JP2012133035A - 加熱装置、画像形成装置、加熱部材および装着方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】記録媒体を加熱する加熱ロール51と、加熱ロール51を加圧するエンドレスベルトと、加熱ロール51に装着され、外力を受けて回転するギヤユニット53と、を有し、加熱ロール51は、ギヤユニット53および加熱ロール51の少なくともいずれかの変形に起因するギヤユニット53との摩擦力により、ギヤユニット53が回転するのに伴って回転する。
【選択図】図9
Description
加熱装置の一形態として、例えば特許文献1に記載の定着装置は、以下のように構成されている。すなわち、内部にハロゲンランプが配置された定着ロール(加熱部材)と、エンドレスベルトと、エンドレスベルトを介して定着ロールを押圧する圧力部材と、で主要部が構成されている。定着ロールはモータにより回転させられ、この回転によりエンドレスベルトも従動回転する。そして、転写装置により記録媒体に転写されたトナー像を、記録媒体が定着ロールとエンドレスベルトとの間を通過する間に、定着ロールとエンドレスベルトとの間に作用する圧力と、ハロゲンランプにより定着ロールを通じて与えられる熱と、により定着する。
請求項3に記載の発明は、前記弾性部材は、前記加熱部材の外側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、前記ねじりコイルばねは、前記回転部材の回転に伴い前記コイル部の内径が小さくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項2に記載の加熱装置である。
請求項4に記載の発明は、前記加熱部材は円筒形状であり、前記弾性部材は、前記加熱部材の内側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、前記ねじりコイルばねは、前記回転部材から力を受けることにより前記コイル部の外径が大きくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項2に記載の加熱装置である。
請求項6に記載の発明は、前記回転手段は、前記加熱部材の外側に配置され、外周部に外力を受ける歯が形成された回転部材であり、前記加熱部材は、当該加熱部材と前記回転手段を構成する部材との線膨張係数の差に起因して当該加熱部材と当該回転手段を構成する部材との間に生じる摩擦力により回転することを特徴とする請求項1に記載の加熱装置である。
請求項9に記載の発明は、前記弾性部材は、前記加熱部材の外側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、前記ねじりコイルばねは、前記回転部材の回転に伴い前記コイル部の内径が小さくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置である。
請求項10に記載の発明は、前記加熱部材は円筒形状であり、前記弾性部材は、前記加熱部材の内側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、前記ねじりコイルばねは、前記回転部材から力を受けることにより前記コイル部の外径が大きくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置である。
請求項2の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、より簡易な構成で加熱部材を回転させる摩擦力を生じさせることができる。
請求項3の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、加熱部材を回転させる摩擦力をより的確に生じさせることができる。
請求項4の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、加熱部材を回転させる摩擦力をより的確に生じさせることができる。
請求項5の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、より簡易な構成で加熱部材を回転させる摩擦力を生じさせることができる。
請求項6の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、より簡易な構成で加熱部材を回転させる摩擦力を生じさせることができる。
請求項8の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、より簡易な構成で加熱部材を回転させる摩擦力を生じさせることができる。
請求項9の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、加熱部材を回転させる摩擦力をより的確に生じさせることができる。
請求項10の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、加熱部材を回転させる摩擦力をより的確に生じさせることができる。
請求項11の発明によれば、回転して記録媒体を加熱する加熱部材が、この加熱部材の表面から受けた力によってこの加熱部材の回転中心側に撓むような加熱部材であっても、加熱部材を破損させることなく加熱部材に駆動力を伝達させて回転させることができる。
請求項12の発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、容易に回転手段を加熱部材に装着することができる。
図1は本発明の実施の形態が適用される画像形成装置1の概略構成を示した図である。
画像形成装置1は、記録媒体(以下、代表して「用紙」と記す場合もある。)上に画像を形成する画像形成部10と、画像形成部10に対して用紙を供給する用紙供給部70と、画像形成部10にて画像が形成された用紙を積載する積載部77と、を備えている。また、画像形成装置1は、画像形成部10にて画像が形成された用紙を搬送する用紙搬送部80と、上述した各部の動作を制御する制御部90と、を備えている。
このように、中間転写ユニット30は、中間転写ベルト31がドライブロール32やテンションロール33などに複数の一次転写ロール34の並び方向に細長くなるように張りかけられており、この細長く張りかけられた中間転写ベルト31の長手方向の一方の端部に、バックアップロール35が配置され、長手方向の他方の端部に、クリーニング装置36が配置された細長の形状である。
定着装置50は、中間転写ユニット30、二次転写ロール41などによって二次転写された用紙上の画像(トナー像)を、加熱ロール51とエンドレスベルト52などにより、熱および圧力を用いて用紙に定着させる装置である。この定着装置50については後で詳述する。
画像形成装置1は、制御部90により回転駆動が制御される駆動モータ91と、駆動モータ91の回転駆動力を伝達する伝達ギヤ92,93,94などを備えており(図2も参照)、反転ロール81は、伝達ギヤ92,93,94などを介して駆動モータ91の回転駆動力が伝達される。反転搬送ユニット82は、複数の搬送ロールを備えており、反転ロール81によって反転された用紙を二次転写位置に向けて再び搬送する。切り替えゲート83は、定着装置50から送り出された用紙の進行方向を、反転ロール81に導くように定めたり、反転ロール81で反転された用紙を反転搬送ユニット82に導くように定めたりして、用紙の進行方向を切り替える。
図示しない画像読み取り装置によって読み取られた原稿の画像や、図示しないパーソナルコンピュータ等から受信した画像データは、予め定められた画像処理が施され、画像処理が施された画像データは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の4色の色材階調データに変換され、光学系ユニット20に出力される。
次に、第1の実施形態に係る定着装置50について詳述する。
図2は、第1の実施形態に係る定着装置50の構成を示す概略正面図であり、用紙搬送方向下流側から、図1のII方向に見た図である。図3は、図2のIII−III部における断面図である。図4は、エンドレスベルト52が支持された状態を説明するための図であり、図2におけるIV部の拡大図である。
定着装置50は、用紙を加熱する加熱部材の一例としての加熱ロール51と、加熱ロール51を加圧する加圧手段の一例であって当該加圧手段の一部を構成するエンドレスベルト52と、加熱ロール51に装着されて、外力を受けて回転する回転手段の一例としてのギヤユニット53と、を有している。また、加圧手段の他の例としては回転軸の一例としてのシャフトと当該シャフトの外周に形成された弾性体層(例えば、ゴム層)とを有する加圧ロールであっても良い。そして、定着装置50は、用紙を加熱する加熱装置の一形態として機能する。なお、以下では、加圧手段の一例であって当該加圧手段の一部を構成するとともに、加熱ロール51と対向する部材である対向部材の一例として、エンドレスベルト52を例に取り説明するが、エンドレスベルト52に換えて加圧ロールを用いても良い。
加熱ロール51は、図2においては左右方向、図1においては紙面に直交する方向(手前側および奥側のいずれか一方から他方に向かう方向)に伸びる軸を回転軸として回転する部材であり、薄肉円筒の基体511と、基体511の周囲に形成された耐熱性弾性体層512(図3参照)と、耐熱性弾性体層512の表面に形成された離型層513と、を有する。加熱ロール51は、画像形成装置1の本体フレーム(不図示)に固定又は着脱される定着装置用のフレームであるメインフレーム50aに取り付けられて、回転軸方向の両端部側にそれぞれに配置されたボールベアリングなどの軸受け部材514を介して、メインフレーム50aに対して回転可能に支持されている。なお、回転軸は物理的な実態を有する形態の軸でも良いし物理的な実態を有さない形態の仮想的な軸であっても良い。
本実施形態に係る基体511は、材質はニッケルを用い、外径が直径25mmで、肉厚が0.1mmとなるように成形されている。なお、外径は、直径が25mmを例示したが、これに限定されず、20mmから30mmの範囲であればよく、又、肉厚は、0.1mmを例示したが、これに限定されず、0.05mmから0.2mmの範囲であればよい。材質がニッケルで、肉厚が0.1mmの円筒形状の基体511は、任意の方法により成形され、例えば、電鋳や深絞り加工等により成形することを例示することができる。
離型層513は、耐熱性の樹脂で成形されている。耐熱性の樹脂であればどの樹脂を用いてもよく、例えばシリコーン樹脂、フッ素樹脂等を用いることができるが、離型層513のトナーに対する離型性や耐摩耗性の観点から、フッ素樹脂が適している。フッ素樹脂としては、PFA、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、FEP(四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体)等が使用できる。離型層513の厚さは、5から30μmがよい。
エンドレスベルト52は、原形が直径30mmの円筒形状に形成された無端ベルトであり、ベース層と、このベース層の加熱ロール51側の面または両面に被覆された離型層(不図示)とから構成されている。ベース層は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等のポリマーやSUS、ニッケル、銅等の金属により形成され、その厚みは、30から200μmがよい。ベース層の表面に被覆される離型層としては、フッ素樹脂、例えばPFA、PTFE、FEPで形成され、その厚みは5から100μmがよい。
また、エンドレスベルト52の内周面は、後述する圧力パッド54との摺擦抵抗を低減するため、表面粗さRa(算術平均粗さ)を0.4μm以下に設定している。また、エンドレスベルト52の外周面は、加熱ロール51からの駆動力を受け易いように、表面粗さRaを1.2から2.0μmに設定している。
定着装置50は、エンドレスベルト52を回転可能に支持する圧力パッド54(図3参照)およびエッジガイド55(図4参照)と、エンドレスベルト52の内周面と圧力パッド54との摺擦抵抗を小さくする低摩擦シート56(図3参照)と、圧力パッド54と低摩擦シート56とを保持する金属製のホルダ57(図3参照)と、を有している。
圧力パッド54は、エンドレスベルト52の内側において、エンドレスベルト52を介して加熱ロール51に押圧される状態で配置され、加熱ロール51とエンドレスベルト52との間にニップ部Nを形成するように機能する。圧力パッド54は、用紙搬送方向長さ(エンドレスベルト52と加熱ロール51の移動方向における長さ)の広いニップ部Nを確保するためのプレニップ部材54aと、加熱ロール51に歪みを与えるための剥離ニップ部材54bと、を有している。プレニップ部材54aは、ニップ部Nの入口側に配置され、剥離ニップ部材54bは、ニップ部Nの出口側に配置されている。
剥離ニップ部材54bは、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の耐熱性を有する樹脂、または鉄、アルミニウム、SUS等の金属で成形されている。剥離ニップ部材54bの形状としては、ニップ部Nにおける外面形状が略一定の曲率半径を有する凸曲面状に成形されている。
ホルダ57は、回転軸方向の両端部がエッジガイド55のフランジ部552の内側面に固定され支持されている。また、エッジガイド55のベルト走行ガイド部551は、ホルダ57の回転軸方向の端部の一部の領域と、回転軸方向にオーバーラップするように配置されている。
また、エッジガイド55それぞれは、図2に示すように、引張りバネ59によって加熱ロール51側に付勢されて支持されている。本実施の形態では、加熱ロール51は、エンドレスベルト52を介して総荷重50〜250N(5.1〜25.5kgf)で圧力パッド54により押されている。そして、この構成により、エンドレスベルト52は加熱ロール51の回転に従動して回転する。
図5は、ギヤユニット53の斜視図である。図6は、ギヤユニット53を構成する部品を示す図である。図7は、ギヤユニット53を加熱ロール51に装着した状態を示す図である。図8は、図7のVIII部の拡大図である。図9は、ギヤユニット53の断面図である。なお、図8においては、後述するねじりコイルばね532と加熱ロール51の基体511との相対位置を分かり易くするために、後述するギヤ531を2点鎖線にて示している。
ギヤユニット53は、ハス歯531aが外周に形成された回転部材の一例としてのギヤ531と、ギヤ531の内側に装着される弾性部材の一例としてのねじりコイルばね532と、ねじりコイルばね532の回転軸方向の移動を抑制するキャップ533と、を有している。ギヤユニット53は、図1,図2に示すように、伝達ギヤ92、93、94などを介して駆動モータ91の回転駆動力が伝達され、突部の一例としてのハス歯531aを介して外力を受ける。
図10(a)は、ねじりコイルばね532が変形する前の状態を示す図であり、図10(b)は、ねじりコイルばね532が変形した後の状態を示す図である。
ギヤ531のハス歯531aを介して駆動モータ91から回転駆動力が伝達されると、ギヤ531が回転する。ギヤ531が回転すると、ギヤ531の半径方向凹部531dを介して、ギヤ531の回転力がねじりコイルばね532の突出部532bに伝達される。例えば、図7で見た場合の矢印A方向(反時計回転方向)にギヤ531が回転した場合には、ねじりコイルばね532の突出部532bが同じく矢印A方向に回転する。かかる場合、上述したように、ねじりコイルばね532は加熱ロール51の基体511にしまりばめにて嵌合され、ねじりコイルばね532と加熱ロール51の基体511との間に接触力(摩擦力)が生じることから、コイル部532aにおける、突出部532bが設けられている回転軸方向の一方の端部側は、他方の端部側に対して矢印A方向に相対的に回転する。つまり、ねじりコイルばね532は左巻であることから、ねじりコイルばね532がコイル部532aの内径が小さくなるように(締まるように)変形する(図10(b)参照)。また、加熱ロール51の基体511におけるギヤユニット53が装着される部位である被装着部は、軸受け部材514と近い位置であり、かつ軸受け部材514に対してニップ部Nとは反対側の位置であるので、被装着部における基体511の変形は小さい。
その結果、ねじりコイルばね532と加熱ロール51の基体511との間の摩擦力が、ギヤ531が回転する前よりも大きくなる。
それゆえ、ギヤ531が駆動モータ91から回転駆動力を受けて図7で見た場合の矢印A方向に回転した場合には、ギヤユニット53を介して駆動モータ91から回転駆動力が伝達されて、加熱ロール51は、エンドレスベルト52との間に生じる摩擦力に抗して回転する。
制御部90が、定着装置50にて定着動作を行わせるべく、駆動モータ91を図1で見た場合の時計回転方向に回転した場合には、ギヤユニット53のギヤ531も時計回転方向(図7においては矢印A方向)に回転する。かかる場合、ギヤユニット53のねじりコイルばね532は、ギヤ531から力を受けてコイル部532aの内径が小さくなるように変形し、加熱ロール51も時計回転方向に回転する。そして、加熱ロール51の回転によりエンドレスベルト52も従動回転する。
そして、画像形成装置1の二次転写位置においてトナー像が転写された用紙がニップ部Nを通過する際に、用紙上のトナー像が、ニップ部Nに作用する圧力と、加熱ロール51から供給される熱とによって定着される。つまり、用紙上のトナー像を、加熱ロール51とエンドレスベルト52とで、加圧および加熱することで用紙に定着させる。本実施形態の定着装置50では、ほぼ加熱ロール51の外周面に沿う凹形状のプレニップ部材54aによりニップ部Nを広くしているため、ニップ部がニップ部Nよりも狭い場合よりも定着がより良好に行われる。加えて、加熱ロール51の外周面に対し突出させて剥離ニップ部材54bを配置することにより、ニップ部Nの出口において加熱ロール51の歪みが局所的に大きくなるように構成されているので、用紙が、加熱ロール51から容易に剥離される。
図19(a)は、ねじりコイルばね532および加熱ロール51の他の形状を示す斜視図であり、(b)は断面図である。
図19に示すように、ねじりコイルばね532の回転軸方向の他方の端部は、コイル部532a(図6参照)から回転半径方向の内側に突出するように折り曲げられており、コイル部532aから突出する内側突出部532cが形成されている。また、加熱ロール51の基体511の回転軸方向の他方の端部に、ねじりコイルばね532の内側突出部532cを挿入するための切り欠き511aを形成する。そして、ギヤユニット53を加熱ロール51に装着する際に、ねじりコイルばね532の内側突出部532cを基体511の切り欠き511aに挿入する。
なお、この構成にする場合においても、定着処理を実行するべく加熱ロール51の表面温度が上述した定着温度まで上昇したきときには、ねじりコイルばね532がギヤ531から力を受けて締まる方向に回転することで、ねじりコイルばね532と加熱ロール51の基体511との間に生じる摩擦力が必要摩擦力よりも大きくなるように設定し、ねじりコイルばね532の内側突出部532cと基体511の切り欠き511aとの間に生じる圧力では加熱ロール51が回転しないようにすることが重要である。
次に、実験例について説明する。実験は、加圧手段の一例として加圧ロールを用い、計算機による模擬実験、いわゆるコンピュータシミュレーションで行った。なお、実験では、実施の形態と異なり、加熱ロール51および加圧ロールの軸方向をZ軸方向とし、加圧ロールの中心軸から加熱ロール51の中心軸に向かう方向を+Y軸方向とし、Z軸方向およびY軸方向と直交する方向をX軸方向とし、左手系のXYZ軸を仮定している。
実験では、加熱ロール51の構成として、基体511の軸方向の長さを250mm、外径を直径φ25mmとし、材料を鉄とした。
そして、加圧ロールのシャフトの両端部に、接触圧力、いわゆるニップ圧として、加熱ロール51の中心軸に向かう+Y方向に100Nの力を付加した場合において、加熱ロール51に作用する応力や、変位を測定した。なお、応力としては、部材の降伏の判断等に使用されるミーゼス応力(または、フォン・ミーゼス応力)を採用した。
実験例1では、基体511の肉厚が0.10mmとして実験を行った。
(比較例1)
比較例1では、基体511の肉厚が0.16mmとして実験を行った。
以下、図11〜図18に実験結果を示す。なお、図11〜図18においては、基体511を「素管」と記す。
図12は実験結果における基体511の変位の分布を+Z、+Y側から見た場合の説明図であり、図12Aは実験例1の説明図、図12Bは比較例1の説明図である。
図13は図12と同一の実験結果において基体511の変位の分布を−Z、−Y側から見た場合の説明図であり、図13Aは実験例1の説明図、図13Bは比較例1の説明図である。
図14は図12と同一の実験結果において、基体511の変位の分布をY軸方向に二倍にして強調した状態の説明図であり、図14Aは実験例1の説明図、図14Bは比較例1の説明図である。
図15は図13と同一の実験結果において、基体511の変位の分布をY軸方向に二倍にして強調した状態の説明図であり、図15Aは実験例1の説明図、図15Bは比較例1の説明図である。
図16は実験結果において、加熱ロール51と加圧ロールとの接触領域における変形状態の説明図であって、図16AのXVI−XVI線断面図であり、図16Aは実験例1の説明図、図16Bは比較例1の説明図である。
図17は実験結果において、加熱ロール51と加圧ロールとの接触領域における変形状態の説明図であって、図17AのXVII−XVII線断面図であり、図17Aは実験例1の説明図、図17Bは比較例1の説明図である。
図18は実験結果において、加熱ロール51と加圧ロールとの接触領域における変形状態の説明図であって、図18AのXVIII−XVIII線断面図であり、図18Aは実験例1の説明図、図18Bは比較例1の説明図である。
本実験例では、加圧ロールのゴム層の軸方向の長さが200mmで、加熱ロール51の基体511の軸方向長さが250mmであり、ゴム層の軸方向端部が、基体511の端から25mmの位置に接触している。図11Aに示す実験例1では、基体511の端部で、軸方向内側の部分まで、応力が集中した状態となっているのに対し、図11Bに示す比較例1では加圧ロールのゴム層が接触する領域に沿ってほぼ均一に応力が作用していることが確認された。
第2の実施形態においては、ギヤ531と、ねじりコイルばね532とをユニット化していない点に特徴がある。以下では、第1の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図20に示すように、第2の実施形態に係るギヤ531は、外周部にハス歯531aが形成された、基本円筒状の部材である。そして、ギヤ531の内周面には、内周面から回転半径方向の外側に、円周方向にはねじりコイルばね532の線径よりも若干大きくなるように凹んだ半径方向凹部531fが回転軸方向全体に亘って形成されている。また、円筒状のギヤ531の内径の大きさは、加熱ロール51の基体511の外径の大きさよりも大きくなるように成形されている。つまり、ギヤ531は、加熱ロール51の基体511に対してすきまばめにて嵌合される。
そして、ギヤ531およびねじりコイルばね532を、加熱ロール51に装着する際には、先ず、ギヤ531を加熱ロール51の基体511に嵌合する。その後、ねじりコイルばね532を、図20で見た場合の時計回転方向に回転させながら基体511に装着する。その際、ねじりコイルばね532の突出部532dを、ギヤ531の半径方向凹部531fに挿入する。なお、ねじりコイルばね532の突出部532dとギヤ531の半径方向凹部531fとは、すきまばめにて嵌合される寸法関係でも、しまりばめにて嵌合される寸法関係でもよい。
第2の実施形態においては、ギヤ531の半径方向凹部531fとねじりコイルばね532の突出部532dとを介して、ギヤ531の回転力がねじりコイルばね532に伝達されるが、第3の実施形態においては、ギヤ531とねじりコイルばね532との間に生じる摩擦力によりギヤ531の回転力がねじりコイルばね532に伝達される点に特徴がある。以下では、第2の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図21に示すように、第3の実施形態に係るギヤ531は、加熱ロール51の基体511の回転軸方向の端部に嵌合されており、ねじりコイルばね532は、加熱ロール51の基体511およびギヤ531の外周面に両者に跨るように嵌合されている。
また、第3の実施形態に係るねじりコイルばね532はコイル部532aのみから構成されるので、ねじりコイルばね532自体の生産性が向上するとともに、ねじりコイルばね532の取り付け方向性がない、つまり、どちらの端部からでも加熱ロール51に装着してもよいので、組み立て性が向上する。
第2の実施形態においては、ギヤ531とねじりコイルばね532とが回転軸方向に並んで配置されているが、第4の実施形態においては、ねじりコイルばね532は、ギヤ531の内側であって加熱ロール51の基体511の内側に配置されている点に特徴がある。以下では、第2の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
第4の実施形態に係るギヤ531は、第2の実施形態に係るギヤ531に対して以下の点が異なる。つまり、第2の実施形態に係るギヤ531が、その内周面に、内周面から回転半径方向の外側に凹んだ半径方向凹部531fが回転軸方向全体に亘って形成されているのに対して、第4の実施形態に係るギヤ531は、内周面から回転半径方向の外側に凹んだ半径方向凹部531jが回転軸方向の端部側の一部にのみ形成されている。
つまり、ねじりコイルばね532の材質の線膨張係数と加熱ロール51の基体511の材質の線膨張係数との差を考慮して、ねじりコイルばね532がギヤ531から力を受けて変形することで生じる基体511との間の摩擦力が、定着温度より低い温度では必要摩擦力よりも小さく、定着温度以上の温度で必要摩擦力以上となるように、ねじりコイルばね532の形状を設定する。
このようにねじりコイルばね532の仕様を設定することで、定着動作を行うべき定着温度以上では、ギヤ531の回転に応じて加熱ロール51が回転するので定着が行われる。他方、定着温度より低い温度では、ギヤ531が回転しても加熱ロール51は回転しない。
第5の実施形態においては、外周部にハス歯531aが形成された円筒状のギヤ531の内周面と加熱ロール51の基体511の外周面との間に生じる摩擦力で加熱ロール51を回転させる点に特徴がある。以下では、第1の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
第5の実施形態に係るギヤ531は、図23に示すように、基本円筒状の部材であり、その外周部にハス歯531aが形成されている。そして、ギヤ531の内周面の内径の大きさが以下のように定められている。加熱ロール51がエンドレスベルト52を介して圧力パッド54から押されることに起因して弾性変形することで、上述した定着温度以上の温度領域において、基体511との間に生じる摩擦力が、上述した必要摩擦力以上となるように設定されている。つまり、ギヤ531の内周面と加熱ロール51の基体511の外周面との間に生じる摩擦力が、エンドレスベルト52を介して圧力パッド54から押される前は必要摩擦力よりも小さく、圧力パッド54から押されて変形することで、定着温度以上の温度領域において必要摩擦力以上となるように、ギヤ531の内周面の内径の大きさを設定する。なお、ギヤ531の内周面と基体511の外周面との間に生じる摩擦力が、圧力パッド54から押されて変形することで、定着温度以上の温度領域において、必要摩擦力以上となるのであれば、例えば、エンドレスベルト52を介して圧力パッド54から押される前では、ギヤ531の内周面の内径の大きさが基体511の外周面の大きさよりも小さくてもよいし大きくてもよい。
第6の実施形態においては、定着温度以上の温度となった場合に、ギヤ531の材質の線膨張係数と加熱ロール51の基体511の材質の線膨張係数との差に起因する変形によりギヤ531の内周面と加熱ロール51の基体511の外周面との間に生じる摩擦力で加熱ロール51を回転させる点に特徴がある。以下では、第5の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
第1から第6の実施形態においては、スラスト軸受け部材517を用いて、ギヤユニット53、ギヤ531、ねじりコイルばね532および加熱ロール51の、回転軸方向の移動を規制する態様であるが、第7の実施形態は、これらの部材の回転軸方向の移動を規制する態様が異なる。以下では、第1の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
第7の実施形態に係るギヤ531は、外周部にハス歯531aが形成され、内側にはねじりコイルばね532が装着される装着部531bが形成された円筒状部位である第4の円筒部531kと、この第4の円筒部531kの回転軸方向の一方の端部側に連続して形成された第5の円筒部531mと、第4の円筒部531kの回転軸方向の他方の端部側に連続して形成された第6の円筒部531nと、を有する。第5の円筒部531mの内径は、加熱ロール51の基体511の外径よりも大きく、第5の円筒部531mに基体511がすきまばめにて嵌め込まれる。他方、第5の円筒部531mの外径は、加熱ロール51をメインフレーム50aに対して回転可能に支持する軸受け部材514aが嵌合されるように成形されている。そして、第5の円筒部531mの外周面には、この外周面から回転半径方向の内側に円周方向には全域に亘って凹んだ凹部531mhが設けられている。第6の円筒部531nの内径は、加熱ロール51の基体511の内径よりも小さく、ハロゲンヒータ515が内側を通ることが可能なようにハロゲンヒータ515の外径よりも大きい。他方、第6の円筒部531nの外径は、第4の円筒部531kの内径より大きくハス歯531aの底径よりも小さい。
第1から第7の実施形態に係る定着装置50においては、エンドレスベルト52と接触することで弾性変形してニップ部Nを形成し、エンドレスベルト52と接触していない状態では自らの剛性で円筒形状に復元する基体511を有する加熱ロール51を、摩擦力を用いて回転させているが、第8の実施形態に係る定着装置60においては、基体511よりも剛性が低い物を摩擦力を用いて回転させる点が異なる。以下では、第1の実施形態との差異点について述べ、同じ構成部品については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
第8の実施形態に係る定着装置60は、無端状の周面を有する加熱部材の一例としての加熱ベルト61と、加熱ベルト61の外周面に接触するように配置され、加熱ベルト61を加圧する加圧手段の一例としての加圧ロール62と、を有している。そして、加熱ベルト61には、外力を受けて回転する回転手段の一例としてのギヤユニット53が装着される。
基層611としては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、PFA樹脂、PTFE樹脂、FEP樹脂等のフレキシブルで機械的強度に優れ、耐熱性が高い材料が用いられる。厚さは、10から150μmの範囲であればよい。これは、厚さが10μmより小さい場合には加熱ベルト61としての強度が得られず、厚さが150μmより大きい場合には、フレキシブル性が損なわれ、また熱容量が大きくなって定着温度まで到達する時間が長くなるからである。本実施形態では、厚さ80μmのポリイミド樹脂からなるシート状部材を使用している。
さらに、弾性層612の熱伝導率λに関しては、λ=6×10−4から2×10−3[cal/cm・sec・deg ]がよい。熱伝導率λが6×10−4[cal/cm・sec・deg ]よりも小さい場合には熱抵抗が大きく、加熱ベルト61の表層(表面離型層613)における温度上昇が遅くなる。一方、熱伝導率λが2×10−3[cal/cm・sec・deg ]よりも大きい場合には、硬度が過度に高くなったり、圧縮永久歪みが悪化する。そのため、熱伝導率λは6×10−4から2×10−3[cal/cm・sec・deg ]に設定するのがよい。
また、表面離型層613の厚さは、5から50μmがよい。表面離型層613の厚さが5μmよりも小さい場合には、塗膜時に塗りムラが生じて離型性の悪い領域が形成されたり、耐久性が不足したりするといった問題が発生するおそれがあるからである。また、表面離型層613が50μmを超える場合には、熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の材質で形成された表面離型層613では硬度が高くなりすぎ、弾性層612が有する機能を低下させるからである。なお、本実施形態では、厚さ30μmのPFAを使用している。
ここで、表面離型層613におけるトナー離型性を向上するため、表面離型層613にトナーオフセット防止のためのオイル(離型剤)を塗布するオイル塗布機構を加熱ベルト61に接触させて配置してもよい。特に、低軟化物質を含有しないトナーを用いた場合には効果的である。
定着装置60は、加熱ベルト61を回転可能に支持する圧力パッド64(図26参照)およびエッジガイド65(図28参照)と、加熱ベルト61の内周面と圧力パッド64との摺擦抵抗を小さくする低摩擦シート66(図26参照)と、圧力パッド64と低摩擦シート66とを保持する金属製のホルダ67(図26参照)と、を有している。
圧力パッド64は、加圧ロール62の外表面形状に沿う凹状曲面を有しており、加熱ベルト61の内側において、加熱ベルト61を介して加圧ロール62に押圧される状態で配置され、加熱ベルト61と加圧ロール62との間にニップ部Nを形成する。圧力パッド64は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性材料や、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルサルフォン(PES)や液晶ポリマー(LCP)等の耐熱性樹脂等で形成されている。そして、圧力パッド64は、加熱ベルト61の回転軸方向において、用紙が通過する領域よりも広い領域に亘って設けられ、この圧力パッド64の長手方向の略全長に亘って加圧ロール62が押圧されるように構成されている。
そして、加熱ベルト61は、エッジガイド65の支持部材651に支持されながら回転する。
また、第8の実施形態に係るギヤユニット53にて加熱ベルト61に回転駆動力を伝達するために、第8の実施形態に係る定着装置60においては、加熱ベルト61を介してねじりコイルばね532と対向する位置に支持部材651を備え、ねじりコイルばね532がギヤ531から力を受けて内径が小さく変形したとしても加熱ベルト61の形状を保持する点が第1の実施形態に係る定着装置50とは異なる。
制御部90が、定着装置60にて定着動作を行わせるべく、駆動モータ91を図1で見た場合の時計回転方向に回転した場合には、ギヤユニット53のギヤ531も時計回転方向に回転する。かかる場合、ギヤユニット53のねじりコイルばね532は、ギヤ531から力を受けてコイル部532aの内径が小さくなるように変形し、加熱ベルト61も時計回転方向に回転する。そして、加熱ベルト61の回転により加圧ロール62も従動回転する。
そして、画像形成装置1の二次転写位置においてトナー像が転写された用紙がニップ部Nを通過する際に、用紙上のトナー像が、ニップ部Nに作用する圧力と、加熱ベルト61から供給される熱とによって定着される。つまり、用紙上のトナー像を、加熱ベルト61と加圧ロール62とで、加圧および加熱することで用紙に定着させる。本実施形態の定着装置60では、ほぼ加圧ロール62の外周面に沿う凹形状の圧力パッド64によりニップ部Nを広くしているため、ニップ部が狭い場合よりも定着がより良好に行われる。
また、上述した第1から第8の実施形態においては、用紙を加熱する加熱ロール51あるいは加熱ベルト61に生じる摩擦力を利用して加熱ロール51あるいは加熱ベルト61を回転させるという特徴点を、転写された用紙上のトナー像を圧力と熱とによって定着する定着装置50あるいは定着装置60に適用した場合を例示したが、記録媒体に接触してこの記録媒体に熱を伝える他の装置にも適用してよい。例えば、インクジェット方式の画像形成装置に用いられ、インクを突出させるインクヘッドの記録媒体搬送方向の上流側に設けられて、記録媒体に熱を加える装置や、インクヘッドの記録媒体搬送方向の下流側に設けられて、記録媒体に塗布されたインクを乾燥する装置および記録媒体にしわがよるのを防止する装置にも適用してもよい。
Claims (12)
- 記録媒体を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材を加圧する加圧手段と、
前記加熱部材に装着され、外力を受けて回転する回転手段と、を有し、
前記加熱部材は、前記回転手段および当該加熱部材の少なくともいずれかの変形に起因する当該回転手段との摩擦力により、当該回転手段が回転するのに伴って回転することを特徴とする加熱装置。 - 前記回転手段は、外力を受けて回転する回転部材と、当該回転部材の回転に伴い変形する弾性部材と、を有し、
前記加熱部材は、前記弾性部材が前記回転部材の回転に伴い変形することに起因して当該弾性部材との間に生じる摩擦力により回転することを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。 - 前記弾性部材は、前記加熱部材の外側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、
前記ねじりコイルばねは、前記回転部材の回転に伴い前記コイル部の内径が小さくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項2に記載の加熱装置。 - 前記加熱部材は円筒形状であり、
前記弾性部材は、前記加熱部材の内側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、
前記ねじりコイルばねは、前記回転部材から力を受けることにより前記コイル部の外径が大きくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項2に記載の加熱装置。 - 前記回転手段は、前記加熱部材の外側に配置され、外周部に外力を受ける歯が形成された回転部材であり、
前記加熱部材は、前記加圧手段から加圧されて変形することに起因して前記回転部材との間に生じる摩擦力により回転することを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。 - 前記回転手段は、前記加熱部材の外側に配置され、外周部に外力を受ける歯が形成された回転部材であり、
前記加熱部材は、当該加熱部材と前記回転手段を構成する部材との線膨張係数の差に起因して当該加熱部材と当該回転手段を構成する部材との間に生じる摩擦力により回転することを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。 - 画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段によって形成された前記画像を記録媒体上に転写する転写手段と、
前記画像が転写された当該記録媒体を加熱する加熱手段とを備え、
前記加熱手段は、
前記記録媒体を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材を加圧する加圧手段と、
前記加熱部材に回転可能に装着され、外力を受けて回転する回転手段と、を有し、
前記加熱部材は、前記回転手段および当該加熱部材の少なくともいずれかの変形に起因する当該回転手段との間に生じる摩擦力により、当該回転手段が回転するのに伴って回転することを特徴とする画像形成装置。 - 前記回転手段は、外力を受けて回転する回転部材と、当該回転部材の回転に伴い変形する弾性部材と、を有し、
前記加熱部材は、前記弾性部材が前記回転部材の回転に伴い変形することに起因して当該弾性部材との間に生じる摩擦力により回転することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。 - 前記弾性部材は、前記加熱部材の外側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、
前記ねじりコイルばねは、前記回転部材の回転に伴い前記コイル部の内径が小さくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。 - 前記加熱部材は円筒形状であり、
前記弾性部材は、前記加熱部材の内側にコイル部が配置されたねじりコイルばねであり、
前記ねじりコイルばねは、前記回転部材から力を受けることにより前記コイル部の外径が大きくなるように変形することで当該回転部材から力を受ける前よりも前記加熱部材との間に生じる摩擦力を大きくすることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。 - 加熱されるとともに対向する対向部材から加圧され、当該対向部材との間で記録媒体を加熱加圧する加熱加圧部と、
外力を受けて回転する回転手段が装着される被装着部であって、当該回転手段の変形および当該被装着部の変形の少なくともいずれかに起因して当該回転手段との間に生じる摩擦力であって、当該回転手段が回転するのに伴って回転することが可能な摩擦力が生じる当該被装着部と、
を有することを特徴とする加熱部材。 - 外周部に外力を受ける突部が形成された回転部材と、当該回転部材の内側に取り付けられるねじりコイルばねと、を有する回転手段を、加熱部材の外周面に装着する装着方法であって、
前記回転手段の前記ねじりコイルばねのコイル部の内径が前記加熱部材の外周面との間に生じる摩擦力により大きくなる方向に当該回転手段を回転させながら当該加熱部材の外周面に当該回転手段を装着することを特徴とする装着方法。
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