JP2011253055A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗発熱体に給電する電極を備えた定着ベルトを定着ローラに遊嵌した定着装置であって、電極が抵抗発熱体から剥離し難い定着装置及び、かかる定着装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着ローラ２１０に遊嵌され、トナー像を記録シートに融着する定着ベルト２０１と、定着ベルト２１０の蛇行を防止する蛇行規制部材３０１と、を備える定着装置において、定着ベルト２０１に、通電によって発熱する無端ベルト状の抵抗発熱体層４０２と、何れも抵抗発熱体層４０２の外周面上に全周に亘って取着され、抵抗発熱体に通電するための電流を受電する１対の電極２０２と、を設ける。前記１対の電極２０２のうち少なくとも一方を、定着ベルト２０１の幅方向端から離隔させることによって定着ベルト２０１が蛇行規制板３０１に摺動することに起因する負荷によって電極２０２が剥離するのを防止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関し、特に、抵抗発熱体に通電して得られるジュール熱によってトナー像を記録シートに融着する定着装置において、抵抗発熱体から電極が剥離するのを防止する技術に関する。

従来、定着装置においては、定着ローラに巻回された無端状の定着ベルトを加圧ローラに圧接させた状態で従動回転させながら、セラミックヒータにて加熱することによって、定着ベルトと加圧ローラとの間に通紙される記録シートにトナー像を融着する方式が広く用いられている。
しかしながら、定着ベルトを定着温度まで昇温させるのに要するウォーミングアップ時間の更なる短縮や、消費電力の更なる低減が常に求められている。この要求に応えるべく、例えば、定着ベルトそのものに抵抗発熱体を設け、この抵抗発熱体に通電して得られるジュール熱によってトナー像を定着させる方式が提案されている。このような方式によれば、ウォーミングアップ時間の短縮と省電力を図ることができる。

特開２００７−２７２２２３号公報

このような装置においては、定着ベルトから定着ローラへ熱が逃げるのを抑制することによって、ウォーミングアップ時間を短縮するために、定着ベルトと定着ローラの接触面積を減らすべく、定着ベルトを定着ローラに遊嵌する。すると、定着ローラに対して定着ベルトが蛇行するおそれがあるので、これを規制する蛇行規制板が定着ベルトの回転軸方向両端に接するように設けられる。

しかしながら、定着ベルトは、抵抗発熱体に通電する必要上、回転軸方向両端の全周に亘って電極を備えている。このため、定着ベルトが蛇行すると、電極が蛇行規制板に摺動して負荷を受けた結果、抵抗発熱体から剥離する不具合が発生する。電極が抵抗発熱体から剥離すると、定着ベルトが破損するに留まらず、抵抗発熱体における電流密度の不均衡や剥離箇所における放電などに起因して発煙や発火を招くおそれもある。

本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、抵抗発熱体に給電する電極を備えた定着ベルトを定着ローラに遊嵌した定着装置であって、電極が抵抗発熱体から剥離し難い定着装置及び、かかる定着装置を備えた画像形成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、本発明に係る定着装置は、トナー像を記録シートに融着する定着ベルトと、定着ベルトの蛇行を防止する蛇行規制部材と、を備える定着装置であって、定着ベルトは、通電によって発熱する無端ベルト状の抵抗発熱体層と、何れも抵抗発熱体層の外周面上に全周に亘って設けられ、抵抗発熱体に印加する電圧を受電する１対の電極と、を備え、前記１対の電極のうち少なくとも一方が、定着ベルトの幅方向端から離隔して設けられていることを特徴とする。

このようにすれば、電極が定着ベルトの幅方向端から離隔しているので、定着ベルトが蛇行規制板に摺動しても、電極に負荷が加わり難く、電極の剥離を防止することができる。この場合において、前記電極は定着ベルトの幅方向端から２［ｍｍ］以上離隔しているのが望ましい。
また、前記定着ベルトは、全幅、全周に亘る補強層を備えるとすれば、定着ベルトが変形し難くなるので、定着ベルトと蛇行規制板の摺動による負荷が電極に加わるのを更に防止することができる。

また、本発明に係る定着装置は、前記補強層上に抵抗発熱体層と電極とが順次積層されており、抵抗発熱体層が、定着ベルトの幅方向端から離隔して設けられていることを特徴とする。このようにすれば、定着ベルトと蛇行規制板との摺動による負荷が抵抗発熱体層に加わり難くなるので、抵抗発熱体層が補強層から剥離するのを防止することができる。
なお、この場合において、前記電極は定着ベルトの幅方向端から２［ｍｍ］以上離隔しているとすれば更に好適である。

また、前記定着ベルトの幅方向における前記電極の内側には抵抗発熱体層上に、弾性層及び離型層が順次積層されてなることを特徴とする。このようにすれば、トナー量の多いカラー画像を定着する場合であっても、離型層を備えることによって定着ベルトにトナーが付着し難くするので、トナーが剥離することに起因する画像の劣化を防止することができる。また、定着ベルトの凹凸に起因してトナー像に加わる圧力ムラが生じるのを、弾性層を備えることによって当該凹凸を均して圧力を均一化し、定着ムラを防止することができる。

また、前記抵抗発熱体層は、耐熱性絶縁樹脂に導電性フィラーを分散させてなることを特徴とする。このようにすれば、導電性フィラーの種類や量を調整することによって、定着装置の形状や構造、使用目的に応じた電気抵抗を有する抵抗発熱体層を得ることができる。
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る定着装置を備えるを特徴とする。このようにすれば、本発明に係る定着装置が有する上述のような効果を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。 定着装置１１５の主要な構成を示す一部切り欠き斜視図である。 定着ベルト２０１と蛇行規制板の位置関係を例示する図である。 定着ベルト２０１の構成を示す断面斜視図である。 本発明の変形例に係る定着ベルト２０１の構成を示す断面斜視図である。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］ 画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図１に示されるように、画像形成装置１は、原稿読取部１００、画像形成部１１０及び給紙部１２０を備えている。原稿読取部１００は原稿を光学的に読み取って画像データを生成する。

画像形成部１１０は作像部１１１Ｙ〜１１１Ｋ、制御部１１２、中間転写ベルト１１３、２次転写ローラ対１１４、定着装置１１５、排紙ローラ１１６、排紙トレイ１１７及びクリーナ１１８を備えている。
作像部１１１Ｙ〜１１１Ｋは、制御部１２０の制御の下、それぞれＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナー像を形成し、各色のトナー像が重なり合うように中間転写ベルト１１３に静電転写（１次転写）する。中間転写ベルト１１３は無端状の回転体であって、矢印Ａ方向に回転し、トナー像を２次転写位置まで搬送する。

給紙部１２０は、それぞれ記録紙Ｐを紙サイズ毎に格納する給紙カセット１２１を備え、画像形成部１１０に記録紙Ｐを供給する。供給された記録紙Ｐは、中間転写ベルト１１３がトナー像を搬送するのに並行して、２次転写位置まで搬送される。
２次転写ローラ対１１４は電位差を有する１対のローラからなっており、このローラ対は互いに圧接して転写ＮＩＰ部を形成している。この転写ＮＩＰ部において中間転写ベルト１１３上のトナー像が記録紙Ｐへ静電転写（２次転写）される。トナー像を転写された記録紙Ｐは定着装置１１５へ搬送される。

定着装置１１５は電磁誘導加熱方式の定着装置であって、トナー像を加熱、溶融して、記録紙Ｐに圧着する。トナー像を融着された記録紙Ｐは排紙ローラ１１６によって排紙トレイ１１７上に排出される。
［２］ 定着装置１１５の構成
次に、定着装置１１５の構成について説明する。

図２は、定着装置１１５の主要な構成を示す一部切り欠き斜視図である。図２に示されるように、定着装置１１５は、弾性変形可能な無端状の定着ベルト２０１と、定着ベルト２０１が遊嵌された定着ローラ２１０と、定着ベルト２０１を介して定着ローラに圧接された加圧ローラ２２０と、定着ベルト２０１に発熱のための電力を供給する給電部材２３０とを有する。なお、図２においては、装置構成を見易くするために、定着ベルトの蛇行を規制する蛇行規制板が省かれている。

定着ベルト２０１は、円筒状であり、半径方向にある程度の外力を加えると弾性変形し、変形状態から外力の付与を停止すると自身の復元力により下の状態に戻る自己形状保持可能なものが用いられている。定着ベルト２０１の径方向の寸法は、例えば内径が３０［ｍｍ］である。定着ベルト２０１の構成については後に詳述する。
定着ローラ２１０は、長尺状の芯金２１２の周囲に弾性層２１３が積層されて成り、定着ベルト２０１の周回経路（定着ベルト２０１が周回走行するときの走行路。以下、「ベルト周回経路」という。）の内側に配される。軸部としての芯金２１２は、例えば、径が１８［ｍｍ］のアルミニウムやステンレス等から成る。弾性層２１３は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム、もしくはその発泡材から成り（これらを積層させる場合もある）、厚さは、例えば５［ｍｍ］である。

定着ローラ２１０の外径は、定着ベルト２０１の内径よりも小さく（例えば、２８［ｍｍ］）、定着ローラ２１０と定着ベルト２０１は、定着ニップＮで接して、定着ニップＮ以外の部分においては両者間に隙間（空間）が設けられるようになっている。
このような構成をとると、定着ベルト２０１が定着ローラ２１０に密着する構成よりも、定着ベルト２０１から定着ローラ２１０への熱の伝達箇所の面積が小さくなり、定着ベルト２０１から発せられる熱の一部が定着ローラ２１０の芯金２１２を介して芯金２１２両端の軸部２１１を回転自在に支持する定着装置１１５の筐体に伝わって逃げるといった伝熱ロスを低減して高い熱効率の実現を図ることができる。

加圧ローラ２２０は、長尺状の芯金２２２の周囲に弾性層２２３を介して離型層２２４が積層されて成り、ベルト周回経路の外側に配置され、不図示の付勢機構により付勢されて定着ベルト２０１の外側から定着ベルト２０１を介して定着ローラ２１０を押圧し、定着ベルト２０１表面との間に定着ニップＮを確保する。加圧ローラ２２０の外径は２０〜１００［ｍｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態では３５［ｍｍ］である。

芯金２２２は、例えばアルミニウムや鉄等から成る中空のパイプ形状で、外径は、例えば、３０［ｍｍ］である。また、厚さは０．１〜１０［ｍｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態においては２［ｍｍ］である。なお、中実の円柱状のものや、断面形状が三ツ矢形状等のものを用いてもよい。
弾性層２２３は、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有するゴムや、これらの発泡材等から成り、厚さは１〜２０［ｍｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態においては２．５［ｍｍ］とした。

離型層２２４は、ＰＦＡ（PerFluoroAlkoxy）等のフッ素樹脂チューブやフッ素樹脂コーティング等から成り、帯電によるトナーのオフセットを防止するために導電性が付与されたものを用いてもよい。離型層２２４の厚さは５〜１００［μｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態においては２０［μｍ］である。
定着ローラ２１０は、芯金２１２の軸方向両端の軸部２１１が定着装置１１５の筐体に軸受部材（不図示）を介して回転自在に支持されている。同様に加圧ローラ２２０も、芯金２２２の軸方向両端の軸部４３０が筐体に不図示の軸受部材を介して回転自在に支持されている。

加圧ローラ２２０は、駆動モータ（不図示）からの駆動力の伝達により矢印Ａ方向に回転駆動される。加圧ローラ２２０の回転に従動して、定着ベルト２０１が矢印Ｂ方向に沿って周回走行されると共に、定着ローラ２１０が同方向に回転駆動される。なお、定着ローラ２１０を駆動側、定着ベルト２０１と加圧ローラ２２０を従動側としても良い。
定着ベルト２０１の外周面上の定着ローラ２１０の軸方向（以下、「ローラ軸方向」という。）における通紙領域を挟む両端部の外周面には全周に亘って電極２０２が設けられており、一対の給電部材２３０が定着ベルト２０１の外側から内側へと向かう方向の付勢力を受けて、それぞれ電極２０２に圧接されている。詳しくは後述する。

給電部材２３０は、大きさが例えば、縦１０［ｍｍ］、横５［ｍｍ］、高さ７［ｍｍ］の直方体状のブロックであって、摺動性および導電性を有する銅黒鉛質や炭素黒鉛質等の材料から成るいわゆるカーボンブラシであり、それぞれ導電線（ハーネス）２３１を介して電源２３２に電気的に接続されている。
図３は、定着ベルト２０１と蛇行規制板の位置関係を例示する図である。図３に示されるように、定着ローラ２１０の回転軸方向両端部には蛇行規制板３０１が軸部２１１に取着されている。蛇行規制板３０１は定着ローラ２１０と共に回転して、定着ベルト２０１の蛇行を規制する。

［３］ 定着ベルト２０１の構成
次に、定着ベルト２０１の構成について説明する。
図４は、定着ベルト２０１の構成を示す断面斜視図である。図４中、一点鎖線は軸部２１１の中心線を示しており、中心線から下は図示を省略した。また、図４は定着ベルト２０１の回転軸方向の一方の端部に着目した図であるが、他方の端部においても定着ベルト２０１は同様の構成を備えている。

図４に示されるように、定着ベルトは補強層４０１上に抵抗発熱体層４０２、弾性層４０３及び離型層４０４を順次積層してなっている。また、定着ローラ２１０の快適軸方向、弾性層４０３の外側には電極２０２が抵抗発熱体層４０２上に取着されている。
抵抗発熱体層４０２は電極２０２から給電を受けて、ジュール熱を発生させる。抵抗発熱体層４０２は、樹脂に導電性フィラーを分散させることにより所定の電気抵抗率に調整されている。樹脂はＰＩ（Poly Imide）、ＰＰＳ（Poly Phenilene Sulfide）、ＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Ketone）等の耐熱樹脂が望ましい。

また、導電性フィラーとしては銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属や、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンマイクロコイル等のカーボン系材料を用いればよく、これらのうち２種類以上混合して分散させても良い。導電性フィラーの形状としては同一含有量でフィラーどうしの接触する確率を高くするため、繊維状が望ましい。導電性フィラーの厚さは５〜１００［μｍ］程度が望ましい。また、導電性フィラーの電気抵抗率は、印加する電圧、電流や抵抗発熱体層４０２の厚さ、定着ベルト２０１の径や長さに応じて決定されるべきであるのは言うまでもないが、例えば、１．０×１０^−６〜９．９×１０^−３［Ωｍ］の範囲内とすれば良く、１．０×１０^−５〜５．０×１０^−３［Ωｍ］の範囲内とすれば更に好適である。

離型層４０４は、ＰＦＡ（Tetra Fluoro Ethylene-Perfluoro Alkylvinyl Ether Copolymer）、ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）、ＥＴＦＥ（Ethylene Tetra Fluoro Ethlylene）等のフッ素系チューブ及びフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が望ましく、導電性としても良い。フッ素系チューブの例としては、三井デュポンフロロケミカル株式会社製ＰＦＡ３５０−Ｊ、４５１ＨＰ−Ｊ、９５１ＨＰ Ｐｌｕｓ等の製品がある。

離型層４０４と水との接触角は９０°以上とすれば良く、１１０°以上とすれば更に好適である。離型層４０４の表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０１〜５０［μｍ］の範囲内とするのが望ましい。離型層４０４の厚さは、例えば、５〜１００［μｍ］の範囲内とするのが望ましい。
また、離型層４０４は、フッ素ゴムの弾性層にＰＩやＰＰＳ等の樹脂を積層することによって補強、絶縁した３層以上の構成としてもよい。

電極２０２は定着ベルト２０１の回転軸方向両端部に近い位置であって、端部から離隔した位置の全周に亘って積層されている。このような形状を採用することによって、電極２０２に通電すると、抵抗発熱体層４０２全体に均一な電流分布を実現することができるので、均一な発熱を得ることができる。
また、電極２０２が定着ベルト２０１の端部から離隔しているので、電極２０２が蛇行規制部材３０１と直接、摺動することによって、電極２０２と抵抗発熱体層４０２との接合部に負担が加わり、電極２０２が抵抗発熱体層４０２から剥離するのを防止することができる。なお、定着ベルト２０１の端部から電極２０２までの距離は、２［ｍｍ］以上であるのが望ましい。

電極２０２の材料としては電気抵抗率が低い金属が望ましく、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、黄銅などが良い。また、電極２０２を抵抗発熱体層４０２に積層するに当たっては、導電性の粘着材を用いて固着したり、メッキする等の方法を用いたりするのが望ましい。

補強層４０１は、ＰＩ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性絶縁樹脂からなっており、厚さは５〜１００［μｍ］の範囲内であるのが望ましい。補強層４０１の外周面はすべて抵抗発熱体層４０２にて覆われている。
［４］ 変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。

（１） 上記実施の形態においては、補強層４０１上に抵抗発熱体層４０２を回転軸方向の両端部が揃うように積層する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
図５は、本変形例に係る定着ベルト２０１の構成を示す断面斜視図である。図５に示されるように、本変形例に係る定着ベルト２０１は、回転軸方向において、抵抗発熱体層４０２の端部が定着ベルト２０１（補強層４０１）の端部から離隔する一方、電極の端部と一致している。図示を省略した他端においても同様である。このようにすれば、補強層４０１の端部が蛇行規制部材３０１と摺動しても、抵抗発熱体層４０２は蛇行規制部材３０１と摺動しない。

従って、抵抗発熱体層４０２に摺動による負荷が加わって補強層４０１から剥離するのを防止することができる。換言すれば、補強層４０１と抵抗発熱体層４０２との接合部の耐久性を向上させることができる。なお、上記と同様に、抵抗発熱体層４０２も定着ベルト２０１の端部から２［ｍｍ］以上離隔しているのが望ましい。
また、この他、電極２０２の端部を抵抗発熱体層４０２の端部から離隔させる場合には、補強層４０１を省略しても、電極２０２の剥離を防止することができる。ただし、この場合には、補強層４０１を省くので、抵抗発熱体層４０２が十分な強度を備えるべきであるのは言うまでもない。

（２） 上記実施の形態においては、定着ベルト２０１を定着ローラ２１０に遊嵌する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、定着ローラ２１０に代えて固定の定着部材を用いても良い。
固定部材の材料には、ポリフェニレンスルファイド、ポリイミド、液晶ポリマー等の樹脂やアルミニウム、鉄等の金属、セラミック等を用いれば良く、シリコーンゴム、フッ素ゴム等からなる固定部材との２部品構成としても良い。

また、形状は、トナー像を記録シートに融着するに足る定着ニップを形成できるものでなければならない。さらに、固定部材と定着ベルト２０１の摩擦を低減するために、定着ベルト２０１と圧接する箇所に摺動部材を配置しても良い。摺動部材はガラスクロスを基材とし、摺動面を耐熱性樹脂で被覆した構成が一般的である。
（３） 上記実施の形態においては、加圧ローラ２２０の回転に従動して、定着ベルト２０１や定着ローラ２１０が回転駆動される場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、定着ローラ２１０を回転駆動して、定着ベルト２０１や加圧ローラ２２０を従動回転させても良い。また、定着ローラ２１０と加圧ローラ２２０とを共に回転駆動し、これに定着ベルトを従動回転させても良い。何れの場合にも本発明の効果は同じである。

（４） 上記実施の形態において示した各種部材の材料や寸法はあくまで一例に過ぎず、異なる材料や寸法を採用する場合であって、定着ベルト２０１の端部から電極２０２を離隔させさえすれば、本発明の効果を得ることができる。
（５） また、上記実施の形態においては、タンデム型のカラー複写機として機能する画像形成装置を例示したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、タンデム型以外の画像形成装置やモノクロの画像形成装置、或いは、プリンタやファックス、ＭＦＰ（MultiFunction Peripheral）等であって、上述のような定着装置を備えていれば、本発明の効果を得ることができる。

本発明に係る定着装置及び画像形成装置は、抵抗発熱体に給電する電極を備えた定着ベルトを定着ローラに遊嵌した定着装置において、電極が抵抗発熱体から剥離するのを防止する技術として有用である。

１……………………………画像形成装置
１１５………………………定着装置
２０１………………………定着ベルト
２１０………………………定着ローラ
２２０………………………加圧ローラ
２３０………………………給電部材
２１１、２２１……………軸部
２１２、２２２……………芯金
２１３、２２３、４０３…弾性層
２２４、４０４……………離型層
２０２………………………電極
２３１………………………導電線
２３２………………………電源
３０１………………………蛇行規制板
４０１………………………補強層
４０２………………………抵抗発熱体層

Claims (8)

1. トナー像を記録シートに融着する定着ベルトと、定着ベルトの蛇行を防止する蛇行規制部材と、を備える定着装置であって、
   定着ベルトは、
   通電によって発熱する無端ベルト状の抵抗発熱体層と、
   何れも抵抗発熱体層の外周面上に全周に亘って設けられ、抵抗発熱体に印加する電圧を受電する１対の電極と、を備え、
   前記１対の電極のうち少なくとも一方が、定着ベルトの幅方向端から離隔して設けられている
   ことを特徴とする定着装置。
2. 前記電極は定着ベルトの幅方向端から２［ｍｍ］以上離隔している
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ベルトは、全幅、全周に亘る補強層を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記補強層上に抵抗発熱体層と電極とが順次積層されており、
   抵抗発熱体層が、定着ベルトの幅方向端から離隔して設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記電極は定着ベルトの幅方向端から２［ｍｍ］以上離隔している
   ことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記定着ベルトの幅方向における前記電極の内側には抵抗発熱体層上に、弾性層及び離型層が順次積層されてなる
   ことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
7. 前記抵抗発熱体層は、耐熱性絶縁樹脂に導電性フィラーを分散させてなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
8. 請求項１から７の何れかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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