(57)【要約】【課題】熱効率が高く、立上り時間が短い小型で低コストの定着ベルト方式の画像形成装置の定着装置を提供する。【解決手段】半円筒形の加熱プレート１６と、加圧パッド１５との間にループ状の定着ベルト１９が巻き掛けられ、加圧パッド１５の対向位置に加圧ローラ２４が配置される。加圧ローラ２４の矢印ａ方向回転により定着ベルト１９も加熱プレート１６に接触しながら矢印ｂ方向に移動して加熱される。加熱プレート１６のアーム１６ａは支承軸１７ａの回りに回動自在で、定着ベルト１９の矢印ｂ方向の移動では加熱プレート１６は支承軸１７ａの回りに回転して定着ベルト１９を押し上げ、加熱プレート１６に密着する。定着ベルト１９が停止すると加熱プレート１６は支承軸１７ａが加熱プレートの重心位置より高く外側にあるため重力により矢印ｃ方向に回転し、定着ベルト１９から離れる。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱体と、前記加熱体と支持部材との間に巻き掛けられて回転可能に保持されたループ状の定着回転体と、前記定着回転体を介して前記支持部材に圧接される加圧回転体とを備え、前記定着回転体と加圧回転体との間にトナー像の形成された記録媒体を通過させることにより定着処理を行う画像形成装置の定着装置において、
前記加熱体は、前記加圧回転体の駆動軸に平行な加熱体支承軸の回りに回動自在に支承され、前記加熱体支承軸は前記加熱体の重心位置より高く、且つ重心位置よりも外側に配置されていること
を特徴とする画像形成装置の定着装置。
【請求項２】
前記加熱体支承軸は、前記定着回転体が巻き掛けられる加熱体の外表面とは反対側で、且つ定着回転体の移動方向の下流側に配置されていること
を特徴とする請求項１記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項３】
前記加熱体は、巻き掛けられる前記定着回転体と接触する外表面が略半円筒形状に形成され、内面に熱源を備えていること
を特徴とする請求項１記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項４】
前記支持部材は、巻き掛けられる前記定着回転体に対して移動しない固定配置された支持部材であること
を特徴とする請求項１記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項５】
前記定着回転体は、前記支持部材に向けて圧接される加圧回転体との間の摩擦力により加圧回転体と共に回転移動すること
を特徴とする請求項１記載の画像形成装置の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式の複写機やプリンター等の画像形成装置の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子写真方式の複写機やプリンター等の画像形成装置では、感光体を均一に帯電させ、その上に画像を露光して画像潜像を形成する。そして形成された画像潜像をトナーで現像して画像のトナー像を形成し、これを記録媒体に転写し或いは中間転写体に転写した上でさらに記録媒体に転写し、転写されたトナー像を定着装置により加熱定着処理して画像形成が行われる。
【０００３】
定着装置には、定着ローラ方式の定着装置や、定着ベルト方式の定着装置がある。定着ローラ方式の定着装置は、内部に熱源を備えた加熱ローラと加圧ローラとを対向して接触配置し、加熱ローラと加圧ローラとの間のニップ部にトナー像の転写された記録媒体を通過させてトナー像を加熱加圧して定着処理する構成を備えている。
【０００４】
また定着ベルト方式の定着装置は、内部に熱源を備えた加熱ローラと巻掛けローラとの間に定着ベルトを架設して加熱ローラの熱を定着ベルトに伝達して定着ベルトを加熱し、巻掛けローラに対向して配置された加圧ローラと定着ベルトとの間のニップ部にトナー像の転写された記録媒体を通過させてトナー像を加熱加圧して定着処理する構成を備えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の定着ローラ方式の定着装置は、加熱ローラを常時高温度に維持するために消費エネルギーが大きいほか、待機中も画像形成装置の内部に熱を放散するから装置内部の温度が上昇するという問題のほか、電源投入から定着処理が可能な温度に到達するまでの待ち時間が長いという不都合があった。
【０００６】
また、従来の定着ベルト方式の定着装置は、部品点数が多く構造が複雑で大型になるほか、定着ローラ方式の定着装置と同様に装置内部の温度上昇という問題や、電源投入から定着処理可能温度に到達するまでの待ち時間が長いという不都合があった。
【０００７】
この発明は、上記課題を解決するもので、加熱ローラに代えて加熱プレートを使用して電源投入から定着処理が可能な温度に到達するまでの待ち時間を短縮すると共に、加熱プレートから定着ベルトへの熱供給が確実にでき、且つ定着動作の際に定着ベルトに適度の張力を与えることができる、小型で低コストの定着ベルト方式の定着装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、加熱体と、前記加熱体と支持部材との間に巻き掛けられて回転可能に保持されたループ状の定着回転体と、前記定着回転体を介して前記支持部材に圧接される加圧回転体とを備え、前記定着回転体と加圧回転体との間にトナー像の形成された記録媒体を通過させることにより定着処理を行う画像形成装置の定着装置において、前記加熱体は、前記加圧回転体の駆動軸に平行な加熱体支承軸の回りに回動自在に支承され、前記加熱体支承軸は前記加熱体の重心位置より高く、且つ重心位置よりも外側に配置されていることを特徴とする画像形成装置の定着装置である。
【０００９】
そして、前記加熱体支承軸は、前記定着回転体が巻き掛けられる加熱体の外表面とは反対側で、且つ定着回転体の移動方向の下流側に配置されている。
【００１０】
また、前記加熱体は、巻き掛けられる前記定着回転体と接触する外表面が略半円筒形状に形成され、内面に熱源を備えている。
【００１１】
また、前記支持部材は、巻き掛けられる前記定着回転体に対して移動しない固定配置された支持部材である。
【００１２】
また、前記定着回転体は、前記支持部材に向けて圧接される加圧回転体との間の摩擦力により加圧回転体と共に回転移動するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を説明する。図１はこの発明の第１の実施の形態の定着装置の構成を説明する図で、図１の（ａ）は構成を定着ベルト組立体の斜視図、図１の（ｂ）は加圧ローラ組立体の斜視図、図１の（ｃ）は定着ベルト組立体に加圧ローラ組立体を取付けて完成した定着装置の斜視図である。また、図２は図１に示す定着装置の正面図、図３は図２に示す定着装置の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００１４】
以下、図１乃至図３を参照して説明する。定着装置１０は定着ベルト組立体１１と加圧ローラ組立体２１とから構成される。定着ベルト組立体１１には加熱体を構成する加熱プレート１６と、定着回転体を構成する定着ベルト１９が設けられ、加圧ローラ組立体２１には加圧回転体を構成する加圧ローラ２４が設けられて図示しない駆動機構により駆動されるように構成されている。
【００１５】
定着ベルト組立体１１のフレーム１２には、その左右両端部にブラケット１２ａ及び１２ｂが設けられ、ブラケット１２ａと１２ｂの外側にはピン１３ａ及びピン１３ｂが植設されているほか、ブラケット１２ａと１２ｂとの間にはガイド１４が固定配置されており、ガイド１４の下面には加圧パッド１５が取付けられている。
【００１６】
加熱プレート１６は、図３に示す断面図から明らかなように熱伝導性の高い材料、例えば銅やアルミニウム等の基板から構成された、断面が円弧状の半円筒形の加熱体であって、その半円筒形の内面側に公知の発熱抵抗体が配置されて構成されている。
【００１７】
加熱プレート１６には、その半円筒形の軸方向の両端にアーム１６ａ及びアーム１６ｂが形成され、アーム１６ａ及び１６ｂにはそれぞれ加熱体支承軸である支承軸１７ａ及び１７ｂが設けられている。一方、ブラケット１２ａと１２ｂには、前記加熱体支承軸である支承軸１７ａ及び１７ｂに嵌合する軸受孔１８ａ及び１８ｂが設けられ、加熱プレート１６が回動自在に保持されている。なお、加熱プレート１６は従来の加熱ローラのように回転するものではない。
【００１８】
なお、加熱プレート１６の支承軸１７ａ及び１７ｂの位置は、加熱プレート１６の重心位置よりも高く、且つ重心位置よりも外側に配置、即ち重心を通る鉛直面よりも外側に偏心配置されているものとする。この偏心配置した構成の作用については後で詳細に説明する。
【００１９】
また、上記実施の形態では、アーム側に支承軸が設けられ、ブラケット側に軸受孔が設けられているものとして説明したが、アーム側に軸受孔を、ブラケット側に支承軸を設けてもよい。
【００２０】
定着ベルト１９はループ状の無端ベルトで、加熱プレート１６と、支持部材を構成する加圧パッド１５が取付けられたガイド１４との間に架設される。定着ベルト１９は、ニッケル薄板の表面にシリコンゴム層を被覆して構成したベルト、ポリイミド樹脂薄板の表面にＰＦＡ層を被覆して構成したベルト等、耐熱性が高く表面に離型層を形成したベルトが使用される。
【００２１】
ガイド１４は、ＰＰＳ樹脂或いはフエノール樹脂等、耐熱性の高い材料で構成される。また、加圧パッド１５は、シリコンスポンジの表面にＰＦＡ層を被覆したもの等、耐熱性が高く熱伝導性の低い材料で構成したパッド本体の表面を摩擦抵抗の低い材料で被覆して構成される。
【００２２】
一方、加圧ローラ組立体２１のフレーム２２には、その左右両端部にブラケット２２ａと２２ｂが設けられ、加圧ローラ２４が回転自在に支承されている。また、加圧ローラ２４の軸には図示しない駆動機構に噛合する駆動歯車２６が取付けられている。
【００２３】
加圧ローラ組立体２１のブラケット２２ａ及び２２ｂの外側には、係止爪２３ａ及び２３ｂが形成されており、また、定着ベルト組立体１１のブラケット１２ａと１２ｂの外側にはピン１３ａ及び１３ｂが設けられており、ピン１３ａと係止爪２３ａとの間に定着スプリング２５ａが、ピン１３ｂと係止爪２３ｂとの間に定着スプリング２５ｂが架設される構成を備える。
【００２４】
加圧ローラ２４は、芯金の上にシリコンスポンジを被せ、その表面にＰＦＡ層を被覆したもの、芯金の上にシリコンゴムを被せ、その表面にＰＦＡ層を被覆したもの等、耐熱性が高い材料で構成される。
【００２５】
上記構成の組み立てについて説明する。まず、ループ状の無端ベルトである定着ベルト１９を加熱プレート１６と加圧パッド１５を備えたガイド１４との間に架設する。半円筒形の加熱プレート１６の円筒軸方向に対して加圧ローラ２４の回転軸が平行に位置するように加熱プレート１６と加圧ローラ２４とを配置し、ピン１３ａと係止爪２３ａとの間に定着スプリング２５ａを、ピン１３ｂと係止爪２３ｂとの間に定着スプリング２５ｂを架設する。
【００２６】
定着ベルト組立体１１と加圧ローラ組立体２１とは、定着スプリング２５ａ及び２５ｂの牽引作用により互いに接近する方向に付勢されるので、定着ベルト組立体１１の加圧パッド１５と加圧ローラ２４とは定着ベルト１９を介して圧接し、加圧パッド１５と加圧ローラ２４との圧接面に定着ニップ部Ｎが形成される。
【００２７】
次に、上記した定着装置の動作を説明する。図４は、定着装置の加熱プレート１６と定着ベルト１８との位置関係を説明する断面図で、図４の（ａ）は定着装置が動作停止状態にあるときを示し、図４の（ｂ）は定着装置が動作可能状態にあるときを示している。
【００２８】
定着装置が動作を停止しているときは、加圧ローラ２４は回転しないから、加圧ローラ２４に圧接している定着ベルト１９も停止している。この状態では、前記したとおり、加熱プレート１６はそのアーム１６ａ及び１６ｂの支承軸１７ａ及び１７ｂの位置が加熱プレート１６の重心位置よりも高く、且つ重心位置よりも外側に配置されているため、加熱プレート１６は重力の作用により支承軸１７ａ及び１７ｂの回りに反時計方向（矢印ｃｃ方向）に回転する。
【００２９】
この結果、加熱プレート１６の上方向の表面は定着ベルト１９から離れ、加熱プレート１６は重力の作用により下方向に移動して、加熱プレート１６により定着ベルト１９に付与されていた張力は解除される（図４の（ａ）参照）。
【００３０】
定着装置が動作状態にあるときは、加圧ローラ２４は矢印ａ方向に回転し、加圧ローラ２４に圧接して駆動される定着ベルト１９も矢印ｂ方向に移動する。この状態では、定着ベルト１９の矢印ｂ方向の移動により、定着ベルト１９が加熱プレート１６から離れ始める部分Ａ付近では、加熱プレート１６を矢印ｄ方向に押す力が作用する。このため、加熱プレート１６は重力の作用に抗して支承軸１７ａ及び１７ｂの回りに時計方向（矢印ｃ方向）に回転して定着ベルト１９を押し上げるように作用し、加熱プレート１６に密着する（図４の（ｂ）参照）。
【００３１】
定着ベルト１９が加熱プレート１６に接触した状態で連続的に矢印ｂ方向に移動することにより、加熱プレート１６は時計方向（矢印ｃ方向）に回動して定着ベルト１９を常時押し上げるように作用するから、定着ベルト１９は加熱プレート１６に密着して適当な張力が付与された状態で矢印ｂ方向に移動する。
【００３２】
定着ベルト１９が加熱プレート１６に密着して摺擦しながら移動することで、加熱プレート１６に発生した熱を効率よく定着ベルト１９に伝達することができる。
【００３３】
加圧ローラ２４が回転を停止すると、図４の（ａ）に示す状態に戻り、加熱プレート１６は重力の作用により下方向に移動し、定着ベルト１９は緩んで張力が作用しなくなるから、定着ベルト１９の寿命を長くすることができるほか、張力が作用した状態で長時間放置された時に付く、湾曲等の「くせ」の形状が付きにくい。
【００３４】
図３を参照して、定着装置による定着処理動作を簡単に説明する。まず、加熱プレート１６は、図示されていない制御装置の制御の下に加熱用の電気抵抗体に通電され、所定の定着温度に加熱されているものとする。加圧ローラ２４は矢印ａ方向に回転し、加圧ローラ２４に圧接して駆動される定着ベルト１９も矢印ｂ方向に移動する。このとき定着ベルト１９は、回転しない加熱プレート１６に接触して摺擦しながら矢印ａ方向に移動する間に所定の定着温度に加熱される。
【００３５】
図示しない画像形成装置の作像機構からは、表面にトナー像が形成された記録媒体Ｐが搬送される。記録媒体Ｐを加圧ローラ２４と定着ベルト１９との圧接部である定着ニップ部Ｎを通過させると、記録媒体Ｐ上のトナー像は、所定の定着温度に加熱された定着ベルト１９に接触して加熱されると共に加圧ローラ２４により加圧され、記録媒体Ｐ上のトナー像の定着処理が終了する。
【００３６】
次に、この発明の第２の実施の形態の画像形成装置の定着装置について説明する。先に説明した第１の実施の形態では、定着装置が動作を停止しているときは定着ベルト１９は重力の作用により下方向に移動して定着ベルト１９に付与されていた張力が解除されることを説明した。第２の実施の形態では、定着装置が動作を停止しているとき、重力の作用によらず、スプリングにより定着ベルト１９を加熱プレート１６から離し、張力を解除するようにしたものである。
【００３７】
図５は、この発明の第２の実施の形態の画像形成装置の定着装置の構成を説明する断面図である。第１の実施の形態のものと同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図５において、定着回転体を構成するループ状の定着ベルト１９は、加熱体を構成する半円筒形の加熱プレート１６と、支持部材を構成する加圧パッド１５が取付けられたガイド１４との間に架設される。加圧回転体を構成する加圧ローラ２４は、加熱プレート１６の円筒軸方向に対して平行に配置される。
【００３９】
定着ベルトを備えた定着ベルト組立体と加圧ローラを備えた加圧ローラ組立体とが定着スプリングの牽引作用により互いに接近する方向に付勢され、定着ベルト組立体の定着ベルトと加圧ローラとが圧接し、両者の圧接面に定着ニップ部Ｎが形成されている構成は、図５では図示されていないが、第１の実施の形態のものと変わらない。
【００４０】
加圧パッド１５が取付けられたガイド１４には、係止部材１４ｐが設けられている。加熱プレート１６の一端１６ｐはスプリング２８の一端に係止され、スプリング２８の他端は係止部材１４ｐに係止されて、半円筒形の加熱プレート１６の一方の端部１６ｐは、矢印ｅ方向、即ち定着ベルト１９から離れる方向に牽引されている。
【００４１】
加熱プレート１６は、その半円筒形の軸方向の両端に保持部１６ｍ及び１６ｎが形成され、支承軸１７ｍ及び１７ｎにより回動自在に支承されており、支承軸１７ｍ及び１７ｎの位置は、加熱プレート１６の他方の端部ｑよりも内側にあるので、端部ｑに矢印ｄ方向の力が加わると、加熱プレート１６は支承軸１７ｍ及び１７ｎの回りに時計方向の回転力を受ける。
【００４２】
以上の構成において、定着装置が動作を停止しているときは、加圧ローラ２４は回転しないから、加圧ローラ２４に圧接して駆動される定着ベルト１９も停止している。この状態では、前記したとおり、加熱プレート１６の一端１６ｐはスプリング２８により矢印ｅ方向に牽引されているので、加熱プレート１６の上表面は定着ベルト１９から離隔されている。
【００４３】
定着装置が動作状態にあるときは、加圧ローラ２４は矢印ａ方向に回転し、加圧ローラ２４に圧接して駆動される定着ベルト１９も矢印ｂ方向に移動する。定着ベルト１９の矢印ｂ方向の移動により、定着ベルト１９が加熱プレート１６から離れ始める部分、即ち加熱プレート１６の他方の端部ｑの付近では、加熱プレート１６に矢印ｄ方向に向かう力が作用するから、加熱プレート１６はスプリング２８の付勢力に抗して支承軸１７ｍ及び１７ｎの回りに時計方向（矢印ｓ方向）に回転して定着ベルト１９を押し上げ、加熱プレート１６の円弧状の表面は定着ベルト１９に密着する。
【００４４】
加熱プレート１６の円弧状の表面が定着ベルト１９に密着すると、両者間の摩擦力により加熱プレート１６は、支承軸１７ｍ及び１７ｎの回りに時計方向（矢印ｓ方向）に回転しようとする力を受けるので、更に加熱プレート１６と定着ベルト１９は密着し、定着ベルト１９が移動を継続する間、加熱プレート１６と定着ベルト１９との密着状態が維持され、定着ベルト１９が加熱プレート１６に密着して摺擦しながら移動することで、加熱プレート１６に発生した熱を効率よく定着ベルト１９に伝達することができる。
【００４５】
この構成によれば、定着装置が動作を停止しているとき、加熱プレート１６の表面から定着ベルト１９を隔離するのに重力を利用しないから、画像形成装置の内部に定着装置を配置するとき、重力の方向を考慮する必要がなく、自由に配置することができる。
【００４６】
上記したこの発明の第２の実施の形態には、以下に記載する発明も含まれる。即ち、加熱体と、前記加熱体と支持部材との間に巻き掛けられて回転可能に保持されたループ状の定着回転体と、前記定着回転体を介して前記支持部材に圧接される加圧回転体とを備え、前記定着回転体と加圧回転体との間にトナー像の形成された記録媒体を通過させることにより定着処理を行う画像形成装置の定着装置において、前記加熱体は、巻き掛けられる前記定着回転体と接触する外表面が略半円筒形状に形成され、加圧回転体の駆動軸に平行な加熱体支承軸の回りに回動自在に支承され、さらに加熱体の一端を定着回転体から離す方向に牽引する弾性部材を備えることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、この発明によれば、定着装置が動作するときのみ定着回転体に加熱体から熱を伝達して定着処理を実行することができ、熱効率が高く、待機中に画像形成装置の内部に必要以上に熱を放散することもなく、電源投入から定着処理可能な温度に到達するまでの立上り時間を短縮できる等の顕著な効果を奏するもので、しかも部品点数が少なく、小型で低コストの定着ベルト方式の定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
第１の実施の形態の定着装置の構成を説明する断面図。
【図２】
図１に示す定着装置の正面図。
【図３】
図２に示す定着装置の線Ａ−Ａに沿った断面図。
【図４】
定着装置の加熱プレートと定着ベルトとの位置関係を説明する断面図。
【図５】
第２の実施の形態の定着装置の構成を説明する断面図。
【符号の説明】
１０　定着装置
１１　定着ベルト組立体
１２　フレーム
１２ａ、１２ｂ　ブラケット
１３ａ、１３ｂ　ピン
１４　ガイド
１４ｐ　係止部材
１５　加圧パッド
１６　加熱プレート（加熱体）
１６ａ、１６ｂ　アーム
１７ａ、１７ｂ　支承軸（加熱体支承軸）
１６ｍ、１６ｎ　保持部
１７ｍ、１７ｎ　支承軸（加熱体支承軸）
１８ａ、１８ｂ　軸受孔
１９　定着ベルト（定着回転体）
２１　加圧ローラ組立体
２２　フレーム
２２ａ、２２ｂ　ブラケット
２３ａ、２３ｂ　係止爪
２４　加圧ローラ（加圧回転体）
２５ａ、２５ｂ　定着スプリング
２６　駆動歯車
２８　スプリング
【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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