JP6554992B2 - 感熱装置、定着装置、および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、感熱装置、定着装置、および画像形成装置に関する。

特許文献１には、定着装置を構成する熱ローラに、コイルばねにより付勢されたサーモスタットを押し当てて温度を検知する構造が開示されている。

特許文献２には、ばね付勢されたサーモスタットをスペーサを介して発熱体に押し当てておき、異常高温時にスペーサが軟化することでサーモスタットを発熱体に密着させる構造が示されている。

特開２００９−１６３０３９号公報 特開２００６−１６３２９７号公報

無端ベルトなど、円弧形状に広がる加熱ベルトの温度を、その円弧形状の内面に接触する感熱体に感知させる場合に、その内面に感熱体を均等に接触させる必要がある。

本発明は、加熱ベルト内面に感熱体を均等に接触させる構造を備えた感熱装置、定着装置、および画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１は、円弧形状に広がる加熱ベルトの、該円弧形状の内面に接触して該加熱ベルトがあらかじめ定められた温度を越えたことを感知する感熱体と、
一方の端部が前記感熱体に固定され、該感熱体内面を前記加熱ベルトに押し当てるばね部材と、
前記ばね部材の、前記感熱体から離れた側の端部を、前記加熱ベルトが円弧形状に広がる向きに移動自在に支持する支持体とを備えたことを特徴とする感熱装置。である。

請求項２は、前記ばね部材が、前記感熱体の、前記加熱ベルトが円弧形状に広がる向きに互いに離れた両端縁双方を、該加熱ベルト内面に押し当てるように、前記支持体が、該ばね部材の該支持体側の端部を移動させるものであることを特徴とする請求項１記載の感熱装置である。

請求項３は、
前記ばね部材の前記支持体側の端部に支持された、該支持体への接触部分が球面に形成された球面体を備え、
前記支持体が、前記球面体が摺動自在に接する窪んだ形状の窪み部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の感熱装置である。

請求項４は、前記ばね部材がコイルばねであって、前記加熱ベルトが円弧形状に広がる向きには該コイルばねを１本のみ備えたことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の感熱装置である。

請求項５は、
前記加熱ベルトが、循環移動する無端の加熱ベルトであって、該加熱ベルトと、請求項１から４のうちのいずれか１項記載の感熱装置とを備えた加熱装置と、
粉体像を保持して搬送されてきた用紙を前記加熱ベルトとの間に挟んで該用紙を該加熱ベルトに押し当てる加圧装置とを備えたことを特徴とする定着装置である。

請求項６は、
搬送されてきた用紙上に粉体像を形成する像形成装置と、
請求項５記載の定着装置と、
用紙を、前記像形成装置と前記定着装置とを通過する搬送経路上を搬送する搬送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１〜３の感熱装置、請求項５の定着装置、および請求項６の画像形成装置によれば、感熱体が、加熱ベルトの内面に、その円弧形状に倣って均等に接触する。

請求項４によれば、小スペースの感熱装置を実現することができる。

本発明の画像形成装置の一実施形態としてのプリンタの概略構成図である。 定着器の断面構造を示した図である。 感熱器を構成するサーモスタットの概略形状を示した外観斜視図である。 片当たり現象の説明図である。 感熱器の断面構造を示した拡大図である。 サーモスタットをその長手方向に見た正面図である。 片当たりが生じたときのサーモスタットの動きを示した模式図である。

本発明の実施形態について、以下、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態としてのプリンタの概略構成図である。

図１に示すプリンタ１０はモノクロプリンタであり、プリンタ１０には、本発明の定着装置の一実施形態および本発明の感熱装置の一実施形態が組み込まれている。

プリンタ１０には、プリンタ１０外で作成された、画像を表す画像信号が、不図示の信号ケーブル等を介して入力される。プリンタ１０には、このプリンタ１０内の各構成要素の動きを制御する制御部１１が備えられており、画像信号はこの制御部１１に入力される。そして、プリンタ１０では、この制御部１１の制御の下で、画像信号に基づく画像の形成が行われる。

プリンタ１０の下部には、２台の用紙トレイ２１が収容されている。これらの用紙トレイ２１には、各用紙トレイ２１ごとに寸法の異なる用紙Ｐが積み重なった状態に収容されている。各用紙トレイ２１は、用紙Ｐの補給のために、引出し自在に構成されている。

それら２台の用紙トレイ２１のうちの、制御部１１に入力された画像信号が表している画像の寸法に適合した寸法の用紙Ｐを収容している用紙トレイから、ピックアップロール２２により用紙Ｐが送り出される。送り出された用紙Ｐは、さばきロール２３により１枚ずつに分離され、その分離された１枚の用紙Ｐが上方に搬送されて、その用紙Ｐの先端が待機ロール２４に至る。待機ロール２４は、それ以降の搬送のタイミングを調整して用紙Ｐを送り出す役割を担っている。待機ロール２４に到達した用紙Ｐは、その待機ロール２４によりそれ以降の搬送のタイミングが調整されてさらに搬送される。

このプリンタ１０には、待機ロール２４の上方に、矢印Ａで示す向きに回転する感光体１２が備えられている。そして、この感光体１２の周囲に、帯電器１３、露光器１４、現像器１５、転写器１６、および感光体クリーナ１７が配備されている。

感光体１２は円筒形状を有し、図１の奥行き方向に延伸しており、帯電により電荷を保持し露光によりその電荷を放出してその表面に静電潜像が形成される。

帯電器１３は、感光体１２に接触して回転する帯電ロールを備えており、その帯電ロールで感光体１２に電荷を付与することによってその表面を帯電させる。なお、帯電器１３としては、帯電ロールの他に、感光体に非接触のコロナ放電器なども採用され得る。

露光器１４は、制御部１１から供給される画像信号に応じて変調されたレーザ光（露光光）を発光する発光器と、レーザ光で感光体１２を走査するための回転多面鏡とを有しており、露光器１４からはその露光光が出力される。感光体１２は、この露光光による露光を受け、その表面に静電潜像が形成される。なお、露光器１４としては、レーザ光を用いる方式の他に、走査方向に沿って多数のＬＥＤが並んだＬＥＤアレイなども採用され得る。さらに、潜像を形成する方式としては、露光方式の他に、走査方向に沿って並んだ多数の電極で直接に潜像を形成する方式なども採用され得る。

感光体１２が露光光により露光されてその表面に形成された静電潜像は、現像器１５により現像される。この現像器１５には、トナー供給路１５ｂを介してトナー収納部１５ａが繋がっている。現像器１５内にはトナーと磁性キャリアを含んだ現像剤が収納されていて、トナー収納部１５ａに収納されているトナーが、トナー供給路１５ｂを通って現像器１５へと適宜に補給される。磁性キャリアは、例えば鉄粉の表面に樹脂コーテイングを施したものである。また、トナー粒子は、例えば結着樹脂、着色剤、および離型剤を材料として形成されたものである。現像器１５は、磁性キャリアの粒子とトナーの粒子とが混合された現像剤を撹拌することでトナーおよび磁性キャリアを帯電させる。現像器１５は現像ロール１５ｃを備えており、現像器１５内の現像剤は現像ロール１５ｃによって感光体１２に供給され、現像剤中の帯電トナーによって感光体１２表面の潜像が現像されてトナー像が形成される。

ここで、上記の待機ロール２４は、感光体１２上のトナー像が転写器１６に対面した位置に達するタイミングに合わせて用紙Ｐがその位置に到達するように、用紙Ｐを送り出す。そして、感光体１２上のトナー像は、転写器１６の作用を受け、その送り出されてきた用紙Ｐ上に転写される。なお、転写器１６としては、中間転写体を備えて感光体１２上のトナー像を中間転写体に一旦転写し、その中間転写体上のトナー像を用紙Ｐ上に転写する方式のものも採用され得る。

トナー像の転写後に感光体１２上に残存するトナーは、感光体クリーナ１７により、感光体１２から取り除かれる。

ここで、感光体１２、帯電器１３、露光器１４、現像器１５、および転写器１６を合わせたものが、本発明にいう像形成装置の一例に相当する。

トナー像の転写を受けた用紙Ｐは、さらに矢印Ｂ方向に進み、定着器３０による加熱および加圧を受けてその用紙Ｐ上にトナー像が定着される。その結果、用紙Ｐ上には定着トナー像からなる画像が形成される。この定着器３０は、本発明の定着装置の一実施形態に相当する。また、この定着器３０には、後述するように、本発明の感熱装置の一実施形態が含まれている。

定着器３０を通過した用紙Ｐは、排出器１８に向かって矢印Ｃ方向に進み、さらに、その排出器１８によってさらに矢印Ｄ方向に送られて排紙台１９上に排出される。

このプリンタ１０における、用紙トレイ２１から用紙Ｐを取り出し、感光体１２と転写器１６との間を通過し、さらに定着器３０を通過して、排紙台１９上に用紙を排出する機構が、本発明にいう搬送装置の一例に相当する。

図２は、定着器の断面構造を示した図である。

この定着器３０は、加熱器３１と加圧器３２とを備えている。加熱器３１は本発明にいう加熱装置の一例に相当し、加圧器３２は本発明にいう加圧装置の一例に相当する。

加熱器３１は、無端状に形成された加熱ベルト４０を備えている。また、この加熱器３１は、その加熱ベルト４０の内側に、支持部材５０、加熱ランプ６０、ニップ部材７０、および感熱器８０を備えている。加熱ベルト４０は、本発明にいう加熱ベルトの一例に相当し、感熱器８０は、本発明の感熱装置の一例に相当する。

支持部材５０は、図２の紙面に垂直な方向に延伸し、加熱ベルト４０の両端縁からそれぞれ食み出た両端部がプリンタ１０（図１）の筐体に支持されている。この支持部材５０は、加熱ベルト４０の内部に配備されている他の部材の支持の土台となる部材である。

また加熱ランプ６０は、支持部材５０に支持されていて、加熱ベルト４０を加熱する役割を担っている。

ニップ部材７０は、加熱ベルト４０が、後述する加圧ロール９０に押されたときの、加圧ロール９０による押圧力を受け止める役割を担っている。

この図２では、このニップ部材７０の一部が加熱ベルト４０よりも外側に食み出たように図示されているが、これは、加熱ベルト４０を、ニップ部材７０等との干渉がないときの元々の形状のまま示しているためである。実際は、ニップ部材７０は、加熱ベルト４０の内側に配置されている。そして、加熱ベルト４０は、後述する加圧ロール９０に押されてニップ部材７０の表面形状に沿った形状に変形する。

また、感熱器８０も、支持部材５０に固定されている。この感熱器８０は、ホルダ８１とサーモスタット８２と、コイルばね８３と、球面体８４とを有する。ホルダ８１は、本発明にいう支持体の一例に相当し、サーモスタット８２は本発明にいう感熱体の一例に相当する。また、コイルばね８３は、本発明にいうばね部材の一例に相当し、球面体８４は、本発明にいう球面体の一例に相当する。この感熱器８０の詳細構造についての説明は後に譲る。

また、この定着器３０を構成する加圧器３２は、加圧ロール９０を備えている。この加圧ロール９０は、上述の通り、加熱ベルト４０をニップ部材７０に押し当てる。この加圧ロール９０は、その表面層がゴム素材で形成されていて、加圧ロール９０の、加熱ベルト４０をニップ部材７０に押し当てた部分が、加熱ベルト４０を挟んでニップ部材７０の表面形状に沿った形状となる。したがって、加熱ベルト４０の、ニップ部材７０と加圧ロール９０とに挟まれた領域も、ニップ部材７０と加圧ロール９０とに挟まれることにより、ニップ部材７０の表面形状に沿った形状に変形する。

加圧ロール９０は、加熱ベルト４０をニップ部材７０に押し当てながら、矢印Ｆの向きに回転する。この加圧ロール９０の回転により、加熱ベルト４０も、矢印Ｅの向きに従動回転する。

図１に示す転写器１６の作用によりトナー像の転写を受けた用紙Ｐは、定着器３０に向かって、図１，図２に示す矢印Ｂの向きに搬送される。そしてその用紙Ｐは、加熱ベルト４０と加圧ロール９０とに挟まれて加熱および加圧を受け、これにより、その用紙Ｐ上にトナー像が定着される。この定着トナー像からなる画像が形成された用紙Ｐは、図１に示す矢印Ｃ方向に進み、排出器１８により、矢印Ｄ方向に、排紙台１９の上に排出される。

次に、感熱器８０の構造について説明する。

図３は、感熱器を構成するサーモスタットの概略形状を示した外観斜視図である。

サーモスタット８２は、図示の通り横長の直方体形状の基体８２１の上に感熱部８２２が突き出た形状を有する。基体８２１からは配線８２３が延びている。ここに示すサーモスタット８２の場合、感熱部８２２は平面視で略矩形形状を有するが、平面視で略円形の感熱部を持つサーモスタットも存在する。

ここでは、サーモスタット８２の感熱部８２２を加熱ベルト４０（図２参照）の内面に押し当てる。そして、このサーモスタット８２は、その感熱部８２２で予め定められた規定温度を越えたことを感知すると、配線８２３を遮断する。

定着器３０では、サーモスタット８２により規定温度を越えたことが検知されたことを受けて、加熱ランプ６０への通電の遮断や加圧ロール９０の駆動停止等を行ない、それ以上の異常な過熱を防止している。

ここで、サーモスタット８２はコイルばね８３で付勢されることにより、その感熱部８２２が加熱ベルト４０の内面に押し当てられている。このため、この押し当てる向きによっては、感熱部８２２が加熱ベルト４０に「片当たり」する現象が生じるおそれがある。

図４は、片当たり現象の説明図である。

図４には、感熱部８２２が加熱ベルト４０の内面に押し当てられている状態のサーモスタット８２が示されている。

この図４には、実線で示すサーモスタット８２のほか、一点鎖線のサーモスタット８２’と破線のサーモスタット８２’’が図示されている。

これら実線、一点鎖線、および破線で示すサーモスタット８２，８２’，８２’’は、物理的には唯一の同じサーモスタットであるが、この図４には、その状況に応じた位置や姿勢のサーモスタットが互いに重なるように示されている。

この図４に一点鎖線で示すサーモスタット８２’は、その感熱部８２２ａ’が、同じく一点鎖線で示す加熱ベルト４０’に「片当たり」している状態にある。すなわち、この一点鎖線で示すサーモスタット８２’は、感熱部８２２’の加熱ベルト４０’の循環移動方向（矢印Ｅで示す方向）の下流側の縁８２２ａ’は、加熱ベルト４０’の内面に接しているが、上流側の縁８２２ｂ’は、加熱ベルト４０’の内面から離れた状態にある。これとは逆に、上流側の縁８２２ｂ’のみが加熱ベルト４０’に接し、下流側の縁８２２ａ’が加熱ベルト４０’から離れた状態となる「片当たり」も生じるおそれがある。これらの片当たりが生じると、サーモスタット８２の感熱に温度誤差や応答遅れを引きおこすおそれがある。

一方、実線で示すサーモスタット８２は、一点鎖線で示すサーモスタット８２’と比べ傾いた姿勢にあり、感熱部８２２は下流側の縁８２２ａと上流側の縁８２２ｂとの双方が加熱ベルト４０の内側に接触した状態にある。すなわち、この実線で示すサーモスタット８２の場合、感熱部８２２の「片当たり」は解消されている。

ここで、組立て時の公差や、稼働時における加熱ベルト４０’の変位などにより、図４に一点鎖線で示すような片当たりが生じたとする。

このとき、感熱部８２２’の下流側の縁８２２ａ’が加熱ベルト４０’から力を受けて実線で示す姿勢に向けての回転モーメントが発生する。しかしながら、仮に、コイルばね８３’がホルダ８１の点Ａに固定されているとすると、サーモスタット８２’の感熱体８２２’の片当たりが解消せず、一点鎖線の位置にある加熱ベルト４０’が変位して実線で示す加熱ベルト４０の位置に移動しても、一点鎖線で示すサーモスタット８２’は、加熱ベルト４０’にそのまま押されて、点線で示すサーモスタット８２’’の位置に移動するおそれがある。そこで、本実施形態では、このような片当たりが生じたときにコイルばね８３’のホルダ８１側の端部が点Ａから点Ｂに移動する構造となっている。この移動により片当たりが解消される。

図５は、感熱器の断面構造を示した拡大図である。

コイルばね８３の、ホルダ８１側の端部には、球面体８４が取り付けられている。この球面体８４は、ホルダ８１への接触部分が球面に形成されている部材である。

一方、ホルダ８１には、その球面体８４が接触する部分に、円弧形状または球面形状に窪んだ窪み部８１１が形成されている。球面体８４は、その窪み部８１１に、摺動自在に接している。

サーモスタット８２は、コイルばね８３により押し上げられて、ホルダ８１のストッパ８１２に突き当てられている。

図６は、サーモスタットをその長手方向に見た正面図である。

この図６に示すように、サーモスタット８２は、その長手方向両側に１本ずつ、合計２本のコイルばね８３で支えられている。

本実施形態では、サーモスタット８２は、その長手方向が加熱ベルト４０の回転軸方向に延伸する向きに配置される。したがって、加熱ベルト４０が円弧形状に広がる向き、すなわち、加熱ベルト４０の循環移動方向（矢印Ｅ方向）には、図５に示すように、コイルばね８３は１本のみ備えられている。この方向にコイルばね８３を１本のみ備えることにより、感熱器８０の小型化を実現し、かつ球面体８４が窪み部８１１内で摺動することにより、片当たりを防止している。

図７は、片当たりが生じたときのサーモスタットの動きを示した模式図である。

図７（Ａ）は、片当たりが生じた直後の状態を示している。

図７（Ａ）では、円Ｒの部分に片当たりが生じている。この片当たりが生じると、図７（Ｂ）に示す矢印Ｑの向きの回転モーメントが発生し、それに応じて、図７（Ｃ）に示すように球面体８４がホルダ８１の窪み部８１１内で摺動し、コイルばね８３が、傾いた状態のサーモスタット８２を、加熱ベルト４０の内面に、片当たりを解消させた状態に押し当てる。

本実施形態では、このようにして感熱部８２２の片当たりを避けることで、加熱ベルト４０の熱が常に安定した状態で感知される。

なお、ここでは、図１に示すプリンタ１０における、定着器３０の加熱ベルト４０の熱感知用としての感熱器８０について説明したが、本発明の感熱装置は、図３に示す構成の定着器３０や図１に示す構成のプリンタ１０にのみ適用されるものではなく、感熱が必要な円弧形状の加熱ベルトを備えた装置一般に広く適用することができる。

１０ プリンタ
１２ 感光体
１６ 転写器
３０ 定着器
３１ 加熱器
３２ 加圧器
４０ 加熱ベルト
５０ 支持部材
６０ 加熱ランプ
７０ ニップ部材
８０ 感熱器
８１ ホルダ
８１１ 窪み部
８１２ ストッパ
８２ サーモスタット
８２１ 基体
８２２ 感熱部
８２３ 配線
８３ コイルばね
８４ 球面体

Claims (6)

1. 円弧形状に広がる加熱ベルトの、該円弧形状の内面に接触して該加熱ベルトがあらかじめ定められた温度を越えたことを感知する感熱体と、
   一方の端部が前記感熱体に固定され、該感熱体を前記加熱ベルト内面に押し当てるばね部材と、
   前記ばね部材の、前記感熱体から離れた側の端部を、前記加熱ベルトが円弧形状に広がる向きに移動自在に支持する支持体とを備えたことを特徴とする感熱装置。
2. 前記ばね部材が、前記感熱体の、前記加熱ベルトが円弧形状に広がる向きに互いに離れた両端縁双方を、該加熱ベルト内面に押し当てるように、前記支持体が、該ばね部材の該支持体側の端部を移動させるものであることを特徴とする請求項１記載の感熱装置。
3. 前記ばね部材の前記支持体側の端部に支持された、該支持体への接触部分が球面に形成された球面体を備え、
   前記支持体が、前記球面体が摺動自在に接する窪んだ形状の窪み部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の感熱装置。
4. 前記ばね部材がコイルばねであって、前記加熱ベルトが円弧形状に広がる向きには該コイルばねを１本のみ備えたことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の感熱装置。
5. 前記加熱ベルトが、循環移動する無端の加熱ベルトであって、該加熱ベルトと、請求項１から４のうちのいずれか１項記載の感熱装置とを備えた加熱装置と、
   粉体像を保持して搬送されてきた用紙を前記加熱ベルトとの間に挟んで該用紙を該加熱ベルトに押し当てる加圧装置とを備えたことを特徴とする定着装置。
6. 搬送されてきた用紙上に粉体像を形成する像形成装置と、
   請求項５記載の定着装置と、
   用紙を、前記像形成装置と前記定着装置とを通過する搬送経路上を搬送する搬送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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