JP2008070582A - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速立上げができ、温度安定性に優れ、更に定着ベルトの記録媒体の搬送性に優れた定着装置及び画像形成装置を提供すること。
【解決手段】定着装置を、可撓性の定着ベルト１０１と、回動可能な円筒状の部材であり定着ベルト１０１に内包される金属熱伝導体１０２と、前記金属伝導体を加熱するハロゲンヒータ１０３と、定着ベルト１０１を介し加圧体に押し当てられて形成されるニップ部１０６で未定着画像を担持した記録紙Ｐに熱と圧力を与える加圧ローラ１０５と、金属熱伝導体１０２と定着ベルト１０１に挟まれたニップ部１０６の出口側の領域に定着ベルト１０１裏面と近接し、その位置が固定して配置されたベルトガイド部材２０４とを備えて構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に係り、特に可撓性の無端ベルト部材と、回動可能な円筒状の部材であり前記無端ベルト部材に内包される金属熱伝導体と、前記金属伝導体を加熱する熱源とを有し、前記無端ベルト部材を介し加圧体に押し当てられて形成されるニップ部で未定着画像を担持した記録媒体に熱と圧力を与える定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来から、電子写真方式を利用した画像形成装置は考えられ公知技術であり、このような画像形成装置では、像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録紙に転写して画像を担持させ、圧力や熱等を用いる定着装置によって記録紙上のトナー画像を定着し、定着された記録紙は、排紙経路を通り、装置外に排出される。

定着装置には、例えば対向するローラもしくはベルトもしくはそれらの組み合わせからなる定着回転体が配置されており、定着回転体が形成するニップ部に未定着トナー像が担持された記録媒体である記録紙を挟み込み、熱及び圧力を加え、上記未定着トナー像を記録紙上に定着する。

定着装置として、図６に示すものがある。この定着装置５００は、定着回転体として無端状の定着ベルト５０１、この定着ベルト５０１が掛け渡される定着ローラ５０２及び加熱ローラ５０３を備える。定着ローラ５０２の表面にはゴム層が設けられ、加熱ローラ５０３内には、加熱手段である加熱ヒータ５０４が配置される。そして、定着ローラ５０２には加圧ローラ５０５が定着ベルト５０１を介して接触してニップ部５０６が形成されている。また定着装置５００には、記録紙Ｐを定着ベルト５０１から分離する分離爪５０７，定着ベルト５０１にテンションを付与するテンションローラ５０８、テンションローラ５０８を付勢するスプリング５０９、加熱ローラ５０３に接触する定着ベルト５０１の温度を測定するサーミスタ５１０が配置されている。定着装置５００において未定着トナー像が担持された記録紙Ｐは、定着ベルト５０１と加圧ローラ５０６の間のニップ部５０６に入り、ニップ部５０６を通過する過程で、転写された未定着トナー像が加熱及び加圧され記録紙Ｐに定着される。

また、近年ウォームアップ時間（電源投入時など、常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）までに要する時間）やファーストプリント時間（印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間）の短縮化の要望に応じて図７に示す定着装置が提案されている。

この定着装置６００はセラミックヒータを用いたサーフ定着装置（別名：フィルム定着装置）と称される。この定着装置６００は無端状の定着ベルト６０１内に、セラミックヒータ６０２、セラミックヒータ６０２を支持するホルダ６０３、ホルダ６０３を固定するステー６０４を備え、セラミックヒータ６０２には定着ベルト６０１を介して加圧ローラ６０５を配置しニップ部６０６を形成したものである。

この定着装置６００では図６に示した定着装置５００に比して、低熱容量化、小型化が実現できる。しかし、定着装置６００にあっては、ニップ部６０６のみを局所加熱しているため、その他の部分では加熱されておらず、ニップの入り口でベルトは最も冷えた状態にあり、定着不良が発生しやすくなるという問題があった。

特に高速機においては、定着ベルト６０１の回転が速くなるため、ニップ部６０６以外での定着ベルト６０１の放熱が多くなり、より定着不良が発生しやすくなるという問題がある。

そこで、この問題を解決するため図８に示す定着装置が提案されている。この定着装置７００は内部にヒータ７０３を配置したパイプ状の金属熱伝導体７０２と、この金属熱伝導体７０２に巻き付けられた無端状の定着ベルト７０１とを備えて構成される。この例では、金属熱伝導体７０２にはニップ形成部７０４が形成され、金属熱伝導体７０２のニップ形成部７０４に定着ベルト７０１を介して加圧ローラ７０５を接触して配置し、ニップ部７０６を形成したものである。この定着装置７００によれば、定着ベルト７０１は金属熱伝導体７０２を介してヒータ７０３からの熱が全体的に十分、かつ均一に与えられるので、定着ベルト７０１の温度安定性が増し係る問題を解決することができる。

また、画像形成装置の定着装置として以下のものが提案されている。特許文献１には、第１、第２、第３のローラに巻回された第１の定着ベルトと、第４、第５、第６のローラに巻回された第２の定着ベルトとを備え、第１及び第４のローラを圧接することにより第１及び第２の定着ベルトを挟み込み、第２及び第５のローラが第１及び第４のローラに対して搬送方向下流に配置された構成によってなされるニップ部を未定着トナー像が担持された転写材が通過することによって定着が行われる定着装置において、第１と第４のローラはその外周面に弾性層を有し、その直径並びに弾性層の材質、厚み及び硬度が等しく形成され、それぞれの回転軸上に互いに噛合する同歯数の歯車が設けられており、第２及び第５のローラは第１及び第４のローラよりも小径であるものが開示されている。

特許文献２には定着ベルトと加圧ローラとの間のニップ部よりも定着ベルトの移動方向下流側の定着ベルト部分と、定着ベルトを巻き掛けた支持ローラとの間に、その定着ベルト部分が支持ローラの周面から離間するように、定着ベルトを案内するベルトガイド部材を設け、ニップ部Ｎよりも下流側の定着ベルト部分を支持ローラに接触させるものが開示されている。

特許文献３には、転写紙上のトナー画像を定着ベルトにより定着後、そのまま排出する片面コピーモードと、排出する直前に案内片の向きを変え、排紙ローラを逆回転して両面ユニットを介して再び転写位置で裏面に転写し、定着し排出する両面コピーモードとを有し、加熱ローラ、剥離ローラ、テンションローラに巻回した加熱無端ベルトと、加圧ローラ、剥離ローラ、テンションローラに巻回した加圧無端ベルトを設け、両ベルトの重なり部を介して加熱ローラに加圧ローラを押圧する様にし、両無端ベルトの両側に空冷装置、加熱、加圧ローラに温度検知センサを設け、両ローラのヒータの発熱量をコントロールする様にした定着装置を有する様に構成したカラー画像形成装置が開示されている。
特開２００６−０１７８６７ 特開２００３−３０７９５６ 特開平０５−１４２９５９

しかしながら、図６に示した定着装置５００、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に開示された定着装置は、多くの支持部材を設けているので、定着装置自体の熱容量が大きくなり、ウォームアップに時間がかかるという問題がある。

また、図７に示した定着装置６００、特許文献１、特許文献２に開示された定着装置は、ベルトを局部加熱するものであるので、ニップ部でのベルトの温度リップルが発生しやすく、温度制御の安定性が低いという問題がある。

更に、図９に示した定着装置７００では、ベルトと金属熱伝導体の界面の摩擦抵抗により、ベルトが加圧ローラに対してスリップし、連れ回りができずに用紙ジャムが発生する場合があるという問題がある。
そこで、本発明では上記問題を解決し、高速立上げができ、温度安定性に優れ、更に定着ベルトの記録媒体の搬送性に優れた定着装置及び画像形成装置を提供することを課題とする。

請求項１の発明は、可撓性の無端ベルト部材と、回動可能な円筒状の部材であり前記無端ベルト部材に内包される金属熱伝導体と、前記金属伝導体を加熱する熱源と、前記無端ベルト部材を介し加圧体に押し当てられて形成されるニップ部で未定着画像を担持した記録媒体に熱と圧力を与える加圧体と、前記金属熱伝導体と前記無端ベルト部材に挟まれたニップ部の出口側の領域に前記無端ベルト部材裏面と近接し、その位置が金属伝導体に対して固定して配置されたベルトガイド部材と、備えることを特徴とする定着装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記ベルトガイド部材はその前記無端ベルト部材の移動下流側において前記無端ベルト部材の走行方向を屈曲させるよう案内する屈曲部を備えることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の定着装置において、前記ベルトガイド部材は前記ニップ部の出口から前記無端ベルトを屈曲させることなく前記屈曲部にまで案内するベルト案内部を備えることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の定着装置において、前記ベルトガイド部材は、金属製の部材であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか記載の定着装置において、前記ベルトガイド部材は前記金属熱伝導体と接触していることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか記載の定着装置において、前記ベルトガイド部材を加熱する熱源を有することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明に係る定着装置によれば、多くの支持部材を必要としないので、定着装置自体の熱容量が小さく、ウォームアップを早いものとすることができ、また、定着ベルトは金属伝導体により全体的に加熱されるので、ニップ部でのベルトの温度リップルが少なく、温度制御の安定性が高いものとでき、また、余熱待機時では、定着ベルトが全体的に加熱されているためいつでも印刷可能な状態にベルトの温度を保つことができ、余熱待機モードからのファーストプリントタイムを短縮することができる他、金属熱伝導体を円筒形として回動可能としているため、ベルトと金属熱伝導体の摩擦抵抗が減じられ、ベルトの搬送性を良好なものとすることができる。

また、金属熱伝導体を円筒形にしたことにより発生するニップ幅の減少に対応して、ニップ出口側にベルトガイド部材を設けているので、定着ベルトは、転写紙の排出方向に導かれ、定着ベルトと転写紙との密着時間が長くなり、転写紙は定着ベルトからの十分な熱量を受け取ることができ、全体として定着性を十分に保持することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態としての実施例を図面に基づいて説明する。

以下、本発明が適用される画像形成装置の実施例を図１乃至図５に基づいて説明する。図１は本発明の実施例に係る画像形成装置を示す断面概略図である。本例の画像形成装置は、カラー画像形成装置であり、中間転写ベルト１１を有する転写ベルトユニット１０と、直線状に４つの画像ステーションが配置され、各画像ステーションには像担持体として感光体２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋを各々有し、その周りには帯電装置３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｋ、現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｋ、クリーニング装置４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋが配置されている。トナー補給ボトル９は図中左からイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）トナーが充填されており、図示しないトナー搬送機構により所定の補給量が現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｋに供給される。

プリント信号により転写紙２が給紙カセット１より給紙ローラ３で送り出され、転写紙２の先端がレジストローラ４まで送られる。送られた紙はセンサにより検知されジャムの有無が判定される。画像信号に合わせてレジストローラから転写紙は転写位置まで送られる。

一方、プリント信号に応じて帯電装置により一様に帯電された感光体２０Ｙ〜２０Ｋは、書き込み装置８により画像信号に対応した静電潜像が形成される。各静電潜像は、静電潜像に対応した現像装置５０Ｙ〜５０Ｋにより現像が行われトナー画像を形成される。

感光体２０Ｙ〜２０Ｋ上に形成されたトナー像は１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｋに転写電圧が印加され、中間転写ベルト上に順次転写され重ねトナー像が形成される。そして、中間転写ベルト１１上に形成された重ねトナー像は２次転写ローラ５の位置まで搬送され、２次転写ローラ５と２次転写対向ローラ１６間に印加される転写電界により転写紙２に転写され、重ねトナー像が紙上に形成される。

重ねトナー像が形成された転写紙２は本発明に係る定着装置６に搬送され、トナー像は定着され排紙ローラ７で排紙トレイ上に排紙される。

像担持体上に残留するトナーは各々のクリーニング装置により除去され、直流に交流が重畳された帯電装置により除電と同時に帯電が行われ、次の作像に備える。

中間転写ベルト上に残留するトナーは中間転写ベルトクリーニング装置１３により除去される。また帯電している中間転写ベルトは、回転しながら自然放電と、接地された中間転写ベルトクリーニング対向ローラ１５との接触により減衰が行われ、次の工程に備える。

次に定着装置の構成について説明する。図２は実施例に係る画像形成装置の第１の例に係る定着装置を示す断面図、図３は図２に示した定着装置の平面概略図である。この定着装置１００は、無端状の定着ベルト１０１と、この定着ベルト１０１内に配置される円筒状の金属熱伝導体１０２と、金属熱伝導体１０２内に配置される熱源であるハロゲンヒータ１０３と、定着ベルト１０１内に配置され定着ベルト１０１を案内するベルトガイド部材１０４と、加圧体でありニップ部１０６を形成する加圧ローラ１０５と、ベルト板ガイド板１０７と、サーミスタ１０８を備えてなる。なお、図３中符号１０９は定着装置１００固定用のステー部材、符号１１０は金属熱伝導体１０２及び加圧ローラ１０５の軸受け、１１１は加圧ローラ１０５駆動用の歯車を示している。

定着ベルト１０１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などの材料を用いた無端ベルト又は無端フィルムで形成される。また、定着ベルト１０１の表層はＰＦＡ又はＰＴＦＥ層などの離型層を備え、未定着トナーが付着しないように離型性を有している。更に、定着ベルト１０１の基材とＰＦＡ又は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を形成してもよい。シリコーンゴムの層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押しつぶして定着するときにベルト表面の微妙な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の跡が残る場合がある。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微妙な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。

金属熱伝導体１０２はアルミ、又は鉄、ステンレスなどの金属で形成されている円筒性部材である。なお、ハロゲンヒータ１０３に換え、抵抗発熱体を使用することができる。

ベルトガイド部材１０４は、金属部材であり、金属熱伝導体１０２と定着ベルト１０１に挟まれたニップ部１０６の出口側の定着ベルト１０１の裏側領域に定着ベルト１０１の裏面と近接し、その位置が金属熱伝導体１０２に対して固定されて配置されている。ベルトガイド部材１０４は、その定着ベルト１０１の移動方向の下流側に前記定着ベルト１０１に接触して定着ベルト１０１を弧状に屈曲させるベルト屈曲部１０４ａを形成し、前記ニップ部１０６の出口で定着ベルト１０１を案内するベルト案内部１０４ｂを形成して構成されている。このベルト屈曲部１０４ａの先端においてベルトガイド部材１０４は金属熱伝導体１０２に接触しており、金属熱伝導体１０２の熱はベルトガイド部材１０４に伝達される。このため、ベルトガイド部材１０４が金属熱伝導体１０２と同じ温度になり定着ベルト１０１の温度が低下せず定着ベルト１０１の温度安定性を向上させることができる。なお、ベルトガイド部材１０４の当接部と金属熱伝導体１０２との摺動摩擦を軽減するため、界面にフッ素グリスやシリコーンオイルなどの潤滑材を塗布することが望ましい。

また、ベルト屈曲部１０４ａの表面は所定の曲率をなす曲面で形成しており、この曲面は、曲率を大きく（半径を小さく）して、定着ベルト１０１の走行方向が急変させる方が、より記録紙Ｐの分離性が向上するので好ましい。なお、ベルトガイド部材１０４は樹脂部材構成することができるが、金属部材とするとベルトガイド部材１０４の温度が高くなるので定着性は有利である。また、ベルトガイド部材１０４にスプリングなどを設けて引っ張ることにより定着ベルト１０１にテンションを与えるように設置すると、より定着ベルト１０１とベルトガイド部材１０４が密着しやすくなり、熱伝導性が向上する。

このような定着装置１００において、定着ベルト１０１は加圧ローラ１０５により連れ回る。本例では、加圧ローラ１０５が図示しない駆動源により回転駆動され、ニップ部１０６において定着ベルト１０１に駆動力が伝達される。また、金属熱伝導体１０２を図示しない駆動源により回転駆動して、ベルトを内側から回転させることができる。

加圧ローラ１０５は中空の金属ローラにシリコーンゴム層が形成され、離型性を得るために表面にＰＦＡ又はＰＴＦＥ層が設けてある。加圧ローラ１０５は画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源から歯車１１１を介して駆動力が伝達され回転する構成としているが、定着ローラに駆動源があり加圧ローラは定着ベルトを介して連れ回る構としてもよい。

また、加圧ローラ１０５はスプリングなどにより定着ベルト１０１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、所定のニップ部幅を有している。加圧ローラは中実のローラであってもよいが、中空のほうが熱容量は少ないため良好である。また、加圧ローラの内部にハロゲンヒータなどの加熱源を有していてもよい。

従って、本例に係る定着装置１００によれば、定着ベルト１０１の内部に配置される部品の点数が少なく、また、定着ベルト１０１の外径を小さくできるので、全体として熱容量を小さくでき、短い時間で昇温させることができ、ウォームアップ時間を短縮することができる。

また、定着ベルト１０１は金属熱伝導体１０２により均一化された温度で全体的に温められるので、温度安定性が高く、定着ベルト１０１を高速に回転しても十分に熱が伝わるため、良好な定着性を得ることができる。更に、定着ベルト１０１内部で金属熱伝導体１０２を回動可能としているから、定着ベルト１０１の回転時の抵抗が少ないため、更に金属熱伝導体１０２自身を回転駆動することも可能であるため、定着ベルト１０１のスリップによるジャムの発生を防止することができる。

次に定着装置の変形例について説明する。図４は定着装置の変形例を示す概略断面図である。この定着装置２００では、ベルトガイド部材２０４のベルト屈曲部２０４ａにコロ部材２０８を設ける他、ベルトガイド部材２０４の定着ベルト１０１に近接して配置されるベルト案内部２０４ｂを平板状として、定着ベルト１０１を屈曲させることなく前記ベルト案内部２０４ｂにまで案内するものである。定着装置２００において、その他の構成は上述した定着装置１００と同一であるので、同一の部材には、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本例では、ベルトガイド部材２０４のコロ部材２０８により、定着ベルト１０１にストレスを与えることなくその進行方向を急激に変化させることができ、ベルトの進行方向と記録紙Ｐの進行方向用紙を分け、記録紙Ｐの分離を良好なものとすることができる。

また、定着装置２００では、ベルトガイド部材２０４のベルト案内部２０４ｂが定着ベルト１０１をベルト屈曲部２０４ａまで屈曲させることなく平坦な状態もまま案内しているので、記録紙Ｐが平らに加熱搬送されその形状が保持されるので、記録紙Ｐのカールを防止することができる。また、カール形状が抑制されているため、記録紙Ｐが定着ベルト１０１に巻つきにくく、分離性が向上する。

次に定着装置の他の変形例について説明する。図５は定着装置の他の変形例を示す概略断面図である。

この定着装置３００は、図２に示した定着装置１００と同様の、定着ベルト３０１、金属熱伝導体３０２を備えている。そして、定着装置３００では、金属熱伝導体３０２の加熱手段として、誘導加熱コイル３０３を金属熱伝導体３０２の外側に配置している他、断面略逆Ｖ字形を成した金属製のベルトガイド部材３０４の内部に熱源としてハロゲンヒータ３０８を配置している。また、この定着装置３００では加圧ローラ３０５には、その表面にスポンジ状のシリコーンゴム層３０５ａを配置している。なお、前記ハロゲンヒータ３０８は図示していない温度検知手段により温度が測定され、温度制御プログラムにより、所定の温度になるように制御されている。

本例に係る定着装置３００では、ベルトガイド部材３０４が加熱されているため、ウォームアップ時においても、金属熱伝導体からの熱伝導を待たずに速やかにベルトガイド部材３０４が昇温するため、ベルトから熱を奪うことが抑制され、ウォームアップ時間短縮と、ベルトの温度安定性の向上を達成することができる。

本発明の実施例に係る画像形成装置を示す断面概略図である。 実施例に係る画像形成装置の第１の例に係る定着装置を示す断面図 図２に示した定着装置の平面概略図である。 定着装置の変形例を示す概略断面図である。 定着装置の他の変形例を示す概略断面図である。 従来の定着装置を示す概略断面図である。 従来の他の定着装置を示す概略断面図である。 従来の他の定着装置を示す概略断面図である。

符号の説明

１００：定着装置
１０１：定着ベルト
１０２：金属熱伝導体
１０３：ハロゲンヒータ
１０４：ベルトガイド部材
１０４ａ：ベルト屈曲部
１０４ｂ：ベルト案内部
１０５：加圧ローラ
１０６：ニップ部
１０７：ベルト板ガイド板
１０８：サーミスタ
１０９：ステー部材
１１０：軸受け
１１１：歯車
２００：定着装置
２０４：ベルトガイド部材
２０４ａ：ベルト屈曲部
２０４ｂ：ベルト案内部
２０８：コロ部材
３００：定着装置
３０１：定着ベルト
３０２：金属熱伝導体
３０３：誘導加熱コイル
３０４：ベルトガイド部材
３０５：加圧ローラ
３０５ａ：シリコーンゴム層
３０８：ハロゲンヒータ

Claims (7)

1. 可撓性の無端ベルト部材と、
   回動可能な円筒状の部材であり前記無端ベルト部材に内包される金属熱伝導体と、
   前記金属伝導体を加熱する熱源と、
   前記無端ベルト部材を介し加圧体に押し当てられて形成されるニップ部で未定着画像を担持した記録媒体に熱と圧力を与える加圧体と、
   前記金属熱伝導体と前記無端ベルト部材に挟まれたニップ部の出口側の領域に前記無端ベルト部材裏面と近接し、その位置が金属伝導体に対して固定して配置されたベルトガイド部材と、
   備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記ベルトガイド部材はその前記無端ベルト部材の移動下流側において前記無端ベルト部材の走行方向を屈曲させるよう案内する屈曲部を備えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記ベルトガイド部材は前記ニップ部の出口から前記無端ベルトを屈曲させることなく前記屈曲部にまで案内するベルト案内部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記ベルトガイド部材は、金属製の部材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の定着装置。
5. 前記ベルトガイド部材は、前記金属熱伝導体と接触していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の定着装置。
6. 前記ベルトガイド部材を加熱する熱源を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の定着装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。