JP2007310220A - 定着装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長手方向に均一な幅の定着ニップ部を形成し、加熱ベルトを効率良く加熱してウォームアップタイムを短縮するとともに、エネルギー消費量を低く抑えることができる定着装置を提供すること。
【解決手段】互いに当接して回転する加熱ベルト２８と加圧ローラ（加圧部材）２９を備え、加熱ベルト２８の内部に配されたハロゲンヒータ（熱源）３４，３５から放射される輻射熱によって加熱ベルト２８を加熱しつつ、加熱ベルト２８の内部に配された加圧パッド（押圧支持体）４０によって加熱ベルト２８を加圧ローラ２９に押圧する定着装置４において、前記加圧パッド４０を、加熱ベルト２８に一定幅で摺接するガイド部４０ａと、該ガイド部４０ａの反摺接面側から長手方向に略垂直に立設された板状の補強部４０ｂとで構成するとともに、補強部４０ｂのハロゲンヒータ３４，３５の複数の発熱部に対応する長手方向位置に切欠き孔４０ｂ−１を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被記録媒体である用紙に転写されたトナー像を定着するための定着装置とこれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用する複写機やプリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置には、被記録媒体である用紙に転写されたトナー像を定着するための定着装置が備えられている。この定着装置としては、互いに当接して回転する加熱ローラと加圧ローラを備える２ローラ方式のものが一般的に使用され、このローラ方式の定着装置においては、加熱ローラと加圧ローラが当接して形成される定着ニップ部に、未定着トナー像が表面に転写された用紙が通されると、熱及び圧力によってトナーが溶融して用紙の表面にトナー像が永久画像として定着される。尚、加熱ローラに代えてエンドレスベルト状の加熱部材が用いられる場合もある。

ここで、加熱ローラは、内部にハロゲンヒータ等の熱源を有する金属製コアに、弾性層や離型層を設けて構成されるものであり、前記熱源の輻射熱によって内部から加熱される。

ところで、定着装置には、省エネルギーの観点や画像形成装置の使用時にユーザーを待たせないようにする等の観点から、加熱ローラ等の加熱部材を瞬時に加熱することによって待ち時間（ウォームアップタイム）を可能な限り短縮することが望まれている。

画像形成装置に用いられる定着装置において、ウォームアップタイムを短縮するために熱容量の小さなエンドレス状の加熱ベルトを用いたものが例えば特許文献１，２に開示されている。このような加熱ベルトを用いた定着装置は、耐熱性の高い加熱ベルトを内部から押圧する押圧支持体を有し、加熱ベルトの内部に配された熱源によって加熱ベルトを加熱するとともに、前記押圧支持体を介して熱伝導によって加熱ベルトを加熱するものである。斯かる定着装置においては、定着ニップ部の形状を平面状とするために押圧支持体の加熱ベルトへの接触部は平面状とされている。

上記構成において、長手方向に均一な広い定着ニップ幅を得るためには、押圧支持体の厚さを厚くするとともに、該押圧支持体を長手方向に撓まない形状とする必要がある。
特開２００４−０６２０５３号公報 特開２００５−３３８７２４号公報

しかしながら、押圧支持体の厚さを厚くし過ぎると、該押圧支持体の熱容量が大きくなるため、加熱ベルトの加熱時間が長くなってウォームアップタイムが長くなってしまうという問題が発生する。

又、記録媒体である用紙が定着装置を通過するときにも押圧支持体を不必要に加熱してしまうことになり、ウォームアップ時においても定着時においてもエネルギー消費量が多くなってしまうという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、長手方向に均一な幅の定着ニップ部を形成し、加熱ベルトを効率良く加熱してウォームアップタイムを短縮するとともに、エネルギー消費量を低く抑えることができる定着装置とこれを備える画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、互いに当接して回転する加熱ベルトと加圧部材を備え、前記加熱ベルトの内部に配された熱源から放射される輻射熱によって加熱ベルトを加熱しつつ、加熱ベルトの内部に配された押圧支持体によって加熱ベルトを前記加圧部材に押圧して加圧部材との間に定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部に通紙される用紙上のトナー像を定着する定着装置において、
前記押圧支持体を、前記加熱ベルトに一定幅で摺接するガイド部と、該ガイド部の反摺接面側から長手方向に略垂直に立設された板状の補強部とで構成するとともに、前記補強部の前記熱源の複数の発熱部に対応する長手方向位置に切欠き孔を形成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記加熱ベルトの内部に複数の熱源を配置し、前記押圧支持体の補強部を複数の熱源の間に配置したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、
該画像形成手段によって前記像担持体上に形成されたトナー像を用紙上に転写する転写手段と、
互いに当接して回転する加熱ベルトと加圧部材を備え、前記加熱ベルトの内部に配された熱源から放射される輻射熱によって加熱ベルトを加熱しつつ、加熱ベルトの内部に配された押圧支持体によって加熱ベルトを前記加圧部材に押圧して加圧部材との間に定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部に通紙される用紙上のトナー像を定着する定着装置と、
を備えた画像形成装置において、
前記定着装置を請求項１又は２記載の定着装置で構成したことを特徴とする。

本発明によれば、加熱ベルトに接触して加圧部材と間に定着ニップ部を形成する押圧支持体のガイド部の長手方向の撓み変形が補強部によって防がれるため、長手方向に均一な幅の定着ニップ部を形成することができる。

又、押圧支持体の補強部は長手方向に長い板状を成すとともに、熱源の複数の発熱部に対応する長手方向位置に切欠き孔が形成されているため、押圧支持体の熱容量が小さく抑えられるとともに、熱源の発熱部から放射される輻射熱が補強部に形成された切欠き孔を通過して加熱ベルトを加熱するため、押圧支持体が過剰に加熱されることがなく、加熱ベルトが効率良く加熱されてウォームアップタイムが短縮されるとともに、エネルギー消費量が低く抑えられる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る画像形成装置の一形態としてのレーザビームプリンタ１の側断面図であり、該レーザビームプリンタ１は、装置本体１ａ内に設けられた搬送路Ｌに沿って用紙を搬送しながら、不図示の端末等から送信される画像データに基づいて用紙に画像を形成するものであって、前記搬送路Ｌは、装置本体１ａ内を前方から後方（図１において右方から左方）に略水平に延びる水平部Ｌ１と、該水平部Ｌ１の端部から略垂直に立ち上がる垂直部Ｌ２とで側面視略Ｌ字状に構成されている。

又、レーザビームプリンタ１は、装置本体１ａの下部に設けられた給紙部２と、該給紙部２の上方の装置本体１ａ内の略中央部に設けられた画像形成部３と、該画像形成部３の後方に配された定着装置４と、該定着装置４の上方の装置本体１ａの上面に設けられた凹状の排紙部５と、前記搬送路Ｌの水平部Ｌ１と給紙カセット７との間に設けられたスイッチバック部６を備えている。

上記給紙部２は、用紙を収納するとともに、その用紙を前記画像形成部３に向けて給送するものであって、前記給紙カセット７と前記手差しトレイ８を含んで構成されている。

ここで、給紙カセット７は、上面が開放された矩形箱状を成すものであって、その内部に積層して収容された不図示の用紙を１枚ずつ送り出す機能を果たし、これが図１に示すように装置本体１ａ内に装着されている状態では、図示のように搬送路Ｌの水平部Ｌ１の下方に位置している。

この給紙カセット７は、内底面に対して接離するリフト板９と、該リフト板９の接離動作に連動して昇降する昇降板１０と、前記リフト板９の前端（用紙の送出方向下流端）近傍に取り付けられて該リフト板９を図１の矢印方向に回動させるリフト駆動軸１１と、前記昇降板１０の後端（用紙の送出方向上流端）近傍を回動可能に軸支する軸１２を備えている。

又、給紙部２には、給紙カセット７内の用紙を１枚ずつ取り出すピックアップローラ１３と、取り出された用紙を搬送路Ｌの水平部Ｌ１へと送り出すフィードローラ１４とリタードローラ１５、複数の給紙ローラ１６，１７，１８、送り出された用紙を一時待機させた後に所定のタイミングで画像形成部３へと供給するレジストローラ１９の他、手差しトレイ８に載置された用紙を取り出すピックアップローラ２０が設けられている。

前記画像形成部３は、給紙部２から供給された用紙に画像を形成するものであって、搬送路Ｌの水平部Ｌ１の前後方向略中央部に回転可能に配された像担持体としての感光ドラム２１と、その周囲に配置された一次帯電器２２、現像装置２３、転写手段である転写ローラ２４及びクリーニング装置２５と、これらの上方に配置されたレーザスキャナユニット（ＬＳＵ）２６、トナーホッパー２７等を備えている。

又、前記定着装置４は、画像形成部３において用紙に転写されたトナー像を当該用紙に定着させるためのものであって、互いに圧接されて回転するエンドレス状の加熱ベルト２８と円筒状の加圧ローラ２９を備えている。

更に、前記排紙部５は、定着装置４においてトナー像が定着された用紙を装置本体１ａ外へと排出するためのものであって、搬送路Ｌの垂直部Ｌ２の途中に設けられた複数の搬送ローラ３０と垂直部Ｌ２の末端に設けられた排紙ローラ３１及び装置本体１ａ外へと排出される用紙を積載するための前記排紙トレイ３２を備えている。

又、前記スイッチバック部６は、用紙の両面に画像を形成する場合に使用されるものであって、搬送路Ｌの垂直部Ｌ１の下方に配された別の搬送路Ｌ’とその適所に設けられた複数の搬送ローラ３３を備えている。

次に、以上の構成を有するレーザビームプリンタ１の画像形成動作について説明する。

例えばパーソナルコンピュータ（パソコン）等の端末から当該レーザビームプリンタ１にプリント開始信号が送信されると、画像形成部３においては、感光ドラム２１は不図示の駆動手段によって図１の矢印方向（時計方向）に回転駆動され、その表面が一次帯電器２２によって所定の電位に一様に帯電される。そして、端末から送信された画像データに基づくレーザ光がレーザスキャナユニット２６から出力されて感光ドラム２１上に照射されると、該感光ドラム２１上には静電潜像が形成される。そして、この感光ドラム２１上の静電潜像は、現像装置２３によって現像剤であるトナーを用いて現像されてトナー像として可視像化される。

同時に給紙部５においては、例えば給紙カセット７内に収容された用紙は、ピックアップローラ１３によって最上位のものから１枚ずつピックアップされ、フィードローラ１４とリタードローラ１５及び給紙ローラ１６，１７，１８によって搬送路Ｌの水平部Ｌ１へと送り出され、レジストローラ１９によって一時待機状態とされた後、感光ドラム２１上のトナー像に同期する所定のタイミングで画像形成部３へと供給される。尚、給紙カセット７においては、リフト板９を内底面から離間する方向に回動させることによって、昇降板１０をこれに積載された用紙の枚数に応じた所定の高さ位置まで上昇させ、該昇降板１０に積載された用紙の最上位のものがピックアップローラ１３によってピックアップされるようになっている。又、手差しトレイ８に積載された用紙に画像を形成する場合には、用紙は、ピックアップローラ２０によって１枚ずつ取り出され、給紙ローラ１６，１８によって搬送路Ｌの水平部Ｌ１へと送り出される。

画像形成部３においては、感光ドラム２１と転写ローラ２４との間の転写ニップへと供給された用紙は、転写ローラ２４によって感光ドラム２１に押し付けられながら搬送されることによって、その表面（転写面）に感光ドラム２１上のトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された用紙は、定着装置４へと搬送され、この定着装置４において加熱ベルト２８と加圧ローラ２９によって挟み込まれて搬送される過程で加熱及び加圧されてトナー像の定着を受ける。尚、用紙へのトナー像の転写後に感光ドラム２１の表面に残留するトナー（転写残トナー）と電荷はクリーニング装置２５によって除去される。

而して、定着装置４にて表面にトナー像が定着された用紙は、搬送ローラ３０によって搬送路Ｌの垂直部Ｌ２を上方へと搬送され、排紙ローラ３１によって装置本体１ａの上部に設けられた排紙トレイ３２に排出されて積載される。

以上が用紙の片面に画像を形成する場合の一連の動作であるが、用紙の両面に画像を形成する場合には、定着装置４にて片面にトナー像が定着された用紙を搬送ローラ３０によって搬送路Ｌの垂直部Ｌ２へと送り込んだ後、搬送ローラ３０を逆転させることによって用紙をスイッチバックさせて別の搬送路Ｌ’へと送り込む。そして、搬送路Ｌ’に設けられた複数の搬送ローラ３３によって用紙を搬送路Ｌ’に沿って前方（図１の右方）へと搬送し、該用紙を給紙ローラ１６，１７，１８によって搬送路Ｌの水平部Ｌ１に再び送り込めば、該用紙の表裏が逆転し、以後、前記と同様の動作によって感光ドラム２１上のトナー像を用紙の表面（画像が形成されていない他方の面）に転写し、そのトナー像を定着装置４において用紙に定着させれば、用紙の両面に画像が形成される。このようにして両面に画像が形成された用紙は、前記と同様に搬送ローラ３０によって搬送路Ｌの垂直部Ｌ２を上方へと搬送され、排紙ローラ３１によって排紙トレイ３２に排出される。

次に、本発明に係る前記定着装置４の詳細を図２〜図５に基づいて説明する。

図２は本発明に係る定着装置の横断面図、図３は加熱ベルト内部におけるハロゲンヒータの輻射熱線のイメージ図、図４は図２のＡ−Ａ線断面図、図５は図２のＢ−Ｂ線断面図である。

定着装置４は、図２に示すように、エンドレス状の加熱ベルト２８と、該加熱ベルト２８に当接して回転する中空状の加圧ローラ２９を備えており、加熱ベルト２８内には、用紙サイズに応じて選択的に点灯される２本のハロゲンヒータ３４，３５が長手方向（図２の紙面垂直方向）に配されている。

上記加熱ベルト２８は、厚さ０．０３ｍｍのステンレス製ベルトの外表面に厚さ２０μｍのＰＦＡシートから成る表面離型層を形成し、ベルトの内表面に熱吸収塗料を塗布して構成されており、その外径はφ３０ｍｍに設定されている。この加熱ベルト２８は、図４及び図５に示すように、その長手方向両端部の外周が軸受３６を介して定着フレーム３７に回転可能に支持されている。

上記定着フレーム３７には前記ハロゲンヒータ３４，３５の各長手方向両端部が取り付けられており、図５に示すように、一方のハロゲンヒータ３４は、大サイズの用紙が通紙される際に点灯されるものであって、大サイズ用紙幅に対応する幅広の領域に発熱部である７つの発光部フィラメント３４ａが長手方向に配されており、その消費電力は９００Ｗである。又、他方のハロゲンヒータ３５は、小サイズの用紙が通紙される際に点灯されるものであって、小サイズ用紙幅に対応する幅狭の領域に発熱部である５つの発光部フィラメント３５ａが長手方向に配されており、その消費電力は４５０Ｗである。

又、前記加圧ローラ２９は、鉄製の芯金の外表面にシリコーンゴムの弾性層を形成し、その表面に厚さ５０μｍのＰＦＡチューブから成る表面離型層を形成して構成され、その外径はφ２５ｍｍに設定されている。この加圧ローラ２９は、図４に示すように、その長手方向両端部の軸部２９ａが軸受３８によって回転可能に支持されており、軸部２９ａの一端には駆動ギヤ３９が取り付けられている。

而して、加熱ベルト２８は、図２に示すように、その内部に配された押圧支持体である横断面逆Ｔ字状の加圧パッド４０によって加圧ローラ２９に押圧され、加圧ローラ２９との間に定着ニップ部を形成している。

ここで、加圧パッド４０は、加熱ベルト２８に一定幅で摺接するガイド部４０ａと、該ガイド部４０ａの反摺接面側から長手方向に略垂直に立設された板状の補強部４０ｂとで構成されている。図２及び図３に示すように、加圧パッド４０の補強部４０ｂは、２本のハロゲンヒータ３４，３５の間に配置されており、図４及び図５に示すように、この補強部４０ｂのハロゲンヒータ３４，３５の発光部フィラメント３４ａ，３５ａに対応する長手方向位置には矩形の７つの切欠き孔４０ｂ−１が形成されている。尚、加圧パッド４０は、その熱容量を小さく抑えるため、ガイド部４０ａの厚さは０．３ｍｍ、補強部４０ｂの厚さは１．２ｍｍ、高さは２０ｍｍに設定されている。

次に、定着装置４の作用について説明する。

不図示のモータからの駆動力が加圧ローラ２９の駆動ギヤ３９に伝達されると、該加圧ローラ３９が図２の矢印方向（反時計方向）に回転駆動され、この加圧ローラ２９に当接する加熱ベルト２８が所定の速度（２５０ｍｍ／ｓｅｃ）で図２の矢印方向（時計方向）に従動回転する。これと同時に加熱ベルト２８の内部に配されたハロゲンヒータ３４又は３５に通電されると、該ハロゲンヒータ３４又３５の複数の発光部フィラメント３４ａ又は３５ａが発熱し、図３に示すようにハロゲンヒータ３４，３５から輻射熱線が放射状に出射されて加熱ベルト２８が内部から加熱される。尚、図３には、２本のハロゲンヒータ３４，３５が同時に点灯された場合の輻射熱線の出射状況を示す。

上記状態において、前述のように表面にトナー像が転写された用紙が定着装置４に供給され、この用紙が加熱ベルト２８と加圧ローラ２９とで形成される定着ニップ部を通過すると、トナーが加熱及び加圧されて溶融し、トナー像が用紙に永久画像として定着される。

ところで、本実施の形態に係るレーザビームプリンタ１においては、大小２種類のサイズの用紙を定着装置４に通紙可能であって、大サイズの用紙が通紙される場合には一方のハロゲンヒータ３４が点灯され、小サイズの用紙が通紙される場合には他方のハロゲンヒータ３５が点灯される。

以上において、本実施の形態に係る定着装置４によれば、加熱ベルト２８に接触して加圧ローラ２９と間に定着ニップ部を形成する加圧パッド４０のガイド部４０ａの長手方向の撓み変形が補強部４０ｂによって防がれるため、長手方向に均一な幅の定着ニップ部を形成することができる。

又、加圧パッド４０の補強部４０ｂは、長手方向に長い薄い板状を成すとともに、ハロゲンヒータ３４，３５の複数の発光部フィラメント３４ａ，３５ａに対応する長手方向位置に複数の切欠き孔４０ｂ−１が形成されているため、加圧パッド４０の熱容量が小さく抑えられるとともに、ハロゲンヒータ３４，３５の発光部フィラメント３４ａ，３５ａから放射される輻射熱が補強部４０ｂに形成された切欠き孔４０ｂ−１を通過して加熱ベルト２８を加熱するため、加圧パッド４０が過剰に加熱されることがなく、加熱ベルト２８が効率良く加熱されてウォームアップタイムが短縮されるとともに、エネルギー消費量が低く抑えられる。

尚、以上は本発明を特にレーザビームプリンタに適用した形態について説明したが、本発明は、プリンタの他、複写機やファクシミリ装置等の他の任意の画像形成装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

本発明に係る画像形成装置（レーザビームプリンタ）の側断面図である。 本発明に係る定着装置の横断面図である。 本発明に係る定着装置の加熱ベルト内部におけるハロゲンヒータの輻射熱線のイメージ図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１ レーザビームプリンタ（画像形成装置）
１ａ 装置本体
２ 給紙部
３ 画像形成部
４ 定着装置
５ 排紙部
６ スイッチバック部
７ 給紙トレイ
８ 手差しトレイ
９ リフト板
１０ 昇降板
１１ リフト駆動軸
１２ 軸
１３ ピックアップローラ
１４ フィードローラ
１５ リタードローラ
１６〜１８ 給紙ローラ
１９ レジストローラ
２０ ピックアップローラ
２１ 感光ドラム
２２ 一次帯電器
２３ 現像装置
２４ 転写ローラ
２５ クリーニング装置
２６ レーザスキャナユニット（ＬＳＵ）
２７ トナーホッパー
２８ 加熱ベルト
２９ 加圧ローラ（加圧部材）
２９ａ 加圧ローラの軸部
３０ 搬送ローラ
３１ 排紙ローラ
３２ 排紙トレイ
３３ 搬送ローラ
３４，３５ ハロゲンヒータ（熱源）
３４ａ，３５ａ 発光部フィラメント（発熱部）
３６ 軸受
３７ 定着フレーム
３８ 軸受
３９ 駆動ギヤ
４０ 加圧パッド（押圧支持体）
４０ａ 加圧パッドのガイド部
４０ｂ 加圧パッドの補強部
４０ｂ−１ 切欠き孔
Ｌ，Ｌ’ 搬送路
Ｌ１ 搬送路の水平部
Ｌ２ 搬送路の垂直部

Claims (3)

1. 互いに当接して回転する加熱ベルトと加圧部材を備え、前記加熱ベルトの内部に配された熱源から放射される輻射熱によって加熱ベルトを加熱しつつ、加熱ベルトの内部に配された押圧支持体によって加熱ベルトを前記加圧部材に押圧して加圧部材との間に定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部に通紙される用紙上のトナー像を定着する定着装置において、
   前記押圧支持体を、前記加熱ベルトに一定幅で摺接するガイド部と、該ガイド部の反摺接面側から長手方向に略垂直に立設された板状の補強部とで構成するとともに、前記補強部の前記熱源の複数の発熱部に対応する長手方向位置に切欠き孔を形成したことを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱ベルトの内部に複数の熱源を配置し、前記押圧支持体の補強部を複数の熱源の間に配置したことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、
   該画像形成手段によって前記像担持体上に形成されたトナー像を用紙上に転写する転写手段と、
   互いに当接して回転する加熱ベルトと加圧部材を備え、前記加熱ベルトの内部に配された熱源から放射される輻射熱によって加熱ベルトを加熱しつつ、加熱ベルトの内部に配された押圧支持体によって加熱ベルトを前記加圧部材に押圧して加圧部材との間に定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部に通紙される用紙上のトナー像を定着する定着装置と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記定着装置を請求項１又は２記載の定着装置で構成したことを特徴とする画像形成装置。
   

Images