JP6163826B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、スキャナ等の電子写真式画像形成装置に関し、詳しくは記録媒体上のトナー画像を定着する定着装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、スキャナ等の画像形成装置に対し、近年では省エネルギ化、高速化、高画質化についての市場要求が高まっている。これ等の要求性能を達成するためには、画像形成装置に用いられる定着装置における熱効率の改善及び種々のローラに対する細かなコントロールが重要である。このような画像形成装置では、電子写真記録、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式または直接転写方式により未定着トナー画像が記録材シート、印刷紙、感光紙、静電記録紙等の記録材に形成される。この未定着トナー画像を定着させる定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。

熱ローラ方式の定着装置は、内部にハロゲンランプ等の熱源を有して所定の温度に調温される定着ローラと、これに圧接された加圧ローラとの回転ローラ対を基本構成としている。この回転ローラ対の接触部である定着ニップ部に記録材を導入して搬送させ、定着ローラ及び加圧ローラからの熱及び圧力によって未定着トナーを溶融させて定着させる。

フィルム加熱方式の定着装置は、例えば「特許文献１」、「特許文献２」に開示されている。この装置は、支持部材に固定支持された加熱体に耐熱性を有する薄肉の定着フィルムを介して記録材を密着させ、定着フィルムを加熱体に対して摺動移動させながらフィルム材を介して加熱体の熱を記録材に供給するものである。この定着装置は、加熱体として例えば耐熱性、絶縁性、良熱伝導性等の特性を有するアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック基板上に抵抗層を備えたセラミックヒータを使用する。この定着装置は、定着フィルムとして薄膜で低熱容量のものを用いることができるため、熱ローラ方式の定着装置よりも伝熱効率が高く、ウォーミングアップタイムの短縮が図れ、クイックスタート化や省エネルギ化が可能となる。

電磁誘導加熱方式の定着装置として、磁束により定着スリーブの金属層（発熱層）に渦電流を誘導させて、そのジュール熱で発熱させる誘導加熱定着装置が、例えば「特許文献３」に開示されている。これは、誘導電流の発生を利用することで直接定着フィルムを発熱させることができ、ハロゲンランプを熱源とする熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。

電磁誘導加熱方式の定着装置として、離型層、弾性層、金属層（発熱層）を有する定着スリーブと、定着スリーブに内包される弾性層と支持体（芯金）で形成された定着ローラとを有し、定着スリーブを介して定着ローラと加圧ローラとで相互圧接することにより、圧接ニップ部を形成する構成がよく知られている。また、固定支持された定着部材の外周に定着スリーブが配置され、加圧ローラの回転に伴い定着部材の外周を摺動して記録材を搬送する構成の定着装置も知られており、この構成において定着スリーブは、定着部材内部または外部から誘導加熱やその他の加熱方式で加熱される。

また一方で、転写材に定着されなかったトナーである未定着トナー及び紙粉等の混合物が定着ローラ及び加圧ローラに付着及び堆積することにより、固形物となって転写材に再転写されてしまう事態を防止するため、様々なクリーニング手段が提案されている。その代表例がクリーニングウェブ方式であり、ロール状に巻成されたクリーニングウェブをローラに当接させることで未定着トナー等の付着物をローラ表面から拭い取る方法である。この方式の特徴として、ロール状に巻成されたクリーニングウェブを汚れに伴い僅かずつ巻き取っていくため、常に新たな面でクリーニングを行うことが可能となり、クリーニング機構そのものの付着物の堆積を考慮する必要がない。

上述の技術では、ローラ表面とクリーニングウェブとの摩擦によりローラ表面を僅かながらも傷付ける虞があるため、高画質化が望まれている最近では画像面側ローラ（定着ローラ）に直接クリーニングウェブを当接させることを避け、一度非画像面側（加圧ローラ）に汚れを転写させた後に加圧ローラ上でクリーニングウェブによりクリーニングする方法も用いられている。この場合、定着ローラ表面よりも加圧ローラ表面の方が離型性が悪いことを利用し、定着ローラ表面上の汚れが自然に加圧ローラに転写されることを利用している。また、クリーニングウェブは常にフレッシュな面をローラに当接させるため、巻き取ることが必要な消耗品であり交換が必要であるため、消費量をできるだけ少なくすることが望まれている。これに関する技術が、例えば「特許文献４」、「特許文献５」に開示されている。

クリーニングウェブは消耗品である性質上、その消費量を低く抑えることが望まれるが、クリーニングウェブにおける材質のクリーニング性向上以外には、その消費量の削減は画像品質の向上と相反する関係にある。
本発明は上述の問題点を解決し、画像品質の低下を抑えつつウェブ消費量を削減することが可能なクリーニング装置を備えた定着装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、記録媒体上のトナー像を加熱して前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる定着部材と、前記定着部材を押圧し定着ニップ部を形成する回転自在な加圧部材と、前記加圧部材を揺動させる加圧レバーと、前記加圧レバーを揺動させることにより前記加圧部材を前記定着部材に対して接離させる加圧カム機構と、前記加圧部材に当接し前記加圧部材の表面をクリーニングするクリーニングウェブと、前記加圧部材との間に前記クリーニングウェブを挟み込み前記クリーニングウェブを前記加圧部材に向けて押圧する押圧部材と、前記クリーニングウェブを巻き取るウェブ巻取軸と、前記クリーニングウェブを供給するウェブ供給軸と、前記クリーニングウェブ及び前記押圧部材及び前記ウェブ巻取軸及び前記ウェブ供給軸を全て含み一体で揺動可能なクリーニングユニットと、前記クリーニングユニットを揺動させるユニットカム機構とを有し、前記加圧部材の表面は前記定着部材の表面よりも離型性が悪く、前記クリーニングユニットは前記加圧部材に対して接離可能であり、かつ前記クリーニングユニットの重心はその揺動中心を通る垂線と前記加圧部材の回転中心を通る垂線との間に位置することを特徴とする。

本発明によれば、クリーニングウェブを加圧部材に当接させることにより、画像面側である定着部材の表面を傷付けることが防止できる。また、加圧部材側から定着部材上の汚れを回収する構成のため、クリーニングウェブで回収する汚れの量は定着部材上の汚れの一部となり、クリーニングウェブの寿命を延ばすことができる。

本発明の一実施形態を採用した定着装置の概略断面図である。 本発明の一実施形態を採用した定着装置の概略正面図である。 本発明の一実施形態に用いられるクリーニングユニットの圧接離間動作と加圧ローラの加圧脱圧動作との関係を示す線図である。 本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略正面図である。

図１は本発明の一実施形態を採用した定着装置の断面図を、図２は同正面図をそれぞれ示している。同図において定着装置１は、内部に熱源を有する定着部材としての定着ローラ３、定着ローラ３に対して接離自在であって定着ローラ３に圧接して定着ニップを形成する回転自在な加圧部材としての加圧ローラ７を有している。加圧ローラ７はこれを揺動自在に支持する加圧レバー８に回転自在に支持されており、加圧レバー８はカム２ａを有する加圧カム機構２によって揺動される。加圧カム機構２は加圧カム軸６及びこの位置を検知するセンサ９を有しており、センサ９からの信号に基づいて後述するクリーニングユニットの動作が制御される。定着ニップには画像形成時において、トナー像４をその表面に担持した用紙等の記録媒体５が通紙される。

クリーニングユニット１０は、クリーニングウェブ１１、押圧部材１２、ウェブ巻取軸１３、ウェブ供給軸１４を有する一体構造を呈している。クリーニングウェブ１１としては、周知の不織布やクリーニング用の紙材等が用いられる。クリーニングウェブ１１はウェブ供給軸１４にロール状に巻成されており、押圧部材１２を介してウェブ巻取軸１３に掛け渡され、図示しない駆動手段によってウェブ巻取軸１３が回転することにより所定の速度でウェブ巻取軸１３に所定量が巻き取られる。押圧部材１２はスポンジ等の弾性体からなるローラによって構成されており、押圧部材１２を加圧ローラ７に押圧することによって定着ローラ３に対する加圧ローラ７の加圧力が調整されている。ウェブ供給軸１４には図示しない逆転防止部材が設けられており、ウェブ巻取軸１３が回転してクリーニングウェブ１１が繰り出された際に所定量以上のクリーニングウェブ１１が繰り出されないように構成されている。

クリーニングユニット１０は、カム１５ａを有するユニットカム機構１５によってユニット回転中心１６を中心に揺動する。揺動するクリーニングユニット１０により押圧部材１２はクリーニングウェブ１１を挟持した状態で加圧ローラ７とニップを形成し、このニップ内において加圧ローラ７の汚れがクリーニングウェブ１１へと転写して加圧ローラ７がクリーニングされる。クリーニングユニット１０は、ユニットカム機構１５の作動によって加圧ローラ７に対して接離される。

上述の構成により、クリーニングウェブ１１を加圧ローラ７に当接させることにより、画像面側である定着ローラ３の表面を傷付けることが防止できる。また、定着ローラ３側から汚れを回収する場合には、認識不可（視認できない程度のサイズ）である僅かな未定着トナー等の汚れも含め、定着ローラ３表面の汚れがクリーニングウェブ１１で回収される。これに対し、加圧ローラ７側から汚れを回収する場合には、定着ローラ３上の僅かな汚れは記録媒体に一部回収され、残りの汚れが記録媒体間等での直接接触により加圧ローラ７上に転写される。このため、クリーニングウェブ１１で回収する汚れは、定着ローラ３表面をクリーニングする場合と比較して減少し、クリーニングウェブ１１の長寿命化につながる。さらに、クリーニングウェブ１１が加圧ローラ７に対して接離自在であるので、必要に応じて選択的にクリーニングウェブ１１の当接を行うことにより、さらなる長寿命化を図ることができる。また、ジャム発生時にジャム紙を搬送入口側に逆転駆動によって送り出す場合にも、離間不可であるクリーニングウェブではウェブ供給軸からクリーニングウェブが吐き出されてしまうが、離間動作を行うことによりこの問題を解決することができる。

図１において、クリーニングユニット１０の重心はクリーニングユニット１０のユニット回転中心１６を通る垂線と加圧ローラ７の回転中心を通る垂線とに挟まれた領域に設けられている。このことからクリーニングユニット１０は、その自重によりユニット回転中心１６の真下に位置しようとする力が常時働くため、自然と加圧ローラ７から離間する方向に力が加わっている。クリーニングユニット１０が加圧ローラ７から離間しようとする力はカム１５ａによって抑えられ、これによりクリーニングユニット１０の位置はユニットカム機構１５によって確実に決められる。

上述の構成より、ユニット回転中心１６を通る垂線と加圧ローラ７の回転中心を通る垂線とに挟まれた領域にクリーニングユニット１０の重心があるので、クリーニングユニット１０は特別に離間方向に付勢することなく自重で自然に加圧ローラ７から離間する方向に移動する。このため、省スペースかつ低コストで、ユニットカム機構１５によって正確にクリーニングユニット１０の圧接方向への位置コントロールを行うことができる。

図３は、クリーニングユニット１０の圧接離間動作と加圧ローラ７の加圧脱圧動作との関係を示している。加圧ローラ７の加圧動作開始後、加圧カム軸６が回転していることをセンサ９が検知し、その検知信号を受けて図示しないコントローラ上のタイマが始動する。そして、予め設定された所定時間後、ユニットカム機構１５に圧接動作の指示を与え、クリーニングユニット１０が圧接動作を開始する。その後、加圧ローラ７の加圧動作が終了して加圧状態となり、クリーニングユニット１０の圧接動作が終了して圧接状態となる。脱圧時は、クリーニングユニット１０の離間動作が開始されユニットカム機構１５が有するセンサ１７（図２参照）がクリーニングユニット１０の離間動作完了を検知すると、加圧カム機構２が加圧ローラ７の脱圧動作を開始して一連の脱圧動作が終了する。

上述の構成により、加圧ローラ７の加圧動作完了前にクリーニングウェブ１１が加圧ローラ７に当接してしまうことによる正確な加圧ローラ７の加圧動作の妨げとなることが防止できる。また、加圧ローラ７の脱圧動作完了前にクリーニングウェブ１１が加圧ローラ７に当接し続けてしまうことで正確な加圧ローラ７の脱圧動作の妨げとなることが防止できる。これにより、クリーニングユニット１０の圧接離間動作が加圧ローラ７の加圧脱圧動作の妨げになることを防止できる。また、クリーニングウェブ１１の圧接時は加圧ローラ７の加圧動作開始をセンサ９等により確認後、直ちにクリーニングユニット１０の圧接動作（移動）を開始させることで、通紙開始時間の遅れが発生することを防止できる。

加圧ローラ７の移動開始後にクリーニングウェブ１１を移動させ、加圧ローラ７の定着ローラ３との当接完了後にクリーニングウェブ１１が加圧ローラ７に当接すべく、加圧ローラ７とクリーニングウェブ１１とは図１に示すような相対位置で配置されている。具体的には、加圧ローラ７の軸の移動による加圧ローラ７の移動を制限しないように、加圧ローラ７の軸に対し、加圧ローラ７の定着ローラ３との当接面とは反対側の曲面にクリーニングウェブ１１が当接するように配置している。また、それぞれの移動量は適宜であるが、加圧ローラ７の最大離間位置においてもクリーニングウェブ１１は離間を保持できるように接離移動可能に設定されている。さらに、クリーニングウェブ１１の離間時にはクリーニングユニット１０の離間動作終了を確認後に加圧ローラ７の脱圧動作を開始することで、安定した脱圧動作が可能となる。

上述の構成では、ユニットカム機構１５は加圧カム機構２とは異なる独立した駆動源を有しており、加圧ローラ７が加圧状態になった場合であってもクリーニングユニット１０は圧接状態と離間状態とを選択的に占めることができる。この構成により、画像形成動作中に使用する記録媒体５の種類に応じてクリーニングユニット１０の接離状態を制御できる。従って、定着ローラ３及び加圧ローラ７に対して汚れの蓄積を招く可能性の低い通紙条件、例えばコート紙使用時にはクリーニングウェブ１１を加圧ローラ７に当接させない構成とすることにより、クリーニングウェブ１１の寿命を延ばすことができる。なお、記録媒体５として普通紙を使用する場合には、汚れの蓄積を招く可能性があるのでクリーニングウェブ１１を加圧ローラ７に当接させる。

さらに上述の構成において、図示しない駆動源からウェブ巻取軸１３に駆動力を与え、クリーニングウェブ１１の巻取速度を変更可能に構成してもよい。この構成により、画像形成動作中に使用する記録媒体５の種類に応じてクリーニングウェブ１１の巻取速度を制御できる。従って、定着ローラ３及び加圧ローラ７に対して汚れの蓄積を招く可能性の低い通紙条件、例えばコート紙使用時にはクリーニングウェブ１１の巻取速度を遅くしてもクリーニングウェブ１１が想定以上に汚れて汚れを吐き出してしまう虞がない。よって、クリーニングウェブ１１の寿命を延ばすことができる。なお、記録媒体５として普通紙を使用する場合には、汚れの蓄積を招く可能性があるのでクリーニングウェブ１１の巻取速度をコート紙使用時よりも速くする。

次に、図４を用いて本発明が適用可能な画像形成装置を説明する。図４に示す画像形成装置１００は、複数色の画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って配置されたタンデム方式を用いるカラープリンタである。画像形成装置１００は、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体である感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋを並設したタンデム構造が採用されている。

画像形成装置１００では、各感光体ドラム２０に形成された可視像が各感光体ドラム２０に対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能な中間転写体である転写ベルト１８に対して１次転写工程を実行してそれぞれの画像が重畳転写される。その後、記録シート等が用いられる記録紙Ｓに対して２次転写工程を実行することにより、転写ベルト１８上の画像が記録紙Ｓに一括転写されて記録紙Ｓ上にフルカラー画像が形成される。

各感光体ドラム２０の周囲には、感光体ドラム２０の回転に伴い画像形成処理を行う装置がそれぞれ配置されている。例えば感光体ドラム２０Ｂｋを例に取ると、その回転方向に沿って帯電装置３０Ｂｋ、現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１９Ｂｋ、及びクリーニング装置５０Ｂｋが配置されている。帯電後に行われる書き込みは、光書込装置２１が用いられる。

転写ベルト１８に対する重畳転写は、転写ベルト１８が矢印Ａ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０に形成された可視像が転写ベルト１８の同じ位置に重ねて転写されるように行われる。これは、転写ベルト１８を介して各感光体ドラム２０に対向配置された各１次転写ローラ１９による電圧印加を、矢印Ａ１方向上流側から下流側にかけてタイミングをずらして行われることにより達成される。

各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋは、矢印Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋは、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。画像形成装置１００は、色毎の画像形成処理を行う４個の画像ステーションと、各感光体ドラム２０の上方に対向して配設され、転写ベルト１８及び各１次転写ローラ１９を備えた転写ベルトユニット２２とを有している。転写ベルト１８は、駆動ローラ７２と従動ローラ７３との間に掛け渡されている。また画像形成装置１００は、転写ベルト１８に対向配置され転写ベルト１８に連れ周りする２次転写ローラ２３と、転写ベルト１８に対向配置され転写ベルト１８上をクリーニングするベルトクリーニング装置２４とを有している。さらに画像形成装置１００は、４個の画像ステーションの下方に対向配置された光書込装置２１を有している。

光書込装置２１は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラー及び偏光手段としてのポリゴンミラー等を有している。光書込装置２１は、各感光体ドラム２０に対して色毎に対応した書込光Ｌｂを射出して各感光体ドラム２０に静電潜像を形成する。

画像形成装置１００には、各感光体ドラム２０と転写ベルト１８との間に向けて搬送される記録紙Ｓを搭載した給紙カセットであるシート給送装置６１が設けられている。また画像形成装置１００には、シート給送装置６１から搬送される記録紙Ｓを画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで各感光体ドラム２０と転写ベルト１８との間に向けて送り出すレジストローラ対２５が設けられている。さらに画像形成装置１００には、記録紙Ｓの先端がレジストローラ対２５に到達したことを検知する図示しないセンサが設けられている。

画像形成装置１００には、トナー像が転写された記録紙Ｓにトナー像を定着させるための定着ユニットとして、上述した定着装置１が設けられている。また画像形成装置１００には、定着済みの記録紙Ｓを装置本体外部に排出する排紙ローラ２６、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの各色トナーを充填したトナーボトル２７Ｙ，２７Ｃ，２７Ｍ，２７Ｂｋが設けられている。各トナーボトル２７の上方には、装置本体上部に配設され排紙ローラ２６によって排出された記録紙Ｓを積載する排紙トレイ２８が配設されている。

従動ローラ７３は、転写ベルト１８に対する張力付与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、ばね等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２２と各１次転写ローラ１９と２次転写ローラ２３とベルトクリーニング装置２４とで転写装置７１が構成されている。

シート給送装置６１は画像形成装置１００の装置本体下部に配設されており、最上位の記録紙Ｓの上面に当接する給紙ローラ２９を有している。シート給送装置６１は、給紙ローラ２９が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の記録紙Ｓをレジストローラ対２５に向けて給送する。

転写装置７１に設けられているベルトクリーニング装置２４は詳細な説明を省略するが、転写ベルト１８に対向及び当接すべく配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有している。そして、転写ベルト１８上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとによって掻き取り除去し、転写ベルト１８をクリーニングする。ベルトクリーニング装置２４は、転写ベルト１８から除去した残留トナーを搬出して廃棄するための図示しない排出手段を有している。

上述した構成では、画像形成装置としてフルカラープリンタを用いた例を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限られず、複写装置、モノクロプリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらの複合機等の他の画像形成装置にも本発明は適用可能である。

１ 定着装置
２ 加圧カム機構
３ 定着部材（定着ローラ）
４ トナー像
５ 記録媒体
７ 加圧部材（加圧ローラ）
８ 加圧レバー
１０ クリーニングユニット
１１ クリーニングウェブ
１２ 押圧部材
１３ ウェブ巻取軸
１４ ウェブ供給軸
１５ ユニットカム機構
１００ 画像形成装置（カラープリンタ）

特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平１−２６３６７９号公報 実開昭５１−１０９７３９号公報 特開２０００−３２１９１４号公報 特開２０１１−２１５５８７号公報

Claims (5)

1. 記録媒体上のトナー像を加熱して前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる定着部材と、前記定着部材を押圧し定着ニップ部を形成する回転自在な加圧部材と、前記加圧部材を揺動させる加圧レバーと、前記加圧レバーを揺動させることにより前記加圧部材を前記定着部材に対して接離させる加圧カム機構と、前記加圧部材に当接し前記加圧部材の表面をクリーニングするクリーニングウェブと、前記加圧部材との間に前記クリーニングウェブを挟み込み前記クリーニングウェブを前記加圧部材に向けて押圧する押圧部材と、前記クリーニングウェブを巻き取るウェブ巻取軸と、前記クリーニングウェブを供給するウェブ供給軸と、前記クリーニングウェブ及び前記押圧部材及び前記ウェブ巻取軸及び前記ウェブ供給軸を全て含み一体で揺動可能なクリーニングユニットと、前記クリーニングユニットを揺動させるユニットカム機構とを有し、
   前記加圧部材の表面は前記定着部材の表面よりも離型性が悪く、前記クリーニングユニットは前記加圧部材に対して接離可能であり、かつ前記クリーニングユニットの重心はその揺動中心を通る垂線と前記加圧部材の回転中心を通る垂線との間に位置す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、
   前記ユニットカム機構による前記加圧部材に対する前記クリーニングユニットの接離動作は前記加圧カム機構による前記定着部材に対する前記加圧部材の接離動作と連動し、前記加圧部材に対する前記クリーニングユニットの圧接動作は前記定着部材に対する前記加圧部材の圧接動作開始から所定時間後に行われ、前記加圧部材から前記クリーニングユニットが離間した後に前記定着部材からの前記加圧部材の離間動作が開始されることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２記載の定着装置において、
   前記加圧部材に対する前記クリーニングユニットの圧接動作は前記定着部材に対する前記加圧部材の圧接動作時に行われ、画像形成動作中には前記記録媒体の種類により接離動作を制御することを特徴とする定着装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一つに記載の定着装置において、
   前記加圧部材に対する前記クリーニングユニットの圧接動作は前記定着部材に対する前記加圧部材の圧接動作時に行われ、画像形成動作中には前記記録媒体の種類により前記クリーニングユウェブの巻取速度を制御することを特徴とする定着装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一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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