JP4745792B2

JP4745792B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4745792B2
Application number: JP2005317222A
Authority: JP
Inventors: 大介青木; 聡西田; 正夫天野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: US20070098465A1; JP2007121932A; US7519320B2

Description

本発明は、被記録材上に形成担持させたトナー画像を加熱定着させる定着装置に関し、この定着装置は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に適用することができる。

電子写真プロセス、静電記録プロセス等の画像形成装置において、転写方式或いは直接方式で被記録材（転写紙、印字用紙、感光紙，静電記録紙など）に形成担持させた未定着のトナー画像を加熱定着させる定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式など各種の方式・構成の装置が知られている。

また、被記録材のトナー画像面に接してトナー画像を加熱定着させる定着手段としての定着ローラに、弾性層を具備させた弾性表面ローラにしたものが知られている。さらに、この定着ローラを加熱する方式として、直接定着ローラに加熱手段を接触し加熱を行う方式が知られている（例えば特許文献１参照）。

ここで、加熱手段を定着ローラに加圧する方式としては、定着ローラ中心に向かい垂直方向に加熱手段のガイドを設置し、また、バネなどの加圧部材により加圧する方式が一般的に採用されている。
特開２００２−２３６４２６号公報

しかしながら、上記従来例のように、定着ローラ中心に向かい垂直方向に加熱手段のガイドを設置することには不具合がある。図４及び図５に従来の定着装置の一例を示す。

図４は、定着装置において定着ローラ１０１に駆動がかかっていない状態を示し、図５は、定着ローラ１０１に駆動がかかった状態を示す。

定着ローラ１０１は、装置本体に回転自在に支持され、図示しない駆動源の駆動力により回転可能である。また、装置本体に回転自在かつ上下動可能に支持された加圧手段としての加圧ローラ１０２は、加圧バネ１０６により定着ローラ１０１に加圧当接している。

一方、加熱手段であるヒータ１０３は、壁１０７に対し上下動可能なヒータホルダ１０４に、例えば接着保持され、ヒータバネ１０５によりヒータホルダ１０４を介して定着ローラ１０１に加圧当接している。ヒータホルダ１０４は、上下動を行うため、ヒータホルダ１０４と壁１０７の間には必ず隙間Ｇが存在する。

ここで、図５に示すように、定着ローラ１０１が図中Ａ方向に回転すると、ヒータ１０３は、図中Ｘ方向に摩擦力を受け、図５に示すように、ヒータホルダ１０４自体が傾く。これにより、ヒータ１０３と定着ローラ１０１とのニップ幅（Ｘ）が幅（Ｘ−α）へと減少し、定着ローラ１０１にヒータの熱が伝わりにくくなる。

さらに、ヒータホルダ１０４が傾くことにより、ヒータホルダ１０４と壁１０７との間に摩擦抵抗が発生するため、ヒータ１０３と定着ローラ１０１との当接圧がＦ−βとなり、当接圧が減少し定着ローラ１０１にヒータ１０３の熱が伝わりにくくなる。しかも、このβの値を求めることは困難である。

通常、定着ローラ１０１が回転していない状態（図４の状態）において、定着ローラ１０１とヒータ１０３のニップ幅（Ｘ）を規定し、また、その状態でのニップ圧を規定する。そして、その状態においての加熱量等を決めているため、上述したように想定以下の伝熱ではヒータを想定時間以上作動させる必要がある。

さらには、常にヒータ１０３を作動させていても定着ローラ１０１が被記録材に形成担持された未定着トナーを被記録材に定着させるだけの温度に上昇しないこともある。

このように、ヒータ１０３の熱が定着ローラ１０１に想定通り伝わらないために、定着ローラ１０１の温度が十分上昇せず、トナーを確実に定着させることができなくなる。

そこで、本発明の目的は、加熱手段が定着手段の摩擦力を受けても定着手段に確実に当接し、当接圧も常に一定に保つことができ、安定してトナーを被記録材に定着できる定着装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る定着装置にて達成される。要約すれば、本発明によると、定着ローラと、前記定着ローラに圧接する加熱手段と、前記加熱手段を保持する保持手段と、前記定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する加圧手段と、を有し、前記加熱手段は前記定着ローラと共に回転することなく前記定着ローラと摺動し、被記録材が前記定着ニップ部で挟持搬送され被記録材上の未定着トナー像を被記録材に加熱定着する定着装置において、
前記保持手段は、回動軸を中心に回動可能に構成され、前記回動軸は、前記加熱手段の前記定着ローラの回転方向の上流側又は下流側にあり、前記回動軸の軸方向は、前記定着ローラの軸方向と平行であり、前記加熱手段は前記回動軸を中心に回動して前記定着ローラに圧接していることを特徴とする定着装置が提供される。

本発明によれば、定着手段と加熱手段が常に一定の圧接力、ニップ幅、で当接することができ、定着手段の温度が安定しているため、未定着画像を被記録材に確実に加熱定着させることができる。

以下、本発明に係る定着装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１は、本発明の一実施例である定着装置を備えた画像形成装置の一例であるレーザービームプリンタの概略構成を示す断面図である。

図１にて、本実施例のレーザービームプリンタとされる画像形成装置１は、被記録材であるシートＰを積載収納するシートカセット４、シートＰを１枚づつ分離給送するシート給送装置５、シート給送装置５により送られたシートＰに画像形成を行う画像形成部２を有する。また、画像形成装置１は、画像形成部２によりシートＰに形成担持された未定着トナー画像を加熱定着させる定着装置３を備えている。

ここで、シートカセット４は、シートＰを載せシートカセット４に回動自在に支持された底板４１、給送方向に対し垂直方向を規制する幅規制板４２等を備えている。また、シートカセット４は、給送方向に対し、例えば垂直方向に画像形成装置１の装置本体１Ａに対して着脱自在とされる。

シート給送装置５は、シート給送手段であるピックローラ５１、フィードローラ５２、シート分離手段であるリタードローラ５３等を備える。

画像形成部２は、像担持体としてのドラム状の電子写真感光体（以下、「感光体ドラム」という。）８を有する。感光体ドラム８の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ６と、感光体ドラム８上に光像を照射し潜像を形成する露光手段としてのレーザースキャナユニット１２とが配置される。帯電ローラ２０は、感光体ドラム８に従動回転するよう感光体ドラム８に接触して設けられ、感光体ドラム８が回転する際、感光体ドラム表面を一様に帯電する。

また、感光体ドラム８の周囲には、感光体ドラム８上に形成された潜像を現像してトナー画像とするための現像手段としての現像ローラ７ａを備えた現像装置７が配置される。現像ローラ７ａは、感光体ドラム８の現像領域ヘトナーを供給し、感光体ドラム７に形成された潜像を現像する。

更に、感光体ドラム８の周囲には、感光体ドラム８上のトナー画像をシートＰに転写するための転写手段としての転写ローラ９と、感光体ドラム上８の転写残トナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレード１０ａを備えたクリーニング装置１０が配置される。

本実施例にて、感光体ドラム８、帯電手段６、現像手段７及びクリーニング手段１０は、一体にユニット化してプロセスカートリッジＢとされ、装置本体１Ａに対して着脱可能とされる。

画像形成装置１は、上述のようにしてシートＰに形成保持されたトナー画像を、定着ニップ部ＴＮにおいてシートＰに加熱定着させる定着装置３を備えている。

定着装置３は、定着手段としての定着ローラ３１に圧接して定着ローラ３１を加熱する加熱手段であるヒータ３３、ヒータ３３を保持するアーム３４、定着ローラ３１に圧接し定着ニップ部ＴＮを形成する加圧手段としての加圧ローラ３２、等を備える。

トナー画像が定着されたシートＰは、排紙ローラ１３にてシート排出積載台１６へと排出される。

画像形成装置は、画像形成動作を制御する制御部１１を備えている。

次に、上述のように構成された画像形成装置１の画像形成動作を説明する。

不図示のパソコン等から画像情報が送られ、この画像情報を画像形成処理した不図示のコントローラボードがプリント信号を発する。これによって、シートカセット４に積載されたシートＰは、ピックローラ５１、フィードローラ５２及びリタードローラ５３により１枚ずつ給送され、プロセスカートリッジＢ内の感光体ドラム８と転写ローラ９とのニップ部Ｎに送られる。

一方、このプリント命令と共に画像情報に基づきレーザスキャナユニット１２からは画像情報をビットイメージにしたもの（レーザ光）が感光体ドラム８上に照射され、このビットイメージに従って感光体ドラム８の表面上に潜像が形成される。さらに、この潜像を現像することにより、感光体ドラム８上にトナー画像が形成される。

そして、感光体ドラム８上に形成されたトナー画像は、この後、感光体ドラム８と転写ローラ９とのニップ部Ｎに送り込まれたシートＰに転写される。さらに、トナー画像が転写されたシートＰは、定着装置３に送られ、定着装置３によって加熱定着されることにより、トナー画像がシートＰに半永久的に定着される。さらに、この後、トナー画像が定着されたシートＰは、排紙ローラ１３によりシート排出積載台１６に排出される。

ここで、本実施例について詳しく説明する。図２は、本実施例に従って構成される定着装置３の詳細図である。

上述のように、本実施例によると、定着装置３は、定着ローラ３１と、定着ローラ３１を加熱するヒータ３３と、ヒータ３３を保持するアーム３４と、定着ローラ３１に圧接し定着ニップ部ＴＮを形成する加圧ローラ３２と、を備えている。

定着ローラ３１は、装置本体１Ａに対して回転可能に支持され、図示しない装置本体１Ａの駆動源からの駆動力を受け、図中Ａ方向に回転することができる。また、定着ローラ３１は、弾性表面を有している。

アーム３４は、例えば液晶ポリマーのような耐熱プラスチックにより形成され、装置本体１Ａに回動中心点αを中心に回動可能に支持されている。

ヒータ３３は、例えばセラミックヒータやカーボンヒータなどであり、図示しない電源による通電により発熱する発熱体である。また、ヒータ３３は、アーム３４に、例えば接着固定されている。また、ヒータ３３は、装置本体１Ａに固定されアーム３４に回動力を加えるヒータバネ３６により、定着ローラ３１に圧接している。上述したように、定着ローラ３１は、弾性表面を有しているため、ヒータ３３と定着ローラ３１は、所定の幅をもった加熱ニップ部（Ｘ）を形成し、所定の圧（Ｆ）で圧接している。

ここで、定着ローラ３１とヒータ３３のニップラインＬの力線搬送下流側延長に回動中心点αを設定してある（図２中θ＝９０°）。そのため、定着ローラ３１が回転をはじめ、定着ローラ３１とヒータ３３との摩擦によりヒータ３３に図中＋Ｘ方向の力がかかっても、ヒータホルダ３４が回動中心点α回りに回転するモーメントは発生しない。つまり、ヒータバネ３６のバネ圧のみが定着ローラ３１とヒータ３３の間に働くため、定着ローラ３１とヒータ３３との圧接力Ｆは変わらず、また、定着ローラ３１とヒータ３３とのニップ幅Ｘも変化しない。

本実施例では、定着ローラ３１とヒータ３３のニップラインＬの力線搬送方向下流側延長に回動中心点αを設定した（θ＝９０°）。しかし、θ≠９０°の場合でも、定着ローラ３１とヒータ３３との摩擦係数が分かれば、力とモーメントの釣り合いにより、定着ローラ３１とヒータ３３との圧接力Ｆは、容易に計算可能である。さらに、その圧接力Ｆからニップ幅Ｘも求めることができるため、所定どおりの圧接力Ｆ、ニップ幅Ｘにすることが可能である。

しかし、定着ローラ３１とヒータ３３との摩擦係数は温度により変化することが多く、また、摺動による劣化においても摩擦係数は変化することも多い。そのため、定着ローラ３１とヒータ３３との正確な摩擦係数を求めることは難しい。

また、図３に示すように、搬送上流側に回動中心点αを設置した場合も同様に、ヒータホルダ３４が回動中心α回りに回転するモーメントは発生しない（θ＝９０°）。θ≠９０°の場合も同様に力とモーメントの釣り合いにより、圧接力Ｆ、ニップ幅Ｘを求めることができる。

また、本実施例では、ヒータホルダ３４と装置本体１Ａとの締結に関して、ヒータホルダ３４側に穴３４ａが開いており、装置本体１Ａに軸３４ｂを植設することにより、ヒータホルダ３４が装置本体１Ａに対して回動可能に支持されている。

この穴３４ａと軸３４ｂとの寸法は、例えば、穴３４ａが直径８ｍｍであり、軸３４ｂが直径７．５ｍｍとする。このように両者にガタを持たせることによりイコライズ機能が働き、ヒータホルダ３４の動きに自由度が発生する。これにより、ヒータホルダ３４や定着ローラ３１の部品公差が発生しても、ヒータホルダ３４は定着ローラ３１にスムーズに追従することが可能となり、定着ローラ３１とヒータ３３との圧接力Ｆ、ニップ幅Ｘを安定させることができる。

一方、装置本体１Ａに回転可能かつ上下動可能に支持された加圧ローラ３２は、装置本体１Ａに固定された加圧バネ３７により定着ローラ３１に所定の圧で圧接している。

上述したように、定着ローラ３１は、弾性表面を有しているため、定着ローラ３１と加圧ローラ３２は所定の幅を持った定着ニップ部ＴＮを形成している。そして、画像形成部２より搬送されてきたシートＰをこの定着ニップ部ＴＮにて挟持し搬送する。

また、定着ローラ３１は、弾性表面を有しているため、加圧ローラ３２の表面は弾性体であっても非弾性体であっても構わない。本実施例では、仮に加圧ローラ３２は円形であり、定着ローラ３１に連れ回るとしているが、加圧ローラ３２が装置本体１Ａより駆動力を受けてもよく、また、定着ローラ３１が装置本体１Ａより駆動力を受けない場合に定着ローラ３１を連れ回しても構わない。

そして、画像形成部２により定着装置３に送られてきたシートＰに形成担持された未定着トナー３５ａは、ヒータ３３により加熱された定着ローラ３１と加圧ローラ３２との定着ニップ部ＴＮにてシートＰに加熱定着されるため、このニップ部ＴＮを抜けたトナー３５ｂは、シートＰに半永久的に固定される。

以上説明したように、本発明によると、弾性表面を有する回転可能な定着手段と、定着手段に当接摺動し加熱ニップ部を形成する加熱手段と、定着手段に圧接して被記録材を挟持搬送する挟持ニップ部を形成する加圧手段とを有する。そして、加熱手段が回動支点を中心に回動することにより定着手段に当接し、加熱手段により加熱された定着手段の熱を用いて挟持ニップ部において被記録材に形成された未定着トナー画像を加熱定着させる。斯かる構成とすることによって、定着手段と加熱手段が常に一定の圧接力、ニップ幅、で当接することができ、定着手段の温度が安定しているため、未定着画像を被記録材に確実に加熱定着させることができる。

つまり、本発明によると、外部加熱方式の定着手段において、加熱手段が定着手段としての定着ローラの摩擦力を受けても定着ローラに確実に当接し、圧接力を安定させることができ、安定してトナーを被記録材に定着できる。

また、上述のように、本実施例によると、前記回動支点が前記加熱ニップ部の力線延長上にある。従って、加熱手段と定着手段との摩擦係数がわからなくても、安定した圧接力、ニップ幅にすることができる。

更に、本実施例によると、前記加熱手段が前記定着手段に対してイコライズ可能である。従って、加熱手段、定着手段の部品公差が存在しても、安定して定着手段と加熱手段が当接することができる。

また、上記実施例にて、画像形成装置は、電子写真プロセスを用いて画像を形成する一つの画像形成部を備えたモノカラーのレーザービームプリンタであるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。複数個の画像形成部を備えたカラー画像形成装置にも同様に適用し、同様の作用効果を達成することができる。

また、本発明は、電子写真プロセス、静電記録プロセス等を用いて画像を形成する種々の画像形成装置であって、転写方式或いは直接方式で被記録材（転写紙、印字用紙、感光紙，静電記録紙など）にトナー画像を形成し、このトナー画像を加熱定着する定着装置及び斯かる定着装置を備えた画像形成装置に適用することができる。

本発明に係る定着装置が適用される画像形成装置の一実施例であるレーザービームプリンタの概略構成断面図である。本発明に従って構成される定着装置の一実施例の詳細図である。本発明に従って構成される定着装置の他の実施例の詳細図である。従来の定着装置を示す図である。従来の定着装置を示す図である。

符号の説明

１レーザービームプリンタ（画像形成装置）
１Ａ画像形成装置本体
２画像形成部
３定着装置
３１定着ローラ（定着手段）
３２加圧ローラ（加圧手段）
３３ヒータ（加熱手段）
３４ヒータホルダ
３６ヒータ加圧バネ
３７加圧バネ

Claims

定着ローラと、前記定着ローラに圧接する加熱手段と、前記加熱手段を保持する保持手段と、前記定着ローラに圧接して定着ニップ部を形成する加圧手段と、を有し、前記加熱手段は前記定着ローラと共に回転することなく前記定着ローラと摺動し、被記録材が前記定着ニップ部で挟持搬送され被記録材上の未定着トナー像を被記録材に加熱定着する定着装置において、
前記保持手段は、回動軸を中心に回動可能に構成され、前記回動軸は、前記加熱手段の前記定着ローラの回転方向の上流側又は下流側にあり、前記回動軸の軸方向は、前記定着ローラの軸方向と平行であり、前記加熱手段は前記回動軸を中心に回動して前記定着ローラに圧接していることを特徴とする定着装置。
前記回動軸は前記加熱手段を含む仮想平面上にあることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。