JP3708862B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録材上の未定着トナー像を記録材に定着させる定着装置及び、定着装置を有する複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フルカラー複写機の定着装置においては、定着部材として無端状の定着ベルトを用いるベルト定着方式の検討が進んでいる。このベルト定着方式は、定着部材として定着ローラを用いる従来の熱ローラ方式と比べて、熱容量が少なくて済むので、立ち上がり時間を短くすることができ、また、温度追従性（定着部材表面温度が定着により落ち込んだ後に復帰する特性）に対しても有利である。
【０００３】
近年、定着装置では、立ち上がり時間を短くすることや、高速化対応（主に記録材としての普通紙の高速化に対する対応）が行われているが、高速化に対しては、定着ベルト表面の温度落ち込みを防止し、温度追従性をさらに向上させていく必要がある。一方、記録材としての厚紙に対しては定着速度を落とすことで最適熱量を与える方式が主流であり、この方式では、定着ベルト表面温度の落ち込みが少なくて済み、温度追従性が高くなる。また、ベルト定着方式では、定着ベルトを内部ローラ（加熱ローラや定着ローラ）のスリップ力により駆動している。
【０００４】
特開２０００−３０５号公報には、定着ベルトの表面を加熱する中空ローラからなる外部加熱手段を設けて立ち上がり時間を早くしたベルト定着方式が記載されている。特開２００１−０４２６８２号公報及び特開平５−０５３４７２号公報には、定着ローラなどの回転体をクリーニングするクリーニング手段としてウェブ手段を用いた装置が記載されている。特開平８−０６３０３３号公報には、ウェブ状のクリーニング部材と定着ローラとのニップ部を加熱する加熱手段を設けた定着装置が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記ベルト定着方式では、定着部材として無端状の定着ベルトを用い、この定着ベルトを内部ローラのスリップ力により駆動するので、熱ローラ方式（芯金と弾性体を有する定着ローラを用いる方式）と比べて、強度的に弱く、例えばフェルトやウェブなどのような摺動部材をクリーニング部材として定着ベルトに直接に当接させて使用することが難しい。そのため、定着ベルトに対する十分なクリーニング性を確保することができない。特に、ウェブ状の摺動部材を定着ベルトに直接に当接させて使用する場合は、ある程度のスペースが必要であるため、スペース的にも不利となる。
【０００６】
本発明は、定着手段に対する十分なクリーニング性を確保でき、かつ、高速定着時における定着手段の表面温度落ち込みを防止することができて高速化に対応でき、オフセットのない良好な定着画像を得ることができる定着装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、省スペースで定着手段を効果的にクリーニングできる定着装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、定着手段に対するクリーニング性と外部加熱効果を確保することができる定着装置にを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、高速画像形成時における定着手段の表面温度落ち込みを防止することができて高速化に対応でき、オフセットのない良好な画像を得ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、第１の加熱手段を有する定着手段と加圧手段とで記録材上の未定着トナー像を記録材に定着させ、記録材の厚みに対応して定着速度を切り換える定着装置において、第２の加熱手段を有し前記定着手段の表面に当接して前記定着手段のクリーニング及び加熱を行うクリーニング手段を備え、このクリーニング手段の温度を記録材の厚みに対応して切り換えるものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の定着装置において、前記定着手段を無端状の定着ベルトで構成したものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の定着装置において、前記定着手段を定着ローラで構成したものである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の定着装置において、前記クリーニング手段を無端ベルト状のクリーニング部材で構成したものである。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置において、前記クリーニング手段の表面から異物を除去する部材を備えたものである。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか１つに記載の定着装置を有するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示す。この実施例の定着装置においては、加熱ローラ１１及び定着ベルトローラ１２は、それぞれ加熱手段としての加熱ヒータ１３、１４を内部に有し、この加熱ヒータ１３、１４により加熱される。加熱ローラ１１及び定着ベルトローラ１２は、定着手段としての定着ベルト１５が架け渡されて張られ、定着ベルト１５を加熱する。定着ベルトローラ１２には定着ベルト１５を介して加圧手段としての加圧ローラ１６が押圧されて定着ニップ部Ｎが形成される。加圧ローラ１６は、加熱手段としての加熱ヒータ１７を内部に有し、この加熱ヒータ１７により加熱される。
【００１５】
定着ベルトローラ１２及び加圧ローラ１６は図示しない駆動手段としての定着モータにより伝達系を介して図示矢印方向へ回転駆動され、定着ベルト１５が定着ベルトローラ１２により図示矢印方向へ回転駆動されて加熱ローラ１１が定着ベルト１５の回転に従動して図示矢印方向へ回転する。定着ベルト１５は潤滑剤塗布装置１８により表面に潤滑剤が塗布される。
【００１６】
クリーニング手段としての無端状のクリーニング部材であるクリーニングベルト１９は、内部に加熱手段としての補助加熱ヒータ２０を有する中空のクリーニングローラ２１と補助ローラ２２に架け渡されて張られ、補助ローラ２２により定着ベルト１５に押圧されて定着ベルト１５に圧接する。クリーニングローラ２１は駆動手段としての駆動モータ２３（図２参照）により図示しない伝達系を介して回転駆動され、図示矢印方向に回転する。クリーニングベルト１９は定着ベルト１５との当接部分が定着ベルト１５と同じ方向へ回転し、補助ローラ２２はクリーニングベルト１９の回転に従動して回転する。
【００１７】
定着ベルト１５は、ニッケルや耐熱性樹脂（ポリイミド）、炭素鋼、ステンレス鋼などの無端状の薄肉ベルトの表面にフッ素樹脂やシリコンゴムなどの耐熱性離型層が被覆された構成となっている。一方、クリーニングベルト１９は、定着ベルト１５の表層よりも離型性の低い耐熱性材料、例えばニッケルや耐熱性樹脂（ポリイミド）、炭素鋼、ステンレス鋼などの無端状ベルト、或いはこれにフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂やこれらの混合物などをコーティングしたものが用いられる。
【００１８】
未定着トナー像Ｔを担持した記録材としての用紙Ｐは、入口ガイド板２４により案内されて定着ベルト１５と加圧ローラ１６との間に送り込まれ、定着ニップ部Ｎで加熱及び加圧により未定着トナー像Ｔが定着された後、排紙ガイド板２５、２６により案内されて排紙ローラ２７により排出される。また、加熱ローラ１１の表面温度、クリーニングベルト１９の表面温度、加圧ローラ１６の表面温度がそれぞれ温度検知手段としての温度検知器２８〜３０により検知される。
【００１９】
図２は本実施例において定着ベルト１５のクリーニング及び外部加熱を行うクリーニング部の詳細を示す。クリーニングベルト１９は、定着ベルト１５に対して距離Ｌの範囲で当接される。この当接範囲は、クリーニングローラ２１が単独で定着ベルト１５に当接した場合の当接範囲よりも長い。また、クリーニングベルト１９は、定着ベルト１５に対して、従来のウェブ状クリーニング部材よりも省スペースで十分な当接量が得られる。
【００２０】
クリーニングベルト１９には異物除去手段としてのスクレーパ３１がカウンタ方向に当接される。クリーニングベルト１９はクリーニングローラ２１により回転駆動されるので、スクレーパ３１はクリーニングベルト１９上のオフセットトナー等の異物（付着物）を掻き落として除去する。また、クリーニングベルト１９が補助加熱ヒータ２０によりクリーニングローラ２１を介して加熱されるので、クリーニングベルト１９上のオフセットトナーの粘度が下がり、スクレーパ３１に余計な負担をかけることがなく、クリーニングベルト１９をクリーニングしやすい状態にある。これによって、クリーニングベルト１９の表面は常に熱供給にも有利な状態を維持する。
【００２１】
図３は本実施例の電気回路を示す。ヒータ１３、１４は直列に配線されて電源（ここでは商用電源）からスイッチ素子３２を介して通電される。ヒータ１７、２０は、電源（ここでは商用電源）からそれぞれスイッチ素子３３、３４を介して通電される。ここに、用紙Ｐが普通紙である時にはユーザは図示しない操作部により普通紙モードを選択し、用紙Ｐが厚紙である時にはユーザは操作部により厚紙モードを選択する。
【００２２】
制御手段としての制御部３５は、操作部により普通紙モードが選択された時には操作部からの入力信号により普通紙モードに設定し、上記定着モータや駆動モータ２３の回転速度を所定の高い速度に設定することで定着速度（線速）を所定の高い速度に設定して上記定着モータや駆動モータ２３をその高い速度で回転させる。また、制御部３５は、操作部により厚紙モードが選択された時には操作部からの入力信号により厚紙モードに設定し、上記定着モータや駆動モータ２３の回転速度を所定の低い速度（上記高い速度よりも低い速度）に設定することで定着速度を所定の低い速度（上記高い速度よりも低い速度）に設定して上記定着モータや駆動モータ２３をその低い速度で回転させる。
【００２３】
また、制御部３５は、普通紙モードでは、温度検知器２８からの温度検知信号に基づいて加熱ローラ１１の表面温度が第１の設定温度、例えば１７５℃になるようにドライバ３６を制御してスイッチ素子３２をオン／オフさせることでヒータ１３、１４の通電を制御し、温度検知器２９からの温度検知信号に基づいてクリーニングベルト１９の表面温度が設定温度、例えば上記第１の設定温度より５℃から３０℃高い所定の温度になるようにドライバ３７を制御してスイッチ素子３３をオン／オフさせることでヒータ２０の通電を制御する。さらに、制御部３５は、普通紙モードでは、温度検知器３０からの温度検知信号に基づいて加圧ローラ１６の表面温度が設定温度、例えば上記第１の設定温度と同じ温度又は第１の設定温度とこれより４０℃低い温度との間の所定の温度になるようにドライバ３８を制御してスイッチ素子３４をオン／オフさせることでヒータ１７の通電を制御する。
【００２４】
また、制御部３５は、厚紙モードでは、ヒータ１３、１４、１７の通電制御を普通紙モード時と同様に行い、温度検知器２９からの温度検知信号に基づいてクリーニングベルト１９の表面温度が上記第１の設定温度と同じ設定温度になるようにドライバ３７を制御してスイッチ素子３３をオン／オフさせることでヒータ２０の通電を制御する。
【００２５】
ヒータ１３、１４、１７、２０のＷ数は、ヒータ１３が４００Ｗ、ヒータ１４が１５０Ｗ、ヒータ１７が４００Ｗ、ヒータ２０が１５０Ｗである。熱容量は加熱ローラ１１の方が定着ベルトローラ１２よりも大きく、かつ、ヒータのＷ数はヒータ１３の方がヒータ１４よりも大きい。このため、加熱ローラ１１の表面温度制御（ヒータ１３、１４の通電制御）のみで定着ベルト１５の表面温度を安全に制御でき、定着ベルトローラ１２の表面温度が高くなって暴走することは無い。
【００２６】
図４は本実施例における補助加熱ヒータ２０の効果を示す。普通紙モードの場合、定着ベルト１５の表面温度の落ち込み量（定着による温度落ち込み量）が大きく、従来は定着時に定着ベルトの表面温度が図４の破線のように温度Ｔ０まで一旦落ち込み復帰していたが、本実施例では定着ベルト１５の表面温度は補助加熱ヒータ２０でクリーニングローラ２１及びクリーニングベルト１９を介して定着ベルト１５を加熱することにより図４の実線のように温度Ｔ１に維持させることができる。
【００２７】
この場合、定着ベルト１５の表面温度が１７５℃に制御されてクリーニングベルト１９の表面温度が１７５℃よりも５℃から３０℃高く制御され、図４に示すように通紙時の定着ベルト１５の表面温度落ち込み量ΔＴが抑えられる。一方、厚紙モード時は、線速が遅いために通紙時の定着ベルト１５の表面温度落ち込み量が小さくなり、定着ベルト１５の補助加熱を行う補助加熱手段（ヒータ２０等）がなくても定着ベルト１５の表面温度を維持できるので、定着ベルト１５の表面温度制御値（設定値）とクリーニングベルト１９の表面温度制御値（設定値）は、上記のように同じ温度（１７５℃）に設定される。
【００２８】
この実施例によれば、加熱手段としての補助加熱ヒータ２０を有し定着手段としての定着ベルト１５の表面に当接して定着ベルト１５のクリーニング及び加熱を行うクリーニング手段としてのクリーニングベルト１９を備え、このクリーニングベルト１９の温度を記録材としての用紙Ｐの厚みに対応して切り換えるので、定着ベルトに対する十分なクリーニング性を確保でき、かつ、温度の切り換えで最適な定着熱量を用紙に与えることができ、高速定着時における定着ベルトの表面温度落ち込みを防止することができて高速化に対応でき、オフセットのない良好な定着画像を得ることができる。
【００２９】
また、この実施例によれば、クリーニング手段を無端ベルト状のクリーニング部材であるクリーニングベルト１９で構成したので、クリーニングベルト１９の定着ベルト１５に対する当接面積を増加させることができ、定着ベルトに負担をかけることなく、省スペースで定着ベルトを効果的にクリーニングできる。
【００３０】
さらに、この実施例によれば、クリーニングベルト１９の表面から異物を除去する部材としてのスクレーパ３１を備えたので、定着ベルト１５に対するクリーニング性を維持することができると共に、常に安定して定着ベルト１５に外部から熱を供給することができて定着ベルト１５表面の温度ムラを防止することができ、定着ベルトに対するクリーニング性と外部加熱効果を確保することができる。
【００３１】
図５は本発明の別の実施例を示す。この実施例の定着装置では、上記実施例において、定着ベルト１５、加熱ローラ１１、定着ベルトローラ１２、ヒータ１３、１４の代りに、加熱手段としての加熱ヒータ３９を内部に有する定着ローラ４０が用いられ、この定着ローラ４０は加熱ヒータ３９により加熱される。定着ローラ４０は、上記定着モータにより伝達系を介して図示矢印方向へ回転駆動され、潤滑剤塗布装置１８により表面に潤滑剤が塗布される。
【００３２】
温度検知器２８は定着ローラ４０の表面温度を検知する。制御部３５は、普通紙モードでは、温度検知器２８からの温度検知信号に基づいて定着ローラ４０の表面温度が第１の設定温度、例えば１７５℃になるようにドライバ３６を制御してスイッチ素子３２をオン／オフさせることでヒータ３９の通電を制御する。また、制御部３５は、厚紙モードでは、ヒータ３９の通電制御を普通紙モード時と同様に行う。
【００３３】
加圧ローラ１６は定着ローラ４０に圧接されて定着ニップ部を形成し、クリーニングベルト１９は補助ローラ２２により押圧されて定着ローラ４０に当接し定着ローラ４０のクリーニング及び加熱を行う。トナーＴを担持した記録材としての用紙Ｐは、入口ガイド板２４により案内されて定着ローラ４０と加圧ローラ１６との間に送り込まれ、定着ニップ部で加熱及び加圧により未定着トナー像Ｔが定着された後、排紙ガイド板２５、２６により案内されて排紙ローラ２７により排出される。
【００３４】
この実施例によれば、加熱手段としての補助加熱ヒータ２０を有し定着手段としての定着ローラ４０の表面に当接して定着ローラ４０のクリーニング及び加熱を行うクリーニング手段としてのクリーニングベルト１９を備え、このクリーニングベルト１９の温度を記録材としての用紙Ｐの厚みに対応して切り換えるので、定着ローラに対する十分なクリーニング性を確保でき、かつ、温度の切り換えで最適な定着熱量を用紙に与えることができ、高速定着時における定着ローラの表面温度落ち込みを防止することができて高速化に対応でき、オフセットのない良好な定着画像を得ることができる。
【００３５】
また、この実施例によれば、クリーニング手段を無端ベルト状のクリーニング部材であるクリーニングベルト１９で構成したので、クリーニングベルト１９の定着ローラ４０に対する当接面積を増加させることができ、省スペースで定着ローラを効果的にクリーニングできる。
【００３６】
さらに、この実施例によれば、クリーニングベルト１９の表面から異物を除去する部材としてのスクレーパ３１を備えたので、定着ローラ４０に対するクリーニング性を維持することができると共に、常に安定して定着ローラ４０に外部から熱を供給することができて定着ローラ４０表面の温度ムラを防止することができ、定着ローラに対するクリーニング性と外部加熱効果を確保することができる。
【００３７】
図６は本発明の他の実施例を示す。この実施例はカラー画像形成装置の一形態である。このカラー画像形成装置は、潜像担持体としての感光体（ここではドラム状感光体）４１を有し、この感光体４１は図示しない駆動モータにより回転駆動されて矢印の反時計方向に回転する。感光体４１の周りには、クリ−ニング装置４２、除電ランプ４３、帯電手段としての帯電器４４、現像手段としてのリボルバ現像ユニット４５の選択された現像器、中間転写ベルト４６などが配置されている。
【００３８】
感光体４１は図示しない駆動モータにより図示矢印方向へ回転駆動され、帯電器４４は図示しない帯電用電源から電圧が印加されて感光体４１を一様に帯電させる。図示しない露光手段としての書き込み光学ユニットは、複数色の画像データ、例えばブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色の画像データを順次に光信号４７に変換して感光体４１に各色の画像データに対応した光書き込みを行い、感光体４１上に複数の静電潜像を順次に形成する。
【００３９】
リボルバ現像ユニット４５は、Ｋ現像器４５Ｋ、Ｃ現像器４５Ｃ、Ｍ現像器４５Ｍ、Ｙ現像器Ｙを有する。各現像器４５Ｋ、４５Ｃ、４５Ｍ、４５Ｙは、ブラックトナーとキャリアとからなる２成分現像剤、シアントナーとキャリアとからなる２成分現像剤、マゼンタトナーとキャリアとからなる２成分現像剤、イエロートナーとキャリアとからなる２成分現像剤がそれぞれ収納されており、順次に現像位置へ移動して感光体４１上の複数の静電潜像をそれぞれ現像してブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色のトナー像とする。
【００４０】
中間転写ベルト４６は、複数のローラ４８〜５３に架け渡され、これらのローラ４８〜５３のうちの１つのローラが図示しない駆動モータによって回転駆動されることにより回転する。この中間転写ベルト４６は、２つのローラ４８、４９で感光体４１側に押圧されて感光体４１との間に所定幅のニップ部を形成し、ローラ４８に図示しない電源から転写バイアスが印加されて感光体４１上のブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色のトナー像が順次に重ねて転写されることによりフルカラー画像が形成される。
【００４１】
転写手段としての２次転写バイアスローラ５４は、ローラ５２との間に中間転写ベルト４６を挟持するように配設され、２次転写電源によって転写バイアスが印加される。一方、用紙Ｐは給紙装置５５からレジストローラ５６に給紙され、レジストローラ５６は用紙Ｐの先端が中間転写ベルト４６上のフルカラー画像の先端に一致するように用紙Ｐを送り出す。
【００４２】
用紙Ｐは、２次転写バイアスローラ５４により中間転写ベルト４６上のフルカラー画像が一括して転写され、搬送ベルト５７により搬送されて定着装置５８によりフルカラー画像が定着された後、排紙ローラ５９によりトレイ６０へ排出される。ここに、定着装置５８は、図１に示す上記定着装置が用いられる。なお、定着装置５８は、図５に示す上記定着装置を用いてもよい。感光体４１は、トナー像転写後には除電ランプ４３により除電されてクリーニング装置４２によりクリーニングされる。中間転写ベルト４６は、フルカラー画像転写後にクリーニング装置６１によりクリーニングされる。
【００４３】
また、上記制御部３５は、本実施例の各部を制御する制御部を兼ね、上述のように普通紙モード時には用紙Ｐの給紙、搬送を行う給紙搬送系や、感光体４１及び中間転写ベルト４６などを駆動する駆動系等を制御して用紙Ｐ、感光体４１、中間転写ベルト４６などの速度（線速）を所定の高い速度に設定し、厚紙モード時には用紙Ｐの給紙、搬送を行う給紙搬送系や、感光体４１及び中間転写ベルト４６などを駆動する駆動系等を制御して用紙Ｐ、感光体４１、中間転写ベルト４６などの速度を所定の低い速度（上記高い速度よりも低い速度）に設定する。
【００４４】
この実施例によれば、図１に示す上記定着装置（又は図５に示す上記定着装置）を用いたので、定着手段に対する十分なクリーニング性を確保でき、かつ、定着手段表面温度の切り換えで最適な定着熱量を用紙に与えることができ、高速画像形成時における定着手段の表面温度落ち込みを防止することができて高速化に対応でき、オフセットのない良好な定着画像を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように請求項１〜３に係る発明によれば、定着手段に対する十分なクリーニング性を確保でき、かつ、温度の切り換えで最適な定着熱量を記録材に与えることができ、高速定着時における定着手段の表面温度落ち込みを防止することができて高速化に対応でき、オフセットのない良好な定着画像を得ることができる。
請求項４に係る発明によれば、、省スペースで定着手段を効果的にクリーニングできる。
【００４６】
請求項５に係る発明によれば、定着手段に対するクリーニング性と外部加熱効果を確保することができる。
請求項６に係る発明によれば、高速画像形成時における定着手段の表面温度落ち込みを防止することができて高速化に対応でき、オフセットのない良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】同実施例において定着ベルトのクリーニング及び外部加熱を行うクリーニング部の詳細を示す断面図である。
【図３】同実施例の電気回路を示すブロック図である。
【図４】同実施例における補助加熱ヒータの効果を示す図である。
【図５】本発明の別の実施例を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 加熱ローラ
１２ 定着ベルトローラ
１３、１４、１７、３９ 加熱ヒータ
１５ 定着ベルト
１６ 加圧ローラ
１９ クリーニングベルト
２０ 補助加熱ヒータ
２１ クリーニングローラ
２２ 補助ローラ
２３ 駆動モータ
２８〜３０ 温度検知器
３１ スクレーパ
３２〜３４ スイッチ素子
３５ 制御部
３６〜３８ ドライバ
４０ 定着ローラ
５８ 定着装置

Claims (6)

1. 第１の加熱手段を有する定着手段と加圧手段とで記録材上の未定着トナー像を記録材に定着させ、記録材の厚みに対応して定着速度を切り換える定着装置において、第２の加熱手段を有し前記定着手段の表面に当接して前記定着手段のクリーニング及び加熱を行うクリーニング手段を備え、このクリーニング手段の温度を記録材の厚みに対応して切り換えることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、前記定着手段を無端状の定着ベルトで構成したことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１記載の定着装置において、前記定着手段を定着ローラで構成したことを特徴とする定着装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の定着装置において、前記クリーニング手段を無端ベルト状のクリーニング部材で構成したことを特徴とする定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置において、前記クリーニング手段の表面から異物を除去する部材を備えたことを特徴とする定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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