JP7362304B2 - 像加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式、或いは静電記録方式のプリンタ、複写機などの画像形成装置に搭載される定着装置や、記録材に定着されたトナー画像を再度加熱することによりトナー画像の光沢度を向上させる光沢付与装置、などの像加熱装置に関する。

上述の像加熱装置の一例である、画像形成装置に搭載されている定着装置は、記録材上の未定着トナー像を２つの回転体の間（ニップ部）で十分に加熱溶融し、その後、平滑な部材で均等に押し潰し挟持搬送することにより定着させている。良好に定着させるには、ニップ部に掛る圧力が適正でなければいけないが、圧力を付勢するためのバネ（弾性部材）付勢力のばらつきや、定着装置を構成する各部品の公差、等の要因で設定通りの圧力にならないことがある。また、一般にニップ部に圧力を付勢するためのバネはニップ部の両端に夫々独立に設けられており、両端の圧力を完全に同じにするのは部品精度上難しい。ニップ部に掛かる荷重バランスが崩れると、定着部品の摩耗が早まり装置を長寿命化できない。また、荷重バランスを安定させるために、コストのかかる精度が高い部品を使用することで画質の低下や記録材のしわ等が生じないようにしていた。
特許文献１には、ニップ部に掛かる圧力を微調整できる定着装置が記載されている。

特開２０１６－１０２９８５号公報

特許文献１に記載の定着装置は、第１の回転体としての筒状のフィルムと、筒状のフィルムに接触する第２の回転体としての圧接ローラを有しており、圧接ローラは支持フレームに回転可能に設けられている。さらに、支持フレームに対して回動可能に設けられフィルムを圧接ローラに対して付勢するためのレバー部材と、レバー部材に付勢力を付与するバネが設けられている。バネのフィルム（第１の回転体）側端部とは反対側の端部に支持フレームに対して付勢方向に移動可能に設けられバネを支持する移動部材と、支持フレームに対して移動可能に固定され移動部材に接触することで移動部材の位置を固定する規制部材を有している。そのため、フィルムと圧接ローラ間のニップ圧の調整はできるが、移動部材と規制部材の接触部形状の歪みや、移動部材のバネの支持位置と規制部材の接触位置がずれて不安定になると、移動部材やバネやレバーの姿勢が傾く。また、その傾きによりそれらの部品が支持フレームなどの他部品と接触したりする。圧力を微調整するときに接触した場合、付勢するバネ圧に損失が生じ、正確に調整することが難しい。そのため、繰り返し調整を行うことや、部品の傾きが生じない様に調整する速度を遅く行うなど、時間をかけて対応していた。

本発明の目的は、ニップ部に掛かる圧力を微調整する機構を備える像加熱装置において、短時間で圧力の損失が生じることなく圧力調整ができる像加熱装置、画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における像加熱装置は、
記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置であって、
第１の回転体と、
前記第１の回転体と接触し、前記第１の回転体との間に前記記録材を挟持するニップ部を形成する第２の回転体と、
前記第２の回転体を回転可能に支持する枠体と、
前記第１の回転体を前記第２の回転体に向けて付勢する圧縮バネと、
前記圧縮バネの付勢方向において、前記圧縮バネの前記第１の回転体が配置されている側の端部とは反対側の端部に前記枠体に対して前記付勢方向に移動可能に設けられ、前記圧縮バネを支持する移動部材と、
前記付勢方向で前記移動部材と接触し、前記枠体に対して前記付勢方向における前記移動部材の位置を調整するための調整部材と、
を備え、
前記移動部材は、前記圧縮バネの前記反対側の端部と接触し前記反対側の端部を支持する第１部分と、前記付勢方向において前記圧縮バネの内部空間に入り込む第２部分と、を有し、
前記第２部分は、前記調整部材と対向する側が凹んでいる円錐形状部分と、前記第１部分と前記円錐形状部分を繋ぐ円筒形状部分を有し、
前記内部空間に入り込んでいる前記第２部分の前記円錐形状部分に前記調整部材が接触することによって前記付勢方向における前記移動部材と前記調整部材との接触部分が、前記移動部材と前記調整部材の前記付勢方向に対する垂直な方向への相対移動を規制していることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明における画像形成装置は、
記録材に画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部によって形成された画像を記録材に定着させる定着部と、
を備え、
前記定着部が、上記に記載の像加熱装置であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、ニップ部に掛かる圧力を微調整する機構を備える像加熱装置において、短時間に圧力の損失が生じることなく圧力の調整ができる像加熱装置、画像形成装置を提供することができる。

画像形成装置の概略構成図 実施例１の像加熱装置の斜視図 実施例１の像加熱装置の断面図 実施例１の像加熱装置のローラ対の斜視図 実施例１の加圧機構を説明するための断面図 実施例１の加圧力調整を説明するための断面図 実施例２の像加熱装置の斜視図 実施例２の像加熱装置の断面図 実施例２の加圧機構を説明するための断面図 実施例２の加圧力調整を説明するための断面図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
以下、図面を参照し本発明の実施例１を説明する。まず、図１に、本発明に係る画像形成装置全体の構成を示す断面図を示す。感光ドラム１は、矢印の方向に回転駆動され、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様に帯電される。次に、レーザースキャナ３によって画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームＬによる走査露光が施され、静電潜像が形成される（潜像形成プロセス）。そして現像装置４は、この静
電潜像にトナーを付着させてトナー像を感光ドラム１上に現像する（現像プロセス）。その後、感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写ローラ５と感光ドラム１との圧接部である転写ニップ部において、給紙カセット６から所定のタイミングで給紙ローラ７により搬送された被加熱材である記録材Ｓに転写される（転写プロセス）。このとき感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と、記録材Ｓの先端の書き出し位置が合致するように、搬送ローラ１１によって搬送される記録材の先端をトップセンサ１２によって検知し、タイミングを合わせている。転写ニップ部に所定のタイミングで搬送された記録材Ｓは、感光ドラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。以上の、記録材Ｓに未定着のトナー像を形成するまでの構成が、本発明の画像形成装置における画像形成部に相当する。未定着のトナー像が転写された記録材Ｓは、定着部としての定着装置（像加熱装置）７２へと搬送され、定着装置７２においてトナー像は記録材Ｓに加熱定着される。その後、記録材Ｓは排紙トレイ上に排紙される。

次に、図２～図４を用いて本実施例の定着装置７２を説明する。図２は実施例１の定着装置７２の斜視図、図３は実施例１の定着装置７２の断面図、図４は実施例１の定着ローラ対の斜視図である。この定着装置７２は加圧ローラ８３を回転駆動し、加圧ローラ８３に圧接する定着フィルム８９を従動回転させるフィルム加熱方式の定着装置である。
定着装置７２は、支持フレーム９１と、加熱ユニット８２、加圧ローラ（第２の回転体）８３を有する。加熱ユニット８２は、ＳＵＳ等の金属、またはポリイミド等の耐熱樹脂を基層とした筒状の定着フィルム（第１の回転体）８９を有する。８５は定着フィルム８９の内面に接触し加熱するセラミックヒータである。８６は耐熱樹脂、例えば液晶ポリマーなどの耐熱性と摺動性を備えた材料からなるヒータ支持部材である。８８は金属製でヒータ支持部材を支持して加圧ローラ８３に圧接された加熱ユニット８２を支持する加圧ステイである。加圧ローラ８３は定着フィルム８９に接触している。加圧ローラ８３は金属製の芯金の周りにシリコーンゴムからなる弾性層を設けた弾性ローラであり、枠体としての支持フレーム９１に軸受８１を介して回転可能に支持されている。加圧ローラ８３に不図示のモータから駆動力が加わると加圧ローラ８３と定着フィルム８９の接触摩擦力により定着フィルム８９が従動回転する。

８７は、定着フィルム８９を加圧ローラ８３に圧接するために付勢力を付与する、弾性体の一例として圧縮バネ（弾性部材）で構成される加圧バネ（付勢部材）である。加熱ユニット８２は加圧バネ８７の付勢力により、後述するフィルムフランジ９０、加圧ステイ８８を介して加圧ローラ８３側へと付勢されており、この力で定着フィルム８９と加圧ローラ８３の間にニップ部が形成される。図５の矢印Ｆｔが指し示す位置は、加圧バネ８７によるフィルムフランジ９０の加圧位置を示している。フィルムフランジ９０は定着フィルム８９回転時の母線方向への寄り移動と、フィルム８９端部の回転軸芯位置を規制するフランジ部材である。セラミックヒータ８５で熱した定着フィルム８９と加圧ローラ８３の間にトナー像を担持した記録材Ｓを矢印Ｐ方向に挟持搬送してトナー像を十分に加熱溶融させてニップ圧で押し潰して記録材Ｓに定着する。

次に、加熱ユニット８２と加圧ローラ８３を圧接する加圧構成について図５を用いて詳しく説明する。
加熱ユニット８２及び加圧ローラ８３は、加圧ローラ８３の軸方向の両端に設けられた支持フレーム９１（枠体）で保持されている。加熱ユニット８２が加圧ローラ８３を加圧する方向Ｆｐにガイドするガイド部が支持フレーム９１に設けられ、また、加圧ローラ８３は、支持フレーム９１に軸受８１を介して回転可能に支持されている。加熱ユニット８２を加圧ローラ８３に圧接させるために、加圧バネ８７で矢印方向Ｆｔに加圧する。加圧バネ８７はフィルムフランジ９０の一端に固定される第１の端部８７ａと、他端である第２の端部８７ｂを有する。

９３は、加圧バネ８７の定着フィルム８９が設けられているフィルムフランジ９０側の端部８７ａとは反対側の端部８７ｂ側に、支持フレーム９１に対して加圧バネの付勢方向Ｆｓに移動可能に設けられている移動部材である。本実施例では移動部材９３は、加圧バネ８７を第２の端部８７ｂに移動部材９３が軽圧入した状態で支持している。９４は、支持フレーム９１に対して移動可能に固定されており、移動部材９３の位置を決めるための調整部材である。調整部材９４の先端にはネジ部があり、支持フレーム９１に設けた雌ネジ部に締結される。そして調整部材９４は、ネジ部の締め込み具合によって支持フレーム９１に対して付勢方向Ｆｓに関して任意の位置に移動して固定できる。
また、調整部材９４のネジ部先端を移動部材９３に接触させることで、移動部材９３は加圧バネ８７の付勢力を受けながら移動方向Ｆｓの位置が決まる。移動部材９３には、移動方向として上述の付勢方向Ｆｓに対する垂直方向のズレを無くすために、調整部材９４との接触部分に、加圧バネ８７に軽圧入した状態を固定する固定形状の中心を頂点とする円錐凹形状（すり鉢形状）を設けている。調整部材９４の先端に移動部材９３の円錐凹形状の斜面が接触し、加圧バネ８７の中心と調整部材９４の中心が倣うように移動部材９３に接触することで、調整部材９４が移動部材９３の移動方向に対して垂直な方向へ移動するのを規制している。すなわち、付勢方向Ｆｓにおける移動部材９３と調整部材９４の接触部分が、移動部材９３と調整部材９４が付勢方向Ｆｓに対する垂直な方向へ相対移動するのを規制する規制形状となっている。その結果、加熱ユニット８２が有する定着フィルム８９は、加圧バネ８７の付勢力を直接受けることができ、移動部材９３や加圧バネ８７の姿勢の傾きが無くなった。また、加圧バネ付勢時においてそれらの部品が支持フレーム９１に接触することで加圧バネ８７の付勢力が損失することも無くなった。本実施例では、移動部材９３の形状を円錐凹形状（すり鉢形状）にしているが、本発明はこれに限られない。すなわち、移動部材９３と調整部材９４が互いに嵌め合いの関係の形状にすることで、調整部材９４の移動部材９３の移動方向に対する垂直方向の位置を規制する形状であればよい。例えば、本実施例とは逆に調整部材９４の形状を円錐凹形状にするなど、移動部材９３と調整部材９４のいずれか一方が凹部形状を有し、いずれか他方がその凹部形状と係合する凸部形状を有するようにすることで、同様の効果を得ることができる。

本実施例の加圧機構は、加圧バネ８７の付勢力が所定の圧になるように調整部材９４の締め込み量（移動量）を微調整することで、移動部材９３の支持フレーム９１に対する位置を決める。即ち、調整部材９４の締め込み量（移動量）を微調整することで、加圧バネ８７の圧縮量を決め、加圧力を調整する。尚、加圧ローラ８３の硬度や、加熱ユニット８２のセラミックヒータ８５からフィルムフランジ９０の加圧バネ付勢面までの寸法には、各部品の公差によるばらつきがある。これらのばらつきがあることで、加圧バネ８７が当接する位置が、支持フレーム９１に対して定着装置毎にばらつきが生じる。そのため、加圧力の調整は上記ばらつきを含んだ状態で測定する必要があり、加圧力を調整するにはニップ圧が直接係る加圧ローラ軸受８１に生じる圧をモニタして行うことが望ましい。
なお、上述で説明した加圧機構は、図３に示すように加圧ローラ８３の長手方向の両端に設けられており、図５には示されていない反対側にも同様の構成が設けられている。

次に、加圧バネ８７の付勢力が所定の圧になるように調整する方法について図６を用いて説明する。図６は、加圧バネ８７の付勢力を調整する前の状態である。加圧バネ８７及び移動部材９３は支持フレーム９１に設置され、調整部材９４は支持フレーム９１に仮締結されている。まず、冶具Ｔで加圧ローラ８３の長手方向両端に設けられた軸受８１を、支持フレーム９１から加熱ユニット８２が加圧ローラ８３を付勢する方向Ｆｐに対して反対の方向に０．２～１．０ｍｍ浮かせて支持する。その後、調整部材９４を移動部材９３に向けて締めこむ。締めこみ完了時には、治具Ｔの軸受支持部Ｔｐに設けた感圧センサＴｓの出力をモニタしながら、付勢力が設定の圧に到達した位置で締めこみ動作を停止する。この時、設定圧は軸受８１を浮かせて支持した分を考慮してニップ圧より低い圧にしている。
このように、冶具Ｔでニップ圧を測定しながら移動部材９３の円錐凹形状を調整部材９４のネジ部先端で接触させて位置調整することができる。その結果、加熱ユニット８２の定着フィルム８９に付勢力が掛かった状態で移動部材９３や加圧バネ８７の傾きを抑えることができる。また、それら部品に他部品との接触による負荷がかかり難い構成であることから、調整時に伴う加圧力の損失を抑え短時間に安定したニップ圧に調整することが出来る。
なお、図１に示す定着装置７２においては、加熱ユニット８２が上側に配置され、下側に加圧ローラ８３が配置される構成となっているが、本発明における定着装置はこのような配置に限られない。すなわち、図３に示すような配置構成であっても、加圧力を調整する際には図６のように行うので、同様の効果を得ることができる。

（実施例２）
以下、図面を参照し、本発明の実施例２について説明する。図７～９を用いて実施例２の定着装置１７２を説明する。なお、実施例１と重複する部分は省略する。図７は実施例２の定着装置１７２の斜視図、図８は実施例２の定着装置１７２の断面図、図９は実施例２の加圧機構の断面図である。８４は、支持フレーム９１に対して回動可能に設けられており、定着フィルム８９を加圧ローラ８３に対して付勢するためのレバー部材である。レバー部材８４は、図９に示すように付勢方向Ｆｓにおいて、加圧バネが接触する部分と、フィルムフランジ９０、加圧ステイ８８を介して定着フィルム８９を付勢する部分を有する。そして、レバー部材８４は、加圧バネ８７との接触部分から定着フィルム８９が配置されている側に延在した形状をしている。つまり、本実施例では、付勢方向Ｆｓにおいて、前述のレバー部材８４が加圧バネ８７と接触する部分と、レバー部材８４が定着フィルム８９を付勢する部分とが、重なり合わないような配置となっている。そして、加圧バネ８７は、レバー部材８４を介してフィルムフランジ９０に付勢力を付与している。つまり、レバー部材８４は、加圧バネ８７による付勢力を定着フィルム８９へ伝達するための付勢力伝達部材の役目を果たしている。このレバー部材８４を介した付勢力により、定着フィルム８９と加圧ローラ８３の間にニップ部が形成される。矢印Ｆｔが指し示す位置は、レバー部材８４によるフィルムフランジ９０の加圧位置を示している。９５は、レバー部材８４に作用することによって、加圧バネ８７の付勢力による定着フィルム８９と加圧ローラ８３の間に掛る圧力を解放又は軽減するためのカム部材である。ニップ圧の解放（軽減）は、カム部材９５によりレバー部材８４を回動させ、定着フィルム８９から離間させることで行う。加圧バネ８７はレバー部材８４の一端に固定される第１の端部８７ａと、他端である第２の端部８７ｂを有する。

９３は、加圧バネ８７のレバー部材８４側の端部８７ａとは反対側の端部８７ｂ側に支持フレーム９１に対して加圧バネの付勢方向Ｆｓに移動可能に設けられている移動部材である。
移動部材９３には、移動方向として上述の付勢方向Ｆｓに対する垂直方向のズレを無くすために、調整部材９４との接触部分に、加圧バネ８７に軽圧入した状態を固定する形状の中心を頂点とする円錐凹形状（すり鉢形状）を設けている。移動部材９３は、この円錐凹形状により、調整部材９４が移動部材９３の移動方向に対して垂直な方向へ移動するのを規制している。すなわち、実施例１と同様に、付勢方向Ｆｓにおける移動部材９３と調整部材９４の接触部分が、移動部材９３と調整部材９４が付勢方向Ｆｓに対する垂直な方向へ相対移動するのを規制する規制形状となっている。これにより、移動部材９３や加圧バネ８７やレバー部材８４の姿勢が安定して傾きが無くなり、加圧バネ付勢時においてそれらの部品が支持フレーム９１に接触することで加圧バネ８７の付勢力が損失することは無くなった。
また、レバー部材８４と加圧バネ８７と移動部材９３と調整部材９４とカム部材９５の少なくとも一部が全て略直線上に配置されている。その結果、ニップ圧解除時においてもそれらの部品の傾きが無いため、圧接や圧解除動作を繰り返しても付勢力の損失や部品の
摩耗が無くなった。

次に、加圧バネ８７の付勢力が所定の圧になるように調整する方法について図１０を用いて説明する。加圧バネ８７及び移動部材９３は支持フレーム９１に設置され、調整部材９４は支持フレーム９１に仮締結されている。まず、冶具Ｔで加圧ローラ８３の長手方向両端に設けられた軸受８１を、支持フレーム９１から加熱ユニット８２が加圧ローラ８３を付勢する方向Ｆｐに対して反対の方向に０．２～１．０ｍｍ浮かせて支持する。その後、調整部材９４を移動部材９３に向けて締めこむ。締めこみ完了時には、治具Ｔの軸受支持部Ｔｐに設けた感圧センサＴｓの出力をモニタしながら、付勢力が設定の圧に到達した位置で締めこみ動作を停止する。

このように、冶具Ｔでニップ圧を測定しながら移動部材９３の円錐凹形状を調整部材９４のネジ部先端で接触させて位置調整することができる。その結果、加熱ユニット８２の定着フィルム８９に付勢力が掛かった状態で、移動部材９３や加圧バネ８７やレバー部材８４の傾きを抑えることができる。また、それら部品に他部品との接触による負荷がかかり難い構成であることから、調整時に伴う加圧力の損失を抑え短時間に安定したニップ圧に調整することが出来る。さらに、本実施例では、実施例１と異なり、加圧バネ８７と定着フィルム８９を含む加熱ユニット８２の間に、レバー部材８４を設けることで、定着フィルム８９がレバー部材８４を介して付勢されるように構成されている。これにより、定着フィルム８９を付勢するための加圧バネ８７と、加圧バネ８７により付勢される対象である定着フィルム８９が、付勢方向において、重なり合わないような配置であっても、定着フィルム８９を加圧ローラ８３に向けて付勢することができる。また、カム部材９５を設けることにより、上述の方法で調整した加圧バネ８７の付勢力を維持しつつ、定着フィルム８９と加圧ローラ８３の間に係る圧力を解放または軽減することができる。

８９…定着フィルム、８３…加圧ローラ、９１…支持フレーム、８７…加圧バネ、９３…移動部材、９４…調整部材

Claims (6)

1. 記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置であって、
   第１の回転体と、
   前記第１の回転体と接触し、前記第１の回転体との間に前記記録材を挟持するニップ部を形成する第２の回転体と、
   前記第２の回転体を回転可能に支持する枠体と、
   前記第１の回転体を前記第２の回転体に向けて付勢する圧縮バネと、
   前記圧縮バネの付勢方向において、前記圧縮バネの前記第１の回転体が配置されている側の端部とは反対側の端部に前記枠体に対して前記付勢方向に移動可能に設けられ、前記圧縮バネを支持する移動部材と、
   前記付勢方向で前記移動部材と接触し、前記枠体に対して前記付勢方向における前記移動部材の位置を調整するための調整部材と、
   を備え、
   前記移動部材は、前記圧縮バネの前記反対側の端部と接触し前記反対側の端部を支持する第１部分と、前記付勢方向において前記圧縮バネの内部空間に入り込む第２部分と、を有し、
   前記第２部分は、前記調整部材と対向する側が凹んでいる円錐形状部分と、前記第１部分と前記円錐形状部分を繋ぐ円筒形状部分を有し、
   前記内部空間に入り込んでいる前記第２部分の前記円錐形状部分に前記調整部材が接触することによって前記付勢方向における前記移動部材と前記調整部材との接触部分が、前記移動部材と前記調整部材の前記付勢方向に対する垂直な方向への相対移動を規制していることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記圧縮バネと前記第１の回転体との間において、前記枠体に対して前記付勢方向に移動可能に設けられており、前記第１の回転体に前記第２の回転体への付勢力を伝達する付勢力伝達部材を更に備え、
   前記付勢力伝達部材は、前記圧縮バネが接触する部分と、前記第１の回転体を付勢する部分と、を有し、
   前記付勢方向において、前記圧縮バネが接触する部分の位置と、前記第１の回転体を付勢する部分の位置とが、重なり合わないように配置されることを特徴とする請求項１に記
   載の像加熱装置。
3. 前記付勢力伝達部材に作用して、前記付勢力伝達部材を前記第１の回転体から離間させるカム部材を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
4. 前記付勢方向において、前記調整部材、前記移動部材、前記圧縮バネ、前記付勢力伝達部材、前記カム部材の順で、これらの少なくとも一部が略直線上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
5. 前記第１の回転体は、筒状のフィルムであり、
   前記記録材に形成された画像を加熱するヒータが、前記フィルムの内面に接触していることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の像加熱装置。
6. 記録材に画像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部によって形成された画像を記録材に定着させる定着部と、
   を備え、
   前記定着部が、請求項１～５のいずれか１項に記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。

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