JP2012194482A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】抵抗発熱層を含む定着ベルト154の内側に押圧ローラ150を遊挿すると共に、外側に配された加圧ローラ160を、定着ベルト154を介して押圧ローラ150に押圧して定着ニップNを形成し、定着ニップNに通紙して熱定着する定着装置であって、定着ベルト154の外周面の通紙領域を挟んだ両側に形成された電極層154eに接触して定着ベルト154に給電する一対の給電部材170を有し、一対の給電部材170は、電極層154eと接触している第1領域の少なくとも一部と、定着ニップNを押圧ローラ150の長手方向に延長してなる第2領域とが重なる位置に配され、加圧ローラ160は、定着ベルト154の少なくとも第1と第2領域が重なる領域の裏面に接触するように、長手方向の長さまたは配置が決定されている。
【選択図】図2
Description
図10は、このような定着部500の構成例を示す概略斜視図である。
同図に示すように、定着部500は、定着ベルト554、押圧ローラ550、加圧ローラ560および交流電源に接続された一対の給電ローラ570などを備えている。
押圧ローラ550は、芯金551の表面が弾性層552で覆われており、定着ベルト554の周回経路内側に遊挿されている。
また、加圧ローラ560は、駆動モータ(不図示)からの駆動力を受けて同図の矢印P方向に回転する。この駆動力が定着ベルト554を介して押圧ローラ550に伝わることにより、定着ベルト554と押圧ローラ550とが同図の矢印Q方向に従動回転する。
以上の構成において、定着ベルト554が周回駆動されつつ、給電ローラ570を介して電極554eに電力が供給されると、電気抵抗としては、電極554eの方が抵抗発熱層554bよりも遥かに小さく、電極554eにおける電圧降下は無視できるほどなので、各電極554eがその全周にわたり、それぞれに接触している給電ローラ570とほぼ同電位となって、抵抗発熱層554b全体にY軸方向の電流が流れて発熱する。
このとき、定着ベルト554は、定着ニップ530と給電ローラ570に押し付けられている部分以外で、他の部材との接触が生じておらず、熱が周囲に逃げにくいので、ジュール発熱により定着ベルト554が効率的に昇温され、記録シート(不図示)上に形成されたトナー像が定着ニップ530を通過する際に、加熱、加圧されて当該記録シートに熱定着される。
通常、給電ローラ570は、不図示の圧縮ばねなどによって、押圧ローラ550へ向けて付勢されているが、上述のような振動が発生すると、給電ローラ570の付勢方向における移動が、当該振動によるベルト570の変位に完全に追従することができなくなり、給電ローラ570と電極554eとの接触面積が変動して、場合によっては、当該接触部分の電流密度が局所的に高まり発熱するおそれがある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、押圧ローラなどの押圧部材が抵抗発熱層含む定着ベルトの周回経路内側に配されている抵抗発熱式の定着装置および画像形成装置において、定着ベルトの長寿命化を図ることを目的とする。
そこで、当該定着ニップの延長領域の少なくとも一部に重なるように、前記一対の給電部材のうち少なくとも一方の給電部材を接触させると共に、その接触部分の裏面側を相手側の押圧部材が接触して支持するようにすることにより、給電部材と受電領域とを安定的に接触させることができ、従来生じていた発熱および放電などの発生が抑制され、定着ベルトの長寿命化が可能となる。
もしくは、前記第1の押圧部材の長手方向の長さが、前記第2の押圧部材の長手方向の長さよりも短く、前記一対の給電部材が、前記発熱ベルトの周回経路内側であって、前記第1の押圧部材をその長手方向から挟む位置に配されると共に、発熱ベルトを介して第2の押圧部材の両端部に押圧されてなるとしてもよい。
そして、前記第1と第2の押圧部材のうち前記裏面に接触するものは、当該裏面に接触する表面部分が弾性体からなることが望ましい。
また、前記一対の給電部材のうち、前記重なる位置に配されているものは、前記発熱ベルトとの接触面が、前記表面部分の表面形状に沿った形状であることが望ましい。
なお、本発明は、上記定着装置を備えた画像形成装置としてもよい。
以下、本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の第1の実施の形態について、タンデム型フルカラープリンタ(以下、単に「プリンタ」という。)を例にして図面に基づき説明する。
図1は、当該プリンタ1の全体の構成を示す透視図である。
画像プロセス部3は、Y〜K色のそれぞれに対応する作像部30Y,30M,30C,30K、光学部10、中間転写ベルト11などを備えている。
作像部30Yは、感光体ドラム31Y、その周囲に配設された帯電器32Y、現像器33Y、一次転写ローラ34Y、感光体ドラム31Yを清掃するためのクリーナ35Yなどを備えており、感光体ドラム31Y上にY色のトナー像を作像する。他の作像部30M〜30Kについても、作像部30Yと同様の構成になっており、同図では符号の表記を省略している。
光学部10は、レーザダイオードなどの発光素子を備え、制御部60からの駆動信号によりY〜K色の画像形成のためのレーザ光Lを発し、感光体ドラム31Y〜31Kを露光走査させる。
一方、給紙部4は、記録シートSを収容する給紙カセット41と、給紙カセット41内の記録シートSを搬送路43上に1枚ずつ繰り出す繰り出しローラ42と、繰り出された記録シートSを二次転写位置46に送り出すタイミングをとるためのタイミングローラ対44などを備えており、中間転写ベルト11上のトナー像の移動タイミングに合わせて給紙部4から記録シートSを二次転写位置に給送し、二次転写ローラ45の作用により中間転写ベルト11上のトナー像が一括して記録シートS上に二次転写される。
<定着部の構成>
図2は、上記定着部5の構成を示す部分断面斜視図である。
図2に示すように、定着部5は、定着ベルト154と、押圧ローラ150と、加圧ローラ160と、給電部材170とを備える。
このうち定着ベルト154は、例えば、内径が30[mm]の無端状のベルトであって、組立て前には円筒形状となっており、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元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。
そして、加圧ローラ160は、定着ベルト154の周回経路外側において、押圧ローラ150と平行するように配置されており、定着ベルト154の外側から定着ベルト154を介して押圧ローラ150を押圧して定着ニップNを形成した状態で、不図示の駆動機構により矢印D方向に回転駆動される。
そして、定着ニップNが目標温度に維持された状態で記録シート(不図示)が当該定着ニップNを通過すると、当該記録シート上の未定着のトナー像が加熱、加圧されて熱定着される。
<押圧ローラの構成>
押圧ローラ150は、図2に示すように、長尺で円柱状の芯金151の周囲に弾性層152が形成されてなる。
芯金151は、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等からなる外径が約20mmの円柱体であり、その軸方向における両端部は、図示しない定着部5の本体側フレームの軸受部に回転自在に軸支されている。
ここで、弾性層152における、押圧ローラ150のY軸方向の長さは、360mmとなっている。
無論、弾性層152のY軸方向の長さは、記録シートSの最大通紙幅よりも大きく設定されている。
<加圧ローラ>
加圧ローラ160は、同図に示すように、芯金161の周面に、弾性層162と、接着層163と、離型層164とが、この順で積層されてなる。
また、弾性層162は、シリコーンゴムからなる円筒体であり、Y軸方向の長さは330mmとなっている。
弾性層162の厚みとしては、1mm以上、20mm以下が望ましく、ここでは、3mmに設定されている。
また、図3に示すように、定着ベルト154の周回方向(以下、「ベルト周回方向」という。)における定着ニップNの幅NWの値は、ここでは8mmに設定されている。
接着層163は、シリコーン接着剤などからなり、当該接着剤が弾性層162の表面に塗布されることにより形成される。
以下、単に「加圧ローラの長さ」という場合、上記積層部のY軸方向の長さのことをいう。
<定着ベルト>
図4は、第1の実施の形態に係る定着部5を、押圧ローラ150および加圧ローラ160の各回転軸を含む平面により切断したとするときの断面図である。
定着ベルト154は、同図に示すように、以下のような積層構造を有している。
即ち、円筒状の補強層154aの外周面側に抵抗発熱層154bが積層され、当該抵抗発熱層154bの外周面の両端部に、それぞれ周方向に沿って電極層154eが積層されており、さらに、抵抗発熱層154bの外周面上であって、上記一対の電極層154eに挟まれる部分に、弾性層154cと離型層154dとがこの順で積層されてなる。
補強層154aは、導電性を有しない材料、例えば、PI(ポリイミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド樹脂)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)などのいずれかからなり、その厚みは10μm以上、200μm以下が望ましく、ここでは、50μmに設定されている。
なお、電極層154eは、定着ベルト154が定着ニップNを通過する際に生じる応力の影響を受けないように、定着ニップNの両端から3mm以上離間させることが望ましい。
この他にも、上記材料からなる帯状の層を抵抗発熱層154bのY軸方向の両端部に、導電性を有する接着剤などで貼り付けても良い。
Y軸方向において間隔をおいて形成された2つの環状の電極層154eは、図4に示すように、定着ニップNをY軸方向の両外側に延長した領域(以下、「定着ニップ延長領域」という。)NEの範囲に設けられている(図2においては、符号NEが付されたハッチング部分)。
より具体的には、抵抗発熱層154bは、厚みが、5μm以上、100μm以下であって、PI(ポリイミド)製樹脂に、電気抵抗率の異なる導電フィラーを一種類もしくは複数種類均一に分散させてなる。
抵抗発熱層154bに用いるベースの材料(以下、「ベース材」という。)として、他にもPPSおよびPEEKなどを使用することができる。
上述の導電フィラーとしては、Ag、Cu、Al、MgおよびNiなどの金属、もしくは、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーなどのカーボン系の材料が挙げられ、その形状としては、単位含有量あたりの導電フィラー同士の接触する確率を高めるために、繊維状にすることが望ましい。
なお、弾性層154cの材質は、シリコーンゴムの他、フッ素ゴム等を用いても構わない。
離型層154dは、例えば、PTFEもしくはPFA等のフッ素系樹脂などの離型性を有する材料からなり、厚みは、5μm以上、100μm以下である。
<給電部材>
給電部材170は、図2に示すように、リード線175を介して外部の電源180に電気的に接続されており、定着ベルト154の一対の電極層154eに接触して、これに給電するものである。
ブラシ部171は、例えば、Y軸方向における長さ8mm、ベルト周回方向における幅6mm、厚み10mmの直方体状のブロックであって、摺動性および導伝性を有する銅黒鉛質、炭素黒鉛質などの材料からなる、いわゆるカーボンブラシである。
本実施形態では、ブラシ部171は、図2に示すように、板バネ172により、電極層154eの周面であって、定着ニップ延長領域NEに含まれる部分(以下、「オーバーラップ部」という。)154fに付勢されている。
板バネ172は、導電性および弾性を有するりん青銅などの矩形の板体であって、一方の端部がプリンタ1の本体側(不図示)の絶縁体に固定され、他方の端部が導電性を有する接着剤などでブラシ部171と接合されており、弾性変形することによってブラシ部171を付勢する付勢手段となっていると共に、リード線175とブラシ部171とを電気的に接続する給電路となっている。
なお、ブラシ部171は、図3(b)に示すように、その摺接面が、電極層154eの走行軌跡に沿って凹状に湾曲している。その曲率半径r2は、押圧ローラ150の弾性層152の半径rtと、補強層154a、定着ベルト154の抵抗発熱層154bおよび電極層154eの厚みの合計値t1との間に、次式の関係を有する。
(式1) r2=rt+t1
t1の値は、rtの値に対し、無視できるほど小さい値であるので、ブラシ部171の摺接面は、押圧ローラ150の周面(弾性層152の周面)に沿って湾曲しているとも言える。
本実施の形態では、Y軸方向において、押圧ローラ150の弾性層152は、加圧ローラ160の弾性層162よりも長く、弾性層152の両端部が定着ニップ延長領域NEまで延びている。
これにより、接触面における発熱や放電の発生が抑制され、電極層154eの損傷の発生を抑制することができ、定着ベルト154の延命が可能となる。
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る定着部の構成は、基本的に上記第1の実施形態に係る定着部5と共通するが、定着ベルトの構造と、押圧ローラの弾性層および加圧ローラの積層部のY軸方向における寸法、および、給電部材の取り付け位置が、第1の実施形態に係る定着部5とは異なる。
図5は、第2の実施形態に係る定着部105の要部構成を示す部分断面斜視図である。図6は、そのF矢視図である。
図5に示すように、第2の実施の形態における定着部105は、第1の実施の形態における定着部5と同様に、定着ベルト254と、押圧ローラ250と、加圧ローラ260と、給電部材270とを備える。
以下、定着ベルト254の構成について説明する。
<定着ベルト>
図7は、第2の実施の形態に係る定着部105を、押圧ローラ250および加圧ローラ260の各回転軸を含む平面により切断したとするときの部分断面図である。
定着ベルト254は、材質の異なる層が複数積層されてなる弾性変形可能な無端ベルトであり、第1の実施の形態における定着ベルト154と同様に、補強層254aと、抵抗発熱層254bと、弾性層254cと、離型層254dと、電極層254eとを有しているが、これらの積層状態が定着ベルト154とは異なる。
より具体的には、定着ベルト254は、図7に示すように、抵抗発熱層254bの外周面側に、補強層254aと、弾性層254cと、離型層254dとが、この順で積層されており、さらに、抵抗発熱層254bの内周面の両端部に、電極層254eが積層されてなる。
給電部材270は、第1の実施形態における給電部材170と同様に、ブラシ部271と板バネ272とからなる。
ブラシ部271は、ブラシ部171と同様のカーボンブラシであり、図6に示すように、その摺設面が電極層254eの走行軌跡、もしくは、加圧ローラ260の周面(積層部265の周面)に沿ってカーブしている。
本第2の実施形態に係る定着部105では、ブラシ部271は、図7に示すように、板バネ272により、電極層254eの内周面であって、定着ニップ延長領域NEに含まれるオーバーラップ部254fに押し付けられている。
<変形例>
本発明は、上述のような実施の形態に限られるものではなく、次のような変形例も実施することができる。
例えば、モノクロの複写機では、カラーの複写機に比べ、定着ニップ幅を小さく設定しても、定着品質の劣化がそれほど目立たないため、定着ベルト154内の弾性層154cを省略することが考えられる。
(3)第1の実施形態では、給電部材170のブラシ部171と電極層154eとの接触面全体が定着ニップ延長領域NEに含まれるようにしたが、図8に示すように、ブラシ部171aのベルト周回方向(Z軸方向)における長さを定着ニップ幅NWよりも長くして、ベルト周回方向においてブラシ部171と電極層154eとの接触面が定着ニップ延長領域NEを含むようにしても構わない。
このような場合でも、少なくも当該定着ニップ延長領域NEと重なっている部分では接触安定性を確保できる上、定着ニップ延長領域NEの周辺についても、従来のような接触位置に比較して圧倒的に振動や波打ちの発生が抑制されているからである。
図9は、このような場合の定着装置における構成の一例を示す図である。
ここで、押圧部材350は、弾性を有する同図紙面に垂直な方向に長尺な部材351と、これの外周の一部を覆うように設けられた摺動シート352とを有している。
(5)また、上記第1の実施形態では、実施の形態のように、加圧ローラ160を回転駆動させ、押圧ローラ150を従動回転させていたが、この構成に限られない。
(6)上記第1の実施形態では、押圧ローラ150の弾性層152の硬度は、加圧ローラ160の弾性層162の硬度よりも低く設定されており、定着ニップNでの変形は、主に押圧ローラ150の弾性層152において生じるとしたが、これに限られず、場合によっては、定着品質が低下しなければ、弾性層152の硬度を弾性層162の硬度よりも高く設定しても良いし、弾性層152および弾性層162を同等の硬度に設定しても良い。
(7)また、上記第1および第2の実施形態では、それぞれ電極層154eおよび電極層254eを介して、抵抗発熱層154bおよび抵抗発熱層254bに給電を行っていたが、これらの電極層154eおよび電極層254eを省略して、給電部材170および給電部材270を、それぞれ直接抵抗発熱層154bおよび抵抗発熱層254bに接触させてもよく、要するに、抵抗発熱層に給電するための一対の受電領域が、定着ベルト154の通紙領域を挟んだ両外側の周面に設けられていればよい。
(8)上記第1の実施形態および第2の実施形態では、給電部材170と、押圧ローラ150もしくは加圧ローラ160との干渉を避けるため、押圧ローラ150および加圧ローラ160のY軸方向の長さを異ならせる構成を例示したが、これに限らず、押圧ローラ150および加圧ローラ160の長さを同じにすることもできる。
(9)また、上記第1の実施形態および第2の実施形態では、一対の給電部材のそれぞれが、発熱ベルトの電極層との接触部分と、定着ニップ延長領域とが、発熱ベルトの厚み方向において重なる位置に配されていたが、どちらか一方の給電部材のみが、このような位置に配されていても、それなりに定着ベルトの寿命を延命することができる。
3 画像プロセス部
4 給紙部
5,105 定着部
10 光学部
11 中間転写ベルト
30Y,30M,30C,30K 作像部
31 感光体ドラム
32 帯電器
33 現像器
60 制御部
71 排出ローラ対
72 排出トレイ
150,250 押圧ローラ
151,161 芯金
152,252 弾性層
154,254 定着ベルト
154a,254a 補強層
154b,254b 抵抗発熱層
154c,254c 弾性層
154d,254d 離型層
154e,254e 電極層
154f,254f オーバーラップ部
160,260 加圧ローラ
162 弾性層
163 接着層
164 離型層
165,265 積層部
170,270 給電部材
171,271 ブラシ部
172,272 板バネ
175 リード線
180 電源
265 積層部
350 押圧部材
351 部材
352 摺動シート
Claims (8)
- 抵抗発熱層を含む無端状の発熱ベルトの周回経路内側に第1の押圧部材を遊挿すると共に、発熱ベルトの周回経路外側に配された第2の押圧部材を前記発熱ベルトを介して前記第1の押圧部材に押圧することにより定着ニップを形成し、未定着画像の形成された記録シートを当該定着ニップに通紙して熱定着する定着装置であって、
電源に接続され、前記発熱ベルト周面の通紙領域を挟んだ両側に形成された受電領域に接触して当該発熱ベルトに電力を供給する一対の給電部材を有し、
当該一対の給電部材のうち少なくとも一方の給電部材は、その前記受電領域と接触している第1の領域の少なくとも一部が、前記定着ニップを前記第1の押圧部材の長手方向に延長してなる第2の領域と重なるような位置に配されると共に、
前記第1と第2の押圧部材のうち前記発熱ベルトに対して前記一方の給電部材と反対側に配されている押圧部材は、前記発熱ベルトの、少なくとも前記第1と第2の領域が重なる領域の裏面に接触するように、その長手方向における長さもしくは配設位置が決定されていることを特徴とする定着装置。 - 前記第2の押圧部材の長手方向の長さが、前記第1の押圧部材の長手方向の長さよりも短く、
前記一対の給電部材が、前記発熱ベルトの周回経路外側であって、前記第2の押圧部材をその長手方向から挟む位置に配されると共に、発熱ベルトを介して第1の押圧部材の両端部に押圧されてなる
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記第1の押圧部材の長手方向の長さが、前記第2の押圧部材の長手方向の長さよりも短く、
前記一対の給電部材が、前記発熱ベルトの周回経路内側であって、前記第1の押圧部材をその長手方向から挟む位置に配されると共に、発熱ベルトを介して第2の押圧部材の両端部に押圧されてなる
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記第1の領域の全てが、前記第2の領域に重なっていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の定着装置。
- 前記第1と第2の押圧部材のうち前記裏面に接触するものは、当該裏面に接触する表面部分が弾性体からなることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の定着装置。
- 前記一対の給電部材のうち、前記重なる位置に配されているものは、前記発熱ベルトとの接触面が、前記表面部分の表面形状に沿った形状であることを特徴とする請求項5に記載の定着装置。
- 第1と第2の押圧部材のうち、少なくとも一方は、ローラであることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の定着装置。
- 請求項1から7のいずれかに記載の定着装置を備える画像形成装置。
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