JP5768507B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
ベルト定着方式は、熱ローラ定着方式に比べて定着ベルトの温度立ち上がりがよいことが理由となって所定の定着温度までの昇温時間を短縮できるという利点がある。
この定着装置においては、定着装置に到達したトナー転写済みの記録紙が定着ベルトと加圧ローラのニップに入り、記録紙が定着ニップを通過する過程で、転写されたトナー像が加熱および加圧され定着される。
このため、作像終了後に定着部材である定着ベルトと発熱体である抵抗発熱体とが接触した状態で維持されると、次の作像までの間隔等により、抵抗発熱体の作像開始時の温度にばらつきが発生し、次作像開始時に定着部材の温度を検知して、温度制御のために所定の電圧を加熱抵抗体に印加しても、抵抗発熱体が狙いの温度にならず、結果的に定着ベルトの温度が狙い通りに制御できないという不具合が発生した。
(1)所定方向に走行してトナー像を加熱,溶融するとともに可撓性を有する無端状の回転または周回可能な定着部材と,前記定着部材の内周面側に固設されて当該定着部材を介して加圧部材に当接してニップ部を形成する当接部材と,当接部材の非当接面側で前記加圧部材による押圧力を支持することで当接部材の変形を防止する支持部材と,前記ニップ部を除く位置で定着部材の内周面側に発熱体と、
を備え、
前記定着部材は、その回転時または周回時に、前記発熱体との間で所定距離以下の隙間または所定圧力以上で接触し、且つ、回転停止時または非周回時に、前記発熱体との間で所定距離以上の隙間を持って維持され、その回転停止時に、該定着部材の所定の回転方向とは逆の方向に回転されることを特徴とする定着装置。
を備え、
前記発熱体が複数に分割されており、少なくとも前記ニップ部に対して前記定着部材の走行方向上流側に配設された第2発熱体と、複数に分割されたその他の発熱体のうち前記第2発熱体に隣り合う第1発熱体とを備え、
前記第1発熱部材と前記第2発熱部材との間に対応する位置に、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段を備え、前記定着部材の非回転時には、少なくとも該定着部材と前記第1発熱体が所定距離以上の隙間を持って維持されることを特徴とする定着装置。
一方、回転停止または周回停止時には、定着部材と抵抗発熱体とが所定距離以上の隙間を持って維持される状態で維持したい。本発明によれば作像終了後に定着部材と抵抗発熱体とを所定距離以上または所定圧力以下で維持することにより、作像終了後は抵抗発熱体の温度を定着部材との接触時に比べて速く下げることが可能となる。これにより抵抗発熱体の温度依存性に起因する発熱量ばらつきを防止することができ、次作像工程にて定着部材を狙い通りの温度に加熱制御することが可能となる。
まず、本発明の特徴を説明する前に、本発明が前提とする定着装置の構成およびその構成での状態を説明すると次の通りである。
定着装置は、定着部材としての定着ベルト121、当接部材122、抵抗発熱体123、加圧部材としての加圧ローラ131等で構成される。定着ベルト121は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図1中の矢印方向(反時計方向)に走行(周回)する。
定着ベルト121の内部(内周面側)には、当接部材122、抵抗発熱体123、等が固設されており、定着ベルト121は、当接部材122に押圧されて、加圧ローラ131との間にニップ部を形成する。
当接部材122は不導体、具体的には樹脂材料や、セラミック、ガラス等の絶縁体で形成することができ、抵抗発熱体123に印加される電圧によって当接部材122が発熱されないことになる。
このような当接部材122の変形を防止するために支持部材25を備える構成もある。
図2に示す定着装置は、図1の定着装置に支持部材125が追加された構成となっている。
画像形成装置が出力信号を受けると、駆動装置(不図示)が動作を開始し、それと同期して抵抗発熱体123が加熱を開始する。駆動装置の動作と抵抗発熱体123の加熱は同時刻に同時に開始する必要は無く、独立して定着ベルト121の回転開始、抵抗発熱体123の加熱開始タイミングを設定可能である。
図1に示した定着装置において、定着ベルト121はニップ部以外では抵抗発熱体123にガイドされており、定着ベルト121と抵抗発熱体123は一定の間隔、具体的には1mm以内の間隔を有するように構成されている。定着ベルト121にはテンションをかけていないため、定着ベルト回転時と非回転時では定着ベルト121の軌跡が変化する。
特に定着ベルト121と抵抗発熱体123との密着性を向上させるために潤滑剤が介在(塗布)されている場合には、この傾向が顕著となり、図3(A)に示す状態になるまで数分〜十数分を要することもある。
図4には、抵抗発熱体の温度と内部抵抗の関係が示されている。
通常、抵抗発熱体の温度が高いと内部抵抗も高くなるため、同じ電圧を印加しても発熱に寄与する電流が少なくなり、所望の発熱量が得られなくなる。
抵抗発熱体自身への温度検知手段を備える方法も考えられるが、コストアップになることと、前述したように定着ベルト121と抵抗発熱体123との間隙を生じさせることは好ましくないため、定着ベルト121と抵抗発熱体123との間に温度検知手段を備える構成にはできず、抵抗発熱体123の内側(回転中心側)に温度検知手段を備える構成は定着装置の小型化に対して妨げになり、また温度検知手段のハーネスのレイアウトや、耐熱処理が必要になることなどのデメリットもある。
定着ベルト121の回転時および回転停止時での抵抗発熱体123に対する当接状態を設定するための構成として、定着ベルト121を駆動する駆動伝達装置(図示されず)が用いられる。
このような構成とする点が本発明の第2の特徴であり、駆動伝達装置が逆回転すると、ニップ部で定着ベルト121をニップ入口側に移動させる力が働き、定着ベルト121の位置は回転停止直後であっても、図3(B)の状態から図3(A)に移動する。
この結果、作像動作停止後から次の作像開始までの時間に関わらず、抵抗発熱体123の温度依存性に起因する発熱量ばらつきを防止することが可能となり、定着ベルトを狙い通りの温度に加熱制御することが可能となる。
本発明の第3の特徴は、抵抗発熱体123の発熱開始時期を設定したことにある。
つまり、前述したように、定着ベルト121と抵抗発熱体123に間隙が生じると、抵抗発熱体123からの熱が定着ベルト121に効率よく伝わらず、無駄な電力を消費したり、抵抗発熱体123が過剰な温度上昇を来す可能性がある。
このため、動作開始時には、図6に示すように、まず駆動伝達装置(不図示)が動作を開始し、定着ベルト121と抵抗発熱体123が、図3(B)のように接触した状態で抵抗発熱体123に通電開始するように定着装置を制御する。これにより抵抗発熱体123の過昇温を防止することが可能となる。
本発明の第4の特徴は、定着ベルト121に対する温度管理を、より精度よく行うようにした点にある。
図7は、この特徴を説明するための図であり、同図に示された構成では、上述した定着ベルト121に対する抵抗発熱体123が単一構造と異なり、第1抵抗発熱体127および第2抵抗発熱体128というように複数の抵抗発熱体を用いて定着ベルト121を加熱する構造とされている。
第1抵抗発熱体127で加熱された定着ベルト121の温度は温度検出素子141で検出し、温度検出素子141の下流側に具備された第2抵抗発熱体128はその検出温度により、定着ベルト121の温度を更に精度良く補正することを目的として具備されている。
しかしながら第2抵抗発熱体128の温度は、温度検出素子41で検知した定着ベルト121の温度と対応がとれるため、回転停止時には少なくとも第1抵抗発熱体127が定着ベルト121と離間する構成とすればよい。
本発明の第5の特徴は、図7に示した複数の抵抗発熱体を用いる構成を対象として、各抵抗発熱体の温度管理が行えるようにした点にある。
つまり、図8は、温度検出位置での検出温度と、第2抵抗発熱体128を通過した後、当接部材122の位置に進入した際の定着ベルト121の表面温度を示した概略図である。
温度検出素子141通過時の定着ベルト121の温度が所望の制御温度より低い場合には、第2抵抗発熱体128の発熱量は強レベルに制御して、定着ベルト121を積極的に加熱して、当接部材122進入時の定着ベルト121の表面温度が所望の制御温度になるように制御を行う(符号(2)で示すプロフィール)。
温度検出素子141通過時の定着ベルト121の温度が所望の制御温度より高い場合には、第2抵抗発熱体128の発熱量は弱レベル(もしくはオフ)に制御して、定着ベルト121が放熱するようにして、当接部材122進入時の定着ベルト121の表面温度が所望の制御温度になるように制御を行う(符号(3)で示すプロフィール)。
本発明の第6の特徴は、定着ベルト121の回転停止時に、抵抗発熱体を冷却する点にある。
つまり、図9は、図2に示した定着装置を対象として、冷却機構を設けた構成の一例である。
具体的には定着装置外部から抵抗発熱体123と支持部材125の間に外気を送り込む機構が設けられている。一端が抵抗発熱体123と支持部材125の間に向けられて備えられたダクト150に図示しないファンから外気が送られ、定着ベルト停止中は抵抗発熱体123を冷却する。
図示しない送風機構は画像形成装置に備えられた、定着装置以外の部分へ送風されるファン等を利用しても良い。
本発明の第7の特徴は、抵抗発熱体の変形などを防止するための構成を備えた点にある。
つまり、定着装置の逆転により、定着ベルト121が抵抗発熱体123から離間するように動作するが、抵抗発熱体123は薄膜状であるために、定着ベルト121に伴って歪み、抵抗発熱体123と定着ベルト121が効率よく離間できない場合がある。
またこれに伴い、抵抗発熱体に離間動作に伴う応力が生じることによる変形等のストレスを低減することも可能となる。
図12に示した画像形成装置は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式を用いるカラープリンタあるが、本発明はこの方式に限ることはなく、またプリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置などを対象とすることも可能である。
従動ローラ73は、転写ベルト11に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このため、従動ローラ73には、バネなどを用いた付勢手段が設けられている。このような転写ベルトユニット10と、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkと、2次転写ローラ5と、クリーニング装置13とで転写装置71が構成されている。
なお、図1に示す構成の画像形成装置1000では、転写ベルト11に対して各感光体ドラムで形成された画像を順次転写することで色画像が重畳されたものを2次転写ローラ5により記録紙Sに一括転写する方式であるが、これに代えて、転写ベルト11に記録紙Sを担持し、この記録紙Sを各感光体ドラムに対峙させて各色の画像を直接記録紙S上で重畳する方式とすることも可能である。
121 定着ベルト
122 当接部材
123 抵抗発熱体
125 支持部材
127 第1抵抗発熱体
128 第2抵抗発熱体
141 温度検出素子
1000 画像形成装置
Claims (7)
- 所定方向に走行してトナー像を加熱,溶融するとともに可撓性を有する無端状の回転または周回可能な定着部材と,前記定着部材の内周面側に固設されて当該定着部材を介して加圧部材に当接してニップ部を形成する当接部材と,当接部材の非当接面側で前記加圧部材による押圧力を支持することで当接部材の変形を防止する支持部材と,前記ニップ部を除く位置で定着部材の内周面側に発熱体と、
を備え、
前記定着部材は、その回転時または周回時に、前記発熱体との間で所定距離以下の隙間または所定圧力以上で接触し、且つ、回転停止時または非周回時に、前記発熱体との間で所定距離以上の隙間を持って維持され、その回転停止時に、該定着部材の所定の回転方向とは逆の方向に回転されることを特徴とする定着装置。 - 前記発熱体は、定着部材の回転開始時に、該定着部材と前記発熱体とが所定距離以下の隙間または所定圧力以上で接触した後に、昇温を開始されることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 所定方向に走行してトナー像を加熱,溶融するとともに可撓性を有する無端状の回転または周回可能な定着部材と,前記定着部材の内周面側に固設されて当該定着部材を介して加圧部材に当接してニップ部を形成する当接部材と,当接部材の非当接面側で前記加圧部材による押圧力を支持することで当接部材の変形を防止する支持部材と,前記ニップ部を除く位置で定着部材の内周面側に発熱体と、
を備え、
前記発熱体が複数に分割されており、少なくとも前記ニップ部に対して前記定着部材の走行方向上流側に配設された第2発熱体と、複数に分割されたその他の発熱体のうち前記第2発熱体に隣り合う第1発熱体とを備え、
前記第1発熱部材と前記第2発熱部材との間に対応する位置に、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段を備え、前記定着部材の非回転時には、少なくとも該定着部材と前記第1発熱体が所定距離以上の隙間を持って維持されることを特徴とする定着装置。 - 前記第2発熱体は、前記複数に分割されたその他の発熱体とは別に、前記温度検知手段の検知結果に基いて発熱量が制御されることを特徴とする請求項3記載の定着装置。
- 前記定着部材は、非回転時に前記発熱体を冷却する機構を有することを特徴とする請求項1乃至4のうちの一つに記載の定着装置。
- 前記定着部材の非回転時に発熱体を支持する構造体を備えることを特徴とした請求項1乃至5のうちの一つに記載の定着装置。
- 請求項1乃至6のうちの一つに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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