JP6007844B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。
複写機、プリンタなどの画像形成装置においては、例えば、トナー像を記録媒体に転写し、転写されたトナー像を、定着装置によって加熱、加圧することで定着して画像形成している。
加熱ローラと、加熱ローラに当接しながら移動するベルト部材を備えた定着装置で、入口ニップ部材と押圧ローラの2部品で加圧することで定着性を向上した定着装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2010−230764号公報
本発明は、記録媒体のしわを抑制し、定着むらの少ない定着装置及び画像形成装置の提供を目的とする。
請求項1に記載の発明は、回転体と、前記回転体との間に記録媒体を挟んで周回する無端ベルトと、前記無端ベルトの内周側に前記回転体の回転軸方向に沿って配置され、前記無端ベルトを前記回転体に向けて加圧する加圧部材とを備え、前記加圧部材が、前記記録媒体を前記回転体へ向けて接触させる接触形成部と、前記接触形成部よりも回転方向の下流側で前記無端ベルトを前記回転体に向けて加圧する加圧部とを有し、前記接触形成部及び前記加圧部が、前記回転体の回転軸方向において、それぞれ、両端部から中央にかけて第1及び第2の曲率をもって前記回転体の方向に膨らんだ形状を有し、前記第1の曲率が前記第2の曲率よりも小さいことを特徴とする定着装置である。
請求項2に記載の発明は、前記加圧部の用紙搬送方向上流側の端部が、前記回転の回転軸方向において、両端部から中央にかけて用紙搬送方向上流側に向かって膨らんだ形状を有していることを特徴とする請求項1に記載の定着装置である。
請求項3に記載の発明は、前記回転及び前記無端ベルトの少なくとも一方を加熱する加熱源を有し、前記無端ベルトが前記回転に対して加圧される領域において、未定着のトナー像が加熱されて前記記録媒体に定着されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置である。


請求項4に記載の発明は、記録媒体に未定着のトナー像を転写する画像形成部と、前記未定着のトナー像を前記記録媒体に定着させる請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の定着装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置である。
請求項1に記載の発明によれば、本構成を有していない場合と比較して、記録媒体のしわを抑制する定着装置が得られる。
請求項2に記載の発明によれば、本構成を有していない場合と比較して、記録媒体のしわをより抑制する定着装置が得られる。
請求項3に記載の発明によれば、本構成を有していない場合と比較して、定着むらの少ない定着装置が得られる。
請求項4に記載の発明によれば、本構成を有していない場合と比較して、画質の低下を抑えた画像形成装置が得られる。
本発明の実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図。 実施形態に係る定着装置の定着装置本体内に収容された加熱ロール及び加圧ベルトの斜視図。 実施形態に係る定着装置を示す概略側面図。 加圧ベルトと加熱ロールとの加圧領域付近の概略拡大断面図。 加圧体の概略斜視図。 加圧体を下流側から見た概略概念図。 加圧体を加熱ロール側から見た概略概念図。
以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
(画像形成装置10の構成)
まず、画像形成装置の構成を説明する。図1は、実施形態に係る画像形成装置10の構成を示す概略構成図である。なお、図中に示す矢印UPは、鉛直方向上方を示している。
図1において、画像形成装置10は、各構成部品が内部に収容される画像形成装置本体11を備えている。画像形成装置本体11の内部には、用紙等の記録媒体Pが収容される収容部12と、記録媒体Pに未定着のトナー像の一例であるトナー画像を形成する画像形成部14と、未定着のトナー画像を記録媒体Pに定着させる定着装置60とが設けられている。
また、収容部12から画像形成部14へ記録媒体Pを搬送する搬送部16と、画像形成装置10の各部の動作を制御する制御部20とが設けられている。さらに、画像形成装置本体11の上部には、画像形成部14によって画像が形成された記録媒体Pが排出される排出部18が設けられている。
画像形成部14は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナー画像を形成する画像形成ユニット22Y、22M、22C、22K(以下、22Y〜22Kと示す)と、画像形成ユニット22Y〜22Kで形成されたトナー画像が転写される中間転写ベルト24と、画像形成ユニット22Y〜22Kで形成されたトナー画像を中間転写ベルト24に転写する第1転写ロール26と、第1転写ロール26によって中間転写ベルト24に転写されたトナー画像を中間転写ベルト24から記録媒体Pへ転写する第2転写ロール28とを備えている。なお、画像形成部14は、上記の構成に限られず、他の構成であっても良く、記録媒体Pに画像を形成するものであればよい。
画像形成ユニット22Y〜22Kは、水平方向に対して傾斜した状態で、画像形成装置10の上下方向中央部に並んで配置されている。また、画像形成ユニット22Y〜22Kは、一方向(例えば、図1における時計回り方向)へ回転する感光体32をそれぞれ有している。なお、画像形成ユニット22Y〜22Kは、同様に構成されているので、図1において、画像形成ユニット22M、22C、22Kの各部の符号を省略している。
各感光体32の周囲には、感光体32の回転方向上流側から順に、感光体32を帯電させる帯電ロール23と、帯電ロール23によって帯電した感光体32を露光して感光体32に静電潜像を形成する露光装置36と、露光装置36によって感光体32に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像装置38と、感光体32に接触して感光体32に残留しているトナーを除去する除去部材40とが設けられている。
露光装置36は、制御部20から送られた画像信号に基づき静電潜像を形成するようになっている。制御部20から送られる画像信号としては、例えば、制御部20が外部装置から取得した画像信号がある。
現像装置38は、感光体32へ現像剤を供給する現像剤供給体38Aと、現像剤供給体38Aへ付与される現像剤を攪拌しながら搬送する複数の搬送部材38Bと、を備えている。
中間転写ベルト24は、環状に形成されると共に、画像形成ユニット22Y〜22Kの上側に配置されている。中間転写ベルト24の内周側には、中間転写ベルト24が巻き掛けられる巻掛ロール42、44が設けられている。中間転写ベルト24は、巻掛ロール42、44のいずれかが回転駆動することによって、感光体32と接触しながら一方向(例えば、図1における反時計回り方向)へ循環移動するようになっている。なお、巻掛ロール42は、第2転写ロール28に対向する対向ロールとされている。
第1転写ロール26は、中間転写ベルト24を挟んで感光体32に対向している。第1転写ロール26と感光体32との間が、感光体32に形成されたトナー画像が中間転写ベルト24に転写される第1転写位置とされる。
第2転写ロール28は、中間転写ベルト24を挟んで巻掛ロール42に対向している。第2転写ロール28と巻掛ロール42との間が、中間転写ベルト24に転写されたトナー画像が記録媒体Pに転写される第2転写位置とされる。
搬送部16は、収容部12に収容された記録媒体Pを送り出す送出ロール46と、送出ロール46に送り出された記録媒体Pが搬送される搬送路48と、搬送路48に沿って配置され送出ロール46によって送り出された記録媒体Pを第2転写位置へ搬送する複数の搬送ロール50とが設けられている。
第2転写位置より搬送方向下流側には、第2転写ロール28によって記録媒体Pに転写されたトナー画像を記録媒体Pに定着させる定着装置60が設けられている。また、定着装置60には、トナー画像が定着された記録媒体Pを排出部18へ排出する排出ロール52が設けられている。なお、定着装置60の具体的な構成については後述する。
次に、本実施形態に係る画像形成装置10における、記録媒体Pへ画像を形成する画像形成動作について説明する。
実施形態に係る画像形成装置10では、収容部12から送出ロール46によって送り出された記録媒体Pが、複数の搬送ロール50によって第2転写位置へ送り込まれる。
一方、画像形成ユニット22Y〜22Kでは、帯電ロール23によって帯電した感光体32が、露光装置36によって露光されて感光体32に静電潜像が形成される。その静電潜像が現像装置38によって現像されて感光体32にトナー画像が形成される。画像形成ユニット22Y〜22Kで形成された各色のトナー画像は、第1転写位置にて中間転写ベルト24に重ねられて、カラー画像が形成される。そして、中間転写ベルト24に形成されたカラー画像が、第2転写位置にて記録媒体Pへ転写される。
トナー画像が転写された記録媒体Pは、定着装置60へ搬送され、転写されたトナー画像が定着装置60により定着される。トナー画像が定着された記録媒体Pは、排出ロール52によって排出部18に排出される。以上のように、一連の画像形成動作が行われる。
(定着装置60の構成)
図1において、実施形態に係る定着装置60は、各構成部品が設けられる定着装置本体62を備えている。図2に、定着装置60の定着装置本体62内に収容された回転ロールの一例である加熱ロール64及び無端ベルトの一例である加圧ベルト66の斜視図を、図3に、定着装置60の概略側面図を示した。図3において、加熱ロール64及び加圧ベルト66によって、記録媒体Pが搬送される搬送経路を二点鎖線で示した。
また、図4に加圧ベルト66と加熱ロール64との加圧領域付近の概略拡大断面図を、図5に加圧体82の概略斜視図を示した。それぞれ、図中には、必要に応じて記録媒体Pの搬送方向Hを一点鎖線の矢印で示している。加熱ロール64は、回転軸ARの周りに回転方向Rに回転する。回転軸ARは、実線両矢印で、回転方向Rは白抜き矢印で示した。
図2及び図3において、定着装置60は、加熱ロール64と、加熱ロール64との間に記録媒体Pを挟んで周回する加圧ベルト66と、加圧ベルト66の内周側に加熱ロール64の回転軸AR方向に沿って配置され、加圧ベルト66を加熱ロール64に向けて加圧する加圧部材80とを備えている。
また、図4及び図5において、加圧部材80が、記録媒体Pを加熱ロール64へ向けて接触させる接触形成部82Aと、接触形成部82Aよりも回転方向の下流側で加圧ベルト66を加熱ロール64に向けて加圧する加圧部82Bとを有している。
図3及び図4において、定着装置60は、加熱ロール64及び加圧ベルト66の少なくとも一方を加熱する加熱源64Bを有し、加圧ベルト66が加熱ロール64へ向けて加圧される領域において、未定着のトナー像が加熱されて記録媒体Pに定着される。実施形態では、加圧される領域は、接触形成部82A及び加圧部82Bで加圧ベルト66が加熱ロール64へ向けて加圧される領域である。
加熱ロール64及び加圧ベルト66によって挟まれて搬送される記録媒体Pは、加熱ロール64によってトナー画像が加熱されると共に加圧ベルト66によってトナー画像が加圧されて、加熱ロール64と加圧ベルト66との加圧領域において画像が定着されるようになっている。
次に、加熱ロール64及び加圧ベルト66の具体的構成並びに加熱ロール64及び加圧ベルト66の支持構造について詳しく説明する。
図2及び図3において、加熱ロール64は、円筒状の円筒部材64Aと、円筒部材64Aの内部空間に設けられたハロゲンランプ等の加熱源64Bとを備えている。円筒部材64Aは、アルミニウム、ステンレス等の金属材料により形成されている。円筒部材64Aの軸方向一端部には、図示しない駆動モータからの回転力を円筒部材64Aに伝達するためのギヤ64Cが取り付けられている。
また、円筒部材64Aは、軸方向両端部が、すべり軸受68に支持される被支持部分64Dとなっている。円筒部材64Aの軸方向両端側の被支持部分64Dの間には、円筒部材64Aの外周面を被覆する被覆部材64Eが設けられている。被覆部材64Eは、ゴム等の弾性材料により形成されている。
図1に示した定着装置本体62には、加熱ロール64及び加圧ベルト66を支持する支持体70が設けられている。支持体70は、加熱ロール64を支持するロール支持部材74と、加圧ベルト66をベルト支持部材76とを備えている。
ロール支持部材74は、加熱ロール64の軸方向両端側に配置され、加熱ロール64を支持する一対の側板74Aと、一対の側板74Aの間に配置され一対の側板74Aを連結する連結板74Bとを備えている。
一対の側板74Aには、すべり軸受68がそれぞれ取り付けられている。すべり軸受68は、円筒部材64Aの被支持部分64Dを回転可能に支持している。
一対の側板74Aの一端部には、ベルト支持部材76を回転可能に支持する軸部74Jが設けられている。また、一対の側板74Aの他端部には、引っ張りバネ90の一端部が取り付けられる取付部74Eがそれぞれ設けられている。取付部74Eは、具体的には、一対の側板74Aに形成された凹部で構成されている。凹部で構成された取付部74Eに引っ張りバネ90の一端部に形成されたフック90Aが引っ掛けられるようになっている。
ベルト支持部材76は、加圧ベルト66の軸方向両端側に配置された一対の側板76Aを備えている。加圧ベルト66は、ベルト支持部材76によって加熱ロール64に対向する位置で、図1に示した定着装置本体62に周回可能に支持されている。加熱ロール64及び加圧ベルト66では、加熱ロール64が回転駆動されると共に加圧ベルト66が加熱ロール64に従動して回転することにより、トナー画像が転写された記録媒体Pを挟んで搬送する構成となっている。
一対の側板76Aの他端部には、引っ張りバネ90の他端部が取り付けられる取付部76Cがそれぞれ設けられている。取付部76Cは、具体的には、一対の側板76Aを貫通する貫通孔で構成されている。貫通孔で構成された取付部76Cに引っ張りバネ90の他端部に形成されたフック90Bが引っ掛けられるようになっている。また、一対の側板76Aには、図3に示した板体84が、差し込み可能な差込溝76Bがそれぞれ形成されている。
(加圧部材80の構成)
図3及び図4において、加圧部材80は、加熱ロール64側に配置された加圧体82と、加圧体82に設けられた側面視L字状の板体84とを備えている。
図5において、加圧体82は、図2に示した加熱ロール64の回転軸AR方向に沿って長さを有すると共に、側面視にて概略四角形状(ブロック形状)に形成されている。加圧体82の加熱ロール64側には、接触形成部82Aと加圧部82Bとが形成されている。ここで、詳細には図示しないが、接触形成部82Aと加圧部82Bとは、接触面として形成されている。また、加圧体82の加熱ロール64から離れた側には、板体84が差し込まれる差込溝82Cが、加圧体82の長手方向に沿って形成されている。差込溝82Cは、加圧体82における加圧ベルト66の回転方向下流側に配置されている。また、板体84は、加熱ロール64の回転軸AR方向に沿って長さを有している。
図2及び図3に示したベルト支持部材76の一対の側板76Aとロール支持部材74の一対の側板74Aとが引っ張りバネ90によって引っ張られることにより、加圧部材80が加圧ベルト66の回転軸AR方向の両端側で荷重(加圧力)をかけて加圧ベルト66を加熱ロール64へ加圧する。
図3〜図5において、加圧体82は、差込溝82Cに差し込まれた板体84から加圧力Fが付与されるため、差込溝82Cが配置された部分において、加圧部82Bは加圧ベルト66を第2の圧力で加圧し、加圧力Fが最大となる。これにより、図3に示すように、加圧ベルト66の回転軸方向に沿った側面視にて、加圧ベルト66の加熱ロール64への加圧力Fが加圧部82Bで最大となる。
接触形成部82Aは、加圧部82Bに対して搬送方向の上流側に配置され、加圧ベルト66を、記録媒体Pを加熱ロール64へ接触させるように、加圧ベルト66を加熱ロール64へ第2の圧力より小さい第1の圧力で加圧する。接触形成部82Aが配置された位置では、記録媒体Pが存在しない場合、加熱ロール64と加圧ベルト66との間には、隙間があるか、加熱ロール64と加圧ベルト66とが接触するかしないかの状態となっている。
図6に、加圧体82を下流側から見た概略概念図を示した。図6では曲率を誇張して描いている。曲率を有さない場合と比較した曲率を有することによる両端部のずれは、数十μm程度である。
図6において、接触形成部82A及び加圧部82Bが、加熱ロール64の回転軸AR方向において、それぞれ、両端部から中央にかけて第1及び第2の曲率をもって加圧する方向に膨らんだ形状を有している。そして、接触形成部82Aの第1の曲率が加圧部82B第2の曲率よりも小さく形成されている。
加圧部82Bによる加圧で、加熱ロール64は撓む。この加熱ロール64の撓みに合わせて、加圧部82Bの形状は、加熱ロール64の回転軸AR方向において、両端部から中央にかけて第2の曲率をもって加圧する方向に膨らんだ形状になっている。したがって、加圧部82Bの加圧によって、加圧ベルト66は回転軸AR方向に加熱ロール64に略均等に当たっている。この略均等に当たっている部分が加圧領域を構成する。
一方、接触形成部82Aは、加圧部82Bに対して搬送方向の上流側に配置され、加圧ベルト66を、記録媒体Pを加熱ロール64へ接触させるように、加圧ベルト66を加熱ロール64へ第2の圧力より小さい第1の圧力で加圧する。接触形成部82Aが配置された位置では、記録媒体Pが存在しない場合、加熱ロール64と加圧ベルト66との間には、隙間があるか、加熱ロール64と加圧ベルト66とが接触するかしないかの状態となっている。
より詳しくは、接触形成部82Aは、最も加圧力Fの加わる加圧部82Bに対して円周方向にずれて配置されているため、接触形成部82Aに対向する加熱ロール64の領域は、加圧部82Bによる加圧で撓む加熱ロール64の領域ほど撓まない。ここで、接触形成部82Aに対向する加熱ロール64の撓みより第1の曲率を小さく設定するのがよい。
したがって、第1の曲率が第2の曲率と同じである場合、接触形成部82Aに対向する加熱ロール64の領域の撓みに対して、接触形成部82Aの両端部が中央と比較して加熱ロール64から離れる。ここで、記録媒体Pが搬送されてくると、記録媒体Pは、加熱ロール64と加圧ベルト66との間の回転軸AR方向の中央において、両端部と比較して、記録媒体Pが加熱ロール64と加圧ベルトとに先に挟まれて加圧される。これにより、記録媒体Pは、接触形成部82Aが配置された位置で、中央において搬送方向に引っ張られ、両端部の搬送が遅れることにより記録媒体Pにしわが発生する。
一方、第1の曲率が第2の曲率より小さい場合、記録媒体Pが搬送されてくると、記録媒体Pは、加熱ロール64と加圧ベルト66との間の回転軸AR方向の両端部において、加熱ロール64と加圧ベルトとに先に挟まれて加圧される。このような曲率にすることで、接触形成部82Aが配置された位置で、記録媒体Pが両端部の2ヵ所において搬送方向に引っ張られ、中央の1か所において引っ張られるときと比較して、しわの発生が抑えられる。したがって、記録媒体Pを加熱ロール64と加圧ベルトとで先に挟んで加圧してしわの発生を抑えるためには、接触形成部82Aが曲率を有さないで、加圧する方向に平らな形状であってもよい。
また、加熱ロール64の両端部は、加熱源64Bの配置等により温度が上がりにくいので定着性が悪い。ここで、接触形成部82Aに対向する加熱ロール64の撓みより第1の曲率が小さいと、両端部から記録媒体Pが加熱ロール64と加圧ベルトとに先に挟まれて加圧及び加熱される。したがって、加熱ロール64の回転軸AR方向に均一な定着が行われる。接触形成部82Aは、記録媒体Pを加熱ロール64に接触させられればよく、特に加圧しているものに限られるものではない。
図7に、加圧体82を加熱ロール64側から見た概略概念図を示した。図には記録媒体Pの搬送方向Hを示した。図4、図5及び図7において、加圧部82Bは平面として形成され、加圧部82Bの上流側には窪み82Dが形成されている。そして、加圧部82Bの上流側の端部Qが、回転ロール64の回転軸AR方向において、両端部から中央にかけて上流側に向かって膨らんだ形状を有している。
加熱ロール64と加圧ベルト66との間に送り込まれた記録媒体Pは、加熱ロール64の回転軸AR方向中央において、最初に加圧部82Bの端部Qに到達して、加圧部82Bによって加圧され、加熱ロール64の回転軸AR方向両端部において、最後に加圧部82Bの端部Qに到達して、加圧部82Bによって加圧される。したがって、この記録媒体Pは、搬送方向Hと直交する幅方向の中央から幅方向両端部に向けて、徐々に、加圧部82Bによって加圧される。これにより、記録媒体Pの幅方向両端部を外側へ押し出そうとする力が作用し、加圧部82Bにおける記録媒体Pのしわが抑制される。
図7に示したように、加圧部82Bの加圧領域の搬送方向Hの長さが、中央部より両端部が短いので、両端部の定着性が悪くなるが、上述したように、両端部から記録媒体Pを加熱ロール64に早く当てることで、加熱ロール64の回転軸AR方向に均一な定着が行える。
また、本実施形態では、端部Qが、記録媒体Pが進入する側に湾曲されている構成であったが、端部Qが、記録媒体Pが進入する側に屈曲する構成、すなわち、V字状に形成される構成であってもよい。また、端部Qが、直線状に形成される構成であってもよい。
本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、加圧ベルト66の内部に加熱源を配置して、加圧ベルト66を加熱ベルトとして用いる構成であってもよい。この構成では、加熱ロール64を加圧ロールとして用いてもよい。また、加圧ベルト66を加熱ベルトとして用いる構成では、加圧ベルト66と加熱ロール64との配置位置を入れ替えてもよい。
10…画像形成装置、14…画像形成部、60…定着装置、64…回転ロールの一例である加熱ロール、64B…加熱源、66…無端ベルトの一例である加圧ベルト、80…加圧部材、82A…接触形成部、82B…加圧部、AR…回転軸、H…搬送方向、P…記録媒体、Q…端部、R…回転方向。

Claims (4)

  1. 回転体と、
    前記回転体との間に記録媒体を挟んで周回する無端ベルトと、
    前記無端ベルトの内周側に前記回転体の回転軸方向に沿って配置され、前記無端ベルトを前記回転体に向けて加圧する加圧部材とを備え、
    前記加圧部材が、前記記録媒体を前記回転体へ向けて接触させる接触形成部と、前記接触形成部よりも回転方向の下流側で前記無端ベルトを前記回転体に向けて加圧する加圧部とを有し、
    前記接触形成部及び前記加圧部が、前記回転体の回転軸方向において、それぞれ、両端部から中央にかけて第1及び第2の曲率をもって前記回転体の方向に膨らんだ形状を有し、前記第1の曲率が前記第2の曲率よりも小さいことを特徴とする定着装置。
  2. 前記加圧部の用紙搬送方向上流側の端部が、前記回転の回転軸方向において、両端部から中央にかけて用紙搬送方向上流側に向かって膨らんだ形状を有している
    ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記回転及び前記無端ベルトの少なくとも一方を加熱する加熱源を有し、
    前記無端ベルトが前記回転に対して加圧される領域において、未定着のトナー像が加熱されて前記記録媒体に定着される
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。
  4. 記録媒体に未定着のトナー像を転写する画像形成部と、
    前記未定着のトナー像を前記記録媒体に定着させる請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の定着装置とを備えた
    ことを特徴とする画像形成装置。
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