JP2011215408A - 定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ク加熱ローラ、加圧ローラ、均熱化ローラを備える定着装置において、定着動作時の加圧ローラ及び均熱化ローラの振れを低減してニップ幅を一定に保ち、加熱ローラの温度分布を均一にすることができる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 トナー像を加熱により被転写体に定着させる定着装置であって、前記被転写体に当接して加熱する加熱ローラと、前記加熱ローラに当接して回転し、前記被転写体を前記加熱ローラに押圧する加圧ローラと、前記加圧ローラに当接して回転し、該加圧ローラを介して前記加熱ローラの温度を均一にする均熱化ローラと、前記各ローラの回転軸を支持するフレームとを備えており、前記フレームは、前記加熱ローラを支持するフレーム本体と、前記加圧ローラ及び前記均熱化ローラ夫々の回転軸を支持する可動フレームとからなり、前記可動フレームは、支点ピンにより回動可能に前記フレーム本体に取り付けられていることを特徴とする定着装置とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に用いられ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。

一般的に、複写機やプリンタ等の画像形成装置には、用紙等の被転写体表面に形成されたトナー像を加熱溶融して定着させるための定着装置が備えられている。
定着装置には用紙を加熱する加熱ローラと、加熱ローラに当接回転し、用紙を加熱ローラに押圧する加圧ローラとが備えられている。加熱ローラには無端状の加熱ベルトが備えられ、この加熱ベルトを介して用紙が加熱される。

トナー像定着の際、加熱ローラは回転軸の軸方向全長にわたって加熱される。通紙領域は通紙される用紙のサイズによって異なるが、加熱ローラの軸方向全長にわたることはない。つまり、加熱ローラには用紙が通過しない領域（通紙領域外）が必ず存在する。
従って、通紙領域外の温度が通紙領域の温度よりも高温になるという問題があり、この問題を解決するために、加熱ローラ表面の温度を均一化する均熱化ローラを設けて通紙領域外の過昇温を防止する試みが多くなされている。

しかしながら、定着動作時、例えば駆動開始時や用紙通過時に発生する振れによって加圧ローラの位置が変動し、均熱化ローラとのニップ幅を一定に保つことができず、加熱ローラ表面の温度を均熱化することが困難になるという問題があった。

特許文献１には、定着動作時の均熱化ローラの温度を検知して定着動作を制御する定着装置が開示されている。特許文献１の開示技術を用いると、連続通紙した際も加熱ローラの通紙領域外の過昇温を抑制することができる。
しかし、特許文献１に開示される技術では、通紙領域外の過昇温を抑制して温度分布を均一にすることができるが、上記した動作時の夫々のローラの変動を抑制して、安定的に定着動作を行えるものではなかった。

特開２０１０−２６９１号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、加熱ローラ、加圧ローラ、均熱化ローラを備える定着装置において、定着動作時の加圧ローラ及び均熱化ローラの振れを低減してニップ幅を一定に保ち、加熱ローラの温度分布を均一にすることができる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供するものである。

請求項１に係る発明は、トナー像を加熱により被転写体に定着させる定着装置であって、前記被転写体に当接して加熱する加熱ローラと、前記加熱ローラに当接して回転し、前記被転写体を前記加熱ローラに押圧する加圧ローラと、前記加圧ローラに当接して回転し、該加圧ローラを介して前記加熱ローラの温度を均一にする均熱化ローラと、前記各ローラの回転軸を支持するフレームとを備えており、前記フレームは、前記加熱ローラを支持するフレーム本体と、前記加圧ローラ及び前記均熱化ローラ夫々の回転軸を支持する可動フレームとからなり、前記可動フレームは、支点ピンにより回動可能に前記フレーム本体に取り付けられていることを特徴とする定着装置に関する。

請求項２に係る発明は、前記可動フレームは、前記加圧ローラの回転軸を支持する加圧ローラ支持フレームと、前記均熱化ローラの回転軸を支持する均熱化ローラ支持フレームとからなり、前記加圧ローラ支持フレームと前記均熱化ローラ支持フレームは夫々前記支点ピンにより前記フレーム本体に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の定着装置に関する。

請求項３に係る発明は、前記均熱化ローラ支持フレームは、バネにより前記加圧ローラ支持フレームに対して付勢されていることを特徴とする請求項２記載の定着装置に関する。

請求項４に係る発明は、前記均熱化ローラの軸方向の長さが前記加圧ローラの軸方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１乃至３記載いずれかに記載の定着装置に関する。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置に関する。

請求項１に係る発明によれば、トナー像を加熱により被転写体に定着させる定着装置であって、前記被転写体に当接して加熱する加熱ローラと、前記加熱ローラに当接して回転し、前記被転写体を前記加熱ローラに押圧する加圧ローラと、前記加圧ローラに当接して回転し、該加圧ローラを介して前記加熱ローラの温度を均一にする均熱化ローラと、前記各ローラの回転軸を支持するフレームとを備えており、前記フレームは、前記加熱ローラを支持するフレーム本体と、前記加圧ローラ及び前記均熱化ローラ夫々の回転軸を支持する可動フレームとからなり、前記可動フレームは、支点ピンにより回動可能に前記フレーム本体に取り付けられていることにより、加圧ローラに振れが生じても均熱化ローラが追従することとなり、ニップ幅を一定に保つことができて加熱ローラの温度分布を均一にすることができる。

請求項２に係る発明によれば、前記可動フレームは、前記加圧ローラの回転軸を支持する加圧ローラ支持フレームと、前記均熱化ローラの回転軸を支持する均熱化ローラ支持フレームとからなり、前記加圧ローラ支持フレームと前記均熱化ローラ支持フレームは夫々前記支点ピンにより前記フレーム本体に取り付けられていることにより、加圧ローラ、均熱化ローラの回転軸が夫々別個のフレームに支持されているため、加圧ローラに対する均熱化ローラの押圧力を調節することが可能となる。

請求項３に係る発明によれば、前記均熱化ローラ支持フレームは、バネにより前記加圧ローラ支持フレームに対して付勢されていることにより、加圧ローラに対する均熱化ローラの追従性をより向上させることができる。

請求項４に係る発明によれば、前記均熱化ローラの軸方向の長さが前記加圧ローラの軸方向の長さよりも長いことにより、加圧ローラの軸方向全長にわたって均熱化ローラが当接することとなり、より効果的に加熱ローラの温度分布を均一にすることができる。

請求項５に係る発明によれば、請求項１乃至４いずれかに記載の定着装置を備えていることにより、加圧ローラの熱損を防止することができるとともに、定着装置に近接する部材の温度上昇を抑制することができる。

本発明に係る定着装置の概略断面図である。 本発明に係る定着装置の斜視図である。 フレームに支持された加熱ローラ及び加圧ローラの俯瞰図であって、（ａ）は画像形成装置に搭載した際に装置本体の前面に位置する側から見た図であり、（ｂ）は背面に位置する側から見た図である。 フレームに支持された加熱ローラ及び均熱化ローラの斜視図である。 フレームに支持された加熱ローラ及び均熱化ローラの俯瞰図であって、（ａ）は画像形成装置に搭載した際に装置本体の前面に位置する側から見た図であり、（ｂ）は背面に位置する側から見た図である。 断面形状が三ツ矢状である均熱化ローラの斜視図である。 フレーム本体に支持された加熱ローラの斜視図である。 フレームに支持された加圧ローラの斜視図である。 フレームに支持された均熱化ローラの斜視図である。 加圧ローラ支持フレームと均熱化ローラ支持フレームがバネにより連結された図であって、（ａ）は画像形成装置に搭載した際に装置本体の前面に位置する側から見た図であり、（ｂ）は背面に位置する側から見た図である。 バネによる付勢前後を示す図であって、（ａ）は付勢前、（ｂ）は付勢後の図である。 本発明に係る画像形成装置の概略断面図である。

以下、本発明に係る定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置について、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２において、本発明に係る定着装置（１）は、加熱ローラ（１０）、加圧ローラ（１１）、均熱化ローラ（１２）と、各ローラを支持するフレーム（２）とから構成される。
上記した各ローラの回転軸両端は、フレーム（２）により２点支持されている。フレーム（２）はフレーム本体（２０）と可動フレーム（２１）とからなる。

加熱ローラ（１０）は用紙等の被転写体に当接してトナー像を加熱し、トナー像を被転写体に定着させる。
図１において、加熱ローラ（１０）には、該ローラに被転写体を押圧するための加圧ローラ（１１）が当接している。被転写体は加圧ローラ（１１）により、加熱ローラ（１０）に対して押圧されて加熱される。
図１に示すように、本発明においては、更に均熱化ローラ（１２）が加圧ローラ（１１）に当接して設けられている。均熱化ローラ（１２）は加熱ローラ（１０）には当接しておらず、加圧ローラ（１１）にのみ当接するように配設される。

トナー像は、加熱ローラ（１０）と加圧ローラ（１１）の当接部（ニップ部）を用紙（被転写体）が通過することにより定着される。
通紙する前の加熱ローラ（１０）は、該ローラの周方向及び軸方向全長にわたって均等に加熱されている。
用紙はＡ４やＢ５等のように様々なサイズがあるため、加熱ローラ（１０）と加圧ローラ（１１）の当接部における通紙領域も用紙のサイズによって異なる。そのため、加熱ローラ（１０）の通紙領域と通紙領域外に温度差が生じることとなる。つまり、通紙されない加熱ローラ（１０）の両端部近傍の温度が過昇温し、加熱ローラ（１０）が当接する加圧ローラ（１１）が熱損したり、定着装置（１）周辺に配設される部材の温度が上昇する虞がある。
このような加熱ローラ（１０）の通紙領域外の部分における過昇温を防止するために、加熱ローラ（１０）の温度分布を均一にする均熱化ローラ（１２）が設けられる。
均熱化ローラ（１２）は、図１，４，５に示すように、加熱ローラ（１０）には当接せずに加圧ローラ（１１）に当接して設置される。これにより、均熱化ローラ（１２）は加圧ローラ（１１）を介する熱伝導を利用して加熱ローラ（１０）表面の温度を均一にする。

均熱化ローラ（１２）の材質は特に限定されないが、高熱伝導性の材質を使用することが好ましく、アルミニウムが例示される。
高熱伝導性の材質を使用することで、加熱ローラ（１０）の過昇温部分の熱が効率良く伝導されることとなり、効率的に通紙領域外の温度を下げることができる。

均熱化ローラ（１２）の軸方向に対する直角断面形状は、均熱化ローラ（１２）の熱伝導性を確保できる形状であれば特に限定されないが、図６に示すように三ツ矢状であることが好ましい。均熱化ローラ（１２）の直角断面形状を三ツ矢状とすることで、熱伝導性を確保して効率的に熱伝導できるとともに、中空部分を有しているため、均熱化ローラ（１２）の軽量化を図ることができる。

均熱化ローラ（１２）の直角断面形状は、三ツ矢状の他に中実状や中空状であってもよい（図示略）。中実状とすることで、更に熱伝導性を向上させることができ、効果的に加熱ローラ（１０）の温度分布を均一にすることができる。一方、中空状とすることで、熱伝導性を確保しつつ均熱化ローラ（１２）をより軽量化することが可能となる。

均熱化ローラ（１２）の軸方向（長手方向）の長さは、加圧ローラ（１１）よりも長いことが好ましい。均熱化ローラ（１２）の軸方向の長さを加圧ローラ（１１）よりも長くすることで、加圧ローラ（１１）の軸方向全長にわたって確実に均熱化ローラ（１２）を当接させることができてより効果的に加熱ローラ（１０）表面の温度を均一にすることができる。

加熱ローラ（１０）の熱源としては公知のものを使用することができ、ハロゲンヒーターや電磁コイル等が例示される。
また、加熱ローラ（１０）の外周面には無端状のベルトが備えられており（図示略）、この無端状ベルトを介して被転写体が加熱される。無端状ベルトの周長さは加熱ローラ（１０）の外径よりも大きく設定される。そのため、無端状ベルトは加圧ローラ（１１）とのニップ部においてのみ加熱ローラ（１０）の外周面と接触する。

加圧ローラ（１１）及び均熱化ローラ（１２）は、同じ駆動源（図示略）により回転する。つまり、加圧ローラ（１１）に加えられる駆動力がギヤ（図示略）を介して均熱化ローラ（１２）に伝えられる。

図７〜９に示すように、本発明において加熱ローラ（１０）、加圧ローラ（１１）、均熱化ローラ（１２）は、夫々別個のフレーム（２）に支持されている。
上記したように、フレーム（２）は、フレーム本体（２０）と可動フレーム（２１）からなる。
フレーム本体（２０）は、加熱ローラ（１０）の回転軸（１０１）を支持している。また、可動フレーム（２１）は、加圧ローラ（１１）の回転軸（１１１）を支持する加圧ローラ支持フレーム（２１１）と、均熱化ローラ（１２）の回転軸（１２１）を支持する均熱化ローラ支持フレーム（２１２）とから構成される。

図８及び図９に示すように、加圧ローラ支持フレーム（２１１）及び均熱化ローラ支持フレーム（２１２）は夫々フレーム本体（２０）に取り付けるための切欠部（３１）（３２）を有している。図１においてフレーム（２１１）（２１２）は、これら切欠部（３１）（３２）を重ねて重なり部に挿入した支点ピン（３）をフレーム本体（２０）に固定することによりフレーム本体（２０）に取り付けられる。

支点ピン（３）はフレーム（２）（フレーム本体（２０））の下方に固定される。このときの支点ピン（３）の位置は、加熱ローラ（１０）と加圧ローラ（１１）のニップ部の下方且つ均熱化ローラ（１２）の中心部水平方向よりやや下方となる。従って、加熱ローラ（１０）、加圧ローラ（１１）、均熱化ローラ（１２）は、支点ピン（３）を中心に扇型に配置される。
加圧ローラ支持フレーム（２１１）及び均熱化ローラ支持フレーム（２１２）は固定されておらず、支点ピン（３）を支点として回動可能となっている。このような構成とすることで、駆動開始時や被転写体（用紙）通過時等の定着装置（１）の動作時に加圧ローラ（１１）に振れが生じても均熱化ローラ（１２）が追従することとなり、ローラの振れによる均熱効果の低下が生じる虞がない。

また、加圧ローラ（１１）の真円度が低い場合、つまり真円ではなく楕円に近い場合にも加圧ローラ（１１）のローラ位置が変動する。このような場合であっても、均熱化ローラ（１２）が加圧ローラ（１１）の位置変動に追従することができるため、一定のニップ幅を保つことができる。
更に、上記した構成とすることで、加圧ローラ（１１）が加熱ローラ（１０）に圧接することとなり、被転写体を効果的に押圧することができる。

均熱化ローラ支持フレーム（２１２）はバネ（４）により加圧ローラ支持フレーム（２１１）に対して付勢されることが好ましい。つまり、均熱化ローラ支持フレーム（２１２）と加圧ローラ支持フレーム（２１１）は、図１０に示すように、バネ（４）により連結されていることが好ましい。

図８及び図９において、加圧ローラ支持フレーム（２１１）及び均熱化ローラ支持フレーム（２１２）のフレームの両端近傍には、バネ（４）の端部を係止可能な係止部（４１）（４２）が夫々設けられている。
係止部（４１）は、図８に示す加圧ローラ支持フレーム（２１１）の自由端側、つまり加圧ローラ（１１）が加熱ローラ（１０）と接しない側のフレームの回転軸（１１１）方向両端部下方に設けられている。
また、係止部（４２）は、図９に示す均熱化ローラ支持フレーム（２１２）の自由端側、つまり均熱化ローラ（１２）が加圧ローラ（１１）と接しない側のフレームの回転軸（１２１）方向両端側に設けられている。言い換えると、均熱化ローラ（１２）の回転軸（１２１）を挟んで切欠部（３２）と反対側に設けられている。つまり、切欠部（３２）と反対側のフレームの回転軸（１２１）方向両端部に設けられている。

係止部（４１）（４２）にバネ（４）の両端部を夫々係止して加圧ローラ支持フレーム（２１１）と均熱化ローラ支持フレーム（２１２）を連結することで、均熱化ローラ支持フレーム（２１２）が加圧ローラ支持フレーム（２１１）に対して付勢されることとなる。
ここで、上記したように加圧ローラ支持フレーム（２１１）及び均熱化ローラ支持フレーム（２１２）は支点ピン（３）によりフレーム本体（２０）に取り付けられており、支点ピン（３）を支点として回動可能となっている。
従って、フレーム同士がバネ（４）により連結されると加圧ローラ支持フレーム（２１１）が図１１（ｂ）に示すように回動し、加圧ローラ（１１）と均熱化ローラ（１２）が常に圧接して一体的に回動することとなり、加圧ローラ（１１）と均熱化ローラ（１２）のニップ変動を小さくすることができる。

加圧ローラ（１１）に振れ等の変動が生じると、加圧ローラ支持フレーム（２１１）にも変動が生じる。上記したように加圧ローラ支持フレーム（２１１）と均熱化ローラ支持フレーム（２１２）をバネ（４）により連結することで均熱化ローラ（１２）が加圧ローラ（１１）の振れ等の変動に追従することとなり、加圧ローラ（１１）と均熱化ローラ（１２）のニップ幅を一定に保つことが可能となる。

加圧ローラ（１１）及び均熱化ローラ（１２）は同じフレームに支持されてもよい（図示略）。
加圧ローラ（１１）と均熱化ローラ（１２）を同じフレームに支持する場合のフレーム（２）は、前記二つのローラの回転軸を支持するローラ支持フレームと、加熱ローラ（１０）を支持するフレーム本体（２０）とから構成される。
この場合、フレーム本体（２０）には支点ピン（３）が設けられ、この支点ピン（３）にローラ支持フレームが取り付けられて回動可能な構成となる。
このような構成とすることで、加圧ローラ（１１）と均熱化ローラ（１２）の振れを同じにすることができ、効果的に加熱ローラ（１０）の温度を均一にすることができる。

図１２は本発明に係る画像形成装置の概略断面図である。
図１２に示す画像形成装置（５０）は、タンデム方式のカラープリンタであるが、モノクロプリンタ、複写機、ファクシミリであってもよい。
本発明に係る画像形成装置（５０）は、上記した定着装置（１）を備えているものである。

図示例の画像形成装置（５０）は、プリンタ本体（５１）の内部に用紙（図示略）を収納する給紙カセット（５２）と、給紙カセット（５２）から用紙を取り出す給紙部（５３）と、プリンタ本体（５１）の正面に設置された手差しトレイ（５４）と、手差しトレイ（５４）から用紙（図示略）を取り出す手差し給紙部（５５）と、各給紙部（５３）（５５）から給紙された用紙を搬送する搬送経路（５６）と、各給紙部（５３）（５５）から給紙された用紙に画像形成処理を行う画像形成処理部（５７）と、画像形成処理したトナー像を用紙に転写する転写部（５８）と、転写後のトナー像を用紙に定着する定着装置（１）とを備えている。

画像形成処理部（５７）は、図示例のようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーを用いて画像形成処理を行うタンデム方式である。
画像形成処理部（５７）は、上記各色の補給用トナーを収納するトナーコンテナ（６０）と、トナー像を形成する感光体ドラム（６１）と、感光体ドラム（６１）にトナーを供給して現像処理を施す現像装置（６５）と、感光体ドラム（６１）に形成されたトナー像が転写される中間転写ベルト（６２）を備えている。

感光体ドラム（６１）の周囲には、クリーニング装置（６３）、帯電装置（６４）、現像装置（６５）、転写装置（６６）が配置され、更に露光装置（図示略）が設置されている。

感光体ドラム（６１）は駆動手段（図示略）によって回転され、該ドラムの表面は帯電装置（６４）によって帯電される。
帯電後の感光体ドラム（６１）表面には、露光装置（図示略）により画像情報に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置（６５）から供給されるトナーが静電的に付着することによってトナー像となる。
感光体ドラム（６１）表面に形成されたトナー像は、転写装置（６６）によって循環駆動する中間転写ベルト（６２）に転写される。中間転写ベルト（６２）に転写されたトナー像は、転写部（５８）において用紙に転写像として転写される。

転写像が形成された用紙は、搬送経路（５６）を通って定着装置（１）に搬送され、定着装置（１）により転写像が用紙に定着された後に搬送経路（５６）の終端である排紙部（６７）からプリンタ本体（５１）外へ排出される。

一方、トナー像を転写した感光体ドラム（６１）表面には、残留トナーや放電生成物等が付着している。感光体ドラム（６１）表面の残留トナーや放電生成物等はクリーニング装置（６３）によって除去される。更に、感光体ドラム（６１）は除電装置（図示略）によって次の画像形成の帯電のための除電処理が施される。

本発明に係る画像形成装置（５０）は、連続印字動作時においてもトナー像の加熱定着による過昇温が生じず、安定的な定着動作が可能な画像形成装置となる。

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の定着装置を備えた画像形成装置に対して好適に利用される。

１ 定着装置
２ フレーム
３ 支点ピン
４ バネ
１０ 加熱ローラ
１１ 加圧ローラ
１２ 均熱化ローラ
２０ フレーム本体
２１ 可動フレーム
２１１ 加圧ローラ支持フレーム
２１２ 均熱化ローラ支持フレーム
５０ 画像形成装置

Claims (5)

1. トナー像を加熱により被転写体に定着させる定着装置であって、
   前記被転写体に当接して加熱する加熱ローラと、前記加熱ローラに当接して回転し、前記被転写体を前記加熱ローラに押圧する加圧ローラと、前記加圧ローラに当接して回転し、該加圧ローラを介して前記加熱ローラの温度を均一にする均熱化ローラと、前記各ローラの回転軸を支持するフレームとを備えており、
   前記フレームは、前記加熱ローラを支持するフレーム本体と、前記加圧ローラ及び前記均熱化ローラ夫々の回転軸を支持する可動フレームとからなり、
   前記可動フレームは支点ピンにより前記フレーム本体に取り付けられて回動可能となっていることを特徴とする定着装置。
2. 前記可動フレームは、前記加圧ローラの回転軸を支持する加圧ローラ支持フレームと、前記均熱化ローラの回転軸を支持する均熱化ローラ支持フレームとからなり、
   前記加圧ローラ支持フレームと前記均熱化ローラ支持フレームは前記支点ピンにより前記フレーム本体に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記均熱化ローラ保持フレームは、バネにより前記加圧ローラ保持フレームに対して付勢されることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記均熱化ローラの軸方向の長さが前記加圧ローラの軸方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１乃至３記載いずれかに記載の定着装置。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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