JP6926851B2 - 定着装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置およびそれを備えた画像形成装置に関し、特に、加圧部材の表面を除電する除電シートを有する定着装置およびそれを備えた画像形成装置に関するものである。

従来、画像形成装置には、像担持体から用紙等の記録媒体上に転写されたトナー像を定着するための定着装置が備えられている。定着装置としては、互いに当接して回転する加熱ローラーと加圧ローラーを備えたローラー定着方式、また、加熱部材として無端状の定着ベルトを使用するベルト定着方式等が知られている。例えば、ローラー定着方式の定着装置は、圧接される定着ローラーと加圧ローラーとのニップ部で用紙上に担持されたトナー像を加熱及び加圧して用紙上に定着している。

このような定着装置において、一般的に使用される加圧ローラーは、芯金の外周にシリコンゴム等の弾性層を設け、さらにその外周にフッ素樹脂等からなる離型層を設けて構成されている。これらの弾性層や離型層は絶縁性であるため、加圧ローラーの表面は記録媒体との摩擦帯電によってマイナス数千ボルトにまで帯電することがある。この場合、記録媒体が加圧ローラーに巻き付いたり、定着ローラーにトナーが付着したりする。

そこで、加圧ローラーの周辺に配置された樹脂製の定着ハウジングや搬送ガイドに加圧ローラーの軸方向に延びる除電シートを設けるとともに、板バネを介して除電シートを画像形成装置本体に電気的に接地する画像形成装置が提案されている。

なお、樹脂製の搬送ガイドに除電シートを設けるとともに、板バネを介して除電シートを画像形成装置本体に電気的に接地する画像形成装置は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１６−１２２０３６号公報

しかしながら、上記従来の画像形成装置では、除電シートを画像形成装置本体に接地するために板バネを設ける必要があるので、部品点数が増加したり、板バネを配置するスペースを確保したりする必要がある、という問題点があった。なお、定着ハウジングや搬送ガイドを金属製にすれば、板バネを設ける必要はなくなるが、製造コストが高くなるとともに、軽量化が困難になる。

また、定着ニップ部のニップ圧（加熱ローラーに対する加圧ローラーの押圧力）を変更可能な定着装置では、定着装置内が複雑化するため、加圧ローラーの表面から所定距離だけ隔てた位置に除電シートを配置することが困難になる場合がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、加熱部材に対する加圧部材の押圧力を変更可能な定着装置において、簡単な構成で加圧部材の表面を除電することが可能な定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の第１の構成の定着装置は、記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱する加熱部材と、加熱部材に接触して定着ニップ部を形成する加圧部材と、加圧部材を加熱部材に押圧させる押圧機構と、加熱部材に対する加圧部材の押圧力を変更する押圧力変更機構と、を備え、定着ニップ部を通過する記録媒体に未定着トナー像を定着させる。押圧力変更機構は、加圧部材と平行に配置されるとともに加圧部材の表面に対して所定間隔を隔てて対向配置される導電性の回転軸と、回転軸の端部に設けられ回転軸を中心として回転することにより押圧機構による押圧力を変更する押圧力変更部材と、を有し、回転軸は、電気的に接地されており、回転軸には、加圧部材の表面を除電する除電シートが設けられている。

本発明の第１の構成の定着装置によれば、加圧部材の表面に対して所定間隔を隔てて対向配置される回転軸に、加圧部材の表面を除電する除電シートが設けられている。これにより、加圧部材が帯電するのを抑制することができるので、記録媒体が加圧部材に巻き付いたり、加熱部材にトナーが付着したりするのを抑制することができる。

また、回転軸に除電シートを設けることによって、回転軸を介して除電シートを電気的に接地することができる。これにより、従来の画像形成装置のように板バネ等を別途設ける必要がないので、部品点数が増加したり、板バネ等を配置するスペースを確保したりする必要がない。また、定着ハウジングや搬送ガイドを金属製にして除電シートを取り付ける場合に比べて、製造コストを低くすることができるとともに、軽量化することができる。

以上のように、加熱部材に対する加圧部材の押圧力を変更可能な定着装置において、簡単な構成で加圧部材の表面を除電することができる。

本発明の一実施形態の定着装置を備えた画像形成装置の構造を概略的に示した断面図である。 本発明の一実施形態の定着装置周辺の構造を示した図であり、普通紙に画像形成を行う状態（通常押圧状態）を示した図である。 本発明の一実施形態の定着装置の加圧ローラー周辺の構造を示した斜視図である。 本発明の一実施形態の定着装置の構造を示した図であり、封筒に画像形成を行う状態（減圧状態）を示した図である。 本発明の一実施形態の定着装置の偏心カムの回転軸の配置位置を示した図である。 本発明の第１変形例の定着装置の加圧ローラー周辺の構造を示した図である。 本発明の第２変形例の定着装置の加圧ローラー周辺の構造を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態による画像形成装置１について説明する。なお、図１では、右側を画像形成装置１の前方側として図示している。図１に示すように、画像形成装置１（ここではモノクロプリンター）内には画像形成部Ｐが配設されている。この画像形成部Ｐは、帯電、露光、現像及び転写の各工程により所定の画像を形成する。

画像形成部Ｐには、可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム（像担持体）２が配設されており、感光体ドラム２上に形成されたトナー像が、普通紙、封筒、厚紙等の記録媒体６上に転写され、さらに、定着装置３０において記録媒体６上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。不図示のドラム駆動モーターにより感光体ドラム２を図１において時計回りに回転させながら、感光体ドラム２に対する画像形成プロセスが実行される。

また、回転可能に配設された感光体ドラム２の周囲及び前方（図１では右側）には、感光体ドラム２に対して帯電を行う帯電ローラー３と、感光体ドラム２に画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム２上にトナー像を形成する現像ユニット５と、感光体ドラム２上に残留した現像剤（トナー）を回収するクリーニング装置９と、静電潜像を除去する除電器１０と、が設けられている。

感光体ドラム２によってトナー像が転写された記録媒体６は、定着装置３０へと搬送される。定着装置３０に搬送された記録媒体６は、後述する定着ローラー３１および加圧ローラー３２により加熱及び加圧されてトナー像が記録媒体６の表面に定着され、所定の画像が形成される。定着装置３０を通過した記録媒体６にはカールが生じるため、定着装置３０の記録媒体搬送方向下流側には、記録媒体６のカールを矯正するカール矯正装置６０（図２参照）が配置されている。カール矯正装置６０を通過した記録媒体６は、排出ローラー対１８によって排出トレイ１９に排出される。

定着装置３０は図２に示すように、記録媒体６上に担持された未定着トナー像を加熱する加熱部材である定着ローラー３１と、定着ローラー３１に所定の圧力で当接しながら回転する加圧部材である加圧ローラー３２と、加圧ローラー３２を定着ローラー３１に押圧させる押圧機構４０と、定着ローラー３１に対する加圧ローラー３２の押圧力を変更する押圧力変更機構５０と、を含んでいる。定着装置３０は、定着ローラー３１および加圧ローラー３２により形成される定着ニップ部Ｎ１を通過する記録媒体６に未定着トナー像を定着させる。なお、定着ローラー３１、加圧ローラー３２、押圧機構４０および押圧力変更機構５０を収容する定着ハウジング（図示せず）、及び記録媒体６をガイドする搬送ガイド（図示せず）は、樹脂によって形成されている。図２、図４および図５は図１の奥側から見た状態を示しており、各部材の配置は図１と左右が逆になっている。

定着ローラー３１としては、熱伝導性に優れたアルミニウムや鉄等の金属から成る円筒形状の芯金上に、フッ素樹脂のコーティングやチューブを被覆した、いわゆるハードローラーが用いられている。また、定着ローラー３１の芯金内部に熱源であるハロゲンヒーター３３が設けられており、定着ローラー３１の表面が所定温度に保持される。加圧ローラー３２は、合成樹脂、金属その他材料から構成される円筒形状の基材上にシリコンゴム等の弾性層が形成され、この弾性層の表面がフッ素樹脂等の離型性に優れた離型層で覆われたものが用いられている。

定着ローラー３１は定着フレーム（図示せず）に回転可能に保持されており、加圧ローラー３２は回転軸３２ａの両端部が一対の軸受部材３４に回転可能に保持されている。軸受部材３４は図３に示すように、定着ローラー３１の長手方向両側に配置されたガイド部材３６に支持され定着ローラー３１に対して接離する方向に往復移動可能に構成されている。

押圧機構４０は図２に示すように、加圧ローラー３２を定着ローラー３１に押圧させる板金からなる押圧レバー（押圧部材）４１と、押圧力変更機構５０と、を含んでいる。なお、押圧レバー４１は、定着装置３０の長手方向両側に略対称に設けられている。押圧レバー４１は、長手方向（上下方向）中心部に設けられた回動軸４１ａを中心として回動可能である。押圧レバー４１の軸受部材３４側（図２の左側）には、軸受部材３４および押圧力変更機構５０の後述する偏心カム（押圧力変更部材）５１に当接する当接片４１ｂが折り曲げられて形成されている。また、押圧レバー４１の上端部には、定着装置３０に設けられた圧縮バネからなる付勢部材３５が取り付けられる突起部４１ｃが形成されている。押圧レバー４１は、付勢部材３５により図２の時計回り方向（加圧ローラー３２が定着ローラー３１から離間する方向）に付勢されている。なお、付勢部材３５は、本発明の「付勢部材」の一例である。

押圧力変更機構５０は、回転中心から外周面までの距離が周方向において変化する偏心カム５１と、偏心カム５１の回転軸５１ａを回転させる駆動源（図示せず）と、を含んでいる。なお、偏心カム５１は、定着装置３０の長手方向両側に略対称に設けられており、１本の回転軸５１ａの両端部に固定されている。偏心カム５１は、回転中心から外周面までの距離が最も短い小径部５１ｂと、回転中心から外周面までの距離が最も長い最大径部５１ｄと、回転中心から外周面までの距離が小径部５１ｂよりも長く最大径部５１ｄよりも短い大径部５１ｃと、を有する。

偏心カム５１の小径部５１ｂが押圧レバー４１の当接片４１ｂに当接した状態（図４の状態）では、押圧レバー４１は回動軸４１ａを中心として図４の時計回り方向（加圧ローラー３２が定着ローラー３１から離間する方向）に最も回動した状態になっており、定着ローラー３１に対する加圧ローラー３２の押圧力は最も小さい状態（減圧状態）になっている。

その一方、図２に示すように、偏心カム５１が回転軸５１ａを中心として回動し、大径部５１ｃが押圧レバー４１の当接片４１ｂに当接すると、定着ローラー３１に対する加圧ローラー３２の押圧力が増加する。すなわち、偏心カム５１は、付勢部材３５の付勢力に抗して押圧レバー４１を図２の反時計回り方向（所定方向）に押圧する。なお、本実施形態では、大径部５１ｃが当接片４１ｂに当接した状態（図２の状態）は、普通紙を通紙する際に設定される通常押圧状態であり、小径部５１ｂが当接片４１ｂに当接した状態（図４の状態）は、封筒や厚紙を通紙する際に設定される減圧状態である。

また、最大径部５１ｄを当接片４１ｂに当接させると、定着ローラー３１に対する加圧ローラー３２の押圧力がさらに増加する。

偏心カム５１の回転軸５１ａは、加圧ローラー３２と平行に配置されているとともに、加圧ローラー３２の表面に対して所定間隔（ここでは、約５ｍｍ）を隔てて対向配置されている。回転軸５１ａの両端部は、ガイド部材３６（図３参照）に回転可能に軸支されている。また、回転軸５１ａは金属からなり導電性を有し、ガイド部材３６に設けられた接地板金（図示せず）を介して画像形成装置１本体のフレーム（図示せず）に電気的に接地されている。なお、接地板金は、回転軸５１ａ以外の部材も画像形成装置１本体のフレームに電気的に接地している。

また、回転軸５１ａは図５に示すように、定着ローラー３１の中心Ｏ３１と加圧ローラー３２の中心Ｏ３２とを結ぶ線Ｌ１に対して垂直で加圧ローラー３２の中心Ｏ３２を通過する線Ｌ２の近傍に配置されている。回転軸５１ａの中心Ｏ５１は、線Ｌ２に対して、加圧ローラー３２の中心Ｏ３２の回りに２０°以下の角度範囲Ｒに配置されている。

また、図３に示すように、回転軸５１ａには、加圧ローラー３２の表面を除電する除電シート３７が螺旋状に巻き付けられて固定されている。除電シート３７は、回転軸５１ａの表面に導電性の両面テープ等を用いて貼り付けられている。

除電シート３７は、導電性を有するシート状の部材であり、例えば不織布、織物、編物などを導電性ポリマーで被覆したシートや、金属繊維やカーボン繊維を混入させたシート等によって構成されている。

カール矯正装置６０は図２に示すように、圧接ローラー６１と、圧接ローラー６１に接触して矯正ニップ部Ｎ２を形成する矯正ローラー６２と、矯正ローラー６２を回転可能に保持し矯正ローラー６２を圧接ローラー６１に押圧させる板金または樹脂からなる保持部材７１と、保持部材７１を付勢する圧縮バネからなる付勢部材７２と、を含んでいる。カール矯正装置６０は、矯正ニップ部Ｎ２を通過する記録媒体６のカールを矯正する。なお、保持部材７１および付勢部材７２は、カール矯正装置６０の長手方向両側に略対称に設けられている。

圧接ローラー６１は、回転軸６１ａの両端が一対の軸受部材（図示せず）に回転可能に保持されているとともに、カール矯正装置６０に設けられた圧縮バネからなる一対の付勢部材６３によって矯正ローラー６２に接近する方向に付勢されている。付勢部材６３は、圧接ローラー６１の両端部に配置されている。

保持部材７１は、下端部に設けられた揺動軸７１ａを中心として、矯正ローラー６２を圧接ローラー６１に対して接離する方向に揺動可能に構成されている。

保持部材７１は、付勢部材７２により図２の左方向（矯正ローラー６２が圧接ローラー６１に接近する方向）に付勢されている。

この画像形成装置１では、普通紙に画像形成を行う場合、図２に示すように、偏心カム５１の大径部５１ｃが押圧レバー４１の当接片４１ｂに当接した状態に設定され、定着ローラー３１に対する加圧ローラー３２の押圧力（定着ニップ部Ｎ１の定着ニップ圧）は所定値（所定の定着ニップ圧）になる。

その一方、例えば封筒に画像形成を行う場合は封筒にしわが発生するのを抑制するために、図４に示すように、偏心カム５１の小径部５１ｂが押圧レバー４１の当接片４１ｂに当接した状態に設定され、定着ローラー３１に対する加圧ローラー３２の押圧力（定着ニップ部Ｎ１の定着ニップ圧）は減圧される。

このとき、加圧ローラー３２は、定着ローラー３１から離間しない範囲で、定着ローラー３１から離間する方向（図４の右方向）に略直線状に少し（１〜２ｍｍ程度）移動する。このため、定着ローラー３１に対する加圧ローラー３２の押圧力（定着ニップ部Ｎ１の定着ニップ圧）は減圧される。

本実施形態では、上記のように、加圧ローラー３２の表面に対して所定間隔を隔てて対向配置される回転軸５１ａに、加圧ローラー３２の表面を除電する除電シート３７が設けられている。これにより、加圧ローラー３２が帯電するのを抑制することができるので、記録媒体６が加圧ローラー３２に巻き付いたり、定着ローラー３１にトナーが付着したりするのを抑制することができる。

また、回転軸５１ａに除電シート３７を設けることによって、回転軸５１ａを介して除電シート３７を電気的に接地することができる。これにより、従来の画像形成装置のように板バネ等を別途設ける必要がないので、部品点数が増加したり、板バネ等を配置するスペースを確保したりする必要がない。また、定着ハウジングや搬送ガイド（共に図示せず）を金属製にして定着ハウジングや搬送ガイドに除電シート３７を取り付ける場合に比べて、製造コストを低くすることができるとともに、軽量化することができる。

以上のように、定着ローラー３１に対する加圧ローラー３２の押圧力を変更可能な定着装置３０において、簡単な構成で加圧ローラー３２の表面を除電することができる。

また、上記のように、除電シート３７は、回転軸５１ａに螺旋状に巻き付けられている。これにより、除電シート３７が回転軸５１ａから剥がれるのを効果的に抑制することができる。なお、定着装置３０は高温になるため、除電シート３７は剥がれやすい。このため、除電シート３７を回転軸５１ａに螺旋状に巻き付け、除電シート３７が回転軸５１ａから剥がれるのを抑制することは、特に効果的である。

また、上記のように、回転軸５１ａは、定着ローラー３１の中心Ｏ３１と加圧ローラー３２の中心Ｏ３２とを結ぶ線Ｌ１に対して垂直で加圧ローラー３２の中心Ｏ３２を通過する線Ｌ２の近傍に配置されている。これにより、加圧ローラー３２を減圧状態にするために少しだけ右側に移動させた場合であっても、加圧ローラー３２の表面から除電シート３７までの距離はほとんど変化しないので、加圧ローラー３２の表面電荷が除電されにくくなるのを容易に抑制することができる。

また、上記のように、回転軸５１ａの中心Ｏ５１は、線Ｌ２に対して、加圧ローラー３２の中心Ｏ３２の回りに２０°以下の角度範囲Ｒに配置されている。これにより、加圧ローラー３２を減圧状態にするために少しだけ右側に移動させた場合であっても、加圧ローラー３２の表面電荷が除電されにくくなるのを十分に抑制することができる。

また、上記のように、押圧機構４０は、回動軸４１ａを中心として回動可能であるとともに加圧ローラー３２を定着ローラー３１に押圧させる押圧レバー４１を有し、偏心カム５１は、押圧レバー４１を所定方向に押圧する。これにより、回転軸５１ａを中心として偏心カム５１を回転させることにより、押圧機構４０による押圧力を容易に変更することができる。

また、上記のように、定着装置３０は、押圧レバー４１を偏心カム５１とは反対方向に付勢する付勢部材３５を有する。これにより、偏心カム５１の回転に連動して押圧レバー４１を時計回り方向または反時計回り方向に容易に回動させることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、モノクロプリンターに本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。言うまでもなく、カラープリンター、モノクロ複写機、デジタル複合機、ファクシミリ等の、定着装置を備えた種々の画像形成装置に本発明を適用できる。

また、上記実施形態では、押圧機構４０が押圧力変更機構５０を兼ねている例について示したが、本発明はこれに限らず、押圧機構４０は押圧力変更機構５０を兼ねていなくてもよい。例えば図６に示した本発明の第１変形例の定着装置３０のように構成してもよい。すなわち、押圧機構４０を、下端部に設けられた回動軸４１ａを中心として回動する押圧レバー４１と、押圧レバー４１を図６の反時計回り方向（加圧ローラー３２が定着ローラー３１に接近する方向）に付勢する付勢部材（第２付勢部材）４２と、によって構成し、偏心カム５１が押圧レバー４１を押圧することにより押圧レバー４１が図６の時計回り方向（加圧ローラー３２が定着ローラー３１から離間する方向）に回動するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、回転することにより押圧機構４０による押圧力を変更する偏心カム５１を設け、偏心カム５１の回転軸５１ａに除電シート３７を設ける例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、回転軸５１ａにギア（押圧力変更部材）を設け、回転軸５１ａを中心としてギアが回転することにより他の部材（ギア列等）を介して押圧レバーが回動するように構成してもよい。そして、ギアの回転軸５１ａに除電シート３７を設けてもよい。

また、上記実施形態では、加圧ローラー３２が定着ローラー３１から離間する方向に略直線状に移動する例について示したが、本発明はこれに限らない。加圧ローラー３２は、所定の揺動軸を中心として定着ローラー３１から離間する方向に移動するように構成されてもよい。この場合、例えば図７に示した本発明の第２変形例の定着装置のように構成してもよい。すなわち、回転軸５１ａを中心として揺動する揺動部材３８を設け、この揺動部材３８に加圧ローラー３２を回転可能に取り付けてもよい。このように構成すれば、加圧ローラー３２を回転軸５１ａを中心として揺動させた場合であっても、加圧ローラー３２の表面から除電シート３７までの距離は変化しない（一定である）ので、加圧ローラー３２の表面が除電されにくくなるのを確実に防止することができる。なお、図７では、偏心カム５１および押圧部材４０を省略している。

また、上述した実施形態および変形例の構成を適宜組み合わせて得られる構成についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 画像形成装置
６ 記録媒体
３０ 定着装置
３１ 定着ローラー（加熱部材）
３２ 加圧ローラー（加圧部材）
３５ 付勢部材
３７ 除電シート
３８ 揺動部材
４０ 押圧機構
４１ 押圧レバー（押圧部材）
４１ａ 回動軸
５０ 押圧力変更機構
５１ 偏心カム（押圧力変更部材）
５１ａ 回転軸
Ｌ１、Ｌ２ 線
Ｎ１ 定着ニップ部
Ｏ３１、Ｏ３２、Ｏ５１ 中心
Ｒ 角度範囲

Claims (9)

1. 記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱する加熱部材と、
   前記加熱部材に接触して定着ニップ部を形成する加圧部材と、
   前記加圧部材を前記加熱部材に押圧させる押圧機構と、
   前記加熱部材に対する前記加圧部材の押圧力を変更する押圧力変更機構と、
   を備え、前記定着ニップ部を通過する記録媒体に未定着トナー像を定着させる定着装置であって、
   前記押圧力変更機構は、前記加圧部材と平行に配置されるとともに前記加圧部材の表面に対して所定間隔を隔てて対向配置される導電性の回転軸と、前記回転軸の端部に設けられ前記回転軸を中心として回転することにより前記押圧機構による押圧力を変更する押圧力変更部材と、を有し、
   前記回転軸は、電気的に接地されており、
   前記回転軸には、前記加圧部材の表面を除電する除電シートが設けられていることを特徴とする定着装置。
2. 前記除電シートは、前記回転軸に螺旋状に巻き付けられていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記回転軸は、前記加熱部材の中心と前記加圧部材の中心とを結ぶ線に対して垂直で前記加圧部材の中心を通過する線の近傍に配置されてい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. 前記回転軸の中心は、前記加圧部材の中心を通過する線に対して、前記加圧部材の中心回りに２０°以下の角度範囲に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記押圧機構は、回動軸を中心として回動可能であるとともに前記加圧部材を前記加熱部材に押圧させる押圧部材を有し、
   前記押圧力変更部材は、前記押圧部材を所定方向に押圧する偏心カムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記定着装置は、前記押圧部材を前記偏心カムとは反対方向に付勢する付勢部材を有することを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 前記偏心カムは、前記押圧機構を兼ねていることを特徴とする請求項５または６に記載の定着装置。
8. 前記加圧部材は、前記回転軸を中心として揺動する揺動部材に回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項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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