JP2015072351A - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、内部空間を有すると共にレーザ光が透過可能な素材にて構成される透過部を具備し、この透過部を回転移動させる回転部材と、この回転部材に対向して設けられ、当該回転部材との間に接触加圧域を形成すると共にこの接触加圧域にて記録媒体上の熱可塑性の作像材料による画像を加圧しながら前記回転部材との間で記録媒体を移動搬送する対向部材と、前記回転部材の内部空間に設けられ、記録媒体の搬送路のうち当該記録媒体上の熱可塑性の作像材料による画像が前記接触加圧域に至る前の予め規定されたレーザ光照射位置にて記録媒体上の熱可塑性の作像材料による画像に前記回転部材の透過部を介してレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、を備えた定着装置が開示されている。
特許文献2には、輻射熱を透過する加熱ローラーと、この加熱ローラーに対してトナー支持体を加圧する圧接ローラーと、加熱ローラーの外部に配設され加熱ローラーの外周部を輻射熱で加熱する熱源とを有し、加熱ローラーを中空の円筒形状とし、この中空の加熱ローラーの内部に熱源で発生した輻射熱を集熱して両ローラーの圧接部に向ける集光部材を設けた定着装置が開示されている。
特許文献3には、ガラス製透明ロールとゴムロールとを圧接させることで用紙が通過するニップ部を形成し、透明ロールの内部に、LEDアレイとLEDアレイの照射光をニップ部に集光する集光手段とを備えた定着装置が開示されている。
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る定着装置において、前記集光部材は、前記透明筒体の光入射位置に対応した部位に前記透明筒体の回転方向に沿った方向で湾曲する光入射部を有し、当該光入射部が前記透明筒体の内面の曲率半径以下の曲率半径の湾曲部として形成されていることを特徴とする定着装置である。
請求項4に係る発明は、請求項1ないし3いずれかに係る定着装置において、前記集光部材は、前記透明筒体の内部に設置された保持部材に対して位置決め保持されることを特徴とする定着装置である。
請求項5に係る発明は、請求項4に係る定着装置において、前記保持部材は、前記集光部材を保持する保持部と、前記透明筒体の内面に接触して当該透明筒体の回転軌跡を案内する案内部とを有することを特徴とする定着装置である。
請求項6に係る発明は、請求項1ないし5いずれかに係る定着装置において、前記液体充填体は、前記透明筒体の内部空間に固定的に設けられ、当該透明筒体の光入射位置及び前記対向部材との接触域を除く部位で透明筒体の内面に接触して透明液体を塗布する塗布部材であることを特徴とする定着装置である。
請求項8に係る発明は、記録材に対して未定着画像を作製する作像装置と、この作像装置にて作製された未定着画像を保持した記録材を搬送し、記録材上の未定着画像を定着する請求項1ないし7いずれかに係る定着装置と、を備えていることを特徴とする画像形成装置である。
請求項2に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、集光部材と透明筒体との間の接触抵抗を低減させることができる。
請求項3に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、透明筒体の光入射位置における透明筒体と集光部材との間の界面空気層への透明液体の充填性を良好に保つことができる。
請求項4に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、レーザ光の集光位置を正確に保つことができる。
請求項5に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、透明筒体の回転走行を安定させることができる。
請求項6に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、透明液体の保持性が良くなる。
請求項7に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、集光部材に対する透明筒体の浮き上がりを防止することができる。
請求項8に係る発明によれば、レーザ光の照射と同時に加圧して定着する方式で、透明筒体と集光部材との間に液体充填体がない場合に比べて、レーザ光の光路における界面の影響を低減することができる定着装置を含む画像形成装置を容易に構築することができる。
図1は本発明が適用された定着装置を含む画像形成装置の実施の形態の概要を示す。
同図において、画像形成装置は、記録材10に対して未定着画像Gを作製する作像装置11と、この作像装置11にて作製された未定着画像Gを保持した記録材10を搬送し、記録材10上の未定着画像Gを定着する定着装置12と、を備えている。
本例において、作像装置11は定着装置12を必要とするように未定着画像Gを作製するものであれば、電子写真方式を始めイオン流を用いた静電記録方式等適宜選定して差し支えない。
また、本実施の形態で用いられる定着装置12は、レーザ光Bmが透過可能な透明素材にて筒状に構成される回転可能な透明筒体1と、透明筒体1に対向して設けられ、当該透明筒体1との間に接触域nを形成すると共に当該接触域nにて透明筒体1と協働して記録材10を移動搬送する対向部材2と、透明筒体1の外部に設けられ、当該透明筒体1のうち予め決められた光入射位置Aに向けてレーザ光Bmを照射するレーザ光照射装置3と、透明筒体1の内部に設けられ、当該透明筒体1のうち少なくとも対向部材2との間の接触域n及び光入射位置Aに対応した部位にて接触配置され、接触域nにて透明筒体1を対向部材2側に押し付けると共に、記録材10上の画像Gに対し光入射位置Aに照射されたレーザ光Bmを接触域n内にて記録材10の搬送方向で集光する集光部材4と、透明筒体1が回転するときに、透明筒体1のうち少なくとも光入射位置Aに対応した部位と集光部材4との間の界面空気層に対しレーザ光Bmが透過可能な透明液体を充填する液体充填体5と、を備えていればよい。
また、対向部材2は透明筒体1との間で接触域nを確保し、透明筒体1と協働して記録材10を挟持搬送するものであれば適宜選定して差し支えない。記録材10を通過したレーザ光Bmを有効に利用するという観点からすれば、対向部材2はレーザ光Bmが反射可能な反射面を有する態様が好ましい。
更に、レーザ光照射装置3は透明筒体1の予め決められた光入射位置Aに向けてレーザ光Bmを照射するものであればよい。集光部材4による集光性を容易にするという観点からすれば、透明筒体1の光入射位置Aに対し平行なレーザ光Bm束を入射させるようにするのが好ましい。この場合、例えばレーザ光源3aからの照射されたレーザ光Bmを平行光にする光学部材3b(コリメータレンズ等)を用いるようにすればよい。
そして、集光部材4は、本来の集光作用は勿論であるが、これに加えて、光入射位置A、接触域nに対応した箇所で透明筒体1に接触し、かつ、接触域nでは記録材10上の画像Gを加圧する機能を備えていることを要する。このときの加圧力はレーザ光Bmの加熱エネルギとの関係で所定の定着性が得られる範囲で適宜選定すればよい。
ここで、本件の定着方式は、透明部材1と対向部材2との接触域n内で記録材10上の画像Gに対し加圧した状態でレーザ光Bmにて所定の照射域pを加熱する加圧同時加熱方式を採用することになるため、非接触方式でレーザ光Bmにて加熱定着する方式に比べて、加圧による画像Gの表面が平滑になる分、グロス度(光沢度)を上げることが容易になり、しかも、加圧による定着性が付加されることから、その分、レーザ光の照射エネルギを低減させることが可能である。
更に、液体充填体5は、透明筒体1の光入射位置Aと集光部材4との間の界面空気層7(図2(a)参照)に少なくとも透明液体8(図2(b)参照)を充填するものであれば適宜選定して差し支えない。ここでいう‘透明液体8’は光透過性を有し、かつ、粘性抵抗の小さいもの(例えばシリコーンオイル、フッ素オイル等)が好ましい。
図2(a)に示す比較の形態のように、透明筒体1の光入射位置Aにおける透明筒体1と集光部材4との間に界面空気層7が存在すると、入射されたレーザ光Bmが図中Bm’で示すように界面で反射し、レーザ光Bmの照射効率が低下するのに対し、本実施の形態では、図2(b)に示すように、界面空気層7に透明液体8を充填すると、図2(a)に示す態様(界面空気層7が存在する態様)に比べて、入射されたレーザ光Bmの界面空気層7での反射が抑制されることから、その分、レーザ光Bmの照射効率が上がる。
先ず、集光部材4の代表的態様としては、透明筒体1の光入射位置Aに対応した部位に透明筒体1の回転方向に沿った方向で湾曲する光入射部4aを有し、透明筒体1と対向部材2との接触域nに対応した部位に透明筒体1の回転方向に沿った方向で湾曲する光出射部4bを有する態様が挙げられる。
本例では、集光部材4の光入射部4a、光出射部4bは回転する透明筒体1と接触する箇所であるから、透明筒体1の回転方向に沿った方向で湾曲していれば両者間の接触抵抗は低減する。
更に、集光部材4の好ましい態様としては、透明筒体1の光入射位置Aに対応した部位に透明筒体1の回転方向に沿った方向で湾曲する光入射部4aを有し、当該光入射部4aが透明筒体1の内面の曲率半径以下の曲率半径の湾曲部として形成されている態様が挙げられる。ここで、集光部材4の光入射部4a(湾曲部)の曲率半径を透明筒体1の曲率半径より大きくすると、透明筒体1と集光部材4の光入射部4aとの間に中央付近の間隙が大きい界面空気層7(図2(a)参照)が形成され易いのに対し、本態様では光入射部4aの中央付近に大きな間隙の界面空気層7が形成され難いことから、液体充填体5による透明液体8が充填し易い点で好ましい。
また、集光部材4の代表的な支持構造としては、透明筒体1の内部に設置された保持部材6に対して位置決め保持される構造が挙げられる。本態様では、集光部材4は保持部材6によって位置決め保持されることから、透明筒体1の光入射位置Aから入射されたレーザ光Bmは位置決めされた集光部材4を通過して所定の集光位置に集光される。
更に、本態様において、保持部材6の好ましい態様としては、集光部材4を保持する保持部6aと、透明筒体1の内面に接触して当該透明筒体1の回転軌跡を案内する案内部6bとを有する態様が挙げられる。この保持部材6は保持部6aによって集光部材4を位置決め保持し、案内部6bによって透明筒体1の回転走行を案内する。
本態様では、透明筒体1の光入射位置A及び対向部材2との接触域nは、レーザ光照射装置3によるレーザ光Bmの通過領域であるため、レーザ光Bmの遮断を極力回避するという点から、塗布部材の配設位置としてはこれらの領域を除く部位であればよい。特に、光入射位置Aに対応する透明筒体1と集光部材4との界面空気層7に透明液体8を充填するという観点からすれば、光入射位置Aよりも透明筒体1の回転方向上流側で且つ接触域nよりも透明筒体1の回転方向下流側に塗布部材を設けることが好ましい。本態様では、透明筒体1の光入射位置Aに対応した透明筒体1と集光部材4に過剰な透明液体が供給されるので、透明液体が不足して界面に空気が入るのを抑えられる。
更に、透明筒体1の別の駆動方式としては、対向部材2は駆動機構により駆動され、透明筒体1は対向部材2に追従して移動する態様がある。ここで、駆動機構は対向部材2を駆動するものであればよく、透明筒体1は対向部材2との接触部nを介して追従して移動する態様は勿論、駆動機構の駆動力が駆動伝達される駆動伝達機構を介して追従して移動する態様をも含む。
更にまた、透明筒体1の保持構造としては、透明筒体1の外面のうち光入射位置Aの近傍には透明筒体1の光入射位置Aに対応した部位が集光部材4に接触するように当該透明筒体1を押さえる押え部材を備える態様が挙げられる。本態様では、押え部材は透明筒体1の光入射位置Aを挟んで両側に設けるようにしてもよいし、いずれかの片側に設けるようにしてもよい。また、透明筒体1との接触抵抗を低減させるという観点からは、押え部材を追従回転可能なロール部材として構成するのがよい。
◎実施の形態1
−全体構成−
図3は実施の形態1に係る画像形成装置の全体構成を示す。
同図において、画像形成装置は、記録材S上に作像材料を用いて複数の色成分(本例ではイエロ(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K))の画像を形成する複数の画像形成部20(具体的には20a〜20d)と、各画像形成部20にて形成された各色成分画像を記録材Sに転写する前に一時的に保持して搬送するベルト状の中間転写体30と、この中間転写体30上に保持された各色成分画像を記録材Sに一括転写する一括転写装置(二次転写装置)50と、この一括転写装置50にて記録材S上に転写された非定着画像を定着する定着装置80と、を装置筐体60内に備えている。
また、中間転写体30は、複数の張架ロール31〜36に掛け渡されるベルト部材からなり、例えば張架ロール31を駆動ロールとし、他の張架ロール32〜36を従動ロールとして予め決められた方向に循環回転するようになっている。本例では、張架ロール33は中間転写体30に予め決められた張力を付与する張力付与ロールとして機能し、また、張架ロール35は一括転写装置50の一要素である対向ロール52を兼用している。
更に、各画像形成部20(20a〜20d)に対応する中間転写体30の裏面には一次転写装置40が設置されている。本例では、一次転写装置40は例えば一次転写電圧が印加される転写ロールを有し、この転写ロールと感光体21との間に一次転写電界を形成することで感光体21上の画像を中間転写体30に一次転写させるように機能するものである。
尚、符号37は中間転写体上の残留トナー等を清掃する中間転写体清掃装置である。
また、記録材Sは、記録材収容装置71に収容され、この記録材収容装置71から1枚ずつ送出された後に適宜数の搬送ロール72,73を経て位置決めロール74まで搬送され、位置決めロール74にて位置決めされた後に一括転写装置50の一括転写域へと搬送され、一括転写域を通過した後搬送ベルト75を経て定着装置80に搬送され、排出ロール76を経て図示外の記録材排出受けに排出されるようになっている。
本実施の形態では、定着装置80は、図4に示すように、レーザ光Bmが透過可能な透明材料にて筒状に構成される回転可能な透明チューブ81と、この透明チューブ81に対向して設けられ、当該透明チューブ81との間に接触域nを形成すると共に当該接触域nにて透明チューブ81と協働して記録材Sを移動搬送する対向ロール82と、透明チューブ81の外部に設けられ、当該透明チューブ81のうち予め決められた光入射位置Aに向けてレーザ光Bmを照射するレーザ光照射装置83と、透明チューブ81の内部に設けられ、当該透明チューブ81の接触域nにて透明チューブ81を対向ロール82側に押し付けると共に、記録材S上の画像Gに対し透明チューブ81の光入射位置Aに照射されたレーザ光Bmを接触域n内にて記録材Sの搬送方向で集光する加圧兼用集光部材としてのレンズパッド90と、を備えている。
本例において、透明チューブ81における透明とは、レーザ光Bmの波長域において透過率が十分に高いことを意味し、レーザ光Bmを透過するものであればよく、光利用効率やレンズパッド90の加熱を防止するという観点からすれば、透過率が高ければ高いほどよい。例えば90%以上、望ましくは95%以上がよい。
また、透明チューブ81は、図4及び図8に示すように、3層構成になっており、必要な強度を維持するための基材層81aと、この基材層81aの上に積層される弾性層81bと、この弾性層81bの上に積層され且つ作像材料としてのトナーが離型し易い離型層81cとを有している。尚、本実施の形態では、透明チューブ81は、3層構造に限られず、その機能に応じて適宜な層を含んでいればよいことは勿論である。
ここで、基材層81aは、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリイミド(PI)、ポリエチレン(PE)、ポリウレタン(PU)、ポリジメチルシロキサン(PDMS)等のシリコーン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルスルホン(PES)、フッ素化エチレンプロピレン(FEP)、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー(ETFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)およびそれらの混合物からなる群から選択される材料により構成される。
また、弾性層81bは、LSRシリコーンゴム、HTVシリコーンゴム、RTVシリコーンゴム等により構成されており、レーザ光Bmを透過するとともに記録材Sの凹凸やトナーによる画像Gの段差を吸収する弾性を有していればよい。
更に、離型層81cは、フッ素樹脂、例えば四フッ化エチレン重合体(PTFE)、四フッ化エチレンパーフロロアルコキシエチレン共重合体(PFA)、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体(FEP)等により構成されており、レーザ光Bmを透過すると共に記録材S上に形成されたトナーによる画像Gと透明チューブ81との離型を促進するものであればよい。 尚、離型層81cは、弾性層81bと協働して定着画像に好ましい光沢を与える機能も有している。
対向ロール82は、例えばアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル等をメッキした銅板等により構成されており、透明チューブ81との間に予め決められた加圧力が作用するように配置されている。
<レーザ光照射装置>
レーザ光照射装置83は、複数のレーザ光源85がアレイ状に配列されたレーザアレイ84を有し、レーザアレイ84の各レーザ光源85から照射されたレーザ光Bmを平行光とする光学部材としてのコリメータレンズ86とを図示外の筐体内に組み込んだものであり、各レーザ光源85からのレーザ光Bmの照射位置及びその照射強度を適宜選定可能に構成されている。
レンズパッド90の材料としては、通常レンズに用いられるものの中で耐熱性を持つものから選択でき、例えば、各種光学用ガラス、光学用透明プラスチック樹脂等が挙げられる。光学用透明プラスチック樹脂としては、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート(PADC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリスチレン(PSt)、メチルメタクリレート単位とスチレン単位からなる重合体(MS樹脂)、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂、フルオレン樹脂等を含む材料が挙げられる。
また、レンズパッド90は、図4及び図5に示すように、レーザアレイ84から照射される複数のレーザ光Bmを透過方向に向かって集光するレンズ本体91を有している。このレンズ本体91は、レーザアレイ84の長手方向に延びる長尺なレンズ部材にて構成されており、透明チューブ81の光入射位置Aに対応した部位に当該透明チューブ81の回転方向に沿った方向で湾曲する光入射部92と、透明チューブ81と対向ロール82との接触域nに対応した部位に当該透明チューブ81の回転方向に沿った方向で湾曲する光出射部93を有しており、これらの光入射部92及び光出射部93は透明チューブ81の内面に接触配置されている。
特に、本例では、光入射部92及び光出射部93は、図8に示すように、透明チューブ81の内面の曲率半径rc以下の曲率半径r1又はr2(本例ではr1=r2)の湾曲部として形成されている。
そして、レンズパッド90の湾曲状の光入射部92の曲率半径r1、及び、レンズパッド90の光入射部92及び光出射部93の間の距離Lは、透明チューブ81の光入射位置Aから入射された平行光であるレーザ光Bmが透明チューブ81と対向ロール82との接触域nの略中央Oc付近を照射域pとして集光して焦点を結ぶように予め選定されている。
更に、レンズパッド90はレンズ本体91の光入射部92及び光出射部93を除いた両側に略平行な平面部94を有しており、各平面部94の一部にはレーザアレイ84の長手方向に沿って延びる断面略矩形状の被位置決め溝95が一体的に形成されている。
本例では、レンズパッド90は保持枠100によって透明チューブ81内に固定的に保持されている。
本例において、保持枠100は、レンズパッド90を両側方から抱き込み保持する一対の側方保持枠101,102と、レンズパッド90及び一対の側方保持枠101,102の長手方向両端部を図示外の接着剤にて固定保持する端部保持枠131,132とを有している。
ここで、側方保持枠101,102は例えばアルミニウムやステンレス鋼からなる金属や合成樹脂等を用いて一体的に形成された長尺な枠材105を有し、この枠材105には透明チューブ81の内面の曲率半径rcに略対応した曲率半径の湾曲状の案内部106と、レンズパッド90の平面部94に対向して平面状に形成された保持面108の一部にレンズパッド90の被位置決め溝95に嵌まり込むように突出して形成された断面略矩形状の位置決め突部107と、を有している。尚、側方保持枠101,102の保持面108はレンズパッド90の平面部94に対応した大きさを有しており、位置決め突部107がレンズパッド90の被位置決め溝95に嵌まり込んだとき、側方保持枠101,102の案内部106の湾曲方向両端がレンズパッド90の光入射部92、光出射部93の湾曲軌跡の延長面から突出しないように設計されている。
更に、端部保持枠131,132は、レンズパッド90及び一対の側方保持枠101,102が組み合わされた略円柱状のサブアッセンブリの両端を固定する断面円形の端部蓋体133と、この端部蓋体133の外側に隣接して当該端部蓋体133よりも小径で且つ予め決められた段差をもって張り出す案内段部134と、この案内段部134の外側に隣接して突出する断面非円形(本例では矩形)の支軸135と、を有している。
本例では、エンドキャップ140(141,142)は、透明チューブ81の両端開口を完全に塞ぐものではなく、端部環体143及び環状ギア144の中央には連通する貫通孔145を有している。
ここで、端部環体143の貫通孔145には端部保持枠131,132の案内段部134が挿入され、端部環体143は端部保持枠131,132の案内段部134に対して滑り移動可能に回転するようになっている。また、環状ギア144の貫通孔145には端部保持枠131,132の支軸135が貫通して環状ギア144の外側に突出配置されるようになっている。
本実施の形態では、透明チューブ81の内面に透明液体を塗布するために透明チューブ81内に液体塗布具150が設けられている。
本例において、液体塗布具150は例えばシリコーンオイルやフッ素オイル等の透明液体が含浸されるフェルト材からなり、この液体塗布具150の取付構造は、例えば一方の側方保持枠101の案内部106の一部にレーザアレイ84の長手方向に沿って断面略矩形状の取付溝110を形成し、この取付溝110に液体塗布具150としてのフェルト材を拘束保持することで、透明チューブ81の内面に液体塗布具150を密接させ、液体塗布具150に含浸している透明液体を均等に塗布するものである。
次に、透明チューブ81内にレンズパッド90を組み込む手順について説明する。
先ず、保持枠100にレンズパッド90を保持するに際し、図5に示すように、一対の側方保持枠101,102にてレンズパッド90を抱き込み保持した後、一対の端部保持枠131,132に対しレンズパッド90及び側方保持枠101,102の両端部を保持させ、レンズパッド90及び保持枠100が組み立てられたレンズパッド組立体120(図6参照)を作製する。
一方、図6に示すように、透明チューブ81の一端開口には一方のエンドキャップ140(本例では141)を装着した後、透明チューブ81の他端開口側からレンズパッド組立体120を挿入し、透明チューブ81の一方のエンドキャップ140(本例では141)の端部環体143にレンズパッド組立体120の一方の端部保持枠131の案内段部134を嵌め込み、かつ、エンドキャップ140(本例では141)の環状ギア144の貫通孔145から一方の端部保持枠131の支軸135を突出させ、レンズパッド組立体120のレンズパッド90が透明チューブ81内に完全に挿入された状態で、透明チューブ81の他端開口に他方のエンドキャップ140(本例では142)を装着し、他方のエンドキャップ140(本例では142)の端部環体143にレンズパッド組立体120の他方の端部保持枠132の案内段部134を嵌め込み、かつ、当該エンドキャップ140(本例では142)の環状ギア144の貫通孔145から他方の端部保持枠132の支軸135を突出させるようにすればよい。
更に、本例では、透明チューブ81内にレンズパッド組立体120を組み込む際に、レンズパッド組立体120に対し透明液体が含浸した液体塗布具150を予め組み込み、この状態で、透明チューブ81内にレンズパッド組立体120及び液体塗布具150を組み込むようにすればよい。
この状態で、透明チューブ81内へのレンズパッド組立体120、液体塗布具150の組込作業が終了し、レンズパッド組立体120、液体塗布具150が組み込まれた透明チューブ組立体125が完成する。
透明チューブ組立体125が完成すると、図7に示すように、装置筐体60の予め決められた部位に透明チューブ組立体125を組み込むようにすればよい。
このとき、透明チューブ組立体125のうち、レンズパッド組立体120は、その両端から突出した支軸135を定着装置筐体126の支持孔127に固定的に支持することで装置筐体60に対して固定設置される。
一方、透明チューブ組立体125のうち、透明チューブ81の駆動系は例えばエンドキャップ140(本例では142)の環状ギア144に駆動伝達機構160を介して駆動モータ161を接続し、駆動モータ161からの駆動力をエンドキャップ140(本例では142)を通じて透明チューブ81へと伝達するようになっている。尚、本例では、透明チューブ81のもう一方のエンドキャップ140にも環状ギア144が設けられており、この環状ギア144は複数の支持ギア(図示せず)で回転可能に支えられ、透明チューブ81の軸方向両端での負荷のバランスを図るようになっている。
更に、本例では、対向ロール82も透明チューブ81とは別個の駆動系を有しており、この対向ロール82の駆動系は、ギアやベルト等の駆動伝達機構170を介して駆動モータ171に接続し、駆動モータ171からの駆動力を駆動伝達機構170を通じて対向ロール82へと伝達するようになっている。
そして、本例では、透明チューブ81、対向ロール82には夫々別個の駆動系が作用していることから、透明チューブ81及び対向ロール82の接触域nで両者間に大きな速度差が生ずる懸念がある。
そこで、本実施の形態では、例えば透明チューブ81の駆動系のうち、駆動伝達機構160の一部にワンウェイクラッチ162を介在させ、接触域nで両者間に大きな速度差が生ずるような状況に至った場合に、ワンウェイクラッチ162を働かせ、接触域nでの両者間の速度差を低減させるようになっている。
尚、本例では、透明チューブ81、対向ロール82に個別に駆動系を設けるようにしているが、これに限られるものではなく、例えば対向ロール82側にのみ駆動系を具備させ、透明チューブ81については対向ロール82との接触域nで対向ロール82に追従移動させるようにしてもよい。
先ず、画像形成装置にて作像処理を実施するには、図示外の作像モード選択ボタンを操作した後に、図示外のスタートスイッチをオン操作すればよい。
このとき、図3に示すように、各画像形成部20(20a〜20d)では、各色成分のトナーによる画像が感光体21上に形成され、中間転写体30に逐次一次転写される。そして、中間転写体30に一次転写された画像は一括転写域(二次転写域)に到達した段階で一括転写装置50にて記録材Sに一括転写され、その後、記録材S上の未定着画像は定着装置80にて定着される。
本実施の形態に係る定着装置80では、図4及び図8に示すように、レーザ光照射装置83のレーザアレイ84から照射されたレーザ光Bmは、コリメータレンズ86にて平行にされた後、平行化されたレーザ光Bmが透明チューブ81の光入射位置Aに照射される。
そして、透明チューブ81の光入射位置Aに照射されたレーザ光Bmは、透明チューブ81を透過した後、レンズパッド90の光入射部92からレンズ本体91を透過して光出射部93を経て再び透明チューブ81を透過し、記録材S上のトナーによる画像Gに向けて集光する。
この状態において、トナーによる画像Gはレーザ光Bmにより定着される。
(1)透明チューブ81の回転動作
透明チューブ81は駆動モータ161からの駆動力を駆動伝達機構160、エンドキャップ142(140)を介して受け、対向ロール82と共に回転し、両者の接触域nにて記録材Sを挟持して搬送する。
このとき、透明チューブ81は円柱状のレンズパッド組立体120の周囲に案内されて移動する。具体的には、透明チューブ81は、レンズパッド90の光入射部92、光出射部93に接触し、更に、側方保持枠101,102の案内部106に接触しながら安定的に回転する。
(2)レンズパッド90による加圧、集光動作
レンズパッド90は保持枠100を介して予め決められた位置に固定され、予め決められた曲率半径r1の湾曲状の光入射部92を有し、更に、光入射部92と光出射部93との間の距離Lを所定の長さに選定していることから、透明チューブ81の光入射位置Aに入射されたレーザ光Bmは所定の焦点深度のレンズパッド90を透過し、予め決められた集光特性にて集光する。また、所定の位置に位置決めされたレンズパッド90の光出射部93は対向ロール82に対し透明チューブ81を所定の加圧力で加圧することから、透明チューブ81と対向ロール82との接触域nでは、記録材S上のトナーによる画像Gは加圧処理を受けながらレーザ光Bmによる照射域pにて加熱処理を受ける。
本例では、シリコーンオイル等の透明液体を含浸した液体塗布具150が透明チューブ81の内面に接触配置されていることから、透明チューブ81の内面には透明液体180が塗布される。
このとき、透明チューブ81の光入射位置Aでは、透明チューブ81とレンズパッド90の光入射部92とは接触配置されてはいるが、両者間には曲率度合の相違などに起因して界面空気層181が存在する。しかしながら、本実施の形態では、両者間の界面空気層181には透明液体180が充填されることから、透明チューブ81の光入射位置Aから入射されたレーザ光Bmは透明液体180を透過してレンズパッド90の光入射部92に至る。このため、透明液体180が存在しない場合には、界面空気層181でレーザ光Bmの一部が反射してしまうが、透明液体180が存在することで、この種のレーザ光Bmの反射動作が防止されることになり、その分、レーザ光Bmの照射損失が少なくなる。
また、透明液体180は透明チューブ81の内面に塗布されることから、透明チューブ81がレンズパッド組立体120の周面に接触しても、両者間の接触抵抗を抑制する潤滑剤として機能する。
更に、本実施の形態では、液体塗布具150は、透明チューブ81のうち、光入射位置Aよりも回転方向上流側で、接触域nよりも回転方向下流側に位置しているため、レンズパッド90の光入射部92に対応した界面空気層181は液体塗布具150による透明液体180の塗布位置に近く、塗布された透明液体180が良好に充填される。一方、レンズパッド90の光出射部93に対応した部位にも界面空気層181が存在するが、液体塗布具150による透明液体180の塗布位置から離れているため、適量の透明液体180が充填されることになり、当該界面空気層181でレーザ光Bmが無駄に反射することは有効に回避される。
本例では、レンズパッド90の光出射部93は対向ロール82に透明チューブ81を加圧することから、透明チューブ81のうち、レンズパッド90の光入射部92との間に広い界面空気層181が生成され易く、その分、本例のように、液体塗布具150の設置位置を選定することが好ましい。
本例では、レーザ光Bmによる照射域pは、図9(a)に示すように、透明チューブ81と対向ロール82との接触域nの略中央Oc付近に選定されている。
ここで、レーザ光照射後、透明チューブ81からトナー画像を剥離しなかった場合の温度変化を調べたところ、図9(b)に示す結果が得られた。同図は、例えばレーザ光照射条件として、0.2ms 0.81J/cm2としたものである。
同図によれば、トナー温度は、レーザ光照射直後にピーク温度Tp(例えば200℃)に達し、1ms後には約Tp/2の温度(例えば100℃)、2ms後には約Tp/3の温度(例えば70℃)まで冷却されることが理解される。このとき、トナー画像は、レーザ光照射後1〜2msという短時間の間、透明チューブ81と対向ロール82との接触域n内にいれば、透明チューブ81に対して剥離が可能な冷却温度Th(例えば70℃〜100℃)に至ることが把握される。
今、図9(b)に示すように、レーザ光照射後のピーク温度Tpから剥離が可能な冷却温度Thに至るまでの時間をΔtとすれば、本例の場合、図9(a)に示すように、記録材Sの搬送速度vは、透明チューブ81と対向ロール82との接触域n内において、レーザ光Bmの照射域pから接触域nのうち記録材Sの搬送方向下流側端に至るまでの時間tがΔt以上になるように選定されればよい。
◎変形の形態1
本実施の形態では、レンズパッド90は、レンズ本体91に湾曲状の光入射部92、湾曲状の光出射部93、平面部94を有しているが、本変形の形態では、図10(a)に示すように、例えば光入射部92と平面部94との境界部位を湾曲状の隅部190として形成すると共に、光出射部93と平面部94との境界部位を湾曲隅部191として形成するようにしたものである。
本例では、湾曲隅部190,191の曲率半径はレンズパッド90の光入射部92、光出射部93の曲率半径よりも小さくなっており、レンズパッド90の光入射部92、光出射部93に角隅部がなくなることから、透明チューブ81が前述した角隅部に接触せず、透明チューブ81の滑り移動性が良好に保たれる。
尚、レンズパッド90に隣接する側方保持枠101,102の案内部106と平面部108との境界部位を湾曲隅部195として形成するようにすれば、側方保持枠101,102に角隅部が無くなることから、透明チューブ81が前述した角隅部に接触せず、透明チューブ81の滑り移動性が良好に保たれる。
また、図10(b)に示す変形の形態では、レンズパッド90の光出射部93の略中央付近に当該レンズパッド90の長手方向に延びる湾曲状の突起196を形成するようにすれば、透明チューブ81を介して対向ロール82への加圧力を更に高めることが可能になり、より定着強度の高い定着処理がなされる。尚、突起196の形状、位置は図示のものに限定されるものではない。
本実施の形態では、レンズパッド組立体120は側方保持枠101,102及び端部保持枠131,132にて構成された保持枠100にレンズパッド90を組み込んだものであるが、これに限られるものではなく、例えば図11(a)(b)に示すように、レンズパッド90として、断面略楔状形状のレンズ本体201を有し、このレンズ本体201の幅広側に光入射部202を形成すると共に、幅狭側に光出射部203を形成したものを用意する。
一方、保持枠100としては、円柱状部211の両端に案内段部214、支軸215を一体的に形成すると共に、円柱状部211には液体塗布具150を取り付けるための取付溝216及びレンズパッド90の形状に対応した形状の位置決め孔217を貫通したものを用意する。
本例では、レンズパッド組立体120を構成するには、保持枠100の位置決め孔217にレンズパッド90を挿入し、保持枠100の周面にレンズパッド90の光入射部202及び光出射部203を露呈させた状態で位置決め保持するようにすればよい。
尚、保持枠100としては、円柱状部211と案内段部214、支軸215とを一体に形成したものを示したが、例えば円柱状部211を含む保持枠本体と案内段部214、支軸215を含む側方保持枠とを別々に設けておき、レンズパッド組立体120を構成するときに保持枠本体と側方保持枠とを接着剤等で固着するようにしてもよい。
本実施の形態では、側方保持枠101,102は湾曲状の案内部106を有し、この案内部106の周面を曲面として形成したものが示されているが、これに限定されるものではなく、例えば図12(a)(b)に示すように、側方保持枠101,102の案内部106の周面には透明チューブ81の移動方向に沿って延びる断面略円弧状の突条リブ230をレンズパッド90の長手方向に対し所定の間隔毎に配列し、透明チューブ81と側方保持枠101,102の案内部106とを突条リブ230を介して接触配置するようにしたものである。
本態様によれば、透明チューブ81とレンズパッド組立体120の周面との接触面積が低減するため、透明チューブ81回転時における透明チューブ81とレンズパッド組立体120との接触抵抗が少なく抑えられる。
尚、実施の形態1と同様な構成要素については、実施の形態1と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本変形の形態は、図13に示すように、実施の形態1と略同様な構成を有しているが、実施の形態1と異なり、透明チューブ組立体125として透明チューブ81の外側に一対の押さえロール240(具体的には241,242)を設けたものである。尚、実施の形態1と同様な構成要素については、実施の形態1と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本例において、一対の押さえロール240(241,242)は、透明チューブ81の光入射位置Aを挟む両側に設置され、透明チューブ81をレンズパッド組立体120に向けて押さえ込むものであり、金属又は合成樹脂にて透明チューブ81の長手方向に沿って長尺に構成されたロール部材で、透明チューブ81の回転に追従して回転するようになっている。
本例によれば、透明チューブ81の光入射位置Aを挟む両側には押さえロール240(241,242)が設置されていることから、透明チューブ81の光照射位置Aを含む透明チューブ81とレンズパッド90の光入射部92との間は、少なくとも一対の押さえロール240(241,242)間の領域で透明チューブ81の浮き上がりは有効に防止される。このため、透明チューブ81とレンズパッド90の光入射部92との界面空気層には透明液体が良好に充填され、透明チューブ81の浮き上がりに伴う透明液体の充填性が不良に至ることは有効に回避される。
本例では、一対の押さえロール240(241,242)の配設位置は任意ではあるが、レーザ光Bmの透過経路内での透明チューブ81の浮き上がりを有効に抑制する上では、透明チューブ81の光入射位置Aを挟む当該光入射位置Aに接近した部位を選定することが好ましい。
尚、本例では、一対の押さえロール240を設置しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、いずれか片側に押さえロール240(241又は242)を設置するようにしてもよい。また、この押さえロール240は他の機能部材(例えば駆動ロール、清掃部材など)を兼用してもよい。
図14は実施の形態2に係る定着装置の要部を示す説明図である。
同図において、定着装置80の基本的構成は、実施の形態1と略同様であるが、実施の形態1と異なり、透明チューブ81と対向ロール82との接触域n内で記録材Sの搬送方向に対するレーザ光Bmの照射域pの位置を適宜選定することを可能としたものである。
尚、実施の形態1と同様な構成要素については実施の形態1と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本例において、レーザ光照射装置83は、透明チューブ81が回転軌跡円と略同心の円弧状移動ラインmに沿って移動可能に設けられ、駆動モータ250からの駆動力を駆動機構251を介して伝達することで円弧状移動ラインmに沿って適宜移動するものである。
本例では、制御装置260は、例えば定着モードMfに応じて記録材Sの搬送速度vを切替選択し、これに伴って、画像形成装置の定着装置80による定着位置(記録材S上の画像に対するレーザ光Bmによる照射域pの位置)を変更するようにしたものである。
今、図14は、実施の形態1と同様に、定着装置80によるレーザ光Bmの照射域pを透明チューブ81と対向ロール82との接触域nの記録材Sの搬送方向の略中央Oc付近に設定されているものと仮定する。この場合の記録材Sの搬送速度をv0とする。
今、定着モードMfとして高速定着モードを選択すると、制御装置260は、定着装置80に搬入される記録材Sの搬送速度を高速(v→v1)に切替える。
このとき、制御装置260は、図14及び図15に示すように、駆動系(250,251)を介してレーザ光照射装置83を円弧状移動ラインmに沿ってD1方向に移動させる。
すると、レーザ光照射装置83の姿勢が図15中左側に傾くことから、透明チューブ81の光入射位置Aが図15中左寄りに僅かに変位し、透明チューブ81の光入射位置Aに照射されたレーザ光Bmは、レンズパッド90を透過して透明チューブ81と対向ロール82との接触域nに集光する。
この状態において、レーザ光Bmの照射域pは、図15及び図17(a)に示すように、透明チューブ81と対向ロール82との接触域nの略中央Ocより記録材Sの搬送方向上流側に変位した位置に設定される。
このとき、図9(b)に示すように、レーザ光照射後のピーク温度Tpから剥離が可能な冷却温度Thに至るまでの時間をΔtとすれば、本例の場合、図17(a)に示すように、透明チューブ81と対向ロール82との接触域n内において、レーザ光Bmの照射域pから接触域nのうち記録材Sの搬送方向下流側端に至るまでの時間tがΔt以上になるように選定されればよいため、接触域n内のうち広い領域を使ってトナー画像を冷却することが可能になり、記録材Sの搬送速度v1が高速になったとしても、良好な定着性が得られる。
次に、定着モードMfとして低速定着モードを選択すると、制御装置260は、定着装置80に搬入される記録材Sの搬送速度を低速(v→v2)に切替える。
このとき、制御装置260は、図14及び図16に示すように、駆動系(250,251)を介してレーザ光照射装置83を円弧状移動ラインmに沿ってD2方向に移動させる。
すると、レーザ光照射装置83の姿勢が図16中右側に傾くことから、透明チューブ81の光入射位置Aが図16中右寄りに僅かに変位し、透明チューブ81の光入射位置Aに照射されたレーザ光Bmは、レンズパッド90を透過して透明チューブ81と対向ロール82との接触域nに集光する。
この状態において、レーザ光Bmの照射域pは、図16及び図17(b)に示すように、透明チューブ81と対向ロール82との接触域nの略中央Ocより記録材Sの搬送方向下流側に変位した位置に設定される。
このとき、図9(b)に示すように、レーザ光照射後のピーク温度Tpから剥離が可能な冷却温度Thに至るまでの時間をΔtとすれば、本例の場合、図17(b)に示すように、透明チューブ81と対向ロール82との接触域n内において、レーザ光Bmの照射域pから接触域nのうち記録材Sの搬送方向下流側端に至るまでの時間tがΔt以上になるように選定されればよいため、接触域n内のうち狭い領域で時間をかけてトナー画像を冷却することが可能になり、記録材Sの搬送速度v2が低速になったとしても、良好な定着性が得られる。特に、本例では、接触域n内のうち狭い領域で加熱されたトナー画像が移動することから、透明チューブ81や対向ロール82が不必要に加熱される懸念は少ない。
また、本例では、高速定着モード、低速定着モードとして夫々一例を示したが、少なくともいずれかについては複数段階に切替え、夫々に定着位置を変えるようにしてもよい。
更に、本例では、定着モードMfに応じてレーザ光Bmの照射域pの位置を変更するようにしているが、例えば定着モードMfが予め一義的に決まった画像形成装置にあっては、高速定着モード、低速定着モード、通常定着モードに応じて、接触域n内でのレーザ光Bmの照射域pの位置を予め一義的に設定するようにしてもよい。
Claims (8)
- レーザ光が透過可能な透明素材にて筒状に構成される回転可能な透明筒体と、
前記透明筒体に対向して設けられ、当該透明筒体との間に接触域を形成すると共に当該接触域にて前記透明筒体と協働して記録材を移動搬送する対向部材と、
前記透明筒体の外部に設けられ、当該透明筒体のうち予め決められた光入射位置に向けてレーザ光を照射するレーザ光照射装置と、
前記透明筒体の内部に設けられ、当該透明筒体のうち少なくとも前記対向部材との間の接触域及び前記光入射位置に対応した部位にて接触配置され、前記接触域にて前記透明筒体を前記対向部材側に押し付けると共に、記録材上の画像に対し前記光入射位置に照射されたレーザ光を前記接触域内にて記録材の搬送方向で集光する集光部材と、
前記透明筒体が回転するときに、前記透明筒体のうち少なくとも前記光入射位置に対応した部位と前記集光部材との間の界面空気層に対しレーザ光が透過可能な透明液体を充填する液体充填体と、
を備えたことを特徴とする定着装置。 - 請求項1記載の定着装置において、
前記集光部材は、前記透明筒体の光入射位置に対応した部位に前記透明筒体の回転方向に沿った方向で湾曲する光入射部を有し、前記透明筒体と前記対向部材との接触域に対応した部位に前記透明筒体の回転方向に沿った方向で湾曲する光出射部を有することを特徴とする定着装置。 - 請求項1又は2に記載の定着装置において、
前記集光部材は、前記透明筒体の光入射位置に対応した部位に前記透明筒体の回転方向に沿った方向で湾曲する光入射部を有し、当該光入射部が前記透明筒体の内面の曲率半径以下の曲率半径の湾曲部として形成されていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1ないし3いずれかに記載の定着装置において、
前記集光部材は、前記透明筒体の内部に設置された保持部材に対して位置決め保持されることを特徴とする定着装置。 - 請求項4記載の定着装置において、
前記保持部材は、前記集光部材を保持する保持部と、前記透明筒体の内面に接触して当該透明筒体の回転軌跡を案内する案内部とを有することを特徴とする定着装置。 - 請求項1ないし5いずれかに記載の定着装置において、
前記液体充填体は、前記透明筒体の内部空間に固定的に設けられ、当該透明筒体の光入射位置及び前記対向部材との接触域を除く部位で透明筒体の内面に接触して透明液体を塗布する塗布部材であることを特徴とする定着装置。 - 請求項1ないし6いずれかに記載の定着装置において、
前記透明筒体の外面のうち前記光入射位置の近傍には前記透明筒体の前記光入射位置に対応した部位が前記集光部材に接触するように当該透明筒体を押さえる押え部材を備えていることを特徴とする定着装置。 - 記録材に対して未定着画像を作製する作像装置と、
この作像装置にて作製された未定着画像を保持した記録材を搬送し、記録材上の未定着画像を定着する請求項1ないし7いずれかに記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。
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