JP2013164463A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォームアップ時間を短縮することができ、かつコストアップすることなく交換を行うことが可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】走行移動可能な可撓性の無端ベルト２１及び無端ベルト２１の内周面に接触可能に設けられたニップ形成部材４１を有するベルトユニット３４と、無端ベルト２１を介してニップ形成部材４１と圧接してニップ部を形成する加圧部材３１とを有し、転写紙がニップ部を通過して搬送される定着装置２０であって、無端ベルト２１が駆動軸を持たないスリーブ状ベルトである定着装置２０において、無端ベルト２１に触れることなくベルトユニット３４のみを交換可能とした。
【選択図】図７

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これ等の複合機等の画像形成装置に関し、詳しくは形成後の画像を記録紙に定着させる定着装置に関する。

従来、電子写真方式を利用した画像形成装置が知られており、その画像形成プロセスは、像担持体である感光体ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光体ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録紙に転写して画像を担持させ、圧力や熱等を用いる定着装置によって記録紙上のトナー画像を定着する過程により成立している。

定着装置には、対向するローラもしくはベルトもしくはそれらの組み合わせにより構成された定着回転体が配置されており、記録紙を挟み込み熱及び圧力を加え、トナー像を記録紙上に定着する。一例を挙げると、既に公知である図１０に示すベルト定着方式において、熱源である加熱ヒータを有する加熱ローラと表層にゴム層が設けられた定着ローラを内包した定着ベルトと定着ベルトに当接する加圧ローラとが定着回転体である。定着装置に到達したトナー像転写済みの転写紙は、定着ベルトと加圧ローラとのニップ部に入り、記録紙が定着ニップ部を通過する過程で転写されたトナー像が加熱及び加圧される。

上述した画像形成装置に用いられる定着装置において、図１１に示すように回転体の内面に摺接する固定部材を有する構成が、例えば「特許文献１」に開示されている。この技術はフィルム加熱方式であり、一般に発熱体としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルムからなる定着フィルムを挟ませて定着ニップ部を形成させ、定着ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた記録紙を導入して、フィルムと一緒に挟持搬送させることでニップ部においてセラミックヒータの熱がフィルムを介して記録紙に与えられ、さらに定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を記録紙面に熱圧定着させるものである。このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータ及びフィルムとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができると共に、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さいといった利点がある。

また、例えば「特許文献２」には加圧ベルト方式が開示されており、この定着装置は、表面が弾性変形する回転可能な加熱定着ローラと、加熱定着ローラに接触したまま走行可能なエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内側に非回転状態で配置されエンドレスベルトを加熱定着ローラに圧接させエンドレスベルトと加熱定着ローラとの間に記録紙が通過させられるベルトニップ部を設けると共に加熱定着ローラの表面を弾性変形させる加圧パッドとを有している。この定着装置によれば、下のローラをベルトにし、記録紙とローラとの接触面積を広げることで熱伝導効率を大幅に向上させ、エネルギ消費を抑制すると同時に小型化を実現できるという利点がある。

「特許文献１」に開示された定着装置は、耐久性の問題とベルト温度安定性の問題があった。すなわち熱源であるセラミックヒータとベルト内面との摺動による耐摩耗性が不十分であり、長時間運転すると連続摩耗を繰り返す面が荒れて摩擦抵抗が増大し、ベルトの走行が不安定となる、または定着装置の駆動トルクが増大する等の現象が生じてしまう。その結果、画像を形成する転写紙のスリップが生じ、画像のズレが生じるという問題点、または駆動ギヤにかかる応力が増大してギヤの破損を引き起こしてしまうという問題点が生じる。また、フィルム加熱方式の定着装置では、ベルトをニップ部で局所的に加熱しているため走行するベルトがニップ部の入口に戻ってくる際にベルト温度は最も冷えた状態となり、定着不良が発生し易いという問題点がある。これは、特に高速走行を行うと顕著となる。

一方、「特許文献２」に開示された定着装置は、ベルト内面と固定部材の摺動性の問題を改善する手段として圧力パッドの表層に低摩擦シートとして四フッ化エチレンを含浸させたガラス繊維シート（ＰＴＦＥ含浸ガラスクロス）を用いる方法が開示されており、この方法によれば摺動性が向上することが示されているが、このような加圧ベルト方式の定着装置では定着ローラの熱容量が大きく、昇温が遅いためウォームアップ時間が長いという問題点がある。

上述の各問題点を解決すべく、本願発明者等は「特許文献３」に開示されている定着装置を提案している。この定着装置によれば、内部に設けられたヒータによってスリーブ状のベルトを全体的に加熱することができるためにウォームアップ時間を短縮することができる。しかしこの構成では、内部にヒータを有するスリーブ状ベルトは駆動軸を有していないため、交換の際にはスリーブ状ベルトを把持することができないことから定着ユニット全体を交換しなくてはならず、コストアップしてしまうという問題点がある。

本発明は上述の問題点を解消し、ウォームアップ時間を短縮することができ、かつコストアップすることなく交換を行うことが可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、走行移動可能な可撓性の無端ベルト及び前記無端ベルトの内周面に接触可能に設けられたニップ形成部材を有するベルトユニットと、前記無端ベルトを介して前記ニップ形成部材と圧接してニップ部を形成する加圧部材とを有し、転写紙が前記ニップ部を通過して搬送される定着装置であって、前記無端ベルトが駆動軸を持たないスリーブ状ベルトである定着装置において、
前記無端ベルトに触れることなく前記ベルトユニットのみを交換可能に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、破損することなく確実に定着装置の交換作業を行うことができるので、ウォームアップ時間を短縮することができかつコストアップすることなく定着装置の交換を行うことが可能となる。

本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略図である。 本発明の一実施形態を適用可能な定着装置要部の概略断面図である。 本発明の一実施形態を適用可能な定着装置要部の概略断面図である。 本発明の一実施形態に用いられる定着装置の概略断面図である。 本発明の一実施形態に用いられる定着装置の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に用いられる分解時における定着装置の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に用いられる分解時における定着装置の概略側面図である。 本発明の一実施形態に用いられるベルトユニットの概略斜視図である。 本発明の他の実施形態に用いられる定着装置の要部断面図である。 従来の定着装置の概略図である。 従来の定着装置の概略図である。

図１は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置を示している。同図においてタンデム型カラープリンタである画像形成装置１の本体上方に配設されたボトル収容部１０１には、各色（イエロ、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋがそれぞれ着脱自在に設けられている。

ボトル収容部１０１の下方には中間転写ベルト７８を有する中間転写ユニット８５が配設されており、中間転写ベルト７８と対向するように各色に対応した作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが並設されている。各作像部４にはそれぞれ感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが配設されており、各感光体ドラム５の周囲には、それぞれ帯電部７５、現像部７６、クリーニング部７７、図示しない除電部等が配設されている。そして、各感光体ドラム５上で作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われて、各感光体ドラム５上に各色の画像が形成される。

各感光体ドラム５は、図示しない駆動モータによって図１の時計回り方向に回転駆動され、帯電部７５の位置で各感光体ドラム５の表面が一様に帯電される（帯電工程）。その後、各感光体ドラム５の表面は、露光部３から発せられたレーザ光の照射位置に達し、この位置で露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。その後、各感光体ドラム５の表面は現像装置７６との対向位置に達し、この位置で静電潜像が現像されて各色のトナー像が形成される（現像工程）。その後、各感光体ドラム５の表面は中間転写ベルト７８及び１次転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋとの対向位置に達し、この位置で各感光体ドラム５上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程）。このとき、各感光体ドラム５上には僅かながら未転写トナーが残存する。その後、各感光体ドラム５の表面はクリーニング部７７との対向位置に達し、この位置で各感光体ドラム５上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程）。最後に、各感光体ドラム５の表面は図示しない除電部との対向位置に達し、この位置で各感光体ドラム５上の残留電位が除去される。こうして各感光体ドラム５上で行われる一連の作像プロセスが終了する。その後、現像工程を経て各感光体ドラム５上に形成した各色トナー像を中間転写ベルト７８上に重畳転写することにより、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。

ここで中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、各１次転写バイアスローラ７９、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０等で構成される。中間転写ベルト７８は、３個のローラ８２，８３，８４によって張架及び支持されると共にローラ８２の回転駆動により図１の矢印方向に走行駆動される。各１次転写バイアスローラ７９は、それぞれ中間転写ベルト７８を各感光体ドラム５との間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。各１次転写バイアスローラ７９には、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。

中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して各１次転写バイアスローラ７９の１次転写ニップを順次通過する。これにより各感光体ドラム５上の各色トナー像が中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に到達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。このとき中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。その後、中間転写ベルト７８は中間転写クリーニング部８０の位置に到達し、この位置で中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。これにより中間転写ベルト７８上で行われる一連の転写プロセスが終了する。

ここで、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、装置本体の下方に配設された給紙部１２から給紙ローラ９７、レジストローラ対９８等を経由して搬送されたものである。給紙部１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１において反時計回り方向に回転駆動されると、最上位の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。レジストローラ対９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転を停止したレジストローラ対９８のニップ間位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ対９８が回転駆動され、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。これにより記録媒体Ｐ上に所望のカラー画像が転写される。その後、２次転写ニップ位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは定着装置２０に搬送され、定着ベルト２１及び加圧ローラ３１による熱と圧力とにより表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。その後、記録媒体Ｐは排紙ローラ対９９により装置外へと排出され、出力画像としてスタック部１００上に順次スタックされる。これにより画像形成装置１における一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２を用いて定着装置２０の構成を説明する。定着装置２０の一例として、定着装置２０内に加圧回転体（図２の場合は加圧ローラ３１）と定着ベルト２１と定着ベルト２１の内周面に近接配置された金属パイプ２２とを有し、加熱手段としての熱源４０（図２の場合はハロゲンヒータ）により金属パイプ２２が加熱されるものがある。このとき、図２に示す定着ベルト２１の内周面側には金属パイプ２２に保持されたニップ形成部材４１が設けられており、ニップ形成部材４１は定着ベルト２１の内周面と直接もしくは摺動シートを介して間接的に摺動するように構成されている。図２に示す例ではニップ部の形状が凹形状であるが、平坦状やその他の形状であってもよく、記録紙先端の排出方向が加圧ローラ３１寄りとなり分離性が向上してジャムの発生が抑制されることから、ニップ部の形状は凹形状であることが望ましい。

加圧ローラ３１は、中空の金属ローラにシリコーンゴム層を有しており、さらに離型性を得るため表面にＰＦＡまたはＰＴＦＥ層からなる離型層を有している。加圧ローラ３１は、画像形成装置に設けられたモータ等の駆動源からギヤを介して駆動力が伝達されることにより回転する。また加圧ローラ３１は、スプリング等により定着ベルト２１側に押圧されており、ゴム層が押し潰されて変形することにより所定のニップ幅を有している。加圧ローラ３１としては中実のローラであってもよいが、熱容量が少なくなることから中空の方が好ましく、ハロゲンヒータ等の加熱源を有していてもよい。シリコーンゴム層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ３１内にヒータがない場合はスポンジゴムを用いてもよく、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われにくくなることからスポンジゴムが望ましい。

定着ベルト２１は、ニッケルやステンレス等の金属ベルトやポリイミド等の樹脂材料を用いたスリーブ状ベルトもしくはフィルムであり、ベルトの表層にはＰＦＡまたはＰＴＦＥ層等の離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。ベルトの基材とＰＦＡまたはＰＴＦＥ層との間には、シリコーンゴム等により形成された弾性層を有していてもよい。弾性層がない場合には熱容量が小さくなり定着性は向上するものの、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のべた部にゆず肌状の跡が残るという不具合が生じるため、これを改善するには弾性層を１００μｍ以上設ける必要があり、弾性層の変形により微小な凹凸が吸収されてゆず肌画像が改善される。

金属パイプ２２としてはアルミニウム、鉄、ステンレス等の金属が用いられ、図示した例では円形状であるが角形であってもその他の断面形状であってもよく、金属パイプ２２の内部にはニップ形成部剤４１を支持するためのニップ支持体４２が配設されている。ニップ支持体４２は、加圧ローラ３１により圧力を受けるニップ形成部材４１の撓みを防止して軸方向において均一なニップ幅が得られるように構成されている。ニップ支持体４２とニップ形成部材４１とは両端部においてフランジ４３により位置決め固定されており、フランジ４３は定着ベルト２１の両端部を保持して走行ガイドとしても機能している。熱源４０の輻射熱等によりニップ支持体４２が加熱されてしまう場合には、ニップ支持体４２の表面に断熱処理や鏡面処理を施して加熱されることを防止することにより、無駄なエネルギ消費を抑制することができる。

金属パイプ２２を昇温させる熱源４０は図示したハロゲンヒータでもよいが、ＩＨや抵抗発熱体、カーボンヒータ等であってもよい。定着ベルト２１は外部のローラの回転に従動して走行し、図２に示す例では加圧ローラ３１が図示しない駆動源により回転し、ニップ部で定着ベルト２１に駆動力が伝達されることにより定着ベルト２１が走行する。定着ベルト２１はニップ部で挟み込まれて走行するが、ニップ部以外ではフランジ４３にガイドされており、一定の距離以上に定着ベルト２１の走行一が熱源４０から離れないように案内される。定着ベルト２１と金属パイプ２２との界面にはシリコーンオイルやフッ素グリス等の潤滑剤が供給される。上述の構成により、安価でウォームアップ時間が短く定着ベルト２１全体の温度が安定する定着装置を実現することができる。

上記実施形態の他の構成として、金属パイプ２２を持たない定着装置を用いてもよい。金属パイプ２２を除くことにより熱源４０によって定着ベルト２１が直接的に加熱され、よりウォームアップ時間が短くなり省エネルギに優れた構成となる。

次に本発明の特徴部について説明する。図４に示すように、駆動軸を持たないスリーブ状ベルトである定着ベルト２１はその両端部内面をフランジ４３によって摺動自在に保持されている。フランジ４３には溝が設けられており、この溝に嵌合されることによって分離板３２が保持されている。定着ベルト２１の内部に設けられたニップ形成部材４１はニップ支持体４２によって支持されており、ニップ支持体４２、フランジ４３、熱源４０は全て定着装置２０のフレーム３６に支持されたベルトユニットステー部材３３によって支持されている。定着ベルト２１とニップ形成部材４１とニップ支持体４２と熱源４０とによってベルトユニット３４が構成されている。

図５は、加圧ローラ３１側から見た定着装置２０の斜視図を示している。本実施形態では、画像形成装置１の装置本体に固定されたフレーム３６にベルトユニットステー部材３３がねじにより固定されることで定着装置２０が装置本体に対して位置決め固定されている。交換のためにフレーム３６からベルトユニット３４を取り外す際には、フレーム３６とベルトユニットステー部材３３とを締結しているねじを外すことで、図６及び図７に示すようにフレーム３６から容易にベルトユニットステー部材３３を取り外すことができる。

フレーム３６から取り外されたベルトユニットステー部材３３からは、次に分離板３２が取り外される。これは、フランジ４３に設けられた溝に嵌合しているだけであるため、容易に取り外すことができる。また本実施形態では、ベルトユニットステー部材３３に熱源４０や温度センサ、ドロワコネクタ等の電装系部品が取り付けられている。電装系部品は、樹脂によって一体成形された電装系保持部材３５（図４参照）に一体的に支持されており、電装系保持部材３５とベルトユニットステー部材３３とを締結しているねじを外すことにより容易に取り外すことができる。これにより図８に示すようにベルトユニット３４のみとなるため、交換の際に破損の虞のある定着ベルト２１や熱源４０のガラス管部には一切触れることがなく、かつベルトユニットステー部材３３に対する位置も固定されているため、破損することなく確実な交換作業を行うことができる。これにより、ウォームアップ時間を短縮することができ、かつコストアップすることなく交換を行うことが可能となる。交換後は、新たなベルトユニットステー部材３３に保持されたベルトユニット３４に分離板３２及び電装系保持部材３５を組み付け、取り外し時とは逆の順序によって容易に組み付けが可能である。

本実施形態は、熱源にハロゲンヒータを用いた構成を例として説明したが、本発明はこれには限定されず、ニップ部にセラミック製のヒータを備える構成や可撓性を有し加熱部材の内面上に固設された面状ヒータを用いた構成、さらには図９に示すようにＩＨヒータ３７を用いた構成に適用してもよい。

１ 画像形成装置
２０ 定着装置
２１ 無端ベルト（定着ベルト）
３１ 加圧部材（加圧ローラ）
３３ ベルトユニットステー部材
３４ ベルトユニット
４０ 加熱手段（熱源）
４１ ニップ形成部材
４２ ニップ支持体
４３ フランジ

特開平４−４４０７５号公報 特開平８−２６２９０３号公報 特開２００７−３３４２０５号公報

Claims (5)

1. 走行移動可能な可撓性の無端ベルト及び前記無端ベルトの内周面に接触可能に設けられたニップ形成部材を有するベルトユニットと、前記無端ベルトを介して前記ニップ形成部材と圧接してニップ部を形成する加圧部材とを有し、転写紙が前記ニップ部を通過して搬送される定着装置であって、前記無端ベルトが駆動軸を持たないスリーブ状ベルトである定着装置において、
   前記無端ベルトに触れることなく前記ベルトユニットのみを交換可能に構成されていることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   前記ベルトユニットを保持するフランジと、前記フランジを保持するベルトユニットステー部材とを有し、前記ベルトユニットの交換は前記ベルトユニットステー部材を把持して該ベルトユニットステー部材ごと交換することにより行われることを特徴とする定着装置。
3. 請求項２記載の定着装置において、
   前記ベルトユニットは内部に前記無端ベルトを加熱する加熱手段を有し、該加熱手段は前記ベルトユニットステー部材によって保持されることを特徴とする定着装置。
4. 請求項２または３記載の定着装置において、
   前記ベルトユニットは前記ニップ形成部材が加圧により変形することを防止するためのニップ支持体を有し、該ニップ支持体は前記ベルトユニットステー部材によって保持されることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１ないし４の何れか１つに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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