JP2011170102A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】定着スリーブ21と、加圧ローラ31と、定着スリーブ21を介して加圧ローラ31と当接してニップ部を形成する当接部材26と、定着スリーブ21の内周面と当接可能に配置され、定着スリーブ21を加熱する面状発熱体22と、定着スリーブ21の内周側に定着スリーブ21との間に面状発熱体22を挟むように配置され面状発熱体22を支持する発熱体支持部材33aを定着スリーブ21の内周面に対して押し付ける方向または離れる方向に移動させて、面状発熱体22を定着スリーブ21に当接または離間させる発熱体移動機構部33と、を備える。
【選択図】図4
Description
例えば、特許文献2では、発熱体としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム(定着フィルム)を挟ませて定着ニップ部を形成させ、前記定着ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入して、フィルムと一緒に挟持搬送させることで、ニップ部においてセラミックヒータの熱がフィルムを介して被記録材に与えられ、また、定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるフィルム加熱方式の定着装置が開示されている。このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータ及びフィルムとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができるとともに、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く(クイックスタート性)、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい(省電力)等の利点がある。
また、フィルム加熱方式の定着装置では、ベルトをニップ部で局所的に加熱しているため回転するベルトがニップ入り口に戻ってくる際に、ベルト温度は最も冷えた状態になり、(特に高速回転を行うと)定着不良が出やすいという問題があった(課題2)。
〔1〕 回転する無端状ベルトの定着部材(定着スリーブ21)と、前記定着部材の外周面と当接する加圧部材(加圧ローラ31)と、前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して前記加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材(当接部材26)と、前記定着部材の内周面と当接可能に配置され、前記定着部材を加熱する面状発熱体(面状発熱体22)と、前記定着部材の内周側に該定着部材との間に前記面状発熱体を挟むように配置され該面状発熱体を支持する発熱体支持部材(発熱体支持部材33a)を前記定着部材の内周面に対して押し付ける方向または離れる方向に移動させて、前記面状発熱体を前記定着部材に当接または離間させる発熱体移動機構部(発熱体移動機構部33)と、を備えることを特徴とする定着装置(定着装置20、図4,図5,図7〜図10)。
〔2〕 前記面状発熱体は、定着処理のときに、前記発熱体移動機構部により前記定着部材の内周面に押し付けられた状態で当接することを特徴とする前記〔1〕に記載の定着装置。
〔3〕 前記発熱体支持部材の前記面状発熱体を支持する面は、前記定着部材の軸方向において該定着部材の厚み方向に高低差のある曲面または斜面を有し、前記発熱体移動機構部は、前記発熱体支持部材の移動量を調整して前記定着部材の軸方向における該定着部材と面状発熱体との当接状態を調整することを特徴とする前記〔1〕または〔2〕に記載の定着装置(図7,図8)。
〔4〕 前記発熱体移動機構部は、通紙する記録媒体の幅に対応して、前記発熱体支持部材の移動量を調整することを特徴とする前記〔3〕に記載の定着装置。
〔5〕 前記定着部材の軸方向所定位置の温度を検出する温度検出手段(温度センサ33s1,33s2)を備え、前記発熱体移動機構部は、前記温度検出手段の温度検出結果に基づいて、前記発熱体支持部材の移動量を調整することを特徴とする前記〔3〕または〔4〕に記載の定着装置(図7)。
〔6〕 前記面状発熱体は、絶縁性を有する基層(基層22a)上に、耐熱性樹脂中に導電性粒子が分散されてなる抵抗発熱層(抵抗発熱層22b)と、該抵抗発熱層に電力を供給する電極層(電極層22c)と、が形成され、前記定着部材の軸方向、周方向に対応して所定の幅及び長さをもち可撓性を示す発熱シート(発熱シート22s)を有することを特徴とする前記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の定着装置(図3)。
〔7〕 前記定着部材の内周側であって少なくとも前記ニップ部下流側で、該定着部材の回転状態を支持する回転支持部材(回転支持部材27)を備えることを特徴とする前記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の定着装置(図9,図10)。
〔8〕 前記〔1〕〜〔7〕のいずれかに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(画像形成装置1、図11)。
また、本発明の定着装置によれば、発熱体移動機構部により面状発熱体の軸方向の任意の領域において定着部材に当接する圧力がある値以上になり、面状発熱体から定着部材への伝熱の効率がその幅領域において一定となるため、定着部材において通紙する記録媒体の最小サイズから最大サイズまでの任意の幅に対応しかつ適合した領域を均一に加熱することができるとともに、通紙する記録媒体の幅よりも外側となる領域の過昇温を防止することができる。
本発明の画像形成装置によれば、本発明の定着装置を備えているので、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短く、軸方向で良好な定着性及び均一な画像光沢を得ることが可能となる。また、記録媒体のサイズが変わっても適切な画像形成が可能である。
図1は、本発明に係る定着装置の前提となる参考例の構成を示す断面図である。
図1に示すように、定着装置50は、回転する無端状ベルトからなる定着部材(定着スリーブ21(定着回転体ともいう))と、前記定着部材の外周面と当接する加圧部材(加圧ローラ31(加圧回転体ともいう))と、前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して前記加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材(当接部材26)と、前記定着部材の内周側に該定着部材と当接または近接して配置され、前記定着部材を直接または間接的に加熱する面状発熱体(面状発熱体22)と、前記定着部材の内周側に該定着部材との間に前記面状発熱体を挟むように配置され、該面状発熱体を所定位置で支持する発熱体支持部材(発熱体支持部材23)と、を備える。なお、図1では、面状発熱体22が定着スリーブ21の内周面と当接し、直接加熱する構成となっている。
本発明は、この知見を基に成されたものである。
図4は、本発明に係る定着装置の第1の実施形態における構成を示す断面図である。ここでは、定着スリーブ21の軸方向端部における断面構成を示している。
定着装置20は、回転する無端状ベルトの定着部材(定着スリーブ21)と、前記定着部材の外周面と当接する加圧部材(加圧ローラ31)と、前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して前記加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材(当接部材26)と、前記定着部材の内周面と当接可能に配置され、前記定着部材を加熱する面状発熱体(面状発熱体22)と、前記定着部材の内周側に該定着部材との間に前記面状発熱体を挟むように配置され該面状発熱体を支持する発熱体支持部材(発熱体支持部材33a)を前記定着部材の内周面に対して押し付ける方向または離れる方向に移動させて、前記面状発熱体を前記定着部材に当接または離間させる発熱体移動機構部(発熱体移動機構部33)と、を備える。
(当接動作11)
まず外部(駆動系)からの駆動力により駆動カム33cを図4の状態から図中右回転で所定の回転角だけ回転させて、駆動カム33cの突起部33a1を支持する高さを定着スリーブ21側に下る位置(高さ位置B)とする。このとき、突起部33a1には板バネ部材33bにより定着スリーブ21側に押圧する力が作用しているため、突起部33a1は定着スリーブ21側に近づく方向に移動し、これに伴って発熱体支持部材33aも定着スリーブ21側に移動し、その外周面で支持されている発熱シート22sが定着スリーブ21の内周面に当接する。このときの発熱シート22sが定着スリーブ21に当接する圧力はほぼゼロに等しく単に接触している状態であり、発熱シート22sの熱は定着スリーブ21にある程度伝えられるものの軸方向では不均一になりやすく好ましくない。
ついで、駆動カム33cをさらに回転させて駆動カム33cの突起部33a1を支持する高さを定着スリーブ21側にさらに下る位置(高さ位置C)とすると、板バネ部材33bの押圧力が作用して発熱体支持部材33aを定着スリーブ21の内周面に押し付ける方向に移動させ、その結果、発熱シート22sを所定の圧力で定着スリーブ21の内周面に当接(定着スリーブ21の内周面が発熱シート22sと摺動するため摺接ともいう)させるようになる(図5)。これにより、発熱シート22sの軸方向全幅において定着スリーブ21に当接する圧力がある値以上になり、その結果、発熱シート22sから定着スリーブ21への伝熱の効率が軸方向のどの位置に置いても一定となるため、定着スリーブ21は軸方向に均一に加熱されるようになる。したがって、定着スリーブ21の軸方向で良好な定着性及び均一な画像光沢を得ることが可能となる。
突起部33a1を支持する高さが高さ位置Cにあるとき、外部(駆動系)からの駆動力により駆動カム33cを図中左回転で所定の回転角だけ回転させることにより、駆動カム33cの突起部33a1を板バネ部材33bの押圧力に抗して持ち上げて、突起部33a1支持する高さを定着スリーブ21側から離れる位置(高さ位置A)とする。これに伴って、発熱体支持部材33aは定着スリーブ21の内周面から離れる方向に移動し、その結果、発熱シート22sが定着スリーブ21の内周面から離間する(図4)。
まず、画像形成装置が出力信号を受けると(例えばユーザの操作パネルの操作あるいはパソコンからの通信などにより画像形成装置に印刷要求があると)、定着装置20において、加圧ローラ31が定着スリーブ21を介して当接部材26に押圧され、ニップ部を形成する。
ついで、不図示の駆動装置によって、加圧ローラ31が図4の時計回り方向に回転駆動されると、定着スリーブ21も連れ回りして時計方向に回転する。このとき、面状発熱体22の発熱シート22sは発熱体移動機構部33により定着スリーブ21の内周面に対して、軸方向全幅で所定の圧力以上で当接し摺動する状態となる。
そして、それと同期して外部電源または内部の蓄電装置から給電線25を通じて面状発熱体22に電力が供給され、発熱シート22sが発熱し、定着スリーブ21は該発熱シート22sと当接している領域で効率的に熱が伝達され、急速に加熱される。なお、駆動装置の動作と面状発熱体22による加熱は同時刻に同時に開始する必要はなく、適宜時間差を設けて開始しても良い。
このとき、ニップ部上流側であって、定着スリーブ21に対して接触又は非接触に配置された温度検知手段(不図示)で検知される温度により、ニップ部が所定の温度となるように、面状発熱体22による加熱制御が行われており、定着に必要な温度まで昇温された後、保持され、記録媒体Pの通紙が開始される。
本発明は、この問題を解決するものである。
図7に示すように、発熱体移動機構部33のうち、発熱体支持部材33aの発熱シート22sを支持する面は、定着スリーブ21の軸方向において定着スリーブ21の厚み方向に高低差のある曲面を有する。詳しくは、発熱体支持部材33aは、定着スリーブ21に面する周方向において断面形状を円形とした定着スリーブ21の内周面に沿った所定の弧の長さの外周面(図4)であって、軸方向において中央部が定着スリーブ21の内周面側に凸となった緩やかな曲面のタイコ形状の外周面(図7)となったかまぼこ形の成形体となっている。
まず外部(駆動系)からの駆動力により駆動カム33cを図4の状態から図中右回転で所定の回転角だけ回転させて、駆動カム33cの突起部33a1を支持する高さを定着スリーブ21側に下る位置(高さ位置B)とする。このとき、突起部33a1には板バネ部材33bにより定着スリーブ21側に押圧する力が作用しているため、突起部33a1は定着スリーブ21側に近づく方向に移動し、これに伴って発熱体支持部材33aも定着スリーブ21側に移動し、その外周面で支持されている発熱シート22sの軸方向中央部が定着スリーブ21の内周面に当接する(図7(a))。このときの発熱シート22sの軸方向中央部が定着スリーブ21に当接する圧力はほぼゼロに等しく単に接触している状態である。また、発熱シート22sの軸方向両端部は定着スリーブ21の内周面から離間している。このような当接状態は、定着スリーブ21の発熱シート22sが当接している領域では伝熱の効率が不均一で温度ムラが生じやすく、また発熱シート22sにおいて定着スリーブ21から離間している領域では異常昇温となる可能性があるため、好ましくない。
ついで、駆動カム33cをさらに回転させて駆動カム33cの突起部33a1を支持する高さを高さ位置Bよりも定着スリーブ21側にさらに下る位置(高さ位置C1)とすると、板バネ部材33bの押圧力が作用して発熱体支持部材33aを定着スリーブ21の内周面に押し付ける方向に移動させ、その結果、発熱シート22sの軸方向中央部の所定幅の領域を所定の圧力以上で定着スリーブ21の内周面に当接させるようになる。これにより、発熱シート22sの軸方向中央部の所定領域において定着スリーブ21に当接する圧力がある値以上になり、その結果、発熱シート22sから定着スリーブ21への伝熱の効率が軸方向中央部の所定領域において一定となるため、定着スリーブ21の軸方向中央部の所定領域は軸方向に均一に加熱されるようになる。したがって、定着スリーブ21の軸方向中央部の所定領域で良好な定着性及び均一な画像光沢を得ることが可能となる。また、定着スリーブ21の軸方向において前記所定領域よりも外側となる領域では、発熱シート22sが当接する圧力がある値未満となり、該発熱シート22sからの伝熱の効率が低くなるため、その領域の加熱が抑えられて過昇温を防止することが可能となる。
当接動作22aに続き、駆動カム33cをさらに回転させて駆動カム33cの突起部33a1を支持する高さを高さ位置C1よりも定着スリーブ21側にさらに下る位置(高さ位置C2)とすると、板バネ部材33bの押圧力が作用して発熱体支持部材33aを定着スリーブ21の内周面に押し付ける方向に移動させ、その結果、発熱シート22sの軸方向全幅を所定の圧力以上で定着スリーブ21の内周面に当接させるようになる(図7(b))。これにより、発熱シート22sの軸方向全幅において定着スリーブ21に当接する圧力がある値以上になり、その結果、発熱シート22sから定着スリーブ21への伝熱の効率が軸方向のどの位置に置いても一定となるため、定着スリーブ21は軸方向に均一に加熱されるようになる。したがって、定着スリーブ21の軸方向全幅、すなわち最大通紙領域で良好な定着性及び均一な画像光沢を得ることが可能となる。
図8に、本発明で用いる発熱体支持部材33aの好適な形状を示す。なお、ここで示す発熱体支持部材33aは、いずれも発熱シート22sを支持する面が定着スリーブ21の軸方向において定着スリーブ21の厚み方向に高低差のある曲面を有しており、定着スリーブ21に面する周方向において断面形状を円形とした定着スリーブ21の内周面に沿った所定の弧の長さの外周面(図4)を有している。
ここで、本実施形態の定着装置20は、第1の実施形態とは回転支持部材27及び断熱支持部材29を備える点で異なる。それ以外の構成は第1の実施形態と同じであるため、その部分の説明は省略する。
図11は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す全体構成図である。
図11に示すように、画像形成装置1は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体1の上方にあるボトル収容部101には、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した4つのトナーボトル102Y、102M、102C、102Kが着脱自在(交換自在)に設置されている。
ボトル収容部101の下方には中間転写ユニット85が配設されている。その中間転写ユニット85の中間転写ベルト78に対向するように、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部4Y、4M、4C、4Kが並設されている。
その後、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面は、露光部3から発せられたレーザ光Lの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される(露光工程である。)。
その後、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面は、中間転写ベルト78及び第1転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上のトナー像が中間転写ベルト78上に転写される(1次転写工程である。)。このとき、感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
最後に、感光体ドラム5Y、5M、5C、5Kの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。
ここで、中間転写ユニット85は、中間転写ベルト78、4つの1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79K、2次転写バックアップローラ82、クリーニングバックアップローラ83、テンションローラ84、中間転写クリーニング部80、等で構成される。中間転写ベルト78は、3つのローラ82〜84によって張架・支持されるとともに、1つのローラ82の回転駆動によって図11中の矢印方向に無端移動される。
そして、中間転写ベルト78は、矢印方向に走行して、各1次転写バイアスローラ79Y、79M、79C、79Kの1次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム5Y、5M、5C、5K上の各色のトナー像が、中間転写ベルト78上に重ねて1次転写される。
その後、中間転写ベルト78は、中間転写クリーニング部80の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト78上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト78上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。
詳しくは、給紙部12には、転写紙等の記録媒体Pが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ97が図11中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Pがレジストローラ対98のローラ間に向けて給送される。
その後、記録媒体Pは、排紙ローラ対99のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対99によって装置外に排出された被転写Pは、出力画像として、スタック部100上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
3 露光部
4Y、4M、4C、4K 作像部
5Y、5M、5C、5K 感光体ドラム
12 給紙部
20,50 定着装置
21 定着スリーブ
22 面状発熱体
22a 基層
22b,22b1,22b2 抵抗発熱層
22c 電極層
22d 絶縁層
22e,22e1,22e2 電極端子
22s 発熱シート
23,33a 発熱体支持部材
23a 断熱部材
24 端子台ステイ
25 給電線
26 当接部材
27 回転支持部材
27a 開口部
28 コア保持部材
29 断熱支持部材
31 加圧ローラ
33 発熱体移動機構部
33a1 突起部
33b 板バネ部材
33c 駆動カム
75 帯電部
76 現像部
77 クリーニング部
78 中間転写ベルト
79Y、79M、79C、79K 第1転写バイアスローラ
80 中間転写クリーニング部
82 2次転写バックアップローラ
83 クリーニングバックアップローラ
84 テンションローラ
89 2次転写ローラ
85 中間転写ユニット
97 給紙ローラ
98 レジストローラ対
99 排紙ローラ対
100 スタック部
101 ボトル収容部
102Y、102M、102C、102K トナーボトル
L レーザ光
P 記録媒体
T トナー
Claims (8)
- 回転する無端状ベルトの定着部材と、
前記定着部材の外周面と当接する加圧部材と、
前記定着部材の内周側に配置され、該定着部材を介して前記加圧部材と当接してニップ部を形成する当接部材と、
前記定着部材の内周面と当接可能に配置され、前記定着部材を加熱する面状発熱体と、
前記定着部材の内周側に該定着部材との間に前記面状発熱体を挟むように配置され該面状発熱体を支持する発熱体支持部材を前記定着部材の内周面に対して押し付ける方向または離れる方向に移動させて、前記面状発熱体を前記定着部材に当接または離間させる発熱体移動機構部と、
を備えることを特徴とする定着装置。 - 前記面状発熱体は、定着処理のときに、前記発熱体移動機構部により前記定着部材の内周面に押し付けられた状態で当接することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記発熱体支持部材の前記面状発熱体を支持する面は、前記定着部材の軸方向において該定着部材の厚み方向に高低差のある曲面または斜面を有し、
前記発熱体移動機構部は、前記発熱体支持部材の移動量を調整して前記定着部材の軸方向における該定着部材と面状発熱体との当接状態を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。 - 前記発熱体移動機構部は、通紙する記録媒体の幅に対応して、前記発熱体支持部材の移動量を調整することを特徴とする請求項3に記載の定着装置。
- 前記定着部材の軸方向所定位置の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記発熱体移動機構部は、前記温度検出手段の温度検出結果に基づいて、前記発熱体支持部材の移動量を調整することを特徴とする請求項3または4に記載の定着装置。 - 前記面状発熱体は、絶縁性を有する基層上に、耐熱性樹脂中に導電性粒子が分散されてなる抵抗発熱層と、該抵抗発熱層に電力を供給する電極層と、が形成され、前記定着部材の軸方向、周方向に対応して所定の幅及び長さをもち可撓性を示す発熱シートを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の定着装置。
- 前記定着部材の内周側であって少なくとも前記ニップ部下流側で、該定着部材の回転状態を支持する回転支持部材を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の定着装置。
- 請求項1〜7のいずれかに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。
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