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技術 定着装置および画像形成装置

出願人 パナソニック株式会社シンジーテック株式会社
発明者 安田秀樹島崎大充田中紀仁北川生一松崎圭一東裕一郎濱田泰英
出願日 2000年2月21日 (20年9ヶ月経過) 出願番号 2000-042565
公開日 2001年8月24日 (19年2ヶ月経過) 公開番号 2001-228747
状態 未査定
技術分野 電子写真における制御・保安 電子写真における定着 電子写真における制御・管理・保安
主要キーワード レーザビーム発生器 主加熱源 補助加熱源 着脱カバー フッ素樹脂含有 当接カム 支持搬送ローラ 圧接部分
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年8月24日)のものです。
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図面 (4)

課題

ウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着高速化などの動作の高速化が図られるとともに電源装置の出力の安定化および低消費電力化が図られた定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供する。

解決手段

制御装置54により、電源装置55に接続されたヒータ46,47,49のオンオフが制御される。ウォームアップ時、立ち上げ時および印字時にはヒータ49がオフされ、加熱ローラ内のヒータ46,47に電力が集中され、走行している定着ベルトに加熱ローラを介して十分な熱が供給される。待機状態のときには、ヒータ47がオフされ、加熱ローラ内のヒータ46および加圧ローラ内のヒータ47により加熱ローラおよび加圧ローラの温度維持が図られる。ヒータ46,47,49がオンするタイミングは、互いに一致しないように制御されている。

概要

背景

電子写真方式複写機レーザビームプリンタファクシミリ等の画像形成装置では、感光体静電潜像を形成した後に、これをトナーによって現像してトナー像とし、このトナー像を加熱溶融および加圧して用紙に定着させている。このような画像形成装置には、トナー像を用紙に定着させるために定着装置が組み込まれている。

このような定着装置として、熱ローラ方式およびベルト方式が提案されている。熱ローラ方式の定着装置では、定着ローラ加圧ローラとが相互に圧接されて回転し、これらの定着ローラと加圧ローラとの圧接部分(ニップ部と呼ぶ)に、トナー像を担持した用紙が挿通される。定着ローラ内にはヒータが内蔵される。それにより、用紙は、ニップ部を通過する際に、定着ローラから熱を加えられるとともに、加圧ローラから圧力を受ける。その結果、用紙上の未定着トナー像溶融軟化し、用紙に定着される。

このような熱ローラ方式の定着装置では、未定着トナー像が接触する定着ローラ内にヒータが設けられているので、定着ローラの表面のゴム厚限界が発生する。そのため、用紙の分離に有利なニップ部の形状および定着に必要なニップ部の幅を確保するためには、定着ローラを大径化する必要があり、定着装置が大型化する。また、定着ローラの径が大きくなると、熱容量が大きくなり、ウォームアップ時間が長くなる。

一方、例えば特開平6−318001号公報には、ベルト式の定着装置が記載されている。このベルト式の定着装置は、無端の定着ベルト、定着ローラ、加熱ローラおよび加圧ローラを備える。

加熱ローラと定着ローラとが互いに平行に配置され、定着ベルトが加熱ローラと定着ローラとに掛け渡されている。加圧ローラは、定着ベルトを挟んで定着ローラと平行に設けられ、定着ローラに向かって付勢されている。それにより、定着ローラと定着ベルトとの間に圧力が発生する。加圧ローラが回転すると、加熱ローラおよび定着ローラに掛け渡された定着ベルトが走行する。加熱ローラの内部には主加熱源が設けられ、加圧ローラの内部には補助加熱源が設けられている。

加圧ローラと定着ローラとが定着ベルトを挟んでいる部分(ニップ部と呼ぶ)に、トナー像を担持した用紙が挿通される。この用紙は、ニップ部を通過する際に、定着ベルトから熱を加えられるとともに、加圧ローラから圧力を受ける。このとき、加圧ローラからも補助的に熱が加えられる。用紙がニップ部を通過する際に加えられる熱および圧力により未定着トナー像が用紙に定着される。

定着ベルトとしては、ポリイミド基材の表面にシリコーンゴム表層が設けられたものが示されている。このような定着ベルトの表層は、トナーが定着ベルトに付着することを防止する役割を果たしている。

このようなベルト方式の定着装置では、未定着トナー像が接触する定着ローラ内にヒータが設けられないので、定着ローラの表面のゴム厚に制限が発生しない。したがって、比較的小径の定着ローラを用いることにより用紙の分離に有利なニップ部の形状および定着に必要なニップ部の幅を確保することが可能となる。そのため、定着装置を小型化することができる。また、定着ベルトの熱容量は非常に小さく、かつ加熱ローラの径も小さいため、ウォームアップ時間を短くすることができる。

概要

ウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着の高速化などの動作の高速化が図られるとともに電源装置の出力の安定化および低消費電力化が図られた定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供する。

制御装置54により、電源装置55に接続されたヒータ46,47,49のオンオフが制御される。ウォームアップ時、立ち上げ時および印字時にはヒータ49がオフされ、加熱ローラ内のヒータ46,47に電力が集中され、走行している定着ベルトに加熱ローラを介して十分な熱が供給される。待機状態のときには、ヒータ47がオフされ、加熱ローラ内のヒータ46および加圧ローラ内のヒータ47により加熱ローラおよび加圧ローラの温度維持が図られる。ヒータ46,47,49がオンするタイミングは、互いに一致しないように制御されている。

目的

本発明の目的は、ウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着の高速化などの動作の高速化が図られるとともに電源装置の出力の安定化が図られた定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、ウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着の高速化などの動作の高速化が図られるとともに電源装置の出力の安定化および低消費電力化が図られた定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
4件

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請求項1

定着用の第1のローラと、前記第1のローラに対して離間して配置された第2のローラと、前記第1のローラおよび前記第2のローラに掛け渡された無端の定着ベルトと、未定着シートを前記定着ベルトを介して前記第1のローラに圧接させる第3のローラと、前記定着ベルトを走行させる駆動手段と、前記定着ベルトを加熱するために前記第2のローラ内および前記第3のローラ内に設けられた3つ以上の加熱源と、前記3つ以上の加熱源のうち少なくとも2つの加熱源に並行して電力を供給可能な電力供給手段とを備え、前記電力供給手段は、前記少なくとも2つの加熱源に対する電力供給の開始タイミングを互いにずらすことを特徴とする定着装置

請求項2

前記3つ以上の加熱源は、前記第2のローラ内に設けられた複数の第1の加熱源と、前記第3のローラ内に設けられた第2の加熱源とを含み、前記電力供給手段は、第1の期間に前記複数の第1の加熱源に並行して電力を供給可能に構成され、前記第1の期間において前記複数の第1の加熱源に対する電力供給の開始タイミングを互いにずらすことを特徴とする請求項1記載の定着装置。

請求項3

前記3つ以上の加熱源は、前記第2のローラ内に設けられた複数の第1の加熱源と、前記第3のローラ内に設けられた第2の加熱源とを含み、前記電力供給手段は、第2の期間に前記複数の第1の加熱源のうち一部の第1の加熱源および前記第2の加熱源に並行して電力を供給可能に構成され、前記第2の期間において前記一部の第1の加熱源および前記第2の加熱源に対する電力供給の開始タイミングを互いにずらすことを特徴とする請求項1記載の定着装置。

請求項4

前記第1の期間は、前記駆動手段により前記定着ベルトを走行させつつ前記定着ベルトを加熱する期間であることを特徴とする請求項2記載の定着装置。

請求項5

前記第2の期間は、前記定着ベルトを停止させて前記定着ベルトの温度を維持する期間であることを特徴とする請求項3記載の定着装置。

請求項6

定着用の第1のローラと、前記第1のローラに対して離間して配置された第2のローラと、前記第1のローラおよび前記第2のローラに掛け渡された無端の定着ベルトと、未定着シートを前記定着ベルトを介して前記第1のローラに圧接させる第3のローラと、前記定着ベルトを加熱するために前記第2のローラ内に設けられた複数の第1の加熱源と、前記定着ベルトを加熱するために前記第3のローラ内に設けられた第2の加熱源と、前記定着ベルトを走行させる駆動手段と、前記駆動手段により前記定着ベルトを走行させつつ前記定着ベルトを加熱する第1の期間に前記複数の第1の加熱源に電力を供給し、前記定着ベルトを停止させて前記定着ベルトの温度を維持する第2の期間に前記複数の第1の加熱源のうち一部の第1の加熱源および前記第2の加熱源に電力を供給する電力供給手段とを備えたことを特徴とする定着装置。

請求項7

前記第1の期間は、ウォームアップ時、立ち上げ時および定着時のうちの少なくとも一つの期間を含み、前記第2の期間は待機時を含むことを特徴とする請求項6記載の定着装置。

請求項8

前記電力供給手段は、所定の最大許容消費電力を有する電源装置を含み、前記複数の第1の加熱源の電力容量の合計が前記電源装置の前記最大許容消費電力に等しく、かつ前記一部の第1の加熱源および前記第2の加熱源の電力容量の合計が前記電源装置の最大許容消費電力に等しいことを特徴とする請求項6または7記載の定着装置。

請求項9

記録媒体トナー像を形成するためのトナー像形成手段と、前記記録媒体に形成されたトナー像を定着させるための請求項1〜8のいずれかに記載の定着装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置

技術分野

0001

本発明は、電子写真方式画像形成装置に用いられるベルト式定着装置およびそれを備えた画像形成装置に関する。

背景技術

0002

電子写真方式の複写機レーザビームプリンタファクシミリ等の画像形成装置では、感光体静電潜像を形成した後に、これをトナーによって現像してトナー像とし、このトナー像を加熱溶融および加圧して用紙に定着させている。このような画像形成装置には、トナー像を用紙に定着させるために定着装置が組み込まれている。

0003

このような定着装置として、熱ローラ方式およびベルト方式が提案されている。熱ローラ方式の定着装置では、定着ローラ加圧ローラとが相互に圧接されて回転し、これらの定着ローラと加圧ローラとの圧接部分(ニップ部と呼ぶ)に、トナー像を担持した用紙が挿通される。定着ローラ内にはヒータが内蔵される。それにより、用紙は、ニップ部を通過する際に、定着ローラから熱を加えられるとともに、加圧ローラから圧力を受ける。その結果、用紙上の未定着トナー像溶融軟化し、用紙に定着される。

0004

このような熱ローラ方式の定着装置では、未定着トナー像が接触する定着ローラ内にヒータが設けられているので、定着ローラの表面のゴム厚限界が発生する。そのため、用紙の分離に有利なニップ部の形状および定着に必要なニップ部の幅を確保するためには、定着ローラを大径化する必要があり、定着装置が大型化する。また、定着ローラの径が大きくなると、熱容量が大きくなり、ウォームアップ時間が長くなる。

0005

一方、例えば特開平6−318001号公報には、ベルト式の定着装置が記載されている。このベルト式の定着装置は、無端の定着ベルト、定着ローラ、加熱ローラおよび加圧ローラを備える。

0006

加熱ローラと定着ローラとが互いに平行に配置され、定着ベルトが加熱ローラと定着ローラとに掛け渡されている。加圧ローラは、定着ベルトを挟んで定着ローラと平行に設けられ、定着ローラに向かって付勢されている。それにより、定着ローラと定着ベルトとの間に圧力が発生する。加圧ローラが回転すると、加熱ローラおよび定着ローラに掛け渡された定着ベルトが走行する。加熱ローラの内部には主加熱源が設けられ、加圧ローラの内部には補助加熱源が設けられている。

0007

加圧ローラと定着ローラとが定着ベルトを挟んでいる部分(ニップ部と呼ぶ)に、トナー像を担持した用紙が挿通される。この用紙は、ニップ部を通過する際に、定着ベルトから熱を加えられるとともに、加圧ローラから圧力を受ける。このとき、加圧ローラからも補助的に熱が加えられる。用紙がニップ部を通過する際に加えられる熱および圧力により未定着トナー像が用紙に定着される。

0008

定着ベルトとしては、ポリイミド基材の表面にシリコーンゴム表層が設けられたものが示されている。このような定着ベルトの表層は、トナーが定着ベルトに付着することを防止する役割を果たしている。

0009

このようなベルト方式の定着装置では、未定着トナー像が接触する定着ローラ内にヒータが設けられないので、定着ローラの表面のゴム厚に制限が発生しない。したがって、比較的小径の定着ローラを用いることにより用紙の分離に有利なニップ部の形状および定着に必要なニップ部の幅を確保することが可能となる。そのため、定着装置を小型化することができる。また、定着ベルトの熱容量は非常に小さく、かつ加熱ローラの径も小さいため、ウォームアップ時間を短くすることができる。

発明が解決しようとする課題

0010

上記の従来のベルト式の定着装置においては、主加熱源および補助加熱源により加熱ローラおよび加圧ローラが加熱され、加熱ローラおよび加圧ローラを介して定着ベルトが加熱される。主加熱源および補助加熱源により、電源投入後のウォームアップ時には定着が可能となるように定着装置が暖められ、定着を行わずに定着ベルトを停止している待機状態では加熱ローラおよび加圧ローラの温度が維持される。待機状態で定着ベルトが動作を始めてから定着が開始されるまでの立ち上げ時には定着装置が定着可能となるように再加熱が行われ、定着時には定着ベルトの温度維持が図られる。

0011

近年、ウォームアップ時間を短縮し、待機状態からの立ち上げ時間を短縮し、定着を高速化するなど、定着装置の動作の高速化が求められている。これらの求めに応じてウォームアップ時間を短縮するためには、短時間で定着装置を暖められるように十分な熱の供給が必要になる。また、待機状態からの立ち上げ時間を短縮するためには、定着ベルトの走行に伴って低下する定着装置の温度を速やかに回復させるように十分な熱の供給が必要になる。さらに、定着を高速化するためには、連続して定着が行われている間も定着ベルトに十分な熱を供給して定着ベルトの温度を安定させなければならない。

0012

ウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着の高速化などの定着装置の動作の高速化の要求に対応するために、主加熱源および補助加熱源を高出力化することにより十分な熱を供給すると、主加熱源および補助加熱源のオンオフにより電源装置負荷変動が大きくなり、電源装置の出力が大きく変動する。一般に、主加熱源および補助加熱源に電力を供給する電源装置は画像形成装置の他の部分へも電力を供給しており、電源装置の出力の変動は画像の形成に悪影響を及ぼす。

0013

また、主加熱源および補助加熱源を高出力化すると、主加熱源および補助加熱源に電力を供給する電源装置が大型化するとともに、主加熱源および補助加熱源ならびに電源装置の高出力化にコストがかかってしまう。さらに、主加熱源および補助加熱源を高出力化して余分なエネルギー消費させるのは省エネルギーの観点からも好ましくない。

0014

本発明の目的は、ウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着の高速化などの動作の高速化が図られるとともに電源装置の出力の安定化が図られた定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することである。

0015

また、本発明の他の目的は、ウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着の高速化などの動作の高速化が図られるとともに電源装置の出力の安定化および低消費電力化が図られた定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0016

(1)第1の発明
第1の発明に係る定着装置は、定着用の第1のローラと、第1のローラに対して離間して配置された第2のローラと、第1のローラおよび第2のローラに掛け渡された無端の定着ベルトと、未定着シートを定着ベルトを介して第1のローラに圧接させる第3のローラと、定着ベルトを走行させる駆動手段と、定着ベルトを加熱するために第2のローラ内および第3のローラ内に設けられた3つ以上の加熱源と、3つ以上の加熱源のうち少なくとも2つの加熱源に並行して電力を供給可能な電力供給手段とを備え、電力供給手段は、少なくとも2つの加熱源に対する電力供給の開始タイミングを互いにずらすものである。

0017

本発明に係る定着装置においては、電力供給手段から並行して電力の供給を受ける少なくとも2つの加熱源により同時に定着ベルトが加熱可能である。第2および第3のローラ内に設けられた2つ以上の加熱源で定着ベルトを同時に加熱することにより、多くの熱を効率よく供給してウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着速度の高速化などの定着装置の動作の高速化を図ることができる。その際、少なくとも2つの加熱源に対する電力供給の開始タイミングを互いにずらすことにより、電力供給開始時における瞬間的な電力消費のタイミングを分散させることができる。それにより、電力供給手段の負荷変動を抑えつつ、電力供給手段の出力の安定化を図ることができる。

0018

(2)第2の発明
第2の発明に係る定着装置は、第1の発明に係る定着装置の構成において、3つ以上の加熱源は、第2のローラ内に設けられた複数の第1の加熱源と、第3のローラ内に設けられた第2の加熱源とを含み、電力供給手段は、第1の期間に複数の第1の加熱源に並行して電力を供給可能に構成され、第1の期間において複数の第1の加熱源に対する電力供給の開始タイミングを互いにずらすものである。

0019

この場合、第1の期間には、電力供給手段から供給される電力を第2のローラ内の複数の第1の加熱源に集中させて第2のローラを介して定着ベルトを効率よく加熱することができ、さらに定着装置の動作を高速化することができる。その際に、複数の第1の加熱源に対する電力供給の開始タイミングを互いにずらすことにより、電力供給手段の出力の安定化を図ることができる。

0020

(3)第3の発明
第3の発明に係る定着装置は、第1の発明に係る定着装置の構成において、3つ以上の加熱源は、第2のローラ内に設けられた複数の第1の加熱源と、第3のローラ内に設けられた第2の加熱源とを含み、電力供給手段は、第2の期間に複数の第1の加熱源のうち一部の第1の加熱源および第2の加熱源に並行して電力を供給可能に構成され、第2の期間において一部の第1の加熱源および第2の加熱源に対する電力供給の開始タイミングを互いにずらすものである。

0021

この場合、第2の期間には、第2のローラ内の一部の第1の加熱源および第3のローラ内の第2の加熱源に電力供給手段から電力を供給することにより第2のローラおよび第3のローラを加熱するので、電力供給手段から電力の供給を受けない第1の加熱源分の消費電力を削減することができる。その際に、一部の第1の加熱源および第2の加熱源に対する電力供給の開始タイミングを互いにずらすことにより、電力供給手段の出力の安定化を図ることができる。

0022

(4)第4の発明
第4の発明に係る定着装置は、第2の発明に係る定着装置の構成において、第1の期間は、駆動手段により定着ベルトを走行させつつ定着ベルトを加熱する期間である。

0023

この場合、複数の第1の加熱手段により第2のローラを介して定着ベルトが加熱されているときには定着ベルトが駆動手段により駆動されているので、複数の第1の加熱手段により定着ベルト全体を効率よく加熱することができる。

0024

(5)第5の発明
第5の発明に係る定着装置は、第3の発明に係る定着装置の構成において、第2の期間は、定着ベルトを停止させて定着ベルトの温度を維持する期間である。

0025

この場合、第2のローラの周囲の定着ベルトを一部の第1の加熱手段により加熱するとともに第3のローラの周囲の定着ベルトを第2の加熱手段により加熱することができ、定着ベルトが停止していても第2のローラおよび第3のローラを介して複数の箇所から熱を供給するので定着ベルトの温度の維持が少ない熱で効果的に行われ消費電力が削減される。

0026

(6)第6の発明
第6の発明に係る定着装置は、定着用の第1のローラと、第1のローラに対して離間して配置された第2のローラと、第1のローラおよび第2のローラに掛け渡された無端の定着ベルトと、未定着シートを定着ベルトを介して第1のローラに圧接させる第3のローラと、定着ベルトを加熱するために第2のローラ内に設けられた複数の第1の加熱源と、定着ベルトを加熱するために第3のローラ内に設けられた第2の加熱源と、定着ベルトを走行させる駆動手段と、駆動手段により定着ベルトを走行させつつ定着ベルトを加熱する第1の期間に複数の第1の加熱源に電力を供給し、定着ベルトを停止させて定着ベルトの温度を維持する第2の期間に複数の第1の加熱源のうち一部の第1の加熱源および第2の加熱源に電力を供給する電力供給手段とを備えたものである。

0027

本発明に係る定着装置においては、第1の期間には定着ベルトを走行させているので、定着ベルト全体を加熱することができる。この第1の期間には、第2の加熱源への電力の供給を停止して複数の加熱源に電力供給手段からの電力供給を集中する。それにより、少ない熱で効果的に定着ベルトを加熱し、余分な電力消費を抑えて低消費電力化を図りつつ、ウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着速度の高速化など、定着装置の動作の高速化を図ることができる。また、余分な電力を削減することにより、電力供給手段の出力の安定化を図ることができる。

0028

(7)第7の発明
第7の発明に係る定着装置は、第5の発明に係る定着装置の構成において、第1の期間は、ウォームアップ時、立ち上げ時および定着時のうちの少なくとも一つの期間を含み、第2の期間は待機時を含むものである。

0029

この場合、待機時において一部の第1の加熱源および第2の加熱源により定着ベルトの温度維持が効率よく行われるとともに、ウォームアップ時間の短縮、立ち上げ時間の短縮および定着速度の高速化のうちの少なくとも一つが達成され、定着装置の動作が高速化される。

0030

(8)第8の発明
第8の発明に係る定着装置は、第6または第7の発明に係る定着装置の構成において、電力供給手段は、所定の最大許容消費電力を有する電源装置を含み、複数の第1の加熱源の電力容量の合計が電源装置の最大許容消費電力に等しく、かつ一部の第1の加熱源および第2の加熱源の電力容量の合計が電源装置の最大許容消費電力に等しいものである。

0031

この場合、ウォームアップ時、立ち上げ時および定着時に複数の第1の加熱源で所定の最大許容消費電力を消費することで十分な熱を発生させて定着装置の動作をさらに高速化することができ、待機状態においては一部の第1の加熱源および第2の加熱源により所定の最大許容消費電力を消費できるほど一部の第1の加熱源および第2の加熱源の電力容量が大きいので第2および第3のローラの温度を確実に維持させることができる。

0032

(9)第9の発明
第9の発明に係る画像形成装置は、記録媒体にトナー像を形成するためのトナー像形成手段と、記録媒体に形成されたトナー像を定着させるための第1〜第8のいずれかの発明に係る定着装置とを備えたものである。

0033

本発明に係る画像形成装置においては、第1〜第8のいずれかの発明に係る定着装置を備えているので、複数の加熱源から定着ベルトに多くの熱を効率よく供給してウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着速度の高速化などの定着装置の動作を高速化するとともに、電源装置の負荷変動を小さく抑えて電源装置の出力の安定化を図ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0034

図1は本発明の一実施の形態における定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す概略断面図である。また、図2は本発明の一実施の形態における定着装置の断面図である。

0035

まず、図1を参照しながら画像形成装置の構成を説明した後、図2を参照しながら定着装置の構成を説明する。図1の画像形成装置は、例えばフルカラーのレーザビームプリンタである。

0036

図1に示すように、装置本体100内に、感光体ベルト1が3本の感光体ベルト支持搬送ローラ2,3,4により水平面を形成するように調帯支持されている。感光体ベルト1の表面には、有機感光体(OPC)等の感光受容層薄膜状に塗布されている。感光体ベルト1は、駆動装置(図示せず)により感光体ベルト支持搬送ローラ2,3,4に沿って矢印Aの方向に周回駆動される。

0037

感光体ベルト1の下部には、感光体クリーニング装置6、除電器7および帯電器8が感光体ベルト1の移動方向に順に配置されている。また、除電器7および帯電器8の下方にレーザビーム発生器9が設けられている。

0038

除電器8は、タングステンワイヤ等からなる帯電線10、金属板からなるシールド板11およびグリッド板12により構成されている。帯電線10に高電圧印加されると、帯電線10がコロナ放電を起こし、グリッド板12を介して感光体ベルト1の表面が一様に帯電される。

0039

レーザビーム発生器9は、画像データに応じてレーザ光線13を感光体ベルト1の表面に照射し、複数の色成分のうち各色成分に対応する静電潜像を感光体ベルト1上にそれぞれ形成する。この画像形成装置がレーザビームプリンタである場合には、レーザビーム発生器9はホストコンピュータ(図示せず)からの信号により制御される。

0040

感光体ベルト1の上部には、ブラック(B)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)およびシアン(C)の各色の負帯電極性のトナーをそれぞれ収納する一成分現像装置5B,5Y,5M,5Cが設けられている。これらの一成分現像装置5B,5Y,5M,5Cは、装置本体100内に設けられた所定の収納部にそれぞれ等間隔かつ着脱自在に感光体ベルト1の表面に沿って水平方向に配置されている。

0041

一成分現像装置5Bは、トナー補給ローラ14、現像ローラ15およびドクターブレード16を有する。トナー補給ローラ14は、ステンレス等の金属からなる基材の外周面上にウレタンシリコーン等の発泡体等からなる導電性弾性体が層状に形成されたものである。このトナー補給ローラ14は、一成分現像装置5Bの両端に回転自在に軸支され、反時計方向回転駆動され、トナーを現像ローラ15の表面に補給する。このトナー補給ローラ14は、現像ローラ15に対して所定のくい込み量を持たせることにより、トナーへの摩擦による帯電量の安定化が図られる。

0042

現像ローラ15は、ステンレス等の金属からなる基材の外周面上にウレタン、シリコーン等の導電性弾性体が層状に形成されたものである。この現像ローラ15は、一成分現像装置5Bの両端に回転自在に軸支され、時計方向に回転駆動される。

0043

ドクターブレード16は、ステンレス製板バネ同時成形されたシリコーンまたはウレタン等の導電性部材により構成されている。このドクターブレード16は、トナー補給ローラ14により補給されてきたトナーを摩擦帯電させ、現像ローラ15の外周面上に帯電されたトナーを薄層状態に形成する。

0044

なお、一成分現像装置5Y,5M,5Cの構成は、内部に収納されるトナーを除いて一成分現像装置5Bの構成と同様である。

0045

装置本体100の上面には、現像装置着脱カバー19が設けられている。現像装置着脱カバー19は、装置本体100に固定された現像装置着脱カバー軸20に開閉自在に軸支されている。この現像装置着脱カバー19には、当接カム17B,17Y,17M,17Cが設けられている。これらの当接カム17B,17Y,17M,17Cは、所定の色成分の静電潜像を現像する際に、それぞれ一成分現像装置5B,5Y,5M,5Cを感光体ベルト1に当接させる。一成分現像装置5B,5Y,5M,5Cには、それぞれ離間バネ18B,18Y,18M,18Cが設けられている。これらの離間バネ18B,18Y,18M,18Cは、それぞれ一成分現像装置5B,5Y,5M,5Cを待機位置へ離間させる。

0046

中間転写体ユニット21は、導電性樹脂等からなる中間転写体ベルト22および3本の中間転写体ベルト支持搬送ローラ23,24,25により構成される。中間転写体ベルト22は、中間転写体ベルト支持搬送ローラ23,24,25に調帯支持される。感光体ベルト1上のトナー像を中間転写体ベルト22上に転写(第1転写)するために、中間転写ローラ26が感光体ベルト1および中間転写体ベルト22を挟んで中間転写体ベルト支持搬送ローラ23に対向するように配置される。一成分現像装置5Cと中間転写体ユニット21との間には、感光体ベルト1に対向するようにLED(発光ダイオードアレイ等からなる第1転写前除電器(PTL)27が配置されている。

0047

ここで、中間転写体ベルト22の外周面の長さは、感光体ベルト1の外周面の長さと等しくなるように設定されている。中間転写体ベルト22の外周面に対向するように、中間転写体ベルトクリーニング装置28が設けられている。この中間転写体ベルトクリーニング装置28は、中間転写体ベルト22上に合成像を形成している際に中間転写体ベルト22から離間し、クリーニング時のみに中間転写体ベルト22に当接し、中間転写体ベルト22上の残留トナーを掻き取る。

0048

装置本体100内のレーザビーム発生器9の下方には、用紙30を収納する用紙カセット29が設けられている。用紙30は、用紙カセット29から給紙ローラ31により1枚ずつ用紙搬送路32へ送り出される。用紙搬送路32には、従動ローラ34と圧接するようにレジストローラ33が設けられている。レジストローラ33は、用紙30を中間転写体ベルト22上に形成された合成像の位置に一致させるために、一時的に用紙30を停止させて待機させる。

0049

中間転写体ベルト22を挟んで中間転写体ベルト支持搬送ローラ25に対向するように用紙転写ローラ35が設けられている。用紙転写ローラ35は、中間転写体ベルト22上に形成された合成像を用紙30に転写するために、転写時のみに中間転写体ベルト22と接触して回動する。

0050

用紙転写ローラ35の上方には、ベルト式の定着装置36が配設されている。この定着装置36は、中間転写体ベルト22から合成像が転写された用紙(未定着用紙)30を加圧および加熱することにより未定着トナー像を用紙30に定着させる。定着装置36の詳細な構成は後述する。定着装置36の下流側には排紙ローラ対39が設けられている。また、装置本体100の上面には、排紙トレイ40が設けられている。この排紙トレイ40に、定着済の用紙30が蓄積される。

0051

本実施の形態では、感光体ベルト1、一成分現像装置5B,5Y,5M,5C、帯電器8、レーザビーム発生器9および中間転写体ユニット21がトナー像形成手段を構成する。

0052

図2に示すように、定着装置36内には、定着ローラ44および加熱ローラ45が離間して互いに平行に配置されている。定着ローラ44および加熱ローラ45には、無端の定着ベルト50がループ状に掛け渡されている。また、定着ローラ44に所定圧力で転接するように加圧ローラ48が設けられている。

0053

定着ローラ44は、金属芯金肉厚5mmのスポンジを形成したものである。加熱ローラ45は、金属芯金にフッ素樹脂コーティングしたものであり、金属芯金の内部には第1の加熱源として容量500Wのヒータ46および容量500Wのヒータ47の合計2本が設けられている。

0054

加圧ローラ48は、金属芯金にシリコーンゴムを被覆し、さらにフッ素樹脂含有フッ素ゴムラテックスのコーティングを施したものであり、金属芯金の内部には第2の加熱源として容量500Wのヒータ49が設けられている。定着ベルト50は、ポリイミドにシリコーンゴムを200μmコーティングしたものである。

0055

加圧ローラ48は定着ベルト50を挟んで定着ローラ44を押圧する。定着ローラ44と加圧ローラ48とにより定着ベルト50が挟まれるニップ部41に用紙30が挿通される。

0056

加圧ローラ48は、駆動モータ58により矢印R1の方向(反時計回り)に回転する。未定着トナー像43を担持する用紙30が矢印Zで示すようにニップ部41に挿入されると、定着ローラ44と加圧ローラ48との間での挟持力によって定着ベルト50が用紙30の表面に確実に押圧される。加圧ローラ48の回転に伴って定着ベルト50が摩擦力により矢印Xの方向に走行し、定着ローラ44も定着ベルト50との摩擦力によって矢印R2の方向(時計回り)に回転する。さらに、加熱ローラ45も定着ベルト50との摩擦力によって矢印R3の方向(時計回り)に回転する。

0057

定着ローラ44と加圧ローラ48との間のニップ部41を定着ベルト50が用紙30とともに走行する間に、用紙30上の未定着トナー像43が加熱溶融され、用紙30に定着される。

0058

定着ベルト50にサーミスタ等の温度測定装置51が配置されている。この温度測定装置51により走行時の定着ベルト50の温度が測定される。また、加熱ローラ45にサーミスタ等の温度測定装置52が配置されている。この温度測定装置52により定着ベルト50の停止時の加熱ローラ45の温度が測定される。さらに、加圧ローラ48にサーミスタ等の温度測定装置53が配置されている。この温度測定装置53により加圧ローラ48の表面の温度が測定される。

0059

定着ベルト50、加熱ローラ45および加圧ローラ48に配置された温度測定装置51,52,53は制御装置54に接続されている。また、加熱ローラ45内のヒータ46,47および加圧ローラ48内のヒータ49は電源装置55を介して制御装置54に接続されている。制御装置54は、温度測定装置51,52,53の出力に基づいてヒータ46,47,49をオンオフ制御する。

0060

本実施の形態では、定着ローラ44が第1のローラに相当し、加熱ローラ45が第2のローラに相当し、加圧ローラ48が第3のローラに相当する。また、ヒータ46,47,49が3つ以上の加熱源に相当し、ヒータ46,47が第1の加熱源に相当し、ヒータ49が第2の加熱源に相当し、駆動モータ58が駆動手段に相当し、電源装置55が電力供給手段に相当する。

0061

次に、図1の画像形成装置の動作の概要について説明する。図1において、まず帯電器8内の帯電線10に高圧電源(図示せず)により高電圧を印加し、コロナ放電を起こさせることにより、感光体ベルト1の表面を一様に−600Vに帯電させる。

0062

この状態で、感光体ベルト1を駆動装置(図示せず)により矢印Aの方向に回転させつつ、一様に帯電された感光体ベルト1の表面にレーザビーム発生器9から複数の色成分のうちの所定の色成分の画像に対応してレーザ光線13を照射する。

0063

ここでは、まず、ブラック(B)の画像に対応してレーザ光線13を感光体ベルト1の表面に照射する。それにより、感光体ベルト1の表面においてレーザ光線13が照射された部分の電荷消失し、静電潜像が形成される。レーザ光線13が感光体ベルト1の表面に与える単位面積当たりのエネルギーは1.0μJ/cm2 である。レーザ光線13が照射された部分の表面電位は−80Vに低下する。

0064

一方、ホストコンピュータ(図示せず)からの色選択信号に基づいて当接カム17Bが半回転することにより、現像に寄与するブラック(B)のトナーを収納している一成分現像装置5Bが感光体ベルト1の表面に当接する。このとき、現像ローラ15には0.5mg/cm2 のトナー層が形成されている。この現像ローラ15には−250Vのバイアス電圧が印加されており、現像ローラ15の表面と感光体ベルト1の表面との間に働く電界によって、感光体ベルト1上のレーザ光線13が照射された部分にのみトナーが転移し、トナー像が形成される。それにより、現像が行われる。

0065

一成分現像装置5Bによる現像の終了後、当接カム17Bがさらに半回転し、離間バネ18Bの付勢力により一成分現像装置5Bが感光体ベルト1との当接位置から待機位置へ移動する。一成分現像装置5Bによる現像中には、他の一成分現像装置5Y,5M,5Cは感光体ベルト1から離間している。

0066

一方、中間転写体ベルト22には+500Vのバイアス電圧が印加されている。一成分現像装置5Bにより感光体ベルト1上に形成されたトナー像は、このバイアス電圧により中間転写体ベルト22上に転写される。

0067

このとき、感光体ベルト1上のレーザ光線13が照射されていない部分の表面電位は−600Vとなっており、中間転写体ベルト22の表面との電位差は1100Vと大きくなっている。それにより、中間転写体ベルト22側からの正電荷の放出によりトナーが逆帯電し、感光体ベルト1から中間転写体ベルト22への転写効率が著しく低下する。これを防止するために、転写前に第1転写前除電器27により感光体ベルト1の表面電位を低下させ、中間転写体ベルト22との電位差を抑える。それにより、転写効率が向上する。

0068

次に、ホストコンピュータからの色選択信号に基づいてシアン(C)が選択されると、一成分現像装置5Cが感光体ベルト1に当接し、シアンのトナーを用いた現像を開始する。同様にして、一成分現像装置5Mによるマゼンタのトナーを用いた現像および一成分現像装置5Yによるイエローのトナーを用いた現像が順次行われる。それにより、中間転写体ベルト22上にブラック、シアン、マゼンタおよびイエローの4色のトナー像が重ね合わされ、合成像が形成される。

0069

一方、用紙カセット29から用紙30が用紙搬送路32に沿って中間転写体ベルト22と用紙転写ローラ35との間に送られてくる。このとき、用紙転写ローラ35にはトナーと反対の極性の+1kV程度の高電圧が印加される。それにより、中間転写体ベルト22上に形成された合成像が中間転写体ベルト22と用紙転写ローラ35との間の電界および用紙転写ローラ35による圧力によって用紙30に一括転写される。それにより、用紙30に未定着トナー像が形成される。

0070

続いて、用紙30が定着装置36に送られる。定着装置36において、定着ベルト50の熱および定着ローラ44と加圧ローラ48との挟持力によって未定着トナー像が用紙30に定着され、用紙30上にカラー画像が形成される。定着装置36を通過した用紙30は、排紙ローラ対39の間を通過し、排紙トレイ40に排出される。

0071

次に、図3を参照しながら図2の定着装置36の動作を説明する。図3図2の定着装置36におけるヒータ46,47,49の制御を説明するためのタイミング図である。なお、ここでは、高圧電源の容量の関係上、定着装置36で定着ベルト50の加熱のために使用可能な最大の電力は1000Wであるとする。

0072

まず、時点t1で電源オンにすると、定着装置36が動作し、ウォームアップが開始される。ウォームアップ時には、定着ローラ44、加熱ローラ45および加圧ローラ48を回転させるとともに定着ベルト50を走行させつつ、ヒータ46,47の両方をオンにして加熱ローラ45に合計1000Wの電力を集中させ、熱の供給を行う。それにより、定着装置36のウォームアップを行う。この場合、まずヒータ46をオンにした後、所定の遅延時間Δtをおいてヒータ47をオンにする。それにより、瞬間最大消費電力を低減させることができる。所定の遅延時間Δtは500msecである。このようにヒータ46,47のオンするタイミングをずらすことにより電源装置55の負荷変動を抑え、電源装置55の出力変動を小さくすることができる。

0073

ウォームアップの終了後、時点t2で待機状態になると、印字命令が入力されるまで定着装置36は停止している。このとき、加熱ローラ45および加圧ローラ48の温度制御をそれぞれヒータ46およびヒータ49を用いて行う。すなわち、制御装置54は、加熱ローラ45に配置された温度測定装置52により測定される温度に基づいてヒータ46をオンオフ制御することにより、加熱ローラ45を所定の温度に保つ。また、制御装置54は、加圧ローラ48に配置された温度測定装置53により測定される温度に基づいてヒータ49をオンオフ制御することにより、加圧ローラ48を所定の温度に保つ。このときにもヒータ46,49のオンするタイミングをずらしており電源装置55の負荷変動を抑えて電源装置55の出力変動を小さくしている。

0074

時点t3で印字命令が入力されると、定着装置36が動作を開始する。それにより、定着ローラ44、加熱ローラ45および加圧ローラ48が回転するとともに定着ベルト50が走行する。このとき、定着装置36の温度が一時的に下降するので、定着装置36の温度を回復させるために立ち上げが行われる。すなわち、ヒータ46,47の両方をオンにし、電力を加熱ローラ45に集中させ、熱の供給を行う。この場合、まずヒータ46をオンにした後、所定の遅延時間Δtをおいてヒータ47をオンにする。この場合にも、ウォームアップ時と同様に遅延時間Δtは500msecである。ヒータ46,47のオンするタイミングをずらすことにより電源装置55の負荷変動を抑え、電源装置55の出力変動を小さくしている。

0075

時点t4で立ち上げが終了すると、印字が開始される。印字時には、用紙30および未定着トナー像43が定着ベルト50の熱を奪うので、定着ベルト50を所定の温度に保つためには、熱を供給する必要がある。したがって、印字時には、ヒータ46,47をオンにし、電力を加熱ローラ45に集中させ、熱の供給を行う。制御装置54は、定着ベルト50に配置された温度測定装置51により測定される温度に基づいてヒータ46,47をオンオフ制御することにより、定着ベルト50を所定の定着温度に保つ。この場合、ヒータ47をオンにするタイミングをヒータ46をオンにするタイミングに対して所定の遅延時間Δtずらせる。所定の遅延時間Δtは500msecである。ヒータ46,47のオンするタイミングをずらすことにより電源装置55の負荷変動を抑え、電源装置55の出力変動を小さくしている。

0076

この状態で未定着トナー像43を担持した用紙30が定着装置36の下部開口部から矢印Zの方向に供給される。用紙30は、ニップ部41において、定着ベルト50と加圧ローラ48との間に挿入される。用紙30上の未定着トナー像43は、定着ベルト50から与えられる熱で溶融し、さらに加圧ローラ48と定着ローラ44との圧接力により用紙30に定着される。ニップ部41で定着が終了した用紙30は、定着装置36の上部開口部から搬出される。

0077

本実施の形態の定着装置36においては、ウォームアップ時、待機状態から定着を開始するまでの間の立ち上げ時および定着時には、ヒータ49をオフして、駆動モータ58により駆動されている定着ベルト50をヒータ46,47により集中的に加熱することができ、少ない熱で効果的に定着ベルト50を加熱し、ウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着速度の高速化を図っている。また、待機時には、待機状態においてはヒータ46,49により最大許容消費電力である1000Wを消費できるので加熱ローラ45および加圧ローラ48の温度を確実に維持させることができる。

0078

このように電力を効率よく使って定着ベルト50を加熱することにより、余分な電力消費を抑えて低消費電力化を図るとともに、電源装置55の出力変動を小さくすることができる。また、ヒータ46,47,49がオンするタイミングをずらすことにより、一度にオンするヒータの個数を減らして、電力供給開始時における瞬間的な電力消費のタイミングを分散させることができる。それにより、電源装置55の負荷変動を小さく抑えつつ、電源装置55の出力を安定化することができる。

発明の効果

0079

以上のように本発明によれば、複数の加熱源から定着ベルトに多くの熱を効率よく供給してウォームアップ時間の短縮、待機状態からの立ち上げ時間の短縮および定着速度の高速化などの定着装置の動作を高速化するとともに、電源装置の負荷変動を小さく抑えつつ電源装置の出力の安定化を図ることができる。

図面の簡単な説明

0080

図1本発明の一実施の形態における定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す概略断面図
図2本発明の一実施の形態における定着装置の断面図
図3図2の定着装置におけるヒータの制御を説明するためのタイミング図

--

0081

1感光体ベルト
5B,5Y,5M,5C一成分現像装置
8帯電器
9レーザビーム発生器
21中間転写体ユニット
30 用紙
36定着装置
44定着ローラ
45加熱ローラ
46,47,49ヒータ
48加圧ローラ
50定着ベルト
51,52,53温度測定装置
54制御装置
55電源装置
58 駆動モータ

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