JP6387991B2 - 定着装置およびこれを備える画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、シートにトナー像を定着させる定着装置およびこれを備える画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、加熱される定着ローラーに圧接する加圧ローラーを含む定着装置を備えている。定着装置は、定着ローラーと加圧ローラーとの間の定着ニップに作用する圧力を変更するための圧力変更部を備えている。圧力変更部は、定着ローラーを保持するフレームを支点周りに回動させることで、定着ニップの圧力を変更する。

また、定着装置は、複数のギアを介して加圧ローラーの回転を検知するための回転検知部を備えている。回転検知部は、加圧ローラーの回転を定着ローラーの回転として検知する。これにより、定着ローラーが停止した状態で局所的に加熱されることが防止される。

加圧ローラーから回転検知部に回転力を伝達する機構ではないが、定着ローラーに駆動力を伝達する駆動伝達装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の駆動伝達装置は、定着ローラーに固定された従動ギアと、定着ユニット（定着装置）を固定したサイドフレームに軸支された定着ローラー駆動ギアと、を有している。定着ローラー駆動ギアの回転軸（ピン）は、定着ユニットに形成された係合部に係合する。ピンを係合部に係合させることで、定着ローラー駆動ギアと従動ギアとが所定の位置で噛合する。

特開２００５−４３８２３号公報

しかしながら、上記の駆動伝達装置は、従動ギアと定着ローラー駆動ギアとを異なる部材に配置したため、両ギアの回転中心の間隔（中心間距離）を高精度に保つことが困難であった。このため、駆動力の伝達効率が低下する虞があった。

本発明は上記した課題を解決すべく、回転体の中心間距離を高精度に設定する定着装置およびこれを備える画像形成装置を提供する。

上記した目的を達成するため、本発明の定着装置は、熱源に加熱される定着部材と、前記定着部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、前記定着部材を回転可能に支持する定着フレームと、前記加圧部材を回転可能に支持する加圧フレームと、前記定着ニップの圧力を変更する圧力変更部と、前記加圧部材の回転を検知する回転検知部と、前記加圧部材の回転を前記回転検知部に伝達する回転伝達部と、を備え、前記定着フレームは、前記加圧フレームに設けられる支点部に回動可能に支持され、前記圧力変更部は、前記支点部周りに前記定着フレームを回動させることで前記定着ニップの圧力を変更し、前記回転伝達部は、前記加圧部材の回転軸に設けられる第１回転体と、前記第１回転体に係合すると共に前記支点部に回転可能に支持される第２回転体と、を含んでいる。

この構成によれば、第２回転体を支持する支点部は、加圧部材（第１回転体）を支持する加圧フレームに設けられている。つまり、第１回転体と第２回転体とは、同一部材（加圧フレーム）に配置されている。このため、両回転体の中心間距離が精度良く設定される。これにより、加圧部材から回転検知部に対し回転力を効率良く伝達することができる。また、支点部は、第２回転体の他に、定着フレームを支持する部材として兼用されている。定着フレームと第２回転体とは、同一支点（支点部）周りに回転する。これにより、定着フレームの回転支点と第２回転体の回転支点とを別々に設ける場合に比べて、製造コスト抑制することができる。

この場合、前記加圧フレームは、前記加圧部材の前記回転軸を支持する位置決め部を有していることが好ましい。

この構成によれば、加圧部材（回転軸）は、位置決め部に支持されることで、加圧フレームに対して高精度に配置される。これにより、第１回転体と第２回転体との位置精度を向上させることができる。

この場合、前記支点部に支持された前記定着フレームの回転軸方向の移動を規制する止め板を更に備えていることが好ましい。

この構成によれば、定着フレームは、回転軸方向にずれることなく、支点部を中心に回動することができる。これにより、定着部材の位置精度が向上するため、適切な定着ニップを形成することができる。

この場合、前記回転検知部は、前記回転伝達部の前記第２回転体に係合すると共に前記加圧フレームに回転可能に支持されるパルス板と、前記パルス板の回転を検知するセンサーと、を含んでいることが好ましい。

この構成によれば、第１回転体および第２回転体に加えて、パルス板も同一部材（加圧フレーム）に配置されている。これにより、第２回転体とパルス板の中心間距離が精度良く設定されるため、パルス板を円滑に回転させることができる。

上記した目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、シートにトナー像を転写させる画像形成部と、前記シートに前記トナー像を定着させる上記のいずれかに記載の定着装置と、を備えている。

この構成によれば、第１回転体と第２回転体とは、同一部材（加圧フレーム）に配置されている。これにより、両回転体の中心間距離を高精度に設定することができ、回転伝達部の回転伝達効率を向上させることができる。また、支点部は、第２回転体の他に、定着フレームを支持する部材として兼用されている。これにより、定着フレームと第２回転体との回転させる構造が簡素になるため、製造コスト抑制することができる。

本発明によれば、回転体の中心間距離を高精度に設定することができる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの内部構造を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の左側を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の左側の支点ピン周辺を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の左側の加圧フレーム等を示す斜視図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下、各図に示す方向を基準に説明する。

図１を参照して、画像形成装置としてのプリンター１について説明する。図１はプリンター１の内部構造を模式的に示す断面図である。

プリンター１は、装置本体２と、給紙カセット３と、排紙トレイ４と、を備えている。給紙カセット３は、装置本体２の下部で前後方向に挿脱可能に設けられている。給紙カセット３には、枚葉のシートＳ（の束）が収容されている。排紙トレイ４は、装置本体２の上面に設けられている。

また、プリンター１は、給紙部１０と、画像形成部１１と、定着装置１２と、排紙部１３と、制御装置１４と、を備えている。給紙部１０は、給紙カセット３から排紙トレイ４まで延びる搬送路１５の上流端部に設けられている。画像形成部１１および定着装置１２は、搬送路１５の中間部に設けられている。排紙部１３は、搬送路１５の下流端部に設けられている。制御装置１４は、プリンター１を統括制御する。なお、搬送路１５の下方には、両面印刷時にシートＳを搬送するための反転搬送路１６が形成されている。

給紙部１０は、給紙カセット３内のシートＳを１枚ずつ搬送路１５に送り出す。画像形成部１１は、シートＳにトナー像を転写させる。画像形成部１１は、トナーコンテナ２０と、ドラムユニット２１と、光走査装置２２と、を含んでいる。

トナーコンテナ２０は、例えば、黒色のトナー（現像剤）を収容している。ドラムユニット２１は、感光体ドラム２３と、帯電装置２４と、現像装置２５と、転写ローラー２６と、クリーニング装置２７と、を含んでいる。帯電装置２４、現像装置２５、転写ローラー２６およびクリーニング装置２７は、感光体ドラム２３の周囲に転写プロセス順に配置されている。転写ローラー２６は、下側から感光体ドラム２３に圧接して転写ニップ２６ａを形成している。詳細は後述するが、定着装置１２は、定着ベルト３１との間に定着ニップＮを形成する加圧ローラー３２を備えている。

ここで、プリンター１の動作について説明する。制御装置１４は、入力された画像データに基づいて、以下のように画像形成処理を実行する。

帯電装置２４は、感光体ドラム２３の表面を帯電させる。光走査装置２２は、感光体ドラム２３に向けて画像データに対応した露光（図１の破線矢印参照）を行う。現像装置２５は、感光体ドラム２３上の静電潜像をトナー像に現像する。一方、シートＳは、給紙カセット３から搬送路１５に送られる。トナー像は、転写ニップ２６ａを通過するシートＳに転写される。定着装置１２は、定着ニップＮを通過させるシートＳを加圧しながら加熱して、シートＳにトナー像を定着させる。定着処理後のシートＳは、排紙部１３によって排紙トレイ４上に排出される。

次に、図２ないし図７を参照して、定着装置１２について説明する。図２は定着装置１２を示す斜視図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。図５は定着装置１２の左側を示す斜視図である。図６は定着装置１２の左側の支点ピン４６周辺を示す斜視図である。図７は定着装置１２の左側の加圧フレーム４１等を示す斜視図である。

図２および図３に示すように、定着装置１２は、装置フレーム３０と、定着ベルト３１と、加圧ローラー３２と、ＩＨヒーター３３と、圧力変更部３４と、回転検知部３５と、回転伝達部３６と、を含んでいる。定着装置１２は、いわゆる摺動ベルト方式を採用している。

図２に示すように、装置フレーム３０は、ケース３０ａやカバー３０ｂに覆われて、左右方向に長い略直方体状に形成されている。ケース３０ａには、定着ニップＮにシートＳを導く搬送路１５の一部が形成されている。なお、装置フレーム３０の詳細な説明は後述する。

図３および図４に示すように、定着部材としての定着ベルト３１は、可撓性を有し無端状に形成されている。定着ベルト３１は、左右方向（回転軸方向）に長い円筒状に形成されている。定着ベルト３１は、回転（周回走行）可能に装置フレーム３０に設けられている。なお、図示は省略するが、定着ベルト３１は、内側から基材層、弾性層、離型層を積層して形成されている。基材層は、例えば、金属粉末等を混合したポリイミド樹脂で形成されている。弾性層は、例えば、シリコンゴムで形成され、離型層は、例えば、フッ素系樹脂で形成されている。

定着ベルト３１の内側には、押圧部材３７が回転不能に配置されている。押圧部材３７は、定着ベルト３１を加圧ローラー３２に押し付けている。定着ベルト３１の左右方向（回転軸方向）両端部には、左右一対のキャップ３８が装着されている。各キャップ３８の内周面と定着ベルト３１の外周面との間には、円環状の弾性部材３８ａが介設されている。上記した押圧部材３７の左右両端部は、左右一対のキャップ３８を挿通している。

加圧部材としての加圧ローラー３２は、左右方向に長い円筒状に形成されている。加圧ローラー３２は、軸心周りに回転可能に装置フレーム３０設けられている。加圧ローラー３２は、定着ベルト３１の下側から定着ベルト３１に圧接している。定着ベルト３１と加圧ローラー３２との間には、定着ニップＮが形成されている。加圧ローラー３２は、円筒形の芯材３２ａの周面に弾性層３２ｂ等を積層して形成されている。回転軸としての芯材３２ａは、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属で形成されている。弾性層３２ｂは、例えば、シリコンゴムやシリコンスポンジで形成されている。なお、図示は省略するが、弾性層３２ｂの表面には、離型層（フッ素系樹脂等）が積層されている。

芯材３２ａの左端部には、定着駆動モーター３９に接続される第１ギア６０が固定されている（図３参照）。定着駆動モーター３９は、第１ギア６０を介して加圧ローラー３２を軸周りに回転駆動させる。

熱源としてのＩＨヒーター３３は、定着ベルト３１の上側（定着ニップＮの反対側）に配置されている。ＩＨヒーター３３は、磁界を発生させて、定着ベルト３１を加熱する。

ここで、図５ないし図７に示すように、装置フレーム３０は、定着フレーム４０と、加圧フレーム４１と、を含んでいる。定着フレーム４０および加圧フレーム４１は、例えば、板金を加工して形成されている。なお、定着フレーム４０および加圧フレーム４１の左右両端部は、カバー３０ｂで覆われている（図２参照）。

定着フレーム４０は、押圧部材３７を介して定着ベルト３１を回転可能に支持している（図３参照）。詳細には、押圧部材３７の左右両端部は、定着フレーム４０の左右一対の定着側板４２に固定されている。定着ベルト３１は、押圧部材３７の周りを周回走行可能に設けられている。

図７に示すように、加圧フレーム４１は、加圧ローラー３２を回転可能に支持している。加圧フレーム４１の左右一対の加圧側板４３は、それぞれ、側面から見て略Ｌ字状に形成されている。各加圧側板４３は、上下方向に長い垂直板４３ｖの下部から前方に延びる水平板４３ｈを含んでいる。各水平板４３ｈには、ベアリング４５を固定するための位置決め穴４４（位置決め部）が形成されている。各位置決め穴４４は、水平板４３ｈの上端から下方に凹むように形成されている。左右一対の位置決め穴４４は、ベアリング４５を介して加圧ローラー３２の芯材３２ａ（回転軸）を支持している。

各加圧側板４３の垂直板４３ｖには、支点部としての支点ピン４６が設けられている。左右一対の支点ピン４６は、左右一対の垂直板４３ｖから外側（互いに離れる方向）に向けて突設されている。

図６に示すように、各支点ピン４６は、定着フレーム４０の各定着側板４２の後下部を貫通している。これにより、定着フレーム４０は、左右一対の支点ピン４６に回動（揺動）可能に支持される。各支点ピン４６の周りには、止め板４７が配置されている。各支点ピン４６は、止め板４７に開口した遊挿穴（図示せず）を貫通している。左右一対の止め板４７は、定着フレーム４０の定着側板４２に固定（ビス止め）されている。左右一対の止め板４７は、各支点ピン４６に支持された定着フレーム４０の左右方向（回転軸方向）の移動を規制している。したがって、定着フレーム４０は、回転軸方向にずれることなく、各支点ピン４６を中心に回動することができる。これにより、定着ベルト３１の位置精度が向上するため、適切な定着ニップＮを形成することができる。

図５および図６に示すように、定着フレーム４０の各定着側板４２は、前方に向けて延びるアーム部４１ａを有している。各アーム部４１ａと装置本体２との間には、コイルバネ４８が架設されている。左右一対のコイルバネ４８は、定着フレーム４０を加圧ローラー３２側に付勢している。定着ベルト３１は、コイルバネ４８に付勢され、加圧ローラー３２に圧接する圧接位置に変位している。この状態で、所定の圧力に設定された定着ニップＮが形成される。

圧力変更部３４は、コイルバネ４８の付勢力を調整し、定着ニップＮの圧力を変更するために設けられている。圧力変更部３４は、左右一対の偏心カム（図示せず）と、回転連結軸５０と、左右一対の作動部５１と、を含んでいる。なお、図５ないし図７は左側のみを図示している。

左右一対の偏心カムは、回転連結軸５０に固定され、回転連結軸５０を中心として回転する。各偏心カムは、カム面から回転中心までの距離が異なるように形成されている。回転連結軸５０の左端部には、モーター（図示せず）に接続される圧力変更ギア５２が固定されている。モーターを駆動することで、各偏心カム（回転連結軸５０）が回転する。なお、モーターは、制御装置１４に電気的に接続され、駆動制御される。

各作動部５１は、偏心カムのカム面上を相対的に摺動可能に設けられている。各作動部５１は、各偏心カムの回転に伴って、上下方向に往復移動する。各作動部５１が上昇すると、定着フレーム４０の各アーム部４１ａは、各コイルバネ４８の付勢力に抗して上昇する。これにより、定着ベルト３１は、加圧ローラー３２に対する圧接状態を解除可能に設定される解除位置に変位した状態で保持される。一方、各作動部５１が下降すると、各アーム部４１ａは、各コイルバネ４８に付勢されて下降する。これにより、定着ベルト３１は、加圧ローラー３２に圧接可能に設定される圧接位置に変位した状態で保持される。つまり、定着ベルト３１（定着フレーム４０）は、圧接位置と解除位置との間で回動可能に設けられている。圧力変更部３４は、支点ピン４６周りに定着フレーム４０を回動（揺動）させることで定着ニップＮの圧力を変更する。なお、制御装置１４は、定着処理（画像形成処理）の停止時に、定着ベルト３１を解除位置に変位させる。

図５ないし図７に示すように、回転検知部３５は、加圧フレーム４１の左側の加圧側板４３に設けられている。回転検知部３５は、パルス板５３と、回転検知センサー５４と、を含んでいる。

パルス板５３は、左側の加圧側板４３の垂直板４３ｖに回転可能に支持されている。パルス板５３は、支点ピン４６の下後方に配置されている。パルス板５３は、放射状に延設されると共に円周方向に等間隔に配置される複数の遮光片５３ａを有している。パルス板５３は、各遮光片５３ａを右側に延出させた状態で、略キャップ状に形成されている（図３参照）。パルス板５３の左面には、伝達ギア５５が固定されている。伝達ギア５５は、パルス板５３と同一回転軸上に配置されている。

回転検知センサー５４は、パルス板５３を挟んで発光部と受光部（図示せず）とが対向するフォトインタラプターである（図３参照）。回転検知センサー５４は、パルス板５３の回転を検知するために設けられている。回転検知センサー５４は、パルス板５３の回転に伴って変化する受光情報を制御装置１４に送信する。

図５に示すように、回転伝達部３６は、加圧フレーム４１の左側の加圧側板４３に設けられている。回転伝達部３６は、上記の第１ギア６０と、第２ギア６１と、を含んでいる。第１ギア６０および第２ギア６１は、所謂平歯車である。

上記したように、第１回転体としての第１ギア６０は、加圧ローラー３２の芯材３２ａ（回転軸）に設けられている。第２回転体としての第２ギア６１は、左側の支点ピン４６に回転可能に支持されている。第２ギア６１は、伝達ギア５５と第１ギア６０とに噛み合う（係合する）ように配置されている。つまり、パルス板５３は、伝達ギア５５を介して第２ギア６１に係合する。以上のように、回転伝達部３６は、加圧ローラー３２の回転を回転検知部３５（パルス板５３）に伝達する。これにより、回転検知部３５は、加圧ローラー３２の回転を検知することができる。

以上説明した定着装置１２によれば、第２ギア６１を支持する各支点ピン４６は、加圧ローラー３２（第１ギア６０）を支持する加圧フレーム４１に設けられている。つまり、第１ギア６０と第２ギア６１とは、同一部材（加圧フレーム４１）に配置されている。このため、両ギア６０，６１の中心間距離Ｄ１が精度良く設定される（図５および図６参照）。これにより、加圧ローラー３２から回転検知部３５に対し回転力を効率良く伝達することができる。

また、支点ピン４６は、第２ギア６１の他に、定着フレーム４０を支持する部材として兼用されている。定着フレーム４０と第２ギア６１とは、同一支点（各支点ピン４６）周りに回転する。これにより、定着フレーム４０の回転支点と第２ギア６１の回転支点とを別々に設ける場合に比べて、製造コスト抑制することができる。

また、以上説明した定着装置１２によれば、加圧ローラー３２（芯材３２ａの両端部）は、各位置決め穴４４に支持されることで、加圧フレーム４１に対して高精度に配置される。これにより、第１ギア６０と第２ギア６１との位置精度を向上させることができる。

また、以上説明した定着装置１２によれば、第１ギア６０および第２ギア６１に加えて、パルス板５３も同一部材（加圧フレーム４１）に配置されている。これにより、第２ギア６１とパルス板５３の中心間距離Ｄ２（図５および図６参照）が精度良く設定されるため、パルス板５３を円滑に回転させることができる。

なお、本実施形態に係る定着装置１２の回転伝達部３６は、２つのギア６０，６１で構成されていたが、これに限らず、３つ以上のギアで構成されていてもよい。この場合、各ギアは、加圧フレーム４１（左右いずれか一方の加圧側板４３）に回転可能に設けられればよい。

なお、本実施形態に係る定着装置１２の回転伝達部３６は、ギア６０，６１で構成されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、回転伝達部が、密接して隣り合う複数のローラーで構成されてもよい。また、例えば、回転伝達部が、ベルトを介して係合する複数のプーリーであってもよい。

なお、本実施形態では、制御装置１４は、プリンター１を統括制御するものであったが、これに限らず、定着装置１２を制御する専用の制御部を設けてもよい。また、本実施形態では、熱源としてＩＨヒーター３３を採用していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、定着ベルト３１の内部にハロゲンヒーター等の熱源を設けてもよい。さらに、本実施形態に係る定着装置１２は、摺動ベルト方式を採用していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、定着ベルト３１に代えて、弾性層を有する定着ローラーを採用してもよい。

なお、本実施形態の説明では、一例として、本発明をモノクロのプリンター１に適用した場合を示したが、これに限らず、例えば、カラープリンター、複写機、ファクシミリまたは複合機等に本発明を適用してもよい。

なお、上記実施形態の説明は、本発明に係る定着装置およびこれを備える画像形成装置における一態様を示すものであって、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態における構成要素は、適宜、既存の構成要素等との置き換えや組み合わせが可能であって、上記実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１ プリンター（画像形成装置）
１１ 画像形成部
１２ 定着装置
１４ 制御装置（制御部）
３１ 定着ベルト（定着部材）
３２ 加圧ローラー（加圧部材）
３２ａ 芯材（回転軸）
３３ ＩＨヒーター（熱源）
３４ 圧力変更部
３５ 回転検知部
３６ 回転伝達部
４０ 定着フレーム
４１ 加圧フレーム
４４ 位置決め穴（位置決め部）
４６ 支点ピン（支点部）
４７ 止め板
５３ パルス板
５４ 回転検知センサー（センサー）
６０ 第１ギア（第１回転体）
６１ 第２ギア（第２回転体）
Ｎ 定着ニップ
Ｓ シート

Claims (5)

1. 熱源に加熱される定着部材と、
   前記定着部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、
   前記定着部材を回転可能に支持する定着フレームと、
   前記加圧部材を回転可能に支持する加圧フレームと、
   前記定着ニップの圧力を変更する圧力変更部と、
   前記加圧部材の回転を検知する回転検知部と、
   前記加圧部材の回転を前記回転検知部に伝達する回転伝達部と、を備え、
   前記定着フレームは、前記加圧フレームに設けられる支点部に回動可能に支持され、
   前記圧力変更部は、前記支点部周りに前記定着フレームを回動させることで前記定着ニップの圧力を変更し、
   前記回転伝達部は、
   前記加圧部材の回転軸に設けられる第１回転体と、
   前記第１回転体に係合すると共に前記支点部に回転可能に支持される第２回転体と、を含んでいることを特徴とする定着装置。
2. 前記加圧フレームは、前記加圧部材の前記回転軸を支持する位置決め部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. 前記支点部に支持された前記定着フレームの回転軸方向の移動を規制する止め板を更に備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記回転検知部は、
   前記回転伝達部の前記第２回転体に係合すると共に前記加圧フレームに回転可能に支持されるパルス板と、
   前記パルス板の回転を検知するセンサーと、を含んでいることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置。
5. シートにトナー像を転写させる画像形成部と、
   前記シートに前記トナー像を定着させる請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。
   

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