JP4888010B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、用紙（記録シート）に現像剤像を熱定着させる定着装置と、この定着装置を備えた画像形成装置に関する。

一般に、レーザプリンタなどの画像形成装置には、感光体から用紙に転写した現像剤像を熱定着させるための定着装置が設けられている。そして、この定着装置としては、熱源により加熱されるとともに駆動力が供給される加熱ローラと、加熱ローラに対向配置されるとともに、加熱ローラへ向けて押圧される加圧ローラとを備えたものが知られている（特許文献１参照）。

特開平６−３０８８４７号公報

このような定着装置において、加圧ローラと加熱ローラのニップ幅を大きくして、用紙と加熱ローラとの接触面積を増大させることができれば、加熱ローラの温度を低下させたり、加熱ローラの回転を早めても良好に定着が行われる。つまり、定着装置の低温化・高速化が可能となる。

ここで、仮に、ニップ幅を大きくするために、加圧ローラの加熱ローラへの押圧力を大きくしたり、加圧ローラの表面を柔らかい部材で構成すると、加圧ローラの加熱ローラに対向する部位が、窪んだ状態となる。
しかしながら、このように加圧ローラが変形すると（円形度が低下すると）、加熱ローラが用紙に与える搬送力よりも、加圧ローラが用紙の搬送を妨げる力の方が勝り、加熱ローラが用紙とスリップする可能性がある。

そこで、本願発明者は、その変形が大きな加圧ローラが駆動される構成により、用紙のスリップを抑制できることを発見した。
このように加圧ローラが駆動される構成としては、従来、熱源が内部に一体に固定された加熱ローラと、加熱ローラに沿って配設される加圧ローラと、加熱ローラを加圧ローラへ押圧する押しばねと、加圧ローラの端部に設けられる駆動用ギヤとを備えたものが知られている。

このような定着装置では、画像形成装置に設置された駆動源からの駆動力が複数のギヤを介して加圧ローラの駆動用ギヤに伝達されることで、加圧ローラが回転するとともに、この回転に伴って加熱ローラが従動回転している。また、加熱ローラは、加圧ローラの外径のふれを吸収するため、加圧ローラに対して近付く方向と離れる方向に往復動するようになっている。

しかしながら、前記した技術では、加熱ローラに熱源が固定されているので、この熱源が加熱ローラとともに往復動して、熱源の電気系統が損傷する可能性があった。

そこで、本発明は、低温化・高速化が可能であり、熱源の電気系統の損傷を抑えることができる定着装置および画像形成装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、現像剤像が転写された記録シートに、その現像剤像を熱定着させる定着装置であって、中空円筒状に形成される加熱ローラと、前記加熱ローラ内に配置されるとともに、外部から供給される電力によって発熱する熱源と、前記加熱ローラとの間で前記記録シートを挟持する加圧ローラと、前記熱源が固定されるとともに、前記加圧ローラが回転可能に支持されるフレームと、前記加圧ローラを回転させるために、前記加圧ローラの端部に固定される駆動用ギヤと、前記加熱ローラを、前記加圧ローラ側へ押圧するとともに、前記加圧ローラに近づく方向と離れる方向とに移動可能に支持する押圧手段と、前記加熱ローラを回転可能に支持する軸受けと、を備え、前記押圧手段は、湾曲形成または屈曲形成され、前記加熱ローラ側に近付くにつれて離間する一対のアーム部を有する板ばねにより構成され、このアーム部で前記軸受けを挟持することで前記軸受けを支持することを特徴とする。

本発明によれば、加圧ローラが駆動される構成であるので、加圧ローラと加熱ローラのニップ幅を増大させることでき、この結果、定着装置の低温化・高速化が可能となる。また、熱源がフレームに固定され、加熱ローラのみが加圧ローラに対して往復動する構造となるので、加熱ローラの往復動による負荷が熱源の電気系統に直接加わることがなく、熱源の電気系統の損傷を抑えることができる。

本発明によれば、加圧ローラが駆動される構成であるので、加圧ローラと加熱ローラのニップ幅を増大させることでき、この結果、定着装置の低温化・高速化が可能となる。また、加熱ローラのみが往復動することによって、加熱ローラの往復動による負荷が熱源の電気系統に直接加わることがないので、熱源の電気系統の損傷を抑えることができる。

＜レーザプリンタの全体構成＞
最初に、本発明の画像形成装置の一例としてのレーザプリンタの全体構成について簡単に説明する。参照する図面において、図１は、本発明の画像形成装置の一例としてのレーザプリンタを示す側断面図である。
図１に示すように、レーザプリンタ１は、本体ケーシング２内に用紙３を給紙するためのフィーダ部４や、給紙された用紙３に画像を形成するための画像形成部５などを備えている。

＜フィーダ部の構成＞
フィーダ部４は、本体ケーシング２内の底部に着脱可能に装着される給紙トレイ６と、給紙トレイ６内に設けられた用紙押圧板７を備えている。また、フィーダ部４は、給紙トレイ６の一端側端部の上方に設けられる給紙ローラ８および給紙パット９と、給紙ローラ８に対し用紙３の搬送方向の下流側に設けられる紙粉取りローラ１０，１１を備えている。さらに、フィーダ部４は、紙粉取りローラ１０，１１に対して下流側に設けられるレジストローラ１２を備えている。なお、以下の説明においては、用紙３の搬送方向下流側または上流側を、単に、下流側または上流側という場合がある。

そして、このように構成されるフィーダ部４では、給紙トレイ６内の用紙３が、用紙押圧板７によって給紙ローラ８側に寄せられ、この給紙ローラ８および給紙パット９で送り出されて各種ローラ１０〜１２を通った後一枚ずつ画像形成部５に搬送されるようになっている。

＜画像形成部の構成＞
画像形成部５は、スキャナ部１６、プロセスカートリッジ１７、定着装置１８などを備えている。

＜スキャナ部の構成＞
スキャナ部１６は、本体ケーシング２内の上部に設けられ、レーザ発光部（図示せず。）、回転駆動されるポリゴンミラー１９、レンズ２０，２１、反射鏡２２，２３，２４などを備えている。レーザ発光部から発光される画像データに基づくレーザビームは、鎖線で示すように、ポリゴンミラー１９、レンズ２０、反射鏡２２，２３、レンズ２１、反射鏡２４の順に通過あるいは反射して、プロセスカートリッジ１７の感光ドラム２７の表面上に高速走査にて照射される。

＜プロセスカートリッジの構成＞
プロセスカートリッジ１７は、スキャナ部１６の下方に配設され、本体ケーシング２に対して着脱自在に装着される構造となっている。そして、このプロセスカートリッジ１７の外枠を構成する中空の筐体５１内には、現像カートリッジ２８、感光ドラム２７、スコロトロン型帯電器２９および転写ローラ３０が主に設けられている。

現像カートリッジ２８は、筐体５１に対して着脱自在に装着されており、現像ローラ３１、層厚規制ブレード３２、供給ローラ３３およびトナーホッパ３４を備えている。そして、トナーホッパ３４内のトナーは、供給ローラ３３の矢印方向（反時計方向）への回転により、現像ローラ３１に供給され、このとき、供給ローラ３３と現像ローラ３１との間で正に摩擦帯電される。現像ローラ３１上に供給されたトナーは、現像ローラ３１の矢印方向（反時計方向）への回転に伴なって、層厚規制ブレード３２と現像ローラ３１との間に進入し、一定厚さの薄層として現像ローラ３１上に担持される。

感光ドラム２７は、筐体５１に、矢印方向（時計方向）へ回転可能に支持されている。この感光ドラム２７は、ドラム本体が接地されるとともに、その表面部分がポリカーボネートからなる正帯電性の感光層により形成されている。

スコロトロン型帯電器２９は、感光ドラム２７の上方に、感光ドラム２７に接触しないように、所定間隔を隔てて対向配置されている。このスコロトロン型帯電器２９は、タングステンなどの帯電用ワイヤからコロナ放電を発生させる正帯電用のスコロトロン型の帯電器であり、感光ドラム２７の表面を一様に正極性に帯電させるように構成されている。

転写ローラ３０は、感光ドラム２７の下方において、この感光ドラム２７に対向して接触するように配置され、筐体５１に、反時計方向へ回転可能に支持されている。この転写ローラ３０は、金属製のローラ軸に、導電性のゴム材料が被覆されて構成されている。この転写ローラ３０には、転写時に、転写バイアスが印加される。

そして、感光ドラム２７の表面は、スコロトロン型帯電器２９により一様に正帯電された後、スキャナ部１６からのレーザビームの高速走査により露光される。これにより、露光された部分の電位が下がって、画像データに基づく静電潜像が形成される。ここで、「静電潜像」とは、一様に正帯電されている感光ドラム２７の表面のうち、レーザビームによって露光されて電位が下がっている露光部分をいう。次いで、現像ローラ３１の回転により、現像ローラ３１上に担持されているトナーが、感光ドラム２７に対向して接触するときに、感光ドラム２７の表面上に形成される静電潜像に供給される。そして、トナーは、感光ドラム２７の表面上で選択的に担持されることによって可視像化され、これによって反転現像によりトナー像が形成される。

その後、感光ドラム２７と転写ローラ３０とは、用紙３を両者間で挟持して搬送するように回転駆動され、感光ドラム２７と転写ローラ３０との間を用紙３が搬送されることにより、感光ドラム２７の表面に担持されているトナー像が用紙３上に転写される。

＜定着装置の構成＞
定着装置１８は、プロセスカートリッジ１７の下流側に配設され、加熱ローラ４１、加熱ローラ４１との間で用紙３を挟持する加圧ローラ４２、および、これら加熱ローラ４１および加圧ローラ４２の下流側に設けられる１対の搬送ローラ４３を備えている。そして、このように構成される定着装置１８では、用紙３上に転写されたトナー像を、用紙３が加熱ローラ４１と加圧ローラ４２との間を通過する間に熱定着させる。その後、その用紙３は、搬送ローラ４３によって、排紙パス４４に搬送される。なお、排紙パス４４に送られた用紙３は、排紙ローラ４５によって排紙トレイ４６上に排紙される。

＜定着装置の構造の詳細＞
次に、定着装置の構造の詳細について説明する。参照する図面において、図２は図１に示すレーザプリンタの定着装置を構成する各部品の関係を示す断面図（ａ）と、図２（ａ）のＸ−Ｘ断面図（ｂ）である。

図２（ａ）および（ｂ）に示すように、定着装置１８は、前記した加熱ローラ４１および加圧ローラ４２を主に備える他、加熱ローラ用軸受け６０と、板ばねＢＳと、ハロゲンヒータＨＨと、加圧ローラ用軸受け６１と、フレーム６２とを主に備えている。

加熱ローラ４１は、中空の円柱状に形成される部品であり、その内部に配設されたハロゲンヒータＨＨによって加熱されるようになっている。そして、この加熱ローラ４１は、その両端が、加熱ローラ用軸受け６０によって回転自在に支持されている。なお、この加熱ローラ４１としては、図４（ａ）に示すように、例えば直径が２５ｍｍのものを利用できる。さらに、この加熱ローラ４１をアルミで形成するとともに、その表面をテフロン（登録商標、ＰＴＦＥ）コーティングしてもよい。

加熱ローラ用軸受け６０は、円筒状に形成される樹脂製の部材であり、その外周面には、所定幅の溝６０ａが形成されている。そして、この加熱ローラ用軸受け６０は、板ばねＢＳで加圧ローラ４２へ押圧されることによって、この板ばねＢＳと加圧ローラ４２との間で保持されている。なお、加熱ローラ用軸受けとしては、導電性または絶縁性の樹脂のいずれを採用してもよいし、また、ボールベアリングなどであってもよい。この加熱ローラ用軸受け６０は加熱ローラ４１の軸方向両端部に対応して設けられている。

板ばねＢＳは、後で詳述するフレーム６２のばね支持部６２ａ内に配設される底壁部Ｂ１と、この底壁部Ｂ１から加熱ローラ４１側に近づくにつれて互いに離間するように、底壁部Ｂ１に対して傾斜状に屈曲形成される一対のアーム部Ｂ２とを備えている。そして、この板ばねＢＳは、その一対のアーム部Ｂ２によって加熱ローラ用軸受け６０を挟持、詳しくは加熱ローラ用軸受け６０の溝６０ａの底面を支持している。

なお、一対のアーム部Ｂ２は、フレーム６２内に加熱ローラ４１とともに取り付けられた状態（図２の状態）においては、取付前の無負荷状態に比べ、わずかに広げられた状態（最大に広げられる前の状態）となっている。つまり、一対のアーム部Ｂ２は、狭まる方向と広がる方向に変位可能な状態で、定着装置１８内に取り付けられている。そのため、図３に示すように、完成後の定着装置１８内においては、加熱ローラ４１が、板ばねＢＳによって、加圧ローラ４２側へ押圧されるとともに、加圧ローラ４２に近づく方向と離れる方向とに移動可能となっている。また、加熱ローラ４１は、一対のアーム部Ｂ２によって用紙３の搬送方向（ニップ幅方向；加熱ローラ４１と加圧ローラ４２の共通接線方向）において挟持されているので、用紙３の搬送方向に移動するのが規制されている。

ハロゲンヒータＨＨは、加熱ローラ４１内に配置された状態で、その両端がフレーム６２に固定されている。詳しくは、ハロゲンヒータＨＨの各端部から突出する端子Ｈ１が金属板Ｍ１に溶接され、この金属板Ｍ１が樹脂製のフレーム６２に一体に形成された筐体側金属板Ｍ２に金属製のねじＳＣによって固定されることで、ハロゲンヒータＨＨがフレーム６２に固定されている。そのため、図３に示すように、加熱ローラ４１が加圧ローラ４２の外径ふれにより移動しても、ハロゲンヒータＨＨはその移動による影響は受けずに、フレーム６２に対して固定されたままとなっている。なお、このハロゲンヒータＨＨは、図示せぬ外部電源（電源基板、商用電源等）から電力が筐体側金属板Ｍ２、金属板Ｍ１および端子Ｈ１を介して供給されることで、発熱するようになっている。

加圧ローラ４２は、円筒状に形成される本体部４２ａと、この本体部４２ａを貫通するように設けられる回転軸４２ｂとを備えている。この回転軸４２ｂは、その先端側部分が中央部分よりも小径となる中径部４２ｃと、この中径部４２ｃよりも小径となる小径部４２ｄとによって二段階に縮径する段差形状となっている。そして、中径部４２ｃが加圧ローラ用軸受け６１によって回転可能に支持されるとともに、小径部４２ｄに駆動用ギヤＧが固定されている。これにより、駆動用ギヤＧに図示せぬ駆動装置からの駆動力が伝達されることで、加圧ローラ４２が回転するようになっている。

また、回転軸４２ｂは、その先端部、詳しくは前記した中径部４２ｃおよび小径部４２ｄが加熱ローラ４１の端面よりも軸方向外側に位置するような長さで形成されている。そのため、加圧ローラ用軸受け６１を支持するフレーム６２の軸受け支持部６２ｂを適切な位置・大きさで形成することが可能となるとともに、駆動用ギヤＧを大きくすることが可能となっている。

なお、この加圧ローラ４２としては、図４（ｂ）に示すように、例えば直径が２５ｍｍのものを利用できる。さらに、この加圧ローラ４２の構成としては、その中央部に設けた芯金の周囲に、６〜７ｍｍのウレタンゴムを設け、このウレタンゴムの表面を厚さ２０〜５０μｍのテフロン（登録商標、ＰＴＦＥ）チューブで覆うようにしてもよい。なお、ウレタンゴムが発泡性のものであると変形しやすくなるので、よりニップ幅を大きくすることができる。また、加圧ローラ４２をこのように軟らかい部材で構成すると、外形精度（円形度）が低くなるので、本発明のように、加熱ローラ４１の往復動によって加圧ローラ４２の外形のフレを吸収する構造が非常に効果的である。

フレーム６２は、加熱ローラ４１および加圧ローラ４２を主に収容する下側開口型の容器状に形成されている。そして、このフレーム６２の上壁６２ｃには、前記した一対のばね支持部６２ａが下方へ突出するように形成されている。そして、各ばね支持部６２ａは、加熱ローラ４１の軸方向において板ばねＢＳの底壁部Ｂ１の幅分の距離だけ離れるとともに、互いに対向するように形成されている。これにより、一対のばね支持部６２ａで板ばねＢＳの底壁部Ｂ１が加熱ローラ４１の軸方向において挟持されて、板ばねＢＳの軸方向における移動が規制される。

また、板ばねＢＳの幅は、加熱ローラ用軸受け６０の溝６０ａの幅と略同じ大きさで形成されており、これにより、加熱ローラ用軸受け６０の軸方向における移動が板ばねＢＳによって規制される。なお、加熱ローラ４１と加熱ローラ用軸受け６０は、通常、軸方向における相対移動が規制された状態で係合しているため、板ばねＢＳで加熱ローラ用軸受け６０の移動を規制することで、加熱ローラ４１の移動も規制されることとなる。

以上によれば、本実施形態において以下のような効果を得ることができる。
ハロゲンヒータＨＨがフレーム６２に固定され、加熱ローラ４１がハロゲンヒータＨＨとは別に往復動する構造であるため、ハロゲンヒータＨＨの電気系統（例えば端子Ｈ１周りの構造）の損傷を抑えることができる。

加熱ローラ４１を往復動させる構造を、主に板ばねＢＳだけで構成しているので、例えばスプリングで付勢されたアームで加熱ローラを押圧する構造に比べ、部品点数の削減によるコストダウンを図ることができる。
板ばねＢＳの一対のアーム部Ｂ２で加熱ローラ用軸受け６０を挟持するので、加熱ローラ４１の移動を用紙３の搬送方向において規制することができる。

駆動用ギヤＧが加熱ローラ４１の軸方向外側に配設されているので、駆動用ギヤＧの径を大きくして、駆動用ギヤＧにかかるトルクを小さくすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。
前記実施形態では、押圧手段および弾性部材の一例として、板ばねＢＳを採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、押圧手段として、加熱ローラを回転可能に支持し、かつ、フレームに回動可能に支持されるアーム部材と、このアーム部材を付勢することで前記加熱ローラを加圧ローラ側へ押圧するばね部材とを採用してもよい。また、弾性部材としては、屈曲形成された板ばねＢＳでなく、例えば円弧状に湾曲形成された板ばねや、コイルスプリング、トーションばねなどを採用してもよい。

前記実施形態では、レーザプリンタ１に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、その他の画像形成装置、例えば複写機や複合機などに本発明を適用してもよい。

前記実施形態では、転写手段の一例として転写ローラ３０を採用したが、本発明はこれに限定されず、例えば非接触型のものを採用してもよい。
前記各実施形態では、記録シートの一例として、厚紙、はがき、薄紙などの用紙３を採用したが、本発明はこれに限定されず、例えばＯＨＰシートであってもよい。

前記実施形態では、熱源の一例としてハロゲンヒータＨＨを採用したが、本発明はこれに限定されず、例えば誘導加熱方式のＩＨ（Induction Heating)ヒータや発熱抵抗体などを採用してもよい。

前記実施形態では、現像剤の一例としてトナー、現像手段の一例として現像カートリッジ２８、露光装置の一例としてスキャナ部１６、感光体の一例として感光ドラム２７を採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明の趣旨を逸脱しない限り、材料や構造を適宜変更可能であることはいうまでもない。

また、ニップ幅Ｎとしては、図４（ａ）および（ｂ）の各ローラ４１，４２の関係を踏まえると、６〜１０ｍｍ程度が好ましい。
さらに、加圧ローラ４２の直径としては、図４（ｂ）に示す程度の直径、すなわち２０〜４０ｍｍ程度が好ましい。
また、加圧ローラ４２のゴム層の厚み（径方向）としては、図４（ｂ）に示す程度の厚み、すなわち５〜１５ｍｍ程度が好ましい。さらに、このゴム層の厚みは、加圧ローラ４２の直径が２５ｍｍのときは、６〜８ｍｍ、より好ましくは７．５ｍｍ程度が好ましい。

本発明の画像形成装置の一例としてのレーザプリンタを示す側断面図である。 図１に示すレーザプリンタの定着装置を構成する各部品の関係を示す断面図（ａ）と、図２（ａ）のＸ−Ｘ断面図（ｂ）である。 加熱ローラが加圧ローラから離れるように移動した状態を示す断面図である。 加熱ローラの一例を示す側面図（ａ）と、加圧ローラの一例を示す側面図（ｂ）である。

符号の説明

１ レーザプリンタ（画像形成装置）
３ 用紙（記録シート）
１８ 定着装置
４１ 加熱ローラ
４２ 加圧ローラ
４２ａ 本体部
４２ｂ 回転軸
４２ｃ 中径部
４２ｄ 小径部
６０ 加熱ローラ用軸受け
６０ａ 溝
６２ フレーム
６２ａ 支持部
６２ｂ 支持部
６２ｃ 上壁
ＢＳ 板ばね（押圧手段、弾性部材）
Ｂ１ 底壁部
Ｂ２ アーム部
Ｇ 駆動用ギヤ
Ｈ１ 端子
ＨＨ ハロゲンヒータ（熱源）
Ｍ１ 金属板
Ｍ２ 筐体側金属板

Claims (3)

1. 現像剤像が転写された記録シートに、その現像剤像を熱定着させる定着装置であって、
   中空円筒状に形成される加熱ローラと、
   前記加熱ローラ内に配置されるとともに、外部から供給される電力によって発熱する熱源と、
   前記加熱ローラとの間で前記記録シートを挟持する加圧ローラと、
   前記熱源が固定されるとともに、前記加圧ローラが回転可能に支持されるフレームと、
   前記加圧ローラを回転させるために、前記加圧ローラの端部に固定される駆動用ギヤと、
   前記加熱ローラを、前記加圧ローラ側へ押圧するとともに、前記加圧ローラに近づく方向と離れる方向とに移動可能に支持する押圧手段と、
   前記加熱ローラを回転可能に支持する軸受けと、を備え、
   前記押圧手段は、湾曲形成または屈曲形成され、前記加熱ローラ側に近付くにつれて離間する一対のアーム部を有する板ばねにより構成され、このアーム部で前記軸受けを挟持することで前記軸受けを支持することを特徴とする定着装置。
2. 前記駆動用ギヤが、前記加熱ローラの軸方向外側に配設されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 記録シート上に画像を形成する画像形成装置であって、
   入力された前記画像の信号に応じてレーザ光を走査する露光装置と、
   前記露光装置によりレーザ光が走査されて静電潜像が形成される感光体と、
   前記感光体に現像剤を供給する現像手段と、
   前記現像剤で形成された現像剤像を前記記録シート上に転写する転写手段と、
   請求項１または請求項２に記載の定着装置と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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