JP2006251068A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルム状ベルトを加熱用部材として利用する定着装置において、フィルム状ベルトを良好に支持でき、フィルム状ベルトを良好に所望の温度に加熱できるようにすること。
【解決手段】定着装置は、加圧用回転部材１と、加熱用回転部材２と、を有している。加熱用回転部材２は、無端のフィルム状ベルト２３と、フィルム状ベルト２３の内周面が摺接するように案内するための支持部材２２と、支持部材２２にフィルム状ベルト２３を押圧する押圧手段４と、支持部材２２の内方に配置される熱源２１と、フィルム状ベルト２３の外表面温度を非接触で検知するための温度検知手段５と、を備えている。押圧手段４は、フィルム状ベルト２３と非接触の温度検出手段５との距離を一定にさせている。
【効果】フィルム状ベルトと非接触の温度検出手段との距離が一定となり、良好な温度検出手段が可能となり、フィルム状ベルトを所望の温度に制御することができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、複写機、プリンタ等の電子写真方式により画像を形成する画像形成装置に適用される定着装置に関する。

電子写真方式により画像を形成する画像形成装置においては、一般に、用紙に転写されたトナー像を加熱および加圧することにより用紙に定着する。そのため、画像形成装置には、従来より、加圧ローラおよび加熱ローラのローラ対により用紙をニップして搬送し、用紙に転写されているトナー像を定着する定着装置が備えられている。
ところで、加熱ローラは、予め定められた定着温度になっていなければ、トナーを溶融することができないので、定着装置を駆動させる前に予め加熱ローラを所定温度まで加熱しなければならない。このため、従来の定着装置は、加熱ローラの予熱時間が必要で、立ち上がり時の応答性が悪いという問題があった。

かかる問題を解決するため、特開２００４−９４１４６号公報には、加熱ローラに代えて、フィルム状ベルトを用いたオンデマンド定着装置が提案されている。この公報に記載の定着装置は、加圧ローラと、加圧ローラとの間で定着ニップを形成する金属部材と、金属部材と加圧ローラとの間を通過するように配置されたフィルム状ベルトと、フィルム状ベルトの内空間に設けられた輻射発熱源とを備えている。このオンデマンド定着装置は、加熱応答性の良いフィルム状ベルトが輻射発熱源により迅速に加熱されるので、フィルム状ベルトが所定温度に達するまでの待機時間が短く、定着装置が短時間で機能し得るという特徴を有している。
特開２００４−９４１４６号公報

上記特許文献１に記載の定着装置は、理論的には輻射発熱源によりフィルム状ベルトが均等に加熱されるのであるが、実際には、フィルム状ベルトは均等には加熱され難い。というのは、フィルム状ベルトは薄い定形性を有しないベルトであるため、定着ニップ以外の部分を円弧状に維持しておくことは難しい。フィルム状ベルトが円弧状になっていなければ、ベルトの内空間中央に設けられた輻射発熱源とフィルム状ベルトとの距離が場所によってばらつき、フィルム状ベルトの加熱温度が場所によってばらついてしまう。このため、フィルム状ベルトによって用紙を均等に加熱することが困難であるという課題があった。

また、フィルム状ベルトを所望の温度に加熱しようとしても、その制御が困難であるという課題もあった。
この発明は、かかる背景技術のもとになされたもので、フィルム状ベルトを加熱用部材として利用する定着装置において、フィルム状ベルトをむらなく加熱でき、迅速な立ち上がりで安定した定着を行える定着装置を提供することを主たる目的とする。

この発明は、また、フィルム状ベルトを用いた定着装置において、フィルム状ベルトを良好に支持でき、かつ、フィルム状ベルトを良好に所望の温度に加熱することのできる定着装置を提供することを他の目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、加圧用回転部材（１）および加熱用回転部材（２）を有し、両回転部材間で用紙（Ｐ）をニップして搬送することにより、上記用紙（Ｐ）に転写されているトナー像を上記用紙（Ｐ）に定着させる定着装置であって、上記加熱用回転部材（２）は、上記ニップで上記加圧用回転部材（１）の回転に伴って回転移動される無端のフィルム状ベルト（２３）と、少なくとも上記ニップの形状および上記ニップの上流側の形状を形成し、上記フィルム状ベルト（２３）の内周面が摺接するように、上記フィルム状ベルト（２３）の移動を案内するための支持部材（２２）と、上記支持部材（２２）に上記フィルム状ベルト（２３）を押圧する押圧手段（４）と、上記支持部材（２２）の内方に配置され、上記支持部材（２２）を介して上記フィルム状ベルト（２３）を加熱するための熱源（２１）と、上記支持部材（２２）に沿って移動する上記フィルム状ベルト（２３）の外表面温度を非接触で検知するための温度検知手段（５）と、を含むことを特徴とする、定着装置である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
請求項１の構成によれば、熱源の発する熱は支持部材に与えられる。そしてフィルム状ベルトは支持部材を介して加熱される。支持部材には、フィルム状ベルトの内周面が摺接される。支持部材は、摺接されるフィルム状ベルトをニップへ案内するための形状を有している。このため、フィルム状ベルトの内周面が支持部材に摺接している間に、支持部材を介してフィルム状ベルトは均等に加熱され、ニップにおいて適切に加熱されたフィルム状ベルトが用紙に転写されているトナー像を加熱溶融する。

そして、フィルム状ベルトは、押圧手段により、支持部材に常に押圧される。このため、フィルム状ベルトは、少なくとも押圧手段からニップされるまでの間、支持部材にたるみなく摺接している。これにより、フィルム状ベルトと非接触の温度検出手段との距離が一定となり、良好な温度検出手段が可能となる。よって、フィルム状ベルトを所望の温度に制御することができる。

また、上記の目的を達成するための請求項２記載の発明は、上記支持部材（２２）は、用紙搬送方向に略直線状またはわずかに凹湾曲状をしたニップ形成部（３１）と、上記ニップ形成部（３１）の上流側に延びており、円弧状に凸湾曲をし、上記フィルム状ベルト（２３）を上記ニップ形成部（３１）へと導く案内部（３２）と、を含むことを特徴とする、請求項１記載の定着装置である。

請求項２の構成では、案内部が円弧状に凸湾曲をしており、熱源によって円弧状案内部は均等に加熱される。このため、案内部に摺接している間に、フィルム状ベルトは均等にかつ良好に加熱される。
そして、ニップ形成部は、略直線状または緩く凹湾曲状をしているため、加圧用回転部材との間で良好なニップを形成できる。そしてこのニップ形成部に沿って、加圧用回転部材の回転に従動してフィルム状ベルトが移動するので、トナー像が定着された用紙は、ニップ形成部に沿って搬送される間に、効率良く加熱および加圧される。

また、上記の目的を達成するための請求項３記載の発明は、上記押圧手段（４）は、上記フィルム状ベルト（２３）の外周面にオイルを塗布するためのオイル塗布部材または上記フィルム状ベルト（２３）の外周面を清掃するための清掃部材を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２記載の定着装置である。
請求項３の構成では、フィルム状ベルトを押圧するための手段を、オイル塗布部材や清掃部材とすることで、本来のフィルム状ベルトにオイル塗布する機能やフィルム状ベルトに付着してしまったトナーを除去する機能と、フィルム状ベルトを押圧する機能とを同時に持たせることができる。このため、フィルム状ベルトを支持部材にたるみなく摺接でき、加えて別機能を持つことができるため、部材の削減につながる。

また、上記の目的を達成するための請求項４記載の発明は、上記押圧手段（４）は、接触型温度センサを含み、当該温度センサは、上記フィルム状ベルト（２３）の上記用紙（Ｐ）と接触しない非通紙領域を押圧していることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の定着装置である。
請求項４の構成では、押圧手段において、フィルム状ベルトの非通紙部分との接触部分に接触型温度センサを設けることで、本来の機能であるフィルム状ベルトを支持部材に押圧し、支持部材にたるみなく摺接させることに加え、フィルム状ベルトの表面温度を直接検出することができる。これにより、フィルム状ベルトの安定な温度制御をすることができる。

この発明によれば、押圧手段によりフィルム状ベルトの温度を良好に制御することができ、しかも適切な温度管理のもと、用紙を均等に加熱することのできる、いわゆるオンデマンド型の定着装置を提供することができる。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について説明をする。
図１は、この発明の一実施形態にかかる定着装置の全体概略図である。図２は、図１に示す定着装置の縦断面図である。
図１および図２を参照して説明すると、この実施形態に係る定着装置には、加圧用回転部材としての加圧ローラ１および加熱用回転部材２が備えられている。そして、加圧ローラ１と加熱用回転部材２とが協働し、用紙Ｐをニップし、加熱および加圧しながら搬送する。よって、用紙Ｐに転写されているトナー像を用紙Ｐに定着させる。

加圧ローラ１は、従来より定着装置において使用されている一般的なローラであればよく、回転軸１１および回転軸１１の周面に外嵌された弾性体でできたローラ１２を含んでいる。弾性体ローラ１２の一端側にはギヤ１３が備えられていて、図示しないモータからの駆動力がギヤ１３に与えられることにより、加圧ローラ１が駆動される。
この実施形態の特徴は、加圧ローラ１と協働してニップを形成する加熱用回転部材２が、以下に説明する構成になっていることである。

すなわち、加熱用回転部材２は、無端のフィルム状ベルト２３と、フィルム状ベルト２３の内周面が摺接するようにフィルム状ベルト２３の移動を案内するための支持部材２２と、支持部材２２の内方に配置された熱源２１とを備えている。
支持部材２２はアルミ、銅等の金属の薄板が曲成されて形成されており、中空の略円筒形状を基本として、加圧ローラ１と対向した、用紙搬送方向に略直線状のニップ形成部３１と、ニップ形成部３１の下流側につながった非案内部３３と、非案内部３３の上端およびニップ形成部３１の上流側とをつなぐ円弧状の案内部３２とに区別することができる。非案内部３３には多数の開口３４が形成されている。

フィルム状ベルト２３は支持部材２２の外側に嵌められていて、支持部材２２の外周面に対して適度な弛みを持たせた状態になっている。フィルム状ベルトは、たとえばポリイミド等で構成されており、その厚みは約５０μｍ程度である。
熱源２１は、たとえばシーズヒータ等で構成されており、支持部材２２で囲まれた空間の中央に配置されている。

かかる構成において、加圧ローラ１が回転されると、回転する加圧ローラ１は、ニップ形成部３１に圧接されており、その部分で弾性体ローラ１２が押圧変形されながら回転し、ニップ形成部３１と弾性体ローラ１２との間で用紙搬送方向に直線状のニップが形成される。そして、ニップ形成部３１と弾性体ローラ１２との間にあるフィルム状ベルト２３は、加圧ローラ１の回転に伴って従動し、回転移動される。

フィルム状ベルト２３の回転移動時には、ニップ形成部３１の上流側、すなわち円弧状案内部３２の外周面に沿って案内されるフィルム状ベルト２３は、当該案内部３２が半円弧状をしているから、ほぼ案内部３２の外周面に接触した状態で摺接移動される。
一方、ニップ形成部３１の下流側の終端は、加圧ローラ１から離れる方向に小さな曲率半径で曲がった形状を有し、非案内部３３へとつながっているから、ニップ形成部３１と弾性体ローラ１２とに挟まれて、弾性体ローラ１２に従動して移動するフィルム状ベルト２３は、ニップ形成部３１の下流側からさらに移動する際に、非案内部３３の周面に沿って回転せず、非案内部３３から浮き上がった状態で上方へと回転し、その上面において円弧状の案内部３２と接し、前述したように案内部３２の外周面に沿って移動する。

フィルム状ベルト２３が移動する間に、熱源２１が発熱すると、輻射熱により、支持部材２２が温められる。支持部材２２は、前述したように、熱伝導性の良い金属などの薄肉部材であるため、すぐに温まり、その外周面、特に案内部３２の外周面に摺接しながら移動するフィルム状ベルト２３を良好に加熱する。よって、フィルム状ベルト２３がニップ形成部３１を通過する際に、フィルム状ベルト２３が一定の温度となる。

支持部材２２は上述のようにニップ形成部３１、案内部３２および非案内部３３を含む一定形状で、回転しないように固定されているため、ニップ形成部３１によって加圧ローラ１との間で常に一定の適正なニップを形成した状態である。
支持部材２２は、また、ニップの形成方向、およびその曲率を任意な形状に形成できるから、ニップ形成部３１の下流側から非案内部３３への接続部分を、用紙Ｐの分離に有利な形状に形成することができる。

図３は、この発明にかかる他のニップ形成部の実施形態の概略図である。
この実施形態では、支持部材２２は、熱源２１側にわずかに凹湾曲状をしたニップ形成部３１を備えている。これにより、ニップ形成部３１が、図２に見られる用紙搬送方向に略直線状をしているときと比較して、ニップ形成部３１の終端で、さらに小さな曲率半径を形成することができ、用紙Ｐを有利に分離することができる。

支持部材２２の内周面のうち、少なくとも案内部３２の内周面は、黒色塗装されていることが望ましい。黒色塗装により、支持部材２２が熱源２１からの輻射熱をより良好に吸収して温まることができるからである。
なお、さらに輻射熱を吸収できるよう、支持部材２２の全内周面に黒色塗装をしてもよい。

図４は、図１に示す定着装置を非案内部側から見たときの一部切欠斜視図である。
ここでは、用紙Ｐと、熱源２１と、フィルム状ベルト２３の一部とを省略して図示している。
非案内部３３には、図示のとおり多数の開口３４が形成されているので、非案内部３３に接触せずに回転移動するフィルム状ベルト２３に対して、この開口３４を通して熱源２１の輻射熱を直接与えることができ、フィルム状ベルト２３を加熱することができる。

ところで、フィルム状ベルト２３の予熱にむらがあっても、フィルム状ベルトはその後、案内部３２周面に沿って摺接される際に、均一に加熱されるので、何ら問題はない。
なお、フィルム状ベルト２３を十分支持できる支持部材２２であれば、非案内部３３全体を開口３４とすること、つまり、支持部材２２から非案内部３３を省略してもよい。また、同様の理由から、開口３４の形状は、図示した形状だけによらない。

上記の構成によって、フィルム状ベルト２３を加熱し、かつ、ニップ形成部３１に沿って移動する際には、フィルム状ベルト２３の温度がむらなく一定温度まで加熱され得る加熱用回転部材２とすることができる。
この実施形態では、上記構成に加えて、さらに、支持部材２２の周面にフィルム状ベルト２３を押圧するための押圧手段４が備えられている。押圧手段４は、支持部材２２における案内部３２の上流側の領域に対向して配置されており、案内部３２の外周面にフィルム状ベルト２３を押しつける。押圧手段４は、図１に示すように支持部材２２の軸方向と平行方向に延びるローラを用いることができる。このローラは、たとえばフィルム状ベルト２３の周面にオイルを塗布するためのオイル塗布ローラによって兼用させることができる。

図５は、この発明にかかる押圧手段を清掃部材にしたときの概略図である。
上述の押圧手段は、図示のとおり、ローラに代えて、フィルム状ベルト２３の外周面を清掃するための清掃部材４１を用いてもよい。
かかる押圧手段４を用いることにより、フィルム状ベルト２３を支持部材２２における案内部３２の外周面に確実に接触させることができ、押圧手段４から下流側の案内部３２の外周面に沿ってフィルム状ベルト２３が摺接移動させられる。

さらに、押圧手段４で押圧された位置の下流側には、非接触温度センサ５が備えられている。非接触温度センサ５は、フィルム状ベルト２３が支持部材２２に確実に摺接して移動する位置に対向しているので、フィルム状ベルト２３と非接触温度センサ５との距離は一定に保たれており、非接触温度センサ５は良好な温度検知を行うことができる。よって、フィルム状ベルト２３の温度を正確に把握でき、フィルム状ベルト２３の温度が所定の温度になるように制御することができる。

なお、この発明の押圧手段４は、フィルム状ベルト２３の非通紙部分との接触部分に、接触型温度センサを設けてもよい。フィルム状ベルト２３に接する押圧手段４に温度検出手段を兼ね備えることで、直接フィルム状ベルト表面の温度を検出できる。この場合、非接触温度センサ５を設置する必要がなく、部材の削減ができる。
以上の構成により、薄いフィルム状ベルト２３を使用しても、支持部材２２により良好に維持される。これにより、フィルム状ベルト２３が、常に支持部材２２上の案内部３２に摺接した形状を維持することから、ブレを生じることなく安定した回転移動をさせることができ、よって高速化にも対応できる。

また、支持部材２２上の案内部３２が、熱源２１を中心とした円弧を描く位置に形成されている。これにより、案内部３２が熱源２１を中心とした円周上に配置できることから、案内部３２は、熱源２１からの輻射熱をムラなくに伝達されることができる。
さらに、フィルム状ベルト２３は、加圧用回転部材１からの張力を受け、常に支持部材２２上の案内部３２に摺接した形状をとっている。これにより、フィルム状ベルト２３は、案内部３２からの熱をムラなく受けることができる。

また、支持部材２２の非案内部３３に、開口３４が設けられている。これにより、フィルム状ベルト２３は、熱源２１から直接輻射熱を受けることができ、複写機の迅速な立ち上がりを促すことができる。
さらに、フィルム状ベルト２３と非接触温度センサ５との距離を一定に保つことができる。これにより、フィルム状ベルト２３の表面温度を的確に検出することができ、最適なフィルム状ベルト２３の温度制御ができる。そして、無駄な加熱を防ぐことで、複写機の電力の消費を必要最小限にすることができる。

したがって、熱源により支持部材を介して迅速にフィルム状ベルトを加熱することで待機時間が少なくてよく、しかも用紙の加熱制御を良好に行えることのできるいわゆるオンデマンド型の定着装置を提供することができる。
上述の説明は、いわゆるモノクロの複写機の定着装置を例にとって説明したが、この発明の定着装置は、カラー複写機、カラープリンタなどの画像形成措置に設置されている定着装置にも適用できる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態にかかる定着装置の全体概略図である。 図１に示す定着装置の縦断面図である。 この発明にかかる他のニップ形成部の実施形態の概略図である。 図１に示す定着装置を非案内部側から見たときの一部切欠斜視図である。 この発明にかかる押圧手段を清掃部材にしたときの概略図である。

符号の説明

１ 加圧用回転部材
１１ 回転軸
１２ 弾性体ローラ
１３ ギヤ
２ 加熱用回転部材
２１ 熱源
２２ 支持部材
２３ フィルム状ベルト
３１ ニップ形成部
３２ 案内部
３３ 非案内部
３４ 開口
４ 押圧手段
４１ 清掃部材
５ 非接触温度センサ
Ｐ 用紙

Claims (4)

1. 加圧用回転部材および加熱用回転部材を有し、両回転部材間で用紙をニップして搬送することにより、上記用紙に転写されているトナー像を上記用紙に定着させる定着装置であって、
   上記加熱用回転部材は、
   上記ニップで上記加圧用回転部材の回転に伴って回転移動される無端のフィルム状ベルトと、
   少なくとも上記ニップの形状および上記ニップの上流側の形状を形成し、上記フィルム状ベルトの内周面が摺接するように、上記フィルム状ベルトの移動を案内するための支持部材と、
   上記支持部材に上記フィルム状ベルトを押圧する押圧手段と、
   上記支持部材の内方に配置され、上記支持部材を介して上記フィルム状ベルトを加熱するための熱源と、
   上記支持部材に沿って移動する上記フィルム状ベルトの外表面温度を非接触で検知するための温度検知手段と、を含むことを特徴とする、定着装置。
2. 上記支持部材は、
   用紙搬送方向に略直線状またはわずかに凹湾曲状をしたニップ形成部と、
   上記ニップ形成部の上流側に延びており、円弧状に凸湾曲をし、上記フィルム状ベルトを上記ニップ形成部へと導く案内部と、を含むことを特徴とする、請求項１記載の定着装置。
3. 上記押圧手段は、上記フィルム状ベルトの外周面にオイルを塗布するためのオイル塗布部材または上記フィルム状ベルトの外周面を清掃するための清掃部材を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２記載の定着装置。
4. 上記押圧手段は、接触型温度センサを含み、当該温度センサは、上記フィルム状ベルトの上記用紙と接触しない非通紙領域を押圧していることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の定着装置。
   
   

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