JP2004045951A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルトの幅方向端部を比較的低い温度に保つと共に、画像形成領域に対しては定常の定着状態に必要な所定の高い温度が保たれるようにし、定着ベルトの幅方向の端部が熱的及び機械的に劣化を受けることを無くし、長寿命が保たれるようにすると共に画像形成領域も安定した良質の定着ができるようにする。
【解決手段】転写材上の未定着トナー画像を加圧加熱して固定する定着ベルトを有するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の幅方向端部の少なくとも表面を低熱伝導率材料で構成することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】　　　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は定着ベルトの耐久性を増強したベルト式定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベルト式定着装置は一般に加熱源としてヒータ等を内部に有する加熱ローラとそれに並行に配置された支持ローラの間にエンドレスに定着ベルトが掛けられている。そして加圧ローラが前記定着ベルト及び転写材を介して前記支持ローラを押圧するように配されている。そして感光体上で形成されて現像されたトナー画像が転写された転写材が定着されて回収されるようにしてある。
【０００３】
このような定着ベルトは金属や耐熱性樹脂の単層もしくはこれらを必要な機能に応じて複層にして構成されている。
【０００４】
しかし、加熱ローラによってかなり高温に接触されているため徐々に劣化を受けてくる。更に定着ベルトはその片寄りを加熱ローラの端部に設けたツバ（フランジ）などに突き当てることで、片寄りを規制しているので、機械的な負荷と熱的な負荷から、ベルト端部で破損が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決して、加熱ローラの端部外周に低熱伝導率の材料を用いたり、実効接触面積を小さくするため粗面化や凹凸を設けるなどして、定着ベルト端部の被加熱効率を下げて定着ベルト端部温度を下げ、定着ベルトの寿命を延ばし安定した定着が持続できるベルト式定着装置を装着した画像形成装置を提供することを課題目的にする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は次の技術手段（１）〜（５）の何れかによって達成される。
【０００７】
（１）　転写材上の未定着トナー画像を加圧加熱して固定する定着ベルトを有するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の幅方向端部の少なくとも表面を低熱伝導率材料で構成することを特徴とする画像形成装置。
【０００８】
（２）　転写材上の未定着トナー画像を加圧加熱して固定する定着ベルトを有するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の幅方向端部表面に凹凸を形成することを特徴とする画像形成装置。
【０００９】
（３）　転写材上の未定着トナー画像を加圧加熱して固定する定着ベルトを有するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の幅方向端部において、前記加熱部材と前記定着ベルトの間に微小な間隙をもつことを特徴とする画像形成装置。
【００１０】
（４）　転写材上の未定着トナー画像を加圧加熱して固定する定着ベルトを有するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の幅方向両端部に表面の熱伝導率が低い領域もしくは平滑性が粗い領域もしくは前記定着ベルトとの間に微小な間隙を持つ領域を有し、前記定着ベルトの幅方向の位置を規制する位置規制部材を有し、前記定着ベルトの幅Ｌと前記両端部の各端部における前記加熱部材の熱伝導率の低い領域もしくは平滑性が粗い領域もしくは前記定着ベルトに対して微小な間隙を持つ領域の幅ｄ１，ｄ２と前記位置規制部材間の間隔Ｗと画像形成領域幅Ｒが下式を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【００１１】
Ｗ−ｄ１＜Ｌ　　　Ｗ−ｄ２＜Ｌ　　　Ｗ−（ｄ１＋ｄ２）＞Ｒ
（５）　転写材上の未定着トナー画像を加圧加熱して固定する定着ベルトを有するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の幅方向片端部にのみ表面の低い熱伝導率もしくは平滑性が粗い領域を有し、前記定着ベルトが常に前記加熱部材の低い熱伝導率もしくは平滑性の粗い表面を持つ領域の方向に移動して規制されるよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００１３】
図１は、本発明の画像形成装置の実施の形態としてのカラー画像形成装置を示す断面構成図である。
【００１４】
このカラー画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７と、給紙搬送手段２１及び定着手段としてのベルト式定着装置２４とから成る。画像形成装置の本体Ａの上部には、原稿画像読み取り装置ＳＣが配置されている。
【００１５】
イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｙ、該感光体１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｙ、クリーニング手段６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｍ、該感光体１Ｍの周囲に配置された帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｍ、クリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｃ、該感光体１Ｃの周囲に配置された帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｃ、クリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｋ、該感光体１Ｋの周囲に配置された帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｋ、クリーニング手段６Ｋを有する。
【００１６】
無端ベルト状中間転写体ユニット７は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持された半導電性エンドレスベルト状の第２の像担持体としての無端ベルト状中間転写体７０を有する。
【００１７】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより、回動する無端ベルト状中間転写体７０上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録媒体として用紙等の転写材Ｐは、給紙手段２１により給紙され、複数の中間ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ、レジストローラ２３を経て、二次転写手段５Ａに搬送され、転写材Ｐ上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された転写材Ｐは、ベルト式定着装置２４により定着処理され、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。
【００１８】
一方、二次転写手段としての二次転写ローラ５Ａにより転写材Ｐにカラー画像を転写した後、転写材Ｐを曲率分離した無端ベルト状中間転写体７０は、クリーニング手段６Ａにより残留トナーが除去される。
【００１９】
画像形成処理中、一次転写ローラ５Ｋは常時、感光体１Ｋに圧接している。他の一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃに圧接する。
【００２０】
二次転写ローラ５Ａは、ここを転写材Ｐが通過して二次転写が行われる時にのみ、無端ベルト状中間転写体７０に圧接する。
【００２１】
また、装置本体Ａから筐体８を支持レール８２Ｌ，８２Ｒを介して引き出し可能にしてある。
【００２２】
筐体８は、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とから成る。
【００２３】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、垂直方向に縦列配置されている。感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの図示左側方には無端ベルト状中間転写体ユニット７が配置されている。無端ベルト状中間転写体ユニット７は、ローラ７１，７２，７３，７４を巻回して回動可能な無端ベルト状中間転写体７０、一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ及びクリーニング手段６Ａとから成る。
【００２４】
筐体８の引き出し操作により、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端ベルト状中間転写体ユニット７とは、一体となって、本体Ａから引き出される。
【００２５】
筐体８の図示左側の支持レール８２Ｌは、無端ベルト状中間転写体７０の左方で、定着手段としてのベルト式定着装置２４の上方空間部に配置されている。筐体８の図示右側の支持レール８２Ｒは、最下部の現像手段４Ｋの下方付近に配置されている。支持レール８２Ｒは、現像手段４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋを筐体８に着脱する動作に支障を来さない位置に配置されている。
【００２６】
本発明の画像形成装置は、これに搭載されるベルト式定着装置２４に大きな特色を有するものであり、そのベルト式定着装置２４について図２の構成図を用いて順次説明する。
【００２７】
これは、ハロゲンランプによる加熱手段２４２を有する加熱部材としての加熱ローラ２４０と、該加熱ローラ２４０に平行で離間して配設される支持ローラ２５０と、前記加熱ローラ２４０及び前記支持ローラ２５０にエンドレスに掛け渡された定着ベルト２６０と、該定着ベルト２６０を介して前記支持ローラ２５０に対してこれを押圧手段で押圧してニップ部を形成する加圧ローラ２７０とを有するベルト式定着装置２４を基本構成とするものである。尚、加熱ローラ２４０の表面に近接して温度センサが設けられている。そして押圧手段はバネ２７１で前記加圧ローラ２７０を軸支する軸受部２７２を押圧するようにしてある。
【００２８】
即ち、感光体上に帯電、露光、現像によりトナー像を形成し、転写ベルト上で各色のトナー像を重ね合わせ、一括して転写材Ｐ上に転写したものを上記ベルト式定着装置２４で加圧及び加熱により固定する。トナー像を転写材Ｐに転写させた後の感光体は、クリーニング装置で転写時に感光体に残されたトナーを清掃した後、再び上記の帯電、露光、現像のサイクルに入り、次の像形成が行われる。
【００２９】
そして前記定着ベルト２６０は金属基体もしくは耐熱樹脂基体とシリコンゴムをベルト状に層成形してエンドレスのベルトにしたものである。また、離型性を向上させるために更にＰＦＡ，ＰＴＦＥなどからなる離型層を設けても良い。
【００３０】
ベルトの寄り規制としては、端部をツバ（フランジ）などの位置規制部材２４４で側方に寄ろうとする定着ベルト２６０の移動を規制する方法が、安価で安定しているためよく用いられるが、定着ベルト２６０は定着に必要な温度（例えば１８０℃）にまで加熱され、金属や樹脂の基体は、熱によって、次第に劣化して脆性化や高分子の架橋切断などにより強度が低下する。このため、この位置規制部材２４４による寄り規制で応力が集中する定着ベルト２６０の幅方向端部から前記基体が割れたり、前記基体に亀裂が入ったりして、使用できなくなっていた。本発明では、定着に影響の無い幅方向端部の非画像領域における定着ベルト２６０に対して熱供給量を減らして温度を下げさせることで、定着ベルト２６０の幅方向端部の、熱による強度低下を防止して、定着ベルト２６０の寿命を長くするようにした。
【００３１】
加熱ローラ２４０はその本体２４１としてのアルミニウムパイプの表層に、ＰＦＡなどの低摩擦材料をベルトへの熱伝導低下させないよう２０〜７０μｍの薄膜に形成してあるが、端部には図３の加熱ローラの部分断面図に示すように厚さ１〜５ｍｍの耐熱樹脂やセラミックなどからなる環２４５をはめてある。この環２４５は低熱伝導材料を用いたり、多孔質化することにより低熱伝導化されている。
【００３２】
尚、車輪のように環２４５を支柱で支えるような構造にするか、図４の加熱ローラの部分断面図に示すように、環２４５の殆ど端部だけが加熱ローラ２４０の本体２４１としてのアルミニウムパイプと接触するするような構造にすると更に良い。
【００３３】
また、図示はしないが、加熱ローラ２４０の端部の表面に凹凸を設けて実効接触面積を小さくすることによっても熱伝導率を下げることができる。端部と端部以外をこのように同一の材料で構成したときでも効果が得られるが、凹凸を設ける領域を低熱伝導材料で構成すれば、さらに高い効果が得られる。
【００３４】
凹凸を設ける手段としては、多数の溝を設けたり、その頂上部が端部以外との外周面の延長面と一致する島状の突起を多数設けたり、ブラスト処理などによって粗面化したりすること等があるが、これに限定されるものではない。溝を設ける場合は、円周方向・軸方向・斜行などいずれでもよいが、斜行の場合は、溝による回転負荷トルクにより、ベルトを中央方向へ押し戻すような力が生じる向きに傾けると、定着ベルト端部への負荷が軽減されてより好ましい。
【００３５】
また、図５の加熱ローラの部分断面図に示すように、加熱ローラ２４０の端部のみをごく僅かに小径化しておくことによって、端部では定着ベルト２６０と加熱ローラ２４０が離間、もしくは微接触状態となり低熱伝導化を達成することもできる。小径化する幅に対して小径化の量が大きいと、ベルトが寄ろうとする力により、ベルト端部が挫屈しやすくなるので、半径２５ｍｍ程度の加熱ローラで端部を１０ｍｍ程度の幅で小径化するのであれば、小径化の量は０．０５〜０．５ｍｍで十分である。小径化の量を大きくすれば断熱効果は高くなるが、ベルトの変形量は大きくなり、かえって劣化を加速することになる。
【００３６】
また、加熱ローラ２４０と定着ベルト２６０の位置関係を示す模式図である図６に示すように、加熱ローラ２４０の幅方向端部を、熱伝導率の低い材料もしくは平滑性の粗い表面性や定着ベルト２６０との間に微小な間隙を施すことで、低熱伝導化した熱伝導性の低い領域の幅ｄ１、ｄ２にした。そして該幅ｄ１、ｄ２の領域は、請求項４に示された式を満足させることにより、幅Ｌを有する定着ベルト２６０が幅方向で前記位置規制部材２４４間の間隔Ｗ内のいずれの位置にあっても、定着ベルト２６０の端部が必ず低熱伝導化した領域の幅ｄ１、ｄ２で接触して、喩え位置規制部材２４４に定着ベルト２６０の端部が接触して応力を受けるとしても耐久性能を満足し、且つそれと共に、転写材Ｐの画像形成領域幅Ｒでは必ず定常の熱伝導状態で接触して、定着ベルト２６０の温度不足による定着不十分という不具合を回避することができる。
【００３７】
また、図７の模式図に示すように、低熱伝導化した熱伝導性の低い領域の幅ｄを片側にだけ設け、定着ベルト２６０が巻回されて支持されているローラのうちの一本を所定量傾けるなどして、定着ベルト２６０がその方向にだけ片寄るような構成にすることにより、端部の別部品化や表面加工を片側だけに施すようにすることにより製作コストを低減することが可能になる。但し請求項５のように片側基準で規制する方式の場合は、定着ベルト２６０の規制されない側の端部は熱伝導率の高い加熱ローラ２４０の面に接することになるが位置規制部材２４４への接触が無いので前述の応力を受けることが無く耐久性が維持される。
【００３８】
定着ベルト２６０は、前記支持ローラ２５０もしくは加圧ローラ２７０によって駆動されており、給紙ガイド等により定着領域に搬送されてきたトナー画像を保持した転写材Ｐと定着ベルト２６０を加圧ローラが挟んで加圧する。定着ベルト２６０の持つ熱と加圧ローラ２７０による圧力によって、トナーは転写材Ｐに定着される。トナー像にはゴム、もしくはごく薄い離型性層を介してゴムが当接されるため、ゴムが変形して転写材Ｐやトナー像の凹凸に追従して、均一に接触し、光沢むらなどのない均一な定着が行われ、トナー画像は適度な光沢を持ち、また定着後、転写材Ｐは安定して定着ベルト２６０から分離する。
【００３９】
本発明により長寿命のベルト式定着装置が提供される。
本実施例では、定着ベルト２６０を加熱する加熱部材が、加熱ローラ２４０である場合について説明したが、例えば図８の断面構成図に示すように、内部に抵抗発熱体２４０Ｒなどを有し凸形状をもって定着ベルト２６０を摺動させる部材２４０Ｆで構成しても良く、また、図９の断面構成図に示すように、平面などの形状の加熱プレート２４２Ｇを、裏面から図示してないがバックアップ部材によって定着ベルト２６０に押圧する構成でも、加熱プレート２４２Ｇの端部を低熱伝導化することで同様な効果が得られる。
【００４０】
本実施例では、ニップにおいて転写材Ｐに接触する部材の一方が定着ベルト２６０で、一方が加圧ローラ２７０である構成について説明したが、図示はしないが定着ベルトと加圧ベルトの対で転写材Ｐを挟む構成についても、同様に効果があることは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明により、定着ベルトの幅方向端部は比較的低い温度に保たれると共に画像形成領域に対しては定常の定着状態に必要な高い温度が保たれるようになり、定着ベルトの幅方向端部の熱的及び機械的な劣化を抑制し長寿命を得ることができる。また、片側基準で規制する場合には、喩え定着ベルトの片側が高温の加熱ローラ面に接触することがあっても、定着ベルトのその片側端部は位置規制部材との接触が無いので機械的応力を受けず長寿命が保たれるようにすることが可能になった。それと共に画像形成領域に対しては安定した良質の定着ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例のカラー画像形成装置を示す断面構成図である。
【図２】本発明の画像形成装置に装着されるベルト式定着装置の断面構成図である。
【図３】本発明の画像形成装置に装着されるベルト式定着装置の加熱ローラの部分断面図である。
【図４】本発明の画像形成装置に装着されるベルト式定着装置の加熱ローラの部分断面図である。
【図５】本発明の画像形成装置に装着されるベルト式定着装置の加熱ローラの部分断面図である。
【図６】本発明の画像形成装置に装着されるベルト式定着装置の加熱ローラと定着ベルトの位置関係を示す模式図である。
【図７】本発明の画像形成装置に装着されるベルト式定着装置の加熱ローラと定着ベルトの位置関係を示す模式図である。
【図８】本発明の画像形成装置に装着される別の形のベルト式定着装置の断面構成図である。
【図９】本発明の画像形成装置に装着される他の形のベルト式定着装置の断面構成図である。
【符号の説明】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ　感光体
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ　現像手段
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ　一次転写手段としての一次転写ローラ
５Ａ　二次転写手段としての二次転写ローラ
６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ　クリーニング手段
２４　ベルト式定着装置
２４０　加熱ローラ
２４１　本体
２４０Ｆ　摺動させる部材
２４２　加熱手段
２４２Ｇ　加熱プレート
２４４　位置規制部材
２４５　環
２５０　支持ローラ
２６０　定着ベルト
２７０　加圧ローラ
２７１　バネ
２７２　軸受部
ｄ，ｄ１，ｄ２　熱伝導性の低い領域の幅
Ｌ　定着ベルトの幅
Ｐ　転写材
Ｒ　画像形成領域幅
Ｗ　位置規制部材間の間隔

Claims (5)

1. 転写材上の未定着トナー画像を加圧加熱して固定する定着ベルトを有するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の幅方向端部の少なくとも表面を低熱伝導率材料で構成することを特徴とする画像形成装置。
2. 転写材上の未定着トナー画像を加圧加熱して固定する定着ベルトを有するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の幅方向端部表面に凹凸を形成することを特徴とする画像形成装置。
3. 転写材上の未定着トナー画像を加圧加熱して固定する定着ベルトを有するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の幅方向端部において、前記加熱部材と前記定着ベルトの間に微小な間隙をもつことを特徴とする画像形成装置。
4. 転写材上の未定着トナー画像を加圧加熱して固定する定着ベルトを有するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の幅方向両端部に表面の熱伝導率が低い領域もしくは平滑性が粗い領域もしくは前記定着ベルトとの間に微小な間隙を持つ領域を有し、前記定着ベルトの幅方向の位置を規制する位置規制部材を有し、前記定着ベルトの幅Ｌと前記両端部の各端部における前記加熱部材の熱伝導率の低い領域もしくは平滑性が粗い領域もしくは前記定着ベルトに対して微小な間隙を持つ領域の幅ｄ１，ｄ２と前記位置規制部材間の間隔Ｗと画像形成領域幅Ｒが下式を満たすことを特徴とする画像形成装置。
   Ｗ−ｄ１＜Ｌ　　　Ｗ−ｄ２＜Ｌ　　　Ｗ−（ｄ１＋ｄ２）＞Ｒ
5. 転写材上の未定着トナー画像を加圧加熱して固定する定着ベルトを有するベルト式定着装置を備えた画像形成装置であって、前記定着ベルトを加熱する加熱部材の幅方向片端部にのみ表面の低い熱伝導率もしくは平滑性が粗い領域を有し、前記定着ベルトが常に前記加熱部材の低い熱伝導率もしくは平滑性の粗い表面を持つ領域の方向に移動して規制されるよう構成したことを特徴とする画像形成装置。

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