(57)【要約】【課題】ローラ間の定着ニップを一定に維持する構造を有する画像形成機器の定着装置を提供する。【解決手段】定着装置は，支持フレーム２０に回転自在に設けられる加熱ローラ３０と，加熱ローラ３０との間に所定の定着ニップ４５を有するよう加熱ローラ３０に接触回転される加圧ローラ４０と，支持フレーム２０に回動自在に設けられ，加圧ローラ４０と加熱ローラ３０のうちいずれか一のローラを他のローラに接触回転するよう支持する回動ブラケット５０と，回動ブラケット５０を挟んで相対向する方向に回動ブラケット５０を弾性加圧する第１および第２の圧縮ばね６１，６３と，第１および第２の圧縮ばね６１，６３を支持した状態で回動ブラケット５０の動きをガイドするガイド部材７０とを含む。第１および第２の圧縮ばね６１，６３の相補的な圧縮および膨張動作により，定着ニップ４５は一定に維持され，印刷用紙の皺よりや定着不良を防ぐことができる。【選択図】    図２
2005099799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成機器の定着装置において：
支持フレームに回転自在に設けられる加熱ローラと；
前記加熱ローラとの間に所定の定着ニップを有するよう前記加熱ローラに接触回転される加圧ローラと；
前記支持フレームに回動自在に設けられ，前記加圧ローラと前記加熱ローラのうちいずれか一のローラを他のローラに接触回転するよう支持する回動ブラケットと；
前記回動ブラケットを挟んで相対向する方向に前記回動ブラケットをそれぞれ弾性加圧する第１弾性部材および第２弾性部材と；
前記第１弾性部材および前記第２弾性部材それぞれを支持した状態で，前記回動ブラケットの動きをガイドするガイド部材と；を含み，
前記第１弾性部材および前記第２弾性部材は相補的な圧縮および膨張動作を行うことを特徴とする，画像形成機器の定着装置。
【請求項２】
前記回動ブラケットの一端は前記支持フレームに回動自在に連結され，他端は前記ガイド部材に摺動自在に連結された状態で前記加圧ローラを回転自在に支持するよう設けられることを特徴とする，請求項１に記載の画像形成機器の定着装置。
【請求項３】
前記回動ブラケットの一端には回動軸を結合するための軸孔が形成され，他端には前記ガイド部材が摺動するガイド孔が形成されることを特徴とする，請求項２に記載の画像形成機器の定着装置。
【請求項４】
前記回動ブラケットは，前記軸孔とガイド孔との間に設けられ，前記加圧ローラを回転自在に支持するよう形成された円弧形の軸受部を有することを特徴とする，請求項３に記載の画像形成機器の装着装置。
【請求項５】
前記加圧ローラは前記加熱ローラの上部に設けられ，
前記回動ブラケットは，前記加圧ローラの上部に設けられ，前記加圧ローラを前記加熱ローラに接触回転するよう支持することを特徴とする，請求項１，２，３または４のいずれか１項に記載の画像形成機器の定着装置。
【請求項６】
前記第１弾性部材は，前記回動ブラケットを前記加熱ローラ側に下向きに弾性加圧し，
前記第２弾性部材は，前記回動ブラケットを前記加熱ローラから離隔する側に上向きに弾性加圧するよう設けられることを特徴とする，請求項５に記載の画像形成機器の定着装置。
【請求項７】
前記ガイド部材は，前記ガイド孔を介して前記支持フレームに固定されるボルトを含むことを特徴とする，請求項４に記載の画像形成機器の定着装置。
【請求項８】
前記第１弾性部材および前記第２弾性部材はガイド孔を挟んで前記ボルトに圧縮した状態で嵌合されて支持されることを特徴とする，請求項７に記載の画像形成機器の定着装置。
【請求項９】
前記第１弾性部材および前記第２弾性部材は圧縮コイルばねであることを特徴とする，請求項１に記載の画像形成機器の定着装置。
【請求項１０】
前記第１弾性部材および前記第２弾性部材は同一の弾性力を有することを特徴とする，請求項１に記載の画像形成機器の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトナー画像が転写された用紙を所定の温度および圧力で定着させる画像形成機器の定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真現像方式を用いる一般の電子写真画像形成機器（例えば，複写機，レーザプリンタ）は，感光ドラムに隣接した帯電ユニットによって感光ドラムが帯電される。帯電した感光ドラムの表面は，レーザ走査ユニットから走査されたレーザ光によって所望の画像に対応するパターンに露光され，感光ドラムには静電潜像が形成される。現像器は，感光ドラムにトナーを供給して，感光ドラムに形成された静電潜像を可視像である粉末状のトナー画像に現像する。そして，感光ドラムと該感光ドラムと接触回転する転写ローラとの間を印刷用紙が通過すると，感光ドラム上のトナー画像は印刷用紙に転写される。このように，トナー画像が転写された印刷用紙は，定着装置を通過する際に高温高圧で定着されることによって，印刷用紙上にトナー画像が固着される。定着装置を通過した印刷用紙は外部に排出される。
【０００３】
ここで，定着装置は，通常相対向して回転する加圧ローラおよび加熱ローラを含んで構成される。図１には，特開２００２−１３９９４８号に開示された定着装置が示されている。図１の定着装置は、内部にヒータ１１が設けられた加熱ローラ１２と，加熱ローラ１２に接触回転される加圧ローラ１３を備える。加熱ローラ１２は支持フレーム１０に回転自在に設けられており，加圧ローラ１３は回動軸１４ａを中心に回動可能な回動フレーム１４に回転自在に設けられる。この回動フレーム１４は，ばね１５によって加熱ローラ１２側に加圧されることによって，加熱ローラ１２と加圧ローラ１３との間に所定のサイズの定着ニップ１７を発生させる。加熱ローラ１２および加圧ローラ１３の間で発生する定着ニップ１７のサイズは，フレーム１０に設けた作動レバー１６を回転し，回動フレーム１４を下降させたり上昇させたりして，ばね１５の弾性力を加減することによって変形可能になる。
【０００４】
したがって，封筒のように厚い印刷用紙に印刷する場合は，図１に示すように，作動レバー１６を立てて回動フレーム１４を下降させることにより，加熱ローラ１２および加圧ローラ１３間のニップが縮まって封筒の皺よりを防止することができる。Ａ４サイズの普通紙などに印刷する場合は，再び作動レバー１６を回転して回動フレーム１４を上昇させ，加熱ローラ１２および加圧ローラ１３間の定着ニップ１７を広めた状態で印刷動作を行うようにする。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１３９９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが，前述した従来の構成によれば，ローラ間の定着ニップのサイズ，すなわち加圧力の大きさは２種のモードしか選択できないため，使い勝手が悪く，多様な厚さの用紙に適用できないという欠点がある。
【０００７】
また，加圧ローラは，例えば，熱膨張係数の大きいシリコンゴムや発泡シリコンゴムで作製されるため，熱による外形変化が大きい。このため，印刷開始時と終了後の定着ニップのサイズが変わる。一方，従来の定着装置は定着ニップのサイズを２種しか選択できないので，ローラの膨張による定着ニップのサイズの変化に積極的に対応できない。このため，加圧力が大きくなる場合は用紙に皺が生じる恐れがあり，加圧力が小さくなる場合は定着不良になるという問題がある。
【０００８】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，ローラ間の定着ニップのサイズを一定に維持できる構造を有する画像形成機器の定着装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば，支持フレームに回転自在に設けられる加熱ローラと；加熱ローラとの間に所定の定着ニップを有するよう加熱ローラに接触回転される加圧ローラと；支持フレームに回動自在に設けられ，加圧ローラと加熱ローラのうちいずれか一のローラを他のローラに接触回転するように支持する回動ブラケットと；回動ブラケットを挟んで相対向する方向に回動ブラケットをそれぞれ弾性加圧する第１弾性部材および第２弾性部材と；第１弾性部材および第２弾性部材を支持した状態で回動ブラケットの動きをガイドするガイド部材と；を含み，第１弾性部材および第２弾性部材は相補的な圧縮動作および膨張動作を行うことを特徴とする，画像形成機器の定着装置が提供される。この動作により，熱による加圧ローラの外形変化に応じて定着ニップのサイズを変化させることができ，加圧ローラおよび加熱ローラ間の定着ニップは一定に維持される。
【００１０】
ここで，回動ブラケットを微細に上下方向に移動できるようにするため，回動ブラケットの一端は支持フレームに回動自在に連結し，他端はガイド部材に摺動自在に連結した状態で加圧ローラを回転自在に支持するよう設けるのが好ましい。
【００１１】
また，回動ブラケットの動きを円滑にするため，回動ブラケットの一端には回動軸を結合する軸孔を形成し，他端にはガイド部材を摺動するガイド孔を形成することが良い。
【００１２】
回動ブラケットは，軸孔とガイド孔との間に設けられ，加圧ローラを回転自在に支持するよう形成された円弧形の軸受部を有することが良い。これにより，回動ブラケットと軸受部の接触面が大きくなるため，加圧ローラの支持を堅固にすることができる。
【００１３】
加圧ローラは加熱ローラの上部に設け，回動ブラケットは加圧ローラの上部に設け，回動ブラケットが加圧ローラを加熱ローラに接触回転するよう支持することが良い。これにより，回動ブラケットは，自重によっても加圧ローラを加熱ローラ側に加圧支持することができるようになる。
【００１４】
第１弾性部材は，回動ブラケットを加熱ローラ側に下向きに弾性加圧し，第２弾性部材は，回動ブラケットを加熱ローラから離隔する側に上向きに弾性加圧するよう設けられることが良い。
【００１５】
ガイド部材は，ガイド孔を介して支持フレームに固定されるボルトを含むことが良い。回動ブラケットの一端を，ガイド部材に対して摺動自在に連結するためである。
【００１６】
第１弾性部材および第２弾性部材は，第１弾性部材および第２弾性部材を圧縮したときに生じる弾性エネルギを利用して回動ブラケットの位置を調節するため，ガイド孔を挟んでボルトに嵌合して圧縮した状態に支持されることが良い。
【００１７】
第１弾性部材および第２弾性部材は，例えば，圧縮コイルばねが適している。また，設計を容易にするため，互いの弾性力が同一であることが良い。
【発明の効果】
【００１８】
以上詳述したように，本発明によれば，加圧ローラの熱膨張によって定着ニップのサイズが変化しても，第１弾性部材および第２弾性部材の加圧力が自動に変わることにより定着ニップのサイズを一定に維持できるようになる。
【００１９】
また，多様な厚さの印刷用紙について，能動的に対処して，一定した定着ニップを維持した状態で定着動作が行うことができるようになる。
【００２０】
したがって，厚い印刷用紙や封筒などに印刷する場合も，印刷用紙に皺が生じることを防止して，高品質の印刷画像が得られる。
【００２１】
このようにして，ローラ間の定着ニップのサイズを一定に維持できる構造を有する画像形成機器の定着装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
図２を参照すれば，本実施形態による画像形成機器の定着装置は，支持フレーム２０に回転自在に設けられる加熱ローラ３０と，加熱ローラ３０に接触回転される加圧ローラ４０と，加圧ローラ４０を回転自在に支持する回動ブラケット５０と，回動ブラケット５０を挟んで対応して設けられる第１弾性部材６１および第２弾性部材６３と，ガイド部材７０を備える。
【００２４】
加熱ローラ３０の内部にはヒータ３１が設けられる。この加熱ローラ３０は加圧ローラ４０と接触回転した状態で，その間に通過する印刷用紙を所定温度および圧力で定着する。
【００２５】
加圧ローラ４０は，加熱ローラ３０を所定圧力で加圧した状態で接触回転するよう設けられる。加圧ローラ４０はシャフト４１を中心にして所定厚さの加圧層４２を有する。この加圧層４２は，例えば，シリコンゴムや発泡シリコンゴムで形成される。このような加圧層４２は加熱ローラ３０に接触して熱を受けると熱膨張する。
【００２６】
そして，加熱ローラ３０と加圧ローラ４０の接触により，その加熱ローラ３０と加圧ローラ４０間に定着ニップ４５が形成される。定着ニップ４５とは，加圧ローラ４０が加熱ローラ３０を押圧して接触している部分を指す。定着ニップ４５の大きさによって，その加熱ローラ３０と加圧ローラ４０間を通過する印刷用紙を定着する時間，温度および圧力が決定される。
【００２７】
定着ニップ４５は可変のため，加圧ローラ４０は支持フレーム２０上で微細に上下方向に移動できるよう設けられる。そして，加圧ローラ４０と加熱ローラ３０のうちいずれか一のローラは所定の駆動モータ（図示せず）によって駆動回転し，他のローラは被動回転する。好ましくは，加熱ローラ３０が駆動回転し，摺動自在な加圧ローラ４０が被動回転することが良い。
【００２８】
加圧ローラ４０のシャフト４１には，軸受４３が設けられ，軸受４３を挟んで加圧ローラ４０は回動ブラケット５０に回転自在に支持される。
【００２９】
回動ブラケット５０は，支持フレーム２０に回動自在に設けられ，加圧ローラ４０が加熱ローラ３０側に接触回転するよう支持する。回動ブラケット５０は，一端に回動軸５１が軸着される軸孔５２と，他端にガイド部材７０が摺動自在に挿入されるガイド孔５３を有する。そして，回動ブラケット５０は加圧ローラ４０の軸受４３を支持するよう円弧形に形成された円弧形の軸受部５５を有する。軸受部５５は軸孔５２とガイド孔５３との間，すなわち回動ブラケット５０の中央部に設けられ，加圧ローラ４０を下向に支持する。すなわち，回動ブラケット５０は加圧ローラ４０の上向きに設けられ，自重によっても加圧ローラ４０を加熱ローラ３０側に加圧支持する。
【００３０】
第１弾性部材６１および第２弾性部材６３は，回動ブラケット５０を挟んで相対向して設けられる。第１弾性部材６１および第２弾性部材６３は上下方向の一直線上に設けられ，相対向する方向に弾性加圧力を回動ブラケット５０に加える。第１弾性部材６１および第２弾性部材６３は，例えば，圧縮コイルばねであることが好ましい（以下，第１圧縮ばねおよび第２圧縮ばねと称する）。また，第１圧縮ばね６１および第２圧縮ばね６３は，回動軸５１から最も遠い反対側の回動ブラケット５０の端部に弾性加圧力を加えるよう配置されることが好ましい。第１圧縮ばね６１および第２圧縮ばね６３はガイド部材７０に挿入して支持される。また，第１圧縮ばね６１および第２圧縮ばね６３は互いに同一の弾性力を有する。したがって，回動ブラケット５０を挟んで第１圧縮ばね６１および第２圧縮ばね６３から互いに反対方向に働く弾性力は同一になる。
【００３１】
ガイド部材７０は，支持フレーム２０に設けられる支持ブロック２１に螺合されるボルト７１を含むことが好ましい。ボルト７１は，例えば，回動ブラケット５０のガイド孔５３を通るよう支持ブロック２１に結合され，回動ブラケット５０の上下動をガイドすると同時に，第１圧縮ばね６１および第２圧縮ばね６３を圧縮した状態で支持する。このとき，ボルト７１の外径は，ガイド孔５３，第１圧縮ばね６１および第２圧縮ばね６３の内径より小さく形成する。
【００３２】
前述した構成によれば，第１圧縮ばね６１は，回動ブラケット５０とガイド部材７０との間に位置し，ボルト７１に嵌合された状態で圧縮されたとき，回動ブラケット５０を加熱ローラ３０側に弾性加圧する。第２圧縮ばね６３は，回動ブラケット５０と支持ブロック２１との間に位置し，ボルト７１に嵌合された状態で圧縮されたとき，回動ブラケット５０を加熱ローラ３１から離隔する方向に弾性加圧する。
【００３３】
また，第１圧縮ばね６１および第２圧縮ばね６３によって回動ブラケット５０に加わる力と圧縮量は所定値に決定される。
【００３４】
前述した構成によれば，加圧ローラ４０が熱膨張して定着ニップ４５が増加すると，回動ブラケット５０に加わる圧力Ｐが増加する。このとき，第１圧縮ばね６１は圧縮され加圧力Ｆ１の値が増加し，第２圧縮ばね６３は膨張して加圧力Ｆ２の値は減少する。したがって，加圧ローラ４０と加熱ローラ３０との加圧力は一定に保たれ，定着ニップ４５も再調整され一定に維持される。このように，回動ブラケット５０を所定距離移動することによって加圧ローラ４０の膨張量を補償することができ，定着ニップ４５を一定に維持することが可能となる。
【００３５】
図３に，前述した構成を有する定着装置において，回動ブラケットに働く，ｙ軸方向および回転方向の力を示す。
【００３６】
図３によれば，回動ブラケット５０に働くｙ軸方向への力（Ｆｙ）の和はゼロであり，回動ブラケット５０の回動中心を基準にするモーメント（Ｍ）の和もゼロである。
【００３７】
これを数式で表すと以下の通りである。
【００３８】
2005099799.tif 000003
【００３９】
ここで，数式１は，図２の上下方向および図３のｙ軸方向へ作用する力の和がゼロであることを意味する。
【００４０】
2005099799.tif 000004
【００４１】
ここで，数式２は，図３において，逆時計回り方向へと作用するモーメントの和がゼロであることを意味する。Ｆ１は第１圧縮ばね６１によって回動ブラケット５０に加わる力であり，Ｆ２は第２圧縮ばね６３によって回動ブラケット５０に加わる力を示す。
【００４２】
また，Ｐは加圧ローラ４０と加熱ローラ３０との間の定着ニップ４５によって加圧ローラ４０の軸受４３を通して回動ブラケット５０に加わる力を示す。Ｒは回動ブラケット５０の回転中心である回動軸５１に発生する反力を示す。
【００４３】
また，第１圧縮ばね６１および第２圧縮ばね６３によって回動ブラケット５０に加わる力Ｆ１，Ｆ２は，以下のコイル圧縮ばねの力と圧縮量に関する数式３を用いて計算できる。
【００４４】
2005099799.tif 000005
【００４５】
ここで，δは圧縮量を，ｎはばねの巻き数を，ｄはコイル線径を，Ｄはばねの平均径を，Ｇは剪断係数を，Ｐは加圧力［Ｎ（ｋｇｆ）］を示す。
【００４６】
前述した構成において，印刷用紙の枚数が増えると加圧ローラ４０が高温になり，熱膨張するようになる。この場合，もし回動ブラケット５０が位置決めされ拘束されているとすれば，加圧力Ｐが増えて定着ニップ４５が増加するため，厚い用紙や封筒を印刷するときに皺が生じる可能性が高くなる。
【００４７】
しかし，本実施形態のように，回動ブラケット５０は拘束されておらず，回動軸５１を中心に回動できるので，加圧力Ｐ［Ｎ（ｋｇｆ）］が変更されると，第１圧縮ばね６１および第２圧縮ばね６３の相互補完的な圧縮および膨張によって回動ブラケット５０の位置移動が可能になるため，定着ニップ４５を一定に維持させられるようになる。
【００４８】
すなわち，定着ニップ４５を一定に維持するためには，加圧力ＰがＰ＋ΔＰに変わると，第１圧縮ばね６１の加圧力Ｆ１はＦ１＋ΔＦ１に，第２圧縮ばね６３の加圧力Ｆ２はＦ２−ΔＦ２にそれぞれ自動的に変化する。
【００４９】
具体的な例を挙げてさらに説明すれば，加圧ローラ４０の膨張前に，Ｐ＝６ｋｇｆ，Ｆ１＝５ｋｇｆ，Ｌ１＝４０ｍｍ，Ｌ２＝２０ｍｍの条件で，定着ニップ４５＝８ｍｍとする。加圧ローラ４０の膨張後にＰ＝８ｋｇｆとなったとき，Ｆ１＝５．５ｋｇｆ，Ｆ２＝１．５ｋｇｆと変更され，定着ニップ４５＝８ｍｍの状態に保たれる。
【００５０】
図２の状態は，加圧ローラ４０が熱膨張する前の状態を示したもので，このときの第２圧縮ばね６３の高さ，すなわち回動ブラケット５０と支持ブロック２１との高さをＨ１とする。図４の状態は，加圧ローラ４０が熱膨張した後の状態を示したもので，このときの第２圧縮ばね６３の高さはＨ２に増加する。これは，加圧力Ｐが増加した分，加圧力Ｆ１も増加し，相対的に加圧力Ｆ２が減少するように第２圧縮ばね６３が伸びて回動ブラケット５０を上昇させるからである。したがって，加圧ローラ４０が膨張した分だけ回動ブラケット５０は上昇して，加熱ローラ３０および加圧ローラ４０間の定着ニップ４５の大きさおよび加圧力は一定に保たれるようになる。
【００５１】
逆に，加圧ローラ４０が冷却され収縮する場合は，膨張時と反対に加圧力Ｐは減少する。このとき，第１圧縮ばね６１は伸びて加圧力Ｆ１は減少し，第２圧縮ばね６３の加圧力Ｆ２は増加することによって，同様に定着ニップ４５を一定に維持できる。
【００５２】
このような本実施形態による定着装置では，印刷初期または印刷進行中に加圧ローラ４０の温度変化によって定着ニップ４５の大きさが変化するのを，第１圧縮ばね６１および第２圧縮ばね６３の相補的な変形によって定着ニップ４５の大きさを一定に維持することが可能となる。
【００５３】
また，本実施形態では，加圧ローラ４０が加熱ローラ３０の上向きに設けられた構成を例として説明したが，これは例示したに過ぎず，互いの位置が変わっても同じ効果を期することができる。
【００５４】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は，印刷媒体を定着させるための装置が採用されるレーザプリンタ，複写機，複合機などを含む画像形成装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来の画像形成機器の定着装置を示した構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る画像形成機器の定着装置を示した概略断面図である。
【図３】図２に示された定着装置の回動ブラケットに働くｙ軸方向および回転方向の力を示した力学モデル図である。
【図４】図２の状態で加圧ローラが熱膨張される場合の状態を示した断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
２０      支持フレーム
３０      加熱ローラ
４０      加圧ローラ
４５      定着ニップ
５０      回動ブラケット
６１      第１圧縮ばね
６３      第２圧縮ばね
７０      ガイド部材
７１      ボルト
【図１】
2005099799.tif 000006
【図２】
2005099799.tif 000007
【図３】
2005099799.tif 000008
【図４】
2005099799.tif 000009