JP4794954B2 - 画像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録材上の画像を電磁誘導加熱方式により加熱する画像加熱装置に関する。

複写機あるいはプリンター等の画像形成装置は、画像形成部と、この画像形成部で被記録材上に形成したトナー画像を永久固着画像として被記録材上に加熱定着する画像加熱定着装置と、を有している。

近年、誘導加熱方式により定着部材を加熱する方法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。この方法では、本来加熱したい部材表面を効果的に、かつ、高熱効率で加熱することができるため、ウォームアップタイムを短縮できる可能性がある。この誘導加熱定着装置では、加熱定着用部材をロール形状にしたものと、ベルト形状にしたのものとがある。ベルトは剛性が必要なローラに比べて薄肉化が可能な為、金属発熱層の持つ熱容量を低くできるため、定着可能温度に達する時間を短縮できるという利点がある。またベルト方式の誘導加熱定着部材を使用する場合には、ベルトの走行方向に直角な方向をベルト幅方向としたとき、走行中のベルトの幅方向の位置を制御する必要がある。

ベルトの幅方向の位置を制御する代表的な方法には、特許文献３に開示されているベルトを端部で規制ガイドに当てて寄りを防止するいわゆるガイド規制方式がある。それ以外にも特許文献４に開示されているように、ベルトを懸回張設しているローラのうち１本のローラ軸の方向を傾けることにより、ベルトの位置を制御するアクテイブステアリング方式がある。

ガイド規制型の場合、ベルトの位置検知手段や、ベルトの位置制御手段が必要なく、定着装置を簡易にでき、安価な装置を提供できる。しかしながらガイド規制型ベルト定着の場合、ベルト端部が規制ガイドに当接するため、定着ベルトの端部が破損したり、座屈してしまうという問題のため長寿命化は困難であった。特にベルトの回転速度が速い場合にはそれに対応してベルト幅方向の速度も速くなり、ベルト端部と規制ガイドにかかる力は大きくなり、長寿命化はより困難となる。

アクテイブステアリング方式の場合はベルト端部に力がかからないため、定着ベルトの端部が破損したり、座屈してしまうという問題が発生しないため、装置の長寿命化が可能となる。
特開平１１−３５２８０４号公報 特開２０００−１８８１７７号公報 特開平３−２５４７７号公報 特開平８−２６２９０３号公報

しかしながら、ベルト方式の誘導加熱定着器に、定着ベルトを懸回張設しているローラのうち１本のローラ軸の方向を傾けることによりベルトの位置を制御するアクテイブステアリング方式を採用した場合、次のような問題の発生が懸念される。

アクテイブステアリング方式では定着ベルトを懸回張設しているローラの軸の方向を傾けるためベルトの軌道が変り、ベルトの金属層と誘導コイルの間隔をベルト幅方向で一定に保つことが難しくなる。

特に、ベルト寄り制御機構として被加熱体であるベルト懸架部材をベルトのテンション方向だけでなくテンション方向に対して垂直方向にも変動させる場合、ベルト懸架部材のテンション方向およびテンションと垂直な方向の両方向でコイルと被加熱体の距離が変化することになる。（金属ベルトではテンションが大きいため、テンション方向に軸心を移動させてベルト寄りを制御するとニップ圧に影響するため、テンションと直交する方向に移動させたほうがよい）
そこで、本発明の目的は、ベルトの位置を制御する懸架部材の変位に伴うコイルとベルト間の距離が変動することを低減し、コイルがベルトの移動に追従可能な画像加熱装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の画像加熱装置は、加熱ニップ部にて記録材上の画像を加熱するエンドレスベルトと、前記ベルトを懸架する懸架部材と、前記ベルトを誘導発熱させるためのコイルを有するコイルユニットと、位置が固定された懸架部材の一端に対して、懸架部材の他端の位置を調整することで前記ベルトの幅方向の位置を制御する制御手段と、前記懸架部材の一端側に設けられた第一側板と、前記懸架部材の他端側に設けられた第二側板と、を有する画像加熱装置において、前記コイルユニットは、前記懸架部材の傾きに伴い前記ベルトと前記コイル間の距離の変動を抑制するように前記懸架部材の両端部と前記第一側板に設けられた支持部との三点で支持されることを特徴とする。

コイルが被加熱体の移動に追従可能となることでコイルとベルトの間の距離を安定して保つことができ、ベルトの発熱量を安定させることが出来る。よって未定着画像に対して安定した熱量を加えることが可能となり、定着ムラや光沢ムラの無い良好な画像を得ることができる。

ここでは説明の順序として、まず画像処理装置としての複写機について説明し、次に定着装置ついて説明する。

｛画像処理装置｝
以下に画像形成装置について説明する。

図１は、本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの概略図である。シート（図示せず）は、トナー像が形成される媒体で、シートの具体例としては、普通紙、厚紙、トランスペアレントシート、封筒、などがある。

図１に示すプリンタ１００は、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マジェンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の現像器１１３を備えている。現像器１１３での潜像生成過程は一般的な電子写真方式であり、以下のような過程で潜像が形成される。
（１）帯電器１２７が感光ドラム１２１を均一に帯電させる。
（２）レーザスキャナ１２８が感光ドラム１２１表面上に潜像を形成する。
（３）潜像は、現像器１１３によってトナー像になる。
（４）感光ドラム１２１のトナー像は、一次転写器１２１によって、像担持体である中間転写ベルト１２２に転写される。
（５）残りの３色のトナー像も上記（１）から（４）の過程を経て、中間転写ベルト１２２上に順次重ねて形成される。

一方、シートＳは、給紙カセット２２３から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２２５に搬送される。レジストローラ対２２５は、シートＳの先端を整列させ、斜行を補正する。そして、レジストローラ対２２５は、中間転写ベルト１２２上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写ベルト１２２と二次転写ローラ２２１との間に搬送する。中間転写ベルト１２２上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ２２１によってシートＳに転写される。その後、シートＳのトナー像は、シートＳが定着器Ａによって、加熱加圧されることでシートＳに定着される。

｛定着装置｝
＜実施例１＞
本実施例における画像加熱装置としての定着装置の断面図を図２に示す。

無端ベルトとして定着ベルト１（定着手段）を備えている。定着ベルト１は厚み７５μｍのＮｉを基層とし、基層の外周には３００μｍの弾性層が設けられている。

弾性層の材料としては、公知の弾性材料を使用することができ、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることができる。本実施例では、シリコーンゴムを用い、硬度はＪＩＳ−Ａ２０度、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。この弾性層の変形によって、定着ベルト１へのシートの巻きつきを防止し、ベルトからの良好な分離性能を得ることができる。更に弾性層の外周には、表面離型層としてフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられている。

定着ベルト１は、定着ベルト１を張架する懸架部材としての定着ローラ２と、定着ベルト１を張架する第二の懸架部材としてのテンションローラ３によって張架されている。定着ローラ２により定着ベルト１を回転駆動させている。また、テンションローラ３は外部に配置された磁束発生手段からの磁束の作用により発熱するようになっている。

定着ローラ２は、外径が２０ｍｍで、径が１８ｍｍである鉄系合金の芯金に、弾性層としてのシリコーンゴム層が設けられた弾性ローラである。

弾性層を設けることによって摩擦伝達力が生じ、図示しない駆動源（モータ）から駆動ギア列を介して入力された駆動力を定着ベルト１へ良好に伝達することができる。

シリコーンゴムの硬度はＪＩＳ−Ａ１５度、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。シリコーンゴム層によって、芯金への熱伝導も少なくなるためウォーミングアップタイムの短縮にも効果がある。

テンションローラ３は外径が２０ｍｍで、内径が１８ｍｍである厚さ１ｍｍの鉄製の中空ローラである。両端のジャーナルを図７に示す張架ばね９で張架され、定着ベルト１を懸架する機能を果たすと同時に、自身が被加熱体となる。また、揺動可能であれば、ベルト懸架部材はローラでもガイドでも良い。

加熱アセンブリ４は、磁束発生手段としての励磁コイル４ａと、このコイル４ａを支持するコイル支持部材としての絶縁体のコイルホルダー４ｃ（絶縁支持体）を有する。更に、このコイルホルダー４ｃを保持しつつテンションローラ３（ベルト懸架部材）両端のジャーナルに軸支するためのステイ４ｂを有する。

コイル４ａは被加熱体である定着ベルト１（無端ベルト）の平坦部およびテンションローラ３に懸架された定着ベルト１の外周面に添って形成されている。コイル４ａと定着ベルト１との距離は定着ベルト１平坦部で約３．５ｍｍ、テンションローラ３に懸架された曲面部で約２．５ｍｍになる様に設定している。

コイルホルダー４ｃはコイル４ａと定着ベルト１との間に配置され、コイル４ａ自体の発熱と定着部の雰囲気温度に耐える必要がある。このため、ＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）などの高耐熱性且つ寸法安定性の高い樹脂を用いるのが好ましい。

本実施例において、懸架部材の変位に伴い、コイル４ａと定着ベルト１間の距離が変動するのを抑制する抑制手段としては、後述する以下のものを有する。即ち、抑制手段はステイ４ｂに、テンションローラの両端に設けられたベアリングに対して嵌合する嵌合部と、加熱アセンブリ４を位置決めする位置決め軸６を有する。本実施例では図５に示すとおり、加熱アセンブリ４をテンションローラ３両端のジャーナルに対して回動自在に軸支するためのベアリング５と、定着前側板７から伸ばした位置決め軸６（規制部材）との３点で定着装置に保持している。なお、位置決め軸６は加熱アセンブリ４に持たせても良い。位置決め軸６は加熱アセンブリ４をテンションローラ３の軸の周方向に対して移動するのを規制することで、加熱アセンブリ４とベルトの距離の変動を抑制している。

加熱アセンブリ４はステイ４ｂのＣ形爪部の内径とベアリング５の外径で嵌合させている。そのため、テンションローラ３とコイル４ａの距離をテンションローラ３のアライメントに関係なく一定に保つことができる。また、ステイ４ｂはベアリング５を介してテンションローラに支持されているため、ステイ４ｂの摺動抵抗をちいさくすることができる。

位置決め軸６はテンションローラ３の固定（寄り制御機構で揺動させない）側に設けている。テンションローラ３の揺動側と加熱アセンブリ４平坦部の自由端側を同一にすることで、加熱アセンブリ４にねじれを生じさせることなくベルト寄り制御を動作することができる。

位置決め軸６をテンションローラ３から見て定着ローラ１側に配置し、テンションローラ３と位置決め軸６の軸間距離を定着ローラ１とテンションローラ３の軸間距離の１／２以上となる位置に配置した。このことから、加熱アセンブリ４のコイル平坦部の自由端側の位置変動は、ベルト寄り制御によってテンションローラ３をベルト懸架方向（ベルトに張力を付与する方向Ａ）と略垂直（方向Ｂ）に移動させたときの移動量の１／２以下に収めることができる。

加熱アセンブリ４は、位置決め軸６を定着ベルト１の移動方向と略平行に長軸を持つ長丸穴で受けている。これにより、ベルト寄り制御においてテンションローラ３を上下動させたときに生じるテンションローラ３と位置決め軸６の軸間距離の変動を吸収している。長丸穴の長軸はベルト寄り制御の揺動角度の中立点（テンションローラと定着ローラが平行な位置となるホームポジション時におけるテンションローラと定着ローラの軸を結んだ直線）と平行であるのが好ましい。

なお、位置決め軸６を定着ローラ２自身が担うか、定着ローラ２と同軸に配置する構成がより好ましい。ベルト寄り制御でテンションローラ３を揺動させても加熱アセンブリ４と定着ベルト１は定着ローラ２を基準に回動するため、加熱アセンブリ４と定着ベルト１の間の距離も一定に保つことが出来る。

図６に定着ベルト１の幅方向の位置を制御する（寄り制御）制御手段（寄り制御手段）を示す。

寄り制御手段は、テンションローラ３を上下動させる寄り制御アーム１０と、寄り制御アーム１０を回動させる駆動源としてパルスモータ１１を有している。図７に示す寄り検知手段１２によってベルト寄りが検知されるとパルスモータ１１を予め決められた値だけ回転する。寄り検知手段１２は、回動フラグと光透過型のセンサを組み合わせて回動フラグをベルト端部にバネで負勢して検知するものなどでよい。

奥側の寄り検知手段１２ｂがベルト寄りを検知すると寄り制御手段はテンションローラを下げる方向（Ｂ２）に動かし（図８−２）、手前側の寄り検知手段１２ａがベルト寄りを検知すると寄りテンションローラ３を上げる方向（Ｂ１）に動かす（図８−３）。

このような動作を繰り返し、定着ベルト１の端部がその他の部材と当たることが無いようにベルト寄りを制御する。移動量は定着性に影響を及ぼさない範囲で、ベルト寄り制御が可能な値を選択する。ベルト寄り制御は定着ベルト１をねじる作用が働くため、ベルトへの負荷がかかる。そのためベルトの耐久性を考えて、定着性を損なわない範囲で出来るだけ小さな値を選択するのが好ましい。本実施例ではテンションローラ３の移動量を±０．５ｍｍと設定した。

＜実施例２＞
基本構成は実施例１と同一なため、異なる部分のみ以下に示す。

実施例１では加熱アセンブリ４をテンションローラ３に軸支するという、直接的手段をとっている。実施例２としては間接的に加熱アセンブリ４と被加熱体の距離を規定する手段として、加熱アセンブリ４をテンションローラ３に沿った領域で定着ベルト１の表面に突き当てる部材を設けることを提案する。例えば、加熱アセンブリ４と定着ベルト１の間に回転体、もしくは摺動性の良い部材を設けることで一定の距離を保ち、加熱アセンブリ４をテンションローラ３の軸中心へ向けて付勢する手段を設ける。こうすることでテンションローラ３の揺動に追従させることが可能となる。

実施例２では定着ベルト１の定着面にダメージを与えると良好な画像が得られなくなるため、突き当て部材を定着ベルト１定着面の非画像域に設けることが好ましい。

〔その他〕
本発明の像加熱装置は、実施例の定着装置としての使用に限らず、未定着画像を被加熱材に仮定着する仮定着装置、定着画像を担持した被加熱材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効に使用することができる。

画像形成装置の断面図 本発明の実施例１において適用された定着装置の断面図 本発明の実施例１において適用された加熱アセンブリの斜視図 本発明の実施例１において適用された説明図Ｉ 本発明の実施例１において適用された説明図ＩＩ 寄り制御機構の概略図Ｉ 寄り制御機構の概略図ＩＩ 寄り制御機構の概念図

符号の説明

１ 定着ベルト
２ 定着ローラ
３ テンションローラ
４ 加熱アセンブリ（コイルユニット）
４ａ コイル
４ｂ ステイ
４ｃ コイルホルダー
５ ベアリング
６ 位置決め軸
７ 定着前側板
８ 定着後側板
９ 張架ばね
１０ 寄り制御アーム
１１ パルスモータ
１２ａ，ｂ ベルト寄り検知手段

Claims (3)

1. 加熱ニップ部にて記録材上の画像を加熱するエンドレスベルトと、前記ベルトを懸架する懸架部材と、前記ベルトを誘導発熱させるためのコイルを有するコイルユニットと、位置が固定された懸架部材の一端に対して、懸架部材の他端の位置を調整することで前記ベルトの幅方向の位置を制御する制御手段と、前記懸架部材の一端側に設けられた第一側板と、前記懸架部材の他端側に設けられた第二側板と、を有する画像加熱装置において、
   前記コイルユニットは、前記懸架部材の傾きに伴い前記ベルトと前記コイル間の距離の変動を抑制するように前記懸架部材の両端部と前記第一側板に設けられた支持部との三点で支持されることを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記懸架部材は第一懸架部材であり、前記ベルトを懸架し、加熱ニップ部を形成するための第二懸架部材を有し、前記支持部と前記第一懸架部材との間隔が前記第一懸架部材と前記第二懸架部材間の間隔の１／２以上となる位置に前記支持部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記コイルユニットは、前記支持部の対向するベルト面の前記ベルトの周方向における移動方向と略平行の方向に前記第一側板に対して移動可能に支持部にて支持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像加熱装置。

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