JP6304129B2 - 定着装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置およびそれを備えた画像形成装置に関し、特に、加熱部材と加圧部材とを含み、加圧部材の回転軸の一方端部に回転駆動力が入力される定着装置およびそれを備えた画像形成装置に関するものである。

従来、画像形成装置には、像担持体から記録媒体上に転写されたトナー像を定着させるための定着装置が備えられている。この定着装置としては、互いに当接して回転する定着ローラー（加熱部材）および加圧ローラー（加圧部材）を備えたローラー方式や、加熱部材として無端状の定着ベルトを使用するベルト方式等が知られている。例えば、ローラー方式の定着装置は、圧接される定着ローラーと加圧ローラーとのニップ部で記録媒体上に担持されたトナー像を加熱及び加圧して記録媒体に定着させる。

定着装置には、加圧ローラーを定着ローラーに押圧させるために、加圧ローラーの両端部に付勢部材が設けられている。このような構成では、加圧ローラーの一方端部と他方端部とを定着ローラーに均等に押圧させることが望ましい。

なお、互いの軸線がクロスする（ねじれの位置になる）ように定着ローラーと加圧ローラーとを配置することによって、中央部と両端部との当接圧力を均一化する定着装置は、例えば特許文献１に開示されている。

特開平８−３１４３１９号公報

ところで、従来の多くの定着装置では、加圧ローラーの回転軸の一方端部に、回転駆動力が入力される入力ギアが設けられている。この入力ギアに入力される回転駆動力が複数の段階を有する場合、すなわち、加圧ローラーの回転速度が複数の段階を有する場合、定着装置の線速および加圧ローラーの回転速度を大きくするために、入力ギアに入力される回転駆動力が大きくなると、回転駆動力によって加圧ローラーの一方端部が加熱部材側に押圧される力が大きくなる。このため、加圧ローラーと定着ローラーとの平行度（加圧ローラーの加熱部材に対する位置精度）が低下するので、加圧ローラーの軸方向において定着ニップ部のニップ圧が均等にならないという問題点がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、定着ニップ部のニップ圧が不均等になるのを抑制することが可能な定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の第１の構成の定着装置は、記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱する加熱部材と、加熱部材に所定の圧力で当接しながら回転する加圧部材と、加圧部材の回転軸の両端部を保持する一対の保持部材と、加圧部材が加熱部材に圧接するように保持部材を付勢する一対の付勢部材と、加圧部材の回転軸の一方端部に設けられ、回転駆動力が入力される入力ギアと、少なくとも一方端部側の保持部材に当接可能に配置され、保持部材に当接することにより、加圧部材の加熱部材に向かう移動量を規制する規制部材と、を備える。

本発明の第１の構成によれば、少なくとも一方端部側の保持部材に当接可能に配置され、保持部材に当接することにより、加圧部材の加熱部材に向かう移動量を規制する規制部材を設ける。これにより、入力ギアに入力される回転駆動力が大きくなり、回転駆動力によって加圧部材の一方端部が加熱部材側に押圧される力が大きくなる場合であっても、保持部材が規制部材に当接することによって、加圧部材の加熱部材方向への移動が規制される。このため、加圧部材と加熱部材との平行度（加圧部材の加熱部材に対する位置精度）が低下するのを抑制することができるので、定着ニップ部のニップ圧が不均等になるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態の定着装置を備えた画像形成装置の構造を概略的に示した断面図である。 本発明の一実施形態の定着装置の構造を示した平面図である。 図２の１００−１００線に沿った断面図であり、回転中心から偏心カムとコロとの当接位置までの距離が比較的小さい状態を示した図である。 図３の偏心カムを約１８０°回転させた状態を示した断面図であり、回転中心から偏心カムとコロとの当接位置までの距離が比較的大きい状態を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態による画像形成装置１について説明する。なお、図１では、右側を画像形成装置１の前方側として図示している。図１に示すように、画像形成装置１（ここではモノクロプリンター）内には画像形成部Ｐが配設されている。この画像形成部Ｐは、帯電、露光、現像及び転写の各工程により所定の画像を形成する。

画像形成部Ｐには、可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム（像担持体）２が配設されており、感光体ドラム２上に形成されたトナー像が、用紙（記録媒体）６上に転写され、さらに、定着装置１３において用紙６上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。不図示のドラム駆動モーターにより感光体ドラム２を図１において時計回りに回転させながら、感光体ドラム２に対する画像形成プロセスが実行される。

次に、画像形成部Ｐについて詳細に説明する。回転可能に配設された感光体ドラム２の周囲及び前方（図１では右側）には、感光体ドラム２に対して帯電を行う帯電ローラー３と、感光体ドラム２に画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム２上にトナー像を形成する現像ユニット５と、感光体ドラム２上に残留した現像剤（トナー）を回収するクリーニング装置９と、静電潜像を除去する除電器１０と、が設けられている。

先ず、帯電ローラー３によって感光体ドラム２の表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、感光体ドラム２上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像ユニット５は、感光体ドラム２と対向して配置された現像ローラー５ａを有し、現像ユニット５には、磁性一成分の正帯電トナーがトナーコンテナ１１によって所定量充填されている。このトナーは、不図示の現像バイアス印加装置により現像バイアスが印加された現像ローラー５ａにより感光体ドラム２表面に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

トナー像が転写される用紙６は、用紙６を収納する給紙カセット１２に収容されており、給紙ローラー７、レジストローラー対１４を介して、トナー像が形成された感光体ドラム２に向けて搬送される。このとき画像書き出し信号がＯＮとなり、用紙６の所定位置にトナー像が転写されるように感光体ドラム２上に画像形成を行う。そして、感光体ドラム２の下部において、所定の転写バイアスが印加された転写ローラー１７で電界付与することにより、感光体ドラム２上のトナー像が用紙６上に転写される。なお、転写ローラー１７は、画像形成時（印字動作時）に、トナーとは逆極性である負極性の転写バイアスが印加されるようになっている。

トナー像が転写された用紙６は、定着装置１３へと搬送される。また、トナー像が転写された後の感光体ドラム２は、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、その表面に残留したトナーがクリーニング装置９により回収される。定着装置１３に搬送された用紙６は、後述する定着ローラー１３１および加圧ローラー１３２により加熱及び加圧されてトナー像が用紙６の表面に定着され、所定の画像が形成される。画像が形成された用紙６は、その後排出ローラー対１８によって排出トレイ１９に排出される。なお、定着装置１３の詳細については後述する。

感光体ドラム２の前方には、ドラム表面と回転可能に当接し、該ドラム表面に対して帯電を行う帯電ローラー３が配置されている。帯電ローラー３の前方には、帯電ローラー３表面に圧接され、帯電ローラー３表面を清掃するクリーニングブラシ８が配置されている。

感光体ドラム２は、不図示の駆動ギアを介して上述したドラム駆動モーターと連結されており、上記した通り、図中時計回りに回転するようになっている。

帯電ローラー３は、装置本体に回転可能に支持されている。また、帯電ローラー３は、感光体ドラム２に所定のニップ圧で圧接されており、感光体ドラム２に従動して回転するようになっている。また、画像形成時（印字動作時）に、帯電ローラー３にはトナーと同極性（ここでは正極性）の帯電バイアスが印加されるようになっている。

定着装置１３は図２および図３に示すように、用紙６上に担持された未定着トナーを加熱する加熱部材である定着ローラー１３１と、定着ローラー１３１に所定の圧力で当接しながら回転する加圧部材である加圧ローラー１３２と、を含む定着部３０を備える。なお、図３は図１の背面側から見た状態を示しており、各部材の配置は図１と左右が逆になっている。

定着ローラー１３１は、熱伝導性に優れたアルミニウムや鉄等の金属から成る円筒形状の芯金上に、フッ素樹脂のコーティングやチューブを被覆した、いわゆるハードローラーが用いられている。また、定着ローラー１３１の芯金内部に熱源であるハロゲンヒーター１３３（図３参照）が設けられており、定着ローラー１３１の表面が所定温度に保持される。加圧ローラー１３２は、合成樹脂、金属その他材料から構成される円筒形状の基材上にシリコンゴム等の弾性層が形成され、この弾性層の表面がフッ素樹脂等の離型性に優れた樹脂で覆われたものが用いられている。

定着ローラー１３１は定着フレーム１３ａ（図２参照）に回転可能に保持されており、加圧ローラー１３２は回転軸１３２ａの両端部が一対の保持部材５１に回転可能に保持されている。

図３に示すように、保持部材５１は鉄等の金属板で所定の形状に形成されている。保持部材５１の略中央部には切り欠き部が形成されており、加圧ローラー１３２の回転軸１３２ａを回転可能に軸支している。保持部材５１の下部には、定着フレーム１３ａに固設された支軸５４に嵌装する孔が形成され、保持部材５１は、支軸５４を中心として前後方向（図３では左右方向）に揺動可能に保持される。保持部材５１の上部の前端（図３の左端）には、圧縮コイルばねからなる付勢部材５３の一端が当接される平板状の第１当接部５１ａが形成されている。第１当接部５１ａには、付勢部材５３の一端に係合するボスが形成されている。このように、保持部材５１の上部が付勢部材５３により所定方向（図３の左方向）に付勢されることによって、加圧ローラー１３２が所定の圧接力で定着ローラー１３１に圧接される。

また、付勢部材５３の他端は、押圧部材（付勢力発生部材）８１に押圧されている。具体的には、押圧部材８１は鉄等の金属板で所定の形状に形成されている。押圧部材８１の下部には、支軸５４に嵌装する孔が形成され、押圧部材８１は、支軸５４を中心として前後方向（図３では左右方向）に揺動可能に保持される。押圧部材８１の上部の前端（図３の左端）には、付勢部材５３の他端が当接される平板状の第２当接部８１ａが形成されている。第２当接部８１ａには、付勢部材５３の他端に係合するボスが形成されている。このように、押圧部材８１の上部が付勢部材５３を所定方向（図３の左方向）に押圧することによって、付勢部材５３には保持部材５１を付勢する付勢力が発生する。

押圧部材８１は、偏心カム８２により前側（図３の左側）に押圧されている。具体的には、押圧部材８１にはコロ８３が設けられており、コロ８３には偏心カム８２の外周面が当接している。偏心カム８２は、押圧部材８１と接触した状態で回転中心Ｏ８２を中心として回転可能であり、回転中心Ｏ８２から外周面までの距離が変化するように形成されている。このため、偏心カム８２が後述する制御部によって回転させられると、例えば図３に示す状態や図４に示す状態に切り替わる。なお、コロ８３に代えて、押圧部材８１にボス（突起部）等を設けてもよい。

図３に示した状態（回転中心Ｏ８２から偏心カム８２とコロ８３との当接位置までの距離が比較的小さい状態）では、付勢部材５３に対する押圧部材８１の押圧力は比較的小さく、付勢部材５３から保持部材５１に伝達される付勢力は比較的小さい。その一方、図３に示した状態から偏心カム８２が約１８０°回転して図４に示した状態（回転中心Ｏ８２から偏心カム８２とコロ８３との当接位置までの距離が比較的大きい状態）になると、付勢部材５３に対する押圧部材８１の押圧力は大きくなる。このため、付勢部材５３から保持部材５１に伝達される付勢力は大きくなり、定着ニップ部Ｎのニップ圧が上昇する。このように、偏心カム８２を回転させることによって、付勢部材５３から保持部材５１に伝達される付勢力を複数の段階に切り替えることが可能である。

ここで、図２に示すように、加圧ローラー１３２の回転軸１３２ａの一方端部（図２の右側端部）には入力ギア１３４が設けられている。加圧ローラー１３２にはモーター等の駆動源（図示せず）から入力ギア１３４を介して回転駆動力が伝達される。また、一対の付勢部材５３のうち加圧ローラー１３２の一方端部（図２の右側端部）側に配置される第１付勢部材５３ａは、加圧ローラー１３２の他方端部（図２の左側端部）側に配置される第２付勢部材５３ｂに比べて、付勢力が小さくなるように構成されている。なお、定着ローラー１３１および加圧ローラー１３２の一方端部側および他方端部側のその他の部材（保持部材５１、押圧部材８１、偏心カム８２等）は、略対称に構成されている。

また、少なくとも一方端部側の保持部材５１（本実施形態では一対の保持部材５１）に当接可能に、規制部材８５が配置されている。規制部材８５は、加圧ローラー１３２が定着ローラー１３１に対して所定量圧接した際に保持部材５１に当接することにより、加圧ローラー１３２の定着ローラー１３１に向かう移動量を規制する。

偏心カム８２の制御や入力ギア１３４の制御は、図示しない制御部により行われる。この制御部は、マイクロコンピューター、及びＲＡＭ、ＲＯＭの記憶素子等で構成され、記憶素子に設定されたプログラムに従って、モーター駆動回路を制御する。具体的には、ユーザーが操作パネル（図示せず）を操作して用紙６の種類が設定されると、制御部は偏心カム８２を所定量回転し、付勢部材５３の付勢力および定着ニップ部Ｎのニップ圧が設定される。また、この画像形成装置１は線速（プロセス速度）を複数の段階に切り替え可能であり、加圧ローラー１３２は線速に応じて回転速度を複数の段階に切り替え可能である。制御部は、ユーザーにより設定された画質モードに応じて、線速（プロセス速度）や加圧ローラー１３２の回転速度を設定する。

この定着装置１３では、加圧ローラー１３２の回転速度が最高速度よりも低い場合（入力ギア１３４からの回転駆動力により加圧ローラー１３２が定着ローラー１３１に押圧される押圧力が最大ではない場合）は、付勢部材５３から保持部材５１に伝達される付勢力の大きさに関わらず、保持部材５１は規制部材８５に当接しない。すなわち、付勢部材５３から保持部材５１に伝達される付勢力が最大の場合であっても、加圧ローラー１３２の回転速度が所定値未満の場合（最高速度よりも低い場合）は、保持部材５１は規制部材８５に当接しない。また、付勢部材５３から保持部材５１に伝達される付勢力が最大ではない場合、加圧ローラー１３２の回転速度に関わらず、保持部材５１は規制部材８５に当接しない。

その第１付勢部材５３から保持部材５１に伝達される付勢力が最大の場合で、かつ、加圧ローラー１３２の回転速度が最高速度の場合、保持部材５１は規制部材８５に当接し、加圧ローラー１３２の定着ローラー１３１に向かう移動が規制される。

本実施形態では、上記のように、保持部材５１に当接することにより加圧ローラー１３２の定着ローラー１３１に向かう移動量を規制する規制部材８５を、少なくとも一方端部側（回転駆動力の入力側）の保持部材５１に当接可能に設ける。これにより、入力ギア１３４に入力される回転駆動力が大きくなり、回転駆動力によって加圧ローラー１３２の一方端部が定着ローラー１３１側に押圧される力が大きくなる場合であっても、保持部材５１が規制部材８５に当接することによって、加圧ローラー１３２の定着ローラー１３１方向への移動が規制される。このため、加圧ローラー１３２と定着ローラー１３１との平行度（加圧ローラー１３２の定着ローラー１３１に対する位置精度）が低下するのを抑制することができるので、加圧ローラー１３２の軸方向において定着ニップ部Ｎのニップ圧が不均等になるのを抑制することができる。

また、上記のように、加圧ローラー１３２の一方端部は、他方端部とは異なり、入力ギア１３４に入力される回転駆動力によっても定着ローラー１３１側に押圧される。このため、付勢部材５３のうち加圧ローラー１３２の一方端部側に配置される第１付勢部材５３ａを、加圧ローラー１３２の他方端部側に配置される第２付勢部材５３ｂに比べて、付勢力を小さくすることによって、定着ニップ部Ｎのニップ圧が不均等になるのをより抑制することができる。

また、上記のように、加圧ローラー１３２の回転速度が最高速度の場合、保持部材５１は規制部材８５に当接する。加圧ローラー１３２の回転速度が最高速度の場合は、回転駆動力により加圧ローラー１３２の一方端部が定着ローラー１３１側に押圧される押圧力が最も大きくなるので、定着ニップ部Ｎのニップ圧が不均等になりやすい。このため、保持部材５１を規制部材８５に当接させることは特に効果的である。

また、上記のように、付勢部材５３から保持部材５１に伝達される付勢力が最大の場合であっても、加圧ローラー１３２の回転速度が所定値未満の場合（最高速度よりも低い場合）は、保持部材５１は規制部材８５に当接しない。これにより、用紙６の種類や厚みに基づいて偏心カム８２を所定量回転させる場合に、加圧ローラー１３２の回転速度が所定値未満であれば保持部材５１は規制部材８５に当接しないので、ニップ圧を適切な値に変化させることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、モノクロプリンターに本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。言うまでもなく、カラープリンター、モノクロ複写機、デジタル複合機、ファクシミリ等の、加熱部材と加圧ローラーとを含む定着装置を備えた種々の画像形成装置に本発明を適用できる。

また、上記実施形態では、ローラー方式の定着装置に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、加熱部材として無端状の定着ベルトを使用するベルト方式や、加熱部材は固定支持された加熱体と、この加熱体に密着して摺動する耐熱性フィルムとを有し、加熱体と加圧ローラーとを耐熱性フィルムを介して圧接させる方式の定着装置に適用してもよい。また、熱源として、電磁誘導により加熱する加熱部を用いてもよい。

また、上記実施形態では、付勢部材として圧縮コイルばねを用いるとともに、第１当接部と第２当接部とを互いに離間する方向に付勢する構成を示したが、本発明はこれに限らない。付勢部材として引張コイルばねを用いるとともに第１係合部と第２係合部とを上記実施形態とは逆に配置し、第１係合部と第２係合部とを互いに接近する方向に付勢してもよい。

また、上記実施形態では、付勢部材５３から保持部材５１に伝達される付勢力が最大の場合で、かつ、加圧ローラー１３２の回転速度が最高速度の場合だけ、保持部材５１が規制部材８５に当接する例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、付勢部材５３から保持部材５１に伝達される付勢力が最大の場合には、加圧ローラー１３２の回転速度に関わらず、保持部材５１が規制部材８５に当接するように構成してもよい。また、例えば、付勢部材５３から保持部材５１に伝達される付勢力に関わらず、加圧ローラー１３２の回転速度が最高速度の場合には、保持部材５１が規制部材８５に当接するように構成してもよい。また、例えば、加圧ローラー１３２の回転速度が最高速度と最低速度との間の所定速度以上である場合に、保持部材５１が規制部材８５に当接するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、一対の保持部材５１に当接可能に、規制部材８５を一対設けた例について示したが、本発明はこれに限らず、一方端部側（回転駆動力の入力側）の保持部材５１のみに当接可能に、規制部材８５を１つだけ設けてもよい。

１ 画像形成装置
６ 用紙（記録媒体）
１３ 定着装置
５１ 保持部材
５３ 付勢部材
５３ａ 第１付勢部材
５３ｂ 第２付勢部材
８１ 押圧部材（付勢力発生部材）
８２ 偏心カム
８５ 規制部材
１３１ 定着ローラー（加熱部材）
１３２ 加圧ローラー（加圧部材）
１３２ａ 回転軸
１３４ 入力ギア
Ｏ８２ 回転中心

Claims (3)

1. 記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱する加熱部材と、
   前記加熱部材に所定の圧力で当接しながら回転する加圧部材と、
   前記加圧部材の回転軸の両端部を保持する一対の保持部材と、
   前記加圧部材が前記加熱部材に圧接するように前記保持部材を付勢する一対の付勢部材と、
   前記加圧部材の回転軸の一方端部に設けられ、回転駆動力が入力される入力ギアと、
   少なくとも前記一方端部側の前記保持部材に当接可能に配置され、前記保持部材に当接することにより、前記加圧部材の前記加熱部材に向かう移動量を規制する規制部材と、
   前記付勢部材に付勢力を発生させる付勢力発生部材と、
   前記付勢力発生部材と接触した状態で回転可能に構成され、回転中心から前記付勢力発生部材との当接位置までの距離が変化することにより、前記付勢部材から前記保持部材に伝達される付勢力を切り替え可能な偏心カムと、
   を備え、
   前記加圧部材は、回転速度を複数の段階に切り替え可能であり、
   前記加圧部材の回転速度が最低速度の場合、前記保持部材は前記規制部材に当接せず、前記加圧部材の回転速度が最高速度の場合、前記保持部材は前記規制部材に当接し、
   前記保持部材に伝達される付勢力が最大の場合であっても、前記加圧部材の回転速度が所定値未満の場合は、前記保持部材は前記規制部材に当接しないことを特徴とする定着装置。
2. 前記一対の付勢部材のうち前記一方端部側に配置される第１付勢部材は、前記一対の付勢部材のうち前記一方端部とは反対側に配置される第２付勢部材に比べて、付勢力が小さいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 請求項１または２に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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