JP2014085654A - 熱定着装置、これを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化、省スペース化、部品バラつきによる加圧力のバラつきの低減、加圧力の軸方向偏差の低減、定着性の安定化を達成可能な熱定着装置とする。
【解決手段】記録媒体上のトナー像を加熱して定着させるとともに記録媒体を搬送する定着部材３と、定着部材３を押圧して定着ニップ部を形成する加圧ローラ７と、加圧ローラ７を加圧・脱圧状態に調整するため加圧ローラ７の両端部に配置したレバー１１及びカム機構１２を有する。カム機構１２はそれぞれ独立したトルクリミッタ１４を介して同一のカムシャフト１３に連結され、レバー１１のリフトアップにはスプリングを用いない。カムシャフト１３に駆動力を与える加圧駆動機構１５に対して加圧ローラ７からの反荷重による回転力を前記加圧駆動１５に伝達しない手段として、少なくとも１個のウォームギヤ１６を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に関し、詳細には画像形成装置が備える定着装置における加圧・脱圧機構に関する。

帯電、書き込み、現像、転写、クリーニング、除電等を繰り返して像担持体に順次トナー画像を形成し、そのトナー画像を逐次転写して、シート、ＯＨＰフィルム等の記録媒体に画像を記録する電子写真式の画像形成装置がある。そのような画像形成装置で、画像転写後の記録媒体を加熱された定着部材と加圧部材間に通して搬送しながらその記録媒体上のトナー画像を定着する熱定着装置を備えたものがある。そのような熱定着装置は、トルクリミッタを用いて加圧脱圧動作を行う機構備えるものがある。このような複写機などの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化、高速化、高画像化についての市場要求が強くなってきている。これらの要求性能を達成するためには、画像形成装置が備える熱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熱コントロールが重要である。

この種の画像形成装置では、電子写真記録、静電記録、磁気記録など種々の画像形成プロセスを用い、画像転写方式もしくは直接方式により未定着トナー画像を記録シート、印刷紙、感光紙、静電記録紙などの記録材に形成する。未定着トナー画像を定着させるための熱定着装置としては、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、所定の温度に温調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備えている。これらの回転ローラ対の接触部、いわゆる定着ニップ部に記録材を導入して搬送させ、定着ローラおよび加圧ローラからの熱および圧力により未定着トナー画像を溶融させて定着させる。

また、フィルム加熱方式の定着装置は、例えば特許文献１や特許文献２等に提案されている。この種の定着装置は、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加熱体の熱を、フィルム材を介して記録材に供給する。加熱体としては、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。定着フィルムとしては薄膜で低熱容量のものを用いることができるために、熱ローラ方式の定着装置よりも伝熱効率が高く、ウォームアップ時間の短縮が図れ、クイックスタート化や省エネルギー化が可能になる。

電磁誘導加熱方式の定着装置としては、特許文献３に開示されているものでは、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過熱定着装置も提案されている。この装置は、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は、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を有し、定着スリーブを介して定着ローラと加圧ローラで相互圧接することで、圧接ニップ部を形成する構成が良く知られている。

また固定支持された定着部材の外周に定着スリーブを配置し、加圧ローラの回転に伴って定着部材の外周を摺動させつつ記録材を搬送する構成の定着装置も知られている。この構成の装置における定着スリーブは、定着部材内部もしくは外部から誘導加熱やその他の加熱方式で加熱される。このような構成において、定着部材は定着ローラ端部に定着スリーブよりも径の大きいリングを配置することで、スラスト方向の移動（寄り）を防いでいる。

また一方で高画像化の要求に伴い、加圧ローラの温度をきめ細かにコントロールするために必要に応じて定着部材から完全に離間させるような加圧機構、脱圧機構を持った構成も知られている。このような機構を有する構成としては、カム機構により動作する加圧レバーを加圧ローラの軸受に架け、加圧ローラを定着部材に対して押し込む機構を持つものが知られている。カム機構により動作させるレバーはカムフォロワを支点としてスプリングにより荷重を与えるか、もしくはカム機構により動作されるレバーを土台として別体のレバーが同じくスプリングによる荷重を与える構成が一般的である。

以上のように、近年の画像形成装置では、省エネルギー化、高速化、高画質化を達成するため、熱定着装置の加圧ローラの加圧、脱圧動作が必要不可欠になってきている。しかし、加圧動作は構造の複雑化、高コスト化、高スペース化を招きかねず、またベルトを張架する熱定着装置の場合、圧偏差がベルトの寄りを招きかねない。

本発明は、近年の熱定着装置における、加圧動作、脱圧動作のための複雑な構造、コスト、スペースが要求される点、圧偏差によるベルト寄りの危険も伴う点にかんがみ、低コストかつ省スペースでしかも単純な構造で均一な圧分布を達成する加圧・脱圧機構を備えた熱定着装置、この熱定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の熱定着装置は、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に定着させるとともに前記記録媒体を搬送する定着部材と、該定着部材を押圧して定着ニップ部を形成する加圧部材と、該加圧部材を加圧・脱圧状態に調整するためにそれぞれ前記加圧部材の両端部に配置した加圧レバー及びカム機構とを有し、前記加圧部材の両端部に配置した前記カム機構はそれぞれ独立したトルクリミッタを介して同一のカムシャフトに連結してなることを特徴とする。

本発明によれば、低コスト化、省スペース化、部品バラつきに起因する加圧力のバラつきの低減、加圧力の軸方向偏差の低減、定着性の安定化を達成可能なものとなる。

本発明に係る定着装置の装着対象となり得る画像形成装置の概略構成を示す図 カム機構を用いた加圧・脱圧機構の代表的な例を図１に示したような定着装置に用いた構成を比較例として示す断面図 カム機構を用いた加圧・脱圧機構を図１に示したような定着装置に用いた本発明に係る実施形態１を示す図２相当の断面図 図３の構成を図２の上方向から見た平面図 本発明の実施形態２を示す図４相当の平面図 本発明の実施形態３を示す図４相当の平面図 本発明の実施形態４を示す図３同方向から見た断面図（Ａ）と、（Ａ）の右方向から見た側面図（Ｂ）

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る熱定着装置の装備対象となり得る画像形成装置の概略構成を示す図である。この装置は単なる一例としてのものであるが、画像形成の基本仕様としては、いわゆるデジタルカラー複合機である。

図示の画像形成装置は、その内部の略中央に中間転写ベルト５６を備えている。中間転写ベルト５６は無端状ベルトで、４つのローラ５２、５３、５４、５５に掛け回して支持し、図中矢印Ａ方向に回転駆動する。中間転写ベルト５６の下方にはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色トナーに対応した４つの作像ユニットが中間転写ベルト５６のベルト面に沿って並設してある。

４つの作像ユニットの下方には、帯電した各感光体５０（５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋ）の表面を各色の画像データに基づいて露光し、潜像を形成する露光装置６０を備えている。中間転写ベルト５６を挟んで、各感光体５０と対向する位置には、感光体５０上に形成したトナー像を中間転写ベルト５６上に一次転写する一次転写ローラ５１がそれぞれ配置してある。一次転写ローラ５１は、図示しない電源に接続して所定の電圧が印加する。

中間転写ベルト５６のローラ５２で支持した部分の外側には、２次転写ローラ６１が圧接してある。２次転写ローラ６１は、図示しない電源に接続してあり、所定の電圧を印加する。２次転写ローラ６１と中間転写ベルト５６との接触部が二次転写部であり、中間転写ベルト５６上のトナー像を転写紙に転写する。中間転写ベルト５６のローラ５５で支持された部分の外側には、二次転写後の中間転写ベルト５６の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置５７が設けてある。

二次転写部の上方には、転写紙上のトナー像を転写紙に半永久的に定着させる定着装置７０を備えている。定着装置７０は、内部にハロゲンヒータを有する加熱ローラ７２及び定着ローラ７３に巻き掛けた無端の定着ベルト７１と、定着ベルト７１を介して定着ローラ７３に対向、圧接して配置した加圧ローラ７４とから構成してある。画像形成装置の下部には、転写紙を載置し、二次転写部に向けて転写紙を送り出す給紙装置８０を備える。

＜比較例＞
図２は、カム機構を用いた加圧・脱圧機構の代表的な例を図１に示したような定着装置に用いた構成を比較例として示す断面図である。カムシャフト１３に与えた回転力によりカム１２が回転し、加圧レバー１１を押し上げる。カム１２を規定角度だけ回転させることで加圧レバー１１は狙った位置で停止する。加圧レバー８は加圧レバー１１を土台として加圧スプリング９により押し上げる。この押し上げ力が加圧ローラ７の両端部を押し上げ、そのことで定着ローラ３との間にニップを形成する。脱圧動作は上記と逆の動作を行うこととなる。

＜実施形態１＞
図３は、カム機構を用いた加圧・脱圧機構を図１に示したような定着装置に用いた本発明に係る実施形態１を示す図２相当の断面図である。
この定着装置は、記録媒体５上のトナー像４を加熱してトナー像４を記録媒体５に定着させ、記録媒体５を搬送する定着部材である定着ローラ３と定着ローラ３を押圧して定着ニップ部を形成する加圧部材として加圧ローラ７を有する。加圧ローラ７を加圧・脱圧状態に調整するため、加圧ローラ７の両端部に配置した加圧レバー１１及びカム機構を構成するカム１２とを有する。この加圧ローラ７の両端部に配置したカム１２は、それぞれ独立したトルクリミッタ１４を介して同一のカムシャフト１３に連結してあり、加圧レバー１１のリフトアップにはスプリングを用いていない。

この実施形態の装置の動作は図２に示した比較例とほぼ同様のものであるが、カムシャフト１３の回転力はトルクリミッタ１４を介してカム１２に伝達する。加圧動作時、加圧レバー１１は定着ローラ３が加圧ローラ７に及ぼす反発力により図中下向きの力を受けている。そのため、カムシャフト１３には駆動方向と逆方向に負荷トルクが発生している。ニップ幅を拡大するほどトルクは増大し、ついにはトルクリミッタの設定値を超え、カムシャフト１３の回転動作はカム１２に伝達しなくなる。

すなわち図３の実施形態では、加圧・脱圧のためのシステムを従来のようにカム機構により加圧レバー１１を定着ローラ３に向けて押し込む機構とするが、従来例のように、加圧スプリング９による最終的な加重は行わない。カム１２から動作を受ける加圧レバー１１が直接加圧ローラ７を押し込む機構としてある。カムシャフト１３とカム１２の間に配置したトルクリミッタ１４により、カム１２は加圧ローラ７からの反発荷重が設定された状態になった時点でそれ以上回転しなくなるものとしてある。トルクリミッタ１４は加圧ローラ７の両端にそれぞれ配置されたカム１２に独立してそれぞれ配置するものとする。

図４は図３の構成を図２の上方向から見た平面図である。図中１５は、カムシャフト１３に駆動力を与える加圧駆動機構である。この加圧駆動機構１５に対して、加圧ローラ７からの反荷重による回転力を伝達しない機構を有している。

既述のように加圧レバー１１及びカム１２は加圧ローラ７の両端部に配置され、トルクリミッタ１４も両端のカム１２にそれぞれ配置されている。そのため、カム１２の回転停止位置はトルクリミッタ１４に設定されたトルクにより、それぞれ独立した停止位置となる。また加圧駆動機構１５が備える駆動系には少なくとも１個以上のウォームギヤ１６を含む。そのため、カムシャフト１３が加圧レバー１１から受ける負荷トルクにより脱圧方向に回転力を受けても、その回転力はウォームギヤ１６よりも駆動力の入力側（駆動力の入力方向で言えば上流側）、例えばアクチュエータ１７には伝わらない。このため、加圧状態で加圧駆動機構１５に回転力を与えなくても負荷トルクにより意図せず脱圧することはない。

この実施形態では、図１に示すような従来の加圧・脱圧機構に比べ、部品点数の削減による低コスト化、省スペース化が可能となる。また加圧ローラ７の両端にそれぞれ独立したトルクリミッタ１４を配置しているため、スプリング力、定着ローラ３、加圧ローラ７の軸方向硬度偏差などの部品バラつきに起因する軸方向の加圧力のバラつきも低減できる。加圧力の軸方向偏差低減は定着性の安定と共に、ベルトを張架するタイプの熱定着装置においてはベルト寄りに対しても高いロバスト性を保証できる。また加圧時加圧状態で停止させるためには通常加圧駆動機構にトルクを付加させ続ける必要がある。しかし、出力側からのトルクを入力側に伝えない機構を設けることで、加圧状態を維持するために必要となる電力消費を抑えることができ、同時に駆動機構の長寿命化を得られる。さらに、ウォームギヤ１６を用いることで、出力側からのトルクを入力側に伝えない前記機構の機能を容易に達成することができ、またコストもさらに低くすることができる。またウォームギヤ１６は減速比を高くできるため、加圧駆動機構の省スペース化も可能となる。

＜実施形態２＞
図５は本発明の実施形態２を示す図４相当の平面図である。
この実施形態２は、カムシャフト１３は加圧駆動機構１５（入力側）からの力のみを伝達し、加圧ローラ７の反荷重により発生する出力側からの回転力を伝達しないようにするため、ロック型のトルクダイオード１８を有している。トルクダイオード（登録商標）とは、入力側からの回転は出力側に伝達できるが、出力側からの回転は入力側に伝わらずにロックされるという逆入力防止機能を有するユニットである。

トルクダイオード（登録商標）１８は、ロックタイプのもので、入力側からのトルクを出力側へ伝達するが、出力側からのトルクはロックして入力側に伝達しない機構である。このトルクダイオード（登録商標）１８は、加圧駆動機構１５内もしくはカムシャフト１３に配置する。すなわちこの実施形態では、先の実施形態におけるウォームギヤ１６の代わりに、加圧駆動機構１５の回転力をロックタイプのトルクダイオード（登録商標）１８を介してカムシャフト１３に伝える。このことで、先の実施形態と同様に加圧レバー１１から受ける負荷トルクにより脱圧方向に回転力を受けてもその回転力は加圧駆動機構１５には伝わらない。なお、ロックタイプのトルクダイオード（登録商標）１８を用いることで、出力側からのトルクを入力側に伝えない前記機能を容易に達成することができ、また省スペース化も図れる。またウォームギヤに比べてトルク伝達損失が低いため、省エネルギー化もさらに図れる。

＜実施形態３＞
図６は本発明の実施形態３を示す図４相当の平面図である。ただし、加熱ローラ１や定着ベルト２などは図示を省略してある。本実施形態は、カムシャフト１３の回転角度を検知する検知機構であるフォトセンサ１９をカムシャフト１３の近傍に備えている。カムシャフト１３の一部に一定間隔のパターンマーク２０を設け、これに対向する位置にフォトセンサ１９を配置してある。そしてフォトセンサ１９でパターンマーク２０を読み込むことで、カムシャフト１３がどれだけ回転したかを検知すること、それによりカムシャフト１３の回転角度を制御することを可能としている。すなわちカムシャフト１３の回転角度を検知することで、必要以上にカムシャフト１３を回転させることが無い。

＜実施形態４＞
図７は本発明の実施形態４を示す図３同方向から見た断面図（Ａ）と、（Ａ）の右方向から見た側面図（Ｂ）である。ただし、図６と同様に加熱ローラ１や定着ベルト２などは図示を省略してある。

この実施形態４では、カム１２に配置した絶対位置検知フィラー２１をフォトセンサ２２で読み込む事で、カムシャフト１３の回転角によらず、カム１２の熱定着装置筐体に対する絶対角度を検知可能としている。すなわち熱定着装置の筐体に対する絶対角度を検知可能とすることができるので、トルクリミッタ１４で規制される最大加圧時よりも弱い加圧力の範囲に限れば多段階の加圧制御が可能となる。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ ：加熱ローラ
２ ：定着ベルト
３ ：定着ローラ
４ ：トナー像
５ ：記録媒体
７ ：加圧ローラ
８ ：加圧レバー
９ ：加圧スプリング
１１ ：加圧レバー
１２ ：カム
１３ ：カムシャフト
１４ ：トルクリミッタ
１５ ：加圧駆動機構
１６ ：ウォームギヤ
１７ ：アクチュエータ
１８ ：トルクダイオード
１９ ：フォトセンサ
２０ ：パターンマーク
２１ ：絶対位置検知フィラー
２２ ：フォトセンサ
５０ ：感光体
５１ ：一次転写ローラ
５２ ：ローラ
５５ ：ローラ
５６ ：中間転写ベルト
５７ ：中間転写ベルトクリーニング装置
６０ ：露光装置
６１ ：２次転写ローラ
７０ ：定着装置
７１ ：定着ベルト
７２ ：加熱ローラ
７３ ：定着ローラ
７４ ：加圧ローラ
８０ ：給紙装置
Ａ ：矢印

特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平１−２６３６７９号公報 実開昭５１−１０９７３９号公報 特公平０１−０００７０１号公報 特開２００９−２５８４３４号公報

Claims (6)

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に定着させるとともに前記記録媒体を搬送する定着部材と、該定着部材を押圧して定着ニップ部を形成する加圧部材と、該加圧部材を加圧・脱圧状態に調整するためにそれぞれ前記加圧部材の両端部に配置した加圧レバー及びカム機構とを有し、
   前記加圧部材の両端部に配置した前記カム機構はそれぞれ独立したトルクリミッタを介して同一のカムシャフトに連結してなることを特徴とする熱定着装置。
2. 前記カムシャフトに駆動力を与える加圧駆動機構に対して、前記加圧部材からの反荷重による回転力を前記加圧駆動に伝達しない機構を有することを特徴とする請求項１に記載の熱定着装置。
3. 前記加圧駆動機構が少なくとも１個のウォームギヤを有することを特徴とする請求項１または２に記載の熱定着装置。
4. 前記カムシャフトが、前記加圧駆動機構の入力側からの力は伝達し、前記加圧部材の反荷重により発生する出力側からの力は伝達しない逆入力防止機能を有する手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱定着装置。
5. 前記カムシャフトの回転角度を検知する検知手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱定着装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の熱定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。