(57)【要約】【課題】  各種の転写材に対応可能で、ダウンタイムが少なく、省エネ化が可能な定着装置を有する画像形成装置を提供すること。【解決手段】  少なくとも１つが駆動源から駆動力を得て回転する２つの回転体を互いに圧接させてニップ部を形成し、当該ニップ部に転写材を通過させることにより、当該転写材上にトナー画像を定着させる定着装置を有する画像形成装置において、前記２つの回転体のうち、一方は内側に加熱手段を有しないローラであって、加熱手段によって熱せられた他方の回転体へ加圧および加圧解除可能であり、加圧解除状態において前記ローラは交換可能であることを特徴とする画像形成装置。【選択図】        図２
2006003693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つが駆動源から駆動力を得て回転する２つの回転体を互いに圧接させてニップ部を形成し、当該ニップ部に転写材を通過させることにより、当該転写材上にトナー画像を定着させる定着装置を有する画像形成装置において、前記２つの回転体のうち、一方は内側に加熱手段を有しないローラであって、加熱手段によって熱せられた他方の回転体へ加圧および加圧解除可能であり、加圧解除状態において前記ローラは交換可能であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記ローラは、前記加熱手段によって熱せられた他方の回転体の他に、外部加熱ローラと接触し、他方の回転体から加圧解除した場合、前記外部加熱ローラからも離間することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
剛性を有する芯金と、それに被覆したシリコーンゴムと、表層にＰＦＡ樹脂を被着した構成の、交換可能な前記ローラを複数種備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
交換可能な前記ローラは、ローラ硬度、熱容量、外径形状、転写材の進行方向と垂直方向の前記シリコーンゴムの厚さもしくは熱容量の分布、の少なくとも１つが異なる素材から各々構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記ローラを交換する際に、前記加熱手段へは通電され、温度制御は継続されて、前記ローラを交換した後に、前記加熱手段の制御温度が自動的に切り替わるようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー画像の定着装置を有する複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、２つの回転体で転写材を挟持、加圧、加熱することにより定着処理を行う定着装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の定着装置においては、２つの回転体であるローラを圧接させて形成されたニップ部にトナー画像を保持した転写材を通過させ、加熱、加圧してトナー画像を転写材に定着する方式が一般的である。
【０００３】
カラー画像形成装置の場合、転写材上のトナー付着量が多くなるため、トナー像が接する加熱回転体に転写材が巻付き易くなる問題があり、そのため、加熱回転体側にニップ形状が凸状（未定着のトナー像側に凹状）になるようにしている。このような場合、転写材の裏面側の回転体（トナー像が接しない側の回転体）の硬度を、未定着トナー像側の回転体の硬度よりある程度硬くする必要があるため、厚紙等の定着性の悪い転写材に必要なニップ幅を確保できず、定着性の悪い転写材を定着する際は、定着温度を上げたり、プロセス速度を下げたりすることにより対応し、その結果、ウォームアップ時間が長くなったり、プリント生産性が低下する問題が生じる。そればかりか厚紙等の剛度の高い転写材は定着装置通過後、排紙時の形状がニップ形状に倣い、カールが大きくなる問題も生じる。厚紙は剛度が高く、未定着トナー像側のローラ側にニップ形状を凸にする必要がないため、転写材の裏面側のローラの硬度を下げてニップ幅を確保し、且つ、カールが小さくなるようにニップ部をフラット形状にすることが可能であるが、そのような条件下では逆に薄紙が未定着トナー像側のローラに巻付くという問題が発生する。
【０００４】
上記のような１種類のローラ対の組合わせでは様々な転写材に対応できないという問題に対応して、（１）転写材の含水率、厚み等によって最適なローラの温度、直径、周速、表面硬度等の条件を複数のローラを利用して、選択可能にする技術（例えば、特許文献１参照）や、（２）トナー像を担持する封筒のシワまたはＯＨＴ（透明紙）上のカラートナー像の透過性確保等の対策のため、転写材の種類によりローラを選択する技術（例えば、特許文献２参照）が開示されている。また、（３）複数の定着ユニットを備え、手動で交換する案も試みられている。
【特許文献１】特開昭５４−９５２４６号公報
【特許文献２】特開平４−１６６８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した（１）の技術では、複数のローラの温度を同時に制御しておかねばならず、スタンバイ時の消費電力が非常に多くなるという問題がある。また、スタンバイ時の消費電力を抑えるために複数のローラの温度制御を行わなくすると、ローラを切り換えてからローラが昇温するまでに時間がかかりファーストプリントの時間が非常に長くかかったり、定着アンダが発生したりする。またローラの周速を遅くすることはプリントの生産性に影響を与えてしまうことになり、好ましくない。さらに、温度、直径、周速、表面硬度の変更だけでは、紙しわや波打、通紙時の温度分布の適正化が困難であるという問題もある。（２）の技術でも、同様に上記した課題を解決できない。（３）の技術では、定着装置が昇温するまでに待ち時間が長く、特に装置が大型の場合は、ユーザの交換作業に手間がかかるという問題がある。
【０００６】
本発明は、各種の転写材に対応可能で、ダウンタイムが少なく、省エネ化が可能な定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
少なくとも１つが駆動源から駆動力を得て回転する２つの回転体を互いに圧接させてニップ部を形成し、当該ニップ部に転写材を通過させることにより、当該転写材上にトナー画像を定着させる定着装置を有する画像形成装置において、前記２つの回転体のうち、一方は内側に加熱手段を有しないローラであって、加熱手段によって熱せられた他方の回転体へ加圧および加圧解除可能であり、加圧解除状態において前記ローラは交換可能であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【０００８】
内部熱源を有しないローラ部材の交換だけで、各種の転写材に対応でき、また、ローラ部材を交換する際、加熱手段への温度制御がなされた状態にあるので、ダウンタイムが少なくて済み、待ち時間を費やさずにプリント開始が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
はじめに、本発明に係わる定着装置及びそれを装着する画像形成装置について説明する。
【００１０】
本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により本発明の技術範囲が限定されることはない。
【００１１】
図１は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。
【００１２】
図１において、１０は感光体、１１は帯電手段であるスコロトロン帯電器、１２は画像書き込み手段である書き込み装置、１３は現像手段である現像器、１４は感光体１０の表面を清掃するためのクリーニング装置、１５はクリーニングブレード、１６は現像スリーブ、２０は中間転写ベルトを示す。画像形成手段１は感光体１０、スコロトロン帯電器１１、現像器１３、およびクリーニング装置１４等からなっており、各色毎の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図１ではＹ（イエロー）系列のみの構成について参照符号を付けており、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（黒）の構成要素については参照符号を省略した。
【００１３】
各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順になっており、各感光体１０は中間転写ベルト２０の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。
【００１４】
中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２７、従動ローラ２４に張架され、これらのローラと中間転写ベルト２０、転写器２５、クリーニング装置２８等でベルトユニット３を構成する。
【００１５】
中間転写ベルト２０の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。
【００１６】
感光体１０は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図１の矢印で示す反時計方向に回転する。
【００１７】
読み取り装置８０からの画像データに対応する電気信号は画像形成レーザで光信号に変換され、書き込み装置１２によって感光体１０上に投光される。
【００１８】
現像器１３は、感光体１０の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と最接近位置において同方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１６を有している。
【００１９】
中間転写ベルト２０は、体積抵抗率１０6〜１０12Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性シームレスベルトである。
【００２０】
２５は転写器で、トナーと反対極性の直流が印加され、感光体１０上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト２０上に転写させる機能を有する。転写器２５としてはコロナ放電器の他に転写ローラを用いることもできる。
【００２１】
２６はアースローラ２２から当接および当接解除可能な転写ローラで、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー画像を転写材Ｐに再転写する。
【００２２】
２８はクリーニング装置で、中間転写ベルト２０を挟んで従動ローラ２４に対向して設けられている。トナー画像を転写材Ｐに転写後、中間転写ベルト２０は、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加された除電ローラ２７で残留トナーの電荷が弱められ、クリーニングブレード２９によって周面上に残ったトナーが清掃される。４は本発明に係わる定着装置であり、詳細は後述する。
【００２３】
７０は紙送り出しローラ、７１はタイミングローラ、７２は紙カセット、７３は搬送ローラである。８１は排紙ローラで、８２は排紙皿である。８５は操作パネルである。Ｂ１は制御手段であるコントロール部である。
【００２４】
ここで、本発明に係る定着装置４について説明する。
【００２５】
図２は、交換可能な加圧ローラの加圧機構を説明するための図である。
【００２６】
図３は、図２のＸＸ矢視の断面図である。
【００２７】
図２、図３において、４１は加熱ローラで、アルミから形成された円筒状の芯金４１３に弾性体である耐熱層４１２がライニングされ、当該耐熱層４１２の外周に離型層４１１が被覆された構成で作られ、歯車４１５を介して不図示の駆動源から動力を受ける。当該加熱ローラ４１の空洞部に支持接片４６１を介して配設された、加熱手段であるハロゲンヒータ４６によって所定の温度まで加熱され、その温度は、前記加熱ローラ４１の表面近傍に設置された非接触温度センサ４１４により検出され、コントロール部Ｂ１に伝達され、当該コントロール部Ｂ１はハロゲンヒータ４６をＯＮ、ＯＦＦすることによって、加熱ローラ４１の表面温度が規定の温度となるように制御している。
【００２８】
４２は、内側に加熱手段を有しないローラ形状の加圧ローラで、アルミから形成された円筒状の剛性を有する芯金に低熱伝導耐熱層のシリコーンゴム（熱伝導率０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下）がライニングされ、表層に離型層のＰＦＡ樹脂薄層が被覆された構成で作られている。
【００２９】
４１Ａは、前記加圧ローラ４２を外部から加熱する外部加熱ローラで、アルミ素管表面にフッ素樹脂が塗布されており、不図示の支持接片で支えられたハロゲンヒータ４６Ａを内抱している。
【００３０】
４３は、加圧ローラ４２が搭載された交換ユニットで、後述する加圧機構４４にユニットとして載置されている。交換ユニット４３は複数個備えられており、各々交換ユニットの加圧ローラ４２は種類を異にし、各々ローラ硬度、熱容量、外径形状、ゴムの厚さもしくは転写材の進行方向と垂直方向の熱容量の分布の少なくとも１つが異なる素材から構成されている。
【００３１】
なお、交換ユニット４３は、加圧機構４４に搭載された状態で加圧ローラ４２に回転力が伝達されるようカップリングに係合するような構成にしてもよい。
【００３２】
図４は、加圧ローラの交換用ユニットを示す図である。
【００３３】
図４（ａ）は、交換用ユニットの全体の透視図である。
【００３４】
図４（ｂ）は後端部４３５を図４（ａ）のＦ方向から視た図である。
【００３５】
図４（ａ）、（ｂ）において、４３１は、軸受４３２を介して前記加圧ローラ４２を支える支持枠であって、後述する揺動枠４４１のガイドレール４２３に挿着するガイド部４３４を有している。また、前記支持枠４３１の後端部４３５には光透過穴４２４が設けられ、後述する加圧機構４４に取付けられた発光部と受光部とからなる光センサ４３７と係合し、加圧ローラ４２の種類が識別される。当該光透過穴４２４の位置は、前記少なくとも１つが異なる素材の加圧ローラ４２の種類によって異り、前記光センサ４３７の発光部からの光が通過すれば、それに対応して受光部からの電気信号がコントロール部Ｂ１へ伝達され、光透過穴４２４の位置によって使用する転写材の最適な制御温度に自動的に切り替わるようになっている。
【００３６】
４３３は前記支持枠体４３１と一体に取付けられた取っ手で、オペレータは、当該取っ手４３３を把持して支持枠体４３１のガイド部４３４を揺動枠４４１のガイドレール４２３に沿って挿着、引き出しする。
【００３７】
次に、加圧機構について説明する。
【００３８】
加圧機構４４は、前記交換用ユニット４３を支持する揺動枠４４１、当該揺動枠４４１を支持する支持軸４４３、不図示の動力源で回転する回転軸４４７と一体の偏芯カム４４５、当該偏芯カム４４５と係合する揺動枠４４１上のダボ４４６、回動規制ダボ４４９、軸受４４８、回動軸４４３を支点として前記揺動枠４４１を時計方向に回動させる抗力をもつ圧着バネ４４４等からなっている。当該圧着バネ４４４は、その両端が、定着装置枠体４Ｃ、揺動枠４４１の横架部Ｂに座屈しないように固定されている。
【００３９】
また、揺動枠４４１には前記交換用ユニット４３と係合するガイドレール４２３が設けられ、前記交換用ユニット４３を当該ガイドレール４２３に沿って長手方向に挿着すると不図示のストッパで所定の位置が定まり、不図示のクランプ部材にて固定される。
【００４０】
いま、加熱制御状態にある定着装置内の加圧ローラ４２の交換に際して、オペレータは、画像形成装置の不図示の前扉を開けて、手動にて交換ユニット４３を引き出し、交換ユニット４３の中から１つを選択し、挿着する。なお、定着装置枠体４Ａには切欠き部Ｗが貫通されてあるので、加圧ローラ４２（交換ユニット４３）の引き出し、挿着は可能となっている。交換用ユニット４３の挿着が完了すると同時に前記光センサ４３７が働き最適な制御温度に自動的に切り替わるようになり、温度切り替わりが完了したと検知されとプリントを受け付ける。このような状態で、プリントボタンを押すと偏芯カム４４５は不図示の動力源から回転力を得て、揺動枠４４１を押し上げ、１８０°回転して停止し、実線に示した位置になり、交換された加圧ローラ４２は加熱ローラ４１、外部加熱ローラ４１Ａに圧接する。そして加熱ローラ４１を回転させ、ニップ部に転写材Ｐを通過させる。通過が終了すると加熱ローラ４１の回転を停止させ、偏芯カム４４５は不図示の動力源から回転力を得て、圧着バネ４４４に抗して揺動枠４４１を押し上げ、１８０°回転して停止し、点線で示して位置になり、前記加圧ローラ４２は加熱ローラ４１、外部加圧ローラ４１Ａから離間した状態になる。この状態においても、ハロゲンヒータ４６、４６Ａの通電制御はなされてアイドリング状態になっており、この加熱制御状態にある状況で加圧ローラ４２の交換が可能である。これらの加圧ローラ４２の交換作業中でも加熱源への通電は継続されている。
【００４１】
従って、本発明は、加圧ローラの加圧解除状態でも、加熱源へ制御は継続され、加圧ローラが交換可能で、交換後は自動的に加熱源の制御温度が切り替わるので、ダウンタイムが少なくて済み、ローラ部材も熱容量も小さく設定すれば、待ち時間を費やさずにプリント開始が可能となることを特徴としている。
【００４２】
なお、実施の形態は、図２のような物に限らず、図５のように加熱ベルトに接する加圧ローラを交換可能にしてもよく、また、加圧ローラ内側に熱源を配置し、加熱ローラ内側に熱源を配置せず、加熱ローラ表面に外部加熱ローラが接するようにして、加熱ローラおよび外部加熱ローラから加圧解除できるような形態でもよい。
【００４３】
図５は、一方の回転体に加熱ベルトを用いた実施の形態を示す図である。
【００４４】
図５において、加熱ベルトはポリイミドベルトにシリコーンゴムを塗布し、表面にフッ素樹脂をコーティングしたも、ベルト加熱ローラはアルミ素管を芯金とし、表面にフッ素樹脂を塗布しローラもの、ベルト加圧ローラはアルミ素管を芯金としシリコーンスポンジゴムをライニングしたものである。
【００４５】
加圧機構の作動、温度制御については、図２において説明したものとほぼ同じ故、省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。
【図２】交換可能な加圧ローラの加圧機構を説明するための図である。
【図３】図２のＸＸ矢視の断面図である。
【図４】加圧ローラの交換用ユニットを示す図である。
【図５】一方の回転体に加熱ベルトを用いた実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  画像形成手段
４１  加熱ローラ
４１Ａ  外部加熱ローラ
４２  加圧ローラ
４２３  ガイドレール
４３  交換用ユニット
４３１  支持枠
４３７  光センサ
４４  加圧機構
４４１  揺動枠
４４４  圧着バネ
４４５  偏芯カム
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ  定着装置枠体
【図１】
2006003693.tif 000003
【図２】
2006003693.tif 000004
【図３】
2006003693.tif 000005
【図４】
2006003693.tif 000006
【図５】
2006003693.tif 000007