JP3903694B2 - 画像定着装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本願発明は、複写機、プリンタ等に使用する画像定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
所定の温度範囲に維持された無端状の定着ベルトの表面に対して、トナー像面側が向くように、未定着のトナー像を担持する用紙を送り込むとともに、当該定着ベルトを挟んで対向配置せしめた加圧ローラ等で前記用紙を前記定着ベルトに押圧せしめ、前記定着ベルトと前記加圧ローラとによる加熱、加圧作用を介して、前記トナー像を用紙上に定着させるように構成した、複写機等の電子写真方式を利用した画像形成装置は公知である。
【0003】
また、前記定着ベルトは二本の支持ローラに掛け回され、その周囲は、必要な部位を除いて筐体に覆われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の如き定着ベルトを使用する形式の定着装置においては、前記支持ローラが一般的に金属材料で作られており、円筒形のローラ部と、その中を貫通する軸とで構成され、当該軸をベアリング軸受けを介して枠体上の所定位置に取り付ける構造となっている。
【0005】
上記構造は、加熱源の作用により定着ベルトに付与された熱が、支持ローラ、加圧ローラ等のローラ部あるいは軸受け部を介して流出することにより定着ベルトの表面温度を無駄に低下させ、例えば、定着処理開始直後に連続的に定着処理を行わなければならない場合などに、それができなくなるという問題があった。
【0006】
上記のような熱流出を極力抑制するために、例えば、支持ローラを樹脂で構成したり、円筒状のローラ部を傘の骨のような支柱で構成することを考えた。
【0007】
更には、軸で一体的に構成した左右のフランジ間にワイヤを張り渡すとともに、前記フランジの円周方向に適宜の数だけワイヤを張り渡すことによりかご型のローラとなす構成も本願発明者は検討してきた。
【0008】
そのような構成は、従来の支持ローラが有する熱流出の問題をかなり軽減せしめることが出来る有用なものであったが、まだ充分に満足できるものではなかった。
【0009】
本発明は上記点に鑑みなされたもので、主たる目的は、簡単な構成でありながら、熱の流出を極力防止することができる画像定着装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の構成により達成することができる。
【0011】
(1)枠体上に回転可能に支持された一対の支持部材間(一対の該支持部材間には両者を一体的に構成するための軸が存在しない)に複数のワイヤを張り渡し、複数の前記ワイヤを前記支持部材の回転軸中心と同心円上に配列して支持ローラとなし、当該支持ローラを含む支持手段により定着ベルトを保持するように構成した事を特徴とする画像定着装置。
【0012】
(2)前記支持部材間(一対の該支持部材間には両者を一体的に構成するための軸が存在しない)の張り渡しは、一本の樹脂繊維材からなるワイヤで行う事を特徴とする前記(1)に記載の画像定着装置。
【0013】
(3)前記ワイヤは芳香族ポリアミド繊維からなる事を特徴とする前記(2)に記載の画像定着装置。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づいて説明する。
【0015】
図1は、カラープリンタからなる画像形成装置の構成を示す概略図である。
図において、10は像形成体である感光体ドラム(以下、単にドラムという)、11は各色毎の帯電手段であるスコロトロン帯電器、12は各色毎の画像書込手段である露光光学系、13は各色毎の現像手段である現像器、14は転写ベルトである。
【0016】
前記ドラム10は、例えば、光学ガラスや透明アクリル樹脂等の透明部材によって形成される円筒状の基体の外周に、透明の導電層、a−Si層あるいは有機感光層(OPC)等の感光層(光導電層ともいう)を形成したものであり、導電層を接地した状態で図1の矢印で示す時計方向に回転される。
【0017】
前記スコロトロン帯電器11、露光光学系12及び現像器13は、これらを1組として、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)および黒色(K)の画像プロセス用手段(以下、画像形成手段という場合がある)として4組設けられており、前記ドラム10の回転方向に、Y、M、C、Kの順に配置してある。
【0018】
4組の前記画像形成手段の機械的構成は基本的に同じであるので、以下、それらの詳細は1組の構成を説明することで賄うこととする。
【0019】
前記スコロトロン帯電器11は、それぞれ所定の電位に保持された制御グリッドと、例えば、鋸歯状電極からなる放電電極11aとを有し、前記ドラム10の感光層と対峙して取付けられ、トナーと同極性のコロナ放電によって帯電作用(本実施形態においてはマイナス帯電)を行い、前記ドラム10表面に一様な電位を与える。
【0020】
放電電極11aとしては、鋸歯状電極に代えて、ワイヤ電極や針状電極を用いることも可能である。
【0021】
前記露光光学系12は、前述したスコロトロン帯電器11に対してドラム10の回転方向下流側に位置するように、前記ドラム10の内部に配置される。
【0022】
前記露光光学系12は、ドラム軸と平行に主走査方向に配列された像露光光の発光素子としてのLED(発光ダイオード)を複数個アレイ状に並べた線状の露光素子12aと、結像素子としての光集束性光伝送体(商品名:セルフォックレンズアレイ、図においては、参照符号12の引き出し線が出ている部分)と、不図示のレンズホルダとで構成される露光用ユニットであり、保持部材120に取付けてある。
【0023】
前記保持部材120には各色毎の露光光学系12の他に、同様の構成からなる転写同時露光器12dおよび一様露光器12eが取付けられ、一体となって前記ドラム10の基体内部に収容される。
【0024】
前記露光光学系12は、別体の画像読み取り装置によって読み取られメモリに記憶されたの画像データに従って前記ドラム10の感光層を裏面から像露光し、当該ドラム10上に静電潜像を形成する。
【0025】
前記露光素子の発光波長は、通常Y、M、Cのトナーに対して透過性の高い780〜900nmの範囲のものが用いられるが、本実施形態においては裏面から像露光を行う方式であるため、カラートナーに対して透過性を十分に有しないこれより短い400〜780nmの波長でもよい。
【0026】
前記現像器13は、前記ドラム10の周面に対して所定の間隙を保ち、当該ドラム10の回転方向と順方向に回転する円筒状の非磁性のステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ131と、現像ケーシング138とを有し、現像ケーシング138の内部には、各々イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)および黒色(K)の一成分或いは二成分現像剤を収容している。
【0027】
前記現像器13は前記ドラム10と所定の間隙をあけて非接触に保たれており、現像スリーブ131に対して直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスを印加することにより、非接触の反転現像を行い、ドラム10上にトナー像を形成する。
【0028】
14aおよび14bは前記転写ベルト14を張架するローラであり、14aが図示しない駆動源から動力を受け、前記転写ベルトを矢印方向に回転させるように構成してある。
【0029】
15および16は、前記転写ベルト14を挟んで前記ドラム10と対向配置させた転写器および除電器、17は転写工程終了後の前記ドラム10を除電するためのAC除電器、18は除電後の前記ドラム表面を清掃するクリーニング装置で、クリーニングブレード180を有する。
【0030】
20は、前記ドラム10上に形成されるトナー像が転写される用紙Pを収納してなるカセット、25は給紙ローラである。
【0031】
前記用紙Pの移動路上には、搬送ローラ対R1乃至R6、前記転写ベルト14および用紙Pの移動速度と同じ線速度で駆動される定着ベルト300を含む定着装置30等が付設してある。
【0032】
44は、前記ローラ14aと前記転写ベルト14を介して対向配置せしめた用紙分離用のAC除電器を示す。
【0033】
前記定着装置30は、後記する部材(手段)を外部から遮断する筐体(以下、外枠という)303、金属基体にシリコンゴムを塗布してなる無端状の定着ベルト300、前記定着ベルトを回転可能に支持する第1支持ローラ310、第2支持ローラ320、前記定着ベルトの内側であって、前記第1支持ローラ310側に設けた可回転、かつ、位置固定の加圧ローラ(説明の便宜上、以下、第1加圧ローラという)330、前記第1加圧ローラ330と前記第2支持ローラ320との間に設けたハロゲンヒータからなる加熱源H、前記加熱源Hと前記第2支持ローラ320との間に設けた反射板350、および、表面にシリコンゴム層を有し、かつ、前記定着ベルト300の外側であって、前記第1加圧ローラと対向配設せしめた、可回転、かつ、上下方向に移動可能な加圧ローラ(説明の便宜上、以下、第2加圧ローラという)340等から構成してある。
【0034】
前記構成において、前記第2支持ローラ320は画像形成装置本体側に設けてある駆動系と連結し、前記定着ベルト300の駆動ローラとして機能する。
【0035】
また、前記第1加圧ローラ330も、画像形成装置本体側の駆動系と連結し、動力を貰い受けるようになっている。
【0036】
なお、本発明に係わる前記第1支持ローラ310は、左右の支持部材(以下、フランジという)間にワイヤを張り渡し、かつ、前記フランジに、回転軸中心と同心円になるように張り渡し、また、隣接するワイヤ同士が略平行になるように張り渡すことによりローラ形状を構成しうるようになっているが、その詳細な構成については、後述することとする。
【0037】
前記定着ベルト300は、非定着処理時に、部分的に拡大して示す定着装置の模式図である図2の如く、緊張状態ではなく、弛みを以て前記第1支持ローラ310および第2支持ローラ320に張架(掛け回し)してあり、また、前記第1加圧ローラ330および前記第2加圧ローラ340は、前記定着ベルト300から離間した位置にある。
【0038】
上記構成の第1加圧ローラ330は、前記表面層が低熱伝導率・低熱容量であり、定着処理時には、前記定着ベルト300の表面温度とほぼ同じ表面温度になっているので、定着ベルトと圧接しても、定着ベルトから熱を奪うことはなく、あってもごく僅かであるため、ウォーミングアップ直後における連続定着を可能とする効果がある。
【0039】
また、前記第2加圧ローラ340は、例えば装置全体のシーケンスを制御する適宜の制御部Sにより制御され、定着処理時には、図示の離間した位置から、前記定着ベルト300を介して、前記第1加圧ローラ330と押圧する位置に持ち来されるように構成してある。
【0040】
定着処理時における定着ベルトおよび加圧ローラ等の関係は図3の模式図で示される。
【0041】
図1に戻って、前記定着ベルト300の表面温度を所定の温度範囲内に維持するための、前記加熱源Hの通電制御は、従来公知の方法が使用できる。
【0042】
なお、図においてGはガイド板、46は分離爪で、前記転写ベルト14と一体的に送られる転写後の用紙Pを確実に分離せしめる機能を有し、前記ローラ14a上の転写ベルト14表面に対して先端を近接して位置づけてある。
【0043】
以上のような構成を有する画像形成装置における、画像形成プロセスは次の通りである。
【0044】
ウォーミングアップ終了後、画像形成のスタートにより不図示のドラム駆動モータが始動し、ドラム10が図1の矢印で示す時計方向へ回転され、同時にイエロー(Y)のスコロトロン帯電器11が作動して前記ドラム10に所定の電位を付与する。
【0045】
引き続き、Yの露光光学系12を介して第1の色信号すなわちYの画像データに対応する電気信号による画像書込が開始され、前記ドラム10の表面に原稿画像のYの画像に対応する静電潜像が形成される。
【0046】
前記静電潜像はYの現像器13により非接触の状態で反転現像され、前記ドラム10上にイエロー(Y)のトナー像が形成される。
【0047】
次いで前記ドラム10は、Yのトナー像の上からマゼンタ(M)のスコロトロン帯電器11の帯電作用により電位を付与され、Mの露光光学系12によって第2の色信号すなわちMの画像データに対応する電気信号による画像書込により、Mの画像に対応する静電潜像が形成され、Mの現像器13による非接触の反転現像によって前記のイエロー(Y)のトナー像の上にマゼンタ(M)のトナー像が重ね合わせて形成される。
【0048】
同様のプロセスにより、シアン(C)のスコロトロン帯電器11、Cの露光光学系12およびCの現像器13によって、第3の色信号に対応するシアン(C)のトナー像が重ね合わせて形成され、更にその上に黒色(K)のスコロトロン帯電器11、Kの露光光学系12およびKの現像器13によって第4の色信号に対応する黒色(K)のトナー像が順次重ね合わせて形成され、感光体ドラム10の一回転以内にその周面上にイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)および黒色(K)の4色の重ね合わせカラートナー像が形成される。
【0049】
これらY、M、CおよびKの露光光学系12による前記ドラム10の感光層に対する画像書込は、当該ドラム10の内部より、前述した透光性の基体を通して行われる。
【0050】
従って第2、第3および第4の色信号に対応する画像の書込は何れも先に形成されたトナー像の影響を全く受けることなく行われ、第1の色信号に対応する画像と同等の静電潜像を形成することが可能となる。
【0051】
上記の画像形成プロセスによって像形成体であるドラム10上に形成された重ね合わせカラートナー像は、転写域において前記転写器15の作用により、タイミングを取って搬送される用紙P上に一括して転写される。
【0052】
この際、良好な転写がなされるように、前記ドラム10の内部に設けた転写同時露光器12dを付勢させ一様露光を行う事が好ましい。
【0053】
転写工程終了後の前記ドラム10の周面上に残ったトナーは前記AC除電器17により除電作用を受けた後、クリーニング装置18によりクリーニングされ、これにより、前記ドラム表面は、次の画像形成に備えられる。
【0054】
実施の形態においては、クリーニング後であって、次の帯電前に、例えば発光ダイオードを用いた一様露光器12eを作用させ、前記ドラム表面の先の画像形成における履歴を解消させる。
【0055】
一方、カラートナー像が転写された用紙Pは、除電器16の作用で前記ドラム10から分離された後、前記転写ベルト14によって搬送され、AC除電器44による除電作用と分離爪46とにより転写ベルト14から分離され、次いで、定着装置30に導かれる。
【0056】
定着処理に先立って、前記定着ベルト300の表面は、前記トナー像を定着するための所定温度に維持されており、前記第2加圧ローラ340は、図3に示すように、定着ベルト300を介して前記第1加圧ローラ330と押圧接触状態を形成しており、前述したように、用紙Pのトナー像面側は前記定着ベルト300の表面と押圧接触状態となり、前記トナー(像)は加熱作用を受けて用紙P上に順次定着され、排紙される。
【0057】
なお、前記定着ベルト300の構成を、より具体的に述べると、定着ベルト300は、中央の金属基体、外側層および内側層の3層からなる。
【0058】
前記金属基体の外周面上には、耐熱性とトナーに対する離型性を有するシリコーン樹脂(ゴム)を塗布することにより形成した外側層を有しており、また、金属基体の内周面には、カーボンを分散させたシリコーン樹脂を塗布することにより形成した内側層を有している。
【0059】
即ち、定着ベルト300の内側層は、赤外線吸収材料であるカーボンを分散させたシリコーン樹脂によりコーティングされていて、照射光の吸収率が高く、ハロゲンヒータ等の加熱源Hによる加熱により、短時間で所定温度(例えば190℃)まで上昇させることができる。
【0060】
前記内側層を形成するシリコーン樹脂は充分に薄くしてあり(10〜100μm以下)、定着ベルト300の回動時の屈曲により剥離することはない。
【0061】
更に、前記定着ベルト300は、第1支持ローラ310と第2支持ローラ320との間に500N/m以下、更に好ましくは200N/m以下のごく弱い張力で張架してあるが、張力ゼロの緩みをもった状態でも良い。
【0062】
図4は、第1支持ローラの構成、特にワイヤの張り渡しの構成を説明するための概念図である。
【0063】
図において、311は左側フランジ、312は右側フランジ、J1は前記左側フランジ311を枠体(後記)の所定位置に位置づけるために当該フランジと一体的に構成した軸、J2は前記軸J1と同様の機能を果たすべく、右側フランジと一体的に構成した軸である。
【0064】
図から明白なように、左右フランジ311、312間には、両者を一体的に構成するための軸が存在しない。
【0065】
Wはワイヤで、左右のフランジ311、312間に張り渡され、かつ、それらフランジの中心と同心円上に所定の間隔を持って略平行に張り渡されている。
【0066】
実施の態様においては、軸中心で所定の径からなる円の周方向に、等分割に多数の小孔315および317を穿設し、例えばワイヤの一端を前記左側フランジ315上にネジ等で固定せしめた後、他端を小孔の一つに通し、右側フランジ312の小孔の一つに通し、次いで、隣接する小孔を介して折り返した後、同角度(小孔の位置が対応することを意味する)にある左側フランジの小孔に通すという作業を繰り返し、最終的にワイヤの他端を何れかのフランジ上にネジ等で固定することにより、組み立て完了時において、かご型の第1支持ローラを得ることができる。
【0067】
前記態様において、左右のフランジはワイヤによって一体化されるものであり、その前までは独立して取り扱われるので、ワイヤ張設の際は、適宜のジグを使い、両フランジの間隔を規定通りに保った上で、固定配置状態下で、作業することが肝要である。
【0068】
また、第1支持ローラを定着装置の枠体に組み込むときには所定の張力が付与されるようにフランジの位置を管理するか、バネ等により張力を付与する。
【0069】
前記ワイヤWを構成する材料としては、鋼線等の金属ワイヤでも所定の効果は得られるが、高強度、高耐熱性、低熱伝導率、低比熱、低伸張度の樹脂繊維材を使用すれば、更に高い効果が得られ、例えば、芳香族ポリアミド繊維が好適である。
【0070】
本実施の形態においては、周長314mm、幅320mm、張力20〜30N(ニュートン)以下の定着ベルト300に対して、400デニールの芳香族ポリアミド繊維を用い、架設本数(フランジの周方向におけるワイヤの数)24本のワイヤWにそれぞれ2〜3Nの張力をかけて固定することにより、直径30mm相当の第1支持ローラ310を構成した。
【0071】
前記ワイヤWの架設本数は8〜30本、ワイヤWの太さは100〜1000デニール、ワイヤWの張力は10〜50N(ニュートン)が適当である。
【0072】
ワイヤの張り渡しについては、上述のように1本のワイヤWを必要回数往復させて、張り回しても良いし、複数本のワイヤWを個別にフランジ部材311、312間にそれぞれ張っても良く、設計の自由度は広い。
【0073】
第2支持ローラの構成を第1支持ローラ310と同じ構成とした場合、当該第2支持ローラの左右フランジと一体的な両軸を装置側の駆動系と接続(連結)することが好ましいが、ワイヤに充分な張力を付与すればローラのねじれが防止でき、1個のフランジのみに駆動を入力すれば十分となる。
【0074】
また、第2支持ローラを、従来のように軸を持ったローラとした場合、放熱量は大きくなるが、第1支持ローラ310からの放熱量は小さく抑えられ、かつ、寄り安定したベルト駆動が実現される。
【0075】
更に、第1支持ローラ310および第2支持ローラ320の左右フランジ全てに、装置側から駆動力を付与するように構成してもよいし、第1支持ローラと第2支持ローラとの同じ側の一方もしくは両方をタイミングベルト等で連結してもよい。
【0076】
図5は、定着装置の所定位置に第1支持ローラを取り付ける第1の実施の形態を示す一部断面を含む部分的模式図である。
【0077】
図5におけるフランジ部の構成は図4における構成と異なっているが、図4はワイヤの張り渡し構成を解りやすくしたものであり、図5は取付部の構成を解りやすくしたものであり、別の態様を示すものではない。
【0078】
また、図5においては、左側のフランジ311と枠板(例えば、側板)との関係部分のみが示されるが、割愛した右側フランジとそれに対応する枠板との構成は基本的に同じである。
【0079】
なお、図において、前記した部材と同じ部材については同一の参照符号を付してある。
【0080】
第1支持ローラ310の左側フランジ311は、鍔部313を挟んで小径部分318と大径部分319とを有し、小径部分318を枠体(側板)500上のベアリング510で軸受けすることにより第1支持ローラ310を保持している(第1支持ローラ上には定着ベルトが懸架されており、従って、当該第1支持ローラを介して不図示の定着ベルトが保持されていることになる)。
【0081】
520は前記フランジ311の抜け止め部材(ワッシャ)であり、ネジ等の固定部材530により、前記ベアリング510の外側から前記フランジ311に結合してある。
【0082】
前記抜け止め部材520は、前記フランジ311の位置規制部材ともいえるが、ベアリング510の回転に支障を与えない外径、例えば、ベアリングの内輪に接触するだけの大きさに選定してある。
【0083】
左右のフランジを所定の位置に保つことにより、ワイヤに所定の張力を付与している。
【0084】
図6は定着装置の所定位置に第1支持ローラを取り付ける第2の実施の形態を示す一部断面を含む部分的模式図である。
【0085】
前記第1の実施の形態と異なるところは、フランジ311の小径部分318の端部と抜け止め部材520との間に引っ張りバネを設けた構成であり、当該伸張状態のバネにより、ワイヤに張力を付与しているところで、他は基本的に同じである。
【0086】
図7は定着装置の所定位置に第1支持ローラを取り付ける第3の実施の形態を示す一部断面を含む部分的模式図である。
【0087】
当該実施の形態において、前記第2の実施の形態と異なるところは、フランジの小径部分318を内包するように、ベアリング510と抜け止め部材520との間に圧縮バネを設け、圧縮状態のバネによりワイヤに張力を付与しているところである。
【0088】
なお、前記フランジ等は樹脂で構成することが熱流出が少なくて済むという点で好ましい。
【0089】
【発明の効果】
定着ベルトを掛け回す(懸架する)支持ローラ全体の熱容量を極めて小さくすることができたので、熱流出を充分に抑制でき、また、定着処理開始直後の連続定着にも応えることができる等、装置の機能向上が図れた。
【図面の簡単な説明】
【図1】カラープリンタからなる画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図2】部分的に拡大して示す定着装置の模式図である。
【図3】定着ベルトを介して第1加圧ローラと第2加圧ローラとの押圧接触状態を示す模式図である。
【図4】第1支持ローラの構成、特にワイヤの張り渡しの構成を説明するための概念図である。
【図5】定着装置の所定位置に第1支持ローラを取り付ける第1の実施の形態を示す一部断面を含む部分的模式図である。
【図6】定着装置の所定位置に第1支持ローラを取り付ける第2の実施の形態を示す一部断面を含む部分的模式図である。
【図7】定着装置の所定位置に第1支持ローラを取り付ける第3の実施の形態を示す一部断面を含む部分的模式図である。
【符号の説明】
30 定着装置
300 定着ベルト
310 第1支持ローラ
311 左側フランジ
312 右側フランジ
315,317 小孔
318 小径部分
319 大径部分
320 第2支持ローラ
330 第1加圧ローラ
340 第2加圧ローラ
500 枠体
510 ベアリング
520 抜け止め部材
530 固定部材
Claims (3)
- 枠体上に回転可能に支持された一対の支持部材間(一対の該支持部材間には両者を一体的に構成するための軸が存在しない)に複数のワイヤを張り渡し、複数の前記ワイヤを前記支持部材の回転軸中心と同心円上に配列して支持ローラとなし、当該支持ローラを含む支持手段により定着ベルトを保持するように構成した事を特徴とする画像定着装置。
- 前記支持部材間(一対の該支持部材間には両者を一体的に構成するための軸が存在しない)の張り渡しは、一本の樹脂繊維材からなるワイヤで行う事を特徴とする請求項1に記載の画像定着装置。
- 前記ワイヤは芳香族ポリアミド繊維からなる事を特徴とする請求項2に記載の画像定着装置。
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