JP2010140061A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回動可能な定着ロール61と、定着ロール61に接触しながら移動可能なエンドレスベルト62と、エンドレスベルト62の内側に配置され、エンドレスベルト62を定着ロール61に圧接させて定着ロール61とエンドレスベルト62との間にニップ部Nを形成する圧力パッド64と、エンドレスベルト62の内周面に接触するように配置され、潤滑剤をエンドレスベルト62の内周面に対し供給する潤滑剤塗布部材67とを備え、エンドレスベルト62は、内周面にエンドレスベルト62の移動方向に沿って溝部を有するとともに、溝部を含む内周面に不規則な凹凸を有し、凹凸によりニップ部Nにて潤滑剤の供給及び回収を行うことにより潤滑剤を入れ替える。
【選択図】図2
Description
しかし、荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の形状がロール軸に沿って不均一になることから、定着むらや紙しわが発生する等といった画像品質上の問題が生じる。また、ロール径を大きくする方法では、装置の大型化を招くとともに、ロールを室温から定着可能温度に上昇させるまでの時間(ウォームアップタイム)が長くなるという問題がある。
しかしながら、圧力パッドとエンドレスベルトとの間の摺動部に潤滑剤を供給するに際しては、一旦エンドレスベルトの内周面に潤滑剤を塗布して、エンドレスベルトの回動に伴って摺動部まで搬送する方法が採られるが、エンドレスベルトの内周面に潤滑剤を安定的に塗布することが難しいため、摺動部に対して充分な潤滑剤を長期に亘って安定して供給することが困難であった。
そのために、圧力パッドとエンドレスベルトとの接触抵抗(摺動抵抗)の増加が生じてエンドレスベルトの動きが定着ロールに対応し難くなることから、記録紙の搬送が良好でなくなり、紙しわや画像ずれ等の画像不良を生じさせる可能性があった。
請求項3に記載の発明は、前記回動部材を加熱する加熱部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の定着装置である。
請求項4に記載の発明は、前記エンドレスベルトを加熱する加熱部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の定着装置である。
[実施の形態1]
図1は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー画像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール34および中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
定着ロール61の内部には、発熱源としてのハロゲンランプ66が配設されている。一方、定着ロール61の表面には温度センサ69が接触して配置されている。画像形成装置の制御部40は、この温度センサ69による温度計測値に基づいてハロゲンランプ66の点灯を制御し、定着ロール61の表面温度が所定の設定温度(例えば、170℃)を維持するように調整している。
エンドレスベルト62は、圧力パッド64とベルト走行ガイド63とによって回動自在に支持されている。そして、ニップ部Nにおいて定着ロール61に対して圧接されて配置されている。
特に、定着ロール61の歪みを局所的に大きくすることによって、小さい歪み量で高い剥離性能を得ることが可能となる。そのため、定着ロール61の離型層613として、薄膜の耐熱性樹脂を用いた場合においても、用紙Pにおける紙しわの発生を抑制できる。また、耐熱性弾性体層612と離型層613との間の剥がれ等も発生し難く、剥離性能の維持と併せて長期に亘る部品性能の信頼性を向上させることができる。
なお、剥離の補助手段として、定着ロール61のニップ部Nの下流側に、剥離部材70を配設することも可能である。剥離部材70は、剥離バッフル71が定着ロール61の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)に定着ロール61と近接する状態でホルダ72によって保持されている。
耐熱性弾性体層612としては、耐熱性の高い弾性体であればどのような材料を用いることも可能である。特に、ゴム硬度が25〜40°(JIS−A)程度のゴム、エラストマ等の弾性体を用いるのが好ましく、具体的には、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を挙げることができる。
剥離ニップ部材64bは、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の耐熱性を有する樹脂、または鉄、アルミニウム、SUS等の金属で形成されている。剥離ニップ部材64bの形状としては、ニップ部Nにおける外面形状が一定の曲率半径を有する凸曲面状に形成される。
ベルト走行ガイド63には、定着装置60の長手方向に亘って、潤滑剤塗布部材67が配設されている。潤滑剤塗布部材67は、エンドレスベルト62内周面に対して接触するように配置され、アミン変性シリコーンオイル等の潤滑剤を適量供給する。これにより、エンドレスベルト62と低摩擦シート68との摺動部に潤滑剤を供給し、低摩擦シート68を介したエンドレスベルト62と圧力パッド64との摺動抵抗をさらに低減して、エンドレスベルト62の円滑な回動を図っている。
一方、ニップ部Nに用紙Pが搬送されていない状態では、従動側のエンドレスベルト62も定着ロール61の回転に伴って定着ロール61から摩擦力を受けることによって回動している。しかし、ニップ部Nに用紙Pが搬送され、用紙Pがニップ部Nに挟持されている状態では、エンドレスベルト62は用紙Pを介して定着ロール61から搬送力を受けている。したがって、用紙P側から捉えると、用紙Pがニップ部Nを通過する際には、用紙Pには定着ロール61からの搬送力を受けるとともに、エンドレスベルト62側から搬送方向とは逆方向の力(逆搬送力)が作用することとなる。
したがって、通常状態では、エンドレスベルト62が圧力パッド64から受ける摺動抵抗は極めて小さく、円滑に回動可能であることから、エンドレスベルト62は用紙Pと等速で回動することが可能である。この場合には、用紙Pが受ける逆搬送力は、エンドレスベルト62を介した圧力パッド64からの摺動抵抗であるから、無視できる程度に小さい。そのため、用紙Pは定着ロール61と等速に安定して搬送される。
エンドレスベルト62と圧力パッド64との間の摺動抵抗が増加すると、用紙Pがニップ部Nを搬送される際に、用紙Pがエンドレスベルト62を介して圧力パッド64から受ける逆搬送力が無視できなくなる。さらに増して、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間の摺動抵抗が過大になると用紙Pに作用する逆搬送力が大きくなり、用紙Pの搬送が定着ロール61の回動に追随できなくなって、用紙Pと定着ロール61との間でスリップが発生する。そのため、用紙Pの円滑な搬送が妨げられ、画像ずれや用紙Pにおける紙しわの原因となる。
まず、上述したように、潤滑剤塗布部材67は、エンドレスベルト62内周面に接触するように配置され、アミン変性シリコーンオイル等の潤滑剤をエンドレスベルト62内周面に対し常時供給している。ここで、潤滑剤としては、アミン変性シリコーンオイル等の液体状のものの他、固形物質と液体とを混合させたグリース等を用いることもでき、またこれらを組み合わせて用いることもできる。
エンドレスベルト62の移動に伴う潤滑剤塗布部材67との接触により、潤滑剤塗布部材67からエンドレスベルト62内周面の全面に亘って塗布された潤滑剤は、エンドレスベルト62内周面に形成された微細凹凸のうち、主として凹部に保持される。潤滑剤は表面張力により互いに集まって一つの集合としてまとまろうとするので、凹部においては、潤滑剤がそれぞれ微小な集合となって安定的に保持されることとなる。
また、エンドレスベルト62内周面と潤滑剤塗布部材67との接触に際して、潤滑剤塗布部材67と微細凹凸の凸部との接触によって潤滑剤が均されるので、微細な凹部には確実に潤滑剤が供給できるとともに、余分な潤滑剤は潤滑剤塗布部材67に回収することができる。そのため、凹部における潤滑剤の保持量は略一定量に制御され、エンドレスベルト62内周面の全面に亘って潤滑剤を均一に保持することも可能である。
図3において、(a)は、エンドレスベルト62内周面に対して表面粗し等の処理を施さず、エンドレスベルト62内周面の本来の表面そのままの状態を維持したタイプ(平滑タイプ)である。この平滑タイプでは、表面粗さ値Ra(算術平均粗さ)は、いずれの方向にもRa=約0.2μmである。また、(b)は、エンドレスベルト62の回動方向(移動方向)に沿って溝を形成したタイプ(移動方向溝タイプ)である。この場合の表面粗さ値Raは、移動方向に計測した値がRa=約0.2μm、移動方向に直交する方向(エンドレスベルト62の回動軸方向であり、以下、軸方向とも表現する。)に計測した値がRa=約0.8〜0.9μmである。
図5に示したように、(a)平滑タイプに対し、移動方向に沿って溝を形成した(b)移動方向溝タイプではオイル搬送量が増加している。それにも増して、(c)溝サンドブラストタイプや(d)小サンドブラストタイプ、(e)大サンドブラストタイプにおいてオイル搬送量が増加し、特に(c)溝サンドブラストタイプと(d)小サンドブラストタイプにおいて顕著である。
さらに、エンドレスベルト62と圧力パッド64との間には押圧力が作用しているが、潤滑剤は微細凹凸の凹部に保持されており、微細凹凸の凸部によってこの押圧力が直接潤滑剤に作用するのを抑制するので、潤滑剤がエンドレスベルト62内周面と低摩擦シート68の摺擦面との摺動部から押し出されることもない。そのため、この摺動部において潤滑剤が失われず、潤滑剤の安定的な維持が可能である。
この実験では、定着ロール61には、アルミニウム製のコア611に、0.6mm厚のシリコーンゴムの耐熱性弾性体層612と、0.03mm厚のPFA樹脂の離型層613を被覆した外径26mmのものを用い、定着ロール61の表面温度は150℃に設定した。また、エンドレスベルト62には、ベース層として外径30mm、厚さ0.075mmのポリイミド樹脂を用い、定着ロール61側に0.01mmのPFA樹脂からなる離型層613を被覆したものを用いた。さらに、圧力パッド64は、シリコーンゴムからなるプレニップ部材64aと、アルミニウムからなる剥離ニップ部材64bと、エンドレスベルト62側の摺擦面側をシンタード成型したPTFE樹脂で被覆した低摩擦シート68とで構成されたものを用いた。
そして、定着装置60をプロセススピード194mm/sに設定して非通紙で回転(空回転)させ、その際の定着ロール61の駆動トルクの経時変化を測定することで、摺動抵抗の変化を評価した。
図6に示すように、比較例のエンドレスベルトでは、初期段階から空回転時間が経過するに連れて駆動トルクが上昇し、特に、従来の(a)平滑タイプでは40時間の経過時点で紙しわ発生の限界駆動トルクである0.6N・m近傍に到達するという結果となった。また、溝形成した(b)移動方向溝タイプでは、従来の(a)平滑タイプよりも改善は認められるが、空回転時間の経過に伴う駆動トルクの上昇傾向があり、比較的高い限界駆動トルクに近い値で推移するという結果となった。
一方、本実施の形態のエンドレスベルト62では、(c)溝サンドブラストタイプ、(d)小サンドブラストタイプおよび(e)大サンドブラストタイプのいずれも、空回転時間が経過しても駆動トルクの経時変化は殆ど認められず、駆動トルクは略初期状態の低い駆動トルク(限界駆動トルクの1/2以下のレベル)が維持されるという結果が得られた。
このように、内周面に不規則な微細凹凸が形成されたエンドレスベルト62は、駆動トルクの低減を図る点において、従来の(a)平滑タイプのエンドレスベルトや、さらには溝形成した(b)移動方向溝タイプのエンドレスベルトに対して、格段の有為性を有していることが確認できる。
図6に示した結果から、(c)溝サンドブラストタイプ、(d)小サンドブラストタイプおよび(e)大サンドブラストタイプのいずれにおいても、駆動トルクの低減を図ることができる。この結果と図5に示したオイル搬送量との比較を行うと、(b)移動方向溝タイプでのオイル搬送量では、駆動トルクの変動において不充分であり、(c)溝サンドブラストタイプでのオイル搬送量において、駆動トルクの変動が充分である。したがって、表面粗さ値Raとしては、(b)移動方向溝タイプと(c)溝サンドブラストタイプとの中間値である0.3μm以上に形成することが必要であることが導き出せる。
一方、図5に示したように、(e)大サンドブラストタイプでは、(c)溝サンドブラストタイプや(d)小サンドブラストタイプと比較して、オイル搬送量は減少している。これは、ランダムな凹凸形状であっても、表面粗さ値Raが大きくなりすぎると、凹部において潤滑剤が流動し易くなり、安定的な潤滑剤の保持を行い難くなるためと考えられる。これを考慮し、エンドレスベルト62内周面に形成する微細凹凸の表面粗さ値Raの上限値としては、(e)大サンドブラストタイプを限界として、表面粗さ値Raは1.6μm以下とすることが必要となる。
なお、特にポリイミドとアミン変性シリコーンオイルとは親和性に優れているので、エンドレスベルト62のベース層としてポリイミドを用いるとともに、潤滑剤としてアミン変性シリコーンオイルを用い、さらにエンドレスベルト62内周面に表面粗さ値Raが0.3〜1.6μmの不規則(ランダム)な微細凹凸を形成することにより、エンドレスベルト62内周面における潤滑剤の保持能力を極めて安定的にすることができる。
図7に示すように、(d)小サンドブラストタイプのエンドレスベルト62を用いた場合には、プロセススピードおよび定着温度のいずれの設定でも、130時間程度の空回転においても定着ロール61の駆動トルクの上昇は発生せず、極めて長時間に亘ってエンドレスベルト62と圧力パッド64との間の良好な摺動が行われることが確認された。
本実施の形態の定着装置60では、ニップ部Nにおいて、圧力パッド64がエンドレスベルト62の内側から定着ロール61を押圧するように構成されているために、エンドレスベルト62が回動してニップ部Nを抜け出し、ニップ部Nにおける押圧力から解放される際に、エンドレスベルト62の内周面に形成された微細凹凸と低摩擦シート68の摺擦面との間に摺擦振動が発生して、これが異音となる場合がある。特に、エンドレスベルト62の移動方向に向けた表面粗さ値Raが振動の大きさに影響を与えることから、これが所定値を超えると異音が許容量以上となる。
したがって、エンドレスベルト62からの異音を許容値以下とするように、微細凹凸のエンドレスベルト62の移動方向に向けて計測される表面粗さ値Raは所定値以下に設定する必要がある。
また、本発明者の官能試験では、ユーザが不快に感じることがない異音レベルの許容値としては、68.2dB以下であれば充分であることが見出されている。そこで、この異音レベルの許容値を満たすという観点から、エンドレスベルト62の移動方向の表面粗さ値Raは、図8の結果より、1.0μm以下であることが好ましい。なお、かかる異音の観点からは、エンドレスベルト62の軸方向の表面粗さ値Raについては、特段の制限を設ける必要はない。
上述したように、エンドレスベルト62から発生する異音は、エンドレスベルト62の移動に伴うエンドレスベルト62の内周面に形成された微細凹凸と低摩擦シート68の摺擦面との摺動により生じるため、エンドレスベルト62の移動方向の表面粗さ値Ra2が主要因となる。したがって、エンドレスベルト62の移動方向の表面粗さ値Ra2については、1.0μm以下に設定するのが好ましい。
一方、エンドレスベルト62の移動方向と直交する方向の表面粗さ値Ra1は、エンドレスベルト62からの異音に関する要因としては極めて小さいので、潤滑剤を保持するという観点から表面粗さ値Ra1を設定することができる。すなわち、エンドレスベルト62の移動方向と直交する方向の表面粗さ値Ra1を大きく設定することにより、潤滑剤の保持量を大きくすることができる。また、エンドレスベルト62の移動方向と直交する方向の表面粗さ値Ra1を大きく設定することで、エンドレスベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面との接触面積を小さくすることができるので、さらに摺動抵抗を低減することが可能となる。
特に、微細凹凸のエンドレスベルト62の移動方向に向けて計測した表面粗さ値RaをRa≦1.0(μm)に設定することで、エンドレスベルト62において発生する異音を許容値以下のレベルに抑えることも可能となる。
また、エンドレスベルト62の内周面に均一な潤滑剤の被覆が形成されることで、エンドレスベルト62の内周面が低摩擦シート68やベルト走行ガイド63等と接触するに際しても、摩耗等の損傷を受けることが少ないので、エンドレスベルト62の耐久性の向上を図ることもできる。
実施の形態1では、加熱手段として発熱源を有する定着ロール61を用い、加圧手段として圧力パッド64が押圧されたエンドレスベルト62を用いた定着装置60が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態2では、図1に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、加熱手段として発熱源が押圧された定着ベルトを用い、加圧手段として加圧ロールを用いた定着装置について説明する。尚、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
セラミックヒータ82は、加圧ロール91側の面がほぼフラットに形成されている。そして、定着ベルト92を介して加圧ロール91に押圧される状態で配置され、ニップ部Nを形成している。したがって、セラミックヒータ82は圧力部材としても機能している。ニップ部Nを通過した用紙Pは、ニップ部Nの出口領域(剥離ニップ部)において定着ベルト92の曲率の変化によって定着ベルト92から剥離される。
さらに、定着ベルト92内周面とセラミックヒータ82との間には、定着ベルト92の内周面とセラミックヒータ82との摺動抵抗を小さくするため、摺擦部材の一例としての低摩擦シート68が配設されている。この低摩擦シート68は、セラミックヒータ82と別体に構成しても、セラミックヒータ82と一体的に構成しても、いずれでもよい。
また、剥離の補助手段として、定着ベルト92のニップ部Nの下流側に、剥離部材70を配設することも可能である。剥離部材70は、剥離バッフル71が定着ベルト92の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)に定着ベルト92と近接する状態でホルダ72によって保持されている。
特に、微細凹凸のエンドレスベルト62の移動方向に向けて計測した表面粗さ値をRa≦1.0(μm)に設定することで、エンドレスベルト62において発生する異音を許容値以下のレベルに抑えることも可能となる。
Claims (5)
- 記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
回動可能な回動部材と、
前記回動部材に接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、当該エンドレスベルトを前記回動部材に圧接させて当該回動部材と当該エンドレスベルトとの間に前記記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
前記エンドレスベルトの内周面に接触するように配置され、潤滑剤をエンドレスベルトの内周面に対し供給する潤滑剤塗布部材とを備え、
前記エンドレスベルトは、当該内周面に当該エンドレスベルトの移動方向に沿って溝部を有するとともに、当該溝部を含む当該内周面に不規則な凹凸を有し、当該凹凸により前記ニップ部にて前記潤滑剤の供給及び回収を行うことにより当該潤滑剤を入れ替えることを特徴とする定着装置。 - 前記エンドレスベルトは少なくとも内周面がポリイミドで構成され、当該内周面にアミン変性シリコーンオイルが塗布されることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記回動部材を加熱する加熱部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記エンドレスベルトを加熱する加熱部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- トナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、
前記記録材上に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着手段とを含み、
前記定着手段は、
回動可能な回動部材と、
前記回動部材に接触しながら移動可能であり、内周面に自らの移動方向に沿って溝部を有するとともに、当該溝部を含む当該内周面に不規則な凹凸が形成されたエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、当該エンドレスベルトを前記回動部材に圧接させて当該回動部材と当該エンドレスベルトとの間に前記記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
前記エンドレスベルトの内周面に接触するように配置され、潤滑剤を当該エンドレスベルトの内周面に対し供給する潤滑剤塗布部材とを備え、
前記エンドレスベルトは、前記凹凸により前記ニップ部にて前記潤滑剤の供給及び回収を行うことにより当該潤滑剤を入れ替えることを特徴とする画像形成装置。
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