JP2009223315A - 定着装置及び定着装置の現像材定着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】現像材の定着を行うベルト定着装置のベルトの寿命を向上させた定着装置及び定着装置の現像材定着方法を提供する。
【解決手段】内部に加熱装置を有する加圧ローラと、金属の芯金を有する金属ローラと、前記金属ローラとともに定着ベルトを掛け回し、前記定着ベルトを挟んで前記加圧ローラと当接し、円筒形状をなす中央部分の幅が前記加圧ローラの幅よりも小さく、両端部に中央部分の直径よりも直径が小さい小径ローラを有する定着ローラと、を備える。定着ベルトの両端部にストレスが加わらず、定着ベルトの寿命が長くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コピー機、プリンタなどの画像形成装置に係り、特に現像材の定着を行うベルト定着装置のベルトの寿命を向上させた定着装置及び定着装置の現像材定着方法に関する。

画像形成装置は、トナーなどの現像材を加熱し、加圧することにより記録媒体に現像材を定着させる定着装置を備えている。

近時の定着装置は低熱容量化のために定着ベルトを備えている（例えば、特許文献１）。定着ベルトは定着ローラと金属ローラに掛け回されている。現像材を転写された記録媒体は定着ローラと、この定着ローラに定着ベルトを挟んで当接し、加熱装置を備える加圧ローラとによって挟まれる。そして、記録媒体は搬送されながら加圧及び加熱される。

このような定着装置において、定着ベルトは定着ローラの両端に設置された規制板により位置が規制される。定着ベルトが定着ローラと加圧ローラによって加圧されると、定着ベルトの両端部に過度の圧力が加わり定着ベルトが破壊されてしまうことがあるという問題点があった。

特開２００４−１０９６５０号公報

本発明の目的は、現像材の定着を行うベルト定着装置のベルトの寿命を向上させた定着装置及び定着装置の現像材定着方法を提供することである。

本発明は、内部に加熱装置を有する加圧ローラと、金属の芯金を有する金属ローラと、 金属ローラとともに定着ベルトを掛け回し、定着ベルトを挟んで加圧ローラと当接し、円筒形状をなす中央部分の幅が加圧ローラの幅よりも小さく、両端部に中央部分の直径よりも直径が小さい小径ローラを有する定着ローラと、を備える定着装置を提供する。

本発明は、定着ベルトの両端に過度の圧力が加わることがなく定着ベルトの寿命を延ばすことが可能となるという効果がある。

画像形成装置の構成例を示した図である。 定着装置の側面図である。 定着装置の上面図である。 第１の実施形態における定着装置のニップ部分の斜視図である。 第１の実施形態において、切り欠き部を大きくした定着ローラを示す図である。 第２の実施形態における定着装置のニップ部分の斜視図である。

以下、本発明による定着装置及び定着装置の現像材定着方法の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。

（画像形成装置の概要）
図１は画像形成装置の構成例を示した図である。図１に示すように、装置本体６０１の上部には例えばガラス板のような透明な材質によって形成される原稿載置用の原稿台６０２が設けられる。また、この原稿台６０２を覆うようにカバー６０３が装置本体６０１に開閉自在に設置される。

装置本体６０１内部の原稿台６０２の下面側には、原稿台６０２に載置された原稿の画像を光学的に読取るスキャンユニット（図示せず）が設けられる。例えばこのスキャンユニットは、キャリッジ６０４と、原稿に反射した露光ランプ６０５の光を反射する反射ミラー６０６，６０７，６０８と、この反射された光を変倍する変倍用レンズブロック６０９と、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）６１０とを有する。キャリッジ６０４は原稿台６０２に向けて光を照射する露光ランプ６０５を備え、原稿台６０２の下面に沿って往復動可能に構成される。

キャリッジ６０４は、露光ランプ６０５を点灯させながら往動することにより、原稿台６０２に載置された原稿に露光する。この露光による原稿台６０２に載置されている原稿の反射光像は、反射ミラー６０６，６０７，６０８および変倍用レンズブロック６０９を経由してＣＣＤ６１０に投影される。ＣＣＤ６１０は投影された原稿の反射光像に対応する画像データを出力する。

装置本体６０１内部のスキャンユニットの下方には画像形成部２２０が設けられる。画像形成部２２０は、例えばプリントエンジン（図示せず）とプロセスユニット（図示せず）を備える。

プリントエンジンは露光ユニット６１１を含む。プロセスユニットは、露光ユニット６１１に沿って配置される感光体ドラム６２１，６２２，６２３，６２４と、感光体ドラム６２１，６２２，６２３，６２４を挟んで露光ユニット６１１と対向して配置される無端状の転写ベルト１２と、転写ベルト１２を駆動するドライブローラ６２６と、転写ベルト１２を挟んで感光体ドラム６２１，６２２，６２３，６２４と対向して配置される１次転写ローラ６４１，６４２，６４３，６４４と、１次転写ローラ６４１，６４２，６４３，６４４を駆動させる転写ローラ駆動ユニットを含む。

転写ベルト１２は、ドライブローラ６２６、ガイドローラ６２７，６２８，６２９、及び従動ローラ６３０に掛け渡され、ドライブローラ６２６から動力を受けて反時計方向に回転走行する。ガイドローラ６２７は上下動自在に設けられており、カム６３１の回動を受けて転写ベルト１２側に移動する。これにより、ガイドローラ６２７は転写ベルト１２を感光体ドラム６２１，６２２，６２３，６２４側に変位させる。

この画像形成部２２０は、画像データ（ＣＣＤ６１０から出力された画像信号）に基づく画像を形成し、その画像を搬送途中の記録媒体に印刷する画像形成プロセスを実行する。すなわち、ＣＣＤ６１０から出力された画像信号は適宜に処理された後、露光ユニット６１１に供給される。露光ユニット６１１はイエローカラーの画像信号に応じたレーザビームＢ１をイエローカラー用の感光体ドラム６２１に、マゼンタカラーの画像信号に応じたレーザビームＢ２をマゼンタカラー用の感光体ドラム６２２に、シアンカラーの画像信号に応じたレーザビームＢ３をシアンカラー用の感光体ドラム６２３に、ブラックカラーの画像信号に応じたレーザビームＢ４をブラックカラー用の感光体ドラム６２４に向けてそれぞれ発する。

１次転写ローラ６４１，６４２，６４３，６４４は、転写ベルト１２側へ移動（下降）されることにより、その転写ベルト１２を感光体ドラム６２１，６２２，６２３，６２４に接触させて、感光体ドラム６２１，６２２，６２３，６２４上の可視像を転写ベルト１２に転写させる。

感光体ドラム６２１の周囲には、図示しないドラムクリーナ，除電ランプ，帯電ユニット，現像ユニットが順次に配設されている。ドラムクリーナは感光体ドラム６２１の表面に接するドラムクリーニングブレードを有し、感光体ドラム６２１の表面に残留している現像材をドラムクリーニングブレードによって掻き落とす。

除電ランプは感光体ドラム６２１の表面に残留している電荷を除去する。帯電ユニットは高電圧を感光体ドラム６２１に印加することにより、感光体ドラム６２１の表面に静電荷を帯電させる。この帯電が済んだ感光体ドラム６２１の表面に、露光ユニット６１１から発せられるレーザビームＢ１が照射される。この照射により、感光体ドラム６２１の表面に静電潜像が形成される。現像ユニットは、感光体ドラム６２１の表面にイエローカラーの現像材（トナー）を供給することにより、感光体ドラム６２１の表面の静電潜像を可視像化する。

他の感光体ドラム６２２，６２３，６２４も同様に、それぞれ対応した色の現像材を用いて各感光体ドラム６２２，６２３，６２４の表面の静電潜像を可視像化する。

画像形成部２２０のドライブローラ６２６と対向する位置には、転写ベルト１２を挟んでクリーナ６３６が設けられている。このクリーナ６３６は転写ベルト１２に接するクリーニングブレード６３６ａを有し、転写ベルト１２に残留している現像材をクリーニングブレード６３６ａによって掻き落とす。

印刷モードの変更は次のように行なう。１次転写ローラ６４１，６４２，６４３，６４４の近傍には、フック６７１，６７２，６７３，６７４が設けられている。このフック６７１，６７２，６７３，６７４は、回動しながら１次転写ローラ６４１，６４２，６４３，６４４の軸に係合してその軸を持ち上げ、１次転写ローラ６４１，６４２，６４３，６４４を感光体ドラム６２１，６２２，６２３，６２４から引き離す方向に移動させる。１次転写ローラ６４１，６４２，６４３，６４４をいずれも移動させないか、又は移動させるものの組み合わせを変えることによりフルカラーモード、全離間モード、モノクロモードなどの印刷モードの変更を行なう。

次に、記録媒体の収納機構と供給機構について説明する。露光ユニット６１１の下方には記録媒体を収納する複数の記録媒体カセット６５０が設けられている。これら記録媒体カセット６５０には互いに異なる記録媒体種の多数枚の記録媒体Ｐが積層状態で収容されている。これら記録媒体カセット６５０の出口部分（図示右側）には記録媒体カセット６５０内の記録媒体を上部から１枚ずつ記録媒体を供給する記録媒体供給機構２２１がそれぞれ設けられている。そして、この記録媒体供給機構２２１により、いずれか１つの記録媒体カセット６５０から記録媒体Ｐが１枚ずつ取り出される。いずれか１つの取り出し用の記録媒体供給機構２２１はピックアップローラ６５１と、記録媒体供給ローラ６５２ａと、分離ローラ６５２ｂとを含み、記録媒体カセット６５０から取り出された記録媒体Ｐを１枚ずつ分離して記録媒体搬送機構６５３に供給する。

次に、記録媒体の搬送経路について説明する。記録媒体搬送機構６５３は前記画像形成部２２０の従動ローラ６３０を経由して上方の記録媒体排出口６５４まで延びている。記録媒体排出口６５４は装置本体６０１の外周面に連なる記録媒体排出部６５５に臨んでいる。また、記録媒体搬送機構６５３の始端側には、各記録媒体供給機構２２１の近傍にそれぞれ搬送ローラ６５６が設けられている。この記録媒体搬送機構６５３はいずれかの記録媒体供給機構２２１により記録媒体が供給されると、供給された記録媒体を上記記録媒体排出部６５５まで搬送する。

また、２次転写ローラ６３０ａが記録媒体搬送機構６５３の途中の従動ローラ６３０と転写ベルト１２を挟んで対向する位置に設けられている。これら従動ローラ６３０および２次転写ローラ６３０ａの搬送方向手前位置にレジストローラ６５８が設けられている。

レジストローラ６５８は、転写ベルト１２と２次転写ローラ６３０ａとによる、現像材（トナー）によって形成された画像の記録媒体への転写を行なう動作である転写動作と同期したタイミングにより、記録媒体Ｐを転写ベルト１２と２次転写ローラ６３０ａの間に送り込む。２次転写ローラ６３０ａは、レジストローラ６５８から送り込まれた記録媒体Ｐを従動ローラ６３０上の転写ベルト１２と挟み込みながら、転写ベルト１２に転写されている現像材（トナー）によって形成された可視画像をこの記録媒体Ｐに転写させ、印刷する。このように、レジストローラ６５８は、転写ベルト１２及び２次転写ローラ６３０ａを有する画像形成部２２０に対し、画像形成部２２０の転写動作と同期して記録媒体Ｐを搬送する。

記録媒体搬送機構６５３の２次転写ローラ６３０ａより下流側の位置に、熱定着用の定着装置が設けられる。この定着装置は金属ローラと、定着ローラ１０と、この金属ローラと定着ローラに掛け回される定着ベルトと、定着ローラ１０に定着ベルトを挟んで当接する加圧ローラ４０と、を備えている。加圧ローラ４０は内部にヒータランプなどの加熱装置を備えている。

現像材が転写された記録媒体Ｐは定着ローラ１０と加圧ローラ４０により挟まれ、搬送されながら加熱及び加圧される。この際、現像材は記録媒体Ｐに定着する。なお、記録媒体搬送機構６５３の終端には記録媒体排出ローラ６６１が設けられている。

装置本体６０１には自動両面ユニット（以下、ＡＤＵと呼ぶ）２２２が設けられてもよい。ＡＤＵ２２２は記録媒体搬送機構６５３の終端とレジストローラ６５８への入り口に、ＡＤＵ２２２内の記録媒体Ｐを搬送する経路である副搬送路６６２を連結するように設置する。副搬送路６６２は記録媒体搬送機構６５３の画像形成部２２０に対する下流側（記録媒体搬送機構６５３の終端）から分岐し、この記録媒体搬送機構６５３の画像形成部２２０に対する上流側（レジストローラ６５８の上流側位置）に合流する。

この副搬送路６６２は両面印刷のために記録媒体Ｐの表裏を反転させる。副搬送路６６２には記録媒体供給ローラ６６３，６６４，６６５が設けられており、ＡＤＵ２２２は画像形成部２２０から記録媒体排出部６５５に搬送される記録媒体Ｐを逆送させ、副搬送路６６２を搬送して画像形成部２２０の上流側において記録媒体搬送機構６５３に合流させる。このように搬送すると、記録媒体Ｐの表裏は反転する。

副搬送路６６２により画像形成部２２０の上流側に戻された記録媒体Ｐは、記録媒体搬送機構６５３に合流した後、レジストローラ６５８により画像形成部２２０の転写動作に同期をとって、転写ベルト１２と２次転写ローラ６３０ａが接する転写位置に送り込まれる。このように、記録媒体Ｐの裏面に対しても転写ベルト１２上の可視像が転写され、印刷される。

このＡＤＵ２２２の副搬送路６６２は装置本体６０１に設けられた操作パネル７２４やネットワークを経由して装置本体６０１に接続しているコンピュータなどにより両面印刷が指定されると、上述した記録媒体Ｐの表裏を反転させる作動を行なう状態となる。

次に、付加的に設けられる装置について説明する。図１に図示した装置本体６０１の例においては記録媒体の供給源として２つの記録媒体カセット６５０が設けられている。記録媒体カセット６５０は装置本体６０１に３つ以上設けてもよい。この他に、図示しないが手差しの記録媒体供給機構（以下、ＳＦＢと呼ぶ）や、数千枚の記録媒体を積層して収納することができる記録媒体供給機構である大容量給記録媒体フィーダ（以下、ＬＣＦと呼ぶ）を設けることもできる。これらＳＦＢやＬＣＦは、その記録媒体を供給する経路が記録媒体搬送機構６５３に合流するように装置本体６０１に設置される。

装置本体６０１には記録媒体種センサ２２３が設けられていてもよい。記録媒体種センサ２２３は、記録媒体搬送機構６５３の画像形成部２２０に対する上流側であり、レジストローラ６５８より上流側の位置に配置され、この記録媒体搬送機構６５３により搬送される記録媒体Ｐの記録媒体種を検出する。この記録媒体種センサ２２３には、例えば記録媒体Ｐの厚さや光透過率を検知することにより記録媒体Ｐの種類を判定する公知のセンサを用いることができる。

記録媒体種センサ２２３は、ＳＦＢ又はＬＣＦを設置する場合には、ＳＦＢ及びＬＣＦからの記録媒体供給経路と記録媒体搬送機構６５３との合流地点より下流側に配置する。このように配置することにより、１個の記録媒体種センサ２２３により全ての記録媒体の供給源から記録媒体搬送機構６５３上を搬送される記録媒体Ｐの種種を検出することができる。

（定着装置）
図２は定着装置の側面図である。図２に示すように、定着装置は、金属ローラ２０と、定着ローラ１０と、この金属ローラ２０と定着ローラ１０とに掛け回された定着ベルト３０とを備える。

定着ベルト３０は、ニッケル電鋳又はステンレス又はポリイミドを基材とし、外周面にシリコンゴムの耐熱弾性層を有する。定着ベルト３０は環状のものが用いられる。さらに、シリコンゴムの外層にＰＦＡ（テトラフルオエチレン パーフルオアルキル ビニルエーテル共重合体）などの高離型性フッ素樹脂によって被覆したものを用いてもよい。

金属ローラ２０は中空のアルミニウム又は鉄の芯金にＰＦＡを被覆したものを用いることができる。

定着ローラ１０は中空のアルミニウム又は鉄の芯金１０２にシリコンスポンジなどの耐熱性弾性体層１０１を設けたものを用いることができる。耐熱性弾性体層１０１は広いニップを確保するために硬度の低いものを用いることが望ましい。

さらに、定着装置は定着ベルト３０を挟んで定着ローラ１０と当接する加圧ローラ４０を備える。

加圧ローラ４０は中空のアルミニウム又は鉄の芯金４０３にシリコンスポンジなどの耐熱性弾性体層４０２を設け、その外周をＰＦＡによって被覆層４０１を形成したものを用いることができる。加圧ローラ４０内側には熱源としてハロゲンヒータ４０４を設けてもよい。

図３は定着装置の上面図である。図３に示すように、定着ローラ１０は両端部に定着ベルトの位置を規制する規制板１１を備える。規制板１１の直径は定着ローラ１０の直径よりも大きい。

記録媒体Ｐは定着ベルト３０と共に定着ローラ１０と加圧ローラ４０とにはさまれ、搬送されながら加熱及び加圧される。

（第１の実施形態）
図４は、第１の実施形態における定着装置のニップ部分の斜視図である。図４においては定着ベルト３０を省略してある。図４に示すように、定着装置は定着ローラ１０が両端部に切り欠き部分を有する。

この定着ローラ１０は、円筒形状をなす中央部分の幅Ｌ１が加圧ローラ４０の幅Ｌ２よりも小さい。この定着ローラ１０は両端部に小径ローラ１０Ａを備える。この小径ローラ１０Ａの直径φ２は定着ローラ１０の中央部分の直径φ１よりも小さい。

φ１とφ２の差の１／２は定着ベルト３０の厚みよりも大きいことが望ましい。これより小さいと、定着ベルト３０の両端部に過剰な圧力が加わり、定着ベルト３０が破損しやすくなる。

φ２はφ１／２よりも大きいことが望ましい。これより小さくなると規制板１１を支持できなくなる。

図５は、第１の実施形態において、切り欠き部を大きくした定着ローラ１０を示す図である。図５においては定着ベルト３０を省略してある。図５に示すように、規制板１１がしっかりと軸１２に固定されていれば、小径ローラ１０Ｂの直径φ３は軸１２の直径と同じにすることができる。

定着ベルト３０は、定着ローラ１０と加圧ローラ４０とのニップ部分において小径ローラ１０Ａ、１０Ｂの側に折れ曲がる。このため、定着ベルト３０の両端に過度の圧力が加わることがなくなる。

以上述べたように、本実施形態の定着装置は、両端を切り欠いた定着ローラ１０を有する。このため、定着ベルト３０の両端に過度の圧力が加わることがなく定着ベルト３０の寿命を延ばすことが可能となるという効果がある。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態における定着装置のニップ部分の斜視図である。図６においては定着ベルト３０を省略してある。図６に示すように、定着装置は定着ローラ１０が両端部にテーパ部分１０Ｃを有する。

この定着ローラ１０は、円筒形状をなす中央部分の幅Ｌ１が加圧ローラ４０の幅Ｌ２よりも小さい。テーパ部１０Ｃの先端の直径φ４は定着ローラ１０の中央部分の直径φ１よりも小さい。

φ１とφ４の差の１／２は定着ベルト３０の厚みよりも大きいことが望ましい。これより小さいと、定着ベルト３０の両端部に過剰な圧力が加わり、定着ベルト３０が破損しやすくなる。

φ４はφ１／２よりも大きいことが望ましい。これより小さくなると規制板１１を支持できなくなる。

なお、規制板１１がしっかりと軸１２に固定されていれば、テーパ部１０Ｃの先端の直径φ４は軸１２の直径と同じにすることができる。

以上述べたように、本実施形態の定着装置は、定着ベルト３０は、定着ローラ１０と加圧ローラ４０とのニップ部分においてテーパ部１０Ｃの側に折れ曲がる。このため、定着ベルト３０の両端に過度の圧力が加わることがなくなる。さらに、定着ローラ１０に加わる圧力がテーパ部１０Ｃに分散されるため、より薄い芯金を用いることができ、画像形成装置の重量を軽くすることができるという効果がある。

１０：定着ローラ、
１１：規制板、
１０Ａ，１０Ｂ：小径ローラ、
２０：金属ローラ、
３０：定着ベルト、
４０：加圧ローラ、
１０１：耐熱性弾性体層。

Claims (6)

1. 内部に加熱装置を有する加圧ローラと、
   金属の芯金を有する金属ローラと、
   前記金属ローラとともに定着ベルトを掛け回し、前記定着ベルトを挟んで前記加圧ローラと当接し、円筒形状をなす中央部分の幅が前記加圧ローラの幅よりも小さく、両端部に中央部分の直径よりも直径が小さい小径ローラを有する定着ローラと、
   を備える定着装置。
2. 現像材が転写された記録媒体を、前記定着ベルトを介して前記定着ローラと前記加圧ローラとが加圧し、前記加圧ローラが前記現像材を加熱することにより前記記録媒体に定着させる請求項１記載の定着装置。
3. 内部に加熱装置を有する加圧ローラと、
   金属の芯金を有する金属ローラと、
   前記金属ローラとともに定着ベルトを掛け回し、前記定着ベルトを挟んで前記加圧ローラと当接し、円筒形状をなす中央部分の幅が前記加圧ローラの幅よりも小さく、両端部に先端部が中央部分の直径よりも直径が小さいテーパ部を有する定着ローラと、
   を備える定着装置。
4. 現像材が転写された記録媒体を、前記定着ベルトを介して前記定着ローラと前記加圧ローラとが加圧し、前記加圧ローラが前記現像材を加熱することにより前記記録媒体に定着させる請求項３記載の定着装置。
5. 内部に加熱装置を有する加圧ローラが加熱しながら、
   金属の芯金を有する金属ローラとともに定着ベルトを掛け回し、前記定着ベルトを挟んで前記加圧ローラと当接し、円筒形状をなす中央部分の幅が前記加圧ローラの幅よりも小さく、両端部に中央部分の直径よりも直径が小さい小径ローラを有する定着ローラとともに、
   現像材を転写された記録媒体を加圧して現像材を記録媒体に定着させる、
   定着装置の現像材定着方法。
6. 内部に加熱装置を有する加圧ローラが加熱しながら、
   金属の芯金を有する金属ローラとともに定着ベルトを掛け回し、前記定着ベルトを挟んで前記加圧ローラと当接し、円筒形状をなす中央部分の幅が前記加圧ローラの幅よりも小さく、両端部に先端部が中央部分の直径よりも直径が小さいテーパ部を有する定着ローラとともに、
   現像材を転写された記録媒体を加圧して現像材を記録媒体に定着させる、
   定着装置の現像材定着方法。

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