JP5601149B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。さらに詳述すると、像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に定着させる定着装置、およびこれを備えた画像形成装置に関する。
複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の電子写真式画像形成装置においては、像担持体上に形成した静電潜像を現像装置で現像し、そのトナー像を転写材(用紙、記録媒体ともいう)上に転写し、定着装置によって定着して画像形成を行っている。
定着装置としては、様々な方式のものが提案されており、所定の温度に維持された加熱ローラと、当該加熱ローラに圧接する加圧ローラとを備え、加圧ローラと加熱ローラとの圧接によって形成されたニップ部により、未定着トナー像を担持した用紙(転写材、記録媒体ともいう)を挟持搬送しつつ加熱し、定着させるローラ定着方式が知られている。
また、加圧ローラに対向配置される定着ローラと、定着ローラと加熱ローラとの間に張架される無端状の定着ベルトとを備え、加圧ローラと定着ベルトとの圧接によって形成されたニップ部にて、定着ベルトを介して加熱ローラの熱を転写材に与えることで、未定着トナー像を転写材に加圧し、定着させるベルト定着方式が知られている。
ところで、近年、画像形成装置に対する省エネルギー化および高速化についての要求が増すとともに、画像形成装置の長寿命化、稼働時の静音化等についての要求もされるようになっている。このような要求に対し、定着装置を構成する定着ローラや加圧ローラ等の軸方向の端部に軸受を用いることで、エネルギーロスを減らして省エネを図った定着装置が知られている。
また、このようにローラ端部に軸受を用いた画像形成装置において、特許文献1には、定着ローラの耐久性を高めることを目的として、加圧ローラがある一定以上、定着ローラに対して食い込まないように加圧ローラストッパを設けておき、加圧ローラを定着ローラ側に加圧する際、加圧ローラの軸受が加圧ローラストッパに突き当たることでローラの押込量を規制する画像形成装置が開示されている。
また、特許文献2には、図15(特許文献2の図6)に示すように、加圧ローラの軸受が挿設される異形穴38cがフレームに設けられ、その異形穴38cのうち定着ローラ側の輪郭部分(点線部分)を円弧状に形成した定着装置が開示されている。
上記のように、特許文献1に記載の発明では、加圧ローラに強い力を加えても加圧ローラの両端に付けた軸受が規定の位置で突き当たって固定される構造により、定着ローラが一定以上潰れないようになされているが、軸受の固定は、ストッパに対し、軸受周面のある一点でのみ支持されているため、軸受に対し負荷を与え、軸受が荷重により変形するおそれがあるという問題があった。
また、特許文献2に記載の発明は、加圧ローラと定着ローラとが定着ベルトを介して圧接した状態において軸間を規制するものではない。すなわち、加圧ローラの軸受が上記異形穴の円弧状の部位に係合する構成を開示したものではなく、軸受に対する負荷の軽減をすることはできないという特許文献1と同様の問題があった。
そこで本発明は、加圧部材の押込量を規制する際、加圧部材の端部側に設けられた軸受に対する支持部の受け面積を拡大することにより、軸受に与える負荷を減らし、軸受の耐久性を向上す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目的とする。
かかる目的を達成するため、請求項1に記載の定着装置は、定着部材と、該定着部材に
対向配置される加圧部材と、該加圧部材の幅方向における端部側に配設される軸受と、軸受を押し込むことで加圧部材を定着部材側に押し込む圧接手段と、を有し、定着部材と加圧部材との圧接によって形成される定着部材と加圧部材とのニップ部に未定着トナー像を担持した用紙を通紙して加熱定着を行う定着装置において、圧接手段により軸受が定着部材側に押し込まれる際に、軸受の中心に対し圧接手段の反対側において軸受と当接して押込量を制限する支持部を有し、該支持部および圧接手段における軸受との当接部は、軸受の少なくとも一部が係合する形状を有するとともに、軸受の中心から見て、該軸受が支持部と係合する部分の弧状部分の中心角は、圧接手段の当接部と係合する部分の弧状部分の中心角よりも大きく、かつ、支持部は、軸受の幅方向の厚みと同等の厚みを有するものである。したがって、加圧部材の押込量を規制する際、加圧部材の端部側に設けられた軸受に対する支持部の受け面積を拡大することで、軸受に対する負荷を分散させることができる。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の定着装置において、支持部は、軸受の中心角60度以上の弧状部分が係合する形状を有するものである。
また、請求項に記載の発明は、請求項1または2に記載の定着装置において、定着部材は定着ローラおよび該定着ローラに張架される定着ベルトであり、加圧部材は加圧ローラであるものである。
また、請求項に記載の画像形成装置は、請求項1からまでのいずれかに記載の定着装置を備えるものである。
本発明によれば、軸受に与える負荷を減らし、軸受の耐久性を向上することができる。
本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本実施形態に係る定着装置の概略構成図である。 定着装置のローラ構成を示す模式図である。 定着装置の要部構成図である。 1点支持方式による定着装置の要部構成図である。 突当板の断面形状を示す模式図である。 1点支持方式による定着装置の上面図である。 脱圧加圧時における軸受の変形を示す模式図である。 円弧支持方式による定着装置の要部構成図である。 1点支持方式の定着装置における軸受にかかる荷重と軸受変形量との関係を示すグラフである。 円弧支持方式の定着装置における突当板接触面積増加時の真円度の関係を示すグラフである。 両円弧支持方式よる定着装置の要部構成図である。 突当板接触面角度およびレバー接触面角度の説明図である。 円弧支持方式による定着装置の上面図である。 特許文献2の定着装置の概略構成図である。
以下、本発明に係る構成を図1から図14に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。本実施形態に係る定着装置は、定着部材(定着ローラ34、定着ベルト36)と、該定着部材に対向配置される加圧部材(加圧ローラ33)と、該加圧部材の幅方向における端部側に配設される軸受(加圧ローラ用軸受50)と、加圧部材を定着部材側に押し込む圧接手段(加圧用スプリング52、加圧用レバー53)と、を有し、定着部材と加圧部材との圧接によって形成される定着部材と加圧部材とのニップ部(31)に未定着トナー像を担持した用紙(11)を通紙して加熱定着を行う定着装置(30)において、圧接手段により加圧部材が定着部材側に押し込まれる際に、軸受と当接して押込量を制限する支持部(突当板51)を有し、該支持部は、軸受の少なくとも一部が係合する形状を有するものである。なお、本明細書においては、「周方向」とは、加圧ローラの回転方向をいい、「幅方向(軸方向)」とは、周方向に直行する加圧ローラの回転軸方向をいう。
(画像形成装置の構成)
図1に、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図を示す。
この画像形成装置は、画像形成装置本体1の下部に記録材としての用紙11が収納される複数の給紙トレイ12A,12Bを備えた給紙部2が配設され、その上方に画像形成部3を配置した構成となっている。画像形成部3には、像担持体として感光体ドラム10Y,10M,10C,10Kを有する作像ユニット8Y,8M,8C,8Kと、複数のローラ4,5,6に巻きかけられた可撓性を有する中間転写体としての中間転写ベルト7Aを有する中間転写ユニット7と、各感光体ドラムに光書込みを行う書き込みユニット15と、用紙11に未定着トナー画像Tを定着させる定着装置30とが配設されている。給紙部2から定着装置30までの間には、用紙11を搬送する搬送ローラを備えた搬送路16が形成されている。
作像ユニット8Y,8M,8C,8Kは、感光体ドラム10Y,10M,10C、10Kと、その周りに周知の帯電装置、現像装置、クリーニング装置がそれぞれ配置されていて、画像形成装置本体1に対して着脱可能とされている。作像ユニット8Y,8M,8C,8Kが有する現像装置には、それぞれイエロー,マゼンタ、シアン、ブラックのトナーが収納されている。各現像装置には、トナーが減ると、図示しないトナーボトルから補給用のトナーがそれぞれ供給されるように構成されている。
中間転写ベルト7Aは、各感光体ドラムと対向して配置されていて、図示しない駆動モータによって複数のローラの何れかが駆動されることで、図1において半時計回りに回転移動するように構成されている。各感光体ドラムと対向する転写ベルト7Aの内側には、一次転写手段としての転写ローラ14Y,14M,14C,14Kがそれぞれ配置されていて、一次転写用の転写バイアスが印加されるように構成されている。ローラ4と対向する部位には、ベルト表面を清掃するベルトクリーニング装置17が配設されている。これら中間転写ベルト7A、それを巻きかけた複数のローラ4〜6、転写ローラ14及びベルトクリーニング装置17は一体のユニットとして構成されていて、画像形成装置本体1に対して着脱可能とされている。
中間転写ベルト7Aには、二次転写バイアスが印加される二次転写手段としての転写ローラ20が、ローラ6と対向する部位で当接している。転写ローラ20と中間転写ベルト7Aの一部は搬送路23に臨むように配設されている。
書き込みユニット15は、光変調されたレーザ光を各感光体ドラムの表面に照射して、感光体表面に色毎の潜像を形成するものである。本形態において、書き込みユニット15は作像ユニット8Y,8M,8C,8Kの下方に配置されていて、装置下方から装置上方に向かってレーザ照射が行われるように構成されている。
画像形成動作が開始されると、各作像ユニットの感光体ドラム10Y,10M,10C、10Kが図示しない駆動手段によって時計方向に回転駆動され、各感光体ドラムの表面が各帯電装置によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体ドラムの表面には、書き込みユニット15からレーザ光がそれぞれ照射されて、それぞれの表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体ドラムに露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように形成された静電潜像は、各感光体ドラムと現像装置との間を通るときに、各現像装置のトナーによってトナー画像として可視像化される。
中間転写ベルト7Aが、図示していない駆動手段によって反時計周り方向に移動すると、ベルト移動方向の最上流側に位置するイエローのトナーを有する現像装置を具備する作像ユニット8Yで形成されたイエロートナー画像が転写ローラ14Yによって転写される。その転写されたイエロートナー画像には、作像ユニット8M,8C及び8Kで形成されたマゼンタトナー画像、さらにシアントナー画像及びブラックトナー画像が転写ローラ14M,14C,14Kによって順次重ね転写され、かくして中問転写ベルト7Aは、その表面にフルカラーのトナー画像を担持する。
トナー画像が転写された後の各感光体ドラム表面に付着する残留トナーは、各クリーニング装置によって感光体ドラム表面から除去され、次いでその表面が図示していない除電装置によって除電作用を受け、その表面電位が初期化されて次の画像形成に備えられる。
一方、給紙部2からは給紙ローラ18Aまたは給紙ローラ18Bが回転駆動されることで用紙11が給紙されて搬送路16に送り込まれる。ここで搬送路16に図示しない用紙検知機構を設け、用紙11の大きさや厚みを検知する構成としても良い。送り込まれた用紙11は、2次転写ローラ20よりも給紙側の搬送路16上に配設されたレジストローラ対19によって給紙タイミングを計られて、ローラ6と転写ローラ20との対向部に給送される。そして、このとき転写ローラ20には、中間転写ベルト表面のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト7Aの表面のトナー画像が用紙11上に一括して転写される。
トナー画像を転写された用紙11は、定着装置30へと搬送され、定着手段30を通過する際に熱と圧が加えられてトナー画像が熔融されて用紙11上に定着される。トナー画像が定着された用紙11Aは、搬送路23の終端に位置する排出部21に向かって搬送され、この排出部21から画像形成装置本体1の上部に設けられた排紙部としての排紙トレイ22へと排出される。トナー画像を用紙11に転写した後の中間転写ベルト7Aは、このベルトに残留したトナーがクリーニング装置17より除去される。
(定着装置)
次に、図2および図3を用いて定着装置30を説明する。定着装置30は、回転体としての定着ローラ34と加熱ローラ35と、テンションローラ45に巻き掛けられて回転移動する耐熱性で無端状の定着ベルト36と、この定着ベルト36を挟んで回転体の1つである定着ローラ34と圧接する加圧回転体としての加圧ローラ33とを備え、定着ベルト36と加圧ローラ33で形成されるニップ部31内を、未定着トナー画像Tを転写された用紙11を通過させることで、この未定着トナー画像Tを用紙11に定着させるものであり、画像形成装置本体1に対して着脱自在に構成されている。
これら定着ローラ34と加熱ローラ35は、その回転中心位置が固定となるように、その軸37,38が定着装置30のケーシング40に回転可能に支持されている。テンションローラ45は、定着ベルト36の内側の空間内に、その周面がベルト内周に接するように配置されている。テンションローラ45は、付勢部材としてのスプリング47によって内側から外側に向かって定着ベルト36に張力を与えている。
定着ローラ34は、ゴム等の弾性体で構成されている。加熱ローラ35は、中空の金属ローラであって、その内部に加熱源としてのヒータ41が配置されている。また、加圧ローラ33は、その内部に加熱源としてのヒータ42が配置されている。なお、発熱体としてハロゲンヒータやこれ以外のヒータを用いても良い。ヒータ41又は42の数は、1本であっても、複数本であってもよい。加熱源として、加熱ローラ35の内部ではなく、外部に配置して加熱ローラ35を加熱する形式であっても良い。定着ローラ34は、駆動モータ49が駆動することで、反時計回りに回転駆動され、定着ベルト36も同一方向に回転する。
加圧ローラ33は、定着ベルト36を挟んで定着ローラ34と圧接するように構成されていて、時計回りに回転されるように構成されている。加圧ローラ33は中空ローラであり、その軸48および軸48の両端部側に設けられる加圧ローラ用軸受(以下、軸受)50(図9等を参照)によってケーシング40に回転自在に支持されているとともに、圧接手段により、定着ローラ34に対して相対変位するように構成されている。
すなわち、図3(a)に示す用紙11の厚さが変動した際や、図3(b)に示す熱膨張した際に、加圧ローラ33を定着ローラ34に対して近接離間するように、加圧ローラ33の軸48を図中の左右方向に移動自在に圧接手段により支持されている。
詳細は後述するが(図9等を参照)、圧接手段は、加圧用スプリング52により加圧用レバー53を定着ローラ34側に移動させることにより、加圧ローラ33を定着ローラ34に対して圧接させる構成を有するものである。加圧用レバー53は、加圧ローラ33の軸受50に当接することで、加圧ローラ33を定着ローラ側に加圧するものであるが、加圧用レバー53は、軸48に当接して加圧ローラ33を定着ローラ側に加圧するものであっても良い。また、後述するように、圧接手段により加圧ローラ33が押し込まれた際に、軸受50と当接して押込量を規制する支持部(突当板51)を備えている。
定着ローラ34に巻き掛けられた定着ベルト36の近傍には、ニップ部31を通過してトナー画像T1が定着された用紙11Aを、定着ベルト36の表面36Aから分離する分離部材43が、ベルト表面36Aから離間した状態で配置されている。分離部材43は、定着ローラ34の軸線方向に延びる板状部材として構成されているが、櫛歯状に形成されたものであっても良い。
加圧ローラ33の近傍には、外周面33Aに当接して外周面33Aに付着した紙粉やトナーを除去するクリーニング部材44が配設されている。クリーニング部材44は、加圧ローラ33の軸方向に延びるローラ部材で構成されていている。
ニップ部31に対する用紙搬送方向の上流側と下流側には、用紙ガイド部材46が、ケーシング40に取り付けられて加圧ローラ33側に配置されている。用紙ガイド部材46は、ケーシング40に形成された用紙11の入口となる導入口40Aの近傍に配置されていて、トナー画像Tが転写された用紙11をニップ部31へ案内するものである。用紙ガイド部材46は、ケーシング40に形成された出口となる排出口40Bの近傍で、ケーシング40に取り付けられている。ケーシング40は、定着ローラ34と加熱ローラ35に巻き掛けられた定着ベルト36と、定着ローラ34と、用紙ガイド部材46を外側から覆っていて、すなわち、これら部材を内包しており、作業者にこれら部材が直接触れないように構成されている。
(軸受および支持部構成)
以下、本実施形態に係る定着装置の特徴的な構成について説明する。図2および図3に示した定着装置の要部構成を図4に示す。
本実施形態に係る定着装置との比較のため、図5に従来の定着装置の構成例を示す。図5に示す定着装置60では、用紙11を通紙する際に、不図示の駆動手段(モータ、ギヤ、カム)を用いて付勢手段としての加圧用スプリング52の加圧用レバー53に対する付勢力を変化させて、加圧用レバー53を押込み側に稼動させる構造になっている(図中の矢印方向)。また、この力を利用して加圧ローラ33を押込む際に、加圧ローラ33の押込量を規制するために、加圧ローラ両端の軸受50を突き当てる突当板61を用いている。図5に示す定着装置に用いられる突当板61の断面形状を図6(a)に示す。
また、図7は定着装置60の上面図であり、図8は圧接手段による加圧ローラの脱圧/加圧時において軸受が変形する様子を示す説明図である。
このように構成された定着装置60では、加圧用レバー53が定着ローラ側に加圧されると、軸受稼働範囲64において、軸受50の周面のある1点(図5中の符号62)が突当板61に突き当たる構造になっている(この方式を1点支持方式と呼ぶ)。
ここで、加圧ローラ33の定着ローラ側への押込みに際しては、加圧ローラ33のゴム層を変形させる程の力を加えるため、軸受50が突当板61の1点に突き当たっている状況では、加圧ローラ33を押し込む側の負荷により、図8(b)に示すように、軸受50が変形(その直径がaからbに変形)してしまうおそれがある。
このように軸受50が変形してしまった状態で、加圧ローラ33及び軸受内輪が回転すると、加圧ローラ芯金の摩擦摩耗に繋がり、芯金が削れてバリが発生する。このバリの発生により軸受が抜けなくなったり、芯金の軸受とのはめ合い部の寸法が僅かながら小さくなりガタが発生したりする。これが軸受の異音を引き起こし、劣化に繋がるという問題が生じることとなる。また、軸受50の突当板61への突当時に軸受稼働範囲64の高さ方向の寸法公差分上下し易いという問題が生じることとなる。
そこで、本実施形態に係る定着装置30では、図9に示すように、軸受50を支持する突当板51の形状を、図6(b)に示す断面形状のように、軸受50の少なくとも一部の周面に沿った形状(図中の符号55)として、突当板51に軸受50の周面の少なくとも一部を係合(嵌合)させることとするものである(この方式を円弧支持方式と呼ぶ)。したがって、突当板51による軸受50の受け面積を拡大することができ、かつ、軸受50の高さ方向への動きを規制することができるものである。
図10に1点支持方式の場合における軸受にかかる荷重(単位:N)と軸受変形量(単位:mm)との関係を示す。図10に示すように、1点支持方式では、荷重と軸受変形量とは、ほぼ比例する関係であるといえる。これに対し、図11に、本実施形態に係る定着装置において、突当板の接触面角度を増加させた場合における突当板接触面角度(単位:度)と軸受の真円度(単位:mm)との関係を示す。なお、突当板接触面角度とは、軸受において、軸受中心から見て、突当板と係合する部分の弧状部分(周面)の中心角である(図13参照)。また、真円度は、変形量とは異なる値であるが、変形量と同様に、その値が小さければ小さいほど荷重が分散されていることを示す値である。図11に示す結果によれば、突当板接触面角度が60度以上になると、ほぼ値が一定となることがわかる。以上より、突当板接触面角度を60度以上の所定角度(180度以下)とすることが、軸受50への負荷軽減に際し、より好ましいといえる。
以上説明したように、本実施形態に係る定着装置によれば、軸受の支持方式を1点支持から、加圧ローラの定着ローラ側への押込量を規制する突当板の突当部を軸受に沿った円弧形状にすることにより、通紙時に加圧ローラの押込量を規制する際、軸受にかかる負荷を1点から分散させて突当板の円弧全体で軸受を支えることができ、変形量を抑え、軸受潰れの防止することができる。また、軸受の変形量を減らすことで、加圧ローラ芯金の摩耗摩擦量を減らし、軸受のガタつきを減らして軸受を安定して使い続けることが可能になる。これにより、定着装置の高寿命化を図ることができる。
(その他の実施形態)
また、図12および図13に示すように、突当板51の突当箇所を軸受に沿う形状にすることと併せて、さらに、軸受50を押し込む加圧用レバー53における軸受50との接触部分を軸受50に沿う形状(図中の符号56)とすることが好ましい(この方式を両円弧支持方式と呼ぶ)。これにより、軸受を押し込む際の加圧レバー接触面角度を増やし、受け面積を拡大することにより、さらに効率よく、軸受への負荷軽減および軸受の高さ方向への動きを制限することができる。
また、突当板51の厚みを増やすことにより、突当板51の受け面積をさらに増やすことも好ましい。例えば、図14の定着装置30の上面図に示すように、突当板51の幅方向の厚みを軸受50の幅方向の厚みと略同等となる厚みとすることが好ましい。これにより、さらに受け面積を拡大させて軸受への負荷を軽減することができる。
以上説明した構成による定着装置30を備えた画像形成装置(図1)とすることにより、上述のように機能する画像形成装置を構成することができる。
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上記実施形態では、ベルト定着方式の定着装置を例に説明したが、本発明は、ローラ定着方式の定着装置にも適用することが可能である。
1 画像形成装置本体
2 給紙部
3 画像形成部
4,5,6 ローラ
7 中間転写ユニット
7A 中間転写ベルト
8Y,8M,8C,8K 作像ユニット
10Y,10M,10C,10K 感光体ドラム
11,11A 用紙
12A,12B 給紙トレイ
14Y,14M,14C,14K 転写ローラ
15 書き込みユニット
16 搬送路
17 ベルトクリーニング装置
18A,18B 給紙ローラ
20 2次転写ローラ
21 排出部
22 排紙トレイ
23 搬送路
30,60 定着装置
31 ニップ部
33 加圧ローラ
34 定着ローラ
35 加熱ローラ
36 定着ベルト
37 定着ローラ軸
38 加熱ローラ軸
40 ケーシング
40A 導入口
40B 排出口
41 ヒータ
42 ヒータ
43 分離部材
44 クリーニング部材
45 テンションローラ
46 用紙ガイド部材
47 スプリング
48 加圧ローラ軸
49 駆動モータ
50 軸受(加圧ローラ用軸受)
51,61 突当板
52 加圧用スプリング
53 加圧用レバー
54,64 軸受稼働範囲
特開2008−165091号公報 特開2009− 98580号公報

Claims (4)

  1. 定着部材と、
    該定着部材に対向配置される加圧部材と、
    該加圧部材の幅方向における端部側に配設される軸受と、
    前記軸受を押し込むことで前記加圧部材を前記定着部材側に押し込む圧接手段と、を有し、
    前記定着部材と前記加圧部材との圧接によって形成される前記定着部材と前記加圧部材とのニップ部に未定着トナー像を担持した用紙を通紙して加熱定着を行う定着装置において、
    前記圧接手段により前記軸受が前記定着部材側に押し込まれる際に、前記軸受の中心に対し前記圧接手段の反対側において前記軸受と当接して押込量を制限する支持部を有し、
    該支持部および前記圧接手段における前記軸受との当接部は、前記軸受の少なくとも一部が係合する形状を有するとともに、
    前記軸受の中心から見て、該軸受が前記支持部と係合する部分の弧状部分の中心角は、前記圧接手段の前記当接部と係合する部分の弧状部分の中心角よりも大きく、
    かつ、前記支持部は、前記軸受の幅方向の厚みと同等の厚みを有することを特徴とする定着装置。
  2. 前記支持部は、前記軸受の中心角60度以上の弧状部分が係合する形状を有することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記定着部材は定着ローラおよび該定着ローラに張架される定着ベルトであり、前記加圧部材は加圧ローラであることを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。
  4. 請求項1からまでのいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
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