KR101603021B1 - 화상 가열 장치 - Google Patents

Abstract

정착 롤러(101)를 외부로부터 가열하는 외부 가열 벨트(105)가 지지 롤러(103, 104)의 축선 방향으로의 치우침 이동을 보정하는 것이 가능한 정착 장치를 제공한다. 회전축(209)을 회동 중심으로 하여, 외부 가열 벨트(105)가 정착 롤러(101)의 모선 방향에 대하여 교차할 수 있도록 구성한다. 또한, 이 회동축(209)을 정착 롤러(101)의 회전 방향 상류측으로 오프셋한 위치에 배치한다.

Description

화상 가열 장치{IMAGE HEATING DEVICE}

본 발명은, 시트 상의 토너상을 가열하는 화상 가열 장치에 관한 것이다. 이 화상 가열 장치는, 예를 들면 전자 사진 방식이나 정전 기록 방식을 채용한, 프린터, 복사기, 팩시밀리 및 이들 기능을 복수 구비한 복합기 등의 화상 형성 장치에 있어서 사용될 수 있다.

종래, 다양한 화상 형성 장치가 알려져 있지만, 전자 사진 방식의 화상 형성 장치가 일반적으로 보급되고 있다. 이와 같은 화상 형성 장치에는, 후지(두꺼운 종이) 등의 다양한 시트(기록재)에서의 높은 생산성(단위 시간당 프린트 매수)이 요구되고 있다.

그런데, 상기와 같은 전자 사진 방식의 화상 형성 장치에 있어서는, 특히 평량이 큰 후지에서의 생산성을 향상시키기 위해서, 정착 장치(화상 가열 장치)의 정착 스피드를 고속화하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 후지의 경우, 박지(얇은 종이)에 비해, 통지(通紙)에 수반하여 정착 장치로부터 많은 열을 빼앗게 되기 때문에, 정착에 필요로 하는 열량이, 박지의 경우에 비해 많아진다. 그 때문에, 후지의 경우에는, 생산성을 저하(정착 스피드를 느리게 하거나, 단위 시간당 프린트 매수를 감소)시킴으로써 대처하는 방법이 알려져 있다.

이와 같은 후지에 대한 생산성을 저하시키지 않고 대처하는 방법으로서, 정착 롤러(가열 회전체)의 외면에 접촉하여 정착 롤러의 외면 온도를 목표 온도로 유지시키는 외부 가열 방식이 고안되어 있다. 이와 같은 외부 가열 방식으로서, 정착 롤러와의 접촉 면적을 대폭 증가시켜 정착 롤러의 온도 유지 성능을 향상시키기 위해서, 2개의 지지 롤러에 의해 회전 가능하게 걸쳐진 외부 가열 벨트(엔드리스 벨트)를 사용하는 것이 제안되어 있다(일본 특허 공개 제2007-212896호 공보 참조).

그러나, 2개의 지지 롤러끼리의 평행도를 고정밀도로 조립하거나 유지하는 것은 현실적으로는 곤란하며, 그 결과, 2개의 지지 롤러끼리의 평행도가 확보되지 않으면, 외부 가열 벨트가 그 폭 방향으로 치우쳐 버려, 외부 가열 벨트의 주행 안정성이 악화되어 버릴 우려가 있다.

따라서, 이와 같은 우려에 대하여, 한쪽 지지 롤러를 다른 쪽 지지 롤러에 대하여 기울어지게 함으로써 외부 가열 벨트의 치우침을 제어하는 방법을 생각할 수 있지만, 정착 롤러를 가열하는 기능을 담당하고 있는 외부 가열 벨트의 경우, 이 방법을 채용하는 것은 곤란하다.

왜냐하면, 이 방법의 경우, 한쪽 지지 롤러의 축선 방향 일단부측을 타단부측에 대하여 변위시키는 구성으로 되지만, 이 한쪽 지지 롤러의 변위에 의해 외부 가열 벨트의 접촉해야 할 영역의 일부가 정착 롤러로부터 이격되어 버릴 우려가 있기 때문이다. 그 결과, 정착 롤러를 가열하는 외부 가열 벨트의 기능이 손상되어버려, 정착 불량을 초래해 버린다.

본 발명의 목적은, 가열 회전체를 외부로부터 가열하는 엔드리스 벨트의 주행 안정성을 향상시킬 수 있는 화상 가열 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 시트 상의 토너 화상을 가열하는 가열 회전체와, 상기 가열 회전체의 외면에 접촉하여 가열하는 엔드리스 벨트와, 상기 엔드리스 벨트를 회전 가능하게 지지함과 함께 상기 엔드리스 벨트가 상기 가열 회전체에 접촉하도록 상기 엔드리스 벨트를 상기 가열 회전체에 압박하는 것이 가능한 지지 롤러를 구비한 벨트 유닛과, 상기 엔드리스 벨트가 상기 가열 회전체에 접촉하고 있을 때의 상기 지지 롤러의 축선 방향이 상기 가열 회전체의 모선 방향에 대하여 교차하는 것이 가능하게 되도록, 상기 벨트 유닛을 유지하는 유지기를 갖는 화상 가열 장치를 제공한다.

본 발명은 시트 상의 토너 화상을 가열하는 가열 회전체와, 상기 가열 회전체의 외면에 접촉하여 가열하는 엔드리스 벨트와, 상기 엔드리스 벨트를 회전 가능하게 지지함과 함께 상기 엔드리스 벨트가 상기 가열 회전체에 접촉하도록 상기 엔드리스 벨트를 상기 가열 회전체에 압박하는 것이 가능한 지지 롤러를 구비한 벨트 유닛과, 상기 엔드리스 벨트가 상기 가열 회전체에 접촉하고 있을 때의 상기 지지 롤러의 축선 방향이 상기 가열 회전체의 모선 방향에 대하여 교차하는 방향으로, 상기 벨트 유닛을 요동 가능하게 유지하는 유지기를 갖는 화상 가열 장치를 제공한다.

본 발명은 시트 상의 토너 화상을 가열하는 가열 회전체와, 상기 가열 회전체의 외면에 접촉하여 가열하는 엔드리스 벨트와, 상기 엔드리스 벨트를 회전 가능하게 지지함과 함께 상기 엔드리스 벨트가 상기 가열 회전체에 접촉하도록 상기 엔드리스 벨트를 상기 가열 회전체에 압박하는 것이 가능한 2개의 지지 롤러를 구비한 벨트 유닛과, 상기 2개의 롤러가 상기 엔드리스 벨트를 통하여 상기 가열 회전체에 압접된 상태를 유지한 채로, 상기 2개의 지지 롤러의 축선 방향이 상기 가열 회전체의 모선 방향에 대하여 교차하는 방향으로, 상기 벨트 유닛을 요동 가능하게 유지하는 유지기를 갖는 화상 가열 장치를 제공한다.

본 발명은 시트 상의 토너 화상을 가열하는 가열 회전체와, 상기 가열 회전체의 외면에 접촉하여 가열하는 엔드리스 벨트와, 상기 엔드리스 벨트를 회전 가능하게 지지함과 함께 상기 엔드리스 벨트가 상기 가열 회전체에 접촉하도록 상기 엔드리스 벨트를 상기 가열 회전체에 압박하는 것이 가능한 2개의 지지 롤러를 구비한 벨트 유닛과, 상기 엔드리스 벨트에 대하여 상기 가열 회전체와는 반대측에 설치되며, 상기 2개의 롤러의 사이에 위치하는 상기 엔드리스 벨트의 면의 법선 방향에 실질적으로 평행한 요동축과, 상기 요동축을 중심으로 상기 벨트 유닛을 요동 가능하게 유지하는 유지기를 갖는 화상 가열 장치를 제공한다.

도 1은 제1 실시예에 있어서의 화상 형성 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 정착 장치의 주요부의 일부 절결 정면 모식도이다.
도 3은 도 2의 (3)-(3)선을 따르는 확대 우측면도이다.
도 4는 외부 가열 벨트 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 5는 상기 어셈블리의 가압-가압 해제 기구의 사시도이다.
도 6은 상기 어셈블리의 일부 절결 평면 모식도이다.
도 7은 정착 장치의 제어 계통의 블록도이다.
도 8은 중간 프레임이 정착 롤러에 대하여 기울어져 있을 때, 외부 가열 벨트에 작용하는 힘의 관계를 설명한 도면이다.
도 9는 제1 실시예에 있어서, 회동축이 접촉면 상류측에 배치되었을 때를 설명한 도면이다.
도 10은 회동축이 접촉면 중심에 배치되었을 때를 설명한 도면이다.
도 11은 회동축이 접촉면 하류측에 배치되었을 때를 설명한 도면이다.
도 12는 제2 실시예에 있어서, 하류측 벨트 규제 부재에 외부 가열 벨트가 접촉한 상태에서의 개략 구성도이다.
도 13은 상류측 벨트 규제 부재에 외부 가열 벨트가 접촉한 상태에서의 개략 구성도이다.

이하, 본 발명에 관한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이들 실시예는, 본 발명에 있어서의 최선의 실시 형태의 일례이기는 하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상의 범위 내에 있어서 각종 구성을 변경 가능하다.

[제1 실시예]

(1) 화상 형성 장치

도 1은 본 발명에 관한 화상 가열 장치로서 기능하는 정착 장치(9)를 구비한 화상 형성 장치(50)의 일례를 도시하는 개략 구성도이다. 이 장치(50)는 중간 전사 방식이며 인라인 방식의 전자 사진 컬러 레이저빔 프린터이다. 퍼스널 컴퓨터 등의 호스트 장치(70)로부터 제어 회로부(60)에 입력하는 화상 신호에 기초하여 기록재 P에 풀컬러 화상을 형성할 수 있다.

장치(50) 내에는 제1, 제2, 제3, 제4 화상 형성부 Pa, Pb, Pc, Pd가 병설되고, 병행 처리에 의해 각각 상이한 색의 토너상을 전자 사진 프로세스에 의해 형성한다. 화상 형성부 Pa, Pb, Pc, Pd는, 각각 전용의 상 담지체, 본 예에서는 회전 구동되는 전자 사진 감광 드럼(3a, 3b, 3c, 3d)을 구비하고, 각 드럼(3a, 3b, 3c, 3d) 상에 각각 상이한 색의 토너상이 형성된다.

각 드럼(3a, 3b, 3c, 3d)에 인접하여 중간 전사체로서의 순환 이동하는 중간 전사 벨트(130)가 설치되고, 드럼(3a, 3b, 3c, 3d) 상에 형성된 각 색의 토너상이 벨트(130) 상에 순차적으로 중첩되어 1차 전사된다. 그리고, 그 벨트 상의 토너상이 2차 전사 롤러(11)에 의해 기록재 P 상에 2차 전사된다. 토너상이 전사된 기록재 P는, 정착 장치(9)에 있어서 가열 및 가압에 의해 토너상의 정착을 받아, 기록 화상 형성물로서 장치 밖의 트레이(6)에 배출된다.

드럼(3a, 3b, 3c, 3d)의 외주에는, 각각 드럼 대전기(2a, 2b, 2c, 2d), 현상기(1a, 1b, 1c, 1d), 1차 전사 대전기(24a, 24b, 24c, 24d) 및 클리너(4a, 4b, 4c, 4d)가 설치되어 있다. 장치 내의 상방부에는 레이저 스캐너(5a, 5b, 5c, 5d)가 설치되어 있다.

드럼(3a, 3b, 3c, 3d)은 대전기(2a, 2b, 2c, 2d)에 의해 균일하게 대전 처리된다. 그리고, 레이저 스캐너(5a, 5b, 5c, 5d)로부터 발해진 레이저광을 폴리곤 미러를 회전하여 주사하고, 그 주사광의 광속을 반사 미러에 의해 편향하고, fθ 렌즈에 의해 드럼(3a, 3b, 3c, 3d)의 모선 상에 집광하여 노광(La, Lb, Lc, Ld)한다. 이에 의해, 드럼(3a, 3b, 3c, 3d) 상에 화상 신호에 따른 잠상이 형성된다.

본 실시예에 있어서, 현상기(1a, 1b, 1c, 1d)에는, 현상제로서 각각 시안, 마젠타, 옐로우 및 블랙의 토너가, 도시하지 않은 공급 장치에 의해 소정량 충전되어 있다. 현상기(1a, 1b, 1c, 1d)는, 각각 드럼(3a, 3b, 3c, 3d) 상의 잠상을 현상하여, 시안 토너 화상, 마젠타 토너 화상, 옐로우 토너 화상 및 블랙 토너 화상으로서 가시화한다.

벨트(130)는 화살 표시 방향으로 드럼(3)과 동일한 주연 속도로써 회전 구동되고 있다. 드럼(3a) 상에 형성 담지된 제1 색의 옐로우 토너 화상은, 드럼(3a)과 벨트(130)의 접촉부(1차 전사 닙부)를 통과한다. 그 통과 과정에서, 1차 전사 대전기(24a)로부터 벨트(130)에 인가되는 1차 전사 바이어스에 의해 형성되는 전계와 압력에 의해, 벨트(130)의 외주면에 1차 전사되어 간다.

이하, 마찬가지로 제2 색의 마젠타 토너 화상, 제3 색의 시안 토너 화상, 제4 색의 블랙 토너 화상이 순차적으로 벨트(130) 상에 중첩 전사되어, 장치(50)에 입력한 컬러 화상 정보에 대응한 합성 컬러 토너 화상이 형성된다.

1차 전사가 종료된 드럼(3a, 3b, 3c, 3d)은, 각각의 클리너(4a, 4b, 4c, 4d)에 의해 전사 잔류 토너가 클리닝, 제거되고, 계속해서 다음 잠상의 형성에 대비한다. 벨트(130) 상에 잔류한 토너 및 그 밖의 이물은, 웹 클리너(20)의 클리닝 웹(부직포)(21)을 벨트(130)의 표면에 접촉하여, 닦아내도록 하고 있다.

2차 전사 롤러(11)는, 벨트(130)를 걸쳐 감아 설치한 3개의 롤러(13ㆍ14ㆍ15) 중 롤러(14)에 대하여 벨트(130)를 사이에 끼워 압접시킴으로써, 벨트(130)와의 사이에 2차 전사 닙부를 형성하고 있다. 롤러(11)에는, 2차 전사 바이어스원에 의해 소정의 2차 전사 바이어스가 인가되고 있다.

벨트(130) 상에 중첩 전사된 합성 컬러 토너 화상의 기록재(시트) P에의 전사는 2차 전사 닙부에서 이루어진다. 즉, 기록재 P가 급지 카세트(10)로부터 레지스트 롤러(12), 전사 전 가이드를 통과하여 2차 전사 닙부에 소정의 타이밍에 급송되어, 닙부에 의해 끼움 지지 반송된다. 동시에 롤러(11)에 2차 전사 바이어스가 바이어스 전원으로부터 인가된다. 이 2차 전사 바이어스에 의해 벨트(130)로부터 기록재 P에 합성 컬러 토너 화상이 전사된다. 닙부를 통과하여 토너 화상의 전사를 받은 기록재 P는 벨트(130)로부터 분리되어 정착 장치(9)에 도입되고, 열과 압력을 받아 미정착 화상이 고착상으로서 정착된다.

편면 카피 모드의 경우에는, 정착 장치(9)를 나온 기록재 P는 플래퍼(16)의 상측의 시트 패스를 통하여 장치 밖의 배지 트레이(6)에 배출된다.

양면 카피 모드가 선택되어 있는 경우에는, 정착 장치(9)를 나온 제1 면측 화상 형성이 완료된 기록재 P가 플래퍼(16)에 의해 재순환 반송 기구측의 시트 패스(17)측에 도입된다. 또한 스위치백 시트 패스(18) 내에 들어가고, 계속해서 상기 시트 패스(18)로부터 인출 반송되어 재반송 시트 패스(19)로 유도된다. 그리고, 상기 시트 패스(19)로부터 레지스트 롤러(12), 전사 전 가이드를 통과하여 2차 전사 닙부에 표리 반전 상태로 소정의 타이밍에 재도입된다.

이에 의해, 기록재 P의 제2 면측에 대하여, 벨트(130) 상의 토너 화상의 2차 전사가 이루어진다. 2차 전사 닙부에서 제2 면에 대한 토너 화상의 2차 전사를 받은 기록재 P는 벨트(130)로부터 분리되어 정착 장치(9)에 재도입되고, 토너 화상의 정착 처리를 받아 양면 카피로서 장치 밖의 배지 트레이(6)에 배출된다.

모노크롬 등 모노 컬러 모드는 지정된 색의 화상 형성부가 화상 형성 동작함으로써 이루어진다. 다른 화상 형성부는 드럼의 회전은 이루어지지만 화상 형성 동작은 이루어지지 않는다.

(2) 정착 장치

도 2는 화상 가열 장치로서 기능하는 정착 장치(9)의 주요부의 일부 절결 정면 모식도, 도 3은 도 2의 (3)-(3)선을 따르는 확대 우측면도이다. 도 4는 벨트 유닛(벨트 반송 장치)으로서 기능하는 외부 가열 벨트 어셈블리의 분해 사시도, 도 5는 상기 어셈블리의 가압-가압 해제 기구의 사시도이다. 도 6은 외부 가열 벨트 어셈블리의 일부 절결 평면 모식도, 도 7은 정착 장치의 제어 계통의 블록도이다.

이하의 설명에 있어서, 정착 장치(9) 또는 이것을 구성하고 있는 부재의 길이 방향(폭 방향)은, 회전체의 축선 방향(스러스트 방향), 또는 정착 장치에 의한 기록재 반송 방향에 직교하는 방향에, 실질적으로 평행한 방향이다. 또한, 폭 방향이란 기록재 반송 방향에 실질적으로 평행한 방향이다. 또한, 정착 장치(9)에 관하여, 정면(전방측)이란 장치를 기록재 입구측으로부터 본 면(또는 그쪽), 후방면(후방측)이란 그 반대측 면(또는 그쪽 : 기록재 출구측), 좌우란 장치를 정면으로부터 보아 좌측 또는 우측이다.

상 또는 하란 중력 방향에 있어서 위 또는 아래이다. 상류측과 하류측이란 정착 장치에 있어서의 기록재 반송 방향에 관하여 혹은 가열 회전체로서 기능하는 정착 롤러의 이동 방향에 관하여 상류측과 하류측이다.

정착 장치(9)는, 기록재(시트) P에 형성된 미정착 토너 화상 K를 닙부 N에 있어서 가열하는 회전 가능한 가열 회전체(가열 롤러, 화상 가열 부재)로서 기능하는 정착 롤러(101)를 구비하고 있다. 또한, 정착 롤러(101)와의 사이에서 기록재를 끼움 지지 반송하기 위한 닙부 N을 형성하는 가압 회전체(닙 형성 부재)로서 기능하는 가압 롤러(102)를 구비하고 있다. 또한, 정착 롤러(101)를 외부로부터 가열하는 벨트 유닛(벨트 반송 장치)으로서 기능하는 외부 가열 벨트 어셈블리(110)(이하, 어셈블리(110)라 칭함)를 구비하고 있다.

즉, 정착 장치(9)는, 미정착 토너 화상 K를 담지한 기록재 P를 닙부 N에 의해 끼움 지지 반송하면서 가열 가압함으로써, 토너 화상을 기록재에 정착시키는 기능을 담당하고 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 정착 장치(9)에 대한 대소 각종 폭 크기의 기록재의 도입은 기록재의 폭 방향 중심 위치를 기준으로 하여 중앙 기준 반송에 의해 이루어진다.

1) 정착 롤러(101)

정착 롤러(101)는 정착 장치 프레임체의 좌우의 본체측판(202Lㆍ202R) 사이에 좌우의 축부(101a)가 각각 베어링 부재(220)를 통하여 회전 가능하게 지지되어 배치되어 있다. 정착 롤러(101)는 소정의 외경과 두께로 한 중공 코어 금속(금속 파이프)의 외주면을 토너 이형층, 혹은 탄성층과 토너 이형층으로 순차적으로 피복한 것이다. 중공 코어 금속의 내부에는 발열체(내부 가열원)로서 할로겐 히터(111)가 배치되어 있다.

정착 롤러(101)의 우측 축부(101a)에는 드라이브 기어 G가 고착되어 배치되어 있다. 기어 G에는 제어 회로부(제어 수단, 컨트롤러)(60)에 의해 제어되는 구동원 M1로부터 구동력이 전달된다. 이에 의해, 정착 롤러(101)가 도 3에 있어서 화살표 A의 시계 방향으로 소정의 속도로 회전 구동된다.

또한, 할로겐 히터(111)에는 제어 회로부(60)에 의해 제어되는 전원부(111a)로부터 도시하지 않은 급전 계통을 통하여 전력이 공급된다. 이에 의해, 히터(111)가 발열하여 정착 롤러(101)가 내부로부터 가열된다. 정착 롤러(101)의 길이 방향 중앙부의 외면에는 온도 검지 수단(온도 센서)으로서 기능하는 서미스터(121)를 탄성 지지 부재(도시 생략)에 의해 탄성적으로 접촉시키고 있다. 이 서미스터(121)에 의해 정착 롤러(101)의 외면 온도가 검지되고, 그 검지 온도 정보가 제어 회로부(60)에 피드백된다.

제어 회로부(60)는 서미스터(121)로부터 입력되는 검지 온도(외면 온도에 관한 정보)가 소정의 목표 온도(정착 온도 : 소정의 온도에 대응하는 정보)로 유지되도록 전원부(111a)로부터 히터(111)에 공급해야 할 전력을 제어하고 있다. 즉, 히터(111)를 ON/OFF함으로써, 정착 롤러(101)의 표면 온도가 소정의 목표 온도로 제어(온도 조절)된다.

2) 가압 롤러(102)

가압 롤러(102)는 정착 롤러(101)의 하측에 있어서 정착 롤러(101)에 평행하게 배열되어 있고, 본체측판(202Lㆍ202R) 사이에 좌우의 축부(102a)가 각각 베어링 부재(221)를 통하여 회전 가능하게 지지되어 배치되어 있다. 가압 롤러(102)는 소정의 외경과 두께로 한 중공 코어 금속(금속 파이프)의 외주면을 토너 이형층, 혹은 탄성층과 토너 이형층으로 순차적으로 피복한 것이다. 중공 코어 금속의 내부에는 발열체로서 할로겐 히터(112)가 배치되어 있다.

좌우의 베어링 부재(221)는 각각 본체측판(202Lㆍ202R)에 대하여 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하고, 가압 수단으로서의 가압 스프링(가압 부재)(222)의 압축 반력에 의해 상방으로 밀어올림 가압되어 있다. 이에 의해, 가압 롤러(102)의 상면이 정착 롤러(101)의 하면에 소정의 가압력으로 눌러짐으로써, 정착 롤러(101)와 가압 롤러(102) 사이에 기록재 반송 방향에 있어서 소정 폭의 정착 닙부 N이 형성된다. 이 가압 롤러(102)는 정착 롤러(101)의 회전에 수반하여 화살표의 반시계 방향 B로 종동 회전한다.

할로겐 히터(112)에는 제어 회로부(60)에 의해 제어되는 전원부(112a)로부터 도시하지 않은 급전 계통을 통하여 전력이 공급된다. 이에 의해, 히터(112)가 발열하여 가압 롤러(102)가 내부로부터 가열된다. 가압 롤러(102)의 길이 방향 중앙부의 외면에는 온도 검지 수단(온도 센서)으로서 기능하는 서미스터(122)를 탄성 지지 부재(도시 생략)에 의해 탄성적으로 접촉시키고 있다. 이 서미스터(122)에 의해 가압 롤러(102)의 표면 온도가 검지되고, 그 검지 온도 정보가 제어 회로부(60)에 피드백된다.

제어 회로부(60)는 서미스터(122)로부터 입력되는 검지 온도가 소정의 목표 온도로 유지되도록 전원부(112a)로부터 히터(112)에 대한 공급 전력을 제어하고 있다. 즉, 히터(112)를 ON/OFF함으로써, 가압 롤러(102)의 표면 온도가 소정의 목표 온도로 제어된다.

본 예에서는, 화상 형성 장치의 주전원 투입(메인 스위치를 온으로 함)에 수반하여, 정착 장치의 웜 업 처리가 개시된다. 그때, 웜 업 처리에서는 화상 형성(정착 처리(화상 가열 처리))을 개시 가능한 스탠바이 상태로 하기 위해서, 정착 롤러(101)와 가압 롤러(102)는, 각각의 히터에 의해, 각각의 목표 온도로 상승된다. 또한, 이때, 후술하는 외부 가열 벨트도 내장된 히터에 의해 목표 온도로 상승된다. 이때, 외부 가열 벨트는 정착 롤러로부터 이격된 상태에 있다.

그리고, 프린트 명령(화상 형성 개시 신호)이 입력되면, 제어 회로부(60)는, 화상 형성 장치의 각종 기기를 제어하여, 기록재에의 토너상 형성이 행해진다. 그 후, 기록재가 닙부 N에 진입하는 타이밍에 맞추어 외부 가열 벨트를 정착 롤러에 접촉시킨다. 그 결과, 외부 가열 벨트는, 정착 롤러에 의해 종동 회전하면서, 정착 롤러를 외부로부터 가열한다. 그리고, 정착 닙부 N에 화상 형성부측으로부터 미정착 토너 화상 K를 담지한 기록재 P가 도입되면, 닙부 N에 있어서 열과 압력을 받아 미정착 토너 화상 K가 고착상으로서 기록재 P에 정착된다.

화상 형성(정착 처리)이 종료되면, 외부 가열 벨트는 정착 롤러로부터 이격되고, 외부 가열 벨트, 정착 롤러, 가압 롤러는, 각각 스탠바이 상태로 된다. 스탠바이 상태에서는, 외부 가열 벨트, 정착 롤러, 가압 롤러의 온도가 각각의 스탠바이 온도를 유지하도록, 제어 회로부(60)에 의해 각각의 히터가 제어된다. 도 3에 있어서, D는 기록재 P의 반송 방향이다.

3) 외부 가열 벨트 어셈블리(110)

도 3에 도시한 바와 같이, 벨트 유닛(벨트 반송 장치)으로서 기능하는 외부 가열 벨트 어셈블리(110)는 정착 롤러(101)를 개재하여 가압 롤러(102)와 대향하는 상면측의 위치에 배치되어 있으며, 정착 롤러(101)를 외부로부터 가열하는 외부 가열 수단이다.

어셈블리(110)는, 정착 롤러(101)를 외부로부터 가열하는 외부 가열 부재로서 기능하는 외부 가열 벨트(105)(이하, 벨트(105)라 칭함)를 구비하고 있고, 벨트(105)는 가요성을 갖는 엔드리스 벨트이다. 본 실시예에서는, 벨트(105)는, 스테인리스나 니켈 등의 금속제의 가요성 기재 상에, 토너 부착을 방지하기 위한 내열성 저미끄럼 이동층으로서 불소계 수지를 피복한 것이다.

또한, 어셈블리(110)는, 소정의 간격을 두고 배치된 복수의 지지 롤러, 즉, 제1 지지 롤러(103)와 제2 지지 롤러(104)의 2개의 지지 롤러를 구비하고 있고, 이들 지지 롤러에 의해 벨트(105)는 소정의 장력으로 되도록 걸쳐져 있다. 또한, 지지 롤러(103, 104)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 정착 롤러(101)의 회전 방향을 따라서 이 순서로 병치되어 있다. 즉, 지지 롤러(104)는 정착 롤러(101)의 회전 방향에 있어서 지지 롤러(103)보다도 하류측에 위치하고 있다.

지지 롤러(103) 및 지지 롤러(104)는, 각각, 소정의 외경과 두께로 한 중공의 금속 파이프이며, 내부에는 발열체로서 할로겐 히터(114, 115)가 배치되어 있다. 할로겐 히터(114, 115)에는, 각각, 제어 회로부(60)에 의해 제어되는 전원부(114a, 115a)로부터 도시하지 않은 급전 계통을 통하여 전력이 공급된다. 이에 의해, 히터(114, 115)가 발열하여 지지 롤러(103) 및 지지 롤러(104)가 내부로부터 가열된다. 이와 같이 지지 롤러(103) 및 지지 롤러(104)가 가열되고, 정착 롤러(101)의 회전에 종동하여 회전하는 벨트(105)가, 지지 롤러(103) 및 지지 롤러(104)에 의해 전체 둘레에 걸쳐 가열된다.

지지 롤러(103)와 벨트(105)의 접촉 영역(롤러(103)의 벨트 걸침 부분) D1(도 3)에 있어서, 벨트(105)의 폭 방향 중앙부의 외면에 온도 검지 수단(온도 센서)으로서의 서미스터(123)가 탄성 지지 부재(도시 생략)에 의해 탄성적으로 접촉되어 있다. 이 서미스터(123)에 의해 벨트(105)의 표면 온도가 검지되고, 그 검지 온도 정보가 제어 회로부(60)에 피드백된다.

제어 회로부(60)는 서미스터(123)로부터 입력되는 검지 온도가 소정의 목표 온도로 유지되도록 전원부(114a)로부터 히터(114)에 대한 공급 전력을 제어하고 있다. 즉, 히터(114)를 ON/OFF함으로써, 벨트(105)의 표면 온도가 소정의 목표 온도로 제어된다.

지지 롤러(104)와 벨트(105)의 접촉 영역(롤러(104)의 벨트 걸침 부분) D2(도 3)에 있어서, 벨트(105)의 폭 방향 중앙부의 외면에는 온도 검지 수단(온도 센서)으로서의 서미스터(124)가 탄성 지지 부재(도시 생략)에 의해 탄성적으로 접촉되어 있다. 이 서미스터(124)에 의해 벨트(105)의 표면 온도가 검지되고, 그 검지 온도 정보가 제어 회로부(60)에 피드백된다.

제어 회로부(60)는 서미스터(124)로부터 입력되는 검지 온도가 소정의 목표 온도로 유지되도록 전원부(115a)로부터 히터(115)에 대한 공급 전력을 제어하고 있다. 즉, 히터(115)를 ON/OFF함으로써, 벨트(105)의 표면 온도가 소정의 목표 온도로 제어된다.

본 예에서는, 벨트(105)의 목표 온도(지지 롤러(103, 104)의 목표 온도)는 정착 롤러(101)의 목표 온도보다도 높게 설정되어 있다. 그 때문에, 정착 롤러(101)의 표면 온도가 닙부 N에 있어서 기록재 P와의 접촉에 의해 강하되었다고 해도, 리스펀스(온도 유지 성능의 응답성) 좋게 벨트(105)로부터 정착 롤러(101)에 열이 공급되므로, 닙부 N에 돌입되는 정착 롤러(101)의 부위의 온도를 적절하게 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 지지 롤러(103, 104)에는, 벨트(105)가 정착 롤러(101)에 종동 회전하고 있을 때 지지 롤러(103, 104)의 축선 방향으로 일정 이상의 치우침(벨트의 지지 롤러로부터의 탈락)이 발생해 버리는 것을 저지하기 위해서 규제 부재(211)가 설치되어 있다. 이 규제 부재(211)는, 벨트(105)의 지지 롤러(103, 104)에 대한 일정 이상의 상대 변위를 저지하는 것이며, 지지 롤러(103, 104)의 각각의 축선 방향 양단부 근방에 고정되어 있다.

본 예에 있어서는, 이 규제 부재(211)는, 지지 롤러(103, 104)의 각각에 동축적으로 설치되고, 또한, 지지 롤러(103, 104)의 외경보다도 큰 외경을 갖는 링 형상(원형 플랜지, 원형 플랜지 시트)으로 되어 있다.

또한, 어셈블리(110)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 지지 롤러(103, 104)의 양단부를 각각 회전 가능하게 지지하는 2매의 베어링판(지지 부재)(206)을 구비하고 있다. 이 2매의 베어링판(206)은, 지지 롤러(103, 104)의 축간 거리가 일정해지도록 또한 서로 실질적으로 평행해지도록 유지하고 있다. 본 실시예에서는, 1매의 베어링판이 2개의 지지 롤러를 지지하는 구성으로 하고 있지만, 베어링판을 4매 설치하고, 2개의 지지 롤러를 개별로 유지하는 구성으로 해도 상관없다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 어셈블리(110)는, 2매의 베어링판(206)을 연결하는 연결 부재로서 기능하는 중간 프레임(208)을 구비하고 있다. 즉, 2매의 베어링판(206)이 중간 프레임(208)에 의해 일체화되어 있다. 구체적으로는, 2매의 베어링판(206)에는 각각 구멍부가 형성되어 있고, 중간 프레임(208)의 길이 방향 양단부에 형성된 축(207)이 2매의 베어링판(206)의 구멍부에 삽입된다. 따라서, 2매의 베어링판(206)은, 중간 프레임(208)의 양단부의 축(207)을 중심으로 독립하여 회동 가능하게 되어 있다. 즉, 중간 프레임(208)은 그 하면측에 지지 롤러(103, 104)를 2매의 베어링판(206)을 통하여 회전 가능하게 유지하고 있다.

또한, 도 3, 도 4에 도시한 바와 같이, 중간 프레임(208)에는, 정착 롤러(101)가 배치된 측과는 반대측 면에, 정착 롤러(101)의 모선(축선 방향)과 실질적으로 직교하는 방향(중간 프레임(208)의 상면에 있어서의 법선 방향)을 따라서 연장된 요동축(209)이 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 이 요동축(209)은, 2개의 지지 롤러(103, 104)의 축선과 실질적으로 직교하는 방향을 따라서 연장되어 있다. 또한, 이 요동축(209)은, 지지 롤러(103)와 지지 롤러(104) 사이에 위치하는 벨트(105)의 면(도 3에 있어서 상측의 면이며, 정착 롤러(101)와 접촉하고 있는 측과는 반대측 직선 형상의 면)에 있어서의 법선 방향에 실질적으로 평행한 방향을 따라서 연장되어 있다.

이와 같이, 본 예에서는, 요동축(209)은, 벨트(105)를 개재하여 정착 롤러(101)에 대향하는 위치에 설치되어 있고, 그리고, 정착 롤러(101)의 축선(모선)에 직교하는 방향에 실질적으로 평행하며 또한 정착 롤러(101)로부터 이격되는 방향으로 연장되어 있다.

또한, 이 요동축(209)은, 중간 프레임(208)의 길이 방향(지지 롤러(103, 104)의 축선 방향)에 있어서 실질적으로 중앙으로 되는 위치에 형성되어 있다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 어셈블리(110)는, 지지 롤러(103, 104)와의 사이에 있어서 이 양쪽 지지 롤러에 걸쳐진 벨트(105)의 상방측의 벨트 부분의 외면에 접촉하여 벨트 표면을 클리닝하는 클리닝 롤러(108)를 구비하고 있다. 이 클리닝 롤러(108)의 길이 방향 양단부의 축부(108a)는, 2매의 베어링판(206)에 각각 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 가압 부재(도시 생략)에 의해 벨트(105)의 표면에 소정의 압력으로 가압된 상태로 되어 있다.

4) 어셈블리(110)의 유지 기구(요동 기구)

다음에, 중간 프레임(208)에 형성된 요동축(209)을 통하여 어셈블리(110)(벨트(105))를 요동 가능하게 되도록 유지하는 유지 기구(요동 기구)(240)에 대하여 설명한다.

본 예에서는, 유지 기구(240)는, 요동축(209)을 유지하는 구멍(201a)이 형성된 가압 프레임(201)을 구비하고 있다. 구멍(201a)은, 가압 프레임(201)의 길이 방향에 있어서 실질적으로 중앙으로 되는 위치에 형성되어 있다.

중간 프레임(208)의 축부(209)를, 가압 프레임(201)의 구멍(201a)에 아래로부터 삽입하여 고정구인 C링(도시 생략)에 의해 가압 프레임(201)에 빠짐 방지함으로써, 어셈블리(110)는 축부(209)를 통하여 가압 프레임(201)에 고정된다. 그 결과, 축부(209)는 가압 프레임(201)에 대하여 스러스트 방향으로의 상대 이동도 규제된다.

또한, 도 3, 도 4에 도시한 바와 같이, 가압 프레임(201)에는 중간 롤러(210)가 회전 가능하게 설치되어 있다.

그 결과, 중간 프레임(208)은, 중간 롤러(210)에 의해 가압 프레임(201)의 하면과 일정한 간격을 유지하면서, 축부(209)를 중심으로 하여 소정의 회전 각도 범위(교차 각도 범위, 요동 범위) 내에서, 가압 프레임(201)에 대하여 회동 가능(선회 가능, 요동 가능)하게 유지되어 있다. 따라서, 벨트(105)가 정착 롤러(101)의 모선과 평행한 방향 W(도 4, 도 6)에 대하여 교차하는 방향으로 요동 가능한 구성으로 된다(이하, 모선과 평행한 방향 W를 모선 방향 W라 칭함). 바꾸어 말하면, 벨트(105)의 상면의 주행 방향 C(도 3, 도 6)가 정착 롤러(101)의 모선 방향 W와 직교하는 방향에 대하여 교차할 수 있도록 어셈블리(110)가 유지 기구(240)에 유지되어 있다.

또한, 본 예에서는, 벨트(105)의 상면의 주행 방향 C가 정착 롤러(101)의 모선 방향 W(축선 방향)에 대하여 교차할 수 있는 회전 각도 범위는, 정착 롤러(101)의 모선 방향 W를 기준으로 ±2°(합계 4°)로 하고 있다. 바꾸어 말하면, 지지 롤러(103, 104)의 축선 방향이 정착 롤러(101)의 모선 방향에 대하여 교차할 수 있는 회전 각도 범위는, 정착 롤러(101)의 모선 방향 W(축선 방향)를 기준으로 ±2°로 하고 있다.

이것은, 정착 롤러(101)에 대한 벨트(105)의 교차각이 최대(+2°와 -2°)로 된 시점에 있어서도, 지지 롤러(103, 104)에 접촉하고 있는 벨트(105)의 영역을 폭 방향 전역에 걸쳐 정착 롤러(101)에 접촉시키기 위해서이다. 즉, 벨트(105)의 지지 롤러(103)와 지지 롤러(104)에 의해 벨트(105)를 그 폭 방향 전체 영역에 걸쳐 정착 롤러(101)에 압접시키기 위해서이다.

따라서, 정착 롤러(101)에 대한 벨트(105)(어셈블리(110))의 교차각이 최대로 된 시점에 있어서도, 벨트(105)가 정착 롤러(101)에 접촉하는 면적이 회동 각도 범위 내에 있어서 실질적으로 변동하지 않아, 벨트(105)에 의해 정착 롤러(101)를 적절하게 가열할 수 있다. 그 결과, 정착 롤러(101)의 외면 온도에 불균일이 발생할 우려가 없어져, 정착 불량이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

5) 어셈블리(110)의 접촉 분리 기구

벨트 어셈블리(110)는, 벨트(105)가 정착 롤러(101)에 접촉 및 이격하도록, 접촉 분리 기구에 의해 정착 롤러에 대하여 상대 이동하는 구성으로 되어 있다. 이것은, 상술한 바와 같이, 스탠바이 상태일 때 벨트(105)를 정착 롤러(101)로부터 이격시켜 둠과 함께, 화상 형성을 행할 때(정착 처리 시) 벨트(105)를 정착 롤러(101)에 접촉시키기 위해서이다. 이하, 접촉 분리 기구에 대하여 구체적으로 설명한다.

가압 프레임(201)은, 도 2, 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이, 그 전방측이 좌우의 본체측판(202Lㆍ202R) 사이에 고정된 스테이축(203)을 중심으로 상하 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 가압 프레임(201)보다도 상방의 정착 장치 프레임체측의 부동의 스프링 받침 시트(223)와 가압 프레임 상면 사이에 가압 부재로서 기능하는 가압 스프링(204)이 압축되어 배치되어 있다. 이에 의해 가압 프레임(201)은 회동축(203)을 중심으로 정착 롤러(101)를 향하여 하방으로 가압되어 있다.

가압 프레임(201)의 후방측의 하방에는, 본체측판(202Lㆍ202R) 사이에 캠축(224)이 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 캠축(224)에는 좌우측에 한 쌍의 편심 캠(225)이 고정되어 있다. 그 한 쌍의 편심 캠(225)은 동일 형상이며 동일 위상으로 되어 있다. 이 캠축(224)은, 제어 회로부(60)에 의해 제어되는 구동원 M2에 의해 편심 캠(225)의 대융기부가 상향으로 된 제1 회전각 상태(도 3의 2점 쇄선)와 소융기부가 상향으로 된 제2 회전각 상태(도 3의 실선)로 약 180° 간헐 회전 제어된다.

캠축(224)이 제1 회전각 상태로 됨으로써, 가압 프레임(201)은 편심 캠(225)의 대융기부에 의해 가압 스프링(204)의 가압력에 저항하여 축(203)을 중심으로 들어올림 회동되어 상승 위치(도 3의 2점 쇄선)에 유지된다. 이 상태에 있어서는, 어셈블리(110)는 정착 롤러(101)로부터 이격되고, 즉, 지지 롤러(103)와 지지 롤러(104)에 걸쳐진 벨트(105)가 정착 롤러(101)로부터 이격된 상태로 된다(어셈블리(110)의 이격 상태).

제어 회로부(60)는 화상 형성 장치(50)의 스탠바이 상태에 있어서는, 구동원 M1을 OFF로 하여 정착 롤러(101)의 구동을 정지하고 있다. 히터(111ㆍ112)에 대한 통전도 OFF로 하고 있다. 또한, 캠축(224)을 제1 회전각 상태로 하여 어셈블리(110)를 이격 상태로 하고 있다.

제어 회로부(60)는, 화상 형성 신호의 입력에 기초하여, 구동원 M1을 ON으로 하여 정착 롤러(101)를 회전 구동시킨다. 이것에 수반하여 가압 롤러(102)가 종동 회전한다. 또한, 히터(111ㆍ112)에 대한 통전을 ON으로 하여, 정착 롤러(101) 및 가압 롤러(102)의 표면 온도를 각각 소정의 목표 온도로 상승시킨다. 그리고, 화상 형성을 위한 준비 동작이 종료되고, 정착 처리를 개시하는 타이밍에 맞추어, 구동원 M2에 의해 캠축(224)을 제1 회전각 상태로부터 제2 회전각 상태로 한다. 그렇게 하면, 편심 캠(225)의 소융기부가 상향으로 회동해 감에 따라서, 가압 프레임(201)이 가압 스프링(204)의 가압력에 의해 축(203)을 중심으로 내려가도록 회동되어 간다.

그렇게 하면, 지지 롤러(103)와 지지 롤러(104)에 걸쳐져 있는 벨트(105)의 하측 부분이 정착 롤러(101)의 상면에 접촉하고, 또한 지지 롤러(103)와 지지 롤러(104)가 벨트(105)를 통하여 정착 롤러(101)에 압접한다. 그리고, 편심 캠(225)의 소융기부가 최종적으로 상향으로 회동함으로써 편심 캠(225)은 가압 프레임(201)에 대하여 비접촉으로 된다.

이 상태에 있어서, 지지 롤러(103)와 지지 롤러(104)는 벨트(105)를 통하여 정착 롤러(101)의 상면에 대하여 가압 스프링(204)의 가압력에 의해 소정의 압력으로 균등하게 가압된 접촉 상태로 된다(어셈블리(110)의 접촉 상태).

이 어셈블리(110)의 접촉 상태에 있어서, 지지 롤러(103ㆍ104)에 걸쳐져 있는 벨트(105)의 하측 부분이 정착 롤러(101)에 접촉하여 정착 롤러(101)와 넓은 가열 닙 Y(도 3)를 형성하고 있다. 이 상태에 있어서, 벨트(105)는 정착 롤러(101)와의 마찰력에 의해 정착 롤러(101)의 회전에 수반하여, 화살표의 반시계 방향 C로 종동 회전한다. 또한, 지지 롤러(103), 지지 롤러(104), 클리닝 롤러(108)는, 벨트(105)의 회전에 종동하여 회전한다.

본 예에서는, 이와 같이 벨트(105)를 사용하여 정착 롤러(101)의 둘레 방향으로 넓은 가열 닙 Y를 형성할 수 있으므로, 후지 등의 열용량이 큰 기록재에 대한 정착 속도의 고속화에 대응할 수 있다.

이상과 같이, 축(209)을 중심으로 중간 프레임(208)(어셈블리(110), 벨트(105))이 가압 프레임(201)(정착 롤러(101))에 대하여 회동(선회, 요동)할 수 있도록 구성하였기 때문에, 벨트(105)의 치우침 이동을 보정하는 것이 가능해진다. 즉, 벨트(105)의 주행 안정성의 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 본 예에서는, 이와 같은 벨트(105)의 주행 안정성을, 벨트(105)에 의해 정착 롤러(101)를 외부로부터 가열하는 기능을 손상시키지 않고, 향상시키는 것이 가능해진다.

[제2 실시예]

다음에 도 8, 도 9를 사용하여, 제2 실시예에 대하여 설명한다. 기본 구성은 제1 실시예와 마찬가지이므로, 동일한 기능을 갖는 부재 등에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써, 상세한 설명은 생략한다.

본 예에서는, 외부 가열 벨트 어셈블리(110)가 정착 롤러(101)의 모선에 대하여 자립적으로 교차함으로써, 벨트(105)의 치우침 이동(지지 롤러(103, 104)의 축선 방향으로의 지지 롤러(103, 104)에 대한 벨트(105)의 상대 이동)을 보정하는 점에 특징이 있다. 즉, 본 예의 외부 가열 벨트 어셈블리(110)와 그 유지 기구(240)는, 소위, 외부 가열 벨트(105)를 자동 조심시키는 기능을 구비하고 있다.

구체적으로는, 요동축(209)의 배치 위치를 정착 롤러(101)의 회전 방향 상류측으로 오프셋시킨 점에 특징이 있다. 이하, 이 점에 대하여, 상세하게 설명한다.

우선, 벨트(105)가 정착 롤러(101)에 대하여 교차하고 있을 때, 벨트(105)(어셈블리(110))가 정착 롤러(101)로부터 어떤 힘을 받는지에 대하여 설명한다.

도 8은 정착 롤러(101)에 벨트(105)가 접촉한 상태에 있어서, 중간 프레임(208)이 정착 롤러(101)에 대하여 어떤 각도로 기울어져 있을 때의 상태를 도시하는 개략도이다.

벨트(105)는 정착 롤러(101)로부터 받는 마찰력에 의해 정착 롤러(101)의 회전에 종동하여 회전하는 구성으로 되어 있다. 즉, 벨트(105)는 정착 롤러(101)와의 접촉면 Ne에 있어서 정착 롤러(101)의 회전 방향과 동일한 방향의 마찰력을 받아 종동 회전한다.

또한, 상술한 바와 같이, 지지 롤러(103, 104)를 유지한 중간 프레임(208)은, 벨트(105)의 정착 롤러(101)와의 접촉면 Ne에 있어서의 법선 방향으로 연장된 요동축(209)을 중심으로 회전 가능(요동 가능)하다.

이때, 접촉면 Ne에 있어서의 벨트(105)의 어떤 질점 Z에 작용하는 마찰력이, 축(209) 둘레로 중간 프레임(208)(어셈블리(110), 벨트(105))을 회전시키게 되지만, 이 회전 모멘트는 이하에 나타내는 수학식 1로 된다(도 8 참조).

여기서, 벨트(105)의 접촉면 Ne는, 도 8에 도시한 바와 같이, 벨트(105)가 정착 롤러(101)에 접촉하고 있는 영역을, X-Y 평면에 전개한 영역을 의미하고 있다. 또한, X축은, 요동축(209)을 원점으로 하여, 지지 롤러(103)(지지 롤러(104))의 축선 방향(벨트(105)의 폭 방향)과 실질적으로 평행한 방향을 의미하고 있다(도 8에서는 원점보다도 상측을 정으로 하고 있다). Y축은, 요동축(209)을 원점으로 하여, X축에 직교하고 있고, 또한, 벨트(105)의 상면의 주행 방향 C와 실질적으로 평행한 방향을 의미하고 있다. 또한, (r, θ)는 접촉면 Ne에 투영된 축(209)의 위치를 원점으로 하였을 때의 질점의 좌표, f는 질점이 받는 마찰력, ρ는 정착 롤러(101)와 중간 프레임(208)의 교차각(경사각, 요동각)이다. 또한, 모멘트의 방향이 반시계 방향일 때를 정으로 하고 있다.

X축 부의 영역에 작용하는 모멘트의 합 M1 및 X축 정의 영역에 작용하는 모멘트의 합 M2는, 상기의 식을 각 영역에서 적분하여 각각 다음의 수학식 2, 수학식 3과 같이 된다.

여기서, Lx는 정착 롤러(101)와 벨트(105)의 접촉면 Ne에 대하여, 축(209)의 투영 위치로부터 벨트 폭 방향 단부까지의 거리이다. Ly1은 축(209)의 위치로부터 접촉면 Ne의 벨트(105)의 이동 방향 하류측 단부까지의 거리이다. Ly2는 축(209)의 위치로부터 접촉면 Ne의 벨트(105)의 이동 방향 상류측 단부까지의 거리이다.

이 수학식으로부터, X축 부의 영역에 작용하는 모멘트 M1은 항상 정으로 되어, 교차각 ρ를 작게 하는 방향으로 벨트(105)(어셈블리(110))에 힘이 작용한다. 한편, X축 정의 영역에 작용하는 모멘트 M2는 항상 부로 되어, 교차각 ρ를 크게 하는 방향으로 벨트(105)(어셈블리(110))에 힘이 작용한다. 또한, 이들 모멘트는, 거리 Ly1 및 거리 Ly2의 제곱에 비례하고 있기 때문에, 축(209)의 위치에 따라서, 모멘트의 총합(M1+M2)이 변화한다.

도 9는 외부 가열 벨트(105)를 정착 롤러(101)로부터 이격된 측으로부터 본 상면도이다.

상술한 바와 같이, 본 예에서는, 요동축(209)의 위치를, 정착 롤러(101)와 벨트(105)의 접촉면 Ne에 투영하였을 때, 접촉면 Ne에 있어서의 정착 롤러(101)의 회전 방향 A에 대하여 접촉면 Ne의 중심보다도 상류측에 오프셋 배치하고 있다. 또한, 요동축(209)은, 지지 롤러(103)와 오버랩하는 영역에 배치되어 있다.

이 경우, 접촉면 Ne에 관하여, 축(209)보다도 벨트(105)의 이동 방향 하류측의 접촉 영역이 축(209)보다도 벨트(105)의 이동 방향 상류측의 접촉 영역보다도 커진다. 따라서, 모멘트의 총합은 정으로 된다. 이때, 중간 프레임(208)의 회동에 의해 교차각 ρ는 작아져 정착 롤러(101)와 지지 롤러(103, 104)는 거의 평행하게 된다. 또한, 모멘트의 절대값은 sinρ에 비례하므로, 교차각 ρ가 작아질수록 모멘트가 작용하지 않게 되어, 벨트(105)의 치우침 이동이 발생하기 어려운 자세로 중간 프레임(209)이 안정되게 된다.

이와 같이, 축(209)을 접촉면 Ne의 중심 위치보다도 정착 롤러(101)의 회전 방향 상류측으로 오프셋 배치함으로써, 벨트(105)가 자립적으로 그 치우침 이동이 발생하기 어려운 상태로 하는 것이 가능해진다.

한편, 도 10은, 축(209)의 위치를, 정착 롤러(101)와 벨트(105)의 접촉면 Ne에 투영하였을 때, 접촉면 Ne에 있어서의 정착 롤러(101)의 회전 방향 A에 대하여 접촉면 Ne의 중심에 배치한 경우이다. 이 경우, 접촉면 Ne에 관하여, 벨트(105)의 이동 방향 C에 있어서 축(209)에 대하여 상류측과 하류측의 접촉 영역이 동일한 면적으로 되기 때문에, 모멘트의 총합은 0으로 된다. 그 때문에, 중간 프레임(208)을 회전시키는 힘이 작용하지 않으므로, 교차각은 ρ의 상태인 채로 되는 경향으로 되고, 그 상태를 계속해서 유지해 버릴 우려가 있다. 즉, 벨트(105)의 자동 조심 기능을 발휘하는 것이 곤란하다.

또한, 도 11은 축(209)의 위치를, 정착 롤러(101)와 벨트(105)의 접촉면 Ne에 투영하였을 때, 접촉면 Ne에 있어서의 정착 롤러(101)의 회전 방향 A에 대하여 접촉면 Ne의 중심보다도 하류측에 배치한 경우이다. 이 경우, 접촉면 Ne에 관하여, 벨트(105)의 이동 방향 C에 있어서 축(209)에 대하여 상류측의 접촉 영역이 하류측의 접촉 영역보다도 커지기 때문에, 모멘트의 총합은 부로 된다. 이때, 교차각 ρ는 보다 커지는 경향으로 되어 정착 롤러(101)와 지지 롤러(103, 104)의 평행도가 더욱 어긋나므로, 벨트의 치우침을 조장할 우려가 있다.

이상으로부터, 축(209)의 위치는, 정착 롤러(101)와 벨트(105)의 접촉면 Ne에 투영하였을 때, 접촉면 Ne에 있어서의 정착 롤러(101)의 회전 방향 A에 대하여 접촉면 Ne의 중심보다도 상류측에 배치함으로써, 벨트(105)의 치우침을 자립적으로 억제하는 것이 가능해진다. 중간 프레임(208)에 작용하는 모멘트는, 축(209)을 정착 롤러의 회전 방향 A 상류측에 오프셋시킬 만큼 커지지만, 정착 장치(9)의 대형화를 고려하면, 본 예(도 8)와 같이, 정착 롤러의 회전 방향 상류측에 위치하는 지지 롤러(103)의 축선의 상부 부근에 배치하는 것이 바람직하다.

[제3 실시예]

다음에, 제3 실시예에 대하여, 도 12를 사용하여 설명한다. 기본 구성은 제1 실시예와 마찬가지이므로, 동일한 기능을 갖는 부재 등에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써, 상세한 설명은 생략한다.

본 예에서는, 지지 롤러(103, 104)의 양단부에 설치된 규제 부재(211)의 간격에 관하여 다음과 같이 하고 있다. 즉, 도 12에 도시한 바와 같이, 지지 롤러(104)의 양단부에 설치된 규제 부재(211)의 간격 Q쪽이, 지지 롤러(103)의 양단부에 설치된 규제 부재(211)의 간격 R보다도 좁아지도록 하고 있다. S는 벨트(105)의 폭 방향의 치수이다. 즉, R>Q>S의 관계로 되어 있다.

즉, 규제 부재(211)는, 정착 롤러(101)의 이동 방향 A에 있어서 축(209)에 대하여 하류측 및 상류측에 설치되어 있고, 하류측의 규제 부재(211)가 상류측의 규제 부재(211)보다도 지지 롤러(104)에 대하여 길이 방향 내측에 배치되어 있다. 그 때문에, 벨트(105)가 완전히 치우쳤을 때는, 지지 롤러(104)에 설치된 규제 부재(211)에 먼저 닿는다.

도 12는 중간 프레임(208)이 정착 롤러(101)에 대하여 기울여져, 벨트(105)가 지지 롤러(104)의 규제 부재(211)에만 닿아 있는 경우의 개략도이다. 이때, 벨트(105)가 규제 부재(211)에 미치는 치우침력으로부터 얻어지는, 중간 프레임(208)을 회동시키는 모멘트는 수학식 4와 같이 된다.

여기서, F는 벨트(105)가 규제 부재(211)에 미치는 치우침력의 크기, (r, θ)는 축(209)을 원점으로 하였을 때의 규제 부재(211)의 좌표이다. 상기 수학식으로부터, 규제 부재(211)가 축(209)보다도 하류측에 있을 때 θ가 부로 되므로, 중간 프레임(208)을 회동시키는 모멘트는 정으로 되어, 교차각을 작게 하는 방향으로 힘이 작용한다.

도 13은, 상기와는 반대로, 지지 롤러(103)의 양단부에 설치된 규제 부재(211)의 간격 R쪽이 지지 롤러(104)의 양단부에 설치된 규제 부재(211)의 간격 Q보다도 좁아지도록 하고 있다. 즉, Q>R>S의 관계로 되어 있다.

이 경우, 벨트(105)는 지지 롤러(103)의 규제 부재(211)에 먼저 닿기 때문에, 상기 수학식 4의 θ가 정으로 된다. 그 때문에, 중간 프레임(208)을 회전시키는 모멘트는 부로 되어, 교차각을 크게 하는 방향으로 힘이 작용한다.

이것으로부터, 규제 부재(211)는 정착 롤러(101)와 벨트(105)의 접촉면 Ne에 있어서의 정착 롤러(101)의 회전 방향 A에 있어서 축(209)보다도 하류측에 배치함으로써, 벨트(105)의 치우침을 효율적으로 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 축(209)과 치우침력이 작용하는 점의 거리가 클수록 발생하는 모멘트도 증대된다. 이것으로부터, 축(209)을 접촉면 Ne에 투영하였을 때, 접촉면 Ne에 있어서의 정착 롤러(101)의 회전 방향 A에 있어서 접촉면 Ne의 중심보다도 상류측에 배치함으로써 효과적으로 치우침을 저감할 수 있다고 할 수 있다.

[그 밖의 장치 구성]

1) 이상의 실시예에서는, 화상 가열 장치로서 정착 장치를 예로 들어 설명하였지만, 이와 같은 예에만 한정되지 않는다. 예를 들면, 기록재에 정착된 화상을 재가열함으로써 화상의 광택을 증대시키는 광택 증대 장치(화상 개질 장치)에도 적용할 수 있다.

2) 또한, 이상의 실시예에서는, 가열 회전체(화상 가열 부재)로서 롤러체를 예로 들어 설명하였지만, 이와 같은 예에만 한정되지 않는다. 예를 들면, 회전 구동되는 엔드리스의 벨트체를 사용해도 상관없다.

3) 또한, 이상의 실시예에서는, 엔드리스의 외부 가열 벨트를 가열하는 수단으로서 할로겐 히터를 예로 들어 설명하였지만, 이와 같은 가열 방식에만 한정되지 않는다. 예를 들면, 외부 가열 벨트에 전자 유도 발열 가능한 금속층을 구비시키고, 그 금속층을 여자 코일에 의해 전자 유도 발열시키는 가열 방식을 사용할 수 있다.

4) 또한, 이상의 실시예에서는, 가압 회전체(가압 부재)로서 롤러체를 예로 들어 설명하였지만, 이와 같은 예에만 한정되지 않는다. 예를 들면, 회전 구동되는 엔드리스의 벨트체를 사용해도 상관없다. 또한, 표면(정착 롤러나 기록재의 접촉면)의 마찰 계수가 작은 비회전 부재(가압 패드 등)를 사용할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명은 가열 회전체를 외부로부터 가열하는 엔드리스 벨트의 주행 안정성을 향상시킬 수 있는 화상 가열 장치에 이용할 수 있다.

Claims (17)

1. 시트 상의 토너 화상을 가열하는 가열 회전체와,
   상기 가열 회전체의 외면에 접촉하여 상기 가열 회전체의 외면을 가열하는 엔드리스 벨트와, 상기 엔드리스 벨트가 상기 가열 회전체에 접촉하도록 상기 엔드리스 벨트의 내면을 회전 가능하게 지지하는 제1 및 제2 롤러를 구비한 벨트 유닛과,
   상기 벨트 유닛을 유지하는 유지 기구를 갖고,
   상기 유지 기구는, 상기 엔드리스 벨트가 상기 가열 회전체에 접촉되게 하는 상기 제1 및 제2 롤러의 축선 방향이 상기 가열 회전체의 모선 방향에 대하여 교차하는 방향으로, 상기 벨트 유닛의 요동을 허용하는 화상 가열 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 엔드리스 벨트가 상기 가열 회전체로부터 이격하도록 상기 유지 기구를 이동시키는 이동 기구를 더 갖는 화상 가열 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 엔드리스 벨트에 대하여 상기 가열 회전체와는 반대측에 설치되며, 상기 제1 및 제2 롤러의 사이에 있는 상기 엔드리스 벨트의 면의 법선 방향에 실질적으로 평행하게 연장되는 축부를 더 포함하고,
   상기 유지 기구는, 상기 벨트 유닛의 요동을 위해 상기 축부를 중심으로 상기 벨트 유닛의 회전을 허용하는 화상 가열 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 축부는, 상기 가열 회전체의 회전 방향에 대하여 상기 제1 및 제2 롤러의 사이의 중심 위치보다도 상류측으로 오프셋된 위치에 배치되어 있는 화상 가열 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 축부는 상기 제1 및 제2 롤러 중 상기 가열 회전체의 회전 방향에 대하여 상류측에 배치된 롤러에 대향 배치되어 있는 화상 가열 장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 축부는 상기 제1 롤러의 축선 방향에 대하여 실질적으로 중심 위치에 대향 배치되어 있는 화상 가열 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 엔드리스 벨트의 상기 면이란, 상기 엔드리스 벨트가 회전 정지하고 있을 때 상기 축부에 상대적으로 더 가까운 상기 엔드리스 벨트의 면인 화상 가열 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 가열 회전체와 협업하여 상기 시트를 끼움 지지 반송하기 위한 닙부를 형성하는 회전체를 더 갖는 화상 가열 장치.
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