(57)【要約】【課題】  温度安定性の向上と熱効率を改善することができるヒートローラを提供する。【解決手段】画像形成装置の定着装置に用いられるヒートローラ５２において、前記ヒートローラ５２は中空となっており、その内部に摩擦部材としての摩擦ブラシ６０を備える。前記摩擦ブラシ６０は前記ヒートローラ５２の内壁と接触するように配置され、前記摩擦ブラシ６０が回転することで生じる摩擦熱によってヒートローラ５２を加熱する。この摩擦ブラシ６０は制御部６１によって回転速度が制御されており、これによってヒートローラ５２の温度が調節される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着装置に用いられるヒートローラにおいて、
前記ヒートローラは中空となっており、その内部に摩擦部材が備えられ、
前記摩擦部材は前記ヒートローラの内壁と接触するように配置され、
前記摩擦部材が回転することで生じる摩擦熱によってヒートローラを加熱することを特徴とするヒートローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートローラであって、
前記摩擦部材がブラシであることを特徴とするヒートローラ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のヒートローラであって、
前記摩擦部材を駆動する摩擦駆動手段を備え、
前記摩擦駆動手段はヒートローラの駆動手段と独立しており、
前記摩擦部材が前記摩擦駆動手段によって回転することでヒートローラを加熱することを特徴とするヒートローラ。
【請求項４】
請求項３に記載のヒートローラであって、
前記摩擦駆動手段は制御部に電気的に接続され、
前記制御部は前記摩擦駆動手段の回転数を制御することで、ヒートローラの温度調節をすることを特徴とするヒートローラ。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載のヒートローラを備えることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項５に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトナーを記録媒体上に定着させるための定着装置に用いられるヒートローラの構成に関する。更には、上記ヒートローラを用いる定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像形成装置において記録媒体にトナーを定着させる手段としてヒートローラが用いられてきた。一般にヒートローラは内部にヒーターランプを内蔵し、ヒーターランプによってヒートローラの表面温度を定着温度まで高める手段が採られることが多かった。
【０００３】
一方、画像形成装置の定着装置においてヒートローラとサーミスタとを摩擦させるものに特許文献１がある。この特許文献１の定着装置は、検査装置本体と、ヒーターランプを備えたホットローラと、ホットローラの温度を検知するサーミスタと、そのサーミスタの抵抗値を測定する抵抗測定器と、前記抵抗測定器が測定した抵抗値を表示する表示部から構成される。特許文献１は、この構成で、ヒーターランプを点灯させないでホットローラを回転させてサーミスタとの間で摩擦熱を発生させ、その摩擦熱を検知して抵抗値を測定することで、サーミスタのホットローラの当接不良を検知することができるとする。
【特許文献１】特許第３６４００８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のようなヒーターランプ内蔵型のヒートローラは、ローラ軸心に配置されたヒーターランプの熱で外周側のヒートローラを加熱する構成であるため、ヒーターランプの強い発熱が必要になり、熱効率及び省電力の観点から改善の余地があった。また、軸心位置にあるヒーターランプによってヒートローラを（いわば間接的に）加熱する構成となるため、ヒートローラの表面温度の制御において大きなオーバーシュートやハンチングが起こりやすく、温度安定性が悪くなってしまっていた。
【０００５】
また、特許文献１におけるサーミスタとホットローラとの摩擦は、サーミスタのホットローラに対する当接不良を検知することが目的であり、特許文献１の構成ではヒートローラの温度安定性や熱効率を向上させる課題を解決することはできない。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００７】
本発明の第１の観点によれば、以下の構成のヒートローラが提供される。即ち、定着装置に用いられるヒートローラにおいて、前記ヒートローラは中空となっており、その内部に摩擦部材を備え、前記摩擦部材は前記ヒートローラの内壁と接触するように配置され、前記摩擦部材が回転することで生じる摩擦熱によってヒートローラを加熱する。
【０００８】
この構成により、摩擦部材が回転することで発生した摩擦熱によって、ヒートローラの内壁が加熱され、これによってヒートローラの表面の温度が上昇する。従って、ヒートローラの表面を直接的に効率良く加熱することができ、また、ヒートローラの表面の温度制御も容易になる。
【０００９】
前記ヒートローラにおいては、前記摩擦部材がブラシ形状であることが好ましい。
【００１０】
この構成により、摩擦部材とヒートローラの内壁との接触面積が増え、加熱しやすくなる。また、多数のブラシ毛を均等な圧力でヒートローラの内壁に接触させることが容易になり、ヒートローラを安定的にかつ均一に加熱することができる。
【００１１】
前記ヒートローラにおいては、前記摩擦部材を駆動する摩擦駆動手段を備え、前記摩擦駆動手段はヒートローラの駆動手段と独立しており、前記摩擦部材が前記摩擦駆動手段によって回転することで前記ヒートローラを加熱することが好ましい。
【００１２】
この構成により、独立した摩擦駆動手段によって摩擦部材を高速回転させることが容易になり、短時間の加熱でヒートローラを確実に定着温度に到達させることができる。
【００１３】
前記ヒートローラにおいては、前記摩擦駆動手段は制御部に電気的に接続され、前記制御部は前記摩擦駆動手段の回転数を制御することでヒートローラの温度調節をすることが好ましい。
【００１４】
この構成により、制御部が摩擦駆動手段を制御することでヒートローラの定着温度を調節することができる。これによって温度安定性が高まり、良好な画質で画像を形成することができる。
【００１５】
また、本発明の第２の観点によれば、前記ヒートローラを備える定着装置、及び前記定着装置を備える画像形成装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態であるコピーファクシミリ複合機の外観斜視図である。図２は複合機の本体内部の様子を示す正面断面図である。図３はヒートローラの構成を示す拡大断面図である。
【００１７】
図１の外観斜視図に示すように、画像形成装置としてのコピーファクシミリ複合機７５は、フラットベッドスキャナ及びオートドキュメントフィードスキャナとして機能する画像読取部７６と、コピー部数やファクシミリ送信先等を指示するための操作パネル７７と、記録媒体としての用紙に画像を形成する画像形成部等を内蔵した本体７８と、前記用紙を順次供給する給紙カセット７９と、を備えている。この本体７８は、通信回線を介して画像データを伝送するための図略の送受信部等を備える。
【００１８】
コピーファクシミリ複合機７５の内部の様子が図２に示される。この図２に示すように、本体７８の上面には、読み取るべき原稿を載置するプラテンガラス８２が設けられる。本体７８の上方には原稿台カバー８３が設けられており、この原稿台カバー８３によって、原稿をプラテンガラス８２上に押圧して固定できるようになっている。
【００１９】
前記原稿台カバー８３には自動原稿供給装置（オートドキュメントフィーダ、ＡＤＦ）８４が配設されている。このＡＤＦ８４は、原稿台カバー８３の上部に設けられた原稿トレイ８５と、この原稿トレイの下方に設けられた排出トレイ８６と、を備える。
【００２０】
図２に示すように、前記原稿台カバー８３の内部には、原稿トレイ８５と排出トレイ８６とを繋ぐ湾曲状の原稿搬送経路８７が構成されている。この原稿搬送経路８７には、分離ローラ８８及び複数の搬送ローラ８９が配置されている。この構成で、原稿トレイ８５に重ねてセットされた原稿は、１枚ずつ分離されて湾曲状の前記原稿搬送経路８７に沿って搬送され、原稿読取位置を通過した後、排出トレイ８６へ排出される。
【００２１】
図２に示すように、本体７８の上部にはスキャナユニット９０が備えられる。このスキャナユニット９０は、前記プラテンガラス８２又は前記ＡＤＦ８４の原稿読取位置に対して光を照射する光源９１と、原稿からの反射光を反射させる反射ミラー９２，９３，９４と、反射光を収束させる集光レンズ９５と、この収束光を電気信号に変換して出力する電荷結合素子（ＣＣＤ）９６と、を備えている。
【００２２】
スキャナユニット９０の光源９１及び反射ミラー９２等は適宜移動可能に構成しており、プラテンガラス８２に載置された原稿を移動しつつ走査したり、あるいはＡＤＦ８４の前記原稿読取位置まで移動させて、原稿搬送経路８７を搬送される原稿を走査したりすることができる。
【００２３】
この原稿からの反射光はＣＣＤ９６へ導かれて結像し、ＣＣＤ９６は原稿に応じた電気信号を出力する。この信号は適宜の変換処理後に後述の画像形成部１１に送られて印刷されたり、前記送受信部によって他のファクシミリ装置へ通信回線を介して送信されたりする。
【００２４】
図２に示すように、本体７８の下部には、用紙１００を供給する給紙カセット７９が備えられる。この給紙カセット７９は装置正面側（図２の紙面手前側）に引出可能に構成されている。給紙カセット７９の上方には、画像形成部１１、定着装置５１、及び排紙トレイ８０が備えられている。
【００２５】
本体７８の内部には、給紙カセット７９から排紙トレイ８０へ用紙１００を搬送するための搬送路２４が形成されている。この搬送路２４は、給紙カセット７９の一端側から上方に向かって延びた後、水平方向に湾曲して画像形成部１１に至り、更に水平方向へ延びて定着装置５１を通過した後、排紙トレイ８０上に至るように構成されている。
【００２６】
給紙カセット７９の上方には給紙ローラ２１が配置されており、給紙カセット７９内に積層された最上層の用紙１００に前記給紙ローラ２１が接触するように構成されている。この状態で給紙ローラ２１が駆動されることで、最上層の用紙１００が分離されてピックアップされ、前記搬送路２４に向けて送り出される。
【００２７】
搬送路２４において前記給紙ローラ２１のすぐ下流側には、搬送ローラ２２，２３が配置されている。この搬送ローラ２２，２３は、それに対向配置されるローラとの間に用紙１００をニップしつつ駆動されることで、用紙１００を下流側の画像形成部１１へ搬送する。
【００２８】
画像形成部１１は、図２に示すように、感光ドラム１２の周囲に、帯電器１３と、ＬＥＤヘッド１４と、現像器１５と、転写ローラ１６と、を配置した構成になっている。
【００２９】
感光ドラム１２は、表面に有機感光体による光導電膜が形成されるとともに、図示しない電動モータによって回転駆動されるように構成されている。帯電器１３はブラシ帯電方式に構成され、この帯電器１３によって感光ドラム１２の表面が均一に、例えば負に帯電されるようになっている。
【００３０】
露光器としてのＬＥＤヘッド１４は、前記帯電器１３より下流側（感光ドラム１２の回転方向の下流側をいう。以下、現像器１５、及び転写ローラ１６の説明において同じ。）に配置されており、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用紙幅方向に多数並べて備えた構成となっている。そしてＬＥＤヘッド１４は、電話回線を介して受信したファクシミリ原稿の画像データや、画像読取部７６で読み取った画像データに対応して選択的に発光する。この結果、感光ドラム１２の表面が選択的に露光され、露光部分の電荷エネルギーが消失することで静電潜像が形成される。
【００３１】
現像器１５は前記ＬＥＤヘッド１４の下流側に配置されている。この現像器１５は、非磁性一成分トナーを収容するトナー容器２６を備えるとともに、トナーの撹拌のためにトナー容器２６の内部で回転駆動される撹拌ブレード２７を備えている。更に、現像器１５は、トナー容器２６の内部に配置される供給ローラ２８と、この供給ローラ２８に接触して配置される現像ローラ２９と、この現像ローラ２９の外周面に接触するように配置される規制ブレード３０と、を備えている。
【００３２】
この構成で、供給ローラ２８と現像ローラ２９とは、互いに周面を逆方向に擦るように回転駆動される。また、規制ブレード３０の先端は、回転駆動される現像ローラ２９の周面を擦ることになる。この結果、トナー容器２６内のトナーは摩擦帯電され、現像ローラ２９の表面に電位差によって付着する。現像ローラ２９の表面のトナーは、規制ブレード３０によって付着厚さが均一になるよう調整されるとともに、当該現像ローラ２９の回転によって感光ドラム１２側へ送られる。その後、感光ドラム１２と現像ローラ２９との近接部分において、感光ドラム１２の前記ＬＥＤヘッド１４による露光部に相当する部分においてのみ、現像ローラ２９の表面のトナーが選択的に感光ドラム１２の表面へ移動する。この結果、感光ドラム１２の表面上にトナー像が形成される。
【００３３】
転写ローラ１６は、前記現像器１５の下流側に配置されるとともに、感光ドラム１２から搬送路２４を挟んで反対側に配置されている。また、この転写ローラ１６には電源からの所定の電圧が印加されている。従って、感光ドラム１２の表面に形成されたトナー像は、感光ドラム１２の回転によって転写ローラ１６側へ近づくように移動し、その電界吸引力によって用紙１００に転写される。トナー像が転写された用紙１００は、感光ドラム１２の回転によって、搬送路２４の下流側の定着装置５１へ送られる。
【００３４】
定着装置５１は、図略のヒートローラ駆動モータによって回転駆動されるヒートローラ５２と、このヒートローラ５２に対向して配置されるプレスローラ５３と、を備えている。このプレスローラ５３は付勢バネによってヒートローラ５２に対して押し付けられている。なお、前記ヒートローラ５２の詳細な構成については後述する。
【００３５】
この構成で、用紙１００がヒートローラ５２とプレスローラ５３との間を通過すると、高温のヒートローラ５２の熱及びプレスローラ５３による圧力によって、トナー像のトナーが融解して用紙１００に定着する。なお、定着装置５１には、用紙１００がヒートローラ５２に貼り付いたまま周囲に巻き付くことを防止するための分離爪５４が設けられている。
【００３６】
図２に示すように、定着装置５１より下流側には排紙ローラ２５が設けられる。この構成で、定着装置５１から送られてきた用紙１００は、排紙ローラ２５とそれに対向配置される従動ローラとの間でニップされて、前記排紙トレイ８０上に排出される。
【００３７】
次に、前記定着装置５１の詳細な構成を説明する。定着装置５１の拡大断面図が図３に示される。この定着装置５１は、前記ヒートローラ５２及びプレスローラ５３を収容するハウジング５５を備える。このハウジング５５には、図示しないベアリングを介してヒートローラ５２が回転自在に支持されるとともに、プレスローラ５３が軸受体５７を介して回転自在に支持される。また、温度検知センサ６２がヒートローラ５２の外周面に当接するように設置される。温度検知センサ６２は例えばサーミスタにより構成され、後述する制御部６１に接続されている。
【００３８】
軸受体５７はハウジング５５に対してスライド自在に設けられており、軸受体５７とハウジング５５との間には付勢バネ５８が介在される。この付勢バネ５８のバネ力によってプレスローラ５３がヒートローラ５２に対して押し付けられ、両者が弾接する構成になっている。
【００３９】
ヒートローラ５２は中空の円筒状に構成されており、その内部には摩擦ブラシ（摩擦部材）６０が備えられる。図３に示すように、摩擦ブラシ６０は中心軸６３を有し、この中心軸６３はヒートローラ５２の軸心近傍に配置されている。その中心軸６３からヒートローラ５２の内壁へ向かって放射線状にブラシ部６４が配置される。このブラシ部６４は、均等なピッチで中心軸６３に植設された多数のブラシ毛を有し、それぞれのブラシ毛は半径方向に延び、その先端部がヒートローラ５２の内壁に接触している。このブラシ部６４としては、本実施形態では、アラミド繊維をブラシ状に加工したものを用いている。このアラミド繊維は耐熱性を有しており、定着温度においての使用にも耐えるようになっている。
【００４０】
摩擦ブラシ６０の中心軸６３は回転自在に取り付けられ、図略の保持部によって支持される。また中心軸６３は図示しないブラシ回転モータ（摩擦駆動手段）に連結される。このブラシ回転モータはヒートローラ５２の駆動手段（前記ヒートローラ駆動モータ）とは独立して備えられており、制御部６１に電気的に接続される。
【００４１】
この構成で、制御部６１によって摩擦ブラシ６０の回転指示が出されると、その指示を受けた前記ブラシ回転モータは駆動力を発生させ、この駆動力が中心軸６３に伝達されて摩擦ブラシ６０が回転する。摩擦ブラシ６０がヒートローラ５２の内壁と接触しながら回転することで、ブラシ部６４とヒートローラ５２の内壁とが摩擦され、摩擦熱が発生する。これによりヒートローラ５２が内壁側から加熱され、ヒートローラ５２の外周面が定着温度まで上昇する。
【００４２】
制御部６１は、前記ブラシ回転モータを制御することで摩擦ブラシ６０の回転速度を調節して、ヒートローラ５２の外周面の温度が定着温度近傍で維持されるように制御する。具体的には、温度検知センサ６２がヒートローラ５２の外周面の温度を検知して、その情報を制御部６１に信号として送る。この信号を受け取った制御部６１は、ブラシ回転モータを制御し、摩擦ブラシ６０の回転速度を調節する。
【００４３】
以上に説明したように、本実施形態のコピーファクシミリ複合機７５は定着装置５１を備え、定着装置５１はヒートローラ５２を備える。前記ヒートローラ５２は中空となっており、その内部に摩擦ブラシ６０を備え、摩擦ブラシ６０は前記ヒートローラ５２の内壁と接触するように配置され、摩擦ブラシ６０がヒートローラ５２の内壁と接触しながら回転するように構成されている。
【００４４】
これにより、摩擦ブラシ６０がヒートローラ５２の内壁に接触しながら回転することで、ヒートローラ５２の内壁に摩擦熱を発生させて、ヒートローラ５２の外周面を定着温度に到達させることができる。従って、ヒートローラの内部空間の軸心部でヒーターランプを発熱させる従来の構成と比較して、ヒートローラ５２の外周面の温度を直接的に効率良く上昇させることができる。また、特にヒートローラ５２を熱容量の小さい薄肉円筒状とすることで、ヒートローラ５２の表面の温度制御応答性を向上させることができ、ヒートローラ５２の安定した温度制御を実現できる。
【００４５】
また、本実施形態においては、前記ヒートローラ５２はヒートローラ５２の内部に摩擦部材としてブラシ形状の摩擦ブラシ６０を備えている。
【００４６】
これにより、ヒートローラ５２の内壁との接触面が増え、摩擦力が向上して加熱しやすくなる。また、多数のブラシ毛を均等な圧力でヒートローラ５２の内壁に接触させながら摩擦させることが容易になり、ヒートローラ５２の外周面の温度を安定的にかつ均一に上昇させることができる。
【００４７】
また、本実施形態においては、摩擦ブラシ６０を駆動するための図略のブラシ回転モータを有し、このブラシ回転モータはヒートローラ５２の駆動手段であるヒートローラ駆動モータとは独立して備えられる。
【００４８】
これにより、摩擦ブラシ６０をヒートローラ５２の回転速度に関係なく高速回転させることができる。従って、摩擦ブラシ６０を高速回転させることで、ヒートローラ５２を短時間で定着温度へと到達させることができ、ウォームアップタイムを短縮できる。また、摩擦ブラシ６０の駆動手段であるモータ（ブラシ回転モータ）の消費電力はヒーターランプ等に比べて一般的に小さいので、ヒーターランプ内蔵型の構成とするよりも熱効率が向上する。
【００４９】
また、本実施形態においては、前記ブラシ回転モータは制御部６１に電気的に接続され、前記制御部６１は前記ブラシ回転モータの回転数を制御することで、ヒートローラ５２の温度調節を行うように構成されている。
【００５０】
これにより、制御部６１がブラシ回転モータによって摩擦ブラシ６０の回転を調節して、ヒートローラ５２の外周面の温度が定着温度近傍に保持されるよう制御できる。これによって、簡素な構成で温度安定性を向上させ、形成画像の画質を向上させることができる。
【００５１】
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の構成は更に以下のように変更することができる。
【００５２】
制御部６１による温度調節方法は、例えば本実施形態の温度検知センサ６２を用いて制御する方法に代えて、所定の定着温度を実現するために実験などで予め求めた回転数と時間で摩擦ブラシ６０を駆動する等、事情に応じて適宜変更することができる。
【００５３】
また摩擦ブラシ６０の回転方向をヒートローラ５２の回転方向と同方向にする等、回転方向は事情に応じて適宜変更することできる。
【００５４】
また本実施形態では摩擦ブラシ６０のブラシ部６４にアラミド繊維を加工したものを用いているが、アラミド繊維に代えて耐熱性のある部材にする等、摩擦部材の材料は事情に応じて適宜変更が可能である。
【００５５】
また、摩擦ブラシ６０を偏心配置する等して、摩擦ブラシ６０がヒートローラ５２の内壁に接触する場所を、用紙ニップ部位近傍の狭い領域に集中させるように変更することができる。また、複数の摩擦部材を設置したり、前記摩擦ブラシ６０を他の形状の摩擦部材に代える等、摩擦部材の構成や配置は事情に応じて適宜変更が可能である。
【００５６】
摩擦ブラシ６０の中心軸６３とヒートローラ５２の回転軸とを減速歯車等によって連結し、前記ブラシ回転モータの駆動力を摩擦ブラシ６０とヒートローラ５２の両方に伝達して回転させる構成とすることもできる。この場合、ヒートローラ５２の駆動手段を省略することができる。
【００５７】
前記コピーファクシミリ複合機７５に代えて、例えばプリンタ、コピー機、ファクシミリ装置等にも、本発明の構成を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係るコピーファクシミリ複合機の外観斜視図。
【図２】複合機の本体内部の様子を示す正面断面図。
【図３】本実施形態のヒートローラを示す拡大断面図。
【符号の説明】
【００５９】
５１  定着装置
５２  ヒートローラ
５３  プレスローラ
６０  摩擦ブラシ（摩擦部材）
６１  制御部
６２  温度検知センサ
７５  コピーファクシミリ複合機（画像形成装置）
１００  用紙（記録媒体）
【図１】
2008224771.tif 000003
【図２】
2008224771.tif 000004
【図３】
2008224771.tif 000005