JP4634845B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に装着されて、用紙上の未定着トナーを用紙に溶融定着させる定着装置に関する。

定着ローラを内部からではなく、外部から加熱するよう構成された定着装置はすでに知られている。この種の定着装置の一つの典型例は、定着ローラと、定着ローラに圧接された圧ローラと、定着ローラに圧接されかつ加熱手段を内蔵した複数の熱ローラとを備えている（特許文献１参照）。定着ローラは、鉄製の中空管からなる心金と、心金の周囲を被覆するシリコンゴムから構成されている。また熱ローラの各々は、表面をフッ素樹脂でコーティングしたアルミニウム製の中空管から構成されている。

上記定着装置は、定着ローラの表面を直接加熱するので、定着ローラの昇温時間を短縮でき、したがってウォームアップ時間を短縮できる。しかしながら、複数の熱ローラによる定着ローラへの熱の供給は、熱ローラの各々と定着ローラとの間のわずかなニップ幅に限定されるので、熱の供給量が制限される。その結果、定着ローラの昇温時間を更に短縮したい場合には、該ニップ幅を広げる必要があるが、該ニップ幅を広げた場合には、定着ローラに対する局部的な負荷が増加するので、定着ローラの駆動トルクが増加し、駆動系を強化する必要が生ずる。また、定着ローラのシリコンゴムの損傷を早めて耐久性を損なうおそれがある。

上記技術的課題を解決するための定着装置は、本出願人である京セラミタ株式会社により既に提案されている（例えば、特願２００３−４００２４７明細書参照）。この定着装置は、相互に間隔を置いて配置された複数のベルト支持ローラと、ベルト支持ローラの各々間に巻き掛けられた無端ベルトとを備えている。無端ベルトの外周面の一部領域は定着ローラの外周面の一部領域に圧接され、少なくとも1個のベルト支持ローラは、加熱手段が内蔵されたヒートローラから構成されている。この定着装置によれば、定着ローラに対する局部的な負荷を増加することなく、しかも定着ローラの耐久性を損なうことなく、定着ローラの昇温時間を短縮してウォームアップ時間を短縮することを可能にする、との優れた効果が得られる。しかしながら、ヒートローラに対し、定着ローラの下流側に配設されたベルト支持ローラは、一対の側壁に回転自在に支持され、しかも、該ベルト支持ローラの周速は、無端ベルトの周速と等速となるよう構成されている。このため、無端ベルトにたるみが生じ、定着ローラへの熱の供給が不安定となるおそれがある。
特開平１１−０８４９３４

本発明の目的は、無端ベルトのたるみを効果的に防止しかつ、定着ローラへの熱の供給を安定して行うことを可能にする、新規な定着装置を提供することである。

本発明によれば、
定着ローラと、定着ローラに圧接された圧ローラとを備えた定着装置において、
相互に間隔を置いて配置された複数のベルト支持ローラと、ベルト支持ローラの各々間に巻き掛けられた無端ベルトとを備え、１個のベルト支持ローラは、定着ローラに対し無端ベルトを介して圧接されかつ定着ローラにより従動回転させられると共に、加熱手段により加熱されるヒートローラから構成され、他の１個のベルト支持ローラは、定着ローラの外周面の、ヒートローラとのニップ位置よりも下流側の位置における外側に配置され、定着ローラと該他のベルト支持ローラにおける、無端ベルトの幅方向両外側位置には、それぞれ、相互に圧接されて相対回転しうる圧接部が一体に配設され、無端ベルトに張力を付与しかつ該他のベルト支持ローラの圧接部の各々をそれぞれ定着ローラの圧接部の各々に圧接させる付勢手段が配設され、ヒートローラと該他のベルト支持ローラとの間における無端ベルトの外周面の一部領域は、定着ローラの外周面の一部領域に圧接され、該他のベルト支持ローラの周速が無端ベルトの周速よりも速くなるよう構成されている、
ことを特徴とする定着装置、が提供される。
該他のベルト支持ローラの周速が無端ベルトの周速よりも速くなるよう、定着ローラ、ヒートローラ、該他のベルト支持ローラ、定着ローラの圧接部の各々及び該他のベルト支持ローラの圧接部の各々における直径が規定される、ことが好ましい。
ヒートローラの直径は定着ローラの直径よりも小さく、該他のベルト支持ローラの直径はヒートローラの直径よりも小さく、定着ローラの圧接部の直径は定着ローラの直径よりも大きく、該他のベルト支持ローラの圧接部の各々における直径は該他のベルト支持ローラの直径よりも小さいか又は同じである、ことが好ましい。
一対の側壁が備えられ、定着ローラ及びヒートローラの各々における軸の両端部は、側壁の各々間に軸受を介して回転自在に支持され、付勢手段は、一端部が、それぞれ、ヒートローラと該他のベルト支持ローラとの間の位置において同軸上に配置された軸を介して側壁の各々に回動可能に支持された可動フレームと、可動フレームの各々に沿ってスライド可能に支持された可動軸受と、可動フレームの各々と、対応する可動軸受との間に配設されて可動軸受を、対応する可動フレームの他端方向に付勢する張力付与ばね部材と、可動フレームの各々における他端部と、対応する側壁との間に配設されて可動フレームの各々の他端部を定着ローラに向けて付勢する圧接力付与ばね部材とを備え、該他のベルト支持ローラの軸の両端部が、それぞれ、対応する可動軸受に回転自在に支持されて、該他のベルト支持ローラは張力付与ばね部材の各々によりヒートローラに対し離隔する方向に付勢されて無端ベルトに張力が付与され、該他のベルト支持ローラの圧接部の各々は、圧接力付与ばね部材の各々によりそれぞれ定着ローラの圧接部の各々に対し圧接させられる、ことが好ましい。
定着ローラの圧接部の各々は、定着ローラの軸の両端部に一体回転しうるよう配設された大径部から構成され、該他のベルト支持ローラの圧接部の各々は、該他のベルト支持ローラの軸の両端部に一体回転しうるよう配設されたコロから構成される、ことが好ましい。

以下、本発明に従って構成された定着装置の好適な実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２を参照して、本発明による定着装置は、定着ローラ２と、定着ローラ２に対し下方から圧接された圧ローラ４と、相互に間隔を置いて配置された複数のベルト支持ローラ、実施形態においては２個のベルト支持ローラ６及び８と、ベルト支持ローラ６及び８の各々間に巻き掛けられた無端ベルト１０とを備えている。1個のベルト支持ローラ６は、定着ローラ２に対し無端ベルト１０を介して圧接されかつ、定着ローラ２により従動回転させられると共に、加熱手段であるハロゲンヒータＨにより加熱されるヒートローラから構成されている。以下、ベルト支持ローラ６をヒートローラ６と称する。他のベルト支持ローラ８は、定着ローラ２の外周面の、ヒートローラ６とのニップ位置６Ｎよりも下流側の位置における外側に配置されている。以下、他のベルト支持ローラ８を、単に、ベルト支持ローラ８と称する。

無端ベルト１０の幅方向両外側位置（図２において左右方向両外側位置）における、定着ローラ２とベルト支持ローラ８には、それぞれ、相互に圧接されて相対回転しうる圧接部１２及び圧接部１４（いずれも円形外周面を有する）がそれぞれ一体に配設されている。定着ローラ２の圧接部１２の各々は、定着ローラ２の軸１６の両端部に一体回転しうるよう配設された大径部から構成され、ベルト支持ローラ８の圧接部１４の各々は、ベルト支持ローラ８の軸１８の両端部に一体回転しうるよう配設されたコロから構成される。更に具体的に説明すると、定着ローラ２の圧接部１２の各々は、定着ローラ２の両端部に配置されかつ、定着ローラ２及び軸１６と共に一体回転しうるよう軸１６に配設された、相互に同径の大径部から構成されている。また、ベルト支持ローラ８の圧接部１４の各々は、ベルト支持ローラ８の両端部に配置されかつ、ベルト支持ローラ８及び軸１８と共に一体回転しうるよう軸１８に配設された、相互に同径のコロから構成されている。図２において、符号Ｗは、無端ベルト１０における、通紙領域に相当する幅を示している。

定着装置は、図２において左右に間隔をおいて配置された一対の側壁２０を含む図示しないハウジングを備えている。定着ローラ２の軸１６及びヒートローラ６の軸２４の各々における両端部は、それぞれ、側壁２０の各々に軸受２６及び２８を介して回転自在に支持されている。定着ローラ２の軸１６の一端部には、ギヤ２９が一体回転しうるよう配設され、ギヤ２９は、駆動源である電動モータに動力伝達機構を介して駆動結合されている（いずれも図示せず）。

図１〜図４を参照して、定着装置には、ベルト支持ローラ８に対し、無端ベルト１０に張力を付与しかつベルト支持ローラ８の圧接部１４を定着ローラ２の圧接部１２に圧接させる付勢手段３０が配設されている。付勢手段３０によって、ヒートローラ６とベルト支持ローラ８との間における無端ベルト１０の外周面の一部領域は、定着ローラ２の外周面の一部領域に圧接される。

図３及び図４に示されているように、付勢手段３０は、それぞれ一対の、可動フレーム３２と、可動軸受３４と、張力付与ばね部材である圧縮コイルばね３６と、圧接力付与ばね部材である圧縮コイルばね３８とを備えている。可動フレーム３２の各々は、側壁２０の各々の内側において、一端部（図３及び図４において左端部）が、それぞれ、ヒートローラ６とベルト支持ローラ８との間の位置において同軸上に配置された軸４０を介して、側壁２０の各々に回動可能に支持されると共に、定着ローラ２に対しほぼ接線方向にかつ、対応する側壁２０に沿ってヒートローラ６から離隔する方向に延在する。

更に具体的に説明すると、可動フレーム３２の各々は、板金により形成され、ほぼ矩形状の本体部４２と、本体部４２の上端から直角に折り曲げられた上壁部４４と、上壁部４４の一端部における先端から直角に折り曲げられて、本体部４２に対し間隔をおいて平行に対向するフランジ部４６とを備えている。可動フレーム３２の各々は、本体部４２及びフランジ部４６の一端部が軸４０を介して、対応する側壁２０に回動可能に支持される。本体部４２の各々は、対応する側壁２０に対し間隔をおいて平行に、該接線方向に細長く延在する。可動フレーム３２の各々の本体部４２には矩形状の支持穴４８が本体部４２の長手方向（図３及び図４において左右方向）に延在するよう形成されている。

可動フレーム３２の各々の支持穴４８には、可動軸受３４が本体部４２の長手方向にスライド可能に支持される。可動軸受３４の各々は、本体部４２の他端方向（図３及び図４において右端方向）に開放されたＵ形状をなし、その上下端に形成された図示しない被ガイド溝が、対応する支持穴４８の上縁及び下縁に嵌合させられることにより、スライド可能に支持される。ベルト支持ローラ８における軸１８の両端部が、それぞれ、対応する可動軸受３４のＵ形状部に回転自在に支持される。可動フレーム３２の各々の支持穴４８の一端縁（図３において左端縁）と、可動軸受３４におけるＵ形状の底部側の背面（図３において左端面）との間には、圧縮コイルばね３６が配設されている。可動軸受３４の各々は、圧縮コイルばね３６によって、対応する可動フレーム３２の他端方向に付勢される（図３における矢印Ａ参照）。この構成により、ベルト支持ローラ８は圧縮コイルばね３６の各々によりヒートローラ６に対し離隔する方向に付勢されて、無端ベルト１０に張力が付与される。

圧縮コイルばね３８の各々は、対応する可動フレーム３２の他端部における上壁部４４の上面と、対応する側壁２０との間に配設されて、可動フレーム３２の各々の他端部を、軸４０まわりに図３において時計方向に回動するよう、定着ローラ２に向けて付勢する（図３における矢印Ｂ参照）。なお、側壁２０の各々には、圧縮コイルばね３８の各々及び可動フレーム３２の他端部における上壁部４４の一部領域を受け入れるための貫通穴（不図示）が形成されている。このような構成により、ベルト支持ローラ８の圧接部１４の各々は、圧縮コイルばね３８の各々により、定着ローラ２の圧接部１２の各々に対し、それぞれ圧接させられる。

図１及び図２を参照して、本発明による上記定着装置においては、ベルト支持ローラ８の周速が無端ベルト１０の周速よりも速くなるよう構成されている。更に具体的には、ベルト支持ローラ８の周速が無端ベルト１０の周速よりも速くなるよう、定着ローラ２、ヒートローラ６、他のベルト支持ローラ８、定着ローラ２の圧接部１２の各々及び他のベルト支持ローラ８の圧接部１４（コロ１４）の各々における直径が規定される。

図示の実施形態において、ヒートローラ６の直径は、定着ローラ２の直径よりも小さい。ベルト支持ローラ８の直径は、ヒートローラ６の直径よりも小さい。定着ローラ２の圧接部１２の各々の直径は、定着ローラ２の直径よりも大きい。また、ベルト支持ローラ８の圧接部１４（コロ１４）の各々における直径は、ベルト支持ローラ８の直径よりも小さいか又は同じである（実施形態においては小さい）。

定着ローラ２が図示しない電動モータにより図１において時計方向に回転駆動されると、圧ローラ４は反時計方向に従動させられる。同時にヒートローラ６は、無端ベルト１０を介して定着ローラ２によって図１において反時計方向に従動回転させられる。その結果、無端ベルト１０は、同じ反時計方向に従動回転させられる。ベルト支持ローラ８は、ベルト支持ローラ８の圧接部１４の各々が、それぞれ定着ローラ２の圧接部１２の各々に圧接させられているので、定着ローラ２の圧接部１２の各々からベルト支持ローラ８の圧接部１４の各々を介して駆動（従動）させられる。ハロゲンヒータＨが通電され、発熱が開始されると、ハロゲンヒータＨによる熱は、ヒートローラ６及び無端ベルト１０の両方から定着ローラ２に伝達され、定着ローラ２の昇温が開始される。定着ローラ２に伝達された熱は圧ローラ４にも伝達される。定着ローラ２の表面温度が常温から所定の温度に達した後、片面（上面）にトナーが転写された図示しない用紙が図１において右から左に向かってほぼ水平に搬送され、定着ローラ２及び圧ローラ４のニップ部を通過すると、用紙の片面に転写された未定着トナーは、定着ローラ２によって用紙の片面に溶融定着される。

本発明による上記定着装置によれば、無端ベルト１０は、ヒートローラ６を介して定着ローラ２により回転駆動力を付与され、ヒートローラ６と定着ローラ２との直径比によって規定される周速をもって回転駆動させられる。ベルト支持ローラ８は、付勢手段３０の圧縮コイルばね３６の各々によりヒートローラ６に対し離隔する方向に付勢され、しかも、付勢手段３０の圧縮コイルばね３８の各々により、ベルト支持ローラ８の圧接部１４の各々が、それぞれ定着ローラ２の圧接部１２の各々に圧接させられると共に、ベルト支持ローラ８の周速が無端ベルト１０の周速よりも速くなるよう構成されている。その結果、無端ベルト１０に張力が常時付与されて、たるみが効果的に防止されると共に、無端ベルト１０の蛇行が防止され、走行性が安定する。無端ベルト１０の走行性の安定化により、定着ローラ２への熱の供給が安定して行われる。ベルト支持ローラ８の周速と無端ベルト１０の周速との差は、ベルト支持ローラ８と無端ベルト１０との間の滑りにより吸収される。ベルト支持ローラ８と無端ベルト１０との間の滑りは、無端ベルト１０に常時安定した張力を付与して、たるみを効果的に防止することに寄与する。

上記実施形態において、可動フレーム３２の各々は、定着ローラ２に対しほぼ接線方向に直線状に延在するよう構成されているが、定着ローラ２の外周面に沿ってほぼ円弧状に延在する他の実施形態もある。また、付勢手段は、可動フレーム３２の各々において、無端ベルト１０に張力を付与するための圧縮コイルばね３６と、ベルト支持ローラ８の圧接部１４の各々を、それぞれ定着ローラ２の圧接部１２の各々に圧接させるための圧縮コイルばね３８とを備えているが、これらを、可動フレーム３２の各々において、１個の圧縮コイルばねを、そのばね力が可動軸受３４に作用するよう配設して、その合力により、無端ベルト１０に張力を付与しかつ、ベルト支持ローラ８の圧接部１４の各々を、それぞれ定着ローラ２の圧接部１２の各々に圧接させる、他の実施形態もある。なお、いずれの実施形態においても、圧縮コイルばねに代えて引張コイルばねを使用する他の実施形態もある。

本発明に従って構成された定着装置の実施形態を示す構成概略図であって、付勢手段を省略して示す構成概略図である。 図１に示す定着装置を展開して示す構成概略図である。 図１に示す定着装置において省略された付勢手段を付加して示す構成概略図である。 図３に示す定着装置の平面図である。

符号の説明

２：定着ローラ
４：圧ローラ
６：ヒートローラ（ベルト支持ローラ）
８：他のベルト支持ローラ
１０：無端ベルト
１２：定着ローラの圧接部
１４：他のベルト支持ローラの圧接部
１８：他のベルト支持ローラの軸
２０：側壁
３０：付勢手段
３２：可動フレーム
３４：可動軸受
３６：張力付与ばね部材（圧縮コイルばね）
３８：圧接力付与ばね部材（圧縮コイルばね）
４０:軸

Claims (5)

1. 定着ローラと、定着ローラに圧接された圧ローラとを備えた定着装置において、
   相互に間隔を置いて配置された複数のベルト支持ローラと、ベルト支持ローラの各々間に巻き掛けられた無端ベルトとを備え、１個のベルト支持ローラは、定着ローラに対し無端ベルトを介して圧接されかつ定着ローラにより従動回転させられると共に、加熱手段により加熱されるヒートローラから構成され、他の１個のベルト支持ローラは、定着ローラの外周面の、ヒートローラとのニップ位置よりも下流側の位置における外側に配置され、定着ローラと該他のベルト支持ローラにおける、無端ベルトの幅方向両外側位置には、それぞれ、相互に圧接されて相対回転しうる圧接部が一体に配設され、無端ベルトに張力を付与しかつ該他のベルト支持ローラの圧接部の各々をそれぞれ定着ローラの圧接部の各々に圧接させる付勢手段が配設され、ヒートローラと該他のベルト支持ローラとの間における無端ベルトの外周面の一部領域は、定着ローラの外周面の一部領域に圧接され、該他のベルト支持ローラの周速が無端ベルトの周速よりも速くなるよう構成されている、
   ことを特徴とする定着装置。
2. 該他のベルト支持ローラの周速が無端ベルトの周速よりも速くなるよう、定着ローラ、ヒートローラ、該他のベルト支持ローラ、定着ローラの圧接部の各々及び該他のベルト支持ローラの圧接部の各々における直径が規定される、請求項１記載の定着装置。
3. ヒートローラの直径は定着ローラの直径よりも小さく、該他のベルト支持ローラの直径はヒートローラの直径よりも小さく、定着ローラの圧接部の直径は定着ローラの直径よりも大きく、該他のベルト支持ローラの圧接部の各々における直径は該他のベルト支持ローラの直径よりも小さいか又は同じである、請求項２記載の定着装置。
4. 一対の側壁が備えられ、定着ローラ及びヒートローラの各々における軸の両端部は、側壁の各々間に軸受を介して回転自在に支持され、付勢手段は、一端部が、それぞれ、ヒートローラと該他のベルト支持ローラとの間の位置において同軸上に配置された軸を介して側壁の各々に回動可能に支持された可動フレームと、可動フレームの各々に沿ってスライド可能に支持された可動軸受と、可動フレームの各々と、対応する可動軸受との間に配設されて可動軸受を、対応する可動フレームの他端方向に付勢する張力付与ばね部材と、可動フレームの各々における他端部と、対応する側壁との間に配設されて可動フレームの各々の他端部を定着ローラに向けて付勢する圧接力付与ばね部材とを備え、該他のベルト支持ローラの軸の両端部が、それぞれ、対応する可動軸受に回転自在に支持されて、該他のベルト支持ローラは張力付与ばね部材の各々によりヒートローラに対し離隔する方向に付勢されて無端ベルトに張力が付与され、該他のベルト支持ローラの圧接部の各々は、圧接力付与ばね部材の各々によりそれぞれ定着ローラの圧接部の各々に対し圧接させられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 定着ローラの圧接部の各々は、定着ローラの軸の両端部に一体回転しうるよう配設された大径部から構成され、該他のベルト支持ローラの圧接部の各々は、該他のベルト支持ローラの軸の両端部に一体回転しうるよう配設されたコロから構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。

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