JP4732196B2

JP4732196B2 - ベルト定着器

Info

Publication number: JP4732196B2
Application number: JP2006057564A
Authority: JP
Inventors: 敏行浜田; 晃洋近藤; 天榮木
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-03-03
Also published as: JP2007233236A

Description

本発明は、例えば、複写機又はレーザープリンタ等の画像形成装置に用いられる定着ベルト方式の定着器に関するものである。

定着ローラ及び加圧ローラのニップ部に転写紙を通紙して、カラートナーを定着する定着装置においては、各色のトナーを融解混色し、定着ローラに巻き付くことなく排出する必要があるため、充分なニップ幅の確保が課題である。

そこで、定着ローラ及び加圧ローラの表面層を肉厚の弾性体で形成することによりニップ幅を得ていたが、定着ローラ内部のヒータにて、加熱した場合、芯金境界の弾性層が高温となり、弾性体の硬化劣化や液状化を引き起こし寿命が短くなっていた。

その対応として薄肉低熱容量の定着ベルトを熱源を内蔵した加熱ローラに巻き付けることで加熱し、加熱された定着ベルトは定着ローラと加圧ローラとの圧接によって形成されたニップ部で、転写紙上のトナーを加熱溶融させて定着するベルト定着器が提案されている。

しかしながら、このようなベルト定着器では、加熱ローラに内蔵したヒータによって定着ベルトを加熱しているため、ヒータからの熱が、加熱ローラ、定着ベルト裏面、定着ベルト表面の順に伝わり、定着ベルト表面が所望する温度に昇温されるまでに多くの時間を必要とし、定着装置のウォームアップに多くの時間がかかる問題があった。

そこで、ウォームアップ時間を短縮するために、特許文献１には、定着ローラと支持ローラとに張架された無端状の定着ベルトを介して定着ローラに加圧ローラを圧接させたものにおいて、定着ベルトと加圧ローラとのニップ部よりベルト走行方向の上流側の定着ベルト外周面に加熱ローラを接触配置することが提案されている。
特開２００５−９９１０４号公報（段落００３０、００３１、図２参照）

しかしながら、上記の特許文献１に提案された従来技術では、定着ベルト自体に負荷（テンション）が付与される構成であるため、定着ベルトの走行性に問題が生じ、別途対策部材を設けなければならず、コストアップとなる問題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、定着ベルト内部に配置した加熱手段の熱を効率よく定着ベルトと加圧ローラとのニップ部に伝えることで、ウォームアップ時間の短縮や定着ローラ温度の安定化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、定着ローラとヒータを内蔵する加熱ローラとに張架された無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内側に配置され前記定着ローラ表面と長手方向で接して加熱する加熱手段と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接する加圧ローラとを有し、前記定着ベルトと前記加圧ローラとのニップ部に定着トナー像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置において、前記加熱手段の中心は、前記定着ローラ及び前記加熱ローラの回転中心を結ぶ線で前記定着ベルトの内側を２分割した領域のうち定着ベルト回転方向の前記ニップ部よりも上流側となる領域に位置することを特徴とする。

そして、前記加熱手段外周の定着ベルトに近接する部位は、定着ベルト内面との隙間が５ｍｍ以下の位置にあることを特徴とする。

本発明によると、定着ベルトの内側でニップ部に近い位置で加熱ローラを加熱することにより、ニップ部での温度が上昇し、ウォームアップ時間の短縮や定着ローラ温度の安定化が図られる。特に、加熱手段外周の定着ベルトに近接する部位を、定着ベルト内面との隙間が５ｍｍ以下の位置に設定した場合には、定着ローラの加熱と同時に、定着ベルトの加熱を行うことができ、加熱効率が向上する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、画像形成装置のベルト定着器の概略構成を示す斜視図である。ベルト定着器は、概略、定着ベルト１、定着ローラ２、加圧ローラ３、加熱ローラ４及びサブ加熱ローラ１６にて構成されている。定着ローラ２及び加圧ローラ３は、搬送経路の途中に設けられている。加熱ローラ４は、定着ローラ２に対して略水平位置に平行に設けられている。定着ベルト１は、定着ローラ２及び加熱ローラ４に張り渡され、定着ローラ２によって実線矢印Ａ方向に周回駆動される。この定着ベルト１は４０μｍの厚さのニッケル薄板の無端ベルトであって、外周表面にシリコンゴム膜等のオフセット防止材がコーティングされたものである。

定着ローラ２に対向配置した加圧ローラ３は、定着ローラ２との間に転写紙Ｐを挟んで、転写紙Ｐを定着ベルト１の下部走行部に圧接（ニップ）する。定着ローラ２と加圧ローラ３は芯金の外周側にゴム表層を備えたゴムローラである。加熱ローラ４は、定着ベルト１にテンションを与えるものある。加熱ローラ４は、肉厚が軸方向で一定の円筒形をしたアルミ管でできており、両端に絞り加工によって軸部４ａ（図２参照）が形成されている。この加熱ローラ４の中空内に棒状のヒータランプ５が配置されている。このヒータランプ５が加熱ローラ４を介して定着ベルト１を加熱する。

また、定着ベルト１の内側で、定着ローラ２に対向配置されたサブ加熱ローラ１６は、定着ローラ２表面の定着ベルト１を介して加圧ローラ３が圧接するニップ部Ｎよりも回転方向上流側で定着ローラ２に圧接し、定着ローラ２の回転に従動して回転する。このサブ加熱ローラ１６の中空内に棒状のヒータランプ１８が配置されている。このヒータランプ１８がサブ加熱ローラ１６を介して定着ローラ２を加熱し、毎分４０枚以上の高速定着時の定着温度低下を防止する。

ここで、サブ加熱ローラ１６の回転中心は、定着ローラ２及び加熱ローラ３の回転中心を結ぶ線で定着ベルト１の内部空間（以下、「ベルト内空間」と称する）１０を２分割した領域１０１，１０２のうち定着ベルト回転方向Ａのニップ部Ｎよりも上流側となる領域１０１に位置している。これにより、定着ベルト１の内側でニップ部Ｎに近い位置で加熱ローラ２を加熱することになり、ニップ部Ｎでの温度が上昇し、ウォームアップ時間の短縮や定着ローラ温度の安定化が図られる。特に、サブ加熱ローラ１６外周の定着ベルト１に近接する部位を、定着ベルト１内面との隙間ｄが５ｍｍ以下の位置に設定した場合には、定着ローラ２の加熱と同時に、定着ベルト１の加熱を行うことができ、加熱効率が向上する。

定着ベルト１の周囲には定着前ガイド３１、定着後ガイド３２及び一対の搬送ローラ３３ａ，３３ｂが配設されている。定着前ガイド３１は感光体ドラム（図示せず）を含む画像形成部から搬送されてきた転写紙Ｐをベルト定着器の方へ、すなわち矢印Ｂ方向へ搬送するためのものである。転写紙Ｐは定着ベルト１に圧接されて加熱され、転写紙Ｐに転写されているトナー像Ｔが定着される。定着後ガイド３２及び搬送ローラ３３ａ，３３ｂは、定着工程が終了した転写紙Ｐを画像形成装置外に設けられたトレイに排出するためのものである。

次に、本発明の実施の形態に係るベルト定着器のより詳細な構成について図２〜図４を参照して説明する。図２は、ベルト定着器の加熱手段を取り外して示す斜視図であり、図３は、ベルト定着器の側面図であり、図４は、ベルト定着器の定着ローラ及び加熱ローラのローラ軸を通る断面図である。

定着ローラ２及び加熱ローラ４は、各ローラ両端の軸部２ａ及び４ａがそれぞれベアリング８及び９によって対向配置される定着器側板６，７に回転自在に支持されている。なお、ベルト定着器が定着ユニットとして一体化される場合には、定着器側板６，７は定着ユニットケーシングの側面部に相当することになる。

定着器側板６及び７には、上半分の略中央部に矩形の窓６ａ及び７ａが開口形成されている。この窓６ａ及び７ａから、ベルト内空間１０が外部に臨んでいる。ベルト内空間１０は、ローラ軸方向に延びて定着ベルト１の両側縁を縁取る平面に開放した空洞である。

サブ加熱ローラ１６は、板状のヒータランプ保持部材１２の両端部内面に対向固定されたサブ加熱ローラ支持板１４，１５にベアリング１７によって支持されている。サブ加熱ローラ１６の中空に配置されるヒータランプ１８は、ヒータランプ保持部材１２の両端に腕状に突出するヒータ支持部１２ａに支持されている。これにより、ヒータユニット１１が構成される。

ここで、サブ加熱ローラ支持板１４，１５間の間隔は定着器側板６，７間の間隔より長くなるように設定されている。また、図５に示すように、サブ加熱ローラ支持板１４，１５の面積Ｓ２は、ベルト内空間１０の領域面積（断面積）Ｓ１より小さくなるように設定されている。よって、ベルト定着器が組み上がった状態で、ヒータユニット１１を長手方向に一方の定着器側板６の窓６ａからベルト内空間１０の内部に挿入し、他方の側板７の窓７ａへと挿通させることができる。なお、サブ加熱ローラ支持板１４，１５は、ヒータランプ保持部材１２と一体に形成されていても構わない。

ヒータランプ保持部材１２には、定着ローラ２の表面温度を検出するサーミスタ１９及び或る一定温度でヒータを断線させる過昇温防止のためのサーモカット２０が設けられている。

次に、ヒータユニット１１のベルト定着器への着脱構造について図２を参照して説明する。定着器側板６，７にはそれぞれ、外側に突き出た定着ローラ２の各軸部２ａの上方の位置に各ヒータユニット取付部材２１及び２２を取り付けるためのビス穴６ｂ，７ｂが設けられ、定着器側板６，７の外面には、外側に突き出た定着ローラ２の各軸部２ａの下方の位置に引っ張りバネ２５の一方のフックを引っ掛けるためのバネ掛け部（定着器側板６のバネ掛け部６ｃのみを図示）が突設されている。

ヒータユニット取付部材２１及び２２はそれぞれ、定着器側板６及び７へ取り付けるための各取付け部２１ａ及び２２ａと、ヒータユニット１１を支持するための各支持部２１ｂ及び２２ｂとが互いに逆向きとなるようにＬ字に繋がった形状の屈折板であり、各取付け部２１ａ及び２２ａにはビス穴２１ｃ及び２２ｃがそれぞれ設けられ、各支持部２１ｂ及び２２ｂの内面には支点２１ｄ及び２２ｄがそれぞれ突設されている。そして、これらヒータユニット取付部材２１及び２２は、各支点２１ｄ及び２２ｄがベルト内空間１０上部のローラ軸方向の延長上に位置するように、各ビス穴２１ｃ及び２２ｃでビス２３及び２４を用いて定着器側板６及び７の各ビス穴６ｂ及び７ｂに対して取り付けられる。

また、各サブ加熱ローラ支持板１４，１５の上部にはそれぞれ、ヒータユニット取付部材２１及び２２の各支点２１ｄ及び２２ｄを挿入するための支点穴１４ａ，１５ａが設けられ、サブ加熱ローラ支持板１４，１５の下側頂点部にはそれぞれ、各引っ張りバネ２５及び２６の他方のフックを引っ掛けるためのバネ掛け穴（サブ加熱ローラ支持板１４のバネ掛け穴１４ｂのみを図２に図示）が設けられている。

次に、ヒータユニット１１のベルト定着器への取り付け手順について図２を参照して説明する。まず、一点鎖線矢印Ｂのように、ベルト定着器が組み上がった状態で、ヒータユニット１１を長手方向に定着器側板６の窓６ａからベルト内空間１０の内部に挿入し、定着器側板７の窓７ａへと挿通させ、各サブ加熱ローラ支持板１４及び１５が各窓６ａ及び７ａからベルト定着器の外部へ露出した状態で保持する。そして、一点鎖線矢印Ｃにように、ヒータユニット取付部材２１及び２２の各支点２１ｄ及び２２ｄを、サブ加熱ローラ支持板１４及び１５の各支点穴１４ａ及び１５ａに挿入するとともに、一点鎖線矢印Ｄにように、ヒータユニット取付部材２１及び２２の各ビス穴２１ｃ及び２２ｃと定着器側板６及び７の各ビス穴６ｂ及び７ｂとをビス２３及び２４を用いて締結する。これにより、ヒータユニット１１は、サブ加熱ローラ支持板１４，１５の支点穴１４ａ，１５ａを中心に揺動可能にベルト定着器に取り付けられる。最後に、各引っ張りバネ２５及び２６のフックを、定着器側板６及び７の各バネ掛け部（定着器側板６のバネ掛け部６ｃのみを図示）とサブ加熱ローラ支持板１４，１５の各バネ掛け穴（サブ加熱ローラ支持板１４のバネ掛け穴１４ｂのみを図示）とに引っ掛けて、引っ張りバネ２５及び２６の付勢力によってサブ加熱ローラ１６を定着ローラ２の表面に圧接させる。ヒータユニット１１をベルト定着器から取り外す際もこれと逆の手順で容易に行うことができる。

このように本実施の形態では、定着ベルト１内部で定着ローラ２を加熱する加熱ローラ４を備えたヒータユニット１１をベルト定着器が組み上がった状態で外部より着脱可能としたことにより、例えば、このヒータユニット１１を３０枚機で開発されたベルト定着器に追加することにより、４０枚機、さらに加熱手段の付勢力を上げて５０枚機に簡単に性能アップができるため、同一筐体でラインアップされた性能の異なる複数の機種に対してベルト定着器の共通化が省スペース、かつ、低コストに実現可能となる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の変更を加えて実施することが可能である。上記の実施形態では、定着ローラ表面と長手方向で接して加熱する加熱手段として、ヒータランプを内蔵したサブ加熱ローラを例にして説明したが、図６や図７に示すうように、ベルト内空間１０に挿通して配置した１つ又は２つ以上の面状発熱体２７を上記と同様の支持板に支持して上記と同様の付勢手段によって定着ローラ２表面と長手方向で接触させる構成としても構わない。また、図８及び図９に示すように、薄いフィルム状の面状発熱体２８を鋭角に２つ折りにし、一方の折曲げ部が定着ローラ２の表面に接線方向で接して他方の折曲げ部が定着ベルト１と平行になるように配置してもよい。この場合、定着ベルト１と平行となる他方の折曲げ部を、定着ベルト１内面との隙間ｄが５ｍｍ以下となる位置に配置すると、定着ローラ２の加熱と同時に、広い面積で定着ベルト１の加熱を行うことができ、加熱効率が向上する。また、本発明は、図１０に示すように、加圧ローラ３が、定着ローラ２との間に転写紙Ｐを挟んで、転写紙Ｐを定着ベルト１の定着ローラ２及び加熱ローラ３の回転中心を結ぶ線と交差する位置に圧接（ニップ）する場合にも適用が可能である。

本発明は、例えば、複写機やレーザープリンタ等の画像形成装置に利用することができる。

は、本発明の実施の形態に係るベルト定着器周辺の概略構成を示す断面図である。は、このベルト定着器の加熱手段を取り外して示す斜視図である。は、このベルト定着器の側面図である。は、このベルト定着器の定着ローラ及び加熱ローラのローラ軸を通る断面図である。は、定着ローラの加熱手段の支持板面積と定着ローラ及び加圧ローラのローラ間の定着ベルトで囲まれた空間断面積との関係を示すベルト定着器の断面図である。は、定着ローラの加熱手段として面状発熱体を１つ設けた例を示すベルト定着器の断面図である。は、定着ローラの加熱手段として面状発熱体を２つ設けた例を示すベルト定着器の断面図である。は、定着ローラの加熱手段として２つ折りにした面状発熱体を設けた例を示すベルト定着器の断面図である。は、上記二つ折りにした面状発熱体の側断面図である。は、本発明の他の実施の形態に係るベルト定着器周辺の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１定着ベルト
２定着ローラ
２ａ軸部
３加圧ローラ
４加熱ローラ
４ａ軸部
５ヒータランプ
６，７定着器側板
６ａ，７ａ窓
６ｂ，７ｂビス穴
６ｃバネ掛け部
８ベアリング
１０ベルト内空間
１０１定着ローラ及び加熱ローラの回転中心を結ぶ線でベルト内空間を２分割した領域のうち定着ベルト回転方向のニップ部よりも上流側となる領域
１０２定着ローラ及び加熱ローラの回転中心を結ぶ線でベルト内空間を２分割した領域のうち定着ベルト回転方向のニップ部よりも下流側となる領域
１１ヒータユニット
１２ヒータランプ保持部材
１２ａヒータ支持部
１４，１５サブ加熱ローラ支持板
１４ａ，１５ａ支点穴
１４ｂバネ掛け穴
１６サブ加熱ローラ
１７ベアリング
１８ヒータランプ
１９サーミスタ
２０サーモカット
２１，２２ヒータユニット取付部材
２１ａ，２２ａ取付け部
２１ｂ，２２ｂ支持部
２１ｃ，２２ｃビス穴
２１ｄ，２２ｄ支点
２３，２４ビス
２５，２６バネ
２７面状発熱体
２８２つ折りにしたフィルム状の面状発熱体
３１定着前ガイド
３２定着後ガイド
３３ａ，３３ｂ搬送ローラ
Ｐ転写紙（記録材）
Ｔトナー像
Ｎニップ部

Claims

定着ローラとヒータを内蔵する加熱ローラとに張架された無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内側に配置され前記定着ローラ表面と長手方向で接して加熱する加熱手段と、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに圧接する加圧ローラとを有し、前記定着ベルトと前記加圧ローラとのニップ部に定着トナー像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置において、前記加熱手段の中心は、前記定着ローラ及び前記加熱ローラの回転中心を結ぶ線で前記定着ベルトの内側を２分割した領域のうち定着ベルト回転方向の前記ニップ部よりも上流側となる領域に位置することを特徴とするベルト定着器。
前記加熱手段外周の定着ベルトに近接する部位は、定着ベルト内面との隙間が５ｍｍ以下の位置にあることを特徴とする請求項１に記載のベルト定着器。