JP2007011224A - 定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルトの昇温速度が早いにもかかわらず、定着ベルトの温度を安定して制御可能であることによって、安定した定着品質を維持することのできる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着装置１は、内面に抵抗層を形成した回動移動可能な無端の定着ベルト６と、定着ベルト６の内部に設置された弾性層を有する定着部材４と、定着部材４に対向してニップ部３を形成する回転自在な加圧部材５と、両端に電極を備えると共にこの電極以外の表面は絶縁性の高い材料から構成され且つ定着ベルト６に張力を付与しつつこの定着ベルト６の回動移動を許容する給電部材８と、定着ベルト６の内部若しくは外部又はその両方に配置されて給電部材８に対する定着ベルト６の巻き掛け量を調整するための巻き掛け量調整手段１０Ａと、巻き掛け量調整手段１０Ａを制御するための巻き掛け量制御手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ、ファックス等、及びこれらの複合機等に用いられる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来から、複写機やプリンタ、ファックス等、及びこれらの複合機等の画像形成装置の分野において、パーソナル化や複合機化と同時に装置全体の小型化が求められ、その小型化を実現する一つの手法として、トナー定着のための定着装置をドラム方式からベルト方式へと変更したものが知られている。

また、このようなベルト方式の定着装置においては、未定着トナーを加熱加圧定着するためのニップ部から離れた場所に定着ベルトを加熱するための加熱源が配置されることによって、小スペースで広いニップ幅が確保されていた。

即ち、ニップ部に定着ベルトの加熱源として加熱ローラを配置した場合、その加熱ローラのゴム厚を厚くすると加熱ローラ内部から表面への熱伝導率が悪くなることから、ゴム厚を厚くすることができない。この結果、十分なニップ幅を確保することができないという不具合が発生してしまう。

また、省エネルギー化や利便性向上の観点から、定着装置のウォームアップ時間を短縮するために、定着装置に使用される定着ベルトとして発熱抵抗体層を具備した形態が提案されている（特許文献１参照）。

これは、定着ローラに比べて熱容量の小さい定着ベルトのみを加熱することにより、トナーを定着するために必要なニップ部での温度上昇速度を早くすることができることに起因する。
特開平７−６４４１６号公報

ところで、上記の如く構成されたベルト方式の定着装置にあっては、定着ベルトの昇温速度（＝ウォームアップ時間）は速くなるものの、ドラム方式の定着装置で採用されていたような温度制御（例えば、投入電力のオンオフ制御）では、所謂温度リップルが大きく、定着ベルトの温度を安定して維持することが困難であるという問題が生じていた。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、定着ベルトの昇温速度が早いにもかかわらず、定着ベルトの温度を安定して制御可能であることによって、安定した定着品質を維持することのできる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

（１）内面に抵抗層を形成した回動移動可能な無端の定着ベルトと、該定着ベルトの内部に設置された弾性層を有する定着部材と、該定着部材に対向してニップ部を形成する回転自在な加圧部材と、両端に電極を備えると共にこの電極以外の表面は絶縁性の高い材料から構成され且つ前記定着ベルトに張力を付与しつつこの定着ベルトの回動移動を許容する給電部材と、前記定着ベルトの内部若しくは外部又はその両方に配置されて前記給電部材に対する前記定着ベルトの巻き掛け量を調整するための巻き掛け量調整手段と、該巻き掛け量調整手段を制御するための巻き掛け量制御手段とを有することを特徴とする定着装置。

（２）前記巻き掛け量制御手段は、前記定着ベルトの発熱量を多くするときには巻き掛け量を大きくし、発熱量を小さくするときには巻き掛け量を小さくするように、前記巻き掛け量変更手段を制御することを特徴とする（１）に記載の定着装置。

（３）前記定着ベルトの発熱量を検出する温度検出手段をさらに有し、前記巻き掛け量制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記巻き掛け量変更手段を制御することを特徴とする（１）または（２）に記載の定着装置。

（４）前記温度検出手段は、前記ニップ部付近における前記定着ベルトの発熱量を検出することを特徴とする（３）に記載の定着装置。

（５）（１）〜（４）のいずれか１つに記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

本発明の定着装置によれば、給電部材に対する定着ベルトの巻き掛け量を調整するための巻き掛け量調整手段は、巻き掛け量制御手段によって制御される。

これにより、定着ベルトの昇温速度が速いにもかかわらず、定着ベルトの温度が安定し制御されることが可能となり、安定した定着品質を維持することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態における定着装置を示す断面図である。

図１に示すように、定着装置１において、用紙２の表面に付着された未定着トナーを加熱加圧定着して画像形成するためのニップ部は、弾性体層を備えた定着部材４、および加圧部材５からなる。定着部材４と加圧部材５は互いに対向するように配置される。

この定着部材４と加圧部材５とは、定着ベルト６を介して図示しない加圧機構に所定の圧接力で加圧されることによって生じる加圧ローラの弾性層の変形により、用紙２の表面に付着した未定着トナーを用紙２の表面に定着させるために必要な熱を供給するための定着ニップを得るものである。

加圧部材５は、例えば、図示しないばね部材やカム機構等を利用した形態が挙げられ、必要に応じて圧接解除機構や圧接力変更手段（圧接力制御手段を含む）を別途設けることも可能である。

また、加圧部材５は、金属（例えば、アルミや鉄等）芯金上に弾性体を有するローラであり、その加圧ローラの内部にはハロゲンランプなどの熱源が設けられても構わない。

さらに、加圧ローラには、回転駆動方向に回転駆動するための回転駆動手段（図示せず）が具備してあり、摩擦力を利用して定着ベルト６を従動駆動しており、ニップ部での定着ベルト６と加圧ローラの摩擦力とによって用紙２が用紙搬送方向に搬送される（図示矢印Ａ参照）。

回転駆動手段は、用紙２の姿勢・濃薄等の定着条件・用紙サイズ等の用紙２条件・用紙搬送速度・環境・マシン状態・通紙状態等の各種条件を検出する所定量検出手段の検出結果に基づいて、その回転駆動速度や回転／停止並びに回転方向（正転・逆転）を制御する。

定着ベルト６は、固定パッド７と給電部材８との外周に、張力付与手段９（ばね等）により張架されている。尚、固定パッド７は回転体であっても良い。

定着ベルト６は、内面に抵抗層を備え、最外周面にはトナーとの離型を確保するための離型性層（ポリテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等）を有する。また、定着させた画像の画質向上のため、抵抗層と離型性層の間には弾性層が設けられてもよい。このように弾性層が設けられることによって、用紙２上のトナーの凹凸に弾性体がある程度順応することによって、弾性体を具備しない場合のように用紙２上のトナーの凹凸（カラー画像で顕著）がつぶされることによって画質劣化が生じることが防止される。

給電部材８は、薄肉金属製のローラ基材上に積層された電気絶縁性層（ポリイミド（ＰＩ）樹脂等の耐熱性電気絶縁体を有する。また、給電部材８は、図２に示すように、軸方向両端部において、定着ベルト６内面の抵抗層に電圧を印加するための給電部８ａ（真鍮などの金属）を有し、給電部材８の表面は絶縁性を有している。図に示す８ｂが、絶縁性を有する給電部材８の表面の範囲を示している。

給電部８ａと定着ベルト６の内面の抵抗層は、張力付与手段９の作用により常に接しているから、給電部８ａ間に電圧を印加することにより、抵抗層内を給電部材８の軸方向に電流が流れることとなり、定着ベルト６が発熱する。

給電部材８の表面絶縁範囲８ｂには多孔質セラミック材やシリコンゴム等の耐熱性電気絶縁体）を具備させることも可能である。

抵抗層で発生した熱が給電部材８に伝達されることを防止し、定着ベルト６の昇温速度をより一層早くすることができる。また、同様の目的で、給電部材８の基材として低熱伝導性を有し、かつ熱容量の小さい多孔質セラミックや耐熱性樹脂材（ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等）を使用しても良い。

また、給電部材８の表面絶縁範囲８ｂにおける給電部材８の外径と、給電部８ａにおける給電部材８の外径とに差がある場合には、給電が安定しない（表面絶縁範囲８ｂにおける給電部材８の外径が給電部８ａにおける給電部材８の外径より大きい場合）ことや、定着ベルト６が捩れて安定した走行性が得られない（表面絶縁範囲８ｂにおける給電部材８の外径が給電部８ａにおける給電部材８の外径よりも小さい場合）ことの問題が生じ得る。これらの問題を解消するために、耐熱性断熱材層には弾性を有する材料（例えば、シリコンゴム、シリコンスポンジ、フッ素ゴム等）を用いられることが好ましい。

一方、定着ベルト６は、その外部に配置された巻き掛け量調整手段１０Ａによって給電部材８に対する定着ベルト６の巻き掛け量が調整される。この巻き掛け量調整手段１０Ａは、定着ベルト６との摩擦により従動回転可能に支持されており、カム機構等により図示矢印Ｂ方向に段階若しくは無段階で進退動するように構成され、これにより、通常の巻き掛け量（図１における左側の図参照）に対して角度α（図１における右側の図参照）の範囲で巻き掛け量を増減することができる。

巻き掛け量調整手段１０Ａは、ローラ軸方向の温度安定化を目的として、アルミ製芯金を使用したローラ形態を呈し、その表面にはトナー付着による画像劣化を防止する目的で離型性層（例えば、テフロン等）が積層されているが、定着ベルト６の昇温速度確保のため、巻き掛け量調整手段１０Ａが低熱伝導性で且つ低熱容量となるように、耐熱性ゴム材や多孔質セラミックス材等を使用することが好ましい。なお、巻き掛け量調整手段１０Ａは、ローラに限定されず、また、固定式等であっても良い。

また、図１では、巻き掛け量調整手段１０Ａが定着ベルト６に分離および接触する例を示したが、常に定着ベルト６に接触させることも可能であり、定着ベルト６上のトナーを清掃するための清掃部材としても使用することができる。この際、巻き掛け量調整手段１０Ａの表面には、上述した離型性層を有しないほうが望ましい。

定着ベルト６の表面で且つニップ部上流側には、定着ベルト６を介して定着部材４に圧接（非接触式でも良い）される温度検出手段が設けられており、巻き掛け量調整手段１０Ａは、当該温度検出手段の検出結果に応じて図示しない巻き掛け量制御手段により制御される。

これにより、例えば、定着ベルト６の巻き掛け量を増やすと、電流が流れる定着ベルト６の抵抗層の断面積が増え、発熱量が大きくなることによって定着ベルト６の温度が上昇することとなるため、定着ベルト６の表面を所望の温度に維持することが容易となる。

ここで、従来のベルト定着装置にみられるように、加熱源（ハロゲンヒータ）からの輻射熱により加熱ローラが加熱され、この加熱ローラと定着ベルトとの接触面からの伝熱により定着ベルトが加熱される構成では、一旦、加熱ローラを加熱する必要があるから、定着ベルトの昇温が遅い。また、同様に従来のベルト定着装置にみられるように、加熱ローラの表面に温度検出手段が接触配置される構成では、当該定着ベルト表面の温度を制御する際に温度補正が必要となる。これに対して、本実施形態においては、上述したように温度検出装置が設けられることによって、温度補正等が不要となり、定着ベルト６の表面の温度安定化に対して有効である。

図３は、従来の定着装置における定着ベルトの表面温度の推移と、本実施形態の定着装置における定着ベルトの表面温度の推移とを比較するためのグラフである。

図３は、連続通紙中における定着ベルトの表面温度の推移を示すものであるが、図より、本実施形態の定着装置における定着ベルトの表面温度の推移は、従来の定着装置の場合に比べて、リップルが少なく安定していることが把握される。

尚、上記の実施形態では、定着部材４としての固定パッド７を使用した場合を例示しているが、従来の定着ローラを定着部材４とする構成に比べて熱容量を小さくすることが可能となるため、本発明の効果を存分に発揮することができる。

また、温度検出手段の配置場所については、例えば、給電部材８の給電部８ａが配置される位置に対応する定着ベルト６の表面に配置されてもよく、上述した形態に限定されるものではない。

さらに本発明の画像形成装置としては、モノクロ／カラーの複写機、プリンタ、ファックス等やこれらの複合機の全般に適用することができることは勿論である。

図４は、本発明の第２の実施形態における定着装置を示す断面図である。

尚、以下の第２の実施形態の説明において、上記の第１の実施形態の定着装置と共通する構成について、上記の第１の実施形態の説明において示す符号と同一の符号を付して示す。また、当該共通する構成についての説明を省略する。

上記の第１の実施形態の定着装置には、定着ベルト６に対して分離および接触が可能な巻き掛け量調整手段１０Ａが設けられているのに対して、第２の実施形態における定着装置には、定着ベルト６を介して常に給電部材８に圧接される巻き掛け量調整手段１０Ｂが設けられている。第２の実施形態における定着装置が上述した構成を有することによって、給電部材８の位置が定着ベルト６の巻き掛け量に直結しているため、発熱量が精度よく制御され得る。

したがって、上述した巻き掛け量制御手段の構成のうち、無段階に可動制御させる構成との組み合わせにより定着ベルト６の表面温度をより安定させることができる。

図５は、本発明の第３の実施形態における定着装置を示す断面図である。

尚、以下の第２の実施形態の説明において、上記の第１の実施形態の定着装置と共通する構成について、上記の第１の実施形態の説明において示す符号と同一の符号を付して示す。また、当該共通する構成についての説明を省略する。

上記の第２の実施形態の定着装置には、上述したように定着ベルト６を介して常に給電部材８に圧接される巻き掛け量調整手段１０Ｂが設けられているのに対して、第３の実施形態の定着装置には、巻き掛け量調整手段１０Ｃが定着ベルト６の内側に設けられている。

第３の実施形態における定着装置において、上述したように巻き掛け量調整手段１０Ｃが定着ベルト６の内側に設けられることによって、巻き掛け量調整手段１０Ｃからの放熱量を抑制する効果を発揮することができ、例えば、連続通紙中の消費電力を少なくすることができるという新たな効果を奏することができる。

本発明の第１の実施形態における定着装置を示す断面図である。 給電部材の構成を説明するための概略側面図である。 従来の定着装置における定着ベルトの表面温度の推移と、本実施形態の定着装置における定着ベルトの表面温度の推移とを比較するためのグラフである。 本発明の第２の実施形態における定着装置を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態における定着装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 定着装置、
２ 用紙、
３ ニップ部、
４ 定着部材、
５ 加圧部材、
６ 定着ベルト、
７ 固定パッド、
８ 給電部材、
９ 張力付与手段、
１０ 巻き掛け量調整手段。

Claims (5)

1. 内面に抵抗層を形成した回動移動可能な無端の定着ベルトと、
   該定着ベルトの内部に設置された弾性層を有する定着部材と、
   該定着部材に対向してニップ部を形成する回転自在な加圧部材と、
   両端に電極を備えると共にこの電極以外の表面は絶縁性の高い材料から構成され且つ前記定着ベルトに張力を付与しつつこの定着ベルトの回動移動を許容する給電部材と、
   前記定着ベルトの内部若しくは外部又はその両方に配置されて前記給電部材に対する前記定着ベルトの巻き掛け量を調整するための巻き掛け量調整手段と、
   該巻き掛け量調整手段を制御するための巻き掛け量制御手段と、
   を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記巻き掛け量制御手段は、前記定着ベルトの発熱量を多くするときには巻き掛け量を大きくし、発熱量を小さくするときには巻き掛け量を小さくするように、前記巻き掛け量変更手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ベルトの発熱量を検出する温度検出手段をさらに有し、
   前記巻き掛け量制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記巻き掛け量変更手段を制御す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. 前記温度検出手段は、前記ニップ部付近における前記定着ベルトの発熱量を検出することを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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