(57)【要約】【課題】加圧ローラーを効率的に加熱して、ウォームアップ時間を短縮できる定着装置を提供する。【解決手段】定着装置６は、熱源３２によって加熱される加熱ローラー３１と、該加熱ローラー３１に上側から圧接して定着ニップＮを形成する加圧ローラー３３と、を備える。下方を向いている一方の面にトナー像Ｔが形成された用紙Ｓが前記定着ニップＮを通過することで前記トナー像Ｔを前記用紙Ｓに定着する。【選択図】図２
2018081202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源によって加熱される加熱ローラーと、該加熱ローラーに上側から圧接して定着ニップを形成する加圧ローラーと、を備え、下方を向いている一方の面にトナー像が形成された用紙が前記定着ニップを通過することで前記トナー像を前記用紙に定着することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加圧ローラーの温度を検出する温度検知手段を備え、該温度検知手段で検知された温度に基づいて前記熱源を制御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】
前記加圧ローラーの上部を覆って収容する収容部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記用紙の前記一方の面にトナー像を形成する画像形成部と、
前記トナー像を前記用紙の前記一方の面に定着する請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置と、
前記一方の面が下方を向く姿勢で前記画像形成部から前記定着装置へ前記用紙が搬送される搬送経路と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
前記搬送経路は、前記画像形成部から前記定着装置へ向かって湾曲して形成されるガイド部材を有し、前記用紙は前記一方の面の反対側の他方の面が前記ガイド部材に沿うように案内されることを特徴とする請求項４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、トナー像を用紙に定着する定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンターなどの電子写真方式の画像形成装置は、用紙に転写されたトナー像を用紙に定着する定着装置を備えている。定着装置は、一般に、熱源によって加熱される加熱ローラーと、加熱ローラーに圧接して定着ニップを形成する加圧ローラーと、を備え、トナー像が静電付着した用紙が定着ニップを通過することで、トナー像が用紙に定着される。
【０００３】
用紙は、トナー像が静電付着した側の面を上にして、水平方向に沿った搬送経路を通って定着ニップに搬送される場合が多い。このため、定着装置は、特許文献１に記載の定着装置のように、搬送経路の上側に加熱ローラーが配置され、搬送経路の下側に加圧ローラーが配置されて、加熱ローラーによってトナー像を直接加熱する構成が一般的である。つまり、図３Ａに示される定着装置１００のように、定着ハウジング１０１の右側の面と左側の面とに搬送経路１０２の入口１０１ａと出口１０１ｂとがそれぞれ形成されて、加熱ローラー１０５が搬送経路１０２の上側、加圧ローラー１０６が搬送経路１０２の下側に配置されるようになっている。
【０００４】
あるいは、用紙が縦方向に沿った搬送経路を通って定着ニップに搬送される場合は、図３Ｂに示される特許文献２に記載の定着装置１００のように、定着ハウジング１０１の下面と上面に搬送経路１０２の入口１０１ａと出口１０１ｂがそれぞれ形成されて、加熱ローラー１０５が搬送経路１０２の左右方向一方側、加圧ローラー１０６が搬送経路１０２の左右方向他方側に配置されるようになっている。
【０００５】
このような定着装置１００では、画像形成命令が入力されると、加熱ローラー１０５及び加圧ローラー１０６が印字可能状態まで加熱（ウォームアップ）される。このウォームアップにおいては、加熱ローラー１０５は熱源１０７によって加熱され、加圧ローラー１０６は定着ニップＮにおいて加熱ローラー１０５に接触することで、加熱ローラー１０５から伝熱されて加熱される。画像形成装置の操作性を考慮すると、ウォームアップ時間は短いことが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１７８３１４号公報
【特許文献２】特開２０１５−５２６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１、２に記載の定着装置では、加熱ローラー１０５から加圧ローラー１０６への熱の伝達は、両ローラー間の接触のみによって行われている。つまり、熱源１０７によって加熱された加熱ローラー１０５の周囲の温かい空気は、図３Ａ、図３Ｂに示されるように、自然に上昇して加熱ローラー１０５の上方の空間Ｐ１、Ｐ２に滞留する構造を有している。あるいは、図３Ｂに示される定着装置１００では、定着ハウジング１０１の出口１０１ｂから上方に漏れ出してしまうこともある。
【０００８】
このように、加圧ローラーは加熱ローラーとの接触のみによって加熱されるため、加圧ローラーを所定の温度まで上昇させるための時間（ウォームアップ時間）が長くなるという問題がある。また、加圧ローラーの温度管理は重要であり、加圧ローラーが十分な温度に加熱されて保温されていないと、連続印字作業時の温度維持性が悪くなって定着不良を生じるという問題もある。
【０００９】
このような問題に対して、熱源が、加熱ローラーの中空部に配置されるヒーターの場合は、ヒーターの電力（Ｗ数）を上げて加熱ローラーの加熱を促進することで、ウォームアップ時間を短縮している。しかし、ヒーターの電力を上げると、画像形成装置への突入電流が増えて、画像形成装置の設置環境内の電気設備の電圧降下が生じ、蛍光灯のちらつき（明滅）や電気設備の誤動作が生じる虞がある。あるいは、加熱ローラーに加えて加圧ローラーにもヒーターを搭載して、２本のヒーターを用いることでウォームアップ時間の短縮が図られる場合もある。この場合は電力が増えてコストアップしてしまう。
【００１０】
本発明は上記事情を考慮し、加圧ローラーを効率的に加熱して、ウォームアップ時間を短縮できる定着装置及びこの定着装置を備え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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の定着装置は、熱源によって加熱される加熱ローラーと、該加熱ローラーに上側から圧接して定着ニップを形成する加圧ローラーと、を備え、下方を向いている一方の面にトナー像が形成された用紙が前記定着ニップを通過することで前記トナー像を前記用紙に定着することを特徴とする。
【００１２】
本発明の定着装置において、前記加圧ローラーの温度を検出する温度検知手段を備え、該温度検知手段で検知された温度に基づいて前記熱源を制御することを特徴としても良い。
【００１３】
本発明の定着装置において、前記加圧ローラーの上部を覆って収容する収容部を備えていることを特徴としても良い。
【００１４】
本発明の画像形成装置は、前記用紙の前記一方の面にトナー像を形成する画像形成部と、前記トナー像を前記用紙の前記一方の面に定着する上記のいずれかに記載の定着装置と、前記一方の面が下方を向く姿勢で前記画像形成部から前記定着装置へ前記用紙が搬送される搬送経路と、を備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の画像形成装置において、前記搬送経路は、前記画像形成部から前記定着装置へ向かって湾曲して形成されるガイド部材を有し、前記用紙は前記一方の面の反対側の他方の面が前記ガイド部材に沿うように案内されることを特徴としても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、加圧ローラーを、加熱ローラーとの圧接による伝熱のみでなく、対流によって上昇した加熱ローラーの周辺の温かい空気によっても加熱するので、加圧ローラーの温度を速やかに上昇させることができる。したがって、熱源のパワーを上げることなく、ウォームアップ時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るカラープリンターの概略を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る定着装置を示す側断面図である。
【図３Ａ】従来の定着装置の一例を示す側断面図である。
【図３Ｂ】従来の定着装置の他の例を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の画像形成装置及び定着装置について説明する。
【００１９】
まず、図１を用いて、画像形成装置としてのカラープリンターの全体の構成について説明する。図１はカラープリンターの概略を模式的に示す正面図である。以下、図１における紙面手前側をカラープリンターの正面側（前側）とし、左右の向きはカラープリンターを正面から見た方向を基準として説明する。各図面に記されるＦｒ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒは、それぞれカラープリンターの前側、後側、左側、右側を示す。
【００２０】
カラープリンター１の装置本体２には、用紙Ｓが収容される給紙カセット３と、給紙カセット３から用紙Ｓを送り出す給紙装置４と、用紙Ｓにトナー像を形成する画像形成部５と、トナー像を用紙Ｓに定着する定着装置６と、用紙Ｓを排紙する排紙装置７と、排紙された用紙Ｓが受け止められる排紙トレイ８と、が備えられている。さらに、装置本体２には、給紙装置４から、画像形成部５と定着装置６とを通って排紙装置７に向かう用紙Ｓの搬送経路１０と、排紙装置７から、給紙装置４の下流側で搬送経路１０に合流する反転経路１１とが形成されている。
【００２１】
給紙カセット３は、装置本体２の下部に、前後方向に着脱可能に支持されている。給紙装置４は、給紙カセット３の左端部上方に配置されて、用紙Ｓを搬送経路１０に向けて左上方向に給紙する。給紙装置４よりも下流側の搬送経路１０にはレジストローラー対１３が備えられている。
【００２２】
画像形成部５は、給紙カセット３の上方に設けられて、中間転写ベルト１５と、４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）のそれぞれに対応する画像形成ユニット１６と、露光装置１７と、４つの一次転写ローラー１８と、二次転写ローラー１９と、を備えている。
【００２３】
中間転写ベルト１５は、左右方向に所定の間隔を開けて配置されたローラー間に架け渡されて、図１の時計回り方向に循環走行するように支持されている。
【００２４】
４つの画像形成ユニット１６は、中間転写ベルト１５の下方に、左右方向に所定の間隔を開けて配置されている。各画像形成ユニット１６は、感光体ドラム２１と、帯電装置２２と、現像装置２３と、クリーニング装置２４と、を有している。感光体ドラム２１は、図１の反時計回り方向に回転可能に支持されている。帯電装置２２と現像装置２３とクリーニング装置２４とは、感光体ドラム２１の周囲に、感光体ドラム２１の回転方向に沿って順に配置されている。感光体ドラム２１は、現像装置２３とクリーニング装置２４との間で、中間転写ベルト１５の下側の軌道部分の外側の面に対向している。露光装置１７は、４つの画像形成ユニット１６の下方に備えられている。
【００２５】
４つの一次転写ローラー１８は、中間転写ベルト１５の中空部に、中間転写ベルト１５の下側の軌道部分を介して各画像形成ユニット１６の感光体ドラム２１に対向するように配置されて、図１の時計回り方向に回転するように支持されている。一次転写ローラー１８は、感光体ドラム２１と中間転写ベルト１５との間に一次転写部２６を形成している。二次転写ローラー１９は、中間転写ベルト１５を挟んで、左側のローラーと対向して図１の反時計回り方向に回転するように支持されている。二次転写ローラー１９は、中間転写ベルト１５との間に二次転写部２７を形成している。
【００２６】
定着装置６は、画像形成部５の上方に備えられている。定着装置６については後述する。排紙装置７は、定着装置６の右側に備えられている。排紙トレイ８は、排紙装置７よりも下方において、装置本体２の上面に形成されている。
【００２７】
搬送経路１０は、上流側から順に、給紙装置４からレジストローラー対１３へ向かって左上方向に湾曲する上流側湾曲経路１０ａと、レジストローラー対１３から二次転写部２７へ向かって上方向に沿って形成される縦搬送経路１０ｂと、二次転写部２７から定着装置６へ向かって右方向へ湾曲した下流側湾曲経路１０ｃと、定着装置６から排紙装置７へ向かって右方向へ沿って形成される横搬送経路１０ｄと、を有している。下流側湾曲経路１０ｃは、外周側のガイド面を形成するガイド部材２９に沿って形成されている。
【００２８】
次に、このような構成を備えたカラープリンター１の画像形成動作について説明する。各画像形成ユニット１６において、帯電装置２２によって感光体ドラム２１の表面が帯電された後、露光装置１７によって感光体ドラム２１に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム２１の表面に静電潜像が形成される。静電潜像は現像装置２３により対応する色のトナー像に現像される。トナー像は一次転写部２６において中間転写ベルト１５の下側の軌道部分の表面に一次転写される。以上の動作を各画像形成ユニット１６が順次繰り返すことによって、中間転写ベルト１５上にフルカラーのトナー像が形成される。感光体ドラム２１上に残留したトナーは、クリーニング装置２４によって除去される。
【００２９】
一方、給紙装置４によって給紙カセット３から送り出された用紙Ｓは、上流側湾曲経路１０ａに沿ってレジストローラー対１３に搬送される。そして、レジストローラー対１３によって上記した画像形成動作とタイミングが合わせられ、縦搬送経路１０ｂに沿って二次転写部２７へ搬送され、二次転写部２７において、中間転写ベルト１５上のフルカラーのトナー像が用紙Ｓに二次転写される。トナー像を二次転写された用紙Ｓは、下流側湾曲経路１０ｃに沿って定着装置６へ搬送される。この下流側湾曲経路１０ｃにおいて、用紙Ｓは、トナー像が二次転写された一方の面が下方を向く姿勢で定着装置６に搬送される。用紙Ｓは、定着装置６においてトナー像が定着された後、横搬送経路１０ｄに沿って排紙装置７に搬送され、排紙装置７から排紙トレイ８に排出される。
【００３０】
次に、図２を参照して定着装置６について説明する。図２は定着装置を示す側断面図である。
【００３１】
定着装置６は、図２に示されるように、定着ハウジング３０と、定着ハウジング３０に回転可能に支持される加熱ローラー３１と、加熱ローラー３１の中空部に設けられる熱源としてのハロゲンヒーター３２と、加熱ローラー３１に圧接する加圧ローラー３３と、温度検知手段としてのサーミスタ３４と、を備えている。
【００３２】
定着ハウジング３０は、用紙Ｓの搬送方向と直交する幅方向（前後方向）に長い略直方体状の中空状部材であり、板金や樹脂で形成されている。定着ハウジング３０の左側面には、用紙Ｓが受け入れられる受入口４１が、幅方向に沿って形成されている。定着ハウジング３０の右側面には、用紙Ｓが排出される排出口４２が、幅方向に沿って形成されている。受入口４１と排出口４２との間に、搬送経路１０が形成されている。定着ハウジング３０の中空部には、搬送経路１０よりも下方に加熱ローラー収容部４４が形成され、搬送経路１０よりも上方に加圧ローラー収容部４５が形成されている。加熱ローラー収容部４４は、加熱ローラー３１の主に下半分を収容している。加圧ローラー収容部４５は、加圧ローラー３３の主に上半分を覆って収容する収容部である。
【００３３】
加熱ローラー３１は、円筒形状の基材層３１ａと、基材層３１ａの外周面に設けられる熱伝導層３１ｂと、熱伝導層３１ｂの外周面に設けられる離型層３１ｃと、を備えている。基材層３１ａは、例えば、ステンレス合金、鉄、鋼等の金属で形成されている。熱伝導層３１ｂは、例えば、アルミニウム、銅、銀等で形成される。離型層３１ｃは、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブによって形成されている。
【００３４】
加熱ローラー３１は、定着ハウジング３０の加熱ローラー収容部４４に収容されて、幅方向両端部が、軸支部（図示省略）にそれぞれ回転可能に支持されている。加熱ローラー３１は、駆動源（図示省略）によって図２の時計回り方向に回転駆動される。
【００３５】
ハロゲンヒーター３２は、加熱ローラー３１の中空部に配置されて、加熱ローラー３１の内周面に向かって熱を放射し、加熱ローラー３１を加熱する。
【００３６】
加圧ローラー３３は、円柱状の芯金３３ａと、芯金３３ａの外周面に設けられる弾性層３３ｂと、弾性層３３ｂの外周面に設けられる離型層３３ｃと、を備えている。芯金３３ａは、例えば、ステンレス合金等の金属によって形成される。弾性層３３ｂは、例えば、シリコンゴムで形成される。離型層３３ｃは、例えば、ＰＦＡチューブによって形成される。
【００３７】
加圧ローラー３３は、定着ハウジング３０の加圧ローラー収容部４５に回転可能に支持されて、加熱ローラー３１に圧接されている。これにより、加熱ローラー３１と加圧ローラー３３との間に定着ニップＮが形成される。加圧ローラー３３は、加熱ローラー３１に従動して、加熱ローラー３１とは反対の図２の反時計回り方向に回転する。
【００３８】
サーミスタ３４は、加圧ローラー収容部４５に取り付けられて、加圧ローラー３３の温度を検出する。
【００３９】
上記構成を有する定着装置６においては、画像形成開始命令が入力されると、ハロゲンヒーター３２が作動する。ハロゲンヒーター３２の作動と同時に加熱ローラー３１が回転駆動され、同時に加圧ローラー３３も従動回転する。そして、ハロゲンヒーター３２の輻射熱で加熱ローラー３１が加熱され、定着ニップＮにおいて加熱ローラー３１から加圧ローラー３３に伝熱されて加圧ローラー３３も加熱される。さらに、加熱された加熱ローラー３１の周辺の温かい空気は、自然対流や加熱ローラーの回転によって生じる対流によって上昇して加圧ローラー収容部４５に流れ込む。この流れ込んだ暖かい空気は加圧ローラー収容部４５に滞留して、加熱ローラー収容部４４と加圧ローラー収容部４５とがほぼ均一な温度分布となる（均一な温度分布を有する空間を図２の符号Ｐで示す）。このように加圧ローラー収容部４５の温度が上昇するので、この上昇した空気によっても加圧ローラー３３が加熱される。
【００４０】
そして、サーミスタ３４で検知される加圧ローラー３３の温度が所定の温度に達すると、定着作業が可能となり上記の画像形成動作が開始される。画像形成動作によって二次転写部２７で一方の面にトナー像が転写された用紙Ｓは、下流側湾曲経路１０ｃにおいて、一方の面とは反対側の他方の面がガイド部材２９に沿って案内され、トナー像Ｔが転写された一方の面を内側として湾曲しながら定着ニップＮへ向かう。
【００４１】
用紙Ｓは、トナー像Ｔが転写された一方の面が下方を向く姿勢で定着ニップＮを通過する。定着ニップＮにおいて、トナー像Ｔは、下方から加熱ローラー３１によって直接加熱されて溶融し、さらに、加圧ローラー３３によって加圧されて用紙Ｓの一方の面に定着する。その後、用紙Ｓは、下方を向く一方の面にトナー像Ｔが定着された姿勢で、横搬送経路１０ｄに沿って排紙装置７に搬送されて、排紙装置７から排紙トレイ８に排出される。
【００４２】
上記説明したように本発明の定着装置６においては、加圧ローラー３３を、加熱ローラー３１との圧接による伝熱のみでなく、対流によって加圧ローラー収容部４５に上昇した加熱ローラー３１の周辺の温かい空気によっても加熱するので、加圧ローラー３３の加熱効率を高めて、加圧ローラー３３の温度を速やかに上昇させることができる。したがって、ハロゲンヒーター３２の電力を上げることなくウォームアップ時間を短縮できる。
【００４３】
また、加圧ローラー３３の温度をサーミスタ３４で検知することで、加圧ローラー３３の温度を安定かつ正確に制御することができる。従来では、加熱ローラーの温度をサーミスタで計測し、計測された温度から加圧ローラーの温度を予測して、加圧ローラーが所望の温度となるまで加熱するようにハロゲンヒーターを制御していた。しかし、周辺温度によって各ローラーの温度が変化するので、加熱ローラーと加圧ローラーとの接触による伝熱のみでは、加圧ローラーの温度を正確に予測することは困難である。本実施形態では、連続印字時の加圧ローラー３３の最適温度を正確に検知することが可能となる。
【００４４】
また、加熱ローラー３１と加圧ローラー３３とが圧接して回転することで、両ローラー間の温度差が小さくなるので、加圧ローラー３３の温度を管理することによって定着装置６の温度制御を行うことができる。このため、加熱ローラー３１の温度を検知する温度検知手段は不要となり、コストアップは生じない。
【００４５】
さらに、連続印字中においても、加熱ローラー３１の周辺の加熱された空気は加圧ローラー収容部４５に上昇するので、ハロゲンヒーター３２を作動させる時間や頻度を減らすことができ、省エネ性を得られる。
【００４６】
また、加圧ローラー３３の上半分が加圧ローラー収容部４５に収容されているので、加熱ローラー３１の周囲の加熱された空気は加圧ローラー収容部４５に滞留しやすくなる。したがって、加圧ローラー３３を効率的に加熱及び保温できる。
【００４７】
また、定着装置６の手前側の下流側湾曲経路１０ｃにおいては、用紙Ｓのトナー像が転写された一方の面とは反対側の他方の面がガイド部材２９によって案内される。つまり、用紙Ｓのコシによって他方の面がガイド部材２９に接触しながら湾曲するので、一方の面に二次転写された未定着のトナー像を保護することができる。
【００４８】
また、ハロゲンヒーター３２作動開始と同時に加熱ローラー３１が駆動されて回転し、さらに加圧ローラー３３が従動回転するので、加圧ローラー３３の溶融を防止できる。なお、熱源としては、ハロゲンヒーター３２の他に、ＩＨ（誘導加熱）ユニットを適用することができる。
【００４９】
上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る画像形成装置及び定着装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１  カラープリンター（画像形成装置）
５  画像形成部
６  定着装置
１０ｃ  下流側湾曲経路（搬送経路）
２９  ガイド部材
３１  加熱ローラー
３２  ハロゲンヒーター（熱源）
３３  加圧ローラー
３４  サーミスタ（温度検知手段）
４５  加圧ローラー収容部（収容部）
【図１】
2018081202.tif 000003
【図２】
2018081202.tif 000004
【図３Ａ】
2018081202.tif 000005
【図３Ｂ】
2018081202.tif 000006