JP6968588B2 - 定着装置、及びこの定着装置を備える画像形成装置 - Google Patents
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Description
また、定着装置の立ち上げ時に、発熱体以外の部材への熱伝導を抑えることで、さらに立ち上げ時間を短縮させる方式が提案されている。例えば、特許文献1では、定着フィルムと加圧ローラに及ぼす押圧度を変化させることで、定着フィルムと加圧ローラが離れた状態、又は定着フィルムと加圧ローラの接触面積が減少した状態で定着フィルムへの給電を行い、発熱体の昇温スピードを高めている。
前記ニップ部を搬送することにより記録媒体に現像剤像を定着させる定着装置であって、
前記加熱回転体に接触して給電する接点部材と、
前記接点部材を保持するとともに、前記加熱回転体との間で、前記接点部材の少なくとも一部を弾性変形させることにより、該接点部材を該加熱回転体に対して押圧する接点保持部材と
前記加圧回転体に対する前記加熱回転体の相対位置を変位させる変位機構と、
を備え、
前記接点保持部材が前記接点部材を保持する支点と、該接点部材が該加熱回転体に接する接点との間隔は、前記加熱回転体と前記加圧回転体が第1の接触面積で当接している場合に第1の間隔となり、前記加熱回転体と前記加圧回転体が前記第1の接触面積よりも小さい第2の接触面積で当接している場合、又は前記加熱回転体と前記加圧回転体が離間している場合に前記第1の間隔より小さい第2の間隔となることを特徴とする。
(画像形成装置の全体構成)
まず、以下に詳述する定着装置を備えた画像形成装置の概略について図20を用いて説明する。
本実施例の画像形成装置200は、電子写真方式を利用して記録材上に画像を形成するレーザプリンタである。
つ給紙され、搬送ローラ対113によってレジストローラ対114に向けて搬送される。さらに、記録材Pは、感光ドラム119上のトナー画像が感光ドラム119と転写ローラ120で形成される転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ対114から転写位置へ搬送される。記録材Pが転写位置を通過する過程で感光ドラム119上のトナー画像は記録材Pに転写される。その後、記録材Pは定着装置100で加熱・加圧され、トナー画像が記録材Pに加熱定着される。定着済みのトナー画像を担持する記録材Pは、搬送ローラ対126、127によって画像形成装置200上部の排紙トレイ131に排出される。定着装置100は、具体的には、本実施例及び後述の実施例2ないし4において説明する詳細構成を備える。
(定着装置の説明)
実施例1における定着装置の構成について図1〜図3を用いて説明する。ここで言う、X方向とは図中に示されるように、定着装置の長手方向であり、用紙の搬送方向と直交する後述する加圧ローラの回転軸方向のことである。Y方向とは、定着装置を通る記録材が搬送される方向のことである。Z方向とはX,Y方向に直交する定着装置の高さ方向である。
図1左側より、トナー像Tを保持した記録材Pが、定着ニップ部Nで搬送されながら加熱されることにより、トナー像Tが記録材に定着される。
本実施例における定着装置は、円筒状のフィルム1と、フィルム1を保持するニップ形成部材2と、フィルム1と共にニップ部を形成する加圧ローラ3により構成されている。また、側板8a、天板8b、底板8cからなる装置フレーム8により、フィルム1と加圧ローラ3は略平行状態を保たれている。
ニップ形成部材2はフィルム1を内側からガイドするとともに、フィルム1を介して加圧ローラ3との間でニップ部Nを形成する役割を果たす。ニップ形成部材2は剛性・耐熱性・断熱性を有する部材であり、液晶ポリマー等により形成されている。フィルム1はこのニップ形成部材2に対して外嵌されている。
3は加圧回転体としての加圧ローラである。加圧ローラ3は、芯金3a、弾性層3b、
離型層3cからなる。本実施例では、直径約5.5mmの鉄の芯金3a上に、弾性層3bとして約3.5mmのシリコーンゴム層を形成し、その上に離型層3cとして約30μmの絶縁PFAチューブを被覆したものを用いている。加圧ローラ3は図2に示すように、両端を側板8aに軸受部材7を介して回転可能に保持されている。また、加圧ローラ3は不図示の駆動ギアによって回転駆動され、加圧ローラ3の回転により、フィルム1は従動回転する。
板ばね9は天板8bに設けられた穴に絶縁部材10を介して保持されている。絶縁部材10は天板8bと板ばね9を絶縁する絶縁部材としての役割と、接点部材である板ばね9を保持する接点保持部材としての役割を兼ねる。板ばね9はフィルム1との接触によりたわみ(弾性変形)を生じており、そのたわみによって板ばね9内に内部応力が発生し、板ばね9はフィルム1に対してある押圧力で押圧される。本実施例では板ばね9としてステンレス製の板ばねを用いた。装置フレーム8を構成する天板8bと側板8a、側板8aと底板8cは接合されており、側板8aに軸受部材7を介して保持される加圧ローラ3と、板ばね9が天板8bに絶縁部材10を介して保持される支点との位置関係は常に変化しない。
天板8bに固定される板ばね9の端部は導線11と接続されており、さらにフィルム1へ電力を供給するAC電源としての電源12に接続される。図2に示すように、電源12で発生した電流は、左右の導線11、板ばね9を通り、フィルム1へと送られ、この電流によってフィルム1が抵抗発熱する。圧接状態でのフィルム1と接点部材としての板ばね9間の接触抵抗は、両側合わせて0.30Ωであり、フィルム1の発熱層の抵抗に比べ十分に小さかった。
本実施例における定着装置は、付勢ばね6の押圧状態を変化させることで、フィルム1と加圧ローラ3の押圧状態を変化させる圧接、離間動作を行う。フィルム1と加圧ローラ3が押圧されている圧接状態にある定着装置を示した図3、および、図3において圧接状態にあった定着装置が離間状態に変化した様子を示した図4を用いて本定着装置の圧接、離間動作について説明する。
状態にする圧接動作(図3)、およびフィルム1と加圧ローラ3を離間状態にさせる離間動作(図4)が可能となる。ここで言う離間状態とは、フィルム1と加圧ローラ間の押圧力が減少することで、圧接状態時よりもフィルム1と加圧ローラ3の接触面積が減少した状態のこと、もしくは、フィルム1と加圧ローラ3が完全に離れた状態のことを言う。本実施例では、圧接状態では約18kgfの力で加圧ローラ3はフィルム1に押圧されており、離間状態では付勢ばね6の押圧力はほぼゼロとなる。離間動作によって付勢ばね6の押圧力が限りなくゼロになった場合でも、フィルム1、フランジ5、補強ステー4、ニップ形成部材2などの自重を加圧ローラ3が受ける。このため、離間状態においてもニップNは形成され、そのニップ幅Nは圧接状態のニップ幅Nの約1/5となる。また、離間状態では、フィルム1とニップ形成部材2との接触面積が低下している。以上のことから、離間状態では、フィルム1から加圧ローラ3、ニップ形成部材2への熱伝導が抑えられる。そのため、画像加熱前に離間状態での給電を行うことで定着装置のスタンバイ時間を短縮させることが可能となる。また、板ばね9はフィルム1の離間を妨げる位置に配置されているが、板ばね9の押圧力は付勢ばね6の押圧力に比べ十分に小さく、押圧度制御手段21によってフィルム1は加圧ローラ3に対して離間動作を行うことができる。
図5により詳細に板ばねの形状変化を表した図を示す。図5(a)は圧接時の、図5(b)は離間時の板ばね9の姿勢を表したものである。ここで、接点部材としての板ばね9が天板8bに接点保持部材としての絶縁部材10を介して固定されている箇所の中心を支点A点とする。また、加熱回転体としてのフィルム1と接点部材としての板ばね9が接する接点箇所の板ばね中心を接点B点とする。本実施例では、接点保持部材としての絶縁部材10により接点部材としての板ばね9が支持される支点A点と、加熱回転体としてのフィルム1と板ばね9との間隔が離間動作によって大きくならないことを特徴としている。圧接状態での支点A点から接点B点までの長さをL、離間状態での支点A点から接点B点までの長さをL’とすると、L>L’が成り立つ。Lは板ばねの湾曲ぐあいを表す長さであり、Lが短いほど板ばね9は湾曲し、たわみ量が増加する。さらには、たわみ量の増加によって板ばね9の内部応力が大きくなり、接点B点で発生する押圧力が増加する。本実施例では板ばね9のたわみ量の増加に伴い、離間状態では圧接状態に比べ、フィルム1に対する押圧力が増加した。また、板ばね9とフィルム1間の接触抵抗は、両側合わせて0.28Ωであり、圧接状態のときに比べ低下した。
本発明の効果は比較例との比較でより明らかになる。
本比較例における定着装置の構成について、図6を用いて説明する。図6は圧接状態での定着装置の長手端部付近の構成を示したものである。本比較例では定着フレーム8に板金8dを、搬送方向ニップ部下流側に設けている。また、板ばね9は板金8dに絶縁部材10を介して固定され、フィルム1に加圧ローラ3側から接触している。このときの板ばね9とフィルム1間の接触抵抗は、両側合わせて0.30Ωであった。その他の構成については実施例1と同じである。
図7は、離間状態での定着装置の長手端部付近の構成を示したものである。離間動作によって、フランジ5、フィルム1が連動して板ばね9が配置される−Z方向とは反対の+Z方向へ動き、その結果板ばね9の姿勢が変化している。その他の構成については実施例1と同じである。
図8により詳細に板ばねの形状変化を表した図を示す。図8(a)は圧接時の、図8(b)は離間時の板ばね9の姿勢を表したものである。離間時は圧接時にくらべ、板ばね9の湾曲が小さくなっており、図からL<L’が成り立つ。これは、離間状態では圧接状態に比べ、板ばね9のたわみ量が減少していることを示している。たわみ量の減少に伴い、離間状態では圧接状態に比べ、フィルム1に対する押圧力が減少している。そのときの、板ばね9とフィルム1間の接触抵抗は、両側合わせて約2.0Ωであり、定着装置の圧接時に比べ上昇した。また、フィルム1の停止位置によって接触抵抗値が変化し、安定しなかった。
このように、本比較例の構成に対し、実施例1の構成が、接点部材としての板ばね9の加熱回転体としてのフィルム1に対する押圧力が低下せず、接点抵抗が上昇しない効果があることが確認された。
また、フィルム1が回転し、板ばね9と摺擦する圧接状態においては、フィルム1が摩耗することが考えられる。そのため、耐久性の観点からは板ばね9の押圧力は低く設定することが望ましい。一方で、押圧力が低すぎると、接点抵抗が上昇し、電力損失が生じる懸念がある。そのため、板ばね9は圧接状態において最適な押圧力でフィルム1と接するように配置されることが望ましい。また、定着装置の離間状態では、フィルム1は回転せずフィルム1と板ばね9が摺擦することはないため、圧接状態時にくらべ押圧力の上昇がフィルム1の耐久性に影響しにくい。そのため、板ばね9は離間状態において、圧接状態と同等、もしくはそれ以上の押圧力で回転発熱体であるフィルム1に接触することが望ましい。
(定着装置の説明)
実施例2における定着装置の構成について図9〜11を用いて説明する。
図9は定着装置の正面模式図である。図9は長手の端部付近を詳細に描いており、長手中央部は省略している。図10は、定着装置の長手端部付近での断面模式図である。図11は接点部材付近を詳細に描いた模式図である。
本実施例では、接点保持部材としてのフランジ5により接点部材としての接点ばね14およびブロック接点13が支持される支点A点と、フィルム1と接点ばね14およびブロ
ック接点13が接する接点との間隔が離間動作によって変化しないことを特徴とする。
接点部材は2つ以上の部材で構成されており、ブロック接点13と接点ばね14が合わせて接点部材として機能する。接点ばね14と接点保持部材としてのフランジ5が接する支点A点と、ブロック接点13とフィルム1との接点B点との間隔が変動した場合には、接点ばね14が伸縮し、ブロック接点13がフィルム1へ及ぼす押圧力が変化する。また、接点保持部材としてのフランジ5が同時に加熱回転体としてのフィルム1も保持している。尚、本実施例では、定着装置の圧接状態でのブロック接点13とフィルム1の接触面での接触抵抗は両端合わせて約0.30Ωであった。
導線11はブロック接点13の凸部から、コイルばねである接点ばね14の中心の空間を通り、フランジ5の内部を通って電源12に接続される。電源12で発生した電流は、左右の導線11、ブロック接点13を通り、フィルム1へと送られる。
その他の構成については実施例1と同様である。
図12に、定着装置が離間状態にあるときの長手端部付近での断面模式図の状態を示す。
本実施例における定着装置は、実施例1と同様、押圧度制御手段21が付勢ばね6のたわみ量を変化させることで圧接、離間動作を行う。変位機構としての押圧度制御手段21によって、ブロック接点13および接点ばね14とフィルム1が連動して動き、離間動作によってブロック接点13、接点ばね14、フィルム1、フランジ5、ニップ形成部材2、補強ステー4が連動して+Z方向へ動く。
また、離間動作によって接点ばね14およびブロック接点13がフィルム1へ及ぼす押圧力が変化しない。離間動作によってフィルム1の位置が変化しているが、ブロック接点13および接点ばね14とフィルム1の相対的な位置関係は変化していないことがわかる。これはブロック接点13および接点ばね14が、フランジ5に保持されており、フランジ5は同時にフィルム1を保持しているため、離間動作時にフィルム1、フランジ5、接点ばね14、ブロック接点13が連動して動いたためである。その結果、離間動作によって、接点ばね14およびブロック接点13がフィルム1へ及ぼす押圧力は変化しない。
本実施例では離間動作によって、フィルム1、フランジ5、ブロック接点13、接点ばね14が連動して動く。そのため、図11に示す接点部材と接点保持部材であるフランジ5が接する支点A点と、ブロック接点13とフィルム1との接点B点との距離Lは、定着装置の離間状態時も、圧接状態時とかわらず、L=L’が成立する。このとき、定着装置の離間状態でのブロック接点13とフィルム1の接触面での接触抵抗は両端合わせて約0.30Ωであり、圧接状態時と変わらなかった。
以上のことから、本実施例においても実施例1と同様、接点部材としてのブロック接点13および接点ばね14の、加熱回転体としてのフィルム1に対する押圧力が低下せず、接点抵抗が上昇しない作用効果があることが確認された。さらに本実施例では、離間状態において押圧力が上昇することを防ぐことができるため、定着装置を離間状態で長期間保管する場合に、フィルム1へ過度なストレスが加わることを防止することが期待できる。そのため、耐久性の観点から、本実施例は実施例1よりも優れている。
本実施例と同様の作用効果を得るためには、定着装置の離間動作によって加熱回転体と接点部材が連動して動く構成であればよい。
また、本実施例のように接点保持部材と加熱回転体を保持する部材が同一の部材で構成されている場合には、離間動作によって接点部材と加熱回転体が連動して動くことが可能になる。
(定着装置の説明)
実施例2の変形例について、図13、図14を用いて説明する。図13は定着装置の正面模式図である。図13は長手の端部付近を詳細に描いており、長手中央部は省略している。図14は、定着装置の長手端部付近での断面模式図である。本変形例では、フランジ5が2部材に分割されている。フィルムを保持する役目のフランジ5aとブロック接点13および接点ばね14で構成される接点部材を保持する部材としてのフランジ5bである。フランジ5a、5bは固定ねじ15によって固定されている。 その他の構成は実施例2と同様である。
離間動作時には、フィルム1、フランジ5a、フランジ5b、接点ばね14、ブロック接点13が連動して動くため、実施例2と同様、ブロック接点13および接点ばねとフィルム1の相対位置関係は変化しない。 その他の動作については実施例2と同様である。
実施例2と同様の作用効果が得られる。
本変形例ではフィルム保持部材および接点保持部材としてのフランジ5が2部材に分割されている場合を説明したが、それぞれの部材が固定されている限り、いくつの部材に分割されていても同様の作用効果が得られる。
(定着装置の説明)
実施例3における定着装置の構成について図15〜17を用いて説明する。
図15は定着装置の正面模式図である。図15は長手の端部付近を詳細に描いており、長手中央部は省略している。図16は、定着装置の長手端部付近での断面模式図である。図17は接点部材付近を詳細に描いた模式図である。
16はフィルム1へ給電するための回転部材である。回転部材16は回転部材軸受17を介して、フランジ5に回転可能に保持され、フィルム1の回転に従動して回転する。14は回転部材16をフィルム1へ押圧するための接点ばねである。接点ばね14は回転部材軸受17、回転部材16を介してフィルム1を押圧する。回転部材軸受17はフランジ5のZ軸方向に対して自由度を有している。そのため、接点ばね14のたわみ量に応じて、回転部材軸受17は回転部材16と共に上下に移動することができる。また、回転部材16の回転軸はフィルム1の回転軸と平行である。
本実施例では、回転部材16、回転部材軸受17、接点ばね14が合わせて接点部材として機能し、接点保持部材としてのフランジ5に保持される。
図15、図16に示す定着装置の圧接状態での、回転部材16とフィルム1間の接触抵抗は両側合わせて0.30Ωであった。
18は導電性の給電板ばねであり、所定の押圧力で回転部材16に当接される。給電板ばね18は導線11で電源12に接続されている。電源12で発生した電流は導線11、給電板ばね18、回転部材16を通って、フィルム1へ供給される。
その他の構成については実施例1と同様である。
離間動作時には、フィルム1、フランジ5、接点ばね14、回転部材軸受17、回転部材16が連動して動くため、接点部材としての回転部材16、回転部材軸受17、接点ばね14と、加熱回転体としてのフィルム1の相対位置関係は変化しない。
その他の動作については実施例2と同様である。
図17に示した接点ばね14と接点保持部材であるフランジ5が接する支点A点と、回転部材16とフィルム1との接点B点との距離Lは、定着装置の離間状態時も、圧接状態時と変わらず、L=L’が成立する。このとき、定着装置の離間状態でのブロック接点13とフィルム1の接触面での接触抵抗は両端合わせて約0.30Ωであり、圧接状態時と変わらなかった。
以上のことから、本実施例においても実施例1、2と同様、接点部材としての回転部材16、回転部材軸受17、接点ばね14の、加熱回転体としてのフィルム1に対する押圧力が低下せず、接点抵抗が上昇しない作用効果があることが確認された。さらに本実施例では、回転部材16がフィルム1に対して従動回転(回転接触)するため、フィルム1と接点部材の摺擦による摩耗を低減する効果が期待できる。このことから、離間状態で長期間保管される際のフィルム1のダメージと、圧接状態時のフィルム1の摩耗の両方を抑制する効果が期待できる。よって、耐久性の観点ではその他の実施例より優れている。
(定着装置の説明)
実施例4における定着装置の構成について図18、図19を用いて説明する。
図18は定着装置の正面模式図である。図18は長手の端部付近を詳細に描いており、長手中央部は省略している。図19は、定着装置の長手端部付近での断面模式図である。
本実施例では、ブロック接点13をフィルム1の内面に配置し、フィルム1の内面から給電を行う。補強ステー4、フランジ5の一部分にブロック接点13が貫通するための穴を設けており、ブロック接点はその穴を通ってフィルム1と接する。また、補強ステー4の穴には絶縁部材20を配置させ、ブロック接点13と補強ステー4間の絶縁を確保している。ブロック接点13を内周側からフィルム1へ押圧するための接点ばね14は、フランジ5から突き出た凸部分にばね座面が接している。また、フィルム1の変形を防止する目的で、ブロック接点13のフィルム1を挟んだ対向に対向部材19を設けている。対向部材19はブロック接点13の押圧力をフィルム1に確実に伝え、給電を安定させる役目を担う。対向部材19とフランジ5は固定ねじ15によって固定されている。
本実施例では、ブロック接点13および接点ばね14が接点部材としての役割を果たす。
また、本実施例においても、フランジ5が接点保持部材としての役割を果たす。そして、定着装置の圧接状態でのブロック接点13とフィルム1の接触面での接触抵抗は両端合わせて約0.30Ωであった。
その他の構成については実施例2と同様である。
離間動作時には、フィルム1、フランジ5、ブロック接点13、接点ばね14が連動して動くため、接点部材としてのブロック接点13および接点ばね14と、フィルム1の相対位置関係は変化しない。また、対向部材19もフランジ5と連動して動くため、フィルム1、ブロック接点13、対向部材19の相対的な位置関係は変化しない。
その他の動作については実施例2と同様である。
実施例2と同様、接点ばね14とフランジ5が接する支点A点と、ブロック接点13とフィルム1との接点B点との距離Lは、定着装置の離間状態時も、圧接状態時とかわらず
、L=L’が成立する。また、対向部材19がフィルム1、フランジ5、ブロック接点13、接点ばね14と連動して動くため、定着装置の圧接、離間動作によって、フィルム1、ブロック接点13、対向部材19の位置関係が変化しない。そのためブロック接点13と対向部材19がフィルム1を挟む押圧力が変化しない。このとき、ブロック接点13とフィルム1の接触面での接触抵抗は両端合わせて約0.30Ωであり、圧接状態時と変わらなかった。
以上のことから、フィルム1の内面から給電を行う構成でも実施例1〜3と同様、接点部材としてのブロック接点13および接点ばね14の、加熱回転体としてのフィルム1に対する押圧力が低下せず、接点抵抗が上昇しない作用効果があることが確認された。
Claims (10)
- 通電によって発熱する回転可能な加熱回転体と、該加熱回転体とニップ部を形成する加圧回転体とを有し、
前記ニップ部を搬送することにより記録媒体に現像剤像を定着させる定着装置であって、
前記加熱回転体に接触して給電する接点部材と、
前記接点部材を保持するとともに、前記加熱回転体との間で、前記接点部材の少なくとも一部を弾性変形させることにより、該接点部材を該加熱回転体に対して押圧する接点保持部材と
前記加圧回転体に対する前記加熱回転体の相対位置を変位させる変位機構と、
を備え、
前記接点保持部材が前記接点部材を保持する支点と、該接点部材が該加熱回転体に接する接点との間隔は、前記加熱回転体と前記加圧回転体が第1の接触面積で当接している場合に第1の間隔となり、前記加熱回転体と前記加圧回転体が前記第1の接触面積よりも小さい第2の接触面積で当接している場合、又は前記加熱回転体と前記加圧回転体が離間している場合に前記第1の間隔より小さい第2の間隔となることを特徴とする定着装置。 - 前記接点保持部材は、前記変位機構によって前記加圧回転体と連動し、前記加熱回転体が前記変位機構によって変位する側から、前記接点部材を該加熱回転体に対して押圧することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記接点保持部材は、前記加圧回転体を支持する部材に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の定着装置。
- 前記加熱回転体は円筒状をなし、
前記接点保持部材は、前記加熱回転体の外周側から前記接点部材を該加熱回転体に対して押圧することを特徴とする請求項3に記載の定着装置。 - 前記接点部材は、弾性を有する部材からなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記接点部材は、板ばねからなることを特徴とする請求項5に記載の定着装置。
- 前記接点部材は、コイルばねを含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記接点部材は、前記加熱回転体に摺動接触するブロック接点を含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項又は請求項7に記載の定着装置。
- 前記接点部材は、前記加熱回転体に回転接触する部材を含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項又は請求項7に記載の定着装置。
- 前記記録媒体に現像剤像を形成する画像形成部と、
請求項1ないし9のいずれか1項に記載された定着装置と、
を備え、
前記画像形成部において記録媒体の上に形成された現像剤像を、前記定着装置において定着させることを特徴とする画像形成装置。
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