JP6149420B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱と圧とを加えて記録媒体上のトナーを記録媒体に定着する定着装置および画像形成装置に関する。

従来から、電子写真方式を利用した画像形成装置は考案されており公知技術となっている。その画像形成プロセスは、像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録紙に転写して画像を担持させ、圧力や熱等を用いる定着装置によって記録紙上のトナー画像を定着する過程により成立している。

定着装置には、対向するローラもしくはベルトもしくはそれらの組み合わせにより構成された定着回転体が配置されており、記録紙を挟みこみ、熱および圧力を加え、上記トナー像を記録紙上に定着する。

特許文献１には、磁場発生手段の磁場の作用で電磁誘導加熱される加熱部材内部に液体封入されたヒートパイプローラを加圧し回転される構成が開示されている。

しかし、特許文献１に開示されている技術では、磁場発生手段の磁場の作用で電磁誘導加熱される加熱部材内部に液体封入されたヒートパイプローラを加圧し、回転される構成を採用した場合、軸方向の温度分布を均一化することは可能であるが、ヒートパイプローラ分の熱容量が増してしまうことで通紙時の温度を維持するための電力が増大してしまうことで厚紙定着性対応力、消費電力が悪化してしまうという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するためのものであり、その目的とするところは、軸方向に短いヒータを用い、長時間加熱蓄熱回転させた場合においても軸方向温度が均一となり、通紙時の電力エネルギーを通紙領域のみに集中させることができる定着装置を提供することである。

かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。

本発明に係る定着装置は、一つの加熱手段によって加熱される加熱ローラと、定着ローラによって張架される定着ベルトと、該定着ベルト表面の軸方向中央部近傍の温度を検出する温度検出手段と、前記加熱ローラを介した前記定着ベルトの表面温度が目標温度になるように前記温度検出手段の出力に応じて定着手段への通電率を制御する通電制御部と、前記定着ベルトを介し前記定着ローラに対向配置される加圧ローラと、該加圧ローラを前記定着ベルトを介し前記定着ローラに圧接離させる加圧レバーと、該加圧レバーを圧接方向、離間方向に駆動させる駆動源と、前記加圧ローラおよび前記定着ローラを冷却するための冷却手段と、冷却手段の風量を制御によってコントロールする冷却手段制御部と、を備えた定着装置であって、前記定着手段への通電率がＡ％未満の場合、通電率がＡ％以上となるように、前記通電制御部で制御値を増大させることで前記通電率を増大させ、前記冷却手段制御部で風量を増大し、前記定着手段への通電率がＡ％以上となった場合、前記通電制御部で制御値を低減させることで前記通電率を低減させ、前記冷却手段制御部で風量を低減させることを特徴とする。

本発明によれば、軸方向に短いヒータを用い、長時間加熱蓄熱回転させた場合においても軸方向温度が均一となり、通紙時の電力エネルギーを通紙領域のみに集中させることができる。

本実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略図である。 本実施形態に係る加圧ローラ離間時のシャッター部材の位置を示す断面図である。 本実施形態に係る加圧ローラ圧接時のシャッター部材の位置を示す断面図である。 本実施形態に係るシャッター部材および温度検出手段の軸方向配置を示す側面図である。 本実施形態に係る冷却ファンと加圧冷却ダクトの配置を示す上面図である。

以下、本実施形態について図面により詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る定着装置１を設けた画像形成装置２の概略図である。電子写真方式の画像形成装置２は、画像入力装置、感光体、現像装置、転写装置、給紙装置、本定着装置、排紙装置を備えている。

給紙装置７によって、用紙が転写部へ搬送される。一方、書き込み装置３によってスキャナによる信号もしくはプリンタによる信号によって、現像装置４内の感光体上に露光される。感光体上に露光された潜像は現像装置４によって転写ベルトに作像され、転写装置５によって、搬送されてきた転写紙に未定着トナー像が転写される。

そして、未定着トナー像は定着装置１で定着される。また、両面時には両面装置６で記録媒体が反転され、再び転写装置５へ搬送される。トナー像が定着された転写紙は、分離装置によって定着ベルトから剥離され、排紙される。

次に、本実施形態に係る定着装置１を説明する。図２は、本実施形態に係る加圧ローラ１２離間時のシャッター部材２４の位置を示す断面図である。定着装置１は、定着ローラ１１、加圧ローラ１２、定着ベルト１３、加熱ローラ１４、加熱手段１５、温度検出素子１６を有している。

定着ローラ１１と加圧ローラ１２との間には、搬送ガイド２９が設置され、未定着トナー３０を担持した用紙３１が搬送される。また、定着装置１は、定着入口センサ３２、定着出口センサ３３、定着分離板３４、加圧分離板３５を有している。

定着装置１において、定着部材としての定着ベルト１３は、駆動ロ一ラである定着ローラ１１、従動ロ−ラである加熱ローラ１４に支持され張架され、回転走行する。加圧ローラ１２は定着ローラ１１と定着ベルト１３を介して対峙して設けられており、加圧ローラ１２は後述する加圧機構により、定着ベルト１３を介して定着ローラ１１に加圧される。

加熱ローラ１４の外部には幅方向に短い加熱手段１５が設置されており、電磁誘導加熱を用いた加熱手段１５を熱源として、加熱ローラ１４が加熱されて定着ベルト２２が加熱ローラ１４により加熱される。定着立上げ時間を短縮する構成であると共に、長時間の蓄熱回転時においても軸方向温度分布を均一可能となる。加熱手段１５には、ＩＨヒータなどが使用される。加熱手段１５の外部には、温度検出素子１６が設置されている。

また、テンションローラにより、定着ベルト１３の加熱ローラ１４への接触面積を大きくすることができ、より多くの熱を加熱ローラ１４から定着ベルト１３へと伝えることができる。定着ベルト１３は、定着ローラ１１が図示しない駆動機構で回転駆動されることにより回転し、加圧ローラ１２は定着ベルト１３に連れ回りする。加圧ローラ１２には、駆動を掛けても良い。

定着ベルト１３の表面温度は、温度検知素子１６により検知され、図示しない温度制御部がその温度検知素子１６の出力値に基づいて加熱手段１５を定着ベルト１３の表面温度が所定の設定温度になるように制御する。

未定着トナー３０を担持した用紙３１は定着装置１に搬入されて定着ベルト１３と加圧ローラ１２とのニップ部を通過し、所定の温度に制御されている定着ベルト１３と加圧ローラ１２とのニップ部でトナーが溶融定着され、装置本体外に送り出される。

次に、本実施形態に係る加圧機構を説明する。図３は、本実施形態に係る加圧ローラ１２圧接時のシャッター部材２４の位置を示す断面図である。図２，３は、加圧ローラ１２が接離手段３７によって脱圧／圧接された時の状態を示している。

カムシャフト１７の２箇所に、加圧接離カム１８とシャッターカム１９が固定されている。加圧レバー２０の端部は、加圧接離カム１８に接している。加圧レバー２１は、加圧ローラ１２の両端の軸部２２に接している。加圧レバー２０と加圧レバー２１は、一端が回動自在に固定され、他端に加圧スプリング２３が固定されている。

シャッター部材２４は軸方向に延在し、軸部２５と面２６と凸部２７とを有している。軸部２５の中央部分を除く両側に面２６が形成され、軸部２５の両端に面２６と略垂直に凸部２７が形成されている。シャッター部材２４の凸部２７は、シャッターカム１９と接する。シャッターカム１９は、円形で一部に凹部２８が形成されている。

図２に示すように、凹部２８にはシャッター部材２４の凸部２７が収まり、付勢力により、シャッター部材２４の面２６が起き上がる。面２６は、冷却ダクト５１に冷却風が通過するのを遮る。

この時、加圧接離カム１８は肉薄部が加圧レバー２０に接しているので、加圧レバー２０を押し上げない。したがって、加圧レバー２０と加圧レバー２１は加圧スプリング２３が伸びて開いた状態であり、加圧レバー２１は加圧ローラ１２を上方向に押し上げず、定着ローラ１１と加圧ローラ１２とは脱圧状態である。

図３に示すように、カムシャフト１７を時計回りに回転すると、シャッターカム１９も時計回りに回転する。凹部２８にはシャッター部材２４の凸部２７が収まった状態で徐々に凸部２７と面２６が起き上がり、凸部２７が凹部２８から出た後もシャッターカム１９の円周部分で凸部２７を押し続けるので、面２６は平行状態を維持することができる。

カムシャフト１７が時計回りに回転すると、加圧接離カム１８も時計回りに回転する。加圧接離カム１８は肉厚部が加圧レバー２０に接しているので、加圧レバー２０を押し上げる。したがって、加圧レバー２０と加圧レバー２１は、加圧スプリング２３が縮んで閉じた状態であり、加圧レバー２１は加圧ローラ１２を上方向に押し上げ、定着ローラ１１と加圧ローラ１２とは圧接状態である。

なお、カムシャフト１７は時計回りの回転に限定されず、反時計回りの回転または両方向の回転であっても良い。

図４は、シャッター部材２４および温度検出手段１６，４１の軸方向配置を示す側面図である。図５は、本実施形態に係る冷却ファン５２と冷却ダクト５１の配置を示す上面図である。

図２では加圧ローラ１２が脱圧状態を示しており、冷却ダクト５１内に配置されたシャッター部材２４が図４で示す加圧ローラ１２の軸方向の両端部１０〜５０ｍｍ程度、冷却ダクト５１の風路部を塞ぐ構成で配置される。複数のファンを用いること無く、安価な構成で軸方向の分割冷却が可能となる。

図４に示す冷却ファン５２からの冷却風が、ファンダクト５３のファンダクト仕切り板５４を通り、シャッター部材２４の中央部を通過する。定着立上げ時に中央部のみを冷却することで一定以上のヒータ点灯率を維持することで、ローラ端部の温度ダレが改善される。
シャッター部材２４の両側の面２６は、冷却ダクト５１の軸方向両端部への気流を遮る構成となっている。

冷却ファン５２からの冷却風が加圧レバー２０，２１の圧接離動作に連動し加圧ローラ１２および定着ローラ１１の軸方向への冷却風を当てる位置を選択可能なシャッター部材２４を備えたことにより、シングルヒータを用いた加熱定着装置において、安価な構成で軸方向温度分布を均一化できる。

また、定着ベルト表面の軸方向中央部近傍と端部には、温度を検出する温度検出素子１６，４１が設置されている。通電制御部は、加熱ローラ１２を介した定着ベルト１３の表面温度が目標温度になるように温度検知素子１６，４１の出力に応じて定着手段への通電率を制御する。

冷却ファン５２をＰＷＭ制御によって電圧をコントロールすることで冷却ファン５２の風量を制御する冷却手段制御部（図示しない）は、定着手段の通電率に応じて冷却ファン５２の風量をコントロールする。

定着手段への通電率がＡ％未満の場合、通電率がＡ％以上となるように、冷却手段制御部でＰＷＭ制御値を増大させることで風量を増大する。定着手段への通電率がＡ％以上となった場合、冷却手段制御部でＰＷＭ制御値を低減させることで風量を低減させることによって、長時間加熱蓄熱回転させた場合においても軸方向温度が均一化することが可能となる。

通電率がＡ％とは、熱源がＰＷＭ制御のため、予め設定した通電率であり、ＰＷＭ制御でなくとも、熱源の加熱量が或る規定量を超える（一定時間あたり）のであれば、同じように本実施形態は適用可能である。

一方、通紙状態の場合は、図３に示すように、加圧ローラ１２が定着ローラ１１側へ押圧される方向に、カムシャフト１７が回転することで、カムシャフト１７に配置されたシャッターカム１９がシャッター部材２４を押し下げることによって、冷却ダクト５１内のシャッター部材２４が冷却ダクト５１の風路を開放する配置となることで、冷却ファン５２の冷却風を加圧ローラ１２の軸方向全域に当てることが可能となる。

このことにより、加圧ローラ１２が定着ベルト１３に圧接することで、加圧ローラ１２の温度が上昇しすぎた場合に冷却風によって加圧ローラ１２の軸方向全域を冷却可能な構成とすることで、加圧ローラ１２の温度が高すぎることが原因で発生するペーパーブリスター、トナーブリスターの異常画像発生を抑制可能となる。

以上より、シャッター部材２４は、加圧ローラ１２の離間時に中央部のみに冷却風をあて、加圧ローラの圧接時に軸方向全域を冷却する構成であり、定着立上げ時に軸方向中央部近傍を冷却することで、一定以上のヒータ点灯率を維持することができ、加熱ローラ端部からの放熱時にも温度が均一となる。通紙時には、加圧圧接連動で軸方向全域冷却可能とすることで、加圧ローラ温度の温度上昇を抑制することができ、ブリスターの抑制が可能となる。

他の実施形態によれば、定着装置を備えた画像形成装置の提供により、安価な構成で定着立上げ時間を短縮する構成であると共に、長時間の蓄熱回転時においても軸方向温度分布を均一可能である。

また、定着立上げ時に長時間の蓄熱回転となった場合にも軸方向温度分布を均一可能とし、通紙時に軸方向全面冷却可能な構成とすることで、加圧ローラ温度が所定以上に上昇することなくトナーブリスター等の異常画像発生を防止可能である。

なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。

１ 定着装置
２ 画像形成装置
１１ 定着ローラ
１２ 加圧ローラ
１３ 定着ベルト
１４ 加熱ローラ
１５ 加熱手段
１６ 温度検出手段
１７ カムシャフト
１８ 加圧接離カム
１９ シャッターカム
２０ 加圧レバー
２４ シャッター部材
５１ 冷却ダクト
５２ 冷却ファン
５３ ファンダクト
５４ ファンダクト仕切り板

特開２００１−１４７６０６号公報

Claims (6)

1. 一つの加熱手段によって加熱される加熱ローラと、
   定着ローラによって張架される定着ベルトと、
   該定着ベルト表面の軸方向中央部近傍の温度を検出する温度検出手段と、
   前記加熱ローラを介した前記定着ベルトの表面温度が目標温度になるように前記温度検出手段の出力に応じて定着手段への通電率を制御する通電制御部と、
   前記定着ベルトを介し前記定着ローラに対向配置される加圧ローラと、
   該加圧ローラを前記定着ベルトを介し前記定着ローラに圧接離させる加圧レバーと、
   該加圧レバーを圧接方向、離間方向に駆動させる駆動源と、
   前記加圧ローラおよび前記定着ローラを冷却するための冷却手段と、
   冷却手段の風量を制御によってコントロールする冷却手段制御部と、を備えた定着装置であって、
   前記定着手段への通電率がＡ％未満の場合、通電率がＡ％以上となるように、前記通電制御部で制御値を増大させることで前記通電率を増大させ、前記冷却手段制御部で風量を増大し、前記定着手段への通電率がＡ％以上となった場合、前記通電制御部で制御値を低減させることで前記通電率を低減させ、前記冷却手段制御部で風量を低減させることを特徴とする定着装置。
2. 前記冷却手段からの冷却風が前記加圧レバーの圧接離動作に連動し加圧ローラ及び定着ローラの軸方向への冷却風を当てる位置を選択可能な冷却風選択手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記冷却風選択手段は、前記加圧ローラの離間時に中央部のみに冷却風をあて、前記加圧ローラの圧接時に軸方向全域を冷却する構成であることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記冷却風選択手段は、冷却ダクト内の軸方向両端部に配置されたシャッター部材で構成されることを特徴とする請求項２または３記載の定着装置。
5. 前記加熱手段は、電磁誘導加熱であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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