JP5691725B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

特許文献１には、互いに接触することにより圧接面を形成する回転可能な定着部材及び回転可能な加圧部材を、圧接及び離間させるカムを備えた定着装置が記載されている。

特開２０１１−３９３６５号公報

本発明は、発熱する発熱部と、回転軸を中心にして回転可能なロール部材であって、或る点を中心にして円運動を行うことにより、発熱部に押し付けられた状態と発熱部から離間させられた状態とのうちいずれかの状態になるロール部材とを備えた定着装置において、ロール部材が発熱部に押し付けられた状態でそのロール部材が回転したときに、そのロール部材が発熱部に押し付けられた状態を維持することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、発熱する発熱部と、回転軸を中心にして回転可能なロール部材であって、或る点を中心にして円運動を行うことにより、前記発熱部に押し付けられた状態と前記発熱部から離間させられた状態とのうちいずれかの状態になるロール部材と、前記ロール部材の前記回転軸に掛け渡されたベルト部材と、前記ベルト部材を回転駆動する駆動手段であって、前記ロール部材が前記発熱部に押し付けられた状態においては、前記ロール部材と前記発熱部との間に挟まれた、トナー像転写後の媒体を搬送するよう、前記ベルト部材を回転駆動して前記ロール部材を回転させる駆動手段とを備え、前記ロール部材が前記発熱部に押し付けられた状態で前記駆動手段によって回転駆動させられているときに、前記ロール部材の回転軸が前記ベルト部材から受ける力を表すベクトルの始点側の延長線上に、前記円運動の中心となる前記或る点があることを特徴とする定着装置を提供する。

また、本発明は、感光層を有し、軸を中心に回転する感光体と、前記感光層を帯電させる帯電部と、画像データに応じた光を照射することにより、前記帯電した感光層を露光し、潜像を形成する露光部と、前記形成された潜像をトナーで現像し、トナー像を形成する現像部と、前記形成されたトナー像を前記感光体から媒体に転写する転写部と、前記媒体に転写されたトナー像を当該媒体に定着させる請求項１に記載の定着装置を備える画像形成装置を提供する。

請求項１に係る発明によれば、円運動の中心となる或る点が、ロール部材の回転軸に掛け渡されたベルト部材から受ける力を表すベクトルの始点側の延長線上にない場合と比較して、発熱する発熱部と、回転軸を中心にして回転可能なロール部材であって、或る点を中心にして円運動を行うことにより、発熱部に押し付けられた状態と発熱部から離間させられた状態とのうちいずれかの状態になるロール部材とを備えた定着装置において、ロール部材が発熱部に押し付けられた状態でそのロール部材が回転したときに、そのロール部材が発熱部に押し付けられた状態が維持される。
請求項２に係る発明によれば、円運動の中心となる或る点が、ロール部材の回転軸に掛け渡されたベルト部材から受ける力を表すベクトルの始点側の延長線上にない場合と比較して、媒体上におけるトナー像の定着の不良が起こりにくくなる。

画像形成装置のハードウェア構成を示すブロック図 画像形成部の構成を示す図 定着装置の構成を表す断面図 定着装置の構成を表す断面図 実施形態における定着装置の構成を表す断面図

以下、本発明の実施形態について説明する。
＜実施形態＞
＜構成＞
図１は、画像形成装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。画像形成装置１００は、例えばプリンタであり、制御部１０と、通信部２０と、操作部３０と、記憶部４０と、画像形成部５０とを備える。制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。制御部１０において、ＣＰＵが、ＲＯＭ又は記憶部４０に記憶されているプログラムをＲＡＭにロードして実行することによって、画像形成装置１００の各部を制御する。

通信部２０は、外部装置とデータを送受信するためのインタフェースを備え、例えば、情報処理装置（非図示）から送信される画像データを受信する。操作部３０は、ボタン等の操作子を備え、ユーザの操作に応じてその操作内容を表す操作信号を制御部１０に出力する。記憶部４０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置を備え、例えば、画像形成対象となる画像データやプログラム等を記憶する。画像形成部５０は、帯電、露光、現像、転写、定着といった電子写真プロセスにより、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、及びＫ（ブラック）の４色のトナーによって用紙などの媒体に画像を形成する。

図２は、画像形成部５０の構成を示す図である。画像形成部５０は、一次転写部５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、及び５１Ｋと、露光部５２と、中間転写部５３と、二次転写部５４と、複数の搬送ロール５５と、定着部５６とを有する。一次転写部５１は、像保持体であって
感光層を有し軸を中心に回転する感光体ドラムと、帯電装置と、現像装置５１１Ｙ、５１１Ｍ、５１１Ｃ、及び５１１Ｋと、一次転写ロールとを有する。中間転写部５３は、複数の回転ロールと、これらに掛け渡された中間転写ベルトとを有する。二次転写部５４は、二次転写ロールと、これに対向するバックアップロールとを有する。なお、画像形成部５０の各符号のうち、その末尾にアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ又はＫ）が付されたものは、アルファベットに対応する色の画像形成に関わる構成である。末尾のアルファベットのみが異なる各符号は、その位置や用いるトナーが異なるが、その構成は共通である。なお、これら各構成の各々を特に区別する必要がない場合には、符号の末尾のアルファベットを省略して説明する。

画像形成部５０においては、図２に示す破線の矢印方向（搬送方向Ｔ）に搬送される媒体に画像が形成される。感光体ドラムは、表面に光導電膜を積層した円筒状の部材である。帯電装置は、感光体ドラムの光導電膜を決められた電位に帯電させる。露光部５２は、帯電された感光体ドラムに画像データに応じた光を照射（露光）して露光光に応じた静電潜像を形成する。このときの露光強度や露光位置は制御部１０によって制御される。現像装置５１１は、上述した４色のトナーを用いて、各感光体ドラムに形成された静電潜像を現像する。中間転写ベルトは、無端のベルト状の部材であり、前述した複数の回転ロール、一次転写ロール及びバックアップロールと接触しながら、矢印ｒ方向に移動する。中間転写ベルトが掛け渡された各回転ロールは、中間転写ベルトを支持する円筒状の部材であり、その中心軸を回転軸として回転する。

一次転写ロールは、中間転写ベルトを挟んで感光体ドラムと対向する円筒状の部材である。この一次転写ロールと感光体ドラムとの間に電位差によって、感光体ドラム表面のトナー像が中間転写ベルト表面に転写される。二次転写ロールは、中間転写ベルトを挟んでバックアップロールと対向する円筒状の部材である。二次転写ロールとバックアップロールとの間に電位差によって中間転写ベルト表面のトナー像が媒体の表面に転写される。複数の搬送ロール５５は、二次転写部５４が転写を行う位置に媒体を搬送し、トナー像が転写された媒体を定着部５６が設けられた位置に搬送する円筒状の部材である。定着部５６は、トナー像が転写された媒体を加熱及び加圧し、トナー像を媒体に定着させる。

次に、本実施形態の定着装置５６との比較例である定着装置５６ａについて説明を行った後、本実施形態における定着装置５６について説明を行う。図３及び図４は、定着装置５６ａの構成を表す断面図であり、定着装置５６ａを、媒体の搬送方向に直交する方向であって、水平な方向から見たときの構造を表している。定着装置５６ａは、発熱部５６０及び加圧部５６５を備えている。加圧部５６５は、回転軸５６７を中心に方向Ｒに回転可能である。図４（ａ）は、加圧部５６５が発熱部５６０に接した状態を表しており、この状態で加圧部５６５及び発熱部５６０の間に媒体が挟まれてトナー像の定着がなされる。一方、図３は、加圧部５６５が図４（ａ）の状態から下方へと或る量だけ回転して発熱部５６０から離間した状態を表している。なお、加圧部５６０の回転とは、３６０°以上回転することを要求するものではなく、３６０°未満の回転のことである。このように加圧部５６５が回転軸５６７を中心に回転することにより、加圧部５６５の加圧ロール５６９は回転軸５６７を中心に円運動を行うことになる。この円運動は、完全な円を描く運動である必要は無く、例えば楕円を描く運動であってもよい。

発熱部５６０は、無端ベルト５６１と、押し当て部材５６２と、発熱体５６３と、回転ロール５６４とを備える。無端ベルト５６１は、媒体２００（図４（ａ））の搬送方向Ｔに交差する方向の幅より大きい寸法の幅を有する無端の帯状部材であり、発熱部５６０の外周面を形成している。無端ベルト５６１は、その内周面が押し当て部材５６２によって支持された状態で、加圧部５６５の加圧ロール５６９の回転に伴って方向Ａに沿って回転する。押し当て部材５６２は、例えば無端ベルト５６１の幅と同じ長さを有する形状の合成樹脂及び金属板が重ねられて構成されている。合成樹脂は無端ベルト５６１の内周面に接する位置に設けられ、金属板はこの合成樹脂を支持している。押し当て部材５６２は、無端ベルト５６１を、その内周面側から支持しており、加圧部５６５が発熱部５６０に接した状態では無端ベルト５６１を加圧部５６５の加圧ロール５６９の外周面に押し当てる。これにより、無端ベルト５６１の外周面と加圧ロール５６９の外周面との間には、圧接部ＮＰ（図４（ａ））が形成される。この圧接部ＮＰの、搬送方向Ｔにおける長さは例えば３ｃｍである。発熱体５６３は、例えば無端ベルト５６１の幅と同じ長さを有する円筒状のハロゲンランプと、当該ハロゲンランプを覆い支持する支持部材とで構成されている。この発熱体５６３は、押し当て部材５６２の上方（圧接部ＮＰから遠いほう）においてその押し当て部材５６２に接するようにして配置されており、押し当て部材５６２を加熱する。押し当て部材５６２の表面温度は図示しない温度検出器により検出され、その検出値に基づいて発熱体５６３の発熱量が制御部１０によって制御される。これにより、押し当て部材５６２の表面温度が、定着に適するように予め決められた温度に保たれる。回転ロール５６４は、例えば無端ベルト５６１の幅よりも回転軸が長い円筒状の部材であり、無端ベルト５６１の回転に伴い、その回転軸を中心に回転する。

加圧部５６５は、開口部ＯＰ１を有する中空の立方体形状のケース５６６と、ケース５６６内に設けられた回転軸５６７、伝動ベルト５６８及び加圧ロール５６９とを備える。このケース５６６は、加圧ロール５６９の回転軸方向において、媒体２００の搬送方向Ｔに交差する方向の幅より大きい寸法の幅を有している。加圧部５６５は、制御部１０の制御の下、図示しない駆動部より駆動力を受けることで、回転軸５６７を中心として方向Ｒに回転することにより、発熱部５６０と離間したり接したりする。ここで、加圧ロール５６９が発熱部５６０に接することで圧接部ＮＰの形成された状態が維持され続けると、熱により加圧ロール５６９が破損する可能性がある。従って、加圧部５６５は、媒体２００に定着が行われている間は発熱部５６０と接し、定着が行われていない間は発熱部５６０と離間するようになっているわけである。プーリ５７０は、図示せぬモータの駆動軸とギアなどの伝達機構を介して連結されており、このモータからの駆動力によって回転軸５６７と同一軸を中心に、且つその回転軸５６７の回転とは独立に回転する。伝動ベルト５６８は、無端の帯状部材であって、プーリ５７０及びプーリ５７１に掛け渡されている。加圧ロール５６９は、媒体２００の搬送方向Ｔに交差する方向の幅より大きい寸法の軸長を有する金属製の円筒機材の表面に、弾性層と離型層とが形成されたものである。加圧ロール５６９の回転軸の両端部は、ベアリング式の軸受けを介して、図示しないフレームに回転自在に支持されている。プーリ５７１は、加圧ロール５６９の回転軸に取り付けられており、伝動ベルト５６８を介してプーリ５７０の駆動力を加圧ロール５６９に伝える。これにより、加圧ロール５６９は、方向Ｂに回転する。

図４（ａ）において、加圧部５６５が発熱部５６０に接した状態では、加圧ロール５６９が無端ベルト５６１及び押し当て部材５６２に対して加圧力ＷＦで押し付けられていることにより、加圧ロール５６９と無端ベルト５６１との間に圧接部ＮＰが形成される。媒体２００が圧接部ＮＰを通過する際に加熱及び加圧されることで、トナー像が媒体２００に定着する。このとき、加圧力ＷＦは、回転軸５６７を中心とした加圧部５６５の回転による影響を受けて、その大きさが変動するが、具体的には以下のとおりである。まず、プーリ５７０が回転していないときは、伝動ベルト５６８にかかる張力はどの箇所においても均等であるが、ひとたびプーリ５７０が方向Ｃに回転し、その回転に伴って加圧ロール５６９が回転するときには、プーリ５７１からプーリ５７０に向かう方向に移動する伝動ベルト５６８の部分（図中上方のベルト部分）における張力が、プーリ５７０からプーリ５７１に向かう方向に移動する伝動ベルト５６８の部分（図中下方のベルト部分）における張力よりも大きくなる。この結果、プーリ５７１に対しては、伝動ベルト５６８にかかる張力によって発生する力Ｆ１及び力Ｆ２（｜Ｆ１｜＞｜Ｆ２｜）が外力として作用する。このとき、プーリ５７１の回転軸、つまり加圧ロール５６９の回転中心５７２には、これらの力Ｆ１及びＦ２の合力Ｆ３が作用する。図４（ｂ）は、力Ｆ１及び力Ｆ２と、合力Ｆ３の大きさ及び方向（ベクトル）を示す図である。このような合力Ｆ３が発生したときに、図４（ａ）に示されるように、回転中心５７２を作用点とした合力Ｆ３の延長線上に、回転軸５６７の回転中心５７３がない場合、回転軸５６７周りの回転モーメントが発生する。図４において破線ｈは、回転中心５７３と回転中心５７２とを結ぶ線分である。図の例の場合には、加圧部５６５を下方に回転させようとする回転モーメントが発生する。これにより、加圧力ＷＦは、この回転モーメントによる影響を受けて、その大きさが小さくなり、圧接部ＮＰにおける加圧ロール５６９及び無端ベルト５６１間の距離が変動する。このような状態であると、媒体２００が圧接部ＮＰを通過する際に適切な加熱及び加圧が行われず、媒体２００へのトナー像の定着が不完全なものとなる可能性がある。

次に、図５を参照して、本発明の実施形態における定着装置５６について説明を行う。図５は、実施形態における定着装置５６の構成を表す断面図である。図５において、図３及び図４と同一の符号を付したものは図３及び図４と同一の内容である。図５（ａ）における定着装置５６は、加圧部５６５が、開口部ＯＰ１に加えて開口部ＯＰ２を有すること、プーリ５７１を回転させるための駆動源である駆動モータがケース５６６の外部に設けられていること、及び伝動ベルト５７４がプーリ５７１と上記の駆動モータの回転軸に設けられたプーリ５７５に掛け渡されていることにおいて、図３及び図４における定着装置５６ａと異なっている。

図５（ａ）において、制御部１０の制御の下で加圧部５６５が発熱部５６０に接して、加圧ロール５６９から無端ベルト５６１及び押し当て部材５６２に対して加圧力ＷＦが作用することにより、圧接部ＮＰが形成される。プーリ５７５が回転していないときは、伝動ベルト５７４にかかる張力はどの箇所においても均等であるが、ひとたびプーリ５７５が方向Ｄに回転し、その回転に伴って加圧ロール５６９が回転するときには、プーリ５７１からプーリ５７５に向かう方向に移動する伝動ベルト５７５の部分（図中下方のベルト部分）における張力が、プーリ５７５からプーリ５７１に向かう方向に移動する伝動ベルト５７５の部分（図中上方のベルト部分）における張力よりも大きくなる。この結果、プーリ５７１に対しては、伝動ベルト５７５にかかる張力によって発生する力Ｆ４及びＦ５（｜Ｆ５｜＞｜Ｆ４｜）が外力として作用する。このとき、プーリ５７１の回転軸、つまり加圧ロール５６９の回転中心５７２には、これらの力Ｆ４及びＦ５の合力Ｆ６が作用する。図５（ｂ）は、力Ｆ４及び力Ｆ５と合力Ｆ６の大きさ及び方向（ベクトル）を示す図である。このような合力Ｆ６が発生したときに、図５（ａ）に示されるように、回転中心５７２を作用点とした合力Ｆ６の始点側の延長線上に、回転軸５６７の回転中心５７３がある。図５において破線ｉは、回転軸５７３を作用点とした合力Ｆ６の始点側の延長線である。つまり、定着装置の設計段階において、上記のような合力Ｆ６の始点側の延長線上に回転軸５６７の回転中心５７３があるように、伝動ベルト５７４の長さや回転速度、回転軸５６７の位置、そしてプーリ５７１，５７５の位置や径が決められているのである。合力Ｆ６の始点側の延長線上に回転軸５６７の回転中心５７３がある場合、回転軸５６７周りの回転モーメントは発生しない。従って、加圧力ＷＦは、回転モーメントによる影響を受けず、前述したように、圧接部ＮＰにおける加圧ロール５６９及び無端ベルト５６１間の距離が変動することが抑制される。つまり、加圧ロール５６９が回転したときであっても、加圧ロール５６９が発熱部５６０に押し付けられた状態が維持される。

なお、図５においては、加圧部５６５と発熱部５６０が接した状態を示したが、定着装置５６においても、定着装置５６ａと同様に、加圧部５６５が回転軸５６７を中心として方向Ｒに回転することにより、発熱部５６０と離間することが可能である。ここで、離間に際して加圧部５６５が回転軸５６７を中心として回転しても、ケース５６６に設けられた開口部ＯＰ２には、十分な空間が確保されているため、伝動ベルト５７４がケース５６６に触れることはない。

このように、本実施形態によれば、円運動の中心となる或る点が、ロール部材の回転軸に掛け渡されたベルト部材から受ける力を表すベクトルの始点側の延長線上にない場合と比較して、発熱する発熱部と、回転軸を中心にして回転可能なロール部材であって、或る点を中心にして円運動を行うことにより、発熱部に押し付けられた状態と発熱部から離間させられた状態とのうちいずれかの状態になるロール部材とを備えた定着装置において、ロール部材が発熱部に押し付けられた状態でそのロール部材が回転したときに、そのロール部材が発熱部に押し付けられた状態が維持される。また、円運動の中心となる或る点が、ロール部材の回転軸に掛け渡されたベルト部材から受ける力を表すベクトルの始点側の延長線上にない場合と比較して、媒体上におけるトナー像の定着の不良が起こりにくくなる。

＜変形例＞
以上の実施形態は、次のように変形可能である。
実施形態において発熱部５６０は、無端ベルト５６１、押し当て部材５６２、発熱体５６３、及び回転ロール５６４から構成されていたが、これに代えて次のようにしてもよい。変形例における発熱部は、発熱ロールと、発熱体とからなる。発熱ロールは、媒体２００（図５）の搬送方向Ｔに交差する方向の幅より大きい寸法の幅を有する円筒状の部材である。発熱体は、実施形態と同様の構成をとり、発熱ロールの円筒内に組み込まれることで、発熱ロールを加熱する。このようにしても、実施形態と同様の効果を奏する。
なお、画像形成部５０は、必ずしも二次転写部５４を必要とせず、一次転写部５１Ｙ〜５１Ｋのみによって媒体へのトナー像の転写がなされてもよい。また、一次転写部は必ずしもカラー画像を形成せずともよく、一次転写部５１Ｋのみを用いてモノクロの画像が形成されるようにしてもよい。

１０…制御部、２０…通信部、３０…操作部、４０…記憶部、５０…画像形成部、５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｋ…一次転写部、５１１Ｙ，５１１Ｍ，５１１Ｃ，５１１Ｋ…現像装置、５２…露光部、５３…中間転写部、５４…二次転写部、５５…搬送ロール、５６…定着部、１００…画像形成装置、２００…媒体、５６０…発熱部、５６１…無端ベルト、５６２…押し当て部材、５６３…発熱体、５６４…回転ロール、５６５…加圧部、５６６…ケース、５６７…回転軸、５６８，５７４…伝動ベルト、５６９…加圧ロール、５７０，５７１，５７５…プーリ、５７２，５７３…回転中心、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｒ，Ｒ…方向、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ４，Ｆ５…力、Ｆ３，Ｆ６…合力、ｈ，ｉ…線分、ＮＰ…圧接部、ＯＰ１，ＯＰ２…開口部、Ｔ…搬送方向、ＷＦ…加圧力

Claims (2)

1. 発熱する発熱部と、
   回転軸を中心にして回転可能なロール部材であって、或る点を中心にして円運動を行うことにより、前記発熱部に押し付けられた状態と前記発熱部から離間させられた状態とのうちいずれかの状態になるロール部材と、
   前記ロール部材の前記回転軸に掛け渡されたベルト部材と、
   前記ベルト部材を回転駆動する駆動手段であって、前記ロール部材が前記発熱部に押し付けられた状態においては、前記ロール部材と前記発熱部との間に挟まれた、トナー像転写後の媒体を搬送するよう、前記ベルト部材を回転駆動して前記ロール部材を回転させる駆動手段とを備え、
   前記ロール部材が前記発熱部に押し付けられた状態で前記駆動手段によって回転駆動させられているときに、前記ロール部材の回転軸が前記ベルト部材から受ける力を表すベクトルの始点側の延長線上に、前記円運動の中心となる前記或る点がある
   ことを特徴とする定着装置。
2. 感光層を有し、軸を中心に回転する感光体と、
   前記感光層を帯電させる帯電部と、
   画像データに応じた光を照射することにより、前記帯電した感光層を露光し、潜像を形成する露光部と、
   前記形成された潜像をトナーで現像し、トナー像を形成する現像部と、
   前記形成されたトナー像を前記感光体から媒体に転写する転写部と、
   前記媒体に転写されたトナー像を当該媒体に定着させる請求項１に記載の定着装置と
   を備える画像形成装置。

Images