(57)【要約】【課題】熱源を熱伝導部材の内部に配する際に熱伝導部材内部で消費されるエネルギーを抑制でき、併せて製品バラツキを小さくする。【解決手段】無端状ベルトからなる定着部材と、定着部材内に配設されたパイプ状熱伝導部材と、熱伝導部材内に配設された熱源と、定着部材の外周側から定着部材に接する加圧部材と、定着部材を介して加圧部材に対向配置され定着部材と加圧部材の間に定着ニップを形成するニップ形成部材とを定着部材において、前記熱伝導部材を回転可能に支持するローラ軸受を備えて、このローラ軸受によって前記熱源を保持する。またパイプ状の前記熱伝導部材の軸心と、前記熱源のみかけ軸心を一致させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端状ベルトからなる定着部材と、定着部材内に配設されたパイプ状熱伝導部材と、熱伝導部材内に配設された熱源と、定着部材の外周側から定着部材に接する加圧部材と、定着部材を介して加圧部材に対向配置され定着部材と加圧部材の間に定着ニップを形成するニップ形成部材とを定着部材において、前記熱伝導部材を回転可能に支持するローラ軸受を備えて、このローラ軸受によって前記熱源を保持すること、及びパイプ状の前記熱伝導部材の軸心と、前記熱源のみかけ軸心が一致することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記ローラ軸受で前記熱伝導部材の長手方向移動を規制することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記ローラ軸受と前記熱伝導部材の間に長手方向空隙を設けることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記ローラ軸受で前記熱源の長手方向移動を規制することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
前記熱源がハロゲンヒータであることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記ローラ軸受と前記熱伝導部材の周方向に接触領域と非接触領域が備えられることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項７】
前記ローラ軸受が装置側板に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ニップ部において記録媒体を加熱・加圧することによって記録媒体上の形成画像を定着する定着装置、及びそのような定着装置を備える複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なベルト定着方式定着装置は、ヒータを有する加熱ローラと、表層としてゴム層を設けた定着ローラと、これら両ローラに架設された定着ベルトと、定着ベルトを介して定着ローラに圧接して定着ニップを形成する加圧ローラとを具備している。そして定着ニップへ、未定着トナー像を載置した記録媒体が搬送されると、記録媒体が定着ニップを通過する過程において記録媒体上のトナー像が加熱、加圧されて、記録媒体上に定着される。
【０００３】
しかしながら、このような定着ベルト方式定着装置では、定着ベルトの加熱箇所（加熱ローラとの接触域）と定着ニップが離れており、伝熱効率の観点から、ウォームアップ時間（プリント可能な温度に達するまでに要する時間）やファーストプリント時間（プリント要求を受けた後にプリント準備を経てプリント動作を行い、排紙が完了するまでの時間）の短縮化に限界があった。
【０００４】
そこで、低熱容量の部材を用いて各社から様々な名称でオンデマンドタイプの定着装置が提案され、実用化されている。例えば、特許文献１において、定着ベルト内部の略全域を、定着ベルトに近接するように設置されたパイプ状金属体（熱伝導部材）でガイドし、内蔵された熱源（ヒータ）にて加熱されたパイプ状金属体を介して、定着ベルトに熱が加えられるように構成した定着装置が開示されている。この定着装置は、定着ベルト、定着ベルト内でベルトに近接するように設置され装置フレーム或いは側板に非回転状態に固定された熱伝導部材（パイプ状金属体）、熱伝導部材内に設置される熱源としてのヒータ、定着ベルトに外周側から当接する加圧部材としての加圧ローラ、定着ベルトを介して加圧ローラに当接して定着ニップを形成するニップ形成部材（当接部材）、温度センサ等で構成される。
【０００５】
しかしながら、今までの定着装置の構成において、熱源を内蔵した定着ローラでは、定着ローラの熱容量が大きいために、定着ローラ自体を温めるのに大きなエネルギーを必要とし、定着ローラを薄肉化した場合も、内蔵熱源を保持する部材とローラ軸受とは別々に装置フレーム或いは側板に取り付けられるので、ローラ内部に熱源を配置する構成では、熱源の大きさに比べてローラ直径が大きくなり、熱源とローラ内面の間の空隙が広く、その空隙を占める大量の空気を温めるための余分なエネルギーを必要とし、熱伝達効率が良くないという問題があった。そして、熱伝導部材が非回転状態に固定される特許文献１の定着装置においても、同じ問題を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、熱源を熱伝導部材の内部に配する際に熱伝導部材内部で消費されるエネルギーを抑制でき、併せて製品バラツキを小さくすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明によれば、無端状ベルトからなる定着部材と、定着部材内に配設されたパイプ状熱伝導部材と、熱伝導部材内に配設された熱源と、定着部材の外周側から定着部材に接する加圧部材と、定着部材を介して加圧部材に対向配置され定着部材と加圧部材の間に定着ニップを形成するニップ形成部材とを定着部材において、前記熱伝導部材を回転可能に支持するローラ軸受を備えて、このローラ軸受によって前記熱源を保持する。またパイプ状の前記熱伝導部材の軸心と、前記熱源のみかけ軸心を一致させる。
【発明の効果】
【０００８】
熱伝導部材を回転可能に支持するローラ軸受によって熱伝導部材内部に配せられる熱源を保持すると共に、パイプ状の前記熱伝導部材の軸心と、前記熱源のみかけ軸心を一致させるので、熱伝導部材を小径化して、熱伝導部材内部の空気を温めるためのエネルギーを抑制できると共に、その小径化にあたっても製品バラツキを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】定着装置の要部を示す正面断面図である。
【図３】定着装置の熱伝導部材中心の断面を示す側面断面図である。
【図４】ローラ軸受近傍を拡大して示す側面断面図である。
【図５】ローラ軸受と熱伝導部材の周方向での接触、非接触を示す概略的な正面断面図である。
【図６】熱伝導部材と内蔵熱源の位置関係を示す概略的な正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、電子写真方式で画像形成するタンデム式カラープリンタ（以下、プリンタと称する）である。
【００１１】
先ず、プリンタとしての基本構成とその動作について説明し、この後に本実施形態特有の構成と作用について説明する。
装置本体の上部に設置されたボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。
【００１２】
ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配されている。中間転写ユニット８５に設置された中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが並設されている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋには、それぞれ感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが配されている。また、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５（図１には感光体ドラム５Ｋに対応したもののみを示す）、現像部７６（同じく感光体ドラム５Ｋに対応したもののみを示す）、クリーニング部７７（同じく感光体ドラム５Ｋに対応したもののみを示す）、除電部（図示せず）等が配されている。各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが回転し、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われて、各感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ上に各色の画像が形成される。
【００１３】
次に感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに対する作像プロセスについて説明する。感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、不図示の駆動モータによって、図１において時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５において、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程）。帯電された後、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面は、露光部３から発せられるレーザ光により照射・露光され、各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。潜像が形成された感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、現像装置７６により静電潜像がトナー現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程）。
【００１４】
感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ上のトナー像は、中間転写ベルト７８及び第１転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋにより、中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程）。このようにして中間転写ベルト７８上に重ねてトナー像が転写されることにより、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。１次転写の後、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、クリーニング部７７に達して、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程）。この後、除電部により感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋの表面の残留電位が除去される。こうして、感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに対する一連の作像プロセスが終了する。
【００１５】
次に、中間転写ベルト７８上で行われる一連の転写プロセスについて説明する。中間転写ユニット８５は、無端状の中間転写ベルト７８と、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋと、２次転写バックアップローラ８２と、クリーニングバックアップローラ８３と、テンションローラ８４と、中間転写クリーニング部８０等により構成されている。
【００１６】
中間転写ベルト７８は、２次転写バックアップローラ８２とクリーニングバックアップローラ８３とテンションローラ８４とに張架・支持され、２次転写バックアップローラ８２の回転駆動によって、図１における矢印方向に移動される。１次転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋは、それぞれ中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋとで挟み込むようにして１次転写ニップを形成している。１次転写バイアスローラ７９Ｙ，７９Ｍ，７９Ｃ，７９Ｋには、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
【００１７】
中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、中間転写ベルト７８と感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ間の１次転写ニップを順次通過する。こうして感光体ドラム５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写が行われる。１次転写後、中間転写ベルト７８は２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置で２次転写バックアップローラ８２は、２次転写ローラ８９とで中間転写ベルト７８を挟み込むようにして２次転写ニップを形成している。２次転写ニップにおいて、中間転写ベルト７８上に形成されている４色のトナー像が、搬送されてくる記録紙Ｐ上に転写される。転写後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０に達して、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。こうして、中間転写ベルト７８上で行われる一連の転写プロセスが終了する。
【００１８】
ここで、２次転写ニップの位置に搬送される記録紙Ｐは、装置本体の下部に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７及びタイミング合わせ兼スキュー補正ローラ９８を経由して搬送されるものである。即ち、給紙部１２には、記録紙Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１において反時計方向に回転駆動されると、最上位の記録紙Ｐから順にタイミング合わせ兼スキュー補正ローラ９８に給送される。ローラ９８に搬送された記録紙Ｐは、回転駆動を停止したローラ９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のトナー像にタイミングを合わせて、ローラ９８が回転駆動されることにより、記録紙Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。このようにして、記録紙Ｐ上にトナー像が転写される。
【００１９】
２次転写ニップでカラー画像が転写された記録紙Ｐは定着装置２０に搬送される。そして、記録紙Ｐは、定着装置２０において定着ベルト２１と加圧ローラ３１による加熱・加圧の作用を受けて、表面に転写されたトナー像が記録紙Ｐ上に定着される。その後、記録紙Ｐは、排紙ローラ９９を経て装置本体外へと排出され、スタック部１００上に順次スタックされる。
【００２０】
次に、定着装置２０の要部について、説明する。図２において、定着装置は、定着部材としての無端状のベルト状部材からなる定着ベルト２１と、定着ベルト２１内に設けられ定着ベルトを保持する機能を備えると共に定着ベルトに熱を伝える機能（熱伝導機能）を果たすパイプ状の加熱ローラ２２と、この加熱ローラ２２の内部に配置された加熱手段であるハロゲンヒータ２５と、定着ベルト２１にその外周側から接する加圧部材としての加圧ローラ３１と、定着ベルト２１と加熱ローラ２２の間にあり加圧ローラ３１と定着ベルト２１を介して定着ニップ部を形成する定着パッド２６と、定着ベルト２１に接して表面温度を検知する温度センサであるサーミスタ２８等により構成されている。定着パッド２６は、定着ベルト２１との間に潤滑シート（図示せず）を備えている。
【００２１】
定着パッド２６は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性体若しくは耐熱性の樹脂、金属から構成されており、定着ベルト２１の内面に対して潤滑シート（図示せず）を介して間接的に接触、摺動するようになっている。なお、定着パッド２６が定着ベルト２１の内面に直接摺動する構成であってもよい。その際は定着パッド２６の表面若しくは定着ベルト２１の内面にグリース等の潤滑剤が施されている。そして、潤滑シートや定着ベルトを介して、加圧ローラからの圧接力で定着パッドは定着ニップを構成し、この定着ニップにおける圧力と熱によりトナーを定着する。
【００２２】
加圧ローラ３１は、中空の金属ローラにシリコーンゴム層が設けられ、外表面に離型性を得るために離型層（ＰＦＡ樹脂層またはＰＴＦＥ樹脂層）が設けられている。また、加圧ローラ３１は、プリンタに設けられたモータ等の駆動源からギヤ列等を介して駆動力が伝達され回転駆動される。さらに、加圧ローラ３１は、スプリング（図示せず）等により定着ベルト２１側に押し付けられており、加圧ローラ３１のゴム層が押し潰されて変形することにより、定着ニップＮにおいて所定のニップ幅が形成される。加圧ローラ３１は中実のローラで形成してもよいが、図示のように、中空のローラが、熱容量が小さくて好ましい。また、加圧ローラ３１にハロゲンヒータ等の加熱源を設けるようにしてもよい。加圧ローラ３１におけるシリコーンゴム層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ３１内部にヒータ等の加熱源がない場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３１に伝導し難くなるため望ましい。
【００２３】
定着ベルト２１は、ニッケルやステンレス等の金属ベルトや、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂等の樹脂材料を用いることができ、無端ベルト（若しくはフィルム）とする。本例ではポリイミドを用いた。定着ベルト２１の表層はＰＦＡ樹脂層またはＰＴＦＥ樹脂等の離型層であり、記録媒体Ｐ上のトナーが付着しないように離型性をもたせている。また、定着ベルト２１の基材とＰＦＡ樹脂層（またはＰＴＦＥ樹脂）との間には、シリコーンゴム層等の弾性層を形成するようにしてもよい。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着トナー画像を押し潰して、定着の際に定着ベルト２１の表面の微妙な凹凸が画像に転写されて、画像のベタ部にユズ肌状の跡が残り得るという不具合が生じる。これを改善するには、シリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微妙な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。
【００２４】
中空の加熱ローラ（熱伝導部材）２２は材質としてアルミ、鉄、ステンレス等のパイプ状金属を用いている。本実施形態の加熱ローラ２２は、ハロゲンヒータ２５のみかけ直径より１ｍｍ程度直径の大きな円形となっている。加熱ローラ２２の内周側には、ハロゲンヒータ２５からの輻射熱を吸収し易くするために黒色の塗装が施されている。なお、加圧ローラ３１が定着ベルト２１を押す加圧力は、定着ベルト２１、潤滑シート、定着パッド２６と伝わり、加熱ローラ２２で受け止められる。加熱ローラ２２は回転するものであり、その回転方向は定着ベルト２１の回転と同じ方向であり、速度も定着ベルト２１とほぼ同じである。本実施形態では、ハロゲンヒータを用いることで、周方向に発光する特性により、加熱ローラ内面で周方向のエネルギーを伝達することができる。
【００２５】
定着ベルト２１は加圧ローラ３１により連れ回り回転する。加圧ローラ３１が不図示の駆動源により回転し、定着ニップＮで定着ベルト２１に駆動力が伝達されることによって定着ベルト２１が回転する。定着ベルト２１は、定着ニップＮにおいて定着パッド２６と加圧ローラ３１とで挟み込まれて回転するが、定着ニップＮ以外では加熱ローラ２２に移送ガイドされている。
【００２６】
定着ベルト２１と加熱ローラ２２の間には、潤滑シートや定着パッド２６が存在しない範囲でも、シリコーンオイルやフッ素グリス等の潤滑剤を介在させている。そして、加熱ローラ２２の表面の表面粗さを潤滑剤の粒径以上として、潤滑剤を保持し易くしている。
【００２７】
次に加熱ローラ軸受について説明する。図２の定着装置要部断面における加熱ローラ中心を通る切断面をＡ視で見た図が図３である。加熱ローラ２２とその内側に配置されたヒータ２５の両方を保持するローラ軸受２３は、定着装置の主フレーム（図示せず）に取り付け・位置決めされた左右の側板４３に対して、スライド装着されて取り付けられる。側板４３に対してローラ軸受２３をスライド取り付けすることで、止め輪、ネジ止めを省くことができ、部品費、組立費を低減して、加熱ローラ長手方向の位置を規制することができる。
【００２８】
図４にＡ−Ａ断面の加熱ローラ端部を示す。加熱ローラ２２とハロゲンヒータ２５は、ロータ両端部において夫々、共通のローラ軸受２３に保持されている。ローラ軸受２３は２つの段部を有した凹みを備え、端部寄りの第１段部２３ａが加熱ローラ２２に内蔵されたハロゲンヒータ２５の長手方向規制部を構成し、中央寄りの第２段部２３ｂが加熱ローラ２２の長手方向規制部を構成する。図示の例では、ハロゲンヒータ２５の端部近傍に補助部材２７が取り付けられ、ハロゲンヒータ２５と共にローラ軸受２３に固定保持され、この補助部材２７の端部をローラ軸受２３の規制部が受けるようになっているが、補助部材なしにヒータ端部をローラ軸受２３の規制部が直接受けることも当然可能である。このように、ローラやヒータの端面を軸受の規制部で受けることにより止め輪等の部材を用いることなく、部材の長手方向脱落を防止でき、追加部材を不要とすることでコストダウンの効果を得ることができる。また、ハロゲンヒータ２５を摺動可能なようにヒータ保持用の補助部材２７を第１段部２３ａに当接させるとともに、加熱ローラ２２とローラ軸受２３の第２端部２３ｂの間に空隙Ｘを確保することで、熱膨張によるローラの伸縮でローラ軸受２３に応力が繰り返しかかって破損する事態を防止することができる。
【００２９】
ローラ軸受２３は、図４のＢ−Ｂ線の位置で、加熱ローラ２２との接触部分（摺動部分）を有しているが、加熱ローラ２２に対して全周方向で接触しているわけではない。その一例を図５で断面として示す（ヒータ省略）。図５で明らかなように、加熱ローラ２２はローラ軸受２３に対する接触部２３ｃと非接触部２３ｄを有している。ローラと軸受の接触領域を少なくすることで負荷トルクを低減でき、駆動モータの消費エネルギーを低減でき、モータの必要トルク低減に伴って小モータ化を実現できる。また、非接触部が存在することで、ローラと軸受の摺擦を抑え、部品の削れを抑えて、異音発生を低減できる。併せて、部品が削れて加熱ローラの傾き平行度が保ち難くなることによるベルト片寄りの発生を抑制することができる。
【００３０】
加熱ローラ２２とハロゲンヒータ２５の断面での位置関係について図６で説明する。図６は図４のＢ−Ｂ線の位置での加熱ローラ断面である。ハロゲンヒータ２５は、ガラス管の中に発光部であるフィラメントを有し、ガスが封入されている。ガラス管の中にガスを封入する封入口があり、製造にあたってはガラス管の直径の外に凸が発生する。製造過程で工程を追加することで高さを抑えることも可能であるが、部品コストがアップし、工程追加を行ったとしても高さがなくなるわけではない。そのため、一般的には、凸がある状態でローラの中にガラス管径を中心に配置すると凸部がローラに近く、接触し易いため、十分な隙間を確保しなければならず、ローラ内部全体で見るとヒータとローラの空隙が広がって余分な加熱エネルギーを要することになる。そこで、ヒータ凸部を考慮したヒータの中心半径を求めて、凸部を考慮したヒータの見かけ軸心と加熱ローラ軸心とをほぼ同一にすることで、ヒータとローラの空隙を狭くして加熱ローラを回転してもヒータと一定間隔が保たれ、ヒータと加熱ローラの接触・破損を防止することができることになる。
【符号の説明】
【００３１】
２１  定着ベルト
２２  加熱ローラ
２５  ハロゲンヒータ
２６  定着パッド
２８  サーミスタ
３１  加圧ローラ
Ｎ  定着ニップ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】特開２０１１−５９２４７号公報
【図１】
2014048612.tif 000003
【図２】
2014048612.tif 000004
【図３】
2014048612.tif 000005
【図４】
2014048612.tif 000006
【図５】
2014048612.tif 000007
【図６】
2014048612.tif 000008