JP3903667B2

JP3903667B2 - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP3903667B2
Application number: JP30871999A
Authority: JP
Inventors: 宏史夫馬
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: JP2001125409A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの機能を有する複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの機能を有する複合機等の電子写真式画像形成装置に用いられている定着装置は、所定の温度に維持された定着ローラと、弾性層を有してその定着ローラに圧接する加圧ローラとによって、未定着のトナー画像が形成された用紙を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ定着方式が、低速機から高速機まで、モノクロ機からカラー機に至るまで、幅広く採用されている。
【０００３】
しかしながら、従来の熱ローラ定着方式の定着装置では、転写材やトナーを加熱する際に、熱容量の大きな定着ローラを加熱する必要があるため、省電力効果が悪く、省電力面で不利であり、また、プリント時に定着装置を暖めるのに時間がかかりプリント開始時間（ウォーミングアップタイム）が長くなってしまうという問題がある。
【０００４】
これを解決するため熱定着フィルムを用い、熱ローラを熱定着フィルムという究極の厚みまで持っていき低熱容量化し、温度制御されたヒータ（セラミックヒータ）を熱定着フィルムに直接加圧接触させることで熱伝導効率を大幅に向上させ、省電力とウォーミングアップタイムを殆ど必要としないクイックスタートとを図ったフィルム定着方式の定着装置や画像形成装置が提案され、最近用いられてきている。
【０００５】
また、クイックスタート定着方式の他の形式として、透光性基体を用いて定着ローラ部材とし、内部に設けたハロゲンランプからの熱線をトナー像に照射して加熱定着する方法が、特開昭５２−１０６７４１号公報、同５７−８２２４０号公報、同５７−１０２７３６号公報、同５７−１０２７４１号公報等により開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の透光性基体を用いて定着ローラとした定着装置では、定着ローラを駆動回転させる駆動部材と、定着ローラの端部とを直接接続した場合、駆動部材と定着ローラとの熱膨張係数に差があること、透光性基体の精度が十分に得られないことなどにより、ガタなく接続し、高精度で駆動することが困難であった。
【０００７】
駆動部材と定着ローラの端部との間に断熱部材を介在させて接続しても、加熱時の破損防止手段と相対移動を防止する緊締手段が複雑になる。また、定着ローラの端部に駆動部材に係合するキー溝加工、又はキー加工を施すことは困難である。
【０００８】
本発明は、透光性基体を用いた定着ローラ端部での駆動部材との接続部における問題点を解消し、加熱時間の早いクイックスタート定着用の定着装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また本発明は、上記の定着装置を備えた画像形成装置により、ウォーミングアップタイムを短縮したクイックスタート化を達成し、かつ、定着ローラを高精度で駆動する手段を有する安全な定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の定着装置は、駆動回転する定着ローラと、該定着ローラに圧接して回転する加圧ローラとの圧接位置に用紙を通過させることにより、用紙面に形成されたトナー像を加熱、定着する定着装置において、加熱源を内部に配置した中空円筒形状の透光性を有する基体からなる定着ローラと、駆動源の駆動により回転する駆動部材と、前記定着ローラの一方の端部に配置され、前記定着ローラの一方の端部の外周を１周以上巻回する長さを備え、前記定着ローラの一方の端部の外周面と前記駆動部材の内周面を接続する駆動伝達部材とを有し、前記駆動部材の回転により、前記定着ローラの円周方向において前記駆動伝達部材が重なるように前記定着ローラに前記駆動伝達部材を巻き付けることで、前記定着ローラを駆動回転させることを特徴とするものである（請求項１）。
【００１２】
本発明の画像形成装置は、前記定着ローラ、加圧ローラ、加熱源、駆動部材、駆動伝達部材から成る定着装置を備えた画像形成装置が、画像形成動作時には、駆動源に接続する前記駆動部材が前記駆動伝達部材を介して前記定着ローラを回転させ、画像形成動作中以外の時には、前記定着ローラを含む前記画像形成装置の駆動系により所定量逆回転させるか、前記駆動系の少なくとも一部の接続を切って、前記駆動伝達部材が前記定着ローラを圧迫する力を緩和することを特徴とするものである（請求項１２）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の定着装置及び該定着装置を搭載した画像形成装置を図面によって説明する。
【００１４】
図１は、本発明の定着装置を搭載した画像形成装置であるカラープリンタを示す構成図である。
【００１５】
このカラープリンタは、像担持体である可撓性の無端ベルト状の感光体（以下、感光体と称す）１の周囲に、４組のスコロトロン帯電器（以下、帯電器と称す）２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ、４組の像露光装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ、４組の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋとから成る画像形成ユニット（図示の４組）を縦列に配設したものである。なお、図示の像露光装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは、レーザビーム走査光学装置を使用したものである。
【００１６】
感光体１は、駆動ローラ１１及び下ローラ１２、上ローラ１３に張架され、テンションローラ１４の作用により緊張状態にされ、内周面に設けられたバックアップ部材１５により局部的に当接しながら、図示の時計方向に回動する。バックアップ部材１５は、感光体１の背面に当接して、現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの各現像剤担持体４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋの現像領域及び像露光装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの結像位置に感光体１を規制している。
【００１７】
画像記録のスタートにより、駆動モータ（図示せず）が回動して駆動ローラ１１を介して感光体１は図示の時計方向へと回動し、帯電器２Ｙの帯電作用により感光体１への電位の付与が開始される。感光体１は電位を付与されたあと、像露光装置３Ｙにおいて第１の色信号すなわちイエロー（Ｙ）の画像信号に対応する電気信号による露光が開始され、感光体１の回動（副走査）によってその表面の感光層に現像画像のイエロー（Ｙ）の画像に対応する静電潜像を形成する。この潜像は現像器４Ｙにより現像剤担持体４１Ｙ上に付着搬送された現像剤が、現像領域において非接触の状態で反転現像され、イエロー（Ｙ）のトナー像となる。
【００１８】
次いで感光体１はイエロー（Ｙ）のトナー像の上にさらに帯電器２Ｍの帯電作用により電位が付与され、像露光装置３Ｍの第２の色信号すなわちマゼンタ（Ｍ）の画像信号に対応する電気信号による露光が行われ、現像器４Ｍによる非接触の反転現像によって前記のイエロー（Ｙ）のトナー像の上にマゼンタ（Ｍ）のトナー像が重ね合わせて形成される。
【００１９】
同様のプロセスにより帯電器２Ｃ、像露光装置３Ｃ及び現像器４Ｃによってさらに第３の色信号に対応するシアン（Ｃ）のトナー像が形成される。さらに帯電器２Ｋ、像露光装置３Ｋ及び現像器４Ｋによって第４の色信号に対応する黒色（Ｋ）のトナー像が順次重ね合わせて形成され、感光体１の一回転以内にその周面上にカラーのトナー像が形成される。
【００２０】
感光体１の周面上に形成されたカラーのトナー像は、帯電器２Ｆによって付着トナーの電位が揃えられたのち転写領域に至る。給紙装置５の給紙カセット５１或いは手差し給紙台５３から、それぞれ給紙手段５２，５４により送り出され、レジストローラ対５５へと搬送された転写材Ｐは、レジストローラ対５５の駆動によって感光体１上のトナー像領域通過と同期して給紙され、駆動ローラ１１の下部に対向して配置された転写手段６によりトナー像が転写される。
【００２１】
トナー像が転写された転写材Ｐは、感光体１の周面より分離されたのち、定着装置７へ搬送される。定着装置７によりトナー像は溶融され、転写材Ｐに定着される。定着処理終了後の転写材Ｐは、搬送ローラ８１及び排紙ローラ対８２，８３により搬送されて、上部に設けられた排紙トレイ８４に排出される。
【００２２】
一方、転写材Ｐを分離した感光体１は、クリーニング装置９のクリーニングブレード９１によって残留トナーを除去し、清掃される。なお、次の原稿画像のトナー像の形成が続いて行われるときは、帯電前除電器９２による感光体１の感光体面への露光が行われて前歴の電荷の除去がなされる。
【００２３】
図２は、本発明の定着装置の実施の形態を示す断面図、図３は定着装置の平面断面図である。図４は、定着ローラ７１、加圧ローラ７２及びハロゲンヒータ７３の要部拡大断面図である。
【００２４】
定着装置７は、透光性基体を用いた定着ローラ７１、加圧ローラ７２、加熱源のハロゲンヒータ７３、クリーニングローラ７４、クリーニングパッド７５、オイル塗布手段７６、排紙ローラ７７等から構成されている。
【００２５】
定着ローラ７１は、中空円筒形状の透光性基体７１ａと、透明シリコーンゴムから成る弾性層７１ｂと、熱線吸収層７１ｃとを順次積層被覆した構成のローラである。
【００２６】
透光性基体７１ａは、耐熱ガラス又は耐熱性樹脂から成る中空円筒体である。透光性基体７１ａとしては、加熱源のハロゲンヒータ７３から照射される赤外線又は遠赤外線等の熱線を透過するパイレックスガラス（米国コーニング社製）、サファイアガラスＣａＦ₂等のセラミック材や、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等を使用した透光性樹脂等が用いられる。
【００２７】
弾性層７１ｂは、透光性基体７１ａの外周面に被覆された透明シリコーンゴム層である。熱線吸収層７１ｃは、弾性層７１ｂの外周面にカーボン入りのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を積層した最外層である。
【００２８】
透光性基体７１ａの両端部は、左右の定着装置本体側板７０に保持された耐熱性軸受部材７１ｄに嵌合し、回転可能である。
【００２９】
ハロゲンヒータ７３から照射された熱線は、透光性基体７１ａ、弾性層７１ｂを透過して熱線吸収層７１ｃに吸収され、急速加熱が可能な定着ローラ７１が形成される。
【００３０】
加圧ローラ７２は、例えばアルミニウム合金等の金属から成る中空円筒状の芯金部材７２ａの外周面に、シリコーンゴム等の弾性部材７２ｂを被覆したものである。芯金部材７２ａの両端部は、軸受部材７２ｃにより回転可能に支持されている。軸受部材７２ｃは、バネ７２ｄにより付勢され、加圧ローラ７２を定着ローラ７１に圧接している（図３参照）。
【００３１】
クリーニングローラ７４は、回転軸７４ａと弾性部材７４ｂとから成る。回転軸７４ａの両軸端部は、左右の定着装置本体側板７０に保持された軸受部材７４ｃに嵌合し、回転可能である。弾性部材７４ｂは発泡シリコーンゴム等の耐熱性樹脂から成るローラである（図３参照）。
【００３２】
透光性基体７１ａは駆動源に接続された駆動手段を経て駆動部材により駆動回転される。図３において、透光性基体７１ａの一方の端部の外周面と、歯車等の駆動部材７８の内周面とを接続する可撓性の駆動伝達部材７９が配置されている。
【００３３】
図５は、定着ローラ７１の端部に接続する駆動伝達手段の拡大斜視図である。図６は、該駆動伝達手段の拡大断面図であり、図６（ａ）は、駆動部材７８、透光性基体７１ａが非駆動の停止状態を示す。図６（ｂ）は、駆動部材７８、透光性基体７１ａの駆動回転状態を示す。
【００３４】
中空円筒形状をなす透光性基体７１ａの一方の端部には、透光性基体７１ａの外径より大きな内径を有する駆動部材７８が、透光性基体７１ａの周囲の空間部を覆うように、透光性基体７１ａと同心に設置されている。
【００３５】
駆動部材７８は歯車が一体に形成されるか、又は、別体の歯車に嵌合し、駆動を伝達するためのキー或いはキー溝を有している。
【００３６】
透光性基体７１ａと駆動部材７８とは、透光性基体７１ａの外周長さの一周分以上の長さを有する駆動伝達部材７９により接続されている。即ち、駆動伝達部材７９の一方の端部は、透光性基体７１ａの外周面に接着又はクリップ等で固定されている。
【００３７】
駆動伝達部材７９の端部と駆動部材７８とは、固定用の部材を介してネジ止め、又は固定用溝などへの差し込み等により強固に固定されている。
【００３８】
駆動伝達部材７９は帯状をなし、金属線を束ねたもの、又は金属線を編んだもので形成される。或いは耐熱性樹脂繊維を束ねたもの、又は耐熱性樹脂繊維を編んだもので形成される。
【００３９】
定着装置７による定着処理時には、帯状の駆動伝達部材７９が透光性基体７１ａに巻き付く方向に、駆動部材７８から駆動伝達部材７９に駆動力が伝えられる。帯状の駆動伝達部材７９は、透光性基体７１ａの外周面の一周分以上の長さを有するから、駆動部材７８の駆動時には、図示の反時計方向回転により、帯状の駆動伝達部材７９が透光性基体７１ａの外周面を締め付ける形となり、駆動伝達部材７９と透光性基体７１ａとは滑ることなく、駆動部材７８からの駆動力を円滑かつ確実に伝えることができる。
【００４０】
画像形成動作中以外の非駆動時には、定着装置７の駆動手段の無負荷状態や、少量の逆回転等によって、帯状の駆動伝達部材７９による透光性基体７１ａへの緊縛が緩和される。特に、透光性基体７１ａが加熱された状態から加熱が解除されて、冷却されるときに、帯状の駆動伝達部材７９が透光性基体７１ａをきつく巻いた状態になっていると、熱膨張係数の大きな帯状の駆動伝達部材７９が、冷却により収縮するため、透光性基体７１ａが締め付けられて割れることがある。
【００４１】
透光性基体７１ａの破損を防止するため、駆動伝達部材７９を、バネ性を有する材質で構成しても良い。そして、駆動伝達部材７９が、自由な状態に置かれたとき、駆動伝達部材７９曲率半径より大きな曲率半径を有することにより、緊縛が解除される。
【００４２】
また、透光性基体７１ａに固定される駆動伝達部材７９の一端が、透光性基体７１ａの外周面の曲率より大きな曲率を有するようにすれば、別部材や接着剤等を用いることなく、駆動伝達部材７９をそれ自身が有するバネ性により、透光性基体７１ａの外周面に固定する事ができる。
【００４３】
更に、駆動伝達部材７９と透光性基体７１ａの外周面との間に、樹脂部材又はガラス繊維もしくは金属繊維部材を介在させるなどのキズ防止部材を介在させると良い。
【００４４】
また、帯状の駆動伝達部材７９の長さは、透光性基体７１ａの外周面一周分以上であることが必要である。駆動伝達部材７９の長さが長いほど透光性基体７１ａの外周面への緊縛力が大きくなり、駆動部材７８から透光性基体７１ａに伝えられる駆動力は大きくなるが、非駆動時の緊縛緩和の逆回転に時間を要したり、駆動開始時に、帯状の駆動伝達部材７９が巻き込みの外側で、相互に緩い緊縛状態となり、駆動伝達部材７９の内側が透光性基体７１ａの外周面に巻き込まないおそれがある。従って、定着装置７の構成条件によって異なるが、駆動伝達部材７９の長さは、透光性基体７１ａの外周面長さの１．５〜４周程度が概ね適当である。
【００４５】
以上の構成を有する本発明の定着装置は、帯状の駆動伝達部材７９を透光性基体７１ａの外周面に巻き付けることによって、駆動部材７８から透光性基体７１ａに駆動を伝達するものであり、非駆動時に駆動負荷を解除もしくは逆転することによって、駆動部材７８の内周面と透光性基体７１ａの外周面との間に間隙が確保されるものである。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によるときは、以上説明した構成により、以下の効果が奏せられる。
【００４７】
（１）透光性基体を用いた定着ローラ端部での駆動部材との接続部における破損が防止され、加熱時間の早いクイックスタート定着用の定着装置が提供される。
【００４８】
（２）上記の定着装置を備えた画像形成装置により、熱効率向上による省電力、ウォーミングアップ時間の短縮、高速定着及び高画質の定着、安定化と耐用寿命の長いメンテナンス性に優れた画像形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着装置を備えた画像形成装置であるカラープリンタを示す構成図。
【図２】本発明の定着装置の実施の形態を示す断面図。
【図３】上記の定着装置の平面断面図。
【図４】定着ローラ、加圧ローラ及びハロゲンヒータの要部拡大断面図。
【図５】定着ローラの端部に接続する駆動伝達手段の拡大斜視図。
【図６】駆動伝達手段の非駆動の停止状態と駆動回転状態とを示す拡大断面図。
【符号の説明】
７定着装置
７０定着装置本体側板
７１定着ローラ
７１ａ透光性基体
７１ｂ弾性層
７１ｃ熱線吸収層
７１ｄ耐熱性軸受部材
７２加圧ローラ
７２ａ芯金部材
７２ｂ弾性部材
７２ｃ軸受部材
７２ｄバネ
７３ハロゲンヒータ（加熱源）
７４クリーニングローラ
７５クリーニングパッド
７６オイル塗布手段
７７排紙ローラ
７８駆動部材
７９駆動伝達部材
Ｐ転写材

Claims

駆動回転する定着ローラと、該定着ローラに圧接して回転する加圧ローラとの圧接位置に用紙を通過させることにより、用紙面に形成されたトナー像を加熱、定着する定着装置において、
加熱源を内部に配置した中空円筒形状の透光性を有する基体からなる定着ローラと、
駆動源の駆動により回転する駆動部材と、
前記定着ローラの一方の端部に配置され、前記定着ローラの一方の端部の外周を１周以上巻回する長さを備え、前記定着ローラの一方の端部の外周面と前記駆動部材の内周面を接続する駆動伝達部材とを有し、
前記駆動部材の回転により、前記定着ローラの円周方向において前記駆動伝達部材が重なるように前記定着ローラに前記駆動伝達部材を巻き付けることで、前記定着ローラを駆動回転させることを特徴とする定着装置。
前記透光性を有する基体が、耐熱ガラスから成る中空円筒体であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記透光性を有する基体が、耐熱性樹脂から成る中空円筒体であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記加熱源がハロゲンヒータであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の定着装置。
前記駆動伝達部材の一端が、前記定着ローラの一方の端部の外周面に係止されて巻回され、前記駆動伝達部材の他端が、前記駆動部材の内周面に係止されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の定着装置。
前記駆動伝達部材が、帯状をなすことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の定着装置。
前記駆動伝達部材が、金属線を束ねたもの、又は金属線を編んだものであることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
前記駆動伝達部材が、耐熱性樹脂繊維を束ねたもの、又は耐熱性樹脂繊維を編んだものであることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
前記駆動伝達部材が、前記定着ローラの一方の端部の外周面においてバネ性を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着装置。
前記駆動伝達部材が自由な状態に置かれたとき、前記駆動伝達部材は、前記定着ローラの一方の端部の外周面の曲率半径より大きな曲率半径を有することを特徴とする請求項９に記載の定着装置。
前記駆動伝達部材と前記定着ローラの外周面との間に、樹脂部材又はガラス繊維もしくは金属繊維部材を介在させることを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
前記請求項１〜１１の何れか１項に記載の定着ローラ、加圧ローラ、加熱源、駆動部材、駆動伝達部材から成る定着装置を備えた画像形成装置が、画像形成動作時には、駆動源に接続する前記駆動部材が前記駆動伝達部材を介して前記定着ローラを回転させ、画像形成動作中以外の時には、前記定着ローラを含む前記画像形成装置の駆動系により所定量逆回転させるか、前記駆動系の少なくとも一部の接続を切って、前記駆動伝達部材が前記定着ローラを圧迫する力を緩和することを特徴とする画像形成装置。