JP4745810B2 - 定着装置およびこれを備える画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、定着装置およびこれを備える画像形成装置に関する。

プリンタや複写機やファクシミリなどの画像形成装置には、トナーなどの現像剤を用紙に転写するものがある。このような画像形成装置には、現像剤を用紙に定着するための定着装置が備えられている（たとえば、特許文献１〜３参照）。
上記の定着装置は、薄い環状の加熱フィルムと、加熱フィルムの外周面に回転接触する加圧ローラと、加熱フィルムの内周面に摺接する押圧部材とを有しており、加圧ローラと押圧部材とで加熱フィルムを挟んでいる。加熱フィルムと加圧ローラとの接触部分がニップとなっている。上記の構成により、用紙をニップに通過させて、当該用紙を加熱・加圧し、現像剤を定着させる。
特許第２６３７５５９号明細書 特開２００４−１８４４４６号公報 特開２００３−５５６６号公報

上記加熱フィルムは、ニップよりも下流側の部分が、張力を受けて引っ張られており、押圧部材の端縁（エッジ）に沿わされている。これにより、ニップの出口における加熱フィルムの曲率半径を小さくして、用紙を加熱フィルムから分離し易くしている。
しかしながら、加熱フィルムは、常時張力を与えられて押圧部材のエッジに沿わされているため、大きな負担が生じて劣化し易く、耐久性を向上し難い。

この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、分離性が良好でかつ耐久性を向上することのできる定着装置およびこれを備える画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、熱源（８）により加熱される無端状の加熱ベルト（６）、加熱ベルト（６）の外周面と回転接触する加圧ローラ（５）、加熱ベルト（６）の内周面（６ａ）と摺接するように設けられ、加圧ローラ（５）と協同して加熱ベルト（６）を挟持し、加熱ベルト（６）と加圧ローラ（５）との間にニップ（Ｎ）を形成させるニップ形成部（７１）およびそれに隣接して設けられた分離案内部（７２）を有するパッド（７）、ならびに、加熱ベルト（６）に外周面側から接触して、加熱ベルト（６）が分離案内部（７２）に摺接する状態と、しない状態とに切り換える切り換え手段（２０）、を有していることを特徴とする定着装置（４）である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素などを表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、加熱ベルトが分離案内部に摺接する状態にすることで、ニップを通過した用紙などの被転写体を、加熱ベルトから確実に分離させることができ、優れた分離性を発揮できる。また、加熱ベルトが分離案内部に摺接しない状態に切り換えることにより、加熱ベルトにかかる負荷（力）を小さくすることができる。これにより、加熱フィルムの劣化を抑制でき、加熱フィルムの耐久性の向上を通じて定着装置の耐久性の向上を達成することができる。

請求項２記載の発明は、上記分離案内部（７２）は、加熱ベルト移動方向下流側に配置され、曲率半径（Ａ２）がニップ形成部（７１）よりも小さな小Ｒ部（７２ａ）を含んでいることを特徴とする請求項１記載の定着装置（４）である。この構成によれば、小Ｒ部の曲率半径を小さくしていることにより、移動方向下流側において、分離案内部に摺接した加熱ベルトの曲率半径を小さくできる。これにより、ニップを通過した被転写体を加熱ベルトからより確実に分離することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の定着装置（４）と、現像剤が転写された被転写体（Ｐ）の先端を検知する先端検知手段（２６）と、先端検知手段（２６）が被転写体（Ｐ）の先端を検知したことに基づいて、上記切り換え手段（２０）を上記摺接しない状態からする状態に切り換える制御手段（２７）と、を有していることを特徴とする画像形成装置（１）である。

この構成によれば、被転写体が定着装置に送られるときにのみ、加熱ベルトが分離案内部に摺接する状態に切り換えることができる。これにより、加熱ベルトが分離案内部に摺接している時間を極力少なくして加熱ベルトにかかる負荷を小さくでき、加熱ベルトの耐久性をより向上することができる。
請求項４記載の発明は、上記制御手段（２７）は、切り換え手段（２０）を上記摺接する状態に切り換えてから所定時間の経過後、摺接しない状態に切り換えることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置（１）である。この構成によれば、たとえば、被転写材の先端を検知して加熱ベルトが分離案内部に摺接する状態にしてから所定時間経過し、被転写体の先端がニップを通過してから、加熱ベルトが分離案内部に摺接しない状態にすることができる。これにより、ニップを通過した被転写体を確実に加熱ベルトから分離させつつ、加熱ベルトが分離案内部に摺接している時間を極力短くでき、良好な分離性と優れた耐久性とを両立することができる。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、この発明の一実施形態にかかる定着装置を備える画像形成装置としてのプリンタの概略構成を示す図解的な縦断面図である。なお、この発明は、プリンタに限らず、複写機やファクシミリなどの他の画像形成装置に適用することができる。
図１を参照して、プリンタ１は、トナー（現像剤）を用いて画像データに基づく画像を用紙Ｐ（被転写体）に形成するためのものであり、ハウジング２と、ハウジング２内に収容された感光体ドラム３と、ハウジング２内に収容された定着装置４とを有している。

このプリンタ１における画像形成動作は、以下のようにして行われる。すなわち、まず、ハウジング２内に収容されている１枚の用紙Ｐが、搬送方向Ｄに沿って搬送されて、感光体ドラム３と接触する転写位置Ｔに到達する。
感光体ドラム３には、電子写真方式によって画像データに基づくトナー像が形成されており、感光体ドラム３のトナー像は、転写位置Ｔで用紙Ｐに転写される。転写位置Ｔでトナー像が転写された用紙Ｐは、定着装置４に搬送されて当該定着装置４で加圧および加熱され、トナー像が定着される。トナー像が定着された用紙Ｐは、機外へ排出される。

図２は、図１の定着装置４を搬送方向Ｄの下流側からみた側面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う要部の断面図である。
図２および図３を参照して、定着装置４は、加圧ローラ５と、加熱ベルト６と、パッド７と、ヒータ８（熱源）とを含んでいる。
加圧ローラ５は、支軸５１とロール体５２とを含んでいる。

支軸５１は、用紙Ｐの搬送方向Ｄと直交する幅方向Ｗに細長く形成された棒状の部材である。支軸５１の一端部および他端部は、定着装置４のフレーム９の一対の側板９１，９２に形成された長孔からなるガイド用の挿通孔１０，１１を挿通しているとともに、それぞれの端部に設けられた付勢機構１２によって、加熱ベルト６側に付勢されている。
各付勢機構１２は、レバー１２１と、レバー１２１を回動自在に支持するピン１２２と、レバー１２１に付勢力を与えるばね１２３とを含んでいる。レバー１２１は、搬送方向Ｄに長い小片によって形成されている。各レバー１２１の一端部に、対応するピン１２２が連結されている。各ピン１２２は、フレーム９の対応する側板９１，９２に支持されている。各レバー１２１の他端部に、対応するばね１２３の一端が取り付けられている。各ばね１２３の他端は、フレーム９に取り付けられている。

一方のレバー１２１ａは、支軸５１の一端部を受けており、対応するばね１２３の付勢力によって、支軸５１の一端部を加熱ベルト６側に付勢している。同様に、他方のレバー１２１ｂは、支軸５１の他端部を受けており。対応するばね１２３の付勢力によって、支軸５１の他端部を加熱ベルト６側に付勢している。
また、支軸５１には、モータ１３の駆動力が与えられるようになっており、これにより、加圧ローラ５が駆動ローラとして所定の回転方向Ｒ１に回転駆動するようになっている。具体的には、モータ１３の出力軸１３ａにギヤ１４が取り付けられるとともに、支軸５１の他端部にギヤ１５が取り付けられており、モータ１３の出力軸１３ａの駆動力が、ギヤ１４，１５を介して支軸５１の他端部に伝わるようになっている。モータ１３のハウジング１３ｂは、フレーム９に固定されている。

ロール体５２は、スポンジなどの弾性を有する部材によって筒状に形成されており、支軸５１の中間部に一体回転可能に外嵌されている。ロール体５２の幅は、定着装置４に送られる用紙Ｐの幅よりも広くされている。
加熱ベルト６は、可撓性（弾力性）を有する無端環状の部材であって、自由状態（外力を受けていない状態）において円筒状をしており、定着装置４に送られる用紙Ｐよりも幅方向Ｗに長く延びている。この加熱ベルト６は、数１０〜１００μｍ程度の厚みを有する薄い金属材料の基材を用いて形成されている。当該金属材料として、ステンレス材（ＳＵＳ材）や、アルミニウム材を例示することができる。なお、加熱ベルト６の基材として、ポリイミドなどの樹脂材料を用いてもよい。

加熱ベルト６の内周面６ａの全面には、熱吸収塗料として黒色の塗料が塗られている。また、加熱ベルト６の外周面のうち、少なくとも用紙Ｐと対向し得る部分（この実施形態において、加熱ベルト６の外周面の全面）には、フッ素コーティングが施されている。
なお、上記の熱吸収塗料として黒色の塗料を用いることが好ましいが、白色または赤色の塗料を用いてもよい。

加熱ベルト６と加圧ローラ５とは、平行に並んで上下に対向しており、加熱ベルト６の外周面と加圧ローラ５のロール体５２の外周面との互いの接触部分が、ニップＮを形成している。加熱ベルト６と加圧ローラ５とは、回転接触するようになっており、加圧ローラ５の回転駆動に伴い、加熱ベルト６は、回転方向Ｒ１と反対の回転方向Ｒ２に従動回転する。

パッド７は、加熱ベルト６の径方向内方に配置されて加熱ベルト６の軸方向に延びており、加圧ローラ５と対向している。パッド７は、熱伝導性を有する肉薄の部材であり、長手方向の一端部および他端部が、対応する側板９１，９２にそれぞれ固定されている。
パッド７は、ニップ形成部７１と、分離案内部７２とを有している。
ニップ形成部７１は、加圧ローラ５と協同して加熱ベルト６を挟持し、加熱ベルト６と加圧ローラ５との間にニップＮを形成させるものであり、幅方向Ｗにみた断面の形状が、円弧状をしている。

ニップ形成部７１の外周面７１ａは、自由状態における加熱ベルト６の内周面６ａに沿う形状をしており、当該内周面６ａに摺接している。ニップ形成部７１は、加熱ベルト６を挟んで加圧ローラ５のロール体５２の対向部分を押圧しており、当該対向部分の一部が窪んでいる。
分離案内部７２は、ニップＮを通過した用紙Ｐを加熱ベルト６から分離させるためのものである。この分離案内部７２は、ニップ形成部７１に対して搬送方向Ｄの下流側に隣接して設けられており、ニップＮに対して搬送方向Ｄの下流に位置している。分離案内部７２は、ニップ形成部７１に対して径方向の内側に折り曲げられるようにして形成されている。搬送方向Ｄ（加熱ベルト移動方向）において、分離案内部７２の下流側の端部の外周面には、小Ｒ部７２ａが設けられている。

小Ｒ部７２ａは、ニップ形成部７１の外周面７１ａに接続されており、当該外周面７１ａの曲率半径Ａ１よりも小さい曲率半径Ａ２を有している。曲率半径Ａ２は、たとえば、１０ｍｍ以下とされている。
ヒータ８は、たとえば、ハロゲンランプを備えており、加熱ベルト６を加熱するためのものである。このヒータ８は、加熱ベルト６よりも小径の細長い筒状に形成されて、加熱ベルト６の内周面６ａ側（径方向内方）に配置されている。ヒータ８の一端部および他端部は、フレーム９の対応する側板９１，９２にそれぞれ固定されている。ヒータ８は、加熱ベルト６に直接的に熱を与えるとともに、パッド７を介して加熱ベルト６のニップ部分に熱を与える。

また、加熱ベルト６の近傍には、サーミスタ（図示せず）が配置されており、画像形成時における加熱ベルト６の温度は、所定の温度（たとえば、１８０℃程度）に維持されるようになっている。
この実施形態の特徴の１つは、定着装置４に切り換え機構２０（切り換え手段）を設けており、切り換え機構２０によって、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接する状態と、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接しない状態とを切り換えるようになっている点にある。

切り換え機構２０は、ニップＮの下流側に設けられており、ソレノイド２１と、レバー２２と、ローラ２３とを有している。
ソレノイド２１のハウジング２１ａは、フレーム９に固定されている。ソレノイド２１のロッド２１ｂは、搬送方向Ｄに延びて、その軸方向（搬送方向Ｄ）に移動可能になっており、ハウジング２１ａから相対的に大きく突出した状態と、ハウジング２１ａから相対的に小さく突出した状態とに切り換わることができる（図３において、相対的に大きく突出した状態を図示）。

レバー２２は、全体が一体的に形成された部材であり、幅方向Ｗに長い支軸２２ａと、支軸２２ａから延びる連結部２２ｂと、支軸２２ａから連結部２２ｂと反対側に延びるステー２２ｃとを有している。支軸２２ａは、幅方向Ｗの一端部および他端部が、対応する側板９１，９２にそれぞれ回転自在に支持されている。
連結部２２ｂは、支軸２２ａとソレノイド２１のロッド２１ｂとの間を連結するためのものであり、棒状をしている。連結部２２ｂの一端部は、ピン２４を介してロッド２１ｂに回動自在に連結されている。

ステー２２ｃは、支軸２２ａから１または複数（この実施形態では、３つ）設けられている。ステー２２ｃは、幅方向Ｗに略等間隔に設けられており、それぞれの一端部が、分離案内部７２と搬送方向Ｄに対向している。各ステー２２ｃには、幅方向Ｗに延びる軸受部２５が延設されており、それぞれの軸受部２５にローラ２３が回転自在に支持されている。幅方向Ｗにおいて、ローラ２３は、加熱ベルト６の対応する一端部、中央部および他端部のそれぞれに対向しており、加熱ベルト６に外周面側から回転接触可能となっている。

搬送方向Ｄに関して、定着装置４の上流側には、感光体ドラム３（図１参照）から搬送されてきた用紙ＰをニップＮに案内するためのガイド板１６が配置されている。
ガイド板１６の上流側には、トナー像が転写された用紙Ｐの先端を検知するためのスイッチ２６（先端検知手段）が配置されている。スイッチ２６は、ＣＰＵ，ＲＡＭおよびＲＯＭを含む制御部２７（制御手段）に接続されている。制御部２７は、スイッチ２６の出力信号に基づいて、ソレノイド２１の駆動を制御する。

以上の概略構成を有するプリンタ１は、画像形成時、以下のように駆動する。すなわち、感光体ドラムで用紙Ｐにトナー像が転写されて、当該用紙Ｐが定着装置４側へ送られると、用紙Ｐの先端がスイッチ２６に接触してスイッチ２６がオンにされる。
スイッチ２６がオンにされて、すなわち、当該スイッチ２６が用紙Ｐの先端を検知したことに基づいて、制御部２７は、ソレノイド２１を駆動する。具体的には、ロッド２１ｂがハウジング２１ａから相対的に大きく突出して各ローラ２３が加熱ベルト６に接触していない図３の状態から、図４に示すように、当該ロッド２１ｂをハウジング２１ａから相対的に小さく突出した状態にさせる。

これにより、レバー２２は、支軸２２ａ回りに回動してステー２２ｃが加熱ベルト６側に移動され、各ローラ２３が、加熱ベルト６の外周面の対向部分に回転接触する。これにより、加熱ベルト６は、各ローラ２３とパッド７の分離案内部７２とに挟持され、小Ｒ部７２ａに摺接する。これにより、ニップＮの出口における加熱ベルト６の曲率半径が小さくされ、ニップＮを出た用紙Ｐが加熱ベルト６から良好に分離される。ニップＮから出た用紙Ｐは、機外に排出される。

すなわち、制御部２７は、スイッチ２６が用紙Ｐの先端を検知したことに基づいて、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接しない状態からする状態に、切り換え機構２０を切り換える。
スイッチ２６がオンにされてから所定時間（たとえば、数秒）経過し、用紙Ｐの先端がニップＮを通過し終わると、ソレノイド２１のロッド２１ｂは、図３に示すように、ハウジング２１ａから相対的に大きく突出した状態に戻され、各ローラ２３が加熱ベルト６から離れる。これにより、加熱ベルト６は、自由状態における形状に近い形状に戻る。すなわち、制御部２７は、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接する状態に切り換え機構２０を切り換えてから所定時間の経過後、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接しない状態に切り換え機構２０を切り換える。

以上説明したように、この実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。すなわち、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接する状態にすることで、ニップＮを通過した用紙Ｐを、加熱ベルト６から確実に分離させることができ、優れた分離性を発揮できる。
また、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接しない状態に切り換えることにより、加熱ベルト６にかかる負荷（力）を小さくすることができる。これにより、加熱フィルム６の劣化を抑制でき、加熱フィルム６の耐久性の向上を通じて定着装置４の耐久性の向上を達成することができる。

さらに、分離案内部７２の小Ｒ部７２ａの曲率半径Ａ２を小さくしていることにより、ニップＮの下流側（加熱ベルト６の移動方向下流側）において、分離案内部７２に摺接した加熱ベルト６の曲率半径を小さくできる。これにより、ニップＮを通過した用紙Ｐを加熱ベルト６からより確実に分離することができる。
また、スイッチ２６が用紙Ｐの先端を検知したことに基づいて、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接しない状態からする状態に切り換えるようにしている。これにより、用紙Ｐが定着装置４に送られるときにのみ、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接する状態に切り換えることができる。これにより、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接している時間を極力少なくして加熱ベルト６にかかる負荷を小さくでき、加熱ベルト６の耐久性をより向上することができる。

さらに、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接する状態に切り換わってから所定時間の経過後、摺接しない状態に切り換わるようになっている。これにより、用紙Ｐの先端を検知して、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接する状態にしてから所定時間経過し、用紙Ｐの先端がニップＮを通過してから、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接しない状態にすることができる。これにより、ニップＮを通過した用紙Ｐを確実に加熱ベルト６から分離させつつ、加熱ベルト６が分離案内部７２に摺接している時間を極力短くでき、良好な分離性と優れた耐久性とを両立することができる。

この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。たとえば、ローラ２３の数は、１つでもよいし、２つでもよいし、４つ以上でもよい。ローラ２３が１つのとき、ローラ２３を加熱ベルト６の軸方向の全域に接触できるようにしてもよい。

この発明の一実施形態にかかる定着装置を備える画像形成装置としてのプリンタの概略構成を示す図解的な縦断面図である。 図１の定着装置を搬送方向の下流側からみた側面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う要部の断面図である。 プリンタの動作について説明するための図である。

符号の説明

１ プリンタ（画像形成装置）
４ 定着装置
５ 加圧ローラ
６ 加熱ベルト
６ａ （加熱ベルトの）内周面
７ パッド
８ ヒータ（熱源）
２０ 切り換え機構（切り換え手段）
２６ スイッチ（先端検知手段）
２７ 制御部（制御手段）
７１ ニップ形成部
７２ 分離案内部
７２ａ 小Ｒ部
Ａ２ （小Ｒ部の）曲率半径
Ｎ ニップ
Ｐ 用紙（被転写体）

Claims (4)

1. 熱源により加熱される無端状の加熱ベルト、
   加熱ベルトの外周面と回転接触する加圧ローラ、
   加熱ベルトの内周面と摺接するように設けられ、加圧ローラと協同して加熱ベルトを挟持し、加熱ベルトと加圧ローラとの間にニップを形成させるニップ形成部およびそれに隣接して設けられた分離案内部を有するパッド、ならびに、
   加熱ベルトに外周面側から接触して、加熱ベルトが分離案内部に摺接する状態と、しない状態とに切り換える切り換え手段、
   を有していることを特徴とする定着装置。
2. 上記分離案内部は、加熱ベルト移動方向下流側に配置され、曲率半径がニップ形成部よりも小さな小Ｒ部を含んでいることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 請求項１または２記載の定着装置と、
   現像剤が転写された被転写体の先端を検知する先端検知手段と、
   先端検知手段が被転写体の先端を検知したことに基づいて、上記切り換え手段を上記摺接しない状態からする状態に切り換える制御手段と、
   を有していることを特徴とする画像形成装置。
4. 上記制御手段は、切り換え手段を上記摺接する状態に切り換えてから所定時間の経過後、摺接しない状態に切り換えることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
   
   
   

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