JP2015075525A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置におけるヒータと反射板の位置関係の精度を上げる。
【解決手段】回転可能な定着部材と、前記定着部材の外周面に当接する加圧回転体と、前記定着部材の内周側に配され、前記定着部材を介して前記加圧回転体と対向して定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、前記定着部材の内周側に配され、前記定着部材を加熱する熱源と、前記加圧回転体から前記ニップ形成部材にかかる圧力に対して前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、前記支持部材に保持され、前記熱源の輻射熱を反射する反射部材とを有する定着装置において、前記反射部材を保持する前記支持部材に、前記熱源の保持部材を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着する定着装置、及びそのような定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの機能を兼ね備えた複合機等の画像形成装置においては、電子写真記録、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式若しくは直接方式で未定着トナー画像が用紙等の記録媒体に形成される。そして記録媒体上に転写されて担持されている未定着トナー画像を加熱定着することで複写物や記録物を得る。定着に際しては、未定着画像を担持している記録媒体を、定着部材と加圧部材によって挟持搬送しながら未定着画像を加熱することにより、未定着画像のトナーを溶融軟化して記録媒体へ浸透することで、トナーが記録媒体に定着される。

近年、画像形成装置に対して、省エネ化、高速化についての市場要求が強くなってきている。なかでも未定着トナー画像を定着させるための定着装置については、エネルギー消費が大きいので、省エネ化の観点から多くの提案がなされている。そのような定着装置として、熱ローラ方式、ベルト方式、セラミックヒータを用いたフィルム加熱方式（サーフ定着）、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。

ベルト方式の定着装置では、近年、更なるウォームアップ時間やファーストプリント時間の短縮化が望まれている（課題１）。ウォームアップ時間とは、電源投入時等、常温状態から印刷可能な所定温度（リロード温度）までに要する時間であり、ファーストプリント時間とは、印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間である。また、画像形成装置の高速化に伴い、単位時間当たりの通紙枚数が増え、必要熱量が増大しているため、特に連続印刷の始めに熱量が不足すること（所謂、温度落ち込み）が問題となっている（課題２）。

前記課題１の問題を解決する方法として、非常に薄いフィルムを定着部材とするサーフ定着が提案されている。この方式は、ベルト方式に比べ、低熱容量化、小型化が可能である。ただ、耐久性に難があり、またニップ部のみを局所加熱するため、その他の部分では加熱されておらず、ニップ部の入口においてフィルムが最も冷えた状態にあり、定着不良が発生し易いという問題がある。特に、高速機においては、フィルムの回転が速く、ニップ部以外でのフィルムの放熱が多くなるため、より定着不良が発生し易くなるという問題がある（課題３）。

以上のような課題１〜３を解決するために、本出願人は特許文献１において提案を行っている。これは、無端ベルトを用いる構成にて、そのベルト全体を温めることを可能とし、加熱待機時からのファーストプリント時間を短縮することができ、かつ高速回転時の熱量不足を解消して、高生産性の画像形成装置に搭載されても、良好な定着性を得るものである。

図７に、特許文献１で提案された定着装置を概略的に示す。無端状の定着ベルト２１の内部にパイプ状の金属熱伝導体２２を、定着ベルト２１の移動をガイドすることが可能なように固定して、金属熱伝導体２２内のヒータ２３により金属熱伝導体２２を介して定着ベルト２１を加熱する。更に、定着ベルト２１を介して金属熱伝導体２２に接してニップ部を形成する加圧ローラ２４を備え、加圧ローラ２４の回転に連れ回りするようにして定着ベルト２１を周方向に移動させる。このような構成により、定着装置を構成する無端ベルト全体を温めることができ、加熱待機時からのファーストプリント時間を短縮し、かつ高速回転時の熱量不足を解消することが可能となっている。

しかしながら、更なる省エネ化、及びファーストプリント時間向上のためには熱効率を更に向上させる必要があり、金属熱伝導体を介さずに定着ベルトを直接加熱する構成を更に出願人は例えば特許文献２において提案した。この構成では、伝熱効率を大幅に向上させることにより消費電力を低減すると共に、加熱待機時からのファーストプリント時間を更に短縮することが実現可能である。また、金属熱伝導体レスによるコストダウンも可能となる。図８に、定着ベルト２１を内蔵のヒータ２３で直接加熱する構成を示す。ヒータから放射され定着ベルトを加熱する熱には、直接定着ベルト２１へ向かう直接加熱（実線）と反射板２９で反射されて定着ベルト２１に向かう間接加熱（破線）とがある。この直接加熱と間接加熱の両方によって、定着ベルト２１を効率的に加熱している。

定着部材である無端状の定着ベルトを直接加熱する構成によって、省エネ性が高く、加熱待機時からのファーストプリント時間を更に短縮することが可能となった。しかしながら、反射板を用いる従来構成では、反射板とヒータは夫々別個の保持部材により保持されており、これら保持部材が夫々ユニット構造体に固定されている。そのため、反射板とヒータの位置関係に影響する部品が多く、両者の位置関係のバラツキが大きかった。両者の位置関係のバラツキが大きい場合、ヒータの反射効率もばらつくことになる。

本発明の課題は、定着装置におけるヒータと反射板の位置関係の精度を上げることにある。

上記課題は、回転可能な定着部材と、前記定着部材の外周面に当接する加圧回転体と、前記定着部材の内周側に配され、前記定着部材を介して前記加圧回転体と対向して定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、前記定着部材の内周側に配され、前記定着部材を加熱する熱源と、前記加圧回転体から前記ニップ形成部材にかかる圧力に対して前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、前記支持部材に保持され、前記熱源の輻射熱を反射する反射部材とを有する定着装置において、前記反射部材を保持する前記支持部材に、前記熱源の保持部材を設けることによって、解決される。

本発明によれば、反射部材を保持するニップ形成部材用支持部材に、熱源の保持部材を設けるので、熱源と反射部材の位置関係に関わる部材の数が減って、その位置関係の精度を上げ易くなる。

画像形成装置全体を示す正面図である。 従来周知の定着装置の構成を示す断面図である。 従来構成に係るヒータの保持を説明する図であり、図３ａが平面図、図３ｂが断面図である。 本発明に係るヒータの保持を説明する図であり、図４ａが平面図、図４ｂが断面図図である。 反射部材とヒータの位置関係の精度を更に向上させるため、両者のギャップが一定値以上にならない例を示す図である。 反射部材とヒータの位置関係の精度を更に向上させるため、両者のギャップが一定値以下にならない例を示す図である。 従来技術に係る定着装置の基本構成を示す概略断面図である。 内蔵ヒータと反射板を用いて定着ベルトを加熱する公知の構成を説明する図である。

先ず、本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置の全体構成及び動作を図１により説明する。画像形成装置１は、タンデム型カラーレーザープリンタである。当然のことではあるが、本発明に係る画像形成装置は、この方式に限られるものではない。

図１において、プリンタの装置本体の中央には、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容する以外は同じ構成であるので、ブラックの作像部４Ｋに関してのみ構成説明する。その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃについては図中、符号表示を省略する。

作像部４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８等を備えている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２とを備えている。更に、クリーニングバックアップローラ３３や、テンションローラ３４や、ベルトクリーニング装置３５も備えている。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は夫々、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、不図示の電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様、二次転写ローラ３６にも不図示の電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。このベルトクリーニング装置３５から延在する不図示の廃トナー移送ホースは、不図示の廃トナー収容器の入り口部に接続されている。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した４つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと各現像装置７との間には、不図示の補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７へ各色トナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１等が設けられている。ここで、記録媒体の概念には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けられていてもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６よりも用紙搬送方向下流側には、定着装置２０が配設されている。更に、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けられている。

続いて、本例に係るプリンタの基本的動作について説明する。作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が不図示の駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光が夫々照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、この一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わされ転写される。かくして、中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写されなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。その後、不図示の除電装置によって各感光体５の表面が除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られて、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき、二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、この二次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写されなかった中間転写ベルト３０上の残トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーは不図示の廃トナー収容器へと搬送され回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して２色又は３色の画像を形成したりすることも当然可能である。

次に、図２に基づき、従来周知の定着装置の構成を説明する。定着装置２０は、可撓性の無端ベルトである定着ベルト（回転可能な定着部材）２１と、その外周面に当接する加圧回転体である加圧ローラ２４と、熱源たるヒータ２３とを有する。定着ベルト２１の内周域に配されたヒータ２３により、定着ベルト２１が内周側から直接加熱される。

更に定着ベルト２１の内周側には、定着ベルト２１を介して対向する加圧ローラ２４と定着ニップ部を形成するニップ形成部材２６が配され、定着ベルト内面と直接、若しくは不図示の低摩擦シートを介して間接的に摺擦するようになっている。ニップ形成部材２６は、耐熱性部材で構成され、定着ベルト２１の幅方向又は加圧ローラ２４の軸方向にわたって長尺に配設されている。

図２では定着ニップ部の形状が、ニップ形成部材２６の側が窪んだ凹形状となっている。このようなニップ形成部材２６の側が窪んだ凹形状であることで、用紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上してジャムの発生を抑制できる。

定着ベルト２１は、ニッケルやＳＵＳ等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料を用いた薄肉で可撓性を有する無端状のベルト若しくはフィルムで構成されている。ベルトの外周表面はＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。定着ベルト２１の基材と離型層の間にはシリコーンゴム等で形成された弾性層があってもよい。弾性層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写して画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残る不具合を生じる可能性がある。これを改善するために、シリコーンゴムの弾性層を１００［μｍ］以上設けるのがよい。シリコーンゴムの変形により、微小な凹凸が吸収される。

定着ベルト２１の内部には、ニップ形成部材２６を支持するための支持部材２７（ステー）が設けられ、加圧ローラ２４により圧力を受けるニップ形成部材２６の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅が得られるようになっている。ステンレス、鉄、アルミ等の金属から成る支持部材２７は両端部（紙面に垂直な方向での両端）で、定着ユニットのフランジ付き保持部材或いは側板フレーム２８等に固定保持されることで、位置決めされている。また、ヒータ２３に面した支持部材２７の表面には反射部材（反射板）２９が固定して備えられ、ヒータ２３からの輻射熱等により支持部材２７が加熱されるという無駄なエネルギー消費を抑制している。反射部材２９を備える代わりに、従来では、支持部材２７の表面に断熱若しくは鏡面処理を行うことが知られている。反射部材２９は本例ではアルミ基材の表面に銀を蒸着したものを用いている。反射部材はアルミ＋銀に限られないが、銀は輻射率が低いため熱源から照射され支持部材側へ向かう輻射熱を反射させて、定着ベルト２１の熱吸収効率向上に供することができる。熱源は、ハロゲンヒータのほか、ＩＨでもよく、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であってもよい。

加圧ローラ２４では、金属製の芯金２４ａ上に弾性ゴム層２４ｂがあり、更に離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡ又はＰＴＦＥ層）が設けられている。加圧ローラ２４は、画像形成装置に設けられたモータ等の駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され、回転する。また、加圧ローラ２４は不図示のスプリング等により定着ベルト２１側に押し付けられている。加圧ローラ２４は中空のローラでも中実のローラであってもよく、中空のローラの場合、加圧ローラ２４内にハロゲンヒータ等の熱源を有していてもよい。弾性ゴム層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２４内に熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり、定着ベルトの熱が奪われ難くなるので、より望ましい。

加圧ローラ２４により定着ベルト２１が連れ回り回転する。既述のように、加圧ローラ２４が不図示の駆動源により回転し、定着ニップ部で定着ベルト２１に駆動力を伝達することにより、定着ベルト２１が回転する。定着ベルト２１は定着ニップ部で加圧ローラ２４とニップ形成部材２６とにより挟み込まれて回転し、定着ニップ部以外では両端で側板フレーム２８のフランジにガイドされ、走行する。

次に、ハロゲンヒータの保持について、説明する。先ず、従来構成に係る保持を図３に示す。ヒータ２３は、両端部のヒータベース２３ａを、ユニットの構造体である側板フレーム２８に組み付けられたヒータ用の保持部材４０（板金等）によって保持されている。一方、反射部材２９は、ニップ形成部材２６を支持する支持部材２７によって保持され、この支持部材２７が側板フレーム２８に組み付けられている。このような保持方式であると、反射部材２９とヒータ２３の間に、支持部材と側板フレームとヒータ保持部材の３つの部品が介在することになって、各部品の寸法誤差や取付誤差によって反射部材とヒータの位置関係のバラツキも大きくなる。

これに対して本発明の実施形態に係る保持方式を図４に示す。ヒータ両端部のヒータベース２３ａを保持するヒータ保持部材４０が、反射部材２９を保持する支持部材２７に設けられる。そして、ヒータ保持部材４０を組み付け、反射部材２９を保持する支持部材２７が、側板フレーム２８に組み付けられる。このようにすることで、従来構成と比べて、反射部材２９とヒータ２３は、側板フレーム２８を介在させない分だけ、その位置関係のバラツキを小さくすることができる。ヒータ保持部材を支持部材２７そのもので構成するようにすれば、部品点数を減らすことができ、その形成を一体的に型成形すれば、バラツキを更に小さくすることができる。また、このような構成とすることで、側板フレーム２８、反射部材２９及びヒータ２３を一体化したユニットとしてモジュール化することもできる。一方、形状的に一体成型することが困難であったり、定着装置全体の組み付け容易性の観点から、ヒータ保持部材を支持部材とは分けて構成することが好ましい場合も考えられる。

反射部材とヒータの位置関係の精度を更に向上させる例を図５，６に示す。支持部材２７にヒータ保持部材４０を設けるだけだと、ヒータ保持部材４０とヒータベース２３ａの間にガタツキが或る程度できてしまう。特にヒータベース２３ａを構成するヒータ碍子は実製品として公差が大きいため、実際の組み付けにおいてガタツキの発生は避けることができない。それに伴って、反射部材２９とヒータ２３の位置もガタツキ分ばらつくことになる。そこで、ヒータ保持部材４０に矩形切欠きを形成し、支持部材２７が加圧ローラからの押圧力を受ける方向に直交する矩形切欠きの一辺を位置決め突き当て部４０ａ，４０ｂとして、そこへ付勢手段を用いてヒータ２３を押し当てる。押し当てることで、反射部材２９とヒータ２３の距離（ギャップ）が所定値以上にならない（図５）ように、あるいは所定値以下にならない（図６）ように設定される。付勢手段としては、圧縮バネあるいは引っ張りバネが考えられる。

２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２３ ヒータ
２４ 加圧ローラ
２６ ニップ形成部材
２７ 支持部材
２８ 側板フレーム
２９ 反射部材

特開２００７−３３４２０５号公報 特開２００９−４２３０５号公報

Claims (7)

1. 回転可能な定着部材と、前記定着部材の外周面に当接する加圧回転体と、前記定着部材の内周側に配され、前記定着部材を介して前記加圧回転体と対向して定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、前記定着部材の内周側に配され、前記定着部材を加熱する熱源と、前記加圧回転体から前記ニップ形成部材にかかる圧力に対して前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、前記支持部材に保持され、前記熱源の輻射熱を反射する反射部材とを有する定着装置において、前記反射部材を保持する前記支持部材に、前記熱源の保持部材を設けることを特徴とする定着装置。
2. 前記保持部材が前記支持部材そのものであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記保持部材は前記支持部材と別に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記保持部材に、前記反射部材と前記熱源の距離が所定値以下とならないような位置決め突き当て部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 前記保持部材に、前記反射部材と前記熱源の距離が所定値以上とならないような位置決め突き当て部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 前記保持部材の位置決め突き当て部に前記熱源を押圧する付勢手段を設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の定着装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。

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