JP5143589B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの定着装置および画像形成装置に関する。

近年、プリンタや複写機などの画像形成装置には省エネルギーの観点から、さらなるウォームアップ時間の短縮化が求められている。それを達成するための一つの方法として、定着装置の定着ローラまたは定着ベルトの熱容量を下げ、さらには定着ローラまたは定着ベルトから余分な熱が逃げないようにする方法が提案されている。

例えば特許文献１では、ウォームアップ時において、定着ベルト（加熱部材）と加圧ローラ（加圧部材）の接触を保ったまま加圧力を弱めた加圧低減状態にすることにより、加圧ローラへ余計な熱を奪われないように工夫された定着装置が記載されている。この定着装置は、駆動源が加圧ローラのみに繋がっており、この加圧ローラの回転駆動による、該加圧ローラと定着ベルトの外面との定着ニップ部における圧接摩擦力で定着ベルトに回転力が作用している。

特開２００５−１１４９５９号公報

ところで、前記の定着装置は、ウォームアップ時において、定着ベルトを駆動させて加熱源によって周方向に均一に温める必要がある。しかしながら、駆動源が加圧ローラのみに繋がっている構成であるため、定着ベルトと加圧ローラを完全に離間して定着ベルトからの熱流出を低減することは不可能であった。このため、定着ベルトと加圧ローラを完全に離間する場合に比べて昇温の効率が悪く、ウォームアップ時間の短縮が十分なものではなかった。

それゆえに、本発明の主たる目的は、ウォームアップ時間の短縮が可能な定着装置および画像形成装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、ベルト状の加熱部材と、加熱部材と対向する加圧部材と、加熱部材と対向するベルト駆動コロと、加熱部材が加圧部材に圧接している圧接状態と加熱部材が加圧部材と離間している離間状態とを切り替える切替手段とを備え、ウォームアップの際には、切替手段は離間状態に切り替えられ、加熱部材は加圧部材と離間すると共にベルト駆動コロに圧接して、加熱部材はベルト駆動コロによって従動回転し、かつ、加熱部材を昇温させ、通紙の際には、切替手段は圧接状態に切り替えられ、加熱部材は加圧部材に圧接すると共にベルト駆動コロと離間して、加熱部材は加圧部材によって従動回転し、かつ、加熱部材と加圧部材の圧接で形成される定着ニップ部でトナー画像を担持した用紙を挟持搬送させて加熱すること、を特徴とする、定着装置である。

請求項１の発明では、ウォームアップの際には加熱部材と加圧部材を離間するため、加熱部材からの熱流出が最小限となり、加熱部材の昇温効率が向上する。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明に従属する発明であって、ベルト駆動コロおよび加圧部材の駆動源が共通であり、ウォームアップの際には、駆動源が加圧部材から切り離されてベルト駆動コロに繋がり、駆動源の回転駆動力がベルト駆動コロに伝達され、加熱部材はベルト駆動コロによって従動回転し、通紙の際には、駆動源がベルト駆動コロから切り離されて加圧部材に繋がり、駆動源の回転駆動力が加圧部材に伝達され、加熱部材は加圧部材によって従動回転していることを特徴とする、定着装置である。

請求項２の発明では、加熱部材および加圧部材の駆動源が共通であるため、装置の構成が簡素となり、製造コストが安価で小型の定着装置となる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明に従属する発明であって、待機の際には加熱部材と加圧部材が離間していることを特徴とする、定着装置である。

請求項３の発明では、待機の際には加熱部材と加圧部材が離間している。従って、装置の立ち上げ後、加熱部材の駆動と加圧部材の駆動とを切り替える手段を稼働させることなく、即座にウォームアップ状態となっているため、無駄な時間が生じない。

また、請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする、画像形成装置である。

請求項４の発明では、ウォームアップの際には定着装置の加熱部材と加圧部材が離間し、加熱部材からの熱流出が最小限となり、加熱部材の昇温効率が向上するため、ウォームアップ時間の短い画像形成装置が得られる。

本発明によれば、ウォームアップの際には加熱部材と加圧部材を離間するので、ウォームアップ時間の短縮が可能な定着装置や画像形成装置が得られる。さらに、構成が簡素であるので、省スペース化およびコストの削減化が図れる。

本発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

図１は本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置１を示す概略構成図である。

感光体ドラム２４は駆動手段によって図示矢印の時計回り方向に所定速度で駆動される。感光体ドラム２４の外周近傍には、帯電器３２、現像器２２、転写ローラ２３、摺擦部材３０が設けられている。感光体ドラム２４は帯電器３２にて表面が帯電される。感光体ドラム２４の回転方向における帯電器３２の下流側には、レーザースキャニングユニット２６が配置されている。レーザースキャニングユニット２６から放射されたレーザ光Ｌは、反射ミラー２８を介して感光体ドラム２４上に照射され、静電潜像が形成される。

レーザースキャニングユニット２６の下流側には、現像器２２が配置されている。現像器２２は、ブラックのトナーを感光体ドラム２４に付与するためのものである。現像器２２に対して、トナーカートリッジ２０が配設されている。

現像器２２の下流側には、転写ローラ２３が配置されている。さらに、転写ローラ２３の下流側には、感光体ドラム２４に残ったトナーを除去するための摺擦部材３０が配置されている。

一方、ピックアップローラ４２はブラックトナー像と同期して給紙カセット２から被記録材としての用紙Ｐを引き出し、分離ローラ１８と給紙ローラ４４とを介して給紙する。用紙Ｐには感光体ドラム２４上に形成されたトナー像が転写され、定着装置４６に搬入される。トナー画像を転写された用紙Ｐは、定着装置４６で定着され、印刷物として機外に排出されて排紙トレイ５０上に積載される。

次に、定着装置４６について、図２および図３を参照して説明する。図２は定着装置４６の横断面概略構成図であり、図３は一部縦断面概略構成図である。定着装置４６は加熱部材５８と加圧部材（加圧ローラ）５９を備え、両者の圧接により定着ニップ部Ｎ（例えば図４および図５参照。）を形成させる。そして、加熱部材５８と加圧ローラ５９の圧接で形成される定着ニップ部Ｎ（例えば図４および図５参照。）で、トナー画像を転写された用紙Ｐを挟持搬送させて加熱する。

加熱部材５８は、加熱源６１ａ，６１ｂ、横断面円弧状樋型のベルトガイド６３、ベルトガイド６３にルーズに外嵌させた、被加熱体としての円筒状の定着ベルト６０、ベルトガイド６３を支持するバックアップ部材６２、定着ベルト６０の奥側と手前側に装着した定着ベルト寄り移動規制手段としてのベルトホルダ６５ａ，６５ｂ等の組み立て体である。

定着ベルト６０は、厚さが３０〜８０μｍの円筒状に成型された金属層（ＳＵＳ、Ｎｉなど）からなる基体層の上に、弾性層として厚さが２００〜５００μｍのシリコーンゴム層を設け、更に外側に厚さが３０μｍの離型層を被覆したものである。定着ベルト６０の厚さを薄くすることにより、定着ベルト６０の熱容量を最小限に抑えている。

環状のベルトホルダ６５ａ，６５ｂは、定着ベルト６０の奥側と手前側に配設され、定着ベルト６０の回転に伴う該定着ベルト６０の長手方向の寄り移動を規制する。

加熱源６１ａ，６１ｂとしては、ハロゲンやカーボンなどのランプ、またはIHヒータなどが用いられる。

バックアップ部材６２にはＳＵＳなどの金属が用いられている。バックアップ部材６２の奥側と手前側は、それぞれ外方向に延在した腕部６２ａ，６２ｂがベルトホルダ６５ａ，６５ｂから突出している。また、加熱源６１ａ，６１ｂにランプを用いる場合には、バックアップ部材６２の表面にはランプの光を反射するようにアルミなどの皮膜が形成されている。

ベルトガイド６３にはＳＵＳなどの金属が用いられ、定着ベルト６２の走行をガイドする。ベルトガイド６３の表面には定着ベルト６２との摺動を高めるために、ＰＴＦＥ、ＰＩ、カーボン、二硫化モリブデンなどのコーティング層が形成されたり、フッ素グリスなどが塗布されたりしている。さらに、定着ベルト６２から熱を奪わないように、ベルトガイド６３の厚さを０．１〜０．３ｍｍにして熱容量を抑えている。

加圧ローラ５９は、金属製軸８２の上に、シリコーンゴム弾性層８０を設け、更にその上に薄い離型層を設けたものである。図示していないが、この加圧ローラ５９は、金属製軸８２の両端部を定着装置筐体の奥側と手前側のフレーム部（側板）間に軸受を介して回転自在に支持させて配設している。金属製軸８２の手前側の端部には、ドライブギヤ８４が装着されている。

この加圧ローラ５９の上方に加熱部材５８を配設している。すなわち、加熱部材５８は、ベルトホルダ６５ａ，６５ｂを定着装置筐体の奥側と手前側のフレーム部（側板）に係合させ、加圧ローラ５９の上方に並行に配設されている。そして、ばね材６６ａ，６６ｂを利用した押圧機構にてバックアップ部材６２の奥側と手前側の腕部６２ａ，６２ｂを押し下げ、ベルトガイド６３の下面を定着ベルト６０の内周面に押し付けている。

さらに、加熱部材５８の上側にベルト駆動コロ７０ａ，７０ｂを配設している。ベルト駆動コロ７０ａ，７０ｂはそれぞれ、金属製軸７２の奥側と手前側に装着され、金属製軸７２の両端部を定着装置筐体の奥側と手前側のフレーム部（側板）間に軸受を介して回転自在に支持されて配設されている。金属製軸７２の手前側の端部には、ドライブギヤ７４が装着されている。

そして、図２および図３に示すように加熱部材５８が加圧ローラ５９とは離間し、ベルト駆動コロ７０ａ，７０ｂとは接しているとき、定着ベルト６０は、モータ７６の回転駆動力がドライブギヤ７７を介して、金属製軸７２の手前側端部に装着したドライブギヤ７４に伝達されることで、ベルト駆動コロ７０ａ，７０ｂと定着ベルト６０の外周面との圧接摩擦力で従動回転する。

一方、加圧ローラ５９とベルト駆動コロ７０ａ，７０ｂが同期して並行移動すると、加熱部材駆動から加圧ローラ駆動に切り替わる。すなわち、図４および図５に示すように、加圧ローラ５９とベルト駆動コロ７０ａ，７０ｂが同期して矢印Ａ方向（上方向）に並行移動し、加熱部材５８がベルト駆動コロ７０ａ，７０ｂとは離間し、加圧ローラ５９とは接するとき、定着ベルト６０は、モータ７６の回転駆動力がドライブギヤ７７を介して、金属製軸８２の手前側端部に装着したドライブギヤ８４に伝達されることで、加圧ローラ５９と定着ベルト６０の外周面との定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力で従動回転する。その結果、定着ベルト６０が、その内面がガイド部材６３に摺動しながら、ガイド部材６３の外回りを従動回転する。

以上の構成からなる定着装置４６のウォームアップ動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。

待機状態（図２および図３に示した状態）の定着装置４６において、加圧ローラ５９とは離間し、ベルト駆動コロ７０ａ，７０ｂとは接している。印刷開始のトリガーが入力されると、ステップＳ１で、加熱源６１ａ，６１ｂがＯＮ状態となり、加熱源６１ａ，６１ｂの熱によって定着ベルト６０の加熱が開始される。

次に、ステップＳ２で、定着ベルト６０は、モータ７６の回転駆動力がドライブギヤ７７を介して、金属製軸７２の手前側端部に装着したドライブギヤ７４に伝達されることで、ベルト駆動コロ７０ａ，７０ｂと定着ベルト６０の外周面との圧接摩擦力で従動回転する。このとき、定着ベルト６０の回転速度を低速にして、定着ベルト６０を周方向に均等に、かつ素早く昇温させる。

次に、ステップＳ３で、温度センサ（図示せず）にて定着ベルト６０が定着温度（約１６０℃）に達したか否かを測定する。

定着ベルト６０が定着温度に達すると、ステップＳ４で、図４および図５に示すように、加圧ローラ５９とベルト駆動コロ７０ａ，７０ｂが同期して矢印Ａ方向（上方向）に並行移動し、加熱部材５８の駆動と加圧ローラ５９の駆動とが切り替わる。すなわち、加熱部材５８は、ベルト駆動コロ７０ａ，７０ｂとは離間し、加圧ローラ５９とは接する。これにより、定着ベルト６０は、モータ７６の回転駆動力がドライブギヤ７７を介して、金属製軸８２の手前側端部に装着したドライブギヤ８４に伝達されることで、加圧ローラ５９と定着ベルト６０の外周面との定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力で従動回転する。その結果、定着ベルト６０が、その内面がガイド部材６３に摺動しながら、ガイド部材６３の外回りを従動回転する。

次に、ステップＳ５で、所定時間経過したか否かを判断する。所定時間は、定着ベルト６０に加圧ローラ５９の圧接摩擦力が均等に加わるために必要な時間であり、かつ、加圧ローラ５９を暖めるために必要な時間である。

所定時間が経過すると、ステップＳ６で、画像形成装置１の操作パネル面に「Ｒｅａｄｙ」の表示が現れ、通紙可能状態となる。

以上のように、定着装置４６は、ウォームアップの際には加熱部材５８と加圧ローラ５９を離間するため、加熱部材５８からの熱流出が最小限となり、加熱部材５８の昇温効率を向上させることができる。この結果、常温から１６０℃まで昇温するのにかかる時間（ウォームアップ時間）が、従来の１５．９秒から９．８秒へ短縮できた。

また、加熱部材５８および加圧ローラ５９の駆動源として、共通のモータ７６を利用しているため、装置の構成が簡素となり、製造コストが安価で小型の定着装置４６となる。

さらに、待機の際には加熱部材５８と加圧ローラ５９が離間しているので、画像形成装置１の立ち上げ後、加熱部材５８の駆動と加圧部材５９の駆動とを切り替えることなく、即座にウォームアップすることができ、無駄な時間が生じない。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。

本発明に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明に係る定着装置を示す横断面概略構成図ある。 本発明に係る定着装置を示す一部縦断面概略構成図である。 図２に示した定着装置の動作を説明するための横断面概略構成図である。 図２に示した定着装置の動作を説明するための一部縦断面概略構成図ある。 定着装置の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 画像形成装置
４６ 定着装置
５８ 加熱部材
５９ 加圧ローラ
６０ 定着ベルト
７０ａ，７０ｂ ベルト駆動コロ
７６ モータ
７７，７４，８４ ドライブギヤ
Ｎ 定着ニップ部

Claims (4)

1. ベルト状の加熱部材と、前記加熱部材と対向する加圧部材と、前記加熱部材と対向するベルト駆動コロと、前記加熱部材が前記加圧部材に圧接している圧接状態と前記加熱部材が前記加圧部材と離間している離間状態とを切り替える切替手段とを備え、
   ウォームアップの際には、前記切替手段は離間状態に切り替えられ、前記加熱部材は前記加圧部材と離間すると共に前記ベルト駆動コロに圧接して、前記加熱部材は前記ベルト駆動コロによって従動回転し、かつ、前記加熱部材を昇温させ、
   通紙の際には、前記切替手段は圧接状態に切り替えられ、前記加熱部材は前記加圧部材に圧接すると共に前記ベルト駆動コロと離間して、前記加熱部材は前記加圧部材によって従動回転し、かつ、前記加熱部材と前記加圧部材の圧接で形成される定着ニップ部でトナー画像を担持した用紙を挟持搬送させて加熱すること、
   を特徴とする、定着装置。
2. 前記ベルト駆動コロおよび前記加圧部材の駆動源が共通であり、
   ウォームアップの際には、前記駆動源が前記加圧部材から切り離されて前記ベルト駆動コロに繋がり、前記駆動源の回転駆動力が前記ベルト駆動コロに伝達され、前記加熱部材は前記ベルト駆動コロによって従動回転し、
   通紙の際には、前記駆動源が前記ベルト駆動コロから切り離されて前記加圧部材に繋がり、前記駆動源の回転駆動力が前記加圧部材に伝達され、前記加熱部材は前記加圧部材によって従動回転していることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 待機の際には前記加熱部材と前記加圧部材が離間していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の定着装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする、画像形成装置。

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