JP5331910B2 - 定着装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等に用いる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、定着ベルトの蛇行を規制する定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。

従来、画像形成装置においては、感光体ドラム等の像担持体に形成されたトナー像を記録媒体に転写し、そのトナー像を担持する記録媒体を定着装置に向けて搬送し、定着装置において、熱及び圧力を加えることにより記録媒体上のトナー像を記録媒体に定着させている。

定着装置には、定着ローラーと熱ローラーとの間で回転可能に張架された定着ベルトと、定着ベルトに圧接される加圧ローラーとを備え、記録媒体が定着ベルトと加圧ローラーとの間のニップ部を通過する間にトナー像を記録媒体に定着されるベルト定着方式がある。

ベルト定着方式の定着装置では、張架されるローラー間で定着ベルトを回転させているとき、定着ベルトがローラー上でローラー軸方向に移動して蛇行する場合がある。定着ベルトの蛇行にともなって記録媒体上のトナー像の位置がずれる等の定着不良の要因となってしまうという問題が生じていた。また、定着ベルトの蛇行が続くと、ベルトの端部が破損するおそれがあった。

そこで、定着ベルトの蛇行を抑制する技術が従来から知られている。例えば、特許文献１記載の定着装置は、駆動ローラー及び蛇行修正ローラーに張架される定着ベルトと、加熱ローラーとを備え、定着ベルトと加熱ローラーとの間で記録媒体を押圧及び加熱しトナー像を定着させる。この定着装置は、定着ベルトの縁部に接触しベルトの蛇行を検知する蛇行検知センサーと、蛇行修正ローラーを揺動させるためにモーターの駆動により回転する蛇行修正カムと、蛇行検知センサーの検知結果によりモーターを回転させるクラッチと、を備える。蛇行検知センサーが定着ベルトの蛇行を検知すると、クラッチがオンし、モーターの回転力が蛇行修正カムに伝達される。これにより蛇行修正カムが回転し始め、蛇行修正ローラーが定着ベルトの蛇行を修正する方向に揺動する。

また、特許文献２記載の定着装置では、定着ベルトが二つのローラー間に回転可能に張架されている。Ｃ字状をしてバネ性を有する蛇行防止部材がそのバネ力によって一方のローラーの両端部に嵌め込まれている。蛇行防止部材は、所定の厚みを有して定着ベルトの幅より若干広い間隔を有して一方のローラーの両端部に配置されることで、定着ベルトの縁部を規制し、定着ベルトのローラーの軸方向への蛇行を防いでいる。

特開平５−２９７９５３号公報（段落［００１３］〜［００２２］、第１図、第３図） 特開平８−１１９４８４号公報（段落［００１０］、［００１１］、第２図）

しかしながら特許文献１記載の定着装置は、ベルトの蛇行修正のために検知センサー、モーター、クラッチ及び蛇行修正機構を備え、装置が複雑で高価なものとなる。

また、特許文献２記載の定着装置では、定着ベルトの蛇行を規制するために定着ベルトの縁部が蛇行防止部材の端面に当接する。定着ベルトの縁部が蛇行防止部材の端面に当接した状態でローラーが回転しているとき、ローラーへ進入する定着ベルトの縁部は、蛇行防止部材の端面外周部にまず当接し、その後、その内周側に徐々に当接位置を変えて移動し、そしてローラーの回転保持部に巻き付くことなる。蛇行防止部材がローラーとともに回転すると、蛇行防止部材の外周部と内周部では線速が異なる。蛇行防止部材の外周部は内周部に対して線速が大きくなるために、定着ベルトは蛇行防止部材によって外周側に引き上げられながらローラーに進入する。一方、定着ベルトがローラーから離間する場合、定着ベルトの縁部は、蛇行防止部材の端面内周部に当接しているが、その後、その外周側に徐々に当接位置を変えて移動し、そして蛇行防止部材の外周部から離間することになる。蛇行防止部材が回転しているとき、蛇行防止部材の内周部は外周部に対して線速が小さくなるために、定着ベルトは蛇行防止部材によって内周側に押させつけられながらローラーから離間する。このように、定着ベルトは、蛇行規制によって定着ベルトのローラー軸方向にねじれ、またローラーへの進入時に引き上げ力を受ける一方、ローラーからの離間時に押しつけ力を受ける。定着ベルトが回転している間、定着ベルトに引き上げ力及び押しつけ力が繰り返し作用し、定着ベルトに亀裂が入りさらに定着ベルトが破断するおそれがある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、定着ベルトの蛇行を規制し、定着ベルトの蛇行規制にともなう定着ベルトが受ける負荷によるダメージを軽減させる定着装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１の発明は、加熱手段によって加熱される無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して加圧ローラーに圧接される第１のローラーと、該第１のローラーとともに前記定着ベルトを回転可能に張架する第２のローラーと、を備え、記録媒体を前記定着ベルトと前記加圧ローラーとの間で挟持して、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着する定着装置において、前記第１及び第２のローラーの少なくとも一方のローラーは、前記定着ベルトを回転可能に保持する円筒状の回転保持部と、該回転保持部の両端部の外周面から環状に突出し、突出部分の内側面に前記定着ベルトの縁部を当接させることで前記定着ベルトのローラー軸方向の蛇行を規制する規制フランジ部と、を有し、前記規制フランジ部には、ローラー軸方向に対し前記内側面と略面一となる当接面を有し、且つ前記規制フランジ部の外周部に対して所定の隙間を有する環状の鍔部を備えた補助リングが回転可能に装着されることを特徴としている。

また、第２の発明では、上記の定着装置において、前記隙間は前記定着ベルトの厚みより小さいことを特徴としている。

また、第３の発明では、上記の定着装置において、前記一方のローラーは支持軸に回転可能に保持され、前記補助リングは、前記一方のローラーに対して軸方向の所定位置に前記支持軸に回転可能に保持されることを特徴としている。

また、第４の発明では、前記構成の定着装置を備えた画像形成装置である。

第１の発明によれば、定着ベルトの縁部が規制フランジ部の突出面に当接し、定着ベルトの蛇行が規制される。定着ベルトの蛇行を規制するとき、定着ベルトの縁部は、規制フランジ部の突出面に当接するとともに、補助リングの当接面が規制フランジ部の突出面と略同じ高さであるため、補助リングの当接面に当接する。定着ベルトの縁部が補助リングの当接面に当接するので、定着ベルトが回転しているとき、補助リングが定着ベルトに従動して回転する。定着ベルトの回転によって定着ベルトが熱ローラーに進入する部分では、定着ベルトが補助リングを従動させて回転することで、補助リング近傍の定着ベルトは、ローラーの回転による規制フランジ部の外周部と内周部との線速差の影響を受けず、安定してローラーに進入する。また、定着ベルトの回転によって定着ベルトが熱ローラーから離間する部分では、定着ベルトが補助リングを従動させて回転することで、補助リング近傍の定着ベルトは、ローラーの回転による規制フランジ部の外周部と内周部との線速差の影響を受けず、安定してローラーから離間する。従って、定着ベルトの蛇行を規制するため、定着ベルトの縁部が規制フランジ部に当接したとき、規制フランジ部の線速差による定着ベルトを引き上げ力や押しつけ力が抑制され、定着ベルトの回転にともなう引き上げ力及び押しつけ力の繰り返しによる定着ベルトの亀裂や破断等のダメージが軽減される。

本発明の実施形態に係る定着装置を備える画像形成装置の全体構成を示す概略図 実施形態に係る定着装置の構成を概略的に示す側面断面図 実施形態に係る定着装置の加熱部を示す断面図 実施形態に係る定着装置の蛇行規制部を示す断面図 実施形態に係る蛇行規制部を拡大して示す断面図

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、この実施形態に限定されない。また発明の用途やここで示す用語等はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図である。画像形成装置１は、その下部に配設された給紙部２と、この給紙部２の側方に配設された用紙搬送部３と、この用紙搬送部３の上方に配設された画像形成部４と、この画像形成部４よりも排出側に配設された定着装置５と、画像形成部４及び定着装置５の上方に配設された画像読取部６とを備えている。

給紙部２は、記録媒体である用紙９を収容する複数の給紙カセット７を備えており、給紙ローラー８の回転により、複数の給紙カセット７のうち選択された給紙カセット７から用紙９を１枚ずつ用紙搬送部３に送り出す。

用紙搬送部３に送られた用紙９は、用紙搬送部３に備えられた用紙搬送経路１０を経由して画像形成部４に向けて搬送される。画像形成部４は、電子写真プロセスによって、用紙９にトナー像を形成するものであり、図１の矢印方向に回転可能に支持された感光体１１と、この感光体１１の周囲にその回転方向に沿って、帯電部１２、露光部１３、現像部１４、転写部１５、クリーニング部１６、及び除電部１７を備えている。

帯電部１２は、高電圧を印加される帯電ワイヤーを備えており、この帯電ワイヤーからのコロナ放電によって感光体１１表面に所定電位を与えると、感光体１１表面が一様に帯電させられる。そして、画像読取部６によって読み取られた原稿の画像データに基づく光が、露光部１３により感光体１１に照射されると、感光体１１の表面電位が選択的に減衰され、感光体１１表面に静電潜像が形成される。

次いで、現像部１４が感光体１１表面の静電潜像を現像し、感光体１１表面にトナー像が形成される。このトナー像が転写部１５によって感光体１１と転写部１５との間に供給される用紙９に転写される。

トナー像が転写された用紙９は、画像形成部４の用紙搬送方向の下流側に配置された定着装置５に向けて搬送される。定着装置５では用紙９が加熱及び加圧され、用紙９上にトナー像が溶融定着される。次いで、トナー像が定着された用紙９は、排出ローラー対２０によって排出トレイ２１上に排出される。

転写部１５による用紙９へのトナー像の転写後、感光体１１表面に残留しているトナーは、クリーニング部１６により除去され、また感光体１１表面の残留電荷は除電部１７により除去される。そして、感光体１１は帯電部１２によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われる。

定着装置５は図２に示すように構成される。図２は定着装置５を概略的に示す側面断面図である。

定着装置５は、電磁誘導加熱方式の熱源を用いた定着方式であり、加熱部１８と加圧ローラー１９とを備える。加熱部１８は、無端状の定着ベルト２６と、この定着ベルト２６に内包される第１のローラーである定着ローラー２３と、この定着ローラー２３とともに定着ベルト２６を張架する第２のローラーである熱ローラー２７とを備える。また、定着装置５は、定着ベルト２６の外周で熱ローラー２７に対向して配される誘導加熱部３０と、誘導加熱部３０に接続される電源４１と、定着ベルト２６の外周面の温度を検知するサーミスター２５、及びサーミスター２５の検知温度に基づいて電源４１から供給される電流を制御する制御部４３とを備える。加圧ローラー１９と、定着ローラー２３及び熱ローラー２７は定着装置５の筐体（図略）の長手方向に回転可能に軸支され、誘導加熱部３０及びサーミスター２５は筐体（図略）に固定保持されている。

加圧ローラー１９は、モーター等の駆動源（図略）によって図２の矢印方向に回転駆動させられ、さらに定着ローラー２３をその中心方向に加圧する。これにより、加圧ローラー１９が定着ベルト２６を介して定着ローラー２３に圧接し、定着ベルト２６と定着ローラー２３とが図２の矢印方向に従動回転し、定着ベルト２６と加圧ローラー１９との互いに逆回転しながら当接する部分にニップ部Ｎが形成される。このニップ部Ｎにおいて、用紙９が挟持され、挟持された用紙９を加熱及び加圧させることにより、用紙９上の粉体状態のトナーが溶融定着される。

また、加圧ローラー１９は、円筒型の芯金１９ａと、芯金１９ａ上に形成される弾性層１９ｂと、弾性層１９ｂの表面を覆う離型層１９ｃと、を備える。例えば、加圧ローラー１９は、外径３０ｍｍに設定され、アルミニウム製の芯金１９ａ上に厚み２ｍｍのシリコーンゴム製の弾性層１９ｂを有し、弾性層１９ｂ上にフッ素樹脂チューブ等からなる厚み３０μｍの離型層１９ｃを有する。

定着ローラー２３は、定着ベルト２６を一体回転可能とするために、定着ベルト２６の内周面を張架している。例えば、定着ローラー２３は、外径４０ｍｍに設定され、芯金２３ａ上に厚み８ｍｍのシリコーンゴム製の弾性層２３ｂを有し、弾性層２３ｂは定着ベルト２６を張架している。

熱ローラー２７は、定着ベルト２６を一体回転可能とするために、定着ベルト２６の内周面を張架している。例えば、熱ローラー２７は、外径３０ｍｍに設定され、炭素鋼鋼管製の芯金上にテフロン（登録商標）コーティングが施されている。

定着ベルト２６は、無端状の耐熱ベルトであり、内周側から順に、例えば厚み３０μｍの電鋳ニッケルからなる誘導発熱層２６ａと、厚み３００μｍのシリコーンゴム等からなる弾性層２６ｂと、厚み３０μｍのフッ素樹脂チューブからなりニップ部Ｎで未定着トナー像を溶融定着する際の離型性を向上させる離型層２６ｃと、が積層されて構成される。

誘導加熱部３０は、励磁コイル３７と、ボビン３８と、磁性体コア３９とを備え、電磁誘導により定着ベルト２６を発熱させるものである。誘導加熱部３０は、長手方向（図２の紙面の表裏方向）に延びて、定着ベルト２６の外周の略半分を囲うように定着ベルト２６に対向して配設される。

励磁コイル３７は、定着ベルト２６の幅方向（図２の紙面の表裏方向）に沿ってリッツ線をループ状に複数回巻回してボビン３８に取り付けられる。また励磁コイル３７は、電源４１に接続され、電源４１から供給される高周波電流により交流磁束を発生させる。励磁コイル３７からの磁界は磁性体コア３９を通過し、図２の紙面に平行な方向に導かれ、定着ベルト２６の誘導発熱層２６ａに沿って通過する。誘導発熱層２６ａを通過する磁束の交流的な強さの変化によって誘導発熱層２６ａには渦電流が生じる。誘導発熱層２６ａに渦電流が流れると、誘導発熱層２６ａの電気抵抗によってジュール熱が発生して、定着ベルト２６が発熱することになる。

定着ベルト２６が加熱手段である誘導加熱部３０によって加熱され、所定の温度に昇温すると、ニップ部Ｎで挟持された用紙９が加熱されるとともに、加圧ローラー１９によって加圧されることにより、用紙９上の粉体状態のトナーが用紙９に溶融定着される。このように、定着ベルト２６は薄肉の熱伝導性の良好な材質からなり熱容量が小さいため、短時間でウォーミングアップを行なうことができ、画像形成が迅速に開始される。

図３及び図４に示すように、熱ローラー２７は定着ベルト２６の蛇行を規制する蛇行規制部を備える。図３は加熱部１８を示す側面断面図であり、図４は、図３に示す熱ローラー２７をＸ−Ｘ線で断面した図である。

図３に示すように、熱ローラー２７は、回転保持部２７ａと、規制フランジ部２７ｂとを備える。

回転保持部２７ａは、円筒状をなし定着ベルト２６を保持し、定着ローラー２３とともに定着ベルト２６を回転可能に張架する。

規制フランジ部２７ｂは、回転保持部２７ａのローラー軸方向の両端部において、外周面から環状に突出して設けられ、定着ベルト２６の縁部２６ｄ（図５参照）を当接させることで定着ベルト２６のローラー軸方向の蛇行を規制する。

規制フランジ部２７ｂの外周側には、補助リング５２が設けられる。補助リング５２は、円板状をなし熱ローラー２７に対して回転可能に設けられる。補助リング５２は、ローラー軸に対して垂直な円周面からなる当接面５２ａを有する。当接面５２ａは定着ベルト２６の縁部に当接可能であり、定着ベルト２６の縁部２６ｄ（図５参照）が補助リング５２の当接面５２ａに当接した状態で、定着ベルト２６が回転すると、補助リング５２は定着ベルト２６に従動して回転する。

図４に示すように、補助リング５２は、当接面５２ａを形成した環状の鍔部を有し、さらに補助リング５２の内部に軸受５４を有する。また、熱ローラー２７は、回転保持部２７ａ及び規制フランジ部２７ｂを有し、さらに熱ローラー２７の内部に軸受５３を有する。

熱ローラー２７は支持軸５１の軸方向の所定位置で軸受５３を介して回転可能に保持される。また、補助リング５２は、熱ローラー２７の軸方向の端面２７ｆと、支持軸５１に嵌装されたワッシャー５５とによって軸方向の所定位置に位置決めされて、軸受５４を介して回転可能に保持される。支持軸５１は定着装置５の筐体（図略）の長手方向に固定保持されている。従って、補助リング５２は、支持軸５１を介して熱ローラー２７に対して独立して回転可能となる。

補助リング５２が熱ローラー２７に対して上記の所定位置に取り付けられることで、補助リング５２の当接面５２ａは、規制フランジ部２７ｂの定着ベルト２６の縁部２６ｄ（図５参照）を当接させる面（内側面）に対してローラー軸方向に略同じ高さとなる。即ち、補助リング５２の当接面５２ａと規制フランジ部２７ｂの内側面２７ｃ（図５参照）とが、ローラー軸方向において面一となるように配置されている。

図５に規制フランジ部２７ｂ及び補助リング５２の詳しい構成を示す。図５は、図４の蛇行規制部を拡大して示す断面図である。

前述のように、規制フランジ部２７ｂは、定着ベルト２６の縁部２６ｄを当接させる内側面２７ｃを有する。補助リング５２の当接面５２ａは、内側面２７ｃに対してローラー軸方向に略同じ高さに構成される。

この構成により、熱ローラー２７と定着ローラー２３（図３参照）との間で定着ベルト２６を回転させているとき、定着ベルト２６が熱ローラー２７上でローラー軸方向に移動して蛇行した場合、定着ベルト２６の縁部２６ｄが規制フランジ部２７ｂの内側面２７ｃに当接し、定着ベルト２６の蛇行を規制することができる。

また、定着ベルト２６の縁部２６ｄは、定着ベルト２６の蛇行を規制するために規制フランジ部２７ｂの内側面２７ｃに当接するとき、補助リング５２の当接面５２ａにも当接する。定着ベルト２６の縁部２６ｄが補助リング５２の当接面５２ａに当接しているので、定着ベルト２６の回転にともなって、補助リング５２が定着ベルト２６に従動して回転する。定着ベルト２６の回転によって定着ベルト２６が熱ローラー２７へ進入する部分（図３のＡ部分）では、定着ベルト２６が補助リング５２を従動させて回転することで、補助リング５２近傍の定着ベルト２６は、熱ローラー２７の回転による規制フランジ部２７ｂの外周部２７ｄと内周部２７ｅとの線速差の影響を受けず、安定して熱ローラー２７に進入する。また、定着ベルト２６の回転によって定着ベルト２６が熱ローラー２７から離間する部分（図３のＢ部分）では、定着ベルト２６が補助リング５２を従動させて回転することで、補助リング５２近傍の定着ベルト２６は、熱ローラー２７の回転による規制フランジ部２７ｂの外周部２７ｄと内周部２７ｅとの線速差の影響を受けず、安定して熱ローラー２７から離間する。従って、定着ベルト２６の蛇行を規制するため、定着ベルト２６の縁部２６ｄが規制フランジ部２７ｂに当接したとき、規制フランジ部２７ｂの線速差による定着ベルト２６に対する引き上げ力や押しつけ力が抑制され、定着ベルト２６の回転にともなう引き上げ力及び押しつけ力の繰り返しによる定着ベルト２６の亀裂や破断等のダメージが軽減される。

補助リング５２の当接面５２ａの内側の内面５２ｂは、規制フランジ部２７ｂの外周部２７ｄに対して円周方向に隙間Ｄを有して構成される。隙間Ｄは定着ベルト２６の厚みより小さい。隙間Ｄを定着ベルト２６の厚みより小さく構成することで、回転している定着ベルト２６が熱ローラー２７の回転保持部２７ａに巻き付く場合、或いは熱ローラー２７の回転保持部２７ａから離間する場合、定着ベルト２６の縁部２６ｄが隙間Ｄに嵌ったりすることがなく、定着ベルト２６の回転の妨げにならない。

尚、上記実施形態では、熱ローラー２７に対して補助リング５２を設ける構成を示したが、本発明はこれに限らず、定着ローラー２３に対して補助リング５２を設けるように構成してもよい。また、熱ローラー２７及び定着ローラー２３に対して夫々補助リング５２を設けるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、電磁誘導加熱方式の定着装置５に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、加熱手段としてハロゲンランプ等のヒーターを備え、熱ローラーがヒーターによって加熱され、この熱ローラーと、加圧ローラーに圧接する定着ローラーとの間で、定着ベルトを回転可能に張架する定着装置において、熱ローラーに対して補助リング５２を設けてもよい。また、定着ローラーに対して補助リング５２を設けてもよい。

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等に用いる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に利用することができ、特に、定着ベルトの蛇行を規制する定着装置及びそれを備えた画像形成装置に利用することができる。

１ 画像形成装置
５ 定着装置
１８ 加熱部
１９ 加圧ローラー
２３ 定着ローラー（第１のローラー）
２６ 定着ベルト
２６ｄ 縁部
２７ 熱ローラー（第２のローラー）
２７ａ 回転保持部
２７ｂ 規制フランジ部
２７ｃ 内側面
２７ｄ 外周部
２７ｅ 内周部
２７ｆ 端面
３０ 誘導加熱部（加熱手段）
３７ 励磁コイル
３８ ボビン
３９ 磁性体コア
５１ 支持軸
５２ 補助リング
５２ａ 当接面
５２ｂ 内面
５３、５４ 軸受
５５ ワッシャー

Claims (4)

1. 加熱手段によって加熱される無端状の定着ベルトと、
   該定着ベルトを介して加圧ローラーに圧接される第１のローラーと、
   該第１のローラーとともに前記定着ベルトを回転可能に張架する第２のローラーと、を備え、
   記録媒体を前記定着ベルトと前記加圧ローラーとの間で挟持して、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着する定着装置において、
   前記第１及び第２のローラーの少なくとも一方のローラーは、前記定着ベルトを回転可能に保持する円筒状の回転保持部と、該回転保持部の両端部の外周面から環状に突出し、突出部分の内側面に前記定着ベルトの縁部を当接させることで前記定着ベルトのローラー軸方向の蛇行を規制する規制フランジ部と、を有し、
   前記規制フランジ部には、ローラー軸方向に対し前記内側面と略面一となる当接面を有し、且つ前記規制フランジ部の外周部に対して所定の隙間を有する環状の鍔部を備えた補助リングが回転可能に装着されることを特徴とする定着装置。
2. 前記隙間は前記定着ベルトの厚みより小さいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記一方のローラーは支持軸に回転可能に保持され、前記補助リングは、前記一方のローラーに対して軸方向の所定位置に前記支持軸に回転可能に保持され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画像形成装置。

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