JP6184307B2

JP6184307B2 - 像加熱装置

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Publication number: JP6184307B2
Application number: JP2013246805A
Authority: JP
Inventors: 次郎守屋; 英生太田; 水田　貴之; 貴之水田; 征児尾畑
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2033-11-28
Also published as: JP2015105979A

Description

本発明は、筒状の可撓性回転体を有し、記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置に関する。特に、電子写真記録技術を用い記録材にトナー像を形成する画像形成装置に加熱定着器として搭載すれば好ましい像加熱装置に関する。

定着器に代表される可撓性の回転体を用いた像加熱装置では、しばしば、回転体の回転中に回転体が母線方向に移動する寄り移動が課題となる。この寄り移動を規制するため、回転体の端面に対向する位置に回転体の寄りを規制する規制部材を設けることがある。特許文献１には、このような規制部材を有する像加熱装置が開示されている。

特開２０１１−２４８２８５号

ところで、近年の画像形成装置は高速化や省エネ化が求められている。この要求に伴い、回転体の回転速度も増大し、回転体が寄り規制部材に接触した時の回転体端面に掛る圧力が大きくなっている。また、回転体の熱容量を抑えるため、回転体の薄肉化や小径化も進んでいる。このため、回転体端面に掛る単位面積当たりの圧力が大きくなっている。また、近年の画像形成装置は長寿命化も求められており、これに伴い、回転体端面が寄り規制部材に摺擦する時間も長くなっている。このように、画像形成装置に求められる性能アップに伴い、回転体端面が削れ易く、回転体の耐久性が十分でない状況になってきており、回転体の寄り移動を規制する機構の更なる改善が求められている。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、可撓性回転体の耐久性低下を改善できる像加熱装置を提供することにある。

上述の課題を解決するための本発明は、画像を担持する記録材と接触しつつ回転する筒状の可撓性回転体と、前記回転体の端面に対向する端面対向部と前記回転体の母線方向の端部で前記回転体の内面に対向する内面対向部を有し、前記回転体の母線方向への寄り移動を規制する規制部材と、を有する像加熱装置において、前記規制部材は移動可能な可動部材となっており、前記装置は更に、前記可動部材を記録材の搬送方向上流に案内するガイド部を有し前記可動部材を移動可能に保持する保持部材と、前記可動部材を前記回転体の端面に向って付勢する複数の付勢部材と、を有し、前記回転体が前記母線方向に寄り移動し前記端面対向部が前記複数の付勢部材の付勢力に抗して前記回転体に押されると前記可動部材が前記ガイド部に沿って前記搬送方向上流に移動し、前記内面対向部が前記回転体の内面を前記搬送方向上流に向かって押す構造となっており、前記複数の付勢部材は、前記可動部材の前記回転体の端部が接触する領域よりも外側の領域を付勢することを特徴とする。

本発明によれば、可撓性回転体の端面の損傷を抑制できる。

画像形成装置の断面図像加熱装置の断面図像加熱装置内部の斜視図及び断面図実施例の補正機構の斜視図及び断面図可動部材及び保持部材の斜視図補正機構の断面図補正機構の動作説明図ベルトに掛る力を説明する図可動部材の姿勢を規制する機構を説明する図

（実施例）
図１は像加熱装置である定着装置１を搭載する電子写真記録方式のプリンタ（画像形成装置）１００の断面図である。画像形成部１０１において４色のトナー像を重畳して形成したフルカラートナー画像は、給紙部から給紙された記録材Ｐに転写部１０２で転写される。記録材Ｐに転写されたトナー画像は、定着装置１で記録材に加熱定着される。定着済みの記録材Ｐは排紙トレイ１０３に排出される。両面プリントの場合は、記録材の片面にトナー画像を転写及び定着した後、記録材をスイッチバックさせて両面搬送路１０４に搬送し、記録材の二面目に一面目処理時と同様の動作で画像形成する。これらの画像形成動作は周知なので詳細な説明は割愛する。

図２は定着装置１の概要を示す断面図、図３は定着装置の内部の斜視図（図３（ａ））と定着装置を記録材排出側から見た時の定着装置内部の断面図（図３（ｂ））である。尚、矢印Ｓは記録材Ｐの搬送方向を、破線Ｘは定着装置の長手方向中央を夫々示している。本例の定着装置は、破線Ｘが記録材Ｐの搬送基準となっている。記録材Ｐは、そのサイズに拘らず、記録材幅方向中央を破線Ｘに合わせて搬送される。

定着装置１は、加熱ユニット２、加熱ユニット２と共に定着ニップ部を形成するローラ３、定着処理済みの記録材を搬送する搬送ローラ４等を有する。加熱ユニット２は、筒状の可撓性回転体（筒状のベルト、筒状のフィルム）９（以下、ベルト９と称する）、ベルト９の内面に接触しベルトを加熱するヒータ５を有する。更に、加熱ユニット２は、ヒータ５を保持するヒータホルダ６、加熱ユニットの剛性を保つためのステー８、等を有する。本例では、ヒータ５、ヒータホルダ６、及びステー８が、ベルト９の内面にベルトの母線方向に亘って接触するバックアップユニットを構成している。
ベルト９の内面には張架ローラはなく、ベルト９は張架されていない構成である。ローラ３はゴム層を有し、ベルト９を介してバックアップユニットと共に記録材を挟持搬送する定着ニップ部Ｎを形成する。また、ローラ３は不図示のモータによりギア６１を介して駆動されており、ベルト９はローラ３の回転に従動して回転する。

図３（ａ）に示すように、定着装置のフレーム１３にはローラ３の軸受を装着するためのＵ字形状の凹部が設けられており、ローラ３の軸端部に設けられた二つの軸受はこの凹部に保持されている。バックアップユニットの両端部にはベルト９の寄り移動を補正する補正機構（ベルトを記録材の搬送方向上流に向かって押す構造）６１０Ｌ及び６１０Ｒが設けられている。この位置に補正機構を配置することにより、補正機構６１０Ｌ及び６１０Ｒは、ベルト９の端面と対向する。

補正機構６１０Ｌ及び６１０Ｒは、後述する保持部材６１２を有している。この保持部材６１２に設けた溝部６１２ｆ（図４（ａ）参照）を、ローラ３同様、フレーム１３のＵ字形状の凹部に装着することにより、加熱ユニット２がフレーム１３に保持される。保持部材６１２の上面６１２ｃ（図５（ｂ）参照）には圧縮バネ７により圧力が付与されている。このバネ７の圧力により、保持部材６１２、ステー８、及びヒータホルダ６を介して、ヒータ５がローラ３に向って付勢される。これにより、ローラ３のゴム層が圧縮され、ベルト９を介してバックアップユニットとローラ３が定着ニップ部Ｎを形成する。

トナー画像を担持する記録材Ｐは、ベルト９と接触しつつ定着ニップ部Ｎで挟持搬送される。この期間にトナー画像はベルト９を介してヒータ５で加熱され、記録材Ｐに定着される。

本例のベルト９は、耐熱樹脂製の基層（具体的な材質はポリイミド）と、フッ素樹脂の表面層と、基層と表面層の間に設けたゴム層（シリコーンゴム層）を有するものである。基層の材質はステンレスやニッケル等の金属でもよく、必要に応じてゴム層を省いた構成でもよい。

ヒータ５は図３（ｂ）に示すように定着装置の長手方向（ベルト９の母線方向）に細長い形状である。ヒータ５はセラミック基板上に発熱抵抗体が印刷されたセラミックヒータであり、電力供給用のコネクタ６２を介して電力が供給される。ヒータ５の温度は不図示の温度検出素子でモニタされており、ヒータ５は温度検出素子の検出温度が目標温度を保つように電力制御される。

ヒータホルダ６はＬＣＰ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＰｏｌｙｍｅｒ）やＰＰＳ（ＰｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅＳｕｌｆｉｄｅ）等の耐熱樹脂を成型したものである。ヒータホルダ６にはヒータ５を嵌めこむための溝が設けてあり、この溝にヒータ５を嵌めこむことによりヒータ５を長手方向に亘って保持している。ステー８は断面がＵ字形状で、材質は金属（本例では鉄）であり、ホルダ６に対して長手方向に亘って接触し、ホルダ６を補強している。

次に、ベルト９の寄り移動を補正する補正機構６１０Ｒ及び６１０Ｌについて、図４〜図８を用いて説明する。なお、補正機構６１０Ｒ及び６１０Ｌは、記録材Ｐの搬送基準Ｘを基準に略線対称な形状であるので、主に補正機構６１０Ｒを用いて（一部６１０Ｌを用いて）補正機構を説明する。

図４（ａ）は補正機構６１０Ｌの斜視図、図４（ｂ）は補正機構６１０Ｌを記録材の搬送方向下流から見た時の断面図である。また、図５（ａ）は後述する可動部材６１１の斜視図、図５（ｂ）〜図５（ｄ）は可動部材６１１を保持する保持部材６１２の斜視図、正面図、Ｖ３面における断面図である。更に、図６は補正機構６１０Ｌを図４（ｂ）のＶ２方向から見た時の図、図７及び図８は補正機構によるベルトの姿勢を補正するメカニズムを説明する図である。

補正機構６１０Ｌは、可動部材（規制部材）６１１と、可動部材６１１を保持する保持部材６１２、及び可動部材６１１を付勢する圧縮バネ（付勢部材）６１４（６１４ａ、６１４ｂ）で構成されている。保持部材６１２は、上述したように、定着装置のフレーム１３のＵ字形状の凹部に嵌め込まれている。これにより、ヒータ長手方向における保持部材６１２の位置、及び記録材搬送方向における保持部材６１２の位置が略決められている。保持部材６１２は、バネ７によりローラ３に向って付勢されているので、略固定された状態となっている。

可動部材６１１は保持部材６１２に対して移動可能に係合する部品である。可動部材６１１は、ステー８の長手方向端部に設けられた切欠き部に接しており、可動部材６１１の上部と保持部材６１２の間には僅かな隙間が設けられている。図４（ａ）に示すように、可動部材６１１は、ベルト９の端面に対向する端面対向部６１１ａを有する。ベルト９が、その母線方向へ寄り移動すると、ベルト９の端面は端面対向部６１１ａに突き当たる。また、可動部材６１１は、ベルト９の端部の内面に対向する内面対向部６１１ｃを有する。ベルト９内面と内面対向部６１１ｃの間には若干のクリアランスが設けられており、内面対向部６１１ｃはベルト回転時のベルト９の内面をガイドする機能も有する。

図５（ａ）に示すように、可動部材６１１は、ヒータ長手方向に対して斜めの方向に延びた凸部６１１ｂを有する。一方、図５（ｂ）〜５（ｄ）に示すように、保持部材６１２は、ヒータ長手方向に対して斜めの方向に延びた凹部（ガイド部）６１２ｂを有する。可動部材６１１と保持部材６１２を組み合わせると、保持部材６１２の凹部６１２ｂに可動部材６１１の凸部６１１ｂが収まる。この構成により、可動部材６１１は保持部材６１２の凹部６１２ｂに沿ってスライド可能に保持される。

６１４ａ、６１４ｂは可動部材６１１を保持部材６１２の座面６１２ａから離れる方向へ付勢する（ベルトの端面に向って付勢する）圧縮バネ（付勢部材）である。本例の付勢部材は複数設けられており、また、付勢部材としてコイルバネを用いている。可動部材６１１がベルト９に押されていない状態で、コイルバネ６１４ａ、６１４ｂは、可動部材６１１のベルトの端面が接触する領域ＣＡ（図６参照）よりも外側の領域に位置するように配置されている。後述するが、コイルバネは、少なくともコイルバネの中心の位置６１４Ｘが領域ＣＡよりも外側の領域に位置するように配置されている。また、保持部材６１２には、コイルバネを取り付けるバネ保持座６１２ａが設けられている。

次に、図６〜８を用いて補正機構６１０の動作説明を行う。図６及び図７（ａ）はベルト９の端面が端面対向部６１１ａに当接していない時の補正機構の状態を示す。なお、ローラ３の回転によりベルト９が従動回転している時、ヒータ５よりもベルト回転方向上流側の領域において、ベルト９は可動部材６１１の内面対向部６１１ｃと接触している。一方、ヒータ５よりもベルト回転方向下流側の領域において両者は離間している。

ベルト９の端面が端面対向部６１１ａに接触していない時、バネ６１４ａ、６１４ｂにより付勢さている可動部材６１１は、保持部材６１２内部においてバネ保持座６１２ａから最も離れた位置に位置する。この時、可動部材６１１は保持部材６１２に設けられた不図示のストッパー部に突き当たり、バネ６１４ａ、６１４ｂによって付勢されていても可動部材６１１は移動を規制され、位置が決められている。

図７（ａ）に示すように、ベルト９の端面が端面対向部６１１ａに当接していない時、ベルト９の端面と可動部材６１１の端面対向部６１１ａとの距離はＤ１である。また、保持部材６１２の保持座６１２ａから可動部材６１１の端面対向部６１１ａまでの距離はＤ２となっている。

図７（ｂ）は、ベルト９がＭ１方向へ寄り移動してベルト９の端面が端面対向部６１１ａに当接し、更に、バネ６１４ａ及び６１４ｂの付勢力に抗してベルト９が可動部材６１１をＭ１方向へ押圧した状態を示す。

ベルト９が、例えばローラ３とベルト９の相対的なアライメントがずれている等の要因により可動部材６１１側へ寄り移動すると、ベルト９の端面が可動部材６１１に当接する。更に寄り移動すると、ベルト９は可動部材をバネ６１４ａ及び６１４ｂの付勢力に抗してＭ１方向へ押し、可動部材６１１はベルトの寄り移動の力を利用して移動する。

可動部材６１１の凸部６１１ｂが保持部材６１２の凹部１２ｂに沿って移動するので、可動部材６１１はＭ２方向へ移動する。そして、凸部６１１ｂが凹部６１２ｂの端部に突き当たった時点で可動部材６１１の移動は停止する。この時、図７（ｂ）に示すように、保持部材６１２の保持座６１２ａから可動部材６１１の端面対向部６１１ａまでの距離はＤ３（＜Ｄ２）となっている。また、図７（ａ）の状態に比べて可動部材６１１は記録材搬送方向Ｓの上流側に距離Ｄ４移動している。

上述したように、ベルト９が回転している時、ベルト９の内面は可動部材６１１の内面対向部６１１ｃと接触している。したがって、図７（ｂ）のように可動部材６１１が記録材搬送方向Ｓの上流側へ移動すると、内面対向部６１１ｃがベルト９の内面を押し、結果的に補正機構６１０Ｌ側のベルト端部が記録材搬送方向Ｓの上流側へ移動する。一方、ヒータ長手方向に関して補正機構６１０Ｌの位置する側とは逆側に位置する補正機構６１０Ｒは、ベルト９の端面に押されていないので、補正機構６１０Ｒの可動部材は移動しない。

ベルト９の寄り移動方向が逆の場合、即ち、補正機構６１０Ｒにベルトが突き当たった場合は、補正機構６１０Ｒ内の可動部材のみが記録材搬送方向Ｓの上流側に移動する。この移動により、補正機構６１０Ｒ側のベルト端部が記録材搬送方向Ｓの上流側へ移動する。

このように、ベルト９がヒータ長手方向（ベルトの母線方向）へ寄り移動し、二つの補正機構６１０Ｒ、６１０Ｌのうちの一方に突き当たると、寄り方向の下流側のベルト９の端部だけが記録材搬送方向上流に向って力を受ける。この原理により、ベルト９のローラ３に対するアライメントが変わり、ベルトの姿勢が補正され、可動部材から離れる方向（図７（ｂ）に示す方向Ｍ１とは逆方向）にベルトが移動し、ベルト９の端面に掛る力が抑制される。これにより、ベルトの破損を抑制できる。なお、上述のように可動部材６１１はバネ６１４ａ及び６１４ｂで付勢されている。このため、図７（ｂ）に示す状態から、ベルト９が方向Ｍ１とは逆方向へ移動すると、可動部材６１１は図７（ａ）で示す位置、または、図７（ａ）と図７（ｂ）の間の位置へ押し戻される。

次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）を用いて、ベルト９端面にかかる応力を下げる原理について更に説明を行う。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、加熱ユニット２とローラ３をベルト９側から見た図である。図８（ａ）はベルトが寄り移動している状態、図８（ｂ）はベルト９の傾きが補正された状態を示す。

一般的にベルト９が母線方向に寄る原因は、ローラ３とベルト９のアライメントずれによるものである。図８（ａ）は前述したアライメントずれを起こした状態であり、補正機構６１０Ｒ側のベルト端部が記録材搬送方向Ｓの下流側へ、補正機構６１０Ｌ側のベルト端部が記録材搬送方向Ｓの上流側へ傾いた状態を表す。図８（ａ）で示すように、ベルト９はローラ３の回転により力Ｆを受ける。力Ｆは、ベルト９の母線方向Ｆ１と、それに直交する方向Ｆ２に分解することができ、ベルト９は力Ｆ１によって補正機構６１０Ｒに向って寄り移動する。ベルト９が補正機構６１０Ｒの可動部材６１１に接触して可動部材６１１を押すと、可動部材６１１は保持部材６１２に案内され、記録材搬送方向Ｓの上流側へ移動する。可動部材６１１の移動に伴い、前述した原理でベルト９の姿勢が図８（ｂ）のように補正される。ローラ３とベルト９のアライメントのずれが解消されるため、力Ｆとベルト９母線方向の角度が変わる。その結果、力Ｆ１が低減し、ベルト９端面にかかる応力も低減する。

以上のように、ベルト９端面に掛る応力を低減できるのでベルト９端面の摩耗を抑制することが出来る。

ところで、ローラ３に対するベルト９のアライメントがずれて寄りが生じると、寄った側のベルトの端部が、シート搬送方向下流に傾斜する。その後、可動部材６１１の端面対向部６１１ａにベルト９が突き当たる際、図９に示すように、ベルト９は、端面対向部６１１ａのうち、シート搬送方向上流側の領域に突き当たる。ベルト９が端面対向部６１１ａに突き当たった際、可動部材６１１は凸部６１１ｂの点Ｐを支点にして凸部６１１ｂが凹部６１２ｂと点Ｑで突き当たるように回転（図示ＲＯ方向）する力が加わる。このため、可動部材の凸部６１１ｂと、保持部材の凹部６１２ｂが齧ることになり、可動部材のスムーズな移動が妨げられてしまう。

これに対して、本例では、可動部材６１１がベルト９に押されていない状態で、コイルバネ６１４ａ、６１４ｂは、その全体が、可動部材６１１のベルトの端面が接触する領域ＣＡ（図６参照）よりも外側の領域に位置するように配置されている。このため、ＲＯ方向のモーメントに対し、バネ６１４ａの力ＣＦが反力となり、点Ｐ及び点Ｑにかかる力を低減するように働く。これにより、可動部材６１１は、保持部材６１２の凹部６１２ｂに沿ってスムーズに移動できる。なお、コイルバネは、少なくともコイルバネの中心の位置６１４Ｘが領域ＣＡよりも外側の領域に位置するように配置されていればよい。

ベルト９が寄り移動する間は、バネ６１４ａの力が、ＲＯ方向のモーメントの反力として働く。何故ならば、バネ６１４ａは端面対向部のベルト当接領域ＣＡの外側（シート搬送方向上流側）に配置されているからである。ベルト９が寄って端面対向部６１１ａを押す力に対し、バネ６１４ａが圧縮され生じる反力は同じ大きさとなるが、支点Ｐから端面対向部６１１ａのベルト９当接ポイントまでの距離Ｌ１より、バネ６１４ａまでの距離Ｌ２の方が大きい。そのため、力ＣＦがＲＯ方向のモーメントを打ち消すのに有効に作用する。

また、仮にベルト９が図９に示す傾きとは反対方向に傾いた場合には、バネ６１４ｂがバネ６１４ａと同様の作用をし、ＲＯ方向とは逆方向のモーメントの反力として働き、可動部材６１１はスムーズにガイドされ移動する。

上述した実施例では、補正機構をベルトの両端に対向する位置に夫々設けているが、ベルトの寄り方向を予め一方向に定めておき、上述した補正機構をベルトの寄り方向の側にのみ設ける構成でもよい。また、本例では、ベルトの長さが二つの可動部材間のスパンより短い構成を前提として説明した。しかしながら、ベルトの長さが二つの可動部材間のスパンとほぼ同じ構成、即ち、ベルトの両端が二つの可動部材と常に接触する構成でもよい。

９ベルト
６１０Ｒ、６１０Ｌ補正機構
６１１可動部材
６１２保持部材

Claims

画像を担持する記録材と接触しつつ回転する筒状の可撓性回転体と、
前記回転体の端面に対向する端面対向部と前記回転体の母線方向の端部で前記回転体の内面に対向する内面対向部を有し、前記回転体の母線方向への寄り移動を規制する規制部材と、
を有する像加熱装置において、
前記規制部材は移動可能な可動部材となっており、
前記装置は更に、前記可動部材を記録材の搬送方向上流に案内するガイド部を有し前記可動部材を移動可能に保持する保持部材と、前記可動部材を前記回転体の端面に向って付勢する複数の付勢部材と、を有し、前記回転体が前記母線方向に寄り移動し前記端面対向部が前記複数の付勢部材の付勢力に抗して前記回転体に押されると前記可動部材が前記ガイド部に沿って前記搬送方向上流に移動し、前記内面対向部が前記回転体の内面を前記搬送方向上流に向かって押す構造となっており、
前記複数の付勢部材は、前記可動部材の前記回転体の端部が接触する領域よりも外側の領域を付勢することを特徴とする像加熱装置。
前記付勢部材はコイルバネであり、少なくとも前記コイルバネの中心の位置が、前記可動部材の前記回転体の端面が接触する領域よりも外側の領域に位置するように前記複数のコイルバネは配置されていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
前記構造は、前記回転体の前記母線方向の両端部にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
前記回転体は張架されていないことを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の像加熱装置。
前記回転体の内面に前記母線方向に亘って接触するバックアップユニットと、前記回転体を介して前記バックアップユニットと共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成するローラと、を有し、前記回転体は前記ローラの回転に従動して回転することを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の像加熱装置。
前記装置は更に、前記回転体を加熱するヒータを有することを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の像加熱装置。
前記ヒータは前記回転体の内面に接触していることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。