JP4696815B2

JP4696815B2 - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP4696815B2
Application number: JP2005277979A
Authority: JP
Inventors: 高広横田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: JP2007086639A

Description

本発明は、未定着トナーを紙などの記録媒体に定着させる定着装置及び当該定着装置を備える画像形成装置に関し、特に加熱ローラの変形を抑制する技術に関する。

複写機やファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置では、紙などの記録媒体に転写された未定着のトナー像を定着させる定着装置が用いられている。定着装置は、一般にトナー像を加熱するための加熱ローラと、当該加熱ローラに圧接される加圧ローラとを備えている。定着装置では、加熱ローラと加圧ローラとの間に圧接部分が形成され、記録媒体が当該圧接部分を通過する間に、トナー像は加熱溶融されて記録媒体に定着される。

加熱ローラはヒータを備えており、動作時には一般に多くの電力を消費する。加熱ローラの消費電力を低減するためには、加熱ローラの低熱容量化を目的とした小型化又は肉厚の薄型化が有効である。また、低熱容量化を実現することでファーストコピータイムを短縮することが可能となる。しかし、加熱ローラを小型化し又は肉厚を薄型化すると、加熱ローラの剛性が低下する。そのため、加圧ローラが圧接される加熱ローラは、その圧接力により撓み、それに伴い圧接部分の形状が変化する場合がある。その結果、トナー像の定着不良が生じたり、記録媒体に皺が生じるなど、記録媒体の搬送に不具合が生じる。

このような加熱ローラの撓みを抑制するために、加圧ローラとは反対側から加熱ローラを押圧する変形防止用のローラを備える定着装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開平８−２３４６０８号公報

しかしながら、上記従来の定着装置では、加熱ローラの撓みは抑制されるものの、記録媒体が通過する圧接部分は１つのみであるため、トナー像の定着性が十分ではない場合があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、加熱ローラの撓みを抑制しつつ、トナー像の定着性を向上することが可能な定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る定着装置は、記録媒体に転写された未定着のトナー像を当該記録媒体に定着させる定着装置であって、外周面に前記記録媒体が接し、当該記録媒体を加熱する加熱ローラと、前記加熱ローラの外周面における前記記録媒体が接する接触領域に圧接される少なくとも２つの加圧ローラと、を備え、前記少なくとも２つの加圧ローラから前記加熱ローラに加えられる圧接力が均衡するように、前記各加圧ローラは前記加熱ローラに圧接され、前記記録媒体は、前記加熱ローラと前記各加圧ローラとの間の圧接部分のそれぞれを通過して、前記トナー像が定着されることを特徴とする。

ここで、記録媒体は、例えば用紙や、樹脂製のＯＨＰシートや、はがきなど、トナー像を定着させることができる記録媒体である。また、少なくとも２つの加圧ローラから前記加熱ローラに加えられる圧接力が均衡する場合には、圧接力の合力が零となる場合だけでなく、圧接力の合力が加熱ローラの形状に変化を生じないほど微小となる場合なども含む。

本発明によれば、記録媒体が、少なくとも２つの加圧ローラと加熱ローラとの間の圧接部分を通過するので、トナー像の定着性が向上する。また、少なくとも２つの加圧ローラから加熱ローラに加えられる圧接力が均衡しているので、加圧ローラの圧接による加熱ローラの撓みが抑制される。

また、本発明の一態様では、前記少なくとも２つの加圧ローラは、前記加熱ローラの周方向に等間隔で配置されることを特徴とする。

この態様によれば、少なくとも２つの加圧ローラは、加熱ローラの周方向に等間隔で配置されているので、各加圧ローラは加熱ローラを挟むようにして配置され、安定的に加圧ローラを加熱ローラに圧接させることが出来る。

また、上記課題を解決するために、本発明は記録媒体に転写された未定着のトナー像を当該記録媒体に定着させる定着装置であって、外周面に前記記録媒体が接し、当該記録媒体を加熱する加熱ローラと、前記加熱ローラの外周面における前記記録媒体が接する接触位置に圧接される少なくとも２つの加圧ローラと、前記加熱ローラの外周面における前記記録媒体の非接触領域に圧接される押圧ローラと、を備え、前記押圧ローラ及び前記少なくとも２つの加圧ローラから前記加熱ローラに加えられる圧接力が均衡するように、前記押圧ローラと前記各加圧ローラは前記加熱ローラに圧接され、前記記録媒体は、前記加熱ローラと前記各加圧ローラとの間の圧接部分のそれぞれを通過して、前記トナー像が定着されることを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも２つの加圧ローラと加熱ローラとの間の圧接部分を通過するので、トナー像の定着性が向上する。また、少なくとも２つの加圧ローラと押圧ローラから加熱ローラに加えられる圧接力が均衡しているので、加圧ローラの圧接による加熱ローラの撓みが抑制される。

また、本発明の一態様では、前記少なくとも２つの加圧ローラと前記押圧ローラは、前記加熱ローラの周方向に等間隔で配置されることを特徴とする。

この態様によれば、少なくとも２つの加圧ローラと押圧ローラは加熱ローラの周方向に等間隔で配置されているので、各加圧ローラと押圧ローラは加熱ローラを挟むようにして配置され、安定的に加圧ローラ及び押圧ローラを加熱ローラに圧接させることが出来る。

また、本発明の一態様では、前記少なくとも２つの加圧ローラは、同一構造を有することを特徴とする。

この態様によれば、定着装置が同一構造の加圧ローラを備えるので、複数種の加圧ローラを設計及び生産する必要がなくなり、定着装置の生産性が向上する。

また、本発明の一態様では、前記少なくとも２つの加圧ローラと前記押圧ローラは、同一構造を有することを特徴とする。

この態様によれば、定着装置が同一構造の加圧ローラと押圧ローラとを備えるので、複数種の加圧ローラ及び押圧ローラを設計、生産する必要がなくなり、定着装置の生産性が向上する。

また、上記課題を解決するための画像形成装置は、上記いずれかの定着装置を備えたものである。

ここで、画像形成装置は、例えば、プリンタや、複写機や、ファクシミリや、これらの機能を一体的に備える複合機などである。この画像形成装置によれば、当該画像形成装置が備える定着装置が、加熱ローラに加えられる圧接力が均衡するように圧接する加圧ローラ又は押圧ローラを備えるので、加熱ローラの撓みが抑制されて、加熱ローラの撓みによるトナー像の定着不良が抑制される。また、記録媒体が、少なくとも２つの加圧ローラと加熱ローラとの間の圧接部分を通過するので、トナー像の定着性が向上する。

以下、本発明に係る一実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係る定着装置を備える画像形成装置１の概略を示す全体構成図であり、図２は、上記定着装置１０の概略を示す断面図である。なお、図１において、二点鎖線Ｒは記録媒体Ｐの搬送経路を示している。

図１に示すように、画像形成装置１は、定着装置１０と、当該定着装置１０より記録媒体Ｐの搬送経路の上流側に画像形成機構２０とを有している。画像形成機構２０は、感光体ドラム２２と、当該感光体ドラム２２の周囲に配置される帯電ローラ２３と、光走査装置２４と、現像装置２５と、転写ローラ２７と、クリーニング装置２６とを備えている。

感光体ドラム２２は、画像形成装置１の動作時に時計方向（図１においてαに示す方向）に回転する。帯電ローラ２３は、感光体ドラム２２の表面に均一にマイナス電荷を帯びさせる。光走査装置２４は、感光体ドラム２２の表面に画像形成装置１が出力するべき画像パターンのレーザ光線又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）を照射し、感光体ドラム２２の表面上に静電潜像を形成する。現像装置２５は、トナーを静電潜像に付着し、感光体ドラム２２の表面に画像パターンに応じたトナー像を形成する。転写ローラ２７は、トナー像を樹脂性のシートや紙などの記録媒体Ｐに転写し、記録媒体Ｐに未定着のトナー像を形成する。記録媒体Ｐは、定着装置１０に搬送され、定着装置１０において未定着のトナー像が定着された後、画像形成装置１の外部に排出される。なお、クリーニング装置２６により、感光体ドラム２２の表面から残留トナーや紙粉等が除去される。また、給紙前の記録媒体Ｐは、給紙トレー４において保持されている。記録媒体Ｐは、不図示の給紙機構によって、給紙トレー４から搬送経路Ｒの下流側（画像形成機構２０側）に搬送される。

図２に示すように、定着装置１０は、加熱ローラ１２と、同一構造を有する２つの加圧ローラ１４，１５とを備えている。加熱ローラ１２は円筒状の外周部１２ｃを有し、記録媒体Ｐの搬送方向（図２においてβの示す方向）と垂直な軸線周りに回転可能に軸支されている。加熱ローラ１２は、定着装置１０の動作時には、その外周面において記録媒体Ｐと接しつつ、軸線を中心として時計回りの方向（図２においてＡの示す方向）に回転して、当該記録媒体Ｐを搬送経路Ｒの下流側に搬送する。また、加熱ローラ１２は、ヒータ１２ａを内蔵しており、ヒータ１２ａに通電することにより加熱ローラ１２の外周部１２ｃを加熱している。なお、加熱ローラ１２の径方向外方には、その外周面に沿って湾曲したガイド部材１９が、当該外周面に近接して配置されている。

加圧ローラ１４，１５は、円筒状の表面弾性体層１４ｂ，１５ｂを有している。加圧ローラ１４，１５は、それぞれ加熱ローラ１２の軸線に対して平行に配置されるととともに、加熱ローラ１２の周方向に等間隔で配置されている。すなわち、一方の加圧ローラが加熱ローラ１２の軸線を挟んで他方の加圧ローラとは反対側に位置し、加圧ローラ１４，１５の軸線と加熱ローラ１２の軸線は同一平面上にある。なお、加圧ローラ１４は、加圧ローラ１５より記録媒体Ｐの搬送経路Ｒにおける上流側（画像形成機構２０側）に配置されている。

加圧ローラ１４，１５は、それぞれ加熱ローラ１２の外周面に圧接され、加圧ローラ１４，１５の外周面と加熱ローラ１２の外周面との間に、記録媒体Ｐを加熱及び加圧するニップ部（圧接部分）１４ａ及び１５ａが形成されている。この加圧ローラ１４，１５が加熱ローラ１２に加える圧接力は均衡している。すなわち、それぞれの圧接力の大きさは等しく、且つ、その向きは互いに反対方向である。そのため、加圧ローラ１４と加圧ローラ１５の圧接力は互いに相殺して、その合力は零となっている。

なお、加圧ローラ１４，１５は、加熱ローラ１２の外周面のうち、記録媒体Ｐが接する接触領域１２ｂに圧接されている。すなわち、記録媒体Ｐは、定着装置１０における搬送時において、加熱ローラ１２の円筒状の外周面のうち、半円筒状の外周面（接触領域１２ｂ）に接する。加圧ローラ１４は、接触領域１２ｂにおける搬送経路Ｒの最上流の位置に圧接され、加圧ローラ１５は最下流の位置に圧接されている。

定着装置１０の動作時には、加圧ローラ１４，１５は、それぞれ加熱ローラ１２に圧接されながら、その軸線周りに加熱ローラ１２とは反対方向（図２においてＢ及びＣに示す方向）に回転する。未定着のトナー像が転写された記録媒体Ｐは、加熱ローラ１２及び加圧ローラ１４，１５が回転することにより、搬送経路Ｒの上流側（画像形成機構２０側）からニップ部１４ａ及びニップ部１５ａに引き込まれる。記録媒体Ｐは、ニップ部１４ａ，１５ａを通過する際に加熱及び加圧されて、未定着のトナー像は加熱溶融されて、記録媒体Ｐに定着する。

以上説明した定着装置１０によれば、加圧ローラ１４，１５が、その加熱ローラ１２に対する圧接力が均衡するように、当該加熱ローラ１２に圧接されているので、加圧ローラ１４，１５の圧接による加熱ローラ１２の撓みが抑制されている。また、記録媒体Ｐが２つのニップ部１４ａ，１５ｂを通過しているので、トナー像の定着性が向上する。

なお、本発明は以上説明した定着装置１０に限られず種々の変形が可能である。例えば、定着装置１０が、さらに多くの加圧ローラを備えるようにし、各加圧ローラの加熱ローラ１２に対する圧接力が均衡するように、各加圧ローラが加熱ローラ１２の外周面に圧接するようにしてもよい。例えば、図３に示す定着装置１０ａは、３つの加圧ローラ１４，１５，１６を備え、これら加圧ローラ１４，１５，１６の加熱ローラ１２に対する圧接力の大きさは等しく、また、これらの圧接力の方向は互いに打ち消しあう方向に向いており、これらの圧接力は均衡している。

すなわち、定着装置１０ａでは、加圧ローラ１４，１５，１６は、この順に加熱ローラ１２の周方向に等間隔で配置され、加熱ローラ１２の軸線と各加圧ローラ１４，１５，１６の軸線とを含む平面が互いになす角度は、すべて等しい角度（ここでは１２０度）となっている。各加圧ローラ１４，１５，１６による加熱ローラ１２に対する圧接力は、加熱ローラ１２の外周面に対して垂直な方向に向いている。そのため、各圧接力は互いに相殺し、その合力は零となっている。

なお、定着装置１０ａにおいても、加圧ローラ１４，１５，１６は、いずれも加熱ローラ１２の外周面における記録媒体Ｐが接する接触領域１２ｂに圧接されている。そして、記録媒体Ｐは、加熱ローラ１２の外周面と各加圧ローラ１４，１５，１６の外周面との間に形成されるニップ部１４ａ，１５ａ，１６ａを通過するので、記録媒体Ｐが通過するニップ部が１つのみである場合に比べ、トナー像の定着性が向上されている。

また、以上説明した実施形態では、記録媒体Ｐは、ニップ部間では、加熱ローラ１２の外周面に接するようにして、搬送経路Ｒの下流側に搬送されていたが、例えば図４に示す定着装置１０ｂのように、ニップ部１４ａとニップ部１５ａとの間では記録媒体Ｐが加熱ローラ１２の外周面から離間するようにしてもよい。この場合、記録媒体Ｐと加熱ローラ１２の外周面とが接する面積が減少し、加熱ローラ１２から記録媒体Ｐに伝達される熱量が減少するので、加熱ローラ１２の温度低下が抑制される。

さらに、以上説明した実施形態では、加熱ローラ１２の外周面における記録媒体Ｐが接する接触領域１２ｂに圧接されるように、加圧ローラを設けていたが、このような加圧ローラの他に、加熱ローラ１２の外周面において記録媒体Ｐが接していない非接触領域に圧接されるローラ（押圧ローラ）を設けて、圧接による加熱ローラ１２の撓みを抑制してもよい。図５に示す定着装置１０ｃは、この形態に係る定着装置の例である。

定着装置１０ｃは、記録媒体Ｐを加圧する３つの加圧ローラ１４，１５，１６を備えるとともに、加熱ローラ１２の軸線に対して平行に配置され、加熱ローラ１２の外周面において記録媒体Ｐが接していない非接触領域１２ｄに圧接される押圧ローラ１７を備えている。加圧ローラ１４，１５，１６及び押圧ローラ１７は、それぞれ加熱ローラ１２の外周面に圧接されている。各圧接力の大きさは等しく、また、それらの圧接力の方向は互いに相殺する方向となっており、圧接力は均衡している。

すなわち、加圧ローラ１４，１５，１６及び押圧ローラ１７は、この順に加熱ローラ１２の周方向に等間隔で配置され、加熱ローラ１２の軸線と各加圧ローラ１４，１５，１６又は押圧ローラ１７の軸線とを含む平面が互いになす角度は、すべて等しい角度（ここでは９０度）となっている。各加圧ローラ及び押圧ローラ１７による加熱ローラ１２に対する圧接力は、加熱ローラ１２の外周面に対して垂直な方向に向いている。そのため、加圧ローラ１４の圧接力は、加熱ローラ１２の軸線を挟んで加圧ローラ１４とは反対側に配置される加圧ローラ１６の圧接力と相殺し、加圧ローラ１５の圧接力は、加熱ローラ１２の軸線を挟んで加圧ローラ１５とは反対側に配置される押圧ローラ１７の圧接力と相殺している。なお、定着装置１０ｃにおいて押圧ローラ１７は、表面弾性体層１７ｂを有し、加圧ローラ１４，１５，１６及び押圧ローラ１７は同一構造を有している。

また、以上説明した実施形態では、加圧ローラ１４，１５，１６又は押圧ローラ１７から加熱ローラ１２に加えられる圧接力は、すべて等しい大きさであったが、圧接力の大きさが不均一となるようにしてもよい。この場合、加熱ローラ１２の外周面に対する加圧ローラ１４，１５，１６又は押圧ローラ１７の圧接方向を変えることにより、圧接力を均衡させることが出来る。

本発明の実施形態に係る定着装置を備える画像形成装置の概略を示す全体構成図である。本発明の実施形態に係る定着装置の断面図である。本発明の他の実施形態に係る定着装置の断面図である。本発明の他の実施形態に係る定着装置の断面図である。本発明の他の実施形態に係る定着装置の断面図である。

符号の説明

１画像形成装置、４給紙トレー、１０定着装置、１２加熱ローラ、１４，１５，１６加圧ローラ、１７押圧ローラ、１９ガイド部材、２０画像形成機構、２２感光体ドラム、２３帯電ローラ、２４光走査装置、２５現像装置、２６クリーニング装置、２７転写ローラ、Ｐ記録媒体、Ｒ搬送経路。

Claims

記録媒体に転写された未定着のトナー像を当該記録媒体に定着させる定着装置であって、
外周面に前記記録媒体が接し、当該記録媒体を加熱する加熱ローラと、
前記加熱ローラの外周面における前記記録媒体が接する接触位置に圧接される少なくとも２つの加圧ローラと、
前記加熱ローラの外周面における前記記録媒体の非接触領域に圧接される押圧ローラと、を備え、
前記押圧ローラ及び前記少なくとも２つの加圧ローラから前記加熱ローラに加えられる圧接力が均衡するように、前記押圧ローラと前記各加圧ローラは前記加熱ローラに圧接され、
前記記録媒体は、前記加熱ローラと前記各加圧ローラとの間の圧接部分のそれぞれを通過して、前記トナー像が定着される、
ことを特徴とする定着装置。
請求項１に記載の定着装置において、
前記少なくとも２つの加圧ローラと前記押圧ローラは、前記加熱ローラの周方向に等間隔で配置される、
ことを特徴とする定着装置。
請求項１又は２に記載の定着装置を備える画像形成装置。