JP4880295B2

JP4880295B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4880295B2
Application number: JP2005347237A
Authority: JP
Inventors: 昭浩近藤; 直行石田; 英樹北川
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: JP2007155848A

Description

この発明は、定着装置に関する。

複写機やプリンタ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、転写した現像剤を加熱して用紙に定着する定着装置が備えられている（たとえば、特許文献１参照）。
特許文献１の定着装置は、２つのローラに張設された定着フィルムと、定着フィルムの内周面に沿わされた加熱体と、定着フィルムを挟んで加熱体を押圧する押圧ローラとを有している。定着フィルムと押圧ローラとのニップに用紙を通して用紙を加熱、加圧し、現像剤を定着させるようになっている。
特許第２９６２５７１号明細書

上記定着装置は、定着動作に先立ち、定着フィルムを回転させつつ加熱体によって定着温度にまで昇温するという準備動作を行う。この準備動作の際、加熱体からの熱は定着フィルムに伝わるだけでなく、定着フィルムに圧接されている押圧ローラにも伝わってしまうため、定着フィルムに伝えられた熱の多くが押圧ローラに逃げてしまう。したがって、定着フィルムの昇温に時間がかかり、準備動作に時間がかかってしまう。

この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、定着の準備動作にかかる時間を少なくすることのできる定着装置を提供することを目的とする。
また、この発明の別の目的は、省エネを達成することのできる定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、少なくとも１つに熱源（８）を備え、平行に配置された２つのガイドローラ（７）、上記２つのガイドローラ間に張設された無端状の加熱ベルト（６）、および、上記加熱ベルトと接触してニップを形成するための加圧ローラ（５）を備えており、上記２つのガイドローラは等しい外径（２ｒ）を有し、上記２つのガイドローラは、それらの中心間距離が上記ガイドローラにおける外周面の円周長（２πｒ）の１／４の整数倍に等しくなるように配置されており、上記加熱ベルトの温度を定着温度まで昇温するための定着動作の準備中において、上記ガイドローラにおける外周面の円周長の１／２に相当する長さを間欠的移動量単位として、上記加熱ベルトが間欠的に移動され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。
この発明によれば、定着動作の準備中において、各ガイドローラと加熱ベルトとの接触長を間欠的移動量単位として、加熱ベルトを間欠的に移動させることができるとともに、加熱ベルトを所定回数、間欠駆動させる毎に、加熱ベルトを１周させることができる。これにより、加熱ベルトを効率良く加熱することができるとともに、加熱ベルトの各部を略均一に加熱することができる。

請求項２記載の発明は、上記２つのガイドローラ（７）は、それらの中心間距離が上記ガイドローラにおける外周面の円周長（２πｒ）の１／２に等しくなるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置である。

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、プリンタに備えられる定着装置に限らず、複写機やファクシミリなどの他の画像形成装置に備えられる定着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、画像データに基づく画像を用紙Ｐ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の上流側からみた要部の側面図である。図３（ａ）は、図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線に沿う要部の断面図である。

図２および図３（ａ）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、ガイドローラ７（ローラ）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。各レバー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、フレーム９に支持された対応するピン１２２が連結されている。レバー１２１の他端部２３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１２１の一側面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１２１の一側面１２１ａ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１６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回転駆動するようになっている。具体的には、モータ１６の出力軸１６ａと支軸５１の他端部にギヤ１７，１５が取り付けられており、出力軸１６ａの駆動力が、ギヤ１７，１５を介して支軸５１の他端部に伝わるようになっている。

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、無端環状をしており、定着装置４に送られる用紙Ｐよりも幅方向Ｗに長い。この加熱ベルト６は、数１０〜１００μｍ程度の厚みを有する薄い基材を用いて形成されている。

加熱ベルト６の内周面の全面には、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、平行に並んでおり、上下に対向している。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圧接部分（接触部分）が、ニップＮを形成している。加熱ベルト６は、加圧ローラ５の回転に従動して回転する従動ベルトとなっている。
ガイドローラ７は、加熱ベルト６の内周面と回転接触して加熱ベルト６の回転を案内するための肉薄の円筒部材であり、たとえば、２つ設けられている。各ガイドローラ７は、金属などを用いて形成されており、加熱ベルト６よりも幅方向Ｗに長く形成されて、加圧ローラ５と平行に配置されている。これら２つのガイドローラ７によって加熱ベルト６を張設している。

一方のガイドローラ７は、他方のガイドローラ７に対して搬送方向Ｄの上流側に配置されている。この一方のガイドローラ７の両端部は、フレーム９の対応する側板９１，９２の挿通孔１３，１４を挿通しており、フレーム９に回転自在に支持されている。
他方のガイドローラ７は、ニップＮよりも搬送方向Ｄの下流側に配置されている。この他方のガイドローラ７の一端部および他端部は、一方のガイドローラ７と同様に、フレーム９の側板９１，９２の挿通孔（図示せず）を挿通しており、フレーム９に回転自在に支持されている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の加熱ベルト６を示している。図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、各ガイドローラ７は、互いに等しい外径２ｒを有している。加熱ベルト６の周方向の全長Ｌは、ガイドローラ７の外径２ｒの整数倍に略等しくされている。具体的には、加熱ベルト６は、各ガイドローラ７に対し、その周方向の略半分と接触しており、ガイドローラ７に接触している部分６１，６２の長さの総和が、πｒ＋πｒ＝２πｒとなっている。なお、πは円周率である。

また、加熱ベルト６は、ガイドローラ７に接触していない部分６３，６４の長さが、それぞれ、πｒに設定されており、ガイドローラ７に接触していない部分６３，６４の長さの総和が、πｒ＋πｒ＝２πｒとなっている。
以上より、加熱ベルト６の全長Ｌは、２πｒ＋２πｒ＝４πｒ≒１２ｒとなり、ガイドローラ７の外径２ｒの整数倍（この実施形態において、６倍）に略等しい。換言すれば、各ガイドローラ７は、加熱ベルト６と接触している部分の長さ（接触長）が、互いに等しい値πｒにされており、加熱ベルト６の全長Ｌは、この値πｒの整数倍に略等しい。

図２および図３（ａ）を参照して、ヒータ８は、ガイドローラ７を介して加熱ベルト６を加熱するためのものであり、各ガイドローラ７のそれぞれの内部に設けられている。各ヒータ８は、たとえばハロゲンランプを備えており、ガイドローラ７よりも小径の細長い筒状に形成されている。各ヒータ８は、ステー１８を介してフレーム９に固定されている（図２において、一方のヒータ８のステー１８のみを図示）。

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、所定の定着温度（たとえば、１８０℃程度）に維持されるようになっている。
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１９が配置されている。

この実施形態の特徴の１つは、定着装置４に、ニップ圧ＰＮ（ニップＮでの圧力）を調整するための調整機構２０（調整手段）を設け、加熱ベルト６を昇温する定着動作の準備中はニップ圧ＰＮを相対的に弱くし、加熱ベルト６の昇温が終了した準備完了時にニップ圧ＰＮを相対的に強くしている点にある。
調整機構２０は、一対の付勢機構１２に対応して一対設けられている。各調整機構２０は、カム２１と、カム２１を駆動するためのモータ２２とを有している。各カム２１は、対応するレバー１２１の他端部２３の近傍に配置されている。

各カム２１は、幅方向Ｗに直交する断面の形状が楕円状をしており、幅方向Ｗに延びる軸線Ｓを中心に揺動可能となっている。軸線Ｓの位置（揺動中心）は、カム２１の上記断面における図心からずれていてもよいし、一致していてもよい（この実施形態では、ずれている）。
上記の構成により、各カム２１の外周面２４は、軸線Ｓからの距離の相異なる部分を含んでいる。各カム２１の外周面２４は、対応するレバー１２１の他端部２３の一側面２５に接触している。各カム２１は、対応するモータ２２の出力軸２２ａに結合されており、モータ２２の駆動によってカム２１が軸線Ｓ回りに揺動される。各モータ２２のハウジング２２ｂは、フレーム９に固定されている。

ヒータ８、モータ１６およびモータ２２は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含む制御部（図示せず）によって動作を制御される。
以上の概略構成を有するプリンタ１は、画像形成に際し、以下のように動作する。すなわち、プリンタ１に画像形成動作が要求されていない待機状態では、カム２１の外周面２４のうち、軸線Ｓからの距離が相対的に近い第１の部分２４ａが、レバー１２１の他端部２３の一側面２５に接触しており、加圧ローラ５は、加熱ベルト６と相対的に強いニップ圧ＰＮ１で接触している。

この状態から、プリンタ１に画像形成動作が要求されると、定着動作の準備を行う。具体的には、モータ２２が駆動して、カム２１を所定の角度（たとえば、９０°）だけ、軸線Ｓ回りに回転させる。これにより、図４に示すように、カム２１の外周面２４のうち、軸線Ｓからの距離が相対的に遠い第２の部分２４ｂが、レバー１２１の他端部２３の一側面２５に接触する。

これにより、レバー１２１は、ばね１２３の付勢力に抗してピン１２２の回りに回動する。これに伴い、加圧ローラ５が下側に下がる。加圧ローラ５が下側に下がることにより、加圧ローラ５は、加熱ベルト６から遠ざかる方向に移動し、加熱ベルト６と相対的に弱いニップ圧ＰＮ２で接触することとなる。
ニップ圧ＰＮが下げられると、ヒータ８がオンにされ、ヒータ８からの熱により、加熱ベルト６が定着温度まで昇温される。

このとき、加熱ベルト６は、ガイドローラ７と加熱ベルト６との接触長πｒ（ガイドローラ７の外径２ｒに基づく長さ）を単位に間欠的に駆動される。具体的には、まず、加熱ベルト６の回転を停止した状態で、そのときにガイドローラ７に接触している加熱ベルト６の接触部分Ａ，Ａが、ヒータ８からの熱を受けて昇温される。
そして、一定時間（たとえば、数秒）経過すると、図５に示すように、加熱ベルト６は、加熱ベルト６とガイドローラ７との接触長πｒ（外径２ｒの略１．５倍）だけ回転され、停止される。そして、その状態においてガイドローラ７に接触している加熱ベルト６の接触部分Ｂ，Ｂが、ヒータ８からの熱を受けて昇温される。この接触部分Ｂ，Ｂは、一定時間昇温される。このようにして、接触部分Ａ，Ａ、Ｂ，Ｂの昇温動作を繰り返すことにより、加熱ベルト６は、全周に亘って定着温度に昇温される。

加熱ベルト６が定着温度まで昇温されると、図３（ａ）に示すように、カム２１を軸線Ｓ回りに回転し、カム２１の外周面２４の第１の部分２４ａを、レバー１２１の一側面２５に接触させる。これにより、加圧ローラ５は押し上げられて加熱ベルト６と再び相対的に強いニップ圧ＰＮ１で接触し、定着動作の準備が完了する。
定着動作の準備が完了すると、トナーが転写された用紙Ｐが、ニップＮに通されて加熱・加圧され、トナーが定着される。

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、定着動作の準備中にニップ圧ＰＮを相対的に弱くすることにより、加熱ベルト６から加圧ローラ５への熱伝達を少なくして、加熱ベルト６を効率よく加熱できる。その結果、定着の準備動作にかかる時間を短くすることができるとともに省エネを達成することができる。また、定着動作時には、ニップ圧ＰＮが相対的に強くされているので、ニップＮを通過する用紙Ｐを確実に加圧できる。

また、ガイドローラ７の外径を互いに等しい値２ｒにし、加熱ベルト６の全長Ｌを、ガイドローラ７の外径２ｒの整数倍に略等しくしている。これにより、ガイドローラ７の外周面をその外径２ｒの整数倍だけ回転させることにより、加熱ベルト６を１周させることができる。
さらに、定着動作の準備中に、加熱ベルト６が、ガイドローラ７の外径２ｒに基づく長さ（加熱ベルト６とガイドローラ７との接触長πｒ）を単位に間欠的に駆動されるようにしている。これにより、加熱ベルト６のうち、ガイドローラ７に接触している部分の長さπｒを単位にして、加熱ベルト６を間欠回動させるので、加熱ベルト６の温度上昇を略均一にできる。これにより、加熱ベルト６の加熱効率を高くでき、定着の準備動作にかかる時間をより短くすることができるとともに更なる省エネを達成することができる。

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、加熱ベルト６を駆動ベルトとし、加圧ローラ５を従動ローラとしてもよい。また、定着動作の準備中に、加熱ベルト６を連続的に回転させてもよい。さらに、加熱ベルト６の全長Ｌは、ガイドローラ７の外径２ｒの整数倍でなくてもよい。また、各ガイドローラ７の外径は互いに異なる値であってもよい。

さらに、ヒータ８を備えるガイドローラ７は、１つのみでもよい。また、ガイドローラ７を３つ以上設けてもよい。この場合、ヒータ８を備えるガイドローラ７は、少なくとも１つあればよい。

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上流側からみた要部の側面図である。（ａ）は、図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線に沿う要部の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の加熱ベルトを示している。定着動作の準備について説明するための図である。定着動作の準備について説明するための図である。

符号の説明

４定着装置
５加圧ローラ
６加熱ベルト
７ガイドローラ（ローラ）
８ヒータ（熱源）
２０調整機構（調整手段）
Ｌ加熱ベルトの全長
Ｎニップ
ＰＮニップ圧
２ｒ（ガイドローラの）外径

Claims

少なくとも１つに熱源を備え、平行に配置された２つのガイドローラ、
上記２つのガイドローラ間に張設された無端状の加熱ベルト、および、
上記加熱ベルトと接触してニップを形成するための加圧ローラを備えており、
上記２つのガイドローラは等しい外径を有し、上記２つのガイドローラは、それらの中心間距離が上記ガイドローラにおける外周面の円周長の１／４の整数倍に等しくなるように配置されており、
上記加熱ベルトの温度を定着温度まで昇温するための定着動作の準備中において、上記ガイドローラにおける外周面の円周長の１／２に相当する長さを間欠的移動量単位として、上記加熱ベルトが間欠的に移動されることを特徴とする定着装置。
上記２つのガイドローラは、それらの中心間距離が上記ガイドローラにおける外周面の円周長の１／２に等しくなるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。