JP2012013876A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ニップ幅の増加を利用して、定着品質を一定に保ち、かつ、耐久性が低下することのない定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】本発明の定着装置３は、内部に加熱源３３を備えた加熱部材３１と、加熱部材３１に圧接する加圧部材３２とを備え、加熱部材３１と加圧部材３２との間のニップ部３６を記録材が通過することにより記録材上のトナー像を記録材に定着させる。加熱部材３１への圧接方向及び離間方向に移動可能に加圧部材３２を保持する保持部材４１と、加圧部材３２が加熱部材３１に圧接するように保持部材４１を付勢する付勢部材４７と、保持部材４１に係合し、加圧部材３２による加熱部材３１への加圧力を調整する加圧力調整手段５１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはこれらの複合機の画像形成装置に組み込まれることにより用紙、封筒等の記録材に形成されたトナー像を記録材に定着させる定着装置及び画像形成装置に関する。

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は、加熱源を内部に備えた加熱ローラと、加熱ローラに圧接状態で当接する加圧ローラとを備えており、加熱ローラ及び加圧ローラの間に用紙等のシート状の記録材を通過させることにより、加熱ローラ及び加圧ローラの間のニップ部で記録材を加熱及び加圧する。この加熱加圧によりトナー像を記録材に定着させている。カラー画像形成装置における加熱ローラとしては、アルミニウムや鉄の芯金の上にシリコーンゴム等の弾性層を設け、この弾性層上にＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂のコートやチューブを被覆したものが用いられる。加圧ローラとしては、アルミニウムや鉄の芯金上にシリコーンゴム等の耐熱弾性層を設け表面にＰＦＡ等のフッ素樹脂のチューブを被覆したものが用いられる。

特許文献１には、封筒等の厚さがある記録材に定着させる封筒モードと、普通紙からなる記録材に定着させる普通紙モードとに対応することが可能な定着装置が記載されている。この定着装置では、加圧ローラからなる加圧部材を支持する加圧レバーを加熱ローラからなる加熱部材の支持ブラケットに回転可能に取り付けている。加圧レバーは、ばねによって付勢されることにより加熱部材に圧接する。加圧レバーには当接片が設けられ、この当接片が回転可能なカムに当接している。このような構造において、普通紙モードのときは、ばね力に基づいた加圧力で加圧部材が加熱部材に圧接しているが、封筒モードのときは、カムを回転させることによってばね力に抗して加圧レバーが回転し、これにより、加圧部材が加熱部材に圧接する加圧力を軽減するようになっている。このように封筒モードで加圧力を軽減することにより封筒等に皺が発生することを抑制することが可能となっている。

特開２００７−２５５７１号公報

上述したように定着装置では、記録材に応じた定着性能を確保するため、加熱部材に対する加圧部材の加圧力を調整しているが、定着の高速化及び加熱部材の低熱容量化を可能とする必要上、加圧力を大きくしてニップ幅を大きくすることがなされている。しかしながら、この場合には、加圧部材、加熱部材等の構成部材への負荷が大きくなり、定着装置の耐久性が低下する問題が発生する。

一方、記録材の印字枚数が増えるのに応じてニップ部を形成するための加圧部材のシリコーンゴムの硬度が低下し、この硬度の低下によりニップ幅が増加する。図６はこの関係を示し、実線Ａはシリコーンゴムの硬度であり、実線Ｂはニップ幅である。図６に示すように、記録材の印字枚数が増加するのにつれて加圧部材のシリコーンゴムの硬度が低下するのに対し、ニップ幅は逆に増加している。

そこで、本発明は、上記ニップ幅の増加を利用して、定着品質を一定に保ち、かつ、耐久性が低下することのない定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の定着装置は、内部に加熱源を備えた加熱部材と、この加熱部材に圧接する加圧部材とを備え、前記加熱部材と加圧部材との間のニップ部を記録材が通過することにより記録材上のトナー像を記録材に定着させる定着装置において、前記加熱部材への圧接方向及び離間方向に移動可能に前記加圧部材を保持する保持部材と、前記加圧部材が加熱部材に圧接するように前記保持部材を付勢する付勢部材と、前記保持部材に係合し、前記加圧部材による加熱部材への加圧力を調整する加圧力調整手段とを備えていることを特徴とする。

この場合、前記加圧力調整手段は、前記保持部材に当接するカム面を有した回転可能なカムであり、前記カム面は、前記定着を行うための加圧力とするための第１モード部と、加圧力を全て解除するための第２モード部と、前記記録材の種類に合わせた加圧力とするための第３モード部と、前記第１モード部の加圧力より小さな加圧力とするための第４モード部とを備え、これらのモード部がカムの回転軌跡に沿って連続するように設けられていることが好ましい。

又、前記加圧力調整手段は、前記カムと一体的に回転する回転指標部と、この回転指標部を検知することにより前記カムの回転角度を検出する検出センサとをさらに備えていることが好ましい。

又、本発明は、上記した定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置であってもよい。

本発明によれば、ニップ幅が増加しても、耐久性が低下することのない定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

本発明の一実施形態の定着装置が組み込まれる画像形成装置の内部構造を示す模式図である。 本発明の一実施形態の定着装置を示す正面図である。 本発明の一実施形態の定着装置におけるカムを説明する正面図である。 本発明の一実施形態の定着装置における検出センサ及びカムの関係を示す側面図である。 本発明の一実施形態における第１モード部から第４モードに切り換えた場合の定着荷重の変化を示すグラフである。 印字枚数に対する加圧ローラの硬度変化及びニップ幅の変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態の定着装置について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態の定着装置３が組み込まれた画像形成装置１を示す模式図、図２は定着装置３を示す正面図、図３は定着装置３に用いられる加圧力調整手段５１のカム５３の正面図、図４は加圧力調整手段５１の側面図である。

図１に示すように、画像形成装置１は、装置本体２を備えており、装置本体２の内部に、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応した複数の感光体ユニット５Ｍ、５Ｃ，５Ｙ，５Ｋと、各感光体ユニット５Ｍ，５Ｃ，５Ｙ，５Ｋに対応した現像ユニット６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ，６Ｋと、中間転写ユニット７とが設けられている。

中間転写ユニット７は、駆動ローラ１１、従動ローラ１２、テンションローラ１３及びこれらのローラに無端状に掛け渡された中間転写ベルト１０及び複数の一次転写ローラ８Ｍ、８Ｃ，８Ｙ，８Ｋを有している。中間転写ベルト１０は、駆動ローラ１１の回転によって移動可能となっている。駆動ローラ１１側には、中間転写ベルト１０をクリーニングするクリーニング装置１４が設けられている。

一次転写ローラ８Ｍ，８Ｃ，８Ｙ，８Ｋは、無端状の中間転写ベルト１０の内部に位置するように各感光体ドラム１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｙ，１５Ｋに対応して設けられている。それぞれの一転写ローラ８Ｍ，８Ｃ，８Ｙ，８Ｋは、中間転写ベルト１０を感光体ドラム１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｙ，１５Ｋとの間で挟んで中間転写ベルト１０を感光体ドラム１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｙ，１５Ｋに押圧する。この押圧により、感光体ドラム１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｙ，１５Ｋ上の各色トナー像が中間転写ベルト１０に順次転写されるため、中間転写ベルト１０上にフルカラーのトナー像が形成される。

感光体ユニット５Ｍ，５Ｃ，５Ｙ，５Ｋは、中間転写ベルト１０の下側に位置した状態で中間転写ベルト１０の移動方向の上流側から順に並んだ状態で配置されている。各感光体ユニット５Ｍ，５Ｃ，５Ｙ，５Ｋは、感光体ドラム１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｙ，１５Ｋと、各感光体ドラム１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｙ，１５Ｋの表面を均一に帯電させる帯電器１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｙ，１６Ｋと、各感光体ドラム１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｙ，１５Ｋの表面をクリーニングするクリーニングローラ１７Ｍ，１７Ｃ，１７Ｙ，１７Ｋとを備えている。

現像ユニット６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ，６Ｋはそれぞれの感光体ユニット５Ｍ，５Ｃ，５Ｙ，５Ｋに近接して設けられており、その現像ローラ２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｙ，２１Ｋが感光体ドラム１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｙ，１５Ｋに対して各色のトナーを供給する。現像ユニット６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ，６Ｋには、装置本体２に設けられたトナー容器２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｙ，２２Ｋから各色のトナーが供給される。

装置本体２の下部には、給紙カセット２６が配置され、給紙カセット２６の給紙口の下流側には、搬送ローラ２７、レジストローラ対２８、二次転写ローラ２９が順に配置されており、これらにより記録材を搬送する記録材搬送路２０が形成されている。又、定着装置３から排出ローラ２３にかけては、記録材搬送路２０に連続した搬送経路３４となっている。二次転写ローラ２９は、従動ローラ１２に対応して配置されており、中間ベルト１０に形成されたフルカラーのトナー像が二次転写ローラ２９に転写され、二次転写ローラ２９から記録材に転写される。

定着装置３は、記録材に転写されたフルカラーのトナー像を加熱加圧して記録材に定着させる。このため、定着装置３は、相互に接触した状態で回転する加熱部材３１及び加圧部材３２を備えている。この実施形態において、加熱部材３１及び加圧部材３２は、いずれもローラによって形成されているため、以下、加熱部材３１を加熱ローラ３１、加圧部材３２を加圧ローラ３２として説明する。

以上のカラー画像形成装置１によるカラー画像の形成動作を説明する。なお、以下の動作説明において、各色を総称するときは、添字Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋを省略する。帯電器１６によって表面が一様に帯電した各感光体ドラム１５に対し、露光ユニット２５による露光が行われ、各感光体ドラム１５の表面に静電潜像が形成される。そして、現像ユニット６によって各感光体ドラム１５上の静電潜像が現像されて各色のトナー像が形成される。各感光体ドラム１５上のトナー像は、一次転写ローラ８により感光体ドラム１５に押圧されている中間転写ベルト１０に順次転写される。これにより中間転写ベルト１０上にフルカラーのトナー像が形成される。

一方、給紙カセット２６から記録材が取り出される。取り出された記録材は、搬送ローラ２７によってレジストローラ対２８に搬送される。二次転写ローラ２９は、レジストローラ対２８の下流側で中間転写ベルト１０と接触している。レジストローラ対２８は、中間転写ベルト１０上のトナー像が二次転写ローラ２９に至るタイミングに合わせて記録材を搬送する。このため、中間転写ベルト１０上のフルカラーのトナー像は二次転写ローラ２９により記録材に転写される。その後、記録材は定着装置３に搬送され、定着装置３により加熱加圧されてフルカラーのトナー像が記録材に定着され、搬送経路３４を通過し、排出ローラ２３を経由して装置本体２の外側に排出される。

図２に示すように、定着装置３は、加熱ローラ３１及び加圧ローラ３２と、保持部材４１と、付勢部材４７と、加圧力調整手段５１とを備えている。

加熱ローラ３１は、ハロゲンヒータ等の加熱源３３を内部に備えており、トナー像を記録材に定着することが可能な温度に加熱されている。加熱ローラ３１は回転軸３５を中心にして回転する。加熱ローラ３１としては、例えばアルミニウムや鉄の芯金の上にシリコーンゴム等の弾性層を設け、この弾性層上にＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂のコートやチューブを被覆したものを用いることができる。この実施形態において、０．２〜０．５ｍｍ厚さのアルミニウム又は鉄を基材とした直径２０〜４５ｍｍの芯金の表面にＰＦＡ等の離型層を形成した構造又は、芯金と離型層との間にシリコーンゴムが設けられた構造となっている。

加圧ローラ３２は、加熱ローラ３１に圧接状態で当接することにより、加熱ローラ３１との間で記録材を挟み込むニップ部３６を形成する。加圧ローラ３２は加熱ローラ３１との圧接状態で回転軸３７を中心として加熱ローラ３１と反対方向に回転し、加熱ローラ３１との間で記録材に移動力を付与する。加圧ローラとしては、例えば、ステンレス等の芯金上にシリコーンゴム等の耐熱弾性層を設け表面にＰＦＡ等のフッ素樹脂のチューブを被覆したものを用いることができる。この実施形態において、直径２０〜５０ｍｍのステンレスの芯金の表面に２〜２０ｍｍ程度の厚さのシリコーンゴム層が形成され、この上にＰＦＡ等の離型層が形成された構造となっている。

保持部材４１は、加圧ローラ３２の長さ方向の両端部に配置された加圧レバー４２によって形成されている。それぞれの加圧レバー４２は、装置本体２側に設けられた支軸４３に取り付けられており、支軸４３を中心として回転可能となっている。それぞれの加圧レバー４２における支軸４３との反対側は、後述する加圧力調整手段５１のカム５３が当接する当接部４４となっている。

それぞれの加圧レバー４２は、その中間部分に加圧ローラ３２の回転軸３７が連結され、加圧レバー４２が回転軸３７に連結されることにより保持部材４１が加圧ローラ３２を保持するようになっている。このような構造では、加圧レバー４２が支軸４３を中心として回転することにより、実線で示す位置及び二点鎖線で示す位置の間を移動可能となっている。実線で示す位置においては、加圧ローラ３２が加熱ローラ３１に圧接した状態となり、二点鎖線で示す位置においては、加圧ローラ３２が加熱ローラ３１から離間した状態となる。このような圧接位置及び離間位置の間の移動は、付勢部材４７及び加圧力調整手段５１のカム５３によってなされるものである。

付勢部材４７は、それぞれの加圧レバー４２における当接部４４側に配置されている。付勢部材４７は、圧縮ばねによって形成されており、一端４７ａが装置本体２に係止され、他端４７ｂが加圧レバー４２の当接部４４に係止されている。これにより付勢部材４７は、それぞれの加圧レバー４２が実線位置となるように、すなわち加圧ローラ３２が加熱ローラ３１に圧接する位置となるように加圧レバー４２を付勢している。

加圧力調整手段５１は、カム５３と、図４に示すように検出センサ５５とを備えている。カム５３は加圧ローラ３２の長さ方向の両端部に設けられているそれぞれの加圧レバー４２に対応するように設けられるものである。このため、カム５３は、加圧ローラ３２と同じ方向に延びる軸体５４の左右に取り付けられている。この場合、それぞれのカム５３は、それぞれの加圧レバー４２における当接部４４と対応した位置となるように軸体５４に取り付けられる。さらに、それぞれのカム５３は、軸体５４と一体的に回転する。カム５３を回転させるため、軸体５４は図示を省略したＤＣモータ等の回転動力源に連結されている。

カム５３の外周面は、加圧レバー４２の当接部４４に当接するカム面６１となっている。カム面６１には、第１モード部６２、第２モード部６３、第３モード部６４、第４モード部６５がカム５３の回転軌跡に沿って連続するように形成されている。

第１モード部６２は、カム面６１の外周側への突出量が最も少ない領域であり、第１モード部６２が当接部４４に臨んだ状態では、カム５３が加圧レバー４２を押圧することがない。このため、加圧レバー４２は、付勢部材４７のばね力により加熱ローラ３１側（図２における上方側）に移動し、図２に示す実線状態となる。この状態では、加圧ローラ３２は最も大きな加圧力により加熱ローラ３１に圧接する。かかる第１モード部６２は、普通紙への定着を行う普通紙モードに対応する。

第２モード部６３は、カム面６１の外周側への突出量が最も大きな領域であり、第２モード部６３が当接部４４に臨んで当接部４４に当接することにより、カム５３は加圧レバー４２を最も強く押圧する。このため、加圧レバー４２は付勢部材４７のばね力に抗して加熱ローラ３１から離れる方向（図２における下側方向）に移動し、図２に示す二点鎖線状態となる。この状態では、加圧ローラ３２は加熱ローラ３１と離間した状態となり、加圧力が全て解除される。このように加圧ローラ３２と加熱ローラ３１とが離間した状態では、記録材のジャム処理を行うことができる。

第３モード部６４は、カム面６１における外周側への突出量が第１モード部６２よりも大きく、第２モード部６３よりも小さくなった領域である。このような第３モード部６４が当接部４４に臨んで当接部４４に当接することにより、カム５３は加圧レバー４２が幾分、加熱ローラ３１から離れる方向に移動するように作用する。第３モード部６４が当接部４４に当接した状態では、加圧レバー４２は図２における実線状態と二点鎖線状態の中間位置となる。この状態では加圧ローラ３２は加熱ローラ３１に圧接するが、第１モード部６２における圧接力よりも小さな加圧力で圧接する。かかる第３モード部６４は、封筒や厚紙等への定着を行う封筒モードに対応する。

第４モード部６５は、カム面６１における外周側への突出量が第１モード部６２よりも大きく、第２モード部６３及び第３モード部６４よりも小さくなった領域である。このような第４モード部６５が当接部４４に当接することにより、カム５３は、加圧力の微調整を行う。より具体的には、第１モード部６２における加圧力よりも小さく、且つ第３モード部６４における加圧力よりも小さい加圧力で加圧ローラ３２が加熱ローラ３１に圧接するように調整する。

かかる第４モード部６５においては、記録材が普通紙である場合の普通紙モードへの定着が可能となっている。この第４モード部６５を用いて普通紙への定着を行う場合には、加熱ローラ３１への加圧ローラ３２の加圧力が第１モード部６２における加圧力よりも小さな状態で行うことができる。このような第４モード部６５を用いた定着では、加圧力が小さいため、加圧ローラ３２、加熱ローラ３１等の構成部材への負荷が小さくなる。このため、定着装置３の耐久性が低下することがない。

カム５３がこのような第４モード部６５を備えることにより、印字枚数が増えるのに応じてニップ部を形成するための加圧ローラ３２のシリコーンゴムの硬度が低下してもニップ幅を同一程度に維持することができる。図５は、記録材の印字枚数に応じたシリコーンゴムの硬度低下に対し、同じニップ幅を維持するための特性図であり、第１モード部６２による当初の定着荷重（加圧力）が３００Ｎであるのに対し、記録材の印字枚数が増えるのにつれて、カム５３を第４モード部６５に切り換えることにより定着荷重（加圧力）を２５０Ｎに下げることができる。このように加圧力を小さくすることができるため、耐久性の低下を抑制することができる。

以上の第１モード部６２、第２モード部６３，第３モード部６４、第４モード部６５の領域は、図３に示すように、カム５３の軸体５４を中心にした角度範囲で設定され、設定された各モード部６２，６３，６４，６５は、図４に示す検出センサ５５によって検出することができる。

図４に示すように、カム５３が一体回転するように取り付けられた軸体５４の一方側の端部には、回転指標部５６が一体的に形成されている。この実施形態における回転指標部５６は、軸体５４の端部をクランク状に屈曲させることにより形成されるものである。この回転指標部５６に対し、検出センサ５５が配置される。

検出センサ５５は、発光部５５ａ及び受光部５５ｂが対向した光センサ（ＰＩセンサ）によって形成されており、発光部５５ａ及び受光部５５ｂの間に回転指標部５６が入り込み可能となっている。すなわち、カム５３の回転と一体となって軸体５４が回転することにより、回転指標部５６が発光部５５ａ及び受光部５５ｂを通過し、この通過の際に回転指標部５６による遮光がなされ、受光部５５ｂがこの遮光を検出する。かかる遮光は、例えば、カム５３が第１モード部６２にあるときになされるように設定する。軸体５４は回転駆動源によって一定速度で回転しているため、検出センサ５５が遮光を検出したときから何秒後にどのモード部が加圧レバー４２の当接部４４に臨むかを、すなわち加圧ローラ３２がどのモード部になるかを知ることができる。これにより、現在のモード部を簡単に把握することができる。

以上の実施形態では、加熱ローラを加熱部材３１とし、加圧ローラを加圧部材３２としているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、加熱ローラと加圧ローラとの間に定着ローラを設け、この定着ローラと加熱ローラとに無端ベルトを掛け渡すことにより加熱部材としても良く、この場合には、加圧ローラを定着ローラに圧接させて記録材への定着を行うことができる。この場合においても、加圧ローラ側に保持部材４１、付勢部材４７及び加圧力調整手段５１を設けることにより、上述した実施形態と同様に作用することができる。又、２つのローラに加圧ベルトを掛け渡すことにより加圧部材とし、この加圧ベルトを加熱ローラに圧接するように構成しても良い。この場合には、記録材の供給方向の下流側のローラに対して保持部材４１、付勢部材４７及び加圧力調整手段５１を設けることにより、上述した実施形態と同様に作用することができる。

３…定着装置
３１…加熱ローラ
３２…加圧ローラ
３３…加熱源
３６…ニップ部
４１…保持部材
４２…加圧レバー
４７…付勢部材
５１…加圧力調整手段
５３…カム
５５…検出センサ
５６…回転指標部
６１…カム面
６２…第１モード部
６３…第２モード部
６４…第３モード部
６５…第４モード部

Claims (4)

1. 内部に加熱源を備えた加熱部材と、この加熱部材に圧接する加圧部材とを備え、前記加熱部材と加圧部材との間のニップ部を記録材が通過することにより記録材上のトナー像を記録材に定着させる定着装置において、
   前記加熱部材への圧接方向及び離間方向に移動可能に前記加圧部材を保持する保持部材と、
   前記加圧部材が加熱部材に圧接するように前記保持部材を付勢する付勢部材と、
   前記保持部材に係合し、前記加圧部材による加熱部材への加圧力を調整する加圧力調整手段とを備えていることを特徴とする定着装置。
2. 前記加圧力調整手段は、前記保持部材に当接するカム面を有した回転可能なカムであり、
   前記カム面は、前記定着を行うための加圧力とするための第１モード部と、加圧力を全て解除するための第２モード部と、前記記録材の種類に合わせた加圧力とするための第３モード部と、前記第１モード部の加圧力より小さな加圧力とするための第４モード部とを備え、これらのモード部がカムの回転軌跡に沿って連続するように設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。
3. 前記加圧力調整手段は、前記カムと一体的に回転する回転指標部と、この回転指標部を検知することにより前記カムの回転角度を検出する検出センサとをさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１の請求項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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