JP2009015042A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルトの内周面が該内周面側に位置する部材に接触して摩擦抵抗が増加することを簡単な構成で解決した定着装置。
【解決手段】加熱手段により加熱されると共に回転する定着ローラと、前記定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを内周面側から加圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させる加圧手段と、前記定着ベルトの内周面側に位置する内周部材と、を備え、前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着する定着装置において、前記内周部材の外周面より突出して前記定着ベルトの内周面に当接する複数の突出部材を前記内周部材に設けたこと。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置に関し、特に定着ローラと無端状の定着ベルトとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を加熱・加圧して定着する定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体ドラムに形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録材上に転写し、この後、記録材上のトナー像を定着して排紙している。

また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの潜像を４個の感光体ドラムに形成し、顕像化された４色のトナー像を無端状の中間転写ベルトに一次転写した後、記録材上に二次転写して、記録材上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵した定着ローラと、定着ローラを加圧する加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録材を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であるため、広く利用されている。

ところで、このような定着装置において、高速化を図るためにはトナーと記録材に充分な熱量を供給する必要があり、このためにはニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くするためには、加圧ローラが定着ローラを加圧する荷重や、加圧ローラ内のシリコーンゴム等から形成された弾性層の厚みや、二つのローラの径等を増大させることが考えられる。

しかし、加圧ローラの荷重や弾性層の厚みを増大させると、軸方向のニップ幅が不均一になることがあり、定着ムラや記録材のしわが発生する虞がある。また、ローラの径を増大させると、定着装置が大型化するばかりでなく、ウォーミングアップタイムが長くなるという問題がある。

この問題を解決するために、シリコーンゴムから形成された弾性層を有し中央にハロゲンランプ等の加熱手段を内蔵して回転する定着ローラ（定着ロール）と、定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと（エンドレスベルト）、定着ベルトの内側から定着ベルトを介して定着ローラを押圧する加圧パッドと、定着ベルトと加圧パッドの間に配置された低摩擦の摺動シート（低摩擦シート）と、定着ベルトの内周面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部材（潤滑剤塗布部材）と、を備え、定着ローラと定着ベルトとにより形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録材を挟持・搬送しながら加熱・加圧する、所謂ＦＢＮＦ（Ｆｒｅｅ Ｂｅｌｔ Ｎｉｐ Ｆｕｓｅｒ）方式の定着装置が多数の特許公報に開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この定着装置によれば、加圧パッドにより定着ローラに押圧された定着ベルトが弾性変形し、定着ローラと定着ベルトとの間に幅広のニップ部が形成される。従って、高速化に対応でき、定着装置が大型化することもない。更に、定着ベルトの熱容量が小さいので、ウォーミングアップタイムが短縮し、省エネになる。
特開２００５−２５０２８２号公報

特許文献１の課題は下記の通りである。即ち、定着ベルトの回転に際して定着ベルトの内周面がその内部に配置された部材と接触することにより、定着ベルトの内周面に供給された潤滑剤がこの内部の部材に付着してデッドオイルとなるために、ニップ部の通過後に定着ベルトから回収される潤滑剤が徐々に減少するいう現象が発生する。これにより、潤滑剤の供給が不充分になり、定着ベルトは円滑な回転ができなくなって、記録材に皺や画像ずれが発生する。

特許文献１においてはこの問題を解決するため、摺動シートは定着ベルトの内部に配置された部材の全部または一部を長手方向に亘る周囲を覆うように配設され、潤滑剤供給部材は摺動シートを跨ぐようにブリッジ状に形成されている。言い換えれば、摺動シートを定着ベルトの周方向に長く延長し、潤滑剤供給部材以外の内部の部材を被覆する構成にしている。

これによって、定着ベルトは潤滑剤供給部材に接触しても、摺動シートによって内部の部材には接触することがないので、上記の問題が解決されるというものである。

しかし、摺動シートがいくら低摩擦のシートであっても、定着ベルトとの間に摩擦抵抗は必ず生ずる。特に、特許文献１の如く、定着ベルトの内周面が回転方向の略全域（潤滑剤供給部材と接触する部分以外）といった広い面積で摺動シートと摺接すると、全体としての摩擦抵抗は非常に大きくなり、定着ベルトは円滑な回転が困難になる。従って、上述の課題に対して引用文献１の構成では充分に対処し得ない。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、定着ベルトの内周面が該内周面側に位置する部材に接触して摩擦抵抗が増加することを簡単な構成で解決した定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置を提案することを発明の目的とする。

前記目的は、下記に記載した発明により達成される。
１．加熱手段により加熱されると共に回転する定着ローラと、
前記定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトを内周面側から加圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させる加圧手段と、
前記定着ベルトの内周面側に位置する内周部材と、
を備え、
前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着する定着装置において、
前記内周部材の外周面より突出して前記定着ベルトの内周面に当接する複数の突出部材を前記内周部材に設けたことを特徴とする定着装置。
２．前記突出部材は、先端部が半球状に形成されて前記定着ベルトの内周面に当接すると共に、前記内周部材に固定され、前記内周部材の周方向及び長手方向に複数個配置されていることを特徴とする１に記載の定着装置。
３．前記突出部材は、円盤状に形成されて側面が前記定着ベルトの内周面に当接すると共に、前記定着ベルトの回転に伴って回転可能であり、前記内周部材の周方向及び長手方向に複数個配置されていることを特徴とする１に記載の定着装置。
４．前記定着ベルトの内周面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段を備えたことを特徴とする１〜３の何れか１項に記載の定着装置。
５．前記突出部材は少なくとも前記ニップ部に対する前記定着ベルトの回転方向上流側に配置されていることを特徴とする１〜４の何れか１項に記載の定着装置。
６．１〜５の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

本発明の定着装置及び画像形成装置によれば、定着ベルトの内周面が内周面側に位置する内周部材と摺接することなく内周部材より突出した突出部材と摺接して案内されるので、摩擦抵抗が少なく、定着ベルトは円滑に回転する。また、定着ベルトに供給された潤滑剤が突出部材に付着するだけなので、潤滑剤が容易に枯渇しない。

以下に本発明の画像形成装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。

先ず、画像形成装置の一例を図１の構成図に基づいて説明する。

本画像形成装置は画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。

画像形成装置本体ＧＨ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、ベルト状の中間転写体６、給紙搬送手段及び定着装置９等からなる。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを配置している。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを配置している。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを配置している。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを配置している。そして、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋは、潜像形成手段を構成する。

なお、現像手段４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。

定着装置１００は、加熱された定着ローラ１０１と定着ベルト１０２との間に形成されたニップ部で記録紙（記録材）Ｐ上のトナー像を加熱・加圧して定着する。

かくして、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、カラー画像合成されたトナー像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，レジストローラ２３等を経て、転写手段７Ａに搬送され、記録紙Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録紙Ｐは定着装置１００において加熱・加圧され、記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。

一方、転写手段７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。

なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよいし、中間転写体を用いても用いなくてもよい。

次に、本発明に係わる定着装置１００の主要構成について、図２に示す断面図に基づいて説明する。

定着ローラ１０１は、中央に加熱手段としてのハロゲンランプＨを内蔵し、アルミニュウムや鉄等から形成された円筒状芯金１０１Ａと、円筒状芯金１０１Ａを被覆し耐熱性の高いシリコーンゴムから成る弾性層１０１Ｂと、更に弾性層１０１Ｂを被覆しＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から成る離型層１０１Ｃとにより構成されている。

定着ベルト１０２は、ポリイミドにより形成された基体と、基体の外表面を被覆しＰＦＡ若しくはＰＴＦＥから成る離型層とにより構成されていて、無端状に形成されている。

押圧パッド１０３は、シリコーンゴムから形成され、ステンレスから形成されたベース板金１０４、及び耐熱樹脂から形成されたベース部材１０５と共に、耐熱樹脂から形成された保持部材としてのホルダー１０８に保持されている。また、ベース部材１０５の裏面には圧縮バネ１０６が配置されており、圧縮バネ１０６の付勢力によって加圧された押圧パッド１０３は定着ベルト１０２の内周面を定着ローラ１０１の方向に向けて押圧する。

ここで、押圧パッド１０３、ベース板金１０４、ベース部材１０５及び圧縮バネ１０６を含めて加圧手段と称す。

また、定着された記録紙Ｐの分離性を向上させるための分離部材１０７は耐熱樹脂若しくはアルミニュウム等の金属から形成され、耐熱樹脂から形成されたホルダー１０８、内周部材であるホルダー１０９及び金属製のフレーム１１０によって保持されている。

更に、ホルダー１０８，１０９はフレーム１１０によって保持されている。

摺動シート１１１は、テフロン（登録商標）コーティングのガラス繊維シートやＰＴＦＥシートから形成された低摩擦のシートであり、定着ベルト１０２の内周面と押圧パッド１０３との間、及び定着ベルト１０２の内周面と分離部材１０７との間に配置され、一端がホルダー１０８，１０９に狭着されている。

オイルパッド１１２（潤滑剤供給手段）はスポンジ等から形成されてシリコーンオイル等からなる潤滑剤を含有し、ホルダー１０９に支持され、定着ベルト１０２の内周面に圧着し潤滑剤を供給する。

以上の如く構成された定着装置１００において、ハロゲンランプＨにより加熱され、不図示の駆動手段によって駆動された定着ローラ１０１が時計方向に回転する。また、押圧パッド１０３が圧縮バネ１０６によりベース板金１０４及びベース部材１０５を介して押圧され、押圧パッド１０３は摺動シート１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１に押圧する。更に、分離部材１０７が摺動シート１１１を介して定着ベルト１０２を定着ローラ１０１を押圧する。

この状態で、定着ベルト１０２は、定着ローラ１０１の回転に従って反時計方向に回転し、押圧パッド１０３により定着ローラ１０１に押圧されて弾性変形するので、定着ベルト１０２と定着ローラ１０１との間に幅広のニップ部Ｎが形成される。そして、搬送された記録紙Ｐ上の未定着トナーはニップ部Ｎで加熱・加圧されて定着される。

また、定着ベルト１０２の内周面は回転時にニップ部で摺動シート１１１に摺接するが、摺動シート１１１は摩擦係数が小さいので、両者の間の摺動抵抗は小さい。更に、オイルパッド１１２から潤滑剤としてのシリコーンオイルが定着ベルト１０２の内周面に供給されるので、更に摺動抵抗は小さくなる。

ここで、従来のＦＢＮＦ方式の定着装置においては、回転する定着ベルトが内周面側に位置するホルダーに広い面積で摺接し、定着ベルトに付着していた潤滑剤がホルダーに付着するので、潤滑剤が次第に枯渇して、定着ベルトは円滑な回転ができなくなり、記録材に皺や画像ずれが発生し易い。

そこで、このような問題の発生を防止するために、本定着装置１００においては定着ベルト１０２の内周面側に位置する内周部材としてのホルダー１０９に複数の突出部材１１９を設けている。

図３に複数の突出部材１１９を設けたホルダー１０９の斜視図を示す。

突出部材１１９は先端部が半球状に形成されて定着ベルト１０２の内周面に当接すると共に、ホルダー１０９に固定され、ホルダー１０９の周方向及び長手方向に複数個配置されている。なお、突出部材１１９の数や間隔は定着ベルト１０２の内周面がホルダー１０９に接触しない範囲で決めればよく、定着ベルト１０２の撓みの程度や、定着ベルト１０２とホルダー１０９との間隔に影響される。

また、突出部材１１９の先端部は必ずしも半球状でなくてもよく、定着装置１０２の回転方向にのみ円弧であってホルダー１０９の長手方向には直線であってもよい。

更に、突出部材１１９をホルダー１０９と一体に樹脂成型してもよいし、各突出部材１１９をホルダー１０９に植設してもよい。

このように構成することにより、定着ベルト１０２の内周面は複数の突出部材１１９の半球状の頂部のみに部分的に摺接し、ホルダー１０９には摺接しないので、定着ベルト１０２は殆ど摩擦抵抗を受けることなく案内されて円滑に回転する。

以上の突出部材１１９はホルダー１０９に固定されているが、回転するようにしてもよい。これを図４に示す。

図４は複数の突出部材２１９を設けたホルダー２０９の斜視図である。

ホルダー２０９には定着ベルト１０２の回転方向に沿った複数の長溝２０９Ａが設けられ、且つ長溝２０９Ａはホルダー２０９の長手方向に複数個設けられている。そして、各長溝２０９Ａには円盤状に形成された複数の突出部材２１９が定着ベルト１０２の回転方向に回転可能に配置されている。

このように構成することにより、定着ベルト１０２の内周面は複数の突出部材２１９における円盤状の幅の狭い側面にのみ部分的に摺接し、ホルダー２０９には摺接せず、且つ、定着ベルト１０２の回転に伴って突出部材２１９も回転するので、定着ベルト１０２は殆ど摩擦抵抗を受けることなく案内されて円滑に回転する。

なお、突出部材２１９の側面はホルダー２０９の長手方向に直線でなく、円弧を有していてもよい。

更に、突出部材１１９，２１９をホルダー１０９，２０９の周方向に平均して配置することが望ましいが、場合によっては摩擦抵抗が特に大きいニップ部Ｎの上流側にのみ配置してもよい。

その他に、突出部材１１９，２１９の各先端部が定着ベルト１０２の内周面に当接して該内周面を案内可能に円弧状に配設されているならば、図３及び図４に示す如くホルダー１０９，２０９の外周面を周方向に円弧の形に形成する必要はなく、どのような形に形成してもよい。

次に、従来の定着装置と突出部材を有する定着装置とで定着ベルトを連続回転させ、画像不良の発生状況を比較した実験について記す。
（１）実験条件
従来の定着装置：図５に示す構成
なお、図５は前述の突出部材１１９，１２９がなく、ホルダー３０９の外径がホルダー１０９より大きく形成されていて、定着ベルト３０２の内周面が案内面としてのホルダー３０９の外周面に摺接する。この点以外は図の定着装置と同様であるので、他の説明は省略する。なお、図５において、３０１は定着ローラ、３０３は押圧パッド、３１１は摺動シート、３１２はオイルパッドである。

突出部材を有する定着装置：図２に示す構成であって、突出部材は図４に示す回転するタイプ。なお、突出部材の外径寸法は５ｍｍで、材質はＰＰＳ（ポリエチレンサファイド）。

また、双方の定着ローラ、定着ベルト、摺動シート及び潤滑剤は下記の仕様である。

定着ローラ：離型層ＰＦＡチューブ、外径３５ｍｍ
定着ベルト：基材ＰＩ，離型層ＰＦＡチューブ、内径３５ｍｍ
摺動シート：ガラスクロス、フッ素コート
潤滑剤：ジメチルシリコン
（２）実験方法
双方の定着装置を所定の時間駆動させたときの定着ローラの軸トルクと画像不良の発生状況を比較した。
（３）実験結果
表１に示す。

なお、画像不良の発生状況において、評価は下記の通りである。

○：画像不良の発生なし
△：紙面上の一部に画像ずれが僅かに発生
×：紙面全体に画像ずれが発生
（４）考察
従来の突出部材なしの定着装置に較べて本発明に関する突出部材ありの定着装置の方が、定着ローラの軸トルクの増加が少なく、且つ、画像ずれの発生も遅かった。

画像形成装置の構成図である。 定着装置の断面図である。 突出部材が固定したホルダーの斜視図である。 突出部材が回転するホルダーの斜視図である。 従来の定着装置の斜視図である。

符号の説明

１００ 定着装置
１０１ 定着ローラ
１０２ 定着ベルト
１０３ 押圧パッド
１０８，１０９ ホルダー
１１０ フレーム
１１１ 摺動シート
１１２ オイルパッド

Claims (6)

1. 加熱手段により加熱されると共に回転する定着ローラと、
   前記定着ローラによって駆動されて回転する無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトを内周面側から加圧して前記定着ベルトを前記定着ローラに圧接させる加圧手段と、
   前記定着ベルトの内周面側に位置する内周部材と、
   を備え、
   前記定着ローラと前記定着ベルトとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着する定着装置において、
   前記内周部材の外周面より突出して前記定着ベルトの内周面に当接する複数の突出部材を前記内周部材に設けたことを特徴とする定着装置。
2. 前記突出部材は、先端部が半球状に形成されて前記定着ベルトの内周面に当接すると共に、前記内周部材に固定され、前記内周部材の周方向及び長手方向に複数個配置されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記突出部材は、円盤状に形成されて側面が前記定着ベルトの内周面に当接すると共に、前記定着ベルトの回転に伴って回転可能であり、前記内周部材の周方向及び長手方向に複数個配置されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記定着ベルトの内周面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 前記突出部材は少なくとも前記ニップ部に対する前記定着ベルトの回転方向上流側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の定着装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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