JP2007163677A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着の準備動作にかかる時間を少なくすることのできる定着装置を提供すること。
【解決手段】定着装置４は、２つのガイドローラ７と、各ガイドローラ７内に設けられたヒータ８と、２つのガイドローラ７間に張設された加熱ベルト６と、加熱ベルト６と接触してニップＮを形成する加圧ローラ５と、加圧ローラ５を加熱ベルト６側に付勢する付勢機構１２と、ニップＮを解除するためのニップ解除機構２０とを有している。ニップ解除機構２０は、カム２１を含んでいる。定着動作の準備中は、カム２１によって、付勢機構１２のレバー１２１を押し下げて、加圧ローラ５を加熱ベルト６から遠ざけることにより、ニップＮを解除する。加熱ベルト６の熱を加圧ローラ５に伝えないようにする。
【選択図】図３

Description

この発明は、定着装置に関する。

複写機やプリンタやファクシミリなどの画像形成装置には、トナーなどの現像剤を用紙に転写するものがある。このような画像形成装置には、転写した現像剤を加熱して用紙に定着する定着装置が備えられている（たとえば、特許文献１参照）。
特許文献１の定着装置は、２つのローラに張設された定着フィルムと、定着フィルムの内周面に沿わされた加熱体と、定着フィルムを挟んで加熱体を押圧する押圧ローラとを有している。定着フィルムと押圧ローラとのニップに用紙を通して用紙を加熱、加圧し、現像剤を定着させるようになっている。
特許第２９６２５７１号明細書

上記定着装置は、定着動作に先立ち、定着フィルムを回転させつつ加熱体によって定着温度にまで昇温するという準備動作を行う。この準備動作の際、加熱体からの熱は定着フィルムに伝わるだけでなく、定着フィルムを介して押圧ローラにも伝わってしまうため、定着フィルムに伝えられた熱が逃げてしまう。したがって、定着フィルムの昇温に時間がかかり、準備動作に時間がかかってしまう。

この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、定着の準備動作にかかる時間を少な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。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、少なくとも１つに熱源（８）を備え、平行に配置される少なくとも２つのガイド部材（７；２６）、上記２つのガイド部材（７；２６）間に張設された無端状の加熱ベルト（６）、加熱ベルト（６）と接触してニップ（Ｎ）を形成する加圧ローラ（５）、および、加熱ベルト（６）を昇温する定着動作の準備中は、上記ニップ（Ｎ）を解除するためのニップ解除手段（２０）、を有していることを特徴とする定着装置（４）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、定着動作の準備中は、ニップを解除することにより、加熱ベルトから加圧ローラへの不要な熱伝達を防止でき、加熱ベルトを効率よく加熱できる。その結果、定着の準備動作にかかる時間を短くすることができるとともに省エネを達成することができる。

請求項２記載の発明は、上記加圧ローラ（５）は、加熱ベルト（６）の駆動に従動して回転するローラであり、ニップ解除時には回転しないことを特徴とする請求項１記載の定着装置（４）である。この構成によれば、定着動作の準備中は、加圧ローラを回転させないで済み、更なる省エネを達成することができる。

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、この発明は、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Ｐ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でトナー像が転写された用紙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の上流側からみた要部の側面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ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（ガイド部材）と、ヒータ８（熱源）とを含んでいる。
加圧ローラ５は、加熱ベルト６の回転駆動に従動して回転するローラであり、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の一端部および他端部は、定着装置４のフレーム９の一対の側板９１，９２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。各レバー１２１は、搬送方向Ｄに長い小片によって形成されている。各レバー１２１の一端部に、フレーム９に支持された対応するピン１２２が連結されている。レバー１２１の他端部２３に、対応するばね１２３の一端が取り付けられている。各ばね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１２１の一側面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１２１の一側面１２１ａ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。
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、無端環状をしており、定着装置４に送られる用紙Ｐよりも幅方向Ｗに長い。この加熱ベルト６は、数１０〜１００μｍ程度の厚みを有する薄い基材を用いて形成されている。
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。加熱ベルト６の外周面と加圧ローラ５のロール体５２の外周面との互いの圧接部分（接触部分）が、ニップＮを形成している。

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の回転を案内するための肉薄の円筒部材であり、たとえば、２つ設けられている。各ガイドローラ７は、金属などを用いて形成されており、加熱ベルト６よりも幅方向Ｗに長く形成されて、加圧ローラ５と平行に配置されている。これら２つのガイドローラ７によって加熱ベルト６を張設している。

一方のガイドローラ７は、他方のガイドローラ７に対して搬送方向Ｄの上流側に配置されている。この一方のガイドローラ７の両端部は、フレーム９の対応する側板９１，９２の挿通孔１３，１４を挿通しており、フレーム９に回転自在に支持されている。一方のガイドローラ７の一端部には、ギヤ１５が固定されており、このギヤ１５は、モータ１６の出力軸１６ａに固定されたギヤ１７と噛み合っている。これにより、モータ１６の駆動力が、ギヤ１７，１５を介して一方のガイドローラ７に伝わり、加熱ベルト６を回転駆動する。加熱ベルト６の回転に伴い、加熱ベルト６に圧接している加圧ローラ５は、従動して回転する。

他方のガイドローラ７は、ニップＮよりも搬送方向Ｄの下流側に配置されている。この他方のガイドローラ７の一端部および他端部は、一方のガイドローラ７と同様に、フレーム９の側板９１，９２の挿通孔（図示せず）を挿通しており、フレーム９に回転自在に支持されている。
ヒータ８は、ガイドローラ７を介して加熱ベルト６を加熱するためのものであり、各ガイドローラ７のそれぞれの内部に設けられている。各ヒータ８は、たとえばハロゲンランプを備えており、ガイドローラ７よりも小径の細長い筒状に形成されている。各ヒータ８は、ステー１８を介してフレーム９に固定されている（図２において、一方のヒータ８のステー１８のみを図示）。

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、所定の定着温度（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３（図１参照）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１９が配置されている。

この実施形態の特徴の１つは、定着装置４にニップ解除機構２０（ニップ解除手段）を設け、加熱ベルト６を昇温する定着動作の準備中は、ニップ解除機構２０によって、ニップＮを解除するようになっている点にある。
ニップ解除機構２０は、一対の付勢機構１２に対応して一対設けられている。各ニップ解除機構２０は、カム２１と、カム２１を駆動するためのモータ２２とを有している。各カム２１は、対応するレバー１２１の他端部２３の近傍に配置されている。

各カム２１は、幅方向Ｗに直交する断面の形状が楕円状をしており、幅方向Ｗに延びる軸線Ｓを中心に揺動可能となっている。軸線Ｓの位置（揺動中心）は、カム２１の上記断面における図心からずれていてもよいし、一致していてもよい（この実施形態では、ずれている）。
上記の構成により、各カム２１の外周面２４は、軸線Ｓからの距離の相異なる部分を含んでいる。各カム２１の外周面２４は、対応するレバー１２１の他端部２３の一側面２５に接触している。各カム２１は、対応するモータ２２の出力軸２２ａに結合されており、モータ２２の駆動によってカム２１が軸線Ｓ回りに揺動される。各モータ２２のハウジング２２ｂは、フレーム９に固定されている。

ヒータ８、モータ１６およびモータ２２は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含む制御部（図示せず）によって動作を制御される。
以上の概略構成を有するプリンタ１は、画像形成に際し、以下のように動作する。すなわち、プリンタ１に画像形成動作が要求されていない待機状態では、カム２１の外周面２４のうち、軸線Ｓからの距離が相対的に近い第１の部分２４ａが、レバー１２１の他端部２３の一側面２５に接触しており、加圧ローラ５は、加熱ベルト６と接触してニップＮを形成している。

この状態から、プリンタ１に画像形成動作が要求されると、定着動作の準備を行う。具体的には、モータ２２が駆動して、カム２１を所定の角度（たとえば、９０°）だけ、軸線Ｓ回りに回転させる。これにより、図４に示すように、カム２１の外周面２４のうち、軸線Ｓの距離が相対的に遠い第２の部分２４ｂが、レバー１２１の他端部２３の一側面２５に接触する。

これにより、レバー１２１は、ばね１２３の付勢力に抗してピン１２２の回りに回動する。これに伴い、加圧ローラ５が下側に下がる。加圧ローラ５が下側に下がることにより、加圧ローラ５と加熱ベルト６との接触が解除され、ニップＮが解除される。
ニップＮが解除されると、モータ１６（図２参照）によって加熱ベルト６を回転駆動するとともに、ヒータ８をオンにする。ヒータ８からの熱により、加熱ベルト６が定着温度まで昇温される。このとき（ニップ解除時）、加圧ローラ５は、加熱ベルト６と接触しておらず、従動回転しない。

加熱ベルト６が定着温度まで昇温されると、モータ２２が駆動して、カム２１を軸線Ｓ回りに回転し、図３に示すように、カム２１の外周面２４の第１の部分２４ａを、レバー１２１の一側面２５に接触させる。これにより、加圧ローラ５は再び加熱ベルト６と接触してニップＮを形成し、定着動作の準備が完了する。なお、加熱ベルト６の加熱を開始してから所定の時間（たとえば、数秒）経過の後に、カム２１の外周面２４の第１の部分２４ａを、レバー１２１の一側面２５に接触させてもよい。

定着動作の準備が完了すると、トナーが転写された用紙Ｐが、ニップＮに通されて加熱・加圧され、トナーが定着される。
以上説明したように、この実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。すなわち、定着動作の準備中は、ニップＮを解除することにより、加熱ベルト６から加圧ローラ５への不要な熱伝達を防止でき、加熱ベルト６を効率よく加熱できる。その結果、定着の準備動作にかかる時間を短くすることができるとともに省エネを達成することができる。

また、ニップ解除時に加圧ローラ５を回転しないようにしている。これにより、定着動作の準備中は、加圧ローラ５を回転させないで済み、更なる省エネを達成することができる。
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、ヒータ８を備えるガイドローラ７は、１つのみでもよい。また、ガイドローラ７を３つ以上設けてもよい。この場合、ヒータ８を備えるガイドローラ７は、少なくとも１つあればよい。
また、ニップＮの下流側にある他方のガイドローラ７に代えて、図５（ａ）に示すように、ガイド板２６（ガイド部材）を設け、ガイドローラ７にのみヒータ８を配設してもよい。ガイド板２６は、幅方向Ｗに沿ってみた断面が円弧状（優弧）をしており、外周面が加熱ベルト６に摺接している。このガイド板２６は、幅方向Ｗにおける一端部および他端部のそれぞれが、フレームに固定されている。ガイド板２６の周方向の開口２６ａが、ニップＮ側を向いている。

この場合、加圧ローラ５とガイドローラ７という回転体で加熱ベルト６を挟んでいるので、加熱ベルト６に与える負担を少なくでき、加熱ベルト６を安定して回転させることができる。また、ヒータ８をニップＮの入口に近接して配置していることにより、ヒータ８から発せられる熱を効率よく用紙に与えることができ、放熱ロスを少なくすることができる。

図５（ａ）では、ヒータ８をガイドローラ７内に配設する構成としたが、ガイドローラ７に代えて、図５（ｂ）に示すように、ガイド板２６内にヒータ８を配設してもよい。この場合、ヒータ８からの熱は、ガイド板２６の肉および開口２６ａを通って加熱ベルト６に伝わる。
この場合、開口２６ａを通して加熱ベルト６に直接的に熱を与えることができるため、加熱ベルト６を効率よく加熱することができる。また、ガイド板２６を加熱することにより、ガイド板２６が加熱ベルト６の熱を奪ってしまうこと防止でき、加熱ベルト６の温度低下を防止できる。

また、図５（ｃ）に示すように、ニップＮの上流側にガイド板２６を配置するとともに、ニップＮの下流側にガイドローラ７を配置し、ガイドローラ７内にヒータ８を配設してもよい。加熱ベルト６は、ガイドローラ７を回転駆動することにより、回転される。
この場合、ガイドローラ７には、加熱ベルト６のみが接しているので、加熱ベルト６に与えられた熱が他の部材に奪われない状態で加熱ベルト６を加熱でき、加熱ベルト６を温度のむらが生じることなく昇温できる。

図５（ｃ）では、ヒータ８をガイドローラ７内に配設する構成としたが、ガイドローラ７に代えて、図５（ｄ）に示すように、ガイド板２６内にヒータ８を配設してもよい。
この場合、ヒータ８をニップＮの入口に近接して配置していることにより、ヒータ８から発せられる熱を効率よく用紙に与えることができ、放熱ロスを少なくすることができる。また、開口２６ａを通して加熱ベルト６に直接的に熱を与えることができるため、加熱ベルト６を効率よく加熱することができる。

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要部の側面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う要部の断面図である。 定着動作の準備について説明するための図である。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、この発明の別の実施の形態の要部を示す図解的な断面図である。

符号の説明

４ 定着装置
５ 加圧ローラ
６ 加熱ベルト
７ ガイドローラ（ガイド部材）
８ ヒータ（熱源）
２０ ニップ解除機構（ニップ解除手段）
２６ ガイド板（ガイド部材）
Ｎ ニップ

Claims (2)

1. 少なくとも１つに熱源を備え、平行に配置される少なくとも２つのガイド部材、
   上記２つのガイド部材間に張設された無端状の加熱ベルト、
   加熱ベルトと接触してニップを形成する加圧ローラ、および、
   加熱ベルトを昇温する定着動作の準備中は、上記ニップを解除するためのニップ解除手段、
   を有していることを特徴とする定着装置。
2. 上記加圧ローラは、加熱ベルトの駆動に従動して回転するローラであり、ニップ解除時には回転しないことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
   
   

Images