JP5653114B2 - 画像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に使用される画像加熱装置に関する。画像加熱装置としては、記録材上に形成した未定着画像を固着画像として加熱定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢度増大装置等を挙げることができる。特に、電子写真方式を採用し、潜像を形成する像担持体を用いて、記録材上に画像を形成する複写機やプリンタ（例えばレーザプリンタ、ＬＥＤプリンタ）等の画像形成装置に適用して好適なものである。

従来、複写機やプリンタなどの電子写真方式に用いられる定着装置は、互いに圧接された定着ローラと加圧ローラを備えている。それらのローラの両方もしくは一方の内部にハロゲンランプ等のヒータを設置することで、ローラ表面を所定の温度に加熱し、その後、未定着トナー像が形成された記録紙を定着ニップ部に導入することで、未定着トナー像を記録紙に定着させる構成が多用されている。

このような定着装置では、未定着トナー像の凹凸に対して、トナー像を覆うように定着ローラを接触させるために、定着ローラにシリコーンゴム等の弾性層が設けられている。しかし、シリコーンゴム等の弾性層は熱伝導率が低いため、定着ローラ表層の温度維持が難しいという問題がある。このような問題を解決するために、定着ローラ内部からの加熱に加え、外部からも熱を供給する技術が用いられる。

外部からの定着ローラの加熱方法として、内部にハロゲンランプ等のヒータを備えたローラでニッケルやステンレス等の金属層を含む外部加熱ベルトを懸架し、定着ローラの表層を加熱する外部加熱ベルト構成が知られる（特許文献１）。

外部加熱ベルト構成を用いた場合、クリーニング手段によって除去しきれない定着ローラ表面のオフセットトナーが、定着ローラに接する外部加熱ベルトに付着し、熱伝達効率の低下や外部加熱ベルトの寿命を短くする問題がある。

その問題を解決するために、外部加熱ベルトにクリーニング手段を備え、オフセットトナーを清掃する構成が開示されている（特許文献２）。即ち、クリーニング手段としてのウェブを外部加熱ベルトに接触させることで、外部加熱ベルトの表面を清掃する構成がとられている。

特開２００４−１９８６５９号公報 特開２００８−１３９３３３号公報

しかしながら、外部加熱ベルト構成においては、外部加熱ベルトに付着したオフセットトナーの影響で熱伝達効率が低下するだけでなく、外部加熱ベルトが弛むことで定着ローラ表層への熱供給量が減少する問題がある。そのため、外部加熱ベルト表面を清掃する部材だけでなく、外部加熱ベルトと定着ローラの密着性を向上させる部材を備える必要がある。ここで比較例として、外部加熱ベルト表面のクリーニング部材の他に、外部加熱ベルトの張りを与える押圧部材を備えた構成を、図６に示す。

定着ローラ５０の表層を加熱する外部加熱ベルト１０１を有する外部加熱装置１０５において、オフセットトナーを回収するためのクリーニング手段として、ウェブ５２を外部加熱ベルト１０１に押圧する構成を備えている。また、外部加熱ベルト１０１の外周側より定着ローラ５０に向かって押圧する押圧部材１９Ａを備えることで、外部加熱ベルト１０１に弛みが生じないように外部加熱ベルト１０１に張りが与えられ、定着ローラ５０と外部加熱ベルト１０１との密着性が向上する。

しかし、このような構成を用いた場合、押圧部材１９Ａのような固定部材を外部加熱ベルト１０１に押圧することにより外部加熱ベルト１０１の表面に傷が生じることや、外部加熱ベルト外部加熱装置１０５を設置するスペースの拡大が問題となる。また、外部加熱ベルト表面のクリーニング手段としてウェブのような固定部材を外部加熱ベルトに押圧し、表面の汚れを清掃する場合、ウェブが外部加熱ベルトの回転に対して抵抗となり、外部加熱ベルトの回転の負荷になる問題がある。

上記目的を達成するために、この発明に係わる装置の代表的な構成は、回転部材と、前記回転部材とニップ部を形成する対向部材と、前記回転部材の外面に接触して前記回転部材を加熱する外部加熱手段であって、複数の支持ローラに回転可能に懸架されて前記回転部材の外面に接触するベルトと前記ベルトを加熱する加熱部材を備えた外部加熱手段と、を有し、前記ニップ部で画像を担持した記録材を挟持搬送して加熱する画像加熱装置において、前記複数の支持ローラの内の隣り合う２つの支持ローラの間において前記ベルトの外面に接触し前記ベルトの回転方向に対して順方向に回転して前記ベルトの外面をクリーニングするクリーニングローラと、前記クリーニングローラを張りが与えられてない状態の前記ベルトに対して押圧して前記ベルトにテンションを与える押圧手段と、前記クリーニングローラの周速に対して前記ベルトの周速が遅くなる場合には、前記回転部材が回転している間は駆動されている駆動手段による駆動力を前記クリーニングローラに伝達し、前記クリーニングローラの周速に対して前記ベルトの周速が遅くならない場合には、前記駆動手段による駆動力を前記クリーニングローラに伝達しない一方向伝達手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、外部加熱ベルトの表面を清掃するクリーニングローラを外部加熱ベルトの支持ローラの間に設け押圧することで、外部加熱ベルトの弛みを防止する押圧部材の機能を兼用させることができる。

本発明の第１の実施形態としての定着装置の正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置を説明する断面図である。 本発明のクリーニングローラを駆動する駆動源の概要図である。 本発明の第１の実施形態に係る外部加熱ベルトの説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る定着装置の正面図である。 比較例の定着装置の断面図である。

以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一又は対応する部分には同一の符号を付す。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図２に示す画像形成装置内には第１、第２、第３、第４の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが併設され、各々異なった色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像が潜像、現像、転写のプロセスを経て形成される。画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、それぞれ専用の像担持体、本例では電子写真感光体ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを具備し、ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に各色のトナー像が形成される。各ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに隣接してローラ１３、１４、１５で張架された中間転写体１３０が設置される。ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に形成された各色のトナー像が、中間転写体１３０上に１次転写され、２次転写部で記録紙Ｐ上に転写される。さらにトナー像が転写された記録紙Ｐは、定着装置９で加熱及び加圧によりトナー像を定着された後、記録画像として装置外に排出される。

ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの外周には、夫々ドラム帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１次転写帯電器２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ及びクリーナ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが設けられる。そして、装置の上方部には不図示の光源装置およびポリゴンミラーが設置されている。光源装置からのレーザー光をポリゴンミラーを回転して走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって偏向し、ｆθレンズによりドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの母線上に集光して露光する。このようにして、ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に画像信号に応じた潜像が形成される。

現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄには、現像剤としてそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナーが、図示しない供給装置により所定量充填されている。現像器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、夫々ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上の潜像を現像して、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像として可視化する。

ローラ１３、１４、１５に懸架される中間転写体１３０は矢印方向にドラム３と同じ周速度をもって回転駆動されている。ドラム３ａ上に形成担持された第１色のイエロートナー画像は、ドラム３と中間転写体１３０とのニップ部を通過する過程で、中間転写体１３０に印加される１次転写バイアスによる電界と圧力により、中間転写体１３０の外周面に中間転写されていく。以下、同様に第２色のマゼンタトナー画像、第３色のシアントナー画像、第４色のブラックトナー画像が順次中間転写体１３０上に重畳転写され、目的のカラー画像に対応した合成カラートナー画像が形成される。

１１は２次転写ローラで、中間転写体１３０に対応し平行に軸受させて下面部に接触させて配設してある。２次転写ローラ１１には、２次転写バイアス源によって所望の２次転写バイアスが印加されている。中間転写体１３０上に重畳転写された合成カラートナー画像は記録紙Ｐへ以下のように転写される。即ち、給紙カセット１０から搬送ローラ１６、１７等を経由してレジストローラ１２、転写前ガイドを通過して中間転写体１３０と２次転写ローラ１１との当接ニップに所定のタイミングで記録紙Ｐが給送され、同時に２次転写バイアスがバイアス電源から印加される。この２次転写バイアスにより中間転写体１３０から記録紙Ｐへ合成カラートナー画像が転写される。合成カラートナー画像は、記録紙Ｐの４辺端部より一定の余白部を残して形成される。本実施形態では、先端余白部は２〜３ｍｍ程度である。

一次転写が終了したドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、夫々のクリーナ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにより転写残トナーをクリーニング、除去され、引き続き次の潜像の形成に備えられる。転写ベルト１３０上に残留したトナー及びその他の異物は、転写ベルト１３０の表面にクリーニングウエブ（不織布）１９を当接して、拭い取るようにしている。

トナー画像の転写を受けた記録紙Ｐは定着装置９へ順次導入され、記録紙に熱と圧力を加えることで定着される。

両面印刷の場合は、給紙カセット１０から給紙された記録紙Ｐはレジストローラ１２、転写前ガイド、中間転写体１３０と２次転写ローラ１１との当接ニップを通過し定着装置１００で片面定着された後、フラッパー１１０により反転パス１１１に導かれる。その後記録紙Ｐは反転ローラ１１２により反転されて両面パス１１５へと導かれる。そして再び記録紙Ｐはレジストローラ１２、転写前ガイド、中間転写体１３０と２次転写ローラ１１との当接ニップを通過し、２面目が転写され定着装置９で両面が定着される。そして、記録紙が両面画像形成中にフラッパー１１０が切り替わっており、両面定着された記録紙Ｐは記録画像として装置外に排出される。

（定着装置）
図１は、本発明の第１の実施形態である画像加熱装置としての定着装置の概要図である。図１において９は定着装置である。定着装置９には、回転部材としての定着ローラ５０が両端を図示しないベアリングによって回転自在に取り付けられる。定着ローラ５０はアルミニウムからなる中空の芯金５０ａ及びシリコーンゴム層５０ｂ、ＰＦＡチューブからなる剥離層５０ｃからなる。定着ローラ５０の内部には、加熱ヒータ５３が設けられており、定着ローラ５０を適正な温度に保つために定着ローラ５０の内部から加熱する。定着ローラ５０の表面の近傍には図示しない温度検知手段が設けられ、定着ローラ表面の温度が２００度になるように、加熱ヒータ５３は制御される。

また、定着装置９には定着ローラ５０の対向部材としての加圧ローラ５１が両端を図示しないベアリングによって回転自在に取り付けられる。加圧ローラ５１は鉄からなる中空の芯金５１ａ及びシリコーンゴム層５１ｂ、ＰＦＡチューブからなる剥離層５１ｃからなる。加圧ローラ５１の内部には、加熱ヒータ５４が設けられており、加圧ローラ５１を適正な温度に保つために加圧ローラ５１の内部から加熱する。加圧ローラ５１の表面の近傍には図示しない温度検知手段が設けられ、加圧ローラ表面の温度が１５０度になるように、加熱ヒータ５４は制御される。加圧ローラ５１は図示しない加圧手段によって定着ローラ５０へ所定の圧力で押圧され、それにより定着ローラ５０と加圧ローラ５１によってニップ部Ｎ１を形成する。定着装置９は、このニップ部Ｎ１で画像を担持した記録材としての記録紙を挟持搬送して加熱する。

（外部加熱手段）
ここで、回転部材である定着ローラ５０を加熱するために、複数の支持ローラ１０３に回転可能に懸架され定着ローラ５０の外面に接触する外部加熱ベルト１０１と外部加熱ベルトを加熱する加熱部材を備えた外部加熱手段が設けられる。即ち、定着ローラ５０の外周面には外周面側から定着ローラ５０を加熱するための外部加熱ベルト１０１を懸架した中空状の支持ローラ１０３が図示しない加圧手段によって押圧された状態で配置される。支持ローラ１０３は端部を軸受によって、回転自在に支持されている。また、支持ローラ１０３内部には支持ローラ１０３を加熱するための加熱ヒータ１０４が設けられており、加熱ヒータ１０４は支持ローラ１０３を介して外部加熱ベルト１０１を加熱することで、外部加熱ベルト１０１を適正な温度に保つ。外部加熱ベルト１０１の表面の近傍には図示しない温度検知手段が設けられ、外部加熱ベルトの表面の温度が２３０度になるように、加熱ヒータ１０４は制御される。外部加熱ベルト１０１は支持ローラ１０３により所定の温度に加熱された状態で、所定の押圧力をもって定着ローラ５０に圧接され、定着ローラ５０の回転により従動回転する。押圧力としては２０ｋｇ〜４０ｋｇ程度が望ましい。外部加熱ベルト１０１はステンレスやニッケル等の金属層あるいは、ポリイミド等の耐熱樹脂層を有し、離型層として、耐熱性及び離型性に優れたＰＦＡ等の合成樹脂材料による層を有する。

（クリーニングローラおよび押圧手段）
外部加熱ベルト１０１の外周面には、外部加熱ベルト１０１の表面をクリーニングするクリーニングローラ１０２が支持ローラ１０３の間に、押圧された状態で配置される。クリーニングローラ１０２は外部加熱ベルト１０１の外面に接触し、外部加熱ベルト１０１の回転方向に対して順方向に回転して外部加熱ベルト１０１の外面をクリーニングする。そして、クリーニングローラ１０２は、外部加熱ベルト１０１の回転方向に交差する方向（幅方向）において外部加熱ベルト１０１よりも長く設けられている。クリーニングローラ１０２は、芯金の外周表面にスポンジ等の多孔性樹脂層もしくは発泡ゴム層を有するソフトローラとして設けられる。図３に具体的に示すように、クリーニングローラ１０２は支持部材１０６に図示しない軸受により回転自在に取り付けられている。クリーニングローラ１０２を外部加熱ベルト１０１に対して押圧して外部加熱ベルト１０１にテンションを与える押圧手段として、弾性部材１０７が支持部材１０６に取り付けられている。弾性部材１０７により、クリーニングローラ１０２を支持部材１０６を介して、外部加熱ベルト１０１の外周側より支持ローラ１０３の間の外部加熱ベルト１０１の内面に対向部材がない部分で定着ローラ５０に向かって押圧される。それにより、別途押圧部材を設けることなく、外部加熱ベルト１０１に張りを付与し、外部加熱ベルト１０１と定着ローラ５０との密着性が向上する。そして、外部加熱ベルト１０１の弛みによる定着ローラ５０への熱供給量の減少を防止するとともに、外部加熱ベルト１０１と定着ローラ５０のニップにおけるスリップを軽減することができる。

（外部加熱ベルトに対するクリーニングローラの周速）
図３に示すように、クリーニングローラ１０２は駆動源Ｍにより、支持部材１０６の回動中心に設置されたギア１０８を介して定着ローラ５０と同期して外部加熱ベルト１０１の回転に従動する方向に回転するように駆動される。図４に示すように、外部加熱ベルト１０１の周速をＶ１、クリーニングローラ１０２の周速をＶ２とし、以下の関係が成り立つようにクリーニングローラ１０２を回転駆動させるように構成する。
Ｖ１≦Ｖ２
Ｖ１：外部加熱ベルト１０１の周速
Ｖ２：クリーニングローラ１０２の周速
上記構成によれば、クリーニングローラ１０２の周速Ｖ２を外部加熱ベルト１０１の周速Ｖ１より速く回転するように駆動することで、クリーニングローラ１０２を外部加熱ベルト１０１の回転の抵抗になることなく回転駆動することが可能となる。しかし、本構成において外部加熱ベルト１０１とクリーニングローラ１０２との周速差が大きくなると、摩擦の影響により、外部加熱ベルト１０１が劣化する可能性がある。よって、クリーニングローラ１０２の周速は外部加熱ベルト１０１の周速の５倍までにする必要がある。

本実施形態の定着装置は、外部加熱ベルト１０１の表面を清掃するクリーニングローラ１０２に外部加熱ベルト１０１の弛みを防止するための機能を付加することで、従来の外部加熱ベルト構成で用いられていた押圧部材を別途設置する必要がなくなる。そして、外部加熱ベルト構成の省スペース化を達成するとともに、外部加熱ベルト１０１の表面へのダメージを軽減することが可能となる。

また、クリーニングローラ１０２に駆動源を設け、圧接する外部加熱ベルト１０１の周速以上の周速でクリーニングローラ１０２を駆動させることで、クリーニングローラ１０２が外部加熱ベルト１０１の回転に対して負荷となることを防止する。更に、クリーニングローラと外部加熱ベルトに周速差をもたせることで、クリーニング能力を向上させることが可能となる。

《第２の実施形態》
第１の実施形態で説明した定着装置９では、Ｖ１≦Ｖ２の関係が成り立つようにクリーニングローラ１０２を、駆動源Ｍで常に駆動していた。本実施形態で説明する定着装置では、図５のようにクリーニングローラ１０２へのギア列の中にワンウェイギア１０９を設けることで外部加熱ベルト１０１の周速が遅くなったときのみ、クローニングローラ１０２に駆動を伝達する構成となっている。駆動源Ｍは、外部加熱ベルト１０１が定着ローラ５０に従動した際の周速とクリーニングローラ１０２の周速Ｖ２が等しくなるように回転している。この構成により、外部加熱ベルト１０１の周速Ｖ１がスリップなどの影響により遅くなったとき、外部加熱ベルト１０１に従動していたクリーニングローラ１０２に対して、駆動源Ｍにより駆動が伝達し、外部加熱ベルト１０１の回転負荷を軽減することができる。

即ち、クリーニングローラ１０２の周速Ｖ２に対して外部加熱ベルト１０１の周速Ｖ１が遅くなる場合には、駆動源Ｍによる駆動力をクリーニングローラ１０２に伝達する。一方、クリーニングローラ１０２の周速に対して外部加熱ベルト１０１の周速が遅くならない場合には、駆動源Ｍによる駆動力をクリーニングローラ１０２に伝達しない一方向伝達手段としてワンウェイギア１０９を備える。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、外部加熱ベルト１０１の表面を清掃するクリーニングローラ１０２に外部加熱ベルト１０１の弛みを防止するための機能を付加する。これにより、従来の外部加熱ベルト構成で用いられていた押圧部材を別途設置する必要がなくなるため、外部加熱ベルト構成の省スペース化を達成するとともに、外部加熱ベルト１０１の表面へのダメージを軽減することが可能となる。

（変形例）
外部加熱ベルト１０１は２個の支持ローラ１０３によって懸架されることを示したが、これに限らず３個以上の支持ローラによって懸架されていても良い。

なお、ニップ部におけるバックアップ部材として、加圧ローラ４４の替わりに熱容量がより小さくなる固定の加圧パッドあるいは固定の加圧シートを用いても良く、この場合にはバックアップ部材側に吸熱される熱を削減でき、熱効率の向上を図ることができる。

９・・定着装置、５０・・定着ローラ、５１・・加圧ローラ
１０１・・外部加熱ベルト、１０２・・クリーニングローラ、１０３・・支持ローラ、１０４・・加熱ヒータ、１０５・・外部加熱装置、１０７・・弾性部材、ＮＩ・・ニップ部

Claims (5)

1. 回転部材と、
   前記回転部材とニップ部を形成する対向部材と、
   前記回転部材の外面に接触して前記回転部材を加熱する外部加熱手段であって、複数の支持ローラに回転可能に懸架されて前記回転部材の外面に接触するベルトと前記ベルトを加熱する加熱部材を備えた外部加熱手段と、
   を有し、前記ニップ部で画像を担持した記録材を挟持搬送して加熱する画像加熱装置において、
   前記複数の支持ローラの内の隣り合う２つの支持ローラの間において前記ベルトの外面に接触し前記ベルトの回転方向に対して順方向に回転して前記ベルトの外面をクリーニングするクリーニングローラと、
   前記クリーニングローラを張りが与えられてない状態の前記ベルトに対して押圧して前記ベルトにテンションを与える押圧手段と、
   前記クリーニングローラの周速に対して前記ベルトの周速が遅くなる場合には、前記回転部材が回転している間は駆動されている駆動手段による駆動力を前記クリーニングローラに伝達し、前記クリーニングローラの周速に対して前記ベルトの周速が遅くならない場合には、前記駆動手段による駆動力を前記クリーニングローラに伝達しない一方向伝達手段と、
   を有することを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記クリーニングローラは、前記ベルトの回転方向に交差する方向において前記ベルトよりも長く設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記クリーニングローラは、前記ベルトの周速よりも速い周速で回転されることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の画像加熱装置。
4. 前記クリーニングローラは、多孔性樹脂層もしくは発泡ゴム層からなるソフトローラであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像加熱装置。
5. 前記対向部材は、回転可能な加圧ローラであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像加熱装置。