接するように配置されている。また、他方のガイドローラ７は、加圧ローラ５と加熱ベルト６とのニップ出口側部分Ｃ２に、加熱ベルト６を挟んで加圧ローラ５と接するように配置されている。
各ガイドローラ７の中間部は、加熱ベルト６の内周面を受けている。各ガイドローラ７の両端部は、定着装置４のフレーム９に回転自在に支持されている。加圧ローラ５に付勢されている加熱ベルト６は、これらのガイドローラ７によって受けられている。

上記の構成により、加熱ベルト６の内周面は、２つのガイドローラ７にのみ接している。また、加熱ベルト６のうち、２つのガイドローラ７で挟まれた部分の一方は、加圧ローラ５のロール体５２の外周面に沿う形状とされ、加熱ベルト６のうち、２つのガイドローラ７で挟まれた部分の他方は、他の部材に接触することなく、円弧状をしている。さらに、加圧ローラ５の回転駆動に伴い、加熱ベルト６が回転方向Ｒ１と反対の回転方向Ｒ２に連動して回転するようになっている。

ハロゲンヒータ８は、加熱ベルト６のうち、少なくとも２つのガイドローラ７間でニップＮを形成している部分に、直接放熱を行って、当該加熱ベルト６を加熱するためのものである。この実施形態では、加熱ベルト６のうち、２つのガイドローラ７間にある部分の双方に直接放熱を行うようになっている。
具体的には、ハロゲンヒータ８は、加熱ベルト６よりも小径の細長い筒状に形成されて、加熱ベルト６の内周面側（径方向内方）に配置されている。ハロゲンヒータ８の両端部は、定着装置４のフレーム９に固定されている。ハロゲンヒータ８のフィラメント（発光体）は、幅方向Ｗに関して加熱ベルト６の内側に配置されており、かつ、加熱ベルト６のうち、ニップＮを形成している部分に直接対向している。

また、加熱ベルト６の近傍には、サーミスタ（図示せず）が配置されており、画像形成時における加熱ベルト６の温度は、所定の温度（たとえば、１８０℃程度）に維持されるようになっている。
搬送方向Ｄに関して、定着装置４の上流側には、感光体ドラムから搬送されてきた用紙ＰをニップＮに案内するためのガイド板１６が配置されている。

以上の概略構成を有するプリンタ１において、定着装置４は、画像形成時、以下のように駆動する。すなわち、画像形成動作が開始されると、定着装置４のモータ１３の駆動によって、加圧ローラ５が回転駆動され、これに伴い、加熱ベルト６が従動回転する。このとき、ハロゲンヒータ８によって加熱ベルト６は加熱されている。
そして、感光体ドラムを通過してトナー像が転写された用紙Ｐは、ガイド板１６を通ってニップＮに通されて、当該ニップＮで加圧および加熱されて、トナー像が用紙Ｐに定着される。

以上説明したように、この実施形態によれば、加熱ベルト６のうち、ニップＮを形成している部分と、ハロゲンヒータ８とは、ガイドローラ７を介さずに直接対向している。これにより、加熱ベルト６のうちニップＮを形成している部分を、ハロゲンヒータ８によって直接加熱することができる。したがって、加熱ベルト６のうちニップＮを形成している部分を、トナーの用紙Ｐへの定着に必要な温度にまで速やか昇温することができる。その結果、用紙Ｐへのトナーの定着が可能となるまでの時間（定着装置４の立ち上がり時間）を短くすることができる。

また、加熱ベルト６をハロゲンヒータ８によって直接加熱できるので、加熱ベルト６を効率よく加熱できる。したがって、定着装置４の立ち上がりに必要なエネルギを少なくでき、省エネルギ化を達成することができる。
さらに、一方のガイドローラ７は、加圧ローラ５と加熱ベルト６とのニップ入口側部分Ｃ１に、加熱ベルト６を挟んで加圧ローラ５と接するように設けられている。これにより、ニップＮの入口側で用紙Ｐをしっかり挟み込むことができるので、用紙ＰがニップＮの通過時にずれたりしわ寄ったりすることを防止できる。

また、他方のガイドローラ７は、加圧ローラ５と加熱ベルト６とのニップ出口側部分Ｃ２に、加熱ベルト６を挟んで加圧ローラ５と接するように設けられている。これにより、ニップＮの出口側で用紙Ｐを強く加圧することができるので、ニップＮを通って高温に加熱された用紙Ｐをその幅方向において確実に加圧できる。
その結果、用紙Ｐにベタ画像を形成したときの当該ベタ画像の光沢を、用紙Ｐの幅方向において一定にすることができる。特に、トナー量の多いカラーのトナー像を定着させてベタ画像を形成したときに、その効果が顕著である。

さらに、ニップＮの入口側と出口側の双方において、加熱ベルト６を、加圧ローラ５と対応するガイドローラ７とで挟んでいる。このため、加熱ベルト６のうちニップＮを形成している部分が、加圧ローラ５から浮き上がってしまうことを防止できる。これにより、加熱ベルト６の周方向に関して、ニップＮの入口側と出口側との間の距離を、確実に一定以上に維持しておくことができる。したがって、ニップＮに挟まれた用紙Ｐを確実に加圧および加熱することができ、低温時でもトナー像を用紙Ｐに確実に定着することができる。

また、ハロゲンヒータ８を用いて加熱ベルト６の加熱を行うため、すなわち、熱容量の小さなフィラメントを用いて加熱ベルト６の加熱を行うため、加熱ベルト６を迅速に加熱することができる。
さらに、加熱ベルト６の基材を薄い金属材料で形成していることにより、加熱ベルト６に十分な可撓性を持たせることができる。これにより、加熱ベルト６を加圧ローラ５に沿う形状に弾性変形させて、十分なニップ幅（加熱ベルト６の周方向に関するニップＮの長さ）を確保することができる。

また、加熱ベルト６の内周面を黒色に塗ることにより、ハロゲンヒータ８からの熱を効率よく受けることができ、加熱ベルト６をより速やかに昇温することができる。さらに、加熱ベルト６の外周面を、フッ素コーティングによって滑らかにしているので、トナーが加熱ベルト６に付着することを良好に防止できる。
この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

たとえば、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、幅方向Ｗに間隔をあけて配置された２つのガイドローラ７Ａを用いてもよい。２つのガイドローラ７Ａは、加熱ベルト６の周方向に関する位置が揃えられている。一方のガイドローラ７Ａは、加熱ベルト６の内周面の一端側に回転接触しており、他方のガイドローラ７Ａは、加熱ベルト６の内周面の他端側に回転接触している。各ガイドローラ７Ａは、フレーム９に回転自在に支持されている。

また、図５に示すように、２つのガイドローラ７のうち、ニップ入口側部分Ｃ１にある一方のガイドローラ７のみが、加熱ベルト６を挟んで加圧ローラ５と接するようにしてもよい。この場合、ニップ入口側部分Ｃ１で用紙Ｐを強い力でしっかりと挟みこんで、主に当該一方のガイドローラ７で用紙Ｐを搬送するので、用紙ＰがニップＮの通過時にずれたりしわ寄ったりすることを、より確実に防止できる。

さらに、図６に示すように、２つのガイドローラ７のうち、ニップ出口側部分Ｃ２にある他方のガイドローラ７のみが、加熱ベルト６を挟んで加圧ローラ５と接するようにしてもよい。この場合、ニップ出口側部分Ｃ２で用紙Ｐを可及的に強く加圧することができる。
その結果、用紙Ｐにベタ画像を形成したときの当該ベタ画像の光沢を、用紙Ｐの幅方向においてより一定にすることができる。

また、ハロゲンヒータ８に代えて、キセノンライトを備えるヒータや、セラミックヒータなどの抵抗発熱体ヒータを用いてもよい。さらに、加熱ベルト６をモータによって回転駆動させることにより、加熱ベルト６を駆動ベルトとし、加熱ベルト６の回転駆動によって加圧ローラ５が従動して回転するように（従動ローラとなるように）してもよい。
また、加熱ベルト６の回転方向Ｒ２に関して、一方のガイドローラ７を、ニップＮの入口側よりも上流側に配置してもよい。さらに、加熱ベルト６の回転方向Ｒ２に関して、他方のガイドローラ７を、ニップＮの出口側よりも下流側に配置してもよい。

この発明の一実施形態にかかる定着装置を備える画像形成装置としてのプリンタの概略構成を示す図解的な縦断面図である。 図１の定着装置を搬送方向の上流側からみた側面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う要部の断面図である。 この発明の別の実施形態を示す図であり、（ａ）は、定着装置の側面図を、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図を、それぞれ示している。 この発明のさらに別の実施形態の要部の断面図である。 この発明のさらに別の実施形態の要部の断面図である。

符号の説明

４ 定着装置
５ 加圧ローラ
６ 加熱ベルト
７，７Ａ ガイドローラ
８ ハロゲンヒータ（熱源）
Ｎ ニップ
Ｐ 用紙

Claims (5)

1. トナー像が転写された用紙を加圧および加熱して用紙にトナー像を定着させるための定着装置において、
   加圧ローラと、
   無端状の加熱ベルトと、
   加熱ベルトの内周面と回転接触して加熱ベルトを案内する２つのガイドローラであって、当該ガイドローラ間に張られた加熱ベルト部分が加圧ローラとの間にニップを形成するように配置されている２つのガイドローラと、
   加熱ベルトの内周面側に設けられ、少なくとも上記２つのガイドローラ間にあるニップを形成している加熱ベルト部分に直接放熱を行うことのできる熱源と、
   を有することを特徴とする定着装置。
2. 上記一方のガイドローラは、加圧ローラと加熱ベルトとのニップ入口側に、加熱ベルトを挟んで加圧ローラと接するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 上記他方のガイドローラは、加圧ローラと加熱ベルトとのニップ出口側に、加熱ベルトを挟んで加圧ローラと接するように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
4. 上記熱源は、ハロゲンヒータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
5. 上記加熱ベルトは、薄い金属材料の基材で形成され、内周面は黒色に塗られ、外周面はフッ素コーティングされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。

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