JP2008292793A - 定着装置およびそれを備えた電子写真装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧ベルトの片寄りを防止するとともに、凹みや割れが生じない加圧ベルトの安定走行を実現し長寿命の小型高速定着を提供する。
【解決手段】加熱ローラ１に対して加圧ベルト２を介して当接する加圧手段６を有する定着装置において、加圧ベルト２の内面を案内する円筒状のガイド部４１ａと、加圧ベルト２の端面に当接するフランジ部４１ｂとから形成されるベルト規制部材４１が、加圧ベルト２を加熱ローラ１に圧接させる加圧アーム７に当接し、加圧アーム７とベルト規制部材４１の当接面に少なくとも１個所の突起部４２を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真技術を利用した複写機やプリンタなどの電子写真装置に係り、特に定着装置端部の破損を防止することが可能な定着装置およびそれを備えた電子写真装置に関するものである。

電子写真装置における定着装置では、エンドレスベルトを介してトナー像を加熱溶融するベルト定着装置が多々実施され（例えば、特許文献１参照）、ウォームアップ時間の短縮と低消費電力化を実現している。このエンドレスベルトを用いて定着を行う場合、エンドレスベルトが回転するにつれ、その回転方向と直交する方向に移動する、いわゆる片寄りが発生する問題がある。

このエンドレスベルトの片寄りを防止する手段としては、フランジをエンドレスベルトの端面に当接させて、片寄りを規制する方法が一般に多く用いられている（例えば、特許文献２参照）。また、偏りを防止する別の手段としては、エンドレスベルトを張架するローラの一つにステアリングローラを用いたものがある（例えば、特許文献３、４参照）。これによれば、ステアリングローラを設けているのでエンドレスベルトが片寄った場合に、一方のローラ軸をモータによって傾かせることによって、エンドレスベルトを逆方向に移動修正することができる。

特開２００５-５５４６９号公報 特開平４―３０５６７５号公報 特開平１０―２０３６７４号公報 特開平１１―０２４４６０号公報

上述した従来の方式では、いずれもベルトの耐久性や部品コストに問題がある。まず、特許文献２のように、ベルト端面にフランジを当接させる方法では、常にベルトの端部がフランジと摺動し続けることになって、エンドレスベルトの端部が磨耗して耐久性が低下する。また、ベルトの片寄り力が大きくなると、ベルト端部に凹みや皺が発生して異音や破損が発生するという問題があり、一般にベルトの片寄り力を低減するため、ベルトの左右周長差や厚み、さらにベルトと各ローラ間の平行度を高精度に管理する必要がある。そのため、部品価格がアップし、低コスト化の障害となっていた。

一方、特許文献３、４のように、ステアリングローラを設ける方法では、ベルト端部の位置を検知するセンサ、ローラ軸を傾かせるモータ、及びセンサが検知した情報に基づいてモータを制御するコントローラ等が必要となる。そのため、部品点数が増大し装置の大型化とコストアップを招く。また、ステアリングローラの軸を傾斜させた際に、ベルト左右の張力差によってベルトに皺や波うちが発生し、ベルトの耐久性についても難があった。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、部品点数を増やすことなく、小型で安価な構成でエンドレスベルトの片寄りを防止するとともに、エンドレスベルト端部の凹みや割れを防止し、長寿命の定着装置とそれを用いた電子写真装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第一の特徴は、ベルトに嵌合してベルト内面を案内する円筒状のガイド部とベルト端面に当接するフランジ部とから形成されるベルト規制部材が、ベルトを加熱ローラに圧接させる加圧アーム部に当接し、該加圧アームと前記ベルト規制部材の当接面に少なくとも1個所の突起部を有することで、前記ベルト規制部材が該突起部を基点に揺動可能にしたことにある。

上記目的を達成するための本発明の第二の特徴は、前記ベルト規制部材のフランジがベルト
端面に対して傾斜させることによって、ベルトがある張力によってベルト規制部材のガイド部に屈曲して接触する位置で、ベルト端面とフランジが当接することにある。

本発明によれば、少ない部品点数で部品のコストがアップすることなく、ベルトの片寄りを防止するとともに、ベルト端部の凹みや皺を防止し長寿命の定着装置およびそれを備えた電子写真装置が実現できる。

以下に本発明の定着装置および電子写真装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。

先ず、本発明に係わる電子写真装置の概要について、その概略断面を示す図３を用いて説明する。図３において、装置中央部に中間転写装置１１が配置されており、中間転写装置１１の周辺には、感光装置１２、転写装置１３、用紙剥離手段１４、中間転写装置清掃手段１５が配置されている。また、感光装置１２の周辺には、帯電器１６、感光体清掃手段１７、残像除去手段１８が配置されている。４色の異なる色の微少着色粉体であるトナーを封入した現像器１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃが重ねられて配置されており、その下方には露光手段２０、また更にその下方には用紙を溜めておく用紙保持手段２１、用紙供給装置２２が配置されている。電子写真装置上部には、定着装置１０、用紙排出装置２３が配置されている。

このような構成において、帯電器１６は感光装置１２の表面を一様に帯電させる。次にパソコン、イメージスキャナ等による画像、文字の情報を露光手段２０によりドット単位で露光が行われ、感光装置１２の表面に静電潜像を形成させる。

その後、静電潜像は、現像器１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃのいずれかによりトナーが供給、現像されることにより、トナー像として可視化され、第一転写位置Ｔ１へ搬送される。第一転写位置Ｔ１では、図示しない電源から供給される感光装置１２と中間転写装置１１との電位差により、トナー像が中間転写装置１１の表面へ転写される。第一転写位置Ｔ１を通過した後、感光装置１２の表面は残像除去手段１８による光照射で電位を一定以下に落とされ、静電潜像が消去され、また、感光体清掃手段１７により第一転写位置Ｔ１にて転写されずに残留した表面の残トナーが清掃され、次のトナー像の形成が可能な状態になる。上記工程を各現像器１９Ｋ〜１９Ｃにより必要数繰返すことにより、中間転写装置１１の表面には、画像、文字の情報に見合うトナー像が形成される。

その後、トナー像は第二転写位置Ｔ２で転写装置１３によって、用紙供給装置２２により用紙保持手段２１から供給された用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、用紙剥離手段１４により中間転写装置１１より剥離され、定着装置１０に運ばれ、トナー像を用紙に定着し、用紙排出装置２３にて排出される。

次に、本発明の電子写真装置における定着装置１０について、その概略断面を示す図２を用いて説明する。定着装置１０は、加熱ローラ１、加圧ベルト２、入口ガイド３、剥離ガイド４、側板３０から構成される。加熱ローラ１は、厚さ１ｍｍのパイプ状のアルミ芯金１ａの上に、厚さ０．８ｍｍ、ＪＩＳ硬度２０度のシリコーンゴム層１ｂで被覆された外径４０．４ｍｍの弾性ローラであり、その表面にはトナーとの離型性を確保するため厚さ３０μｍのＰＦＡ（四弗化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）が被覆されている。また、内部にはヒータ５を有しており、この熱によってトナーを溶融する。また、加熱ローラ１は、側板３０に回転支持されており、図示していないギヤにより矢印Ａ方向へ回転する。

加圧ベルト２は、厚さ８０μｍ、内径３０ｍｍのシームレスのポリイミドベルトであり、その表面にはトナーとの離径性を確保するため、厚さ３０μｍのＰＦＡがコートされている。また、加圧ベルト２は、加圧部材６a、６ｂおよび加圧ローラ６ｃからなる加圧手段６によって懸架され、加圧ステー４０と加圧アーム７および加圧バネ８によって、側板３０に設けられたシャフト３５を基点として加熱ローラ１に巻付き角度θで当接している。これにより、加圧ベルト２は加熱ローラ１に対してトナー９を溶融するための接触部ｈを形成している。そのため、加熱ローラ１が小径でも定着する速度に必要な接触幅ｈが形成できるため、定着装置の小型化が図れるとともに、高速定着が可能となる。本実施例では、接触幅ｈ＝１１ｍｍ、θ＝４７°で定着速度２００ｍｍ/sを実現している。

加熱ローラ１の周囲には、加熱ローラ１の表面温度を検知してヒータ５の発熱を制御するサーミスタ３１と、加熱ローラ１の異常温度を検知するためのサーモスタット３２を設けている。

この構成により、未定着のトナー９が転写された用紙３３は、矢印Ｂ方向へ搬送され、加熱ローラ１と接触部ｈで当接し、そこでトナー９が用紙に溶融定着されたのち、剥離ガイド４により加熱ローラ１から剥離されて排出される。

次に本発明に関わる加圧ベルトの片寄り防止機構について図１および図４を用いて説明する。

図１は、定着装置の外観斜視図である。加圧ベルト２の片寄りは、その端面がベルト規制部材４１と当接することで防止される。ベルト規制部材４１の形状については後述するが、ベルト規制部材４１は加圧アーム７と接する面に少なくとも１個の突起を有しており、それによってベルト端面に対してある角度でベルト規制部材４１が当接する一方、突起を基点にして、図中の矢印Ｃの方向に揺動可能な構造としている。

図４に、加圧ベルト片寄り防止機構の加圧構造の分解図およびベルト規制部材４１の外観斜視図を示す。

ベルト規制部材４１は、加圧ベルト２の内面と接して加圧ベルト２を案内する概円筒形状のガイド部４１ａと、加圧ベルト２の端面と当接して加圧ベルト２の片寄りを防止するフランジ部４１ｂから成り、フランジ部４１ｂには加圧ステー４０とある空隙をもって嵌合する穴４３を有している。さらに、加圧アーム７と当接するフランジ部４１ｂの面には突起４２を設けている。突起４２の高さおよび形状については後述する。

また、ベルト規制部材４１は、加圧ベルト２と常に摺擦するため、耐熱性で摺動性の良い樹脂であり、本実施例では東レ製ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、型式Ａ５０４Ｘ９０としている。加圧アーム７には、加圧ステー２と嵌合する溝７ａと、加圧ローラ６ｃを回転保持する軸受７１および加圧ローラ６ｃをある荷重で加熱ローラに当接させるバネ７２が設けられている。

次に、本発明による加圧ベルト２端部の凹みあるいは破損防止のメカニズムについて、図５〜７を用いて説明する。

図５は、加圧ベルト２の搬送構造の拡大断面図である。加圧ベルト２は、加熱ローラ１の回転駆動力によって図中の矢印Ｄ方向に回転するため、ニップ部ｈの出口側のＷ１の範囲では緩み、ニップ部入口側になるほど張力が作用し、Ｗ２の範囲ではベルト規制部材２１のガイド４１ａに沿う軌跡となる。そのため、ニップ部ｈの出口近傍のＥ点で、加圧ベルト２の端面がベルト規制部材４１のフランジ部４１ｂに当接すると、加圧ベルト２はガイド部４１ａで案内されずフリーな状態のため、容易に座屈し凹みが生じることとなる。その結果、加圧ベルト２の回転に伴い異音が発生したり、凹みを基点に加圧ベルト２には割れや破断が発生したりする。

そこで本発明では、前述したように、ベルト規制部材４１のフランジ部４１ｂが加圧アーム７と接する面に突起４２を設けることで、加圧ベルト２端面に対してフランジ部４１ｂを傾斜させるとともに、加圧ベルト２の端面がフランジ部４１ｂと接触する点が、加圧ベルト２が屈曲してガイド部４１ａに沿って案内されるＷ２の範囲にあるＦ点としている。そのため、加圧ベルト２の屈曲による効果とガイド部４１ａによる規制効果で加圧ベルト２端部の長手方向の剛性（座屈強度）が大きくなり、加圧ベルト２端部の座屈や凹みを防止することができる。

次に、本発明におけるもう一つの利点、すなわち加圧ベルト２の長寿命化について、図６を用いて説明する。

図６の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ先に説明した図１においてｙ方向、ｘ方向から見た加圧ベルト端部近傍の概略構成図である。図中に示す矢印Ｄは加圧ベルト２の回転方向、矢印Ｇは加圧ベルト２の片寄り方向を示している。図６（ａ）において、ベルト規制部材４１のフランジ部４１ｂと加圧アーム７の間に設けた突起４２によってフランジ部４１ｂは、加圧ベルト端面と角度αを形成し、Ｆ点にて加圧ベルト端面と当接する。一方、図１のｘ方向から見た図６（ｂ）では、突起４２を基点として、矢印Ｃ方向にフランジ部４１ｂが揺動可能となっている。

そのため、加圧ベルト２端部がＦ点を通過したあとは、加圧ベルト２端面形状に合わせてフランジ部４１ｂが当接することとなり、加圧ベルト２とフランジ部４１ｂの当接が点ではなく面接触することとなる。すなわち、加圧ベルト２の矢印Ｇ方向の片寄り力に対して、フランジ部４１ｂが面で受けるため、片寄り力が分散し、その結果、加圧ベルト２端面およびフランジ部４１ｂの磨耗が低減し、長寿命化が実現できる効果がある。

なお、加圧ベルト２端面とフランジ部４１ｂの当接角度αが大きくなると、加圧ベルト２端面に対するフランジ部４１ｂとの摺擦負荷が大きくなる一方、フランジ部４１ｂの揺動範囲が大きくなり、加圧ベルト２全体に波打ちや歪みを生じさせることとなる。そのため、加圧ベルト端面とフランジ部４１ｂの当接角度αは１°〜２°の範囲が好ましく、本実施例では、当接角度を１．２°とし、突起４２の高さを０．５ｍｍとした。

なお、本実施例では、樹脂の成形性の容易さから突起４２をベルト規制部材４１に設けたが、突起４２は加圧アーム７にハーフピアス設けることでも構わない。また、突起４２を1箇所としたが、加圧アーム７とベルト規制部材４１の当接を安定化させるために、複数箇所に設けても構わない。但し、その場合は、ベルト規制部材４１が揺動する基点となる突起の高さを他の突起よりも高くすることで同様の効果がある。何れにしても、本発明によれば、ベルト規制部材４１と加圧アーム７の当接面に突起４２を設けることで、部品点数を増やすことなく、加圧ベルト２の安定した回転と長寿命化が実現できる。

次に、本発明の効果について検証した結果を、図７〜９を用いて説明する。図７は、以下の３つの条件について、加圧ベルト端部の凹み、加圧ベルト２の破損寿命について検証した結果である。

条件（１）：ベルト規制部材４１に突起なく、揺動なし。（図８）
条件（２）：ベルト規制部材４１に突起なく、揺動なし。但し、加圧ベルト端面に対してフランジを傾斜させた。（図９）
条件（３）：本実施例（ベルト規制部材４１に突起４２を設け、揺動あり）（図６）
また、加圧ベルト端部の凹みおよび破損寿命の評価は、以下の条件にて行った。

加圧ベルト２の片寄り力（ベルト規制部材が加圧ベルトから受ける荷重）：14.7[N]
加熱ローラ１の温度：１７０℃
加圧ベルト２の回転：非通紙による空転１分間→停止(ヒータOFF)１分間の繰り返し
条件（１）は、図８に示すように、ベルト規制部材４１のフランジ部４１ｂに突起がなく、ベルト規制部材４１が揺動しない場合であり、加圧ベルト２とフランジ部４１ｂの当接位置がニップ出口近傍のガイド部４１ａで加圧ベルト２が案内されないＥ点となっている。その結果、図１０に示すように、加圧ベルト２の回転Ｄに伴ってＥ点を起点に加圧ベルト２の端部に座屈による凹みが発生し、異音が初期から発生した。また、その状態のまま加圧ベルトの回転-停止を繰り返したところ、約１５０時間で凹みの位置で割れが発生した。

条件（２）は、図９に示すように、ベルト規制部材４１のフランジ部４１ｂに突起がなく、ベルト規制部材４１が揺動しない場合であるが、加圧アーム７を側板３０のシャフト３５に対して強制的に傾斜させることで、加圧ベルト２の端面に対してフランジ部４１ｂが角度αにて当接させた構造である。そのため、加圧ベルト２の端面とフランジ部４１ｂとの当接位置はＦ点での点接触となる。

なお、角度αは本発明の実施例と同様１．２°とした。その結果、加圧ベルト端部の凹みはなく安定して加圧ベルト２は回転したが、約180時間後、図１１に示すように、加圧ベルト２端面が花咲き状に割れが発生した。この理由は、ベルト規制部材４１が常に角度αで固定されているため、加圧ベルトの寄り力１４．７Ｎに対して常にＦ点で荷重を受けることとなり、加圧ベルト２が徐々に座屈していくためである。

条件（３）は、これまで説明した本実施例であり、図６に示したように、フランジ部４１ｂに高さ０．５ｍｍの突起４２を設けて加圧ベルト２の端面に対して角度α（=１．２°）傾斜させるとともに、突起４２を基点にして加圧ベルト端面形状に合わせて揺動するものである。その結果、加圧ベルト２の凹みが発生せず、２５０時間の回転でも割れや破損など発生しなかった。

以上から、本発明によれば、少ない部品点数で部品のコストアップや定着装置を大型化することなく、加圧ベルト２の片寄りを防止するとともに、加圧ベルト２端部の凹みや破損が防止でき、安定した加圧ベルト２の回転と長寿命の定着装置が実現できる。

本発明に係わる定着装置の外観斜視図である。 本発明に係わる定着装置の断面構成図である。 本発明に係わる電子写真装置の概略構成図である。 本発明における定着装置の加圧構造の分解図である。 本発明に係わる加圧ベルトの搬送構造の拡大断面図である。 本発明における加圧ベルト端部近傍の上面図と正面図である。 本発明における加圧ベルトの搬送性評価結果を示す図である。 従来例の加圧ベルト端部近傍の上面図である。 別の従来例の加圧ベルト端部近傍の上面図である。 加圧ベルト端部の凹み状態を示す図である。 加圧ベルト端部の破損状態を示す図である。

符号の説明

１ 加熱ローラ、１ａ アルミ芯金、１ｂ シリコーンゴム層、２ 加圧ベルト、３ 入り口ガイド、４ 剥離ガイド、５ ヒータ、６ 加圧手段、６a 加圧部材、６b 加圧部材、６c 加圧ローラ、７ 加圧アーム、７a 嵌合穴、８ バネ、９ トナー、１０ 定着装置、１１ 中間転写装置、１２感光装置、１３ 転写装置、１４ 用紙剥離手段、１５ 中間転写装置清掃手段、１６ 帯電器、１７ 感光体清掃手段、１８ 残像除去手段、１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ 現像器、２０ 露光手段、２１ 用紙保持手段、２２ 用紙供給装置、２３ 用紙排出装置、３０ 側板、３１ サーミスタ、３２ サーモスタット、３３ 用紙、３５ シャフト、４０ 加圧ステー、４１ ベルト規制部材、４１ａ ガイド部、４１ｂ フランジ部、４２ 突起、４３ 穴、７１ 軸受、７２ バネ

Claims (5)

1. 芯金の内部に発熱体を有し、芯金の周囲に形成した耐熱性とトナー離型性を兼ね備えた加熱ローラと、該加熱ローラに当接する加圧ベルトと、該加圧ベルトを前記加熱ローラに当接させる加圧アームと、前記加圧ベルトの端面に当接するベルト規制部材とを備え、前記加熱ローラの回転駆動力によって前記加圧ベルトが従動回転する定着装置において、前記ベルト規制部材は前記加圧ベルト内面を案内する概円筒形状のガイド部と、前記加圧ベルトの端面に当接するフランジ部とから形成され、前記加圧アームと前記ベルト規制部材の当接面に少なくとも１個所の突起部を有することで、前記ベルト規制部材が該突起部を基点に揺動することを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、前記フランジ部が前記加圧ベルトの端面に対して傾斜し、前記加圧ベルトがある張力によって前記ベルト規制部材のガイド部に屈曲して接触する位置で、前記加圧ベルト端面と前記フランジ部が当接することを特徴とする定着装置。
3. 請求項１記載の定着装置において、前記加圧ベルトの端面に対する前記ベルト規制部材のフランジ部の傾斜角度が２°以下であることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１記載の定着装置において、前記ベルト規制部材の材質が耐熱性で摺動性を有する樹脂であることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の定着装置を有することを特徴とする電子写真装置。

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