JP6589392B2 - 定着装置 - Google Patents

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Description

本発明は、加圧ローラを支持する樹脂製のフレームを備える定着装置に関する。
従来、画像形成装置に備えられる定着装置に、加熱部と、加熱部との間で搬送されるシートを挟む加圧ローラと、加圧ローラを支持するフレームとを備えたものがある。例えば、特許文献1で開示されている定着装置は、加熱部が加圧ローラに向けて付勢されることで、加熱部と加圧ローラが圧接するように構成されている。そして、加圧ローラは、軸受を介して樹脂製のフレームに支持されている。
特開2015−068907号公報
ところで、上述した技術では、加圧ローラの熱が軸受を介してフレームに伝わる。これにより、フレームの軸受付近が特に高温になり、フレームに急峻な温度勾配が生じる。定着装置は、印字動作が行われてフレームに温度勾配が生じた状態と、印字動作が停止することでフレームが冷却され温度勾配が解消された状態とを繰り返す。その際に、加圧ローラからフレームに力が加わると、フレームがクリープ変形するおそれがある。
そこで、本発明は、フレームの変形を抑制することができる定着装置を提供することを目的とする。
前記した目的を達成するため、本発明の定着装置は、加熱部と、加熱部との間で搬送されるシートを挟む加圧ローラと、加圧ローラの軸を支持する軸受と、軸受を支持する樹脂製のフレームと、金属製の放熱板と、を備えている。
放熱板は、加圧ローラの軸および軸受の少なくとも一方と接触するとともに、フレームに面接触する。
このように構成された定着装置によれば、加圧ローラの熱を放熱するとともにフレームの広い部分に伝えることができるので、フレームに急峻な温度勾配が生じるのを抑制することができる。また、フレームに急峻な温度勾配が生じるのを抑制できるため、フレームのクリープ変形を抑制することができる。
本発明によれば、加圧ローラの熱を放熱するとともにフレームの広い部分に伝えることができるので、フレームに急峻な温度勾配が生じるのを抑制することができる。また、フレームに急峻な温度勾配が生じるのを抑制できるため、フレームのクリープ変形を抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る定着装置を備えるレーザプリンタの概略構成を示す図である。 定着装置を示す断面図である。 定着装置を左側から見た側面図である。 回動アームとガイド部材の構造を示す分解斜視図である。 定着装置の放熱板付近を拡大して示す斜視図(a)と、放熱板を示す斜視図(b)である。 放熱板の第1の変形例を示す斜視図である。 放熱板の第2の変形例を示す斜視図である。
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、まず、本発明の実施形態に係る定着装置100を備えた画像形成装置であるレーザプリンタ1の概略構成について説明した後、定着装置100の詳細な構成について説明する。
図1に示すように、レーザプリンタ1は、本体筐体2内に、シートの一例としての用紙Pを供給する給紙部3と、露光装置4と、用紙P上にトナー像を転写するプロセスカートリッジ5と、用紙P上のトナー像を熱定着する定着装置100とを主に備えている。
なお、以下の説明において、方向は、図1における右側を「前」、左側を「後」とし、手前側を「左」、奥側を「右」とする。また、図1における上下方向を「上下」とする。
給紙部3は、本体筐体2内の下部に設けられ、用紙Pを収容する給紙トレイ31と、用紙Pの前側を持ち上げる用紙押圧板32と、給紙ローラ33と、給紙パッド34と、紙粉取りローラ35,36と、レジストレーションローラ37とを主に備えている。給紙トレイ31内の用紙Pは、用紙押圧板32によって給紙ローラ33に寄せられ、給紙ローラ33と給紙パッド34によって1枚ずつ分離され、紙粉取りローラ35,36およびレジストレーションローラ37を通ってプロセスカートリッジ5に向けて搬送される。
露光装置4は、本体筐体2内の上部に配置され、図示しないレーザ発光部と、回転駆動するポリゴンミラー41と、レンズ42,43と、反射鏡44,45,46とを主に備えている。露光装置4では、レーザ発光部から出射されるレーザ光が、鎖線で示すようにポリゴンミラー41、レンズ42、反射鏡44,45、レンズ43、反射鏡46の順に反射または通過して、感光体ドラム61の表面で走査される。
プロセスカートリッジ5は、露光装置4の下方に配置され、本体筐体2に設けられたフロントカバー21を開いたときにできる開口から本体筐体2に対して着脱可能に装着される構成となっている。このプロセスカートリッジ5は、ドラムユニット6と、現像ユニット7とから構成されている。
ドラムユニット6は、感光体ドラム61と、帯電器62と、転写ローラ63とを主に備えている。また、現像ユニット7は、ドラムユニット6に対して着脱可能に装着される構成となっており、現像ローラ71と、供給ローラ72と、層厚規制ブレード73と、トナーを収容するトナー収容部74とを主に備えている。
プロセスカートリッジ5では、感光体ドラム61の表面が、帯電器62により一様に帯電された後、露光装置4からのレーザ光の走査によって露光されることで、感光体ドラム61上に画像データに基づく静電潜像が形成される。また、トナー収容部74内のトナーは、供給ローラ72を介して現像ローラ71に供給され、現像ローラ71と層厚規制ブレード73の間で層厚が規制されて現像ローラ71上に担持される。
現像ローラ71上に担持されたトナーは、現像ローラ71から感光体ドラム61上に形成された静電潜像に供給される。これにより、静電潜像が可視像化され、感光体ドラム61上にトナー像が形成される。その後、感光体ドラム61と転写ローラ63の間を用紙Pが搬送されることで感光体ドラム61上のトナー像が用紙P上に転写される。
定着装置100は、プロセスカートリッジ5の後方に設けられている。用紙P上に転写されたトナー像は、定着装置100を通過することで用紙P上に熱定着される。トナー像が熱定着された用紙Pは、搬送ローラ23,24によって排紙トレイ22上に排出される。
図2に示すように、定着装置100は、加熱部200と、前側から後側へ向けて搬送される用紙Pを加熱部200との間で挟む加圧ローラ150とを主に備えている。
加熱部200は、定着ベルト110と、定着ベルト110の内部に配置されるハロゲンランプ120、ニップ板130、反射板140およびステイ160とを備えている。
定着ベルト110は、耐熱性と可撓性を有する左右方向に長い筒状のフィルムである。定着ベルト110は、左右の端部が、図4に示すガイド部材170により回転が案内されている。
図2に示すように、ハロゲンランプ120は、定着ベルト110の内側において定着ベルト110およびニップ板130の内面から所定の間隔をあけて配置されている。このハロゲンランプ120は、ニップ板130および定着ベルト110を加熱することで、用紙P上のトナーを加熱する発熱体である。
ニップ板130は、ハロゲンランプ120からの輻射熱を受ける板状の部材であり、筒状の定着ベルト110の内面が摺接するように配置されている。そして、ニップ板130は、ハロゲンランプ120から受けた輻射熱を、定着ベルト110を介して用紙P上のトナーに伝達する。このニップ板130は、ステイ160より熱伝導率が大きい、例えば、アルミニウム板などで形成されている。
反射板140は、ハロゲンランプ120からの輻射熱をニップ板130に向けて反射する部材である。反射板140は、定着ベルト110の内側においてハロゲンランプ120を取り囲むように、ハロゲンランプ120から所定の間隔をあけて配置されている。
反射板140は、赤外線および遠赤外線の反射率が大きい、例えば、アルミニウム板などを断面視略U形状に湾曲させて形成されている。より詳細に、反射板140は、断面視略U形状をなす反射部141と、反射部141の両端部から前後方向外側に沿って延びるフランジ部142とを主に有している。
加圧ローラ150は、加熱部200の下方に配置されているローラである。加圧ローラ150は、左右方向に延びる軸151と、軸151を中心に軸151と一体に回転するローラ本体152とを有している。ローラ本体152は、弾性変形可能な部材であり、弾性変形した状態でニップ板130との間で定着ベルト110を挟むことで定着ベルト110との間にニップ部Nを形成している。
この加圧ローラ150は、本体筐体2内に設けられた図示しないモータから駆動力が伝達されて回転駆動するように構成されており、回転駆動することで定着ベルト110または用紙Pとの摩擦力により定着ベルト110を従動回転させる。
トナー像が転写された用紙Pは、加圧ローラ150と加熱された定着ベルト110の間を搬送されることでトナー像が熱定着されることとなる。
ステイ160は、前後方向におけるニップ板130の両端部を反射板140のフランジ部142を介して支持することでニップ板130の剛性を確保する部材である。ステイ160は、反射板140の反射部141の外面形状に沿った断面視略U形状を有して反射板140を覆うように配置されている。このようなステイ160は、反射板140と比較して剛性が大きい、例えば、鉄板などを断面視略U形状に折り曲げることで形成されている。
そして、図3に示すように、定着装置100は、加圧ローラ150を支持する軸受190と、この軸受190を支持するフレーム180と、加熱部200を支持するガイド部材170とを備えている。
なお、定着装置100は、本体筐体2のモータからの駆動力を伝達する図示しないギヤの構成を除くと、ほぼ左右対称の構造であるため、図3から図6では、左側の部位のみ図示し、右側の部位は省略する。
ガイド部材170は、樹脂などの絶縁性の材料で形成されている。そして、ガイド部材170は、定着ベルト110の両端側に1つずつ配置され、主に定着ベルト110の端面の位置を規制している。具体的に、図4に示すように、ガイド部材170は、定着ベルト110の左右方向への移動を規制する規制面171と、定着ベルト110の径方向内側への変形を抑えるための抑制部172と、ステイ160の両端部を保持するための保持凹部173とを主に備えている。
抑制部172は、規制面171から左右方向内側に突出するリブであり、開口を下に向けたC字状に形成されている。そして、この抑制部172は、定着ベルト110内に入り込むことで径方向内側への変形を抑えている。
保持凹部173は、下方に開口するとともに左右方向内側に開口する溝である。ステイ160は、ニップ板130および反射板140を保持した状態で、両端部が保持凹部173に嵌め込まれることで、ガイド部材170に支持されている。
フレーム180は、樹脂製であり、側壁181を備えている。
各側壁181は、加圧ローラ150の軸線方向、つまり、左右方向に直交し、左右方向外側を向く側面181Aを有している。そして、各側壁181は、ガイド部材170を上下に移動可能に支持する支持溝182が上方に開口するように形成されている。また、各側壁181には、軸受190と、付勢部の一例としてのコイルバネ400と、第2のフレームの一例としての回動アーム410と、切替部材500と、放熱板300と、が設けられている。
軸受190は、本実施形態では金属製の転がり軸受である。具体的に、軸受190は、図5(a)に示すように、加圧ローラ150の軸151が貫通する円筒形状を有している。この軸受190は、フレーム180の支持溝182の下端部と係合している。
図3に示すように、回動アーム410は、前端部に設けられた回動軸411によってフレーム180に回動可能に連結されている。回動アーム410は、前後方向に長い部材であり、側壁181の前端部に設けられた回動軸411と側壁181の後方に配置された先端部412との間に位置する中間部で、ガイド部材170を支持するように設けられている。つまり、回動アーム410は、加熱部200を支持している。
具体的には、図4に示すように、回動アーム410は、中間部に、回動アーム410の長手方向に延びる長孔413が形成されている。一方、ガイド部材170の上面には、上方に突出して長孔413を貫通する突起部176が形成されている。
そして、長孔413内に、突起部176が挿通されることで、ガイド部材170が回動アーム410で支持されている。
図3に示すように、コイルバネ400は、回動アーム410をフレーム180に向けて付勢することで、回動アーム410を介して加熱部200を加圧ローラ150へ向けて付勢させる部材である。具体的に、フレーム180は、側壁181のうちガイド部材170より後側の位置から左右方向外側へ突出するバネ支持部183を有している。コイルバネ400の一端は、バネ支持部183に固定されている。そして、コイルバネ400の他端は、ガイド部材170より後側で、回動アーム410に固定されている。回動アーム410の先端部412側は、フレーム180と間隔があいた状態で、コイルバネ400から付勢力を受けている。
切替部材500は、フレーム180に対して回動することで、回動アーム410に作用し、加熱部200と加圧ローラ150の圧接を解除するように構成されている。具体的に、切替部材500は、操作レバー510と、回動軸520と、カム部530とを備えて構成されている。
操作レバー510は、その一端がフレーム180の側壁181の回動軸520に一体に回動可能に連結されている。
カム部530は、回動軸520から径方向外側に突出し、操作レバー510と一体に回動する。そのため、操作レバー510を回動させてカム部530で回動アーム410を上方に押圧すると、ガイド部材170がコイルバネ400の付勢力に抗して上昇することで、加圧ローラ150からニップ板130が離れてニップ圧が解除されるようになっている。そして、操作レバー510を回動させて、カム部530を回動アーム410から離間させると、ガイド部材170がコイルバネ400の付勢力により下降し、ニップ板130が、定着ベルト110を介して、加圧ローラ150に圧接するようになっている。
放熱板300は、金属製の板状部材であり、例えば、アルミニウムからなる。なお、本明細書において、アルミニウムは、純アルミニウムのほかアルミニウム合金を含む。放熱板300は、加圧ローラ150の軸受190に接触するとともに、フレーム180の側面181Aに面接触するように、フレーム180の各側壁181に固定されている。
具体的に、図5(a),(b)に示すように、放熱板300は、加圧ローラ150の軸線方向、つまり、左右方向に直交し、側壁181に沿って前後方向に延びる平板部310を有している。図5(b)に示すように、平板部310は、前後方向中央部に、上端から下方へ凹む半円状の切欠部320を有している。そして、放熱板300は、切欠部320の前後の上端から切欠部320の内側に延びる略L字状の接触部330を有している。接触部330は、平板部310から左右方向外側へ延びた後、前後方向内側へ延びるように屈曲している。また、平板部310は、前後の端部に貫通孔311が形成されている。
この放熱板300は、図5(a)に示すように、軸受190が切欠部320の内側に配置されるようにして、フレーム180の側面181Aに配置されている。そして、放熱板300は、貫通孔311に通された固定部の一例としてのネジSが側壁181にねじ込まれることで、フレーム180にネジSで締結されている。つまり、放熱板300の平板部310は、側面181Aに固定されている。
これにより、放熱板300は、平板部310が側面181Aに面接触するとともに、前後の接触部330が軸受190の前後の面および左右方向外側の側面に接触している。また、放熱板300は、切欠部320の端面が、軸受190の外周面に接触している。
図3に示すように、放熱板300は、軸受190の前側、下側および後側で、フレーム180に面接触している。
より具体的に、放熱板300は、加圧ローラ150の軸151に対して、用紙Pの搬送方向における上流側と下流側、つまり、前側と後側とフレーム180の側面181Aに面接触している。また、放熱板300は、加熱部200と加圧ローラ150の間に形成されるニップ部N(図2参照)に対して、前側と後側とで側面181Aに面接触している。
そして、放熱板300は、前端部が、前後方向において、回動アーム410の回動軸411より前側に配置されている。つまり、放熱板300は、回動アーム410の回動軸411に対して、前側と後側とで側面181Aに面接触している。
また、放熱板300は、後端部が、前後方向において、コイルバネ400がフレーム180に作用する部分、つまり、バネ支持部183より後側に配置されている。つまり、放熱板300は、バネ支持部183に対して、前側と後側とで側面181Aに面接触している。
以上のように構成された定着装置100の作用および効果について説明する。
印字動作が行われると、加熱部200の温度が上昇する。このとき、加圧ローラ150の温度も加熱部200から伝わる熱で上昇する。そして、加圧ローラ150の熱は、軸受190を介してフレーム180に伝わる。
このとき、仮に放熱板300が設けられていない場合、フレーム180の軸受190の近傍が他部よりも高温になり、フレーム180に急峻な温度勾配が生じる。定着装置100は、印字動作が行われてフレーム180に温度勾配が生じた状態と、印字動作が停止しフレーム180が冷却され温度勾配が解消された状態とを繰り返す。その際に、加圧ローラ150から受ける圧力や、コイルバネ400の付勢力によって、フレーム180にクリープ変形が生じるおそれがある。具体的には、支持溝182の幅が広がる、もしくは狭くなるようにフレーム180がクリープ変形した場合には、ガイド部材170の上下方向の移動が阻害される可能性がある。本実施形態では、放熱板300を設けたことにより、軸受190から伝わる加圧ローラ150の熱をフレーム180の広い範囲に伝えることができるので、放熱板300が設けられていない場合と比較して、フレーム180の温度勾配が緩和される。また、放熱板300がフレーム180を構成する樹脂よりも熱伝導率が高い金属製であるため、加圧ローラ150の熱を放熱しやすい。これにより、フレーム180に急峻な温度勾配が生じるのを抑制することができる。また、フレーム180に急峻な温度勾配が生じるのを抑制できるため、フレーム180がクリープ変形をすることを抑制することができる。
そして、本実施形態では、放熱板300がフレーム180の側面181Aに面接触するように設けられているので、フレーム180と放熱板300の接触する面積を広くとることができ、かつ、フレーム180の広い範囲に熱を伝えることができる。また、放熱板300は、アルミニウムからなるので、レーザプリンタ1の構造材として使用される鉄と比較して熱伝導率が高い。
そして、放熱板300は、フレーム180の側面181Aに固定されているので、フレーム180の側壁181を補強することもできる。
特に、本実施形態では、放熱板300が、回動アーム410の回動軸411に対して、前側と後側とで側面181Aに面接触しているので、フレーム180の回動アーム410からの付勢力を受ける部分を、放熱板300で補強することができる。
また、放熱板300が、バネ支持部183に対して、前側と後側とで側面181Aに面接触しているので、フレーム180のコイルバネ400の付勢力を受ける部分を、放熱板300で補強することができる。
そして、放熱板300の側面181Aに面接触する平板部310が、加圧ローラ150の軸線方向に直交するように設けられているので、フレーム180が加圧ローラ150の軸受190やコイルバネ400からの付勢力を受けた場合でも、平板部310が高い曲げ剛性を有するので、フレーム180が変形しにくい。
そして、放熱板300は、フレーム180にネジSで締結されているので、放熱板300がフレーム180に強固に固定される。これにより、フレーム180から放熱板300への熱伝達と補強の効果を高めることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。具体的な構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
前記実施形態では、加圧ローラ150の軸受190と放熱板300とが接触する構成だったが、加圧ローラ150の軸151と放熱板300が接触する構成としてもよい。具体的には、放熱板300の接触部330が軸151と接触する構成であってもよい。
前記実施形態では、加圧ローラ150の軸受190と放熱板300が別部品として構成されていたが、軸受と放熱板の構成はこれに限定されるものではない。例えば、図6に示す軸受部材300Aのように、放熱板350は、軸受340と一体であってもよい。
具体的に、軸受部材300Aは、金属からなり、加圧ローラ150の軸151を支持する断面視U字状のすべり軸受である軸受340と、軸受340から軸151の径方向外側へ延び、フレーム180の側面181Aに面接触する放熱板350を有している。放熱板350は、前後の両端部がネジSによりフレーム180に締結され、側面181Aに面接触している。
このように、放熱板350と軸受340を一体とすることで、放熱板350が加圧ローラ150の軸151にも接触することになるので、加圧ローラ150の軸151を効率よく伝達することができる。
また、図7に示すように、放熱板300Bは、フレーム180と面接触しない放熱部360を有していてもよい。具体的に、放熱部360は、平板部310の下部に連続して設けられ、蛇腹形状を有している。このように放熱板300Bに放熱部360を設けることで、放熱板300Bの表面積を大きくして、定着装置100の周囲の空気への放熱の効率を向上させることができる。
前記実施形態では、放熱板300が、フレーム180の側面181Aに面接触していたが、放熱板とフレームの接触場所はこれに限定されるものではない。例えば、放熱板は、フレーム180の下面、後面および前面の少なくとも1つの面に面接触するように設けられていてもよい。
前記実施形態では、定着ベルト110やニップ板130を備える加熱部200を例示したが、加熱部の構成はこれに限定されるものではない。例えば、加熱部は、加熱ローラと、加熱ローラの内側に配置されるハロゲンヒータとを主に備えた構成であってもよい。
100 定着装置
150 加圧ローラ
151 軸
180 フレーム
181A 側面
183 バネ支持部
190 軸受
200 加熱部
300 放熱板
310 平板部
400 コイルバネ
410 回動アーム
411 回動軸
P 用紙
S ネジ

Claims (9)

  1. 加熱部と、
    前記加熱部との間で搬送されるシートを挟む加圧ローラと、
    前記加圧ローラの軸を支持する軸受と、
    前記軸受を支持する樹脂製のフレームと、
    前記加熱部を支持する第2のフレームと、
    前記加圧ローラの軸および前記軸受の少なくとも一方と接触するとともに、前記フレームに面接触する金属製の放熱板と、を備え
    前記フレームは、前記加圧ローラの軸線方向に直交する側面を有し、
    前記放熱板は、前記加圧ローラの軸線方向に直交する平板部を有し、
    前記平板部は、前記側面に面接触し、
    前記放熱板は、前記加圧ローラの軸に対して、シートの搬送方向における上流側と下流側とで前記側面に面接触し、
    前記放熱板と、前記フレームの前記側面とを固定する固定部を有し、
    前記フレームと前記第2のフレームは回動軸によって連結され、
    前記放熱板は、前記回動軸に対して、シートの搬送方向における上流側と下流側とで前記側面に面接触していることを特徴とする定着装置。
  2. 前記フレームと前記第2のフレームの一方を他方へ向けて付勢する付勢部を備え、
    前記放熱板は、前記付勢部の付勢力が前記フレームに作用する部分に対して、シートの搬送方向における上流側と下流側とで前記側面に面接触していることを特徴とする請求項に記載の定着装置。
  3. 前記固定部は、前記放熱板を前記フレームに締結するネジであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の定着装置。
  4. 加熱部と、
    前記加熱部との間で搬送されるシートを挟む加圧ローラと、
    前記加圧ローラの軸を支持する軸受と、
    前記軸受を支持する樹脂製のフレームと、
    前記加圧ローラの軸および前記軸受の少なくとも一方と接触するとともに、前記フレームに面接触する金属製の放熱板と、を備え
    前記フレームは、前記加圧ローラの軸線方向に直交する側面を有し、
    前記放熱板は、前記加圧ローラの軸線方向に直交する平板部を有し、
    前記平板部は、前記側面に面接触し、
    前記放熱板は、前記加圧ローラの軸に対して、シートの搬送方向における上流側と下流側とで前記側面に面接触し、
    前記放熱板を、前記加圧ローラの軸に対して、シートの搬送方向における上流側と下流側とで前記側面に締結するネジをさらに備えることを特徴とする定着装置。
  5. 前記加熱部を支持する第2のフレームと、
    前記フレームと前記第2のフレームの一方を他方へ向けて付勢する付勢部とを備え、
    前記フレームと前記第2のフレームは、回動軸によって連結され、
    前記回動軸は、前記側面の前記加圧ローラの軸に対する前記上流側および前記下流側の一方に位置し、
    前記付勢部は、前記側面の前記加圧ローラの軸に対する前記上流側および前記下流側の他方に位置することを特徴とする請求項4に記載に定着装置。
  6. 前記加熱部を支持するガイド部材を備え、
    前記側面は、前記ガイド部材を前記加圧ローラの軸線方向に交差する方向に移動可能に支持する支持溝が形成され、
    前記支持溝は、前記搬送方向において、前記上流側で前記放熱板を固定するネジと、前記下流側で前記放熱板を固定するネジとの間に位置することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の定着装置。
  7. 前記放熱板は、アルミニウムからなることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の定着装置。
  8. 前記軸受は、金属からなることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の定着装置。
  9. 前記放熱板は、前記軸受と一体であることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の定着装置。
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