(57)【要約】【課題】加熱装置において、部品の長寿命化、省力化、小型化、省コスト化を図りつつも画像品質を長期間にわたり維持すること。【解決手段】加熱手段を有する主ローラと、前記主ローラに当接して、前記主ローラとの間に複数のニップ部を形成する複数の加圧ローラと、前記複数の加圧ローラ間を遊星運動する搬送コロと、を有し、前記複数のニップ部により、搬送されるシート材を前記主ローラに巻きつけるように構成することを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段を有する主ローラと、
前記主ローラに当接して、前記主ローラとの間に複数のニップ部を形成する複数の加圧ローラと、
前記複数の加圧ローラ間を遊星運動する搬送コロと、
を有し、
前記複数のニップ部により、搬送されるシート材を前記主ローラに巻きつけるように構成することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記複数の加圧ローラには、前記主ローラと当接して第一ニップ部を形成する第一加圧ローラと、前記主ローラと当接して第二ニップ部を形成する第二加圧ローラと、が含まれ、
前記シート材の先端が前記第一ニップ部を通過した後、前記搬送コロは、前記シート材の先端をガイドしつつ、前記シート材を前記第二ニップ部へ導くことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記複数の加圧ローラは、前記主ローラと当接して第一ニップ部を形成する第一加圧ローラと、前記主ローラと当接して第二ニップ部を形成する第二加圧ローラと、を有し、
前記シート材の後端が前記第一ニップ部を通過した後、前記搬送コロは、前記シート材の後端をガイドしつつ、前記シート材を前記第二ニップ部へ導くことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記搬送コロは、表面が弾性部材で構成されること特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項５】
前記複数の加圧ローラのうち、前記シート材の搬送方向下流側に位置する前記加圧ローラの周速度は、前記主ローラの周速度以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項６】
前記複数の加圧ローラのうち、前記シート材の搬送方向に対し、上流側に位置する前記加圧ローラの加圧力は、下流側に位置する前記加圧ローラの加圧力以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項７】
前記シート材の先端又は後端の通過を検知する検知手段を有することを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項８】
前記加圧ローラは、中空形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項９】
前記加圧ローラは、複数の層から構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真式あるいは静電記録式等の画像形成装置の定着器として好適な性能が確保できる加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置において、転写材（転写シート・ＯＨＰシート・印刷用紙など）の搬送には対になったローラ等に狭持搬送するものが一般的である。また、転写材に形成担持させた未定着画像（トナー画像）を転写材面に永久固着画像として加熱定着させる定着器としては熱ローラ方式の装置が広く用いられていた。
【０００３】
近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。また電磁誘導を用いたフィルム加熱方式の装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
フィルム加熱方式あるいは電磁誘導を用いたフィルム加熱方式の定着器において、回転体としての円筒状もしくはエンドレスフィルム状の定着フィルムの駆動方法として、以下の２つの方法がある。１つは、定着フィルム内周面を案内するフィルムガイド部材（フィルム支持部材）と加圧ローラとで圧接された定着フィルムを加圧ローラの回転駆動によって従動回転させる方法（加圧ローラ駆動方式）である。他の１つは、逆に駆動ローラとテンションローラによって張架されたエンドレスフィルム状の定着フィルムの駆動によって加圧ローラを従動回転させるものである。
【０００５】
上記方式の定着器では、特に印字速度の高速化を行う場合やカラー画像を定着する必要のある画像形成装置において更なる高速化や光沢性を求める場合、供給電力には制約があるため、より高い加圧力を加える必要があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２７６１９号公報
【特許文献２】特開平７−１１４２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、加圧力を上げる事で高速化や光沢性の向上に対応する場合、熱ローラー方式定着器においてはローラの強度を確保するために厚肉化や径の拡大の必要がある。この結果、熱容量が増し、ウォームアップに時間を要する問題があった。また、フィルムタイプの定着器においてはニップ部にセラミックヒーター等を配置するため、ヒーター強度が制約条件となり高い加圧力を加えることが難しかった。
【０００８】
また、電磁誘導を用いたフィルム加熱方式の装置においては、ヒーター加熱同様に、ニップ面に摺動面を持つことから、摺動部の強度による加圧力の制約がある。また、加圧力を増すと摺動抵抗が増えフィルムや摺動部の耐久性の問題や駆動トルクの増加、または摺動抵抗の増加による金属フィルムの回転異常が起きる可能性がある。このため、むやみに加圧力を上げることは出来なかった。
【０００９】
更に、フィルム加熱方式あるいは電磁誘導を用いたフィルム加熱方式を用いた定着器においても、ヒーターあるいは摺動面が広い面積で接触する構成となっている。このため、フィルム内部を構成する多くの部品の熱容量に影響され、従来のローラ定着等と比較すればウォームアップタイムの短縮が可能なものの、それには限界があった。
【００１０】
また、一般的に、転写材に加熱・加圧を行うニップ部は面積がより広い方が一度に広範囲の加圧・加熱が可能となり、装置の高速化に有利になる。ここで、転写材への加圧方法は、バネ等の作用によりローラ等に加圧力を与えニップを形成する方法やベルト等によるものが一般的であった。しかし、ローラによるニップ部の拡大は駆動トルクの増大やローラの耐久性の低下等の問題が多く、またベルト等によるニップ幅の拡大は均一の圧分布を形成することが困難となる問題があった。このため、画像品質を長期間にわたり維持することが困難になった。
【００１１】
本発明の目的は、加熱装置において、部品の長寿命化、省力化、小型化、省コスト化を図りつつも画像品質を長期間にわたり維持することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、
加熱手段を有する主ローラと、
前記主ローラに当接して、前記主ローラとの間に複数のニップ部を形成する複数の加圧ローラと、
前記複数の加圧ローラ間を遊星運動する搬送コロと、
を有し、
前記複数のニップ部により、搬送されるシート材を前記主ローラに巻きつけるように構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以上の構成により、加熱装置において、部品の長寿命化、省力化、小型化、省コスト化を図りつつも画像品質を長期間にわたり維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１５】
［画像形成装置］
本実施形態の画像形成装置は電子写真方式を採用したフルカラー画像形成装置である。図１は画像形成装置の全体を示す断面図である。
【００１６】
図１に示すように、略水平方向へ略直線上に配列され、それぞれ異なる色の画像を形成する４つのプロセスカートリッジ１（１ａ〜１ｄ）を有する。また、転写材としてのシート材Ｓを搬送する搬送経路とを備える。
【００１７】
各プロセスカートリッジ１は、少なくとも潜像を担持するための感光体ドラム２（２ａ〜２ｄ）を有する。各感光体ドラム２の周囲には、まず、感光体ドラム２を一様に帯電するための帯電ローラ３（３ａ〜３ｄ）を有する。また、感光体ドラム２上にレーザー光を照射して潜像を形成するための露光器４を有する。また、感光体ドラム２上に形成された潜像を対応する色（マゼンタ、シアン、イエロー、ブラック）のトナーで現像して顕像化する現像手段５（５ａ〜５ｄ）を有する。また、感光体ドラム２上の残留トナーを除去するクリーニング装置６（６ａ〜６ｄ）を有する。
【００１８】
各現像手段５は、トナーを担持するための現像スリーブ５０（５０ａ〜５０ｄ）を有する。各現像スリーブ５０は、対応する感光体ドラム２と所定の間隔をおいて支持されており、現像時には感光体ドラム２と現像スリーブ５０との間に現像バイアスが印加される。
【００１９】
中間転写ベルト７は、駆動ローラ８、従動ローラ９、及び各ベルト張架ローラ１０に張架され、図中の矢印が示す方向に回転駆動される。
【００２０】
中間転写ベルト７は、各プロセスカートリッジ１の配列方向に沿って搬送される。感光体ドラム２上の各色のトナー像は各ステーションから順次、一次転写ローラ１４（１４ａ〜１４ｄ）により中間転写ベルト表面に転写されフルカラー画像が形成される。
【００２１】
一方シート材Ｓは、装置下部に設けられた給送カセット１５に積載収納されている。そして、給送ローラ１６によって給送カセット１５から一枚ずつ分離給送され、レジストローラ対１７に給送される。レジストローラ対１７は、給送されたシート材Ｓを中間転写ベルト７と二次転写ローラ１２の間に送り出す。
【００２２】
中間転写ベルト７の最下流の表面には、従動ローラ９に対向するように配置された二次転写ローラ１２が当接され、二次転写ローラ１２は、中間転写ベルト７との間で通過するシート材Ｓを挟持搬送する。二次転写ローラ１２には、高圧電源（図示せず）からバイアスが印加され、これにより、二次転写ローラ１２と中間転写ベルトの間を通過するシート材Ｓに中間転写ベルト上のトナー画像が二次転写されながら定着器１８に搬送される。
【００２３】
トナー像が転写されたシート材Ｓは、定着器１８に送られる。定着器１８においては、上記シート材Ｓが熱圧され、そのトナー像がシート材Ｓ上に定着される。これにより、シート材Ｓ上には永久固着画像が形成されることになる。その後、シート材Ｓは、定着器１８から装置外部の上カバー１９の排出部へ排出される。
【００２４】
［定着器］
ここで、加熱装置としての定着器１８の構成について図２乃至図７を用いて更に詳細な説明をする。図２は定着器の搬送に係る構造を説明する断面図である。図３は定着器に配設される各回転体の構造を説明する斜視図である。図４は定着器に配設されるリンクの構造を説明する断面図である。図５は定着器に配設されるリンク及びギアの構造を説明する断面図である。図６は定着器にシート材が入るときの構成を説明する断面図である。図７は定着器からシート材が出るときの構成を説明する断面図である。
【００２５】
図２に示すように、定着器１８は定着ローラ（主ローラ）１１を有する。定着ローラ１１は、薄肉の金属パイプ状の芯金１１ａと、その周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層１１ｂと、を有する。また、さらに表層に離型層１１ｃを設けて構成される。離型層１１ｃは、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料がよい。
【００２６】
図２及び図３に示すように、定着ローラ１１の内部には定着ローラ１１を加熱するためのヒータ（加熱手段）２２が収められる。定着ローラ１１の外周部には、定着ローラ１１と当接することでニップ部を形成する第一ローラ（第一加圧ローラ）２０と第二ローラ（第二加圧ローラ）２１が配設される。第一ローラ２０と第二ローラ２１は、加圧バネ２３ａ、２３ｂ及び加圧バネ２４ａ、２４ｂのそれぞれにより、定着ローラ１１に対し加圧された状態で回転可能に保持されている。尚、加圧バネ２３、２４は、第一ローラ２０や第二ローラ２１の軸方向の両端部にそれぞれ設けられている。
【００２７】
図４及び図５に示すように、駆動源（図示せず）より加えられる駆動力は、駆動ギア２５まで伝達される。そして、伝達された駆動力は、駆動ギア２５と固定された定着ローラ１１に伝達される。これにより定着ローラ１１は、第一ローラ２０及び第二ローラ２１とともに回転する。
【００２８】
図２乃至図７に示すように、定着器１８には、第一ローラ２０と第二ローラ２１間の定着ローラ１１円周上を、揺動バネ２８の作用により揺動可能に保持された揺動コロ（搬送コロ）２６が配設される。揺動コロ２６は、第一ローラ２０と第二ローラ２１との間（複数の加圧ローラ間）を遊星運動する。揺動コロ２６は、第一ローラ２０と第二ローラ２１同様に自転が可能であり、通常は第一ローラ２０近傍になるよう、定着フレーム２７の左右に設けられた付当部に付当てられる。尚、揺動コロ２６の表面は、合成樹脂等の摩擦抵抗の高い弾性部材で構成されており、定着ローラ１１に当接すると、シート材Ｓとの間に摩擦力が発生し、シート材Ｓのズレを防止する。このため、シート材Ｓを確実に挟持して第一ニップ部Ｎ１から第二ニップ部Ｎ２まで搬送することができる。
【００２９】
図３乃至図５に示すように、揺動コロ２６の軸方向の両端部は、それぞれリンク３１により定着フレーム２７に定着ローラ１１中心を支点として揺動可能に保持される。リンク３１は、リンク３２と連結される。リンク３２は、先端がカム３３と当接している。カム３３は定着ローラ１１等の回転軸と平行な回転軸を有するカム軸３８に固定される。図５に示すように、カム軸３８には同軸上に、カムギア３４、カムギア３４と連結されたクラッチ３５も設けられる。
【００３０】
駆動の伝達について図５を用いて説明する。駆動源（図示せず）の駆動力は駆動ギア２５、アイドラギア３７を介してカムギア３４に伝達される。ここで、通常、カムギア３４は、クラッチ３５の作用によりカム軸３８上で空回転するため、動力伝達は行われない。しかし、装置本体からの信号によりソレノイド３６が作動し、クラッチ３５をロックすると、アイドラギア３７からカムギア３４に伝達された駆動力はクラッチ３５を介してカム軸３８に伝達される。また、図３に示すように、このカム軸３８上にはポジションフラグ３９があり、ポジションセンサ４０とともにカム軸の位相を検知し、装置本体に信号を送る構成となっている。
【００３１】
ここで、前述の未定着画像が転写されたシート材Ｓが搬送されると、図６に示すように、入口ガイド２９によって、定着ローラ１１と第一ローラ２０により形成されたニップ部Ｎ１に導かれる。これに前後し、シート材Ｓは搬送経路内にありシート材Ｓの先端又は後端の通過を検知するニップ前センサー（検知手段）３０により先端部の通過を検知される。ニップ前センサー３０によって検知されたときの検知信号は、装置本体に設けられたコントローラ（図示せず）に送られ、演算される。これにより、シート材Ｓの先端がニップ部Ｎ１を通過する規程のタイミングで図５に示すソレノイド３６に送られる。
【００３２】
ソレノイド３６が作動することでクラッチ３５はロックされる。これにより、カムギア３４に伝達された駆動力が、カム軸３８に伝達可能になる。このとき、カム軸３８上のカム３３が同時に回転する。
【００３３】
すると、図６に示すように、揺動コロ２６がシート材Ｓの先端Ｓ１を定着ローラ１１との間にニップ（挟持）しつつガイドする。そして、定着ローラ１１の外周上を第二ローラ２１に向かって、揺動コロ２６は、位置２６ａから位置２６ｂまで、定着ローラ１１の回転軸を中心として公転（遊星運動）する。このとき、リンク３１とリンク３２を介して揺動バネ２８が伸びる。
【００３４】
その後、シート材Ｓの先端Ｓ１は、第二ローラ２１と定着ローラ１１により形成されるニップ部Ｎ２に受け渡される。このとき既に、定着ローラ１１は内蔵するヒータ２２への通電、加熱とサーミスタ及び温調回路（共に図示せず）の作用により、所定の温度に温調されている。このため、未定着画像が乗ったシート材Ｓは、ニップ部Ｎ１及びニップ部Ｎ２における加圧力とシート材Ｓ自身のコシによる巻付きにより、定着ローラ１１に対し加圧及び加熱が行われる。こうして、未定着トナーがシート材Ｓに定着されつつ搬送される。
【００３５】
ここで、回転していたカム軸３８上のポジションフラグ３９に設けられた切欠３９ａにより、ポジションセンサ４０の位置検知が行われる。そして、装置本体の制御回路（図示せず）により、図５に示すソレノイド３６への通電が遮断されることで、クラッチ３５が解除される。クラッチ３５が解除されると、カム３３及びカム軸３８への駆動伝達が遮断される。これにより、ホームポジションにて回転を停止することができる。また、揺動コロ２６も揺動バネ２８の作用により、リンク３１とリンク３２を介して当初の第一ローラ２０付近に戻り、位置２６ａにおいて自転を続ける。
【００３６】
その後さらにシート材Ｓが定着・搬送されると、シート材Ｓの後端Ｓ２がニップ前センサー３０のフラグ（不図示）の戻りにより検知される。すると、装置本体の制御回路（図示せず）は再びソレノイド３６への通電を行い、図７に示すように、前述の動作同様にシート材Ｓの後端Ｓ２がニップ部Ｎ１を通過する規程のタイミングでソレノイド３６に信号が送られる。ソレノイド３６の作動によりクラッチ３５が再度ロックされると、カムギア３４の回転がカム軸３８に伝達可能となる。これにより、カム軸３８上のカム３３がカム軸３８と同時に回転する。すると、リンク３１とリンク３２を介して揺動バネ２８を伸ばしつつ、揺動コロ２６がシート材Ｓの後端とともに、定着ローラ１１の外周に沿って前述と同様に公転する。具体的には、揺動コロ２６が、第二ローラ２１に向かって位置２６ａから位置２６ｂまで公転する。その後、シート材Ｓの後端は第二ローラ２１と定着ローラ１１に形成されるニップ部Ｎ２に受け渡される。
【００３７】
また、特に薄紙等のシート材Ｓに対して、定着ローラ１１への巻きつけによる巻きグセを防止するため、排出部にはカール取りコロ４１が設けられている。
【００３８】
以上のように本実施形態においては、熱源を持つ定着ローラ１１に少なくとも２本の低熱容量のローラ２０、２１を当接させ、ローラ２０、２１と定着ローラ１１との間でシート材Ｓを巻きつける。これにより、広域の加熱領域を確保することができる。この結果、同じ搬送速度内においても加熱時間を長く取ることができる。このため、効率的に加熱を行うことができる。また、複数のローラを使用することで、各ローラに対する加圧力を低く抑えることが可能となる。
【００３９】
また、加圧力を低く抑えることで、必要とされるローラ強度も下げることができる。例えば、ローラの芯金をパイプのような中空形状とする等、薄肉化を図ることができる。このように薄肉とすることで、ローラの熱容量を抑えることができる。このように、低熱容量のコロやローラを使用することが可能となり、軽量化を図ることができる。この結果、ウォームアップタイムの短縮も可能となり、省力化を図ることができる。また、加圧力を低く抑えることで、ローラの劣化を防ぎ、部品の長寿命化を図ることができる。
【００４０】
また、加熱領域を形成するローラ間に移動可能な揺動コロ２６を設置することで、シートの先端、後端部を確実にローラのニップ部へ搬送することが可能となり、安定した定着が可能となる。このように安定した定着を行うことにより、画像品質を長期間にわたり高く維持することができる。また、前述のようにローラ強度を低く抑えることが可能になったことから、ローラ等の小径化も可能となり、定着性能を確保しつつ、装置の小型化や省コスト化が可能となる。
【００４１】
尚、本実施形態において、複数の加圧ローラ２０、２１のうち、シート材Ｓの搬送方向下流側に位置する第二ローラ２１の周速度は、定着ローラ１１の周速度以上であることが好ましい。具体的には、図５に示すように、定着ローラ１１に固定された駆動ギア２５のギアの数を、第二ローラ２１に固定された駆動ギア４５のギアの数よりも多くしておく。これにより、ニップ部Ｎ２に搬送されるシート材Ｓを第二ローラ２１が搬送方向下流に引き込み、シート材Ｓの円滑な搬送を助けることとなる。
【００４２】
また、複数の加圧ローラのうち、シート材の搬送方向に対し、搬送方向上流側に位置する加圧ローラ２０の加圧力は、下流側に位置する加圧ローラ２１の加圧力以下であることが好ましい。具体的には、付勢手段である加圧バネ２３の加圧力よりも加圧バネ２４の加圧力を大きくしておく。すると、シート材Ｓがニップ部Ｎ２に到達したときに、搬送方向下流側に、より円滑に搬送することができる。
【００４３】
尚、加圧ローラは、芯金等の構成部品の表面に、複数の層（弾性層、離型層等）を構成してもよい。このように構成することで、シート材Ｓの搬送をより円滑に行うことができる。
【００４４】
〔他の実施形態〕
前述の実施形態において、ヒータ２２はハロゲンヒータが好ましいが、これに限るものではない。例えば、セラミックヒータやシーズヒータ等々の加熱部材でも実施可能である。また、加熱方式も、電磁誘導加熱等を用いる加熱方法でもよい。この場合も前述の実施形態と同様の効果がある。
【００４５】
前述の実施形態においては、加熱装置として、電子写真方式の未定着画像をシート材Ｓに定着させる定着器を例示して説明したが、これに限るものではない。例えば、画像を担持した転写材を加熱して、つや等の表面性を改質する像加熱装置や仮定着する像加熱装置でもよい。また、被加熱部材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置、加熱加圧しわ取り装置など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】画像形成装置の全体を示す断面図。
【図２】定着器の搬送に係る構造を説明する断面図。
【図３】定着器に配設される各回転体の構造を説明する斜視図。
【図４】定着器に配設されるリンクの構造を説明する断面図。
【図５】定着器に配設されるリンク及びギアの構造を説明する断面図。
【図６】定着器にシート材が入るときの構成を説明する断面図。
【図７】定着器からシート材が出るときの構成を説明する断面図。
【符号の説明】
【００４７】
Ｎ１…ニップ部、Ｎ２…ニップ部、Ｓ…シート材、１…プロセスカートリッジ、２…感光体ドラム、３…帯電ローラ、４…露光器、５…現像手段、６…クリーニング装置、７…中間転写ベルト、８…駆動ローラ、９…従動ローラ、１０…ベルト張架ローラ、１１…定着ローラ、１１ａ…芯金、１１ｂ…弾性材層、１１ｃ…離型層、１２…二次転写ローラ、１４…一次転写ローラ、１５…給送カセット、１６…給送ローラ、１７…レジストローラ対、１８…定着器、１９…上カバー、２０…第一ローラ、２１…第二ローラ、２２…ヒータ、２３…加圧バネ、２４…加圧バネ、２５…駆動ギア、２６…揺動コロ、２７…定着フレーム、２８…揺動バネ、２９…入口ガイド、３０…ニップ前センサー、３１…リンク、３２…リンク、３３…カム、３４…カムギア、３５…クラッチ、３６…ソレノイド、３７…アイドラギア、３８…カム軸、３９…ポジションフラグ、３９ａ…切欠、４０…ポジションセンサ、４１…コロ、５０…現像スリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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