JP4194088B2 - 定着装置、および画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機など、用紙・ＯＨＰフィルム等のシート材に画像を記録する画像形成装置に関する。および、そのような画像形成装置などにおいて、シート材の未定着画像を定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば電子写真方式を用いた画像形成装置では、像担持体上にトナー画像を形成し、そのトナー画像をシート材に転写し、その画像転写後のシート材を定着装置に入れて定着装置で熱と圧力とを加え、シート材上の未定着トナー画像をシート材上に定着して排出していた。
【０００３】
定着装置の中には、定着ローラと、内部に熱源を有する加熱ローラとに定着ベルトを掛け回し、その定着ベルトを挟んで定着ローラと加圧ローラとを圧接し、それらのニップ間にシート材を通して定着を行うベルト定着装置がある。
【０００４】
ベルト定着装置のベルト張架方式には、定着ローラの位置を固定し、加熱ローラを付勢して定着ベルトを張り渡す方式と、定着ローラおよび加熱ローラ双方の位置を固定し、定着ベルトにテンションローラを押し当てて定着ベルトを張り渡す方式とがある。
【０００５】
両方式を比較すると、前者の方式は、テンションローラを用いないことから、部品点数を少なくすることができる利点がある。しかし、加熱ローラの位置が移動することから、
１）設置精度を必要とする、サーモスタット等の安全装置やサーミスタ等の温度検知手段などの取り付けが困難となる
２）ベルト寄り防止のため平行度を出す必要があり、側板の設置精度を高めたり、剛性を高めたりしなければならない
３)加熱ローラ全体に均一に付勢しなければならず、メンテナンス性に劣る
など様々な問題があった。
【０００６】
一方、後者の方式は、テンションローラを余分に用いるものの、定着ローラおよび加熱ローラの位置を固定することから、上述の１)ないし３)などの問題はほとんどない。このため、前者より後者の方式の方が好ましいといえる。
【特許文献１】
特開２００２-１２３１１１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、後者の方式は、定着ベルトにテンションローラを押し当てることから、定着ベルトの熱がテンションローラに逃げ、ウォームアップ時や、省エネ状態の待機モード（余熱モード）からの復帰時における定着ベルトの温度上昇が遅くなる問題があった。特に、テンションローラは、通常、熱源から離れた位置に設置することから、加熱ローラの温度よりはるかに低く、機内雰囲気温度である１００℃以下に保持されていることが多く、それだけテンションローラからの放熱が多くなってウォームアップ時間や待機モードからの復帰時間が長くなり、近年注目を浴びている省エネ上問題となっていた。
【０００８】
このため、この種の従来のベルト定着装置の中には、例えば特許文献１に記載されるように、テンションローラとして熱容量が少ない断熱材料を用いていた。ところが、それでもなお、ウォームアップ時間や待機モードからの復帰時間が長くなる問題があった。
【０００９】
そこで、この発明の第１の目的は、テンションローラ等のテンション部材を用いて定着ベルトを張り渡すベルト定着装置において、ウォームアップ時間や待機モードからの復帰時間を短縮して省エネ効果を上げることにある。
【００１０】
ところで、このようにテンション部材を用いて定着ベルトを張り渡すベルト定着装置においては、定着ベルト上に付着したオフセットトナーがテンション部材に付着し、そのトナーが再び定着ベルト上に付着してからシート材上に再転写し、画質を低下するおそれがあった。
【００１１】
そこで、この発明の第２の目的は、定着ベルト上に付着したオフセットトナーがシート材上に再転写して画質を低下するおそれを少なくすることにある。
【００１２】
この発明の第３の目的は、定着ベルト上に付着したオフセットトナーがシート材上に再転写して画質を低下するおそれを一層少なくすることにある。
【００１３】
この発明の第４の目的は、特に、ウォームアップ時間を短縮し、省エネ効果を上げることにある。
【００１４】
この発明の第５の目的は、特に、待機モードからの復帰時間を短縮し、省エネ効果を上げることにある。
【００１５】
この発明の第６の目的は、定着ベルト上に付着したオフセットトナーがシート材上に再転写して画質を低下するおそれをほとんどなくすことにある。
【００１６】
この発明の第７の目的は、上記各目的を有する定着装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１に記載の発明は、定着装置において、
定着回転体と、
別の回転体と、
それらに掛け回す定着ベルトと、
その定着ベルトを挟んで前記定着回転体に圧接する加圧回転体と、
前記定着ベルトを加熱する加熱部材と、
前記定着ベルトに押し当てるテンション部材と、
内部に熱源を備え、そのテンション部材に対して接離自在であり、前記定着回転体と前記加圧回転体のニップ間にシート材を通して定着動作を行っているときは、前記テンション部材から引き離す補助加熱手段としての外部加熱ローラと、
その外部加熱ローラを前記テンション部材から引き離したとき接触するクリーニング部材と、
を備える、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、上述した第４の目的を達成すべく、請求項１に記載の定着装置において、ウォームアップ動作の開始とともに、外部加熱ローラをテンション部材に押し当てる、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、上述した第５の目的を達成すべく、請求項１または２に記載の定着装置において、待機モードから復帰して再び定着動作を開始するとき、外部加熱ローラをテンション部材に押し当てる、ことを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、上述した第７の目的を達成すべく、請求項１ないし３に記載の定着装置を備えることを特徴とする、画像形成装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態につき説明する。
図１には、電子写真式複写機の全体概略構成を示す。図示複写機には、作像部１００、その上に画像読取部２００、作像部１００の下に給紙搬送部３００などを備える。
【００２５】
作像部１００には、ドラム状の像担持体１０を備え、その像担持体１０の回転方向に帯電装置１１、リボルバ型の４色現像装置１２、中間転写ベルト１３、一次クリーニング装置１４などを順に配置する。それらの上には、露光装置１５を設ける。また、中間転写ベルト１３は、エンドレスで、像担持体１０と対向する内部に一次転写ローラ１６を配置する。
【００２６】
画像読取部２００は、筐体２０の上面にコンタクトガラス２１を備え、筐体２０上にはそのコンタクトガラス２１を被うように原稿押え２２を上下に開閉自在に取り付ける。一方、筐体２０内には、読取光学系２３を配置する。
【００２７】
給紙搬送部３００は、給紙カセット３０を、両面ユニット３１を挟んで多段に備え、正面から見てそれら給紙カセット３０および両面ユニット３１の右側から上方に向かい、作像部１００の下で左に向かう用紙搬送路３２を設ける。各給紙カセット３０には、シート材である用紙ｓを積載して収納する。
【００２８】
用紙搬送路３２には、各給紙カセット３０から下流に向けて、給紙ローラ３３、複数の搬送ローラ対３４、レジストローラ対３５、作像部１００に対向する転写搬送装置３６、ベルト搬送装置３７、定着装置５０、排紙ローラ対３８を順に設ける。転写搬送装置３６には、二次転写ローラ３９を設ける。
【００２９】
複写機の右側面には、手差しトレイ４１を開閉自在に備え、左側面には、排紙トレイ４２を着脱自在に取り付ける。そして、手差しトレイ４１上にセットした用紙を手差し用給紙ローラ４３により送り込み、用紙搬送路３２の途中に合流する。
【００３０】
いま、この複写機を用いてコピーを取るときは、原稿押え２２を開いてコンタクトガラス２１上に原稿をセットし、原稿押え２２を閉じて原稿を押さえ、不図示のコピーボタンを押す。すると、筐体２０内の読取光学系２３で原稿面を操作して原稿読取装置２００で原稿の画像情報を読み取ることができる。
【００３１】
また、コピーボタンを押すと、所定のタイミングで像担持体１０を図中反時計まわりに回転し、まず帯電装置１１で表面を一様に帯電し、次いで原稿読取装置２００の読取り内容に基づき露光装置１５で第１色目の書込みを行い、像担持体１０上に静電潜像を形成する。その後、現像装置１２で第１色目のトナーを用いて現像を行い、像担持体１０上に第１色目の画像を形成する。その画像は、一次転写ローラ１６で中間転写ベルト１３に転写する。画像転写後の像担持体１０の表面は、一次クリーニング装置１４で清掃する。
【００３２】
それから、再び帯電装置１１で像担持体１０の表面を帯電し、今度は原稿読取装置２００の読取り内容に基づき露光装置１５で第２色目の書込みを行い、現像装置１２で第２色目のトナーを用いて現像を行い、像担持体１０上に第２色目の画像を形成する。その画像は、同様に一次転写ローラ１６で中間転写ベルト１３に転写し、第１色目の画像に重ね合わせる。画像転写後の像担持体１０の表面は、再び一次クリーニング装置１４で清掃する。
【００３３】
同様にして、中間転写ベルト１３上に、第１色目から第４色目までの画像を重ね合わせて４色カラートナー画像を形成する。
【００３４】
またさらに、コピーボタンを押すと、所定のタイミングで複数の給紙ローラ３３のうちの１つを選択的に図中反時計まわりに回転し、対応する給紙カセット３０内の用紙ｓを上から順に送り出す。そして、用紙搬送路３２に入れて搬送ローラ対３４で搬送し、用紙ｓの先端をレジストローラ対３５間に突き当てて止める。
【００３５】
その後、上述した中間転写ベルト１３上に形成した４色カラートナー画像にタイミングを合わせてレジストローラ対３５を回転し、作像部１００と転写搬送装置３６との間に送り込み、二次転写ローラ３９で中間転写ベルト１３上の画像を用紙ｓに転写する。
【００３６】
画像転写後の用紙ｓは、転写搬送装置３６およびベルト搬送装置３７で搬送して定着装置５０を入れ、その定着装置５０で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、排紙ローラ対３８で排出して排紙トレイ４２上にスタックしていた。
【００３７】
用紙ｓの裏面にも画像を形成するときは、定着装置５０を通過した用紙ｓを両面ユニット３１に入れ、その両面ユニット３１でスイッチバックして再び用紙搬送路３２に戻し、レジストローラ対３５でタイミングを取って作像部１００と転写搬送装置３６間に導き、新たに中間転写ベルト１３上に形成した画像を二次転写ローラ３９で用紙ｓに転写し、再び定着装置５０を通して転写画像を定着して後、排紙ローラ対３８で排紙トレイ４２上に排出する。
【００３８】
手差しのときは、手差しトレイ４１上に手差し用紙ｓをセットし、手差し用給紙ローラ４３を図中時計まわりに回転し、手差し用紙ｓを上から順に送り出す。そして、用紙搬送路３２に入れて搬送ローラ対３４で搬送し、用紙ｓの先端をレジストローラ対３５間に突き当てて止め、そのレジストローラ対３５でタイミングを取って作像部１００と転写搬送装置３６との間に送り込み、中間転写ベルト１３上の画像を手差し用紙ｓに転写し、定着装置５０を通して転写画像を定着して後、排紙ローラ対３８で排紙トレイ４２上に排出する。
【００３９】
図２には、上述した複写機に備える定着装置５０の全体概略構成を示す。図３には、その部分拡大図を示す。
【００４０】
これらの図から判るとおり、定着装置５０は、筐体５１内に、定着回転体である定着ローラ５２、別の回転体である加熱ローラ５３、それらに掛け回す耐熱性の無端定着ベルト５４、定着ベルト５４を挟んで定着ローラ５２と圧接する加圧回転体である加圧ローラ５５、定着ベルト５４に押し当てるテンション部材であるテンションローラ５６、テンションローラ５６に対して接離自在である補助加熱手段である外部加熱ローラ５７、外部加熱ローラ５７に近接して設けるローラ状のクリーニング部材５８、クリーニング部材５８の周面に先端エッジ部を押し当てるスクレーパ部材５９などを備える。
【００４１】
図示例では、別の回転体である加熱ローラ５３には、内部に加熱ヒータ６０を設ける。加熱ヒータ６０は、別の回転体ではなく、定着ローラ５２内に設けてもよい。また、図示例のように、加圧ローラ５５内にも、加圧ヒータ６０Ａを設けるようにしてもよい。
【００４２】
そして、不図示の付勢手段で、加圧ローラ５５を定着ローラ５２に押し当てまたは加圧ローラ５５に定着ローラ５２を押し当て、加圧ローラ５５を定着ローラ５２と圧接し、それらの間にニップを形成する。
【００４３】
テンションローラ５６は、金属、金属等の表層に耐熱ゴムをチュービングしたりコーティングしたりしたもの、フェルトなどを用いてつくる。そして、その軸受６１をスプリング等の加圧手段６２で付勢し、定着ベルト５４に適切な張力を付与する。
【００４４】
補助加熱手段である外部加熱ローラ５７は、内部に熱源６３を有し、ローラ軸６４の両端を各々レバー状軸受６５で回転自在に軸受する。レバー状軸受６５は、支点６６を中心として回動可能とし、スプリング等の付勢部材６７で外部加熱ローラ５７をテンションローラ５６に押し当てる方向に付勢し、クリーニング部材５８との間に隙間Ａを設ける。そして、外部加熱ローラ５７をテンションローラ５６に押し当てているときは、熱源６３で加熱する外部加熱ローラ５７でテンションローラ５６を加熱する。
【００４５】
熱源６３としては、図示例ではハロゲンヒータを用いるが、特開２００１-２４２７３２号公報や特開２００１-１３８０５号公報に記載の誘導加熱方式のＩＨ加熱源を用いることもできる。この方式を用いると、消費電力を抑えかつ立ち上がり時間を短縮することができる。
【００４６】
また、図示例では、商用電源から熱源６３へと電力供給するが、補助電源を設けてその補助電源から電力供給するようにしてもよい。補助電源としては、特開２０００-３１５５６７号公報や特開２００２-１７４９８８号公報に記載の電気２重層コンデンサ(電気化学キャパシタ)を用いることが好ましい。このようにすると、消費電力を抑えかつ立ち上がり時間を短縮することができる。特に、待機モードからの立ち上がり時間短縮の効果が大きい。
【００４７】
レバー状軸受６５の先端には、リンク６８を介してソレノイド７０のプランジャ６９を接続する。そして、ソレノイド７０に通電することによりプランジャ６９を引き込んで付勢部材６７に抗してレバー状軸受６５を時計まわりに回動し、テンションローラ５６に対する外部加熱ローラ５７の押し当てを解除する。通電を停止すると、プランジャ６９が突出してレバー状軸受６５を反時計まわりに回動し、外部加熱ローラ５７を再びテンションローラ５６に押し当てる。外部加熱ローラ５７は、例えば、このようにテンションローラ５６に対して接離自在とする。
【００４８】
そして、定着装置５０で定着動作を行うときは、図２に示すように、筐体５１の入口７２から用紙ｓを入れ、ニップＮを通してそこで加熱ヒータ６０により加熱した定着ベルト５４と、加圧ヒータ６０Ａにより加熱した加圧ローラ５５とで用紙ｓに熱を加え、同時に圧力を加えて未定着トナー画像ｔを用紙ｓに定着し、筐体５１の出口７３から排出する。
【００４９】
図４には、ソレノイド７０に通電したときの状態を示す。
この図４に示すとおり、ソレノイド７０に通電すると、レバー状軸受６５を時計まわりに回動し、外部加熱ローラ５７をテンションローラ５６からＢ引き離してクリーニング部材５８に接触する。そして、クリーニング部材５８で外部加熱ローラ５７の表面をクリーニングする。クリーニング部材５８に付着した、トナーや紙粉等の汚れは、スクレーパ部材５９で掻き落とす。
【００５０】
なお、テンションローラ５６は、定着ベルト５２の走行に従動して図中反時計まわりに回転し、外部加熱ローラ５７は、テンションローラ５６の回転に従動して時計まわりに回転するようにする。しかし、クリーニング部材５８は、駆動源からの回転をギヤ等を介して伝達して独立して回転するようにすることが望ましい。
【００５１】
図５には、上述した複写機におけるコピー時のフローチャートを示す。
【００５２】
コピー時に複写機の電源をオンすると、ウォームアップ動作を開始するとともに、加熱ローラ５３の加熱ヒータ６０および加圧ローラ５５の加圧ヒータ６０Ａをオンし、また定着ベルト５４を回転／停止する（ステップＳ１）。次に、リロード設定温度に到達すると（ステップＳ２）、コピー準備ＯＫとなる（ステップＳ３）。そして、コピーボタンを押すと（ステップＳ４）、コピー動作を開始し（ステップＳ５）、一連のコピー動作を終了する（ステップＳ６）。
【００５３】
続けてコピーがあるときは、ステップＳ４に戻り、コピーのない状態が一定時間経過すると、電力消費を少なくすべく待機モード（余熱モード）とする（ステップＳ７）。この状態で新たなコピーを取るときは、待機モードを解除し（ステップＳ８）、ステップＳ３に戻してコピー準備ＯＫ状態とする。
【００５４】
ところで、上述した複写機では、コピー時に複写機の電源をオンすると、ウォームアップ動作の開始とともに（ステップＳ１）、外部加熱ローラ５７の熱源６３をオンし（ステップＳ１１）、ソレノイド７０をオフして外部加熱ローラ５７をテンションローラ５６に押し当てる（ステップＳ１２）。これにより、ウォームアップ時に外部加熱ローラ５７でテンションローラ５６を加熱してウォームアップ時間を短縮し、省エネ効果を上げることができる。また、ウォームアップ直後の定着温度の落ち込みを防止することができる。
【００５５】
それから、コピーボタンを押す（ステップＳ４）と同時にソレノイド７０をオンし（ステップＳ１３）、定着ローラ５２と加熱ローラ５５のニップ間に用紙ｓを通して定着動作を行っているときは、外部加熱ローラ５７をテンションローラ５６から引き離す。
【００５６】
これにより、用紙ｓ上のトナーが定着ベルト５４に付着しやすいときに外部加熱ローラ５７をテンションローラ５６から引き離し、定着ベルト５４上に付着したオフセットトナーが外部加熱ローラ５７に付着することを極力防止して外部加熱ローラ５７の表面をフレッシュに保ち、かつ定着ベルト５４上のオフセットトナーを用紙ｓ上にセルフクリーニングし、トナーが外部加熱ローラ５７上で再溶融して定着ベルト５４上に逆流し、用紙ｓ上に再転写して画質を低下するおそれを一層少なくすることができる。
【００５７】
そして、待機モードを解除して待機モードから復帰して再びコピー動作を開始するときは（ステップＳ８）、ソレノイド７０をオフして外部加熱ローラ５７をテンションローラ５６に押し当てる（ステップＳ１４）。これにより、待機モードからの復帰時に外部加熱ローラ５７でテンションローラ５６を加熱して復帰時間を短縮し、省エネ効果を上げることができる。
【００５８】
なお、図示例では、加熱ローラ５３を用いているが、特開平１１−２３２３０７号公報や特開２００１−６６９３３号公報に記載される無端帯状の部材を用いてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１に記載の発明によれば、テンションローラ等のテンション部材を用いて定着ベルトを張り渡すベルト定着装置において、テンション部材を加熱する補助加熱手段を備えるので、ウォームアップ時や待機モードからの復帰時に補助加熱手段でテンション部材を加熱してテンション部材が定着ベルトの熱を奪うことを防止し、ウォームアップ時間や復帰時間を短縮して省エネ効果を上げることができる。また、ウォームアップ直後の定着温度の落ち込みを防止することができる。
【００６０】
加えて、補助加熱手段が、内部に熱源を備え、テンション部材に対して接離自在である外部加熱ローラであるので、内部に熱源を備える外部加熱ローラをテンション部材から適宜引き離し、例えば定着ベルト上に付着したオフセットトナーがテンション部材に付着してから外部加熱ローラに付着するおそれを少なくするとともに、外部加熱ローラ上で再溶融して定着ベルト上に逆流し、シート材上に再転写して画質を低下するおそれを少なくすることができる。
【００６１】
また、定着ローラ等の定着回転体と加圧ローラ等の加圧回転体のニップ間にシート材を通して定着動作を行っているときは、補助加熱手段である外部加熱ローラをテンション部材から引き離すので、シート材上のトナーが定着ベルトに付着しやすいときに外部加熱ローラをテンション部材から引き離し、定着ベルト上に付着したオフセットトナーが外部加熱ローラに付着することを極力防止して外部加熱ローラの表面をフレッシュに保ち、かつ定着ベルト上のオフセットトナーをシート材上にセルフクリーニングし、トナーが外部加熱ローラ上で再溶融して定着ベルト上に逆流し、シート材上に再転写して画質を低下するおそれを一層少なくすることができる。
【００６２】
請求項２に記載の発明によれば、ウォームアップ動作の開始とともに、補助加熱手段である外部加熱ローラをテンション部材に押し当てるので、ウォームアップ時に外部加熱ローラでテンション部材を加熱してテンション部材が定着ベルトの熱を奪うことを防止し、ウォームアップ時間を短縮して省エネ効果を上げることができる。また、ウォームアップ直後の定着温度の落ち込みを防止することができる。
【００６３】
請求項３に記載の発明によれば、待機モードから復帰して再び定着動作を開始するとき、外部加熱ローラをテンション部材に押し当てるので、待機モードからの復帰時に外部加熱ローラでテンション部材を加熱してテンション部材が定着ベルトの熱を奪うことを防止し、復帰時間を短縮して省エネ効果を上げることができる。
【００６４】
また、請求項１に記載の発明によれば、補助加熱手段としての外部加熱ローラをテンション部材から引き離したとき接触するクリーニング部材を備えるので、クリーニング部材で外部加熱ローラに付着したトナーを除去して外部加熱ローラの表面をフレッシュに保ち、トナーが外部加熱ローラ上で再溶融して定着ベルト上に逆流し、シート材上に再転写して画質を低下するおそれをほとんどなくすことができる。
【００６５】
請求項４に記載の発明によれば、上記各効果を有する定着装置を備えた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子写真式複写機の全体概略構成図である。
【図２】その複写機に備える定着装置の全体概略構成図である。
【図３】その部分拡大図である。
【図４】テンションローラに対して外部加熱ローラの押し当てを解除した状態説明図である。
【図５】その複写機におけるコピー時のフローチャートである。
【符号の説明】
５０ 定着装置
５２ 定着ローラ（定着回転体）
５３ 加熱ローラ（別の回転体）
５４ 定着ベルト
５５ 加圧ローラ（加圧回転体）
５６ テンションローラ（テンション部材）
５７ 外部加熱ローラ（補助加熱手段）
５８ クリーニング部材
５９ スクレーパ部材
６０ 加熱ヒータ
６３ 熱源
６５ レバー状軸受
６７ 付勢部材
７０ ソレノイド
ｓ 用紙（シート材）
Ｎ ニップ

Claims (4)

1. 定着回転体と、
   別の回転体と、
   それらに掛け回す定着ベルトと、
   その定着ベルトを挟んで前記定着回転体に圧接する加圧回転体と、
   前記定着ベルトを加熱する加熱部材と、
   前記定着ベルトに押し当てるテンション部材と、
   内部に熱源を備え、そのテンション部材に対して接離自在であり、前記定着回転体と前記加圧回転体のニップ間にシート材を通して定着動作を行っているときは、前記テンション部材から引き離す補助加熱手段としての外部加熱ローラと、
   その外部加熱ローラを前記テンション部材から引き離したとき接触するクリーニング部材と、
   を備えることを特徴とする、定着装置。
2. ウォームアップ動作の開始とともに、前記外部加熱ローラを前記テンション部材に押し当てることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 待機モードから復帰して再び定着動作を開始するとき、前記外部加熱ローラを前記テンション部材に押し当てることを特徴とする、請求項１または２に記載の定着装置。
4. 請求項１ないし３に記載の定着装置を備えることを特徴とする、画像形成装置。

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