JP7127496B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
未定着トナー画像を定着させるための定着装置の一例として、ベルト方式の定着装置が知られている。
本発明に係る定着装置を図1~4に基づき説明する。
本実施形態に係る定着装置は、無端状の定着ベルト60と、定着ベルト60を両端部で保持する定着ベルト保持部材51と、定着ベルト60の外周面に当接する加圧部材(以下、「加圧ローラ」ともいう)70とを備える。
また、定着ベルト60の内部に配置され、定着ベルト60を介して加圧部材70に当接してニップを形成するニップ形成部材80と、ニップ形成部材80を支持するニップ支持部材(ステー)90と、定着ベルト60の内側に配置され、該定着ベルト60を加熱する熱源61とを備える。
さらに、熱源61の輻射熱を反射する反射部材91と、定着ベルト保持部材51とニップ支持部材90を一体に固定する側板52と、定着ベルト60を介して加圧部材70をニップ形成部材80に圧接させる加圧機構(付勢手段)とを備える。
また、本実施形態の定着装置は、定着ベルト60の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ(図示せず)等を備えている。
また、基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム又はフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させても良い。
そして、加圧ローラ70は、図示しない加圧機構(付勢手段)によって定着ベルト60側へ付勢され、定着ベルト60を介してニップ形成部材80に当接している。
この加圧ローラ70と定着ベルト60とが圧接する箇所では、加圧ローラ70の弾性層72が押し潰されることで、ニップ形成部材80の短手方向における所定の幅のニップ(ニップ部)Nが形成されている。
また、加圧ローラ70は、本実施態様に係る定着装置が搭載される画像形成装置(プリンタ)本体に設けられた図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。
そして、加圧ローラ70が回転駆動すると、その駆動力がニップNで定着ベルト60に伝達され、定着ベルト60が従動回転するようになっている。
これに対し、本発明に係る定着装置においては、ニップ支持部材90は、熱伝導率の異なる少なくとも2種類の部材が一体に形成されてなる。
熱伝導率の異なる部材は、例えば、それぞれ熱伝導率の異なる材料からなる。
そしてニップ支持部材90は、ニップ形成部材80と当接する部材と、ニップ形成部材80と当接しない部材とを有し、ニップ形成部材80と当接する部材は、ニップ形成部材80と当接しない部材よりも熱伝導率が高い。
このような構成とすることにより、ニップ形成部材80とニップ支持部材90との接触部における温度の最高値を従来の構成よりも低下させることができ、ニップ形成部材80の耐熱温度を超える温度となることを抑制し、溶融や変形を防止することができる。
図1及び図2(A)に示す第一の態様は、ニップ支持部材90が熱伝導率の異なる3種類の部材が一体に形成された例である。
ニップ支持部材90は、均熱化機能を有する高熱伝導性部材90aと、ニップ荷重を支える機能を有する高剛性部材90b及び90cからなり、それぞれカシメまたは溶接により一体化されている。
ニップ支持部材90は、均熱化機能を有する高熱伝導性部材90aと、ニップ荷重を支える機能を有し、曲げ加工により形成された高剛性部材90bからなり、それぞれカシメまたは溶接により一体化されている。
高熱伝導性部材90aを側板52の外側に配置し、かつ側板52と当接させることにより、均熱効果に加え、部材の温度を低下させる効果も得られる。すなわち、側板52から放出される熱を多くすることができ、さらに側板52の外側で空気層と接触する面積を増やすことで端部の放熱量を多くすることができ、ニップ支持部材90の温度の最高値を低下させることができる。
なお、ニップ形成部材80と当接しない部材のヤング率の値としては、200GPa以上であることが好ましい。
一方、高剛性部材90b、90cの材料としては、ニップ形成部材80の撓み防止機能を満足させるために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料が好ましい。また、高剛性部材90b、90cは打ち抜き加工によって作成されることが望ましい。また、鉄鋼板により作成することで、安価で剛性の高い部材90が得られる。
図3(A)に示すように、ニップ形成部材80は、定着ベルト60の回転軸方向又は加圧ローラ70の回転軸方向に亘って長手状に配設され、ニップ支持部材90によって支持されている。図3(A)中、定着ベルト60の内部に配設された部材を破線で示している。
ニップ支持部材90の両端側は、定着装置の筐体(図示せず)に固定された側板52に形成された開口部(取付け穴:図4には一端側のみ表示する)に嵌合され、接触点Pa、Pb、Pcで固定されている。
このような構成とすることにより、加圧ローラ70からの加圧力でニップ形成部材80及びニップ支持部材90がずれて変位してしまうのを防止することができる。
各定着ベルト保持部材51は切欠環状の湾曲凸部を成し、各外周湾曲面が環状の定着ベルト60の両側内壁面に摺接し、定着ベルト60の半径方向及び軸方向の回転ずれを抑制している。
なお、以下の記載において、中央ヒータ61aと端部ヒータ61bを総称する場合にハロゲンヒータ61と記載する。
具体的には、A3縦など幅の広い用紙を通紙する際は、中央ヒータ61aと端部ヒータ61bの両方を点灯し、A4縦など幅の狭い用紙を通紙する際は、中央ヒータ61aのみを点灯する。このような構成とすることにより、定着ベルト60の加熱に使用する消費電力を抑えることができる。
本実施形態の値を実線、従来例の値を破線で示している。
ニップ支持部材90が単一の高剛性材料(主に鉄鋼)のみで構成された従来例(破線)では、両端部で側板52と接触させることで放熱させることができるが、中央部は熱が放熱されずに高温となり、ニップ支持部材の耐熱温度Tnを超えてしまう。
一方、本実施形態の例(実線)では、高熱伝導部材90aによりニップ支持部材90の均熱効果が得られ、中央部のピーク温度はニップ支持部材の耐熱温度Tn以下に抑えられている。
定着装置が搭載された画像形成装置(プリンタ)本体の電源スイッチが投入されると、ハロゲンヒータ61に電力が供給されると共に、加圧ローラ70が時計回りに回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト60は、加圧ローラ70との摩擦力によって、反時計回りに従動回転する。
そして、ハロゲンヒータ61によって加熱された定着ベルト60による熱と、定着ベルト60と加圧ローラ70との間の加圧力とによって、用紙Pの表面にトナー画像Tが定着される。
このとき、用紙Pの先端が側板52により支持される分離部材75の先端に接触することにより、用紙Pが定着ベルト60から分離される。その後、分離された用紙Pは、上述のように、排紙ローラによって機外に排出され、排紙トレイにストックされる。
ニップ形成部材80は、樹脂からなるベース部80b及び足部80cと、ベース部表面に設けられた繊維状シート80aから形成されている。定着ベルト60との接触抵抗を低減するため、繊維状シート80aにはシリコーンオイルを含浸させている。
図1及び図4の断面図に示すように、ニップ形成部材80は上下2箇所の足部80cで支持部材90と接触している。
ニップ支持部材90は、熱伝導率の異なる少なくとも2種類の部材が一体に形成されてなる部材である。
熱伝導率の異なる部材は、それぞれ熱伝導率の異なる材料からなる。
本実施形態においては、高熱伝導性部材90aと高剛性材料90b、または高熱伝導性部材90aと高剛性材料90b及び90cから構成された例について説明するが、部材の種類及び数はこれに限定されない。
以下にニップ形成部材80の長手方向において均一なニップNの幅が得られる本実施形態のニップ支持部材90について説明する。
このような構成とすることにより、機械的強度を維持しつつ長手方向に温度が分散されるため、ニップ形成部材80の耐熱温度を超えるような高温となるのを防ぎつつ、ニップNの幅バラつきの発生を防止することができる。
本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置としてのカラープリンタの概略構成図を図5に示す。
図5に示される画像形成装置10は、本発明に係る定着装置50と電子写真方式の画像形成部とを備えており、その画像形成部には複数の(図示した例では4つの)画像形成手段1a、1b、1c及び1dが設けられている。この第1~第4の画像形成手段1a、1b、1c及び1dは、それぞれ同一の構成ではあるが、対応するトナー色だけが異なっている。そのため、これら画像形成手段において、例えばブラックトナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びイエロートナー像がそれぞれ形成される。
なお、これら画像形成手段は、現像剤(トナー)色の違い以外はそれぞれ同一の構成であるため、以下の説明では、参照符号におけるa、b、c及びdの添え字を適宜省略して説明する。
この感光体2は、時計回りに回転駆動することが可能であり、この感光体2の表面には帯電部材3が圧接されている。
そして、この帯電部材3は、感光体2の回転駆動に伴い従動回転させられる。
また、この帯電部材3には、図示しない高圧電源により所定のバイアス電圧が印加され、回転駆動する感光体2の表面を一様に帯電できるようになっている。
なお、ここに図示した帯電部材3は、感光体2に接触するローラ状部材を採用しているが、コロナ放電等を利用する非接触式のものを採用することも可能である。
この露光装置6は、光源、ポリゴンミラー、f-θレンズ、反射ミラーなどの適宜適切な構成部材を有している。
そして、各色トナーの画像データに応じて形成された画像情報に基づいて、帯電部材3により帯電させられた各感光体2を露光する。
そして、それぞれの感光体2上に静電潜像を作り出すために設けられる。
この露光装置6を用いて感光体2上に形成された静電潜像は、感光体2の回転により、現像装置4を通るときに各色トナーが付与されることで現像され、顕像化される。
そして、このトナーボトル20a、20b、20c及び20dから図示しない搬送経路を介して、所定補給量のトナーがそれぞれ各色現像装置4a、4b、4c及び4dに補給されるようになっている。
図5に示した中間転写ベルト7は、複数の支持ローラ(例えば、支持ローラ15a、15bなど)に巻きかけられて構成されている。図示した例では、支持ローラ15aが、図示しない駆動源としての駆動モータと連結されている。
そして、この駆動モータを駆動させることで、中間転写ベルト7は、図中反時計回りに回転移動すると共に、従動回転可能な支持ローラ15bが回転させられる。
この一次転写ローラ8に図示しない高圧電源から一次転写バイアスが印加され、現像装置4により顕像化された感光体2上のトナー像が中間転写ベルト7に一次転写されるようになっている。
なお、一次転写されずに感光体2上に残された一次転写残トナーは、感光体2による次の画像形成動作に備えるために中間転写ベルトクリーニング手段19により除去され、感光体2上におけるトナーが完全に除去される。
この二次転写ローラ18は、中間転写ベルト7を挟んで支持ローラ15bと対向している。
そして、この二次転写ローラ18と支持ローラ15bとで中間転写ベルト7を介して二次転写ニップ部を形成している。
そして、二次転写ローラ18から見て、記録媒体の搬送方向下流側には、定着装置50及び排紙ローラ対36が設けられている。
この画像形成動作においても、各感光体2にトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルト7に転写する構成は、そのトナー像の色が異なるだけで、実質的に全て同一であるため、a、b、c及びdの添え字は必要に応じて省略する。
この表面電位を初期化された感光体2の表面が、今度は帯電部材3によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された感光体表面には、露光装置6からのレーザ光が照射され、これによって感光体表面に静電潜像が形成される。
このとき、各感光体2に露光される画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの各トナー色情報に分解した単色の画像情報である。
このように感光体上に形成された静電潜像は、現像装置4を通る際に、現像装置4からの各色トナー(現像剤)が付与され、顕像化されたトナー像として可視化される。
そして、上記した一次転写ローラ8には、感光体上に形成されたトナー像のトナー帯電極性と逆極性の一次転写電圧が印加される。
これにより、感光体2と中間転写ベルト7との間に転写電界が形成される。
そして、感光体2上のトナー像が、その感光体2と同期して回転駆動される中間転写ベルト7上に静電的に一次転写される。
このように、一次転写される各色トナー像は、中間転写ベルト7の搬送方向上流側から逐次タイミングを併せて中間転写ベルト7上に重ね合わされ、所望のフルカラー画像が形成される。
そして、その際には、未だ回転駆動を開始していないレジストローラ対35のニップ部に、搬送された記録媒体の先端が突き当たり、所謂ループを形成することで、記録媒体のレジストレーションが行われる。
そして、支持ローラ15bと、これに中間転写ベルト7を介して対向する二次転写ローラ18とで構成される二次転写ニップ部に向けて記録媒体が送出される。
本実施形態では、二次転写ローラ18に中間転写ベルト表面におけるトナー像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加される。
そして、これによって中間転写ベルト7表面に形成されたフルカラートナー像が記録媒体上に一括して転写される。
そして、この定着装置50を通過するときに、熱と圧力とを加えられ、永久画像としてトナー像が記録媒体に定着させられる。
画像を定着させられた画像形成後の記録媒体は、排紙ローラ対36を介して排出トレイ29等の記録媒体排出部に排出されることで画像形成動作が完了する。
なお、二次転写ローラ18が配置される二次転写ニップ部で転写されずに中間転写ベルト7上に残留した残留トナーは、中間転写ベルトクリーニング手段19により取り除かれ回収される。
50 定着装置
51 定着ベルト保持部材
52 側板
60 定着ベルト
61 熱源
70 加圧部材
80 ニップ形成部材
90 ニップ支持部材
90a 高熱伝導性部材
90b 高剛性部材
90c 高剛性部材
91 反射部材
P 記録媒体(用紙)
T トナー画像
Claims (8)
- 無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを両端部で保持する定着ベルト保持部材と、
前記定着ベルトの外周面に当接する加圧部材と、
前記定着ベルトの内部に配置され、前記定着ベルトを介して前記加圧部材に当接してニップを形成するニップ形成部材と、
前記ニップ形成部材を支持するニップ支持部材と、
前記定着ベルトの内側に配置され、該定着ベルトを加熱する熱源と、
前記熱源の輻射熱を反射する反射部材と、
前記定着ベルト保持部材と前記ニップ支持部材を一体に固定する側板と、
前記定着ベルトを介して前記加圧部材を前記ニップ形成部材に圧接させる加圧機構と、を備え、
前記ニップ支持部材は、熱伝導率の異なる少なくとも2種類の部材が一体に形成されてなり、前記側板に形成された開口部に嵌合され、前記熱伝導率の異なる少なくとも2種類の部材が前記側板と当接する複数の接触点で固定されていることを特徴とする定着装置。 - 前記ニップ支持部材を構成する熱伝導率の異なる部材は、それぞれ熱伝導率の異なる材料からなることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記ニップ支持部材は、前記ニップ形成部材と当接する部材と、前記ニップ形成部材と当接しない部材とを有し、
前記ニップ形成部材と当接する部材は、前記ニップ形成部材と当接しない部材よりも熱伝導率が高いことを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。 - 前記ニップ支持部材を構成する熱伝導率の異なる少なくとも2種類の部材のうち、熱伝導率が最も高い部材は、200W/mK以上の熱伝導率である材料からなることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の定着装置。
- 前記ニップ支持部材の少なくとも一部は前記側板を貫通して該側板の外側まで延在し、貫通部分において前記側板に当接して支持されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の定着装置。
- 前記ニップ支持部材を構成する熱伝導率の異なる少なくとも2種類の部材のうち、熱伝導率が最も高い部材は、長手方向において他の部材よりも前記側板を貫通して該側板の外側まで延在する長さが長いことを特徴とする請求項5に記載の定着装置。
- 前記ニップ支持部材は、前記ニップ形成部材と当接する部材と、前記ニップ形成部材と当接しない部材とを有し、
前記ニップ形成部材と当接する部材は、その厚み方向が前記加圧部材の前記ニップ形成部材への加圧方向と重なるように配置され、
前記ニップ形成部材と当接しない部材は、前記ニップ形成部材と当接する部材よりもヤング率が高く、その幅方向が前記加圧部材の前記ニップ形成部材への加圧方向と重なるように配置されていることを特徴とすることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の定着装置。 - 請求項1から7のいずれか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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